JP3497919B2 - 圧力遮断センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、二次電池のごとき再充
電により再生可能な蓄電池などの安全性を確保するため
に用いられる圧力遮断センサに関する。 【０００２】 【従来の技術】この種の蓄電池に充電が完了しても更に
充電を行ったり、規定された電流よりも大きな電流で充
電が行われると、蓄電池に異常が生じて蓄電池内に気体
が発生し、蓄電池内の圧力や温度が上昇し、蓄電池の膨
張、更には亀裂による電解液の滲み出しにより、蓄電池
が組み込まれた機器に悪影響を与えることがある。ま
た、これまでに至らなくとも、このような状態のままで
蓄電池の使用を継続すると、前述した蓄電池の膨張が進
行し、亀裂や破裂が生じる可能性があり、異常が生じた
蓄電池は速やかに使用を止める必要がある。そこで、従
来より、この種の蓄電池には安全対策が施されており、
蓄電池内の圧力の上昇により開き、蓄電池内の気体を排
気する安全弁を蓄電池に設けるタイプや、その温度上昇
を検知して蓄電池が接続する電気回路に電流を流さなく
する手段を蓄電池外に設けたタイプなどがある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記安
全弁を設けるタイプでは、蓄電池に安全弁を設けるため
に蓄電池内に施す配管などを考慮せねばならず、蓄電池
を小型に設計する上での制約となったり、また、前記蓄
電池内の温度の上昇を検知するタイプでは、時間の経過
にしたがって温度が低下した場合、再び電気回路に電流
が流れて蓄電池が再使用される可能性があった。 【０００４】そこで、本出願人は、先に、蓄電池の内圧
の上昇を検知して電気回路に流れる電流を自動的に遮断
する圧力遮断センサを提案しているが、圧力遮断センサ
の使用形態（取り付け位置）が自由であることが望まれ
ており、これを満たすために、圧力遮断センサをユニッ
ト化することが考えられる。しかしながら、圧力遮断セ
ンサの密閉された内部の基板から端子を引き出し、か
つ、この基板を蓄電池の内圧の上昇により小さい力で破
断されるようにすることが望ましいが、基板の両端に端
子を固定すると、基板は両持ち支持状態となって基板の
破断に対する強度は高くなる。このような構成を取る
と、例えば、約３kg程の圧力が基板に加わらないと、基
板が破断されないので、センサの感度が悪く実用に供し
えないものであり、圧力遮断センサをユニット化するこ
とが難しかった。 【０００５】 【０００６】 本発明の目的は、密閉性を向上し、接着
剤の破断部材側への流れ込みを防止し、接着剤の量管理
を容易にし、端子と接続部材の接続強度を高めることが
できる圧力遮断センサを提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】前記目的は、絶縁性材か
らなり、一部を開口された筐体と、前記筐体の開口部を
閉鎖し、外部圧力により変形する加圧部材と、前記筐体
に収納され、導電路を有し、前記加圧部材による押圧が
所定値を越えると前記導電路を破断する破断部材と、前
記導電路に接続される導電性を有する一対の接続部材
と、前記接続部材と前記筐体内部で接合され、前記筐体
にインサート成形された一対の端子と、前記筐体には、
前記接続部材と前記端子の接合部の端子裏面に達する凹
部を備え、前記接合部と前記破断部材との間に仕切壁を
設け、この仕切壁により仕切られた前記接合部側に接着
剤を充填した第１の手段により達成される。 【０００８】 【０００９】 【作用】前記第１の手段にあっては、密閉性を向上し、
接着剤の破断部材側への流れ込みを防止し、接着剤の量
管理を容易にし、端子と接続部材の接続強度を高めるこ
とができる。 【００１０】 【００１１】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例に係る圧力遮断センサの一
