JP6957413B2

JP6957413B2 - Ｅｖリレー用容器

Info

Publication number: JP6957413B2
Application number: JP2018110414A
Authority: JP
Inventors: 健太郎菊地; 諭史豊田; 隆寛上野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2018-06-08
Filing date: 2018-06-08
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2038-06-08
Also published as: JP2019212584A

Description

本開示は、ＥＶリレー用容器に関する。

地球温暖化等の環境問題に対する意識の高まりを背景に、ＥＶ（Electric Vehicle）等の環境対応車の需要が高まってきている。そして、このような環境対応車には、二次電池とモータ・インバーターとを安全にオンオフできるように、ＥＶリレーが搭載されている。

ここで、ＥＶリレーは、正面視において四角形状である上壁と、上壁に続き、４つの角部を有する側壁とを有し、側壁の縁に囲まれた部分が開口している、ＥＶリレー用容器を備えている。さらに、ＥＶリレー用容器の上壁には貫通孔が空いており、ＥＶリレーは、この貫通孔内に位置する固定端子と、ＥＶリレー用容器内において固定端子に対向して位置する可動端子と、ＥＶリレー用容器の側壁の縁側に位置する金属部材と、可動端子および金属部材を繋げるバネ等の弾性体と、を備えている。そして、ＥＶリレーがオンのときは、固定端子に可動端子が接しており、ＥＶリレーがオンからオフに変わるときは、固定端子から可動端子が離れる仕組みになっている。

また、ＥＶリレー用容器には、絶縁性および耐熱性の観点から、セラミックスが広く採用されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１２−８９４８９号公報

ＥＶリレーがオンからオフに変わるにあたって、固定端子から可動端子が離れるとき、固定端子および可動端子の間にアーク（円弧状の放電スパーク）が発生する。このアークについては、磁場によりアークを引き延ばすことにより消滅させている。

近年では、環境対応車に使用される二次電池が、ニッケル水素電池からリチウムイオン電池へ置き換わってきている。ここで、リチウムイオン電池を使用する場合、ＥＶリレーがオンのときに流れる電流は高電圧かつ大電流となるため、ＥＶリレーがオンからオフに変わるときに発生するアークの放電電圧が大きくなる。

このように、アークの放電電圧が大きくなると、磁場によりアークが引き延ばされた際に、理由は明らかではないが、ＥＶリレー用容器における角部の縁に近い部位が破損しやすい。

本開示は、このような事情を鑑みて案出されたものであり、角部の縁に近い部位が破損しにくいＥＶリレー用容器を提供することを目的とする。

本開示のＥＶリレー用容器は、正面視において四角形状である上壁と、該上壁に続き、４つの角部を有する側壁と、を備える。また、前記上壁および前記側壁はセラミックスからなる。また、側壁の縁に囲まれた部分が開口している。そして、角部の前記縁に近い第
１部位における気孔の重心間距離の平均値は、前記側壁の前記第１部位を除く他の部位における気孔の重心間距離の平均値よりも大きい。

本開示のＥＶリレー用容器は、角部の縁に近い部位が破損しにくい。

本開示のＥＶリレー用容器の一例を示す斜視図である。図１のｉｉ−ｉｉ線における断面図である。本開示のＥＶリレー用容器を備えたＥＶリレーの一例を示す縦断面図である。

本開示のＥＶリレー用容器について、図面を参照しながら、以下詳細に説明する。

本開示のＥＶリレー用容器１０は、図１および図２に示すように、正面視において四角形状である上壁１と、上壁１に続き、４つの角部２ａを有する側壁２と、を備える。

ここで、四角形状とは、図１に示すような長方形に限らず、正方形であってもよい。また、４つの角部２ａとは、具体的には、側壁２において以下の定義を満足する部位のことである。まず、側壁２は、４つの外面と、この外面にそれぞれ対応する４つの内面とを有している。そして、側壁２において、隣り合う外面同士の境界を外側稜線とする。具体的には、図１において、側壁２の図示手前側の外面をＡ、側壁２の図示右側の外面をＢとしたとき、外面Ａと外面Ｂとの境界が外側稜線であり、図１において太線で示すＣの箇所である。また、同様に、隣り合う内面同士の境界を内側稜線とする。

