WO2020245910A1 - ブレーカー、それを備えた安全回路及び2次電池回路 - Google Patents
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- WO2020245910A1 WO2020245910A1 PCT/JP2019/022156 JP2019022156W WO2020245910A1 WO 2020245910 A1 WO2020245910 A1 WO 2020245910A1 JP 2019022156 W JP2019022156 W JP 2019022156W WO 2020245910 A1 WO2020245910 A1 WO 2020245910A1
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H37/00—Thermally-actuated switches
- H01H37/02—Details
- H01H37/04—Bases; Housings; Mountings
Definitions
- the present invention relates to a small breaker or the like built in a secondary battery pack or the like of an electric device.
- breakers have been used as protective devices (safety circuits) for secondary batteries and motors of various electric devices.
- the breaker is used when an abnormality occurs, such as when the temperature of the secondary battery during charging / discharging rises excessively, or when an overcurrent flows through the motor, etc. installed in equipment such as automobiles and home appliances. The current is cut off to protect the next battery and motor.
- the breaker used as such a protective device operates accurately (has good temperature characteristics) by following temperature changes and has a stable resistance value when energized in order to ensure the safety of the equipment. It is required to be.
- Patent Document 1 discloses a breaker to which a bimetal is applied as a heat-responsive element.
- a bimetal is an element that controls the conduction state of contacts by laminating two types of plate-shaped metal materials having different coefficients of thermal expansion and changing the shape according to a temperature change.
- parts such as a fixed piece, a terminal piece, a movable piece, a heat-responsive element, and a PTC thermistor are housed in a case, and the terminals of the fixed piece and the terminal piece protrude from the case and are electrically operated. It is used by being connected to the electric circuit of the device.
- the above case is molded from an insulating thermoplastic resin.
- the resin material that constitutes the case of an electronic component such as a breaker may be filled with a filler such as glass fiber.
- Such fillers increase the strength and rigidity of the case.
- the case is composed of a case body and a lid member.
- a fixed piece is insert-molded into the case body, a movable piece, a heat-responsive element, etc. are housed in the case body, and then a lid member is attached to the case body, and both are ultrasonically welded (paragraph "" of the same document. 0037 ").
- the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a breaker capable of simplifying an inspection process before shipment and improving productivity.
- the present invention deforms a fixed piece having a fixed contact and a movable piece having a movable contact and pressing the movable contact against the fixed contact to bring them into contact with each other with temperature change.
- the heat-responsive element that shifts the movable piece from the conductive state in which the movable contact contacts the fixed contact to the blocking state in which the movable contact is separated from the fixed contact, and the fixed piece, the movable piece, and the heat.
- the case includes a resin material and a filler filled in the resin material, and the surface roughness Rz conforming to JIS B 0601 of the fixed contact is determined. It is characterized in that it is larger than the length of the filler in the lateral direction.
- the surface roughness Rz is 200% or more of the length of the filler in the lateral direction.
- the surface roughness Rsm of the fixed contact according to JIS B 0601 is smaller than the length of the filler in the longitudinal direction.
- the surface roughness Rsm is 150% or more of the length in the longitudinal direction of the filler.
- the fixed contact has a first surface and a second surface that spreads in a plane shape and has a surface roughness Rz larger than that of the first surface.
- the filler is formed in the form of short fibers.
- the ratio of the Vickers hardness of the filler to the Vickers hardness of the fixed contact according to JIS Z 2244 is 9 or less.
- the safety circuit for electrical equipment of the present invention is characterized by including the breaker.
- the secondary battery circuit of the present invention is characterized by including the breaker.
- the surface roughness Rz of the fixed contact according to JIS B 0601 is larger than the length of the filler in the lateral direction. Therefore, even if debris of the case enters between the fixed contact and the movable contact, it is accommodated in the recess (valley) formed on the surface of the fixed contact, and the effect on the contact state between the fixed contact and the movable contact Is suppressed. As a result, the inspection process before shipment can be simplified and the productivity can be improved.
- the perspective view before assembly which shows the schematic structure of the breaker by one Embodiment of this invention.
- the cross-sectional view which shows the said breaker in a normal charge or discharge state.
- the side view which shows the filler contained in the case of the breaker.
- the perspective view which shows the case body in the state which the lid member, the heat reaction element, the movable piece, etc. are removed.
- the circuit diagram of the safety circuit provided with the said breaker of this invention.
- the breaker according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 3 show the configuration of the breaker 1.
- the breaker 1 is mounted on an electric device or the like to protect the electric device from an excessive temperature rise or overcurrent.
- the breaker 1 includes a fixed piece 2 having a fixed contact 21, a movable piece 4 having a movable contact 41 at the tip, a heat-responsive element 5 that deforms with a change in temperature, and a PTC (Positive Temperature Coefficient) thermistor 6. It is composed of a fixed piece 2, a movable piece 4, a heat-responsive element 5, a case 10 for accommodating a PTC thermistor 6, and the like.
- the case 10 is composed of a case body (first case) 7, a lid member (second case) 8 mounted on the upper surface of the case body 7, and the like.
- the fixed piece 2 is formed by, for example, pressing a metal plate containing copper or the like as a main component (in addition, a metal plate such as a copper-titanium alloy, nickel silver, brass, etc.), and is formed by insert molding into the case body 7. It is embedded.
- a terminal 22 electrically connected to an external circuit is formed at one end of the fixed piece 2, and a support portion 23 for supporting the PTC thermistor 6 is formed at the other end side.
- the PTC thermistor 6 is placed on a convex protrusion (dowel) 24 formed at three positions on the support portion 23 of the fixed piece 2 and supported by the protrusion 24.
- the fixed contact 21 is formed at a position facing the movable contact 41 by clad, plating or coating of a highly conductive material such as a copper-silver alloy or a gold-silver alloy in addition to silver, nickel and nickel-silver alloy. , It is exposed from a part of the opening 73a formed inside the case body 7.
- the terminal 22 protrudes outward from the edge of the case body 7.
- the support portion 23 is exposed from the opening 73d formed inside the case body 7.
- the surface on the side where the fixed contact 21 is formed (that is, the upper surface in FIG. 1) is the front surface, and the surface on the opposite side thereof. Is explained as the back side.
- the front surface faces the first direction and the back surface faces the second direction.
- the heat-responsive element 5 the PTC thermistor 6, and the like.
- the movable piece 4 is formed in an arm shape symmetrical with respect to the center line in the longitudinal direction by pressing a plate-shaped metal material containing copper or the like as a main component.
- a movable contact 41 is formed at the tip of the movable piece 4 in the longitudinal direction.
