JP2004134118A - 熱応動スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】電池等の発熱体の異常発熱を検知すると該発熱体への通電を遮断して別の経路へ電流を流すことができる熱応動スイッチを提供すること。
【解決手段】熱応動スイッチ２は、ハウジング３の内部に、第１の固定接点７ａと、第２の固定接点８ａと、第１および第２の固定接点７ａ，８ａ間で自由端部が変位可能なバイメタル片等の熱応動素子９と、この熱応動素子９の自由端部に位置して第１および第２の固定接点７ａ，８ａのいずれか一方と接触する可動接点部材１０とを配設しており、所定温度以下のときには熱応動素子９が可動接点部材１０を第１の固定接点７ａに接触させ、所定温度を超えると熱応動素子９が反転して可動接点部材１０を第２の固定接点８ａに接触させる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイメタル片等の熱応動素子に保持された可動接点を固定接点に接離させる熱応動スイッチに係り、特に、電池パック等のバッテリ装置における異常発熱を検知して発熱を抑えるサーマルプロテクタとして好適な熱応動スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の熱応動スイッチとしては、従来、熱膨張係数の異なる金属板を複数枚接合してなるバイメタル片等の熱応動素子を備え、このバイメタル片を片持ち梁状にハウジングに取り付けると共に、バイメタル片の自由端部に固設された可動接点をハウジングに固設された固定接点と接離可能に対向させ、所定温度を超えるとスイッチオン状態からオフ状態へ切り替わるように構成したものが広く知られている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、所定温度以下のときには、バイメタル片によって可動接点が固定接点に押し付けられているのでスイッチオン状態に保たれているが、所定温度を超えると、バイメタル片が反転するため可動接点が固定接点から離れて両接点間の導通が遮断され、スイッチオフ状態に切り替わる。このような熱応動スイッチは、電池に直列に接続しておくことにより、その電池が異常発熱してバイメタル片が所定温度を超えたときに速やかに通電を遮断して発熱を抑えることができるので、電池パック等のバッテリ装置のサーマルプロテクタとして機能させることができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−７６６００号公報（第４〜７頁、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、機器の電源には複数個の電池を直列に接続した電池パックが使用されることがあるが、この種の電池パックのサーマルプロテクタとして上述した従来の熱応動スイッチを採用すると、１個の電池の異常発熱を熱応動スイッチが検知して通電を遮断した段階で電池パックは電源としての機能を停止してしまうので、機器本体が使用できなくなって使い勝手が悪かった。また、異常発熱した電池への通電を遮断しても温度が急激に低下するわけではないので、安全対策上、冷却ファンやアラーム等を作動させねばならぬ場合もあるが、上述した従来の熱応動スイッチだけでは保護機能回路等の外部回路へ指令信号を出力することができないため、サーマルプロテクタとしての信頼性を安価に高めることができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、電池等の発熱体の異常発熱を検知すると該発熱体への通電を遮断して別の経路へ電流を流すことができる熱応動スイッチを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明の熱応動スイッチでは、ハウジングの内部に、第１の固定接点と、第２の固定接点と、熱膨張係数の異なる金属板を複数枚接合してなり前記第１および第２の固定接点の間で自由端部が変位可能な熱応動素子（例えばバイメタル片）と、この熱応動素子の自由端部に位置して前記第１および第２の固定接点のいずれか一方に接触する可動接点部とを配設し、所定温度以下のときには前記熱応動素子が前記可動接点部を前記第１の固定接点に接触させ、所定温度を超えると前記熱応動素子が反転して前記可動接点部を前記第２の固定接点に接触させるように構成した。
