JP6204721B2 - ブレーカー及びそれを備えた安全回路並びに２次電池回路 - Google Patents

Description

本発明は、電気機器の２次電池パック等に内蔵される小型のブレーカー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電気機器に装備される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ブレーカーもまた、さらなる小型化が強く要求されている。

ブレーカーには、温度変化に応じて動作し、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。上記特許文献１に示されたブレーカーにおいて、固定片は、ケース本体にインサート成形により組み込まれる（同文献の段落（００３１）等参照）。

同文献の図３に示される通電状態において、熱応動素子は正転形状をとる。過充電等により熱応動素子の温度が上昇すると、スナップアクションにより、同文献の図４に示されるように熱応動素子が反転形状に変化し、可動片の先端近傍を押し上げる。これにより、固定片に設けられている固定接点と可動片に設けられている可動接点とが離反し、ブレーカーは遮断状態となる。

その後、過充電状態が解消されると、熱応動素子の温度が低下し、熱応動素子は正転形状に復帰し、ブレーカーは通電状態に復帰する。ブレーカーが通電状態から遮断状態に変移する反転動作温度及び遮断状態から通電状態に変移する正転復帰温度は、可動片が発生する弾性力と、熱応動素子が発生する弾性力とに依存する。通電状態における可動片の弾性力よりも遮断状態における可動片の弾性力が大きい。そのため、一般に、ブレーカーの完成品における反転動作温度は、熱応動素子の単体における反転動作温度と略等しいのに対して、ブレーカーの完成品における正転復帰温度は、可動片が発生する弾性力の影響を受け、熱応動素子の単体における正転復帰温度よりも高くなる（後述する表１参照）。

ＷＯ２０１１／１０５１７５号公報

ブレーカーの小型化を図るためには、固定片、可動片及び熱応動素子の板厚を薄くすることが有効である。ところが、 熱応動素子を薄く形成した場合、可動片の先端近傍を非導通状態で保持する保持力、すなわち熱応動素子が発生する弾性力が低下する。従って、熱応動素子の単体における正転復帰温度が板厚の厚い熱応動素子（比較例１参照）と同等に設定されている場合、比較例２にて示されるように、板厚の薄い熱応動素子は、より高い温度で可動片の弾性力に降伏し、正転形状に復帰する。特に、非導通状態において、熱応動素子とＰＴＣサーミスターとは、スポット状の狭い領域で接触するため、その接触領域に応力が集中しやすくなり、板厚の薄い熱応動素子は、容易に正転形状に復帰する傾向が強い。

従って、板厚の薄い熱応動素子を用いつつ、ブレーカーの完成品における正転復帰温度を低く維持するためには、比較例３にて示されるように、熱応動素子の単体での正転復帰温度が比較例２に対してより低く設定されなければならず、そのためには、熱応動素子の曲げ加工の曲率半径が小さく設定されている必要がある。

しかしながら、曲率半径の小さい熱応動素子は、単体での反転動作温度と正転復帰温度との差が大きい（ヒステレシスが大きい）ため、正転復帰温度にバラツキが生じ易く、特に小型化を追求したブレーカーにおいて、曲率半径の小さい熱応動素子を安定した品質で製造するのは困難を伴い、歩留まりが低下する一因となっている。

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、小型化と歩留まり向上の両立を図ることが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、本発明のブレーカーは、固定接点を有する固定片と、可動接点を有し、この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接点が前記固定接点から離反するように前記可動片を作動させる熱応動素子とを備えたブレーカーにおいて、前記熱応動素子には、前記可動片とは反対の側に突出する第１突出部が形成されていることを特徴とするものである。

この発明において、前記第１突出部は、前記熱応動素子の中心の周囲に形成されていることが好ましい。

この発明において、前記第１突出部は、環状に連続して形成されていることが好ましい。

この発明において、前記第１突出部は、複数個点在して形成されていることが好ましい。

また、本発明のフレーカーは、固定接点を有する固定片と、可動接点を有し、この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接点が前記固定接点から離反するように前記可動片を作動させる熱応動素子と、前記熱応動素子と前記固定片との間に介挿され、前記固定接点から前記可動接点が離反しているときに、前記熱応動素子を介して前記可動片と前記固定片を導通させる正特性サーミスターとを備えたブレーカーにおいて、前記正特性サーミスターには、前記熱応動素子の側に突出する第２突出部が形成されていることを特徴とするものである。

この発明において、前記第２突出部は、前記熱応動素子の中心の周囲に形成されていることが好ましい。

この発明において、前記第２突出部は、環状に連続して形成されていることが好ましい。

この発明において、前記第２突出部は、複数個点在して形成されていることが好ましい。

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１によれば、可動片とは反対の側に突出する第１突出部が熱応動素子に形成されているので、可動接点が固定接点から離反しているとき、すなわち、熱応動素子が反転形状にあるとき、第１突出部が可動片とは反対の側にある部品と当接する。従って、熱応動素子において応力が集中しやすい箇所から離して第１突出部を設けることにより、熱応動素子に生ずる応力を容易に分散でき、ブレーカーの完成品における熱応動素子の正転復帰温度を低く維持できるようになる。従って、板厚の薄い熱応動素子を用いながらも、その曲率半径を小さく設定することなく、完成品のブレーカーにおいて熱応動素子を所望の温度で正転復帰させることが可能となる。これにより、ブレーカーの小型化と歩留まり向上の両立を図ることができるようになる。

