JP2000237978A - 電池工具 - Google Patents

電池工具

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JP2000237978A
JP2000237978A JP11041316A JP4131699A JP2000237978A JP 2000237978 A JP2000237978 A JP 2000237978A JP 11041316 A JP11041316 A JP 11041316A JP 4131699 A JP4131699 A JP 4131699A JP 2000237978 A JP2000237978 A JP 2000237978A
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JP
Japan
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voltage
battery
battery pack
motor
tool
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JP11041316A
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English (en)
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Yoshio Iimura
良雄 飯村
Shuichi Harada
秀一 原田
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Koki Holdings Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Koki Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池パック9の過放電及び電池電圧低下によ
る作業不良を未然に防止する。 【解決手段】 電池パック9の電池電圧V1に対応する
比較電圧Vcが基準電圧Vrより小さくなった時にスイ
ッチング素子13をオフさせてモータ2を停止させる比
較手段14を備えた電池工具1において、比較電圧Vc
が起動時に小さくならないようにするかまたは基準電圧
Vrが起動時から徐々に大きくなるようにすることによ
り達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は電池パックの過放電
及び電池電圧低下による作業不良を未然に防止するよう
にした電池工具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電源コードの要らない手軽さから電池駆
動のドリル、ドライバ、インパクトドライバ、丸のこ等
の電池工具が多用されるようになってきた。それに伴
い、より使い易くするために様々な付加機能が要求され
ている。その中に放電電圧リミット機能付電池駆動工具
があるが、理由は以下の2つである。 ネジ締作業等を連続的に行うことにより残存容量が
ほとんどなくなった出力の低下している電池工具でも、
電池電圧が回復するまで電池パックを休ませることによ
り残り数本のネジ締め作業等は可能なので、ついつい最
後の最後まで電池パックを使いきってしまう。電池パッ
クは深い放電に弱いので最後まで放電させずに再充電し
たほうが寿命(繰返し使用回数)が伸びる。 電池パックは複数の素電池を直列接続したものであ
り、繰返し使用回数が多くなると特定の素電池が短絡故
障したり逆に内部抵抗が異常に増加することがある。こ
のような電池パックを使用するとモータの回転数が著し
く低下する。特に、インパクトドライバのように締め付
けトルクが回転数に比例する電池工具では作業不良を引
き起こす。
【0003】上記の不具合を解消するためには、適切な
電圧で放電を停止する放電電圧リミッタが必要である。
このための従来技術の一例として、特開平5−1239
75号に示されるようなものがある。しかしながらこれ
ら従来技術においては次のような問題があった。 電池工具は、主スイッチ、電池パックと工具の接触
部、電池パック内の素電池の内部抵抗、素電池間の接続
板等の回路抵抗により電流が流れると電池電圧が低下す
る。ところが従来技術においては、モータ起動時の大電
流による電池電圧の大幅な低下が考慮されておらず、残
存容量のある電池パックでも放電電圧リミッタが作動し
てしまうことがある。 軽負荷と重負荷では負荷電流が異なるので回路抵抗
