JP6015179B2 - 電動工具 - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池を駆動源とする電動工具に関し、特に直径の細いタイプのセルを用いてグリップ部の細径化を図った電動工具に関するものである。
コードレス式の電動工具においては、電池として更なる高容量化が望まれる一方で、更なる軽量化が要望されている。この要望に対して、出力密度が高いリチウムイオン二次電池(以下、単に「リチウムイオン電池」という)が用いられるようになり、電動工具の駆動源であるセル及び保護回路が電池パックという形で構成され、電動工具本体と着脱可能な構成になっているような製品がある。また、電動工具本体を小型化するため、特許文献1のようにセルを電動工具本体のグリップ内に部分的に収める構造も知られている。
特開2008−270007号公報
このような電動工具の駆動源として用いられるリチウムイオン電池のセルは、直径18mm、長さ(高さ)65mmの円筒型リチウムイオン二次電池で、いわゆる18650サイズが主流である。現在市場にて販売されているコードレス電動工具は、18650サイズのセルを電池電圧や容量に応じて直列または並列に接続している。かかるサイズのセルを複数本用いた電動工具は、従来のニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池と比べると、その大きさ、重量が低減されているものの、例えば、ごく軽作業の用途において子供や女性、年配の方が用いる場合を想定するとその大きさ、重量の観点からみると扱いづらいといった問題がある。また、セルを部分的にグリップ内に収める構造も知られているが、18650サイズをすべてグリップ内に収めようとするとグリップ部が太くなってしまい、大きさや使い勝手の観点から使いにくくなるという問題があった。
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は電動工具を十分に駆動することにできる出力特性を有する軽量・小型なリチウムイオン電池を用いた電動工具を提供することにある。
本発明の他の目的は、直径の細いリチウムイオン電池を用いることにより、グリップ部の径を細くして握りやすくした電動工具を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、電池パック内にセルの充電及び放電状態を監視する保護回路を搭載した電動工具を提供することにある。
本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。
本発明の特徴によれば、リチウムイオン二次電池を駆動源とする電動工具であって、リチウムイオン二次電池は直径が実質14mm以下のセルであり、電動工具の本体に設けられたスイッチを操作することによって、リチウムイオン二次電池と、モータを含んで構成される駆動部とが接続されて電動工具が動作する。リチウムイオン二次電池は、電動工具のグリップ部内に1本同面上に内蔵され、リチウムイオン二次電池を保護する保護回路は、リチウムイオン二次電池の上面または下面に配置される構造として、グリップ部の径の最大を直径32.2mm以下とした。電動工具のハウジングは、モータを収容する第一のハウジングと、リチウムイオン二次電池を収容すると共にグリップ部が形成された第二のハウジングを備え、第一のハウジングと第二のハウジングが回動可能であってガンタイプの形状又はストレートタイプの形状で作業をすることができる。
本発明によれば、モータを収容する第一のハウジングと、リチウムイオン二次電池を収容すると共にグリップ部が形成された第二のハウジングを有する電動工具において、リチウムイオン二次電池は、グリップ内に1本同面上に内蔵され、保護回路はリチウムイオン二次電池の上面または下面に配置され、グリップ部の径の最大が直径32.2mm以下であるので、女性の96%以上がグリップを示指で握ることができ、握りやすくて小型軽量な電動工具を実現できる。
本発明の実施例に係る電動工具(10.8Vインパクトドライバー)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はA−A部の断面図である。 本発明の実施例の第1変形例に係る電動工具(10.8Vインパクトドライバー)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はB−B部の断面図である。 本発明の実施例の第2変形例に係る電動工具(10.8Vインパクトドライバー)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はC−C部の断面図である。 本発明の実施例の第3変形例に係る電動工具(10.8Vインパクトドライバー)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はD−D部の断面図である。 本発明の第2の実施例に係る電動工具(7.2Vドライバードリル)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はE−E部の断面図である。 本発明の第2の実施例の回路ブロック図である。 本発明の第2の実施例の第1変形例に係る電動工具(7.2Vドライバードリル)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はF−F部の断面図である。 本発明の第2の実施例の第2変形例に係る電動工具(7.2Vドライバードリル)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はG−G部の断面図である。 本発明の第2の実施例の第2変形例に係る電動工具の回路ブロック図である。 本発明の第2の実施例の第3変形例に係る電動工具(7.2Vドライバードリル)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はH−H部の断面図である。 本発明の第3の実施例に係る電動工具(3.6Vドライバードリル)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はI−I部の断面図である。 本発明の第3の実施例の第1変形例に係る電動工具(3.6Vドライバードリル)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はJ−J部の断面図である。 本発明の第3の実施例の第2変形例に係る電動工具(3.6Vドライバードリル)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はK−K部の断面図である。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分(部品)には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後、上下の方向は図1に示す方向であるとして説明する。
