(57)【要約】  本発明は、樹脂ベース、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子、アーム、上方プレートおよび第２ターミナルを有して成る保護装置であって、樹脂ベースの内壁により規定される内部空間内に、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子およびアームが、この順に重ねられ、これらを含む内部空間が、上方プレートにより封じられており、上方プレートが、樹脂ベースの内壁により保持されており、第１ターミナル、アームおよび第２ターミナルがこの順で電気的に直列に接続された状態にあり、バイメタル素子が作動した際には、第１ターミナルとアームとが電気的に遮断された状態になる一方、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子、アームおよび第２ターミナルがこの順で電気的に直列に接続された状態となるように構成されていることを特徴とする保護装置を提供する。本発明の保護装置は、内部空間が大きく、小型化が可能で、かつ、製造が容易である。
2015156136.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、ＰＴＣ素子、バイメタル素子、アーム、上方プレートおよび第２ターミナルを有して成る保護装置であって、
樹脂ベースの内壁により規定される内部空間内に、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子およびアームが、この順に重ねられ、これらを含む内部空間が、上方プレートにより封じられており、
上方プレートが、樹脂ベースの内壁により保持されており、
第１ターミナル、アームおよび第２ターミナルがこの順で電気的に直列に接続された状態にあり、
バイメタル素子が作動した際には、第１ターミナルとアームとが電気的に遮断された状態になる一方、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子、アームおよび第２ターミナルがこの順で電気的に直列に接続された状態と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】
アームが、第２ターミナルにかしめ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】
上方プレートが、実質的に平面状の構造を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の保護装置。
【請求項４】
上方プレートが、保護装置の上部から露出していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の保護装置。
【請求項５】
上方プレートが、樹脂ベースに、熱かしめにより固定されていることを特徴とする、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、耐熱性樹脂により形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の保護装置。
【請求項７】
第１ターミナルおよび第２ターミナルの一部が、樹脂ベースの下方において、同一平面上に存在することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の保護装置。
【請求項８】
上方プレートが、第２ターミナルとして機能する、請求項１〜７のいずれかに記載の保護装置。
【請求項９】
上方プレートの厚みが、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項８に記載の保護装置。
【請求項１０】
さらに、固定用の部材を有することを特徴とする、請求項８または９に記載の保護装置。
【請求項１１】
第１ターミナルの一部および固定用部材の一部が、樹脂ベースの下方において、同一平面上に存在することを特徴とする、請求項１０に記載の保護装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の保護装置を有して成ることを特徴とする電気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイメタル素子およびＰＴＣ（positive temperature coefficient）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、あるいは過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、その後、必要に応じてそのような異常の原因を解消して、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越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、バイメタル素子自体の温度も低下するので、バイメタル素子は元の形状に戻り（即ち、復帰して）、その結果、異常の原因を取り除いて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、そこ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維持できる。