JP6310805B2 - Sealed secondary battery deformation detection sensor and manufacturing method thereof, sealed secondary battery, and deformation detection method of sealed secondary battery - Google Patents

Sealed secondary battery deformation detection sensor and manufacturing method thereof, sealed secondary battery, and deformation detection method of sealed secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、密閉型二次電池の変形を検出するセンサおよびその製造方法と、それが取り付けられた密閉型二次電池と、密閉型二次電池の変形を検出する方法とに関する。   The present invention relates to a sensor for detecting deformation of a sealed secondary battery, a method for manufacturing the same, a sealed secondary battery to which the sensor is attached, and a method for detecting deformation of the sealed secondary battery.

近年、リチウムイオン二次電池に代表される密閉型二次電池(以下、単に「二次電池」と呼ぶことがある)は、携帯電話やノートパソコンなどのモバイル機器だけでなく、電気自動車やハイブリッド車といった電動車両用の電源としても利用されている。二次電池を構成する単電池(セル)は、正極と負極をそれらの間にセパレータを介して捲回または積層してなる電極群と、その電極群を収容する外装体とを備える。一般には、外装体としてラミネートフィルムや金属缶が用いられ、その内部の密閉空間に電極群が電解液とともに収容される。   In recent years, sealed secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries (hereinafter sometimes referred to simply as “secondary batteries”) are not only mobile devices such as mobile phones and laptop computers, but also electric vehicles and hybrids. It is also used as a power source for electric vehicles such as cars. A single battery (cell) that constitutes a secondary battery includes an electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are wound or stacked with a separator interposed therebetween, and an outer package that houses the electrode group. In general, a laminate film or a metal can is used as an exterior body, and an electrode group is accommodated together with an electrolytic solution in an enclosed space.

二次電池は、上述した電動車両用の電源のように高電圧が必要とされる用途において、複数の単電池を含む電池モジュールまたは電池パックの形態で用いられる。電池モジュールでは、直列に接続された複数の単電池が筐体内に収容され、例えば4つの単電池が2並列2直列に、或いは4直列に接続される。また、電池パックでは、直列に接続された複数の電池モジュールに加えて、コントローラなどの諸般の機器が筐体内に収容される。電動車両用の電源に用いられる二次電池では、電池パックの筐体が車載に適した形状に形成されている。   The secondary battery is used in the form of a battery module or a battery pack including a plurality of single cells in an application where a high voltage is required, such as the power source for an electric vehicle described above. In the battery module, a plurality of single cells connected in series are accommodated in a housing, and, for example, four single cells are connected in two parallel two series or four series. In addition, in the battery pack, various devices such as a controller are accommodated in the casing in addition to the plurality of battery modules connected in series. In a secondary battery used as a power source for an electric vehicle, a battery pack housing is formed in a shape suitable for in-vehicle use.

かかる二次電池には、過充電などに起因して電解液が分解されると、その分解ガスによる内圧の上昇に伴って単電池が膨らみ、二次電池が変形するという問題がある。その場合、充電電流または放電電流が停止されないと発火を起こし、最悪の結果として二次電池の破裂に至る。したがって、二次電池の破裂を未然に防止するうえでは、充電電流や放電電流を適時に停止できるように、単電池の膨れによる二次電池の変形を高感度に検出することが重要になる。   Such a secondary battery has a problem that when the electrolytic solution is decomposed due to overcharge or the like, the single battery swells as the internal pressure increases due to the decomposition gas, and the secondary battery is deformed. In that case, if the charging current or discharging current is not stopped, it will ignite and the secondary battery will burst as the worst result. Therefore, in order to prevent the secondary battery from bursting, it is important to detect the deformation of the secondary battery due to the swelling of the single cell with high sensitivity so that the charging current and the discharging current can be stopped in a timely manner.

特許文献1には、複数の単電池を有する電池モジュールにおいて、単電池の温度を検知する温度センサを取り付けるために、電池モジュール内にセンサ挿入空間を形成する方法が記載されている。しかし、このような温度センサを利用する手法では、それを取り付けるための空間が別途に設けられることから、二次電池の容積が必要以上に圧迫されてしまう。   Patent Document 1 describes a method of forming a sensor insertion space in a battery module in order to attach a temperature sensor for detecting the temperature of the single battery in a battery module having a plurality of single batteries. However, in the method using such a temperature sensor, since a space for mounting the temperature sensor is separately provided, the volume of the secondary battery is pressed more than necessary.

また、特許文献2には、単電池のケース(外装体の一例)の表面にストレインゲージを接着し、そのケースの膨れに応じたストレインゲージの抵抗値変化を検出することで、二次電池の充電電流または放電電流を減少させる方法が記載されている。しかし、このようなストレインゲージを利用する手法では、特に長期間での使用において、振動によりストレインゲージが位置ずれを起こすなどしてセンサ特性がばらつき、安定性が低下する恐れがある。   Further, in Patent Document 2, a strain gauge is bonded to the surface of a cell case (an example of an exterior body), and a change in resistance value of the strain gauge according to the swelling of the case is detected, so that A method for reducing the charging or discharging current is described. However, in such a technique using a strain gauge, there is a risk that the sensor characteristics may vary due to the displacement of the strain gauge due to vibration and the stability may be deteriorated particularly when used for a long period of time.

特開2013−171697号公報JP 2013-171697 A 特開2006−128062号公報JP 2006-128062 A

ところで、二次電池は繰り返し充放電される際に膨張および収縮を繰り返すため、異常時に見られる大変形とは異なる、小変形が正常時であっても発生する。したがって、二次電池の変形検出センサとして、誤作動防止の観点から正常時に見られる小変形は感知せず、異常時に見られる大変形のみを感度良く検出するものが、市場において要求されているのが実情であった。   By the way, since the secondary battery repeatedly expands and contracts when it is repeatedly charged and discharged, the small deformation, which is different from the large deformation seen at the time of abnormality, occurs even when it is normal. Therefore, there is a demand in the market for a deformation detection sensor for a secondary battery that does not detect small deformations seen during normal operation but detects only large deformations found during abnormal operation with a high sensitivity. Was the actual situation.

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、正常時に見られる小変形は感知せず、異常時に見られる大変形のみを感度良く検出できる密閉型二次電池の変形検出センサおよびその製造方法、密閉型二次電池、ならびに密閉型二次電池の変形検出方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to detect a deformation of a sealed secondary battery that does not sense a small deformation seen in a normal state and can detect only a large deformation seen in an abnormal state with high sensitivity. It is another object of the present invention to provide a sealed secondary battery and a method for detecting deformation of the sealed secondary battery.

上記目的は、下記の如き本発明により達成することができる。即ち本発明は、密閉型二次電池の変形検出センサにおいて、高分子マトリックス層と、検出部とを備え、前記高分子マトリックス層は、その高分子マトリックス層の変形に応じて外場に変化を与えるものであり、前記検出部は前記外場の変化を検出し、前記高分子マトリックス層は、厚み方向で外側の二次電池側領域の弾性率に比して、厚み方向の内側領域の弾性率が高いことを特徴とする密閉型二次電池の変形検出センサに関する。特に、前記高分子マトリックス層は、その高分子マトリックス層の変形に応じて外場に変化を与えるフィラーを分散させて含有するものであることが好ましい。   The above object can be achieved by the present invention as described below. That is, the present invention provides a deformation detection sensor for a sealed secondary battery, comprising a polymer matrix layer and a detection unit, and the polymer matrix layer changes in the external field according to the deformation of the polymer matrix layer. The detection unit detects a change in the external field, and the polymer matrix layer is elastic in the inner region in the thickness direction as compared with the elastic modulus of the outer secondary battery side region in the thickness direction. The present invention relates to a deformation detection sensor for a sealed secondary battery characterized by having a high rate. In particular, the polymer matrix layer preferably contains a filler that disperses the external field according to deformation of the polymer matrix layer.

高分子マトリックス層は、例えば互いに隣り合う単電池の間で、単電池とそれを収容する筐体との間で、挟まれて装着される。あるいは、電池パックに含まれる電池モジュールの筐体とその隣の電池モジュールの筐体との間で、さらには、電池モジュールの筐体と電池パックの筐体との間隙内で、挟まれて装着される。いずれの場合であっても、高分子マトリックス層は圧縮状態で装着されても良い。   The polymer matrix layer is mounted so as to be sandwiched between the unit cells and the housing that houses the unit cells, for example, between the unit cells adjacent to each other. Alternatively, the battery module is sandwiched between the battery module housing included in the battery pack and the battery module housing adjacent to the battery module housing, and further, in the gap between the battery module housing and the battery pack housing. Is done. In any case, the polymer matrix layer may be attached in a compressed state.

単電池の膨れにより二次電池が変形を生じると、それに応じて高分子マトリックス層が変形する。検出部は、その高分子マトリックス層の変形に伴う外場の変化を検出する。これにより、二次電池の変形を高感度に検出することができる。上記のように装着された高分子マトリックス層は、二次電池の容積を圧迫しないうえ、振動などによる位置ずれが抑えられることでセンサ特性が安定したものになる。   When the secondary battery is deformed by the swelling of the unit cell, the polymer matrix layer is deformed accordingly. A detection part detects the change of the external field accompanying the deformation | transformation of the polymer matrix layer. Thereby, the deformation of the secondary battery can be detected with high sensitivity. The polymer matrix layer attached as described above does not compress the volume of the secondary battery and suppresses displacement due to vibration or the like, thereby stabilizing the sensor characteristics.

特に本発明に係る密閉型二次電池の変形検出センサを構成する高分子マトリックス層は、厚み方向で外側の二次電池側領域の弾性率に比して、厚み方向の内側領域の弾性率が高くなるように設計されている。つまり、正常時に見られる小変形は、高分子マトリックス層の、弾性率の低い厚み方向外側の二次電池側領域により吸収されるため、高分子マトリックス層は正常時にはセンサ信号を発しない。一方、二次電池の歪み変形量が大きい時(二次電池の異常発生時)には、弾性率の高い厚み方向の内側領域にまで二次電池の変形が到達し、高分子マトリックス層の内側領域の歪み変形量が大きくなるため、発生するセンサ信号が大きくなる。その結果、本発明に係る密閉型二次電池の変形検出センサは、正常時にはセンシングせず、大変形を伴う異常発生時のみセンシングする機能を備える。   In particular, the polymer matrix layer constituting the deformation detection sensor of the sealed secondary battery according to the present invention has an elastic modulus in the inner region in the thickness direction compared to the elastic modulus in the outer secondary battery side region in the thickness direction. Designed to be high. That is, since the small deformation seen in the normal state is absorbed by the secondary battery side region of the polymer matrix layer on the outer side in the thickness direction having a low elastic modulus, the polymer matrix layer does not emit a sensor signal in the normal state. On the other hand, when the amount of strain deformation of the secondary battery is large (when the abnormality of the secondary battery occurs), the deformation of the secondary battery reaches the inner region in the thickness direction with a high elastic modulus, and the inside of the polymer matrix layer Since the amount of distortion deformation in the region increases, the generated sensor signal increases. As a result, the deformation detection sensor of the sealed secondary battery according to the present invention has a function of sensing only when an abnormality with a large deformation occurs without sensing when normal.

前記密閉型二次電池の変形検出センサにおいて、前記高分子マトリックス層は、厚み方向の内側領域の弾性率が、厚み方向の両外側領域の弾性率よりも高いことが好ましく、前記高分子マトリックス層は、厚み方向で外側の二次電池側領域の弾性率に比して、厚み方向の内側領域の弾性率が1MPa以上高いものであることがより好ましい。この場合、正常時にはセンシングせず、大変形を伴う異常発生時のみセンシングする機能がより向上する。   In the deformation detection sensor of the sealed secondary battery, the polymer matrix layer preferably has an elastic modulus in an inner region in the thickness direction higher than an elastic modulus in both outer regions in the thickness direction. More preferably, the elastic modulus of the inner region in the thickness direction is higher by 1 MPa or more than the elastic modulus of the outer secondary battery side region in the thickness direction. In this case, the function of sensing only at the time of occurrence of an abnormality accompanied by large deformation is improved without sensing during normal operation.

本発明に係る密閉型二次電池の変形検出センサでは、前記高分子マトリックス層は、前記フィラーとしての磁性フィラーを含有し、前記検出部は、前記外場としての磁場の変化を検出するものであることが好ましい。かかる構成によれば、高分子マトリックス層の変形に伴う磁場の変化を配線レスで検出することができる。また、感度領域が広いホール素子を検出部として利用できることから、より広範囲にわたって高感度な検出が可能となる。   In the deformation detection sensor for a sealed secondary battery according to the present invention, the polymer matrix layer contains a magnetic filler as the filler, and the detection unit detects a change in the magnetic field as the external field. Preferably there is. According to this configuration, it is possible to detect a change in the magnetic field accompanying the deformation of the polymer matrix layer without wiring. In addition, since a Hall element having a wide sensitivity region can be used as the detection unit, highly sensitive detection can be performed over a wider range.

