JP5009380B2 - サーマルプロテクタ - Google Patents

Description

本発明は、電気製品の温度過昇防止用のサーマルプロテクタに係わり、より詳しくは、ホットスポットが発生しない安全な状態でポリマＰＴＣを組み込んだサーマルプロテクタに関する。

従来、電気製品の温度過昇防止装置として、接点回路と並列に接続されたセラミックのＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）を内蔵した自己保持型のサーマルプロテクタが使われている。

このようなサーマルプロテクタは、主に商用電源を使用する電気製品の温度過昇防止を対象にしたものであり、１００〜２００Ｖの高電圧の電流を遮断制御するものもある。
ただし、一部では、電池パックのように低電圧の電流を使用する領域でも、温度過昇防止装置にセラミックＰＴＣが使われていた。

このような温度過昇防止を目的するサーマルプロテクタの用途の中でも、商用電源電圧以下の電圧の回路に用いられる場合は、内蔵するＰＴＣに低抵抗のポリマＰＴＣを用いることもできる。

このポリマＰＴＣの電流遮断の原理は、ポリマ中に分散された導電性粒子を介した導電経路が、温度上昇によるポリマの融点付近での熱膨張による体積膨張によって切れ、これで内部抵抗を急激に上昇させ、電流を大幅に減少させる、というものである。

ところで、この体積膨張が、何らかの原因で妨げられると、局部的に電流が集中する現象、いわゆるホットスポットを発生させる場合があった。
図５は、特許文献１に開示されている「ＰＴＣ導電性ポリマーデバイス」の断面図である。このＰＴＣ導電性ポリマーデバイスは、ハウジング１と、このハウジング１の開口部を封止する絶縁性部材１１から成るハウジングに、第１金属部材２と第２金属部材３が保持されている。

第１金属部材２と第２金属部材３は、それぞれハウジング外に延び出すターミナル要素２１及び３１を形成され、ハウジング内では、内側に凸状に湾曲する保持要素２２及び３２を形成されている。

保持要素２２及び３２のほぼ中央部には、ほぼ対向する位置に、それぞれ凸上部２２１及び３２１が形成されている。これら凸上部２２１及び３２１との間に、両面に層状金属電極４１及び４２を備えたＰＴＣ要素４３が保持されている。

このＰＴＣ導電性ポリマーデバイスは、凸上部２２１及び３２１でＰＴＣ要素４３の電極４１及び４２を、狭い範囲で押さえ込んでいるので、ＰＴＣ要素４３の発熱時に上述したホットスポットを発生させる虞がある。

また、このＰＴＣ導電性ポリマーデバイスの構造を自己保持型に転化するために、保持要素２２及び３２と並列に、バイメタルによる電流遮断回路を組み込んだとしても、ＰＴＣ要素４３が保持要素２２及び３２の中間に配置されている構造では、ＰＴＣ要素４３からの熱をバイメタルに効果的に伝達することが出来ないから、図５に示す特許文献１のＰＴＣ導電性ポリマーデバイスの構造では、自己保持型への応用は不可能である。

尚、自己保持型のサーマルプロテクタにセラミックＰＴＣを用いたものは良く知られている。
図６は、従来のセラミックＰＴＣを用いた自己保持型のサーマルプロテクタの構造を示す透視的平面図とその側断面である。この自己保持型のサーマルプロテクタ５０は、絶縁性ケース５１と、この絶縁性ケース５１の開口部を封止する絶縁性封止部材５２から成るハウジングを備えている。

ハウジング内には、熱伝導性の良い金属板からなる可動板５３、この可動板５３に組み付けられたバイメタル５４、可動板５３の可動側端部に取り付けられた可動接点５５、この可動接点５５と対向する位置に固定接点５６を備えた第１の導電性部材５７、可動板５３の固定側端部の下面に接して配置されたセラミックＰＴＣ５８、可動板５３の固定側端部の上面に接して配置された第２の導電性部材５９が設けられている。

第２の導電性部材５９、可動板５３の固定側端部、及びセラミックＰＴＣ５８は、支柱５９によって位置決めされ、可動板５３の固定側端部を上下から挟むように配置された第２の導電性部材５９とセラミックＰＴＣ５８は、支柱５２の上下端部によりカシメられて、第２の導電性部材５９、可動板５３の固定側端部、及びセラミックＰＴＣ５８は圧着固定されている。

そして、第１の導電性部材５７及び第２の導電性部材５９は、それぞれ外部回路に接続すべくハウジング外に延出する第１の端子部５７−１及び第２の端子部５９−１が形成されている。

この自己保持型サーマルプロテクタ５０は、周囲環境の温度上昇により、熱応動素子であるバイメタル５４が反りを反転させることにより、その反転に伴われて可動板５３の可動側端部が持ち上がる。これにより、可動接点５５が図６に示す閉位置から上に移動して固定接点５６との接点回路を開き、第１の端子部５７−１及び第２の端子部５９−１間の電流が遮断される。

セラミックＰＴＣ５８の上下面はそれぞれ薄層の電極が形成されている。この上下面の電極を介して、上記第１の端子部５７−１及び第２の端子部５８−１間で遮断された電流が、セラミックＰＴＣ５８に流れ込む。

これにより、セラミックＰＴＣ５８が発熱してバイメタル５４の反転状態すなわち自己保持型サーマルプロテクタ５０の電流遮断状態を維持させると共に、発熱による電気抵抗値の上昇でセラミックＰＴＣ５８に流れ込む電流を大幅に低下させる。

ところで、図６に示す従来の自己保持型サーマルプロテクタ５０では、セラミックＰＴＣ５８は、その発熱をバイメタル５４に効果的に伝達するために支柱５２によるカシメにより、上面電極側を可動板５３の固定側端部に圧接され且つ下面電極側を第１の導電性部材５７に圧接されている。

セラミックＰＴＣ５８は、発熱による体積膨張は無視できる程度に極めて僅かであり、したがって、ＰＴＣ導電性ポリマーデバイスで述べたようなホットスポットが発生する虞はない。

しかし、図６に示す従来の自己保持型サーマルプロテクタ５０における抵抗素子（セラミックＰＴＣ５８）の配置構造であると、上述したように上面電極側を可動板５３の固定側端部に圧接され且つ下面電極側を第１の導電性部材５７に圧接されて、板状体の最も広い面積である上下面を上下から強固に押さえ込まれている状態となっている。

