JP2011108551A - 端子付電池 - Google Patents

Abstract

【課題】基板のスルーホールに圧入嵌合されるコンプライアントピン部を有する端子付電池において、基板と端子との電気的接続の耐環境安定性を向上させることを目的とする。
【解決手段】発電要素と電解液を封入した電池容器にコンプライアントピン部２ａ、３ａを有する端子２、３を接続した電池において、前記端子として少なくともこの電池を実装する回路基板のスルーホールを形成する導電材に接触する部分にスルーホールを形成する導電材と同種の金属部を設け、且つ金属部のコーナーにＲ面もしくはＣ面を設けたことを特徴とする端子付電池
【選択図】図１

Description

本発明は、半田付け処理をしなくても電子機器等の回路基板に取り付け可能なコンプライアントピン部を有する端子付電池に関する。

最近の各種エレクトロニクス機器の普及に伴い、これらの機器に組み込まれるＩＣメモリーや時計回路などの停電時のバックアップ用電源として、電池やコンデンサなどの電子部品を機器のプリント基板に直接実装する方法が広く採用されている。これらの電池あるいは電子部品の実装方法としては、プリント基板のスルーホールに電池あるいは電子部品に溶接された端子を挿入し、半田付けされることが多い。近年、環境負荷物質低減のため鉛フリー半田材料が用いられるようになってきた。

しかし、この鉛フリー半田材料は、従来の鉛入り半田材料に比べ融点が高いため、半田付けの際に電池や電子部品が熱影響を受けるという問題があった。そこで、半田付け処理をしなくてもスルーホールに圧入嵌合されて電気的接続されるコンプライアントピン部を有する端子付電池あるいは電子部品が提案されている。

図６にコンプライアントピン部を有する端子付電子部品の一例を示す。リード線２２が導出された電子部品本体としての電解コンデンサ本体２１と、この電解コンデンサ本体２１のリード線２２の導出面の一部に接する絶縁性の端子板３１と、この端子板３１に一部が固定され一方の端部に前記リード線２２との接続部３２を有し他方の先端部分に回路基板のスルーホールに圧入嵌合される接続固定部３４を設けたコンプライアントピン３６からなる電子部品が開示されている（特許文献１参照）。

また、図７にコンプライアントピン部を有する端子付電池の一例を示す。この端子付電池は電池本体４２と、回路基板４５に設けた導電部４６と、電池本体４２と回路基板４５の導電部４６との間を電気的に接続するための端子板４７とを備えている。端子板４７は、電池本体４２側につながる基端部と、電池本体４２から導出されて導電部４６に接続される導出端部分４９とを含んでいる。回路基板４５の導電部４６は、スルーホールを含む。端子板４７の導出端部分４９は、スルーホール内の導電部４６に接触する接触片５１と、スルーホール内に圧入されて導出端部分４９を回路基板４５に固定するための係合片５２とを有していた（特許文献２参照）。

特開２００８−０９８０４１号公報 特開２００４−３１９４２３号公報

しかしながら特許文献１に示されるような端子付電子部品においては、電子部品本体としての電解コンデンサ本体２１のリード線２２とコンプライアントピン３６の接続部３２を安定に保つため絶縁性の端子板３１の支えが不可欠であり、このため部品点数が増え組立が複雑になるという欠点があった。

また特許文献２に示されるような端子付電池においては、端子板７の導出端部分９の接触片１１は一体に形成されているため、端子板７としては電池と溶接性の良い単一の金属
材料から成り、主にステンレスが一般的に用いられる。一方、回路基板５の導電部６は一般的に銅から成り、結果的に端子板７の接触片１１と回路基板５の導電部６は異種金属の接触となっている。このため高温多湿や急激に温度変化を伴う環境下においては、電気化学的腐食や熱膨張係数の違いによる接点のズレを生じ易く、電気的接続信頼性が劣るという欠点があった。

