JP2013020864A - Thermal protector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、形態機器のバッテリーパックにおいて過熱を防止するサーマルプロテクターに関する。更に詳しくは、PTC(正特性サーミスター)を内蔵することにより自己保持回路を構成するサーマルプロテクターに関する。 The present invention relates to a thermal protector for preventing overheating in a battery pack of a form device. More specifically, the present invention relates to a thermal protector that forms a self-holding circuit by incorporating a PTC (positive characteristic thermistor).
ノートブックパソコン、タブレットパソコン、携帯電話などの携帯機器には、通常、リチウム二次電池などのバッテリーパックが搭載され、電源として用いられている。この類のバッテリーパックには、多くの場合、バイメタルのような熱応動素子を用いたサーマルプロテクターが用いられ、安全装置となっている。近年、これらの携帯機器は高機能化しているため、消費電力と共にバッテリーパックの充放電時の電流が大きくなり、サーマルプロテクターにも電流の高容量化が望まれるようになっている。 A portable device such as a notebook personal computer, a tablet personal computer, or a mobile phone is usually equipped with a battery pack such as a lithium secondary battery and used as a power source. In many cases, this type of battery pack uses a thermal protector that uses a thermally responsive element such as a bimetal, which is a safety device. In recent years, since these portable devices have become highly functional, the current during charging and discharging of the battery pack is increased along with the power consumption, and it is also desired for the thermal protector to increase the capacity of the current.
これらの要求に応じて、特許文献1には、熱応動部材(バイメタル)近傍に設けられた電気抵抗を高めるための手段と熱応動手段以外の部分に設けられた電気抵抗を下げる手段とを備えるサーマルプロテクターが記載されている。特許文献1においては、可動片を低抵抗にする手段として、純銅、リン青銅、黄銅が用いられており、一方で、可動片を高抵抗手段としてSUS304,SUS301,6mass%Al−4mass%V−Tiなどのほか、Cu−Ni−MnとNi−Feの組合せやNi−Cr−FeとNi−Feの組合せなどが例示されている。
In response to these requirements,
サーマルプロテクターを小型化し、且つ自己保持回路を構成するには、特許文献2におけるように、可動片と固定片の間にPTCを接触させて配置するのが最も簡易で確実な方法である。ここでPTCは、バイメタルが一旦反転すると可動片と固定片との間にあって漏れ電流を自らに流して発熱し、バイメタルの反転状態を維持して、自己保持回路をなす。
In order to reduce the size of the thermal protector and form a self-holding circuit, as in
しかしながら、上記のような先行技術では、部品点数が増加し、また、サーマルプロテクター全体の導通が損なわれるため、工費の節減や高容量化に限界があった。一方で、高抵抗の部分を持たずに、導通性の良い合金のみで固定片を構成すると、次のような問題が生ずる可能性がある。導電性が大きい金属は、伝熱性も大きいため、少なくとも固定片の一部が端子となって外部に露出されると、この端子からの放熱が過多となる。そのため、PTCの発熱がバイメタルに充分に伝わらないゆえ、遮断すべき時にバイメタルの反転状態を維持できない虞がある。 However, in the prior art as described above, the number of parts is increased and the conduction of the entire thermal protector is impaired, so that there is a limit to the reduction in construction cost and the increase in capacity. On the other hand, if the fixed piece is made of only a highly conductive alloy without having a high resistance portion, the following problem may occur. Since a metal having high conductivity has high heat conductivity, if at least a part of the fixed piece becomes a terminal and is exposed to the outside, heat radiation from the terminal becomes excessive. Therefore, since the heat generated by the PTC is not sufficiently transmitted to the bimetal, there is a possibility that the inverted state of the bimetal cannot be maintained when it should be shut off.
本発明の目的は、高容量のサーマルプロテクターのために、導通性の良い合金で固定片を構成しながら、上記のような放熱の過多を抑制して、電流を遮断すべき時に遮断状態を維持できる確実性を担保することである。 The purpose of the present invention is to form a fixed piece with a highly conductive alloy for a high-capacity thermal protector, while suppressing excessive heat dissipation as described above and maintaining a cut-off state when the current should be cut off. It is to ensure certainty.
