JP6061221B2 - ブレーカ - Google Patents

Description

本発明は、あらかじめ設定している温度よりも高くなると電流を遮断するブレーカに関する。

パック電池やモータなどの機器は、温度が異常に高くなる状態で電流を遮断して安全に使用できる。この目的のために、設定温度になると接点をオフに切り換えるブレーカが使用される。たとえば、リチウムイオン電池を内蔵するパック電池は、異常な使用状態で充放電されると温度が高くなるので、異常な高温ではブレーカで電流を遮断して安全に使用できる。また、モータ等は過負荷な状態や異常な電流が流れる状態で温度が異常に高くなることがあるので、この状態ではブレーカで電流を遮断してモータを保護して安全に使用できる。

このような用途に使用されるブレーカとして、内蔵される機器の温度が設定値まで上昇すると電流を遮断するブレーカが開発されている。従来のブレーカを図２０に示す。このブレーカは、固定金属片１０４と、可動金属片１０６との間にバイメタル１０８を配置している。さらに、図２０のブレーカは、バイメタル１０８と固定金属片１０４との間にＰＴＣヒーター１０９を配置している。バイメタル１０８は、設定温度になると反転するように熱変形して可動接点１０７を固定接点１０５から離してオフ状態になる。変形状態のバイメタル１０８が可動金属片１０６を押し上げて、可動接点１０７を固定接点１０５から離すからである。反転しない、すなわち非変形状態のバイメタル１０８は、可動金属片１０６を押し上げることなく、可動接点１０７を固定接点１０５に接触させてオン状態となる。

図２０の（ａ）は、バイメタル１０８が反転しない非変形状態にあって、オン状態となるブレーカを示している。このブレーカは、非変形状態のバイメタル１０８が可動金属片１０６を押し上げず、可動接点１０７は固定接点１０５に接触する。周囲温度が高くなると、ブレーカは、図２０の（ｂ）で示すように、バイメタル１０８が熱変形して反転し、可動接点１０７を固定接点１０５から離してオフ状態に切り換えられる。反転する変形状態のバイメタル１０８が可動金属片１０６を押し上げるからである。さらに、図２０のブレーカは、ＰＴＣヒーター１０９を内蔵するので、オフ状態でＰＴＣヒーター１０９に通電し、ＰＴＣヒーター１０９でバイメタル１０８を加熱してオフ状態に保持できる。また、異常時にＰＴＣヒーター１０９が通電されて、ブレーカをオフ状態に切り換えることもできる。

以上のブレーカは、パック電池などに使用されることから、可能な限り小型化することが要求される。ブレーカの小型化は、オフ状態にある可動接点と固定接点との間隔、すなわち接点ギャップを狭くする。可動接点と固定接点の接点ギャップが狭くなると、接点を速やかにオフ状態に切り換えできず、オフに切り換えるときに接点間でスパークが発生しやすく、接点の溶融や消耗が発生して、ブレーカの動作不良の原因となる。

オフ状態において可動接点と固定接点の接点ギャップを広くするために、図２１に示すように、可動金属片２０６の両端部に凸部２０６Ｃを設けているブレーカが開発されている。（特許文献１参照）
このブレーカは、熱変形して反転したバイメタル２０８に凸部２０６Ｃを接触させて、可動接点２０７と固定接点２０５の接点ギャップを広くできる。

特開２００２−５６７５５号公報

可動金属片に凸部を設けて、この凸部を変形状態のバイメタルに接触させるブレーカは、凸部を高くして、可動接点と固定接点の接点ギャップを広くできる。しかしながら、凸部を高くすると、バイメタルが変形して可動接点を固定接点から離す温度、すなわちオフ温度を狂わせる等の弊害が発生する。このため、凸部の高さで可動接点の接点ギャップを広くするには制約があって、接点ギャップを充分には大きくできない。

本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な構造としながら、オフ状態における接点ギャップを大きくできるブレーカを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のブレーカは、可動接点７を有する可動金属片６と、固定接点５を有する固定金属片４との間にバイメタル８が配設されており、可動接点７と固定接点５とは互いに対向する位置にある。可動金属片６は、バイメタル８側に突出する一対の凸部６Ｃを備える。ブレーカは、バイメタル８が熱変形しない非変形状態において、可動接点７が固定接点５に接触してオン状態となり、バイメタル８が熱変形する変形状態において、凸部６Ｃがバイメタル８に接触して可動接点７が固定接点５から離されてオフ状態となる。さらに、ブレーカは、一対の凸部６Ｃを、可動金属片６の長手方向に離して配置すると共に、可動金属片６の長手方向に延びる中心線ｍから側方に離して配置している。

以上のブレーカは、極めて簡単な構造としながら、オフ状態における接点ギャップを大きくできる特徴がある。とくに、以上のブレーカは、オフ温度の変化を少なくしながら、接点ギャップを大きくできる特徴がある。それは、バイメタルが熱変形して変位する量が大きくなる位置に凸部が接触するからである。図１１に示すバイメタル８において、反転しない非変形状態から反転する変形状態に変形して変位するストロークは、中心から離れる距離が大きくなるほど、すなわち隅部で最も大きくなる。図２１に示す従来のブレーカは、可動金属片２０６の中心線ｍ上に凸部２０６Ｃを設けているので、凸部２０６Ｃは図１１のＡ点に接触する。これに対して、図１２に示す本発明のブレーカの凸部６Ｃは、図１１のＢ点に接触する。Ｂ点は、Ａ点よりもバイメタルの中心から離れる位置にあって、熱変形して変位するストロークが大きくなる。ストロークの大きい位置に接触する凸部は、可動金属片６を大きく変形させて、接点ギャップを大きくする。したがって、以上のブレーカは、可動金属片に設ける凸部の位置を変更するという極めて簡単な構造としながら、接点ギャップを大きくできる優れた特徴を実現する。

本発明のブレーカは、バイメタル８の外形を四角形とし、可動金属片６が、バイメタル８の隅部と対向する位置に凸部６Ｃを配置する。
以上のブレーカは、接点ギャップを特に大きくできる特徴がある。