第１突出部が、熱応動素子の中心の周囲に形成されている構成によれば、応力が集中しやすい中心において熱応動素子に生ずる応力を分散できるので、ブレーカーの完成品における熱応動素子の正転復帰温度を容易に低く維持できるようになる。

環状に連続して形成されている第１突出部において熱変形時の熱応動素子が支持される構成によれば、熱応動素子の中心の応力をより一層効果的に分散しうる。

複数個点在して形成されている第１突出部において熱変形時の熱応動素子が支持される構成によれば、上記構成と同様に、熱応動素子の中心の応力をより一層効果的に分散しうる。

また、本発明のブレーカーによれば、熱応動素子の側に突出する第２突出部が正特性サーミスターに形成されているので、可動接点が固定接点から離反しているとき、すなわち、熱応動素子が反転形状にあるとき、第２突出部が熱応動素子と当接する。従って、熱応動素子において応力が集中しやすい箇所から離して第２突出部を設けることにより、熱応動素子に生ずる応力を容易に分散でき、ブレーカーの完成品における熱応動素子の正転復帰温度を低く維持できるようになる。従って、板厚の薄い熱応動素子を用いながらも、その曲率半径を小さく設定することなく、完成品のブレーカーにおいて熱応動素子を所望の温度で正転復帰させることが可能となる。これにより、ブレーカーの小型化と歩留まり向上の両立を図ることができるようになる。

第２突出部が、熱応動素子の中心の周囲に形成されている構成によれば、応力が集中しやすい中心において熱応動素子に生ずる応力を分散できるので、ブレーカーの完成品における熱応動素子の正転復帰温度を容易に低く維持できるようになる。

環状に連続して形成されている第２突出部において熱変形時の熱応動素子が支持される構成によれば、熱応動素子の中心の応力をより一層効果的に分散しうる。

複数個点在して形成されている第２突出部において熱変形時の熱応動素子が支持される構成によれば、上記構成と同様に、熱応動素子の中心の応力をより一層効果的に分散しうる。

また、本発明のブレーカーを備えた安全回路又は２次電池パックによれば、ブレーカーの小型化と歩留まり向上を両立した安全回路又は２次電池パックを製造できる。

本発明の一実施形態によるブレーカーの構成を示す組み立て斜視図。 通常の充電状態又は放電状態におけるブレーカーの動作を示す断面図。 過充電状態又は異常時などにおけるブレーカーの動作を示す断面図。 （ａ）は同ブレーカーに適用される熱応動素子の正転形状を示す斜視図、（ｂ）は同熱応動素子の反転形状を示す斜視図。 （ａ）は同熱応動素子の中心近傍の正転形状を示す断面図、（ｂ）は同熱応動素子の中心近傍の反転形状を示す断面図。 ブレーカーにおける熱応動素子の反転動作を示す断面図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、同熱応動素子の変形例を示す平面図。 （ａ）は同ブレーカーに適用されるＰＴＣサーミスターの構成を示す斜視図、（ｂ）は同断面図。 （ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、同ＰＴＣサーミスターの変形例を示す平面図。 本発明のブレーカーを備えた２次電池パックの構成を示す平面図。 本発明のブレーカーを備えた安全回路の回路図。

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す。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３を有する可動片４と、温度変化に伴って変形する熱応動素子５と、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスター６と、固定片２、可動片４、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６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、樹脂ベース（第１ケース）７１と樹脂ベース７１の上面に装着されるカバー部材（第２ケース）７２とカバー片８等によって構成されている。

固定片２は、リン青銅等を主成分とする金属板（この他、銅−チタン合金、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、樹脂ベース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、ＰＴＣサーミスター６を支持する支持部２３が形成されている。ＰＴＣサーミスター６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）２４ａの上に載置されて、突起２４ａ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３に対向する位置に形成され、樹脂ベース７１の上方に形成されている開口７３ｂの一部から露出されている。端子２２は樹脂ベース７１の一端から外側に突き出されている。

本出願においては、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。他の部品、例えば、熱応動素子５についても同様である。

固定片２は、端子２２、固定接点２１及び支持部２３（図中裏面が露出部２３ｄに相当する）において露出し、端子２２と固定接点２１との間及び固定接点２１と支持部２３との間において樹脂ベース７１に埋設される。固定片２の支持部２３の表面は、ケース７の内部の収容空間に露出し、突起２４ａを介してＰＴＣサーミスター６と電気的に接触している。

可動片４は、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４の材料としては、固定片２と同等のリン青銅等を主成分とするものが好ましい。この他、銅−チタン合金、洋白、黄銅などの導電性弾性材料を用いてもよい。可動片４の長手方向の一端には外部回路と電気的に接続される端子４１が形成されて樹脂ベース７１から外側に露出される。可動片４の他端（アーム状の可動片４の先端に相当）には可動接点３が形成されている。可動接点３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４の先端部に接合されている。可動片４は、可動接点３と端子４１の間に、当接部４２（アーム状の可動片４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４３を有している。当接部４２は、端子４１と弾性部４３との間で樹脂ベース７１及びカバー部材７２と当接し、可動片４の短手方向に翼状に突出する突出部４２ａを有する。弾性部４３は、当接部４２から可動接点３の側に延出されている。当接部４２において樹脂ベース７１とカバー部材７２によって裏表両面側から挟み込まれて可動片４が固定され、弾性部４３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３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４とが通電可能となる。

