(57)【要約】 【課題】  小型で、高い組立精度が得られ、かつ、二次保護素子の選択の自由度が大きい電池パックを提供すること。【解決手段】  ヘッダ部１ａａおよび缶部１ａｂの２つの部分からなる素電池１ａと、正極と負極とを絶縁するためにヘッダ部１ａａに固定されたスペーサ１ｂと、負極に接続された二次保護素子１ｄ、正極タブ１ｃおよび二次保護素子１ｄを通して接続された保護回路基板１ｅとからなるコアパック１を有し、キャップ２、およびラベル３とにより構成され、スペーサ１ｂとキャップ２が超音波溶着により結合されている。ヘッダ部１ａａは位置決め用凹部１ａａｃを有し、スペーサ１ｂにはそれと嵌合する形状の位置決め用ボス１ｂａが設けられている。ガス放出弁１ａｂａはヘッダ部１ａａ以外の側面に設置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とが設置されたヘッダ部を有する素電池と、前記の正極と負極とを絶縁するために前記ヘッダ部に固定されたスペーサと、該スペーサ上に設置され前記正極または負極の少なくとも一方に電気的に接続された二次保護素子および保護回路基板と、該保護回路基板を保護し当該電池パックを本体機器に設置するための外形状を有するキャップとを有する電池パックにおいて、上記スペーサと上記キャップが超音波溶着により結合されていることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記素電池は内圧の異常な上昇を防ぐためのガス放出弁を有し、該ガス放出弁が前記素電池のヘッダ部以外の側面に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。  
【請求項３】
前記ヘッダ部は位置決め用の凹部を有し、前記スペーサは前記凹部に嵌合する突起部を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の電池パック。
【請求項４】
前記キャップは前記素電池との結合を強固にするために前記素電池の側面の少なくとも一部を覆う形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池と保護回路を内蔵した電池パックに関し、特に小型で高い組立精度が得られ、かつ、二次保護素子の選択の自由度が大きい電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、携帯ゲーム機、デジタルスチルカメラなどの携帯電子機器の小型化、軽量化、高機能化に伴い、駆動電源としてそれらの機器に内蔵されているリチウムイオン二次電池を使用した電池パックに対しても、さらなる小型化、高容量化が求められるようになった。
【０００３】
これらの電池パックには、過充電や過電流および外部ショート等の異常を防止するため、保護回路基板と、その保護回路基板が故障しても安全性を確保できるようにするためのＰＴＣ素子や温度ヒューズ等の二次保護素子とが内蔵されている。
【０００４】
電池パックは一般的に、その外装部分に上記携帯電子機器への着脱を可能にするための合成樹脂部品による突起等を有しており、その位置決め精度を高くして電子機器内部でのガタツキを防止するために、電池パック全体の外形寸法に対して高い精度が要求されている。
【０００５】
図３は、従来の小型電池パックの構成の一例を示した説明図である。図３（ａ）は従来の小型電池パックのラベルを貼る前の外観斜視図、図３（ｂ）は小型電池パックの構成部品および組立工程の概要を示す分解斜視図である。図３（ｂ）に示すように、素電池１１ａのヘッダ部１１ａａには正極と負極を絶縁するためのスペーサ１１ｂが両面テープにて貼り付けられており、スペーサ１１ｂの上には正極に接続された正極タブ１ｃと、負極に接続された二次保護素子１ｄと、正極タブ１ｃおよび二次保護素子１ｄを通して接続された保護回路基板１ｅが設置されている。さらに、保護回路基板１ｅなどを保護し、この電池パックを本体の携帯電子機器内へ設置するための突起状外形を有するキャップ２２をヘッダ部１１ａａに貼り付け、最後にその外装としてラベル３を巻き付けて構成されている。この電池パックではキャップ２２は成型部品であり、それを貼り付けることによって構成される電池パックである。従って、キャップ２２の組立工程では熱的負荷を掛けることがないため、二次保護素子１ｄとしては加熱に弱い素子の選択も可能となる。なお、この電池パックの組立後の外観は、図１（ａ）に示す本発明の実施の形態と同様の外観となる。
