JP4410056B2 - サーモセンサ及びサーモプロテクタ並びにサーモセンサの製作方法 - Google Patents

Description

本発明は可溶材の融点または軟化点を動作温度とするサーモプロテクタ及びこのサーモプロテクタに使用するサーモセンサ並びにサーモセンサの製作方法に関するものである。

電子・電気機器における異常発熱を感知し、この感知に基づくカットオフ動作で機器を電源から遮断して機器の過熱を防止し、火災の発生を未然に防止するサーモプロテクタとして、弾性歪みエネルギーを蓄積しておき、可溶材の溶融乃至は軟化により弾性歪みエネルギーを解放させる方式が知られている。
例えば図１０の（イ）に示すように弾性金属片２'を強制的に曲げ、この曲げ弾性金属片１'の両端を曲げ反力に抗して一対の固定端子４１'，４２'に所定融点の可溶合金（はんだ）３'で接合し、周囲温度が可溶合金２'の融点まで昇温して可溶合金が溶融されると、図１０の（ロ）に示すように弾性金属片２'の曲げ応力を解除させて弾性金属片２'の一端と一方の固定端子４２'との接合を脱離して通電を遮断するものが知られている（特許文献１参照）。
また、図１１の（イ）に示すように一端にリード端子１３'を取付けた金属ケース１４'内に一端側から所定融点のペレット２'、座板１５'、圧縮スプリング１'、座板１６'を順次に収容し、更に外周が金属ケース内面に摺動接触されたコンタクト４２'を収容し、リードピン貫通ブッシング１７'を金属ケース１４'の他端側に固定し、このブッシング１７'とコンタクト４２'との間に引外しスプリング１８'を組み込んでリード端子１３'→金属ケース１４'→コンタクト４２'→リードピン４１'を経る導通路を構成し、周囲温度がペレット２'の融点まで昇温されてペレット２'が溶融されると、図１１の（ロ）に示すように圧縮スプリング１'の圧縮応力を解放させて引外しスプリング１８'の圧縮応力でリードピン４１'の先端からコンタクト４２'を離隔させて前記導通路を遮断するものも知られており、いわゆる、ペレットタイプ温度ヒューズと称されている（非特許文献１参照）。

特開平７−２９４８１号公報 電気工学ハンドブック１９８８の第８１８頁

しかしながら、図１０に示す方式では、弾性金属片の曲げ反力Ｍ’及び押し拡げ力Ｆ’が可溶合金（はんだ）に作用するから、可溶合金における応力分布が複雑であり、応力集中に基づくクリープが生じ易く、動作不良が発生し易い。更に、可溶合金が通電路の一部となっているので、可溶合金のクリープによる抵抗増大により発熱し、自己発熱による動作誤差も懸念される。更に、また溶融した合金の糸引きによる動作不良も生じ得る。
また、図１１に示す方式では、座板による均圧化のためにペレットを一様に圧縮できても構造が複雑であり、小型化やコスト面での不利を免れ得ない。

本発明の目的は、弾性歪エネルギーをはんだ等の可溶材による接合固定で支持している弾性体の弾性歪エネルギーが可溶体の溶融で解放されて動作するタイプのサーモセンサの長期安定性を保証し、かかるサーモセンサを使用するサーモプロテクタの動作の信頼性の向上を図ることにある。

