JP2017079154A - サーマルプロテクター - Google Patents

Abstract

【課題】サーマルプロテクターにおいて、衝撃による接点開離を防止する。【解決手段】固定接点１１を有する第１リード１２と、可動接点１３を有しこの可動接点１３を固定接点１１に押圧して接触させる可動アーム１４と、この可動アーム１４に電気接続した第２リード１５と、温度変化に伴って固定接点１１および可動接点１３を開閉するように可動アーム１４を作動させる熱応動素子１６と、第１リード１２に接続され可動接点１３と固定接点１１が開離した時に第２リード１５と接触し通電されて熱応動素子１６の復帰動作を制御する発熱素子１７と、第１リード１２および第２リード１５を挿着し可動アーム１４と熱応動素子１６および発熱素子１７を収容する筐体１８と、この筐体１８の開口を覆った蓋体１９とを備え、発熱素子１７は固定手段によって固着する。【選択図】図１

Description

本発明は、熱応動素子の反転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、固定接点を有する第１のリード端子と、可動接点を有し、この可動接点を固定接点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と可動接点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、可動接点と固定接点が開離した時に通電されバイメタルの復帰動作を制御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３、可動片２、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６に収容したサーマルプロテクター（ブレーカー１）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３と可動片２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５３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２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

サーマルプロテクターは、固定接点を有するリードを設けた筐体容器内に、他の構成部品を順次振り込んでゆき、最後に蓋体で開口部を封口する方法で組み立てられている。従来、サーマルプロテクターのバイメタルやＰＴＣ素子は特に固定されていなかった。ところが、サーマルプロテクターの搭載機器が稼働中に落下した場合などに、落下の衝撃によってバイメタルやＰＴＣ素子が跳躍し、バイメタルやＰＴＣ素子が可動アームに衝突する際の衝撃力が可動アームの弾発力を上回ったときに瞬間的に接点開離し、電源からの電力供給が極短い時間（数マイクロ秒から数百マイクロ秒）絶たれてしまう瞬断の惧れがあった。例えば、小型ＰＣやスマート・フォンなどにおいて、使用中に落下した場合などに衝撃により瞬停が発生し易い。瞬断は、小型ＰＣやスマート・フォンなどの携帯機器において、以下のような悪影響を及ぼす。例えば、コンピュータ上で動作しているプログラムは、通電中のみ記憶しつづける揮発メモリにデータを保持している。そのため、電力の瞬断が発生するとデータを消失してしまう可能性がある。また、ハードディスクなどは不揮発性の補助記憶装置であるが、精密に出来ているため読み書き時に瞬断が発生すると、アームが記録媒体に接触するなどの理由により記録媒体を破損してしまう可能性がある。通信中の瞬断の場合、その時点である二点間のコネクションが切断され、通信を再開するためには再びハンドシェイク手続きから接続をやり直さなければならないことが多い。自動でそのような再接続処理を行わないシステムの場合、瞬断の時点でコネクションが切れたまま再接続が行われないため、データ交換などに大きな影響が出る。

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、熱応動素子の反転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、落下衝撃などの外力により容易に接点開離を起こさないサーマルプロテクターを提供することを目的とする。

本発明によると、固定接点を有する第１リードと、可動接点を有しこの可動接点を固定接点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リードと、温度変化に伴って固定接点および可動接点を開閉するように可動アームを作動させる熱応動素子と、第１リードに接続され可動接点と固定接点が開離した時に第２リードと接触し通電されて熱応動素子の復帰動作を制御する発熱素子と、第１リードおよび第２リードを挿着し可動アームと熱応動素子および発熱素子を収容する筐体と、この筐体の開口を覆った蓋体とを備え、発熱素子は、固定手段によって固着されたことを特徴とするサーマルプロテクターが提供される。本発明の発熱素子の固定手段は、発熱素子と第１リードとの対向面を固定材により固着する固定手段、または発熱素子の板端面とこの板端面に対向した筐体内壁とを固定材により固着する固定手段、または発熱素子の板端面に対向した筐体内壁を変形させて板端面と筐体内壁とを固着する固定手段があり、このうちの少なくとも何れか一つを選択する。

本発明によって、筐体内の発熱素子が固定されるため、発熱素子が落下衝撃の慣性はずみを可動部品に伝達することを防止することにより、落下衝撃などによるサーマルプロテクターの接点開離を防止する。発熱素子自体は非可動性の構成部品であるので固定の影響はない。