- the movable contact 41 is formed of, for example, a material equivalent to that of the fixed contact 21, and is joined to the tip of the movable piece 4 by a technique such as welding, clad, or crimping.
- a terminal 42 electrically connected to an external circuit is formed at the other end of the movable piece 4 in the longitudinal direction.
- the movable piece 4 has a contact portion 43 (corresponding to the base end of the arm-shaped movable piece 4 and a portion embedded in the case 10) and an elastic portion 44 between the movable contact 41 and the terminal 42. ..
- the abutting portion 43 has a protruding portion 43a that abuts between the terminal 42 and the elastic portion 44 with the case body 7 and the lid member 8 and projects like a wing in the lateral direction of the movable piece 4. Since the protruding portion 43a is provided, the contact portion 43 is sandwiched between the contact portion 74 of the case body 7 and the contact portion 83 (see FIG. 2) of the lid member 8 in a wide and large area, and the movable piece 4 is formed. It is firmly fixed to the case 10.
- the elastic portion 44 extends from the contact portion 43 to the side of the movable contact 41.
- the movable piece 4 is fixed by being sandwiched between the case body 7 and the lid member 8 from both the front and back sides, and the elastic portion 44 is elastically deformed, so that the movable contact 41 formed at the tip thereof is a fixed contact. It is pressed against the side of 21 and comes into contact with each other, so that the fixed piece 2 and the movable piece 4 can be energized.
- the movable piece 4 is curved or bent by press working in the elastic portion 44.
- the degree of bending or bending is not particularly limited as long as the heat-responsive element 5 can be accommodated, and may be appropriately set in consideration of the elastic force at the reversing operation temperature and the normal rotation return temperature, the pressing force of the contact, and the like.
- a pair of protrusions (contact portions) 44a and 44b are formed on the lower surface of the elastic portion 44 so as to face the heat-responsive element 5. The protrusions 44a and 44b come into contact with the heat-responsive element 5, and the deformation of the heat-responsive element 5 is transmitted to the elastic portion 44 via the protrusions 44a and 44b (see FIGS. 1, 2 and 3).
- the heat-responsive element 5 shifts the movable piece 4 from a conductive state in which the movable contact 41 contacts the fixed contact 21 to a cutoff state in which the movable contact 41 is separated from the fixed contact 21.
- the heat-responsive element 5 has an initial shape with a curved cross section in an arc shape, and is formed by laminating thin plate materials having different coefficients of thermal expansion. When the operating temperature is reached due to overheating, the curved shape of the heat-responsive element 5 reversely warps with a snap motion, and is restored when the temperature drops below the return temperature due to cooling.
- the initial shape of the heat-responsive element 5 can be formed by press working.
- the material and shape of the heat-responsive element 5 are particularly limited as long as the elastic portion 44 of the movable piece 4 is pushed up by the reverse warp operation of the heat-responsive element 5 at the desired temperature and is restored by the elastic force of the elastic portion 44.
- a rectangular shape is desirable, and a rectangular shape close to a square is desirable in order to efficiently push up the elastic portion 44 while being small.
- the material of the heat-responsive element 5 two kinds of materials having different coefficients of thermal expansion, which are made of various alloys such as nickel silver, brass, and stainless steel, are used in combination according to the required conditions.
- a combination of a copper-nickel-manganese alloy on the high expansion side and an iron-nickel alloy on the low expansion side is desirable.
- a combination of an iron-nickel-chromium alloy on the high expansion side and an iron-nickel alloy on the low expansion side can be mentioned.
- a combination of an iron-nickel-chromium alloy on the high expansion side and an iron-nickel-cobalt alloy on the low expansion side can be mentioned.
- the PTC thermistor 6 conducts the fixed piece 2 and the movable piece 4 when the movable piece 4 is in the cutoff state.
- the PTC thermistor 6 is arranged between the fixed piece 2 and the heat-responsive element 5. That is, the support portion 23 of the fixing piece 2 is located directly below the heat-responsive element 5 with the PTC thermistor 6 interposed therebetween.
- the type can be selected according to the needs such as operating current, operating voltage, operating temperature, and recovery temperature.
- the material and shape are not particularly limited as long as these properties are not impaired.
- a ceramic sintered body containing barium titanate, strontium titanate, or calcium titanate is used.
- a so-called polymer PTC in which conductive particles such as carbon are contained in the polymer may be used.
- the case body 7 and the lid member 8 constituting the case 10 are molded from a thermoplastic resin such as flame-retardant polyamide, polyphenylene sulfide (PPS) having excellent heat resistance, a liquid crystal polymer (LCP), and polybutylene terephthalate (PBT). Has been done.
- a material other than the resin may be applied as long as the characteristics equal to or higher than those of the above-mentioned resin can be obtained.
- the case body 7 is formed with a storage recess 73, which is an internal space for housing the movable piece 4, the heat-responsive element 5, the PTC thermistor 6, and the like.
- the accommodating recess 73 has openings 73a and 73b for accommodating the movable piece 4, an opening 73c for accommodating the movable piece 4 and the heat-responsive element 5, an opening 73d for accommodating the PTC thermistor 6, and the like. doing.
- the movable piece 4 and the edge of the heat-responsive element 5 incorporated in the case body 7 are brought into contact with each other by a frame formed inside the accommodating recess 73, and are guided when the heat-responsive element 5 is reversely warped. ..
- a metal plate containing copper or the like as a main component or a metal plate such as stainless steel may be embedded in the lid member 8 by insert molding.
- the metal plate appropriately contacts the surface of the movable piece 4, regulates the movement of the movable piece 4, and contributes to the miniaturization of the breaker 1 while increasing the rigidity and strength of the lid member 8 and thus the case 10 as a housing. ..
- the lid member 8 closes the openings 73a, 73b, 73c and the like of the case body 7 accommodating the fixed piece 2, the movable piece 4, the heat reacting element 5 and the PTC thermistor 6, and the like. It is attached to the main body 7.
- the case body 7 and the lid member 8 are joined by, for example, ultrasonic welding.
- FIG. 2 shows the operation of the breaker 1 in a normal charging or discharging state.
- the heat-responsive element 5 maintains the initial shape before the reverse warp.
- Both terminals 22 and 42 of the breaker 1 are electrically connected to each other through the fixed contact 21, the movable contact 41, the elastic portion 44 of the movable piece 4, and the like.
- the resistance of the PTC thermistor 6 is overwhelmingly larger than the resistance of the movable piece 4, the current flowing through the PTC thermistor 6 is substantially larger than the amount flowing through the fixed contact 21 and the movable contact 41. It can be ignored.