【０００６】
図４は、もう１つの従来の小型電池パックの構成例を示した説明図である。図４（ａ）は組立後のラベルを貼る前の電池パックの外観斜視図であり、図４（ｂ）はインサート成形する前のコアパック１１の外観斜視図である。図４（ｂ）に示すように、コアパック１１に前記のような個別に成型したキャップを取り付ける代わりに、特許文献１の方法を用いてキャップ３２をインサート成型し、その後、ラベル３を巻き付けて電池パックの小型化を実現する方法である。この方法は、コアパック１１を樹脂成形する金型の成形室に仮止めし、成形室に樹脂注入口３２の部分より溶融状態の合成樹脂を注入し、注入される合成樹脂にコアパック１１を密着して製作するため、コアパック１１とキャップ３２が強固に結合し、更に外形寸法精度の良い電池パックを生産できる。なお、組立後の外観は図１（ａ）に示すような本発明の実施の形態と同様の外観となる。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３１５４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
素電池１１ａは正極および負極を有するヘッダ部１１ａａと、電極、電解液等が入っている缶部１１ａｂにより構成されている。この２つの部品の組立はシーム溶接等によって組み立てられており素電池１１ａの全長のバラツキが大きくなる傾向にある。
【０００９】
図３に記載された従来の電池パックでは、上記の素電池１１ａの全長のバラツキに加え、スペーサ１１ｂ、キャップ２２の寸法のバラツキ、および組立誤差が加わるため、組立後の電池パックの全長寸法を高精度で製造することが困難であった。
【００１０】
一方、電池パックには、過充電や過電流および外部ショート等の異常を防止するために、保護回路基板と、その保護回路基板が故障しても安全性を確保できるようにするためのＰＴＣ素子や温度ヒューズ等の二次保護素子が組み込まれている。
【００１１】
しかし、前記の二次保護素子は高温になった時に保護機能が働き、更には一度保護機能が働いた状態のものは初期品とは特性が変化することが多い。このため、高い外形寸法精度が得られる特許文献１のようなコアパックに合成樹脂をインサート成形する組立方法の場合には二次保護素子が高温となってしまうので、二次保護素子を選択する上で大きな制約が生じてしまう。
【００１２】
そこで、本発明の課題は、小型で、高い組立精度が得られ、かつ、二次保護素子の選択の自由度が大きい電池パックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の電池パックは、正極と負極とが設置されたヘッダ部を有する素電池と、前記の正極と負極とを絶縁するために前記ヘッダ部に固定されたスペーサと、該スペーサ上に設置され前記正極または負極の少なくとも一方に電気的に接続された二次保護素子および保護回路基板と、該保護回路基板を保護し当該電池パックを本体機器に設置するための外形状を有するキャップとを有する電池パックにおいて、上記スペーサと上記キャップが超音波溶着により結合されていることを特徴とする。
【００１４】
また、前記素電池は内圧の異常な上昇を防ぐためのガス放出弁を有し、該ガス放出弁が前記素電池のヘッダ部以外の側面に設置されていてもよい。  
【００１５】
また、前記ヘッダ部は位置決め用の凹部を有し、前記スペーサは前記凹部に嵌合する突起部を有していてもよい。
【００１６】
さらに、前記キャップは前記素電池との結合を強固にするために前記素電池の側面の少なくとも一部を覆う形状を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
上述のように、本発明は電池パックの組立時に、素電池のヘッタ部に配置したスペーサとキャップとを超音波溶着によって結合したことを特徴とする電池パックである。従って、超音波溶着の溶かし量によって電池パックの全長をコントロールすることが可能であり、素電池の全長、スペーサ、および外装カバー等の部品の寸法精度に左右されることなく電池パックの全長を高精度に保つことが出来る。
【００１８】
また、本発明は、熱的負荷を掛けない超音波溶着による組立を特徴とするため、二次保護素子の選択の自由度を大幅に広げることが出来る。
【００１９】