本発明に係るサーマルプロテクター１０を示し、（ａ）は正面断面図を示し、（ｂ）は（ａ）の蓋体１９と可動アーム１４および熱応動素子１６を取り除いて俯瞰した平面図を示す。 本発明に係るサーマルプロテクター２０を示し、（ａ）は正面断面図を示し、（ｂ）は（ａ）の蓋体２９と可動アーム２４および熱応動素子２６を取り除いて俯瞰した平面図を示す。 本発明に係るサーマルプロテクター３０を示し、（ａ）は正面断面図を示し、（ｂ）は（ａ）の蓋体３９と可動アーム３４および熱応動素子３６を取り除いて俯瞰した平面図を示す。

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を有する第１リード１２と、可動接点１３を有し、この可動接点１３を固定接点１１に押圧して接触させる可動アーム１４と、この可動アーム１４に電気接続した第２リード１５と、温度変化に伴って固定接点１１および可動接点１３を開閉するように可動アーム１４を作動させるバイメタルまたは形状記憶合金などの熱応動素子１６と、第１リード１２に接続され可動接点１３と固定接点１１が開離した時に第２リード１５と接触し通電されて熱応動素子１６の復帰動作を制御するＰＴＣ素子または抵抗素子などの発熱素子１７と、第１リード１２および第２リード１５を挿着し可動アーム１４、熱応動素子１６および発熱素子１７を収容する筐体１８と、この筐体１８の開口を覆って封止する蓋体１９とを備え、発熱素子１７は、この発熱素子１７と第１リード１２との対向面を固定材１００により固着したことを特徴とする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１０の固定材１００は、例えば導電性接着剤、はんだ合金などの導電材が好適である。

本発明に係るサーマルプロテクター２０は、図２に示すように、固定接点２１を有する第１リード２２と、可動接点２３を有し、この可動接点２３を固定接点２１に押圧して接触させる可動アーム２４と、この可動アーム２４に電気接続した第２リード２５と、温度変化に伴って固定接点２１および可動接点２３を開閉するように可動アーム２４を作動させるバイメタルまたは形状記憶合金などの熱応動素子２６と、第１リード２２に接続され可動接点２３と固定接点２１が開離した時に第２リード２５と接触し通電されて熱応動素子２６の復帰動作を制御するＰＴＣ素子または抵抗素子などの発熱素子２７と、第１リード２２および第２リード２５を挿着し可動アーム２４と熱応動素子２６および発熱素子２７を収容する筐体２８と、この筐体２８の開口を覆って封止する蓋体２９とを備え、発熱素子２７は、この発熱素子２７の板端面と該板端面に対向した筐体内壁とを固定材２００により固着したことを特徴とする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の固定材２００は、例えばエポキシ系熱硬化性樹脂やアクリル系ＵＶ硬化性樹脂などの接着剤が好適である。この接着剤は絶縁性のものでもよい。

本発明に係るサーマルプロテクター３０は、図３に示すように、固定接点３１を有する第１リード３２と、可動接点３３を有し、この可動接点３３を固定接点３１に押圧して接触させる可動アーム３４と、この可動アーム３４に電気接続した第２リード３５と、温度変化に伴って固定接点３１および可動接点３３を開閉するように可動アーム３４を作動させるバイメタルまたは形状記憶合金などの熱応動素子３６と、第１リード３２に接続され可動接点３３と固定接点３１が開離した時に第２リード３５と接触し通電されて熱応動素子３６の復帰動作を制御するＰＴＣ素子または抵抗素子などの発熱素子３７と、第１リード３２および第２リード３５を挿着し可動アーム３４と熱応動素子３６および発熱素子３７を収容する筐体３８と、この筐体３８の開口を覆って封止する蓋体３９とを備え、発熱素子３７は、この発熱素子３７の板端面に対向した筐体内壁を変形させたカシメ部３００で板端面と筐体内壁とを固着したことを特徴とする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３０の筐体３８は、熱可塑性プラスチック材を用いる。

本発明に係る実施例１のサーマルプロテクター１０は、図１に示すように、Ａｇ合金の固定接点１１を有するＣｕ合金製第１リード１２と、Ａｇ合金の可動接点１３を有し、この可動接点１３を固定接点１１に押圧して接触させる弾発性Ｃｕ合金からなる可動アーム１４と、この可動アーム１４に電気接続したＣｕ合金製第２リード１５と、温度変化に伴って固定接点１１および可動接点１３を開閉するように可動アーム１４を作動させる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からなる熱応動素子１６と、第１リード１２に接続され可動接点１３と固定接点１１が開離した時に第２リード１５と接触し通電されて熱応動素子１６の復帰動作を制御するＰＴＣ素子からなる発熱素子１７と、第１リード１２および第２リード１５を挿着し可動アーム１４、熱応動素子１６および発熱素子１７を収容するプラスチック製筐体１８と、この筐体１８の開口を覆って封止する蓋体１９とを備え、発熱素子１７は、この発熱素子１７と第１リード１２との対向面をはんだ合金の固定材１００により固着する。

