JP2009301873A - 膨張検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】キャパシタや電池を恒温槽内にて充放電試験する際に用いる膨張検出器に係り、恒温槽内の厳しい使用環境に耐え、また、試験品が破裂，爆発，発火した場合に損傷を最小限に食い止めることができる膨張検出器を提供する。
【解決手段】枠体からなるフレーム内１に収納され、スペーサ２１を介して一定の間隙を空けて対向配置された一対の電極７と、フレーム内に収納，保持され、電極の一方の表面側に接触する接触板２３と、フレーム内に収納され、電極の他方を裏面側から保持する保持板と、フレームの下部に取り付き、保持板を介して接触板と電極及びスペーサをフレーム内に保持，固定する固定部材と、電極に接続されたアラームとを備え、接触板は、充放電試験時に当接するキャパシタや電池等の試験品の膨張に応じ変形し、該試験品の所定量を超えた膨張で前記電極を他方の電極に導通させてアラームが作動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャパシタや電池を恒温槽内にて充放電試験する場合に用いる膨張検出器に関する。

近年、電子機器の高性能化が進み、キャパシタに於ても高性能、高信頼性が求められており、高速化が進むパソコンのＭＰＵ電源では大電流化に伴い、大容量で且つハイレスポンス（低抵抗）な特性のキャパシタが要求され、液晶テレビ，ＤＶＤレコーダー等の機器のデジタル化，小型・薄型化に伴い、発生する高周波ノイズの除去のため、小型で高性能（低抵抗）な特性のキャパシタが不可欠となっている。

そして、従来、この種のキャパシタや電池の品質管理のため、恒温槽内（低温時−４０℃〜高温時１００℃）にて充放電試験を実施しており、また、非特許文献１に開示されるように、昨今ではキャパシタや電池の充電，放電を自動で行い、電圧，電流，温度，インピーダンス等を測定するエネルギーテストシステム等が開発されている。
エネルギーテストシステム http://www.access.fijitsu.com/products/p#houdens.html 検索日 平成２０年５月２２日

ところで、上述したように電池やキャパシタを恒温槽内にて充放電試験する場合、電池やキャパシタ内部の化学反応でこれらが膨張することがある。この場合、膨張の変異量が許容範囲内であれば問題はないが、電池やキャパシタ等の試験品が許容範囲を超えて膨張してしまうと、試験品の破裂，爆発，発火の可能性が極めて高くなる。

従って、斯かる事態を監視するため、試験品が許容範囲を超えて、言い換えれば試験品が所定量を超えて膨張した場合に、これを検出して警報を発する膨張検出器が必要であるが、低温時−４０℃〜高温時１００℃という厳しい使用環境に耐え、また、試験品が破裂，爆発，発火した場合に損傷を最小限に食い止め得る膨張検出器は未だ存在していないのが実情であった。

本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、キャパシタや電池を恒温槽内にて充放電試験する際に、恒温槽内の厳しい使用環境に耐え、また、試験品が破裂，爆発，発火した場合に損傷を最小限に食い止めることができる膨張検出器を提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するため、請求項１に係る膨張検出器は、枠体からなるフレーム内に収納され、スペーサを介して一定の間隙を空けて対向配置された一対の電極と、前記フレーム内に収納，保持され、前記電極の一方の表面側に接触する接触板と、前記フレーム内に収納され、前記電極の他方を裏面側から保持する保持板と、前記フレームの下部に取り付き、前記保持板を介して前記接触板と電極及びスペーサをフレーム内に保持，固定する固定部材と、前記電極に接続されたアラームとを備え、前記接触板は、充放電試験時に当接するキャパシタや電池等の試験品の膨張に応じ変形し、該試験品の所定量を超えた膨張で前記電極を他方の電極に導通させて、前記アラームが作動することを特徴とする。

そして、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の膨張検出器に於て、前記スペーサは、仕様に応じ形状を異にすることを特徴とし、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の膨張検出器に於て、前記スペーサは、仕様に応じ板厚を異にすることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１に記載の膨張検出器に於て、前記接触板は、前記電極側に複数の突起が突設されていることを特徴とし、請求項５に係る発明は、請求項４に記載の膨張検出器に於て、前記突部は、仕様に応じ個数を異にすることを特徴とする。