部切欠き平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は
図１のＢ−Ｂ線断面図、図４は図２に対応し、導電路が
破断された状態の断面図、図５は図３に対応し、導電路
が破断された状態の断面図、図６は圧力遮断センサの基
板とリードを示す説明図、図７は圧力遮断センサのリー
ドを折り曲げ形成する前の状態を平面図、図８(a),(b)
は圧力遮断センサの下ケースの平面図及び縦断面図、図
９は圧力遮断センサのインサート成形前の端子の平面
図、図１０(a),(b)はアクチュエータの正面図及び右側
面図、図１１は圧力遮断センサの組立工程を示す説明
図、図１２は圧力遮断センサをリチウムイオン２次電池
に使用した状態の概略を示す説明図である。 【００１２】これらの図において、１は圧力遮断センサ
で、圧力遮断センサ１は、筐体である下ケース２及び上
ケース３、導電路であるエレメント４、リード５、アク
チュエータ６、端子７、パッキン８から主に構成されて
いる。下ケース２はエポキシ樹脂製で、図２及び図３に
示すように、上面が開放されて形成された凹部２aと、
外側面から側方向に突設された横凸条部２bと、側面の
上部に形成された上凸条部２cと、凹部２aの中央に形成
された長方形状のエレメント保持部２dと、エレメント
保持部２dの内底面中央に形成された凹段部２eと、エレ
メント保持部２dの両端部近傍にそれぞれ設けられた孔
部２f,２fと、リード５を嵌合して保持する仕切壁２gか
ら構成されている。この孔部２f,２fには、孔を塞ぐよ
うにインサート成形により後述する端子７のリード接続
部７aが配設されている。 【００１３】エレメント４は、図６及び図７に示すよう
に、セラミックなどの材料からなり絶縁性を有し、外部
圧力によって割れ可能な直方体状の絶縁部材９と、この
絶縁部材９の下面に銀などの導電材料を塗布して形成し
た導電部１０と、導電部１０の両端に形成した引出部１
０a、１０aと、引出部１０aを残して絶縁部材９の全面
に絶縁材料を塗布して形成された絶縁コート部１１とか
らなる。このエレメント４は例えば0.3mm厚に形成され
ている。そして、このエレメント４は、通常の場合、引
出部１０a,１０cとの間が導電部１０を介して導通状態
となっているが、外部圧力によってエレメント４の絶縁
部材９が割れた際に、絶縁部材９の下面に形成された導
電部１０が断線し、引出部１０a,１０cとの間の導通が
断たれるようになっている。このようなエレメント４
は、図２及び図３に示すように、下ケース２の凹段部２
eの長手方向より長く、また、凹段部２eの短手方向より
短く形成されていて、エレメント４は凹段部２eを跨ぐ
ようにその長手方向に橋架されている。そして、このエ
レメント４は、その短手方向が下ケース２の凹段部２e
の上に位置して、その両端に空隙が設けられているとと
もに、凹段部２e内に没して入ることができる。そして
この凹段部２eの深さはエレメント４がその中で割れる
ことができるような大きさに設けられている。 【００１４】また、エレメント４の引出部１０a,１０a
には、図６及び図７に示すように、リード５,５がそれ
ぞれ取り付けられ、このリード５は長尺板で、例えば、
0.03mm厚の銅材からなり、したがって、リード５は十分
柔軟性があるので、両リード５,５によりエレメント４
が両持ち支持状態となっていても、両リード５,５が撓
み、エレメント４の破断の障害とならない。このリード
５の一端部５aは中央に切欠き部５bが形成され、切欠き
部５bを含むリード５の一端部５aをエレメント４の引出
部１０aに配設し、切欠き部５bに半田を付けて接続さ
せ、フォーミング切断している。これにより、切欠き部
５b内に半田が納められて半田の盛り上がりがなく、エ
レメント４を安定して下ケース２のエレメント保持部２
dに載置できる。また、リード５は、図６に示すよう
に、リード５の一端部５aからエレメント４の側端面に
沿って上方に屈曲形成されてエレメント４の上面より越