本発明に係る実施例２のサーマルプロテクター２０は、図２に示すように、Ａｇ合金の固定接点２１を有するＣｕ合金製第１リード２２と、Ａｇ合金の可動接点２３を有し、この可動接点２３を固定接点２１に押圧して接触させる弾発性Ｃｕ合金からなる可動アーム２４と、この可動アーム２４に電気接続したＣｕ合金製第２リード２５と、温度変化に伴って固定接点２１および可動接点２３を開閉するように可動アーム２４を作動させる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からなる熱応動素子２６と、第１リード２２に接続され可動接点２３と固定接点２１が開離した時に第２リード２５と接触し通電されて熱応動素子２６の復帰動作を制御するＰＴＣ素子からなる発熱素子２７と、第１リード２２および第２リード２５を挿着し可動アーム２４、熱応動素子２６および発熱素子２７を収容するプラスチック製筐体２８と、この筐体２８の開口を覆って封止する蓋体２９とを備え、発熱素子２７は、この発熱素子２７の板端面と該板端面に対向した筐体内壁とをエポキシ樹脂の固定材２００により固着する。

本発明に係る実施例３のサーマルプロテクター３０は、図３に示すように、Ａｇ合金の固定接点３１を有するＣｕ合金製第１リード３２と、Ａｇ合金の可動接点３３を有し、この可動接点３３を固定接点３１に押圧して接触させる弾発性Ｃｕ合金からなる可動アーム３４と、この可動アーム３４に電気接続したＣｕ合金製第２リード３５と、温度変化に伴って固定接点３１および可動接点３３を開閉するように可動アーム３４を作動させる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からなる熱応動素子３６と、第１リード３２に接続され可動接点３３と固定接点３１が開離した時に第２リード３５と接触し通電されて熱応動素子３６の復帰動作を制御するＰＴＣ素子からなる発熱素子３７と、第１リード３２および第２リード３５を挿着し可動アーム３４、熱応動素子３６および発熱素子３７を収容する熱可塑性プラスチック製筐体３８と、この筐体３８の開口を覆って封止する蓋体３９とを備え、発熱素子３７は、この発熱素子３７の板端面に対向した筐体内壁の一部を加熱変形させたカシメ部３００により熱圧着させて板端面と筐体内壁とを固着する。

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、電源装置や電池パックなど２次電池の保護装置などに利用できる。

１０、２０、２０・・・サーマルプロテクター
１１、２１、３１・・・固定接点、
１２、２２、３２・・・第１リード、
１３、２３、３３・・・可動接点、
１４、２４、３４・・・可動アーム、
１５、２５、３５・・・第２リード、
１６、２６、３６・・・熱応動素子、
１７、２７、３７・・・発熱素子、
１８、２８、３８・・・筐体、
１９、２９、３９・・・蓋体、
１００、２００・・・・固定材、
３００・・・・・・・・カシメ部。

Claims (4)

1. 固定接点を有する第１リードと、可動接点を有しこの可動接点を固定接点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リードと、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閉するように前記可動アームを作動させる熱応動素子と、前記第１リードに接続され前記可動接点と前記固定接点が開離した時に前記第２リードと接触し通電されて前記熱応動素子の復帰動作を制御する発熱素子と、前記第１リードおよび前記第２リードを挿着し前記可動アームと前記熱応動素子および前記発熱素子を収容する筐体と、この筐体の開口を覆って封止する蓋体とを備え、前記発熱素子は、固定手段によって固着されたことを特徴とするサーマルプロテクター。
2. 前記発熱素子の固定手段は、前記発熱素子と前記第１リードとの対向面を固定材により固着したことを特徴とする請求項１に記載のサーマルプロテクター。
3. 前記発熱素子の固定手段は、前記発熱素子の板端面とこの板端面に対向した前記筐体の内壁とを固定材により固着したことを特徴とする請求項１に記載のサーマルプロテクター。
4. 前記発熱素子の固定手段は、前記発熱素子の板端面に対向した前記筐体の内壁を変形させて板端面と筐体内壁とを固着したことを特徴とする請求項１に記載のサーマルプロテクター。
   

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