JP6111172B2 - 直流用のブレーカ - 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直流用のブレーカに関し、とくに、パック電池などに内蔵される機器内蔵用に最適な直流用のブレーカに関する。

ブレーカは、パック電池等に内蔵されて、電池や内部の温度が異常に高くなる状態で電流を遮断する保護素子として使用される。たとえば、リチウムイオン電池のパック電池は、異常な使用状態で充放電されると温度が高くなるので、設定温度よりも高温になるとブレーカで電流を遮断する。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、この状態でもブレーカで電流を遮断して温度上昇を制限する。

以上の用途に使用される機器内蔵用のブレーカは小型であることが要求される。この種の用途に使用される従来のブレーカを図１１に示す。（特許文献１参照）
この図のブレーカは、固定接点金属板１０４と、可動接点金属板１０６との間にバイメタル１０８を配置している。さらに、この図のブレーカは、バイメタル１０８と固定接点金属板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とする。反転したバイメタル１０８が可動接点金属板１０６の弾性アーム１０６Ａ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、すなわち非反転状態のバイメタル１０８は、可動接点金属板１０６の弾性アーム１０６Ａ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１１の（ａ）は、バイメタル１０８が反転しない状態にある、オン状態のブレーカを示している。このブレーカは、非反転状態のバイメタル１０８が可動接点金属板１０６を押し上げず、弾性アーム１０６Ａの弾性で可動接点１０７を固定接点１０５に接触させる。
周囲温度が高くなると、ブレーカは、図１１の（ｂ）で示すように、バイメタル１０８が熱変形して反転し、湾曲状態となって、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。反転するバイメタル１０８が可動接点金属板１０６の弾性アーム１０６Ａを押し上げるからである。

以上のブレーカは、接点の接触抵抗を小さくしてオン状態における抵抗を小さくすることが大切である。オン抵抗は電力損失を大きくして、ジュール熱による発熱を大きくするからである。ジュール熱による発熱は、バイメタルを加熱して、周囲温度が設定温度にならない状態でオフ状態に切り換える等の誤動作の原因となる。とくに、ジュール熱による発熱は電流の二乗に比例して大きくなるので、大電流で使用される状態では接点の発熱量が大きくなって、周囲温度が設定温度よりも低い温度でオフ状態に切り換えられる弊害が大きくなる。この弊害は接点の接触抵抗、すなわちブレーカのオン抵抗を小さくして防止できる。

電気抵抗の小さい銀接点を使用するブレーカは開発されている。（特許文献２参照）
このブレーカは、銀接点の耐久性を改善するために、ニッケル銀合金を接点に使用する。銀接点は電気抵抗が小さいので、ジュール熱による弊害は少なくなるが、銀の硬度が低いために接点の耐久性が保障されない。この欠点を解消するために、接点をニッケルを含む銀合金として耐久性を改善している。このブレーカは、可動接点と固定接点にニッケル銀合金を使用することで、接点の耐久性を保障しながら、オン抵抗を小さくする。ただ、このブレーカは、接点の耐久性を保障するために、接点をニッケル銀合金とするので、含有されるニッケルによって電気抵抗が大きくなる欠点がある。以上のブレーカは、銀接点にニッケルを含有する合金を使用して、接点の耐久性を改善するので、接点の耐久性を改善するために含有するニッケルによって接点のオン抵抗が大きくなり、接点の耐久性とオン抵抗が互いに相反する特性となって、オン抵抗と耐久性の両方を満足するのが極めて難しい欠点がある。

特開２００２−５６７５５号公報 特開２００２−５６８４０号公報

本発明は、さらに以上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、接点のオン抵抗を小さくしながら、優れた耐久性を実現する直流用の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

本発明の直流用のブレーカは、母材金属板に固定接点５を設けている固定接点金属板４と、この固定接点金属板４の固定接点５と対向する位置に可動接点７を配置して、この可動接点７を母材金属板の弾性アーム６Ａに設けてなる可動接点金属板６と、弾性アーム６Ａを押して可動接点７を固定接点５から離すバイメタル８とを備える。さらに、ブレーカは、可動接点７と固定接点５のうち、一方の接点をニッケル銀合金接点３１、他方の接点を銀接点３２としている。銀接点３２はニッケル銀合金接点３１との対向面に銀にニッケルを含む混合層３４を有する。さらに、ニッケル銀合金接点３１は、母材金属板の表面にメッキもしくは溶接もしくは圧接して固定している。

