JP2014529160A - 手持ち式動力工具及び手持ち式動力工具用のバッテリパック - Google Patents

Abstract

手持ち式動力工具（１０；７０；９０）に取り付けられ、それを駆動するように適合されたバッテリパック（３０）は、少なくとも３００ワットの公称出力を有する複数の直列に接続されたバッテリセル（５０）を備える。バッテリパック（３０）は、２７５グラム未満の重量と、少なくとも１１００ワット／キログラムの公称出力／重量比とを有する。動力工具システム又はキットは、こうしたバッテリパック（３０）と、６００ワット以上の公称出力を有するバッテリパック（１３０）で動作するように適合された手持ち式バッテリ式工具（１０；７０；９０）とを備える。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年７月２４日に出願された米国仮特許出願第６１／５１１，０８８号明細書に対する優先権を主張し、その内容は参照により完全に本明細書に組み込まれる。

本発明は、概して、手持ち式動力工具及びこうした動力工具を駆動するために利用されるバッテリパックの分野に関する。

米国特許第７，２７３，１５９号明細書は、コードレス動力工具システムを開示する。このシステムは、少なくとも４７５ワットの最大出力（最大ワット出力（ｍａｘｉｍｕｍ ｗａｔｔｓ ｏｕｔ）、すなわち「ＭＷＯ」）を出力するように構成され、かつ、少なくとも７０ワット／ポンド（Ｗ／ｌｂ）、すなわち約１５４ワット／キログラムの最大出力／重量比を有する。

本出願の譲受人／出願人である日本国安城市の株式会社マキタは、以前より、公称出力が少なくとも３００ワットであり重量が約３８０グラムである手持ち式動力工具用の１８Ｖバッテリパックを販売している。従って、こうした既知のバッテリパック自体の公称出力／重量比は、少なくとも約７９０ワット／キログラムである。

米国特許出願公開第２００３／０２０３６６９Ａ１号明細書は、サイズの異なる複数のバッテリパックを含む、手持ち式動力工具用のバッテリパックシステムを開示する。各々のバッテリパックでは、係合及び接続のための構成要素が、同じように配置されている。これらのサイズの異なるバッテリパックは、同じ公称電流又は定格電流を出力する一方で、電力／エネルギーの蓄積量が互いに異なるように設計されている。

手持ち式動力工具の分野では、多くのユーザが、異なるエネルギー出力を必要とする様々な動力工具の作業を最適に行うために、少なくとも２組の動力工具及びバッテリパックを必要としている。

例えば、手持ち式動力工具を使用するいくつかの場面では、その動力工具による作業を実施するために、比較的に大量の電力／エネルギーが必要とされることがある。このような状況では、第１組の動力工具及びバッテリパックが使用される。第１組のバッテリパックは、通常、少なくとも６００ワットといった、比較的に大電力（ＭＷＯ）を出力することができる。第１組の動力工具、特に、その電気モータ及び／又は制御電子回路は、こうした大型電源を安全に利用し得る設計となっており、それによって、動力工具又はバッテリパックに損傷を与えることなく、高負荷（高出力）の作業を実施することができる。但し、第１組の動力工具及びバッテリパックは、比較的に重量があることから、動力工具を使用する作業時に、動力工具システムを負担のかかる位置で保持する必要があると、ユーザを短時間で疲労させてしまうことがある。

それに対して、ユーザは、比較的に低負荷（低出力）である動力工具の作業を、長時間に亘って行う予定であれば、通常、全体の重量がずっと軽量である第２組の手持ち式動力工具及びバッテリパックを好適に使用することができる。低負荷、低出力の作業の多くは、約３００ワット以上を出力し得るバッテリパックを用いれば、十分に実施することができる。必要とされる出力が低くなるほど、長時間の使用でも負担が軽くて疲れないような、より軽量の動力工具／バッテリパックシステムを実現することができる。

背景技術において上述したように、第２状況（低出力）で使用されるような、３８０グラムの重量で３００ワットの出力を有するバッテリパックが知られているが、例えば人間工学的な改良を含む、さらなる改良が望まれている。

本教示の一つの目的は、改良されたバッテリパック及び／又は手持ち式動力工具システムを提供することであり、好ましくは、それによって従来技術の上述した問題のうちの一又は複数を解消することである。

従って、本教示の一態様において、少なくとも３００ワットの公称出力と、２７５グラム未満、より好ましくは２５０グラム以下の重量とを有するバッテリパックが開示される。こうしたバッテリパックは、好ましくは、少なくとも１１００ワット／キログラム、より好ましくは、少なくとも１２００ワット／キログラムの公称出力／重量比を有するとよい。

本教示のこの態様によるバッテリパックは、重量を大幅に低減し、従ってユーザの疲労を効果的に低減しつつ、多くの低負荷の動力工具の作業において十分な出力を提供することができる。

好ましくは、バッテリパックはさらに、少なくとも２０ボルト、好ましくは約２１ボルト〜３０ボルト、より好ましくは２５ボルトから２６ボルトの間の公称出力電圧又は定格出力電圧を有し、複数の、例えば８個以下のリチウム系バッテリセルを備えることができる。リチウムイオンバッテリセルが現時点では好ましい。

加えて、又は代えて、バッテリパックは、少なくとも３００ワットの公称出力と、少なくとも１１００ワット／キログラムの公称出力／重量比とを有してもよい。加えて、又は代えて、バッテリパックは、少なくとも３５０ワットの公称出力と、少なくとも１１７０ワット／キログラムの公称出力／重量比とを有してもよい。加えて、又は代えて、バッテリパックは、少なくとも３７０ワットの公称出力と、少なくとも１２３０ワット／キログラムの公称出力／重量比とを有してもよい。

加えて、又は代えて、バッテリパックは、少なくとも３００ワットの公称出力と、２５０グラム未満の重量とを有してもよい。このようなバッテリパックは、少なくとも１２００ワット／キログラムの公称出力／重量比を有する。

