JP2018094681A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡素な構成で使用している電池パックが何れの定格電圧であるかを確実に判別して、当該定格電圧に応じた動作制御をする。【解決手段】定格電圧が異なる複数種類の電池パック１５０の何れかを選択して本体に装着して、当該電池パックを電源として駆動するモータを具備した電動工具１００であって、本体及び電池パックの少なくとも何れかに設けられ、本体に接続される電池パックの定格電圧の情報を判別する定格電圧情報判別手段と、本体に設けられ、定格電圧情報判別手段の判別結果に基づいて電池パックの定格電圧に応じた動作制御を行う動作制御切替手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電動工具に関し、特に、異なる定格電圧の電池パックが装着可能な電動工具に関する。

電動クリーナや電動ドリル等のモータを動力として用いられる電動工具においては、当該モータの電源として、商用交流電源が用いられるものと、直流電源となる電池が用いられるものがある。電池が用いられる電動工具は、例えば、建設現場等のような商用電源の供給が困難な屋外においても使用することが可能であり、充電することによって複数回の使用が可能である二次電池を複数収納した電池パックが特に好ましく用いられる。しかしながら、電池パックの容量によって、連続使用可能な時間が制限されるため、電池パックの容量をより多く利用可能とすることが好まれる。

電池パックは、利用可能な範囲を超えて使用されると二次電池が著しく劣化するため、放電使用時の電池電圧を検出し、予め設定された閾値である電池電圧の利用可能な下限、又は下限より少し高い直前の値に電池電圧が下がると、駆動源であるモータの回転を停止、又は制限して放電を抑えることが行われている。このように過放電を防止する過放電防止制御を利用して、二次電池の著しい劣化を抑制している。

一方、この過放電防止制御が作動した場合、電動工具の使用が不能又は制限され、作業の中断や効率悪化等の不具合を招く。このため、電動工具の本体やハンドルの表面に設けた消費電力の小さなＬＥＤを利用して、適時、電池パックの残量を作業者に通知する残量表示制御が利用されている。

また、使用される電池パックとして、複数種類のものが使用できれば、電動工具の利便性が大幅に拡大するため、複数種類の定格電圧（例えば、１４．４Ｖと１８Ｖ）の電池パックが使用可能な電動工具が存在している。しかしながら、このように定格電圧が異なる電池パックでは、各電池の利用可能な電圧範囲が異なることから、電池の電圧が同じであっても、過放電閾値まで使用可能な残りの容量（電池残量）が異なる。

電池の電圧に基づいたバッテリ残量の判断は広く行われているが、このように複数種類の定格電圧が使用可能な電動工具では、バッテリ残量を判断するために、電池の電圧値だけでなく、何れの定格電圧の電池が使用されているのかを区別する必要がある。使用している電池が何れの定格電圧であるかを判別する技術として、特許文献１には、電池が有している情報を通信することで判別する方法が開示され、特許文献２では、監視している電圧値の変動パターンから判別する方法が開示されている。

特許第３４３１８６７号公報 特開２０１６−１０１６０７号公報

しかしながら、使用している電池が何れの定格電圧であるかを判別するために、電池が有している情報を通信するには、通信用端子の追加等が別途必要となり、端子の追加に伴う回路基板やコスト、消費電力の増大化が課題となる。一方、監視している電圧値の変動パターンから使用している電池が何れの定格電圧であるかを判別するには、電池の劣化状態や使用状況、使用環境により電圧変動の仕方が異なるため、正確に判別できずに、電動工具の誤作動やバッテリ残量の誤表示することが懸念されている。このように、定格電圧が異なる複数の電池パックを使用可能とされた電動工具において、より簡素な構成で使用している電池パックが何れの定格電圧であるかを確実に判別して、当該定格電圧に応じた動作制御を行う要請が高まっている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、より簡素な構成で使用している電池パックが何れの定格電圧であるかを確実に判別して、当該定格電圧に応じた動作制御することの可能な、新規かつ改良された電動工具を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、定格電圧が異なる複数種類の電池パックの何れかを選択して本体に装着して、該電池パックを電源として駆動するモータを具備した電動工具であって、前記本体及び前記電池パックの少なくとも何れかに設けられ、前記本体に接続される前記電池パックの前記定格電圧の情報を判別する定格電圧情報判別手段と、前記本体に設けられ、前記定格電圧情報判別手段の判別結果に基づいて前記電池パックの前記定格電圧に応じた動作制御を行う動作制御切替手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、より簡素な構成で使用している電池パックが何れの定格電圧であるかを確実に判別して、当該定格電圧に応じた動作制御ができるようになる。

このとき、本発明の一態様では、前記定格電圧情報判別手段は、前記電池パックの前記本体との接続部に設けられ、前記本体と情報信号を通信する通信端子と、前記本体の前記電池パックと接続される接続ターミナルに設けられ、前記電池パックの前記通信端子と接続される通信ターミナルと、を備え、前記通信端子と接続される前記通信ターミナルの部位から前記定格電圧の情報を判別することとしてもよい。

このようにすれば、本体と電池パックとの接続箇所の態様を定格電圧に応じて変更されるので、電池パックを本体に取り付けた際に、当該電池パックが何れの定格電圧であるかを確実に判別できる。

また、本発明の一態様では、前記定格電圧情報判別手段は、前記電池パックの前記本体との接続部に設けられ、前記本体と情報信号を通信する少なくとも２個以上の通信端子と、前記本体の前記電池パックと接続される接続ターミナルに設けられ、前記電池パックの前記通信端子のそれぞれと接続される少なくとも２個以上の通信ターミナルと、を備え、前記通信ターミナルに対する前記通信端子の接続順序に基づいて前記定格電圧の情報を判別することとしてもよい。

