JP2017033782A

JP2017033782A - サーマルプロテクター

Info

Publication number: JP2017033782A
Application number: JP2015153210A
Authority: JP
Inventors: 憲之前田; Noriyuki Maeda; 晃中西; Akira Nakanishi
Original assignee: NEC Schott Components Corp
Current assignee: NEC Schott Components Corp
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2017-02-09

Abstract

【課題】接点解離に伴う可動金属部品である可動アームおよびバイメタルの変形を抑えて長期間十分な接点圧を確保する。
【解決手段】固定接点１１の機能を有する第１電極１２を設けたハウジング１３と、この固定接点１１と開離する可動接点１４を設けた可動アーム１５と、この可動アーム１５に当接し温度変化に伴って固定接点１１および可動接点１４を開離するように可動アーム１５を作動させるバイメタル素子１６と、このバイメタル素子１６に当接する発熱素子１７と、この発熱素子１７および第１電極１２に導通する第２電極１８のリードと、可動アーム１５に導通する第３電極１９のリードとを有し、両リードを絶縁材３０で画定してハウジング１３を封口するベース３３を備え、バイメタル素子１６は、閉回路時に可動アーム１５を押圧し、開回路時に可動アーム１５を押圧しないようにしたサーマルプロテクター１０が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイメタルによる電流遮断機構を有するサーマルプロテクターに関する。

バイメタルを用いるサーマルプロテクターは、従来から電動器、二次電池などの電源回路の保護装置に利用されている。このような保護装置には、高精度な動作設定が可能であり、動作温度も比較的自由に設定でき、かつ繰り返し復帰動作できるという利点から、接点開閉式のサーマルプロテクターが用いられる。サーマルプロテクターの基本構成としては、固定接点材を有する第１のリード端子と、可動接点材を有し、この可動接点材を固定接点材に押圧して接触させる可動アームと、この可動アームに電気接続した第２のリード端子と、温度変化に伴って固定接点材と可動接点材を開閉するように可動アームを作動させるバイメタルと、これら部材を収容する筐体からなる。近年では、特許文献１や特許文献２に記載されたサーマルプロテクターのように、前述の基本構成に加えて、可動接点材と固定接点材が開離した時に通電されバイメタルの復帰動作をセルフコントロールするヒーターとしてＰＴＣ（正特性サーミスター）を搭載するものがある。サーマルプロテクターは、各種電子機器の電源ユニットなど狭隘なスペースに実装されることもあり、出来るだけ小型かつ薄型のパッケージサイズのものが望ましい。特に近年は、一段と小型化した携帯型電子機器に対応してサーマルプロテクターのパッケージサイズも極限に近い小型・薄型サイズのものが求められている。

例えば、特許文献１には、固定片２０、可動片３０、反転型の熱応動素子４、ＰＴＣ素子（正特性サーミスター５）を扁平なケース１に収容したサーマルプロテクターにおいて、正特性サーミスター５及び熱応動素子４は固定片２０と可動片３０との間に挟まれ、熱応動素子４は正特性サーミスター５の上面に被さり、かつ熱応動素子４の片面が反転時に正特性サーミスター５に接触し、もう片面が可動片３０に接触する状態で各部材を積層的に配置することで、小型化を実現する技術が開示されている。

特開２００５−１２９４７１号公報特開２０１３−２０１１２３号公報

従来のサーマルプロテクターは、バネ材の可動アームにより接点を押圧接触させ、動作時には反転したバイメタルが可動アームの押圧力を上回る力で可動アームを押し上げて接点を開放する機構ため、開回路時にバイメタルおよび可動アームは過度の応力に曝されることになる。開回路時は常に高温下であることからバイメタルと可動アームは、次第に応力を受けて変形してゆき、このため過度の高温に暴露されるか、または繰り返し動作復帰させると、冷却後に閉回路したとき接点圧が低下しやすいと言う課題があった。

本発明は、上述の課題を解消するために提案されたものであり、バイメタルによる電流遮断機構を有するサーマルプロテクターにおいて、可動アームおよびバイメタルの接点開離に伴う変形を抑えて長期間安定した接点押圧を確保することを目的とする。

