(57)【要約】  ＰＴＣ素子およびバイメタル素子を含む保護装置であって、過電流以外の異常に対しても適切な保護を提供することができる保護装置を提供すること。  樹脂ベース、第１ターミナル、第２ターミナル、ＰＴＣ素子、絶縁層、バイメタル素子、アーム、上方プレートおよび樹脂カバーを有して成る保護装置であって、  樹脂ベースおよび樹脂カバーにより規定される樹脂ハウジング内に、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、第２ターミナル、絶縁層、バイメタル素子、アームおよび上方プレートが、この順に重ねられており、  第１ターミナルおよびターミナル機能を有するアームが直列に配置されて主回路を構成し、  第１ターミナル、ＰＴＣ素子および第２ターミナルが電気的に直列に接続されて副回路を構成し、  平常時には、主回路は、第１ターミナルとアームとが、双方の接点部を介して電気的に直列に接続された状態にあり、一方、副回路には電流が流れず、  異常時には、副回路に通電されると、この電流によりＰＴＣ素子が発熱し、この熱によりバイメタル素子が作動して、第１ターミナルおよびアームの電気的接続が遮断されて、主回路がオープンになるように構成されていることを特徴とする保護装置。
2014171516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂ベース、第１ターミナル、第２ターミナル、ＰＴＣ素子、絶縁層、バイメタル素子、アーム、上方プレートおよび樹脂カバーを有して成る保護装置であって、
樹脂ベースおよび樹脂カバーにより規定される樹脂ハウジング内に、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、第２ターミナル、絶縁層、バイメタル素子、アームおよび上方プレートが、この順に重ねられており、
第１ターミナルおよびターミナル機能を有するアームが直列に配置されて主回路を構成し、
第１ターミナル、ＰＴＣ素子および第２ターミナルが電気的に直列に接続されて副回路を構成し、
平常時には、主回路は、第１ターミナルとアームとが、双方の接点部を介して電気的に直列に接続された状態にあり、一方、副回路には電流が流れず、
異常時には、副回路に通電されると、この電流によりＰＴＣ素子が発熱し、この熱によりバイメタル素子が作動して、第１ターミナルおよびアームの電気的接続が遮断されて、主回路がオープンになるように構成されていることを特徴とする保護装置。
【請求項２】
さらに第３ターミナルを有して成り、
第１ターミナルに代えて第３ターミナルが副回路を構成し、
樹脂ベースおよび樹脂カバーにより規定される樹脂ハウジング内において、第３ターミナル、ＰＴＣ素子、第２ターミナル、絶縁層、バイメタル素子、アームおよび上方プレートが、この順に重ねられていることを特徴とする、請求項１に記載の保護装置。
【請求項３】
第１ターミナルおよびアームの接点部のいずれか一方が、接点材を第１ターミナルおよび／またはアームにかしめることにより形成されている、請求項１または２に記載の保護装置。
【請求項４】
ターミナルおよびアームの両方の接点部が、接点材をターミナルおよびアームにかしめることにより形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の保護装置。
【請求項５】
接点材が、銀−ニッケル合金である、請求項１〜４のいずれかに記載の保護装置。
【請求項６】
樹脂ベースが、インサート成形により第１ターミナルおよび存在する場合には第３ターミナルと一体に形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の保護装置。
【請求項７】
第１ターミナルまたは存在する場合には第３ターミナルの少なくとも一部がリブを有する、請求項１〜６のいずれかに記載の保護装置。
【請求項８】
樹脂ベースが、流動性が高い樹脂により形成されている、請求項１〜７のいずれかに記載の保護装置。
【請求項９】
上方プレートが鉤状の係止部を有し、この係止部を樹脂ベースの切欠形状の被係止部に係合させることにより、上方プレートが樹脂ベースに固定されている、請求項１〜８のいずれかに記載の保護装置。
【請求項１０】
アームが、樹脂ベースの空間内において、クランク形状を有する、請求項１〜９のいずれかに記載の保護装置。
【請求項１１】
アームの固定部がクランク形状を有し、このステップ部の両端部に嵌合部を有し、この嵌合部を樹脂ベースの被嵌合部に嵌合させることによりアームが固定されている、請求項１〜１０のいずれかに記載の保護装置。
【請求項１２】
バイメタル素子がその中央部付近に突起を有する、請求項１〜１１のいずれかに記載の保護装置。
【請求項１３】
樹脂ベース、第１ターミナル、第２ターミナル、ＰＴＣ素子、絶縁層、バイメタル素子、アーム、上方プレートおよび樹脂カバーを有して成り、
（１）樹脂ベースおよび樹脂カバーにより規定される樹脂ハウジング内に、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、第２ターミナル、絶縁層、バイメタル素子、アームおよび上方プレートが、この順に重ねられており、
（２）第１ターミナルおよびターミナル機能を有するアームが直列に配置されて主回路を構成し、
（３）第１ターミナル、ＰＴＣ素子および第２ターミナルが電気的に直列に接続されて副回路を構成し、
（４）平常時には、主回路は、第１ターミナルとアームとが、双方の接点部を介して電気的に直列に接続された状態にあり、異常時には、副回路に通電が開始され、この電流によりＰＴＣ素子が発熱し、この熱によりバイメタル素子が作動して、第１ターミナルおよびアームの電気的接続が遮断されて、主回路がオープンになるように構成されており、
（５）第１ターミナルおよびアームの接点部の少なくとも一方が、接点材を第１ターミナルおよび／またはアームにかしめることにより形成され、
（６）樹脂ベースが、インサート成形により第１ターミナルと一体に形成されており、
（７）第１ターミナルの少なくとも一部がリブを有し、
（８）樹脂ベースが高い流動性を有する樹脂から形成され、
（９）上方プレートが鉤状の係止部を有し、この係止部を樹脂ベースの切欠形状の被係止部に係合させることにより樹脂ベースに固定されており、
