JP3649928B2 - 圧力破砕型保護デバイス及びこれを用いた爆発防止型コンデンサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン電池等の充電型電池の安全機構や、コンデンサ等の電子部品の安全機構に適した圧力破砕型保護デバイスと、これを用いた爆発防止型コンデンサとに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、携帯電話やビデオカメラ等の電子機器には、リチウムイオン電池等の充電型電池が数多く用いられている。これら各種の充電型電池において、例えば、電子機器の故障や誤使用によって過充電状態や短絡状態になると、電池内部が加熱され、電解液が分解されてガスが発生し、電池内圧が上昇し、その結果爆発してしまうおそれがあった。このため、これらの充電型電池には、爆発を防止する各種の保護デバイスが備えられている。
【０００３】
例えば、実開昭６４−３８７６４号公報には、負極或いは正極の金属集電体と出力端子とを電気的に接続する平板状をした金属製の集電リードに、円状や楕円状等をした穿孔を設け、当該穿孔箇所近傍をフッ素系樹脂で被覆した保護デバイスが開示されている。
【０００４】
また、特開平０８−３１５８０３号公報には、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、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たことを特徴とする圧力遮断センサが開示されている。
【０００５】
また、これらの保護デバイスは、充電型電池のみならず、コンデンサにも用いられている。
すなわち、電解コンデンサでは、使用時に極性を逆にして接続する、急激な充放電を繰り返す、耐電圧を越えた電圧を印加することなとにより、電解コンデンサに過電流が流れ、内部に含浸された電解液が分解して内部圧力の上昇を招く。この結果、電解コンデンサが破損して電解液が漏出し、電子機器を破損させる場合があった。
【０００６】
この破損を防止するため、大容量の電解コンデンサには防爆機構と呼ばれる様々な爆発防止装置が組み込まれていた。このように防爆機構を備えた電解コンデンサか、例えば特開平５−２５１２８７号公報や特開平５−２５１２９０号公報、第２５５９９２５号実用新案登録公報などに開示されている。
【０００７】
特開平５−２５１２８７号公報に開示された電解コンデンサは、コンデンサ素子と一対の外部端子とを備えており、コンデンサ素子の一方の電極と外部端子の一方との間に過電流により切断されるヒューズを備え、このヒューズと交差させた形状記憶合金からなるリード線が、シリコン樹脂等の弾性樹脂によってヒューズに固定されている。このリード線には、一定温度以上に加熱されるとリード線とヒューズ線とを含む平面と垂直方向に曲がる性質が予め記憶されている。
【０００８】
この電解コンデンサにあっては、異常な電圧が印加されたりするとコンデンサ素子に過電流が流れ、リード線が一定温度以上に加熱される。この結果、リード線が変形を受けるとともにヒューズ線を機械的に切断し、過電流による破損を防いでいる。
【０００９】
一方、特開平５−２５１２９０号公報に開示された電解コンデンサは、コンデンサ素子とこのコンデンサ素子を納める外装缶とを具備し、外装缶に防爆弁が設けられている。さらに、外装缶を蓋するキャップには、防爆弁の近傍に位置してコンデンサ素子と並列に接触スイッチが備えれらるとともに、この接触スイッチ直列に電流ヒューズが設けられている。
【００１０】
この電解コンデンサにあっては、電解液の弁解に伴って内部圧力が上昇すると防爆弁が膨らみ、その圧力により防爆弁近傍に位置された接触スイッチが作動する。この結果、コンデンサ素子と並列に接続された接触スイッチに大量の電流が流れる。この結果、電流ヒューズが切断され、電解コンデンサの爆発を抑えることができ、電解液が外部に漏れることがない。
【００１１】
また、第２５５９９２５号実用新案登録公報に開示された電解コンデンサにあっては、コンデンサ素子とこのコンデンサ素子を納める第１の外装缶及びこの第１の外装缶を納める第２の外装缶とを具備し、第１の外装缶の開口は防爆弁を有する封口体にて封口されている。また、第１の外装缶と第２の外装缶との間に空間が設けられており、この空間は上部空間と下部空間とに気密的に区分されている。
【００１２】
この電解コンデンサにあっては、コンデンサ素子の電極と第１の外装缶との出力端子とを接続するリードがヒューズとしての機能を有しており、過電流が流れた場合にはヒューズが遮断される。また、内部圧力が高まり防爆弁が作動した場合でも、第２の外装缶に電解液が溜まることにより、電解液が外部に漏出することはない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平０８−３１５８０３号公報の圧力遮断センサには以下のような問題点があった。
すなわち、この圧力遮断センサに用いられる加圧部材は圧力によって変形するもの、具体的にはゴム材料等の弾性材からなるパッキンが使用されている。このような加圧部材で筐体の開口部が閉鎖されるのである。そして、開口部の内部と外部との圧力差によって導電路を破断部材で破断するのである。パッキンによって開口部を閉鎖する必要がある。
【００１４】
また、特開平５−２５１２８７号公報に開示された電解コンデンサは、ヒューズと形状記憶合金からなるリード線とが略Ｔ字形状若しくは略Ｘ字形状に交差されて配置されるため小型化が困難であり、また、リード線に形状記憶合金を用いるためコストが高くなるという問題点があった。さらに、形状記憶合金によるリード線が変形し、その変形に伴ってヒューズが機械的に破損される２次的な機構となっているため、ヒューズとリード線との接着不足等により、動作が不安定になるおそれがあった。また、これでは温度上昇による異常は検知できるが、内部圧力の上昇は検知できないという問題点があった。
【００１５】
さらに、特開平５−２５１２９０号公報に開示された電解コンデンサは、接触スイッチと電流ヒューズとを用いているため構造が複雑になり、製造コストが高くなるという問題点があった。また、防爆弁の近傍に接触スイッチと電流ヒューズとが設置されるため、小型化することが困難であった。しかも、前記電解コント同様に、防爆弁が膨張して接触スイッチを作動させ、その後電流ヒューズを遮断するという２次的な機構となっているため、作動圧を一定に調整することが困難になるという問題もあった。
【００１６】
また、第２５５９９２５号実用新案登録公報に開示された電解コンデンサにあっては、第１の外装缶と第２の外装缶とを具備するため、結果として小型化が困難になり、製造コストも高くなるという問題点があった。
【００１７】
本発明は上記事情に鑑みて創案されたもので、パッキン等の開口部を閉鎖する特別の部材を用いることなしに、同等の効果を得ることができる圧力破砕型保護デバイスと、確実に爆発を防ぐ安全性の高いコンデンサを安価に提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る圧力破砕型保護デバイスは、貫通孔が形成された本体と、この本体に取り付けられて前記貫通孔を閉塞する蓋体と、この蓋体が取り付けられた側とは反対の側で前記本体に取り付けられて前記貫通孔を閉塞する底体とを備えており、前記蓋体には、本体に取り付けられた状態で前記貫通孔の上を通過する導体層が形成されている。
【００１９】
また、本発明に係る他の圧力破砕型保護デバイスは、凹部が形成された本体と、この本体に取り付けられて前記凹部を閉塞する蓋体とを備えており、前記蓋体には、本体に取り付けられた状態で前記凹部の上を通過する導体層が形成されている。
【００２０】
さらに、本発明に係るその他の圧力破砕型保護デバイスは、凹部が形成された第１本体と、凹部が形成された第２本体とを備えており、前記第１本体の凹部の底部の方が、第２本体の凹部の底部より薄く形成され、かつ第１本体の裏面であって凹部の底部に相当する部分に導体層が形成されており、両凹部を向かい合わせにした状態で両本体を組み合わせると、両本体の間に両凹部で形成される空間と外部とを連通させる連通部が形成されるようになっている。
【００２１】