えた立上り片部５cと、この立上り片部５cから四角形状
に屈曲されて再びエレメント４の下面より下方に延設さ
れた上面片部５ｄ及び対向片部５ｅと、更に対向片部５
eから外方に屈曲形成された端子接続片部５fとからな
る。そして、このリード５付きエレメント４はその引出
部１０a,１０aを下にして下ケース２の凹部２a上に載置
され、リード５の立上り片部５c及び上面片部５d及び対
向片部５eが下ケース２の仕切壁２gに嵌めこまれ、更に
リード５の端子接続片部５fが下ケース２の端子７のリ
ード接続部７a上に載置されている。この端子接続片部
５fはリード接続部７aに超音波溶着した後、更に接着剤
１２を塗布されて接着されている。接着剤１２は、図４
に示すように、接合面からはみ出すが、仕切壁２g（つ
まり、リード５の立上り片部５c及び上面片部５d及び対
向片部５e）により内部に侵入することが阻止されるの
で、接着剤１２によりエレメント４の端部が下ケース２
の凹部２a上に固定されることがなくなり、エレメント
４の剛性を必要以上に高めてエレメント４の割れを阻止
することがなく、設定した圧力で確実にエレメント４が
破断される。 【００１５】上ケース３はアルミニウムなどの材料から
なり、図１ないし図３に示すように、上面部３aと４つ
の側面部３b,３b…からなり、その上面部３aのほぼ中央
部には開口部３cが穿設され、また、各側面部３bの下端
部には内側にかしめられて下ケース２の下端に係止され
る係止片部３dがそれぞれ設けられている。 【００１６】前記下ケース２にはエレメント４及びリー
ド５を収納し挟持するようにしてパッキン８が被せられ
ている。このパッキン８はゴム材料等の弾性材からなり
絶縁性を有し、断面円弧状で中央部が上方に突出して圧
力により弾性変形する可撓部８aと、可撓部８aの周縁に
延設された周縁部８bから主になっている。この可撓部
８aと周縁部８bの境目は薄肉に形成されて薄肉部８cが
設けられている。また、可撓部８aの下面には、図２に
示すように、下ケース２の上凸条部２c,２c間よりもわ
ずかに大きいエレメント収納凹部８dが設けられてエレ
メント４及びリード５が載置されるようになっている。
更に、エレメント収納凹部８dに載置されたエレメント
４の上面と、エレメント収納凹部８dの上方にある可撓
部８aの下端部との間には、隙間Ｄが設けられてアクチ
ュエータ６が介在されている。この隙間Ｄを設けたこと
により、通常の充放電時のような問題とならない程度の
内圧の変動によるパッキン８の可撓部８aの変形に対し
ては、隙間Ｄで吸収してアクチュエータ６を押し下げな
いようにしてある。これにより、前述のような圧力がア
クチュエータ６を介してエレメント４に常にあるいは繰
り返し加わって安全な圧力でエレメント４が破断してし
まうのを防止できる。また、パッキン８の周縁部８bに
は、端子７のリード接続部７aにリード５の端子接続片
部５fを圧接させる突部８eと、外周縁に突設された突条
部８fとが設け競れている。この突条部８fは下ケース２
の上凸条部２cの外側に位置され、かつ横凸条部２bと上
ケース３によって圧縮して挾み込まれる。したがって、
パッキン８の周縁部８bは、パッキン８自体の弾性によ
って下ケース２及び上ケース３に密着され、これによっ
て下ケース２とパッキン８と上ケース３で囲まれた内部
を確実に密閉できる。 【００１７】なお、パッキン８の可撓部８aは、パッキ
ン８の組込前は図８(a)に示すように、平板形状であ
り、これを中央を断面ほぼ円弧状に突出するように対向
する側面間を縮めて下ケース２及び上ケース３６に組み
込まれている。 【００１８】このアクチュエータ６は例えばリン青銅材
等の剛性の高い材質からなり、図１０(a),(b)に示すよ
うに、断面コ字状に屈曲されて形成された平面部６a及
び側板部６b,６bと、平面部６aのほぼ中心部に側板部６
bの屈曲方向に突設された突起６cが備えられている。こ
のアクチュエータ６は、パッキン８、下ケース２及び上
