JPH08331754A - 圧力保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所定の圧力を越えた際に、導電路を確実に遮
断する圧力保護装置を提供する。 【構成】 気密に回路基板２１を筺体２２内に収納し、
圧力によって変位する可動部２３を該筺体２２に設ける
とともに、回路基板２１はセラミック基板２５上に銀を
含んだ導電路２７を形成し、さらに、その上に伸び率の
小さいコート部材２８を設けて形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｌｉイオン２次電池等
の蓄電池内部のガス圧力が一定の圧力を越えた場合に
も、該蓄電池の安全性を確保する為に用いられる圧力保
護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｌｉイオン２次電池等の蓄電池に所定の
充電が完了した後さらに充電を行なったり、規定された
電流よりも大きな電流で充放電が行なわれると、蓄電池
内の電解液が分解して該蓄電池内に気体が発生したり該
蓄電池の温度を上昇させる。電池内に気体が発生する
と、該蓄電池内の気圧を上昇させることとなるので該蓄
電池が膨張して亀裂を生じ、蓄電池内の電解液がしみだ
したり、さらに著しいばあいには、蓄電池が爆発する可
能性があり、異常が生じた蓄電池は速やかに使用を止め
再使用ができなくする必要がある。

【０００３】ところで、この種の蓄電池には安全対策が
施されており、蓄電池内の気圧の上昇により安全弁が開
いて蓄電池内の気体を排気する、あるいは蓄電池の温度
上昇を検知して蓄電池への充電，あるいは蓄電池からの
放電を停止させる方法、あるいは、それらを同時に設け
ることが行なわれている。

【０００４】しかし、これらの方法では安全弁により気
体を排気した後、あるいは温度が下がった後に再使用さ
れてしまう可能性があった為、本出願人は特願平６−１
７９６１９に蓄電池内に収納されるタイプの圧力保護装
置を提案している。これは、一度電池内の圧力が上昇す
ると該圧力保護装置の電路を遮断し電池内外に電力を供
給できなくしてしまうタイプのものである。図１０に具
体的な構成を示し、図１１に蓄電池内に収納した概略の
状態を示すが、この圧力保護装置１は、導電路２をセラ
ミック基板３上に設けた回路基板４と、該回路基板４を
気密に収納する筐体５，保持部材６，蓋体７と、該蓋体
７に形成され前記セラミック基板３に対向する突部７ａ
と、前記導電路２の端部に設けられた引出し部２ａ，２
ｂと、該引出し部２ａ，２ｂに圧接等の方法によって接
続されて外部に導出された１対の配線部材８ａ，８ｂと
を有する。なお、１対の配線部材８ａ，８ｂは導電路２
を介して電気的に導通しており、また前記筺体５は肉厚
のアルミニウムからなり変形しずらく、前記蓋体７は肉
薄に形成されていてたわみやすくなっている。

【０００５】そして、この圧力保護装置１はリチウムイ
オン２次電池やニッケル水素２次電池などの蓄電池９の
内部に組み込まれる。図１１はリチウムイオン２次電池
を例にして蓄電池９の概要を示したもので、１０は上端
部が開口されている有底の内部中空の円筒体であり外部
負極となる。また、１３ａは導電性を有する外部正極部
で一般的にはステンレスで形成されている。１３ｂは電
池内部での正極となる正極蓋であり、アルミニウムで形
成されていて、前記外部正極部１３ａと導通されてい
る。円筒体１０と正極蓋１３ｂとの間には全周にわたっ
てガスケット１２が設けられており、円筒体１０の頂部
に設けたカシメ部１０ｂを全周にわたってカシメつける
ことによって、正極蓋１３ｂの円筒体１０への保持，円
筒体１０と正極蓋１３ｂの絶縁性の確保，蓄電池内の密
閉性の確保，さらには、ステンレス性である外部正極部
１３ａと後述する電解液１７との遮蔽を行っている。