樹脂ベース７１とカバー部材７２には、可動片４の当接部４２と当接し、当接部４２を固定状態で保持する当接部７４と当接部７９がそれぞれ形成されている。本実施形態では、樹脂ベース７１の収納部７３の外縁から樹脂ベース７１の外壁に亘る領域に当接部７４が形成されている。当接部７４は、図１中、ケース７の底壁（内底面）の一部を構成する。また、カバー部材７２において、可動片４を挟んで当接部７４と対向する領域に当接部７９が形成されている。当接部７９は、図１中、ケース７の天壁（内天面）の一部を構成する。当接部４２は、その裏面において樹脂ベース７１の当接部７４と当接し、その表面においてカバー部材７２の当接部７９と当接する。可動片４は、当接部７４及び当接部７９によって当接部４２の裏表両面から挟み込まれて、ケース７に対して固定される。本実施形態においては、当接部４２が可動片４の短手方向に翼状に突出する突出部４２ａを有するので、当接部４２が幅広く大きな領域でケース７の当接部７４及び当接部７９によって挟み込まれ、可動片４がケース７に対して強固に固定される。

可動片４は、弾性部４３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５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４３の下面には、熱応動素子５に対向して一対の突起（接触部）４４ａ，４４ｂが形成されている。突起４４ａ，４４ｂと熱応動素子５とは接触して、突起４４ａ，４４ｂを介して熱応動素子５の変形が弾性部４３に伝達される（図１、図２及び図３参照）。

また、可動片４には、可動片４の厚み方向に貫通し、樹脂ベース７１の突起７４ａが挿通される貫通穴４５と、クランク状に形成された段曲げ部４６と、段曲げ部４６に形成された斜面４７と、樹脂ベース７１の位置決め部７５と係合される一対の係合部４８と、可動片４の長手方向に対して垂直な短手方向に可動片４の一部が切除されたくびれ部４９が形成されている。貫通穴４５、段曲げ部４６、斜面４７、係合部４８及びくびれ部４９は、弾性部４３を挟んで可動接点３とは反対側、すなわち弾性部４３に対して端子４１の側に設けられている。貫通穴４５は、可動片４の長手方向の中心線上に設けられている。斜面４７は、可動片４の短手方向に沿って連続して形成されている。係合部４８は、可動片４の短手方向に沿って２箇所に設けられている。

貫通穴４５は、可動片４の当接部４２に形成されている。当接部４２は、弾性部４３に対して可動片４の短手方向に幅広に形成されている。これにより、当接部４２における可動片４の長手方向に垂直な断面積が、弾性部４３における該断面積に対して大きい箇所となる。また、貫通穴４５は、平面視で（可動片４の厚み方向に視て）可動片４の短手方向に長い長円形状に形成されている。

係合部４８は、くびれ部４９の端子４１の側の端縁にて形成される。くびれ部４９は、当接部４２を挟んで弾性部４３とは反対側で、当接部４２と端子４１の間に配設されている。くびれ部４９の幅寸法（可動片４の短手方向の長さ寸法、以下同様）は、弾性部４３の幅寸法に対して同等以下に設定されているのが望ましいが、少なくとも当接部４２及び端子４１の幅寸法よりも小さく設定されていればよい。本実施形態におけるくびれ部４９は、上記特許文献１における第２弾性部としての機能を有しており、端子４１に加えられた外力や衝撃を吸収し、可動接点３の位置を適正に維持する。

熱応動素子５は円弧状に湾曲した初期形状をなし、バイメタル、トリメタルなどの複合材料からなる。過熱により反転動作温度に達すると湾曲形状はスナップモーションを伴って逆反りし、冷却により正転復帰温度を下回ると復元する。熱応動素子５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５の逆反りする反転動作により可動片４の弾性部４３が押し上げられ、かつ弾性部４３の弾性力により元に戻る限り、熱応動素子５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が望ましく、小型でありながら弾性部４３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。なお、熱応動素子５の材料としては、例えば、高膨脹側に銅−ニッケル−マンガン合金又はニッケル−クロム−鉄合金、低膨脹側に鉄−ニッケル合金をはじめとする、洋白、黄銅、ステンレス鋼など各種の合金からなる熱膨張率の異なる２種類の材料を積層したものが、所要条件に応じて組み合わせて使用される。

熱応動素子５の逆反り動作により固定片２と可動片４との通電が遮断されたとき、ＰＴＣサーミスター６に流れる電流が増大する。ＰＴＣサーミスター６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、反転動作電流、反転動作電圧、反転動作温度、正転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、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム又はチタン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を構成する樹脂ベース７１及びカバー部材７２は、難燃性のポリアミド（ＰＡ）、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。樹脂ベース７１には、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６などを収容するための収納部７３及び可動片４を収納するための開口７３ａ，７３ｂなどが形成されている。なお、樹脂ベース７１に組み込まれた可動片４、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６の端縁は、収納部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５の逆反り時に案内される。

また、樹脂ベース７１は、可動片４の貫通穴４５に挿通される突起７４ａと、可動片４を位置決めするための一対の位置決め部７５と、可動片４の端子４１を外部に露出させるための窓７６を有する。突起７４ａは、貫通穴４５に対応する形状に形成され、樹脂ベース７１を補強する。突起７４ａの高さすなわち突出量は、可動片４の厚みより大きく設定され、カバー部材７２の裏面には、突起７４ａの頂部に対応する凹部が必要に応じて設けられる。位置決め部７５は、可動片４のくびれ部４９に対応する形状に設けられている。すなわち、位置決め部７５は、くびれ部４９の近傍において切除された部分に介在し、樹脂ベース７１を補強すると共に、カバー部材７２の当接部７９と溶着されて、ケース７の剛性・強度を高める。

