JP5044055B2 - パワーパック充電システムおよび電動工具充電システム - Google Patents

Description

本発明は一般に、電動工具、より特定的には電動工具用のパワーパック充電システムに関する。

手持ち式コードレス電動工具に使用するために再充電可能で取外し可能なパワーパックを利用することが一般に知られている。例えば、全て本発明に参考として取り入れている、１９９８年２月１７日付で Bunyea et al に対し発行された「コードレスデバイス用の電池パック保持ラッチ」という名称の米国特許第５, ７１８, ９８５号；１９９７年４月１５日付けで Wheeler et al. に発行された「コードレスデバイス向け電池パック」という名称の米国特許第５, ６２０, ８０８号；１９９５年２月２１日付で Gardner et al. に発行された「コードレス工具の電池ハウジングおよび充電システム」という名称の米国特許第５, ３９１, ９７２号を参照すべきである。

従来のパワーパック電気コネクタおよび充電器は、ニッケルカドミウム（「ＮｉＣｄ」）電池パワーパックで使用するには充分であることが実証されてきたものの、さらに最近になって開発されたニッケル金属水素化物（「ＮｉＭＨ」）電池パワーパックは、異なる充電回路を必要とする。従って、ニッケル金属水素化物パワーパックをニッケルカドミウム充電器内で充電させることは勧められない。充電の非互換性は、パワーパックの損傷を導きかねない。その上、ニッケル金属水素化物パワーパックは、充電中に電池の温度を監視できるようにするため付加的な温度端子を必要とする。

異なる電池タイプを電気的に検出するかまたは特別に作られた電池ケース形態のみを収容するその他の従来の電池対充電器構造も知られている。かかるデバイスは、１９９７年２月１１日付けでアラカワ et alに対し発行された「識別用リセスおよび端子を有する電池パック」という名称の米国特許第５, ６０２, ４５４号；１９９３年４月６日付けでウチダに対し発行された「急速充電制御装置およびその制御方法」という名称の米国特許第５, ２００, ６９０号；および１９９６年４月１７日に公開された「電池デバイスおよび電池デバイス用装荷デバイス」という名称の欧州特許出願第ＥＰ０７０７３５０Ａ１号に記述されている。しかしながら、これらのデバイスはビデオテープレコーダカメラまたはポータブルコンピュータと共に使用される。その上、これらの従来の充電器およびパワーパックは、電池のタイプを検出するため複雑で高価な電子回路を使用し、単純かつ経済的な機械的方法での多数の電池タイプに対する一方向性の充電器互換性を提供するとは思われない。

本発明によると、パワーパック充電システムの好ましい実施形態は、複数のパワーパックタイプと共に使用するための一方向性の互換性充電器構成を含む。本発明のもう１つの態様においては、第１の充電器内では両方のパワーパックタイプを使用できるが、第２の充電器内では一方のパワーパックタイプしか充電できない。本発明のさらにもう１つの態様は、手持ち式のコードレス電動工具のために、異なる電池材料の交換可能なパワーパックを利用している。本発明のさらにもう１つの態様は、完全な電気的接続および１つのパワーパック構造で使用するのに適した充電器によるもう１つのパワーパック構造の充電を防止するための機械的機構を提供する。その上、特定の電気コネクタ形態により、本発明のもう１つの態様においてはパワーパックタイプ間での機械的充電器の互換可能性の差異が提供される。電動工具のための一方向性の互換性パワーパック充電システムの使用方法も同様に提供される。

本発明のパワーパック充電システムは、本発明が、耐久性があり低コストで信頼性の高い機械式電気コネクタ−充電器形態を使用しているという点で従来の構造よりも有利である。本発明のための一方向性の互換性を実現するのに、いかなる可動部品も必要とされない。さらに、本発明は、有利にも、単一の電気コネクタ形態へと多数の特徴を組合わせるものである。例えば、温度センサー電気端子が機械的互換性要素と組合わされている。本発明の構造は、ニッケル金属水素化物およびニッケルカドミウムパワーパックと共に使用するのに理想的に適したフェールセーフ形の一方向性の充電器互換性を実現する。本発明の付加的な利点および特徴は、添付図面と合わせて以下の記述および特許請求の範囲から明らかになる。