一方、本発明に係る爆発防止型コンデンサは、コンデンサ素子と、このコンデンサ素子を納めるケースと、このケースの開口部を塞ぐ封口体と、前記コンデンサ素子と電気的に接続された圧力破砕型保護デバイスとを備え、前記圧力破砕型保護デバイスは、前記ケースの内部に向かって露出しており、請求項１乃至６記載のものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの概略的分解斜視図、図２は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの概略的斜視図、図３は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの使用状態を示す概略的正面図、図４は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスが作動した状態を示す概略的斜視図、図５は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの変形例を示す概略的平面図、図６は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスのその他の変形例を示す概略的斜視図、図７は本発明の第１の実施の形態に係るさらにその他の変形例を示す圧力破砕型保護デバイスの概略的正面図、図８は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスのさらにその他の変形例を示す概略的断面図、図９は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの端子部への接続形態の一例を示す概略的正面図である。
【００２３】
また、図１０は本発明の第２の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスを示す概略的断面図、図１１は本発明の第３の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスを示す概略的断面図である。
【００２４】
さらに、図１２は本発明の実施の形態に係る爆発防止型コンデンサの概略的断面図である。
【００２５】
本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスＡ1 は、貫通孔１１０Ａ1 が形成された本体１００Ａ1 と、この本体１００Ａ1 に取り付けられて前記貫通孔１１０Ａ1 を閉塞する蓋体２００Ａ1 と、この蓋体２００Ａ1 が取り付けられた側とは反対の側で前記本体１００Ａ1 に取り付けられて前記貫通孔１１０Ａ1 を閉塞する底体３００Ａ1 とを備えており、前記蓋体２００Ａ1 には、本体１００Ａ1 に取り付けられた状態で前記貫通孔１１０Ａ1 の上を通過する導体層２１０Ａ1 が形成されている。
【００２６】
前記本体１００Ａ1 は、略直方体状のセラミックスから構成されている。この本体１００Ａ1 の上面から下面にかけて丸形の貫通孔１１０Ａ1 が開設されている。この貫通孔１１０Ａ1 は、蓋体３００Ａ1 と底体３００Ａ1 とによって閉塞される部分である。
【００２７】
また、前記蓋体２００Ａ1 は、平面視で前記本体１００Ａ1 の同じ大きさのセラミックス板である。この蓋体２００Ａ1 の上面側には、蓋体２００Ａ1 の長手方向に縦断した導体層２１０Ａ1 が形成されている。この導体層２１０Ａ1 は、蓋体２００Ａ1 を本体１００Ａ1 に取り付けた場合、前記貫通孔１１０Ａ1 の上を通過する位置に設けられている。
【００２８】
さらに、前記底体３００Ａ1 は、平面視で前記本体１００Ａ1 の同じ大きさのセラミックス板である。この底体３００Ａ1 には、小さな開口３１０Ａ1 が開設されている。この開口３１０Ａ1 は、底体３００Ａ1 を本体１００Ａ1 に取り付けた場合、前記貫通孔１１０Ａ1 に臨んで貫通孔１１０Ａ1 と外部とを連通させることができる位置に開設されている。なお、この開口３１０Ａ1 は、前記貫通孔１１０Ａ1 より十分小さいものであることが望ましい。
【００２９】
ここで、蓋体２００Ａ1 は、本体１００Ａ1 及び底体３００Ａ1 より薄く形成されていることが必要である。すなわち、充電型電池等の内圧が所定値より上昇した場合には、図４に示すように、蓋体２００Ａ1 の貫通孔１１０Ａ1 の真上部分が破損されることで、蓋体２００Ａ1 に形成された導体層２１０Ａ1 を切断して導体層２１０Ａ1 を流れる電流を遮断するものだからである。例えば、蓋体２００Ａ1 は、シート状のセラミックス（以下、セラミックスシートとする）を用いることで４０μｍ程度の極薄とすることができる。なお、図１においては、本体１００Ａ1 の方が底体３００Ａ1 より厚く形成されているが、本体１００Ａ1 と蓋体２００Ａ1 とは同等の厚さであってもよいことになる。
【００３０】
このような本体１００Ａ1 、蓋体２００Ａ1 及び底体３００Ａ1 からなる圧力破砕型保護デバイスＡ1 は、次のようにして製造される。
まず、本体１００Ａ1 の上面に蓋体２００Ａ1 を、下面に底体３００Ａ1 をそれぞれ貼りつけた後、焼成して一体化する。すると、本体１００Ａ1 の貫通孔１１０Ａ1 は、前記開口３１０Ａ1 を介して外部と連通した状態になる。
【００３１】
この状態で前記開口３１０Ａ1 を接着剤等で封止し、貫通孔１１０Ａ1 を外部から独立した空間とする。これで図２に示す圧力破砕型保護デバイスＡ1 が完成する。
【００３２】
このような圧力破砕型保護デバイスＡ1 は、図３に示すように導体層２１０Ａ1 の左右両端に充電型電池の端子部５００を半田や超音波溶着等によって接続することで充電型電池に内蔵される。
【００３３】
また、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ1 における蓋体２００Ａ1 に形成された導体層２１０Ａ1 は、端部も中央部も同幅であったが、図５に示す圧力破砕型保護デバイスＡ2 では、導体層２１０Ａ2 の端部が中央部に比べて幅広く形成されている。このため、前記端子部５００の導体層２１０Ａ2 への接続が容易になっている。ただし、導体層２１０Ａ2 が本体１００Ａ2 に形成された貫通孔１１０Ａ2 の上側を通過する点は上述したものと同様である。
【００３４】
さらに、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ1 及びＡ2 では、本体１００Ａ1 、１００Ａ2 に１つの貫通孔１１０Ａ1 、１１０Ａ2 が開設されていたが、図６に示す圧力破砕型保護デバイスＡ3 のように、２つの貫通孔１１０Ａ3 を開設してもよい。このように、複数の貫通孔１１０Ａ3 を開設すると、いずれかの貫通孔１１０Ａ3 の上に位置するように形成された導体層２１０Ａ3 が破断されれば導通が遮断されるため、より信頼性を向上させることが可能となる。他の部品、例えば蓋体２００Ａ3 や底体３００Ａ3 は、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ1 等と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００３５】
また、図７に示す圧力破砕型保護デバイスＡ4 は、端子部５００が導体層２１０Ａ4 に対して垂直に接続されることを考慮したものである。このため、圧力破砕型保護デバイスＡ4 では、蓋体２００Ａ4 に導体層２１０Ａ4 の両端部に導体層２１０Ａ4 を貫く凹み２２０Ａ4 を設け、この凹み２２０Ａ4 に垂直方向から端子部５００を挿入し、半田付けや接着剤又は加締等で固定するようにしている。
【００３６】
ところで、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ1 〜Ａ4 では、蓋体２００Ａ1 、２００Ａ2 、２００Ａ3 、２００Ａ4 は勿論のこと、本体１００Ａ1 、１００Ａ2 、１００Ａ3 、１００Ａ4 、底体３００Ａ1 、３００Ａ2 、３００Ａ3 、３００Ａ4 も一層のセラミックスから構成されるとして説明した。しかしながら、図８に示す圧力破砕型保護デバイスＡ5 のように、本体１００Ａ5 と底体３００Ａ5 とは、複数（図面では４枚と３枚）の薄いセラミックスシートａを積層して構成することも可能である。このように、セラミックスシートａを積層して本体１００Ａ5 等を構成すると、必要に応じて各種の大きさ特に厚さの本体１００Ａ5 等を構成することができるというメリットがある。また、この場合は、積層されるセラミックスシートａ自身は蓋体２００Ａ5 より薄くても構わない。
【００３７】
なお、この場合のセラミックスａには、貫通孔１００Ａ5 となるべき切欠や、開口３１０Ａ5 となるべき切欠が形成されている必要があることはいうまでもない。
【００３８】