カバー部材７２には、カバー片８がインサート成形によって埋め込まれている。カバー片８は、上述したリン青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をプレス加工することにより形成される。カバー片８は、図２及び図３に示すように、可動片４の上面と適宜当接し、可動片４の動きを規制すると共に、カバー部材７２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。カバー片８には、可動片４の側に突出する突起８１ａ、８１ｂが形成されている。突起８１ｂによって弾性部４３が熱応動素子５の方向に押圧され、通電時における固定接点２１と可動接点３との接触圧力が適正化される。

図１に示すように、固定片２、可動片４、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６等を収容した樹脂ベース７１の開口７３ａ等を塞ぐように、カバー部材７２が、樹脂ベース７１の上面に装着される。樹脂ベース７１とカバー部材７２とは、例えば超音波溶着によって接合される。

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５は初期形状を維持し（逆反り前の正転形状であり）、固定接点２１と可動接点３は接触し、可動片４の弾性部４３などを通じてブレーカー１の両端子２２、４１間は導通している。可動片４の弾性部４３と熱応動素子５とは接触しており、可動片４、熱応動素子５、ＰＴＣサーミスター６及び固定片２は、回路として導通している。しかし、ＰＴＣサーミスター６の抵抗は、可動片４の抵抗に比べて圧倒的に大きいため、ＰＴＣサーミスター６を流れる電流は、固定接点２１及び可動接点３を流れる量に比して実質的に無視できる程度である。

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、ＰＴＣサーミスター６が過熱され、反転動作温度に達した熱応動素子５は逆反りし、可動片４の弾性部４３が押し上げられて固定接点２１と可動接点３とが離反する。このとき、固定接点２１と可動接点３の間を流れていた電流は遮断され、僅かな漏れ電流が熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６を通して流れることとなる。ＰＴＣサーミスター６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５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３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、ＰＴＣサーミスター６の発熱も収まり、正転復帰温度に戻ると、熱応動素子５は元の初期形状に復元する。そして、可動片４の弾性部４３の弾性力によって可動接点３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４は、熱応動素子５の構成を示している。図４において、（ａ）は、熱応動素子５の初期形状である正転時の形状（正転形状）であり、（ｂ）は、熱応動素子５の反転時の形状（反転形状）である。図５は、熱応動素子５の中心近傍の断面を示している。図４と同様に図５においても、（ａ）は、熱応動素子５の正転時の形状であり、（ｂ）は、熱応動素子５の反転時の形状である。

熱応動素子５は、低膨張率金属層５１と高膨張率金属層５２とが積層されてなる。低膨張率金属層５１は可動片４に隣り合って対向する表面側に、高膨張率金属層５２はＰＴＣサーミスター６に隣り合って対向する裏面側に、それぞれ設けられている。熱応動素子５は、その中央部が可動片４の側に突出するように、円弧状に湾曲した初期形状を有している。すなわち、低膨張率金属層５１が円弧の半径方向の外側に、高膨張率金属層５２が円弧の半径方向の内側に、それぞれ位置するように、低膨張率金属層５１と高膨張率金属層５２とが積層されている。

熱応動素子５の温度が上昇すると、熱によって高膨張率金属層５２が低膨張率金属層５１よりも大きく膨張し、反転動作温度を超えると、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示される反転形状に変形する。その後、熱応動素子５の温度が低下すると、高膨張率金属層５２が低膨張率金属層５１よりも収縮し、正転復帰温度以下になると、図４（ａ）及び図５（ａ）に示される正転形状に復帰する。

熱応動素子５は、ＰＴＣサーミスター６の側、すなわち可動片４とは反対の側に突出する第１突出部５３を有している。換言すると、熱応動素子５は、高膨張率金属層５２が設けられている裏面側に突出している。

第１突出部５３は、熱応動素子５の中心５４の周囲に形成されている。熱応動素子５の中心５４とは、熱応動素子５が熱膨張により反転形状に変形した場合、第１突出部５３を除いた領域であって、最もＰＴＣサーミスター６の側に位置する領域をいう。

通常、中心５４は、熱応動素子５の平面視における面積中心とされる。例えば、熱応動素子５が、平面視で概略矩形状に形成されている場合、その対角線の交点が熱応動素子５の中心５４とされる。また、熱応動素子５が、平面視で円形に形成されている場合、その円の中心が熱応動素子５の中心５４とされる。

中心５４は、反転形状をとったとき、熱応動素子５の湾曲が極値点をとる領域である。熱応動素子５に第１突出部５３が形成されていないと仮定した場合、熱応動素子５は、熱変形時に、その中心５４を含むスポット状の極めて狭い領域においてＰＴＣサーミスター６と当接する。この場合、当該領域に応力が集中するため、熱応動素子５は、高い温度領域でも容易に正転形状に復帰する傾向が強くなる。

本実施形態にあっては、かかる応力の集中を緩和するために、熱応動素子５に第１突出部５３が設けられている。第１突出部５３は、環状に連続して形成されている。環状に形成された第１突出部５３の中心は、熱応動素子５の中心５４とほぼ一致する。本実施形態においては、第１突出部５３は、一周回連続して形成されているが、部分的に断続していてもよい。また、同心円状に複数の第１突出部５３が形成されていてもよい。この場合、熱応動素子５の中心５４からより離れた第１突出部５３は、その突出量が大きく設定される。

