衝撃や振動に強く、交換も容易なコイン電池ホルダの選び方
著者 Art Pini 氏
Digi-Keyの北米担当編集者 の提供
2021-10-20
マルツ掲載日：2022-02-14
CR2032のようなリチウムコイン電池は、多くのポータブル電子機器に使用されており、その多くが電池交換を必要としています。エンドユーザーが使いやすいように、設計者はコイン電池を電池ホルダに装着し、簡単かつ迅速に電池交換ができるようにする必要があります。
同時に、電池ホルダには、衝撃や振動があっても電池との接続が良好に保たれるような堅牢な設計が求められます。また、電池ホルダには、電池を安全に保持し、不注意な短絡を防止する機能が求められます。
製造面において、電池の実装は、接続部を明確に分離して自動でピック＆プレース生産できるように設計する必要があります。電池の実装設計は、面実装とスルーホール実装のどちらでも使用できる必要があります。
この記事では、コイン電池ホルダの概念、独自の特長と利点、コイン電池ホルダを選ぶ際の設計上の考慮事項などを見ていきます。また、設計者の悩みを解決するために、非導電性のスナップインカバーを採用したMemory Protection Devices(MPD)のSnap Dragonシリーズ コイン電池ホルダを紹介し、その適用方法を示します。
Snap Dragonの概念
これらの設計要件に対応するために、MPDは完全に新しいカテゴリの電池ホルダであるSnap Dragonシリーズを発表しました。これらの製品は、ロック式のスナップオンカバーを採用することで、衝撃、振動、落下によるコイン電池の脱落や接続不良を防止し、オープントップ型コイン電池ホルダの信頼性を大幅に向上させます。
ユーザーフレンドリーな要件に対応するために、カバーは「スナップ」で取り外せるようになっており、電池交換が迅速かつ容易に行えるようになっています。
製造において、このデバイスの液晶ポリマ(LCP)ベースは高温のリフローはんだ付けに対応しています。スナップインカバーは、使いやすさを追求しただけでなく、ポリプロピレン素材を使用しているため、強度と柔軟性に優れており、長期間にわたって複数の のバッテリーを交換することができます。これらの機能を備えていても、Snap Dragonホルダは非常に薄型で、通常、コイン電池のプリント基板上への設置にわずか1mmしか必要としません。
よく見ると、Snap Dragonコイン電池ホルダは、スナップオン電池リテーナと嵌合ベースで構成されるツーピース設計を使用しており、この2つの部品で電池を保持しています(図1)。
図1：Snap Dragonコイン電池ホルダは、ベースとスナップオン非導電性電池リテーナで構成されるツーピース設計を使用しており、衝撃や振動があっても確実に動作するように設計されています。(画像提供：Memory Protection Devices)
カバーがスナップオンされると、コイン電池が完全にロックされるため、Snap Dragonは優秀で信頼性の高い接続を提供します。
信頼性の高い電池ホルダの中には、ユーザーによる電池の取り付けや交換が困難または不可能なものもありますが、Snap Dragon電池ホルダは、簡単で直感的に作業できるように設計されています。Snap Dragonの設計は特許出願中で、MPDの電池ホルダ技術のポートフォリオに新たに加わったものです。
Snap Dragonコイン電池ホルダは、BR/CR2032とBR/CR1225の電池を横向きと縦向きのどちらでも装着できるように、2種類のサイズが用意されています。面実装技術(SMT)はんだ付け用のタブ、またはプリント回路基板へのスルーホール実装用のピンのいずれかで提供されます。これらの電池は、最大約220mAhの電力を提供し、非常に小さいため、ハンドヘルドポータブル機器の低電力要件を必要とする回路に最適です(図2)。
図2：組み立てられたSnap Dragon面実装型コイン電池ホルダでは、電池リテーナを所定の位置にスナップインされ、20mmコイン電池をベースに固定しています。(画像提供：Memory Protection Devices)
ベース部品
Snap Dragonコイン電池ホルダは、薄くて丈夫な高品質のバージン液晶ポリマプラスチックで作られたベースを備えています。また、SMTのはんだ付け工程に関連した高温にも耐えることができます。このホルダは、－40℃～280℃の温度範囲に対応しています。また、LCPベースは耐薬品性に優れ、厳しい環境条件にも耐えることができます。
Snap Dragonのベースは、ニッケルメッキのリン青銅に金メッキを施したデュアル圧力コンタクトを採用し、優れた電気伝導性を実現しています。これにより、コイン電池のニッケルメッキステンレス鋼電極と接触する場合に、腐食防止効果が増します。
