JP2004103250A

JP2004103250A - 安全装置及びこれを備えた電気装置

Info

Publication number: JP2004103250A
Application number: JP2002259064A
Authority: JP
Inventors: Daiichi Hashimoto; 橋本　大一; Makito Takigawa; 瀧川　眞喜人; Kazuo Yamazaki; 山崎　和夫; Tamiji Nagai; 永井　民次; Yoshio Takayanagi; 高柳　義夫
Original assignee: Alps Electric Co Ltd; Sony Corp
Current assignee: Sony Corp; Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】電流が供給されているか否かに関わりなく所定の温度で導通状態から非導通状態に切り替わり、かつ、自己復帰後の内部抵抗が小さい安全装置を提供すること、及び、この種の安全装置を備えた二次電池やコンデンサ等の電気装置を提供すること。
【解決手段】電池内に、固定接点１２ａを有する第１の端子板１２と、可動接点１４ａを有するバイメタル片１４と、バイメタル片１４の固定端が固着された第２の端子板１３とを備えた感熱スイッチ４を内蔵する。電池に備えられたキャップ３４と前記第２の端子板１３との接続、及び電池に備えられた発電体３１の正極材と前記第１の電極板１２との接続は、透孔１ａを有する絶縁板１の表裏に取り付けられた第１の電極板２及び第２の電極板３を介して行う。
【選択図】　　　　図９

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安全装置及びこれを備えた電気装置に係り、特に、二次電池やコンデンサなどに備えられる安全装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば二次電池やコンデンサなど電気装置には、充電時又は通電時における発火や破裂を防止するため、内部温度の上昇を感知して回路を遮断する感熱スイッチや内部圧力の上昇を感知して回路を遮断する防爆弁等の安全装置が備えられている。
【０００３】
これらの電気装置に適用される感熱スイッチとしては、薄形にして小型の装置に組込みやすく、かつ、自己復帰形で内部温度が低下した後は自動的に再使用が可能になることから、ポリマ中にカーボンを分散してなる導電性ポリマシートを２枚の電極の間に挟み込んだＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子が多く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、ＰＴＣ素子は、素子温度が上昇しただけでは非トリップ状態（導通状態）からトリップ状態（非導通状態）に切り替わらず、図１０に示すように、素子を所定の温度Ｔ_１で非トリップ状態からトリップ状態に切り替えるためには素子の電極間に所定の電流Ｉ_１が供給されている必要があり、負荷電流と環境温度との複合条件でしか動作しないので、例えば二次電池の過充電時のように、素子の電極間にほとんど電流が流れない状態で素子温度が上昇するという現象が発生した場合には、二次電池への充電電流を断つことができず、二次電池内の電解液や活物質の分解が進んで電池温度が上昇し続けるという不都合がある。
【０００５】
また、ＰＴＣ素子は、図１１から明らかなように、トリップ後に環境温度が低下しても端子間抵抗が飽和値のままであり、電源を取り除くまでその値を示す。電源を取り除くと端子間抵抗は回復するが、トリップ前の初期状態に対して約３倍程度の端子間抵抗値までしか低下しない。そのため、ＰＴＣ素子では、自己復帰後は端子間抵抗が大きく、例えば二次電池の安全装置として適用した場合に取り出せる電流が小さくなるという不都合がある。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の不備を解消するためになされたものであり、その課題とするところは、電流が供給されているか否かに関わりなく所定の温度で導通状態から非導通状態に又は非導通状態から導通状態に切り替わり、かつ、自己復帰後の内部抵抗が小さい安全装置を提供すること、及び、この種の安全装置を備えた二次電池やコンデンサ等の電気装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、安全装置に関しては、第１に、透孔並びに第１及び第２の電極を有する電極板と、前記第１及び第２の電極間に接続された感熱スイッチとを少なくとも備え、前記感熱スイッチが、前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの少なくともいずれか一方に接続される固定接点と、当該固定接点と切離可能に対向配置され、前記第１の電極及び前記第２の電極間を導通可能とする可動接点とを有し、所定の動作温度で前記可動接点と前記固定接点との導通状態が第１の状態から第２の状態に機械的に切り替えられると共に、前記動作温度と温度差をもった所定の復帰温度で前記可動接点と前記固定接点とが前記切り替え前の状態に機械的に切り替えられて自己復帰するという構成にした。
