コードレス電動工具
【課題】本発明の課題は、リチウム電池を用いたコードレス電動工具において、リチウム電池の過放電を防止すると共に、電池とモータを含む電流経路に挿入したＦＥＴの発熱を抑制することである。
【解決手段】リチウム電池セルよりなる電池組から、ＦＥＴを介して駆動電流が供給される直流モータと、電池組の電圧を検出する電圧検出手段と、電池組の電圧が所定値以下になったときにＦＥＴをオフにする制御手段を備えると共に、直流モータに設けられたファンにより電池パックからハンドル部のハウジング内部を通り、ハウジング外に導く空気流路を形成し、該空気流路に上記ＦＥＴを配置した。
【解決手段】リチウム電池セルよりなる電池組から、ＦＥＴを介して駆動電流が供給される直流モータと、電池組の電圧を検出する電圧検出手段と、電池組の電圧が所定値以下になったときにＦＥＴをオフにする制御手段を備えると共に、直流モータに設けられたファンにより電池パックからハンドル部のハウジング内部を通り、ハウジング外に導く空気流路を形成し、該空気流路に上記ＦＥＴを配置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリチウム電池を用いたコードレス電動工具に係り、特にリチウム電池の過放電を防止するための回路手段を備えたコードレス電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動ドライバ、電動ドリル、インパクト工具などの電動工具は一般に、回転動力を発生するモータの回転数を減速機構により減速した後、回転動力を先端工具に伝達するように構成されている。モータの電源としては従来、交流の商用電源が用いられてきたが、近年、ニッケル・カドミウム電池（以下ニカド電池）や、ニッケル水素電池などに代表されるアルカリ二次電池を電源として用いたコードレス電動工具が多用されるようになった。
【０００３】
このコードレス電動工具においては、工具の所要電圧が大きくなるに従って、当然、電池パック内に収容する電池セル数も多くなる。例えば、ニカド電池セルの公称電圧は１．２Ｖであるため、電池電圧が１４．４Ｖの電動工具では１２個、２４Ｖの場合は２０個の電池セルを電池パックに収納して電動工具に装着する必要がある。従って所要電圧が大きくなるに従って、工具全体の重量が重くなるという問題があった。
【０００４】
これに対し、リチウム電池、リチウムイオン電池に代表される有機電解液二次電池は、公称電圧が大きいために、必要とするセル数を少なくすることができ、この結果、電動工具を軽量小型にできるという利点がある。
【０００５】
ここでリチウム電池とは、バナジウム・リチウム電池、マンガンリチウム電池等を指し、いずれも負極にリチウム・アルミ合金を用い、有機電解液を使用した電池を言う。また、リチウムイオン電池は一般に、正極にコバルト酸リチウム、負極に黒鉛を使用し、電解液として有機電解液を用いたものである。本願明細書では、便宜上、リチウム電池及びリチウムイオン電池を含む有機電解液二次電池を総称して、単にリチウム電池と称することにする。
【０００６】
リチウム電池の公称電圧は、例えば３．６Ｖと高く、二カド電池の３本分に相当する電圧が得られるから、リチウム電池を電動工具の電源として用いた場合はセル本数を大幅に低減できる利点があるが、その反面、リチウム電池は、過充電、過放電を行ったり、過電流を流すと著しく性能が劣化し、サイクル寿命が短くなってしまうという問題がある。また、リチウム電池を過充電すると、電解液の分解に伴ってガスが発生するという問題もあり、更には過放電を行うと特性が著しく劣化し、その後の充電で電池内部に短絡が生じることもある。
【０００７】
このため本出願人は先に、特願２００１−３５６５７６号（特開２００３−１６４０６６号）において、電池パックとモータとの間に電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴという）よりなるスイッチング素子を挿入し、過放電に至る前にスイッチング素子を遮断して電池セルを保護する回路及びその制御方式について出願した。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１６４０６６号公報
【特許文献２】特開平１１−５５８６６号公報
【特許文献３】特開２００２−２２３５２５号公報
【特許文献４】特開２０００−１２１０７号公報
【特許文献５】特開平４−７５４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、電池セルの過放電防止或いは過電流保護のために、電池組と直流モータを含む電流路にＦＥＴを挿入すると、次に示すように新たな問題が生じることが見出された。
【００１０】
従来、リチウム電池はパソコンや携帯電話などに主として用いられてきたが、電動工具はこれらの機器に比較してはるかに大きな電流が流れる。例えば、電動ドライバ用のモータには通常３０Ａ程度の電流が流れ、その電流経路中に過放電防止用或いは過電流保護用のスイッチング素子としてＦＥＴを挿入すると、ＦＥＴの発熱が問題になることが判明した。特に電動工具に装着した先端工具が被加工物に食い込んだり、噛み付いたりして、モータがロックした時には過大な負荷電流が流れ、この負荷電流がＦＥＴにも流れるためＦＥＴが過熱する可能性がある。
【００１１】
仮にＦＥＴの過熱により、そのソース・ドレイン間がショートするような故障が発生すると、ＦＥＴが機能しなくなり、過放電防止或いは過電流保護の機能がなくなるため、リチウム電池セルを著しく劣化するという問題を招くことになる。
【００１２】
本発明は、上記のような従来の問題を解決した電動工具を提供することを目的とする。具体的には、リチウム電池を電源とする電動工具において、リチウム電池の過放電防止或いは過電流保護のために、電池組とモータを含む電流経路にスイッチング素子としてＦＥＴを接続すると共に、ＦＥＴを空気流路に配置することにより、ＦＥＴの発熱を抑制し、その発熱に伴う事故を防止した電動工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記の目的を達成するために、ファンを有する直流モータを収納する本体胴体部と、該本体胴体部に連結されたハンドル部と、該ハンドル部の端部に装着され、複数個のリチウム電池セルよりなる電池組を収納する電池パックとを備えたコードレス電動工具において、前記電池組から前記直流モータに駆動電流を供給する電流経路にスイッチング素子を接続すると共に、前記ファンの回転により、前記電池パックから前記ハンドル部を介して前記本体胴体部に空気流路を形成し、該空気流路に前記スイッチング素子を配置したことに一つの特徴がある。
【００１４】
本発明の他の特徴は、前記電池パックは電池組を収納する電池セル収納部と、前記ハンドル部に装着される装着部とよりなり、前記スイッチング素子を前記装着部の内部空間に配置したことにある。
【００１５】
本発明の他の特徴は、前記スイッチング素子をＦＥＴより構成し、その上面又は下面にヒートシンクを形成したことにある。
【００１６】
本発明の他の特徴は、ファンを有する直流モータを収納する本体胴体部と、該本体胴体部に連結されたハンドル部と、該ハンドル部の端部に装着され、複数個のリチウム電池セルよりなる電池組を収納する電池パックとを備えたコードレス電動工具において、前記電池パックは前記電池組を収納する電池セル収納部と、前記ハンドル部に装着される装着部を有し、前記電池セル収納部と前記装着部にそれぞれ通風口を設けて前記電池パック内に空気流路を形成し、空気流路にＦＥＴを配置すると共に、該ＦＥＴを前記電池組から前記直流モータに駆動電流を供給する電流経路に接続したことにある。
【００１７】