ノコギリと共に利用される本発明の好ましい実施態様のパワーパック充電システムのパワーパックを示す斜視図である。 ドリルと共に利用される好ましい実施態様のパワーパック充電システムのパワーパックを示す斜視図である。 好ましい実施態様のパワーパック充電システムを示す分解側面立面図である。 好ましい実施態様のパワーパック充電システムの塔形セルを示す図である。 好ましい実施態様のパワーパック充電システムの電気コネクタを示す斜視図である。 好ましい実施態様のパワーパック充電システムの電気コネクタを示す側面立面図である。 好ましい実施態様のパワーパック充電システムの電気コネクタを示す端面立面図である。 好ましい実施態様のパワーパック充電システムのパワーパックを示す部分的に分解された側面立面図である。 好ましい実施態様のパワーパック充電システムのパワーパックを示す斜視図である。 好ましい実施態様のパワーパック充電システムの充電器を示す斜視図である。 好ましい実施態様のパワーパック充電システムを示す部分的に分解された側面立面図である。 好ましい実施態様のパワーパック充電システムを示す部分的に分解された側面立面図である。 好ましい実施態様のパワーパック充電システムの雌レセプタクルを示す部分的に分解された上面立面図である。 図２のドリルと共に利用される好ましい実施態様のパワーパック充電システムのパワーパックを示す部分的に分解された側面立面図である。 好ましい実施態様のパワーパック充電システムにおいて利用される充電器の電気回路を示す概略図である。 好ましい実施態様のパワーパック充電システムにおいて利用される充電器の電気回路を示す概略図である。 好ましい実施態様のパワーパック充電システムにおいて利用される充電器の電気回路を示す概略図である。 好ましい実施態様のパワーパック充電システムにおいて利用される充電器の電気回路を示す概略図である。 パワーパック充電システムの変形実施態様に示す部分的に分解された側面立面図である。

パワーパック充電システムの好ましい実施態様は、手持ち式の携帯用コードレス電動工具で使用するように意図されている。例えば、好ましい実施態様のパワーパック３１は、図１では、コードレス丸ノコ３３に取付けられた状態で示されている。この同じパワーパック３１は、図２においてコードレス電動ドリル３５に取付けられた状態で示されている。好ましいパワーパック３１は、保護用重合体ケーシング３９（図３参照）の内部に配置されたニッケル金属水素化物（nickel metal hydride） 電池３７（同じく図３も参照のこと）を含んでいる。これらの電池は、電動工具内部の電動モータ４１に通電するため１８ボルト、３. ０アンペア時の直流を供給する。図１９は、ニッケル金属水素化物パワーパック３１の代わりに、差込み式で係合解除可能に電動工具に取付けることのできる変形実施態様のニッケルカドミウム電池パワーパック４３を示している。

ここで図３，４，８および９を参照すると、好ましいパワーパック３１はさらに、塔形セル５１、塔形セルハウジング５３、電池パック３７およびケーシング３９を含んでいる。塔形セル５１には、スペーサ６１、サーミスタ６３、１６ＡＷＧ電線６５および電気コネクタ６７が付け加えられている。サーミスタ６３は、Fenwal Electronics, Keystone ThermometricsまたはAlpha Thermistorから入手することができる。サーミスタ６３は、充電器内のマイクロプロセッサと組合わせた形で、再充電中過熱および電池に対する損傷の可能性を防止するべく電池３７の温度を監視するのに役立つ。