請求項１に係るサーモセンサは、所定温度のもとで接点が開かれて通電が遮断されるサーモプロテクタに組み込まれたサーモセンサであり、弾性体が長手方向に圧縮された状態でその両端が躯体に固定されて前記弾性体が凸曲線状とされ、該凸曲線一端側が躯体に対し所定の角度で立ち上げられており、同凸曲線他端が撓み角０とされており、弾性体一端部と躯体との固定が可溶材を介して行われており、可溶材の融点乃至は軟化点が動作温度とされており、可溶材の溶融乃至は軟化により弾性体が圧縮から解放されて前記接点が開かれることを特徴とする。
請求項２に係るサーモセンサは、請求項１のサーモセンサにおいて、弾性体の一端部が内側に折り曲げられてその折り曲げ片が躯体表面に可溶材を介し面接合されていることを特徴とする。
請求項３に係るサーモセンサは、請求項１のサーモセンサは、弾性体の一端部が内側に折り曲げられてその折り曲げ片の内側面が躯体先端部裏面に可溶材を介し面接合されていることを特徴とする。
請求項４に係るサーモセンサは、請求項１〜３何れかのサーモセンサにおいて、弾性体が金属、または金属と樹脂との複合物若しくは重合物であることを特徴とする。
請求項５に係るサーモセンサは、請求項１〜４何れかのサーモセンサにおいて、可溶材が低融点金属であることを特徴とする。
請求項６に係るサーモセンサは、請求項１〜４何れかのサーモセンサにおいて、可溶材が熱可塑性樹脂であることを特徴とする。
請求項７に係るサーモセンサは、請求項１〜３、５、６何れかのサーモセンサにおいて、弾性体が金属であることを特徴とする。
請求項８に係るサーモプロテクタは、ギャップを隔てて配設した一対の電極のうち、一方の電極表面を躯体面として請求項７記載のサーモセンサを構成し、該サーモセンサの弾性体金属と一方の電極とを電気的に導通し、同サーモセンサの弾性体金属と他方の電極とを接触させて接点としたことを特徴とする。
請求項９に係るサーモプロテクタは、接点で接触する固定電極と可動電極を有し、請求項１〜６何れかのサーモセンサを当該サーモセンサの動作により可動電極が固定電極から離れるように組み込んだことを特徴とする。
請求項１０に係るサーモセンサの製作方法は、請求項２のサーモセンサを製造する方法であり、広巾の躯体材に広巾の弾性体材の一端部を可溶材を介して面接合し、この接合材を多数条の片に切断したうえ更に弾性体片を前記面接合部を境として折り返すか、または弾性体材を前記面接合部を境として折り返したうえ更に接合材を多数条の片に切断し、次いで折り返し弾性体片を長手方向に圧縮した状態でその他端部を躯体に撓み角０で固定することを特徴とする。
請求項１１に係るサーモセンサの製作方法は、請求項３のサーモセンサを製造する方法であり、広巾の躯体材の先端部裏面に広巾の弾性体材の一端部を可溶材を介して面接合し、この接合材を多数条の片に切断したうえ更に弾性体片を躯体の表面側に折り返すか、または弾性体材を躯体材の表面側に折り返したうえ更に接合材を多数条の片に切断し、次いで折り返し弾性体片を長手方向に圧縮した状態でその他端部を躯体に撓み角０で固定することを特徴とする。

弾性体を、一端固定・他端ヒンジ支持の柱を軸方向に圧縮したときの力学的状態と同じ力学的状態に近づけることができ、ヒンジ支持点側に相当する弾性体一端の固定部に曲げモーメント反力が作用するのをよく抑制でき、その弾性体一端部と躯体との可溶材による面接合の界面に作用する主なる応力を剪断応力にとどめて当該界面に曲げモーメント反力に基づく劈開力が作用するのをよく軽減できる。
従って、可溶材による面接合界面を安定に保持でき、接合界面の可溶材がクリープすること等に起因する動作不良をよく防止できる。

図１の（イ）及び（ロ）は本発明に係るサーモセンサの基本的構造の異なる例を示す図面である。
図１の（イ）及び（ロ）において、１は躯体、２は板状、箔状または線状の弾性体、３は可溶材である。
図１の（イ）においては、弾性体２の一端部２１を可溶材３により躯体１の表面に面接合し、弾性体２を面接合部の端ｅを境として所定の角度θL'で折り返し、弾性体２に長手方向圧縮力ｐを加えた状態で弾性体２の他端部２２を躯体１に適宜の手段、例えばリベッティング、溶接等４により撓み角０で面接合してある。
図１の（ロ）においては、弾性体２の一端部２１を可溶材３により躯体１の先端部裏面に面接合し、弾性体２を躯体１の表面側に所定の角度θL'で折り返し、弾性体２に長手方向圧縮力ｐを加えた状態で弾性体２の他端部２２を躯体１に適宜の手段、例えばリベッティング、溶接等４により撓み角０で面接合してある。
何れの基本的構造においても、弾性体２が凸曲線状に変形されて弾性曲げ歪みエネルギーが蓄積されており、可溶材３が溶融乃至は軟化されると、面接合による固定が解除され弾性曲げ歪みエネルギーが解放されて前記の凸曲線状の高さｈが減少され、この減少が感熱信号となってセンサが動作される。何れの基本的構造においても、凸曲線状に変形された弾性体２の一端部２０は所定角度の剛節と力学的に等価である。

図２は本発明に係るサーモセンサの力学状態を考察するために使用した一端固定・他端ヒンジ支持の柱（Long column）を示している。
図２において、点（ｘ，ｙ）での曲げモーメントをＭｘとすると、

