JP2006244761A - サーマルプロテクタの保持構造とこれを用いた電子機器 - Google Patents

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潔 山本
Seiichiro Takeuchi
誠一郎 竹内
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Abstract

【課題】サーマルプロテクタのサイズを可能な限り大きくしても、固定樹脂と電池等の樹脂成形性や接触面積の低下を招かずに、サーマルプロテクタと電池等の発熱体との密着性を向上させることが可能なサーマルプロテクタと発熱体の保持構造を提供する。
【解決手段】本発明の保持構造を用いれば、固定樹脂によりサーマルプロテクタを電池に密着又は近接して安定的に保持することにより、固定樹脂と電池等の接触面積の低下を招かずに、サーマルプロテクタと電池等の発熱体との密着性を向上させることが可能な保持構造を提供することができ、この保持構造を用いた携帯用通信機器や携帯電話等の電子機器を提供することができる。
【選択図】図1

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サーマルプロテクタの保持構造とこれを用いた電子機器に関するものである。
この種のサーマルプロテクタは、一般に各種モータ、機器類に用いられている2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。例えば、サーマルプロテクタの用途には、携帯電話機やノート型パソコン等の2次電池用のサーマルプロテクタ、小型モータ用のサーマルプロテクタ、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、あるいは、エアコンファン,電気洗濯機その他に用いられる汎用モータ保護の交流回路用サーマルプロテクタ等がある。
特許文献1のサーマルプロテクタ6は、図10に示す従来例の電池パック断面の一形態のように、電池2の近傍に位置し、樹脂成形部1をインサート成形して作成される。この種のサーマルプロテクタでは、サーマルプロテクタ内部に図2に示すように、熱応動素子が配設されており、熱応動素子68の大きさが大きいほど、特性が安定することが知られている。
特開2003-282047
そこで、熱応動素子を電池に対して、大きくするためには、熱応動素子が位置する樹脂製ケースAを大きくすることになる。一方、電池の過熱に対しては、サーマルプロテクタを電池にできるだけ、近づけ、電池とサーマルプロテクタを密着させることが有効である。
上述の2つの問題を解決するためには、サーマルプロテクタを大きくし、電池等の発熱体に密着又は近接させることが必要である。しかし、図10に示すような従来の構造では、インサート成形による成形樹脂部が完全に成形できない不具合や、サーマルプロテクタと電池との接触面とを大きくすると、逆に固定樹脂の樹脂成形部と電池等の発熱部品との接触面積が小さくなり、そのために固定樹脂と電池の接合強度が小さくなり、サーマルプロテクタが外れてしまう不具合が見られた。
そこで、本発明においては、サーマルプロテクタのサイズをできるだけ大きくするとともに、サーマルプロテクタと電池等の発熱体との密着性を向上させるサーマルプロテクタと発熱体の保持構造及びその保持構造を用いた電子機器の開発が望まれていた。
請求項1に記載のサーマルプロテクタは、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して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,固定接点、可動接点、可動片及び熱応動素子を収容し、かつ本体と当該本体へ接合された蓋体とからなる樹脂製ケースと、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、前記可動片と一体または連続に接続され前記ケースの外部に現われた端子片とを備え、前記ケース本体底部またはケース蓋体と発熱体とが接触又は非接触状態で近接して配置されるように、樹脂製ケースと発熱体を保持するための凸部が樹脂成形により、固定樹脂に形成されていることを特徴とするサーマルプロテクタの保持構造である。
請求項2に記載のサーマルプロテクタは、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反転して前記可動接点を前記固定接点から離反させる熱応動素子からなる可動片と、前記固定片、固定接点、可動接点及び可動片を収容し、かつ、本体と当該本体へ接合された蓋体とからなる樹脂製ケースと、前記固定片と一体または連続に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片と、を備え、前記ケース本体底部またはケース蓋体と発熱体とが接触又は非接触状態で近接して配置されるように、樹脂製ケースと発熱体を保持するための凸部が樹脂成形により、固定樹脂に形成されていることを特徴とするサーマルプロテクタの保持構造である。
