JP2012084548A - ブレーカー及びそれを備えた二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】固定接点と可動接点との接触位置を適正に維持することにより、接触抵抗を低減しつつ、さらなる小型化を図ることができる小型ブレーカーを提供する。
【解決手段】固定片2と、可動片3と、バイメタル4と、ケース6とを備えたブレーカーにおいて、可動片3は、第1弾性部34よりも弾性係数の低い第2弾性部35とを有し、第1弾性部34と第2弾性部35との間の固定部33においてケース6によって固定されている。
【選択図】図1
【解決手段】固定片2と、可動片3と、バイメタル4と、ケース6とを備えたブレーカーにおいて、可動片3は、第1弾性部34よりも弾性係数の低い第2弾性部35とを有し、第1弾性部34と第2弾性部35との間の固定部33においてケース6によって固定されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、二次電池に内蔵される小型のブレーカーに関するものである。
従来から、携帯電話機やノート型パソコンなどに搭載される小型のニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池用の安全装置には、PTCサーミスター(一定温度以上で抵抗値が急激に増大する導電物質)及び温度ヒューズなどが用いられている。これらを用いた保護回路には、それぞれ、動作温度の帯域幅が広く精密な温度設定が困難であるか、複数回使用できないためにその製造工程において全数検査が不可能であるという欠点があった。そこで、このような従来の保護回路に代えて、精密な動作温度の設定が可能であり、かつ複数回の使用に耐える、機械動作式の安全装置が要望され、種々の技術が提案されている。
例えば、特許文献1には、固定接点を有する固定片と、先端部に可動接点を有する可動片と、所定の作動温度で可動接点が固定接点から離反するように可動片を作動させる熱応動素子と、固定片と接続されたPTC素子と、これらを収容する絶縁性の扁平なケースを備えた小型ブレーカーが開示されている。また、特許文献2には、小型ブレーカーの製造方法が開示されている。
携帯電話機、ノート型パソコンなどに用いられる二次電池は、近年、益々小型化が進んでおり、二次電池に内蔵される小型ブレーカーにも一層の小型化が要求されている。しかしながら、小型ブレーカーのような機械動作式製品の部材寸法が一定値を下回ると、単純に構成部材を縮小し既存の生産設備及び製法に適用するのみでは、充分な完成度と生産性の両立が困難になる。とりわけ、小型ブレーカーの固定片に設けられた固定接点と可動片に設けられた可動接点とを位置決めする工程においては、部材寸法の縮小に伴って、組み立て時の誤差に対する脆弱度が増し、固定接点と可動接点との接触位置が適正でない場所に位置ずれしやすくなる。
このような接点の位置ずれは、電気製品の安全装置にとって重大な、接触抵抗が不安定となるという問題の原因となり、小型ブレーカーの不良率を低減するにあたって障害となっていた。殊に、可動片の寸法がサブミリメートル精度に達すると、熱応動素子や可動片の載置、蓋部材の装着を含むあらゆる部材の組み付け工程において、上述した接点の位置ずれに起因する問題が顕著となる。さらに、完成した良品の小型ブレーカーを安全装置に組み付ける際に取り扱いを乱暴にすると、端子が捻転したときに接点の接触位置に悪影響を及ぼす虞がある。
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、固定接点と可動接点との接触位置を適正に維持することにより、接触抵抗を低減しつつ、さらなる小型化を図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。
上記目的を達成するために請求項1の発明は、固定接点を有する固定片と、先端部に可動接点を有し、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接点が前記固定接点から離反するように前記可動片を作動させる熱応動素子と、前記固定片、可動片及び熱応動素子を収容するケースとを備えたブレーカーにおいて、前記ケースは、前記固定片、可動片及び熱応動素子を収容するための開口を有するケース本体と、前記ケース本体の開口を塞いで装着される蓋部材を有し、前記可動片は、前記ケース本体と前記蓋部材によって挟み込まれて固定され、前記ケース本体は、前記可動片の端縁と当接し、該可動片を位置決めするための斜面状の凸部を有することを特徴とする。
このブレーカーにおいては、前記可動片には貫通孔が形成されており、前記ケース本体には、前記貫通孔に係合される突起が形成されていることが好ましい。
このブレーカーにおいては、前記貫通孔は、円形であることが好ましい。
このブレーカーにおいては、前記突起の上部には斜面状のテーパー部が形成されていることが好ましい。
このブレーカーにおいては、前記凸部は、前記突起を挟む位置に、一対形成されている
ことが好ましい。
ことが好ましい。
