JPWO2010032486A1 - 携帯電子機器 - Google Patents

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智彦 横山
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和也 岩本
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Abstract

二次電池を電源とし、筐体と、前記筐体内に収納された電子機器本体と、前記筐体内に収納された電池収納部とを備え、極めて高い衝撃が付与されて、その内容物が溶融した場合でも溶融液の流出が抑制され、安全性の高い携帯電子機器を提供する。この携帯用電子機器では、前記電池収納部が、前記二次電池を嵌合するための電池嵌合部を有する成形体であり、前記電池嵌合部の表面に、温度抑制層とブロック層とを備える被覆層が設けられている。

Description

本発明は、携帯電子機器に関する。さらに詳しくは、本発明は、電源である二次電池を収納する筐体構造の改良に関する。
携帯電話、携帯情報端末、ノートブック型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ、携帯ゲーム機等の携帯電子機器は、高機能化すればするほど、基板上に実装される発熱部品の数が増える。携帯電子機器の使用時に、発熱部品の放熱により筐体表面が局所的に高温になることがある。
特許文献１は、携帯電子機器の筐体内部に収納される発熱部品の周囲に放熱性に優れた熱伝導部材を配置することにより、発熱部品からの熱を有利に放散する構造を開示している。熱伝導部材としては、アルミニウム合金、マグネシウム合金、ステンレス鋼、普通鋼等の金属材料が挙げられている。
特許文献２は、芳香族ポリカーボネートにリン系難燃剤を添加した難燃性樹脂組成物を、電子機器の筐体や部品の材料に用いることを開示している。
特許文献３は、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の吸熱材を含有する樹脂組成物を開示している。水酸化アルミニウム及び水酸化マグネシウムは、吸熱反応を起こして燃焼熱を低減させる。この吸熱反応は水を放出する反応である。この吸熱反応は、難燃効果を発揮する。
特許文献４は、外装ケースと、外装ケースの内部に収納される電池と、外装ケース内面と電池との間に形成される断熱層とを含む電池パックを開示している。また、特許文献４は、このような断熱層が、環境温度の低下による電池性能の低下を防止すると開示している。
国際公開第２００８／０６２８７９号パンフレット 特許第３６８２１４８号明細書 特許第３４０８６７６号明細書 特開平５−２３４５７３号公報
現在では、携帯電子機器の電源として汎用されている二次電池の中でも、コバルト酸リチウムを含有する正極と、黒鉛を含有する負極とを備えるリチウムイオン二次電池が主流になっている。このようなリチウムイオン二次電池に、極めて高い衝撃が付与された場合に、電池からガスや火炎が噴出することが想定される。
一方、リチウムイオン二次電池のさらなる高容量化及び高エネルギー密度化を図るために、負極活物質として、珪素系活物質または錫系活物質を用いることが試みられている。特に、珪素系活物質は、黒鉛に比べて非常に大きい容量を有している。珪素系活物質を用いたリチウムイオン二次電池に極めて高い衝撃が付与された場合に、オルト珪酸リチウムのようなアルカリ塩が熔融することにより生成する高温の熔融液が、電池の外部に流出することも想定される。
本発明の目的は、容量及びエネルギー密度の高い二次電池を電源とする携帯電子機器であって、安全性及び信頼性の高い携帯電子機器を提供することである。
本発明の携帯電子機器は、二次電池を電源とする携帯電子機器であって、筐体と、電子機器本体と、電池収納部と、被覆層とを備える。
電子機器本体は、筐体内に収納される。電池収納部は、筐体内に収納され、所定の外形を有する二次電池を嵌合するための電池嵌合部を有する成形体である。
被覆層は、電池収納部の二次電池を嵌合する側の表面に設けられ、携帯電子機器の表面温度が上昇するのを抑制する温度抑制層と過熱状態の二次電池から内容物が流出するのを抑制するブロック層とを備える。
本発明の携帯電子機器によれば、二次電池に極めて高い衝撃が付与されて、その内容物が熔融した場合でも、高温の熔融液が携帯電子機器の外部に流出するのを防止しながら、携帯電子機器の表面温度の上昇を抑制することができる。
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成及び内容の両方に関し、本願の他の目的及び特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
第１実施形態の携帯電子機器である、携帯電話機の外観を模式的に示した上面図である。 図１に示した携帯電話機のII−II線の断面図である。 二次電池を収納した電池収納部の断面形状を模式的に示した縦断面図である。 電子機器本体を模式的に示した斜視図である。 電池収納部を模式的に示した斜視図である。 第２実施形態の携帯電話機の電池収納部の要部の構成を模式的に示した縦断面図である。 第２実施形態の携帯電話機の他の電池収納部の要部の構成を模式的に示した縦断面図である。 第３実施形態の携帯電話機の電池収納部の要部の構成を模式的に示した縦断面図である。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の携帯電子機器である、携帯電話機１の外観を模式的に示した上面図である。図２は、図１に示した携帯電話機１のII−II線の断面図である。図３は、二次電池１３を収納した電池収納部１２の断面形状を模式的に示した縦断面図である。図４は、電子機器本体１１及び電池収納部１２の斜視図である。図５は、二次電池１３を収納する様子を示す電池収納部１２の斜視図である。
はじめに、携帯電話機１の構成について説明する。
携帯電話機１は、図１及び図２に示すように、筐体１０と、筐体１０内に収納された電子機器本体１１と、電池収納部１２と、電池収納部１２に収納された二次電池１３とを備える。電子機器本体１１は、スピーカー１８と、マイクロフォン１９と、画像表示部２０と、入力操作部２１と、回路部２２と、回路基板２３とを備える。
スピーカー１８、マイクロフォン１９、画像表示部２０、入力操作部２１、及び回路部２２は所定の回路が形成された回路基板２３上に実装されている。電池収納部１２は、正極端子及び負極端子を備え、回路基板上の回路の所定の位置にそれぞれ実装されている。
図２に示すように、スピーカー１８は、筐体１０の所定の位置に設けられた受話孔１１８に対向するように配設されている。また、マイクロフォン１９は、筐体１０の所定の位置に設けられた送話孔１１９に対向するように配設されている。画像表示部２０は、外部から表示を認識できるように、筐体１０に設けられた表示孔１２０に嵌合されて配設されている。
入力操作部２１は、操作者が情報入力できるように、筐体１０に設けられた複数の入力ボタンを組み合わせた文字盤からなる入力部１２１に嵌合されて配設されている。なお、回路基板２３の表面には、さらに、必要に応じて、カードコネクターや、小型カメラ装置が実装されていてもよい。
スピーカー１８は、着信通知音を報知し、また受話音声を出力する。マイクロフォン１９から通話音声が入力される。画像表示部２０は、画像、文字、図形または動画を表示する。画像表示部２０には、液晶モニター等を使用できる。入力操作部２１は、入力部１２１を用いて入力される操作を受け付ける。画像表示部２０がタッチパネルである場合には、画像表示部２０が入力操作部２１を兼ねる。
回路部２２は、回路制御部２２ａ及び記憶部２２ｂを備えている。回路制御部２２ａは操作者が入力操作部２１から入力した、入力情報に応じて各種の動作制御を実行する。記憶部２２ｂは操作者が入力した入力情報等を記憶する。回路制御部２２ａとしては、複数のＩＣチップや中央集積装置（ＣＰＵ）が用いられる。記憶部２２ｂとしては、ＲＡＭやＲＯＭ等のメモリが用いられる。
電子機器本体１１は、二次電池１３から供給される電力により駆動される。
操作者は、入力操作部２１からの入力操作により、回路制御部２２ａに対して命令信号を送る。そして、送られた命令信号により、所定の動作を起こす。また、必要に応じて、入力情報を記憶部２２ｂに記憶させる。