【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回路を開くように動作する可動接点を配置し、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。例えば、特許文献１には、樹脂ベース内の空間にＰＴＣ素子、バイメタル素子およびアームが配置され、樹脂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超音波溶融によって一体に接着されている保護装置が開示されている。また、特許文献２には、樹脂ベース内の空間に、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子、アームおよび上方プレートが配置され、この状態で樹脂カバーが二次モールド（例えば、インサート形成）された保護装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２０３２７７号公報
【特許文献２】国際公開２０１３／０５８３６２号
【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は、樹脂ベース内の空間に、各要素を配置した後に、樹脂カバーを設置する工程、例えば超音波溶接または二次モールドによる設置する工程を必要とし、製造工程が煩雑であった。また、樹脂カバーが存在することから、保護装置の内部空間を大きくする、あるいは、保護装置の大きさ、特に厚みを小さくするのに不利であった。【０００９】
従って、本発明は、内部空間が大きく、小型化、薄型化が可能で、かつ、製造が容易な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】
【００１０】
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、上方プレートを樹脂ベースの内壁、好ましくはその上方縁部に保持させることにより、樹脂カバーの必要性を排除し、樹脂ベースの内部空間を大きくする、あるいは、保護装置の大きさを小さくすることができることを見出した。【００１１】
本発明の１つの要旨によれば、樹脂ベース、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子、アーム、上方プレートおよび第２ターミナルを有して成る保護装置であって、
樹脂ベースの内壁により規定される内部空間内に、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子およびアームが、この順に重ねられ、これらを含む内部空間が、上方プレートにより封じられており、
上方プレートが、樹脂ベースの内壁により保持されており、
第１ターミナル、アームおよび第２ターミナルがこの順で電気的に直列に接続された状態にあり、
バイメタル素子が作動した際には、第１ターミナルとアームとが電気的に遮断された状態になる一方、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子、アームおよび第２ターミナルがこの順で電気的に直列に接続された状態と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。【００１２】
本発明のもう１つの要旨によれば、上記の保護装置を有して成ることを特徴とする電気装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、樹脂ベース、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子、アームおよび上方プレートを有して成る保護装置において、上方プレートを樹脂ベースの内壁に保持させることにより、樹脂カバーを用いることなく、保護装置を構成することが可能になる。本発明の保護装置は、樹脂カバーを必要としないので、保護装置の厚みを小さくすることが可能になる。さらに、上方プレートを樹脂ベースの内壁に保持させることにより、上方プレートは、自らを樹脂ベースに固定するための部分（例えば、脚部、フックなど）を必要としないので、樹脂ベースの内部空間をより広くすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一の態様の保護装置１の平面図を模式的に示す。
【図２】図２は、図１の保護装置の上面に対して垂直で直線ｘ−ｘを含む断面図を模式的に示す。
【図３】図３は、図１の保護装置を、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、熱かしめにより樹脂ベースに上方プレートを固定する方法を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明の別の態様の保護装置１’の平面図を模式的に示す。
【図６】図６は、図５の保護装置の上面に対して垂直で直線ｘ−ｘを含む断面図を模式的に示す。
【図７】図７は、図５の保護装置を、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８】図８は、本発明の別の態様の保護装置１”の平面図を模式的に示す。
【図９】図９は、図８の保護装置の上面に対して垂直で直線ｘ−ｘを含む断面図を模式的に示す。
【図１０】図１０は、図９の保護装置を、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１１】図１１は、本発明の別の態様の保護装置１１の断面図を模式的に示す。
