TWI584328B

TWI584328B - 接點結構

Info

Publication number: TWI584328B
Application number: TW100141008A
Authority: TW
Inventors: 田中新; 鈴木克彰
Original assignee: 太谷電子日本合同公司
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2017-05-21
Also published as: JPWO2012063869A1; EP2639809A4; CN103282993A; CN103282993B; US9520245B2; EP2639809A1; JP6173691B2; WO2012063869A1; TW201230117A; KR20130143600A; KR101914186B1; US20130299323A1

Description

接點結構

本發明係關於一種用於繼電器、斷路器等開關的雙斷(或是雙閉)接點結構，及具有此種接點結構之電路保護設備。

繼電器等開關使用各種型式的接點。此種接點中廣泛使用雙斷(或是雙閉)接點結構。本說明書中所謂「雙斷(或是雙閉)接點結構」，係指具有閉合電路功能及斷開電路功能的接點結構，前者功能係藉由設於用作一個移動構件之移動端子的部分之接點(亦即移動接點)，與設於用作二個固定構件之各個固定端子的部分之接點(亦即固定接點)機械性接觸，而形成二處之電性連接部(亦即雙閉處)，結果在移動構件與固定構件之間閉合電路；而後者功能係藉由從接點如此接觸之狀態移動構件之接點從固定構件之接點離開，而形成二處之電性不連接部(亦即雙斷處)，結果在移動構件與固定構件之間斷開電路。亦即，將存在二對可逆地形成接觸狀態或不接觸狀態之接點的接點結構稱為雙斷(或是雙閉)接點結構。

另外，此種接點亦可為設於在移動構件及固定構件中用作端子之部分，通常係設於端部之任何一個適當的形態，例如亦可為各種形態之突出部、平坦的板或是其一部分。一種樣態為設於固定構件之接點係突起，例如係球之一部分(例如半球突起)，而設於移動構件之接點係平坦板。其他之態樣亦可為設於固定構件的接點係平坦板，而設於移動構件之接點係突起。另外，在平坦板形態之情況，亦可不另外設置板，亦可為端子本身具有接點之功能。另外，設於移動構件之接點，亦可為藉由導電性材料而一體連接之單一形態，具體而言，可為設於移動構件之細長平坦的帶(strip)的形態，再者，亦可在此種帶上設突起。

此種「雙斷(或是雙閉)接點結構」與只有一對接點之單斷接點結構比較，氣隙(air gap)長度為二倍。因此，由於電路斷開時產生之電弧能分散於2個氣隙中，具有接點不易熔敷的優點，因而被廣泛利用。

例如在WO2009/128535號中提出有採用上述「雙斷(或是雙閉)接點結構」之電路保護設備。該設備係具有電路開關元件以及PTC元件而構成，該電路開關元件具有作為電路開關部件之雙金屬元件、及移動接點而構成。該電路保護設備之二個移動接點與2個固定接點分別為接觸狀態(亦即雙閉狀態)，從電流流入電路之狀態，例如因發生某些異常狀態，過剩之電流流入電路，當雙金屬元件之溫度超過臨限溫度時，藉由雙金屬元件變形，移動接點位移而成為從固定接點離開之狀態(亦即雙斷狀態)，藉此電路斷開，而構成保護電路及/或電路內部之電性設備。而後，當異常狀態解除時，雙金屬元件之溫度下降而恢復原來形狀，移動接點與固定接點在二處接觸，電流再度流入電路。

此種電路保護設備為了適切發揮電路保護功能，需要藉由雙金屬元件之變形，而在二處充分且確實地造成接點間之接觸及其解除。

【先前技術文獻】

【專利文獻】

【專利文獻1】WO2009/128535號

[發明所欲解決之課題]

在上述之「雙斷(或是雙閉)接點結構」中，通常移動接點設於作為移動構件之金屬帶的用作移動端子之端部。欲將電路保護設備進一步縮小時，須進一步縮短固定端子(或是固定接點)間的距離。此種情況下，移動構件之寬度亦同時縮短，結果會發生在二處無法確實且充分地進行接點間的接觸，亦即會發生所謂「一端接觸」狀態。此種情況會發生在一處接點間之接觸電阻變大的問題。