ケース３の内部中空内に収納された際に、パッキン８の
薄肉部８c近傍の下方突起がアクチュエータ６の上面に
当接し（図示Ｅ部）、またアクチュエータ６の突起６c
がエレメント４の上面中央に当接している。これらによ
り、エレメント４は上下方向を動きを規制されている。 【００１９】また、この圧力遮断センサ１はエレメント
４に接続されたリード５の外部引出端子として矩形状の
端子７を備え、図１に示すように、下ケース２にアウト
サート成形により一体に形成されている。この端子７
は、下ケース２の中心に対して点対称となるように配設
されている。つまり、端子７は、当初、図９に示すよう
に、四角形状でかつ中央に開口を形成してプレス加工さ
れ、リード接続部７a，７ａと、リード接続部７aに連な
る連結片部７ｂ，７ｂと、下ケース２の側面に埋め込ま
れる端子撓み防止片部７ｃ，７ｃが設けられている。そ
して、この連結片部７ｂ，７ｂは後述するように組み込
み後切断される。このように、連結片部７ｂ，７ｂを切
断して端子としては別々の端子に分離された端子７，７
間は前述したようにエレメント４及びリード５を介して
導通されており、したがって、電流は端子７からリード
５を通りエレメント４に流れ、更に他方のリード５から
端子７に流れることができ、また、その逆に流れること
もできるようになっている。 【００２０】次に、この圧力遮断センサ１の組立方法を
図１１を参照して説明する。まず、アルミニウムの板材
にプレス加工を施して図９に示す端子７を成形し（端子
プレス加工工程）、端子７を洗浄して脱脂する（端子洗
浄工程）。この端子７にエポキシ・アルミアウトサート
成形を施して下ケース２を一体に成形する（下ケースア
ウトサート成形工程）。その後、下ケース２及び端子７
を洗浄して離型剤を洗い落す（洗浄工程）。次に、セラ
ミック基板単品に前記導電部１０，引出部１０a及び絶
縁コート部１１等を印刷して形成し（セラミック大判加
工・大判印刷工程）、これを分割して複数のエレメント
４を得る（エレメント分割工程）。切欠き部５bを形成
したリード５を加工し（リードプレス加工工程）、洗浄
して脱脂する（リード洗浄工程）。このリード５の切欠
き部５bに半田を付けてエレメント４の両端下面の引出
部１０a、１０aにリード５を半田付けし（半田付け工
程）、フラックス洗浄を行い（フラックス洗浄工程）、
更に、フォーミング・切断を行い、図６及び図７に示す
リード５付きエレメント４を得る（フォーミング・切断
工程）。次に、下ケース２のエレメント保持部２dにリ
ード５付きエレメント４載置し（リード付きエレメント
組込工程）、端子接続部７ａとリード５の端子接続片部
５fとの接合部を高周波溶着し（高周波溶着工程）、更
にその接合部をエポキシ樹脂等の接着剤１２で接着し
（接着剤塗布工程）、接着剤１２を乾燥させる（接着剤
乾燥工程）。その後、下ケース２に収納されたエレメン
ト４上にアクチュエータ６を載置し、更にパッキン８を
被せ、その上に上ケース３を被せて組み込み（組込工
程）、上ケース３の各係止片部３dを下ケース２の下端
にかしめて上ケース３と下ケース２を固定する（上ケー
スかしめ工程）。その後、端子７の連結片部７ｂ，７ｂ
（図１に斜線で示す部分）を切断して回路が完成する
（端子切断工程）。 【００２１】このようにして、圧力遮断センサ１の組立
は完了するが、組立後においては圧力遮断センサ１の内
部は、前述したように、パッキン８自体の弾性によって
その周縁部８bは、上ケース３と下ケース２間で密着し
て、これによって下ケース２とパッキン８と上ケース３
で囲まれた内部が密閉状態となっている。また、パッキ
ン８の可撓部８aの下端部（図示Ｅ部）がアクチュエー
タ６の上面に圧接して予圧（エレメント４を破断させる
力より小さい）をかけており、破断したエレメント４が
戻って再び通電状態とならないようになっている。 【００２２】このようにして組み立てられた圧力遮断セ
ンサ１は、リチウムイオン２次電池やニッケル水素２次
