JP4562540B2 - パック電池 - Google Patents

Description

本発明は、コネクターを回路基板に固定して電池ケースの定位置に配置しているパック電池に関する。

コネクターは、二次電池に接続している出力端子を備える。パック電池が電気機器や充電器に装着されるとき、コネクターは電気機器等に設けたプラグ部が連結されて、電気機器に電力を供給する。このとき、コネクターの出力端子と電気機器のプラグ部に設けた電源端子との接触不良をいかに防止できるかが大切である。接触不良が起こると、パック電池から電気機器に電力が供給できなくなって、電気機器が動作しなくなり、あるいは充電器からパック電池に電力が供給できなくなって充電できなくなるからである。さらに、コネクターは、パック電池を使用する全てのタイミングにおいて接触不良を皆無にするのを理想とする。コネクターが接触不良を起こすと、二次電池が使用できる状態にあってもパック電池としては使用できなくなるからである。コネクターの接触不良は、経時的に発生する確率が高くなる。それは、月日が経過するにしたがって、出力端子や電源端子の金属表面に酸化膜ができ、あるいは汚れたり異物が付着し、さらに、弾性押圧力が低下して出力端子と電源端子との接触圧が低下するからである。

コネクターを電池ケースの正確な位置に配置することは、長期間にわたって接触不良を少なくために極めて大切である。それは、コネクターと電気機器のプラグ部との連結位置がずれると、コネクターの出力端子や電気機器の電源端子に無理な力が作用し、あるいは接触位置がずれて、正常な位置が適正な圧力で接触しなくなるからである。

ところで、コネクターは回路基板に固定して電池ケースに収納される。従来のパック電池は、回路基板を電池ケースの定位置に配置し、回路基板を介してコネクターを定位置に配置していた。ただ、この構造によると、回路基板とコネクターとの実装精度を極めて高くする必要がある。このことを実現するためには、コネクターと回路基板の連結部を高精度で加工する必要があり、また、コネクターと回路基板の相対位置を正確に位置決めする必要があり、高い加工精度と複雑な実装工数から製造コストが高くなる欠点があった。

この欠点を解消するために、本出願人は、ケースに溝形リブを一体的に成形して設け、この溝形リブにコネクターを嵌合して、コネクターを電池ケースの定位置に配置するパック電池を開発した。（特許文献１参照）
特開２００１−２６６８２４号公報

特許文献１の公報に記載されるパック電池は、図１に示すように、コネクター２４の両端に凸条２５を設け、この凸条２５を挿入する溝形リブ２２を、電池ケース２１に一体的に成形して設けている。この構造のパック電池は、溝形リブ２２に凸条２５を入れて、コネクター２４を電池ケース２１の定位置に配置する。

この構造のパック電池は、回路基板２３を介してコネクター２４を電池ケース２１の定位置に配置しないので、コネクター２４と回路基板２３とを高い精度で連結する必要はない。しかしながら、コネクターと電池ケースの溝形リブとを高い精度で加工する必要がある。それは、コネクターの凸条と電池ケースの溝形リブとの間に遊びができると、コネクターを正確に定位置に配置できなくなるからである。現実には、凸条と溝形リブとの間の隙間を０にすることはできない。この隙間を０にすると、凸条を溝形リブにスムーズに挿入できなくなり、また寸法誤差で凸条を溝形リブに挿入できなくなることもあるからである。したがって、凸条と溝形リブとの間には隙間を設ける必要があるので、コネクターを一定の位置に配置できないのが実状である。

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、コネクターを定位置に配置する立ち壁とコネクターとの隙間を０にしても、コネクターをスムーズに電池ケースの正確な位置に配置できるパック電池を提供することにある。

また、本発明の他の大切な目的は、コネクターと電池ケースの立ち壁に高い加工精度が要求されず、コネクターと電池ケースを安価に多量生産しながら、コネクターを正確な位置に配置できるパック電池を提供することにある。

