(57)【要約】【課題】作業性の向上を図ることができる電動工具を提供する。【解決手段】本体側制御部ＣＰは、モータＭの出力をＰＷＭ制御で制御するものであり、電圧測定部４１で検出した電圧値が所定値である放電検出電圧Ｓ１以下となるたびに、前記放電検出電圧Ｓ１以下となる前のデューティ比より小さいデューティ比でモータＭを駆動させる。【選択図】図４
2014054703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータに電力を供給するための二次電池と、前記電池の電池電圧を検出する電圧計測部と、使用者の操作により前記モータに駆動指示を与えるスイッチと、前記スイッチの駆動指示により前記モータに供給される電力を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記電圧計測部で検出した電圧値が所定値以下となるたびに、前記所定値以下となる前のモータ出力より小さい出力で前記モータを駆動させることを特徴とする電動工具。
【請求項２】
請求項１に記載の電動工具であって、
前記制御部は、前記モータ出力をＰＷＭ制御で制御するものであり、前記電圧計測部で検出した電圧値が所定値以下となるたびに、前記所定値以下となる前のデューティ比より小さいデューティ比で前記モータを駆動させることを特徴とする電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動工具には、二次電池からなる電池パックを備えたものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
このような電動工具では、二次電池からなる電池パックの過放電を防止することが望ましく、電池パックの出力電圧が所定値を下回った場合にモータを停止させて電池パックからの放電を停止させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−７１３６２号公報
【特許文献２】特開平１１−２０１８７号公報
【特許文献３】特開２００７−９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電池パックには電池セルの内部抵抗や配線間の抵抗が存在するため放電電流が増加すれば前述の抵抗分による電圧降下が増加して、見かけの電池電圧も低下する。そのため、モータの起動電流やロック電流など電流値が大きいときは、実際の電池容量が十分あるにも関わらず電池電圧が前記所定値以下となりモータが停止する虞がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、作業性の向上を図ることができる電動工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、電動工具は、モータと、前記モータに電力を供給するための二次電池と、前記電池の電池電圧を検出する電圧計測部と、使用者の操作により前記モータに駆動指示を与えるスイッチと、前記スイッチの駆動指示により前記モータに供給される電力を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記電圧計測部で検出した電圧値が所定値以下となるたびに、前記所定値以下となる前のモータ出力より小さい出力で前記モータを駆動させることを特徴とする。
【０００７】
また上記構成において、前記制御部は、前記モータ出力をＰＷＭ制御で制御するものであり、前記電圧計測部で検出した電圧値が所定値以下となるたびに、前記所定値以下となる前のデューティ比より小さいデューティ比で前記モータを駆動させることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電動工具は、作業性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態における電動工具の概略構成図である。