加えて、又は代えて、バッテリパックは、少なくとも３３０ワットの公称出力と、少なくとも１３２０ワット／キログラムの公称出力／重量比とを有してもよい。加えて、又は代えて、バッテリパックは、少なくとも３５０ワットの公称出力と、少なくとも１４００ワット／キログラムの公称出力／重量比とを有してもよい。加えて、又は代えて、バッテリパックは、少なくとも３７０ワットの公称出力と、少なくとも１５００ワット／キログラムの公称出力／重量比とを有してもよい。

加えて、又は代えて、バッテリパックは、２３５グラム未満の重量を有し、少なくとも１２７５ワット／キログラムの公称出力／重量比を有してもよい。加えて、又は代えて、バッテリパックは、２２０グラム未満の重量を有し、少なくとも１３６０ワット／キログラムの公称出力／重量比を有してもよい。

加えて、又は代えて、バッテリパックは、６個、７個又は８個の直列に接続されたリチウム系（Ｌｉ系）バッテリセルを備えることができる。各々のバッテリセルは、３．６Ｖ〜３．７Ｖの公称電圧と約２０グラム以下の重量とを有するとよく、例えば、リチウム（Ｌｉ）イオンバッテリセルであるとよい。このようなバッテリセルを選択することにより、それぞれ、２１．６Ｖ／１２０ｇ、２５．２Ｖ／１４０ｇ、２８．８Ｖ／１６０ｇという出力電圧／重量の組み合わせを実現することができる。各セルの重量は、好ましくは、約１８グラム、それ以下、又は１７グラムとするとよく、それにより、電圧／重量比を増大させることができる。一般に、バッテリパックの残りの構成要素（例えば、プラスチック製の外殻、コネクタ、制御電子回路、パッキング、リード等）は、約１００ｇ〜２００ｇ、例えば１５０ｇ〜１９０ｇとなり得るが、好ましくは、１００ｇ〜１５０ｇ、例えば１００〜１２０ｇまで低減するとよく、それにより、本教示の一態様によるバッテリパックが可能になる。こうしたバッテリセルは、好ましくは、全体的な寸法が比較的に小型であるとよく、例えば、約１４ｍｍ以下の直径と、約５０ｍｍ以下の長さを有するとよい。このように、本教示は、軽量バッテリパックの提供に加えて、小型バッテリパックの実現も可能とする。

本明細書ではさらに、上述の又は後述する教示に係るバッテリパックと、少なくとも６００ワット、例えば７００ワット超え、又は８００ワット超えの公称出力を有するバッテリパックが接続されたときに安全に動作するように構成された手持ち式バッテリ式動力工具とを備える、手持ち式動力工具システム又はキットについても開示される。

手持ち式動力工具システム又はキットはまた、好ましくは、少なくとも６００ワット、例えば７００ワット超え、又は８００ワットを超えの出力を有する第２バッテリパックを備えることも可能である。本教示のこの態様によると、ユーザには、単一の動力工具であって、第１軽量バッテリを使用すれば、疲労を効果的に最小限に留めながら、低出力で動作させることができ、より高出力である第２バッテリパックを使用すれば、より高出力で動作させることができる動力工具が提供され、それにより、ユーザは、単一の動力工具を用いて、広範囲の動力工具の作業を実施することが可能となる。

本教示で記載されるすべての出力（ワット）値は、単に一時的であっても、公称出力値又は定格出力値を包含するものである。本教示のいくつかの実施形態では、バッテリパックの最大持続出力は、表示された公称値又は定格値を下回ることもある。

例えば、本教示で使用する公称出力値又は定格出力値（Ｗｎｏｍ）は、以下の式によって計算することができる。
Ｗｎｏｍ＝｛（Ｖｍｉｄ−Ｖｍｉｎ）／Ｒｂａｔｔ｝×Ｖｍｉｎ
ここで、Ｗｎｏｍ［Ｗ］は公称出力であり、Ｖｍｉｄ［Ｖ］は５０％の充電状態（ＳＯＣ）でのバッテリ開放電圧（ＯＣＶ）であり（Ｌｉ−イオンバッテリの場合、通常、Ｖｍｉｄは約３．７Ｖ／セルとなる）、Ｖｍｉｎ［Ｖ］は、通常動作中のバッテリセルの最低許容電圧又は最小許容電圧であり（Ｌｉ−イオンバッテリの場合、通常、Ｖｍｉｎは約３．０Ｖ／セルとなる）、Ｒｂａｔｔ［オーム］はバッテリ温度が２５℃のときのバッテリセルのインピーダンスである。

一般に、残存バッテリ容量（すなわちバッテリ放電状態）がゼロに近づくと、バッテリセルの電圧は急速に降下又は低下する。

Ｒｂａｔｔの値を、以下の手順に従って測定することができる。
（１）１０秒間、５Ａの電流でバッテリセルを放電し、
（２）５Ａの放電電流で１．０秒の間、バッテリ電圧（＝Ｖ０）を測定し、
（３）放電電流を５．０秒間の間に１５Ａまで徐々に増大させ、
（４）１５Ａの放電電流で５．０秒の間、バッテリ電圧（＝Ｖ１）を測定し、
（５）ｄＶ／ｄＩ＝（Ｖ０−Ｖ１）／１０アンペアの式で、Ｒｂａｔｔを計算する。

本発明のさらなる目的、利点、特徴、実施形態及び詳細は、添付の図面を考慮しながら、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を読むことにより、当業者によって容易に理解されよう。