（１０）アームが、樹脂ベースの空間内において、クランク形状を有し、
（１１）アームの固定部がクランク形状を有し、このクランクのステップ部の両端部に嵌合部を有し、この嵌合部を樹脂ベースの被嵌合部に嵌合させることによりアームが固定されており、
（１２）バイメタル素子がその中央部付近に突起を有する
ことを特徴とする、保護装置。
【請求項１４】
樹脂ベース、第１ターミナル、第２ターミナル、第３ターミナル、ＰＴＣ素子、絶縁層、バイメタル素子、アーム、上方プレートおよび樹脂カバーを有して成り、
（１）樹脂ベースおよび樹脂カバーにより規定される樹脂ハウジング内に、第３ターミナル、ＰＴＣ素子、第２ターミナル、絶縁層、バイメタル素子、アームおよび上方プレートが、この順に重ねられており、
（２）第１ターミナルおよびターミナル機能を有するアームが直列に配置されて主回路を構成し、
（３）第３ターミナル、ＰＴＣ素子および第２ターミナルが電気的に直列に接続されて副回路を構成し、
（４）平常時には、主回路は、第１ターミナルとアームとが、双方の接点部を介して電気的に直列に接続された状態にあり、異常時には、副回路に通電が開始され、この電流によりＰＴＣ素子が発熱し、この熱によりバイメタル素子が作動して、第１ターミナルおよびアームの電気的接続が遮断されて、主回路がオープンになるように構成されており、
（５）第１ターミナルおよびアームの接点部の少なくとも一方が、接点材を第１ターミナルおよび／またはアームにかしめることにより形成され、
（６）樹脂ベースが、インサート成形により第１ターミナルおよび第３ターミナルと一体に形成されており、
（７）第１ターミナルおよび／または第３ターミナルの少なくとも一部がリブを有し、
（８）樹脂ベースが高い流動性を有する樹脂から形成され、
（９）上方プレートが鉤状の係止部を有し、この係止部を樹脂ベースの切欠形状の被係止部に係合させることにより樹脂ベースに固定されており、
（１０）アームが、樹脂ベースの空間内において、クランク形状を有し、
（１１）アームの固定部がクランク形状を有し、このクランクのステップ部の両端部に嵌合部を有し、この嵌合部を樹脂ベースの被嵌合部に嵌合させることによりアームが固定されており、
（１２）バイメタル素子がその中央部付近に突起を有する
ことを特徴とする、保護装置。
【請求項１５】
上面プレートが樹脂カバーの上部から露出していることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の保護装置。
【請求項１６】
縦５．０ｍｍ以下、横３．０ｍｍ以下、高さ０．９ｍｍ以下のサイズである、請求項１〜１５のいずれかに記載の保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気または電子装置（例えばモーター、２次電池パック）に異常が発生した場合に、その装置を流れる電流を実質的に遮断する、バイメタル素子およびＰＴＣ素子を有して成る保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気装置（例えばモーター）に電流が過剰に流れて電気装置が異常に高い温度になった場合、過剰電流以外の何等かの理由で電気装置の温度が異常に高い温度になった場合等の異常が生じた際、電気装置を流れる電流を遮断して、必要に応じてそのような異常を解消して、電気装置の安全を確保する必要がある。そのように電流を遮断する手段としてバイメタル素子が使用されている。【０００３】
バイメタル素子は、バイメタル金属のシート部材を有して成り、それ自体が特定の温度を越えて高温になった場合、あるいはその周囲の雰囲気の温度が高くなってバイメタル素子が特定の温度を超えて高温になった場合、作動して（即ち、変形して）、バイメタル素子を流れる電流を遮断するように構成されている。【０００４】
そのようなバイメタル素子が電気装置に組み込まれている場合、過剰電流または他の理由によって電気装置が異常な高温になると作動して電流を遮断する。電流の遮断により電気装置の温度が低下するが、バイメタル素子は、その温度も低下するので、元の形状に戻り（即ち、復帰して）、その結果、電気装置の安全を確保する前に、再び電流が流れることを許容することになり得る。【０００５】
そのように再び電流が流れることを防止するには、バイメタル素子が作動した状態を確保・維持する必要がある。そのために、電気装置の回路においてバイメタル素子を直列に配置して、その回路の電流を遮断できるようにすると共に、バイメタル素子に対してＰＴＣ素子が並列に配置されている。このような配置によって、バイメタル素子が作動した場合に、それを流れていた電流をＰＴＣ素子に迂回させ、その電流によってＰＴＣ素子がジュール熱を発生して、その熱をバイメタル素子に伝達してバイメタル素子の作動状態を確保できる。【０００６】
このように電気回路においてバイメタル素子の作動により動作する可動接点を直列に配置し、また、ＰＴＣ素子をバイメタル素子に対して並列に配置するように構成された保護装置が知られている。このような保護装置は、例えば下記特許文献１に開示されている。そのような保護装置では、ターミナルを有する樹脂ベースがそれに設けた空間内にＰＴＣ素子、バイメタル素子およびアームを有して成り、上方プレートを予め設けたカバーが樹脂ベース上に配置され、この状態で樹脂ベースと樹脂カバーとが接着剤または超音波溶融によって接着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２０３２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような従来の保護装置では、異常発熱が保護装置から離れた位置で生じたり、過電流以外の異常、例えば過電圧が生じたりした場合は、電気または電子装置を適確に保護することができない。したがって、本発明は、異常発熱が保護装置から離れた位置で生じたり、過電流以外の異常が生じたりした場合でも、保護すべき装置を適切に保護することができる保護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】