本発明者は、この課題を解決するため、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、固定接点を有する固定片及び可動接点を有する可動片が、温度変化に応じて反転する熱応動素子により該固定接点と該可動接点が接触又は離反するように、筐体の内部に配置され、固定片及び又は可動片は、表面をニッケル又はクロムでめっきされた導電率60%IACS以上の銅合金部材であって、筐体に埋設され、さらに筐体の外部に延長された端子を有し、熱応動素子又は可動片と共に正特性サーミスターを挟んで保持することを特徴とする。
In order to solve this problem, the present inventor has found the following configuration after intensive studies.
According to a first aspect of the present invention, a fixed piece having a fixed contact and a movable piece having a movable contact are contacted or separated from each other by a thermally responsive element that reverses in response to a temperature change. The fixed piece and / or the movable piece, which is arranged inside the body, is a copper alloy member having a conductivity of 60% IACS or more plated with nickel or chromium on the surface, embedded in the case, and further outside the case. It has an extended terminal, and is held by sandwiching a positive temperature coefficient thermistor together with a thermally responsive element or a movable piece.
さらに本発明の第2態様は、銅合金部材が、導電率70%IACS以上であることを特徴とする。 Furthermore, the second aspect of the present invention is characterized in that the copper alloy member has a conductivity of 70% IACS or higher.
さらに本発明の第3態様は、前記のめっきが固定接点の近傍において、固定接点と固定片との間に施されたことを特徴とする。 Furthermore, the third aspect of the present invention is characterized in that the plating is performed between the fixed contact and the fixed piece in the vicinity of the fixed contact.
さらに本発明の第4態様は、前記のニッケル又はクロムめっきが、2.0乃至3.0μmであることを特徴とする。 Furthermore, the fourth aspect of the present invention is characterized in that the nickel or chromium plating is 2.0 to 3.0 μm.
本発明の第1態様によれば、電流の高容量化を実現し、且つ固定片及び端子からの放熱の過多を抑制して自己保持回路の確実性を担保できる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to increase the current capacity and suppress the excessive heat radiation from the fixed piece and the terminal, thereby ensuring the reliability of the self-holding circuit.
さらに本発明の第2乃至4態様によれば、許容電流10A以上のサーマルプロテクターに、動作の迅速で確実な自己保持回路を装備できる。 Furthermore, according to the second to fourth aspects of the present invention, it is possible to equip a thermal protector having an allowable current of 10 A or more with a self-holding circuit that is quick and reliable in operation.
以下、図を用いて本発明の実施形態を説明する。図1のようにサーマルプロテクター1は、可動片2、固定片3、バイメタル4(熱応動素子)及びPTC5(正特性サーミスター)を樹脂製のケース6(筐体)の内部に配置して構成されている。ケース6はカバー61とベース62により構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
可動片2は、一方の先端に可動接点21を有する細長い板状の金属部材である。可動接点21は、金、銀などの導通性の良い金属を主成分とする合金から形成され、溶接、その他、既知の方法で可動片2に接合される。可動片2は、金属板材をプレス成形により所定の形状に加工して形成する。可動片2の別の先端は、ケースの外部まで延長され、第1端子22となっている。可動片2は、サーマルプロテクターを高容量とするために、導電性の良い合金で形成され、60%IACS以上の導電率を有するのが好ましい。第1端子22の形態は、可動片2のケース6内部に収まる部分と一体に連続するもののみでなく、複数の部材を接合したものであってもよい。
