WO2019106932A1

WO2019106932A1 - 電池パック及び電池パックを用いた電気機器

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Publication number: WO2019106932A1
Application number: PCT/JP2018/036308
Authority: WO
Inventors: 西河　智雅
Original assignee: Koki Holdings Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2020-05-28

Abstract

レール方向に対する電池セルの配置方向を変更することによって、左右両側に設けられるラッチ機構を効率良く配置した電池パックを提供する。上ケースには前後方向に２本の平行なレール３８ａ、３８ｂが設けられ、電気機器本体に形成されるレール溝に案内されることにより着脱される電池パック３０であって、スライド方向と電池セル５６～５８の長手軸が一致するようにケース内に電池セルを収容する。上ケース３１の左右両側にはスライド方向と交差する方向に移動する２つのラッチボタン６０、７０を備える。ラッチボタン６０、７０の操作部６２、７２の占める高さＨ_Ｌは、電池セル５６～５８の占める高さＨ_Ｂと上下方向に占める位置が部分的にオーバーラップするようにして、操作部６２、７２の大きさを従来と同様にしながら全体高さＨを抑えたコンパクトな電池パックを実現した。

Description

電池パック及び電池パックを用いた電気機器

本発明はモータ、照明等の負荷装置を備えた電気機器本体に対して電源を供給する電池パックに関するものである。また、電池パックを装着することにより作業機器を作動させる電池パックを用いた電気機器に関するものである。

商用電源を用いる電気機器が、リチウムイオン電池等の二次電池を用いた電池パックにて駆動されるようになり、電気機器のコードレス化が進んでいる。例えば、モータにより先端工具を駆動する手持ち式の電動工具においては、複数の二次電池セルを収容した電池パックが電源として用いられ、電池パックに蓄電された電気エネルギーにてモータ等の負荷装置を駆動する。電池パックは電動工具本体に着脱可能に構成され、電池パックは放電によって電圧が低下したら電動工具本体から取り外されて、外部充電器を用いて充電される。このような電池パックの例として特許文献１の技術が知られている。特許文献１の電池パックでは、定格電圧３．６Ｖのリチウムイオン二次電池のセルを４本直列に接続し、それらを二組準備して並列接続することにより定格電圧１４．４Ｖの電池パックを実現している。電池パックの上ケースの左右両側には、電池パックの装着方向に向けて平行に延びる２本のレール部が設けられ、レール部の後方側の左右には電池パックが電動工具から脱落しないように保持するラッチ機構が設けられる。

特開２０１４－２１６２８４号公報特開２０１３－１０５７２６号公報

コードレス型の電気機器においては所定の稼働時間の確保や、所定の出力が要求され、二次電池の性能向上に伴い高電圧化や高出力化が図られてきた。一方で、高い出力よりもコンパクトで軽量な電気機器の電源用途の要求も高まっている。コンパクトで軽量な電気機器では、定格電圧７．２Ｖや１０．８Ｖ程度で動作するため、二次電池としてリチウム電池のセルを用いる場合は、１８６５０サイズ等の電池セルを２本又は３本直列接続すれば良い。電位セルを３本収容する電池パックを実現する際には、電池セルをどのように配置するかが問題になる。出願人による従来の１０．８Ｖの電池パックでは、特許文献２に示すように２本の電池セルを水平方向に配置し、１本を鉛直方向に配置するようにし、電動工具の下方から上方に、即ち鉛直方向に電池パックを移動して電動工具に装着するようにしていた。この際、鉛直方向に配置される電池セルの収容部分を電池パックの装着をガイドするためのガイド部として利用していた。しかしながら、電動工具の小型・軽量化の要求に伴い、特許文献２のような電池パックを更に小型化したいという要望があった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、電池パックの電池セル及びラッチ部の配置を工夫して寸法を抑えてコンパクトな形状とした電池パック及びその電池パックを用いた電気機器を提供することにある。
本発明の他の目的は、レール方向に対する電池セルの配置方向を変更することによって、左右両側に設けられるラッチ機構を効率良く配置した電池パック及びそれを用いた電気機器を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、電池パック内に収容される回路基板の形状を改良して実装効率を向上させた電池パック及びそれを用いた電気機器を提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的な特徴を説明すれば次のとおりである。
本発明の一つの特徴によれば、上ケースと下ケースによって構成されるハウジングを有し、ハウジングには前後方向に２本の略平行なレール部が設けられ、電気機器本体に形成されるレール溝に案内されることにより電気機器本体に対して前後方向にスライドして着脱される電池パックにおいて、長手軸が前後方向と一致するようにハウジング内に並べて収容される複数の円柱状の電池セルと、ハウジングの左右両側に配置される２つのラッチ部とを備え、ラッチ部はそれぞれ、電気機器本体に形成される係合部に係合する爪部と、爪部を操作するよう前後方向と交差する左右方向に移動する操作部を備える。ラッチ部の爪部は、上下方向において電池セルより上側に位置し、操作部は上下方向において電池セルの上側から電池セルの側方に亘って延びるように形成される。ラッチ部を左右方向からみた際には、その操作部の一部は電池セルと重なるように位置するように配置される。つまり、電池セルと操作部の上下方向における位置が部分的に重なることになる。また、操作部は操作された状態においてハウジングの左右両端位置から左右方向外側に突出しないように配置される。

本発明の他の特徴によれば、レール部は左右両端に配置される電池セルの上側領域内に配置され、爪部は左右両端に配置される電池セルの上側領域内で左右方向に移動し、操作部は上側領域よりも左右方向外側部分にて移動するように構成される。また、操作部はバネ手段によって左右方向外側に向けて付勢され、レール部の近傍に設けられる爪部はバネ手段によってハウジングの開口から外側に突出する。操作部が作業者によってバネ手段の付勢力に抗して押されている状態では、爪部は下側に位置する電池セルの径方向中心より内側にまで移動可能とされる。操作部の下側部分には電池セルの外周面を避けた回避部が形成される。