【図２】同上における電動工具を構成する電動工具本体の概略構成図である。
【図３】同上における電動工具を構成する電池パックの斜視図である。
【図４】同上における電動工具の電気的構成を説明するための電気回路図である。
【図５】実施形態における電動工具の動作例について説明するためのタイミングチャートである。
【図６】別例における電動工具の動作例について説明するためのタイミングチャートである。
【図７】電池パックの内部温度と内部抵抗値との関係を示すグラフである。
【図８】トリガスイッチの引き込み量とデューティ比（モータ出力）制限との関係にすいて説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、電動工具の一実施形態を図面に従って説明する。
図１〜図３に示すように、充電式の電動工具は、例えば充電式ドリルドライバーを構成する電動工具本体１１と、この電動工具本体１１に対して着脱可能に設けられる電池パック１２とを備える。
【００１１】
図２に示すように電動工具本体１１は、略筒状のハウジング２１と、このハウジング２１から側方に延出する把持部２２とを備える。電動工具本体１１は、図１及び図４に示すように前記ハウジング２１内に負荷としてのモータＭが収容されている。このモータＭは、複数のギア列により構成された減速機構（図示略）と連結されており、この減速機構を介して工具本体１１の出力部２４に駆動力を伝達する。出力部２４は、ハウジング２１の先端側に回転可能に設けられ、その先端に先端工具（ビット）が取着可能に構成される。
【００１２】
図２に示すように、把持部２２には、使用者が電動工具１０の運転・停止を指示するためのトリガスイッチ２５が設けられている。このトリガスイッチ２５は、その引き込み量を調整することでモータＭへの電力供給量を調整してモータＭの回転速度の調整が可能となっている。
【００１３】
図１に示すように、電動工具本体１１の把持部２２には、その下端に電池パック１２を装着するための装着部２６が備えられる。装着部２６は、把持部２２の下端側において凹状をなすように形成され、その内周面には電池パック１２側と電気的に接続される受電電極Ｓａ１，Ｓａ２が設けられる。装着部２６は、電池パック１２が所定の位置まで差し込まれると、前記受電電極Ｓａ１，Ｓａ２が電池パック１２の給電電極Ｓｂ１，Ｓｂ２と接触して電気的に接続される。
【００１４】
図３に示されるように電池パック１２は、上方に向けて突出する差込部３１を有している。この差込部３１は、その先端部分に給電電極Ｓｂ１、Ｓｂ２を有している。この一対の給電電極Ｓｂ１、Ｓｂ２は、差込部３１が電動工具本体１１の装着部２６に装着された場合に、装着部２６の一対の受電電極Ｓａ１、Ｓａ２がそれぞれ圧接されるようになっている。また、電池パック１２は差込型に限らず、例えば工具本体１１の把持部２２の下面において把持部の延出方向と略直交する方向にスライドさせて着脱可能な構成としてもよい。
【００１５】
図３及び図４に示すように電池パック１２は、筐体内に複数の電池セルＣｅ１〜Ｃｅｎが直列に接続されてなる二次電池３２を有して構成される。電池パック１２としてはリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池等が挙げられる。
【００１６】
図４は、実施形態に係る充電式の電動工具の電気的な構成を示すブロック図である。
まず、電池パック１２の電気的な構成について説明すると、図３において、上記給電電極Ｓｂ１は、直列接続の複数の電池セルＣｅ１〜Ｃｅｎを備えて構成される二次電池３２を介して給電電極Ｓｂ２に接続される。
【００１７】
次に、電動工具本体１１の電気的な構成について説明する。
