JPH09134714A - 安全装置用の皿バネ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造の複雑化を伴わずに、２種類の安全装置
の複合を可能にする安全装置用の皿バネを提供する。 【解決手段】 安全装置１２の通電経路は、発電要素１
３→リード線３０→導体ケース１７の端子２９→スペー
サ１９→ＰＴＣ板２１→環状端子２２→接片２５→電極
蓋２６と言うものである。このような構成において、過
電流が流れると、ＰＴＣ板２１が発熱して、その抵抗が
極めて大きくなり、過電流が抑制される。これにもかか
わらず、発電要素１３からガスが発生し、電池ケース１
４内の圧力が上昇すると、この圧力によって、皿バネ１
が反転して、接片２５の先端が押し上げられて、環状端
子２２から離間し、通電経路が切断される。更に、電池
ケース１４内の圧力が上昇し続けた場合は、皿バネ１の
孔の合成樹脂フィルム及びアルミ箔が破れ、ガスが外部
に放出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば二次電池
の爆発を防止するための安全装置に好適な安全装置用の
皿バネに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラ、ヘッドホンステレ
オ、携帯電話機等の普及に伴い、電源となる二次電池の
重負荷特性の改善や、エネルギーの高密度化という要求
が強まって来ている。この要求を充たす二次電池とし
て、従来より利用されているニッケルカドニウム電池を
挙げることができるが、最近ではリチウム電池が注目さ
れ、このリチウム電池の開発及び利用が活発化してい
る。

【０００３】この種の二次電池は、一般に密封形構造で
ある。このため、過充電、短絡等によって、発電要素が
発熱し、この発電要素からガスが発生すると、電池ケー
ス内の圧力が上昇し、電池性能の劣化を招く。さらに
は、電池ケースの爆発に至ることがあり、周囲の機器を
損傷させたり、周囲の人に危害を与える。

【０００４】このような事故を防止するために、この種
の二次電池には、安全装置を設けている。例えば、ＰＴ
Ｃ板（予め定められた温度を越えると、抵抗が急激に増
大する特性を有する）を該電池の通電経路に挿入したも
のや、この電池内の圧力によって切り換わるスイッチを
通電経路に挿入したもの等がある。あるいは、これらを
複合して安全性を高めたものがあり、この複合したもの
の方がより一般的ではある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、幾種類
かの安全装置を複合すると、安全性が高まるものの、構
造の複雑化やコストの高騰を招くと言う問題があった。

【０００６】そこで、この発明の課題は、構造の複雑化
を伴わずに、２種類の安全装置の複合を可能にする安全
装置用の皿バネを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の安全装置用の皿バネは、孔を有し、この
孔をシートによって塞いでなる。

【０００８】例えば、この皿バネを二次電池の安全装置
に適用する場合、この皿バネを該電池内の圧力を受けて
反転するように配置し、この皿バネの反転によって開成
する常閉スイッチを該電池の通電経路に挿入しておく。
また、この皿バネの孔を通じて該電池内のガスが抜ける
ガス経路を形成しておく。このような構造においては、
過充電、短絡等によって、電池の発電要素からガスが発
生し、この電池内の圧力が上昇すると、皿バネが反転
し、これに伴ってスイッチが開成するので、この電池の
通電経路が切断され、電流が遮断される。そして、この
電流の遮断にもかかわらず、電池内の圧力が上昇し続け
ると、皿バネの孔のシートが破け、電池内のガスがガス
経路を通じて外部に排出される。これにより、電池内の
圧力が低下し、電池の爆発が防止される。

【０００９】すなわち、この発明の皿バネは、スイッチ
の切換えと、ガスの排出という２種類の役目を果たすの
で、この安全装置の構造を簡単化することができる。

【００１０】皿バネの孔を塞ぐシートとしては、例えば
金属箔がある。この金属箔によって皿バネの孔を塞ぐ場
合、金属箔と皿バネ間で発生する電蝕を防止するため
に、両者の間に合成樹脂層を介在させるのが好ましい。

【００１１】また、皿バネとして、バイメタルのものを
適用しても構わない。このバイメタルの皿バネを二次電
池に適用する場合も、この皿バネの反転によって開成す
る常閉スイッチを該電池の通電経路に挿入し、この皿バ
ネの孔を通じて該電池内のガスが抜けるガス経路を形成
しておく。このような構造においては、過充電、短絡等
によって、この電池の発電要素が発熱すると、この熱に
よって、皿バネが反転し、通電経路のスイッチが開成し
て、電流が遮断される。そして、この電流の遮断にもか
かわらず、電池の発電要素が発熱し続け、これに伴い、
電池内の圧力が上昇し続けると、皿バネの孔のシートが
破けて、電池内のガスが外部に排出され、電池の爆発が
防止される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面を参照して説明する。