本発明によると、少なくとも一対の電極と、接点を開離する可動アームと、この可動アームを押圧するバイメタル素子をケースに収容したサーマルプロテクターにおいて、バイメタル素子は、閉回路時に可動アームを押圧し、開回路時に可動アームを押圧しないようにしたサーマルプロテクターが提供される。

例えば、固定接点の機能を有する第１電極を設けたハウジングと、この固定接点と開離する可動接点を設けた可動アームと、この可動アームに当接し温度変化に伴って固定接点および可動接点を開離するように可動アームを作動させるバイメタル素子と、このバイメタル素子に当接するＰＴＣ素子や抵抗体などの発熱素子と、この発熱素子および第１電極に導通する第２電極のリードと、可動アームに導通する第３電極のリードとを有し、両リードを絶縁材で画定しハウジングを封口するベースを備え、バイメタル素子は、閉回路時に可動アームを押圧し、開回路時に可動アームを押圧しないようにしたサーマルプロテクターが提供される。このサーマルプロテクターは、平常温度においては、固定接点と可動接点は閉回路であり、バイメタル素子が可動アームを押圧して固定接点と可動接点を接続させて、第２電極−第１電極および固定接点−可動接点−可動アーム−第３電極を経由して通電される。所定温度でバイメタル素子が反転すると、バイメタル素子は可動アームを押圧しなくなるので、可動アームの弾発力で固定接点と可動接点が開離し、第２電極−発熱素子−バイメタル素子−可動アーム−第３電極を経由する通電に切り替わり、発熱素子はバイメタル素子の復帰動作をセルフコントロールするヒーターとして機能する。

さらに上記サーマルプロテクターの変形例として、固定接点の機能を有する第１電極と第２電極を絶縁材で画定したハウジングと、第１電極の固定接点と開離する可動接点を有し更に第２電極に接続した可動アームと、温度変化に伴って固定接点および可動接点を開離するように可動アームを作動させるバイメタル素子と、このバイメタル素子に当接するＰＴＣ素子や抵抗体などの発熱素子と、この発熱素子および第１電極に導通する第３電極のパッドと、第２電極および可動アームに導通する第４電極のパッドとを有し、両パッドを絶縁材で画定してハウジングを封口するベースを備え、バイメタル素子は、閉回路時に可動アームを押圧し、開回路時に可動アームを押圧しないようにしたサーマルプロテクターが提供される。変形例のサーマルプロテクターは、平常温度においては、固定接点と可動接点は閉回路であり、バイメタル素子が可動アームを押圧して固定接点と可動接点を接続させて、第３電極−第１電極−固定接点−可動接点−可動アーム−第２電極−第４電極を経由して通電される。所定温度でバイメタル素子が反転すると、バイメタル素子は可動アームを押圧しなくなるので、可動アームの弾発力で固定接点と可動接点が開離し、第３電極−発熱素子−バイメタル素子−可動アーム−第２電極−第４電極を経由する通電に切り替わり、発熱素子はバイメタル素子の復帰動作をセルフコントロールするヒーターとして機能する。

本発明に係るサーマルプロテクターのバイメタル素子は、閉回路時に可動アームを押圧し、バイメタルが反転動作したときには、可動アームへの押圧が解かれる構成とすることで、バネ材からなる可動アームの弾発力で可動接点と固定接点を開離させる。バイメタルが反転したときには、バイメタルが応力フリーとなるので過熱下で余分な力が掛らず、可動アームおよびバイメタルの変形を抑えて長期間十分な接点圧を確保することができる。

また、本発明に係る変形例のサーマルプロテクターは、第１電極と第３電極を絶縁材で画定した一体型のハウジングを用いる。このハウジングはそれ自体電極を兼ねる構成となるため、熱伝導性すなわち温度感応性に優れ、しかも組立部品の点数を削減し小型化が容易となる。

本発明に係るサーマルプロテクター１０を示し、（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄを結んだ線で切断した側面断面図を示し、（ｃ）は過熱に感応してバイメタルが反転した動作状態における側面断面図を示し、（ｄ）は下面図を示す。本発明に係るサーマルプロテクター２０の分解図を示す。本発明に係るサーマルプロテクター２０を示し、（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄを結んだ線で切断した側面断面図を示し、（ｃ）は過熱に感応してバイメタルが反転した動作状態における側面断面図を示し、（ｄ）は下面図を示す。