本発明のパック電池は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
パック電池は、プラスチック製の電池ケース１の定位置に、回路基板３に固定されて二次電池２に接続しているコネクター４を固定している。電池ケース１は、コネクター４を両側から挟着して定位置に配置する一対の立ち壁１１を、内面に突出して一体的に成形して設けている。この立ち壁１１は、コネクター４との接触面に、コネクター４の表面に局部的に接触する凸部１６を一体的に成形して設けている。パック電池は、一対の立ち壁１１が凸部１６を介してコネクター４を両側から挟着して定位置に配置している。

本発明のパック電池は、立ち壁１１を、コネクター４に向かって突出する折曲片１１Ａを備えるＬ字状とすると共に、コネクター４には、この折曲片１１Ａを係止して抜けないように電池ケース１に連結する係止部９を設けることができる。さらに、本発明のパック電池は、一対の立ち壁１１に設けている凸部１６を細長い凸条として、この凸条を立ち壁１１の中間よりも折曲片１１Ａに近い部分に配置することができる。

本発明のパック電池は、二次電池２を薄型電池とすると共に、電池ケース１を、薄型電池の周囲に沿う枠形状として、電池ケース１と二次電池２との表面に外装シート１８を接着して、二次電池２を電池ケース１に固定することができる。

本発明のパック電池は、枠形状の電池ケース１が、薄型電池の表裏に分割して成形された上ケース１Ａと下ケース１Ｂを備えることができる。上ケース１Ａと下ケース１Ｂは、コネクター内蔵部分を薄型電池の外側に配置して、上プレート１３と下プレート１４を設けることができる。さらに、このパック電池は、コネクター４を連結する立ち壁１１を、下プレート１４から内面に突出するように設けて、この立ち壁１１で定位置に配置されるコネクター４を上プレート１３と下プレート１４の間に配置し、上プレート１３にはコネクター４に挿入される端子の電極窓１５を開口することができる。さらに、このパック電池は、回路基板３を上プレート１３と下プレート１４の間であって、上プレート１３と下プレート１４に垂直な姿勢で配置することができる。

本発明のパック電池は、コネクター４が、プラスチック製の本体部６と、この本体部６に固定している出力端子７とを備え、本体部６に、コネクター４に連結されるプラグ部を挿入する嵌合凹部８を設けて、この嵌合凹部８の内面に出力端子７を配置することができる。

本発明のパック電池は、コネクター４を、嵌合凹部８の開口端を回路基板３に直交する姿勢で回路基板３に固定し、回路基板３を薄型電池の端面に対向して電池ケース１に収納して、立ち壁１１を下プレート１４に垂直に連結することができる。

本発明のパック電池は、コネクターを定位置に配置する立ち壁とコネクターとの隙間を０にして、コネクターをスムーズに電池ケースの正確な位置に配置できる特長がある。それは、本発明のパック電池が、コネクターを両側から挟着して定位置に配置する一対の立ち壁を、電池ケースの内面に突出して一体的に成形して設けており、この立ち壁には、コネクター表面に局部的に接触する凸部を一体的に成形して設けているからである。この構造のパック電池は、一対の立ち壁に設けた凸部で、コネクターを両側から理想的な押圧力で弾性的に挟着することができる。とくに、立ち壁とコネクターとの接触面積を小さくして、摩擦抵抗を小さくしながら、コネクターをスムーズに配置して、一対の立ち壁で確実に挟着できる。したがって、コネクター表面に立ち壁の凸部を局部的に接触させて、立ち壁とコネクターとの隙間を０にしながら、コネクターをスムーズに電池ケースの正確な位置に配置できる。

