JP2014139871A

JP2014139871A - ブレーカー

Info

Publication number: JP2014139871A
Application number: JP2013008009A
Authority: JP
Inventors: Kota Yagi; 孝太八木; Tokuji Kono; 篤司河野
Original assignee: Komatsulite Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Komatsulite Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2014-07-31
Anticipated expiration: 2033-01-21
Also published as: JP6220130B2

Abstract

【課題】スナップ作用により反転し可動片を動作させる熱応動素子を内部に収容し、さらに小型化されたブレーカーにおいて、機械的強度及び密封性の低下を防ぐ。
【解決手段】固定接点２１を有する固定片２、固定接点２１と接触又は離反する可動接点３１を有する可動片３、及び反転により可動片３を動作させる熱応動素子４を収納する樹脂製のケース５からなるブレーカー１において、ケース５の樹脂に固定片２及び可動片３の一部が埋設され、この一部では、固定片２及び可動片３の表面が溝穴状の刻印を施され、さらに該刻印の裏面は平坦である。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池パックに内蔵される小型のブレーカーに関する。

従来、各種電気機器の二次電池やモーターの保護装置に、ブレーカーが使用されている。ブレーカーは、充放電中の二次電池の温度が過度に上昇した場合、又は電気機器に過電流が流れた場合等に、二次電池を保護するために電流を遮断する。このような保護装置として用いられるブレーカーは、温度変化に追従して正確に動作する（良好な温度特性を有すること）ことが求められる。

さらに、ブレーカーが、ノートブックパソコン、タブレット型端末、又はスマートフォンと称される薄型の多機能携帯機器に装備される二次電池の保護装置として用いられる場合、上述した安全性及び温度特性に加えて、小型化と高容量化が要求される。近年の情報端末にあっては、軽量化・小形化が求められている。これに搭載される二次電池も寸法縮小され、ブレーカーも同様に小形化を要求される。

ブレーカーのごとき複数部品を組み立てた製品では、一般に小形化に伴い機械的強度が低下するという問題がある。特に、固定片、可動片等から連続して外部に露出する端子は外力を受けやすく、これらの部材とケースを構成する樹脂との密着強度の不足が懸念される。

特許文献１には、かかるブレーカーの密着強度及び密封性を高める手段が開示されており、その内容は、埋め込み状にインサート成形されケース（本体１０）側壁の肉内を貫通するベースプレート（固定電極２０）において、ベース端子（端子部２１）との連続部に、幅方向に沿って筋状の突起２２をあらかじめ形成するものである。かかる筋状の突起は、ケース及び端子の機械的強度を向上するものの、小形化に限界がある。

特開２００３−２９７２０４

スナップ作用により反転し可動片を動作させる熱応動素子を内部に収容ブレーカーにおいて、機械的強度及び密封性の低下を防ぐとともに、さらに小型化を実現する手段を提供することが課題となっている。

上記の課題を解決するために本発明は、固定接点を有する固定片、固定接点と接触又は離反する可動接点を有する可動片、温度上昇時にスナップ作用により反転し、可動片を動作させる熱応動素子、及び、これら固定片、可動片、及び熱応動素子を収納する樹脂製のケースを備え、ケースの樹脂に固定片及び可動片の一部が埋設されるブレーカーにおいて、固定片又は可動片において樹脂に埋設される表面が溝穴状の刻印を施され、さらに該刻印の裏面が平坦であることを特徴とする。

本発明のブレーカーは、さらに刻印が固定片又は可動片の短手方向に沿って線状に伸長していることを特徴とする。

本発明のブレーカーは、さらに刻印が固定片又は可動片の表裏両面に配置されることを特徴とする。

本発明のブレーカーは、さらに刻印の近傍に貫通穴が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、ケースの樹脂に固定片及び可動片の一部が埋設されるブレーカーにおいて、固定片又は可動片において樹脂に埋設される表面が溝穴状の刻印を施され、さらに該刻印の裏面が平坦であるので、アンカー効果によりケース及び端子の機械的強度が上がるとともに、さらに小型化を実現できる。

本発明のブレーカーによれば、刻印が固定片又は可動片の短手方向に沿って線状に伸長しているので、ケースの密封性を向上させられる。

本発明のブレーカーによれば、刻印が固定片又は可動片の表裏両面に配置されるので、ケースの密封性を更に向上させられる。

本発明のブレーカーによれば、刻印の近傍に貫通穴が設けられているので、ケースの機械的強度を更に向上させられる。

本発明のブレーカーの断面図兼組図同ブレーカーの可動片及びケースの一部を拡大した断面図同ブレーカーの可動片及びケースの一部を拡大した斜視図本発明のブレーカーの通常時における断面図本発明のブレーカーの動作時における断面図

