JP6831186B2

JP6831186B2 - 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: JP6831186B2
Application number: JP2016140545A
Authority: JP
Inventors: 信幸中野
Original assignee: Bourns KK
Current assignee: Bourns KK
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2021-02-17
Anticipated expiration: 2036-07-15
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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。

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いわゆるモバイル機器に装備される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電流遮断装置もまた、さらなる小型化が強く要求されている。

ブレーカーには、温度変化に応じて作動し、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。

ＷＯ２０１１／１０５１７５号公報

上述したノート型パーソナルコンピュータ等のモバイル機器は、ユーザーによって自由に持ち運ぶことができる反面、地面等への落下の危険を伴う。動作中のモバイル機器が地面等に落下した場合、その衝撃によって可動片が弾性変形し、固定接点から可動接点が離隔し、機器各部への電力供給が瞬断されるおそれがある。このような電力供給の瞬断によって、機器各部の動作が不安定となる他、実行中のデータが消失する等の不具合が発生するおそれがある。

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、落下時の衝撃に伴う電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制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片を動作させる熱応動素子とを備えたブレーカーにおいて、前記熱応動素子は、第１動作温度以上の温度領域で、前記可動接点が前記固定接点から離隔する方向に、前記可動片を付勢して、前記可動片を、前記可動接点が前記固定接点に接触している導通状態から、前記可動接点が前記固定接点から離隔している遮断状態へと移行させる第１熱応動素子と、前記第１動作温度以下の第２動作温度以上の温度領域で、前記可動接点が前記固定接点に接近する方向に前記可動片を付勢する付勢状態から、前記可動片への付勢を解除する解除状態へと移行する第２熱応動素子とを有することを特徴とする。

本発明に係る前記ブレーカーにおいて、前記第１熱応動素子は、前記第１動作温度より低い第１復帰温度以下の温度領域で、前記可動片への付勢を解除して、前記可動片を前記遮断状態から前記導通状態へと復帰させることが望ましい。

本発明に係る前記ブレーカーにおいて、前記第２熱応動素子は、前記第１復帰温度以下の第２復帰温度以下の温度領域で、前記解除状態から前記付勢状態に復帰することが望ましい。

本発明に係る前記ブレーカーにおいて、前記第１熱応動素子と前記固定片との間に介挿され、前記可動接点が前記固定接点から離隔しているときに、前記第１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、前記第２熱応動素子は、平面視で前記正特性サーミスターの外側領域に配設されていることが望ましい。

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、第１動作温度以上の温度領域で、第１熱応動素子が、可動片を導通状態から遮断状態へと移行させることにより、過熱や過電流から電気機器を保護する。一方、第１動作温度以下の第２動作温度未満の温度領域では、第２熱応動素子が、可動接点を可動接点が固定接点に接近する方向に付勢する。これにより、ブレーカーに電気機器の地面等への落下に伴う衝撃が加えられた場合であっても、その衝撃によって固定接点から可動接点が離隔することが抑制される。従って、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。

第２動作温度以上の温度領域まで第２熱応動素子が加熱された場合、第２熱応動素子は、
第１熱応動素子が付勢動作を開始する前に、上記付勢状態から解除状態へと移行する。これにより、第２熱応動素子によって、第１熱応動素子の動作が妨げられない。従って、電気機器の安全性は、従来のブレーカーと同等に確保されうる。

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。ケースの蓋部材及び第２熱応動素子の構成を示す斜視図。第２動作温度未満の温度領域での上記ブレーカーの動作を示す断面図。第２動作温度以上で、第１動作温度未満の温度領域での上記ブレーカーの動作を示す断面図。第１動作温度以上での上記ブレーカーの動作を示す断面図。第２熱応動素子と正特性サーミスターとの位置関係を示す上記ブレーカーの平面図。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、先端部に可動接点３１を有する可動片３と、温度変化に伴って変形する第１熱応動素子４及び第２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３、第１熱応動素子４、第２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−チタニウム合金、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３１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。固定接点２１から可動接点３１に向く方向を第１方向と、第１方向とは反対の方向を第２方向とそれぞれ定義した場合、表面は第１方向を向き、裏面は第２方向を向く。他の部品、例えば、可動片３及び熱応動素子４、５等についても同様である。