ｄ^２ｙ／ｄｘ^２＝−Ｍ_ｘ／ＥＩ
が成立し（ただし、ＥＩは柱の曲げ剛性）、曲げモーメントＭ_ｘが

Ｍ_ｘ＝ｐｙ−Ｍ_ｏｘ／L
で与えられるから、凸曲線の形状ｙは、ｐ／ＥＩ＝ｋ^２とおいて、

ｙ＝Ａ〔cosｋｘ−（sinｋｘ／ｋL）＋（ｘ／L）−１〕
tanｋL＝ｋL
で与えられ、係数Ａはｘ＝L’において凸曲線ｙの高さが既知のｈであることから、

ｙ_ｘ＝L’＝ｈ、（ｄｙ／ｄｘ）_ｘ＝L’＝０
より求めることができる。
従って、ヒンジ支持端での撓み角θLは、

θL＝（ｄｙ／ｄｘ）_ｘ＝L＝Ａ〔（cosｋL／L）−ｋ（sinｋL）＋（１／L）〕
で与えられる。

図２において、ヒンジ支持端を力学的に凍結しても（ヒンジ支持端の撓み角と同角度の剛節に置換しても）力学的状態は変わらない。而して、図３の実線（イ）の一端が角度θLの剛節ｎで他端が撓み角０、長手方向圧縮力がｐの柱の一端剛節ｎでの曲げモーメント反力は０である。
今、図３の点線（ロ）で示すように、一端剛節の角度がθL’、他端の撓み角が０の撓み状態の柱を想定すると、一端剛節に作用する曲げモーメント反力ＭL’は、一端剛節ｎの曲げモーメント反力が０の実線（イ）の状態での一端剛節ｎの角θLを角θL’に歪ませるのに必要な曲げモーメントに一致し、θLとθL’との差が小さいほど、点線（ロ）の一端剛節に作用する曲げモーメント反力ＭL’を小さくできる。
而るに、本発明に係るサーモセンサにおいては、図１において、一端剛節固定のその剛節２０の角度を所定の角度θL’とし、他端２２の撓み角を０とするように、弾性体２を所定の長手方向圧縮力荷重ｐのもとで両端固定しており、剛節の角度θL’を前記した曲げモーメント反力が０となる角度θLに近づけるように設定することができるから、弾性体一端２１の可溶材３を介しての固定部での曲げモーメント反力を小さくでき、可溶材３による接合界面に作用する反力を前記長手方向圧縮力ｐに対する反力、すなわち剪断応力を主たる応力にとどめ得、曲げモーメント反力に基づく接合界面を劈開しようとする応力が作用するのを良好に防止できる。

前記接合界面の剪断応力τは弾性体に作用する長手方向圧縮力をｐ、接合界面の面積をＳとすると、τ＝ｐ／Ｓで与えられ、接合界面の剪断強度をｆ／Ｓを越える強度とする必要がある。この剪断強度は充分な安全率を有するものでなくてはならず、このため面接合される弾性体他端部または躯体面の一方または双方に、孔、窪み、切欠きを設けて可溶材を食い込ませたり、面接合される弾性体他端部または躯体面の一方または双方を粗面として接合界面の剪断強度を増強することが望ましい。また、前記可溶材で面接合された界面を機械的に補強するために弾性体の先端面と躯体面とにわたって可溶材を盛り付けることもできる。

前記躯体１には、前記長手方向圧縮力ｐに耐え得るものが用いられる。
前記弾性体２には、金属、合成樹脂または金属と合成樹脂との複合体を用いることができる。複合体には、金属粉を混合した樹脂も含まれる。このように弾性体に金属粉混合樹脂のような電気抵抗値の高いものを使用する場合、抵抗体の通電発熱で可溶材を溶融させてセンサまたはプロテクタを動作させることもできる。
前記可溶材３には、はんだ等の可溶合金、単体金属または熱可塑性樹脂、或いは導電性粉末を添加した導電性熱可塑性樹脂を用いることができる。
弾性体全長の片面または両面に可溶材をコーティングして弾性体全長の曲げ剛性を均等化することは、曲げ応力の集中化防止に有効である。

前記躯体には後述するように、サーモプロテクタのハウジングのベースを用いることもできるが、通常は、リード部を有する電極を躯体として用い、この電極の先端部側に弾性体の一端部が可溶材を介して面接合される。
この電極と弾性体とのセット部材は、図４の（イ）に示すように、広巾電極材１ａの先端部表面に広巾弾性体材２ａの一端部を可溶材３ａを介しヒートローラや電磁誘導加熱等で面接合し、更に、図４の（ロ）に示すように金型カッターで多数条の短冊片に切断し、次いで、図４の（ハ）に示すように短冊片の弾性体２を所定の角度で折り返すことにより得ることができる。
広巾電極材と広巾弾性体材とを面接合し、更に弾性体材を所定の角度で折り返し、而るのち、多数条の短冊片に切断することも可能である。
前記弾性体片２または広巾弾性体材２ａの折り返しは、図４の（ニ）に示すように接合面３ａとは反対側の躯体面側に回し込んで行うこともできる。

