JP2018060746A - ブレーカー並びにそれを備えた安全回路及び2次電池パック。 - Google Patents
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Abstract
【課題】落下時の衝撃に伴う電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できるブレーカーを提供する。
【解決手段】ブレーカー1は、固定接点21を有する固定片2と、可動接点31を有し、可動接点31を固定接点21に押圧して接触させる可動片3と、温度変化に伴って変形することにより、可動片3を可動接点31が固定接点21に接触する導通状態から可動接点31が固定接点21から離隔する遮断状態に移行させる熱応動素子4とを備え、可動片3が遮断状態にあるとき、固定片2と可動片3とを導通させる第1PTCサーミスター5と、固定片2と可動片3とを常時導通させる第2PTCサーミスター6とをさらに備える。
【選択図】図1
【解決手段】ブレーカー1は、固定接点21を有する固定片2と、可動接点31を有し、可動接点31を固定接点21に押圧して接触させる可動片3と、温度変化に伴って変形することにより、可動片3を可動接点31が固定接点21に接触する導通状態から可動接点31が固定接点21から離隔する遮断状態に移行させる熱応動素子4とを備え、可動片3が遮断状態にあるとき、固定片2と可動片3とを導通させる第1PTCサーミスター5と、固定片2と可動片3とを常時導通させる第2PTCサーミスター6とをさらに備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、電気機器の保護装置として用いられる小型のブレーカー等に関するものである。
従来、各種電気機器の2次電池やモーター等の保護装置(安全回路)としてブレーカーが使用されている。ブレーカーは、充放電中の2次電池の温度が過度に上昇した場合、又は自動車、家電製品等の機器に装備されるモーター等に過電流が流れた場合等の異常が生じた際に、2次電池やモーター等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、機器の安全を確保するために、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)ことと、通電時の抵抗値が安定していることが求められる。
また、ブレーカーが、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット型携帯情報端末機器又はスマートフォンと称される薄型の多機能携帯電話機等のいわゆるモバイル機器に装備される2次電池等の保護装置として用いられる場合、上述した安全性の確保に加えて、小型化が要求される。特に、近年の携帯情報端末機器にあっては、ユーザーの小型化(薄型化)の志向が強く、各社から新規に発売される機器は、デザイン上の優位性を確保するために、小型に設計される傾向が顕著である。こうした背景の下、携帯情報端末機器を構成する一部品として、2次電池と共に実装される電流遮断装置もまた、さらなる小型化が強く要求されている。
ブレーカーには、温度変化に応じて作動し、電流を導通又は遮断する熱応動素子が備えられている。特許文献1には、熱応動素子としてバイメタルを適用したブレーカーが示されている。バイメタルとは、熱膨張率の異なる2種類の板状の金属材料が積層されてなり、温度変化に応じて形状を変えることにより、接点の導通状態を制御する素子である。同文献に示されたブレーカーは、固定片、可動片、熱応動素子、PTCサーミスター等の部品が、ケースに収納されてなり、固定片及び可動片の端子が電気機器の電気回路に接続されて使用される。
上述したノート型パーソナルコンピュータ等のモバイル機器は、ユーザーによって自由に持ち運ぶことができる反面、地面等への落下の危険を伴う。動作中のモバイル機器が地面等に落下した場合、その衝撃によって可動片が弾性変形し、固定接点から可動接点が離隔し、機器各部への電力供給が瞬間的に遮断(以下、瞬断と記す)されるおそれがある。このような電力供給の瞬断によって、機器各部の動作が不安定となる他、実行中のデータが消失する等の不具合が発生するおそれがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、落下時の衝撃に伴う電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できるブレーカーを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、固定接点を有する固定片と、可動接点を有し、前記可動接点を前記固定接点に押圧して接触させる可動片と、温度変化に伴って変形することにより、前記可動片を前記可動接点が前記固定接点に接触する導通状態から前記可動接点が前記固定接点から離隔する遮断状態に移行させる熱応動素子とを備えたブレーカーにおいて、前記可動片が前記遮断状態にあるとき、前記固定片と前記可動片とを導通させる第1正特性サーミスターと、前記固定片と前記可動片とを常時導通させる第2正特性サーミスターとをさらに備えることを特徴とする。
