JP5491244B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、電動工具、特に電源として燃料電池を備えた電動工具に関する。

従来、電動モータの電源として燃料電池と二次電池とを併用して使用する電動工具がある。この電動工具は、電動モータに燃料電池と二次電池とを電気的に接続し、通常動作時は、最大出力密度が小さい燃料電池から電動モータに電力を供給し、電動モータがロックした等の過負荷状態になった場合に、最大出力密度が大きな二次電池に切り換える構成となっている。

このような構成により、過負荷時の大電流は燃料電池を切り離して二次電池から電力が供給されるため、燃料電池は過負荷時の大電流ではなく、通常動作時に必要な電流を供給できるだけの小型のものでよい。また、二次電池に関しては、過負荷時の大電流を所定時間だけ供給できるものを用いればよいため、二次電池も小型化することができる。つまり、燃料電池と二次電池を双方とも小型化することができるという利点がある（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−１３２５５１号公報

ところが、上記電動工具では、燃料電池と二次電池を切り換えることによって、電動モータの負荷状態に応じたモータへの電力供給を行うようにはなっているが、燃料電池に供給する燃料が収納されている燃料カートリッジを１つしか備えていない。したがって、その燃料カートリッジが空になると電動工具が使用できなくなってしまう。

燃料カートリッジが空になると燃料切れの状態となり、その都度電動工具を停止させ、燃料カートリッジを交換する必要がある。
さらに、持ち運びできるような小型の電動工具内に燃料カートリッジを収納する場合、収納スペースの制限があったり、収納スペースの形状が複雑になったりすることが多い。その場合、１つの燃料カートリッジを収納スペースに着脱可能に収納しようとすると、燃料カートリッジの形状を収納スペースの空間形状と同一にすることができなくなり、収納スペースに無駄な部分が生じ、その結果、燃料収納容器として体積効率が悪くなってしまう。すると、燃料カートリッジの収納スペースに対し収納できる燃料の量が少なくなるので、収納スペースに対して燃料を効率よく使用することができない場合があるという問題もある。

また、燃料の残量が少ししかない場合、持ち運び先で使用中に燃料が切れてしまうおそれがあるという問題がある。使用前に交換すると使い切れず、予備を持っていくのは手間であるという問題もある。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、燃料電池から電力を供給して作動する電動工具において燃料電池の燃料切れを防止するとともに小型で燃料を効率よく使用することができる電動工具を提供することを目的とする。

この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。

上記目的を達成するためになされた本発明の電動工具（１）には、電動モータ（１０）、燃料電池（２０）及び複数の燃料カートリッジ（３０、３２）が備えられる。

電動モータ（１０）は、電力供給を受け、取り付けられた工具を駆動し、燃料電池（２０）は、燃料供給を受けるための燃料供給口（２４，２５）を複数有し、複数の燃料供給口（２４，２５）から供給された燃料を用いた発電反応により発電した電力を供給する。

また、燃料カートリッジ（３０、３２）は、燃料電池（２０）の複数の燃料供給口（２４，２５）に着脱可能に構成され、燃料電池（２０）に供給する燃料を収納する容器であり、複数備えられている。

このような電動工具（１）では、燃料電池（２０）の燃料供給口（２４，２５）から着脱可能な複数の燃料カートリッジ（３０、３２）が備えられており、複数の燃料カートリッジ（３０、３２）から燃料電池（２０）に燃料が供給される。

したがって、電動工具（１）の使用中などに、複数の燃料カートリッジ（３０、３２）のうち燃料がほとんど空になった燃料カートリッジ（３０、３２）を取り外し、燃料が残っている燃料カートリッジ（３０、３２）を残しておき、取り外した燃料カートリッジ（３０、３２）に燃料を充填し、燃料を充填した燃料カートリッジ（３０、３２）を取り付ければ、電動工具（１）の燃料切れを防止することができる。

また、燃料カートリッジ（３０、３２）を複数としたため、１つ１つの燃料カートリッジ（３０、３２）の形状を、例えば、電動工具（１）内部の燃料カートリッジ（３０、３２）収納部の形状に合わせて形成すれば、小型で燃料を効率よく使用することができる電動工具（１）を提供することができる。

そして、特に、請求項１に記載された第１発明の電動工具には、複数の燃料カートリッジ（３０、３２）のうちどの燃料カートリッジ（３０、３２）から燃料電池（２０）に燃料を供給するかを選択する選択手段（４０）が備えられる。
このため、第１発明の電動工具によれば、燃料電池（２０）に燃料を供給する燃料カートリッジ（３０、３２）を選択することができる。

