JP5549863B2 - 電池パック及びこれを用いる電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、電動工具に用いられる電池パックに関するものである。

従来より、コードレスの手持ち式電動工具のハンドル部に着脱可能に装着され、電池ケース内に複数の電池セルを収容してなる電池パックが提案されている。図５に示す従来の電池パック１０６では、電池ケース１６０内に１本の電池セル１０９が縦置きに収容されるとともに、該縦置きの電池セル１０９の下方に複数本の電池セル１０９が横置きに収容されている（例えば、特許文献１）。

上記電池セル１０９は二次電池であり、通常は直列に接続されている。二次電池は大電流を流せるため、電動工具に使用するのに適している。例えば、二次電池の一例としてのリチウムイオン電池は、１セルあたり３．６Ｖ乃至３．７Ｖであり、図３の例では６本の二次電池が直列に接続されているため、２１．６Ｖ（＝３．６Ｖ×６）の電池電圧で電動工具を駆動することができる。

また、二次電池は再充電可能であるので、電池セル１０９が消耗した場合は充電することにより再使用できる。

特開２００８−２７０００７号公報

しかしながら、電動工具は、充電をするための商用ＡＣ電源が利用できない屋外で使用することが多く、電池切れにより緊急時に使用できないことが想定される。そこで、電池切れを想定して予備の二次電池を携帯することも考えられるが、リチウムイオン電池等の二次電池は緊急用として用いるには非常に高価である。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、リチウムイオン電池等の高価な二次電池を必要としない、電動工具用の電池パックを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電池パックは、電動工具で使用される電池パックであって、該電動工具の装着部に着脱可能に装着される電池ケースと、該電池ケースに収納されたスーパーキャパシタと、を備え、該電池ケースは、該電動工具の装着部側である一端側と、該一端側と反対側の他端側とを有し、該スーパーキャパシタは、該電池ケースの該一端側に配置されていることを特徴とする。

このような構成によれば、電池パックはスーパーキャパシタを備えるため、二次電池を用いなくても、大電流を要する電動工具に使用可能な電池パックを提供できる。また、スーパーキャパシタは電動工具の装着部側に配置されているため、電池パックを電動工具に装着した際、スーパーキャパシタを電動工具の装着部側に位置するように構成することができ、スーパーキャパシタの破損を効果的に防止できる。

前記電池パックは乾電池を更に備えるのが好ましく、また、前記電池ケースは、前記一端側の第１収納部と、前記他端側の第２収納部と、を有し、前記スーパーキャパシタは該第１収納部に収容され、該乾電池は該第２収納部に収容されるのが好ましい。このような構成によれば、乾電池によりスーパーキャパシタを充電できる。従って、高価な二次電池を用いる必要がなく、安価な乾電池を用いて電池パックを構成できる。

また、前記電池パックは、前記第２収納部に収納された乾電池ホルダを更に備え、乾電池は複数配置され、該複数の乾電池は、該乾電池ホルダに収容された状態で前記第２収納部に配置される構成とされていることが好ましい。このような構成によれば、複数の乾電池はユニットとして乾電池ホルダに収容されるため、乾電池の交換を容易にできる。

前記乾電池ホルダは、前記複数の乾電池の各々の極性の配置を規制する構成とされているのが好ましい。このような構成によれば、複数の乾電池はその極性を規制されて乾電池ホルダに収容されるため、乾電池間の接続を容易にできる。

前記電池ケースには着脱孔が設けられ、前記乾電池は該着脱孔を介して着脱される構成とするのが好ましい。このような構成によれば、乾電池は電池ケースに設けられた着脱孔を介して着脱できるため、乾電池の交換を容易にできる。

前記着脱孔は、前記電池ケースの前記一端側とは異なる位置に設けられるのが好ましい。このような構成によれば、乾電池の交換を容易にできる。また、電池パックを電動工具の装着部に接続した状態で乾電池を交換することができ、使い勝手を向上することができる。