【００１３】図１及び図２は、この発明の皿バネの第１
実施形態を示している。この皿バネ１は、ステンレス製
の皿バネ本体２、合成樹脂フィルム３及びアルミ箔４を
順次積層して、この皿バネ本体２の中央の孔２ａを合成
樹脂フィルム３及びアルミ箔４によって塞いでなる。

【００１４】合成樹脂フィルム３は、皿バネ本体２とア
ルミ箔４間に介在し、異種金属間に生じる電蝕を防止す
る役目を果たす。

【００１５】合成樹脂フィルム３とアルミ箔４は、単に
積層するだけでも構わないが、接着しても良く、それら
を接着する場合は、合成樹脂フィルム３の溶剤あるいは
加熱による溶着を利用したり、接着剤を使用する。ま
た、図３に示すようにアルミ箔４の両面に各合成樹脂フ
ィルム５，６を積層して、このアルミ箔４を被っても構
わない。

【００１６】あるいは、金属蒸着によって、合成樹脂フ
ィルムの一方の面にアルミ箔を形成しても良い。また、
合成樹脂フィルムの一方の面にアルミ箔を蒸着してか
ら、他の合成樹脂フィルムを積層して、２枚の合成樹脂
フィルムの間にアルミ箔を挟んでも構わない。

【００１７】さらに、アルミ箔の片面に合成樹脂塗料や
接着剤を塗布し、この合成樹脂塗料や接着剤の面を皿バ
ネ本体２に重ね合わせて、アルミ箔と皿バネ本体を接着
しても良い。また、アルミ箔の両面に合成樹脂塗料や接
着剤を塗布しても構わない。

【００１８】勿論、皿バネや金属箔の材質として、他の
種類の金属のものを適用しても良い。

【００１９】なお、皿バネ本体２の材質と、この皿バネ
本体２の孔２ａを塞ぐ金属箔の材質が同一であったり、
電蝕が発生しないような環境下で、この皿バネ１を使用
する場合は、合成樹脂フィルムを省略して、皿バネ本体
２と金属箔を直接積層しても構わない。また、アルミ箔
を省略し、合成樹脂フィルムのみでも構わない。

【００２０】さて、このような皿バネ１は、図４に示す
ような二次電池１１の安全装置１２に適用される。この
二次電池１１では、発電要素１３を電池ケース１４に封
止しており、この電池ケース１４の上端に、絶縁体１５
を介在させたカシメ加工によって、安全装置１２を支持
している。

【００２１】この安全装置１２は、図５に示すように導
体ケース１７の内側に、ガスケット１８、皿バネ１、ス
ペーサ１９、ＰＴＣ板２１、環状端子２２、及び絶縁シ
ール２３を順次重ね合わせ、ＰＴＣ板２１及び環状端子
２２の孔に移動片２４を挿入してから、この上に接片２
５を抵抗溶接した電極蓋２６を被せ、導体ケース１７の
周縁をカシメ加工して、この電極蓋２６の周縁を絶縁シ
ール２３を介在させて挟み込んでなる。

【００２２】ＰＴＣ板２１は、常温では低い抵抗である
が、予め定められた温度を越えると、抵抗が急激に増大
するという特性を持つ正特性サーミスタであり、後で述
べるように安全性の向上のために設けられている。

【００２３】導体ケース１７の底には、孔１７ａを形成
している。皿バネ１は、この導体ケース１７の孔１７ａ
を介して二次電池１１の内側を臨んでいる。また、この
孔１７ａの周縁には、端子２９を垂れ下げており、この
端子２９をリード線３０を通じて発電要素１３に接続し
ている。

【００２４】電極蓋２６の接片２５は、十分な弾性を有
しており、その先端が環状端子２２に接触している。

【００２５】この安全装置１２の通電経路は、発電要素
１３→リード線３０→導体ケース１７の端子２９→スペ
ーサ１９→ＰＴＣ板２１→環状端子２２→接片２５→電
極蓋２６と言うものである。

【００２６】このような構成において、過充電又は短絡
状態となり、過電流が流れると、上記通電経路のＰＴＣ
板２１が発熱して、このＰＴＣ板２１の抵抗が極めて大
きくなる。これにより、過電流が抑制されて、電流が小
さくなり、過充電又は短絡状態が回避される。

【００２７】このＰＴＣ板２１による過電流の抑制にも
かかわらず、発電要素１３からガスが発生し、電池ケー
ス１４内の圧力が上昇して許容レベルを越えると、この
圧力によって、図６に示すように皿バネ１が反転して、
この皿バネ１の裏面が脹らみ、移動片２４が押し上げら
れる。これに伴って、接片２５の先端も押し上げられ、
この先端が環状端子２２から離間する。この結果、上記
通電経路が切断されて、電流が遮断される。

