JP3575981B2

JP3575981B2 - 圧力センサとその製造方法

Info

Publication number: JP3575981B2
Application number: JP09563498A
Authority: JP
Inventors: 忠満畦間; 浩隆丸谷
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1998-04-08
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2018-04-08
Also published as: JPH11295173A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧力センサに係わり、内部が気密に遮蔽されるケース内部の圧力が上昇したときにケースの歪みを検出して安全性を確保するために用いられる圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば電池ケースの内部に有機溶媒系電解液を注入して密閉したリチウム電池やリチウム二次電池などが、時計やカメラ等の携帯用機器の電源として、再充電により繰り返し使用することができるので、広く用いられている。
ところが、このような電池に再充電するときに過充電を行ったり、規定された電流よりも大きな電流で充電を行ったりすると、電池に異常が生じて電池内に気体が発生し、電池内の圧力が上昇して、電池の膨張、さらには電池ケースに亀裂等が発生し、内部の電解液が外部ににじみ出して、電池が組み込まれた周囲の機器等に悪影響を与えることがあった。
また、これに至らなくてとも、前述したような異常状態のままで、電池の使用を継続すると、電池の膨張が進行し、電池ケースが破裂したりする危険性があり、異常が生じた電池は速やかに使用を中止する必要があった。
【０００３】
そのために、前述したような電池においては、電池ケースの外部表面に圧力センサを取り付け、電池の内部圧力が上昇して電池ケースに膨らみ等が生じて電池ケースの外部表面が歪むと、この歪みを前記圧力センサが検出し電池外部の充電回路を遮断して、電池の充電を停止して、電池内部の気体発生を止めて、電池の内圧が上昇するのを防ぐことができる圧力センサが知られている。
このような従来の圧力センサ１を、図４に示すように、例えば角形の電池に用いたもので説明する。
【０００４】
まず、角形の電池１は周囲が周囲が電池ケース２で覆われ、上方が蓋体３で内部が遮蔽されて密閉されている。そして、蓋体３には陽極端子４と陰極端子５とが設けられている。
前記電池ケース２の外部表面の側面２ａには圧力センサ６が接着剤等で取り付けられている。この圧力センサ６は歪み抵抗素子等から成り、取り付け面である電池ケース２の側面２ａが、電池１の内部圧力の上昇で歪むと、圧力センサ６も歪み圧力センサ６の抵抗値が変化するようになっている。
このような圧力センサ６の両端部からは、リード７、８が引き出されて外部の充電回路（図示せず）にそれぞれ接続されて、圧力センサ６の抵抗変化が充電回路（図示せず）に伝達されるようになっている。
【０００５】
この図示しない充電回路には、可変抵抗器等から成る基準抵抗部材（図示せず）とスイッチ回路（図示せず）とが組み込まれており、リード７、８から伝達される歪みにより変化した圧力センサ６の抵抗値が、前記基準抵抗部材（図示せず）の抵抗値より大きくなると、スイッチ回路が遮断されるようになっている。
このスイッチ回路が遮断されることで、電池の充電がストップされ、電池内部の気体の発生を停止させることでき、電池の破裂を未然に防ぐことができるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述のような従来の圧力センサ６は、２本のリード線７、８をそれぞれ外部の充電回路（図示せず）まで引き回して、半田付け等で電気的に接続しなければならなかったので組立性が悪かった。