このようにすれば、本体と電池パックとの接続箇所の態様を定格電圧に応じて変更されるので、電池パックを本体に取り付けた際に、当該電池パックが何れの定格電圧であるかを確実に判別できる。

また、本発明の一態様では、前記通信端子のそれぞれは、前記電池パックの前記定格電圧の大きさに応じて前記接続ターミナルとの接続方向に対する配置位置が異なっていることとしてもよい。

このようにすれば、より簡素な構成によって、電池パックを本体に取り付けた際に、電池パックの残量表示が正確に表示されたり、過放電を確実に防ぐ出力制御ができるようになる。

また、本発明の一態様では、前記定格電圧情報判別手段は、前記本体の把持部に設けられる駆動スイッチと停止スイッチの少なくとも何れかが所定時間以上の押圧を検知することによって、前記定格電圧の情報を判別することとしてもよい。

このようにすれば、本体に定格電圧の異なる電池パックを取り付ける際に、定格電圧が変更された旨を容易に報知されるので、電池パックが何れの定格電圧であるかを確実に判別できる。

また、本発明の一態様では、前記動作制御切替手段は、前記定格電圧情報判別手段の前記判別結果に基づいて、前記電池パックの前記定格電圧に応じた電池残量を表示することとしてもよい。

このようにすれば、より簡素な構成で使用している電池パックの定格電圧に応じた電池残量表示ができるようになる。

また、本発明の一態様では、前記本体には、光源を具備する表示部が更に設けられ、前記動作制御切替手段は、前記定格電圧情報判別手段の前記判別結果に基づいて、前記表示部の点灯又は点滅の態様を変更することとしてもよい。

このようにすれば、使用している電池パックの定格電圧に応じた電池残量表示が確実にできるようになる。

以上説明したように本発明によれば、定格電圧が異なる複数の電池パックを使用可能とされた電動工具において、簡素な構成で使用している電池パックが何れの定格電圧であるかを確実に判別して、定格電圧に応じた動作制御ができるようになる。

本発明の一実施形態に係る電動工具の外観を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電動工具に備わる本体に設けられる把持部の上端部分を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電動工具に備わる本体の把持部の下端部分に設けられる接続ターミナルを示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る電動工具に装着される定格電圧が１８Ｖの電池パックの接続部の構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る電動工具に装着される定格電圧が１４．４Ｖの電池パックの接続部の構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る電動工具の回路構成を示すブロック図である。 従来の電動工具に備わる電池パックの一態様の接続部の構成を示す平面図である。 従来の電動工具による利用可能な電圧範囲と電池残量の検知電圧を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る電動工具による利用可能な電圧範囲と電池残量の検知電圧を示す説明図である。 （Ａ）は、本発明の一実施形態に係る電動工具に備わる本体の把持部の下端部分に設けられる接続ターミナルの通信端子の変形例を示す斜視図であり、（Ｂ）は、従来の電動工具に備わる本体の把持部の下端部分に設けられる接続ターミナルの通信端子を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る電動工具の回路構成を示すブロック図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（第１の実施形態）
まず、本発明の一実施形態に係る電動工具の構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動工具の外観を示す斜視図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る電動工具に備わる本体に設けられる把持部の上端部分を示す斜視図である。

本発明の一実施形態に係る電動工具１００は、駆動源となる不図示のモータの電源として、定格電圧が異なる複数種類の電池パック１５０の何れか１つを選択して本体１１０に装着可能な電気掃除機である。より具体的には、本体１１０の一端には、外気を吸引するための吸引口１１２が設けられている。この吸引口１１２には、細長略円筒状の延長管１１４が着脱可能に連通接続されている。また、この延長管１１４の先端には、例えば、室内の床面に載置させて、床面の塵埃を吸い込む吸引口体としての床ノズル１１６が着脱可能に連通接続されている。

本体１１０の側面には、粉塵が除去された空気を排出する排出口１１８が設けられている。本体１１０の他端側には、作業者の手によって把持される把持部１２０が設けられている。把持部１２０の上端部分には、電動工具１００の作業者が把持部１２０を握った状態で電動工具１００を操作できるように、操作部１２２が設けられている。

図２に示すように、操作部１２２には、作業者が電動工具１００に駆動指令を入力するための駆動スイッチＳＷ１が設けられている。この駆動スイッチＳＷ１は、モータ駆動中に操作することで、後述する運転モードの切り替えが可能である。また、操作部１２２には、作業者が電動工具１００に停止指令を入力するための停止スイッチＳＷ２が設けられている。さらに、操作部１２２の前方には、電動工具１００の状態を作業者に示すＬＥＤ等からなる表示部１２４が設けられている。

本体１１０の内部には、図１に図示しないファン１２６（図６参照）と、モータ１２８（図６参照）が収容されている。ファン１２６は、外気を吸引口１１２から本体１１０内に吸引して、排出口１１８から排出させる機能を有する。ファン１２６は、吸引した外気から粉塵を除去するフィルタを挟んで、吸引口１１２との対向位置に配置されている。

モータ１２８は、ファン１２６の吸引口３と反対側に配置されている。そして、モータ１２８の回転軸には、ファン１２６が連結されている。このため、モータ１２８は、回転駆動によりファン１２６を回転させて、外気を本体１１０内に吸引させることができる。

把持部１２０の下端部分には、電池パック１５０が装着される後述する接続ターミナル１３０（図３参照）が設けられている。本実施形態では、本体１１０と電池パック１５０との接続箇所の態様を定格電圧に応じて変更されるように構成することによって、電池パック１５０を本体１１０に取り付けた際に、当該電池パック１５０が何れの定格電圧であるかを確実に判別可能にしたことを特徴とする。

