(57)【要約】【課題】落下時の衝撃に伴う電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる電流遮断装置を提供する。【解決手段】電流遮断装置１００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とを備えたブレーカー１を含む。電流遮断装置１００は、ブレーカー１が実装される回路基板５０と、ブレーカー１に対して並列に接続され、回路基板５０に実装されるＰＴＣサーミスター６０とをさらに備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を備えたブレーカーを含む電流遮断装置において、
前記ブレーカーが実装される回路基板と、
前記ブレーカーに対して並列に接続され、前記回路基板に実装される第１正特性サーミスターとをさらに備える、ことを特徴とする電流遮断装置。
【請求項２】
前記回路基板は、前記ブレーカーが接続される第１導電パターンが形成された第１導電層と、前記第１正特性サーミスターを前記ブレーカーに対して並列に接続するための第２導電パターンが形成された第２導電層とが、異なる層に形成されている、請求項１記載の電流遮断装置。
【請求項３】
前記ブレーカーと、前記第１正特性サーミスターとは、前記回路基板の同一面側に実装されている、請求項１又は２に記載の電流遮断装置。
【請求項４】
前記ブレーカー及び前記第１正特性サーミスターは、前記回路基板の厚さ方向から視て長方形状に形成され、
前記ブレーカーの長手方向と前記第１正特性サーミスターの長手方向とが互いに直交している、請求項３記載の電流遮断装。
【請求項５】
前記ブレーカーは、前記可動片が前記遮断状態にあるとき、前記固定片と前記可動片とを導通させる第２正特性サーミスターをさらに備え、
前記第１正特性サーミスターのトリップ温度未満において、前記第１正特性サーミスターの抵抗は、前記第２正特性サーミスターの抵抗よりも小さく、
前記第１正特性サーミスターのトリップ温度以上において、前記第１正特性サーミスターの抵抗は、前記第２正特性サーミスターの抵抗よりも大きい、請求項１乃至４のいずれかに記載の電流遮断装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電流遮断装置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７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電流遮断装置を備えたことを特徴とする２次電池パック。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器の保護装置として用いられる小型の電流遮断装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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、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、固定片及び可動片の端子が電気機器の電気回路に接続されて使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１１／１０５１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したスマートフォン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。特に、単セルの２次電池パックが適用されるスマートフォン等の小型のモバイル機器にあっては、単一のブレーカーの接点が開くことにより電力供給が断たれるため、上記不具合が生ずるおそれが高まる。
【０００７】
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、落下時の衝撃に伴う電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる電流遮断装置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】
【０００８】
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を備えたブレーカーを含む電流遮断装置において、前記ブレーカーが実装される回路基板と、前記ブレーカーに対して並列に接続され、前記回路基板に実装される第１正特性サーミスターとをさらに備える、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る前記電流遮断装置において、前記回路基板は、前記ブレーカーが接続される第１導電パターンが形成された第１導電層と、前記第１正特性サーミスターを前記ブレーカーに対して並列に接続するための第２導電パターンが形成された第２導電層とが、異なる層に形成されている、ことが望ましい。
【００１０】
本発明に係る前記電流遮断装置において、前記ブレーカーと、前記第１正特性サーミスターとは、前記回路基板の同一面側に実装されている、ことが望ましい。
【００１１】