本発明の他の特徴は、前記本体胴体部のハウジングに通風口を設け、前記電池セル収納部から前記装着部の通風口及び前記ハンドル部内を通り前記本体胴体部の通風口から外気に通ずる空気流路を形成したことにある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば直流モータに設けたファンにより電池パック及びハンドル部内の空間に空気流路を形成し、その空気流路にスイッチング素子であるＦＥＴを配置したので、ＦＥＴの過熱を防止することができる。従ってＦＥＴのショート事故等によりリチウム電池を過放電にしたり、或いは過電流を流して劣化させるという問題を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明にかかる電動工具の一実施例について、概略構成、過放電防止回路、過放電防止の制御フロー及びスイッチング素子の配置構成の順に説明する。
【００２０】
（１）概略構成
図１は本発明にかかる電動工具を示す。電動ドライバ、電動ドリル、電動レンチ等の電動工具２００は、本体胴体部２００Ａと、該本体胴体部２００Ａに連結されたハンドル部２００Ｂとから構成され、ハンドル部２００Ｂの端部からリチウム電池セルを収納した電池パック１が装着される。
【００２１】
本体胴体部２００Ａのハウジングの中には、回転動力を発生する直流モータ２１０、直流モータ２１０の回転速度を減速する減速機構部３００が収納され、その先端にはドリル、ドライバ等の先端工具（図示せず）が装着される。インパクト工具の場合には、減速機構部３００と先端工具との間にハンマ等の打撃機構部（図示せず）が設けられる。
【００２２】
電池パック１内には、例えば公称電圧３．６Ｖのリチウム電池セルが複数個収納される。例えば電動工具２００が１４．４Ｖで動作する場合は、４個の電池セルを直列接続した電池組が用いられる。電池パック１は、電池組を収納する電池セル収納部１Ａと、ハンドル部２００Ｂに装入される円筒状の装着部１Ｂとからなる。後述のように、本発明では、円筒状装着部１Ｂの内部から仕切板２５２の通風口２５３、及びハンドル部２００Ｂ内の空間２６０を通って本体胴体部２００Ａの内部に通ずる空気流路が形成され、その空気流路に回路基板が配置されている。
【００２３】
電池パック１からの直流電圧は、ＦＥＴよりなるスイッチング素子２１（図２）を介し、リード端子２０１よりスイッチ２２０を通って直流モータ２１０に供給される。電池パック１内のリチウム電池電圧が所定電圧以下になると、過放電を防止するためにスイッチング素子２１がオフにされる。同様に直流モータに過電流が流れ続けたときもスイッチング素子２１はオフ状態となるように制御される。
【００２４】
以下、便宜上、リチウム電池セルよりなる電池組の過放電防止を例にとってその具体的な回路及び制御フローについて説明する。
【００２５】
（２）過放電防止回路
本発明にかかる電動工具において、リチウム電池よりなる電池組の過放電を防止する回路としては、本出願人が先に出願した特願２００１−３５６５７６号（特開２００３−１６４０６６号）に記載された回路と同様の回路を用いることができる。以下この回路について説明する。
【００２６】
図２は、電池パック１を電動工具２００に接続した状態の回路図である。電池パック１の正極端子２と負極端子３は、電動工具２００に設けられている正極端子２０１と負極端子２０２にそれぞれ接続されている。電動工具２００の正極端子２０１と負極端子２０２の間には、直流モータ２１０とスイッチ２２０が直列に接続されている。電池パック１には、電池セル１１〜１４を接続片で直列接続してなる電池組１０が収納されている。
【００２７】
電池パック１と電動工具２００を接続して、電動工具２００のスイッチ２２０をオンにした場合に、電池組１０の正極端子から電動工具２００を介して電池組１０の負極端子に流れる放電電流経路が形成される。この経路には、スイッチ部２０，定電圧電源３０，電池電圧検出部４０，トリガ検出部８０が接続されている。これら各部は制御手段たるマイクロコンピュータ６０（以下、マイコン６０という。）に接続されている。電池パック１には、更に、電池温度検出部５０と表示部９０が含まれ、これらもマイコン６０に接続されている。
【００２８】
マイコン６０は、中央処理装置（以下ＣＰＵ）６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、タイマ６４、Ａ／Ｄコンバータ６５、出力ポート６６、リセット入力ポート６７から構成され、これらは内部バスにより相互に接続されている。
【００２９】
スイッチ部２０は、電池組１０の負極側と電池パック１の負極端子３の間に接続されており、マイコン６０の制御により、電動工具２００に流れる負荷電流をスイッチングするためのものである。スイッチ部２０は、ＦＥＴ２１、ダイオード２２及び抵抗２３、２４から構成されており、ＦＥＴ２１のゲートには抵抗２４を介してマイコン６０の出力ポート６６より制御信号が印加される。ＦＥＴ２１のソース・ドレイン間にはダイオード２２が接続されており、電池組１０の充電時の充電電流経路を構成している。
【００３０】
電流検出部７０は、電池組１０に流れる電流を検出するためのものであり、入力側はダイオード２２のカソードとＦＥＴ２１のドレインの接続点に接続されており、出力側はマイコン６０のＡ／Ｄコンバータ６５に接続されている。
【００３１】
電流検出部７０は、反転増幅回路と非反転増幅回路の両方を備えた構成で、ＦＥＴ２１のオン抵抗及びダイオード２２のオン電圧に基づき、その流れる電流の方向によって生じる電位を、反転増幅及び非反転増幅する。充電及び放電に対応して反転増幅回路または非反転増幅回路に出力が生じ、この出力に基づきマイコン６０のＡ／Ｄコンバータ６５はＡ／Ｄ変換をする。
【００３２】
定電圧電源３０は、３端子レギュレータ３１、平滑コンデンサ３２、３３、リセットＩＣ３４から構成されており、定電圧電源３０から出力される定電圧ＶＣＣは、電池温度検出部５０、マイコン６０及び電流検出部７０、表示部９０の電源となる。リセットＩＣ３４はマイコン６０のリセット入力ポート６７に接続されており、マイコン６０を初期状態にするためにリセット入力ポート６７にリセット信号を出力する。
【００３３】
電池電圧検出部４０は、電池組１０の電池電圧を検出するためのもので、抵抗４１〜４３からなる。電池組１０の正極端子とアース間に直列接続された抵抗４１，４２の接続点は、抵抗４３を介してマイコン６０のＡ／Ｄコンバータ６５に接続されている。Ａ／Ｄコンバータ６５からは、検出した電池電圧に対応するデジタル値が出力され、マイコン６０のＣＰＵ６１は、当該デジタル値と後述する第１所定電圧及び第２所定電圧とを比較する。第１所定電圧と第２所定電圧はマイコン６０のＲＯＭ６２に記憶されている。
【００３４】
電池温度検出部５０は、電池組１０の近傍に配置して電池組１０の温度を検出するものであり、感温素子としてのサーミスタ５１、抵抗５２〜５４から構成されている。サーミスタ５１は抵抗５３を介してマイコン６０のＡ／Ｄコンバータ６５に接続されている。Ａ／Ｄコンバータ６５からは、検出した電池温度に対応するデジタル値が出力され、マイコン６０のＣＰＵ６１は、当該デジタル値と予め設定した所定値とを比較し、電池温度が異常高温であるかどうかの判断を行う。
【００３５】
トリガ検出部８０は抵抗８１、８２からなり、電動工具２００のスイッチ２２０のオン動作を検出する。スイッチ２２０がオンされれば、直流モータ２１０の直流抵抗は非常に小さい（数オーム程度）ので、ＦＥＴ２１のドレイン・ソース間にはほぼ電池電圧が印加され、この電圧を抵抗８１、８２で分圧してＡ／Ｄコンバータ６５へ入力し、スイッチ２２０のオン動作を検出している。
【００３６】
表示部９０はＬＥＤ９１、抵抗９２からなり、マイコン６０の出力ポート６６の出力に応じてＬＥＤ９１の点灯、点滅制御を行っている。表示部９０は、たとえば、電池温度検出部５０で検出した電池温度が所定温度よりも高い場合には、電池温度異常表示を行う。
