JP2013020771A - サーマルプロテクターの端子を補強する構造 - Google Patents

Abstract

【課題】
部品点数を減らし、工費を節減できるサーマルプロテクターにおいて、曲げ、撓み等の外力による端子の変形を抑制し、可動アームとなる材料の選択肢を増加し、くわえて材料の加工時に発生するクラックを防止する。
【解決手段】
端子部とアーム部とが可動アームの曲げ部により一体化されており、さらに当該曲げ部には、可動アームの長手方向に沿って補強ビードが施される。補強ビードは、端子部及び又は曲げ部より断面積が小さくなる狭窄部において左右対称に設けられる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、二次電池に内蔵される小型のサーマルプロテクターに関する。詳細には、端子部と可動アームとが一体にされたサーマルプロテクターに関する。

例えば、特許文献１には、可動アームと端子とが一体化されたブレーカー（サーマルプロテクター）において、端子に掛かる外力に対処する従来技術が開示されている。具体的には、端子と可動接点の付されたアーム部との間に、断面積が小さいため弾性係数の低い弾性部を設ける構造、当該弾性部が貫通孔（抜き穴）を有するもの等である。

前記のように可動アームにおいて、アーム部（可動接点が付され熱により変形する可動部分）と端子とが一体化された形態は、部品点数が減るため、工費の低減という利点があるが、当該端子に曲げ等の外力が加わると可動接点の接触圧及び接触抵抗に悪影響を与える虞がある。この従来技術において、弾性係数の低い弾性部は、外力が接触抵抗に与える影響を防ぐものである。

くわえて、当該端子を含めてサーマルプロテクターの端子は、サーマルプロテクターの回路基板への取付けを容易とするために、双方とも同じ高さ（サーマルプロテクターを構成するケースに対する端子の高さが等しい）であることが望ましい。そのため、可動アームのアーム部の加工と同時に、当該端子と連続して、曲げ加工により段曲げされた曲げ部を可動アームに設けることになる。

ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／０５１９４１

近年、例えばタブレットパソコン、ノートパソコン等の携帯機器の情報処理量は、益々増大している。それらに搭載される二次電池の消費電力も大きくなり、したがって、二次電池において高容量の使用電流が望まれている。

こうしてサーマルプロテクターの電流容量も増大を望まれることになり、下記のような問題が生ずる。通常、サーマルプロテクターの配電線には、銅材が用いられる。銅材は、様々な電流容量を持つ合金であり、一般に銅の含有率が大きいほど電流容量も大きくなる。したがって高容量化のためには、銅の含有率の大きい合金を用いることになる。

銅の含有率の大きい合金は、一般に靭性が不足するためプレス加工時にクラックを生じやすい。くわえて、硬度が小さいため、端子は、二次電池の回路基板への取付け時又は曲げ、抜き等のプレス加工の過程で、曲げ、撓み等の外力に対して脆弱で、不如意に変形しやすく、のみならず、曲げ部の近傍に抜き穴等がある場合は、抜き穴の近辺に応力が集中するため、加工精度を制御するのが難しい。

本発明者は、これら問題を解決するため、鋭意検討の末、次のような構成を見出した。本発明の第１態様は、端子部とアーム部とが可動アームの曲げ部において連結されており、さらに該曲げ部には、可動アームの長手方向に沿って補強ビードが施されたことを特徴とする。

本発明の第２態様は、可動アームにおいて、曲げ部に対してアーム部の側にあって端子部及び又は曲げ部より断面積が小さい狭窄部が曲げ部の近傍に設けられ、さらに、該狭窄部まで補強ビードが延長されたことを特徴とする。

本発明の第３態様は、狭窄部に抜き穴が開けられ、さらに該抜き穴について左右対称に補強ビードが設けられたことを特徴とする。

本発明の第４態様は、前記可動アームが、銅の含有率が９９重量％以上である金属材料により形成されたことを特徴とする。

本発明の第１態様によれば、端子部とアーム部とが可動アームにおいて連結され一体化しているので、部品点数を減らし、工費を節減できる。さらに、補強ビードにより曲げ、撓み、等の外力による端子の変形を抑制できるので、可動アーム及び端子に用いられる材料の選択肢を増加でき、くわえて材料の加工時に発生するクラックを防止できる。

本発明の第２態様によれば、端子の曲げ等の外力に更に効果的に対処できる。

本発明の第３態様によれば、端子の曲げ等の外力に対処する構造を簡便に実現できる。

本発明の第４態様によれば、サーマルプロテクターの電流の高容量化が可能となる。

サーマルプロテクターの全体的構造を概念的に表す断面図 可動アームの平面図、断面図、及び断面の一部拡大図

以下、図を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態によるサーマルプロテクターの全体構成を示す断面図である。サーマルプロテクター１は、固定接点６ａを有する固定部５と、先端に可動接点３ａを有する可動アーム２と、バイメタル７（熱応動素子）と、ＰＴＣ８（正特性サーミスター）と、固定部５、可動アーム２、バイメタル７及びＰＴＣ８を収容するケース９によって構成されている。ケース９は、ベース９ｂとベース９ｂの上面に装着されるカバー９ａ等によって構成されている。本発明の可動アーム２を除く部材及び構成は、従来技術と同様のものを適用することができる。

