JP3217998B2 - 温度ヒューズ機能付き導電接触ピン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、温度ヒューズ機
能付き導電接触ピンに関し、詳しくは、例えば、二次電
池の充放電用電池パネルの電極として電池と通電装置と
を電気的に接続導通するための導電接触ピンであって、
これにより当該電池の温度上昇を感知して通電を停止さ
せる機能を備えた温度ヒューズ機能付き導電接触ピンに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯機器の普及に伴い、ニッケルカドミ
ウム電池、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池
など、密閉形二次電池の需要が増大している。

【０００３】これらの電池は、放電状態の活物質を用い
て電極を作製して電池を組立てる場合が多く、出荷前に
電池を充電したり、充放電を繰り返す活性化処理を施し
たり、あるいは充放電を行い電圧や容量を検査したりす
ることが一般的に行なわれている。

【０００４】充放電等を行う通電用電池パネルの通電端
子には、電池との接触導通を確実にするために付勢手段
としてスプリングや板バネが配設されている。通常、一
般には、比較的電池の脱着が容易で、接触導通が確実に
行なえることから、導電接触ピンが使用されている。

【０００５】密閉形電池においては、高電圧や大電流で
充電された場合、または電池の容量を大きく超えて充放
電された場合には、電池内でガスが発生して、電池内圧
および電池温度の上昇を惹起するが、通常の密閉形電池
には安全弁が取り付けられており、電池内圧が所定の作
動圧を超えて上昇すると安全弁が作動し、ガスを外部に
放出する構造が採られている。

【０００６】このようなガスの発生が急激に起こると、
電池容器が開裂して、酸素と水素の他に、電解液として
使用されている有機溶媒なども飛散する場合があるが、
何らかの原因でこれらのガスや飛散する電解液に引火す
ると非常に危険である。

【０００７】そのため、電池の充電やいわゆる電池活性
化処理に使用されている電源装置においては、その多く
は電池電圧の異常時等には通電を自動停止するように制
御する機構を有している。

【０００８】たとえば、特開平９ー２０４９３９で開示
の発明技術では、通電中の電池温度を測定する温度セン
サを、導電接触ピンに内蔵しているので、このセンサか
らの信号をもとに外部の通電遮断機構を起動させる構成
を採ることもできる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池電
圧、通電電流あるいは電池温度等により通電制御を行う
場合であっても、電源装置や制御装置の故障あるいはノ
イズの影響による誤動作が皆無とはいえない。

【００１０】このような場合、電池は許容範囲外の電圧
や電流で充放電されたり（過充電や過放電がされた
り）、あるいは電池温度が異常に上昇した場合でも通電
されてしまう危険性があった。

【００１１】また、上記公報開示技術も含め、通電を制
御するために、通電される電圧や電流を測定するほか
に、電池温度等を測定して電池を監視することは、電池
を安全に充放電する観点からは好ましいものであるが、
制御装置の複雑化、高コスト化を招くという欠点があっ
た。

【００１２】

【目的】そこで、本願発明は、この現状に着目して鋭意
研究の結果為されたもので、温度上昇により通電を遮断
する温度ヒューズ機能を導電接触ピンに内蔵することで
電池の更なる温度上昇による電池の破損、ひいてはこれ
に起因する危険な状態を確実に回避し、さらには、何等
の付帯装置を必要とすること無く従来品の代換えとして
簡易安価に提供することを目的とする、新規な温度ヒュ
ーズ機能付き導電接触ピンを提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願発明は以下のように構成される。すなわち、一
端面が電気部品の端子に付勢当接して通電を行う通電子
を絶縁体を介して通電方向で２分割し、分割された通電
子どうしを接触導通させる架橋子を移動可能に配置し、
昇温溶融する感温体の介在により付勢作動を抑止させた
状態で付勢手段を前記架橋子に作用させることで、感温
体の溶融による抑止解除により、付勢手段が通電子部間
の接触導通を遮断する方向に架橋子を付勢作動させる構
成とする。

【００１４】なお、上記構成は、通電子のみから構成さ
れる導電接触ピンの他に、この通電子と電気的絶縁をも
って付設され、一端面が前記同一端子に付勢当接して電
気的測定を行う測定子を備えた導電接触ピンにおいても
上記構成を適用することが可能である。

