JP4759921B2

JP4759921B2 - 電池パック及び電動工具

Info

Publication number: JP4759921B2
Application number: JP2004037087A
Authority: JP
Inventors: 信宏高野; 智海吉水
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2024-02-13
Also published as: JP2005224909A

Description

本発明は携帯用機器等の電源として用いられているニッケルカドミウム電池（以下ニカド電池という）、ニッケル水素電池又はリチウムイオン電池等の２次電池から構成される電池パック又は電池パックを電源とするコードレス電動工具(以下単に電動工具という)に関するものである。

特開２００３−１６４０６６号

特開２０００−２１０８７７号電池パック内に簡素な制御回路を付加することで、例えば電池組の過放電を防止しサイクル寿命特性を向上させる発明を特許文献１により提案した。

また例えばインパクトレンチ等の回転打撃式電動工具において、例えば加速度センサ等の打撃検出手段により打撃を検出した打撃検出信号に基づき打撃量を演算し、所定トルクに達した時に電動工具の駆動を停止させる制御機構付電動工具を特許文献２により提案した。

しかしながら、特許文献１の発明は、例えば電動工具のような高負荷でモータを駆動し、ネジ締め等を行う用途で、電池過放電を抑制するもので、電池パックが電動工具の動作を制御するものではない。電動工具の動作を制御するものとして特許文献２の形式があるが、制御機構付電動工具でなければ制御することができず、既存の電動工具を制御することは不可能であった。

本発明の目的は、上記従来技術をさらに発展させるものであり、電池パックに簡素な制御回路を付加することで、既存の電動工具の動作を制御可能な電池パック又はこの電池パックを電源とするコードレス電動工具を提供することである。
また、本発明の別の目的は、打撃検出手段によって、打撃を精度良く検出することである。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の電動工具は、電動工具の被制御動作に関与する被検出因子を検出するためのセンサ、センサの検出出力を受けて電動工具の動作を制御する制御手段、及び被検出因子の情報を記憶する記憶手段を電池パック内に設けたことを特徴としている。
かかる構成の電動工具によれば、電池パックを取り付けるだけで被制御動作が制御されるので、電動工具の構成が簡単になる。

請求項２記載の電池パックは、電動工具の被制御動作に関与する被検出因子を検出するためのセンサ、センサの検出出力を受けて電動工具の動作を制御する制御手段、及び被検出因子の情報を記憶する記憶手段を内蔵したことを特徴としている。
かかる構成の電池パックによれば、既存の電動工具に電池パックを取り付けるだけで電動工具を制御することが可能になり、既存の電動工具の制御が容易になる。
請求項３記載の回転打撃工具は、モータと、前記モータに接続される減速機構と、前記減速機構に接続されるハンマと、前記ハンマにより打撃されるアンビルと、複数の素電池を収納した電池パックと、前記モータと前記素電池との間に設けられるスイッチング手段と、電源スイッチと、を有し、前記アンビルによりボルト等を回転打撃する回転打撃工具であって、前記電源スイッチの上方に、前記モータ、前記減速機構、前記ハンマ及び前記アンビルを配置し、前記電源スイッチの下方に、打撃検出手段を配置したことを特徴とする。
また、請求項４記載の回転打撃工具は、請求項３の回転打撃工具であって、マイコンを有し、前記打撃検出手段の検出出力に基づいて、前記マイコンを介して前記スイッチング手段を制御することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、電池パックを取り付けるだけで電動工具の被制御動作が制御されるので、電動工具の構成が簡単になる。

請求項２記載の発明によれば、既存の電動工具に電池パックを取り付けて制御することが可能になり、既存の電動工具の制御が容易になる。

本発明の電池パック及び電動工具の一実施形態を、図１〜図５を用いて以下説明する。なお電動工具を図５に示す回転打撃工具１３０として説明するが本発明はこれに限定されるものではない。、回転打撃工具１３０は、図５に示す如く、後述するモータ１３１の回転を減速機構により減速してハンマ、アンビルに伝達し、アンビルを介してボルト等を回転打撃して締め付けるものである。なお電池パック１はモータ１３１〜ハンマを内蔵したハウジング内に挿入されるが、これらの構成は周知であるのでこれ以上の説明は省略する。本発明の回転打撃工具１３０は所定トルクで締め付けるために、トルクを本発明被制御動作とし、トルクに関与する打撃回数又は打撃時間等を被検出因子として以下説明する。

図１は電池パック１を回転打撃工具１３０に接続した状態を示す回路図である。電池パック１は複数の素電池を直列に接続した電池組２、正極端子３、負極端子４、後述するマイコン５０、外部記憶手段８０、デューティ設定手段９０、打撃時間及び打撃条件設定手段１００、打撃検出手段１１０等から構成される。

