JPWO2020022298A1 - ブレーカー、安全回路及び２次電池パック - Google Patents

Abstract

第１端子片２は、ＰＴＣサーミスター６と電気的に接続される第１接続部２３を有し、第２端子片３は、ＰＴＣサーミスター６と電気的に接続される第２接続部３３を有する。ＰＴＣサーミスター６は、熱応動素子５と対向する第１面６１と、熱応動素子５と対向しない第２面６２とを有する。第１接続部２３及び第２接続部３３は、第２面６２でＰＴＣサーミスター６と接続されている。

Description

本発明は、電気機器の安全回路に用いて好適な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、端子片、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、固定片及び端子片の端子がケースから突出し、電気機器の電気回路に接続されて使用される。

ＷＯ２０１７−２１７００３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間的に遮断（以下、瞬断と記す）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。

上記特許文献１に記載されているブレーカーでは、リードワイヤーを介してＰＴＣサーミスターの上側電極と可動接点板とを接続することにより、電力供給の瞬断を防止している。

しかしながら、このようなブレーカーでは、高さ寸法が肥大し、小型化を図ることが困難となる。また、ブレーカーの構成及び製造工程が複雑となり、コストアップを招来する。

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、小型化を図りつつ、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主たる目的とする。また、簡素で低コストな構成により、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、第１端子及び固定接点を有する第１端子片と、可動接点を有し、可動接点を固定接点に押圧して接触させる可動片と、第２端子を有し、可動片に電気的に接続されている第２端子片と、温度変化に伴って変形することにより可動接点が固定接点から離隔するように可動片を作動させる熱応動素子と、第１端子片と第２端子片と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であって、第１端子片は、正特性サーミスターと電気的に接続される第１接続部を有し、第２端子片は、正特性サーミスターと電気的に接続される第２接続部を有し、正特性サーミスターは、熱応動素子と対向する第１面と、熱応動素子と対向しない第２面とを有し、第１接続部及び第２接続部は、第２面で正特性サーミスターと接続されている、ことを特徴とする。

本発明に係るブレーカーにおいて、前記第２面には、前記第１接続部と電気的に接続される第１電極と、前記第２接続部と電気的に接続される第２電極とが形成されている、ことが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいて、前記第２面は、前記正特性サーミスターの厚さ方向で、前記第１面とは反対側に配されている、ことが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいて、前記第１接続部及び前記第２接続部は、同一平面上に配されている、ことが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいて、前記第２面は、前記正特性サーミスターの前記第１面と交差する側面である、ことが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいて、前記第１接続部及び前記第２接続部は、前記可動片の長手方向で対向して配されている、ことが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいて、前記熱応動素子は、変形時に前記第１面と当接する、ことが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいて、前記正特性サーミスターは、前記第１接続部及び前記第２接続部と導電性接着剤を介して固着されている、ことが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいて、前記可動片及び前記熱応動素子を収容するための第１穴部と、前記正特性サーミスターを収容するための第２穴部とを有する第１ケースと、前記第１穴部及び第２穴部を閉鎖するために前記第１ケースに装着される第２ケースと、をさらに備え、前記第１端子片及び前記第２端子片は、前記第１ケースに埋設されている、ことが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいて、前記第１接続部及び前記第２接続部は、前記第２穴部に露出している、ことが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいて、前記正特性サーミスターは、前記第２穴部に圧入されている、ことが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいて、前記正特性サーミスターの前記第１電極と、前記第２電極との間の電気抵抗は、１〜２Ωである、ことが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいて、前記第１面には、前記正特性サーミスターを補強するための金属板が設けられている、ことが望ましい。

本発明の電気機器用の安全回路は、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、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端子は第１接続部において、第２端子は第２接続部においてそれぞれ正特性サーミスターと電気的に接続される。従って、簡素で低コストな構成により、電力供給の瞬断を抑制することが可能となる。また、第１接続部及び第２接続部は、熱応動素子と対向しない第２面で正特性サーミスターと接続されているので、熱応動素子と正特性サーミスターとを接近させて配置することができ、ブレーカーの寸法が肥大することがない。従って、容易に小型化を図りつつ、電力供給の瞬断を抑制することが可能となる。さらにまた、特許文献１に開示されているリードワイヤー等の構成が不要となるため、簡素で低コストな構成により、電力供給の瞬断を抑制できるようになる。

