JP2017103125A - Breaker and manufacturing method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブレーカおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a breaker and a method for manufacturing the same.
可動接点を有する可動接触子と、湾曲した反転バイメタルとを備えるバイメタルスイッチの一例が特開昭63−266722号公報(特許文献1)に記載されている。 An example of a bimetal switch including a movable contact having a movable contact and a curved inverted bimetal is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-266722 (Patent Document 1).
特許文献1に記載されたバイメタルスイッチにおいては、一定温度に達して反転バイメタルが反転することによって固定接点と可動接点とが離隔し、両者間の通電が遮断される。しかし、固定接点と可動接点とが離隔してもその距離が十分でないと、固定接点と可動接点との間でアーク放電が発生する可能性がある。アーク放電が発生すると、いずれかの接点の破損につながるおそれがある。しかし、これを防ぐために離間距離が十分大きくなるように反転バイメタルを大型化すると、反転バイメタルの熱容量が大きくなるので、反転バイメタルを反転させるために必要なエネルギーが大きくなってしまい、反転が起こるまでに時間がかかってしまうおそれがある。
In the bimetal switch described in
さらに、バイメタルが反転した後に、速やかに元の形状に戻らないと、当該装置の駆動再開まで無用に長い待ち時間が生じるおそれがある。 Furthermore, if the bimetal is reversed and does not quickly return to its original shape, there is a possibility that an unnecessarily long waiting time may occur until the driving of the apparatus is resumed.
そこで、本発明は、異常温度に対して速やかに応答しつつ、スナップアクション時には可動片の移動を十分に大きく行ない、電流の遮断が必要でなくなった後には速やかに通電状態に復帰することができるブレーカおよびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can quickly return to the energized state after the movement of the movable piece is sufficiently large at the time of the snap action, and it is not necessary to interrupt the current, while quickly responding to the abnormal temperature. An object of the present invention is to provide a breaker and a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するため、本発明に基づくブレーカは、主表面を有する基板と、上記主表面に固定された導電性の固定接点と、上記固定接点に対して接触しており、上記固定接点から離隔させることが可能な導電性の可動接点を含み、上記主表面に部分的に固定された可動片固定部を含む可動片と、一方の面が凸状、他方の面が凹状となっており、温度が一定以上に上昇したときにスナップアクションにより反転することによって上記可動片の少なくとも一部を変位させることで上記可動接点を上記固定接点から離隔させるように、上記可動片と上記主表面との間に配置された熱応動素子とを備え、上記主表面には、上記熱応動素子が反転しないときには上記熱応動素子の凹状の面に覆われ、上記熱応動素子が反転したときには上記熱応動素子の凸状となった面に当接する支持台が突出するように設けられ、上記支持台は金属からなる。 In order to achieve the above object, a breaker according to the present invention is in contact with a substrate having a main surface, a conductive fixed contact fixed to the main surface, and the fixed contact. A movable piece including a movable movable contact fixed portion that includes a movable movable contact that can be separated from each other and is partially fixed to the main surface, and one surface is convex and the other surface is concave. The movable piece and the main surface are separated from the fixed contact by displacing at least a part of the movable piece by reversing by a snap action when the temperature rises above a certain level. The main surface is covered with a concave surface of the thermal response element when the thermal response element is not inverted, and the thermal response is when the thermal response element is inverted. Elementary Support base abutting convex and turned face of are provided so as to protrude, the supporting base is made of metal.
本発明によれば、主表面に突出するように支持台が設けられているので、異常温度に対して速やかに応答しつつ、スナップアクション時には可動片の移動を十分に大きく行なうことができる。また、支持台が金属からなり、熱応動素子の熱は支持台を通じて速やかに放熱することができるので、電流の遮断が必要でなくなった後には速やかに通電状態に復帰することができる。 According to the present invention, since the support base is provided so as to protrude from the main surface, the movable piece can be sufficiently moved during the snap action while responding quickly to the abnormal temperature. In addition, since the support base is made of metal and the heat of the thermoresponsive element can be quickly dissipated through the support base, it is possible to quickly return to the energized state after it is no longer necessary to interrupt the current.
図面において示す寸法比は、必ずしも忠実に現実のとおりを表しているとは限らず、説明の便宜のために寸法比を誇張して示している場合がある。以下の説明において、上または下の概念に言及する際には、絶対的な上または下を意味するものではなく、図示された姿勢の中での相対的な上または下を意味するものである。 The dimensional ratios shown in the drawings do not always faithfully represent the actual ones, and the dimensional ratios may be exaggerated for convenience of explanation. In the following description, when referring to a concept above or below, it does not mean absolute above or below, but rather relative above or below in the illustrated posture. .
