JP2005129471A - Thermal protector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定の作動温度に達したときの熱応動素子の反転作用により、可動接点を固定接点から離反させて回路を遮断する構造のサーマルプロテクタに関するものである。 The present invention relates to a thermal protector having a structure in which a movable contact is separated from a fixed contact and a circuit is shut off by a reversal action of a thermally responsive element when a predetermined operating temperature is reached.
この種のサーマルプロテクタは、一般に各種モータ、各種機器類に用いられている二次電池などの過電流や過熱に対して、回路を遮断する保護部品として使用される。
後記の特許文献1には、図9で示すようなサーマルプロテクタ(安全装置)が開示されている。
図9において、1はケース本体10に蓋体11が密に接合された絶縁性のケースで、このケース1内には、固定接点2を有する固定片20、先端部の可動接点3をばね作用により固定接点2へ接触させている可動片30、所定の作動温度で可動片30を固定接点2から離反させる方向へ可動片30を作動させる熱応動素子(バイメタル板)4、及び固定片20と可動片30とを接続する正特性サーミスタ等のPTC素子5が封入されている。
固定片20はケース本体10と一体に成形されており、可動片30は蓋体11と一体に成形されている。可動片30と固定片20は、ケース1内で相対するように配置され、ケース1の外部に延び出した端子部21,31をそれぞれ有している。
ケース本体10の内底部の固定接点2から離れた端部には、固定片20の一部が内側に露出する状態に収容穴102が形成されており、円板状のPTC素子5はこの収容穴102へ収容され、その下面側の電極部は固定片20へほぼ120度間隔に形成された三個の突起状台座22へ接触している。他方、可動片30にはPTC素子5の方向に向けて突起34が形成され、この突起34はPTC素子5の上面側の電極部へ押し付けられた状態で接触している。
上に向かって凸球面状ないし凸円弧状に形成されている熱応動素子4は、ケース本体10の内底部に形成された凸状台座103の上に載置され、可動接点3とPTC素子5との間において可動片30の下面に接触している。
This type of thermal protector is generally used as a protective component that interrupts the circuit against overcurrent and overheating of secondary batteries used in various motors and various devices.
In FIG. 9,
The
An
The thermally
図9のサーマルプロテクタは、端子部21側から端子部31側に電流が流れるように回路基板等における配線電極と接続させた状態で機器類の所要箇所に設置される。
過電流や過熱のない正常状態では接点2,3間に電流が流れるので、電気抵抗の大きいPTC素子には実質的に電流が流れず、PTC素子は発熱しない。他方、過電流や過熱によりケース1内の温度が所定の作動温度以上になると、熱応動素子4が凹球面状に反り返るように反転し、そのスナップ作用により可動片30を上方へ押し上げ、可動接点3を固定接点2から離反させることにより接点間の電流を遮断し、機器類を過電流又は過熱から保護する。接点間の電流が遮断されると、端子部21,31間の電圧がPTC素子5に印加され、当該素子5は、通電→発熱→電気抵抗増大→通電量減少→温度低下→電気抵抗減少→通電量増大→発熱、の作用によって定温発熱体として機能するから、接点2,3間の電流遮断状態が維持される。
The thermal protector shown in FIG. 9 is installed at a required location of equipment in a state where it is connected to a wiring electrode on a circuit board or the like so that current flows from the
In a normal state without overcurrent or overheating, a current flows between the
前記サーマルプロテクタは、薄型に製造することができるが、可動片30の作動部(熱応動素子4の設置部)とPTC素子の設置部が並んでいるので、その分サーマルプロテクタの長さ(図9の左右方向の量)が大きくなり、機器類内の空間効率を低下させる問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、サーマルプロテクタの一層の小型化や組立工程のさらなる簡素化にあり、この課題を解決することができるサーマルプロテクタを提供することを目的としている。 The problem to be solved by the present invention lies in further miniaturization of the thermal protector and further simplification of the assembly process, and an object of the present invention is to provide a thermal protector that can solve this problem.
