JP2005267932A - サーマルプロテクタ - Google Patents

Abstract

【課題】サーマルプロテクタの小型化に際して、サーマルプロテクタの可動片を、２層以上の材料層で構成し、その材料層の最外材料層の一部分を接点とすることにより、可動片への接点の接合を無くし、部品数減、加工数減の効果の他、接点部分の寸法精度の向上がはかられ、小型ながら特性ばらつきの少ないサーマルプロテクタを提供する。
【解決手段】固定接点を備える固定片と、固定接点と対をなす可動接点を備える可動片と、固定接点と可動接点とを離反及び接触させる機構とを有するサーマルプロテクタにおいて、前記可動片が複数の材料層からなり、その複数の材料層からなる前記可動片の最外材料層表面の一部分が可動接点であることを特徴とするサーマルプロテクタ。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイメタルを用いたサーマルプロテクタに関すものである。

従来、バイメタル製の熱応動素子を用いたサーマルプロテクタは、自動車や家電製品のモーターの過電流や異常過熱の発生に際して、回路への電流を遮断して、回路の保全および機器の安全性を維持する保護部品として用いられている。
近年、電子機器や電気機器の小型化、高性能化に伴い、サーマルプロテクタは、その小型化が望まれてきている。例えば、携帯電話、ノート型パソコン等に用いられる２次電池用あるいは小型モーター等の電子機器用サーマルプロテクタとして使われている。又、充電器保護の電子機器用サーマルプロテクタや自動車用モーターの他、エアコンファン、洗濯機などの電気機器の汎用モーター用サーマルプロテクタとして使用されている。

バイメタル製熱応動素子を用いたサーマルプロテクタとして、図１０、図１１に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１〜２参照）。
図１０に示すサーマルプロテクタは、接合して設けた従来の凸型固定接点４ｃを備え外部端子を兼ねる固定片６ｂが埋め込まれたケース８内部に、この従来の凸型固定接点４ｃと対を成し、接触及び離反するように設けた従来の凸型可動接点３ｃを備え外部端子を兼ねる従来可動片５ｃと、更に従来可動片５ｃの直下に配置する凸形状に加工されたバイメタルディスク７とを所定位置に組込み、ケース蓋９を超音波溶着して作られる。通常、このサーマルプロテクタでは、過電流、過熱などによる温度上昇により、凸形状のバイメタルディスク７が反転動作することで、従来可動片５ｃを押し上げ、従来の凸型可動接点３ｃが従来の凸型固定接点４ｃより離反する。また、バイメタルディスク７の復帰温度になると、バイメタルディスク７が復帰し、両接点が接触するものである。

図１１のサーマルプロテクタは、接合して設けた従来の凸型固定接点４ｃを備え外部端子を兼ねる固定片６ｂを埋め込んだケース８内部に、この従来の凸型固定接点４ｃと対を成し、接触及び離反するように設けた従来の凸型可動接点３ｃを備え且つ熱応動素子の機能を合わせて有する従来熱応動可動片５ｄとその延長部に設けられる可動片側外部端子６ａを有し、そして固定片６ｂに接触して設置されている正特性サーミスタ１１とを所定位置に組込み、ケース蓋９を超音波溶着して作られる。通常、このサーマルプロテクタでは、過電流、過熱などによる温度上昇により、凸形状の従来熱応動可動片５ｄが反転動作することで、従来の凸型可動接点３ｃが従来の凸型固定接点４ｃより離反し電流の遮断を行う。又、従来熱応動可動片５ｄの復帰温度になると、従来熱応動可動片５ｄが復帰し、両接点が接触するものであるが、両接点の接触により再度異常が起きる恐れもある場合には、正特性サーミスタ１１を固定片６ｂ上に設けることで、離反動作後の電流経路を固定片６ｂから正特性サーミスタ１１、従来熱応動可動片５ｄ、可動側外部端子６ａに通じる経路とすることにより、正特性サーミスタ１１が発熱し、従来熱応動可動片５ｄの温度を保持し、両接点の離反状態を維持する。

特開平５−１７４８０９号公報 特開平９−１２０７６６号公報

しかしながら、近年の電気機器の小型化、高性能化にともない、サーマルプロテクタにおいても小型化が必然となり、サーマルプロテクタの小型化を指向した結果、種々の問題点が見出された。
特許文献１及び特許文献２に記載されるサーマルプロテクタは、接合により可動接点又は固定接点を可動片又は固定片に設けているが、サーマルプロテクタの小型化に際して、可動片および固定片共により小さくなっていくために、それらに接合される接点の接合後の寸法精度も相対的に小さく厳しくなる。そのために、安定した接触抵抗を得る接点荷重を可動片のばね性により安定的に発生させることが難しくなる。
従って、この寸法精度の問題は接点における接触抵抗の増大並びに発熱などの問題を引き起こし、ひいてはサーマルプロテクタの特性に大きく作用して特性のばらつきを大きくする。即ち、特性の安定が損なわれ、且つ不良品を増加させて、その生産効率を大きく低下せしめてしまうという問題である。

そこで、本発明はサーマルプロテクタの小型化に際して、従来の問題点を克服するサーマルプロテクタを見出したもので、サーマルプロテクタの可動片又は固定片が２層以上の材料層からなり、ろう付けや溶接以外の接合法で、その材料層の最外材料層の一部分に接点材料層を形成し、その接点材料層に接点を構成することにより、部品数減、加工数減の効果の他、接点部分の寸法精度の向上がはかられ、小型ながら特性ばらつきの少ないサーマルプロテクタの提供を目的とするものである。