また、圧力センサ６を電池ケース２の側面２ａに接着剤で接着しているので、接着剤の塗布バラツキ等で圧力センサ６の全面に接着材が塗布されないことがあり、電池ケース２と圧力センサ６との接着力が部分的にバラツキ、電池ケース２の歪みに追従して、圧力センサ６が確実に歪むことができなくて、電池ケース２の歪み正確に検出できないことがあった。
また、前記充電回路（図示せず）側に組み込まれている基準抵抗部材は、バラツキのない所定の抵抗値が必要なため、可変抵抗器を用いて所定の抵抗値になるように調整していたので、充電回路側がコストアップになっていた。
本発明は前述のような問題を解決し、組立性が良くて、且つ高性能の圧力センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の解決手段として本発明の圧力センサは、内部が気密に遮蔽された導電性のケースと、このケースの外部表面の一部に形成した絶縁膜と、この絶縁膜上に設けた圧力検出素子とを備え、前記ケースの外部表面の一部に接続電極を形成し、この接続電極を前記圧力検出素子まで延長して形成し、この接続電極で前記圧力検出素子の一端と前記ケースの外部表面の一部とを接続した構成とした。
【０００８】
また、前記課題を解決するための第２の解決手段として、前記ケースには、一部を薄肉に形成した薄肉部を設け、この薄肉部上、または、前記薄肉部を含む前記薄肉部上の周辺に前記絶縁膜と、前記圧力検出素子と、前記接続電極とを配設した構成とした。
【０００９】
また、前記課題を解決するための第３の解決手段として、前記ケースの外部表面の一部に前記ケースから絶縁された基準抵抗部材を配設し、この基準抵抗部材を前記ケースの外部表面の一部に接続した構成とした。
【００１０】
また、前記課題を解決するための第４の解決手段として、前記絶縁膜上に抵抗素子から成る前記圧力検出素子と前記基準抵抗部材とを形成し、前記圧力検出素子と前記基準抵抗部材とを、それぞれ分離させて配設した構成とした。
【００１１】
また、前記課題を解決するための第５の解決手段として、前記ケースの一部を構成する蓋体を備え、この蓋体に前記薄肉部を形成した構成とした。
【００１２】
また、前記課題を解決するための第６の解決手段として本発明の圧力センサの製造方法は、導電性のケースの外部表面の一部に形成した絶縁膜と、この絶縁膜上に形成した圧力検出素子と、前記ケースの外部表面の一部に接続電極とを形成し、この接続電極と前記圧力検出素子とを接続して構成される圧力センサを、前記絶縁膜と前記圧力検出素子を印刷で形成し、前記接続電極を前記圧力検出素子まで延長して印刷で形成して、前記ケースの外部表面の一部と前記圧力検出素子の一端とを接続するようにした構成とした。
【００１３】
また、前記課題を解決するための第７の解決手段として、前記ケースの一部を構成する蓋体の一部に、研削加工、またはプレス加工で薄肉部を形成し、この薄肉部上に前記絶縁膜と前記圧力検出素子と、あるいは前記接続電極とを印刷形成した構成とした。
【００１４】
また、前記課題を解決するための第８の解決手段として、前記絶縁膜上に前記圧力検出素子と基準抵抗部材とを分離させて同時に印刷形成し、前記基準抵抗部材の一端と前記蓋体の外部表面とを接続する導電電極を印刷形成した構成とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の圧力センサの実施の形態について説明する。図１は本発明の圧力センサを取り付けた電池の要部断面図、図２は本発明の圧力センサの第１の実施の形態を説明する部分拡大図、図３は本発明の圧力センサの第２の実施の形態を説明する要部断面側面図である。
