JP6216152B2 - 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（ベースターミナル）、可動片（可動アーム）、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。ケースは、通常、成形の容易さ及びコスト等を考慮して、熱可塑性等の樹脂材料によって構成されている。

ＷＯ２０１１／１０５１７５号公報

ところで、近年、生産効率の向上を狙って、ブレーカーを回路基板に直接的に実装する形態が検討されており、さらには、ブレーカーの端子と回路基板のリードとの接続にリフロー方式のはんだ付けを用いることが検討されている。

ところが、従来のブレーカーにおいては、リフロー時にブレーカーが超高温の熱風又は赤外線等にさらされると、図１４に示されるように、熱応動素子５の逆ぞり変形が大きくなり、それに伴い、熱応動素子５から可動片４に図中上向きの力Ｆ１，ｆが発生し、熱応動素子５からＰＴＣサーミスター６に下向きの力Ｆ１＋ｆが発生する。可動片４は、カバー片８を介してケース７のカバー部材７２と当接し、ＰＴＣサーミスター６は、固定片２を介してケース７の樹脂ベース７１と当接しているので、これらの力Ｆ１，ｆ，Ｆ１＋ｆは、可動片４及びＰＴＣサーミスター６等を介してブレーカー２００のケース７に伝達され、ケース７を変形させる力として作用する。このとき、ケース７を構成する樹脂は、超高温によって軟化しているので、力Ｆ１，ｆ，Ｆ１＋ｆが過度に大きくなると、ケース７が変形し、所望の温度特性や通電抵抗を得ることが困難となることがある。

また、可動片に加えられる上向きの力Ｆ１，ｆが過度に大きくなると、可動片が塑性変形し、上記と同様に所望の温度特性や通電抵抗を得ることが困難となることがある。

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、超高温時におけるケースや可動片の過度な変形を抑制することにより、所望の温度特性や通電抵抗を得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、前記固定片、可動片及び熱応動素子を収容するケースとを備えたブレーカーにおいて、前記熱応動素子の過度な変形を防止する過変形防止部材をさらに備えたことを特徴とする。

この発明において、前記可動接点が前記固定接点から離反しているとき、前記過変形防止部材は、前記熱応動素子と当接することが好ましい。

この発明において、前記過変形防止部材は、前記熱応動素子の裏面及び表面において、該熱応動素子と当接することが好ましい。

この発明において、前記過変形防止部材は、前記熱応動素子の裏面側に配設される第１部材と、前記熱応動素子の表面側に配設される第２部材とを有し、前記第１部材と前記第２部材とは、前記熱応動素子に対して前記可動片の長手方向の外側で、互いに接合されていることが好ましい。

この発明において、前記過変形防止部材は、金属材料によってなることが好ましい。

この発明において、前記過変形防止部材は、前記可動片の短手方向における端縁に、前記熱応動素子を保持する保持部を有することが好ましい。

この発明において、前記過変形防止部材は、前記熱応動素子の前記可動接点とは反対側の端縁近傍に前記熱応動素子の側に突出する突起を有することが好ましい。

この発明において、前記ケースは、樹脂材料を含んでなることが好ましい。

また、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。

また、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によれば、過変形防止部材によって熱応動素子の過度な変形が防止されるので、熱応動素子の過度な変形に起因するケースの変形等が抑制される。例えば、リフロー時等の実装工程において、ブレーカーが動作温度範囲を超える超高温にさらされた場合にあっても、熱応動素子が発生する応力を過変形防止部材が受けとめて、ケースに該応力が伝達されることを阻止する。これにより、ケースの変形が抑制され、固定接点と可動接点との接触抵抗を抑制しつつ、良好な温度特性を維持することができる。

可動接点が固定接点から離反しているとき、過変形防止部材が熱応動素子と当接する構成によれば、熱応動素子が発生する応力が、可動片を介することなく、直接的に過変形防止部材に伝達される。これにより、熱応動素子に過度な変形が生じた場合であっても、可動片に応力が発生することを抑制し、可動片が塑性変形することを防止しうる。