前記電池パックには、前記着脱孔を開閉する開閉部材が設けられているのが好ましい。このような構成によれば、乾電池の落下を防止することができる。

前記電池パックには、前記第１収納部と前記第２収納部との連結部に、少なくとも放電用端子が配置されていることが好ましい。このような構成によれば、外力が加わり難い場所に端子が配置されているため、短絡等を防止することができる。また、電池パックを落下させても端子を衝撃から保護することができる。

前記複数の乾電池は直列に接続され、前記スーパーキャパシタに対し並列に接続されるのが好ましい。このような構成によれば、スーパーキャパシタは乾電池により充電されると共に、電動工具の運転時には電流源となるため、二次電池を用いなくても、大電流を要する電動工具に使用可能な電池パックを提供できる。

前記電池パックは、前記第１収納部と前記第２収納部との間に配置された遮蔽板を更に備え、該遮蔽板はスーパーキャパシタの落下防止手段として機能するのが好ましい。このような構成によれば、落下防止手段が設けられているため、乾電池を取り外した際にスーパーキャパシタが落下して破損するのを防止できる。

或いは、前記乾電池ホルダが、前記スーパーキャパシタの落下防止手段として機能する構成としてもよい。このような構成によれば、乾電池ホルダはスーパーキャパシタの落下防止手段として機能するため、乾電池を取り外した際にスーパーキャパシタが落下して破損するのを防止できる。

また、本発明に係る電動工具は、駆動源である電動モータをハウジング内に収容し、該ハウジングのハンドル部に前記電池パックを着脱可能に装着して成ることを特徴としている。このような構成によれば、高価な予備の二次電池を携帯する必要がないため、使い勝手の良い電動工具を提供できる。

本発明の電池パックによれば、スーパーキャパシタを設けることにより、電動工具で必要な十分な量の電流を供給できるので、高価な二電池を用いる必要がなく、電動工具の使い勝手を向上できる。

本発明の第１の実施形態に係るドライバドリルの側面図。 本発明の第１の実施形態に係る電池パックを示す、図１のII-II線断面図。 本発明の第２の実施形態に係る電池パックの左側面の断面図であり、カバーを閉じた状態を示した図。 本発明の第２の実施形態に係る電池パックの左側面の断面図であり、カバーを開いた状態を示した図。 従来の電池パックの断面図。

本発明に係る電動工具をドライバドリルに適用した実施の形態について添付の図面に基づき説明する。なお、以下の説明では、図１に示す状態を基準としてドライバドリルの上下方向及び前後方向を定義する。また、図１に示す状態を右側面、その反対側を左側面と称する。

図１に示すドライバドリル１は、側面視Ｔ字状をなすハウジング２を備え、該ハウジング２は胴体部２Ａとハンドル部２Ｂとを有する。胴体部２Ａ内には駆動源である電動モータ（図示せず）が収容されており、該電動モータの回転は出力軸５に伝達され、出力軸５及びこれに装着された図示しない先端工具が回転駆動されてねじ締め等の所要の作業がなされる。

ハンドル部２Ｂは胴体部２Ａから下方へ一体に延び、その下端部には本発明に係る電池パック６が着脱可能に装着されている。ハンドル部２Ｂの上端部前面の基端部には、電池パック６から電動モータへの給電をＯＮ／ＯＦＦして電動モータを起動／停止させるスイッチ７が設けられている。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る電池パック６を示したもので、図示のように、電池パック６は、電池ケース６０を有し、該電池ケース６０の内部空間は、遮蔽板６１により上収納部６０Ａと下収納部６０Ｂとに仕切られている。上収納部６０Ａには１個のスーパーキャパシタ８が縦置きに収容されている。スーパーキャパシタ８は、電気二重層キャパシタであって、電気二重層と呼ばれる個体と液体との界面に正負の電荷が蓄えられることを利用したエネルギー蓄積・供給デバイスである。電気二重層キャパシタは充放電による劣化が少ないため寿命が長いという特徴がある。スーパーキャパシタ８は円筒形状で、プラス、マイナスの端子を備えている。