また、操作者は、マイクロフォン１９に向けて発話する。発話された音声は回路部２２内の回路により無線信号に変換されて、無線信号として他の受信機に向けて送信される。また、他の受信機から発せられた無線信号は、アンテナ回路により受信される。受信された無線信号は回路部２２内の回路により音声信号に変換され、音声信号としてスピーカー１８から出力される。
次に、携帯電話機１を構成する筐体１０について説明する。筐体１０は、その内部に電子機器本体１１及び電池収納部１２を収納する。筐体１０は、たとえば、金属材料または樹脂材料から作製される。
次に、携帯電話機１を構成する電池収納部１２について詳しく説明する。
電池収納部１２は、図２に示すように、二次電池１３を嵌合するための電池嵌合部１４と、電池嵌合部１４に嵌合された二次電池１３を覆う蓋部１５とを備える。
電池嵌合部１４は、二次電池１３の形状に対応する内部空間を有する凹部状の部材である。凹部の開口は、電池交換を可能にするために、筐体１０の外方に面するように配設されている。電池嵌合部１４には、嵌合される二次電池１３の正極端子（不図示）に当接する正極端子部（不図示）及び、二次電池１３の負極端子（不図示）に当接する負極端子部（不図示）が設けられている。
蓋部１５は、筐体１０の電池嵌合部１４に対して脱着可能に設けられる部材である。蓋部１５は、凹部に嵌合された二次電池１３を覆い、凹部の開口を塞ぐように装着される。凹部に二次電池１３を嵌合することにより、二次電池１３が支持される。
電池収納部１２に収納される二次電池１３としては、従来から携帯電子機器に用いられている、高容量及び高エネルギー密度を有し、小型化が可能なリチウムイオン二次電池を好ましく使用できる。
リチウムイオン二次電池の中でも、負極活物質として珪素系活物質または錫系活物質を含むリチウムイオン二次電池が好ましく、正極活物質としてリチウム含有複合金属酸化物を含み、負極活物質として珪素系活物質または錫系活物質を含むリチウムイオン二次電池が特に好ましい。珪素系活物質及び錫系活物質は、リチウムイオン二次電池のさらなる高容量化及び高エネルギー密度化を達成できる。
珪素系活物質としては、珪素を含有する活物質であれば特に限定されないが、珪素、珪素酸化物、珪素合金等が好ましい。錫系活物質としては、錫を含有する活物質であれば特に限定されないが、錫、錫酸化物、錫合金等が好ましい。これらの中でも、珪素系活物質が好ましい。
なお、二次電池１３は、単電池であっても、複数の単電池を直列または並列に組み合わせてなる電池パックの形態であってもよい。
電池嵌合部１４及び蓋部１５は、好ましくは、樹脂材料または金属材料により作製される。樹脂材料には、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等のマトリックス樹脂に難燃剤を添加した難燃性樹脂組成物を用いることが好ましい。難燃性樹脂組成物は、ＵＬ−９４規格の燃焼試験でＶ−０以上の難燃性を有するものが好ましい。金属材料は特に制限されないが、ステンレス鋼、マグネシウム合金、アルミニウム合金等が好ましく用いられる。
そして、図２及び図３に示すように、電池嵌合部１４の二次電池１３と対向する側の表面（以下、「電池嵌合側表面」とも呼ぶ）及び、蓋部１５の二次電池１３と対向する側の表面（以下「対向側表面」とも呼ぶ）には、携帯電子機器１の表面温度が上昇するのを抑制する温度抑制層１６が設けられ、温度抑制層１６の表面には、過熱状態の二次電池１３から内容物が流出するのを抑制するブロック層１７が設けられている。このようにして、電池収納部１２の二次電池１３が収納される側の表面に温度抑制層１６及びブロック層１７が順次形成されている。
このような構成によれば、電池収納部１２に収納された二次電池１３は、その周囲がブロック層１７により覆われ、ブロック層１７は、その周囲が温度抑制層１６により覆われる。このように、温度抑制層１６の内側にブロック層１７を形成することにより、温度抑制層１６が、大きな衝撃等を受けて過熱状態になった二次電池１３から流出するアルカリ塩の高温の熔融液と直接接触することがない。このため、アルカリ塩の熔融液との接触による温度抑制層１６の機能喪失を抑制することができる。
その結果、二次電池１３から漏出するアルカリ塩の熔融液が、携帯電話機１の外部に流出するのを確実に防止できる。また、二次電池１３から発生した熱が筐体１０の表面に局所的に伝わることを抑制できる。これにより、筐体１０の表面が局所的に高温になることが抑制される。そして、熱により生じる筐体１０の損傷が抑制される。
したがって、温度抑制層１６の効果を十分に発揮させるためには、温度抑制層１６の内側にブロック層１７を形成することが好ましい。
温度抑制層１６の厚みは、好ましくは５００〜３０００μｍであり、より好ましくは８００〜１５００μｍである。温度抑制層１６の厚みが小さすぎる場合には、温度抑制層１６の断熱性が不十分になる。それにより、携帯電話機１の表面が局所的に高温になったり、電池嵌合部１４や蓋部１５が変形したりするおそれがある。また、温度抑制層１６の厚みが大きすぎる場合には、電池収納部１２の厚みが厚くなりすぎて、携帯電話機１の小型化のための設計の自由度が低下する。
温度抑制層１６の熱伝導率は、好ましくは０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、より好ましくは０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。温度抑制層１６の熱伝導率が大きすぎる場合には、温度抑制層１６の断熱性が不十分になり、二次電池１３が発熱した場合に筐体１０の表面が局所的に高温になるおそれがある。それにより、電池嵌合部１４や蓋部１５が変形するおそれがある。
このような温度抑制層１６は、以下のようにして形成される。
温度抑制層１６は、例えば、温度抑制層１６を形成しようとする表面に、断熱性を有する無機化合物粒子と、結着剤とを含有する温度抑制層形成用組成物を塗布して塗膜を形成することにより得られる。
断熱性を有する無機化合物粒子としては、吸熱反応を起こす無機化合物粒子（以下「吸熱性無機化合物粒子」とする）が挙げられる。吸熱性無機化合物粒子としては、８０℃以上の温度に吸熱ピークを有するような無機化合物粒子が好ましい。このような吸熱性無機化合物粒子を含有する断熱層によれば、二次電池が発熱した場合に、吸熱性無機化合物粒子が吸熱反応により熱を吸収する。その結果、二次電池が発熱した場合に、筐体１０の表面が局所的に高温になることを抑制することができる。
吸熱性無機化合物粒子としては、８０℃以上の温度に吸熱量が大きいピーク、好ましくは８０℃以上の温度に吸熱ピークを有するような無機水和物、金属水酸化物及び炭酸塩等が挙げられる。具体例としては、例えば、硫酸カルシウム二水和物（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）等が挙げられる。これらは単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、硫酸カルシウム二水和物（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）が吸熱性に特に優れる点から好ましい。
硫酸カルシウム二分の一水和物（ＣａＳＯ４・０．５Ｈ２Ｏ、焼石膏）は、水と混練することにより結着性を示し、塗布して乾燥することにより硫酸カルシウム二水和物になって硬化する。硫酸カルシウム二分の一水和物は、吸熱性無機化合物粒子としても、後述する結着剤としても用いうる点から特に好ましい。
上記吸熱性無機化合物粒子の吸熱反応を起こす温度は、硫酸カルシウム二水和物が８０〜１５０℃、炭酸水素ナトリウムが１００〜２３０℃、水酸化アルミニウムが２３０〜３５０℃、水酸化マグネシウムが３５０〜４５０℃、炭酸カルシウムが６９０〜８５０℃である。従って、これらを適宜組み合わせることにより、吸熱反応を連続的に持続させることもできる。
吸熱性無機化合物粒子の粒径は特に制限されないが、好ましくは５００〜３０００μｍである。吸熱性無機化合物粒子の粒径が前記範囲内であれば、温度抑制層１６において、結着剤による吸熱性無機化合物粒子の結着性が向上する。その結果、温度抑制層１６の局所的な剥落、温度抑制層１６での亀裂の発生等が抑制され、温度抑制層１６の効果が長期にわたって発揮される。
結着剤は、吸熱性無機化合物粒子を充分に結着できる樹脂材料や無機化合物であれば、特に限定なく使用できる。その具体例としては、例えば、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。また、無機化合物としては、水との混合物を硬化させることにより硫酸カルシウム二水和物になる、硫酸カルシウム二分の一水和物が結着剤の作用と吸熱性無機化合物粒子の作用とを兼ね備える点から特に好ましい。
