JP5804515B2 - breaker - Google Patents
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Description
本発明は、あらかじめ設定している温度よりも高くなると電流を遮断するブレーカに関する。 The present invention relates to a breaker that cuts off a current when the temperature is higher than a preset temperature.
パック電池やモータなどの機器は、温度が異常に高くなる状態で電流を遮断して安全性を向上できる。このことを目的として、設定温度になると接点をオフに切り換えるブレーカが使用される。たとえば、リチウムイオン電池を内蔵するパック電池は、異常な使用状態で充放電されると温度が高くなるので、ブレーカを内蔵させて、これで異常な高温では電流を遮断して安全に使用できる。また、モータ等は過負荷な状態や異常な電流が流れる状態で温度が異常に高くなることがあるので、この状態ではブレーカで電流を遮断してモータを保護して安全に使用できる。 Devices such as battery packs and motors can improve safety by interrupting current when the temperature is abnormally high. For this purpose, a breaker is used that switches the contact off when the set temperature is reached. For example, a battery pack with a built-in lithium ion battery has a high temperature when charged and discharged in an abnormal use state. Therefore, a built-in breaker can be used safely by cutting off the current at an abnormally high temperature. Further, since the temperature of the motor or the like may become abnormally high in an overloaded state or an abnormal current flow, in this state, the current can be cut off by the breaker to protect the motor and be used safely.
このような用途に使用されるブレーカとして、電池が異常な高温になると電流を遮断するブレーカが開発されている。従来のブレーカを図1に示す。このブレーカは、固定接点金属板104と、可動接点金属板106との間にバイメタル108を配置している。さらに、バイメタル108と固定接点金属板104との間にPTCヒーター109を配置している。バイメタル108は、図1の(a)で示すように、ブレーカのオン状態で中央部を可動接点金属板106側に突出させている。周囲温度が高くなると、図1の(b)で示すように、バイメタル108が反転して、可動接点107を固定接点105から離してオフ状態に切り換えられる。PTCヒーター109はバイメタル108を加熱してオフ状態とするので、オフ状態でPTCヒーター109が通電されてオフ状態に保持する。また、異常時にPTCヒーター109が通電されて、ブレーカはオフ状態に切り換えられる。
As a breaker used for such an application, a breaker has been developed that cuts off a current when a battery is at an abnormally high temperature. A conventional breaker is shown in FIG. In this breaker, a
以上のブレーカは、パック電池などに内蔵されることから、可能な限り小型化することが要求される。ブレーカの小型化は、可動接点と固定接点とのオフ間隔を狭くする。可動接点と固定接点のオフ間隔が狭くなると、接点間でスパークが発生して接点の溶融や消耗が発生して、ブレーカの動作不良の原因なる。 Since the above breaker is built in a battery pack or the like, it is required to be as small as possible. The downsizing of the breaker reduces the off-interval between the movable contact and the fixed contact. When the OFF interval between the movable contact and the fixed contact is narrowed, a spark is generated between the contacts, and the contacts are melted or consumed, which causes a malfunction of the breaker.
オフ状態で可動接点と固定接点のオフ間隔を広くするブレーカは開発されている(特許文献1参照)。このブレーカを図2に示している。このブレーカは、PTCヒーター209のバイメタル108側の表面を独特の形状としている。
A breaker has been developed that widens the distance between the movable contact and the fixed contact in the off state (see Patent Document 1). This breaker is shown in FIG. In this breaker, the surface of the
図2に示すように、PTCヒーター209を独特の形状とするブレーカは、PTCヒーター209の製造が極めて難しい欠点がある。それは、このPTCヒーター209が、両面の電極間に、温度が設定温度よりも高くなると電気抵抗が急激に大きくなる温度特性層を挟着する独特の構造としているからである。この構造のPTCヒーターは、たとえば中央凸に成形すると、電極間に設けている温度特性層の厚さが中央部で厚く、周囲で薄くなって厚さを均一にできない。PTCヒーターは、通電される電流のジュール熱で発熱して、設定温度になるとトリップして電気抵抗が急激に増加して電流を遮断する保護素子である。このPTCヒーターは、厚さが不均一で均一に通電できずに発熱にむらができると、全体を一緒にトリップできなくなる弊害がある。周囲が薄くなって周囲の電流密度が高くなるPTCヒーターは、周囲の発熱量が中央部よりも大きくなって、中央部の発熱量が少なくなるからである。PTCヒーターは、設定温度まで加熱されるとトリップして、電気抵抗が急激に増加して電流を遮断する素子であるから、温度むらは部分的にトリップするタイミングがずれる弊害となる。
As shown in FIG. 2, the breaker having a unique shape of the
したがって、PTCヒーターに突出部を設ける従来のブレーカは、PTCヒーターの製造が難しくなるばかりでなく、PTCヒーターの電気特性を保証するのが難しいなどの欠点がある。 Therefore, the conventional breaker in which the projecting portion is provided on the PTC heater not only makes it difficult to manufacture the PTC heater but also has a drawback that it is difficult to guarantee the electrical characteristics of the PTC heater.
