WO2004050307A1

WO2004050307A1 - コードレス電動工具

Info

Publication number: WO2004050307A1
Application number: PCT/JP2003/014585
Authority: WO
Inventors: Shinichi Ookubo; Atsushi Matsuoka; Syuichi Ishii
Original assignee: Max Co., Ltd.
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2004-06-17
Also published as: US7248019B2; JP2004181588A; AU2003280826A1; US20060108980A1

Abstract

電動ステープル打ち機1などのコードレス電動工具に電気二重層コンデンサ8とリチウムイオン電池11による電源回路を内蔵する。待機状態ではリチウムイオン電池から電気二重層コンデンサヘ充電し、スイッチオン時には電気二重層コンデンサからモータ5へ大電流を供給する。高エネルギー密度のリチウムイオン電池と大電流放電が可能な電気二重層コンデンサを組み合わせることによって、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池などを用いる場合よりも大幅に小型軽量化することができる。また、電気二重層コンデンサはきわめて寿命が長いのでランニングコストも節減できる。

Description

コードレス電動工具技術分野

この発明は、コードレス電動工具に関するものであり、特に、電源部の小型軽量化を図ったコードレス電動工具に関するものである。

明背景技術田

従来、一般にコードレス電動工具は駆動電源としてニッケル力ドミゥム電池や-ッケル水素電池などのバッテリーパックを用いており、コードレス電動工具本体に装着した二次電池が消耗したときは、コードレス電動工具と専用の充電器を接続するか、或いはコードレス電動工具から取外したパッテリーパックを充電して反復使用している（例えば、実開平 06- 000679号公報、特開平 10- 029172 号公報参照）。

従来のコードレス電動工具は、本体に対する二次電池の重量が重く、また充電に時間がかかるので、電源の小型軽量化と充電時間の短縮が要望されている。また従来の二次電池は、充放電寿命が数百回乃至 1000回程度であって一般に電動工具本体の寿命よりも短く、性能劣化時には新品と交換するためランニングコストがかかる。発明の開示

そこで、コードレス電動工具の小型軽量化と充電時間の短縮ならびにランニングコストを低減するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は上記課題を解決することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するために提案するものであり、コードレス電動工具のモータの電源として電気二重層コンデンサを内蔵し、工具本体に電気二重層コンデンサの充電電極を設け、外部の充電器により電気二重層コンデンサを充電できるように形成したコードレス電動工具を提供するものである。また、コードレス電動工具のモータの電源として複数の電気二重層コンデンサを内蔵し、工具本体に電気二重層コンデンサの充電電極を設け、外部の充電器により電気二重層コンデンサを充電できるように形成するとともに、起動スィツチの状態に応じて複数の電気二重層コンデンサの接続を直列と並列とに切換える直列並列切換え回路を設け、起動スィツチオフ時に直列並列切換え回路が複数の電気二重層コンデンサを並列接続に切換え、起動スィツチオン時に直列並列切換え回路が複数の電気二重層コンデンサを直列接続に切換えてモータへ電流を供給するように構成したコードレス電動工具を提供するものである。

また、上記電気二重層コンデンサと並列に二次電池を配置し、起動スィツチオフ時に二次電池が電気二重層コンデンサを充電し、起動スィツチオン時に電気二重層コンデンサからモータへ電流を供給するように構成したコードレス電動工具を提供するものである。

また、上記二次電池はリチウムィオン電池等の小型二次電池であるコ一ドレス電動工具を提供するものである。

図面の簡単な説明

図 1は、本宪明の実施の一形態を示し、コードレス電動工具の側面図。図 2は、他の実施形態を示し、コードレス電動工具の側面図。図 3は、図 2のコード.レス電動工具の電気回路図。なお、図中の符号、 1は電動ステープル打ち機、 2はステープルマガジン部、 3はドライバ機構部、 4はダリップ部、 5は DCモータ、 6はドライバ、 7 はコンタクトアーム、 8は電気二重層コンデンサ、 9は充電電極、 10はトリガレバー、 11はリチウムイオン電池、 12は電池カバー、および、 13はメインスィツチである。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明の実施の一形態を図に従って詳述する。図 1はコードレス電動工具の一例として電動ステーブル打ち機 1を示し、筐体の下部がステープルマガジン部 2であり、前部（図において右）にドライバ機構部 3が垂直に配置されており、ドライバ機構部 3の上部背面から後方へグリップ部 4が延びている。 DC モータ 5はステープルマガジン部 2の上に配置されていて、減速歯車機構及び力ム機構（図示せず）を介してドライバ機構部 3を駆動する。

