JP2013137996A - バイメタル用フープ材およびそれを利用したバイメタル素子の製造方法、ならびに温度ブレーカ - Google Patents

Abstract

【課題】バイメタル個片をキャリア部から切り離す際に、バイメタル中央部に成形したスナップ要素に変形等が生じず、小型化に対応でき精密加工が容易になる様に改良されたバイメタル用フープ材を提供する。
【解決手段】長尺帯状のバイメタル板を巻回したコイル材の略中央部にドーム状のスナップ要素１２ａを形成したバイメタル個片を連続配置するバイメタル用フープ材１０において、バイメタル素子１２は、バイメタルに設けたドーム状のスナップ要素１２ａと、スナップ要素１２ａの外縁を囲んだ平板状または緩曲面状の枠部１２ｂを有し、隅角に設けたタイバー部１３を介してフープ材のキャリア部１１と接続させ、枠部隅角からスナップ要素外縁まで拡幅した面内のみに切断刃の当接面が当たるようにし、バイメタル個片をキャリア部１１から切り離す際に、切断工具がバイメタルのスナップ要素１２ａに接触せず、変形や欠損が生じないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイメタル素子の成形加工方法に係り、特定形状を有するバイメタルフープ材およびそのフープ材から切断分離することにより得た反転作動精度に優れたスナップ・バイメタル素子の製造方法に関する。

温度ブレーカなどの熱応動スイッチに使用されるバイメタル素子に、瞬発的な温度反転作動が可能なスナップアクション式バイメタルがある。スナップアクション式バイメタルは、長尺帯状のバイメタル板を巻回したコイル材にプレス加工を施して複数のバイメタル素子を連続配置したフープ材を用意し、各バイメタル素子にスナップアクションを可能とするドーム状のスナップ要素を形成した後、フープ材から各バイメタル素子を個片に切り離して製造される。温度ブレーカなどの組立工程においては、長尺のバイメタル・コイル材に予め所望の加工を施したバイメタル用フープ材、すなわち帯状に巻回したキャリア部（スプロケット搬送帯）にタイバー部を介して複数のバイメタル素子を連接した形状のフープ材が供給され、このフープ材から連続的にバイメタル個片が切り離された後、温度ブレーカに組み込まれて組み立てられている。この場合、従来は特許文献１に記載されているようにバイメタル用フープ材は、矩形バイメタル素子の長辺または短辺に配置されたタイバー部でキャリア部と接続された形状を有していた。

特開２００２−０８３５２３号公報

バイメタル用フープ材からバイメタル素子個片を切断する場合は、切断加工時のダレやバリがバイメタル素子に生じないように、バイメタル素子の本体部を上下２つの切断刃で挟み込み剪断加工するのが望ましい。しかしながら、従来形状のバイメタル用フープ材は、矩形バイメタル素子の長辺または短辺に配置されたタイバー部でキャリア部と接続された形状を有しているので、バイメタル素子の寸法をより小さくしようとした場合に、バイメタル素子をキャリア部から切断する際、矩形バイメタル素子に配置したドーム状のスナップ要素と切断刃の当接面が干渉し、無理に切断すると切断時の加工変形や傷痕等がスナップ要素にまで波及してバイメタルの反転作動精度の低下や作動温度にばらつきが生じ、製品サイズを一層小型のものに変更したい場合の障害となっていた。そのため、高精度の作動温度が要求される超小型の温度ブレーカにおいては、精度の向上やさらなる小型化に限界があり、量産時の歩留まりも悪くコスト増の原因となっていた。本発明は、上記課題を解決するため、バイメタル用フープ材において、バイメタル個片をキャリア部から切り離す切断加工の際に、バイメタル中央部に成形したスナップ要素に変形等が生じないフープ材形状を有し、小型化に対応して精密加工が容易になる様に改良されたバイメタル用フープ材を提供し、より微小なスナップ・バイメタルおよび温度ブレーカの製造を可能とするものである。