本発明は、さらに以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、ヒーターを独特の構造に改良することなく、極めて簡単な構造とすることで安価に多量生産でき、しかもオフ状態における接点ギャップを大きくできるブレーカを提供することにある。 The present invention has been developed for the purpose of solving the above-mentioned drawbacks. An important object of the present invention is to provide a breaker which can be mass-produced at low cost by making it a very simple structure without improving the heater to a unique structure, and which can increase the contact gap in the off state.
本発明のブレーカは、外装ケース1と、この外装ケース1に固定してなる固定接点5を有する固定接点金属板4と、この固定接点金属板4の固定接点5と対向する位置に可動接点7を有し、かつ可動接点7を可動できるように外装ケース1に一部を固定してなる可動接点金属板6と、この可動接点金属板6と固定接点金属板4との間に配設されて、可動接点金属板6をオンからオフに切り換えるバイメタル8と、このバイメタル8と固定接点金属板4との間にあってバイメタル8を加熱するヒーター9とを備えている。バイメタル8は中央凸に湾曲する形状であって、可動接点7を固定接点5に接触させる状態で中央突出部を可動接点金属板6側に突出させて、可動接点7を固定接点5から離す状態で、中央突出部をヒーター9側に突出させる姿勢でヒーター9と可動接点金属板6との間に配設している。ブレーカは、バイメタル8が、ヒーター表面9Aに向かって突出する突出部8Aを有し、可動接点7が固定接点5から離れるオフ状態において、突出部8Aがヒーター表面9Aを押圧して、可動接点7と固定接点5のオフ状態における接点ギャップを広くしている。
The breaker of the present invention includes an
以上のブレーカは、ヒーターを特別な構造に改良することなく、極めて簡単な構造として安価に多量生産でき、しかも可動接点と固定接点のオフ状態における接点ギャップを大きくして、接点のアーク放電による損傷などを有効に防止できる特徴がある。 The above circuit breakers can be mass-produced at a low cost with an extremely simple structure without improving the heater to a special structure. In addition, the contact gap in the off state of the movable contact and the fixed contact is increased, and the contact is damaged by arc discharge. There is a feature that can effectively prevent such.
本発明のブレーカは、バイメタル8の中央部に突出部8Aを設けることができる。
以上のブレーカは、バイメタルの中央部に設けた突出部でもって、オフ状態における接点ギャップを大きくできる特徴がある。また、中央部に設けて突出部で接点ギャップを大きくしながら、バイメタルを安価に多量生産できる特徴も実現する。とくに、パック電池に内蔵される小型のブレーカにおいて、バイメタルを安価に多量生産できる特徴がある。
The breaker of the present invention can be provided with a
The above breaker is characterized in that the contact gap in the off state can be increased by the protrusion provided at the center of the bimetal. In addition, it is possible to produce a bimetal at a low cost and in large quantities while providing a contact gap at the central portion to increase the contact gap. In particular, a small breaker built in a battery pack has a feature that bimetal can be mass-produced at low cost.
本発明のブレーカは、突出部8Aの突出高さが可動接点7と固定接点5のオフ状態における接点ギャップの10%以上とすることができる。
以上のブレーカは、バイメタルに設けた突出部でもって、オフ状態における接点ギャップを大きくできる特徴がある。
In the breaker of the present invention, the protruding height of the protruding
The above breaker is characterized in that the contact gap in the off state can be increased by the protrusion provided on the bimetal.
本発明のブレーカは、パック電池に内蔵されて、パック電池の電池と直列に接続される保護素子とすることができる。
以上のブレーカは、パック電池に内蔵される小型でありながら、オフ状態における接点ギャップを大きくしてアーク放電による接点の損傷を有効に阻止できる特徴がある。
The breaker of this invention can be used as the protection element incorporated in the battery pack and connected in series with the battery of the battery pack.
The breaker described above has a feature that it is possible to effectively prevent damage to the contact due to arc discharge by increasing the contact gap in the off state while being a small size built in the battery pack.
