JP6684078B2

JP6684078B2 - 保護素子

Info

Publication number: JP6684078B2
Application number: JP2015219073A
Authority: JP
Inventors: 憲之前田
Original assignee: Schott Japan Corp
Current assignee: Schott Japan Corp
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2035-11-09
Also published as: JP2017091754A

Description

本発明は、熱応動素子の反転による電流遮断機構を有する保護素子に関する。

バイメタルを熱応動素子に用いる保護素子は、従来から電動器、二次電池などの電源回路の保護装置に利用されている。このような保護装置には、高精度な動作設定が可能であり、動作温度も比較的自由に設定でき、かつ繰り返し復帰動作できるという利点から、接点開閉式の保護素子が用いられる。保護素子の基本構成としては、固定接点を有する第１のリード端子と、可動接点を有し、この可動接点を固定接点に押圧して接触させる可動アームと、この可動アームに電気接続した第２のリード端子と、温度変化に伴って固定接点と可動接点を開閉するように可動アームを作動させるバイメタルと、これら部材を収容する筐体からなる。近年では、特許文献１記載された保護素子のように、前述の基本構成に加えて、可動接点と固定接点が開離した時に通電されバイメタルの復帰動作をセルフコントロールするヒーターとしてＰＴＣ（正特性サーミスター）を搭載するものがある。保護素子は、各種電子機器の電源ユニットなど狭隘なスペースに実装されることもあり、出来るだけ小型かつ薄型のパッケージサイズのものが望ましい。

例えば、特許文献１には、固定片３、可動片２、反転型の熱応動素子４、ＰＴＣ素子（正特性サーミスター５）を扁平なケース６に収容した保護素子（ブレーカー１）において、正特性サーミスター５及び熱応動素子４は固定片３と可動片２との間に挟まれ、熱応動素子４は正特性サーミスター５の上面５３に被さり、かつ熱応動素子４の片面が反転時に正特性サーミスター５に接触し、もう片面が可動片２に接触する状態で各部材を積層的に配置した保護素子が開示されている。

特開２００５−１２９４７１号公報

一般に保護素子は、熱容量がなるべく小さい熱感受性が高いパッケージを用いる。このため、保護素子をリフローソルダリングによってはんだ付けする場合、保護素子が一時的に過熱状態に曝される。リフローソルダリングのような過熱工程では、バイメタルの変位量が過大となり、可動アームが過度に押圧されて変形してしまうことがある。可動アームが変形してしまうと保護素子の動作温度や動作精度に狂いが生じ好ましくない。可動アームの変形を防止するため、従来からパッケージにストッパーとなる突起を設けて可動アームの変形を抑えている。しかしながら、従来のストッパー突起は一個所しか設けられていないため、可動アームの横方向の変形に十分対処することができず、可動アームに捻じれが生じやすいと言う課題があった。

本発明は、上述の課題を解消するために提案されたものであり、バイメタルなどの熱応動素子による電流遮断機構を有する保護素子において、熱応動素子の過剰変位に伴う可動アームまたは熱応動素子の変形を抑えて保護素子の動作温度や動作精度を安定させ、ばらつきを減少させることを目的とする。

本発明によると、固定接点を有する第１リードと、可動接点を有し、この可動接点を固定接点に押圧して接触させる可動アームと、この可動アームに電気接続した第２リードと、温度変化に伴って固定接点および可動接点を開閉するように可動アームを作動させる熱応動素子と、第１リードに接続され可動接点と固定接点が開離した時に第２リードと接触し通電されて熱応動素子の復帰動作を制御する発熱素子と、第１リードおよび第２リードを挿着し可動アームと熱応動素子および発熱素子を収容する筐体と、可動アームを覆って筐体の開口を封口する蓋体を備え、蓋体は、接点開離時に可動アームの少なくとも長辺側の両端部を押圧するストッパーを有し、このストッパーによって可動アームの捻じれ変形を抑制した保護素子が提供される。

