JP5546808B2

JP5546808B2 - 扁平形電池の取付方法及び回転部分に取り付けられる装置

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Publication number: JP5546808B2
Application number: JP2009158997A
Authority: JP
Inventors: 昇志籔下; 俊和吉葉
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2029-07-03
Also published as: US8564427B2; US20110001618A1; JP2011014453A

Description

本発明は、基板を備え回転部分に取り付けられる装置に用いる扁平形電池の取付方法、及び基板と扁平形電池とを備え回転部分に取り付けられる装置に関する。

コイン形電池やボタン形電池と呼ばれる扁平形電池は、情報機器や映像機器等のメモリバックアップ用を中心とした電源として利用されている。扁平形電池は、正極缶と負極缶とを組み合わせたものである。扁平形電池内には、発電要素を収納し、非水電解液を充填している。発電要素は、セパレータを介して正極材と負極材とを配置したものである。

一方、扁平形電池は、回転部分に取り付けられる装置の電源として用いる場合がある。このような装置として、例えば走行中の自動車のタイヤ空気圧を監視するタイヤ空気圧監視システムに用いる装置が挙げられる。タイヤ空気圧監視システムでは、扁平形電池を内蔵し検知圧を送信する送信機が、回転部分であるタイヤのホイールに取り付けられる仕様のものがある。

この仕様では、扁平形電池は、タイヤと一体に回転し遠心力が加わり、遠心力による電解液の流動により、電池性能が低下する場合もある。このため、下記特許文献１には、遠心力の方向に負極材が存在する向きにして電池を装置に装着する電池の取付方法が提案されている。

特開平１１−２４２９４８号公報

しかしながら、扁平形電池を内蔵した装置がタイヤのホイールに取り付けられた場合、扁平形電池の電池缶の膨張による装置に与える影響も考えられる。このような装置として、扁平形電池と基板とを端子を介して接続し、扁平形電池及び基板を樹脂に埋設している装置が挙げられる。この装置においては、電池缶の膨張により、電池缶と基板とを接続する端子が基板からはずれる方向に力が作用する場合がある。また、電池缶の膨張により、電池缶と基板との間の樹脂を介して基板を変形させる場合がある。このため、電池缶の膨張が大きく、端子や基板の変形量が大きくなると、端子の基板からのはずれや基板の割れの可能性があった。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、電池缶の膨張による端子の基板からのはずれ防止や基板の割れ防止に有利な扁平形電池の取付方法及び回転部分に取り付けられる装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の扁平形電池の取付方法は、基板を備え回転部分に取り付けられる装置に用いる扁平形電池の取付方法であって、前記扁平形電池は、円筒状正極缶と円筒状負極缶とを対向させて組み合わせたものであり、前記基板と前記扁平形電池とを対向させ、かつ端子を介して接続し、前記正極缶及び前記負極缶のうち前記基板に対向させる側を、前記扁平形電池が高温になることによって前記扁平形電池内部が膨張したときの前記扁平形電池の膨らみによる前記扁平形電池の円筒状負極缶及び円筒状正極缶の中心軸上の変形量が小さい側とし、前記基板及び前記扁平形電池を樹脂に埋設させることを特徴とする。

本発明の回転部分に取り付けられる装置は、基板と扁平形電池とを備え回転部分に取り付けられる装置であって、前記扁平形電池は、円筒状正極缶と円筒状負極缶とを対向させて組み合わせたものであり、前記基板と前記扁平形電池とが対向し、かつ端子を介して接続されており、前記正極缶及び前記負極缶のうち前記基板に対向させる側を、前記扁平形電池が高温になることによって前記扁平形電池内部が膨張したときの前記扁平形電池の膨らみによる前記扁平形電池の円筒状負極缶及び円筒状正極缶の中心軸上の変形量が小さい側とし、前記基板及び前記扁平形電池は、樹脂に埋設していることを特徴とする。

本発明によれば、電池缶の膨張による端子の基板からのはずれ防止や基板の割れ防止に有利になる。

本発明の一実施の形態に係る扁平形電池の取付方法を説明するための断面図。本発明の一実施の形態に用いる扁平形電池の斜視図。図２のＡＡ線における断面図。装置１内に内蔵した扁平形電池４において、正極缶８が膨らんで変形した状態を示す断面図。装置１に内蔵した扁平形電池４において、負極缶９が膨らんで変形した状態を示す断面図。装置１に内蔵した扁平形電池４において、正極缶８及び負極缶９の両方が膨らんで変形した状態を示す断面図。本発明の別の実施の形態に係る装置を示す断面図。