- the heat-responsive element 5 may be separated from the movable piece 4 in the conductive state. As a result, the contact pressure between the movable contact 41 and the fixed contact 21 is increased, and the contact resistance between the two is reduced.
- FIG. 3 shows the operation of the breaker 1 in an overcharged state or an abnormal state.
- the heat-responsive element 5 that has reached the operating temperature reversely warps and comes into contact with the elastic portion 44 of the movable piece 4, and the elastic portion 44 is pushed up to form the fixed contact 21 and the movable contact 41. Is separated. At this time, the current flowing between the fixed contact 21 and the movable contact 41 is cut off. On the other hand, the heat-responsive element 5 comes into contact with the movable piece 4, and a small leakage current flows through the heat-responsive element 5 and the PTC thermistor 6.
- the PTC thermistor 6 conducts the fixed piece 2 and the movable piece 4 via the heat-responsive element 5 that shifts the movable piece 4 to the cutoff state.
- the PTC thermistor 6 continues to generate heat as long as such a leakage current flows, and the resistance value is drastically increased while maintaining the heat responding element 5 in a reverse warp state. Therefore, the current is a path between the fixed contact 21 and the movable contact 41.
- Case 10 includes the above-mentioned resin material and a filler filled in the resin material.
- the filler increases the strength and rigidity of the case 10.
- FIG. 4 shows the filler.
- the filler of the present embodiment is formed in a shape having a longitudinal direction and a lateral direction.
- the length L in the longitudinal direction is the maximum length of the filler
- the length D in the lateral direction is the maximum length of the filler in the lateral direction.
- the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the filler is circular
- the length D in the lateral direction is represented by the maximum diameter of the filler.
- the tip shape of the filler may be sharp. Further, the shape may be such that the longitudinal direction and the lateral direction cannot be clearly distinguished (for example, a spherical shape). In this case, the length L and the length D are equal.
- a plurality of types of fillers having different combinations of shapes that is, length L in the longitudinal direction and length D in the lateral direction may be mixed and used. Further, a plurality of types of fillers having different components (compositions) may be mixed and used.
- FIG. 5 shows a case body 7 in a state in which the lid member 8, the PTC thermistor 6, the heat-responsive element 5, and the movable piece 4 are removed.
- the fixing piece 2 is insert-molded in the case body 7.
- the fixing piece 2 is arranged so that the fixing contact 21 is exposed in the accommodating recess 73 which is the internal space of the case 10.
- FIG. 6 shows an enlarged contact state between the fixed contact 21 and the movable contact 41.
- the surface of the fixed contact 21 contains small irregularities as shown in FIG. That is, the fixed contact 21 has a concave portion (valley portion) 26 and a convex portion (peak portion) 27 on its surface.
- the surface of the movable contact 41 also contains small irregularities. That is, the movable contact 41 has a concave portion 46 and a convex portion 47 on its surface. Therefore, between the fixed contact 21 and the movable contact 41, a large number of minute gaps G exist even in a conductive state in which they are in contact with each other.
- the surface roughness of the fixed contact 21 conforms to JIS B 0601 and can be measured by SURFCOM 3000A manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.
- the measurement length is 0.25 mm
- the cutoff wavelength is 0.25 mm
- the measurement speed is 0.30 mm / s
- the cutoff type is Gaussian
- the tilt correction is the least squares straight line correction.
- the ⁇ s cutoff ratio is 300.
- the arithmetic average roughness Ra is 0.7778 ⁇ m
- the maximum height Rz is 5.2451 ⁇ m
- the average length Rsm of the elements is 33.9844 ⁇ m. Met.
- the surface roughness Rz of the fixed contact 21 is larger than the length D in the lateral direction of the filler. Therefore, even if debris generated from the material of the case body 7 or the lid member 8 in the manufacturing process enters between the fixed contact 21 and the movable contact 41, the recess 26 (microscopic) formed on the surface of the fixed contact 21. It is accommodated in the gap G), and the influence on the contact state between the fixed contact 21 and the movable contact 41 is suppressed. This makes it possible to suppress an increase in the contact resistance between the fixed contact 21 and the movable contact 41, that is, the resistance value of the breaker 1 when energized. Therefore, the inspection process before shipment can be simplified and the productivity can be improved.
- the surface roughness Rz of the fixed contact 21 is, for example, 200% or more of the length D in the lateral direction of the filler. According to such a fixed contact 21, debris can be easily accommodated in the recess 26, and it is possible to further suppress an increase in contact resistance between the fixed contact 21 and the movable contact 41.
- the surface roughness Rz of the fixed contact 21 is preferably 0.1 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less, for example. If the surface roughness Rz is less than 0.1 ⁇ m, it may be difficult for the debris to be contained in the recess 26. When the surface roughness Rz exceeds 15 ⁇ m, the contact area between the fixed contact 21 and the movable contact 41 may decrease.
- the surface roughness Ra of the fixed contact 21 is, for example, 50% or more of the length D of the filler in the lateral direction. According to such a fixed contact 21, debris can be easily accommodated in the recess 26, and it is possible to further suppress an increase in contact resistance between the fixed contact 21 and the movable contact 41.
- the surface roughness Rsm of the fixed contact 21 is larger than the length L in the longitudinal direction of the filler. According to such a fixed contact 21, debris is easily accommodated in the recess 26, and the influence on the contact state between the fixed contact 21 and the movable contact 41 is further suppressed.
- the surface roughness Rsm of the fixed contact 21 is, for example, 150% or more of the length L in the longitudinal direction of the filler. According to such a fixed contact 21, debris is easily accommodated in the recess 26, and the influence on the contact state between the fixed contact 21 and the movable contact 41 is further suppressed.
- the breaker 1 may be subjected to an activation process of the fixed contact 21 and the movable contact 41 before being shipped.
- the activation process in a state where the fixed contact 21 and the movable contact 41 are in contact with each other, high frequency vibration is applied to at least one of the fixed contact 21 and the movable contact 41, and the fixed contact 21 and the movable contact 41 are brought into contact with each other.
- This is a process for forming a new surface by removing the oxide film of the contact portion between the fixed contact 21 and the movable contact 41 and the peripheral portion thereof in a plane shape by being energized.
- the activation process stabilizes the conduction state between the fixed contact 21 and the movable contact 41.
- the activated contact 21 has a first surface 21a and a second surface 21b, as shown in FIG.
- the second surface 21b is formed in the central portion of the fixed contact 21, and the first surface 21a is formed in the peripheral portion of the second surface 21b.
- the second surface 21b is a region in which the fixed contact 21 is exposed to the accommodating recess 73 and is in contact with the movable contact 41, and is a surface that appears by the activation treatment.