また、本発明のパック電池は、立ち壁に凸部を設けることによって、コネクター表面を局部的に接触させてコネクターを定位置に配置するので、コネクターと電池ケースの立ち壁に高い加工精度が要求されない。このため、コネクターと電池ケースを安価に多量生産しながら、コネクターを正確な位置に配置できる特長も実現できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図２と図３に示すパック電池は、プラスチック製の電池ケース１と、この電池ケース１の内側に配置している二次電池２と、この二次電池２に接続している回路基板３と、この回路基板３を介して二次電池２に接続され、かつ回路基板３に固定される状態で電池ケース１の定位置に配置されるコネクター４とを備える。

パック電池の二次電池２は、外形を四角形とするリチウムイオン二次電池の薄型電池である。図のパック電池は、二次電池２を薄型電池とするが、必ずしも二次電池を薄型電池とする必要はなく、たとえば角形電池とすることもできる。また、二次電池は、リチウムイオン二次電池に代わって、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池も使用できる。

二次電池２は、回路基板３とコネクター４を連結して電池のコアパック１０とし、コアパック１０の状態で電池ケース１の定位置に配置される。図のコアパック１０は、電池のひとつの端面と対向して回路基板３を配置し、この回路基板３の表面にコネクター４を連結している。

図のコアパック１０は、凸部電極を設けている電極端面に対向して回路基板３を配設している。さらに回路基板３は、電極端面と平行な姿勢となるように、二次電池２に連結される。回路基板３は、電池の正負の電極に接続しているリード５を介して二次電池２に連結される。リード５は、一端を二次電池２の電極にスポット溶接やレーザー溶接して連結し、他端を半田付けして回路基板３に連結している。回路基板３は、二次電池２の保護回路を実装するプリント基板である。保護回路は、二次電池２を過充電、過放電、過電流等から防止して保護する回路である。電池の端面に配設される回路基板３は、二次電池２の端面の外周に突出しないように、端面の外形よりもその外形を小さく、あるいは端面の外形に等しい大きさとしている。

コアパック１０は、回路基板３が電池と対向する内側面の反対側、すなわち回路基板３の外側面にコネクター４を固定している。コネクター４は、図３と図４に示すように、プラスチック製の本体部６に、出力端子７を固定している。本体部６は、コネクター４に連結されるプラグ部（図示せず）を脱着できるように挿入する嵌合凹部８を有する。出力端子７は、嵌合凹部８の内面に表出して配置される。図のコネクター４は、開口部を長方形とする嵌合凹部８を設けている。長方形の嵌合凹部８は、内面の対向位置に、互いに並列に接続している一対の出力端子７を配設している。たとえば、嵌合凹部８に３端子を配設するコネクター４にあっては、長方形の各々の長辺に３対の端子を配設して、全体で６端子を配設している。長辺に配設された３端子は、対向する一対の出力端子７を並列に接続している。このコネクター４は、接触不良を極減できる。それは、互いに対向する端子を並列に接続しているので、いずれか一方の端子を電気接続して、他の端子に電気接触しない状態においても、パック電池をプラグ部に正常に接続して接触不良とはならないからである。

コアパック１０は、本体部６の嵌合凹部８の開口端を回路基板３に直交させる姿勢で、コネクター４を回路基板３に固定している。コネクター４は、出力端子７のリード部７Ａを回路基板３に半田付けして回路基板３に連結している。図の本体部６は、底部の周囲に外周壁６Ａを連結する四角い箱形にプラスチックを成形している。ひとつの外周壁６Ａを回路基板３に接触させる状態で、コネクター４を回路基板３に固定している。図のコネクター４は、長方形の一方の長辺となる外周壁６Ａを回路基板３に接するように固定して、嵌合凹部８の開口部を回路基板３と直交する姿勢としている。

このコアパック１０は、二次電池２を電池ケース１の定位置に配置すると共に、コネクター４を電池ケース１の定位置に配置している。このことを実現するために、コネクター４は、図３と図５に示すように、電池ケース１に設けている立ち壁１１を連結する係止部９を設けている。係止部９は、本体部６の両端面に設けている。図のコネクター４は、外周壁６Ａの両端面に凹部を設けて係止部９としている。