【０００８】
このように、感熱スイッチとして、所定の動作温度で可動接点と固定接点とが第１の状態から第２の状態に機械的に切り替えられるものを用いると、第１の電極と第２の電極との間に電流が供給されているか否かに関わりなく所定の動作温度で接点を第１の状態又は第２の状態に切り替えることができるので、例えば二次電池の過充電にも対応可能な安全装置とすることができる。
【０００９】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、安全装置に関しては、第２に、前記感熱スイッチが、固定接点を有し、前記第１の電極及び前記第２の電極のうちのいずれか一方に接続される第１の端子板と、可動接点を有するバイメタル片と、前記バイメタル片の一端が固定され、前記第１の電極及び前記第２の電極のうちのいずれか他方に接続される第２の端子板と、前記第１及び第２の端子板を一体に保持する絶縁ケースとからなるという構成にした。
【００１０】
このように、感熱スイッチとしてバイメタル片を備えたものを用いると、バイメタル片を備えた感熱スイッチは、自己復帰後も内部抵抗が変化しないので、これが備えられる電気装置の特性を劣化させることがない。また、バイメタル片を備えた感熱スイッチは、動作性が良好で、バイメタル片の動作温度で直ちに非導通状態又は導通状態に切り替わるので、例えば二次電池内の電解液や活物質の過熱を防止でき、電池寿命を確保することができる。加えて、電極板と感熱スイッチとを一体に構成すると、二次電池やコンデンサなどの電気装置への組み込みが容易になるので、安全装置を備えた電気装置の製造を容易なものにすることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、安全装置に関しては、第３に、前記電極板を透孔が開設された絶縁板と当該絶縁板に接着固定された板状の第１及び第２の電極とから構成し、前記絶縁板の表面に前記第１及び第２の電極を埋設するための凹部を形成し、前記第１及び第２の電極を前記凹部内に収納して接着固定するという構成にした。
【００１２】
このように、板状の第１及び第２の電極を備えると、例えば第１及び第２の電極としてめっき膜を用いる場合に比べて安全装置の内部抵抗を低くできるので、これが備えられる電気装置の特性劣化を抑制することができる。また、第１及び第２の電極を絶縁板の表面に形成された凹部内に埋設すると、電極板を薄形化できるので、安全装置の薄形化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、安全装置に関しては、第４に、前記第１及び第２の電極の一部を前記透孔内に突出すると共に、前記透孔内に前記感熱スイッチを配置し、前記感熱スイッチに備えられた第１及び第２の端子板と前記第１及び第２の電極とを電気的に接続するという構成にした。
【００１４】
このように、感熱スイッチを電極板に形成された透孔内に配置すると、電極板上に感熱スイッチを配置し、かつ感熱スイッチの配置部外に透孔を開設する場合に比べて、安全装置の総厚及び平面積を小さくできるので、安全装置の薄形化と小型化とを図ることができる。
【００１５】
一方、本発明は、前記の課題を解決するため、電気装置に関しては、第１に、ケースと、前記ケースの開放部に絶縁性のガスケットを介して被着されたガス抜き孔を有するキャップと、前記ケース、ガスケット及びキャップにて構成される空間内に収納された安全装置とを備え、前記安全装置として、透孔並びに第１及び第２の電極を有する電極板と、前記第１及び第２の電極間に接続された感熱スイッチとを少なくとも備え、前記感熱スイッチが、前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの少なくともいずれか一方に接続される固定接点と、当該固定接点と切離可能に対向配置され、前記第１の電極及び前記第２の電極間を導通可能とする可動接点とを有し、所定の動作温度で前記可動接点と前記固定接点との導通状態が第１の状態から第２の状態に機械的に切り替えられると共に、前記動作温度と温度差をもった所定の復帰温度で前記可動接点と前記固定接点とが前記切り替え前の状態に機械的に切り替えられて自己復帰するものを用いるという構成にした。
【００１６】
このように、電気装置内に安全装置として所定の動作温度で可動接点と固定接点とが第１の状態から第２の状態に機械的に切り替えられるものを用いると、第１の電極と第２の電極との間に電流が供給されているか否かに関わりなく所定の動作温度で接点を第１の状態又は第２の状態に切り替えることができるので、電気装置の安全性をより高めることができる。なお、バイメタル片を備えた感熱スイッチを用いた場合には、バイメタル片は自己復帰後も内部抵抗が変化しないので、特性劣化のない電気装置とすることができる。また、バイメタル片は動作性が良好でバイメタル片の動作温度で直ちに導通状態又は非導通状態に切り替わるので、過熱による寿命劣化のない電気装置とすることができる。加えて、電極板と感熱スイッチとを一体に構成すると、電気装置への組み込みが容易になるので、電気装置の製造を容易なものにすることができる。