以上のブレーカは、接点のオン抵抗を小さくしながら、優れた耐久性を実現できる特徴がある。それは、以上のブレーカが、一方の接点をニッケル銀合金の接点として、他方の接点を銀接点として、銀接点はその表面に、銀にニッケルを含む混合層を有するからである。銀接点は電気抵抗が小さいのでオン抵抗を小さくできる。ただ、銀接点は優れた耐久性を実現できない。以上のブレーカは、銀接点のニッケル銀合金接点との対向面を銀にニッケルを含む混合層とすることで、銀接点の銀にニッケルを含む混合層と、ニッケル銀合金接点とを対向して配置し、銀−ニッケルの混合層をニッケル銀合金に接触させることで優れた耐久性を実現する。

本発明の直流用のブレーカは、ニッケル銀合金接点３１を母材金属板の表面に圧接しているインレイ材とすることができ、また、ニッケル銀合金接点３１を銀接点３２よりも厚くすることができる。以上のブレーカは、オンオフに切り換える状態においても優れた耐久性を実現する。直流を遮断するブレーカは一方の接点の摩耗が甚だしくなるが、以上のブレーカはニッケル銀合金の接点をインレイ材として銀接点よりも厚くできる。このブレーカは、インレイ材のニッケル銀合金接点を摩耗側の接点として使用することで、ニッケル銀合金の接点が摩耗しても、小さいオン抵抗を保持する。それは、ニッケル銀合金が摩耗しても、銀接点の表面は、銀にニッケルを含む混合層で保護されるからである。すなわち、以上のブレーカは、ニッケル銀合金接点が摩耗しても、この接点の表面がニッケル銀合金となり、銀接点の表面は銀にニッケルを含む混合層となるので、両接点の対向面は、銀にニッケルを含む金属に保持される。このため、接点がオンオフに繰り返し切り換えられても、小さいオン抵抗を保持して安定して動作する優れた耐久性を実現する。

本発明の直流用のブレーカは、銀にニッケルを含む混合層３４を銀接点３２全体の厚さの１／１０よりも薄くし、かつ、ニッケル銀合金接点３１を、銀接点３２全体よりも厚くすることができる。
このブレーカは、オン抵抗を小さくしながら、厚いニッケル銀合金接点を摩耗側の接点として使用することにより、より優れた耐久性を実現する。

本発明の直流用のブレーカは、銀にニッケルを含む混合層３４を銀接点３２全体の厚さの１／１０よりも薄くし、かつ、銀接点３２を、母材金属板の表面に銀メッキしてなる銀メッキ層３３とし、さらに、この銀メッキ層３３の表面に銀にニッケルを含む混合層３４を有する構造とすることができる。

以上のブレーカは、オン抵抗をより小さくできる特徴がある。それは、ニッケル銀合金を母材金属板に圧接してインレイ材のニッケル銀合金接点とし、母材金属板に銀メッキして銀接点とするからである。母材金属板にニッケル銀合金を圧接してなるインレイ材は、ニッケル銀合金と母材金属板とが強く低抵抗な状態で結合して密着面には空気も侵入しない理想的な電気接続状態となり、また銀メッキも母材金属板の表面に強く低抵抗な状態に結合して理想的な電気接続状態となる。このため、ニッケル銀合金の接点及び銀接点の両方が、母材金属板に接触抵抗を最小とする理想的な状態で接続され、さらに、この接続状態が長期間にわたって安定に保障されて、オン状態における抵抗を最小な状態に維持できる特徴がある。

本発明の直流用のブレーカは、可動接点７をニッケル銀合金接点３１とし、固定接点５を、対向面に銀にニッケルを含む混合層３４を設けている銀接点３２とすることきができる。このブレーカは、可動接点を摩耗側の接点として使用することで、優れた耐久性を実現する。