(実施の形態1)
(構成)
図1〜図8を参照して、本発明に基づく実施の形態1におけるブレーカについて説明する。本実施の形態におけるブレーカ101の外観を図1に示す。ブレーカ101の分解図を図2に示す。
(Embodiment 1)
(Constitution)
With reference to FIGS. 1-8, the breaker in
本実施の形態におけるブレーカ101は、主表面1uを有する基板1と、主表面1uに固定された導電性の固定接点3と、固定接点3に対して接触しており、固定接点3から離隔させることが可能な導電性の可動接点5aを含み、主表面1uに部分的に固定された可動片固定部5bを含む可動片5と、一方の面が凸状、他方の面が凹状となっており、温度が一定以上に上昇したときにスナップアクションにより反転することによって可動片5の少なくとも一部を変位させることで可動接点5aを固定接点3から離隔させるように、可動片5と主表面1uとの間に配置された熱応動素子4とを備える。主表面1uには、熱応動素子4が反転しないときには熱応動素子4の凹状の面に覆われ、熱応動素子4が反転したときには熱応動素子4の凸状となった面に当接する支持台7が突出するように設けられる。支持台7は金属からなる。
図2の分解図で示したもののうち、基板1と可動片5との間の関係について、図3および図4を参照して説明する。実際には、可動片5と熱応動素子4とを先に接続してから可動片5が基板1に接続されるのであるが、ここでは、説明の便宜のために、熱応動素子4がない状態で基板1と可動片5との2つのみに注目して説明する。図3に示すように、可動片5は上から見て直線状の金属板である。ただし、横から見れば途中で折り曲げられている。可動片5の一方の端部には可動接点5aが設けられている。可動片5の他方の端部に可動片固定部5bを含む。
The relationship between the board |
図3に示すように、基板1は主表面1uを有し、主表面1uには、可動片接続電極2、支持台7および固定接点3が配置されている。可動片接続電極2と固定接点3とは、互いに電気的に接続されていない状態でそれぞれ配置されている。ここで示した例では、支持台7は円形の一定厚みの膜状のものとなっているが、これはあくまで一例であり、支持台7は円形以外の形状のものであってもよい。支持台7は一定厚みでなくてもよい。
As shown in FIG. 3, the
図3に矢印91で示すように、可動片5の可動片固定部5bは、主表面1uに配置された可動片接続電極2に対して接合される。この接合は、たとえばレーザ溶接によって行なうこととしてよい。接合した状態を図4に示す。可動片5の可動片固定部5bは可動片接続電極2に接合されている。可動片5のうち可動片固定部5b以外の部分は、可動片接続電極2にも基板1にも接合されていない。
As shown by an
図2に示した熱応動素子4は、温度が一定以上になったときにはスナップアクションにより反転する。ここでは、熱応動素子4が円錐台形状であるものとしたが、円錐形状であってもよく、曲面形状であってもよい。熱応動素子4は、スナップアクションによる反転が可能な形状でありさえすれば、その他の形状であってもよい。
The
(作用・効果)
図5および図6を参照して、熱応動素子4のスナップアクションによる反転の前後の状態について説明する。まず、ブレーカ101の主要部について、定常時の側面図を図5に示す。定常時とは温度が一定以上に低い状態のことである。基板1の主表面1uに可動片5が固定されており、可動片5の下側に熱応動素子4が配置されている。熱応動素子4は、基板1から遠い側の面が凸になった状態で主表面1uの上に載っている。可動片5は折れ曲がっており、熱応動素子4を避けるようにして図中左側へと延在している。可動片5の先端に設けられた可動接点5aは、基板1の主表面1uに設けられた固定接点3に当接している。支持台7は熱応動素子4に覆われている。熱応動素子4と主表面1uとに囲まれるように一定の空間が形成されており、支持台7はこの空間内に入り込んでいる。
(Action / Effect)
With reference to FIG. 5 and FIG. 6, the state before and behind inversion by the snap action of the
温度が一定以上に上がったときには熱応動素子4がスナップアクションによって反転する。スナップアクションによる反転の後の主要部の側面図を図6に示す。熱応動素子4は、基板1に近い側の面が凸になった状態で主表面1uの上に載っている。熱応動素子4は、支持台7の上に載っている。熱応動素子4のうち可動片固定部5bから遠い側の端4eは、主表面1uからある程度浮き上がった状態となる。熱応動素子4の端4eが可動片5に当接し、可動片5を押し上げる。端4eは、支持台7がない場合に比べて支持台7があることによって、より高い位置へと上がる。可動片5は、図中右端において基板1の主表面1uに固定されているので、可動片5の図中左端が主表面1uから離れて上がることになる。その結果、可動接点5aは固定接点3から離れる。図5および図6では、熱応動素子4が円錐形であるものとして説明したが、熱応動素子4の形状が円錐形以外である場合にも、基本的な部分は同様である。
When the temperature rises above a certain level, the thermally
基板1の主表面1uに形成された電極12または蓋6の内壁によって、熱応動素子4が大きくずれることは抑制される。熱応動素子4のずれ抑制を電極12で行なう場合、電極12は、図7に示すように配置される。電極12は、中央に+字形の開口部を有する。この開口部は、熱応動素子4および可動片5を組み合わせたものを基板1に投影した領域に対応している。熱応動素子4のずれ抑制を蓋6で行なう場合、蓋6の内壁を透視したところを図8に示す。蓋6の裏側には+字形の凹部が設けられている。凹部の内壁は、熱応動素子4および可動片5を組み合わせたものを取り囲んでいる。図7および図8に示した構成は、択一的なものではなく、併用してもよい。すなわち、熱応動素子4のずれ抑制を電極12および蓋6の内壁の両方で行なってもよい。
Due to the
本実施の形態におけるブレーカ101では、熱応動素子4の下側に支持台7が配置されているので、熱応動素子4がスナップアクションにより反転した際には、可動片5の先端に設けられた可動接点5aの変位量が大きくなる。従来は、熱応動素子4のサイズを小さくした場合には、熱応動素子4の変位量が小さくなってしまうという問題があったが、本実施の形態で説明したように支持台7を用いれば変位量を拡大することができるので、装置全体が小型化しても十分に大きく可動片を押し上げることができる。
In the
反転後の熱応動素子4は支持台7によって支えられており、支持台7は金属からなるので、熱応動素子4の熱は支持台7を通じて放熱することができる。その結果、熱応動素子4の温度は速やかに下がり、反転状態は速やかに終了する。したがって、本実施の形態におけるブレーカ101は、異常温度に対して速やかに応答しつつ、スナップアクション時には可動片の移動を十分に大きく行ない、電流の遮断が必要でなくなった後には速やかに通電状態に復帰することができる。
The thermally
なお、本実施の形態では、支持台7と固定接点3と可動片接続電極2とが同一材料で形成されていることが好ましい。この構成を採用することにより、これら3つの部分を同一の材料層から同時に形成することができるので、ブレーカを効率的に作製することができる。さらに、図7で示した電極12も同一の材料層から同時に形成してもよい。
In the present embodiment, it is preferable that the