本発明に係る前記電流遮断装置において、前記ブレーカー及び前記第１正特性サーミスターは、前記回路基板の厚さ方向から視て長方形状に形成され、前記ブレーカーの長手方向と前記第１正特性サーミスターの長手方向とが互いに直交している、ことが望ましい。
【００１２】
本発明に係る前記電流遮断装置において、前記ブレーカーは、前記可動片が前記遮断状態にあるとき、前記固定片と前記可動片とを導通させる第２正特性サーミスターをさらに備え、前記第１正特性サーミスターのトリップ温度未満において、前記第１正特性サーミスターの抵抗は、前記第２正特性サーミスターの抵抗よりも小さく、前記第１正特性サーミスターのトリップ温度以上において、前記第１正特性サーミスターの抵抗は、前記第２正特性サーミスターの抵抗よりも大きい、ことが望ましい。
【００１３】
本発明の電気機器用の安全回路は、前記電流遮断装置を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の２次電池パックは、前記電流遮断装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電流遮断装置は、固定接点を有する固定片、可動接点を有する可動片、熱応動素子とを備えたブレーカーと、ブレーカーが実装される回路基板と、ブレーカーに対して並列に接続され、回路基板に実装される第１正特性サーミスターとを備える。通常動作時においてトリップ温度未満の第１正特性サーミスターは、ブレーカーの両端を常時導通させる。これにより、電気機器の地面等への落下に伴う衝撃がブレーカーに加えられ、その衝撃によって固定接点から可動接点が離隔する場合であっても、第１正特性サーミスターを介してブレーカーの両端の導通が維持され、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。
【００１６】
また、第１正特性サーミスターは、ブレーカーと共に回路基板に実装されているので、ブレーカー自体に第１正特性サーミスターとの接続のための構成を付加する必要はない。従って、従来から知られている構成のブレーカー、すなわち、既存の基板実装用のブレーカーを用いることができ、電流遮断装置の開発期間が短縮されると共に、製造コストを容易に抑制することが可能となる。さらに、仕様の異なるブレーカー及び第１正特性サーミスターを組み合わせて適用することにより、様々な用途に応じた電流遮断装置を容易に製造することが可能となる。
【００１７】
さらに、ブレーカー及び第１正特性サーミスターは、例えば、リフロー方式のはんだ付け等により、同一の工程にて回路基板に実装される。これにより、電流遮断装置の生産工程が簡素化され、容易にコストダウンを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態による電流遮断装置の斜視図。
【図２】図１のブレーカーの概略構成を示す組立て前の状態を示す斜視図。
【図３】通電状態における上記ブレーカーを示す断面図。
【図４】電流遮断状態における上記ブレーカーを示す断面図。
【図５】落下時における上記ブレーカーを示す断面図。
【図６】回路基板が破断された電流遮断装置の断面図である。
【図７】上記ブレーカーのＰＴＣサーミスターのトリップ前後における抵抗を比較して示す片対数グラフ。
【図８】上記電流遮断装置を備えた安全回路の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態による電流遮断装置について図面を参照して説明する。図１は、電流遮断装置１００の概略構成を示している。電流遮断装置１００は、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を含む。
【００２０】
図２乃至図４は、ブレーカー１の構成を示している。ブレーカー１は、固定接点２１及び端子２２を有する固定片２と、端子３２を有する端子片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（第２正特性サーミスター）６と、固定片２、端子片３と、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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２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、熱応動素子５、ＰＴＣサーミスター６、さらには後述する回路基板５０等についても同様である。
【００２４】
端子片３は、固定片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。端子片３の一端には外部回路と電気的に接続される端子３２が形成され、他端側には、可動片４と電気的に接続される接続部３３が形成されている。端子３２はケース本体７の端縁から外側に突き出されている。接続部３３は、ケース本体７の内部に設けられた開口７３ｂから露出し、可動片４と電気的に接続される。
【００２５】
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。
【００２６】