本発明の直流用のブレーカは、固定接点５をニッケル銀合金接点３１とし、可動接点７を、対向面に銀にニッケルを含む混合層３４を設けてなる銀接点３２とすることきができる。このブレーカは、固定接点を摩耗側の接点として使用することで、優れた耐久性を実現する。

本発明の直流用のブレーカは、ニッケル銀合金接点３１を銀接点３２よりも厚くし、ニッケル銀合金接点３１を１０μｍ以上であって５０μｍよりも薄くし、さらに、銀接点３２を２μｍ以上であって２０μｍ以下とすることができる。
以上のブレーカは、ニッケル銀合金接点を１０μｍ〜５０μｍとして、銀接点を５μｍ〜２０μｍとするので、ニッケル銀合金接点を摩耗側の接点として使用することで、特に優れた耐久性を実現する。

本発明の直流用のブレーカは、銀にニッケルを含む混合層３４の膜厚を１μｍ以下とすることができる。このブレーカは、銀にニッケルを含む混合層３４を１μｍ以下と極めて薄くするので、特にオン抵抗を小さくしながら、銀にニッケルを含む混合層によって接点の優れた耐久性を実現する。

本発明の直流用のブレーカは、銀の表面にニッケルを蒸着して銀にニッケルを含む混合層３４を設けてなる銀接点３２とすることができる。このブレーカは、銀接点の対向面に簡単に銀にニッケルを含む混合層を設けて、安価に多量生産できる特徴がある。

本発明の一実施例にかかる直流用の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１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。 図５に示すブレーカの本体ケースの平面図である。 図３に示すブレーカの接点構造を示す拡大断面図である。 接点構造の他の一例を示す拡大断面図である。 接点構造の他の一例を示す拡大断面図である。 接点構造の他の一例を示す拡大断面図である。 従来のブレーカを示す断面図である。

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直流用のブレーカを例示するものであって、本発明は直流用の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。

図１ないし図６に示す直流用のブレーカ３０は、外装ケース１と、この外装ケース１の内部に配置している固定接点５を有する固定接点金属板４と、この固定接点金属板４の固定接点５と対向する位置に可動接点７を配置する弾性アーム６Ａを有する可動接点金属板６とを備えている。さらに、図に示す直流用のブレーカ３０は、無通電タイプのブレーカで、周囲温度で変形して可動接点金属板６をオンからオフに切り換えるバイメタル８を、可動接点金属板６と外装ケース底部１Ｔとの間に配設している。さらに、図のブレーカ３０は、バイメタル８を加温するＰＴＣヒーター９も備える。図のブレーカ３０は、ＰＴＣヒーター９を備えるが、本発明のブレーカは、必ずしもＰＴＣヒーターを内蔵する必要はない。

可動接点金属板６の弾性アーム６Ａは、バイメタル８で押圧されない状態では、それ自体の弾性で可動接点７を固定接点５に接触させる弾性を有する。バイメタル８は、弾性アーム６ＡとＰＴＣヒーター９との間に配置される。このバイメタル８は、設定温度よりも低い状態では熱変形しない非変形状態にある。この状態ではバイメタル８が弾性アーム６Ａを押さず、ブレーカ３０は、弾性アーム６Ａの弾性で可動接点７を固定接点５に接触させてオン状態となる。ブレーカ３０は、設定温度よりも高くなると、バイメタル８が熱変形して反転して、反転湾曲状態となる。反転湾曲状態のバイメタル８は、中間部を外装ケース底部１ＴのＰＴＣヒーター９に接触させて、両端の外周縁部で弾性アーム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に切り換える。

バイメタル８は、温度が上昇して熱変形するように、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、外形を四角形とし、かつ中央凸に湾曲する形状である。バイメタル８は、弾性アーム６Ａと外装ケース底部１Ｔとの間にあって、図においては、弾性アーム６ＡとＰＴＣヒーター９との間にあって、設定温度になると熱変形して反転し、反転湾曲状態となる。