可動片３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、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３の長手方向の先端部には、可動接点３１が形成されている。可動接点３１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３の先端部に接合されている。

可動片３の長手方向の他端部には、外部回路と電気的に接続される端子３２が形成されている。可動片３は、可動接点３１と端子３２の間に、当接部３３（アーム状の可動片３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３４を有している。当接部３３は、端子３２と弾性部３４との間でケース本体７１及び蓋部材８１と当接し、可動片３の短手方向に翼状に突出する突出部３３ａを有する。突出部３３ａが設けられていることにより、当接部３３が幅広く大きな領域でケース本体７１の当接部７４及び蓋部材８１の当接部８３によって挟み込まれ、可動片３がケース７に対して強固に固定される。

弾性部３４は、当接部３３から可動接点３１の側に延出されている。当接部３３においてケース本体７１と蓋部材８１によって裏表両面側から挟み込まれて可動片３が固定され、弾性部３４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３１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３とが通電可能となる。

可動片３は、弾性部３４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、第１熱応動素子４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３４の下面には、第１熱応動素子４に対向して一対の突起（接触部）３４ａ，３４ｂが形成されている。突起３４ａ，３４ｂと第１熱応動素子４とは接触して、突起３４ａ，３４ｂを介して第１熱応動素子４の変形が弾性部３４に伝達される（図１、図２及び図３参照）。

第１熱応動素子４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４１、４２（図５参照）を積層することにより形成される。なお、第１熱応動素子４のうち、高膨脹側の薄板材４２には、例えば、銅−ニッケル−マンガン合金又はニッケル−クロム−鉄合金が、低膨脹側の薄板材４１には、例えば、鉄−ニッケル合金をはじめとする、洋白、黄銅、ステンレス鋼などの合金が、所要条件に応じて組み合わせて使用されうる。薄板材４１と薄板材４２とは、例えば、圧延等によって貼り合わせられる。

過熱により第１動作温度に達すると、第１熱応動素子４の湾曲形状は、スナップモーションを伴って逆反りし、冷却により第１復帰温度を下回ると復元する。第１熱応動素子４の初期形状は、プレス加工により形成することができる。所期の温度で第１熱応動素子４の逆反り動作により可動片３の弾性部３４が押し上げられ、かつ弾性部３４の弾性力により元に戻る限り、第１熱応動素子４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３４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。

第２熱応動素子５は、可動片３の表面側に設けられている。第２熱応動素子５は、屈曲又は湾曲した初期形状をなし、熱膨張率の異なる薄板材５１、５２（図４及び５参照）を積層することにより形成される。第２熱応動素子５のうち、高膨脹側の薄板材５２には、例えば、上記薄板材４２と同等の金属が、低膨脹側の薄板材５１には、薄板材４１と同等の金属がそれぞれ使用されうる。薄板材５１と薄板材５２とは、例えば、圧延等によって貼り合わせられる。

過熱により第２動作温度に達すると、第２熱応動素子５の形状は、平坦化し、冷却により第２復帰温度を下回ると復元する。第２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。

ＰＴＣサーミスター６は、固定片２と第１熱応動素子４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は第１熱応動素子４の直下に位置している。第１熱応動素子４の逆反り動作により固定片２と可動片３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、作動電流、作動電圧、作動温度、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、チタニウム酸バリウム、チタニウム酸ストロンチウム又はチタニウム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３、第１熱応動素子４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３を収容するための開口７３ａ，７３ｂ、可動片３及び第１熱応動素子４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３、第１熱応動素子４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、第１熱応動素子４の逆反り時に案内される。

蓋部材８１には、カバー片８２がインサート成形によって埋め込まれている。カバー片８２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８２は、図２及び図３に示すように、可動片３の表面と適宜当接し、可動片３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８２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３、第１熱応動素子４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。