本発明によれば、簡素な構成によって可動片を固定することができる。また、可動片をケース本体に組み込む際に、斜面状の凸部によって、可動片を容易かつ正確に位置決めすることができる。これにより、生産効率の向上を図りつつ、可動接点の位置をより一層適正に維持できるようになる。
また、可動片をケース本体に組み込む際に、斜面状の凸部に沿って可動片の端縁を落下させつつ、貫通孔を突起に係合させることにより、可動片をケース本体に容易かつ正確に案内し組み込むことができる。
また、貫通孔が円形に形成されているので、貫通孔の周辺に生ずる応力の集中を緩和することができ、可動片の破損を抑制することができる。
また、突起の上部には斜面状のテーパー部が形成されているので、貫通孔の端縁をテーパー部の斜面に沿って滑らせながら落下させることにより、可動片をケース本体に一層容易かつ正確に案内し、載置することができる。
また、前記凸部は、前記突起を挟む位置に、一対形成されている構成によれば、突起を軸とした可動片の回転を防止できるので、平面視における固定接点に対する可動接点の位置を正確なものとすることができる。これにより、生産効率の向上を図りつつ、可動接点の位置をより一層適正に維持できるようになる。
本発明の一実施形態によるブレーカーについて図面を参照して説明する。図1及び図2は、ブレーカーの構成を示している。ブレーカー1は、固定接点21を有する固定片2と、先端部に可動接点31を有する可動片3と、温度変化に伴って変形する熱応動素子4と、PTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスター5と、固定片2、可動片3、熱応動素子4及びPTCサーミスター5を収容するケース6等によって構成されている。ケース6は、ケース本体61とケース本体61の上面に装着される蓋部材62等によって構成されている。
固定片2は、リン青銅を主成分とする金属板(この他、銅−チタン合金、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61にインサート成形又はカシメなどにより組み込まれている。固定片2の一端には端子22が形成され、中央部にはPTCサーミスター5が載置されている。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形成され、ケース本体61の上方に形成されている開口63の一部から露出されている。端子22はケース本体61の一端から外側に突出されている。
可動片3は、固定片2と同等の金属板をプレス加工することにより形成されている。可動片3の一端には端子32が形成されてケース本体61から外側に突出され、他端には可動接点31が形成されている。可動接点31は、固定接点21と同様の材料及び手法によって可動片3の先端部に形成されている。可動片3は、可動接点31と端子32の間に、固定部33、第1弾性部34及び第2弾性部35を有している。固定部33においてケース本体61と蓋部材62によって挟み込まれて可動片3が固定され、第1弾性部34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31が固定接点21に押圧されて接触し、固定片2と可動片3とが通電可能となる。また、第2弾性部35は、固定部33と端子32との間に形成されている。固定部33と端子32との間に円形の貫通孔36及び切り欠き37を設けることにより、第2弾性部35の弾性係数は第1弾性部34よりも低く設定されている。ここで、弾性係数とは、応力に応じたひずみの変化率をいい、応力の方向は特に限定されない。第2弾性部35の弾性係数が第1弾性部34より低いということは、可動片3が破壊されない程度の外力が端子32に加えられたとき、第1弾性部34における変形よりも第2弾性部35における変形が大きいことになる。さらに本実施形態においては、第2弾性部35と第1弾性部34との間の固定部33において、可動片3が強固に固定されているため、第2弾性部35に生ずる応力は第1弾性部34にはほとんど伝達されず、第1弾性部34から可動接点31にかけて変形は生じない。
固定部33の幅寸法(可動片3の延出方向に垂直な方向の寸法)は、第1弾性部34及び第2弾性部35よりも大きく設定されている。また、第1弾性部34の下面には、熱応動素子4に対向して小突起38が形成されている。小突起38と熱応動素子4とは常に接触しており、熱応動素子4の変形が第1弾性部34に伝達される(図3及び図4参照)。可動片3の材料としては、リン青銅を主成分とするものが好ましい。この他、銅−チタン合金、洋白、黄銅などの導電性弾性材料も用いられる。なお、可動片3は、第1弾性部34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4を収容できる限り特に限定はなく、動作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。
