JP2014041742A - 電池パック及び電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】収容ケースの内部に異物が侵入したときに、電池セルの電極同士が短絡することを防止できる電池パックを提供する。
【解決手段】電極を有する電池セル１３を収容し、かつ、電動工具の装着部に取り付け及び取り外しが可能な収容ケース１５を備えた電池パック１２であって、収容ケース１５の内部にはホルダ１４に収容された電池セル１３が設けられており、収容ケース１５には、端子挿入孔１７ａが設けられており、ホルダ１４の保持孔の開口部１４ｂを塞ぐ絶縁部材２１ａが設けられており、収容ケース１５の内部に異物が侵入しても、その異物が保持孔に入りにくくなっていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気機器本体に取り付け及び取り外しが可能な電池パック、及び電気機器本体と電池パックとを有する電気機器に関する。

従来、電気機器本体と、電気機器本体に取り付け及び取り外しが可能な電池パックとを備えた電気機器が知られており、その一例が特許文献１に記載されている。特許文献１には電気機器の一例として電動工具が記載されており、その電動工具は、ケーシングとグリップとを有する。ケーシング内に電動モータが設けられており、グリップの端部に板状の機器側端子が設けられている。特許文献１に記載された電池パックは、グリップに対して着脱可能に構成されている。電池パックは収容ケースを有しており、収容ケースは、電池セル群を収容するケース本体と、ケース本体の開口部を覆うカバーとを有する。

また、カバーは、複数の端子挿入孔及び挿入口を有する。電池セルの電極には、接続板及びリード線を介して回路基板が電気的に接続されている。回路基板には、複数の電池側端子が取り付けられている。また、回路基板上には保護カバーが取り付けられている。そして、電池パックをユニット化する工程では、電池セル群及び回路基板がケース本体に収容された後、カバーにより開口部が閉じられて、電池パックがユニット化される。電池パックがユニット化されると、複数の電池側端子は、複数の端子挿入孔にそれぞれ配置される。また、保護カバーは、回路基板と挿入口との間に配置される。

特許文献１に記載された電池パックは、充電器に連結して充電する際に、充電器の端子を保護する保護部材が挿入口に挿入される。これに対して、電池パックを充電器から取り外した状態でグリップに装着すると、機器側端子が端子挿入孔に挿入されて、機器側端子と電池側端子とが接続される。さらに、特許文献１に記載された電池パックは、開口部と回路基板との間に、保護カバーが設けられている。このため、電池パックが充電器に連結されておらず、かつ、電池パックがグリップに装着されていない状態では、開口部を通って釘等の異物が収容ケース内に侵入することを抑制できる。

特開２００８−６６１４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている電池パックは、カバーに端子挿入孔が形成されている。このため、収容ケースの外部の異物が、端子挿入孔を経由して収容ケースの内部に侵入する可能性があった。また、ケース本体とカバーとの接触部分の隙間を経由して、異物が収容ケースの内部に侵入する可能性があった。このように、収容ケースの内部に異物が侵入すると、電池セルの電極同士が短絡する可能性があった。

本発明の目的は、収容ケースの内部に異物が侵入したときに、電池セルの電極同士が短絡することを防止できる電池パック及び電気機器を提供することにある。

本発明の電池パックは、電極を有する電池セルを収容し、かつ、電気機器本体に取り付け及び取り外しが可能な収容ケースを備えた電池パックであって、前記収容ケースの内部に設けられ、かつ、前記電池セルを収容する保持部を有するホルダと、前記保持部を塞ぐ蓋部材とを有することを特徴とする。

本発明の一態様は、前記保持部は保持孔を含み、前記保持孔は開口部を有しており、前記電極は前記開口部に配置されていることを特徴とする。

本発明の他の態様は、前記電池セルが、円柱形状の胴部と、前記胴部の中心線に沿った方向の端部に設けられた前記電極とを有し、前記保持孔は円柱形状に構成されていることを特徴とする。