【００１７】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、電気装置に関しては、第２に、前記安全装置として、前記可動接点と前記固定接点とが前記所定の動作温度で導通状態から非導通状態に機械的に切り替えられると共に、前記動作温度よりも低温の所定の復帰温度で前記可動接点と前記固定接点とが導通状態に自己復帰するノーマルクローズタイプの安全装置を用いるという構成にした。
【００１８】
このように、高温の動作温度で可動接点と固定接点とが導通状態から非導通状態に機械的に切り替えられ、当該動作温度よりも低温の復帰温度で可動接点と固定接点とが導通状態に自己復帰するノーマルクローズタイプの安全装置を用いると、接点部の温度が所定の動作温度まで上昇したときに自動的に電気回路を切断して接点部の温度を下げることができ、かつ、接点温度が所定の復帰温度まで低下したときに自動的に電気回路を復旧して再度通常の充電や通電が可能になるので、二次電池やコンデンサなどの電気装置の安全装置として適する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係る安全装置の第１実施形態例を、図１乃至図６に基づいて説明する。図１は第１実施形態例に係る安全装置の分解斜視図、図２は第１実施形態例に係る安全装置の断面図、図３は第１実施形態例に係る安全装置に備えられるバイメタル片の可動接点を固着した状態の平面図、図４は第１実施形態例に係る安全装置に備えられるバイメタル片の可動接点を固着した状態の側面図、図５は第１実施形態例に係る安全装置に備えられるバイメタル片と従来例に係るＰＴＣ素子とのスイッチング動作特性の比較を示すグラフ図、図６は第１実施形態例に係る安全装置に備えられるバイメタル片と従来例に係るＰＴＣ素子との環境温度依存性及び負荷電流依存性の比較を示すグラフ図である。
【００２０】
図１及び図２に示すように、本例の安全装置は、絶縁板１と、絶縁板の片面に取り付けられた第１の電極２と、絶縁板１の他の片面に取り付けられた第２の電極３と、前記第１及び第２の電極２，３に電気的に接続された感熱スイッチ４とから主に構成されており、前記絶縁板１並びに前記第１及び第２の電極２，３をもって電極板が形成されている。
【００２１】
絶縁板１は、合成樹脂シートなどの絶縁性シートをもって所要の直径を有する円形に形成されており、その中央部には長方形の透孔１ａが開設されている。また、当該絶縁板１の片面には、当該絶縁板１に対する第１の電極２の取付位置を規制するためのリング状の第１凹部１ｂが形成され、当該絶縁板１の他の片面には、当該絶縁板１に対する第２の電極３の取付位置を規制するための略コの字形の第２凹部１ｃが形成されている。第１凹部１ｂの深さ及び第２凹部１ｃの深さは、それぞれ第１の電極２の厚さ及び第２の電極３の厚さとほぼ等しい値に設定される。
【００２２】
第１の電極２は、良導電性の金属材料をもってリング状に形成されており、内周の一部には、感熱スイッチ４を接続するための突起状の接続部２ａが内向きに形成されている。当該第１の電極２は、外径が前記絶縁板１の外径よりも小さく形成され、内径が前記絶縁板１に開設された透孔１ａの長さよりも大きく形成されている。また、前記接続部２ａは、当該第１の電極２を前記第１凹部１ｂ内に嵌入したとき、前記透孔１ａ内に突出可能な幅及び長さに形成される。
【００２３】
第２の電極３は、導電性の金属材料をもって略コの字形に形成されており、中央部の内端３ａが感熱スイッチ４を接続するための接続部になっている。当該第２の電極３は、外径が前記第１の電極２の内径よりも小径に形成され、相対向する２辺３ｂ，３ｃの間隔が前記絶縁板１に開設された透孔１ａの幅よりも大きく形成されている。
【００２４】
したがって、絶縁板１を介してその表裏両面に第１の電極２と第２の電極３とを取り付けたとき、これらの各電極２，３が上下に重なり合わず、実用上十分な絶縁性が保たれる。また、絶縁板１に開設された透孔１ａ内に第１の電極２に形成された接続部２ａと第２の電極３に形成された接続部３ａとが突出されるので、感熱スイッチ４の接続が可能になる。
【００２５】
感熱スイッチ４は、図２に示すように、絶縁ケース１１と、当該絶縁ケース１１に保持された第１及び第２の端子板１２，１３と、第２の端子板１３に一端が固着されたバイメタル片１４と、前記絶縁ケース１１の上部を覆うカバー１５とから主に構成されている。
【００２６】
絶縁ケース１１は、合成樹脂などの絶縁材をもって上面が開口された箱形に形成されている。当該絶縁ケース１１の内底には、第１の端子板１２及び第２の端子板１３の一端部が所定の間隔を隔てて対向に取り付けられており、また、これら第１及び第２の端子板１２，１３の中間部には、半球状の支持突起１１ａが上向きに突出形成されている。なお、当該絶縁ケース１１の長さは、前記絶縁板１に開設された透孔１ａの長さよりも小さく形成され、当該絶縁ケース１１の幅は、前記絶縁板１に開設された透孔１ａの幅よりも小さく形成される。
【００２７】
