JP2002124173A - サーマルプロテクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化、薄型化されたサーマルプロテクタを
提供する。 【解決手段】ケース（２）の一方の端側の側面（２ｃ）
に固定片（１）を設け、固定接点（６）を接合し、また
もう一方の端側の側面（２ａ）には保持端子（４）が設
けられている。可動接点（７）を接合したバイメタル
（３）は保持端子（４）に接合部（１５）で接合され、
固定接点（１）に伸びている。蓋（５）には突起（８）
が設けられており、バイメタル（３）の反転がスムーズ
に進められ、サーマルプロテクタの薄型化が図られた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、回路に過電流が
流れた場合や周辺部が過熱したとき、回路に流れる電流
を遮断するサーマルプロテクタに関する。特に小型・薄
さが要求される用途に適するサーマルプロテクタに関す
るもので、例えばノートパソコン、携帯電話などに用い
られる小型２次電池のサーマルプロテクタ、あるいは小
型モータに使われるサーマルプロテクタに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ノートパソコン、携帯電話な
どに使われる小型２次電池のサーマルプロテクタとして
ＰＴＣ物質（特定の温度範囲以上において固有抵抗が増
大する導電物質）を用いた保護回路が知られているが、
ＰＴＣ物質は定常時の固有抵抗が高いために電力消費量
が大きく、バッテリーの寿命が短くなるという欠点があ
った。そこで電力消費量の少ない機械式のサーマルプロ
テクタに変更することが期待されている。

【０００３】従来の機械式のサーマルプロテクタは、図
７（ａ）（ｂ）に示すように、固定接点（６）はケース
（２）の壁面（２ｃ）側に位置している固定片（１）に
接合されている。可動接点（７）はバイメタル（３）に
接合されている。バイメタル（３）はケース（２）の壁
面（２ａ）側で端子（４）に接合され、固定接点（６）
に伸びているものである。なお（５）はケースの蓋、
（２ｅ）はケース底面である。図７（ａ）は、固定接点
（６）にバイメタル（３）の可動接点（７）が接触して
電流が流れている状態で、バイメタル（３）のバネ作用
で可動接点（７）が固定接点（６）に押し付けられて接
触しているものであり、図７（ｂ）は異常な電流が流れ
て所定温度より高くなり、その温度変化によりバイメタ
ル（３）が反転し、可動接点（７）が固定接点（６）か
ら離反している状態である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＰＴＣ物質を用いた保
護回路に変わる機械式のサーマルプロテクタは、小型
化、薄型化が望まれているが、従来のサーマルプロテク
タでは、図７（ｂ）のように、異常な電流が流れて所定
温度より高くなり、バイメタル（３）が反転して可動接
点（７）を固定接点（６）から離反させるためには、ケ
ース（２）の内部の高さ（Ｈ）をバイメタル（３）が反
転するのに必要な高さにしなければならず、薄型化を図
ることができなかった。また、無理にケース（２）を薄
型にしてケース内部高さ（Ｈ）を小さくすれば、バイメ
タル（３）が反転したとき、蓋（５）に当ってバイメタ
ル（３）が完全に反転しきれない状態となり、チャタリ
ング現象が生じる。このチャタリング現象により接点が
激しく消耗し、電流を遮断することができなくなり、サ
ーマルプロテクタとしての十分な機能が果せなくなり、
十分な製品寿命が得られないという問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明のサーマルプロテクタは、ケース内の一方
の端側に固定接点を設け、ケースのもう一方の端側に設
けられた保持端子に接合され、かつ固定接点に伸びてい
る可動接点を持ったバイメタルをケースに封入し、バイ
メタルのバネ作用と温度変化による反転作用により可動
接点を固定接点に対して接触離反させるサーマルプロテ
クタにおいて、前記ケースの上部に反転したバイメタル
の凹面が接する突起を設けたことを特徴とするものであ
る。また、本発明の上記サーマルプロテクタは、反転し
たバイメタルの凹面が接するケースの上部に設けられた
突起が反転したバイメタルのほぼ中央部とバイメタル保
持端子側の間に設けたことを特徴とするものである。ま
た、本発明の上記サーマルプロテクタは、ケースのもう
一方の端側に設けられた保持端子に接合され、かつ固定
接点に伸びている可動接点を持ったバイメタルが、その
設置時に固定接点に対するバイメタルの可動接点の接圧
を確保するため押し付けて設置することを特徴とするも
のである。さらに、本発明の上記サーマルプロテクタ
は、ケースがその下部に反転してわん曲するバイメタル
のための空間を設けたことを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明は、可動接点を接合しているバイメタル
のバネ作用と温度変化による反転作用により可動接点を
固定接点に対して接触離反させるサーマルプロテクタに
おいて、ケースの上部に反転したバイメタルの凹面が接
する突起を設けたことにより、従来例のように反転した
バイメタルの接点側端部がケースの上部である蓋に当っ
て、蓋から反転したバイメタルにかかる押圧がなくなる
ので、チャタリング現象を起こすこともなく、サーマル
プロテクタの小型化、薄型化を図ることができる。