前述のストッパーは、接点開離時に可動アームが横方向に捻じれて変形しないように、可動アームの対向する辺の両端部を押圧できればよい。例えば、可動アームの少なくとも長辺側の両端部を押圧できるように、蓋体に２個の突起部からなるストッパーを設け、このストッパーを筐体内の可動アームに向けて配置すれば、接点開離時に両突起が、反転した熱応動素子に押し上げられて反り返った可動アームの少なくとも両端部を支えて可動アームの捻じれを防止する。

なお、蓋体に設けるストッパーは、蓋体の短辺方向に沿って稜線状に突起を形成してもよい。稜線状の突起からなるストッパーを筐体内の可動アームに向けて配置すれば、接点開離時に稜線状の突起が、反転した熱応動素子に押し上げられて反り返った可動アームの少なくとも両端部を支えて可動アームの捻じれを防止する。

本発明の別の観点によると、固定接点を有する第１リードと、可動接点を有し、この可動接点を固定接点に押圧して接触させる可動アームと、この可動アームに電気接続した第２リードと、温度変化に伴って固定接点および可動接点を開閉するように可動アームを作動させる熱応動素子と、第１リードに接続され可動接点と固定接点が開離した時に第２リードと接触し通電されて熱応動素子の復帰動作を制御する発熱素子と、第１リードおよび第２リードを挿着し可動アームと熱応動素子および発熱素子を収容する筐体と、可動アームを覆って筐体の開口を封口する蓋体を備え、蓋体は、接点開離時に熱応動素子の対向辺の両端部を押圧するストッパーを有し、このストッパーによって熱応動素子の変形を抑制した保護素子が提供される。

前述のストッパーは、接点開離時に熱応動素子が横方向に捻じれて変形しないように、熱応動素子の対向する辺の両端部を押圧できればよい。蓋体に設けた突起部か、または蓋体に側板部を設けこれを折り曲げなどしたストッパーを用いて熱応動素子の対向辺の両端部を押圧する。すなわち、蓋体の突起部または側板部を筐体内の熱応動素子に向けて配置すれば、接点開離時には、蓋体に設けた突起または両側板のエッジが、反転した熱応動素子の対向する辺の両端部を支えて熱応動素子の捻じれを防止する。

さらに別の観点によると、固定接点を有する第１リードと、可動接点を有し、この可動接点を固定接点に押圧して接触させる可動アームと、この可動アームに電気接続した第２リードと、温度変化に伴って固定接点および可動接点を開閉するように可動アームを作動させる熱応動素子と、第１リードに接続され可動接点と固定接点が開離した時に第２リードと接触し通電されて熱応動素子の復帰動作を制御する発熱素子と、第１リードおよび第２リードを挿着し可動アームと熱応動素子および発熱素子を収容する筐体と、可動アームを覆って筐体の開口を封口する蓋体を備え、蓋体は、接点開離時に可動アームの少なくとも長辺側の両端部を押圧する第１ストッパーを有し、第１ストッパーによって可動アームの捻じれ変形を抑制し、さらに接点開離時に熱応動素子の対向辺の両端部を押圧する第２ストッパーを有し、第２ストッパーによって熱応動素子の変形を抑制した保護素子が提供される。

本発明に係るストッパーは、接点開離時に可動アームまたは熱応動素子の自由端のうち、所定の対向辺の両端部を支持することで、可動アームの変形や捻じれ、および熱応動素子の過剰変位を抑えて保護素子の動作温度や動作精度を安定させる。

本発明に係る保護素子１０を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は正面断面分解図、（ｃ）は正面断面図、（ｄ）は下面図を示す。なお、（ａ）の破線は熱応動素子の搭載位置を、一点鎖線は可動アームの搭載位置を示す。本発明に係る保護素子２０を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は正面断面分解図、（ｃ）は正面断面図、（ｄ）は下面図を示す。なお、（ａ）の破線は熱応動素子の搭載位置を、一点鎖線は可動アームの搭載位置を示す。本発明に係る保護素子３０を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は正面断面分解図、（ｃ）は正面断面図、（ｄ）は下面図を示す。なお、（ａ）の破線は熱応動素子の搭載位置を、一点鎖線は可動アームの搭載位置を示す。本発明に係る保護素子４０を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は正面断面分解図、（ｃ）は正面断面図、（ｄ）は下面図を示す。なお、（ａ）の破線は熱応動素子の搭載位置を、一点鎖線は可動アームの搭載位置を示す。