さらに、支持台7は、固定接点3および可動片接続電極2のうち少なくとも一方と同一の厚みを有することが好ましい。この構成を採用することにより、少なくとも2つの部分を一定の厚みの同一の膜から形成することができるので、ブレーカを効率的に作製することができる。
Further, the
(実施の形態2)
(構成)
図9〜図12を参照して、本発明に基づく実施の形態2におけるブレーカについて説明する。本実施の形態におけるブレーカ102の外観を図9に示す。ブレーカ102の分解図を図10に示す。
(Embodiment 2)
(Constitution)
With reference to FIGS. 9-12, the breaker in
本実施の形態におけるブレーカ102は、基本的な構成は、実施の形態1で説明したブレーカ101と同じであり、以下の点で異なる。
The basic configuration of the
本実施の形態におけるブレーカ102では、熱応動素子4の一部が基板1に対して直接または間接的に接続されることによって固定されている。ここで示した例では、熱応動素子4の一部が可動片5に固定され、可動片5の一部が基板1に固定されている。これにより、熱応動素子4の一部が基板1に対して間接的に接続されることによって固定されているといえる。本実施の形態では、熱応動素子4の一部が基板1に対して相対的に接続されることによって固定されている。
In the
図10の分解図で示したもののうち、基板1と可動片5との間の関係について、図11および図12を参照して説明する。実際には、可動片5と熱応動素子4とを先に接続してから可動片5が基板1に接続されるのであるが、ここでは、説明の便宜のために、熱応動素子4がない状態で基板1と可動片5との2つのみに注目して説明する。図11に示すように、可動片5は上から見たときT字形をしている。可動片5は、直線状に長く延びた本体部分と本体部分から本体部分の長手方向に対して垂直な方向に延びた枝部分とを含む。本体部分の一方の端部には可動接点5aが設けられている。可動片5は、本体部分の他方の端部に可動片固定部5bを含む。可動片5がT字形である場合には、可動片固定部5bは、「T」の文字の横棒と縦棒との交差する部分に相当する。可動片5の本体部分は、「T」の文字の縦棒の部分に相当し、可動片5の枝部分は「T」の文字の左右に延びる横棒の部分に相当する。すなわち、可動片5の枝部分は可動片固定部5bから左右に延びている部分である。
The relationship between the board |
図11に示すように、基板1は主表面1uを有し、主表面1uには、可動片接続電極2および固定接点3が配置されている。可動片接続電極2と固定接点3とは、互いに電気的に接続されていない状態でそれぞれ配置されている。可動片接続電極2と固定接点3とは、主表面1u上で互いに離隔した位置に配置されている。図11に矢印91で示すように、可動片5の可動片固定部5bは、主表面1uに配置された可動片接続電極2に対して接合される。この接合は、たとえばレーザ溶接によって行なうこととしてよい。接合した状態を図12に示す。可動片5の可動片固定部5bは可動片接続電極2に接合されている。可動片5のうち可動片固定部5b以外の部分は、可動片接続電極2にも基板1にも接合されていない。
As shown in FIG. 11, the
図13および図14を参照して、熱応動素子4について説明する。本実施の形態におけるブレーカ101に含まれる熱応動素子4を単独で取り出したところを図13に示す。熱応動素子4の平面図を図14に示す。熱応動素子4は、円錐台形状の第1部分4aと、第1部分4aから接線方向に延在する第2部分4bとを含む。第2部分4bは「脚」と呼んでもよい。第2部分4bは、部位4b1,4b2を含む。ここで示した例では、第2部分4bは、互いに平行に線状に延在する2つの部分を含んでいる。部位4b1,4b2は、これら2つの部分の第1部分4aから遠い側の各端部である。図14に示すように、第2部分4bは、部位4b1,4b2において幅が広がっていてもよい。第1部分4aは、温度が一定以上になったときにはスナップアクションにより反転する。ここでは、熱応動素子4の第1部分4aが円錐台形状であるものとしたが、第1部分4aは円錐形状であってもよく、曲面形状であってもよい。第1部分4aは、スナップアクションによる反転が可能な形状でありさえすれば、その他の形状であってもよい。
The thermally
図10の分解図で示したもののうち、熱応動素子4と可動片5との間の関係について、図15および図16を参照して説明する。可動片5は、熱応動素子4を接合するための部分5cを含んでいる。部分5cは、2つの部位5c1,5c2を含む。図15に矢印92で示すように、可動片5の部位5c1は、熱応動素子4の第2部分4bの部位4b1に対して接合される。図15に矢印93で示すように、可動片5の部位5c2は、熱応動素子4の第2部分4bの部位4b2に対して接合される。これらの接合は、たとえばレーザ溶接によって行なうこととしてよい。接合した状態を図16に示す。可動片5の本体部分は熱応動素子4より長く延在している。可動片5の一端に設けられた可動接点5aは、熱応動素子4からはみ出している。
The relationship between the thermally
(作用・効果)
ブレーカ102の主要部について、定常時の側面図を図17に示す。基本的には、実施の形態1で説明したものと同様であるが、実施の形態1と異なり、熱応動素子4が第1部分4aの他に第2部分4bを備えており、第2部分4bは可動片5の部分5cと接合されている。
(Action / Effect)
FIG. 17 shows a side view of the main part of the
温度が一定以上に上がったときには熱応動素子4の第1部分4aがスナップアクションによって反転する。スナップアクションによる反転の後の主要部の側面図を図18に示す。第1部分4aは、基板1に近い側の面が凸になっている。第1部分4aは主表面に直接載るのではなく支持台7の上に載る形となっている。特に、本実施の形態におけるブレーカ102では、熱応動素子4の第2部分4bは可動片5の部分5cと接合されているので、熱応動素子4の第1部分4aは第2部分4bに近い側が下がる形となり、熱応動素子4の第2部分4bから遠い側の端4eはより大きく上がることとなる。その結果、可動接点5aは固定接点3から離れて大きく持ち上げられている。本実施の形態では、熱応動素子4の熱は支持台7を通じて放熱されるだけでなく、第2部分4bから可動片5の部分5cを通じても放熱されるので、熱応動素子4の熱は速やかに放熱することができる。その結果、熱応動素子4の温度は実施の形態1よりもさらに速やかに下がり、反転状態は速やかに終了する。したがって、本実施の形態におけるブレーカ101は、電流の遮断が必要でなくなった後にはより速やかに通電状態に復帰することができる。
When the temperature rises above a certain level, the
ここで3通りのモデルを用いて説明する。
図19(a)に示すように、熱応動素子4の第1部分4aが高さ100μmの円錐であって、基板1の主表面1u上に自由状態で載っているものとする。このとき、主表面1uから測った最高点の高さは100μmである。熱応動素子4が全く基板1に固定されていない場合には、熱応動素子4が反転したときには、図19(b)に示すように、最高点の高さは100μmのままとなりうる。特に、熱応動素子4が上側から他の部材によって均一に下向きに押圧されている場合には、図19(b)に示すような姿勢となりやすい。
Here, description will be made using three models.