バイメタル８は、非変形状態から反転湾曲状態に変形でき、かつ位置ずれしないように外装ケース１に設けたバイメタル収納部２８に配置される。外装ケース１は、図６の平面図に示すように、四角形のバイメタル８を定位置に配置するバイメタル収納部２８を設けている。外装ケース１は、バイメタル８の周囲に外周壁１０を設けて、外周壁１０の内側をバイメタル収納部２８としている。外周壁１０で囲まれるバイメタル収納部２８は、その内形をバイメタル８の外形よりもわずかに大きくして、バイメタル８を非変形状態と反転湾曲状態に変形できる状態で定位置に配置している。

可動接点金属板６は、弾性変形する金属板で、外装ケース１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６Ａとを有する。可動接点金属板６は、図２と図３に示すように、固定部６Ｂを外装ケース１に固定して、先端側の弾性アーム６Ａを、外装ケース１に設けている収納スペース２０に配設している。可動接点金属板６は、外装ケース１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。可動接点金属板６は、固定部６Ｂの外側を外装ケース１から突出させており、この突出片６Ｘを可動側の接続端子４１としている。

可動接点金属板６は、収納スペース２０に配置される弾性アーム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、可動接点金属板６は、この弾性アーム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。この可動接点金属板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の反転湾曲状態では、バイメタル８に押される弾性アーム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。

可動接点金属板６は、厚さを１００μｍとするリン青銅を母材金属板として、この母材金属板に可動接点を圧接して固定している。ただ、可動接点金属板の母材金属板は、厚さを２００μｍ以下とする導電性のあるリン青銅以外の弾性金属板も使用できる。可動接点金属板６は、厚すぎるとバイメタルが変形させる力が大きくなり、反対に薄すぎると電流容量が小さくなる。したがって、薄いバイメタルで速やかに弾性変形できるように、母材金属板には、厚さを２００μｍ以下とする弾性金属板を使用し、また電流容量を大きくすることから、厚さを５０μｍ以上の弾性金属板とする。

図７の拡大断面図に示す可動接点金属板６は、弾性アーム６Ａの先端部に銀メッキ層３３を設け、この銀メッキ層３３を設けている部分を折曲加工して折り返し、折返片６Ｅを固定接点５側に積層して、固定接点５側に突出する突出部６Ｄを設けて銀接点３２の可動接点７としている。図８の拡大断面図に示す可動接点金属板６は、弾性アーム６Ａの先端部に銀メッキ層３３を設けてプレス加工して突出部６Ｄを設け、この突出部６Ｄを銀接点３２の可動接点７としている。可動接点金属板６は、弾性アーム６Ａの先端部を銀メッキした後、折曲加工し、あるいはプレス加工して表面に銀メッキ層３３を設けた突出部６Ｄを設けて銀接点３２の可動接点７とし、あるいは折曲加工又はプレス加工の後、突出部６Ｄに表面に銀メッキ層３３を設けて銀接点３２の可動接点７とすることもできる。

銀接点３２の厚さは５μｍである。ただし、銀接点の厚さは、２μｍ〜５０μｍ、好ましくは３μｍ〜２０μｍとすることもできる。銀接点３２は電気抵抗は小さいが、充分な耐久性を実現できないので、固定接点５との対向面に、銀にニッケルを含む混合層３４を設けている。銀にニッケルを含む混合層３４は、薄くしてオン抵抗を小さくできるので、銀接点３２全体の厚さの１／１０よりも薄く、好ましくは１μｍ以下、さらに好ましくは０．１μｍ以下とする。銀にニッケルを含む混合層３４は、銀接点３２の表面にニッケルを蒸着し、あるいはニッケルと銀を蒸着して銀接点３２の表面に設けられる。ニッケルのみを蒸着して銀にニッケルを含む混合層を設けるには、蒸着するニッケルの膜厚を５０ｎｍ以下と薄くする。また、混合層は、銀接点の表面にメッキして設けることもできる。ただし、本発明は、混合層を表面に有する銀接点の製造方法を、蒸着やメッキには特定しない。