また、圧力破砕型保護デバイスＡ 1〜Ａ 3、Ａ5 は、図９に示すように、箱状の端子部５００に両端部を嵌め込むことで接続されることもある。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスＢについて説明する。
この本発明の第２の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスＢが、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ1 〜Ａ5 と相違する点は、圧力破砕型保護デバイスＡ 1〜Ａ5 が本体１００Ａ1 、１００Ａ2 、１００Ａ3 、１００Ａ4 と蓋体２００Ａ1 、２００Ａ2 、２００Ａ3 、２００Ａ4 と底体３００Ａ1 、３００Ａ2 、３００Ａ3 、３００Ａ4 との３つの部品から構成されていたのに対して、２点の部品で構成される点である。
【００４０】
本発明の第２の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスＢは、図１０に示すように、凹部１１０Ｂが形成された本体１００Ｂと、この本体１００Ｂに取り付けられて前記凹部１１０Ｂを閉塞する蓋体２００Ｂとを備えており、前記蓋体２００Ｂには、本体１００Ｂに取り付けられた状態で前記凹部１１０Ｂの上を通過する導体層２１０Ｂが形成されている。
【００４１】
前記本体１００Ｂは、略直方体状のセラミックスから構成されている。この本体１００Ｂは、上面から下面にかけて丸形の凹部１１０Ｂが形成されている。従って、この本体１００Ｂは、略箱状に形成されていることになる。しかも、前記凹部１１０Ｂには、蓋体２００Ｂが取り付けられる面とは異なる面、すなわち下面に凹部１１０Ｂと外部とを連通させる開口１２０Ｂが開設されている。
【００４２】
一方、前記蓋体２００Ｂは、平面視で前記本体１００Ｂの同じ大きさのセラミックス板である。この蓋体２００Ｂの上面側には、蓋体２００Ｂの長手方向に縦断した導体層２１０Ｂが形成されている。この導体層２１０Ｂは、蓋体２００Ｂを本体１００Ｂに取り付けた場合、前記凹部１１０Ｂの上を通過する位置に設けられている。
【００４３】
ここで、蓋体２００Ｂは、本体１００Ｂより薄く形成されている。すなわち、充電型電池等の内圧が所定値より上昇した場合には、蓋体２００Ｂの凹部１１０Ｂの真上部分が破損されることで、蓋体２００Ｂに形成された導体層２１０Ｂを切断して導体層２１０Ｂを流れる電流を遮断するものだからである。例えば、この蓋体２００Ｂは、セラミックスシートを用いることで４０μｍ程度の極薄とすることができる。
【００４４】
このような本体１００Ａ及び蓋体２００Ｂからなる圧力破砕型保護デバイスＢは、次のようにして製造される。
まず、本体１００Ｂの上面に蓋体２００Ｂを貼りつけた後、焼成して一体化する。すると、本体１００Ｂの凹部１１０Ｂは、前記開口１２０Ｂを介して外部と連通した状態になる。
【００４５】
この状態で前記開口１２０Ｂを接着剤等で封止し、凹部１１０Ｂを外部から独立した空間とする。これで圧力破砕型保護デバイスＢが完成する。
【００４６】
このように構成された圧力破砕型保護デバイスＢには、次のような変形例もある。
まず、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ2 と同様に、導体層の端部が中央部より幅広く形成されたものがある。このタイプのものは、前記端子部の導体層への接続が容易になっている。
【００４７】
また、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ3 が２つの貫通孔１１０Ａ3 を有していたように、本体に２つの凹部を設けてもよい。このように、複数の凹部を設けると、いずれかの凹部の上に位置するように形成された導体層が破断されれば導通が遮断されるため、より信頼性を向上させることが可能となる。
【００４８】
さらに、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ4 のように、端子部が導体層に対して垂直に接続されるように、蓋体に導体層の両端部に導体層を貫く凹みを設けてもよい。このようにすると、圧力破砕型保護デバイスの各種の取付パターンを得ることができる。
【００４９】
次に、図１１を参照しつつ本発明の第３の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスＣについて説明する。
この本発明の第３の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスＣは、凹部４１１が形成された第１本体４１０と、凹部４２１が形成された第２本体４２０とを備えており、前記第１本体４１０の凹部４１１の底部４１２の方が、第２本体４２０の凹部４２１の底部４２２より薄く形成され、かつ第１本体４１０の裏面であって凹部４１１の底部４１２に相当する部分に導体層４１３が形成されており、両凹部４１１、４２１を向かい合わせにした状態で両本体４１０、４２０を組み合わせると、両本体４１０、４２０の間に両凹部４１１、４２１で形成される空間４４０と外部とを連通させる連通部４３０が形成される。
【００５０】
第１本体４１０は、略直方体状のセラミックスから構成されている。この第１本体４１０は、上面から下面にかけて丸形の凹部４１１が形成されている。従って、この第１本体４１０は、略箱状に形成されていることになる。また、前記凹部４１１の上縁部には連通路４３０となる凹溝４１４が形成されている。
【００５１】
かかる第１本体４１０の裏面であって凹部４１１の底部４１２に相当する部分には、導体層４１３が形成されている。この導体層４１３は、前記凹部４１１の上を通過するようになっている。
【００５２】
一方、前記第２本体４２０は、第１本体４１０と同様に、略直方体状のセラミックスから構成されている。この第２本体４２０は、上面から下面にかけて丸形の凹部４２１が形成されている。従って、この第２本体４２０は、略箱状に形成されていることになる。また、前記凹部４２１の上縁部には連通路４３０となる凹溝４２４が形成されている。
【００５３】
しかしながら、この第２本体４２０が、第１本体４１０と相違する点は、凹部４２１の底部４２２の厚さである。すなわち、第２本体４２０の凹部４２１の底部４２２の方が、第１本体４１０の凹部４１１の底部４１２より厚く形成されているのである。従って、底部４１１の方が底部４２２より容易に破断するのである。
【００５４】
第１本体４１０と第２本体４２０とを両凹部４１１、４２１が向かい合うようにして組み合わせると、両凹部４１１、４２１によって空間４４０が形成される。この空間４４０は、両凹溝４１４、４２４によって形成された連通路４３０によって外部と連通している。
【００５５】
この圧力破砕型保護デバイスＣは次のようにして製造される。
まず、第１本体４１０と第２本体４２０とを両凹部４１１、４２１が向かい合うようにして組み合わせた状態で焼成する。すると、両凹部４１１、４２１によって空間４４０が形成される。この空間４４０は連通路４３０によって外部と連通しているのは上述した通りである。
【００５６】
この状態で前記連通路４３０を接着剤等で封止し、前記空間４４０を外部から独立した空間とする。これで圧力破砕型保護デバイスＣが完成する。
【００５７】
上述した圧力破砕型保護デバイスＡ〜Ｃは、リチウムイオン電池等の充電型電池やコンデンサ等の爆発を防止する保護デバイスとして使用される。
【００５８】
例えば、図１２に示すように、前記圧力破砕型保護デバイスＡを用いた爆発防止型コンデンサ１０００は、コンデンサ素子１１００と、このコンデンサ素子１１００を納めるケース１２００と、このケース１２００の開口部１２１０を塞ぐ封口体１３００と、前記コンデンサ素子１１００と電気的に接続された圧力破砕型保護デバイスＡとを備えている。
【００５９】
前記コンデンサ素子１１００は、電解型のコンデンサであって、一対の端子部１１１０、１１２０を有している。この一対の端子部１１１０、１１２０は、一方側に変位している。これらの端子部１１１０、１１２０のうち、より外側に位置する一方の端子部１１１０は、後述する封口体１３００に設けられたリード端子１３１０に接触するようになっている。
【００６０】
一方、残る他の端子部１１２０は、前記端子部１１１０より若干短く設定されており、後述するリード部１３４０に接触するようになっている。
【００６１】
また、前記ケース１２００は、例えば金属やプラスチック材料から略箱状に形成されている。このケース１２００の一面は開口部１２１０として開放されている。
【００６２】