As shown in FIG. 19A, it is assumed that the
図20(a)に示すように、熱応動素子4の第1部分4aが高さ100μmの円錐であって、熱応動素子4は第2部分4bにおいて基板1の主表面1uに固定されているものとする。このときは、スナップアクションによる反転前の状態では、最高点の高さは100μmのままであるが、反転後には図20(b)に示すように、第2部分4bが主表面1uから離れられないことにより、端4eが高く上がり、端4eの高さは198μmとなる。このように、第2部分4bを主表面1uに固定していることにより、最高点である端4eの高さをより高くすることができる。端4eの高さが高くなるということは、可動接点5aを固定接点3からより遠くまで離隔させることができるということである。
As shown in FIG. 20A, the
図21(a)に示すように、熱応動素子4の第1部分4aが高さ100μmの円錐であるとすると、熱応動素子4の第2部分4bが基板1の主表面1uに固定された状態で第1部分4aが支持台7に載ることによって、図21(b)に示すようになる。この状態では、熱応動素子4の端4eは、図20(b)に示したよりさらに高い位置になり、主表面1uからの高さは336μmとなる。
As shown in FIG. 21A, if the
図19(a),(b)、図20(a),(b)および図21(a),(b)では、熱応動素子4の第1部分4aが円錐形であるものとして説明したが、第1部分4aの形状が円錐形以外である場合にも、基本的な部分は同様である。
In FIGS. 19A, 19B, 20A, 20B, and 21A, 21B, the
実施の形態2におけるブレーカ102は、図21(a),(b)で説明したモデルに相当する。実施の形態2では、基板1の主表面1uに支持台7が配置されており、熱応動素子4の第2部分4bが主表面1uに相対的に固定されているので、図21(b)に示したように、熱応動素子4の第1部分4aが反転した際には端4eを高い位置に上げることができる。すなわち、可動接点5aを固定接点3から大きく離隔させることができる。
The
実施の形態2では、可動片5が基板1に強固に固定されている。したがって、可動片5と基板1との接続箇所における接触抵抗変動が無くなる。熱応動素子4は可動片5に固定されているので、熱応動素子4と可動片5との間の相対的な位置関係がずれることはない。したがって、熱応動素子4がスナップアクションによって反転したときにも、可動片5を押し上げる位置の位置ずれが無くなる。その結果、熱応動素子4による可動片5の押し上げ量がばらつくことを抑制でき、接点同士が離隔したときの距離が安定する。
In the second embodiment, the
熱応動素子4が相対的に固定されているので、ブレーカに大きな加速度が加わった際でも、熱応動素子4が可動片5に強く接触することがない。したがって、不所望なタイミングで可動接点5aと固定接点3とが離れてしまう事態を防止することができる。
Since the thermally
(実験例1)
発明者らが、実際にブレーカを作製して本発明の効果を確認した実験例1について説明する。
(Experimental example 1)
An experimental example 1 in which the inventors actually manufactured a breaker and confirmed the effect of the present invention will be described.
以下のように熱応動素子を作製した。まず、図22に示すように、Mn、Ni、Cuを主材料とする第1合金層41とNi、Feを主材料とする第2合金層42とを積層したバイメタル材料(JIS C2530 TM−1)を準備した。第1合金層41の方が第2合金層42よりも熱膨張係数が大きい。このバイメタル材料を、図23に示すように10〜40μmの厚みに圧延した。さらに、直径1000〜2000μmの円形に加工した。このように所望の形状に加工するに当たっては、エッチング、打抜加工などの方法を採用することができる。さらにプレス加工を施し、図24に示すように第1合金層41側が凹むように円錐台形状、あるいはドーム形状(偏平球形状)に塑性変形させた。こうして、熱応動素子4を得た。図25は、図24におけるXXV−XXV線に関する矢視断面図である。
A thermally responsive element was fabricated as follows. First, as shown in FIG. 22, a bimetallic material (JIS C2530 TM-1) in which a
次に可動片を作製した。まず、図26に示すように、Be、Cuを主材料とする合金板材51を準備した。この合金板材51を、図27に示すように、30〜100μmの厚みに圧延し、金属板55を形成した。この金属板55を長方形に加工した。この加工には、エッチング、打抜加工などの方法を採用することができる。その後、一方の端部の一部にプレス加工を施すことによって、半球状に加工した、この半球状に加工された部分は可動接点5aとなる。さらに、他の箇所で折り曲げ加工を施した。可動接点5aから遠い側の端部の近傍では、可動接点5aが突出している面と同じ側の面(図28における紙面奥側)が凸状となるように折り曲げた。長手方向中央部では、可動接点5aが突出している面と逆の側の面(図28における紙面手前側)が凸状となるように折り曲げた。こうして、図28および図29に示すように可動片5を得た。可動片5の可動接点5aから遠い側の端部は、可動片固定部5bとなる。
Next, a movable piece was produced. First, as shown in FIG. 26, an
なお、可動接点5a表面には、接点としての信頼性を高めるためにAgやAuを主材料としたコーティングを施してもよい。また、可動接点5aを形成する際にはプレス加工ではなく、別途作製したAgやAuを主材料としたリベットを用いて形成してもよい。BeCuとAg、Auを主材料とした合金とのクラッド材などを用いて形成してもよい。
The surface of the
次に基板を作製した。図30および図31に示すように、ガラスエポキシ基板である基板1の主表面1uに、圧延したバイメタル材料の厚みよりも厚いCu電極を形成した。図31は、図30におけるXXXI−XXXI線に関する矢視断面図である。主表面1uに形成されたCu電極は、1つのブレーカの範囲内において、少なくとも3つの独立する部分に分けられるように形成された。図30に示した例では、3つの独立する部分は、可動片接続電極2、固定接点3、支持台7に対応する。さらに主表面1uとは逆の側の面にCu膜を加工して別の2つの電極8,9を形成した。電極8を可動片接続電極2に、層間接続導体10を用いて接続した。電極9を固定接点3に、層間接続導体11を用いて接続した。層間接続導体10,11は、いわゆるスルーホールビアであってもよい。