本発明に係る保護素子１０は、図１に示すように、固定接点１１を有する第１リード１２と、可動接点１３を有し、この可動接点１３を固定接点１１に押圧して接触させる可動アーム１４と、この可動アーム１４に電気接続した第２リード１５と、温度変化に伴って固定接点１１および可動接点１３を開閉するように可動アーム１４を作動させるバイメタルまたは形状記憶合金などの熱応動素子１６と、第１リード１２に接続され可動接点１３と固定接点１１が開離した時に第２リード１５と接触し通電されて熱応動素子１６の復帰動作を制御するＰＴＣ素子または抵抗素子などの発熱素子１７と、第１リード１２および第２リード１５を挿着し可動アーム１４、熱応動素子１６および発熱素子１７を収容する筐体１８と、可動アーム１４を覆って筐体１８の開口を封口する蓋体１９を備え、蓋体１９は、接点開離時に可動アーム１４の自由端の少なくとも両端部を押圧するストッパー１００を有し、このストッパー１００によって可動アーム１４の捻じれ変形を抑制した保護素子が提供される。保護素子１０は、可動アーム１４の少なくとも長辺側の両端部を押圧できるように、蓋体１９の長辺寄りに複数の丘状突起部からなるストッパー１００を設け、ストッパー１００を筐体内の可動アーム１４に向けて配置すれば、接点開離時にストッパー１００の両突起が、反転した熱応動素子１６に押し上げられて反り返った可動アーム１４の少なくとも両端部を支えて可動アーム１４の捻じれを防止する。

本発明に係る保護素子２０は、図２に示すように、固定接点２１を有する第１リード２２と、可動接点２３を有し、可動接点２３を固定接点２１に押圧して接触させる可動アーム２４と、この可動アーム２４に電気接続した第２リード２５と、温度変化に伴って固定接点２１および可動接点２３を開閉するように可動アーム２４を作動させるバイメタルまたは形状記憶合金などの熱応動素子２６と、第１リード２２に接続され可動接点２３と固定接点２１が開離した時に第２リード２５と接触し通電されて熱応動素子２６の復帰動作を制御するＰＴＣ素子または抵抗素子などの発熱素子２７と、第１リード２２および第２リード２５を挿着し可動アーム２４、熱応動素子２６および発熱素子２７を収容する筐体２８と、可動アーム２４を覆って筐体２８の開口を封口する蓋体２９を備え、蓋体２９は、接点開離時に可動アーム２４の自由端の少なくとも両端部を押圧するストッパー２００を有し、ストッパー２００によって可動アーム２４の捻じれ変形を抑制した保護素子が提供される。保護素子２０は、可動アーム２４の少なくとも長辺側の両端部を押圧できるように、蓋体２９の短辺方向に沿った稜線状の突起部からなるストッパー２００を設け、ストッパー２００を筐体内の可動アーム２４に向けて配置すれば、接点開離時にストッパー２００の突起が、反転した熱応動素子２６に押し上げられて反り返った可動アーム２４の短辺方向を支えて可動アーム２４の捻じれを防止する。