前記電極と弾性体とのセット部材を製作したのち、弾性体２の他端部２２が躯体面に撓み角０にて面接合で固定される。その固定には、予め設けた合成樹脂（可溶材の軟化点よりも高い軟化点を有する）の突起を固定子とするリベッティング、可溶材の融点乃至は軟化点よりも高い融点乃至は軟化点を有する接着剤、抵抗溶接や電磁誘導加熱溶接等の溶接（フラックスを使用した溶接が好ましい）を使用できる。

前記したように本発明に係るサーモセンサは、力学的には一端固定・他端ヒンジ支持の柱に等価であり、凸曲線の高さをｈ、弾性体の長さをＬとする貯えられる弾性曲げ歪みエネルギーは両端固定柱の弾性曲げ歪みエネルギー２ｈ^２π^４／Ｌ^３と両端ヒンジ支持柱の弾性曲げ歪みエネルギーｈ^２π^４／（２Ｌ^３）の中間値であり、弾性体を両端撓み角０で両端固定するものに較べ、蓄積弾性曲げ歪みエネルギー量同一のもとで弾性体長さを短くでき、サーモセンサの小型化に有利である。
また、一端固定・他端ヒンジ支持の柱と両端固定の柱とでは、凸曲線の高さｈが等しい場合、前者の方が後者よりも、凸曲線の総長さが長くなり（１．２倍程度）、従って、凸曲線の総長さ同一のもとでは、柱の両支点間の間隔が短くなるから、本発明に係るサーモセンサでは長さをそれだけ短くできる。

図５の（イ）は本発明に係るサーモプロテクタの一実施例の平面図を、図５の（ロ）は図５の（イ）におけるロ−ロ断面図を、図５の（ハ）は図５の（イ）におけるハ−ハ断面図をそれぞれ示している。
図５において、５１，５２はギャップを隔てて配置された一対の電極、５１０，５２０は各電極のリード部である。電極５１は躯体としても使用されている。２は弾性金属板であり、一端部２１を前記した角度θL’の剛節を形成するように折り返して電極５１の先端部に可溶金属３を介して面接合固定し、この状態で弾性板２に長手方向圧縮力ｐを作用させて弾性板２に曲げ歪エネルギーを加え、更に弾性板２の他端部２２を電極５１に撓み角０で面接触にてリベッティング等４で固定し、更にハウジング６で包囲すると共に前記弾性板２の凸曲線外面を前記他方の電極５２に接触させてある。
ハウジング６には、セラミックスや合成樹脂等の絶縁体が使用され、上下二つ割れ構成とし、融着例えば高周波溶着や接着剤や嵌合方式等により組み立てることができる。

このサーモプロテクタにおいて、常時は、一方の電極のリード部→弾性板→弾性板と他方の電極との接触面→他方の電極のリード部の経路で導通されている。可溶材３は、導通経路に含まれていないので、その導通性に可溶材の導電性が関与することはなく、可溶材として熱可塑性樹脂の使用も可能である。
このサーモプロテクタの動作について説明すれば、外部温度の上昇により可溶材３がその融点乃至は軟化点にまで加熱されると、弾性板２の曲げ歪エネルギーにより弾性板一端部２１と一方の電極５１との間の可溶材３による面接合が解放され、図６に示すように弾性板２が元の平板状に復帰されて弾性板の曲げ高さが０にされ、前記弾性板２と他方の電極５２との接触が脱離されて非復帰の通電オフが行なわれる。この場合、可溶材が溶融乃至は軟化して弾性体の弾性歪エネルギーが解放されることが動作開始要件であるから、たとえ可溶材の糸引きが生じても、動作性能に影響を与えることがない。
動作後、弾性体先端の折り返し部と他方の電極との確実な絶縁を保証するために、図６に示すように他方の電極５２に絶縁膜５０２を設けることが望ましい。
図５の（ロ）における弾性板２の凸曲線外面と他方の電極５２との接触面に接触圧力が作用し、接触抵抗が低減されるが、更なる接触抵抗の低減を図るために、その接触面を前記した可溶材よりも低融点のはんだで接合することもできる。この場合、糸引きを抑えるために、低融点はんだの層を十分薄くすることが好ましい。