【００１５】さらに、一端面が電気部品の端子に付勢当
接して通電を行う略筒状の通電子と、該通電子内の略同
軸上に該通電子と電気的絶縁をもって内設され、一端面
が前記同一端子に付勢当接して電気的測定を行う略棒状
の測定子と、からなる導電接触ピンにおいては、通電子
を絶縁体を介して通電方向で２分割し、分割された通電
子どうしを接触導通させる架橋子を、電気的絶縁をもっ
て前記測定子に移動可能に環装配置し、昇温溶融する感
温体の介在により付勢作動を抑止させた状態で付勢手段
を前記架橋子に作用させ、感温体の溶融による抑止解除
により、付勢手段が通電子部間の接触導通を遮断する方
向に架橋子を付勢作動させる構成とする。

【００１６】上記構成において、付勢手段は、通常、弾
発勢動するコイルスプリングや板バネ等が用いられる
が、この外、形状記憶合金を用いても良い。すなわち、
抑止手段として上記のように低融点合金を介在させるこ
となく、上記付勢手段の位置に形状記憶合金からなる所
定形状の付勢手段を配置してもよい。

【００１７】なお上記架橋子は、当接接触させてもよい
が、接触導通を確実なものとするため、架橋子自体に付
勢手段を具備させ、付勢力をもって通電子に接触させて
もよい。

【００１８】また、付勢作動の抑止にあっては、例え
ば、分割された通電子部間を導通させた状態にある架橋
子と通電子とを低融点合金で固着させることにより行う
ようにしてもよく、又は架橋子の付勢作動による移動方
向に低融点合金を配置して行うようにしてもよい。

【００１９】

【作用】上記構成により本願発明は以下のように作用す
るものである。初期状態は、架橋子を分割された通電子
部間に架け渡して接触した状態で維持し、分割された通
電子どうしを導通させた状態とする。この状態の保持
は、架橋子に作用する付勢手段の付勢作動を、固形状態
にある感温体を介在させて抑止することにより行う。

【００２０】次に、給電対象物である電池の所定温度以
上の上昇により感温体が溶融すると、付勢手段の抑止状
態が解除され、付勢手段は弾発勢動して、架橋子に作用
して移動させ、通電子部間の導通を遮断する。

【００２１】請求項２の構成にあっては、通電子、架橋
子、及び測定子が略同一軸上に配置されているため、初
期状態では、通電子の内周壁へ架橋子の外周壁が接触し
て導通状態を維持し、感温体の溶融作動時には、架橋子
が測定子の外周壁に沿って、（互いに絶縁状態は維持さ
れながら、）摺動移動し、分割された通電子部間の導通
を解除して、通電を遮断する。

【００２２】また請求項３の構成にあっては、温度変化
により付勢手段が変形し、この変形力が架橋子に作用し
て、分割された通電子部間の通電を遮断する方向へ移動
させる。

【００２３】請求項４の構成にあっては、架橋子と通電
子とが付勢接触して、より確実な導通が行われる。請求
項５の構成にあっては、架橋子と通電子とを低融点合金
により融着させているため、付勢手段の抑止と共により
確実な導通が行われる。

【００２４】請求項６の構成にあっては、低融点合金の
存在により、確実な付勢手段の抑止と、より正確に所定
温度で導通遮断が行われる。請求項７の構成にあって
は、確実でかつ作動力の大きい弾発勢動が行われる。

【００２５】この結果、電池が高電圧や大電流で充電さ
れたり、又は電池の容量を大きく超えて充放電されたり
することがなくなり、ガスの発生、電池内圧の上昇、お
よび電池温度の上昇が回避される。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に、本願発明の実施形態例を図
面に基づき詳細に説明する。図１は本実施形態の導電接
触ピンの全体を示す切欠き断面斜視図であり、図２はそ
の付勢作動前の状態を示す部分縦断面図であり、図３は
その状態の要部を示す拡大縦断面図であり、図４はその
付勢作動後の状態を示す部分縦断面図である。なお、説
明中の方向性の記載は、図面を基準とした便宜上のもの
である。

【００２７】本実施形態の導電接触ピン１の主要構成要
素は、図示するように、通電子２、測定子３、及び架橋
子４とからなる。通電子２は、導電接触ピン１におい
て、対象物の電気部品（例えば、二次電池）の極端子
（図示省略）と外部通電装置の通電端子（図示省略）と
の間に挟持されて接触通電を行う主体部として機能する
ものであり、導電性の部材で両端開放の円筒状に構成さ
れている。

【００２８】この通電子２は、通電方向、すなわち軸方
向へ２分割されて、電気部品の極端子と当接する極接通
電子部２１（図面において下側）と、外部通電装置の電
極と当接する外接通電子部２２（図面において上側）と
に分けられ、互いを絶縁体部２３を介して連接し、一体
化形状に構成されている。極接通電子部２１と外接通電
子部２２とは、金属等の導電性材で形成され、絶縁体部
２３は樹脂またはセラミック等の非導電性材で形成され
ている。