本発明のさらに他の特徴によれば、電池セルは合成樹脂製のセパレータによって固定され、セパレータの上側には制御回路を搭載する回路基板が固定され、回路基板は左右両端に配置される電池セルの左右中心位置よりも内側部分に配置される。回路基板は電子素子やセンサー等を搭載するものであって、前後方向にみてラッチ部の前方側から後方側にまで延び、ラッチ部の可動範囲を避けるように左右両側に切り欠き部を設けることによって、回路基板とラッチ部を上下方向に重なるように配置される。また、回路基板の切り欠き部を設けた幅狭部よりも前側部分に、電気機器本体の端子に接続される複数の接続端子が固定され、幅狭部に電池セルの負荷状態を監視するマイコンを配置し、幅狭部よりも後側部分に電池電圧の表示部を設けた。接続端子の数は例えば５つであって、左右に配置されるレール部に挟まれる領域内に配置すると良い。

本発明によれば、電池パックの電池セル及びラッチ部の配置を工夫して寸法を抑えてコンパクトな形状とした電池パック及びその電池パックを用いた電気機器を提供することができる。
本発明によれば、レール方向に対する電池セルの配置方向を変更することによって、左右両側に設けられるラッチ機構を効率良く配置した電池パック及びそれを用いた電気機器を提供することができる。
本発明によれば、電池パック内に収容される回路基板の形状を改良して実装効率を向上させた電池パック及びそれを用いた電気機器を提供することができる。
本発明によれば、少ない本数の電池セルにて電池パックを構成し、電池セルの向きをレール部と同じ向きにすると共に、電池セルの円柱面の傾斜を利用してその左右２箇所部分にラッチボタンの操作部を配置したので、小型でありながら安定して電気機器本体に保持可能な電池パックを実現できる。
本発明によれば、ラッチ機構の操作部が、上下方向に見て電池セルと重なる（オーバーラップ）するように構成したので、ラッチ機構の操作性を従来の電池パックと同等に保ちながら、電池パックの高さを小さくすることができる。

本発明の実施例に係る電池パック３０を有する電動工具の側面図である。図１の電池パック３０の斜視図である。図２の電池パック３０の分解斜視図である。図２の斜視図であって、上ケース３１の一部を省略して透視図としたものである。図４の透視図を前方側からみた図であって、（１）はラッチボタン６０、７０が操作されていない通常状態の状態を示し、（２）はラッチボタン６０、７０が操作されている状態を示す。ラッチボタン６０、７０と電池セル５６～５８の左右及び上下方向の位置関係を説明するための図であって、電池パック３０の後方側から見た図に相当し、（１）はラッチボタン６０、７０の非操作時（通常状態）の図であり、（２）はラッチボタン６０、７０の操作時の図である。ラッチボタン６０、７０単体の形状を示す図であり、（１）は底面図、（２）は前面図、（３）は上面図、（４）は側面図である。ラッチボタン６０、７０を取り付けた後の上ケース３１の内側を示す底面図であって、（１）はラッチボタン６０、７０の非操作時（通常状態）の図であり、（２）はラッチボタン６０、７０の操作時の図である。回路基板８０の形状とラッチボタン６０、７０との位置関係を示す部分図であって、（１）は回路基板８０の上面図であり、（２）は回路基板８０の底面図である。本実施例の変形例に係る電池パックの電池セルの配置を示す正面図（一部透視図）であって、（１）は２１７００サイズの電池セルを用いた場合の配置を示し、（２）は電池セルを６本用いた場合の配置を示している。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。本明細書においては、電気機器の一例として電池パックにて動作する電動工具を用いて説明するものとする。電動工具本体側の前後左右の方向は図１に示す方向とし、電池パックの単体で見た際の前後左右、上下の方向は、図２に示す方向であるとして説明する。尚、電池パックの装着方向は、説明の都合上、電動工具本体側を動かさずに電池パック側を移動させる状況を基準とした方向として説明するが、どちら側を移動しても良いことは言うまでも無い。

図１は本発明の実施例に係る電池パック３０を有する電動工具の側面図である。電気機器の一形態である電動工具は、定格電圧１０．８Ｖの電池パック３０を電源としてモータを駆動し、モータの回転駆動力を用いて先端工具や作業機器を駆動する。電動工具は種々の種類の製品が実現されているが、図１で示す電動工具本体１は先端工具保持部８に装着される図示しないビットやソケットレンチ等の先端工具に回転力や軸方向の打撃力を加えることにより締め付け作業を行うインパクト工具と呼ばれるものである。電動工具本体１は、外形を形成するハウジング２を備える。ハウジング２には、電池パックから供給される電力を消費するモータ（図示せず）とモータの動力を先端工具保持部８に伝達する動力伝達機構を収容する円筒状の胴体部２ａと、胴体部２ａの中心軸方向から略直交方向下方に延在するハンドル部２ｂと、ハンドル部２ｂの先端に拡径部２ｃが形成される。ハンドル部２ｂの一部であって作業者が把持した際に人差し指があたる付近には、トリガ状の動作スイッチ６が設けられる。動作スイッチ６の上方には、モータの回転方向を正方向又は逆方向に切り換えるための正逆切替えレバー７が設けられる。拡径部２ｃは、電池パック３０を装着する為にハンドル部２ｂよりも径を大きく形成した部分であって、拡径部２ｃの下方には電池パック３０を装着するための電池パック装着部１０が形成される。拡径部２ｃは電池パック３０を保持するために前後方向にある程度の長さを有し、左右方向に対しても電池パック３０の上面の左右方向幅に対応した程度の大きさを有する。電池パック装着部１０であって、電池パック３０と対向する位置には、電池パック３０側に設けられる装着用のレール（後述）と係合するレール溝（図示せず）と電池パック３０側からの電力経路や信号経路を確立するための電気機器側接続端子（図示せず）が形成される。胴体部２ａの前方には動力伝達機構を収容するとともに先端工具保持部８の後部を収容するハンマケース３が設けられる。

電池パック３０の内部には、定格電圧３．６Ｖのリチウムイオン電池のセル３本が直列接続された状態で収容される。電池パック３０の充電は、電動工具本体１から取り外し、外部充電装置（図示せず）に装着して行なわれる。電池パック３０の電動工具本体１に対する装着は、電池パック３０のレールを、電動工具本体１のレール溝に係合させた状態にて、矢印に示す電池パック装着方向に電池パック３０をスライドさせて相対移動させる。電池パック３０が電動工具本体１の規定位置まで移動されると、後述するラッチ機構が動作して電池パック３０と電動工具本体１が相対移動しないように固定される。電池パック３０を電動工具本体１から取り外すには、作業者は左右両側に位置するラッチボタンの操作部６２、７２（図１では７２は見えない）を挟むようにして内側に押し込み、その押し込んだ状態を維持しながら、電池パック３０を装着方向と反対向きに移動させる。