図１Ａ及び図１Ｂは、コードレス手持ち式インパクトドライバを、それぞれ軽量バッテリパックが取り付けられた状態及び取り外された状態で示す。

図２Ａは、図１Ａ及び図１Ｂの軽量バッテリパックを拡大して示す。

図２Ｂは、図２Ａのバッテリパックを組立分解図で示す。

図３Ａ及び図３Ｂは、図１Ａ及び図１Ｂのインパクトドライバを、それぞれ高出力バッテリパックが取り付けられた状態及び取り外された状態で示す。

図４Ａは、図３Ａ及び図３Ｂの高出力バッテリパックを拡大して示す。

図４Ｂは、図４Ａの高出力バッテリパックを組立分解図で示す。

図５Ａ及び図５Ｂは、コードレス手持ち式サーキュラソーを、それぞれ軽量バッテリパックが取り付けられた状態及び取り外された状態で示す。

図６Ａ及び図６Ｂは、コードレス手持ち式ドライバードリルを、それぞれ軽量バッテリパックが取り付けられた状態及び取り外された状態で示す。

図７Ａ及び図７Ｂは、図６Ａ及び図６Ｂのドライバードリルを、それぞれ高出力バッテリパックが取り付けられた状態及び取り外された状態で示す。

以下、本発明の代表的で非限定的な実施例について詳細に説明する。この詳細な説明は、単に、本教示の好ましい態様を実施するためのさらなる詳細を、当業者に教示するためのものであって、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。さらに、以上及び以下に開示する付加的な特徴及び教示の各々を、個別に又は他の特徴及び教示と組み合わせて利用することで、改良されたバッテリパック、動力工具及び動力工具システム、並びにそれらの製造及び使用する方法が提供される。

さらに、以下の詳細な説明に開示する特徴及びステップの組合せは、本発明を最も広い意味で実施するという観点では、必ずしも必要なものではなく、単に、本発明の代表的な実施例を詳細に説明するために教示されたものである。さらに、後述する代表的な例のさまざまな特徴は、後の様々な独立請求項及び従属請求項と同様に、具体的にかつ明示的に列挙されていない態様で組み合わせることが可能であり、それによって、本教示に係る有用な実施形態をさらに実現することができる。

本明細書及び／又は特許請求の範囲に開示されたすべての特徴は、請求項に記載の主題を限定するためだけでなく、実施形態及び／又は請求項における特徴の特定の組合せとは無関係に、本来の書面による開示を目的として、それぞれ個別に独立して開示されることを意図したものである。さらに、すべての数値範囲又は集合体の表示についても、請求項に記載の主題を限定するためだけでなく、本来の書面による開示の目的のために、すべての取り得る中間の値又は中間の実体を開示することを意図したものである。

図１Ａ及び図１Ｂは、本教示による軽量バッテリパック３０とともに代表的な手持ち式コードレスインパクトドライバ１０を示す。インパクトドライバ１０は、概して、ねじビット（図示せず）といった、回転式工具を保持する工具チャック１２と、歯車伝達機構及びモータハウジング１４と、ハウジング１４内に配置された電気モータ（図示せず）を手動で作動させるトリガ又はスイッチ１６と、ハンドグリップ１８と、バッテリホルダ２０とを備えている。電気モータは、減速歯車伝達機構（図示せず）を介して、回転式工具を駆動することができる。

図１Ｂを参照すると、バッテリパック３０は、概して、外殻又は外側ケーシング３２と、バッテリホルダ２０に設けられた対応するレール（図示せず）と摺動可能に係合するスライドレール３４と、バッテリホルダ２０とバッテリパック３０とを係止及びその係止を解除するラッチ３６とを備えている。本教示は、バッテリパック３０及び／又はバッテリホルダ２０の（着脱可能な）物理的な係合構造及び電気的な接続構造について、特定の幾何学的形状又は構成に限定されない。

ここで、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、バッテリパック３０をさらに詳細に説明する。外側ケーシング３２は、概して、ねじ３３によって上部シェル３２Ｂに接合された下部シェル３２Ａを備えることができる。上部シェル３２Ｂは、本技術分野において周知であるように、バッテリホルダ２０又はバッテリ充電器（図示せず）を係合させるために、及び／又は、バッテリパック３０の動作のために、さまざまな構造を有している。

回路基板４０には、複数のバッテリ端子３８（１つのみ数字が付されている）が設けられている。回路基板４０は、任意の付加的事項であるが、隔離板としても作用することができる。本技術分野において周知であるように、回路基板４０には、さまざまな電気部品を設けることができるが、簡単化のために、こうした電気部品の図示は省略されている。

バッテリ端子３８は、バッテリホルダ２０に配置された対応するバッテリ端子（図示せず）と接触するために、スライドレール３４に画定された溝４１内に配置されている。コントローラポート用の溝４２を設けることにより、工具１０に配置された少なくとも１つのマイクロプロセッサ及びメモリ／記憶装置を含む第１コントローラ又はＣＰＵ（図示せず）と、バッテリパック３０に配置された少なくとも１つのマイクロプロセッサ及びメモリ／記憶装置を含む第２コントローラ又はＣＰＵ（図示せず）との間の通信を可能にすることができる。空気口４４は、充電中及び／又は放電（例えば動力工具１０の動作）中に、バッテリパック３０の内部を冷却するために、バッテリパック３０内へ空気を導入することができる。

バッテリパック３０は、複数の導体（金属リード）５２を介して直列に接続された複数のバッテリパック５０をさらに備えている。好ましくは、６個、７個又は８個のリチウムイオンバッテリセル（公称電圧：各々３．６Ｖ〜３．７Ｖ）が直列に接続されており、バッテリパック３０の公称出力電圧が、それぞれ約２１．６Ｖ〜２２．２Ｖ、２５．２Ｖ〜２５．９Ｖ及び２８．８Ｖ〜２９．６Ｖであるとよい。