本発明の他の態様は、前記蓋部材と前記開口部の周縁との隙間を覆うシール部材が設けられていることを特徴とする。

本発明の他の態様は、前記ホルダには、前記電気機器本体に設けられた機器側端子に接続される電池側端子が設けられており、前記収容ケースは、前記収容ケースの内部と外部とに連通し、かつ、前記電池側端子が挿入される端子挿入孔を有することを特徴とする。

本発明の電気機器は、収容ケースに電池セルを収容した電池パックと、前記電池パックを取り付け及び取り外し可能な電気機器本体とを有する電気機器であって、前記電池パックは、本発明の電池パックの構成を有することを特徴とする。

本発明の電池パックによれば、電池セルが収容された保持部を蓋部材によりシールすることができる。したがって、電池セルの電極同士が短絡することを防止できる。

本発明の一態様によれば、電極が開口部に設けられているため、電極同士の短絡を一層防止し易くなる。

本発明の他の態様によれば、電池セルの胴部が保持孔に収容される。

本発明の他の態様によれば、開口部の周縁と蓋部材との隙間をシール部材によりシールすることができ、シール性が向上する。

本発明の更に他の態様によれば、端子挿入孔を経由して収容ケース内に異物が侵入しても、電極同士の短絡を防止できる。

本発明の電気機器によれば、電池セルが収容された保持部を蓋部材によりシールすることができる。したがって、電池セルの電極同士が短絡することを防止できる。

本発明の電気機器を示す斜視図である。 本発明の電池パックを示す分解斜視図である。 本発明の電池パックに収容されるホルダの断面図である。 本発明の電池パックに収容されるホルダの斜視図である。 本発明の電池パックに収容されるホルダの断面図である。 （Ａ）は図５のホルダに用いる絶縁部材の斜視図、（Ｂ）は図５のホルダに用いる絶縁部材の展開図である。

以下、本発明の電気機器及び電池パックの実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。本発明の電気機器は、電気機器本体及び電池パックを有しており、電池パックは、電気機器本体に対して取り付け及び取り外し可能である。図１は、電気機器の一例である電動工具３０の概略構成を示す。電動工具３０は、工具本体１０及び電池パック１２を有している。工具本体１０は、ケーシング１０ａとグリップ部１０ｂと装着部１０ｃとを備えている。ケーシング１０ａの内部には電動モータＭが収容されている。グリップ部１０ｂの一端にケーシング１０ａが接続され、グリップ部１０ｂの他端に装着部１０ｃが設けられている。装着部１０ｃには凹部１０ｄが形成されており、凹部１０ｄには複数の機器側端子１１が設けられている。グリップ部１０ｂの内部には、電動モータＭを制御する回路基板（図示せず）が設けられており、複数の機器側端子１１は回路基板に接続されている。

電池パック１２は、装着部１０ｃに対して取り付け及び取り外し（着脱）することができる。即ち、電動工具３０は、電動モータＭに電力を供給するコードが接続されていないコードレスタイプの工具である。なお、ケーシング１０ａは、先端工具２４を取り付け及び取り外しができるようになっている。先端工具２４は、電動モータＭから動力が伝達されると、軸線Ａを中心として回転運動または往復運動する。すなわち、電動工具３０は、ドリル、ドライバ、ハンマ、ハンマドリル、ハンマドライバを含む。以下、電池パック１２の実施形態を順次説明する。

（第１実施形態）
電池パック１２の第１実施形態を、図２及び図３に基づいて説明する。電池パック１２は、複数の電池セル１３及びホルダ１４及び収容ケース１５を有する。電池セル１３は、充電及び放電を繰り返し行うことのできる二次電池である。電池セル１３は、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、リチウムイオンポリマー電池セル、ニッケルカドミウム電池セル等を含む。電池セル１３は、円柱形状の胴部１３ａと、胴部１３ａの中心線Ｂに沿った方向の両端に設けた電極１３ｂとを有する。電池セル１３に設けられた２つの電極１３ｂは極性が異なる。すなわち、２つの電極１３ｂのうち、一方は陽極であり他方は陰極である。

