JP6457810B2

JP6457810B2 - 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。

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Publication number: JP6457810B2
Application number: JP2014266591A
Authority: JP
Inventors: 勝史浪川; 良永見
Original assignee: Bourns KK
Current assignee: Bourns KK
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2019-01-23
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: JP2016126906A

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等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。

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（樹脂ベース）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）。

ＷＯ２０１１／１０５１７５号公報

ブレーカーに要求される上記温度特性として、より具体的には、動作温度と復帰温度が挙げられる。動作温度とは、通電状態にあるブレーカーの熱応動素子が過熱によってスナップ変形し、電流を遮断すなわち保護装置としてのブレーカーが動作する温度である。復帰温度とは、遮断状態にあるブレーカーの熱応動素子が冷却によってもとの形状に戻り、ブレーカーが通電状態に復帰する温度である。電気機器の安全性をより一層高めるべく、温度特性に優れたブレーカーの開発が望まれている。

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、所望の温度で通電状態から遮断状態へと動作し、さらには所望の温度で遮断状態から通電状態へと復帰し、電気機器の安全性をより一層高め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、本発明は固定接点を有する固定片と、弾性変形する弾性部と該弾性部の先端部に可動接点とを有し、前記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隔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、前記可動片は、銅−チタニウム合金材からなり、下記式（１）を満たすことを特徴とする。
２．３×１０^-5≦ （Ｂａ×ｔ³）／Ｌａ³ ≦ ７．０×１０^-5 （１）
ただし、
Ｌａ：弾性部の平均長さ
Ｂａ：弾性部の平均幅
ｔ：弾性部の平均厚さ

本発明に係る前記ブレーカーにおいて、下記式（２）（３）を満たすことが望ましい。
０．７＜Ｌａ／Ｌｄ＜２．３（２）
０．１８＜Ｂａ／Ｂｄ＜１（３）
ただし、
Ｌｄ：熱応動素子の平均長さ
Ｂｄ：熱応動素子の平均幅

本発明に係る前記ブレーカーにおいて、下記式（４）を満たすことが望ましい。
１．０１＜Ｌｄ／Ｂｄ＜１．１（４）
ただし、
Ｌｄ：熱応動素子の平均長さ

本発明に係る前記ブレーカーにおいて、前記銅−チタニウム合金材は、９４重量％以上の銅と、１〜５重量％のチタニウムとを含むことが望ましい。

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。

本発明のブレーカーによれば、可動片は、銅−チタニウム合金材からなる。このような可動片は、応力緩和特性に優れ、固定接点と可動接点との接触抵抗の安定及び動作温度、復帰温度の安定に寄与する。また、可動片は、上記式（１）を満たしているので、ブレーカーの動作温度及び復帰温度が所望の範囲内に留められ、電気機器の安全性をより一層高めることが可能となる。

本発明の一実施形態によるブレーカーの概略構成を示す組立て斜視図。通常の充電又は放電状態における上記ブレーカーを示す断面図。過充電状態又は異常時などにおける上記ブレーカーを示す断面図。（ａ）は上記ブレーカーの可動片の構成を示す斜視図、（ｂ）は同平面図。（ａ）は上記ブレーカーの熱応動素子の構成を示す斜視図、（ｂ）は同平面図。本発明の上記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。本発明の上記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している。ブレーカー１は、固定接点２１を有する固定片２と端子が形成されている端子片３と、先端部に可動接点４１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、端子片３と、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、ケース本体（第１ケース）７１とケース本体７１の上面に装着される蓋部材（第２ケース）８１等によって構成されている。

固定片２は、例えば、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、ケース本体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）２４の上に載置されて、突起２４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４１に対向する位置に形成され、ケース本体７１の内部に形成されている開口７３ａの一部から露出されている。端子２２はケース本体７１の端縁から外側に突き出されている。支持部２３は、ケース本体７１の内部に形成されている開口７３ｄから露出されている。

本出願においては、特に断りのない限り、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、可動片４及び熱応動素子５等についても同様である。