電動工具1は、充電可能な電池パック30を電源とし、モータ4を駆動源として動力伝達機構を介して出力軸26に回転力と打撃力を与え、スリーブ27に覆われる装着穴26aに保持されるドライバビット等の図示しない先端工具に回転打撃力を間欠的に伝達してねじ締めやボルト締め等の作業を行う。モータ4は、図示しない先端工具を回転させる駆動源として用いられるブラシ付きの直流モータであって、側面視で略T字状の形状を成すハウジング2の筒状の胴体部2a内に収容される。モータ4の回転軸は、先端工具を回転させるための動力伝達機構に接続される。本実施例では動力伝達機構は、遊星歯車を用いた減速機構10と、ハンマ22とアンビル25を有する打撃機構20により構成される。減速機構10は、モータ4の回転軸に取り付けられるサンギヤと、複数の遊星ギヤと、遊星ギヤの外周側にある固定式のリングギヤを有し、複数の遊星ギヤの回転軸を固定する遊星キャリヤを回転させる。打撃機構20は、広く使われている公知の打撃機構を用いて構成することができ、遊星キャリヤに接続されるスピンドル21、軸方向に移動可能なハンマ22、ハンマ22を付勢するスプリング24、カム溝、ボール等を含んで構成される。
本実施例で広義のハウジング(電動工具の筐体)は、ハウジング2とその前方側に配置されるハンマケース5によって構成される。ハウジング2はプラスチック等の合成樹脂の一体成型によって製造でき、左右に2分割できる形状として図示しない複数のネジによって左右部分が固定される。ハンマケース5はアルミニウム合金等の金属によって一体成型で製造された先端が絞り込まれた円筒状に形成され、左右分割式のハウジング2の胴体部2aの先端側に挟まれた状態で固定される。ハウジング2の胴体部2aから略直角に一体に延びるグリップ部2b内の上部にはスイッチ7が配設され、その前方側にはスイッチ7を操作するためのトリガ6が設けられる。スイッチ7は電池パック30からモータ4に供給される電力量を調整する可変スイッチであり、トリガ6の引き動作によってモータ4の速度が調整される。トリガ6の上方には、モータ4の回転方向を切り替えるための正逆切替えスイッチ8が設けられる。スイッチ7はリード線12でターミナル13に接続される。ターミナル13はハウジング2側に取り付けられ、電池パック30が装着された際に電池パック30側のコネクタ32に接続される金属端子である。図では金属端子が2つしか見えないが、3つ又はそれ以上の金属端子を設けるように構成しても良い。グリップ部2bの下側の内部空間には、3本のリチウムイオン電池のセル31を含んで構成される電池パック30が装着される。図1では電池パック30がグリップ部2bの内部空間の所定位置に装着された状態を示しており、グリップ部2bの開口部2cから下方に突出しないように収容される。電池パック30を装着した際には、電池パック30の下面がハウジング2の外郭の一部を構成し、グリップ部2bの下側の開口部2cを塞ぐように配置される。尚、ハウジング2のグリップ部2bの内部に電池パック30が完全に収容されるだけでなく、電池パック30の一部分がハウジング2の内部に収容され、残りの部分が外部に露出するように取り付ける形状であっても良い。
電池パック30は、その筐体の内部に3本のセル31が上下方向に、即ち円筒形のセル31の軸方向(長手方向)がグリップ部2bの長手方向(上下方向)と一致するように配置される。セル31は1本だけ向きが上下反対に配置されることにより3本のセルが直列に接続される。本実施例においては、セル31は定格3.6Vのいわゆる14500サイズのリチウムイオン二次電池である。14500サイズとは、直径14mm、長さ50mmの円筒形のセルであって、市販されている単三サイズ(R6サイズ、AAサイズ)の乾電池と同じサイズである。電池パック30の内部にはセル31を保護するための保護回路を搭載する回路基板35が設けられる。回路基板35は略長方形の基板であって、セル31の側方であってその面がセル31の長手方向と平行になるように配置される。電池パック30には図示しない2箇所の掛止部が形成され、ハウジング2の内壁に形成された凹部(図示せず)と係合することにより電池パック30が保持される。電池パック30を取り外すには、ラッチ部を押しながら電池パック30を開口部2cから下側に引き出す。
図1(2)は、(1)のA−A部の断面図である。ここでハウジング2のグリップ部2bの内部には電池パック30が収容される。電池パック30は断面で見た際に、3本のセル31と、セル31の側方に配置される回路基板35を収容するのに最小限の大きさとされており、断面の外郭形状は略三角形(又はおにぎり型)の形状とされ、電池パック30の形状に合わせてハウジング2の形状も決定される。尚、本実施例ではプラスチック等の合成樹脂の成型により製造されるハウジング2の外側に弾性部材3を被覆することによって作業者が把持した際に弾性感があって滑りにくく使いやすいグリップ部としており、弾性部材3は例えば熱可塑性エラストマー(Thermoplastic Elastomer)を用いている。本実施例では弾性部材3の最外部位置(外径)は、円形仮想線37で見た際に51.8mmとなるように構成し、作業者にとって細くて把持しやすいグリップ部2bを実現した。統計データによると日本人男性の右手の握り内径(示指)の平均値は41.7mm、標準偏差σは2.83mmであることから51.8mmの構成よりもグリップ径が太くなってしまうと、84%以上の男性の指が届かないが、本実施例のサイズでは大部分の男性には届くことになるので快適に使用することができる。