【０００６】そしてこの円筒体１０の内部には内部電極
として酸化リチウムコバルトからなる正極１４、カーボ
ンからなる負極１５、正極と負極のショートを防止する
セパレータ１６、圧力保護装置１が組み込まれており、
圧力保護装置１は配線部材８ａにより正極蓋１３ｂと接
続されており、また配線部材８ｂにより正極１４と接続
している。また、負極１５はセパレータ１６を挟んで正
極１４と対向するように設けられているとともに、円筒
体１０と接続している。さらに、この円筒体１０の内部
は電解液１７で満たされている。

【０００７】そして、このように構成された蓄電池９
に、規定された電流よりも大きな電流で充放電が行なわ
れると、蓄電池内の電解液１７が分解して該蓄電池９内
に気体が発生し、蓄電池内部の圧力が上昇する。そうす
ると蓋体７がたわんで前記突部７ａがセラミック基板３
に圧接し、該セラミック基板３を破断させると同時に前
記導電路２の端部間を遮断することとなるので、１対の
配線部材８ａ，８ｂ間の電気的導通が断たれ、蓄電池内
外部への充電あるいは放電を停止させる。

【０００８】なお、前記導電路２は銀等を含有したペー
ストを印刷，焼成して形成する、あるいは金属材をメッ
キ等の方法でセラミック基板上に形成していた。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】しかし、本出願人が提
案した従来技術において、セラミック基板に負荷が加わ
りセラミック基板が割れても、導電路中の銀成分又は金
属材の伸びによって該導電路の一部が繋がったままとな
って導電路が遮断しにくいという問題があった。

【００１０】また、導電路と端子の接続を圧接で行って
いるので、信頼性が乏しいという問題があった。なお、
この接続部分を半田付けして接触の信頼性を確保するこ
とも考えられるが、その場合には半田量の管理が難し
い、あるいは作業が煩雑であるという問題がある。

【００１１】本願は上記従来技術に鑑み、その第１の目
的は、確実に導電路が遮断し再使用が不可能な圧力保護
装置を提供する事にある。

【００１２】また、第２の目的は導電路の電極と端子の
接続の信頼性を増すとともに、容易に電極と端子の接続
を行える圧力保護装置を提供する事にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の第１の目的を達成
するために、本願の発明は、金属成分を有する導電路
と、該導電路をその表面に設け、かつ該導電路より伸び
率の小さい絶縁基板と、前記導電路上に一体に形成され
該導電路より伸び率の小さい硬質のコート部材とを有し
た回路基板と、該回路基板を気密に収納する筐体と、該
筐体に形成されて外部に面し前記回路基板に対向する可
動部と、前記導電路に導通され外部に露出する１対の端
子とを有し、外圧によって前記可動部が変位し前記導電
路を遮断するようにした第１の手段によっ達成される。

【００１４】前記第２の目的は、第１の手段において前
記導電路の端部に電極を設け、前記コート部材を該電極
上に設けるとともに、前記電極上のコート部材に開口部
を設け、該開口部に前記端子を載置して半田付けするこ
とにより前記電極と接続した第２の手段によって達成さ
れる。

【００１５】

【作用】前記第１の手段にあっては、金属成分を有し伸
び率が大きい導電路を、該導電路より伸び率の小さい基
板と硬質のコート材で挟みこむとともに該導電路と一体
に形成しているので導電路の伸びを抑え、導電路を破断
しやすくする。従って圧力保護装置外の圧力が上昇する
と可動部が基板に圧接し、該基板を破断させると同時に
導電路の端部間を確実に遮断することとなる。

【００１６】第２の手段にあっては、電極上のコート部
材に開口を設け端子を半田付けすれば、両者の接続が確
実に行なわれるとともに半田の流れ出しが生じにくく半
田量の管理が容易となり又半田付け部の突出量を抑える
事が可能である。

【００１７】

【実施例】以下本発明の圧力保護装置を実施例に基づい
て詳細に説明する。図１は本発明の第１実施例の圧力保
護装置の分解斜視図を示したものであり、図２は図１の
圧力保護装置の縦断面図を示し、図３は図１の圧力保護
装置の横断面図を示す。図４は図１の回路基板と第１の
端子を示す図であり、図５は図１の回路基板に第１の端
子を半田付けした図であり、図６は図１の回路基板の製
造方法を示す。図７は開口部の変形例を示す。図８，９
は、本発明の第２の実施例を示す