次に、本発明の一実施形態に係る電動工具１００の本体１１０と電池パック１５０との接続箇所の構成について、図面を使用しながら説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る電動工具に備わる本体の把持部の下端部分に設けられる接続ターミナルの構成を示す平面図であり、図４は、本発明の一実施形態に係る電動工具に装着される定格電圧が１８Ｖの電池パックの接続部の構成を示す平面図であり、図５は、本発明の一実施形態に係る電動工具に装着される定格電圧が１４．４Ｖの電池パックの接続部の構成を示す平面図である。

本実施形態では、図３に示すように、本体１１０の他端側に設けられる把持部１２０の下端部分には、接続ターミナル１３０が収納されている。接続ターミナル１３０には、図３に示すように、左側から順に正極ターミナルＴ（＋）、温度通信ターミナルＴＨ、負極ターミナルＴ（−）、過放電ターミナルＤＳ、及び過放電解除ターミナルＶＣＣがそれぞれ設けられている。

また、電池パック１５０の接続ターミナル１３０との接続部１５２には、図４に示すように、接続ターミナル１３０の各通信ターミナルＴ（＋）、ＴＨ，Ｔ（−）、ＤＳ、ＶＣＣに対応した正極端子Ｂ（＋）、温度通信端子ｔｈ、負極端子Ｂ（−）、過放電端子ｄｓ、及び過放電解除端子ｖｃｃがそれぞれ設けられている。具体的には、電池パック１５０の接続部１５２を接続ターミナル１３０と接続させた際に、接続ターミナル１３０の各通信ターミナルＴ（＋）、ＴＨ，Ｔ（−）、ＤＳ、ＶＣＣがスライドする溝部にそれぞれ凸状の正極端子Ｂ（＋）、温度通信端子ｔｈ、負極端子Ｂ（−）、過放電端子ｄｓ、及び過放電解除端子ｖｃｃが設けられている。

そして、把持部１２０の下端部分に電池パック１５０を装着された時に、接続ターミナル１３０の正極ターミナルＴ（＋）、負極ターミナルＴ（−）、過放電ターミナルＤＳ、過放電解除ターミナルＶＣＣ、及び温度通信ターミナルＴＨは、それぞれ電池パック１５０の正極端子Ｂ（＋）、負極端子Ｂ（−）、過放電端子ｄｓ、過放電解除端子ｖｃｃ、及び温度通信端子ｔｈにそれぞれ接続される。

本実施形態の電動工具１００で使用される電池パック１５０としては、図４に示す定格電圧が１８Ｖの電池パック１５０ａと、図５に示す定格電圧が１４．４Ｖの電池パック１５０ｂの２種類が使用される。そして、この電池パック１５０ａ、１５０ｂのうち何れか１つを選択して本体１１０に電源として装着される。

本実施形態では、電池パック１５０の接続部１５２を本体１１０の基端側に設けられた接続ターミナル１３０と接続させた際に、接続部１５２の各端子Ｂ（＋）、Ｂ（−）、ｄｓ、ｖｃｃ、ｔｈとの接続順序で電池パック１５０の定格電圧の種類を判別することを特徴とする。すなわち、接続部１５２の各端子Ｂ（＋）、Ｂ（−）、ｄｓ、ｖｃｃ、ｔｈが電池パック１５０を本体１１０に接続した際に、当該電池パック１５０の定格電圧の情報を判別する定格電圧情報判別手段として機能する。

本体１１０に電池パック１５０を装着する場合、正極ターミナルＴ（＋）と正極端子Ｂ（＋）、負極ターミナルＴ（−）と負極端子Ｂ（−）が接続された後に、過放電ターミナルＤＳと過放電端子ｄｓ、過放電解除ターミナルＶＣＣと過放電解除端子ｖｃｃ、温度通信ターミナルＴＨと温度通信端子ｔｈが接続される。

本実施形態の電動工具１００に使用する電池パック１５０は、本体１１０に電池パック１５０を装着する方向に関して、過放電端子ｄｓと、過放電解除端子ｖｃｃと、温度通信端子ｔｈとを異なる位置に設けて、本体１１０の接続ターミナル１３０に接続する順番を変えている。また、これら端子ｄｓ、ｖｃｃ、ｔｈの接続の順番を定格電圧が異なる電池パック毎に変更している。

具体的には、定格電圧が１８Ｖの電池パック１５０ａは、図４に示すように、過放電解除端子ｖｃｃを過放電端子ｄｓより下側に設けることで、本体１１０に電池パック１５０ａを装着する際に、過放電解除端子ｖｃｃ、過放電端子ｄｓの順番で接続される。一方、定格電圧が１４．４Ｖの電池パック１５０ｂは、図５に示すように、過放電端子ｄｓを過放電解除端子ｖｃｃより下側に設けることで、本体１１０に電池パック１５０ｂを装着する際に、過放電端子ｄｓ、過放電解除端子ｖｃｃの順番で接続される。

本実施形態では、電池パック１５０の電圧切替処理は、過放電通信の接続と、過放電解除通信の接続との順番を後述するマイコン１６２（図６参照）が検知するように構成されている。このため、過放電通信の接続が最初にされた場合は、定格電圧が１８Ｖの電池パック１５０ａが装着された旨が検知され、過放電解除通信の接続が最初にされた場合は、定格電圧が１４．４Ｖの電池パック１５０ｂが装着された旨が検知される。

