JPH08185839A

JPH08185839A - 電池構造体

Info

Publication number: JPH08185839A
Application number: JP6325424A
Authority: JP
Inventors: Ryuta Takeishi; 龍太武石; Masaaki Kamuragi; 公明冠木
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1996-07-16

Abstract

(57)【要約】【目的】ダミー電池もしくはパック電池において、通
常の取扱では外装容器（外装筐体）の離脱・解放など起
こすことなく、十分な安全性，信頼性を確保した電池構
造体の提供を目的とする。【構成】両端開口のプラスチック製筒状筐体（外装容
器）と、前記筒状筐体の開口部に正極端子側および負極
端子側を各別に露出して内蔵された筒状素電池もしくは
素電池群とを具備して成る電池構造体であって、前記筒
状筐体が軸方向に分割された複数個の筐体片１，１′か
ら成り、かつ複数個の筐体片１，１′は分割面のアンダ
ーカット構造を有する嵌合部1a，2a，1b，2bにて相互に
接合・一体化されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電池構造体に係り、さ
らに詳しくは、安全性にすぐれた高容量の二次電池構造
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえばニッケル−カドミウム電池、ニ
ッケル−水素電池、リチウムイオン電池などの再充電が
可能な電池、すなわち二次電池は、小型軽量化を指向す
るコンピュータや移動可能な電話機、カメラ一体型 VTR
などに代表されるコードレスタイプの民生機器などの電
源として多用されている。また、従来の一次電池の代り
にCDラジカセや強力ハンドクリーナーなどの電源とし
て、二次電池の用途は拡大しつつあり、現在、ニッケル
−カドミウム電池のみであるが、その使用量が急速に増
大している。こうした事情から、二次電池は、いわゆる
一次電池の場合よりも、一層適性な使用方法が望まれる
が、一方、不特定多数の使用者の安全を守るためには、
電池構造においても、あらゆる事態を予測して電池の安
全設計や製造に注意が払われている。

【０００３】ところで、前記各二次電池は、電池の内部
抵抗（内部インピーダンス）が極めて小さいため、一次
電池の場合に比べその体積の割りに、たとえば数アンペ
ア程度の大電流を放電でき、かつ数分ないし十数分程度
の急速充電も可能であるという特長を有している。ま
た、電池の内部抵抗が小さいため、使用初期における端
子電圧の低下がほとんどなく、従来の一次電池の代り
に、各用途でそのまま使用することができる。さらに、
二次電池は充電によって再使用しうるため、容量を大き
くする必要はなく、かつ電池製造技術の進歩に伴って、
電池の小型化が可能となっている。

【０００４】そして、二次電池においては、単１型や単
２型という乾電池（一次電池）の規格形状よりも小型化
でき、この小型化した素電池を規格形状の外装缶内（筐
体）に収容した電池、いわゆるダミー電池としても用い
られている。つまり、ダミー電池化し、使用機器の電池
装着構造を変更せずに、従来の一次電池の代替電源とし
て使用している。また、素電池を複数本内蔵したパック
電池においても、これらを収納する外装容器（筐体）の
使用が不可欠である。ここで、前記ダミー電池もしくは
パック電池の構成に用いられる外装容器は、ある高さか
ら木製の台上に電池製品を落下し、そのときの耐衝撃試
験により電池性能への影響，発火，爆発など、安全上の
見極めで品質基準としている。

【０００５】この種の、素電池を外装容器（筐体）内に
内蔵させて成る電池構造体については、たとえば特公昭
60-53421号公報、実公昭61-19485号公報、実公昭61-362
05号公報、実開昭61-113370 号公報に開示されている。
ここに、開示された構成では、一般的に、内蔵（内装）
する素電池に対して同心円に、非分割型の円筒状外装容
器が一体的に形成されて、簡単に開けられない構造体を
採っている。また、前記円筒状外装容器を、分割した複
数の円筒形状片を組み合わせる構成を採った場合は、取
扱過程で、容易に開けられない構造であることが望まれ
る。

【０００６】さらに、パック電池においても、外装容器
は電気絶縁性が重視されること、および加工性が良好な
ことなどの要求に対応し、ほとんどプラスチック製筒状
体である。そして、構造的には、両端開口のプラスチッ
ク製筒状体内に、複数本の素電池を内蔵（内装）して配
線を施した後、端子部を備えたプラスチック製封口体
を、筒状体の両端開口部にそれぞれ装着している。すな
わち筒状体の両端開口部に端子部を備えた封口体を重ね
合わせ、この重ね合わせ面を超音波溶接して、容易に開
けることができないように構成している。