請求項１記載の発明は、固定接点を備える固定片と、固定接点と対をなす可動接点を備える可動片と、固定接点と可動接点とを離反及び接触させる機構とを有するサーマルプロテクタにおいて、前記可動片が複数の材料層からなり、その複数の材料層からなる前記可動片の最外材料層表面の一部分が可動接点であることを特徴とするサーマルプロテクタ。

請求項２記載の発明は、固定接点を備える固定片と、固定接点と対をなす可動接点を備える可動片と、固定接点と可動接点とを離反及び接触させる機構とを有するサーマルプロテクタにおいて、前記固定片が複数の材料層からなり、その複数の材料層からなる前記固定片の最外材料層表面の一部分が固定接点であることを特徴とするサーマルプロテクタ。

請求項３記載の発明は、固定接点を備える固定片と、固定接点と対をなす可動接点を備える可動片と、固定接点と可動接点とを離反及び接触させる機構とを有するサーマルプロテクタにおいて、前記可動片及び固定片が複数の材料層からなり、その複数の材料層からなる前記可動片及び固定片の最外材料層表面の一部分が可動接点又は固定接点であることを特徴とするサーマルプロテクタである。

請求項４記載の発明は、前記可動片を構成する複数の材料層が、一部分に接点を形成する接点材料層及びバイメタル材料層又は接点材料層及び導電材料層の２層であることを特徴とする請求項１記載のサーマルプロテクタである。

請求項５記載の発明は、前記可動片を構成する複数の材料層が、一部分に接点を形成する接点材料層、導電材料層及びバイメタル材料層を含む少なくとも３層以上の材料層からなることを特徴とする請求項１記載のサーマルプロテクタである。

請求項６記載の発明は、前記可動片を構成する複数の材料層の幅又は長さが、少なくとも接点材料層の幅が導電材料層若しくはバイメタル材料層の幅より小さいか、または接点材料層の長さが導電材料層若しくはバイメタル材料層の長さより小さくなるように設けられていることを特徴とする請求項４及び請求項５記載のサーマルプロテクタである。

請求項７記載の発明は、前記固定片を構成する材料層が接点材料層及び導電材料層の２層であることを特徴とする請求項２記載のサーマルプロテクタである。

請求項８記載の発明は、前記固定片を構成する複数の材料層の幅又は長さが、少なくとも接点材料層の幅が導電材料層の幅より小さいか、または接点材料層の長さが導電材料層の長さより小さくなるように設けられていることを特徴とする請求項７記載のサーマルプロテクタである。

請求項９記載の発明は、前記導電材料層が、高抵抗材料層であることを特徴とする請求項４乃至請求項８記載のサーマルプテクタである。

請求項１０記載の発明は、前記固定接点と可動接点を離反及び接触させる機構が前記可動片とは別体に設けたバイメタル製熱応動素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項３及び請求項５乃至請求項８記載のサーマルプロテクタである。

請求項１１記載の発明は、前記可動接点と固定接点を離反及び接触させる機構が可動片自身であることを特徴とする請求項１乃至請求項９記載のサーマルプロテクタである。

請求項１２記載の発明は、正特性サーミスタが収容されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１記載のサーマルプロテクタである。

請求項１３記載の発明は、前記可動接点又は固定接点の形状が、凹形状又は凸形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２載のサーマルプロテクタである。

請求項１４記載の発明は、前記可動片又は固定片を構成する複数の材料層が互いに全面積層されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５及び請求項７記載の可動接点を有するサーマルプロテクタである。

本発明によれば、サーマルプロテクタの小型化に伴い、接点を接合により設けることで生じる接点部位の寸法精度問題を解決し、従来のサーマルプロテクタより小型で且つ特性ばらつきの少ないサーマルプロテクタを提供するもので、よって、本発明のサーマルプロテクタは工業上顕著な効果を奏する。特に、可動接点側及び固定接点側の両者に本発明を用いた場合には、従来の溶接やろう付け型の接点構造を用いた場合に比べて、接点部分の寸法精度が著しく向上し、特性ばらつきの少ない優れた接点構造を有するサーマルプロテクタが得られる。

図１（ａ）〜（ｅ）及び図２（ａ）〜（ｂ）は、本発明に係る可動片および固定片の形態を示したもので、一部分に接点を形成する接点材料層と可動片又は固定片としての機能を司る導電材料層又はバイメタル材料層の少なくとも２層以上の材料層から構成されているものである。

図１（ｆ）は、従来の可動接点をろう付けで接合して設けた可動片を示し、図１（ｇ）は、従来の固定接点をろう付けで接合して設けた固定片を示している。図１（ｆ）のろう付けで接点を接合する従来の可動接点は、導電材材料層、ろう材（可動接点接合層）、従来の凸型可動接点からなる３層の構成となるが、抵抗溶接の場合には、図１（ｆ）で、３ｄの可動接点接合層が無く、導電材材料層の上に従来の凸型可動接点が溶接される２層構造となる。図１（ｇ）に示す従来の固定接点の場合にも、従来技術の可動接点の場合と同様の構成になっており、従来技術の場合には、凸型可動接点材を導電材材料層の表面の一部にろう付け又は溶接で接点を構成する。ところが、ろう付けや抵抗溶接というこれらの従来の接点の形成法は金属の溶融凝固を利用した接合法であるため、接点の大きさや接点の特性のばらつきが生じ易い問題がある。