本発明の一実施形態によるブレーカーについて図面を参照して説明する。図１は、ブレーカーの構成を示す。ブレーカー１は、固定接点２１を有するベースプレート２（固定片）と、先端部に可動接点３１を有するアーム３（可動片）と、温度変化に伴って変形するディスク４（熱応動素子）と、ＰＴＣ６（正特性サーミスター）と、ベースプレート２、アーム３、ディスク４及びＰＴＣ６を収容する樹脂製のケース５等によって構成されている。ケース５は、ベース５１とベース５１の上面に装着されるカバー５２等によって構成されている。

ベースプレート２は、銅を主成分とする金属板（リン青銅、銅−チタン合金、洋白、黄銅等の金属板）をプレス加工することにより形成され、ベース５１にインサート成形により組み込まれている。ベースプレート２の一端にはベース端子２２が形成され、中央部にはＰＴＣ６が載置される。固定接点２１は、銀、銀−ニッケル合金、銅−銀合金、金−銀合金などの導電性の良い材料のクラッド、メッキ又は塗布等により形成され、ベース５１の上方に形成されている収納空間５ｓに露出する。ベース端子２２はベース５１の一端から外部に突出する。

アーム３は、ベースプレート２と同等の金属板をプレス加工することによりアーム状に形成される。アーム３の長手方向の一端には、アーム端子３２が形成されてケース５の外部に突出し、他端には可動接点３１が形成されている。可動接点３１は、固定接点２１と同様の材料によって形成され、溶接、かしめ等の手法によってアーム３の先端に接合されている。アーム３は、可動接点３１とアーム端子３２の間に、可動部３３及び固定部３４を有している。可動部３３はアーム状の可動部位でありアーム３の先端に相当し、通常時に可動部３３が弾性変形することにより、その先端に形成されている可動接点３１が固定接点２１の側に押圧されて接触し（図４）、ベースプレート２とアーム３とが通電可能となる。固定部３４は可動部３３の基端に相当し、ここにおいてベース５１とカバー５２によって挟み込まれてアーム３が固定される。

ディスク４は円弧状に湾曲した形状をなし、バイメタル、トリメタルなどの複合材料からなる。過熱により動作温度に達するとディスク４の湾曲形状はスナップ作用で反転し、冷却により復帰温度を下回ると復元する。ディスク４の形状は、プレス加工により形成することができる。所期の温度でディスク４の反転動作によりアーム３の可動部３３が押し上げられ、かつ可動部３３の弾性力により元に戻る限り、ディスク４の材質及び形状は特に限定されるものでないが、生産性及び反転動作の効率性の観点から矩形が望ましく、小型でありながら可動部３３を効率的に押し上げるために正方形に近い長方形であるのが望ましい。尚、ディスク４の材料としては、例えば、高膨脹側に銅−ニッケル−マンガン合金又はニッケル−クロム−鉄合金、低膨脹側に鉄−ニッケル合金をはじめとする、洋白、黄銅、ステンレスなど各種の合金からなる熱膨張率の異なる２種類の材料を積層したものが、所要条件に応じて組み合わせて使用される。

ケース５を構成するベース５１及びカバー５２は、難燃性のポリアミド、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）などの樹脂により成形される。ベース５１には、アーム３、ディスク４及びＰＴＣ６などを収容する収納空間５ｓ等が形成される。ベース５１の内側底面は埋設されたベースプレート２の一部が外部に露出して、ＰＴＣ６表面の電極と接触する。ベースプレート２は、かくしてアーム３と電気的に接続しうる状態となり、動作時に漏れ電流を発生させる。

アーム３、ディスク４及びＰＴＣ６などを収容したベース５１の収納空間５ｓを塞ぐように、カバー５２がベース５１の上面に装着される。ベース５１とカバー５２とは、例えば超音波溶着によって接合される。カバー５２は、カバープレート５３を有しており、これはベースプレート２と同様にインサート成形により樹脂に埋設されている。カバープレート５３にはキャリアー部５３ａが設けられ、インサート成形、カバー５の組立等、製造時に運搬の保持手段として用いられる。キャリアー部５３ａは、カバープレート５３の一部であり、カバープレート５３がケース５の内側上面５ｔを成す。カバープレート５３は、機械的強度の観点から設けられるものであるが、さらに、これを外部に露出させることもできる。