図２は本発明の実施例に係る電池パック３０の斜視図である。電池パック３０の筐体は、上下方向に分割可能な下ケース５１と上ケース３１により形成される。下ケース５１と上ケース３１は電気を通さない部材、例えばプラスチック等の合成樹脂製とし、下ケース５１側から上側に向けて挿入される４本の図示しないネジによってお互いが固定される。上ケース３１の上側部分には、電池パック装着部１０に取り付けるためにレール部、即ち２本のレール３８ａ、３８ｂが形成された電池パックの装着機構が形成される。レール３８ａ、３８ｂは、それらの長手方向が電池パック３０の装着方向と同方向に配置され、上ケース３１の下段面３３から上側に延在する鉛直面３７ａ、３７ｂの上端付近から左右方向に突出するように形成される。長手方向に見てレール３８ａ、３８ｂの前方側端部は開放端となり、後方側の端部は隆起部３６の前側壁面と接続された閉鎖端となる。レール３８ａ、３８ｂは、電動工具本体１の電池パック装着部１０に形成されたレール溝（図示せず）と対応した形状に形成され、レール３８ａ、３８ｂがレール溝と嵌合した状態で、ラッチの爪となる爪部６５（右側の係止部であり図２では見えない）、７５が電動工具本体１側の係止爪（図示せず）等の係合部と係合することにより電池パック３０が電動工具本体１の装着方向に移動できないように固定される。作業者が左右両側にあるラッチボタン６０、７０の操作部６２、７２を押と、ラッチボタン６０、７０に連動して移動する爪部６５、７５が鉛直面３７ａ、３７ｂよりも内側に移動して電動工具本体１側に形成された係止爪（図示せず）との係止状態が解除されるので、その係止状態が解除されたまま電池パック３０を装着方向と反対側に移動させれば電池パック３０を電動工具本体１から取り外すことができる。

上ケース３１の前方側には平らな下段面３３が形成され、下段面３３から前側には略鉛直方向に延びる前面３２ａが形成される。下段面３３から外側に向かう左右両側には、斜め下方に向かう右斜面３２ｃと左斜面３２ｄが形成される。前面３２ａ（図１参照）はほぼ鉛直面に近いように形成されるが、右斜面３２ｃと左斜面３２ｄの傾斜角は大きめに構成される。この形状は、レール３８ａ、３８ｂの左右方向の幅Ｗ_Ｒ（後述する図８参照）が電池パック３０の幅Ｗ（後述する図８参照）よりも十分狭く構成したためである。下段面３３の内側部分には下段面３３よりも高く形成された上段面３５が形成される。レール３８ａ、３８ｂに挟まれる領域における下段面３３と上段面３５の境界は階段状に形成され、それらの接続部分は鉛直面を有する段差部３４となっている。段差部３４から上段面３５の前方部分に渡ってスロット群配置領域４０（後述する図３参照）になり、段差部３４の鉛直面から後方側に延びる複数のスロット４１～４５が形成される。スロット４１～４５は電池パック装着方向に所定の長さを有するように切り欠かれた部分であって、この切り欠かれた部分から内側部分には、電動工具本体１又は外部の充電装置（図示せず）の機器側端子と嵌合可能な複数の接続端子（図３にて後述）が配設される。スロット４１～４５は下段面３３側に沿って移動される電動工具本体側の板状のターミナルが、挿入可能なような形状とされる。

スロット４１～４５は、電池パック３０の右側のレール３８ａに近い側のスロット４１が正極端子（＋端子）の挿入口となる。また、電池パック３０の左側のレール３８ｂに近い側のスロット４５が負極端子（－端子）の挿入口となる。電池パック３０では通常、電力を伝達するための電力端子の正極側と負極側を十分離すようにして配置するもので、一番右側に正極端子を設けて、一番左側に負極端子を設ける。正極端子と負極端子の間には、電池パック３０と電動工具本体１や外部の充電装置（図示せず）への制御に用いる信号伝達用の複数の信号端子が配置され、ここでは信号端子用の３つのスロット４２～４４が電力端子群の間に設けられる。スロット４２は電池パック３０の識別情報となる信号を電動工具本体又は充電装置に出力するためのＴ端子用の挿入口である。スロット４３は外部の充電装置（図示せず）からの制御信号が入力されるためのＶ端子用の挿入口である。スロット４４は電池パック３０内に含まれる後述する電池保護回路による異常停止信号を出力するＬＤ端子用の挿入口である。

上段面３５の後方側には、上段面３５よりもわずかに上側に隆起するように形成された隆起部３６が形成される。隆起部３６は、左右方向に平行移動するラッチ機構（ラッチ部）のラッチボタン６０、７０の移動空間をその内部に確保するために形成され、ラッチボタン６０、７０の移動空間と干渉しない隆起部３６の左右中央付近には、窪み状とされたストッパ部４６が形成される。ストッパ部４６は、電池パック３０を、電池パック装着部１０に装着した際に、電池パック装着部１０に形成された突起部（図示せず）が突き当たる突き当て面となるもので、突起部がストッパ部４６に当接するまで電池パック３０が電動工具本体１に挿入されると、電動工具本体１に配設された複数の端子（機器側端子）と電池パック３０に配設された複数の接続端子（図３にて後述）が良好に接触して導通状態となる。また、電池パック３０のラッチ機構が作用して、電池パック３０が脱落しないようにロックする。ストッパ部４６の内側には、電池パック３０の内部とつながる冷却風取入口たるスリット４７が設けられる。スリット４７は、電池パック３０を図示せぬ充電装置に連結して充電を行う際に、電池パック３０の内部に冷却用の空気を強制的に流すために用いられる風窓であって、電池パック３０内に取り込まれた冷却風は下ケース５１の前方壁に設けられた排気用の風窓たるスリット（図２では図示していない）から外部に排出される。　　

