(57)【要約】【課題】使用環境に影響されることなく、正確に電池の過放電状態を検出できるようにする。【解決手段】電動ドライバにおいて、ねじ等をねじ込むシャフト、もしくはシャフトと接続されるモータ部にひずみゲージを設置し、シャフトのねじれが低下した場合には、電池の残容量が減少しているものとして過放電状態を検出する。過放電状態の検出は、ねじれ量に応じて検出される抵抗を基に得た電圧値等の検出値と、所定のしきい値とを比較することにより判断される。電池の残容量が多い場合は発生トルクが大きく、シャフトのモータ部に連結する部分に生じるシャフトを回転させるための駆動力と、シャフトのねじと接する部分に生じる反発応力とによりシャフトにねじれが生じる。このような実際に生じるねじれを基に電池の残容量の状態を判断することで、正確に電池の状態を把握することができる。【選択図】図２
2010046785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライバビットと、
ドライバビットを回転させる駆動手段と、
上記ドライバビットの一端および他端方向におけるひずみを検出する検出素子と、
上記検出素子を含み、上記ひずみのひずみ量に応じた検出値を出力するひずみ量検知手段と、
上記駆動手段に電力を供給する電源手段と
を備え、
上記電源手段が、
上記ひずみ量検知手段によって出力された検出値と第１のしきい値とを比較する比較手段と、
上記比較手段おいて上記検出値が上記第１のしきい値以下であると判断された場合には上記駆動手段に対する電力供給を遮断する動力遮断手段と
を有する電動ドライバ。
【請求項２】
上記検出値は電圧値である
請求項１に記載の電動ドライバ。
【請求項３】
上記電源手段が、入力された上記検出値を増幅する増幅回路を有し、
上記増幅回路が、増幅した上記検出値を上記比較手段に入力する
請求項２に記載の電動ドライバ。
【請求項４】
上記電源手段が、定電圧出力手段を有し、
上記定電圧出力手段が、上記ひずみ量検知手段に対して上記ほぼ一定の電圧を出力する
請求項３に記載の電動ドライバ。
【請求項５】
点灯部、警報部および表示部の少なくとも一つをさらに備え、
上記比較手段において、上記ひずみ量検知手段によって出力された検出値と、第１のしきい値と同等以上である第２のしきい値とを比較し、
上記比較手段おいて上記検出値が上記第２のしきい値以下であると判断された場合には、制御手段が、上記点灯部を発光させる制御信号、上記警報部から警報を出力させる制御信号および上記表示部に過充電状態であることを表示させる制御信号の少なくとも一つの出力を行う
請求項４に記載の電動ドライバ。
【請求項６】
上記第１および第２のしきい値が可変とされる
請求項５に記載の電動ドライバ。
【請求項７】
１または複数の電池セルと接続される回路基板と、
上記電池セルと上記回路基板とを収容する外装材と
を備え、
上記回路基板は、抵抗値を基に検出した検出値と所定のしきい値とを比較する比較手段と、
上記比較手段おいて上記検出値が上記しきい値以下であると判断された場合には電力供給を遮断する動力遮断手段と
を有する電池パック。
【請求項８】
入力された上記検出値を増幅する増幅回路を有し、
上記増幅回路が、増幅した上記検出値を上記比較手段に入力する
請求項７に記載の電池パック。
【請求項９】
ほぼ一定の電圧を出力する定電圧出力手段を有する
請求項８に記載の電池パック。
【請求項１０】
電池からの電力供給により駆動する駆動手段に設けられ、該駆動手段のひずみもしくは振動に応じて抵抗値が変化する検出素子と、
上記検出素子を含み、上記ひずみまたは振動に応じた抵抗値に基づいて電圧値を出力するひずみ量検知手段と、
上記電圧値と、所定のしきい値とを比較する比較手段と、
ほぼ一定の電圧を上記ひずみ量検知手段に対して出力する定電圧出力手段
を備え、
上記比較手段の比較結果に基づいて上記電池が過放電状態であるか否かを判断する
残容量検出システム。
【請求項１１】
上記比較手段おいて上記検出値が上記しきい値以下であると判断された場合には、上記駆動手段に対する電力供給を遮断する動力遮断手段
を備える請求項１０に記載の残容量検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電池パック、電池パックを内蔵する電動ドライバおよび残容量検出システムに関し、特に、使用環境が変化しても適切に電池容量の残量を判断して電力制御を行う電動ドライバ、電池パックおよび残容量検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電池、特に充電可能な電池を用いて使用される電子機器が増え、使用頻度も高くなっている。これらの機器は、例えばランプや液晶などを用いて電池容量が表されており、おおよその使用可能時間がユーザにわかるようになっている。