前記ケース１２００の開口部１２１０には、封口体１３００が嵌め込まれ、例えば金属製のケース１２００の開口部１２１０をかしめることにより、コンデンサ素子１１００を納められる。従って、このケース１２００の内部は、封口体１３００によって外部とは気密に区分されているのである。この封口体１３００は、例えばプラスチック等の絶縁性材料からやや肉厚状に形成されている。
【００６３】
この封口体１３００は、両端部にリード端子１３１０、１３２０を有している。このリード端子１３１０、１３２０は、爆発防止型コンデンサ１０００の端子となる部分である。一方のリード端子１３１０は、封口体１３００の上面に開設された開口１３６０に上端が臨んでおり、下端は封口体１３００の下面より下側に突出している。また、他方のリード端子１３２０は、封口体１３００を貫通している。
【００６４】
また、この封口体１３００の上面側には、凹部１３３０が形成されている。この凹部１３３０は、圧力破砕型保護デバイスＡが収納され、しかも収納された圧力破砕型保護デバイスＡの導体層２１０Ａ1 が封口体１３００の上面と面一になる深さに設定されている。
【００６５】
この凹部１３３０の両端側には、凹部１３３０に収納された圧力破砕型保護デバイスＡの導体層２１０Ａ1 に接触するリード部１３４０、１３５０が設けられている。一方のリード部１３４０、すなわち前記端子部１１２０が接触するリーード部１３４０は、封口体１３００に形成された開口１３６０に嵌まり込む埋設片１３４１と、この埋設片１３４１と直交する方向に伸びた接触片１３４２とから構成されている。前記接触片１３４２が圧力破砕型保護デバイスＡの導体層２１０Ａ1 の一端側に接触するようになっている。また、埋設片１３４１は、前記端子部１１２０に垂直に接触するようになっている。
【００６６】
また、前記リード部１３５０は、封口体１３００の上面に突出したリード端子１３２０の上端に接続されている。
【００６７】
従って、前記リード部１３４０、１３５０は、凹部１３３０に収納された圧力破砕型保護デバイスＡを上側から押さえ込むようにして、導体層２１０Ａ1 に接触しているのである。
【００６８】
このように構成された爆発防止型コンデンサ１０００は、リード端子１３１０→端子部１１１０→コンデンサ素子１１００→端子部１１２０→接触片１３４２→圧力破砕型保護デバイスＡ→リード部１３５０→リード端子１３２０の順で電気的に接続されているのである。
【００６９】
この爆発防止型コンデンサ１０００は、過電流が流れることで電解液が分解し、その結果、ケース１２００の内部圧力が一定値以上に上昇すると、圧力破砕型保護デバイスＡの蓋体２００Ａ1 のうち、貫通孔１１０Ａ1 の上に位置する部分が破損し、その結果、導電層２１０Ａ1 が破断され、電流が遮断される。
【００７０】
また、温度上昇によってもケース１２００の内部圧力が増大するので、この場合も同様にして電流を遮断することが可能である。
【００７１】
なお、この爆発防止型コンデンサ１０００では、圧力破砕型保護デバイスＡを使用したが、他のもの、すなわち圧力破砕型保護デバイスＢ、Ｃであっても同様の作用を奏することが可能なのは勿論である。
【００７２】
【発明の効果】
本発明に係る圧力破砕型保護デバイスは、貫通孔が形成された本体と、この本体に取り付けられて前記貫通孔を閉塞する蓋体と、この蓋体が取り付けられた側とは反対の側で前記本体に取り付けられて前記貫通孔を閉塞する底体とを備えており、前記蓋体には、本体に取り付けられた状態で前記貫通孔の上を通過する導体層が形成されている。
【００７３】
従って、蓋体及び底体によって本体の貫通孔（従来の開口部に相当する）を閉塞することができるので、部品点数を削減しつつ同等の効果を得ることができる。
【００７４】
また、前記蓋体は、本体及び底体より薄く形成されているので、底体ではなく確実に蓋体を破砕することができるという効果もある。
【００７５】
一方、導体層は、蓋体に設けられているので、従来のように本体の内部に導体層に相当するものを引き込む必要がなくなり、その結果として、全体の構成を簡略化することが可能となった。
【００７６】
さらに、他の圧力破砕型保護デバイスは、凹部が形成された本体と、この本体に取り付けられて前記凹部を閉塞する蓋体とを備えており、前記蓋体には、本体に取り付けられた状態で前記凹部の上を通過する導体層が形成されている。
【００７７】
このように構成された圧力破砕型保護デバイスは、底体に相当するものが不要となり、より部品点数の削減を果たすことができる。
【００７８】
この圧力破砕型保護デバイスでは、本体には、蓋体が取り付けられる面とは異なる面に前記凹部と連通する開口が開設されている。
【００７９】
また、他の圧力破砕型保護デバイスとしては、凹部が形成された第１本体と、凹部が形成された第２本体とを備えており、前記第１本体の凹部の底部の方が、第２本体の凹部の底部より薄く形成され、かつ第１本体の裏面であって凹部の底部に相当する部分に導体層が形成されており、両凹部を向かい合わせにした状態で両本体を組み合わせると、両本体の間に両凹部で形成される空間と外部とを連通させる連通部が形成されるようにすることも可能である。
【００８０】
また、他の本発明に係る爆発防止型コンデンサは、コンデンサ素子と、このコンデンサ素子を納めるケースと、このケースの開口部を塞ぐ封口体と、前記コンデンサ素子と電気的に接続された圧力破砕型保護デバイスとを備え、前記圧力破砕型保護デバイスは、前記ケースの内部に向かって露出しており、前記請求項１乃至６記載のものである。
【００８１】
従って、この爆発防止型コンデンサは、電解液の分解による内圧上昇にも温度上昇による内圧上昇にも対応したものとすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの概略的分解斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの概略的斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの使用状態を示す概略的正面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスが作動した状態を示す概略的斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの変形例を示す概略的平面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスのその他の変形例を示す概略的斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るさらにその他の変形例を示す圧力破砕型保護デバイスの概略的正面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスのさらにその他の変形例を示す概略的断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの端子部への接続形態の一例を示す概略的正面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスを示す概略的断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスを示す概略的断面図である。である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る爆発防止型コンデンサの概略的断面図である。
【符号の説明】
Ａ 1 圧力破砕型保護デバイス
１００Ａ 1 本体
１１０Ａ 1 貫通孔
２００Ａ 1 蓋体
２１０Ａ 1 導電層
３００Ａ 1 底体
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン電池等の充電型電池の安全機構や、コンデンサ等の電子部品の安全機構に適した圧力破砕型保護デバイスと、これを用いた爆発防止型コンデンサとに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、携帯電話やビデオカメラ等の電子機器には、リチウムイオン電池等の充電型電池が数多く用いられている。これら各種の充電型電池において、例えば、電子機器の故障や誤使用によって過充電状態や短絡状態になると、電池内部が加熱され、電解液が分解されてガスが発生し、電池内圧が上昇し、その結果爆発してしまうおそれがあった。このため、これらの充電型電池には、爆発を防止する各種の保護デバイスが備えられている。
【０００３】