本発明に係るサーモプロテクタにおいては、上下のハウジング片を共通化することが好ましく、図７−１〜図７−５はその実施例を示している。
図７−１〔図７−１の（イ）は平面図、同じく（ロ）は図７−１の（イ）のロ−ロ断面図、同じく（ハ）は左側面図、同じく（ニ）は右側面図〕はハウジング片６０の一例を示し、ベース部６１の両脇に側壁部６２，６２を設け、その長手方向中央において段差６３を付け、各側壁上面の内側半分の面に超音波溶着用エネルギーダイレクタとしての三角凸条６４を設けてある。また、ベース部の一端側にハウジング片内巾よりも狭巾のリベッテング突部４を設け、ベース部６１の他端側に前記側壁６２の上面よりもやや高い面の補助壁６５を前記側壁６２と一体化して設けてある。
この補助壁６５の巾をａ、リベッテング突部４の巾をｂ、ハウジング片の内巾をｃとすると、（２ｂ＋ａ）をｃよりもやや小さくしてある。この寸法関係により生じる隙間（ｃ−ａ−２ｂ）は小さく、後述するハウジング片の超音波溶着等による加熱接合時にハウジングの樹脂の変形で閉塞できる。

このハウジング片を用いて本発明に係るサーモプロテクタを製作するには、図４に示すようにして得た弾性体付き電極に孔を穿設し、図７−２〔図７−２の（イ）は平面図、同じく（ロ）は図７−２の（イ）のロ−ロ断面図、同じく（ハ）は図７−２の（ロ）のハ−ハ断面図〕に示すように、孔を穿設した弾性体２付き電極５１を孔において一方のハウジング片６０にリベッテング突部４の加熱圧潰により固定し、また、図７−３に示すように、弾性体無しの電極５２についても、孔を穿設しこの孔において他方のハウジング片６０にリベッテング突部４の加熱圧潰により固定し、次いで、図７−４に示すように、これら両ハウジング片を上下にかつ電極のリード部の向きを逆とするように重畳して両ハウジング片６０，６０の側壁を段差６３，６３の噛み合いで勘合し、ついで超音波溶着機にセットし、両ハウジング片の前記エネルギーダイレクタを圧潰溶着させ、これにてサーモプロテクタの製作を終了する。

両リード部の高さレベルを合わせるように、図７−５に示すように一方のリード部５２０をハウジング端面に沿い段差を介して折り曲げ加工することもできる。 図７−１〜図７−２に示したサモプロテクタの動作後の状態は実質的に図６に示した状態に同じであるが、可溶材の溶融乃至は軟化により解放された弾性体２の先端部が、電極５２側のハウジング片６０のリベッテング突部の直下に潜入して電極５２との再接触が確実に防止される特徴がある。

図８の（イ）は本発明に係るサーモプロテクタの別実施例の平面図を、図８の（ロ）は図８の（イ）におけるロ−ロ断面図をそれぞれ示し、一方のリード導体を弾性金属製とし、このリード線先端部をサーモセンサの弾性体として使用している。
図８の（ハ）は同上実施例の動作後を示す図面である。
図８において、１はハウジングのベース躯体であり、セラミックスや合成樹脂等の絶縁体から構成してある。５１０は一方のリード導体であり、先端部２を板状の弾性金属製とし、その先端部２の前端をベース躯体１に対し前記した角度θL’の剛節を構成するように内側に折り曲げその折り曲げ片を可溶材３、例えば熱可塑性樹脂を介して面接合し、この状態で前記先端部２に長手方向圧縮力ｐを加えて曲げ歪エネルギーを与え、先端部２の後方部を躯体面に面接触でリベットや溶接等４により固定して本発明に係るサーモセンサを構成してある。
前記躯体面への弾性リード導体先端部２の面接触下での接合固定に可溶金属を使用する場合は、躯体面を金属箔の貼付・エッチングや金属粉ペーストの印刷・焼き付けにより金属化したうえで行なうことができる。
５２０は他方の扁平リード導体であり、先端部５２を折り曲げ成形して一方の弾性リード導体先端部２の曲げ頂面に接触させてある。
６はハウジングであり、セラミックスや合成樹脂等の絶縁体から構成してあり、融着例えば高周波溶着（ベース及びハウジングが共に合成樹脂の場合）や接着剤や嵌合方式等によりベース躯体に結着してある。
前記一方のリード導体には、弾性丸線の先端部を薄く圧潰加工したものを使用することもできる。

このサーモプロテクタにおいて、常時は、一方のリード導体５１０→このリード導体先端部２の凸曲線部と他方のリード導体５２０の先端部５２との接触面→他方のリード導体５２０の経路で導通されている。可溶材３は、導通経路に含まれていないので、可溶材の導電性の関与はない。
このサーモプロテクタの動作について説明すれば、外部温度の上昇により可溶材３がその融点乃至は軟化点にまで加熱されると、一方の弾性リード導体先端部２の曲げ歪エネルギーにより一方のリード導体先端部２と躯体面との間の可溶材３による面接合が解放され、図５の（ロ）に示すように弾性リード導体先端部２が元の平板状に復帰されて当該先端部２の曲げ高さが０にされ、前記一方の弾性リード導体先端部２と他方のリード導体５２０の先端部５２との接触面が脱離されて非復帰の通電オフが完結される。