また、本発明では、素電池のガス放出弁をヘッダ部でなく素電池の他の側面に設置することにより、超音波溶着によるガス放出弁への影響を軽減することが可能となり、超音波溶着のための製造条件を緩和することができる。
【００２０】
また、本発明では、素電池のヘッダ部に位置決め用の凹部を設け、スペーサに該凹部と対になる突起部を設けることにより、スペーサと素電池との位置決め精度が向上し、電池パックの厚さおよび幅寸法を高精度に保つことが出来る。
【００２１】
以上述べたように、本発明により、小型で、高い組立精度が得られ、かつ、二次保護素子の選択の自由度が大きい電池パックが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
まず、本発明による電池パックの第１の実施の形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態における電池パックの外観、構成、および構成部品の詳細を示す説明図である。図１（ａ）は電池パック完成後の外観斜視図、図１（ｂ）はラベルを貼る前の外観斜視図、図１（ｃ）は分解斜視図、図１（ｄ）はスペーサとキャップの拡大図である。
【００２４】
本発明の第１の実施の形態における電池パックは、正極と負極とが設置されたヘッダ部１ａａおよび缶１ａｂの２つの部分からなる素電池１ａと、正極と負極とを絶縁するためにヘッダ部１ａａに固定されたスペーサ１ｂと、スペーサ１ｂ上の、正極に接続された正極タブ１ｃと、負極に接続された二次保護素子１ｄと、正極タブ１ｃおよび二次保護素子１ｄを通して接続された保護回路基板１ｅとからなるコアパック１を有し、保護回路基板１ｅを保護し電池パックを本体機器に設置するための外形状を有するキャップ２、およびラベル３とにより構成されている。スペーサ１ｂとキャップ２とが超音波溶着により結合されている。  
【００２５】
ヘッダ部１ａａは金属成形により形成され、出力を確保するための正極引出タブ１ａａａ、負極ピン１ａａｂおよびスペーサ１ｂを位置決めするための位置決め用凹部１ａａｃを有している。スペーサ１ｂには位置決め用凹部１ａａｃと嵌合する形状の位置決め用ボス１ｂａが設けられている。また負極ピン１ａａｂは出力を確保する以外にスペーサ１ｂの位置決め機能も有する。従って、負極ピン１ａａｂは凸形状となっている。缶１ａｂには、電極および電解液等が入っており、その側面にはガス放出弁１ａｂａを有している。ガス放出弁１ａｂａは、素電池の内圧が設定圧力よりも高くなると開放してガス等を外部に放出して内圧が異常に高くなるのを防止する。その機能を確保するため、ガス放出弁１ａｂａは素電池１ａの他の部分と比較して外力に対して弱い。従って、本電池パック組立時に適用する超音波溶着の影響を少なくするためには、ヘッダ部１ａａから遠い箇所に設置した方が良い。本実施の形態の電池パックにおいては、ガス放出弁１ａｂａは図１（ｃ）に示すようにヘッダ部１ａａ以外の側面に設置されている。
【００２６】
スペーサ１ｂは、キャップ２との超音波溶着により一体化出来るようにするためにポリカーボネイトまたはポリカーボネイトとＡＢＳ樹脂とのアロイ材等の合成樹脂により成形されている。そして、スペーサ１ｂは素電池１ａの正極と負極との絶縁機能を有する以外に、素電池１ａとの位置決め機能も有している。素電池１ａのヘッダ部の位置決め用凹部１ａａｃと対になる形状の位置決め用ボス１ｂａおよび負極ピン１ａａｂが貫通するような貫通穴１ｂｂを有している。位置決め用ボス１ｂａと貫通穴１ｂｂにより、スペーサ１ｂを素電池１ａに精度良く位置決め出来る。なお、位置決め用ボス１ｂａと素電池の位置決め用凹部１ａａｃ、および貫通穴１ｂｂと負極ピン１ａａｂとのクリアランスは、位置決め精度を高くするために極力０に近くするべきであるが、実際には０．０５ｍｍ程度以下が望ましい。
【００２７】
また、本実施の形態の電池パックではキャップ２とスペーサ１ｂとを超音波溶着により結合するが、この時にズレが生じないようにスペーサ１ｂにキャップ２の結合部に嵌合するズレ防止用の溝１ｂｃを付加しておくと良い。
【００２８】
本電池パックの製造手順は、素電池１ａに正極タブ１ｃを溶接後、スペーサ形状に抜き加工した両面テープによりスペーサ１ｂを貼り付け、二次保護素子１ｄ、保護回路基板１ｅ等を組み立てし、コアパック１を形成する。
【００２９】