【図１２】図１２は、本発明の別の態様の保護装置１１’の断面図を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、図３に、図１および図２に示す本発明の保護装置を、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１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る。
【００１６】
本発明の保護装置１は、概略的には、図１〜３に示すような構造を有する。具体的には、保護装置１は、第１ターミナル２および第２ターミナル４を有する樹脂ベース６、ＰＴＣ素子８、バイメタル素子１０、アーム１２、および上方プレート１４を有する。樹脂ベース６は空間１６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１８の上方にＰＴＣ素子８が配置され、その上方にバイメタル素子１０が配置され、その上方にアーム１２が配置されている。アーム１２は、第２ターミナル４にかしめにより固定されている。上方プレート１４は、樹脂ベース６の内壁２４に保持されており、これにより樹脂ベース６の空間１６を封じている。
【００１７】
保護装置１において、過電流または異常発熱が生じていない平常時には、第１ターミナル２、アーム１２および第２ターミナル４が電気的に直列に接続されている。また、バイメタル素子１０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り、アーム１２から離隔されている。この状態では、電流は、第１ターミナル２、第１ターミナルの接点部２６、アームの接点部２８、アーム１２、第２ターミナル４の順（またはその逆）に流れ、ＰＴＣ素子８およびバイメタル素子１０には電流は流れない。異常時、即ち、過電流が生じた場合または異常発熱が生じた場合には、バイメタル素子１０が作動して、上向き（図２における紙面上向き）に凸から下向き（図２における紙面下向き）に凸に変形し、これによりアーム１２が上方に持ち上げられ、アームの接点部２８と第１ターミナルの接点部２６の電気的接続が遮断される。また、変形したバイメタル素子１０は、ＰＴＣ素子８およびアーム１２と接触してこれらと電気的に接続された状態となる。この状態では、電流は、第１ターミナル２、ＰＴＣ素子８、バイメタル素子１０、アーム１２、第２ターミナル４の順（またはその逆）に流れ、この電流により生じるジュール熱によりＰＴＣ素子８がトリップ（動作）し、ジュール熱が生じ続ける。このジュール熱によりバイメタル素子１０は下向き凸の状態に保持され、アーム１２と第１ターミナル２の接点の開放状態を維持することができる。このとき保護されるべき回路には、実質的に電流が遮断される（ただし、漏れ電流としての微少電流は流れ得る）。
【００１８】
本発明の１つの態様では、第１ターミナル２、第２ターミナル４および樹脂ベース６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２ターミナル４と樹脂ベース６との間の密着性を高めることができる。樹脂ベース６は、空間１６を有し、その底部では第１ターミナル２の一部分１８（以下、露出部分１８という）が露出している。この第１ターミナルの露出部分１８上にＰＴＣ素子８が配置される。第１ターミナル２は、露出部分１８上に、ＰＴＣ素子８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３０を複数、例えば３個有していてもよい（図３参照）。また、図２では第１ターミナル２は、樹脂ベースの底面から露出していないが、樹脂ベースを薄くし、第１ターミナル２の一部（例えば、露出部分１８の裏側）を樹脂ベースの底面から露出させてもよい。このように第１ターミナルの一部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。
【００１９】
第１ターミナル２および第２ターミナル４を構成する材料は、導電性の材料であれば特に限定されないが、導電性金属が好ましい。このような材料としては、従来と同様のものを用いることができる。
【００２０】
上記したように、第１ターミナルの一部２０および第２ターミナルの一部２２は、樹脂ベース６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２０および第２ターミナルの一部２２は、本発明の保護装置１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２０および第２ターミナルの一部２２に接点３２を設けてもよい。
【００２１】
第１ターミナル２は、アーム１２の接点部２８との接点部２６を有する。当該接点部２６は、種々の方法により形成され得、例えば、かしめ、めっき、溶接により接点材を第１ターミナル２に設置することにより形成することができる。また、接点部２６は、インレイ材またはクラッド材であってもよい。好ましくは、接点部２６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される。例えば、接点部は、第１ターミナル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（または高さ）を有する接点材をはめ込み、この穴から上下に突出した部分を潰すことにより第１ターミナルに接点材をかしめて固定することにより形成される。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。
