説明

外付けPTC素子ユニット及び電池

【課題】電池における端子の端子突出部に確実に装着することができる外付けPTC素子ユニットを提供すること。
【解決手段】外付けPTC素子ユニット20は、キャップ状支持体21とPTC素子22と外部接続用端子板23とを備える。キャップ状支持体21は、天板26と側壁部27とからなり、導電性材料を用いて形成される。PTC素子22は、素子裏面34側が天板26の第1主面24上に接合固定されている。外部接続用端子板23は、PTC素子22を覆うべくその素子表面33上に接合固定されている。外部接続用端子板23は、外径D3がキャップ状支持体21の側壁部26の外径D2及びPTC素子22の外径D1よりも大きく、平面視で外部接続用端子板23の外縁部36がキャップ状支持体21の側壁部26及びPTC素子22の外側に張り出すように設けられている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電流保護機能を有する外付けPTC素子ユニット及びその外付けPTC素子ユニットを取り付けた電池に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、カメラやライトなどの携帯型電気機器の電源として、組電池が搭載されている。この種の組電池では、複数本の電池を直列に接続して大電流を流す構成となっており、その保護素子として、PTC(Positive Temperature Coefficient)素子が用いられている(特許文献1,2等参照)。このPTC素子は、通常は低抵抗であるが、電池に大電流が流れて電池温度が上昇したときに、電気抵抗が増大する。従って、このPTC素子を用いれば、電気機器の故障時に回路素子等が短絡して大電流が流れたとしても、電池の電流を遮断することができる。
【0003】
特許文献1では、電池における平坦状の端子側または凸状の端子側にPTC素子が装着されている。また、特許文献2では、電池における凸状の端子側にPTC素子が装着されている。
【0004】
ところで、電池において平坦状の端子は比較的面積が大きく、端子の面全体にPTC素子やリード板を取り付ける場合、PTC素子やリード板の平面サイズが大きくなり、部品コストが嵩んでしまう。PTC素子やリード板の平面サイズを小さくして、平坦状の端子の一部にPTC素子を取り付ける場合、端子の平坦面とリード板との距離(PTC素子の厚さ分の距離)が近くなる。このため、電池と接続する相手側の端子がリード板の位置から外れて電池の端子の平坦面に接触する可能性がある。この場合、PTC素子が短絡された状態となり、過電流を防止することができなくなる。これを避けるためには、電池の端子の平坦面における絶縁が必要となるが、手間がかかることに加え部品コストが嵩んでしまう。従って、部品コストを抑えるためには、比較的面積が小さな凸状の端子側にPTC素子を装着することが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2000−340192号公報
【特許文献2】実開平1−81870号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1において、電池の凸状の端子(端子突出部)の上面にPTC素子を装着する場合、端子上面とほぼ等しい大きさの円板状の金属プレートを用い、金属プレートの周囲を端子上面に溶接固定しその金属プレート上にPTC素子を積層している。この場合、金属プレートにおいて、溶接箇所の確保が必要となるため、PTC素子を設けるスペースが少なくなり、過電流を防止するための十分な性能を有するPTC素子を設置できなくなることがある。また、PTC素子の設置スペースを確保して、溶接部分を少なくすると、接合強度が不足してしまう。このPTC素子に対して横方向に力が加わると、PTC素子が端子上面から外れてしまうといったことが懸念される。因みに、特許文献2の電池でも、電池の凸状の端子上面にPTC素子が溶接固定されているため、同様の問題が生じる。
【0007】
さらに、特許文献1では、凸状の端子の付け根部分(端子突出部の周囲に設けられた端子平坦部)にPTC素子を設置した電池も提案されている。例えば、リチウム電池は、凸状の端子とそれよりも一段下がった端子の付け根部分とは極性が異なるものがある。この電池において、凸状の端子の付け根部分にPTC素子を設けると、電極間の短絡が問題となる。従って、その短絡を回避するために金属部材間にて絶縁物を設けるなどの構成が複雑となり、その構成を実現することが困難となる。
【0008】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池における端子の端子突出部に確実に装着することができる外付けPTC素子ユニットを提供することにある。また、別の目的は、端子の端子突出部に外付けPTC素子ユニットを装着することができ、過電流を確実に防止することができる電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するための手段[1]〜[4]を以下に列挙する。