第１の端子板１２は、リン青銅などの良導電性の金属材料をもって形成されており、その一端部には、銀酸化錫などからなる固定接点１２ａが圧入固着されている。当該第１の端子板１２は、固定接点１２ａが圧入固着された一端部を絶縁ケース１１内に配置し、他端部を絶縁ケース１１外に突出した状態で、絶縁ケース１１に取り付けられる。
【００２８】
第２の端子板１３は、リン青銅などの良導電性の金属材料をもって形成されており、その一端部には、バイメタル片１４を取り付けるための突出部１３ａが形成されている。当該第２の端子板１３は、突出部１３ａが形成された一端部を絶縁ケース１１内に配置し、他端部を絶縁ケース１１外に突出した状態で、絶縁ケース１１に取り付けられる。これら第１の端子板１２及び第２の端子板１３は、インサートモールドなどの方法によって、絶縁ケース１１の製造時に絶縁ケース１１と一体化することができる。
【００２９】
バイメタル片１４は、熱膨張率が高い金属板と熱膨張率が低い金属板との貼り合わせ材をもって形成される。その一端部には、銀酸化錫などからなる可動接点１４ａがレーザ溶接等によって固着され、他端部には、前記第２の端子板１３に形成された突出部１３ａを嵌入するための透孔１４ｂが開設されている。また、可動接点１４ａの固着部と透孔１４ｂの開設部との間の中間部には、図３及び図４に示すように、ドーム状に湾曲した反転部１４ｃが形成されている。当該バイメタル片１４は、透孔１４ｂ内に前記突出部１３ａを嵌入した後、透孔１４ｂの周囲と前記突出部１３ａとをレーザ溶接等することによって前記第２の端子板１３と一体化され、可動接点１４ａが前記第１の端子板１２に形成された固定接点１２ａと対向に配置される。
【００３０】
バイメタル片１４の作動温度は、各金属板の材質や形状（特に、反転部１４ｃの形状）を変更することによって精度良く設定することができるが、二次電池の充電装置に備えられる安全装置のバイメタル片１４としては、電池内の電解液や活物質の過熱を防止して電池寿命を確保するため、図５に実線で示すように、昇温時には設定温度（動作温度）Ｔｓで固定接点１２ａと可動接点１４ａとが導通状態から非導通状態に切り替えられ、冷却時には設定温度Ｔｓよりも低温の設定温度（復帰温度）Ｔｒで固定接点１２ａと可動接点１４ａとが非導通状態から導通状態に切り替えられるように設定される。また、バイメタル片１４を備えた安全装置は、図６に実線で示すように、ＰＴＣ素子に比べて負荷電流依存性がほとんどなく、負荷電流が供給されていない状態でも所定の環境温度で導通状態から非導通状態に、又は非導通状態から導通状態に切り替わる。
【００３１】
本実施形態例に係るバイメタル片１４には、反転部１４ｃが形成されているので、固定接点１２ａと可動接点１４ａとが接触している状態で、バイメタル片１４が設定温度Ｔｓ以上に昇温されると、図４（ｂ）に示すように、反転部１４ｃが上向きに凸の状態から下向きに凸の状態に反転し、固定接点１２ａと可動接点１４ａとが迅速に切離して、これら各接点間の電気的な接続が断たれる。また、この状態からバイメタル片１４が設定温度Ｔｒ以下に冷却されると、図４（ａ）に示すように、反転部１４ｃが下向きに凸の状態から上向きに凸の状態に迅速に反転し、固定接点１２ａと可動接点１４ａとが接触して、これら各接点が電気的に接続される。図５に示すように、従来例に係るＰＴＣ素子は、自己復帰状態において端子間抵抗値が初期値に戻らず、数Ω程度の端子間抵抗をもつが、本実施形態例に係るバイメタル片１４においては、自己復帰状態において端子間抵抗値が初期状態に戻り、その値も０．０１Ωという極めて小さな値になっている。
【００３２】
カバー１５は、合成樹脂などの絶縁材をもって平板状に形成され、前記絶縁ケース１１の開口部に被着される。これによって、前記絶縁ケース１１内に収納された第１及び第２の端子板１２，１３、バイメタル片１４、固定接点１２ａ及び可動接点１４ａへの塵埃やガスなどの影響が防止される。
【００３３】
以下、第１実施形態例に係る安全装置の組立方法について説明する。
【００３４】
まず、絶縁板１の片面に形成された第１凹部１ｂ内に第１の電極２を収納し、これら絶縁板１と第１の電極２とを接着等によって一体化する。前記したように、第１凹部１ｂの深さは第１の電極２の厚さとほぼ等しい値に設定されているので、図２に示すように、一体化された後の絶縁板１の表面と第１の電極２の表面とはほぼ同一平面となる。また、第１の電極２には、前記したように、所定形状及び所定サイズの接続部２ａが形成されているので、絶縁板１と第１の電極２とを一体化したとき、接続部２ａの先端部が絶縁板１に開設された透孔１ａ内に突出される。
【００３５】
次に、絶縁板１の他の片面に形成された第２凹部１ｃ内に第２の電極３を収納し、これら絶縁板１と第２の電極３とを接着等によって一体化する。前記したように、第２凹部１ｃの深さは第２の電極３の厚さとほぼ等しい値に設定されているので、一体化された後の絶縁板１の表面と第２の電極３の表面もほぼ同一平面になる。また、第２の電極３は、前記したように、所定の形状及び所定のサイズに形成されているので、絶縁板１と第２の電極３とを一体化したとき、中央部の内端（接続部）３ａが絶縁板１に開設された透孔１ａ内に突出される。
【００３６】