そして、外側稜線と内側稜線と結んだ面を仮想面としたとき、各角部２ａは、側壁２において、上記仮想面から側壁２の平均厚みの２倍までの範囲内にある部分と定義する。ここで、側壁２の平均厚みは、ＥＶリレー用容器１０を３等分になるように側壁２の厚み方向に切断し、各切断面において、少なくとも３箇所以上の側壁２の厚みを測定した後、これの平均値を算出することで求めればよい。なお、側壁２の外面または内面に局部的な突起がある場合には、上述した側壁２の平均厚みを算出する際に、この突起部分は測定しないこととする。

なお、隣り合う外面同士の境界が曲面である等の理由により、外側稜線が明確に定まらない場合には、隣り合う外面において、一方の外面における平面箇所を通る仮想平面と、他方の外面における平面箇所を通る仮想平面とが交わる線を外側稜線とみなせばよい。一方、隣り合う内面同士の境界が曲面である等の理由により、内側稜線が明確に定まらない場合には、隣り合う内面において、一方の内面における平面箇所を通る仮想平面と、他方の内面における平面箇所を通る仮想平面とが交わる線を内側稜線とみなせばよい。

また、本開示のＥＶリレー用容器１０における上壁１および側壁２は、セラミックスからなる。ここで、上壁１および側壁２を構成するセラミックスには、酸化アルミニウム質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスまたは炭化珪素質セラミックス等を用いることができる。そして、セラミックスの中でも、上壁１および側壁２が酸化アルミニウム質セラミックスからなるならば、ＥＶリレー用容器１０を廃棄する場合に、自然環境を汚染するおそれが低い。

ここで、酸化アルミニウム質セラミックスとは、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、酸化アルミニウムを７０質量％以上含有するものである。なお、他のセラ
ミックスについても同様である。

なお、上壁１および側壁２の材質は、以下の方法により確認することができる。まず、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて上壁１や側壁２を測定し、得られた２θ（２θは、回折角度である。）の値より、ＪＣＰＤＳカードと照合する。ここでは、ＸＲＤにより上壁１や側壁２に酸化アルミニウムの存在が確認された場合を例に挙げて説明する。次に、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＩＣＰ）または蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）を用いて、アルミニウム（Ａｌ）の定量分析を行なう。そして、ＩＣＰまたはＸＲＦで測定したＡｌの含有量から酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）に換算した含有量が７０質量％以上であれば、上壁１や側壁２は酸化アルミニウム質セラミックスで構成されている。

そして、本開示のＥＶリレー用容器１０において、側壁２の縁に囲まれた部分は開口しており、角部２の縁に近い第１部位２ｃにおける気孔の重心間距離の平均値は、側壁２の第１部位２ｃを除く他の部位（以下、単に他の部位と記載する場合がある）における気孔の重心間距離の平均値よりも大きい。

ここで、角部２ａの縁に近い第１部位２ｃとは、角部２ａを高さ方向に４等分となるように分割した際における、角部２ａの縁側の４分の１の部分のことである。

そして、このような構成を満足していることで、第１部位２ｃにおいて、アークにより気孔を起点として亀裂が発生したとしても、亀裂が発生した気孔から他の気孔へ亀裂が進展しにくい。よって、本開示のＥＶリレー用容器１０は、第１部位２ｃが破損しにくい。

なお、第１部位２ｃにおける気孔の重心間距離の平均値は、他の部位における気孔の重心間距離の平均値よりも３μｍ以上大きくてもよい。

また、本開示のＥＶリレー用容器１０において、第１部位２ｃにおける気孔の重心間距離の平均値は、２０μｍ以上３４μｍ以下であってもよい。このような構成を満足するならば、本開示のＥＶリレー用容器１０における第１部位２ｃは、より破損しにくくなる。

なお、他の部位における気孔の重心間距離の平均値は、例えば、１６μｍ以上２６μｍ以下であってもよい。

ここで、第１部位２ｃにおける気孔の重心間距離の平均値は、以下の方法で算出すればよい。まず、ＥＶリレー容器１０を、図２に示すように、第１部位２ｃを通るように上壁１の厚み方向に切断し、この切断面をクロスセクションポリッシャー（ＣＰ）にて研磨した断面を観察面とする。次に、この観察面における第１部位２ｃを、金属顕微鏡を用いて３００倍以上６００倍以下の倍率で撮影する。そして、撮影した写真における、例えば、面積が２０００００μｍ^２以上８０００００μｍ^２以下となる範囲に対して、画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製、なお、以降に画像解析ソフト「Ａ像くん」と記した場合、旭化成エンジニアリング（株）製の画像解析ソフトを示すものとする。）の分散度計測という手法を適用して画像解析を行なうことにより、第１部位２ｃにおける気孔の重心間距離の平均値を算出することができる。ここで、画像解析ソフト「Ａ像くん」の解析条件としては、例えば、粒子の明度を「暗」、２値化の方法を「自動」、小図形除去面積を０．１μｍ、雑音除去フィルタを「有」、２値化画像補正を「直線分離」、表示方法を「重ね合わせ」とすればよい。