図５−７および１１は、電気コネクタ６７を最も良く例示している。電気コネクタ６７は、平坦な第１の面８３および反対側の段付き面８５を伴うベース８１を有する。ベース８１は一般に半円形状をもつ。保護用リング８７がベース８１の前縁から延び、ベース８１の周囲と組合わさって大体は円形である形状を規定している。ベース８１の前縁とリング８７の内側表面の間には、凹部８９が配置されている。ベース８１から延長構造体９１が直立しており、これには、湾曲した内部表面（図示せず）が備わっている。ベース８１、リング８７および構造体９１は、３３パーセントのガラス充てんナイロンから一体化された単一部品として射出成形される。正の電流端子には、ベース８１から外部に延びるリード線１０１および一般に非導電性ブレード１０５のまわりに巻きつくＵ字形の導線１０３が含まれている。リード線１０１は、それ自体電池３７に接続されている電線６５に電気的に接続されている。負の電流または大地導電端子には、凹部８９内を外部へ突出する分岐したリード線１０７、および導線１０９が含まれている。導線１０９は、もう１つの一般に非導電性のブレード１１１の外部表面のまわりに巻きつけられた全体としてＵ字形の形状をもつ。リード線１０７のくぼみは、塔形セル５１の底部セルに溶接されている。第３の導電性端子は、ベース８１から外部的に突出するリード線１２１および中央にある一般に非導電性のブレード１２５のまわりに全体としてＵ字形に巻きつけられた導線１２３を含んでいる。リード線１２１は、２本の電線を伴うサーミスタ６３（図４、図１１）の一方の電線に電気的に接続されている。そのサーミスタ６３の他方の電線は、塔形セル５１に溶接された導電性プレート２７にはんだづけされている。端子は全て、導電性部分が中に完全に隠され取付けられるような形でベース８１の一部分としてインサート成形される。リード線１０１および１２１は角度的に曲げられ、構造体９１のポケット内に隠されている。端子は全て真ちゅう製である。

さらに、ブレード１０５，１１１および１２５は全て、ベース８１の一部分として射出成形される。これらのブレードは全て互いに全体として平行な形で突出する。導線１０３，１０９および１２３は全て、各ブレードの外部側面１３１の少なくとも一部分が露呈されるような形でそのそれぞれのブレードの片側にオフセットされている。中央ブレード１２５の場合、非導電性側面および先端部の大部分が露呈されている。付加的には、中央ブレード１２５は、隣接するブレード１０５および１１１よりも側方に幅広でしかもわずかに長くなっている。図３および１０〜１３を参照すると、好ましい実施態様の充電器１５１は、プラグおよび電線１５３′を通って受信した交流電流を、パワーパック３１のニッケル金属水素化物電池３７を再充電するための直流電流に変換するように動作可能である。充電器１５１のハウジングには、上部プラスチックカバー１５３および下部プラスチックカバー１５５を含み、その中に内部キャビティを構成している。剛性のプリント回路板１５７がカバー１５３および１５５のキャビティの内部に取りつけられている。塔形セルハウジング５３および電気コネクタ６７のアクセスを可能にするため上部カバー１５３の上部表面の中に凹形開口部１５９が配置されている。塔形セルハウジング５３は、正しくかみ合う心合せを確保するため充電器１５１の開口部１５９と鍵−鍵穴関係になっている。３つのスロット１６３を伴うシェルフ１６１が、開口部１５９の底面に水平に設置されている。電気コネクタ６７の導線１０３，１０９および１２３はスロット１６３を通って突出し、プリント回路板１５７に取付けられたくぎ抜き型雌レセプタクル１７１，１７３および１７５の内部に収容され、それらと電気的に接続されている。レセプタクル１７３は、レセプタクル１７１および１７５により構成された垂直平面から側方にオフセットされている。回路板１５７は米国内での使用のために１２０ボルトを扱うが、標準的な欧州またはアジアの電圧条件に基づき変更可能である。雌レセプタクル１７１，１７３および１７５は好ましくは、ニッケルメッキの施されたりん青銅でできている。

回路板電気回路は図１５〜１８に示されている。交流電流を受信するための電気壁プラグは、２０１として示されている。コンデンサ２０３およびインダクタ２０５がマイクロプロセッサ２０７に接続されている。また、マイクロプロセッサ２０７には、共振器２０９およびＥＥＰＲＯＭ２１１も接続されている。電池パックの充電を表示するため、トランジスタ２１５を介してマイクロプロセッサ２０７に発光ダイオード２１３が接続されている。活線（hot)または正の雌レセプタクルは１７５として示され、負のまたはニュートラルのレセプタクルは１７１として示され、サーミスタレセプタクルは１７３として示されている。その他の抵抗器２２１、ダイオード２２３、ツェナーダイオード２２５も利用される。

