JP2009181720A - 電源部の防爆構造および防爆型電池ユニット並びに防爆型ガス警報器 - Google Patents

Abstract

【課題】 二次電池の短絡時における温度上昇の程度を小さく抑制することができて信頼性の高い防爆性能を得ることのできる電源部の防爆構造および防爆型電池ユニット並びに防爆型ガス警報器を提供すること。
【解決手段】 二次電池の外周面において、金属よりなる放熱部材が、少なくとも一部が密着した状態で、配置されることにより、駆動用電源として二次電池が用いられる防爆型機器における電源部の防爆構造が構成される。防爆型電池は、円柱状の二次電池と、この二次電池の外周面において、少なくとも一部が密着した状態で設けられた、金属よりなる放熱部材とよりなる。防爆型ガス警報器は、上記防爆型電池ユニットが用いられて、あるいは、ガス警報器本体におけるハウジングに放熱部材が設けられて上記電源部の防爆構造が形成されて、構成されている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、駆動用電源として二次電池が用いられる防爆型機器における電源部の防爆構造および防爆型電池ユニット並びに防爆型ガス警報器に関する。

一般に、例えば地下の工事現場や坑道、その他の人が立ち入る場所や作業領域などにおいて、その環境の空気中に一酸化炭素ガスや硫化水素ガスなどの危険性ガスが含有されるおそれがある場合や、空気中の酸素ガス濃度が低下しているおそれがある場合など、環境雰囲気の空気が危険な状態となっている可能性あるいは危険な状態となる可能性がある場合が少なくない。
そして、環境雰囲気の空気において、含有される危険性ガスの濃度が高いことにより、または酸素ガス濃度が低いことにより、人に対して危険な状態となったときには、そのことを直ちに知ることが必要であり、このような要請から、現在までに種々のタイプの可搬式のガス警報器が提案されている。

近年においては、環境保全に対する意識が高まっていることから、乾電池の使用をできるだけ低減することが望まれており、このような可搬式のガス警報器においては、例えば二次電池が駆動用電源として内蔵され、充電動作を行うことによって繰り返し使用可能に構成されている。

而して、このような可搬式のガス警報器においては、可燃性のガスや蒸気を含む爆発性雰囲気の存在により、引火、爆発が発生し得る環境で使用されるため、ガス警報器それ自体が着火源とならない構成、いわゆる防爆仕様の規格を満足する構成であることが必要とされている。
例えば電源部においては、二次電池の短絡時において、電池の表面温度が一定温度以上に上昇しないこと、内部の電解液が漏れないことなどが求められており、例えば電源部（二次電池）の防爆構造として種々の構成のものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、従来においては、例えば単４型（ＡＡＡサイズ）のニッケル水素電池などよりなる高容量の二次電池は、短絡時の温度上昇の程度が大きく、また、電解液の漏れなどの不具合から、防爆構造が要求される防爆型ガス警報器に用いることが困難であった。例えばニッケル水素電池においては、短絡時の電池の表面温度が例えば２００度にも達することがある。

特開２００１−２１６９４４号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、二次電池の短絡時における温度上昇の程度を小さく抑制することができて信頼性の高い防爆性能を得ることのできる電源部の防爆構造および防爆型電池ユニットを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、二次電池よりなる電源部について信頼性の高い防爆構造が得られる防爆型ガス警報器を提供することを目的とする。

本発明の電源部の防爆構造は、駆動用電源として二次電池が用いられる防爆型機器における電源部の防爆構造であって、
二次電池の外周面において、金属よりなる放熱部材が少なくとも一部が密着した状態で、配置されてなることを特徴とする。

本発明の防爆型電池ユニットは、円柱状の二次電池と、この二次電池の外周面において、少なくとも一部が密着した状態で設けられた、金属よりなる放熱部材とよりなることを特徴とする。

本発明の防爆型電池ユニットにおいては、二次電池としてニッケル水素電池を用いることができる。
また、本発明の防爆型電池ユニットにおいては、放熱部材はスリーブ状のものであって、二次電池の外周面における周方向の全周にわたって密着した状態で設けられていることが好ましく、放熱部材を構成する材料としては、アルミニウムが好ましい。