図４に示すように前記受電電極Ｓａ１は、スイッチＳＷの接点ｂ及び制御端子付きのスイッチ素子の一例であるＰＮＰ型のトランジスタＱ１のコレクタに接続される。スイッチＳＷの接点ａは、モータＭの一方の電力供給端子に接続され、スイッチＳＷの接点ｃは、モータＭの他方の電力供給端子及び制御端子付きのスイッチ素子の一例であるＮＰＮ型のパワートランジスタＱ３のコレクタに接続される。トランジスタＱ３のエミッタは、上記受電電極Ｓａ２に接続され、トランジスタＱ３のベースは、本体側制御部ＣＰに接続される。なお、パワートランジスタＱ３に代えてＦＥＴ（Field Effect Transistor、電界効果トランジスタ）を用いてもよい。
【００１８】
図３に示すようにトランジスタＱ１のエミッタは、本体側制御部ＣＰに接続され、トランジスタＱ１のベースは、制御端子付きのスイッチ素子の一例であるＮＰＮ型のトランジスタＱ２のコレクタに接続される。トランジスタＱ２のエミッタは、接地され、トランジスタＱ２のベースは、ダイオードＤ１のカソード及びダイオードＤ２のカソードに接続される。ダイオードＤ１のアノードは、スイッチＳＷの接点ａに接続され、ダイオードＤ２のアノードは、本体側制御部ＣＰに接続される。スイッチＳＷの接点ａは、バッファＢＦを介して本体側制御部ＣＰにも接続されている。
【００１９】
電動工具本体１１には、一対の受電電極Ｓａ１、Ｓａ２間に印加されている電圧を測定しその測定結果を本体側制御部ＣＰに出力する電圧測定部４１と、電池パック１２が過放電状態である旨を使用者に報知するための報知部４２とを備えている。報知部４２は、例えば発光ダイオード等の光を発生する発光部と発光部を駆動するための駆動回路とを備えて構成され、発光部を点灯させることによって二次電池３２（電池パック１２）が過放電状態である旨をユーザに報知するためのものである。また例えば、ブザー等の音を発生する発音部と発音部を駆動するための駆動回路とを備えて構成され、発音部から音を鳴らすことによって二次電池３２が過放電状態である旨をユーザに報知する構成としてもよい。
【００２０】
スイッチＳＷは、上記トリガスイッチ２５と連動するように構成されている。スイッチＳＷは、トリガスイッチ２５が操作されると接点ａと接点ｂとが接続され、トリガスイッチ２５の操作が解除されると接点ａと接点ｃとが接続される。
【００２１】
このような構成において、スイッチＳＷ、バッファＢＦ、トランジスタＱ１、Ｑ２及びダイオードＤ１、Ｄ２は、電動工具本体１１に電池パック１２が装着されトリガスイッチ２５の操作に応じて、二次電池３２から本体側制御部ＣＰへ供給される電力の開始や停止を行うと共に本体側制御部ＣＰを起動する給電制御部を構成している。即ち、電動工具本体１１に電池パック１２が装着されトリガスイッチ２５が操作されると、スイッチＳＷの接点ａと接点ｂとが接続される結果、受電電極Ｓａ１に印加されている電圧は、バッファＢＦで本体側制御部ＣＰの入力電圧（例えば５Ｖ）に調整されて本体側制御部ＣＰに入力される。換言すると、略０ＶのローレベルＬであったバッファＢＦの出力は、トリガスイッチ２５が操作されると、例えば略５ＶのハイレベルＨとされる。さらに、電動工具本体１１に電池パック１２が装着されトリガスイッチ２５が操作されると、スイッチＳＷの接点ａと接点ｂとが接続される結果、受電電極Ｓａ１に印加されている電圧は、ダイオードＤ１を介してトランジスタＱ２のベースに印加される。すると、トランジスタＱ２がオンしてトランジスタＱ１がオンされ、受電電極Ｓａ１からトランジスタＱ１を介して本体側制御部ＣＰに電力が供給される。
【００２２】
これにより、本体側制御部ＣＰは、受電電極Ｓａ１からトランジスタＱ１を介して電力が供給され、バッファＢＦからハイレベルＨの信号が入力されることによって起動し、電動工具本体１１を動作させるための各種の制御を開始する。そして、本体側制御部ＣＰは、ダイオードＤ２を介してトランジスタＱ２のベースに電圧を印加することによって、受電電極Ｓａ１からトランジスタＱ１を介した電力の供給を保持する電力供給自己保持制御を行う。
【００２３】