本発明に係る前記ブレーカーにおいて、前記第2正特性サーミスターは、前記固定片と前記可動片とによって挟持されていることが望ましい。
本発明に係る前記ブレーカーにおいて、前記固定片は、前記第1正特性サーミスターと接触する第1接触部を挟んで、前記固定接点とは反対側に前記第2正特性サーミスターと接触する第2接触部を有することが望ましい。
本発明に係る前記ブレーカーにおいて、前記固定接点、前記第1接触部及び前記第2接触部は、前記可動片の長手方向に並設されていることが望ましい。
本発明に係る前記ブレーカーにおいて、前記固定片、前記可動片、前記熱応動素子及び前記第1正特性サーミスターを収容するケースをさらに備え、前記第2正特性サーミスターは、前記ケースに収容されていることが望ましい。
本発明に係る前記ブレーカーにおいて、前記固定片、前記可動片、前記熱応動素子及び前記第1正特性サーミスターを収容するケースをさらに備え、前記第2正特性サーミスターの少なくとも一部が、前記ケースの外部に突出されていることが望ましい。
本発明に係る前記ブレーカーにおいて、前記第2正特性サーミスターのトリップ温度未満において、前記第2正特性サーミスターの抵抗は、前記第1正特性サーミスターの抵抗よりも小さく、前記第2正特性サーミスターのトリップ温度以上において、前記第2正特性サーミスターの抵抗は、前記第1正特性サーミスターの抵抗よりも大きいことが望ましい。
本発明に係る前記ブレーカーにおいて、トリップ前後での、前記第2正特性サーミスターの温度変化に対する抵抗変化の割合は、前記第1正特性サーミスターの温度変化に対する抵抗変化の割合よりも大きいことが望ましい。
本発明の電気機器用の安全回路は、前記ブレーカーを備えたことを特徴とする。
本発明の2次電池パックは、前記ブレーカーを備えたことを特徴とする。
本発明のブレーカーは、可動片が遮断状態にあるとき、固定片と可動片とを導通させる第1正特性サーミスターに加えて、固定片と可動片とを常時導通させる第2正特性サーミスターとをさらに備える。これにより、ブレーカーに電気機器の地面等への落下に伴う衝撃が加えられ、その衝撃によって固定接点から可動接点が離隔する場合であっても、トリップ温度未満で低抵抗状態にある第2正特性サーミスターを介して固定片と可動片との導通が維持される。従って、本発明のブレーカーは、単体で、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。
また、主として可動片が遮断状態でのブレーカーの自己保持回路を確保するために設けられる第1正特性サーミスターと、主として上記瞬断対策として設けられる第2正特性サーミスターとは、通常、要求される機能が異なる。本発明では、独立した第1正特性サーミスター及び第2正特性サーミスターによって、各サーミスターの諸特性(トリップ温度、トリップ温度未満での抵抗及びトリップ温度以上での抵抗等)を、それぞれの機能に応じて個別に設定することが可能となる。これにより、ブレーカーの良好な温度特性を維持しつつ、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。
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乃至図3は、ブレーカーの構成を示している。ブレーカー1は、固定接点21を有する固定片2と、先端部に可動接点31を有する可動片3と、温度変化に伴って変形する熱応動素子4と、第1PTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスター5と、固定片2、可動片3、熱応動素子4及び第1PTCサーミスター5を収容するケース7等によって構成されている。ケース7は、ケース本体(第1ケース)71とケース本体71の上面に装着される蓋部材(第2ケース)81等によって構成されている。
固定片2は、例えば、銅等を主成分とする金属板(この他、銅−チタニウム合金、洋白、黄銅などの金属板)をプレス加工することにより形成され、ケース本体71にインサート成形により埋め込まれている。固定片2の一端には外部回路と電気的に接続される端子22が形成され、他端側には、第1PTCサーミスター5を支持する支持部23が形成されている。第1PTCサーミスター5は、固定片2の支持部23に3箇所形成された凸状の突起(ダボ)24の上に載置されて、突起24に支持される。
固定接点21は、銀、ニッケル、ニッケル−銀合金の他、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可動接点31に対向する位置に形成され、ケース本体71の内部に形成されている開口73aの一部から露出されている。端子22はケース本体71の端縁から外側に突き出されている。支持部23は、ケース本体71の内部に形成されている開口73dから露出されている。