【００１６】
本発明の圧力センサＳを用いた例えば角形状の電池１１は、金属板等から成る導電性で電池１１の陰極を兼ねたケース１２が略立方体に形成され、このケース１２の上方にはケース１２の一部を構成する蓋体１３が、例えばケース１１と同材質の金属板で形成されてケース１２の内部を気密に遮蔽するように、カシメ、あるいは溶接等で取り付けられている。
前記蓋体１３には、絞り加工等でケース１２の内部側に凹ませた端子取付部１３ａが形成され、この端子取付部１３ａの下方側に開口部が形成されている。
前記端子取付部１３ａには絶縁部材から成る封口ガスケット１４が取り付けられて端子取付部１３ａの内部が絶縁されている。この内部が絶縁された端子取付部１３ａには、金属製でボタン状の陽極端子１５が、前記端子取付部１３ａの下方側の開口部にカシメ等で取り付けられて、ケース１２の内部が気密に遮蔽されている。
【００１７】
この気密に遮蔽されたケース１２の内部には、電解液と複数の電極板等から成る発電要素１６が封入されている。前記陽極端子１５はケース１２にカシメ付けた内部のカシメ部分に、導電性のリードタブ１７の一端が溶接等で取り付けられ、このリードタブ１７の他端は発電要素１６の陽極電極と接続されて、陽極端子１５と発電要素１６とが電気的に接続されている。
【００１８】
本発明の圧力センサＳの第１の実施の形態を図２に基づいて説明する。
前述した構成の電池１１のケース１２の一部を構成する蓋体１３の内面１３ｂの一部には、研削加工、またはプレス加工等で薄肉に形成された薄肉部１３ｃが設けられている。
この薄肉部１３ｃ上、または、薄肉部１３ｃを含む薄肉部１３ｃ上の周辺の蓋体１３の外部表面１３ｄには、ガラス樹脂等から成る絶縁性の絶縁膜１８が印刷等で略矩形に形成されている。
この絶縁膜１８上には印刷等で所定の厚さの抵抗素子から成る圧力検出素子１９が形成され、ケース１２の内圧が上昇して蓋体１３に歪みが発生すると、圧力検出素子１９が追従して歪み、圧力検出素子１９の抵抗値が変化することができるようになっている。
また、圧力検出素子１９の外形の大きさは、絶縁膜１８の面積より小さくて、絶縁膜１８からはみ出さない範囲で、略矩形の横長に形成されている。
【００１９】
また、蓋体１３の外部表面１３ｄの一部で絶縁膜１８近傍に、導電性部材から成る接続電極２０が印刷形成されている。この接続電極２０は絶縁膜１８の端部上を経由して圧力検出素子１９の一端側の上部まで延長されて形成されて、圧力検出素子１９の一端と蓋体１３の外部表面１３ｄの一部とが電気的に接続されている。
また圧力検出素子１９の他端にはリード線２１が半田付け等で電気的に接続され、このリード線２１は、電池１１の外部に形成された図４に示すような充電回路に接続されるようになっている。
【００２０】
このような構成の本発明の第１の実施の形態の圧力センサＳの動作は、電池１１内部に何らかの異常が発生して、電池１１の内圧が上昇すると、前記ケース１２の一部を構成する蓋体１３が歪み、この蓋体１３の歪みにより圧力検出素子１９も歪み、圧力検出素子１９の抵抗値が変化する。この圧力検出素子１９の抵抗値の変化がリード線２１を介して図４に示す充電回路の制御部にに伝達される。充電回路には、所定の抵抗値に調整されている可変抵抗器等から成る基準抵抗部材２２が配設されおり、この基準抵抗部材２２の抵抗値に対して、圧力検出素子１９の抵抗値が所定値より変化すると、内部にスイッチ回路を有する充電回路の制御部が作動して、内部のスイッチ回路が遮断される。
このスイッチ回路が遮断されることで、電池１１の発電要素１６への電流の流れがストップされ、電池１１内部の気体の発生を停止させることでき、電池１１の破裂を未然に防ぐことができる。
【００２１】