Next, a substrate was produced. As shown in FIGS. 30 and 31, a Cu electrode thicker than the rolled bimetal material was formed on the
なお、基板1の材料としては、絶縁性が確保できるのであればセラミック基板であってもよい。また、主表面1uに設けられた電極と反対面の電極8,9との導通については、層間接続導体を用いる代わりに、基板1の外周の側面などに配線を形成して引き回してもよい。
The material of the
熱応動素子4を基板1上に配置した。熱応動素子4を配置する際には、凹状となっている面を基板1の主表面1u側に向け、支持台7を覆うように配置した。さらに、熱応動素子4の上側から可動片5を基板1上に実装した。その様子を図32および図33に示す。図33は、図32におけるXXXIII−XXXIII線に関する矢視断面図である。この実装においては、可動片5の可動片固定部5bが、基板1上の可動片接続電極2と重なるように配置し、この部分をレーザー溶接した。
A thermally
なお、この接合については、可動片5と基板1上の可動片接続電極2との間の電気的な導通を確保する必要がある。ここでは、接合方法として、接合面積が小さく加工精度の高いレーザー溶接を用いたが、抵抗溶接や超音波を用いた溶接を用いてもよい。溶接以外でははんだによる接合であってもよい。
For this bonding, it is necessary to ensure electrical continuity between the
図33に示すように、可動片5の可動接点5aは固定接点3との接触によって、固定接点3の上面の高さまで押し上げられている。この状態では、熱応動素子4は可動片5に対して全く接触していなくてもよい。熱応動素子4は可動片5に対して接触していてもよいが、固定接点3と可動片5とが熱応動素子4を通じて導通しないようにする。このような観点から可動片5および熱応動素子4の形状は調整されている。
As shown in FIG. 33, the
次に、蓋6を作製した。蓋6は、SUS板を曲げ加工してキャップ形状に形成した。なお、曲げ加工の他に、図34〜図39に示すようにエッチングおよび貼合せによって蓋6を作製してもよい。図34には、エッチング加工によってSUS板61に貫通孔61aを形成したところを示す。SUS板61は長方形の外形を有し、+字形の貫通孔61aを有する。図35は、SUS板62の平面図である。SUS板62は、長方形であり、貫通孔を有していない。SUS板61とSUS板62とを貼り合わせることによって、図36に示す蓋6を得る。図36における右側から見たところを図37に示す。図36における下側から見たところを図38に示す。蓋6の図36に示したのとは反対側の面を見たところを図39に示す。蓋6は中央に凹部63を有する。
Next, the
曲げ加工によって作製した蓋6を、図40に示すように、基板1に重ね、可動片5および熱応動素子4とは接触しないように配置した。基板1と蓋6との間を封止用接着剤で接合した。こうしてブレーカを得た。
As shown in FIG. 40, the
(実験例2)
発明者らが、実際にブレーカを作製して本発明の効果を確認した実験例2について説明する。
(Experimental example 2)
An experimental example 2 in which the inventors actually manufactured a breaker and confirmed the effect of the present invention will be described.
以下のように熱応動素子を作製した。使用したバイメタル材料は、実験例1で説明したものと同様である。実験例1では図23に示すように圧延した板材から円形に加工したが、実験例2では、同じく圧延した板材から直径1000〜2000μmの1つの円形部及び2つの長方形部を複合した形状に加工した。図41に示すように、円形部は第1部分4aであり、2つの長方形部は第2部分4bである。第2部分は、部位4b1,4b2を含む。その後、円形部である第1部分4aにプレス加工を施し、第1合金層41側が凹むように円錐台形状、あるいはドーム形状(偏平球形状)に塑性変形させた。こうして、熱応動素子4を得た。図42は、図41におけるXLII−XLII線に関する矢視断面図である。
A thermally responsive element was fabricated as follows. The bimetal material used is the same as that described in Experimental Example 1. In Experimental Example 1, as shown in FIG. 23, the rolled plate was processed into a circle, but in Experimental Example 2, the rolled plate was processed into a shape in which one circular portion having a diameter of 1000 to 2000 μm and two rectangular portions were combined. did. As shown in FIG. 41, the circular portion is the
なお、図21に示したようなバイメタル材料の板材から熱応動素子4を作製する過程では、長方形部において2層構造が残るようにする代わりに、長方形部では2層の材料が混合して1つの合金層となるように加工してもよい。
In the process of manufacturing the thermally
次に可動片を作製した。実験例1では図27に示すように圧延して得た金属板55を長方形に加工したが、実験例2では、この金属板55をT字形状に加工した。その後、T字の縦棒に相当する部分(以下「中央梁」という。)の先端部の一部にプレス加工を施すことによって、半球状に加工した、この半球状に加工された部分は可動接点5aとなる。さらに、中央梁の根元、および中央梁の長手方向中央部で折り曲げ加工を施した。中央梁の根元では、可動接点5aが突出している面と同じ側の面(図43における紙面奥側)が凸状となるように折り曲げた。中央梁の長手方向中央部では、可動接点5aが突出している面と逆の側の面(図43における紙面手前側)が凸状となるように折り曲げた。こうして、図43に示すように可動片5を得た。可動片5のT字の交点に相当する部分は、可動片固定部5bとなる。T字の横棒に相当する部分の両端部は部位5c1,5c2となる。
