(57)【要約】【課題】従来よりも電流容量を大きくすることができ、かつ、セルの端子に対して容易に溶接することができるブレーカーを提供する。【解決手段】ケース７と、前記ケース７内に配置される固定接点２３、及び、前記ケース７外に少なくとも一部が露出する第１端子２２を具備する固定片２と、前記ケース７内に配置される可動接点４３、及び、前記ケース７外に少なくとも一部が露出する第２端子４２を具備する可動片４と、温度に応じて変形することによって前記固定接点２３に対して前記可動接点４３を接離させるように前記可動片４を動作させる熱応動素子５と、を備え、前記第２端子４３を少なくともニッケル層と銅層とを具備するクラッド材で形成した。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
前記ケース内に配置される固定接点、及び、前記ケース外に少なくとも一部が露出する第１端子を具備する固定片と、
前記ケース内に配置される可動接点、及び、前記ケース外に少なくとも一部が露出する第２端子を具備する可動片と、
温度に応じて変形することによって前記固定接点に対して前記可動接点を接離させるように前記可動片を動作させる熱応動素子と、を備え、
前記第２端子が少なくともニッケル層と銅層とを具備するクラッド材で形成されていることを特徴とするブレーカー。
【請求項２】
前記第２端子を形成するクラッド材が、ニッケル層と銅層の２つの層を具備するＮｉ−Ｃｕクラッド材である請求項１記載のブレーカー。
【請求項３】
前記第２端子を形成するクラッド材が、ニッケル層と銅層とニッケル層の３つの層を具備するＮｉ−Ｃｕ−Ｎｉクラッド材である請求項１記載のブレーカー。
【請求項４】
前記可動片が、先端部に前記可動接点が設けられ、前記ケース内に収容されるアームをさらに具備し、
前記第２端子の少なくとも一部が、前記ケーシング内に露出しているとともに前記アームの基端部に接合されている請求項１乃至３いずれかに記載のブレーカー。
【請求項５】
前記アームが銅板から形成されている請求項４記載のブレーカー。
【請求項６】
前記第１端子が、ニッケル層と銅層とを具備するクラッド材で形成されている請求項１乃至５いずれかに記載のブレーカー。
【請求項７】
前記第２端子がアルミニウム製の正極端子に溶接される請求項１乃至６いずれかに記載のブレーカー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器等の二次電池に内蔵されるブレーカーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばスマートフォン等の小型の電気機器においてバッテリーに過電流が供給されることや高温状態となることを防ぐために熱応動素子を具備するブレーカーが用いられる（特許文献１参照）。
【０００３】
図５に示されるようにこのようなブレーカー１Ａは内部に熱応動素子が収容されたケース７Ａと、ケース７Ａから外部へと露出する２つの銅合金製の端子２２Ａ、４２Ａとを備えている。ブレーカー１Ａの一方の端子４２ＡはバッテリーＢを構成するセルから突出するアルミニウム製の正極端子Ｂ１に取り付けられ、もう一方の端子２２ＡはバッテリーＢの制御用ボードＣの端子に取り付けられる。取り付け時にはブレーカー１Ａの端子４２Ａとセルの正極端子Ｂ１の間と、ブレーカー１Ａの端子２２Ａと制御用ボードＣの端子との間にそれぞれニッケル製のタブＴを介在させて例えばレーザー溶接や抵抗溶接などによって溶接される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2013-171642号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年バッテリーのセル員数は減少し、１セル当たりの電流容量が増加する傾向にある。このため、図５におけるバッテリーＢ、ブレーカー１Ａ、タブＴを備えたバッテリーパック１００Ａ全体での抵抗値をできる限り小さくして電流容量を大きくすることが求められつつある。
【０００６】