本発明に係るサーマルプロテクター１０は、図１に示すように、固定接点１１の機能を有する第１電極１２を設けたハウジング１３と、この固定接点１１と開離する可動接点１４を設けた可動アーム１５と、この可動アーム１５に当接し温度変化に伴って固定接点１１および可動接点１１を開離するように可動アーム１５を作動させるバイメタル素子１６と、このバイメタル素子１６に当接するＰＴＣ素子や抵抗体などの発熱素子１７と、この発熱素子１７および第１電極１２に導通する第２電極１８のリードと、可動アーム１５に導通する第３電極１９のリードとを有し、両リード１８，１９を絶縁材３０で画定しハウジング１３を封口するベース３３を備え、バイメタル素子１６は、閉回路時に可動アーム１５を押圧し、開回路時に可動アーム１５を押圧しないようにしたサーマルプロテクターが提供される。第１電極１２は、第１電極１２の表面に接点材を取り付けて用いるか、または第１電極１２全体を接点材のみで構成してもよい。ハウジング１３は、金属材または絶縁材で構成される。金属製のハウジング１３は、熱伝導性に優れ温度感応性を向上する。本発明のサーマルプロテクター１０は、平常温度においては、固定接点１１と可動接点１４は閉回路であり、バイメタル素子１６が可動アーム１５を押圧して固定接点１１と可動接点１４を接続させて、第２電極１８−第１電極１２および固定接点１１−可動接点１４−可動アーム１５−第３電極１９を経由して通電される。所定温度でバイメタル素子１６が反転すると、バイメタル素子１６は可動アーム１５を押圧しなくなるので、可動アーム１５の弾発力で固定接点１１と可動接点１４が開離し、第２電極１８−発熱素子１７−バイメタル素子１６−可動アーム１５−第３電極１９を経由する通電に切り替わる。

本発明に係るサーマルプロテクター２０は、サーマルプロテクター１０の変形例である。図２および図３に示すように、固定接点２１を有する第１電極２２と第２電極２８とを絶縁材３０で画定したハウジング２３と、第１電極２２の固定接点２１と開離する可動接点２４を有し更に第２電極２８に接続した可動アーム２５と、温度変化に伴って固定接点２１および可動接点２４を開離するように可動アーム２５を作動させるバイメタル素子２６と、このバイメタル素子２６に当接するＰＴＣ素子や抵抗体などの発熱素子２７と、この発熱素子２７および第１電極２２に導通する第３電極２９のパッドと、第２電極２８および可動アーム２５に導通する第４電極３２のパッドとを有し、両パッド２９，３２を絶縁材３１で画定してハウジング２３を封口するベース３３とを備え、バイメタル素子２６は、閉回路時に可動アーム２５を押圧し、開回路時に可動アーム２５を押圧しないようにしたサーマルプロテクターが提供される。サーマルプロテクター２０は、平常温度においては、固定接点２１と可動接点２４は閉回路であり、バイメタル素子２６が可動アーム２５を押圧して固定接点２１と可動接点２４を接続させて、第３電極２９−第１電極２２−固定接点２１−可動接点２４−可動アーム２５−第２電極２８−第４電極３２を経由して通電される。所定温度でバイメタル素子２６が反転すると、バイメタル素子２６は可動アーム２５を押圧しなくなるので、可動アーム２５の弾発力で固定接点２１と可動接点２４が開離し、第３電極２９−発熱素子２７−バイメタル素子２６−可動アーム２５−第２電極２８−第４電極３２を経由する通電に切り替わり、発熱素子２７はバイメタル素子２６の復帰動作をセルフコントロールするヒーターとして機能する。