しかる後に、感熱スイッチ４を絶縁板１に開設された透孔１ａ内に配置し、感熱スイッチ４に備えられた第１の端子板１２の上面を前記第１の電極２に形成された接続部２ａの下面に、感熱スイッチ４に備えられた第２の端子板１３の下面を前記第２の電極３に形成された接続部３ａの上面に当接し、それぞれ電気的に接続する。第１の端子板１２と接続部２ａとの接続、及び第２の端子板１３と接続部３ａとの接続は、スポット溶接によって行うことができる。これにより第１の電極２と感熱スイッチ４と第２の電極３とが直列に接続されるので、感熱スイッチ４が非導通状態になったときに通電を遮断する安全装置となる。なお、前記したように、絶縁ケース１１の長さ及び幅は、絶縁板１に開設された透孔１ａの長さ及び幅よりもそれぞれ小さく形成されているので、透孔１ａ内に感熱スイッチ４を配置したとき、当該感熱スイッチ４を構成する絶縁ケース１１と透孔１ａとの間には、クリアランスが形成される。このクリアランスは、電気装置内に発生したガスを外部に逃がすためのガス抜き孔として利用される。
【００３７】
第１実施形態例に係る安全装置は、感熱スイッチ４としてバイメタル片１４を備えたものを用いたので、第１の端子板１２と第２の端子板１３との間に電流が供給されているか否かに関わりなく、バイメタル片１４の動作温度で固定接点１２ａと可動接点１４ａとを導通状態から非導通状態に、又は非導通状態から導通状態に切り替えることができ、例えば二次電池の過充電にも対応可能な安全装置とすることができる。また、バイメタル片１４を備えた感熱スイッチ４を用いたので、自己復帰後も内部抵抗が変化せず、これが備えられる電気装置の特性劣化を防止することができる。また、バイメタル片１４を備えた感熱スイッチ４は、ＰＴＣ素子に比べて動作速度が速いので、電気装置の過熱を確実に防止することができる。また、透孔１ａが開設された絶縁板１と、当該絶縁板１の表裏に取り付けられた第１及び第２の電極２，３とを備え、絶縁板１に開設された透孔１ａ内に感熱スイッチ４を配置して、当該感熱スイッチ４に備えられた第１及び第２の端子板１２，１３と絶縁板１の表裏に取り付けられた第１及び第２の電極２，３とを電気的に接続したので、電極板上に感熱スイッチを配置し、かつ感熱スイッチの配置部外に透孔を開設する場合に比べて、安全装置の総厚及び平面積を小さくすることができる。また、板状の第１及び第２の電極２，３を備えたので、例えば第１及び第２の電極としてめっき膜を用いる場合に比べて安全装置の内部抵抗を低くすることができ、電気装置の特性劣化を抑制することができる。また、第１及び第２の電極２，３を絶縁板１の表面に形成された凹部１ａ，１ｂ内に埋設したので、電極板を薄形化することができ、安全装置の薄形化を図ることができる。
【００３８】
なお、バイメタル片１４が動作温度以上の高温から徐冷された場合、その徐冷の条件によっては、反転部１４ｃが上向きに凸の状態に反転しないでバイメタル片１４が下降するという現象を生じ得る。しかしながら、本実施形態例に係る感熱スイッチ４は、絶縁ケース１１の内底に半球状の支持突起１１ａを上向きに突出形成したので、下降したバイメタル片１４の反転部１４ｃが当該支持突起１１ａに当接し、当該支持突起１１ａより加えられる押圧力によって反転部１４ｃが上向きに凸の状態に反転される。よって、固定接点１２ａと可動接点１４ａとを導通状態に復帰でき、電気装置の再通電が可能になる。
【００３９】
次に、本発明に係る安全装置の第２実施形態例を、図７及び図８に基づいて説明する。図７は第２実施形態例に係る安全装置の防爆弁非動作時の断面図、図８は第２実施形態例に係る安全装置の防爆弁動作時の断面図である。
【００４０】
これらの図に示すように、本例の安全装置は、絶縁板１と、絶縁板の片面に取り付けられた第１の電極２と、絶縁板１の他の片面に取り付けられた第２の電極３と、前記第１及び第２の電極２，３に電気的に接続された感熱スイッチ４及び防爆弁２１と、ストリッパー２２とから主に構成されている。なお、絶縁板１、第１の電極板２、第２の電極３及び感熱スイッチ４については、第１実施形態例に係る安全装置と同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
防爆弁２１は、アルミニウム又はニッケル或いはそれらの合金をもって円盤状に形成されており、外周縁よりもやや内方に環状の段部２１ａを有し、当該段部２１ａより垂下した部分に下方に突出する環状の隆起部２１ｂを有する。また、中心部には、隆起部２１ｂよりも下方に突出する突起２１ｃを有し、隆起部２１ｂと突部２１ｃとの間に形成される平坦面２１ｄには、上面に突起２１ｃの付け根部分から放射状に延びる溝２１ｅが形成されており、当該溝２１ｅの形成部が薄肉になっている。
【００４２】
一方、ストリッパー２２は、合成樹脂シートなどの絶縁性シートをもって、中央部に突起挿通孔２２ａを有する円板形に形成されており、その上面には、導電膜２２ｂが被着形成されている。
【００４３】