による電池電圧の低下幅が異なる。それにもかかわらず
リミット電圧が固定なので、軽負荷では深い放電に、重
負荷では浅い放電になってしまう。更に、リミット電圧
が固定なので、電池活性化のための意識的な深い放電も
できない。 一度放電電圧リミッタが作動した電池パックであっ
ても電池パックを休ませると電池電圧が回復するので、
主スイッチを投入してから放電電圧リミッタが作動する
まで短時間ではあるが電池パックからモータに電流が流
れモータが回転する。小ネジであれば締まる場合もあり
結果的に深い放電となる。
【0004】本発明の目的は、上記した従来技術の欠点
をなくし、電池工具の使い勝手を良くすることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、電池パック
の電池電圧に対応する比較電圧が基準電圧より小さくな
った時にスイッチング素子をオフさせてモータを停止さ
せる比較手段を備えた電池工具において、比較電圧が起
動時に基準電圧以下に小さくならないようにするかまた
は基準電圧が起動時から徐々に大きくなるようにするこ
とにより達成される。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明電池工具の一実施形態を図
1、図3〜図6を用いて説明する。図3は電池工具の全
体構成を示すもので、電池工具1の外枠5にはモータ
2、機構部3、主スイッチ4、接続端子1a、1b、9
a、9b、制御回路10及びスイッチング素子であるF
ET13等が内蔵されている。外枠5から突出した機構
部3の先端にはソケット7が結合しておりビット11を
着脱可能に把持している。また外枠5にはダイヤル12
が回動可能に設けられ、制御回路10と電気的に接続さ
れている。主スイッチ4をオン・オフ操作するためのト
リガ8が外枠5の外部に突き出ている。電池パック9
は、電池工具1に着脱可能であり、接続端子1a、1b、
9a、9bを介して主スイッチ4、FET13と電気的に
接続されている。ネジ締め等の作業は、トリガ8を引き
主スイッチ4をオンさせ電池パック9とモータ2を電気
的に接続してモータ2を回転させ、その動力を機構部
3、ソケット7を介してビット11に伝達することによ
って行われる。
【0007】図1は電池工具1の電気回路図である。電
池パック9は、直列接続された複数の素電池6及び正極
端子9a、負極端子9b等から構成される。電池工具1
は、正極端子1a、主スイッチ4、モータ2、FET1
3及び負極端子1bの直列接続とFET13をオン・オ
フさせるための制御回路10から構成される。
【0008】制御回路10は、電圧比較回路14、電圧
比較回路14の出力でFET13をオン・オフさせる駆
動回路15、正極端子1aから制御回路10への給電を
オン・オフさせる補助スイッチ16及び補助スイッチ1
6を介して正極端子1aと負極端子1b間に接続された波
形整形回路17から構成される。
【0009】波形整形回路17は、抵抗18とコンデン
サ19を直列に接続したもので、接続点の出力電圧すな
わちコンデンサ19の端子電圧V2はモータ2起動時の
電池電圧V1の急激な低下を押さえた波形となり、電圧
比較回路14の電源として使用される。
【0010】電圧比較回路14は、コンデンサ19の両
端に接続された抵抗24、26と可変抵抗25の直列回
路及び抵抗21と定電圧ダイオード22の直列回路と、
抵抗24と可変抵抗25の接続点電圧が比較電圧Vcと
して反転入力端に印加され、定電圧ダイオード24の端
子電圧が基準電圧Vrとして非反転入力端に印加された
オペアンプ20、コレクタ・エミッタが抵抗26の両端
に接続され、オペアンプ20の出力によりオン・オフさ
れるトランジスタ27、定電圧ダイオード26の両端に
接続されたコンデンサ23等により構成されている。コ
ンデンサ23は、電池パック9が電池工具1に接続され
た時電圧比較回路14すなわちオペアンプ20の出力が
必ずローレベルVLになるように作用する。比較電圧Vc
は可変抵抗25により適切な値に調整可能である。抵抗
26にトランジスタ27が並列に接続され、オペアンプ
20のハイレベルの出力Vhによりトランジスタ27が
オンすると抵抗26を短絡するので、コンデンサ19の
端子電圧V2が低下してオペアンプ20の出力がハイレ
ベルVhになった後端子電圧V2が再び上昇してもオペ
アンプ20の出力はハイレベルVhに維持される。すな
わち電圧比較回路14は端子電圧V2に対してヒステリ
シスを有する電圧比較器となる。以上の動作を電池電圧