本発明のパワーパック充電システムの変形実施態様が図１９に示されている。パワーパック４３は、同じ電動工具に交換可能な形でかみ合うことのできる好ましいパワーパックのものと同様のケーシング２７９の内側に配置された再充電可能なニッケルカドミウム電池２７７を使用する。このパワーパック４３と共に使用される電気コネクタ２８１および第２の充電器２８３は基本的に、米国特許第５, ３９１, ９７２号の中で開示されている通りのものである。このコネクタ２８１は、一対の固体金属の正および負の電気端子２８５および２８７を有する。中央ブレード２８９は、コネクタ２８１のベースの一部として一般に非導電性のプラスチック材料から射出成形される。かくして、中央ブレード２８９は、ニッケルカドミウム充電器２８３のレセプタクル内でパワーパック４３と電気コネクタ２８１とを心合せししっかりと固定するのを補助しながら、単純にシールドとして作用する。その上、ニッケルカドミウムパワーパック４３は、再充電中温度監視を必要とせず、かくしていかなるサーミスタも不要である。

充電器１５１および２８３との関係において異なるパワーパックの種類３１および４３（図１１および１９参照）の一方向性の互換可能性を得ることが望ましい。換言すると、ニッケルカドミウムパワーパック４３は、比較的古い充電器２８３と同様に本発明の充電器１５１においてもインタフェースを成し再充電され得なくてはならない。しかしながら、本発明のニッケル金属水素化物パワーパック３１は、パワーパック温度を監視し検知された温度に応えて必要とあらば電気回路の充電特性を変更する本発明の充電器１５１による充電のみ可能でなくてはならない。しかし、パワーパック３１は、古い方のニッケルカドミウム充電器２８３の中で充電できてはならない。この一方向性の互換性は、外部の正および負の端子の側方幅を拡大させることを含む機械的特性によって、およびニッケルカドミウムパワーパックの完全に導電性で側方により小さい端子２８５および２８７（図１９）と比較すると、該端子２８５および２８７に対応する導線（例えば図４の１０３、１０９）の幅を超えてさらに側方に突出する非導電性のブレード１０５および１１１を利用することによって達成される。かくして、ニッケル金属水素化物パワーパックのより幅広のブレード１０５および１１１は、古い方の充電器２８３のシェルフの中のアクセススロット２９１の小さい方の側面に対し突当たることになり、かくして、単純ではあるもののなおかつ信頼性の高い機械的要領でパワーパック３１の完全な挿入または充電を許さない。アクセススロット２９１の側面は、ニッケルカドミウムパワーパックの中央シールドに加えて端子２８５および２８７を収容するのに充分な大きさしかもたない。

パワーパック充電システムのさまざまな実施態様について開示してきたが、本発明の精神の範囲内でその他の変形態様も利用可能であることもわかるはずである。例えば、レセプタクルおよび突出する端子を充電器とパワーパックの間で逆転させることができる。さらに、開示された外部ブレードの代りにまたはそれに加えて、中央端子／ブレードを特大にすることができる。また、端子の外側で間隔どりされた非導電性の突出部分が、非導電性の突出部分を、異種のパワーパックに対して互換性を保つための機械的な鍵として機能させることもできる。本発明は、また、ネジ回し、低木刈込み機、電気掃除機および調理用ミキサーといったその他の電動工具にも利用可能である。さまざまな材料、形状およびサイズが開示されてきたが、その他の材料、形状およびサイズも容易に代用可能である。本願特許請求の範囲は、本発明の真の精神の範囲内に入る開示した実施態様以外のこれらのおよびその他の変更を網羅するように意図されたものである。