ホルダ１４は、複数の電池セル１３を保持するものであり、ホルダ１４は、複数の電池セル１３を覆うインシュレータとしての役割を備えている。複数の電池セル１３は、電池セル１３群と称することも可能である。収容ケース１５は、複数の電池セル１３を保持したホルダ１４を収容する要素である。収容ケース１５は、ケース本体１６と、ケース本体１６の開口部１６ａを閉じるカバー１７とを有する。ホルダ１４及びケース本体１６及びカバー１７は、共に非導電性の材料により、それぞれ別々に構成されている。非導電性の材料は、樹脂材料を含む。

ホルダ１４は８個の保持孔１４ａを有する。８個の保持孔１４ａは、それぞれ円柱形状の空間である。ホルダ１４には、４個の保持孔１４ａを並べて１列とし、２列の保持孔１４ａ群が形成されている。各保持孔１４ａの中心線（図示せず）同士は互いに平行である。ホルダ１４は、８個の保持孔１４ａの中心線に沿った方向の両端にそれぞれ形成した開口部１４ｂ，１４ｃを有する。開口部１４ｂ，１４ｃは、８個の保持孔１４ａに共通である。ホルダ１４は、各保持孔１４ａにそれぞれ電池セル１３が挿入されて、８本の電池セル１３を保持している。さらに、開口部１４ｂまたは開口部１４ｃには、電池セル１３の温度を検知する温度センサ（図示せず）が設けられている。

また、ホルダ１４に保持された電池セル１３の電極１３ｂ同士は、それぞれ接続部材１８により接続されている。一方の開口部１４ｂに位置する８つの電極１３ｂは、４つの電極１３ｂを１組として１枚の接続部材１８により接続されている。具体的には、縦横で隣り合う４本の電池セル１３を１組として、２本の電池セルの陰極と、２本の電池セルの陽極とが、１枚の接続部材１８により直列に接続されている。これに対して、開口部１４ｃで、中央に位置する４つの電極１３ｂは、１枚の接続部材１８により直列に接続されている。４つの電極１３ｂは、陰極２つ及び陽極２つを含む。また、４つの電極１３ｂの両側に位置する電池セル１３の電極１３ｂは、陰極同士が１枚の接続部材１８により接続され、陽極同士が１枚の接続部材１８により接続されている。本実施形態において、電極１３ｂ同士を電気的に接続する接続部材１８は、導電性を有する金属材料により構成されている。この金属材料は、銅、アルミニウム等の他、圧延鋼板の表面にニッケルメッキが施された材料を含む。また、接続部材１８は、プレート形状であることが好ましい。

さらに、ホルダ１４には回路基板１９が固定されている。回路基板１９は非導電性の樹脂材料により構成されており、回路基板１９には複数の電池側端子２０が取り付けられている。複数の電池側端子２０は導電性の金属材料により構成されている。複数の電池側端子２０は、それぞれ電気回路に接続されている。また、複数の電池側端子２０は、回路基板１９の表面から突出して延ばされている。さらに、開口部１４ｂ側に設けた接続部材１８は、導電性のリード線２２を介して回路基板１９に接続されている。また、開口部１４ｃに設けた接続部材１８は、リード線（図示せず）を介して回路基板１９に接続されている。回路基板１９には電気回路（図示せず）が形成されており、電気回路は複数の電池側端子２０に接続されている。陰極同士を接続した接続部材１８は、電池側端子（陰極）２０へ接続され、陽極同士を接続した接続部材１８は、電池側端子（陽極）２０へ接続されている。なお、温度センサは回路基板１９に接続されている。