本発明のブレーカは、バイメタル８の外形を四角形として、可動金属片６の凸部６Ｃをバイメタル８の対角位置に対向して配置することができる。
以上のブレーカは、可動金属片の凸部を、バイメタルの対角位置に接触してオフ状態に切り換えるので、バイメタルがバランスよく可動金属片を押し上げてオフ状態に切り換えできる。

本発明のブレーカは、可動金属片６が両側に突出する突出アーム部６Ｄ、６Ｅを有して、この突出アーム部６Ｄ、６Ｅに凸部６Ｃを設けている。
以上のブレーカは、可動金属片の横幅を広くすることなく、すなわち可動金属片が弾性変形する特性変化を少なくしながら、接点ギャップを大きくできる特徴がある。

本発明のブレーカは、可動金属片６が、バイメタル８よりも狭い横幅の金属板で、両側部に凸部６Ｃを設けることができる。
以上のブレーカは、可動金属片を所定の横幅の金属板としながら、凸部の位置を変更して接点ギャップを大きくできる。すなわち、可動金属片を複雑な形状とすることなく、接点ギャップを大きくできる。

本発明のブレーカは、バイメタル８の変形状態でオフ状態に切り換えられる可動接点７と固定接点５との接点ギャップを０．０５ｍｍ以上であって、０．３ｍｍ以下とすることができる。
以上のブレーカは、小型化しながら、オフ状態の接点ギャップを大きくできる。

本発明のブレーカは、凸部６Ｃの突出高さを、０．０１ｍｍ以上であって、０．１５ｍｍ以下とすることができる。

本発明のブレーカは、バイメタル８を加温するヒーター９を備えることができる。
以上のブレーカは、ヒーターでバイメタルを加温して、オフ状態に保持でき、また異常時にヒーターでバイメタルを加温してオフ状態に切り換えできる。

本発明のブレーカは、ヒーター９をＰＴＣヒーター９Ａとすることができる。
以上のブレーカは、ヒーターをＰＴＣヒーターとするので、ヒーターの温度を制御する回路を設けることなく、ヒーターの温度を好ましい温度にとして、安定してオフ状態に保持できる。

本発明のブレーカは、パック電池に使用されて、パック電池の電池３０、６０と直列に接続される保護素子とすることができる。
以上のブレーカは、パック電池に使用されて、小型化しながら、オフ状態における接点ギャップを大きくしてアーク放電による接点の損傷を有効に阻止できる特徴がある。

本発明の一実施例にかかるブレーカの斜視図である。 図１に示すブレーカのオン状態を示す垂直縦断面図である。 図２に示すブレーカのオフ状態を示す垂直縦断面図である。 図２に示すブレーカのＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図２に示すブレーカの分解断面図である。 本発明の他の実施例にかかるブレーカの斜視図である。 図６に示すブレーカのオン状態を示す垂直縦断面図である。 図７に示すブレーカのオフ状態を示す垂直縦断面図である。 図７に示すブレーカのＩＸ−ＩＸ線断面図である。 図７に示すブレーカの分解断面図である。 バイメタルが反転する状態を示す斜視図である。 ブレーカから蓋ケースを取り除いた平面図であって、可動金属片の一例を示す平面図である。 ブレーカから蓋ケースを取り除いた平面図であって、可動金属片の他の一例を示す平面図である。 ブレーカから蓋ケースを取り除いた平面図であって、可動金属片の他の一例を示す平面図である。 ブレーカを備えるパック電池の一例を示す一部拡大断面図である。 図１５に示すパック電池の組み立て工程を示す斜視図である。 ブレーカを備えるパック電池の他の一例を示す一部拡大断面図である。 ブレーカを備えるパック電池の他の一例を示す斜視図である。 図１８に示すパック電池の製造工程を示す斜視図である。 従来のブレーカの一例を示す断面図である。 従来のブレーカの他の一例を示す分解斜視図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのブレーカを例示するものであって、本発明はブレーカを以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

以下のブレーカは、検出温度が設定温度を越えるとバイメタルが熱変形され、熱変形するバイメタルが可動金属片を変形して、可動接点を固定接点から離してオフ状態に切り換えて電流を遮断する。さらに、以下の実施例のブレーカは、バイメタルを加温するヒーターを内蔵している。ヒーターを内蔵するブレーカは、オフ状態において、ヒーターでバイメタルを加温して、電流を遮断する状態に保持できる。オフ状態においてヒーターに通電し、通電されるヒーターでバイメタルを加温して、可動金属片をオフ状態に保持できるからである。このブレーカは、パック電池に使用されて、パック電池の安全性をより向上できる。パック電池が異常な温度になってブレーカで電流を遮断した後、パック電池の電池でヒーターに通電してオフ状態に保持できるので、電池が放電できる限りブレーカをオフ状態に保持して外部に流れる電流を遮断状態に保持できるからである。電池が完全に放電されると、ヒーターに通電できなくなってヒーターがバイメタルを加温できなくなり、ブレーカがオン状態に復帰するが、この状態では電池は放電できなくなっているので、安全性は確保される。また、パック電池を充電器に接続して充電する状態でパック電池が異常な温度になって、ブレーカで電流を遮断する場合においても、充電器から供給される電力でヒーターに通電してオフ状態に保持できるので、ブレーカがオン状態に復帰することなく、充電器から電力が供給される間は電流を遮断する状態に保持できる。したがって、このパック電池は、ブレーカがオフに切り換えられた後は、通電状態が解除されるまでヒーターに通電してブレーカをオフ状態に保持できるので、安全性をより向上できる。さらに、ヒーターを内蔵するブレーカは、電池の異常を検出してヒーターに通電して、ヒーターでバイメタルを加熱して電池の電流を遮断することもできる。ブレーカを使用するパック電池は、電池と直列にブレーカを接続して、ブレーカで電池の電流を遮断する。

図１ないし図１０に示すブレーカ４０、５０は、可動接点７を有する可動金属片６と固定接点５を有する固定金属片４との間にバイメタル８を配設して、可動接点７と固定接点５とを互いに対向する位置に配置している。バイメタル８は、設定温度よりも低い温度帯域では非変形状態にあり、設定温度よりも高くなると反転して変形状態に変形する。バイメタル８の非変形状態において、可動接点７は固定接点５に接触してオン状態となる。バイメタル８が非変形状態から変形状態に反転すると、可動金属片６がバイメタル８に押し上げられて、可動接点７を固定接点５から離してオフ状態となる。