熱応動素子4は円弧状に湾曲した形状をなし、バイメタル、トリメタルなどの複合材料からなる。過熱により動作温度に達すると湾曲形状は反転し、冷却により復帰温度を下回ると復元する。熱応動素子4は、バイメタルが用いられるのが通常なので、以降、特に限定のない限りバイメタル4と呼ぶ。バイメタル4の形状は、プレス加工により形成することができる。所期の温度でバイメタル4の反転動作により可動片3の第1弾性部34が押し上げられ、かつ第1弾性部34の弾性力により元に戻る限り、バイメタル4の材質及び形状は特に限定されるものでないが、生産性及び反転動作の効率性の観点から矩形が望ましく、小型でありながら第1弾性部34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。なお、バイメタル4の材料としては、例えば、高膨脹側に銅−ニッケル−マンガン合金又はニッケル−クロム−鉄合金、低膨脹側に鉄−ニッケル合金をはじめとする、洋白、黄銅、ステンレスなど各種の合金からなる熱膨張率の異なる2種類の材料を積層したものが、所要条件に応じて組み合わせて使用される。
バイメタル4の反転動作により固定片2と可動片3との通電が遮断されたとき、PTCサーミスター5に流れる電流が増大する。PTCサーミスター5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、動作電流、動作電圧、動作温度、復帰温度などの必要に応じて種類を選択でき、その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。
ケース6を構成するケース本体61及び蓋部材62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)などの樹脂により成形されている。ケース本体61には、固定片2、可動片3、バイメタル4及びPTCサーミスター5などを収容するための開口63と、可動片3と係合される円筒状の突起64及び斜面状の凸部65などが形成されている。円筒状の突起64は円形の貫通孔36と係合され、斜面状の凸部65は切り欠き37と係合される。なお、ケース本体61に組み込まれた可動片3、バイメタル4及びPTCサーミスター5は、開口63の内部に形成されている枠67、68及び69によってそれぞれ当接され、バイメタル4の反転時に案内される。
図2に示すように、固定片2、可動片3、バイメタル4及びPTCサーミスター5などを収容したケース本体61の開口63を塞ぐように、蓋部材62が、ケース本体61の上面に装着される。ケース本体61と蓋部材62とは、超音波溶着によって接合される。このとき、円筒状の突起64及び斜面状の凸部65の頂部は、蓋部材62と接合される。蓋部材62は、金属部を有してもよい。金属部を有する方が機械的強度の観点から小型化には有利であり、さらに、金属部にカバー端子を設けることにより、安全装置の他の部分に予備電源を供給することもできる。
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、バイメタル4は正転しており(反転前であり)、固定接点21と可動接点31は接触し、可動片3の第1弾性部34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。可動片3の第1弾性部34とバイメタル4とは接触しており、可動片3、バイメタル4、PTCサーミスター5及び固定片2は回路として導通している。しかし、PTCサーミスター5の抵抗は、可動片3の抵抗に比べて圧倒的に大きいため、PTCサーミスター5を流れる電流は、固定接点21及び可動接点31を流れる量に比して完全に無視できる程度である。
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、PTCサーミスター5が過熱され、動作温度に達したバイメタル4は反転し、可動片3の第1弾性部34が押し上げられて固定接点21と可動接点31とが離反する。このとき、固定接点21と可動接点31の間を流れていた電流は遮断され、僅かな漏れ電流がバイメタル4及びPTCサーミスター5を通して流れることとなる。PTCサーミスター5は、このような漏れ電流の流れる限り発熱を続け、バイメタル4を反転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31の間経路を流れず、上述の僅かな漏れ電流のみが存在する。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。
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5の発熱もなくなり、バイメタル4は復帰温度に戻り正転形状に復元する。そして、可動片3の第1弾性部34の弾性力によって可動接点31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。