さらに、ホルダ１４における開口部１４ｂは、絶縁部材２１ａにより別々に覆われている。絶縁部材２１ａはプレート形状を有する。絶縁部材２１ａの外周形状は、開口部１４ｂを形成するホルダ１４の縁に沿う形状である。絶縁部材２１ａは、電気絶縁機能、防水機能、防塵機能のうち、少なくとも１つの機能を有する材料により構成されている。絶縁部材２１ａを構成する材料には、樹脂フィルムを基材とする絶縁テープまたは絶縁シート、ゴム状弾性体、表面に樹脂材料からなる絶縁層を形成した金属板等が含まれる。絶縁部材２１ａは、ホルダ１４に固定されている。

また、ホルダ１４と絶縁部材２１ａとの間に、リード線２２の一部を配置する窓部Ｓが形成されている。さらに、窓部Ｓを含む領域を覆うシール部材２３が設けられている。シール部材２３は、絶縁部材２１ａの外周の一部、及び開口部１４ｂの周縁を覆うように設けられている。シール部材２３は、電極１３ｂ同士の短絡を防止する役割の他、電極１３ｂを泥、水、塵埃等の異物から保護する保護部材である。このシール部材２３を構成する材料は、シリコン、ウレタン、粘土等を含む。ウレタンは、カルボニル基を介してアミノ基とアルコール基が脱水縮合した化合物である。なお、ウレタンは、ウェルカルバミン酸エチルやポリウレタン（ウレタン樹脂）等のように、慣用的にウレタンと呼ばれているものも含む。

さらに、開口部１４ｃは絶縁部材２１ｂにより塞がれている。図３において、開口部１４ｂを塞ぐ絶縁部材２１ａと、開口部１４ｃを覆う絶縁部材２１ｂとが、物理的に別部材で構成されている。さらに、開口部１４ｃにも、前記窓部Ｓと同様に窓部が形成されているが、図２では、その窓部は省略されている。さらに、開口部１４ｃ側に形成された窓部も、シール部材（図示せず）により覆われている。このシール部材は、シール部材２３と同じ材質、同じ機能を有する。なお、シール部材２３は、ホルダ１４の表面のうち、回路基板１９以外の全域を覆うように設けることもできる。

前記ケース本体１６は、底板（図示せず）と、底板の外周縁に連続して形成された側板１６ｂとを有している。側板１６ｂには、ケース本体１６の内部と外部とを連通する通気口１６ｃが設けられている。ケース本体１６の内部には、複数の電池セル１３を保持したホルダ１４が収容される。一方、カバー１７には複数の端子挿入孔１７ａが設けられている。複数の端子挿入孔１７ａはスリット状に形成されている。そして、ケース本体１６の内部に、複数の電池セル１３を保持したホルダ１４を入れて、かつ、カバー１７によりケース本体１６の開口部１６ａを覆うと、複数の端子挿入孔１７ａに複数の電池側端子２０が挿入される。さらに、カバー１７には収容ケース１５の内部と外部とを連通する通気口１７ｂが設けられている。

次に、電池パック１２を工具本体１０の装着部１０ｃに取り付ける作業を説明する。図１のように、電池パック１２と工具本体１０とを相対移動させて近づけると、電池パック１２を装着部１０ｃに取り付けることができる。本実施形態の電池パック１２は、先端工具２４の軸線Ａに沿った方向に移動して装着部１０ｃに取り付けられる。そのために、装着部１０ｃ及びカバー１７には、ガイドレール、ガイド溝等が設けられているが、図示を省略する。

電池パック１２を装着部１０ｃに取り付けると、複数の電池側端子２０と複数の機器側端子１１とが、それぞれ別個に接続される。なお、工具本体１０の装着部１０ｃに電池パック１２が取り付けられている状態で、電池パック１２と工具本体１０とを前記とは逆方向に相対移動すると、電池パック１２を装着部１０ｃから取り外すことができる。

