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【発明の名称】 圧力破砕型保護デバイス及びこれを用いた２次電池、コンデンサ並びに携帯型電子機器
【発明者】 【氏名】平井 誠作
【要約】 【課題】

【解決手段】
【特許請求の範囲】
【請求項１】 周囲の圧力が予め設定された値以上になると破砕される破砕部と、この破砕部に形成された銅薄膜からなる導体部と、この導体部に接続される銅製の端子とを具備しており、前記端子と導体部とが接合される接合部では、錫又は金を用いた拡散接合がなされることを特徴とする圧力破砕型保護デバイス。
【請求項２】 前記導体部は、蒸着又はメッキで形成されることを特徴とする請求項１記載の圧力破砕型保護デバイス。
【請求項３】 請求項１又は２記載の圧力破砕型保護デバイスを組み込んだことを特徴とする２次電池。
【請求項４】 請求項１又は２記載の圧力破砕型保護デバイスを組み込んだことを特徴とするコンデンサ。
【請求項５】 請求項１又は２に記載の圧力破砕型保護デバイス若しくは請求項３に記載の２次電池或いは請求項４に記載のコンデンサを組み込んだことを特徴とする携帯型電子機器。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力破砕型保護デバイスやこれを用いた２次電池、コンデンサや、これらを用いた携帯型電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、携帯電話やビデオカメラ等の電子機器には、リチウムイオン電池などの２次電池が数多く用いられている。これら各種の２次電池において、例えば電子機器の故障や誤使用によって過充電状態や短絡状態になると、電池内部が加熱され、電解液が分離されてガスが発生し、電池内圧が上昇し、爆発してしまう場合があった。このため、これらの２次電池には、各種の保護デバイスが備えられている。
【０００３】例えば、この種の圧力破砕型保護デバイスとしては、凹部が形成された圧力調整容器と、銅薄膜からなる導体部を備え、前記圧力調整容器を密閉するセラミックスからなる破砕部と、前記導体部と電気的に接続された端子とを有するものがある。
【０００４】破砕部で圧力調整容器の凹部を密閉し、外部の圧力（電池内圧）が高まると、前記凹部の内部の圧力と電池内圧との差によって破砕部を破砕し、破砕部に設けられた導体部を破断することで、前記爆発等を防止するのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来のこの種の圧力破砕型保護デバイスは、端子に０．１ｍｍ厚の銅板を用い、導体部には１０μｍ厚の薄い蒸着膜を用いているため、銅の融点を越える温度での溶接では、薄い導体部の溶け具合をコントロールすることが困難になり、接合が不安定なものになっていた。これは、導体部が薄いものである限り、どのような溶接であっても同様であった。また、拡散接合では、蒸着膜が形成されているセラミック製の圧力調整容器が接合時の熱衝撃によって割れることがあった。
【０００６】また、銅板からなる端子と、薄い蒸着膜である導体部とを拡散接合しても過大な負荷に対しては強度が不十分であるため、搬送時や組立時等の取り扱い時に注意が必要であった。
【０００７】本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであって、導体部と端子との接合が安定的で十分な強度を有する圧力破砕型保護デバイス、それを用いた２次電池、コンデンサ及びこれらを用いた携帯型電子機器を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る圧力破砕型保護デバイスは、周囲の圧力が予め設定された値以上になると破砕される破砕部と、この破砕部に形成された銅薄膜からなる導体部と、この導体部に接続される銅製の端子とを備えており、前記端子と導体部とが接合される接合部では、錫又は金を用いた拡散接合がなされるようになっている。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの概略的斜視図、図２は本発明の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は概略的側面図、図３は本発明の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスに用いられる破砕部の概略的平面図、図４は本発明の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスを用いた２次電池の概略的断面図である。なお、各図における寸法は作図の都合上誇張して描かれている。