図３において、嵌合凹部８の開口面のある面を、Ｘ軸とＹ軸を含む平面とし、Ｘ軸とＹ軸に直交する方向をＺ軸方向とれば、図のパック電池は、回路基板３をＹ軸とＺ軸を含む面内に配置し、立ち壁１１をＺ軸の方向に突出し、係止部９をＸ軸の方向を向く溝としている。このパック電池は、コネクター４に連結されるプラグ部を、Ｚ軸方向に抜き差しして連結する。

このコネクター４は、Ｙ軸方向の両端を、電池ケース１に設けている一対の立ち壁１１で連結して、Ｙ軸の位置ずれを立ち壁１１で阻止する。また、コネクター４のＺ軸方向のずれは、コネクター４の係止部９を立ち壁１１で係止して阻止する。さらに、コネクター４のＸ軸方向のずれは、コネクター４を電池ケース１の周壁１２の内面に当接して阻止する。したがって、このコネクター４は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置を正確に特定して、電池ケース１に固定される。

コネクター４を係止する立ち壁１１は、電池ケース１に一体的に成形して設けている。電池ケース１は、薄型電池の周囲に沿う枠形状であって、電池ケース１と二次電池２との表面に外装シート１８を接着して、二次電池２を電池ケース１の内側に固定している。このパック電池は、電池ケース１が二次電池２の表面をカバーしないので、全体を薄くできる。ただし、電池ケースは、二次電池の表面をカバーする形状とすることもできる。

図の電池ケース１は、薄型電池の表裏に分割して成形された上ケース１Ａと下ケース１Ｂを備える。上ケース１Ａと下ケース１Ｂは、プラスチックを四角形の枠形状に成形したもので、互いに周壁１２を連結して電池ケース１となる。周壁１２は超音波溶着して連結される。超音波溶着は、上ケース１Ａと下ケース１Ｂをしっかりと外れないように連結する。ただ、上ケース１Ａと下ケース１Ｂは、その周壁１２を接着して連結し、あるいは互いに係止構造として連結することもできる。

上ケース１Ａと下ケース１Ｂは、四角形の一辺を構成するひとつの周壁１２に、上プレート１３と下プレート１４を一体的に成形して設けている。上プレート１３は上ケース１Ａの周壁１２の上縁に連結して設けられ、下プレート１４は下ケース１Ｂの周壁１２の下縁に連結して設けている。この電池ケース１は、上プレート１３と下プレート１４の間に、回路基板３とコネクター４を収納するスペースを設けている。したがって、上プレート１３と下プレート１４の幅は、内部に回路基板３とコネクター４を収納できる寸法としている。図のパック電池は、回路基板３とコネクター４を下ケース１Ｂに連結して、下ケース１Ｂに上ケース１Ａを連結して、電池ケース１の内側に、二次電池２に回路基板３とコネクター４を連結しているコアパック１０を収納する。上プレート１３は、下ケース１Ｂに連結しているコネクター４を外部に表出するように、すなわちコネクター４の嵌合凹部８にプラグ部を挿入する電極窓１５を開口している。

さらに、電池ケース１は、コネクター４を定位置に連結する一対の立ち壁１１を一体的に成形して設けている。図２と図３に示すパック電池は、下ケース１Ｂに立ち壁１１を設けている。図３、図５及び図６に示す立ち壁１１は、コネクター４を両側から挟着して定位置に保持する。これらの図において、一対の立ち壁１１は、コネクター４をＹ軸方向の両端、すなわち、長方形である本体部６の両端を挟着する位置に配置される。図の立ち壁１１は、下端を下プレート１４に連結して、一方の側縁を下ケース１Ｂの周壁１２に連結する形状として、プラスチック製の下ケース１Ｂに一体成形している。側縁を周壁１２に連結する立ち壁１１は、薄くて強靭な構造にできる。周壁１２が立ち壁１１の曲げ強度を向上させるからである。