Next, a movable piece was produced. In Experimental Example 1, the
なお、可動接点5a表面には、接点としての信頼性を高めるためにAgやAuを主材料としたコーティングを施してもよい。また、可動接点5aを形成する際にはプレス加工ではなく、別途作製したAgやAuを主材料としたリベットを用いて形成してもよい。BeCuとAg、Auを主材料とした合金とのクラッド材などを用いて形成してもよい。
The surface of the
上述のようにそれぞれ作製した熱応動素子4および可動片5を組み合わせる。図44および図45に示すように、熱応動素子4の円錐台形状である第1部分4aの凸側が可動片5の側を向くようにして両者を重ね合わせ、互いに接触させた。図45は、図44におけるXLV−XLV線に関する矢視断面図である。可動片5の部位5c1は、熱応動素子4の部位4b1に重なる。可動片5の部位5c2は、熱応動素子4の部位4b2に重なる。このように熱応動素子4と可動片5とを重ねて配置した状態で、部位5c1,5c2にレーザ光を照射して、レーザ溶接した。このレーザ照射により、可動片5の部位5c1と熱応動素子4の部位4b1とが溶接され、可動片5の部位5c2と熱応動素子4の部位4b2とが溶接された。
The thermally
ここでは、接合方法としてレーザ溶接を採用したが、この接合においては、熱応動素子4の第2部分4bにおけるバイメタル積層構造を消失することのできる接合方法を採用することが好ましい。溶接を行なえばこの積層構造は消失するので、接合方法として溶接を採用することは好ましい。第2部分4bの積層構造を消失させておけば、接合部にかかる熱応力を大きく低減することができる。ここでは、接合面積が小さく加工精度の高いレーザー溶接を用いたが、抵抗溶接や超音波を用いた溶接を用いてもよい。溶接が好ましいが、溶接以外の接合方法であってもよい。たとえばはんだによって接合してもよい。
Here, laser welding is employed as the joining method. However, in this joining, it is preferable to employ a joining method capable of eliminating the bimetallic laminated structure in the
可動片5と熱応動素子4との接合箇所については、図44に示した例に限らず、可動片5と基板1上の可動片接続電極2との接合、および可動接点5aと固定接点3との接触を妨げなければどのような位置で接合してもよい。
About the joining location of the
次に基板を作製した。実験例1と同様に基板1を作製した。
可動片5と熱応動素子4との組立体を、熱応動素子4が基板1側になるように基板1上に実装した。その様子を図46および図47に示す。図47は、図46におけるXLVII−XLVII線に関する矢視断面図である。この実装においては、可動片5の可動片固定部5bが、基板1上の可動片接続電極2と重なるように配置し、この部分をレーザー溶接した。
Next, a substrate was produced. A
The assembly of the
なお、この接合については、可動片5と基板1上の可動片接続電極2との間の電気的な導通を確保する必要がある。ここでは、接合方法として、接合面積が小さく加工精度の高いレーザー溶接を用いたが、抵抗溶接や超音波を用いた溶接を用いてもよい。溶接以外でははんだによる接合であってもよい。
For this bonding, it is necessary to ensure electrical continuity between the
図47に示すように、可動片5の可動接点5aは固定接点3との接触によって、固定接点3の上面の高さまで押し上げられている。この状態では、熱応動素子4が可動片5に対して、図47における右側の接合部以外では接触していない。このようになるように、可動片5および熱応動素子4の形状は調整されている。
As shown in FIG. 47, the
次に、蓋6を作製した。実験例1と同様に蓋6を作製した。
曲げ加工によって作製した蓋6を、図48に示すように、基板1に重ね、可動片5および熱応動素子4とは接触しないように配置し、封止用接着剤で接合した。こうしてブレーカを得た。
Next, the
As shown in FIG. 48, the
以上のようにして作製したブレーカに、電流を流したところ、可動片5で発生したジュール熱によりデバイス全体の温度が上昇した。このデバイス温度が、熱応動素子4のスナップアクション温度を超えたとき、熱応動素子4の円錐台形状またはドーム形状は反転し、反転した熱応動素子4が、可動片5の先端に形成された可動接点5a付近を押し上げて可動接点5aと固定接点3との間を離隔させた。これにより、電流は遮断された。こうして、作製したブレーカが実際にブレーカとして良好に動作することが確認できた。
When a current was passed through the breaker manufactured as described above, the temperature of the entire device rose due to Joule heat generated in the
熱応動素子4が反転して電流を遮断した際には、熱応動素子4は支持台7と接触している。この状態では、熱応動素子4の可動片5との接合部を支点、熱応動素子4の支持台7との接触部を力点、熱応動素子4の可動片5を押し上げる部分を作用点とするてこの原理によって、可動接点5aの変位が拡大している。
When the thermally
(実施の形態3)
(製造方法)
図49〜図57を参照して、本発明に基づく実施の形態3におけるブレーカの製造方法について説明する。
(Embodiment 3)
(Production method)
With reference to FIGS. 49 to 57, a method of manufacturing a breaker according to the third embodiment of the present invention will be described.