端子片３は、固定片２と同様に、銅等を主成分とする金属板をプレス加工することにより形成され、ケース本体７１にインサート成形により埋め込まれている。端子片３の一端には外部回路と電気的に接続される端子３２が形成され、他端側には、可動片４と電気的に接続される接続部３３が形成されている。端子３２はケース本体７１の端縁から外側に突き出されている。接続部３３は、ケース本体７１の内部に設けられた開口７３ｂから露出し、可動片４と電気的に接続される。

可動片４は、銅等を主成分とする板状の金属材料をプレス加工することにより形成されている。可動片４は、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の先端部には、可動接点４１が形成されている。可動接点４１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の先端部には、端子片３の接続部３３と電気的に接続される接続部４２が形成されている。端子片３の接続部３３と可動片４の接続部４２とは、例えば、溶接によって固着されている。

可動片４は、可動接点４１と接続部４２との間に、弾性部４３を有している。弾性部４３は、接続部４２から可動接点４１の側に延出されている。接続部４２において端子片３の接続部３３と固着されることにより可動片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４１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。可動片４と端子片３とは、電気的に接続されているので、固定片２と端子片３とが通電可能となる。

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の裏面には、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）。

ところで、近年、生産効率の向上を狙って、ブレーカー１を回路基板に直接的に実装する形態が検討されている。さらには、ブレーカー１の端子２２、３２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。

リフロー方式によるはんだ付け工程では、ブレーカー１は、例えば、２００゜Ｃを超える高温に数十秒さらされる。そして、可動片４の材料にリン青銅等を適用した場合、上述した温度条件では、可動片４の材料の軟化が生じ、プレス等によって加工された可動片４の上記形状は、可動接点４１が固定接点２１から離隔した状態にとどまるように変形する。こうした可動片４の変形は、通電時の抵抗値及び動作温度、復帰温度に影響を及ぼすおそれがある。

この点、銅−チタン合金及びコルソン銅等は、上述した温度条件でも軟化は生じない。従って、可動片４の材料に銅−チタン合金及びコルソン銅等を適用した場合、リフロー方式によるはんだ付け工程の前後において、可動片４の形状は実質的に維持され、通電時の抵抗値及び動作温度、復帰温度も正常に維持される。

一方、近年、ブレーカー１の用途は、例えば、ノート型のパーソナルコンピュータからタブレット型のパーソナルコンピュータさらにはスマートフォンと称される小型の携帯情報端末に広がっている。ノート型のパーソナルコンピュータでは、定格が１０〜１２Ａ、最大許容電流が２０Ａ前後の比較的高容量のブレーカーが適用されることが多く、タブレット型のパーソナルコンピュータ又はスマートフォンでは、定格が４〜８Ａ、最大許容電流が１２Ａ前後の低容量のブレーカーが適用されることが多い。

そして、近年におけるＣＰＵ等の省電力化に資する技術の進歩はめざましく、容量の低いブレーカー１の開発が要求されている。このような背景下において、本実施形態では、可動片４の材料として銅−チタン合金が適用されている。銅−チタン合金は、コルソン銅等と比較して電気伝導度が低く、低容量のブレーカー１に好適とされるためである。

可動片４に用いられる銅−チタニウム合金材は、９４重量％以上の銅と、１〜５重量％のチタニウムとを含むのが望ましい。このような銅−チタニウム合金材によって可動片４を構成することにより、所望の電気伝導度が得られ、容易にブレーカー１の低容量化を図ることが可能となる。

熱応動素子５は円弧状に湾曲した初期形状をなし、熱膨張率の異なる薄板材を積層することにより形成される。過熱により動作温度に達すると、熱応動素子５の湾曲形状は、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状が望ましく、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。

ＰＴＣサーミスター６は、固定片２と熱応動素子５との間に配設されている。すなわち、ＰＴＣサーミスター６を挟んで、固定片２は熱応動素子５の直下に位置している。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を構成するケース本体７１及び蓋部材８１は、難燃性のポリアミド、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。

ケース本体７１には、可動片４、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容凹部７３が形成されている。収容凹部７３は、可動片４を収容するための開口７３ａ，７３ｂ、可動片４及び熱応動素子５を収容するための開口７３ｃ、並びに、ＰＴＣサーミスター６を収容するための開口７３ｄ等を有している。なお、ケース本体７１に組み込まれた可動片４、熱応動素子５の端縁は、収容凹部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。

