(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電可能なバッテリを内蔵し、そのバッテリにより駆動する電動工具と、前記バッテリを充電する充電器とから成り、前記電動工具を前記充電器にセットすることで前記バッテリを充電可能とする電動工具充電システムであって、
前記充電器に、前記バッテリを強制放電させる放電手段と、前記バッテリへの充放電動作を制御する充電器側コントローラとを設け、前記充電器側コントローラの制御によって前記バッテリへの強制的な充放電動作を可能とする一方、
前記電動工具に、前記バッテリのバッテリ容量を記憶するとともに、前記バッテリの充放電電流値に基づいて前記バッテリの充放電量を演算して前記バッテリの残容量を演算する工具側コントローラを設け、
前記充電器側コントローラが、前記バッテリを満充電の状態から前記放電手段により空の状態とした際に、前記工具側コントローラが前記バッテリの放電量を演算して前記バッテリ容量のデータを更新することを特徴とする電動工具充電システム。
【請求項２】
前記放電手段を作動させた際に、前記充電器側コントローラが満充電までの充電操作と、満充電の状態から空となる所定の容量までの放電操作とを少なくとも１回行う請求項１記載の電動工具充電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電可能なバッテリを内蔵した充電式電動工具とその電動工具を充電する充電器とから成る電動工具充電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、充電式電動工具は、蓄電池を内蔵したバッテリパックを電動工具のハンドル下端等に着脱可能に装着し、充電時にはバッテリパックを取り外してバッテリパックのみを外部の充電器に差し込み、充電終了によりハンドル下端等に再装着して使用可能としている。よって、例えば工場の生産ライン等で使用される場合は、予備のバッテリパックを予め充電器に差し込んで充電しておき、電動工具側で使用中のものの容量が無くなると、バッテリパックを取り替えて再び使用を行うものとなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記バッテリパックは、１回の充電で比較的長く使用できるように、最大容量の大きなものが使用されることが多いため、バッテリパックの形状や重量が比較的大きく、工具を長時間使用した場合、作業者への負担が増加するし、特に上記工場の生産ライン等で使用する場合は、操作性，作業性への影響も大きい。また、バッテリパックの交換作業も時間のロスを生じさせ、作業性低下の原因となっていた。
更に、充電器にバッテリパックを接続した場合、充電器はバッテリを満充電まで充電しても更に充電動作を続けるため、バッテリに余分な負荷を与えていたし、余分な電力を消費していた。
【０００４】
そこで、出願人は、図８に示すような電動工具充電システムを提案している。これは、電動工具２にバッテリ６を内蔵し、バッテリ６を取り外すことなく充電操作を可能とするもので、電動工具２にＣＰＵを有したコントローラ２８、バッテリの温度を検知する温度センサ８、充放電電流を検知する電流検出器１０が設けられ、充放電電流からバッテリの残容量を把握可能とし、充電端子１３ａ，１４ａの他にバッテリの温度情報を充電器１に送出する温度端子１５ａ、充放電情報を送出するデータ送信端子１６ａを設け、充電器１にはこれに対応する端子を設け、コントローラ２８の充放電情報やバッテリ温度からバッテリの充電動作を制御したり、バッテリの残容量や充電量を表示させることが可能となっている。
尚、２９は充電回路、４は充電状態やバッテリの残容量等を表示する表示装置であり、１３ｂ，１４ｂは充電端子、１５ｂは温度読み取り端子、１６ｂはデータ受信端子である。
【０００５】
このように、バッテリを取り外すことなく充電することができるため、充電操作が容易となり未使用時は常に充電状態とすることができ、バッテリ最大容量を小さくすることが可能で軽量化を計ることができるし、コントローラの情報からバッテリの残容量を知ることでトルク管理も可能であり、工場等の生産ラインで使用する場合特に有効に利用できるものとなっている。
更に、コントローラを設けることで、充放電情報や温度情報を充電器に伝達し、充電状況を表示させたり、充電電流を状況に応じて変化させることが可能であるため、バッテリを効率よく使用でき、作業性の優れたものとしている。
【０００６】