ドライバ機構部 3内にはステーブルを射出するドライバ 6と、安全機構であるコンタクトアーム 7が内蔵されていて、コンタクトアーム 7はドライバ機構部 3の下端から下方へ突出している。尚、図においてはドライノ 6も下方へ突出しているが、初期状態においてドライバ 6はドライバ機構部 3内のカム機構により上部待機位置へ押し上げられている。グリップ部 4内には、電源として従来一般的なニッケル力ドミゥム電池やニッケル水素電池に代えて電気二重層コンデンサ 8を内蔵している。電気二重層コンデンサ 8は電気容量あたりの体積と重量が二次電池よりも大幅に小さく、工具全体を小型軽量化することができる。また、その充放電回数は数十万回といわれていて従来の二次電池よりもはるかに長寿命であることから、コードレス電動工具内に固定しておくことができ、バッテリーパックの着脱機構が不要となる。

電動ステープル打ち機 1の後端面には充電電極 9が露出しており、専用の AC - DCバッテリ一チャージヤーまたは二次電池を充電源とする DC- DCバッテリーチヤージャー（図示せず）の受け台に電動ステープル打ち機 1をセットすると、バッテリーチャージヤーの電極と電動ステープル打ち機 1の充電電極 9とが接触して電動ステーブル打ち機 1内の電気二重層コンデンサ 8が充電されるようにしている。電気二重層コンデンサ 8の充電は数分間で終了することから、電動ステーブル打ち機 1の使用者カ ( - DCバッテリーチャージヤーを携帯することにより、充電を要するときに作業現場を移動することなくその場で充電することができる。また、充電電極 8の位置や形状は特に限定されるものではなく、電動ステーブル打ち機に入力ジャックを設け、バッテリーチャージヤーの出力プラグを入力ジャックへ接続して充電するようにしてもよい。

ドライバ機構部 3の構成並びに動作は従来公知のものであって、コンタクトアーム 7を目標の壁面に押付けて本体内へ押し込むと安全スィッチがオンし、この状態でトリガレバー 10を引けば DCモータ 5が起動する。そして、ドライバ機構部 3内のカム機構が回転してドライノ 6のロックが解除され、ドライノ 6が圧縮コイルパネ（図示せず）のバネ力によって押し下げられてステープルマガジン部 2内の先頭のステープルを下方へ発射する。ステーブル発射後にドライバ 6は力ム機構により待機位置へ引き上げられて口ックされ、 DCモータ 5が停止して 1サイクルの動作を完了する。

図 2に示す電動ステーブル打ち機は、駆動電源である電気二重層コンデンサ 8に加えて充電電源としてリチウムイオン電池 11を装着し、リチウムイオン電池 11から電気二重層コンデンサ 8へ充電が行われるようにしている。背面の電池カバー 12をあけて電池室内へリチウムイオン電池 11を装填し、メインスィツチ 13をオンすればリチゥムイオン電池 11から電気二重層コンデンサ 8へ充電されてスタンバイ状態となる。その後に前述したコンタクトアーム 7とトリガレバー 10 による起動操作を行うと、電気二重層コンデンサ 8の電荷により DCモータ 5が起動して 1サイクルの動作が実行される。 1サイクルの動作終了後には DCモータ 5が停止して電気二重層コンデンサ 8が充電される。

上記の構成の場合、大型の二次電池を搭載すると小型軽量化という目的を達成できないが、ニッケル力ドミゥム電池やニッケル水素電池などよりもエネルギー密度が高いリチウムイオン電池 11を用いることによって、従来のコードレス電動工具よりも大幅に軽量化することが可能である。リチウムイオン電池は、ニッケルカドミウム電池などに比較して高電圧（3. 6V乃至 3. 7V) であるが、大電流放電についてはニッケルカドミウム電池などに劣る。したがって、電動工具などのように大電流を流す用途に適しているとは言えないが、電気二重層コンデンサと組み合わせて使用することにより、コードレス電動工具の実用性を損なうことのない電源部を構成することができる。ただし、コードレス電動工具は一般に駆動電圧が 7. 2Vから 24Vと高電圧のものが多く、何らかの昇圧手段が必要になる図 3は、図 2の電動ステープル打ち機 1の電源回路を示し、 DCモータ Mに対して二個の電気二重層コンデンサ CI, C2を並列接続し、一方の電気二重層コンデンサ C1のブラス側と他方の電気二重層コンデンサ C2のマイナス側とにそれぞれ電子スィッチを設けるとともに、二個の電気二重層コンデンサ Cl， C2を直列接続するブリッジ回路に電子スィッチ SW3を設けている。そして、これら三個の電子スィッチ SW2， SW3, SMと、リチウムイオン電池 BAT1と DCモータ Mとの間に挿入した電子スィッチ SW1とを制御回路 CTRLにてオンオフする構成としている。尚、 R1 は電流制限抵抗、 SW11はコンタクトアーム 7に連動する安全スィッチ、 SW12はトリガレバー 10に連動するトリガスィツチである。