以上のブレーカ４０、５０は、外装ケース１、５１に、固定金属片４と、可動金属片６とを固定して、可動金属片６を変形させるバイメタル８と、このバイメタル８を加温するヒーター９とを外装ケース１、５１に内蔵している。

バイメタル８は、温度で変形するように、熱膨張率が異なる金属を積層したものである。バイメタル８は、図において、可動金属片６の下方にあって、反転して可動金属片６を押し上げてオフ状態に切り換える。バイメタル８は、図１１に示すように、加熱されると熱変形して、非変形状態から変形状態に反転して変形し、かつ非変形状態と変形状態において位置ずれしないように外装ケース１、５１の定位置に配置される。図１ないし図１０のブレーカ４０、５０は、ヒーター９を内蔵するので、バイメタル８をヒーター９と可動金属片６との間に配置している。図示しないが、ヒーターのないブレーカは、可動金属片と外装ケースとの間にバイメタルを配置する。

バイメタル８は、外形を四角形とし、かつ中央凸に湾曲する形状である。このバイメタル８は、検出温度が設定温度よりも低い温度帯域にあって、反転しない非変形状態にあっては、中央部を上方に突出させ、検出温度が設定温度よりも高くなって反転するように熱変形する変形状態にあっては、中央部を下方に突出させる。非変形状態のバイメタル８は、図２と図７に示すように、中央突出部を可動金属片６側に突出させて、可動金属片６を押し上げない。したがって、この状態において、可動金属片６は、その弾性で、可動接点７を固定接点５に接触させて、ブレーカをオン状態とする。温度が高くなって、バイメタル８が熱変形して反転し、変形状態になると、図３と図８に示すように、バイメタル８の外周部が可動金属片６を押し上げて、可動接点７を固定接点５から離してオフ状態とする。

可動金属片６は、弾性変形する金属板で、外装ケース１、５１に固定される固定部６Ｂと、先端に可動接点７を設けている弾性アーム部６Ａとを有する。可動金属片６は、図２、図３、図７、及び図８に示すように、固定部６Ｂを外装ケース１、５１に固定して、先端側の弾性アーム部６Ａを、外装ケース１、５１に設けている収納スペース２０に配設している。可動金属片６は、固定部６Ｂの外側を外装ケース１、５１から突出させて外部接続端子６Ｘとしている。可動金属片６は、外装ケース１、５１に設けている第２の外壁１１Ｂの上部に固定部６Ｂを固定している。

可動金属片６は、収納スペース２０に配置される弾性アーム部６Ａを、あるいは全体を弾性変形できる金属板としている。さらに、可動金属片６は、この弾性アーム部６Ａの先端部であって固定接点５と対向する面に可動接点７を設けている。この可動金属片６は、バイメタル８の非変形状態では、可動接点７を固定接点５に接触させてブレーカをオン状態とし、バイメタル８の変形状態では、バイメタル８に押される弾性アーム部６Ａを弾性変形して、可動接点７を固定接点５から離してブレーカをオフ状態とする。

可動金属片６は、図２ないし図５、及び図７ないし図１０に示すように、バイメタル８側に凸部６Ｃを設けている。凸部６Ｃは変形状態のバイメタル８に接触する。すなわち、変形状態のバイメタル８は、可動金属片６に設けている凸部６Ｃを押圧し、弾性アーム部６Ａを押し上げて、可動接点７を固定接点５から離してオフ状態とする。可動金属片６は、バイメタル８に接触する一対の凸部６Ｃを、バイメタル８側に突出して設けている。一対の凸部６Ｃは、図１２ないし図１４に示すように、可動金属片６の長手方向に離して配置され、かつ可動金属片６の長手方向に延びる中心線ｍから離れる位置に配置される。中心線ｍから離れて配置される一対の凸部６Ｃは、バイメタル８の変形状態において、可動接点７と固定接点５との接点ギャップを、中心線ｍに配置される凸部よりも広くする。凸部６Ｃが可動金属片６の中心線ｍから離れる位置に配置されて、接点ギャップを広くできるのは、バイメタル８が非変形状態から変形状態に変形して変位するストロークが、バイメタル８の中心から離れる距離が大きくなるほど、すなわちバイメタル８の隅部に近づくほど大きくなるからである。外形を四角形とするバイメタル８は、隅部のストロークが大きくなるので、バイメタル８の中心から離れる位置に対向して凸部６Ｃを配置する可動金属片６は、バイメタル８のストロークの大きい部分に押し上げられた接点ギャップを広くする。バイメタル８の変形状態でオフ状態に切り換えられる可動接点７と固定接点５との接点ギャップは、たとえば、０．０５ｍｍ以上であって、０．３ｍｍ以下とすることができる。可動金属片６に設ける凸部６Ｃの突出高さは、０．０１ｍｍ以上であって、０．１５ｍｍ以下とすることができる。

図１２と図１３のブレーカ４０は、バイメタル８の外形を四角形とし、可動金属片６ａ、６ｂに設けている凸部６Ｃを、バイメタル８の隅部に対向する位置に配置する。このブレーカ４０は、検出温度が設定温度よりも高くなり、バイメタル８が反転して非変形状態から変形状態に変形するとき、ストロークの大きいバイメタル８の隅部に凸部６Ｃを接触させて可動金属片６ａ、６ｂを変形させる。このブレーカ４０は、可動金属片６ａ、６ｂの変形量を大きくして、オフ状態の接点ギャップを大きくする。とくに、図１２と図１３のブレーカ４０は、可動金属片６ａ、６ｂに設けている一対の凸部６Ｃを、バイメタル８の対角位置に対向する位置に配置するので、変形状態のバイメタル８が、バランスよく可動金属片６ａ、６ｂの弾性アーム部６Ａを押し上げてオフ状態に切り換える。