リチウム金属酸化物セルの公称電圧は、概して、約３．６Ｖ〜３．７Ｖの範囲内で変化し得る。本明細書では簡単化のために総じて３．６Ｖの値を使用しているが、実際には３．６Ｖから小さく変動する可能性があり、それが本明細書における計算のいくつかに影響を与えることは、明らかである。リチウム系バッテリセルが利用されるか、又は別のバッテリ用化学材料が用いられるかにかかわらず、計算に用いられる実際の値は、バッテリセルの実際の電圧に基づくべきである。

好適な出力／重量比を達成するために、比較的に細いバッテリセル５０を使用することが好ましい。こうしたバッテリセル５０は、好ましくは、直径が約１４ｍｍ以下、長さが約５０ｍｍ以下、単位重量が約２０ｇ以下であるとよい。簡単にするために、こうしたバッテリセルを「１４５００タイプ」のバッテリセルと呼ぶことがある。

例えば、７個のこうしたバッテリセルが直列に接続される場合、バッテリパック３０は、約１５アンペアの公称最大電流出力と、約２５．２Ｖ〜２５．９Ｖの公称出力電圧と、３００ワットを超える（実際には最大約３７５ワット）公称出力と、約０．６アンペア時の容量と、３００グラム未満、より好ましくは２８０グラム未満、さらに好ましくは２５０グラム未満の重量とを有する。

こうした比較的に細いバッテリセル５０は、さらなる利点、即ち、高い表面積／体積比を提供することができる。これにより、一般に動力工具のバッテリパックに利用されるバッテリセル（１８６５０型のバッテリセルなど）と比較して、充電及び放電（工具１０の使用）中における熱放散が大きくなる。それによって、バッテリセル５０がより低温に維持されることから、バッテリを冷却するための時間をほとんど又はまったく不要とすることができ、及び／又は、バッテリの過熱が回避されることで、バッテリの耐用寿命を長くすることができる。一般に、こうしたバッテリセル５０は、使用中における温度が、充電前に冷却が必要となるような加熱温度に達しない。従って、バッテリパックが冷却するのを待つことなく、充電を頻繁にかつ迅速に行うことができる。

特に、１４ｍｍの直径（φ）と、５０ｍｍの長さを有するバッテリセルは、表面積（２５０６ｍｍ^２）／体積（７６９３ｍｍ^３）比の値が、約０．３３となる。概して、本教示で利用されるバッテリセルは、体積に対する表面積の比が、少なくとも０．３０であることが好ましい。

本教示の別の態様では、バッテリセル５０は、好ましくは、５０ミリオーム以下、より好ましくは４５ミリオーム以下、さらにより好ましくは４０ミリオーム以下、の内部抵抗（Ｒｂａｔｔ）を有するとよい。

ここで、図３及び図４を利用して、本教示の別の態様について説明する。図３Ａ及び図３Ｂに示す動力工具システムにおいても、同じインパクトドライバ１０が利用されている。従って、インパクトドライバ１０についての説明は不要であるとする。

しかしながら、図３Ａでは、大型・高出力のバッテリパック１３０が、インパクトドライバ１０に取り付けられており、より高い公称電力、好ましくは、少なくとも６００ワットを出力するように構成されている。大型のバッテリパック１３０のすべての構成要素は、概して、図２Ｂに示すバッテリパック３０の対応する構成要素に対応することから、同一の構成要素についてさらに説明する必要はない。代わりに、同一の又は対応する構成要素に係る説明は、本実施形態の説明にも組み込まれるものとする。

図１及び図２に示す軽量バッテリパック３０と比較して、高出力バッテリパック１３０は、一つの重要な態様において相違し、即ち、図４Ｂに示すように、大型のバッテリセル１５０が利用されている。この実施形態では、６個〜８個、好ましくは７個のバッテリセル１５０が直列に接続されており、約２５．２Ｖ〜２５．９Ｖの公称出力電圧と、３０アンペア以上の公称最大（ピーク）出力電流を有している。１８６５０型のバッテリセルは、例えば日本の大阪にある三洋電機株式会社、三洋電子部品株式会社又は他のさまざまなバッテリ製造業者から入手可能であり、高出力バッテリパック１３０に有効に採用することができ、こうしたバッテリセル１５０は、１８ｍｍの直径と６５ｍｍの長さとを有している。

比較として、１８６５０タイプのバッテリセルは、表面積（４１８３ｍｍ^２）／体積（１６５３２ｍｍ^３）比が約０．２５である。こうしたバッテリセルは、充電中におけるバッテリセルの損傷を回避するために、使用後及び充電前に冷却が必要となることがある。

従って、本教示のさらなる態様として、動力工具１０、第１軽量バッテリパック３０及び第２高出力バッテリパック１３０を備えるキット又は動力工具システムが提供される。第１軽量バッテリパック３０において直列に接続されたセルの数と、第２高出力バッテリパック１３０において直列に接続されたセルの数とが互いに同じであって、第１軽量バッテリパック３０の公称電圧と、第２高出力バッテリパック１３０の公称電圧とが、互いに等しいことが好ましい。このキット又はシステムによると、ユーザは、基本的に同じタイプの動力工具の作業を一定の範囲で行うために、サイズ又は設計が異なる二つの動力工具を購入する必要がなく、有利である。さらに、ユーザは、比較的に低出力の作業を行うときは、動力工具１０に軽量バッテリパック３０を取り付けることで、自己の疲労を最小限にしながら、動力工具の作業を行うことができる。一方、ユーザは、高出力（高負荷）な動力工具の作業が必要であるときは、本教示に従って、同じ動力工具１０をそのまま使用しながら、軽量バッテリパック３０を高出力バッテリパック１３０と交換することができ、それによって作業コストを最小化することができる。