- the surface roughness Rz of the second surface 21b is larger than the surface roughness Rz of the first surface 21a. That is, the surface of the second surface 21b is formed rougher than that of the first surface 21a by the activation treatment.
- the surface roughness of the fixed contact 21 is measured on the second surface 21b.
- the second surface 21b is not limited to the surface formed by the activation treatment, and may be formed by another surface roughness treatment.
- the fixing piece 2 may be formed before being inserted into the mold for forming the case body 7. In this case, the entire surface of the fixed contact 21 may be surface-roughened.
- the filler of the present embodiment is formed in the form of short fibers.
- the short fibrous filler include whiskers containing a titanic acid compound (for example, potassium titanate) or a boric acid compound (for example, aluminum borate).
- Such whiskers have a smaller length D in the lateral direction and a length L in the longitudinal direction as compared with conventional glass fibers. Therefore, debris is less likely to be generated from the material of the case body 7 or the lid member 8 in the manufacturing process. Further, the debris is easily accommodated in the recess 26, and it is possible to further suppress an increase in the contact resistance between the fixed contact 21 and the movable contact 41.
- the ratio L / D of the length L in the longitudinal direction to the length D in the lateral direction of the filler is 20 or more. According to such a filler, the case 10 is strengthened and the generation of debris is suppressed, so that the influence on the contact state between the fixed contact 21 and the movable contact 41 is further suppressed. From the above viewpoint, the desirable range of the length D is 0.1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less, and the more desirable range is 0.1 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
- the Vickers hardness of the filler conforming to JIS Z 2244 is preferably 700 or less.
- the debris may affect the contact state between the fixed contact 21 and the movable contact 41.
- the ratio of the Vickers hardness of the filler to the Vickers hardness of the fixed contact 21 is preferably 9 or less. If the ratio exceeds 9, the debris may affect the contact state between the fixed contact 21 and the movable contact 41.
- the ratio of the Vickers hardness of the filler to the Vickers hardness of the fixed contact 21 is preferably 0.25 or more. If the above ratio is less than 0.25, the strength and rigidity of the case 10 may be affected. From the above viewpoint, the more desirable range of the ratio of the Vickers hardness of the filler to the Vickers hardness of the fixed contact 21 is 0.35 or more and 7 or less, and the more desirable range is 0.5 or more and 4 or less. ..
- the surface roughness of the movable contact 41 can be measured in the same manner as the surface roughness of the fixed contact 21.
- the arithmetic average roughness Ra is 1.8439 ⁇ m
- the maximum height Rz is 8.4357 ⁇ m
- the average element length Rsm is 70.6771 ⁇ m. Met.
- the surface roughness Rz of the movable contact 41 is larger than the length D in the lateral direction of the filler. Therefore, even if the debris peels off from the case body 7 and enters between the fixed contact 21 and the movable contact 41, it is accommodated and fixed in the recess 46 (micro gap G) formed on the surface of the movable contact 41. The influence on the contact state between the contact 21 and the movable contact 41 is suppressed. This makes it possible to suppress an increase in the contact resistance between the fixed contact 21 and the movable contact 41, that is, the resistance value of the breaker 1 when energized. Therefore, the inspection process before shipment can be simplified and the productivity can be improved.
- the surface roughness Rz of the movable contact 41 is, for example, 200% or more of the length D in the lateral direction of the filler. According to such a movable contact 41, debris can be easily accommodated in the recess 46, and it is possible to further suppress an increase in contact resistance between the fixed contact 21 and the movable contact 41.
- the surface roughness Rz of the movable contact 41 is preferably 0.1 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less, for example. If the surface roughness Rz is less than 0.1 ⁇ m, it may be difficult for the debris to be contained in the recess 46. When the surface roughness Rz exceeds 15 ⁇ m, the contact area between the fixed contact 21 and the movable contact 41 may decrease.
- the surface roughness Ra of the movable contact 41 is, for example, 50% or more of the length D in the lateral direction of the filler. According to such a movable contact 41, debris can be easily accommodated in the recess 46, and it is possible to further suppress an increase in contact resistance between the fixed contact 21 and the movable contact 41.
- the surface roughness Rsm of the movable contact 41 is larger than the length L in the longitudinal direction of the filler. According to such a movable contact 41, the debris is easily accommodated in the recess 46, and the influence on the contact state between the fixed contact 21 and the movable contact 41 is further suppressed.
- the surface roughness Rsm of the movable contact 41 is, for example, 150% or more of the length L in the longitudinal direction of the filler. According to such a fixed contact 21, debris is easily accommodated in the recess 26, and the influence on the contact state between the fixed contact 21 and the movable contact 41 is further suppressed.
- FIG. 7 shows the movable piece 4 after the activation treatment has been applied.
- the movable contact 41 has a first surface 41a and a second surface 41b.
- the second surface 41b is formed in the central portion of the movable contact 41, and the first surface 41a is formed in the peripheral portion of the second surface 41b.
- the second surface 41b is a region of the movable contact 41 that comes into contact with the fixed contact 21, and is a surface that appears by the activation treatment.
- the surface roughness Rz of the second surface 41b is larger than the surface roughness Rz of the first surface 41a. That is, the surface of the second surface 41b is roughly formed by the activation treatment.
- the surface roughness of the movable contact 41 is measured on the second surface 41b. In the breaker 1 after the activation treatment, the second surface 21b of the fixed contact 21 and the second surface 41b of the movable contact 41 come into contact with each other to conduct conduction.
- the second surface 41b is not limited to the surface formed by the activation treatment, and may be formed by another surface roughness treatment.
- the movable piece 4 may be formed before being loaded into the accommodating recess 73 of the case body 7. In this case, the entire surface of the movable contact 41 may be surface-roughened.
- the ratio of the Vickers hardness of the filler to the Vickers hardness of the movable contact 41 is preferably 6 or less. If the ratio exceeds 6, the debris may affect the contact state between the fixed contact 21 and the movable contact 41.
- the ratio of the Vickers hardness of the filler to the Vickers hardness of the movable contact 41 is preferably 0.25 or more. If the above ratio is less than 0.25, the strength and rigidity of the case 10 may be affected.
- the contact on the positive electrode side that receives the spark is preferably formed of a material having a Vickers hardness larger than that on the contact on the negative electrode side in order to suppress its consumption (wear).
- the movable piece 4 is formed only of a metal material and does not undergo insert molding, the movable contact 41 can be easily formed by caulking, welding or the like. Therefore, a material having a Vickers hardness larger than that of the fixed contact 21 can be easily applied to such a movable contact 41. Then, by mounting the breaker 1 on an electric device or the like so that the movable contact 41 becomes a contact on the positive electrode side, consumption of the contact on the positive electrode side can be suppressed.