前記密閉型二次電池の変形検出センサにおいて、前記高分子マトリックス層は、厚み方向に前記フィラーが偏在するものであって、厚み方向の内側領域に比して、厚み方向の両外側領域での前記フィラー濃度が低いものであることが好ましい。この場合、正常時にはセンシングせず、大変形を伴う異常発生時のみセンシングする機能がさらに向上する。   In the deformation detection sensor of the sealed secondary battery, the polymer matrix layer is one in which the filler is unevenly distributed in the thickness direction, and in both outer regions in the thickness direction compared to the inner region in the thickness direction. The filler concentration is preferably low. In this case, the function of sensing only at the time of occurrence of an abnormality accompanied by large deformation is further improved without sensing when normal.

前記密閉型二次電池の変形検出センサにおいて、前記高分子マトリックス層は、少なくとも2枚の高分子マトリックス層を有する積層構造体であることが好ましい。この場合、正常時にはセンシングせず、大変形を伴う異常発生時のみセンシングする機能を有する高分子マトリックス層を、より簡便に製造することができる。   In the deformation detection sensor of the sealed secondary battery, the polymer matrix layer is preferably a laminated structure having at least two polymer matrix layers. In this case, it is possible to more easily manufacture a polymer matrix layer having a function of sensing only when an abnormality accompanied by a large deformation does not occur during normal operation.

前記密閉型二次電池の変形検出センサにおいて、少なくとも2枚の前記高分子マトリックス層はいずれも着磁されたものであって、磁極の向きが同じになるように積層されたものであることが好ましい。この場合、正常時にはセンシングせず、大変形を伴う異常発生時のみセンシングする機能がより向上する。さらに、着磁された2枚の高分子マトリックス層が、磁極の向きが同じになるように積層された場合、その2枚の高分子マトリックス層の界面は磁極が異なることになり(例えば、上層の下側がS極であれば、下層の上側はN極となり)、上層と下層とが磁力によっても接着するため、特性安定性に優れる。   In the deformation detection sensor of the sealed secondary battery, at least two of the polymer matrix layers are both magnetized and stacked such that the magnetic poles have the same direction. preferable. In this case, the function of sensing only at the time of occurrence of an abnormality accompanied by large deformation is improved without sensing during normal operation. Further, when two magnetized polymer matrix layers are laminated so that the magnetic poles have the same direction, the interface between the two polymer matrix layers has different magnetic poles (for example, the upper layer) If the lower side is the S pole, the upper side of the lower layer is the N pole), and the upper layer and the lower layer are also bonded by magnetic force, so that the characteristic stability is excellent.

本発明に係る密閉型二次電池は、上述した変形検出センサが取り付けられたものであり、その形態は単一の電池モジュールでもよいが、複数の電池モジュールを含む電池パックであってもよい。かかる密閉型二次電池では、単電池の膨れによる変形が変形検出センサにより高感度に検出される。それでいて、二次電池の容積は変形検出センサによって圧迫されず、そのセンサ特性は安定したものになる。   The sealed secondary battery according to the present invention is provided with the above-described deformation detection sensor, and may be a single battery module or a battery pack including a plurality of battery modules. In such a sealed secondary battery, deformation due to swelling of the single battery is detected with high sensitivity by a deformation detection sensor. Nevertheless, the volume of the secondary battery is not compressed by the deformation detection sensor, and the sensor characteristics become stable.

本発明に係る密閉型二次電池の変形検知センサは、例えば、磁性フィラーを熱硬化性エラストマー前駆体と混合して混合液を調製する第1工程、前記混合液をシート状に成形する第2工程、前記磁性フィラーを前記熱硬化性エラストマー前駆体中で偏在させる第3工程、前記熱硬化性エラストマー前駆体を加熱して硬化させる第4工程、前記磁性フィラーを着磁して磁性フィラーが偏在した高分子マトリックス層を形成する第5工程、前記磁性フィラーが偏在した前記高分子マトリックス層を少なくとも2枚積層させる第6工程を含む製造方法により製造することができる。特に、前記第6工程において、前記高分子マトリックス層同士を積層させる際、70〜130℃で0.5〜3時間加熱することにより、自己接着させる場合、高分子マトリックス層の柔軟性が損なわれず、感度の低下が防止できるため好ましい。   The deformation detection sensor for a sealed secondary battery according to the present invention includes, for example, a first step of preparing a mixed solution by mixing a magnetic filler with a thermosetting elastomer precursor, and a second step of forming the mixed solution into a sheet shape. A step, a third step in which the magnetic filler is unevenly distributed in the thermosetting elastomer precursor, a fourth step in which the thermosetting elastomer precursor is heated and cured, and the magnetic filler is unevenly distributed by magnetizing the magnetic filler. It can be produced by a production method comprising a fifth step of forming the polymer matrix layer and a sixth step of laminating at least two polymer matrix layers in which the magnetic filler is unevenly distributed. In particular, when laminating the polymer matrix layers in the sixth step, when the self-adhesion is performed by heating at 70 to 130 ° C. for 0.5 to 3 hours, the flexibility of the polymer matrix layer is not impaired. It is preferable because a decrease in sensitivity can be prevented.

本発明に係る密閉型二次電池の変形検出方法は、密閉型二次電池の変形検出方法において、前記密閉型二次電池が有する間隙内に高分子マトリックス層を装着し、前記高分子マトリックス層は、その高分子マトリックス層の変形に応じて外場に変化を与えるものであり、かつ厚み方向で外側の二次電池側領域の弾性率に比して、厚み方向の内側領域の弾性率が高く、前記高分子マトリックス層の変形に伴う前記外場の変化を検出し、それに基づいて前記密閉型二次電池の変形を検出するものである。特に高分子マトリックス層に関しては、前記高分子マトリックス層は、その高分子マトリックス層の変形に応じて外場に変化を与えるフィラーを分散させて含有するものであることが好ましい。   The deformation detection method for a sealed secondary battery according to the present invention is the deformation detection method for a sealed secondary battery, wherein a polymer matrix layer is mounted in a gap of the sealed secondary battery, and the polymer matrix layer Changes the external field according to the deformation of the polymer matrix layer, and the elastic modulus of the inner region in the thickness direction is larger than the elastic modulus of the outer secondary battery side region in the thickness direction. The change of the external field accompanying the deformation of the polymer matrix layer is detected, and the deformation of the sealed secondary battery is detected based on the change. In particular, regarding the polymer matrix layer, the polymer matrix layer preferably contains a filler that disperses the external field according to the deformation of the polymer matrix layer in a dispersed manner.

高分子マトリックス層は、密閉型二次電池が有する間隙内に装着される。単電池の膨れにより二次電池が変形を生じると、それに応じて高分子マトリックス層が変形し、その高分子マトリックス層の変形に伴う外場の変化を検出することにより、二次電池の変形を高感度に検出できる。特に本発明においては、厚み方向で外側の二次電池側領域の弾性率に比して、厚み方向の内側領域の弾性率が高くなるように設定されているため、正常時にはセンシングせず、大変形を伴う異常発生時のみセンシングする機能を備える。かかる機能をさらに高めるためには、前記高分子マトリックス層は、前記フィラーとしての磁性フィラーを含有し、前記検出部は、前記外場としての磁場の変化を検出するものであることが好ましい。   The polymer matrix layer is mounted in the gap of the sealed secondary battery. When the secondary battery is deformed by the swelling of the cell, the polymer matrix layer is deformed accordingly, and the deformation of the secondary battery is detected by detecting the change in the external field accompanying the deformation of the polymer matrix layer. It can be detected with high sensitivity. In particular, in the present invention, the elastic modulus of the inner region in the thickness direction is set to be higher than the elastic modulus of the outer secondary battery side region in the thickness direction. It has a function to sense only when an abnormality with deformation occurs. In order to further enhance this function, the polymer matrix layer preferably contains a magnetic filler as the filler, and the detection unit detects a change in the magnetic field as the external field.

電池モジュールの一例を模式的に示す斜視図A perspective view schematically showing an example of a battery module 図1のA−A矢視断面を模式的に示す断面図Sectional drawing which shows typically the AA arrow cross section of FIG. 高分子マトリックス層の貼り付け箇所の別例を示す断面図Sectional drawing which shows another example of the attachment location of a polymer matrix layer 高分子マトリックス層の磁極およびフィラーの偏在度合を示す断面図Sectional view showing the degree of uneven distribution of magnetic pole and filler of polymer matrix layer

以下、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

図1,2に示した電池モジュール1は、その筐体11の内部に複数の単電池2を有する。本実施形態では、4つの単電池2が直列に(例えば2並列2直列に、または4直列に)接続されている。詳しく図示しないが、単電池2は、正極と負極をそれらの間にセパレータを介して捲回または積層してなる電極群と、その電極群を収容する外装体とを備える。外装体の内部の密閉空間には、電極群が電解液とともに収容されている。単電池2の外装体には、アルミラミネート箔などのラミネートフィルムが用いられるが、これに代えて円筒型または角型の金属缶を使用してもよい。   The battery module 1 shown in FIGS. 1 and 2 has a plurality of single cells 2 inside a casing 11. In the present embodiment, four unit cells 2 are connected in series (for example, 2 parallel 2 series or 4 series). Although not shown in detail, the unit cell 2 includes an electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are wound or laminated with a separator interposed therebetween, and an exterior body that houses the electrode group. In the sealed space inside the exterior body, the electrode group is accommodated together with the electrolytic solution. A laminate film such as an aluminum laminate foil is used for the outer package of the unit cell 2, but a cylindrical or square metal can may be used instead.

この電池モジュール1は、電動車両用の電源として使用され得るリチウムイオン二次電池であり、車両には電池パックの形態で搭載される。電池パックでは、直列に接続された複数の電池モジュール1が、コントローラなどの諸般の機器と共に筐体内に収容される。電池パックの筐体は、車載に適した形状に、例えば車両の床下形状に合わせた形状に形成される。なお、本発明において、密閉型二次電池は、リチウムイオン電池などの非水系電解液二次電池に限られず、ニッケル水素電池などの水系電解液二次電池であっても構わない。   The battery module 1 is a lithium ion secondary battery that can be used as a power source for an electric vehicle, and is mounted on the vehicle in the form of a battery pack. In the battery pack, a plurality of battery modules 1 connected in series are accommodated in a casing together with various devices such as a controller. The casing of the battery pack is formed in a shape suitable for in-vehicle use, for example, a shape that matches the underfloor shape of the vehicle. In the present invention, the sealed secondary battery is not limited to a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery, and may be an aqueous electrolyte secondary battery such as a nickel metal hydride battery.

図2に示すように、密閉型二次電池には変形検出センサが取り付けられ、その変形検出センサは高分子マトリックス層3と検出部4とを備えている。高分子マトリックス層3は、単電池2の表面(外装体の外面)に貼り付けられ、その貼付には必要に応じて接着剤や接着テープが用いられる。高分子マトリックス層3はシート状に形成されていて、二次電池における間隙内、例えば互いに隣り合う単電池2の間隙内や、図3のような単電池2とそれを収容する筐体11との間に配置される。高分子マトリックス層3を折り曲げるようにして、単電池2や筐体11の角部に貼り付けることも可能である。   As shown in FIG. 2, a deformation detection sensor is attached to the sealed secondary battery, and the deformation detection sensor includes a polymer matrix layer 3 and a detection unit 4. The polymer matrix layer 3 is affixed to the surface of the unit cell 2 (the outer surface of the exterior body), and an adhesive or an adhesive tape is used for the affixation as necessary. The polymer matrix layer 3 is formed in a sheet shape, and is formed in a gap in the secondary battery, for example, in a gap between adjacent unit cells 2, a unit cell 2 as shown in FIG. It is arranged between. The polymer matrix layer 3 can be bent and attached to the corners of the unit cell 2 or the casing 11.

高分子マトリックス層3は、その高分子マトリックス層3の変形に応じて外場に変化を与えるフィラーを分散させて含有する。検出部4は、その外場の変化を検出する。検出部4は、外場の変化を検出可能な程度で高分子マトリックス層3から離して配置され、好ましくは単電池2の膨れによる影響を受けにくい比較的堅固な箇所に貼り付けられる。本実施形態では、筐体11の外面に検出部4を貼り付けているが、これに限られず、筐体11の内面や電池パックの筐体に検出部4を貼り付けても構わない。これらの筐体は、例えば金属またはプラスチックにより形成され、電池モジュールの筐体にはラミネートフィルムが用いられる場合もある。   The polymer matrix layer 3 contains a filler that disperses the external field according to deformation of the polymer matrix layer 3 in a dispersed manner. The detection unit 4 detects a change in the external field. The detection unit 4 is disposed away from the polymer matrix layer 3 to the extent that changes in the external field can be detected, and is preferably affixed to a relatively firm location that is not easily affected by the swelling of the unit cell 2. In the present embodiment, the detection unit 4 is affixed to the outer surface of the casing 11, but the present invention is not limited thereto, and the detection unit 4 may be affixed to the inner surface of the casing 11 or the casing of the battery pack. These cases are formed of, for example, metal or plastic, and a laminate film may be used for the case of the battery module.