図３は電池パック３０の分解斜視図である。電池パック３０は３本の電池セル５６～５８の長手軸Ｂ１方向が同じ方向となるように左右方向に並べた状態で、上ケース３１と下ケース５１によって構成されるハウジング内に収容したものである。電池セル５６～５８は直径１８ｍｍ、長さ６５０ｍｍのいわゆる“１８６５０サイズ”と呼ばれる円柱形のリチウムイオン２次電池である。ここでは電極の形状や隣接する電極との接続用の接続タブの図示を省略しているが、隣接する電池セル５６と５７、電池セル５７と５８は正極と負極の配置が前後方向に逆になるようにして、隣接する電極間を金属プレート等で接続することによって、電池セル５６～５８を直列接続する。電池セル５６～５８は、合成樹脂等の不導体で構成されたセパレータ９０にて固定される。セパレータ９０は電池セルの両端部となる前後両側だけが開口するようにして電池セルを保持すると共に、上部に回路基板８０を固定するための基台として機能する。セパレータ９０は、高さ方向の略半分程度が下ケース５１の内部空間に収容される。

下ケース５１は上側に開口面を有する合成樹脂製であって、電池セル５６～５７が前後方向及び左右方向に移動しないように、底面側には隆起部５３ａ、５３ｂが形成される。隆起部５３ａ、５３ｂを設ける目的は、セパレータ９０を安定的に保持して電動工具の使用時の振動によって電池セル５６～５７やセパレータ９０ががたつかないように保持するためである。従って、本実施例の下ケース５１のような底面外側から内側に山状に形成された窪みを形成することにより実現しても、外面（底面）はフラットな形状で構成して内壁面にリブ状の部材を設けるようにして形成しても良い。上ケース３１の周囲の４箇所にはネジボス４８ａ～４８ｄ（但し４８ｃは見えない）が形成され、下ケース５１の周囲の４箇所にはネジ穴５４ａ～５４ｄ（但し５４ｃは見えない）が形成される。これらネジによって下向きに開口を有する上ケース３１と上向きに開口を有する下ケース５１が図示しないネジによって固定される。

回路基板８０は、装着される電気機器本体側の端子と接続するための金属製の接続端子８１～８５を固定するためと、電池セル５６～５８の放電状態及び充電状態を監視する制御部（制御回路）を構成する電子素子やセンサーを搭載するためと、電池の残量表示のための電池電圧チェック部品を搭載するために主に用いられる。電池電圧チェック部品は、回路基板８０の後方の左右方向に細長い面に搭載されるもので、プッシュ式のスイッチ８７と、４つの発光手段８８ａ～８８ｄからなる表示部で構成される。ここでは発光手段８８ａ～８８ｄとして発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられ、電池パック３０の外側から操作可能とされるスイッチ８７が押下されたら、電池セル５６～５８の残量に応じた数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が点灯する。これらの点灯は、制御部に含まれる後述するマイコンによって制御される。スイッチ８７は上ケース３１の外部から操作可能であり、上ケース３１の後面３２ｂの上方には、スイッチ８７のプランジャ８７ｂを押圧可能とする可動片３９ａが設けられる。また、発光手段８８ａ～８８ｄの点灯状況を外部から容易に視認できるようにするための貫通穴３９ｂ～３９ｅが上ケース３１に形成される。

電池パック３０の小型・軽量化のために、回路基板８０はできるだけ小さく設計される。回路基板８０の中央付近の左右両側には、大きく内側に切り欠いた切り欠き部たる凹部８０ｄ、８０ｅが形成される。凹部８０ｄ、８０ｅを設けたのは、ラッチボタン６０、７０の移動範囲と干渉しないようにするためである。回路基板８０には２つのネジ穴８０ｆ、８０ｇ（但し８０ｆは図３では見えない）が形成され、図示しない２本のネジによって回路基板８０はセパレータ９０のネジボス９３ａ、９３ｂに固定される。セパレータ９０には、さらに回路基板８０の一部を安定的に固定するために、セパレータ９０の壁面から上方に延びて、凹状の段差部を有する固定基台９１ａ、９１ｂ、９２ａ、９２ｂが形成される。固定基台９１ａ、９１ｂ、９２ａ、９２ｂはセパレータ９０とともに合成樹脂の一体成形で製造される。回路基板８０の凹部８０ｄ、８０ｅに挟まれた幅狭部の前方側には、略長方形の前方側領域が配置され、左右方向に５つの接続端子８１～８５が配置される。

上ケース３１の左斜面３２ｄから隆起部３６の左側側面にかけて、ラッチボタン７０が貫通するための大きな開口穴３１ｂが形成される。同様にして上ケース３１の右斜面３２ｃから隆起部３６の右側側面にかけて、ラッチボタン６０が貫通するための大きな開口穴（図では見えない）が形成される。隆起部３６の前方側に位置する上段面３５の点線で囲む部分にはスロット群配置領域４０が形成される。本実施例の電池パック３０ではスロット群配置領域４０の前端部分と、レール３８ａ、３８ｂの前端部分を一致又は近接させるのでは無く、スロット群配置領域４０の前端部分から前方側に大きくレール３８ａ、３８ｂが延在するように構成した。このようにレール３８ａ、３８ｂの長さを長くすることによって、１８６５０サイズの電池セルを３本だけ収容するという小型の電池パック３０でありながら、レール部分の有効長を大きくすることが可能となり、電池パック３０の装着安定性を向上できる。レール３８ｂを保持する鉛直面３７ｂの後端付近には、ラッチ機構の爪部７５が上ケース３１の鉛直面３７ｂより外側に突出することができるように貫通穴３８ｃが設けられる。同様にしてレール３８ａ側にも、鉛直面３７ａの後端付近に貫通穴が形成される。

