JP5208171B2 - 通電端子、および通電端子用アダプタ - Google Patents

Description

本発明は、電池を使用する電気機器に使用されて電池に直に接する通電端子、および通電端子用アダプタに関する。

電池の高容量化に伴い、電池を使用する電気機器にも、一般の商用電源を使用する電気機器同様、ある大きさ以上の電流が流れたら通電を断つサーミスタ等の過電流保護素子が具備されている場合が多い。デジタルカメラやビデオカメラ等のモバイル製品が普及するにつれ、こういった過電流保護素子を備える電気機器の市場での比率も高まっている。
ところで、上記従来の電気機器では、過電流保護素子が、電気機器を構成する主要な回路基板上に設けられているため、回路基板よりも電池に近い位置で何らかの障害による短絡が生じたとしても、過電流保護素子は機能せず、場合によっては電池が急激に過熱して破損する可能性がある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、回路基板よりも電池に近い位置で何らかの障害による短絡が生じたとしても電池を破損させず、電気機器の健全性と安全性を確保することを目的としている。

上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の通電端子を採用する。すなわち、本発明の通電端子は、ある電池の正負いずれか一方の極に当接するとともに、他の電池の正負いずれか他方の極に当接してこれら２つの電池間に通電するための通電端子であって、前記ある電池の正負いずれか一方の極に当接される一方の電極と、前記他の電池の正負いずれか他方の極に当接される他方の電極との間に、導電性ポリマーを介在させたことを特徴とする。

導電性ポリマーは、例えばポリエチレンとカーボンブラックとを混練した後、放射線によって架橋することで構成される高分子樹脂体である。導電性ポリマーの内部には、常温の環境下ではカーボンブラックの粒子が繋がって存在するために電流が流れる多数の導電パスが形成され、良好な導電性が発揮される。ところが、導電パスを流れる電流の超過や環境温度の上昇によって導電性ポリマーが熱膨張すると、カーボンブラックの粒子間距離が拡大して導電パスが切られ、導電性が急激に低下してしまう（抵抗値が急激に増大して、ほとんど通電がなされない状態を意味する）。これを導電性ポリマーの正の抵抗温度特性、すなわちＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）といい、本発明ではこの特性を利用している。

本発明の通電端子においては上記のＰＴＣ特性を利用しており、過電流保護素子が設置された回路基板よりも電池に近い位置で短絡が生じると、この短絡を原因として過電流が発生した場合、導電性ポリマーがジュール熱による自己発熱を生じて熱膨張し、カーボンブラックの粒子間距離が拡大して導電パスが切られ、２つの電池間の通電が断たれる。

また、上記の短絡により生じた抵抗がある程度の大きさとなり、過電流が発生しなかった場合、短絡によって形成された閉回路内で通電が起こるが、この場合は通電により電池が急激に発熱して環境温度を上昇させるので、導電性ポリマーが環境温度に影響されて熱膨張し、カーボンブラックの粒子間距離が拡大して導電パスが切られ、やはり２つの電池間の通電が断たれる。

これにより、過電流や環境温度の上昇を原因とする電池の破損が防止される。また、電気機器を構成する回路基板になんらの変更を加えることなく、過電流保護や温度保護の機能を強化することが可能であり、非常に有効である。
本発明の通電端子においては、前記一方の電極に設けられる前記ある電池との接点、および前記他方の電極に設けられる前記他の電池との接点を露出させてその他の部分を樹脂体に内蔵することが望ましい。これにより、通電端子の部品としての扱い易さを向上させることができる。

本発明の電気機器は、電池ボックスに、本発明の通電端子を支持する座を設けられ、該座もしくは前記通電端子に該通電端子を固定する固定手段を設けることを特徴とする。
本発明の電気機器においては、樹脂体に内蔵することで扱い易さを高めた本発明の通電端子を、電気機器に安定して固定することができる。

本発明の通電端子は、電池の正負いずれか一方の極に接して回路に通電するための通電端子であって、前記電池の正負いずれか一方の極に当接される一方の電極と、前記回路に接続される他方の電極との間に、導電性ポリマーを介在させたことを特徴とする。