しかしながら、ブレーカー１Ａだけの抵抗値を小さくしても図５に示されるようにニッケル製のタブＴを介してセルの正極端子Ｂ１とブレーカー１Ａの一方の端子４２Ａが溶接されていると、抵抗値の大きいニッケル製のタブＴで大きな熱が発生してしまう。その熱が端子を介してケース７Ａ内の熱応動素子に影響を与えてしまい、所望の動作が行わなくなり、ブレーカー１Ａとしての機能が損なわれる可能性がある。
【０００７】
かといって、ニッケル製のタブＴを省略してブレーカー１Ａの銅合金製の端子４２Ａをセルのアルミ製の正極端子Ｂ１に溶接しようとすると、各金属の抵抗値が小さく、熱伝導率もよいので例えばレーザー溶接や抵抗溶接等でそれぞれの端子を溶接することは難しい。
【０００８】
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、従来よりも電流容量を大きくすることができ、かつ、セルの端子に対して容易に溶接す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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明に係るブレーカーは、ケースと、前記ケース内に配置される固定接点、及び、前記ケース外に少なくとも一部が露出する第１端子を具備する固定片と、前記ケース内に配置される可動接点、及び、前記ケース外に少なくとも一部が露出する第２端子を具備する可動片と、温度に応じて変形することによって前記固定接点に対して前記可動接点を接離させるように前記可動片を動作させる熱応動素子と、を備え、前記第２端子が少なくともニッケル層と銅層とを具備するクラッド材で形成されていることを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、前記第２端子はニッケル層を有しているので、例えばセルのアルミ製の電極に対して前記第２端子のニッケル層を抵抗溶接やレーザー溶接等の溶接方法で簡単に溶接することができる。したがって、第２端子とセルの電極との間を橋渡しするタブを用いずに第２端子をアルミ製の電極に直接溶接することができる。このため、従来必要であったタブが省略できる分だけ本発明に係るブレーカーを含むバッテリーパック全体での抵抗値を小さくできる。
【００１１】
これらのことから、バッテリーパック全体での電流容量を大きくすることができるので、例えばセル員数を少なくして１つのセル当たりの電流容量を大きくする場合に本発明に係るブレーカーを好適に用いることができる。
【００１２】
前記第２端子の別の端子に対する溶接のしやすさを確保しつつ、当該第２端子の抵抗値を下げやすくするには、前記第２端子を形成するクラッド材が、ニッケル層と銅層の２つの層を具備するＮｉ−Ｃｕクラッド材であればよい。このようなものであれば、例えばセルのアルミ製の電極に対して第２端子のニッケル層を接触させれば特に抵抗溶接により十分な熱を発生させて簡単に溶接することができる。また、第２端子のアルミ製の電極と接触しない部分においてニッケル層以外が銅層で形成されているので第２端子における抵抗を下げることができる。
【００１３】
例えばセルのアルミ製の電極に対して第２端子の向きを揃えなくても簡単に溶接できるようにするには、前記第２端子を形成するクラッド材が、ニッケル層と銅層とニッケル層の３つの層を具備するＮｉ−Ｃｕ−Ｎｉクラッド材であればよい。
【００１４】
前記可動片が、先端部に前記可動接点が設けられ、前記ケース内に収容されるアームをさらに具備するものであれば、前記可動片において可動接点側と前記第２端子における材料を異ならせることができる。
【００１５】
また、前記可動片全体の抵抗値を低下させつつ、さらに前記熱応動素子による前記可動接点の動作に必要とされる前記アームのバネ性を確保できるようにするには、前記第２端子の少なくとも一部が、前記ケーシング内に露出しているとともに前記アームの基端部に接合されていればよい。
【００１６】
前記アームの抵抗値を大きく下げられるとともにブレーカーの機能に適したバネ性を得られるようにするには、前記アームが銅板から形成されていればよい。
【００１７】
前記第１端子についてもタブを用いずに別の電極や端子に容易に溶接できるようにし、タブを省略できることによるバッテリーパック全体としての抵抗値の低下と電流容量の増加の効果をさらに得られるようにするには、前記第１端子が、ニッケル層と銅層とを具備するクラッド材で形成されていればよい。