前者の接点を接合により形成する接点材料層として、Ａｇ−Ｎｉ合金、より好ましくはＡｇ−１０ｍａｓｓ％Ｎｉ合金がよく、更にＡｇ−Ｃｕ合金、Ａｇ−Ａｕ合金、Ａｇ−Ｃ合金、Ａｇ−Ｗ合金なども利用できる。

これに対して、本発明の可動片は、前記可動片を構成する複数の材料層が、（１）接点材料層と導電材料層若しくはバイメタル材料層、又は（２）接点材料層、導電材料層とバイメタル材料層とからなり、接点材料層の一部分が接点であるような可動片を有するサーマルプロテクタである。導電材料層若しくはバイメタル材料層、又はバイメタル材料層に導電材料層を積層した材料の表面全体に、接点材料層を積層する場合や表面の一部分に接点材料層を形成することもできる。

本発明の可動片又は固定片を用いたサーマルプロテクタは圧延、プレス圧接、部分接着後プレス圧接などの塑性加工又は接着と塑性加工を複合した方法及びめっき等によって形成して構成するため、従来の溶接又はろう付けによる接点形成法に比べ接点高さが安定する。特に可動接点又は固定接点となる接点材料層を部分的に形成して構成するためには、クラッド圧延、プレス圧接、部分接着後プレス圧接、部分めっきなどによる方法が望ましい。なお、接点材料層とその他の層を耐熱性の接着剤で部分接着後プレス圧接するのは、接着剤を表面全体に塗布すると、接点材料層と接合する層の間での導通が確保できないためであり、部分接着後、プレス圧接することにより接合を完全なものとすることができる。図１（ａ）から（ｅ）は、本発明に係る可動片又は固定片の材料層の最外層表面全体に接点材料層を形成する場合と、線分ＡＡより左側のみに部分的に接点材料層を形成し、ＡＡより右側には形成しない場合（図示しない想像図の場合）の可動片又は固定片の説明図も兼ねるものとする。また、図１（ａ）から（ｅ）の可動片又は固定片の接点部分を除いた他の部分の実際の形状は、直線ではなく湾曲形状やクランク形状等複雑な形状をしているが、図１では、模式的に表示しているため、接点部分を除くと直線状に記載している。
例えば、図１（ａ）から（ｅ）に示すように、本発明に係る可動片又は固定片の材料層の最外層表面全体に接点材料層を形成することも可能であり、また本発明に係る可動片と固定片の線分ＡＡより左側のみに接点材料層を形成し、線文ＡＡより右側には形成しないことも可能である。接点材料層を最外層表面全体に形成する場合は、可動片又は固定片を構成する材料層の全体が全面積層とすることが多い。

図２に示すように、本発明の可動片又は固定片の接点材料層は導電材料層又はバイメタル層の表面に圧延により接点材料層を全面にクラッドする他、プレス圧接や部分接着後プレス圧接などにより部分的に埋め込んで形成することも可能であるが、導電材料層又はバイメタル層の表面に部分めっきなどにより埋め込むことなく形成することもできる。
従って、接点材料層を部分的に形成する場合は、図１（ａ）から（ｅ）の線分ＡＡの左側のみに形成するように、長さ方向に部分的に形成することも、図２（ａ）から（ｂ）に示すように幅方向に部分的に形成して構成することも可能である。また長さ方向、幅方向とも同時に部分的に接点を形成することが可能である。
尚、可動片又は固定片の全面を接点材料層として形成し構成した場合でも、もちろん実際の接点部分はプレス加工などにより、凸形状に加工してその一部分を接点として使用するのは、いうまでもない。

更に、本発明に係る可動片又は固定片を用いたサーマルプロテクタは、本発明による前記可動片又は固定片を、それぞれ単独で設けても、両者を同時に設けることもできる。両者を同時に設けた場合は、従来の可動接点を全く使用しないで、可動接点、固定接点ともに本発明の接点を用いたサーマルプロテクタを構成することが可能である。
可動接点、固定接点共に、本発明の接点構造を用いた場合には、従来の接点構造を使用しないので、可動接点又は固定接点のどちらか一方に本発明の接点構造を使用する場合に比べて、接点の寸法精度の向上、接触抵抗の安定などの著しい効果が得られる。
ここで、本発明の可動片又は固定片の接点材料層としては、前記の接点をろう付け又は溶接により形成する場合と同様の接点材料層が利用できる。

可動片の導電材料層としては、可動片が熱応動素子を兼ねない場合には、りん青銅、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｂｅ合金、洋白、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金などの導電性を有し、且つばね性に長じたものが望ましく、特にＰを８ｍａｓｓ％含むりん青銅が良く、更に、純Ｃｕや黄銅などの導電性材料も利用できる。
又、サーマルプロテクタの離反を少ない電流で行う場合や離反温度を高めに設定し温度を上昇させる場合などサーマルプロテクタの設計によっては、導電材料層に高抵抗材料層を用いることもある。この場合，高抵抗材料層としてはＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０１、或いは６ｍａｓｓ％Ａｌ−４ｍａｓｓ％Ｖ−Ｔｉなどを用いる。

