(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動接点を有する可動アーム、及び温度変化により反転動作する熱応動素子をケースに内蔵してなり、
該熱応動素子は、高温時に反転して前記可動アームを押し上げて前記可動接点と固定接点とを離反させ、低温時に原形に復帰して前記可動接点と前記固定接点とを接触させ、
前記可動アームは、前記ケースに固定される固定部、前記熱応動素子により押し上げられる可動部、並びに該可動部上の前記可動接点及び前記固定部との間に形成された屈曲部を有し、
前記可動アームは、更に、該屈曲部から前記固定部への間に略平板状の平坦部を有し、
該平坦部には、高温時に反転した前記熱応動素子と押し上げられた前記可動アームとの前記固定部側の接点よりも前記屈曲部側において、前記可動アームと前記ケースとの間に接触圧を発生する押圧接点が存在し、
且つ該押圧接点は、前記屈曲部の直上に及ぶことなく、前記熱応動素子と前記可動アームとの前記固定部側の前記接点と前記屈曲部との間に位置することを特徴とするブレーカー。
【請求項２】
請求項１において、前記押圧接点は、高温時及び低温時の常時において前記可動アームと前記ケースとの間に存在することを特徴とするブレーカー。
【請求項３】
請求項１及び２において、前記押圧接点は、前記ケースのうちカバー部の内側面上に隆起した突起と前記可動アームとから構成されることを特徴とするブレーカー。
【請求項４】
請求項１及び２において、前記押圧接点は、前記可動アームの前記平坦部上に隆起した突起と前記ケースとから構成されることを特徴とするブレーカー。
【請求項５】
請求項１乃至４において、前記ケースのカバー部を前記ケースのベース部に溶着接合する工程において、該ケースの厚みを調整することにより、前記可動アームと前記ケースとの間の接触圧、動作温度及び復帰温度を調整したことを特徴とするブレーカー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイメタルなど熱応動素子の反転動作により回路の開閉を行うブレーカー、サーモスタット、スイッチなど、機械動作式の安全装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池などの二次電池を用いた電池パックには、過充電などで温度上昇した時、回路を遮断し、発火や爆発などを未然防止する安全装置が備えられる。このような安全装置には、繰返し動作が可能であり、高温で回路を遮断する動作温度の精度が良い点から、バイメタルなどの熱応動素子の反転動作を利用したブレーカーが好適である。
【０００３】
この種のブレーカーは通常、可動接点を付した可動アーム、固定接点を付した固定ベース、熱変化により反転動作するバイメタルなどの熱応動素子、自己保持のためにＰＴＣサーミスターなどの感熱素子を樹脂ケースに内蔵して構成される。（特開２００５−１２９４７１、特開２００２−０５６８４０など参照）
【０００４】
バイメタルは温度上昇により反転し可動アームを押し上げる。押し上げられた可動アームの可動接点は固定接点から離反して、回路が遮断される。ここで、ＰＴＣサーミスターは電圧を印加され発熱し、こうして発熱する限り遮断状態は自己保持的に続く。
【０００５】
温度が復帰温度まで降下しバイメタルが原形に戻ると、可動接点と固定接点とは再び接触し、回路は導通状態に戻る。ブレーカーには、所定の温度で遮断状態になることのみならず、低温時に確実且つ迅速に回路が再接続されることも求められる。
【０００６】
しかしながら、従来の設計では、復帰温度がバイメタル固有の性能のみに依存して決定されるので、所望の温度において導通状態に復帰させることが難しかった。復帰温度の調整は一般に、所期の動作温度を付与するより難しく、バイメタルの安定的な生産の障害である。さらに、バッテリーパックの小型化が益々進み、ブレーカーの動作温度及び復帰温度の調整、並びに設計自由度は、部品の寸法縮小により従来に増して制限されつつある。そのため、温度的精度が良く且つ構造的に簡素なブレーカーが望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１２９４７１
【特許文献２】特開２００２−０５６８４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、反転型の熱応動素子を用いた安全装置において、上記に期待されるような、復帰温度の設定を容易化する設計を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決するためブレーカーの設計を鋭意検討した結果、反転型の熱応動素子及び可動アームを用いるブレーカーにおいて、可動アームの特定位置と樹脂ケースとの間に突起を隆起させるなど、可動アームにおいて接触構造を形成することにより、安定して復帰温度の設定が可能となることを見出し、本発明に到達した。
