JP2023031504A - ボタン型電池用正極端子及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】基板への表面実装が可能な小型のボタン型電池用の正極端子及びこれを備えた電子機器を提供する。【解決手段】基板１に実装され、ボタン型電池２の正極側面２１に接する接点３４１を有するボタン型電池用の正極端子３は、基板１に接合される基板接合面３１ａを有するベース部３１と、ベース部３１からボタン型電池２側に延在し、基板１に接合されない突片部３２と、突片部３２におけるボタン型電池２側の端部から立ち上がるように設けられた胴部３３と、胴部３３から基板１に平行な方向に延在し、接点３４１を先端部に有する腕部３４と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ボタン型電池の正極側面に接する接点を有するボタン型電池用正極端子、及びこのボタン型電池用正極端子を備えた電子機器に関する。

従来、正極側面及び負極平面を有する円盤状のボタン型電池が様々な電子機器に用いられている。このような電子機器は、ボタン型電池の正極側面に接する接点を有する正極端子と、ボタン型電池の負極平面に接する接点を有する負極端子と、正極端子及び負極端子が実装された基板とを備えている。近年では、電子部品のＳＭＤ（Surface Mounted Devices）化に伴い、ボタン型電池用の端子にも、基板への表面実装が可能であることが求められている。特許文献１，２には、基板に表面実装されるボタン型電池用の正極端子が記載されている。

特開２００４－８７１９１号公報 特開２０１５－９５３０９号公報

基板に表面実装されるボタン型電池用の正極端子は、実装機（チップマウンター）の吸着ノズルによって吸着可能な平面を有すること、及び基板に対して自立可能であることが必要である。また、基板における回路パターンの設計自由度の観点から、正極端子を基板に接合するためのランドのサイズが小さく、正極端子が小型であることが望ましい。

そこで、本発明は、基板への表面実装が可能な小型のボタン型電池用の正極端子及びこれを備えた電子機器を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、基板に実装され、ボタン型電池の正極側面に接する接点を有するボタン型電池用正極端子であって、前記基板に接合される平坦な基板接合面を有するベース部と、前記ベース部から前記ボタン型電池側に延在し、前記基板に接合されない突片部と、前記突片部の前記ボタン型電池側の端部から立ち上がるように設けられた胴部と、前記胴部から前記基板に平行な方向に延在し、前記接点を先端部に有する腕部と、を備えたボタン型電池用正極端子を提供する。

また、本発明は、上記の目的を達成するため、ボタン型電池を収容する収容スペースを有する電子機器であって、前記ボタン型電池の正極側面に接する接点を有する正極端子と、前記ボタン型電池の負極平面に接する接点を有する負極端子と、前記正極端子及び前記負極端子が実装された基板とを備え、前記正極端子が上記のボタン型電池用正極端子である、電子機器を提供する。

本発明によれば、基板への表面実装が可能な小型のボタン型電池用の正極端子及びこれを備えた電子機器を提供することができる。

（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るボタン型電池用正極端子を用いたプログラマブルコントローラの斜視図である。 基板に実装されたボタン型電池用の正極端子及び負極端子を示す斜視図である。 ボタン型電池が挿入されていない状態の正極端子及び負極端子を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図である。 ボタン型電池が挿入された状態の正極端子及び負極端子を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。 正極端子がボタン型電池の挿入方向に沿ってボタン型電池に強く押圧されたときの状態を示す断面図である。

[実施の形態]
本発明の実施の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るボタン型電池用端子を用いた電子機器としてのプログラマブルコントローラ１００を示す斜視図である。図１（ａ）は、ボタン型電池２がプログラマブルコントローラ１００のケース１０１に収容された状態を示している。図１（ｂ）は、ボタン型電池２をプログラマブルコントローラ１００のケース１０１に収容する際の状態を示している。

プログラマブルコントローラ１００は、工作機械等の制御対象機器を制御するものであり、制御対象機器の動作手順や各種のインターロックが定義されたシーケンスプログラムに基づいて制御対象機器を動作させる。ボタン型電池２は、プログラマブルコントローラ１００に電源が供給されていない間において、シーケンスプログラム等を記憶するメモリのバックアップや、ＲＴＣ（Real Time Clock）回路の動作のために用いられる。

プログラマブルコントローラ１００は、後述する基板や、基板に実装された各種の電子部品をケース１０１に収納している。また、プログラマブルコントローラ１００は、ボタン型電池２を保持するホルダ１０２を備えている。ホルダ１０２は、平常時には図１（ａ）に示すようにケース１０１に収容され、ボタン型電池２を交換する際には、図１（ｂ）に示すようにケース１０１から突出させることができる。ホルダ１０２がケース１０１から突出した状態では、ホルダ１０２におけるボタン型電池２の収納部１０２ａにボタン型電池２を着脱することができる。