蓋部材８１には、カバー片９がインサート成形によって埋め込まれている。カバー片９は、上述した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９は、図２及び図３に示すように、可動片４の表面と適宜当接し、可動片４の動きを規制すると共に、蓋部材８１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９の外面側には、樹脂が配されている。

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等を収容したケース本体７１の開口７３ａ、７３ｂ、７３ｃ等を塞ぐように、蓋部材８１が、ケース本体７１に装着される。ケース本体７１と蓋部材８１とは、例えば超音波溶着によって接合される。このとき、ケース本体７１と蓋部材８１とは、それぞれの外縁部の全周にわたって連続的に接合され、ケース７の気密性が向上する。これにより、リフロー方式によるはんだ付け工程で、ケース７の内部にフラックスが侵入することが防止され、熱応動素子５等を構成する金属が影響を受けることが抑制される。

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（逆反り前）している。カバー片９には、可動片４の頂部４３ａと当接し、頂部４３ａを熱応動素子５の側に押圧する突出部９１が設けられている。突出部９１が頂部４３ａを押圧することにより、弾性部４３は、弾性変形し、その先端に形成されている可動接点４１が固定接点２１の側に押圧されて接触する。これにより、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、３２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４１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、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４１とが離隔する。このとき、固定接点２１と可動接点４１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４１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４１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、可動片４の構成を示している。既に述べたように、可動片４は、端子片３の接続部３３と固着されている接続部４２を基端として、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４１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（図１参照）。従って、弾性部４３の平均長さＬａ、平均幅Ｂａ及び平均厚さｔは、可動接点４１を押圧する力に影響を及ぼす。

弾性部４３の平均長さＬａとは、弾性部４３の平面視での長手方向の平均長さである。図２及び図３に示されるように、可動片４は、頂部４３ａにおいて、カバー片９と当接しているので、実質的に頂部４３ａよりも先端の領域で弾性変形しうる。従って、弾性部４３の平均長さＬａとは、熱応動素子５の逆反り動作によりケース７内で弾性部４３が弾性変形可能な領域の平均の長さ（有効長）、すなわち本実施形態では、頂部４３ａから先端４３ｂまでの平面視での平均の長さと定義される。この平均長さＬａは、例えば、弾性部４３の測端４３ｃ、４３ｃ間で、弾性部４３の長さが一様でない可動片４にも適用されうる。

カバー片９に突出部９１が設けられていない形態でも弾性部４３の平均長さＬａは同様に定義される。すなわち、可動片４とカバー片９とが当接する部位から先端の弾性変形可能な領域の平均の長さが上記平均長さＬａである。なお、弾性部４３の長さがある程度以上である場合は、必要に応じて弾性部４３の形状に沿った長さが適用されうる。

弾性部４３の平均幅Ｂａとは、弾性部４３の短手方向の平均長さ、すなわち弾性部４３の測端４３ｃ、４３ｃ間の平面視での平均の長さである。従って、例えば、弾性部４３の基端４３ａから先端４３ｂにわたって、弾性部４３の幅が一様でない可動片４にも適用されうる。

さらに、弾性部４３の平均厚さｔとは、弾性部４３の厚さ方向の平均長さ、すなわち弾性部４３の表面４３ｄから裏面４３ｅまでの平均の長さである。従って、例えば、弾性部４３の基端４３ａから先端４３ｂにわたって、弾性部４３の厚さが一様でない可動片４にも適用されうる。

そして、発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、弾性部４３の平均長さＬａ、平均幅Ｂａ及び平均厚さｔがブレーカー１の動作温度及び復帰温度等の温度特性並びにこれら特性のバラツキに大きな影響を及ぼすとの知見を得た。

すなわち、弾性部４３の平均長さＬａ、平均幅Ｂａ及び平均厚さｔは、式（１）の関係を満たすことが望ましい。
２．３×１０^-5 ≦ （Ｂａ×ｔ³）／Ｌａ³≦ ７．０×１０^-5 （１）