【００２２】
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、熱容量が大きいという観点から、９０％銀１０％ニッケル合金が好ましい。
【００２３】
好ましい態様において、第１ターミナル２および／または第２ターミナル４の内少なくとも他の要素と接続する部分は、酸化しにくい金属によりメッキされていてもよい。例えば、第１ターミナル２および／または第２ターミナル４と他の電気要素とを接続する部分（例えば、接点３２）、第１ターミナル２とアーム１２の接点、第１ターミナル２とＰＴＣ素子８との接点、第２ターミナル４とアーム１２の接触部は、酸化しにくい金属によりメッキされていることが好ましい。このような金属でメッキすることにより、例えば、保護装置をリフロー炉において熱処理した際に接点が酸化して抵抗が増加することを防止することができる。
【００２４】
酸化しにくい金属としては、限定するものではないが、例えば、金、白金、銀、水銀、銅等が挙げられる。
【００２５】
好ましい態様において、樹脂ベース６は、耐熱性樹脂、好ましくはリフロー炉の温度環境下において安定な樹脂により形成される。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、保護装置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（Liquid Crystal Polymer）樹脂、ポリアミド系樹脂、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）系樹脂等が挙げられる。
【００２７】
本発明の保護装置において、上記第１ターミナルの露出部分１８の上方にＰＴＣ素子８が配置されている。その結果、第１ターミナル２とＰＴＣ素子８は、例えば接点３０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、トリップ状態を維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維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】
一般的に、上記ポリマーＰＴＣ素子は、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】
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、０．８〜１５Ωであるのが好ましく、４．５〜１５Ωであるのがより好ましい。例えば、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１５Ω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。
【００３１】
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。
【００３２】
本発明の保護装置において、ＰＴＣ素子８の上方にはバイメタル素子１０が配置されている。当該バイメタル素子１０は、空間１６内に設けた段差部３４またはＰＴＣ素子８の肩部で支持される。好ましくは、ＰＴＣ素子の肩部で支持され、段差部３４からは離隔している。このように配置することにより、保護装置の温度が通常の使用温度よりも低温である場合、例えば室温から−４０℃となる場合、バイメタル素子の曲率が大きくなり、その高さ（バイメタル素子の縁から頂点部までの高さ）が高くなるが、バイメタル素子の縁が、段差部３４に到達するまで、バイメタル素子の頂点がアームに接近することを抑制することができる。また、好ましくは、段差部３４は、図示したように、段差部の縁に沿った凸部を有していてもよい。
【００３３】
当該バイメタル素子１０は、異常状態と判断すべき温度になった場合、または異常状態と判断すべき電流が流れた場合に変形す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。平常時には、バイメタル素子１０は、ＰＴＣ素子８と電気的に接続されていてもいなくてもよいが、異常時には電気的に接続される。
【００３４】
バイメタル素子１０は、樹脂ベースの空間１６が許容し得る限り、できるだけサイズの大きいもの、即ち主表面の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１２を上方に持ち上げる力が大きくなる。
【００３５】
図示した実施形態では、バイメタル素子１０は１つであるが、２つまたはそれ以上用いてもよい。複数枚のバイメタル素子を用いることにより、異常時に変形した際にアーム１２を上方に持ち上げる力が大きくなる。２つ以上のバイメタル素子を用いる場合、それらは、同じバイメタル素子であっても、異なるバイメタル素子であってもよい。具体的には、動作温度が異なるものを用いる、例えば上側のバイメタル素子の動作温度が、下側のバイメタル素子の動作温度よりも高いものを用いる；厚みおよび／またはサイズが異なるものを用いる；バイメタル素子同士の接触面の曲率を合わせて用いる；または最下層のバイメタル素子以外は中央突起を有しないものを用いてもよい。このように、種々のバイメタル素子を組み合わせることにより、バイメタル素子が下向き凸に変形した場合のアームの持ち上げ力を調整することができる。