一方、電池パック１２は充電器（図示せず）に取り付けることもできる。充電器は、交流電源の電力を電池セル１３に充電する機器である。また、充電器は、冷却ファン（図示せず）を有している。電池パック１２を充電器に取り付けて、冷却ファンを回転すると、冷却ファンにより形成された風は、通気口１７ｂを経由して収容ケース１５の内部に進入し、次いで通気口１６ｃから排出される。したがって、電池パック１２は、電池セル１３への充電時に、収容ケース１５の内部が冷却される。

電池パック１２は、工具本体１０に取り付けた状態、または工具本体１０から取り外した状態のいずれにおいても、収容ケース１５の外部の異物が、ケース本体１６とカバー１７との隙間、通気口１６ｃ，１７ｂ、端子挿入孔１７ａのうち、少なくとも１箇所から、収容ケース１５の内部に侵入する可能性がある。異物には、水、塵埃、泥等が含まれる。電動工具３０はコードレスタイプであるため、電動工具３０は、場所を選ばず使用可能である。つまり、電動工具３０は、建築物の解体作業現場などのように、粉塵まみれの環境、雨天時等、劣悪な環境で使用されることが多い。

本実施形態の電池パック１２は、ホルダ１４の開口部１４ｂが絶縁部材２１ａにより塞がれている。また、開口部１４ｃが絶縁部材２１ｂにより塞がれており、シール性が確保されている。したがって、電池パック１２は、外部の異物が収容ケース１５の内部に侵入したとしても、電極１３ｂ同士が短絡することを抑制できる。本実施形態における短絡は、同じ極性の電極１３ｂ同士の短絡、異なる極性の電極１３ｂ同士の短絡を含む。また、窓部をシール部材により覆っているため、シール性が一層向上している。したがって、電池パック１２は、収容ケース１５の内部に水が侵入したとしても、電極１３ｂ同士の短絡、腐食を抑制できる。したがって、電池セル１３の性能に影響を与える被害を受けることがなく、電池セル１３の耐久性を向上することができる。

（第２実施形態）
次に、図２の電池パック１２のホルダ１４をシールする構造の他の実施形態を、図４〜図６に基づいて説明する。図４〜図６において、図２及び図３と同じ構成部分については、図２及び図３と同じ符号を付してある。ホルダ１４の開口部１４ｂ，１４ｃは、単一の絶縁部材２１により覆われている。絶縁部材２１は、ホルダ１４の周囲を取り囲むように設けられている。絶縁部材２１は、２つの幅広部２１ｃ，２１ｄと、幅広部２１ｃ，２１ｄ同士を接続する接続部２１ｅとを有する。つまり、絶縁部材２１は環状（無端状）に形成されている。また、接続部２１ｅは、幅広部２１ｃ，２１ｄよりも幅が狭い。幅広部２１ｃは開口部１４ｂを覆う形状を有し、幅広部２１ｄは開口部１４ｃを覆う形状を有する。絶縁部材２１を構成する材料及び機能は、絶縁部材２１ａ，２１ｂと同じである。

環状の絶縁部材２１を形成する構造は、図６（Ａ）のように、全体が環状（無端状）に形成されている構造と、図６（Ｂ）のように、接続部２１ｅの一部が切れている構造とを含む。接続部２１ｅの一部が切れている絶縁部材２１は、ホルダ１４に巻き付けられてから、接続部２１ｅの端部同士を接着して固定されている。接続部２１ｅの端部同士は、重なっていてもよい。絶縁部材２１を取り付けたホルダ１４を、電池パック１２に収容すると、その電池パック１２は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

ここで、本実施形態で説明した構成と、本発明の構成との対応関係を説明すると、電動工具３０が、本発明の電気機器に相当し、工具本体１０が、本発明の電気機器本体に相当し、絶縁部材２１，２１ａ，２１ｂが、本発明の蓋部材に相当し、保持孔１４ａが、本発明の保持部に相当する。