一方、トリガスイッチ２５の操作が解除されると、スイッチＳＷの接点ａと接点ｂとの接続が解消される結果、受電電極Ｓａ１に印加されている電圧がバッファＢＦに入力されなくなることで、本体側制御部ＣＰにトリガスイッチ２５の操作の解除が通知される。換言すると、ハイレベルＨであったバッファＢＦの出力がトリガスイッチ２５の操作が解除されることで、略０ＶのローレベルＬになる。さらに、トリガスイッチ２５の操作が解除されると、スイッチＳＷの接点ａと接点ｂとの接続が解消される結果、受電電極Ｓａ１に印加されている電圧は、ダイオードＤ１を介してトランジスタＱ２のベースに印加されなくなる。しかしながら、トランジスタＱ２は、本体側制御部ＣＰによる上記電力供給自己保持制御によって所定の時間Ｔｐｓだけオンを維持する。そして、トランジスタＱ２は、本体側制御部ＣＰによる電力供給自己保持制御の停止によってオフし、トランジスタＱ１がオフして、二次電池３２から本体側制御部ＣＰへ供給される電力の供給が停止される。ちなみに、所定の時間Ｔｐｓは、例えば３０秒や１分や２分等の時間で仕様により適宜設定されるが、例えばトリガスイッチ２５の操作の解除後に使用者が不図示の設定入力部からモータＭのトルク値や増し締め量等を入力する時間やトリガスイッチ２５の操作の解除後に使用者に認識させるために報知部４２を点灯させておく時間等の、トリガスイッチ２５の操作の解除後に本体側制御部ＣＰが行うべき制御対象を考慮して設定される。
【００２４】
また、トリガスイッチ２５は、例えば、一対の受電電極Ｓａ１、Ｓａ２間におけるモータＭの電力供給ラインに介挿され、ポテンションメータ等の可変抵抗器を備えたものである。すなわち、トリガスイッチ２５の引き操作量に応じて可変抵抗器の操作軸が回転することで可変抵抗器に印加されている電圧が分圧され、引き操作量に応じた分圧電圧を操作信号として本体側制御部ＣＰに出力する。
【００２５】
本体側制御部ＣＰは、トリガスイッチ２５からのこの操作信号に応じてトランジスタＱ３の通電時間を例えばＰＷＭで制御することによってモータＭのオンオフ及び回転速度を制御する。このようにトランジスタＱ３は、本体側制御部ＣＰの制御に応じてモータＭの回転動作を制御するパルス制御部４３を構成している。
【００２６】
そして、本体側制御部ＣＰは、電圧測定部４１で測定された電圧値が予め定められた過放電電圧閾値Ｓ１以下であるか否かを判定し、過放電電圧閾値Ｓ１以下である場合に受電電極Ｓａ１、Ｓａ２からモータＭに供給される電力をパルス制御部４３によって徐々に低下させながら停止させる。
【００２７】
そして、トリガスイッチ２５の操作が解除されると（引き操作量が０）、上述したようにスイッチＳＷの接点ａは、接点ｃに接続される。これによって、モータＭの両電力供給端子間が短絡され、モータＭの回転により逆起電力が発生し、モータＭの回転にブレーキがかかることとなる。
【００２８】
次に、本実施形態の電動工具１０の電池電圧に基づく動作例（作用）について主に図４及び図５を用いて説明する。これにより内部抵抗の影響を低減することができる。
図１及び図２に示すように、或る時刻ｔ１において使用者によりトリガスイッチ２５を完全に引き込むことでモータの回転を制御するパルス制御部４３がデューティ比１００％で動作してモータＭが駆動される。そして、モータの負荷電流により電圧測定部４１で検出される電池パック１２（二次電池３２）の電圧が低下する。本体側制御部ＣＰは、時刻ｔ２において電池パック１２の電圧が予め決められた閾値である放電検出電圧Ｓ１以下となった場合、パルス制御部４３のデューティ比を制限Ｃ１（例えばデューティ比８０％）に下げることでモータに流れる負荷電流を減少させる。ここで、トリガスイッチ２５の引き込み量に対するＰＷＭのデューティ比制限の関係を図８示す。図８に示すようにトリガスイッチ２５を完全に引き込んだ状態においてデューティ比を制限することで、モータＭに流れる最大電流を制限することができる。このため、電池パック１２内の内部抵抗による電圧降下分が減少することとなり、電池パック１２の電圧が上昇する。