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、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。
【００２７】
可動片４の長手方向の他端部には、端子片３の接続部３３と電気的に接続される接続部４２が形成されている。端子片３の接続部３３と可動片４の接続部４２とは、例えば、溶接によって固着されている。
【００２８】
可動片４は、可動接点４１と接続部４２との間に、弾性部４３を有している。弾性部４３は、接続部４２から可動接点４１の側に延出されている。接続部４２において端子片３の接続部３３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、固定片２と可動片４とが通電可能となる。可動片４と端子片３とは、電気的に接続されているので、固定片２と端子片３とが通電可能となる。
【００２９】
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の裏面には、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２、図３及び図４参照）。
【００３０】
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。熱応動素子５のうち、高膨脹側の薄板材には、例えば、銅−ニッケル−マンガン合金又はニッケル−クロム−鉄合金が、低膨脹側の薄板材には、例えば、鉄−ニッケル合金をはじめとする、洋白、黄銅、ステンレス鋼などの合金が、所要条件に応じて組み合わせて使用されうる。各薄板材は、例えば、圧延等によって貼り合わせられる。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
蓋部材８には、カバー片９（図３参照）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板又はステンレス鋼等の金属板をプレス加工することにより形成される。カバー片９は、図３及び図４に示すように、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。カバー片９の外面側には、樹脂が配されている。
【００３６】
図２に示すように、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。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、リフロー方式によるはんだ付け工程で、ケース１０の内部にフラックスが侵入することが防止され、熱応動素子５等を構成する金属の化学的安定性を高めることが可能となる。
【００３７】
図３及び４は、ブレーカー１の動作の概略を示している。図３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の両端子２２、３２間は導通している。また、熱応動素子５は、導通状態の可動片４の弾性部４３と離隔している。これにより、可動接点３１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。可動片４の弾性部４３と熱応動素子５とは接触してもよく、可動片４、熱応動素子５、ＰＴＣサーミスター６及び固定片２は、回路として導通してもよい。しかし、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。
【００３８】
図４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。
【００３９】
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４３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３に示す導通状態に復帰する。
【００４０】
図１に示されるように、本実施形態の電流遮断装置１００は、上記ブレーカー１に加え、ブレーカー１が実装される回路基板５０と、ブレーカー１に対して並列に接続され、回路基板５０に実装されるＰＴＣサーミスター（第１正特性サーミスター）６０とを備える。上記外部回路の少なくとも一部は、回路基板５０に形成されている。
【００４１】
回路基板５０は、電流遮断装置１００の一部を構成する導電パターンを有している。ＰＴＣサーミスター６０の両端は、回路基板５０の導電パターンを介して、ブレーカー１の端子２２、３２と接続されている。すなわち、ＰＴＣサーミスター６０は、ブレーカー１に対して並列に接続され、トリップ温度未満でブレーカー１の両端子２２、３２を常時導通させる。
【００４２】
ＰＴＣサーミスター６０には、上述したセラミック焼結体又はポリマーＰＴＣ等が適宜採用されうる。ＰＴＣサーミスター６０の端面には、回路基板５０の導電パターンとの電気的な接続を良好とするための電極６１が、低抵抗の金、銀又は銀合金等により形成されている。
【００４３】
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、固定片２と弾性部４３との導通が遮断される。同図では、固定片２からＰＴＣサーミスター６が離隔している状態が示されているが、ＰＴＣサーミスター６から熱応動素子５が離隔している状態、熱応動素子５から可動片４が離隔している状態等が生じうる。