本発明の扁平形電池の取付方法及び回転部分に取り付けられる装置によれば、正極缶及び負極缶のうち基板に対向させる側を、扁平形電池の膨張時の膨らみによる変形量の小さい側としたことにより、電池缶の膨張による端子の基板からのはずれ防止や基板の割れ防止に有利になる。

前記本発明の扁平形電池の取付方法においては、前記回転部分の回転中心から見て、前記扁平形電池を前記基板より内側に配置することが好ましい。また、前記本発明の回転部分に取り付けられる装置においては、前記回転部分の回転中心から見て、前記扁平形電池を前記基板より内側に配置していることが好ましい。これらの構成によれば、扁平形電池への衝撃・振動の緩和、温度上昇の抑制、及び遠心力による電池性能の低下防止を図ることができる。

また、前記扁平形電池の質量が前記基板の質量に比べ大きいことが好ましい。

また、前記回転部分がタイヤであることが好ましい。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る扁平形電池の取付方法を説明するための断面図である。２点鎖線は回転物７の外形の一部の概略を示しており、例えば自動車のタイヤ又はホイールの一部である。

装置１は、回転物７に固定しており、回転物７が矢印ａ方向に回転すると、装置１はこれと一体になって矢印ａ方向に回転する。装置１はケース２内に基板３及び扁平形電池４を収納している。扁平形電池４は、正極缶８と負極缶９とを対向させて組み合わせたものである。扁平形電池４と基板３とは、端子５、６を介して接続している。具体的には、正極缶８には端子５を接合し、負極缶９には端子６を接合している。端子５及び端子６は、基板３に差し込むようにして接続している。扁平形電池４の一例として、外径寸法を２０ｍｍとし、厚さを５ｍｍとしたものが挙げられる。

ケース２内は樹脂１０を充填しており、扁平形電池４及び基板３は、樹脂１０に埋設している。樹脂１０は、装置１の耐水性・耐湿性等を確保するためのものであり、例えばシリコーン材料のポッテング材である。

装置１が、例えばタイヤ空気圧監視システムの送信機の場合は、装置１が検知した検出圧力の信号は、車体側の受信機（図示せず）に電波で送信されることになる。この例では、基板３には空気圧を検知する圧力センサ、圧力センサからの検出圧力を電波で車体側の受信機に送信させるための信号処理回路等の電子部品が実装されることになる。また、扁平形電池４は基板３への電力供給源となる。

図２は、図１に示した扁平形電池４の斜視図を示している。本図では端子５及び端子６の図示は省略している。図３は、図２のＡＡ線における断面図である。正極缶８及び負極缶９は、例えばステンレス材をプレス成形して成形することができる。図３において、正極缶８は、底部１１の外周に周壁１２を立設させ、一端が開口した円筒状である。負極缶９は、底部１３の外周に周壁１４を立設させ、一端が開口した円筒状である。正極缶８の周壁１２の内周面と負極缶９の周壁１４の外周面との間には、ガスケット１５を介在させている。ガスケット１５は樹脂成形品であり、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を主成分とし、オレフィン系エラストマーを含有した樹脂組成物で成形する。

正極缶８の周壁１２の先端部１２ａを、中心軸１６側に湾曲させて、正極缶８を負極缶９にかしめ固定している。このことにより、正極缶８と負極缶９との間の隙間をガスケット１５により封止し、かつ極性の異なる正極缶８と負極缶９とを絶縁している。

扁平形電池４内には、発電要素１７を収納し、非水電解液を充填している。発電要素１７は、正極活物質等を円盤形状に固めた正極材１８と、負極活物質の金属リチウム又はリチウム合金を円盤形状に形成した負極材１９と、不織布製のセパレータ２０とを含んでいる。セパレータ２０を介して正極材１８と負極材１９とが配置されている。正極材１８に外面には、ステンレス鋼等で形成した正極リング２１を装着している。

正極材１８は、正極リング２１と一体に正極活物質を円盤状に成形したものである。正極活物質としては、例えば二酸化マンガンに、黒鉛、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体およびヒドロキシプロピルセルロースを混合して調整した正極合剤を成形したものが挙げられる。