吸熱性無機化合物粒子と結着剤とを併用した場合には、吸熱性無機化合物粒子が吸熱することより、結着剤の溶融を抑制することができる。このため、二次電池１３が極めて高い衝撃の付与等により発熱しても、二次電池１３が携帯電話機１の外部に露出するのを防止することができる。
これに対し、吸熱性無機化合物粒子を含まない場合は、結着剤の溶融潜熱等を利用して吸熱を行うことになるが、これでは、結着剤の溶融を抑制することができない。その結果、結着剤が溶融して流動性が発現すると同時に、結着剤の体積収縮が起り、発熱した二次電池１３が携帯電話機１の外部に露出する。
吸熱性無機化合物粒子の含有割合としては、温度抑制層１６中、３０〜９５質量％、さらには５０〜９０質量％であることが好ましい。吸熱性無機化合物粒子の含有割合が低すぎる場合には温度抑制層１６の断熱性が不十分になる傾向があり、高すぎる場合には、温度抑制層１６が剥落しやすくなったり、強度が低下したりする傾向がある。
また、結着剤の含有割合は、温度抑制層１６中、５〜７０質量％、さらには５〜５０質量％であることが好ましい。
温度抑制層形成用組成物は、断熱性を有する無機化合物粒子及び結着剤を、有機溶媒または水に溶解または分散させることにより調製することができる。そして、温度抑制層１６は、このように調製された温度抑制層形成用組成物を電池嵌合部１４の電池嵌合側表面、及び蓋部１５の対向側表面に塗布して塗膜を形成することにより得られる。
温度抑制層形成用組成物の塗布には、浸漬塗布法、ローラ塗布法、スプレー塗布法、ドクターブレード塗布法等の、従来から公知の塗布方法がとくに限定なく利用できる。そして、塗布した後、乾燥により溶媒を除去する等により温度抑制層１６となる塗膜が形成される。
ブロック層１７は、アルカリ塩の熔融液に対して耐性を有する金属材料からなる。この金属材料は、アルカリ塩の熔融液の中でもオルト珪酸リチウムの液温１４５０℃の熔融液に対して耐性を有することが好ましい。ここでの耐性とは、金属材料からなる厚み５０μｍの金属箔が、オルト珪酸リチウムの液温１４５０℃の熔融液との接触により熔融しないことである。より好ましくは、ここでの耐性とは、金属材料からなる厚み５０μｍの金属箔が、オルト珪酸リチウムの液温１４５０℃の熔融液との接触により熔融せず、孔が開かないことである。
このような金属材料の具体例としては、鉄、バナジウム、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、窒化チタン及びステンレス鋼よりなる群から選ばれる少なくとも１つの金属または金属窒化物である。
ブロック層１７を構成する金属材料は、以下の試験方法で選定した。
オルト珪酸リチウム（Ｌｉ４ＳｉＯ４、ＣＥＲＡＣ社製）５ｇを白金坩堝に入れ、大気雰囲気中、電気炉で１４５０℃に加熱し、オルト珪酸リチウムを熔融した。得られた熔融液に、下記表１に示す材料のタブレットを投入して１分間加熱した。その後、熔融液とタブレットとの混合物をステンレス鋼製バットの上に流し出し、冷却し、固化させた。得られた固形物を慎重に割りながら、タブレットを取り出し、タブレットの直径、厚み及び重量を測定し、熔融の度合いを調べた。結果を表１に示す。
Figure 2010032486
ＴｉＯ２のタブレットは、固形物中には見当たらず、完全に熔融したものと考えられる。ＴｉＣのタブレットは、１４５０℃に設定された電気炉に投入すると同時に破砕し、その形状を維持できなかった。ＳｉＯ２のタブレットは、直径、厚み及び重量が明らかに減少し、オルト珪酸リチウムと反応したことがわかった。
ＴｉＯ２、ＴｉＣ及びＳｉＯ２以外の材料からなるタブレットは、直径及び厚みが試験前よりも大きくなっている。この変化は、タブレット内の空気の膨張によるものと考えられる。併せて、試験後に重量が著しく減少しているものがないことから、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ｔａ、Ｗ及びＴｉＮを、アルカリ塩の熔融液に対する耐性が高いものとして、一次選定した。
一次選定された材料の中から、金属箔に加工することが可能なＦｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＴｉＮの金属箔（厚み５０μｍ）を用いて、次の試験を実施した。さらに、ステンレス鋼の金属箔（厚み５０μｍ）についても、同じ試験を実施した。
金属箔を溶接し、一辺が２０ｍｍの立方体状の容器（以下「カップ」とする）を作製した。白金坩堝にオルト珪酸リチウムを７ｇ入れ、大気雰囲気中、電気炉で１４５０℃に加熱し、オルト珪酸リチウムを熔融した。得られた熔融液を大気雰囲気中でカップに投入した。冷却後、カップの外観を観察し、孔の発生の有無及び熔融物の流出箇所がないかを調べた。結果を表２に示す。
Figure 2010032486
Ｔｉからなるカップ及びＺｒからなるカップは、底部が熔解して大きな孔が開き、その孔からオルト珪酸リチウムの熔融液が流出していることが観察された。他のカップは、孔及び熔融物の流出が観察されなかった。
以上の結果から、Ｔｉ及びＺｒを除く、Ｆｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、ＴｉＮ及びステンレス鋼が、アルカリ塩の溶融液に対する耐性が高い金属材料であることが判る。
ブロック層１７の厚みは特に限定されないが、２０μｍ以上であることが好ましく、３０μｍ〜１００μｍであることがさらに好ましい。ブロック層１７の厚みが小さすぎると、アルカリ塩の熔融液との接触により、ブロック層１７に孔が開くおそれがある。また、ブロック層１７の厚みが大きすぎると、携帯電話機１の小型化のための設計の自由度が低下するおそれがある。
ブロック層１７は、アルカリ塩の熔融液に対して耐性を有する金属材料からなる成形物を、温度抑制層１６の表面に敷設することにより形成することができる。また、単に敷設するだけでなく、前記成形物を温度抑制層１６の表面に接着することにより、ブロック層１７が形成できる。また、接着する代わりに、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面に、予め、前記成形物を固定するための係合部を設けておき、その係合部により、前記成形物を固定してもよい。このような係合部は、温度抑制層１６の表面から突出するように設けられる。
前記成形物としては、アルカリ塩の熔融液に対して耐性を有する金属材料からなる箔、板、アルカリ塩の熔融液に対して耐性を有する金属材料に絞り加工または溶接加工を施した成形物等が挙げられる。
なお、本実施形態では、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面及び蓋部１５の対向側表面の両方に温度抑制層１６及びブロック層１７を設けているが、いずれか一方のみに温度抑制層１６及びブロック層１７を設けてもよい。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の携帯電話機について説明する。第２実施形態の携帯電話機は、温度抑制層の構成が異なる以外は、第１実施形態の携帯電話機１と同じ構成である。説明の重複を避けるために、温度抑制層の構成を詳しく説明し、それ以外の部分の説明は省略する。
図６は、第２実施形態の携帯電話機の電池収納部の要部の構成を模式的に示した縦断面図である。第２実施形態の携帯電話機の電池収納部には、第１実施形態の携帯電話機１の電池収納部１２に形成された温度抑制層１６の代わりに、以下に説明するような温度抑制層１６ａが形成されている。
温度抑制層１６ａの厚みは、温度抑制層１６と同様に、好ましくは５００〜３０００μｍであり、より好ましくは８００〜１５００μｍである。温度抑制層１６ａの熱伝導率は、好ましくは０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、より好ましくは０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。
温度抑制層１６ａは、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面、及び蓋部１５の対向側表面に無機繊維シートを積層することにより形成される。
無機繊維シートは、従来から知られた、無機繊維の織布、不織布、抄造物等からなる断熱性の繊維シートが特に限定なく用いられる。このような無機繊維シートの具体例としては、例えば、グラスウール、ロックウール等からなる無機繊維シートが挙げられる。このような無機繊維シートは、単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