The
固定片3は、可動片2と同様に、金属板材をプレス成形により所定の形状に加工した後、インサート成形により樹脂中に埋設されて、ベース62の一部を構成する。固定片3の可動接点21と接触する部分には、固定接点31が施される。固定接点31は、金、銀などの導通性の良い金属又はこれらの金属を主成分とする合金をクラッド、めっき、その他の既知の方法により固定片3に接合することにより構成する。固定片3の一端は、ベース62の外部に延長されて第2端子32をなす。固定片3の別の一端及び中間部は、PTC5を収容する穴部の底面をなす。
Similarly to the
バイメタル4は、膨張率の異なる複数種の金属材料を積層させた平板状の部材である。バイメタル4の形状は、矩形又は円形で、薄い平板であれば特に限定しない。バイメタル4は、温度変化に応じて反転し、又は原形に復帰する。かかる変形によりバイメタル4は、図1(b)のように、可動片2を押し上げ又は原形に戻して、可動接点21と固定接点31とを離反又は接触させる。
The
PTC5は、例えばチタン酸バリウムなどを主成分として平板状又は円盤状に形成された感熱素子であり、導通すると発熱して電機抵抗を急増させる。PTC5は、バイメタル4又は可動片2の近傍に沿って配置され、バイメタル4と固定片3との間にあって挟まれて保持される。バイメタル4が温度上昇により反転して可動片2を図1(b)におけるように押し上げている状態で、漏れ電流Lを可動片2と固定片3との間に流して発熱しバイメタル4に熱量を供給し、バイメタル4の反転している状態を維持する。かくして自己保持回路が形成される。
The
固定片3と可動片2は、製造加工が容易となることから同一の材質で形成するのが望ましい。よって、高容量のサーマルプロテクター1を構成するために、固定片3は、導電率60%IACS以上の銅合金部材から形成される。さらに、固定片3は、電流容量を10A以上に拡大するために70%IACS以上の導電率を有するのが好ましい。但し、これがため可動片2と固定片3の材料の異なることが排除されるものではいない。
The
固定片3の一部は、第2端子32となって、又は端子になる部材と接合して外部に露出している。さらに、図1におけるようにベース62には、PTC5を収容する穴部の底面64をなす部分が存在し、ここで固定片3は、ケース6の樹脂部63から外に露出している。固定片3は、穴部の底面64でPTC5と接触して、バイメタル4と共にPTC5を挟んで保持する。つまり、PTC5は、固定片3と接触しているので、図1(b)のバイメタル4の反転状態においてPTC5で発生した熱は、これら露出した部分からサーマルプロテクター1の外部に放出する。この放熱が過多である場合、バイメタル4が熱を十分に得られず、反転状態を望ましく発生し、維持できない虞がある。
A part of the
サーマルプロテクター1の許容電流が5Aを超えるためには、固定片3及び可動片2が導電率60%IACS以上の銅材であるのが望ましい。更に電流容量を拡大し、常温(25℃)において10Aを超える許容電流を得るには、少なくとも70%IACS以上の銅合金で固定片3及び可動片2を成形するのが好ましい。前記の導電率の材料を得るには、銅の成分比率が好ましくは90重量%以上、更に好ましくは99重量%以上を占めることが必要となる。一般に金属材においては、導電性と放熱性には正の相関があるため、サーマルプロテクター1の使用電流を高容量にすると、前記ような放熱が更に過多となる虞がある。
In order for the allowable current of the
前記の放熱の過多などの不都合を抑止するため、本発明においては、図2のように固定片3の表面を保温のためにめっきしている。固定片3の保温めっき33は、めっきされた材料を固定片3にブレス成形することによって施してもよいし、固定片3を成形した後にめっきしてもよい。固定接点31は、金、金合金、銀又は銀合金をめっき、クラッド、溶接などにより固定片3に付したものである。固定接点31は、後述の観点から固定片3をめっきしたあとにその保温めっき33の上に施すのが好ましい。しかし、先に固定接点31を設けてから、固定接点31の箇所を避けてめっきすることでも付すこともできる。
In order to suppress inconvenience such as excessive heat dissipation, the surface of the fixed
以下、保温めっき33の施される場所には、固定片3及び固定接点31を説明しているが、この説明において、固定片3及び固定接点31をそれぞれ可動片2及び可動接点21に置き換えても、端子が外部に露出して放熱の過多となる虞がある場合、本発明の保温めっきを適用するのは、同様に有用である。固定接点31と固定片3との間に保温めっき33を適用するのは、固定片3又は固定接点31の近傍とすると、次の観点から更に有用である。
Hereinafter, the fixed
保温めっき33の材質には、可用性などの観点からニッケル又はクロムが好ましく用いられる。ニッケル又はクロムによるめっきは、単体であっても、これらの金属を主成分として、他の金属との合金の態様を取ってもよい。めっきが容易である観点から、ニッケルが特に好ましい。バイメタル4の反転する遮断状態は、特に過放電のとき、可動片2の発熱がバイメタル4に伝わることによって実現する。固定接点31と可動接点21が接触する箇所は、接触抵抗が発生するので、通電時に熱源となる。この熱源から発した熱は可動片2に伝わり、過熱時にはバイメタル4を反転させることになる。よって、この熱が固定片3から逃げるのを防ぐために、保温めっき33は、固定接点31と固定片3との間に施すのが好ましい。このような保温めっき33により、バイメタル4の迅速な反転動作が実現できる。
Nickel or chromium is preferably used as the material of the