図2で示した高分子マトリックス層3は、間隙内挟まれて圧縮状態で装着されている。その高分子マトリックス層3の非圧縮状態での厚みは、それが配置される間隙G1よりも大きく、高分子マトリックス層3は厚み方向に圧縮されている。図3に示した高分子マトリックス層3もまた、間隙内で挟まれて圧縮状態で装着されており、この例では単電池2と筐体11との間隙内で挟まれて圧縮状態で装着されている。その高分子マトリックス層3の非圧縮状態での厚みは、それが配置される間隙G2よりも大きく、この高分子マトリックス層3も厚み方向に圧縮されている。   The polymer matrix layer 3 shown in FIG. 2 is mounted in a compressed state sandwiched in the gap. The thickness of the polymer matrix layer 3 in an uncompressed state is larger than the gap G1 in which the polymer matrix layer 3 is disposed, and the polymer matrix layer 3 is compressed in the thickness direction. The polymer matrix layer 3 shown in FIG. 3 is also sandwiched in the gap and mounted in a compressed state. In this example, the polymer matrix layer 3 is sandwiched in the gap between the unit cell 2 and the housing 11 and mounted in a compressed state. ing. The thickness of the polymer matrix layer 3 in an uncompressed state is larger than the gap G2 in which the polymer matrix layer 3 is disposed, and the polymer matrix layer 3 is also compressed in the thickness direction.

単電池2が膨れると、それに応じて高分子マトリックス層3が変形し、その高分子マトリックス層3の変形に伴う外場の変化が検出部4によって検出される。検出部4から出力された検出信号は不図示の制御装置に送られ、設定値以上の外場の変化が検出部4により検出された場合には、その制御装置に接続された不図示のスイッチング回路が通電を遮断し、充電電流または放電電流を停止する。このようにして、単電池2の膨れによる二次電池の変形が高感度に検出され、二次電池の破裂が未然に防止される。この変形検出センサは、二次電池の容積を圧迫せず、位置ずれが抑えられることでセンサ特性が安定する。   When the unit cell 2 swells, the polymer matrix layer 3 is deformed accordingly, and a change in the external field accompanying the deformation of the polymer matrix layer 3 is detected by the detection unit 4. The detection signal output from the detection unit 4 is sent to a control device (not shown), and when a change in the external field exceeding a set value is detected by the detection unit 4, the switching (not shown) connected to the control device. The circuit cuts off power and stops charging or discharging current. In this way, the deformation of the secondary battery due to the swelling of the unit cell 2 is detected with high sensitivity, and the secondary battery is prevented from bursting. This deformation detection sensor does not compress the volume of the secondary battery, and the sensor characteristics are stabilized by suppressing the positional deviation.

図2,3の例では、それぞれ高分子マトリックス層3と検出部4を1つずつ示しているが、二次電池の形状や大きさなどの諸条件に応じて、それらを複数使用してもよい。その際、図2のように装着された高分子マトリックス層3と、図3のように装着された高分子マトリックス層3とが併存しても構わない。更に、複数の高分子マトリックス層3を同じ単電池2に貼り付けたり、複数の検出部4によって同じ高分子マトリックス層3の変形に伴う外場の変化を検出するように構成したりしてもよい。   In the example of FIGS. 2 and 3, one polymer matrix layer 3 and one detection unit 4 are shown, but a plurality of them may be used depending on various conditions such as the shape and size of the secondary battery. Good. At that time, the polymer matrix layer 3 attached as shown in FIG. 2 and the polymer matrix layer 3 attached as shown in FIG. 3 may coexist. Further, a plurality of polymer matrix layers 3 may be attached to the same unit cell 2, or a plurality of detectors 4 may be configured to detect changes in the external field due to deformation of the same polymer matrix layer 3. Good.

本実施形態では、高分子マトリックス層3が上記フィラーとしての磁性フィラーを含有し、検出部4が上記外場としての磁場の変化、つまり磁束密度変化量を検出する。この場合、高分子マトリックス層3は、エラストマー成分からなるマトリックスに磁性フィラーが分散してなる磁性エラストマー層であることが好ましい。   In the present embodiment, the polymer matrix layer 3 contains a magnetic filler as the filler, and the detection unit 4 detects a change in magnetic field as the external field, that is, a change in magnetic flux density. In this case, the polymer matrix layer 3 is preferably a magnetic elastomer layer in which a magnetic filler is dispersed in a matrix made of an elastomer component.

磁性フィラーとしては、希土類系、鉄系、コバルト系、ニッケル系、酸化物系などが挙げられるが、より高い磁力が得られる希土類系が好ましい。磁性フィラーの形状は、特に限定されるものではなく、球状、扁平状、針状、柱状および不定形のいずれであってよい。磁性フィラーの平均粒径は、好ましくは0.02〜500μm、より好ましくは0.1〜400μm、更に好ましくは0.5〜300μmである。平均粒径が0.02μmより小さいと、磁性フィラーの磁気特性が低下する傾向にあり、平均粒径が500μmを超えると、磁性エラストマー層の機械的特性が低下して脆くなる傾向にある。   Examples of the magnetic filler include rare earth-based, iron-based, cobalt-based, nickel-based, and oxide-based materials, but a rare earth-based material that can obtain higher magnetic force is preferable. The shape of the magnetic filler is not particularly limited, and may be spherical, flat, needle-like, columnar, or indefinite. The average particle size of the magnetic filler is preferably 0.02 to 500 μm, more preferably 0.1 to 400 μm, and still more preferably 0.5 to 300 μm. When the average particle size is smaller than 0.02 μm, the magnetic properties of the magnetic filler tend to be lowered, and when the average particle size exceeds 500 μm, the mechanical properties of the magnetic elastomer layer tend to be lowered and become brittle.

磁性フィラーは、着磁後にエラストマー中に導入しても構わないが、エラストマーに導入した後に着磁することが好ましい。エラストマーに導入した後に着磁することで、磁石の極性の制御が容易となり、磁場の検出が容易になる。   The magnetic filler may be introduced into the elastomer after magnetization, but is preferably magnetized after being introduced into the elastomer. Magnetization after introduction into the elastomer facilitates control of the polarity of the magnet and facilitates detection of the magnetic field.

本発明に係る変形検出センサを構成する高分子マトリックスは、厚み方向で外側の二次電池側領域の弾性率に比して、厚み方向の内側領域の弾性率が高くなる点が特徴である。高分子マトリックス層が前記の如く設計されているため、本発明に係る変形検出センサは、正常時に見られる小変形は感知せず、異常時に見られる大変形のみを感度良く検出できる。特に、高分子マトリックス層は、厚み方向の内側領域の弾性率が、厚み方向の両外側領域の弾性率よりも高いことが好ましく、高分子マトリックス層は、厚み方向で外側の二次電池側領域の弾性率に比して、厚み方向の内側領域の弾性率が1MPa以上高いものであることがより好ましい。   The polymer matrix constituting the deformation detection sensor according to the present invention is characterized in that the elastic modulus of the inner region in the thickness direction is higher than the elastic modulus of the outer secondary battery side region in the thickness direction. Since the polymer matrix layer is designed as described above, the deformation detection sensor according to the present invention does not sense small deformations that are seen in a normal state, and can detect only large deformations that are found in an abnormal state with high sensitivity. In particular, the polymer matrix layer preferably has an elastic modulus in the inner region in the thickness direction higher than the elastic modulus in both outer regions in the thickness direction, and the polymer matrix layer has an outer secondary battery side region in the thickness direction. It is more preferable that the elastic modulus of the inner region in the thickness direction is 1 MPa or more higher than the elastic modulus.

高分子マトリックス層の厚み方向で外側の二次電池側領域の弾性率に比して、厚み方向の内側領域の弾性率が高くなるように、高分子マトリックス層を設計する方法として、好適には、例えば、高分子マトリックス層を、少なくとも2枚の高分子マトリックス層を有する積層構造体で構成し、かつ少なくとも2枚の高分子マトリックス層を、いずれも着磁されたものとし、さらにそれらの磁極の向きが同じになるように積層する方法が挙げられる。つまり、例えば着磁された一方の高分子マトリックス層のN極と、着磁された他方の高分子マトリックス層のS極とが互いに向き合うように積層しても良いし、着磁された一方の高分子マトリックス層のS極と、着磁された他方の高分子マトリックス層のN極とが互いに向き合うように積層しても良い。磁極の向きが同じになるように、着磁された少なくとも2枚の高分子マトリックス層を積層することにより、特性安定性に優れた変形検出センサとすることができる。   As a method of designing the polymer matrix layer so that the elastic modulus of the inner region in the thickness direction is higher than the elastic modulus of the outer secondary battery side region in the thickness direction of the polymer matrix layer, For example, the polymer matrix layer is composed of a laminated structure having at least two polymer matrix layers, and at least two polymer matrix layers are both magnetized, and their magnetic poles The method of laminating | stacking so that direction may become the same is mentioned. That is, for example, the N pole of one magnetized polymer matrix layer and the S pole of the other magnetized polymer matrix layer may be laminated so as to face each other, You may laminate | stack so that the south pole of a polymer matrix layer and the north pole of the other polymer matrix layer magnetized may face each other. By laminating at least two magnetized polymer matrix layers so that the directions of the magnetic poles are the same, a deformation detection sensor having excellent characteristic stability can be obtained.

また、正常時にはセンシングせず、大変形を伴う異常発生時のみセンシングする機能が向上した変形検出センサとするためには、厚み方向にフィラーが偏在するものであって、厚み方向の内側領域に比して、厚み方向の両外側領域でのフィラー濃度が低い高分子マトリックス層を使用することが好ましい。このような高分子マトリックス層は、例えば、厚み方向において、一方の領域に比して他方の領域でのフィラー濃度が高い、2枚の高分子マトリックス層を、フィラーの濃度が高い領域同士が向き合うように積層することにより形成可能である。   In addition, in order to obtain a deformation detection sensor that has an improved function of sensing only when an abnormality with large deformation does not occur during normal operation, fillers are unevenly distributed in the thickness direction, compared to the inner region in the thickness direction. Thus, it is preferable to use a polymer matrix layer having a low filler concentration in both outer regions in the thickness direction. In such a polymer matrix layer, for example, in the thickness direction, the filler concentration in the other region is higher than that in one region, and two polymer matrix layers face each other in the region where the filler concentration is high. It can be formed by laminating.

上記において、1枚の高分子マトリックス層中、フィラー濃度の高い領域でのフィラー偏在率は、好ましくは50を超え、より好ましくは60以上であり、更に好ましくは70以上である。この場合、フィラー濃度の低い領域でのフィラー偏在率は50未満となる。フィラー濃度の高い領域でのフィラー偏在率は最大で100であり、フィラー濃度の低い領域でのフィラー偏在率は最小で0である。一方、2枚の高分子マトリックス層を積層した場合は、積層体全体のフィラー偏在率を100とした時、フィラー濃度の高い領域でのフィラー偏在率の好ましい範囲は30〜50である。フィラーの偏在には、エラストマー成分にフィラーを導入した後、室温あるいは所定の温度で静置し、そのフィラーの重さにより自然沈降させる方法を使用でき、静置する温度や時間を変化させることでフィラー偏在率を調整できる。遠心力や磁力のような物理的な力を用いて、フィラーを偏在させてもよい。   In the above, the filler uneven distribution ratio in a high filler concentration region in one polymer matrix layer is preferably more than 50, more preferably 60 or more, and further preferably 70 or more. In this case, the filler uneven distribution ratio in the region where the filler concentration is low is less than 50. The filler uneven distribution rate in a region with a high filler concentration is 100 at the maximum, and the filler uneven distribution rate in a region with a low filler concentration is 0 at a minimum. On the other hand, when two polymer matrix layers are laminated, a preferable range of the filler uneven distribution ratio in a region where the filler concentration is high is 30 to 50, assuming that the filler uneven distribution ratio of the entire laminate is 100. For the uneven distribution of the filler, after introducing the filler into the elastomer component, it can be allowed to stand at room temperature or at a predetermined temperature, and then spontaneously settled according to the weight of the filler, by changing the temperature and time of standing. The filler uneven distribution rate can be adjusted. The filler may be unevenly distributed using a physical force such as centrifugal force or magnetic force.

フィラー偏在率は、以下の方法により測定される。即ち、走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分析装置(SEM−EDS)を用いて、高分子マトリックス層の断面を60倍で観察する。その断面の厚み方向全体の領域と、その断面を厚み方向に四等分した4つの領域に対し、それぞれ元素分析によりフィラー固有の金属元素(本実施形態の磁性フィラーであれば例えばFe元素)の存在量を求める。この存在量について、厚み方向全体の領域に対する一方側の領域の比率を算出し、それを一方側の領域でのフィラー偏在率とする。他方側の領域でのフィラー偏在率も、これと同様である。   The filler uneven distribution rate is measured by the following method. That is, the cross section of the polymer matrix layer is observed at 60 times using a scanning electron microscope-energy dispersive X-ray analyzer (SEM-EDS). The area of the entire cross section in the thickness direction and the four areas obtained by dividing the cross section into four in the thickness direction are each subjected to elemental analysis of filler-specific metal elements (for example, Fe element in the case of the magnetic filler of this embodiment). Find the abundance. For this abundance, the ratio of one area to the entire area in the thickness direction is calculated, and this is used as the filler uneven distribution rate in the one area. The filler uneven distribution rate in the other region is the same as this.