したがって、選択しておいた燃料カートリッジ（３０、３２）の残燃料が少なくなったときに、燃料が残っている他の燃料カートリッジ（３０、３２）を選択することにより、その燃料カートリッジ（３０、３２）から燃料を供給しつつ、残燃料が少なくなった燃料カートリッジ（３０、３２）を取り外して、燃料を補給することができるので、燃料切れを防止できるとともに、電動工具（１）の連続使用可能時間を延ばすことができる。

また、燃料カートリッジ（３０、３２）の選択は、選択手段（４０）を直接手動で操作することにより行ってもよいが、本発明において、選択手段（４０）に、複数の燃料カートリッジ（３０、３２）のうちどのカートリッジを選択するかを指令する指令信号を出力する指令手段（５０）を備え、選択手段（４０）は、指令手段（５０）からの指令信号を受け、複数の燃料カートリッジ（３０、３２）のうちのいずれかを選択するよう構成するとよい。

このようにすると、指令手段（５０）からの指令信号により燃料カートリッジ（３０，３２）の選択が行われる。したがって、例えば、複数の燃料カートリッジ（３０，２０）のうち現在選択されている１つの燃料カートリッジ（３０）の残燃料の量が規定値よりも少なくなったことを検出した場合に他の燃料カートリッジ（３２）を選択する指令信号を指令手段（５０）から出力したり、指令手段（５０）からの信号をスイッチ操作により出力したりすれば、容易に燃料カートリッジ（３０，３２）を選択することができ、使いやすい電動工具とすることができる。

本発明において、選択手段（４０）は、電磁力を用いたアクチュエータ（４２，４３，４４，４５）によって、燃料電池（２０）の複数の燃料供給口（２４，２５）のうちどの燃料供給口（２４，２５）から燃料供給を受けるかを切り換えることにより、燃料カートリッジ（３０、３２）の選択を行うようにするとよい。

このように、選択手段（４０）として、電磁力を用いたアクチュエータ（４２，４３，４４，４５，４６，４７）、例えば、電磁石（４４，４５）や永久磁石（４２，４３，４６，４７）を用いれば容易に選択手段（４０）を構成することができる。

また、本発明において、複数の燃料カートリッジ（３０、３２）のうち、少なくとも選択手段（４０）で選択された燃料カートリッジ（３０、３２）の残燃料の量を検出する燃料残量検出手段（６０）を備え、指令手段（５０）は、燃料残量検出手段（６０）により検出された残燃料の量が所定量以下になった場合に選択手段（４０）に対し、現在燃料を供給している燃料カートリッジ（３０、３２）以外の燃料カートリッジ（３０、３２）を選択する旨の指令信号を出力するようにするとよい。

このようにすると、選択手段（４０）で選択された燃料カートリッジ（３０、３２）、つまり、燃料電池（２０）に現在燃料を供給している燃料カートリッジ（３０、３２）の残燃料が所定量以下になった場合には、現在選択されている以外の燃料カートリッジ（３０、３２）が選択されて、そこから燃料が燃料電池（２０）に供給される。

つまり、燃料電池（２０）に燃料を供給している燃料カートリッジ（３０、３２）の残燃料が所定量以下になった場合には、自動的に他の燃料カートリッジ（３０、３２）に切り換えられるので、燃料切れを防止できるとともに、電動工具（１）の連続使用時間を延ばすことができる。

また、本発明において、燃料残量検出手段（６０）として、燃料電池（２０）の出力電圧を検出することにより、燃料電池（２０）に現在燃料を供給している燃料電池（２０）カートリッジの残燃料の量を検出すると、簡易な構成で残燃料の量を検出できる。

つまり、燃料電池（２０）に供給される燃料が所定量以下に減少すると、燃料電池（２０）に対する燃料供給量が減少するので、燃料電池（２０）の出力電圧が減少する。したがって、燃料電池（２０）の出力電圧を検出すれば、現在前記燃料電池（２０）に燃料を供給している燃料電池（２０）カートリッジの残燃料の量を検出することができるのである。

また、本発明において、燃料の残量は、燃料電池（２０）の燃料供給口（２４，２５）から燃料電池（２０）の燃料入口（２１）までに形成される燃料通路に設けた水素センサ、圧力センサ又は流量センサのいずれかであってもよい。