このデュアル圧力コンタクトは、電気抵抗が極めて低いだけでなく、コイン電池にぴったりとフィットするため、衝撃、振動、取り扱いミスによるコイン電池の脱落を防ぐことができます(図3)。
図3：MPD面実装ベース上のデュアル圧力コンタクトを示しています。(画像提供：Memory Protection Devices)
図3が示すベースは、Memory Protection DevicesのBHSD-2032-SMです。これは、CR2032コイン電池用の水平方向の面実装ベースです。デュアル圧力コンタクトがわかりやすく示されています。Snap Dragon電池ホルダは、非常に薄型でありながら、これらの利点をすべて提供することができます。
電池リテーナ
Snap Dragonシリーズ 電池ホルダの2つ目の部品は、電池を確実に保持する半透明のポリプロピレン(PP)電池リテーナ(カバー)です。強度と柔軟性を兼ね備えたこのカバーの使いやすさは、柔軟なタブの採用によるものです。これにより、プラスチックを変形させることなく、電池リテーナカバーを簡単に何度も着脱できます。図3が示すベースの嵌合リテーナは、MPDのBHSD-2032-COVERです(図4)。
図4：図3が示すコイン電池ホルダベースの適合カバー。(画像提供：Memory Protection Devices)
電池ホルダの信頼性試験
BHSD-2032-SMホルダベースの信頼性試験では、スウェプトサイン振動(10-50-10Hz)試験を各直交軸で1時間ずつ行い、電池の外れや10ms以上の接触連続性の喪失がないことを確認しています。
また、このデバイスでは150gの正弦半波衝撃試験を行い、各軸の各方向に3回、合計18回の衝撃パルスを与えましたが、物理的な損傷は認められませんでした。最後の機械的環境試験は、1mの落下試験で、やはり電池の外れはありませんでした。Snap Dragonコイン電池ホルダは、すべての製品が同様の試験仕様となっており、信頼性が保証されています。
Snap Dragonの構成
Snap Dragon電池ホルダは、さまざまな構成で利用できます。前述のBHSD-2032-SMは、横置きを前提とした面実装型ホルダです。BVSD-2032-PCとそのリテーナであるBVSD-2032-COVERは、スルーホールプリント基板実装を使用して、電池の向きを垂直にします(図5a、図5b)。
図5：BVSD-2032-PC(a)はスルーホール実装を採用した垂直方向の電池ホルダ、BVSD-2032-COVER(b)はそのリテーナです。(画像提供：Memory Protection Devices)
Snap Dragon電池ホルダのスルーホール版は、はんだパッドではなくピンを使用していますが、その他の構造は面実装版と同じです。MPDには、直径20mmのコイン電池用のホルダに加え、12mmのコイン電池用のホルダもあり(図6)、その主な差別化要因は電池容量です。
図6：12mm電池ホルダ(a)とそのリテーナ(b)。(画像提供：Memory Protection Devices)
BHSD-1225-SM(図6a)は、BR/CR1225コイン電池に対応するよう設計され、水平面実装用に構成されています。また、スルーホール実装に対応したバージョンもあります。どちらもBHSD-1225-COVER(図6b)のカバーリテーナは共通です。
規制遵守とアプリケーション
グローバルな販売展開を目的としたアプリケーションの場合、Snap Dragon電池ホルダに使用されているLCPプラスチックは、環境にやさしく、ハロゲンやPFOAを含まず、SVHC、REACH、RoHS、WEEEの各規制に完全に準拠していると知っておくことが重要です。Snap Dragonファミリのコイン電池ホルダは、信頼性、耐久性、使いやすさが重要視される小型のハンドヘルド医療製品などのアプリケーションに適しています。
Snap Dragon電池ホルダは、医療アプリケーションの一般的な各種の滅菌サイクルに対応しています。滅菌サイクルの温度は電池の最大耐熱温度を超えてしまう可能性があるため、滅菌前に電池を取り外さなければならないことがあります。こうした場合に、ツーピースのスナップオン機能は特に有効です。
まとめ
電池ホルダの選択と統合では、最終アプリケーションの仕様と使用モデルを慎重に検討する必要があります。電池のサイズ、向き、自動配置の互換性、規制遵守、電子交換の容易さ、全体的なコストが主な考慮事項です。
MPDのSnap Dragonコイン電池ホルダは、BR/CR2032およびBR/CR1225電池に対して、落下、振動、衝撃があっても、低コストで信頼性の高い電池保持を実現します。同時に、容易な電池交換も可能にします。
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