【００４４】
本電流遮断装置１００では、上記いずれかの状態により、固定片２と弾性部４３との導通が遮断される事態にあっても、図１に示されるように、ＰＴＣサーミスター６０を介して固定片２と端子片３との導通が維持される。従って、電流遮断装置１００は、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。
【００４５】
なお、本発明に類似する電流遮断装置として、例えば、ブレーカー１の端子２２、３２を延出し、ＰＴＣサーミスター６０の両端と接続することにより、ブレーカー１に対してＰＴＣサーミスター６０を並列に接続することも可能である。しかしながら、このような構成では、端子２２、３２の形状が特殊となり、コストアップを招来する。また、何らかの理由により、ブレーカー１の端子２２、３２に外力が加えられたとき、端子２２、３２とＰＴＣサーミスター６０との接続部分に大きな応力が生じ、端子２２、３２からＰＴＣサーミスター６０が離隔するおそれがある。
【００４６】
一方、本発明の電流遮断装置１００では、ＰＴＣサーミスター６０は、ブレーカー１と共に、回路基板５０に実装されているので、ブレーカー１自体（例えば、上述した端子２２、３２等）にＰＴＣサーミスター６０との接続のための構成を付加する必要はない。
【００４７】
このように、本電流遮断装置１００では、既存の基板実装用のブレーカーを用いることができるので、その開発期間が短縮されると共に、製造コストを容易に抑制することが可能となる。さらに、仕様の異なるブレーカー１及びＰＴＣサーミスター６０を組み合わせて適用することにより、様々な用途に応じた電流遮断装置１００を容易に製造することが可能となる。
【００４８】
ブレーカー１及びＰＴＣサーミスター６０は、例えば、リフロー方式のはんだ付け等により、同一の工程にて回路基板５０に実装される。これにより、電流遮断装置１００の生産工程が簡素化され、容易にコストダウンを図ることが可能となる。
【００４９】
図６は、電流遮断装置１００の回路基板５０を破断した断面図である。図１及び６に示されるように、回路基板５０には、ブレーカー１が接続される第１導電パターン５１と、ＰＴＣサーミスター６０をブレーカー１に対して並列に接続するための第２導電パターン５２と、ＰＴＣサーミスター６０が接続される第３導電パターン５３とが形成されている。これにより、ブレーカー１、ＰＴＣサーミスター６０、第１導電パターン５１、第２導電パターン５２及び第３導電パターン５３の構成が、全て回路基板５０の外面又は内部に集約され、電流遮断装置１００の構成が簡素化される。
【００５０】
第１導電パターン５１、第２導電パターン５２及び第３導電パターン５３は、回路基板５０の厚さ方向に積層されたコア材５５によって絶縁されている。ブレーカー１と第１導電パターン５１及びＰＴＣサーミスター６０と第３導電パターン５３は、それぞれはんだ付け等により接続される。本実施形態では、回路基板５０がコア材５５によって強化されることにより、外力による回路基板５０の変形が抑制され、ブレーカー１と第１導電パターン５１及びＰＴＣサーミスター６０と第３導電パターン５３の接続部分に生ずる応力は、低減される。
【００５１】
第１導電パターン５１は第１導電層５６に形成され、第２導電パターン５２は第２導電層５７に形成されている。第１導電層５６と第２導電層５７とは、コア材５５を挟んで異なる層に形成されているのが望ましい。本実施形態では、第１導電層５６は、回路基板５０の表面に形成され、第２導電層５７は、回路基板５０の内部に形成されている。第２導電層５７は、回路基板５０の裏面に形成されていてもよい。第１導電層５６と第２導電層５７とが異なる層に形成されていることにより、回路基板５０の占有面積を小さくできる。例えば、回路基板５０の厚さ方向から視た平面視で、ブレーカー１と重複するように第２導電パターン５２を配設することにより、回路基板５０の占有面積を容易に小さくできる。
【００５２】
図６に示されるように、一方の第１導電パターン５１及び第３導電パターン５３と、一方の第２導電パターン５２とは、例えば、第１導電層５６と第２導電層５７に挟まれたコア材５５を貫通するスルーホールに充填されたビア５８によって接続されている。同様に、他方の第１導電パターン５１及び第３導電パターン５３と、他方の第２導電パターン５２とも、コア材５５を貫通するビア５８によって接続されている。
【００５３】
ブレーカー１と、ＰＴＣサーミスター６０とは、回路基板５０の同一面側に実装されているのが望ましい。本実施形態では、ブレーカー１及びＰＴＣサーミスター６０は、回路基板５０の表面側に実装されている。このような実装形態は、第１導電パターン５１と第３導電パターン５３とが回路基板５０の表面側、すなわち、第１導電層５６に形成されることにより、容易に実現可能である。ブレーカー１とＰＴＣサーミスター６０とが、回路基板５０の同一面側に実装されていることにより、回路基板５０にブレーカー１及びＰＴＣサーミスター６０を搭載する工程が簡素化され、電流遮断装置１００のコストダウンを容易に図ることが可能となる。また、ブレーカー１と第１導電パターン５１及びＰＴＣサーミスター６０と第３導電パターン５３を接続するためのはんだ付け工程が簡素化され、電流遮断装置１００のコストダウンを容易に図ることが可能となる。
