JP2010009910A - パック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】モールディングと素電池との密着力が大きいパック電池を提供する。
【解決手段】パック電池は、素電池と、回路基板と、低温成形により形成されたモールディングとを主な構成要素として備える。パック電池では、中継リード６２が、一枚の導電性板体が曲折加工されてなるものであって、互いに並行する外辺Ｌｂ、Ｌｃを有する主面部６２ａと、外辺Ｌｂ、Ｌｃの各々を折り曲げ線として主面部６２ａと交差する方向に立ち上げられた立上部６２ｂ、６２ｃとを有する。また、主面部６２ａは、外辺Ｌｄ、Ｌｅを有し、その各々を折り曲げ線として立ち上げられた立上部６２ｄ、６２ｅが設けられている。立上部６２ｅは、主面部６２ａに対し斜め方向に立ち上げられている。モールディングは、立上部６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅを埋設するように回り込み、中継リード６２全体を内包する状態に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、パック電池に関し、特に、低温成形により形成されたモールディングで回路部品などが被覆された構成を有するパック電池に関する。

パック電池は、携帯電話機などのモバイル機器の普及に伴い、それらの電源として広く用いられている。従来技術に係るパック電池の構成について、図５を用い説明する。
図５（ａ）に示すように、パック電池は、素電池９１０の一方の端面がトップモールディング９２０で被覆され、他方の端面がボトムカバー９３０で被覆された構成を有する。このうち、トップモールディング９２０は、樹脂材料を低温成形することにより形成されている。

図５（ｂ）に示すように、トップモールディング９２０は、素電池９１０における一方の端面９１０ａを被覆するとともに、絶縁板９４１、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子９４２および保護回路基板９５０などを被覆している。絶縁板９４１は、素電池９１０の端面（封口板）９１０ａに設けられた排気弁を覆うように配されている。ＰＴＣ素子９４２は、端面９１０ａの略中央部分に凸設された負極端子９１１に一端のリードが接続され、絶縁板９４１に対し、Ｘ軸方向の上に載置されている。ＰＴＣ素子９４２のもう一方のリードは、保護回路基板９５０から延設された基板リードと接合されている。

保護回路基板９５０におけるもう一方の基板リード（Ｙ軸方向右下のリード）は、リード９４３を介して素電池９１０の端面９１０ａ上のクラッド板９１２とスポット溶接により接合されている。
トップモールディング９２０を構成する樹脂材料は、素電池９１０における端面９１０ａと保護回路基板９５０との間、および保護回路基板９５０におけるＸ軸方向左下側の主面の一部領域に回り込むように充填成形される。
特開２００３−７２８２号公報 特開２００５−３４６９４５号公報

しかしながら、上記従来技術に係るパック電池では、トップモールディング９２０と素電池９１０との密着力（接合力）が十分ではなく、外部からトップモールディング９２０に力が加わった際に、素電池９１０から剥離してしまうことが生じ得る。
また、従来技術に係るパック電池では、トップモールディング９２０において、樹脂の厚みが厚くなる部分にヒケが発生することがある。このような問題が発生した場合には、パック電池の外観品質の低下を招き、場合によっては、歩留りの低下をもたらすことになる。特に、パック電池の小型化を推進してゆく上で、素電池と保護回路基板との間の間隙を小さくすることが必要となる場合に、このようなヒケの発生が大きな問題になってくるものと考えられる。

本発明は、上記問題を解決しようとなされたものであって、モールディングと素電池との密着力が大きいパック電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は次の構成を採用することとした。
本発明に係るパック電池は、素電池と回路基板とモールディングとを主な構成要素として備える。
・ 素電池；一端面が封口板により構成され、当該封口板に正負極の一方の極が形成されている。