図5は、可動片3及びケース本体61の構成を拡大して示している。本発明の可動片3にあっては、固定部33を挟んで、可動接点31の側に第1弾性部34が、端子32の側に第2弾性部35が形成されている。そして、図中ハッチングで示した固定部33はケース本体61及び蓋部材62によって上下から挟み込まれて強固に固定され、かつその外側の端子32の側に第1弾性部34よりも弾性係数の低い第2弾性部35が形成されているので、ブレーカー1の製造、搬送又は二次電池への組み込み工程において可動片3の端子32に外力や衝撃が加えられても、第2弾性部35によって吸収されることとなり、可動接点31の位置が適正に維持される。その結果、固定接点21と可動接点31との接触位置が適正に維持されて、接触抵抗を安定して抑制することが可能となり、ブレーカー1のさらなる小型化を図ることができる。
本実施形態においては、金属板のプレス加工によって可動片3を形成する際に、同時に打ち抜くことにより第2弾性部35に貫通孔36及び切り欠き37を形成している。これにより、第2弾性部35から可動接点31に至る可動片3の延出方向に垂直な平面(図中ZX平面)で切った第2弾性部35における断面積が、第1弾性部34における断面積よりも小さくなり、容易に第1弾性部34よりも弾性係数の低い第2弾性部35を形成することが可能となる。特に、可動片3の幅方向(図中X方向)において、貫通孔36の幅寸法(直径)をW1、第2弾性部35の幅寸法をW2とすると、W1:W2−W1が1.5:1乃至1:1.5となるように貫通孔36の直径が設定されている。このように貫通孔36の直径を設定することにより、第2弾性部35による衝撃等の吸収効果をより一層高めることができる。また、貫通孔36が円形に形成されているので、第2弾性部35に生ずる応力の集中を緩和することができ、第2弾性部35における可動片3の破損を抑制することができる。
また、第2弾性部35、貫通孔36及び切り欠き37が、可動片の延出方向(図中Y方向)に対して対称に形成されている。これにより、可動片3の端子32を捻るような外力や衝撃が、いずれの回転方向に加えられても、第2弾性部34によって同様に吸収することができ、可動接点31の位置をより一層適正に維持できるようになる。なお、固定部33は、可動片3の幅方向に翼状に延出されており、これにより固定部33の弾性係数は第1弾性部34よりも高められている。
また、ケース本体61には、可動片3の切り欠き37の端縁と当接し、可動片3を位置決めするための斜面状の凸部65が形成されているので、可動片3をケース本体61に組み込む際に凸部65の斜面に沿って可動片3の切り欠き37の端縁を落下させつつ、貫通孔36を突起64に係合させることにより、可動片3をケース本体61に容易かつ正確に案内し組み込むことができる。特に本実施形態においては、貫通孔36に挿入されて係合される円筒状の突起64を挟んで一対の凸部65が形成されているので、突起64を軸とした可動片3の回転を防止できるので、平面視における固定接点21に対する可動接点31の位置を正確なものとすることができる。これにより、生産効率の向上を図りつつ、可動接点31の位置をより一層適正に維持できるようになる。
また、斜面状の凸部65が平面視で半円状にケース本体端面66から突出して形成されているので、凸部65による上述した効果を享受しつつ、凸部65を設けたことによるケース本体端面66と蓋部材62との接触面積の減少を抑制することができる。これにより、ケース本体61と蓋部材62とを強固に溶着等することが可能となりケース6の堅牢性・密封性が高められ、第1弾性部34と第2弾性部35との間の固定部33において可動片3の固定を強固なものとすることができる。なお、平面視で半円状に突出する凸部65は、ケース本体61の樹脂成形の際に樹脂の流れ込みも良好で、ブレーカー1の生産性が阻害されることはない。また、凸部65は、開口63の側すなわち可動接点31の側に斜面を有するので、可動接点31をより一層正確に位置決めできるようになる。また、凸部65よりも外側(端子32の側)においてケース本体端面66の面積を大きくできるので、ケース6の密封性が高められ、水分、電解液その他のブレーカーにとって好ましくない侵入物がケース6の内部に侵入する虞を低減できる。また、第1弾性部34よりも弾性係数の大きい固定部33が凸部65と係合するので、固定部33の固定をより正確かつ強固なものとすることができ、可動片3の姿勢が安定する。
また、第2弾性部35は、蓋部材62をケース本体61に装着したときに、ケース6の内部に収容されるように配置されているので、第2弾性部35における可動片3の破損を抑制できる。また、ケース本体61と蓋部材62によって挟み込まれて固定される固定部33よりも外側の端子32の側に第2弾性部35が形成されているので、端子32に加えられた衝撃は第2弾性部35によって吸収され、ケース6が破損する虞を少なくすることができる。