請求項3に記載のサーマルプロテクタの保持構造は、前記固定樹脂部は、サーマルプロテクタの保持構造の幅方向断面形状が略この字形をしており、略この字形の対向する2辺の途中に凸部が対向して形成されているか、もしくは対向する2辺に形成された凸部が連接部を介して連接されていることを特徴する請求項1から請求項2のいずれかに記載のサーマルプロテクタの保持構造である。
請求項4に記載のサーマルプロテクタの保持構造は、前記固定樹脂部は、前記発熱体の幅とほぼ同等の幅を持ち、サーマルプロテクタの長手方向に沿って前記樹脂成形凸部が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項3のいずれかに記載のサーマルプロテクタの保持構造である。
請求項5に記載のサーマルプロテクタの保持構造は、前記可動片または/及び前記固定片と一体または連続に接続され、且つ前記ケースの外部に現われた前記端子部が前記発熱体に接触していることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のサーマルプロテクタの保持構造である。
請求項6に記載のサーマルプロテクタの保持構造は、請求項1から請求項5のいずれかに記載のサーマルプロテクタの保持構造において、発熱体が電池パックであることを特徴とするサーマルプロテクタの保持構造である。
請求項7に記載の携帯用電子機器は、請求項6記載の保持構造を有するサーマルプロテクタを用いた携帯用電子機器である。
請求項8に記載の携帯電話は、請求項6記載の保持構造を有するサーマルプロテクタを用いた携帯電話である。
本発明においては、サーマルプロテクタのサイズを可能な限り大きくしても、サーマルプロテクタと発熱体との密着性を向上させることが可能な保持構造を提供することができる。その結果、本発明の保持構造を用いれば、サーマルプロテクタを電池に密着又は近接して安定的に保持できることから、本発明の保持構造を用いた携帯用通信機器や携帯電話等の電子機器を提供することができる。
以下に、図1〜図9を参照しながら、本発明に係るサーマルプロテクタの好ましい実施形態を説明する。
以下に、第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態にかかるサーマルプロテクタを用いた電池パックの樹脂成形部の断面図である。図2は、第1実施形態にかかるサーマルプロテクタの長手方向の断面図である。図3は、第1実施形態にかかるサーマルプロテクタを用いた電池パック樹脂成形部の幅方向断面の拡大図である。
第1実施形態のサーマルプロテクタは、請求項1、3、4、5に記載のサーマルプロテクタの保持構造と対応している。図1に示すように、サーマルプロテクタ6は、長手方向には樹脂流入凹部形成面601Aが形成され、これに対応して固定樹脂に樹脂成形により凸部601Bが形成されている。サーマルプロテクタ6は端子7,7が形成され、一方の端子7は、電池2の凸部電極2Bに接続され、他の端子7は回路基板の端子と接続されている。回路基板5には、樹脂成形部1側には、電子部品9が搭載されており、その反対側には、出力端子3が形成されている。
この状態で、電池2と回路基板5のほぼ間には、インサート成形により、成形樹脂部1が形成されている。図1(c)でわかるように、電池2とサーマルプロテクタ6とは、ほぼ同じ幅であり、サーマルプロテクタ6が電池2に密着しているが、図1(b)、図3で示すように、樹脂流入凹部形成面601Aと電池2とが作る空間に固定樹脂101が入り込み樹脂成形により凸部601Bを形成し、インサート成形時、樹脂の周りが良好になると同時に、インサート成形後、固定樹脂101が電池2とサーマルプロテクタ6と密着させ、さらに固定樹脂101と電池2の接触面積が増加するため、接合強度を大きくすることが可能となる。
第1実施形態に用いたサーマルプロテクタについて、次に説明する。図2に示すように、ケース6は、一端部上面に固定接点63Aが接続又はクラッドされている固定片67Aを一体成形したケース本体61Aと、先端部に固定接点63Aと接触する可動接点63Bを有するバネ性をもった可動片67と、所定の作動温度で反転作動する熱応動素子68と、ケース本体61Aへ密閉状に接合されたケース蓋体61Bとから構成されている。
熱応動素子68は、バイメタルからなり、やや凸球面状又は凸円弧状になるように成形され、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。
ケース本体61Aは、一端部上面に固定接点63Aが接続又はクラッドされている固定片67Aが、ケース本体61Aに一体成形されている。固定片67Aは、ケース本体61Aの一端部から延び出した電極62Aが形成されている。また、ケース本体61Aの内部には、凸部64が形成されている。熱応動素子68が、他の部品と固定されることなく、ケース本体61Aの内部位置決めされるように、ケース本体61Aの内部に、熱応動素子の輪郭と相似状形状した側面65A、65B、65C、65Dが形成されている。また、可動片67Bを位置決めする溝66が形成されている。