ラッチ機構は、ラッチボタン６０、７０と、ラッチボタン６０、７０を所定範囲内で移動できるようにして上ケース３１の内壁に固定する為の取付部品６６、７６と、ラッチボタン６０、７０を、上ケース３１の内側から外側方向に付勢するためのバネ手段たるスプリング６８、７８と、取付部品６６、７６を上ケース３１にネジ止めするための図示しないネジによって構成される。ラッチ機構を上ケース３１の内側に固定し、電池セル５６～５８を収容して回路基板８０を固定したセパレータ９０を下ケース５１の内部に収容したあとに、上ケース３１と下ケース５１を合わせるようにして電池パック３０は組み立てられる。取付部品６６、７６はスプリング６８、７８の内側端部の突き当て面を形成すると共に、スプリング６８、７８を保持するために円弧面６７ａ、７７ａを有する摺動保持面６７、７７が接続される。取付部品６６、７６にはネジ穴６６ａ、７６ａが形成される。

図４は電池パック３０の斜視図であり、上ケース３１の一部を省略して透視状態としたものである。回路基板８０の前端の左右両側の角部は、固定基台９１ａ、９１ｂによって安定的に保持される。回路基板８０の上側には５つの接続端子８１～８５が固定される。接続端子８１～８５は、導電性の金属からなる平板をプレス加工によって切り抜いたのちに、Ｕ字形に曲げて形成したものである。Ｕ字状の底となる部分が後方の鉛直面となり、右側側面と左側側壁の上方から前方側に延びる腕部が形成される。左右の一対の腕部は、板状の電気機器側端子を左右から挟み込むように嵌合する。接続端子８１～８５の右側側面と左側側壁の下側には、回路基板を貫通して回路基板の裏側に延びる脚部が形成され、脚部を回路基板８０の裏面（下側面）にて半田付けすることによって接続端子８１～８５が回路基板８０に固定されると共に配線パターンへ接続される。ここで接続端子８１～８５が占める範囲が、右側に位置する電池セル５６の中心軸線Ｂ１（図３参照）よりも内側（左側）に位置し、左側に位置する電池セル５８の中心軸線Ｂ１（図３参照）よりも内側（右側）に位置する。本実施例では接続端子数を従来の７つから５つに削減したので、接続端子８１～８５の構成部品の大きさを変更すること無く、レール３８ａと３８ｂの間隔を狭くすることができ、その結果、ラッチボタン６０、７０の配置に要する左右方向の幅も小さくできる。上ケース３１の右斜面３２ｃと左斜面３２ｄは、その傾斜が電池セル５６、５７の円筒面に沿うようにして形成されるので、電池セル５６～５８の上側に配置されるレール機構部から下ケース５１への外形の角部を従来よりも滑らかな形状とすることができる。

図５は図４を前方側からみた図であって、（１）はラッチボタン６０、７０が操作されていない通常状態の状態を示す。ここでレール３８ａは右側に配置される電池セル５６の上側領域内に配置され、レール３８ｂは左側に配置される電池セル５８の上側領域内に配置される。爪部６５、７５は、左右両端に配置される電池セル５６、５８の上側領域内で左右方向に移動し、ラッチボタン６０、７０の操作部６２、７２は、電池セル５６、５８の上側領域よりも左右方向外側部分にて移動する。ラッチボタン７０は作業者によって操作されていない通常状態では上ケース３１、下ケース５１の左端部（図では右端）よりも矢印９６に示すようにわずかに左方向に突出する。一方、ラッチボタン７０の下端位置は、矢印９８の向きにセパレータ９０の上面よりも下方に突出する。つまり、電池セル５８の円筒面を利用して左斜面３２ｄを鉛直で無くて傾斜面とし、傾斜面によって確保できた空間にラッチボタン７０の下端部分が到達するようにした。図５（２）はラッチボタン６０、７０が操作されている状態を示す。ラッチボタン７０の左端位置（図では右端）は上ケース３１、下ケース５１の左端部よりも矢印９９に示すように内側に退避する。この際、ラッチボタン７０の下端の位置は、電池セル５８に接近する。尚、図５ではラッチボタン７０側と、上ケース３１及び下ケース５１との位置関係だけを説明したが、右側のラッチボタン６０と、上ケース３１及び下ケース５１との位置関係も同じとなる。本実施例ではレール３８ａ、３８ｂの上下方向の厚さ１３は、鉛直面３７ａ、３７ｂの左右方向厚さ１４と同じに形成した。従来の電池パックでは厚さ１３を厚さ１４に比べて厚くすることによりレールの強度を確保していたが、本実施例ではレール３８ａ、３８ｂの前後長を比較的長く構成した上に収容する電池セル数が減ったため、厚さ１３を従来よりも薄くでき、これにより電池パックの高さＨをわずかながら低くすることができた。

ラッチボタン６０、７０の取り付け位置を、下方に向け電池セル５６～５８に接近するように配置したことによって、隆起部３６の上側の位置が従来よりも低くできる。隆起部３６を設けるのはラッチボタン６０、７０の移動空間を確保するためであるが、ここでは上段面３５と隆起部３６の上端位置の差が矢印９７だけですむ。ここで電池セル５６～５８の高さＨ_Ｂは１８ｍｍであり、ラッチボタン６０、７０の上下方向の幅、即ち操作部６２、７２の占める高さＨ_Ｌは１５．５ｍｍである。ここでは操作部の収容部分の上下方向に占める部分たる高さＨ_Ｌと電池セルの配置部分たる高さＨ_Ｂが、上下方向に見て部分的にオーバーラップするような配置関係なので、電池パック３０の高さＨを３８ｍｍと低く構成できた。尚、従来の電池セルを４～５本使う電池パックにおいては、電池セルをレール３８ａ、３８ｂと交差する方向、即ち左右方向に向けて配置する。そのため、ラッチボタン６０、７０を設ける上下方向位置は、電池セルの上端位置よりも上側、即ち図５で言えば高さＨ_Ｌと高さＨ_Ｂを上下方向にオーバーラップさせることはできない。その場合は電池パックの高さＨ’が最低でも４１ｍｍとなり、本実施例よりも大きくなってしまう。一方、電池パックの高さＨ’を減らすためにラッチボタン６０、７０の上下方向を小さくするということも考えられる。しかしながら、ラッチボタン６０、７０の大きさを小さくすると操作部６２、７２の面積が小さくなり、指で把持する際の突き当て面が小さくなって操作性が悪化し、把持した際の触感も悪くなる。本実施例では、従来から用いられている電池パックと同等の大きさの操作部６２、７２としながら小型化した電池パック３０を実現できた。