・ 回路基板；平板形状を有してなり、素電池の封口板に対し対向配置され、上記一方の極に対して中継リードを介して電気接続されている。
・ モールディング；樹脂材料からなり、素電池の封口板と回路基板との間に充填形成されている。
本発明に係るパック電池では、中継リードが、一枚の導電性板体が曲折加工されてなるものであって、並行する第１および第２の外辺を有する主面部と、第１および第２の外辺の各々を折り曲げ線として主面部立ち上げられた第１および第２の立上部とを有する。また、回路基板は、中継リードにおける第１の立上部と当接する状態に設けられてなる基板リードを有する。

ここで、本発明に係るパック電池の中継リードは、封口板の一方の極に対し主面部が当接された状態で接合されており、回路基板の基板リードに対し第１の立上部が上記当接部分で接合されている。また、本発明に係るパック電池のモールディングは、第１および第２の立上部を埋設するように回り込み、中継リード全体を内包する状態に形成されていることを特徴とする。

本発明に係るパック電池では、封口板と回路基板との間に配され、両者の間の接合を図る中継リードが、主面部から立ち上げられた第１および第２の立上部を有する。第１および第２の立上部は、モールディングにより内包され、成形時において、流動する樹脂材料のガイド板としての機能を果たす。即ち、中継リードに第１および第２の立上部を設けることにより、中継リードとモールディングとの接触面積、接触領域が大きくなり、モールディングと素電池との間の大きな密着力を確保することができる。

また、本発明に係るパック電池では、上述のように、中継リードに第１および第２の立上部を設けることにより、その外側のモールディングの肉厚を薄くすることができ、ヒケなどの外観不良の発生を抑制することができる。よって、本発明に係るパック電池では、モールディングでのヒケの発生を確実に抑制することが可能となる。
従って、本発明に係るパック電池は、モールディングと素電池との間の大きな密着力を確保することができ、高い外観品質を備える。

本発明に係るパック電池では、次のようなバリエーションを採用し得る。
本発明に係るパック電池では、中継リードにおける第１の立上部を、その主面に交差する外側方向から見るとき、当該第１の立上部には第２の立上部に対し重ならない部分が存在する。そして、本発明に係るパック電池では、第１の立上部と基板リードとの接合が、上記当接部分であって、且つ、第２の立上部に対し重ならない部分でなされている、という構成を採用することができる。このような構成を採用する場合にあっては、中継リードに第２の立上部が設けられていても、中継リードと基板リードとの接合に障害とならず、良好な作業性が確保される。よって、このような構成を採用する場合には、製造コスト面での優位性を有する。

また、本発明に係るパック電池では、中継リードにおいて、主面部に第１および第２の外辺と交差する方向の第３の外辺を有し、この第３の外辺を折り曲げ線として主面部に対し斜め方向に立ち上げられた第３の立上部を有する、という構成を採用することができる。このような構成を採用する場合には、第３の立上部がモールディングの接合におけるアンカーとして機能し、接合強度の向上を図ることができる。即ち、第３の立上部を主面部に対して斜め方向に立ち上げており、モールディングに対して封口板に直交する方向に引っ張り力が働いた場合や、曲げ方向に力が働いた場合にあっても、第３の立上部がアンカーとして機能して高い接合強度が確保される。

また、本発明に係るパック電池では、第３の起立部に透孔が設けられている、という構成を採用することができる。このように第３の立上部に透孔を設けることで、モールディングの樹脂材料が透孔にも浸入することになり、アンカー効果がより一層確実となる。
また、本発明に係るパック電池では、封口板において、他方の極としての端子が、当該封口板とは絶縁された状態で凸設されており、凸設されてなる端子が、感熱素子を介して回路基板に接続されている、という構成を採用することができる。

また、本発明に係るパック電池では、素電池として非水二次電池を採用することもできる。

以下では、本発明を実施するための最良の形態について、一例を示して説明する。なお、以下の説明で用いる実施の形態は、本発明の構成および作用・効果を分かりやすく説明するために用いる一例であって、本発明は、その本質的部分以外に何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
１．パック電池１の全体構成
本実施の形態に係るパック電池１の全体構成について、図１を用い説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るパック電池１は、素電池１０におけるＸ軸方向両端の端面がトップモールディング２０およびボトムカバー３０によりそれぞれ覆われている。そして、素電池１０における周面は、フィルム状の外装ラベル４０により覆われている。
Ｘ軸方向左下のトップモールディング２０には、窓部２０ａ、２０ｂが設けられており、一方の窓部２０ｂは、水没ラベル４１で覆われている。