図７に示すように、防爆弁２１が非動作状態にあるとき、ストリッパー２２の上面に被着された導電膜２２ｂに防爆弁２１に形成された環状の隆起部２１ｂが当接され、かつ、ストリッパー２２に開設された突起挿通孔２２ａ内に防爆弁２１に形成された突起２１ｃが挿入されて、前記導電膜２２ｂと突起２１ｃとが電気的に接続されている。また、防爆弁２１の最外周部は、前記第２の電極板３と電気的に接続されている。さらに、ストリッパー２２の下面と突起２１ｃの下面との間にはリード板２２ｃが橋渡され、それぞれストリッパー２２の下面と突起２１ｃの下面とに溶接されている。したがって、リード板２２ｃ、導電膜２２ｂ、防爆弁２１、第２の電極板３、感熱スイッチ４、第１の電極板２が直列に接続され、感熱スイッチ４又は防爆弁２１のいずれかが非導通状態に切り替えられたときに電気装置への通電を停止する安全装置となる。
【００４４】
電気装置の内圧が何らかの原因によって上昇すると、その圧力を受けて防爆弁２１の中央部が上昇し、図７に示すように、リード板２２ｃが切断される。これによって、防爆弁２１が非導通状態に切り替えられ、電気装置への通電が停止される。また、電池の内圧がさらに高くなると、防爆弁２１の薄肉部が破断し、電気装置内に発生したガスを電気装置外に放出することができる。
【００４５】
なお、前記第１及び第２実施形態例に係る安全装置においては、第１及び第２の電極２，３を板材をもって形成したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、絶縁板１上に形成されためっき膜をエッチングすることや、印刷することによっても形成することができる。また、前記第１及び第２実施形態例に係る安全装置においては、第１の電極２を絶縁板１の表面に、第２の電極３を絶縁板１の裏面に配置したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、他の配置で第１及び第２の電極２，３を形成することももちろん可能である。例えば、第１及び第２の電極２，３の一端を透孔１ａの内面まで延長し、当該透孔１ａの内面で第１及び第２の電極２，３と感熱スイッチ４の端子板１２，１３との電気的接続を図ることもできる。さらに、感熱スイッチ４の端子板１２，１３を絶縁ケース１１の同一方向から外部に導出させると共に、第１及び第２の電極２，３をこれに対応する配列とし、絶縁ケース１１の片側で端子板１２，１３と電極２，３との電気的接続を行うこともできる。
【００４６】
次に、本発明に係る電気装置の一実施形態例を、図９に基づいて説明する。図９は実施形態例に係る電池の要部断面図である。
【００４７】
これらの図に示すように、本例の電池は、発電体３１が収納されたケース３２と、ケース３２の開放部に絶縁性のガスケット３３を介して被着されたキャップ３４と、前記発電体３１、ケース３２、ガスケット３３及びキャップ３４にて構成される空間３５内に収納された絶縁板１、第１の電極２、第２の電極３、感熱スイッチ４、防爆弁２１及びストリッパー２２とから主に構成されている。なお、絶縁板１、第１の電極２、第２の電極３、感熱スイッチ４、防爆弁２１及びストリッパー２２については、第２実施形態例に係る安全装置と同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
発電体３１は、負極材（例えば、金属リチウム箔）と電解液をしみ込ませたセパレータと正極材（例えば、硫化モリブデンを塗布した正極基板）とがこの順に積層された積層体を巻芯３１ａ上に筒状に巻回してなる。この発電体３１の上面には、シート状の絶縁板３１ｂが配置され、前記ストリッパー２２との絶縁が図られている。前記正極材と前記防爆弁２１に設けられたリード板２２ｃとは、リード端子３１ｃを介して電気的に接続される。
【００４９】
ケース３２は、アルミニウム又はニッケル或いはそれらの合金などの良導電性にして加工が容易な金属材料をもって筒状に形成されており、上端の開放部には、絶縁板１、防爆弁２１、ガスケット３３及びキャップ３４を固定するための巻き締め部３２ａが形成されている。このケース３２は、発電体３１の負極材と電気的に接続される。
【００５０】
ガスケット３３は、電池からの液漏れ並びに電池の正極と負極とのショートを防止するためのものであって、絶縁材料、例えば合成樹脂材料によって形成される。
【００５１】
キャップ３４は、ステンレス板などの硬質にして良導電性の金属材料をもって円盤状に形成されており、その一部には、ガス抜き孔３４ａが開設されている。このキャップ３４は、前記第１の電極板２と密着され、前記感熱スイッチ４及び防爆弁２１と直列に接続される。
【００５２】
以下、本実施形態例に係る電池の組立方法について説明する。
【００５３】
まず、ケース３２内に発電体３１を収納し、ケース３２と発電体３１中の負極材とを電気的に接続する。次いで、発電体３１の上面にシート状の絶縁板３１ｂを配置し、発電体３１中の正極材と前記防爆弁２１に設けられたリード板２２ｃとをリード端子３１ｃを介して電気的に接続する。次いで、絶縁板３１ｂの上方に設けられた空間３５内に、ストリッパー２２を絶縁板３１ｂ側にして、絶縁板１、第１の電極２、第２の電極３、感熱スイッチ４、防爆弁２１及びストリッパー２２の組立体を収納する。また、第１の電極板２の上面にキャップ３４を被着する。しかる後に、防爆弁２１の下面とキャップ３４の上面とをガスケット３３を介してケース３２の巻き締め部３２ａにて強固に結合し、第１の電極板２とキャップ３４とを密着して電気的に接続する。したがって、発電体３１中の正極材とキャップ３４とは、リード端子３１ｃ、導電体（導電膜２２ｂ及びリード板２２ｃ）、防爆弁２１、第２の電極３、感熱スイッチ４及び第１の電極２を介して電気的に接続される。