無機繊維シートの熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらには０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。無機繊維シートの熱伝導率が高すぎる場合には、断熱性が不十分になる傾向がある。例えば、グラスウールの熱伝導率は、０．０４５Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。
無機繊維シートの厚みは特に限定されない。具体的には、例えば、５００〜３０００μｍの範囲であることが好ましい。また、無機繊維シートの単位面積当たりの重量は、３０〜１０００ｍｇ／ｃｍ２であることが好ましい。
温度抑制層１６ａは、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面、及び蓋部１５の対向側表面に無機繊維シートを接着することにより形成することができる。また、接着する代わりに、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面及び蓋部１５の対向側表面に、予め、無機繊維シートを固定するための係合部を設けておき、その係合部により、無機繊維シートを固定してもよい。
次に、第２実施形態の他の携帯電話機について説明する。本実施形態の携帯電話機は、温度抑制層の構成が異なる以外は、第１実施形態の携帯電話機１と同じ構成である。説明の重複を避けるために、温度抑制層の構成を詳しく説明し、それ以外の部分の説明は省略する。
図７は、第２実施形態の携帯電話機の他の電池収納部の要部の構成を模式的に示す縦断面図である。本実施形態の携帯電話機の電池収納部１２には、第１実施形態の携帯電話機１の電池収納部１２に形成された温度抑制層１６の代わりに、以下に説明するような温度抑制層１６ｂが形成されている。温度抑制層１６ｂは、温度抑制層１６及び温度抑制層１６ａと同様の、厚み及び熱伝導率を有していることが好ましい。
温度抑制層１６ｂは、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面、及び蓋部１５の対向側表面に多孔質樹脂シートを積層することにより形成される。
多孔質樹脂シートの具体例としては、従来から知られた、ウレタンフォーム、スチレンフォーム等の発泡シート；真空断熱材；膨張断熱材；等が挙げられる。
真空断熱材とは、多孔質構造の芯材をラミネートフィルムで被覆した後、内部を減圧にして封止した断熱材である。芯材には、ウレタンフォーム、グラスウール、シリカ粉末等を使用できる。
膨張断熱材とは、高温に晒されると、瞬時に膨張して多孔体を形成するための材料を含有する樹脂製断熱材である。膨張断熱材の具体例としては、例えば、フィブロック（商標名、積水化学工業（株）製）等が挙げられる。
多孔質樹脂シートの熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらには０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。多孔質樹脂シートの熱伝導率が高すぎる場合には、断熱性が不十分になる傾向がある。
多孔質樹脂シートの厚みは特に限定されない。具体的には、例えば、５００〜３０００μｍの範囲であることが好ましい。また、多孔質樹脂シートの単位面積当たりの重量は、好ましくは１０〜５００ｍｇ／ｃｍ２であることが好ましい。
温度抑制層１６ｂは、電池収納部１２の電池嵌合側表面、及び蓋部１５の対向側表面に多孔質樹脂シートを接着することにより形成することができる。また、接着する代わりに、電池収納部１２の電池嵌合側表面及び蓋部１５の対向側表面に、予め、多孔質樹脂シートを固定するための係合部を設けておき、その係合部により、多孔質樹脂シートを固定してもよい。
なお、本実施形態では、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面及び蓋部１５の対向側表面の両方に温度抑制層１６ａまたは温度抑制層１６ｂ及びブロック層１７を設けているが、いずれか一方のみに温度抑制層１６ａまたは温度抑制層１６ｂ及びブロック層１７を設けてもよい。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の携帯電話機について説明する。第３実施形態の携帯電話機は、温度抑制層の構成が異なる以外は、第１実施形態の携帯電話機１と同じ構成である。説明の重複を避けるために、温度抑制層の構成を詳しく説明し、それ以外の部分の説明は省略する。
図８は、第３実施形態の携帯電話機の電池収納部の要部の構成を模式的に示した縦断面図である。第３実施形態の携帯電話機の電池収納部には、第１実施形態の携帯電話機１の電池収納部１２に形成された温度抑制層１６の代わりに、以下に説明するように、温度抑制層１６と温度抑制層１６ａとが形成されている。
本実施形態では、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面及び蓋部１５の対向側表面の両方に、温度抑制層１６を設け、温度抑制層１６の表面に温度抑制層１６ａを設け、温度抑制層１６ａの表面にブロック層１７を設けている。温度抑制層１６は、吸熱性無機化合物粒子を含む吸熱層であり、温度抑制層１６ａは、無機繊維シートからなる断熱層である。このような構成により、断熱効果が一層高くなり、携帯電話機表面の温度の上昇が一層抑制される。
第１実施形態〜第３実施形態では、電池嵌合部と蓋部とを備える電池収納部を有する携帯電話機について説明したが、それに限定されない。例えば、携帯電話機の筐体に対して、電池収納部が着脱可能に設けられる携帯電話機、二次電池内蔵式の携帯電話機等にも、本発明の構成を適用できる。
本発明の携帯電子機器を、第１〜第３実施形態の携帯電話機を例にして詳しく説明したが、本発明は、携帯電話機以外の携帯電子機器にも当然適用できる。具体的には、例えば、ＰＤＡ、ゲーム機、デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）、ポータブル音楽機器、複数の二次電池を組み合わせた電池パックを電源とするノートブック型パーソナルコンピュータ、ポータブルビデオカメラ等の携帯電子機器に適用できる。また、本発明の技術的特徴は、電気自動車等の電源として用いられる大型二次電池の外装材にも利用できる。
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形及び改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく、すべての変形及び改変を包含する、と解釈されるべきものである。
本発明の携帯電子機器は、二次電池が万が一発熱し、内容物が溶融しても、表面温度の急激な上昇が抑制されかつ溶融液の携帯電子機器外部への流出が抑制されるという利点を有し、従来の携帯電子機器と同じ用途に使用できる。
また、本発明の携帯電子機器における、温度抑制層及びブロック層を備える被覆層は、電気自動車等の駆動源として用いられる大型二次電池の安全性を高めるための外装材にも適用できる。
本発明は、携帯電子機器に関する。さらに詳しくは、本発明は、電源である二次電池を収納する筐体構造の改良に関する。
携帯電話、携帯情報端末、ノートブック型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ、携帯ゲーム機等の携帯電子機器は、高機能化すればするほど、基板上に実装される発熱部品の数が増える。携帯電子機器の使用時に、発熱部品の放熱により筐体表面が局所的に高温になることがある。
特許文献１は、携帯電子機器の筐体内部に収納される発熱部品の周囲に放熱性に優れた熱伝導部材を配置することにより、発熱部品からの熱を有利に放散する構造を開示している。熱伝導部材としては、アルミニウム合金、マグネシウム合金、ステンレス鋼、普通鋼等の金属材料が挙げられている。
特許文献２は、芳香族ポリカーボネートにリン系難燃剤を添加した難燃性樹脂組成物を、電子機器の筐体や部品の材料に用いることを開示している。
特許文献３は、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の吸熱材を含有する樹脂組成物を開示している。水酸化アルミニウム及び水酸化マグネシウムは、吸熱反応を起こして燃焼熱を低減させる。この吸熱反応は水を放出する反応である。この吸熱反応は、難燃効果を発揮する。