【０００７】特に、ケース上部の反転したバイメタルの
凹面が接する突起が、反転したバイメタルのほぼ中央部
とバイメタル保持端子側の間に設けたことにより、従来
は蓋からバイメタルにかかる押圧がバイメタルのバイメ
タル接点側端部で起っていたためバイメタルが変形して
しまうことがチャタリング現象の原因であったが、突起
により、押圧はバイメタルの中心より保持端子側ので支
えることになるためバイメタルの反転温度に影響を与え
る変形はバイメタルに起こらないことになる。このため
サーマルプロテクタ内部の高さが、従来では不可能な薄
さでも正常な反転を可能にすることができるものであ
る。また、本発明のサーマルプロテクタは、突起に反転
したバイメタルが接触するためにバイメタルの保持端子
との接合部近傍で下側に反ることになるが、ケースの下
部に反転してわん曲するバイメタルのための空間を設け
たことによりバイメタルの反転がいっそうスムーズに進
むことが可能となる。

【０００８】本発明のサーマルプロテクタについて、そ
の動作を図３〜図６を参照して説明する。まず、図３
（ａ）（ｂ）（ｃ）でバイメタルの反転について説明す
る。図３（ａ）はサーマルプロテクタを説明する図で、
ケース（２）の壁面（２ｃ）側に位置している固定接点
（６）に対してバイメタル（３）の可動接点（７）が離
反している状態を示している。固定接点（６）は固定片
（１）に接合されており、バイメタル（３）はケース
（２）の壁面（２ａ）側で保持端子（４）に接合されて
いるものである。なお図３（ａ）ではケース（２）の蓋
を省略して示している。

【０００９】図３（ｂ）はサーマルプロテクタのバイメ
タルの変位、図３（ｃ）は、サーマルプロテクタのバイ
メタルの変位と温度の関係を示したものである。図３
（ｂ）（ｃ）に示すように、保持端子（４）に接合され
ているバイメタル（３）は、低い温度Ｔ１ではｚ１のよ
うに湾曲している。ｚ１の湾曲している状態は、バイメ
タル（３）の可動接点（７）が固定接点に接する状態で
ある。温度が上がるとバイメタル（３）は徐々に変形
し、温度Ｔ２ではｚ２になる。温度Ｔ２になるとバイメ
タル（３）は一気に反転し、ｚ４まで変位する。変位ｚ
４の状態で、温度が降下すると、バイメタル（３）は徐
々に変形し、温度Ｔ１で変位ｚ３になり、バイメタル
（３）は一気に反転して変位ｚ１になる。バイメタル
（３）は温度の上昇、降下によって以上のようなサイク
ルを持つものである。

【００１０】図４（ａ）（ｂ）は、固定接点に対してバ
イメタルの可動接点がバネ力で荷重がかかるように設定
されている場合を示す図である。図４（ａ）に示すよう
に、ケース（２）の壁面（２ａ）側で端子（４）に接合
されてるバイメタル（３）は、バイメタルがフリーな状
態では鎖線（３１）のような位置となっている。鎖線
（３１）のように位置しているバイメタル（３）の可動
接点（７）は、固定接点（６）に対してバイメタル
（３）のバネ力で荷重がかかるように設けられている。
可動接点（７）は固定接点（６）と接触することによ
り、バイメタル（３）が変形し荷重がかかっているわけ
である。なおサーマルプロテクタの構成は上述した図３
（ａ）と同様のものである。