このような形状の電動工具1においてトリガ6が引かれてモータ4が起動されると、モータ4の回転は減速機構10によって減速され、モータ4の回転数に対して所定の比率の回転数で打撃機構20のスピンドル21が回転する。スピンドル21が回転すると、その回転力はハンマ22を介してアンビル25に伝達され、アンビル25と一体で構成された出力軸26がスピンドル21と同じ速度で回転を開始する。そして先端工具側からの受ける反力によってアンビル25にかかる力が大きくなると、ハンマ22はカム機構のスピンドルカム溝に沿ってスプリング24を圧縮しながらモータ4側へと後退を始める。そして、ハンマ22の後退動によってハンマ22の凸部がアンビル25の凸部を乗り越えて両者の係合が解除されると、ハンマ22は、スピンドル21の回転力に加え、スプリング24に蓄積されていた弾性エネルギーとカム機構の作用によって回転方向及び前方に急速に加速されつつ、スプリング24の付勢力によって前方へ移動し、その凸部がアンビル25の180度離れた次の凸部に再び係合して一体に回転し始める。このとき、強力な回転打撃力がアンビル25に加えられるため、アンビル25と一体的に連結された出力軸26に装着された図示しない先端工具を介してネジに回転打撃力が伝達される。以後、同様の動作が繰り返されて先端工具からネジに回転打撃力が間欠的に繰り返し伝達され、例えば、ネジが木材等の図示しない被締結材にねじ込まれる。
次に図2を用いて本実施例の第1の変形例を説明する。図2は電動工具41(10.8Vインパクトドライバー)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はB−B部の断面図である。電動工具41の基本的な構造は図1で示した電動工具1と同じであって3本のセル31とセル31用の保護回路を搭載する回路基板46が、着脱可能な電池パック45に収容される。ここでハウジング42の形状、特にグリップ部42bの形状と、そこに収容される電池パック45の形状が第1の実施例とは異なる。電池パック45の内部には3本のセル31が上下方向に、即ち円筒形のセル31の軸方向(長手方向)がグリップ部42bの長手方向(上下方向)と一致するように配置されるが、セル31を保護するための保護回路を搭載する回路基板46の搭載位置が、セル31の端部であってターミナル44との間になるように配置される。回路基板46は電池パック45の軸方向とほぼ垂直になるように配置される。
図2(2)は、(1)のB−B部の断面図である。ハウジング42のグリップ部42bの内部には電池パック45が収容される。電池パック45は断面で見た際に、3本のセル31とを収容するのに最小限の大きさとされており、断面の外郭形状は略三角形(又はおにぎり型)の形状とされる。電池パック45の形状に合わせて、ハウジング42の形状も決定される。ハウジング42の外側には弾性部材43が被覆される。本変形例では弾性部材43の最外部位置の径(外径)は、円形仮想線47で見た際に48.6mmとなるように構成し、作業者にとって細くて把持しやすいグリップ部42bを実現した。このような構成によれば男性の半数以上がグリップ部42bを握った場合、親指と第2指の先端が触れることができる。
次に図3を用いて本実施例の第2の変形例を説明する。図3は電動工具51(10.8Vインパクトドライバー)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はC−C部の断面図である。電動工具51の基本的な構造は図1で示した電動工具1と同じであるがハウジング52の形状、特にグリップ部52bの形状と、そこにセル31を着脱不能に内蔵した点が異なる。ここで着脱不能とは、作業者が工具無しで容易に取り外しができないという意味であって、サービスセンター等で左右のハウジング2を固定する図示しないネジを外すことによってセル31を着脱できるような構成を除外するという意味ではない。グリップ部52bの内部には3本のセル31が上下方向に、即ち円筒形のセル31の軸方向(長手方向)がグリップ部52bの長手方向(上下方向)と一致するように配置される。また、セル31を保護するための保護回路を搭載する回路基板56が、セル31と平行になるように側方に配置される。回路基板56はセル31の軸方向とほぼ垂直になるように配置される。ハウジング52の下面には図示しない外部充電器からの接続用のコネクタを貫通させる貫通穴52cが形成される。貫通穴52cの内側にはコネクタに接続されるソケット58が設けられる。
図3(2)は、(1)のC−C部の断面図である。ここでハウジング52のグリップ部52bの内部には3本のセル31と回路基板56が収容される。ハウジング52のグリップ部52bは断面で見た際に、3本のセル31と回路基板56を収容するのに最小限の大きさとされており、断面の外郭形状は略三角形(又はおにぎり型)の形状とされる。ハウジング52の外側には弾性部材53が被覆される。本実施例では弾性部材53の外径は、円形仮想線57で見た際に45.6mmとなるように構成し、作業者にとって細くて把持しやすいグリップ部52bを実現した。このような構成によれば男性の84%以上がグリップ部52bを握った場合、親指と第2指の先端が触れることが出来き、握りやすく使いやすい電動工具1を実現できる。
次に図4を用いて本実施例の第3の変形例を説明する。図4は電動工具61(10.8Vインパクトドライバー)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はD−D部の断面図である。電動工具61の基本的な構造は図1で示した電動工具1と同じであるがハウジング62の形状、特にグリップ部62bの形状が異なる。グリップ部62bの内部には3本のセル31が上下方向に、即ち円筒形のセル31の軸方向(長手方向)がグリップ部62bの長手方向(上下方向)と一致するように配置されるが、セル31を保護するための保護回路を搭載する回路基板66の搭載位置が、セル31の下側であってハウジング62の内部に設けられる。回路基板66には図示しない外部充電器から伸びる接続コネクタを接続するためのソケット68が設けられ、ソケット68の近傍のハウジング62には貫通穴62cが形成される。回路基板66はセル31の軸方向とほぼ垂直になるように配置される。