本発明の防爆型ガス警報器は、駆動用電源として二次電池が用いられる防爆型ガス警報器であって、上記の防爆型電池ユニットを備えてなることを特徴とする。
この防爆型ガス警報器においては、防爆型電池ユニットは、フレーム状の保持枠部材によって保持されており、放熱部材がガス警報器本体におけるハウジングに非接触状態で配置された構成とされていることが好ましい。

また、本発明の防爆型ガス警報器は、駆動用電源である二次電池が収容される電池配置部が内部に形成されたハウジングを備えてなる防爆型ガス警報器であって、
当該電池配置部には、金属よりなる放熱部材が設けられており、当該電池配置部に二次電池が配置されることにより上記の防爆構造が形成されることを特徴とする。

本発明の防爆型機器における電源部の防爆構造によれば、防爆型機器においては、二次電池はその構造上短絡するものとして考えられて短絡時における表面温度が一定の温度以下に維持されることが求められるところ、短絡時に発生する熱が放熱部材を介して放熱されるので、短絡時における二次電池の表面温度の上昇の程度を小さく抑制することができて、所定の防爆性能を有するものとなる。

また、上記防爆構造が形成される本発明の防爆型電池ユニットによれば、二次電池の外径に適合する大きさの内径を有するパイプ材料を装着するという極めて簡単な構成により二次電池についての所定の防爆構造を得ることができると共に極めて容易に作製することができる。
さらに、当該防爆型電池ユニットを用いることにより、防爆型機器本体に特別な構造を採用することなしに電源部の防爆構造を得ることができるので、高い利便性を有するものとして構成することができる。
例えばニッケル水素電池などよりなる高容量の二次電池を用いることができて、可搬式のものとして構成される機器の駆動用電源として極めて有用なものとなる。

本発明の防爆型ガス警報器によれば、上記防爆型電池ユニットが用いられることにより、あるいは、ハウジングにおける電池配置部に放熱部材が設けられることにより、上記防爆構造が形成されていることにより、電源部について信頼性の高い防爆構造が得られる。

図１は、本発明の防爆型ガス警報器の一例における構成を示す正面図、図２は、図１に示す防爆型ガス警報器の上面図、図３は、図１におけるＢ−Ｂ線断面図、図４は、図２におけるＣ−Ｃ線断面図である。
この防爆型ガス警報器１０は、裏面側ハウジング部材１２と、この裏面側ハウジング部材１２にパッキンＰを介して連結固定される、例えば透明な樹脂材料よりなる表面側ハウジング部材１３とにより構成される、全体が略箱型形状のハウジング１１を具えている。このハウジング１１は、手で握って保持することのできる大きさとされている。
ハウジング１１の内部には、必要な種々の機能素子が実装された平板状の動作制御用回路基板３０がハウジング１１の正面および背面に沿って延びるよう配設されており、この動作制御用回路基板３０の表面側において、中央領域にパネル状表示機構３１が設けられていると共に、裏面側において、動作制御用回路基板３０等の電子部品が配置される空間と互いに水密状態で区画された空洞部２５Ａを有する区画室２５が形成されていると共にこの区画室２５の左右両側に、後述する二次電池（蓄電池）５０を含む防爆型電池ユニット５３が配置されている。

ハウジング１１の下部には、互いに異なる種類のガスを検知する例えば４つのボタン型のガスセンサーが、当該ガスセンサーを面方向に並んだ状態で保持するセンサー保持部が形成されたセンサーホルダー３７と、内部に各々のセンサー保持部に通ずるガス流路が形成されたセンサーキャップ３８とによって、固定された状態で保持されてなるセンサユニット３５が着脱自在に装着されたセンサユニット装着部１７が形成されている。符号３９は、センサー基板である。
ガスセンサーとしては、例えば、ガルバニ型ガスセンサー素子よりなる酸素ガス検知用のガスセンサー３６Ａ、例えば接触燃焼式ガスセンサー素子よりなる炭化水素ガスを％ＬＥＬ（爆発下限界濃度）の測定レンジで検知するガスセンサー３６Ｂ、例えば定電位電解式ガスセンサー素子よりなる一酸化炭素ガス検知用のガスセンサー３６Ｃ、例えば定電位電解式ガスセンサー素子よりなる硫化水素ガス検知用のガスセンサー３６Ｄなどを挙げることができる。