本出願においては、特に断りのない限り、固定片2において、固定接点21が形成されている側の面(すなわち図1において上側の面)を表(おもて)面、その反対側の面を裏(うら)面として説明している。固定接点21から可動接点31に向く方向を第1方向と、第1方向とは反対の方向を第2方向とそれぞれ定義した場合、表面は第1方向を向き、裏面は第2方向を向く。他の部品、例えば、可動片3及び熱応動素子4、第1PTCサーミスター5等についても同様である。
可動片3は、銅等を主成分とする板状の金属材料をプレス加工することにより、長手方向の中心線に対して対称なアーム状に形成されている。
可動片3の長手方向の先端部には、可動接点31が形成されている。可動接点31は、固定接点21と同等の材料によって形成され、溶接の他、クラッド、かしめ(crimping)等の手法によって可動片3の先端部に接合されている。
可動片3の長手方向の他端部には、外部回路と電気的に接続される端子32が形成されている。可動片3は、可動接点31と端子32の間に、当接部33(アーム状の可動片3の基端及びケース7に埋設される部分に相当)、及び弾性部34を有している。当接部33は、端子32と弾性部34との間でケース本体71及び蓋部材81と当接し、可動片3の短手方向に翼状に突出する突出部33aを有する。突出部33aが設けられていることにより、当接部33が幅広く大きな領域でケース本体71の当接部74及び蓋部材81の当接部83によって挟み込まれ、可動片3がケース7に対して強固に固定される。
弾性部34は、当接部33から可動接点31の側に延出されている。当接部33においてケース本体71と蓋部材81によって裏表両面側から挟み込まれて可動片3が固定され、弾性部34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、固定片2と可動片3とが通電可能となる。
可動片3は、弾性部34において、プレス加工により湾曲又は屈曲されている。湾曲又は屈曲の度合いは、熱応動素子4を収納できる限り特に限定はなく、反転動作温度及び正転復帰温度における弾性力、接点の押圧力などを考慮して適宜設定すればよい。また、弾性部34の下面には、熱応動素子4に対向して一対の突起(接触部)34a,34bが形成されている。突起34a,34bと熱応動素子4とは接触して、突起34a,34bを介して熱応動素子4の変形が弾性部34に伝達される(図1、図2及び図3参照)。
熱応動素子4は、円弧状に湾曲した初期形状をなし、熱膨張率の異なる薄板材を積層することにより形成される。なお、熱応動素子4のうち、高膨脹側の薄板材には、例えば、銅−ニッケル−マンガン合金又はニッケル−クロム−鉄合金が、低膨脹側の薄板材には、例えば、鉄−ニッケル合金をはじめとする、洋白、黄銅、ステンレス鋼などの合金が、所要条件に応じて組み合わせて使用されうる。各薄板材は、例えば、圧延等によって貼り合わせられる。
過熱により動作温度に達すると、熱応動素子4の湾曲形状は、スナップモーションを伴って逆反りし、冷却により復帰温度を下回ると復元する。熱応動素子4の初期形状は、プレス加工により形成することができる。所期の温度で熱応動素子4の逆反り動作により可動片3の弾性部34が押し上げられ、かつ弾性部34の弾性力により元に戻る限り、熱応動素子4の材質及び形状は特に限定されるものでないが、生産性及び逆反り動作の効率性の観点から矩形状が望ましく、小型でありながら弾性部34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。
第1PTCサーミスター5は、固定片2と熱応動素子4との間に配設されている。すなわち、第1PTCサーミスター5を挟んで、固定片2の支持部23は熱応動素子4の直下に位置している。熱応動素子4の逆反り動作により固定片2と可動片3との通電が遮断されたとき、第1PTCサーミスター5に流れる電流が増大する。第1PTCサーミスター5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、作動電流、作動電圧、作動温度、復帰温度などの必要に応じて種類を選択でき、その材料及び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。本実施形態では、チタニウム酸バリウム、チタニウム酸ストロンチウム又はチタニウム酸カルシウムを含むセラミック焼結体が用いられる。セラミック焼結体の他、ポリマーにカーボン等の導電性粒子を含有させたいわゆるポリマーPTCを用いてもよい。
ケース7を構成するケース本体71及び蓋部材81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)などの熱可塑性樹脂により成形されている。上述した樹脂と同等以上の特性が得られるのであれば、樹脂以外の材料を適用してもよい。