したがって、図６と同様の構造で低抵抗の抵抗素子としてポリマＰＴＣを使用した場合は、上記のように上下から強固に押さえ込まれているため、発熱時におけるポリマＰＴＣの熱膨張による体積膨張の自由度が阻害され、前述したホットスポットが必然的に発生する。
特表２０００−５０５５９４号公報

本発明の目的は、上記従来の実情に鑑み、発熱時の熱膨張による体積膨張でもホットスポットが発生しない安全な状態でポリマＰＴＣを組み込んだサーマルプロテクタを提供することである。

先ず、第１の発明のサーマルプロテクタは、周囲温度が所定温度以上に上昇した際の電流遮断後において内蔵する抵抗素子の発熱により自己保持を行うサーマルプロテクタにおいて、所定温度で反転動作する熱応動素子と、外部回路の一方に持続される固定端部と、該固定端部とは反対側の可動接点を設けられた可動端部と、を有して、上記熱応動素子の上記所定温度での反転動作により上記可動接点を閉側から開側に移動させるよう上記可動端部を駆動される導電性の可動板と、上記可動接点に対向する位置に固定接点を設けられ、上記外部回路の他方に持続される接続部を有する導電性の固定板と、内部抵抗体の両面電極の一方の電極を第１の端子部材を介して上記可動板の上記固定端部に接続して固定され、他方の電極を第２の端子部材を介して揺動可能な状態で上記固定板に接続された上記抵抗素子と、を有して構成される。

このサーマルプロテクタにおいて、例えば、上記第２の端子部材は、撓み部を有し、該撓み部を介して上記固定板に対し揺動可能に接続されているように構成される。
また、例えば、上記抵抗素子は、板状体に形成され、該板状体の厚さ方向に上記内部抵抗体及び上記両面電極を貫通する孔を設けられ、上記第１の端子部材は、上記孔に重なる部分に上記孔よりも小径の孔を形成され、上記孔の内部でカシメ部を形成する部材により、上記孔よりも小径の孔の周囲をカシメ付けされることにより、上記可動板の上記固定端部に接続して固定され、上記第２の端子部材は、上記孔に重なる部分に上記孔よりも少なくとも同径以上の孔を形成され、上記抵抗素子の上記内部抵抗体の熱膨張により増加する厚さの分だけ揺動可能な間隙をサーマルプロテクタ本体筐体内壁との間に形成して配置されているように構成される。

次に、第２の発明のサーマルプロテクタは、周囲温度が所定温度以上に上昇した際の電流遮断後において内蔵する抵抗素子の発熱により自己保持を行うサーマルプロテクタにおいて、所定温度で反転動作する熱応動素子と、外部回路の一方に持続される固定端部と、該固定端部とは反対側で可動接点を設けられた可動端部と、を有して、上記熱応動素子の上記所定温度での反転動作により上記可動接点を閉側から開側に移動させるよう上記可動端部を駆動される導電性の可動板と、上記可動接点に対向する位置に固定接点を設けられ、上記外部回路の他方に持続される接続部を有し、サーマルプロテクタ本体筐体に対して揺動可能に配設されている第１の端子部材と、内部抵抗体の両面電極の一方の電極を第２の端子部材を介して上記可動板の上記固定端部に接続して固定され、他方の電極を上記第１の端子部材に接続された上記抵抗素子と、を有して構成される。

このサーマルプロテクタにおいて、例えば、上記抵抗素子は、板状体に形成され、該板状体の厚さ方向に上記内部抵抗体及び上記両面電極を貫通する孔を設けられ、上記第１の端子部材は、上記孔に重なる部分に上記孔よりも少なくとも同径以上の孔を形成され、上記抵抗素子の上記内部抵抗体の熱膨張により増加する厚さの分だけ揺動可能な間隙をサーマルプロテクタ本体筐体内壁との間に形成して配置され、上記第２の端子部材は、上記孔に重なる部分に上記孔よりも小径の孔を形成され、上記孔の内部でカシメ部を形成する部材により、上記孔よりも小径の孔の周囲をカシメ付けされることにより、上記可動板の上記固定端部に接続して固定されているように構成される。

上記第１及び第２の発明のサーマルプロテクタにおいて、例えば、サーマルプロテクタ本体筐体の開口部を封止固定する絶縁性充填材よりも内部側で且つ上記抵抗素子よりも外部側となる位置に配設され、上記絶縁性充填材の奥部への侵入を防止する絶縁性部材を更に有するように構成される。

また、第３の発明のサーマルプロテクタは、周囲温度が所定温度以上に上昇した際の電流遮断後において内蔵する抵抗素子の発熱により自己保持を行うサーマルプロテクタにおいて、外部回路の一方に持続される端子部と、該端子部の反対側端部に支柱孔及びカシメ部を形成された可動側端子と、所定温度で反転動作する動作部と、該動作部に連設され、上記支柱孔と同形の支柱孔を形成された接続部と、を有する熱応動素子と、該熱応動素子の一端に係合するフック部を形成された端部と、該端部の上記フック部のフック形成方向と反対側面に形成された可動接点と、上記端部の反対側端部において上記支柱孔と同形の支柱孔を形成された接続部と、を有する可動板と、板状体に形成された内部抵抗体と該内部抵抗体の両面にそれぞれ形成された面電極とを有し、上記板状体の厚さ方向に上記内部抵抗体及び上記両面の面電極を貫通して上記支柱孔よりも大径の支柱孔を形成され、上記面電極の一方の面電極を第１の端子部材を介して上記可動板の上記接続部に接続され、他方の面電極を第２の端子部材に接続された上記抵抗素子と、上記第２の端子部材に接続され、上記支柱孔と同径の支柱孔とカシメ部を形成され、上記外部回路の他方に持続される端子部を有する固定側端子と、上記可動側端子、上記熱応動素子、上記可動板、上記抵抗素子、及び上記固定側端子の各部材の上記支柱孔と同径の支柱孔及び上記支柱孔よりも大径の支柱孔を貫通し、上記可動側端子の上記カシメ部と上記固定側端子の上記カシメ部をカシメ付けて上記各部材を保持する支柱と、上記抵抗素子の上記内部抵抗体と該内部抵抗体の両面それぞれに形成された上記面電極との厚さよりも丈高に形成され、上記支柱と上記抵抗素子に形成された上記支柱孔よりも大径の支柱孔の内壁との間に介装された絶縁性剛性部材と、を有するように構成される。