また、回路基板のスルーホールは丸孔が一般的で、特許文献２に示されるような端子板は断面形状が矩形であり、面接触を得るために特殊な矩形のスルーホールを形成せざるを得ず、基板のコストアップとなっていた。また、端子の断面矩形のコーナーエッジと丸孔スルーホールの組合せでは接触面積が小さく、仮に同種の金属の接触であったとしても機構的に接触が不安定であった。

本発明は、組立が容易であり、且つ一般的な丸孔スルーホールに挿入される、電気的接続信頼性が高いコンプライアントピン部を有する端子付電池を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明は、発電要素と電解液を封入した電池容器にコンプライアントピン部を有する端子を接続した電池において、前記端子として少なくともこの電池を実装する回路基板のスルーホールを形成する導電材に接触する部分にスルーホールを形成する導電材と同種の金属部を設け、且つ金属部のコーナーにＲ面もしくはＣ面を設けたものである。

このことにより、端子と回路基板のスルーホールの接点部が同種金属による接触となり、異種金属の場合のような電位差による局部電池の形成によって電気化学的腐食を発生する心配がなくなり、また熱膨張係数も同じで急激な温度変化を伴う環境下においても接点のズレを生じることなく電気的接続信頼性が高い。更に、金属部のコーナーにＲ面もしくはＣ面を設けることにより、回路基板のスルーホールが一般的な丸孔だったとしても接触面積を確保することができるので接触が機構的に安定している。

また本発明によると、特許文献１に示されるような絶縁性の端子板の支えを必要としなくなり、部品点数も削減できる。

本発明によれば、部品点数を増やすことなく、組立が容易であり、且つ電気的接続信頼性が高いコンプライアントピン部を有する端子付電池を提供することができる。

（ａ）本発明の第１の実施の形態に係る端子付電池の正面図、（ｂ）同平面図、（ｃ）同側面図 本発明の第１の実施の形態に係る端子付電池の部分断面拡大図 （ａ）本発明の第１の実施の形態に係る端子付電池の基板実装状態を示す側面図、（ｂ）同平面図、（ｃ）平面図（ｂ）の部分拡大図 本発明の第２の実施の形態に係る端子付電池の部分断面拡大図 本発明の第３の実施の形態に係る端子付電池の部分断面拡大図 従来の技術に係る端子付電子部品の斜視図 従来の技術に係る端子付電池の縦断側面図

本発明による第１の発明は、発電要素と電解液を封入した電池容器にコンプライアント
ピン部を有する端子を接続した電池において、前記端子として少なくともこの電池を実装する回路基板のスルーホールを形成する導電材に接触する部分にスルーホールを形成する導電材と同種の金属部を設け、且つ金属部のコーナーにＲ面もしくはＣ面を設けたことを特徴とする端子付電池である。この構成により、端子と回路基板のスルーホールの接点部が同種金属による接触となり、異種金属の場合のような電位差による局部電池の形成によって電気化学的腐食を発生する心配がなくなり、また熱膨張係数も同じで急激な温度変化を伴う環境下においても接点のズレを生じることなく電気的接続信頼性が高くなる。更に、金属部のコーナーにＲ面もしくはＣ面を設けることにより、回路基板のスルーホールが一般的な丸孔だったとしても接触面積を確保することができるので接触が機構的に安定して、電気的接続信頼性を確保することができる。

本発明による第２の発明は、第１の発明において、端子のスルーホールを形成する導電材と同種の金属部をクラッド材で構成したことを特徴とする端子付電池である。例えば、電池容器にステンレスが用いられており、端子のスルーホールを形成する導電材が銅である場合には、ステンレスと銅の２層クラッド材を用いることにより、ステンレス層を同じステンレスよりなる電池容器に溶接して、銅層を同じ銅よりなるスルーホールに接触させることができる。つまり電池容器と端子の溶接部と基板のスルーホールと端子の接触部を同種の金属の組合せにて構成することができることとなる。