【００３７】
（３）過放電防止制御フロー
次に図３を参照して、本発明電動工具に用いられるリチウム電池組１０の過放電を防止するための制御フローの一実施例について説明する。この制御プログラムはマイコン６０のＲＯＭ６２に格納されており、ＣＰＵ６１により逐次読み出されて実行される。
【００３８】
まずステップＳ１０１において、マイコン６０は、出力ポート６６をイニシャルセットすると共に、電池組１０が過放電になったことを示す過放電フラグ、電池組１０が過放電間近になったことを示すパルス制御開始フラグを０にイニシャルセットする。
【００３９】
次にステップＳ１０２において、過放電フラグが１であるか否かを判別する。過放電フラグは電池組１０が過放電状態であるかどうかを示すフラグで、１の場合には、電池組１０が過放電状態であることを示し、０の場合には過放電状態にないことを示す。
【００４０】
ステップＳ１０１で過放電フラグは０にイニシャルセットされているので、ステップＳ１０２の判定が否定（ＮＯ）の場合、つまり過放電フラグが１でないと判別されるとステップＳ１０３に進み、スイッチ部２０のＦＥＴ２１のドレイン・ソース間電圧ＶＤＳを検出する。次いで、ステップＳ１０４において、トリガ検出部８０の出力に基づいて、電動工具２００のスイッチ２２０がオンされたか否かの判別を行う。スイッチ２２０がオンされればＦＥＴ２１のドレイン・ソース間にほぼ電池電圧が印加されるので、ステップＳ１０３で検出したドレイン・ソース間電圧ＶＤＳに基づきスイッチ２２０のオン動作の検出が可能になる。
【００４１】
ステップＳ１０４においてスイッチ２２０がオンされてない場合は、ステップＳ１０２の処理に戻る。スイッチ２２０がオンされた場合は、ステップＳ１０５に進み、出力ポート６６の出力に従い、スイッチ部２０のＦＥＴ２１をオンにする。更にステップＳ１０６において、パルス制御開始フラグが１であるか否かを判別する。パルス制御開始フラグが１の場合は、ステップＳ１１１の処理へスキップする。
【００４２】
ステップＳ１０６の判定の結果、パルス制御開始フラグが１でない場合は、ステップＳ１０７に進み、電池電圧検出部４０の出力に基づいて電池組１０の電池電圧が第２所定値以下に達したか否かの判別を行う。電池電圧が第２所定値以下かどうかの判別は、本実施の形態においては、電池組１０が過放電間近であるかどうかの判別である。過放電間近であるかどうかは、放電電流の大きさ等によって異なるが、例えば公称電圧が３．６Ｖのリチウム電池の場合は、２．５〜２．７Ｖ程度に達していれば放電間近と言える。
【００４３】
同様に、後述するステップＳ１１１の第１所定電圧は、電池組１０が過放電状態にあるかどうかを判別するための基準電圧であり、よって、第１所定電圧は第２所定電圧より低い値に設定する。電池組１０が過放電状態にあるかどうかを判別するための基準電圧は、放電電流の大きさ等によって異なるが、公称電圧が３．６Ｖのリチウム電池の場合、２．３〜２．５Ｖ程度となるので、これらの値を基準に第１所定値を設定すればよい。
【００４４】
ステップＳ１０７の判定の結果、電池組１０の電池電圧が第２所定値以下になっていない場合は、引き続き放電を継続して差し支えない。
【００４５】
ステップＳ１０７において、電池組１０の電池電圧が第２所定値以下に達した場合は、電池組１０が過放電間近になったと判別し、ステップＳ１０８に進み、出力ポート６６の出力に従いスイッチ部２０のＦＥＴ２１を所定の周波数でスイッチングするパルス制御を開始する。パルス制御が開始すると、直流モータ２１０に印加される電圧が低下し、直流モータ２１０の回転数が低下する。電動工具２００の使用者は、直流モータ２１０の回転数の変動を感知することで、電池組１０が過放電間近になったことを知ることができる。
【００４６】
ステップＳ１０８におけるパルス制御を開始した後、ステップＳ１０９でパルス制御開始フラグを１にセットし、更にステップＳ１１０において、出力ポート６６の出力で表示部９０に電池過放電間近表示を行わせる。これにより電動工具２００の使用者は、過放電間近になったことを確認することができる。次いで、ステップＳ１１１において、電池電圧検出部４０の出力に基づいて、電池組１０の電池電圧が第１所定値以下に達したか否かの判別を行う。電池組１０の電池電圧が第１所定値以下になっていない場合は、先に述べたステップＳ１０９の処理に戻る。
【００４７】
ステップＳ１１１において、電池組１０の電池電圧が第１所定値以下に達した場合は、電池組１０が過放電状態に入ったと判別し、ステップＳ１１２で電池過放電フラグを１にセットする。そして、ステップＳ１１３で出力ポート６６の出力に従い、表示部９０に電池過放電表示をさせ、使用者に電池組１０の充電を促す。次いで、ステップＳ１１４において出力ポート６６の出力に従い、スイッチ部２０のＦＥＴ２１をオフさせ、ステップＳ１０２の処理に戻る。
【００４８】
一方、ステップＳ１０２により過放電フラグが１であると判定されると、ステップＳ１１５において、電流検出部７０の出力に基づいて電池組１０が充電されたか否かの判別を行う。過放電フラグが１の状態にあるので、電池組１０は通常は、充電しない限り使用することができない。なお、充電は、電池パック１を電動工具２００から取り出し、図示しない充電器に接続することにより行う。電池組１０が充電されたかどうかの判定は、電池組１０に流れる電流の向きを検出することにより行われる。即ち、充電電流はダイオード２２を介して電池組１０の正極側から負極側に流れるので、電流検出部７０が検出した電流の方向に従い、充電がされたかどうかの判別をしている。ステップＳ１１５では、充電が一定時間継続して行われた場合に充電が行われたと判別し、ステップＳ１１６へ進む。
【００４９】
ステップＳ１１５で、充電が行われていないと判断されると、ステップＳ１０２に戻り充電されるのを待つ。ステップＳ１１５において、電池組１０の充電が完了したと判定されると、ステップＳ１１６において過放電フラグを０にセットし、更にステップＳ１１７において表示部９０の電池過放電表示をオフしてステップＳ１０２に戻る。
【００５０】
本発明による電動工具の制御方式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した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、上記実施の形態においては、電動工具２００の使用中に電池電圧が第２所定値以下に低下した場合は、スイッチ部２０を制御することにより直流モータ２１０の回転数を強制的に低下させ（第１の制御）、更に、電池電圧が第２所定値よりも更に低い第１所定値以下に低下した場合には、スイッチ部２０を制御して直流モータ２１０への負荷電流を遮断するようにしたが（第２の制御）、第１の制御を割愛し、第２の制御のみを行うようにしてもよいし、逆に第２の制御を割愛し、第１の制御のみを行うようにしてもよい。
【００５１】
図２及び図３のような構成及び制御によれば、電池電圧検出手段の出力が第１所定電圧以下となり、電池組の容量が低下したことが検出された場合には、電池組から電動工具に流れる電流を遮断するので、第１の所定電圧を電池組の過放電電圧に相当する電圧に設定すれば、電池組の過放電を確実に防止することができ、飛躍的なサイクル寿命の向上が図れる。
【００５２】
（４）回路基板の配置構成
前述のように、図２のＦＥＴ２１を電池電圧に応じてオン・オフ制御することにより電池組１０の過放電を防止することが可能であるが、そのためには電池パックの放電中、常時ＦＥＴ２１にモータ駆動電流を流しておかなければならない。しかし直流モータ２１０に流れる電流は、例えば３０Ａ程度と大きいから、長時間、大電流がＦＥＴ２１に流れると、その発熱が極めて深刻である。このため本発明にかかる電動工具においては上記ＦＥＴ２１を空気流路中に配置している。