【０００７】
このように構成された熱応動スイッチは、第１の固定接点を電池等の発熱体に接続し、可動接点部を介して該発熱体への通電が行われるようにしておけば、該発熱体が異常発熱したとき、バイメタル片等の熱応動素子の反転により可動接点部を第１の固定接点から離間させて第２の固定接点に接触させることができるので、異常を起こした発熱体への通電が遮断できるのみならず、該発熱体を迂回するバイパス経路や外部回路との導通を成立させることができる。したがって、電池等の発熱体が直列に接続されている装置に組み込んで、異常発熱した発熱体を迂回して他の発熱体への通電を継続する自動切替スイッチとして使用したり、発熱体の異常発熱情報を保護機能回路へ通報（出力）して冷却ファンやアラームを作動させる安全スイッチなどとして使用することが可能となる。
【０００８】
例えば、熱応動素子の一端側を自由端部となして他端側を固定端部となし、かつ、前記ハウジングの外部に、第１の固定接点と導通して導出させた第１の端子と、第２の固定接点と導通して導出させた第２の端子と、前記固定端部を介して可動接点部に常時導通されたコモン端子とを配設し、所定温度以下のときには熱応動素子を介して第１の端子とコモン端子とが導通され、所定温度を超えると熱応動素子を介して第２の端子とコモン端子とが導通されるように構成しておけば、温度変化に応じた可動接点部と各固定接点との接離動作や、それに伴う導電路の切り替えを確実に行わせることができて、構成も簡素な熱応動スイッチが得られる。
【０００９】
また、可動接点部として、熱応動素子の自由端部に固設されて第１の固定接点側へ突出する部位と第２の固定接点側へ突出する部位とを有する接点部材を用いれば、各固定接点に接離する可動接点を別々に設ける必要がなくなるので好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係る熱応動スイッチのノーマル状態を示す断面図、図２は該熱応動スイッチのバイメタル片が反転した状態を示す断面図、図３は該熱応動スイッチの外観図、図４は該熱応動スイッチの上ケースを取り除いた平面図、図５は該熱応動スイッチを組み込んだバッテリ装置の要部説明図である。
【００１１】
図５に示すバッテリ装置は、複数個の電池１を直列に接続したもので、各電池１には熱応動スイッチ２および導体板１１〜１３が取り付けられている。この熱応動スイッチ２は、下ケース４および上ケース５を組み合わせてなる平面視矩形状をなした合成樹脂製のハウジング３と、下ケース４の成形時に一体化された良導電性の金属板６，７と、上ケース５の成形時に一体化された良導電性の金属板８と、熱膨張係数の異なる２枚の金属板を積層接合してなるバイメタル片（中間層として良導電性の銅板を挟んだトリメタル片を含む）９と、このバイメタル片９の自由端部にかしめ固定された良導電性の可動接点部材１０とによって概略構成されている。なお、金属板６〜８は例えば黄銅やリン青銅等からなり、可動接点部材１０は例えば銅・ニッケル合金や銀酸化錫等からなる。また、バイメタル片９の中央部には、反転動作を確実に行わせるためのドーム状反転部９ａが形成されている。
【００１２】