また、本発明の圧力センサＳの製造方法を説明すると、ケース１２の一部を構成する蓋体１３の一部には陽極端子１５を取り付けるための端子取付部１３ａが絞り加工等で形成されている。
この蓋体１３の内面１３ｃの一部に研削加工、またはプレス加工等で所定の厚さの薄肉部１３ｃを形成する。そして、端子取付部１３ａに封口ガスケット１４を挿入して、端子取付部１３ａの内部を絶縁する。この内部が絶縁された端子取付部１３ａに陽極端子１５を挿入して、先端部をカシメ付けて蓋体１３に陽極端子１５を取り付ける。
次に、蓋体１３の薄肉部１３ｃ上、または薄肉部１３ｃを含む薄肉部１３ｃ上の周辺に絶縁膜１８を印刷形成し、この絶縁膜１８の上に抵抗素子から成る圧力検出素子１９を印刷形成する。
次に、蓋体１３の外部表面１３ｄの一部から、絶縁膜１８の端部を含んで圧力検出素子１９の一端まで延長させて導電性の接続電極２０を印刷形成する。
【００２２】
こような絶縁膜１８、圧力検出素子１９、接続電極２０が印刷形成された蓋体１３を、ケース１２の内部を気密に遮蔽した状態で、カシメ、あるいは溶接等でケース１２の上方の開口を蓋閉して電池１１が構成されている。
そして、ケース１２に一体化されて取り付けられた蓋体１３の、圧力検出素子１９の他端側に、リード線２１の一端を半田付け等で接続し、他端を図示しない充電回路側に接続して、本発明の圧力センサＳの製造方法で形成した圧力センサＳを用いた電池１１の組立が完了する。
【００２３】
また、本発明の圧力センサの第２の実施の形態を図３に基づいて説明する。まず、蓋体１３の薄肉部１３ｃ上、または薄肉部１３ｃを含む薄肉部１３ｃ上の周辺に、前述の第１の実施の形態の絶縁膜１８より横長の絶縁膜２３が印刷形成され、この絶縁膜２３の上面の、例えば図示左側の一端側に第１の実施の形態で説明した圧力検出素子１９が印刷等で形成されている。
この圧力検出素子１９の一端には、蓋体１３の外部表面１３ｄの一部から延長させて形成した導電性の接続電極２０が印刷等で設けられて、蓋体１３と圧力検出素子１９とが電気的に接続されている。
また、前記圧力検出素子１９から所定の間隔を有して絶縁膜２３の他端側上面には、前記抵抗検出素子１９と同じ材料から成る基準抵抗部材２４が、所定の抵抗値で印刷形成されている。この基準抵抗部材２４の他端には蓋体１３の外部表面１３ｄの一部から延長させて形成した導電性の接続電極２５が印刷等で設けられて、蓋体１３と基準抵抗部材２４とが電気的に接続されている。
また、基準抵抗部材２４の一端側にはリード線２６が半田付け等で接続され、このリード線２６は外部の制御部に接続されて、本発明の第２の実施の形態の圧力センサＳが構成されている。
【００２４】
即ち、本発明の第２の実施の形態は、ケース１２の一部を構成する蓋体１３の外部表面１３ｄの一部に、蓋体１３から絶縁された抵抗素子から成る基準抵抗部材２４を配設し、この基準抵抗部材２４を蓋体１３の外部表面１３ｄの一部に接続したものである。また、絶縁膜２３上に抵抗素子から成る圧力検出素子１９と基準抵抗部材２４とを形成し、圧力検出素子１９と基準係検出素子２４とを、それぞれ分離させて配設した構成になっている。
このような第２の実施の形態の圧力センサＳは、基準抵抗部材２４と圧力検出素子１９とを、同じ材料の抵抗素子で形成しているいるので、基準抵抗部材２４と圧力検出素子１９とを、同時に印刷形成することができ、抵抗値のバラツキが小さい基準抵抗部材２４を得ることができる。
そのために、従来の技術、あるいは前記第１の実施の形態では、基準抵抗部材に可変抵抗器を用い、所望の抵抗値に調整していたが、本発明の第２の実施に形態では、基準抵抗部材２４の調整が不要になる。
このような本発明の圧力センサの第２の実施の形態の回路図は、図４に示す第１の実施の形態の一点鎖線で囲んだ部分のみが異なるので、この部分だけを図５に示す。