本発明に係るサーマルプロテクターでは、第１電極に設けた固定接点は、第１電極の表面に接点材を装着するか、第１電極全体が接点材で構成されるか、何れかを選択できる。

本発明に係るサーマルプロテクター１０の実施例１は、銀合金の固定接点１１からなる第１電極１２を設けたニッケルめっき銅合金のハウジング１３と、この固定接点１１と開離する銀合金の可動接点１４を設けた金属バネ材からなる可動アーム１５と、この可動アーム１５に当接し温度変化に伴って固定接点１１および可動接点１１を開離するように可動アーム１５を作動させるバイメタル素子１６としてＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金の高熱膨張金属材料とＮｉ−Ｆｅ合金の低熱膨張金属材料とを積層させたバイメタルを用い、このバイメタル素子１６に当接するＰＴＣ素子の発熱素子１７と、この発熱素子１７および第１電極１２に導通するニッケルめっき銅合金からなる第２電極１８のリードと、可動アーム１５に導通するニッケルめっき銅合金からなる第３電極１９のリードとを有し、両リード１８，１９をプラスチック絶縁材３０で画定しハウジング１３を封口するベース３３とを備え、バイメタル素子１６は、閉回路時に可動アーム１５を押圧し、開回路時に可動アーム１５を押圧しないように構成する。

本発明に係るサーマルプロテクター２０の実施例２は、銀合金の固定接点２１を有するニッケルめっき銅合金の第１電極２２および第２電極２８をプラスチック絶縁材３０で画定したハウジング２３と、第１電極２２の固定接点２１と開離する銀合金の可動接点２４を有し更に第２電極２８に接続した金属バネ材からなる可動アーム２５と、温度変化に伴って固定接点２１および可動接点２４を開離するように可動アーム２５を作動させるバイメタル素子２６としてＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金の高熱膨張金属材料とＮｉ−Ｆｅ合金の低熱膨張金属材料とを積層させたバイメタルを用い、このバイメタル素子２６に当接するＰＴＣ素子の発熱素子２７と、この発熱素子２７および第１電極２２に導通する銀合金からなる第３電極２９のパッドと、第２電極２８および可動アーム２５に導通する銀合金からなる第４電極３２のパッドとを有し、両パッド２９，３２をセラミック絶縁材３１で画定してハウジング２３を封口するベース３３とを備え、バイメタル素子２６は、閉回路時に可動アーム２５を押圧し、開回路時に可動アーム２５を押圧しないように構成する。

本発明のサーマルプロテクターは各種電源の保護装置、例えば、アダプター電源や電池パックなど２次電池の保護装置などに利用できる。

１０，２０・・・サーマルプロテクター
１１，２１・・・固定接点、
１２，２２・・・第１電極、
１３，２３・・・ハウジング、
１４，２４・・・可動接点、
１５，２５・・・可動アーム、
１６，２６・・・バイメタル素子、
１７，２７・・・発熱素子、
１８，２８・・・第２電極、
１９，２９・・・第３電極、
３０，３１・・・絶縁材、
３２・・・第４電極、
３３・・・ベース。

Claims

少なくとも一対の電極と、接点を開離する可動アームと、この可動アームを押圧するバイメタル素子をケースに収容したサーマルプロテクターにおいて、前記バイメタル素子は、閉回路時に前記可動アームを押圧し、開回路時に前記可動アームを押圧しないようにしたことを特徴とするサーマルプロテクター。
固定接点の機能を有する第１電極を設けたハウジングと、この固定接点と開離する可動接点を設けた可動アームと、この可動アームに当接し温度変化に伴って前記固定接点および前記可動接点を開離するように前記可動アームを作動させるバイメタル素子と、このバイメタル素子に当接する発熱素子と、この発熱素子および前記第１電極に導通する第２電極のリードと、前記可動アームに導通する第３電極のリードとを有し、両リードを絶縁材で画定して前記ハウジングを封口するベースを備え、前記バイメタル素子は、閉回路時に前記可動アームを押圧し、開回路時に前記可動アームを押圧しないようにしたことを特徴とするサーマルプロテクター。
固定接点の機能を有する第１電極と第３電極とを絶縁材で画定したハウジングと、前記固定接点と開離する可動接点を有し更に前記第３電極に接続した可動アームと、温度変化に伴って前記固定接点および前記可動接点を開離するように前記可動アームを作動させるバイメタル素子と、このバイメタル素子に当接する発熱素子と、この発熱素子および前記第１電極に導通する第２電極のパッドと、前記第３電極および前記可動アームに導通する第４電極のパッドとを有し、両パッドを絶縁材で画定して前記ハウジングを封口するベースとを備え、前記バイメタル素子は、閉回路時に前記可動アームを押圧し、開回路時に前記可動アームを押圧しないようにしたことを特徴とするサーマルプロテクター。