本発明による第３の発明は、第１の発明において、端子のスルーホールを形成する導電材と同種の金属部を電池容器との接続部を除いて設けたことを特徴とする端子付電池である。例えば、電池容器にステンレスが用いられており、端子のスルーホールを形成する導電材が銅である場合には、端子構成の手段としてステンレス板に複数の孔を設け、これらの孔に銅板に設けた突起部を挿入しリベットカシメ加工することによって、ステンレス板と銅版を連結一体化する方法も考えられる。ステンレス板の方を電池容器に溶接し、銅板の方を回路基板のスルーホールの銅パターンと接触させる。つまり、クラッド材の場合と同様に電池容器と端子の溶接部と、基板のスルーホールと端子の接触部を同種の金属の組合せにて構成することができる。

本発明による第４の発明は、第１の発明において、端子のスルーホールを形成する導電材と同種の金属部をメッキ層で構成したことを特徴とする端子付電池である。この構成により、例えば電池容器にステンレスが用いられており、回路基板のスルーホールの銅パターンにスズメッキが施されている場合には、端子構成の手段として、ステンレスにニッケルを下地メッキとしてスズメッキを部分的に施して、ステンレスのメッキのない部分を電池容器に溶接し、スズメッキのある部分を回路基板のスルーホールのスズメッキと接触させる。このことにより、電池容器と端子の溶接部と基板のスルーホールと端子の接触部を同種の金属の組合せにて構成することができる。

また、第２・第３・第４の発明それぞれにおいて、スルーホールの導電材と接触する部分をＲ面あるいはＣ面とすることにより、接触面積を確保することができ機構的に接続の信頼性を向上することも合わせて見出したものである。

以上のように、本発明では電池容器と端子の溶接部とコンプライアントピン方式による端子と回路基板の接触部において、信頼性の高い同種金属同士の組合せを成立させ、また一般的な丸孔のスルーホールに断面矩形のコンプライアントピンを挿入した場合においても、矩形のコーナーにＲ面あるいはＣ面を施すことによって接触面積を確保することができ、より接続信頼性の高い端子付電池を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施の形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施の形態に係る端子付電池の正面図、平面図と側面図である。コイン形電池１の負極側電池容器１ａには負極端子２を溶接している。また正極側電池容器１ｂには正極端子３を溶接している。負極端子２は、回路基板のスルーホールに挿入されるコンプライアントピン部２ａとコイン形電池１との溶接部２ｃ及びこれらを連結する連結部２ｂからなる。また同様に正極端子３は、回路基板のスルーホールに挿入されるコンプライアントピン部３ａとコイン形電池１との溶接部３ｃ及びこれらを連結する連結部３ｂからなる。

図２は、図１に示す本発明の一実施例に係る端子付電池の部分断面拡大図である。ここでは負極端子２の断面を示しており、回路基板のスルーホールに挿入されるコンプライアントピン部２ａとコイン形電池１との溶接部２ｃ及びこれらを連結する連結部２ｂの三つの各部位が、それぞれスルーホールを形成する導電材と同種の金属部２ｄと端子基材部２ｅによって構成されている。

一般的にスルーホールを形成する導電材としては銅が使用されることが多い。したがって、この場合はスルーホールを形成する導電材と同種の金属部２ｄも銅が用いられるが、特に限定されるものではなく、スルーホールを形成する導電材と同種の金属であればよい。また、端子基材部２ｅの材質は一般的にステンレスが使用されるが、特に限定されるものではなく、鉄、ニッケル、アルミニウムなどの金属を使用してもよい。また、スルーホールを形成する導電材と同種の金属部２ｄと端子基材部２ｅがクラッド材を構成していてもよい。

負極端子２のコイン形電池１との溶接部２ｃにおいては、負極側電池容器１ａと端子基材部２ｅが溶接ナゲット４を形成して溶接されている。

一般的に負極側電池容器１ａおよび端子基材部２ｅともにステンレス製である場合が多く、この場合は融点が同じもの同士なので溶接が安定し、信頼性の高い接合ができる。

図３（ａ），（ｂ）は、それぞれ図１に示す本発明の第１の実施の形態に係る端子付電池の基板への実装状態を示す側面図と平面図であり、（ｃ）は平面図（ｂ）の部分拡大図である。負極端子２のコンプライアントピン部２ａは、回路基板７のスルーホール７ａに挿入され、スルーホール７ａ内の導電部７ｂと接触している。尚、コンプライアントピン部２ａは、スルーホールを形成する導電材と同種の金属部２ｄと端子基材部２ｅから構成されているため、導電部７ｂとコンプライアントピン部２ａとの接触は、同種金属同士ということになる。