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み立て前の斜視図。 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。 ＰＴＣサーミスターを示す斜視図。 落下時における上記ブレーカーを示す断面図。 上記ブレーカーの変形例の概略構成を示す断面図。 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。 図４のＰＴＣサーミスターの変形例を示す斜視図。 図９のＰＴＣサーミスターが適用されたブレーカーの通常の充電又は放電状態を示す断面図。 図９のＰＴＣサーミスターが適用されたブレーカーの過充電状態又は異常時の状態を示す断面図。 図４のＰＴＣサーミスターの別の変形例を示す斜視図。 図１２のＰＴＣサーミスターが適用されたブレーカーの通常の充電又は放電状態を示す断面図。 図１２のＰＴＣサーミスターが適用されたブレーカーの過充電状態又は異常時の状態を示す断面図。

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している。図１及び図３に示されるように、ブレーカー１は、一部がケース１０から外部に露出する一対の端子、すなわち第１端子２２及び第２端子３２を備える。第１端子２２及び第２端子３２が外部回路（図示せず）と電気的に接続されることにより、ブレーカー１は、電気機器の安全回路の主要部を構成する。

図１に示されるように、ブレーカー１は、固定接点２１及び第１端子２２を有する第１端子片２と、第２端子３２を有する第２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等によって構成されている。

第１端子片２、第２端子片３、可動片４、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６は、ケース１０に収容されている。ケース１０は、ケース本体（第１ケース）７とケース本体７の上面に装着される蓋部材（第２ケース）８等によって構成されている。

第１端子片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７にインサート成形により埋め込まれている。

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、形成されている。固定接点２１は、第１端子片２のうち、可動接点４１に対向する位置に形成され、ケース本体７の内部に形成されている開口７３ａの一部からケース本体７の収容凹部７３に露出されている。

固定接点２１を挟んで、第１端子片２の一端側には外部回路と電気的に接続される第１端子２２が形成され、他端側には、ＰＴＣサーミスター６と電気的に接続される第１接続部２３が形成されている。第１端子２２は、ケース本体７の側壁から露出し、回路基板のランド部とはんだ付け等の手法により接続される。

本出願においては、特に断りのない限り、第１端子片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Ａ面、その反対側の底面をＢ面として説明している。他の部品、例えば、第２端子片３、可動片４及び熱応動素子５、ケース１０、カバー片９等についても同様である。

第１接続部２３は、ケース本体７の内部に形成されている開口７３ｄの一部からケース本体７の収容凹部７３に露出し、ＰＴＣサーミスター６と電気的に接続される。

図２に示されるように、第１端子片２は、階段状（側面視でクランク状）に曲げられた段曲げ部２５を有する。段曲げ部２５は、固定接点２１と第１接続部２３とを繋ぎ、固定接点２１と第１接続部２３とを高さ違いに配置する。これにより、ＰＴＣサーミスター６をコンパクトに収納可能となる。

第２端子片３は、第１端子片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７にインサート成形により埋め込まれている。第２端子片３は、可動片４が接合される接合部３１と、外部回路と電気的に接続される第２端子３２と、ＰＴＣサーミスター６と電気的に接続される第２接続部３３を有している。

接合部３１は、ケース本体７の内部に形成されている開口７３ｂの一部からケース本体７の収容凹部７３に露出し、可動片４と電気的に接続される。

接合部３１を挟んで、第２端子片３の一端側には外部回路と電気的に接続される第２端子３２が形成され、他端側には、ＰＴＣサーミスター６と電気的に接続される第２接続部３３が形成されている。第２端子３２は、ケース本体７の側壁から露出し、回路基板のランド部とはんだ付け等の手法により接続される。

第２接続部３３は、ケース本体７の内部に形成されている開口７３ｄの一部からケース本体７の収容凹部７３に露出し、ＰＴＣサーミスター６と電気的に接続される。第１接続部２３と第２接続部３３とは、可動片４の長手方向で距離を隔てて配されている。第１接続部２３と第２接続部３３との間には、ケース本体７を構成する樹脂が充填されている。