【００１８】本発明の第１実施例の圧力保護装置２０
は、回路基板２１と、回路基板２１を気密に収納する筐
体２２と、筐体２２に形成されて外部に面し駆動体３３
を介して前記回路基板２１に対向する可動部２３と、前
記回路基板２１に接続される１対の端子２４ａ，２４ｂ
とを有する。

【００１９】前記回路基板２１は基板であるセラミック
基板２５と、該セラミック基板２５上の両端に設けた一
対の電極２６ａ，２６ｂと、該電極間２６ａ，２６ｂに
設けられた導電路２７を有し、前記電極２６ａ，２６ｂ
上に開口部２８ａを有する絶縁物からなるコート部材２
８が、これら電極２６ａ，２６ｂと導電路２７上に設け
られている。

【００２０】また、前記筺体２２はエポキシ樹脂より成
り開口部２９ａを有する有底の第１の筺体２９と、ブチ
ルゴムから成り前記開口部２９ａを覆い圧力保護装置１
内に空洞を形成する板状の第１の蓋体３０と、周縁に側
壁３１ａを有して前記第１の筺体２９，第１の蓋体３０
を覆うカバー３１とから成り前記側壁３１ａの先端をカ
シメることによって前記第１の蓋体３０の周縁を前記第
１の筺体２９に隙間なく圧接させる。

【００２１】また、前記１対の端子２４ａ，２４ｂは、
半田３４によって、それぞれ導電路２７に接続される銅
製の第１の端子２４ｃ，２４ｄと、該第１の端子２４
ｃ，２４ｄに接続されるアルミ製の外部取り出し端子２
４ｅ，２４ｆから成る。

【００２２】前記第１の筺体２９はエポキシ樹脂製であ
り、外周壁２９ｂと、その外側に設けられ、４ヶ所の切
り欠部２９ｈを有する鍔部２９ｃを有し、開口２９ａの
底面中央部には第１の凹部２９ｄが設けられ、該第１の
凹部２９ｄ内には、該第１の凹部２９ｄよりも深い第２
の凹部２９ｅが設けられている。又前記第１の凹部２９
ｄに連続して第１の凸部２９ｆ、第３の凹部２９ｇが設
けられ、該第３の凹部２９ｇに表出するように前記外部
取出し端子２４ｅ，２４ｆがアウトサート成型によって
該第１の筺体２９と一体に形成され、また該外部取出し
端子２４ｅ，２４ｆと前記第１の端子２４ｃ，２４ｄと
が前記第３の凹部２９ｇで超音波溶着等によって接続さ
れている。そして該接続部を覆うよう前記第３の凹部２
９ｇに接着材３２が充填され、また、図４，５に示すよ
うに前記第１の端子２４ｃ，２４ｄは金属製の薄板で形
成されていて先端に割部分２４ｇ，２４ｈを有し、前記
コート部材２８の開口部２８ａから電極２６ａ，２６ｂ
に半田３４よって半田付けされている。

【００２３】前記第１の蓋体３０はブチルゴム製であ
り、その中央に肉薄部３０ａで囲まれた可動部２３を有
し、外周縁には前記外周壁２９ｂおよび鍔部２９ｃに接
する外周壁３０ｃを有する。

【００２４】そして前記回路基板２１は、導電路２７の
形成されていない裏面側が前記可動部２３に対向するよ
う前記第１の筺体２９に収納され、これらの間に金属製
の駆動体３３が設けられる。該駆動体３３の中央には回
路基板２１側に突出した凸部３３ａが形成され、長手方
向の両側の側縁には立壁３３ｂが設けられている。該立
壁３３ｂは該駆動体３３を回路基板２１にガイドすると
ともに該駆動体３３が長手方向に変形しにくいように強
度をもたせている。なお、前記可動部２３の中央部分は
前記駆動体３３との間に間隙３５が設けてある。