本発明の電池パックは、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図２及び図３において、絶縁部材２１ａ，２１ｂの形状は、絶縁部材２１ａ，２１ｂとホルダ１４との間に窓部Ｓが形成されない形状としてもよい。さらに、図２に示す絶縁部材２１ａ，２１ｂの外周縁の全体に、シール部材２３を設けることもできる。さらにまた、図５に示す絶縁部材２１の外周縁と、開口部１４ｂ，１４ｃを形成するホルダ１４の周縁との間に形成される隙間を、シール部材で埋めることもできる。さらにまた、図５に示す絶縁部材２１の外周縁と、開口部１４ｂ，１４ｃを形成するホルダ１４の周縁との間に、図２と同様に窓部を形成することもできる。さらにまた、図３及び図５に示すホルダ１４は、保持孔１４ａの両側に、２つの開口部１４ｂ，１４ｃを有する。これに対して、ホルダは、保持孔の中心線の一方にのみ開口部を有し、他方は塞がれている構造でもよい。すなわち、本発明の保持部は、凹部を含む。

さらにまた、接続部材１８と電気回路とを電気的に接続する構造は、前述したリード線２２の他に、接続部材１８の一部を延長して電気回路と直接接続する構造を含む。また、本発明の電池パック１２は、先端工具２４の軸線Ａに沿った方向に移動して装着部１０ｃに取り付けられる構造、先端工具２４の軸線Ａと交差する方向に移動して装着部１０ｃに取り付けられる構造を含む。さらに、本発明におけるホルダは、電池セルを８本未満収容する構造、または電池セルを９本以上収容する構造を含む。

本発明の電池パックが取り付け及び取り外しされる電気機器は、前述した電動工具の他、グラインダ（研削工具）、サンダ（研磨工具）、釘打ち機、ねじ打ち機、タッカ、集塵機（クリーナ）、送風機（ファン、ブロワ）、ポンプ、高圧洗浄機、チェンソー（切断工具）、園芸工具（草刈機、植木バリカン）、耕耘機等を含む。すなわち、本発明の電気機器は、電池パックの電力で電動モータを回転させ、その回転運動を動作部材の往復運動または回転運動の少なくとも一方に変換する機器を含む。また、本発明の電気機器は、トーチライト（懐中電灯）等を含む。すなわち、本発明の電気機器は、電池パックから供給される電気エネルギを光エネルギに変換する照明機器を含む。

１０ 工具本体
１２ 電池パック
１３ 電池セル
１３ｂ 電極
１４ ホルダ
１４ａ 保持孔
１５ 収容ケース
２１ａ 絶縁部材

Claims (6)

1. 電極を有する電池セルを収容し、かつ、電気機器本体に取り付け及び取り外しが可能な収容ケースを備えた電池パックであって、
   前記収容ケースの内部に設けられ、かつ、前記電池セルを収容する保持部を有するホルダと、
   前記保持部を塞ぐ蓋部材とを有することを特徴とする電池パック。
2. 前記保持部は保持孔を含み、前記保持孔は開口部を有しており、前記電極は前記開口部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記電池セルが、円柱形状の胴部と、前記胴部の中心線に沿った方向の端部に設けられた前記電極とを有し、前記保持孔は円柱形状に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
4. 前記蓋部材と前記開口部の周縁との隙間を覆うシール部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池パック。
5. 前記ホルダには、前記電気機器本体に設けられた機器側端子に接続される電池側端子が設けられており、
   前記収容ケースは、前記収容ケースの内部と外部とに連通し、かつ、前記電池側端子が挿入される端子挿入孔を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電池パック。
6. 収容ケースに電池セルを収容した電池パックと、前記電池パックを取り付け及び取り外し可能な電気機器本体とを有する電気機器であって、
   前記電池パックは、請求項１〜５のいずれかに記載された構成を有することを特徴とする電気機器。

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