ハウジング１１の裏面における、区画室２５に対応する位置には、正面側に向かうに従って小径となる略円柱状空間部を形成する例えば３段の階段状の凹所により構成されたブザー配置室２０が形成されており、ブザー配置室２０を塞ぐよう蓋体１４が設けられている。
ブザー４０は、例えば円板状の金属板の一面上における中央部に円板状の圧電セラミックスが貼り合わせられた振動子よりなる薄板状の圧電素子により構成されており、フィルム状の緩衝部材４５により、ハウジング１１に対して直接的に固定されない状態で配置されている。すなわち、金属板の周縁部が樹脂よりなる緩衝部材に装着されて中央部に空隙Ｃが形成された状態で、固定され、さらに、当該緩衝部材４５が、ブザー４０が配置された位置に対応する位置においてハウジング１１との間に空隙Ｓが介在する状態で、その周縁部がハウジング１１に固定されている。

緩衝部材４５は、例えば非透水性を有するものにより構成されていることが好ましく、例えばポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、塩化ビニル（ＰＶＣ）などを例示することができる。
緩衝部材４５の厚みは、例えば０．１〜０．４ｍｍであることが好ましく、これにより、十分なクッション機能が得られると共にブザー４０における金属板の振動に追従する十分な可変形性が得られる。

また、ハウジング１１の裏面におけるブザー配置室２０に近接した位置には、ブザー配置室２０とハウジング１１の内部空間、具体的には、動作制御用回路基板３０等の電子部品が配置される空間とを連通させる空間部２８が区画室２５内の空洞部２５Ａとは独立して形成されており、当該空間部２８にブザー４０と動作制御用回路基板３０との接続用リード（図示せず）が配線されている。

一方、ハウジング１１の内部における区画室２５は、裏面側ハウジング部材１２の内面における、ブザー配置室２０に対応する位置の四方を囲むよう形成された区画壁の表面側開口部が隔壁２６によって塞がれ、これにより、内部に空洞部（トンネル部）２５Ａが形成されて構成されている。
隔壁２６の下方位置には、断面形状が略長円形の筒状部分２７が形成されており、この筒状部分２７が表面側ハウジング部材１３における表示部１８の下方位置に形成された警報音放音用開口（以下、「前方放音用開口」という。）１５にパッキンを介して嵌合され、これにより、区画室２５の内部空間が、前方放音用開口１５に設けられた防塵ネット（図示せず）を介して外部に連通している。
また、区画室２５の内部空間は、区画室２５の一部を形成する裏面側ハウジング部材１２の上壁に形成された警報音放音用開口（以下、「上方放音用開口」という。）１６およびこの上方放音用開口１６に設けられた防塵ネット（図示せず）を介して外部に連通している。

この防爆型ガス警報器１０においては、ブザー音による警報報知機構に加えて更に、警報用発光素子３２の発光および警報用振動発生器３３による振動による警報報知機構を具えた構成とされている（図３参照）。

また、この防爆型ガス警報器１０においては、例えば導電性熱可塑性エラストマー組成物よりなるプロテクトカバー６０が装着されており、プロテクトカバー６０が装着された状態においては、外部に露出されるハウジング１１の連続した樹脂表面部分の大きさが所定の大きさ例えば１００ｃｍ² 以下に規制され、これにより、静電気対策が十分で信頼性の高い防爆性を有するものとなる。また、プロテクトカバー６０を構成する材料それ自体の耐衝撃性によって、防爆型ガス警報器１０の緩衝材（保護材）としても機能するので、防爆型ガス警報器１０が故障または破損することを防止することができ、適正な動作状態に維持することができる。