【００１８】
本発明に係るブレーカーの好ましい実施の態様としては、前記可動接点及び固定接点の耐久性の観点から、前記第２端子がアルミニウム製の正極端子に溶接されるものを挙げることができる。
【発明の効果】
【００１９】
このように本発明に係るブレーカーであれば、タブを用いずに少なくとも第２端子をバッテリーの端子に対して直接溶接することができ、当該ブレーカーを含むバッテリーパック全体を低抵抗化して電流容量を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るブレーカー、及び、当該ブレーカーを備えたバッテリーパックを示す模式図。
【図２】同実施形態におけるブレーカーの模式的分解斜視図。
【図３】同実施形態におけるブレーカーの熱応動動作を示す模式的断面図。
【図４】本発明の別の実施形態に係るブレーカー、及び、当該ブレーカーを備えたバッテリーパックを示す模式図。
【図５】従来のブレーカー、及び、従来のブレーカーを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態に係るブレーカー１について各図を参照しながら説明する。
【００２２】
図１に示すブレーカー１は例えばモバイルパソコン、タブレット端末、スマートフォン等の小型の電気機器に用いられるバッテリーパック１００（二次電池パック）において過度の温度上昇が発生した場合や過度の電流が流れた場合にその温度変化に基づいて電流を遮断する安全回路の一部を構成するものである。また、このブレーカー１の保護対象は上述した各電気機器に限られるものではなく、例えば小型モータ等の保護回路としても用いられる。本実実施形態ではバッテリーＢは例えば１セル又は複数のセルが直列に接続されたものであり、１つのバッテリーＢに対して本実施形態のブレーカーを１つ設けることで安全回路を構成してある。
【００２３】
図１に示すように前記ブレーカー１は、前記バッテリーＢへの通電を制御する制御用ボードＣの端子に対して接続される第１端子２２と、前記バッテリーＢのアルミ製の正極端子Ｂ１に接続される第２端子４２とを備えたものである。前記第１端子２２と前記制御用ボードＣの端子の間にはニッケル製のタブＴを橋渡ししてあり、それぞれの端子は例えばレーザー溶接や抵抗溶接により溶接してある。一方、前記第２端子４２はバッテリーＢのアルミ製の正極端子Ｂ１に対してタブを介さずに直接溶接してある。また、バッテリーＢの負極端子Ｂ２は前記制御用ボードＣの端子へ直接接続してある。
【００２４】
以下ではブレーカー１の詳細について説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態のブレーカー１は、概略扁平直方体形状のケース７内に所定条件時に電流を遮断するためのスイッチング機構Ｓを収容したものである。前記スイッチング機構Ｓを他の電気素子や回路と接続するための２つの端子は、ケース７のそれぞれ対向する面から外部へと露出させてある。
【００２５】
図２の分解斜視図及び図３の断面図に示すように、前記ケース７は概略箱状に形成されたベース７１と、前記ベース７１の開口の蓋をする板状のカバー７２とから構成してある。前記ベース７１と前記カバー７２との間には前記スイッチング機構Ｓを構成する固定接点２３が形成された固定片２、セラミックＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタ６、バイメタルで形成された温度変化に伴って変形する熱応動素子５、先端側に可動接点４３が形成された可動片４が順番に収容してある。
【００２６】
前記固定片２は、先端部２１が前記ケース７内で前記ベース７１に固定され、基端部である第１端子２２が前記ケース７外に露出する金属片である。本実施形態では、前記固定片２の先端部２１の下面及び周囲を覆うようにインサート成型により前記ベース７１が形成されて一体化してある。前記固定片２の先端部２１において前記ケース７内において露出している部分に固定接点２３が形成してある。
【００２７】