【００５３】
図４は、本発明電動工具に用いられる電池パック１の一実施例を示す断面図、図５は本発明にかかる電動工具の本体胴体部とハンドル部の一実施例を示す断面図である。電池パック１はリチウム電池セル１１，１２，…を収納する電池セル収納部１Ａと、電動工具のハンドル部２００Ｂに挿入される円筒状の装着部１Ｂとから構成される。電池セル収納部１Ａには、図４では４個のリチウム電池セル１１，１２，１３，１４が収納され、互いに接続片１００，１０１により接続されている。１４．４Ｖで駆動される電動工具には、公称電圧３．６Ｖのリチウム電池セルを４個直列に接続して用いるか、あるいは電流容量を増やすために直列に接続された４個の電池組を２組並列に接続して使用する。
【００５４】
電池セル収納部１Ａの前方（先端工具の側）側面には、バネ１１０で支持された操作片１０２が設けられており、これを押すと係合部１０３がハンドル部２００Ｂのハウジング２４０（図５）に係合するように構成されている。電池セル収納部１Ａの上面は、図５に示すように装着部１Ｂの断面より幅広く形成されているので、その上面に通風口を設けて電池セル収納部１Ａに空気を取り込み易いようにすることができる。
【００５５】
図４の装着部１Ｂには、その上端部にターミナル保持部１０８が設けられ、その表面にターミナル１０４が形成されている。リチウム電池セル１１〜１４の直流電圧は、ターミナル１０４から図１のリード端子２０１、スイッチ２２０を介して電動工具の本体胴体部２００Ａに収容された直流モータ２１０に供給される。
【００５６】
装着部１Ｂの内部には回路基板１０５が配置され、その上にＦＥＴ２１Ａ及び２１Ｂが搭載される。図２の回路図では、スイッチング素子として１個のＦＥＴ２１が示されているが、電流容量を増やすために２個のＦＥＴ２１Ａ，２１Ｂを並列に接続して用いることがあるので、図４には２個のＦＥＴ２１Ａ，２１Ｂが基板１０５に搭載される。ＦＥＴ２１の上面に、図５に示すようにヒートシンク１０７を搭載し、ＦＥＴ２１の熱をより放熱し易くすることが望ましい。また、図５に示すように装着部１Ｂの上面には通風口１０９が設けられている。電池セル収納部１Ａに入った空気は、通風口１０９及び仕切板２５２に設けられた通風口２５３を通り、更にハンドル部２００Ｂの空気流路２６０を通って本体胴体部２００Ａを形成するハウジング２４０の内部に導かれる。ハウジング２４０内には図１に示すように直流モータ２１０が収容されている。直流モータ２１０の回転軸には図５に示すようにファン２３３が設けられ、また直流モータ２１０のハウジング２３１には通風口２３２が設けられている。更に、本体胴体部２００Ａのハウジング２４０の一部にも通風口２４１が設けられている。
【００５７】
直流モータ２１０の回転に伴ってファン２３３が回転し、この回転により発生する空気流が通風口２３２及び通風口２４１を通ってハウジング２４０の外に流れると、このときの空気流によりハンドル部２００Ｂの空気流路２６０の空気も吸い込み、ハンドル部２００Ｂ内に、図５の矢印で示すような空気流を形成する。
【００５８】
スイッチング素子であるＦＥＴ２１は、上記のようにして形成される空気流路中に配置されているので放熱が効率よく行われ、異常に過熱することはない。しかもＦＥＴ２１の上面にヒートシンク１０７を搭載しているので、放熱作用が一層促進される。
【００５９】
この結果、ＦＥＴ２１が過熱によるショート事故等を起こすことがなくなり、電池組１０がＦＥＴ２１の加熱事故により過放電となることを防止することができる。
【００６０】
またＦＥＴ２１は、電流検出部７０により過電流が検出されたときにオフ状態となるように制御されるので、ＦＥＴ２１のショート事故を防止できれば、ＦＥＴ２１の加熱事故により電池組１０に過電流が流れてしまうという問題も回避することができる。
【００６１】
従って本発明の実施例によれば、スイッチング素子として機能するＦＥＴ２１の過放電或いは過電流時の発熱を抑制でき、リチウム電池の劣化を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明にかかる電動工具の概略構成図である。
【図２】本発明にかかる電動工具の電池パックとモータとの接続回路図である。
【図３】本発明にかかる電動工具の電池パックの制御フローの一実施例を示すフローチャートである。
【図４】本発明にかかる電動工具の電池パックの一実施例を示す断面図である。
【図５】本発明にかかる電動工具のハンドル部と本体胴体部の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１：電池パック、１Ａ：電池セル収納部、１Ｂ：装着部、１０：電池組、
１１〜１４：リチウム電池セル、２０：スイッチ部、２１：ＦＥＴ、３０：定電圧電源、４０：電池電圧検出部、５０：電池温度検出部、６０：マイコン、６１：ＣＰＵ、
６２：ＲＯＭ、６３：ＲＡＭ、６４：タイマ、６５：Ａ／Ｄコンバータ、
６６：出力ポート、６７：リセット入力ポート、７０：電流検出部、
８０：トリガ検出部、９０：表示部、１００，１０１：接続片、１０２：操作片、
１０３：係合部、１０４：ターミナル、１０５：回路基板、１０７：ヒートシンク、
１０８：ターミナル保持部、１０９：通風口、１１０：バネ、２００：電動工具、２００Ａ：本体胴体部、２００Ｂ：ハンドル部、２０１：リード端子、２１０：直流モータ、２２０：トリガスイッチ、
２３１：モータハウジング、２３２：通風口、２３３：ファン、２４０：ハウジング、
２４１：通風口、２５２：仕切板、２５３：通風口、２６０：空気流路、
３００：減速機構部
【技術分野】
【０００１】
本発明はリチウム電池を用いたコードレス電動工具に係り、特にリチウム電池の過放電を防止するための回路手段を備えたコードレス電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動ドライバ、電動ドリル、インパクト工具などの電動工具は一般に、回転動力を発生するモータの回転数を減速機構により減速した後、回転動力を先端工具に伝達するように構成されている。モータの電源としては従来、交流の商用電源が用いられてきたが、近年、ニッケル・カドミウム電池（以下ニカド電池）や、ニッケル水素電池などに代表されるアルカリ二次電池を電源として用いたコードレス電動工具が多用されるようになった。
【０００３】
このコードレス電動工具においては、工具の所要電圧が大きくなるに従って、当然、電池パック内に収容する電池セル数も多くなる。例えば、ニカド電池セルの公称電圧は１．２Ｖであるため、電池電圧が１４．４Ｖの電動工具では１２個、２４Ｖの場合は２０個の電池セルを電池パックに収納して電動工具に装着する必要がある。従って所要電圧が大きくなるに従って、工具全体の重量が重くなるという問題があった。
【０００４】
これに対し、リチウム電池、リチウムイオン電池に代表される有機電解液二次電池は、公称電圧が大きいために、必要とするセル数を少なくすることができ、この結果、電動工具を軽量小型にできるという利点がある。
【０００５】
ここでリチウム電池とは、バナジウム・リチウム電池、マンガンリチウム電池等を指し、いずれも負極にリチウム・アルミ合金を用い、有機電解液を使用した電池を言う。また、リチウムイオン電池は一般に、正極にコバルト酸リチウム、負極に黒鉛を使用し、電解液として有機電解液を用いたものである。本願明細書では、便宜上、リチウム電池及びリチウムイオン電池を含む有機電解液二次電池を総称して、単にリチウム電池と称することにする。
【０００６】