特許文献４は、外装ケースと、外装ケースの内部に収納される電池と、外装ケース内面と電池との間に形成される断熱層とを含む電池パックを開示している。また、特許文献４は、このような断熱層が、環境温度の低下による電池性能の低下を防止すると開示している。
国際公開第２００８／０６２８７９号パンフレット 特許第３６８２１４８号明細書 特許第３４０８６７６号明細書 特開平５−２３４５７３号公報
現在では、携帯電子機器の電源として汎用されている二次電池の中でも、コバルト酸リチウムを含有する正極と、黒鉛を含有する負極とを備えるリチウムイオン二次電池が主流になっている。このようなリチウムイオン二次電池に、極めて高い衝撃が付与された場合に、電池からガスや火炎が噴出することが想定される。
一方、リチウムイオン二次電池のさらなる高容量化及び高エネルギー密度化を図るために、負極活物質として、珪素系活物質または錫系活物質を用いることが試みられている。特に、珪素系活物質は、黒鉛に比べて非常に大きい容量を有している。珪素系活物質を用いたリチウムイオン二次電池に極めて高い衝撃が付与された場合に、オルト珪酸リチウムのようなアルカリ塩が熔融することにより生成する高温の熔融液が、電池の外部に流出することも想定される。
本発明の目的は、容量及びエネルギー密度の高い二次電池を電源とする携帯電子機器であって、安全性及び信頼性の高い携帯電子機器を提供することである。
本発明の携帯電子機器は、二次電池を電源とする携帯電子機器であって、筐体と、電子機器本体と、電池収納部と、被覆層とを備える。
電子機器本体は、筐体内に収納される。電池収納部は、筐体内に収納され、所定の外形を有する二次電池を嵌合するための電池嵌合部を有する成形体である。
被覆層は、電池収納部の二次電池を嵌合する側の表面に設けられ、携帯電子機器の表面温度が上昇するのを抑制する温度抑制層と過熱状態の二次電池から内容物が流出するのを抑制するブロック層とを備える。
本発明の携帯電子機器によれば、二次電池に極めて高い衝撃が付与されて、その内容物が熔融した場合でも、高温の熔融液が携帯電子機器の外部に流出するのを防止しながら、携帯電子機器の表面温度の上昇を抑制することができる。
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成及び内容の両方に関し、本発明の他の目的及び特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
第１実施形態の携帯電子機器である、携帯電話機の外観を模式的に示した上面図である。 図１に示した携帯電話機のII−II線の断面図である。 二次電池を収納した電池収納部の断面形状を模式的に示した縦断面図である。 電子機器本体を模式的に示した斜視図である。 電池収納部を模式的に示した斜視図である。 第２実施形態の携帯電話機の電池収納部の要部の構成を模式的に示した縦断面図である。 第２実施形態の携帯電話機の他の電池収納部の要部の構成を模式的に示した縦断面図である。 第３実施形態の携帯電話機の電池収納部の要部の構成を模式的に示した縦断面図である。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の携帯電子機器である、携帯電話機１の外観を模式的に示した上面図である。図２は、図１に示した携帯電話機１のII−II線の断面図である。図３は、二次電池１３を収納した電池収納部１２の断面形状を模式的に示した縦断面図である。図４は、電子機器本体１１及び電池収納部１２の斜視図である。図５は、二次電池１３を収納する様子を示す電池収納部１２の斜視図である。
はじめに、携帯電話機１の構成について説明する。
携帯電話機１は、図１及び図２に示すように、筐体１０と、筐体１０内に収納された電子機器本体１１と、電池収納部１２と、電池収納部１２に収納された二次電池１３とを備える。電子機器本体１１は、スピーカー１８と、マイクロフォン１９と、画像表示部２０と、入力操作部２１と、回路部２２と、回路基板２３とを備える。
スピーカー１８、マイクロフォン１９、画像表示部２０、入力操作部２１、及び回路部２２は所定の回路が形成された回路基板２３上に実装されている。電池収納部１２は、正極端子及び負極端子を備え、回路基板上の回路の所定の位置にそれぞれ実装されている。
図２に示すように、スピーカー１８は、筐体１０の所定の位置に設けられた受話孔１１８に対向するように配設されている。また、マイクロフォン１９は、筐体１０の所定の位置に設けられた送話孔１１９に対向するように配設されている。画像表示部２０は、外部から表示を認識できるように、筐体１０に設けられた表示孔１２０に嵌合されて配設されている。
入力操作部２１は、操作者が情報入力できるように、筐体１０に設けられた複数の入力ボタンを組み合わせた文字盤からなる入力部１２１に嵌合されて配設されている。なお、回路基板２３の表面には、さらに、必要に応じて、カードコネクターや、小型カメラ装置が実装されていてもよい。
スピーカー１８は、着信通知音を報知し、また受話音声を出力する。マイクロフォン１９から通話音声が入力される。画像表示部２０は、画像、文字、図形または動画を表示する。画像表示部２０には、液晶モニター等を使用できる。入力操作部２１は、入力部１２１を用いて入力される操作を受け付ける。画像表示部２０がタッチパネルである場合には、画像表示部２０が入力操作部２１を兼ねる。
回路部２２は、回路制御部２２ａ及び記憶部２２ｂを備えている。回路制御部２２ａは操作者が入力操作部２１から入力した、入力情報に応じて各種の動作制御を実行する。記憶部２２ｂは操作者が入力した入力情報等を記憶する。回路制御部２２ａとしては、複数のＩＣチップや中央集積装置（ＣＰＵ）が用いられる。記憶部２２ｂとしては、ＲＡＭやＲＯＭ等のメモリが用いられる。
電子機器本体１１は、二次電池１３から供給される電力により駆動される。
操作者は、入力操作部２１からの入力操作により、回路制御部２２ａに対して命令信号を送る。そして、送られた命令信号により、所定の動作を起こす。また、必要に応じて、入力情報を記憶部２２ｂに記憶させる。
また、操作者は、マイクロフォン１９に向けて発話する。発話された音声は回路部２２内の回路により無線信号に変換されて、無線信号として他の受信機に向けて送信される。また、他の受信機から発せられた無線信号は、アンテナ回路により受信される。受信された無線信号は回路部２２内の回路により音声信号に変換され、音声信号としてスピーカー１８から出力される。
次に、携帯電話機１を構成する筐体１０について説明する。筐体１０は、その内部に電子機器本体１１及び電池収納部１２を収納する。筐体１０は、たとえば、金属材料または樹脂材料から作製される。
次に、携帯電話機１を構成する電池収納部１２について詳しく説明する。
電池収納部１２は、図２に示すように、二次電池１３を嵌合するための電池嵌合部１４と、電池嵌合部１４に嵌合された二次電池１３を覆う蓋部１５とを備える。
電池嵌合部１４は、二次電池１３の形状に対応する内部空間を有する凹部状の部材である。凹部の開口は、電池交換を可能にするために、筐体１０の外方に面するように配設されている。電池嵌合部１４には、嵌合される二次電池１３の正極端子（不図示）に当接する正極端子部（不図示）及び、二次電池１３の負極端子（不図示）に当接する負極端子部（不図示）が設けられている。
蓋部１５は、筐体１０の電池嵌合部１４に対して脱着可能に設けられる部材である。蓋部１５は、凹部に嵌合された二次電池１３を覆い、凹部の開口を塞ぐように装着される。凹部に二次電池１３を嵌合することにより、二次電池１３が支持される。
電池収納部１２に収納される二次電池１３としては、従来から携帯電子機器に用いられている、高容量及び高エネルギー密度を有し、小型化が可能なリチウムイオン二次電池を好ましく使用できる。
リチウムイオン二次電池の中でも、負極活物質として珪素系活物質または錫系活物質を含むリチウムイオン二次電池が好ましく、正極活物質としてリチウム含有複合金属酸化物を含み、負極活物質として珪素系活物質または錫系活物質を含むリチウムイオン二次電池が特に好ましい。珪素系活物質及び錫系活物質は、リチウムイオン二次電池のさらなる高容量化及び高エネルギー密度化を達成できる。
珪素系活物質としては、珪素を含有する活物質であれば特に限定されないが、珪素、珪素酸化物、珪素合金等が好ましい。錫系活物質としては、錫を含有する活物質であれば特に限定されないが、錫、錫酸化物、錫合金等が好ましい。これらの中でも、珪素系活物質が好ましい。