可動片が熱応動素子を兼ねるような場合は、可動片を離反及び接触させるために、材料層として高熱膨張係数部材と低熱膨張係数部材を積層したバイメタル材料層や高熱膨張係数部材と低熱膨張係数部材の間に導電材料層を挟んだトリメタル材料層を用いる。高熱膨張係数部材にはＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金、低熱膨張係数部材にはＦｅ−Ｎｉ合金等が使用される。
この他の高熱膨張係数部材としては、Ｃｕ又はＣｕ合金、Ｎｉ又はＮｉ合金、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ合金、Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｕ合金などを利用できる。更に、低熱膨張係数部材として、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｒ合金などが利用される。これらの高熱膨張係数部材と低熱膨張係数部材を必要に応じて組み合わせることが可能である。

具体的には、図１（ａ）から図１（ｅ）では、可動片の表面全体または可動片表面の一部分に圧延、プレス成形、めっきなどにより接点材料層を形成し、さらにその接点材料層に本発明の可動接点３ａを形成した場合を示す。図１（ａ）及び図１（ｄ）は、接点材料層を導電材料層に重ねた構造で、１は接点材料層で２ａは導電材料層を示す。このとき図１（ａ）のように積層した可動片を構成する材料層全体に凸部を形成しても良いし、図１（ｄ）のように接点材料層のみに凸部を形成しても良い。図１（ｂ）は、可動片自身が熱応動素子を兼ねる場合の可動片を示したもので、バイメタル材料層２ｂが接点部位３ａを備える接点材料層１と可動片を形成している。バイメタル材料層２ｂにおいて、２０ａは高熱膨張係数部材、２０ｂは低熱膨張係数部材である。
図１（ｃ）は、接点材料層１とトリメタル材料層２ｃ（バイメタル材料層を構成する高熱膨張係数部材２０ａと低熱膨張係数部材２０ｂで導電材料層２ａを挟み込んだもの）を積層した構造からなる可動片を表している。トリメタル材料層の構成としては、高熱膨張係数部材２０ａと低熱膨張係数部材２０ｂの間に、導電材料層２ａ以外のその他の材料層を挿入することも可能である。本発明では、バイメタル材料層と記載しても、トリメタル材料層若しくはより多層の材料層の場合にもバイメタル材料層と同様の機能及び目的を有するために、これらを含むものとする（トリメタル材料層も含むものとする）。
尚、図１（ｆ）は、可動接点を接合により設けた従来の可動片を示し、３ｃは従来の凸型可動接点、３ｄは可動接点接合層で従来の凸型可動接点３ｃを導電材料層２ａに接合している。図１には、実際には図示していないが、接点材料層１と導電材料層２ａ及びバイメタル材料層２ｂから可動片が構成される場合も含むものとする。
図１（ｅ）は、本発明の固定片を示す。固定片の一部分がプレス成形などにより、接点部位４ａとして形成された場合を示す。ここで、１は接点材料層で２ａは導電材料層である。

図１（ａ）から図１（ｅ）の本発明の可動片又は固定片の接点材料層１に接点となる凸部若しくは凹部を通常プレス成形法により形成するが、図１（ａ）から（ｅ）の線分ＡＡより左側のように本発明の可動片又は固定片の一部分に接点材料層１を圧延、プレス圧接、部分接着後プレス圧接、部分めっき法などを用いて形成しても良い。さらに、接点は形成された接点材料層の一部に接点を部分的に形成しても良く、形成された接点材料層の一全体を接点部位として利用しても良い。しかし、通常は、可動片又は固定片の場合ともに形成された最外表面層の接点材料層の一部に、プレス成形により可動接点又は固定接点を形成することが多い。

更に、図２（ａ）に示すように、接点材料層１は、可動片や固定片としての機能を司る導電材料層２ａやバイメタル材料層２ｂとその表面覆うように積層された形で用いても、図２（ｂ）に示すように接点材料層１は、導電材料層２ａやバイメタル材料層２ｂに完全に埋め込まれた形、あるいは一部分が埋め込まれた残りの一部分が表面に突出している形又は表面の一部分に積層した形に形成されて用いても良い。
図２（ｂ）のような埋め込まれた形態の可動片の作製は、通常、導電材料層２ａやバイメタル材料層２ｂなどの基材として凹部を有する異形断面の部材を用い、その凹部に接点材料層１素材をはめ込み又はめっき付けなどで設け、熱処理と加工により接合して作製する。そのため、はめ込み又はめっき付けなどで設けられた接点材料層の幅が少なくとも導電材料層若しくはバイメタル材料層の幅より小さいか、又は接点材料層の長さが導電材料層若しくはバイメタル材料層の長さより小さくなるように設けられている。従って、接点材料層の幅及び長さの両方ともに導電材料層若しくはバイメタル材料層の幅及び長さより小さくなるように設けることもできる。

可動片に設けられる可動接点と対をなす固定接点は、固定された状態で使用されるが、図１（ｅ）のように可動接点と同様の構成とすることにより、加工工数の減少、寸法精度の向上などの効果が得られので、本発明に係る接点を備える可動片と同様の形式の方が望ましい。しかしながら、本発明に係る可動片と組み合わせて使用するような場合では図１（ｇ）に示す従来の接点を接合する形式でもよい。
その材質は可動片の接点材料層と同じＡｇ−Ｎｉ合金、より好ましくはＡｇ−１０ｍａｓｓ％Ｎｉ合金がよく、更にＡｇ−Ｃｕ合金、Ａｇ−Ａｕ合金、Ａｇ−Ｃ合金、Ａｇ−Ｗ合金なども利用できる。