本発明によると、２層構造のバイメタル材または３層構造のトリメタル材などを含むバイメタル素子を連続配置するバイメタル用フープ材において、バイメタル素子は、ドーム状のスナップ要素と、該スナップ要素の外周縁を囲んだ平面状または緩曲面状の枠部とを有し、この枠部の隅角に設けたタイバー部を介してフープ材のキャリア部と接続することにより、バイメタル素子の個片をキャリア部から切り離す際に、枠部内のみに切断刃の当接面が当たるようにして、切断工具がスナップ要素に接触せず、スナップ要素に変形や欠損が生じないようにしたスナップ・バイメタル用フープ材が提供される。

本発明の別の観点によると、温度ブレーカ等のブレーカースイッチの製造方法において、バイメタル板を巻回した長尺帯状のコイル材を、順送りプレス成形により不要部の抜きを行って、スプロケット係合孔を含むキャリア部と、該キャリア部に周期的間隔で連続配置されたタイバー部と、該タイバー部に隅角で連接された矩形バイメタル素子と、該バイメタル素子の略中央部にコイル材板面からドーム状に突出したスナップ要素およびこのスナップ要素の外周縁を囲んだ平面状または緩曲面状の枠部とを備えたバイメタル用フープ材を調達するプレス成形工程と、切断機によりバイメタル用フープ材の枠部に切断刃を当接してタイバー部からバイメタル素子を剪断する切断工程と、切断後回収したバイメタル素子の個片を導出電極付きの絶縁パッケージ内に順次組み込み絶縁パッケージ開口部を封止して小型ブレーカに組み立てる組立工程とを含む温度ブレーカの製造方法であり、バイメタル素子の隅角に設けた枠部に切断刃を当接させてタイバー部からバイメタル素子を切断してキャリア部と分離することによって、切断時に発生するバイメタルの変形や欠損の影響がバイメタルのスナップ要素に波及しないよう防止したスナップ・バイメタルの製造方法が提供される。

さらに、本発明に係るスナップ・バイメタルを用いた温度ブレーカが提供される。すなわち、固定接点を有する第１端子リードと、可動接点を有する可動アームに通電する第２端子リードとを備え、可動アームの可動接点と第１端子リードの固定接点とが接触または開離するように可動アームを配置し、可動接点および固定接点を接触または開離させるべく所定温度でスナップ反転作動する熱応動体と、この熱応動体の近傍に設置した正温度係数サーミスタのＰＴＣ素子とをさらに備えた温度ブレーカにおいて、熱応動体は、本発明に係るスナップ・バイメタル用フープ材から分離したバイメタル素子で構成したことを特徴とする温度ブレーカが提供される。

本発明によってバイメタル素子の隅角に設けたタイバー部を介してキャリア部と接続されることで、バイメタル個片をキャリア部から切り離す際に切断加工の影響が予めバイメタル素子の略中央部に成形したスナップ要素に波及しないフープ材形状を提供し、従来よりも小型かつ動作精度のばらつきの少ないスナップ・バイメタルの製造が可能となり、従来よりも微小な温度ブレーカの製造が可能となる。

バイメタル素子の対角線上にある一つの隅角に片持ち式にタイバー部を設けたバイメタル用フープ材１０を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は平面図のＤ−Ｄで切断した断面図、（ｃ）はバイメタル用フープ材を切断する可動刃の当接面を示した平面図、（ｄ）は切断後のバイメタル個片の平面図および側面図である。 バイメタル用フープ材１０を変形したバイメタル用フープ材２０を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は平面図のＤ−Ｄで切断した断面図である。 バイメタル素子の対角線上の両隅角にそれぞれタイバー部を設けたバイメタル用フープ材３０を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はＤ−Ｄで切断した断面の側面図である。 バイメタル用フープ材３０を変形したバイメタル用フープ材４０を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は平面図のＤ−Ｄで切断した断面図である。 バイメタル用フープ材３０を変形したバイメタル用フープ材５０を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は平面図のＤ−Ｄで切断した断面図である。 バイメタル素子の片側一辺の隅角にそれぞれタイバー部を設けたバイメタル用フープ材６０を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は平面図のＤ−Ｄで切断した断面図である。 本発明に係る温度ブレーカ７０であり、（ａ）はその部品部材を分解した斜視図を示し、（ｂ）は組立完成後の平面斜視図を示し、（ｃ）は組立完成後の下面斜視図を示す。 比較例のバイメタル用フープ材８００とその剪断加工の状態を示した図である。