ケース１０１から突出したホルダ１０２の収納部１０２ａにボタン型電池２を収納した後、ホルダ１０２をボタン型電池２と共にケース１０１に収容すると、ボタン型電池２がケース１０１内の収容スペースに配置される。ボタン型電池２は、円盤状であり、その外周面が正極側面２１となっている。ボタン型電池２の一方の平面は、負極平面２２となっている。ケース１０１内に配置された基板には、ボタン型電池２の正極側面２１に接触する正極端子、及びボタン型電池２の負極平面２２に接触する負極端子が実装されている。

（正極端子及び負極端子の構成）
図２は、プログラマブルコントローラ１００の基板１に実装されたボタン型電池用の正極端子３及び負極端子４を示す斜視図である。図３は、ボタン型電池２が挿入されていない状態の正極端子３及び負極端子４の構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図である。なお、図３には、ボタン型電池２が挿入された状態のボタン型電池２の輪郭を仮想線（二点鎖線）で示している。図４は、ボタン型電池２が挿入された状態の正極端子３及び負極端子４の構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。

基板１は、例えばガラスエポキシ等の絶縁体からなる平板状の基材１１の表面に不図示の回路パターンが形成されている。この基板１上には、ホルダ１０２に保持されたボタン型電池２を収容する収容スペース１０が設けられている。

収容スペース１０には、図２に矢印で示す挿入方向に沿って、基板１と平行にボタン型電池２が挿入される。基板１の実装面１ａには、ボタン型電池２の正極側面２１に接触するように正極端子３が表面実装され、ボタン型電池２の負極平面２２に接触するように負極端子４が表面実装されている。正極端子３及び負極端子４は、例えば厚さ０．２ｍｍのステンレス製の板材をプレス成形して構成されている。

負極端子４は、収容スペース１０へのボタン型電池２の挿入方向の両端部に設けられた一対の脚部４１と、一対の脚部４１の間で基板１の実装面１ａと隙間を介して平行に向かい合う矩形状の平板部４２と、一対の脚部４１と平板部４２との間の一対の段部４３と、ボタン型電池２の負極平面２２に接触する接点４４１を有する一対の舌片部４４とを一体に有している。

負極端子４の一対の脚部４１は、基板１側の面が基板接合面４１ａとなっており、この基板接合面４１ａが基板１に設けられた負極ランド１２に半田付けされている。平板部４２には、ボタン型電池２の挿入方向に対して垂直な方向に並ぶ二つの開口４２０が設けられており、一対の舌片部４４がボタン型電池２の挿入方向における開口４２０の一方の端部側から他方の端部側に向かって延びるように延在している。接点４４１は、一対の舌片部４４のそれぞれの先端部に設けられ、ボタン型電池２の負極平面２２に弾接（弾性的に接触）する。

正極端子３は、ボタン型電池２の挿入方向において、負極端子４よりも奥側に配置されている。正極端子３は、基板１に接合される平坦な基板接合面３１ａを有するベース部３１と、ベース部３１からボタン型電池２側に延在する平板状の突片部３２と、突片部３２におけるボタン型電池側２の端部から立ち上がるように設けられた胴部３３と、胴部３３から基板１に平行な方向に延在する一対の腕部３４と、ベース部３１におけるボタン型電池２とは反対側の端部から立ち上がるように設けられた重量バランス部３５と、を一体に有している。一対の腕部３４は、ボタン型電池２の正極側面２１に接触する接点３４１を先端部に有している。

ベース部３１は、平板状であり、突片部３２を挟む一対の平板部３１１と、一対の平板部３１１を連結する連結板部３１２とを有している。一対の平板部３１１は、ボタン型電池２の挿入方向に対して垂直な方向に並び、突片部３２を同方向に挟んでいる。また、一対の平板部３１１は、それぞれ基板接合面３１ａを有している。連結板部３１２は、一対の平板部３１１におけるボタン型電池２側とは反対側の端部同士を連結している。

一対の平板部３１１と突片部３２との間には、それぞれ切り欠き３１０が設けられている。切り欠き３１０は、ベース部３１におけるボタン型電池２側の端部から連結板部３１２に向かって、ボタン型電池２の挿入方向と平行に延在している。

一対の平板部３１１は、基板１側の面がそれぞれ基板接合面３１ａとなっており、これらの基板接合面３１ａが基板１に設けられた一対の正極ランド１３にそれぞれ半田付けされている。一対の平板部３１１のそれぞれは、略正方形状である。正極ランド１３は、平板部３１１よりもやや大きな形状に形成されている。

