JP3820055B2

JP3820055B2 - サーマルプロテクタ

Info

Publication number: JP3820055B2
Application number: JP10937799A
Authority: JP
Inventors: 秀昭武田
Original assignee: Uchiya Thermostat Co Ltd
Current assignee: Uchiya Thermostat Co Ltd
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2019-04-16
Also published as: CN1300442A; DE10081191T1; JP2000299049A; CN1128460C; WO2000063936A1; DE10081191B4; US6414285B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーマルプロテクタ、特に、携帯型コンピュータに内蔵される２次電池パックに用いて好適なサーマルプロテクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯型コンピュータ等に内蔵される２次電池パックでは、従来、２次電池としてニッケル・カドミウム電池やニッケル水素電池が使用されてきた。このような２次電池を用いた２次電池パックにおいては、過熱、過負荷、短絡等に対する保護手段として、バイメタル板の反転動作を利用して接点を開く形式のサーマルプロテクタを組み込むようにしている。
上記サーマルプロテクタには、所要の内部抵抗を持たせてある。これは、過負荷や短絡に基づく過大電流が流れた場合に、この内部抵抗による自己発熱によって上記バイメタル板を反転動作させるためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、２次電池は、上記ニッケルーカドミウム電池やニッケル水素電池からリチウムイオン電池に移行しつつある。このリチウムイオン電池においては、正確な充放電管理が必要であり、このため、短絡保護も含めての管理を半導体を用いた制御回路が担うようになってきている。
【０００４】
しかし、より安全性を高めるには、上記制御回路とは異なる種類の安全装置を併用することが好ましく、このため、上記リチウム電池を用いた電池パックにおいてもサーマルプロテクタを搭載することが多い。
このリチウム電池を内蔵した電池パックに適用するサーマルプロテクタは、従来のサーマルプロテクタとは逆に内部抵抗の低いことが要求される。つまり、電流に対する感応性が低いこと、換言すれば、自己発熱による動作をしない状態で流し得る電流（以下、不動作電流という）の大きいことが要求される。
【０００５】
なぜなら、不動作電流が小さいと、リチウム電池の充電電荷を放電させる際、該電池が完全放電する前にサーマルプロテクタが自己発熱動作してその放電が困難になるからである。
一方、近年における携帯型コンピュータの急速な性能の向上に伴って、２次電池パックの容量も増大する傾向にあり、この点からも、上記不動作電流を大きくすること、つまり、通電容量を増大することが望まれている。
【０００６】
不動作電流を大きくするには、サーマルプロテクタの内部抵抗を低下させればよい。そこで、サーマルプロテクタの導電要素（端子、可動板等）を低抵抗材料で形成することが考えられるが、材料の選択による内部抵抗の低下には限度があるので、不動作電流をより一層増大するためには、構造的な改善を図る必要がある。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、内部抵抗を低下して不動作電流の増大を図ることを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、先端部に固定接点を有し、後端部に第１の外部接続用端子を有した固定板と、弾性を有し、先端部に設けた可動接点をその弾性によって前記固定接点に当接させた可動板と、この可動板の後端部に接続される第２の外部接続用端子と、先端部を前記可動板に係合させ、設定温度を越えた際に反転して、前記可動板を前記可動接点が前記固定接点から離れる方向に駆動するバイメタル板とを備えたサーマルプロテクタであって、前記可動板の一部が折り畳み加工による二重構造を有し、この二重構造による断面積の増大によって内部抵抗を実質的に低下させている。