【００１０】
本発明の第１態様は、可動接点を有する可動アーム、及び温度変化により反転動作する熱応動素子をケースに内蔵してなり、該熱応動素子は高温時に反転して前記可動アームを押し上げて前記可動接点と固定接点とを離反させ、低温時に原形に復帰して前記可動接点と前記固定接点とを接触させるブレーカーであり、次のような関係を特徴に持つ。
前記可動アームは、前記ケースに固定される固定部、前記熱応動素子により押し上げられる可動部、並びに該可動部上の前記可動接点及び前記固定部との間に形成された屈曲部を有し、更に、該屈曲部から前記固定部への間に略平板状の平坦部を有する。該平坦部には、高温時に反転した前記熱応動素子と前記可動アームとの接点のうち、前記固定部側のものよりも前記屈曲部側において、前記可動アームと前記ケースとの間に接触圧を発生する押圧接点が存在する。
【００１１】
本発明の第２態様においては、前記押圧接点は、高温時及び低温時の常時において前記可動アームと前記ケースとの間に存在する。
【００１２】
本発明の第３態様においては、前記押圧接点は、前記ケースのうちカバー部の内側面上に隆起した突起と前記可動アームとから構成される。
【００１３】
本発明の第４態様においては、前記押圧接点は、前記可動アームの前記平坦部上に隆起した突起と前記ケースとから構成される。
【００１４】
本発明の第５態様においては、前記ケースのカバー部を前記ケースのベース部に溶着接合する工程において、該ケースの厚みを調整することにより、ブレーカーの、前記可動アームと前記ケースとの間の接触圧、動作温度及び復帰温度が調整される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、熱応動素子に固有の特性のみによらず、ブレーカーの動作温度及び復帰温度などの温度特性を次のように有意に調整することが可能となる。
【００１６】
本発明の第１態様では、まず、可動アームが固定部及び可動部を有し、次に、該可動部上の可動接点及び該固定部との間に屈曲部を有し、さらに、該屈曲部から前記固定部への間に略平板状の平坦部を有し、またさらに、該平坦部には、高温時に反転した熱応動素子と前記可動アームとの接点よりも前記屈曲部側において、前記可動アームとケースとの間に接触圧を発生する押圧接点が存在するので、ブレーカーにおいて、復帰温度を容易に調整でき、バッテリーパックの小型化に対応して容易に寸法縮小できる。
さらに、押圧接点は、高温時に反転した熱応動素子と可動アームとの接点のうち、前記固定部側のものよりも可動接点の置かれる可動アーム端部寄りで接触圧を発生するので、可動アームにはこの接触圧による力が更に効率的に伝えられる。よって、復帰温度の調整も更に容易になる。また、押圧接点は、可動アームの略平板状の平坦部に配置されるので、平坦部以外の位置に設けられるより復帰温度の調整が安定的で容易になる。
【００１７】
本発明の第２態様においては、前記押圧接点は、高温時及び低温時の常時において前記可動アームと前記ケースとの間に存在するので、導通時にあっては、前記可動アームのバネ力が接点の押圧に効率的に使われ、、遮断時にあっては、再び導通すべき低温時に戻ると前記可動アームのバネ力は、効率的に前記可動アーム及び熱応動素子の原形への復帰に使われる。よって、低背化したブレーカーにおいても、迅速な復帰動作や長期耐用を可能とするなど、温度特性を容易に調整し、安定化することができる。
【００１８】
本発明の第３態様においては、前記押圧接点は、前記ケースのうちカバー部の内側面上に隆起した突起と前記可動アームとから構成されるので、前記可動アームの大きさに制限を受けずに、前記押圧接点の構造を設計できる。前記可動アームの寸法が小さい場合、押圧接点などのために満足な突起構造を設けることが難しくなりうる。さらに、可動アームの形状を複雑にすると可動アームのバネ力が影響を受け、動作温度及び復帰温度の調整にあたって、予測がしにくくなることがある。よって、前記カバー部の内側面に突起を隆起せさて前記押圧接点を構成すると、低背化したブレーカーにおいて、更に容易に温度特性を制御することや安定的に生産することが可能となる。
【００１９】
本発明の第４態様においては、前記押圧接点は、前記可動アームの前記平坦部上に隆起した突起と前記ケースとから構成されるので、かかる突起のごとき形状によって、可動アームの反転時又は原形時のそれぞれの状態における形状安定性の増す傾向を示す。そのため、バッテリーパックの小型化に対応して、ブレーカーにおいて部品の寸法縮小があっても、温度特性において精度を維持し、安定的に生産することが可能となる。
【００２０】