【０００３】
二次電池の残容量を検出する方法のひとつとして、電池パックの電圧を測定することにより二次電池の残容量を検出する電圧法による検出方法が挙げられる。また、他の方法として、電池パックから電子機器に供給した電流を測定し、電流値と供給時間を積算することにより、二次電池の残容量を求める積算法による検出方法などが挙げられる。
【０００４】
積算法による検出方法では、積算した電流値と供給時間から電子機器に供給した容量を算出し、電池パックの満充電時の容量と電子機器に供給した容量との差から残容量を検出する。また、電池パックでは、電池パックの使用環境に応じて取り出せる電池容量が変化するという電池特有の特性を有している。このため、例えば環境温度毎の満充電時の電池容量や、サイクル数の増加に伴って低下する満充電時の電池容量の基準テーブルが例えば電池パック内のマイクロコンピュータに予め記憶されている。そして、電池パックの環境温度やサイクル数を測定し、予め記憶された基準テーブルを基にして残容量を算出することにより、電池パックの使用環境、使用状況に応じた電池容量の変化にも対応できるようになっている。
【０００５】
ところで、放電時には、電圧法を用いると二次電池の中間電位で残容量の検出精度が非常に悪くなるという問題がある。これは、例えばリチウムイオン電池の場合、中間電位における電圧がほぼ一定であり、電圧差があまり生じないため、電圧による残容量検出が難しくなるからである。
【０００６】
また、積算法を用いた場合には、放電末期になると精度が悪くなるという問題がある。これは、電圧、電流の測定誤差や熱損失により、積算された電流または電力とともに誤差も蓄積されていき、放電末期には大きな誤差が発生するためであり、これが精度の悪化につながっている。
【０００７】
そこで、積算法と電圧法を併用して電池容量を検出する方法が用いられる。電圧法では、二次電池の電流が小さいときは容量算出精度が高く、電流が大きいときには電池内部Ｉｍｐ（インピーダンス）や環境温度による直流Ｉｍｐ変動などにより正確な開放電圧を得ることが出来ず、正確な電池容量を算出することができない。また、積算法では二次電池の電流が大きいときには容量算出精度が高く、電流が小さくなると積算誤差が大きくなり、容量算出精度が悪くなる。
【０００８】
そこで、以下の特許文献１には、あらかじめ設定された電流値より小さいときは電圧法を、大きいときは電流積算法を用いることが記載されている。各方法を切り替えて電池容量を計測することにより、電池容量の算出精度を高めることが可能となる。
【特許文献１】国際公開第９８／０５６０５９号パンフレット
【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、生産される電池のそれぞれが、全てまったく同じ電池容量、温度特性、サイクル特性等を有しているわけではない。また、電池パックの使用頻度、使用環境により各電池の劣化状態が異なるという問題がある。このため、上述のような方法を用いた場合、電池パックによってそれぞれ異なる劣化状態を全てマイクロコンピュータで把握し、適切に処理することは非常に困難であり、残容量の検出精度が低下する場合があるという問題がある。
【００１０】
また、電池パックを装着する電子機器はそれぞれ性能が異なる。このため、上述のような方法を用いて残容量検出を行う電池パックの場合、電子機器毎に残容量の検出を行うマイクロコンピュータの設定を変更する必要がある。
【００１１】
したがって、この発明は、電池パックの使用環境に左右されずに、高い精度で電池の過放電状態の検出を行うことができる電動ドライバ、電池パックおよび残容量検出システム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】
【００１２】
上記課題を解決するために、第１の発明は、ドライバビットと、ドライバビットを回転させる駆動手段と、ドライバビットの一端および他端方向におけるひずみを検出する検出素子と、検出素子を含み、ひずみのひずみ量に応じた検出値を出力するひずみ量検知手段と、駆動手段に電力を供給する電源手段とを備え、電源手段が、ひずみ量検知手段によって出力された検出値と第１のしきい値とを比較する比較手段と、比較手段おいて検出値が第１のしきい値以下であると判断された場合には駆動手段に対する電力供給を遮断する動力遮断手段とを有する電動ドライバである。