突片部３２は、基板１に接合されておらず、ベース部３１の連結板部３１２からボタン型電池２側に延在している。正極端子３に外力が加わっていないときには、突片部３２が基板１と平行となる。また、突片部３２は、一対の腕部３４がボタン型電池２の挿入方向に沿って強く押圧されたとき、胴部３３側の端部が基板１から離れるように弾性変形可能である。

胴部３３は、平板状であり、ボタン型電池２の挿入方向に対して垂直に配置され、ボタン型電池２の正極側面２１に隙間を介して対向する。一対の腕部３４は、胴部３３におけるボタン型電池２の挿入方向に対して垂直な方向の両端部から、ボタン型電池２の周方向に沿って互いに逆方向に延出されている。また、一対の腕部３４は、図４（ａ）に示すように、収容スペース１０に収容されたボタン型電池２の正極側面２１に接点３４１が当接して押されることにより弾性変形する。接点３４１は、弾性変形した腕部３４の復元力により、ボタン型電池２の正極側面２１に弾接する。

重量バランス部３５は、ベース部３１の一対の平板部３１１及び連結板部３１２に連続して、基板１に対して垂直に立設されている。この重量バランス部３５により、基板１に対して垂直な方向から見た場合の正極端子３の重心点Ｐ（図３（ａ）参照）が、突片部３２に位置するようにされている。これにより、正極端子３は、基板接合面３１ａが基板１に接合される前の状態で、水平に配置された基板１に対して自立可能である。

（正極端子の製造方法）
正極端子３は、ロール状とされた長い板材から、順番に材料を送り加工する順送金型によって製造される。より具体的には、金型を用いた複数回のプレスによって板材を打ち抜き加工及び曲げ加工することにより、正極端子３が製造される。正極端子３は、曲げ加工される前の１枚板に展開されている形状が、正方形に近い長方形状である。より具体的には、短辺方向の幅に対する長辺方向の幅の比が２以内となる形状である。正極端子３は、この長方形状の範囲で、製品として用いる面積比が５０％を超える形状である。

なお、曲げ加工がされる前の１枚板に展開されている製品は、長い板材の長手方向に対し、製品の対称軸が約４５度傾くように製品取りをしてもよい。金属製の板材には、一般にしなり方の特性の方向性があるが、対称軸が傾くように製品取りをすることで、この方向性の影響を低減することができる。

（正極端子及び負極端子の実装方法）
正極端子３及び負極端子４は、実装機によって基板１に実装される。実装の準備工程として、スクリーン印刷などを用い、基板１の一対の正極ランド１３及び一対の負極ランド１２に、クリーム半田が塗布される。クリーム半田が塗布された基板１は、実装面１ａが鉛直方向上側を向くように、実装機に水平にセットされる。

正極端子３は、実装機の吸着ノズルに真空吸着されて運搬され、ベース部３１の一対の基板接合面３１ａが基板１の一対の正極ランド１３に向かい合うように実装面１ａ上に載置される。この際、吸着ノズルは、正極端子３の突片部３２を吸着する。吸着ノズルによって吸着される範囲には、重心点Ｐが含まれる。また、負極端子４についても同様に、クリーム半田が塗布された一対の負極ランド１２に一対の脚部４１の基板接合面４１ａが向かい合うように、吸着ノズルによって実装面１ａ上に載置される。

正極端子３及び負極端子４が搭載された基板１は、実装面１ａを上側としてリフロー炉に入れられる。リフロー炉では、正極ランド１３及び負極ランド１２に塗布されたクリーム半田が熱によって溶け、正極端子３の基板接合面３１ａが正極ランド１３に半田付けされ、負極端子４の基板接合面４１ａが負極ランド１２に半田付けされる。

（正極端子の動作）
図５は、正極端子３がボタン型電池２の挿入方向に沿ってボタン型電池２に強く押圧されたときの状態を示す断面図である。正極端子３は、例えばプログラマブルコントローラ１００のホルダ１０２がケース１０１に押し込まれたときに、ボタン型電池２に強く押圧される。また、例えばプログラマブルコントローラ１００が上下方向の強い振動や衝撃を受けた際にも、正極端子３がボタン型電池２に強く押圧される場合がある。

正極端子３がボタン型電池２に強く押圧されたときには、一対の腕部３４が開くように弾性変形すると共に、突片部３２における胴部３３側の端部が基板１から離れるように弾性変形して衝撃を吸収する。胴部３３は、突片部３２の変形に伴い、基板１側とは反対側の端部がボタン型電池２から離れるように傾動する。このように突片部３２及び一対の腕部３４が変形することにより、仮に正極端子３が突片部３２を有さず、ベース部３１から胴部３３が立設された場合に比較して、正極端子３の基板接合面３１ａと正極ランド１３との接合部に作用する荷重が緩和され、この接合部における半田にクラックや剥離が生じてしまうことが抑制される。