高分子マトリックス層3は、フィラー濃度の低い領域が、気泡を含有する発泡体で形成されている構造でも構わない。これにより、高分子マトリックス層が更に変形しやすくなってセンサ感度が高められる。また、フィラー濃度の低い領域とともにフィラー濃度の高い領域が発泡体で形成されていてもよく、その場合の高分子マトリックス層は全体が発泡体となる。このような厚み方向の少なくとも一部が発泡体である高分子マトリックス層は、上記の如く、複数の層(例えば、フィラーを含有する無発泡層と、フィラーを含有しない発泡層)からなる積層体により構成されていても構わない。発泡体で構成された高分子マトリックス層については後述する。   The polymer matrix layer 3 may have a structure in which a region having a low filler concentration is formed of a foam containing bubbles. Thereby, the polymer matrix layer is further easily deformed and the sensor sensitivity is increased. Moreover, the area | region with a high filler density | concentration may be formed with the foam with the area | region with a low filler density | concentration, and the polymer matrix layer in that case becomes a foam whole. Such a polymer matrix layer in which at least a part in the thickness direction is a foam is a laminate comprising a plurality of layers (for example, a non-foamed layer containing a filler and a foamed layer not containing a filler) as described above. You may be comprised by. The polymer matrix layer composed of the foam will be described later.

なお、厚み方向にフィラーが偏在するものであって、厚み方向の内側領域に比して、厚み方向の両外側領域でのフィラー濃度が低くなるように、かつ磁極の向きが同じになるように、着磁された少なくとも2枚の高分子マトリックス層が積層された高分子マトリックス層は、厚み方向にフィラーが偏在した、着磁された2枚の高分子マトリックス層を使用し、以下の方法により製造可能である。   It should be noted that the filler is unevenly distributed in the thickness direction, so that the filler concentration in both outer regions in the thickness direction is lower than that in the inner region in the thickness direction, and the direction of the magnetic poles is the same. The polymer matrix layer in which at least two magnetized polymer matrix layers are laminated uses two magnetized polymer matrix layers in which fillers are unevenly distributed in the thickness direction. It can be manufactured.

磁性フィラーを熱硬化性エラストマー前駆体と混合して混合液を調製する第1工程、前記混合液をシート状に成形する第2工程、前記磁性フィラーを前記熱硬化性エラストマー前駆体中で偏在させる第3工程、前記熱硬化性エラストマー前駆体を加熱して硬化させる第4工程、前記磁性フィラーを着磁して前記磁性フィラーが偏在した高分子マトリックス層を形成する第5工程、前記磁性フィラーが偏在した前記高分子マトリックス層を少なくとも2枚積層させる第6工程を含む製造方法。なお、第6工程においては、磁極の向きが同じとなるように、着磁された2枚の高分子マトリックス層を積層することが好ましく、かつ厚み方向において、一方の領域に比して他方の領域でのフィラー濃度が高い、2枚の高分子マトリックス層を、フィラーの濃度が高い領域同士が向き合うように積層することが好ましい。   A first step of mixing a magnetic filler with a thermosetting elastomer precursor to prepare a mixed solution, a second step of forming the mixed solution into a sheet, and the magnetic filler being unevenly distributed in the thermosetting elastomer precursor A third step, a fourth step of heating and curing the thermosetting elastomer precursor, a fifth step of magnetizing the magnetic filler to form a polymer matrix layer in which the magnetic filler is unevenly distributed, and the magnetic filler A production method comprising a sixth step of laminating at least two of the unevenly distributed polymer matrix layers. In the sixth step, it is preferable to laminate two magnetized polymer matrix layers so that the directions of the magnetic poles are the same, and in the thickness direction, the other is compared with one region. It is preferable to laminate two polymer matrix layers having a high filler concentration in the region so that the regions having a high filler concentration face each other.

さらに、第6工程において、高分子マトリックス層同士を積層させる際、70〜130℃で0.5〜3時間加熱することにより、自己接着させる場合、高分子マトリックス層の柔軟性が損なわれず、感度の低下が防止できるため好ましい。   Furthermore, when laminating the polymer matrix layers in the sixth step, when the self-adhesion is performed by heating at 70 to 130 ° C. for 0.5 to 3 hours, the flexibility of the polymer matrix layer is not impaired, and the sensitivity Is preferable because it is possible to prevent a decrease in the thickness.

高分子マトリックスとしては、例えばエラストマー成分を使用することができ、エラストマー成分としては、任意のものを使用可能である。エラストマー成分としては、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマーまたはそれらの混合物を用いることができる。熱可塑性エラストマーとしては、例えばスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、ポリイソプレン系熱可塑性エラストマー、フッ素ゴム系熱可塑性エラストマー等を挙げることができる。また、熱硬化性エラストマーとしては、例えばポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ポリクロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム等のジエン系合成ゴム、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロルヒドリンゴム等の非ジエン系合成ゴム、および天然ゴム等を挙げることができる。このうち好ましいのは熱硬化性エラストマーであり、これは電池の発熱や過負荷に伴う磁性エラストマーのへたりを抑制できるためである。更に好ましくは、ポリウレタンゴム(ポリウレタンエラストマーともいう)またはシリコーンゴム(シリコーンエラストマーともいう)である。   As the polymer matrix, for example, an elastomer component can be used, and any elastomer component can be used. As the elastomer component, a thermoplastic elastomer, a thermosetting elastomer, or a mixture thereof can be used. Examples of the thermoplastic elastomer include styrene-based thermoplastic elastomer, polyolefin-based thermoplastic elastomer, polyurethane-based thermoplastic elastomer, polyester-based thermoplastic elastomer, polyamide-based thermoplastic elastomer, polybutadiene-based thermoplastic elastomer, polyisoprene-based thermoplastic elastomer, A fluororubber-based thermoplastic elastomer can be used. Examples of the thermosetting elastomer include polyisoprene rubber, polybutadiene rubber, styrene-butadiene rubber, polychloroprene rubber, nitrile rubber, ethylene-propylene rubber and other diene synthetic rubbers, ethylene-propylene rubber, butyl rubber, acrylic rubber, Non-diene synthetic rubbers such as polyurethane rubber, fluorine rubber, silicone rubber, epichlorohydrin rubber, and natural rubber can be mentioned. Among these, a thermosetting elastomer is preferable because it can suppress the sag of the magnetic elastomer accompanying heat generation and overload of the battery. More preferred is polyurethane rubber (also referred to as polyurethane elastomer) or silicone rubber (also referred to as silicone elastomer).

ポリウレタンエラストマーは、活性水素含有化合物とイソシアネート成分とを反応させることにより得られる。ポリウレタンエラストマーをエラストマー成分として用いる場合、活性水素含有化合物と磁性フィラーとを混合し、ここにイソシアネート成分を混合させて混合液を得る。また、イソシアネート成分に磁性フィラーを混合し、活性水素含有化合物を混合させることで混合液を得ることも出来る。その混合液を離型処理したモールド内に注型し、その後硬化温度まで加熱して硬化することにより、磁性エラストマーを製造することができる。また、シリコーンエラストマーをエラストマー成分として用いる場合、シリコーンエラストマーの前駆体に磁性フィラーを入れて混合し、型内に入れ、その後加熱して硬化させることにより磁性エラストマーを製造することができる。なお、必要に応じて溶剤を添加してもよい。   The polyurethane elastomer is obtained by reacting an active hydrogen-containing compound with an isocyanate component. When using a polyurethane elastomer as an elastomer component, an active hydrogen-containing compound and a magnetic filler are mixed, and an isocyanate component is mixed therein to obtain a mixed solution. Moreover, a liquid mixture can also be obtained by mixing a magnetic filler with an isocyanate component and mixing an active hydrogen-containing compound. The mixed liquid is poured into a mold subjected to a release treatment, and then heated to a curing temperature and cured to produce a magnetic elastomer. When a silicone elastomer is used as an elastomer component, a magnetic elastomer can be produced by adding a magnetic filler to a silicone elastomer precursor, mixing it, putting it in a mold, and then heating and curing it. In addition, you may add a solvent as needed.

ポリウレタンエラストマーに使用できるイソシアネート成分としては、ポリウレタンの分野において公知の化合物を使用できる。例えば、2,4−トルエンジイソシアネート、2,6−トルエンジイソシアネート、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−キシリレンジイソシアネート、m−キシリレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、4,4’−ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネートを挙げることができる。これらは1種で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。また、イソシアネート成分は、ウレタン変性、アロファネート変性、ビウレット変性、及びイソシアヌレート変性等の変性化したものであってもよい。好ましいイソシアネート成分は、2,4−トルエンジイソシアネート、2,6−トルエンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジシソシアネート、より好ましくは2,4−トルエンジイソシアネート、2,6−トルエンジイソシアネートである。   As the isocyanate component that can be used in the polyurethane elastomer, compounds known in the field of polyurethane can be used. For example, 2,4-toluene diisocyanate, 2,6-toluene diisocyanate, 2,2′-diphenylmethane diisocyanate, 2,4′-diphenylmethane diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, 1,5-naphthalene diisocyanate, p-phenylene Aromatic diisocyanates such as diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, p-xylylene diisocyanate, m-xylylene diisocyanate, aliphatic diisocyanates such as ethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate 1,4-cyclohexane diisocyanate, 4,4′-dicyclohexylmethane diisocyanate, isophorone diisocyanate, nor It can be mentioned alicyclic diisocyanates such as Renan diisocyanate. These may be used alone or in combination of two or more. The isocyanate component may be modified such as urethane modification, allophanate modification, biuret modification, and isocyanurate modification. Preferred isocyanate components are 2,4-toluene diisocyanate, 2,6-toluene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane disissocyanate, more preferably 2,4-toluene diisocyanate, 2,6-toluene diisocyanate.

本発明においては活性水素含有化合物として、ポリウレタンの分野において公知の化合物を使用できる。例えば、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体等に代表されるポリエーテルポリオール、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンアジペート、3−メチル−1,5−ペンタンアジペートに代表されるポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカプロラクトンのようなポリエステルグリコールとアルキレンカーボネートとの反応物などで例示されるポリエステルポリカーボネートポリオール、エチレンカーボネートを多価アルコールと反応させ、次いで得られた反応混合物を有機ジカルボン酸と反応させたポリエステルポリカーボネートポリオール、ポリヒドロキシル化合物とアリールカーボネートとのエステル交換反応により得られるポリカーボネートポリオール等の高分子量ポリオールを挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   In the present invention, compounds known in the field of polyurethane can be used as the active hydrogen-containing compound. For example, polytetramethylene glycol, polypropylene glycol, polyethylene glycol, polyether polyols typified by copolymers of propylene oxide and ethylene oxide, polybutylene adipates, polyethylene adipates, and 3-methyl-1,5-pentane adipates Polyester polyol such as polyester polyol, polycaprolactone polyol, reaction product of polyester glycol and alkylene carbonate such as polycaprolactone, and the like, and the reaction of the resulting reaction mixture with organic polyol. Polyester polycarbonate polyol reacted with dicarboxylic acid, esterification of polyhydroxyl compound and aryl carbonate High molecular weight polyol polycarbonate polyols obtained by the reaction can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