金属板６は、下ケース４の内底面に露出するコモン接点６ａと、下ケース４の外方へ突出するコモン端子６ｂと、下ケース４に埋設された傾斜部６ｃとを有する。同様に金属板７は、下ケース４の内底面に露出する第１の固定接点７ａと、下ケース４の外方へ突出する第１の端子７ｂと、下ケース４に埋設された傾斜部７ｃとを有する。金属板８は、上ケース５の天井面に露出する第２の固定接点８ａと、上ケース５の外方へ突出する第２の端子８ｂと、上ケース５に埋設された図示せぬ傾斜部とを有する。バイメタル片９の固定端部は、スポット溶接等によってコモン接点６ａに固定されている。バイメタル片９の自由端部は、対向する第１の固定接点７ａと第２の固定接点８ａとの間で上下に変位可能（揺動可能）である。可動接点部材１０は、第１の固定接点７ａ側へ突出する部位が該固定接点７ａと接離可能で、第２の固定接点８ａ側へ突出する部位が該固定接点８ａと接離可能である。
【００１３】
ところで、図３に示すように、コモン端子６ｂと第１の端子７ｂとはハウジング３（下ケース４）から互いに逆向きに導出されており、第２の端子８ｂは、コモン端子６ｂと第１の端子７ｂの導出方向と交差する方向（本実施形態例では直交方向）にハウジング３（上ケース５）から導出されている。これにより、３つの端子６ｂ，７ｂ，８ｂがハウジング３から全て異なる向きに導出されることになり、導体板１１〜１３に接続する場合の作業性が向上すると共に、熱応動スイッチ２を電池等の発熱体や基板（図示せず）等に取り付ける際の取付面積（専有面積）を小さくすることができる。
【００１４】
また、バイメタル片９の固定端部に導通接続するコモン端子６ｂと第１および第２の端子７ｂ，８ｂのいずれかの端子（本実施形態例では第１の端子７ｂ）とがハウジング３から互いに逆向きに延出されていることから、端子６ｂと端子７ｂとをインサート成形によりハウジング３（下ケース４）と一体化する場合、同じフープ材からなる金属材料にて２つの端子６ｂ，７ｂを加工することができ、生産性に優れたものとなる。
【００１５】
また、第２の端子８ｂには、図３に示すような曲げ加工が施されており、コモン端子６ｂと第１および第２の端子７ｂ，８ｂの３つの端子の下面が同一平面上に位置するように構成されており、これにより、熱応動スイッチ２を基板等に表面実装して使用することも可能となっている。
【００１６】
各電池１に取り付けられた熱応動スイッチ２と導体板１１〜１３との接続関係は、図５に示すように、第１の端子７ｂが導体板１１に接続され、コモン端子６ｂが導体板１２に接続され、第２の端子８ｂが導体板１３に接続されている。また、導体板１１は当該電池１の負極に接続され、導体板１２は当該電池１に隣接する一方の電池１の正極に接続され、導体板１３は当該電池１に隣接する他方の電池１から延びる別の導体板１２に接続されている。
【００１７】
そして、バイメタル片９が所定温度以下のノーマル状態（通常の使用状態）では、図１に示すように可動接点部材１０が第１の固定接点７ａに当接しているため、バイメタル片９を介してコモン端子６ｂと第１の端子７ｂとが導通されており、それゆえ導体板１２，１１間が閉成されて導体板１２，１３間は開放されている。しかるに、所定温度を超えた高温時には、図２に示すようにバイメタル片９が反転するため、可動接点部材１０が第１の固定接点７ａから離れて第２の固定接点８ａに当接する。つまり、コモン端子６ｂと第１の端子７ｂとの導通が遮断されて、コモン端子６ｂと第２の端子８ｂとがバイメタル片９を介して導通された状態となるので、導体板１２，１１間は開放されて導体板１２，１３間が閉成される。
【００１８】
各電池１に取り付けられた熱応動スイッチ２が上述したように動作することから、本実施形態例に係るバッテリ装置は、いずれか１個の電池１が異常発熱すると、その電池１への通電が遮断されて、その電池１に付設された導体板１３がバイパス経路として機能するようになっている。すなわち、図５において、図示中央の電池を１ａ、電池１ａの右隣の電池を１ｂ、電池１ａの左隣の電池を１ｃとすると、これら３個の電池１ａ〜１ｃに異常がなければ、各電池の負極には付設されている導体板１２，１１を経由して電流が流れ込み、各電池の正極から隣接する電池の導体板１２へと電流が送り出されていく。しかるに、例えば図示中央の電池１ａが異常発熱し、この電池１ａに取り付けられた熱応動スイッチ２のバイメタル片９が反転すると、上述したように可動接点部材１０が第１の固定接点７ａから離れて第２の固定接点８ａに当接するため、電池１ａに付設されている導体板１２，１１間が開放されて導体板１２，１３間が閉成され、図５に示すハッチング部分が導電路となる。これにより、電池１ｂの正極から電池１ａ用の導体板１２へ流れ込む電流が、電池１ａ用の導体板１１ではなく導体板１３へ向かうことになるので、電池１ａは負極に電流が流れ込まなくなって通電が遮断され、かつ、電池１ａ用の導体板１２，１３を経由して電池１ｃ用の導体板１２に電流が送り出されるため、電池１ｂと電池１ｃとが電池１ａを迂回して短絡された状態となる。