セパレータ２０は不織布で形成しており、例えばポリブチレンテレフタレート製の繊維を素材とする不織布である。

扁平形電池４内には電解液を収容しており、セパレータ２０には非水電解液が含浸する。非水電解液としては、例えば、プロピレンカーボナイトと、１，２−ジメトキシエタンとを混合した溶媒にＬｉＣｌＯ₄を溶解した溶液を用いることができる。セパレータ２０の厚さは、例えば０．３−０．４ｍｍ程度である。

以上、扁平形電池４の構造について説明したが、扁平形電池４の内部は、中空部に各種部品及び電解液を収容したものである。この構成では、扁平形電池４が高温になると、扁平形電池４の内部が膨張する。例えば、回転物７が自動車のタイヤ又はホイールである場合、扁平形電池４は、屋外使用により高温になったり、路面走行による摩擦熱が伝達して高温になったりする。

扁平形電池４の内部が膨張すると、正極缶８及び負極缶９も膨張し、正極缶８及び負極缶９は膨らむように変形することになる。正極缶８及び負極缶９は同一形状ではないため、膨張時の変形量は、正極缶８と負極缶９とで大小関係が生じるのが通常である。

図１の装置１の例では、扁平形電池４の膨張による変形量は、負極缶９より正極缶８のほうが小さい。装置１では、変形量が小さい正極缶８に基板３を対向させている。この構成により、端子５、６の基板３からのはずれ防止や基板３の割れ防止に有利になるようにしている。このことについて、以下図４−７を参照しながら説明する。図４、５では説明の便宜上、正極缶８及び負極缶９の一方が膨らんだ状態を説明するが、扁平形電池４の膨張時には、図６の２点鎖線に示したように、正極缶８及び負極缶９の両方が膨らむことになる。

図４は、装置１内に内蔵した扁平形電池４において、正極缶８が膨らんで変形した状態を示している。正極缶８は２点鎖線で示したように、基板３側に膨らんで変形している。この変形に伴い、端子５も２点鎖線で示したように変位している。

端子５の先端は、基板３に差し込まれて固定されているが、２点鎖線で示した端子５は、便宜上先端が自由端の場合で図示している。２点鎖線で示した端子５の先端は、実線で示した端子５の先端に比べ、上方に持ち上がるように変位している。したがって、正極缶８の変形に伴い、端子５には端子５が基板３からはずれる方向に力が作用することになる。

また、正極缶８の膨らみにより、樹脂１０を介して基板３が２点鎖線で示したようにたわんで変形することになる。このような基板３の変形は、基板３の割れの原因になる。さらに、この基板３の変形は、基板３から端子５、６がはずれる方向への変形である。

次に、図１において、回転物７が矢印ａ方向に回転すると、装置１及び装置１に内蔵した扁平形電池４に、矢印ｂ方向に遠心力が作用する。図４において、基板３がケース２に固定されており、端子４、５の先端を基板３に固定することにより、扁平形電池４が基板３に固定されている場合は、扁平形電池４には基板３から離れる方向に、矢印ｂ方向の遠心力が作用する。

前記のとおり、正極缶８及び基板３の変形に伴い、端子５、６が基板３からはずれる方向に力が作用することになる。このため、正極缶８及び基板３の変形量が大きくなると、端子５、６は基板３からはずれ易くなる。このことに加えて、扁平形電池４が基板３から離れる方向に遠心力が作用すると、端子５、６は基板３から一層はずれ易くなる。

以上より、扁平形電池４の両面のうち基板３と対向している面（図４では正極缶８の面）は、扁平形電池４の膨張による変形量はできるだけ小さいことが望ましいことになる。

図５は、装置１に内蔵した扁平形電池４において、負極缶９が膨らんで変形した状態を示している。基板３に対し、正極缶８とは反対側の負極缶９が、２点鎖線で示したように、基板３と反対側に膨らんで変形している。この変形に伴い、端子６も２点鎖線で示したように変位している。

端子６の先端は、基板３に差し込まれて固定されているが、２点鎖線で示した端子６は、便宜上先端が自由端である場合で図示している。２点鎖線で示した端子６の先端は、実線で示した端子６の先端に比べ、下方に沈み込むように変位している。したがって、負極缶９の変形に伴い、端子６には端子６が基板３に差し込まれる方向に力が作用することになる。