本発明に係る第1のサーマルプロテクタは、前記課題を解決するため、固定接点を有する固定片と、先端部に有する可動接点をバネ作用により前記固定接点へ接触させる可動片と、所定の作動温度で反転することにより前記可動接点が前記固定接点から離反するように前記可動片を作動させる熱応動素子と、前記固定片と接続されたPTC素子と、前記固定片,固定接点,可動接点,可動片,熱応動素子及びPTC素子を収容し、かつケース本体と当該本体へ接合された蓋体とからなる絶縁性の扁平なケースと、前記固定片と一体に連続し又は接続され前記ケースの外部に現われた端子部と、前記可動片と一体に連続し又は接続され前記ケースの外部に現れた端子部と、を備え、前記PTC素子は前記固定片と可動片との相対する面相互の間に位置し、前記熱応動素子は、前記PTC素子の上面に被さった状態で前記ケース本体の内底面に形成され当該熱応動素子の外周縁部の全部又は一部が接触又は近接する位置決め壁により位置決めされ、かつ、反転時に一面の一部が前記PTC素子に接触し他の面が前記可動片へ接触する状態に配置されていることを主要な特徴としている。
本発明に係る第2のサーマルプロテクタは、前記課題を解決するため、固定接点を有する固定片と、先端部に有する可動接点をバネ作用により前記固定接点へ接触させ、かつ所定の作動温度で前記可動接点が前記固定接点から離反するように反転する熱応動素子からなる可動片と、前記固定片と接続されたPTC素子と、前記固定片,固定接点,可動接点,可動片及びPTC素子を収容し、かつ、ケース本体と当該本体へ接合された蓋体とからなる絶縁性の扁平なケースと、前記固定片と一体に連続し又は接続され前記ケースの外部に現われた端子部と、前記可動片と接続され前記ケースの外部に現われた端子部と、を備え、前記PTC素子は前記固定片と可動片との相対する面相互の間に位置し、前記可動片は、作動時に反転部が前記PTC素子に接触する状態に配置されていることを主要な特徴としている。
In order to solve the above problems, a first thermal protector according to the present invention includes a fixed piece having a fixed contact, a movable piece for bringing the movable contact at the tip portion into contact with the fixed contact by a spring action, and a predetermined operating temperature. And the PTC element connected to the fixed piece, the fixed piece, the fixed contact, the movable contact, the movable, and the PTC element connected to the fixed piece so that the movable contact is separated from the fixed contact. An insulating flat case containing a piece, a thermally responsive element and a PTC element, and comprising a case main body and a lid joined to the main body; and an exterior of the case which is continuously or connected integrally with the fixed piece And a terminal portion that is continuous with or connected to the movable piece and appears outside the case, wherein the PTC element is between the opposing surfaces of the fixed piece and the movable piece. The thermal responsive element is positioned by a positioning wall formed on the inner bottom surface of the case body in a state where the thermal responsive element covers the upper surface of the PTC element, and all or a part of the outer peripheral edge of the thermal responsive element is in contact with or close to it. The main feature is that a part of one surface is in contact with the PTC element and the other surface is in contact with the movable piece during reversal.
In order to solve the above-mentioned problem, the second thermal protector according to the present invention makes a fixed piece having a fixed contact and a movable contact at a tip end contact the fixed contact by a spring action, and at a predetermined operating temperature. Accommodates a movable piece composed of a thermally responsive element that reverses so that the movable contact is separated from the fixed contact, a PTC element connected to the fixed piece, and the fixed piece, the fixed contact, the movable contact, the movable piece, and the PTC element. And an insulating flat case composed of a case main body and a lid joined to the main body, a terminal portion that is continuous with or connected to the fixed piece and appears outside the case, and the movable A terminal portion that is connected to a piece and appears outside the case, wherein the PTC element is located between the opposing surfaces of the fixed piece and the movable piece, and the movable piece has a reversing portion during operation. PT That are arranged in a state in contact with the device being mainly characterized.
本発明に係る第1のサーマルプロテクタは、PTC素子が固定片と可動片との相対する面相互の間に位置し、熱応動素子が、PTC素子の上面に被さった状態で前記ケース本体の内底面に形成され当該熱応動素子の外周縁部の全部又は一部が接触又は近接する位置決め壁により位置決めされ、かつ、反転時に一面の一部が前記PTC素子に接触し他の面が前記可動片へ接触する状態に配置されているので、全体を一層小型化させることができ、製造工程もより簡略になる。
本発明に係る第2のサーマルプロテクタは、PTC素子が固定片と可動片との相対する面相互の間に位置し、可動片は、作動時に反転部が前記PTC素子に接触する状態に配置されているので、全体を一層小型化させることができ、製造工程もより簡略になる。
In the first thermal protector according to the present invention, the PTC element is located between the opposing surfaces of the fixed piece and the movable piece, and the thermally responsive element covers the upper surface of the PTC element. All or a part of the outer peripheral edge of the thermally responsive element formed on the bottom surface is positioned by a positioning wall that comes into contact with or close to it, and a part of one surface contacts the PTC element during reversal and the other surface is the movable piece Therefore, the whole can be further downsized, and the manufacturing process is further simplified.