図１２と図１３のブレーカ４０は、可動金属片６ａ、６ｂの横幅をバイメタル８よりも狭くして、可動金属片６ａ、６ｂの弾性アーム部６Ａに、両側に突出する突出アーム部６Ｄ、６Ｅを設けて、突出アーム部６Ｄ、６Ｅに凸部６Ｃを設けている。これらのブレーカ４０は、可動金属片６ａ、６ｂの弾性アーム部６Ａの横幅を広くすることなく、すなわち、弾性アーム部６Ａの弾性を変更することなく、弾性アーム部６Ａに設けた凸部６Ｃをバイメタル８の隅部に接触させて、接点ギャップを広くできる。図の可動金属片６ａ、６ｂは、弾性アーム部６Ａの両側に突出するように突出アーム部６Ｄ、６Ｅを設け、その先端部に凸部６Ｃを設ける構造によって、変形状態のバイメタル８の対角隅部に対向する位置に凸部６Ｃを配置して、接点ギャップを広くできる。また、バイメタル８はバランスよく弾性アーム部６Ａを押し上げてオフ状態に切り換えできる。

さらに、図１４のブレーカ４０は、可動金属片６ｃの弾性アーム部６Ａの横幅を、バイメタル８よりも狭い横幅の金属板として、可動金属片６ｃの長手方向に離して配置する一対の凸部６Ｃを、弾性アーム部６Ａの両側部に設けて、可動金属片６ｃの中心線ｍから側方に離れる位置に配置する。このブレーカ４０は、一対の凸部６Ｃを、バイメタル８の隅部に接近する位置に接触させて、接点ギャップを広くする。

図１ないし図１０に示すブレーカ４０、５０は、外装ケース１、５１を、プラスチック製の本体ケース２とプラスチック部を有する蓋ケース３、５３とで形成している。図１ないし図１０の外装ケース１、５１は、本体ケース２の底部１３に固定金属片４をインサート成形して固定して、上面に蓋ケース３、５３を固定している。本体ケース２は、両端部分に、第１の外壁１１Ａと第２の外壁１１Ｂとを突出するように設けて、第１の外壁１１Ａと第２の外壁１１Ｂとの間に収納スペース２０を設けている。収納スペース２０は、固定金属片４で底面を閉塞して、蓋ケース３、５３で上面を閉塞している。したがって、外装ケース１、５１は、底面側の表面には固定金属片４が露出している。

可動金属片６と固定金属片４と蓋ケース３、５３は、本体ケース２に固定される。本体ケース２は、バイメタル８やヒーター９を収納する収納スペース２０の両側に、第１の外壁１１Ａと第２の外壁１１Ｂとを設け、さらに第１の外壁１１Ａと第２の外壁１１Ｂとの間を連結する対向壁１２を設けて、一対の対向壁１２と、一対の外壁１１とで収納スペース２０の周囲を囲む外周壁１０を構成している。したがって、収納スペース２０は、周囲を外周壁１０で囲み、底面を固定金属片４で閉塞し、さらに上面を蓋ケース３、５３で閉塞して内部を閉塞された中空状としている。

本体ケース２は、第１の外壁１１Ａに固定金属片４の一部を、図２、図３、図７、及び図８においては固定金属片４の中間部４Ｂを第１の外壁１１Ａの途中にインサート成形して固定している。したがって、固定金属片４は、第１の外壁１１Ａを貫通する状態で本体ケース２に固定され、収納スペース２０の内部に露出する部分を固定接点５とし、外部に引き出される部分を外部接続端子４Ｘとしている。

さらに、本体ケース２は、第２の外壁１１Ｂに可動金属片６の固定部６Ｂを固定して、可動金属片６の弾性アーム部６Ａを収納スペース２０に配置している。図２、図３、図７、及び図８のブレーカ４０、５０は、第２の外壁１１Ｂの上端面に可動金属片６の固定部６Ｂを固定している。本体ケース２は、図２、図３、図７、図８、及び図１２ないし図１４に示すように、第２の外壁１１Ｂ上端面に、外周壁１０の上面よりも一段低い段差凹部２１を設けており、この段差凹部２１に可動金属片６の固定部６Ｂを嵌合させて定位置に配置している。図の本体ケース２は、この嵌着凹部２１の中央部から突出して、可動金属片６の固定部６Ｂを貫通する連結凸部１５を設けている。可動金属片６の固定部６Ｂには、連結凸部１５を貫通させる貫通孔６Ｆを設けている。図１２ないし図１４に示す連結凸部１５は、水平断面形状を長円形として、可動金属片６の固定部６Ｂを正確な姿勢で段差凹部２１に配置できるようにしている。さらに、図に示す段差凹部２１は、可動金属片６の両側部を位置決めする位置決リブ２２を第２の外壁１１Ｂの上端部に形成している。図に示す第２の外壁１１Ｂは、その上端面において、位置決リブ２２以外の部分を、外周壁１０の上面よりも低くして嵌着凹部２１を設けることにより、段差形状の位置決リブ２２を形成している。可動金属片６は、固定部６Ｂの両側に位置決リブ２２を案内する位置決凹部６Ｇを設けている。可動金属片６は、固定部６Ｂに開口された貫通孔６Ｆに連結凸部１５が挿入されると共に、固定部６Ｂの両側に設けた位置決凹部６Ｇに位置決リブ２２が案内されて、第２の外壁１１Ｂの段差凹部２１の定位置に配置される。固定部６Ｂが段差凹部２１に配置された可動金属片６は、接着して第２の外壁１１Ｂに固定され、あるいは本体ケース２に固定される蓋ケース３、５３に挟まれて、すなわち、第２の外壁１１Ｂの段差凹部２１の底面と蓋ケース３、５３の対向面とで上下両面から挟着されて外装ケース１、５１の定位置に固定される。