このようにすると、水素センサでは、燃料の成分である水素を、圧力センサでは、燃料の供給圧力を、流量センサでは、燃料の量をそれぞれ直接検出することになる。つまり、燃料のうち発電反応に用いられる成分である水素、燃料の供給圧力、燃料の流量など残燃料の量に関する物理量を、燃料通路において直接検出することになるので、残燃料の量をより正確に検出することができる。
また、本発明において、燃料電池（２０）は、複数の燃料カートリッジ（３０，３２）を装着するための燃料供給口（２４，２５）と燃料供給口（２４，２５）から供給された燃料を燃料電池（２０）内部に取り入れるための燃料入口（２１）との間に、複数の燃料カートリッジ（３０、３２）から供給される燃料を一時的に滞留させておく燃料たまり部（２２）を備えるようにするとよい。
このようにすると、交換等により一時的に複数の燃料カートリッジ（３０、３２）を取り外しても、燃料たまり部（２２）に燃料が滞留するので、取り外した期間が短時間であれば燃料電池（２０）から電動モータ（１０）に対する電力供給が途絶えることがないの
で、電動工具（１）を作動させたままにしておくことができる。
ここで、「燃料電池（２０）内部」とは、燃料電池（２０）の容器のうち、燃料電池セル又は燃料電池セルを積層した燃料電池スタックを収納し、燃料と酸素とによる発電反応が生起している部分を意味している。
そして、このように燃料たまり部（２２）を備える構成は、選択手段（４０）を備えた第１発明の電動工具に適用してもよく、或いは、請求項８に記載のように、電動モータ（１０）、燃料電池（２０）及び複数の燃料カートリッジ（３０、３２）を備えた電動工具に、第２発明として適用してもよい。
さらに、本発明においては、内部の機器に電力を供給する二次電池を備え、燃料電池（２０）は、発電反応により発電した電力を、少なくとも電動モータ（１０）又は二次電池のいずれか一方に供給するようにするとよい。
このようにすると、例えば、燃料電池（２０）から電動モータ（１０）の電力を供給することや、二次電池から電動モータ（１０）に電力を供給し、燃料電池（２０）からは、二次電池を充電することができる。また、電動モータ（１０）や燃料電池（２０）以外の他の構成品、例えば、内部の電子回路などに電力を供給することもできる。

第１実施形態における電動工具の概略の構成を示すブロック図である。 第１実施形態における燃料電池と２つの燃料カートリッジの取りつけ状態及びそれらの結合部分の断面を拡大表示した図である。 第２実施形態における燃料電池と２つの燃料カートリッジの結合部分の断面を拡大表示した図である。 第３実施形態における燃料電池と２つの燃料カートリッジの結合部分の断面を拡大表示した図である。 第４実施形態における燃料電池２０と２つの燃料カートリッジの結合部分の断面を拡大表示した図である。 第５実施形態における燃料電池２０と２つの燃料カートリッジの結合部分の断面を拡大表示した図である。

以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
［第１実施形態］
図１は、本発明が適用された電動工具１の概略の構成を示すブロック図であり、図２（ａ）は、電動工具１における燃料電池２０と２つの燃料カートリッジ（第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２）の取りつけ状態を示し、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、それらの結合部分（図２（ａ）中Ａ部）の断面を拡大表示した図である。

電動工具１は、図１に示すように、電動モータ１０、燃料電池２０、指令部５０、電圧計６０及び起動用電源７０を備えている。
電動モータ１０は、ＤＣモータであり、燃料電池２０から電力供給を受け、駆動軸に取り付けられた工具を駆動する。

燃料電池２０は、改質器を介さずに、電動工具１内部の図示しない燃料電池セル（燃料電池スタック）に直接メタノール、ジメチルエーテル或いはヒドラジンなどの液体燃料を供給して発電を行うＤＦＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌの略）であるが、図示しない改質器を用いるＰＥＦＣ（固体高分子形燃料電池）、ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）など他の種類の燃料電池であってもよい。

燃料電池２０は、図２（ａ）に示すように、電動工具１のハウジング２内に収納され、２つの燃料カートリッジ（第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２）が燃料電池２０に結合された状態で、ハウジング２内部に収納されている。

燃料電池２０は、図２（ｂ）に示すように、燃料供給を受けるための第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５を有し、２つの第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５から供給された燃料を用いた発電反応により電動モータ１０に電力を供給する。

第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５は、図示しないロック機構を有しており、後述する第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５が差し込まれたときに、第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５を固定することができるようになっている。

また、第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５には、ロック機構とともに第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５に設けられている逆止弁を第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の内部に押し込んで、開状態にする機構を備えている。

さらに、第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５には、図示しない逆止弁が設けられており、第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５が取り外されると、逆止弁が作動して、燃料が外部に漏れない構造になっている。

つまり、第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５と後述する第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５とで、いわゆる配管におけるクイックディスコネクトを構成しているのである。

また、第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５と燃料入口２１との間に、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２から供給される燃料を一時的に滞留させておく、燃料通路を兼ねた燃料たまり部２２が設けられている。

電動工具１の内部には、図２（ａ）に示すように、２つの燃料カートリッジ（第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２）が収納されている。
第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２は、燃料電池２０の第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５に着脱可能に構成され、燃料電池２０に供給する燃料を収納する容器である。