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも固定片2と、可動片3と、バイメタル4と、ケース6とを備えたブレーカーにおいて、可動片3は、第1弾性部34よりも弾性係数の低い第2弾性部35とを有し、第1弾性部34と第2弾性部35との間の固定部33においてケース6によって固定されている構成であればよい。また、本発明は種々の変形が可能であり、例えば、図6は、可動片3の別の形態を示している。可動片30は、第2弾性部35から貫通孔36を廃すると共に、切り欠き37のY方向への寸法を大きく設定している。本形態においても、Z−X平面で切った第2弾性部35における断面積が減少し、第2弾性部35における弾性係数を第1弾性部34よりも低くすることができる。また、プレス加工において、第2弾性部35の厚み寸法を減少させることにより、Z−X平面で切った第2弾性部35における断面積を減少させて、第2弾性部35における弾性係数を第1弾性部34よりも低くしてもよい。また、可動片3をバイメタル又はトリメタルによって形成することにより、可動片3と熱応動素子4を一体的に形成する形態としてもよい。この場合、ブレーカーの構成をより簡素なものとすると共に、さらなる小型化を図ることも可能となる。また、凸部65は、平面視で半円状に開口63の側に斜面が形成されているのが最も望ましいが、平面視で満月状乃至四半分の扇形状であってもよい。四半分の扇形状とした場合は、凸部65による可動片3の案内機能を維持しつつ蓋部材62とケース本体端面66との接触面積を大きくすることが可能となり、ケースの堅牢性・密封性を高めることができる。
図7は、図1に示した組み立て前のケース本体61において、突起64を含むZ−X平面で切断した断面を示している。突起64は、蓋部材62の裏面と接合される頂部64aと、可動片3の貫通孔36と係合される側面64bと、頂部64aと側面64bとの間に形成された斜面状のテーパー部64cを有している。このテーパー部64cは、可動片3をケース本体61に組み込む際に、斜面状の凸部65と共に可動片3を位置決めする機能を有する。すなわち、可動片3の貫通孔36の端縁をテーパー部64cの斜面に沿って滑らせながら落下させることにより、斜面状の凸部65による位置決め効果と相まって、可動片3をケース本体61に容易かつ正確に案内し、載置することができる。これにより、ブレーカーの組み立てラインの一時的な停止等を防止することが可能になり、生産効率の向上を図ることができる。また、突起64の頂部64aが蓋部材62の裏面と接合されるので、ケース本体61と蓋部材62とを超音波溶着する際に両者の接合面積が増大し、ケース6の強度をより一層強固にすることができる。
なお、テーパー部64c及び凸部65の斜面の傾きは一定であるものに限られることなく、高さに応じて変化するように構成されていてもよい。例えば、図8に示すように、テーパー部64c及び凸部65の斜面が、凸曲面状に形成されていてもよい。また、テーパー部64c及び凸部65の斜面が、凹曲面状に形成されていてもよい。このように、斜面状のテーパー部64c及び凸部65は、傾きが一定であるものに限られない。
1 ブレーカー
2 固定片
3 可動片
4 熱応動素子(バイメタル)
6 ケース
21 固定接点
22 端子
31 可動接点
32 端子
33 固定部
34 第1弾性部
35 第2弾性部
36 貫通孔
37 切り欠き
61 ケース本体
62 蓋部材
63 開口
64 突起
64c テーパー部
65 凸部
2 固定片
3 可動片
4 熱応動素子(バイメタル)
6 ケース
21 固定接点
22 端子
31 可動接点
32 端子
33 固定部
34 第1弾性部
35 第2弾性部
36 貫通孔
37 切り欠き
61 ケース本体
62 蓋部材
63 開口
64 突起
64c テーパー部
65 凸部
Claims (6)
- 固定接点を有する固定片と、先端部に可動接点を有し、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接点が前記固定接点から離反するように前記可動片を作動させる熱応動素子と、前記固定片、可動片及び熱応動素子を収容するケースとを備えたブレーカーにおいて、
前記ケースは、前記固定片、可動片及び熱応動素子を収容するための開口を有するケース本体と、前記ケース本体の開口を塞いで装着される蓋部材を有し、前記可動片は、前記ケース本体と前記蓋部材によって挟み込まれて固定され、
前記ケース本体は、前記可動片の端縁と当接し、該可動片を位置決めするための斜面状の凸部を有することを特徴とするブレーカー。 - 前記可動片には貫通孔が形成されており、
前記ケース本体には、前記貫通孔に係合される突起が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のブレーカー。 - 前記貫通孔は、円形であることを特徴とする請求項2に記載のブレーカー。
- 前記突起の上部には斜面状のテーパー部が形成されていることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のブレーカー。
- 前記凸部は、前記突起を挟む位置に、一対形成されていることを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか一項に記載のブレーカー。
- 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のブレーカーを備えたことを特徴とする二次電池。
Priority Applications (1)
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