上記においても、弾性リード導体先端部２の曲げ外面と他方のリード導体５２０の先端部５２との接触面に接触圧力が作用して接触抵抗が低減されるが、更なる接触抵抗の低減を図るために、その接触面を前記した可溶材より低融点のはんだで接合することもできる。

図９の（イ）は本発明に係るサーモプロテクタの他の別実施例の平面図を、図９の（ロ）は図９の（イ）におけるロ−ロ断面図をそれぞれ示し、固定電極と可動電極とを有し、本発明に係るサーモセンサを組み込んである。図９の（ハ）は同上実施例の動作後を示す図面である。
図９において、１はハウジングのベース躯体であり、セラミックスや合成樹脂等の絶縁体から構成してある。５１は可動電極、５１０は可動電極５１に一体に形成したリード部である。５２は固定電極、５２０は固定電極５２に一体に形成したリード部である。Ａはサーモセンサであり、金属又は合成樹脂製の弾性板２の一端部２１を所定の角度で内側に折り曲げこの折り曲げ片２１を躯体面に面接触で可溶合金や熱可塑性樹脂等の可溶材３の溶融・凝固により接合固定して前記角度（θL’）の剛節を形成し、この状態で当該弾性板２に前記と同様に長手方向圧縮力(ｐ)を加えて弾性板２に曲げ歪エネルギーを与え、弾性板２の他端部２２を躯体面に面接触でリベットや溶接等４により固定してある。
前記躯体面への弾性板２の面接触下での溶接固定や面接触下での可溶合金３による接合固定には、金属箔の貼付・エッチングや金属粉ペーストの印刷・焼き付けにより躯体面を金属化したうえで行なうことができる。
６はハウジングであり、セラミックスや合成樹脂等の絶縁体から構成してあり、融着例えば高周波溶着（ベース及びハウジングが共に合成樹脂の場合）や接着剤や嵌合方式等によりベース躯体１に結着してある。

このサーモプロテクタにおいて、常時は、一方のリード導体→固定電極→固定電極と可動電極との接触面→可動電極→他方のリード導体の経路で導通されている。可溶材３は、導通経路に含まれていないので、その導通性への可溶材の導電性の関与はない。
このサーモプロテクタの動作について説明すれば、外部温度の上昇により可溶材３がその融点乃至は軟化点にまで加熱されると、サーモセンサＡの弾性板２の曲げ歪エネルギーにより当該弾性板２と躯体面との間の可溶材３による面接合が解放され、図９の（ハ）に示すように同弾性板２が元の平板状に復帰されて当該サーモセンサＡの弾性板２の曲げ高さが０にされ、可動電極５１がその弾性によりサーモセンサＡの弾性板２と共に移動され固定電極５２より脱離されて非復帰の通電オフが完結される。

上記弾性金属材には、例えばリン青銅を使用できる。弾性材として樹脂製を使用する場合、樹脂（熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂）をガラス繊維、金属繊維、合成繊維等の繊維で補強したＦＲＰ、高剛性エンジニアリングプラスチック等を可溶材として使用する熱可塑性樹脂との融点との相対的な関係を考慮して選択できる。弾性材として、弾性金属材と合成樹脂との複合体、例えばリン青銅板とポリアミドフィルムとの積層体を使用することもできる。

弾性体の寸法は、金属弾性板の場合、例えば厚み０．００８〜０．１ｍｍ、巾０．３〜４．６ｍｍ、長さ１．５〜１１ｍｍとされる。

上記弾性材としての樹脂や可溶材としての熱可塑性樹脂としては、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリエチレンナフタレ−ト、ポリアミド、ポリイミド、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリフェニレンオキシド、ポリエチレンサルファイド、ポリサルホン等のエンジニアリングプラスチック、ポリアセタ−ル、ポリカ−ボネ−ト、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシベンゾイル、ポリエ−テルエ−テルケトン、ポリエ−テルイミド等のエンジニアリングプラスチックやポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレ−ト、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンポリテトラフルオロエチレン共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、アイオノマ−、ＡＡＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂等中から所定融点のものを選定できる。
ハウジングには、これらの樹脂の外、セラミックスも使用できる。ハウジングの寸法は、例えば厚み０．３〜１．５ｍｍ、巾１〜５ｍｍ、長さ２〜１２ｍｍとされる。