過変形防止部材が、熱応動素子の裏面及び表面において、該熱応動素子と当接する構成によれば、熱応動素子の裏面が過変形防止部材を押す力と、熱応動素子の表面が過変形防止部材を押す力とが、過変形防止部材の内部で打ち消される。これにより、可動片やケースに外力として伝達される力が制限され、可動片やケースの変形が効果的に抑制される。

熱応動素子の裏面側に配設される第１部材と、熱応動素子の表面側に配設される第２部材とが、熱応動素子に対して可動片の長手方向の外側で、互いに接合されている構成によれば、過変形防止部材の構造が強固になり、熱応動素子の変形を効果的に防止すると共に、可動片やケースに外力として伝達される力を効果的に抑制しうる。

過変形防止部材が、金属材料によってなる構成によれば、過変形防止部材の剛性が高められ、熱応動素子の過度の変形を効果的に防止すると共に、可動片やケースに外力として伝達される力を効果的に抑制しうる。また、過変形防止部材が導電性を有するので、正特性サーミスターを併用することにより、ブレーカー内にいわゆる自己保持回路を容易に構成できるようになる。

過変形防止部材が、可動片の短手方向の端縁に、熱応動素子を保持する保持部を有する構成によれば、熱応動素子の位置や姿勢が安定し、良好な温度特性を維持することができる。

過変形防止部材が、熱応動素子の可動接点とは反対側の端縁近傍に、熱応動素子の側に突出する突起を有する構成によれば、熱応動素子が熱変形時に突起と当接することにより、可動接点側の端縁の移動量が大きくなる。これにより、電流遮断時における固定接点と可動接点との距離が十分に確保され、ブレーカーの電流遮断動作を安定させることが可能となる。

ケースが、樹脂材料を含んでなる構成によれば、安価かつ容易にケースを成形でき、ブレーカーの製造コストの低減を図ることができる。また、成形性の高い樹脂材料を用いてケースを構成することにより、ケースの密閉度を高めることができる。なお、このような樹脂材料によってケースの主要部が形成されているブレーカーにおいても、過変形防止部材によって熱応動素子の過度な変形が防止されるので、熱応動素子の過度な変形に起因するケースの変形等が抑制される。

また、本発明のブレーカーを備えた安全回路又は２次電池回路によれば、優れた温度特性によって安全性を確保した安全回路又は２次電池回路を製造できる。

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。 通常の充電又は放電時などの通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の電流遮断状態におけるブレーカーの動作を示す断面図。 同ブレーカーに組み込まれる熱応動素子及び過変形防止部材の構成を示す組み立て斜視図。 同熱応動素子及び過変形防止部材の構成を示す斜視図。 通電状態におけるブレーカーの各部の動作を示す断面図。 電流遮断状態におけるブレーカーの各部の動作を示す断面図。 リフロー時等の超高温状態におけるブレーカーの各部の動作を示す断面図。 超高温状態における可動片の先端部及び熱応動素子の端縁部の近傍を拡大して示す断面図。 過変形防止部材の変形例の構成を示す斜視図。 過変形防止部材の別の変形例の構成を示す断面図。 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。 従来のブレーカーにおける超高温状態での各部の動作を示す断面図。

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。熱応動素子５の周辺には、熱応動素子５の過度な変形を防止する過変形防止部材９（図２及び図３参照）が設けられている。

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。

固定片２は、端子２２、固定接点２１及び支持部２３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、動作温度及び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に対向して突起（接触部）４４が形成されている。熱応動素子５の熱変形時に突起４４と熱応動素子５とは接触して、突起４４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、動作電流、動作電圧、動作温度、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８１が形成されている。突起８１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、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、変形防止部材９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、熱応動素子５は復帰温度に戻り、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及び図５は、熱応動素子５及び過変形防止部材９の構成を示している。これらの図において、右手前側が固定片２の端子２２側（可動接点３が設けられる側）であり、左奥側が可動片４の端子４１側（当接部４２等が設けられる側）である。

なお、本願は特に断りのない限り、熱応動素子５における可動片４と対向している面（すなわち図１乃至図５等において上側の面）を表（おもて）面、その反対側の面を裏（うら）面として説明されている。他の部品における表面と裏面の記載についても、この関係が準用される。