ケース本体71には、可動片3、熱応動素子4及び第1PTCサーミスター5などを収容するための第1収容凹部73が形成されている。第1収容凹部73は、可動片3を収容するための開口73a,73b、可動片3及び熱応動素子4を収容するための開口73c、並びに、第1PTCサーミスター5を収容するための開口73d等を有している。なお、ケース本体71に組み込まれた可動片3、熱応動素子4の端縁は、第1収容凹部73の内部に形成されている枠によってそれぞれ当接され、熱応動素子4の逆反り時に案内される。
蓋部材81には、銅等を主成分とする金属板又はステンレス鋼等の金属板がインサート成形によって埋め込まれていてもよい。金属板は、可動片3の表面と適宜当接し、可動片3の動きを規制すると共に、蓋部材81のひいては筐体としてのケース7の剛性・強度を高めつつブレーカー1の小型化に貢献する。
図1に示すように、固定片2、可動片3、熱応動素子4及び第1PTCサーミスター5等を収容したケース本体71の開口73a、73b、73c等を塞ぐように、蓋部材81が、ケース本体71に装着される。ケース本体71と蓋部材81とは、例えば超音波溶着によって接合される。
図2及び3は、ブレーカー1の動作の概略を示している。図2は、通常の充電又は放電状態におけるブレーカー1の動作を示している。通常の充電又は放電状態においては、熱応動素子4は逆反り前の初期形状を維持している。固定接点21、可動接点31及び可動片3の弾性部34などを通じてブレーカー1の両端子22、32間は導通している。また、熱応動素子4は、導通状態の可動片3と離隔している。これにより、可動接点31と固定接点21との接触圧力が高められ、両者間の接触抵抗が低減される。
図3は、過充電状態又は異常時などにおけるブレーカー1の動作を示している。過充電又は異常により高温状態となると、動作温度に達した熱応動素子4は逆反りして可動片3の弾性部34と接触し、弾性部34が押し上げられて固定接点21と可動接点31とが離隔する。このとき、固定接点21と可動接点31の間を流れていた電流は遮断される。一方、熱応動素子4は、可動片3と接触して、僅かな漏れ電流が熱応動素子4及び第1PTCサーミスター5を通して流れることとなる。すなわち、第1PTCサーミスター5は、可動片3を遮断状態に移行させている熱応動素子4を介して、固定片2と可動片3とを導通させる。第1PTCサーミスター5は、このような漏れ電流の流れる限り発熱を続け、熱応動素子4を逆反り状態に維持させつつ抵抗値を激増させるので、電流は固定接点21と可動接点31の間の経路を流れず、上述の僅かな漏れ電流のみが存在する(自己保持回路を構成する)。この漏れ電流は安全装置の他の機能に充てることができる。
過充電状態を解除し、又は異常状態を解消すると、第1PTCサーミスター5の発熱も収まり、熱応動素子4は復帰温度に戻り、元の初期形状に復元する。そして、可動片3の弾性部34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2に示す導通状態に復帰する。
図1乃至3に示されるように、本実施形態のブレーカー1は、可動接点31と固定接点21との接触状態に関わらず、固定片2と可動片3とを常時導通させる第2PTCサーミスター6とをさらに備える。
図4は、第2PTCサーミスター6を示している。第2PTCサーミスター6には、上述したセラミック焼結体又はポリマーPTC等が適宜採用されうる。第2PTCサーミスター6の端面には、固定片2及び可動片3と電気的な接続を良好とするための電極61が低抵抗の金、銀又は銀合金等により形成されている。
図5は、熱応動素子4の動作温度未満の温度下で、落下に伴う衝撃によって固定接点21から可動接点31が離隔している状態のブレーカー1を示している。ブレーカー1に大きな衝撃が加えられると、固定接点21から可動接点31が離隔し、固定片2と弾性部34との導通が遮断される。同図では、固定片2から第1PTCサーミスター5が離隔している状態が示されているが、第1PTCサーミスター5から熱応動素子4が離隔している状態、熱応動素子4から可動片3が離隔している状態等が生じうる。
本ブレーカー1では、上記いずれかの状態により、固定片2と弾性部34との導通が遮断される事態にあっても、トリップ温度未満で低抵抗状態にある第2PTCサーミスター6を介して固定片2と可動片3との導通が維持される。従って、ブレーカー1は、単体で電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。
本実施形態の第2PTCサーミスター6は、ケース7の内部に収容されている。ケース本体71には、第2PTCサーミスター6を収容するための第2収容凹部76が形成されている。第2収容凹部76は、ケース本体71の当接部74を貫通して形成されている。第2収容凹部76は、第2PTCサーミスター6の一部又は全体をケース7の樹脂部に収容できればよいので、二次的な成形によって形成することができる。これにより、ケース7の樹脂部を貫通する第2PTCサーミスター6によって、固定片2と可動片3とが常時導通状態とされる。