本発明の通電端子においても上記のＰＴＣ特性を利用しており、本発明の通電端子を電池の極に当接させると、過電流保護素子が設置された回路基板よりも電池に近い位置で短絡が生じた場合、短絡を原因として発生した過電流や環境温度の上昇により、導電性ポリマーが熱膨張し、カーボンブラックの粒子間距離が拡大して導電パスが切られ、電池との間の通電が断たれる。これにより、過電流や環境温度の上昇を原因とする電池の破損が防止される。

さらに、本発明の通電端子は、既存の通電端子と取り替えるだけで、電気機器の回路基板になんらの変更を加えることなく過電流保護や温度保護の機能を強化することが可能であり、非常に有効である。

本発明の通電端子用アダプタは、電池の正負いずれか一方の極に接して回路に通電するための通電端子に取り付けられる通電端子用アダプタであって、前記通電端子に当接されるべき一方の電極と、前記電池の正負いずれか一方の極に接続される他方の電極との間に、導電性ポリマーを介在させた中継通電片を、前記通電端子に着脱可能な樹脂体で保持していることを特徴とする。

本発明の通電端子用アダプタにおいては、これを通電端子に取り付けると、過電流保護素子が設置された回路基板よりも電池に近い位置で短絡が生じた場合、短絡を原因として発生した過電流や環境温度の上昇により、導電性ポリマーが熱膨張し、カーボンブラックの粒子間距離が拡大して導電パスが切られ、電池との間の通電が断たれる。これにより、過電流や環境温度の上昇を原因とする電池の破損が防止される。

さらに、本発明の通電端子用アダプタは、通電端子を備える電気機器にその設計段階から付加されることも当然ながら、製品化された電気機器において既設の通電端子に取り付けると、過電流保護や温度保護の機能を後からでも強化することが可能であり非常に有効である。

図１は、本発明の第１の実施形態を示す平面図である。 図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 図３は、本発明の通電端子を一部とする電気機器の、特に電池ボックスの内部を示す斜視図である。 図４は、本発明の参考形態を示す平面図である。 図５は、図４におけるＶ−Ｖ線矢視断面図である。 図６は、本発明の参考形態を示す平面図である。 図７は、図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図である。 図８は、同じく、図６におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態を図１ないし図３に示して説明する。

本実施形態の通電端子Ｔ１は、複数の電池を使用する電気機器の電池ボックスに、電池間の通電を確保するべく設置されるものである。その構造は、図１および図２に示すように、ある電池Ａの正極に当接される正極側電極（一方の電極）１と、電池Ａに直列に接続されるべき他の電池Ｂの負極に当接される負極側電極（他方の電極）２と、これら電極１、２間に介在させた導電性ポリマー３とからなる。

正極、負極側の両電極１，２はいずれも厚さが一定の平板状で、なかでも正極側電極１は、平面視すると長方形状をなす金属板である。負極側電極も、平面視すると長方形状をなす金属板であるが、電池Ｂの負極に直に接する部分には、平面視すると正方形状をなす凸部４が形成されている。さらに、凸部４の中央から僅かにずれた位置には、電池Ｂのフラットな負極に充分な接圧を確保して確実に接触するように小突起５が形成されている。

導電性ポリマー３は、正極側電極１の電池Ａが当接されない一方の端部１ａと、負極側電極２の電池Ｂが当接されない一方の端部２ａとをオーバーラップさせ、その端部１ａ，２ａ間に両電極１，２を繋ぎ合わせるようにして設けられている。電極１と導電性ポリマー３との間、および電極２と導電性ポリマー３との間は、導電性ポリマー３を構成するポリエチレン樹脂の溶着を利用して接着されている。