式（１）において、比（Ｂａ×ｔ³）／Ｌａ³は、弾性部４３の曲げ剛性を示す指標とされる。比（Ｂａ×ｔ³）／Ｌａ³ が２．３×１０^-5 未満の場合、弾性部４３の曲げ剛性が過小となり、図２に示される通電状態で、固定接点４１と可動接点２１との間の接触抵抗が過大となり、また安定しないおそれがある。また、熱応動素子５の押し上げ力と弾性部４３の曲げ剛性とのバランスが悪化し、所望の動作温度及び復帰温度が得られないおそれがある。特に、図２等に示される本実施形態のブレーカー１、すなわち、通電状態で可動片４の突起４４ａ，４４ｂと熱応動素子５とが当接しない形態にあっては、復帰温度が過度に低下するおそれがある。

一方、比（Ｂａ×ｔ³）／Ｌａ³ が７．０×１０^-5 を超える場合、弾性部４３の曲げ剛性が過大となり、熱応動素子５の押し上げ力と弾性部４３の曲げ剛性とのバランスが悪化し、所望の動作温度及び復帰温度が得られないおそれがある。特に、本実施形態のブレーカー１にあっては、復帰温度が過度に上昇するおそれがある。

本実施形態では、式（１）の関係を満たす弾性部４３によって可動片４を構成することにより、ブレーカー１の復帰温度を４０゜Ｃ〜６０゜Ｃの範囲に留めることが可能となる。

図５は、熱応動素子５の構成を示している。熱応動素子５は、平面視で矩形状に形成されている。発明者らは、さらに鋭意研究を重ねた結果、弾性部４３の平均長さＬａと熱応動素子５の平均長さＬｄとの関係及び弾性部４３の平均幅Ｂａと熱応動素子５の平均幅Ｂｄとの関係がブレーカー１の動作温度及び復帰温度に大きな影響を及ぼすとの知見を得た。

熱応動素子５の平均長さＬｄとは、弾性部４３の長手方向での熱応動素子５の平均長さ、すなわち熱応動素子５の後端５ａから前端５ｂまでの平面視での平均の長さである。従って、例えば、熱応動素子５の測端５ｃ、５ｃ間で、長さが一様でない熱応動素子５にも適用されうる。

熱応動素子５の平均幅Ｂｄとは、弾性部４３の短手方向での熱応動素子５の平均長さ、すなわち熱応動素子５の測端５ｃ、５ｃ間の平面視での平均の長さである。従って、例えば、熱応動素子５の後端５ａから前端５ｂにわたって、幅が一様でない熱応動素子５にも適用されうる。

すなわち、弾性部４３の平均長さＬａと熱応動素子５の平均長さＬｄ及び弾性部４３の平均幅Ｂａと熱応動素子５の平均幅Ｂｄは、式（２）（３）の関係を満たすことが望ましい。
０．７＜Ｌａ／Ｌｄ＜２．３（２）
０．１８＜Ｂａ／Ｂｄ＜１（３）

式（２）において、比Ｌａ／Ｌｄが０．７以下の場合、図２に示される通電状態で、固定接点４１と可動接点２１との間の接触抵抗が安定しないおそれがある。さらに、図３に示される遮断状態で、固定接点４１と可動接点２１との間のギャップ（接点ギャップ）が十分に確保できず、安定した温度特性が得られないおそれがある。一方、比Ｌａ／Ｌｄが２．３を超える場合、図２に示される通電状態で、固定接点４１と可動接点２１との間の接触抵抗を抑制しながら、ブレーカー１の小型化を図るのが困難となるおそれがある。本実施形態では、式（２）の関係を満たす可動片４及び熱応動素子５によってブレーカー１を構成することにより、接触抵抗、温度特性、小型化をバランスよく両立できる。