また、コンプライアントピン部２ａのスルーホールを形成する導電材と同種の金属部２ｄのコーナー部にはＲ面２ｆを設けてあり、回路基板７のスルーホール７ａの丸孔内面の導電部７ｂと接触面を確保しつつ接触できており、機構的にも接触が安定している。

ここで、スルーホールを形成する導電材と同種の金属部２ｄのコーナー部にＣ面を設けても同様の効果が得られる。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る端子付電池の部分断面拡大図である。端子片５と端子片６の二つの部品より端子が構成されている。端子片５は、負極側電池容器１ａに溶接される溶接部５ｃと透孔５ａを設けている。溶接部５ｃは、溶接ナゲット４を形成し、負極側電池容器１ａに溶接されている。端子片６は、コンプライアントピン部６ａと連結部６ｂ及びリベット部６ｃからなり、リベット部６ｃは予め端子５の透孔５ａに挿入した後、先端をつぶしてカシメ付けられている。このことにより、端子片５と端子片６が
連結され一つの端子として一体化されている。端子片６をスルーホールを形成する導電材と同種の金属で作製することにより、スルーホールの導電材と安定した接触が得られる。

図５は、本発明の第３の実施の形態に係る端子付電池の部分断面拡大図である。ここでは負極端子２の断面を示しており、回路基板のスルーホールに挿入されるコンプライアントピン部２ａとコイン形電池１との溶接部２ｃ及びこれらを連結する連結部２ｂの三つの部位の内、コンプライアントピン部２ａの表裏にメッキが施されている。８は、メッキ層である。スルーホールにスズメッキを施した回路基板の場合には、コンプライアントピン部２ａの表裏のメッキ層８をスズで形成することにより、良好な接触を得ることができる。

尚、図示を省略しているが、図４及び図５においても、コンプライアントピン部のコーナーにはＲ面もしくはＣ面を設けている。

以下、具体的な実施例を示し、本発明の効果を説明する。

（端子付電池Ａの作製）
図１、図２に示す上記第１の実施の形態で説明した構造の端子付電池を作製した。

直径は２０ｍｍで厚みが５ｍｍのコイン形電池１のステンレスよりなる負極側電池容器１ａは厚み０．３ｍｍのステンレスと厚み０．１ｍｍの銅とのクラッド材よりなる負極端子２を溶接している。また同様にステンレスよりなる正極側電池容器１ｂには負極端子と同じく厚み０．３ｍｍのステンレスと厚み０．１ｍｍの銅とのクラッド材よりなる正極端子３を溶接している。負極端子２は、回路基板の直径０．９ｍｍの丸孔スルーホールに挿入されるコンプライアントピン部２ａとコイン形電池１との溶接部２ｃ及びこれらを連結する連結部２ｂからなる。また同様に正極端子３は、回路基板のスルーホールに挿入されるコンプライアントピン部３ａとコイン形電池１との溶接部３ｃ及びこれらを連結する連結部３ｂからなる。尚、コンプライアントピン部２ａ及びコンプライアントピン部３ａの断面矩形のコーナーには、半径０．０５ｍｍのＲ面を加工してある。この電池を端子付電池Ａとする。

（端子付電池Ｂの作製）
図４に示す上記第２の実施の形態で説明した構造の端子付電池を作製した。

厚み０．３ｍｍのステンレスよりなる端子片５と厚み０．３ｍｍの銅よりなる端子片６の二つの部品より端子が構成されている。端子片５は、負極側電池容器１ａに溶接される溶接部５ｃと直径０．６ｍｍの透孔５ａを端子の幅方向に複数個設けている。溶接部５ｃは、溶接ナゲット４を形成し、負極側電池容器１ａに溶接されている。端子片６は、コンプライアントピン部６ａと連結部６ｂ及びリベット部６ｃからなり、リベット部６ｃは予め端子５の透孔５ａに挿入した後、先端をつぶしてカシメ付けられている。このことにより、端子片５と端子片６が連結され一つの端子として一体化されている。この端子を、端子付電池Ａと同じコイン形電池１に取り付け、端子付電池Ｂを作製した。