図4(2)は、(1)のD−D部の断面図である。ここでハウジング62のグリップ部62bの内部には3本のセル31が収容される。ハウジング62は断面で見た際に、3本のセル31を収容するのに最小限の大きさとされており、断面の外郭形状は略三角形(又はおにぎり型)の形状とされる。尚、本変形例でもハウジング62の外側に弾性部材63を被覆することによって作業者が把持した際に弾性感があって滑りにくく使いやすいグリップ部62bとした。本実施例では弾性部材63の外径は、円形仮想線67で見た際に42.5mmとなるように構成し、作業者にとって細くて把持しやすいグリップ部62bを実現した。このような構成によれば日本人男性の96%以上の人がグリップ部62bを握った場合、親指と第2指の先端が触れることができる。
以上説明したように第1の実施例によれば、ハウジングのグリップ部の径の太さを、最大でφ51.8mm、最小で42.5mm以下という設計が実現可能となるので、グリップ部を細くして使いやすい小型の電動工具を実現できる。尚、セル31は直径が実質14mm以下のリチウムイオン電池を用いるが、このセル31は電動工具を駆動するに足りる十分な出力特性を有している。
次に、図5から図10を用いて本発明の第2の実施例を説明する。第2の実施例では14500サイズのリチウムイオン電池のセル31を2本用いたドライバードリルの例で説明する。図5は第2の実施例に係る電動工具101(7.2Vドライバードリル)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はE−E部の断面図である。
電動工具101は、電池パック130により供給される電力を利用し、駆動源たるモータ104を回転させる。電池パック130はハウジング102の端部の開口部102cから内部空間に装着及び取り外しが可能な略円筒形であって、いわゆるカセット式に構成される。電池パック130には図示しない2箇所の掛止部が形成され、ハウジング102の内壁に形成された凹部(図示せず)と係合することにより電池パック130が保持される。電池パック130を取り外すには、ラッチ部を押しながら電池パック130を開口部102cから引き出す。電池パック130の後端部の形状は、ハウジング102の開口部102cを覆うように形成される。セル31の側方にはセル31を保護するための保護回路を搭載する回路基板138が設けられる。回路基板138は略長方形の基板であって、セル31の側方であってその面がセル31の長手方向と平行になるように配置される。電池パック130の前端部(図では上側)には、複数の端子132が設けられ、電池パック130をハウジング102に装着することにより端子132は電動工具101側のターミナル113と接触する。
モータ104の回転は減速機構部110によって減速され、クラッチ機構部120を介して出力軸126が所定の速度で回転駆動する。減速機構部110は、モータ104の回転軸のピニオンギヤに噛合う、例えば、3段の遊星歯車減速機構(変速ギヤケース)から構成される。また減速機構部110は、変速比を切換えるためのシフトノブ128を有する。ユーザーの手動によるシフトノブ128の切換え操作により低速と高速の2段階で変速が可能となる。電動工具101のハウジングは、モータハウジング103とハウジング102によって構成される。モータハウジング103とハウジング102は、回動軸109を中心に約70度だけ回動可能であり、図5のように回動させたいわゆるガンタイプの形状と、図示していないが、モータハウジング103とハウジング102が同軸状になるいわゆるストレートタイプの形状にして作業を行うことができる。モータハウジング103は、プラスチック等の合成樹脂の成形によって左右に2分割可能に構成され、図示しないネジによって左右部分が固定される。
モータハウジング103の先端側に配置されるクラッチ機構部120は、減速機構部110の出力軸に得られる回転トルクを負荷に応答して出力軸126に伝達するか否かを制御する。これにより、予めトルク調整及びモード切り替え用のダイヤル129によって所望の締付けトルク(負荷トルク)に設定しておくと、クラッチ機構部120は、減速機構部110の出力軸の回転力が設定した締付けトルクに達したとき、その出力軸が空転して減速機構部110から出力軸126への回転伝達を遮断する機能を持つ。
クラッチ機構部120は、クラッチ爪たるピン122と、第3段目の遊星歯車減速機構を構成するリングギヤ119の前端面に形成されたクラッチ爪と、ピン122を軸方向後方に押圧するコイルスプリング124とコイルスプリング124の前方側で軸方向に移動可能な押圧部材125を含んで構成される。押圧部材125はダイヤル129を回転することによって同期して回転するように構成され、ダイヤル129を回転操作されると押圧部材125が軸方向に移動する。この押圧部材125の軸方向(前後方向)に移動することによりピン122の後方への付勢力の強さを調整することが可能となり、締付けトルク(負荷トルク)を調整できる。尚、図5では出力軸126の上側には、最前位置にある押圧部材125の断面図を示しており、出力軸126の下側には、最後位置にある押圧部材125’の断面図を示しているが、これらは理解を助けるために仮想的に上下で非対称に図示した。125がダイヤルを回す前であってコイルスプリング124が最も伸びた状態であり、125’がダイヤル129を回した後でコイルスプリング124が圧縮された状態である。押圧部材125は、円周方向に連続したリング状の部材であるため、実際には上下で対称な形状となる。
図5(2)は、(1)のE−E部の断面図である。ここでハウジング102の内部には2本のセル31と回路基板138を収容する電池パック130が装着される。ハウジング102は断面で見た際に、2本のセル31と回路基板138を収容するのに最小限の大きさとされており、断面の外郭形状は円の対角線上を押しつぶして平行にしたような形状とされる。また、セル31を保護する回路を搭載する回路基板138が、電池パック130内においてセル31と平行になるように側方に配置される。本変形例でもハウジング102の外側に弾性部材105を被覆し、弾性部材105の最大外径は円形仮想線137で見た際に45.3mmとなるように構成し、作業者にとって細くて把持しやすいグリップ部を実現した。日本人女性の握り内径(示指)の平均値は37.5mm、標準偏差σは2.68mmであることから、図5の構成よりも太いグリップ径とすると84%以上の女性の指が届かず、電動工具を快適に使用できない。