【００５４】
ブレーカー１及びＰＴＣサーミスター６０は、回路基板５０の厚さ方向から視て長手方向を有する長方形状に形成されている。そして、ブレーカー１は、ケース１０の内部に可動片４、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６等の部品を内蔵する関係上、通常、ＰＴＣサーミスター６０よりも大型となる傾向にある。そこで、本実施形態では、ブレーカー１の長手方向とＰＴＣサーミスター６０の長手方向とが互いに直交しているのが望ましい。これにより、ＰＴＣサーミスター６０の長手方向とブレーカー１の短手方向とが平行に配置されるため、回路基板５０の占有面積を小さくできる。本実施形態では、ＰＴＣサーミスター６０の長手方向の長さがブレーカー１の短手方向の長さよりも小さいため、回路基板５０の幅（ブレーカー１の短手方向での、回路基板５０の長さ）を肥大化させることなく、ブレーカー１の長手方向での回路基板５０の長さを短縮できる。
【００５５】
ＰＴＣサーミスター６及びＰＴＣサーミスター６０は、加熱に伴い低抵抗状態から高抵抗状態に移行する。ＰＴＣサーミスター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。ＰＴＣサーミスター６及びＰＴＣサーミスター６０は、それぞれ固有のトリップ温度を有している。
【００５６】
主として可動片４が遮断状態でのブレーカー１の自己保持回路を確保するために設けられるＰＴＣサーミスター６と、主として上記瞬断対策として設けられるＰＴＣサーミスター６０とは、通常、要求される機能が異なる。本発明では、独立したＰＴＣサーミスター６及びＰＴＣサーミスター６０によって、各サーミスターの諸特性（トリップ温度、トリップ温度未満での抵抗及びトリップ温度以上での抵抗等）を、それぞれの機能に応じて個別に設定することが可能となる。これにより、ブレーカー１の良好な温度特性を維持しつつ、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。
【００５７】
より具体的には、熱応動素子５の動作温度未満の温度領域で、電気機器の落下時における電気機器各部への電力供給の瞬断を効果的に抑制するため、ＰＴＣサーミスター６０のトリップ温度は、熱応動素子５の動作温度よりも高く設定されることが望ましい。これにより、ＰＴＣサーミスター６０を流れる電流が十分に確保され、電気機器各部への電力供給が維持される。
【００５８】
図７は、ＰＴＣサーミスター６及びＰＴＣサーミスター６０のトリップ前後（トリップ温度の上下の温度領域）における抵抗を比較して示す片対数グラフである。図７において、縦軸の抵抗は対数で増加し、ＰＴＣサーミスター６の抵抗は曲線Ｒ６で示され、ＰＴＣサーミスター６０の抵抗は曲線Ｒ６０で示される。
【００５９】
さらに、熱応動素子５の動作温度未満の温度領域で、電気機器の落下時における電気機器各部への電力供給の瞬断を効果的に抑制するため、ＰＴＣサーミスター６０のトリップＴ６０温度未満において、ＰＴＣサーミスター６０の抵抗Ｒ６０は、ＰＴＣサーミスター６の抵抗Ｒ６よりも小さいのが望ましい。これにより、ＰＴＣサーミスター６及びＰＴＣサーミスター６０がトリップしていない状態での電気機器の落下時に、ＰＴＣサーミスター６０を流れる電流が十分に確保され、電気機器各部への電力供給が安定して維持される。
【００６０】
一方、ＰＴＣサーミスター６０のトリップ温度Ｔ６０以上において、ＰＴＣサーミスター６０の抵抗Ｒ６０は、ＰＴＣサーミスター６の抵抗Ｒ６よりも大きいのが望ましい。これにより、ＰＴＣサーミスター６及びＰＴＣサーミスター６０がトリップした状態で、ＰＴＣサーミスター６を流れる漏れ電流が十分に確保され、熱応動素子５の温度を復帰温度以上に維持し、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６を含む自己保持回路を有効に機能させることが容易となる。
【００６１】
ＰＴＣサーミスター６０は、許容電流を有する過電流保護素子である。ＰＴＣサーミスター６０の許容電流とは、ＰＴＣサーミスター６０がトリップしない最大の電流である。ＰＴＣサーミスター６０の許容電流は、ブレーカー１の定格電流より小さいのが望ましい。これにより、熱応動素子５が動作温度Ｔ５に達することにより、ブレーカー１の内部での導通が遮断されたとき、ＰＴＣサーミスター６０に許容電流を超える電流が流れる。これに伴い、直ちにＰＴＣサーミスター６０がトリップし、電気機器各部への電力の供給が遮断され、電気機器が保護される。
【００６２】
電気機器の落下等によりブレーカー１に大きな衝撃力が加えられ、固定接点２１から可動接点４１が離隔する場合も、ＰＴＣサーミスター６０に電流が流れる。しかし、衝撃力で可動接点４１が固定接点２１から離隔してから再び固定接点２１に接触するまでの時間を瞬断時間としたとき、瞬断時間は十分に短い。そこで、ＰＴＣサーミスター６０に電流が流れ始めてから発熱によりトリップ温度Ｔ６０に達するまでの時間をトリップ時間としたとき、トリップ時間は、瞬断時間よりも長く設定されているのが望ましい。トリップ時間が経過する前にブレーカー１の内部での導通が再開されれば、電気機器への電力の供給は継続される。なお、瞬断時間は、実験等により得ることができる。