【００１３】
上述の電動ドライバにおいて、検出値は電圧値であり、電源手段が入力された検出値を増幅する増幅回路を有し、増幅回路が増幅した検出値を比較手段に入力するようにすることが好ましい。
【００１４】
また、電源手段が定電圧出力手段を有し、定電圧出力手段がひずみ量検知手段に対してほぼ一定の電圧を出力するようにすることが好ましい。
【００１５】
上述の電動ドライバが、点灯部もしくは警報部をさらに備え、比較手段において、ひずみ量検知手段によって出力された検出値と、第１のしきい値と同等以上である第２のしきい値とを比較し、比較手段おいて検出値が第２のしきい値以下であると判断された場合には、制御手段が、点灯部を発光させる制御信号、警報部から警報を出力させる制御信号および表示部に過充電状態であることを表示させる制御信号の少なくとも一つの出力を行うようにしてもよい。
【００１６】
なお、第１および第２のしきい値は可変とされることが好ましい。
【００１７】
第２の発明は、正極と、負極とがセパレータを介して積層された電池素子が第１の外装材で外装された１または複数の電池セルと、１または複数の電池セルと接続される回路基板と、電池セルと回路基板とを収容する外装材とを備え、回路基板は、抵抗値を基に検出した検出値と所定のしきい値とを比較する比較手段と、比較手段おいて検出値がしきい値以下であると判断された場合には電力供給を遮断する動力遮断手段とを有する電池パックである。
【００１８】
上述の電池パックでは、入力された検出値を増幅する増幅回路を有し、増幅回路が、増幅した検出値を比較手段に入力するようにすることが好ましい。また、ほぼ一定の電圧を出力する定電圧出力手段を有するようにすることが好ましい。
【００１９】
第３の発明は、電池からの電力供給により駆動する駆動手段に設けられ、駆動手段のひずみもしくは振動に応じて抵抗値が変化する検出素子と、検出素子を含み、ひずみまたは振動に応じた抵抗値に基づいて電圧値を出力するひずみ量検知手段と、電圧値と、所定のしきい値とを比較する比較手段と、ほぼ一定の電圧をひずみ量検知手段に対して出力する定電圧出力手段を備え、比較手段の比較結果に基づいて電池が過放電状態であるか否かを判断する残容量検出システムである。
【００２０】
この残容量検出システムでは、比較手段おいて検出値がしきい値以下であると判断された場合には、駆動手段に対する電力供給を遮断する動力遮断手段を備えるようにしてもよい。
【００２１】
この発明では、ねじを対象物にねじ込む際に、実際にドライバビットに生じるねじれを検出し、このねじれの量に応じて変化する検出値を基に、過充電状態となったか否かを判断することができる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、電池パック内に、供給した電力を積算して残容量を算出するマイクロコンピュータを用いずに、電池の過放電状態を検出することができる。このため、供給した電力の積算を行う必要がなく、測定誤差が少なくなる。また、電池残量が使用環境に影響せず、環境温度に応じた補正等を行う必要もなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１に、この発明の電動ドライバ１の構成を模式的に示す。図１Ａは、電動ドライバ１の全体的な構成を模式的に示したものである。また、図１Ｂは、電動ドライバ１において、ねじ２０と勘合されるドライバビットであるシャフト４と、シャフト４を回転させるモータ部３と、シャフト４に設けられたひずみゲージ５の構成を示す。
【００２４】
図１Ｂに示すように、この発明の電動ドライバ１は、モータ部３と接続されることにより回転し、ねじ２０等を対象物に打ち込むためのシャフト４を有している。電動ドライバ１を用いてねじ２０等を打ち込んだ場合、シャフト４のモータ部３に連結する部分には、ねじ２０を回転させるための駆動力Ｘが生じ、シャフト４のねじ２０と接する部分には反発応力Ｘ´が生じる。このように、シャフト４の両端側から互いを打ち消す方向に駆動力および反発応力が生じることにより、シャフト４にねじれが生じる。
【００２５】