熱応動素子68は、ケース本体61Aの内部の側面65A、65B、65C、65Dによって位置決めされ収納される。その後、可動片67Bは、ケース本体61Aに形成された溝66によって位置決めされ、さらにケース蓋体61Bをケース本体61Aに位置させる。その後、超音波溶接等で、ケース本体61Aとケース蓋体61Bとは接合される。
ケース1の本体61Aと蓋体61Bは、液晶ポリマー(LCP)、その他の耐熱性に優れた樹脂を材質として成形される。固定片67Aの材質は、Niが好ましいが、Cu、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67の材質は、ステンレス合金が好ましいが、Cu−Be合金、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63A及び可動接点63B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63A、63Bの固定片67Aや可動片67B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68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。
以下に、第2実施形態について説明する。本発明のサーマルプロテクタは、樹脂流入凹部形成面601Aの形状を変えたものである。図4には、本発明に係る第2実施形態のサーマルプロテクタが示されている。この実施形態のサーマルプロテクタは、請求項1、2、3、4、5と対応している。第2実施形態にかかるサーマルプロテクタの形状はサーマルプロテクタと電池の接触又は近接する面の形状が、テーパ部を介して2段に形成されており、このようにすることにより、サーマルプロテクタに樹脂流入凹部形成面601Aを形成し、これと電池端部の間に樹脂が流入することにより、樹脂成形凸部601Bが形成される。第2実施形態のサーマルプロテクタのその他の構成や作用・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、それらの説明は省略する。
以下に、第3実施形態について説明する。本発明のサーマルプロテクタは、樹脂流入凹部601の形状を第1実施形態、第2実施形態とは、異なる形状としたものである。第3実施形態にかかるサーマルプロテクタの形状はサーマルプロテクタと電池の接触又は近接する面の形状が、垂直部を介して2段に形成されており、このようにすることにより、サーマルプロテクタに樹脂流入凹部形成面601Aを形成し、ここに樹脂が流入することにより、樹脂成形凸部601Bが形成される。図5には、本発明に係る第3実施形態のサーマルプロテクタが示されている。この実施形態のサーマルプロテクタは、請求項1、2、3、4、5と対応している。
第3実施形態のサーマルプロテクタのその他の構成や作用・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、それらの説明は省略する。
以下に、第4実施形態のサーマルプロテクタについて説明する。図6には、本発明に係る第4実施形態のサーマルプロテクタが示されている。本実施形態の場合は、可動片67Bが熱応動素子を兼ねる場合で、熱応動素子を別途投入する必要はない。本発明のサーマルプロテクタは、可動接点63Bが、バネ作用により固定接点63Aへ接触させ、かつ所定の作動温度で反転して可動接点63Bを固定接点63Aから離反させる熱応動素子でできている。この実施形態のサーマルプロテクタは、請求項2、3、4と対応している。第4実施形態のサーマルプロテクタのその他の構成や作用・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、それらの説明は省略する。
以下に、第5実施形態について説明する。第5実施形態は、サーマルプロテクタの凸部が当接して連接部601Cを形成した場合の例である。図7は、第5実施形態にかかるサーマルプロテクタを用いた電池パックの樹脂成形部の断面図である。図8は、第5実施形態に用いたサーマルプロテクタの長手方向の断面図である。第5実施形態のサーマルプロテクタは、請求項1、3、4、5と対応している。
図7に示すように、サーマルプロテクタ6は、長手方向には樹脂流入凹部形成面601Aを形成できる形状となっている。サーマルプロテクタ6は端子7,7が形成され、一方の端子7は、電池2の凸部電極2Bに接続され、他の端子7は電池2の側面と接続されている。この状態で、電池2とサーマルプロテクタ6の間には、インサート成形により、成形樹脂部1が形成されている。図7(c)でわかるように、電池2とサーマルプロテクタ6とは、ほぼ同じ幅であり、サーマルプロテクタ6が電池2に密着しているが、図7(b)で示すように、樹脂流入凹部形成面601Aが作る流入空間に固定樹脂101が入り込み樹脂成形により凸部601Bと凸部を連接する連接部601Cを形成し、インサート成形時、樹脂の周りが良好になると同時に、インサート成形後、固定樹脂101が電池2とサーマルプロテクタ6とを近接保持でき、固定樹脂の連接部601Cの内側に、サーマルプロテクタ6を保持し、サーマルプロテクタ6と電池2は直接接触しないが、固定樹脂により、電池2の端部全体を覆うことができるので、サーマルプロテクタの保持構造の電池に対する接合強度を大きくすることが可能となる。また、サーマルプロテクタ6と電池2は直接接触していなくても、連接部601Cの樹脂厚さが厚くなければサーマルプロテクタ6の動作には問題はない。