【0010】
[1]端子の中央部に端子突出部を有する電池に取り付け可能な外付けPTC素子ユニットであって、第1主面及び第2主面を有しかつ平面視で前記端子突出部と同等の寸法及び形状を有する天板と、前記天板の前記第2主面の外周部から垂直に突設された側壁部とからなり、導電性材料を用いて形成されたキャップ状支持体と、素子裏面及び素子表面を有する板状であり、前記天板の前記第1主面上に前記素子裏面側が接合固定されたPTC素子と、前記PTC素子を覆うべく前記素子表面上に接合固定された外部接続用端子板とを備え、前記外部接続用端子板は、外径が前記キャップ状支持体の前記側壁部及び前記PTC素子の外径よりも大きく、平面視で前記外部接続用端子板の外縁部が前記キャップ状支持体の前記側壁部及び前記PTC素子の外側に張り出すように設けられていることを特徴とする外付けPTC素子ユニット。
【0011】
手段1に記載の発明によると、比較的面積が小さな端子突出部の上端にPTC素子ユニットが設けられている。この場合、PTC素子ユニットの小型化を図ることができるため、その部品コストを抑えることができる。また、端子突出部にキャップ状支持体が嵌め込まれた状態でPTC素子ユニットを固定することができるので、PTC素子ユニットに対して横方向に加重が加わったとしても、PTC素子ユニットの固定位置がずれるといった問題を回避することができる。さらに、PTC素子ユニットを構成するキャップ状支持体は、端子突出部の上面に加えて側面からも三次元的に集電することができる。このため、PTC素子ユニットを端子に装着したことによる電気抵抗の影響を抑えることができる。また、外部接続用端子板は、外径がキャップ状支持体の側壁部及びPTC素子の外径よりも大きく、平面視で外部接続用端子板の外縁部がキャップ状支持体の側壁部及びPTC素子の外側に張り出すように設けられている。このように構成すると、外付けPTC素子ユニットを取り付けた電池を携帯機器の電池ホルダーなどに装着する際に、ホルダー内のバネやガイド板などによってPTC素子の端子間が短絡されるといった問題を確実に回避することができる。
【0012】
[2]手段1において、前記外部接続用端子板は、前記PTC素子よりも外側に位置する外縁部が前記PTC素子側に傾斜するように曲げられていることを特徴とする外付けPTC素子ユニット。
【0013】
手段2に記載の発明によると、外部接続用端子板の外縁部において角張った部分がなだらかに下がった状態となるため、電池ホルダー内のバネやガイド板等に引っ掛かり難くなる。このため、携帯機器の電池ホルダー等に対する電池の着脱を容易に行うことができる。
【0014】
[3]手段1または2において、前記PTC素子及び前記外部接続用端子板は、中心部に貫通孔を有する円板状であり、前記外部接続用端子板の貫通孔は前記PTC素子の貫通孔よりも小さく形成され、前記各貫通孔を介して前記キャップ状支持体における前記天板が露出していることを特徴とする外付けPTC素子ユニット。
【0015】
手段3に記載の発明によると、PTC素子及び外部接続用端子板は、中心部に貫通孔を有する円板状であるので、PTC素子ユニットの軽量化が可能となる。また、外部接続用端子板の貫通孔はPTC素子の貫通孔よりも小さいため、PTC素子が露出しないように外部接続用端子板で確実に覆うことができる。さらに、各貫通孔を介してキャップ状支持体の天板が露出するので、この露出部分を利用してPTC素子ユニットを端子突出部に溶接することができる。
【0016】
[4]手段1乃至3のいずれか1項に記載の外付けPTC素子ユニットが取り付けられた電池。
【0017】
手段4に記載の発明によると、電池において端子突出部に取り付けられた外付けPTC素子によって、電池の過電流を確実に防止することができる。
【発明の効果】
【0018】
以上詳述したように、手段1乃至3に記載の発明によると、電池における端子の端子突出部に確実に装着することができる外付けPTC素子ユニットを提供することができる。また、手段4に記載の発明によると、端子の端子突出部に外付けPTC素子ユニットを装着することができ、過電流を確実に防止することができる電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】一実施の形態のリチウム電池を示す斜視図。
【図2】一実施の形態のPTC素子ユニットを示す平面図。
【図3】一実施の形態のPTC素子ユニットを示す側面図。
【図4】一実施の形態のPTC素子ユニットを示す断面図。
【図5】別の実施の形態のPTC素子ユニットを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は本実施の形態におけるリチウム電池10を示す斜視図である。また、図2はそのリチウム電池10に取り付けられているPTC素子ユニット20を示す平面図であり、図3はPTC素子ユニット20を示す側面図である。さらに、図4は、PTC素子ユニット20を示す断面図である。