式（３）において、比Ｂａ／Ｂｄが０．１８以下の場合、弾性部４３の加工が困難となり、上記接触抵抗や温度特性等にバラツキが生ずるおそれがある。また、熱応動素子５の肥大化を招き、ブレーカー１の小型化が困難となる。一方、比Ｂａ／Ｂｄが１を超える場合、熱応動素子５の押し上げ力と弾性部４３の曲げ剛性とのバランスが悪化し、所望の動作温度及び復帰温度が得られないおそれがある。また、可動片４の肥大化を招き、ブレーカー１の小型化が困難となる。本実施形態では、式（３）の関係を満たす可動片４及び熱応動素子５によってブレーカー１を構成することにより、弾性部４３の加工を容易としながら、接触抵抗、温度特性、小型化をより一層バランスよく両立できる。なお、平均幅Ｂｄが特に大きい熱応動素子５にあっては、比Ｂａ／Ｂｄが０．０３５以上であってもよい。

また、熱応動素子５の平均長さＬｄと平均幅Ｂｄは、式（４）の関係を満たすことが望ましい。
１．０１＜Ｌｄ／Ｂｄ＜１．１（４）

式（４）において、比Ｌｄ／Ｂｄが１．０１未満の場合、図３に示される遮断状態で、固定接点４１と可動接点２１との間のギャップ（接点ギャップ）が十分に確保できず、安定した温度特性が得られないおそれがある。比Ｌｄ／Ｂｄが１．１を超える場合、ブレーカー１の小型化を図るのが困難となるおそれがある。本実施形態では、式（４）の関係を満たす可動片４及び熱応動素子５によってブレーカー１を構成することにより、温度特性、小型化をより一層バランスよく両立できる。

熱応動素子５の平均厚さは、弾性部４３の平均厚さｔの５０％〜７０％が望ましい。熱応動素子５の平均厚さが弾性部４３の平均厚さｔの５０％未満の場合、熱応動素子５の押し上げ力と弾性部４３の曲げ剛性とのバランスが悪化し、復帰温度が過度に高くなるおそれがある。一方、熱応動素子５の平均厚さが弾性部４３の平均厚さｔの７０％を超える場合、復帰温度が過度に低くなるおそれがある。

図５に示される熱応動素子５の湾曲係数Ｋは、温度特性等の安定の観点から１３〜２２が望ましい。ここで、湾曲係数Ｋとは、例えば、ＪＩＳＣ２５３０に準拠する測定法によって算出された係数である。本実施形態では、上記範囲の湾曲係数Ｋを有する熱応動素子５によってブレーカー１を構成することにより、常温において広範に使用される電気機器等にブレーカー１が適用される場合であっても、ブレーカー１の小型化を図りつつ、良好な温度特性が得られる。さらに、上記式（１）乃至（４）の関係を満たす可動片４及び熱応動素子５と組み合わせることにより、リフロー方式のはんだ付け工程を経たブレーカー１にあっても、安定した温度特性を得ることができる。

図５では、熱応動素子５の全体が湾曲して形成されているが、熱応動素子５の一部（例えば、中央部）が湾曲して形成（フォーミング）された熱応動素子５にも上記式（２）乃至（４）は同様に適用できる。このような、断面が湾曲して形成されたフォーミング部を部分的に有する熱応動素子５においては、上記熱応動素子５の平均長さＬｄ及び平均幅Ｂｄは、例えば、フォーミング部の寸法（有効長及び有効幅）で規定される。

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は、銅−チタニウム合金材からなる。このような可動片４は、応力緩和特性に優れ、固定接点２１と可動接点４１との接触抵抗の安定及び動作温度、復帰温度の安定に寄与する。また、可動片４は、上記式（１）を満たしているので、ブレーカー１の復帰温度が所望の範囲内に留められ、電気機器の安全性をより一層高めることが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、ブレーカー１は、少なくとも、固定接点２１を有する固定片２と、弾性変形する弾性部４３と弾性部４３の先端部に可動接点４１とを有し、可動接点４１を固定接点２１に押圧して接触させる可動片４と、温度変化に伴って変形することにより可動接点４１が固定接点２１から離隔するように可動片４を作動させる熱応動素子５とを備え、可動片４は、銅−チタニウム合金材からなり、上記式（１）を満たすように構成されていればよい。

例えば、ケース７は、二次的なインサート成形等により、樹脂等で密封されていてもよい。この場合、固定片２の端子２２及び端子片３の端子３２が、回路基板等のランドに固定され導通可能なように、ケース７の外側に形成された樹脂から露出していればよい。