【００２８】こうして電流を遮断したにもかかわらず、
発電要素１３からガスが発生し続け、電池ケース１４内
の圧力が上昇し続けた場合は、図７に示すように皿バネ
１の合成樹脂フィルム３及びアルミ箔４が破れ、電池ケ
ース１４内のガスは、皿バネ本体２の中央の孔２ａから
電極蓋２６の内側に至り、この電極蓋２６の孔２６ａか
ら外部に放出される。これにより、電池ケース１４の爆
発が防止される。

【００２９】すなわち、この二次電池１１においては、
ＰＣＴ板２１による過電流の抑制、皿バネ１の反転によ
る通電経路の切断、及び合成樹脂フィルム３及びアルミ
箔４の破壊による内部ガスの放出と言う三重の作用によ
って、この二次電池１１の防爆を行っている。

【００３０】ここで、この三重の作用のうちの２つのも
の、つまり通電経路の切断と言う作用、及び内部ガスの
放出と言う作用は、１つの皿バネ１の動作に起因するも
のである。換言すれば、この皿バネ１は、同時に２つの
役目を果たしている。このことが、この安全装置１２の
構造の簡単化を可能にする。

【００３１】図８は、図１及び図２に示す皿バネ１を適
用した安全装置の他の例を示している。この安全装置３
１は、導体ケース３２の内側に、ガスケット３３、皿バ
ネ１、ＰＴＣ板３４、環状端子３５、及び絶縁シール３
６を順次重ね合わせ、絶縁シール３６と電極蓋３７の間
に接片３８の周縁を挟み込んで、この電極蓋３７を被
せ、導体ケース３２の周縁をカシメ加工して、この電極
蓋３７の周縁を絶縁体３９を介在させて挟み込んでな
る。

【００３２】電極蓋３７の接片３８は、図９に示すよう
に環状片３８ａ、及び舌状片３８ｂを有しており、環状
片３８ａを絶縁シール３６と電極蓋３７の間に挾み、舌
状片３８ｂを環状端子３５に接触させている。また、こ
の接片３８の舌状片３８ｂに孔を形成し、この孔にバネ
押し４１を圧入している。このバネ押し４１は、図１０
に示すように頭部４１ａ、及び２つの脚部４１ｂを有し
ており、これらの脚部４１ｂの間隙を皿バネ本体２の孔
２ａの直径よりも広くしている。

【００３３】この安全装置３１も図４に示す二次電池１
１に適用され、その通電経路は、発電要素１３→リード
線３０→導体ケース３２の端子４２→ＰＴＣ板３４→環
状端子３５→接片３８→電極蓋３７と言うものである。

【００３４】ここで、過充電又は短絡状態となり、過電
流が流れると、上記通電経路のＰＴＣ板３４が発熱し
て、その抵抗が極めて大きくなり、過充電又は短絡状態
が回避される。

【００３５】この電流の抑制にもかかわらず、電池ケー
ス１４内の圧力が上昇して許容レベルを越えると、図１
１に示すように皿バネ１が反転し、この皿バネ１がバネ
押し４１の各脚部４１ｂを突き上げる。これに伴って、
接片３８の先端が環状端子３５から離間し、上記通電経
路が切断される。

【００３６】この通電経路の切断にもかかわらず、電池
ケース１４内の圧力が上昇し続けた場合は、図１２に示
すように皿バネ１の合成樹脂フィルム３及びアルミ箔４
が破れ、電池ケース１４内のガスが皿バネ本体２の中央
の孔２ａから電極蓋３７の孔３７ａを介して外部に放出
され、電池ケース１４の爆発が防止される。

【００３７】したがって、ここでも、過電流の抑制、通
電経路の切断、及び内部ガスの放出と言う三重の作用に
よって、この二次電池１１の爆発を防止している。

【００３８】ところで、この安全装置３１では、この安
全装置３１を破壊することなく、次の様な手順で動作の
検査を行うことができる。

【００３９】まず、安全装置３１の電極蓋３７と端子４
２間が導通しているか否かを検査する。導通していなけ
れば、不良品である。

【００４０】次に、圧力を導体ケース３２の孔３２ａを
通じて皿バネ１に加え、この皿バネ１を反転させる。こ
のときに、電極蓋３７と端子４２間が未だに導通してい
れば、不良品である。

【００４１】更に、細い棒（図示せず）を電極蓋３７の
孔３７ａに差し込んで、この細い棒によって、接片３８
のバネ押し４１の頭部４１ａを突き下ろし、皿バネ１を
再び反転させて元の状態に戻す。これにより、電極蓋３
７と端子４２間が再び導通すれば、この安全装置３１を
良品と判断する。