第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２は、図２（ａ）に示すように、電動工具１の収納部３に収納できるように略直方体に形成された容器である。また、直方体に形成された容器の一部に突出した第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５が設けられており、第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５が第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５に差し込まれ、第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５に設けられたロック機構により固定される。

また、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５内部には、図示しない逆止弁が備えられており、第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５から取り外された状態では、容器内部の燃料が外部に漏れない構造になっている。

また、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５を第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５に差し込んだときには、逆止弁が開状態になり、第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５から第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５に燃料が供給されるようになっている。

また、図２（ａ）に示すように、燃料電池２０の第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５と燃料電池２０の燃料入口２１との間の燃料通路には、選択部４０が設けられている。

選択部４０は、指令部５０からの指令信号を受け、２つの第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２のうちどちらの燃料カートリッジから燃料電池２０に燃料を供給するかを選択する。

具体的には、図２（ａ）に示すように、燃料入口２１の中央部分に配置されたヒンジ４１と、ヒンジ４１に取り付けられた２枚の第１板材４２及び第２板材４３とから成る。
第１板材４２及び第２板材４３は、直角を成すように、その一端がヒンジ４１に取り付けられており、ヒンジ４１の軸周りの回転に伴って直角を保ったまま回転する構成となっている。

また、第１板材４２及び第２板材４３は、それぞれ第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５と燃料入口２１の間に形成される燃料通路（燃料たまり部２２）に対し略垂直の位置になったときに、燃料通路を閉じる大きさを有している。なお、燃料通路は、その断面が略正方形になるように、形成されている。

このようにヒンジ４１に取り付けられた第１板材４２及び第２板材４３がヒンジ４１の軸周りに回転することによって、第１燃料供給口２４から燃料入口２１への燃料通路が開状態になったときには、第１燃料供給口２４から燃料入口２１への燃料通路が開状態となり、図２（ａ）中に矢印で示すように、第１燃料カートリッジ３０から燃料が燃料電池２０へ供給される状態となる。

同時に、第２燃料供給口２５から燃料入口２１への燃料通路が閉状態になるので、第２燃料供給口２５から燃料入口２１への燃料通路が閉状態となり、第２燃料カートリッジ３２からは燃料が燃料電池２０へ供給されない状態となる。

第１板材４２及び第２板材４３を回転させるためには、電磁力を用いる。すなわち、第１燃料供給口２４から燃料入口２１への燃料通路の燃料入口２１近傍の燃料電池２０側の壁面内に第１電磁石４４が埋め込まれ、第２燃料供給口２５から燃料入口２１への燃料通路の燃料入口２１近傍の燃料電池２０側の壁面内で、第１板材４２及び第２板材４３がヒンジ４１の軸周りに回転したときに、第１板材４２及び第２板材４３のヒンジ４１取付部と反対端側が壁面に接触する位置に第２電磁石４５が埋め込まれている。

さらに、第１板材４２及び第２板材４３のヒンジ４１取付部と反対端に第１永久磁石４６及び第２永久磁石４７が取り付けられている。したがって、第１電磁石４４と第１永久磁石４６が密着し、第２電磁石４５と第２永久磁石４７とが密着するようになっている。

第１電磁石４４と第１永久磁石４６の密着面の極性は第１電磁石４４がオンしたときに極性が逆極性となり、第２電磁石４５と第２永久磁石４７の極性は第２電磁石４５がオンしたときに極性が逆極性となるようになっている。

このように、ヒンジ４１の軸周りに、先端に第１永久磁石４６及び第２永久磁石４７を有する第１板材４２及び第２板材４３が直角に取り付けられて回転するようになっている。

したがって、第１電磁石４４と第２電磁石４５とをオン／オフすることにより、第１板材４２及び第２板材４３がヒンジ４１の軸周りに回転し、第１燃料供給口２４から燃料入口２１までの燃料通路と第２燃料供給口２５から燃料入口２１までの燃料通路（燃料たまり部２２）を図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、相互に開閉することができる。

つまり、燃料を供給する第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２を切り換えることにより選択するようになっている。
具体的には、後述する指令部５０からの第１電磁石４４及び第２電磁石４５のオン／オフ信号により、第１電磁石４４がオフ、第２電磁石４５がオンになると、第２永久磁石４７が第２電磁石４５に引き寄せられる。

そして、ヒンジ４１が図２（ｂ）に示すように、軸周りに反時計回りに回転し、第１板材４２が第１燃料供給口２４を開状態とし、第２板材４３が第２燃料供給口２５を閉状態とするので、第１燃料カートリッジ３０から燃料電池２０へ燃料が供給される。

逆に、第１電磁石４２がオン、第２電磁石４３がオフになると、第１永久磁石４２が第１電磁石４２に引き寄せられ、ヒンジ４１が図２（ｃ）に示すように、軸周りに時計回りに回転する。