【０００９】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、バイメタル素子の作動により動作する可動接点を含む主回路とは別に、種々の異常に応じて通電されるＰＴＣ素子を含む副回路を設けることにより上記課題を解決できることを見出し、本発明に至った。【００１０】
本発明の第１の要旨によれば、樹脂ベース、第１ターミナル、第２ターミナル、ＰＴＣ素子、絶縁層、バイメタル素子、アーム、上方プレートおよび樹脂カバーを有して成る保護装置であって、
樹脂ベースおよび樹脂カバーにより規定される樹脂ハウジング内に、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、第２ターミナル、絶縁層、バイメタル素子、アームおよび上方プレートが、この順に重ねられており、
第１ターミナルおよびターミナル機能を有するアームが直列に配置されて主回路を構成し、
第１ターミナル、ＰＴＣ素子および第２ターミナルが電気的に直列に接続されて副回路を構成し、
平常時には、主回路は、第１ターミナルとアームとが、双方の接点部を介して電気的に直列に接続された状態にあり、一方、副回路には電流が流れず、
異常時には、副回路に通電されると、この電流によりＰＴＣ素子が発熱し、この熱によりバイメタル素子が作動して、第１ターミナルおよびアームの電気的接続が遮断されて、主回路がオープンになるように構成されていることを特徴とする保護装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、バイメタル素子が作動することにより遮断される主回路とは別に、ＰＴＣ素子を含み、異常時に通電される副回路を設けることにより、過電流以外の異常が生じた場合であっても、その異常に応じて副回路に通電することにより、副回路のＰＴＣ素子がジュール熱を生じ、この熱によりバイメタル素子を作動させて主回路をオープンにすることにより、保護すべき電気または電子装置を適切に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、３端子型の本発明の保護装置１Ａの斜視図を模式的に示す。
【図２】図２は、図１の保護装置１Ａの直線ｘ１−ｘ２を含む平面に対して垂直な面に沿った断面図を模式的に示す。
【図３】図３は、図１の保護装置１Ａを、それを構成する要素に仮に分解したとした場合に得られる分解斜視図を模式的に示す。
【図４】図４は、図１の保護装置１Ａの樹脂ベースの斜視図を模式的に示す。
【図５】図５は、図１の保護装置１Ａの第１ターミナルの斜視図を模式的に示す。
【図６】図６は、４端子型の本発明の保護装置１Ｂの斜視図を模式的に示す。
【図７】図７は、図６の保護装置１Ｂの直線ｘ１−ｘ２を含む平面に対して垂直な面に沿った断面図を模式的に示す。
【図８】図８は、図６の保護装置１Ｂを、それを構成する要素に仮に分解したとした場合に得られる分解斜視図を模式的に示す。
【図９】図９は、図６の保護装置１Ｂの樹脂ベースの斜視図を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一の実施形態である保護装置１Ａについて、図１〜５を参照しながら詳細に説明する。なお、図３に、図１および図２に示す本発明の保護装置１Ａを、それを構成する要素毎に分解した様子を模式的に示すが、図３は、装置として完成状態にある、本発明の保護装置１Ａをそれを構成する要素に仮に分解した場合に得られる分解斜視図を模式的に示すものであって、図３に示す要素を組み立てることによって、本発明の保護装置が得られるわけではない点に留意すべきである。
【００１４】
本発明の保護装置１Ａは、概略的には、図１〜３に示されるような構造を有する。具体的には、保護装置１Ａは、第１ターミナル２を有する樹脂ベース４および樹脂カバー６により規定される樹脂ハウジング８を有して成る。樹脂ベース４は空間１０を有し、その底部には第１ターミナル２の一部が露出し、その露出部分１２の上方にＰＴＣ素子１４が配置され、その上方に第２ターミナル１６が配置され、その上方に絶縁層１８が配置され、その上方にバイメタル素子２０が配置され、その上方にターミナルとしても機能するアーム２２が配置されている。第１ターミナルの一部２４、第２ターミナルの一部２６およびアームの一部２８は樹脂ハウジング８を貫通し、ハウジングの外部に延在している。第１ターミナルの露出部分１２、ＰＴＣ素子１４、第２ターミナル１６の一部分、絶縁層１８、バイメタル素子２０およびアーム２２の一部分を含む空間１０は、上方プレート３０により密閉されており、さらにこれらは、第１ターミナル２、第２ターミナル１６およびアーム２２の一部を除いて樹脂カバー６により覆われている。保護装置１Ａにおいて、第１ターミナル２およびアーム２２により主回路が構成され、第１ターミナル２、ＰＴＣ素子１４および第２ターミナル１６により副回路が構成される。以下、このように他の電気要素との接続端子を３つ有する保護装置を「３端子型」の保護装置ともいう。
【００１５】
本発明の３端子型の保護装置１Ａにおいて、平常時には、第１ターミナル２とアーム２２とは、双方の接点部３２，３４を介して電気的に直列に接続されている。また、バイメタル素子２０は、図示するように上向き（アーム側）に凸となるよう湾曲した状態である。また、第２ターミナル１６とバイメタル素子２０は、絶縁層１８により電気的に遮断されている。平常時には、電流は、主回路、即ち、第１ターミナル２、第１ターミナルの接点部３２、アームの接点部３４、アーム２２の順（またはその逆）に流れ、副回路には電流は流れない。異常時には、第２ターミナルに接続された電気要素から副回路に通電が開始され、副回路、即ち、第１ターミナル２、ＰＴＣ素子１４、第２ターミナル１６の順（またはその逆）に電流が流れ、この電流によりＰＴＣ素子１４がトリップ（動作）し、ジュール熱を生じ、その熱によりバイメタル素子２０が作動して、上向き凸から下向き凸に変形し、これによりアーム２２が上方に押し上げられ、アームの接点部３４と第１ターミナルの接点部３２の電気的接続が遮断され、主回路がオープンになる。尚、「平常時」とは、保護すべき電気または電子装置に異常が生じていないことを意味し、「異常時」とは、例えば、保護すべき電気または電子装置が接続されている回路に過電流が流れる、過電圧がかかる、あるいは、保護すべき電気もしくは電子装置またはその周辺で異常発熱が生じている状況を意味する。