さらに、図２ないし図５に示す可動接点金属板６は、バイメタル８側に凸部６Ｃを設けている。図の可動接点金属板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６に示すように、可動接点金属板６の長手方向に延びる中心線ｍ上であって、可動接点金属板６の長手方向に離して配置している。この可動接点金属板６は、一対の凸部６Ｃにバイメタル８の両端の外周縁部を接触させて互いに押圧するようにしている。図に示す凸部６Ｃは、外形を円弧状としており、バイメタル８の外周縁部８ｂを横方向に摺動させることなく確実に接触させて互いに押圧できるようにしている。図示しないが、可動接点金属板は、バイメタルの両端部と対向する下面に、複数の凸部を設けることもできる。

固定接点金属板４は、インサート成形して本体ケース２に固定している。固定接点金属板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と図３の固定接点金属板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。

固定接点金属板４は、図７と図８に示すように、母材金属板の表面の一部に、ニッケル銀合金を圧接して、すなわち母材金属板とニッケル銀合金とのインレイ材として、固定接点５をニッケル銀合金としている。固定接点５であるニッケル銀合金接点３１は、圧接するニッケル銀合金を厚くして、接点の寿命を長くできる。ニッケル銀合金接点３１は、摩耗側の接点として使用されるので、その膜厚を混合層３４よりも厚く、さらに好ましくは銀接点３２の全体よりも厚くしている。したがって、ニッケル銀合金接点３１の厚さは、好ましくは１０μｍ以上、さらに好ましくは１５μｍ以上とする。ニッケル銀合金接点３１は厚くすると製造コストが高くなるので、好ましくは５０μｍよりも薄く、より好ましくは３０μｍよりも薄くする。

以上のブレーカは、ニッケル銀合金接点をインレイ材とするが、ニッケル銀合金接点は母材金属板の表面に、銀接点よりも厚いニッケル銀合金を溶接して設けることができる。また、母材金属板の表面にニッケル銀合金をメッキして設けることもできる。

以上の直流用のブレーカは、たとえば、混合層３４のある銀接点全体の膜厚を５μｍ、母材金属板に圧接しているニッケル銀合金接点３１の厚さを３０μｍとして、ニッケル銀合金接点３１を摩耗側の接点として使用し、電圧９Ｖ、電流１５Ａの抵抗負荷において、６０００回のオンオフに切り換え後におけるオン抵抗の増加を１ｍΩ以下にできる極めて優れた特性を実現する。

以上の直流用のブレーカは、可動接点７を銀接点３２、固定接点５を銀接点３２よりも厚いニッケル銀合金のインレイ材としているが、本発明の直流用のブレーカは、図９と図１０に示すように、固定接点５を銀接点３２、可動接点７を銀接点３２よりも厚いニッケル銀合金接点３１として、銀接点３２には可動接点７との対向面に、混合層３４を設けて、可動接点７のニッケル銀合金接点３１を摩耗側の接点として使用することもできる。

図１ないし図６に示すブレーカ３０は、外装ケース１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で形成している。図１ないし図６の外装ケース１は、本体ケース２の底部１３に固定接点金属板４をインサート成形して固定して、上面に蓋ケース３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、固定接点金属板４で底面を閉塞して、蓋ケース３で上面を閉塞している。したがって、外装ケース１は、底面側の表面には固定接点金属板４が露出している。

可動接点金属板６と固定接点金属板４と蓋ケース３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ＰＴＣ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、底面を固定接点金属板４で閉塞し、さらに上面を蓋ケース３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に固定接点金属板４の一部を、図２と図３においては固定接点金属板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、固定接点金属板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突出片４Ｘを固定側の接続端子４２としている。

さらに、本体ケース２は、第２の外壁１１Ｂに可動接点金属板６の固定部６Ｂを固定して、可動接点金属板６の弾性アーム６Ａを収納スペース２０に配置している。図２と図３のブレーカ３０は、第２の外壁１１Ｂの上端面に可動接点金属板６の固定部６Ｂを固定している。本体ケース２は、図２、図３、及び図６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に可動接点金属板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、可動接点金属板６の固定部６Ｂを貫通する連結凸部１５を設けている。可動接点金属板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６に示す連結凸部１５は、水平断面形状を長円形として、可動接点金属板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６に示す段差凹部２１は、可動接点金属板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６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。可動接点金属板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。可動接点金属板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に配置された可動接点金属板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の対向面とで上下両面から挟着されて外装ケース１の定位置に固定される。