第２の発明は、第１の発明において、前記二重構造部を、前記可動板の基端ネック部を除いた部位に設けている。
第３の発明は、先端部に固定接点を有し、後端部に第１の外部接続用端子を有した固定板と、弾性を有し、先端部に設けた可動接点をその弾性によって前記固定接点に当接させた可動板と、この可動板の後端部に接続される第２の外部接続用端子と、先端部を前記可動板に係合させ、設定温度を越えた際に反転して、前記可動板を前記可動接点が前記固定接点から離れる方向に駆動するバイメタル板とを備えたサーマルプロテクタであって、前記可動板の後端部、前記バイメタル板の後端部および前記第２の外部接続用端子の一端部を重ね合わせて支持し、その重ね合わせ支持部における前記可動接点に近い部位で前記可動板と前記第２の外部接続用端子とを電気的に接続して内部抵抗を実質的に低下させている。
第４の発明は、先端部に固定接点を有し、後端部に第１の外部接続用端子を有した固定板と、弾性を有し、先端部に設けた可動接点をその弾性によって前記固定接点に当接させた可動板と、この可動板の後端部に接続される第２の外部接続用端子と、先端部を前記可動板に係合させ、設定温度を越えた際に反転して、前記可動板を前記可動接点が前記固定接点から離れる方向に駆動するバイメタル板とを備えたサーマルプロテクタであって、前記可動板の後端部および前記第２の外部接続用端子の一端部を重ね合わせて支持するとともに、その重ね合わせ支持部の前方に前記バイメタル板の後端部を位置させ、前記重ね合わせ支持部における前記可動接点に近い部位で前記可動板と前記第２の外部接続用端子とを電気的に接続して内部抵抗を実質的に低下させている。
第５の発明は、第１，３，４の発明のいずれかにおいて、前記可動板、第１の外部接続用端子および第２の接続用端子を、それぞれ導電率が５０％ＩＡＣＳ以上の材料で形成している。
第６の発明は、第１，３，４、５の発明のいずれかにおいて、前記第１、第２の外部接続用端子を銅で形成している。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るサーマルプロテクタの縦断面図である。また、図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は図１のＢ矢視図である。
図１に示すように、このサーマルプロテクタは、固定板１０に固着した支持部材２０上に可動板３０、バイメタル板４０および第２の外部接続用端子５０を順次配設し、これらを樹脂製のケース６０に収納した構成を有する。
【０００９】
上記固定板１０は、導電材料からなり、一端部（先端部）に固定接点１１を形成している。そして、この固定板１０の他端部は第１の外部接続用端子１２を形成している。支持部材２０は、電気絶縁性の材料からなり、先端部に凸部２１を形成するとともに、後端部に支柱部２２を形成している。
可動板３０は、導電性および弾性を有した材料からなり、図４に示すように、可動部３１と、該可動部３１の後端から延びる支持部３２と、該支持部３２の後端より突出する接続部３３とを備えている。
【００１０】
上記可動板３０の可動部３１は、その両側に二重構造部３４を有する。この二重構造部３４は、図５の展開図に示す各折畳み片３５を矢視方向（下面側）に折畳むことによって形成されている。
上記可動部３１の基端部である支持部３２側の端部は、該支持部３２に向って徐々に巾を狭めた基端ネック部３１ａを構成している。上記二重構造部３４は、この基端ネック部３１ａを除いた部位に形成してあり、このため、二重構造部３４によって可動部３１の剛性が高くなっても、該可動部３１を自由に揺動運動させることができる。
【００１１】
一方、可動部３１は、先端部に可動接点３６を設けるとともに、この可動接点３６よりも支持部３２側に位置した部位に逃げ孔３７を形成し、更に、支持部３２の中央部に支持孔３８を形成している。