前記可動片４は、基端側にバッテリーＢの正極端子Ｂ１と接続される第２端子４２と、先端側に前記固定接点２３に対して接離する可動接点４３が形成されたアーム４１とを備えたものである。この実施形態では前記アーム４１と前記第２端子４２はそれぞれ別々の材料で形成してあり、前記アーム４１の基端側は前記第２端子４２に対して前記ケース７内において接合してある。
【００２８】
前記アーム４１は板状の金属を概略弓状に湾曲させたものである。本実施形態では後述する熱応動素子５の動作に応じて前記可動接点４３が前記固定接点２３に対して接離するように銅板を湾曲させて形成してある。この銅板は、抵抗値の低下の観点から、導電率７５％ＩＡＣＳ以上であるのが好ましい。また前記アーム４１のバネ性又は導電率による接触圧力、接触抵抗等の抵抗値の良化に加えて、動作及び復帰温度の観点から前記アーム４１の厚さは前記第２端子４２のそれと異なっているのが好ましく、特に熱応動素子５の肥大化を回避するために、前記アーム４１の厚さが前記第２端子４２のそれより小さいのが好ましい。熱応動素子５の寸法が縮小することでブレーカー１の小型化が実現できる。
【００２９】
前記第２端子４２は、ニッケル層と銅層を具備するＮｉ−Ｃｕクラッド材で形成してあり、ベース７１に対して一端がインサート成型により一体化してある。このようにして、前記ベース７１の上面の全周にわたって平面を形成して、前記カバー７２と接触させ、強固に接合できるようにしてある。また、前記第２端子４２のベース７１側の面はニッケル層であり、前記第２端子４２のカバー７２側は銅層にしてある。したがって、前記ケース７内において銅板製の前記アーム４１の基端側は前記第２端子４２の銅層に対して接合してある。また、図１に示すように第２端子４２のニッケル層は前記バッテリーＢのアルミニウム製の正極端子Ｂ１に接触させて、レーザー溶接又は抵抗溶接により溶接される。
【００３０】
本実施形態では、前記固定片２の第１端子２２は前記制御用ボードＣを介してバッテリーＢの負極Ｂ２に接続される。したがって、前記可動片４においてはバッテリーＢの放電時に前記第２端子４２から前記アーム４１へと電気が流れることになる。なお、バッテリーＢに対する接続が逆向きになった場合には、前記可動片４において流れる電流の向きも反対向きになるが、ブレーカー１としての機能はほぼ同様に発揮される。
【００３１】
前記熱応動素子５は、熱膨張率の異なる２種類の金属が積層された板材であるバイメタルをプレスによって曲げ加工を施しつつ、一部押し出し加工を施して形成したものである。この板材の高膨張側の金属には、例えばニッケル−クロム−鉄合金（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ）を用いて、低膨張側の金属にはニッケル−鉄合金（Ｎｉ−Ｆｅ）を用いることにより防錆性を向上させたものを挙げることができる。
【００３２】
図３（ａ）は通常の通電時におけるブレーカー１を示すものであって、前記熱応動素子５は初期形状を維持し、前記カバー７２側へ凸となるように湾曲した形状となっている。この状態では、前記固定片２の先端部２１に形成された固定接点２３と前記アーム４１に形成された可動接点４３とが接触して、前記可動片４から前記固定片２を通って電流が流れることになる。
【００３３】
一方、図３（ｂ）は過電流状態や異常時におけるブレーカー１を示すものである。過電流又は高温状態となると動作温度に達した前記熱応動素子５は逆反りして前記ベース７１側へ凸となるように湾曲した形状へ変形する。この状態では前記熱応動素子５は前記アーム４１を上側へ持ち上げるので、前記固定接点２３と、前記可動接点４３は離間した状態となり、電流は前記可動片４から前記固定片２へと直接流れないように遮断される。すなわち、可動片４、熱応動素子５、ＰＴＣサーミスタ６、固定片２を介して微小な漏れ電流しか流れず、実質的に電流が遮断されることになる。漏れ電流は、ＰＴＣサーミスタ６の発熱、続いて熱応動素子５への熱移動及び反転動作の継続を引き起こし、自己保持回路が構成される。このようにＰＴＣサーミスタ６によって、実質的な電流の遮断状態が構成されていないと、電流が遮断された後、熱応動素子５が冷却されて復帰温度以下となると元の順反りの形状に戻り、電流が再開されると再び過熱によって逆反りの形状になるといった動作が際限なく繰り返されてしまう。すなわち、本実施形態では前記ＰＴＣサーミスタ６が設けてあるので、過熱と冷却が際限なく繰り返されるのを防ぐことができる。