【０００７】さらにまた、電池パックの外形寸法をコン
パクト化するため、外装ケースを２分割した箱型に構成
し、対向する開口端面に連続的に互いに嵌合する凹凸部
を設け、この凹凸部を嵌合・係合して一体化する構造体
も知られている（特開平2-174052号公報）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記一
体型の円筒状外装容器（筐体）内に、素電池を内蔵させ
る電池構造体の場合は、円筒状外装容器内に非遊間的に
素電池を圧入・内装する工程、さらに安全素子を配置す
る場合など工程が煩雑で、量産性が大幅に損なわれると
いう問題がある。この点、円筒状外装容器を複数個の円
筒形状に分割した構成の場合は、組み立て作業性をある
程度向上し得るが、分割した円筒形状に素電池を圧入・
内装方式であるため、量産性などの点で依然問題があ
る。

【０００９】また、円筒状外装容器を軸方向に分割し、
一分割片に素電池および要すれば安全素子などを組み込
んだ後、他の分割片を前記一分割片と組み合わせ、分割
面同士を接着剤で接合するか、もしくは組み合わせた分
割片の周面にラベルを貼着し、この貼着したラベルで一
体性を確保することも試みられている。しかし、このよ
うな構造を採った場合は、分割片同士の一体性が十分で
ないため、たとえば貼着ラベルの損傷などによって、分
割片が離脱して外装容器としての機能を失う恐れがあ
る。

【００１０】さらに、パック電池の場合においても、年
々小型，軽量化が望まれていることから、プラスチック
製封口体の合わせ代の肉厚も薄く設計され、 0.6〜 0.8
mm厚程度が一般的になっている。そして、前記プラスチ
ック製封口体の肉厚低減化は、超音波溶接の信頼性を低
下を招来し、また、開口端面部に連続的な凹凸係合ぶを
形成することは、加工技術の複雑化によるコストアップ
など招来する。

【００１１】本発明は上記事情に対処してなされたもの
で、ダミー電池もしくはパック電池において、通常の取
扱では外装容器（外装筐体）の離脱・解放など起こすこ
となく、十分な安全性，信頼性を確保した電池構造体の
提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電池構造体
は、両端開口のプラスチック製筒状筐体（外装容器）
と、前記筒状筐体の開口部に正極端子側および負極端子
側を各別に露出して内蔵された筒状素電池もしくは素電
池群とを具備して成る電池構造体であって、前記筒状筐
体が軸方向に分割された複数個の筐体片から成り、かつ
複数個の筐体片は分割面のアンダーカット構造を有する
嵌合部にて相互に接合・一体化されていることを特徴と
する。

【００１３】すなわち、本発明は筒状素電池もしくは複
数個の素電池（素電池群）を内蔵（内装）するプラスチ
ック製筒状筐体を、軸方向に分割された複数個の筐体片
で形成し、かつこれらの筐体片を、対向する分割面に設
けたのアンダーカット構造を有する嵌合部で、相互に接
合・一体化した構成に特徴付けられる。そして、前記ア
ンダーカット構造を有する嵌合部としては、たとえば図
１に要部構成を斜視的に示すような、スナップ嵌合機構
が挙げられる。つまり、プラスチック製筐体片１，２
は、互いに雄雌の関係にある嵌合部、たとえばプラスチ
ック製筐体片１の嵌め込み部1aおよび突起部1bに対し
て、プラスチック製筐体片２の突起部2bおよび嵌め込み
部2aが、それぞれ対応する嵌合部によって、接合・一体
化される構成を採っている。ここで、プラスチック製筐
体片２の突起部2b（対応するプラスチック製筐体片１の
嵌め込み部1aでも同様、以下に同じ）の寸法的関係は、
挿入部アンダーカットの長さｌ₂は、下地厚さｌ₁の20
〜 200％、より好ましくは50〜 150％である。また、プ
ラスチック製筐体片２の嵌め込み部2a幅はｌ₃は、前記
挿入部アンダーカットの長さｌ₂の50％以上、より好ま
しくは80％以上に設定すると、射出金型にスライドコア
を用いなくても成形が可能で、経済的であり好ましい。

【００１４】図２は他のスナップ嵌合機構を斜視的に示
したもので、同様に、プラスチック製筐体片１′，２′
同士をスナップ結合で接合・一体化させる例である。こ
こでは、プラスチック製筐体片１′の嵌め込み部1a′の
押込み嵌合を容易にするために、嵌め込み部1a′の一部
が、プラスチック製筐体片２′の突起部2b′の嵌合応力
を受けたときに変形し易いように切り込み部1c′を設け
た構成としてある。また前記図１に図示した場合と対比
した寸法的関係は、図１のｌ₂がｌ₂′＋ｌ₂″の和に
相当している。