【００１２】
バイメタル板４０は、図６に示すように、反転作動部４１と、この反転作動部４１の後端から延びる支持部４２と、該支持部４２の後端より突出する接続部４３とで構成されている。
このバイメタル板４０は、先端部を上記可動板３０の先端に形成した係合用突起３９に遊嵌し、支持部４２および接続部４３を上記可動板３０の支持部３２および接続部３３上にそれぞれ重ね合わせてある。なお、上記支持部４２の中央部には、可動板３０の支持孔３８に対応する支持孔４４が形成されている。
【００１３】
第２の外部接続用端子５０は、先端部を断面略Ｕ字状に折曲げ加工してあり、この先端部の下面がバイメタル板４０の支持部４２および接続部４３の上面に接する態様で配設してある。なお、この端子５０の先端部には、支持孔５１が形成されている。
【００１４】
図１に示したように、可動板３０、バイメタル板４０および外部接続用端子５０は、それぞれの支持孔３８，４４および５１を前記支持部材２０の支柱部２２に嵌合してある。支柱部２２の頂部は、加熱変形によって支持孔５１の大径部に嵌着している。したがって、可動板３０、バイメタル板４０および外部接続用端子５０は、この支柱部２２によって固定支持されている。この状態では、可動板３０の弾性によって可動接点３６が固定接点１１に押圧当接するともに、可動板３０の逃げ孔３７内に支持部材２０の凸部２１が位置している。
【００１５】
可動板３０の接続部３３およびバイメタル板４０の接続部４３は、スポット溶接等の手段によってＰ１点で第２の外部接続用端子５０に電気的に接続されている。したがって、接点１１，３６が閉じた図１の状態においては、第１の外部接続用端子１２と第２の外部接続用端子５０が、固定接点１１、可動接点３６、可動板３０およびバイメタル板４０の接続部４３を介して導通することになる。
【００１６】
なお、第１の端子１２および第２の端子５０は、その後端部がケース６０の外方に突出している。また、上記端子１２，５０が突出するケース６０の開口部内は、樹脂７０によって封止されている。
【００１７】
この実施形態に係るサーマルプロテクタを図示していない携帯型コンピュータの電池パックに組込んだ場合、この電池パックに内蔵された２次電池の負荷電流が可動板３０を介して端子１２，５０間に流れる。そして、負荷の短絡等のために上記負荷電流が異常に大きくなると、可動板３０がその内部抵抗によって発熱し、その結果、バイメタル板４０の温度が上昇する。
【００１８】
バイメタル板４０の温度が所定の反転温度に達すると、該バイメタル板４０の反転作動部４１が瞬時に反転動作して凹状に変形するので、支持部材２０の凸部２１を支点としてバイメタル板４０の先端が上昇する。これにより、可動板３０の先端部が係合用突起３９を介して持上げられるので、可動接点３６が固定接点１１から離れ、その結果、それまで端子１２，５０間に流れていた異常負荷電流が停止する。
【００１９】
ところで、前述したように、上記実施形態に係るサーマルプロテクタは、可動板３０の可動部３１の両側に二重構造部３４を設けてあるので、該部分３４の断面積が大きい。したがって、可動板３１の内部抵抗を低下させて、実質的に端子１２，５０間の電気抵抗、つまり、サーマルプロテクタの内部抵抗を低下させることができる。
【００２０】
可動板３０の内部抵抗が低いこのサーマルプロテクタによれば、不動作電流の値が大きくなるので、電流に対する感応性が低くなる。それゆえ、このサーマルプロテクタをリチウム電池を内蔵した２次電池パックに適用すれば、該リチウム電池の充電電荷を放電させる際、その充電電荷を完全放電させることが可能になる。また、結果的に通電容量が増大されることから、２次電池パックの容量の増大にも対応することができる。
【００２１】
上記実施形態のサーマルプロテクタでは、可動板３０、バイメタル板４０および第２の外部接続用端子５０を図１に示したＰ１点において電気的に接続してあるが、これらを図７におけるＰ２点で接続すれば、以下の理由により端子１２，５０間の電気抵抗を更に低下することができる。
【００２２】