図１における二点鎖線で囲った部分には、便宜的にトップモールディング２０を除去した状態のパック電池１を部分的に示している。図１の二点鎖線で囲った部分に示すように、トップモールディング２０には、感熱素子としてのＰＴＣ素子６０や保護回路が組まれた保護回路基板５０が内包されている。
保護回路基板５０におけるＸ軸方向左下側の主面５０ａには、５つの端子５１〜５５が形成されている。このうち端子５１〜５３は、外部装着機器との接続に用いる外部接続端子であって、トップモールディング２０ａからその一部が露出するようになっている。他方、端子５４、５５は、テスト用の端子であって、パック電池１の機能テストの後に水没ラベル４１で覆われる。

素電池１０における封口板１０ａと保護回路基板５０との間には、ＰＴＣ素子６０、絶縁板６１および中継リード６２が挿設されている。ここで、トップモールディング２０の形成後においては、これらＰＴＣ素子６０、絶縁板６１および中継リード６２の全てが内包されることになる。
なお、トップモールディング２０は、アクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ウレタン系樹脂などを構成材料とし、低温でのインサート成形（低温成形）をもって形成されている。

なお、本実施の形態においてトップモールディング２０の形成に用いる低温成形は、加熱され溶融された樹脂材料を利用するので、ホットメルトモールディングともいう。
２．パック電池１におけるコアパックの構成
パック電池１におけるコアパックの構成について、図２を用い説明する。なお、コアパックとは、パック電池１において充放電などの電気的機能で核となる部分をいう。

図２に示すように、素電池１０は、扁平な略直方体形状の外観形状を有しており、例えば、非水二次電池であるリチウムイオン電池が適用されている。素電池１０におけるＸ軸方向左下の封口板１０ａには、Ｘ軸方向外側に凸設された負極端子１１と、主面に接合されたクラッド板１２と、排気弁１３が設けられている。
素電池１０の封口板１０ａに対しては、排気弁１３の上を覆う状態で絶縁板６１が配され、その上にＰＴＣ素子６０が載置される。ＰＴＣ素子６０は、素子本体部６０ａと、Ｙ軸の両方向にそれぞれ延出された素子リード６０ｂ、６０ｃとを有してなる。ＰＴＣ素子６０における素子リード６０ｂは、素電池１０における負極端子１１に接合されている。ＰＴＣ素子６０におけるもう一方の素子リード６０ｃは、Ｘ軸方向に立ち上げられた部分で保護回路基板５０に設けられた基板リード（図２では、図示を省略。）に接合されている。

一方、素電池１０の封口板１０ａ上のクラッド板１２には、中継リード６２が接合されている。クラッド板１２への中継リード６２の接合は、Ｙ−Ｚ平面に沿って形成された主面部６２ａの背がクラッド板１２に当接され、当該当接状態でスポット溶接されることでなされている。一方、中継リード６２と保護回路基板５０との接合は、保護回路基板５０に設けられた基板リード（図２では、図示を省略。）と、Ｘ軸方向に立ち上げられた立上部６２ｂとがスポット溶接されることでなされている。

なお、排気弁１３上を覆う絶縁板６１は、ＰＴＣ素子６０と封口板１０ａとの間の電気的な絶縁と、インサート成形によりトップモールディング２０を形成する際に排気弁１３に樹脂材料が充填されてしまわないようにするための両目的で設けられている。
３．中継リード６２
次に、パック電池１における従来との相違点である、中継リード６２の形態について、図３（ａ）〜（ｃ）を用い説明する。図３（ａ）は、中継リード６２の斜視図であり、図３（ｂ）は、中継リード６２を図３（ａ）の矢印Ｂの方向に見たときの平面図であり、図３（ｃ）は、中継リード６２を図３（ａ）の矢印Ｃの方向に見たときの平面図である。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、中継リード６２は、一枚の導電性板体としての金属板が曲折加工されてなるものであって、Ｙ−Ｚ平面に沿った主面部６２ａと、そこから立ち上げられた立上部６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅとを有し構成されている。また、図３（ａ）に示すように、Ｙ軸方向の両側に設けられた立上部６２ｄ、６２ｅには、それぞれ透孔６２ｄｈ、６２ｅｈがそれぞれ設けられている。