上記第１〜第３発明のサーマルプロテクタは、上記抵抗素子をポリマＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）としても有効に機能することを特徴とする。
これにより、本発明によれば、板状体のＰＴＣの両面の電極の一方の電極に接続する端子部材を可動板の固定側に固定し、他方の電極に接続する端子部材をＰＴＣの熱膨張により増加する厚さの分だけ揺動可能に構成するので、ＰＴＣをポリマＰＴＣとしても有効に機能する自己保持型のサーマルプロテクタを提供することが可能となる。

実施例１のサーマルプロテクタに用いられる抵抗素子モジュールを示す斜視図である。 図１Ａの平面図である。 図１Ａの側断面図である。 実施例１のサーマルプロテクタのハウジング内に抵抗素子モジュールが組み込まれて完成したサーマルプロテクタを示す透視的平面図である。 図２Ａの側断面図である。 実施例２のサーマルプロテクタに用いられる抵抗素子モジュールを示す斜視図である。 図３Ａの平面図である。 図３Ａの側断面図である。 実施例３におけるサーマルプロテクタの内部構成の分解斜視図である。 図４Ａの組み立てが完了したサーマルプロテクタの断面図である。 従来のＰＴＣ導電性ポリマーデバイスの断面図である。 従来のセラミックＰＴＣを用いた自己保持型のサーマルプロテクタの構造を示す透視的平面図とその側断面である。

符号の説明

５０ 従来の自己保持型サーマルプロテクタ
５１−１ 絶縁性ケース
５１−２ 絶縁性封止部材
５２ 支柱
５３ 可動板
５４ バイメタル
５５ 可動接点
５６ 固定接点
５７ 第１の導電性部材
５８ セラミックＰＴＣ
５９ 第２の導電性部材
６０ 抵抗素子モジュール
６１ 抵抗素子（ポリマＰＴＣ）
６２ 内部抵抗体
６２ａ、６２ｂ 電極
６３ 第１の端子部材
６３−１ 可動接点側外部接続用端子部
６３−２ 小径の孔の周囲部
６４ 第２の端子部材
６４−１ 固定接点側揺動端子部
６４−１ａ 角部
６５ 孔
６６ 小径の孔
６７ 同径以上の孔
７０ サーマルプロテクタ
７１ ケース
７２ 絶縁性充填材
７３ ハウジング
７４ 熱応動素子（バイメタル）
７５ 可動板
７６ 可動接点側端子
７７ 可動接点
７８ 固定接点
７９ 固定板
７９−１ 固定接点側端子
８１ 支柱
８２ シール膜
８５ 抵抗素子モジュール
８６ ポリマＰＴＣ
８７ 固定接点側端子部材
８７−１ 固定接点側外部端子
８８ 可動接点側端子部材
８８−１ 可動接点側外部端子
８８−２ 小径の孔の周囲部
８９ 内部抵抗体
８９ａ、８９ｂ 電極
９１ 固定接点
９２ ハウジング
９３ 孔
９４ 小径の孔
９５ カシメ部材
９６ 可動板
９７ 可動側端子
９８ 孔
１００ サーマルプロテクタ
１０１ バイメタル
１０２ ケース
１０３ 絶縁性充填材
１０４ 可動接点
１０５ 係合爪
１０７ バイメタル
１０８ 可動板
１０９ スペーサ
１１０ 抵抗素子モジュール
１１１ 固定接点側端子
１１２ 支柱
１１２−１ フランジ部
１１３ 下層部
１１４ 上層部
１１５ やや小さな孔
１１６ やや大きな孔
１１７ 端子接続部
１１８ 孔
１１９ 端子接続部
１２１ 孔
１２２ 可動接点
１２３ 爪部
１２４ 孔
１２５ 内部抵抗体
１２６ 可動接点側接続端子
１２７ 固定接点側接続端子
１２８ 孔
１２９ 支持部
１３１ 接点部
１３２ 段差孔
１３４ ハウジング
１３５ サーマルプロテクタ

図１Ａは、実施例１のサーマルプロテクタに用いられ抵抗素子モジュールを示す斜視図である。図１Ｂはその平面図、図１Ｃはその側断面図である。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに示す抵抗素子モジュール６０は、ポリマＰＴＣ６１、第１の端子部材６３、及び第２の端子部材６４から成る。

本例において、抵抗素子としてのポリマＰＴＣ６１は、内部抵抗体６２と、その内部抵抗体６２の上下の面にそれぞれ貼着された薄層状の電極６２ａ及び６２ｂから成り、全体として板状体に形成されている。

内部抵抗体６２の上下両面の電極の一方の電極６２ｂには、第１の端子部材６３が貼着されている。この第１の端子部材６３には、内部抵抗体６２の電極６２ｂとの貼着面から更に内部抵抗体６２よりも外方に延び出す可動接点側外部接続用端子部６３−１が形成されている。

また、内部抵抗体６２の他方の電極６２ａには、第２の端子部材６４が貼着されている。この第２の端子部材６４には、内部抵抗体６２の電極６２ａとの貼着面から更に内部抵抗体６２よりも外方に延び出す固定接点側揺動端子部６４−１が形成されている。

上記板状態のポリマＰＴＣ６１には、板状体の厚さ方向に内部抵抗体６２及び両面の電極６２ａ及び６２ｂを貫通する孔６５が形成されている。この孔６５は、図ではほぼ直方形をなしているが、孔６５は、例えば、丸形でも三角でも四角以上の多角形でもよく、孔６５の形状に限定は無い。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃにおいて、第１の端子部材６３は、孔６５に重なる部分に孔６５よりも小径の孔６６を形成されている。この第１の端子部材６３は、孔６５よりも小径の孔６６の周囲部６３−２をカシメ部材によりカシメ付けされることにより、後述する可動板の固定端部に接続して固定される。