一方、図４では正極缶８の膨らみにより、樹脂１０を介して基板３も２点鎖線で示したようにたわんで変形するのに対し、図５では基板３と反対側の負極缶９が変形している。このため、負極缶８の変形に伴う基板３の変形は特に生じることはなく、基板３には端子５、６がはずれる方向への力の作用はないことになる。

また、図４の場合と同様に、矢印ｂ方向の遠心力は、扁平形電池４が基板３から離れる方向に作用する。しかしながら、図５では前記のとおり、正極缶８の変形に伴う端子５、６が基板３からはずれる方向への力の作用はない。このため、端子の基板３への接続を確実に保つという点では、図５のように基板３と反対側の負極缶９が変形した構成は、図４のように基板３側の正極缶８が変形した構成に比べ有利になる。

以上より、扁平形電池４の両面のうち基板３とは反対側の面（図５では負極缶９の面）が膨らむように変形しても、端子の基板３からのはずれや基板３の変形については、特別不利になることはないことになる。

図６は、装置１に内蔵した扁平形電池４において、正極缶８及び負極缶９の両方が膨らんで変形した状態を示している。図４、５では説明の便宜上、正極缶８及び負極缶９の一方が膨らんだ状態を説明したが、扁平形電池４の膨張時には、図６に示したように、正極缶８及び負極缶９の両方が膨らんで変形することになる。

図４を用いて説明したように、扁平形電池４の両面のうち基板３と対向している面（図４では正極缶８の面）の変形量が大きくなると、基板３の変形量も大きくなり、端子５、６については基板３からはずれ易くなる。また、矢印ｂ方向の遠心力により、端子５、６は基板３から一層はずれ易くなる。このため、基板３に対向した正極缶８の変形量はできるだけ小さいことが望ましい。

他方、図５を用いて説明したように、扁平形電池４の両面のうち基板３とは反対側の面（図５では負極缶９の面）が膨らむように変形しても、端子５、６の基板３からのはずれや基板３の変形については、特別不利になることはない。

したがって、扁平形電池４の両面のうち、扁平形電池４の膨張時の変形量が小さい面を基板３と対向させることにより、端子５、６の基板３からのはずれ防止、基板３の変形による基板３の割れ防止に有利になることになる。本実施の形態の例では、扁平形電池４の膨張時の変形量は、負極缶９に比べ正極缶８の方が小さい。このため、図１に示したように、正極缶８を基板３に対向させている。

負極缶９及び正極缶８の変形量の大小関係は、扁平形電池４の中心軸１６（図３）上の変形量により判断することができる。また、変形量の大小関係は、品種が異なれば同一とは限らないので、品種毎に予め変形量の大小関係を確認し、負極缶９及び正極缶８のうちいずれを基板３に対向させるかを決定すればよい。

図７は、本発明の別の実施の形態に係る装置を示す断面図である。図１に示した装置１は、回転物７の回転中心３０から見て、基板３を扁平形電池４より内側に配置している。これに対し、図７の装置４０では、回転物７の回転中心３０から見て、扁平形電池４を基板３より内側に配置している。すなわち、図７の装置３０は、図１の装置１に比べ、基板３と扁平形電池４との上下関係を逆にしている。

装置４０においても、負極缶９に比べ変形量の小さい正極缶８を基板３に対向させて、端子５、６の基板３からのはずれ防止、基板３の変形による基板３の割れ防止を図っている。

図７では、基板３は扁平形電池４より回転物７の外部側にある。このため、回転物７の外部からの衝撃は、基板３と扁平形電池４とでは、基板３により直接的に加わることになり、扁平形電池４への衝撃・振動が緩和されることになる。

また、回転物７が自動車のタイヤ又はホイールである場合、路面走行による摩擦熱が装置１にも伝達されることになる。この場合、摩擦熱は扁平形電池４より外側にある基板３により直接的に加わることになる。したがって、基板３を扁平形電池４より外側に配置した構成は、扁平形電池４を基板３より外側に配置した構成に比べ、扁平形電池４の温度上昇が抑えられることになる。このため、基板３を扁平形電池４より外側に配置した構成は、基板３を扁平形電池４より内側に配置した構成に比べ、高温下の使用を避けることが望ましい扁平形電池４にとって有利な使用環境となる。