図２は、本発明の可動アーム２を平面視及び断面視したものである。可動アーム２は、片端に可動接点３ａを付したアーム部３、翼部５ｃを有しベース９ｂに可動アーム２を固定する固定部５、抜き穴５ｂを開けた狭窄部５ａ、端子部４、及び端子部４とアーム部３とを連結する曲げ部４ａ等から構成される。可動アーム２は、可動接点３ａがバイメタル７の変形により固定接点６ａと接触又は離反するように配置される。ＰＴＣ８は、可動接点３ａと固定接点６ａとが離反している間、可動アーム２と固定部５との間で導通し、発熱により可動接点３ａと固定接点６ａとが離反する状態を維持するように配置される。

アーム部３及び端子部４は、金属材料からプレス加工により、一体的に成形される。端子部４は、アーム部３の可動接点３ａの側と反対側の片端において端子部４と連結している。端子部４は、ケース９の外部に露出している部分である。端子部４には、曲げ部４ａがプレス加工時に形成される。曲げ部４ａでは、二段曲げ加工により可動アーム２の端子部４の高さが、固定部５と一体の別の端子部６bと同じになっている。このようにケース９に対して同水準に両端子の高さを一致させることにより二次電池の回路基板への取付が容易となる。曲げ部４ａは、端子部４の一部となってケース９の外部に露出しているが、ケース９の内部に収容される形態であってもよい。

曲げ部４ａの形成の際には、この周辺に最も大きな変形が材料に加えられる。したがって材料によっては、変形で曲げ部４ａにクラック（ヒビ、割れ）等が発生する虞がある。とりわけ、導電性の高い銅合金は、銅以外の成分が少なく純銅に近いので、硬度、弾性、靭性等の強度が一般的なリン青銅等に比べて低い。さらに、かかる導電性の高い銅合金は、一般的なリン青銅等の電気材料に及ばないゆえ、加工後、可動アーム２がケース９に固定されても、サーマルプロテクター１の端子部４が従来品より外力に対して脆弱である。

上記の理由により、サーマルプロテクター１を高容量にするために、強度の低い材料を可動アーム２に用いると、望ましくない現象が懸念される。ゆえに本発明においては、可動アーム２を成形するプレス工程において、図２（ａ）及び図２（ｂ）のように端子部４の長手方向にコイニング加工により曲げ部４ａに補強ビード４ｂを施している。コイニング加工は、補強ビード４ｂの断面を拡大した図２（ｃ）に示すエンボス加工のように材料厚を変えない加工法が一般的であるが、材料が部分的に厚くなる加工法であってもよい。補強ビード４ｂの主要な部分は、可動アーム２の長手方向に伸張するが、他の方向に伸張している部分もあり得る。コイニング加工による隆起の大きさの目安は、材料となる板材の厚さの半分から一倍程度である。

上記に加えて、可動アーム２には、狭窄部５ａが設けられ、その部分は端子部４より幅狭になっている。狭窄部５ａは、曲げ部４ａと隣接してアーム部３の側に設けられる。狭窄部５ａとアーム部３との間には、固定部５が存在し、ここで可動アーム２がケース９に固定される。狭窄部５ａによって、或る程度の外力Ｂが端子部４に掛かっても、狭窄部５ａと端子部４との境界で端子部４の変形が留保され、緩和される。こうして、端子部４の掛かる外力Ｂがアーム部３に波及しないので、可動接点３ａと固定接点６ａの間の接触抵抗が変動せず、安定する。固定部５は、翼部５ｃによって狭窄部５ａを含む可動アーム２の他の部分より幅広になっており、カバー９ａが可動アーム２をベース９ｂに強く抑え付ける。

外部に露出する端子部4及び曲げ部４ａより幅狭で、可動アーム２の長手方向から見て断面積の小さい狭窄部５ａには、近傍の曲げ部４ａを形成する際に、曲げ部が幅広である場合より大きな応力が掛かるので、補強ビード４ｂは、狭窄部５ａまで延長されるのが望ましい。曲げ部４ａの近傍で、幅狭になっているか、隆起、陥没等の凹凸形状を取るか、その他、穴、切り欠き等の形状を取る部分は、場合によって加工時の応力が集中して上記の段曲げ加工で影響を受けやすく、寸法精度等が狂う虞が大きい。