本実施形態では、過放電通信、過放電解除通信の信号端子が接続される順番によって、電池パック１５０ａ、１５０ｂの定格電池情報を判別しているので、電池パック１５０ａ、１５０ｂの取り付け時には、通信端子よりも先に電源端子を接続するようにしなければならない。具体的には、電源が接続されて、マイコン１６２（図６参照）が起動した後に、信号端子が接続されるようにするために、５ｍｍ程度に接触位置をずらしておく必要がある。かかる接触位置をずらすのに際しては、電池側の端子をずらしても良く、工具側の接続ターミナルをずらしても良い。

また、過放電通信や過放電解除通信の信号端子の配置は、マイコン１６２（図６参照）が認識できれば、僅かなずらし量であっても差し支えない。ただし、電池パック１５０と電動工具１００の本体１１０とのガタツキ等を考慮して、少なくとも０．５ｍｍ以上をずらして配置した方が好ましい。

さらに、本実施形態の残量表示制御は、電圧切替制御の作動に応じて、残量表示で検知する電池電圧が変更され、電池パック１５０の定格電圧に応じた電池残量を表示できるようになっている。すなわち、本実施形態では、定格電圧が異なる電池パック１５０を使用しても、正確な電池残量の表示ができる。

次に、本発明の一実施形態に係る電動工具の動作制御の詳細について、図面を使用しながら説明する。図６は、本発明の一実施形態に係る電動工具の回路構成を示すブロック図である。

本発明の一実施形態に係る電動工具１００の本体１１０の内部には、図６に示すように、前述したファン１２６、モータ１２８、接続ターミナル１３０に加えて、スイッチユニット１２１、ＬＥＤ１２３、及び制御回路１６０が収容されている。

モータ１２８は、ブラシ付き直流モータとして構成されている。モータ１２８のコイル巻線の一端は、接続ターミナル１３０の正極ターミナルＴ（＋）に接続されている一方、モータ１２８のコイル巻線の他端は、後述のスイッチング素子１６８とシャント抵抗器Ｒ１とを介して、接続ターミナル１３０の負極ターミナルＴ（−）に接続されている。

スイッチユニット１２１は、前述した駆動スイッチＳＷ１及び停止スイッチＳＷ２を備えており、制御回路１６０と接続されて前述した操作部１２２を構成する。駆動スイッチＳＷ１及び停止スイッチＳＷ２の各々は、作業者が操作しているときにオン状態となり、作業者が操作していないときにオフ状態となる常開型の操作スイッチとして構成されている。本実施形態では、駆動スイッチＳＷ１が操作される度に、モータ１２８の駆動力が切り替えられ、停止スイッチＳＷ２が操作されると、モータ１２８が停止される。

ＬＥＤ１２３は、前述した表示部１２４を点灯や点滅をさせるための光源である。本実施形態のＬＥＤ１２３として、赤と緑の２色を発光可能なものが使用されている。

制御回路１６０は、電源回路１６１、マイコン１６２、電池電圧検出回路１６３、表示ＬＥＤ回路１６４、駆動操作検出回路１６５、停止操作検出回路１６６、モータ駆動回路１６７、スイッチング素子１６８、電流検出回路１６９、及び残量切替回路１７０を備えている。

電源回路１６１は、ダイオードＤ１を介して電源回路１６１に入力される電池パック１５０の出力電圧（以下、「電池電圧」と称する。）から制御回路１６０の各部を動作させるための電圧ＶＣＣを生成するように構成されている。

マイコン１６２は、電動工具１００の主制御処理の実行を司る機能を有し、少なくともＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏ、Ａ／Ｄ変換器、及びクロック信号発生器を含む周知のマイクロコンピュータとして構成されている。

電池電圧検出回路１６３は、電池電圧の値を検出し、検出した値を示すアナログ形式の電池電圧信号をマイコン１６２に出力するように構成されている。

表示ＬＥＤ回路１６４は、マイコン１６２から表示ＬＥＤ回路１６４に入力される表示信号に従ってＬＥＤ１２３を点灯又は消灯するように構成されている。

駆動操作検出回路１６５は、駆動スイッチＳＷ１が操作されているか否かを示す検出信号をマイコン１６２に出力するように構成されている。

停止操作検出回路１６６は、停止スイッチＳＷ２が操作されているか否かを示す検出信号をマイコン１６２に出力するように構成されている。

モータ駆動回路１６７は、マイコン１６２によって設定されたデューティ比を有するパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を出力するように構成されている。

スイッチング素子１６８は、モータ１２８を駆動又は停止するように構成されている。本実施形態のスイッチング素子１６８は、ＦＥＴであるが、ＦＥＴ以外のスイッチング素子であってもよい。スイッチング素子１６８の入力段は、モータ駆動回路１６７に接続される一方で、スイッチング素子１６８の出力段は、モータ１２８のコイル巻線の他端と、接続ターミナル１３０の負極ターミナルＴ（−）との間に挿入されている。

すなわち、本実施形態では、スイッチング素子１６８は、上述のＰＷＭ信号によってオン／オフされ、電池パック１５０の正極端子Ｂ（＋）からモータＭを介して電池パック１５０の負極端子Ｂ（−）へと流れる電流を断続することで、モータ１２８を駆動又は停止するように構成されている。モータ１２８のコイル巻線の両端には、スイッチング素子１６８が合わされたときにモータ１２８のコイル巻線に流れている電流をコイル巻線に還流させることでスイッチング素子１６８をコイル巻線に発生する逆起電力から保護するためのダイオードＤ２が並列接続されている。

電流検出回路１６９は、スイッチング素子１６８の出力段と接続ターミナル１３０の負極ターミナルＴ（−）側との間に挿入された上述のシャント抵抗器Ｒ１の両端に発生する電圧値を検出することでモータ１２８に流れる電流の値を検出し、検出した値を示すアナログ形式の電流検出信号をマイコン１６２に出力するように構成されている。