第5実施形態に用いたサーマルプロテクタについて、次に説明する。図8に示すように、ケース6は、一端部上面に固定接点63Aが接続又はクラッドされている固定片67Aを一体成形したケース本体61Aと、先端部に固定接点63Aと接触する可動接点63Bを有するバネ性をもった可動片67と、所定の作動温度で反転作動する熱応動素子68と、ケース本体61Aへ密閉状に接合されたケース蓋体61Bとから構成されている。
ケース蓋体61Bは、ケース蓋体61Bの上部に表面3、3、3が露出するように3つの電極板3、3、3が一体成型され、強度が向上するとともに、機器等の接続端子が直接接触可能なように設計されている。また、電極板3、3はチップ抵抗610または/かつチップコンデンサ610が半田つけされている。可動片67は、先端部に固定接点63Aと接触する可動接点63Bがある。熱応動素子68は、バイメタルからなり、やや凸球面状又は凸円弧状になるように成形され、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。
正特性サーミスタ69は、円筒形状をしており、上下の平面に正特性サーミスタ電極が形成されている。ケース本体61Aは、一端部上面に固定接点63Aが接続又はクラッドされている固定片67Aが、ケース本体61Aに一体成形されている。固定片67Aは、ケース本体61Aの一端部から延び出した電極が形成されている。また、正特性サーミスタ69を収納するように、正特性サーミスタ69の形状とほぼ相似形状のケース本体61Aの凹部が形成され、その内底面部には固定片67Aが露出し、正特性サーミスタ電極69と電気的に接合される構造になっている。さらに、熱応動素子68が、他の部品と固定されることなく、ケース本体61Aの内部の熱応動素子68と接触することで位置決めされるように、相似状形状した側面が形成されている。
ケース本体61Aの凹部に正特性サーミスタ69が電気的な接続がされるように収納される。さらに、熱応動素子68は、ケース本体61Aの内部の側面によって位置決めされ収納される。その後、可動片67Bは、可動片に形成された固定穴とケース本体61Aの固定穴によって位置を決める。ケース蓋体61Bをケース蓋体61Bに形成された固定穴とケース本体61Aに形成された固定柱によって位置を決め、その後、超音波溶接等で、ケース本体61Aとケース蓋体61Bとは接合される。そして、最後に、電極3の接続部と可動片67Bの接続部とを、抵抗溶接、YAG溶接、または、かしめ等で接合する。
この熱応動素子68は、そのほぼ中央部がケース本体61Aの内底面に形成されている凹部に設置され、固定片67Aと電気的に接合された正特性サーミスタ69に載置され、一端部が前記可動片67Bの可動接点63B寄り位置に形成された下向きの突起のほぼ直下に位置し、他端部が可動片接続部寄り位置に形成された下向きの突起に案内された状態で、可動片67Bと本体61Aの内底面との間に収容されている。
ケース1の本体61Aと蓋体61Bは、液晶ポリマー(LCP)、その他の耐熱性に優れた樹脂を材質として成形される。固定片67A及び電極3、3、3の材質は、Niが好ましいが、Cu、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67Bの材質は、ステンレス合金が好ましいが、Cu−Be合金、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63A及び可動接点63B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63A、63Bの固定片67Aや可動片67B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68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。
以下に、第6実施形態について説明する。図9には、本発明に係る第6実施形態のサーマルプロテクタが示されている。本実施形態の場合は、可動片が熱応動素子兼ねる場合で、熱応動素子を別途投入する必要はない。請求項2、3、4と対応している。本発明のサーマルプロテクタは、可動接点63Bが、バネ作用により固定接点63Aへ接触させ、かつ所定の作動温度で反転して可動接点63Bを固定接点63Aから離反させる熱応動素子でできている。別に、熱応動素子を投入する必要はない。