すなわち、この抵抗素子モジュールが、後述するサーマルプロテクタの一要素として、サーマルプロテクタのハウジング内に組み込まれたとき、抵抗素子モジュール全体が可動板の固定端部を介してハウジングにより支持されるように構成される。

また、第２の端子部材６４は、孔６５に重なる部分に孔６５よりも少なくとも同径以上の孔６７を形成されている。また、固定接点側揺動端子部６４−１は、抵抗素子モジュールがハウジング内に組み込まれに際し、長さの途中でほぼ直角に曲げられ、その曲げの角部にＲを形成されて、曲げ部よりもポリマＰＴＣ６１側で撓み部を形成される。

図２Ａは、ポリマＰＴＣ６１、第１の端子部材６３、及び第２の端子部材６４から成る抵抗素子モジュールが、サーマルプロテクタのハウジング内に組み込まれて、本例のサーマルプロテクタが完成した状態を示す透視的平面図である。図２Ｂはその側断面図である。なお、図２Ａ、図２Ｂには、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに示した構成部分と同一の構成部分には図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃと同一の番号を付与して示している。

図２Ａ、図２Ｂに示すサーマルプロテクタは、周囲温度が所定温度以上に上昇した際の電流遮断後において内蔵する抵抗素子（ポリマＰＴＣ６１）の発熱により自己保持を行うサーマルプロテクタである。

図２Ａ、図２Ｂに示すサーマルプロテクタ７０は、箱状のケース７１と、このケース７１の開口部（図では右方の端部）を封止する絶縁性充填材７２とで形成されるハウジング７３を備えている。

ハウジング７３の内部には、所定温度で反転動作する熱応動素子としてのバイメタル７４と、このバイメタル７４の反転動作に協働して動作する導電性の可動板７５を備えている。

可動板７５は、外部回路の一方に持続される可動接点側端子７６に接続される固定端部（図の左方の端部）と、この固定端部とは反対側の可動端部を有し、可動端部には可動接点７７が設けられている。この可動板７５は、バイメタル７４の所定温度での反転動作により、可動接点７７を閉側（図２Ｂの位置）から開側（上方に乖離する位置）に移動させるよう可動端部を駆動される。

この可動接点７７に対向する位置には固定接点７８が設けられている。固定接点７８は、外部回路の他方に持続される固定接点側端子７９−１を有する導電性の固定板７９に固定して取り付けられている。

上記の可動接点側端子７６の可動板７５に接続される接続部（図の左端側）、その接続部を形成する可動板７５の固定端部、及び固定板７９には、図１に示した抵抗素子モジュールの第１の端子部材６３の小径の孔６６に対応する位置に、孔６６とほぼ同径の孔がそれぞれ形成されている。

そして、これらの各孔を貫通して、絶縁性の支柱８１がハウジング７３の底部から上部まで通して形成されている。支柱８１は、下部のフランジ部で固定板７９に係合し、上部はポリマＰＴＣ６１の大径の孔６５の内部でカシメ部を形成するカシメ部材を兼ねている。

その支柱８１の上部のカシメによって、第１の端子部材６３が、その小径の孔６６の周囲部６３−２をカシメ付けされている。これにより、第１の端子部材６３、可動接点側端子７６、可動板７５の固定端部、及び固定板７９が、支柱８１により位置決めされ且つ相互に圧着されて、ハウジング７３内に固定される。これにより、ポリマＰＴＣ６１も、第１の端子部材６３を介して、ハウジング７３内で位置固定されている。

ただし、ポリマＰＴＣ６１の固定接点側揺動端子部６４−１は、長さの途中でほぼ直角に下方に曲げられ、更にその下方で水平方向に折り曲げられている。この第２の端子部材６４の直角に下方に曲げられた曲げの角部６４−１ａにはＲを形成されている。また、水平方向に折り曲げられた端部６４−１ｂは固定板７９に固定して接続されている。

これにより、第２の端子部材６４は、その曲げの角部６４−１ａよりもポリマＰＴＣ６１側で撓み部を形成し、ポリマＰＴＣ６１の熱膨張による体積膨張に対して、揺動可能である。

この撓み部を形成している第２の端子部材６４とハウジング７３の上部内壁との間には、間隙ｈが形成されるように全体が配置されている。間隙ｈは、ポリマＰＴＣ６１の内部抵抗体６２の熱膨張により増加する厚さの分だけ、第２の端子部材６４の撓み部が揺動可能な間隙として設定されている。

一方、バイメタル７４は、一端（図では右方端部）を可動接点側端子７６と可動板７５の固定端部との間に挟まれて固定され、反転動作の自由端となる図の左方端部は、可動板７５の可動接点７７を保持する自由端に形成されている爪部７５−１に係合している。また、バイメタル７４の固定端側ほぼ１／２の上方には、ポリマＰＴＣ６１が近接して配置されている。

これにより、ポリマＰＴＣ６１が発熱すると、その発熱は、第１の端子部材６３及び可動接点側端子７６を介してバイメタル７４の固定端に対しては熱伝導により、バイメタル７４の固定端側ほぼ１／２に対しては輻射及びハウジング７３内の対流により、全体として効率よくバイメタル７４に伝達することができるようになる。

なお、上記のハウジング７３内への各部材の組み込みに際しては、先ず、ハウジング７３外で、上述した内部構成の組み立てを行い、組み立て終わった内部構成を、ケース７１の開口部からケース７１内に挿入し、開口部近傍のポリマＰＴＣ６１よりも開口部側の適宜の位置に、シール膜８２を形成する。

このシール膜８２の形成は、上記のように内部構成をケース７１の開口部からケース７１内に挿入してからでもよく、あるいは、内部構成をハウジング７３外で組み立てる際に予め所望の位置に形成しておくようにしてもよい。

このようにして、内部構成をケース７１内に挿入して所定の位置に固定した後、開口部から絶縁性充填材７２を充填して固化させる。絶縁性充填材７２は、ポリマＰＴＣ６１よりも開口部側の位置に配置されているシール膜８２によりケース７１の奥への侵入を阻止されるので、ポリマＰＴＣ６１その他の部材の機能を阻害することはない。