【００１５】前記図１および図２に図示したスナップ方
式の嵌合機構は、一旦嵌合・一体化すると、手動的には
容易に解放・離脱し得ない程度の一体性を有する。そし
て、このような構造は、図１に示す基本的な機構を踏ま
えて、たとえば図３ (a)〜 (d)に平面的に示すような、
いろいろのバリエーションに導くことができる。すなわ
ち、図１に図示したプラスチック製筐体片１の嵌め込み
部1a片面もしくは上下面に、プラスチック製筐体片２の
突起部2bがずれないような側面を形成すること、あるい
は嵌合肉厚より厚くした部分に設けるなどが挙げられ
る。また、前記嵌合部の設置箇所および数は、ダミー電
池やパック電池の大きさ，重量、プラスチック製筐体片
の肉厚などにより左右されるが、一般的には 2〜 5cm間
隔毎に設けることが望ましい。

【００１６】上記したように、本発明に係る電池構造体
においては、プラスチック製筒状筐体を成す筐体片１，
１′，２，２′の互いに対向する分割面の嵌合部がアン
ダーカット構造になっている。したがって、たとえば嵌
め込み部1a，1a′と突起部1b，1b′とを嵌合するとき、
嵌め込み部1a，1a′の挿入口の一部が突起部1b，1b′の
挿入時の力によって歪み変形させることが前提になる。
そして、突起部1b，1b′が嵌め込み部1a，1a′に収まっ
た後は、前記歪み変形が元の形状に戻って、突起部1b，
1b′が簡単に離脱しない形態を採らなければならない。
このような歪み変形現象は可塑性変形と言われ、プラス
チック材料に特徴的な物性であり、本発明の実施におい
ては、ガラス転移点，曲げ歪み角度および耐熱温度など
の物性を考慮することが望ましい。

【００１７】ここで、ガラス転移点は材料の剛性を示す
もので、一般的に− 100〜＋ 200℃程度、好ましくは−
50〜＋ 180℃程度である。つまり、剛性が小さいと永久
歪みを起こし易く、逆に大きいと嵌合が難しくなる。ま
た、曲げ歪みは、嵌合のし易さを示すもので、嵌合部の
アンダーカット構造にもよるが、常温での測定値 5〜15
0°程度、好ましくは10〜90°程度がよい。さらに、耐
熱温度は荷重18.56kg/cm²下での３点支持熱変形温度
（ HDT）で示した場合、50〜 200℃程度、好ましくは70
〜 150℃程度がよい。

【００１８】前記のように、実用上望まれる物性を考慮
した場合、筒状筐体の素材としては、たとえばGPポリス
チレン，HIポレスチレン， ABS樹脂などのポリスチレン
系樹脂、たとえばポレプロピレン，高分子量ポリエチレ
ンなどのポリオレフィン系樹脂、たとえば 6ナイロン，
66ナイロン， 610ナイロン，46ナイロン，全芳香族ナイ
ロンなどのポリアミド系樹脂、たとえばポリカーボネー
ト，ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフ
タレートなどのポリエステル系樹脂、ポリアリレート系
樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリ塩化ビニ
ル樹脂、ポリアセタール樹脂、熱可塑性ポリウレタン樹
脂、 ACS樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アイオノマ
ーなどが挙げられる。そして、これらの樹脂に、上記の
諸物性を損なわない範囲内で、たとえばガラス繊維、タ
ルク、炭酸カルシウム、チタン酸カリなどの無機充填
材、有機繊維や粉末、難燃剤、帯電防止剤、潤滑剤など
を配合したものでもよい。

【００１９】さらに、本発明に係る電池構造体において
は、アンダカットを有する嵌合機構を備えたプラスチッ
ク製筐体中に、素電池と直列に結線されたサーモスタッ
ト，PTC，温度ヒューズなどの安全素子を内蔵すること
も可能である。すなわち、一体成形の円筒状プラスチッ
ク製筐体に、安全素子を内蔵せしめるためには（特にダ
ミー電池においては）、実装加工（アッセンブリ）の作
業性が極めて悪いが、たとえば２分割のプラスチック製
筐体片を組み合わせする構成の場合、素電池および安全
素子の内蔵・組み立て作業がより容易になる。そして、
この安全素子内蔵・配置に当たっては、安全素子をプラ
スチック製筐体中の任意の空間に、電気的安全性を保持
して収納すればよい。しかし、本発明者らの実験による
と、素電池の側面に接触させるか、あるいは素電池に対
して極めて至近な距離に設置すると、素電池の使用上の
挙動ならびに安全素子による安全制御を効果的に発揮さ
れることが確認された。