次に可動接点と固定接点の形状の組み合わせは、図３（ａ）から（ｆ）に示すような組み合わせが良好な接点特性を保持する。
図３（ａ）、図３（ｂ）は、可動接点側に本発明の接点を配置し、固定接点側は従来型の固定接点を配置した例である。図３（ａ）は本発明の凸型可動接点３aと従来型の凸型固定接点４ｃの組み合わせで、図３（ｂ）は、本発明の本発明の凹型可動接点３ｂと従来型の凸型固定接点４ｃの組み合わせを示している。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）における従来型の固定接点は、導電材料層２ａ上にろう材等の固定接点接合層４ｄを介して、従来の凸型固定接点４ｃを形成しているが、導電材料層２ａ上に固定接点接合層４ｄを介さず、直接従来型の凸型固定接点４ｃを溶接等により形成しても良い。

図３（ｃ）から図３（ｅ）は可動接点、固定接点ともに本発明に係る接点形状とした例である。図３（ｃ）は本発明の凸型可動接点３ａと固定片を可動片と同様の接点材料層と導電材料層の二層構造とし、固定接点を本発明の凸型固定接点４ａとした組み合わせである。図３（ｄ）は本発明の凸型可動接点３ａと本発明の凹型固定接点４ｂの組み合わせで、図３（ｅ）は本発明の凹型可動接点３ｂと本発明の凸型固定接点４ａの組み合わせである。
図３（ａ）から（ｅ）では、可動片に接点材料層１と導電材料層２ａの二層構造を用いた場合の例を示したが、バイメタル材料層２ｂと接点材料層１の組み合わせや図３（ｆ）のように三層構造の場合においても先に示した接点構造を用いることができる。図３（ｆ）には図示していないが、図３（ｆ）の他、可動片が接点材料層１、導電材料層２a、バイメタル層２０ａ，２０ｂのような三層構造の場合も同様の接点構造を用いることができる。
図３における本発明に係る接点材料層１に設けられる可動接点および固定接点は、ともに凸型、凹型のいずれの場合においても、その形成は、通常プレス成形法を用いて所望の形状に形成するが、（部分）めっき法などを用いても良い。

熱応動素子には、高熱膨張係数部材と低熱膨張係数部材の２つの材料を積層させたバイメタルが用いられ、サーマルプロテクタの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）などの樹脂を用いるが、回路基板などの表面実装用途には、２００℃以上の耐熱性を有する液晶ポリマー（ＬＣＰ）を使用することが好ましい。

正特性サーミスタは、その発熱によりバイメタル製の熱応動素子又は熱応動可動片の温度を保持し、固定片に設けられた接点と可動片に設けられた接点の離反状態を維持する働きを示す。正特性サーミスタとしては、セラミックＰＴＣサーミスタ（以下、ＰＴＣと略す）を使用することが望ましい。

本発明に係るサーマルプロテクタは、通常、接点を備える固定片をケースに埋め込むか、或いは固定し、一部分が接点となす可動片、および熱応動素子としてのバイメタル又は可動片と熱応動素子を兼ねる熱応動可動片を、ケースの所定位置に配置した後、ケースと蓋を超音波溶接により溶着して封入する。
以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

（実施例１）
本発明に係るサーマルプロテクタの一実施形態を図４（ａ）〜（ｃ）に示して説明する。
図４（ａ）は本発明に係るサーマルプロテクタの断面図及びその部品構成を示す説明図である。図４（ｂ）、（ｃ）は、図４（ａ）のサーマルプロテクタの作動状態を示す説明図で、図４（ｂ）は可動片に設けられる接点が固定接点に接触している状態を示しており、図４（ｃ）は可動片に設けられる接点が固定接点から離反している状態を示す図である。
図４（ａ）から（ｃ）に示すサーマルプロテクタは、可動片の最外材料表面の一部分が可動接点（本発明の凸型可動接点３a）である接点が備わる可動片５ａ、従来の凸型固定接点４ｃを備える固定片６ｂ、バイメタルディスク７、ケース８、ケースの蓋９及びガイド突起１０で構成している。

図４のサーマルプロテクタにおいては、従来の凸型固定接点４ｃが固定片６ｂの端部でケース８内部の端部に設けられている。固定片６ｂはケース８の外に延長されていて、サーマルプロテクタの外部端子となっていて、固定片６ｂを図４（ａ）のようなケース８底面と平行になるような形状にすることにより、電子機器などに表面実装し易い構造となっているが、固定片の形状は電子機器へ実装できる構造であれば、この他の構造であっても良い。
本発明の凸型可動接点３aは、可動片５ａの端部で従来の凸型固定接点４ｃと接触できる位置に設けられる。

熱応動素子のバイメタルディスク７は中央に円形状部を設け、その円形状部を凹面状又は球面状にプレス成形することによって、温度変化による反転動作が得られている。また設計によっては、中央に円形状部を設けず、可動片の固定部を除く全長を円形に近似した形状とすることもある。バイメタルディスク７の外周部は、ケース８内部の側面の形状とほぼ相似形状をしている。バイメタルディスク７のサイズは、ケース８内側側面と所定間隔をもって配置できる大きさに設定されている。
バイメタルディスク７の外周部とケース８内側側面との所定間隔とは、バイメタルディスク７の反転動作がケース８内部でスムーズに実行できる間隔で、通常、バイメタルディスク７の反転動作がケース８内側側面壁をガイドとして行うようにサーマルプロテクタのサイズ、要求特性などにより個々に設定されている。
又、バイメタルディスク７は大きい方が、その反転動作の精度が高く、安定に行われるので、バイメタルディスク７の寸法はできる限り大きくすることがよい。
ケース８内側底面には、バイメタルディスク７の反転動作をよりスムーズにするためにガイド突起１０が設けられている。