狭窄部５ａには、可動アーム２が成形される工程においてプレス加工（抜き加工）により円形の抜き穴５ｂが開けられる。この抜き穴５ｂの存在により狭窄部５ａは、可動アーム２において最も狭く、断面積の小さい箇所となっている。抜き穴５ｂには、図１の固定部５におけるようにベース９ｂの突起９ｃが貫通してカバー９ａと接合してベース９ｂとの接合強度を高める。上記のように抜き穴５ｂは、加工時に寸法精度が狂いやすいにもかかわらず、可動アーム２及び可動接点３ａの正確な位置決めにとって重要である。よって、補強ビード４ｂは、曲げ部４ａから抜き穴５ｂの近傍まで延長されるのが好ましい。長手方向に見て狭窄部５ａの抜き穴５ｂを挟んだ両端の部分は特に幅狭になって歪を生じやすい。よって補強ビード４ｂは、図２におけるように狭窄部５ａについて左右対称に抜き穴５ｂを挟んで走るのが好ましい。

曲げ部４ａがアーム部３と同程度の断面積と幅を持っていても、固定部５において曲げ部４ａ近傍が幅狭となれば、狭窄部５ａに該当する。一方、端子の先端が分岐するなどして細くなっていても、固定部５において曲げ部４ａ近傍が曲げ部４ａより幅狭となっていれば、同様に狭窄部５ａに該当する。以上のような例には、翼部５ｃや抜き穴５ｂのない形態もありえる。このように端子部４又は曲げ部４ａより幅狭であれば、曲げ部４ａの補強ビード５ｂは、曲げ外力Ｂに対して、曲げ部４ａ及び狭窄部５ａの強度を向上させ、同時に狭窄部５ａにより、端子４に掛かる外力が接触抵抗に与える影響を防ぐことができる。さらに、曲げ部４ａは、インサート成形などによりケース９に内蔵されることもでき、外部に露出するものに限定されない。

サーマルプロテクター１の許容電流を常温下（２５℃）で１０Ａ以上の大きさとするためには、可動アーム２及び固定部５の材料が９５重量％以上の銅を含有する銅合金であるのが好ましく、９９重量％以上の銅を含有する銅合金であるのが更に好ましい。銅の比率が大きく組成が純銅に近い場合、他の成分の不足のため、銅合金には、弾性、靭性、硬度などの機械的な強度が不足する。このような銅合金には、端子曲がり等の不良が発生する虞があるので、補強ビード４ｂが有用である。

補強ビード４ｂを可動アーム２に印加するには、補強ビード４ｂを材料の板材に施した後に、可動アーム２の外形を成形し、曲げ部４ａを付すのが一般的であるが、可動アーム２を形作る打抜き加工、曲げ部４ａを設ける段曲げ加工、補強ビード４ｂを付すコイニング加工等の各工程の順序は、前記に限定されるものではない。

本発明のサーマルプロテクターは、熱応動素子により接触又は離反する接点を有する可動アームの曲げ部にコイニング加工等により補強ビードが施されているほか、特に制限はなく、可動アームと熱応動素子が一体となっているもの等、各種の変形があり得る。また、狭窄部の抜き穴、補強ビード等の形状や個数等も以上に示した形態に限定されるものではない。

１ サーマルプロテクター、
２ 可動アーム、
３ アーム部、 ３ａ 可動接点、
４ 端子部、 ４ａ 曲げ部、 ４ｂ 補強ビード、
５ 固定部、 ５ａ 狭窄部、 ５ｂ 抜き穴、 ５ｃ 翼部、
６ 固定片、 ６ａ 固定接点、 ６b 別の端子部、
７ バイメタル、
８ ＰＴＣ、
９ ケース、 ９ａ カバー、 ９ｂ ベース、
Ｂ 外力（曲げ）、

Claims (4)

1. 一方の片端において固定接点と接触又は離反する可動接点を有するアーム部がもう一方の片端において端子部と一体となって形成された可動アームを備え、
   該端子部と該アーム部とは、該可動アームの曲げ部において連結されており、さらに該曲げ部には、前記可動アームの長手方向に沿って補強ビードが施されたことを特徴とするサーマルプロテクター。
2. 前記可動アームにおいて、前記曲げ部に対して前記アーム部の側にあって前記端子部及び又は曲げ部より断面積が小さい狭窄部が前記曲げ部の近傍に設けられ、
   さらに、該狭窄部まで前記補強ビードが延長されたことを特徴とする請求項１のサーマルプロテクター。
3. 前記狭窄部には、抜き穴が開けられ、さらに該抜き穴について左右対称に前記補強ビードが設けられたことを特徴とする請求項１又は２のサーマルプロテクター。
4. 前記可動アームは、銅の含有率が９５重量％以上である金属材料により形成されたことを特徴とする請求項３のサーマルプロテクター。

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