このサーマルプロテクタ７０は、平常な使用時には図２Ｂに示すように固定接点７８と可動接点７７の接点回路が閉じている状態で使用される。このとき、ポリマＰＴＣ６１にも電流が分流するが、可動接点側端子７６と固定接点側端子７９−１間を流れる電流の殆どは接点回路を流れて、ポリマＰＴＣ６１を流れる分流分の電流は僅少である。したがって、この分流電流はポリマＰＴＣ６１を発熱させるほどの量ではない。

上記のような構成の実施例１のサーマルプロテクタ７０の動作を以下に説明する。
先ず、サーマルプロテクタ７０の環境温度（周囲温度）が所定温度以上に上昇すると、バイメタル７４が図２Ｂの上に凸の状態から上に凹の状態に反転動作する。

このバイメタル７４の反転動作に伴われて可動板７５の可動接点７７を保持する自由端が上方に移動する。これにより、可動接点７７が固定接点７８から引き離され、図２Ｂに示す可動接点７７と固定接点７８間の電流回路は遮断される。

接点回路を遮断された可動接点側端子７６と固定接点側端子７９−１間の電流は、その全量がポリマＰＴＣ６１を流れることになって、ポリマＰＴＣ６１を発熱させる。上述したように、ポリマＰＴＣ６１の発熱は、直接的な熱伝導と、間接的な輻射及び対流により、効率よくバイメタル７４に伝達される。

このようにポリマＰＴＣ６１からバイメタル７４に伝達される熱量によりバイメタル７４に加えられる温度は、上記の所定温度以上であるので、外部から強制的に可動接点側端子７６と固定接点側端子７９−１間の電流が遮断されるまで、バイメタル７４は、図２Ｂに示す平常状態に復帰することなく、接点回路の電流遮断状態が維持される。

これにより、電流遮断後において内蔵する抵抗素子の発熱により自己保持を行うサーマルプロテクタ７０が実現する。
ところで、一般にポリマＰＴＣには、前述したように発熱すると熱膨張による体積膨張を発現して、内部を流れる電流を大幅に低下させるので、接点回路遮断後の電流の大きな損失は生じない。

また、この体積膨張の発現に対して、本例のサーマルプロテクタ７０の構成においては、ポリマＰＴＣ６１が位置固定されている第１の端子部材６３と反対側の第２の端子部材６４は、撓み部を形成してハウジング７３の上部内壁との間に間隙ｈを形成している。

そして、この間隙ｈは、ポリマＰＴＣ６１の内部抵抗体６２の熱膨張により体積が増加する厚さの分だけ第２の端子部材６４の撓み部が揺動可能な間隙として設定されている。
これにより、ポリマＰＴＣ６１の熱膨張による体積膨張の自由度が外圧で阻害されることがなく、また、ポリマＰＴＣ６１に貼着されている第１の端子部材６３及び第２の端子部材６４が、ポリマＰＴＣ６１の薄層状の電極６１ａ及び６１ｂにそれぞれ広い範囲で接続されていることと相俟って、ポリマＰＴＣ６１がホットスポットを発生させるような不具合を生じる虞がない。

このように、本例のサーマルプロテクタ７０は、抵抗素子として発熱時の電流遮断機能に不安定な要素を有するポリマＰＴＣを用いていながら、安定した電流遮断機能と電流遮断後の自己保持機能を発揮することができる。

続いて実施例２におけるサーマルプロテクタについて説明する。
図３Ａは、実施例２のサーマルプロテクタに用いられる抵抗素子モジュールを示す斜視図であり、図３Ｂはその平面図、図３Ｃはその側断面図である。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに示す抵抗素子モジュール８５は、ポリマＰＴＣ８６、固定接点側端子部材８７、及び可動接点側端子部材８８から成る。

本例において、抵抗素子としてのポリマＰＴＣ８６は、内部抵抗体８９と、その内部抵抗体８９の上下の面にそれぞれ貼着された薄層状の電極８９ａ及び８９ｂから成り、全体として板状体に形成されている。

上記の固定接点側端子８７は、その中央部において、内部抵抗体８９の電極８９ａの全面に貼着されている。この固定接点側端子８７には、内部抵抗体８９の電極８９ａとの貼着面から、その長手方向（図の左右方向）の一方に延び出す端部に固定接点９１が形成されている。そして、反対側の端部は、図３Ｂ、図３Ｃに示すようにハウジング９２の外部に細長く延び出して、固定接点側外部端子８７−１を形成している。

一方、可動接点側端子８８は、一方の端部側を内部抵抗体８９の電極８９ｂの全面に貼着されている。この可動接点側端子８８の他方の端部は、細長く延び出して、図３Ｂ、図３Ｃに示すようにハウジング９２の外部における可動接点側外部端子８８−１を形成している。

上記板状態のポリマＰＴＣ８６には、板状体の厚さ方向に内部抵抗体８９及び両面の電極８９ａ及び８９ｂを貫通する孔９３が形成されている。本例の孔９３も、図ではほぼ直方形をなしているが、孔９３は、例えば、丸形でも三角でも四角以上の多角形でもよく、孔９３の形状に限定は無い。

図３Ａ、図３Ｂでは、定かに示していないが、図３Ｃに示すように、可動接点側端子８８は、孔９３に重なる部分に孔９３よりも小径の孔９４を形成されている。この可動接点側端子８８は、孔９３よりも小径の孔９４の周囲部８８−２を、絶縁性樹脂から成る支柱を兼ねるカシメ部材９５によりカシメ付けされることにより、可動板９６の固定端部と共に可動側端子９７に接続されると共に固定される。

すなわち、この抵抗素子モジュール８５が、図３Ｂ、図３Ｃに示すようにサーマルプロテクタ１００の一要素として、サーマルプロテクタ１００のハウジング９２内に組み込まれたとき、抵抗素子モジュール８５全体が可動板９６の固定端部及び可動側端子９７を介してハウジング９２により支持されるように構成されている。

上記の固定接点側端子８７には、孔９３に重なる部分に孔９３よりも少なくとも同径以上の孔９８を形成されている。カシメ部材９５によりカシメ部は、孔９３及び孔９８が重なる高さ以内の空間で形成されており、可動接点側端子８８を小径の孔９４の周囲部８８−２でハウジング９２側に固定する以外には、抵抗素子モジュール８５の機能を規制する作用は無い。