更に、請求項６に係る発明は、請求項４または請求項５に記載の膨張検出器に於て、前記突部は、仕様に応じ形状を異にすることを特徴とする。

そして、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の膨張検出器に於て、前記電極と固定部材は金属で形成され、前記接触板とフレーム，スペーサ，保持板は高難燃性を有する絶縁材で形成されていることを特徴とする。

各請求項に係る発明によれば、キャパシタや電池等の試験品を恒温槽内にて充放電試験する際に、恒温槽内の厳しい使用環境に耐えて試験品の膨張状態を検出することができ、試験品の破裂，爆発，発火を未然に防ぐことが可能となった。

また、万が一、アラームを報知する前に試験品が何らかの原因で破裂，爆発，発火したとしても、請求項７に係る発明によれば、電極や固定部材は金属で形成され、接触板やフレーム，スペーサ，保持板は高難燃性を有する絶縁材で形成されているため、膨張検出器の損傷を最小限に止めることができる。

そして、請求項２に係る発明の如く仕様に応じスペーサの形状を変えることで、試験品を充放電試験する際に試験品変異量／圧入を任意に変更でき、請求項３に係る発明によれば、スペーサの板厚を変更することで、試験品の変異量／測定感度を任意に変更することができる。

同様に、請求項５及び請求項６に係る発明によれば、仕様に応じ接触板の突片の形状や個数を変えることで、試験品の変異量／圧入を任意に変更することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１乃至図４は請求項１乃至請求項７の一実施形態に係る膨張検出器を示し、図中、１は一例として図５の如く高難燃グレード（ＵＬ９４Ｖ−０相当以上）の絶縁材を用いて形成された平面視正方形状の枠体からなるフレームで、図３及び図５に示すようにフレーム１の表面側の内側周縁部に内方へ突出する肉薄な鍔部３が全周に亘って突設され、また、上部内周には段差部５が全周に亘って設けられている。

そして、図１乃至図５に示すように、後述する電極７，９に設けた信号線接続片１１，１３が互いに反対方向へ挿通する２つの切欠き１５が、フレーム１の中心線Ｐに沿って左右の対向辺に設けられている。

また、図３及び図４に示すようにフレーム１の各辺の底部には、夫々、ステンレスで形成された短冊状の固定片（固定部材）１９が所定の間隔を空けて２つ宛ねじ止めされており、フレーム１の内方へ突出する各固定片１９の先端側に、上方へ断面円弧状に突出する突部１７が一体形成されている。

そして、図３に示すように前記フレーム１内に、スペーサ２１を介して一定の間隙を空けて対向配置された一対の電極７，９と、一方の電極７の表面側に接触する接触板２３と、他方の電極９を裏面側から保持する保持板２５が、前記鍔部３と各固定片１９（突部１７）の間に収納，配置されている。

図１，図３及び図６に示すように前記電極７，９は、一例としてリン青銅を用いて前記段差部５に沿ってフレーム１内に収納可能な平面視正方形状に形成されており、夫々の一側側中央に、アラーム（図示せず）の信号線を接続する１つの信号線接続片１１，１３が突設されている。そして、両電極７，９は、自然に変形しない程度の板厚（例えば、０．５ｍｍ程度）に設定されているが、後述するようにキャパシタや電池の膨張時に変形して接触し得る程度の板厚とされている。

そして、２枚の前記電極７，９は、互いの信号線接続片１１，１３が前記切欠き１５から反対方向へ突出するように一方が逆方向に反転して対向配置されている。

図７はスペーサ２１の平面図を示し、該スペーサ２１は、前記フレーム１と同一材料を用いて前記電極７，９と同一の外形形状，同一寸法で形成された平面視正方形状の枠体からなるフレーム部２７と、該フレーム部２７内の中央で十字状に交差する２本の仕切り片２９とで構成されており、両仕切り片２９は、夫々、フレーム部２７の対向する各辺の中央に架設されている。そして、２つの前記仕切り片２９とフレーム部２７とによって、スペーサ２１内に４つの平面視正方形状の空間３１が区画形成されている。