次に、前記の通り、扁平形電池４内には電解液を収容している。回転物７の回転に伴う遠心力が大きくなると、遠心力による電解液の流動により、電池性能が低下する場合もある。図７のように基板３を扁平形電池４より外側に配置した構成は、扁平形電池４を基板３より外側に配置した構成に比べ、遠心力による電池性能の低下防止に有利な構成になっている。

具体的には、回転物７の回転数が一定の場合、扁平形電池４に作用する遠心力は、回転中心３０から扁平形電池４までの距離に比例する。このため、扁平形電池４の位置を回転中心３０に近づけるほど、扁平形電池４に作用する遠心力は小さくなる。

したがって、図７の構成のように、基板３を扁平形電池４より外側に配置した構成は、扁平形電池４を基板３より外側に配置した構成に比べ、扁平形電池４が回転中心３０に近づいた位置にあり、遠心力による電池性能の低下防止に有利になる。

ここで、基板を備えた扁平形電池を用い、回転物に取り付けられる装置においては、図７の構成とは逆に、回転物７の回転中心３０から見て、扁平形電池４を基板３より外側に配置するのが通常である。これは、基板３に比べ質量が大きく遠心力も大きくなる扁平形電池４を基板３より外側に配置した方が、装置１の回転が安定すると考えるのが通常であるためである。

図７に示した実施の形態は、このような通常の設計手法とは逆に、あえて回転物７の回転中心３０から見て、扁平形電池４を基板３より内側に配置して、前記のように扁平形電池４への衝撃・振動の緩和、温度上昇の抑制、及び遠心力による電池性能の低下防止を図ったものである。

また、回転物７は、タイヤ又はホイールであってもよいが、タイヤの場合には、より大きな遠心力が作用するため、本発明の効果はより発揮できるものになる。

なお、図２、３を用いて、扁平電池４の寸法や構成部品の材料について説明したが、これらは一例であり、他の寸法のものでもよく、他の材料を用いたものであってもよい。

以上のように、本発明によれば、電池缶の膨張による端子の基板からのはずれ防止や基板の割れ防止に有利になり、回転部分に用いる扁平形電池の取付方法及び回転部分に取り付けられる装置に有用である。

１，４０装置
２ケース
３基板
４扁平形電池
５，６端子
７回転物
８正極缶
９負極缶
１０樹脂

Claims

基板を備え回転部分に取り付けられる装置に用いる扁平形電池の取付方法であって、
前記扁平形電池は、円筒状正極缶と円筒状負極缶とを対向させて組み合わせたものであり、
前記基板と前記扁平形電池とを対向させ、かつ端子を介して接続し、
前記正極缶及び前記負極缶のうち前記基板に対向させる側を、前記扁平形電池が高温になることによって前記扁平形電池内部が膨張したときの前記扁平形電池の膨らみによる前記扁平形電池の円筒状負極缶及び円筒状正極缶の中心軸上の変形量が小さい側とし、
前記基板及び前記扁平形電池を樹脂に埋設させることを特徴とする扁平形電池の取付方法。
前記回転部分の回転中心から見て、前記扁平形電池を前記基板より内側に配置する請求項１に記載の扁平形電池の取付方法。
前記扁平形電池の質量が前記基板の質量に比べ大きい請求項１又は２に記載の扁平形電池の取付方法。
前記回転部分がタイヤである請求項１から３のいずれかに記載の扁平形電池の取付方法。
基板と扁平形電池とを備え回転部分に取り付けられる装置であって、
前記扁平形電池は、円筒状正極缶と円筒状負極缶とを対向させて組み合わせたものであり、
前記基板と前記扁平形電池とが対向し、かつ端子を介して接続されており、
前記正極缶及び前記負極缶のうち前記基板に対向させる側を、前記扁平形電池が高温になることによって前記扁平形電池内部が膨張したときの前記扁平形電池の膨らみによる前記扁平形電池の円筒状負極缶及び円筒状正極缶の中心軸上の変形量が小さい側とし、
前記基板及び前記扁平形電池は、樹脂に埋設していることを特徴とする回転部分に取り付けられる装置。
前記回転部分の回転中心から見て、前記扁平形電池を前記基板より内側に配置している請求項５に記載の回転部分に取り付けられる装置。
前記扁平形電池の質量が前記基板の質量に比べ大きい請求項５又は６に記載の回転部分に取り付けられる装置。
前記回転部分がタイヤである請求項５から７のいずれかに記載の回転部分に取り付けられる装置。