図６には、ブレーカー１における熱応動素子５の反転動作が拡大して示されている。既に述べたように、熱応動素子５の温度が上昇し、反転動作温度を超えると、高膨張率金属層５２の内部応力が低膨張率金属層５１の内部応力よりも大きくなり、スナップアクションを伴って、熱応動素子５が反転形状に変形する。このとき、第１突出部５３は、ＰＴＣサーミスター６と当接し、熱応動素子５の本体部分を支持する。これにより、熱応動素子５の中心５４は、ＰＴＣサーミスター６から浮いた状態で離反している。従って、熱応動素子５の中心５４には、熱応動素子５とＰＴＣサーミスター６との当接に伴う応力がかからず、熱応動素子５の中心５４における局所的な変形が回避される。

一方、熱応動素子５は、第１突出部５３においてＰＴＣサーミスター６と当接しているので、第１突出部５３には、ＰＴＣサーミスター６との当接に伴う応力がかかる。しかしながら、第１突出部５３が熱応動素子５の中心５４から離れた場所に配設されていることにより、第１突出部５３にかかる応力が分散される。さらに、本実施形態にあっては、環状に連続する領域に第１突出部５３が形成されているので、第１突出部５３とＰＴＣサーミスター６との接触面積が増大し、上記応力の分散作用は、より顕著に得られる。

第１突出部５３の突出量は、熱応動素子５が反転形状に変形したときに、その中心５４がＰＴＣサーミスター６と僅かに当接する程度に設定されていてもよい。この場合であっても、熱応動素子５にかかる応力の一部を第１突出部５３によって負担し、熱応動素子５の中心５４にかかる応力を減少できるからである。

以上のように、本実施形態のブレーカー１によれば、可動片４とは反対の側に突出する第１突出部５３が熱応動素子５に形成されているので、可動接点３が固定接点２１から離反しているとき、すなわち、熱応動素子５が反転形状にあるとき、第１突出部５３が可動片４とは反対の側に配設されているＰＴＣサーミスター６と当接する。従って、熱応動素子５において応力が集中しやすい中心５４から離して第１突出部５３を設けることにより、熱応動素子５に生ずる応力を容易に分散でき、ブレーカー１の完成品における正転復帰温度を低く維持できるようになる。従って、板厚の薄い熱応動素子５を用いながらも、その曲率半径を小さく設定することなく、完成品のブレーカー１において熱応動素子５を所望の温度で正転復帰させることが可能となる。これにより、ブレーカー１の小型化と歩留まり向上の両立を図ることができるようになる。

なお、上述したブレーカー１の歩留まり向上を図るためには、湾曲係数の大きい熱応動素子５を用いることによっても実現可能である。熱応動素子５の湾曲係数は、熱応動素子５の低膨張率金属層５１及び高膨張率金属層５２を構成する材料及び厚みの比率等を適宜変更することによって、調整される。一般に、熱応動素子５によって可動片４の先端近傍を非導通状態で保持する保持力は、湾曲係数に比例し、同一の材料にて熱応動素子５を構成する場合、熱応動素子５の寸法が小さくなるほど、保持力が小さくなる傾向にある。そのため、熱応動素子５の小型化を図る際には、その材料の選択肢が限定され、かつ大きい保持力を実現するのが困難となる場合がある。しかしながら、本実施形態のブレーカー１によれば、特段に湾曲係数の大きい熱応動素子５を用いることなく、ブレーカー１の歩留まり向上を図ることができるので、熱応動素子５の低膨張率金属層５１及び高膨張率金属層５２を構成する材料等の選択の自由度が高められる。

ブレーカー１によれば、第１突出部５３が、熱応動素子５の中心５４の周囲に形成されているので、応力が集中しやすい中心５４において熱応動素子５に生ずる応力を効果的に分散できる。これにより、ブレーカー１の完成品における正転復帰温度を容易に低く維持できるようになる。

ブレーカー１によれば、環状に連続して形成されている第１突出部５３において熱変形時の熱応動素子５が支持されるので、熱応動素子５の中心５４の応力をより一層効果的に分散しうる。

（変形例１）
図７は、熱応動素子５の変形例である熱応動素子５Ａ、５Ｂ及び５Ｃを示している。図７（ａ）に示される熱応動素子５Ａにおいては、３個のドット状の第１突出部５３ａが、図７（ｂ）に示される熱応動素子５Ｂにおいては、４個のドット状の第１突出部５３ｂが、それぞれ点在して形成されている。各第１突出部５３ａ及び５３ｂは、熱応動素子５Ａ及び５Ｂの中心５４の周囲に形成されている。より具体的には、各第１突出部５３ａ及び５３ｂは、熱応動素子５の中心５４からほぼ等距離の場所に等間隔で配設されている。