上記可溶材としての可溶合金としては、ＰｂやＣｄ等の生体系に有害な元素を含まないものを使用することが好ましく、次ぎの組成[Ａ]（１）４３％＜Ｓｎ≦７０％，０．５％≦Ｉｎ≦１０％，残Ｂｉ、（２）２５％≦Ｓｎ≦４０％，５０％≦Ｉｎ≦５５％，残Ｂｉ、（３）２５％＜Ｓｎ≦４４％，５５％＜Ｉｎ≦７４％，１％≦Ｂｉ＜２０％、（４）４６％＜Ｓｎ≦７０％，１８％≦Ｉｎ＜４８％，１％≦Ｂｉ≦１２％、（５）５％≦Ｓｎ≦２８％，１５％≦Ｉｎ＜３７％，残Ｂｉ（但し、Ｂｉ５７．５％，Ｉｎ２５．２％，Ｓｎ１７．３％とＢｉ５４％，Ｉｎ２９．７％，Ｓｎ１６．３％のそれぞれを基準にＢｉ±２％，Ｉｎ及びＳｎ±１％の範囲を除く）、（６）１０％≦Ｓｎ≦１８％，３７％≦Ｉｎ≦４３％，残Ｂｉ、（７）２５％＜Ｓｎ≦６０％，２０％≦Ｉｎ＜５０％，１２％＜Ｂｉ≦３３％、（８）（１）〜（７）の何れか１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、（９）３３％≦Ｓｎ≦４３％，０．５％≦Ｉｎ≦１０％，残Ｂｉ、（１０）４７％≦Ｓｎ≦４９％，５１％≦Ｉｎ≦５３％の１００重量部にＢｉを３〜５重量部を添加、（１１）４０％≦Ｓｎ≦４６％，７％≦Ｂｉ≦１２％，残Ｉｎ、（１２）０．３％≦Ｓｎ≦１．５％，５１％≦Ｉｎ≦５４％，残Ｂｉ、（１３）２．５％≦Ｓｎ≦１０％，２５％≦Ｂｉ≦３５％，残Ｉｎ、（１４）（９）〜（１３）の何れか１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、（１５）１０％≦Ｓｎ≦２５％，４８％≦Ｉｎ≦６０％，残Ｂｉを１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、等のＩｎ−Ｓｎ−Ｂｉ系合金の組成[Ｂ]（１６）３０％≦Ｓｎ≦７０％，０．３％≦Ｓｂ≦２０％，残Ｂｉ、（１７）（１６）の１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、等のＢｉ−Ｓｎ−Ｓｂ系合金の組成[Ｃ]（１８）５２％≦Ｉｎ≦８５％，残Ｓｎ、（１９）（１８）の１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、等のＩｎ−Ｓｎ系合金の組成[Ｄ]（２０）４５％≦Ｂｉ≦５５％，残Ｉｎ、（２１）（２０）の組成の１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、等のＩｎ−Ｂｉ系合金の組成、[Ｅ]（２２）５０％Ｂｉ≦５６％，残Ｓｎ、（２３）（２２）の１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、等のＢｉ−Ｓｎ系合金の組成[Ｆ]（２４）Ｉｎの１００重量部にＡｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、（２５）９０％≦Ｉｎ≦９９．９％，０．１％≦Ａｇ≦１０％の１００重量部にＡｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、（２６）９５％≦Ｉｎ≦９９．９％，０．１％≦Ｓｂ≦５％の１００重量部にＡｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加等のＩｎ系合金の組成（２７）２％≦Ｚｎ≦１５％，７０％≦Ｓｎ≦９５％，残Ｂｉ及びその合金１００重量部にＡｕ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加した合金の組成等からサーモプロテクタの動作温度に適合した融点の組成を選定することができる。
また、可溶合金にｂ．ｃ．ｃやｃ．ｐ．ｈ等の結晶構造の金属を多く含ませることにより塑性変形を抑止しクリープ強度を向上させることができる。

これらの合金、特に、Ｂｉリッチ合金の場合は、金属弾性体に予め層状に被覆しておくことが好ましい。

上記の電極やリード導体には、ニッケル、銅、銅合金等の導電性金属乃至は合金を使用でき、必要に応じ鍍金することができる。
上述した通り、リード導体の先端部に電極や電極を設けることができ、また弾性金属リード導体の先端部を圧潰加工して弾性板状とすることもできる。
これらの場合、躯体及びハウジング外のリード導体の形状は任意の形状にできる。
電極若しくはリード導体または弾性体または両方の可溶金属との接合部は局部的に溶接性に優れた素材に置換することもできる。
リード部付き電極やリード導体の厚みは、例えば０．０５〜０．３ｍｍ、巾は０．５〜４．６ｍｍとされる。

リチウムイオン２次電池、リチウムポリマー２次電池等に対する電池パックにおいては、電池や電力トランジスター等の異常発熱を検知して不通電とするサーモプロテクタが必要であるが、本発明に係るサーモプロテクタにおいては小型化が容易であり電池パックに良好に組み込み得、その電池用サーモプロテクタとして好適に利用できる。