【００３６】
好ましくは、バイメタル素子１０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を有していてもよい。この突起は、バイメタル素子１０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８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１２がさらに上方に押し上げられるので、バイメタル素子１０自体の湾曲の程度がより小さい場合であっても、アーム１２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。
【００３７】
本発明の保護装置において、アーム１２は、バイメタル素子１０の上方に配置されており、第２ターミナル４と、接点部２８と反対の端部にて電気的に接続されている。アーム１２と第２ターミナル４との接続方法は、特に限定されず、かしめ、半田付け、溶接などが挙げられるが、好ましくはかしめにより接続される。かしめによりアーム１２と第２ターミナル４を接続することにより、より強固にアームを固定することが可能になり、アーム１２と第２ターミナルの固定ばらつきを抑制することができ、保護装置自体の抵抗値のばらつきを抑制することができる。
【００３８】
アーム１２を構成する材料は、導電性の材料であれば特に限定されないが、導電性金属が好ましい。このような材料としては、従来と同様のものを用いることができる。
【００３９】
また、アーム１２は、接点部２８を有し、図示するように、その接点部２８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２８は、平常時には、第１ターミナルの接点部２６と接触しており、異常時には、バイメタル１０が変形することによりアーム１２が上方に持ち上げられ、この接触状態が解除される。
【００４０】
上記接点部２８は、第１ターミナルの接点部２６と同様に、種々の方法により形成されるが、アーム１２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好ましい。アーム１２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２６およびアーム１２の接点部２８のいずれか一方が、接点材をかしめることにより形成されていてもよいが、より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。両方の接点部を、接点材をかしめることにより形成することにより、保持電流をより大きくすることが可能になる。
【００４１】
上記接点材を構成する金属は、第１ターミナルの接点部２８を形成する接点材を構成するものと同じものを用いることができる。
【００４２】
また、アーム１２は、異常時にバイメタル素子が変形した場合にアームとバイメタル素子との電気的接続をより確実にするために、バイメタル素子が下向き凸に変形した場合に接触する箇所に、接点３６を有していてもよい。
【００４３】
好ましくは、アーム１２は、図示するように、空間１０内で上方プレート側に凹状の形状を有する。すなわち、図２に示すように、アーム１２においてバイメタル素子の上方に位置する箇所が、上方プレート側に曲がった形状を有する。このような形状とすることにより、平常時にバイメタル素子１０との距離を大きくとることができ、より確実に絶縁状態を確保することができる。
【００４４】
アーム１２を構成する材料は、導電性の材料であれば特に限定されないが、好ましくはりん青銅やベリリウム銅等を含む銅合金、Ｎｉ、またはこれらに表面処理（金・銀・Ｎｉ）をしたものが挙げられる。
【００４５】
アーム１２は、できるだけ幅が広いことが好ましい。アームの幅を広くすることにより、第１ターミナルの接点部２６とアームの接点部２８の接点圧をより大きくすることができ、衝撃、振動などによる瞬断を抑制することができる。この場合、異常時に確実に第１ターミナルの接点部２６とアームの接点部２８の接点を開くことができるように、バイメタル素子のサイズを大きくすることが好ましい。
【００４６】
本発明の保護装置において、空間１６内のアーム１２の上方には、上方プレート１４が配置されている。上方プレート１４は、樹脂ベース６の内壁２４、好ましくは内壁２４の上方縁部により保持されている。
【００４７】
上方プレートを構成する材料は、特に限定されず、例えば、金属、樹脂等を用いることができる。外部で異常発熱が生じた際、効率よく保護装置の内部に熱を伝えることができることから、金属材料を用いることが好ましい。金属材料としては、好ましくは、ニッケル、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、スズ、チタン、あるいはそれら金属の合金等を用いることができる。
【００４８】
上方プレートは、好ましくは実質的に平面状であり得る。尚、実質的に平面状とは、他の部材に固定するための爪、フック、脚部等を有しないことを意味し、プレートが完全に平面であることを意味するものではない。例えば、図に示されるように内壁により保持される部分、例えば上方プレートの周端部に段差を有していてもよい。
【００４９】