本実施の形態におけるブレーカの製造方法は、これまでに説明したいずれかのブレーカを得るための製造方法であって、金属板をパターニングして複数の前記可動片のパターンを形成することによって第1の集合基板を得る工程S1と、熱膨張係数が異なる2以上の材料層を含むように積層した板状部材をパターニングして複数の前記熱応動素子のパターンを形成することによって第2の集合基板を得る工程S2と、表面が金属膜に覆われた第3の集合基板を用意する工程S3と、前記金属膜をパターニングすることによって前記第3の集合基板の表面に前記固定接点、前記可動片接続電極および支持台を含む導体膜パターンセットを複数組形成する工程S4と、前記第1の集合基板と前記第2の集合基板とを個々のパターンが合うように重ね合わせて部分的に接合することによって第1の集合組立体を得る工程S5と、前記導体膜パターンセットを複数組形成する工程S4までを終えた前記第3の集合基板の、前記導体膜パターンセットが配置されている側の面に、前記第1の集合組立体を、前記第2の集合基板が前記第3の集合基板と前記第1の集合基板との間に挟まれるように重ねて接続する工程S6と、前記第1の集合基板および前記第2の集合基板をパターニングすることによって前記可動片および前記熱応動素子を含む組立体が前記基板の表面に複数組配置された第2の集合組立体を得る工程S7と、前記組立体に各々対応する複数の凹部を有する蓋材集合基板を、前記複数の凹部が前記第2の集合組立体側を向くように、前記第2の集合組立体に重ねて接合する工程S8と、前記第2の集合組立体に前記蓋材集合基板を重ねて接合したものを、前記組立体の各々に対応する個片ごとに分断する工程S9とを含む。
The manufacturing method of the breaker in the present embodiment is a manufacturing method for obtaining any of the breakers described so far. The first method is to form a pattern of the plurality of movable pieces by patterning a metal plate. A second collective substrate by patterning a plate-like member laminated so as to include two or more material layers having different thermal expansion coefficients to form a plurality of patterns of the thermally responsive elements. Step S2 of obtaining a third aggregate substrate whose surface is covered with a metal film, and the fixed contact and the movable piece on the surface of the third aggregate substrate by patterning the metal film The step S4 of forming a plurality of conductor film pattern sets including connection electrodes and support bases, and the first aggregate substrate and the second aggregate substrate are overlapped so that the individual patterns match. The conductor film pattern set of the third aggregate substrate that has finished the process S5 of obtaining the first assembly by partially joining together and the process S4 of forming a plurality of conductor film pattern sets. The first assembly assembly is overlapped and connected to the surface where the second assembly substrate is sandwiched between the third assembly substrate and the first assembly substrate on the surface where the first assembly substrate is disposed. Step S6, and a second set in which a plurality of sets including the movable piece and the thermally responsive element are arranged on the surface of the substrate by patterning the first aggregate substrate and the second aggregate substrate. Step S7 for obtaining an assembly, and a cover material assembly substrate having a plurality of recesses respectively corresponding to the assembly, the second assembly assembly such that the plurality of recesses face the second assembly assembly side. Process of layering and joining
本実施の形態におけるブレーカの製造方法について、以下ではより具体的に説明する。
工程S1として、図49に示すように、集合基板505を用意する。集合基板505は、第1の集合基板に相当する。集合基板505は金属板であり、可動片5に対応する形状の部分を複数備えている。可動片5に対応する形状の各部分は枠状部分に囲まれている。1枚の集合基板505の中では、可動片5に対応する形状の複数の部分はマトリックス状に配列されている。集合基板505は、金属板をパターニングすることによって得ることができる。
The method for manufacturing the breaker in the present embodiment will be described more specifically below.
As step S1, a
工程S2として、図50に示すように、集合基板504を用意する。集合基板504は、第2の集合基板に相当する。集合基板504はバイメタル材料のシートであり、熱応動素子4に対応する部分を複数備えている。熱応動素子4に対応する形状の各部分は枠状部分に囲まれている。1枚の集合基板504の中では、熱応動素子4に対応する形状の複数の部分はマトリックス状に配列されている。集合基板504は、バイメタル板をパターニングすることによって得ることができる。
As step S2, an
工程S5として、図51に示すように、集合基板504の上に集合基板505を重ね、レーザ溶接を行なう。溶接される箇所は、図44および図45を参照して説明したとおりである。集合基板504における熱応動素子4に対応する部分の配列ピッチと、集合基板505における可動片5に対応する部分の配列ピッチとは等しくなっているので、集合基板505,504の全域に渡って熱応動素子4に対応する各部分と可動片5に対応する各部分との間で適切に溶接を行なうことができる。こうしてレーザ溶接をすることによって集合組立体520を得る。集合組立体520は、第1の集合組立体に相当する。
As step S5, as shown in FIG. 51, the
工程S3およびS4として、図52に示すように、集合基板501を用意する。集合基板501は、基本的にガラスエポキシ基板であり、基板1に対応する領域を複数備えている。集合基板501基板1に対応する各領域の中には、可動片接続電極2、支持台7および固定接点3が配列されている。可動片接続電極2、支持台7および固定接点3は、金属膜によって形成されている。可動片接続電極2、支持台7および固定接点3は、ガラスエポキシ基板の表面の全面に金属膜を形成した後でこの金属膜をパターニングすることによって形成することができる。可動片接続電極2、支持台7および固定接点3の組合せは、導体膜パターンセットに相当する。基板1に対応する各領域の詳細は、図30および図31を参照して説明したとおりである。集合基板501は、導体膜パターンセットを複数組形成する工程S4までを終えた第3の集合基板に相当する。
As steps S3 and S4, an
ここでは、工程S5を工程S3,S4より先に説明したが、工程S5と工程S3,S4とのいずれを先に行なってもよい。 Here, step S5 has been described before steps S3 and S4, but either step S5 or steps S3 and S4 may be performed first.
工程S6として、図53に示すように、集合基板501に集合組立体520を重ね、レーザ溶接を行なう。溶接される箇所は、図46および図47を参照して説明したとおりである。集合基板501における基板1に対応する部分の配列ピッチと、集合組立体520における可動片5に対応する部分の配列ピッチとは等しくなっているので、集合基板501および集合組立体520の全域に渡って適切に溶接を行なうことができる。こうしてレーザ溶接をすることによって集合組立体521を得る。
As step S6, as shown in FIG. 53, the
工程S7として、集合組立体521から、集合基板505の枠状部分および集合基板504の枠状部分を除去する。その結果、図54に示すように集合組立体522を得る。集合組立体522は、第2の集合組立体に相当する。
In step S7, the frame-like portion of the
図55に示すように、集合基板506を用意する。集合基板506は、たとえばSUSで形成された基板であり、蓋6に対応する領域を複数備えている。集合基板506は蓋材集合基板に相当する。蓋6に対応する各領域には凹部が形成されている。図55では凹部は紙面手前側の面ではなく紙面奥側の面に形成されているので、各凹部は破線で示されている。
As shown in FIG. 55, a collective substrate 506 is prepared. The collective substrate 506 is a substrate formed of, for example, SUS, and includes a plurality of regions corresponding to the
工程S8として、図56に示すように、集合組立体522(図54参照)に集合基板506を重ね、封止用接着剤で接合する。こうして、集合組立体523を得る。この状態では、集合基板506に設けられていた凹部の各々が、集合基板506に形成されていた可動片5および熱応動素子4の組合せを一括して覆うように位置する。
As step S8, as shown in FIG. 56, the collective substrate 506 is overlaid on the collective assembly 522 (see FIG. 54) and bonded with a sealing adhesive. In this way, the
工程S9として、集合組立体523を各領域ごとに分断することによって、図57に示すように、複数のブレーカ101を得る。
As step S9, the
(作用・効果)
本実施の形態では、複数のブレーカ101を効率良く生産することができる。本実施の形態では、説明の便宜のために、2×3の合計6個のブレーカに相当するものを集合基板または集合組立体として図示していたが、実際には1枚の集合基板または集合組立体に含まれる部分の数は6個に限らず他の個数であってもよい。たとえば、1枚の集合基板または集合組立体に、数百個または数千個の部分が配列されていて、数百個または数千個のブレーカを製造するものであってもよい。
(Action / Effect)
In the present embodiment, a plurality of
なお、上記実施の形態のうち複数を適宜組み合わせて採用してもよい。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
In addition, you may employ | adopt combining suitably two or more among the said embodiment.