本発明に係る保護素子３０は、図３に示すように、固定接点３１を有する第１リード３２と、可動接点３３を有し、可動接点３３を固定接点３１に押圧して接触させる可動アーム３４と、この可動アーム３４に電気接続した第２リード３５と、温度変化に伴って固定接点３１および可動接点３３を開閉するように可動アーム３４を作動させるバイメタルまたは形状記憶合金などの熱応動素子３６と、第１リード３２に接続され可動接点３３と固定接点３１が開離した時に第２リード３５と接触し通電されて熱応動素子３６の復帰動作を制御するＰＴＣ素子または抵抗素子などの発熱素子３７と、第１リード３２および第２リード３５を挿着し可動アーム３４、熱応動素子３６および発熱素子３７を収容する筐体３８と、可動アーム３４を覆って筐体３８の開口を封口する蓋体３９を備え、蓋体３９は、接点開離時に熱応動素子３７の対向辺の両端部を押圧するストッパー３００を有し、ストッパー３００によって熱応動素子３７の捻じれ変形を抑制した保護素子が提供される。保護素子３０は、蓋体３９に設けた翼状の側板部を凹字に折り曲げたストッパー３００を有する。ストッパー３００を筐体内の熱応動素子３７に向けて配置すれば、接点開離時には、蓋体３８に設けた側板部のエッジが、反転した熱応動素子３７の対向する辺の少なくとも両端部を支えて熱応動素子３７の捻じれを防止する。なお、側板部を凹字に折り曲げる替わりに、蓋体３８に突起部を設け、その突起部が反転した熱応動素子３７の対向する辺の両端部を支えて熱応動素子３７の捻じれを防止する構成でもよい。熱応動素子３７を支える突起部は、熱応動素子３７の対向辺に沿って設けた２個の丘状突起か、該対向辺とは別の辺に沿って設けた稜線状の突起からなる。

本発明に係る保護素子４０は、前述の保護素子１０ないし保護素子２０の何れか一方と、保護素子３０の両方の特徴を備えたものである。すなわち保護素子４０は、図４に示すように、固定接点４１を有する第１リード４２と、可動接点４３を有し、可動接点４３を固定接点４１に押圧して接触させる可動アーム４４と、この可動アーム４４に電気接続した第２リード４５と、温度変化に伴って固定接点４１および可動接点４３を開閉するように可動アーム４４を作動させるバイメタルまたは形状記憶合金などの熱応動素子４６と、第１リード４２に接続され可動接点４３と固定接点４１が開離した時に第２リード４５と接触し通電されて熱応動素子４６の復帰動作を制御するＰＴＣ素子または抵抗素子などの発熱素子４７と、第１リード４２および第２リード４５を挿着し可動アーム４４、熱応動素子４６および発熱素子４７を収容する筐体４８と、可動アーム４４を覆って筐体４８の開口を封口する蓋体４９を備え、蓋体４９は、接点開離時に可動アーム４４の自由端の少なくとも両端部を押圧する第１ストッパー４００と、さらに接点開離時の熱応動素子４７の対向辺の両端部を押圧する第２ストッパー４１０を有し、第１ストッパー４００は可動アーム４４の捻じれ変形を、第２ストッパー４１０は熱応動素子４７の変形を、それぞれ抑制した保護素子が提供される。

この保護素子４０の第１ストッパー４００は、保護素子１０の様に複数の丘状突起部か、または保護素子２０の様な稜線状の突起部か、どちらか一方を選択できる。

さらに保護素子４０の第２ストッパー４１０は、保護素子３０の様に、蓋体に設けた翼状の側板部を凹字に折り曲げて形成するか、または蓋体に突起部を設けるか、どちらか一方を選択できる。この突起部は、熱応動素子の対向辺に沿って設けた２個の丘状突起か、該対向辺とは別の辺に沿って設けた稜線状の突起か、何れか１つを選択できる。

本発明に係る保護素子１０の実施例１は、銀合金の固定接点１１を有するニッケルめっき銅合金の第１リード１２と、銀合金の可動接点１３を有し、可動接点１３を固定接点１１に押圧して接触させる銅合金のバネ材からなる可動アーム１４と、可動アーム１４に電気接続したニッケルめっき銅合金の第２リード１５と、温度変化に伴って固定接点１１および可動接点１３を開閉するように可動アーム１４を作動させるＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金とＮｉ−Ｆｅ合金とを積層させたバイメタルからなる熱応動素子１６と、第１リード１２に接続され可動接点１３と固定接点１１が開離した時に第２リード１５と接触し通電されて熱応動素子１６の復帰動作を制御するＰＴＣ素子からなる発熱素子１７と、第１リード１２および第２リード１５を挿着し可動アーム１４、熱応動素子１６および発熱素子１７を収容するプラッチック製筐体１８と、可動アーム１４を覆って筐体１８の開口を封止するニッケルめっき銅合金の蓋体１９とを備え、蓋体１９は、接点開離時に可動アーム１４の自由端の少なくとも両端部を押圧する２個の丘状突起部からなるストッパー１００を有し、２個のストッパー１００によって可動アーム１４の捻じれ変形を抑制する。