過変形防止部材９は、熱応動素子５の裏面側に配設される第１部材９１と、熱応動素子５の表面側に配設される第２部材９２とを有している。第１部材９１及び第２部材９２は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料をプレス加工することにより、成形される。耐熱性に優れ、十分な強度と剛性が得られる材料であれば、特に限定されない。例えば、第１部材９１が金属材料にて、第２部材が９２がセラミック等にて構成されていてもよい。

第１部材９１は、ＰＴＣサーミスター６と熱応動素子５との間に配設される。第１部材９１には、熱応動素子５の４つの角部５ａとの干渉を避けるための開口９３が４箇所において形成されている。開口９３によって、第１部材９１は、中央部９１ａと、一対の第１延出部９１ｂ，９１ｂと、一対の第２延出部９１ｃ，９１ｄと、一対の第１接合部９１ｅ，９１ｆとに区画されている。

中央部９１ａは、その裏面にてＰＴＣサーミスター６と当接し、固定片２と共にＰＴＣサーミスター６を上下方向から挟み込んで固定する。そのため、中央部９１ａは、平面視でＰＴＣサーミスター６と相似形に形成されている。また、熱応動素子５の熱変形時にあっては、中央部９１ａは、その表面にて熱応動素子５の裏面と当接する。

第１延出部９１ｂは、中央部９１ａから可動片４の短手方向に延出されている。第２延出部９１ｃは、中央部９１ａから可動片４の長手方向であって、可動片４の端子４１側に延出されている。第２延出部９１ｄは、中央部９１ａから可動片４の長手方向であって、固定片２の端子２２側に延出されている。第１延出部９１ｂ及び第２延出部９１ｃ，９１ｄによって熱応動素子５が支持される。第２延出部９１ｃの先端には、可動片４の短手方向に第１接合部９１ｅが形成され、第２延出部９１ｄの先端には、可動片４の短手方向に第１接合部９１ｆが形成されている。第１接合部９１ｅと第１接合部９１ｆとは、中央部９１ａを挟んで対向して配設されている。

第２部材９２は、熱応動素子５とカバー片８との間に配設される。第２部材９２には、可動片４の弾性部４３（図１等参照）との干渉を避けるための開口９４が中央部から可動接点３の側に形成されている。開口９４によって、第２部材９２は、第１押え部９２ａと一対の第２押え部９２ｂとに区画され、平面視でＵ字状に形成されている。第１押え部９２ａは、可動片４の短手方向と平行に形成されている。一対の第２押え部９２ｂは、第１押え部９２ａの両端から可動片４の端子４１側に延出されている。

第２部材９２は、第１押え部９２ａの側に、突起９２ｃと、段曲げ部９２ｄと、第２接合部９２ｅとを有している。突起９２ｃは、第１押え部９２ａに形成されている。突起９２ｃは、熱応動素子５において可動接点３（図１等参照）とは反対側に位置する端縁部５ｂの近傍で、裏面側すなわち熱応動素子５の側に突出する。突起９２ｃと熱応動素子５の端縁部５ｂとは、平面視で重複し、熱応動素子５の熱変形時に突起９２ｃと熱応動素子５の表面の端縁部５ｂとが当接する。段曲げ部９２ｄは、第１押え部９２ａから可動片４の端子４１側に延出され、第１押え部９２ａと第２接合部９２ｅとを段違いに配置する。第２接合部９２ｅは、段曲げ部９２ｄから可動片４の端子４１側に延出され、溶接又はかしめ等の手法により第１部材９１の第１接合部９１ｅと接合される。

第２部材９２は、第２押え部９２ｂの側に、段曲げ部９２ｇと、第３接合部９２ｈとを有している。第２押え部９２ｂは、熱応動素子５の熱変形時に段曲げ部９２ｇの近傍又は段曲げ部９２ｇにおいて熱応動素子５の端縁部５ｃの表面と当接する。段曲げ部９２ｇは、第２押え部９２ｂから固定片２の端子２２側に延出され、第２押え部９２ａと第３接合部９２ｈとを段違いに配置する。第３接合部９２ｈは、段曲げ部９２ｇから固定片２の端子２２側に延出され、溶接又はかしめ等の手法により第１部材９１の第１接合部９１ｆと接合される。