而して、このスペーサは、仕様に応じ、例えば図７の如くフレーム部２７のみからなるスペーサ２７-1や、前記仕切り片２９の数を増減する等して全体の形状を変えることで、電池やキャパシタを恒温槽内にて充放電試験する際に、電池等の変異量／圧入を任意に変更でき、また、図示しないが仕様に応じ板厚を変更することで、電池等の変異量／測定感度を任意に変更することができる。

そして、図９及び図１０は接触板２３を示し、該接触板２３は前記フレーム１と同一材料を用いて平面視正方形状に形成されており、図３に示すようにその全周縁部に、フレーム１の鍔部３の裏面側に当接する肉薄な鍔部３３が設けられている。そして、該鍔部３３を除いて肉厚に形成された接触板２３全体の裏面側に、前記電極７の表面側に接触する複数の断面円弧状の突片３５が突設されている。

図９に示すように本実施形態は、縦方向及び横方向に１０個宛、合計１００個の突片３５を等間隔に突設したが、仕様に応じ突片の形状や個数を変えることで、電池やキャパシタを恒温槽内にて充放電試験する際に、同じく電池等の変異量／圧入を任意に変更することができる。

また、図３に示すように前記保持板２５は、フレーム１内に積層した前記接触板２３と、スペーサ２１を挟んで対向する一対の電極７，９を下方から保持するもので、フレーム１と同一材料を用いて平板状に形成されている。

そして、既述したように前記保持板２５の裏面側に当接する前記固定片１９の突片１７とフレーム１の鍔部３との間に、接触板２３，電極７，スペーサ２１，電極９，保持板２５が積層されて挟持，固定されており、後述するように前記接触板２３は、充放電試験時の電池やキャパシタの膨張に応じて下方へ変形し、これに追従して電極７を下方へ変形させるようになっている。そして、キャパシタが所定量を超えて膨張すると、前記接触板２３の各突片３５は、前記電極７を更に下方へ変形させてスペーサ２１の空間３１から該電極７を電極９に接触させるようになっており、斯様に電極７が電極９に導通して通電状態になると、電極７，９の信号線接続片１１，１３に接続されたアラームが作動するようになっている。

本実施形態に係る膨張検出器３７はこのように構成されており、図１１及び図１２は該膨張検出器３７を用いた恒温槽内でのキャパシタ（試験品）３９の充放電試験の態様を示している。

図示するようにキャパシタ３９は、ラミネートシート４１で表裏が密封された構造をなし、前記接触板２３上に置かれている。その他、図中、４３はラミネートシート４１の溶着部分、４５，４７はキャパシタ３９の電極を示す。また、図示しないが、キャパシタ３９の上部（接触板２３の反対側）は何らかの手段で固定されて、検出の正確性が確保されている。

而して、斯かる状態でキャパシタ３９の充放電試験を行うと、従来と同様、キャパシタ３９内部の化学反応で膨張することがあり、斯様にキャパシタ３９が膨張すると、これに押されて接触板２３は下方（電極７方向）へ変形し、電極７を下方へ変形させる。

このとき、キャパシタ３９の膨張の変異量が許容範囲内であれば、キャパシタ３９が破裂したり爆発，発火したりする虞はなく、電極７が電極９に接触することはない。

一方、キャパシタ３９が許容範囲を超えて、言い換えればキャパシタ３９が所定量を超えて膨張すると、キャパシタ３９の破裂，爆発，発火の危険性が高まる。そこで、キャパシタ３９が所定量を超えて膨張すると、これに追従して変形している接触板２３は、前記電極７を更に下方へ変形させて電極９に導通させ、この結果、電極７，９の信号線接続片１１，１３に接続されたアラームが作動する。

このため、アラームを検知した作業者は、キャパシタ３９の破裂，爆発，発火の危険性が高まったとして充放電試験を中断すればよく、また、万が一、アラームを報知する前にキャパシタ３９が何らかの原因で破裂，爆発，発火したとしても、電極７，９や固定部材１９は金属で形成され、接触板２３やフレーム１，スペーサ２１，保持板２５は高難燃性を有する絶縁材で形成されているため、膨張検出器３７の損傷は最小限に止まり、恒温槽内の厳しい使用環境に耐えることもできる。