（端子付電池Ｃの作製）
図５に示す上記第３の実施の形態で説明した構造の端子付電池を作製した。

回路基板の直径０．９ｍｍの丸孔スルーホールに挿入されるコンプライアントピン部２ａとコイン形電池１との溶接部２ｃ及びこれらを連結する連結部２ｂの三つの部位の内、コンプライアントピン部２ａの表裏に厚み０．０１ｍｍのスズからなるメッキ層８を施し
た。尚、スズメッキ層８の端部には、０．０１ｍｍのＣ面を施してある。この端子を、端子付電池Ａと同じコイン形電池１に取り付け、端子付電池Ｃを作製した。

（端子付電池Ｄの作製）
端子付電池Ａと同じ構成にて、コンプライアントピン部３ａの断面矩形のコーナーにＲ面を施さずにエッジのままとしたものを端子付電池Ｄとする。

（端子付電池Ｅの作製）
端子付電池Ａと同様の加工形状にて、クラッド材の代わりに厚み０．４ｍｍのステンレスのみを用いて負極端子及び正極端子を構成したものを端子付電池Ｅとする。

上記の端子付電池Ａ〜Ｅについて、端子と回路基板の導電部間の抵抗値について、環境保存試験前後の測定値を比較した結果を表１に示す。尚、環境保存試験条件としては、高温多湿保存（８５℃、９０％ＲＨ、３０日）と熱衝撃試験（−４０℃⇔＋８５℃各１時間を１サイクルとして、２０００サイクル）を実施した。

それから、端子付電池Ｃの場合については、スルーホールにスズメッキを施した回路基板と組み合わせた。その他は、銅箔のスルーホールの回路基板を用いた。

以上のように、本発明の実施例の端子付電池によれば、高温多湿や熱衝撃などの環境下においても端子と回路基板の導電部の接触が安定しており、抵抗値の上昇が極めて低い。

基板のスルーホールに圧入嵌合されるコンプライアントピン部を有する端子付電池において、基板と端子との電気的接続の耐環境安定性を向上させることができ、その工業的価値は高い。

１ コイン形電池
１ａ 負極側電池容器
１ｂ 正極側電池容器
２ 負極端子
２ａ コンプライアントピン部
２ｂ 連結部
２ｃ 溶接部
２ｄ スルーホールを形成する導電材と同種の金属部
２ｅ 端子基材部
２ｆ Ｒ面
３ 正極端子
３ａ コンプライアントピン部
３ｂ 連結部
３ｃ 溶接部
４ 溶接ナゲット
５ 端子片
５ａ 透孔
５ｃ 溶接部
６ 端子片
６ａ コンプライアントピン部
６ｂ 連結部
６ｃ リベット部
７ 回路基板
７ａ スルーホール
７ｂ 導電部
８ メッキ層

Claims (4)

1. 発電要素と電解液を封入した電池容器にコンプライアントピン部を有する端子を接続した電池において、前記端子として少なくともこの電池を実装する回路基板のスルーホールを形成する導電材に接触する部分にスルーホールを形成する導電材と同種の金属部を設け、且つ金属部のコーナーにＲ面もしくはＣ面を設けたことを特徴とする端子付電池。
2. 前記端子のスルーホールを形成する導電材と同種の金属部をクラッド材で構成したことを特徴とする請求項１記載の端子付電池。
3. 前記端子のスルーホールを形成する導電材と同種の金属部を電池容器との接続部を除いて設けたことを特徴とする請求項１記載の端子付電池。
4. 前記端子のスルーホールを形成する導電材と同種の金属部をメッキ層で構成したことを特徴とする請求項１記載の端子付電池。