このようなシャフト４では、電池パック１０の容量が多く残っている状態、すなわち満充電に近い状態の場合ほど発生トルクが大きいため、ねじれの度合いが大きくなる。一方、電池パック１０の残容量が少ない場合、すなわち過放電に近い状態の場合では、発生トルクが小さくなるためねじれの度合いが小さくなる。そして、使用を続けることにより、モータ部３におけるモータの回転が停止して電動ドライバ１が使用不可能状態となり、シャフト４のねじれの度合いが０となる。
【００２６】
このように、電池パック１０の電圧とシャフト４に生じるねじれは対応関係にあり、電池電圧が小さいほどシャフト４のねじれが小さくなる。このため、この発明ではシャフト４のねじれをひずみゲージ５によって検出し、ねじれ量が小さくなった場合には、電池パック１０の残容量が少ないと判断して、電動ドライバ１の動作を停止させるようにする。
【００２７】
このようなねじれの検出は、例えば電池パック１０内に設けられたひずみ量低下検出回路（以下、ひずみ検出回路と適宜称する）１５にて行う。ひずみ検出回路１５にて、ねじれ量が所定の値以下となっていると判断された場合には、例えば電動ドライバ１の動力遮断回路１６が、モータ部３に電流供給を停止するように制御する。
【００２８】
電池パックは、電池パックの環境温度やサイクル数等に応じて満充電時の電池容量や、所定の電圧に応じた残容量が変化してしまう。このため、従来は上述のように基準となる電池容量（残容量）を基にして補正を行うことにより、実際の電池容量を算出していた。これに対して、この発明の電動ドライバでは、実際にシャフトを回転させる力をねじれ量を検出することにより判断することが出来る。このため、電池パックが置かれている温度環境や劣化状態に左右されることなく、電池パックが電動ドライバを使用することができる状態にあるか否かを判断することができる。
【００２９】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
電動ドライバ１のシャフト４、もしくは電動ドライバ１のモータ部３のうち、シャフト４の軸部と接続される部分には、ひずみゲージ５が設けられる。ひずみゲージ５としては、ひずみの検出に一般的に用いられるゲージを用いることができる。ひずみゲージ５としては、単軸ゲージの他、二軸ゲージ、三軸ゲージ等を用いてもよい。ひずみゲージ５は、シャフト４もしくはモータ部３の設置部分の表面に、接着剤等により接着されて設けられる。
【００３１】
［ひずみゲージ］
ひずみゲージ５は、例えばひずみを検出する対象物に引張力が加わって対象物内部に応力が生じると、この応力に比例した引張ひずみが発生する。このとき、対象物とともにひずみゲージ５を構成している金属が延び、ひずみゲージ５を構成している金属の抵抗値が増大する。逆に、対象物に圧縮力が加わって対象物内部に応力が生じると、この応力に比例した圧縮ひずみが発生する。そして、これに伴ってひずみゲージ５を構成している金属が縮むと、ひずみゲージ５を構成している金属の抵抗値が減少する。
【００３２】
したがって、ひずみゲージ５の抵抗値を電池パック１０のひずみ検出回路１５で検出し、抵抗値が一定値以下であると判断された場合には、動力遮断回路１６により電動ドライバ１のモータの回転を停止させる。なお、抵抗値が一定値以下であるということはねじれ量が小さい（発生トルクが小さい）ということであり、電池の残容量が少なくなっている（電池パック１０が過放電状態である）ものと考えられる。
【００３３】
なお、ひずみゲージ５は、電池パック１０のひずみ検出回路１５と接続されており、ひずみ検出回路１５からの配線を伸ばした状態でシャフト４に取り付けられる。このため、シャフト４にひずみゲージ５を設ける場合は、配線のねじれが生じないような構成が必要となる。
【００３４】
［電池パック］
電池パック１０は、例えば、角形または扁平型を有するリチウムイオンポリマー二次電池の電池パック１０である。電池パック１０は、ラミネートフィルム、電池缶等の外装材内に電池素子が収納されてなる電池セルと、回路基板とを有している。そして、電池セルと回路基板とが外装材で外装され、この外装材の両端の開口にそれぞれ嵌合されたトップカバーおよびボトムカバーとを備えている。電池パック１０は、複数の電池セルを有していることが好ましい。
【００３５】
［電池セル］
電池セルは、帯状の正極と帯状の負極とが、セパレータを介して順に積層された電池素子、ラミネートフィルムで外装されて構成されている。また、正極および負極の両面にはゲル電解質層が形成されている。電池素子からは、正極と接続された正極端子と、負極と接続された負極端子とが導出されている。正極端子および負極端子と外装材とが接する部分には、それぞれ接着性を向上させるために樹脂片が設けられている。