しかし、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池に代表されるバッテリは、長期間使用されず放置されたり、中途容量で反復使用されたりすると本来持っている容量を取り出すことができなくなる性質を有しているし、バッテリは消耗品であるため、使用していくうちに徐々に全体の容量即ち満充電容量が減ってしまう特性を有している。そのため、充電してもトルクが十分発生しなかったり、上記コントローラに記憶されているバッテリの容量データと、実際のバッテリ容量との間に誤差が生じてしまい、情報に信頼性がなくなることがあった。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み成されたもので、請求項１、２に記載の発明は、操作性を向上させ、作業性に優れた電動工具充電システムを提供すると共に、バッテリの活性化を可能とすることを課題とする。
また、バッテリの容量情報の信頼性を高めることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、充電可能なバッテリを内蔵し、そのバッテリにより駆動する電動工具と、前記バッテリを充電する充電器とから成り、前記電動工具を前記充電器にセットすることで前記バッテリを充電可能とする電動工具充電システムであって、前記充電器に、前記バッテリを強制放電させる放電手段と、前記バッテリへの充放電動作を制御する充電器側コントローラとを設け、前記充電器側コントローラの制御によって前記バッテリへの強制的な充放電動作を可能とする一方、前記電動工具に、前記バッテリのバッテリ容量を記憶するとともに、前記バッテリの充放電電流値に基づいて前記バッテリの充放電量を演算して前記バッテリの残容量を演算する工具側コントローラを設け、前記充電器側コントローラが、前記バッテリを満充電の状態から前記放電手段により空の状態とした際に、前記工具側コントローラが前記バッテリの放電量を演算して前記バッテリ容量のデータを更新することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記放電手段を作動させた際に、前記充電器側コントローラが満充電までの充電操作と、満充電の状態から空となる所定の容量までの放電操作とを少なくとも１回行うよう構成されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態の１例を図面を基に詳細に説明する。図１は本発明に係る電動工具充電システムのブロック図を示し、１が充電器、２が電動工具であり、上記図８と同一の構成要素には同一の符号を付してある。また、表示装置４は表示部が５個のＬＥＤ２７から構成され、ＬＥＤ赤２７ａ，ＬＥＤ緑２７ｂ，３個のＬＥＤ黄２７ｃとから構成されている。
【００１１】
充電器１は商用電源１７に接続され、充放電回路３は、整流部２０，電流制御部２１，充電リレー２２を有し、充電器側コントローラであるマイクロコンピュータ１９に制御されて充電端子１３ｂ、１４ｂを通して電動工具を充電するようになっている。
また、２３は放電リレー，２４は放電抵抗、２５は手動により作動させるリフレッシュボタンである。これらは放電手段を構成し、充電端子１３ｂ，１４ｂを放電抵抗２４を介して連結させ、バッテリを強制放電させる回路を形成している。そして、リフレッシュボタン２５をオンすることでマイクロコンピュータ１９が充電リレー２２，放電リレー２３を動作させ、強制的に充放電動作をするようになっている。
【００１２】
電動工具２は、充電可能なバッテリ６が組み込まれたバッテリユニット１８とそのバッテリ６により駆動されるモータ１２とが内蔵され、バッテリ６はＮｉ−Ｃｄ蓄電池を６個直列に接続してなり、バッテリユニットは更にバッテリ６の充放電電流を検出する電流検出器１０とバッテリ６の温度を検出する温度センサ８、そして検出された充放電電流値からバッテリ６の残容量を演算する工具側コントローラである第２のコントローラ９、その第２のコントローラ９のデータを受けて充電を促したりする表示器７とから成り、電動工具２の充電器１に対応する所定位置には一対の充電端子１３ａ，１４ａとバッテリの温度情報を出力する温度端子１５ａ、そして充放電データを出力するデータ送信端子１６ａとを有している。なお、１１は電動工具駆動スイッチである。
【００１３】
第２のコントローラ９はＣＰＵを有し、電流検出器１０から電動工具使用時はバッテリ６の放電電流情報を得ることでバッテリ６の放電量を演算し、充電時は充電電流情報を得ることで充電量を演算するもので、これら両者の値からバッテリ６の残容量を把握可能となっている。
なお、温度センサ８はサーミスタを用い、その抵抗変化を電圧に変換して出力すればよいし、電流検出器１０は抵抗を用い電流値を電圧値に変換して第２のコントローラ９に入力すればよい。
【００１４】
次に、マイクロコンピュータ１９による強制充放電の作用を、図２のフローチャートを基に説明する。
まず、ステップ１（Ｓ１）で電源を投入するとマイクロコンピュータが作動する。そして、この投入操作の際にリフレッシュボタン２５が押されているか検知（Ｓ２）し、押されていたらＳ３に進みバッテリのリフレッシュモードに入り、押されていなければＳ１６の通常充電モードに進む。リフレッシュボタン２５は手動でオンする。
通常充電モードでは、第２のコントローラ９からバッテリ６の情報を受け、満充電或いは所定の容量まで充電を行う。