【００１６】
本発明の３端子型の保護装置１Ａにおいて、第１ターミナル２と樹脂ベース４は、インサート成形により一体に形成される。このようにインサート成形することにより、第１ターミナル２と樹脂ベース４間の密着性を高めることができる。樹脂ベース４は、空間１０を有し、その底部では第１ターミナル２の一部が露出している。この第１ターミナル２の露出部分１２上にＰＴＣ素子１４が配置される。第１ターミナル２は、露出部分１２上に、ＰＴＣ素子１４との電気的接続を容易に確保できるように、例えばドーム状の接点３６を複数、例えば３個有していてもよい（図４参照）。
【００１７】
第１ターミナル２は、アーム２２の接点部３４との接点部３２を有する。当該接点部３２は、第１ターミナル２の対応する位置に貫通して設けられた穴に、接点材をかしめることにより形成することができる。本明細書において「かしめる」とは、ある部材（例えば、第１ターミナル用のプレート）に貫通して設けられた穴に、その穴の直径と同等の直径を有し、その穴の厚みよりも大きい厚み（高さ）を有する別の部材（例えば、接点材）をはめ込み、この穴から上下に突出した部分を潰すことによりある部材に別の部材を固定することを意味する。尚、接点材は必ずしも円柱形である必要はなく、角柱形等であってもよい。第１ターミナル２にこのような接点部を形成することにより、接点部に大きな熱容量を持たせることが可能になり、これにより保護装置に比較的大きな電流を流した場合でも接点部の温度の急激な上昇を防止することができ、保護装置の保持電流を大きくすることが可能になる。
【００１８】
上記接点材を構成する金属は、特に限定されないが、熱容量が大きいものが好ましく、例えば、銀−ニッケル、銀−銅、ＡｇＣｄＯ、ＡｇＳｎＯ２、ＡｇＺｎＯ、ＡｇＳｎＯＩｎＯ、ＡｇＣｕ、銅−タングステン合金等が好ましい。硬度が低く、接点部の形状、特に厚みの微細な設計が可能であり、熱容量も大きいという観点から、９０％銀１０％ニッケル合金が好ましい。
【００１９】
第１ターミナル２は、好ましくは、第１ターミナルの少なくとも一部に、例えば図５に示すように部分３８にリブ７２を有する。本明細書において、「リブ」とは、それが設置された部材の強度を高めるための要素または構造を言い、例えば、部材面に設置される線状、棒状またはストリップ状の補強材、部材の表面の一部を凸状または凹状に変形させた構造が挙げられる。このようなリブを形成することにより、保護装置の剛性、特に裏面（第１ターミナルが露出する側）からの外圧に対する強度を高めることができる。
【００２０】
上記第１ターミナル２は、好ましくは、図２に示されるように、上記露出部分１２を含む部分３８が樹脂ベース４の空間１０のより深い位置に位置するように、クランク形状に曲がって形成される。このような形状とすることにより、樹脂ベース４の空間１０の容量を大きくすることができる。この場合、第１ターミナルの部分３８は、樹脂ベースの裏側（空間１０側と反対の側）で露出していてもよい。このように第１ターミナルの部分３８を露出させることにより、保護装置の厚みを低減できることに加え、第１ターミナルとアームとの接点など保護装置内部で生じた熱を効率よく外部に消散することができ、保持電流をより向上させることができる。
【００２１】
上記したように、第１ターミナルの一部２４は、樹脂ハウジング８の側面を貫通して外向きに延在している。この第１ターミナルの一部２４は、本発明の保護装置１Ａを所定の電気要素に電気的に接続するための部分であり、ターミナルとしての本来の機能を果たす。図示するように、第１ターミナルの一部２４に接点４０を設けてよい。
【００２２】
好ましくは、樹脂ベース４は、流動性の高い樹脂から形成される。このような樹脂を用いることにより、インサート成形時に細部にまで樹脂が行き渡るので、より微細な設計が可能になる。例えば、樹脂ベースの底面および側面の厚みを小さくし、小型化することが可能になる。
【００２３】
上記の流動性の高い樹脂としては、例えば、流動長が２５ｍｍ以上、好ましくは３０ｍｍである樹脂が挙げられる。かかる樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えばＳＺ６５０５ＨＦ（住友化学株式会社）およびＳＺ６５０６ＨＦ（住友化学株式会社）等が挙げられ、ＳＺ６５０５ＨＦが好ましい。
【００２４】
上記「流動長」は、射出成形機としてＰＳ１０Ｅ１ＡＳＥ（日精樹脂工業株式会社製）を用いて、４．０ｍｍφのランナ、幅１．５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、長さ２．０ｍｍのゲートを介して、９０ＭＰａの圧力で６秒間、幅５．０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの製品を射出成形した場合の製品の長さとして定義される。
【００２５】
また、樹脂ベース４は、耐熱性樹脂から形成されていてもよい。このような樹脂を用いることにより、リフロー炉など高温環境に付された場合であっても、保護素子の変形を防止することができる。
【００２６】
上記の耐熱性樹脂としては、例えば、ＬＣＰ樹脂、ポリアミド系樹脂、ＰＰＳ系樹脂等が挙げられる。
【００２７】
本発明の３端子型の保護装置１Ａにおいて、上記第１ターミナルの露出部分１２の上方にＰＴＣ素子１４が配置されている。その結果、第１ターミナル２とＰＴＣ素子１４は、例えば接点３６を介して電気的に接続されている。
【００２８】
上記ＰＴＣ素子としては、セラミックＰＴＣ素子またはポリマーＰＴＣ素子のいずれを用いてもよいが、ポリマーＰＴＣ素子を使用するのが好ましい。ポリマーＰＴＣ素子は、セラミックＰＴＣ素子と比較して、素子自体の抵抗値が低く、一定以上の温度になっても自己破壊が生じにくいという点で有利である。また、ポリマーＰＴＣ素子は、セラミックＰＴＣ素子と比較して、トリップ状態を保持するために必要な電圧が低く、回路の電圧が低い状態であってもトリップ状態を保持することができる。この結果、接点を開放状態に維持することができ（ラッチ状態）、接点の開閉を繰り返すチャタリング現象を防止できるという点で有利である。さらに、保持電流値が同等である場合、ポリマーＰＴＣ素子は、セラミックＰＴＣ素子よりも小型・低抵抗である点でも好ましい。