【００１１】これは、バイメタル（３）を設置する時
に、固定接点（６）に対するバイメタルの可動接点
（７）の接圧を確保するため押し付けて設置しているも
ので、フリーな状態では鎖線（３１）のような状態のも
のを、バイメタル（３）のような状態で可動接点（７）
が固定接点（６）に対して押し付けることにより接圧を
確保することができる。このように、押し付けられてい
るバイメタル（３）はフリーな状態の鎖線（３１）の状
態よりもわん曲を少くなっているものであり（なお、わ
ん曲の少くない状態（３）とフリーな状態のわん曲（３
１）は、その違いが微差である）、可動片設置時に、接
点の接圧を確保するためフリーな状態の鎖線（３１）よ
りもわん曲を少なくなるように設置することにより接点
の接圧が確保される。

【００１２】図４（ａ）のように、バイメタル（３）が
変形し荷重がかかって押し付けている場合、バイメタル
の変位と温度の関係は図４（ｂ）に示すようになる。バ
イメタルの可動接点（７）は固定接点（６）に押圧され
て接しているので、温度Ｔ１でバイメタルの変位ｚ１´
であり、温度が上がっても変位ｚ１´は一定となってい
る。Ｔ２に近いＴ２´の温度になったとき、固定接点
（６）に押圧されている圧力は、バイメタルの反転の補
助となるため、押圧のないバイメタルの反転温度Ｔ２よ
り低い温度で、バイメタルは反転する。バイメタルが反
転した後では、バイメタルは変位ｚ１´からｚ４´に変
位する。この状態ではバイメタルの接点（７）と固定接
点（６）は離反するため、電流が切れ、発熱がなくな
る。このような状態でバイメタル（３）の温度が下がる
と、バイメタルは徐々に変形し、温度Ｔ１で変位ｚ３に
なり、温度Ｔ１となるとバイメタルは反転し、ｚ３から
ｚ１´に変位が変わることになる。このように、バイメ
タルの可動接点がバネ力で押し付けられるように設定さ
れている場合には、バイメタル（３）は図３（ｂ）に示
すようなサイクルを持つものである。

【００１３】次いで、サーマルプロテクタのケースの内
部高さが低くて、反転したバイメタルの可動接点側の端
部が蓋に接触する場合について、２つの動作を説明す
る。ここでは、上述した図４（ａ）のように固定接点に
バイメタルの可動接点がバネ力で荷重がかかるように設
定されている場合のものである。図５（ａ）（ｂ）は、
ケースの内部高さｈ１の場合である。この高さｈ１は、
バイメタルが高温側の反転温度で反転することが可能な
場合であるが、完全には反転できない場合である。図５
（ａ）のサーマルプロテクタは、ケース（２）の壁面
（２ｃ）側に位置している固定接点（６）に対して、バ
イメタル（３）の可動接点（７）が離反している状態で
ある。ケース（２）には蓋（５）が接合され、その内部
高さｈ１である。内部高さｈ１は、図５（ｂ）の変位ｚ
３の位置（鎖線で示したバイメタルと可動接点（７））
より少し高いところに蓋（５）が設けられている場合で
あり、バイメタルは反転するが、蓋（５）に接して反転
しきれない場合である。なお、サーマルプロテクタの構
成は上述した図３（ａ）と同様のものである。

【００１４】図５（ｂ）のバイメタルの変位と温度の関
係に示すように、バイメタル（３）の可動接点（７）は
固定接点（６）に押圧されて接しているので、温度Ｔ１
でバイメタルは変位ｚ１´であり、温度が上がっても変
位ｚ１´は一定となっている。バイメタルの高温側の反
転温度Ｔ２´となると反転するが、蓋（５）に接して、
変位ｚ４´´の位置でバイメタルの反転は止まる。温度
が下がるときは、バイメタル（３）は蓋（５）より、押
圧を受けているため、押圧がなくなる温度Ｔ３まで変位
ｚ４´´が維持される。その後、蓋（５）よりの押圧が
なくなるため、バイメタルは変位して、温度Ｔ１で変位
はｚ３となり、反転し、ｚ１´に変位が変わる。