図３（ｂ）に示すように、立上部６２ｅは、主面部６２ａにおける外辺Ｌｅを折り曲げ線として、主面部６２ａと角度θ_１を有するように立ち上げられている（折り曲げ加工されている）。また、立上部６２ｄは、主面部６２ａにおける外辺Ｌｄを折り曲げ線として、主面部６２ａと角度θ_２を有するように立ち上げられている。ここで、角度θ_１は、０［°］よりも大きく、且つ、９０［°］よりも小さく設定されており（例えば、略３０［°］に設定されており）、主面部６２ａに対し斜め方向に立ち上げられている。

一方、角度θ_２は、略９０［°］に設定されており、立上部６２ｄは、主面部６２ａに対し略直交する方向に立ち上げられている。
図３（ｃ）に示すように、立上部６２ｂは、主面部６２ａにおける外辺Ｌｂを折り曲げ線として、立ち上げられている（折り曲げ加工されている）。立上部６２ｃは、主面部６２ａにおける外辺Ｌｃを折り曲げ線として、立ち上げられている。ここで、主面部６２ａにおける外辺Ｌｂと外辺Ｌｃとは、並行している。

また、図３（ｂ）に示すように、立上部６２ｂを矢印Ｂの方向に見るとき、立上部６２ｂには、立上部６２ｃに対し重ならない部分を一部に有する。
４．保護回路基板５０とＰＴＣ素子６０および中継リード６２との接合
保護回路基板５０とＰＴＣ素子６０および中継リード６２との接合について、図４を用い説明する。

図４に示すように、保護回路基板５０には、裏面５０ｂにおけるＹ軸方向の両端部分にＸ軸方向の封口板１０ａに向けて基板リード５６、５７が延設されている。基板リード５６は、ＰＴＣ素子６０における素子リード６０ｃとスポット溶接により接合されている。このようなスポット溶接は、図４の紙面に垂直な方向（Ｚ軸方向）の上側、あるいは下側から作業をすることができる。

また、基板リード５７は、中継リード６２の立上部６２ｂとスポット溶接により接合されている。ここで、上記のように、中継リード６２では、図３（ｂ）などに示すように、立上部６２ｂにおいて立上部６２ｃと重ならない部分を有するので、当該部分で基板リード５７とのスポット溶接が図られている。このようなスポット溶接についても、上記同様に、図４の紙面に垂直な方向（Ｚ軸方向）の上側、あるいは下側から作業をすることができる。

なお、トップモールディング２０は、保護回路基板５０と素電池１０における封口板１０ａとの間（領域Ｄ）に充填形成されることになり、中継リード６２における立上部６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅの全てを埋設するように樹脂が回り込み、中継リード６２の全体が内包される。そして、金型に装着されて溶融された樹脂材料を充填するときには、パック電池１の側方（図４においては、紙面に垂直な上方向、あるいは下方向）から、ゲートを通じて樹脂材料が注入、充填されることになる。

５．優位性
本実施の形態に係るパック電池１が有する優位性について、説明する。
本実施の形態に係るパック電池１では、素電池１０の封口板１０ａと保護回路基板５０との間に配され、両者の間の接合を図る中継リード６２が、主面部６２ａと、これに交差する方向に立ち上げられた立上部６２ｂ、６２ｃを有する（図３（ａ）、（ｃ）を参照）。立上部６２ｂと立上部６２ｃとは、トップモールディング２０により内包され、その成形時において、流動する樹脂材料のガイド板としての機能を果たす。即ち、中継リード６２に立上部６２ｂ、６２ｃを設けることにより、その外側のトップモールディングの肉厚を薄くすることができ、ヒケなどの外観不良の発生を抑制することができる。よって、パック電池１では、トップモールディングでのヒケの発生を確実に抑制することが可能となり、優れた外観品質が確保される。

