JP2016039122A - スイッチ及びスイッチの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、前記ベースと前記カバーを溶着又は接着してケースを形成しても、ケースの外側周面から外側に突出するバリの量を低減できるスイッチを提供する。【解決手段】上面が開口した概略箱状に形成されたベース71と、前記ベース71の開口の蓋をするカバー72と、を具備し、内部にスイッチング機構Sが収容されるケース7と、前記ケース7の外側周面73の少なくとも一部において当該ケース7の内側へ凹ませて形成された溝74と、を備え、前記溝74が、前記ケース7の外側周面73における前記ベース71及び前記カバー72の間の境界に沿って延びるように形成した。【選択図】図1
Description
本発明は、例えば電気機器内に設けられるブレーカー等のスイッチに関するものである。
熱応動素子を用いた小型のブレーカーは、熱応動素子を含むスイッチング機構と、前記スイッチング機構を内部に収容する樹脂製のケースと、を備えたものがある。このケースは、上面に開口を有したベースと、前記ベースの開口の蓋をするカバーとからなり、他の電気回路等へ接続するための端子を内部のスイッチング機構から前記ケースの外部へ突出させてある。
例えば特許文献1に示されるブレーカーでは前記ベースの上面外周縁と、前記カバーの下面外周縁との間に形成された嵌合構造により前記ベースから前記カバーが外れないように構成されている。
一方、このようなブレーカー等のスイッチのケースには、前記ベースの上面外周部と前記カバーの下面外周部との間を溶着又は接着しているものもある。図5に示すように、スイッチ1Pを溶着又は接着して構成すると、溶け出した樹脂又は接着剤の一部が、前記ケース7Pの外側周面から外側へと突出するバリBを形成することがある。
このバリが大きく形成されると、バリ自体又はバリの破片が問題となる他、例えば電気機器内に配置されたスイッチの位置を画像認識によって正確に把握する事が難しくなる。そうすると、スイッチの外部に露出している端子と他の素子や電池のタブリードとの接続、及びスイッチの回路基板への実装を自動化するのに障害となるので、電気機器等の生産性が落ちてしまうことになる。
また、前記スイッチが小型になるにつれてこのような前記ケースの外側周面から外側に突出するバリに起因する問題は顕著となる。
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、前記ベースと前記カバーを溶着又は接着してケースを形成しても、ケースの外側周面から外側に突出するバリの量を低減できるスイッチを提供することを目的とする。
すなわち、本発明のスイッチは、上面が開口した概略箱状に形成されたベースと、前記ベースの開口の蓋をするカバーと、を具備し、内部にスイッチング機構が収容されるケースと、前記ケースの外側周面の少なくとも一部において当該ケースの内側へ凹ませて形成された溝と、を備え、前記溝が、前記ケースの外側周面における前記ベース及び前記カバーの間の境界に沿って延びるように形成されたことを特徴とする。
このようなものであれば、前記ケースの外側周面において前記ベース及び前記カバーの間の境界に沿って延びるように前記溝が形成されているので、前記ベースと前記カバーとの間を溶着又は接着した場合に溶け出した樹脂や漏れ出した接着剤は前記溝で吸収され、前記ケースの外側周面から外側に突出してバリを形成するのを防ぐことができる。
さらに、前記溝があることにより前記ケースの外側周面からはみ出るバリの量が低減されるので、前記スイッチを例えば撮像画像に基づいてその位置や姿勢を精度よく把握する事が可能となる。
したがって、前記スイッチを用いることにより例えば端子に対する半田付けや溶接等の後工程について機械による自動化が容易となり、電子機器等の生産性を向上させることができる。
撮像画像に基づいてスイッチの位置や姿勢を容易に検出できるようにするには、前記ケースが、上面から視た場合に概略矩形状に形成されており、前記ケースの四隅にそれぞれ前記溝が形成されていればよい。このようなものであれば、ケースの四隅には外側周面から外側へとはみ出るバリがほとんどないので、スイッチの位置決めを例えば撮像画像による輪郭検出をする場合、四隅の形状を正確に取得できる。そして四隅の形状を正確に画像認識できれば、高い精度で位置決めでき、後工程のレーザ溶接等における不良率を低減できる。