第１部材９１の第１接合部９１ｅ及び第２部材９２の第２接合部９２ｅは、熱応動素子５に対して可動片４の端子４１側に配設され、第１部材９１の第１接合部９１ｆ及び第２部材９２の第３接合部９２ｈは、熱応動素子５に対して固定片２の端子２２側に配設されている。従って、第１接合部９１ｅと第２接合部９２ｅとの接合及び第１接合部９１ｆと第３接合部９２ｅとの接合によって、第１部材９１と第２部材９２とは、熱応動素子５に対して可動片４の長手方向の外側で、互いに接合されることになる。これにより、可動片４の長手方向における熱応動素子５の位置が規制される。

第２部材９２は、保持部９２ｉと、段曲げ部９２ｊとをさらに有している。保持部９２ｉは、可動片４の短手方向における第２部材９２の外端縁から延出され、第１部材９１の第１延出部９１ｂの先端に向かって、湾曲又は屈曲されている。保持部９２ｉは、可動片４の短手方向における熱応動素子５の端縁部５ｄと当接し、熱応動素子５を保持する。すなわち、保持部９２ｉによって可動片４の短手方向における熱応動素子５の位置が規制される。

段曲げ部９２ｊは、第２押え部９２ｂの基端部に設けられ、第１押え部９２ａと第２押え部９２ｂの本体部とを段違いに配置する。第２部材９２に段曲げ部９２ｊが設けられていることにより、第２押え部９２ｂの先端部の高さを第１押え部９２ａよりも高く設定できる。これにより、熱応動素子５の熱変形時における第１部材９１からの熱応動素子５の端縁部５ｃの高さを確保して、電流遮断状態での固定接点２１と可動接点３との距離を確保できる。なお、第２部材９２の段曲げ部９２ｄ，９２ｇ，９２ｊに追加して、又は段曲げ部９２ｄ，９２ｇ，９２ｊに替えて、第１部材９１に同等の機能を有する段曲げ部が設けられていてもよい。

図６は、通電状態におけるブレーカー１の各部の動作を示している。可動片４の弾性部４３は、一対の第２押え部９２ｂの間に形成されている開口９４（図４参照）に位置されており、これにより、可動片４と過変形防止部材９との干渉が回避されている。本実施形態においては、第２部材９２の第１押え部９２ａと弾性部４３の基端部近傍とが当接し、弾性部４３が第１押え部９２ａとカバー部材８の突起８１とによって挟み込まれているが、第１押え部９２ａと弾性部４３との間に適宜隙間が設けられていてもよい。この通電状態にあっては、熱応動素子５の端縁部５ｂと第２部材９２の突起９２ｃとは当接しておらず、熱応動素子５の端縁部５ｃと可動片４の突起４４とも当接していないため、可動片４が熱応動素子５から外力を受けることはない。

図７は、電流遮断状態におけるブレーカー１の各部の動作を示している。既に述べたように、過充電等によりブレーカー１が、加熱されて、例えば、８０゜Ｃ程度の高温状態となると、熱応動素子５は、動作温度に達し、逆反り変形する。これに伴い、熱応動素子５の端縁部５ｂは、第２部材９２の突起９２ｃと当接し、突起９２ｃを力Ｆ１で押し上げると共に、熱応動素子５の端縁部５ｃは、可動片４の突起４４と当接し、突起４４を力ｆで押し上げる。これにより、可動片４の弾性部４３の先端部が押し上げられて、弾性部４３が弾性変形し、弾性部４３には力ｆとつり合う内部応力が発生する。可動片４の弾性部４３の先端部が押し上げられることにより、固定接点２１と可動接点３とが離反し、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る。一方、熱応動素子５の中央部５ｅは、第１部材９１の中央部９１ａと当接し、第１部材９１の中央部９１ａを力Ｆ１＋ｆで押し下げる。

ここで、第１部材９１と第２部材９２とは互いに接合されているので、過変形防止部材９に着目すると、端縁部５ｂから受ける上向きの力Ｆ１は、中央部５ｅから受ける下向きの力Ｆ１と打ち消しあってつり合う。従って、過変形防止部材９から外部に働く力は、第１部材９１がＰＴＣサーミスター６を押し下げる力ｆのみとなる。