【００２５】次に該保護装置の製造方法を説明する。回
路基板の製造方法について図６を参照して説明すると、
まず、図６（ａ）に示すように所定の分割溝５０を１面
に形成したグリーンシートを焼成してセラミック基板５
１（セラミック基板２５に対応）を得る。次に図６
（ｂ）に示すようにセラミック基板５１の分割溝が形成
されていない面の全面に導電路５２（導電路２７に対
応）を印刷、焼成して形成し、その後、図６（ｃ）に示
すように分割溝５０に跨るよう裏面に帯状の電極５３
（２６ａ，２６ｂに対応）を印刷、焼成して形成する。
その後、図６（ｄ）に示すように電極５３の一部に開口
部５４ａ（開口部２８ａに対応）を残して絶縁性のコー
ト部材５４（コート部材２８に対応）をセラミック基板
５１の全面に印刷し、焼成して形成する。最後にセラミ
ック基板５１を分割溝で分割して複数の個別の回路基板
２１を得る。

【００２６】なお、前記電極２６ａ，２６ｂは、銀の他
にパラジユムを含み、前述のように電極２６ａ，２６ｂ
に第１の端子２４ｃ，２４ｄを半田付けする際に、銀が
半田中に溶け出してしまう、いわゆる銀食われ現象が生
じにくいようになっており、また、前記導電路２７は前
記電極２６ａ，２６ｂに比較して銀を多く含んで抵抗値
を小さくしている。

【００２７】さらに、前記導電路２７、電極２６ａ，２
６ｂ、コート部材２８はいずれもガラス成分という同質
の材料をバインダーとしたペーストを印刷した後、焼成
して形成しているのでガラス成分同士が結合している
為、セラミック基板２５、導電路２７、コート部材２８
は密着性が高く一体的に形成される。なお、コート部材
２８は導電路２７に比べて硬く形成されている。

【００２８】ところで、回路基板２１の製造に際して、
上述したように電極５３とコート部材５４は一体的に形
成され、電極５３をセラミック基板５１とコート部材５
４ではさむこととなるのでセラミック基板５１を分割溝
５０で分割するに際して、電極５３に含まれる銀成分の
金属特有の伸び現象は、両面の硬質のセラミック及びコ
ート部材で抑制され分離しやすくなっている。

【００２９】そして、図４に示すように、コート部材２
８の開口部２８ａに第１の端子２４ｃ，２４ｄの割部分
２４ｇ，２４ｈを載せ、電極２６ａ，２６ｂと該第１の
端子２４ｃ，２４ｄを半田３４によって半田付けする。
従って、開口部２８ａに半田３４が溜まるので半田３４
が流れ出しにくく、また、端子の割部分２４ｇ，２４ｈ
の間に表面張力により半田３４が侵入しやすくなるので
確実に電極２６ａ，２６ｂに固定される。また開口部２
８ａは凹に形成されているから半田付け部分の高さを抑
えることもできる。

【００３０】上述のように回路基板２１に第１の端子２
４ｃ，２４ｄを固定する一方、所定の形状に抜き加工し
た板状のアルミ材２４をアウトサート成型により一体に
形成した第１の筺体２９を用意し、前記第３の凹部２９
ｇに、前記回路基板２１に取り付けた第１の端子２４
ｃ，２４ｄが配置されるよう回路基板２１を前記第１の
凹部２９ｄ内に収納する。そして前記板状のアルミ材２
４の一部である外部取り出し端子２４ｅ，２４ｆと前記
第１の端子２４ｃ，２４ｄを超音波溶着により固定す
る。そして溶着した部分に接着材３２を塗布し乾燥さ
せ、回路基板２１の導電路２７が形成されていない裏面
に駆動体３３を置いて、その後第１の蓋体３０の外周壁
３０ｃが前記鍔部２９ｃに接するよう第１の蓋体３０を
第１の筺体２９に被せる。なお、接着剤３２の塗布の
際、前記第１の凸部２９ｆにより接着剤３２が回路基板
２１側に流れ込むことはない。そして、その後、カバー
３１をこれにはめ込み該カバー３１の側壁３１ａの先端
をカシメて、前記第１の筺体２９と第１の蓋体３０の周
縁に隙間が生じないように固定する。最後に板状のアル
ミ材２４の図１で示すＡ，Ｂ部分を削除し、従来例と同
様、保護装置２０の上下面に前記外部取り出し端子２４
ｅ，２４ｆが位置するように曲げ加工を行い外部取出し
端子２４ｅ，２４ｆを形成する。なお、該曲げ部に対応
した第１の筺体２９の切り欠き部２９ｈを設け、切り欠
部２９ｈの幅を外部取り出し端子２４ｅ，２４ｆよりも
狭く設定しているので、反復的に曲げ延ばしを行っても
曲げ部分の応力が分散し、該外部取り出し端子２４ｅ，
２４ｆを脱落しにくくすることができる。また、外部取
り出し端子２４ｅ，２４ｆには、一部が第１の筺体２９
に埋設された補強用の舌片２９ｉが設けられており、こ
れによって外部取り出し端子２４ｅ，２４ｆの長手方向
の片側の両端部が、第１の筺体２９に埋設されることと
なり、安定して第１の筺体２９に保持される。