【００３６】
［正極］
正極は、正極活物質を含有する正極活物質層が、正極集電体の両面上に形成されてなる。正極集電体としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔，ニッケル（Ｎｉ）箔あるいはステンレス（ＳＵＳ）箔などの金属箔が用いられる。
【００３７】
正極活物質層は、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。正極活物質としては、ＬｉXＭＯ2（式中、Ｍは、一種以上の遷移金属を表し、ｘは、電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下である）を主体とする、リチウムと遷移金属との複合酸化物が用いられる。リチウム複合酸化物を構成する遷移金属としては、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）およびマンガン（Ｍｎ）等が用いられる。
【００３８】
このようなリチウム複合酸化物として、具体的には、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）等が挙げられる。また、遷移金属元素の一部を他の元素に置換した固溶体も使用可能である。例えば、ニッケルコバルト複合リチウム酸化物（ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.5Ｏ2、ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.2Ｏ2等）がその例として挙げられる。これらのリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度が優れたものである。さらに、正極活物質としてＴｉＳ2、ＭｏＳ2、ＮｂＳｅ2、Ｖ2Ｏ5等のリチウムを有しない金属硫化物または金属酸化物を使用してもよい。正極活物質としては、これら材料を複数混合して用いてもよい。
【００３９】
また、導電剤としては、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。また、結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等が用いられる。
【００４０】
［負極］
負極は、負極活物質を含有する負極活物質層が、負極集電体の両面上に形成されてなる。負極集電体としては、例えば銅（Ｃｕ）箔、ニッケル（Ｎｉ）箔あるいはステンレス（ＳＵＳ）箔などの金属箔が用いられる。
【００４１】
負極活物質層は、例えば負極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金またはリチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料または金属系材料と炭素系材料との複合材料が用いられる。具体的に、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料としてはグラファイト、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素等が挙げられ、より具体的には熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス）、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。さらに、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ2等の酸化物を使用することができる。
【００４２】
また、リチウムを合金化可能な材料としては多様な種類の金属等が使用可能であるが、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）およびこれらの合金がよく用いられる。金属リチウムを使用する場合は、必ずしも粉体を結着剤で塗布膜にする必要はなく、圧延したリチウム金属板でも構わない。
【００４３】
結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）等が用いられる。
【００４４】
［電解質］