なお、二次電池１３は、単電池であっても、複数の単電池を直列または並列に組み合わせてなる電池パックの形態であってもよい。
電池嵌合部１４及び蓋部１５は、好ましくは、樹脂材料または金属材料により作製される。樹脂材料には、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等のマトリックス樹脂に難燃剤を添加した難燃性樹脂組成物を用いることが好ましい。難燃性樹脂組成物は、ＵＬ−９４規格の燃焼試験でＶ−０以上の難燃性を有するものが好ましい。金属材料は特に制限されないが、ステンレス鋼、マグネシウム合金、アルミニウム合金等が好ましく用いられる。
そして、図２及び図３に示すように、電池嵌合部１４の二次電池１３と対向する側の表面（以下、「電池嵌合側表面」とも呼ぶ）及び、蓋部１５の二次電池１３と対向する側の表面（以下「対向側表面」とも呼ぶ）には、携帯電子機器１の表面温度が上昇するのを抑制する温度抑制層１６が設けられ、温度抑制層１６の表面には、過熱状態の二次電池１３から内容物が流出するのを抑制するブロック層１７が設けられている。このようにして、電池収納部１２の二次電池１３が収納される側の表面に温度抑制層１６及びブロック層１７が順次形成されている。
このような構成によれば、電池収納部１２に収納された二次電池１３は、その周囲がブロック層１７により覆われ、ブロック層１７は、その周囲が温度抑制層１６により覆われる。このように、温度抑制層１６の内側にブロック層１７を形成することにより、温度抑制層１６が、大きな衝撃等を受けて過熱状態になった二次電池１３から流出するアルカリ塩の高温の熔融液と直接接触することがない。このため、アルカリ塩の熔融液との接触による温度抑制層１６の機能喪失を抑制することができる。
その結果、二次電池１３から漏出するアルカリ塩の熔融液が、携帯電話機１の外部に流出するのを確実に防止できる。また、二次電池１３から発生した熱が筐体１０の表面に局所的に伝わることを抑制できる。これにより、筐体１０の表面が局所的に高温になることが抑制される。そして、熱により生じる筐体１０の損傷が抑制される。
したがって、温度抑制層１６の効果を十分に発揮させるためには、温度抑制層１６の内側にブロック層１７を形成することが好ましい。
温度抑制層１６の厚みは、好ましくは５００〜３０００μｍであり、より好ましくは８００〜１５００μｍである。温度抑制層１６の厚みが小さすぎる場合には、温度抑制層１６の断熱性が不十分になる。それにより、携帯電話機１の表面が局所的に高温になったり、電池嵌合部１４や蓋部１５が変形したりするおそれがある。また、温度抑制層１６の厚みが大きすぎる場合には、電池収納部１２の厚みが厚くなりすぎて、携帯電話機１の小型化のための設計の自由度が低下する。
温度抑制層１６の熱伝導率は、好ましくは０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、より好ましくは０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。温度抑制層１６の熱伝導率が大きすぎる場合には、温度抑制層１６の断熱性が不十分になり、二次電池１３が発熱した場合に筐体１０の表面が局所的に高温になるおそれがある。それにより、電池嵌合部１４や蓋部１５が変形するおそれがある。
このような温度抑制層１６は、以下のようにして形成される。
温度抑制層１６は、例えば、温度抑制層１６を形成しようとする表面に、断熱性を有する無機化合物粒子と、結着剤とを含有する温度抑制層形成用組成物を塗布して塗膜を形成することにより得られる。
断熱性を有する無機化合物粒子としては、吸熱反応を起こす無機化合物粒子（以下「吸熱性無機化合物粒子」とする）が挙げられる。吸熱性無機化合物粒子としては、８０℃以上の温度に吸熱ピークを有するような無機化合物粒子が好ましい。このような吸熱性無機化合物粒子を含有する断熱層によれば、二次電池が発熱した場合に、吸熱性無機化合物粒子が吸熱反応により熱を吸収する。その結果、二次電池が発熱した場合に、筐体１０の表面が局所的に高温になることを抑制することができる。
吸熱性無機化合物粒子としては、８０℃以上の温度に吸熱量が大きいピーク、好ましくは８０℃以上の温度に吸熱ピークを有するような無機水和物、金属水酸化物及び炭酸塩等が挙げられる。具体例としては、例えば、硫酸カルシウム二水和物（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）等が挙げられる。これらは単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、硫酸カルシウム二水和物（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）が吸熱性に特に優れる点から好ましい。
硫酸カルシウム二分の一水和物（ＣａＳＯ４・０．５Ｈ２Ｏ、焼石膏）は、水と混練することにより結着性を示し、塗布して乾燥することにより硫酸カルシウム二水和物になって硬化する。硫酸カルシウム二分の一水和物は、吸熱性無機化合物粒子としても、後述する結着剤としても用いうる点から特に好ましい。
上記吸熱性無機化合物粒子の吸熱反応を起こす温度は、硫酸カルシウム二水和物が８０〜１５０℃、炭酸水素ナトリウムが１００〜２３０℃、水酸化アルミニウムが２３０〜３５０℃、水酸化マグネシウムが３５０〜４５０℃、炭酸カルシウムが６９０〜８５０℃である。従って、これらを適宜組み合わせることにより、吸熱反応を連続的に持続させることもできる。
吸熱性無機化合物粒子の粒径は特に制限されないが、好ましくは５００〜３０００μｍである。吸熱性無機化合物粒子の粒径が前記範囲内であれば、温度抑制層１６において、結着剤による吸熱性無機化合物粒子の結着性が向上する。その結果、温度抑制層１６の局所的な剥落、温度抑制層１６での亀裂の発生等が抑制され、温度抑制層１６の効果が長期にわたって発揮される。
結着剤は、吸熱性無機化合物粒子を充分に結着できる樹脂材料や無機化合物であれば、特に限定なく使用できる。その具体例としては、例えば、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。また、無機化合物としては、水との混合物を硬化させることにより硫酸カルシウム二水和物になる、硫酸カルシウム二分の一水和物が結着剤の作用と吸熱性無機化合物粒子の作用とを兼ね備える点から特に好ましい。
吸熱性無機化合物粒子と結着剤とを併用した場合には、吸熱性無機化合物粒子が吸熱することより、結着剤の溶融を抑制することができる。このため、二次電池１３が極めて高い衝撃の付与等により発熱しても、二次電池１３が携帯電話機１の外部に露出するのを防止することができる。
これに対し、吸熱性無機化合物粒子を含まない場合は、結着剤の溶融潜熱等を利用して吸熱を行うことになるが、これでは、結着剤の溶融を抑制することができない。その結果、結着剤が溶融して流動性が発現すると同時に、結着剤の体積収縮が起り、発熱した二次電池１３が携帯電話機１の外部に露出する。
吸熱性無機化合物粒子の含有割合としては、温度抑制層１６中、３０〜９５質量％、さらには５０〜９０質量％であることが好ましい。吸熱性無機化合物粒子の含有割合が低すぎる場合には温度抑制層１６の断熱性が不十分になる傾向があり、高すぎる場合には、温度抑制層１６が剥落しやすくなったり、強度が低下したりする傾向がある。
また、結着剤の含有割合は、温度抑制層１６中、５〜７０質量％、さらには５〜５０質量％であることが好ましい。
温度抑制層形成用組成物は、断熱性を有する無機化合物粒子及び結着剤を、有機溶媒または水に溶解または分散させることにより調製することができる。そして、温度抑制層１６は、このように調製された温度抑制層形成用組成物を電池嵌合部１４の電池嵌合側表面、及び蓋部１５の対向側表面に塗布して塗膜を形成することにより得られる。
温度抑制層形成用組成物の塗布には、浸漬塗布法、ローラ塗布法、スプレー塗布法、ドクターブレード塗布法等の、従来から公知の塗布方法がとくに限定なく利用できる。そして、塗布した後、乾燥により溶媒を除去する等により温度抑制層１６となる塗膜が形成される。
ブロック層１７は、アルカリ塩の熔融液に対して耐性を有する金属材料からなる。この金属材料は、アルカリ塩の熔融液の中でもオルト珪酸リチウムの液温１４５０℃の熔融液に対して耐性を有することが好ましい。ここでの耐性とは、金属材料からなる厚み５０μｍの金属箔が、オルト珪酸リチウムの液温１４５０℃の熔融液との接触により熔融しないことである。より好ましくは、ここでの耐性とは、金属材料からなる厚み５０μｍの金属箔が、オルト珪酸リチウムの液温１４５０℃の熔融液との接触により熔融せず、孔が開かないことである。