【００２９】極接通電子部２１には、（図面において）
その下端部付近の外周面に拡径段部２１ａが形成され、
その内周面に縮径段部２１ｂが形成されている。また、
電極への当接面２１ｃとなる開放口の内周面には段部２
１ｄをもって拡径された収納口２１ｅが形成されてい
る。

【００３０】通電子２の外周側には、円筒状のスリーブ
２４が、通電子２と絶縁された状態で軸方向へ摺動可能
にして環装されており、その下端部と前記拡径段部２１
ｂとの間には、極接通電子部２１に環装された外側コイ
ルスプリング２５が、拡張付勢力を持つように圧縮設置
されている。また、外接通電子部２２の中程の外周囲に
は、ストッパリング２６が取り付けられ、前記スリーブ
２４の上端部の移動止点としている。

【００３１】また、絶縁体部２３との接合部付近の極接
通電子部２１、及び外接通電子部２２の外周囲には、そ
れぞれに内部へ貫通した充填孔２１ｆ、２２ａが各々１
箇所又は２箇所以上開設されている。

【００３２】次に、測定子３は、電気部品の極端子に当
接して電気的測定を行うものであり、略棒状をなし、通
電子２内部の空間の同軸上に、かつ両端開放口から露出
する程度の長さをもって配置されている。この測定子３
は、主体部が金属等の導電性材からなり、側面の略全周
面が絶縁材３１で被覆されている。そして、極接通電子
部２１の内部空間の縮径段部２１ｂと段部２１ｄとの間
に密着嵌合させて、かつ上端部３２は外接通電子部２２
の開放口に被せるように取り付けられた絶縁体のキャッ
プ３３を貫通させるようにして保持されている。

【００３３】前記極接通電子部２１側の測定子３の下端
部には、先端（下端）が当接面２１ｃより露出する当接
部３４ａをもった棒状の摺動子３４が、所定量進退自在
にして収納されており、その基部３４ｂには軸上コイル
スプリング３５が、拡張付勢力を持つように圧縮配置さ
れている。これにより摺動子３４の当接部３４ａの極端
子への当接時に付勢力が付加される。この摺動子３４
は、導電性材で形成されると共にその当接部３４ａは、
後退時に前記極接通電子部２１の下端部の収納口２１ｅ
に、内面と接触することなく収納可能な大きさに形成さ
れている。

【００３４】次に、架橋子４は、前記通電子２の内側周
面と前記測定子３の外側周面との間に、区画形成された
円筒状空間４１内に配置されている。この架橋子４は、
前記通電子２の絶縁体部２３を挟んで配置された極接通
電子部２１と外接通電子部２２との間を架け渡すことが
可能な長さをもった円筒状をなし、軸方向の摺動が自在
となるようにして前記測定子３の外側に環装され、かつ
通電子２の内側周面とは摺動可能な程度に接触してい
る。また、架橋子４と前記極接通電子部２１の内周囲に
形成させた縮径段部２１ｂとの間には、内側コイルスプ
リング４２が、配置されている。

【００３５】この架橋子４は、初期状態として、極接通
電子部２１と外接通電子部２２とを架け渡す位置に配置
され、前記通電子２の充填孔２１ｆ、２２ａから感温体
としての溶融した低融点合金５が、架橋子４まで充填さ
れることにより、架橋子４が保持されている。このと
き、内側コイルスプリング４２は、圧縮撓み状態に、又
は引張撓み状態に、保持されて付勢作動（弾発勢動）を
抑止した状態にされている。

【００３６】

【実施形態の作用】上述した構成により、本実施形態は
以下のように作用するものである。すなわち、導電接触
ピン１は電気部品の極端子に当接させると、通電子２お
よび測定子３は、それぞれ外側コイルスプリング２５と
内側コイルスプリング４２により、付勢力をもって押し
付けられる。かかる導電接触ピン１の設置により、通電
と同時に、電気的測定が行われる。なお、この配置の方
法、及び機能は従来品の導電接触ピンと同様である。