【００２９】
上記ポリマーＰＴＣ素子とは、導電性充填剤（例えば、カーボンブラック、ニッケル合金等）が分散しているポリマー（例えば、ポリエチレン、ポリビニリデンフルオライド等）を含んで成る導電性組成物を押出することによって得られる層状のＰＴＣ要素およびその両側に配置された電極（例えば金属箔）を有して成る。
【００３０】
ポリマーＰＴＣ素子の大きさおよび形状は、特に限定されないが、本発明の保護装置では、例えば直径２．０ｍｍ以下、厚さ０．２０ｍｍ以下のディスク状のものを使用することができる。
【００３１】
本発明の保護装置において、ＰＴＣ素子としてポリマーＰＴＣ素子を使用する場合、その抵抗値は、０．８〜１０Ωであるのが好ましく、４．５〜１０Ωであるのがより好ましい。ポリマーＰＴＣ素子の抵抗値を０．８Ω以上とすることにより、３Ｖでトリップした状態を維持することができる。また、ポリマーＰＴＣ素子の抵抗値を４．５Ω以上とすることにより、３Ｖでのトリップ状態時の漏れ電流を０．２Ａ以下とすることが可能になる。また、ポリマーＰＴＣ素子の抵抗値を１０Ω以下とすることにより、その製造に際して、抵抗値のバラツキを小さくするのが容易になる。
【００３２】
尚、本明細書において、ポリマーＰＴＣ素子の抵抗値とは、ポリマーを含んで成る導電性組成物を押し出して得られるＰＴＣ要素の両側に電極（好ましくはニッケル箔）を圧着して得られるポリマーＰＴＣ素子の両電極間に２５℃にて６．５ｍＶ（直流）の電圧を印可した状態で測定される電流値および印可電圧から算出される抵抗値（４端子法による測定、抵抗測定器の測定レンジの印可電流：１００ｍＡ）を意味する。尚、電極の抵抗値はＰＴＣ要素の抵抗値と比較した場合、無視できるほどに小さいので、ＰＴＣ素子の抵抗値は、ＰＴＣ要素の抵抗値に実質的に等しい。
【００３３】
本発明の３端子型の保護装置１Ａにおいて、ＰＴＣ素子１４の上方には第２ターミナル１６が配置されている。ＰＴＣ素子１４と第２ターミナル１６とは、例えば半田により電気的に接続されている。
【００３４】
第２ターミナル１６は、異常に応じて副回路に通電するための電気要素、例えばスイッチング素子、ＦＥＴ（電解効果トランジスタ）等に接続される。異常時に、第２ターミナルを介して上記電気要素からＰＴＣ素子に電流を流すことにより、ＰＴＣ素子を高温・高抵抗状態とし、即ち、トリップさせて、その熱によりバイメタル素子２０を作動させる。
【００３５】
上記したように、第２ターミナルの一部２６は、樹脂ハウジング８の側面を貫通して外向きに延在している。この第２ターミナルの一部２６は、本発明の保護装置１Ａを所定の電気要素に電気的に接続するための部分である。図面には記載されていないが、第２ターミナルの一部２６に接点を設けてもよい。
【００３６】
本発明の３端子型の保護装置１Ａにおいて、第２ターミナル１６の上方には絶縁層１８が配置されている。絶縁層１８は、空間１０内に設けた段差部４２上で支持される。この絶縁層１８により、第２ターミナル１６とバイメタル素子２０とが電気的に離隔されている。
【００３７】
上記絶縁層は、絶縁性材料から形成される。絶縁性材料としては、特に限定されないが、好ましくは樹脂、セラミック、シリコーン、紙、ゴム等が挙げられる。
【００３８】
上記絶縁層の厚さは、第２ターミナルとバイメタル素子との電気的絶縁を確保できるものであれば特に限定されるものではないが、５０〜５００μｍ、好ましくは１５０〜４００μｍであり得る。絶縁層が薄いほど、ＰＴＣ素子で生じたジュール熱を、効率よくバイメタル素子に伝達することができることから、２５０μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以下であることがより好ましい。また、第２ターミナルとバイメタル素子との電気的絶縁を確実にするため、５０μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であることがより好ましい。
【００３９】
本発明の３端子型の保護装置１Ａにおいて、絶縁層１８の上方にはバイメタル素子２０が配置されている。また、バイメタル素子２０は、ＰＴＣ素子１４の熱影響下にある。当該バイメタル素子２０は、ＰＴＣ素子１４で生じるジュール熱により変形し得るものであれば特に限定されず、自体公知のものを用いることができる。
【００４０】
バイメタル素子２０は、樹脂ベースの空間１０が許容し得る限り、できるだけ表面積が大きいものが好ましい。表面積を大きくすることにより、動作温度のばらつきを低減することができ、また、異常時に変形した際にアーム２２を上方に押し上げる力が大きくなる。
【００４１】
好ましくは、バイメタル素子２０は、その下面（ＰＴＣ素子側）の中央部付近に、突起、例えばドーム状の凸部４４を有していてもよい。この突起は、バイメタル素子２０が作動して、上向きに凸の状態から下向きに凸となった場合、ＰＴＣ素子１４と接触した状態となる。この突起の高さに相当する分だけアーム２２がさらに上方に押し上げられるので、バイメタル素子２０自体の湾曲の程度がより小さい場合であっても、アーム２２を十分に押し上げることができ、アームと第１ターミナルの接点での電気的接続をより確実に遮断することができる。
【００４２】
本発明の３端子型の保護装置１Ａにおいて、アーム２２は、バイメタル素子２０の上方に位置し、樹脂ベース４に固定されている。固定方法は、特に限定されないが、アーム２２の固定部４６をクランク形状に曲げ、そのステップ部４８の両端部に嵌合部５０（例えば、突出部）を設けることが好ましい。この場合、樹脂ベース４に、この嵌合部に対応する被嵌合部５２（例えば、上記突出部が嵌まり込む凹部）を設ける。これらを嵌合させる（圧入する）ことにより、アーム２２を樹脂ベース４に固定することができる。このような形態とすることにより、樹脂ベース４の空間１０をより広く確保することができ、より大きなバイメタル素子を設置することが可能になる。
【００４３】
また、アーム２２は、接点部３４を有し、図示するように、その接点部３４が水平方向（樹脂ベースの底面の延在方向）に対してやや下方に位置するように湾曲している状態に形成されているのが好ましい。この接点部３４は、平常時には、第１ターミナルの接点部３２と接触しており、異常時には、バイメタル素子２０が変形することによりアーム２２が上方に押し上げられ、この接触状態が解除される。