そして、第１板材４２が第１燃料供給口２４を閉状態とし、第２板材４３が第２燃料供給口２５を開状態とするので、第２燃料カートリッジ３２から燃料電池２０へ燃料が供給される。

指令部５０は、図示しない、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏを備えており、本実施形態においては、いわゆる１チップマイコンである。また、指令部５０は、燃料電池２０又は起動用電源７０から電力供給を受けて作動し、ＲＯＭに格納されたプログラムにより以下の指令処理を実施する。

（ア）電圧計６０から燃料電池２０の出力電圧を取得する。
（イ）取得した出力電圧が所定の値以下か否かを判定する。
（ウ）出力電圧が所定の値以下の場合、選択部４０の第１電磁石４４及び第２電磁石４５のオン／オフを切り換える。つまり、切り換え前に第１電磁石４４がオン、第２電磁石４５がオフの場合、第１電磁石４４をオフ、第２電磁石４５をオンにし、切り換え前に第１電磁石４４がオフ、第２電磁石４５がオンの場合、第１電磁石４４をオン、第２電磁石４５をオフにする。

電圧計６０は、燃料電池２０の出力電圧を検出する電圧計である。燃料電池２０の出力電圧は、燃料の供給量が所定量以下に減少すると低下する。したがって、燃料電池２０の出力電圧を検出することにより、２つの第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２のうち、選択部４０で選択され、燃料電池２０に現在燃料を供給している第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の残燃料の量を検出することができるのである。

起動用電源７０は、燃料電池２０から電力が供給されない間（初期状態）に、選択部４０及び指令部５０に電力を供給し、選択部４０及び指令部５０を初期作動させるためにも用いられる。また、燃料電池の温度が低い時など、燃料電池から充分な出力を得られない時には起動用電源から出力を補助としても使える。

なお、起動用電源７０としてリチウムイオン電池などの二次電池を用いた場合には、燃料電池２０が発電状態になった後に、燃料電池２０から二次電池を充電するように構成すると、二次電池を長期間にわたり交換する必要がなくなるので、都合がよい。

（電動工具１の特徴）
以上に説明した電動工具１では、電動工具１の使用中などに、燃料が供給されている第１燃料カートリッジ３０の燃料がほとんど空になった場合には、燃料供給元が第２燃料カートリッジ３２に切り換えられる。

したがって、その際に、燃料が残っている第２燃料カートリッジ３２を残しておき、第１燃料カートリッジ３０を取り外し、取り外した第１燃料カートリッジ３０に燃料を充填した後に再度取り付ければ、第２燃料カートリッジ３２が空になった場合には、燃料供給先が燃料を充填した第１燃料カートリッジ３０に切り換えられる。

したがって、電動工具１の燃料切れを防止することができるとともに、電動工具１の連続使用可能時間を延ばすことができる。
また、燃料カートリッジを２つとしたため、１つ１つ燃料カートリッジ（第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２）の形状を、電動工具１のハウジング２形状に合わせて形成することができる。

したがって、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の形状に対する設計の自由度が高まるので、体積効率のよい第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２とすることができる。ひいては、小型で燃料を効率よく使用することができる電動工具１とすることができる。

また、２つの第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２を燃料電池２０の第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５に装着する部分に、供給される燃料を一時的に滞留させておく燃料たまり部２２（燃料通路）を備えているので、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の交換等により一時的に第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２を取り外しても、燃料たまり部２２に燃料が滞留する。

したがって、燃料カートリッジを取り外した期間が短時間であれば燃料電池２０から電動モータ１０に対する電力供給が途絶えることがないので、電動工具１を作動させたままにしておくことができる。

また、選択部４０は、２枚の板材（第１板材４２及び第２板材４３）と、２つの永久磁石（第１永久磁石４６及び第２永久磁石４７）と、２つの電磁石（第１電磁石４４及び第２電磁石４５）のみで構成されるので、容易かつ安価に選択部４０を構成することができる。

また、選択部４０で選択された第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の残燃料の量を電圧計６０で検出しているので、容易に残燃料の量を検出できる。
［第２実施形態］
次に、図３に基づき、第１実施形態の選択部４０の構成を変更した第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態における燃料電池２０と２つの燃料カートリッジ（第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２）の結合部分の断面を拡大表示した図である。

なお、第２実施形態における電動工具は、第１実施形態における電動工具１と選択部４０の構造を除いて同じであるので、選択部について説明を行い、他の構成品については、説明を省略する。

第２実施形態における選択部４０は、図３（ａ）に示すように、第１実施形態における第１板材４２及び第２板材４３と第１電磁石４４及び第２電磁石４５の代わりに、スライド機構８０、第３電磁石８６及び第４電磁石８７が用いられている。