樹脂ベースの内壁２４に上方プレート１４を保持させる方法としては、特に限定されず、かしめ、溶着等が挙げられる。別法として、接着剤を用いて内壁に上方プレートを固定して保持してもよい。好ましくは、上記の保持は、上方プレート１４を内壁２４にかしめることにより達成される。かしめの方法は、特に限定されないが、好ましくは熱かしめが用いられる。熱かしめは、例えば、図４に示されるように、内壁２４に肩部３８を形成し、そこに上方プレート１４を配置して、加温したプレス機４０を矢印の方向に押しつけて、内壁の先端部を軟化させながら内側に折り曲げることにより行うことができる。
【００５０】
上方プレートは、少なくとも樹脂ベースの対向内壁により保持されていればよいが、好ましくは、樹脂ベースの内壁全周により保持される。
【００５１】
上方プレート１４を樹脂ベース６の内壁２４により保持することにより、他の保持方法と比較してより小型化することが可能になる。例えば、樹脂カバーで覆って保持する方法と比較すると、樹脂カバーの厚みの分だけ、保護装置を小さくする、あるいは内部空間を大きくすることができる。また、上方プレートに固定用の爪、フック、脚部等を設置して保持する方法と比較すると、そのような爪、フック、脚部およびこれらに対応する部材の分だけ、保護装置を小さくする、あるいは内部空間を大きくすることが可能になる。広い内部空間を確保できることにより、より大きなバイメタル素子を用いることができる。より大きなバイメタル素子を用いることにより、バイメタル素子の特性ばらつきを低減することができる。さらに、アームを持ち上げる力を大きくすることができ、アームと第１ターミナルとの接点圧が高いアームの使用が可能になることから、振動などによる瞬断を抑制することができる。
【００５２】
樹脂ベースの内壁により保持された上方プレート１４は、保護装置の上部から露出させることができる。上方プレート１４を、外部に露出させることにより、外部で異常発熱が生じた際、効率よく保護装置の内部に熱を伝えることができる。従って、本発明の保護装置は、速やかに異常発熱を感知してバイメタル素子１０を動作させ、電流を遮断することができる。また、平常時には、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。
【００５３】
好ましくは、上方プレート１４の露出面は、酸化しにくい金属によりメッキされる。このような金属でメッキすることにより、保護装置をリフロー炉において熱処理した際に、露出面が酸化することを防止することができる。
【００５４】
酸化しにくい金属としては、限定するものではないが、例えば、金、白金、銀、銅等が挙げられ、特に金が好ましい。
【００５５】
本発明の保護装置は、上方プレートを覆う樹脂カバーを必要としないので、小型化が可能であり、特にその厚みは、例えば、１．５ｍｍ以下、より好ましくは１．０ｍｍ以下、さらに好ましくは０．９ｍｍ以下、さらにより好ましくは０．７ｍｍ以下のサイズとすることができる。また、好ましくは、本発明の保護装置は、幅２．０〜４．５ｍｍ、長さ４．５〜１５．０ｍｍであり得る。
【００５６】
本発明の保護装置は、樹脂カバーを必要としないので、リフロー処理に付した場合に、熱により樹脂カバーが変形して、内部空間に存在する各要素に悪影響を及ぼす可能性を低減することができる。さらに、保護装置の大きさ、特に厚みを小さくすることができる。また、保護装置の製造において、微小箇所への最適な樹脂の流れを必要する樹脂カバーを成形する工程を省略することができ、技術的およびコスト的にも有利である。
【００５７】
一の態様において、本発明の保護装置は、他の電気要素との接続部分である第１ターミナルおよび第２ターミナルの一部を除いて、絶縁性樹脂等により被覆され、保護されていてもよい。
【００５８】
以上、本発明の一の実施形態について説明したが、本発明の保護装置は種々の改変が可能である。
【００５９】
例えば、本発明の別の態様において、図５〜７に示されるような構造の保護装置１’を提供される。
【００６０】
この保護装置１’は、第１ターミナル２および第２ターミナル４の一部が、樹脂ベース６の下方において、同一平面上に存在することを特徴とし、他の構成については、上記した保護装置１と同様である。即ち、上記した保護装置１の第１ターミナルの一部２０および第２ターミナルの一部２２を樹脂ベースの下方に曲げたものに相当する。
【００６１】
このような構成とすることにより、本発明の保護装置を表面実装することが容易になる。
【００６２】
さらに本発明の別の態様において、図８〜１０に示されるような構造の保護装置１”が提供される。
【００６３】
この保護装置１”は、上方プレートが第２ターミナルとして機能する。即ち、図８〜１０に示されるように、本発明の保護装置１”は、第１ターミナル２および固定部材４２を有する樹脂ベース６、ＰＴＣ素子８、バイメタル素子１０、アーム１２、および上方プレート１４を有する。樹脂ベース６は空間１６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１８の上方にＰＴＣ素子８が配置され、その上方にバイメタル素子１０が配置され、その上方にアーム１２が配置されている。アーム１２は、上方プレート１４にかしめにより固定されている。上方プレート１４は、樹脂ベース６の内壁２４に保持されており、これにより樹脂ベース６の空間１６を封じている。
【００６４】