【００１０】本発明の実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスＡは、図１及び図２に示すように、凹部１１０が形成された圧力調整容器１００と、導体部２１０を備え、前記圧力調整容器１００を密閉する破砕部２００と、前記導体部２１０と電気的に接続された端子３００とを備えている。
【００１１】前記圧力調整容器１００は、内部に略円柱状の凹部１１０が形成された外観略直方体状をしており、破砕部２００によって凹部１１０の内部が密閉される構造となっている。この圧力調整容器１００は、例えばセラミックスやガラス、プラスチック等から使用目的に応じた大きさ、例えば長さ１０ｍｍ、幅及び高さがそれぞれ数ｍｍ程度の大きさになっている。
【００１２】前記破砕部２００は、前記圧力調整容器１００を密閉するための蓋となる部分であって、圧力調整容器１００の平面とほぼ同じ大きさに形成され、圧力調整容器１００に密着されるようになっている。この破砕部２００は、この圧力破砕型保護デバイスＡに加えられた圧力によって破砕される。このため、例えば、セラミックスやガラス、プラスチック等の比較的強度が弱い材質から構成され、所定の動作圧で破砕される程度の板厚、例えば０．１〜０．３ｍｍ程度に形成される。
【００１３】前記破砕部２００には、銅薄膜からなる導体部２１０が形成されている。この導体部２１０は、破砕部２００の破砕によって破断される程度の膜厚、例えば１０μｍ程度に設定されている。この導体部２１０は、蒸着又はメッキで形成されている。また、この導体部２１０の両端には、後述する端子３００と接続するためにやや幅広となった接続部２２０が形成されている。さらに、この破砕部２００で前記圧力調整容器１００の凹部１１０を密閉すると、導体部２１０が凹部１１０の上を通過するようになっている。
【００１４】また、この破砕部２００の上面には、切欠溝２３０が形成されている。この切欠溝２３０は、破砕部２００が破砕され易くなるように設けられるものであって、例えば、十文字であったり（図３（Ａ）参照）、導体部２１０を横切る断面Ｖ字形状の溝であったり（図３（Ｂ）参照）、平面視略Ｈ字形状であったりする（図３（Ｃ）参照）。この切欠溝２３０は、破砕部２００が破砕されると確実に導体部２１０も破断されるようにするため、少なくとも導体部２１０を横切るように形成されている。
【００１５】前記端子３００は０．１ｍｍ厚の銅板からなる。この端子３００の一端側、すなわち前記破砕部２００の導体部２１０と接合される接合部３１０には、錫からなる薄膜がメッキで形成されている。この薄膜は、１０μｍ厚に設定されている。
【００１６】この圧力破砕型保護デバイスＡは、次のようにして製造される。まず、圧力調整容器１００に破砕部２００を密着させた状態で接着剤等によって貼り合わせる。このとき、減圧下おいて両者を貼り合わせるのが好ましい。この結果、圧力調整容器１００の凹部１１０の内部が減圧状態となって、小さな外圧によって破砕部２００を容易に破砕させることができるためである。従って、圧力破砕型保護デバイスＡの動作圧を小さな値に設定することができ、圧力破砕型保護デバイスＡの感度を向上させることができる。なお、この凹部１１０の内部圧力は、所望する動作圧に応じて設定され、破砕部２００の構造にも左右されるが、安定した動作圧を得るために、特に０．５気圧以下とすることが望ましい。
【００１７】次に、破砕部２００の導体部２１０の両端の接続部２２０に、それぞれ端子３００を取り付ける。すなわち、端子３００の一端に形成された錫の薄膜からなる接合部３１０を接触させ、抵抗溶接機を用いた拡散接合で導体部２１０と端子３００とを接続するのである。なお、抵抗溶接機以外では、レーザ溶接や、超音波溶接、半田付けやパルスヒート等の熱溶着であってもよい。
【００１８】錫の薄膜からなる接合部３１０と導体部２１０との拡散接合では、銅同士（端子３００と導体部２１０）の拡散接合に比べて、接合し易く強度が得られるため、熱衝撃によるセラミック製の圧力調整１００の割れを防止することができ、搬送時や組立時の取扱も容易である。
【００１９】このように構成された圧力破砕型保護デバイスＡを用いた２次電池５００としては、図４に示すようなものがある。この２次電池５００は、負極（若しくは正極）を兼ねた外装缶５１０と、個数の正極（若しくは負極）を接続した集電体５２０と、この集電体５２０と電気的に接続される出力電極５３０とを備えている。前記外装缶５１０の開口には、封口体５４０がレーザ溶接等によって気密に取り付けられ、内部には電解液５５０が充填されている。また、封口体５４０の中央には、出力電極５３０を外部に引き出す開口５４１が開設されている。この開口５４１は出力電極５３０の周囲にガラス等の絶縁性物質５６０がハーメチックシールされて密閉されるとともに、出力電極５３０と外装缶５１０との絶縁が図られている。圧力破砕型保護デバイスＡは、前記集電体５２０にいずれか一方の端子３００が電気的に接続され、前記出力電極５３０に他方の端子３００が電気的に接続される。すなわち、圧力破砕型保護デバイスＡを介して状態で、集電体５２０と出力電極５３０とが電気的に接続されるのである。