電池組２の放電回路中に挿入されたスイッチング手段６０は、ＦＥＴ６１、抵抗６２、６３から構成され、回転打撃工具１３に印加する電圧を制御する。スイッチング手段６０のＦＥＴ６１のドレイン側に印加される電圧を検出して回転打撃工具１３が駆動中か否かの検出信号を発生するオン検出手段１０が設けられている。演算増幅器２１、抵抗２２ａ〜２２ｄから構成される放電電流検出手段２０は、放電電流がＦＥＴ６１を介して流れる時のＦＥＴ６１のオン電圧を非反転増幅して放電電流を検出する。３端子レギュレータ３１、スイッチング素子３２、３３、抵抗３４ａ〜３４ｃ、ダイオード３５、３６、コンデンサ３７、３８から構成される定電圧供給手段３０は、電池組２の電池電圧を定電圧化してこの定電圧をマイコン５０、外部記憶手段８、デューティ設定手段９０、打撃時間及び打撃条件設定手段１００、打撃検出手段１１０等に供給する。スイッチング素子３２、３３及び抵抗３４ａ〜３４ｃは定電圧源供給遮断手段としての機能を有し、ダイオード３５、３６はオア回路を構成し、回転打撃工具オン検出段１０からの信号及びマイコン５０からの出力信号のオア論理をとってスイッチング素子３２、３３をオン・オフする。

演算手段（ＣＰＵ）５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、タイマ５４、Ａ／Ｄコンバータ５５ａ、５５ｂ、出力ポート５６ａ、５６ｂ、リセット入力ポート５７、入力ポート５８から構成される本発明制御手段を構成するマイコン５０は、打撃検出手段１１０の検出出力に基づいて、設定操作部が電池パック１外に露出したデューティ設定手段９０及び打撃時間・打撃回数設定手段１００の出力に基づいてスイッチング手段６０を制御する。また定電圧供給手段３０により定電圧を供給された時に定電圧の供給を保持するように制御し、打撃検出手段１１０とデューティ設定手段９０及び打撃時間・打撃回数設定手段１００の出力に基づいてスイッチング手段６０を制御終了後、定電圧供給手段３０による定電圧源の供給を遮断するように制御する
リセットＩＣ７０は、３端子レギュレータ３１の出力電圧に応じてローレベルのリセット信号をリセット入力ポート５７を介してマイコン５０に送りマイコン５０をリセットする。

例えばＥＥＰ−ＲＯＭからなる外部記憶手段８０は、打撃検出手段１１０の検出出力とデューティ設定手段９０及び打撃時間・打撃回数設定手段１００の設定出力に基づいて前記スイッチング手段６０を制御することによる回転打撃工具１３０の使用・作業データ（使用回数、打撃総数）を記憶・更新するようにした。

スイッチング手段６０に印加するパルス電圧のデュティー比を設定するデューティ設定手段９０は例えばロータリースイッチ等から構成される。また打撃時間又は打撃回数を外部から設定可能とする打撃時間・打撃回数設定手段１００も例えばロータリースイッチ等から構成される。

回転打撃工具１３０の打撃を検出する打撃検出手段１１０としては例えば加速度センサ及び加速度センサの検出出力を増幅する増幅回路等から構成される。加速度センサは、打撃を検出するために打撃を最も精度良く検出できる電池パック１内の位置に設置される。

回転打撃工具１３０は、上記した如く、モータ１３１、モータ１３１に直列に接続された電源スイッチ１３２、電池パック１の正極端子３、負極端子４にそれぞれ対応する正極端子１３３、負極端子１３４等により構成される。

次に図１の回路図、図２のフローチャート、図３のデューティ設定表及び図４の打撃時間・打撃回数設定表を参照して動作を説明する。

回転打撃工具１３０の電源スイッチ１３２がオンするとスイッチング手段６０のＦＥＴ６１のドレイン側に印加される電圧を検出する回転打撃工具オン検出段１０の出力により定電圧供給手段３０のスイッチング素子３２、３３をオンさせ、マイコン５０等に電源を供給するとともに、マイコン５０は電源の供給と同時に出力ポート５６ｂの出力を介して定電圧の供給を維持するように制御する（ステップ３０１）。

引き続きデューティ設定手段９０の出力に基づいて入力ポート５８を介して所定のデューティ設定値を判別する（ステップ３０２）。デューティ設定値は例えば図３に示すような設定値であり、ロータリースイッチ等によりその各設定値がマイコン５０の入力ポート５８に入力される。

次いで打撃時間・打撃回数設定手段１００の出力に基づいて入力ポート５８を介して所定の打撃時間・打撃回数の設定値を読み取る（ステップ３０３）。打撃時間・打撃回数設定値は例えば図４に示すような設定値であり、ロータリースイッチ等によりその各設定値がマイコン５０の入力ポート５８に入力される。

次いでマイコン５０はデューティ設定手段９０の出力に基づいて設定された所定のデューティ設定値で出力ポート５６ｂを介してスイッチング手段６０をオンさせ（ステップ３０４）、そして打撃検出手段１００の検出出力から回転打撃工具１３０が打撃したか否かを検出する（ステップ３０５）。