図６はラッチボタン６０、７０と電池セル５６～５８の左右及び上下方向の位置関係を説明するための図であって、電池パック３０の後方側から見た図に相当する。図６（１）はラッチボタン６０、７０の非操作時（通常状態）であり、（２）はラッチボタン６０、７０の操作時である。（１）からわかるように、ラッチボタン６０、７０の操作部６２、７２は、上下方向において電池セル５６～５８の上側から電池セル５６、５８の側方に亘って下方に延び、左右方向からみた際に操作部６２、７２の下側の一部は、電池セル５６、５８と重なるように配置される。このように、電池セル５６～５８及びセパレータ９０の上面位置よりも下側にまで操作部６２、７２が到達するように配置するため、ラッチボタン６０、７０の下側には、円柱状の電池セル５６、５８の外周面に沿って湾曲した円弧面６１ａ、７１ａが形成される。円弧面６１ａ、７１ａは、電池セル５６、５８の外周面との接触を避ける回避部でもある。図６（１）のようにラッチボタン６０、７０の非操作時にはセパレータ９０との外面との間に隙間を有する。一方、作業者がラッチボタン６０、７０を把持して図６（２）の矢印１５ａ、１５ｂの方向に押すことによって、ラッチボタン６０は電池パック３０の左右中心の鉛直仮想面Ａ１に接近する。この際、円弧面６１ａはセパレータ９０との外面と当接するか、又は、当接しないまでも接近することになる。ラッチボタン７０側の移動も同様であって、ラッチボタン７０は電池パック３０の左右中心の鉛直仮想面Ａ１に接近する。以上のように、電池セル５６～５８を従来のような横置き（軸線方向が左右向き）でなくて、縦置き（軸線Ｂ１方向が前後方向）とした上で、上下方向に見て電池セル５６～５８とラッチボタン６０、７０の占める上下方向位置をオーバーラップさせたので、ラッチ機構の操作性を従来の電池パックと同等に保ちながら、電池パック３０のサイズ、特に高さ方向をコンパクトに構成できた。

図７はラッチボタン６０、７０単体の形状を示す図であり、（１）は下面図、（２）は前面図、（３）は上面図、（４）は側面図である。図７（１）の下面図において、ラッチボタン６０と７０は左右対称の形状であって、左右中心（図６の鉛直面Ａ１）よりも近い側にスプリング６８、７８の一方の端部が当接するための凹部６１、７１が形成され、左右中心よりも遠い部分に作業者が指で把持するための操作部６２、７２が形成される。ラッチボタン６０、７０の後方側には、上ケース３１の内壁面に沿ってスムーズに摺動可能なように案内面６３、７３が形成される。案内面６３、７３には後方側に突出する鉛直リブ６３ａ、７３ａが形成され、上ケース３１の内側壁面に形成された凹部（図示せず）に係合することによって、ラッチボタン６０、７０の摺動を案内する。ラッチボタン６０、７０の前辺部から前方側に連結アーム６４、７４が延在し、連結アーム６４、７４の前端部付近から左右方向両側に延びる爪部６５、７５が形成される。連結アーム６４、７４は、アーム部６４ａ、７４ａと、水平方向内側に延びる水平リブ６４ｂ、７４ｂによって形成される。水平リブ６４ｂ、７４ｂは、回路基板８０の上面と上ケース３１の内壁面の間に配置されるもので、連結アーム６４の変形抑制のための補強部分として機能する。また、案内面６３、７３、鉛直リブ６３ａ、７３ａ及びそれらと凹部６１、７１を介して前方側で対向する部分が上ケース３１の内壁面と接触しながら摺動することによってラッチボタン６０、７０の摺動時の姿勢を安定させることができる。爪部６５、７５は、連結アーム６４、７４と共に上面視でかぎ状になっており、爪部６５、７５の後方面６５ａ、７５ａが電動工具本体１側、又は、図示しない電気機器本体や外部充電器の爪部、凹部、穴部等に掛止される当接面となる。

図７（２）はラッチボタン６０、７０単体の前面図である。ラッチボタン６０、７０はプラスチック等の合成樹脂の一体成形で製造され、押しボタンとして機能する本体部分に、本体部分と共に移動する爪部６５、７５を連結したものである。ラッチボタン６０、７０の下側は、左右両側に配置される電池セル５６及び５８の外周円筒面に沿うように円弧部６１ａ、７１ａが形成される。水平リブ６４ｂ、７４ｂの上下方向位置は上寄りに配置され、水平リブ６４ｂ、７４ｂの下側に回路基板８０が位置することになる。

図７（３）はラッチボタン６０、７０単体の上面図である。ラッチボタン６０、７０の上側であってスプリング６８、７８の外側端部が位置する付近の上側は、上壁面６１ｂ、７１ｂにてスプリング６８、７８の端部付近を覆うように形成される。図７（４）はラッチボタン７０の側面図である。ラッチボタン７０の操作部７２の側面視は完全な長方形状ではなくて、レール３８ｂに近い部分の角部７１ｃが斜めに切り落とされたような形状とされる。これは、電池パック３０の上段面３５から隆起部３６に至る上ケース３１の形状に沿うような形状とするためである。

図８はラッチボタン６０、７０を取り付けた後の上ケース３１の内壁部分を示す底面図であって、（１）はラッチボタン６０、７０の非操作時（通常状態）であり、（２）はラッチボタン６０、７０の操作時である。レール３８ａ、３８ｂの前後方向の長さＬ_Ｒは、上ケース３１の長さ、即ち電池パック３０の前後長さＬの約半分の長さを占める。一方で、電池パック３０の左右方向幅Ｗに比べてレール３８ａ、３８ｂの幅を比較的小さくして、幅Ｗ_Ｒが小さくてコンパクトなレール機構となるようにした。この結果、電動工具本体１側のレール溝の間隔も狭くすることができ、結果として電池パック装着部１０をコンパクトに形成できたので、電池パック３０の小型化のみならず、電動工具本体側のハンドル部２ｂより下側のサイズを小さくできた。非操作時（通常状態）においてはラッチボタン６０、７０の外側位置（操作部６２、７２の位置）は、上ケース３１の左右両辺よりも外側にわずかに突出する。ラッチボタン６０、７０は、それぞれ上ケース３１にネジ６９、７９によって固定される取付部品６６、７６によって上ケース３１の内壁面側にて保持される。この際、取付部品６６、７６の摺動保持面６７、７７がスプリング６８、７８とラッチボタン６０、７０を保持するので、ラッチボタン６０、７０は左右方向にスムーズに移動することができる。図８（２）に示すように作業者がラッチボタン６０、７０を把持することにより双方をスプリング６８、７８の付勢力に抗して内側に押し込むと、連結アーム６４、７４にて固定される爪部６５、７５も連動して内側に平行移動する。その結果、爪部６５、７５の端部がレール３８ａ、３８ｂの内側よりも内部に退避するので、爪部６５、７５と電動工具本体１側の係止爪（図示せず）との係合状態が解除される。この後、作業者がラッチボタン６０、７０の把持による押下状態を解除した際には、圧縮式のスプリング６８、７８の復元力によって（１）に示す元の位置にラッチボタン６０、７０が復帰する。