蓋ケース３、５３は、図１ないし図１０に示すように、本体ケース２の上端開口部側において、可動金属片６の外側に積層される積層金属板２５、５５と、この積層金属板２５、５５を固定している連結プラスチック２６、５６とを備えている。蓋ケース３、５３は、内面側、すなわち、本体ケース２側に積層金属板２５、５５を表出させており、この積層金属板２５、５５で可動金属片６の上方をカバーする状態で、本体ケース２の開口部側に配置されている。図１ないし図５に示す蓋ケース３は、上面側において積層金属板２５の外周部を除く中央部分を連結プラスチック２６から露出させている。図６ないし図１０に示す蓋ケース５３は、上面側において積層金属板５５のほぼ全面を連結プラスチック５６で被覆して絶縁している。積層金属板２５、５５は、連結プラスチック２６、５６にインサート成形して固定される。インサート成形される積層金属板２５、５５は、連結プラスチック２６、５６を成形する金型の成形室に仮止めされ、成形室に溶融状態のプラスチックを注入して連結プラスチック２６、５６に固定される。

図１ないし図５に示す蓋ケース３は、上面側に露出する積層金属板２５の露出部を露出端子４３としている。図の蓋ケース３は、積層金属板２５の露出部と連結プラスチック２６の上面を同一平面としている。このブレーカ４０は、露出端子４３にリードを確実に接触して溶接できる。すなわち、連結プラスチック２６が突出して、溶接されるリードを露出端子４３から離すことがなく、露出端子４３に確実に安定してリードを溶接できる。蓋ケース３は、積層金属板２５の露出部と連結プラスチック２６の上面を同一平面とするために、図４に示すように、上面の外周部に低くなる段差部２５ａを設けて、段差部２５ａに連結プラスチック２６を成形している。このブレーカ４０は、外装ケース１の底面側の表面に固定金属片４を露出させて露出端子４４とし、外装ケース１の上面側の表面に積層金属板２５を表出させて露出端子４３としている。

以上の蓋ケース３、５３は、連結プラスチック２６、５６の外周縁部を本体ケース２の外周壁１０の上面に固定して、本体ケース２に固定している。蓋ケース３、５３の連結プラスチック２６、５６は、図５と図１０に示すように、本体ケース２の外周壁１０と対向する外周縁部に、本体ケース２側に突出する外周壁２７、５７を備えており、この外周壁２７、５７の内側に積層金属板２５、５５を表出させている。連結プラスチック２６、５６の外周壁２７、５７は、本体ケース２の両端部に設けている第１の外壁１１Ａと第２の外壁１１Ｂに固定され、さらに対向壁１２に固定される。

図５と図１０に示す外装ケース１、５１は、蓋ケース３、５３と本体ケース２とを正確に位置決めしながら連結するために、互いに嵌合する連結凸部１５、１７と連結凹部１６、１８とを備えている。本体ケース２は、前述のように、第２の外壁１１Ｂの上面において、可動金属片６の固定部６Ｂを貫通して位置決めする連結凸部１５を突出して設けている。蓋ケース３、５３は、本体ケース２の第２の外壁１１Ｂ側の端部において、この連結凸部１５と対向する位置に、連結凸部１５を案内する連結凹部１６を設けている。さらに、図５と図１０に示す蓋ケース３、５３は、本体ケース２の第１の外壁１１Ａ側の端部の両側において、外周壁２７、５７の下面から本体ケース２に向かって突出する連結凸部１７を設けている。本体ケース２は、図１２ないし図１４に示すように、これらの連結凸部１７と対向する対向壁１２の上面に、連結凸部１７を案内する連結凹部１８を設けている。以上の外装ケース１、５１は、本体ケース２の第１の外壁１１Ａ側の端部において、蓋ケース３、５３の両側の連結凸部１７が本体ケース２の連結凹部１８に案内されると共に、本体ケース２の第２の外壁１１Ｂ側の端部において、可動金属片６の固定部６Ｂを貫通する連結凸部１５が蓋ケース３、５３の連結凹部１６に案内されて、蓋ケース３、５３が本体ケース２の正確な位置に連結される。

連結凸部１５、１７と連結凹部１６、１８を介して定位置に連結される蓋ケース３、５３と本体ケース２は、超音波溶着して連結プラスチック２６、５６が本体ケース２に固定される。図５と図１０に示す蓋ケース３、５３は、連結プラスチック２６、５６の外周壁２７、５７の下面であって、本体ケース２の外周壁１０との対向面に位置して、超音波振動で溶融される溶融凸条１９を設けている。図の蓋ケース３、５３は、外周壁２７、５７の下面に沿って溶融凸条１９を突出して設けている。この蓋ケース３、５３は、可動金属板６の固定部６Ｂと対向する部分を除く外周縁部に、底面視略コ字状の溶融凸条１９を設けている。この蓋ケース３、５３は、前述の連結凸部１５、１７と連結凹部１６、１８とを介して本体ケース２の定位置に連結する状態で、外周部を超音波振動させて、溶融凸条１９を摩擦熱で溶融させて本体ケース２の外周壁１０に溶着させる。さらに、超音波振動される蓋ケース３、５３と本体ケース３は、互いに連結された連結凸部１５、１７と連結凹部１６、１８の接触部分も摩擦熱で溶融されて互いに溶着される。ただ、外装ケースは、蓋ケースの連結プラスチックと本体ケースとを接着して、あるいは嵌着構造や係止構造で連結して固定することもできる。

図１ないし図５の外装ケース１は、本体ケース２の第２の外壁１１Ｂと蓋ケース３の積層金属板２５とで可動金属片６の固定部６Ｂを挟着して外装ケース１に固定している。この外装ケース１は、蓋ケース３の積層金属板２５の一端部を、可動金属片６の固定部６Ｂに接触状態に積層して、積層金属板２５を可動金属片６に電気接続している。このブレーカ４０は、積層金属板２５を可動金属片６の外部接続端子として使用することもできる。積層金属板２５と可動金属片６は、積層部をレーザー溶接することで、より確実に電気接続される。図に示す積層金属板２５は、連結プラスチック２６から引き出された突出部２５Ｘを可動金属片６の上面に積層してレーザー溶接している。この構造は、蓋ケース３の積層金属板２５を可動金属片６に直接に積層して固定するので、全体をより薄くしながら、積層金属板２５を可動金属片６に確実に電気接続できる。図１ないし図５に示すブレーカ４０は、蓋ケース３の積層金属板２５を可動金属片６に電気接続するので、蓋ケース３の上面から露出する積層金属板２５を露出端子４３として外部接続し、あるいは可動金属片６に外部接続端子６Ｘを設けて外部接続することができる。