第2PTCサーミスター6は、固定片2の他端部が端子32の側に延出された支持部23と、可動片3の当接部33とによって挟持されている。これにより、例えば、特許文献1に開示されている形態のブレーカーに第2PTCサーミスター6を追加した簡素な構成により、固定片2と可動片3とを常時導通させることが可能となる。
固定片2の支持部23には、第1PTCサーミスター5と接触する第1接触部25及び第2PTCサーミスター6と接触する第2接触部26が設けられている。第1接触部25及び第2PTCサーミスター6は、第1収容凹部73及び第2収容凹部76の内部空間に露出されている。
第2接触部26は、第1接触部25を挟んで、固定接点21とは反対側に配されている。すなわち、固定接点21、第1接触部25及び第2接触部26は、可動片3の長手方向に並設されている。これにより、ブレーカー1の厚さ及び幅(可動片3の短手方向の長さ)を肥大させることなく、第2PTCサーミスター6をケース7の内部に収容することが可能となる。
第1PTCサーミスター5と接触し、第1PTCサーミスター5を支持する突起24は、第1接触部25に形成されている。一方、第2接触部26には、第2PTCサーミスター6と接触し、第2PTCサーミスター6を支持する一対の突起27が形成されている。各突起27は、可動片3の長手方向にのびて形成されている。
可動片3の当接部33には、可動片3の厚さ方向に貫通する貫通溝36が形成されている。貫通溝36は、平面視で略U字状に形成されている。このような貫通溝36によって、舌片状のサーミスター押圧部37が形成される。サーミスター押圧部37は、第2PTCサーミスター6と当接し、第2PTCサーミスター6を第2接触部26の側に押圧する。これにより、ブレーカー1に電気機器の地面等への落下に伴う衝撃が加えられた場合であっても、可動片3と第2PTCサーミスター6との間及び第2PTCサーミスター6と固定片2との間で安定した導通が維持され、電気機器各部への電力供給の瞬断をより一層効果的に抑制できる。
貫通溝36の形状は、平面視で略U字状の形態に限られることなく、例えば、略V字状、略W字状又は略H字状等であってもよい。このような貫通溝36によって、サーミスター押圧部37が複数個設けられていてもよい。また、貫通溝36の形状を変形することにより、サーミスター押圧部37の形状を任意とすることができる。
サーミスター押圧部37は、裏面側に突出するように、基端部37aにおいて屈曲又は湾曲されている。すなわち、サーミスター押圧部37は、第2接触部26の側に突出して設けられている。これにより、図1に示されるように、可動片3がケース本体71に組み込まれたとき、サーミスター押圧部37は、可動片3の裏面側で第2PTCサーミスター6と当接する。サーミスター押圧部37が発生する弾性力によって、第2PTCサーミスター6は、第2接触部26の側に押圧され、第2接触部26とサーミスター押圧部37とによって挟み込まれて強固に拘束される。サーミスター押圧部37が発生する弾性力は、弾性部34が発生する弾性力よりも大きいのが望ましい。また、第2PTCサーミスター6の質量は、熱応動素子4及び第1PTCサーミスター5の質量の和よりも小さいのが望ましい。このようなサーミスター押圧部37及び第2PTCサーミスター6によって、落下時の衝撃に対する耐瞬断性能を、より一層高めることが可能となる。
第1PTCサーミスター5及び第2PTCサーミスター6は、加熱に伴い低抵抗状態から高抵抗状態に移行する。PTCサーミスターが低抵抗状態から高抵抗状態に移行する温度は、トリップ温度と称される。第1PTCサーミスター5及び第2PTCサーミスター6は、それぞれ固有のトリップ温度を有している。
主として可動片3が遮断状態でのブレーカー1の自己保持回路を確保するために設けられる第1PTCサーミスター5と、主として上記瞬断対策として設けられる第2PTCサーミスター6とは、通常、要求される機能が異なる。本発明では、独立した第1PTCサーミスター5及び第2PTCサーミスター6によって、各サーミスターの諸特性(トリップ温度、トリップ温度未満での抵抗及びトリップ温度以上での抵抗等)を、それぞれの機能に応じて個別に設定することが可能となる。これにより、ブレーカー1の良好な温度特性を維持しつつ、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。
より具体的には、熱応動素子4の動作温度未満の温度領域で、電気機器の落下時における電気機器各部への電力供給の瞬断を効果的に抑制するため、第2PTCサーミスター6のトリップ温度は、熱応動素子4の動作温度よりも高く設定されることが望ましい。これにより、第2PTCサーミスター6を流れる電流が十分に確保され、電気機器各部への電力供給が維持される。