保温めっき33の厚さは、導通性と保温性能との両立の観点から2.0乃至3.0μmであるのが好ましい。この範囲を下回ると、保温の効果が充分でなくなる虞がある。逆にこの範囲を上回ると、固定片3の銅合金材を加工(特に曲げ加工など)する時に、剛直なニッケルに割れが生じやすく、同時に基材の銅合金層も割れる虞がある。したがって、保温めっき33の厚さは、前述の範囲内にあることが好ましい。保温めっき33は、固定片3の表面全体に亘って存在する必要はなく、ケース6の樹脂部63の外部に露出した部分にのみ施せばよく、この露出部分の全体に及ばずとも、PTC5の発する熱をサーマルプロテクター1の外部に過度に逃がさないようであればよい。
The thickness of the
省工程及び工費節減の観点から固定接点31は、銀又は銀合金のストライプめっきであるのが好ましい。固定接点31の厚さは、3.5乃至4.5μmであるのが好ましく、更に好ましくは2.0乃至3.0μmである。但し、固定接点31の層厚は、接触抵抗を低減させる機能を果たす限り、特に上限はない。前記のように保温めっき33の厚さを規定することにより、保温めっき33の上に重ねて固定接点31を設けることができる。保温めっき33の上に固定接点31をめっきできるので、クラッドなどによるより安価に固定接点31を得られる。
The fixed
めっきの密着性の観点から、固定接点31の銀めっき層は、保温めっき33の表面に、直接、施すことが好ましい。さらには、固定接点31において、保温めっき33の層と固定接点31の層との間に固定接点31と同じ材質又は主成分によるストライクめっきを施すことが更に好ましい。銀、ニッケル又はクロムは、充分な配合比が保たれていれば、合金の態様であってもよい。めっきの工程については、通常の機能めっきとして処理してよいが、前記のニッケル又はクロムは、亜鉛を含む合金(黒めっき)でないのが望ましい。
From the viewpoint of plating adhesion, the silver plating layer of the fixed
本発明においては、筐体の内部において熱応動素子により固定接点と可動接点が接触又は離反する具体的な態様は問わない。例えば、可動片2の形状は、本実施形態のように片端のみに可動接点を施したものばかりでなく、可動片の両端に可動接点を施して羽ばたき様の動作により二箇所の固定接点と接触又は離反するものであってもよい。熱応動素子は、可動片から独立した部材である必要はなく、可動片と一体に形成されたものであってもよい。正特性サーミスターは、熱応動素子と固定片に挟まれる形態に限られず、可動片と固定片に挟まれる形態であってもよい。後者の、可動片と固定片に挟まれる形態にあっても、熱応動素子と正特性サーミスターを並列にすることが可能である。
In the present invention, a specific mode in which the fixed contact and the movable contact are brought into contact with or separated from each other by the thermally responsive element inside the casing is not limited. For example, the shape of the
1 サーマルプロテクター、
2 可動片、
21 可動接点、22 第1端子、
3 固定片、
31 固定接点、32 第2端子、33 保温めっき、
4 バイメタル、
5 PTC(正特性サーミスター)、
6 ケース(筐体)、
61 カバー、62 ベース、63 樹脂部、64 穴部の底面、
L 漏れ電流、
1 Thermal protector,
2 movable pieces,
21 movable contact, 22 first terminal,
3 fixed pieces,
31 fixed contact, 32 second terminal, 33 heat insulation plating,
4 Bimetal,
5 PTC (positive thermistor),
6 Case (housing),
61 Cover, 62 Base, 63 Resin part, 64 Bottom of hole part,
L leakage current,
Claims (4)
前記固定片及び又は可動片、表面をニッケル又はクロム若しくはこれらを主成分とする合金によりめっきされた導電率60%IACS以上の銅合金部材であって、前記筐体に埋設され、さらに前記筐体の外部に延長された端子を有し、前記熱応動素子又は前記可動片と共に正特性サーミスターを挟んで保持することを特徴とするサーマルプロテクター。 A fixed piece having a fixed contact and a movable piece having a movable contact are arranged inside the housing so that the fixed contact and the movable contact are brought into contact with or separated from each other by a thermally responsive element that reverses in response to a temperature change.
A copper alloy member having a conductivity of 60% IACS or more plated on the fixed piece and / or the movable piece with nickel or chromium or an alloy containing these as a main component, embedded in the case, and further A thermal protector having a terminal extended outside and holding a positive temperature coefficient thermistor together with the thermal responsive element or the movable piece.
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