活性水素含有化合物として上述した高分子量ポリオール成分の他に、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,4−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、トリメチロールプロパン、グリセリン、1,2,6−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、テトラメチロールシクロヘキサン、メチルグルコシド、ソルビトール、マンニトール、ズルシトール、スクロース、2,2,6,6−テトラキス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサノール、及びトリエタノールアミン等の低分子量ポリオール成分、エチレンジアミン、トリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、ジエチレントリアミン等の低分子量ポリアミン成分を用いてもよい。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。更に、4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)(MOCA)、2,6−ジクロロ−p−フェニレンジアミン、4,4’−メチレンビス(2,3−ジクロロアニリン)、3,5−ビス(メチルチオ)−2,4−トルエンジアミン、3,5−ビス(メチルチオ)−2,6−トルエンジアミン、3,5−ジエチルトルエン−2,4−ジアミン、3,5−ジエチルトルエン−2,6−ジアミン、トリメチレングリコール−ジ−p−アミノベンゾエート、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−p−アミノベンゾエート、1,2−ビス(2−アミノフェニルチオ)エタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチル−5,5’−ジメチルジフェニルメタン、N,N’−ジ−sec−ブチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチル−5,5’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジイソプロピル−5,5’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’,5,5’−テトラエチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’,5,5’−テトライソプロピルジフェニルメタン、m−キシリレンジアミン、N,N’−ジ−sec−ブチル−p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、及びp−キシリレンジアミン等に例示されるポリアミン類を混合することもできる。好ましい活性水素含有化合物は、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体、3−メチル−1,5−ペンタンアジペート、より好ましくはポリプロピレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体である。   In addition to the high molecular weight polyol component described above as the active hydrogen-containing compound, ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, 3-methyl-1,5-pentanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,4-bis (2-hydroxyethoxy) benzene, trimethylolpropane, glycerin, 1,2,6- Hexanetriol, pentaerythritol, tetramethylolcyclohexane, methylglucoside, sorbitol, mannitol, dulcitol, sucrose, 2,2,6,6-tetrakis (hydroxymethyl) cyclohexanol, and triethanolamine Low molecular weight polyol component equal, ethylenediamine, tolylenediamine, diphenylmethane diamine, may be used low molecular weight polyamine component of diethylenetriamine. These may be used alone or in combination of two or more. Furthermore, 4,4′-methylenebis (o-chloroaniline) (MOCA), 2,6-dichloro-p-phenylenediamine, 4,4′-methylenebis (2,3-dichloroaniline), 3,5-bis ( Methylthio) -2,4-toluenediamine, 3,5-bis (methylthio) -2,6-toluenediamine, 3,5-diethyltoluene-2,4-diamine, 3,5-diethyltoluene-2,6- Diamine, trimethylene glycol-di-p-aminobenzoate, polytetramethylene oxide-di-p-aminobenzoate, 1,2-bis (2-aminophenylthio) ethane, 4,4'-diamino-3,3 ' -Diethyl-5,5'-dimethyldiphenylmethane, N, N'-di-sec-butyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diamy −3,3′-diethyldiphenylmethane, 4,4′-diamino-3,3′-diethyl-5,5′-dimethyldiphenylmethane, 4,4′-diamino-3,3′-diisopropyl-5,5′- Dimethyldiphenylmethane, 4,4′-diamino-3,3 ′, 5,5′-tetraethyldiphenylmethane, 4,4′-diamino-3,3 ′, 5,5′-tetraisopropyldiphenylmethane, m-xylylenediamine, Polyamines exemplified by N, N′-di-sec-butyl-p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, p-xylylenediamine and the like can also be mixed. Preferred active hydrogen-containing compounds are polytetramethylene glycol, polypropylene glycol, a copolymer of propylene oxide and ethylene oxide, 3-methyl-1,5-pentane adipate, more preferably a copolymer of polypropylene glycol, propylene oxide and ethylene oxide. It is a coalescence.

ポリウレタンエラストマーを用いる場合、そのNCO indexは、好ましくは0.3〜1.2、より好ましくは0.35〜1.1、更に好ましく0.4〜1.05である。NCO indexが0.3より小さいと、磁性エラストマーの硬化が不十分になる傾向にあり、NCO indexが1.2より大きいと、弾性率が高くなり、センサ感度が低下する傾向にある。   When using a polyurethane elastomer, the NCO index is preferably 0.3 to 1.2, more preferably 0.35 to 1.1, and still more preferably 0.4 to 1.05. When the NCO index is smaller than 0.3, the magnetic elastomer tends to be insufficiently cured. When the NCO index is larger than 1.2, the elastic modulus increases and the sensor sensitivity tends to decrease.

磁性エラストマー中の磁性フィラーの量は、エラストマー成分100重量部に対して、好ましくは1〜450重量部、より好ましくは2〜400重量部である。これが1重量部より少ないと、磁場の変化を検出することが難しくなる傾向にあり、450重量部を超えると、磁性エラストマー自体が脆くなる場合がある。   The amount of the magnetic filler in the magnetic elastomer is preferably 1 to 450 parts by weight, more preferably 2 to 400 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the elastomer component. If it is less than 1 part by weight, it tends to be difficult to detect a change in the magnetic field, and if it exceeds 450 parts by weight, the magnetic elastomer itself may become brittle.

磁場の変化を検出する検出部4には、例えば、磁気抵抗素子、ホール素子、インダクタ、MI素子、フラックスゲートセンサなどを用いることができる。磁気抵抗素子としては、半導体化合物磁気抵抗素子、異方性磁気抵抗素子(AMR)、巨大磁気抵抗素子(GMR)、トンネル磁気抵抗素子(TMR)が挙げられる。このうち好ましいのはホール素子であり、これは広範囲にわたって高い感度を有する検出部4として有用なためである。   For example, a magnetoresistive element, a Hall element, an inductor, an MI element, a fluxgate sensor, or the like can be used as the detection unit 4 that detects a change in the magnetic field. Examples of the magnetoresistive element include a semiconductor compound magnetoresistive element, an anisotropic magnetoresistive element (AMR), a giant magnetoresistive element (GMR), and a tunnel magnetoresistive element (TMR). Among these, the Hall element is preferable because it is useful as the detection unit 4 having high sensitivity over a wide range.

高分子マトリックス層3の非圧縮状態での厚みは、好ましくは300〜3000μm、より好ましくは400〜2000μm、更に好ましくは500〜1500μmである。上記の厚みが300μmよりも小さいと、所要量のフィラーを添加しようとした際に脆くなってハンドリング性が悪化する傾向にある。一方、上記の厚みが3000μmよりも大きいと、上記の如き間隙内に配置する際に高分子マトリックス層3が過度に圧縮されて変形しにくくなり、センサ感度が低下する場合がある。   The thickness of the polymer matrix layer 3 in an uncompressed state is preferably 300 to 3000 μm, more preferably 400 to 2000 μm, and still more preferably 500 to 1500 μm. When the thickness is smaller than 300 μm, the handling property tends to be deteriorated due to brittleness when a required amount of filler is added. On the other hand, when the thickness is larger than 3000 μm, the polymer matrix layer 3 is excessively compressed and hardly deformed when disposed in the gap as described above, and the sensor sensitivity may be lowered.

高分子マトリックス層3は、気泡を含まない無発泡体であっても構わないが、安定性やセンサ感度を高める観点から、更には軽量化の観点から、上記の如く気泡を含有する発泡体であってもよい。その発泡体には、一般の樹脂フォームを用いることができるが、圧縮永久歪などの特性を考慮すると熱硬化性樹脂フォームを用いることが好ましい。熱硬化性樹脂フォームとしては、ポリウレタン樹脂フォーム、シリコーン樹脂フォームなどが挙げられ、このうちポリウレタン樹脂フォームが好適である。ポリウレタン樹脂フォームには、上掲したイソシアネート成分や活性水素含有化合物を使用できる。   The polymer matrix layer 3 may be a non-foamed material that does not contain bubbles. However, from the viewpoint of improving stability and sensor sensitivity, and further from the viewpoint of weight reduction, the polymer matrix layer 3 is a foamed material containing bubbles as described above. There may be. A general resin foam can be used for the foam, but it is preferable to use a thermosetting resin foam in consideration of characteristics such as compression set. Examples of the thermosetting resin foam include a polyurethane resin foam and a silicone resin foam. Among these, a polyurethane resin foam is preferable. The above-mentioned isocyanate component and active hydrogen-containing compound can be used for the polyurethane resin foam.

ポリウレタン樹脂フォームに用いられる触媒としては、公知の触媒を限定なく使用することができるが、トリエチレンジアミン(1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン)、N,N,N’,N’‐テトラメチルヘキサンジアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル等の第3級アミン触媒、オクチル酸錫、オクチル酸鉛、オクチル酸亜鉛、オクチル酸ビスマス等の金属触媒を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   As the catalyst used for the polyurethane resin foam, a known catalyst can be used without limitation, but triethylenediamine (1,4-diazabicyclo [2,2,2] octane), N, N, N ′, N ′. -Tertiary amine catalysts such as tetramethylhexanediamine and bis (2-dimethylaminoethyl) ether, and metal catalysts such as tin octylate, lead octylate, zinc octylate, and bismuth octylate can be used. These may be used alone or in combination of two or more.

上記触媒の市販品として、東ソー社製の「TEDA−L33」、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製の「NIAX CATALYST A1」、花王社製の「カオーライザー NO.1」、「カオーライザー NO.30P」、エアプロダクツ社製の「DABCO T−9」、東栄化工社製の「BTT−24」、日本化学産業社製の「プキャット25」などが挙げられる。   As commercial products of the above-mentioned catalyst, “TEDA-L33” manufactured by Tosoh Corporation, “NIAX CATALYST A1” manufactured by Momentive Performance Materials, “Kaorraiser No. 1”, “Kaorraiser No. 30P” manufactured by Kao Corporation. "DABCO T-9" manufactured by Air Products, "BTT-24" manufactured by Toei Chemical Co., "Pucat 25" manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd., and the like.

ポリウレタン樹脂フォームに用いられる整泡剤としては、例えば、シリコーン系整泡剤、フッ素系整泡剤など、通常のポリウレタン樹脂フォームの製造に用いられるものを使用することができる。上記シリコーン系整泡剤やフッ素系整泡剤として用いられるシリコーン系界面活性剤やフッ素系界面活性剤は、分子内に、ポリウレタン系に可溶な部分と、不溶な部分とが存在し、上記不溶な部分がポリウレタン系材料を均一に分散し、ポリウレタン系の表面張力を下げることによって、気泡を発生させやすく、割れにくくするものであり、もちろん、上記表面張力を下げ過ぎると気泡が発生しにくくなる。本発明の樹脂フォームにおいては、例えば、上記シリコーン系界面活性剤を用いる場合、上記不溶な部分としてのジメチルポリシロキサン構造によって、気泡径を小さくしたり、気泡数を多くしたりすることが可能となるのである。   As a foam stabilizer used for a polyurethane resin foam, what is used for manufacture of a normal polyurethane resin foam, such as a silicone type foam stabilizer and a fluorine type foam stabilizer, can be used, for example. The silicone-based surfactant and fluorine-based surfactant used as the silicone-based foam stabilizer and the fluorine-based foam stabilizer have a polyurethane-soluble part and an insoluble part in the molecule. The insoluble part uniformly disperses the polyurethane material and lowers the surface tension of the polyurethane system, so that bubbles are easily generated and are hard to break. Of course, if the surface tension is too low, bubbles are not easily generated. Become. In the resin foam of the present invention, for example, when the silicone surfactant is used, the dimethylpolysiloxane structure as the insoluble part can reduce the cell diameter or increase the number of cells. It becomes.

上記シリコーン系整泡剤の市販品としては、例えば、東レ・ダウコーニング社製の「SF−2962」、「SRX 274DL」、「SF−2965」、「SF−2904」、「SF−2908」、「SF−2904」、「L5340」、エボニック・デグサ社製の「テゴスターブ(Tegostab) B8017、B−8465,B−8443」などが挙げられる。また、上記フッ素系整泡剤の市販品としては、例えば、3M社製の「FC430」、「FC4430」、大日本インキ化学工業社製の「FC142D」、「F552」、「F554」、「F558」、「F561」、「R41」などが挙げられる。 Examples of commercially available silicone foam stabilizers include “SF-2962”, “SRX 274DL”, “SF-2965”, “SF-2904”, “SF-2908” manufactured by Toray Dow Corning, "SF-2904", "L5340", Evonik Degussa AG of "Tegosutabu (Tegostab R) B8017, B- 8465, B-8443 " and the like. Moreover, as a commercial item of the said fluorine-type foam stabilizer, "FC430", "FC4430" by 3M company, "FC142D", "F552", "F554", "F558" by Dainippon Ink & Chemicals, Inc. are mentioned, for example. ”,“ F561 ”,“ R41 ”, and the like.

上記整泡剤の配合量は、樹脂成分100質量部に対して、好ましくは1〜15質量部、より好ましくは2〜12質量部である。整泡剤の配合量が1質量部未満であると発泡が十分ではなく、15質量部を超えるとブリードアウトする可能性がある。   The blending amount of the foam stabilizer is preferably 1 to 15 parts by mass, more preferably 2 to 12 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin component. If the blending amount of the foam stabilizer is less than 1 part by mass, foaming is not sufficient, and if it exceeds 15 parts by mass, bleeding may occur.

高分子マトリックス層3を形成する発泡体の気泡含有率は、20〜80体積%であることが好ましい。気泡含有率が20体積%以上であると、高分子マトリックス層3が柔軟で変形しやすくなり、センサ感度を良好に高められる。また、気泡含有率が80体積%以下であると、高分子マトリックス層3の脆化が抑えられ、ハンドリング性や安定性が高められる。気泡含有率は、JIS Z−8807−1976に準拠して比重測定を行い、この値と無発泡体の比重の値から算出される。   The foam content of the foam forming the polymer matrix layer 3 is preferably 20 to 80% by volume. When the bubble content is 20% by volume or more, the polymer matrix layer 3 is flexible and easily deformed, and the sensor sensitivity can be improved satisfactorily. Further, when the bubble content is 80% by volume or less, embrittlement of the polymer matrix layer 3 is suppressed, and handling properties and stability are improved. The bubble content is calculated based on the specific gravity measured in accordance with JIS Z-8807-1976, and the specific gravity value of the non-foamed material.