本発明に係るサーモセンサを示す図面である。 一端ヒンジ支持・他端固定の柱の力学的状態を示す図面である。 本発明に係るサーモセンサの力学的状態を示す図面である。 本発明に係るサーモセンサに使用する弾性体付き躯体の製作方法を示す図面である。 本発明に係るサーモプロテクタの一実施例を示す図面である。 図５に示するサーモプロテクタの動作後を示す図面である。 本発明に係るサーモプロテクタに使用するハウジング片の一例を示す図面である。 図７−１のハウジング片を用いてサーモプロテクタを製作する場合の工程の一部を示す図面である。 図７−１のハウジング片を用いてサーモプロテクタを製作する場合の工程の上記とは別の一部を示す図面である。 図７−１のハウジング片を用いてサーモプロテクタを製作する場合の工程の上記とは別の一部を示す図面である。 図７−１のハウジング片を用いてサーモプロテクタの一実施例を示す図面である。 本発明に係るサーモプロテクタの上記とは別の実施例を示す図面である。 本発明に係るサーモプロテクタの上記とは別の実施例を示す図面である。 従来のサーモプロテクタを示す図面である。 上記とは別の従来のサーモプロテクタを示す図面である。

符号の説明

１ 躯体
２ 弾性体
２１ 弾性体の一端部
２２ 弾性体の他端部
３ 可溶材
４ リベッティグ
５１ 電極
５２ 電極
５１ 固定電極
５２ 可動電極
６ ハウジング

Claims (11)

1. 所定温度のもとで接点が開かれて通電が遮断されるサーモプロテクタに組み込まれたサーモセンサであり、弾性体が長手方向に圧縮された状態でその両端が躯体に固定されて前記弾性体が凸曲線状とされ、該凸曲線一端側が躯体に対し所定の角度で立ち上げられており、同凸曲線他端が撓み角０とされており、弾性体一端部と躯体との固定が可溶材を介して行われており、可溶材の融点乃至は軟化点が動作温度とされており、可溶材の溶融乃至は軟化により弾性体が圧縮から解放されて前記接点が開かれることを特徴とするサーモセンサ。
2. 弾性体の一端部が内側に折り曲げられてその折り曲げ片が躯体表面に可溶材を介し面接合されていることを特徴とする請求項１記載のサーモセンサ。
3. 弾性体の一端部が内側に折り曲げられてその折り曲げ片の内側面が躯体先端部裏面に可溶材を介し面接合されていることを特徴とする請求項１記載のサーモセンサ。
4. 弾性体が金属、または金属と樹脂との複合物若しくは重合物であることを特徴とする請求項１〜３何れか記載のサーモセンサ。
5. 可溶材が低融点金属であることを特徴とする請求項１〜４何れか記載のサーモセンサ。
6. 可溶材が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１〜４何れか記載のサーモセンサ。
7. 弾性体が金属であることを特徴とする請求項１〜３、５、６何れか記載のサーモセンサ。
8. ギャップを隔てて配設した一対の電極のうち、一方の電極表面を躯体面として請求項７記載のサーモセンサを構成し、該サーモセンサの弾性体金属と一方の電極とを電気的に導通し、同サーモセンサの弾性体金属と他方の電極とを接触させて接点としたことを特徴とするサーモプロテクタ。
9. 接点で接触する固定電極と可動電極を有し、請求項１〜６何れか記載のサーモセンサを当該サーモセンサの動作により可動電極が固定電極から離れるように組み込んだことを特徴とするサーモプロテクタ。
10. 請求項２記載のサーモセンサを製造する方法であり、広巾の躯体材に広巾の弾性体材の一端部を可溶材を介して面接合し、この接合材を多数条の片に切断したうえ更に弾性体片を前記面接合部を境として折り返すか、または弾性体材を前記面接合部を境として折り返したうえ更に接合材を多数条の片に切断し、次いで折り返し弾性体片を長手方向に圧縮した状態でその他端部を躯体に撓み角０で固定することを特徴とするサーモセンサの製作方法。
11. 請求項３記載のサーモセンサを製造する方法であり、広巾の躯体材の先端部裏面に広巾の弾性体材の一端部を可溶材を介して面接合し、この接合材を多数条の片に切断したうえ更に弾性体片を躯体の表面側に折り返すか、または弾性体材を躯体材の表面側に折り返したうえ更に接合材を多数条の片に切断し、次いで折り返し弾性体片を長手方向に圧縮した状態でその他端部を躯体に撓み角０で固定することを特徴とするサーモセンサの製作方法。

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