本発明に係るバイメタル用フープ材には、２層構造または３層構造のトリメタル材などを含むバイメタル材を利用でき、目的とする反転温度によって使用するバイメタル材を自由に選ぶことができる。以下、本発明に係るスナップ・バイメタル用フープ材について、図１〜図８を参照しながら説明する。

図１は、矩形バイメタル素子の対角線上にある一つの隅角に片持ち式にタイバー部を設けた実施例１のバイメタル用フープ材１０を示す。実施例１のバイメタル用フープ材１０は、例えば、低膨張材のＮｉ−Ｆｅ合金層と高膨張材のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金層とからなるバイメタル材などが好適に利用できる。図１（ａ）において、１１は等間隔に配置したスプロケット係合孔１１ａを備えた搬送帯のキャリア部、１２はドーム状のスナップ要素１２ａとスナップ要素１２ａの外周縁を囲んだ緩曲面状の枠部１２ｂとを備えたバイメタル素子、１３はバイメタル素子１２とキャリア部１１とを連接するタイバー部を示し、複数のバイメタル素子１２がキャリア部１１にタイバー部１３を介して間隔配置されたバイメタル用フープ材１０が提供される。各バイメタル素子１２は、タイバー部１３のＣ−Ｃで示した切断位置でキャリア部１１と切断される。切断は、図１（ｃ）に示される様に二つの可動刃１５の当接面１７の間にバイメタル素子１２の枠部１２ｂを挟みこんで上下動させることにより、固定刃１６と両可動刃１５とを用いて、タイバー部１３でバイメタル素子１２とキャリア部１１とを剪断するが、タイバー部１３をバイメタル素子１２の対角線上の隅角に配置したことで、バイメタル素子１２のスナップ要素１２ａ外周縁の枠部１２ｂのみで二つの可動刃１５の当接面１７と固定刃１６の当接面を受け止めることができ、可動刃１５または固定刃１６がドーム状のスナップ要素１２ａに接触しない様に当接できるので、バイメタル素子１２のスナップ要素１２ａを変形させることなく、図１（ｄ）のバイメタル個片１８に切断することができる。

これに対して図８に示す比較例のバイメタル用フープ材８００では、サイズの小さいバイメタル個片を加工した場合に、バイメタル素子８１２と搬送帯であるキャリア部８１１とをタイバー部８１３の端部で切断すると、図８（ｂ）に示される様に切断位置Ｃ−Ｃの枠部８１２ｂの面積が狭隘なため、二つの可動刃８１５の間や固定刃８１６と可動刃８１５との間にスナップ要素８１２ａも同時に挟みこんで剪断され、切断後のバイメタル個片８１８はスナップ要素８１２ａのドーム状部分が図８（ｄ）の様に変形してしまい各バイメタルのスナップ反転温度にバラツキが生じ高精度の製品は得られない。また、切断刃がスナップ要素８１２ａのドーム状部分に掛からないように当接面をキャリア部８１１方向にずらして切断すると、タイバー部８１３がバイメタル素子８１２の外周端より突出してバリを形成してしまう。バイメタル用フープ材は、長尺のバイメタル板材を回巻したコイル材に適当なプレス成形加工等を施して作製され、その際、出来るだけコイル材の利用率が良い廃材の少ない形状とされるため、従来、バイメタル用フープ材の形状は、専ら図８に示す比較例の形状が用いられてきた。本発明のバイメタル用フープ材１０の形状は、図８の構造に比較してピッチ間隔が広くなってしまうためコイル材の利用率が悪く経済的な不利益から用いられなかったが、特に微小サイズのバイメタル個片が要求される小型ブレーカにおいては、バイメタル用フープ材１０のフープ材形状を採用することで、切断加工の歩留まりが飛躍的に向上し、トータルの部材利用率もむしろ従来形状のものより改善でき問題なく利用できることが分った。