In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 基板、1u 主表面、2 可動接続電極、3 固定接点、4 熱応動素子、4a 第1部分、4b 第2部分、4b1,4b2 部位、4e 端、5 可動片、5a 可動接点、5b 可動片固定部、5c (熱応動素子を接合するための)部分、5c1,5c2 部位、6 蓋、7 支持台、8,9 (基板下面に設けられた)電極、10,11 層間接続導体、12 電極、41 第1材料層、42 第2材料層、51 材料層、55 金属板、61,62 SUS基板、61a 開口部、63 凹部、91,92,93 矢印、101,102 ブレーカ、501,504,505,506 集合基板、520,521,522,523 集合組立体。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記主表面に固定された導電性の固定接点と、
前記固定接点に対して接触しており、前記固定接点から離隔させることが可能な導電性の可動接点を含み、前記主表面に部分的に固定された可動片固定部を含む可動片と、
一方の面が凸状、他方の面が凹状となっており、温度が一定以上に上昇したときにスナップアクションにより反転することによって前記可動片の少なくとも一部を変位させることで前記可動接点を前記固定接点から離隔させるように、前記可動片と前記主表面との間に配置された熱応動素子とを備え、
前記主表面には、前記熱応動素子が反転しないときには前記熱応動素子の凹状の面に覆われ、前記熱応動素子が反転したときには前記熱応動素子の凸状となった面に当接する支持台が突出するように設けられ、前記支持台は金属からなる、ブレーカ。 A substrate having a main surface;
A conductive fixed contact fixed to the main surface;
A movable piece that is in contact with the fixed contact, includes a conductive movable contact that can be separated from the fixed contact, and includes a movable piece fixed portion that is partially fixed to the main surface;
One surface is convex and the other surface is concave. When the temperature rises above a certain level, the movable contact is displaced by displacing at least a part of the movable piece by inverting with a snap action. A thermally responsive element disposed between the movable piece and the main surface so as to be separated from the fixed contact;
The main surface is covered with a concave surface of the thermal responsive element when the thermal responsive element is not inverted, and is in contact with the convex surface of the thermal responsive element when the thermal responsive element is inverted. Is a breaker, and the support is made of metal.
金属板をパターニングして複数の前記可動片のパターンを形成することによって第1の集合基板を得る工程と、
熱膨張係数が異なる2以上の材料層を含むように積層した板状部材をパターニングして複数の前記熱応動素子のパターンを形成することによって第2の集合基板を得る工程と、
表面が金属膜に覆われた第3の集合基板を用意する工程と、
前記金属膜をパターニングすることによって前記第3の集合基板の表面に前記固定接点、前記可動片接続電極および支持台を含む導体膜パターンセットを複数組形成する工程と、
前記第1の集合基板と前記第2の集合基板とを個々のパターンが合うように重ね合わせて部分的に接合することによって第1の集合組立体を得る工程と、
前記導体膜パターンセットを複数組形成する工程までを終えた前記第3の集合基板の、前記導体膜パターンセットが配置されている側の面に、前記第1の集合組立体を、前記第2の集合基板が前記第3の集合基板と前記第1の集合基板との間に挟まれるように重ねて接続する工程と、
前記第1の集合基板および前記第2の集合基板をパターニングすることによって前記可動片および前記熱応動素子を含む組立体が前記基板の表面に複数組配置された第2の集合組立体を得る工程と、
前記組立体に各々対応する複数の凹部を有する蓋材集合基板を、前記複数の凹部が前記第2の集合組立体側を向くように、前記第2の集合組立体に重ねて接合する工程と、
前記第2の集合組立体に前記蓋材集合基板を重ねて接合したものを、前記組立体の各々に対応する個片ごとに分断する工程とを含む、ブレーカの製造方法。 A manufacturing method for obtaining the breaker according to claim 1,
Obtaining a first collective substrate by patterning a metal plate to form a plurality of movable piece patterns;
Patterning plate members laminated to include two or more material layers having different thermal expansion coefficients to form a plurality of the thermally responsive element patterns to obtain a second aggregate substrate;
Preparing a third aggregate substrate having a surface covered with a metal film;
Forming a plurality of conductor film pattern sets including the fixed contact, the movable piece connection electrode, and a support on the surface of the third aggregate substrate by patterning the metal film;
Obtaining the first collective assembly by overlapping and partially joining the first collective substrate and the second collective substrate so that individual patterns match each other;
The first assembly is disposed on the surface of the third assembled substrate that has been subjected to the process of forming a plurality of conductive film pattern sets, on the side where the conductive film pattern set is disposed. A step of overlapping and connecting the collective substrate so as to be sandwiched between the third collective substrate and the first collective substrate;
Patterning the first collective substrate and the second collective substrate to obtain a second collective assembly in which a plurality of assemblies including the movable piece and the thermally responsive element are arranged on the surface of the substrate. When,
Bonding a lid material aggregate substrate having a plurality of recesses respectively corresponding to the assembly to the second assembly assembly so that the plurality of recesses face the second assembly assembly;
A method of manufacturing a breaker, including a step of dividing the lid assembly aggregate substrate by overlapping the second assembly assembly and dividing it into individual pieces corresponding to each of the assemblies.
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