【００１９】
このように本実施形態例に係るバッテリ装置は、任意の電池１が異常発熱しても、その電池１を迂回するバイパス経路が確保されて、電源機能が停止しない構成になっているため、安全性を確保しつつ使い勝手を格段に向上させることができる。なお、各電池１に付設した予備経路としての導体板１３を保護機能回路等の外部回路と接続しておけば、電池１の異常発熱情報を外部回路へ自動通報（出力）することができるため、安全対策の向上が容易に図れる。
【００２０】
また、本実施形態例においては、熱応動スイッチ２が、バイメタル片９の一端側を可動接点部材１０を保持する自由端部となし、バイメタル片９の他端側をコモン端子６ｂと常時導通された固定端部となしているので、簡素な構成でありながら、温度変化に応じた可動接点部材１０と各固定接点７ａ，８ａとの接離動作や、それに伴う導電路の切り替えを確実に行わせることができる。しかも、第１の固定接点７ａと第２の固定接点８ａとが対向しており、バイメタル片９の自由端部にかしめ固定した可動接点部材１０を各固定接点７ａ，８ａに接離させることができるので、バイパス経路用の固定接点８ａに接離させる専用の可動接点部材を設ける必要もない。そのため、バッテリ装置の使い勝手や安全対策の向上を安価に実現することができる。
【００２１】
しかしながら、２つの固定接点７ａ，８ａがシフト（位置ずれ）して対向状態にある場合には、確実にオン／オフ動作をさせるために、第１および第２の固定接点７ａ，８ａにそれぞれ対応させて可動接点部材を個別に２個設けてもよい。
また、コモン接点６ａと第１および第２の固定接点７ａ，８ａは、それぞれコモン端子６ｂと第１および第２の端子７ｂ，８ｂを構成する金属板６〜８と一体に形成しているが、必要に応じて、各端子６ｂ，７ｂ，８ｂと別部材からなる接点６ａ，７ａ，８ａをそれぞれ金属板６〜８に固着してもよい。
【００２２】
図６は本発明の他の実施形態例に係る熱応動スイッチのノーマル状態を示す断面図、図７は該熱応動スイッチのバイメタル片が反転した状態を示す断面図であり、図１，２と対応する部分には同一符号を付してある。
【００２３】
図６，７に示す熱応動スイッチでは、バイメタル片９の中央部を下ケース４の突起部４ａと上ケース５の突起部５ａとで挟持して、バイメタル片９の両端部が揺動可能（変位可能）となっており、これら両端部にそれぞれ可動接点部材１０と可動接点部材１５がかしめ固定してあると共に、金属板６と常時導通された良導電性の金属板１６が上ケース５に一体化されている。この金属板１６は、上ケース５の天井面に露出するコモン接点１６ａと、上ケース５の外方へ突出するコモン端子１６ｂと、上ケース５に埋設された傾斜部１６ｃとを有し、可動接点部材１５がコモン接点１６ａとコモン接点６ａとに接離可能であり、図示はしていないがコモン端子１６ｂはコモン端子６ｂと接続されている。
【００２４】
そして、バイメタル片９が所定温度以下のノーマル状態（通常の使用状態）では、図６に示すように可動接点部材１０が第１の固定接点７ａに当接して可動接点部材１５がコモン接点６ａに当接しているため、バイメタル片９を介してコモン端子６ｂと第１の端子７ｂとが導通されている。しかるに、所定温度を超えた高温時には、図７に示すようにバイメタル片９が反転するため、可動接点部材１０が第１の固定接点７ａから離れて第２の固定接点８ａに当接すると共に、可動接点部材１５がコモン接点６ａから離れてコモン接点１６ａに当接する。ここで、コモン接点６ａ，１６ａはコモン端子６ｂ，１６ｂを介して常時導通されているので、可動接点部材１５はいずれのコモン接点６ａ，１６ａに当接しても電気的には等価であり、それゆえ、可動接点部材１０を第１の固定接点７ａから離間させて第２の固定接点８ａに接触させることによって、前記実施形態例と同様の切替動作を行わせることができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２６】