而して、上記防爆型ガス警報器における駆動用電源としては、図５（ａ）、（ｂ）および図６に示すように、例えばＡＡＡサイズ（単４型）の円柱状の二次電池（蓄電池）５０と、この二次電池５０の外周面の全周にわたって密着して設けられた、金属よりなるスリーブ状の放熱部材５１とにより構成された防爆型電池ユニット５３が用いられている。
この防爆型電池ユニット５３は、二次電池５０の両端部が、放熱部材５１の外周面が露出された状態で、フレーム状の保持枠部材５２によって保持され、この状態で、ハウジング１１内における電池配置部５４に、放熱部材５１の外周面がハウジング１１の内面に非接触状態で配置されている。このような構成とされていることにより、放熱部材５１の十分な放熱性を確保することができる。図６において符号５２Ａは接片端子である。

放熱部材５１の厚みは、例えば０．１〜０．４ｍｍであることが好ましい。

二次電池５０としては、例えばニッケル水素（ＮｉＭＨ）電池，ニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）電池などを例示することができ、この防爆型ガス警報器１０においては、例えば定格電圧が１．２Ｖ，容量が８００ｍＡの高容量のものが用いられている。

以上において、図１における符号５５は、「ＰＯＷＥＲ」および「ＭＯＤＥ」が二段に表示されたメインスイッチとモード切替えスイッチを兼ねた第１の操作用ボタン、５６は、「ＡＩＲ」と表示された、ガスセンサーの種類、すなわち当該ガスセンサーの検知対象ガスの種類に応じて警報発生基準を変更する機能調整用の第２の操作用ボタン、１９は、ハウジング１１の正面およびこれに続く上面、両側面領域のそれぞれに形成された警報用発光部、図２における５７は、例えばガスセンサーにより検知されて動作制御用回路基板３０の記憶素子に記録されたガス濃度データを読み出すための赤外線通信ポートである。

上記構成の防爆型ガス警報器１０においては、環境雰囲気の空気が拡散してガスセンサー３６Ａ〜３６Ｄに到達し、目的とするガスについてその濃度検知が行われ、その結果がパネル状表示機構３１に表示される。そして、検知対象ガスの濃度が当該ガスについて設定された基準値を超えたときには警報動作信号が発せられ、これにより、ブザー４０が作動されて前方放音用開口１５および上方放音用開口１６を介して警報音が外部に発せられる。
例えば、検知対象ガスが酸素ガス（Ｏ₂ ガス）の場合には、基準値は例えば１８．０体積％（ｖｏｌ％）とされ、それ以下となったときに警報動作信号が発せられる。また、基準値は、検知対象ガスが炭化水素ガス（ＨＣガス）の場合には、例えば１０％ＬＥＬ（爆発下限界濃度に対するガス濃度）とされ、一酸化炭素ガス（ＣＯガス）の場合には例えば２５ｐｐｍとされ、硫化水素ガス（Ｈ₂ Ｓガス）の場合には例えば１０ｐｐｍとされ、当該基準値を超えたときに警報動作信号が発せられる。
上記防爆型ガス警報器１０においては、複数の種類の警報報知機構が設けられているが、それらの全部が一斉に駆動されることは必要ではなく、各警報報知機構が順次に所定時間だけ駆動されるサイクル的警報動作が行われることが好ましい。

而して、ガス警報器を防爆仕様を有するものとして構成するためには、二次電池はその構造上短絡するものとして考えられて短絡時における表面温度が一定の温度以下に維持されることが求められところ、上記構成の防爆型ガス警報器１０によれば、特定の防爆型電池ユニット５３が用いられていることにより、二次電池５０の短絡時に発生する熱が放熱部材５１を介して放熱されるので、短絡時における二次電池５０の表面温度の上昇の程度を小さく抑制することのできる電源部の防爆構造を得ることができ、防爆型ガス警報器１０が十分に信頼性の高い防爆性を有するものとなる。