（実施の形態の効果）
上記した本実施の形態によれば、ベース部３１と胴部３３との間に突片部３２が介在することにより、正極端子３がボタン型電池２に強く押圧されたときに基板接合面３１ａと正極ランド１３との接合部に作用する荷重が緩和されるので、基板接合面３１ａ及び正極ランド１３の大きさを小さくすることができ、正極端子３を小型化することが可能になると共に、基板１における回路パターンの設計自由度を高めることが可能になる。

また、本実施の形態によれば、正極端子３のベース部３１における一対の平板部３１１が突片部３２を挟み、一対の平板部３１１を連結する連結板部３１２からボタン型電池２側に突片部３２が延在する構成によって、より一層、正極端子３を小型化することが可能となる。

また、本実施の形態によれば、重量バランス部３５がベース部３１におけるボタン型電池２とは反対側の端部から立設されているので、重量バランス部３５によって実装面１ａ上における正極端子３の専有面積が大きくなってしまうことがない。すなわち、この重量バランス部３５の構成によっても、正極端子３を小型化することができ、基板１における回路パターンの設計自由度を高めることが可能になる。

（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、この実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、一部の構成を省略し、あるいは構成を追加もしくは置換して実施することが可能であり、例えば以下のように変形することも可能である。

上記の実施の形態では、一対の平板部３１１と突片部３２との間には切り欠き３１０が形成された場合について説明したが、これに限らず、例えば長方形状に形成されたベース部の端部から突片部が延伸された構造としてもよい。また、突片部は、基板１と平行でなくともよく、例えば胴部側の端部が基板から浮き上がるように傾斜をつけるなどして、胴部からの力によって弾性変形しやすい形状としてもよい。

また、上記の実施の形態では、重量バランス部３５がベース部３１に対し垂直に曲げられた平板状である場合について説明したが、これに限らず、ベース部３１に対して傾斜して曲げられていてもよい。

また、上記の実施の形態では、ベース部３１が平板状である場合について説明したが、これに限らず、連結板部が一対の平板部の間で基板から離間した構造であってもよい。この場合、重量バランス部は、例えば一対の平板部におけるボタン型電池とは反対側の端部に立設されていてもよく、連結板部におけるボタン型電池とは反対側の端部に立設されていてもよい。

また、上記の実施の形態では、プログラマブルコントローラ１００の基板１に正極端子３及び負極端子４を実装した場合について説明したが、他の電子機器の基板に正極端子３及び負極端子４を実装してもよい。より具体的には、例えば自動車のワイヤレスキーや各種のリモコン、あるいは体温計や玩具等の様々な電子機器に正極端子３及び負極端子４を用いることが可能である。

１…基板
１０…収容スペース
１００…プログラマブルコントローラ（電子機器）
２…ボタン型電池
２１…正極側面
３…正極端子
３１…ベース部
３１ａ…基板接合面
３１０…切り欠き
３１１…平板部
３１２…連結板部
３２…突片部
３３…胴部
３４…腕部
３４１…接点
３５…重量バランス部

Claims (4)

1. 基板に実装され、ボタン型電池の正極側面に接する接点を有するボタン型電池用正極端子であって、
   前記基板に接合される平坦な基板接合面を有するベース部と、
   前記ベース部から前記ボタン型電池側に延在し、前記基板に接合されない突片部と、
   前記突片部における前記ボタン型電池側の端部から立ち上がるように設けられた胴部と、
   前記胴部から前記基板に平行な方向に延在し、前記接点を先端部に有する腕部と、
   を備えたボタン型電池用正極端子。
2. 前記ベース部は、前記突片部を挟む一対の平板部と、前記一対の平板部を連結する連結板部とを有し、一対の平板部のそれぞれが前記基板接合面を有しており、
   前記一対の平板部と前記突片部との間に切り欠きが設けられており、
   前記突片部は、前記連結板部から前記ボタン型電池側に延在している、
   請求項１に記載のボタン型電池用正極端子。
3. 前記ベース部における前記ボタン型電池とは反対側の端部から立ち上がるように設けられた重量バランス部を有し、
   前記基板接合面が前記基板に接合される前の状態で、水平に配置された前記基板に対して自立可能である、
   請求項１又は２に記載のボタン型電池用正極端子。
4. ボタン型電池を収容する収容スペースを有する電子機器であって、
   前記ボタン型電池の正極側面に接する接点を有する正極端子と、前記ボタン型電池の負極平面に接する接点を有する負極端子と、前記正極端子及び前記負極端子が実装された基板とを備え、
   前記正極端子が請求項１乃至３の何れか１項に記載のボタン型電池用正極端子である、
   電子機器。
   

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