一方、他の部位における気孔の重心間距離の平均値は、以下の方法で算出すればよい。まず、ＥＶリレー容器１０を、上壁１の厚み方向に切断し、この切断面をＣＰにて研磨した断面を観察面Ａとする。また、ＥＶリレー容器１０を、上壁１の厚み方向に直交する方
向に切断し、この切断面をＣＰにて研磨した断面を観察面Ｂとする。次に、この観察面ＡおよびＢにおいて、側壁２の第１部位２ｃを除く他の部位をそれぞれ５箇所以上任意に選定し、金属顕微鏡を用いて３００倍以上６００倍以下の倍率で撮影する。次に、撮影した各写真における、例えば、面積が２０００００μｍ^２以上８０００００μｍ^２以下となる範囲に対して、画像解析ソフト「Ａ像くん」の分散度計測という手法を適用して画像解析を行なう。そして、観察面ＡおよびＢにおける計５箇所以上から算出された気孔の重心間距離を平均することで、他の部位における気孔の重心間距離の平均値を算出することができる。

また、本開示のＥＶリレー用容器１０において、第１部位２ｃにおける気孔率は、側壁２の第１部位２ｃを除く他の部分における気孔率よりも小さくてもよい。このような構成を満足するならば、第１部位２ｃにおいて、アークにより気孔を起点とした亀裂が発生しにくくなることから、本開示のＥＶリレー用容器１０における第１部位２ｃは、より破損しにくくなる。

なお、第１部位２ｃにおける気孔率は、他の部位における気孔率よりも２％以上小さくてもよい。

また、本開示のＥＶリレー用容器１０において、第１部位２ｃにおける気孔率は、２％以上６％以下であってもよい。このような構成を満足するならば、本開示のＥＶリレー用容器１０における第１部位２ｃは、より破損しにくくなる。

なお、他の部位における気孔率は、例えば、４％以上８％以下であってもよい。

ここで、第１部位２ｃにおける気孔率は、上述した第１部位２ｃにおける気孔の重心間距離の平均値の測定方法において、「Ａ像くん」の分散度計測ではなく、「Ａ像くん」の粒子解析という手法で解析すること算出することができる。一方、他の部位における気孔率は、上述した他の部位における気孔の重心間距離の平均値の測定方法において、「Ａ像くん」の分散度計測ではなく、「Ａ像くん」の粒子解析という手法で解析すること算出することができる。

また、本開示のＥＶリレー用容器１０において、第１部位２ｃにおける気孔の円相当径の平均値は、３μｍ以上７μｍ以下であってもよい。このような構成を満足するならば、本開示のＥＶリレー用容器１０における第１部位２ｃは、より破損しにくくなる。

ここで、第１部位２ｃにおける気孔の円相当径の平均値は、上述した第１部位２ｃにおける気孔の気孔率の測定方法と同じ測定方法で算出することができる。

次に、本開示のＥＶリレー用容器１０を備えるＥＶリレー２０を説明する。まず、図３に示すＥＶリレー２０では、ＥＶリレー用容器１０の上壁１に２個の貫通孔３が空いており、この貫通孔３内には、固定端子４が位置している。具体的には、貫通孔３ａ内に固定端子４ａが位置し、貫通孔３ｂ内に固定端子４ｂが位置している。なお、図３では、固定端子４と貫通孔３との間に隙間がある例を示しているが、固定端子４と貫通孔３との間はロウ付け等により密封されていてもよい。

また、ＥＶリレー２０において、ＥＶリレー用容器１０の側壁２の縁に、側壁２の端で構成される開口を塞ぐように金属部材７が取り付けられている。さらに、ＥＶリレー用容器内１０において固定端子４に対向する位置に可動端子５があり、この可動端子５と金属部材７とはバネ等の弾性体６によって接合されている。