本教示のさらなる好ましい態様では、二つのバッテリパック３０、１３０が、公称出力（ワット数）が異なる一方で、例えば２１Ｖ〜３０Ｖの間において、同じ公称出力電圧を有することができる。この特徴によると、両バッテリパック３０、１３０を充電するために、同じ充電器又は充電システムを使用することができ、さらに、工具１０は、いずれのバッテリパック３０、１３０によっても、概して同じ速度（例えば回転速度）で動作するとことができ、有利である。その一方で、高出力バッテリパック１３０は、より高い電流値を出力することができるので、高出力バッテリパック１３０を使用することによって、工具１０をより高出力トルクで動作させることができる。

こうしたキット又はシステムは、同じ公称電流を出力するためにサイズが異なるバッテリパックを必要とする米国特許出願公開第２００３／０２０３６６９Ａ１号に開示された既知のシステムと比較して、明確な利点をもたらす。なぜなら、低出力のバッテリパックを使用すると、工具の回転速度が低速になることから、動力工具の作業が想定外に遅くなってしまうためである。一般に、電気モータの回転速度は、電気モータに供給される電圧によって決まり、電気モータのトルクは、電気モータに供給される電流によって決まる。他の手法として、こうした既知の設計では、バッテリ電圧に関らず同じ回転速度を実現するために、追加の可変動力伝達機構を動力工具に組み込む必要があり、それにより、工具の重量が想定外に増大することがある。

本教示の内容は、インパクトドライバ１０に限定されず、様々な手持ち式のコードレスバッテリ式工具で有効に利用することができる。例えば、図５Ａ及び図５Ｂは、手持ち式のコードレス（バッテリ式）サーキュラソー７０を、上述した軽量バッテリパック３０が取り付けられた状態及び取り外された状態でそれぞれ示す。サーキュラソー７０は、概して、サーキュラソーブレード７２と、歯車伝達機構及びモータハウジング７４と、ハウジング７４内に配置された電気モータ（図示せず）を手動で作動させるトリガ又はスイッチ７６と、ハンドグリップ７８と、バッテリホルダ８０とを備えている。電気モータは、例えば、減速歯車伝達機構（図示せず）を介してサーキュラソー７０を駆動する。

図示しないが、サーキュラソー７０はまた、高負荷な切断作業においては、高出力バッテリパック１３０を利用するように設計されている。

同様に、図６及び図７は、上述したバッテリパック３０、１３０の両方を利用することができる手持ち式のコードレス（バッテリ式）ドライバードリル又はスクリュウドライバ９０を示す。より詳細には、図６Ａ及び図６Ｂは、バッテリ式ドライバードリル９０を、上述した軽量バッテリパック３０が取り付けられた状態及び取り外された状態でそれぞれ示す。さらに、図７Ａ及び図７Ｂは、バッテリ式ドライバードリル９０を、上述した高出力バッテリパック１３０が取り付けられた状態及び取り外された状態でそれぞれ示す。

図６Ａを参照すると、ドライバードリル９０は、概して、ドライバービット又はドリルビット（図示せず）等の回転式工具を保持するように構成された又は適合された工具チャック９２と、歯車伝達機構及びモータハウジング９４と、ハウジング９４内に配置された電気モータ（図示せず）を手動で作動させるトリガ又はスイッチ９６と、ハンドグリップ９８と、バッテリホルダ１００とを備えている。電気モータは、例えば減速歯車伝達機構（図示せず）を介して、回転式工具を駆動する。

従って、上述した説明が示すように、本教示は、概して、上述した利点によって効果を得ることができる、あらゆるタイプの手持ち式、コードレス、バッテリ式工具に適用することができる。本教示のいくつかの態様による動力工具は、好ましくは、公称出力が少なくとも６００ワットであるバッテリパック（例えばバッテリパック１３０）を用いて安全に動作するように構成され、適合され、及び／又は使用可能であるとよい。しかしながら、こうした動力工具はまた、本教示による軽量バッテリパック３０を使用することによって、比較的に低出力の電力範囲で動作することも可能である。

例えば、本教示のいくつかの態様では、一つの動力工具に対して軽量バッテリパックと高出力バッテリパックとを提供することにより、以下の利点のうちの一つ又は複数をもたらすことができる。

高出力バッテリパックは、そのインピーダンスが低いことから、比較的大きい電流を供給することができる。従って、高出力バッテリパックに取り付けられたインパクトドライバは、大型のねじを適切な速度で駆動することができる。一方において、インパクトドライバは、本教示による軽量バッテリパックに取り付けられた場合でも、軽量バッテリパックが高出力バッテリパックと略同一の電圧を供給し得ることから、やはり略同一の速度で小型のねじを駆動することができる。

同様に、高出力のパックに取り付けられたドライバードリルは、高出力バッテリパックがより大きい電流を出力することができるために、比較的に大型の穴をあけることができるが、この場合もまた、同一の（又は略同一の）公称出力電圧を供給する軽量バッテリパックが使用されるときは、小型の穴を適切にあけることができる。

さらに、高出力バッテリパックに取り付けられたサーキュラソーは、高出力バッテリパックが大きい電流を出力することができることから、より厚い木片を切断することができる。それに対して、薄い木片に対しては、軽量バッテリパックがやはり適している。

上記は単に例示であり、実際の工具性能は、実際に使用されるバッテリパック及び動力工具の特性によって決まる。

本教示の任意の付加的な態様によれば、本教示による動力工具１０、７０、９０は、動力工具１０、７０、９０のモータ及び／又はバッテリセル５０を流れる電流を検出し、例えば３０アンペアを超えるような、閾値を超える電流値が検出された場合に、電流を遮断又は制限する電流制限回路又は放電保護回路をさらに含むことも有効である。こうした電流制限回路は、高電流値で安全に動作するように設計されていないモータ、歯車伝達機構、電子回路及び／又はバッテリパックを保護するために、閾値電流未満で動作するように設計された動力工具及び／又はバッテリパックにおいて有効である。こうした電流制限回路によると、公称ワット数が異なる一方で、公称出力電圧が同一である各種のバッテリパックを、動力工具及び／又はバッテリパックの内部構成要素が、過大な電流の発生によって損傷するという問題を避けながら、利用することができるという利点がもたらされる。