【００１５】
Ｓ３では表示装置４に充電前状態である表示をさせる。ここでは、ＬＥＤ緑２７ｂを点滅、ＬＥＤ赤２７ａを消灯、３個のＬＥＤ黄２８ｃを総て点滅としている。そして、Ｓ４で電動工具２のセットを検知し、検知したらＳ５に進み充電を開始する。電動工具の検知は、温度読み取り端子１５ｂから温度情報を得ることで検知すれば良いし、充電は通常の充電動作をさせればよい。
【００１６】
次に、Ｓ６ではバッテリの電圧情報（充電端子間の電圧）や、温度読み取り端子１５ｂからのバッテリ温度情報から充電完了かどうか判断し、充電完了となるまですなわち満充電になるまで充電を続け、満充電と判断したらＳ７に進む。満充電の判断は、例えばバッテリ電圧が１２．６Ｖ以上であるか、またはバッテリ温度が７３℃以上であるかで判断することができる。
Ｓ７では１回目の放電かどうか判断し、そうであればＳ８に進み放電を開始し、そうでなければバッテリの放熱のため１時間放置してから放電させる。放電は放電リレー２３を閉動作させて放電抵抗２４を介してバッテリを短絡させる。
【００１７】
そして、Ｓ１０でバッテリ電圧を検知し、５．７Ｖ以下となれば空と判断し、放電を終了（Ｓ１１）し、放電リレー２３を開動作させる。そうでなければ放電を続ける。放電を終了したら、Ｓ１２に進み放電回数が１回目であればＳ５に戻り２回目の充放電を行い、２回目の放電であればＳ１３に進み、充電を開始し、Ｓ１４ではＳ６と同様に所定の条件を検知したら充電を完了し、Ｓ１５に進む。
端子１６ｂからバッテリ容量のデータを読み取り、３つのＬＥＤ黄２７ｃで表示する。この表示は、例えばバッテリ容量が８００ｍＡｈ以上であれば３個点灯、容量７００〜８００ｍＡｈであれば２個点灯、容量６００〜７００ｍＡｈであれば１個点灯、容量６００ｍＡｈ以下であれば総て消灯とすれば分かりやすい。
【００１８】
そして、Ｓ１６でリフレッシュモードは解除され、通常充電モードに入る。
尚、上記リフレッシュモードでは満充電操作からスタートしているが、放電操作からスタートしても良い。
このように、リフレッシュモードを設け、ボタン操作により自動で満充電から空の状態まで充放電を２回繰り返すため、バッテリが不活性な状態になっていたとしても本来バッテリが持っている容量を引き出すことができ、バッテリを活性化させることができる。
【００１９】
次に、電動工具２の第２のコントローラ９によるバッテリ容量学習の流れを図３のフローチャートを基に説明する。
まず、電流検出器１０からの電流情報により充電中か（Ｓ２１）、放電中か（Ｓ２２）判断し、充電中であればＳ２７に進み、放電中であればＳ２３に進む。どちらでもなければ、Ｓ２１に戻る。
放電中である場合、それが満充電からの放電であれば有効放電フラグを立て（Ｓ２４）、Ｓ２５に進む。そうでなければフラグを立てずＳ２５に進む。Ｓ２５では放電終止電圧（例えば５．７Ｖ）以下であるか判断し、そうであれば放電終止電圧フラグを立て（Ｓ２６）てＳ２１に戻り、そうでなければフラグを立てずＳ２１に戻る。
【００２０】
そして、Ｓ２１で充電中であればＳ２７に進み、有効放電フラグを見てフラグが立っていればＳ２８に進み、立っていなければ総てのフラグをクリア（Ｓ３０）してＳ２１に戻る。Ｓ２８では放電終止電圧フラグを見て、フラグが立っていれば第２のコントローラ９内のバッテリ容量を更新して学習を終了する。その後はフラグを総てクリアしてＳ２１に戻る。こうして、満充電の状態から空（放電終止電圧）になるまで放電した際に、第２のコントローラ９に記憶されている容量データが書き換えられる。
【００２１】
このように、充放電操作の際、或いは満充電から空の状態まで放電した際に学習し、第２のコントローラに記憶されているバッテリ容量データを書き換えるので、バッテリ容量情報と実際の容量との間に差が生ずることがない。従って、バッテリの劣化等により満充電容量が減少しても、バッテリの容量データそれに合わせて修正することができ、バッテリの満充電容量の変化による従来のシステムの不具合を解消することができる。
【００２２】
図４は電動工具の１例であるインパクトドライバを示している。インパクトドライバ３０は、モータ１２から減速機構を介して伝達されるトルクが、オイルユニット３２にを介して断続的なトルクに変換され、ビット（図示せず）に伝達される。バッテリユニット１８は、ハンドル３４下部に内蔵され、解放可能に形成されたハンドル底面から交換可能となっている。また、充電器と接続される各接続端子はハンドル３４下端の工具先端側突出部３６に設けられている。
【００２３】
図５，図６は充電器の具体例を示し、上記インパクトドライバの充電器を示している。この充電器３１は、工具先端を差し込む第１載置部３９とハンドル３４下端の突出部３６を差し込む第２載置部４０とが設けられ、４１はインパクトドライバ３０と電気的に接続される接続端子部である。また、リフレッシュボタン２５は第１載置部３９と第２載置部４０との間に設けられている。
【００２４】