【００１５】図６（ａ）（ｂ）は、ケースの内部高さｈ
２の場合である。この高さｈ２は、バイメタルが高温側
の反転温度で反転を仕切れない場合である。図６（ａ）
は、ケース（２）の内部高さｈ２のものである。内部高
さｈ２は、図６（ｂ）の変位ｚ３の位置（図６（ａ）に
鎖線で示したバイメタルと可動接点）より低いところに
蓋（５）が設けられている場合である。なおサーマルプ
ロテクタの構成は上述した図３（ａ）と同様のものであ
る。図６（ｂ）はバイメタルの変位と温度の関係に示す
もので、バイメタル（３）の可動接点（７）は固定接点
（６）に押圧をもって接しているので、温度Ｔ１でバイ
メタルは変位ｚ１´であり、温度が上がっても変位ｚ１
´は一定となっている。温度Ｔ１から徐々に温度が上昇
し、Ｔ２´になるとバイメタルは反転しようとするが、
蓋（５）が低いためバイメタルはｚ３の変位を越えるこ
とができない。バイメタル（３）はｚ３の変位を越える
ことはできないが、バイメタル（３）の接点（７）は固
定接点（６）から離反しているため、電流が切れ、発熱
がなくなり、温度がバイメタルの反転温度より下がり、
温度Ｔ２´´となる。この状態では、バイメタル（３）
はｚ１´の変位になってしまう。変位ｚ１´になるとバ
イメタル（３）の接点（７）と固定接点（６）が接触
し、電流が流れ発熱し温度が上昇する。このサイクルを
繰り返すことになる。温度Ｔ２´と温度Ｔ２´´の温度
差は非常に狭いため、チャタリング現象となり、接点が
激しく消耗し、接点の寿命が大変短いものとなり、大き
な問題となる。

【００１６】そこで、本発明例の図２（ａ）（ｂ）に示
すように、蓋（５）に突起（８）をバイメタル（３）の
中心より保持端子（４）側に設けることにより、バイメ
タルの反転が定常時と同様に行うことが可能になる。な
お図２（ａ）（ｂ）では、蓋（５）の突起（８）はバイ
メタル（３）の中心より保持端子（４）側へ少し寄って
いるものである。従来は、図５、図６のように蓋からか
かる押圧がバイメタルのバイメタル接点側端部で起こっ
ているため、バイメタルが変形してしまうことがチャタ
リング現象等の原因であった。しかし、突起（８）によ
り、押圧はバイメタル（３）の中心より保持端子（４）
側で支えることになるため、バイメタルの反転温度に影
響を与える変形はバイメタルに起こらないことになる。
このためサーマルプロテクタ内部の高さが従来では不可
能な薄さでも正常な反転を可能にすることができる。ま
た、図２（ａ）（ｂ）に示すように、ケースの蓋に突起
（８）を設けたとき、突起（８）にバイメタルが接触す
るために、バイメタル（３）は保持端子（４）との接合
部近傍（９）で、図２（ｃ）のように、バイメタル
（３）が保持端子（４）の面（Ｘ）の線より下側にそる
ので、ケース（２）の下部（２）を（Ｘ）の線より低く
して、反転してわん曲するバイメタル（３）の部分
（９）のための空間を設けたことにより、バイメタル
（３）の反転がいっそうスムーズに進めることが可能と
なる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明のサーマルプロテクタは、
装置、機器の小型化が要求され、それらの部品となるサ
ーマルプロテクタについても、小型・薄さを要求される
用途に適する。例えば、ノートパソコン、携帯電話など
に使われるニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の
小型２次電池に使われるサーマルプロテクタとして、あ
るいは小型モータのサーマルプロテクタとして使われ
る。また自動車用モータ、充電器保護の直流回路用サー
マルプロテクタ、エアコンのファン、洗濯機などの汎用
モータ保護の交流回路用サーマルプロテクタなどとして
用いられるものである。本発明のサーマルプロテクタに
おいて、固定接点、可動接点は、ニッケル−銀合金が好
ましく、具体的にはニッケル１０％を含む銀合金が好ま
しい。また銅−銀合金、金−銀合金、炭素−Ａｇ合金、
タングステン−銀合金などの接点材料でもよい。

【００１８】ケースは、耐熱性に優れたポリフェニレン
サルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポ
リブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の樹脂が用いら
れる。インサート成形工法等を用いて固定片、保持端子
をケース埋め込みで設けるケースと蓋は超音波溶接によ
り溶着し、固定接点、可動接点を持つバイメタルをケー
スに封入する。