上ケース３１の後方には、上ケース３１の外側表面からスイッチ８７のプランジャ８７ｂ（後述する図９参照）を押圧することができるように片持ち式の可動片３９ａが形成される。可動片３９ａは上ケース３１の一部を切り抜くことによってケース外面より突出する凸状の部材を細い支持アームにて上ケース３１と接続したものであるが、これらは上ケース３１と一体に製造される。貫通穴３９ｂ～３９ｅは上面視で長方形の切り抜きであり、これら貫通穴３９ｂ～３９ｅを介して発光手段８８ａ～８８ｄからの光が外部に到達する。尚、可動片３９ａと貫通穴３９ｂ～３９ｅの外面（上ケース３１の外側面）には、可撓性の透明窓を有するフィルムにて覆われる。

図９は回路基板８０の形状とラッチボタン６０、７０との位置関係を示す部分図であって、（１）は回路基板８０の上面図であり、（２）は回路基板８０の底面図である。ここでは回路基板８０に加えて操作されていない通常状態時のラッチ機構の位置も合わせて図示している。回路基板８０の形状は、図３にて示したように、長方形の前方側領域８０ａ内に、５つの接続端子８１～８５が配置され、左右に細長い後方側領域８０ｃ内に、電池電圧チェック部品、即ち、プッシュ式のスイッチ８７と、４つの発光手段８８ａ～８８ｄが設けられる。スイッチ８７は、本体部８７ａから上方に円柱状のプランジャ８７ｂが突出するもので、押下している時だけＯＮ状態となるプッシュスイッチである。前方側領域８０ａと後方側領域８０ｃの間は左右方向に切り欠くような凹部８０ｄ、８０ｅが形成される。凹部８０ｄ、８０ｅは、ラッチボタン６０、７０の左右方向の摺動空間と干渉しないように構成されるものである。凹部８０ｄ、８０ｅに挟まれる領域であって、前方側領域８０ａと後方側領域８０ｃを連結するものであって左右方向の幅が狭く形成された連結領域（幅狭部）８０ｂには、図９（１）に示すようにマイコン９５が搭載される。マイコン９５は、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｕｎｉｔ）やメモリ等を、小型のチップに集積した集積回路であって、樹脂パッケージに封入され、複数の端子を有する。

回路基板８０の幅狭部８０ｂよりも前側部分の前方側領域８０ａのうち、接続端子８１、８５は定格電圧１０．８Ｖの電力供給用に用いられる。この接続端子８１、８５への電力伝達用の配線パターンが前方側領域８０ａ内に配置されることになる。また、接続端子８２～８４を介して電池パック３０が接続される外部装置（電動工具本体１や図示しない電気機器本体、図示しない外部充電器等）との制御信号の伝達用の配線パターンが設けられる。一方、後方側領域８０ｃには、点灯用に電力を必要とする電池電圧チェック部品を搭載している。本実施例では電池パック３０内における電池セルの電圧監視及び制御と、発光手段８８ａ～８８ｄの点灯制御を行うマイコン９５を連結領域８０ｂに配置するようにした。このように連結領域８０ｂにマイコン９５を配置すれば、前方側領域８０ａ側への配線と、後方側領域８０ｃ側への配線が短くて済んで効率的である。また、マイコン９５を搭載するに十分な横方向幅を確保しても、ラッチボタン６０、７０の移動及び取り付け空間を確保でき、凹部８０ｄ、８０ｅの領域内において、ラッチボタン６０、７０の取付部品６６、７６を配置できる。

図１０は本実施例の変形例に係る電池パック１３０の電池セルの配置を示す正面図（一部透視図）であって、（１）は２１７００サイズの電池セルを用いた場合の配置を示す。ここでは本実施例の電池パック３０に、点線にて示すように横方向に３本の２１７００サイズの電池セル１５６～１５７を収容する場合の配置位置を図示している。この図から理解できるように、上ケースの形状は、右斜面３２ｃ、左斜面３２ｄの傾斜をかえて、さらに後面３２ｂを後方側に位置をずらすようにすれば、１８６５０用の電池パック３０とレール機構やラッチ機構、回路基板８０をそのまま用いながら２１７００サイズ用の電池パックを実現できる。尚、ラッチボタン６０、７０だけの形状をわずかに変えて、左右方向への突出量を増やしても良いが、レール３８ａ、３８ｂの位置、接続端子８１～８５の位置、スロット群配置領域４０（図３参照）の形状を図２～図９で示した実施例と同様にすれば、１８６５０サイズの電池セルを用いた電池パック３０と互換性があって大容量の電池パック１３０を容易に実現できる。

図１０（２）は、電池セル５６Ａ～５８Ａに加えて、５６Ｂ～５８Ｂを６本用いた場合の電池パック２３０の配置を示している。セパレータ１９０は上下２段になるように電池セルを保持するように構成する。図１０（２）では上ケースの図示を省略しているが、上ケース３１は図２～図９で示した実施例と全く同じものを用いることができ、下ケースだけをセパレータ１９０を収容できる程度の大きさとすれば良い。電池セル２５６～２５８の３本が直列接続されて第一のセルユニットを構成し、電池セル２５９～２６１の３本が直列接続されて第二のセルユニットを構成し、第一のセルユニットと第二のセルユニットが並列接続されることにより、定格電圧１０．８Ｖの電池パックとなる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、使用する電池セルの本数は任意であり、円柱状の電池セルの軸線が前後方向になるように電池セルを並べる電池パックあれば、左右両端の電池セルの外面を利用して使いやすい大きさのラッチボタンを上下方向にオーバーラップさせるように配置することができる。また、レールの横方向位置も、左右両端の電池セルの中心位置よりも内側に配置すれば、レール機構部がコンパクトな電池パックを実現できる。