そして、本例の場合は、固定接点側端子８７の下面とハウジング９２の下部内壁との間に、間隙ｈが形成されている。間隙ｈは、ポリマＰＴＣ８６の内部抵抗体８９の熱膨張により増加する厚さの分だけ固定接点側端子８７が揺動可能な間隙として設定されている。

上記の抵抗素子モジュール８５は、図３(b),Ｃに示すように、支柱を兼ねるカシメ部材９５により、可動板９６、バイメタル１０１、可動側端子９７に組み付けられて後、サーマルプロテクタ１００のハウジング９２のケース１０２の中に挿入され、ケース１０２の開口部を絶縁性充填材１０３で封止される。

上記の可動板９６は固定端部（図の右方端部）の反対側つまり自由端側の端部近傍において、固定接点９１に対向する位置に可動接点１０４を保持し、その端部には、上から右方へ折り返す係爪１０５が形成されている。

上記のバイメタル１０１は、一方の端部（図の右方端部）を、可動側端子９７に形成されている折り返し部９７の下部と可動板９６の固定端部との間に形成されている間隙に挿入され、他方の端部（図の左方端部）を可動板９６の折り返す係爪１０５が自由端側端部との間に形成する間隙に挿入されて、反転動作が可能なように組み付けられて可動板９６に保持されている。

尚、図３Ｂ、図３Ｃには示していないが、本例においても、上記のハウジング９２内へ各部材を組み込むに際し、開口部近傍のポリマＰＴＣ８６よりも開口部側の適宜の位置に、図２Ｂに示したシール膜８２を形成するようにしてもよい。

この場合も、シール膜８２の形成では、内部構成をケース１０２に挿入してからでもよく、又は内部構成をハウジング１０２外で組み立てる際に予め所望の位置に形成しておくようにしてもよいことは言うまでも無い。

また、本例では、ポリマＰＴＣ８６が発熱すると、その発熱は、可動接点側端子８８及び可動板９５の固定端部を介してバイメタル１０１に直接熱伝導されると共に、可動板９５の固定端側の下面ほぼ１／２の領域に近接してポリマＰＴＣ１０１が配置されていることにより、ポリマＰＴＣ８６からの輻射によって熱せられた可動板９５からの熱がバイメタル１０１に伝導され、更にハウジング９２内の対流によっても熱がバイメタル１０１に伝導される。

このように、本例においても、ポリマＰＴＣ８６が発熱すると、その発熱は、全体として効率よくバイメタル１０１に伝達することができるようになっている。
次に、上記のような構成の実施例２のサーマルプロテクタ１００の動作を以下に説明する。先ず、サーマルプロテクタ１００の環境温度（周囲温度）が所定温度以上に上昇するとバイメタル１０１が図３Ｃの上に凸の状態から上に凹の状態に反転動作する。

このバイメタル１０１の反転動作に伴われて可動板９６の可動接点１０４を保持する自由端が上方に移動する。これにより、可動接点１０４が固定接点９１から引き離され、図３Ｃに示す可動接点１０４と固定接点９１間の電流回路が遮断される。

接点回路を遮断された固定接点側外部端子８７−１と可動接点側外部端子８８−１間の電流は、その全量がポリマＰＴＣ８６を流れることになって、ポリマＰＴＣ８６を発熱させる。このポリマＰＴＣ８６の発熱は、上述したように、効率よくバイメタル１０１に伝達される。

このポリマＰＴＣ８６からバイメタル１０１に伝達される熱量による温度はバイメタル１０１にとって所定温度以上であるので、外部から強制的に固定接点側外部端子８７−１と可動接点側外部端子８８−１間の電流が遮断されるまで、バイメタル１０１は、図３Ｃに示す平常状態に復帰することなく、接点回路の電流遮断状態が維持される。

これにより、本実施の形態においても、電流遮断後において、内蔵する抵抗素子の発熱により自己保持を行うサーマルプロテクタ１００が実現する。
また、本実施の形態においても、ポリマＰＴＣ８６が位置固定されている可動接点側端子８８とは反対側にある固定接点側端子８７とハウジング９２のケース１０２の下部内壁との間には間隙ｈが形成されているので、ポリマＰＴＣ８６の発熱による熱膨張つまり体積膨張の発現に対して、その体積膨張による体積増加による厚み増加の分だけ固定接点側端子８７が、ハウジング９２のケース１０２の下部内壁側に揺動する。

これにより、ポリマＰＴＣ８６の熱膨張による体積膨張の自由度が外圧で阻害されることがなく、また、ポリマＰＴＣ８６に貼着されている固定接点側端子８７と可動接点側端子８８とがポリマＰＴＣ８６の薄層状の電極８９ａ及び８９ｂにそれぞれ広い範囲で接続されていることにより、ポリマＰＴＣ８６がホットスポットを発生させるような不具合を生じる虞がない。

このように、本例のサーマルプロテクタ１００においても、抵抗素子として発熱時の電流遮断機能に不安定な要素を有するポリマＰＴＣを用いていながら、安定した電流遮断機能と電流遮断後の自己保持機能を発揮することができる。

ところで、上述した実施例１及び２では、抵抗素子モジュール６０又は８５の可動接点側の端子（第１の端子部材６３又は可動接点側端子部材８８）によって抵抗素子モジュール６０又は８５を位置固定し、固定接点側の端子（第２の端子部材６４又は固定接点側端子部材８７）を揺動可能にハウジング内に配置したことにより、抵抗素子モジュール６０又は８５の内部抵抗体の熱膨張による体積膨張の自由度を阻害しないようにしているが、抵抗素子モジュールの内部抵抗体の熱膨張による体積膨張の自由度を阻害しない構成は、これに限るものではない。

抵抗素子モジュールの内部抵抗体の熱膨張による体積膨張の自由度を阻害しない他の構成を、実施例３として以下に説明する。
図４Ａは、実施例３におけるサーマルプロテクタの内部構成の分解斜視図であり、図４Ｂは、組み立てが完了したサーマルプロテクタの断面図である。尚、図４Ｂは、図４Ａの支柱１１２の部分から横方向（図４Ａの斜め左下から斜め右上方向）に切断した断面図である。