図８は、リフロー時等の超高温状態におけるブレーカー１の各部の動作を示している。リフロー時において、ブレーカー１は、例えば２００゜Ｃ以上の超高温にさらされる。このとき、熱応動素子５の変形量は、図７に示される状態よりもさらに大きくなり、弾性部４３の先端部の押し上げ量も増加する。そして、端縁部５ｃと突起４４との当接状態が維持されながら、端縁部５ｃは、さらに第２部材９２の第２押え部９２ｂと当接する。第２押え部９２ｂは、端縁部５ｃの上昇を規制するストッパーとして機能し、熱応動素子５の過度な変形を抑制する。

このような超高温状態にあっても、熱応動素子５の熱変形に伴い、熱応動素子５の端縁部５ｂは、第２部材９２の突起９２ｃと当接し、突起９２ｃを力Ｆ１で押し上げる。また、熱応動素子５の端縁部５ｃは、可動片４の突起４４と当接して突起４４を力ｆで押し上げると共に、第２部材９２の第２押え部９２ｂと当接して第２押え部９２ｂをＦ２で押し上げる。一方、熱応動素子５の中央部５ｅは、第１部材９１の中央部９１ａと当接し、中央部９１ａを力Ｆ１＋Ｆ２＋ｆで押し下げる。

ここで、第１部材９１と第２部材９２とは互いに接合されているので、過変形防止部材９に着目すると、端縁部５ｂから受ける上向きの力Ｆ１は、中央部５ｅから受ける下向きの力Ｆ１と打ち消しあってつり合い、端縁部５ｃから受ける上向きの力Ｆ２は、中央部５ｅから受ける下向きの力Ｆ２と打ち消しあってつり合う。従って、過変形防止部材９から外部に働く力は、第１部材９１がＰＴＣサーミスター６を押し下げる力ｆのみとなる。

図８に示されるリフロー時の状態にあっては、熱応動素子５の端縁部５ｃが第２部材９２の第２押え部９２ｂと当接するまで、熱応動素子５が逆反り変形する。従って、このときの熱応動素子５の端縁部５ｃが可動片４の突起４４を押し上げる力ｆは、図７に示される電流遮断状態における熱応動素子５の端縁部５ｃが可動片４の突起４４を押し上げる力ｆよりも大きくなる。しかしながら、図８に示されるリフロー時の超高温状態にあっては、温度上昇に伴い熱応動素子５に生ずる内部応力の一部が力Ｆ２として端縁部５ｃから第２押え部９２ｂに伝達される。従って、図８に示される本実施形態における熱応動素子５の端縁部５ｃが可動片４の突起４４を押し上げる力ｆは、図１４に示される従来のブレーカー２００における熱応動素子５の端縁部５ｃが可動片４の突起４４を押し上げる力ｆよりも小さくなる。

図９は、リフロー時等の過度な超高温状態における可動片４の先端部及び熱応動素子５の端縁部５ｃの近傍を拡大して示している。図中の一点鎖線は、図１４に示される従来のブレーカー２００におけるリフロー時等の可動片４の先端部及び熱応動素子５を示している。

従来のブレーカー２００においては、過変形防止部材９が存在しないため、熱応動素子５の変形を防止することができず、熱応動素子５は大きく変形する。このような変形は過度な変形であり、ブレーカー１の電流遮断機能には不要である。可動片４の先端部は、１点鎖線で示されるように、過度な熱変形を生じた熱応動素子５によって大きく上方に持ち上げられ、カバー片８の裏面と当接する。このとき、熱応動素子５の端縁部５ｃが可動片４の突起４４を押し上げる力ｆの一部は、カバー片８を介してカバー部材７２に伝達され、ケース７を変形させるように作用する。

しかしながら、本実施形態にあっては、実線で示されるように、端縁部５ｃの上昇を規制するストッパー機能を有する過変形防止部材９によって熱応動素子５の変形が制限されるので、可動片４の先端部の上方への移動も抑制される。その結果、可動片４の先端部がカバー片８の裏面と当接しないため、ケース７を変形させるように作用する力は、可動片４からカバー部材７２に伝達されない。なお、本実施形態のブレーカー１においても、可動片４の上方空間の高さ寸法を小さく設計した場合、可動片４の先端部がカバー片８の裏面と当接することも懸念されるが、そのような場合であっても、ブレーカー１においては、図８に示されるように、過変形防止部材９が設けられていることによって熱応動素子５の端縁部５ｃが可動片４の突起４４を押し上げる力ｆが小さいので、ケース７の変形も抑制される。