図２及び３にブレーカー１の動作の概略を示している。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、第１熱応動素子４は初期形状を維持（逆反り前）している。カバー片８２には、可動片３の弾性部３４と当接し、弾性部３４を第１熱応動素子４の側に押圧する突出部８２ａが設けられている。突出部８２ａが弾性部３４を押圧することにより、弾性部３４は、弾性変形し、その先端に形成されている可動接点３１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３の弾性部３４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３の弾性部３４と第１熱応動素子４とは接触してもよく、可動片３、第１熱応動素子４、ＰＴＣサーミスター６及び固定片２は、回路として導通してもよい。しかし、ＰＴＣサーミスター６の抵抗は、可動片３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３１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、第１温度に達した第１熱応動素子４は逆反りし、可動片３の弾性部３４が押し上げられて固定接点２１と可動接点３１とが離隔する。このとき、固定接点２１と可動接点３１の間を流れていた電流は遮断され、僅かな漏れ電流が第１熱応動素子４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、第１熱応動素子４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３１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、第１熱応動素子４は第１復帰温度に戻り、元の初期形状に復元する。そして、可動片３の弾性部３４の弾性力によって可動接点３１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、蓋部材８１の裏面に設けられた第２熱応動素子５を示している。蓋部材８１の裏面（内面）には、可動片３の当接部３３と当接する当接部８３と、カバー片８２をブレーカー１の内部空間に露出させるための開口８４とが形成されている。第２熱応動素子５は、カバー片８２の裏面に溶接等の手法によって固定されている。

第２熱応動素子５は、カバー片８２に固定される基端部５３と、可動片３の弾性部３４を押圧する先端部５４とを有する。先端部５４には、弾性部３４の側に突出する突起が設けられていてもよい。

図５乃至図７は、温度上昇に伴うブレーカー１の動作状態を時系列で示している。

図５は、第２熱応動素子５の第２動作温度よりも低い温度領域での、ブレーカー１の動作状態を示している。なお、この第２動作温度よりも低い温度領域は、ブレーカー１の通常動作時での温度領域であり、例えば、５０℃未満の温度である。

第２熱応動素子５の第２動作温度は、第１熱応動素子４の第２動作温度よりも低い。このため、第１熱応動素子４は、可動片３の弾性部３４の側、すなわち、第１方向側を凸として湾曲し、弾性部３４の弾性力によって可動接点３１は固定接点２１と接触し、可動片３の導通状態が得られている。

一方、第２熱応動素子５は、先端部５４が可動片３の弾性部３４と当接し、弾性部３４を押圧することにより、可動接点３１が固定接点２１に接近する方向に可動片３を付勢する。これにより、第２熱応動素子５が可動片３を付勢する付勢状態が得られ、弾性部３４が発生する弾性力と第２熱応動素子５が発生する付勢力との合力で、可動接点３１を固定接点２１に押圧する。従って、ブレーカー１に電気機器の地面等への落下に伴う衝撃が加えられた場合であっても、その衝撃によって固定接点２１から可動接点３１が離隔することが抑制され、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。

図６は、第２熱応動素子５の第２動作温度よりも高く、第１熱応動素子４の第１動作温度よりも低い温度領域での、ブレーカー１の動作状態を示している。

第２動作温度以上となった第２熱応動素子５は、その熱変形によって先端部５４が可動片３の弾性部３４から離れる第１方向に移動する。これにより、第１熱応動素子４が可動片３への付勢動作を開始する前に、第２熱応動素子５が上記付勢状態から可動片３への付勢を解除する解除状態へと移行し、第２熱応動素子５によって、第１熱応動素子４の動作が妨げられない。従って、電気機器の安全性は、従来のブレーカーと同等に確保されうる。なお、第２熱応動素子５の第２動作温度を第１熱応動素子４の第１動作温度に近づけることにより、図６に示される第２熱応動素子５の付勢が解除される状態が限定的となり、ブレーカー１の電力供給の瞬断への耐性がより一層高められる。