本発明のブレーカは、ヒーター9をPTCヒーターとすることができる。
以上のブレーカは、ヒーターをPTCヒーターとするので、PTCヒーターを独特の構造に改良することなく、バイメタルを簡単な構造として、オフ状態における接点ギャップを大きくできる特徴がある。
In the breaker of the present invention, the
Since the above breaker is a PTC heater, there is a feature that the contact gap in the off state can be increased by making the bimetal simple structure without improving the PTC heater to a unique structure.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのブレーカを例示するものであって、本発明はブレーカを以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiment shown below exemplifies a breaker for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the breaker as follows. Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, numbers corresponding to the members shown in the examples are indicated in the “claims” and “means for solving problems” sections. It is added to the members. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
以下のブレーカは、周囲温度でバイメタルを変形させ、変形するバイメタルが可動接点金属板を変形されて、オフ状態に切り換えられて電流を遮断する。さらに、ブレーカは、バイメタルを加温するヒーターを内蔵している。ヒーターを内蔵するブレーカは、ヒーターでバイメタルを加温して、オフ状態となって電流を遮断する状態に保持できる。オフ状態においてヒーターに通電し、通電されるヒーターでバイメタルを加温して、オフ状態に保持できるからである。このブレーカは、パック電池に内蔵されて、パック電池の安全性をより向上できる。パック電池が異常な温度になってブレーカで電流を遮断した後、電池でヒーターに通電して、オフ状態に保持できるので、電池が放電できる限りブレーカをオフ状態に保持して外部に流れる電流を遮断状態に保持できるからである。電池が完全に放電されると、ヒーターに通電できなくなってヒーターがバイメタルを加温できなくなってオン状態に復帰しても、この状態では電池は放電できなくなっているので、安全性は確保される。さらに、ヒーターを内蔵するブレーカは、電池の異常を検出してヒーターに通電して、ヒーターでバイメタルを加熱して電池の電流を遮断することもできる。ブレーカを内蔵するパック電池は、素電池と直列にブレーカを接続して、ブレーカで電池の電流を遮断する。 The following breaker deforms the bimetal at ambient temperature, the deforming bimetal deforms the movable contact metal plate, and is switched to the OFF state to cut off the current. In addition, the breaker has a built-in heater that heats the bimetal. A breaker with a built-in heater can keep the bimetal warmed by the heater and turn off to interrupt the current. This is because the heater can be energized in the off state, and the bimetal can be heated by the energized heater and kept in the off state. This breaker is built in the battery pack and can further improve the safety of the battery pack. After the battery pack reaches an abnormal temperature and the current is cut off by the breaker, the heater can be energized and held in the off state by the battery, so the breaker is kept off as long as the battery can be discharged. This is because it can be kept in a shut-off state. When the battery is completely discharged, even if the heater cannot be energized and the heater cannot heat the bimetal and returns to the on state, the battery cannot be discharged in this state, so safety is ensured. . Furthermore, the breaker with a built-in heater can detect battery abnormality, energize the heater, and heat the bimetal with the heater to cut off the battery current. The battery pack with a built-in breaker is connected to the breaker in series with the unit cell, and the battery current is cut off by the breaker.