正極、負極側の両電極１，２、導電性ポリマー３の３つの部品は、正極側電極１の電池Ａが直に接する接点（領域Ｓ）、および電極２の電池Ｂが直に接する接点（凸部４の上面）を除いてポリカーボネートやＡＢＳ製の樹脂体６に内蔵されている。樹脂体６は、やはり平面視すると長方形状で、厚さは一定である。接着された上記３つの部品は、樹脂体６の一方の側縁に設けたスリット（図示略）からその内部に滑り込ませるようにして内蔵され、後にスリットを埋める処理を行うことにより一体化されている。

樹脂体６に内蔵された３つの部品を断面視すると（図２参照）、正極側電極１の接点（領域Ｓ）は、樹脂体６の上面６ａから掘り下げたように形成された透孔７の底に露出されている。これは、電池の正負を誤って逆にしてしまった場合に正極側電極１に負極を当接させないようにした誤接続防止の構造である。負極側電極２の接点（凸部４の上面）は、樹脂体６の上面６ａからわずかな高さながら突き出すようにして露出されている。

図３には、２つの電池を使用する電気機器の電池ボックスの一部を示している。電池ボックスには、上記のように構成された通電端子Ｔ１を支持する座１０が設けられている。この座１０は、樹脂体６の平面形状に合わせてその周囲を取り囲むように形成された四角い突条１１からなり、その内側に樹脂体６を嵌め合わせるようにして通電端子Ｔ１を支持するようになっている。さらに、樹脂体６の長手方向の両側縁には、同長手方向に離間して２つの凹み８が形成され、座１０を形成する突条１１には、樹脂体６を嵌め合わされたときに凹み８に係止する爪１２が形成されている（凹み８と爪１２とで通電端子Ｔ１の固定手段をなす）。

上記のように構成された通電端子Ｔ１を、図３のようにして電池ボックスに取り付け、電池を２つ入れて電気機器を作動させると、通常であれば、直列に接続された２つの電池（Ａ，Ｂ）間で、正極側電極１、導電性ポリマー３、負極側電極２の順に電流が流れる。導電性ポリマー３は、通電端子Ｔ１を含んで構成される回路に過電流が流れない限り熱膨張しないので、良好な導電性を発揮し、電気機器を構成する回路の通電状態を確保する。

この状態から一転して、電気機器を構成する回路基板よりも電池Ａ，Ｂに近い位置で短絡が生じると（例えば、電池ボックス内に導電性の物体が入り込む等が考えられる）、この短絡を原因として過電流が発生した場合、通電端子Ｔ１では、導電性ポリマー３がジュール熱による自己発熱を生じて熱膨張し、カーボンブラックの粒子間距離が拡大して導電パスが切られ、電池Ａ，Ｂ間の通電が断たれる。また、短絡により生じた抵抗がある程度の大きさとなり、過電流が発生しなかった場合、短絡によって形成された閉回路内で通電が起こるが、この場合は通電により電池が急激に発熱して環境温度を上昇させるので、通電端子Ｔ１では、導電性ポリマー３が環境温度に影響されて熱膨張し、カーボンブラックの粒子間距離が拡大して導電パスが切られ、やはり電池Ａ，Ｂ間の通電が断たれる。

また、上記の通電端子Ｔ１では、正極、負極側の両電極１，２、導電性ポリマー３の３つの部品を、電池Ａ，Ｂそれぞれとの接点のみを露出させて硬質の樹脂体６に内蔵させており、電気機器を組み立てる工程で通電端子Ｔ１を取り扱う場合には、電極の部分には触れずに樹脂体６の部分をもって扱うようにし、電池ボックス等の所定位置に固定する場合には樹脂体６側の凹部８と電池ボックス側の爪１２とを係合させて固定する。

このように、上記のように構成された通電端子Ｔ１によれば、電気機器を構成する回路基板よりも電池Ａ，Ｂに近い位置で短絡が生じ、過電流や環境温度の上昇が生じたら即座に電池Ａ，Ｂ間の通電が断たれるので、これを原因とする電池の破損を防止することができ、さらにそれに伴う電気機器の障害を防止することができる。しかも、本実施形態の通電端子Ｔ１は、電気機器を構成する回路基板になんらの変更を加えることなく、過電流保護や温度保護の機能を強化することが可能であり非常に有効である。