また、パック電池１では、中継リード６２において、図３（ｂ）に示すように、立上部６２ｂを矢印Ｂの方向に見るとき、立上部６２ｃと重ならない部分を有する。図４に示すように、立上部６２ｂに立上部６２ｃと重ならない部分を設けておくことによって、立上部６２ｂと基板リード５７との接合の際に、立上部６２ｃの存在しない部分からスポット溶接などの溶接棒を挿入することが可能となる。なお、スポット溶接を行う場合には、上記のように、図４の紙面に垂直な方向（Ｚ軸方向）の上側、あるいは下側から作業をすることができ、その他に、シリーズスポット溶接の場合には、図４におけるＹ軸方向に２本の溶接棒を用いることができる。よって、本実施の形態に係るパック電池１では、上述のように、トップモールディング２０におけるヒケの発生を効果的に抑制しながら、製造時における良好な作業性が確保可能である。よって、パック電池１では、製造コストの上昇を抑えることができる。

また、パック電池１では、図３（ｃ）などに示すように、中継リード６２において、主面部６２ａに対し０［°］より大きく９０［°］より小さい角度θ_１をもって斜め方向に立ち上げられた（折り曲げ加工された）立上部６２ｅを有するので、この立上部６２ｅをトップモールディング２０の接合におけるアンカーとして機能させることができる。よって、パック電池１では、トップモールディング２０の高い接合強度を有する。よって、パック電池１では、トップモールディング２０に対して封口板１０ａに直交する方向に引っ張り力が働いた場合や、曲げ方向に力が働いた場合にあっても、立上部６２ｅがアンカーとして機能して高い接合強度が確保される（大きな密着力が得られる）。

また、パック電池１では、中継リード６２において、立上部６２ｄおよび立上部６２ｅのそれぞれにおいて、透孔６２ｄｈおよび透孔６２ｅｈが設けられているので、トップモールディング２０の樹脂材料が透孔６２ｄｈ、６２ｅｈにも浸入することになり、アンカー効果がより一層確実となる。
ここで、上述のように、樹脂材料は、パック電池１の側方より注入することにより、樹脂材料の注入方向に向かって開口する中継リード６２における透孔６２ｄｈ、６２ｅｈを、樹脂材料が通過し、透孔６２ｄｈ、６２ｅｈに樹脂材料が十分に充填されることになる。このため、トップモールディング２０と中継リード６２、即ち、トップモールディング２０と素電池１０との密着力の向上が図られる。

また、図３（ｂ）に示すように、板状の立上部６２ｅの面が、同じく板状の主面部６２ａの面に対して、ひねりを加えた面（面の方向を方線で示す場合、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向だけでなく、Ｚ軸方向の成分も含む面）となっている。よって、本実施の形態に係るパック電池１では、外部から加わる種々の力に対して、トップモールディング２０と素電池１０とを強固に密着させることができる。

６．その他の事項
上記実施の形態で採用した各構成および材料などは、本発明の構成および作用・効果を分かりやすく説明するために用いた一例であって、本発明は、その本質的な特徴部分以外に何ら上記形態に限定を受けるものではない。例えば、パック電池１では、一つの素電池１０を備える構成としたが、二つ以上の素電池を内蔵する形態を採用することもできる。

また、パック電池１では、素電池１０として扁平の略直方体形状の非水二次電池（リチウムイオン電池）を採用したが、素電池の種類および外観形状については、これに限定されない。例えば、円筒型の外観形状を有する電池を素電池として採用したり、ニッケル−カドミウム二次電池やニッケル−水素二次電池などを素電池として採用したりすることもできる。