図６ないし図１０に示すブレーカ５０は、蓋ケース５３から積層金属板５５を露出させないので、可動金属片６の固定部６Ｂに積層金属板５５を接触させることなく積層している。さらに、図６と図７に示すブレーカ５０は、バイメタル８が熱変形しない状態で、可動接点７を確実に固定接点５に接触できるように、弾性アーム部６Ａの後端部を下方に押圧する押圧凸部５８を積層金属板２５の内面から突出して設けている。この可動金属片６は、弾性アーム部６Ａの後端部が押圧凸部５８で下向きに押圧されることで、弾性アーム部６Ａの先端部が下方に付勢されて、先端の可動接点７を確実に固定接点５に接触させる。

さらに、図２ないし図５、及び図７ないし図１０に示す外装ケース１、５１は、本体ケース２の収納スペース２０の底部にヒーター９を配置するヒーター収納部２９を設けている。ヒーター収納部２９は収納スペース２０の中央部にあって、その底面を固定金属片４の先端部４Ａで閉塞している。ヒーター収納部２９は、ここにヒーター９を挿入できるように、内形をヒーター９の外形よりもわずかに大きくしている。また、ヒーター収納部２９は、外周縁に沿って突出部１４を設けている。ヒーター収納部２９に挿入されるヒーター９は、突出部１４の上面からわずかに突出して、上面に湾曲するバイメタル８を熱結合状態に載せている。

収納スペース２０は、ヒーター収納部２９の底面を固定金属片４で閉塞し、ヒーター収納部２９の外側底面を本体ケース２のプラスチックで閉塞している。本体ケース２は、ヒーター収納部２９の外側で収納スペース２０の底を閉塞しているプラスチック製の底部１３に、固定金属片４をインサート成形して本体ケース２に固定している。

図１ないし図１０に示すブレーカ４０、５０は、本体ケース２の収納スペース２０に、底から順番に、ヒーター９とバイメタル８と可動金属片６の弾性アーム部６Ａを収納して、本体ケース２の第１の外壁１１Ａには固定金属片４の中間部４Ｂを固定して、第２の外壁１１Ｂには可動金属片６の固定部６Ｂを固定している。

固定金属片４は、インサート成形して本体ケース２に固定している。固定金属片４は、先端部４Ａを収納スペース２０の底部１３に埋設し、中間部４Ｂを収納スペース２０の底部１３から本体ケース２の第１の外壁１１Ａに埋設するようにインサート成形して、本体ケース２に固定している。図２、図３、図７、及び図８の固定金属片４は、ヒーター収納部２９の底部を閉塞する部分よりも、第１の外壁１１Ａに埋設される部分を高くするように段差部４Ｄを設けて、段差部４Ｄを本体ケース２の底部１３に埋設して、段差部４Ｄの後端側を底部１３の上面に露出させて、この露出部を固定接点５としている。

ヒーター９は、通電されることによって発熱して、バイメタル８を加熱する。ヒーター９は、対向面を円形あるいは長円形とする厚みのあるＰＴＣヒーター９Ａで、上面と下面に電極を設けている。ただし、ヒーターには必ずしもＰＴＣヒーターを使用する必要はなく、通電されてバイメタル８を加熱できる全てのヒーターを使用することができる。上下面に電極を設けているヒーター９は、下面を固定金属片４に接触して、上面をバイメタル８を介して可動金属片６に接触できるようにしている。このヒーター９は、可動金属片６の可動接点７が固定接点５に接触するオン状態では、可動金属片６とバイメタル８とが非接触状態となって通電されず、可動金属片６の可動接点７が固定接点５から離れてオフ状態となる状態では、可動金属片６に接触するバイメタル８と固定金属片４とを介して通電されて発熱し、バイメタル８を加熱する。加熱されるバイメタル８は、図３と図８に示すように、可動接点７を固定接点５から離すオフ状態に保持する。

このブレーカ４０、５０は、オフ状態に切り換えられた状態で、可動接点７をオフ状態に保持するので、パック電池に安全に使用できる。それは、パック電池が異常な状態で使用されて設定温度よりも高くなり、ブレーカ４０、５０がオフに切り換えられた後は、パック電池の電池からヒーター９に通電され続けてバイメタル８が加熱され、あるいは、充電中のパック電池においては、充電器から供給される電力でヒーター９に通電されてバイメタル８が加熱されるので、ブレーカ４０、５０がオン状態に復帰することなく、電池が放電されるまで電流を遮断する状態に保持できるからである。

以上のブレーカ４０、５０は、例えば、パック電池に使用されて、パック電池の電池と直列に接続される保護素子として使用することができる。保護素子であるブレーカは、電池温度や周囲温度を検出して、検出温度が設定温度を越えるとバイメタルを熱変形させて電流を遮断する。以上のブレーカをパック電池に使用する例を以下に示す。

図１５ないし図１７に示すパック電池は、電池３０と、この電池３０と直列に接続しているブレーカ４０と、このブレーカ４０の外部接続端子と電池３０とにリード３６を介して接続している回路基板３５とを備えている。

図１５ないし図１７のパック電池は、角形電池の電池３０を備える。電池３０は、金属製の外装缶３１の開口部を、金属製の封口板３２で閉塞して、内部に電解液と正負の電極を収納している。封口板３２はレーザー溶接して外装缶３１の開口部を気密に閉塞している。封口板３２は、凸部電極３３を中央部に設けている。凸部電極３３は、絶縁して封口板３２に固定される。電池３０は、リチウムイオン電池である。ただし、電池には、リチウムイオン電池に代わってニッケル水素電池などの全ての二次電池とすることができる。リチウムイオン電池は、凸部電極３３を負極、封口板３２と外装缶３１を正極とし、ニッケル水素電池は、凸部電極を正極、封口板を負極とする。