リチウム電池の公称電圧は、例えば３．６Ｖと高く、二カド電池の３本分に相当する電圧が得られるから、リチウム電池を電動工具の電源として用いた場合はセル本数を大幅に低減できる利点があるが、その反面、リチウム電池は、過充電、過放電を行ったり、過電流を流すと著しく性能が劣化し、サイクル寿命が短くなってしまうという問題がある。また、リチウム電池を過充電すると、電解液の分解に伴ってガスが発生するという問題もあり、更には過放電を行うと特性が著しく劣化し、その後の充電で電池内部に短絡が生じることもある。
【０００７】
このため本出願人は先に、特願２００１−３５６５７６号（特開２００３−１６４０６６号）において、電池パックとモータとの間に電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴという）よりなるスイッチング素子を挿入し、過放電に至る前にスイッチング素子を遮断して電池セルを保護する回路及びその制御方式について出願した。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１６４０６６号公報
【特許文献２】特開平１１−５５８６６号公報
【特許文献３】特開２００２−２２３５２５号公報
【特許文献４】特開２０００−１２１０７号公報
【特許文献５】特開平４−７５４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、電池セルの過放電防止或いは過電流保護のために、電池組と直流モータを含む電流路にＦＥＴを挿入すると、次に示すように新たな問題が生じることが見出された。
【００１０】
従来、リチウム電池はパソコンや携帯電話などに主として用いられてきたが、電動工具はこれらの機器に比較してはるかに大きな電流が流れる。例えば、電動ドライバ用のモータには通常３０Ａ程度の電流が流れ、その電流経路中に過放電防止用或いは過電流保護用のスイッチング素子としてＦＥＴを挿入すると、ＦＥＴの発熱が問題になることが判明した。特に電動工具に装着した先端工具が被加工物に食い込んだり、噛み付いたりして、モータがロックした時には過大な負荷電流が流れ、この負荷電流がＦＥＴにも流れるためＦＥＴが過熱する可能性がある。
【００１１】
仮にＦＥＴの過熱により、そのソース・ドレイン間がショートするような故障が発生すると、ＦＥＴが機能しなくなり、過放電防止或いは過電流保護の機能がなくなるため、リチウム電池セルを著しく劣化するという問題を招くことになる。
【００１２】
本発明は、上記のような従来の問題を解決した電動工具を提供することを目的とする。具体的には、リチウム電池を電源とする電動工具において、リチウム電池の過放電防止或いは過電流保護のために、電池組とモータを含む電流経路にスイッチング素子としてＦＥＴを接続すると共に、ＦＥＴを空気流路に配置することにより、ＦＥＴの発熱を抑制し、その発熱に伴う事故を防止した電動工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記の目的を達成するために、ファンを有する直流モータを収納する本体胴体部と、該本体胴体部に連結されたハンドル部と、該ハンドル部の端部に装着され、複数個のリチウム電池セルよりなる電池組を収納する電池パックとを備えたコードレス電動工具において、前記電池組から前記直流モータに駆動電流を供給する電流経路にスイッチング素子を接続すると共に、前記ファンの回転により、前記電池パックから前記ハンドル部を介して前記本体胴体部に空気流路を形成し、該空気流路に前記スイッチング素子を配置したことに一つの特徴がある。
【００１４】
本発明の他の特徴は、前記電池パックは電池組を収納する電池セル収納部と、前記ハンドル部に装着される装着部とよりなり、前記スイッチング素子を前記装着部の内部空間に配置したことにある。
【００１５】
本発明の他の特徴は、前記スイッチング素子をＦＥＴより構成し、その上面又は下面にヒートシンクを形成したことにある。
【００１６】
本発明の他の特徴は、ファンを有する直流モータを収納する本体胴体部と、該本体胴体部に連結されたハンドル部と、該ハンドル部の端部に装着され、複数個のリチウム電池セルよりなる電池組を収納する電池パックとを備えたコードレス電動工具において、前記電池パックは前記電池組を収納する電池セル収納部と、前記ハンドル部に装着される装着部を有し、前記電池セル収納部と前記装着部にそれぞれ通風口を設けて前記電池パック内に空気流路を形成し、空気流路にＦＥＴを配置すると共に、該ＦＥＴを前記電池組から前記直流モータに駆動電流を供給する電流経路に接続したことにある。
【００１７】
本発明の他の特徴は、前記本体胴体部のハウジングに通風口を設け、前記電池セル収納部から前記装着部の通風口及び前記ハンドル部内を通り前記本体胴体部の通風口から外気に通ずる空気流路を形成したことにある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば直流モータに設けたファンにより電池パック及びハンドル部内の空間に空気流路を形成し、その空気流路にスイッチング素子であるＦＥＴを配置したので、ＦＥＴの過熱を防止することができる。従ってＦＥＴのショート事故等によりリチウム電池を過放電にしたり、或いは過電流を流して劣化させるという問題を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明にかかる電動工具の一実施例について、概略構成、過放電防止回路、過放電防止の制御フロー及びスイッチング素子の配置構成の順に説明する。
【００２０】
（１）概略構成
図１は本発明にかかる電動工具を示す。電動ドライバ、電動ドリル、電動レンチ等の電動工具２００は、本体胴体部２００Ａと、該本体胴体部２００Ａに連結されたハンドル部２００Ｂとから構成され、ハンドル部２００Ｂの端部からリチウム電池セルを収納した電池パック１が装着される。
【００２１】
本体胴体部２００Ａのハウジングの中には、回転動力を発生する直流モータ２１０、直流モータ２１０の回転速度を減速する減速機構部３００が収納され、その先端にはドリル、ドライバ等の先端工具（図示せず）が装着される。インパクト工具の場合には、減速機構部３００と先端工具との間にハンマ等の打撃機構部（図示せず）が設けられる。
【００２２】
電池パック１内には、例えば公称電圧３．６Ｖのリチウム電池セルが複数個収納される。例えば電動工具２００が１４．４Ｖで動作する場合は、４個の電池セルを直列接続した電池組が用いられる。電池パック１は、電池組を収納する電池セル収納部１Ａと、ハンドル部２００Ｂに装入される円筒状の装着部１Ｂとからなる。後述のように、本発明では、円筒状装着部１Ｂの内部から仕切板２５２の通風口２５３、及びハンドル部２００Ｂ内の空間２６０を通って本体胴体部２００Ａの内部に通ずる空気流路が形成され、その空気流路に回路基板が配置されている。
【００２３】
電池パック１からの直流電圧は、ＦＥＴよりなるスイッチング素子２１（図２）を介し、リード端子２０１よりスイッチ２２０を通って直流モータ２１０に供給される。電池パック１内のリチウム電池電圧が所定電圧以下になると、過放電を防止するためにスイッチング素子２１がオフにされる。同様に直流モータに過電流が流れ続けたときもスイッチング素子２１はオフ状態となるように制御される。
【００２４】
以下、便宜上、リチウム電池セルよりなる電池組の過放電防止を例にとってその具体的な回路及び制御フローについて説明する。
【００２５】
（２）過放電防止回路
本発明にかかる電動工具において、リチウム電池よりなる電池組の過放電を防止する回路としては、本出願人が先に出願した特願２００１−３５６５７６号（特開２００３−１６４０６６号）に記載された回路と同様の回路を用いることができる。以下この回路について説明する。
【００２６】