また、扱いに注意を要する正極、負極側の両電極１，２、導電性ポリマー３の３つの部品を樹脂体６に内蔵したことにより、特に電気機器を組み立てる工程において、通電端子Ｔ１の部品としての扱い易さを向上させることができる。

ところで、本実施形態においては、樹脂体６に設けた凹み８と座１０に設けた爪１２とで通電端子Ｔ１の固定手段を構成したが、該固定手段は上記に限らず、あらゆる構造が選択される。例えば、座１０に樹脂体６を側方から滑り込ませるようなスライドレールを設けてもよいし、強度が必要であればネジ止め、接着剤による接着等を行ってもよい。

［参考形態］
本発明の参考形態を図４および図５に示して説明する。

本参考形態の通電端子Ｔ２は、電気機器の電池ボックスに、電池Ｃと回路基板２０との間の通電を確保するべく設置されるものである。その構造は、図４および図５に示すように、電池Ｃの正負いずれかの極に当接される電極（一方の電極）２１と、回路基板２０に直接またはリード線等を介して接続される電極（他方の電極）２２と、これら電極２１、２２間に介在させた導電性ポリマー２３とからなる。

電極２１は厚さが一定の平板状で、平面視すると長方形状をなす金属板であり、電池Ｃの極に直に接する部分となる。そして、その中央から僅かにずれた位置には、電池Ｃの極に十分な接圧を確保して確実に接触するように小突起２４が形成されている。電極２２は、当初は厚さが一定の平板状をなす金属板を、側方視するとＵ字形をなすように塑性変形させたもので、屈曲部分の弾性力を電池Ｃに対する接圧を生む手段としている。

導電性ポリマー２３は、電極２１と電極２２の一方の端部２２ａとを重ね合わせ、その間に両電極２１，２２を繋ぎ合わせるようにして設けられている。電極２１と導電性ポリマー２３との間、および電極２２と導電性ポリマー２３との間は、第１の実施形態と同じく導電性ポリマー２３を構成するポリエチレン樹脂の溶着を利用して接着されている。

上記のように構成された通電端子Ｔ２を電池ボックスに取り付け、電池を入れて電気機器を作動させると、通常であれば、電池Ｃと回路基板２０との間で、電極２１、導電性ポリマー２３、電極２２の順に電流が流れる。導電性ポリマー２３は、通電端子Ｔ２を含んで構成される回路に過電流が流れない限り熱膨張しないので、良好な導電性を発揮し、電気機器を構成する回路の通電状態を確保する。

この状態から一転して、電気機器を構成する回路基板２０よりも電池Ｃに近い位置で短絡が生じた場合、この短絡を原因として発生した過電流や環境温度の上昇により、通電端子Ｔ２では、導電性ポリマー２３が熱膨張し、カーボンブラックの粒子間距離が拡大して導電パスが切られ、電池Ｃと回路基板２０との間の通電が断たれる。これにより、電池の破損を防止することができ、さらにそれに伴う電気機器の障害を防止することができる。

本参考形態の通電端子Ｔ２も、既存の通電端子と取り替えるだけで、回路基板２０になんらの変更を加えることなく過電流保護や温度保護の機能を強化することが可能であり、非常に有効である。

［参考形態］
本発明の参考形態を図６ないし図８に示して説明する。

本参考形態の通電端子用アダプタＴＡは、電気機器の電池ボックスに既設の通電端子３０に、電池Ｄとの間に介在するべく被着されるものである。その構造は、図６および図７に示すように、通電端子３０に当接されるべき電極（一方の電極）３１と、電池Ｄの極に接続される電極（他方の電極）３２との間に、導電性ポリマー３３を介在させた中継通電片３４を、通電端子３０に着脱可能な樹脂体３５で保持したものである。