In the second thermal protector according to the present invention, the PTC element is positioned between the opposing surfaces of the fixed piece and the movable piece, and the movable piece is disposed in a state where the reversing portion contacts the PTC element during operation. Therefore, the whole can be further reduced in size and the manufacturing process is further simplified.
以下図1〜図8を参照しながら、本発明に係るサーマルプロテクタの実施形態を具体的に説明する。
第1実施形態
図1は本発明の第1実施形態に係るサーマルプロテクタ(請求項1に対応)の分解断面図、図2は組立後の第1実施形態のサーマルプロテクタの正常状態における断面図、図3は図2のサーマルプロテクタの接点間電流が遮断された状態の断面図である。
Hereinafter, an embodiment of a thermal protector according to the present invention will be specifically described with reference to FIGS.
First Embodiment FIG. 1 is an exploded sectional view of a thermal protector (corresponding to claim 1) according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view in a normal state of the thermal protector of the first embodiment after assembly. FIG. 3 is a cross-sectional view of the thermal protector shown in FIG.
全体としてほぼ直方体形状である扁平な絶縁性のケース1は、ケース本体10と当該本体10へ密閉状に接合された蓋体11とから構成されている。
ケース1内には、一端部上面に固定接点2が接続又はクラッドされている板状の固定片20と、先端部に有する可動接点3をばね作用により固定接点2と接触させている板状の可動片30と、所定の作動温度で反転することにより可動接点3を固定接点2から離反させるように可動片30を作動させる熱応動素子(トリメタル又はバイメタル)4と、固定片20に対して接触により接続しているPTC素子5とが封入されている。
A flat insulating
In the
固定片20はケース本体10の底部へ埋め込み状に設けられ、その一端部は本体10の片端部から延び出した端子部21が一体に形成されている。この端子部21は、固定片20と一体でなくても実施することができる。
本体10の内底部には、固定片20の一部が上方に露出するようにPTC素子の平面輪郭とほぼ適合する収容穴102が形成され、この収容穴102の外周方向には熱応動素子4の平面形状と相似形でそれよりも僅かに大きい平面形状の位置決め壁101が連続するように形成されている。この位置決め壁101は、熱応動素子4の位置決めのためのものであるから、後述のように熱応動素子4をPTC素子5の上に置いたときに当該熱応動素子4が水平方向に所定以上ずれないように位置決めされるものであれば、連続している必要はないし、少なくとも熱応動素子4の外周縁部(平面輪郭)の三箇所に接触又は近接するものであればよい。
ケース本体10には、端子部21とは反対側の端部から突出するように端子部31が埋め込み状に設けられ、この端子部31のケース1内側の接合部31aは上面に露出している。
The
A
A
隅角がR状に形成された平面四角形の熱応動素子4は、通常時には上方に向けてやや凸球面状ないし凸円弧状を呈するように成形され、反転作動時に他の部材と緩衝しない限度ででき得る限り広い平面積を有するように設計されている。
The square-shaped heat-
平面視長方形でやや凸円弧状を呈するように形成された可動片30には、先端部に下向きに可動接点3が取り付けられ、両端部よりも中央寄り位置に下向きの小さな突起32,32が形成されている。
The
ケース1の蓋体11には、主として補強のために金属板6が埋め込み状に設けられ、この金属板6の一端部は蓋体11の片端部から外部に延び出している。
A
この実施形態において、固定接点2を含む固定片20及び端子部31は、絶縁性樹脂からなるケース本体10へ埋め込み状になるようにインサート成形することにより、当該本体10と一体化されている。
金属板6は、絶縁性樹脂からなる蓋体11とインサート成形することにより、当該蓋体11と一体化されている。
サーマルプロテクタを製造するには、前述のようにそれぞれの部品が一体化されるように本体10と蓋体11とを成形した後、収容穴102内に円盤状のPTC素子5を収容してその下面側電極部を固定片20に接触させる。次いで、熱応動素子4を、PTC素子5の上に被さりかつ当該熱応動素子4の外周縁部が位置決め壁101に接触し又は近接する状態に載置し、可動片30の基端部を端子部31の接合部31aと接合し、本体10の上に蓋体11を超音波接合により密に接合する。
In this embodiment, the
The
In order to manufacture the thermal protector, after forming the
ケース本体10と蓋体11は、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)その他の耐熱性に優れた樹脂を材質として成形される。特にインサート成形等により二次電池と一体化して電池パックを製造する場合には、200℃以上の耐熱性を有する液晶ポリマーを使用するのが好ましい。