図3ないし図10に示すブレーカ40は、外装ケース1に、固定接点金属板4と、可動接点金属板6とを固定して、可動接点金属板6を変形させるバイメタル8と、このバイメタル8を加温するヒーター9とを内蔵している。
A
図3ないし図10に示すブレーカ40は、外装ケース1を、プラスチック製の絶縁ケース2と外装金属板3とで形成している。図3ないし図10の外装ケース1は、絶縁ケース2の底部13に固定接点金属板4をインサート成形して固定して、上面に外装金属板3を固定している。絶縁ケース2は、両端部分に、第1の外壁11Aと第2の外壁11Bとを突出するように設けて、第1の外壁11Aと第2の外壁11Bとの間に収納スペース20を設けている。この収納スペース20は、インサート成形して固定している固定接点金属板4で底面を閉塞して、外装金属板3で上面を閉塞している。したがって、外装ケース1は、底面側の表面には固定接点金属板4が露出し、上面側の表面には外装金属板3が露出している。外装ケース1の表面に露出する外装金属板3は、プラスチック製の絶縁ケース2にインサート成形して固定されず、ほぼ全面を上面側に露出させている。さらに、図11の外装ケース1は、上面を外装金属板によらず、プラスチック製の絶縁ケース2で閉塞している。
In the
可動接点金属板6と固定接点金属板4と外装金属板3は、絶縁ケース2に固定される。絶縁ケース2は、バイメタル8やヒーター9を収納する収納スペース20の両側に、第1の外壁11Aと第2の外壁11Bとを設け、さらに第1の外壁11Aと第2の外壁11Bとの間を連結する対向壁12を設けて、一対の対向壁12と、一対の外壁11とで収納スペース20の周囲を囲む外周壁10を構成している。したがって、収納スペース20は、周囲を外周壁10で囲み、底面を固定接点金属板4で閉塞し、さらに上面を外装金属板3で閉塞して内部を閉塞された中空状としている。
The movable
絶縁ケース2は、第1の外壁11Aに固定接点金属板4の一部を、図4と図5においては固定接点金属板4の中間部4Bを第1の外壁11Aの途中にインサート成形して固定している。したがって、固定接点金属板4は、第1の外壁11Aを貫通する状態で絶縁ケース2に固定され、収納スペース20の内部に露出する部分を固定接点5とし、外部に引き出される部分を接続端子4Xとしている。
The insulating
絶縁ケース2は、第2の外壁11Bに可動接点金属板6の非可動部分6Bを固定して、可動接点金属板6の弾性アーム部6Aを収納スペース20に配置している。図4と図5のブレーカ40は、第2の外壁11Bの上端面に可動接点金属板6の非可動部分6Bを固定している。可動接点金属板6は、接着して第2の外壁11Bに固定され、あるいは外装金属板3に挟まれて第2の外壁11Bの上端面に固定される。図の外装ケース1は、外装金属板3の一端部を、可動接点金属板6の非可動部分6Bに接触状態に積層して絶縁ケース2に固定して、外装金属板3を可動接点金属板6に電気接続している。外装金属板3と可動接点金属板6は、積層部をレーザー溶接することで、より確実に電気接続される。この構造は、外装金属板3を可動接点金属板6に直接に積層して固定するので、全体をより薄くしながら、外装金属板3を可動接点金属板6に電気接続できる。
In the insulating
外装金属板3を可動接点金属板6に電気接続するブレーカ40は、外装金属板3に接続端子を設け、あるいは可動接点金属板6に接続端子を設けることができる。接続端子を設ける外装金属板3は、外部に接続するリード板などを抵抗溶接する接続端子を設ることができる。図12と図13のブレーカ40は、外装金属板3の一端を外装ケース1の外側に突出させて、突出部3Xを接続端子53としている。さらに、図3ないし図10、図12、及び図13のブレーカ40は、外装金属板3の上面を絶縁ケース2の上面に露出させて露出端子43とし、この露出端子43を接続端子53としている。
The
さらに、図4ないし図6、図11、及び図13の断面図に示す絶縁ケース2は、収納スペース20の底部にヒーター9を配置する収納凹部21を設けている。収納凹部21は収納スペース20の中央部にあって、その底面を固定接点金属板4の先端部4Aで閉塞している。収納凹部21は、ここにヒーター9を挿入できるように、内形をヒーター9の外形よりもわずかに大きくしている。また、収納凹部21は、外周縁に沿って突出部14を設けている。収納凹部21に挿入されるヒーター9は、突出部14の上面からわずかに突出して、上面に湾曲するバイメタル8を熱結合状態に載せている。
Furthermore, the insulating
収納スペース20は、収納凹部21の底面を固定接点金属板4で閉塞し、収納凹部21の外側底面を絶縁ケース2のプラスチックで閉塞している。絶縁ケース2は、収納凹部21の外側で収納スペース20の底を閉塞しているプラスチック製の底部13に、固定接点金属板4をインサート成形して絶縁ケース2に固定している。
In the
収納スペース20の上面を閉塞している外装金属板3は、インサート成形することなく、その両端部分を絶縁ケース2の外壁11に固定している。図3ないし図5のブレーカ40は、第1の外壁11Aと第2の外壁11Bとの上端面に外装金属板3の両端部を固定している。外装金属板3は、第1の外壁11Aと第2の外壁11Bとに一体的に成形して設けている連結リブ15を介して、絶縁ケース2に固定している。図4と図5の絶縁ケース2は、鎖線で示すように、外装金属板3を連結する連結リブ15を、外壁11の先端面から突出して設けている。外装金属板3には、連結リブ15を貫通させる貫通孔25を設けてあり、連結リブ15を貫通孔25に挿通して、外装金属板3を絶縁ケース2に固定している。連結リブ15は、貫通孔25に挿入される状態で、その先端を加熱押圧して押し潰し、あるいは超音波振動で押し潰して、外装金属板3を確実に絶縁ケース2の外壁11の先端面、すなわち上面に固定している。以上の構造は、外装金属板3を絶縁ケース2の正確な位置に確実に、しかも簡単に固定できる。ただし、外装金属板は、絶縁ケースの先端面である上面に接着して固定することもできる。接着して絶縁ケースに固定される外装金属板も、貫通孔を設け、この貫通孔に挿入される連結リブを外壁に設け、連結リブを貫通孔に挿入することで、絶縁ケースの定位置に確実に固定できる。