図２は、実施例１を変形した変形例１のバイメタル用フープ材２０を示す。変形例１は、キャリア部２１に取り付ける矩形バイメタル素子２２を実施例１の配置から４５度回転させた位置に配置してバイメタル素子２２の外縁一辺がキャリア部２１と平行となるよう変形したもので、先に示した実施例１と同様に、バイメタル用フープ材２０からバイメタル個片を切断する際、フープ材を挟んで上下から当接する剪断刃の当接面が、ドーム状のスナップ要素２２ａに接触しないように、矩形バイメタル素子２２の隅角部にタイバー部２３を設け、スナップ要素２２ａ外周縁の平板状の枠部２２ｂで可動刃と固定刃の当接面を受け止める構成を確保したまま、バイメタル材料の利用率を向上させている。

図３は、バイメタル素子３２の対角線上の両隅角にそれぞれタイバー部３３を設けた実施例２のバイメタル用フープ材３０を示す。実施例２は、各バイメタル素子３２の上下に等間隔配置したスプロケット係合孔３１ａを備えたキャリア部３１を有し、バイメタル素子３２が搬送時の外力によりタイバー部３３で折れ曲がることを防止したもので、矩形バイメタル素子の隅角部２箇所にタイバー部３３を設けて、バイメタル個片の切断時に、剪断刃の当接面がスナップ要素３２ａに接触せず、緩曲面状の枠部３２ｂで可動刃と固定刃の当接面を受け止める構成を確保したままで、搬送の安定化と高速化が可能となる。なお、実施例２のバイメタル用フープ材３０は、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ合金層とＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金層とからなるバイメタル材などが好適に利用できる。

図４〜図６は、何れも実施例２のバイメタル用フープ材３０を変形したスナップ・バイメタル用フープ材を示す。図４は、変形例２のバイメタル用フープ材４０を示し、キャリア部４１に取り付ける矩形バイメタル素子４２の配置を図３の実施例２の位置から４５度回転させた配置に変形して矩形バイメタル素子４２の外縁一辺がキャリア部４１と平行になるようにすることで、図２のバイメタル用フープ材２０と同様にバイメタル材料の利用率を向上させている。なお、図５に示す変形例３のバイメタル用フープ材５０のように、バイメタルの切断位置は、タイバー部５３の形状をＬ字型に変形して、バイメタル素子５２の切断位置をキャリア部５１と直交するＣ−Ｃの位置に９０度回転させても差し支えない。さらに、図６に示した変形例４のバイメタル用フープ材６０のように、バイメタル素子６２の両隅角にそれぞれ設けたタイバー部６３は、バイメタル素子６２の片側一辺の隅角上下にタイバー部６３を設けた配置に変形できる。

上述したように、本発明のスナップ・バイメタル用フープ材は、フープ材を挟んで上下から当接する切断刃が、搬送帯のキャリア部平面から凸型に突出したドーム状のスナップ要素に接触しないように矩形バイメタル素子の４つの隅角の少なくとも１箇所にタイバーを設け、スナップ要素外周縁の枠部のみで２つの可動刃の当接面と固定刃の当接面とを受け止めることを特徴としている。また、図４〜図６および図２に示すように、バイメタル個片の外周端より内側に切断位置Ｃ−Ｃを配置したい場合には、バイメタル素子の外周端より内側に湾曲するにげ代４９、５９、６９および２９を形成し切断位置をバイメタル素子の外周端より内側に配置しても良い。