電解質は、リチウムイオン二次電池に一般的に使用される電解質塩と非水溶媒が使用可能である。非水溶媒としては、具体的には、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、エチルプロピルカーボネート（ＥＰＣ）、またはこれらの炭酸エステル類の水素をハロゲンに置換した溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は１種類を単独で用いてもよいし、複数種を所定の組成で混合してもよい。
【００４５】
電解質塩としては、上記非水溶媒に溶解するものが用いられ、カチオンとアニオンが組み合わされてなる。カチオンにはアルカリ金属やアルカリ土類金属が用いられる。アニオンには、Ｃｌ-，Ｂｒ-，Ｉ-，ＳＣＮ-，ＣｌＯ4-，ＢＦ4-，ＰＦ6-，ＣＦ3ＳＯ3-等が用いられる。具体的には、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2）、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＮ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2）過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）等が挙げられる。電解質塩濃度としては、上記溶媒に溶解することができる濃度であれば問題ないが、リチウムイオン濃度が非水溶媒に対して０．４ｍｏｌ／ｋｇ以上２．０ｍｏｌ／ｋｇ以下の範囲であることが好ましい。
【００４６】
ゲル電解質は、非水溶媒と電解質塩とを混合してゲル状とした電解液をマトリクスポリマに取り込むことで得られる。マトリクスポリマは、非水溶媒に相溶可能な性質を有している。このようなマトリクスポリマとしては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリフォスファゼン変性ポリマー、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドおよびこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変性ポリマー等が用いられる。また、フッ素系ポリマーとして、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とを繰り返し単位に含む共重合体、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）とトリフルオロエチレン（ＴＦＥ）とを繰り返し単位に含む共重合体等のポリマーが挙げられる。このようなポリマーは、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００４７】
［セパレータ］
セパレータは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）あるいはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。
【００４８】
［回路基板］
回路基板は、電池素子の正極端子および負極端子が電気的に接続されるものである。回路基板には、ヒューズ、熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient；ＰＴＣ素子）、サーミスタ等の温度保護素子を含む保護回路、電池パック１０を識別するためのＩＤ抵抗等がマウントされ、更に複数個（例えば３個）の接点部が形成されている。保護回路には、充放電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor；電界効果トランジスタ）、二次電池の監視と充放電制御ＦＥＴの制御を行うＩＣ（Integrated Circuit）等が設けられている。また、この他に、ひずみ検出回路１５や動力遮断回路１６等、シャフト４のひずみから電池の残容量を検出し、動力の遮断を行うために必要な回路がマウントされている。ひずみ検出回路１５や動力遮断回路１６等については後述する。
【００４９】
熱感抵抗素子は電池素子と直列に接続され、電池の温度が設定温度に比して高くなると、電気抵抗が急激に高くなって電池に流れる電流を実質的に遮断する。ヒューズも電池素子と直列に接続され、電池に過電流が流れると、自身の電流により溶断して電流を遮断する。また、ヒューズはその近傍にヒータ抵抗が設けられており、過電圧時にはヒータ抵抗の温度が上昇することにより溶断して電流を遮断する。