蓋ケース３は、図１ないし図６に示すように、本体ケース２の上端開口部側において、可動接点金属板６の外側に積層される積層金属板２５と、この積層金属板２５を固定している連結プラスチック２６とを備えている。蓋ケース３は、内面側、すなわち、本体ケース２側に積層金属板２５を表出させており、この積層金属板２５で可動接点金属板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６に示す蓋ケース３は、上面側において積層金属板２５のほぼ全面を連結プラスチック２６で被覆して絶縁している。積層金属板２５は、連結プラスチック２６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は、連結プラスチック２６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に固定される。

以上の蓋ケース３は、連結プラスチック２６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の連結プラスチック２６は、図５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を備えており、この外周壁２７の内側に積層金属板２５を表出させている。連結プラスチック２６の外周壁２７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に示す外装ケース１は、蓋ケース３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、可動接点金属板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に示す蓋ケース３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６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、可動接点金属板６の固定部６Ｂを貫通する連結凸部１５が蓋ケース３の連結凹部１６に案内されて、蓋ケース３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と本体ケース２は、超音波溶着して連結プラスチック２６が本体ケース２に固定される。図５に示す蓋ケース３は、連結プラスチック２６の外周壁２７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は、外周壁２７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は、可動接点金属板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と図２に示すブレーカ３０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６Ａの後端部を下方に押圧する押圧凸部２５Ａを積層金属板２５の内面から突出して設けている。この可動接点金属板６は、弾性アーム６Ａの後端部が押圧凸部２５Ａで下向きに押圧されることで、弾性アーム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に示す外装ケース１は、本体ケース２の収納スペース２０の底部にＰＴＣ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、バイメタル収納部２８の内側にあって、その底部に設けられる。ヒーター収納部２９は、ＰＴＣヒーター９を定位置に抜けないように固定する凹部である。ＰＴＣヒーター９は、このヒーター収納部２９に接着して固定され、あるいは抜けないように嵌着して固定される。ヒーター収納部２９は収納スペース２０の中央部にあって、その底面を固定接点金属板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ＰＴＣヒーター９を挿入できるように、内形をＰＴＣ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、外周縁に沿って凸部１４を設けている。ヒーター収納部２９に挿入されるＰＴＣヒーター９は、凸部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の底面を固定接点金属板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、固定接点金属板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６に示すブレーカ３０は、本体ケース２の収納スペース２０に、底から順番に、ＰＴＣヒーター９とバイメタル８と可動接点金属板６の弾性アーム６Ａを収納して、本体ケース２の第１の外壁１１Ａには固定接点金属板４の中間部４Ｂを固定して、第２の外壁１１Ｂには可動接点金属板６の固定部６Ｂを固定している。

ＰＴＣ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。ＰＴＣ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ヒーターで、上面と下面に電極を設けている。上下面に電極を設けているＰＴＣヒーター９は、下面を固定接点金属板４に接触して、上面をバイメタル８を介して可動接点金属板６に接触できるようにしている。このＰＴＣヒーター９は、可動接点金属板６の可動接点７が固定接点５に接触するオン状態では、可動接点金属板６とバイメタル８とが非接触状態となって通電されず、可動接点金属板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、可動接点金属板６に接触するバイメタル８と固定接点金属板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３０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、パック電池に使用して安全性を向上できる。それは、パック電池が異常な温度になってブレーカ３０がオフに切り換えられた後は、パック電池の電池からＰＴＣヒーター９に通電され続けてバイメタル８が加熱されるので、ブレーカ３０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。電池が完全に放電されると、ＰＴＣヒーターに通電できなくなってＰＴＣ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ＰＴＣ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ＰＴＣ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。