このような金属材料の具体例としては、鉄、バナジウム、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、窒化チタン及びステンレス鋼よりなる群から選ばれる少なくとも１つの金属または金属窒化物である。
ブロック層１７を構成する金属材料は、以下の試験方法で選定した。
オルト珪酸リチウム（Ｌｉ４ＳｉＯ４、ＣＥＲＡＣ社製）５ｇを白金坩堝に入れ、大気雰囲気中、電気炉で１４５０℃に加熱し、オルト珪酸リチウムを熔融した。得られた熔融液に、下記表１に示す材料のタブレットを投入して１分間加熱した。その後、熔融液とタブレットとの混合物をステンレス鋼製バットの上に流し出し、冷却し、固化させた。得られた固形物を慎重に割りながら、タブレットを取り出し、タブレットの直径、厚み及び重量を測定し、熔融の度合いを調べた。結果を表１に示す。
Figure 2010032486
ＴｉＯ２のタブレットは、固形物中には見当たらず、完全に熔融したものと考えられる。ＴｉＣのタブレットは、１４５０℃に設定された電気炉に投入すると同時に破砕し、その形状を維持できなかった。ＳｉＯ２のタブレットは、直径、厚み及び重量が明らかに減少し、オルト珪酸リチウムと反応したことがわかった。
ＴｉＯ２、ＴｉＣ及びＳｉＯ２以外の材料からなるタブレットは、直径及び厚みが試験前よりも大きくなっている。この変化は、タブレット内の空気の膨張によるものと考えられる。併せて、試験後に重量が著しく減少しているものがないことから、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ｔａ、Ｗ及びＴｉＮを、アルカリ塩の熔融液に対する耐性が高いものとして、一次選定した。
一次選定された材料の中から、金属箔に加工することが可能なＦｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＴｉＮの金属箔（厚み５０μｍ）を用いて、次の試験を実施した。さらに、ステンレス鋼の金属箔（厚み５０μｍ）についても、同じ試験を実施した。
金属箔を溶接し、一辺が２０ｍｍの立方体状の容器（以下「カップ」とする）を作製した。白金坩堝にオルト珪酸リチウムを７ｇ入れ、大気雰囲気中、電気炉で１４５０℃に加熱し、オルト珪酸リチウムを熔融した。得られた熔融液を大気雰囲気中でカップに投入した。冷却後、カップの外観を観察し、孔の発生の有無及び熔融物の流出箇所がないかを調べた。結果を表２に示す。
Figure 2010032486
Ｔｉからなるカップ及びＺｒからなるカップは、底部が熔解して大きな孔が開き、その孔からオルト珪酸リチウムの熔融液が流出していることが観察された。他のカップは、孔及び熔融物の流出が観察されなかった。
以上の結果から、Ｔｉ及びＺｒを除く、Ｆｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、ＴｉＮ及びステンレス鋼が、アルカリ塩の溶融液に対する耐性が高い金属材料であることが判る。
ブロック層１７の厚みは特に限定されないが、２０μｍ以上であることが好ましく、３０μｍ〜１００μｍであることがさらに好ましい。ブロック層１７の厚みが小さすぎると、アルカリ塩の熔融液との接触により、ブロック層１７に孔が開くおそれがある。また、ブロック層１７の厚みが大きすぎると、携帯電話機１の小型化のための設計の自由度が低下するおそれがある。
ブロック層１７は、アルカリ塩の熔融液に対して耐性を有する金属材料からなる成形物を、温度抑制層１６の表面に敷設することにより形成することができる。また、単に敷設するだけでなく、前記成形物を温度抑制層１６の表面に接着することにより、ブロック層１７が形成できる。また、接着する代わりに、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面に、予め、前記成形物を固定するための係合部を設けておき、その係合部により、前記成形物を固定してもよい。このような係合部は、温度抑制層１６の表面から突出するように設けられる。
前記成形物としては、アルカリ塩の熔融液に対して耐性を有する金属材料からなる箔、板、アルカリ塩の熔融液に対して耐性を有する金属材料に絞り加工または溶接加工を施した成形物等が挙げられる。
なお、本実施形態では、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面及び蓋部１５の対向側表面の両方に温度抑制層１６及びブロック層１７を設けているが、いずれか一方のみに温度抑制層１６及びブロック層１７を設けてもよい。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の携帯電話機について説明する。第２実施形態の携帯電話機は、温度抑制層の構成が異なる以外は、第１実施形態の携帯電話機１と同じ構成である。説明の重複を避けるために、温度抑制層の構成を詳しく説明し、それ以外の部分の説明は省略する。
図６は、第２実施形態の携帯電話機の電池収納部の要部の構成を模式的に示した縦断面図である。第２実施形態の携帯電話機の電池収納部には、第１実施形態の携帯電話機１の電池収納部１２に形成された温度抑制層１６の代わりに、以下に説明するような温度抑制層１６ａが形成されている。
温度抑制層１６ａの厚みは、温度抑制層１６と同様に、好ましくは５００〜３０００μｍであり、より好ましくは８００〜１５００μｍである。温度抑制層１６ａの熱伝導率は、好ましくは０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、より好ましくは０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。
温度抑制層１６ａは、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面、及び蓋部１５の対向側表面に無機繊維シートを積層することにより形成される。
無機繊維シートは、従来から知られた、無機繊維の織布、不織布、抄造物等からなる断熱性の繊維シートが特に限定なく用いられる。このような無機繊維シートの具体例としては、例えば、グラスウール、ロックウール等からなる無機繊維シートが挙げられる。このような無機繊維シートは、単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
無機繊維シートの熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらには０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。無機繊維シートの熱伝導率が高すぎる場合には、断熱性が不十分になる傾向がある。例えば、グラスウールの熱伝導率は、０．０４５Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。
無機繊維シートの厚みは特に限定されない。具体的には、例えば、５００〜３０００μｍの範囲であることが好ましい。また、無機繊維シートの単位面積当たりの重量は、３０〜１０００ｍｇ／ｃｍ２であることが好ましい。
温度抑制層１６ａは、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面、及び蓋部１５の対向側表面に無機繊維シートを接着することにより形成することができる。また、接着する代わりに、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面及び蓋部１５の対向側表面に、予め、無機繊維シートを固定するための係合部を設けておき、その係合部により、無機繊維シートを固定してもよい。
次に、第２実施形態の他の携帯電話機について説明する。本実施形態の携帯電話機は、温度抑制層の構成が異なる以外は、第１実施形態の携帯電話機１と同じ構成である。説明の重複を避けるために、温度抑制層の構成を詳しく説明し、それ以外の部分の説明は省略する。
図７は、第２実施形態の携帯電話機の他の電池収納部の要部の構成を模式的に示す縦断面図である。本実施形態の携帯電話機の電池収納部１２には、第１実施形態の携帯電話機１の電池収納部１２に形成された温度抑制層１６の代わりに、以下に説明するような温度抑制層１６ｂが形成されている。温度抑制層１６ｂは、温度抑制層１６及び温度抑制層１６ａと同様の、厚み及び熱伝導率を有していることが好ましい。