ここで、可動端子５は、不図示の磁性体等による磁性作用によって、上下に動く構造となっている。そして、可動端子５が上昇し、可動端子５と固定端子４が接触すると、不図示の電源により供給された電流が、可動端子５を介して固定端子４ａおよび固体端子４ｂの一方から他方へ流れる。一方、可動端子５が下降し、固定端子４から可動端子５が離れると、電流が遮断される。このとき、固定端子４と可動端子５との間にアークが発生する。そして、発生したアークは、不図示の磁石等の磁性作用によって引き延ばされ、消滅する。ここで、本開示のＥＶリレー用容器１０であれば、上述したように、第１部位２ｃが破損しにくい。

次に、本開示のＥＶリレー用容器１０の製造方法について以下に説明する。ここでは、ＥＶリレー用容器１０における上壁１および側壁２が、酸化アルミニウム質セラミックスからなる場合を例に挙げて説明する。

まず、主原料として酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末を準備する。また、焼結助剤として、酸化珪素（ＳｉＯ_２）粉末、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）粉末および炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）粉末を準備する。

次に、焼成後において酸化アルミニウムの含有量が７０質量％以上となるように、各粉末（主原料および焼成助剤）を秤量した後混合し、公知の方法、例えばイオン交換水を用いたボールミルによる湿式粉砕を行なうことで、１次スラリーを作製する。次に、１次スラリーに有機バインダ、分散剤および離型剤を添加し、さらに混合し、２次スラリーを作製する。次に、２次スラリーを公知の方法で噴霧乾燥し、顆粒を作製する。

ここで、顆粒としては、平均粒径が異なる２種類を作製する。以下では、平均粒径が大きい顆粒を第１顆粒、平均粒径が小さい顆粒を第２顆粒として説明する。

次に、ＥＶリレー用容器１０の形状の金型を準備する。そして、金型においてＥＶリレー用容器１０の第１部位１ｃとなる箇所に第１顆粒を充填する。次に、金型の残部に第２顆粒を充填する。その後、プレス成形を行なうことで、ＥＶリレー用容器１０の形状の成形体を作製する。このように、成形体を作製することで、公知の焼成方法で焼成した後、第１部位２ｃにおける気孔の重心間距離の平均値が、他の部位における気孔の重心間距離の平均値よりも大きい本開示のＥＶリレー用容器１０を得る。

また、第１部位２ｃにおける気孔の重心間距離の平均値を２０μｍ以上３４μｍ以下とするには、平均粒径が１２０μｍ以上１８０μｍ以下の第１顆粒を用いればよい。なお、他の部位における気孔の重心間距離の平均値を１６μｍ以上２６μｍ以下とするには、平均粒径が４０μｍ以上９０μｍ以下の第２顆粒を用いればよい。

また、第１部位２ｃにおける気孔率を他の部位における気孔率よりも小さくするには、金型に第１顆粒を充填した後で、第２顆粒を充填する前に予備加圧を行なえばよい。

また、第１部位１ｃにおける気孔率を２％以上６％以下とするには、上述した予備加圧の圧力を１０ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下とすればよい。

また、第１部位１ｃにおける気孔の円相当径の平均値を３μｍ以上７μｍ以下とするには、第１顆粒を製造するときの湿式粉砕において、イオン交換水を、各粉末（主原料および焼成助剤）の合計１００質量部対して、８０質量部以上１２０質量部以下となるように添加すればよい。

１：上壁
２：側壁
３、３ａ、３ｂ：貫通孔
４、４ａ、４ｂ：固定端子
５：可動端子
６：弾性体
７：金属部材
１０：ＥＶリレー用容器
２０：ＥＶリレー

Claims

正面視において四角形状である上壁と、
該上壁に続き、４つの角部を有する側壁と、を備え、
前記上壁および前記側壁はセラミックスからなり、
前記側壁の縁に囲まれた部分が開口しており、
前記角部の前記縁に近い第１部位の断面における気孔の重心間距離の平均値は、前記側壁の前記第１部位を除く他の部位の断面における気孔の重心間距離の平均値よりも大きいＥＶリレー用容器。
前記第１部位における気孔の重心間距離の平均値は、２０μｍ以上３４μｍ以下である請求項１に記載のＥＶリレー用容器。
前記第１部位における気孔率は、前記側壁の前記第１部位を除く他の部分における気孔率よりも小さい請求項１または請求項２に記載のＥＶリレー容器。
前記第１部位における気孔率は、２％以上６％以下である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＥＶリレー用容器。
前記第１部位の断面における気孔の円相当径の平均値は、３μｍ以上７μｍ以下である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のＥＶリレー用容器。
前記セラミックスは、酸化アルミニウム質セラミックスである請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のＥＶリレー用容器。