図6は本発明の第2の実施例の回路ブロック図である。充電装置148は、電動工具101とは別に用意され、商用電源を用いて電池パック130に充電を行う公知の充電手段である。図6では充電装置148と電池パック130と電動工具101の3つが同時に接続されたように記載されているが、実際には、充電装置148と電池パック130の接続、あるいは、電池パック130と電動工具101の接続、のいずれの接続形態となり、3つを同時に接続することはできない。
充電装置148は、電動工具101から取り外した電池パック130と着脱可能な構成とする。充電が必要な場合は、電動工具101から電池パック130を取り外して、充電装置148に装着することにより充電を行う。電動工具101を使用する場合、及び充電が必要でない場合は充電装置148から電池パック130を取り外す。電池パック130の内部に含まれる保護回路は、保護IC140、FET制御回路145、サーマルプロテクタ142、サーミスタ143、判別抵抗144を含んで構成される。電池パック130には、2本のセル31a、31bが収容され直列に接続される。
本実施例では、保護IC140やFET制御回路145等により構成される電池の保護回路を電池パック130の内部に収容した。この結果、電動工具101側には電池パック130側からオン又はオフの制御するスイッチング手段たるFET108を設けるだけで済むので、電動工具101側の構成をシンプルにすることができる。スイッチ107はモータ104の回転をオン又はオフするための揺動スイッチである。尚、スイッチ107をON又はOFFの2接点スイッチだけでなく、可変容量スイッチで構成してスイッチの操作具合によってモータ104の回転速度を調整するように構成しても良い。FET108はスイッチ107とセル31の負極の間に配置され、通常時はオン状態であり、作業者がスイッチ107をオンにした場合にセル31がモータ104と接続される。一方、セル31が過放電、過電流、高温状態等、何らかの異常が発生した場合はFET制御回路145によってFET108がオフにされ、セル31とモータ104との接続が遮断される。
セル31は、2つの直列に接続されるリチウムイオン電池のセル31a、31bから構成される。セル31a、31bの端子間電圧は保護IC140によって監視される。保護IC140は、セル31からモータ104へ供給される電圧を検出する電池電圧検出手段として、セル31の充電時の電圧を検出する電池電圧検出手段として、セル31から前記モータ104へ供給される電流を検出する電流検出手段としての複数の機能を果たす集積回路である。
モータ104からセル31に至る配線中には、シャント抵抗141が直列に接続され、シャント抵抗141の両端の電圧は保護IC140に入力されることにより、保護IC140はモータ104に流れる電流を測定することができる。保護IC140は、通常状態においては出力端子140aから電池電圧に相当する電圧を出力し、過放電又は過電流状態にある場合には、信号が出力されなくなるようにする。この信号に対応してFET制御回路145はFET108へのゲート信号を出力して制御を行う。保護IC140は、シャント抵抗141に電流が流れることにより電圧降下(電流と比例した電圧降下)を検出し、電圧降下が所定値以上(流れる電流が所定値以上)に達した場合は、出力端子140aから過電流状態にあることを示す信号(以下、「過電流信号」と称す)をFET制御回路145に出力する。保護IC140は、さらにセル31のセル毎の電池電圧を検出し、複数のセル(31a、31b)中の1つでも所定電圧以下に達した場合は、出力端子140aから電池電圧に相当する電圧がFET制御回路145に出力されないようにする。
充電装置148を用いてセル31を充電しているときには、保護IC140は充電状態を監視する機能を果たし、セル31のセル毎の電池電圧を検出し、複数セルのうち1セルでも所定電圧以上に達した場合は、出力端子140bから信号(以下、「過充電信号」と称する)を充電装置148に出力する。この信号を受けた充電装置148は充電を停止させる。サーマルプロテクタ142は温度が所定値以上に達した場合はオフになり、所定値以下である場合はオンになるスイッチである。サーマルプロテクタ142はセル31の近傍に設置され、放電時又は充電時の電池の温度によってオン又はオフの動作をする。電動工具101の動作時(電池の放電時)に電池温度が高温になったときは、出力端子140bからFET制御回路145に電池電圧相当の電圧が入力されなくなるため、FET108がオフとなる。充電の際にセル31の温度が上昇して許容値を超えた場合には、サーマルプロテクタ142が作動して、セル31と充電装置148との接続を遮断する。一方、セル31の温度が許容値まで上昇していない状態であっても、サーミスタ143を用いてその温度情報が充電装置148にフィードバックされる。サーミスタ143は温度によりその抵抗値が変化するもので、セル31の近傍に設置される。サーミスタ143の一方の端子は、端子149c、146cを介して充電装置148に接続される。判別抵抗144は、セル31の電圧(例えば2セル接続であるか、3セル接続であるか等)を判別するために設けられ、その出力は端子149d、146dを介して充電装置148に伝達される。
FET制御回路145は、FET108のオンオフを制御するためのもので、保護IC140の出力端子140aから出力される過放電信号が入力され、過放電信号がハイ(過放電状態を示す)の時にFET108をオフさせるように、FET108のゲート信号をローにする。また、FET制御回路145にはサーマルプロテクタ142からの信号(電池電圧に相当)が入力され、電動工具101の稼働時にセル31が高温になってサーマルプロテクタ142が作動すると、FET制御回路145はFET108のゲート信号をローにすることによりFET108を遮断する。