The
外装金属板3は四隅部に貫通孔25を設けており、各々の貫通孔25に挿通される連結リブ15を絶縁ケース2の外壁11の先端面に設けている。図7は、外装金属板3を固定している第1の外壁11Aの横断面図を、図8は第2の外壁11Bの横断面図を示している。図7に示す第1の外壁11Aは、収納スペース20の両側に設けている対向壁12の上端面から突出して連結リブ15を設けている。連結リブ15は、図の右側に示す形状に成形され、貫通孔25に挿入される状態で、左側に示すように、先端を押し潰して、外装金属板3を固定する。図7に示す第1の外壁11Aは、収納スペース20の両側に設けている対向壁12の上面に連結リブ15を設けているが、第1の外壁11Aは、図4のX−X線で示す位置において、図9の横断面図に示すように、第1の外壁11Aの上面に連結リブ15を設けて、外装金属板3を固定することもできる。さらに、外装ケース1は、図4のVII−VII線で示す位置において、図10の横断面図に示すように、対向壁12の上面に連結リブ15を突出して設け、この連結リブ15を挿入する貫通孔25を外装金属板3に設けて、外装金属板3の中間部分を絶縁ケース2に固定することもできる。
The
さらに、図6ないし図8の横断面図に示す外装金属板3は、対向壁12の外面に沿うように折曲している折曲側壁22を両側に設けて、この折曲側壁22と対向壁12とを係止構造で連結している。図の外装金属板3は、折曲側壁22と対向壁12の係止構造を、対向壁12の外側に突出して設けている係止凸部16と、折曲側壁22に設けられて、係止凸部16を案内して係止される係止孔26とで構成している。係止凸部16は、挿入方向に向かって次第に突出する傾斜面16Aを設けて、係止凸部16をスムーズに係止孔26に案内できる形状としている。
Further, the
さらに、図9の係止構造は、折曲側壁22の先端縁に内側に折曲している係止片27を設け、この係止片27を案内する係止凹部17を絶縁ケース2の対向壁12の外側面に設け、係止片27を係止凹部17に案内して、外装金属板3を絶縁ケース2に係止構造で固定している。
Further, in the locking structure of FIG. 9, a locking
さらに、図10の係止構造は、折曲側壁22の先端縁に内側に折曲している係止片27を設け、この係止片27を対向壁12の底面に引っ掛けて、外装金属板3を絶縁ケース2に係止構造で固定している。これ等の係止構造は、折曲側壁22を弾性変形させて、絶縁ケース2に係止構造で連結し、連結状態においては、折曲側壁22の弾性的な復元力でもって、係止凸部16や係止片27を係止孔26や係止凹部17や底面に引っ掛ける位置に保持する。
Furthermore, the locking structure of FIG. 10 is provided with a
図12と図13に示すように、絶縁ケース2から突出する接続端子53を設けている外装金属板3は、接続端子53を除く部分の表面に絶縁膜(図示せず)を設けて、絶縁することができる。この絶縁膜は、外装金属板3の表面に、絶縁塗料を塗布して設けている。ただ、絶縁層は、外装金属板の表面に絶縁シートを付着して設けることもできる。このように、外装金属板3に絶縁膜を設けたブレーカ40は、外装金属板3の表面を絶縁膜で絶縁できるので、機器に接触状態で内蔵できる。
As shown in FIGS. 12 and 13, the
さらに、図14ないし図16に示すブレーカ40は、外装金属板3を連結プラスチック52に固定し、連結プラスチック52を絶縁ケース2に固定して、外装金属板3を絶縁ケース2に固定している。外装金属板3は、連結プラスチック52にインサート成形して固定される。インサート成形される外装金属板3は、連結プラスチック52を成形する金型の成形室に仮止めされ、成形室に溶融状態のプラスチックを注入して連結プラスチック52に固定される。連結プラスチック52は、超音波溶着して絶縁ケース2に固定されて、絶縁ケース2と連結プラスチック52とで外装ケース1を構成している。ただ、連結プラスチックは、接着して、あるいは嵌合構造で絶縁ケースに固定することもできる。連結プラスチック52は、外装金属板3の周囲にあって、絶縁ケース2の両端部に設けている第1の外壁11Aと第2の外壁11Bとに固定され、さらに対向壁12に固定される。外装金属板3は、外周部を除く部分を露出させて露出端子43としている。図14ないし図16に示すように、外装金属板3と連結プラスチック52は、上面を同一平面としている。このブレーカ40は、露出端子43にリードを確実に接触して溶接できる。すなわち、連結プラスチック52が突出して、溶接されるリードを露出端子43から離すことがなく、露出端子43に確実に安定してリードを溶接できる。外装金属板3は、連結プラスチック52と上面を同一平面とするために、上面の外周部に低くなる段差部3aを設けて、段差部3aに連結プラスチック52を成形している。
Further, the
図4ないし図6、図11、図13、図15、及び図16に示すブレーカは、絶縁ケース2の収納スペース20に、底から順番に、ヒーター9とバイメタル8と可動接点金属板6の弾性アーム部6Aを収納して、絶縁ケース2の第1の外壁11Aには固定接点金属板4の中間部4Bを固定して、第2の外壁11Bには可動接点金属板6の非可動部分6Bを固定している。
4 to 6, 11, 13, 15, and 16, the elasticity of the
固定接点金属板4は、インサート成形して絶縁ケース2に固定している。固定接点金属板4は、先端部4Aを収納スペース20の底部13に埋設し、中間部4Bを収納スペース20の底部13から絶縁ケース2の第1の外壁11Aに埋設するようにインサート成形して、絶縁ケース2に固定している。図4、図5、図11、図13、及び図15の固定接点金属板4は、収納凹部21の底部を閉塞する部分よりも、第1の外壁11Aに埋設される部分を高くするように段差部4Dを設けて、段差部4Dを絶縁ケース2の底部13に埋設して、段差部4Dの後端側を底部13の上面に露出させて、この露出部を固定接点5としている。
The fixed