図6は、第1PTCサーミスター5及び第2PTCサーミスター6のトリップ前後(トリップ温度の上下の温度領域)における抵抗を比較して示す片対数グラフである。図6において、縦軸の抵抗は対数で増加し、第1PTCサーミスター5の抵抗は曲線R5で示され、第2PTCサーミスター6の抵抗は曲線R6で示される。
さらに、熱応動素子4の動作温度未満の温度領域で、電気機器の落下時における電気機器各部への電力供給の瞬断を効果的に抑制するため、第2PTCサーミスター6のトリップT6温度未満において、第2PTCサーミスター6の抵抗R6は、第1PTCサーミスター5の抵抗R5よりも小さいのが望ましい。これにより、第1PTCサーミスター5及び第2PTCサーミスター6がトリップしていない状態での電気機器の落下時に、第2PTCサーミスター6を流れる電流が十分に確保され、電気機器各部への電力供給が維持される。
一方、第2PTCサーミスター6のトリップ温度T6以上において、第2PTCサーミスター6の抵抗R6は、第1PTCサーミスター5の抵抗R5よりも大きいのが望ましい。これにより、第1PTCサーミスター5及び第2PTCサーミスター6がトリップした状態で、第1PTCサーミスター5を流れる漏れ電流が十分に確保され、熱応動素子4の温度を復帰温度以上に維持し、熱応動素子4及び第1PTCサーミスター5を含む自己保持回路を有効に機能させることが容易となる。
第1PTCサーミスター5のトリップ温度T5は、熱応動素子4の動作温度T4よりも大きく、第2PTCサーミスター6のトリップ温度T6は、第1PTCサーミスター5のトリップ温度T5よりも大きい。このような構成により、ブレーカー1において、第1PTCサーミスター5による自己保持の機能、第2PTCサーミスター6による瞬断の防止、熱応動素子4による良好な遮断動作が実現できる。第1PTCサーミスター5及び第2PTCサーミスター6の温度変化に対する抵抗変化の割合は、曲線R5の傾き及びR6の傾きによって表される。
トリップ前後において、第2PTCサーミスター6の温度変化に対する抵抗変化の割合は、第1PTCサーミスター5の温度変化に対する抵抗変化の割合よりも大きいのが望ましい。これにより、第1PTCサーミスター5及び第2PTCサーミスター6がトリップしていない状態での電気機器の落下時に、第2PTCサーミスター6を流れる電流が十分に確保されやすくなり、電気機器各部への安定した電力供給が期待できる。また、第1PTCサーミスター5及び第2PTCサーミスター6がトリップした状態では、第1PTCサーミスター5を流れる電流が十分に確保されるので、熱応動素子4及び第1PTCサーミスター5を含む自己保持回路を有効に機能させることが容易となる。
(変形例)
図7は、上記ブレーカー1の変形例であるブレーカー1Aの断面を示している。ブレーカー1Aは、第2PTCサーミスター6が、ケース7の外部に配されている点で、ブレーカー1と異なる。ブレーカー1Aのうち、以下で説明されてない部分については、上述したブレーカー1の構成が採用されうる。
図7は、上記ブレーカー1の変形例であるブレーカー1Aの断面を示している。ブレーカー1Aは、第2PTCサーミスター6が、ケース7の外部に配されている点で、ブレーカー1と異なる。ブレーカー1Aのうち、以下で説明されてない部分については、上述したブレーカー1の構成が採用されうる。
ブレーカー1Aでは、固定片2の第2接触部26が端子32側に延出され、ケース本体71の外部に突出されている。また、可動片3の端子32が、ケース本体71の外側に延出されている。第2PTCサーミスター6は、例えば、銀ペースト62等の導電性接着剤を介して第2接触部26及び端子32に固着されている。このような銀ペースト62による固着構造は、例えば、圧入等の固着構造と比較して、第2PTCサーミスター6にかかる応力を低減し、第2PTCサーミスター6の破損を抑制する。
ブレーカー1Aによれば、ブレーカー1Aに電気機器の地面等への落下に伴う衝撃が加えられ、その衝撃によって固定接点から可動接点が離隔する場合であっても、第2PTCサーミスター6を介して固定片2と可動片3との導通が維持される。従って、ブレーカー1Aは、単体で電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。また、第2PTCサーミスター6が、ケース7の外部に配されているので、ケース7を小型化することが可能となる。
第2PTCサーミスター6は、固定片2の他端部が端子32の側に延出された支持部23の先端部である第2接触部26と、可動片3の端子32とによって挟持されている。これにより、例えば、特許文献1に開示されている形態のブレーカーに第2PTCサーミスター6を追加した簡素な構成により、固定片2と可動片3とを常時導通させることが可能となる。
第2接触部26は、第1接触部25を挟んで、固定接点21とは反対側に配されている。すなわち、固定接点21、第1接触部25及び第2接触部26は、可動片3の長手方向に並設されている。これにより、ブレーカー1の厚さ及び幅を肥大させることなく、第2PTCサーミスター6をケース7で配置することが可能となる。