本発明の第５態様においては、前記ケースのカバー部を前記ケースのベース部に溶着接合する工程において、該ケースの厚みを調整することにより、ブレーカーの、前記可動アームと前記ケースとの間の接触圧、動作温度及び復帰温度が容易且つ適正に微調整されるので、低背のブレーカーにおいても、更に精度良く、容易に温度特性を制御し、安定的に生産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態の高温時における状態を示す概念図
【図２】本発明のケースに押圧突起を有する実施の一形態を示す断面図
【図３】本発明の可動アームに押圧突起を有する実施の別の一形態を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態について、以下、図面を参照して説明する。本発明の一実施形態の構成図を図１に示す。これは、高温時における状態を示す概念図である。図２は、本発明の実施の一形態を示す断面図であり、ケース２のカバー部２ａの内側面上に突起８ａを隆起させているものを示す。図３は、本発明の実施の別の一形態を示す断面図であり、可動アーム７の平坦部７ｄ上に突起８ｂを隆起させているものを示す。図２及び３は低温時の状態である。
【００２３】
図１において、ブレーカー１は、ケース２に固定ベース３、ＰＴＣサーミスター４、熱応動素子（バイメタル５）、可動アーム7などの各種の部品を封入して構成されている。熱応動素子は通常、バイメタルで形成されるので、以下、バイメタル５と呼ぶ。従来は、復帰温度及び動作温度などの温度特性がバイメタル及び可動アームの材質、機械特性などに依存して決定されていたところ、本発明では、ケース２のカバー部２ａの内側面と可動アーム７とを接触させる押圧接点８により、可動アーム７の復元力の伝達が更に効率的になり、原形復帰が促進される。他の部分は特段の支障のない限り従来の例に従えばよい。
【００２４】
ケース２は、カバー部２ａ及びベース部２ｂから構成される。カバー部２ａは、カバー金属部２ｄを樹脂部２ｆにインサート成形して形成される。カバー金属部２ｄは、ブレーカー１の小型化に際して、機械的強度を増すために有利である。樹脂部２ｆは、側壁２ｅなどを形成し、可動アーム７が取り付けられる固定部７ｅ並びにカバー部２ａ及びベース部２ｂの溶着される部位を提供する。カバー部２ａの内側面には、図１乃至３におけるように通常、可動アーム７の反転状態を維持し、可動アーム７への負担を軽減するために、受け突起２ｃが付されており、高温時に可動アーム７が接触する。受け突起２ｃと対置して、カバー部２ａの内側面上の固定部７ｅ側には、押圧接点８が構成される。
【００２５】
固定ベース３は、ケース２のベース部２bにインサート成形された金属部品であり、ケース２の外部に出たベース端子３ａとケース２内部の固定接点３ｂの形成された部分とからなる。
【００２６】
ＰＴＣサーミスター４は、自己保持回路を構成するために用いられる発熱素子である。図２及び図３においては図示しないが、図１におけるように可動アームの直下に置かれるのが、小型化の観点から有利である。
【００２７】
バイメタル５は、高温時に反転し、固定部７ｅ側で接点６を可動アーム７と構成する。本発明では、設計容易性のため、バイメタルと可動アームが分割されて設計される。図１は高温時に可動アーム７を押し上げ、固定部７ｅ側で接点６と他方で別の接点６’が発生している状態を表す。図２及び３は低温時にバイメタル５が原形に復帰し、可動接点７ｂが固定接点３ｂと接して、ブレーカー１の導通している状態を表す。
【００２８】
高温時におけるバイメタル５と可動アーム７との接点６では、小突起（ダボ）がブレーカー１の温度特性の調整に使われることもできる。通常、ダボは、可動アーム７上に、バイメタル５に対向する方向に張り出して形成される。かくして、可動接点７ｂの可動域が大きくなり、ブレーカー１の電気的特性及び温度特性を更に自由に調整できる。ダボは、バイメタル５上に可動アーム７に向かって形成するのも可能である。
【００２９】
可動アーム７は、両端にケース２外のアーム端子７ａ及びケース２内の可動接点７ｂを有し、中間域に可動部７ｆ及びケース２の側壁２ｅに固定するための固定部７ｅを有する。可動部７ｆには、可動接点７ｂから固定部７ｅに向かって順に屈曲部７ｃ及び平坦部７ｄが形成される。可動アーム７は、これら各部位が電気的に接続し得れば分割して形成してもよく、固定部７ｅを設けない形態もありうるが、接点の接触離反する箇所が複数に及ぶと、電気特性及び温度特性を調整するのが非常に煩瑣になる。
【００３０】
屈曲部７ｃは、可動部７ｆ上の曲げ、山折れ線又は谷折れ線であり、バネ性を担保し、可動接点７b及び固定接点３bが接触離反する時ブレーカー１が安定した電気特性を呈するようにする。かかるバネ性を発揮するため、屈曲部７ｃは接点６及び接点６’の間に位置する。屈曲部７ｃから固定部７ｅにわたって一部又は全部に略平板状の平坦部７ｄが形成され、押圧接点８はこの平坦部７ｄ上の区間に構成される。温度特性の制御を容易とするためには、平坦部７ｄ又はカバー部２ａの内側面は平らかであるのが望ましい。