【００１９】

【実施例】本発明の実施例を図１を参照して説明する。
図１は実施例のサーマルプロテクタの構成を分解して示
した斜視図である。図１に示すように、サーマルプロテ
クタは、側面（２ａ）〜（２ｄ）のケース（２）の一方
の端側である側面（２ｃ）に固定片（１）を設け、固定
接点（６）は固定片（１）に接合されている。ケース
（２）のもう一方の端側である側面（２ａ）には保持端
子（４）が設けられている。またケース（２）の底面
（２ｅ）は保持端子（４）の面より低くして、反転して
わん曲するバイメタルのための空間を設けている。また
固定片（１）のケース（２）の外に伸びている部分は２
つに分割されている。これは溶接のためであり、保持端
子（４）のケース外に伸びている部分についても２つに
分割してもよい。

【００２０】バイメタル（３）には可動接点（７）が接
合されている。バイメタル（３）は保持端子（４）に接
合部（１５）で接合され、接合部（１５）から固定接点
（１）に伸びているものである。ここで固定接点（６）
に対するバイメタル（３）の可動接点（７）の接圧を確
保するため、押し付けて設置する。蓋（５）には突起
（８）がバイメタル（３）の中心より保持端子（４）側
に設けられている。固定片（１）、固定接点（６）、保
持端子（４）、可動接点（７）が接合されいるバイメタ
ル（３）が設けられたケース（２）に、突起（８）が設
けられた蓋（５）を超音波溶着して封入するものであ
る。

【００２１】このように、蓋（５）に突起（８）をバイ
メタル（３）の中心より保持端子（４）側に設け、また
固定接点（６）に可動接点（７）の接圧を確保するため
に押し付けて設置し、さらにケース（２）の底面（２
ｅ）をより低くして反転してわん曲するバイメタルのた
めの空間を設けていることにより、バイメタル（３）の
反転がスムーズに進められるので、薄型化が図られた。
サーマルプロテクタの薄型化について表１に示す。蓋
（５）に突起（８）を設けたサーマルプロテクタは、そ
の厚さ（内部高さ）が１ｍｍ、２ｍｍの薄いものでもバ
イメタルの反転は良好であった。これに対して突起がな
い場合に、バイメタルの反転を良好にするためには、厚
さ（内部高さ）を３ｍｍにしなければならなかった。

【表１】

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バイメタルを完全に反転させることができるので、従来
のように反転したバイメタルの接点側端部がケースの蓋
に当って、蓋からバイメタルにかかる押圧がかかって、
チャタリング現象を起こすというようなことがなく、サ
ーマルプロテクタの小型化、薄型化を図ることができる
という効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明の実施例を示す図

【図２】 本願発明の作動を説明する図

【図３】 サーマルプロテクタのバイメタルの作動を説
明する図

【図４】 サーマルプロテクタのバイメタルの作動を説
明する図

【図５】 サーマルプロテクタのバイメタルの作動を説
明する図

【図６】 サーマルプロテクタのバイメタルの作動を説
明する図

【図７】 従来例を示す図

【符号の説明】

１ 固定片 ２ ケース ３ バイメタル ４ 保持端子 ５ 蓋 ６ 固定接点 ７ 可動接点 ８ 突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永井 健史 栃木県日光市清滝新細尾町528−５古河精 密金属工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5G023 AA04 CA11 5G041 AA13 BB11 DA12 DB01 DC02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケース内の一方の端側に固定接点を設
   け、ケースのもう一方の端側に設けられた保持端子に接
   合され、かつ固定接点に伸びている可動接点を持ったバ
   イメタルをケースに封入し、バイメタルのバネ作用と温
   度変化による反転作用により可動接点を固定接点に対し
   て接触離反させるサーマルプロテクタにおいて、前記ケ
   ースの上部に反転したバイメタルの凹面が接する突起を
   設けたことを特徴とするサーマルプロテクタ。
2. 【請求項２】 反転したバイメタルの凹面が接するケー
   スの上部に設けられた突起が、反転したバイメタルのほ
   ぼ中央部とバイメタル保持端子側の間に設けたことを特
   徴とする請求項１に記載のサーマルプロテクタ。
3. 【請求項３】 ケースのもう一方の端側に設けられた保
   持端子に接合され、かつ固定接点に伸びている可動接点
   を持ったバイメタルが、その設置時に、固定接点に対す
   るバイメタルの可動接点の接圧を確保するため押し付け
   て設置することを特徴とする請求項１または２に記載の
   サーマルプロテクタ。
4. 【請求項４】 ケースが、その下部に反転してわん曲す
   るバイメタルのための空間を設けたことを特徴とする請
   求項１〜３のいずれかに記載のサーマルプロテクタ。