本発明の第１と第２の実施の形態の説明では、圧力センサＳを蓋体１３側に形成した物で説明したが、ケース１２の側面に形成したものでもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の圧力センサは、ケースの外部表面の一部に接続電極を形成し、この接続電極を圧力検出素子まで延長して形成し、この接続電極で前記圧力検出素子の一端と前記ケースの外部表面の一部とを接続したので、圧力検出素子を印刷形成することができる、低コストの圧力センサを提供することができる。
また、圧力検出素子は絶縁膜の上に形成されているので、絶縁膜が接着剤の働きをして、圧力検出素子を強固にケースの外部表面に密着させて形成することができ、ケースの小さな歪みにも確実に追従して歪むことができる高性能の圧力センサを提供できる。
また、圧力検出素子の一端が接続電極でケースに接続されされているので、圧力検出素子には１本のリード線を充電器側に半田付けするだけでよく組立作業性が良い。
【００２６】
また、ケースには、一部を薄肉に形成した薄肉部を設け、この薄肉部上、または、前記薄肉部を含む前記薄肉部上の周辺に前記絶縁膜と、前記圧力検出素子と、前記接続電極とを配設したので、前記薄肉部により小さい電池の内圧の上昇でもケースを歪ませることができ、この歪みを高精度に圧力検出素子が検知して、充電器側のスイッチ回路を遮断することができる。そのために、電池の異常を早期に高精度で発見することができ、電池が破裂等で使用不可能になるのを未然に防ぐことができ、安全性の高い圧力センサを提供できる。
【００２７】
また、ケースの外部表面の一部に前記ケースから絶縁された基準抵抗部材を配設し、この基準抵抗部材を前記ケースの外部表面の一部に接続したので、基準抵抗部材をケース側に印刷等で形成することができ、低コストの基準抵抗を提供できる。
【００２８】
また、絶縁膜上に抵抗素子から成る前記圧力検出素子と前記基準抵抗部材とを形成し、前記圧力検出素子と前記基準抵抗部材とを、それぞれ分離させて配設したので、基準抵抗部材を前記圧力検出素子と同時に印刷等で形成できる。そのために、抵抗値のバラツキの小さな基準抵抗部材を得ることができ、基準抵抗部材の抵抗値を調整する必要がなく、組立性がよい。
【００２９】
また、ケースの一部を構成する蓋体を備え、この蓋体に前記薄肉部を形成したので、電池内圧の微小な上昇でも蓋体を容易に前記薄肉部から歪ませることができ、高精度の圧力センサを提供できる。
【００３０】
また、本発明の圧力検出センサの製造方法は、導電性のケースの外部表面の一部に形成した絶縁膜と、この絶縁膜上に形成した圧力検出素子と、前記ケースの外部表面の一部に接続電極とを形成し、この接続電極と前記圧力検出素子とを接続して構成される圧力センサを、前記絶縁膜と前記圧力検出素子を印刷で形成し、前記接続電極を前記圧力検出素子まで延長して印刷で形成して、前記ケースの外部表面の一部と前記圧力検出素子の一端とを接続するようにしたので、圧力検出素子をケースの外部表面の一部に、絶縁膜を介して剥がれ難く密着させた状態で形成することができ、圧力検出素子が形成された部分のケースの歪みを正確の検出することができる。また、絶縁膜、圧力検出素子、接続電極等を印刷形成するので、圧力検出素子を接着材等を用いて接着しなくて良いので、組立工数を低減することができる。そのために、本発明の圧力検出センサの製造方法は、低コストで高性能の圧力センサを製造することができる。
【００３１】
また、前記ケースの一部を構成する蓋体の一部に、研削加工、またはプレス加工で薄肉部を形成し、この薄肉部上に前記絶縁膜と前記圧力検出素子と、あるいは前記接続電極とを印刷形成したので、薄肉部を容易に形成することができると共に、この薄肉部で蓋体を容易に歪ませて、この歪みを圧力検出素子に確実に伝達することができる。