【００４４】
上記接点部３４は、第１ターミナルの接点部３２と同様に、アーム２２の対応する位置に設けられた穴に、接点材をかしめることにより形成することができる。アーム２２にこのような接点部を形成することにより、接点部に大きな熱容量を持たせることが可能になり、これにより保護装置に比較的大きな電流を流した場合でも接点部の温度の急激な上昇を防止することができ、保護装置の保持電流を大きくすることが可能になる。尚、第１ターミナルの接点部３２およびアームの接点部３４のいずれか一方が、接点材を第１ターミナルおよび／またはアームにかしめることにより形成されていればよいが、好ましくは両方の接点部が接点材をかしめることにより形成される。
【００４５】
上記接点材を構成する金属は、第１ターミナルの接点部３２を形成する接点材を構成するものと同様である。
【００４６】
また、アーム２２は、図示するように、凸部５４，５６を有していてもよい。この凸部は、バイメタル素子２０が作動して、上向きに凸の状態から下向きに凸となった場合、この凸部５４でバイメタル素子の一端を支持することにより、バイメタル素子の他端の高さをより高くすることができ、さらに凸部５６の高さに相当する分だけアーム２２をより上方に押し上げられるので、バイメタル素子２０自体の湾曲の程度がより小さい場合であっても、アーム２２を十分に押し上げることができ、アームと第１ターミナルの接点での電気的接続をより確実に遮断することができる。このような凸部は、アーム２２の長さ方向（図２の左右方向）に離間してバイメタル素子２０の長さ方向（図２の左右方向）の両端またはその近傍に設けるのが好ましい。
【００４７】
好ましくは、アーム２２は、図示するように、空間１０内でクランク形状に曲げられる。このような形状とすることにより、異常時にバイメタル素子２０によりアーム２２が押し上げられた際、接点部３２と接点部３４間の距離（接点ギャップ）を大きくすることができ、両者の接触状態をより確実に解除することができる。
【００４８】
上記したように、アームの一部２８は、樹脂ハウジング８の側面を貫通して外向きに延在している。このアームの一部２８は、本発明の保護素子１Ａを所定の電気要素に電気的に接続するための部分であり、ターミナルと同様の機能を果たす。図示するように、アームの一部２８に接点５８を設けてよい。
【００４９】
本発明の３端子型の保護装置１Ａにおいて、空間１０内のアーム２２の上方には、上方プレート３０が配置されている。上方プレート３０は、バイメタル素子２０が所定の高温になって作動してアーム２２を上方に押し上げた際に、バイメタル素子２０からの熱によって加熱状態にあり得るアーム２２および／または接点部３４が接触して熱を消散させる機能を有する。したがって、上方プレート３０は優れた熱伝導性を有するのが好ましく、熱は、上方プレート３０からそれに接触しているアームを経てアームの一部２８を介して散逸する。したがって、上方プレート３０は例えば金属シートによって形成されていることが好ましい。その結果、バイメタル素子２０から樹脂カバー６に伝えられる熱量を可及的に減らすことができ、熱により樹脂カバー６が受ける影響を最小限とできる。
【００５０】
図示するように、上方プレート３０は、樹脂ベース４によって規定されている空間１０を実質的に閉鎖している。尚、「実質的に閉鎖する」とは、本発明の保護装置の製造において、樹脂カバー６をインサート成形により形成した場合に、成形に用いる溶融樹脂が空間１０内に侵入できない状態にあることを意味する。換言すれば、本発明の保護装置においては、樹脂カバー６をインサート成形した場合に、成形に用いた樹脂が、空間１０内に侵入していない状態にあることを意味する。
【００５１】
上方プレート３０は係止部６０を有し、これが樹脂ベース４の被係止部６２と係合することにより固定されている。好ましくは、係止部６０は、鉤型形状（フック形状）であり、被係止部６２は、これに対応する切欠形状である。このような構造とすることにより、係合に必要な領域を小さくすることができ、その結果、保護装置をより小型化することができ、あるいは、空間１０をより大きく確保することができ、より大きなバイメタル素子を用いることが可能になる。
【００５２】
本発明の３端子型の保護装置１Ａにおいて、上方プレート３０を覆うように、樹脂カバー６が配置される。樹脂カバー６は、樹脂ベース４とともに樹脂ハウジング８を規定する。樹脂カバー６と樹脂ベース４は、例えば接着剤、超音波溶着、レーザー溶着などによって接着することができる。
【００５３】
また、樹脂カバー６は、第１ターミナル２を有する樹脂ベース４、ＰＴＣ素子１４、第２ターミナル１６、絶縁層１８、バイメタル素子２０、アーム２２および上方プレート３０を図示するように組み立てたアッセンブリを所定の金型に入れ、金型の側面から第１ターミナルの一部２４、第２ターミナルの一部２６およびアームの一部２８が外向きに延在した状態で、樹脂を射出成形することによって、即ち、インサート成形することによってアッセンブリの周囲に形成してもよい。このインサート成形によって金型に供給された溶融樹脂は、樹脂ベース４の樹脂部分と接触する箇所にてその樹脂と一体となり、樹脂ベース４と樹脂カバー６との接着状態が確保される。この場合、樹脂カバー６の射出成形時の圧力により上方プレートが変形することを防止するため、上方プレート３０を樹脂ベース４に固定する前に、その一部に、好ましくは中央部付近の上方に予め樹脂カバーの一部７をインサート成形し、この樹脂カバーの一部７を有する上方プレートを樹脂ベースに固定し、次いで樹脂カバーの残りの部分７’をインサート成形することが好ましい。尚、インサート成形時に金型に供給される樹脂の圧力が上方プレート３０を樹脂ベース４に向かって（即ち、図２において下向きに）押し付けるので、上方プレート３０による樹脂ベース４の空間１０の閉鎖がより一層確保できる。このように樹脂カバー６を形成することにより、酸素が空間内に侵入することを抑制することができる。
【００５４】
一の態様において、上方プレート３０の上面部の一部は、樹脂カバー６から露出していてもよい。このような構成とすることにより、保護装置の内部、特に接点で生じた熱を装置外部に効率的に消散することができ、これにより保持電流を大きくすることができる。