ヒーター9は、通電されることによって発熱して、バイメタル8を加熱する。ヒーター9は、対向面を長円形あるいは長方形とする厚みのあるPTCヒーターで、上面と下面に電極を設けている。ただし、ヒーターには必ずしもPTCヒーターを使用する必要はなく、通電されてバイメタル8を加熱できる全てのヒーターを使用することができる。上下面に電極を設けているヒーター9は、下面を固定接点金属板4に接触して、上面をバイメタル8を介して可動接点金属板6に接触できるようにしている。このヒーター9は、可動接点金属板6の可動接点7が固定接点5に接触するオン状態では、可動接点金属板6とバイメタル8とが非接触状態となって通電されず、可動接点金属板6の可動接点7が固定接点5から離れてオフ状態となる状態では、可動接点金属板6に接触するバイメタル8と固定接点金属板4とを介して通電されて発熱し、バイメタル8を加熱する。加熱されるバイメタル8は、図5、図11、図13、及び図15に示すように、可動接点7を固定接点5から離すオフ状態に保持する。このブレーカ40は、オフ状態に切り換えられた状態で、可動接点7をオフ状態に保持するので、パック電池に安全に使用できる。それは、パック電池が異常な状態で使用されて設定温度よりも高くなり、ブレーカ40がオフに切り換えられた後は、パック電池の電池からヒーター9に通電され続けてバイメタル8が加熱されるので、ブレーカ40がオン状態に復帰することなく、電池が放電されるまで電流を遮断する状態に保持できるからである。
The
バイメタル8は、温度で変形するように、熱膨張率が異なる金属を積層したものである。バイメタル8は、ヒーター9と可動接点金属板6との間に配設される。バイメタルは、周囲温度が高くなると反転して、可動接点7を固定接点5から離してブレーカ40をオフ状態に切り換える。バイメタル8は、中央凸に湾曲する形状であって、熱変形しない状態、すなわち、可動接点7を固定接点5に接触させるオン状態では、図4に示すように、中央突出部を可動接点金属板6側に突出させる姿勢とし、熱変形して反転するように変形する状態では、図5、図11、図13、及び図15に示すように、中央突出部をヒーター9側に突出させる姿勢となる。
The bimetal 8 is a laminate of metals having different coefficients of thermal expansion so as to be deformed with temperature. The bimetal 8 is disposed between the
バイメタル8は、図5、図11、図13、及び図15に示すように、熱変形して反転する状態では、中央突出部をヒーター9に接触させると共に、両端部分を可動接点金属板6に接触させて押圧し、弾性アーム部6Aを押し上げて可動接点7を固定接点5から離してオフに切り換える。オフ状態における接点ギャップを大きくするために、図のバイメタル8は、ヒーター表面9Aに向かって突出する突出部8Aを設けている。突出部8Aは、バイメタル8の反転状態において、バイメタル8全体を、図において上方に押し上げる。突出部8Aで押し上げられるバイメタル8は、両端部分で可動接点金属板6の弾性アーム部6Aを押し上げて、オフ状態の接点ギャップを大きくする。
As shown in FIGS. 5, 11, 13, and 15, the
バイメタル8は、プレス加工して簡単に突出部8Aを設けることができる。したがって、突出部8Aは、好ましくは、突出部のないバイメタルに比較して、オフ状態の接点ギャップを10%以上高くできる高さとする。ただし、突出部が高すぎると、反転しないバイメタルが可動接点金属板6の弾性アーム部6Aを押し上げてオン状態にできなくなる。したがって、突出部8Aの高さは、オフ状態においては接点ギャップを大きくしながら、オン状態においては可動接点7を安定して固定接点5に接触できる高さに設定される。
The bimetal 8 can be easily press-processed to provide the protruding
図5、図11、図13、及び図15のバイメタル8は、中央部にひとつの突出部8Aを設けているが、複数の突出部を設けることもできる。また、突出部は、断面形状を台形とし、あるいは柱状とし、あるいは半球状とすることができる。突出部8Aは、オフ状態において、ヒーター表面9Aを押圧して、バイメタル8全体をヒーター9から離して接点ギャップを大きくするものであるから、ヒーター9の外径よりも小さく、好ましくはヒーター9の外径の10%〜50%とする。
The bimetal 8 shown in FIGS. 5, 11, 13, and 15 is provided with one
可動接点金属板6は、図4、図5、図11、図13、及び図15に示すように、中間部分である非可動部分6Bを第2の外壁11Bの上端面に固定して、先端側の弾性アーム部6Aを収納スペース20の内部に配設している。可動接点金属板6に接続端子を設けるブレーカ40は、図4、図5、図11、及び図15に示すように、可動接点金属板6の後端部を外装ケース1の外部に引き出して接続端子6Xとする。可動接点金属板6は、非可動部6Bを接着して第2の外壁11Bの上端面に固定している。さらに、図4、図5、図8、図12、及び図13に示す可動接点金属板6は、第2の外壁11Bと外装金属板3とで非可動部6Bを挟着して第2の外壁11Bの上端面に固定している。これらの図に示すブレーカ40は、外装金属板3の一端部を、可動接点金属板6の非可動部分6Bに接触状態に積層している。したがって、外装金属板3を可動接点金属板6の接続端子として使用することもできる。ただ、外装金属板を接続端子としないブレーカは、可動接点金属板と外装金属板との間を絶縁しながら積層することもできる。
As shown in FIGS. 4, 5, 11, 13, and 15, the movable
可動接点金属板6は、収納スペース20に配置される弾性アーム部6Aを弾性変形できる金属板としている。さらに、可動接点金属板6は、この弾性アーム部6Aの先端部であって固定接点5と対向する面に可動接点7を設けている。この可動接点金属板6は、バイメタル8が熱変形しない状態では、可動接点7が固定接点5に接触してオン状態となり、バイメタル8が熱変形する状態では、バイメタル8に押される弾性アーム部6Aが弾性変形して、可動接点7が固定接点5から離れてオフ状態となる。図4、図5、及び図13に示すブレーカ40は、バイメタル8が熱変形しない状態で、可動接点7を確実に固定接点5に接触できるように、弾性アーム部6Aの後端部を下方に押圧する押圧凸部23を外装金属板3の内面から突出して設けている。この可動接点金属板6は、弾性アーム部6Aの後端部が押圧凸部23で下向きに押圧されることで、弾性アーム部6Aの先端部が下方に付勢されて、先端の可動接点7を確実に固定接点5に接触させる。