残量切替回路１７０は、定格電圧情報判別手段となる電池パック１５０の接続部１５２と本体１１０の接続ターミナル１３０とを接続させた際における電池パック１５０の定格電圧の判別結果に基づいて、電池パック１５０の定格電圧に応じた電池残量を表示する電池電圧の検知電圧を切り替える機能を有する。

本実施形態では、残量切替回路１７０は、接続ターミナル１３０の過放電ターミナルＤＳ，過放電解除ターミナルＶＣＣ、及び温度通信ターミナルＴＨに接続されている。このため、残量切替回路１７０は、これらのターミナルＤＳ、ＶＣＣ、ＴＨと接続される電池パック１５０の接続部１５２の過放電端子ｄｓ、過放電解除端子ｖｃｃ、温度通信端子ｔｈの接続順序に基づいて、電池パック１５０の定格電圧に応じた電池残量を表示する電池電圧の検知電圧を切り替える。

上述のように構成された制御回路１６０では、マイコン１６２が主制御処理を実行することで電動工具１００の動作を制御する。マイコン１６２は、作業者の駆動スイッチＳＷ１の操作で駆動操作検出回路１６５から検出信号が入力されると、電動工具１００の主制御処理を開始する。

具体的には、検出信号がマイコン１６２に入力されると、主制御処理は、モータ駆動回路１６７を実行して、モータ駆動回路１６７からＰＷＭ信号がスイッチング素子１６８に出力され、このＰＷＭ信号に応じてスイッチング素子１６８がオン／オフして、モータ１２８の回転を制御する。そして、この主制御処理は、モータ制御の他に、本体１１０に装着された電池パック１５０の過放電を防止する過放電防止制御と、電池パック１５０の電池残量をＬＥＤ１２３に表示する残量表示制御とを実施する電池パック制御処理、運転中の運転モードを切り替える運転モード切替処理、及び残量表示で検知する電池電圧を変更する電圧切替処理を行っている。

電池パック制御処理における過放電防止処理は、電池パック１５０の電池電圧が放電等により閾値Ｖ０に達すると、電池パック１５０から過放電信号がマイコン１６２に出力され、モータ１２８の回転を停止する処理を行うものである。なお、この閾値Ｖ０は、装着された電池パック１５０の定格電圧毎に利用可能な電池電圧の範囲が異なるため、それぞれの利用可能な電池範囲の下限に応じた値を設定している。つまり、定格電圧が１８Ｖの電池パック１５０ａでは、放電閾値としてＶ０ａ、定格電圧が１４．４Ｖの電池パック１５０ｂでは、Ｖ０ｂを設定して、過放電防止処理を行っている。

電池パック制御処理における残量表示処理は、電圧検出回路１６３で検出した電池電圧に応じて、ＬＥＤ１２３の点灯又は消灯を制御するものである。具体的には、下記の表１に示すように、電池パック１５０の利用可能な電圧範囲において、上限の満充電時の電圧Ｖ３を１００％、下限の過放電時の電圧Ｖ０を０％として、１００〜４０％（Ｖ３〜Ｖ２）、４０〜１０％（Ｖ２〜Ｖ１）、１０〜０％（Ｖ１〜Ｖ０）、０％（Ｖ０）の４つの帯域に応じてＬＥＤ１２３の表示を変更するように設定している。

運転モード切替処理は、駆動スイッチＳＷ１が操作される度に、モータ１２８の駆動力を「強」から「弱」、又は、「弱」から「強」に切り替える処理である。

本実施形態の特徴となる電圧切替処理は、本体１１０に電池パック１５０を装着した際に、本体１１０の接続ターミナル１３０の各通信ターミナルＴ（＋）、Ｔ（−）、ＤＳ、ＶＣＣ、ＴＨに対する接続部１５２の各端子Ｂ（＋）、Ｂ（−）、ｄｓ、ｖｃｃ、ｔｈの接続順序で電池パック１５０の定格電圧の種類を判別したら、残量表示で検知する電池電圧を変更するものである。

具体的には、残量表示の電圧範囲が定格電圧１８Ｖの電池パック用で設定されていた場合に、本体１１０に電池パック１５０を装着した際に、定格電圧が１４．４Ｖの電池パック１５０ｂである旨を判別すると、電圧切替制御が作動して、１８Ｖ電池パック用の電圧表示から１４．４Ｖ電池パック用の電圧表示に変更される。

また、本実施形態では、残量表示が変更された時に、ＬＥＤ１２３を緑で５秒間の点滅をさせて、作業者に残量表示の検知電圧が変更された旨を報知している。なお、電動工具１００を使用中に、設定されている残量表示の電圧帯を作業者へ明確に認識させるために、下記の表２に示すように、電池パックの定格電圧に応じてＬＥＤ１２３の点灯色を変更してもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る電動工具１００の作用・効果について、図面を使用しながら説明する。図７は、従来の電動工具に備わる電池パックの一態様の接続部の構成を示す平面図であり、図８は、従来の電動工具による利用可能な電圧範囲と電池残量の検知電圧を示す説明図であり、図９は、本発明の一実施形態に係る電動工具による利用可能な電圧範囲と電池残量の検知電圧を示す説明図である。

従来では、図７に示すように、電池パック５０の定格電圧が異なる場合でも、電池パック５０の接続部５２に設けられる各端子Ｂ（＋）、Ｂ（−）、ｄｓ、ｖｃｃ、ｔｈのうち、過放電端子ｄｓ、過放電解除端子ｖｃｃ、及び温度通信端子ｔｈが本体に電池パック５０を装着する方向に対して同じ位置に設けられていた。このため、定格電圧が異なる電池パック５０として、例えば、定格電圧が１８Ｖの電池パックと定格電圧が１４．４Ｖの電池パックを使用した場合、図８に示すように、各電池電圧の利用可能な範囲が異なっていた。