次に、本発明のスナップ・バイメタルおよび温度ブレーカの製造方法について図１を参照しながら説明する。長尺帯状のバイメタル板またはトリメタル板を巻回したコイル材は、プレス成形工程で順送りにより金型プレス成形加工され、不要部の抜きを行ってスプロケット係合孔１１ａ、バイメタル素子１２、タイバー部１３を成形すると共に、バイメタル素子１２の中央部にコイル材平面から凸型に突出したドーム状のスナップ要素１２ａおよびスナップ要素１２ａの外周縁を囲んだ平面状または緩曲面状の枠部１２ｂを成形して、複数のバイメタル素子１２をキャリア部１１に等間隔配置したタイバー部１３で連接したバイメタル用フープ材１０に加工され、歪をとるため所定の熱処理を施される。次いでバイメタル用フープ材１０は、切断工程で切断機にセットされキャリア部１１に相通されたスプロケットにより各バイメタル素子１２は順送りされて、二つの可動刃１５の当接面の間に枠部１２ｂを挟んで、可動刃１５と固定刃１６からなる切断刃を用いてタイバー部１３端のＣ−Ｃ切断位置でバイメタル個片に切断される。二つの可動刃１５の当接面１７で枠部１２ａのみを挟み込んで、可動刃１５と固定刃１６を用いて剪断することで切断端面のダレやバリの発生を防止し、同時にバイメタル素子１２のスナップ要素１２ａの変形や欠損を防止して、図１（ｄ）のバイメタル個片１８の形状に精密切断することができる。回収した切断後のバイメタル個片１８は、作動温度を安定化させる目的で慣らし反転動作を行いながら、組立工程で導出電極を有する所定の絶縁パッケージ内に順次組み込まれ、パッケージ開口部を封止して小型温度ブレーカに組み立てられる。上述した切断工程は、切断刃に可動刃１５と固定刃１６を用いて、二つの可動刃１５の当接面１７で枠部のみを挟み込み、固定刃１６に沿って可動刃１５を動かし剪断することでバイメタル素子のスナップ要素を変形や欠損等させることなく、同時に切断端面のダレやバリを防止しながらバイメタル素子の個片１８に精密切断することができる。以上、本発明のスナップ・バイメタルおよび温度ブレーカの製造方法について図１を参照しながら説明したが、図２から図６に示した本発明の実施例およびその変形例もこれと同様に製造し利用することができる。両者の共通する部分については、各図面符号の末桁を同じ数字を用いて詳細な説明を省略する。

さらに、図７に本発明に係るスナップ・バイメタルを用いた小型温度ブレーカ７０を示す。小型温度ブレーカ７０は、固定接点７１を有する第１端子リード７２と、可動接点７３を有する可動アーム７４に通電する第２端子リード７５とを備え、可動接点７３および固定接点７１が接触または開離するように可動アーム７４を配置し、可動接点７３と固定接点７１とを接触または開離させるべく所定温度でスナップ反転作動する熱応動体７６と、この熱応動体７６の近傍に設置した正温度係数サーミスタのＰＴＣ素子７７とをさらに備えた温度ブレーカにおいて、熱応動体７６は、本発明に係るスナップ・バイメタル用フープ材から分離したバイメタル素子で構成したことを特徴とする。例えば、ＡｇまたはＡｇ合金製の固定接点７１を設けたＣｕ合金からなる第１端子リード７２と、一端にＡｇまたはＡｇ合金製の可動接点７３を設け弾発力により固定接点７１に接触させるＣｕ合金からなる可動アーム７４と、所定の温度でスナップ反転作動し固定接点７１と可動接点７３とを開離させる熱応動体７６と、第１端子リード７２の上に設置した正温度係数サーミスタのＰＴＣ素子７７とを備え、さらに前記両端子リード７２および７５と一体成形し開口部を設けたプラスチック製絶縁パッケージ７８の内部に、可動アーム７４、熱応動体７６およびＰＴＣ素子７７を収容し、プラスチックまたはセラミック製の蓋体７９で絶縁パッケージ７８の開口部を覆って、封止樹脂８０により封止した温度ブレーカであって、熱応動体７６は、本発明に係るスナップ・バイメタル用フープ材から分離したＮｉ−Ｆｅ合金／Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ合金のバイメタル素子を用いた温度ブレーカ７０が提供される。なお、該温度ブレーカの可動アーム７４および第２端子リード７５は、電気的な導通を形成できれば単一部材から構成されていても、それぞれ別々の部材から構成されていてもよい。