図 3は待機状態を示し、安全スィツチ SW11、トリガスィツチ SW12はオフであり、制御回路 CTRLにより電子スィッチ SW1, SW2, SW4はオン、電子スィッチ S W3はオフしており、リチウムィオン電池 BAT1から並列な二個の電気二重層コンデンサ CI, C2に充電されている。例えば、 3. 7Vのリチウムイオン電池を用いた場合は、二個の電気二重層コンデンサ CI, C2はそれぞれ 3. 7Vの電位となるまで充電される。

次に、コンタクトアーム 7を壁面などに押付けて安全スィッチ SW11をォンすると制御回路 CTRLが電子スィッチ SW1, SW2, SW4をオフ、電子スィッチ SW3をオンし、二個の電気二重層コンデンサ CI, C2は直列接続される。そして、トリガレバー 10を引いてトリガスィツチ SW12をオンすると直列接続された二個の電気二重層コンデンサ CI, C2から DCモータ Mへ 7. 4Vの電流が供給されて電動ステープノレ打ち機が 1サイクルの動作を行う。

動作終了後にトリガレバー 10を戻し、電動ステーブル打ち機 1を壁面などから離せば、コンタクトアーム 7が初期位置へ下降して安全スィッチ SW11がォフし、これにより制御回路 CTRLが電子スィッチ SW3をオフ、電子スィッチ SW1, SW 2， SW4をオンし、二個の電気二重層コンデンサ CI, C2は並列接続となり、リチウムイオン電池 BAT1が二個の電気二重層コンデンサ CI, C2を充電して待機状態となる。また、図示は省略するが満充電検出回路を設け、充電完了後に満充電検出回路により電子スィッチ SW1をオフさせるようにしてスタンバイ時の電力消費を節減するようにしてもよい。また、リチウムイオン電池が放電したときは、前述したようにバッテリーチャージヤーの受け台に電動ステープル打ち機 1をセットするか、あるいは電動ステーブル打ち機 1からリチウムイオン電池 11を取外し、ノッテリーチャージヤーに装着して充電を行う。尚、この発明は上記の実施形態に限定するものではなく、例えば図 3の充電回路からリチウムイオン電池 BAT1を除いた回路を図 1の電動ステープル打ち機 1に搭載してもよく、この発明の技術的範囲内において種々の改変が可能であり、この発明がそれらの改変されたものに及ぶことは当然である。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明のコードレス電動工具は、電気二重層コンデンサを電源としたので、従来の二次電池を電源とするコードレス電動工具よりも著しく小型軽量化することができ、充電時間も短いので作業能率も向上するとともに、電気二重層コンデンサの耐用寿命が長いことからランニングコストも低下する。

また、複数の電気二重層コンデンサを内蔵して、待機時には電気二重層コンデンサを並列接続し、起動時には直列接続に切換える回路を設けることにより、充電電源の数倍の高電圧によってモータを駆動する高性能のコードレス電動ェ具を提供できる。

また、電気二重層コンデンサを充電するための二次電池を内蔵することによって、連続使用可能時間を延長でき、例えばリチウムイオン電池等の小型軽量型二次電池を用いれば従来のニッケル水素電池やニッケル力ドミゥム電池などを装備したコードレス電動工具よりも小型軽量化が可能である。

Claims

1. モータの電源として工具本体に内蔵され、外部の充電器により充電されうる、電気二重層コンデンサと、

工具本体に設けられた充電電極、とからなるコードレス電動工具請

2. 更に、前記電気二重層コンデンサと並列に配置された二次電池を有し、起動スィツチオフ時に、二次電池または外部の充電器により電気二重層の

コンデンサの充電が行われ、

起動スィツチオン時に、電気二重層コンデンサからモータへ電流が供給囲

される、ことを特徴とする請求項 1に記載のコードレス電動工具

3. 前記二次電池はリチウムイオン電池である請求項 2記載のコードレス電動工具

4. モータの電源として工具本体に内蔵され、外部の充電器により充電されうる、複数の電気二重層コンデンサと、

工具本体に設けられた充電電極と、

起動スィツチオフ時に前記複数の電気二重層コンデンサを並列接続に切換え、起動スィツチオン時に直列並列切換え回路が複数の電気二重層コンデンサを直列接続に切換える、直列並列切換え回路、とからなるコードレス電動工具

5. 更に、前記電気二重層コンデンサと並列に配置された二次電池を有し、起動スィツチオフ時に、二次電池または外部の充電器により電気二重層コンデンサの充電が行われ、

起動スィッチオン時に、電気二重層コンデンサからモータへ電流が供給される、ことを特徴とする請求項 4に記載のコードレス電動工具

6. 前記二次電池はリチウムィォン電池である請求項 5記載のコードレス電動工具