【００５５】
さらなる態様において、上記のように装置の上部に露出させた上方プレート３０は、電極として用いることもできる。この場合、アームの一部２８は省略することができる。この場合、装置を流れる電流は、平常時には、第１ターミナル２、第１ターミナルの接点部３２、アームの接点部３４、アーム２２、上方プレート３０の順（またはその逆）に流れ、異常時には、第１ターミナルの接点部３２とアームの接点部３４との電気的接続が遮断される。
【００５６】
樹脂カバー６を構成する樹脂は、特に限定されないが、樹脂ベース４を構成する樹脂と同じものであることが好ましい。同じ樹脂を用いることにより、樹脂ベース４と樹脂カバー６の接着を一層確実にすることができる。
【００５７】
好ましい態様において、本発明の３端子型の保護装置は、樹脂ベース、第１ターミナル、第２ターミナル、ＰＴＣ素子、絶縁層、バイメタル素子、アーム、上方プレートおよび樹脂カバーを有して成り、
（１）樹脂ベースおよび樹脂カバーにより規定される樹脂ハウジング内に、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、第２ターミナル、絶縁層、バイメタル素子、アームおよび上方プレートが、この順に重ねられており、
（２）第１ターミナルおよびターミナル機能を有するアームが直列に配置されて主回路を構成し、
（３）第１ターミナル、ＰＴＣ素子および第２ターミナルが電気的に直列に接続されて副回路を構成し、
（４）平常時には、主回路は、第１ターミナルとアームとが、双方の接点部を介して電気的に直列に接続された状態にあり、異常時には、副回路に通電が開始され、この電流によりＰＴＣ素子が発熱し、この熱によりバイメタル素子が作動して、第１ターミナルおよびアームの電気的接続が遮断されて、主回路がオープンになるように構成されており、
（５）第１ターミナルおよびアームの接点部の少なくとも一方が、接点材を第１ターミナルおよび／またはアームにかしめることにより形成され、
（６）樹脂ベースが、インサート成形により第１ターミナルと一体に形成されており、
（７）第１ターミナルの少なくとも一部がリブを有し、
（８）樹脂ベースが高い流動性を有する樹脂から形成され、
（９）上方プレートが鉤状の係止部を有し、この係止部を樹脂ベースの切欠形状の被係止部に係合させることにより樹脂ベースに固定されており、
（１０）アームが、樹脂ベースの空間内において、クランク形状を有し、
（１１）アームの固定部がクランク形状を有し、このクランクのステップ部の両端部に嵌合部を有し、この嵌合部を樹脂ベースの被嵌合部に嵌合させることによりアームが固定されており、
（１２）バイメタル素子がその中央部付近に突起を有する
ことを特徴とする。但し、上記特徴（５）〜（１２）の少なくとも１つを備えればよいが、好ましくは複数、例えば２〜５つ、さらに好ましくはすべてを備える。
【００５８】
本発明の別の実施形態である保護装置１Ｂについて、図６〜９を参照しながら詳細に説明する。なお、図８に、図６および図７に示す本発明の保護装置１Ｂを、それを構成する要素毎に分解した様子を模式的に示すが、図８は、装置として完成状態にある、本発明の保護装置１Ｂをそれを構成する要素に仮に分解した場合に得られる分解斜視図を模式的に示すものであって、図８に示す要素を組み立てることによって、本発明の保護装置が得られるわけではない点に留意すべきである。
【００５９】
本発明の保護装置１Ｂは、概略的には、図６〜８に示されるような構造を有する。保護装置１Ｂは、保護装置１Ａの構成要素に加えてさらに第３ターミナル６４を有して成り、この第３ターミナル６４は、副回路において保護装置１Ａにおける第１ターミナル２（詳細には第１ターミナルの部分３８）に代えて設置され、樹脂ベース４および樹脂カバー６により規定される樹脂ハウジング８内において、第３ターミナル６４、ＰＴＣ素子１４、第２ターミナル１６、絶縁層１８、バイメタル素子２０、アーム２２および上方プレート３０が、この順に重ねられており、第３ターミナル６４、ＰＴＣ素子１４および第２ターミナル１６が電気的に直列に接続されて副回路を構成していることを特徴とする。
【００６０】
具体的には、保護装置１Ｂは、第１ターミナル２および第３ターミナル６４を有する樹脂ベース４および樹脂カバー６により規定される樹脂ハウジング８を有して成る。樹脂ベース４において第１ターミナル２と第３ターミナル６４とは電気的に離隔されている。樹脂ベース４は空間１０を有し、その底部には第３ターミナル６４の一部が露出し、その露出部分６６の上方にＰＴＣ素子１４が配置され、その上方に第２ターミナル１６が配置され、その上方に絶縁層１８が配置され、その上方にバイメタル素子２０が配置され、その上方にアーム２２が配置されている。第１ターミナルの一部２４、第２ターミナルの一部２６、第３ターミナルの一部６８およびアームの一部２８は樹脂ハウジング８を貫通し、ハウジングの外部に延在している。第１ターミナル２の一部分、第３ターミナルの露出部分６６、ＰＴＣ素子１４、第２ターミナル１６の一部分、絶縁層１８、バイメタル素子２０およびアーム２２の一部分を含む空間１０は、上方プレート３０により密閉されており、さらにこれらは、第１ターミナルの一部２４、第２ターミナルの一部２６、第３ターミナルの一部６８およびアームの一部２８を除いて樹脂カバー６により覆われている。保護装置１Ｂにおいて、第１ターミナル２およびアーム２２により主回路が構成され、第３ターミナル６４、ＰＴＣ素子１４および第２ターミナル１６により副回路が構成される。以下、このように他の電気要素との接続端子を４つ有する保護装置を「４端子型」の保護装置ともいう。
【００６１】
本発明の４端子型の保護装置１Ｂにおいて、平常時には、第１ターミナル２とアーム２２とは双方の接点部を介して電気的に直列に接続されている。また、バイメタル素子２０は、図示するように上向き（アーム側）に凸となるよう湾曲した状態である。また、第２ターミナル１６とバイメタル素子２０は、絶縁層１８により電気的に遮断されている。平常時には、電流は、主回路、即ち、第１ターミナル２、第１ターミナルの接点部３２、アームの接点部３４、アーム２２の順（またはその逆）に流れ、副回路には電流は流れない。異常時には、第２ターミナル（または第３ターミナル）に接続された電気要素から副回路に通電が開始され、副回路、即ち、第３ターミナル６４、ＰＴＣ素子１４、第２ターミナル１６の順（またはその逆）に電流が流れ、この電流によりＰＴＣ素子１４がトリップ（動作）し、ジュール熱を生じ、その熱によりバイメタル素子２０が作動して、上向き凸から下向き凸に変形し、これによりアーム２２が上方に押し上げられ、アームの接点部３４と第１ターミナルの接点部３２の電気的接続が遮断され、主回路がオープンになる。