V1とオペアンプ20の出力の関係として図4に示し
た。なお図4の実線、破線は夫々可変抵抗25を変えて
比較電圧Vcを変えた時の関係を示す。
【0011】駆動回路15は、抵抗29、30及びトラ
ンジスタ31により構成され、トランジスタ31は、オ
ペアンプ20のハイレベルVhの出力によりオンしてF
ET13をオフさせ、オペアンプ20のローレベルVL
の出力によりオフしてFET13をオンさせる。
【0012】前記可変抵抗25と補助スイッチ16は連
動しておりダイヤル12によって操作され、補助スイッ
チ16はダイヤル12を回しきった時オフとなる。
【0013】図5は満充電にした電池パック9を使用し
てネジ締め等の作業を電池パック9の残存容量がなくな
るまで続けようとした時の電池電圧V1とモータ2に流
れる電流Imを示す。図から分かるようにモータ起動時
には大電流が流れ電池電圧V1が瞬間的に大きく低下
し、3度目の起動でFET13がオフする恐れがある。
従って、電池パック9の放電電圧が所定値以下に低下し
た時にFET13を正常にオフさせるには起動時の電圧
低下に反応しないなんらかの工夫が必要になる。
【0014】図6は時間0の時点で主スイッチ4をオン
させたモータ起動時の電池電圧V1と波形整形回路17
の出力電圧V2を、モータ2の無負荷回転時と負荷回転
時の場合について示したものである。図から分かるよう
に、電池電圧V1が起動時にヒステリシス下限値V1L
以下に極端に低下したとしても、波形整形回路17の出
力電圧V2はあまり低下しないので、オペアンプ20の
出力がハイレベルとなることはなくFET13はオフし
ない。すなわち起動時に電池電圧V1が低下したとして
もFET13がオフすることはなく、電池工具1は正常
に駆動できるようになる。従って、図1に示す回路にお
いては、図4〜図6に示すヒステリシス下限値V1Lに
てFET13が正常にオフする。すなわち、モータ2が
負荷回転中に比較電圧Vcが基準電圧Vrまで低下する
とオペアンプ20の出力がハイレベルVhになりトラン
ジスタ31がオンしてFET13がオフしモータ2への
給電が停止する。同時に、トランジスタ27がオンして
抵抗26が短絡され比較電圧Vcは更に低下しオペアン
プ20の出力は安定してハイレベルVhに維持される。
図1の回路では、主スイッチ4がオフしても補助スイッ
チ16がオンしている限り制御回路10への給電は継続
するのでFET13のオフ状態は電池パック9を電池工
具1から抜いてもう一度差し込むか補助スイッチ16を
一度オフしてから再度オンさせない限り安定に維持され
る。すなわち電池パック9を休ませることにより最後の
最後まで電池パック9を使いきってしまうこともなくな
る。
【0015】作業中の電池電圧V1は負荷が大きければ
小さく、負荷が小さければ大きい。ダイヤル12を操作
し可変抵抗25の値を変化させて比較電圧Vcを変化さ
せることにより電圧比較回路14の作動電圧を調整し適
切な状態で放電停止させることが可能となる(図4参
照)。すなわち可変抵抗25を大きくして比較電圧Vc
を大きくすることにより、電池パック9を意識的に深い
放電をさせることができ、電池パック9の活性化を図る
ことが可能となる。
【0016】制御回路10の消費電力は微々たるもので
はあるが、長期間電池工具1を使わずに放置する場合
は、補助スイッチ16をオフにしておくことにより節電
を図ることができる。補助スイッチ16はダイヤル12
と連動しているので非常に操作し易い。
【0017】図2は本発明の他の実施形態を示すもの
で、電圧比較回路44、駆動回路15からなる制御回路
40を主スイッチ4とモータ2との間に設けると共に定
電圧ダイオード22と並列に接続されたコンデンサ33
と抵抗21により遅延回路32を形成し、コンデンサ3
3の端子電圧を基準電圧Vrとしたことを特徴とするも
のである。
【0018】この結果主スイッチ4の投入時すなわちモ
ータ2の起動時に電池パック9の電池電圧V1が極端に
小さくなったとしても、基準電圧Vrは徐々に大きくな
り比較電圧Vcより大きくなることはないので、オペア
ンプ20の出力はローレベルのままでFET13がオフ
することはない。すなわち起動時にFET13が誤って
オフすることはない。
【0019】図7は時間0の時点で主スイッチ4をオン
させたモータ起動時の基準電圧Vrと比較電圧Vcを示
したものである。図から分かるように、遅延回路32の
働きにより、起動時の基準電圧Vrを比較電圧Vcより
も小さくできる。従って、図2に示す回路においても、
図4〜図6に示すヒステリシス下限値V1LにてFET