- the surface roughness Rz of the movable contact 41 is larger than the surface roughness Rz of the fixed contact 21. According to such a movable contact 41, wear of the contact on the positive electrode side (deterioration of surface roughness) due to the above-mentioned spark can be effectively suppressed.
- the ratio of the surface roughness Ra of the movable contact 41 to the surface roughness Ra of the fixed contact 21 is preferably 0.5 or more and 3 or less.
- the contact area of both contacts is appropriately increased, the contact resistance, and thus the resistance value of the breaker 1 at the time of energization is stable, and the current capacity of the breaker 1 can be easily secured. It will be possible.
- the ratio of the surface roughness Rsm of the movable contact 41 to the surface roughness Rsm of the fixed contact 21 is preferably 0.5 or more and 3 or less.
- the contact area of both contacts is appropriately increased, the contact resistance, and thus the resistance value of the breaker 1 at the time of energization is stable, and the current capacity of the breaker 1 can be easily secured. It will be possible.
- the breaker 1 of the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and can be implemented by changing to various aspects. That is, the breaker 1 is deformed with temperature change, at least, a fixed piece 2 having a fixed contact 21 and a movable piece 4 having a movable contact 41 and pressing the movable contact 41 against the fixed contact 21 to make contact with the fixed contact 21.
- the heat-responsive element 5 that shifts the movable piece 4 from the conductive state in which the movable contact 41 contacts the fixed contact 21 to the cutoff state in which the movable contact 41 is separated from the fixed contact 21, the fixed piece 2, the movable piece 4, and heat.
- a case 10 for accommodating the response element 5 is provided, the case 10 includes a resin material and a filler filled in the resin material, and the surface roughness Rz of the fixed contact 21 according to JIS B 0601 is a filler. It should be larger than the length in the lateral direction of.
- the method of joining the case body 7 and the lid member 8 is not limited to ultrasonic welding, and can be appropriately applied as long as the method is such that the two are firmly joined.
- both may be adhered by applying, filling, and curing a liquid or gel-like adhesive.
- the case 10 is not limited to the form composed of the case main body 7, the lid member 8, and the like, and may be composed of two or more parts.
- the movable piece 4 and the heat-responsive element 5 may be integrally formed by forming the movable piece 4 with a laminated metal such as a bimetal or a trimetal. In this case, the configuration of the breaker is simplified, and further miniaturization can be achieved.
- the present invention may be applied to a form in which the terminal piece and the movable piece are separately formed as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-37757. Furthermore, the present invention may be applied to a form in which movable pieces are formed in a stepped shape inside the case, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-203787.
- the self-holding circuit by the PTC thermistor 6 is provided, but even a form in which such a configuration is omitted can be applied. With such a configuration, the height dimension of the breaker 1 becomes small, and it becomes possible to reduce the size.
- the activation processing of the fixed contact 21 and the movable contact 41 is optional and may be omitted.
- the second surface 21b is not formed on the fixed contact 21, and the entire surface of the fixed contact 21 becomes the first surface 21a having the same surface roughness.
- the second surface 41b is not formed on the movable contact 41, and the entire surface of the movable contact 41 becomes the first surface 41a having the same surface roughness.
- FIG. 8 shows the secondary battery pack 100.
- the secondary battery pack 100 includes a secondary battery 101 and a breaker 1 provided in the output terminal circuit of the secondary battery 101.
- FIG. 9 shows a safety circuit 502 for electrical equipment.
- the safety circuit 502 includes a breaker 1 in series in the output circuit of the secondary battery 501, and cuts off the current when the secondary battery overheats abnormally.