【００２９】
この状態で作業を継続した場合、再び電池パック１２の電圧が低下する。そして本体側制御部ＣＰは、時刻ｔ３において電池パック１２の電圧が予め決められた閾値である放電検出電圧Ｓ１以下となった場合、パルス制御部４３のデューティ比を制限Ｃ２（例えばデューティ比６０％）に下げることでモータＭに流れる負荷電流を減少させる。電池パック１２内の内部抵抗による電圧降下分が減少するため、電池パック１２の電圧が上昇する。そして、さらに作業を継続した場合、再び電池パック１２の電圧が低下する。そして本体側制御部ＣＰは、時刻ｔ４において電池パック１２の電圧が予め決められた閾値である放電検出電圧Ｓ１以下となった場合、パルス制御部４３のデューティ比を本実施形態の最大制限Ｃ３（例えばデューティ比４０％）に下げることでモータＭに流れる負荷電流を減少させる。電池パック１２内の内部抵抗による電圧降下分が減少するため、電池パック１２の電圧が上昇する。そして、最大制限Ｃ３中の時刻ｔ５において、再度放電検出電圧Ｓ１以下となった場合、本体側制御部ＣＰは、パルス制御部４３をオフすることでモータＭを停止する。このため、電池パック１２が過放電に陥ることが抑えられる。
【００３０】
次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）本体側制御部ＣＰは、モータＭの出力をＰＷＭ制御で制御するものであり、電圧測定部４１で検出した電圧値が所定値である放電検出電圧Ｓ１以下となるたびに、前記放電検出電圧Ｓ１以下となる前のデューティ比より小さいデューティ比でモータＭを駆動させる。このようにデューティ比を放電検出電圧Ｓ１以下となるたびにデューティ比が小さくなるように制限することで、モータＭに流れる負荷電流を減少させる。これにより電池パック１２内の内部抵抗による電圧降下分が減少するため、電池パック１２の電圧が上昇し、作業を継続することができる。
【００３１】
（２）また、デューティ比の制限が最大制限Ｃ３の時刻ｔ５において、放電検出電圧Ｓ１以下となった場合、本体側制御部ＣＰは、パルス制御部４３をオフすることでモータＭを停止する。このため、電池パック１２が過放電に陥ることが抑えられる。
【００３２】
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、特に言及していないが、電池パック１２の温度検出を行って、温度が所定温度Ｘ以下の低温となったときのみ、図５に示したような制御を実施しても良い。これは、図７に示すように電池パック１２の内部温度が低いと内部抵抗値が高くなるため、電池パック１２低温時において突入電流等によって放電検出電圧Ｓ１以下となりやすいためである。また、所定温度Ｘとしては、電池パック１２がリチウムイオンバッテリなどである場合には、５度程度が目安であるが、これに限らない。
【００３３】
・上記実施形態では、モータ出力の変更方法としてＰＷＭ制御（デューティ比の変更）を採用したが、これに限らない。
・上記実施形態では、トリガスイッチ２５が常に引き込まれた状態で図５に示したような制御を実施したが、これに限らない。例えば図６に示す制御例を採用してもよい。図４及び図６に示すように、或る時刻ｔ１１において使用者によりトリガスイッチ２５を完全に引き込むことでモータの回転を制御するパルス制御部４３がデューティ比１００％で動作してモータＭが駆動される。そして、モータの負荷電流により電圧測定部４１で検出される電池パック１２（二次電池３２）の電圧が低下する。本体側制御部ＣＰは、時刻ｔ１２において電池パック１２の電圧が予め決められた閾値である放電検出電圧Ｓ１以下となった場合、パルス制御部４３をオフすることでモータＭを停止させる。
【００３４】
そして、使用者が時刻ｔ１３においてトリガスイッチ２５を開放して再度引き込んだ場合に、本体側制御部ＣＰはパルス制御部４３のデューティ比を制限Ｃ１（例えばデューティ比８０％）に下げることでモータＭに流れる負荷電流を減少させる。これにより、電池パック１２内の内部抵抗による電圧降下分が減少することとなり、電池パック１２の電圧が上昇する。