【００３２】
また、前記絶縁膜上に前記圧力検出素子と基準抵抗部材とを分離させて同時に印刷形成し、前記基準抵抗部材の一端と前記蓋体の外部表面とを接続する導電電極を印刷形成したので、圧力検出素子と基準抵抗部材とを一回の印刷で形成することができ、印刷工程を短縮することができる。また、圧力検出素子と基準抵抗部材との印刷を、１枚のマスクを用いて印刷することができ、圧力検出素子と基準抵抗部材との抵抗値の相互のバラツキを小さくすることができ、基準抵抗部材の抵抗値をトリーミング等で調整する必要がなく、組立工数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力センサを取り付けた電池の要部断面図である。
【図２】本発明の圧力センサの第１の実施の形態を説明する部分拡大図である。
【図３】本発明の圧力センサの第２の実施の形態を説明する要部断面側面図である。圧
【図４】本発明の圧力センサの第１の実施の形態を説明する回路図である。
【図５】本発明の圧力センサの第２の実施の形態を説明する要部回路図である。
【図６】従来の圧力センサを取り付けた電池の概略斜視図である。
【符号の説明】
Ｓ圧力センサ
１１電池
１２ケース
１３蓋体
１３ａ端子取付部
１３ｂ内面
１３ｃ薄肉部
１３ｄ外部表面
１４封口ガスケット
１５陽極端子
１６発電要素
１７リードタブ
１８絶縁膜
１９圧力検出素子
２０接続電極
２１リード線
２２基準抵抗部材
２３絶縁膜
２４基準抵抗部材
２５接続電極
２６リード線

Claims

内部が気密に遮蔽された導電性のケースと、このケースの外部表面の一部に形成した絶縁膜と、この絶縁膜上に設けた圧力検出素子とを備え、前記ケースの外部表面の一部に接続電極を形成し、この接続電極を前記圧力検出素子まで延長して形成し、この接続電極で前記圧力検出素子の一端と前記ケースの外部表面の一部とを接続したことを特徴とする圧力センサ。
前記ケースには、一部を薄肉に形成した薄肉部を設け、この薄肉部上、または、前記薄肉部を含む前記薄肉部上の周辺に前記絶縁膜と、前記圧力検出素子と、前記接続電極とを配設したことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
前記ケースの外部表面の一部に前記ケースから絶縁された基準抵抗部材を配設し、この基準抵抗部材を前記ケースの外部表面の一部に接続したことを特徴とする請求項１、または２記載の圧力センサ。
前記絶縁膜上に抵抗素子から成る前記圧力検出素子と前記基準抵抗部材とを形成し、前記圧力検出素子と前記基準抵抗部材とを、それぞれ分離させて配設したことを特徴とする請求項３記載の圧力センサ。
前記ケースの一部を構成する蓋体を備え、この蓋体に前記薄肉部を形成したことを特徴とする請求項１、２、３、または４記載の圧力センサ。
導電性のケースの外部表面の一部に形成した絶縁膜と、この絶縁膜上に形成した圧力検出素子と、前記ケースの外部表面の一部に接続電極とを形成し、この接続電極と前記圧力検出素子とを接続して構成される圧力センサを、前記絶縁膜と前記圧力検出素子を印刷で形成し、前記接続電極を前記圧力検出素子まで延長して印刷で形成して、前記ケースの外部表面の一部と前記圧力検出素子の一端とを接続するようにしたことを特徴とする圧力センサの製造方法。
前記ケースの一部を構成する蓋体の一部に、研削加工、またはプレス加工で薄肉部を形成し、この薄肉部上に前記絶縁膜と前記圧力検出素子と、あるいは前記接続電極とを印刷形成したことを特徴とする請求項６記載の圧力センサの製造方法。
前記絶縁膜上に前記圧力検出素子と基準抵抗部材とを分離させて同時に印刷形成し、前記基準抵抗部材の一端と前記蓋体の外部表面とを接続する導電電極を印刷形成したことを特徴とする請求項７記載の圧力センサの製造方法。