図４（ａ）に示すように、ケース蓋９は、本発明の凸型可動接点３aを持つ熱応動可動片５ｂ及びバイメタルディスク７を、従来の凸型固定接点４ｃを備える固定片６ｂを組込んだケース８に収納した後、超音波溶着される。

次に、図４（ｂ）、（ｃ）を用いて、サーマルプロテクタの作動状態を説明する。
図４（ｂ）は従来の凸型固定接点４ｃに本発明の凸型可動接点３aが接触し、正常に電流が流れている状態を示している。本発明の凸型可動接点３aは、可動片５ａが有するばね性により従来の凸型固定接点４ｃに押し付けられている。この場合、固定片６ｂに備わる従来の凸型固定接点４ｃの形状、又は本発明の凸型可動接点３aの形状が図３（ａ）〜（ｅ）に示すような形状に加工されていると、接触抵抗の安定化等の見地からさらに望ましい。

図４（ｃ）はサーマルプロテクタに異常な電流が流れて所定温度よりも高くなる場合、或いは周囲温度の影響により所定温度よりも高くなるような場合に、その温度変化によりバイメタルディスク７が反転して、本発明の凸型可動接点３aは従来の凸型固定接点４ｃより離反している状態を示している。
バイメタルディスク７が所定温度より高くなると、スナップ作用を引き起こして反転動作する。この現象により本発明の凸型可動接点３aは従来の凸型固定接点４ｃより離反し、電流を遮断する。
このバイメタルディスク７の反転動作は、ガイド突起１０及びケース８の内側側面をガイドとして速やかにかつ安定的に行われる。そして、速やかに本発明の凸型可動接点３aを離反させることにより、高電圧ならびに大電流により発生する放電の時間が短くなり、接点の寿命を長くする働きを示す。開離時及び閉成時に発生する放電に対しては、電圧、電流が影響するが、一般には開離時の影響が大きい。

（実施例２）
図５を用いて本発明の第２の実施形態を説明する。
図５（ａ）は本発明に係るサーマルプロテクタの断面図及びその部品構成を示す説明図である。図５（ｂ）、（ｃ）は、図５（ａ）のサーマルプロテクタの作動状態を示す説明図で、図５（ｂ）は可動片に設けられる接点が固定接点に接触している状態を示しており、図５（ｃ）は可動片に設けられる接点が固定接点から離反している状態を示す図である。
図５（ａ）〜（ｃ）のサーマルプロテクタは、本発明の凸型可動接点３aを備える図２（ｂ）に示すバイメタル材料層と接点材料層からなる熱応動素子を兼ねる熱応動可動片５ｂ、従来の凸型固定接点４ｃを備え固定片側外部端子を兼ねる固定片６ｂ、熱応動可動片５ｂの延長部には可動片側外部端子６ａを設け、ケース８、ケース蓋９及びガイド突起１０で構成されている。

ケース８の内面端部に配置されるように従来の凸型固定接点４ｃを一端に設けた固定片６ｂは、その他端がケース８の外に延長され、サーマルプロテクタの外部端子となっている。更に固定片６ｂを図５（ａ）のようなケース８の底面と平行になるような形状にすることにより、電子機器などに表面実装し易い構造となっている。

本発明の凸型可動接点３aは、熱応動可動片５ｂの端部で従来の凸型固定接点４ｃと接触できる位置に設けられ、熱応動可動片５ｂはケース８の外に出ている可動片側外部端子６ａと通常接合されて用いられる。熱応動可動片５ｂは中間部を温度変化による反転動作が得られるように凸面状にプレス加工される。熱応動可動片５ｂの凸面状部は大きい方が、その反転動作の精度が高く、安定に行われるので、凸面状部の寸法はできる限り大きくすることがよい。

図５（ａ）に示すように、ケース蓋９は、可動片側外部端子６ａに溶接された本発明の凸型可動接点３aを持ち、バイメタルディスクを兼ねる熱応動可動片５ｂを、従来の凸型固定接点４ｃを備える固定片６ｂを組込んだケース８に収納した後、超音波溶着される。

次に、図５（ｂ）、（ｃ）を用いて、サーマルプロテクタの作動状態を説明する。
図５（ｂ）は従来の凸型固定接点４ｃに本発明の凸型可動接点３aが接触し、正常に電流が流れている状態を示している。熱応動可動片５ｂのばね性により本発明の凸型可動接点３aを従来の凸型固定接点４ｃに押し付けるようになっている。この場合、固定片６ｂの従来の凸型固定接点４ｃの形状、又は本発明の凸型可動接点３aの形状が図３（ａ）〜(ｆ)に示すような形状に加工されていることが接触抵抗の安定化等の見地から望ましい。
図５（ｃ）はサーマルプロテクタに異常な電流が流れて所定温度よりも高くなる場合、或いは周囲温度の影響により所定温度よりも高くなるような場合、その温度変化により熱応動可動片５ｂの凸面状部が反転し、ガイド突起１０を支えにして本発明の凸型可動接点３aを従来の凸型固定接点４ｃより離反させている状態を示している。