【0021】
図1に示されるように、リチウム電池10は、円筒型の電池であり、一方の端面(図1では上端面)に設けられた端子11の中央部に端子突出部12を有する。このリチウム電池10において、端子11の端子突出部12に外付けPTC素子ユニット20が取り付けられている。
【0022】
図2〜図4に示されるように、本実施の形態の外付けPTC素子ユニット20は、キャップ状支持体21とPTC素子22と外部接続用端子板23とを備えている。
【0023】
キャップ状支持体21は、第1主面24及び第2主面25を有しかつ平面視で端子突出部12と同等の寸法及び形状を有する天板26と、天板26の第2主面25の外周部から垂直に突設された側壁部27とからなる。キャップ状支持体21は、例えば、ニッケルめっき鋼板などの導電性材料を用いてキャップ状に形成されている。本実施の形態において、端子11の端子突出部12は円形状であり、キャップ状支持体21の天板26も円形状に形成されている。また、キャップ状支持体21の側壁部27は、切欠部29を隔てて複数片に分割されている。
【0024】
さらに、端子11の端子突出部12にキャップ状支持体21を嵌め込みやすくするために、側壁部27の先端には、外側に広がるように形成されたR形状の誘い込み部31が設けられている。また、図1に示されるように、側壁部27の高さは、取り付けられるべき端子突出部12の高さよりも低くなっており、キャップ状支持体21の側壁部27は、端子突出部12の周囲にある端子平坦部13を覆わない構造となっている。なお、本実施の形態における側壁部27の高さは、例えば1mm程度であり、端子突出部12の高さの半分程度となっている。
【0025】
図4に示されるように、PTC素子22は、素子表面33及び素子裏面34を有する円板状であり、その中央部に貫通孔35が形成されている。このPTC素子22は、正温度特性を有する導電性ポリマー材料を素子電極(具体的には、板状のニッケル電極)間に挟み込んだ構造を有し、温度が上昇することにより、抵抗値が増大する。このように構成されたPTC素子22の素子裏面34側が天板26の第1主面24上に接合固定されている。具体的には、はんだリフローによってPTC素子22が天板26にはんだ付けされている。
【0026】
外部接続用端子板23は、PTC素子22を覆うべく素子表面33上に接合されている。外部接続用端子板23は、ニッケルめっき鋼板などの導電性材料を用いて円板状に形成され、はんだリフローによってPTC素子22の素子表面33上にはんだ付けされている。また、外部接続用端子板23は、外径がキャップ状支持体21の側壁部27及びPTC素子22の外径よりも大きく、平面視で外部接続用端子板23の外縁部36がキャップ状支持体21の側壁部27及びPTC素子22の外側に張り出すように設けられている。具体的には、キャップ状支持体21の天板26及びPTC素子22の外径D1は、それぞれ7mm程度となっており、キャップ状支持体21の側壁部27の下端における外径D2は、7.5mm程度となっている。また、外部接続用端子板23の外径D3は、8.5mm程度となっている。
【0027】
さらに、外部接続用端子板23の外縁部36は、PTC素子22側に傾斜するように曲げられている。本実施の形態において、外部接続用端子板23の外縁部36は、PTC素子22の厚さ分だけ曲げられており、下側の角部がPTC素子22の素子裏面34とほぼ面一の位置となっている。また、外部接続用端子板23において、中央側の平坦面に対する外縁部36の曲げ角度は30°〜60°程度となっており、その外縁部36の先端は、キャップ状支持体21に接触しないようキャップ状支持体21に対して1mm以上離れた位置に配置されている。
【0028】
また、外部接続用端子板23の中央部には、PTC素子22の貫通孔35よりも直径が小さな貫通孔37が形成されている。具体的には、外部接続用端子板23の貫通孔37の直径は、φ2.5mmであり、PTC素子22の貫通孔35の直径は、φ3mmである。外部接続用端子板23の貫通孔37をPTC素子22の貫通孔35よりも小さくすることで、外部接続用端子板23によりPTC素子22が完全に覆われるようになっている。
【0029】
PTC素子ユニット20において、外部接続用端子板23の貫通孔37とPTC素子22の貫通孔35とを介してキャップ状支持体21の天板26が露出している。そして、露出したキャップ状支持体21の天板26が溶接にて端子11の端子突出部12に接続される。これにより、PTC素子ユニット20がリチウム電池10に取り付けられる。
【0030】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【0031】