以上のブレーカ３０は、組み立てられた後、接点に通電する状態で超音波振動させて接点を活性化することでオン抵抗をさらに安定化することができる。ブレーカは、可動接点７と固定接点５とを互いに衝突させて離反方向に超音波振動させる。すなわち、ブレーカは、固定接点と可動接点とが互いに接近し衝突し、また互いに離れる方向に相対的に移動するように超音波振動させる。超音波振動させる状態で接点の電流は、抵抗負荷の状態で、好ましくは０．１Ａ〜１００Ａとする。超音波振動時における接点電流を大きくして、接点はより効果的に活性化される。抵抗と直列にコイルを接続しているインダクタンスのある負荷は、電流を遮断するときにコイルに蓄えられる電流エネルギーが大きくなるので接点電流を小さくして接点を活性化できる。コイルに蓄えられる電流のエネルギーを消費するために、接点の放電電流が大きくなるからである。したがって、接点電流は、抵抗負荷とインダクタンス負荷とを考慮して最適な値に設定する。さらに、ブレーカは、接点の電流を大きくするとジュール熱で発熱してそれ自体でオフ状態に切り換えられる特性がある。超音波振動で接点を活性化するには、可動接点７を固定接点５に接触するオン状態に保持する必要がある。したがって、接点に大電流を流して超音波振動させる方法は、超音波振動させる時間を短くして、接点がオン状態にある状態で超音波振動させる。したがって、接点に大電流を流して超音波振動させる方法は、超音波振動させる時間を短くする。

通電状態で接点を超音波振動させる時間は０．１ミリ秒〜１秒とする。超音波振動させる時間は、長くして接点をより効果的に活性化できるが、長すぎると接点の銀メッキ層３３が損傷を受けるので、銀メッキ層３３を損傷することなく接点を活性化できる時間に設定される。また、超音波振動による接点の活性化は、接点電流、負荷の種類、超音波振動の振幅にも影響を受け、接点電流と振幅が大きいと短時間で接点がより効果的に活性化される。したがって、超音波振動させる時間は、接点電流と超音波振動の振幅を考慮して前述の範囲で最適値に設定される。

また、接点を超音波振動させる周波数は２０ＫＨｚ〜６ＧＨｚ、好ましくは２０ＫＨｚ〜１ＧＨｚとする。超音波振動の周波数を高くして、単位時間に可動接点７と固定接点５との衝突回数と離反回数とを多くできる。ただ、超音波振動の周波数が高すぎると可動接点７が固定接点５から離れる間隔が狭くなって放電による活性化が低下し、反対に周波数が低すぎると衝突回数が少なくなって活性化が低下するので、超音波振動の周波数は、弾性アーム６Ａの厚さや長さを考慮し、さらに弾性アーム６Ａの共振周波数を考慮して、最適値に設定される。

さらに、ブレーカを超音波振動させる振幅は０．０１μｍ〜１００μｍとする。超音波振動の振幅を大きくして、可動接点７が固定接点５に衝突する運動のエネルギーを大きくでき、また可動接点７が固定接点５から離れる間隔を大きくできる。ブレーカを超音波振動させる振幅は、可動接点７を固定接点５から離す間隔に影響を与える。ただ、可動接点７が固定接点５から離れる間隔は、弾性アーム６Ａを共振させることで、ブレーカを超音波振動させる振幅よりも大きくできる。したがって、ブレーカを超音波振動させる周波数を、弾性アーム６Ａの共振周波数やその近傍、あるいはその共振周波数の整数倍、あるいは又、共振周波数の整数分の１に設定することで可動接点７を固定接点５から充分な間隔に離して、効果的に活性化できる。

ブレーカを超音波振動させる振幅を大きくするには、ブレーカに接触してこれを超音波振動させる超音波振動子や超音波ホーンの出力を大きくする必要がある。大出力の超音波振動子や超音波ホーンをブレーカの外装ケース１に押圧して超音波振動させると、超音波振動子との接触箇所が超音波振動による発熱で変形する等の弊害があるので、ブレーカを超音波振動させる振幅は、接点を活性化できる範囲で小さく設定される。