（実施例３）
先の実施例１、２のサーマルプロテクタに正特性サーミスタを配置したサーマルプロテクタについて、図６、図７を用いて説明する。
図６は、図４に示すサーマルプロテクタに正特性サーミスタを組込んだものである。図７は、図５に示したサーマルプロテクタに正特性サーミスタを組込んだものである。
図６（ａ）、図７（ａ）は、本発明に係るサーマルプロテクタの断面図及びその部品構成を示す説明図で、図６（ｂ）、（ｃ）及び図７（ｂ）、（ｃ）は、サーマルプロテクタの作動状態を示す説明図で、図６（ｂ）及び図７（ｂ）は可動接点が固定接点に接触している状態を示しており、図６（ｃ）及び図７（ｃ）は可動片接点が固定接点から離反している状態を示す図である。

図６（ａ）〜（ｃ）、図７（ａ）〜（ｃ）において、１１が正特性サーミスタであるセラミックＰＴＣサーミスタ（以下、ＰＴＣと略す）で、従来の凸型固定接点４ｃ、本発明の凸型可動接点３a、バイメタルディスク７、ケース８、ケース蓋９、固定片６ｂ、可動片側外部端子６ａ、可動片５ａ、熱応動可動片５ｂである。
ＰＴＣ１１を備えるためにケース８の内部底面に埋め込まれている固定片６ｂを一部分露出させ、この露出面上にＰＴＣ１１を搭載することでＰＴＣ１１への通電を行う。
ケース蓋９は、図６（ａ）、図７（ａ）に示すように、バイメタルディスクが可動片と別体に設けられている場合、可動片がバイメタルディスクを兼ねる熱応動可動片である場合ともに、本発明の凸型可動接点３aを有する可動片５ａ及びバイメタルディスク７、又は熱応動可動片５ｂを所定位置に配置した固定片６ｂが埋め込まれているケース８の所定位置にＰＴＣ１１を設置した後、超音波溶着して取り付けられる。

図６（ｃ）、図７（ｃ）のように、サーマルプロテクタに異常な電流が流れて所定温度よりも高くなる場合、或いは周囲温度の影響により所定温度よりも高くなる場合、その温度変化によりバイメタルディスク７又は熱応動可動片５ｂが反転動作し、本発明の凸型可動接点３aは従来の凸型固定接点４ｃより離反して電流を遮断するが、バイメタルディスク７又は熱応動可動片５ｂの温度が低下していくと本発明の凸型可動接点３aと従来の凸型接点４ｃが接触し、図６（ｂ）、図７（ｂ）の状態になって通電され、再度過熱状態が引き起こされかねない恐れがある。そこで、ＰＴＣ１１をケース８内で露出させた固定片６ｂ面上に配置することで、バイメタルディスク７又は熱応動可動片５ｂが反転した状態の時に、電流経路が可動片５ａからバイメタルディスク７、更にＰＴＣ１１を通じるか又は熱応動可動片５ｂからＰＴＣ１１を通じて固定片６ｂへ至るように切り替わり、その状態ではＰＴＣ１１が発熱し、バイメタルディスク７又は熱応動可動片５ｂの温度を所定温度よりも高く維持してその復帰を防止する。

(実施例４)
図８、図９は、本発明に係る他の実施形態を示すサーマルプロテクタであり、図８では可動片側、図９では熱応動可動片側のみならず固定片側も本発明の可動片及び固定片を用いた場合を示している。
図８（ａ）、図９（ａ）は、本発明に係るサーマルプロテクタの断面図及びその部品構成を示す説明図で、図８（ｂ）、（ｃ）、図９（ｂ）、（ｃ）は、サーマルプロテクタの作動状態を示す説明図で、図８（ｂ）、図９（ｂ）は可動接点が固定接点に接触している状態を示しており、図８（ｃ）、図９（ｃ）は可動片接点が固定接点から離反している状態を示す図である。

図８、図９の（ａ）〜（ｃ）において、１１が正特性サーミスタであるＰＴＣで、本発明の凸型固定接点４ａ、本発明の凸型可動接点３a、バイメタルディスク７、ケース８、ケース蓋９、可動片側外部端子６ａ、可動片５ａ、熱応動可動片５ｂ、固定片６ｂである。
ＰＴＣ１１を備えるためにケース８の内部底面に埋め込まれている固定片６ｂを一部分露出させ、この露出面上にＰＴＣ１１を搭載することでＰＴＣ１１への通電を行う。
ケース蓋９は、本発明の凸型可動接点３aを有する可動片５ａ及びバイメタルディスク７を所定位置に配置した固定片６ｂが埋め込まれているケース８の所定位置にＰＴＣ１１を設置した後、超音波溶着して取り付けられる。
図８、図９（ａ）〜（ｃ）に示す可動接点、固定接点ともに本発明の接点を用いたので、少なくとも一方に従来の溶接やろう付け法による接点を用いる場合に比べて、著しい接点の寸法精度の向上や接触抵抗の安定化等サーマルプロテクタの特性向上効果が認められ、特性ばらつきの少ないサーマルプロテクタを供給することができる。