The movable
さらに、図4ないし図6、図11、図13、及び図15に示す可動接点金属板6は、下面に突出部6Cを設けており、この突出部6Cにバイメタル8の両端部を接触させて互いに押圧するようにしている。図に示す突出部6Cは、外形を円弧状としており、バイメタル8の両端部を横方向に摺動させることなく確実に接触させて互いに押圧できるようにしている。図に示す可動接点金属板6は、バイメタル8の両端部と対向する下面に複数の突出部6Cを設けている。この構造は、幅のあるバイメタル8であっても確実に接触させて互いに押圧できる。
Further, the movable
以上ブレーカは、例えば、パック電池に内蔵されて、パック電池の電池と直列に接続される保護素子として使用することができる。保護素子であるブレーカは、電池や周囲温度が高温になり、あるいはパック電池が異常な状態で使用されるときに、バイメタルを変形させて電流を遮断する。以上のブレーカをパック電池に内蔵する例を以下に示す。 For example, the breaker can be used as a protective element that is built in the battery pack and connected in series with the battery of the battery pack. The breaker, which is a protective element, interrupts the current by deforming the bimetal when the battery or ambient temperature becomes high or the battery pack is used in an abnormal state. An example in which the above breaker is built in the battery pack is shown below.
図17ないし図19に示すパック電池は、素電池30と、この素電池30と直列に接続しているブレーカ40と、このブレーカ40の接続端子と素電池30とにリード36を介して接続している回路基板35とを備えている。
The battery pack shown in FIGS. 17 to 19 is connected to a
図17ないし図19のパック電池は、角形電池の素電池30を備える。素電池30は、金属製の外装缶31の開口部を、金属製の封口板32で閉塞して、内部に電解液と正負の電極を収納している。封口板32はレーザー溶接して外装缶31の開口部を気密に閉塞している。封口板32は、凸部電極33を中央部に設けている。凸部電極33は、絶縁して封口板32に固定される。素電池30は、リチウムイオン電池である。ただし、素電池には、リチウムイオン電池に代わってニッケル水素電池などの全ての二次電池とすることができる。リチウムイオン電池は、凸部電極33を負極、封口板32と外装缶31を正極とし、ニッケル水素電池は、凸部電極を正極、封口板を負極とする。
The battery pack of FIGS. 17 to 19 includes a
パック電池は、素電池30と直列にブレーカ40を接続している。ブレーカ40は、素電池30の温度が設定温度よりも高くなるとオン状態からオフ状態に切り換えられて、素電池30の電流を遮断する。また、過電流が流れる状態にあっても、オフ状態に切り換えられて、素電池30の電流を遮断する。図17ないし図19のパック電池は、素電池30の凸部電極33と回路基板35との間にブレーカ40を接続している。回路基板35は、素電池30の過充電や過放電を防止する保護回路などを実現する回路を実装している。また、回路基板35は、パック電池の出力端子(図示せず)も設けている。この回路基板35は、リード36とブレーカ40を介して素電池30に接続している。ここで、図に示すパック電池は、リード36をリード板としているが、リードはリード線とすることもできる。
The battery pack has a
ブレーカ40は、素電池30と回路基板35との間に接続される。図17と図18のパック電池に内蔵されるブレーカ40は、上面に露出端子43を設けている。露出端子43は外装金属板3の露出部に設けている。この外装金属板3は、可動接点金属板6の非可動部分6Bに接触状態に積層して絶縁ケース2に固定され、外側面を露出して露出端子43としている。このパック電池は、ブレーカ40の固定接点金属板4の接続端子4Xを素電池30の凸部電極33に溶接して、上面に設けている露出端子43を接続端子53として、回路基板35に接続しているリード36に溶接している。図において、回路基板35に接続しているリード36はリード板であって、L字状に折曲されて、水平方向に折曲している折曲片36Aをブレーカ40の露出端子43に溶接している。このリード36は、ハンダ付けして回路基板35に接続している。
The
図17と図18のブレーカ40は、リード37を介して固定接点金属板4を凸部電極33に接続している。図に示すリード37は、リード板としているが、リード線とすることもできる。固定接点金属板4を凸部電極33に接続するリード37は、一端を固定接点金属板4に溶接して、他端を凸部電極33に溶接している。図示しないが、固定接点金属板は、接続端子を絶縁ケースから長く突出させて、直接に凸部電極に溶接することもできる。さらに、図に示すパック電池は、ブレーカ40と封口板32との間に絶縁層34を設けており、この絶縁層34でブレーカ40を封口板32から絶縁している。
The
以上のパック電池は、以下の工程で組み立てられる。
(1)固定接点金属板4を直接あるいはリード37を介して素電池30の凸部電極33に溶接する。
(2)回路基板35に接続しているリード36を、素電池30の封口板32とブレーカ40上面の露出端子43である接続端子53とに溶接する。
The above battery pack is assembled in the following steps.