- the breaker 1 cuts off the current at the time of abnormal heat generation and enhances the safety of the electric device.
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- Thermally Actuated Switches (AREA)
Abstract
ブレーカー1は、固定接点21を有する固定片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、温度変化に伴って変形することにより、可動片4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と、固定片2、可動片4及び熱応動素子5を収容するケース10と、を備え、ケース10は、樹脂材料と樹脂材料に充填された充填材とを含み、固定接点21のJIS B 0601に準拠する表面粗さRzは、充填材の短手方向の長さより大きい。
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。
上記ケースは、絶縁性を有する熱可塑性樹脂によって成形されている。ブレーカー等の電子部品のケースを構成する樹脂材料には、ガラス繊維等の充填材が充填されることがある。このような充填材は、ケースの強度及び剛性を高める。
特許文献1に開示された構成のブレーカーでは、上記ケースは、ケース本体と蓋部材とによって構成されている。ケース本体には、固定片がインサート成形され、ケース本体に可動片、熱応動素子等が収容された後、ケース本体に蓋部材が装着され、両者が超音波溶着される(同文献の段落「0037」参照)。
しかしながら、特許文献1に記載のブレーカーのケース本体にガラス繊維が充填された樹脂を適用した場合、例えば、金型からケース本体を離型する際に、ケース本体から生じた破片が固定接点と可動接点と間に侵入すると、固定接点と可動接点との接触状態に影響を及ぼすおそれがある。このため、ブレーカーを出荷する前に、通電時の抵抗値を測定する等の検査工程を必要としている。
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、出荷前の検査工程を簡略化して生産性の向上を図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、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、温度変化に伴って変形することにより、前記可動片を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から離隔する遮断状態に移行させる熱応動素子と、前記固定片、前記可動片及び前記熱応動素子を収容するケースと、を備えたブレーカーにおいて、前記ケースは、樹脂材料と前記樹脂材料に充填された充填材とを含み、前記固定接点のJIS B 0601に準拠する表面粗さRzは、前記充填材の短手方向の長さより大きい、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、前記表面粗さRzは、前記充填材の短手方向の長さの200%以上である、ことが望ましい。
本発明に係る前記ブレーカーにおいて、前記固定接点のJIS B 0601に準拠する表面粗さRsmは、前記充填材の長手方向の長さよりも小さい、ことが望ましい。
本発明に係る前記ブレーカーにおいて、前記表面粗さRsmは、前記充填材の長手方向の長さの150%以上である、ことが望ましい。
本発明に係る前記ブレーカーにおいて、前記固定接点は、第1表面と、面状に拡がり前記第1表面よりも前記表面粗さRzの大きい第2表面とを有する、ことが望ましい。
本発明に係る前記ブレーカーにおいて、前記充填材は、短繊維状に形成されている、ことが望ましい。
本発明に係る前記ブレーカーにおいて、前記固定接点のJIS Z 2244に準拠するビッカース硬さに対する前記充填材の前記ビッカース硬さの比は、9以下である、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おいては、固定接点のJIS B 0601に準拠する表面粗さRzは、充填材の短手方向の長さより大きい。従って、ケースの破片が固定接点と可動接点との間に侵入しても、固定接点の表面に形成されている凹部(谷部)に収容され、固定接点と可動接点との接触状態に及ぼす影響が抑制される。これにより、出荷前の検査工程を簡略化して生産性の向上を図ることができる。
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1の構成を示している。ブレーカー1は、電気機器等に実装され、過度な温度上昇又は過電流から電気機器を保護する。
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、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10等によって構成されている。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。
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7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。固定片2が階段状に曲げられることにより、固定接点21と支持部23とが段違いに配置され、PTCサーミスター6を収納する空間が容易に確保される。
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7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7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7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41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4及び熱応動素子5、PTCサーミスター6等についても同様である。
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、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の長手方向の先端部には、可動接点41が形成されている。可動接点41は、例えば、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42が形成されている。可動片4は、可動接点41と端子42の間に、当接部43(アーム状の可動片4の基端及びケース10に埋設される部分に相当)、及び弾性部44を有している。当接部43は、端子42と弾性部44との間でケース本体7及び蓋部材8と当接し、可動片4の短手方向に翼状に突出する突出部43aを有する。突出部43aが設けられていることにより、当接部43が幅広く大きな領域でケース本体7の当接部74及び蓋部材8の当接部83(図2参照)によって挟み込まれ、可動片4がケース10に対して強固に固定される。
弾性部44は、当接部43から可動接点41の側に延出されている。当接部43においてケース本体7と蓋部材8によって裏表両面側から挟み込まれて可動片4が固定され、弾性部44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は、弾性部44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、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44の下面には、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44に伝達される(図1、図2及び図3参照)。
熱応動素子5は、可動片4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、断面が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44が押し上げられ、かつ弾性部44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44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。
熱応動素子5の材料としては、洋白、黄銅、ステンレス鋼等の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。例えば、安定した作動温度及び復帰温度が得られる熱応動素子5の材料としては、高膨脹側に銅-ニッケル-マンガン合金、低膨脹側に鉄-ニッケル合金を組み合わせたものが望ましい。また、化学的安定性の観点からさらに望ましい材料として、高膨脹側に鉄-ニッケル-クロム合金、低膨脹側に鉄-ニッケル合金を組み合わせたものが挙げられる。さらにまた、化学的安定性及び加工性の観点からさらに望ましい材料として、高膨脹側に鉄-ニッケル-クロム合金、低膨脹側に鉄-ニッケル-コバルト合金を組み合わせたものが挙げられる。