因此，本發明所欲解決之課題為提供一種在「雙斷(或是雙閉)接點結構」中，於二處儘可能以相同狀態產生接點間之接觸的手段。

[解決課題之手段]

第一要旨中，本發明提供一種接點結構(詳細而言，為雙斷(或是雙閉)接點結構)，(可用於電路保護設備)，該接點結構具有：二個固定構件，其分別具有固定接點；及一個移動構件，其具有與各個固定構件之固定接點接觸，或是從各個固定構件之固定接點離開的移動接點而構成；其特徵為：且移動構件全體為帶的形態，其一方端部係以移動構件可進行上述接觸及離開之方式而支撐，移動構件之另一方端部具有移動接點而構成，移動構件在其兩端部之間具有縮頸部分。

本說明書中所謂「帶的形態」，係指矩形形狀，且宜為細長之矩形形狀，而厚度比其他維度(長度及寬度)小，通常為可忽略之形態。因而，本說明書中關於本發明之說明，就移動構件之厚度忽略。帶的形態例如係指細長之長方形的形狀，不過形成該形狀之線不需要係直線，只要宏觀性觀察時係細長的長方形即可，構成此等之邊例如亦可為直線及曲線之組合。另外，所謂細長之矩形形狀，係指長方形的長邊對短邊之比至少為2的形狀。

此外，所謂「全體為帶的形狀」，假設忽略縮頸部分，或是縮頸部分不存在時，係指移動構件係上述帶的形態。此外，所謂「縮頸部分」，係指對規定如此假設時之帶的長邊垂直方向之維度(亦即帶的短邊)，其寬度更小之部分。但是，縮頸部分不存在於帶形態之端部，而存在於端部與端部之間。此種縮頸部分宜以帶之寬度在其長度方向的指定部位，從兩邊緣(亦即長邊)以相同距離引入(或是凹入)的方式而形成。

第一圖係以其平面圖模式顯示構成本發明之接點結構的移動構件10之一例。如圖示，在移動構件之兩端部12,14之間存在縮頸部分16。該移動構件10若不存在縮頸部分16，亦即若考慮以虛線18,20表示之部分亦為移動構件的外緣，則移動構件10具有細長形狀，例如具有細長之長方形或矩形的形態。因此移動構件10全體具有帶的形態。

此外，縮頸部分16具有對帶之長邊22垂直方向的維度(亦即帶之短邊24方向的維度)，亦即具有寬度a，其寬度a比縮頸部分以外之部分的寬度b小。換言之，縮頸部分係藉由帶形態相對之長邊中的一部分向內側凹陷，形成凹部26而形成。凹部26之形狀(此處為亦包含虛線部分之形狀)亦可為任何適切之形態，如圖示，亦可為矩形或正方形。其他之形態亦可為三角形、半圓形或梯形，形成此等形狀之線如圖示亦可為直線，或是亦可為曲線。再者，其他樣態係凹部26之形狀亦可為前述例示之各種形狀的任何一個之組合。本發明一種樣態之凹部形狀宜為矩形、梯形、三角形或半圓形。

另外，縮頸部分之形狀、縮頸部分之位置(第一圖中之縮頸部分的中央部對移動構件之長度L的位置)、縮頸部分之寬度a、縮頸部分之深度c(第一圖之長度c1,c2，此等宜相同)、縮頸部分之長度d(參照第二圖，第一圖係對應於虛線之長度)等，可依使用之移動構件，具體而言可依移動構件之材料、移動構件之長度L及移動構件之寬度b等適切選擇。例如，縮頸部分之寬度a特別宜為移動構件之適切寬度b的0.3倍~0.6倍，此外，移動構件之長度L特別宜為適切寬度b之2~4倍。

具體適切之一種樣態，宜為以下之縮頸部分：

移動構件之材料：兼具高強度與優異彈性之材料(例如鈹銅製)

移動構件之長度L：15mm(±10mm)

移動構件之寬度b：10mm(±7mm)