第２端子片３は、階段状に曲げられた段曲げ部３５を有する。段曲げ部３５は、接合部３１と第２接続部３３とを繋ぎ、接合部３１と第２接続部３３とを高さ違いに配置する。これにより、ＰＴＣサーミスター６をコンパクトに収納可能となる。

可動片４は、銅等を主成分とする金属材料をプレス加工することにより板状に形成されている。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の一端部には、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可動片４のＢ面に形成され、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の他端部には、第２端子片３の接合部３１と接合される接合部４２が形成されている。第２端子片３の接合部３１のＡ面と可動片４の接合部４２のＢ面とは、例えば、レーザー溶接によって固着されている。これにより、第２端子片３と可動片４とが電気的に接続される。レーザー溶接とは、レーザー光をワーク（本実施形態では、第２端子片３及び可動片４が相当）に照射し、ワークを局部的に溶融及び凝固させることによってワーク同士を接合する溶接手法である。レーザー光が照射されたワークの表面には、他の溶接手法（例えば、ジュール熱を利用する抵抗溶接）による溶接痕とは異なる形態のレーザー溶接痕が形成される。

可動片４は、可動接点４１と接合部４２との間に、弾性部４３を有している。弾性部４３は、接合部４２から可動接点４１の側に延出されている。これにより、接合部４２は、弾性部４３を挟んで可動接点４１とは反対側に設けられる。

接合部４２において第２端子片３の接合部３１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、第１端子片２と可動片４とが通電可能となる。可動片４と第２端子片３とは、接合部３１及び接合部４２において電気的に接続されているので、第１端子片２と第２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、作動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Ｂ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及び図３参照）。

熱応動素子５は、可動片４の状態を可動接点４１が固定接点２１に接触する導通状態から可動接点４１が固定接点２１から離隔する遮断状態に移行させる。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。過熱により作動温度に達すると、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、可動片４が遮断状態にあるとき、第１端子片２と第２端子片３及び可動片４とを導通させる。ＰＴＣサーミスター６は、第１端子片２の第１接続部２３及び第２端子片３の第２接続部３３と熱応動素子５との間に配設されている。熱応動素子５の逆反り動作により第１端子片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、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１０を構成するケース本体７及び蓋部材８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、樹脂以外の絶縁材料を適用してもよい。

ケース本体７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内部空間である収容凹部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７に組み込まれた熱応動素子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適宜当接され、熱応動素子５の逆反り時に案内される。

蓋部材８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又はステンレス鋼等の金属をプレス加工することにより板状に形成される。カバー片９は、図２及び図３に示すように、可動片４のＡ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８のひいては筐体としてのケース１０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。

図１に示すように、第１端子片２、第２端子片３、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７の開口７３ａ、７３ｂ、７３ｃ等を塞ぐように、蓋部材８が、ケース本体７に装着される。ケース本体７と蓋部材８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７と蓋部材８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１０の気密性が向上する。これにより、収容凹部７３がもたらすケース１０の内部空間は密閉され、可動片４、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６等の部品がケース１０の外部の雰囲気から遮断され、保護されうる。

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の第１端子片２と第２端子片３との間は導通している。可動片４の弾性部４３と熱応動素子５とが接触し、可動片４、熱応動素子５、ＰＴＣサーミスター６及び第１端子片２は、回路として導通していてもよい。

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、作動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。ブレーカー１の内部で熱応動素子５が変形し、可動片４を押し上げるときの熱応動素子５の作動温度は、例えば、７０℃〜９０℃である。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。なお、本実施形態では、作動温度に達した熱応動素子５が逆反り変形する状況においても頂部４３ａと突出部９１との当接が維持される。これにより、頂部４３ａと突出部９１との当接箇所が支点となって可動片４が押し上げられ、固定接点２１と可動接点４１との距離が容易に維持される。また、可動片４が突出部９１によって支持されて、突出部９１が熱応動素子５の押し上げ力の一部を負担するので、可動片４の接合部４２にかかる力が抑制され、接合部３１からの接合部４２の剥離が抑制される。