（変形例）
図１０は、過変形防止部材９の変形例である過変形防止部材９Ａを示している。過変形防止部材９Ａは、第２部材９２において、一対の第２押え部９２ｂが、可動片４の短手方向に連続する第３接合部９２ｋを介して連結されている点で、図５等に示される過変形防止部材９とは異なる。第３接合部９２ｋは、第１部材９１の第１接合部９１ｆと溶接又はかしめ等の手法により接合される。この変形例においては、一対の第２押え部９２ｂが第３接合部９２ｋを介して連結されているのに加えて、第１接合部９１ｆと第３接合部９２ｋとの接合面積を大きくできるので、過変形防止部材９の剛性が高められ、熱応動素子５の過度な変形をより一層防止しうる。

（変形例）
図１１は、過変形防止部材９の別の変形例である過変形防止部材９Ｂを示している。過変形防止部材９Ｂは、板状の過変形防止部材９Ｂが一体成形されている点で、図５等に示される過変形防止部材９とは異なる。過変形防止部材９Ｂにおいては、過変形防止部材９Ｂの両端部がＵ字状に屈曲又は湾曲されることにより、第１押え部９２ｍ及び第２押え部９２ｎが形成されている。また、第１押え部９２ｍには、突起９２ｃが形成されている。過変形防止部材９Ｂによれば、簡素な構成で安価に過変形防止部材９Ｂを成形し、ブレーカーのコストダウンを図ることができる。

以上のように、本実施形態のブレーカー１によれば、過変形防止部材９によって熱応動素子５の過度な変形が防止されるので、熱応動素子５の過度な変形に起因するケース７の変形等が抑制される。例えば、リフロー時等の実装工程において、ブレーカー１が動作温度範囲を超える超高温にさらされた場合にあっても、熱応動素子５が発生する応力を過変形防止部材９が受けとめて、ケース７に該応力が伝達されることを阻止する。これにより、ケース７の変形が抑制され、固定接点２１と可動接点３との接触抵抗を抑制しつつ、良好な温度特性を維持することができる。

ブレーカー１によれば、可動接点３が固定接点２１から離反しているとき、過変形防止部材９が熱応動素子５と当接するので、熱応動素子５が発生する応力が、可動片４やＰＴＣサーミスター６を介することなく、直接的に過変形防止部材９に伝達される。これにより、熱応動素子５に過度な変形が生じた場合であっても、可動片４に発生する応力を抑制し、可動片４が塑性変形することを防止しうる。また、ＰＴＣサーミスター６に発生する応力を抑制し、ＰＴＣサーミスター６が破損することを防止しうる。

ブレーカー１によれば、過変形防止部材９が、熱応動素子５の裏面及び表面において、熱応動素子５と当接するので、熱応動素子５の裏面が過変形防止部材９を押す力と、熱応動素子５の表面が過変形防止部材９を押す力とが、過変形防止部材９の内部で打ち消される。これにより、可動片４やケース７に外力として伝達される力が制限され、可動片４やケース７の塑性変形が効果的に抑制される。

ブレーカー１によれば、熱応動素子５の裏面側に配設される第１部材９１と、熱応動素子５の表面側に配設される第２部材９２とが、熱応動素子５に対して可動片４の長手方向の外側で、互いに接合されているので、過変形防止部材９の構造が強固になり、熱応動素子５の変形を効果的に防止すると共に、可動片４やケース７に外力として伝達される力を効果的に抑制しうる。

ブレーカー１によれば、過変形防止部材９が、金属材料によってなるので、過変形防止部材９の剛性が高められ、熱応動素子５の変形を効果的に防止すると共に、可動片４やケース７に外力として伝達される力を効果的に抑制しうる。また、過変形防止部材９が導電性を有するので、ＰＴＣサーミスター６を併用することにより、ブレーカー１内にいわゆる自己保持回路を容易に構成できるようになる。