上記接続点Ｐ２は、支持部４２における可動接点３６に近い側の部位に設定されているので、従来の接続点Ｐ１よりも距離Ｌだけ接点３６側に接近している。この接続点Ｐ２で可動板３０と端子５０とが電気的に接続されると、従来に比して、第２の端子５０における電路長がＬだけ延長される一方、可動板３０における電路長がＬだけ短縮されることになる。
【００２３】
可動板３０の厚さ（断面積）は、第２の端子５０の厚さに比して格段に小さいので、単位長さ当たりの電気抵抗は前者の方が相当に高くなる。したがって、上記位置に接続点Ｐ２を設定すれば、電気抵抗の高い可動板３０の電路長が短縮されて端子１２，５０間の電気抵抗が実質的に低下されることになる。
【００２４】
可動板３０と端子５０とを上記Ｐ２点で相互接続するための手段は、スポット溶接に限定されない。例えば、端子５０に可動板３０側に向う突起を設けるとともに、可動板にこの突起を貫通させる孔を形成し、上記突起を上記孔に挿入した後、該孔から突出する突起の先端を押圧変形して、端子５０に可動板３０をかしめ接続あるいはリベット接続するという接続手段を採用しても良い。
上記のように、Ｐ２点で可動板３０と端子５０を接続する場合、Ｐ１点での接続は不要であるが、このＰ１での接続処理を併せて行なえば、接続の信頼性がより向上する。
【００２５】
なお、図７に示す実施形態では、二重構造部３４を有した前記可動板３０を使用しているが、該二重構造部３４を有していない通常の可動板を使用したサーマルプロテクタであっても、この可動板上記Ｐ２点で端子５０に接続することによってその内部抵抗を実質的に低下させることができる。
【００２６】
図１に示した実施形態では、図６に示した形状のバイメタル板４０を使用し、このバイメタル板４０の支持部４２および接続部４３を可動板３０と端子５０で挟持するようにしているが、上記支持部４２および接続部４３を有さない図８に示すようなバイメタル板４０′を使用することも可能である。この場合、バイメタル板４０′の後端部は、端子５０の折曲げ部と可動板３０とによって構成された隙間８０に挿入される。
【００２７】
以上では、構造上の改善によって端子１２，５０間の電気抵抗を低下させているが、この電気抵抗は導電部材の材料によっても左右される。そこで、以下、導電部材の材料について説明する。
従来のサーマルプロテクタにおいては、可動板、固定板、端子等の導電部材に所要の内部抵抗を持たせるべく、該導電部材を導電率が２０％ＩＡＣＳ程度の材料（例えば、黄銅）で形成している。なお、ＩＡＣＳは、ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｎｎｅａｌｅｄＣｏｐｐｅｒＳｔａｎｄａｒｄの略語である。また、％ＩＡＣＳは、標準焼きなましＣｕ線に対する電気伝導率の１００分比である。
【００２８】
一方、本発明に係るサーマルプロテクタでは、上記可動板３０を５０％ＩＡＣＳ以上の材料（例えば、ベリリューム銅１１合金）で形成し、また、上記固定板１０、第１の外部接続端子１２および第２の外部接続端子５０を導電率が９８％ＩＡＣＳ以上の銅で形成している。
【００２９】
導電部材をこのような材料で形成すれば、上記構造上の改善と相俟って、端子１２，５０間の電気抵抗を大きく低下させることができる。すなわち、図１または図７に示したサーマルプロテクタの導電部材を上記材料で形成した場合、端子１２，５０間の電気抵抗を２ｍΩ以下まで低下させることが可能である。
そして、上記電気抵抗の低下は、前記不動作電流の増大をもたらし、図１または図７に示したサーマルプロテクタの場合、６０℃での不動作電流が１０Ａ以上まで増大する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、内部抵抗を低下して不動作電流の値を大きくすることができる。それゆえ、このサーマルプロテクタをリチウム電池を内蔵した２次電池パックに適用すれば、該リチウム電池の充電電荷を放電させる際、その充電電荷を完全放電させることが可能になる。また、通電容量が増大されることから、２次電池パックの容量の増大にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサーマルプロテクタの実施形態を示した縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ矢視図。