以上のブレーカは、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。

１…外装ケース １Ｔ…外装ケース底部
２…本体ケース
３…蓋ケース
４…固定接点金属板 ４Ａ…先端部
４Ｂ…中間部
４Ｄ…段差部
４Ｘ…突出片
５…固定接点
６…可動接点金属板 ６Ａ…弾性アーム
６Ｂ…固定部
６Ｃ…凸部
６Ｄ…突出部
６Ｅ…折返片
６Ｆ…貫通孔
６Ｇ…位置決凹部
６Ｘ…突出片
７…可動接点
８…バイメタル
９…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 ２５Ａ…押圧凸部
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…ブレーカ
３１…ニッケル銀合金接点
３２…銀接点
３３…銀メッキ層
３４…混合層
４１…可動側の接続端子
４２…固定側の接続端子
１０４…固定接点金属板
１０５…固定接点
１０６…可動接点金属板
１０６Ａ…弾性アーム
１０７…可動接点
１０８…バイメタル
１０９…ＰＴＣヒーター
ｍ…中心線

Claims (10)

1. 母材金属板に固定接点(5)を設けてなる固定接点金属板(4)と、前記固定接点金属板(4)の前記固定接点(5)と対向する位置に可動接点(7)を配置して、前記可動接点(7)を母材金属板の弾性アーム(6A)に設けてなる可動接点金属板(6)と、前記弾性アーム(6A)を押して前記可動接点(7)を前記固定接点(5)から離すバイメタル(8)とを備えるブレーカであって、
   前記可動接点(7)と前記固定接点(5)は、一方の接点をニッケル銀合金接点(31)、他方の接点を銀接点(32)として、
   前記銀接点(32)はニッケル銀合金接点(31)との対向面に銀にニッケルを含む混合層(34)を有し、
   さらに、前記ニッケル銀合金接点(31)が、前記母材金属板の表面にメッキもしくは溶接もしくは圧接してなることを特徴とする直流用のブレーカ。
2. 前記ニッケル銀合金接点(31)が、前記母材金属板の表面に圧接してなるインレイ材であることを特徴とする請求項１に記載される直流用のブレーカ。
3. 前記ニッケル銀合金接点(31)が、前記銀接点(32)よりも厚いことを特徴とする請求項１又は２に記載される直流用のブレーカ。
4. 前記銀にニッケルを含む混合層(34)が前記銀接点(32)全体の厚さの１／１０よりも薄く、
   前記ニッケル銀合金接点(31)が、前記銀接点(32)の全体よりも厚いことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載される直流用のブレーカ。
5. 前記銀にニッケルを含む混合層(34)が前記銀接点(32)全体の厚さの１／１０よりも薄く、
   前記銀接点(32)が、母材金属板の表面に銀メッキしてなる銀メッキ層(33)で、この銀メッキ層(33)の表面に前記銀にニッケルを含む混合層(34)を設けてなる請求項１ないし４のいずれかに記載される直流用のブレーカ。
6. 前記可動接点(7)がニッケル銀合金接点(31)で、前記固定接点(5)が対向面に銀にニッケルを含む混合層(34)を設けてなる銀接点(32)である請求項１ないし５のいずれかに記載される直流用のブレーカ。
7. 前記固定接点(5)がニッケル銀合金接点(31)で、前記可動接点(7)が対向面に銀にニッケルを含む混合層(34)を設けてなる銀接点(32)である請求項１ないし５のいずれかに記載される直流用のブレーカ。
8. 前記ニッケル銀合金接点(31)が前記銀接点(32)よりも厚く、
   前記ニッケル銀合金接点(31)が１０μｍ以上であって５０μｍよりも薄く、
   前記銀接点(32)が２μｍ以上であって２０μｍ以下である請求項１ないし７のいずれかに記載される直流用のブレーカ。
9. 前記銀にニッケルを含む混合層(34)の膜厚が１μｍ以下である請求項１ないし８のいずれかに記載される直流用のブレーカ。
10. 前記銀接点(32)が、銀の表面にニッケルを蒸着して銀にニッケルを含む混合層(34)を設けてなる請求項１ないし９のいずれかに記載される直流用のブレーカ。

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