【００３１】次に該圧力保護装置２０を蓄電池内に収納
した場合の動作について述べる。なお、図９で示した従
来例と保護装置以外は同様であるので詳細は省略する。
蓄電池内に過充電、あるいは過放電が生じ電池内の圧力
が上昇すると、該圧力保護装置２０内は気密でありほぼ
大気圧であるから圧力差によって可動部２３が内側にた
わむ。それに伴って駆動体３３が回路基板２１に加重を
加える。ここで第１の端子２４ｃ，２４ｄは薄い板材で
形成されており、回路基板２１と第１の筺体２９の間に
は第２の凹部２９ｅが設けられているので回路基板２１
は変形し所定の圧力を越えると破断する。これによっ
て、外部取り出し端子２４ｅ，２４ｆ間の電路を遮断す
るから、蓄電池内外への充放電が停止される。なお、蓄
電池内の電解液に触れる保護装置は、前述のとおりエポ
キシ樹脂、アルミ、ブチルゴムであるから対薬品性に優
れ腐食等のおそれが少なく、また、このように保護装置
を１つの素子として形成したので、使用に際しては蓄電
池内に入れ電気的な接続を行なえば使用できるので、従
来の方法と併設することによって簡易な構成で蓄電池の
信頼性を増すことが可能である。

【００３２】なお、前記のとおり、導電路２７の形成さ
れていない裏面側が前記可動部２３に対向するよう設け
ているので、回路基板２１が破断すれば、破断した導電
路間は離れる方向に移動するので確実に遮断される。ま
た、可動部２３と金属製の駆動体３３を設けているの
で、蓄電池内部の圧力に敏感に可動体が反応できるとと
もに、硬質の駆動体３３が、確実にセラミック基板２５
に加重を加えることができる。又、図２で示すように、
第１の蓋体３０に設けた突出部３０ｄにより接着剤３２
上が押されて第１の端子２４ｃ，２４ｄと外部取り出し
端子２４ｅ，２４ｆとの接続をより確実なものとしてい
る。

【００３３】なお、本発明の第１実施例においては、導
電路を印刷によって形成しているが、金属のメッキ等で
形成してもよく、その場合にはメッキ表面を荒らし、そ
の上にエポキシ系の接着材を形成してメッキ表面との密
着を確保し、該接着剤を絶縁性のコート部材としてもよ
い。さらには、本第１の実施例においては、可動部２３
と金属製の駆動体３３を設けているが、可動部２３に十
分の硬度を持たせることができれば従来例同様、駆動体
３３を省略してもよい。さらにセラミック基板２５に代
えてＰＰＳ、あるいはエポキシ樹脂等の硬質で伸び率の
小さい成形樹脂を用いてもよい。また、外部取り出し端
子２４ｅ，２４ｆは、必ずしも圧力保護装置２１の本体
から外部に導出されている必要はなく、単に露出させ、
これと圧接する配線部材を蓄電池内部に設けてもよい。
また、絶縁性のコート部材に設けた開口は、４辺に囲ま
れた形状となっているが、図７に示すようにセラミック
基板の端部側の一辺が無い形状であっても良い。