このように本実施形態によれば、キャパシタ３９を恒温槽内にて充放電試験する際に、恒温槽内の厳しい使用環境に耐えてキャパシタ３９の膨張状態を検出することができ、キャパシタ３９の破裂，爆発，発火を未然に防ぐことができることとなった。

また、万が一、アラームを報知する前にキャパシタ３９が何らかの原因で破裂，爆発，発火したとしても、電極７，９や固定部材１９は金属で形成され、接触板２３やフレーム１，スペーサ２１，保持板２５は高難燃性を有する絶縁材で形成されているため、膨張検出器３７の損傷を最小限に止めることができることとなった。

また、図１３及び図１４は角型電池（試験品）４９を恒温槽内にて充放電試験する際に、角型電池４９の両側に前記膨張検出器３７を配置して、角型電池４９の膨張を検出する一態様で、この実施形態のように、試験品の仕様に応じ膨張検出器３７を複数用いて試験を行うことも可能である。

そして、既述したように仕様に応じ、前記スペーサ２７の形状を変えることで、電池やキャパシタを充放電試験する際に電池等の変異量／圧入を任意に変更でき、スペーサ２７の板厚を変更することで、電池等の変異量／測定感度を任意に変更することができる。

同様に、仕様に応じ前記接触板２３の突片３５の形状や個数を変えることで、電池やキャパシタを恒温槽内にて充放電試験する際に、電池等の変異量／圧入を任意に変更することができる。

請求項１乃至請求項７の一実施形態に係る膨張検出器の平面図である。 膨張検出器の断面図である。 図２のＡ部拡大図である。 膨張検出器の底面図である。 フレームの平面図である。 電極の平面図である。 スペーサの平面図である。 他の実施形態に係るスペーサの平面図である。 接触板の平面図である。 接触板の側面図である。 キャパシタの充放電試験の一態様の平面図である。 キャパシタの充放電試験の一態様の断面図である。 角型電池の充放電試験の一態様の平面図である。 角型電池の充放電試験の一態様の側面図である。

符号の説明

１ フレーム
３ 鍔部
５ 段差部
７，９ 電極
１１，１３ 信号線接続片
１５ 切欠き
１７，３５ 突片
１９ 固定片（固定部材）
２１ スペーサ
２３ 接触板
２５ 保持板
２９ 仕切り片
３１ 空間
３３ 鍔部
３７ 膨張検出器
３９ キャパシタ（試験品）
４９ 角型電池

Claims (7)

1. 枠体からなるフレーム内に収納され、スペーサーを介して一定の間隙を空けて対向配置された一対の電極と、
   前記フレーム内に収納，保持され、前記電極の一方の表面側に接触する接触板と、
   前記フレーム内に収納され、前記電極の他方を裏面側から保持する保持板と、
   前記フレームの下部に取り付き、前記保持板を介して前記接触板と電極及びスペーサをフレーム内に保持，固定する固定部材と、
   前記電極に接続されたアラームとを備え、
   前記接触板は、充放電試験時に当接するキャパシタや電池等の試験品の膨張に応じ変形し、該試験品の所定量を超えた膨張で前記電極を他方の電極に導通させて、前記アラームが作動することを特徴とする膨張検出器。
2. 前記スペーサは、仕様に応じ形状を異にすることを特徴とする請求項１に記載の膨張検出器。
3. 前記スペーサーは、仕様に応じ板厚を異にすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の膨張検出器。
4. 前記接触板は、前記電極側に複数の突起が突設されていることを特徴とする請求項１に記載の膨張検出器。
5. 前記突部は、仕様に応じ個数を異にすることを特徴とする請求項４に記載の膨張検出器。
6. 前記突部は、仕様に応じ形状を異にすることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の膨張検出器。
7. 前記電極と固定部材は金属で形成され、前記接触板とフレーム，スペーサー，保持板は高難燃性を有する絶縁材で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の膨張検出器。
   

Images