温度抑制層１６ｂは、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面、及び蓋部１５の対向側表面に多孔質樹脂シートを積層することにより形成される。
多孔質樹脂シートの具体例としては、従来から知られた、ウレタンフォーム、スチレンフォーム等の発泡シート；真空断熱材；膨張断熱材；等が挙げられる。
真空断熱材とは、多孔質構造の芯材をラミネートフィルムで被覆した後、内部を減圧にして封止した断熱材である。芯材には、ウレタンフォーム、グラスウール、シリカ粉末等を使用できる。
膨張断熱材とは、高温に晒されると、瞬時に膨張して多孔体を形成するための材料を含有する樹脂製断熱材である。膨張断熱材の具体例としては、例えば、フィブロック（商標名、積水化学工業（株）製）等が挙げられる。
多孔質樹脂シートの熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらには０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。多孔質樹脂シートの熱伝導率が高すぎる場合には、断熱性が不十分になる傾向がある。
多孔質樹脂シートの厚みは特に限定されない。具体的には、例えば、５００〜３０００μｍの範囲であることが好ましい。また、多孔質樹脂シートの単位面積当たりの重量は、好ましくは１０〜５００ｍｇ／ｃｍ２であることが好ましい。
温度抑制層１６ｂは、電池収納部１２の電池嵌合側表面、及び蓋部１５の対向側表面に多孔質樹脂シートを接着することにより形成することができる。また、接着する代わりに、電池収納部１２の電池嵌合側表面及び蓋部１５の対向側表面に、予め、多孔質樹脂シートを固定するための係合部を設けておき、その係合部により、多孔質樹脂シートを固定してもよい。
なお、本実施形態では、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面及び蓋部１５の対向側表面の両方に温度抑制層１６ａまたは温度抑制層１６ｂ及びブロック層１７を設けているが、いずれか一方のみに温度抑制層１６ａまたは温度抑制層１６ｂ及びブロック層１７を設けてもよい。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の携帯電話機について説明する。第３実施形態の携帯電話機は、温度抑制層の構成が異なる以外は、第１実施形態の携帯電話機１と同じ構成である。説明の重複を避けるために、温度抑制層の構成を詳しく説明し、それ以外の部分の説明は省略する。
図８は、第３実施形態の携帯電話機の電池収納部の要部の構成を模式的に示した縦断面図である。第３実施形態の携帯電話機の電池収納部には、第１実施形態の携帯電話機１の電池収納部１２に形成された温度抑制層１６の代わりに、以下に説明するように、温度抑制層１６と温度抑制層１６ａとが形成されている。
本実施形態では、電池嵌合部１４の電池嵌合側表面及び蓋部１５の対向側表面の両方に、温度抑制層１６を設け、温度抑制層１６の表面に温度抑制層１６ａを設け、温度抑制層１６ａの表面にブロック層１７を設けている。温度抑制層１６は、吸熱性無機化合物粒子を含む吸熱層であり、温度抑制層１６ａは、無機繊維シートからなる断熱層である。このような構成により、断熱効果が一層高くなり、携帯電話機表面の温度の上昇が一層抑制される。
第１実施形態〜第３実施形態では、電池嵌合部と蓋部とを備える電池収納部を有する携帯電話機について説明したが、それに限定されない。例えば、携帯電話機の筐体に対して、電池収納部が着脱可能に設けられる携帯電話機、二次電池内蔵式の携帯電話機等にも、本発明の構成を適用できる。
本発明の携帯電子機器を、第１〜第３実施形態の携帯電話機を例にして詳しく説明したが、本発明は、携帯電話機以外の携帯電子機器にも当然適用できる。具体的には、例えば、ＰＤＡ、ゲーム機、デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）、ポータブル音楽機器、複数の二次電池を組み合わせた電池パックを電源とするノートブック型パーソナルコンピュータ、ポータブルビデオカメラ等の携帯電子機器に適用できる。また、本発明の技術的特徴は、電気自動車等の電源として用いられる大型二次電池の外装材にも利用できる。
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形及び改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく、すべての変形及び改変を包含する、と解釈されるべきものである。
本発明の携帯電子機器は、二次電池が万が一発熱し、内容物が溶融しても、表面温度の急激な上昇が抑制されかつ溶融液の携帯電子機器外部への流出が抑制されるという利点を有し、従来の携帯電子機器と同じ用途に使用できる。
また、本発明の携帯電子機器における、温度抑制層及びブロック層を備える被覆層は、電気自動車等の駆動源として用いられる大型二次電池の安全性を高めるための外装材にも適用できる。

Claims (14)

  1. 二次電池を電源とする携帯電子機器であって、
    筐体と、前記筐体内に収納される電子機器本体と、前記筐体内に収納され、所定の外形を有する前記二次電池を嵌合するための電池嵌合部を有する成形体である電池収納部と、前記電池収納部の二次電池を嵌合する側の表面に設けられる被覆層と、を備え、
    前記被覆層が、前記携帯電子機器の表面温度が上昇するのを抑制する温度抑制層と過熱状態の前記二次電池から内容物が流出するのを抑制するブロック層とを備える携帯電子機器。
  2. 前記被覆層は、前記電池収納部の前記二次電池を嵌合する側の前記表面に設けられる前記温度抑制層と、前記温度抑制層の表面に設けられる前記ブロック層とを含む請求項１に記載の携帯電子機器。
  3. 前記二次電池は、負極活物質として、珪素系活物質及び錫系活物質よりなる群から選ばれる少なくとも１つを含有するリチウムイオン二次電池である請求項１または２に記載の携帯電子機器。
  4. 前記ブロック層が、珪素を含有するアルカリ塩の溶融液に対して耐性を有する金属材料からなる請求項３に記載の携帯電子機器。
  5. 前記金属材料は、厚み５０μｍの金属箔の状態で、オルト珪酸リチウムの液温１４５０℃の熔融液との接触により熔融しない耐性を有する請求項４に記載の携帯電子機器。
  6. 前記金属材料が、Ｆｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、ＴｉＮ及びステンレス鋼よりなる群から選ばれる少なくとも１つの金属または金属窒化物を含有する請求項５に記載の携帯電子機器。
  7. 前記温度抑制層は、厚み５００〜３０００μｍであり、熱伝導率０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の携帯用電子機器。
  8. 前記温度抑制層が、熱伝導率０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の無機繊維シートからなる請求項７に記載の携帯電子機器。
  9. 前記無機繊維シートが、グラスウール及びロックウールから選ばれる少なくとも１つの無機繊維を含むシートである請求項８に記載の携帯電子機器。
  10. 前記温度抑制層が、熱伝導率０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の多孔質樹脂シートを含む請求項７に記載の携帯電子機器。
  11. 前記温度抑制層が、８０℃以上の温度に吸熱ピークを有する吸熱性無機化合物粒子を３０〜９５質量％及び結着剤５〜７０質量％含有する層である請求項７に記載の携帯電子機器。
  12. 前記吸熱性無機化合物粒子が、無機水和物、金属水酸化物及び炭酸塩よりなる群から選ばれる少なくとも１つの化合物の粒子を含有する請求項１１に記載の携帯電子機器。
  13. 前記吸熱性無機化合物粒子が、硫酸カルシウム二水和物、炭酸水素ナトリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム及び炭酸カルシウムよりなる群から選ばれる少なくとも１つの化合物の粒子を含有する請求項１１に記載の携帯電子機器。
  14. 前記二次電池が複数の単電池を組み合わせた電池パックの形態である請求項１〜１３のいずれか１項に記載の携帯電子機器。
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