図４は、ＰＴＣサーミスター６を示している。ＰＴＣサーミスター６は、熱応動素子５と対向する第１面６１と、熱応動素子５と対向しない第２面６２とを有している。図４において、第１面６１は上方に面する。第２面６２は、下方に面する第２面６２ａ、側方に面する第２面６２ｂ，６２ｃを含んでいる。第２面６２ｂ，６２ｃは、第１面６１と交差する側面である。

ＰＴＣサーミスター６の抵抗値は、加熱に伴い急激に増大する。ＰＴＣサーミスター６の状態が低抵抗状態から高抵抗状態に移行する温度は、トリップ温度と称される。

図１等に示されるように、本実施形態のブレーカー１では、第１端子片２の第１接続部２３及び第２端子片３の第２接続部３３は、ＰＴＣサーミスター６の第２面６２ａと接続されている。

図５は、熱応動素子５の動作温度未満の温度下で、落下に伴う衝撃によって固定接点２１から可動接点４１が離隔している状態のブレーカー１を示している。ブレーカー１に大きな衝撃が加えられると、固定接点２１から可動接点４１が離隔し、第１端子片２と弾性部４３との導通が遮断される。

本ブレーカー１では、上述した第１端子片２と弾性部４３との導通が遮断される事態にあっても、第１接続部２３及び第２接続部３３とＰＴＣサーミスター６の第２面６２ａとの接続状態は維持される。従って、トリップ温度未満で低抵抗状態にあるＰＴＣサーミスター６を介して第１端子片２と第２端子片３との導通が維持され、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。

また、第１接続部２３及び第２接続部３３は、熱応動素子５と対向しない第２面６２ａでＰＴＣサーミスター６と接続されているので、熱応動素子５とＰＴＣサーミスター６とを接近させて配置することができ、ブレーカー１の寸法が肥大することがない。従って、容易に小型化を図りつつ、電力供給の瞬断を抑制することが可能となる。さらにまた、特許文献１に開示されているリードワイヤー等の構成が不要となるため、簡素で低コストな構成により、電力供給の瞬断を抑制できるようになる。

なお、図３に示される遮断状態では、熱応動素子５が逆反り変形するほどの温度に上昇しているため、ＰＴＣサーミスター６は、トリップ温度以上の高抵抗状態にある。従って、ＰＴＣサーミスター６において大きな電圧降下が生じ、第１端子片２と第２端子片３との間を流れる電流は上述した自己保持回路を維持できる程度である。

図４に示されるように、ＰＴＣサーミスター６の固定接点２１側の端部には、第１接続部２３と電気的に接続される第１電極６３が形成されている。一方、ＰＴＣサーミスター６の接合部３１側の端部には、第２接続部３３と電気的に接続される第２電極６４が形成されている。本実施形態では、ＰＴＣサーミスター６は、第２面６２ａにおいて第１接続部２３及び第２接続部３３と接続されるので、第１電極６３及び第２電極６４は少なくとも第２面６２ａに形成されていればよい。なお、ＰＴＣサーミスター６としてセラミック焼結体が用いられる場合には、第１電極６３と第２電極６４との間の抵抗値を低くするために、電極間の距離（接点ギャップ）が短く設定されるのが好ましい。例えば、製造上の精度及び電流のリークも考慮すると、上記電極間の距離は、０．１〜０．５ｍｍが好ましい。

第１電極６３及び第２電極６４によって、ＰＴＣサーミスター６と第１接続部２３及び第２接続部３３との接触抵抗が低減され、上記瞬断時における第１端子片２と第２端子片３との間の電圧降下が抑制される。

本実施形態では、ＰＴＣサーミスター６の厚さ方向で、第１面６１とは反対側に配されている第２面６２ａでＰＴＣサーミスター６と第１接続部２３及び第２接続部３３との導通が維持される。従って、熱応動素子５とＰＴＣサーミスター６の第１面６１との間に介在する部材（例えば、特許文献１におけるリードワイヤー）を廃することができ、熱応動素子５とＰＴＣサーミスター６とを接近させて配置することが可能となる。