第6実施形態のサーマルプロテクタのその他の構成や作用・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、それらの説明は省略する。
以上の説明で明らかなように、本発明によるサーマルプロテクタの保持構造により、従来のサーマルプロテクタと電池との保持構造の問題が解消された。よって、本発明のサーマルプロテクタの保持構造及びそれを用いた携帯用電子機器や携帯電話は、以上に述べたような効果を奏するものであり、その工業的価値は大である。
第1実施形態にかかるサーマルプロテクタを用いた電池パックの樹脂成形部の断面図である。 第1実施形態にかかるサーマルプロテクタの長手方向の断面図である。 第1実施形態にかかるサーマルプロテクタを用いた電池パックの樹脂成形部の幅断面の拡大図である。 第2実施形態にかかるサーマルプロテクタの幅方向断面である。 第3実施形態にかかるサーマルプロテクタの幅方向断面である。 第4実施形態にかかるサーマルプロテクタの長手方向の断面図である。 第5実施形態にかかるサーマルプロテクタを用いた電池パックの樹脂成形部の断面図である。 第5実施形態にかかるサーマルプロテクタの組立状態の断面図である。 第6実施形態にかかるサーマルプロテクタの組立状態の断面図である。 従来例のサーマルプロテクタの一形態の断面図である。
符号の説明
1 樹脂成形部
101 固定樹脂
2 電池
2A 電池外装缶
2B 凸部電極
3 出力端子
5 回路基板
6 サーマルプロテクタ
61A ケース本体
61B ケース蓋体
62A 固定端子部
62B 可動端子部
63A 固定端子
63B 可動端子
64 凸部
65A、65B、65C、65D ケース本体内部側面部
67A 固定片
67B 可動片
68 熱応動素子
69 正特性サーミスタ
601A 樹脂流入凹部形成面
601B 樹脂成形凸部(樹脂成形により形成される凸部)
601C 固定樹脂の連接部
610 チップ部品
611 ハンダ
7 端子
71A 端子
9 電子部品

Claims (8)

  1. 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して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,固定接点、可動接点、可動片及び熱応動素子を収容し、かつ本体と当該本体へ接合された蓋体とからなる樹脂製ケースと、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、前記可動片と一体または連続に接続され前記ケースの外部に現われた端子片とを備え、前記ケース本体底部またはケース蓋体と発熱体とが接触又は非接触状態で近接して配置されるように、樹脂製ケースと発熱体を保持するための凸部が樹脂成形により、固定樹脂に形成されていることを特徴とするサーマルプロテクタの保持構造。
  2. 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反転して前記可動接点を前記固定接点から離反させる熱応動素子からなる可動片と、前記固定片、固定接点、可動接点及び可動片を収容し、かつ、本体と当該本体へ接合された蓋体とからなる樹脂製ケースと、前記固定片と一体または連続に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片とを備え、前記ケース本体底部またはケース蓋体と発熱体とが接触又は非接触状態で近接して配置されるように、樹脂製ケースと発熱体を保持するための凸部が樹脂成形により、固定樹脂に形成されていることを特徴とするサーマルプロテクタの保持構造。
  3. 前記固定樹脂部は、サーマルプロテクタの保持構造の幅方向断面形状が略この字形をしており、略この字形の対向する2辺の途中に凸部が対向して形成されているか、もしくは対向する2辺に形成された凸部が連接部を介して連接されていることを特徴する請求項1から請求項2のいずれかに記載のサーマルプロテクタの保持構造。
  4. 前記固定樹脂部は、前記発熱体の幅とほぼ同等の幅を持ち、サーマルプロテクタの長手方向に沿って前記樹脂成形凸部が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項3のいずれかに記載のサーマルプロテクタの保持構造。
  5. 前記可動片または/及び前記固定片と一体または連続に接続され、且つ前記ケースの外部に現われた前記端子部が前記発熱体に接触していることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のサーマルプロテクタの保持構造。
  6. 請求項1から請求項5のいずれかに記載のサーマルプロテクタの保持構造において、発熱体が電池パックであることを特徴とするサーマルプロテクタの保持構造。
  7. 請求項6に記載の保持構造を有するサーマルプロテクタを用いた携帯用電子機器。
  8. 請求項6に記載の保持構造を有するサーマルプロテクタを用いた携帯電話。
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