【００３４】
このように本実施形態のブレーカーであれば、前記可動片４において前記バッテリーＢのアルミニウム製の正極端子Ｂ１に対して接続される前記第２端子４１がニッケル層と銅層とからなるクラッド材で形成されているので、従来のようにニッケル製のタブを用いずに前記第２端子４１を前記正極端子Ｂ１へ直接溶接する事が容易にできる。
【００３５】
したがって、従来と比較して高抵抗なタブを１つ減らすことができ、バッテリーバック１００全体で見た場合、全体の抵抗値を低減でき、電流容量を大きくすることができる。
【００３６】
また、前記第２端子４２は全てニッケルで形成されているのではなく、銅層を含んでおり、さらに前記アーム４１は銅で形成されているのでブレーカー１の抵抗値を低くすることができる。
【００３７】
さらに前記アーム４１は銅で形成されているので、前記可動接点４３を前記固定接点２３に対して接離させるのに適した弾性を持たせて小型できる。
【００３８】
これらの理由からバッテリーＢのセル員数が少なくなり電流値が大きくなっても本実施形態のブレーカー１は好適に用いることができる。例えば８Ａ以上の電流が当該ブレーカー１に流れるような用途であっても、高温時や異常電流が流れている場合には正常な電流遮断動作を実現できる。
【００３９】
加えて、前記第２端子４２は前記ベース７１に対してインサート成型により一体化されており、しかもベース７１の上面の縁が全周にわたって前記カバー７２と接触するように構成してあるので、溶接等の際に前記第２端子４２に対してねじれたとしても、そのモーメントは前記ベース７１に対して掛かり前記カバー７２に伝わらないので、ケース７の破壊を起こりにくくすることができる。
【００４０】
本発明の別の実施形態について説明する。なお、前記実施形態で説明した部材に対応する部材については同じ符号を付すこととする。
【００４１】
図４に示すように固定片２の第１端子２２についてもニッケル層と銅層からなるクラッド材で形成して、前記第１端子２２をタブなしで直接制御用ボードＣの端子へ溶接しても構わない。このようなものであればバッテリーパック１００において溶接のためのタブを排除できるので、さらに抵抗値を低下させて電流容量を大きくすることができる。なお、第１端子２２は本実施形態では概略Ｌ字状に形成してあるが、第２端子４２を同様に概略Ｌ字状に形成してもよい。
【００４２】
その他の実施形態について説明する。
【００４３】
第１端子又は第２端子を形成する板材はニッケル層及び銅層の２層からなるクラッド材で形成されたものに限られず、例えばニッケル層と銅層とニッケル層の３つの層を具備するＮｉ−Ｃｕ−Ｎｉクラッド材であっても構わない。
【００４４】
可動片については第２端子とアームを１つの材料で一体のものとして形成しても構わない。すなわち、可動片全体がニッケル層と銅層を具備するクラッド材で形成されていてもよい。
【００４５】
第２端子がバッテリーの負極端子に対して溶接されてもよい。バッテリーの端子がアルミニウム以外の金属で形成されている場合にも第２端子をタブなしで直接溶接してもよい。なお、溶接方法についてはレーザー溶接、抵抗溶接以外の溶接方法であってもよい。
【００４６】
また、本発明のブレーカーはバッテリーの安全回路だけでなく、その他の用途に用いても構わない。
【００４７】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。
【符号の説明】
【００４８】
１００・・・バッテリーパック
１    ・・・ブレーカー
２    ・・・固定片
２２  ・・・第１端子
２３  ・・・固定接点
４    ・・・可動片
４１  ・・・アーム
４２  ・・・第２端子
４３  ・・・可動接点
５    ・・・熱応動素子
６    ・・・ＰＴＣサーミスタ
７    ・・・ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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