すなわち、利用範囲が重複した同じ電池電圧帯であっても、過放電閾値Ｖ０まで使用可能な残りの容量（電池残量）が異なっていた。このため、定格電圧が異なる電池パックを用いる電動工具において、定格電圧が１８Ｖの電池パック用の電池残量の表示が設定されていた場合、定格電圧が１８Ｖの電池パックよりも定格電圧が低い１４．４Ｖの電池パックを使用すると、１４．４Ｖ電池パックの過放電閾値まで十分利用可能な電池容量が残った状態であっても、電池残量が少なくなった旨を通知することになり、定格電圧が１４．４Ｖの電池パックの電池残量を十分に利用することができなかった。このことから、各電池電圧の利用可能な範囲が異なるため、作業者に適切な電池残量を通知することが困難であった。

これに対して、本実施形態の電動工具１００では、本体１１０に電池パック１５０を装着した際に、本体１１０の接続ターミナル１３０の各通信ターミナルＴ（＋）、Ｔ（−）、ＤＳ、ＶＣＣ、ＴＨに対する接続部１５２の各端子Ｂ（＋）、Ｂ（−）、ｄｓ、ｖｃｃ、ｔｈの接続順序で電池パック１５０の定格電圧の種類を判別したら、残量表示で検知する電池電圧を変更するようにしている。

具体的には、図９に示すように、残量表示の電圧範囲が定格電圧１８Ｖの電池パック用で設定されていた場合に、本体１１０に定格電圧が１４．４Ｖの電池パック１５０ｂを装着すると、過放電解除端子ｖｃｃ、過放電端子ｄｓの順番で接続されるので、これらの端子ｖｃｃ、ｄｓの接続順序の変更により、電圧切替制御が作動して、表示０で過放電を検知する電池電圧は、１８Ｖ電池パック用のＶ０ａから１４．４Ｖ電池パック用のＶ０ｂに変更される。また、１８Ｖ電池パック用のＶ１ａ及びＶ２ａは、１４．４Ｖ用のＶ１ｂ及びＶ２ｂに変更される。

このように、本実施形態では、上記の構成とすることで、定格電圧が異なる複数の電池パック１５０ａ、１５０ｂを使用可能とされた電動工具１００において、それぞれの電池パック１５０ａ、１５０ｂの利用可能な範囲と、本体１１０の表示部１２４に表示する電池残量との大きな差を解消し、定格電圧が異なる電池パック１５０ａ、１５０ｂを選択的に使用しても、作業者に適切な電池残量を通知することができる。すなわち、定格電圧が異なる電池パック１５０ａ、１５０ｂを使用しても、正確な残量表示ができるようになる。また、従来のように、余分な識別端子が不要となるので、電動工具１００のコストアップや電池着脱荷重を低減することができる。

特に、本実施形態の電動工具１００は、高機能化に伴い装着する電池パック１５０の定格電圧が１４．４Ｖから１８Ｖに増大された場合において、例えば、建設現場等のような商用電源の供給が困難な屋外で使用中に、１８Ｖの電池パック１５０ａの電池残量がなくなり、交換を余儀なくされたにも関わらず、１８Ｖの電池パック１５０ａのストックがないときに、１４．４Ｖの電池パック１５０ｂを代用できる。

また、本実施形態の電動工具１００は、本体１１０と電池パック１５０との接続箇所の態様を定格電圧の大きさに応じて変更しているので、電池パック１５０を本体１１０に取り付けた際に、当該電池パック１５０が何れの定格電圧であるかを確実に判別できる。このため、過放電を防ぐための放電下限電圧を適切な値に設定できるので、電池パック１５０の過放電を抑制して、電池パック１５０の劣化を防止した上で、過剰な電圧供給を防止して安全性を確保できる。

さらに、本実施形態の電動工具１００は、上記の構成とすることで、定格電圧が異なる複数の電池パック１５０ａ、１５０ｂを使用可能としているので、使用する電池の判別結果に応じて実行可能な運転の内容を変えることができる。具体的には、使用する電池の定格電圧の大きさに応じて、電動工具１００のモータ１２８の回転数の上限を変えたり、例えば、定格電圧が低いときは、強モードが使えないような実行可能な運転モードに制約を設けたりするように、使用する電池の定格電圧の大きさに応じて実行可能な運転の内容を変えられるので、極めて大きな工業的価値を有する。

なお、本実施形態では、電動工具１００は、電池パック１５０の接続部１５２側の各端子Ｂ（＋）、Ｂ（−）、ｄｓ、ｖｃｃ、ｔｈの接続部位の位置を変更することによって、電池パック１５０の定格電圧の種類を判別できるようにしているが、本体１１０側の接続ターミナル１３０に設けられる通信端子によって、電池パック１５０の定格電圧の種類を判別できるようにしてもよい。

例えば、図１０（Ａ）に示すように、本体側の接続ターミナルの通信端子１４０として、１４．４Ｖ用の接続端子１４０ｂを通信端子１４０の基端側、１８Ｖ用の接続端子１４０ａを通信端子１４０の先端側に設けて、各定格電圧に対応する通信端子を電池の挿入方向となる縦方向にそれぞれ配置して、電池側では、電圧に対応する位置に端子を配置するようにしてもよい。