スライド機構８０は、平板部８２、第１Ｌ字部材８４及び第２Ｌ字部材８５より構成される。
平板部８２は、断面形状が略正方形の燃料通路内の第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２が取り付けられる側の壁面をスライドする平板であり、図３（ａ）に示すように、右にスライドすることにより、第２燃料供給口２５を閉状態、第１燃料供給口２４を開状態にし、図３（ｂ）に示すように、左にスライドすることにより、第１燃料供給口２４を閉状態、第２燃料供給口２５を開状態にする。

第１Ｌ字部材８４は、第１燃料供給口２４から燃料入口２１までの間の燃料通路の燃料電池２０側の壁面にＬ字の長辺がスライドするように配置され、図３（ａ）に示すように、最も右にスライドしたときに、Ｌ字の長辺の端部が燃料入口２１の左端部の位置になり、かつ、Ｌ字の短辺の位置が第１燃料供給口２４の左端部に位置になるように形成されている。さらに、Ｌ字の短辺の底面には第３永久磁石８８が装着されている。

また、第２Ｌ字部材８５は、図３（ａ）に示すように、第１Ｌ字部材８４と左右対称の構成となっており、Ｌ字の短辺の底面には、第４永久磁石８９が装着されている。
平板部８２、第１Ｌ字部材８４及び第２Ｌ字部材８５は、一体化されており、すべてが同時に同じ方向にスライドするようになっている。

第３電磁石８６は、第１燃料供給口２４から燃料入口２１までの燃料通路の図３（ａ）中左端壁面に装着され、第４電磁石８７は、第２燃料供給口２５から燃料入口２１までの燃料通路の図３（ａ）中右端壁面に装着されている。

第３電磁石８６と第３永久磁石８８の密着面の極性は、第３電磁石８６がオンしたときに極性が逆極性となり、第４電磁石８７と第４永久磁石８９の極性は、第４電磁石８７がオンしたときに極性が逆極性となるようになっている。

このように構成されている第２実施形態における選択部４０では、指令部５０からの第３電磁石８６及び第４電磁石８７のオン／オフ信号により、第３電磁石８６がオフ、第４電磁石８７がオンになると、第４永久磁石８９が第４電磁石８７に引き寄せられる。

そして、スライド機構８０が図３（ａ）に示すように、右にスライドし、平板部８２が第１燃料供給口２４を開状態、第２燃料供給口２５を閉状態とするので、第１燃料カートリッジ３０から燃料電池２０へ燃料が供給される。

逆に、第３電磁石８６がオン、第４電磁石８７がオフになると、第３永久磁石８８が第３電磁石８６に引き寄せられ、スライド機構８０が図３（ｂ）に示すように、左にスライドし、平板部８２が第１燃料供給口２４を閉状態、第２燃料供給口２５を開状態とするので、第２燃料カートリッジ３２から燃料電池２０へ燃料が供給される。

以上のような、第２実施形態における選択部４０を用いても第１実施形態と同様な効果が得られる。
［第３実施形態］
次に、図４に基づき、残燃料の量の検出方法を変更した第３実施形態について説明する。図４は、第３実施形態における燃料電池２０と２つの燃料カートリッジ（第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２）の結合部分の断面を拡大表示した図である。

なお、第３実施形態における電動工具は、第１実施形態における電動工具１と電圧計６０を除いて同じであるので、同じ構成品については同じ符号を付し、その説明を省略する。

第１実施形態では、第１燃料カートリッジ３０の残燃料の量を燃料電池２０の出力電圧の値により検出していたが、第３実施形態では、流量センサ９０により残燃料の量を検出している。

つまり、図４に示すように、燃料電池２０の第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５から燃料入口２１までに形成される燃料通路（燃料たまり部２２）の燃料入口２１近傍に、流量センサ９０を装着する。

そして、指令部５０においては、燃料電池２０の出力電圧の代わりに、流量センサ９０の出力（燃料流量）を取得し、検出した燃料流量の累積値が第１燃料カートリッジ３０の容量と同じになった場合に、選択部４０に、燃料カートリッジを第１燃料カートリッジ３０から第２燃料カートリッジ３２に切り換える旨の指令信号を出力し、第２燃料カートリッジ３２を選択する。

このようにすると、燃料の流量という残燃料の量に関する物理量を直接検出することになるので、残燃料の量をより正確に検出することができる。
［第４実施形態］
次に、図５に基づき、選択部４０を指令部５０からの指令で作動するのではなく手動により作動するようにした第４実施形態について説明する。図５は、第４実施形態における燃料電池２０と２つの燃料カートリッジの結合部分の断面を拡大表示した図である。