【図４】可動板の斜視図。
【図５】可動板の展開図。
【図６】バイメタル板の平面図。
【図７】第２の外部接続用端子に対する可動板の接続位置を示した平面図。
【図８】本発明の他の実施形態を示した縦断面図。
【符号の説明】
１０固定板
１１固定接点
１２第１の外部接続端子
２０支持部材
２１凸部
２２支柱部
３０可動板
３４二重構造部
３６接点
４０，４０´ バイメタル板
５０第２の外部接続端子
６０ケース
Ｐ１，Ｐ２接続点

Claims

先端部に固定接点（１１）を有し、後端部に第１の外部接続用端子（１２）を有した固定板（１０ )と、弾性を有し、先端部に設けた可動接点（３６）をその弾性によって前記固定接点（１１）に当接させた可動板（３０）と、この可動板（３０）の後端部（３２，３３）に接続される第２の外部接続用端子（５０）と、先端部を前記可動板（３０）に係合させ、設定温度を越えた際に反転して、前記可動板（３０）を前記可動接点（３６）が前記固定接点（１１）から離れる方向に駆動するバイメタル板（４０）と、を備えたサーマルプロテクタであって、
前記可動板（３０）は、両側部に設けた折畳み片（３５）を該可動板（３０）の幅方向に折畳むことによって、その先端部からその基端ネック部（３１ａ）に至るまでの部位に二重構造部（３４）を形成し、
前記二重構造部（３４）による前記可動板（３０）の断面積の増大によって内部抵抗を低下させたことを特徴とするサーマルプロテクタ。
先端部に固定接点（１１）を有し、後端部に第１の外部接続用端子（１２）を有した固定板（１０ ) と、弾性を有し、先端部に設けた可動接点（３６）をその弾性によって前記固定接点（１１）に当接させた可動板（３０）と、この可動板（３０）の後端部（３２，３３）に接続される第２の外部接続用端子（５０）と、先端部を前記可動板（３０）に係合させ、設定温度を越えた際に反転して、前記可動板（３０）を前記可動接点（３６）が前記固定接点（１１）から離れる方向に駆動するバイメタル板（４０）と、を備えたサーマルプロテクタであって、
前記可動板（３０）の後端部は、支持部（３２）と、この支持部（３２）から前記可動接点（３６）とは逆の方向に突出する接続部（３３）とを含み、
前記可動板（３０）の支持部（３２）は、前記第２の外部接続用端子（５０）に重ね合わされ、かつ、その重ね合わされた領域における前記可動接点（３６）に近い位置（Ｐ２）で前記第２の外部接続用端子（５０）と電気的に接続され、
前記可動板（３０）の接続部（３３）は、前記第２の外部接続用端子（５０）に重ね合わされ、かつ、その重ね合わされた位置（Ｐ１）で前記第２の外部接続用端子（５０）と電気的に接続されている、
ことを特徴とするサーマルプロテクタ。
前記バイメタル板（４０）の後端部は、支持部（４２）を含み、
前記バイメタル板（４０）の支持部（４２）は、前記可動板（３０）の支持部（３２）と共に前記第２の外部接続用端子（５０）に重ね合わされ、かつ、前記位置（Ｐ２）で前記可動板（３０）の支持部（３２）と共に前記第２の外部接続用端子（５０）と電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載のサーマルプロテクタ。
前記可動板（３０）との間に隙間 ( ８０ ) が形成されるように、前記第２の外部接続用端子（５０）の一部を前記可動接点（３６）側に突出させ、前記隙間 ( ８０ ) に前記バイメタル板（４０）の後端部を挿入したことを特徴とする請求項２に記載のサーマルプロテクタ。
前記可動板（３０）、第１の外部接続用端子（１２）および第２の外部接続用端子（５０）を、それぞれ導電率が５０％ＩＡＣＳ以上の材料で形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のサーマルプロテクタ。
前記第１、第２の外部接続用端子（１２，５０）が銅で形成されていることを特徴とする請求項５に記載のサーマルプロテクタ。