【００５４】
したがって、本例の電池は、電池温度が感熱スイッチ４の動作温度以上に上昇した場合、及び、電池内圧が防爆弁２１の作動圧力以上に上昇した場合に、発電体３１中の正極材とキャップ３４とをつなぐ経路が遮断され、電池の充電が停止されて、それ以上の電池温度の上昇及び電池内圧の上昇が防止される。
【００５５】
本例の電池は、発電体３１、ケース３２、ガスケット３３及びキャップ３４にて構成される空間３５内に温度を検知して充電回路をオンオフする感熱スイッチ４と電池の内圧を検知して充電回路をオンオフする防爆弁２１とを収納したので、電池温度及び電池内圧の異常上昇を防止することができ、電池の安全性及び耐久性を高めることができる。また、感熱スイッチ４としてバイメタル片１４を備えたものを用いたので、図６に示すように、第１の端子板１２と第２の端子板１３との間に電流が供給されているか否かに関わりなく、バイメタル片１４の動作温度で感熱スイッチ４を導通状態から非導通状態に切り替えることができ、電池の過充電を防止することができる。また、バイメタル片１４を備えた感熱スイッチ４は、動作性が良好で、バイメタル片１４の動作温度で直ちに導通状態から非導通状態に切り替わるので、電池内の電解液や活物質の過熱を防止することができ、所要の電池寿命を確保することができる。
【００５６】
なお、前記実施形態例に係る電池は、安全装置として感熱スイッチ４と防爆弁２１の双方を備えたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、安全装置として感熱スイッチ４のみを備えることもできる。
【００５７】
また、前記実施形態例においては、二次電池を例にとって説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、コンデンサ、加湿器、圧力鍋又は炊飯ジャーなどの任意の電気装置に適用することができる。
【００５８】
また、前記実施形態例においては、周囲温度が設定温度Ｔｓよりも上昇したときに固定接点１２ａと可動接点１４ａとが導通状態から非導通状態に切り替えられ、周囲温度が設定温度Ｔｓよりも低温の設定温度Ｔｒ以下になったときに固定接点１２ａと可動接点１４ａとが非導通状態から導通状態に復帰されるように感熱スイッチ４を構成したが（高温動作のノーマルクローズタイプ）、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、周囲温度が第１の設定温度よりも低温になったときに固定接点１２ａと可動接点１４ａとが導通状態から非導通状態に切り替えられ、周囲温度が当該第１の設定温度よりも高温の第２の設定温度以上になったときに固定接点１２ａと可動接点１４ａとが非導通状態から導通状態に復帰されるように感熱スイッチ４を構成することもできる（低温動作のノーマルクローズタイプ）。さらに、かかる構成に代えて、周囲温度が第１の設定温度よりも高温になったときに固定接点１２ａと可動接点１４ａとが非導通状態から導通状態に切り替えられ、周囲温度が当該第１の設定温度よりも低温の第２の設定温度以下になったときに固定接点１２ａと可動接点１４ａとが導通状態から非導通状態に復帰されるように感熱スイッチ４を構成することもできる（高温動作のノーマルオープンタイプ）。加えて、かかる構成に代えて、周囲温度が第１の設定温度よりも低温になったときに固定接点１２ａと可動接点１４ａとが非導通状態から導通状態に切り替えられ、周囲温度が当該第１の設定温度よりも高温の第２の設定温度以上になったときに固定接点１２ａと可動接点１４ａとが導通状態から非導通状態に復帰されるように感熱スイッチ４を構成することもできる（低温動作のノーマルオープンタイプ）。もちろん、本発明に係る安全装置及び電気装置には、前記各タイプの感熱スイッチ４を１種のみ備えることもできるし、同種又は異種の感熱スイッチ４を組み合わせて備えることもできる。
【００５９】
前記ノーマルオープンタイプの感熱スイッチ４を電気装置に備える場合には、固定接点１２ａと可動接点１４ａとが非導通状態から導通状態に切り替えられたときに感熱スイッチ４より制御信号を発生させ、この制御信号を基にして電気装置に設けられた制御回路を介して間接的に電気装置の電源回路を制御するという構成にすることもできる。
【００６０】
その他、本発明の要旨は、感熱スイッチとして機械的にスイッチングするものを用いたことにあるのであって、その他の部分の構成については必要に応じて適宜変更することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、所定の動作温度で可動接点と固定接点とが第１の状態から第２の状態に機械的に切り替えられるものを用いたので、第１の電極と第２の電極との間に電流が供給されているか否かに関わりなく所定の動作温度で接点を第１の状態又は第２の状態に切り替えることができ、例えば二次電池の過充電にも対応可能な安全装置とすることができる。また、感熱スイッチが冷却され、接点が動作前の状態に自己復帰した場合にも、内部抵抗が低レベルに保持されるので、電気装置の特性の劣化を防止することができる。さらに、感熱スイッチとしてバイメタル片を備えたものを用いた場合には、バイメタル片は動作性が良好でバイメタル片の動作温度で直ちに導通状態から非導通状態に切り替わるので、電気装置の過熱を防止でき、電気装置の寿命を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例に係る安全装置の分解斜視図である。