これらの熱応動素子５Ａ及び５Ｂにおいても、熱応動素子５Ａ及び５Ｂが反転形状に熱変形したとき、第１突出部５３ａ及び５３ｂは、複数箇所でＰＴＣサーミスター６と当接し、熱応動素子５Ａ及び５Ｂの本体部分を支持する。従って、熱応動素子５Ａ及び５Ｂの中心５４には、熱応動素子５Ａ及び５ＢとＰＴＣサーミスター６との当接に伴う応力がかからず、熱応動素子５Ａ及び５Ｂの中心５４における局所的な変形が回避される。さらに、第１突出部５３ａ及び５３ｂが複数個点在して形成されているので、図４及び図５に示される熱応動素子５と同様に応力の分散作用が得られる。第１突出部５３ｂの点数をさらに増やすことにより、第１突出部５３ｂとＰＴＣサーミスター６との接触面積が増大し、さらなる応力の分散作用が得られる。また、ドット状の第１突出部５３ａ及び第１突出部５３ｂは、環状の第１突出部５３と比較すると、熱応動素子５等の温度特性（反転動作温度及び正転復帰温度）に及ぼす影響が少ないため、設計が容易となる。

図７（ｃ）に示される熱応動素子５Ｃにおいては、ビード状の第１突出部５３ｃが、ブレーカー１の短手方向に連続して形成されている。第１突出部５３ｃは、熱応動素子５の中心５４から離れた場所に形成されている。

この熱応動素子５Ｃにおいては、熱応動素子５が反転形状に熱変形したとき、熱応動素子５は第１突出部５３ｃと中心５４、すなわち２つの領域でＰＴＣサーミスター６と当接し、熱応動素子５の本体部分が支持される。これにより、熱応動素子５にかかる応力は分散される。本変形例にあっては、ビード状に連続する領域に第１突出部５３ｃが形成されているので、第１突出部５３ｃとＰＴＣサーミスター６との接触面積が増大し、上記応力の分散作用は、より顕著に得られる。

（変形例２）
図８は、ＰＴＣサーミスター６の変形例であるＰＴＣサーミスター６Ａを示している。図８に示されるＰＴＣサーミスター６Ａは、熱応動素子５と対向する表面６１に、熱応動素子５の側に突出する第２突出部６２を有する点で、図１等に示されるＰＴＣサーミスター６とは相違する。

第２突出部６２は、ＰＴＣサーミスター６Ａの表面６１の中心６３の周囲に形成されている。ＰＴＣサーミスター６Ａの中心６３は、熱応動素子５の中心５４とほぼ一致するため、第２突出部６２は、熱応動素子５の中心５４の周囲に形成されているのと実質的に同等とすることができる。

第２突出部６２は、環状に連続して形成されている。このようなＰＴＣサーミスター６Ａは、中心６３に対して対称な形状であるため、樹脂ベース７１への組み込みの際、方向性を考慮する必要がなく、ブレーカー１の組み立て工程の簡素化を図ることが可能となる。環状に形成された第２突出部６２の中心は、熱応動素子５の中心５４と平面視でほぼ一致する。本実施形態においては、第１突出部５３は、一周回連続して形成されているが、部分的に断続していてもよい。また、同心円状に複数の第２突出部６２が形成されていてもよい。この場合、熱応動素子５の中心５４からより離れた第２突出部６２は、その突出量が大きく設定される。

熱応動素子５が反転形状に熱変形したとき、第２突出部６２は、熱応動素子５と当接し、熱応動素子５を支持する。これにより、上記本実施形態と同様に、熱応動素子５の中心５４は、ＰＴＣサーミスター６Ａから浮いた状態で離反し、熱応動素子５の中心５４には、熱応動素子５とＰＴＣサーミスター６Ａとの当接に伴う応力がかからず、熱応動素子５の中心５４における局所的な変形が回避される。

一方、熱応動素子５において、ＰＴＣサーミスター６Ａの第２突出部６２と当接している環状の部分には、ＰＴＣサーミスター６Ａとの当接に伴う応力がかかる。しかしながら、第２突出部６２が熱応動素子５の中心５４から離れた場所に配設されていることにより、第２突出部６２と当接している部分にかかる応力が分散される。さらに、本実施形態にあっては、環状に連続する領域に第２突出部６２が形成されているので、上記応力の分散作用は、より顕著に得られる。

第２突出部６２の突出量は、熱応動素子５が反転形状に熱変形したときに、その中心５４がＰＴＣサーミスター６Ａの中心６３と僅かに当接する程度に設定されていてもよい。この場合であっても、熱応動素子５にかかる応力の一部を第２突出部６２によって分散し、熱応動素子５の中心５４にかかる応力を減少できるからである。

本変形例のＰＴＣサーミスター６Ａを備えたブレーカー１によれば、熱応動素子５の側に突出する第２突出部６２がＰＴＣサーミスター６Ａに形成されているので、可動接点３が固定接点２１から離反しているとき、すなわち、熱応動素子５が反転形状にあるとき、第２突出部６２が熱応動素子５と当接する。従って、熱応動素子５において応力が集中しやすい中心５４から離して第２突出部６２を設けることにより、熱応動素子５に生ずる応力を容易に分散でき、ブレーカー１の完成品における正転復帰温度を低く維持できるようになる。従って、板厚の薄い熱応動素子５を用いながらも、その曲率半径を小さく設定することなく、完成品のブレーカー１において熱応動素子５を所望の温度で正転復帰させることが可能となる。これにより、ブレーカー１の小型化と歩留まりの向上の両立を図ることができるようになる。

同ブレーカー１によれば、第２突出部６２が、熱応動素子５の中心５４の周囲に形成されているので、応力が集中しやすい中心５４において熱応動素子５に生ずる応力を分散できる。これにより、ブレーカー１の完成品における正転復帰温度を容易に低く維持できるようになる。