下収納部６０Ｂには乾電池ホルダ６３が収容されていて、該乾電池ホルダ６３には、複数本（本実施例では８本）の乾電池９が、その長手方向を前後方向に向けて横置きに収容されている。電池ケース６０の底面には開閉可能なカバー６２が設けられている。乾電池９が消耗した際には、カバー６２を開くことにより着脱孔（図示せず）を開放して、消耗した乾電池９を新たな乾電池９と交換できる。乾電池ホルダ６３は、乾電池９の極性を規制する構造とされており、乾電池９を乾電池ホルダ６３に収容させると、これら乾電池９は直列に接続されるよう構成されている。なお、カバー６２は、支点（図示せず）を中心に回転して着脱孔を開放する、或いは、前後方向にスライドさせて着脱孔を開放する等、種々の方法が考えられる。

遮蔽板６１には所定の電気回路が形成されていて、回路基板としての機能を有する。乾電池ホルダ６３に収容され直列に接続された乾電池９は、遮蔽板６１に形成された電気回路を介してスーパーキャパシタ８に対して並列に接続される。また、遮蔽板６１は、下収納部６０Ｂから乾電池ホルダ６３を取り外した際に、スーパーキャパシタ８が落下するのを防止する落下防止手段として機能する。遮蔽板６１は開閉可能にされていて、遮蔽板６１を開放することによりスーパーキャパシタ８を交換可能にされている。

このように構成された電池パック６をドライバドリル１のハンドル部２Ｂに装着すると、縦置きされたスーパーキャパシタ８がドライバドリル１のハンドル部２Ｂ内に完全に収容され、横置きされた乾電池９がハンドル部２Ｂから下方へ突出するように配置される。これにより、ドライバドリル１のハンドル部２Ｂを小径化できると共に、電池パック６のハンドル部２Ｂからの突出量を最小限に抑えてドライバドリル１のコンパクト化を図ることができる。また、交換頻度が高い乾電池９を電池ケース６０の底部に配置することにより、乾電池９の交換を容易にできる一方、乾電池９よりもダメージを受けやすいスーパーキャパシタ８は、ドライバドリル１のハンドル部２Ｂ内に配置されるため、スーパーキャパシタ８へのダメージを防止できる。更に、カバー６２は電池ケース６０の底面に設けられているため、電池パック６をドライバドリル１に装着した状態で乾電池９及びスーパーキャパシタ８の交換が可能である。

ここで、各乾電池９の電池電圧は１．５Ｖ若しくは１．８Ｖである。各乾電池９の電池電圧が１．８Ｖであるとして、直列に接続された８本の乾電池９の電圧は１．８Ｖ×８＝１４.４Ｖとなる。スーパーキャパシタ８は直列接続された乾電池９と並列に接続されており、乾電池９によって充電される。スーパーキャパシタ８の容量は、ドライバドリル１の駆動電圧に応じたものとする。例えば、ドライバドリル１により２０Ａで５秒程度のネジ締めを行うことを想定している場合には、７Ｆの容量を有するスーパーキャパシタを使用する。これは、Ｑ＝５（秒）×２０（Ａ）＝１００、Ｖ＝１４．４Ｖ、Ｑ＝ＣＶの関係から、計算式Ｃ＝Ｑ／Ｖ＝１００／１４．４＝７（Ｆ）により導き出される。

本実施形態において、ドライバドリル１の駆動時に乾電池９から流せる電流は最大で１０Ａ程度である。ドライバドリル１でネジ締めを行う過程では、最初は負荷が小さいため、乾電池９からの電流で足りるが、負荷は徐々に増大していき、締め付けの最終段階では負荷が最も大きくなる。その際、瞬間的に大電流を流して締め付けを完了する必要があるが、そのとき、乾電池９のみでは不足する電流は、スーパーキャパシタ８により供給できる。ただし、大電流が流れない状態での使用時も、乾電池９とスーパーキャパシタ８の双方が電流源となっている。そして、スーパーキャパシタ８は、放電の都度、乾電池９によって再充電される。