図４Ａに示すように、本例のサーマルプロテクタの内部構成は、可動接点側端子１０６、バイメタル１０７、可動板１０８、スペーサ１０９、抵抗素子モジュール１１０、固定接点側端子１１１、及び支柱１１２とで構成される。

図４Ａ、図４Ｂに示すように、可動接点側端子１０６は、後方（図４Ａの斜め左上方向）の取付部が、下層部１１３と上層部１１４とから成り、下層部１１３にはやや小さな孔１１５が形成され、上層部１１４には、孔１１５に重なる位置にやや大きな孔１１６が形成されている。

バイメタル１０７は、平常時には上に凸状になっており、前方（図４Ａの斜め右下方向）の端部には、やや側方から前方に延出する端子接続部１１７が形成されている。また、この端部には、可動接点側端子１０６の下層部１１３の孔１１５とほぼ同形の孔１１８が形成されている。

可動板１０８は、バイメタル１０７と同様に、前方の端部やや側方から前方に延出する端子接続部１１９が形成され、この端部にも可動接点側端子１０６の下層部１１３の孔１１５とほぼ同形の孔１２１が形成されている。また、後方の端部には、端部近傍で下面方向に打ち出された可動接点１２２が形成され、最端部は上から前方に折り返された爪部１２３が形成されている。

スペーサ１０９は、長方形の枠状に形成されており、枠の内周により形成される孔１２４の大きさは、可動接点側端子１０６の下層部１１３の孔１１５とほぼ同形に形成されている。

抵抗素子モジュール１１０は、内部抵抗体１２５、可動接点側接続端子１２６、及び固定接点側接続端子１２７から成る。可動接点側接続端子１２６及び固定接点側接続端子１２７の後部は、それぞれ内部抵抗体１２５の上下両面に形成されている不図示の薄層電極膜の全面に接続して固定されている。

また、この抵抗素子モジュール１１０には、内部抵抗体１２５、可動接点側接続端子１２６、及び固定接点側接続端子１２７を貫通する孔１２８が形成されている。この孔１２８の大きさは、上記のスペーサ１０９の長方形の枠の外周とほぼ同じ大きさに形成されている。

固定接点側端子１１１は、端子部の後方に続いて連設された支持部１２９と、この支持部１２９から更に後方に連設された接点部１３１から成る。接点部１３１の端部には、特には図示しないが、可動接点１２２に対向する位置に、固定接点が設けられている。

また、支持部１２９の固定接点側端子１１１がある端部近傍には段差孔１３２が形成されている。段差孔１３２は、その内周径に、下方が大きく上方が小さい段差を形成されている。この段差孔１３２に支柱１１２の下部が係合している。

支柱１１２は、その下部外周に、上記の孔１３２の下方の大きな段差に係合するフランジ部１１２−１を形成され、それより上は、可動接点側端子１０６の下層部１１３の孔１１５とほぼ同形に形成されている。

図４Ａの一点鎖線１３３に示すように、支柱１１２に対し、各部材を各部材の孔１２８、１２４、１２１、１１８、１１５（及び１１６）の順に嵌合させ、支柱１１２の上部を押し潰す。尚、このとき、バイメタル１０７の後端部を可動板１０８の爪部１２３の間隙に差込ながら、各孔を支柱１１２に係合させる。

これにより、図４Ｂに示すように、可動接点側端子１０６、バイメタル１０７、可動板１０８、スペーサ１０９、抵抗素子モジュール１１０、及び固定接点側端子１１１が重なり合って一体となり、支柱１１２により位置決め固定された内部構成が出来上がる。

この内部構成を、図４Ｂに示すように、本例のサーマルプロテクタ１３５のハウジング１３４に収容して、本例のサーマルプロテクタ１３５が完成する。
完成したサーマルプロテクタ１３５の外観形状及び内部配置は、支柱の機能及び形状が異なる点と電気的接続形態が異なる点を除いて、図３Ｂ、図３Ｃに示したサーマルプロテクタ１００とほぼ同様である。

したがって、本例においても、ポリマＰＴＣから成る内部抵抗体１２５が発熱すると、その発熱は、全体として効率よくバイメタル１０７に伝達することができる。
本例のサーマルプロテクタ１３５の内部構成において、各部材の重なり合いには、厚さ方向に遊びが設けられているが、可動接点側端子１０６に対する各部の電気的接続は、端子接続部１１７、端子接続部１１９、可動接点側接続端子１２６による半田または溶接等によって行われ、固定接点側端子１１１に対する電気的接続は、固定接点側接続端子１２７による半田または溶接等によって行われる。

したがって、各部材の重なり合いの厚さ方向に遊びがあっても、電気的接続には何ら支障はない。また、スペーサ１０９の高さは、抵抗素子モジュール１１０の厚さ（高さ）よりも高く形成されている。

この高さの差は、上記各部材の重なり合いの厚さ方向の遊びの合計とほぼ同じ量であり且つ抵抗素子モジュール１１０の内部抵抗体１２５が発熱したときにおいて、熱膨張による体積膨張で厚さが増加したときに、その厚さの増加分を吸収できる差となっている。

次に、上記のような構成の実施例３のサーマルプロテクタ１３５の動作を以下に説明する。先ず、サーマルプロテクタ１３５の環境温度（周囲温度）が所定温度以上に上昇するとバイメタル１０７が図４Ａの上に凸の状態から上に凹の状態に反転動作する。

このバイメタル１０７の反転動作に伴われて可動板１０８の可動接点１２２を保持する自由端が上方に移動する。これにより、可動接点１２２が、固定接点側端子１１１の接点部１３１に設けられている不図示の固定接点から引き離され、可動接点側端子１０６と固定接点側端子１１１間の電流回路が遮断される。

接点回路を遮断された固定接点側端子１１１と可動接点側端子１０６間の電流は、その全量が抵抗素子モジュール１１０のポリマＰＴＣから成る内部抵抗体１２５に流入し、内部抵抗体１２５を発熱させる。この内部抵抗体１２５の発熱は、上述したように、効率よくバイメタル１０７に伝達される。

このバイメタル１０７に伝達される熱による温度は、バイメタル１０７にとって所定温度以上であるので、外部から強制的に固定接点側端子１１１と可動接点側端子１０６間の電流が遮断されるまで、バイメタル１０７は、平常状態に復帰することがない。これにより、接点回路の電流遮断状態が維持される。