図２は、電池パック１を電動工具２００に接続した状態の回路図である。電池パック１の正極端子２と負極端子３は、電動工具２００に設けられている正極端子２０１と負極端子２０２にそれぞれ接続されている。電動工具２００の正極端子２０１と負極端子２０２の間には、直流モータ２１０とスイッチ２２０が直列に接続されている。電池パック１には、電池セル１１〜１４を接続片で直列接続してなる電池組１０が収納されている。
【００２７】
電池パック１と電動工具２００を接続して、電動工具２００のスイッチ２２０をオンにした場合に、電池組１０の正極端子から電動工具２００を介して電池組１０の負極端子に流れる放電電流経路が形成される。この経路には、スイッチ部２０，定電圧電源３０，電池電圧検出部４０，トリガ検出部８０が接続されている。これら各部は制御手段たるマイクロコンピュータ６０（以下、マイコン６０という。）に接続されている。電池パック１には、更に、電池温度検出部５０と表示部９０が含まれ、これらもマイコン６０に接続されている。
【００２８】
マイコン６０は、中央処理装置（以下ＣＰＵ）６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、タイマ６４、Ａ／Ｄコンバータ６５、出力ポート６６、リセット入力ポート６７から構成され、これらは内部バスにより相互に接続されている。
【００２９】
スイッチ部２０は、電池組１０の負極側と電池パック１の負極端子３の間に接続されており、マイコン６０の制御により、電動工具２００に流れる負荷電流をスイッチングするためのものである。スイッチ部２０は、ＦＥＴ２１、ダイオード２２及び抵抗２３、２４から構成されており、ＦＥＴ２１のゲートには抵抗２４を介してマイコン６０の出力ポート６６より制御信号が印加される。ＦＥＴ２１のソース・ドレイン間にはダイオード２２が接続されており、電池組１０の充電時の充電電流経路を構成している。
【００３０】
電流検出部７０は、電池組１０に流れる電流を検出するためのものであり、入力側はダイオード２２のカソードとＦＥＴ２１のドレインの接続点に接続されており、出力側はマイコン６０のＡ／Ｄコンバータ６５に接続されている。
【００３１】
電流検出部７０は、反転増幅回路と非反転増幅回路の両方を備えた構成で、ＦＥＴ２１のオン抵抗及びダイオード２２のオン電圧に基づき、その流れる電流の方向によって生じる電位を、反転増幅及び非反転増幅する。充電及び放電に対応して反転増幅回路または非反転増幅回路に出力が生じ、この出力に基づきマイコン６０のＡ／Ｄコンバータ６５はＡ／Ｄ変換をする。
【００３２】
定電圧電源３０は、３端子レギュレータ３１、平滑コンデンサ３２、３３、リセットＩＣ３４から構成されており、定電圧電源３０から出力される定電圧ＶＣＣは、電池温度検出部５０、マイコン６０及び電流検出部７０、表示部９０の電源となる。リセットＩＣ３４はマイコン６０のリセット入力ポート６７に接続されており、マイコン６０を初期状態にするためにリセット入力ポート６７にリセット信号を出力する。
【００３３】
電池電圧検出部４０は、電池組１０の電池電圧を検出するためのもので、抵抗４１〜４３からなる。電池組１０の正極端子とアース間に直列接続された抵抗４１，４２の接続点は、抵抗４３を介してマイコン６０のＡ／Ｄコンバータ６５に接続されている。Ａ／Ｄコンバータ６５からは、検出した電池電圧に対応するデジタル値が出力され、マイコン６０のＣＰＵ６１は、当該デジタル値と後述する第１所定電圧及び第２所定電圧とを比較する。第１所定電圧と第２所定電圧はマイコン６０のＲＯＭ６２に記憶されている。
【００３４】
電池温度検出部５０は、電池組１０の近傍に配置して電池組１０の温度を検出するものであり、感温素子としてのサーミスタ５１、抵抗５２〜５４から構成されている。サーミスタ５１は抵抗５３を介してマイコン６０のＡ／Ｄコンバータ６５に接続されている。Ａ／Ｄコンバータ６５からは、検出した電池温度に対応するデジタル値が出力され、マイコン６０のＣＰＵ６１は、当該デジタル値と予め設定した所定値とを比較し、電池温度が異常高温であるかどうかの判断を行う。
【００３５】
トリガ検出部８０は抵抗８１、８２からなり、電動工具２００のスイッチ２２０のオン動作を検出する。スイッチ２２０がオンされれば、直流モータ２１０の直流抵抗は非常に小さい（数オーム程度）ので、ＦＥＴ２１のドレイン・ソース間にはほぼ電池電圧が印加され、この電圧を抵抗８１、８２で分圧してＡ／Ｄコンバータ６５へ入力し、スイッチ２２０のオン動作を検出している。
【００３６】
表示部９０はＬＥＤ９１、抵抗９２からなり、マイコン６０の出力ポート６６の出力に応じてＬＥＤ９１の点灯、点滅制御を行っている。表示部９０は、たとえば、電池温度検出部５０で検出した電池温度が所定温度よりも高い場合には、電池温度異常表示を行う。
【００３７】
（３）過放電防止制御フロー
次に図３を参照して、本発明電動工具に用いられるリチウム電池組１０の過放電を防止するための制御フローの一実施例について説明する。この制御プログラムはマイコン６０のＲＯＭ６２に格納されており、ＣＰＵ６１により逐次読み出されて実行される。
【００３８】
まずステップＳ１０１において、マイコン６０は、出力ポート６６をイニシャルセットすると共に、電池組１０が過放電になったことを示す過放電フラグ、電池組１０が過放電間近になったことを示すパルス制御開始フラグを０にイニシャルセットする。
【００３９】
次にステップＳ１０２において、過放電フラグが１であるか否かを判別する。過放電フラグは電池組１０が過放電状態であるかどうかを示すフラグで、１の場合には、電池組１０が過放電状態であることを示し、０の場合には過放電状態にないことを示す。
【００４０】
ステップＳ１０１で過放電フラグは０にイニシャルセットされているので、ステップＳ１０２の判定が否定（ＮＯ）の場合、つまり過放電フラグが１でないと判別されるとステップＳ１０３に進み、スイッチ部２０のＦＥＴ２１のドレイン・ソース間電圧ＶＤＳを検出する。次いで、ステップＳ１０４において、トリガ検出部８０の出力に基づいて、電動工具２００のスイッチ２２０がオンされたか否かの判別を行う。スイッチ２２０がオンされればＦＥＴ２１のドレイン・ソース間にほぼ電池電圧が印加されるので、ステップＳ１０３で検出したドレイン・ソース間電圧ＶＤＳに基づきスイッチ２２０のオン動作の検出が可能になる。
【００４１】
ステップＳ１０４においてスイッチ２２０がオンされてない場合は、ステップＳ１０２の処理に戻る。スイッチ２２０がオンされた場合は、ステップＳ１０５に進み、出力ポート６６の出力に従い、スイッチ部２０のＦＥＴ２１をオンにする。更にステップＳ１０６において、パルス制御開始フラグが１であるか否かを判別する。パルス制御開始フラグが１の場合は、ステップＳ１１１の処理へスキップする。
【００４２】
ステップＳ１０６の判定の結果、パルス制御開始フラグが１でない場合は、ステップＳ１０７に進み、電池電圧検出部４０の出力に基づいて電池組１０の電池電圧が第２所定値以下に達したか否かの判別を行う。電池電圧が第２所定値以下かどうかの判別は、本実施の形態においては、電池組１０が過放電間近であるかどうかの判別である。過放電間近であるかどうかは、放電電流の大きさ等によって異なるが、例えば公称電圧が３．６Ｖのリチウム電池の場合は、２．５〜２．７Ｖ程度に達していれば放電間近と言える。
【００４３】
同様に、後述するステップＳ１１１の第１所定電圧は、電池組１０が過放電状態にあるかどうかを判別するための基準電圧であり、よって、第１所定電圧は第２所定電圧より低い値に設定する。電池組１０が過放電状態にあるかどうかを判別するための基準電圧は、放電電流の大きさ等によって異なるが、公称電圧が３．６Ｖのリチウム電池の場合、２．３〜２．５Ｖ程度となるので、これらの値を基準に第１所定値を設定すればよい。
【００４４】
ステップＳ１０７の判定の結果、電池組１０の電池電圧が第２所定値以下になっていない場合は、引き続き放電を継続して差し支えない。