カバーとベースの位置ずれが生じても溶着面積や接着面積に変化が生じにくくして、可動する部材の近傍でのケースの溶着又は接着強度を一定以上に保てるようにするには、先端部が前記ケース内で前記ベースに固定され、基端部が前記ケース外に露出する固定片と、前記ケース内に収容され、前記固定片の先端部に対して電気的に接離する可動部と、前記ケース外に露出する端子部と、を具備する可動アームと、をさらに備え、前記ケースの外側周面において前記可動アームの端子部が露出する近傍では、前記溝は前記カバー又は前記ベースのいずれか一方にのみ形成されていればよい。
前記ベースと前記カバーを溶着する際に、例えば超音波により簡単に溶着できるようにするとともに、前記可動アームの端子部にねじれ等が加わってもその動きが前記可動アームの可動部に対して伝達されず、かつ、前記ベースから前記カバーがはずれないように強固に固定するには、前記カバーが、当該カバーの下面外周部に下側へと突出させた溶着リブを具備し、前記ベースが、当該ベースの上面外周部に前記溶着リブによって溶着される被溶着面を具備しており、前記溶着リブが、前記ベースの上面の開口を囲うように設けられており、前記可動アームの端子部が設けられている近傍では前記溶着リブの幅寸法がその他の部分の幅寸法よりも大きく設定されていればよい。
前記ケース内に収容するのに適した機械的なスイッチング機構の具体的な構成例としては、前記スイッチング機構が、前記固定片の先端部と、前記可動アームの可動部と、前記固定片の先端部と、前記可動アームの可動部との間に設けられ、温度に応じて前記可動アームの可動部を前記固定片の先端部に対して接離させる熱応動素子と、から構成されているものが挙げられる。
前記ケースの外側周面から外側に突出するバリによる問題が顕著となるため、本発明の前記溝を適用することにより大幅に生産性を改善し、不良率を低減することができるケースの具体的な大きさとしては、前記ケースが、縦4mm以下、横6mm以下、高さ1.5mm以下のものが挙げられる。
前記ベースと前記カバーとの間を溶着又は接着して前記ケースを構成する場合に、前記ケースの外側周面からはみでるバリの量を低減できるケースの製造方法としては、上面が開口した概略箱状に形成されたベースと、前記ベースの開口の蓋をするカバーと、を具備し、内部にスイッチング機構が収容されるケースを備えたスイッチの製造方法であって、前記ベース及び前記カバーとの間が溶着又は接着される前において、前記ケースの外側周面の少なくとも一部において当該ケースの内側へ凹ませて前記ケースの外側周面におけるベース及び前記カバーの間の境界に沿って延びるように形成された溝を形成する工程を備えていることを特徴とする製造方法が挙げられる。
このように本発明のスイッチによれば、前記ケースの外側周面において前記ベースと前記カバーとの境界に沿って延びる溝が形成されているので、前記ベースと前記カバーを溶着又は接着する際に樹脂や接着剤の漏れ出し分が前記溝で吸収され、前記ケースの外側周面から外側にはみ出るバリの量を低減できる。
本発明の一実施形態に係るスイッチについて各図を参照しながら説明する。本実施形態のスイッチは、熱応動素子5を用いたブレーカー1であって、例えばモバイルパソコン、タブレット端末、スマートフォン等の小型の電気機器に用いられる二次電池(バッテリー)において温度上昇や過度の電流が流れた場合にその温度変化に基づいて電流を遮断するように構成したものである。また、このブレーカー1の保護対象は上述した各電気機器に限られるものではなく、例えば小型モータ等の保護回路として用いられる。
図1及び図2に示すように、本実施形態のブレーカー1は、概略扁平直方体形状のケース7内に所定条件時に電流を遮断するためのスイッチング機構Sを収容したものである。前記スイッチング機構Sと他の電気素子や回路と接続するための2つの端子は、ケース7のそれぞれ対向する面から外部へと露出させてある。
加えて、図1に示すように前記ケース7の外側周面73には周方向に延びる溝74が形成してある。また、このケース7は、縦4mm以下、横6mm以下、高さ1.5mm以下となるように形成してある。