このような構造を有する保護装置１”は、平常時には、第１ターミナル２、アーム１２、および第２ターミナルとして機能する上方プレート１４が電気的に直列に接続され、アーム１２と固定部材４２は、離隔または電気的に絶縁されている。この状態では、電流は、第１ターミナル２、アーム１２、上方プレート１４の順（またはその逆）に流れ、ＰＴＣ素子８およびバイメタル素子１０には電流は流れない。異常時には、バイメタル素子１０が作動して、アーム１２が上方に持ち上げられ、アーム１２と第１ターミナルの電気的接続が遮断される。また、変形したバイメタル素子１０は、ＰＴＣ素子８およびアーム１２と接触してこれらと電気的に接続された状態となる。この状態では、電流は、第１ターミナル２、ＰＴＣ素子８、バイメタル素子１０、アーム１２、上方プレート１４の順（またはその逆）に流れ、この電流により生じるジュール熱によりＰＴＣ素子８がトリップ（動作）し、保護されるべき回路への電流が実質的に遮断される。
【００６５】
この態様において、上方プレートは、導電性材料から形成され、好ましくは直接上方プレートに溶接することができることから、導電性金属材料、具体的にはニッケル、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、スズ、チタン、あるいはそれら金属の合金から形成されることが好ましい。
【００６６】
第２ターミナルとして機能する上方プレート１４の露出面を含む平面には障害となる他の要素が存在しないので、リードまたは他の電気要素の接続方向が限定されない。また、露出面の面積を大きくすることができることから、接続工程が容易になり、特に複数のリードまたは他の電気要素への接続が容易になる。
【００６７】
保護装置１”において、上方プレート１４は、特にその露出部において、好ましくは０．１ｍｍより大きな厚み、より好ましくは０．２ｍｍ以上の厚みを有する。このような厚みとすることにより、上方プレートの露出部に直接リードまたは他の電気要素を溶接する場合の溶接荷重への耐性を高めることができる。即ち、上方プレートの露出部に直接リードまたは他の電気要素を溶接することが可能になる。また、上方プレート１４の厚みは、特に限定されないが、例えば１．０ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下である。上方プレートの厚みを１．０ｍｍ以下とすることにより、保護装置をより小型化することが可能になる
【００６８】
上記保護装置１”は、固定部材４２を有していているが、本発明はこの態様に限定されるものではなく、固定部材は存在しなくてもよい。また、固定部材の位置は、図示した例に限定されず、設置可能ないずれの箇所に設置してもよい。さらに、固定部材は、複数個、例えば２つ、３つまたは４つ以上存在してもよい。固定部材は、種々の目的のために設置することが可能であり、例えば、保護装置を基板に設置する際に保護装置を支持するために、または、保護装置を基板に、より確実に、より安定して設置するために設置される。
【００６９】
上記保護装置１”は、第１ターミナル２の一部と固定部材４２の一部が、樹脂ベースの下方において同一平面上に存在するので、表面実装することができる。しかしながら、本発明はこの態様に限定されず、上記した保護装置１のように、第１ターミナル２および固定部材４２は、保護装置の側面からまっすぐに伸びていてもよい。
【００７０】
さらに本発明の別の態様において、図１１に示されるような構造の保護装置１１が提供される。
【００７１】
保護装置１１は、第１ターミナルおよび固定部材の一部が、樹脂ベースの下方に周り込んでいないこと以外は、実質的に上記した保護装置１”と同じ構成を有する。即ち、この保護装置１１は、第１ターミナル２および固定部材４２を有する樹脂ベース６、ＰＴＣ素子８、バイメタル素子１０、アーム１２、および上方プレート１４を有する。樹脂ベース６は空間１６を有し、上方プレート１４が第２ターミナル４として機能する。
【００７２】
さらに本発明の別の態様において、図１２に示されるような構造の保護装置１１’が提供される。
【００７３】
保護装置１１’は、第１ターミナルの一部が樹脂ベースの底部から露出していること以外は、上記保護装置１１と同じ構成を有する。即ち、この保護装置１１は、第１ターミナル２および固定部材４２を有する樹脂ベース６、ＰＴＣ素子８、バイメタル素子１０、アーム１２、および上方プレート１４を有する。樹脂ベース６は空間１６を有し、上方プレート１４が第２ターミナル４として機能し、樹脂ベース６の底部には第１ターミナル２の一部が露出している。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
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】
【００７５】
１，１’，１”…保護装置；２…第１ターミナル；４…第２ターミナル；
６…樹脂ベース；８…ＰＴＣ素子；１０…バイメタル素子；
１２…アーム；１４…上方プレート；１６…空間；１８…露出部分；
２０…第１ターミナルの一部；２２…第２ターミナルの一部；
２４…内壁；２６…第１ターミナルの接点部；２８…アームの接点部；
３０…接点；３２…接点；３４…段差部；３６…接点；３８…肩部；
４０…プレス機；４２…固定部材
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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