例えば、実開昭６４−３８７６４号公報には、負極或いは正極の金属集電体と出力端子とを電気的に接続する平板状をした金属製の集電リードに、円状や楕円状等をした穿孔を設け、当該穿孔箇所近傍をフッ素系樹脂で被覆した保護デバイスが開示されている。
【０００４】
また、特開平０８−３１５８０３号公報には、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、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たことを特徴とする圧力遮断センサが開示されている。
【０００５】
また、これらの保護デバイスは、充電型電池のみならず、コンデンサにも用いられている。
すなわち、電解コンデンサでは、使用時に極性を逆にして接続する、急激な充放電を繰り返す、耐電圧を越えた電圧を印加することなとにより、電解コンデンサに過電流が流れ、内部に含浸された電解液が分解して内部圧力の上昇を招く。この結果、電解コンデンサが破損して電解液が漏出し、電子機器を破損させる場合があった。
【０００６】
この破損を防止するため、大容量の電解コンデンサには防爆機構と呼ばれる様々な爆発防止装置が組み込まれていた。このように防爆機構を備えた電解コンデンサか、例えば特開平５−２５１２８７号公報や特開平５−２５１２９０号公報、第２５５９９２５号実用新案登録公報などに開示されている。
【０００７】
特開平５−２５１２８７号公報に開示された電解コンデンサは、コンデンサ素子と一対の外部端子とを備えており、コンデンサ素子の一方の電極と外部端子の一方との間に過電流により切断されるヒューズを備え、このヒューズと交差させた形状記憶合金からなるリード線が、シリコン樹脂等の弾性樹脂によってヒューズに固定されている。このリード線には、一定温度以上に加熱されるとリード線とヒューズ線とを含む平面と垂直方向に曲がる性質が予め記憶されている。
【０００８】
この電解コンデンサにあっては、異常な電圧が印加されたりするとコンデンサ素子に過電流が流れ、リード線が一定温度以上に加熱される。この結果、リード線が変形を受けるとともにヒューズ線を機械的に切断し、過電流による破損を防いでいる。
【０００９】
一方、特開平５−２５１２９０号公報に開示された電解コンデンサは、コンデンサ素子とこのコンデンサ素子を納める外装缶とを具備し、外装缶に防爆弁が設けられている。さらに、外装缶を蓋するキャップには、防爆弁の近傍に位置してコンデンサ素子と並列に接触スイッチが備えれらるとともに、この接触スイッチ直列に電流ヒューズが設けられている。
【００１０】
この電解コンデンサにあっては、電解液の弁解に伴って内部圧力が上昇すると防爆弁が膨らみ、その圧力により防爆弁近傍に位置された接触スイッチが作動する。この結果、コンデンサ素子と並列に接続された接触スイッチに大量の電流が流れる。この結果、電流ヒューズが切断され、電解コンデンサの爆発を抑えることができ、電解液が外部に漏れることがない。
【００１１】
また、第２５５９９２５号実用新案登録公報に開示された電解コンデンサにあっては、コンデンサ素子とこのコンデンサ素子を納める第１の外装缶及びこの第１の外装缶を納める第２の外装缶とを具備し、第１の外装缶の開口は防爆弁を有する封口体にて封口されている。また、第１の外装缶と第２の外装缶との間に空間が設けられており、この空間は上部空間と下部空間とに気密的に区分されている。
【００１２】
この電解コンデンサにあっては、コンデンサ素子の電極と第１の外装缶との出力端子とを接続するリードがヒューズとしての機能を有しており、過電流が流れた場合にはヒューズが遮断される。また、内部圧力が高まり防爆弁が作動した場合でも、第２の外装缶に電解液が溜まることにより、電解液が外部に漏出することはない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平０８−３１５８０３号公報の圧力遮断センサには以下のような問題点があった。
すなわち、この圧力遮断センサに用いられる加圧部材は圧力によって変形するもの、具体的にはゴム材料等の弾性材からなるパッキンが使用されている。このような加圧部材で筐体の開口部が閉鎖されるのである。そして、開口部の内部と外部との圧力差によって導電路を破断部材で破断するのである。パッキンによって開口部を閉鎖する必要がある。
【００１４】
また、特開平５−２５１２８７号公報に開示された電解コンデンサは、ヒューズと形状記憶合金からなるリード線とが略Ｔ字形状若しくは略Ｘ字形状に交差されて配置されるため小型化が困難であり、また、リード線に形状記憶合金を用いるためコストが高くなるという問題点があった。さらに、形状記憶合金によるリード線が変形し、その変形に伴ってヒューズが機械的に破損される２次的な機構となっているため、ヒューズとリード線との接着不足等により、動作が不安定になるおそれがあった。また、これでは温度上昇による異常は検知できるが、内部圧力の上昇は検知できないという問題点があった。
【００１５】
さらに、特開平５−２５１２９０号公報に開示された電解コンデンサは、接触スイッチと電流ヒューズとを用いているため構造が複雑になり、製造コストが高くなるという問題点があった。また、防爆弁の近傍に接触スイッチと電流ヒューズとが設置されるため、小型化することが困難であった。しかも、前記電解コント同様に、防爆弁が膨張して接触スイッチを作動させ、その後電流ヒューズを遮断するという２次的な機構となっているため、作動圧を一定に調整することが困難になるという問題もあった。
【００１６】
また、第２５５９９２５号実用新案登録公報に開示された電解コンデンサにあっては、第１の外装缶と第２の外装缶とを具備するため、結果として小型化が困難になり、製造コストも高くなるという問題点があった。
【００１７】
本発明は上記事情に鑑みて創案されたもので、パッキン等の開口部を閉鎖する特別の部材を用いることなしに、同等の効果を得ることができる圧力破砕型保護デバイスと、確実に爆発を防ぐ安全性の高いコンデンサを安価に提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る圧力破砕型保護デバイスは、貫通孔が形成された本体と、この本体に取り付けられて前記貫通孔を閉塞する蓋体と、この蓋体が取り付けられた側とは反対の側で前記本体に取り付けられて前記貫通孔を閉塞する底体とを備えており、前記蓋体には、本体に取り付けられた状態で前記貫通孔の上を通過する導体層が形成されている。
【００１９】
また、本発明に係る他の圧力破砕型保護デバイスは、凹部が形成された本体と、この本体に取り付けられて前記凹部を閉塞する蓋体とを備えており、前記蓋体には、本体に取り付けられた状態で前記凹部の上を通過する導体層が形成されている。
【００２０】
さらに、本発明に係るその他の圧力破砕型保護デバイスは、凹部が形成された第１本体と、凹部が形成された第２本体とを備えており、前記第１本体の凹部の底部の方が、第２本体の凹部の底部より薄く形成され、かつ第１本体の裏面であって凹部の底部に相当する部分に導体層が形成されており、両凹部を向かい合わせにした状態で両本体を組み合わせると、両本体の間に両凹部で形成される空間と外部とを連通させる連通部が形成されるようになっている。
【００２１】
一方、本発明に係る爆発防止型コンデンサは、コンデンサ素子と、このコンデンサ素子を納めるケースと、このケースの開口部を塞ぐ封口体と、前記コンデンサ素子と電気的に接続された圧力破砕型保護デバイスとを備え、前記圧力破砕型保護デバイスは、前記ケースの内部に向かって露出しており、請求項１乃至６記載のものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの概略的分解斜視図、図２は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの概略的斜視図、図３は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの使用状態を示す概略的正面図、図４は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスが作動した状態を示す概略的斜視図、図５は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの変形例を示す概略的平面図、図６は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスのその他の変形例を示す概略的斜視図、図７は本発明の第１の実施の形態に係るさらにその他の変形例を示す圧力破砕型保護デバイスの概略的正面図、図８は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスのさらにその他の変形例を示す概略的断面図、図９は本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの端子部への接続形態の一例を示す概略的正面図である。