ブレーカー１によれば、過変形防止部材９が、可動片４の短手方向の端縁に、熱応動素子５を保持する保持部９２ｉを有するので、熱応動素子５の位置や姿勢が安定し、良好な温度特性を維持することができる。また、ブレーカー１の製造工程において、熱応動素子５が載置された過変形防止部材９が樹脂ベース７１に組み込まれる際にも、熱応動素子５の落下を防止しうる。

ブレーカー１によれば、過変形防止部材９が、熱応動素子５における可動接点３とは反対側の端縁近傍に、熱応動素子５の側に突出する突起９２ｃを有するので、熱応動素子５が熱変形時に突起９２ｃと当接することにより、可動接点３側の端縁の移動量が大きくなる。これにより、電流遮断時における固定接点２１と可動接点３との距離が十分に確保され、ブレーカー１の電流遮断動作を安定させることが可能となる。

ブレーカー１によれば、ケース７は、樹脂材料を含んでなるので、安価かつ容易にケース７を成形でき、ブレーカー１の製造コストの低減を図ることができる。なお、このような樹脂材料によってケース７の主要部が形成されているブレーカー１においても、過変形防止部材９によって熱応動素子５の過度な変形が防止されるので、熱応動素子５の過度な変形に起因するケース７の変形等が抑制される。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも固定接点２１を有する固定片２と、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ことにより可動接点３が固定接点２１から離反するように可動片４を作動させる熱応動素子５と、固定片２、可動片４及び熱応動素子５を収容するケース７とを備えたブレーカー１において、熱応動素子５の過度な変形を防止する過変形防止部材９をさらに備えていればよい。

第１部材９１と、第２部材９２とが、熱応動素子５に対して可動片４の短手方向の外側で、互いに接合されていてもよい。このような構成であっても、熱応動素子５の外側で第１部材９１と、第２部材９２とが接合されている限り、過変形防止部材９の構造が強固になるからである。

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、支持部２３に設けられる突起の数は、特に限定されない。例えば、突起２４ａのみが設けられる構成であってもよいし、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、可動片４をバイメタル又はトリメタル等によって形成することにより、可動片４と熱応動素子５を一体的に形成する構成であってもよい。この場合、ブレーカーの構成が簡素化されて、さらなる小型化を図ることができる。

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。

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１４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１５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。

１ ブレーカー
２ 固定片
３ 可動接点
４ 可動片
５ 熱応動素子
７ ケース
９，９Ａ，９Ｂ 過変形防止部材
９１ 第１部材
９２ 第２部材
９２ｃ 突起
９２ｉ 保持部
１０１ ２次電池
１０２ 安全回路

Claims (9)

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、
   前記固定片、可動片及び熱応動素子を収容するケースとを備えたブレーカーにおいて、
   前記熱応動素子の過度な変形を防止する過変形防止部材をさらに備え、
   前記過変形防止部材は、前記熱応動素子の裏面側に配設される第１部材と、前記熱応動素子の表面側に配設される第２部材とを有し、前記第１部材と前記第２部材とは、前記熱応動素子に対して前記可動片の長手方向の外側で、互いに接合されていることを特徴とするブレーカー。
2. 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、
   前記固定片、可動片及び熱応動素子を収容するケースとを備えたブレーカーにおいて、
   前記熱応動素子の過度な変形を防止する過変形防止部材をさらに備え、
   前記過変形防止部材は、前記熱応動素子の前記可動接点とは反対側の端縁近傍に前記熱応動素子の側に突出する突起を有することを特徴とするブレーカー。
3. 前記可動接点が前記固定接点から離反しているとき、前記過変形防止部材は、前記熱応動素子と当接す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. 前記過変形防止部材は、前記熱応動素子の裏面及び表面において、該熱応動素子と当接することを特徴とする請求項３に記載のブレーカー。
5. 前記過変形防止部材は、金属材料によってなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のブレーカー。
6. 前記過変形防止部材は、前記可動片の短手方向における端縁に、前記熱応動素子を保持する保持部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のブレーカー。
7. 前記ケースは、樹脂材料を含んでなることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のブレーカー。
8. 請求項１乃至請求項７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。
9. 請求項１乃至請求項７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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