固定片20及び端子部21の材質は銅が好ましいが、リン青銅,Cu−Ti合金,Cu−Be合金,洋白,黄銅,Cu−Ni−Si合金等の導電性材料を用いることができる。
可動片30の材質は、Cu−Be合金が好ましいが、リン青銅,Cu−Ti合金,洋白,黄銅,Cu−Ni−Si合金等の導電性を有するバネ材料を用いることができる。
固定接点2及び可動接点3の材質は、ニッケル−銀合金であるのが好ましく、例えばニッケル10mass%を含む銀合金であるのが特に好ましい。しかし、これらの部品には銅−銀合金、金−銀合金、炭素−銀合金、タングステン−銀合金等の接点材料を用いることができる。これらの接点2,3の固定片20や可動片30への接合は、クラッド,めっき,カシメその他具体的手段は問わない。
熱応動素子4には、例えばCu−Ni−Mn合金による高熱膨張金属材料と、Ni−Fe合金による低熱膨張金属材料とを積層させたものが使用される。
The
The material of the
The material of the
The material of the fixed
As the thermally
この実施形態のサーマルプロテクタは、二次電池と一体化した状態で例えば携帯電話機の電気回路に接続されるようにセットして使用される。
このような機器へのセット状態で、正常に電流が流れているときは、図2のように可動片30の弾性により可動接点3が固定接点2へ押し付けられた状態で接触している。
接点間に異常な電流が流れるかあるいは他の原因によりケース1内の温度が上昇し、ケース1内の温度が熱応動素子4の作動温度を超えると、当該熱応動素子4がスナップ作用により図3のように上方へ凹球面状(皿状)に反るように反転する。熱応動素子4がこのように反転することにより、可動片30の先端側が上方に押し上げられて図6のように可動接点3を固定接点2から離反させ、接点間の電流を遮断し機器を保護する。熱応動素子4は、その反転作動の過程において両端部が可動片30の下向きの突起32,32に接触するので、その反転作動は迅速になる。
熱応動素子4が反転作動すると、当該熱応動素子4の反転部がPTC素子5を所定の圧力で固定片20に押し付け、固定片20と可動片30が電気的に接続し、回路内に電流が流れることによりPTC素子5が定温発熱し、接点2,3間の電流を遮断し続ける。
The thermal protector of this embodiment is used by being set so as to be connected to, for example, an electric circuit of a mobile phone in an integrated state with a secondary battery.
When current is flowing normally in the set state in such an apparatus, the
When an abnormal current flows between the contacts or the temperature in the
When the thermally
前記実施形態のサーマルプロテクタは、第1にPTC素子5が熱応動素子4と水平方向に並ぶことなく、固定片20と可動片30との間で重なるように位置しているので、一層の小型化を実現することができる。
第2に、熱応動素子4は定温発熱素子であるPTC素子5に被さるように設けられており、PTC素子5の熱が熱応動素子4に伝わり易いので、PTC素子の設定温度を低く抑えることができる。
第3に、熱応動素子4は位置決め壁101により容易にかつ正確に位置決めされる。
The thermal protector of the above embodiment is firstly arranged so that the
Secondly, the heat-
Third, the thermally
第2実施形態
図4は本発明に係るサーマルプロテクタの第2実施形態(請求項1,3に対応)を示す断面図、図5は図4のサーマルプロテクタの接点間電流が遮断された状態の断面図、図6は図4のサーマルプロテクタにおけるケース本体と熱応動素子との関係を示す平面図である。
Second Embodiment FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second embodiment (corresponding to
第2実施形態のサーマルプロテクタは、蓋体11に可動片30と金属板6とがインサート成形により一体に成形されている。金属板6は蓋体11の天板を兼ねるとともに導電性を有しており、一端部が可動片30と接続されることにより電極として使用することができるようになっている。蓋体11には、金属板6の部分に下向きの突起110が形成され、図5のように熱応動素子4が反転して可動片30が浮上したときは、当該可動片30の作動部側の端部が前記突起110へ突き当たることにより、熱応動素子4が固定片20に対してPTC素子5をより強く押し付けるようになっている。
可動片30は蓋体11から外部に延び出した基端部が端子部31を構成しており、ケース1内において、可動接点3の取付位置の反対側端部に下方に曲げ下げた曲げ部33が形成され、可動接点3寄り部分に下向きの突起32が形成されている。可動片30の前記曲げ部33は、振動等による熱応動素子4やPTC素子5の動きを抑制しそれらの位置を安定させる効果を奏する。可動片30の端子部31側は蓋体11へ埋め込み状になっており、当該蓋体11の内面の端部に形成された下向きの凸部112は熱応動素子4の端部を規制する構成となっている。
収容穴102の内底面を形成する固定片20の上面には、中心から90度の間隔で突起状台座22が形成され、PTC素子5の下面側電極部が各突起状台座22へ安定的に接触するように構成されている。