第１接続部２３及び第２接続部３３は、同一平面上に配されているのが望ましい。このような構成により、ケース本体７の厚さ寸法を抑制し、ブレーカー１の低背化を図ることができる。また、ＰＴＣサーミスター６の第２面６２ａを平面で構成できる。

図１に示されるように、ケース本体７の内側には、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及び熱応動素子５を収容するための第１穴部７５と、ＰＴＣサーミスター６を収容するための第２穴部７６とを有している。第１接続部２３及び第２接続部３３は、第２穴部７６の底壁の一部を構成し、第２穴部７６に露出している。これにより、ケース本体７内で第１接続部２３、第２接続部３３及びＰＴＣサーミスター６がコンパクトに収容される。また、第２穴部７６にＰＴＣサーミスター６を挿入することにより、第１接続部２３及び第２接続部３３と、ＰＴＣサーミスター６の第１電極６３及び第２電極６４とがそれぞれ容易に接続され、ブレーカー１の生産性が高められる。

ＰＴＣサーミスター６の第１面６１は熱応動素子５と対向するので、図３に示されるように、過熱によって変形した熱応動素子５は、第１面６１と当接する。これにより、両者の当接箇所が熱応動素子５及び可動片４の弾性部４３の支点として作用し、固定接点２１からの可動接点４１の距離が十分に確保される。

ＰＴＣサーミスター６は、第１接続部２３及び第２接続部３３と導電性接着剤を介して固着されているのが望ましい。導電性接着剤としては、例えば、銀ペースト等の導電性に優れた金属粉を成分として含む接着剤が挙げられる。このような構成によって、ＰＴＣサーミスター６と第１接続部２３及び第２接続部３３との接触抵抗が低減される。また、ブレーカー１に落下等の大きな衝撃が加えられた場合であっても、第１接続部２３及び第２接続部３３からのＰＴＣサーミスター６の離隔が抑制される。

ＰＴＣサーミスター６は、第２穴部７６に圧入されるように構成されていてもよい。このような構成は、第２穴部７６のサイズをＰＴＣサーミスター６よりも僅かに小さく設定することより実現できる。ＰＴＣサーミスター６が第２穴部７６に圧入されることにより、ＰＴＣサーミスター６が第２穴部７６の側壁等で強固に固定され、ブレーカー１に落下等の大きな衝撃が加えられた場合であっても、第１接続部２３及び第２接続部３３からのＰＴＣサーミスター６の離隔がより一層抑制される。

図６は、図１乃至図３、図５に示されるブレーカー１の変形例であるブレーカー１Ａの断面を示している。ブレーカー１Ａのうち、以下で説明されてない部分については、上述したブレーカー１の構成が採用されうる。

ブレーカー１Ａは、ＰＴＣサーミスター６の第２面６２ｂ，６２ｃにて第１端子片２Ａ、第２端子片３Ａと接続される点でブレーカー１とは異なる。第２面６２ｂは、ＰＴＣサーミスター６の固定接点２１の側を向く側面であり、第２面６２ｃは、ＰＴＣサーミスター６の接合部３１の側を向く側面である。

これに伴い、第１端子片２Ａ及び第２端子片３Ａの形状は、第１端子片２及び第２端子片３から変更されている。すなわち、第１端子片２Ａは、第２面６２ｂと電気的に接続される第１接続部２３Ａを有する。第１接続部２３Ａは、第２面６２ｂに沿ってＰＴＣサーミスター６の厚さ方向に曲げられている。本実施形態では、第１接続部２３Ａは、熱応動素子５から離れる方向に屈曲されているが、熱応動素子５に接近する方向に屈曲されていてもよい。

同様に、第２端子片３Ａは、第２面６２ｃと電気的に接続される第２接続部３３Ａを有する。第２接続部３３Ａは、第２面６２ｃに沿ってＰＴＣサーミスター６の厚さ方向に曲げられている。本実施形態では、第２接続部３３Ａは、熱応動素子５から離れる方向に屈曲されているが、熱応動素子５に接近する方向に屈曲されていてもよい。