【００３７】ここで何らかの異常により電気部品が発熱
すると、その熱は、導電接触ピン１に伝わり、所定温度
以上に上昇すると、低融点合金５を溶かすこととなる。
この低融点合金５の溶融は、内側コイルスプリング４２
の抑止状態の解除を招き、この内側コイルスプリング４
２の弾発勢動により架橋子４は、極接通電子部２１と外
接通電子部２２との間を架け渡しを解除する方向へ弾き
出される。すなわち、内側コイルスプリング４２が圧縮
撓み状態であったときは、図面上、上方へ、又は内側コ
イルスプリング４２が引張撓み状態であったときは、図
面上、下方へ、弾き出されることになる。この結果、極
接通電子部２１と外接通電子部２２との間の導通回路が
遮断されて電気部品への通電、又は電気部品からの通電
が停止されることになる。

【００３８】

【他の実施形態の可能性】ところで、上記の実施形態の
他に、本願発明の目的を達成するため、次のような変形
を加えてもよい。

【００３９】導電接触ピン、通電子の形状は円筒形状に
限定されるものではないので、例えば多角柱状としても
よい。また本実施形態では、導電接触ピンの通電子およ
び測定子は、二重の円筒を構成しているが、両者を並列
配置することも可能であるし、測定子を省略した構成と
することもできる。

【００４０】なお、付勢手段として、コイルスプリング
を用いているが、これに限定するものではなく、付勢作
動を可能とする板バネ等の弾性機素と置き換えてもよ
い。さらに、付勢手段は架橋子の上側に（図面におい
て）、配置することも可能である。あるいは、昇温によ
り架橋子の移動を行うもの、例えば温度変化による形状
記憶合金の伸縮作用を、上記付勢手段と置き換えること
も可能である。

【００４１】また、低融点合金を用いて極接通電子部と
外接通電子部を架橋子に加熱接合しているが、いづれか
一方のみを架橋子に加熱接合し、他方は架橋子を接触さ
せることにより導通させるようにすることもできる。

【００４２】あるいは、架橋子を極接通電子部および外
接通電子部のいづれにも加熱接合しないで、架橋子を接
触させることのみにより導通させ、架橋子の上側に低融
点合金を配置して付勢作動の抑止を行うようにすること
も可能である。

【００４３】なお、極接通電子部および外接通電子部の
導通を、架橋子の接触導通のみで行う場合にあっては、
例えば、拡径方向に付勢したバネ等の弾発手段を有する
架橋子とすることで、架橋子が付勢力をもって極接通電
子部および（または）外接通電子部に接触するようにし
てもよい。

【００４４】

【実施例】８０℃で溶融する低融点合金からなる感温体
を用いて外部端子および接続端子を架橋子に加熱接合す
ることにより、上記構成の導電接触ピンを作製した。

【００４５】導電接触ピンおよび従来の導電接触ピンを
用いて、表１に示す４種類の組み合わせで、各５ＣＨ、
合計２０ＣＨの電池パネルを作製した。この電池パネル
に市販の１８６５０型リチウムイオン電池を装着し、
１．２Ａで２時間充電し、過充電時の安全弁の作動状況
を観察した。結果を表１に示す。

【００４６】

【表１】 実施例１から３は全て１時間から１時間３０分までの間
に電流が遮断され、安全弁の作動は全く無かった。

【００４７】しかしながら、比較例では電流が遮断され
ることはなく、１時間３０分を超えた時点において、全
ての安全弁が作動し、電池の正極端子部よりガスと電解
液が飛び散る様子が観察された。

【００４８】試験後、試験に使用した導電接触ピンを解
体したところ、本実施形態による全ての導電接触ピン
は、低融点合金が溶融し付勢スプリングの付勢反発力に
よって架橋子が移動し、通電子の導通が遮断されてい
た。

【００４９】尚、通電子と外部回路との間に温度ヒュー
ズを外付けしても同様の効果が得られるが、この場合、
温度ヒューズは、導電接触ピンを介して電池に接続され
ているため、熱の伝導に遅れが生じたり、風などの影響
により、動作の確実性が若干悪くなると同時に、電池パ
ネルの組み立てが煩雑となるので好ましいものではな
い。

【００５０】

【効果】本願発明は上記のように、二次電池等の電気部
品の昇温を感知して通電を遮断する手段を導電接触ピン
に内蔵したため、機構を簡易にすることができると共に
確実な作動を確保することができる。

【００５１】また、外観形状は従来品と比較して、ほぼ
同じ大きさにすることができるため、外部通電装置を変
更することなく従来品の代換えとして簡単に取り付ける
ことができる特徴を有する。その結果、従来の品のよう
に外部に別個に設ける場合と異なり非常に安価に提供す
ることができる。