【００３５】
この状態で作業を継続した場合、再び電池パック１２の電圧が低下する。そして本体側制御部ＣＰは、時刻ｔ１４において電池パック１２の電圧が予め決められた閾値である放電検出電圧Ｓ１以下となった場合、パルス制御部４３をオフすることでモータＭを停止させる。
【００３６】
そして、使用者が時刻ｔ１５においてトリガスイッチ２５を開放して再度引き込んだ場合に、本体側制御部ＣＰはパルス制御部４３のデューティ比を制限Ｃ２（例えばデューティ比６０％）に下げることでモータＭに流れる負荷電流を減少させる。これにより、電池パック１２内の内部抵抗による電圧降下分が減少することとなり、電池パック１２の電圧が上昇する。
【００３７】
このような制御を繰り返し、例えば上記実施形態同様に、最大制限Ｃ３中において、再度放電検出電圧Ｓ１以下となった場合、本体側制御部ＣＰは、パルス制御部４３をオフすることでモータＭを停止する。このため、電池パック１２が過放電に陥ることが抑えられる。
【００３８】
・上記実施形態では、電動工具本体１１に設けた電圧測定部４１で測定した電圧値に基づいて本体側制御部ＣＰが過放電状態を検出したが、これに限らない。電圧測定部４１の代わりに電池パック１２で過放電状態を検出し、その検出結果を電池パック１２から電動工具本体１１の本体側制御部ＣＰに通知するように構成してもよい。例えば、図３に破線で示すように、電動工具本体１１には、電池パック１２との間で過放電信号を受信するための本体側信号電極Ｓａ３をさらに設け、本体側信号電極Ｓａ３を本体側制御部ＣＰに接続するように構成する。そして、図３に破線で示すように、電池パック１２には、電池セル電圧測定部３３、電池側制御部３４及び電池側信号電極Ｓｂ３をさらに設ける。電池セル電圧測定部３３は、電池セルＣｅ１〜Ｃｅｎの電圧をそれぞれ測定してその測定結果を電池側制御部３４に出力する回路である。電池セル電圧測定部３３は、例えば、各電池セルＣｅ１〜Ｃｅｎの両端電圧をそれぞれ検出する抵抗分圧回路を備えて構成される。電池側制御部３４は、電池セル電圧測定部３３で測定された各電池セルＣｅ１〜Ｃｅｎの各電圧値のうちの何れか１つが予め定められた電池セルの過放電電圧Ｓ１以下である場合に電池セルが過放電状態である旨を示す過放電信号を出力する回路である。電池側制御部３４は、過放電状態ではない場合には過放電状態ではない旨を示す制御信号（例えば、ローレベルの信号）を電池側信号電極Ｓｂ３に出力する。そして、過放電状態である場合（電圧Ｓ１以下となる場合）には過放電状態である旨を示す制御信号（例えば、ハイレベルの信号、過放電信号）を電池側信号電極Ｓｂ３に出力する。そして、本体側制御部ＣＰは、前記制御信号に基づいて上記実施形態のようにパルス制御部４３のデューティ比制限を実施する。
【００３９】
・上記実施形態では、電動工具１０としてドリルドライバーに具体化したが、他の電動工具、例えばインパクトドライバー、インパクトレンチ、ハンマードリル、振動ドリル、ジグソー及びシーリングガン等でもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０…電動工具、３２…二次電池、２５…スイッチを構成するトリガスイッチ、Ｍ…モータ、ＣＰ…本体側制御部、Ｓ…電圧計測部、ＳＷ…スイッチ、Ｔ…負荷トルク。
【図１】
2014054703.tif 000003
【図２】
2014054703.tif 000004
【図３】
2014054703.tif 000005
【図４】
2014054703.tif 000006
【図５】
2014054703.tif 000007
【図６】
2014054703.tif 000008
【図７】
2014054703.tif 000009
【図８】
2014054703.tif 000010