(1)本実施の形態のリチウム電池10では、比較的面積が小さな端子突出部12の上端にPTC素子ユニット20が設けられている。この場合、PTC素子ユニット20の小型化を図ることができるため、その部品コストを抑えることができる。また、端子突出部12にキャップ状支持体21が嵌め込まれた状態でPTC素子ユニット20が固定されるので、PTC素子ユニット20に対して横方向に加重が加わったとしても、PTC素子ユニット20の固定位置がずれるといった問題を回避することができる。さらに、PTC素子ユニット20を構成するキャップ状支持体21は、端子突出部12の上面に加えて側面からも三次元的に集電することができる。このため、PTC素子ユニット20を端子11に装着したことによる電気抵抗の影響を抑えることができる。また、外部接続用端子板23は、外径がキャップ状支持体21及びPTC素子22の外径よりも大きく、平面視で外部接続用端子板23の外縁部36がキャップ状支持体21及びPTC素子22の外側に張り出すように設けられている。このように構成すると、リチウム電池10を携帯機器の電池ホルダーなどに装着する際に、ホルダー内のバネやガイド板などによってPTC素子22の端子間が短絡されるといった問題を確実に回避することができる。
【0032】
(2)本実施の形態のPTC素子ユニット20において、外部接続用端子板23は、PTC素子22よりも外側に位置する外縁部36がPTC素子22側に傾斜するように曲げられている。このようにすると、外部接続用端子板23の外縁部36において角張った部分がなだらかに下がった状態となるため、電池ホルダー内のバネやガイド板に引っ掛かり難くなる。このため、携帯機器の電池ホルダー等に対するリチウム電池10の着脱を容易に行うことができる。
【0033】
(3)本実施の形態のPTC素子ユニット20では、PTC素子22及び外部接続用端子板23が円板状に形成されその中心部に貫通孔35,37を有するので、PTC素子ユニット20の軽量化が可能となる。また、外部接続用端子板23の貫通孔37はPTC素子22の貫通孔35よりも小さいため、PTC素子22が露出しないように外部接続用端子板23で確実に覆うことができる。さらに、各貫通孔35,37を介してキャップ状支持体21の天板26が露出するので、この露出部分を利用してPTC素子ユニット20を端子突出部12に溶接することができる。このようにすると、キャップ状支持体21の側壁部27を溶接する場合と比較して、溶接作業が行い易くなり、PTC素子ユニット20を端子突出部12に確実に装着することができる。
【0034】
(4)本実施の形態のPTC素子ユニット20において、キャップ状支持体21の側壁部27の先端には、外側に広がるようにR形状の誘い込み部31が形成されている。このようにすると、PTC素子ユニット20のキャップ状支持体21を端子突出部12に容易に嵌め込むことができる。
【0035】
(5)本実施の形態のPTC素子ユニット20では、キャップ状支持体21の天板26とほぼ同じサイズの外径D1を有するPTC素子22が天板26に接合固定されている。PTC素子22は、中心部に貫通孔35を有するためその表面積が減少するが、天板26と同じ外径D1とすることにより、表面積を十分に確保することができ、過電流を防止するための十分な性能を得ることができる。
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。
【0036】
・上記実施の形態の外付けPTC素子ユニット20において、キャップ状支持体21とPTC素子22とをはんだ付けにて接続するとともにそのPTC素子22と外部接続用端子板23とをはんだ付けにて接続していたが、はんだ付けに代えて導電性接着剤等を用いて接続してもよい。
【0037】
・上記実施の形態のPTC素子ユニット20では、キャップ状支持体21の天板26、PTC素子22及び外部接続用端子板23は円板状に形成されていたが、それらの形状は端子11の端子突出部12の形状に合わせて適宜変更することができる。
【0038】
・上記実施の形態のPTC素子ユニット20では、キャップ状支持体21の側壁部27に切欠部29を設けていたが、この切欠部29を省略し、環状に繋がった側壁部27としてもよい。また、PTC素子ユニット20において、PTC素子22の側面は外部接続用端子板23とキャップ状支持体21との隙間を介して外部に露出した状態となっているが、PTC素子22の側面を樹脂絶縁材からなる保護膜39(図5参照)によって被覆するように構成してもよい。
【0039】
・本実施の形態では、円筒型のリチウム電池10に外付けPTC素子ユニット20を取り付けていたが、これに限定するものではない。例えば、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池などの他の電池にPTC素子ユニット20を取り付けてもよい。また、ボタン電池にPTC素子ユニット20を取り付けてもよい。なおこの場合、キャップ状支持体21の天板26をそのボタン電池と同等の寸法で形成し、キャップ状支持体21の側壁部27をボタン電池の側面に接続するようにPTC素子ユニット20を形成する。