さらに、図の立ち壁１１は、コネクター４に向かって突出する折曲片１１Ａを先端に備えるＬ字状に成形している。この立ち壁１１の折曲片１１Ａは、コネクター４に設けた凹部の係止部９に係止されて、コネクター４を抜けないように電池ケース１に連結する。図に示すコネクター４は、凹部の係止部９を、Ｘ軸方向を向く、いいかえるとＹ軸とＺ軸を含む面内の断面形状を同じ形状とする溝形としている。また、立ち壁１１は、Ｘ軸方向を向く板状、すなわちＹ軸とＺ軸を含む面内の形状を同一形状とする板状に成形している。この構造は、コネクター４をＸ軸方向に移動させて、立ち壁１１の折曲片１１Ａを溝形の係止部９に案内して、速やかにコネクター４を電池ケース１に連結できる。

ただし、立ち壁には、必ずしも折曲片を設ける必要はない。それは、コネクターを上プレートに設けた電極窓の周縁で押圧して、下ケースに固定できるからである。また、コネクターには、必ずしも凹部の係止部を設ける必要もない。それは、立ち壁の折曲片でコネクターの上面を係止できるからである。

さらに立ち壁１１は、コネクター４との接触面に、コネクター４の表面に局部的に接触する凸部１６を一体的に成形して設けている。図の立ち壁１１の凸部１６は、図３においてとＸ軸方向を向く、すなわちＸ軸方向に延びる細長い凸条としている。また、図５の断面図に示す立ち壁１１は、立ち壁１１の中間よりも折曲片１１Ａに近い部分に凸部１６を配置している。この部分に配置される凸部１６は、立ち壁１１を弾性変形させて、コネクター４の両端を弾性的に挟着するのに好都合である。図の立ち壁１１は、凸部１６を凸条としているが、凸部は必ずしも凸条とする必要はなく、コネクターの表面に点接触する小凸起とすることもできる。

この立ち壁１１は、凸部１６を介してコネクター４を両側から挟着して定位置に配置する。さらに、コネクター４は回路基板３に連結しているので、コネクター４を介して回路基板３も電池ケース１の定位置に配置される。回路基板３は、立ち壁１１に位置決めしながら連結されるコネクター４を介して定位置に配置される。

さらに、図に示す電池ケース１は、回路基板３をケース内の定位置に保持する位置決リブ１７を一体的に成形して設けている。電池ケース１は、周壁１２と上プレート１３と下プレート１４の内面に突出して複数の位置決リブ１７を設けている。周壁１２の内面に設けられる位置決リブ１７は、回路基板３の端部を位置決めする。上プレート１３と下プレート１４とに設けられる位置決リブ１７は、回路基板３の側縁部を位置決めする。これらの位置決リブ１７は、回路基板３を二次電池側とコネクター側の両面から挟着する状態で定位置に保持できるように、コネクター側の表面と二次電池側の裏面とに当接するように設けられる。ただ、コネクター内蔵部分に設ける位置決リブ１７は、二次電池側の裏面にのみ当接するように設けている。それは、この位置に配置される回路基板３は、表面にコネクター４を連結しているので、コネクター４が一対の立ち壁１１の間に挿入されて、電池ケース１の周壁１２の内面に当接する状態で位置決めされるからである。

以上の構造のパック電池は、一対の立ち壁１１の間にコネクター４を配置して位置決めし、周壁１２と上プレート１３と下プレート１４に設けた位置決リブ１７で、回路基板３の端部と側縁部を位置決めし、さらに、枠形の周壁１２の内側に二次電池２を収納する状態で、上ケース１Ａと下ケース１Ｂとを互いの周壁１２で連結して、コアパック１０が電池ケース１に内蔵される。さらに、電池ケース１と二次電池２との表面に外装シート１８を接着して、パック電池となる。