図2の分解斜視図及び図3の断面図に示すように、前記ケース7は概略箱状に形成されたベース71と、前記ベース71の開口の蓋をする板状のカバー72とから構成してある。前記ベース71と前記カバー72との間には前記スイッチング機構Sを構成する先端部21に固定接点23が形成された固定片2、PTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスタ6、バイメタルで形成された温度変化に伴って変形する熱応動素子5、先端部21に可動接点43が形成された可動アーム4が順番に収容してある。
前記固定片2は、固定接点23が形成された先端部21が前記ケース7内で前記ベース71に固定され、基端部22が前記ケース7外に露出する金属片である。本実施形態では、前記固定片2の先端部21の下面及び周囲を覆うようにインサート成型により前記ベース71が形成されて一体化してある。
前記可動アーム4は、概略弓状に湾曲した金属片であり、可動接点43が形成されており、前記ケース7内に収容される可動部41と、前記ケース7外に露出される端子部42と、を具備するものである。前記固定片2の基端部22と前記可動アーム4の端子部42はそれぞれが前記ケース7の対向面から外部へ露出するように配置してある。この基端部22又は端子部42は、他の電気素子や回路基板の端子、電池のタブリードとレーザ溶接によって溶接により接続されることがある。特に自動機を用いて前記基端部22又は前記端子部42をレーザ溶接する場合、従来のスポット溶接等に比べて電気機器内における前記ブレーカー1の位置決め精度を高くする必要がある。なお、レーザの照射位置は、電気機器内における前記ケース7の位置や姿勢を撮像画像におけるケース7の四隅を検出して自動判定し、ケース7の位置姿勢情報に基づいて決定されるのが通例である。
図3(a)は通常の通電時におけるブレーカー1を示すものであって、前記熱応動素子5は初期形状を維持し、前記カバー72側へ凸となるように湾曲した形状となっている。この状態では、前記固定片2の先端部21に形成された固定接点23と、前記可動アーム4の先端部21に形成された可動接点43とが接触して前記可動アーム4から前記固定片2を通ってほとんどの電流が流れることになる。
一方、図3(b)は過電流状態や異常時におけるブレーカー1を示すものである。過電流又は高温状態となると動作温度に達した前記熱応動素子55は逆反りして前記ベース71側へ凸となるように湾曲した形状へ変形する。この状態では固定接点23と可動接点43は離間した状態となり、電流は前記可動アーム4から前記固定片2へと直接流れないように遮断される。すなわち、可動アーム4、熱応動素子5、PTCサーミスタ6、固定片2を介して微小な漏れ電流しか流れず、実質的に電流が遮断されることになる。漏れ電流は、PTCサーミスタ6の発熱、続いて熱応動素子5への熱移動及び反転動作の継続を引き起こし、自己保持回路が構成される。このようにPTCサーミスタ6によって、実質的な電流の遮断状態が形成されていないと、電流が遮断された後、熱応動素子5が冷却されて元の順反りの形状に戻り、電流が再開されると再び過熱によって逆反りの形状になるといった動作が際限なく繰り返されてしまう。すなわち、本実施形態では前記PTCサーミスタ6が設けてあるので、過熱と冷却が際限なく繰り返されるのを防ぐことができる。
このように、前記ケース7の内部に収容されている前記固定片2の先端部21、前記PTCサーミスタ6、前記熱応動素子5、前記可動アーム4の可動部41によってスイッチング機構Sを構成してある。
次に前記ケース7の特徴について詳述する。
前記ケース7は、LCPやPPS等の樹脂により成形されたものであり、超音波溶着により前記ベース71に対して前記カバー72を固定したものである。前記ベース71及び前記カバー72は、インサート成型により樹脂で金属片の周囲を覆って構成する。図1に示されるように前記ケース7の外側周面73には、前記ベース71及び前記カバー72の境界に沿って周方向に延びる溝74が形成してある。ここで、前記ベース71及び前記カバー72の境界とは例えば超音波溶着前の各部材の接合線であるとも言える。本実施形態では前記溝74は前記ベース71及び前記カバー72の両方に亘って形成してある場合と、前記カバー72にのみ形成してある場合がある。また、この溝74は超音波溶着後に切削等の加工により形成したものではなく、前記ベース71及び前記カバー72に形成された凹部によって超音波溶着前に予め形成されるものである。