【００６２】
本発明の４端子型の保護装置１Ｂにおいて、第１ターミナル２および第３ターミナル６４と樹脂ベース４は、インサート成形により一体に形成される。このようにインサート成形することにより、第１ターミナル２および第３ターミナル６４と樹脂ベース４間の密閉性を高めることができる。樹脂ベース４は、空間１０を有し、その底部では第３ターミナル６４の一部が露出している。この第３ターミナル６４の露出部分６６上にＰＴＣ素子１４が配置される。第３ターミナル６４は、露出部分６６上に、ＰＴＣ素子１４との電気的接続を容易に確保できるように、例えばドーム状の接点７０を複数、例えば３個有していてもよい（図９参照）。
【００６３】
本発明の４端子型の保護装置１Ｂにおいて、第１ターミナル２は、３端子型の保護装置１Ａにおける第１ターミナルの部分３８が存在せず、ＰＴＣ素子１４と電気的に離隔している点で３端子型の保護装置１Ａとは異なる。
【００６４】
本発明の４端子型の保護装置１Ｂにおいて、第３ターミナルの一部６８は、樹脂ハウジング８の側面から外向きに延在している。この第３ターミナルの一部６８は、本発明の保護装置１Ｂを所定の電気要素に電気的に接続するための部分である。図面には記載されていないが、第３ターミナルの一部６８に接点を設けてもよい。
【００６５】
本発明の４端子型の保護装置１Ｂにおいて、その他の構成要素：ＰＴＣ素子１４、第２ターミナル１６、絶縁層１８、バイメタル素子２０、アーム２２、上方プレート３０および樹脂カバー６は、３端子型の保護装置１Ａと実質的に同様に構成される。
【００６６】
好ましい態様において、本発明の４端子型の保護装置は、樹脂ベース、第１ターミナル、第２ターミナル、第３ターミナル、ＰＴＣ素子、絶縁層、バイメタル素子、アーム、上方プレートおよび樹脂カバーを有して成り、
（１）樹脂ベースおよび樹脂カバーにより規定される樹脂ハウジング内に、第３ターミナル、ＰＴＣ素子、第２ターミナル、絶縁層、バイメタル素子、アームおよび上方プレートが、この順に重ねられており、
（２）第１ターミナルおよびターミナル機能を有するアームが直列に配置されて主回路を構成し、
（３）第３ターミナル、ＰＴＣ素子および第２ターミナルが電気的に直列に接続されて副回路を構成し、
（４）平常時には、主回路は、第１ターミナルとアームとが、双方の接点部を介して電気的に直列に接続された状態にあり、異常時には、副回路に通電が開始され、この電流によりＰＴＣ素子が発熱し、この熱によりバイメタル素子が作動して、第１ターミナルおよびアームの電気的接続が遮断されて、主回路がオープンになるように構成されており、
（５）第１ターミナルおよびアームの接点部の少なくとも一方が、接点材を第１ターミナルおよび／またはアームにかしめることにより形成され、
（６）樹脂ベースが、インサート成形により第１ターミナルおよび第３ターミナルと一体に形成されており、
（７）第１ターミナルおよび／または第３ターミナルの少なくとも一部がリブを有し、
（８）樹脂ベースが高い流動性を有する樹脂から形成され、
（９）上方プレートが鉤状の係止部を有し、この係止部を樹脂ベースの切欠形状の被係止部に係合させることにより樹脂ベースに固定されており、
（１０）アームが、樹脂ベースの空間内において、クランク形状を有し、
（１１）アームの固定部がクランク形状を有し、このクランクのステップ部の両端部に嵌合部を有し、この嵌合部を樹脂ベースの被嵌合部に嵌合させることによりアームが固定されており、
（１２）バイメタル素子がその中央部付近に突起を有する
ことを特徴とする。但し、上記特徴（５）〜（１２）の少なくとも１つを備えればよいが、好ましくは複数、例えば２〜５つ、さらに好ましくはすべてを備える。
【００６７】
本発明の保護装置は、小型化が可能であり、例えば、縦５．０ｍｍ以下、横３．０ｍｍ以下、高さ０．９ｍｍ以下のサイズとすることができ、代表的には、縦４．６ｍｍ、横２．８ｍｍ、高さ０．８８ｍｍのサイズとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の保護装置は、携帯電話、タブレット機器などのリチウムイオンバッテリー電池セルの保護装置として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１Ａ…保護装置；１Ｂ…保護装置；２…第１ターミナル；４…樹脂ベース；
６…樹脂カバー；７，７’…樹脂カバーの一部；８…樹脂ハウジング；
１０…空間；１２…露出部分；１４…ＰＴＣ素子；１６…第２ターミナル；
１８…絶縁層；２０…バイメタル素子；２２…アーム；
２４…第１ターミナルの一部；２６…第２ターミナルの一部；
２８…アームの一部；３０…上方プレート；３２…第１ターミナルの接点部；
３４…アームの接点部；３６…接点；３８…第１ターミナルの部分；
４０…接点；４２…段差部；４４…凸部；４６…固定部；４８…ステップ部；
５０…嵌合部；５２…被嵌合部；５４，５６…凸部；５８…接点；
６０…係止部；６２…被係止部；６４…第３ターミナル；６６…露出部分；
６８…第３ターミナルの一部；７０…接点；７２…リブ
【図１】
2014171516.tif 000003
【図２】
2014171516.tif 000004
【図３】
2014171516.tif 000005
【図４】
2014171516.tif 000006
【図５】
2014171516.tif 000007
【図６】
2014171516.tif 000008
【図７】
2014171516.tif 000009
【図８】
2014171516.tif 000010
【図９】
2014171516.tif 000011
【国際調査報告】
2014171516.tif 000012
2014171516.tif 000013