【００２３】
また、図１０は本発明の第２の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスを示す概略的断面図、図１１は本発明の第３の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスを示す概略的断面図である。
【００２４】
さらに、図１２は本発明の実施の形態に係る爆発防止型コンデンサの概略的断面図である。
【００２５】
本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスＡ1 は、貫通孔１１０Ａ1 が形成された本体１００Ａ1 と、この本体１００Ａ1 に取り付けられて前記貫通孔１１０Ａ1 を閉塞する蓋体２００Ａ1 と、この蓋体２００Ａ1 が取り付けられた側とは反対の側で前記本体１００Ａ1 に取り付けられて前記貫通孔１１０Ａ1 を閉塞する底体３００Ａ1 とを備えており、前記蓋体２００Ａ1 には、本体１００Ａ1 に取り付けられた状態で前記貫通孔１１０Ａ1 の上を通過する導体層２１０Ａ1 が形成されている。
【００２６】
前記本体１００Ａ1 は、略直方体状のセラミックスから構成されている。この本体１００Ａ1 の上面から下面にかけて丸形の貫通孔１１０Ａ1 が開設されている。この貫通孔１１０Ａ1 は、蓋体３００Ａ1 と底体３００Ａ1 とによって閉塞される部分である。
【００２７】
また、前記蓋体２００Ａ1 は、平面視で前記本体１００Ａ1 の同じ大きさのセラミックス板である。この蓋体２００Ａ1 の上面側には、蓋体２００Ａ1 の長手方向に縦断した導体層２１０Ａ1 が形成されている。この導体層２１０Ａ1 は、蓋体２００Ａ1 を本体１００Ａ1 に取り付けた場合、前記貫通孔１１０Ａ1 の上を通過する位置に設けられている。
【００２８】
さらに、前記底体３００Ａ1 は、平面視で前記本体１００Ａ1 の同じ大きさのセラミックス板である。この底体３００Ａ1 には、小さな開口３１０Ａ1 が開設されている。この開口３１０Ａ1 は、底体３００Ａ1 を本体１００Ａ1 に取り付けた場合、前記貫通孔１１０Ａ1 に臨んで貫通孔１１０Ａ1 と外部とを連通させることができる位置に開設されている。なお、この開口３１０Ａ1 は、前記貫通孔１１０Ａ1 より十分小さいものであることが望ましい。
【００２９】
ここで、蓋体２００Ａ1 は、本体１００Ａ1 及び底体３００Ａ1 より薄く形成されていることが必要である。すなわち、充電型電池等の内圧が所定値より上昇した場合には、図４に示すように、蓋体２００Ａ1 の貫通孔１１０Ａ1 の真上部分が破損されることで、蓋体２００Ａ1 に形成された導体層２１０Ａ1 を切断して導体層２１０Ａ1 を流れる電流を遮断するものだからである。例えば、蓋体２００Ａ1 は、シート状のセラミックス（以下、セラミックスシートとする）を用いることで４０μｍ程度の極薄とすることができる。なお、図１においては、本体１００Ａ1 の方が底体３００Ａ1 より厚く形成されているが、本体１００Ａ1 と蓋体２００Ａ1 とは同等の厚さであってもよいことになる。
【００３０】
このような本体１００Ａ1 、蓋体２００Ａ1 及び底体３００Ａ1 からなる圧力破砕型保護デバイスＡ1 は、次のようにして製造される。
まず、本体１００Ａ1 の上面に蓋体２００Ａ1 を、下面に底体３００Ａ1 をそれぞれ貼りつけた後、焼成して一体化する。すると、本体１００Ａ1 の貫通孔１１０Ａ1 は、前記開口３１０Ａ1 を介して外部と連通した状態になる。
【００３１】
この状態で前記開口３１０Ａ1 を接着剤等で封止し、貫通孔１１０Ａ1 を外部から独立した空間とする。これで図２に示す圧力破砕型保護デバイスＡ1 が完成する。
【００３２】
このような圧力破砕型保護デバイスＡ1 は、図３に示すように導体層２１０Ａ1 の左右両端に充電型電池の端子部５００を半田や超音波溶着等によって接続することで充電型電池に内蔵される。
【００３３】
また、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ1 における蓋体２００Ａ1 に形成された導体層２１０Ａ1 は、端部も中央部も同幅であったが、図５に示す圧力破砕型保護デバイスＡ2 では、導体層２１０Ａ2 の端部が中央部に比べて幅広く形成されている。このため、前記端子部５００の導体層２１０Ａ2 への接続が容易になっている。ただし、導体層２１０Ａ2 が本体１００Ａ2 に形成された貫通孔１１０Ａ2 の上側を通過する点は上述したものと同様である。
【００３４】
さらに、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ1 及びＡ2 では、本体１００Ａ1 、１００Ａ2 に１つの貫通孔１１０Ａ1 、１１０Ａ2 が開設されていたが、図６に示す圧力破砕型保護デバイスＡ3 のように、２つの貫通孔１１０Ａ3 を開設してもよい。このように、複数の貫通孔１１０Ａ3 を開設すると、いずれかの貫通孔１１０Ａ3 の上に位置するように形成された導体層２１０Ａ3 が破断されれば導通が遮断されるため、より信頼性を向上させることが可能となる。他の部品、例えば蓋体２００Ａ3 や底体３００Ａ3 は、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ1 等と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００３５】
また、図７に示す圧力破砕型保護デバイスＡ4 は、端子部５００が導体層２１０Ａ4 に対して垂直に接続されることを考慮したものである。このため、圧力破砕型保護デバイスＡ4 では、蓋体２００Ａ4 に導体層２１０Ａ4 の両端部に導体層２１０Ａ4 を貫く凹み２２０Ａ4 を設け、この凹み２２０Ａ4 に垂直方向から端子部５００を挿入し、半田付けや接着剤又は加締等で固定するようにしている。
【００３６】
ところで、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ1 〜Ａ4 では、蓋体２００Ａ1 、２００Ａ2 、２００Ａ3 、２００Ａ4 は勿論のこと、本体１００Ａ1 、１００Ａ2 、１００Ａ3 、１００Ａ4 、底体３００Ａ1 、３００Ａ2 、３００Ａ3 、３００Ａ4 も一層のセラミックスから構成されるとして説明した。しかしながら、図８に示す圧力破砕型保護デバイスＡ5 のように、本体１００Ａ5 と底体３００Ａ5 とは、複数（図面では４枚と３枚）の薄いセラミックスシートａを積層して構成することも可能である。このように、セラミックスシートａを積層して本体１００Ａ5 等を構成すると、必要に応じて各種の大きさ特に厚さの本体１００Ａ5 等を構成することができるというメリットがある。また、この場合は、積層されるセラミックスシートａ自身は蓋体２００Ａ5 より薄くても構わない。
【００３７】
なお、この場合のセラミックスａには、貫通孔１００Ａ5 となるべき切欠や、開口３１０Ａ5 となるべき切欠が形成されている必要があることはいうまでもない。
【００３８】
また、圧力破砕型保護デバイスＡ 1〜Ａ 3、Ａ5 は、図９に示すように、箱状の端子部５００に両端部を嵌め込むことで接続されることもある。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスＢについて説明する。
この本発明の第２の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスＢが、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ1 〜Ａ5 と相違する点は、圧力破砕型保護デバイスＡ 1〜Ａ5 が本体１００Ａ1 、１００Ａ2 、１００Ａ3 、１００Ａ4 と蓋体２００Ａ1 、２００Ａ2 、２００Ａ3 、２００Ａ4 と底体３００Ａ1 、３００Ａ2 、３００Ａ3 、３００Ａ4 との３つの部品から構成されていたのに対して、２点の部品で構成される点である。
【００４０】
本発明の第２の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスＢは、図１０に示すように、凹部１１０Ｂが形成された本体１００Ｂと、この本体１００Ｂに取り付けられて前記凹部１１０Ｂを閉塞する蓋体２００Ｂとを備えており、前記蓋体２００Ｂには、本体１００Ｂに取り付けられた状態で前記凹部１１０Ｂの上を通過する導体層２１０Ｂが形成されている。