電池等の発熱体が異常発熱したとき、バイメタル片等の熱応動素子の反転により可動接点部を第１の固定接点から離間させて第２の固定接点に接触させることができる熱応動スイッチなので、異常を起こした発熱体への通電が遮断できるのみならず、該発熱体を迂回するバイパス経路や外部回路との導通を成立させることができる。したがって、この熱応動スイッチを電池等の発熱体が直列に接続されている装置に組み込んで、異常発熱した発熱体を迂回して他の発熱体への通電を継続する自動切替スイッチとして使用したり、発熱体の異常発熱情報を保護機能回路へ通報（出力）して冷却ファンやアラームを作動させる安全スイッチなどとして使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る熱応動スイッチのノーマル状態を示す断面図である。
【図２】図１に示すバイメタル片が反転した状態を示す断面図である。
【図３】図１，２に示す熱応動スイッチの外観図である。
【図４】図１〜図３に示す熱応動スイッチの上ケースを取り除いた平面図である。
【図５】図１〜図４に示す熱応動スイッチを組み込んだバッテリ装置の要部説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態例に係る熱応動スイッチのノーマル状態を示す断面図である。
【図７】図６に示すバイメタル片が反転した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１（１ａ，１ｂ，１ｃ）　電池
２　熱応動スイッチ
３　ハウジング
４　下ケース
５　上ケース
６〜８，１６　金属板
６ａ，１６ａ　コモン接点
６ｂ，１６ｂ　コモン端子
７ａ　第１の固定接点
７ｂ　第１の端子
８ａ　第２の固定接点
８ｂ　第２の端子
９　バイメタル片（熱応動素子）
１０，１５　可動接点部材
１１〜１３　導体板

Claims (3)

1. ハウジングの内部に、第１の固定接点と、第２の固定接点と、熱膨張係数の異なる金属板を複数枚接合してなり前記第１および第２の固定接点の間で自由端部が変位可能な熱応動素子と、この熱応動素子の自由端部に位置して前記第１および第２の固定接点のいずれか一方に接触する可動接点部とを配設し、
   所定温度以下のときには前記熱応動素子が前記可動接点部を前記第１の固定接点に接触させ、所定温度を超えると前記熱応動素子が反転して前記可動接点部を前記第２の固定接点に接触させるように構成したことを特徴とする熱応動スイッチ。
2. 請求項１の記載において、前記熱応動素子の一端側を自由端部となして他端側を固定端部となし、かつ、前記ハウジングの外部に、前記第１の固定接点と導通して導出された第１の端子と、前記第２の固定接点と導通して導出された第２の端子と、前記固定端部を介して前記可動接点部に常時導通されたコモン端子とを配設し、
   所定温度以下のときには前記熱応動素子を介して前記第１の端子と前記コモン端子とが導通され、所定温度を超えると前記熱応動素子を介して前記第２の端子と前記コモン端子とが導通されるように構成したことを特徴とする熱応動スイッチ。
3. 請求項１または２の記載において、前記可動接点部として、前記熱応動素子の自由端部に固設されて前記第１の固定接点側へ突出する部位と前記第２の固定接点側へ突出する部位とを有する接点部材を用いたことを特徴とする熱応動スイッチ。

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