より具体的には図4(a)に示すように前記カバー72の下面の外周部には前記ベース71の開口の略全周を囲うように溶着リブ72Cが下面に対して垂直な方向に突出させて形成してある。前記溶着リブ72Cは、前記固定片2に形成された固定片側リブ72Dと、中央部に平行に形成された一対の中央部リブ72Eと、前記可動アーム4側に形成された可動アーム側リブ72Fの3つから構成してある。本実施形態では、前記ベース71と前記カバー72との間を完全に気密に接合する必要はないので、各リブの間には隙間が設けてある。
前記固定片側リブ72Dは、前記ケース7における固定片2側の隅部と各隅部の間を溶着するように概略細U字状に形成してある。また、前記カバー72において前記固定片側リブ72Dの各角部の外側には角に沿ってL字状の第1凹部72Aがそれぞれ形成してある。
前記中央部リブ72Eは、前記固定片側リブ72Dと略同じ太さを有するものであり、その外側には凹部は形成していない。すなわち、組立後の前記ケース7の状態でも前記ケース7の外側周面73においてこの中央部リブ72Eがある近傍では前記溝74が形成されないことになる。
この可動アーム側リブ72Fは、前記ケース7における可動アーム4側の隅部と各隅部の間を溶着するように概略太U字状をなして形成してある。より具体的には、前記可動アーム側リブ72Fは、前記固定片側リブ72D及び前記中央部リブ72Eと比較して太く形成してあり、超音波溶着により前記ベース71と前記カバー72が溶着された状態で他の部位よりも強固に溶着されるようにしてある。また、前記カバー72において前記可動アーム側リブ72Fの角部の外側には角に沿ってL字状の第2凹部72Bがそれぞれ形成してある。
前記第1凹部72A及び前記第2凹部72Bは図4(a)に示すように前記カバー72の下面四隅部にそれぞれ形成してあり、前記カバー72の下面において前記ベース71の上面外周部と接触する部分よりも前記カバー72の上面側へと凹まして形成してある。
一方、図4(b)に示すように前記ベース71の上面外周部は前記カバー72が溶着される被溶着面71Aが形成してあり、当該ベース71の前記固定片2側の各隅部のみを下面側へ凹ませて第3凹部71Bをそれぞれ形成してある。言い換えると、前記ベース71の前記可動アーム4側の各隅部には凹部は形成しておらず、被溶着面71Aのみが形成してある。
すなわち、前記ベース71と前記カバー72とを組み合わせて前記ケース7をなした状態でその外側周面73に形成された前記溝74の前記ケース7の厚さ方向に対する幅に注目して見た場合、図1に示すように前記固定片2側の溝74の幅は、前記可動アーム4側の溝74の幅よりも大きくなる。
このように構成されたブレーカー1によれば、前記ケース7の外側周面73の四隅部において前記ベース71と前記カバー72との境界に周方向に延びる溝74を形成することができる。このため、前記ベース71に対して前記カバー72を超音波溶着する際に溶け出した樹脂は四隅部に形成された溝74に吸収され、少なくとも外側周面73の四隅部から外側へとはみ出るバリが形成されるのを防ぐことができる。
すなわち、超音波溶着を施した後で前記ケース7を上面側から見ると、バリがほとんどないことから少なくとも概略長方形の各角については略理想的な形状が保たれており、例えば撮像画像に基づいて各角が正確に検出できる。そして、撮像画像中の前記ケース7が略長方形状に撮像されることが予め分かっていれば、正確に検出された各角からケース7並びに基端部22及び端子部42の位置や姿勢を正確に割り出すことが可能である。
このように本実施形態のブレーカー1はマシンビジョンによって正確にその位置や姿勢を捉えることができるので、後工程での端子との接続又は回路基板への実装について自動化することも容易であり、レーザ溶接又は半田付けの失敗による不良品の発生も抑えることができる。