第１載置部３９はビットを装着したままインパクトドライバ３０を装着可能なように下方に開口部３７を有して形成され、開口部３７の周囲には工具セット動作時の衝撃を吸収する緩衝用ゴム４３が添設されている。この緩衝用ゴム４３は着脱可能に充電器筐体底部に嵌着され、交換することで高さ等を変更可能となっている。そして、冷却ファン５が工具先端を冷却するよう工具先端に近接する位置に設けられると共に、対向する充電器筐体壁面にはスリット状の風溝４４が形成され、冷却ファン５の風をさらに筐体内にも通過させて、内部を効率良く冷却するようになっている。
【００２５】
第２載置部４０は、周囲にテーパを設けて形成されたガイド部４２を有し、インパクトドライバ３０をセットする際の移動を案内し、セット後は位置固定を可能としているもので、底部に形成された接続端子部４１の各端子とインパクトドライバ側の各端子が確実に接続されるようになっている。
また、左右のガイド部４２には縦溝４５が形成され、棒状の固定具（図示せず）を装着することで幅の調整ができ、異なる大きさのインパクトドライバや他の電動工具であっても、隙間を埋めて接続端子同士を安定して接続することができるようになっている。これは、更に緩衝用ゴム４３による高さ調節と合わせて調整することで、大きさや形状の異なる電動工具であっても広く対応させることができる。
また、２７ｄはＬＥＤ２７の表示窓、４６は筒状に形成されたビットホルダーであり、ビット４７（図７示）を挿入保持するもので、複数のビットを使い分ける場合にビットを探す手間がかからず便利である。
【００２６】
図７は図５に示すインパクトドライバ３０を充電器３１に載置即ちセットした状態を示している。載置操作は、工具の先端を下に向けて第１載置部３９の開口部３７にビットが入り込むように、そしてハンドル後部の突出部３６を第２載置部４０に置くように操作すればよい。このように、単純な載置操作をするだけで工具の頭部と底部との両端が保持されるので、各接続端子は確実にしかも安定して接続される。
【００２７】
尚、上記実施の形態においては、強制充放電動作をさせた場合２回連続して充放電を行っているが、１回のみであっても、３回以上行っても良い。但し、そのために費やす時間、バッテリに対する負担と活性化効果を考慮すると２回程度が妥当だと考えられる。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各判断条件や構成を変更して具体化することも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明によれば、バッテリが電動工具に内蔵されているため、充電器に電動工具をセットするだけで充電でき、充電にかかる作業が簡略化されるし、バッテリを強制的に放電させることができるので、空の状態から充電でき、バッテリを活性化させることが可能である。
また、バッテリを満充電の状態から放電手段により空の状態とした際に、電動工具の工具側コントローラがバッテリの容量を学習し、バッテリの容量データを書き換えるので、バッテリ容量のデータと実際の容量との間に差が生じることなくなり、バッテリの容量情報の信頼性を高めることができる。したがって、例えばバッテリの劣化等により満充電状態における容量が減少しても、バッテリ容量のデータをそれに合わせて修正することができ、バッテリの満充電時の容量の変化による従来のシステムの不具合を解消することができる。
【００２９】
請求項２の発明によれば、満充電から空の状態まで充放電を繰り返すので、バッテリが不活性な状態であっても、確実に本来バッテリが持っている容量を引き出すことができ、バッテリを活性化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態の１例を示す電動工具充電システムの回路ブロック図である。
【図２】  図１に示す電動工具充電システムの強制充放電動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】  図１に示す電動工具充電システムの学習動作を示すフローチャートである。
【図４】  電動工具の１例であるインパクトドライバの説明図である。
【図５】  充電器の１例を示す斜視図である。
【図６】  図５の充電器の内部説明図である。
【図７】  インパクトドライバを充電器にセットした状態を示す図である。
【図８】  従来の電動工具充電システムの回路ブロック図である。
【符号の説明】
１・・充電器、２・・電動工具、３・・充放電回路、６・・バッテリ、９・・第２のコントローラ、１９・・マイクロコンピュータ（充電器側コントローラ）、２２・・充電リレー、２３・・放電リレー、２４・・放電抵抗、２５・・リフレッシュボタン、３０・・インパクトドライバ、３１・・充電器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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