次にキャップ２をスペーサ１ｂに超音波溶着により結合する。そのため、キャップ２はスペーサ１ｂと同材質の合成樹脂材料からなり、超音波溶着リブ２ａを有している。
【００３０】
最後にラベル３を貼り付け、図１（ａ）に示す電池パックが完成する。キャップ２と素電池１ａの密着性を強固にするために、キャップ２側にもラベル３の貼り付けシロを設けて、貼り付けると良い。
【００３１】
上記の如く完成した電池パックは、小型で組立精度が良く、二次保護素子の選択の自由度が大きい。
【００３２】
次に、本発明による電池パックの第２の実施の形態について説明する。
図２は本発明の第２の実施の形態における電池パックの外観、構成、および構成部品の詳細を示す説明図である。図２（ａ）は本電池パックのラベルを貼る前の外観斜視図、図２（ｂ）は分解斜視図、図２（ｃ）はキャップの拡大図である。
【００３３】
第２の実施の形態における電池パックは、上記第１の実施の形態と同様に超音波溶着によりキャップ１２をスペーサ１ｂに結合している。なお、キャップ１２を取り付ける前のコアパック１は第１の実施の形態と同じである。
【００３４】
第２の実施の形態におけるキャップ１２には、素電池１ａとの嵌合を更に強固にするために、図２（ｃ）に示すように、素電池１ａの下部側面および上部側面の一部を覆うように形成されたフランジ１２ｂを設けている。これにより、キャップ１２の側面を押した時の耐押し強度が向上する。また、フランジ１２ｂを設けていない第１の実施の形態の場合より超音波溶着による結合強度を小さくできるため超音波溶着リブ１２ａの部分を少なくすることができ、素電池１ａへの超音波溶着による影響を更に低減することが可能となる。
【００３５】
コアパック１のスペーサ１ｂに上記のようにキャップ１２を超音波溶着により結合し、最後にラベル３を貼り付け、第２の実施の形態の電池パックが完成する。なお、組立後の外観は図１（ａ）に示すような第１の実施の形態と同様の外観となる。
【００３６】
上記の如く完成した電池パックは、小型で組立精度が良く、二次保護素子の選択の自由度が大きい上に、素電池に対する組立上の影響も低減することが可能となる。
【００３７】
本発明は上記の実施の形態に制限されるものではないことは言うまでもなく、用途や要求性能、形状などに応じて任意に設計変更が可能である。例えば、本発明は様々な形状の電池パックに適用でき、その要求形状や精度、強度などに応じてスペーサ、キャップなどの構成部分の形状や材質、超音波溶着のための超音波リブの形状や配置、位置決め用凹部の形状などを最適に設計変更することができる。ガス放出弁は超音波溶着の条件やガス放出弁の構造によってはヘッダ部と同じ側面に配置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態における電池パックを示す図であり、図１（ａ）は電池パック完成後の外観斜視図、図１（ｂ）はラベルを貼る前の外観斜視図、図１（ｃ）は分解斜視図、図１（ｄ）はスペーサとキャップの拡大図。
【図２】本発明の第２の実施の形態における電池パック示す図であり、図２（ａ）は電池パックのラベルを貼る前の外観斜視図、図２（ｂ）は分解斜視図、図２（ｃ）はキャップの拡大図。
【図３】従来の小型電池パックの構成の一例を示した図であり、図３（ａ）はラベルを貼る前の外観斜視図、図３（ｂ）は構成部品および組立工程の概要を示す分解斜視図。
【図４】従来の小型電池パックの他の構成例を示した図であり、図４（ａ）は組立後のラベルを貼る前の電池パックの外観斜視図、図４（ｂ）はインサート成形する前のコアパックの外観斜視図。
【符号の説明】
【００３９】
１、１１  コアパック
１ａ、１１ａ  素電池
１ａａ、１１ａａ  ヘッダ部
１ａａａ、１１ａａａ  正極引出タブ
１ａａｂ、１１ａａｂ  負極ピン
１ａａｃ  位置決め用凹部
１１ａａｄ  ガス放出弁
１ａｂ、１１ａｂ  缶部
１ａｂａ  ガス放出弁
１ｂ、１１ｂ  スペーサ
１ｂａ  位置決め用ボス
１ｂｂ  貫通穴
１ｂｃ  溝
１ｃ  正極タブ
１ｄ  二次保護素子
１ｅ  保護回路基板
２、１２、２２、３２  キャップ
２ａ、１２ａ  超音波溶着リブ  
３  ラベル
１２ｂ    フランジ
３２ｃ  樹脂注入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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