同ブレーカー１によれば、環状に連続して形成されている第２突出部６２において、熱変形時の熱応動素子５が支持されるので、熱応動素子５と第２突出部５３との接触面積が増大し、熱応動素子５の中心５４の応力をより一層効果的に分散しうる。

図９は、ＰＴＣサーミスター６Ａの変形例であるＰＴＣサーミスター６Ｂ、６Ｃ及び６Ｄを示している。図９（ａ）に示されるＰＴＣサーミスター６Ｂにおいては、３個のドット状の第２突出部６２ｂが、図９（ｂ）に示されるＰＴＣサーミスター６Ｃにおいては、４個のドット状の第２突出部６２ｃが、それぞれ点在して形成されている。各第２突出部６２ｂ及び６２ｃは、ＰＴＣサーミスター６Ｂ及び６Ｃの中心６３の周囲に形成されている。より具体的には、各第２突出部６２ｂ及び６２ｃは、ＰＴＣサーミスター６Ｂ及び６Ｃの中心６３、すなわち熱応動素子５の中心５４からほぼ等距離の場所に等間隔で配設されている。

これらのＰＴＣサーミスター６Ｂ及び６Ｃにおいても、熱応動素子５が反転形状に熱変形したとき、第２突出部６２ｂ及び６２ｃが、熱応動素子５と当接し、熱応動素子５の本体部分を支持する。従って、熱応動素子５の中心５４には、熱応動素子５とＰＴＣサーミスター６との当接に伴う応力がかからず、熱応動素子５の中心５４における局所的な変形が回避される。さらに、第２突出部６２ｂ及び６２ｃが複数個点在して形成されているので、図８に示されるＰＴＣサーミスター６と同様に応力の分散作用が得られる。第２突出部６２ｃの点数をさらに増やすことにより、熱応動素子５と第２突出部５３との接触面積が増大し、さらなる応力の分散作用が得られる。

図９（ｃ）に示されるＰＴＣサーミスター６Ｄにおいては、ビード状の第２突出部６２ｄが、連続して形成されている。第２突出部６２ｄは、ＰＴＣサーミスター６Ｄの中心６３、すなわち熱応動素子５の中心５４から離れた場所に形成されている。

このＰＴＣサーミスター６Ｄにおいては、熱応動素子５が反転形状に熱変形したとき、熱応動素子５は、第２突出部６２ｃと中心６３すなわち２つの領域でＰＴＣサーミスター６Ｄと当接し、熱応動素子５の本体部分が支持される。これにより、熱応動素子５にかかる応力は分散される。本変形例にあっては、ビード状に連続する領域に第２突出部６２ｄが形成されているので、熱応動素子５と第２突出部５３との接触面積が増大し、上記応力の分散作用は、より顕著に得られる。

第２突出部６２、６２ｂ、６２ｃ又は６２ｄは、図４乃至図７に示される第１突出部５３、５３ａ、５３ｂ又は５３ｃと組み合わせて用いられてもよい。この場合、第１突出部５３等と第２突出部６２等とが互いに当接しないよう、第１突出部５３等及び第２突出部６２等の熱応動素子５の中心５４からの距離等が適宜調整されるのが好ましい。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも熱応動素子５に可動片４とは反対の側に突出する第１突出部５３が形成されているか、又はＰＴＣサーミスター６に熱応動素子５の側に突出する第２突出部６２が形成されていればよい。

ブレーカー１において、ＰＴＣサーミスター６が省略されていてもよい。この場合にあっては、熱応動素子５が反転形状にあるとき、第１突出部５３等は、可動片４とは反対の側にある部品例えば樹脂ベース７１の表面と当接する。また、第１突出部５３に替えて又は第１突出部５３に追加して、樹脂ベース７１の表面に第２突出部６２と同等の突出部が形成されていてもよい。

また、図１等においては、可動片４は、貫通穴４５、段曲げ部４６及びくびれ部４９の構成を有する形態であるが、これらの構成うちのいずれか又は全てが省略されていてもよい。例えば、貫通穴４５を省略する場合は、樹脂ベース７１の突起７４ａも省略される。また、段曲げ部４６が省略される場合は、端子４１が当接部４２に対して平坦な形状となる。この構成においては、段曲げ部４６を省略することにより、可動片４及び樹脂ベース７１の長手方向の寸法を小さくして、ブレーカー１のさらなる小型化を図ることができる。また、くびれ部４９が省略される場合は、可動片４は、当接部４２から端子４１に亘って等幅に形成され、これに伴い樹脂ベース７１の位置決め部７５の形状も変更される。このように、可動片４の当接部４２並びに樹脂ベース７１の当接部７４及びカバー部材７２の当接部７９等の形状は、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、熱応動素子５、ＰＴＣサーミスター６及び収納部７３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、熱応動素子５とＰＴＣサーミスター６との間に、別部品を配置する構成であってもよい。この場合、第１突出部５３に替えて又は第１突出部５３に追加して、上記別部品の表面に第２突出部６２と同等の突出部が形成されていてもよい。

また、支持部２３に設けられる突起２４ａの数は、特に限定されない。例えば、固定接点２１に隣接する箇所や支持部２３の中央部等に、別の突起が追加されていてもよい。さらにまた、ＰＴＣサーミスター６と固定片２との間に別部品を配置する構成であってもよい。この場合、支持部２３は、上記別部品を介してＰＴＣサーミスター６を支持する。また、支持部２３において、一部又は全ての突起が省略されていてもよい。