【００４２】図１３は、この発明の皿バネの第２実施形
態を示している。この皿バネ５１は、図１及び図２の皿
バネ１と比較すると、皿バネ本体５２の中央の孔５２ａ
を合成樹脂フィルム５３及びアルミ箔５４によって塞ぐ
点で一致し、この皿バネ本体５２がバイメタル製のもの
である点で異なる。

【００４３】このバイメタル製の皿バネ本体５２は、２
つの層５２ｂ，５２ｃからなる断面構造を有している。
これらの層５２ｂ，５２ｃは、相互に異なるそれぞれの
熱膨張率を有する各金属の層であり、皿バネ本体５２の
脹らんだ側の層５２ｂの方が窪んだ側の層５２ｃよりも
熱膨張率が小さい。このため、皿バネ本体５２の温度が
上昇する程、脹らんだ側の層５２ｂよりも窪んだ側の層
５２ｃの方が伸長し、両者の差が大きくなり、この皿バ
ネ本体５２の温度が予め定められたレベルに達すると、
この皿バネ本体５２が反転する。

【００４４】なお、バイメタルには、２層だけでなく、
３層のものがあるので、これを適用しても構わない。

【００４５】この皿バネ５１は、図５に示す安全装置１
２及び図８に示す安全装置３１における皿バネ１の代わ
りに適用することができる。この場合、過充電又は短絡
状態となって、電池ケース１４内の圧力が上昇したとき
だけでなく、発電要素１３の発熱により、この皿バネ５
１の温度が上昇したときにも、この皿バネ５１が反転し
て、二次電池１１の通電経路が切断され、電流が遮断さ
れる。

【００４６】したがって、この皿バネ５１を適用した二
次電池１１においては、ＰＣＴ板による過電流の抑制、
圧力上昇もしくは温度上昇に応答しての皿バネ５１の反
転による通電経路の切断、及び合成樹脂フィルム５３及
びアルミ箔５４の破壊による内部ガスの放出によって、
この二次電池１１の防爆が行われる。

【００４７】なお、上記各実施形態の皿バネは、その孔
を塞ぐために、金属箔と合成樹脂フィルムを貼り合わせ
たものを用いているが、これに限定されず、適宜の圧力
によって破れる他の材質のものを適用しても構わない。
例えば、合成樹脂製の薄膜フィルムの適用が考えられ
る。

【００４８】

【効果】以上説明したように、この発明の安全装置用の
皿バネは、孔を有し、この孔をシートによって塞いでな
るものであって、例えば二次電池の安全装置に適用さ
れ、通電経路に挿入されたスイッチの切換えと、ガスの
排出という２種類の役目を果たすので、この安全装置の
構造の簡単化を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の皿バネの第１実施形態を示す斜視図

【図２】図１の皿バネを示す断面図

【図３】図１の皿バネの変形例を部分的に拡大して示す
断面図

【図４】図１の皿バネが適用される安全装置を備える二
次電池を示す断面図

【図５】図４の安全装置を示す断面図

【図６】図４の安全装置の作用を説明するために用いた
図

【図７】図４の安全装置の他の作用を説明するために用
いた図

【図８】図１の皿バネが適用される他の安全装置を示す
断面図

【図９】図８の安全装置における接片を示す斜視図

【図１０】図８の安全装置におけるバネ押しを示す斜視
図

【図１１】図８の安全装置の作用を説明するために用い
た図

【図１２】図８の安全装置の他の作用を説明するために
用いた図

【図１３】この発明の皿バネの第２実施形態を示す断面
図

【符号の説明】

１，５１ 皿バネ ２，５２ 皿バネ本体 ３，５３ 合成樹脂フィルム ４，５４ アルミ箔 １１ 二次電池 １２，３１ 安全装置 １３ 発電要素 １４ 電池ケース １５，３９ 絶縁体 １７，３２ 導体ケース １８，３３ ガスケット １９ スペーサ ２１，３４ ＰＴＣ板 ２２，３５ 環状端子 ２３，３６ 絶縁シール ２４ 移動片 ２５，３８ 接片 ２６，３７ 電極蓋 ２９，４２ 端子 ３０ リード線 ４１ バネ押し

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 孔を有し、この孔をシートによって塞い
   だ安全装置用の皿バネ。
2. 【請求項２】 シートは、金属箔である請求項１に記載
   の安全装置用の皿バネ。
3. 【請求項３】 金属箔のシートと皿バネの間に、合成樹
   脂層を介在させた請求項２に記載の安全装置用の皿バ
   ネ。
4. 【請求項４】 異なるそれぞれの熱膨張率を有する各金
   属層を積層したバイメタルからなる請求項１に記載の安
   全装置用の皿バネ。