本ブレーカー１Ａでは、上述した第１端子片２Ａと弾性部４３との導通が遮断される事態にあっても、第１接続部２３Ａ及び第２接続部３３ＡとＰＴＣサーミスター６の第２面６２ｂ，６２ｃとの接続状態は維持される。従って、トリップ温度未満で低抵抗状態にあるＰＴＣサーミスター６を介して第１端子片２Ａと第２端子片３Ａとの導通が維持され、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。

また、第１接続部２３Ａ及び第２接続部３３Ａは、熱応動素子５と対向しない第２面６２ｂ，６２ｃでＰＴＣサーミスター６と接続されているので、熱応動素子５とＰＴＣサーミスター６とを接近させて配置することができ、ブレーカー１の寸法が肥大することがない。従って、容易に小型化を図りつつ、簡素で低コストな構成により、電力供給の瞬断を抑制できるようになる。

ブレーカー１Ａでは、ＰＴＣサーミスター６の第２面６２ａに沿って第１接続部２３Ａ及び第２接続部３３Ａが配されないので、ブレーカー１に対してさらなる低背化を図ることが可能となる。

ブレーカー１Ａでは、ＰＴＣサーミスター６は、第２面６２ｂ，６２ｃにおいて第１接続部２３Ａ及び第２接続部３３Ａと接続されるので、第１電極６３及び第２電極６４は少なくとも第２面６２ｂ，６２ｃに形成されていればよい（図４参照）。

本実施形態では、第１面６１と交差する第２面６２ｂ，６２ｃでＰＴＣサーミスター６と第１接続部２３Ａ及び第２接続部３３Ａとの導通が維持される。従って、熱応動素子５とＰＴＣサーミスター６の第１面６１との間に介在する部材を廃することができ、熱応動素子５とＰＴＣサーミスター６とを接近させて配置することが可能となる。

第１接続部２３Ａ及び第２接続部３３Ａは、可動片４の長手方向で対向して配されている。これにより、ケース本体７の幅寸法（可動片４の短手方向の寸法）が抑制され、ブレーカー１Ａの小型化を図ることが容易となる。

第１接続部２３Ａ及び第２接続部３３Ａは、第２穴部７６の側壁の一部を構成し、第２穴部７６に露出している。これにより、ブレーカー１と同様に、ケース本体７内で第１接続部２３Ａ、第２接続部３３Ａ及びＰＴＣサーミスター６がコンパクトに収容され、また、ブレーカー１Ａの生産性が高められる。

ブレーカー１と同様に、ブレーカー１Ａにおいても、ＰＴＣサーミスター６は、第１接続部２３Ａ及び第２接続部３３Ａと導電性接着剤を介して固着されているのが望ましい。また、ＰＴＣサーミスター６は、第２穴部７６に圧入されるように構成されていてもよい。

本発明のブレーカー１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うる。すなわち、ブレーカー１等は、少なくとも、第１端子２２及び固定接点２１を有する第１端子片２と、可動接点４１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、第２端子３２を有し、可動片４に電気的に接続されている第２端子片３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、第１端子片２と第２端子片３とを導通させるＰＴＣサーミスター６とを備え、第１端子片２は、ＰＴＣサーミスター６と電気的に接続される第１接続部２３を有し、第２端子片３は、ＰＴＣサーミスター６と電気的に接続される第２接続部３３を有し、ＰＴＣサーミスター６は、熱応動素子５と対向する第１面６１と、熱応動素子５と対向しない第２面６２とを有し、第１接続部２３及び第２接続部３３は、第２面６２でＰＴＣサーミスター６と接続されていればよい。

例えば、ケース本体７と蓋部材８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１０は、ケース本体７と蓋部材８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、可動片４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１等の構成が簡素化されて、小型化を図ることができる。

また、本発明のブレーカー１等は、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８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等とを備える。図９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等を備えている。ブレーカー１等を備えたコネクタを含むケーブルによって安全回路５０２の一部が構成されていてもよい。

第１電極６３及び第２電極６４は、例えば、銅又は銅を主成分とする金属板によって構成される。第１電極６３及び第２電極６４の表面には、例えば、ニッケルめっきが施されるのが望ましい。