また、パック電池１では、素電池１０における負極端子１１が封口板１０ａから凸設された構成としたが、正極端子が封口板から凸設された構成の素電池を採用することもできる。なお、このような場合においても、素電池における凸設された端子（正極端子）にＰＴＣ素子を接続しておくことが望ましい。これは、例えば、外装ラベルが破れたりして素電池１０における外装缶と出力との間などで短絡を生じ、ＩＣが壊れた場合にも、素電池の正極端子と保護回路基板との間の電力流通経路中にＰＴＣ素子が介在されることになり、安全性の確保という観点から望ましい。

また、パック電池１では、中継リード６２と保護回路基板５０の基板リード５７との接合に係る作業性確保という観点から、立上部６２ｂにおいて立上部６２ｃと重ならない部分を設けたが、パック電池のサイズなどの諸条件で溶接時における作業性を考慮する必要がないような場合には、中継リード６２の幅全体に立上部６２ｂ、６２ｃを設けることとしてもよい。このようにすることにより、トップモールディング２０のヒケなどの外観不良をより一層低減することが可能となる。

本発明は、携帯電話機などのモバイル機器の電源として、高い外観品質を有するパック電池を実現するのに有用な技術である。

実施の形態に係るパック電池１の構成を示す斜視図である。 素電池１０とＰＴＣ素子６０および保護回路基板５０との接続形態を示す展開斜視図である。 リード６２の形態を示す斜視図および平面図である。 素電池１０とＰＴＣ素子６０および保護回路基板５０との接続関係を示す平面図である。 従来技術に係るパック電池の構成を示す斜視図と、素電池９１０とＰＴＣ素子９４２および保護回路基板９５０との接続形態を示す展開斜視図である。

符号の説明

１．パック電池
１０．素電池
１１．負極端子
１２．クラッド板
１３．排気弁
２０．トップモールディング
３０．ボトムカバー
４０．外装ラベル
４１．水没ラベル
５０．保護回路基板
５１〜５５．基板端子
５６、５７．基板リード
６０．ＰＴＣ素子
６１．絶縁板
６２．中継リード
６２ａ．主面部
６２ｂ〜６２ｅ．立上部

Claims (6)

1. 一端面が封口板により構成され、当該封口板に正負極の一方の極が形成されてなる素電池と、
   平板形状を有してなり、前記封口板に対し対向配置され、前記一方の極に対して中継リードを介して電気接続された回路基板と、
   樹脂材料からなり、前記封口板と前記回路基板との間に充填形成されてなるモールディングとを有するパック電池であって、
   前記中継リードは、一枚の導電性板体が曲折加工されてなるものであって、並行する第１および第２の外辺を有する主面部と、前記第１および第２の外辺の各々を折り曲げ線として前記主面部から立ち上げられた第１および第２の立上部とを有し
   前記回路基板には、前記中継リードにおける前記第１の立上部と当接する状態に設けられてなる基板リードを有し、
   前記中継リードは、前記封口板の一方の極に対し、前記主面部が当接された状態で接合されており、前記回路基板の基板リードに対し、前記第１の立上部が前記当接部分で接合されており、
   前記モールディングは、前記第１および第２の立上部を埋設するように回り込み、前記中継リード全体を内包する状態に形成されている
   ことを特徴とするパック電池。
2. 前記第１の立上部をその主面に交差する外側方向から見るとき、当該第１の立上部には、前記第２の立上部に対し重ならない部分が存在し、
   前記第１の立上部は、前記基板リードに対し、前記当接部分であって、且つ、前記重ならない部分で接合されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のパック電池。
3. 前記リードは、前記主面部に前記第１および第２の外辺と交差する方向の第３の外辺を有し、前記第３の外辺を折り曲げ線として前記主面部に対し斜め方向に立ち上げられた第３の立上部を有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のパック電池。
4. 前記第３の立上部には、透孔が設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載のパック電池。
5. 前記封口板には、他方の極としての端子が、当該封口板とは絶縁された状態で凸設されており、
   前記凸設されてなる端子は、感熱素子を介して前記回路基板に接続されている
   ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のパック電池。
6. 前記素電池は、非水二次電池である
   ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のパック電池。

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