本発明に係る保護素子２０の実施例２は、銀合金の固定接点２１を有するニッケルめっき銅合金の第１リード２２と、銀合金の可動接点２３を有し、可動接点２３を固定接点２１に押圧して接触させる銅合金のバネ材からなる可動アーム２４と、可動アーム２４に電気接続したニッケルめっき銅合金の第２リード２５と、温度変化に伴って固定接点２１および可動接点２３を開閉するように可動アーム２４を作動させるＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金とＮｉ−Ｆｅ合金とを積層させたバイメタルからなる熱応動素子２６と、第１リード２２に接続され可動接点２３と固定接点２１が開離した時に第２リード２５と接触し通電されて熱応動素子２６の復帰動作を制御するＰＴＣ素子からなる発熱素子２７と、第１リード２２および第２リード２５を挿着し可動アーム２４、熱応動素子２６および発熱素子２７を収容するプラッチック製筐体２８と、可動アーム２４を覆って筐体２８の開口を封口するニッケルめっき銅合金の蓋体２９とを備え、蓋体２９は、接点開離時に可動アーム２４の自由端の少なくとも両端部を押圧する稜線状の突起部からなるストッパー２００を有し、このストッパー２００によって可動アーム２４の捻じれ変形を抑制する。

本発明に係る保護素子３０の実施例３は、銀合金の固定接点３１を有するニッケルめっき銅合金の第１リード３２と、銀合金の可動接点３３を有し、可動接点３３を固定接点３１に押圧して接触させる銅合金のバネ材からなる可動アーム３４と、可動アーム３４に電気接続したニッケルめっき銅合金の第２リード３５と、温度変化に伴って固定接点３１および可動接点３３を開閉するように可動アーム３４を作動させるＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金とＮｉ−Ｆｅ合金とを積層させたバイメタルからなる熱応動素子３６と、第１リード３２に接続され可動接点３３と固定接点３１が開離した時に第２リード３５と接触し通電されて熱応動素子３６の復帰動作を制御するＰＴＣ素子からなる発熱素子３７と、第１リード３２および第２リード３５を挿着し可動アーム３４、熱応動素子３６および発熱素子３７を収容するプラッチック製筐体３８と、可動アーム３４を覆って筐体３８の開口を封口するニッケルめっき銅合金の蓋体３９とを備え、蓋体３９は、蓋体３９に設けた翼状の側板部を凹字に折り曲げたストッパー３００を有し、両翼のストッパー３００によって接点開離時に熱応動素子３７の対向辺の両端部を押圧して熱応動素子３７の捻じれ変形を抑制する。

本発明に係る保護素子４０の実施例４は、銀合金の固定接点４１を有するニッケルめっき銅合金の第１リード４２と、銀合金の可動接点４３を有し、可動接点４３を固定接点４１に押圧して接触させる銅合金のバネ材からなる可動アーム４４と、この可動アーム４４に電気接続したニッケルめっき銅合金の第２リード４５と、温度変化に伴って固定接点４１および可動接点４３を開閉するように可動アーム４４を作動させるＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金とＮｉ−Ｆｅ合金とを積層させたバイメタルからなる熱応動素子４６と、第１リード４２に接続され可動接点４３と固定接点４１が開離した時に第２リード４５と接触し通電されて熱応動素子４６の復帰動作を制御するＰＴＣ素子からなる発熱素子４７と、第１リード４２および第２リード４５を挿着し可動アーム４４、熱応動素子４６および発熱素子４７を収容するプラッチック製筐体４８と、可動アーム４４を覆って筐体４８の開口を封口するニッケルめっき銅合金の蓋体４９を備え、蓋体４９は、接点開離時に可動アーム４４の自由端の少なくとも両端部を押圧する２個の丘状突起部の第１ストッパー４００と、さらに接点開離時の熱応動素子４７の対向辺の両端部を押圧する翼状の側板部を凹字に折り曲げた第２ストッパー４１０を有し、第１ストッパー４００は可動アーム４４の変形を、第２ストッパー４１０は熱応動素子４７の変形を、それぞれ抑制する。