本発明では、ブレーカー１の温度が第１動作温度まで上昇する際に、先端部５４と弾性部３４との接触状態を維持しつつ、第２熱応動素子５の付勢力を弱めて、第１動作温度での固定接点２１から可動接点３１が離隔させる形態であってもよい。しかしながら、本実施形態では、図６に示されるように、第１動作温度より低い第２動作温度以上となった第２熱応動素子５の先端部５４が可動片３の弾性部３４から離隔し、弾性部３４が第２熱応動素子５からの拘束を解かれるように構成されている。これにより、固定接点２１と可動接点３１との接触状態に影響を及ぼすのは、弾性部３４の弾性力及び第１熱応動素子４の付勢力のみとなり、可動接点３１が固定接点２１から離隔するブレーカー１の動作温度が安定する。

図７は、第１熱応動素子４の第１動作温度よりも高い温度領域での、ブレーカー１の動作状態を示している。なお、この第１動作温度よりも高い温度は、図３に示される過充電状態又は異常時などにおけるブレーカー１の異常動作時での温度であり、例えば、７０℃以上の温度である。

第１動作温度以上となった第１熱応動素子４は、その熱変形によって逆反りし、先端部４４が可動片３の突起３４ｂと当接し、弾性部３４を第１方向すなわち可動接点３１が固定接点２１から離隔する方向に付勢する。これにより、第１熱応動素子４は、可動片３を可動接点３１が固定接点２１から離隔している遮断状態へと移行させる。既に述べたように、第１動作温度以上に達する前に、第２熱応動素子５による可動片３への付勢が解除されているので、ブレーカー１は、温度変化に追従して、第１動作温度で正確に可動接点３１及び固定接点２１間を流れる電流を遮断し、過熱や過電流から電気機器を保護する。

第１動作温度及び第２動作温度は、適宜定めることができる。例えば、第１動作温度と第２動作温度とが等しい温度に設定されていてもよい。この場合、第１熱応動素子４と第２熱応動素子５とが、上記付勢状態から同時に上記解除状態に移行する。このような構成であっても、第１熱応動素子４及び第２熱応動素子５が、上記付勢状態である場合に、ブレーカー１に加えられた衝撃によって固定接点２１から可動接点３１が離隔することが抑制される。従って、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。

図７に示される高温状態から第１熱応動素子４の温度が低下して、第１復帰温度以下の温度領域での、ブレーカー１の動作状態は、図６と同等である。第１復帰温度とは、第１熱応動素子４が図７に示される逆反り形状から図６等に示される元の形状に復帰する温度であり、電気機器の安全性を確保するため、上記第１動作温度より低い温度が望ましい。

本実施形態では、第１復帰温度以下となった第１熱応動素子４が元の形状に復帰すると、可動片３への上記付勢が解除され、可動片３は、弾性部３４の弾性力によって上記遮断状態から上記導通状態へと復帰する。すなわち、可動接点３１が固定接点２１と接触し、再び両接点間での導通が得られる。

図６に示される高温状態から第１熱応動素子４の温度がさらに低下して、第２復帰温度以下の温度領域でのブレーカー１の動作状態は、図５と同等である。すなわち、第２復帰温度以上の温度領域では、図６における第２熱応動素子５による付勢が解除された状態から、図５における第２熱応動素子５による付勢が再開された状態に移行する。第２復帰温度とは、第２熱応動素子５が図６に示される形状から図５等に示される元の形状に復帰する温度であり、上記第２動作温度以下の温度が望ましい。

本実施形態では、第２復帰温度以下となった第２熱応動素子５が元の形状に復帰すると、先端部５４が弾性部３４に当接し、可動接点３１が固定接点２１に接近する方向に弾性部３４を押圧する。これにより、第２熱応動素子５が上記解除状態から上記付勢状態に復帰して、ブレーカー１に加えられた衝撃によって固定接点２１から可動接点３１が離隔することが抑制される。従って、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。