高分子マトリックス層3を形成する発泡体の平均気泡径は、好ましくは50〜300μmである。また、その発泡体の平均開口径は、好ましくは15〜100μmである。平均気泡径が50μm未満または平均開口径が15μm未満であると、整泡剤量の増大に起因してセンサ特性の安定性が悪化する傾向にある。また、平均気泡径が300μmを超え、または平均開口径が100μmを超えると、検出対象である単電池などとの接触面積が減少し、安定性が低下する傾向にある。平均気泡径及び平均開口径は、高分子マトリックス層の断面をSEMにより60倍の倍率で観察し、得られた画像について画像解析ソフトを用いて上記断面の任意範囲内に存在する全ての気泡の気泡径、及び全ての連続気泡の開口径を測定し、その平均値から算出される。   The average cell diameter of the foam forming the polymer matrix layer 3 is preferably 50 to 300 μm. The average opening diameter of the foam is preferably 15 to 100 μm. When the average bubble diameter is less than 50 μm or the average opening diameter is less than 15 μm, the stability of the sensor characteristics tends to deteriorate due to an increase in the amount of the foam stabilizer. On the other hand, when the average bubble diameter exceeds 300 μm or the average opening diameter exceeds 100 μm, the contact area with a single cell to be detected tends to decrease and stability tends to decrease. The average bubble diameter and the average opening diameter are determined by observing the cross section of the polymer matrix layer with a SEM at a magnification of 60 times, and using the image analysis software for the obtained image, all the bubbles present in the arbitrary range of the cross section. The bubble diameter and the opening diameter of all open bubbles are measured and calculated from the average value.

高分子マトリックス層3を形成する発泡体の独立気泡率は、5〜70%であることが好ましい。これにより、高分子マトリックス層3の圧縮されやすさを確保しつつ、優れた安定性を発揮できる。また、高分子マトリックス層3を形成する発泡体に対するフィラー(本実施形態では磁性フィラー)の体積分率は、1〜30体積%であることが好ましい。   The closed cell ratio of the foam forming the polymer matrix layer 3 is preferably 5 to 70%. Thereby, excellent stability can be exhibited while ensuring ease of compression of the polymer matrix layer 3. Moreover, it is preferable that the volume fraction of the filler (this embodiment magnetic filler) with respect to the foam which forms the polymer matrix layer 3 is 1-30 volume%.

上述したポリウレタン樹脂フォームは、磁性フィラーを含有すること以外は、通常のポリウレタン樹脂フォームの製造方法により製造できる。その磁性フィラーを含有するポリウレタン樹脂フォームの製造方法は、例えば以下の工程(i)〜(v)を含む。
(i)ポリイソシアネート成分および活性水素成分からイソシアネート基含有ウレタンプレポリマーを形成する工程
(ii)該イソシアネート基含有ウレタンプレポリマー、整泡剤、触媒および磁性フィラーを混合、予備撹拌して、非反応性気体雰囲気下で、気泡を取り込むように激しく撹拌する一次撹拌工程
(iii)更に活性水素成分を加えて、二次撹拌して、磁性フィラーを含む気泡分散ウレタン組成物を調製する工程
(iv)該気泡分散ウレタン組成物を所望の形状に成形し、硬化して、磁性フィラーを含むウレタン樹脂フォームを作製する工程
(v)該ウレタン樹脂フォームを着磁して磁性ウレタン樹脂フォームを形成する工程
The polyurethane resin foam described above can be produced by an ordinary method for producing a polyurethane resin foam except that it contains a magnetic filler. The method for producing a polyurethane resin foam containing the magnetic filler includes, for example, the following steps (i) to (v).
(I) Step of forming isocyanate group-containing urethane prepolymer from polyisocyanate component and active hydrogen component (ii) Mixing and pre-stirring the isocyanate group-containing urethane prepolymer, foam stabilizer, catalyst and magnetic filler, and non-reacting A primary stirring step of vigorously stirring so as to take in bubbles in a natural gas atmosphere (iii) a step of further adding an active hydrogen component and secondary stirring to prepare a cell-dispersed urethane composition containing a magnetic filler (iv) A step of forming the urethane-dispersed urethane composition into a desired shape and curing to produce a urethane resin foam containing a magnetic filler. (V) A step of magnetizing the urethane resin foam to form a magnetic urethane resin foam.

ポリウレタン樹脂フォームの製造方法としては、水などの反応型発泡剤を用いる化学的発泡法が知られているが、上記工程(ii)、(iii)のような、イソシアネート基含有ウレタンプレポリマー、整泡剤、触媒および磁性フィラーを含有する混合物と、活性水素成分とを、非反応性気体雰囲気下で機械的撹拌する機械的発泡法を用いることが好ましい。機械的発泡法によれば、化学的発泡法に比べて成形操作が簡便であり、発泡剤として水を用いないので、微細な気泡を有する強靭で反発弾性(復元性)などに優れた成形体が得られる。   As a method for producing a polyurethane resin foam, a chemical foaming method using a reactive foaming agent such as water is known. However, an isocyanate group-containing urethane prepolymer such as steps (ii) and (iii) described above, It is preferable to use a mechanical foaming method in which a mixture containing a foaming agent, a catalyst and a magnetic filler and an active hydrogen component are mechanically stirred in a non-reactive gas atmosphere. According to the mechanical foaming method, the molding operation is simpler than the chemical foaming method, and water is not used as the foaming agent. Therefore, the molded product has tough and excellent resilience (restorability) with fine bubbles. Is obtained.

まず、上記工程(i)のように、ポリイソシアネート成分および活性水素成分からイソシアネート基含有ウレタンプレポリマーを形成し、上記一次撹拌工程(ii)のように、イソシアネート基含有ウレタンプレポリマー、整泡剤、触媒および磁性フィラーを混合、予備撹拌して、非反応性気体雰囲気下で、気泡を取り込むように激しく撹拌し、上記二次撹拌工程(iii)のように、更に該活性水素成分を加えて激しく撹拌して、磁性フィラーを含む気泡分散ウレタン組成物を調製する。上記工程(i)〜(iv)のように、ポリイソシアネート成分、活性水素成分および触媒を含有するポリウレタン樹脂フォームにおいて、予めイソシアネート基含有ウレタンプレポリマーを形成してからポリウレタン樹脂フォームを形成する方法は当業者に公知であり、製造条件は配合材料によって適宜選択することができる。   First, an isocyanate group-containing urethane prepolymer is formed from a polyisocyanate component and an active hydrogen component as in the step (i), and an isocyanate group-containing urethane prepolymer and a foam stabilizer as in the primary stirring step (ii). Then, the catalyst and the magnetic filler are mixed, pre-stirred, and vigorously stirred so as to take in bubbles in a non-reactive gas atmosphere, and the active hydrogen component is further added as in the secondary stirring step (iii). Stir vigorously to prepare a cell-dispersed urethane composition containing a magnetic filler. In the polyurethane resin foam containing the polyisocyanate component, the active hydrogen component and the catalyst as in the above steps (i) to (iv), the method of forming the polyurethane resin foam after forming the isocyanate group-containing urethane prepolymer in advance is as follows. It is known to those skilled in the art, and the production conditions can be appropriately selected depending on the compounding material.

上記工程(i)の形成条件としては、まず、ポリイソシアネート成分および活性水素成分の配合比率は、ポリイソシアネート成分中のイソシアネート基と活性水素成分中の活性水素基との比(イソシアネート基/活性水素基)が、1.5〜5、好ましくは1.7〜2.3となるように選択する。また、反応温度は60〜120℃が好ましく、反応時間は3〜8時間が好ましい。更に、従来公知のウレタン化触媒、有機触媒、例えば東栄化工株式会社から商品名「BTT−24」で市販されているオクチル酸鉛、東ソー株式会社製の「TEDA−L33」、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製の「NIAX CATALYST A1」、花王株式会社製の「カオーライザー NO.1」、「エアプロダクツ社製の「DABCO T−9」、などを用いてもよい。上記工程(i)に用いられる装置としては、上記のような条件で上記材料を撹拌混合して反応させることができるものであれば使用でき、通常のポリウレタン製造に用いられるものを使用することができる。   As the formation conditions of the step (i), first, the blending ratio of the polyisocyanate component and the active hydrogen component is the ratio of the isocyanate group in the polyisocyanate component to the active hydrogen group in the active hydrogen component (isocyanate group / active hydrogen Group) is selected to be 1.5 to 5, preferably 1.7 to 2.3. The reaction temperature is preferably 60 to 120 ° C., and the reaction time is preferably 3 to 8 hours. Furthermore, conventionally known urethanization catalysts and organic catalysts, for example, lead octylate commercially available from Toei Chemical Co., Ltd. under the trade name “BTT-24”, “TEDA-L33” manufactured by Tosoh Corporation, Momentive Performance Material "NIAX CATALYST A1" manufactured by FUJITSU LIMITED, "Caorizer No. 1" manufactured by Kao Corporation, "DABCO T-9" manufactured by Air Products, and the like may be used. As an apparatus used in the step (i), any apparatus can be used as long as it can react by stirring and mixing the above materials under the above-described conditions, and an apparatus used for ordinary polyurethane production can be used. it can.

上記工程(ii)の一次撹拌を行う方法としては、液状樹脂とフィラーを混合することができる一般的な混合機を用いる方法が挙げられ、例えばホモジナイザー、ディゾルバー、プラネタリーミキサなどが挙げられる。   Examples of the method of performing the primary stirring in the step (ii) include a method using a general mixer capable of mixing a liquid resin and a filler, and examples thereof include a homogenizer, a dissolver, and a planetary mixer.

上記工程(ii)において、整泡剤をイソシアネート基含有ウレタンプレポリマー側に加えて撹拌(一次撹拌)し、上記工程(iii)において、更に上記活性水素成分を加えて二次撹拌することによって、反応系内に取り込んだ気泡が抜けにくくなり、効率的な発泡を行うことができるため好ましい。   In the step (ii), the foam stabilizer is added to the isocyanate group-containing urethane prepolymer side and stirred (primary stirring), and in the step (iii), the active hydrogen component is further added and the secondary stirring is performed. It is preferable because bubbles taken into the reaction system are difficult to escape and efficient foaming can be performed.

上記工程(ii)における非反応性気体としては可燃性でないものが好ましく、具体的には窒素、酸素、炭酸ガス、ヘリウム、アルゴンなどの希ガス、これらの混合気体が例示され、乾燥して水分を除去した空気の使用が最も好ましい。また、上記一次撹拌および二次撹拌、特に一次撹拌の条件についても、通常の機械的発泡法によるウレタンフォーム製造時の条件を用いることができ、特に限定されないが、撹拌翼または撹拌翼を備えた混合機を用いて、回転数1000〜10000rpmで1〜30分間激しく撹拌する。そのような装置として、例えばホモジナイザー、ディゾルバー、メカニカルフロス発泡機などが挙げられる。   The non-reactive gas in the step (ii) is preferably a non-flammable gas, and specifically, nitrogen, oxygen, carbon dioxide gas, helium, argon and other rare gases, and mixed gases thereof are exemplified, and dried to moisture. It is most preferable to use air from which air is removed. Further, the conditions for the primary stirring and the secondary stirring, particularly the primary stirring, can be used at the time of urethane foam production by a normal mechanical foaming method, and are not particularly limited. Using a mixer, the mixture is vigorously stirred for 1 to 30 minutes at a rotational speed of 1000 to 10,000 rpm. Examples of such an apparatus include a homogenizer, a dissolver, and a mechanical floss foaming machine.

上記工程(iv)において、上記気泡分散ウレタン組成物をシート状など所望の形状に成形する方法も特に限定されず、例えば、上記混合液を離型処理したモールド内に注入し、硬化させるバッチ式成形方法、離型処理した面材上に上記気泡分散ウレタン組成物を連続的に供給し硬化させる連続成形方法を用いることができる。また、上記硬化条件も、特に限定されず、60〜200℃で10分間〜24時間が好ましく、硬化温度が高すぎると上記樹脂フォームが熱劣化してしまい機械的強度が悪化し、硬化温度が低すぎると上記樹脂フォームの硬化不良が生じてしまう。また、硬化時間が長すぎると上記樹脂フォームが熱劣化してしまい機械的強度が悪化し、硬化時間が短すぎると上記樹脂フォームの硬化不良が生じてしまう。   In the step (iv), the method of forming the cell-dispersed urethane composition into a desired shape such as a sheet is not particularly limited. For example, a batch type in which the mixed solution is injected into a mold subjected to a release treatment and cured. A molding method or a continuous molding method in which the cell-dispersed urethane composition is continuously supplied and cured on a release-treated face material can be used. Also, the curing conditions are not particularly limited, and preferably from 60 to 200 ° C. for 10 minutes to 24 hours. If the curing temperature is too high, the resin foam is thermally deteriorated, the mechanical strength is deteriorated, and the curing temperature is If it is too low, curing failure of the resin foam will occur. On the other hand, if the curing time is too long, the resin foam is thermally deteriorated and mechanical strength is deteriorated. If the curing time is too short, the resin foam is poorly cured.