従来のパック電池の分解斜視図である。 本発明の一実施例にかかるパック電池の分解斜視図である。 図２に示すパック電池の下ケースとコネクターの連結構造を示す斜視図である。 図３に示すコネクターと回路基板のＡ−Ａ線断面図である。 図２に示すパック電池の電池ケースとコネクターの連結構造を示す垂直断面図である。 図２に示すパック電池の下ケースの拡大斜視図である。

符号の説明

１…電池ケース １Ａ…上ケース
１Ｂ…下ケース
２…二次電池
３…回路基板
４…コネクター
５…リード
６…本体部 ６Ａ…外周壁
７…出力端子 ７Ａ…リード部
８…嵌合凹部
９…係止部
１０…コアパック
１１…立ち壁 １１Ａ…折曲片
１２…周壁
１３…上プレート
１４…下プレート
１５…電極窓
１６…凸部
１７…位置決リブ
１８…
１９…外装シート
２１…電池ケース
２２…溝形リブ
２３…回路基板
２４…コネクター
２５…凸条

Claims (7)

1. プラスチック製の電池ケース(1)の定位置に、回路基板(3)に固定されて二次電池(2)に接続しているコネクター(4)を固定しているパック電池であって、
   電池ケース(1)が、コネクター(4)を両側から挟着して定位置に配置する一対の立ち壁(11)を、内面に突出して一体的に成形して設けており、
   この立ち壁(11)は、コネクター(4)との接触面に、コネクター(4)の表面に局部的に接触する凸部(16)を一体的に成形して設けており、
   一対の立ち壁(11)が、凸部(16)を介してコネクター(4)を両側から挟着して定位置に配置してなるパック電池。
2. 立ち壁(11)が、コネクター(4)に向かって突出する折曲片(11A)を備えるＬ字状で、コネクター(4)が、折曲片(11A)を係止して抜けないように電池ケース(1)に連結する係止部(9)を有する請求項１に記載されるパック電池。
3. 一対の立ち壁(11)に設けている凸部(16)を細長い凸条として、この凸条を立ち壁(11)の中間よりも折曲片(11A)に近い部分に配置している請求項２に記載されるパック電池。
4. 二次電池(2)が薄型電池で、電池ケース(1)が、薄型電池の周囲に沿う枠形状で、電池ケース(1)と二次電池(2)との表面に外装シート(18)を接着して、二次電池(2)を電池ケース(1)に固定している請求項１に記載されるパック電池。
5. 枠形状の電池ケース(1)が、薄型電池の表裏に分割して成形された上ケース(1A)と下ケース(1B)を備え、
   上ケース(1A)と下ケース(1B)は、コネクター内蔵部分を薄型電池の外側に配置して、上プレート(13)と下プレート(14)を設けており、
   コネクター(4)を連結する立ち壁(11)は下プレート(14)から内面に突出するように設けており、この立ち壁(11)で定位置に配置されるコネクター(4)を上プレート(13)と下プレート(14)の間に配置して、上プレート(13)にはコネクター(4)に挿入される端子の電極窓(15)を開口しており、
   さらに、回路基板(3)を上プレート(13)と下プレート(14)の間であって、上プレート(13)と下プレート(14)に垂直な姿勢で配置している請求項１に記載されるパック電池。
6. コネクター(4)が、プラスチック製の本体部(6)と、この本体部(6)に固定している出力端子(7)とを備え、
   本体部(6)は、コネクター(4)に連結されるプラグ部を挿入する嵌合凹部(8)を有し、この嵌合凹部(8)の内面に出力端子(7)を配置している請求項１に記載されるパック電池。
7. コネクター(4)が、嵌合凹部(8)の開口端を回路基板(3)に直交する姿勢で回路基板(3)に固定され、回路基板(3)は薄型電池の端面に対向して電池ケース(1)に収納され、立ち壁(11)が下プレート(14)に垂直に連結されてなる請求項６に記載されるパック電池。

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