【図２】第１実施形態例に係る安全装置の断面図である。
【図３】第１実施形態例に係る安全装置に備えられるバイメタル片の可動接点を固着した状態の平面図である。
【図４】第１実施形態例に係る安全装置に備えられるバイメタル片の可動接点を固着した状態の側面図である。
【図５】第１実施形態例に係る安全装置に備えられるバイメタル片と従来例に係るＰＴＣ素子とのスイッチング動作特性の比較を示す示すグラフ図である。
【図６】第１実施形態例に係る安全装置に備えられるバイメタル片と従来例に係るＰＴＣ素子の環境温度依存性及び負荷電流依存性の比較を示すグラフ図である。
【図７】第２実施形態例に係る安全装置の防爆弁非動作時の断面図である。
【図８】第２実施形態例に係る安全装置の防爆弁動作時の断面図である。
【図９】実施形態例に係る電池の要部断面図である。
【図１０】ＰＴＣ素子のスイッチング動作特性を示すグラフ図である。
【図１１】ＰＴＣ素子の環境温度依存性及び負荷電流依存性を示す示すグラフ図である
【符号の説明】
１　絶縁板
１ａ　透孔
２　第１の電極板
３　第２の電極板
４　感熱スイッチ
１１　絶縁ケース
１２　第１の端子板
１２ａ　固定接点
１３　第２の端子板
１４　バイメタル片
１４ａ　可動接点
１５　カバー
２１　防爆弁
２２　ストリッパー
２２ｂ　導電膜（導電部）
２２ｃ　リード板（導電部）
３１　発電体
３１ｃ　リード端子
３２　ケース
３３　ガスケット
３４　キャップ

Claims

透孔並びに第１及び第２の電極を有する電極板と、前記第１及び第２の電極間に接続された感熱スイッチとを少なくとも備え、前記感熱スイッチが、前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの少なくともいずれか一方に接続される固定接点と、当該固定接点と切離可能に対向配置され、前記第１の電極及び前記第２の電極間を導通可能とする可動接点とを有し、所定の動作温度で前記可動接点と前記固定接点との導通状態が第１の状態から第２の状態に機械的に切り替えられると共に、前記動作温度と温度差をもった所定の復帰温度で前記可動接点と前記固定接点とが前記切り替え前の状態に機械的に切り替えられて自己復帰することを特徴とする安全装置。
前記感熱スイッチが、固定接点を有し、前記第１の電極及び前記第２の電極のうちのいずれか一方に接続される第１の端子板と、可動接点を有するバイメタル片と、前記バイメタル片の一端が固定され、前記第１の電極及び前記第２の電極のうちのいずれか他方に接続される第２の端子板と、前記第１及び第２の端子板を一体に保持する絶縁ケースとからなることを特徴とする請求項１に記載の安全装置。
前記電極板を透孔が開設された絶縁板と当該絶縁板に接着固定された板状の第１及び第２の電極とから構成し、前記絶縁板の表面に前記第１及び第２の電極を埋設するための凹部を形成し、前記第１及び第２の電極を前記凹部内に収納して接着固定したことを特徴とする請求項１に記載の安全装置。
前記第１及び第２の電極の一部を前記透孔内に突出すると共に、前記透孔内に前記感熱スイッチを配置し、前記感熱スイッチに備えられた第１及び第２の端子板と前記第１及び第２の電極とを電気的に接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の安全装置。
ケースと、前記ケースの開放部に絶縁性のガスケットを介して被着されたガス抜き孔を有するキャップと、前記ケース、ガスケット及びキャップにて構成される空間内に収納された安全装置とを備え、
前記安全装置として、透孔並びに第１及び第２の電極を有する電極板と、前記第１及び第２の電極間に接続された感熱スイッチとを少なくとも備え、前記感熱スイッチが、前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの少なくともいずれか一方に接続される固定接点と、当該固定接点と切離可能に対向配置され、前記第１の電極及び前記第２の電極間を導通可能とする可動接点とを有し、所定の動作温度で前記可動接点と前記固定接点との導通状態が第１の状態から第２の状態に機械的に切り替えられると共に、前記動作温度と温度差をもった所定の復帰温度で前記可動接点と前記固定接点とが前記切り替え前の状態に機械的に切り替えられて自己復帰するものを用いたことを特徴とする電気装置。
前記安全装置として、前記可動接点と前記固定接点とが前記所定の動作温度で導通状態から非導通状態に機械的に切り替えられると共に、前記動作温度よりも低温の所定の復帰温度で前記可動接点と前記固定接点とが導通状態に自己復帰するノーマルクローズタイプの安全装置を用いたことを特徴とする請求項５に記載の電気装置。