本教示による動力工具システムには、さらなる任意の付加的な利点が得られるような設計を、さらに加えることができる。特に、軽量バッテリパック３０が、Ｔ字形又はＬ字形の工具、例えばインパクトドライバ１０又はドライバードリル９０で利用される場合、工具の重心は、好ましくは、工具の上半分側に位置するとよい。例えば、重心は、好ましくは、トリガ１６、９６の垂直方向（即ち、概してハンドグリップ１８、９８をたどる方向であって、トリガ１６、９６のハウジング１４、９４及びバッテリホルダ２０、１００と交差する方向）の高さ範囲内に位置するとよい。この場合、多くの動力工具の作業に対して、最適な重量バランスがもたらされるので、動力工具１０、９０の取扱い又は操作が容易になる。

現時点では、リチウム系バッテリセル、特にリチウムイオンバッテリセルが好ましいが、この点に関して本教示は特に限定されるものではなく、バッテリパックは、例えばリチウム金属酸化物、リチウムポリマー、リチウム金属リン酸塩、及びリチウム硫黄又はリチウム硫化物又はリチウム硫酸塩といった、他のあらゆる好適なバッテリ用の化学材料を用いて構成することができる。

本教示のさらなる例示的な実施形態は、限定されるものではないが、以下を含む。

１．手持ち式動力工具に取り付けられ、それを駆動するように構成された又は適合されたバッテリパックであって、
少なくとも３００ワット、より好ましくは少なくとも３３０ワット、さらにより好ましくは３５０ワット以上の公称出力を有するように構成された又は適合された、直列に接続された複数のバッテリセルを備え、
３００グラム未満、より好ましくは２７５グラム未満、より好ましくは２５０グラム未満、より好ましくは２３５グラム未満、さらにより好ましくは２２０グラム未満の重量を有するバッテリパック。

２．少なくとも１０００ワット／キログラム、好ましくは少なくとも１１００ワット／キログラム、より好ましくは少なくとも１１７０ワット／キログラム、より好ましくは少なくとも１２００ワット／キログラム、より好ましくは少なくとも１２３０ワット／キログラム、より好ましくは少なくとも１２７５ワット／キログラム、より好ましくは少なくとも１３２０ワット／キログラム、さらにより好ましくは少なくとも１３５０ワット／キログラム、さらにより好ましくは少なくとも１４００ワット／キログラム、さらにより好ましくは少なくとも１５００ワット／キログラムの公称出力／重量比をさらに有する、上記形態１によるバッテリパック。

３．手持ち式動力工具に取り付けられ、それを駆動するように構成された又は適合されたバッテリパックであって、
少なくとも３００ワット、より好ましくは少なくとも３３０ワット、さらにより好ましくは３５０ワット以上の公称出力を有するように構成された又は適合された、直列に接続された複数のバッテリセルを備え、
少なくとも１０００ワット／キログラム、好ましくは少なくとも１１００ワット／キログラム、より好ましくは少なくとも１１７０ワット／キログラム、より好ましくは少なくとも１２００ワット／キログラム、より好ましくは少なくとも１２３０ワット／キログラム、より好ましくは少なくとも１２７５ワット／キログラム、より好ましくは少なくとも１３２０ワット／キログラム、さらにより好ましくは少なくとも１３５０ワット／キログラム、さらにより好ましくは少なくとも１４００ワット／キログラム、さらにより好ましくは少なくとも１５００ワット／キログラムの公称出力／重量比を有するバッテリパック。

４．３００グラム未満、好ましくは２７５グラム未満、より好ましくは２５０グラム未満、より好ましくは２３５グラム未満、さらにより好ましくは２２０グラム未満の重量をさらに有する、上記形態３によるバッテリパック。

５．２０ボルトを超える、例えば約２１ボルトから３０ボルトの間の公称出力電圧をさらに有する、上記したいずれかの形態によるバッテリパック。

６．８個以下のリチウム系バッテリセル、例えば６個から８個のバッテリセル、例えばリチウムイオンバッテリセルを備える、上記したいずれかの形態によるバッテリパック。

７．各々のバッテリセルが、約０．３０以上、より好ましくは０．３３以上の、体積に対する表面積の比を有する、上記したいずれかの形態によるバッテリパック。

８．各々のバッテリセルが、円柱形状であって、約１４ｍｍ以下の直径を有する、上記したいずれかの形態によるバッテリパック。

９．各々のバッテリセルが、約５５ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以下の長さを有する、上記したいずれかの形態によるバッテリパック。

１０．約１８アンペア以下、より好ましくは１５アンペア以下の公称出力電流を有する、上記したいずれかの形態によるバッテリパック。

１１．約１アンペア時以下、好ましくは約０．９アンペア時以下、より好ましくは約０．８アンペア時以下、さらにより好ましくは約０．５アンペア時〜０．７アンペア時の間の公称容量を有する、上記したいずれかの形態によるバッテリパック。

１２．直列に接続され、公称出力電圧が約２５ボルトである、７個のリチウムイオンバッテリセルを備える、上記したいずれかの形態によるバッテリパック。

１３．手持ち式動力工具のバッテリ端子に電気的に接続されるように構成された又は適合された一つ又は複数のバッテリ端子、コントローラ通信ポート、スライドレールといった、バッテリパックを手持ち式動力工具のバッテリホルダに係合させる係合手段、及び／又は、ユーザが操作可能なラッチといった、バッテリパックを手持ち式動力工具に取外し可能に係止する係止手段をさらに備える、上記したいずれかの形態によるバッテリパック。

１４．バッテリセルを流れる電流量を制限するように構成され、例えばその電流閾値が１８アンペア以下、より好ましくは１５アンペア以下である電流制限回路をさらに備える、上記したいずれかの形態によるバッテリパック。