また、樹脂ベース７１とカバー部材７２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、樹脂ベース７１とカバー部材７２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可動片４が挟まれて保持される形態であればよい。この場合、一方が第１ケース、他方が第２ケースとなる。また、樹脂ベース７１とカバー部材７２との接合においては、かしめ等の手法を用いることができる。かかる手法は、両者の接合部分に金属が配されている場合、特に有効である。

また、特開２００５−２０３２７７号公報に示されるような、当接部４２又はその近傍において、可動片４が端子４１の側と可動接点３の側に構造的に分離されている形態に、本発明を適用してもよい。また、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。この場合において、当接部４２及び端子４１は、固定片２等と共に樹脂ベース７１にインサート成形されていてもよい。さらに、本発明は、一対の固定接点及び一対の可動接点を有し、可動片がその中央部でケースによって支持される形態にも適用可能である。

また、本発明のブレーカー１は、２次電池パック、電気機器用の安全回路等にも広く適用できる。図１０は２次電池パック１００を示す。２次電池パック１００は、２次電池１０１と、２次電池１０１の出力端回路中に設けたブレーカー１とを備える。図１１は電気機器用の安全回路１０２を示す。安全回路１０２は２次電池１０１の出力回路中に直列にブレーカー１を備えている。

表１の仕様に基づく熱応動素子を備えたブレーカーが試作され、反転動作温度及び正転復帰温度が測定された。それぞれの温度は、ブレーカーに組み込む前の熱応動素子単体及びブレーカー完成品において測定された。なお、各仕様において、熱応動素子の材料は同一である。

比較例１のブレーカーには、厚さがＴ１、曲率半径がＲ１であり、第１突出部が形成されていない従来の熱応動素子が用いられた。この比較例１に対して、熱応動素子の厚さをＴ２（Ｔ２＜Ｔ１）とした仕様が比較例２である。比較例２にあっては、熱応動素子の厚さが減じられたことに伴い、可動片の先端近傍を非導通状態で保持する保持力が低下し、ブレーカー完成品における正転復帰温度がより高い温度に推移する。この比較例２に対して、ブレーカー完成品における正転復帰温度が比較例１と同等になるように、曲率半径ををＲ２（Ｒ２＜Ｒ１）とした仕様が比較例３である。比較例３にあっては、曲率半径が減少されたことに伴い、熱応動素子単体及びブレーカー完成品における正転復帰温度が低下すると共に、歩留まりが悪化する。

実施例１は、比較例２に対して、第１突出部が形成されている仕様であり、実施例２は、比較例２に対して、第２突出部が形成されている仕様である。いずれの実施例においても、ブレーカー完成品における正転復帰温度と熱応動素子単体における正転復帰温度との差が、比較例１と同等に維持され、熱応動素子の厚さが減じられたことに伴う保持力の低下が解消されている。また、いずれの実施例においても、曲率半径がＲ１であることから、歩留まりが比較例１と同等に維持されている。

１ ブレーカー
２ 固定片
３ 可動接点
４ 可動片
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 熱応動素子
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ ＰＴＣサーミスター
７ ケース
８ カバー片
２１ 固定接点
５３、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ 第１突出部
５４ 中心
６２、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ 第２突出部
１０１ ２次電池
１０２ 安全回路

Claims (10)

1. 固定接点を有する固定片と、
   可動接点を有し、この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接点が前記固定接点から離反するように前記可動片を作動させる熱応動素子と、
   前記熱応動素子と前記固定片との間に介挿され、前記固定接点から前記可動接点が離反しているときに、前記熱応動素子を介して前記可動片と前記固定片を導通させる正特性サーミスターとを備えたブレーカーにおいて、
   前記熱応動素子には、前記可動片とは反対の側に突出する第１突出部が形成され、
   前記第１突出部は、前記熱応動素子の変形時に前記正特性サーミスターと当接することにより、前記熱応動素子の中心を前記正特性サーミスターから浮かせた状態で前記熱応動素子を支持することを特徴とするブレーカー。
2. 前記第１突出部は、前記熱応動素子の中心の周囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブレーカー。
3. 前記第１突出部は、環状に連続して形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に
   記載のブレーカー。
4. 前記第１突出部は、複数個点在して形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のブレーカー。
5. 固定接点を有する固定片と、
   可動接点を有し、この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接点が前記固定接点から離反するように前記可動片を作動させる熱応動素子と、
   前記熱応動素子と前記固定片との間に介挿され、前記固定接点から前記可動接点が離反しているときに、前記熱応動素子を介して前記可動片と前記固定片を導通させる正特性サーミスターとを備えたブレーカーにおいて、
   前記正特性サーミスターには、前記熱応動素子の側に突出する第２突出部が形成され、
   前記第２突出部は、前記熱応動素子の変形時に前記熱応動素子と当接することにより、前記熱応動素子の中心を前記正特性サーミスターから浮かせた状態で前記熱応動素子を支持することを特徴とするブレーカー。
6. 前記第２突出部は、前記熱応動素子の中心の周囲に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のブレーカー。
7. 前記第２突出部は、環状に連続して形成されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のブレーカー。
8. 前記第２突出部は、複数個点在して形成されていることを特徴とする請求項５乃至請求項６のいずれか一項に記載のブレーカー。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項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。
10. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のブレーカーを備えたことを特徴とする２次電池回路。
    

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