【００６３】
ＰＴＣサーミスター６のトリップ温度Ｔ６は、熱応動素子５の動作温度Ｔ５よりも大きく、ＰＴＣサーミスター６０のトリップ温度Ｔ６０は、ＰＴＣサーミスター６のトリップ温度Ｔ６よりも大きい。このような構成により、ブレーカー１において、ＰＴＣサーミスター６による自己保持の機能、ＰＴＣサーミスター６０による瞬断の防止、熱応動素子５による良好な遮断動作が実現できる。ＰＴＣサーミスター６及びＰＴＣサーミスター６０の温度変化に対する抵抗変化の割合は、曲線Ｒ６の傾き及びＲ６０の傾きによって表される。
【００６４】
トリップ前後において、ＰＴＣサーミスター６０の温度変化に対する抵抗変化の割合は、ＰＴＣサーミスター６の温度変化に対する抵抗変化の割合よりも大きいのが望ましい。これにより、ＰＴＣサーミスター６及びＰＴＣサーミスター６０がトリップしていない状態での電気機器の落下時に、ＰＴＣサーミスター６０を流れる電流が十分に確保されやすくなり、電気機器各部への安定した電力供給が期待できる。また、ＰＴＣサーミスター６及びＰＴＣサーミスター６０がトリップした状態では、ＰＴＣサーミスター６を流れる電流が十分に確保されるので、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６を含む自己保持回路を有効に機能させることが容易となる。
【００６５】
本発明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る。すなわち、電流遮断装置１００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とを備えたブレーカー１を含み、ブレーカー１が実装される回路基板５０と、ブレーカー１に対して並列に接続され、回路基板５０に実装されるＰＴＣサーミスター６０とをさらに備えていればよい。
【００６６】
例えば、ブレーカー１は、端子片３と可動片４とが別部品にて構成されている形態に限られることなく、両者が一体的に構成されていてもよい。また、ブレーカー１、回路基板５０、及びＰＴＣサーミスター６０等の形状は、図１等に示したものに限られず、適宜変更可能である。
【００６７】
また、ブレーカー１とＰＴＣサーミスター６０とは、回路基板５０の異なる面側に実装されていてもよい。例えば、ブレーカー１は回路基板５０の表面側に、ＰＴＣサーミスター６０は回路基板５０の裏面側にそれぞれ実装されていてもよい。この場合、回路基板５０の厚さ方向から視た平面視で、ブレーカー１とＰＴＣサーミスター６０とが互いに重複するように配設することにより、回路基板５０の占有面積を容易に小さくできる。また、第２導電パターン５２を容易に簡素化することが可能となる。さらにまた、回路基板５０にブレーカー１及びＰＴＣサーミスター６０以外の部品を実装する場合に、当該部品の配置の自由度及び導電パターンの設計自由度が高められ、かつ、回路基板５０の占有面積を容易に小さくできる。
【００６８】
また、回路基板５０の表面には、ブレーカー１のケース本体７の底部を収容するための凹部が形成されていてもよい。凹部は、例えば、第１導電層５６と第２導電層５７との間のコア材５５が陥没することにより形成される。回路基板５０に凹部が設けられることにより、回路基板５０に対してブレーカー１を低位置で搭載でき、電流遮断装置１００の低背化を図ることが可能となる。
【００６９】
図８は、電流遮断装置１００を備えた安全回路の回路図である。同図では、図５に示されるように、落下等に伴う衝撃を受け、固定接点２１から可動接点４１が離隔した状態での安全回路２００が示されている。電流遮断装置１００は、２次電池２０１と負荷３００との間で、直列に接続されている。ブレーカー１とＰＴＣサーミスター６０とは、電流遮断装置１００内で、導電パターン５１、５２、５３等を介して、並列に接続される。また、ＰＴＣサーミスター６は、熱応動素子５と直列に接続されている。ブレーカー１に加えられた衝撃によって固定接点２１から可動接点４１が離隔すると共に、可動片４から熱応動素子５が離隔する場合であっても、ＰＴＣサーミスター６０を介して２次電池２０１と負荷３００との導通が維持され、負荷３００への電力供給の瞬断を抑制できる。
【００７０】
図８において、電流遮断装置１００及び２次電池２０１は、１つのパッケージ内に収容され、２次電池パック２０２を構成する。
【符号の説明】
【００７１】
１    ブレーカー
２    固定片
４    可動片
５    熱応動素子
６    ＰＴＣサーミスター（第２正特性サーミスター）
１０    ケース
２１    固定接点
４１    可動接点
５０    回路基板
５１    第１導電パターン
５２    第２導電パターン
５６    第１導電層
５７    第２導電層
６０    ＰＴＣサーミスター（第１正特性サーミスター）
１００    電流遮断装置
２００    安全回路
２０２    ２次電池パック 
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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