ＰＴＣ６は、チタン酸バリウム等の金属酸化物を主成分とする円形又は矩形の平板状の発熱抵抗素子である。ＰＴＣ６の材質には、他に導電性ポリマー等が用いられる。ＰＴＣ６は、温度上昇と共に抵抗値が増大して電流を制限する正特性サーミスターであれば、動作電流、動作電圧、動作温度、復帰温度等の必要に応じて種類を選択でき、その形状はこれらの諸特性を損なわない限り特に限定されるものではない。

ＰＴＣ６はベース５１の底面で部分的に露出するベースプレート２の上に置かれる。ＰＴＣ６の上には、ディスク４が載せられ、さらにディスク４の上に可動部３３が配置される。ディスク４の反転動作により可動部３３が押し上げられベースプレート２とアーム３との通電が遮断されたとき、ディスク４を介してＰＴＣ６に漏れ電流が発生する。動作時には漏れ電流によりＰＴＣ６が発熱し、この熱がディスク４の反転状態を維持し続ける（図５）。過充電又は異常状態を解消すると、ＰＴＣ６の発熱もなくなり、ディスク４は復帰温度に戻り原型に復元する。そして、アーム３の可動部３３の弾性力によって可動接点３１と固定接点２１とは再び接触し、回路は遮断状態を解かれ、図４に示す導通状態に復帰する。

ベースプレート２、アーム３、カバープレート５３には、ケース５の樹脂に埋設され、且つブレーカー１の外部と内部とを連通するようにケース５の樹脂を貫く部位が存在する。ベースプレート２においては、固定接点２１が内部空間に露出し、ベース端子２２が外部空間に露出する構造がこれにあたる。アーム３においては、可動部３３及びアーム端子３２がそれぞれ同様の状態となる。カバープレート５３においては、ケース５の内側上面５ｔとキャリアー部５３aとが同様である。ベースプレート２においては、ＰＴＣ６の配置されるベース５１の底面が同じくケース５の樹脂を貫通する構造となる。ベース５１の底面５ｂにおいて、ベースプレート２は、ブレーカー１の内側底面と外側底面との双方に露出する。

ベースプレート２の固定接点２１とベース端子２２の間には、埋設部２ｉが存在し、予めインサート成形によりベース５１の側壁５ｗの樹脂に埋設されている。ベース５１には、ＰＴＣ６が収容されており、ＰＴＣ６の周囲では、ベースプレート２の一部が埋設部２ｊとなって、ベース５１の樹脂に埋設されている。埋設部２ｊは、ブレーカー１の内側底面で樹脂に埋設され、その裏側が外側底面で外部に露出する。アーム３の埋設部３ｉは、カバー５２をベース５１に組み付ける際に超音波溶着によりケース５の別の側壁５ｖに埋設される。カバープレート５３の埋設部５３ｉは、埋設部２ｉと同様に予めインサート成形によりカバー５１に埋設されている。

これら埋設部において、各部材の表面には、刻印７（以下、アーム３に施されたものを刻印７として代表させる。刻印は埋設部２ｉ、埋設部２ｊ、埋設部３ｉ、埋設部５３ｉのいずれに施してもよい。）が施され凹部が存在する。これら刻印７の凹部には、インサート成形又は超音波溶着により樹脂が浸入している。このように浸入した樹脂は硬化することによってアンカー効果（投錨効果）を発し、ブレーカー１の機械的強度（特に引っ張り強度）を向上させる。刻印７の凹部は、アーム３の巾方向に伸びで形成され、線状の溝穴になっている。さらに刻印７の裏面において、アーム３の表面が平坦となっている。これによりブレーカー１の設計・製造において小形化（特に低背化）が容易となる。

図２は、刻印７の各種の断面形状を示す埋設部３ｉの拡大断面図である。埋設部３ｉにおいては、通常の半抜き加工による凹部と違い、刻印７の凹部付近の板厚が全体として実質的に変化せず、型押しにより刻印７においてのみ板厚が小さくなる。刻印７を断面視したときの形状は、図２のＡのように矩形（角型）の他にも、図２のＵのごときＵ字状（丸型）、図２のＶのごときＶ字状（三角形）等の変種がある。さらに図２のＷごとくＶ字状の刻印を隣接して並べてＷ字状にしてもよい。刻印７は、図２のＡのように単数であっても、また図２のＢのように複数であってもよい。これらの形状を作る方法には、切削加工、半抜き、ならし（平坦化）及び圧印等のプレス加工、鍛造加工等が挙げられる。刻印７の溝穴の中には、ローレット加工等のように凹凸を付けてもよい。