さらに、前記ケース7の外側周面73において四隅以外の部分には溝74を形成していないので、前記ベース71の内部空間をできるだけ広くしてスイッチング機構Sを収容しやすくしつつ、前記ベース71と前記カバー72との溶着強度も保つことができる。
また、前記可動アーム4側では前記カバー72にのみ前記第2凹部72Bを形成し、前記ベース71には被溶着面71Aのみを形成してあるので、前記ベース71に対して前記カバー72が少しずれた状態でも前記可動アーム側リブ72Fは前記ベース71の被溶着面71Aと略接触するようにできる。したがって、前記ベース71と前記カバー72に多少のずれがあったとしても前記ケース7の前記可動アーム4側の溶着が不十分になることを防げる。さらに、前記可動アーム側リブ72Fは他のリブと比較して太く形成してあるので溶着量も大きく、他の部位と比べて前記可動アーム4側は強く溶着することができる。
したがって、前記可動アーム4の端子部42等にねじりが加わったとしても前記可動アーム4の可動接点43が前記固定片2の固定接点23上の適正な位置からずれてしまうこと等を防ぐことができる。このため、前記可動アーム4に対して外力が加わったとしても動作温度、接触抵抗等の前記ケース7内にあるスイッチング機構Sの機能を損なわれにくくすることができ、ブレーカー1としての信頼性を向上させることができる。また、可動アーム4の端子部42に加わった力で前記ベース71から前記カバー72が外れてしまうことも防ぐことができる。
その他の実施形態について説明する。
前記実施形態ではスイッチの一例としてブレーカーを挙げたが、本発明のスイッチの別の構成例としてリレー等も挙げられる。また、スイッチング機構は機械式のものに限られず、例えばトランジスタ等の半導体素子を用いた電子式のものであっても構わない。また、ケースはベースとカバーとの間を溶着したものに限られず、接着したものであっても構わない。このようなものであっても、前記ケースの外側周面に形成した溝によって外側周面から外側へと突出するバリの量を低減できる。
ケースの形状は、概略直方体形状のものに限られず、円筒状やその他の形状であっても構わない。また、前記実施形態では前記溝は前記ケースの四隅部にのみ形成してあったが、ケースの外側周面における四隅部以外のその他の場所にベースとカバーの境界に沿って溝を形成してもよい。さらに、外側周面の一部にのみ前記溝を形成するのではなく、外側周面の全周に亘って周方向に延びる溝を形成しても構わない。
前記実施形態では、前記カバーにのみ凹部を設け、前記ケースとした際に前記溝が前記カバー側にのみ形成されるようにしている部分があったが、場合によってはベースにのみ凹部を設けてケースとした際に溝が前記ベース側にのみ形成されるようにしてもよい。また、溶着リブと被溶着面との間の関係はベースとカバーとの間で入れ替えてもよい。
さらに上記の凹部の態様に合わせて適宜に配置や寸法を設定して、溶着リブについては設けられている場所に関わらず同じ太さにしても構わないし、それぞれ異ならせても構わない。
可動アームについても前記実施形態で示したような可動部と端子部が一体に形成されたものに限られない。例えば、可動アームを端子部と可動部を別体の金属片として形成しておき、前記端子部を前記実施形態における固定片と同様に前記ベース内にインサート成型により埋設しておき、この埋設された前記端子部に前記可動部を溶接等によって接合しても構わない。
また、可動アームと熱応動素子とをトリメタル等の材料を用いて一体化しても構わない。
加えて、前記実施形態では前記可動部は1点でのみ接離するように構成していた、2点で接離するように構成しても構わない。すなわち、可動接点は可動部に複数設けることもできる。例えば、可動部と端子部を別体の金属片として形成し、前記端子部と固定接点をベースに設けておき、前記可動部が熱応動素子の動きにより前記端子部と前記固定接点の両方で接離するように前記可動部を配置しても構わない。また、前記端子部にも同様に複数の接点を設けることもできる。加えて、可動接点及び固定接点は、点接触し合うように構成したものに限られず、例えば可動部と先端部とが面接触するように構成し、その一部のみが金や銀等の抵抗率の低い金属で形成することで可動接点及び固定接点を形成しても構わない。金や銀等以外の金属部分は接触していても実質的に電気はほとんど流れないので、スイッチとしての機能は十分に発揮される。