そして、上記の防爆型電池ユニット５３によれば、二次電池５０の外径に適合する大きさの内径を有するパイプ材料よりなる放熱部材５１を装着するという極めて簡単な構成により二次電池５０についての所定の防爆構造を得ることができると共に極めて容易に作製することができる。
さらに、当該防爆型電池ユニット５３を用いることにより、防爆型ガス警報器本体に特別な構造を採用することなしに電源部の防爆構造を得ることができるので、高い利便性を有するものとして構成することができる。
このような防爆構造においては、例えばニッケル水素電池などよりなる高容量の二次電池５０を用いることができて、可搬式のものとして構成される機器の駆動用電源として極めて有用なものとなる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、本発明の防爆型ガス警報器においては、上記防爆型電池ユニットを用いるのではなく、ハウジングにおける電池配置部に例えばスリーブ状の放熱部材が設けられて上記電源部の防爆構造が形成される構成とされていてもよく、このような構成のものであっても、上記実施例に係るものと同様の作用効果を得ることができる。
また、例えば防爆型電池ユニットにおいて、放熱部材は二次電池の外周面における周方向の全周にわたって密着している必要はなく、例えばスリットや開口部などが形成されていてもよく、このような形態であることにより、放熱部材の表面積が大きくなって一層高い放熱性を得ることができる。
さらに、本発明の電源部の防爆構造は、ガス警報器に限定されるものではなく、電池駆動型のものであって、防爆仕様が求められる機器において極めて有用である。

本発明の防爆型ガス警報器の一例における構成を示す正面図である。 図１に示す防爆型ガス警報器の上面図である。 図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図２におけるＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の防爆型電池ユニットの構成を示す、（ａ）平面図、（ｂ）二次電池の軸方向外方から見た端面図である。 図５に示す防爆型電池ユニットの分解斜視図である。

符号の説明

１０ 防爆型ガス警報器
１１ ハウジング
１２ 裏面側ハウジング部材
１３ 表面側ハウジング部材
１４ 蓋体
１５ 前方放音用開口（警報音放音用開口）
１６ 上方放音用開口（警報音放音用開口）
１７ センサユニット装着部
１８ 表示部
１９ 警報用発光部
２０ ブザー配置室
２５ 区画室
２５Ａ 空洞部（トンネル部）
２６ 隔壁
２７ 筒状部分
２８ 空間部
３０ 動作制御用回路基板
３１ パネル状表示機構
３２ 警報用発光素子
３３ 警報用振動発生器
３５ センサユニット
３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄ ガスセンサー
３７ センサーホルダー
３８ センサーキャップ
３９ センサー基板
４０ ブザー
４５ 緩衝部材
５０ 二次電池
５１ 放熱部材
５２ 保持枠部材
５２Ａ 接片端子
５３ 防爆型電池ユニット
５４ 電池配置部
５５ 第１の操作用ボタン
５６ 第２の操作用ボタン
５７ 赤外線通信ポート
６０ プロテクトカバー
Ｐ パッキン
Ｃ 空隙
Ｓ 空隙

Claims (8)

1. 駆動用電源として二次電池が用いられる防爆型機器における電源部の防爆構造であって、
   二次電池の外周面において、金属よりなる放熱部材が少なくとも一部が密着した状態で、配置されてなることを特徴とする電源部の防爆構造。
2. 円柱状の二次電池と、この二次電池の外周面において、少なくとも一部が密着した状態で設けられた、金属よりなる放熱部材とよりなることを特徴とする防爆型電池ユニット。
3. 二次電池がニッケル水素電池よりなることを特徴とする請求項２に記載の防爆型電池ユニット。
4. 放熱部材はスリーブ状のものであって、二次電池の外周面における周方向の全周にわたって密着した状態で設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の防爆型電池ユニット。
5. 放熱部材がアルミニウムよりなることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の防爆型電池ユニット。
6. 駆動用電源として二次電池が用いられる防爆型ガス警報器であって、請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の防爆型電池ユニットを備えてなることを特徴とする防爆型ガス警報器。
7. 防爆型電池ユニットは、フレーム状の保持部材によって保持されており、放熱部材がガス警報器本体におけるハウジングに非接触状態で配置されていることを特徴とする請求項６に記載の防爆型ガス警報器。
8. 駆動用電源である二次電池が収容される電池配置部が内部に形成されたハウジングを備えてなる防爆型ガス警報器であって、
   当該電池配置部には、金属よりなる放熱部材が設けられており、当該電池配置部に二次電池が配置されることにより請求項１に記載の防爆構造が形成されることを特徴とする防爆型ガス警報器。

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