本発明に係る可動片及び固定片の構成を表す部分横断面図である。 本発明に係る可動片及び固定片の縦断面図である。 本発明に係る可動接点及び固定接点の組み合わせの一部を示した接点部位の部分横断面図である。 本発明の凸型可動接点を備えた本発明に係るサーマルプロテクタの一実施形態を示す横断面図である。 本発明の凸型可動接点を備えた本発明に係るサーマルプロテクタの他の実施形態を示す横断面図である。 図４のサーマルプロテクタに正特性サーミスタを設けた場合のサーマルプロテクタの実施形態を示す横断面図である。 図５のサーマルプロテクタに正特性サーミスタを設けた場合のサーマルプロテクタの実施形態を示す横断面図である。 本発明の凸型可動接点及び本発明の凸型固定接点を備えるサーマルプロテクタの実施形態を示す横断面図である。 本発明の凸型可動接点及び本発明の凸型固定接点を備えるサーマルプロテクタの他の実施形態を示す横断面図である。 従来のサーマルプロテクタの実施形態を示す横断面図である。 従来の他のサーマルプロテクタの実施形態を示す横断面図である。

符号の説明

１ 接点材料層
２ａ 導電材料層
２ｂ バイメタル材料層
２ｃ バイメタル材料層（トリメタルタイプ）
３ａ 本発明の凸型可動接点
３ｂ 本発明の凹型可動接点
３ｃ 従来の凸型可動接点
３ｄ 可動接点接合層
４ａ 本発明の凸型固定接点
４ｂ 本発明の凹型固定接点
４ｃ 従来の凸型固定接点
４ｄ 固定接点接合層
５ａ 本発明に係る可動片（凸又は凹型接点を備える可動片）
５ｂ 本発明に係る熱応動可動片（凸又は凹型接点を備える熱応動可動片）
５ｃ 従来可動片（溶接又はろう付けによる可動接点を備える可動片）
５ｄ 従来熱応動可動片（溶接又はろう付けによる可動接点を備える熱応動可動片）
６ａ 可動片側外部端子
６ｂ 固定片（固定片側外部端子を兼ねる）
７ バイメタルディスク
８ ケース
９ ケース蓋
１０ ガイド突起
１１ 正特性サーミスタ（ＰＴＣ）
２０ａ 高熱膨張係数部材
２０ｂ 低熱膨張係数部材

Claims (14)

1. 固定接点を備える固定片と、固定接点と対をなす可動接点を備える可動片と、固定接点と可動接点とを離反及び接触させる機構とを有するサーマルプロテクタにおいて、前記可動片が複数の材料層からなり、その複数の材料層からなる前記可動片の最外材料層表面の一部分が可動接点であることを特徴とするサーマルプロテクタ。
2. 固定接点を備える固定片と、固定接点と対をなす可動接点を備える可動片と、固定接点と可動接点とを離反及び接触させる機構とを有するサーマルプロテクタにおいて、前記固定片が複数の材料層からなり、その複数の材料層からなる前記固定片の最外材料層表面の一部分が固定接点であることを特徴とするサーマルプロテクタ。
3. 固定接点を備える固定片と、固定接点と対をなす可動接点を備える可動片と、固定接点と可動接点とを離反及び接触させる機構とを有するサーマルプロテクタにおいて、前記可動片及び固定片が複数の材料層からなり、その複数の材料層からなる前記可動片及び固定片の最外材料層表面の一部分が可動接点又は固定接点であることを特徴とするサーマルプロテクタ。
4. 前記可動片を構成する複数の材料層が、一部分に接点を形成する接点材料層及びバイメタル材料層又は接点材料層及び導電材料層の２層であることを特徴とする請求項１記載のサーマルプロテクタ。
5. 前記可動片を構成する複数の材料層が、一部分に接点を形成する接点材料層、導電材料層及びバイメタル材料層を含む少なくとも３層以上の材料層からなることを特徴とする請求項１記載のサーマルプロテクタ。
6. 前記可動片を構成する複数の材料層の幅又は長さが、少なくとも接点材料層の幅が導電材料層若しくはバイメタル材料層の幅より小さいか、または接点材料層の長さが導電材料層若しくはバイメタル材料層の長さより小さくなるように設けられていることを特徴とする請求項４及び請求項５記載のサーマルプロテクタ。
7. 前記固定片を構成する材料層が接点材料層及び導電材料層の２層であることを特徴とする請求項２記載のサーマルプロテクタ。
8. 前記固定片を構成する複数の材料層の幅又は長さが、少なくとも接点材料層の幅が導電材料層の幅より小さいか、または接点材料層の長さが導電材料層の長さより小さくなるように設けられていることを特徴とする請求項７記載のサーマルプロテクタ。
9. 前記導電材料層が、高抵抗材料層であることを特徴とする請求項４乃至請求項８記載のサーマルプテクタ。
10. 前記固定接点と可動接点を離反及び接触させる機構が前記可動片とは別体に設けたバイメタル製熱応動素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項４及び請求項６乃至請求項９記載のサーマルプロテクタ。
11. 前記可動接点と固定接点を離反及び接触させる機構が可動片自身であることを特徴とする請求項１乃至請求項９に記載のサーマルプロテクタ。
12. 正特性サーミスタが収容されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１記載のサーマルプロテクタ。
13. 前記可動接点又は固定接点の形状が、凹形状又は凸形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２記載のサーマルプロテクタ。
14. 前記可動片又は固定片を構成する複数の材料層が互いに全面積層されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５及び請求項７記載の可動接点を有するサーマルプロテクタ。
    
    

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