電池など蓄電池の内部に組み込まれる。ここで、図１２
はリチウムイオン２次電池を例にして蓄電池の概略を示
したもので、上端部が開放されている有底の内部中空の
円筒体２１は、その底面部２１aに開口を有し、その開
口はステンレスからなり導電性を有する負極缶２２によ
って密閉されている。また、ステンレスからなり導電性
を有する正極蓋２３は外部電極であり、円筒体２１の上
端部を密閉しており、これにより円筒体２１の内部は密
閉状態となっている。そしてこの円筒体２１の内部に
は、内部電極として酸化リチウムコバルトからなる正極
２４、カーボンからなる負極２５、正極２４と負極２５
のショートを防止するセパレータ２６、圧力遮断センサ
１が組み込まれており、圧力遮断センサ１は、端子７に
より正極蓋２３と接続しており、また、他方の端子７に
より正極２４と接続している。また、負極２５は、セパ
レータ２６を挾んで、正極２４と対向するように設けら
れているとともに、負極缶２２と接続している。更に、
この円筒体２１の内部は、電解液で満たされている。そ
して、このように構成されたリチウムイオン２次電池の
正極蓋２３と負極缶２２の間に規定の電流を流すと、正
極２４と負極２５との間で化学反応が生じて充電が行わ
れる。 【００２３】次に、前記実施例を前記リチウムイオン２
次電池に使用したときの動作について説明する。充電
中、圧力遮断センサ１において電流は、正極蓋２３から
順次、端子７、リード５、エレメント４、リード５、端
子７と流れ、正極２４に導出される。すなわち電流は、
端子７と溶着されたリード５へ流れ、このリード５に溶
着されたエレメント４の下端の一方の引出部１０aから
導電部１０を通り、エレメント４の下面の他方の引出部
１０cに導出され、この引出部１０cに溶着されたリード
５に導出され、更に、このリード５から端子７に導出さ
れる。このとき充電が完了しても電流を流し続けて更に
過充電が行われたり、規定された電流よりも大きな電流
で充電が行われると、蓄電池に異常が生じて蓄電池内の
圧力や温度が上昇する。蓄電池内の圧力が上昇すると、
外部圧力として圧力遮断センサ１に伝える。すると、図
４及び図５に示すように、この外部圧力がパッキン８の
可撓部８aをその内方へ撓ませて変形させ、パッキン８
の可撓部８aの内面がアクチュエータ６を図４の下方に
押してアクチュエータ６の突起６ｃがエレメント４のほ
ぼ中央部を下方に押す。このエレメント４の両端は下ケ
ース２の凹部２aに載置されかつリード５に半田付け固
定されているので、長短手方向及び上下方向に動きが規
制されており、したがって、更に蓄電池内の圧力が上昇
し、その圧力が一定の圧力に達したとき、エレメント４
は、図４及び図５に示すように、アクチュエータ６の突
起６ｃを介してこの圧力を受けて更に変形し、エレメン
ト４は下ケース２の凹段部２e内へ押し込まれて割れ
る。この際、リード５，５は、その下面がエレメント保
持部２dに固定されておらず、かつ十分に柔軟性がある
ので、エレメント４の破断を阻止する力として作用しな
い。この割れＣにより、エレメント４を構成する導電部
１０が断線し、その引出部１０a,１０cとの間の導通が
断たれることによって、圧力遮断センサ１は正極蓋２３
と正極２４間に流れる電流を遮断し、これ以上の充電を
止めさせるとともに、このリチウムイオン２次電池が蓄
電池として機能できない状態にする。 【００２４】このように構成された前記実施例にあって
は、絶縁性材からなり、一部を開口された筐体(２,３)
と、筐体(２,３)の開口部３cを閉鎖し、圧力により変形
する加圧部材(８)と、筐体(２,３)に収納され、導電路
(１０)を有し、加圧部材(８)による押圧が所定値を越え
ると導電路(１０)を破断する破断部材(４)と、導電路
(１０)に接続される導電性を有する一対の接続部材(５)
と、接続部材(５)と筐体(２,３)内部で接合され、筐体
(２,３)にインサート成形された一対の端子(７)と、筐
体(２,３)には、接続部材(５)と端子(７)の接合部の端