縮頸部分之形狀：矩形或是梯形

縮頸部分之位置：宜接近移動接點(例如第二圖之移動接點106)

(例如距離發揮移動構件之移動端子功能的移動構件之端部，例如為0.05L~0.4L，特別是距離0.1L~0.3L之位置)

縮頸部分之寬度a：宜儘量細(例如a：b=0.5~2:2~4，例如a：b=1:3程度)

凹部之深度c(第一圖之長度c1(=c2))：縮頸部分在移動構件之寬度方向選擇位於中央

縮頸部分之長度d：0.5mm以上(例如0.5mm~15mm，並宜為2mm~12mm，更宜為3~10mm)

移動構件之板厚：0.15mm(±0.05mm)

另外其他樣態，上述L、a及b具有以下之尺寸：

樣態(1)L：16.4mm,b:4.4mm,a:1.5mm

樣態(2)L：22.0mm,b:11.0mm,a:8.0mm

樣態(3)L：25.0mm,b:11.0mm,a:7.0mm

第二要旨中，本發明提供一種具有上述及後述之本發明的接點結構之電路保護設備，該設備其特徵為：具有：電路開關元件，其係具有作為電路開關部件之雙金屬元件及具有移動接點之移動端子而構成；及PTC元件而構成；

(1)PTC元件與移動端子電性並聯連接，

(2)電路開關元件藉由雙金屬元件於動作溫度(Top)下動作，使位於流入電流之移動端子移動，並使移動接點從固定接點離開，可遮斷流過電路開關元件之電流，此外，藉由雙金屬元件在復原溫度(Tcl)下復原，使位於遮斷電流之移動端子移動，並使移動接點與固定接點接觸，可使電流流入電路開關元件，

(3)雙金屬元件配置於PTC元件與移動端子之間。

此種電路保護設備中，一個適宜的態樣為：(4)雙金屬元件之動作溫度(Top)至少比復原溫度(Tcl)高20℃，及/或(5)PTC元件之跳開溫度(Ttr)至少比雙金屬元件之動作溫度高10℃。

另外，本發明還提供一種具有此種電路保護設備而構成之電路(亦包含電子電路的概念)，進一步也提供具有此種電路而構成之電性裝置(亦包含電子裝置的概念)。

[發明之效果]

本發明之接點結構係藉由存在縮頸部分，使位於縮頸部分兩側之移動構件的各部分，容易在移動構件之長度方向軸的周圍相對地旋轉於相反方向，結果，產生移動接點與固定接點之其中一對接觸，而移動接點與固定接點之另一對不接觸之狀態時(亦即為「一邊接觸」狀態時)，接觸之對的固定接點擠壓移動接點，配置有移動接點之移動構件的部分藉由其擠壓力而如上述旋轉，結果，尚未接觸之移動接點接近固定接點，而最後接觸。

存在縮頸部分時，由於上述旋轉所需之力比使移動接點接近固定接點之力小即可，因此，即使好像會發生「一邊接觸」狀態，仍可輕易防止其發生。結果即使在接點結構中使各固定端子間之距離進一步縮小，仍可儘量抑制一邊接觸，因此可使電路保護設備進一步縮小。

第二圖係以斜視圖模式顯示本發明之接點結構100。移動構件102具有用作其移動端子104之配置於其一方端部分的移動接點106，在移動端子104之後方具有縮頸部分108。另外，忽略移動構件之厚度而顯示。

在移動端子104之下方配置二個固定構件110及112，並在各個一方端部分配置用作其固定端子114及116之固定接點118及120。

各個固定接點118及120係以藉由作用於移動構件之力，亦即藉由使移動端子接近固定端子而作用之力及其反作用力，可與相對之移動接點106接觸，並可從接觸之狀態離開的方式而構成。另外，圖示之狀態為移動接點係單一之形態，不過亦可以相對於各個固定接點之方式將二個移動接點設於移動端子上。

原本圖示之移動端子104以及固定端子114及116係構成作用此等相互接近之力(例如以接近固定端子114及116之方式而對移動端子104作用向下之力)時，分別設置之各接點可相互充分接觸，不過會發生例如因製造過程或其後之處理時作用的力，而未必可確保其充分性。