【００４１】
前記本体１００Ｂは、略直方体状のセラミックスから構成されている。この本体１００Ｂは、上面から下面にかけて丸形の凹部１１０Ｂが形成されている。従って、この本体１００Ｂは、略箱状に形成されていることになる。しかも、前記凹部１１０Ｂには、蓋体２００Ｂが取り付けられる面とは異なる面、すなわち下面に凹部１１０Ｂと外部とを連通させる開口１２０Ｂが開設されている。
【００４２】
一方、前記蓋体２００Ｂは、平面視で前記本体１００Ｂの同じ大きさのセラミックス板である。この蓋体２００Ｂの上面側には、蓋体２００Ｂの長手方向に縦断した導体層２１０Ｂが形成されている。この導体層２１０Ｂは、蓋体２００Ｂを本体１００Ｂに取り付けた場合、前記凹部１１０Ｂの上を通過する位置に設けられている。
【００４３】
ここで、蓋体２００Ｂは、本体１００Ｂより薄く形成されている。すなわち、充電型電池等の内圧が所定値より上昇した場合には、蓋体２００Ｂの凹部１１０Ｂの真上部分が破損されることで、蓋体２００Ｂに形成された導体層２１０Ｂを切断して導体層２１０Ｂを流れる電流を遮断するものだからである。例えば、この蓋体２００Ｂは、セラミックスシートを用いることで４０μｍ程度の極薄とすることができる。
【００４４】
このような本体１００Ａ及び蓋体２００Ｂからなる圧力破砕型保護デバイスＢは、次のようにして製造される。
まず、本体１００Ｂの上面に蓋体２００Ｂを貼りつけた後、焼成して一体化する。すると、本体１００Ｂの凹部１１０Ｂは、前記開口１２０Ｂを介して外部と連通した状態になる。
【００４５】
この状態で前記開口１２０Ｂを接着剤等で封止し、凹部１１０Ｂを外部から独立した空間とする。これで圧力破砕型保護デバイスＢが完成する。
【００４６】
このように構成された圧力破砕型保護デバイスＢには、次のような変形例もある。
まず、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ2 と同様に、導体層の端部が中央部より幅広く形成されたものがある。このタイプのものは、前記端子部の導体層への接続が容易になっている。
【００４７】
また、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ3 が２つの貫通孔１１０Ａ3 を有していたように、本体に２つの凹部を設けてもよい。このように、複数の凹部を設けると、いずれかの凹部の上に位置するように形成された導体層が破断されれば導通が遮断されるため、より信頼性を向上させることが可能となる。
【００４８】
さらに、上述した圧力破砕型保護デバイスＡ4 のように、端子部が導体層に対して垂直に接続されるように、蓋体に導体層の両端部に導体層を貫く凹みを設けてもよい。このようにすると、圧力破砕型保護デバイスの各種の取付パターンを得ることができる。
【００４９】
次に、図１１を参照しつつ本発明の第３の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスＣについて説明する。
この本発明の第３の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスＣは、凹部４１１が形成された第１本体４１０と、凹部４２１が形成された第２本体４２０とを備えており、前記第１本体４１０の凹部４１１の底部４１２の方が、第２本体４２０の凹部４２１の底部４２２より薄く形成され、かつ第１本体４１０の裏面であって凹部４１１の底部４１２に相当する部分に導体層４１３が形成されており、両凹部４１１、４２１を向かい合わせにした状態で両本体４１０、４２０を組み合わせると、両本体４１０、４２０の間に両凹部４１１、４２１で形成される空間４４０と外部とを連通させる連通部４３０が形成される。
【００５０】
第１本体４１０は、略直方体状のセラミックスから構成されている。この第１本体４１０は、上面から下面にかけて丸形の凹部４１１が形成されている。従って、この第１本体４１０は、略箱状に形成されていることになる。また、前記凹部４１１の上縁部には連通路４３０となる凹溝４１４が形成されている。
【００５１】
かかる第１本体４１０の裏面であって凹部４１１の底部４１２に相当する部分には、導体層４１３が形成されている。この導体層４１３は、前記凹部４１１の上を通過するようになっている。
【００５２】
一方、前記第２本体４２０は、第１本体４１０と同様に、略直方体状のセラミックスから構成されている。この第２本体４２０は、上面から下面にかけて丸形の凹部４２１が形成されている。従って、この第２本体４２０は、略箱状に形成されていることになる。また、前記凹部４２１の上縁部には連通路４３０となる凹溝４２４が形成されている。
【００５３】
しかしながら、この第２本体４２０が、第１本体４１０と相違する点は、凹部４２１の底部４２２の厚さである。すなわち、第２本体４２０の凹部４２１の底部４２２の方が、第１本体４１０の凹部４１１の底部４１２より厚く形成されているのである。従って、底部４１１の方が底部４２２より容易に破断するのである。
【００５４】
第１本体４１０と第２本体４２０とを両凹部４１１、４２１が向かい合うようにして組み合わせると、両凹部４１１、４２１によって空間４４０が形成される。この空間４４０は、両凹溝４１４、４２４によって形成された連通路４３０によって外部と連通している。
【００５５】
この圧力破砕型保護デバイスＣは次のようにして製造される。
まず、第１本体４１０と第２本体４２０とを両凹部４１１、４２１が向かい合うようにして組み合わせた状態で焼成する。すると、両凹部４１１、４２１によって空間４４０が形成される。この空間４４０は連通路４３０によって外部と連通しているのは上述した通りである。
【００５６】
この状態で前記連通路４３０を接着剤等で封止し、前記空間４４０を外部から独立した空間とする。これで圧力破砕型保護デバイスＣが完成する。
【００５７】
上述した圧力破砕型保護デバイスＡ〜Ｃは、リチウムイオン電池等の充電型電池やコンデンサ等の爆発を防止する保護デバイスとして使用される。
【００５８】
例えば、図１２に示すように、前記圧力破砕型保護デバイスＡを用いた爆発防止型コンデンサ１０００は、コンデンサ素子１１００と、このコンデンサ素子１１００を納めるケース１２００と、このケース１２００の開口部１２１０を塞ぐ封口体１３００と、前記コンデンサ素子１１００と電気的に接続された圧力破砕型保護デバイスＡとを備えている。
【００５９】
前記コンデンサ素子１１００は、電解型のコンデンサであって、一対の端子部１１１０、１１２０を有している。この一対の端子部１１１０、１１２０は、一方側に変位している。これらの端子部１１１０、１１２０のうち、より外側に位置する一方の端子部１１１０は、後述する封口体１３００に設けられたリード端子１３１０に接触するようになっている。
【００６０】
一方、残る他の端子部１１２０は、前記端子部１１１０より若干短く設定されており、後述するリード部１３４０に接触するようになっている。
【００６１】
また、前記ケース１２００は、例えば金属やプラスチック材料から略箱状に形成されている。このケース１２００の一面は開口部１２１０として開放されている。
【００６２】
前記ケース１２００の開口部１２１０には、封口体１３００が嵌め込まれ、例えば金属製のケース１２００の開口部１２１０をかしめることにより、コンデンサ素子１１００を納められる。従って、このケース１２００の内部は、封口体１３００によって外部とは気密に区分されているのである。この封口体１３００は、例えばプラスチック等の絶縁性材料からやや肉厚状に形成されている。
【００６３】
この封口体１３００は、両端部にリード端子１３１０、１３２０を有している。このリード端子１３１０、１３２０は、爆発防止型コンデンサ１０００の端子となる部分である。一方のリード端子１３１０は、封口体１３００の上面に開設された開口１３６０に上端が臨んでおり、下端は封口体１３００の下面より下側に突出している。また、他方のリード端子１３２０は、封口体１３００を貫通している。
【００６４】
また、この封口体１３００の上面側には、凹部１３３０が形成されている。この凹部１３３０は、圧力破砕型保護デバイスＡが収納され、しかも収納された圧力破砕型保護デバイスＡの導体層２１０Ａ1 が封口体１３００の上面と面一になる深さに設定されている。
【００６５】