上記工程(v)において、磁性フィラーの着磁方法は特に限定されず、通常用いられる着磁装置、例えば電子磁気工業株式会社製の「ES−10100−15SH」、株式会社玉川製作所製の「TM−YS4E」などを用いて行うことができる。通常、磁束密度1〜3Tを有する磁場を印加する。磁性フィラーは、着磁後に磁性フィラー分散液を形成する上記工程(ii)において添加してもよいが、途中の工程での磁性フィラーの取り扱い作業性などの観点から、上記工程(v)において着磁することが好ましい。   In the step (v), the method of magnetizing the magnetic filler is not particularly limited, and a commonly used magnetizing apparatus, for example, “ES-10100-15SH” manufactured by Electromagnetic Industry Co., Ltd., “TM” manufactured by Tamagawa Manufacturing Co., Ltd. -YS4E "or the like. Usually, a magnetic field having a magnetic flux density of 1 to 3T is applied. The magnetic filler may be added in the step (ii) for forming the magnetic filler dispersion after magnetization, but from the viewpoint of handling workability of the magnetic filler in the intermediate step, the magnetic filler is added in the step (v). It is preferable to magnetize.

本実施形態では、既述の通り、図2のように互いに隣り合う単電池2の間で、または図3のように単電池2とそれを収容する筐体11との間で挟むようにして高分子マトリックス層3を圧縮状態で装着する。そして、単電池2が膨れて高分子マトリックス層3が変形した場合には、その高分子マトリックス層3の変形に伴う外場の変化を検出し、それに基づいて二次電池の変形を検出する。   In the present embodiment, as described above, the polymer is sandwiched between the unit cells 2 adjacent to each other as shown in FIG. 2 or between the unit cell 2 and the housing 11 that houses the unit cell as shown in FIG. The matrix layer 3 is mounted in a compressed state. When the unit cell 2 expands and the polymer matrix layer 3 is deformed, a change in the external field accompanying the deformation of the polymer matrix layer 3 is detected, and the deformation of the secondary battery is detected based on the change.

本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

前述の実施形態では、高分子マトリックス層は、その高分子マトリックス層の変形に応じて外場に変化を与えるフィラーを分散させて含有するものである例を示した。しかしながら本発明においては、例えばシート状の永久磁石層や、固形状の永久磁石を熱硬化性エラストマーで挟み込んだ積層体を高分子マトリックス層として使用しても良い。   In the above-mentioned embodiment, the polymer matrix layer has shown an example in which the filler that changes the external field according to the deformation of the polymer matrix layer is dispersed and contained. However, in the present invention, for example, a sheet-like permanent magnet layer or a laminate in which a solid permanent magnet is sandwiched between thermosetting elastomers may be used as the polymer matrix layer.

前述の実施形態では、高分子マトリックス層3が、互いに隣り合う単電池2の間隙内で挟まれる例(図2参照)と、単電池2と筐体11との間隙内で挟まれる例(図3参照)を示したが、これに限定されない。例えば、電池パックに含まれる電池モジュールの筐体とその隣の電池モジュールの筐体との間で、即ち互いに隣り合う電池モジュールの筐体の間隙内で、高分子マトリックス層が挟まれてもよく、特にラミネートフィルム型の電池モジュールにおいて有用である。或いは、電池モジュールの筐体と電池パックの筐体との間隙内で、高分子マトリックス層が挟まれるものでもよい。   In the above-described embodiment, the polymer matrix layer 3 is sandwiched in the gap between the adjacent unit cells 2 (see FIG. 2), and the example is sandwiched in the gap between the unit cell 2 and the housing 11 (see FIG. 2). However, the present invention is not limited to this. For example, the polymer matrix layer may be sandwiched between the casing of a battery module included in the battery pack and the casing of the adjacent battery module, that is, within the gap between the casings of adjacent battery modules. In particular, it is useful in a battery module of a laminate film type. Alternatively, the polymer matrix layer may be sandwiched in the gap between the battery module housing and the battery pack housing.

前述の実施形態では、磁場の変化を利用した例を示したが、電場などの他の外場の変化を利用する構成でもよい。例えば、高分子マトリックス層がフィラーとして金属粒子、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどの導電性フィラーを含有し、検出部が外場としての電場の変化(抵抗および誘電率の変化)を検出する構成が考えられる。   In the above-described embodiment, an example in which a change in a magnetic field is used has been described. However, a configuration in which a change in another external field such as an electric field is used may be used. For example, the polymer matrix layer may contain conductive fillers such as metal particles, carbon black, and carbon nanotubes as fillers, and the detector may detect changes in the electric field (changes in resistance and dielectric constant) as external fields. It is done.

本発明においては、高分子マトリックス層の柔軟性を損ねない程度に封止材を設けても良い。封止材としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂またはそれらの混合物を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えばスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、ポリイソプレン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー、エチレン・アクリル酸エチルコポリマー、エチレン・酢酸ビニルコポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、フッ素樹脂、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリブタジエン等を挙げることができる。また、熱硬化性樹脂としては、例えばポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ポリクロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム等のジエン系合成ゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロルヒドリンゴム等の非ジエン系ゴム、天然ゴム、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。   In the present invention, a sealing material may be provided to such an extent that the flexibility of the polymer matrix layer is not impaired. As the sealing material, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, or a mixture thereof can be used. Examples of the thermoplastic resin include styrene-based thermoplastic elastomers, polyolefin-based thermoplastic elastomers, polyurethane-based thermoplastic elastomers, polyester-based thermoplastic elastomers, polyamide-based thermoplastic elastomers, polybutadiene-based thermoplastic elastomers, polyisoprene-based thermoplastic elastomers, Fluorine-based thermoplastic elastomer, ethylene / ethyl acrylate copolymer, ethylene / vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, chlorinated polyethylene, fluororesin, polyamide, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polystyrene, polybutadiene Etc. Examples of the thermosetting resin include polyisoprene rubber, polybutadiene rubber, styrene / butadiene rubber, polychloroprene rubber, diene-based synthetic rubber such as acrylonitrile / butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, ethylene / propylene / diene rubber, butyl rubber, Non-diene rubbers such as acrylic rubber, polyurethane rubber, fluorine rubber, silicone rubber, epichlorohydrin rubber, natural rubber, polyurethane resin, silicone resin, epoxy resin and the like can be mentioned.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

高分子マトリックス層となる磁性ポリウレタンエラストマーの製造には、以下の原料を用いた。
TDI−80:トルエンジイソシアネート(三井化学社製、2,4−体=80%、コスモネートT−80)
ポリオールA:グリセリンを開始剤にプロピレンオキサイドを付加したポリオキシプロピレングリコール、OHV56、官能基数3(旭硝子社製、EX−3030)
ネオジム系フィラー:MF−15P(平均粒径:133μm,愛知製鋼社製)
オクチル酸ビスマス:プキャット25(日本化学産業社製)
オクチル酸鉛:BTT−24(東栄化工社製)
The following raw materials were used for the production of the magnetic polyurethane elastomer to be the polymer matrix layer.
TDI-80: Toluene diisocyanate (Mitsui Chemicals, 2,4-body = 80%, Cosmonate T-80)
Polyol A: Polyoxypropylene glycol obtained by adding propylene oxide to glycerol as an initiator, OHV56, functional group number 3 (EX-3030, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.)
Neodymium filler: MF-15P (average particle size: 133 μm, manufactured by Aichi Steel Corporation)
Bismuth octylate: Pucat 25 (Nippon Chemical Industry Co., Ltd.)
Lead octylate: BTT-24 (manufactured by Toei Chemical Company)

また、プレポリマーには、表1に示すプレポリマーAを用いた。   Moreover, the prepolymer A shown in Table 1 was used for the prepolymer.

Figure 0006310805
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実施例1
反応容器に、ポリオールAを85.2重量部入れ、撹拌しながら減圧脱水を1時間行った。その後、反応容器内を窒素置換した。次いで、反応容器にTDI−80を14.8重量部添加して、反応容器内の温度を80℃に保持しながら5時間反応させて、イソシアネート末端プレポリマーA(NCO%=3.58%)を合成した。
Example 1
The reaction vessel was charged with 85.2 parts by weight of polyol A and dehydrated under reduced pressure for 1 hour with stirring. Thereafter, the inside of the reaction vessel was purged with nitrogen. Next, 14.8 parts by weight of TDI-80 was added to the reaction vessel and reacted for 5 hours while maintaining the temperature in the reaction vessel at 80 ° C. to obtain isocyanate-terminated prepolymer A (NCO% = 3.58%). Was synthesized.

次に、ポリオールA189.4重量部およびオクチル酸ビスマス(日本化学産業社製、プキャット25)0.35重量部の混合液にネオジム系フィラー(愛知製鋼株式会社製、MF−15P)675.3重量部を添加し、フィラー分散液を調製した。また、プレポリマーA 100.0重量部を前記フィラー分散液に添加し、自転・公転ミキサー(シンキー社製)にて混合、および脱泡を行った。この反応液を0.75mmのスペーサーを有する離型処理したPETフィルム上に滴下し、ニップロールにて厚み0.75mmに調整した。その後、室温で所定時間(表2に記載の偏在処理時間)だけ静置し、80℃で1時間硬化を行って、磁性フィラーを含有するポリウレタンエラストマーを得た。得られたポリウレタンエラストマーを着磁装置(電子磁気工業株式会社製)にて2.0Tで着磁することにより、磁性ポリウレタンエラストマーを得た。配合および製造条件を表2に示す。   Next, a neodymium-based filler (manufactured by Aichi Steel Co., Ltd., MF-15P) of 675.3 weights in a mixed solution of 189.4 parts by weight of polyol A and 0.35 parts by weight of bismuth octylate (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd., PACCAT 25). Part was added to prepare a filler dispersion. Further, 100.0 parts by weight of prepolymer A was added to the filler dispersion, and mixing and defoaming were performed with a rotation / revolution mixer (manufactured by Sinky). This reaction solution was dropped onto a release-treated PET film having a 0.75 mm spacer and adjusted to a thickness of 0.75 mm with a nip roll. Then, it was allowed to stand at room temperature for a predetermined time (the uneven distribution treatment time described in Table 2) and cured at 80 ° C. for 1 hour to obtain a polyurethane elastomer containing a magnetic filler. The obtained polyurethane elastomer was magnetized at 2.0 T with a magnetizing device (manufactured by Electronic Magnetic Industry Co., Ltd.) to obtain a magnetic polyurethane elastomer. The formulation and production conditions are shown in Table 2.

得られた2枚の磁性ポリウレタンエラストマーを使用し、磁極の向きが同じになるように、かつ厚み方向の両外側がいずれも磁性フィラー濃度が低い領域となるように積層することにより、高分子マトリックス層を構成した(図4)。図4に示す積層高分子マトリックス層3において、上側の磁性ポリウレタンエラストマー31は、(1)側がN極であって、かつ(1)側に磁性フィラーが低濃度に偏在し、(2)側がS極であって、かつ(2)側の磁性フィラー濃度が高濃度となるように積層されている。一方、下側の磁性ポリウレタンエラストマー32は、(4)側がS極であって、かつ(4)側に磁性フィラーが低濃度に偏在し、(3)側がN極であって、かつ(3)側の磁性フィラー濃度が高濃度となるように積層されている。   By using the obtained two magnetic polyurethane elastomers and laminating so that the magnetic poles have the same direction and both outer sides in the thickness direction are regions having a low magnetic filler concentration, a polymer matrix is obtained. Layers were constructed (Figure 4). In the laminated polymer matrix layer 3 shown in FIG. 4, the upper magnetic polyurethane elastomer 31 has an N pole on the (1) side, a magnetic filler is unevenly distributed on the (1) side, and the S (2) side is S. The magnetic filler is laminated so that the magnetic filler concentration on the (2) side is high. On the other hand, in the lower magnetic polyurethane elastomer 32, the (4) side is the S pole, the magnetic filler is unevenly distributed at a low concentration on the (4) side, the (3) side is the N pole, and (3) The layers are laminated so that the magnetic filler concentration on the side becomes high.

実施例2〜5、比較例1
表2の配合および製造条件に基づき、実施例1と同様にして磁性ポリウレタン樹脂を得た。なお、実施例5に関しては、磁性フィラーを含有するポリウレタンエラストマーの厚みが1.5mmである単層体を使用し、積層品としなかったこと以外は、実施例4と同様の構成とした。積層された高分子マトリックス層3の(1)〜(4)それぞれの領域における磁極およびフィラーの偏在率を表2に示す。
Examples 2-5, Comparative Example 1
Based on the formulation and production conditions in Table 2, a magnetic polyurethane resin was obtained in the same manner as in Example 1. In addition, about Example 5, it was set as the structure similar to Example 4 except having used the monolayer body whose thickness of the polyurethane elastomer containing a magnetic filler is 1.5 mm, and not making it the laminated product. Table 2 shows the uneven distribution ratios of the magnetic poles and fillers in the respective regions (1) to (4) of the laminated polymer matrix layer 3.