本ブレーカー1Aでは、第2PTCサーミスター6の全体がケース7の外部に突出されている構成であるが、第2PTCサーミスター6の少なくとも一部がケース7の外部に突出されている構成であってもよい。
本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、種々の態様に変更して実施される。すなわち、少なくとも、ブレーカー1は、固定接点21を有する固定片2と、可動接点31を有し、可動接点31を固定接点21に押圧して接触させる可動片3と、温度変化に伴って変形することにより、可動片3を可動接点31が固定接点21に接触する導通状態から可動接点31が固定接点21から離隔する遮断状態に移行させる熱応動素子4とを備え、可動片3が遮断状態にあるとき、固定片2と可動片3とを導通させる第1PTCサーミスター5と、固定片2と可動片3とを常時導通させる第2PTCサーミスター6とをさらに備えていればよい。
また、ケース本体71と蓋部材81との接合手法は、超音波溶着に限られることなく、両者が強固に接合され十分な気密性が得られる手法であれば、適宜適用することができる。例えば、液状又はゲル状の接着剤を塗布・充填し、硬化させることにより、両者が接着されてもよい。また、ケース7は、ケース本体71と蓋部材81等によって構成される形態に限られることなく、2個以上の部品によって構成される形態であればよい。例えば、ケース本体71と蓋部材81の外側に、インサート成形等によって第3ケースを構成する樹脂が充填されている形態であってもよい。
また、固定片2、可動片3、熱応動素子4、第1PTCサーミスター5、第2PTCサーミスター6及びケース7等の形状も、図1等に示したものに限られず、適宜変更可能である。
また、特開2005−203277号公報に示されるような、可動片が端子側のアームターミナルと可動接点の側の可動アームに構造的に分離されている形態に、本発明のブレーカー1Aの構成が適用されてもよい。この場合、アームターミナルと可動アームとが溶接等によって固定されていてもよい。
図8は、ブレーカー1を備えた安全回路の回路図である。同図では、図5に示されるように、落下等に伴う衝撃を受け、固定接点21から可動接点31が離隔した状態での安全回路100が示されている。ブレーカー1は、2次電池201と負荷110との間で直列に接続されている。可動片3の弾性部34、第1PTCサーミスター5及び第2PTCサーミスター6は、ブレーカー1内で並列に接続される。また、第1PTCサーミスター5は、熱応動素子4と直列に接続されている。ブレーカー1に加えられた衝撃によって固定接点21から可動接点31が離隔すると共に、可動片3から熱応動素子4が離隔する場合であっても、第2PTCサーミスター6を介して固定片2と可動片3との導通が維持され、負荷110への電力供給の瞬断を抑制できる。
図9は、安全回路の斜視図である。図9(a)に示されるように、安全回路100は、2次電池201を含む2次電池パック200と、各種の電子部品が実装された回路基板101と、2次電池201と回路基板101とを接続するためのタブリード102、103及び104とを備える。
タブリード102及び103は、2次電池201のセルから2次電池201の本体の外側に突出されている。タブリード102の先端は回路基板101と接続され、タブリード103の先端はブレーカー1の端子22と接続されている。また、タブリード104の一端はブレーカー1の端子32と接続され、他端は回路基板101と接続されている。なお、タブリード103、104と端子22、32とは、溶接等により接続されている。
2次電池201の端縁部には、ブレーカー1及び安全回路100を支持するためのテラス202が、2次電池201の本体部から突出して形成されている。
図9(b)に示されるように、タブリード102及び104の箇所にて、回路基板101を折り返すことにより、回路基板101がテラス202に積み重ねられる。
このとき、テラス202、ブレーカー1及び回路基板101の厚さの合計が2次電池201の本体部と同等になるように、ブレーカー1の厚さが抑制されていることが望ましい。本ブレーカー1及び1Aによれば、第2PTCサーミスター6を追加することに伴うブレーカー1等の厚さの肥大が回避されるので、安全回路100全体の厚さを容易に抑制できる。
また、ブレーカー1が実装されるテラス202の突出長さが、回路基板101の幅と同等になるように、ブレーカー1の幅が抑制されていることが望ましい。本ブレーカー1及び1Aによれば、第2PTCサーミスター6を追加することに伴うブレーカー1等の幅の肥大が回避されるので、容易に安全回路100全体の小型化を図ることができる。
1 ブレーカー
2 固定片
3 可動片
4 熱応動素子
5 第1PTCサーミスター(第1正特性サーミスター)
6 第2PTCサーミスター(第2正特性サーミスター)
7 ケース
21 固定接点
25 第1接触部
26 第2接触部