１…電動工具本体、２…ハウジング、２ａ…胴体部、２ｂ…ハンドル部、２ｃ…拡径部、３…ハンマケース、６…動作スイッチ、７…正逆切替えレバー、８…先端工具保持部、１０…電池パック装着部、３０…電池パック、３１…上ケース、３１ｂ…開口穴、３２ａ…前面、３２ｂ…後面、３２ｃ…右斜面、３２ｄ…左斜面、３３…下段面、３４…段差部、３５…上段面、３６…隆起部、３７ａ，３７ｂ…鉛直面、３８ａ，３８ｂ…レール、３８ｃ…貫通穴、３９ａ…可動片、３９ｂ～３９ｅ…貫通穴、４０…スロット群配置領域、４１～４５…スロット、４６…ストッパ部、４７…スリット、４８ａ～４８ｄ…ネジボス、５１…下ケース、５３ａ，５３ｂ…隆起部、５４ａ～５４ｄ…ネジ穴、５６～５８…電池セル、５６Ａ～５６Ｃ…電池セル、６０，７０…ラッチボタン、６１，７１…凹部、６１ａ，７１ａ…円弧部、６１ｂ，７１ｂ…上壁面、７１ｃ…角部、６２，７２…操作部、６３，７３…案内面、６３ａ，７３ａ…鉛直リブ、６４，７４…連結アーム、６４ａ，７４ａ…アーム部、６４ｂ，７５ｂ…水平リブ、６５，７５…爪部、６６，７６…取付部品、６６ａ，７６ａ…ネジ穴、６７，７７…摺動保持面、６７ａ，７７ｂ…円弧面、６８，７８…スプリング、６９，７９…ネジ、８０…回路基板、８０ａ…前方側領域、８０ｂ…連結領域（幅狭部）、８０ｃ…後方側領域、８０ｄ，８０ｅ…凹部、８０ｆ，８０ｇ…ネジ穴、８１～８５…接続端子、８７…スイッチ、８７ａ…本体部、８７ｂ…プランジャ、８８ａ～８８ｄ…発光手段、９０…セパレータ、９１ａ，９１ｂ，９２ａ，９２ｂ…固定基台、９３ａ，９３ｂ…ネジボス、９５…マイコン、１３０…電池パック、１５６…電池セル、１９０…セパレータ、２３０…電池パック、２５６～２６１…電池セル、Ａ１…鉛直面（仮想面）、Ｂ１…（電池セルの）軸線、Ｗ…電池パックの幅、Ｗ_Ｒ…レールの幅

Claims

ハウジングを有し、
前記ハウジングには前後方向に２本の略平行なレール部が設けられ、
電気機器本体に形成されるレール溝に案内されることにより電気機器本体に対して前記前後方向にスライドして着脱される電池パックであって、
長手軸が前記前後方向と一致するように前記ハウジング内に並べて収容される複数の円柱状の電池セルと、
前記ハウジングの左右両側に配置される２つのラッチ部と、を備え、
前記ラッチ部はそれぞれ、前記電気機器本体に形成される係合部に係合する爪部と、前記爪部を操作するよう前記前後方向と交差する左右方向に移動する操作部を備え、
前記爪部は、上下方向において前記電池セルより上側に位置し、
前記操作部は、上下方向において前記電池セルの上側から前記電池セルの側方に亘って延び、左右方向からみた際に前記操作部の一部は前記電池セルと重なるように位置することを特徴とする電池パック。
前記電池セルと前記操作部の上下方向における位置が部分的に重なるように配置したことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
前記操作部は作業者によって操作された状態において、前記ハウジングの左右両端位置から左右方向外側に突出しないように配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池パック。
前記レール部は、左右両端に配置される前記電池セルの上側領域内に配置され、
前記爪部は、左右両端に配置される前記電池セルの上側領域内で左右方向に移動し、
前記操作部は、前記上側領域よりも左右方向外側部分にて移動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電池パック。
前記操作部は、バネ手段によって左右方向外側に向けて付勢され、
前記レール部の近傍に設けられる前記爪部は、前記バネ手段によって前記ハウジングの開口から外側に突出するように配置され、
前記操作部が作業者によって前記バネ手段の付勢力に抗して押されている状態において、前記爪部は下側に位置する前記電池セルの径方向中心より内側にまで移動可能としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池パック。
前記操作部は、前記電池セルの外周面を避けた回避部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電池パック。
前記電池セルは、合成樹脂製のセパレータによって固定され、
前記セパレータの上側には制御回路を搭載する回路基板が固定され、
前記回路基板は左右両端に配置される前記電池セルの左右中心位置よりも内側部分に配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電池パック。
前記回路基板は電子素子やセンサー等を搭載するものであって、前後方向にみて前記ラッチ部の前方側から後方側にまで延び、
前記ラッチ部の可動範囲を避けるように左右両側に切り欠き部を設けることによって、前記回路基板と前記ラッチ部を上下方向に重なるように配置されることを特徴とする請求項７に記載の電池パック。
前記回路基板の切り欠き部を設けた幅狭部よりも前側部分に、前記電気機器本体の端子に接続される複数の接続端子が固定され、前記幅狭部に前記電池セルの負荷状態を監視するマイコンを配置し、前記幅狭部よりも後側部分に電池電圧の表示部を設けたことを特徴とする請求項８に記載の電池パック。
前記接続端子の数は５であって、左右に配置される前記レール部に挟まれる領域内に配置されることを特徴とする請求項９に記載の電池パック。
前記請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電池パックと、
前記電池パックを装着可能なレール溝と前記爪部に係止される係止爪を有する電池パック装着部を備えた前記電気機器本体を有し、
前記電気機器本体には前記電池パックから供給される電力を消費する負荷部が内蔵されることを特徴とする電気機器。