パック電池は、電池３０と直列にブレーカ４０を接続している。ブレーカ４０は、電池３０の温度が設定温度よりも高くなるとオン状態からオフ状態に切り換えられて、電池３０の電流を遮断する。また、過電流が流れる状態にあっても、オフ状態に切り換えられて、電池３０の電流を遮断する。図１５ないし図１７のパック電池は、電池３０の凸部電極３３と回路基板３５との間にブレーカ４０を接続している。回路基板３５は、電池３０の過充電や過放電を防止する保護回路などを実現する回路を実装している。また、回路基板３５は、パック電池の出力端子（図示せず）も設けている。この回路基板３５は、リード３６とブレーカ４０を介して電池３０に接続している。ここで、図に示すパック電池は、リード３６をリード板としているが、リードはリード線とすることもできる。

ブレーカ４０は、電池３０と回路基板３５との間に接続される。図１５と図１６のパック電池に使用されるブレーカ４０は、上面に露出端子４３を設けている。露出端子４３は、蓋ケース３に固定された積層金属板２５の露出部に設けている。この蓋ケース３は、積層金属板２５を可動金属片６の固定部６Ｂに接触状態に積層して本体ケース２に固定され、上側面を露出して露出端子４３としている。このパック電池は、ブレーカ４０の固定金属片４の外部接続端子４Ｘを電池３０の凸部電極３３に溶接して、上面に設けている露出端子４３を外部接続端子として、回路基板３５に接続しているリード３６に溶接している。図において、回路基板３５に接続しているリード３６はリード板であって、Ｌ字状に折曲されて、水平方向に折曲している折曲片３６Ａをブレーカ４０の露出端子４３に溶接している。このリード３６は、ハンダ付けして回路基板３５に接続している。

図１５と図１６のブレーカ４０は、リード３７を介して固定金属片４を凸部電極３３に接続している。図に示すリード３７は、リード板としているが、リード線とすることもできる。固定金属片４を凸部電極３３に接続するリード３７は、一端を固定金属片４に溶接して、他端を凸部電極３３に溶接している。図示しないが、固定金属片は、外部接続端子を本体ケースから長く突出させて、直接に凸部電極に溶接することもできる。さらに、図に示すパック電池は、ブレーカ４０と封口板３２との間に絶縁層３４を設けており、この絶縁層３４でブレーカ４０を封口板３２から絶縁している。

以上のパック電池は、以下の工程で組み立てられる。
（１）固定金属片４を直接あるいはリード３７を介して電池３０の凸部電極３３に溶接する。
（２）回路基板３５に接続しているリード３６を、電池３０の封口板３２とブレーカ４０上面の露出端子４３である外部接続端子とに溶接する。

図１７のパック電池は、図１５のパック電池のブレーカ４０を上下反転して電池３０に溶接している。したがって、このブレーカ４０は、固定金属片４を上面に、蓋ケース３を下面に配置している。上面に配置している固定金属片４は、両端部分を除く部分を露出させて露出端子４４とし、この露出端子４４を外部接続端子として、ブレーカ４０の上面に配置している。露出端子４４は、回路基板３５に接続しているＬ字状のリード板であるリード３６の折曲片３６Ａに溶接している。さらに、ブレーカ４０は、可動金属片６を本体ケース２から突出させて外部接続端子６Ｘとし、この外部接続端子６Ｘを電池３０の凸部電極３３に溶接している。さらに、図に示すパック電池は、ブレーカ４０と封口板３２との間に絶縁層３４を設けており、この絶縁層３４でブレーカ４０を封口板３２から絶縁している。

以上のパック電池は、以下の工程で組み立てられる。
（１）可動金属片６の外部接続端子６Ｘを直接あるいはリード３７を介して電池３０の凸部電極３３に溶接する。
（２）回路基板３５に接続しているリード３６を、電池３０の封口板３２とブレーカ４０上面の露出端子４４である外部接続端子とに溶接する。

以上のパック電池の製造工程において、ブレーカ４０と電池３０とリード３６は、スポット溶接して接続され、あるいはレーザー溶接して接続される。

さらに、パック電池は、図１８と図１９に示すように、外装をフィルムとするポリマー電池６０Ａを備えることもできる。図に示すポリマー電池６０Ａは、正負の出力リード６１を外装フィルム６２で絶縁状態に挟着して外部に引き出している。ポリマー電池６０Ａは、一方の出力リード６１をブレーカ４０の外部接続端子に溶接して、ブレーカ４０に直列に接続され、他方の出力リード６１を回路基板６５に接続している基板リード６６に溶接している。

図１８と図１９のポリマー電池６０Ａは、出力リード６１を引き出している一方の端面から突出する突出壁６３を有する。突出壁６３は、片方の表面とほぼ同一平面に位置する。突出壁６３のあるポリマー電池６０Ａが、鎖線で示す電池ケース７０に収納されて、突出壁６３によって空隙６４ができる。ブレーカ４０は、この空隙６４にあって、電池６０の端面に接近して熱結合状態に配設される。

さらに、突出壁６３によってできる空隙６４には、回路基板６５を定位置に配置する鎖線で示す絶縁ホルダー６８が配置される。絶縁ホルダー６８は、空隙６４の定位置に配置され、さらに、回路基板６５を定位置に配置する形状にプラスチックを成形している。絶縁ホルダー６８は、嵌着構造で、あるいは接着されて、あるいはまたパック電池の電池ケース７０にネジ止めされて、空隙６４の定位置に配置され、また回路基板６５を定位置に配置する。

図１８のパック電池は、絶縁ホルダー６８でもって回路基板６５をパック電池の端面に配置している。図示しないが、パック電池は、回路基板を電池の表面側に配置することもできる。以上のパック電池は、回路基板６５に、一対の基板リード６６の一端をハンダ付けして固定し、この基板リード６６の一方をポリマー電池６０Ａの出力リード６１に、他方をブレーカ４０を介してポリマー電池６０Ａの他方の出力リード６１に溶接して接続している。回路基板６５は、基板リード６６や出力リード６１であるリード６９を折曲して、パック電池の端面又は表面側に配置している。