従来では、図１０（Ｂ）に示すように、１４．４Ｖ用の接続端子４０ｂと、１８Ｖ用の接続端子４０ａを並列させて設けていたが、このように各定格電圧ごとの接続端子４０ａ、４０ｂを並列させると、基板の大型化につながるので、好ましくない。このため、本実施形態の変形例では、図１０（Ａ）に示すように、各定格電圧に対応する通信端子を電池の挿入方向となる縦方向にそれぞれ配置して、通信端子と接続される通信ターミナルの部位から定格電圧の情報を判別できるようにしている。

また、本実施形態では、判別用でない通信端子（ｖｃｃ、ｄｓ、ｔｈ）を用いて、電池パックの定格電圧情報を判別するようにしてもよい。例えば、過放電端子の出力電圧を１８Ｖ電池では５Ｖに、１４．４Ｖ電池では３Ｖにそれぞれ変えたり、温度検知用の通信端子ＴＨの抵抗を各定格電圧ごとに変えて、１８Ｖ電池では、１０ｋΩ〜３０ｋΩ、１４．４Ｖ電池では、１００Ω〜１ｋΩとなるように、変えることによって、電池パックの定格電圧情報を判別してもよい。さらに、本体・工具の双方に無線通信モジュールを設けて、双方の間で定格電圧情報を送受信するようにしてもよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態に係る電動工具について、説明する。本実施形態の電動工具２００の外観や操作部の構成は、第１の実施形態と同様なので、かかる説明は、省略する。

本実施形態の電動工具２００は、本体に装着される電池パックの定格電圧情報を判別する態様が第１の実施形態の電動工具１００と異なる。具体的には、本体に装着される電池パックの定格電圧情報を判別する定格電圧情報判別手段は、本体の把持部に設けられる駆動スイッチと停止スイッチの少なくとも何れかが長押し操作、すなわち、所定時間以上（例えば、５秒以上）の押圧を検知することによって、電池パックの定格電圧の情報を判別することを特徴とする。

次に、本発明の他の実施形態に係る電動工具の動作制御の詳細について、図面を使用しながら説明する。図１１は、本発明の他の実施形態に係る電動工具の回路構成を示すブロック図である。

本発明の他の実施形態に係る電動工具２００の本体２１０の内部には、第１の実施形態と同様に、図１１に示すように、ファン２２６、モータ２２８、接続ターミナル２３０、スイッチユニット２２１、ＬＥＤ２２３、及び制御回路２６０が収容されている。ファン２２６、モータ２２８、接続ターミナル２３０、スイッチユニット２２１、及びＬＥＤ２２３に関しては、第１の実施形態と同様であるので、これらの詳細な説明は、省略する。

制御回路２６０は、電源回路２６１、マイコン２６２、電池電圧検出回路２６３、表示ＬＥＤ回路２６４、駆動操作検出回路２６５、停止操作検出回路２６６、モータ駆動回路２６７、スイッチング素子２６８、電流検出回路２６９、及び残量切替回路２７０を備えている。このうち、電源回路２６１、マイコン２６２、電池電圧検出回路２６３、表示ＬＥＤ回路２６４、駆動操作検出回路２６５、停止操作検出回路２６６、モータ駆動回路２６７、スイッチング素子２６８、及び電流検出回路２６９に関しては、第１の実施形態と同様であるので、これらの詳細な説明は、省略する。

本実施形態では、残量切替回路２７０は、駆動スイッチＳＷ１と停止スイッチＳＷ２が同時に長押し操作されると、電池パック２５０の定格電圧が変更されたと判別されるので、当該判別結果に基づいて、電池パック２５０の定格電圧に応じた電池残量を表示する電池電圧の検知電圧を切り替える機能を有する。

また、本実施形態では、残量切替回路２７０は、図１０に示すように、駆動スイッチＳＷ１及び停止スイッチＳＷ２に接続されている。このため、残量切替回路２７０は、駆動スイッチＳＷ１及び停止スイッチＳＷ２が同時に長押し操作された旨を検知すると、電池パック２５０の定格電圧に応じた電池残量を表示する電池電圧の検知電圧を切り替える。

上述のように構成された制御回路２６０では、マイコン２６２が主制御処理を実行することで電動工具２００の動作を制御する。マイコン２６２は、作業者の駆動スイッチＳＷ１の操作で駆動操作検出回路２６５から検出信号が入力されると、電動工具２００の主制御処理を開始する。

具体的には、検出信号がマイコン２６２に入力されると、主制御処理は、モータ駆動回路２６７を実行して、モータ駆動回路２６７からＰＷＭ信号がスイッチング素子２６８に出力され、このＰＷＭ信号に応じてスイッチング素子２６８がオン／オフして、モータ２２８の回転を制御する。

そして、この主制御処理は、モータ制御の他に、本体２１０に装着された電池パック２５０の過放電を防止する過放電防止制御と、電池パック２５０の電池残量をＬＥＤ２２３に表示する残量表示制御とを実施する電池パック制御処理、運転中の運転モードを切り替える運転モード切替処理、及び残量表示で検知する電池電圧を変更する電圧切替処理を行っている。主制御処理における電池パック制御処理及び運転モード切替処理に関しては、第１の実施形態と同様であるので、これらの詳細な説明は、省略する。

本実施形態の特徴となる電圧切替処理は、駆動スイッチＳＷ１と停止スイッチＳＷ２が同時に連続して操作（長押し）されると、残量表示で検知する電池電圧を変更するものである。

具体的には、残量表示の電圧範囲が定格電圧１８Ｖの電池パック用で設定されていた場合に、駆動スイッチＳＷ１と停止スイッチＳＷ２が同時に長押し操作されると、定格電圧が１４．４Ｖの電池パック１５０ｂに変更された旨が判別され、電圧切替制御が作動して、１８Ｖ電池パック用の電圧表示から１４．４Ｖ電池パック用の電圧表示に変更される。