この凹部１３３０の両端側には、凹部１３３０に収納された圧力破砕型保護デバイスＡの導体層２１０Ａ1 に接触するリード部１３４０、１３５０が設けられている。一方のリード部１３４０、すなわち前記端子部１１２０が接触するリーード部１３４０は、封口体１３００に形成された開口１３６０に嵌まり込む埋設片１３４１と、この埋設片１３４１と直交する方向に伸びた接触片１３４２とから構成されている。前記接触片１３４２が圧力破砕型保護デバイスＡの導体層２１０Ａ1 の一端側に接触するようになっている。また、埋設片１３４１は、前記端子部１１２０に垂直に接触するようになっている。
【００６６】
また、前記リード部１３５０は、封口体１３００の上面に突出したリード端子１３２０の上端に接続されている。
【００６７】
従って、前記リード部１３４０、１３５０は、凹部１３３０に収納された圧力破砕型保護デバイスＡを上側から押さえ込むようにして、導体層２１０Ａ1 に接触しているのである。
【００６８】
このように構成された爆発防止型コンデンサ１０００は、リード端子１３１０→端子部１１１０→コンデンサ素子１１００→端子部１１２０→接触片１３４２→圧力破砕型保護デバイスＡ→リード部１３５０→リード端子１３２０の順で電気的に接続されているのである。
【００６９】
この爆発防止型コンデンサ１０００は、過電流が流れることで電解液が分解し、その結果、ケース１２００の内部圧力が一定値以上に上昇すると、圧力破砕型保護デバイスＡの蓋体２００Ａ1 のうち、貫通孔１１０Ａ1 の上に位置する部分が破損し、その結果、導電層２１０Ａ1 が破断され、電流が遮断される。
【００７０】
また、温度上昇によってもケース１２００の内部圧力が増大するので、この場合も同様にして電流を遮断することが可能である。
【００７１】
なお、この爆発防止型コンデンサ１０００では、圧力破砕型保護デバイスＡを使用したが、他のもの、すなわち圧力破砕型保護デバイスＢ、Ｃであっても同様の作用を奏することが可能なのは勿論である。
【００７２】
【発明の効果】
本発明に係る圧力破砕型保護デバイスは、貫通孔が形成された本体と、この本体に取り付けられて前記貫通孔を閉塞する蓋体と、この蓋体が取り付けられた側とは反対の側で前記本体に取り付けられて前記貫通孔を閉塞する底体とを備えており、前記蓋体には、本体に取り付けられた状態で前記貫通孔の上を通過する導体層が形成されている。
【００７３】
従って、蓋体及び底体によって本体の貫通孔（従来の開口部に相当する）を閉塞することができるので、部品点数を削減しつつ同等の効果を得ることができる。
【００７４】
また、前記蓋体は、本体及び底体より薄く形成されているので、底体ではなく確実に蓋体を破砕することができるという効果もある。
【００７５】
一方、導体層は、蓋体に設けられているので、従来のように本体の内部に導体層に相当するものを引き込む必要がなくなり、その結果として、全体の構成を簡略化することが可能となった。
【００７６】
さらに、他の圧力破砕型保護デバイスは、凹部が形成された本体と、この本体に取り付けられて前記凹部を閉塞する蓋体とを備えており、前記蓋体には、本体に取り付けられた状態で前記凹部の上を通過する導体層が形成されている。
【００７７】
このように構成された圧力破砕型保護デバイスは、底体に相当するものが不要となり、より部品点数の削減を果たすことができる。
【００７８】
この圧力破砕型保護デバイスでは、本体には、蓋体が取り付けられる面とは異なる面に前記凹部と連通する開口が開設されている。
【００７９】
また、他の圧力破砕型保護デバイスとしては、凹部が形成された第１本体と、凹部が形成された第２本体とを備えており、前記第１本体の凹部の底部の方が、第２本体の凹部の底部より薄く形成され、かつ第１本体の裏面であって凹部の底部に相当する部分に導体層が形成されており、両凹部を向かい合わせにした状態で両本体を組み合わせると、両本体の間に両凹部で形成される空間と外部とを連通させる連通部が形成されるようにすることも可能である。
【００８０】
また、他の本発明に係る爆発防止型コンデンサは、コンデンサ素子と、このコンデンサ素子を納めるケースと、このケースの開口部を塞ぐ封口体と、前記コンデンサ素子と電気的に接続された圧力破砕型保護デバイスとを備え、前記圧力破砕型保護デバイスは、前記ケースの内部に向かって露出しており、前記請求項１乃至６記載のものである。
【００８１】
従って、この爆発防止型コンデンサは、電解液の分解による内圧上昇にも温度上昇による内圧上昇にも対応したものとすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの概略的分解斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの概略的斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの使用状態を示す概略的正面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスが作動した状態を示す概略的斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの変形例を示す概略的平面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスのその他の変形例を示す概略的斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るさらにその他の変形例を示す圧力破砕型保護デバイスの概略的正面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスのさらにその他の変形例を示す概略的断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの端子部への接続形態の一例を示す概略的正面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスを示す概略的断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスを示す概略的断面図である。である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る爆発防止型コンデンサの概略的断面図である。
【符号の説明】
Ａ 1 圧力破砕型保護デバイス
１００Ａ 1 本体
１１０Ａ 1 貫通孔
２００Ａ 1 蓋体
２１０Ａ 1 導電層
３００Ａ 1 底体
Claims (7)
- 貫通孔が形成された本体と、この本体に取り付けられて前記貫通孔を閉塞する蓋体と、この蓋体が取り付けられた側とは反対の側で前記本体に取り付けられて前記貫通孔を閉塞する底体とを具備しており、前記蓋体には、本体に取り付けられた状態で前記貫通孔の上を通過する導体層が形成されていることを特徴とする圧力破砕型保護デバイス。
- 前記蓋体は、本体及び底体より薄く形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧力破砕型保護デバイス。
- 前記底体には、本体に取り付けられると貫通孔と連通する開口が開設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の圧力破砕型保護デバイス。
- 凹部が形成された本体と、この本体に取り付けられて前記凹部を閉塞する蓋体とを具備しており、前記蓋体には、本体に取り付けられた状態で前記凹部の上を通過する導体層が形成されていることを特徴とする圧力破砕型保護デバイス。
- 前記本体には、蓋体が取り付けられる面とは異なる面に前記凹部と連通する開口が開設されていることを特徴とする請求項４記載の圧力破砕型保護デバイス。
- 凹部が形成された第１本体と、凹部が形成された第２本体とを具備しており、前記第１本体の凹部の底部の方が、第２本体の凹部の底部より薄く形成され、かつ第１本体の裏面であって凹部の底部に相当する部分に導体層が形成されており、両凹部を向かい合わせにした状態で両本体を組み合わせると、両本体の間に両凹部で形成される空間と外部とを連通させる連通部が形成されることを特徴とする圧力破砕型保護デバイス。
- コンデンサ素子と、このコンデンサ素子を納めるケースと、このケースの開口部を塞ぐ封口体と、前記コンデンサ素子と電気的に接続された圧力破砕型保護デバイスとを備え、前記圧力破砕型保護デバイスは、前記ケースの内部に向かって露出しており、前記請求項１乃至６記載のものであることを特徴とする爆発防止型コンデンサ。
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