以上のパック電池は、以下の工程で組み立てられる。
（１）図１９に示すように、ブレーカ４０の外部接続端子である露出端子４３にポリマー電池６０Ａの一方の出力リード６１の先端部を載せてスポット溶接し、ブレーカ４０の他方の外部接続端子４Ｘと回路基板６５に接続している基板リード６６とを積層して積層部をスポット溶接して接続し、さらに、ポリマー電池６０Ａの他方の出力リード６１と回路基板６５に接続している他方の基板リード６６とを積層して積層部を溶接して接続する。
以上の工程で、回路基板６５の一方の基板リード６６はブレーカ４０を介して電池６０の一方の出力リード６１に、他方の基板リード６６は電池６０の他方の出力リード６１に溶接して接続される。
（２）その後、図１８に示すように、基板リード６６と出力リード６１からなるリード６９を折曲加工して回路基板６５を絶縁ホルダー６８の定位置にセットし、絶縁ホルダー６８を電池６０の定位置にセットして、回路基板６５とブレーカ４０と電池６０を電池ケース７０の定位置に配置する。

１…外装ケース
２…本体ケース
３…蓋ケース
４…固定金属片 ４Ａ…先端部
４Ｂ…中間部
４Ｄ…段差部
４Ｘ…外部接続端子
５…固定接点
６…可動金属片 ６ａ…可動金属片
６ｂ…可動金属片
６ｃ…可動金属片
６Ａ…弾性アーム部
６Ｂ…固定部
６Ｃ…凸部
６Ｄ…突出アーム部
６Ｅ…突出アーム部
６Ｆ…貫通孔
６Ｇ…位置決凹部
６Ｘ…外部接続端子
７…可動接点
８…バイメタル
９…ヒーター ９Ａ…ＰＴＣヒーター
１０…外周壁
１１…外壁 １１Ａ…第１の外壁
１１Ｂ…第２の外壁
１２…対向壁
１３…底部
１４…凸部
１５…連結凸部
１６…連結凹部
１７…連結凸部
１８…連結凹部
１９…溶融凸条
２０…収納スペース
２１…段差凹部
２２…位置決リブ
２５…積層金属板 ２５Ｘ…突出部
２５ａ…段差部
２６…連結プラスチック
２７…外周壁
２８…バイメタル収納部
２９…ヒーター収納部
３０…電池
３１…外装缶
３２…封口板
３３…凸部電極
３４…絶縁層
３５…回路基板
３６…リード ３６Ａ…折曲片
３７…リード
４０…ブレーカ
４３…露出端子
４４…露出端子
５０…ブレーカ
５１…外装ケース
５３…蓋ケース
５５…積層金属板
５６…連結プラスチック
５７…外周壁
５８…押圧凸部
６０…電池 ６０Ａ…ポリマー電池
６１…出力リード
６２…外装フィルム
６３…突出壁
６４…空隙
６５…回路基板
６６…基板リード
６８…絶縁ホルダー
６９…リード
７０…電池ケース
１０４…固定金属片
１０５…固定接点
１０６…可動金属片
１０７…可動接点
１０８…バイメタル
１０９…ＰＴＣヒーター
２０５…固定接点
２０６…可動金属片 ２０６Ｃ…凸部
２０７…可動接点
２０８…バイメタル
ｍ…中心線

Claims (9)

1. 可動接点(7)を有する可動金属片(6)と固定接点(5)を有する固定金属片(4)との間にバイメタル(8)が配設され、前記可動接点(7)と前記固定接点(5)とは互いに対向する位置にあり、
   前記可動金属片(6)は、前記バイメタル(8)側に突出する一対の凸部(6C)を備え、
   前記バイメタル(8)が熱変形しない非変形状態において、前記可動接点(7)は前記固定接点(5)に接触してオン状態となり、前記バイメタル(8)が熱変形する変形状態において、前記凸部(6C)がバイメタル(8)に接触して、前記可動接点(7)が固定接点(5)から離されてオフ状態となるブレーカであって、
   前記一対の凸部(6C)が、前記可動金属片(6)の長手方向に離されて配置されると共に、可動金属片(6)の長手方向に延びる中心線(m)から側方に離れて配置され、
   さらに、前記バイメタル(8)が外形を四角形とし、可動金属片(6)がバイメタル(8)の隅部と対向する位置に凸部(6C)を配置してなることを特徴とするブレーカ。
2. 可動接点(7)を有する可動金属片(6)と固定接点(5)を有する固定金属片(4)との間にバイメタル(8)が配設され、前記可動接点(7)と前記固定接点(5)とは互いに対向する位置にあり、
   前記可動金属片(6)は、前記バイメタル(8)側に突出する一対の凸部(6C)を備え、
   前記バイメタル(8)が熱変形しない非変形状態において、前記可動接点(7)は前記固定接点(5)に接触してオン状態となり、前記バイメタル(8)が熱変形する変形状態において、前記凸部(6C)がバイメタル(8)に接触して、前記可動接点(7)が固定接点(5)から離されてオフ状態となるブレーカであって、
   前記一対の凸部(6C)が、前記可動金属片(6)の長手方向に離されて配置されると共に、可動金属片(6)の長手方向に延びる中心線(m)から側方に離れて配置され、
   さらに、前記可動金属片(6)が両側に突出する突出アーム部(6D;6E)を有し、この突出アーム部(6D;6E)に凸部(6C)を設けてなることを特徴とするブレーカ。
3. 前記可動金属片(6)の凸部(6C)が、前記バイメタル(8)の対角位置に対向して配置されてなる請求項１に記載されるブレーカ。
4. 前記可動金属片(6)が、前記バイメタル(8)よりも狭い横幅の金属板で、両側部に凸部(6C)を設けてなる請求項１に記載されるブレーカ。
5. 変形状態の前記バイメタル(8)でオフ状態に切り換えられる可動接点(7)と固定接点(5)との接点ギャップが０．０５ｍｍ以上であって、０．３ｍｍ以下である請求項１ないし４のいずれかに記載されるブレーカ。
6. 前記凸部(6C)の突出高さが、０．０１ｍｍ以上であって、０．１５ｍｍ以下である請求項１ないし５のいずれかに記載されるブレーカ。
7. 前記バイメタル(8)を加温するヒーター(9)を備える請求項１ないし６のいずれかに記載されるブレーカ。
8. 前記ヒーター(9)がＰＴＣヒーター(9A)である請求項７に記載されるブレーカ。
9. パック電池に使用されてパック電池の電池(30;60)と直列に接続される保護素子である請求項１ないし８のいずれかに記載されるブレーカ。

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