３１ パワーパック
３３ コードレス丸ノコ
３５ コードレス電動ドリル
３７ 電池パック
３９ 保護用重合体ケーシング
４１ 電動モータ
４３ パワーパック
５１ 塔形セル
５３ 塔形セルハウジング
６１ スペーサ
６３ サーミスタ
６５ ＡＷＧ電線
６７ 電気コネクタ
８１ ベース
８３ 第１の面
８５ 段付き面
８７ 保護用リング
８９ 開口部
９１ 延長構造体
１０１ リード線
１０３ Ｕ字形の導線
１０５ 非導電性ブレード
１０７ リード線
１０９ 導線
１１１ 非導電性ブレード
１２１ リード線
１２３ 導線
１２５ 非導電性ブレード
１２７ 導電性プレート
１３１ ブレードの外部側面
１５１ 充電器
１５３ 上部プラスチックカバー
１５５ 下部プラスチックカバー
１５７ 剛性プリント回路板
１５９ 凹形開口部
１６１ シェルフ
１６３ スロット
１７１，１７３，１７５ 雌レセプタクル
２０３ コンデンサ
２０５ インダクタ
２０７ マイクロプロセッサ
２０９ 共振器
２１１ ＥＥＰＲＯＭ
２１３ 発光ダイオード
２１５ トランジスタ
２２１ 抵抗器
２２３ ダイオード
２２５ ツェナーダイオード
２７７ ニッケルカドミウム電池
２７９ ケーシング
２８１ 電気コネクタ
２８３ 第２の充電器
２８５，２８７ 電気端子
２８９ 中央ブレード
２９１ アクセススロット

Claims (30)