ステップ３０５において、打撃を開始したのを検出したなら、引き続きマイコン５０はタイマ５４をスタートさせ（ステップ３０６）、回転打撃工具１３０の打撃回数を打撃検出手段１１０の検出出力からカウントする（ステップ３０７）。

次いでマイコン５０は回転打撃工具１３０の打撃時間・打撃回数が打撃時間・打撃回数設定手段１００によって設定された所定設定値を経過したか否かを判別し(ステップ３０８)、所定の設定値を経過したなら、マイコン５０は外部記憶手段８０の回転打撃工具１３０の使用・作業データ（使用回数、打撃総数）を読み取り（ステップ３０９）、そして今回の使用・作業データを記憶・更新する（ステップ３１０）。

回転打撃工具１３０の使用・作業データは、例えば累積の作業回数、一日当り打撃回数・作業回数等の有益な情報を記憶でき、図１に示していないが、外部のパソコン等とデータ交換が出来れば、その情報は何時でも取り出し可能になる。

ステップ３１０の処理後、マイコン５０は出力ポート５６ｂを介してスイッチング手段６０をオフさせ（ステップ３１１）、次いでマイコン５０は回転打撃工具１３０の電源スイッチ１３２がオンしているか否かを回転打撃工具オン検出手段１０の出力により、すなわち回転打撃工具オン検出手段１０の出力がハイレベルならスイッチ１３２がオン状態、ローレベルならスイッチ１３２がオフ状態とマイコン５０は判別する事ができ、ステップ３１２でスイッチ１３２がオフされたなら、マイコン５０は出力ポート５６ｂを介して、定電圧供給手段３０による定電圧の供給を遮断するように制御する(ステップ３１３)。

ステップ３０８において回転打撃工具１３０の打撃時間・打撃回数が打撃時間・打撃回数設定手段１００のよって設定された所定の設定値を経過していないなら、マイコン５０は、放電電流検出手段２０の検出出力に基づいて、電池パック１が放電しているか否かすなわち回転打撃工具１３０の電源スイッチ１３２がオンしているか否かを判別し（ステップ３１４）、電池パック１が放電しているなら、ステップ３０８の処理に戻り、また、電池パック１が放電していないなら、ステップ３１１にジャンプする。

上記実施形態によれば、従来制御回路付電動工具でなければ制御することが不可能であったが、電池パック１を使用するだけで電動工具の動作を制御することが可能となり電動工具の構成が簡単になると共に電動工具の使用範囲が拡大する。また既存の電動工具に適用することも可能となり、電池パックの使用範囲が拡大する。

上記実施形態においては、回転打撃工具１３０の被制御動作に関与する被検出因子として打撃回数、打撃時間として説明したが、これに限られることはなく、例えば振動、音、電流等を被検出因子としても良く、これらの場合には例えば歪ゲージ、マイク、電流検出手段が使用される。

電池パックと携帯用回転打撃工具との関係を示す本発明の一実施形態の回路図。本発明の動作説明用フローチャート。本発明を構成するスイッチング手段のスイッチング動作のデューティ設定値の一例を示す表。本発明の打撃時間・打撃回数設定値の一例を示す表。本発明電動工具としての回転打撃工具の一例を示す一部断面側面図。

符号の説明

１は電池パック、１０は回転打撃工具オン検出段、２０は放電電流検出手段、３０は定電圧供給手段、５０はるマイコン、６０はスイッチング手段、８０は外部記憶手段（ＥＥＰ−ＲＯＭ）、９０はデューティ設定手段、１００は打撃時間・打撃回数設定手段、１１０は打撃検出手段、１３０は回転打撃工具。

Claims

複数の素電池を収納した電池パックを電源とし、前記素電池によってモータを駆動するコードレス電動工具であって、
加速度センサ、及び、前記加速度センサの検出出力を受けて電動工具の動作を制御する制御手段を電池パック内に設け、
前記制御手段は、前記加速度センサの検出出力に基づいて、前記モータへの通電をオフするように構成したことを特徴とするコードレス電動工具。
複数の素電池を収納し、前記素電池をスイッチング手段を介してコードレス電動工具に接続することにより、コードレス電動工具の電源となる電池パックであって、
加速度センサ、前記加速度センサの検出出力を受けて電動工具の動作を制御する制御手段、及び、前記スイッチング手段を内蔵し、
前記制御手段は、前記加速度センサの検出出力に基づいて、前記スイッチング手段をオフすることを特徴とする電池パック。
モータと、
前記モータを収容するハウジングと、
前記モータに接続される減速機構と、
前記減速機構に接続されるハンマと、
前記ハンマにより打撃されるアンビルと、
複数の素電池を収納し、前記ハウジングに取り付けられる電池パックと、
前記モータと前記素電池との間に設けられるスイッチング手段と、
電源スイッチと、を有し、
前記アンビルによりボルト等を回転打撃する回転打撃工具であって、
前記電池パックの内部に打撃検出手段を設けたことを特徴とする回転打撃工具。