このように、本実施の形態においても、電流遮断後において、内蔵する抵抗素子の発熱により自己保持を行うサーマルプロテクタ１３５が実現する。
また、本実施の形態においては、上述したように、スペーサ１０９の高さが抵抗素子モジュール１１０の厚さ（高さ）よりも高く形成され、この高さの差は、抵抗素子モジュール１１０の内部抵抗体１２５が発熱したときにおいて、熱膨張による体積膨張で厚さが増加したときに、その厚さの増加分を吸収できる差となっている。

したがって、ポリマＰＴＣから成る内部抵抗体１２５の熱膨張による体積膨張の自由度が外圧で阻害されることがない。また、内部抵抗体１２５に貼着されている可動接点側接続端子１２６及び固定接点側接続端子１２７が、内部抵抗体１２５の上下面の不図示の薄層状電極にそれぞれ広い範囲で接続されているので、ポリマＰＴＣから成る内部抵抗体１２５がホットスポットを発生させるような不具合を生じる虞がない。

このように、本例のサーマルプロテクタ１３５においても、抵抗素子として発熱時の電流遮断機能に不安定な要素を有するポリマＰＴＣを用いていながら、安定した電流遮断機能と電流遮断後の自己保持機能を発揮することができる。

Claims (4)

1. 周囲温度が所定温度以上に上昇した際の電流遮断後において内蔵する抵抗素子の発熱により自己保持を行うサーマルプロテクタにおいて、
   本体筐体と、
   所定温度で反転動作する熱応動素子と、
   可動接点を備えた導電性の可動板と、
   固定接点を備えた導電性の固定板と、
   内部抵抗体の両面に電極を有する抵抗素子と、
   該抵抗素子の前記両面の電極にそれぞれ貼着された第１及び第２の端子部材と、
   を有し、
   前記本体筐体は、一面に開口部を有する箱体と前記開口部を封止する絶縁性充填材とで構成され、前記熱応動素子、前記可動板、前記固定板の大部分、前記抵抗素子、前記第１の端子部材、及び前記第２の端子部材を内蔵し、
   前記熱応動素子は、その対向端部を前記可動板の対応する端部にそれぞれ係合し、
   前記可動板は、外部回路の一方に持続される固定端部と、該固定端部とは反対側の前記可動接点を備えた可動端部と、を有して、前記熱応動素子の前記所定温度での反転動作により前記可動接点を閉側から開側に移動させるよう前記可動端部を駆動され、
   前記固定板は、前記可動接点に対向する位置に前記固定接点を備え、前記外部回路の他方に持続される接続部を有し、
   前記抵抗素子は、板状体に形成され、該板状体の厚さ方向に前記内部抵抗体及び前記両面の電極を貫通する孔を設けられ、
   前記第１の端子部材は、前記孔に重なる部分に前記孔よりも小径の孔を形成され、前記孔の内部でカシメ部を形成する部材により前記孔よりも小径の孔の周囲をカシメ付けされて前記可動板の前記固定端部に接続して固定され、
   前記第２の端子部材は、前記孔に重なる部分に前記孔よりも少なくとも同径以上の孔を形成され、延長部分に撓み部を有し、該撓み部により前記抵抗素子の前記内部抵抗体の熱膨張により増加する厚さの分だけ揺動可能な間隙を前記本体筐体の内壁との間に形成し、前記撓み部に連設する曲げ端部を介して前記固定板に接続されている、
   ことを特徴としたサーマルプロテクタ。
2. 周囲温度が所定温度以上に上昇した際の電流遮断後において内蔵する抵抗素子の発熱により自己保持を行うサーマルプロテクタにおいて、
   本体筐体と、
   所定温度で反転動作する熱応動素子と、
   可動接点を備えた導電性の可動板と、
   内部抵抗体の両面に電極を有する抵抗素子と、
   該抵抗素子の前記両面の電極にそれぞれ貼着された固定接点側端子部材及び可動接点側端子部材と、
   を有し、
   前記本体筐体は、一面に開口部を有する箱体と前記開口部を封止する絶縁性充填材とで構成され、前記熱応動素子、前記可動板、前記抵抗素子、前記固定接点側端子部材、及び前記可動接点側端子部材を内蔵し、
   前記熱応動素子は、その対向端部を前記可動板の対応する端部にそれぞれ係合し、
   前記可動板は、外部回路の一方に持続される固定端部と、該固定端部とは反対側の前記可動接点を備えた可動端部と、を有して、前記熱応動素子の前記所定温度での反転動作により前記可動接点を閉側から開側に移動させるよう前記可動端部を駆動され、
   前記抵抗素子は、板状体に形成され、該板状体の厚さ方向に前記内部抵抗体及び前記両面の電極を貫通する孔を設けられ、
   前記可動接点側端子部材は、前記抵抗素子の電極に貼着された部分から延出して前記外部回路の一方に持続される接続部を有し、前記孔に重なる部分に前記孔よりも小径の孔を形成され、前記孔の内部でカシメ部を形成する部材により前記孔よりも小径の孔の周囲をカシメ付けされて前記可動板の前記固定端部に接続して固定され、
   前記固定接点側端子部材は、前記抵抗素子の電極に貼着された部分からそれぞれ反対方向に延出する端部を有し、一方の端部は前記可動接点に対向する位置に固定接点を備えるとともに前記本体筐体に固定され、他方の端部は前記外部回路の他方に持続される接続部を形成され、前記本体筐体に固定された端部より前記接続部側は前記抵抗素子の前記内部抵抗体の熱膨張により増加する厚さの分だけ揺動可能な間隙を前記本体筐体の内壁との間に形成して配設されている、
   ことを特徴としたサーマルプロテクタ。
3. 前記本体筐体の内部において、前記絶縁性充填材よりも内部側で且つ前記抵抗素子よりも外部側となる位置に配設され、前記絶縁性充填材の奥部への侵入を防止する絶縁性部材を更に有する、ことを特徴とする請求項１又は２記載のサーマルプロテクタ。
4. 前記抵抗素子はポリマＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）である、ことを特徴とする請求項１、２又は３記載のサーマルプロテクタ。

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