また、ケース本体７１と蓋部材８１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、ケース本体７１と蓋部材８１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構成されていればよい。

また、上述した自己保持回路が不要とされる用途にあっては、ＰＴＣサーミスター６が省略されていてもよい。

また、固定片２、端子片３、可動片４、熱応動素子５、ＰＴＣサーミスター６及び収容凹部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、上記特許文献１に示されるような、端子片３と可動片４とが一体に形成されている形態に、本発明を適用してもよい。この場合、一体化された端子片３及び可動片４は、例えば、ケース本体７１と蓋部材８１とによって挟み込まれて溶着される。

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６は２次電池パック５００を示す。２次電池パック５００は、２次電池５０１と、２次電池５０１の出力端回路中に設けたブレーカー１とを備える。図７は電気機器用の安全回路５０２を示す。安全回路５０２は２次電池５０１の出力回路中に直列にブレーカー１を備えている。ブレーカー１を備えた２次電池パック５００又は安全回路５０２によれば、良好な電流遮断動作を確保できる２次電池パック５００又は安全回路５０２を製造できる。

１ブレーカー
２固定片
２１固定接点
３端子片
４可動片
４１可動接点
４３弾性部
５熱応動素子
５０１２次電池
５０２安全回路

Claims

固定接点を有する固定片と、
弾性変形する弾性部と該弾性部の先端部に可動接点とを有し、前記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隔するように前記可動片を作動させる熱応動素子と、
前記固定接点、前記可動片、前記熱応動素子を収容する収容凹部を有する第１ケースと、
前記収容凹部を覆うように、前記第１ケースに装着される第２ケースとを備えたブレーカーにおいて、
前記可動片は、銅−チタニウム合金材からなり、前記可動片は、前記可動接点が前記固定接点に接触する導通状態から前記可動接点が前記固定接点に離隔する遮断状態に亘って、前記第２ケースと当接する頂部を有し、
下記式（１）（２）（３）を満たすことを特徴とするブレーカー。
２．３×１０^-5 ≦ （Ｂａ×ｔ³）／Ｌａ³≦ ７．０×１０^-5 （１）
０．７＜Ｌａ／Ｌｄ＜２．３（２）
０．１８＜Ｂａ／Ｂｄ＜１（３）
ただし、
Ｌａ：頂部から可動片の可動接点側先端までの平面視での弾性部の平均の長さ
Ｂａ：平面視での弾性部の平均幅
ｔ：弾性部の平均厚さ
Ｌｄ：平面視での熱応動素子の平均長さ
Ｂｄ：平面視での熱応動素子の平均幅
固定接点を有する固定片と、
弾性変形する弾性部と該弾性部の先端部に可動接点とを有し、前記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隔するように前記可動片を作動させる熱応動素子と、
前記固定接点、前記可動片、前記熱応動素子を収容する収容凹部を有する第１ケースと、
前記収容凹部を覆うように、前記第１ケースに装着される第２ケースとを備えたブレーカーにおいて、
前記可動片は、銅−チタニウム合金材からなり、前記可動片は、前記可動接点が前記固定接点に接触する導通状態から前記可動接点が前記固定接点に離隔する遮断状態に亘って、前記第２ケースと当接する頂部を有し、
下記式（１）（４）を満たすことを特徴とするブレーカー。
２．３×１０ ^-5 ≦ （Ｂａ×ｔ ³ ）／Ｌａ ³ ≦ ７．０×１０ ^-5 （１）
１．０１＜Ｌｄ／Ｂｄ＜１．１（４）
ただし、
Ｌａ：頂部から可動片の可動接点側先端までの平面視での弾性部の平均の長さ
Ｂａ：平面視での弾性部の平均幅
ｔ：弾性部の平均厚さ
Ｌｄ：平面視での熱応動素子の平均長さ
Ｂｄ：平面視での熱応動素子の平均幅
前記銅−チタニウム合金材は、９４重量％以上の銅と、１〜５重量％のチタニウムとを含む請求項１又は２に記載のブレーカー。
請求項１乃至３のいずれか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。
請求項１乃至３のいずれか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。