【００２０】

【作用】本発明は筒状素電池もしくは素電池群を内蔵
（内装）するプラスチック製筒状筐体を、軸方向に分割
された複数個の筐体片で形成し、かつこれらの筐体片
を、対向する分割面に設けたのアンダーカット構造を有
するスナップ機構の嵌合部で、相互に接合・一体化した
構成を採っている。つまり、筒状筐体を形成するプラス
チックの塑性もしくき機械的な加圧変形性を巧みに利用
することによって、軸方向に（軸に沿って）分割された
複数個の筐体片同士は、対向する分割面で容易に離脱し
得ない程度に嵌合・一体化している。そして、この筐体
片の嵌合・一体化構造は、通常の取扱操作では所要の接
合・一体性を保持するため、ダミー電池もしくはパック
電池としての実用においても、機械的な強度および規格
寸法・形状の維持確保，保護的な機能の維持確保など確
実に図られ、安全性や信頼性の向上に大きく寄与するも
のといえる。

【００２１】

【実施例】以下、図１および図４ (a)， (b)を参照し
て、本発明の実施例を説明する。

【００２２】図４ (a)は再充電可能なダミー電池の概略
構成例を示す縦断面図、図４ (b)は図４ (a)の A−A 線
に沿った横断面図である。図４ (a)， (b)において、
１，１′は単１型もしくは単２型など、指定電池形状の
２分割一体型のプラスチック製筐体片（外装筐体片）で
ある。そして、一方のプラスチック製筐体片１合わせ面
（対向面）の所定箇所・位置には、嵌め込み部1aおよび
突起部1bを備えたアンダーカット有する嵌合部が、ま
た、他方のプラスチック製筐体片２合わせ面（対向面）
の所定箇所・位置には、嵌め込み部1a′および突起部1
b′を備えたアンダーカット有する嵌合部が、それぞれ
対応させて設けられている。ここで、アンダーカット有
する嵌合部の構造は、前記図１に図示したように、プラ
スチック製筐体片１側においては、嵌め込み部1a領域が
I₁＝ I₂で 1： 1に設定され、一方プラスチック製筐
体片２側においては、突起部2b領域が I₁＝ I₂で 1：
1に相互に対応して設定されている。なお、この構成例
では、アンダーカット有する嵌合部が上端側，中央部，
上端側の 3箇所に設置されている。

【００２３】さらに、３は前記プラスチック製筐体片１
およびプラスチック製筐体片２から組み立てられたプラ
スチック製筐体内に装着・配置された素電池（例えばニ
ッケル−水素電池）であり、４は同じくプラスチック製
筐体内に装着・配置された安全素子としてのサーモスタ
ットである。なお、このサーモスタット４は素電池３の
側面に位置され、かつ素電池３の陰極側とボトム金属５
との間に直列に結線されている。また、６は先端面側を
除いて露出面を絶縁層6aで被覆したトップ金属で、素電
池３の陽極側と電気的に接続している。つまり、このダ
ミー電池の構成においては、プラスチック製筐体が両端
開口型で、内装・装着された素電池３の陰極側および陽
極側とも、プラスチック製筐体の両端開口を封止する形
に装着されたホトム金属５，トップ金属６によって、そ
れぞれ導出（露出）された構成を採っている。

【００２４】次に、上記構成のダミー電池の組み立て工
程例を説明する。

【００２５】先ず、たとえばニッケル−水素二次電池な
ど所要の素電池３、前記例示したアンダーカット有する
スナップ機構の嵌合部を備えたプラスチック製筐体片、
たとえばＡＢＳ樹脂製筐体片１，２、サーモスタット
４、ボルト金属５およびトップ金属６などを用意する。
ここで、ＡＢＳ樹脂は、曲げ歪み角度15〜30°、耐熱温
度は 18.6kgf／cm²にて80〜 100℃である。次に、一方
のプラスチック製筐体片１もしくは２のいずれかに素電
池３を装着し、他方のプラスチック製筐体片２もしくは
１の所定位置に接続用リードを備えたサーモスタット４
を装着配置する。その後、ボルト金属５およびトップ金
属６を、たとえば素電池３を装着したプラスチック製筐
体片１もしくは２の装着部5a，6aに装着する。この状態
で、前記プラスチック製筐体片１，２の互いに対向する
分割面を対向・位置合わせして、対応するスナップ機構
の嵌合部を嵌合させて接合一体化する。つまり、前記プ
ラスチック製筐体片１，２の対応するスナップ機構領域
に、それぞれ外的な力を作用させ、各筐体片１，２を成
すプラスチックの塑性変形性を利用して、対応する挟み
込み部1a，2aおよび突起部1b，2bを嵌合させて接合一体
化することにより、ダミー電池の組み立て形成が行われ
る。