ＰＴＣサーミスター６の第１電極６３と、第２電極６４との間の電気抵抗は、１〜２Ωが望ましい。上記電気抵抗が１Ω以上であることにより、漏れ電流が適度に抑制される。一方、上記電気抵抗が２Ω以下であることにより、上記瞬断時における第１端子片２と第２端子片３との間の電圧降下が適度に抑制される。

図９は、上記ＰＴＣサーミスター６の変形例であり、本発明のブレーカー１に好適に用いられるＰＴＣサーミスター６Ａの構成を示している。ＰＴＣサーミスター６Ａのうち、以下で説明されてない部分については、上述したＰＴＣサーミスター６の構成が採用されうる。

ＰＴＣサーミスター６Ａは、第１電極６３及び第２電極６４が第２面６２ａのみに形成されている点で、上記ＰＴＣサーミスター６とは相違する。第１電極６３及び第２電極６４の表面には、例えば、ニッケルめっきが施されるのが望ましい。ニッケルめっきによって、第１接続部２３と第１電極６３との間及び第２接続部３３と第２電極６４との間での電圧降下が抑制され、上記瞬断時における第１端子片２と第２端子片３との間の電圧降下が容易に抑制される。

また、ＰＴＣサーミスター６Ａは、第１面６１に金属板６５が設けられていてもよい。金属板６５は、例えば、銅又は銅を主成分とする金属板によって構成されうる。金属板６５は、ＰＴＣサーミスター６Ａの側面で第１電極６３及び第２電極６４とは分離されている。金属板６５は、ＰＴＣサーミスター６Ａを補強し、過熱により熱応動素子５が変形した際のＰＴＣサーミスター６Ａの変形を抑制する。

ＰＴＣサーミスター６Ａでは、第１面６１の全体に金属板６５が形成されている。このような金属板６５によってＰＴＣサーミスター６Ａの撓みが容易に抑制される。

図１０、１１は、ＰＴＣサーミスター６に替えてＰＴＣサーミスター６Ａが適用されたブレーカーを示している。図１０は、図２と同様に通常の充電又は放電状態を示し、図１１は、図３と同様に過充電状態又は異常時において過熱により熱応動素子５が変形した状態を示している。

図１１に示される状態では、可動片４の弾性力（反力）が、熱応動素子５を介して伝達され、ＰＴＣサーミスター６Ａに作用する。本ＰＴＣサーミスター６Ａでは、第１面６１の全体が金属板６５によって補強されているので、可動片４の弾性力がＰＴＣサーミスター６Ａに作用する状況にあっても、ＰＴＣサーミスター６Ａの変形等が抑制される。また、熱応動素子５が逆反り変形する状況においても、熱応動素子５とＰＴＣサーミスター６Ａの第１面６１とが直接的に接触しないので、第１面６１にかかる応力が低減され、ＰＴＣサーミスター６Ａの変形等が抑制される。

図１２は、上記ＰＴＣサーミスター６の別の変形例であり、本発明のブレーカー１に好適に用いられるＰＴＣサーミスター６Ｂの構成を示している。ＰＴＣサーミスター６Ｂのうち、以下で説明されてない部分については、上述したＰＴＣサーミスター６、６Ａの構成が採用されうる。

図１２に示されるように、ＰＴＣサーミスター６Ｂにあっても、第１面６１には金属板６５が設けられている。金属板６５は、ＰＴＣサーミスター６Ｂを補強し、過熱により熱応動素子５が変形した際のＰＴＣサーミスター６Ｂの変形等を抑制する。

ＰＴＣサーミスター６Ｂにおいては、金属板６５の中央部には、金属板６５を厚さ方向に貫通する貫通孔６６が設けられている。ＰＴＣサーミスター６Ｂでは、図１４に示される熱応動素子５が逆反り変形する状況で、熱応動素子５と金属板６５との接触が回避される。これにより、可動片４から熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６Ｂを経て、第１端子片２へと流れる漏れ電流が抑制される。従って、貫通孔６６は、図１４に示される状態で熱応動素子５がＰＴＣサーミスター６Ｂと接触する中央の領域６７（図１２参照）に形成されるのが望ましい。ＰＴＣサーミスター６Ｂにあっては、領域６７は、第１面６１の中央に限られず、端縁にわたって形成されていてもよい。この場合であっても、ＰＴＣサーミスター６Ｂの変形を抑制する観点から、金属板６５は、第１面６１の第１端子片２側の端縁から第２端子片３側の端縁にわたって、少なくとも一部において連続して形成されているのが望ましい。