【００２０】このように構成された２次電池５００において、例えば過充電等によって電解液５５０が分解され、ガスが発生して電池内圧が上昇すると、圧力破砕型保護デバイスＡの外圧（電池内圧）と圧力調整容器１００の内圧との差が大きくなり、破砕部２００の耐圧以上に電池内圧が上昇することで破砕部２００が破砕される。これにより、破砕部２００に形成された導体部２１０が破断され、集電体５２０と出力電極５３０との間の電気的導通が遮断される。この結果、充電が停止されてガスの発生が抑えられ、２次電池５００の発熱や変形や電解液５５０の漏出を防止することができる。
【００２１】なお、２次電池５００のみならず、コンデンサに圧力破砕型保護デバイスＡを組み込むことも可能である。
【００２２】上述した実施の形態に係る圧力破砕型保護デバイスＡは、端子３００に錫の薄膜からなる接合部３１０を設けたが、破砕部２００の導体部２１０に錫の薄膜からなる接合部を設けることも可能である。
【００２３】上述した圧力破砕型保護デバイスＡを用いた２次電池５００やコンデンサを携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡ等の携帯型電子機器に用いると、安全性の面でより優れたものとすることができる。
【００２４】また、上述した圧力破砕型保護デバイスＡでは、圧力調整容器１００に凹部１１０が設けたが、圧力調整容器に貫通孔を設けておき、貫通孔の一方の開口は破砕板２００で、他方の開口は蓋体でそれぞれ密閉するようにしてもよい。
【００２５】さらに、上述した圧力破砕型保護デバイスＡでは、破砕板２００に切欠溝２３０を設けたが、これは必ずしも設ける必要はない。
【００２６】また、接合部３１０は、錫からなる薄膜であるとして説明をしたが、金からなる薄膜であってもよい。銅同士の拡散接合に比べ、接合し易く強度が得られるのは同一である。
【００２７】また、接合部３１０を構成する錫又は金の薄膜には、錫と銅の合金や、錫とビスマスとの合金が添加物として添加されていてもよい。
【００２８】
【発明の効果】本発明に係る圧力破砕型保護デバイスは、周囲の圧力が予め設定された値以上になると破砕される破砕部と、この破砕部に形成された銅薄膜からなる導体部と、この導体部に接続される銅製の端子とを備えており、前記端子と導体部とが接合される接合部では、錫又は金を用いた拡散接合がなされている。
【００２９】このため、破砕部の導体部と端子との接合条件のコントロールが容易であり、十分な接合強度を得ることができた。
【００３０】また、前記導体部が、蒸着又はメッキで形成された１０μｍ厚の薄いものの場合に好適である。なぜならば、導体部が薄膜であると、セラミック製の圧力調整容器が熱の影響を受け易く、また融点を超えた場合にはすぐに全部が溶融するおそれが高いため、温度のコントロールが難しいのである。そこで、導体部が薄いものである場合に、錫又は金を用いた拡散接合を行うと、拡散接合のコントロール、すなわち温度のコントロールが容易になるのである。
【００３１】また、錫や銅を用いると、銅からなる導体部や端子の酸化を防止することができるという効果もある。
【００３２】一方、前記圧力破砕型保護デバイスを組み込んだ２次電池は、圧力破砕型保護デバイスの破砕部の導体部と端子との接合が従来のものより強いので、搬送時や組立時等の取り扱い時に破損するおそれが低減した。
【００３３】また、前記圧力破砕型保護デバイスを組み込んだことを特徴とするコンデンサも、２次電池と同様である。
【００３４】さらに、前記圧力破砕型保護デバイス若しくは前記２次電池或いは前記コンデンサを組み込んだ携帯型電子機器も、搬送時や組立時等の取り扱い時に破損するおそれが低減するとともに、使用時の破損のおそれも低減した。
【出願人】 【識別番号】０００１９４９１８
【氏名又は名称】ホシデン株式会社
【出願日】 平成１２年６月２８日（２０００．６．２８）
【代理人】 【識別番号】１０００８５９３６
【弁理士】
【氏名又は名称】大西 孝治 （外１名）
【公開番号】 特開２００２−５６７５６（Ｐ２００２−５６７５６Ａ）
【公開日】 平成１４年２月２２日（２００２．２．２２）
【出願番号】 特願２０００−１９４６０１（Ｐ２０００−１９４６０１）