【００４５】
ステップＳ１０７において、電池組１０の電池電圧が第２所定値以下に達した場合は、電池組１０が過放電間近になったと判別し、ステップＳ１０８に進み、出力ポート６６の出力に従いスイッチ部２０のＦＥＴ２１を所定の周波数でスイッチングするパルス制御を開始する。パルス制御が開始すると、直流モータ２１０に印加される電圧が低下し、直流モータ２１０の回転数が低下する。電動工具２００の使用者は、直流モータ２１０の回転数の変動を感知することで、電池組１０が過放電間近になったことを知ることができる。
【００４６】
ステップＳ１０８におけるパルス制御を開始した後、ステップＳ１０９でパルス制御開始フラグを１にセットし、更にステップＳ１１０において、出力ポート６６の出力で表示部９０に電池過放電間近表示を行わせる。これにより電動工具２００の使用者は、過放電間近になったことを確認することができる。次いで、ステップＳ１１１において、電池電圧検出部４０の出力に基づいて、電池組１０の電池電圧が第１所定値以下に達したか否かの判別を行う。電池組１０の電池電圧が第１所定値以下になっていない場合は、先に述べたステップＳ１０９の処理に戻る。
【００４７】
ステップＳ１１１において、電池組１０の電池電圧が第１所定値以下に達した場合は、電池組１０が過放電状態に入ったと判別し、ステップＳ１１２で電池過放電フラグを１にセットする。そして、ステップＳ１１３で出力ポート６６の出力に従い、表示部９０に電池過放電表示をさせ、使用者に電池組１０の充電を促す。次いで、ステップＳ１１４において出力ポート６６の出力に従い、スイッチ部２０のＦＥＴ２１をオフさせ、ステップＳ１０２の処理に戻る。
【００４８】
一方、ステップＳ１０２により過放電フラグが１であると判定されると、ステップＳ１１５において、電流検出部７０の出力に基づいて電池組１０が充電されたか否かの判別を行う。過放電フラグが１の状態にあるので、電池組１０は通常は、充電しない限り使用することができない。なお、充電は、電池パック１を電動工具２００から取り出し、図示しない充電器に接続することにより行う。電池組１０が充電されたかどうかの判定は、電池組１０に流れる電流の向きを検出することにより行われる。即ち、充電電流はダイオード２２を介して電池組１０の正極側から負極側に流れるので、電流検出部７０が検出した電流の方向に従い、充電がされたかどうかの判別をしている。ステップＳ１１５では、充電が一定時間継続して行われた場合に充電が行われたと判別し、ステップＳ１１６へ進む。
【００４９】
ステップＳ１１５で、充電が行われていないと判断されると、ステップＳ１０２に戻り充電されるのを待つ。ステップＳ１１５において、電池組１０の充電が完了したと判定されると、ステップＳ１１６において過放電フラグを０にセットし、更にステップＳ１１７において表示部９０の電池過放電表示をオフしてステップＳ１０２に戻る。
【００５０】
本発明による電動工具の制御方式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した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、上記実施の形態においては、電動工具２００の使用中に電池電圧が第２所定値以下に低下した場合は、スイッチ部２０を制御することにより直流モータ２１０の回転数を強制的に低下させ（第１の制御）、更に、電池電圧が第２所定値よりも更に低い第１所定値以下に低下した場合には、スイッチ部２０を制御して直流モータ２１０への負荷電流を遮断するようにしたが（第２の制御）、第１の制御を割愛し、第２の制御のみを行うようにしてもよいし、逆に第２の制御を割愛し、第１の制御のみを行うようにしてもよい。
【００５１】
図２及び図３のような構成及び制御によれば、電池電圧検出手段の出力が第１所定電圧以下となり、電池組の容量が低下したことが検出された場合には、電池組から電動工具に流れる電流を遮断するので、第１の所定電圧を電池組の過放電電圧に相当する電圧に設定すれば、電池組の過放電を確実に防止することができ、飛躍的なサイクル寿命の向上が図れる。
【００５２】
（４）回路基板の配置構成
前述のように、図２のＦＥＴ２１を電池電圧に応じてオン・オフ制御することにより電池組１０の過放電を防止することが可能であるが、そのためには電池パックの放電中、常時ＦＥＴ２１にモータ駆動電流を流しておかなければならない。しかし直流モータ２１０に流れる電流は、例えば３０Ａ程度と大きいから、長時間、大電流がＦＥＴ２１に流れると、その発熱が極めて深刻である。このため本発明にかかる電動工具においては上記ＦＥＴ２１を空気流路中に配置している。
【００５３】
図４は、本発明電動工具に用いられる電池パック１の一実施例を示す断面図、図５は本発明にかかる電動工具の本体胴体部とハンドル部の一実施例を示す断面図である。電池パック１はリチウム電池セル１１，１２，…を収納する電池セル収納部１Ａと、電動工具のハンドル部２００Ｂに挿入される円筒状の装着部１Ｂとから構成される。電池セル収納部１Ａには、図４では４個のリチウム電池セル１１，１２，１３，１４が収納され、互いに接続片１００，１０１により接続されている。１４．４Ｖで駆動される電動工具には、公称電圧３．６Ｖのリチウム電池セルを４個直列に接続して用いるか、あるいは電流容量を増やすために直列に接続された４個の電池組を２組並列に接続して使用する。
【００５４】
電池セル収納部１Ａの前方（先端工具の側）側面には、バネ１１０で支持された操作片１０２が設けられており、これを押すと係合部１０３がハンドル部２００Ｂのハウジング２４０（図５）に係合するように構成されている。電池セル収納部１Ａの上面は、図５に示すように装着部１Ｂの断面より幅広く形成されているので、その上面に通風口を設けて電池セル収納部１Ａに空気を取り込み易いようにすることができる。
【００５５】
図４の装着部１Ｂには、その上端部にターミナル保持部１０８が設けられ、その表面にターミナル１０４が形成されている。リチウム電池セル１１〜１４の直流電圧は、ターミナル１０４から図１のリード端子２０１、スイッチ２２０を介して電動工具の本体胴体部２００Ａに収容された直流モータ２１０に供給される。
【００５６】
装着部１Ｂの内部には回路基板１０５が配置され、その上にＦＥＴ２１Ａ及び２１Ｂが搭載される。図２の回路図では、スイッチング素子として１個のＦＥＴ２１が示されているが、電流容量を増やすために２個のＦＥＴ２１Ａ，２１Ｂを並列に接続して用いることがあるので、図４には２個のＦＥＴ２１Ａ，２１Ｂが基板１０５に搭載される。ＦＥＴ２１の上面に、図５に示すようにヒートシンク１０７を搭載し、ＦＥＴ２１の熱をより放熱し易くすることが望ましい。また、図５に示すように装着部１Ｂの上面には通風口１０９が設けられている。電池セル収納部１Ａに入った空気は、通風口１０９及び仕切板２５２に設けられた通風口２５３を通り、更にハンドル部２００Ｂの空気流路２６０を通って本体胴体部２００Ａを形成するハウジング２４０の内部に導かれる。ハウジング２４０内には図１に示すように直流モータ２１０が収容されている。直流モータ２１０の回転軸には図５に示すようにファン２３３が設けられ、また直流モータ２１０のハウジング２３１には通風口２３２が設けられている。更に、本体胴体部２００Ａのハウジング２４０の一部にも通風口２４１が設けられている。
【００５７】
直流モータ２１０の回転に伴ってファン２３３が回転し、この回転により発生する空気流が通風口２３２及び通風口２４１を通ってハウジング２４０の外に流れると、このときの空気流によりハンドル部２００Ｂの空気流路２６０の空気も吸い込み、ハンドル部２００Ｂ内に、図５の矢印で示すような空気流を形成する。
【００５８】