次に第２の実施形態について図３及び図４を用いて説明する。図２の電池パック６において、カバー６２は電池ケース６０の底面に設ける構成であったが、必ずしも電池ケース６０の底面に設ける必要はなく、ドライバドリル１に装着した状態で外部に露出する位置であれば良い。第２の実施形態では、図４に示すように、下収納部６０Ｂの前後位置（図３では前側）に、乾電池９を着脱するための着脱孔６０Ｃを設け、着脱孔６０Ｃを覆うカバー６２を設けている。図３に示すように、カバー６２は、一端側が回転支点６２Ａにより電池ケース６０と連結されており、他端側が回転支点６２Ａを支点として回動可能に構成されている。他端側には、電池ケース６０と係合可能なラッチ部を設けても良く、ラッチ部によって振動等によってカバー６２が開放することを抑制することができる。

電池パック６には、電動工具（ドライバドリル１）の端子と接続される放電端子６６が設けられている。放電端子６６は、上収納部６０Ａと下収納部６０Ｂとが連結されている連結部６５に位置している。この様な配置とすることにより、電池パック６が電動工具に接続されていない場合に、外部の衝撃から放電端子６６を保護することができる。電池パック６がドライバドリル１に接続されスイッチ７が操作されると、放電端子６６を介してスーパーキャパシタ８から電動モータに電流が供給される。なお、連結部６５には不図示の充電器と電気的に接続する充電端子（図示せず）も配置されていても良い。

スーパーキャパシタ８は、遮蔽版（回路基板）６１に接続されており、遮蔽版６１は、例えばねじ６３Ａによって電池ケース６０に固定されている。これにより、乾電池９を電池ケース６０から取り外してもスーパーキャパシタ８が落下することを防止することができる。

また、複数の乾電池９はリード線９Ａにより直列接続されており、リード線９Ａは遮蔽版（回路基板）６１に接続されている。またスーパーキャパシタ８の電極端子も遮蔽版（回路基板）６１に接続されており、乾電池９から充電可能に構成されている。更に、カバー６２には、乾電池９の正極又は負極と接続される電極６２Ｂが設けられている。カバー６２を閉めると乾電池８は図中右側に付勢されて位置が固定され、リード線９Ａにより直列接続される。

以上は本発明をドライバドリル及びこれに装着される電池パックに対して適用した形態について説明したが、本発明は、ドライバドリル以外の他の任意の電動工具及びこれに装着される電池パックに対しても同様に適用することができる。

ただし、駆動モータに流れる電流が実効値で最大２０Ａ程度の電動工具であるのが好ましく、さらには、３Ｖから１０Ｖ程度で動作する電動工具であるのがより好ましい。

本発明による電電池パックは上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲で種々の変更が可能である。例えば、乾電池９の代わりに、乾電池と同じ形状の二次電池を使用してもよい。また、スーパーキャパシタ８を複数(例えば、５つ)直列若しくは並列に接続したものを上収納部６０Ａに収容するようにしてもよい。

更に、スーパーキャパシタ８と乾電池９との接続は、必ずしも遮蔽板６２に形成された電気回路を介する必要はなく、他の手段により接続することもできる。例えば、遮蔽板６１に形成された貫通孔にスーパーキャパシタ８の端子を挿入して乾電池９と接続してもよい。また、上記実施形態では、遮蔽板６１をスーパーキャパシタ８の落下防止手段として用いたが、乾電池ホルダ６３をスーパーキャパシタ８の落下防止手段として用いても良いし、ラッチ等によりスーパーキャパシタ８を支持する構成であってもよい。