(フィラー偏在率)
作製した磁性ポリウレタン樹脂の断面(厚み1.5mm)を、走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分析装置(SEM−EDS)(SEM:株式会社日立ハイテクノロジーズ社製S−3500N、EDS:堀場製作所製EMAX モデル7021−H)を用いて、加速電圧25kV、真空度50Pa、WD15mmの条件にて60倍で観察した。そして、その断面の厚み方向全体と、その断面を厚み方向に四等分した4つの領域に対し、それぞれ元素分析により磁性フィラー固有のFe元素の存在量を求めた。この存在量について、厚み方向全体の領域に対する各領域の比率を算出した。
(Filler uneven distribution rate)
A cross section (thickness: 1.5 mm) of the produced magnetic polyurethane resin was measured using a scanning electron microscope-energy dispersive X-ray analyzer (SEM-EDS) (SEM: S-3500N manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, EDS: Horiba, Ltd.) Using EMAX model 7021-H), observation was performed at 60 times under the conditions of an acceleration voltage of 25 kV, a degree of vacuum of 50 Pa, and a WD of 15 mm. Then, the abundance of the Fe element specific to the magnetic filler was determined by elemental analysis for the entire thickness direction of the cross section and four regions obtained by dividing the cross section into four equal parts in the thickness direction. For this abundance, the ratio of each region to the entire region in the thickness direction was calculated.

上記と同様の方法にて作製した厚み25.0mmの磁性ポリウレタン樹脂をバンドソーにより2つに裁断した。この裁断した磁性ポリウレタン樹脂をJIS K−7312に準拠し、オートグラフAG−X(島津製作所社製)を用いて、室温下で、圧縮速度1mm/minにて圧縮試験を行った。試験片には厚さ12.5mm、直径29.0mmの直円柱形のサンプルを用いた。なお、2.4%〜2.6%歪みにおける応力値から圧縮弾性率を求めた。   A magnetic polyurethane resin having a thickness of 25.0 mm produced by the same method as above was cut into two with a band saw. The cut magnetic polyurethane resin was subjected to a compression test at room temperature at a compression speed of 1 mm / min using Autograph AG-X (manufactured by Shimadzu Corporation) in accordance with JIS K-7312. As the test piece, a right cylindrical sample having a thickness of 12.5 mm and a diameter of 29.0 mm was used. In addition, the compression elastic modulus was calculated | required from the stress value in 2.4%-2.6% strain.

(センサ特性の評価)
ステンレス板に検出部であるホール素子(旭化成エレクトロニクス社製、EQ−430L)を両面テープで貼り付けた。この上面から作製した磁性ポリウレタン樹脂(サイズ:5mm×5mm)を貼り付け、10mm×10mmの面圧子を用いて圧力を印加し、所定の歪み量における、初期値に対する磁束密度の変化を測定した。この値が小さいほど、微少歪みに対して、磁束密度の変化が小さいことを示す。なお、試験数はn=10とした。表には5%歪み時の磁束密度変化と、次式に基づき算出した特性安定性を示す。
安定性(%)=(最大磁束密度変化−最小磁束密度変化)/平均磁束密度変化×100
(Evaluation of sensor characteristics)
A hall element (EQ-430L, manufactured by Asahi Kasei Electronics Co., Ltd.) as a detection unit was attached to a stainless steel plate with a double-sided tape. A magnetic polyurethane resin (size: 5 mm × 5 mm) produced from this upper surface was attached, pressure was applied using a surface indenter of 10 mm × 10 mm, and the change in magnetic flux density with respect to the initial value at a predetermined strain amount was measured. The smaller this value, the smaller the change in magnetic flux density with respect to the slight strain. The number of tests was n = 10. The table shows the magnetic flux density change at 5% strain and the characteristic stability calculated based on the following equation.
Stability (%) = (Maximum magnetic flux density change−Minimum magnetic flux density change) / Average magnetic flux density change × 100

Figure 0006310805
Figure 0006310805

表2の結果から、実施例1〜5で得られた高分子マトリックス層を備える密閉型二次電池の変形検出センサでは、5%歪み程度の、二次電池の正常時に見られる程度の小変形時には、磁束密度変化が小さく、かつ安定性も優れていることがわかる。一方、比較例1で得られた高分子マトリックス層を備える密閉型二次電池の変形検出センサでは、5%歪み程度の小変形時において、既に磁束密度の変化が大きく、かつ安定性にも劣るため、誤作動なく異常時のみを検出するという本願発明の目的を達成し得ないことがわかる。   From the results shown in Table 2, in the deformation detection sensor of the sealed secondary battery provided with the polymer matrix layers obtained in Examples 1 to 5, the small deformation of about 5% strain, which is seen when the secondary battery is normal. It can be seen that sometimes the magnetic flux density change is small and the stability is excellent. On the other hand, in the deformation detection sensor for a sealed secondary battery provided with the polymer matrix layer obtained in Comparative Example 1, the change in magnetic flux density is already large and the stability is poor at the time of a small deformation of about 5% strain. Therefore, it can be seen that the object of the present invention of detecting only an abnormal time without malfunction cannot be achieved.

1 電池モジュール
2 単電池
3 高分子マトリックス層
4 検出部
6 容器
11 筐体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery module 2 Single cell 3 Polymer matrix layer 4 Detection part 6 Container 11 Case

Claims (14)

密閉型二次電池の変形検出センサにおいて、
高分子マトリックス層と、検出部とを備え、
前記高分子マトリックス層は、その高分子マトリックス層の変形に応じて外場に変化を与えるものであり、前記検出部は前記外場の変化を検出し、
前記高分子マトリックス層は、厚み方向で外側の二次電池側領域の弾性率に比して、厚み方向の内側領域の弾性率が高いことを特徴とする密閉型二次電池の変形検出センサ。
In a deformation detection sensor for a sealed secondary battery,
A polymer matrix layer and a detector;
The polymer matrix layer is to change the external field according to deformation of the polymer matrix layer, and the detection unit detects a change in the external field,
The deformation detection sensor for a sealed secondary battery, wherein the polymer matrix layer has a higher elastic modulus in an inner region in the thickness direction than an elastic modulus in an outer secondary battery side region in the thickness direction.
前記高分子マトリックス層は、その高分子マトリックス層の変形に応じて外場に変化を与えるフィラーを分散させて含有するものである請求項1に記載の密閉型二次電池の変形検出センサ。   The deformation detection sensor for a sealed secondary battery according to claim 1, wherein the polymer matrix layer contains a filler that changes an external field according to deformation of the polymer matrix layer. 前記高分子マトリックス層は、厚み方向の内側領域の弾性率が、厚み方向の両外側領域の弾性率よりも高い請求項1または2に記載の密閉型二次電池の変形検出センサ。   The deformation detection sensor for a sealed secondary battery according to claim 1, wherein the polymer matrix layer has an elastic modulus in an inner region in the thickness direction higher than an elastic modulus in both outer regions in the thickness direction. 前記高分子マトリックス層は、厚み方向で外側の二次電池側領域の弾性率に比して、厚み方向の内側領域の弾性率が1MPa以上高いものである請求項1〜3いずれか1項に記載の密閉型二次電池の変形検出センサ。   4. The polymer matrix layer according to claim 1, wherein the elastic modulus of the inner region in the thickness direction is higher by 1 MPa or more than the elastic modulus of the outer secondary battery side region in the thickness direction. The deformation | transformation detection sensor of the sealed secondary battery as described. 前記高分子マトリックス層は、前記フィラーとしての磁性フィラーを含有し、
前記検出部は、前記外場としての磁場の変化を検出する請求項1〜4いずれか1項に記載の密閉型二次電池の変形検出センサ。
The polymer matrix layer contains a magnetic filler as the filler,
The deformation detection sensor for a sealed secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the detection unit detects a change in a magnetic field as the external field.
前記高分子マトリックス層は、厚み方向に前記フィラーが偏在するものであって、厚み方向の内側領域に比して、厚み方向の両外側領域での前記フィラー濃度が低いものである請求項1〜5いずれか1項に記載の密閉型二次電池の変形検出センサ。   The polymer matrix layer is one in which the filler is unevenly distributed in the thickness direction, and the filler concentration in both outer regions in the thickness direction is lower than that in the inner region in the thickness direction. 5. A deformation detection sensor for a sealed secondary battery according to any one of 5 above. 前記高分子マトリックス層は、少なくとも2枚の高分子マトリックス層を有する積層構造体である請求項1〜6いずれか1項に記載の密閉型二次電池の変形検出センサ。   The deformation detection sensor for a sealed secondary battery according to claim 1, wherein the polymer matrix layer is a laminated structure having at least two polymer matrix layers. 少なくとも2枚の前記高分子マトリックス層はいずれも着磁されたものであって、磁極の向きが同じになるように積層されたものである請求項7に記載の密閉型二次電池の変形検出センサ。   8. The detection of deformation of a sealed secondary battery according to claim 7, wherein at least two of the polymer matrix layers are both magnetized and laminated so that the directions of the magnetic poles are the same. Sensor. 請求項1〜8いずれか1項に記載の変形検出センサが取り付けられた密閉型二次電池。   A sealed secondary battery to which the deformation detection sensor according to any one of claims 1 to 8 is attached. 磁性フィラーを熱硬化性エラストマー前駆体と混合して混合液を調製する第1工程、前記混合液をシート状に成形する第2工程、前記磁性フィラーを前記熱硬化性エラストマー前駆体中で偏在させる第3工程、前記熱硬化性エラストマー前駆体を加熱して硬化させる第4工程、前記磁性フィラーを着磁して前記磁性フィラーが偏在した高分子マトリックス層を形成する第5工程、前記磁性フィラーが偏在した前記高分子マトリックス層を少なくとも2枚積層させる第6工程を含み、
前記第6工程が、磁極の向きが同じとなるように、着磁された2枚の高分子マトリックス層を積層し、かつ2枚の前記高分子マトリックス層を、前記磁性フィラーの濃度が高い領域同士が向き合うように積層することを特徴とする密閉型二次電池の変形検知センサの製造方法。
A first step of mixing a magnetic filler with a thermosetting elastomer precursor to prepare a mixed solution, a second step of forming the mixed solution into a sheet, and the magnetic filler being unevenly distributed in the thermosetting elastomer precursor A third step, a fourth step of heating and curing the thermosetting elastomer precursor, a fifth step of magnetizing the magnetic filler to form a polymer matrix layer in which the magnetic filler is unevenly distributed, and the magnetic filler the uneven distribution and said polymer matrix layer seen including a sixth step of laminating at least two sheets,
In the sixth step, two magnetized polymer matrix layers are laminated so that the magnetic poles have the same direction, and the two polymer matrix layers are formed in a region where the concentration of the magnetic filler is high. A method of manufacturing a deformation detection sensor for a sealed secondary battery , wherein the layers are stacked so that they face each other .
前記第6工程において、前記高分子マトリックス層同士を積層させる際、70〜130℃で0.5〜3時間加熱することにより、自己接着させる請求項10に記載の密閉型二次電池の変形検知センサの製造方法。   11. The deformation detection of the sealed secondary battery according to claim 10, wherein when the polymer matrix layers are laminated in the sixth step, the polymer matrix layers are self-adhered by heating at 70 to 130 ° C. for 0.5 to 3 hours. Sensor manufacturing method. 密閉型二次電池の変形検出方法において、
前記密閉型二次電池が有する間隙内に高分子マトリックス層を装着し、
前記高分子マトリックス層は、その高分子マトリックス層の変形に応じて外場に変化を与えるものであり、かつ厚み方向で外側の二次電池側領域の弾性率に比して、厚み方向の内側領域の弾性率が高く、
前記高分子マトリックス層の変形に伴う前記外場の変化を検出し、それに基づいて前記密閉型二次電池の変形を検出することを特徴とする密閉型二次電池の変形検出方法。
In a method for detecting deformation of a sealed secondary battery,
A polymer matrix layer is mounted in the gap of the sealed secondary battery,
The polymer matrix layer changes the external field in accordance with deformation of the polymer matrix layer, and has an inner thickness in the thickness direction as compared to the elastic modulus of the outer secondary battery side region in the thickness direction. The elastic modulus of the region is high,
A method for detecting deformation of a sealed secondary battery, comprising: detecting a change in the external field accompanying deformation of the polymer matrix layer, and detecting deformation of the sealed secondary battery based on the change.
前記高分子マトリックス層は、その高分子マトリックス層の変形に応じて外場に変化を与えるフィラーを分散させて含有するものである請求項12に記載の密閉型二次電池の変形検出方法。   The method for detecting deformation of a sealed secondary battery according to claim 12, wherein the polymer matrix layer contains a filler that changes an external field according to deformation of the polymer matrix layer. 前記高分子マトリックス層は、前記フィラーとしての磁性フィラーを含有し、
前記検出部は、前記外場としての磁場の変化を検出するものである請求項12または13に記載の密閉型二次電池の変形検出方法。
The polymer matrix layer contains a magnetic filler as the filler,
The method for detecting deformation of a sealed secondary battery according to claim 12 or 13, wherein the detecting unit detects a change in a magnetic field as the external field.
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