本発明は温度スイッチに利用でき、特にバイメタルを用いた回路保護素子、二次電池電池用サーキットブレーカに利用できる。

１０，２０，３０，４０，５０，６０・・・バイメタル用フープ材、
１１，２１，３１，４１，５１，６１・・・キャリア部、
１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ，６１ａ・・・スプロケット係合孔、
１２，２２，３２，４２，５２，６２・・・バイメタル素子、
１２ａ，２２ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ，６２ａ・・・スナップ要素、
１２ｂ，２２ｂ，３２ｂ，４２ｂ，５２ｂ，６２ｂ・・・枠部、
１３，２３，３３，４３，５３，６３・・・タイバー部、
１５，２５，３５，４５，５５，６５・・・可動刃、
１６，２６，３６，４６，５６，６６・・・固定刃、
１７，２７，３７，４７，５７，６７・・・可動刃の当接面、
１８，２８，３８，４８，５８，６８・・・切断後のバイメタル個片、
２９，４９，５９，６９・・・にげ代、
７０・・・温度ブレーカ、 ７１・・・固定接点、 ７２・・・第１端子リード、
７３・・・可動接点、 ７４・・・可動アーム、 ７５・・・第２端子リード、
７６・・・熱応動体、 ７７・・・ＰＴＣ素子、 ７８・・・絶縁パッケージ、
７９・・・蓋体、 ８０・・・封止樹脂。

Claims (7)

1. バイメタル素子を連続配置するバイメタル用フープ材において、前記バイメタル素子は、ドーム状のスナップ要素と、該スナップ要素の外周縁を囲んだ平面状または緩曲面状の枠部とを有し、この枠部の隅角に設けたタイバー部を介してフープ材のキャリア部と接続することにより、前記バイメタル素子の個片を前記キャリア部から切り離す際に、前記枠部のみに切断刃の当接面が当たるようにして、切断工具が前記スナップ要素に接触しないようにしたことを特徴とするスナップ・バイメタル用フープ材。
2. 前記バイメタル素子は、略矩形状の外形を有し、その対角線上の両隅角にそれぞれ前記タイバー部を設けて、前記バイメタル素子が搬送時の外力により前記タイバー部で折れ曲がることを防止したことを特徴とする請求項１に記載のスナップ・バイメタル用フープ材。
3. 前記タイバー部は、Ｌ字型の形状を有し、前記バイメタル素子の切断位置を前記キャリア部と直交する位置としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスナップ・バイメタル用フープ材。
4. 前記バイメタル素子は、Ｎｉ−Ｆｅ合金層とＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金層とからなるバイメタル材であることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載のスナップ・バイメタル用フープ材。
5. バイメタル板を巻回した長尺帯状のコイル材を、順送りプレス成形により不要部の抜きを行って、スプロケット係合孔を含むキャリア部と、該キャリア部に周期的間隔で連続配置されたタイバー部と、該タイバー部に隅角で連接された矩形バイメタル素子と、該バイメタル素子の略中央部にコイル材板面からドーム状に突出したスナップ要素およびこのスナップ要素の外周縁を囲んだ平面状または緩曲面状の枠部とを備えたバイメタル用フープ材を調達するプレス成形工程と、切断機により前記バイメタル用フープ材の前記枠部に切断刃を当接して前記タイバー部から前記バイメタル素子を切断する切断工程と、切断後の前記バイメタル素子の個片を回収する回収工程とを含むことを特徴とするバイメタル素子の製造方法。
6. 前記切断工程は、前記切断刃に可動刃と固定刃を用いて、前記可動刃の当接面と前記固定刃の当接面とで前記枠部のみを挟み込んで剪断することで、前記バイメタル素子の個片に精密切断することを特徴とする請求項５に記載のバイメタル素子の製造方法。
7. 固定接点を有する第１端子リードと、可動接点を有する可動アームに通電する第２端子リードとを備え、前記可動接点および前記固定接点が接触または開離するように前記可動アームを配置し、前記可動接点と前記固定接点とを接触または開離させるべく所定温度でスナップ反転作動する熱応動体と、この熱応動体の近傍に設置した正温度係数サーミスタのＰＴＣ素子とをさらに備えた温度ブレーカにおいて、前記熱応動体は請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載のスナップ・バイメタル用フープ材から分離したバイメタル素子で構成したことを特徴とする温度ブレーカ。
   

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