1. 手持ち式の装置、
   該装置に接続可能でかつ該装置を通電するのに役立つ第１の再充電可能なパワーパック、
   該装置に接続可能でかつ該装置に通電するのに役立ち、前記パワーパックと共に該装置に互換可能な形で取付けられている第２の再充電可能なパワーパック、および
   前記第１のパワーパックに通電するよう動作可能であり、前記第２のパワーパックを完全に係合させないように、機械的機構によって、機械的に防止されている充電器、
   を備えるパワーパック充電システムであって、該充電器が前記第２のパワーパックに通電することが防止されていることを特徴とするパワーパック充電システム。
2. 前記充電器のインタフェースとなる前記第１のパワーパックの第１の部材、および
   前記第２のパワーパックの第２の部材、
   をさらに備え、該第１の部材は、対応して位置づけされた該第２の部材とは異なる形態を有する請求項１に記載のシステム。
3. 前記の異なる形態というのがサイズのことであり、前記第２の部材が、前記充電器と前記第２のパワーパックの係合を可能にするのには大きすぎるものである請求項２に記載のシステム。
4. 前記第２の部材の幅が前記第１の部材の幅よりも大きい請求項３に記載のシステム。
5. 前記の異なる形態には、前記第１の部材の一部分が導電性をもつものであることおよび前記第２の部材が全て非導電性の部材であることが含まれる請求項２に記載のシステム。
6. 前記充電器内への前記第２のパワーパックの完全な挿入を防止する突出する部材をさらに備える請求項１に記載のシステム。
7. 前記突出する部材のサイズが、前記充電器のこの部材よりも小さい開口部内にはめ合うことを妨げるサイズである請求項６に記載のシステム。
8. 前記第２のパワーパックから突出する少なくとも一対の真直ぐで平行な電気端子をさらに備え、該電気端子のうちの１つが前記突出する部材である請求項７に記載のシステム。
9. 温度監視デバイス、および
   前記第２のパワーパックに取付けられる電気コネクタであって、正の電流端子、負の電流端子および温度監視デバイスに電気的に接続された第３の端子を含み、これらの端子が該第２のパワーパックから外向きに突出しているような電気コネクタ、
   をさらに備える請求項１に記載のシステム。
10. 正の電流端子、負の電流端子およびこれらの端子の間から突出する非導電性のブレードを含む前記第１のパワーパックに取付けられた電気コネクタをさらに備える請求項９に記載のシステム。
11. 前記装置がコードレス電動工具を含む請求項１に記載のシステム。
12. 前記第２のパワーパックがニッケル金属水素化物電池を含み、前記第１のパワーパックが該第２のパワーパックのものとは異なる材料の電池を含む請求項１１に記載のシステム。
13. 両方の前記パワーパックに対して互換的に電流を供給するべく動作可能である第２の充電器をさらに備える請求項１に記載のシステム。
14. 第１のパワーパック、
    第２のパワーパック、
    両方の該パワーパックに対し電流を供給するべく動作可能な第１のデバイス、および
    該第１のパワーパックに対し電流を供給するものの該第２のパワーパックに供給しないように、機械的機構によって、動作可能な第２のデバイス、
    を備える電動工具充電システム。
15. 前記第１のデバイスのインタフェースとなるべく動作可能な前記第１のパワーパックの第１の部材、および
    該第１のパワーパックとの関係において該第１の部材の位置に対応する位置で前記第２のパワーパック上に設置された第２の部材、
    をさらに備え、該第１の部材が該第２の部材と異なる形態を有する請求項１４に記載のシステム。
16. 前記の異なる形態というのがサイズのことである請求項１５に記載のシステム。
17. 前記第２の部材の幅が前記第１の部材の幅よりも大きい請求項１６に記載のシステム。
18. 前記の異なる形態には、一方の前記部材が完全な導電性をもつものであることおよびもう一方の部材の少なくとも一部分が非導電性であることが含まれる請求項１５に記載のシステム。
19. 前記第２のデバイス内への前記第２のパワーパックの完全な挿入を防止する突出する部材をさらに備える請求項１５に記載のシステム。
20. 前記第２の部材のサイズが、前記第１のパワーパックとかみあい可能な前記第２のデバイス内の開口部内にはめ合うことを妨げるサイズである請求項１９に記載のシステム。
21. 前記第２のパワーパックから突出する少なくとも３つの真直ぐな電気端子を備え、該電気端子のうちの少なくとも１つが前記突出する部材である請求項２０に記載のシステム。
22. 温度監視デバイス、および
    前記第２のパワーパックに取付けられる電気コネクタであって、正の電流端子、負の電流端子および温度監視デバイスに電気的に接続された第３の端子を含み、これらの端子が該第２のパワーパックから外向きに突出しているような電気コネクタ、
    をさらに備える請求項１４に記載のシステム。
23. 正の電流端子、負の電流端子およびこれらの端子の間から突出する非導電性のブレードを含む前記第１のパワーパックに取付けられた電気コネクタをさらに備える請求項２２に記載のシステム。
24. 前記パワーパックの突出部分を動作可能でかつ互換性ある形で収容するための凹型の開口部を有する外部のハウジング、
    該ハウジング内に設置された回路板、
    係合可能な前記パワーパックのインタフェースとなるため回路板に接続された一組の電気レセプタクル、および
    該回路板に接続された交流電気プラグ、
    が前記第１のデバイスに含まれている請求項１４に記載のシステム。
25. 前記パワーパックと互換性ある形で係合可能な手持ち式電動工具およびこの工具内に設置された電動モータをさらに備える請求項１４に記載のシステム。
26. 第１のパワーパック、該第１のパワーパックとは異なる材料の第２のパワーパックおよび充電器を有する電動工具用の一方向性の互換形電池再充電システムの使用方法において、
    （ａ）該第１のパワーパックを該電動工具に接続する段階、
    （ｂ）該第１のパワーパックの切断後該電動工具に該第２のパワーパックを接続する段階、
    （ｃ）該充電器により該第１のパワーパックを再充電する段階、および
    （ｄ）該第２のパワーパックが該充電器により充電されるのを、機械的機構によって、機械的に防止する段階、
    を含んでなる方法。
27. 第２の充電器内で両方の前記パワーパックを互換可能な形で再充電する段階をさらに含んでなる請求項２６に記載の方法。
28. 再充電中前記第２のパワーパックの温度を表わす信号を該第２のパワーパックから前記第２の充電器に伝送する段階をさらに含んでなる請求項２７に記載の方法。
29. 前記第２のパワーパックと前記充電器の完全な係合を阻止するべく該充電器の一部に対して該第２のパワーパックの電気コネクタの一部分を突き当てる段階をさらに含んでなる請求項２６に記載の方法。
30. ニッケルカドミウムパワーパックである前記第１のパワーパックを前記充電器により再充電するもののニッケル金属水素化物パワーパックである前記第２のパワーパックが該充電器により再充電されるのを防止する段階をさらに含んでなる請求項２６に記載の方法。

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