さらに、可動アームの端子部をカバーに埋設することにより、前記可動アームが前記カバーに対して取り付けられた状態にしてもよい。すなわち、ケース内に収容される機械式のスイッチング機構の構成についても、前記実施形態に示したものに限られず、様々なものであっても構わない。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の組み合わせや変形を行っても構わない。
1 ・・・ブレーカー(スイッチ)
2 ・・・固定片
21 ・・・先端部
22 ・・・基端部
23 ・・・固定接点
4 ・・・可動アーム
41 ・・・可動部
42 ・・・端子部
43 ・・・可動接点
5 ・・・熱応動素子
6 ・・・PTCサーミスタ
7 ・・・ケース
71 ・・・ベース
71A・・・被溶着面
71B・・・第3凹部
72 ・・・カバー
72A・・・第1凹部
72B・・・第2凹部
72C・・・溶着リブ
72D・・・固定片側リブ
72E・・・中央部リブ
72F・・・可動アーム側リブ
73 ・・・外側周面
74 ・・・溝
2 ・・・固定片
21 ・・・先端部
22 ・・・基端部
23 ・・・固定接点
4 ・・・可動アーム
41 ・・・可動部
42 ・・・端子部
43 ・・・可動接点
5 ・・・熱応動素子
6 ・・・PTCサーミスタ
7 ・・・ケース
71 ・・・ベース
71A・・・被溶着面
71B・・・第3凹部
72 ・・・カバー
72A・・・第1凹部
72B・・・第2凹部
72C・・・溶着リブ
72D・・・固定片側リブ
72E・・・中央部リブ
72F・・・可動アーム側リブ
73 ・・・外側周面
74 ・・・溝
Claims (7)
- 上面が開口した概略箱状に形成されたベースと、前記ベースの開口の蓋をするカバーと、を具備し、内部にスイッチング機構が収容されるケースと、
前記ケースの外側周面の少なくとも一部において当該ケースの内側へ凹ませて形成された溝と、を備え、
前記溝が、前記ケースの外側周面における前記ベース及び前記カバーの間の境界に沿って延びるように形成されたことを特徴とするスイッチ。 - 前記ケースが、上面から視た場合に概略矩形状に形成されており、
前記ケースの四隅にそれぞれ前記溝が形成されている請求項1記載のスイッチ。 - 先端部が前記ケース内で前記ベースに固定され、基端部が前記ケース外に露出する固定片と、
前記ケース内に収容され、前記固定片の先端部に対して電気的に接離する可動部と、前記ケース外に露出する端子部と、を具備する可動アームと、をさらに備え、
前記ケースの外側周面において前記可動アームの端子部が露出する近傍では、前記溝は前記カバー又は前記ベースのいずれか一方にのみ形成されている請求項1又は2に記載のスイッチ。 - 前記カバーが、当該カバーの下面外周部に下側へと突出させた溶着リブを具備し、
前記ベースが、当該ベースの上面外周部に前記溶着リブによって溶着される被溶着面を具備しており、
前記溶着リブが、前記ベースの上面の開口を囲うように設けられており、前記可動アームの端子部が設けられている近傍では前記溶着リブの幅寸法がその他の部分の幅寸法よりも大きく設定されている請求項3記載のスイッチ。 - 前記スイッチング機構が、
前記固定片の先端部と、
前記可動アームの可動部と、
前記固定片の先端部と、前記可動アームの可動部との間に設けられ、温度に応じて前記可動アームの可動部を前記固定片の先端部に対して接離させる熱応動素子と、から構成されている請求項3又は4記載のスイッチ。 - 前記ケースが、縦4mm以下、横6mm以下、高さ1.5mm以下である請求項1乃至5いずれかに記載のスイッチ。
- 上面が開口した概略箱状に形成されたベースと、前記ベースの開口の蓋をするカバーと、を具備し、内部にスイッチング機構が収容されるケースを備えたスイッチの製造方法であって、
前記ベース及び前記カバーとの間が溶着又は接着される前において、前記ケースの外側周面の少なくとも一部において当該ケースの内側へ凹ませて前記ケースの外側周面におけるベース及び前記カバーの間の境界に沿って延びるように形成された溝を形成する工程を備えていることを特徴とする製造方法。
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