第１復帰温度及び第２復帰温度は、適宜定めることができる。例えば、第１復帰温度と第２復帰温度とが等しい温度に設定されていてもよい。この場合、第１熱応動素子４と第２熱応動素子５とが、上記解除状態から同時に上記付勢状態に復帰する。また、第１復帰温度は、可動片３の導通状態への復帰に支障のない限り第２復帰温度よりも低い温度に設定されていてもよい。第２復帰温度は、可動片３の導通状態への復帰が安定することから、第１復帰温度よりも低く設定されるのが好ましい。いずれの構成であっても、第１熱応動素子４及び第２熱応動素子５が、上記付勢状態である場合に、ブレーカー１に加えられた衝撃によって固定接点２１から可動接点３１が離隔することが抑制される。従って、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。

図８は、ブレーカー１の平面図である。第２熱応動素子５は、平面視でＰＴＣサーミスター６の外側領域に配設されているのが望ましい。これにより、図５等にも示されるように、第２熱応動素子５がＰＴＣサーミスター６に対して位置ずれして配置され、ブレーカー１の小型化を容易に図ることが可能となる。

可動片３の弾性部３４の長手方向における第２熱応動素子５の長さは、第１熱応動素子４の長さよりも小さい。そして、基端部５３は、平面視で第１熱応動素子４と重複しない位置で、蓋部材８１のカバー片８２に接合されている。これにより、ブレーカー１の小型化を図ることが可能となる。また、第１熱応動素子４は、可動片３に対して第１方向の側に配置され、第２熱応動素子５は、可動片３に対して第２方向の側に配置されている。そして、第１熱応動素子４の中心部と第２熱応動素子５の中心部とは、可動片３の弾性部３４の長手方向に位置ずれしている。これにより、ブレーカー１の小型化を図ることが可能となる。

また、本実施形態では、可動片３の弾性部３４が可動接点３１に向って、第２方向の側に傾斜している。そして、第２熱応動素子５の先端部５４が基端部５３よりも可動片３の当接部３３の側に設けられ、かつ、第２熱応動素子５が基端部５３から先端部５４に向って、第２方向の側に傾斜している。これにより、第１熱応動素子４の先端部４４、可動片３の弾性部３４及び第２熱応動素子５の先端部５４が第１方向にコンパクトに配置され、ブレーカー１の小型化を図ることが可能となる。また、第２熱応動素子５の熱変形の前後における先端部５４の移動量を抑制し、第２熱応動素子５の小型化ひいては、ブレーカー１のより一層の小型化を図ることが可能となる。

さらに、本実施形態では、第１熱応動素子４の一方側である弾性部３４の先端部に可動接点３１が設けられ、第２熱応動素子５によって、固定接点２１に接近する方向に付勢されている。そして、第１熱応動素子４の他方側である当接部３３は、端子３２と一体的に形成されている。従って、ブレーカー１に加えられた衝撃によって電気的な接続が遮断される箇所が可動接点３１が設けられている側の一箇所のみとなり、第２熱応動素子５による上記付勢効果と相まって、電気機器各部への電力供給の瞬断をより一層効果的に抑制できる。

図７に示される第１動作温度よりも高い温度領域で、第１熱応動素子４の付勢力は、第２熱応動素子５の付勢力と弾性部３４の弾性力との和よりも大きい。これにより、固定接点２１から可動接点３１が離隔した状態を維持することが可能となる。

以上のように、本実施形態のブレーカー１によれば、第１動作温度以上の温度領域で、第１熱応動素子４が、可動片３を導通状態から遮断状態へと移行させることにより、過熱や過電流から電気機器を保護する。一方、第１動作温度よりも低い第２動作温度未満の温度領域では、第２熱応動素子５が、可動片３を可動接点３１が固定接点２１に接近する方向に付勢する。これにより、大きな衝撃がブレーカー１に加えられた場合であっても、その衝撃によって固定接点２１から可動接点３１が離隔することが抑制される。従って、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。