PTCサーミスター6は、可動片4が遮断状態にあるとき、固定片2と可動片4とを導通させる。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の支持部23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、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8には、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がインサート成形によって埋め込まれていてもよい。金属板は、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が示すように、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。
図2及び3は、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、熱応動素子5は逆反り前の初期形状を維持している。固定接点21、可動接点41及び可動片4の弾性部44などを通じてブレーカー1の両端子22、42間は導通している。しかしながら、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。
熱応動素子5は、導通状態の可動片4と離隔していてもよい。これにより、可動接点41と固定接点21との接触圧力が高められ、両者間の接触抵抗が低減される。
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は逆反りして可動片4の弾性部44と接触し、弾性部44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る。一方、熱応動素子5は、可動片4と接触して、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。すなわち、PTCサーミスター6は、可動片4を遮断状態に移行させている熱応動素子5を介して、固定片2と可動片4とを導通させる。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44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。
ケース10は、上述した樹脂材料と、樹脂材料に充填された充填材とを含んでいる。充填材によって、ケース10の強度及び剛性が高められる。
図4は、充填材を示している。本実施形態の充填材は、長手方向及び短手方向を有する形状に形成されている。長手方向の長さLは、充填材の最大の長さであり、短手方向の長さDは、充填材の短手方向の最大の長さである。充填材の長手方向に垂直な断面が円形である場合、短手方向の長さDは、充填材の最大直径で表される。充填材の先端形状は、尖っていてもよい。また、長手方向と短手方向とが明確に区別できない形状(例えば、球状)であってもよい。この場合、長さLと長さDとが等しくなる。
充填材としては、形状すなわち長手方向の長さL及び短手方向の長さDの組み合わせが異なる複数種類の充填材が混合して用いられてもよい。また、成分(組成)の異なる複数種類の充填材が混合して用いられてもよい。
図5は、蓋部材8、PTCサーミスター6、熱応動素子5及び可動片4が取り除かれた状態のケース本体7を示している。既に述べたようにケース本体7には、固定片2がインサート成形されている。固定片2は、固定接点21がケース10の内部空間である収容凹部73に露出するように配されている。
図6は、固定接点21と可動接点41の接触状態を拡大して示している。固定接点21の表面は、図6に示されるように、小さな凹凸を含んでいる。すなわち、固定接点21は、その表面に凹部(谷部)26及び凸部(山部)27を有している。同様に、可動接点41の表面も、小さな凹凸を含んでいる。すなわち、可動接点41は、その表面に凹部46及び凸部47を有している。従って、固定接点21と可動接点41の間には、両者が接触する導通状態にあっても、多数の微小隙間Gが存在している。
固定接点21の表面粗さは、JIS B 0601に準拠し、株式会社東京精密製のSURFCOM3000Aによって測定されうる。測定長さは0.25mmであり、カットオフ波長は0.25mmであり、測定速度は、0.30mm/sであり、カットオフ種別はガウシアンであり、傾斜補正は、最小二乗直線補正であり、λsカットオフ比は300である。本例で測定された固定接点21の表面粗さのうち、算術平均粗さRaは0.7778μmであり、最大高さRzは5.2451μmであり、要素の平均長さRsmは、33.9844μmであった。
本ブレーカー1では、固定接点21の上記表面粗さRzは、充填材の短手方向の長さDより大きい。従って、製造過程でケース本体7又は蓋部材8の材料等から発生した破片が固定接点21と可動接点41との間に侵入しても、固定接点21の表面に形成されている凹部26(微小隙間G)に収容され、固定接点21と可動接点41との接触状態に及ぼす影響が抑制される。これにより、固定接点21と可動接点41との接触抵抗、すなわち通電時のブレーカー1の抵抗値が増加することを抑制することが可能となる。従って、出荷前の検査工程を簡略化して生産性の向上を図ることができる。
固定接点21の上記表面粗さRzは、例えば、充填材の短手方向の長さDの200%以上が望ましい。このような固定接点21によれば、破片が凹部26に収容され易くなり、固定接点21と可動接点41との接触抵抗が増加することをより一層抑制することが可能となる。
固定接点21の上記表面粗さRzは、例えば、0.1μm以上で15μm以下が望ましい。上記表面粗さRzが0.1μm未満の場合、破片が、凹部26に収容され難くなるおそれがある。上記表面粗さRzが15μmを超える場合、固定接点21と可動接点41との接触面積が減少するおそれがある。
固定接点21の上記表面粗さRaは、例えば、充填材の短手方向の長さDの50%以上が望ましい。このような固定接点21によれば、破片が凹部26に収容され易くなり、固定接点21と可動接点41との接触抵抗が増加することをより一層抑制することが可能となる。
本実施形態では、固定接点21の上記表面粗さRsmは、充填材の長手方向の長さLよりも大きいのが望ましい。このような固定接点21によれば、破片が凹部26に収容され易くなり、固定接点21と可動接点41との接触状態に及ぼす影響がより一層抑制される。
固定接点21の上記表面粗さRsmは、例えば、充填材の長手方向の長さLの150%以上であるのが望ましい。このような固定接点21によれば、破片が凹部26に収容され易くなり、固定接点21と可動接点41との接触状態に及ぼす影響がより一層抑制される。
本実施形態にあっては、ブレーカー1は、出荷される前に、固定接点21と可動接点41の活性化処理が施されることがある。活性化処理とは、固定接点21と可動接点41とが接触している状態で、固定接点21及び可動接点41の少なくとも一方に高周波振動が付与されると共に、固定接点21と可動接点41とが通電されることにより、固定接点21と可動接点41との接触部分及びその周辺部分の酸化膜を面状に除去し、新生面を形成するための処理である。活性化処理により、固定接点21と可動接点41との間での導通状態が安定する。
活性化処理が施された固定接点21は、図5に示されるように、第1表面21aと、第2表面21bとを有している。第2表面21bは固定接点21の中央部に形成され、第1表面21aは第2表面21bの周辺部に形成されている。第2表面21bは、固定接点21が収容凹部73に露出する領域のうち可動接点41と接触する領域であり、上記活性化処理によって出現した表面である。第2表面21bの表面粗さRzは、第1表面21aの表面粗さRzよりも大きい。すなわち、第2表面21bは、活性化処理により、その表面が、第1表面21aよりも粗く形成されている。上記固定接点21の表面粗さは、第2表面21bにて測定されたものである。
第2表面21bは、活性化処理によって形成される表面に限られず、他の表面粗し処理によって形成されてもよい。例えば、固定片2がケース本体7を成形する金型内にインサートされる前に形成されていてもよい。この場合、固定接点21の表面全体に表面粗し処理が施されていてもよい。
図4に示されるように、本実施形態の充填材は、短繊維状に形成されている。短繊維状の充填材の具体例としては、チタン酸化合物(例えば、チタン酸カリウム)又はホウ酸化合物(例えば、ホウ酸アルミニウム)を含むウィスカが挙げられる。このようなウィスカは、従来のガラス繊維と比較すると、短手方向の長さD及び長手方向の長さLが小さい。このため、製造過程でケース本体7又は蓋部材8の材料等から破片が発生しにくくなる。また、破片が凹部26に収容され易くなり、固定接点21と可動接点41との接触抵抗が増加することをより一層抑制することが可能となる。
充填材の短手方向の長さDに対する長手方向の長さLの比L/Dは、20以上が望ましい。このような充填材によれば、ケース10が強固となって破片の発生が抑制されることから、固定接点21と可動接点41との接触状態に及ぼす影響がより一層抑制される。上記観点から、長さDの望ましい範囲は、0.1μm以上で5μm以下であり、さらに望ましい範囲は、0.1μm以上で1μm以下である。
充填材のJIS Z 2244に準拠するビッカース硬さは、700以下が望ましい。この場合、破片が固定接点21と可動接点41との接触状態に影響を及ぼすおそれがある。
固定接点21のビッカース硬さに対する充填材のビッカース硬さの比は、9以下が望ましい。上記比が9を超える場合、破片が固定接点21と可動接点41との接触状態に影響を及ぼすおそれがある。固定接点21のビッカース硬さに対する充填材のビッカース硬さの比は、0.25以上が望ましい。上記比が0.25未満の場合、ケース10の強度及び剛性に影響を及ぼすおそれがある。上記観点から、固定接点21のビッカース硬さに対する充填材のビッカース硬さの比のより望ましい範囲は、0.35以上で7以下であり、さらに望ましい範囲は、0.5以上で4以下である。
可動接点41の表面粗さは、固定接点21の表面粗さと同様に測定されうる。本例で測定された固定接点21の表面粗さのうち、算術平均粗さRaは1.8439μmであり、最大高さRzは8.4357μmであり、要素の平均長さRsmは、70.6771μmであった。