電池パック130は電動工具101のハウジング102に装着されることによって、電池パック130と電動工具101は接点132a、132b、132cと、端子113a、113b、113cを介して着脱できる。接点132a及び端子113aはモータ104のプラス端子及びセル31のプラス端子に接続される。接点132b及び端子113bはFET108及びFET制御回路145に接続され、この端子の信号に応じてFET108の制御が行われる。接点132c及び端子113cはFET108のソース及びセル31のマイナス端子に接続される。前記したプラス接点132a、プラス端子113a及びマイナス接点132c、マイナス端子113cを介してセル31からモータ104に電力が供給される。
充電装置148は、商用交流電源を用いて電池パック130側に電池の充電用の電力を供給する機器である。電池パック130と充電装置148には、それぞれ端子146a〜146e及び149a〜149eが設けられ、これらの端子間は、電池パック130を充電装置148に装着することにより接触して導通状態となる。端子149aはサーマルプロテクタ142を介してセル31のプラス端子と接続される。端子149bは保護IC140の“過充電信号”が出力される出力端子140bと接続される。充電装置148は、端子149bから保護IC140からの信号を検出し、過充電であると判別した場合は、電池パック130への充電用の電力供給を停止させる。端子149cは、サーミスタ143と接続され、充電装置148はサーミスタ143の値(すなわち電池の現在温度)を検出し、検出値(電池温度)に基づいて充電電圧や充電電流の調整を行う。端子149dは、判別抵抗144と接続され、充電装置148は検出される電圧値からセル31の種類(リチウムイオン電池の直列接続の本数)を判別し、判別した電池の種類に基づき充電の制御を行う。端子149eはセル31のマイナス端子と接続される。
次に図7を用いて第2の実施例の変形例を説明する。本発明の第2の実施例の第1変形例に係る電動工具(7.2Vドライバードリル)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はF−F部の断面図である。
電動工具151は、電池パック156の形状及び内部配置を変更した点と、電池パック156の形状に合わせてハウジング152を細径にした点を除いて、基本的な構成は第2の実施例で説明した電動工具101と同様の形状である。同じ部品を用いる部分には同じ符号を付している。ハウジング202側の形状は、電池パック156の形状に合わせて第2の実施例に比べて細くなるように構成される。また、セル31を保護する回路を搭載する回路基板158が、電池パック156内においてセル31と平行になるように側方に配置される。回路基板158の面はセル31の軸方向とほぼ垂直になるようにセル31の上側に配置される。電池パック156はハウジング152の端部の開口部152cから内部空間に装着及び取り外しが可能な略円筒形であって、いわゆるカセット式に構成される。
図7(2)は、(1)のF−F部の断面図である。ハウジング152の内部には2本のセル31を収容する電池パック156が収容される。また、ハウジング152は断面で見た際に、2本のセル31と回路基板158と電池パック156の筐体を収容するのに最小限の大きさとされており、断面の外郭形状は円の対角線上を押しつぶして平行にしたような形状とされる。ハウジング152の外側に弾性部材155を被覆することによって作業者が把持した際に弾性感があって滑りにくく使いやすいグリップ部とすることができる。本実施例では弾性部材155の最大外径は、円形仮想線157で見た際に42.4mmとなるように構成し、作業者にとって細くて把持しやすく構成した。電池パック156は、その全部(又は一部)がハウジング152のグリップ部の内部の空間に入り込むような構造になっている。このように図7の構成であれば日本人女性の半数以上がグリップ部を握った場合、親指と第2指の先端が触れることができる。
次に図8を用いて第2の実施例の第2の変形例を説明する。本発明の第2の実施例の第2変形例に係る電動工具(7.2Vドライバードリル)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はF−F部の断面図である。
電動工具161は、2本のセル31をパック形式でなく、ハウジング162の内部に直接収容した点と、その配置に合わせてハウジング162を細径にした点を除いて、基本的な構成は図5で示した第2の実施例に係る電動工具101と同様の形状である。同じ部品を用いる部分には同じ符号を付している。ハウジング162側の形状は、2本のセル31と回路基板を収容するのに必要十分な径になるように構成される。
図8(2)は、(1)のG−G部の断面図である。ハウジング162の内部には2本のセル31と回路基板168が収容される。回路基板158の面はセル31の軸方向とほぼ平行になるようにセル31の側方に配置される。ハウジング162は断面で見た際に、2本のセル31と回路基板168を収容するのに最小限の大きさとされており、断面の外郭形状は円の対角線上を押しつぶして平行にしたような形状とされる。ハウジング162の外側に弾性部材165が被覆される。弾性部材165の最大外径は、円形仮想線167で見た際に39.5mmとなるように構成し、作業者にとって細くて把持しやすく構成した。このように、図8の構成であれば日本人女性の構成であれば女性の84%以上の人がグリップ部分を握った場合、親指と第2指の先端が触れることができる。
次に図9を用いて図8の電動工具161の回路ブロック図を説明する。図9において回路的には図6の回路と同等であって、図6の電池パック130内の回路と電動工具101内の回路を電動工具161内にすべて配置した形となっている。ここで回路的に図6と同じ構成要素の部分には同じ番号の符号を付している。充電装置148の端子146a〜146dと、電動工具161側の端子169a〜169d間は、接続ケーブル147によって接続される。充電装置148は充電が必要な場合に、接続ケーブル147の図示しないソケットを電動工具161の貫通穴162c(図8(1)参照)を介して端子169と接続され、セル31の充電が行われる。充電中はFET108をOFFに制御してスイッチ107をONにしてもモータ104が起動しないように構成すると好ましい。