【0040】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【0041】
(1)手段1乃至3のいずれか1項において、前記外部接続用端子板の外縁部と前記キャップ状支持体の側壁部との隙間を、樹脂絶縁材で埋めたことを特徴とする外付けPTC素子ユニット。
【0042】
(2)手段1乃至3のいずれか1項において、前記キャップ状支持体の前記側壁部は、切欠部を隔てて複数片に分割されていることを特徴とする外付けPTC素子ユニット。
【0043】
(3)手段1乃至3のいずれか1項において、前記側壁部の高さは、取り付けられるべき前記電池の前記端子突出部の高さよりも低いことを特徴とする外付けPTC素子ユニット。
【0044】
(4)手段1乃至3のいずれか1項において、前記側壁部の先端には、外側に広がるようにR形状の誘い込み部が形成されていることを特徴とする外付けPTC素子ユニット。
【0045】
(5)手段1乃至3のいずれか1項において、前記PTC素子及び前記外部接続用端子板の貫通孔を介して露出した前記天板を、溶接にて前記端子突出部に接続することを特徴とする外付けPTC素子ユニット。
【0046】
(6)ボタン電池に取り付け可能な外付けPTC素子ユニットであって、第1主面及び第2主面を有しかつ平面視で前記端子突出部と同等の寸法及び形状を有する天板と、前記天板の前記第2主面の外周部から垂直に突設された側壁部とからなり、導電性材料を用いて形成されたキャップ状支持体と、素子裏面及び素子表面を有する板状であり、前記天板の前記第1主面上に前記素子裏面側が接合固定されたPTC素子と、前記PTC素子を覆うべく前記素子表面上に接合固定された外部接続用端子板とを備え、前記外部接続用端子板は、外径が前記キャップ状支持体の前記側壁部及び前記PTC素子の外径よりも大きく、平面視で前記外部接続用端子板の外縁部が前記キャップ状支持体の前記側壁部及び前記PTC素子の外側に張り出すように配置されていることを特徴とする外付けPTC素子ユニット。
【0047】
(7)技術的思想(6)に記載の外付けPTC素子ユニットが取り付けられたボタン電池。
【符号の説明】
【0048】
10…電池としてのリチウム電池
11…端子
12…端子突出部
20…PTC素子ユニット
21…キャップ状支持体
22…PTC素子
23…外部接続用端子板
24…第1主面
25…第2主面
26…天板
27…側壁部
33…素子表面
34…素子裏面
35…PTC素子の貫通孔
36…外部接続用端子板の外縁部
37…外部接続用端子板の貫通孔
D1…PTC素子の外径
D2…側壁部の外径
D3…外部接続用端子板の外径

【特許請求の範囲】
【請求項1】
端子の中央部に端子突出部を有する電池に取り付け可能な外付けPTC素子ユニットであって、
第1主面及び第2主面を有しかつ平面視で前記端子突出部と同等の寸法及び形状を有する天板と、前記天板の前記第2主面の外周部から垂直に突設された側壁部とからなり、導電性材料を用いて形成されたキャップ状支持体と、
素子裏面及び素子表面を有する板状であり、前記天板の前記第1主面上に前記素子裏面側が接合固定されたPTC素子と、
前記PTC素子を覆うべく前記素子表面上に接合固定された外部接続用端子板と
を備え、前記外部接続用端子板は、外径が前記キャップ状支持体の前記側壁部及び前記PTC素子の外径よりも大きく、平面視で前記外部接続用端子板の外縁部が前記キャップ状支持体の前記側壁部及び前記PTC素子の外側に張り出すように設けられていることを特徴とする外付けPTC素子ユニット。
【請求項2】
前記外部接続用端子板は、前記PTC素子よりも外側に位置する外縁部が前記PTC素子側に傾斜するように曲げられていることを特徴とする請求項1に記載の外付けPTC素子ユニット。
【請求項3】
前記PTC素子及び前記外部接続用端子板は、中心部に貫通孔を有する円板状であり、前記外部接続用端子板の貫通孔は前記PTC素子の貫通孔よりも小さく形成され、前記各貫通孔を介して前記キャップ状支持体における前記天板が露出していることを特徴とする請求項1または2に記載の外付けPTC素子ユニット。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の外付けPTC素子ユニットが取り付けられた電池。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−101794(P2013−101794A)
【公開日】平成25年5月23日(2013.5.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−244105(P2011−244105)
【出願日】平成23年11月8日(2011.11.8)
【出願人】(000177081)FDK鳥取株式会社 (28)
【Fターム(参考)】