なお、本実施形態では、駆動スイッチＳＷ１と停止スイッチＳＷ２が同時に長押し操作されると、定格電圧が１４．４Ｖの電池パック１５０ｂに変更された旨が判別され、電圧切替制御が作動しているが、同時の長押しでなくても、駆動スイッチＳＷ１と停止スイッチＳＷ２の少なくともいずれか一方が長押し操作されていることを検知すれば、電圧切替制御が作動するようにしてもよい。

また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、残量表示が変更された時に、ＬＥＤ２２３を緑で５秒間の点滅をさせて、作業者に残量表示の検知電圧が変更された旨を報知している。なお、電動工具２００を使用中に、設定されている残量表示の電圧帯を作業者へ明確に認識させるために、前述の表２に示すように、電池パックの定格電圧に応じてＬＥＤ２２３の点灯色を変更してもよい。

以上のように構成された本実施形態の電動工具２００では、定格電圧が異なる複数の電池パック２５０を使用可能とされた場合において、それぞれの電池パック２５０の利用可能な範囲と、本体２１０に表示する電池残量との大きな差を解消して、複数の異なる定格電圧の電池パック２５０を選択的に使用しても、作業者に適切な電池残量を通知することが可能となる。すなわち、定格電圧が異なる複数の電池パックを使用可能とされた電動工具において、それぞれの電池パック２５０の利用可能な範囲と、本体２１０の表示部となるＬＥＤ２２３に表示する電池残量との大きな差を解消して、定格電圧が異なる電池パック２５０を選択的に使用しても、作業者に適切な電池残量を通知できる。

特に、本実施形態では、本体２１０に定格電圧の異なる電池パック２５０を取り付ける際に、駆動スイッチＳＷ１と停止スイッチＳＷ２の長押し操作によって、定格電圧が変更された旨を容易に報知されて、電池パック２５０が何れの定格電圧であるかを確実に判別できるので、極めて大きな工業的価値を有する。

なお、上記のように本発明の各実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、電動工具の構成、動作も本発明の各実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１００、２００ 電動工具、１１０、２１０ 本体、１２０ 把持部、１２２ 操作部、１２４ 表示部、１２６ ファン、１２８ モータ、１３０、２３０ 接続ターミナル、１５０、１５０ａ、１５０ｂ、２５０ 電池パック、１５２、２５２ 接続部、１６０、２６０ 制御回路、１６１、２６１ 電源回路、１６２、２６２ マイコン、１６３、２６３ 電池電圧検出回路、１６４、２６４ 表示ＬＥＤ回路、１６５、２６５ 駆動操作検出回路、１６６、２６６ 停止操作検出回路、１６７、２６７ モータ駆動回路、１６８、２６８ スイッチング素子、１６９、２６９ 電流検出回路、１７０、２７０ 残量切替回路（動作制御切替手段）、Ｂ（＋） 正極端子、Ｂ（−） 負極端子、ＤＳ 過放電ターミナル、ｄｓ 過放電端子、ＳＷ１ 駆動スイッチ、ＳＷ２ 停止スイッチ、Ｔ（＋） 正極ターミナル、Ｔ（−） 負極ターミナル、ＴＨ 温度通信ターミナル、ｔｈ 温度通信端子、ＶＣＣ 過放電解除ターミナル、ｖｃｃ 過放電解除端子

Claims (7)

1. 定格電圧が異なる複数種類の電池パックの何れかを選択して本体に装着して、該電池パックを電源として駆動するモータを具備した電動工具であって、
   前記本体及び前記電池パックの少なくとも何れかに設けられ、前記本体に接続される前記電池パックの前記定格電圧の情報を判別する定格電圧情報判別手段と、
   前記本体に設けられ、前記定格電圧情報判別手段の判別結果に基づいて前記電池パックの前記定格電圧に応じた動作制御を行う動作制御切替手段と、を備えることを特徴とする電動工具。
2. 前記定格電圧情報判別手段は、
   前記電池パックの前記本体との接続部に設けられ、前記本体と情報信号を通信する通信端子と、
   前記本体の前記電池パックと接続される接続ターミナルに設けられ、前記電池パックの前記通信端子と接続される通信ターミナルと、を備え、
   前記通信端子と接続される前記通信ターミナルの部位から前記定格電圧の情報を判別することを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記定格電圧情報判別手段は、
   前記電池パックの前記本体との接続部に設けられ、前記本体と情報信号を通信する少なくとも２個以上の通信端子と、
   前記本体の前記電池パックと接続される接続ターミナルに設けられ、前記電池パックの前記通信端子のそれぞれと接続される少なくとも２個以上の通信ターミナルと、を備え、
   前記通信ターミナルに対する前記通信端子の接続順序に基づいて前記定格電圧の情報を判別することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
4. 前記通信端子のそれぞれは、前記電池パックの前記定格電圧の大きさに応じて前記接続ターミナルとの接続方向に対する配置位置が異なっていることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動工具。
5. 前記定格電圧情報判別手段は、前記本体の把持部に設けられる駆動スイッチと停止スイッチの少なくとも何れかが所定時間以上の押圧を検知することによって、前記定格電圧の情報を判別することを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
6. 前記動作制御切替手段は、前記定格電圧情報判別手段の前記判別結果に基づいて、前記電池パックの前記定格電圧に応じた電池残量を表示することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電動工具。
7. 前記本体には、光源を具備する表示部が更に設けられ、
   前記動作制御切替手段は、前記定格電圧情報判別手段の前記判別結果に基づいて、前記表示部の点灯又は点滅の態様を変更することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の電動工具。

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