【００５０】
また、二次電池の端子電圧が４．３Ｖ〜４．４Ｖを超えると、電池が例えば熱暴走を起こすなど危険な状態になる可能性がある。このため、保護回路は二次電池の電圧を監視し、電圧が４．３Ｖ〜４．４Ｖを越えて過充電状態となった場合には充電制御ＦＥＴをオフして充電を禁止する。さらに二次電池の端子電圧が放電禁止電圧以下まで過放電し、二次電池電圧が０Ｖになると二次電池が内部ショート状態となり再充電不可能となる可能性がある。このため、第１の安全機能としてひずみ量による放電電流の遮断を行うようにし、予備として電池パック１０内の保護回路に放電制御ＦＥＴを設け、電池自身の電圧の監視も併せて行うようにしてもよい。
【００５１】
電池セルからホイートストンブリッジ回路（以下、ブリッジ回路と適宜称する）１３に対しては、レギュレータ１２を介して一定の電圧が入力される。
【００５２】
［電池パックの回路構成］
図２に、ひずみの検出を行い、動力の遮断を行う回路の構成を示す。また、図３には、電動ドライバ１の回路構成の一例を示す。なお、以下の説明では、図３において、ブリッジ回路１３のＲ２、Ｒ３およびＲ４は同一であるものとする。また、ブリッジ回路１３では、ひずみゲージ５の抵抗値Ｒ１について、電動ドライバ１のシャフト４にねじれが生じていない場合のひずみゲージ５の抵抗値をＲとし、シャフト４にねじれが生じた場合の抵抗値をＲ＋ΔＲとする。ΔＲは、ねじれにより生じた抵抗値の変化分である。ブリッジ回路１３では、シャフト４にねじれが生じていない場合、すなわちＲ１＝Ｒの場合、出力される電圧Ｖ２は０Ｖとなる。このため、シャフト４にねじれが生じた場合に出力される電圧値は、ねじれが生じていない場合の抵抗値の変化分に対する電圧値とすることができる。
【００５３】
電動ドライバ１の電源をＯＮしてねじ等を回転させている場合において、電動ドライバ１のシャフト４もしくはモータ部３に設けたひずみゲージ５には、ねじれが発生する。ひずみゲージ５に生じたねじれは、電池パック１０内部のブリッジ回路１３によって、ねじれ量に応じて発生する抵抗値として検出されるとともに、抵抗値の変化分が電圧値に変換されてひずみ信号増幅回路１４に出力される。
【００５４】
ひずみ信号増幅回路１４では、ブリッジ回路１３から出力された電圧値（電圧の変化分）を増幅する。ひずみ信号増幅回路１４では、用いる抵抗の抵抗値の選択により任意の倍率に増幅することが可能である。例えば、１００倍程度まで増幅可能とすることが好ましい。増幅された電圧値は、ひずみ検出回路１５に出力される。
【００５５】
ひずみ検出回路１５では、入力された電圧値と予め設定されたしきい値とが比較される。このとき、予め設定されるしきい値は可変とされ、電池パック１０が過放電状態になったと判断される電圧値とする。しきい値は、電池種類等に応じて変化するが、リチウムイオン二次電池を用いた場合、例えば１セルあたりの電圧値を２．５Ｖとしたものをしきい値とする。
【００５６】
ひずみ検出回路１５では、比較器にて入力された電圧値としきい値とが比較される。このとき、例えば入力された電圧値がしきい値よりも大きい場合は、比較器からの出力がＨレベルとされる。また、入力された電圧値がしきい値よりも小さい場合は、比較器からの出力がＬレベルとされる。比較器からの比較結果は、動力遮断回路１６（図３においては、動力遮断回路１６としてのトランジスタ８）に出力される。
【００５７】
動力遮断回路１６では、比較器からの入力がＨレベルであった場合、電動ドライバ１のモータ部３の回転を継続させるように制御する制御信号がトリガスイッチ２に出力される。動力遮断回路１６としてのトランジスタ８を用いる場合には、トランジスタ８がＯＮされたままとすることにより、電動ドライバ１のモータ部３の回転を継続させるように制御する。一方、比較器からの入力がＬレベルであった場合、電動ドライバ１のモータ部３の回転を停止させるように制御する制御信号がトリガスイッチ２に出力される。トランジスタ８を用いる場合には、トランジスタ８をＯＦＦすることにより、電動ドライバ１のモータ部３の回転が停止する。
【００５８】
［電動ドライバの回路構成］
トリガスイッチ２は、電動ドライバ１の駆動時にＯＮされ、作業を停止する場合にはＯＦＦとされる。トリガスイッチ２がＯＦＦされた場合には、モータ部３に対して電池パック１０からの電力供給がなされなくなるため、電動ドライバ１のシャフト４の回転が停止される。また、動力遮断回路１６からモータ部３の回転を停止させる制御信号が入力された場合には、トリガスイッチ２がＯＮとされた状態でモータ部３の回転が停止されるように構成される。