次に図10を用いて第2の実施例の第3の変形例を説明する。図10は第3変形例に係る電動工具(7.2Vドライバードリル)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はH−H部の断面図である。
電動工具171は、2本のセル31をパック形式でなく、ハウジング172の内部に直接収容した点と、回路基板178をセル31の上方に配置した点、及び、それらの配置に合わせてハウジング172をさらに細径にした点を除いて、基本的な構成は図8で示した第2の変形例に係る電動工具161と同様の形状である。同じ部品を用いる部分には同じ符号を付している。ハウジング172側の形状は、2本のセル31を収容するのに必要十分な径になるように構成される。回路基板178の面はセル31の軸方向とほぼ垂直になるようにセル31の上方に配置される。
図10(2)は、(1)のH−H部の断面図である。ハウジング172の内部には2本のセル31が収容される。ハウジング172は断面で見た際に、2本のセル31を収容するのにギリギリの大きさまで細径化されており、断面の外郭形状は円形の対向する2点をつぶしたような扁平状とされる。ハウジング172の外側には弾性部材175が被覆される。弾性部材175の最大外径は、円形仮想線177で見た際に36.6mmとなるように構成し、作業者にとって細くて把持しやすく構成した。このように、図10の構成であれば日本人女性の96%以上の人がグリップ部を握った場合、親指と第2指の先端が触れることができる。
以上説明したように、第2の実施例によれば小型・軽量な径14mmの細型リチウムイオン電池を2本搭載し、リチウムイオン電池を本体内蔵タイプ、または着脱可能な電池パックとして、電動工具本体のグリップ部に収めることで、工具本体の小型・軽量化が実現するとともに、女性にも男性にも握りやすく、より扱いやすい電動工具を提供することができる。
次に、図11から図13を用いて本発明の第3の実施例を説明する。第3の実施例では14500サイズのリチウムイオン電池のセル31を1本用いたドライバードリルの例で説明する。図11は第3の実施例に係る電動工具201(3.6Vドライバードリル)の全体構成を示す断面図であって、(1)は縦断面図、(2)はI−I部の断面図である。
電動工具201は、電池パック230に収容されるセル31が1本である点、その電圧に合わせてモータ204を変更した点を除いて基本的な構成は第2の実施例で説明した電動工具101と同様の形状であって、同じ部品を用いる部分には同じ符号を付している。特に、モータハウジング103側のモータ204以外の構成は同じ部品を用いて構成できる。ハウジング202側の形状は、電池パック230の形状に合わせて第2の実施例に比べて細くなるように構成される。電池パック230はハウジング202の端部の開口部202cから内部空間に装着及び取り外しが可能な略円筒形であって、いわゆるカセット式に構成される。
図11(2)は、(1)のI−I部の断面図である。ハウジング202に収容される電池パック230の内部には1本のセル31が収容される。また、セル31を保護する回路を搭載する回路基板235が、電池パック230内においてセル31と平行になるように側方に配置される。回路基板235の面はセル31の軸方向とほぼ平行になるように配置される。ハウジング202は断面で見た際に、1本のセル31と回路基板235を収容するのに最小限の大きさとされており、断面の外郭形状は円形とされる。第3の実施例でもハウジング202の外側に弾性部材205を被覆することによって作業者が把持した際に弾性感があって滑りにくく使いやすいグリップ部とすることができる。本実施例では弾性部材205の最大外径は、円形仮想線237で見た際に37.5mmとなるように構成し、作業者にとって細くて把持しやすく構成した。電池パック230は、その全部(又は一部)がハウジング202のグリップ部の内部の空間に入り込むような構造になっている。日本人女性の握り内径(示指)の平均値は37.5mm、標準偏差σは2.68mmであることから、図11の構成であれば日本人女性の半数以上がグリップ部を握った場合、親指と第2指の先端が触れることができる。
次に図12を用いて第3の実施例の第1の変形例を説明する。電動工具251は、セル31が1本でハウジング252の内部に直接配置される点を除いて基本的な構成は第3の実施例と同じであって、モータハウジング103側の構成は変更されていない。セル31は着脱可能なパック形式でなくハウジング252の内部にユーザーにより着脱不能に構成されるため、ハウジング252側の形状は、図11に比べてさらに細くなるように構成される。
図12(2)は、(1)のJ−J部の断面図である。ここでハウジング252の内部には1本のセル31が収容される。また、セル31を保護する回路を搭載する回路基板265が、セル31の側方に配置される。回路基板265の面はセル31の軸方向とほぼ平行になるように配置される。ハウジング252は断面で見た際に、1本のセル31と回路基板265を収容するのに最小限の大きさとされており、断面の外郭形状は円形とされる。第3の実施例でもハウジング252の外側に弾性部材255を被覆することに作業者が把持した際に弾性感があって滑りにくく使いやすいグリップ部とすることができる。本実施例では弾性部材255の最大外径は、円形仮想線267で見た際に34.9mmとなるように構成し、作業者にとって細くて把持しやすく構成した。図12の構成であれば日本人女性の84%以上がグリップ部を握った場合、親指と第2指の先端が触れることができる。