電極３１、３２はいずれも厚さが一定の平板状で、平面視すると長方形状をなすほぼ同寸法の金属板であり、通電端子用アダプタＴＡが通電端子３０に取り付けられると、電極３１は電池Ｄの極に、電極３２は通電端子３０にぞれぞれ直に接することになる。電極３１の表面には、電池Ｄの極に十分な接圧を確保して確実に接触するように小突起３６が形成されている。

導電性ポリマー３３は、電極３１と電極３２とを重ね合わせ、その間に両電極３１，３２を繋ぎ合わせるようにして設けられている。電極３１と導電性ポリマー３３との間、および電極３２と導電性ポリマー３３との間は、第１の実施形態及び参考形態と同じく導電性ポリマー３３を構成するポリエチレン樹脂の溶着を利用して接着されている。

樹脂体３５は、通電端子３０を挿入される方向から見ると、図８に示すように、通電端子３０を挿入される溝３７の両側に、中継通電片３４を保持する鈎部３８が設けられた形状をなしている。溝３７は、通電端子３０の形状に合わせて奥に進むほど幅が狭くなっており（図６参照）、最奥部には通電端子３０の肩に合致して通電端子３０に対するアダプタの位置を決める突出部３９が形成されている。

鈎部３８に保持された中継通電片３４と溝３７との間には、通電端子３０を挿入する空隙４０が設けられている。空隙４０の幅は、通電端子３０と電極３１との間に十分な接圧を確保するために通電端子３０の厚さよりも若干狭くなっている。

また、樹脂体３５には、通電端子３０に自らを固定するための爪４１が設けられている。通電端子３０には、その基端に切欠部３０ａが形成されており、爪４１はこの切欠部３０ａに係止するようになっている。

上記のように構成された通電端子用アダプタＴＡを電池ボックスの通電端子に取り付け、電池を入れて電気機器を作動させると、通常であれば、電池Ｄと図示せぬ回路基板との間で、電極３１、導電性ポリマー３３、電極３２、通電端子３０の順に電流が流れる。導電性ポリマー３３は、通電端子用アダプタＴＡを含んで構成される回路に過電流が流れない限り熱膨張しないので、良好な導電性を発揮し、電気機器を構成する回路の通電状態を確保する。

この状態から一転して、電気機器を構成する回路基板よりも電池Ｄに近い位置で短絡が生じた場合、この短絡を原因として発生した過電流や環境温度の上昇により、通電端子用アダプタＴＡでは、導電性ポリマー３３が熱膨張し、カーボンブラックの粒子間距離が拡大して導電パスが切られ、電池Ｄと回路基板との間の通電が断たれる。これにより、電池の破損を防止することができ、さらにそれに伴う電気機器の障害を防止することができる。

本参考形態の通電端子用アダプタＴＡは、通電端子を備える電気機器にその設計段階から付加されることも当然ながら、製品化された電気機器において既設の通電端子に取り付けると、過電流保護や温度保護の機能を後からでも強化することが可能であり非常に有効である。具体的には、製品化された電気機器内の通電端子に装着するだけでよいので設計変更等の必要がなく、取り付け作業にしても通電端子３０にはめ込むだけでよいので製造ラインを構築し直す必要もない。

Claims (2)

1. ある電池の正極に当接するとともに、他の電池の負極に当接してこれら２つの電池間に通電するための通電端子であって、前記ある電池の正極に当接される一方の電極と、前記他の電池の負極に当接される他方の電極との間に、導電性ポリマーを介在させ、
   前記一方の電極に設けられる前記ある電池との接点、および前記他方の電極に設けられる前記他の電池との接点を除いた部分が樹脂体に埋設され、前記一方の電極及び前記他方の電極の全体が前記樹脂体に支持されており、
   前記一方の電極に設けられる前記ある電池との接点は、透孔を通じて露出されており、前記他方の電極に設けられる前記他の電池との接点は、前記樹脂体の上面で露出されていることを特徴とする通電端子。
2. 電池ボックスを備える電気機器において、
   前記電池ボックスには、請求項１に記載の通電端子を支持する座が設けられ、
   前記座又は前記通電端子には、前記通電端子を前記座に固定する固定手段が設けられていることを特徴とする電気機器。

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