本ブレーカー1では、可動接点41の上記表面粗さRzは、充填材の短手方向の長さDより大きい。従って、破片がケース本体7から剥離して、固定接点21と可動接点41との間に侵入しても、可動接点41の表面に形成されている凹部46(微小隙間G)に収容され、固定接点21と可動接点41との接触状態に及ぼす影響が抑制される。これにより、固定接点21と可動接点41との接触抵抗、すなわち通電時のブレーカー1の抵抗値が増加することを抑制することが可能となる。従って、出荷前の検査工程を簡略化して生産性の向上を図ることができる。
可動接点41の上記表面粗さRzは、例えば、充填材の短手方向の長さDの200%以上が望ましい。このような可動接点41によれば、破片が、凹部46に収容され易くなり、固定接点21と可動接点41との接触抵抗が増加することをより一層抑制することが可能となる。
可動接点41の上記表面粗さRzは、例えば、0.1μm以上で15μm以下が望ましい。上記表面粗さRzが0.1μm未満の場合、破片が、凹部46に収容され難くなるおそれがある。上記表面粗さRzが15μmを超える場合、固定接点21と可動接点41との接触面積が減少するおそれがある。
可動接点41の上記表面粗さRaは、例えば、充填材の短手方向の長さDの50%以上が望ましい。このような可動接点41によれば、破片が、凹部46に収容され易くなり、固定接点21と可動接点41との接触抵抗が増加することをより一層抑制することが可能となる。
本実施形態では、可動接点41の上記表面粗さRsmは、充填材の長手方向の長さLよりも大きいのが望ましい。このような可動接点41によれば、破片が凹部46に収容され易くなり、固定接点21と可動接点41との接触状態に及ぼす影響がより一層抑制される。
可動接点41の上記表面粗さRsmは、例えば、充填材の長手方向の長さLの150%以上であるのが望ましい。このような固定接点21によれば、破片が凹部26に収容され易くなり、固定接点21と可動接点41との接触状態に及ぼす影響がより一層抑制される。
図7は、活性化処理が施された後の可動片4を示している。可動接点41は、第1表面41aと、第2表面41bとを有している。第2表面41bは可動接点41の中央部に形成され、第1表面41aは第2表面41bの周辺部に形成されている。第2表面41bは、可動接点41のうち固定接点21と接触する領域であり、上記活性化処理によって出現した表面である。第2表面41bの表面粗さRzは、第1表面41aの表面粗さRzよりも大きい。すなわち、第2表面41bは、活性化処理により、その表面が粗く形成されている。上記可動接点41の表面粗さは、第2表面41bにて測定されたものである。活性化処理後のブレーカー1では、固定接点21の第2表面21bと可動接点41の第2表面41bとが接触し導通する。
第2表面41bは、活性化処理によって形成される表面に限られず、他の表面粗し処理によって形成されてもよい。例えば、可動片4がケース本体7の収容凹部73に装填される前に形成されていてもよい。この場合、可動接点41の表面全体に表面粗し処理が施されていてもよい。
可動接点41のビッカース硬さに対する充填材のビッカース硬さの比は、6以下が望ましい。上記比が6を超える場合、破片が固定接点21と可動接点41との接触状態に影響を及ぼすおそれがある。可動接点41のビッカース硬さに対する充填材のビッカース硬さの比は、0.25以上が望ましい。上記比が0.25未満の場合、ケース10の強度及び剛性に影響を及ぼすおそれがある。
ところで、固定接点21と可動接点41との間では、接点の開閉時に負極から正極に向ってスパーク(火花放電)が生じることがある。そこで、スパークを受ける正極側の接点は、その消耗(摩耗)を抑制するために、負極側の接点よりもビッカース硬さの大きい材料にて形成されているのが好ましい。本実施形態では、既に述べたように、可動片4は、金属材料のみで形成され、インサート成形を経ないので、可動接点41をかしめ、溶接等によって容易に形成されうる。従って、このような可動接点41には、固定接点21よりもビッカース硬さの大きい材料が容易に適用されうる。そして、可動接点41が正極側の接点となるようにブレーカー1を電気機器等に実装することにより、正極側の接点の消耗を抑制できる。
可動接点41の上記表面粗さRzは、固定接点21の上記表面粗さRzより大きいのが望ましい。このような可動接点41によれば、上述したスパークによる正極側の接点の消耗(表面粗度の悪化)を効果的に抑制できる。
固定接点21の上記表面粗さRaに対する可動接点41の上記表面粗さRaの比は、0.5以上で3以下が望ましい。このような固定接点21及び可動接点41では、両接点の接触面積が適度に増大し、接触抵抗ひいては通電時のブレーカー1の抵抗値が安定し、ブレーカー1の電流容量を容易に確保することが可能となる。
固定接点21の上記表面粗さRsmに対する可動接点41の上記表面粗さRsmの比は、0.5以上で3以下が望ましい。このような固定接点21及び可動接点41では、両接点の接触面積が適度に増大し、接触抵抗ひいては通電時のブレーカー1の抵抗値が安定し、ブレーカー1の電流容量を容易に確保することが可能となる。
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は、少なくとも、固定接点21を有する固定片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、温度変化に伴って変形することにより、可動片4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と、固定片2、可動片4及び熱応動素子5を収容するケース10と、を備え、ケース10は、樹脂材料と樹脂材料に充填された充填材とを含み、固定接点21のJIS B 0601に準拠する表面粗さRzは、充填材の短手方向の長さより大きければよい。
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、特開2017-37757号公報に示されるような、端子片と可動片とが別体に形成されている形態に、本発明を適用してもよい。さらにまた、特開2014-203787号公報に示されるような、可動片がケースの内部で階段状に形成されている形態に、本発明を適用してもよい。
本実施形態では、PTCサーミスター6による自己保持回路を有しているが、このような構成を省いた形態であっても適用可能である。このような構成では、ブレーカー1の高さ寸法が小さくなり、小型化を図ることが可能となる。
また、固定接点21と可動接点41の活性化処理は、任意であり、省略されていてもよい。この場合、固定接点21に第2表面21bは形成されず、固定接点21の表面の全体が同等の表面粗さの第1表面21aとなる。また、可動接点41に第2表面41bは形成されず、可動接点41の表面の全体が同等の表面粗さの第1表面41aとなる。
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8は2次電池パック100を示す。2次電池パック100は、2次電池101と、2次電池101の出力端回路中に設けたブレーカー1とを備えている。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を備え、2次電池の異常発熱時に電流を遮断する。各種の電気機器に接続されるコネクタにブレーカー1が実装された場合、ブレーカー1は、異常発熱時に電流を遮断し、電気機器の安全性を高める。
1 :ブレーカー
2 :固定片
4 :可動片
5 :熱応動素子
10 :ケース
21 :固定接点
21a :第1表面
21b :第2表面
41 :可動接点
101 :2次電池
502 :安全回路
2 :固定片
4 :可動片
5 :熱応動素子
10 :ケース
21 :固定接点
21a :第1表面
21b :第2表面
41 :可動接点
101 :2次電池
502 :安全回路
Claims (9)
- 固定接点を有する固定片と、
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、
温度変化に伴って変形することにより、前記可動片を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から離隔する遮断状態に移行させる熱応動素子と、
前記固定片、前記可動片及び前記熱応動素子を収容するケースと、を備えたブレーカーにおいて、
前記ケースは、樹脂材料と前記樹脂材料に充填された充填材とを含み、
前記固定接点のJIS B 0601に準拠する表面粗さRzは、前記充填材の短手方向の長さより大きい、ことを特徴とするブレーカー。 - 前記表面粗さRzは、前記充填材の短手方向の長さの200%以上である、請求項1記載のブレーカー。
- 前記固定接点のJIS B 0601に準拠する表面粗さRsmは、前記充填材の長手方向の長さよりも大きい、請求項1又は2に記載のブレーカー。
- 前記表面粗さRsmは、前記充填材の長手方向の長さの150%以上である、請求項3記載のブレーカー。
- 前記固定接点は、第1表面と、面状に拡がり前記第1表面よりも前記表面粗さRzの大きい第2表面とを有する、請求項1乃至4のいずれかに記載のブレーカー。
- 前記充填材は、短繊維状に形成されている、請求項1乃至5のいずれかに記載のブレーカー。
- 前記固定接点のJIS Z 2244に準拠するビッカース硬さに対する前記充填材の前記ビッカース硬さの比は、9以下である、請求項1乃至6のいずれかに記載のブレーカー。
- 請求項1乃至7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7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。
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