13は正常にオフ作動する。すなわち、モータ2の負荷
回転中に比較電圧Vcが基準電圧Vrまで低下するとオ
ペアンプ20の出力がハイレベルVhになりトランジス
タ31がオンしてFET13がオフしモータ2への給電
が停止する。同時にトランジスタ27がオンして抵抗2
6が短絡され比較電圧Vcは更に低下しオペアンプ20
の出力は安定してハイレベルVhに維持される。
【0020】図2の回路では、主スイッチ4をオフする
と制御回路10への給電は停止するので、オペアンプ2
0の出力はハイレベルVhを維持できない。従って、電
圧比較回路40が電池電圧V1の所定値以下の低下を検
出してFET13をオフさせたとしても、主スイッチ4
が再度オンされると遅延回路32の遅延時間だけはモー
タ2が回転してしまう欠点がある。しかしながら、図2
の回路は図1の回路に比べ部品点数を減らすことができ
るので実用価値が大きい。
【0021】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、電池パッ
クの電池電圧に対応する比較電圧が基準電圧より小さく
なった時にスイッチング素子をオフさせてモータを停止
させる電池工具において、起動時にスイッチング素子が
誤ってオフされることがなくなる共に負荷回転時に比較
電圧が基準電圧より小さくなるとスイッチング素子が確
実にオフされるようになる。この結果電池パックの過放
電及び電池電圧低下に起因する作業不良を未然に防止で
きるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明電池工具の一実施形態を示す電気回路
図。
【図2】本発明電池工具の他の実施形態を示す電気回路
図。
【図3】本発明電池工具の一実施形態を示す全体構成
図。
【図4】電圧比較回路の動作説明用グラフ。
【図5】電池工具使用時の電池電圧及び電流を示すグラ
フ。
【図6】図1の波形整形回路の効果を説明するためのグ
ラフ。
【図7】図1の遅延回路の効果を説明するためのグラ
フ。
【符号の説明】
1は電池工具、2はモータ、4は主スイッチ、9は電池
パック、12はダイヤル、13はFET、14は電圧比
較回路、17は波形整形回路、20はオペアンプ、32
は遅延回路である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 着脱可能な電池パックにより駆動される
    モータと、電池パックからモータへの電力供給を断続す
    る主スイッチと、モータと電池パックとの間に接続さ
    れ、モータの駆動を停止するスイッチング素子と、電池
    パックの電池電圧に対応する比較電圧が基準電圧より小
    さくなった時にスイッチング素子をオフさせてモータを
    停止させる比較手段とを備えた電池工具であって、 電池パックの両端に接続される波形整形回路を設け、波
    形整形回路の出力電圧を前記比較手段の電源電圧とする
    と共に波形整形回路の出力電圧に対応する電圧を前記比
    較電圧とし、波形整形回路の出力電圧すなわち比較電圧
    がモータ起動時に前記所定基準電圧以下とならないよう
    にしたことを特徴とする電池工具。
  2. 【請求項2】 前記波形整形回路を、直列接続された抵
    抗及びコンデンサにより構成し、コンデンサの端子電圧
    を波形整形回路の出力電圧としたことを特徴とする請求
    項1記載の電池工具。
  3. 【請求項3】 着脱可能な電池パックにより駆動される
    モータと、電池パックからモータへの電力供給を断続す
    る主スイッチと、モータと電池パックとの間に接続さ
    れ、モータの駆動を停止するスイッチング素子と、電池
    パックの電池電圧に対応する比較電圧が基準電圧より小
    さくなった時にスイッチング素子をオフさせてモータを
    停止させる比較手段とを備えた電池工具であって、 前記基準電圧を、主スイッチと電池パックの負極端子と
    の間に接続された遅延回路の出力電圧としたことを特徴
    とする電池工具。
  4. 【請求項4】 前記遅延回路を、並列接続されたコンデ
    ンサ及び定電圧ダイオードを抵抗に直列接続した回路に
    より構成し、コンデンサの端子電圧を基準電圧としたこ
    とを特徴とする請求項3記載の電池工具。
JP11041316A 1999-02-19 1999-02-19 電池工具 Withdrawn JP2000237978A (ja)

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