また、図２のＣのように埋設部２ｉ又は埋設部３ｉの両面においては、これら部材表面の両面にそれぞれ刻印７を付すことが可能である。刻印７が両面に施されるときは、水平方向で同じ位置に配置することも可能であるが、加工容易性等の観点から図示のように断面視でずらして配置するのが好ましい。刻印７が両面に施される形態は、片面のみである場合より、引張強度が大きくなる。さらに図２のＤのように埋設部３ｉの表裏両面に施すし、片面に図２のＢの態様を複合させてもよい。

刻印７において、凹部の溝穴が全体としてアーム３の巾方向（短手方向）に走るように線状に配置されるので、大きく懸隔して離散的に凹部が形成されるのに比して、ケース５の密封性が向上する。刻印７が線状に形成されるには、一つは、図２のように、連続的に一本又は平行の複数本の溝穴を刻印する形態がある。または、埋設部３ｉを拡大した図３の斜視図及び断面図のように、多数の斑点状の凹部を互いの近傍に配置して間欠的に一線上に形成することで、実質的に線状の溝穴にすることも可能であり、かかる形態も前記と得られる効果は同等である。図３のＡのように斑点状の凹部の形状は、平面視で円形、断面視で半円状の半球状であっても、図３のＢのように平面視及び断面視で三角形状の角錐状であってもよい。斑点状の凹部形状には、図３のＣのごときくぼみ傷状、図３のＤのごときくさび形、図３のＥのごとき馬蹄形状等の変種がある。

さらに、埋設部２ｉ、埋設部３ｉ又は埋設部５３ｉには、切削、打抜き加工等により貫通穴（図示せず）を追加することが可能である。刻印７の近傍に貫通穴を設けることでベース５１とカバー５２との間で樹脂同士の接着が多くなり、ベースプレート２、カバープレート５３などのインサート金具が樹脂で更に強固に挟まれて、密閉性が大きくなる。

刻印７及び貫通穴の配置される場所は主に端子、ケース５の底面５ｂ等外界に金属材が露出する部分の近傍であることが好ましい。特にケース５内部の空間と外部との距離・厚みが短い小さい箇所は、密閉性を大きくする必要があるので、樹脂に埋設される面積に応じて、一箇所のみだけでなく、複数箇所に複数の溝穴を設けて全体として刻印７を面状にしてもよい。

従来技術のような裏面に突起形状を有する凹部の形態では、これを形成するための空間にに制約が生するので、低背化、特に樹脂部分の薄肉化に限界がある。しかしながら、本実施形態のように金属板の片側のみに凹状の刻印を付与することでブレーカーの他の部分の複雑な形状、例えば、曲げ加工部分、金属材が細い部分、樹脂が薄肉となる部分等にかかわらず、自由度の高い加工が可能となる。このように刻印を設け樹脂を浸入させることによって、小形化・低背化されたブレーカーにおいても、アンカー効果によって端子及びケースの機械的強度、密閉性等を高められる。

上述した各種の刻印は、他の形態のブレーカーにも適用可能である。例えば、ＰＴＣ６を廃したもの、アーム端子及びベース端子の双方を予めインサート成形してケースに埋設し、アームの可動部を溶接で組み付けて接続したもの、アーム端子に替えてカバーブレートを延長してカバー端子としアームの可動部をカバープレートに溶接で接続したもの、アームとディスクが一体的に形成され（可動片が２層以上の積層金属板によって形成され）たもの等にも、同様に適用される。

１ブレーカー、
２ベースプレート（固定片）、
２１固定接点、
２２ベース端子、
３アーム（可動片）、
３１可動接点、
３２アーム端子、
３３可動部、
３４固定部、
４ディスク（熱応動素子）、
５ケース、
５１ベース、
５２カバー、
５３カバープレート、
６ＰＴＣ（ＰＴＣサーミスター）、
７刻印、

Claims

固定接点を有する固定片、
前記固定接点と接触又は離反する可動接点を有する可動片、
温度上昇時にスナップ作用により反転し、前記可動片を動作させる熱応動素子、
及び、これら固定片、可動片、及び熱応動素子を収納する樹脂製のケースを備え、
前記ケースの樹脂には、前記固定片及び前記可動片の一部が埋設され、
前記固定片又は前記可動片において樹脂に埋設される表面が溝穴状の刻印を施され、さらに該刻印の裏面は平坦であることを特徴とするブレーカー。
請求項１において、前記刻印は、前記固定片又は前記可動片の短手方向に沿って線状に伸長していることを特徴とするブレーカー。
請求項１又は２において、前記刻印は、前記固定片又は前記可動片の表裏両面に配置されることを特徴とするブレーカー。
請求項１乃至３において、前記刻印の近傍に貫通穴が設けられていることを特徴とするブレーカー。