スイッチング素子であるＦＥＴ２１は、上記のようにして形成される空気流路中に配置されているので放熱が効率よく行われ、異常に過熱することはない。しかもＦＥＴ２１の上面にヒートシンク１０７を搭載しているので、放熱作用が一層促進される。
【００５９】
この結果、ＦＥＴ２１が過熱によるショート事故等を起こすことがなくなり、電池組１０がＦＥＴ２１の加熱事故により過放電となることを防止することができる。
【００６０】
またＦＥＴ２１は、電流検出部７０により過電流が検出されたときにオフ状態となるように制御されるので、ＦＥＴ２１のショート事故を防止できれば、ＦＥＴ２１の加熱事故により電池組１０に過電流が流れてしまうという問題も回避することができる。
【００６１】
従って本発明の実施例によれば、スイッチング素子として機能するＦＥＴ２１の過放電或いは過電流時の発熱を抑制でき、リチウム電池の劣化を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明にかかる電動工具の概略構成図である。
【図２】本発明にかかる電動工具の電池パックとモータとの接続回路図である。
【図３】本発明にかかる電動工具の電池パックの制御フローの一実施例を示すフローチャートである。
【図４】本発明にかかる電動工具の電池パックの一実施例を示す断面図である。
【図５】本発明にかかる電動工具のハンドル部と本体胴体部の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１：電池パック、１Ａ：電池セル収納部、１Ｂ：装着部、１０：電池組、
１１〜１４：リチウム電池セル、２０：スイッチ部、２１：ＦＥＴ、３０：定電圧電源、４０：電池電圧検出部、５０：電池温度検出部、６０：マイコン、６１：ＣＰＵ、
６２：ＲＯＭ、６３：ＲＡＭ、６４：タイマ、６５：Ａ／Ｄコンバータ、
６６：出力ポート、６７：リセット入力ポート、７０：電流検出部、
８０：トリガ検出部、９０：表示部、１００，１０１：接続片、１０２：操作片、
１０３：係合部、１０４：ターミナル、１０５：回路基板、１０７：ヒートシンク、
１０８：ターミナル保持部、１０９：通風口、１１０：バネ、２００：電動工具、２００Ａ：本体胴体部、２００Ｂ：ハンドル部、２０１：リード端子、２１０：直流モータ、２２０：トリガスイッチ、
２３１：モータハウジング、２３２：通風口、２３３：ファン、２４０：ハウジング、
２４１：通風口、２５２：仕切板、２５３：通風口、２６０：空気流路、
３００：減速機構部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンを有する直流モータを収納する本体胴体部と、該本体胴体部に連結されたハンドル部と、該ハンドル部の端部に装着され、複数個のリチウム電池セルよりなる電池組を収納する電池パックとを備えたコードレス電動工具において、前記電池組から前記直流モータに駆動電流を供給する電流経路にスイッチング素子を接続すると共に、前記ファンの回転により、前記電池パックから前記ハンドル部を介して前記本体胴体部に空気流路を形成し、該空気流路に前記スイッチング素子を配置したこと特徴とするコードレス電動工具。
【請求項２】
請求項１において、前記スイッチング素子はＦＥＴより構成されていることを特徴とするコードレス電動工具。
【請求項３】
請求項１において、前記電池パックは電池組を収納する電池セル収納部と、前記ハンドル部に装着される装着部とよりなり、前記スイッチング素子は前記装着部の内部空間に配置されていることを特徴とするコードレス電動工具。
【請求項４】
請求項２において、前記ＦＥＴはその上面又は下面にヒートシンクが形成されていることを特徴とするコードレス電動工具。
【請求項５】
ファンを有する直流モータを収納する本体胴体部と、該本体胴体部に連結されたハンドル部と、該ハンドル部の端部に装着され、複数個のリチウム電池セルよりなる電池組を収納する電池パックとを備えたコードレス電動工具において、前記電池パックは前記電池組を収納する電池セル収納部と、前記ハンドル部に装着される装着部を有し、前記電池セル収納部と前記装着部にそれぞれ通風口を設けて前記電池パック内に空気流路を形成し、空気流路にＦＥＴを配置すると共に、該ＦＥＴを前記電池組から前記直流モータに駆動電流を供給する電流経路に接続したこと特徴とするコードレス電動工具。
【請求項６】
請求項５において、前記ＦＥＴを通常はオン状態にし、前記電池組に過電流が流れたとき又は前記電池組の電圧が所定値以下になったときにオフ状態とする制御手段を有することを特徴とするコードレス電動工具。
【請求項７】
請求項５において、前記本体胴体部のハウジングに通風口を設け、前記電池セル収納部から前記装着部の通風口及び前記ハンドル部内を通り前記本体胴体部の通風口から外気に通ずる空気流路を形成したことを特徴とするコードレス電動工具。
【請求項１】
ファンを有する直流モータを収納する本体胴体部と、該本体胴体部に連結されたハンドル部と、該ハンドル部の端部に装着され、複数個のリチウム電池セルよりなる電池組を収納する電池パックとを備えたコードレス電動工具において、前記電池組から前記直流モータに駆動電流を供給する電流経路にスイッチング素子を接続すると共に、前記ファンの回転により、前記電池パックから前記ハンドル部を介して前記本体胴体部に空気流路を形成し、該空気流路に前記スイッチング素子を配置したこと特徴とするコードレス電動工具。
【請求項２】
請求項１において、前記スイッチング素子はＦＥＴより構成されていることを特徴とするコードレス電動工具。
【請求項３】
請求項１において、前記電池パックは電池組を収納する電池セル収納部と、前記ハンドル部に装着される装着部とよりなり、前記スイッチング素子は前記装着部の内部空間に配置されていることを特徴とするコードレス電動工具。
【請求項４】
請求項２において、前記ＦＥＴはその上面又は下面にヒートシンクが形成されていることを特徴とするコードレス電動工具。
【請求項５】
ファンを有する直流モータを収納する本体胴体部と、該本体胴体部に連結されたハンドル部と、該ハンドル部の端部に装着され、複数個のリチウム電池セルよりなる電池組を収納する電池パックとを備えたコードレス電動工具において、前記電池パックは前記電池組を収納する電池セル収納部と、前記ハンドル部に装着される装着部を有し、前記電池セル収納部と前記装着部にそれぞれ通風口を設けて前記電池パック内に空気流路を形成し、空気流路にＦＥＴを配置すると共に、該ＦＥＴを前記電池組から前記直流モータに駆動電流を供給する電流経路に接続したこと特徴とするコードレス電動工具。
【請求項６】
請求項５において、前記ＦＥＴを通常はオン状態にし、前記電池組に過電流が流れたとき又は前記電池組の電圧が所定値以下になったときにオフ状態とする制御手段を有することを特徴とするコードレス電動工具。
【請求項７】
請求項５において、前記本体胴体部のハウジングに通風口を設け、前記電池セル収納部から前記装着部の通風口及び前記ハンドル部内を通り前記本体胴体部の通風口から外気に通ずる空気流路を形成したことを特徴とするコードレス電動工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２８１４０１（Ｐ２００６−２８１４０１Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０７０５９（Ｐ２００５−１０７０５９）
【出願日】平成１７年４月４日（２００５．４．４）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月４日（２００５．４．４）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
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