本來電流從固定端子110經過移動端子104而流入固定端子112時，兩方接點應為相互接觸之狀態，例如圖示，儘管固定接點120與移動接點106接觸，而固定接點118係形成從移動接點106稍微離開之狀態。此時無法流入電流。

但是，本發明之接點結構係在固定接點120與移動接點106之右側部分接觸之後，對移動端子104進一步作用向下之力時，如箭頭A所示，係作用將移動端子106之右側部分向上擠壓之力。此時，因為存在縮頸部分108，所以如箭頭B所示，移動端子可在移動構件之長度方向軸122的周圍輕易地進行軸旋轉。此時，如箭頭C所示，係作用將移動端子106之左側部分向下壓下之力，結果移動接點106之左側部分與固定接點118接觸。

因而可理解，縮頸部分108之長度d愈長，且縮頸部分之寬度a愈小，移動端子104愈可以更小之力旋轉。但是，寬度a過度小時，及/或長度d過度大時，縮頸部分108無法一體堅固地連接、保持其後方之移動構件與移動端子104。因而如上述，可依使用之移動構件的材料、移動構件之長度L、移動構件之寬度b、縮頸部分之形狀及位置、以及作用於移動端子之力(例如第二圖之箭頭A方向的力)，適切選擇縮頸部分之長度d及寬度a。

將具有本發明之接點結構而構成的電路保護設備，亦即本發明之電路保護設備的一例之剖面圖模式顯示於第三圖，並將其分解斜視圖模式顯示於第四圖。圖示之本發明的電路保護設備200具有：電路開關元件，其係具有作為電路開關部件之雙金屬元件及移動構件而構成；以及PTC元件；且

(1)PTC元件與電路開關元件電性並聯連接，

(2)電路開關元件係構成藉由雙金屬元件於動作溫度(Top)下動作，使位於流入電流之移動端子(詳細而言係配置在此之移動接點)移動，從固定端子(詳細而言係配置在此之固定接點)離開，可遮斷流過電路開關元件之電流，此外，藉由雙金屬元件在復原溫度(Tcl)下復原，使電流通電，可使位於遮斷之狀態下的移動端子(詳細而言係配置在此之移動接點)移動，並與固定端子(詳細而言係配置在此之固定接點)接觸，而可使電流流入電路開關元件。

圖示之電路保護設備200中，在PTC元件210之下側及上側分別配置有下側導線(lead)230及上側導線232。此等例如藉由焊錫接合而電性連接。再者，各個固定構件221及220例如藉由電阻焊接接合、超音波焊接接合而分別電性連接於此等導線230及232。固定構件220及221之一方端部(第三圖中之右端部分)連接於指定之電路的端子等，電路保護設備串聯配置於電路上。

另外，用於電路保護設備之PTC元件只要是本身用作電路保護裝置，一般而言具有層狀之導電性PTC部件及配置於其兩側之金屬電極而構成的慣用之PTC元件即可。導電性PTC部件亦可由陶瓷構成，或是亦可由聚合物材料構成。特別適宜之PTC元件係稱為聚合物PTC元件，可適切使用將導電性填料(例如碳、鎳、鎳-鈷填料等)分散於聚合物材料(例如聚乙烯、聚偏氟乙烯等)中，構成具有導電性聚合物部件之PTC元件。

此外，在PTC元件210上亦配置有基板238。圖示之樣態係基板238具有向上突出之部分239，在其部分239之上依序配置雙金屬元件214、間隔物240、移動構件216及上側板242，此等如圖示係藉由插銷244之鉚接而一體化。另外，基板238與PTC元件210之連接亦可採用任何適當之方法來實施，例如亦可藉由焊錫連接來實施。

圖示之樣態係整個移動構件216具有帶結構，其一方端部發揮移動端子217之功能，另一方端部為了如上述地支撐(或固定)移動端子而發揮與其他構件形成一體之功能。移動構件216在此等端部之間具有縮頸部分213。雙金屬元件214之形狀依溫度而變化(亦即彎曲)，藉由其頂端部215之位置向上或向下變化，使移動構件216彎曲，或是朝向原來形狀變形，結果移動端子217之位置上下移動。