そして、第２動作温度以上の温度領域まで第２熱応動素子５が加熱された場合、第２熱応動素子５は、第１熱応動素子４が付勢動作を開始する前に、上記付勢状態から解除状態へと移行する。これにより、第２熱応動素子５によって、第１熱応動素子４の動作が妨げられない。従って、電気機器の安全性は、従来のブレーカーと同等に確保されうる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、種々の態様に変更して実施される。すなわち、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３４と弾性部３４の先端部に可動接点３１とを有し、可動接点３１を固定接点２１に押圧して接触させる可動片３と、温度変化に伴って変形することにより可動片３を動作させる熱応動素子とを備え、熱応動素子は、第１動作温度以上の温度領域で、可動接点３１が固定接点２１から離隔する方向に、可動片３を付勢して、可動片３を、可動接点３１が固定接点２１に接触している導通状態から、可動接点３１が固定接点２１から離隔している遮断状態へと移行させる第１熱応動素子４と、第１動作温度よりも低い第２動作温度以上の温度領域で、可動接点３１が固定接点２１に接近する方向に可動片３を付勢する付勢状態から、可動片３への付勢を解除する解除状態へと移行する第２熱応動素子５とを有するように構成されていればよい。

例えば、可動片３をバイメタル又はトリメタル等の積層金属によって形成することにより、可動片３と第１熱応動素子４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１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、第１熱応動素子４及び第２熱応動素子５は、熱により予め記憶された形状に変化する形状記憶合金によって形成されていてもよい。

また、特開２００５−２０３２７７号公報に示されるように、可動片が端子側のアームターミナルと可動接点側の可動アーム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。

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十分な気密性が得られる手法であれば、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る形態であればよい。例えば、ケース本体７１と蓋部材８１が第３ケースを構成する樹脂によって被覆されていてもよい。このようなケース７は、インサート成形等によって成形されうる。

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、可動片３、第１熱応動素子４、第２熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６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、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９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１０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、落下時の衝撃に伴う電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる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可動片
３１可動接点
３４弾性部
４第１熱応動素子
５第２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片を動作させる熱応動素子とを備えたブレーカーにおいて、
前記熱応動素子は、
第１動作温度以上の温度領域で、前記可動接点が前記固定接点から離隔する方向に、前記可動片を付勢して、前記可動片を、前記可動接点が前記固定接点に接触している導通状態から、前記可動接点が前記固定接点から離隔している遮断状態へと移行させる第１熱応動素子と、
前記第１動作温度以下の第２動作温度以上の温度領域で、前記可動接点が前記固定接点に接近する方向に前記可動片を付勢する付勢状態から、前記可動片への付勢を解除する解除状態へと移行する第２熱応動素子とを有し、
前記第１熱応動素子は、前記第１動作温度より低い第１復帰温度以下の温度領域で、前記可動片への付勢を解除して、前記可動片を前記遮断状態から前記導通状態へと復帰させ、
前記第２熱応動素子は、前記第１復帰温度以下の第２復帰温度以下の温度領域で、前記解除状態から前記付勢状態に復帰することを特徴とするブレーカー。
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片を動作させる熱応動素子とを備えたブレーカーにおいて、
前記熱応動素子は、
第１動作温度以上の温度領域で、前記可動接点が前記固定接点から離隔する方向に、前記可動片を付勢して、前記可動片を、前記可動接点が前記固定接点に接触している導通状態から、前記可動接点が前記固定接点から離隔している遮断状態へと移行させる第１熱応動素子と、
前記第１動作温度以下の第２動作温度以上の温度領域で、前記可動接点が前記固定接点に接近する方向に前記可動片を付勢する付勢状態から、前記可動片への付勢を解除する解除状態へと移行する第２熱応動素子とを有し、
前記第１熱応動素子と前記固定片との間に介挿され、前記可動接点が前記固定接点から離隔しているときに、前記第１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を備え、
前記第２熱応動素子は、平面視で前記正特性サーミスターの外側領域に配設されていることを特徴とするブレーカー。
請求項１又は２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又は２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。