第４実施形態における電動工具は、第１実施形態における電動工具１と選択部４０の構成を除いて同じであるので、同じ構成品については同じ符号を付し、その説明を省略する。

第４実施形態における選択部４０は、図５に示すように、第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５から燃料入口２１までの燃料通路の部分の構成は、第１実施形態における選択部４０から、第１板材４２及び第２板材４３の第１永久磁石４６及び第２永久磁石４７と壁面に埋め込まれた第１電磁石４４及び第２電磁石４５を削除し、ヒンジ４１を燃料通路の外部まで延長し、その延長部分を中心軸としてハンドル４８を装着したものとなっている。また、指令部５０及び起動用電源７０は削除されている。

第４実施形態における選択部４０では、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、電動工具１の使用者が、ハンドル４８をヒンジ４１周りに手動で回転させることにより、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２を切り換えて選択することができるようになっている。

例えば、図５（ａ）に示すように選択しておいた第１燃料カートリッジ３０の残燃料が少なくなったときに、図５（ｂ）に示すように、ハンドル４８を回転させて、燃料が残っている第２燃料カートリッジ３２を選択することにより、第２燃料カートリッジ３２から燃料を供給しつつ、残燃料が少なくなった第１燃料カートリッジ３０を取り外して、燃料を補給することができる。

このように、選択部４０を手動で作動させるように構成することで、燃料切れを防止できるとともに、電動工具１の連続使用可能時間を延ばすことができる。
また、第４実施形態では、指令部５０が不要であり、また、選択部４０を初期作動させるための起動用電源７０も不要であるため、非常に簡易な構造とすることができる。
［第５実施形態］
次に、図６に基づいて、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２を直列に接続した第５実施形態について説明する。図６は、第５実施形態における燃料電池２０と２つの燃料カートリッジの結合部分の断面を拡大表示した図である。

第５実施形態における電動工具は、第４実施形態における電動工具から選択部４０を削除し、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２を直列に接続した以外は、同じであるので、同じ構成品については同じ符号を付し、その説明を省略する。

第５実施形態では、図６に示すように、燃料電池２０の燃料入口２１に対して、第１燃料カートリッジ３０の第１燃料吐出口３４を差し込む形態となっている。
そして、第１燃料カートリッジ３０の後端部（第１燃料カートリッジ３０の第１燃料吐出口３４の反対側端部）には、第１燃料供給口２４と同じ構造の第３燃料供給口３６が設けられている。この第３燃料供給口３６に第２燃料カートリッジ３２の第２燃料吐出口３５が差し込まれる形で、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２が直列に接続される。

このように、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２が直列に接続されると、第２燃料カートリッジ３２が空になった場合に、第２燃料カートリッジ３２を第１燃料カートリッジ３０から取り外しても、燃料電池２０には、第１燃料カートリッジ３０から燃料が供給され続けるので、電動工具を作動させることができる。

また、第２燃料カートリッジ３２を取り外した後、燃料を補給して、再度第１燃料カートリッジ３０に装着すれば、燃料を第１燃料カートリッジ３０に補給することができるので、電動工具１を連続して使用することができる。

［その他の実施形態］
（１）第３実施形態では、残燃料の量を、流量センサ９０を用いて検出したが、水素センサや圧力センサを用いて残燃料の量を検出するようにしてもよい。つまり、流量センサ９０の代わりに、燃料のうち発電反応に用いられる成分である水素の量を検出する水素センサ或いは圧力センサを装着する。

水素センサを用いた場合には、検出した水素の量が所定の値以下になった場合に、現在使用されている燃料カートリッジとは別の燃料カートリッジに切り換える旨の指令信号を出力する。

また、圧力センサを用いた場合には、検出した圧力の値が所定の値以下になった場合に、現在使用されている燃料カートリッジとは別の燃料カートリッジに切り換える旨の指令信号を出力するのである。

（２）また、第３実施形態では、１つの流量センサ９０を用いたが、２つの燃料カートリッジ３０，３２の燃料供給口２４，２５の近傍に流量センサ９０を装着して、２つの燃料カートリッジ３０，３２の燃料流量を別々に検出するようにしてもよい。同様に、水素センサや圧力センサを２つ用いてもよい。

（３）上記実施形態では、２つの燃料カートリッジを用いていたが、燃料カートリッジの数は２つに限定されるものではなく、３つ以上の燃料カートリッジを用いてもよい。
（４）上記実施形態における電動工具１では、いずれも燃料電池２０から、主に電動モータ１０に対し電力を供給するように構成されているが、燃料電池２０からは電力を供給する対象は、必ずしも電動モータ１０のみに限られない。

例えば、前述のように起動用電源７０としてリチウムイオン電池などの二次電池を用いる場合など、二次電池に供給してもよい。また、燃料電池の燃料の残量が少なくなったときにＬＥＤを発光させたり、ブザー音などを発生させたりするなどの警告を行うための警告装置を備えるようにする場合にはこれらの警告装置に電力を供給するようにしてもよい。