１５．動力工具システム又はキットであって、
６００ワット以上、より好ましくは７００ワット以上、さらにより好ましくは８００ワット以上の公称出力を有するバッテリパックで動作するように構成された手持ち式バッテリ式工具と、
上記したいずれかの形態によるバッテリパックと、
を備える動力工具又はキット。

１６．手持ち式バッテリ式工具は、工具ハウジング、工具ハウジング内に配置された電気モータと動力伝達機構、及び／又は、動力伝達機構を駆動するように電気モータを作動させるように構成されたトリガを備える、上記形態１５による動力工具システム又はキット。

１７．手持ち式バッテリ式工具が、少なくとも実質的に、全体としてＬ字形又はＴ字形であるとともに、垂直方向に関してモータハウジングとバッテリホルダとの間に配置されるトリガを備え、
バッテリパックがバッテリホルダに取り付けられたときに、全体の重心が、垂直方向においてトリガの高さ範囲内に位置する、上記形態１５又は１６による動力工具システム又はキット。

１８．少なくとも６００ワット、より好ましくは少なくとも７００ワット、さらにより好ましくは少なくとも８００ワットの公称出力を有し、実施形態１〜１４のバッテリパックと少なくとも実質的に同一の出力電圧を有する第２バッテリパックをさらに備え、
手持ち式バッテリ式工具が、両バッテリパックに取り付けられ、それらによって駆動されるように構成されている、上記形態１５、１６又は１７による動力工具システム又はキット。

１９．手持ち式バッテリ式工具が、手持ち式バッテリ式工具の電子モータ及び／又はバッテリパックに流れる電流量を制限するように構成された電流制限回路をさらに備える、上記形態１５〜１８のいずれか一つによる動力工具システム又はキット。

２０．電流制限回路が、３０アンペアの上限電流閾値を有する、上記形態１９による動力工具システム又はキット。

２１．上記形態１〜１４のバッテリパック及び上記形態１８の第２バッテリパックを充電可能に構成された又は適合された充電器をさらに備え、
両者のバッテリパックは、例えば約２１Ｖ〜３０Ｖといった、同一又は略同一の公称出力電圧を有する、上記形態１８〜２０のいずれか一つによる動力工具システム又はキット。

２２．手持ち式バッテリ式工具が、インパクトドライバ、サーキュラソー又はドライバードリルである、上記形態１５〜２１のいずれか一つによる動力工具システム又はキット。

２３．手持ち式バッテリ式工具が、２キログラム未満、より好ましくは１．５キログラム未満、より好ましくは１．３キログラム未満、さらにより好ましくは１．０キログラム未満の重量を有する、上記形態１５〜２２のいずれか一つによる動力工具システム又はキット。

２４．バッテリセル５０が、好ましくは５０ミリオーム以下、より好ましくは４５ミリオーム以下、さらにより好ましくは４０ミリオーム以下の内部抵抗（Ｒｂａｔｔ）を有する、上記したいずれかの形態による動力工具システム又はキット。

１０：インパクトドライバ
１２：工具チャック
１４：ハウジング
１６：トリガ
１８：ハンドグリップ
２０：バッテリホルダ
３０：バッテリパック
３２：外側ケーシング
３４：スライドレール
３６：ラッチ
３８：バッテリ端子
４０：隔離板
４１：バッテリ端子用の溝
４２：入出力接続用の溝
５０：バッテリセル
５２：導体
７０：サーキュラソー
７２：サーキュラソーブレード
７４：ハウジング
７６：トリガ
７８：ハンドグリップ
８０：バッテリホルダ
９０：ドライバードリル
９２：工具チャック
９４：ハウジング
９６：トリガ
９８：ハンドグリップ
１００：バッテリホルダ
１３０：バッテリパック
１５０：バッテリセル

Claims (28)