第三圖所示之樣態中，雙金屬元件214為復原之狀態(亦即在電路發揮正常功能之狀態)，雙金屬元件214之頂端部215從移動構件216離開。另外，圖示之樣態係移動構件216在朝向原來形狀返回的狀態。結果，移動構件之作為移動端子217而發揮功能的配置於頂端部之移動接點218及219，與位於固定構件220及221左側端部，並配置於作為固定端子而發揮功能之部分的接點222及223接觸。因此，將此種狀態之電路保護設備配置於電路(無圖示)上，並在電路上流入電流時，其電流係按照固定構件220→固定接點222→移動接點219→移動接點218→固定接點223→固定端子221之順序流動。

圖示之樣態係作用移動構件216之導電性金屬材料的彈性，以及雖是朝向移動構件之原來形狀，不過與原來形狀不同，而以圖示之形狀保持，亦即因受到拘束而產生之在移動端子217中使其向下移動之力(與第二圖之箭頭A相反方向之力)。若是如第二圖所示，僅一方固定接點與移動接點之對接觸時，在如此接觸之部位，作用第二圖之箭頭A方向的力，如上述，另一方之各接點亦可接觸。

在圖示之樣態中，電路發生異常而流入過剩電流時，移動構件216之移動端子217附近成為高溫，移動構件216之溫度上昇，並且其熱傳導至雙金屬元件214，因而雙金屬元件214動作。結果，雙金屬元件214反轉，其頂端部215向上彎曲，頂起移動端子217，而解除移動接點218及219與固定接點223及222之接觸狀態，亦即，固定接點222與移動接點219間之電性連接、及固定接點223與移動接點218間之電性連接被斷開。此時，PTC元件210還不是跳開狀態，而是足夠低電阻時，電流按照固定構件220→上側導線232→PTC元件210→下側導線230→固定構件221之順序分流流動。

電路無異常變化時，過剩電流係流過PTC元件210，因此，其後PTC元件210跳開，結果流過電路之電流實質地遮斷，可保護電路。另外從之前的說明可輕易理解，本發明之電路保護設備中，電路開關元件係電流流過移動端子及/或設於其上之移動接點，雙金屬元件本身並無電流流入之無通電型式的電路開關元件。

另外，如第三圖及第四圖所示，上述本發明之電路保護設備200係從機殼246之開口部248插入內部，開口部藉由絕緣性樹脂250及接著劑252而密封。

10．．．構成接點結構之移動構件

12,14．．．端部

16．．．縮頸部分

18,20．．．虛線部分

22．．．長邊

24．．．短邊

26．．．凹部

a．．．縮頸部分之寬度

b．．．移動構件之寬度

c．．．縮頸部分之深度

d．．．縮頸部分之長度

100．．．接點結構

102．．．移動構件

104．．．移動端子

106．．．移動接點

108．．．縮頸部分

110,112．．．固定構件

114,116．．．固定端子

118,120．．．固定接點

122．．．移動構件之長度方向軸

200．．．電路保護設備

210．．．PTC元件

213．．．縮頸部分

214．．．雙金屬元件

215．．．雙金屬元件之頂端部

216．．．移動構件

217．．．移動端子

218,219．．．移動接點

220,221．．．固定構件

222,223．．．固定接點

230．．．下側導線

232．．．上側導線

238．．．基板

240．．．間隔物

242．．．上側板

244．．．插銷

246．．．機殼

248．．．開口部

250．．．絕緣材料

252．．．接著劑

第一圖係以其平面圖模式顯示構成本發明之接點結構的移動構件之一例。

第二圖係以其斜視圖模式顯示本發明之接點結構的一例。

第三圖係以其剖面圖模式顯示具有本發明之接點結構而構成的本發明之電路保護設備的一例。

第四圖係以其分解斜視圖模式顯示第三圖所示之本發明的電路保護設備。