１ ：ブレーカー
２ ：第１端子片
３ ：第２端子片
４ ：可動片
５ ：熱応動素子
６ ：ＰＴＣサーミスター（正特性サーミスター）
６Ａ ：ＰＴＣサーミスター（正特性サーミスター）
６Ｂ ：ＰＴＣサーミスター（正特性サーミスター）
２１ ：固定接点
２２ ：第１端子
２３ ：第１接続部
３２ ：第２端子
３３ ：第２接続部
４１ ：可動接点
４３ ：弾性部
６１ ：第１面
６２ ：第２面
６２ａ ：第２面
６２ｂ ：第２面（側面）
６２ｃ ：第２面（側面）
６３ ：第１電極
６４ ：第２電極
６５ ：金属板
７５ ：第１穴部
７６ ：第２穴部
５００ ：２次電池パック
５０２ ：安全回路

Claims (15)

1. 第１端子及び固定接点を有する第１端子片と、
   可動接点を有し、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、
   第２端子を有し、前記可動片に電気的に接続されている第２端子片と、
   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、
   前記第１端子片と前記第２端子片と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であって、
   前記第１端子片は、前記正特性サーミスターと電気的に接続される第１接続部を有し、
   前記第２端子片は、前記正特性サーミスターと電気的に接続される第２接続部を有し、
   前記正特性サーミスターは、前記熱応動素子と対向する第１面と、前記熱応動素子と対向しない第２面とを有し、
   前記第１接続部及び前記第２接続部は、前記第２面で前記正特性サーミスターと接続されている、ことを特徴とするブレーカー。
2. 前記第２面には、前記第１接続部と電気的に接続される第１電極と、前記第２接続部と電気的に接続される第２電極とが形成されている、請求項１記載のブレーカー。
3. 前記第２面は、前記正特性サーミスターの厚さ方向で、前記第１面とは反対側に配されている、請求項１又は２に記載のブレーカー。
4. 前記第１接続部及び前記第２接続部は、同一平面上に配されている、請求項３記載のブレーカー。
5. 前記第２面は、前記正特性サーミスターの前記第１面と交差する側面である、請求項１又は２に記載のブレーカー。
6. 前記第１接続部及び前記第２接続部は、前記可動片の長手方向で対向して配されている、請求項３記載のブレーカー。
7. 前記熱応動素子は、変形時に前記第１面と当接する、請求項１乃至６のいずれかに記載のブレーカー。
8. 前記正特性サーミスターは、前記第１接続部及び前記第２接続部と導電性接着剤を介して固着されている、請求項１乃至７のいずれかに記載のブレーカー。
9. 前記可動片及び前記熱応動素子を収容するための第１穴部と、前記正特性サーミスターを収容するための第２穴部とを有する第１ケースと、
   前記第１穴部及び第２穴部を閉鎖するために前記第１ケースに装着される第２ケースと、をさらに備え、
   前記第１端子片及び前記第２端子片は、前記第１ケースに埋設されている、請求項１乃至８のいずれかに記載のブレーカー。
10. 前記第１接続部及び前記第２接続部は、前記第２穴部に露出している、請求項９記載のブレーカー。
11. 前記正特性サーミスターは、前記第２穴部に圧入されている、請求項９又は１０に記載のブレーカー。
12. 前記正特性サーミスターの前記第１電極と、前記第２電極との間の電気抵抗は、１〜２Ωである、請求項２記載のブレーカー。
13. 前記第１面には、前記正特性サーミスターを補強するための金属板が設けられている、請求項２又は１２に記載のブレーカー。
14. 請求項１乃至１３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。
15. 請求項１乃至１３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次電池パック。

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