子裏面に達する凹部(２f)を備えたため、蓄電池内部の
気圧が上昇する異常を生じた蓄電池の使用を確実に止め
ることができる。また、接続部材(５)は導電路(１０)と
接続性の良好な材料を選択できる。また、接続部材(５)
の弾性は端子(７)の弾性より小さく設定できるので、破
断部材(４)の破断特性に与える影響を小さくできる。ま
た、端子(７a)の接合部を、凹部(２f)等により両側から
押さえつつ筐体(２)にインサート成形できるので、端子
(７a)の接合面に成形材の薄い膜が生成しにくく、接合
の安定性が向上する。 【００２５】また、前記実施例にあっては、接合部と破
断部材(４)との間に仕切壁２gを設け、この仕切壁２gに
より仕切られた接合部側に接着剤１２を充填したため、
密閉性を向上し、接着剤１２の破断部材(４)側への流れ
込みを防止し、また接着剤１２の量管理を容易にし、端
子（７）と接続部材（５）の接続強度を高めることがで
きる。 【００２６】 【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、密閉性を
向上し、接着剤の破断部材側への流れ込みを防止し、接
着剤の量管理を容易にし、端子と接続部材の接続強度を
高めることができる。 【００２７】

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施例に係る圧力遮断センサの一部切
欠き平面図である。 【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。 【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。 【図４】図２に対応し、導電路が破断された状態の断面
図である。 【図５】図３に対応し、導電路が破断された状態の断面
図である。 【図６】本発明の実施例に係る圧力遮断センサの基板と
リードを示す説明図である。 【図７】本発明の実施例に係る圧力遮断センサのリード
を折り曲げ形成する前の状態を平面図である。 【図８】(a),(b)は本発明の実施例に係る圧力遮断セン
サの下ケースの平面図及び縦断面図である。 【図９】本発明の実施例に係る圧力遮断センサのインサ
ート成形前の端子の平面図である。 【図１０】(a),(b)は本発明の実施例に係る圧力遮断セ
ンサのアクチュエータの正面図及び右側面図である。 【図１１】本発明の実施例に係る圧力遮断センサの組立
工程を示す説明図である。 【図１２】本発明の実施例に係る圧力遮断センサをリチ
ウムイオン２次電池に使用した状態の概略を示す説明図
である。 【符号の説明】 １ 圧力遮断センサ ２ 下ケース ２f 孔部 ２g 仕切壁 ３ 上ケース ３c 開口部 ４ エレメント ５ リード ７ 端子 ７a 端子接続片部 ８ パッキン １０ 導電路 １２ 接着剤

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01H 35/24 H01M 2/12 101 H01M 2/34 H02H 5/08 H02H 7/18

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 絶縁性材からなり、一部を開口された筐
   体と、 前記筐体の開口部を閉鎖し、圧力により変形する加圧部
   材と、 前記筐体に収納され、導電路を有し、前記加圧部材によ
   る押圧が所定値を越えると前記導電路を破断する破断部
   材と、 前記導電路に接続される導電性を有する一対の接続部材
   と、 前記接続部材と前記筐体内部で接合され、前記筐体にイ
   ンサート成形された一対の端子と、 前記筐体には、前記接続部材と前記端子の接合部の端子
   裏面に達する凹部を備え、 前記接合部と前記破断部材との間に仕切壁を設け、この
   仕切壁により仕切られた前記接合部側に接着剤を充填し
   た ことを特徴とする圧力遮断センサ。