【００２６】このように構成されたダミー電池は、前記
素電池３などを内蔵・装着するプラスチック製筐体が、
このプラスチック製筐体を形成するプラスチック製筐体
片１，２の離脱を起こし難い接合・一体性化によって、
通常の取扱状態、たとえばダミー電池の箱詰めや輸送過
程、あるいは電源として機器類に着脱するときなどにお
いて、必要十分な接合・一体性を呈する。つまり、この
ダミー電池を、所定の高さから木製の台面に落下し、耐
衝撃性を評価した場合、筐体片同士の離脱（外装筐体の
分離）など起こらず、また電池性能に何等の悪影響も認
められなかった。なお、上記ではダミー電池構造体を
例示して説明したが、素電池３複数個をプラスチック製
筐体内に内蔵・装着するパック電池の構成においても同
様の結果が認められた。すなわち、複数個の素電池３を
内蔵・装着させるため、これに対応して内部構造・大き
さを設定した外は、 2分割型のプラスチック製筐体片を
用い、かつ対向する分割面の所定箇所に、アンダーカッ
トを有するスナップ機構を設置し、このスナップ機構の
嵌合で接合・一体化する電池パッグ用のプラスチック製
筐体を用いて、前記手段に準じてパック電池を構成し
た。そして、このパック電池を、所定の高さから木製の
台面に落下し、耐衝撃性を評価したところ、筐体片同士
の離脱（外装筐体の分離）など起こらず、また電池性能
に何等の悪影響も認められなかった。

【００２７】本発明は、前記例示の構成に限定されるも
のでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変
形を採り得る。

【００２８】

【発明の効果】上記説明から分かるように、本発明に係
る電池構造体によれば、筒状筐体を形成するプラスチッ
クの塑性変形もしくき機械的な加圧変形性を巧みに利用
することによって、軸方向に（軸に沿って）分割された
複数個の筐体片同士は、対向する分割面で容易に離脱し
得ない程度に嵌合・一体化されている。そして、この筐
体片の嵌合・一体化構造は、通常の取扱操作では、所要
の接合・一体性が確実に確保されるため、ダミー電池も
しくはパック電池としての実用においても、機械的な強
度および規格寸法・形状の維持確保，保護的な機能の維
持確保などが図られ、安全性や信頼性の高い電池構造体
として機能するものといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電池構造体のプラスチック製筒状
筐体を形成する筐体片が具備するアンダーカットを有す
るスナップ嵌合機構の要部構成例を示す斜視図。

【図２】本発明に係る電池構造体のプラスチック製筒状
筐体を形成する筐体片が具備するアンダーカットを有す
るスナップ嵌合機構の他の要部構成例を示す斜視図。

【図３】本発明に係る電池構造体のプラスチック製筒状
筐体を形成する筐体片が具備するアンダーカットを有す
るスナップ嵌合機構の別の要部構成例を示す平面図。

【図４】本発明に係る電池構造体の要部構成例を示すも
ので、 (a)は縦断面図、 (b)は横断面図。

【符号の説明】

１，１′，２，２′………プラスチック製筐体片
1a，1a′，2a，2a′………嵌め込み部 1b，1b′，
2b，2b′………突起部 3c′………切り込み部
３………素電池４………サーモスタット
５………ボトム金属６………トップ金属

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両端開口のプラスチック製筒状筐体と、
前記筒状筐体の開口部に正極端子側および負極端子側を
各別に露出して内蔵された筒状電池とを具備して成る電
池構造体であって、前記筒状筐体が軸方向に分割された複数個の筐体片から
成り、かつ複数個の筐体片は分割面のアンダーカット構
造を有する嵌合部にて相互に接合・一体化されているこ
とを特徴とする電池構造体。
【請求項２】アンダーカット構造は、嵌合奥行きの一
面がアンダーカットされ、対を成す他の面との長さ比を
20〜 200％としたことを特徴とする請求項１記載の電池
構造体。
【請求項３】プラスチック製筒状筐体は、ガラス転移
点− 100〜＋ 200℃、曲げ歪み角度 5〜 150°、耐熱温
度50〜 200℃の少なくともいずれか１つの条件を満たす
射出成形加工が可能なプラスチックで形成されているこ
とを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の電池構
造体。
【請求項４】プラスチック筒状筐体中に、素電池に直
列に結合された安全素子部品を内蔵していることを特徴
とする請求項１、請求項２もしくは請求項３記載の電池
構造体。