【００５２】さらに、感温体として低融点合金を用いた
場合は、作動温度を誤差を小さくすることができるばか
りでなく、スプリング等の付勢手段の抑止を確実に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の導電接触ピンの全体を示す切欠き
断面斜視図である。

【図２】本実施形態の導電接触ピンの付勢作動前の状態
を示す部分縦断面図である。

【図３】本実施形態の導電接触ピンの付勢作動前の状態
の要部を示す拡大縦断面図である。

【図４】本実施形態の導電接触ピンの付勢作動後の状態
を示す部分縦断面図である。

【符号の説明】

１・・・導電接触ピン ２・・・通電子 ２１・・極接通電子部 ２１ａ・・拡径段部 ２１ｂ・・縮径段部 ２１ｃ・・当接面 ２１ｄ・・段部 ２１ｅ・・収納口 ２１ｆ・・充填孔 ２２・・外接通電子部 ２２ａ・・充填孔 ２３・・・絶縁体部 ２４・・・スリーブ ２５・・・外側コイルスプリング ２６・・・ストッパリング ３・・・測定子 ３１・・・絶縁材 ３２・・・上端部 ３３・・・キャップ ３４・・・摺動子 ３４ａ・・当接部 ３４ｂ・・基部 ３５・・・軸上コイルスプリング ４・・・架橋子 ４１・・・筒状空間 ４２・・・内側コイルスプリング ５・・・低融点合金

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01H 37/76 G01R 31/36 H01M 2/34 H01M 10/48

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端面が電気部品の端子に付勢当接して通
   電を行う通電子を絶縁体を介して通電方向で２分割し、 該分割された通電子部どうしを接続導通させる架橋子を
   移動可能に配置し、 昇温溶融する感温体の介在により付勢作動を抑止させた
   状態で付勢手段を前記架橋子に作用させると共に、 該付勢手段は、感温体の溶融による抑止解除により、前
   記通電子部間の導通を遮断する方向に架橋子を付勢作動
   させるように構成したことを特徴とする温度ヒューズ機
   能付き導電接触ピン。
2. 【請求項２】一端面が電気部品の端子に付勢当接して通
   電を行う略筒状の通電子と、 該通電子内の略同軸上に該通電子と電気的絶縁をもって
   内設され、一端面が前記同一端子に付勢当接して電気的
   測定を行う略棒状の測定子と、からなる導電接触ピンに
   おいて、 前記通電子を絶縁体を介して通電方向で２分割し、 該分割された通電子部どうしを接続導通させる架橋子
   を、電気的絶縁をもって前記測定子に移動可能に環装配
   置し、 昇温溶融する感温体の介在により付勢作動を抑止させた
   状態で付勢手段を前記架橋子に作用させ、 該付勢手段は、感温体の溶融による抑止解除により、前
   記通電子部間の導通を遮断する方向に架橋子を付勢作動
   させることを特徴とする温度ヒューズ機能付き導電接触
   ピン。
3. 【請求項３】一端面が電気部品の端子に付勢当接して通
   電を行う通電子と、 該通電子と電気的絶縁をもって付設され、一端面が前記
   同一端子に付勢当接して電気的測定を行う測定子と、か
   らなる導電接触ピンにおいて、 前記通電子を絶縁体を介して通電方向で２分割し、 該分割された通電子部どうしを接続導通させる架橋子を
   移動可能に配置し、 昇温により変形する形状記憶合金からなる付勢手段を前
   記架橋子に作用させ、 該付勢手段は、昇温による変形力が、前記通電子部間の
   導通を遮断する方向に作用するように構成したことを特
   徴とする温度ヒューズ機能付き導電接触ピン。
4. 【請求項４】 架橋子において、 架橋子自体に付勢手段を備え、これにより通電子へ付勢
   接触させるようにしたことを特徴とする請求項１、２、
   又は３記載の温度ヒューズ機能付き導電接触ピン。
5. 【請求項５】 付勢作動の抑止において、 分割された通電子どうしを接続導通させた状態にある架
   橋子と通電子とを低融点合金で固着させることにより行
   うことを特徴とする請求項１、２、又は３記載の温度ヒ
   ューズ機能付き導電接触ピン。
6. 【請求項６】 付勢作動の抑止において、 架橋子の付勢作動による移動方向に低融点合金を配置し
   て行うことを特徴とする請求項１、２、３、又は４記載
   の温度ヒューズ機能付き導電接触ピン。
7. 【請求項７】 付勢手段を、 コイルスプリング、又は板バネとしたことを特徴とする
   請求項１、２、４、５、又は６記載の温度ヒューズ機能
   付き導電接触ピン。