本発明の保護素子は各種電源の保護装置、例えば、アダプター電源や電池パックなど２次電池の保護装置などに利用できる。

１１、２１、３１、４１・・・固定接点、
１２、２２、３２、４２・・・第１リード、
１３、２３、３３、４３・・・可動接点、
１４、２４、３４、４４・・・可動アーム、
１５、２５、３５、４５・・・第２リード、
１６、２６、３６、４６・・・熱応動素子、
１７、２７、３７、４７・・・発熱素子、
１８、２８、３８、４８・・・筐体、
１９、２９、３９、４９・・・蓋体、
１００、２００、３００・・・ストッパー、
４００・・・第１ストッパー、
４１０・・・第２ストッパー。

Claims

固定接点を有する第１リードと、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アームと、この可動アームに電気接続した第２リードと、温度変化に伴って前記固定接点および前記可動接点を開閉するように前記可動アームを作動させる熱応動素子と、前記第１リードに接続され前記可動接点と前記固定接点が開離した時に前記第２リードと接触し通電されて前記熱応動素子の復帰動作を制御する発熱素子と、前記第１リードおよび前記第２リードを挿着し前記可動アームと前記熱応動素子および前記発熱素子を収容する筐体と、前記可動アームを覆って前記筐体の開口を封口する蓋体を備え、前記蓋体は、接点開離時に前記熱応動素子の対向辺の両端部を押圧するストッパーを有し、前記ストッパーは、前記蓋体に設けた翼状の側板部を凹字に折り曲げて形成されており、このストッパーによって前記熱応動素子の捻じれ変形を抑制したことを特徴とした保護素子。
固定接点を有する第１リードと、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アームと、この可動アームに電気接続した第２リードと、温度変化に伴って前記固定接点および前記可動接点を開閉するように前記可動アームを作動させる熱応動素子と、前記第１リードに接続され前記可動接点と前記固定接点が開離した時に前記第２リードと接触し通電されて前記熱応動素子の復帰動作を制御する発熱素子と、前記第１リードおよび前記第２リードを挿着し前記可動アーム、前記熱応動素子および前記発熱素子を収容する筐体と、前記可動アームを覆って前記筐体の開口を封口する蓋体を備え、前記蓋体は、接点開離時に前記可動アームの自由端の少なくとも両端部を押圧する第１ストッパーと、さらに接点開離時の前記熱応動素子の対向辺の両端部を押圧する第２ストッパーを有し、前記第１ストッパーは前記可動アームの変形を、前記第２ストッパーは前記熱応動素子の変形を、それぞれ抑制したことを特徴とした保護素子。
前記第１ストッパーは、前記蓋体に設けた突起部からなる請求項２に記載の保護素子。
前記突起部は、複数の丘状突起部からなる請求項３に記載の保護素子。
前記突起部は、稜線状の突起部からなる請求項３に記載の保護素子。
前記第２ストッパーは、前記蓋体に設けた翼状の側板部を凹字に折り曲げて形成したことを特徴とする請求項２に記載の保護素子。
前記第２ストッパーは、前記蓋体に設けた突起部からなる請求項２に記載の保護素子。
前記突起部は、複数の丘状突起部からなる請求項７に記載の保護素子。
前記突起部は、稜線状の突起部からなる請求項７に記載の保護素子。