In the thermal protector of the second embodiment, the
In the
Projecting
第2実施形態のサーマルプロテクタにおいて、熱応動素子4は、ケース本体10の内底部に形成された位置決め壁101により水平方向の移動が規制され、前記曲げ部33,突起32及び下向きの凸部112とにより垂直方向の移動が規制される。
ケース1内の温度が熱応動素子4の作動温度を超え、当該熱応動素子4が図5のように反転したときは、熱応動素子4は先端部が可動片30の突起32へ接触し基端部が蓋体11の凸部112に接触した状態で突っ張り、PTC素子5を固定片20へ押し付ける。
第2実施形態のサーマルプロテクタの他の構成や作用・効果は、第1実施形態のサーマルプロテクタと同様なのでそれらの説明は省略する。
In the thermal protector of the second embodiment, the thermally
When the temperature in the
Other configurations, operations, and effects of the thermal protector of the second embodiment are the same as those of the thermal protector of the first embodiment, and thus their description is omitted.
第3実施形態
図7は本発明に係るサーマルプロテクタの第3実施形態(請求項1に対応)を示す断面図である。
第3実施形態のサーマルプロテクタは、ケースの蓋体11へ一体にインサートされた金属板6のほぼ中央部へ下向きの規制凸部111を形成し、この規制凸部111を可動片30の作動部へ接触させることにより可動片30が下方へ押圧されるように構成し、繰り返し作動による可動片30と端子部31との溶接部への疲労を軽減したものである。
蓋体11の一部を構成する金属板6には、作動時に可動片30の先端部が突き当たる下向きの突起110が形成されている。
第3実施形態のサーマルプロテクタの他の構成や作用・効果は、第1実施形態のサーマルプロテクタとほぼ同様であるので説明を省略する。
Third Embodiment FIG. 7 is a cross-sectional view showing a third embodiment (corresponding to claim 1) of the thermal protector according to the present invention.
The thermal protector according to the third embodiment forms a downward restricting
On the
Other configurations, operations, and effects of the thermal protector of the third embodiment are substantially the same as those of the thermal protector of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
第4実施形態
図8は本発明に係るサーマルプロテクタの第4実施形態(請求項2に対応)を示す断面図である。
第4実施形態のサーマルプロテクタは、可動片30が熱応動素子4を兼ねており、当該可動片30の基端部は端子部31と接合されている。PTC素子5は固定片20と可動片30との相対する面相互の間に位置しており、ケース1内の温度が熱応動素子4を兼ねる可動片30の作動温度を超えて当該可動片30が反転作動したとき、可動片30の下面の一部(反転中心部)がPTC素子5の上面へ押付け状態で接触するようになっている。
第4実施形態の他の構成や作用・効果は、第2実施形態のサーマルプロテクタとほぼ同様であるのでそれらの説明は省略する。
Fourth Embodiment FIG. 8 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment (corresponding to claim 2) of the thermal protector according to the present invention.
In the thermal protector of the fourth embodiment, the
The other configurations, operations, and effects of the fourth embodiment are substantially the same as those of the thermal protector of the second embodiment, and thus description thereof is omitted.
1 ケース
10 ケース本体
101 位置決め壁
102 収容穴
11 蓋体
110 突起
111 規制凸部
112 凸部
2 固定接点
20 固定片
21 端子部
22 突起状台座
3 可動接点
30可動片
31 端子部
4 熱応動素子
5 PTC素子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
The inner surface of the lid (11) has an inward projection (110) against which the movable piece (30) abuts when the movable contact (3) is separated from the fixed contact (2). The thermal protector in any one of.
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