電池パック６（電池ケース６０）の外部構造は、従来品と同一とするのが好ましい。このように構成することにより、同じ電動工具に対して、本実施形態の電池パック６と二次電池を用いた従来の電池パックのどちらでも使用可能にできる。その場合、例えば、１４．４Ｖ（３．６Ｖ×４本）の電池パックの場合、二次電池である４本のリチウムイオン電池のうち、１本を上収納部６０Ａに配置し、残りの３本を下収納部６０Ｂに配置すると共に４本のセルを直列接続すれば、出力電圧は３．６Ｖ×４本＝１４．４Ｖとなり、本実施形態による電池パック６の出力電圧と等しくなる。

以上説明したように、本実施形態による電池パック６は、入手が容易で安価な一次電池としての乾電池９を使用できるため、緊急用に高価な二次電池を携帯する必要がない。また、乾電池９の容量は二次電池の容量よりも小さいが、スーパーキャパシタ８の使用により乾電池９のみでは不足する電力を補うことができるため、本実施形態による電池パック６を大電流を要するドライバドリル１等の電動工具に使用することができる。

１：ドライバドリル、 ２：ハウジング、 ２Ａ：胴体部、 ２Ｂ：ハンドル部、 ５：出力軸、 ６：電池パック、 ７：スイッチ、 ８：スーパーキャパシタ、 ９：乾電池、 ９Ａ：リード線、 ６０：電池ケース、 ６０Ａ：上収納部、 ６０Ｂ：下収納部、６０Ｃ：着脱孔、 ６１：遮蔽板、 ６２：カバー、６２Ａ：回転支点、 ６２Ｂ：電極、 ６３：乾電池ホルダ、６３Ａ：ねじ、 ６５：連結部、 ６６：放電端子

Claims (12)

1. 電動工具で使用される電池パックであって、
   該電動工具の装着部に着脱可能に装着される電池ケースと、
   該電池ケースに収納されたスーパーキャパシタと、を備え、
   該電池ケースは、該電動工具の装着部側である一端側と、該一端側と反対側の他端側とを有し、該スーパーキャパシタは、該電池ケースの該一端側に配置されていることを特徴とする電池パック。
2. 乾電池を更に備え、
   前記電池ケースは、前記一端側の第１収納部と、前記他端側の第２収納部と、を有し、
   前記スーパーキャパシタは該第１収納部に収容され、
   該乾電池は該第２収納部に収容されることを特徴とする、請求項１記載の電池パック。
3. 前記第２収納部に収納された乾電池ホルダを更に備え、
   乾電池は複数配置され、
   該複数の乾電池は、該乾電池ホルダに収容された状態で前記第２収納部に配置される構成とされていることを特徴とする、請求項２記載の電池パック。
4. 前記乾電池ホルダは、前記複数の乾電池の各々の極性の配置を規制する構成とされていることを特徴とする、請求項３記載の電池パック。
5. 前記電池ケースには着脱孔が設けられ、前記乾電池は該着脱孔を介して着脱されることを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の電池パック。
6. 前記着脱孔は、前記電池ケースの前記一端側とは異なる位置に設けられていることを特徴とする、請求項５記載の電池パック。
7. 前記着脱孔を開閉する開閉部材が設けられていることを特徴とする、請求項５乃至６のいずれか一項に記載の電池パック。
8. 該第１収納部と該第２収納部との連結部に少なくとも放電用端子を有することを特徴と
   する、請求項２乃至請求項７のいずれか一項に記載の電池パック。
9. 前記複数の乾電池は直列に接続され、前記スーパーキャパシタに対し並列に接続されることを特徴とする、請求項３乃至８のいずれか一項に記載の電池パック。
10. 前記第１収納部と前記第２収納部との間に配置された遮蔽板を更に備え、該遮蔽板はスーパーキャパシタの落下防止手段として機能することを特徴とする、請求項２乃至９のいずれか一項に記載の電池パック。
11. 前記乾電池ホルダは、前記スーパーキャパシタの落下防止手段として機能することを特徴とする、請求項３又は４に記載の電池パック。
12. 駆動源である電動モータをハウジング内に収容し、該ハウジングのハンドル部に請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の電池パックを着脱可能に装着して成ることを特徴とする電動工具。

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