【００３１】
押圧接点８は、カバー部２ａの内側面上の突起８ａで構成されるもの（図１及び図２）、平坦部７ｄ上の突起８ｂで構成されるもの（図３）、及び明瞭な突起を呈さないもの（図示せず）に大別できる。ブレーカー１の温度特性の制御に充分に資すれば、押圧接点８、突起８ａ又は突起８ｂの形状は特に限定されない。図示される形態の他に、例えば、山折れ線又は谷折れ線からなる屈曲部７ｃ及び平坦部７ｄになだらかな山折れの頂点を形成し、この山折れの頂点を直接カバー部２ａの内側面に当接させ、押圧接点８とすることも可能である。尚、設計自由度の観点から、突起を隆起させる形態が望ましい。
【００３２】
かかる押圧接点８、突起８ａ又は突起８bの構成される領域は、平坦部７ｄに沿った、バイメタル５と可動アーム７との接点６と屈曲部７ｃとの中間域である。押圧接点８の配置が屈曲部７ｃより可動接点７ｂ側又は接点６より固定部７e側に設けられたのでは、低温時に可動アーム７の復元力が効率的に発揮されず、所望の復帰温度を得にくい。
【００３３】
押圧接点８の形状は、バイメタル５と可動アーム７との接点６の直上に及ぶものであってもよい。しかし、押圧接点８が屈曲部７ｃの直上にある場合、温度特性の安定しない虞がある。したがって、押圧接点８の及ぶ領域は接点６と屈曲部７ｃの中間を占めるのが望ましい。尚、カバー部２ａと可動アーム７の双方に突起があることも妨げないが、この形態では温度特性の安定的な調整は難しくなる。
【００３４】
押圧接点８の形成は、可動アーム７又はカバー金属部２ｄなどの部材に対し、曲げ、絞りなど金属プレス加工により、折れ線、突起などをなして行うことができ、また、樹脂部２ｆで成形することも妨げない。この時、突起などの高さにより復帰温度を調整できる。一般に、突起は低いほど復帰温度を降下させ、高いほど上昇させる。そして、このような調整を更に確実に行ない、安定した特性を得るためには、高温時及び低温時の双方において押圧接点８が存在し続け、カバー部２ａと可動アーム７は常時当接するのが望ましい。低温時に、押圧接点８の消失する形態も可能であるが、長期間の使用により電気特性の安定しなくなる傾向が生ずる。
【００３５】
ブレーカー１は、カバー部２aとベース部２bとを接合して完成する。この時、小型のブレーカーにおいては、係合によるより、溶着接合操作Ｗにより超音波溶着、過熱などで、物理化学的に接合するのが簡便である。図１乃至３では、樹脂からなる側壁２ｅにおける溶着接合を例示している。加えて、この工程において溶着接合操作Ｗでケース２を押圧する力、掛ける時間などを適宜調節することにより、突起８ａまたは突起８ｂなど押圧接点８により発生する接触圧を微調整できるので、更に精度の良い温度特性を得られる。さらに、通電しながら電気特性をも評価しつつ、溶着接合操作Ｗを行えば、安定した生産、歩留まり改善などが更に容易となる。またさらに、接合時におけるケース２の厚みの変化が許容可能なものであれば、部品を供給する前工程での設計変更による負担を軽減できるので、押圧接点８の配置される箇所や寸法を変更するより、設計自由度が増す。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
一般にバイメタルは、ヒステリシスにより復帰温度が動作温度より低くなる傾向にある。そこで、バイメタル固有の復帰温度より高温において、又は固有の復帰速度より迅速に原形に復帰するのが望ましい場合において、本発明は有用である。本発明では、可動アームの特定位置に接触構造を設け、これを適宜調整することにより、ブレーカーの温度特性を従来に増して有意に制御できる。
【符号の説明】
【００３７】
１：  ブレーカー，
２：  ケース，  ２ａ：  カバー部，  ２ｂ：  ベース部，  ２ｃ：  受け突起，  ２ｄ：  カバー金属部，  ２ｅ：  側壁，２ｆ：  樹脂部
３：  固定ベース，  ３ａ：  ベース端子，  ３ｂ：  固定接点
４：  ＰＴＣサーミスター，
５：  バイメタル（熱応動素子），
６：  高温時におけるバイメタルと可動アームとの接点（固定部側），  ６’：  高温時におけるバイメタルと可動アームとの接点（他端）
７：  可動アーム，  ７ａ：  アーム端子，  ７ｂ：  可動接点，  ７ｃ：  屈曲部，  ７ｄ：  平坦部，  ７ｅ：  固定部  ７ｆ：  可動部，
８：  押圧接点，  ８ａ：  突起（カバー部の内側面上），  ８ｂ：  突起（可動アームの平坦部上），
Ｗ：  溶着接合操作，
【図１】
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【図２】
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【図３】
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