【００５９】
なお、電動ドライバ１にＬＥＤ点灯部、アラーム警報部等を設けるようにしてもよい。この場合、シャフト４のねじれ量を基にして動力遮断回路１６からモータ部３の回転を停止させる制御信号が出力された場合には、トリガスイッチ２をＯＦＦにするとともに、ＬＥＤ点灯部を点灯させたり、アラーム警報部からアラームが警報されるようにする。これにより、シャフト４の回転の停止が残容量の減少によるものであることをユーザに容易に知らせることができる。
【００６０】
また、表示部を設け、表示部に過放電状態であることを表示するようにしてもよい。表示部における過放電状態の表示と、ＬＥＤ点灯および／またはアラーム警報とを併せて行うようにすることもできる。
【００６１】
また、過放電状態に近づいた時点でＬＥＤ点灯、アラーム警報および表示部への表示を行うようにしてもよい。シャフト４の回転が停止する前に、電池パック１０が過放電状態に近づいていることをユーザに知らせることができるため、好ましい。
【００６２】
このような動作は、電圧値が所定のしきい値以下となった場合にＬＥＤ点灯、アラーム警報および表示部への表示を行うようにする。ＬＥＤ点灯、アラーム警報および表示部への表示を行うためのしきい値は、シャフト４の回転を停止させるためのしきい値と同じか、それ以上とする。ＬＥＤ点灯、アラーム警報および表示部への表示を行うためのしきい値は、可変とされる。
【００６３】
また、トリガスイッチ２は、図３のように、正・逆転切替スイッチ６とスピードコントロールスイッチ７の機能を兼用するようにしてもよい。この場合、トリガスイッチ２がユーザに操作されることにより、シャフト４の回転方向を調整したり、シャフト４の回転速度の調整を行うことができる。
【００６４】
これにより、電動ドライバ１の使用中にシャフト４の回転が停止した場合には、ユーザは電池パック１０の残容量が少なくなったものと判断することができる。なお、この発明では、シャフト４に実際に生じるねじれ量を基に電池パック１０の残容量を検出することが出来るため、電池パック１０の環境温度や劣化状態に応じた電池残量の補正を行う必要がない。また、これによって電池パック１０の残容量の誤差が生じることがない。
【００６５】
また、電池の残容量を容易に、かつ正確に求めることが出来るため、電池が過放電状態になることを抑制することができる。電池が過放電状態になると、電池の劣化が促進されるため好ましくない。
【００６６】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００６７】
例えば、上述の一実施形態において挙げた構成はあくまでも例に過ぎず、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、この発明では、比較器を備えたひずみ量低下検出回路を設け、所定のしきい値との比較により電池が過充電状態にあるか否かを判断するようにした。このような構成に、さらに、検出された電圧値と電池残容量との対応関係から残容量を算出する算出部と、表示部とを設け、表示部に残容量が百分率等で表示されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】この発明の一実施形態に係る電動ドライバの構成を示す略線図である。
【図２】この発明の一実施形態に係る電動ドライバの回路構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の一実施形態に係る電動ドライバの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００６９】
１・・・電動ドライバ
２・・・トリガスイッチ
３・・・モータ部
４・・・シャフト
５・・・ひずみゲージ
６・・・正・逆転切替スイッチ
７・・・スピードコントロールスイッチ
８・・・トランジスタ
１０・・・電池パック
１１・・・電池
１２・・・レギュレータ
１３・・・ホイートストンブリッジ回路
１４・・・ひずみ信号増幅回路
１５・・・ひずみ量低下検出回路
１６・・・動力遮断回路
２０・・・ねじ
【図１】
2010046785.tif 000003
【図２】
2010046785.tif 000004
【図３】
2010046785.tif 000005