また、二次電池から電動モータ１０に電力を供給し、燃料電池２０で二次電池を充電するようにしてもよい。

１…電動工具、３…収納部、１０…電動モータ、２０…燃料電池、２１…燃料入口、２２…燃料たまり部、２４…第１燃料供給口、２５…第２燃料供給口、３０…第１燃料カートリッジ、３２…第２燃料カートリッジ、３４…第１燃料吐出口、３５…第２燃料吐出口、３６…第３燃料供給口、４０…選択部、４１…ヒンジ、４２…第１板材、４３…第２板材、４４…第１電磁石、４５…第２電磁石、４６…第１永久磁石、４７…第２永久磁石、４８…ハンドル、５０…指令部、６０…電圧計、７０…起動用電源、８０…スライド機構、８２…平板部、８４…第１Ｌ字部材、８５…第２Ｌ字部材、８６…第３電磁石、８７…第４電磁石、８８…第３永久磁石、８９…第４永久磁石。

Claims (9)

1. 電力供給を受け、取り付けられた工具を駆動する電動モータと、
   燃料供給を受けるための燃料供給口を複数有し、前記複数の燃料供給口から供給された燃料を用いた発電反応により発電した電力を供給する燃料電池と、
   前記燃料電池の前記複数の燃料供給口に着脱可能に構成され、前記燃料電池に供給する燃料を収納する複数の燃料カートリッジと、
   前記複数の燃料カートリッジのうちどの燃料カートリッジから前記燃料電池に燃料を供給するかを選択する選択手段と、
   を備えたことを特徴とする電動工具。
2. 請求項１に記載の電動工具において、
   前記選択手段に、前記複数の燃料カートリッジのうちどのカートリッジを選択するかを指令する指令信号を出力する指令手段を備え、
   前記選択手段は、前記指令手段からの指令信号を受け、前記複数の燃料カートリッジのうちいずれかを選択するよう構成されていることを特徴とする電動工具。
3. 請求項２に記載の電動工具において、
   前記選択手段は、電磁力を用いたアクチュエータによって、前記燃料電池の複数の燃料供給口のうちどの燃料供給口から燃料供給を受けるかを切り換えることにより、前記燃料カートリッジの選択を行うことを特徴とする電動工具。
4. 請求項２又は請求項３に記載の電動工具において、
   前記複数の燃料カートリッジのうち、少なくとも前記選択手段で選択された燃料カートリッジの残燃料の量を検出する燃料残量検出手段を備え、
   前記指令手段は、
   前記燃料残量検出手段により検出された残燃料の量が所定量以下になった場合に前記選択手段に対し、現在燃料を供給している燃料カートリッジ以外の燃料カートリッジを選択する旨の指令信号を出力することを特徴とする電動工具。
5. 請求項４に記載の電動工具において、
   前記燃料残量検出手段は、
   前記燃料電池の出力電圧を検出することにより、現在前記燃料電池に燃料を供給している燃料電池カートリッジの残燃料の量を検出することを特徴とする電動工具。
6. 請求項４に記載の電動工具において、
   前記燃料残量検出手段は、
   前記燃料電池の燃料供給口から燃料電池の燃料入口までに形成される燃料通路に設けた水素センサ、圧力センサ又は流量センサのいずれかであることを特徴とする電動工具。
7. 請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の電動工具において、
   前記燃料電池は、
   前記複数の燃料カートリッジを装着するための燃料供給口と前記燃料供給口から供給された燃料を前記燃料電池内部に取り入れるための燃料入口との間に、前記複数の燃料カートリッジから供給される燃料を一時的に滞留させておく燃料たまり部を備えることを特徴とする電動工具。
8. 電力供給を受け、取り付けられた工具を駆動する電動モータと、
   燃料供給を受けるための燃料供給口を複数有し、前記複数の燃料供給口から供給された燃料を用いた発電反応により発電した電力を供給する燃料電池と、
   前記燃料電池の前記複数の燃料供給口に着脱可能に構成され、前記燃料電池に供給する燃料を収納する複数の燃料カートリッジと、
   を備え、
   前記燃料電池は、
   前記複数の燃料カートリッジを装着するための燃料供給口と前記燃料供給口から供給された燃料を前記燃料電池内部に取り入れるための燃料入口との間に、前記複数の燃料カートリッジから供給される燃料を一時的に滞留させておく燃料たまり部を備えることを特徴とする電動工具。
9. 請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の電動工具において、
   内部の機器に電力を供給する二次電池を備え、
   前記燃料電池は、
   前記発電反応により発電した電力を、少なくとも前記電動モータ又は二次電池のいずれか一方に供給することを特徴とする電動工具。

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