1. 手持ち式動力工具（１０；７０；９０）に取り付けられ、それを駆動するように構成された又は適合されたバッテリパック（３０）であって、
   少なくとも３００ワットの公称出力を有するように構成された又は適合された、複数の直列に接続されたバッテリセル（５０）を備え、
   ２７５グラム未満の重量を有する、バッテリパック（３０）。
2. 前記複数の直列に接続されたバッテリセルは、少なくとも３３０ワット、より好ましくは少なくとも３５０ワットの公称出力を有するように構成され又は適合され、
   前記バッテリパックは、２５０グラム未満、より好ましくは２３５グラム未満、さらにより好ましくは２２０グラム未満の重量を有する、請求項１に記載のバッテリパック（３０）。
3. 少なくとも１１００ワット／キログラムの公称出力／重量比を有する、請求項１又は２に記載のバッテリパック（３０）。
4. 前記公称出力／重量比が、少なくとも１２００ワット／キログラム、より好ましくは少なくとも１２７５ワット／キログラム、さらにより好ましくは少なくとも１３５０ワット／キログラム、さらにより好ましくは少なくとも１５００ワット／キログラムである、請求項３に記載のバッテリパック（３０）。
5. 手持ち式動力工具に取り付けられ、それを駆動するように構成された又は適合されたバッテリパック（３０）であって、
   少なくとも３００ワットの公称出力を有するように構成された又は適合された複数の直列に接続されたバッテリセル（５０）を備え、
   少なくとも１１００ワット／キログラムの公称出力／重量比を有する、バッテリパック（３０）。
6. 前記公称出力／重量比が、少なくとも１２００ワット／キログラム、より好ましくは少なくとも１２７５ワット／キログラム、さらにより好ましくは少なくとも１３５０ワット／キログラム、さらにより好ましくは少なくとも１５００ワット／キログラムである、請求項５に記載のバッテリパック（３０）。
7. ２７５グラム未満の重量をさらに有する、請求項５又は６に記載のバッテリパック（３０）。
8. ２５０グラム未満、より好ましくは２３５グラム未満、さらにより好ましくは２２０グラム未満である、請求項７に記載のバッテリパック（３０）。
9. ２０ボルトを超える、例えば約２１ボルトから３０ボルトの間の、さらにより好ましくは２５ボルト〜２６ボルトの間の公称出力電圧をさらに有する、請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリパック（３０）。
10. ８個以下のリチウム系バッテリセル（５０）、例えば６個から８個のバッテリセル、例えばリチウムイオンバッテリセルを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリパック（３０）。
11. 各々のバッテリセル（５０）が、約０．３０以上、より好ましくは０．３３以上の体積に対する表面積の比を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載のバッテリパック（３０）。
12. 各々のバッテリセル（５０）が、円柱形状であり、約１４ｍｍ以下の直径を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載のバッテリパック（３０）。
13. 各々のバッテリセル（５０）が、約５０ｍｍ以下の長さを有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のバッテリパック（３０）。
14. 約１８アンペア以下、より好ましくは１５アンペア以下の公称出力電流をさらに有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載のバッテリパック（３０）。
15. 約０．７アンペア時以下、好ましくは約０．５アンペア時以上の公称容量をさらに有する、請求項１から１４のいずれか一項に記載のバッテリパック（３０）。
16. 直列に接続され、２５ボルト〜２６ボルトの公称出力電圧を有する、７個のリチウムイオンバッテリセル（５０）を備える、請求項１から１５のいずれか一項に記載のバッテリパック（３０）。
17. 前記手持ち式動力工具（１０；７０；９０）のバッテリ端子に電気的に接続されるように構成された又は適合された一つ又は複数とバッテリ端子（３８）と、スライドレールといった、前記バッテリパック（３０）を前記手持ち式動力工具（１０；７０；９０）のバッテリホルダ（２０；８０；１００）に係合させる係合手段（３４）と、ユーザ操作可能なラッチといった、前記バッテリパック（３０）を前記手持ち式動力工具（１０；７０；９０）に取外し可能に係止する係止手段（３６）と、をさらに備える、請求項１から１６のいずれか一項に記載のバッテリパック（３０）。
18. 前記バッテリセルを流れる電流量を、１８アンペア以下、より好ましくは１５アンペア以下の閾値に制限するように構成された電流制限回路をさらに備える、請求項１から１７のいずれか一項に記載のバッテリパック（３０）。
19. 前記バッテリセル（５０）が、４５ミリオーム以下、より好ましくは４０ミリオーム以下の内部抵抗（Ｒｂａｔｔ）を有する、請求項１から１８のいずれか一項に記載のバッテリパック（３０）。
20. ６００ワット以上、より好ましくは７００ワット以上、さらにより好ましくは８００ワット以上の公称出力を有するバッテリパック（１３０）で動作するように構成された又は適合された手持ち式バッテリ式工具（１０；７０；９０）と、
    請求項１から１９のいずれか一項に記載のバッテリパック（３０）と、
    を備える動力工具システム又はキット。
21. 前記手持ち式バッテリ式工具（１０；７０；９０）が、工具ハウジング（１４）と、前記工具ハウジング内に配置された電気モータ及び動力伝達機構と、前記動力伝達機構を駆動するように、前記電気モータを作動させるように構成されたトリガ（１６）とを備える、請求項２０に記載の動力工具システム又はキット。
22. 前記手持ち式バッテリ式工具（１０；７０；９０）は、少なくとも実質的に、全体としてＬ字形又はＴ字形であり、
    前記トリガ（１６）は、垂直方向に関してモータハウジングとバッテリホルダ（２０；８０；１００）との間に配置され、
    前記バッテリパック（３０）が前記バッテリホルダ（２０；８０；１００）に取り付けられたときに、前記動力工具システムの全体の重心が、前記垂直方向において前記トリガの（１６）の高さ範囲内に位置する、請求項２０又は２１に記載の動力工具システム又はキット。
23. 少なくとも６００ワット、より好ましくは少なくとも７００ワット、さらにより好ましくは少なくとも８００ワットの公称出力と、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のバッテリパックと少なくとも実質的に同一の出力電圧とを有する第２バッテリパック（１３０）をさらに備え、
    前記手持ち式バッテリ式工具（２０；８０；１００）は、両バッテリパック（３０；１３０）に取り付けられ、それらによって駆動されるように構成されている、請求項２０から２２のいずれか一項に記載の動力工具システム又はキット。
24. 前記手持ち式バッテリ式工具（１０；７０；９０）は、電流制限回路をさらに備え、電流制限回路は、前記手持ち式バッテリ式工具（１０；７０；９０）の前記電気モータ及び／又は前記バッテリパック（３０；１３０）に流れる電流量を制限するように構成され又は適合されている、請求項２０から２３のいずれか一項に記載の動力工具システム又はキット。
25. 前記電流制限回路は、３０アンペアの上限電流閾値を有する、請求項２４に記載の動力工具システム又はキット。
26. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載のバッテリパックと請求項２２に記載の第２バッテリパックとを充電可能に構成された又は適合された充電器をさらに備え、
    前記バッテリパックの両者は、例えば約２１Ｖ〜３０Ｖといった、同一又は略同一の公称出力電圧を有する、請求項２３から２５のいずれか一項に記載の動力工具システム又はキット。
27. 前記手持ち式バッテリ式工具は、インパクトドライバ（１０）、サーキュラソー（７０）又はドライバードリル（９０）である、請求項２０から２６のいずれか一項に記載の動力工具システム又はキット。
28. 前記手持ち式バッテリ式工具（１０；７０；９０）は、２キログラム未満、より好ましくは１．５キログラム未満、より好ましくは１．３キログラム未満、さらにより好ましくは１．０キログラム未満の重量を有する、請求項２０から２７のいずれか一項に記載の動力工具システム又はキット。

Images