100 :安全回路
200 :2次電池パック
2 固定片
3 可動片
4 熱応動素子
5 第1PTCサーミスター(第1正特性サーミスター)
6 第2PTCサーミスター(第2正特性サーミスター)
7 ケース
21 固定接点
25 第1接触部
26 第2接触部
100 :安全回路
200 :2次電池パック
Claims (10)
- 固定接点を有する固定片と、
可動接点を有し、前記可動接点を前記固定接点に押圧して接触させる可動片と、
温度変化に伴って変形することにより、前記可動片を前記可動接点が前記固定接点に接触する導通状態から前記可動接点が前記固定接点から離隔する遮断状態に移行させる熱応動素子とを備えたブレーカーにおいて、
前記可動片が前記遮断状態にあるとき、前記固定片と前記可動片とを導通させる第1正特性サーミスターと、
前記固定片と前記可動片とを常時導通させる第2正特性サーミスターとをさらに備えることを特徴とするブレーカー。 - 前記第2正特性サーミスターは、前記固定片と前記可動片とによって挟持されている請求項1記載のブレーカー。
- 前記固定片は、前記第1正特性サーミスターと接触する第1接触部を挟んで、前記固定接点とは反対側に前記第2正特性サーミスターと接触する第2接触部を有する請求項1又は2に記載のブレーカー。
- 前記固定接点、前記第1接触部及び前記第2接触部は、前記可動片の長手方向に並設されている請求項3記載のブレーカー。
- 前記固定片、前記可動片、前記熱応動素子及び前記第1正特性サーミスターを収容するケースをさらに備え、
前記第2正特性サーミスターは、前記ケースに収容されている請求項1乃至4のいずれかに記載のブレーカー。 - 前記固定片、前記可動片、前記熱応動素子及び前記第1正特性サーミスターを収容するケースをさらに備え、
前記第2正特性サーミスターの少なくとも一部が、前記ケースの外部に突出されている請求項1乃至4のいずれかに記載のブレーカー。 - 前記第2正特性サーミスターのトリップ温度未満において、前記第2正特性サーミスターの抵抗は、前記第1正特性サーミスターの抵抗よりも小さく、
前記第2正特性サーミスターのトリップ温度以上において、前記第2正特性サーミスターの抵抗は、前記第1正特性サーミスターの抵抗よりも大きい請求項1乃至6のいずれかに記載のブレーカー。 - トリップ前後において、前記第2正特性サーミスターの温度変化に対する抵抗変化の割合は、前記第1正特性サーミスターの温度変化に対する抵抗変化の割合よりも大きい請求項1乃至7のいずれかに記載のブレーカー。
- 請求項1乃至8のいずれかに記載のブレーカーを備えたことを特徴とする電気機器用の安全回路。
- 請求項1乃至8のいずれかに記載のブレーカーを備えたことを特徴とする2次電池パック。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016199178A JP2018060746A (ja) | 2016-10-07 | 2016-10-07 | ブレーカー並びにそれを備えた安全回路及び2次電池パック。 |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=61908956
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JP2016199178A Pending JP2018060746A (ja) | 2016-10-07 | 2016-10-07 | ブレーカー並びにそれを備えた安全回路及び2次電池パック。 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2018060746A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2020022298A1 (ja) * | 2018-07-24 | 2020-01-30 | ボーンズ株式会社 | ブレーカー、安全回路及び2次電池パック |
-
2016
- 2016-10-07 JP JP2016199178A patent/JP2018060746A/ja active Pending
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WO2020022298A1 (ja) * | 2018-07-24 | 2020-01-30 | ボーンズ株式会社 | ブレーカー、安全回路及び2次電池パック |
CN112514022A (zh) * | 2018-07-24 | 2021-03-16 | 柏恩氏株式会社 | 断路器、安全电路、以及二次电池组 |
JPWO2020022298A1 (ja) * | 2018-07-24 | 2021-07-01 | ボーンズ株式会社 | ブレーカー、安全回路及び2次電池パック |
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