【００３４】次に本発明の第２の実施例について図８，
図９をもとに説明する。図８は本発明の第２の実施例に
係る圧力保護装置の要部断面図、図９は図８で示す圧力
保護装置の分解斜視図であり、この本発明の第２の実施
例の、第１の実施例との違いは、回路基板２１と第１の
端子２４ｃ、２４ｄに代えてアルミ箔４１を両面からは
さんだセラミック基板４０ａ，４０ｂを設けた点であ
る。アルミ箔４１は０．２ｍｍ程度の板厚であり、幅は
セラミック基板４０ａ，４０ｂとほぼ同じに形成してお
り、アルミ箔４１とセラミック基板４０ａ，４０ｂ間に
は両者を一体にする為の接着材４２が設けられている。
アルミ箔４１の両端部はセラミック基板４０ａ，４０ｂ
より延出した延出部４１ａ，４１ｂが設けられ、該延出
部４１ａ，４１ｂを曲げ加工して、第１の実施例と同
様、外部取り出し端子に超音波溶着着等の方法によって
接続している。このように形成した場合にも、セラミッ
ク基板にはさまれた金属箔の伸びが抑制されて破断しや
すいとともに、導電路は金属箔であるから抵抗値を小さ
くでき、また、端子の接続箇所を削減できるから信頼性
が向上し、半田付け作業、及びそれに伴う管理等が一切
不要となる。

【００３５】なお、本発明の第２の実施例において、セ
ラミック基板４０ａ，４０ｂに代えてＰＰＳ、あるいは
エポキシ樹脂等の硬質で伸び率の小さい成形樹脂を用い
て、アルミ箔４１をインサート成形してもよい。また、
アルミ箔に限らず他の金属箔であってもかまわない。

【００３６】

【発明の効果】金属成分を有し伸び率が大きい導電路
を、該導電路より伸び率の小さい基板と硬質のコート部
材で挟みこむとともに該導電路と一体に形成しているの
で導電路の伸びを抑え、導電路を破断しやすくする。従
って圧力保護装置外の圧力が上昇すると可動部が基板に
圧接し、該基板を破断させると同時に導電路の端部間を
確実に遮断することとなり、蓄電池内に収納して使用す
れば蓄電池内外部への充電あるいは放電を停止させるこ
とが可能となる。また、電極上のコート部材に開口部を
設け端子を半田付けすれば、両者の接続が確実に行なわ
れるとともに半田の流れ出しが生じにくく半田量の管理
が容易となり、さらに半田付け部の突出量を抑える事が
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る圧力保護装置の分解
斜視図。

【図２】図１で示した圧力保護装置の縦断面図。

【図３】図１で示した圧力保護装置の横断面図。

【図４】図１で示す回路基板と第１の端子を示す図。

【図５】図１の回路基板に第１の端子を半田付けした図

【図６】図１で示す回路基板の製造工程を示す図。

【図７】本発明の第１実施例に係る圧力保護装置の開口
部の変形例を示す図。

【図８】本発明の第２の実施例に係る圧力保護装置の要
部断面図。

【図９】図８で示した圧力保護装置の分解斜視図。

【図１０】従来の圧力保護装置を示す図。

【図１１】従来の圧力保護装置が取り付けられた蓄電池
の回路を示す図。

【符号の説明】

２０ 圧力保護装置 ２１ 回路基板 ２２ 筺体 ２３ 可動部 ２４ａ 端子 ２４ｂ 端子 ２５ セラミック基板（基板） ２６ａ 電極 ２６ｂ 電極 ２７ 導電路 ２８ コート部材 ２８ａ 開口部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属成分を有する導電路と、該導電路をそ
   の表面に設け、かつ該導電路より伸び率の小さい絶縁基
   板と、前記導電路上に一体に形成され該導電路より伸び
   率の小さい硬質のコート部材とを有した回路基板と、該
   回路基板を気密に収納する筐体と、該筐体に形成されて
   外部に面し前記回路基板に対向する可動部と、前記導電
   路に導通され外部に露出する１対の端子とを有し、外圧
   によって前記可動部が変位し前記導電路を遮断する圧力
   保護装置。
2. 【請求項２】前記導電路の端部に電極を設け、前記コー
   ト部材を該電極上に設けるとともに、前記電極上のコー
   ト部材に開口部を設け、該開口部に前記端子を載置して
   半田付けすることにより前記電極と接続したことを特徴
   とする請求項１記載の圧力保護装置。