(1) The fixed
(2) The
図19のパック電池は、図17のパック電池のブレーカ40を上下反転して素電池30に溶接している。したがって、このブレーカ40は、固定接点金属板4を上面に、外装金属板3を下面に配置している。上面に配置している固定接点金属板4は、両端部分を除く部分を露出させて露出端子44とし、この露出端子44を接続端子54として、ブレーカ40の上面に配置している。露出端子44は、回路基板35に接続しているL字状のリード板であるリード36の折曲片36Aに溶接している。さらに、ブレーカ40は、外装金属板を絶縁ケース2から突出させて接続端子6Xとし、この接続端子6Xを素電池30の凸部電極33に溶接している。さらに、図に示すパック電池は、ブレーカ40と封口板32との間に絶縁層34を設けており、この絶縁層34でブレーカ40を封口板32から絶縁している。
The battery pack of FIG. 19 is welded to the
以上のパック電池は、以下の工程で組み立てられる。
(1)可動接点金属板6の接続端子6Xを直接あるいはリード37を介して素電池30の凸部電極33に溶接する。
(2)回路基板35に接続しているリード36を、素電池30の封口板32とブレーカ40上面の露出端子44である接続端子54とに溶接する。
The above battery pack is assembled in the following steps.
(1) The connecting terminal 6X of the movable
(2) The
以上のパック電池の製造工程において、ブレーカ40と素電池30とリード36は、スポット溶接して接続され、あるいはレーザー溶接して接続される。
In the battery pack manufacturing process described above, the
1…外装ケース
2…絶縁ケース
3…外装金属板 3a…段差部
3X…突出部
4…固定接点金属板 4A…先端部
4B…中間部
4D…段差部
4X…接続端子
5…固定接点
6…可動接点金属板 6A…弾性アーム部
6B…非可動部分
6C…突出部
6X…接続端子
7…可動接点
8…バイメタル 8A…突出部
9…ヒーター 9A…ヒーター表面
10…外周壁
11…外壁 11A…第1の外壁
11B…第2の外壁
12…対向壁
13…底部
14…突出部
15…連結リブ
16…係止凸部 16A…傾斜面
17…係止凹部
20…収納スペース
21…収納凹部
22…折曲側壁
23…押圧凸部
25…貫通孔
26…係止孔
27…係止片
30…素電池
31…外装缶
32…封口板
33…凸部電極
34…絶縁層
35…回路基板
36…リード 36A…折曲片
37…リード
40…ブレーカ
43…露出端子
44…露出端子
52…連結プラスチック
53…接続端子
54…接続端子
104…固定接点金属板
105…固定接点
106…可動接点金属板
107…可動接点
108…バイメタル
109…PTCヒーター
209…PTCヒーター
DESCRIPTION OF
3X:
4B ... Intermediate part
4D ... Step part
4X:
6B ... Non-movable part
6C ... Projection
6X:
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記バイメタル(8)は中央凸に湾曲する形状であって、可動接点(7)を固定接点(5)に接触させる状態で、中央突出部を可動接点金属板(6)側に突出させて、可動接点(7)を固定接点(5)から離す状態で、中央突出部をヒーター(9)側に突出させる姿勢で前記ヒーター(9)と前記可動接点金属板(6)との間に配設され、
前記バイメタル(8)が、ヒーター表面(9A)に向かって突出する突出部(8A)を有し、可動接点(7)が固定接点(5)から離れるオフ状態において、前記突出部(8A)が前記ヒーター表面(9A)を押圧して、可動接点(7)と固定接点(5)のオフ状態における接点ギャップを広くするようにしてなるブレーカ。 A fixed contact metal plate (4) having an outer case (1), a fixed contact (5) fixed to the outer case (1), and a fixed contact (5) of the fixed contact metal plate (4). A movable contact metal plate (6) having a movable contact (7) at a position where the movable contact (7) is movable, and a part of the movable contact metal plate (6) fixed to the outer case (1) so that the movable contact (7) can be moved. A bimetal (8) disposed between the plate (6) and the fixed contact metal plate (4) to switch the movable contact metal plate (6) from on to off, and the bimetal (8) and the fixed contact metal A breaker comprising a heater (9) between the plate (4) and heating the bimetal (8),
The bimetal (8) is shaped to be convex in the center, and in a state where the movable contact (7) is in contact with the fixed contact (5), the central protrusion is projected toward the movable contact metal plate (6), Arranged between the heater (9) and the movable contact metal plate (6) in a posture in which the central protrusion protrudes toward the heater (9) while the movable contact (7) is separated from the fixed contact (5). And
In the off state where the bimetal (8) has a protrusion (8A) protruding toward the heater surface (9A) and the movable contact (7) is separated from the fixed contact (5), the protrusion (8A) is Breaker configured to press the heater surface (9A) to widen the contact gap in the off state of the movable contact (7) and the fixed contact (5).
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