次に図13を用いて第3の実施例の第2の変形例を説明する。電動工具281は、セル31が1本でハウジング282の内部に直接配置される点を除いて基本的な構成は図11で示した第3の実施例と同じであって、モータハウジング103側の構成は変更されていない。ハウジング282側の形状は、第3の実施例の第1の変形例に比べてやや細くなるように構成される。セル31を保護する回路を搭載する回路基板295が、セル31の上方に配置される。回路基板295の面はセル31の軸方向とほぼ垂直になるように配置される。尚、回路基板295はセル31の上面側でなく下面側に設置するように構成しても良い。このようにセル31を電池パックでなく、ハウジング282に内蔵したので、セル31と回路基板295はグリップ部内に同面上に配置され、電力供給用の端子を充電端子(端子298)、放電端子299と区別し、充電用の端子298を電動工具281の本体下部に設けることで、図示しない外部充電器から電力の供給を可能とし、放電用の端子299を前記モータ駆動部に近づけることで配線を短くする効果がある。
図13(2)は、(1)のK−K部の断面図である。ここでハウジング282の内部には1本のセル31が収容される。ハウジング282は断面で見た際に、1本のセル31を収容するのに最小限の大きさとされており、断面の外郭形状は円形とされる。ハウジング282の外側に弾性部材285が被覆される。本実施例では弾性部材285の最大外径は、円形仮想線297で見た際に32.2mmとなるように構成し、作業者にとって細くて把持しやすく構成した。図13の構成であれば日本人女性の96%以上がグリップ部を握った場合、親指と第2指の先端が触れることができる。以上のように第3の実施例によれば、グリップ部の径の太さが直径37.5mm以下であって、32.2mm程度まで細くするという設計が実現可能となる。尚、図13(2)からみるとハウジング282をさらに細くすることが可能であるが、セルの直径(外径)が14mmであるので、14mm+ハウジング282の厚さの合計以下にすることはできない。
以上説明したように、第3の実施例によれば小型・軽量な径14mmの細型リチウムイオン電池を搭載し、リチウムイオン電池を本体内蔵タイプ、または着脱可能な電池パックとして、電動工具本体のグリップ部に収めることで、工具本体の小型・軽量化が実現するとともに、女性にも男性にも握りやすく、より扱いやすい電動工具を提供することができる。さらには、リチウムイオン電池の保護基板をリチウムイオン電池の側面に配置してもよいが、上面(または下面)に配置することで、よりグリップ部の細径化が実現できる。
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の例では電動工具の例としてインパクト工具、ドライバードリルを用いて説明したが、これらだけに限られずにその他のグリップ部を有するコードレス式の電動工具にも適用できる。
1 電動工具 2 ハウジング
2a 胴体部 2b グリップ部
2c 開口部 3 弾性部材
4 モータ 5 ハンマケース
6 トリガ 7 スイッチ
8 正逆切替えスイッチ 10 減速機構
12 リード線 13 ターミナル
20 打撃機構 21 スピンドル
22 ハンマ 24 スプリング
25 アンビル 26 出力軸
26a 装着穴 27 スリーブ
30 電池パック 31 セル
31a、31b セル 32 コネクタ
35 回路基板 37 円形仮想線
41 電動工具 42 ハウジング
42b グリップ部 43 弾性部材
44 ターミナル 45 電池パック
46 回路基板 47 円形仮想線
51 電動工具 52 ハウジング
52b グリップ部 52c 貫通穴
53 弾性部材 56 回路基板
57 円形仮想線 58 ソケット
61 電動工具 62 ハウジング
62b グリップ部 62c 貫通穴
63 弾性部材 66 回路基板
67 円形仮想線 68 ソケット
101 電動工具 102 ハウジング
102c 開口部 103 モータハウジング
104 モータ 105 弾性部材
107 スイッチ 109 回動軸
110 減速機構部 113 ターミナル
113a プラス端子 113a プラス端子
113c マイナス端子 119 リングギヤ
120 クラッチ機構部 122 ピン
124 コイルスプリング 125 押圧部材
126 出力軸 128 シフトノブ
129 ダイヤル 130 電池パック
132 端子 132a プラス接点
132b 接点 132c マイナス接点
137 円形仮想線 138 回路基板
140 保護IC 140a 出力端子
140b 出力端子 141 シャント抵抗
142 サーマルプロテクタ 143 サーミスタ
144 判別抵抗 145 FET制御回路
146a〜146e 端子 147 接続ケーブル
148 充電装置 149a〜149e 端子
151 電動工具 152 ハウジング
155 弾性部材 156 電池パック
157 円形仮想線 158 回路基板
161 電動工具 162 ハウジング
165 弾性部材 167 円形仮想線
168 回路基板 169a〜169e 端子
171 電動工具 172 ハウジング
175 弾性部材 177 円形仮想線
178 回路基板 201 電動工具
202 ハウジング 202c 開口部
204 モータ 205 弾性部材
230 電池パック 235 回路基板
237 円形仮想線 251 電動工具
252 ハウジング 255 弾性部材
265 回路基板 267 円形仮想線
281 電動工具 282 ハウジング
285 弾性部材 295 回路基板
297 円形仮想線

Claims (1)

  1. モータを収容する第一のハウジングと、リチウムイオン二次電池を収容すると共にグリップ部が形成された第二のハウジングと、を備えるハウジングを有し、
    前記リチウムイオン二次電池を駆動源とする電動工具であって、
    前記リチウムイオン二次電池は直径が実質14mm以下のセルであり、
    前記ハウジングに設けられたスイッチを操作することによって、前記モータを含んで構成される駆動部と前記リチウムイオン二次電池とが接続されて前記電動工具が動作し、
    前記リチウムイオン二次電池は、前記電動工具の前記グリップ部内に1本同面上に内蔵され、
    前記リチウムイオン二次電池を保護する保護回路は、前記リチウムイオン二次電池の上面または下面に配置され、
    前記グリップ部の径の最大が直径32.2mm以下であり、
    前記第一のハウジングと前記第二のハウジングが回動可能であってガンタイプの形状又はストレートタイプの形状で作業ができることを特徴とする電動工具。
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