JP6267479B2 - ブレーカー及びそれを備えた安全回路並びに２次電池回路 - Google Patents

Description

本発明は、電気機器の２次電池パック等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、各種電気機器の２次電池やモーター等の保護装置（安全回路）としてブレーカーが使用されている。ブレーカーは、充放電中の２次電池の温度が過度に上昇した場合、又は自動車、家電製品等の機器に装備されるモーター等に過電流が流れた場合等の異常が生じた際に、２次電池やモーター等を保護するために電流を遮断する。このような保護装置として用いられるブレーカーは、機器の安全を確保するために、温度変化に追従して正確に動作する（良好な温度特性を有する）ことと、通電時の抵抗値が安定していることが求められる。

また、ブレーカーが、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット型携帯情報端末機器又はスマートフォンと称される薄型の多機能携帯電話機等の電気機器に装備される２次電池等の保護装置として用いられる場合、上述した安全性の確保に加えて、小型化が要求される。特に、近年の携帯情報端末機器にあっては、ユーザーの小型化（薄型化）の志向が強く、各社から新規に発売される機器は、デザイン上の優位性を確保するために、小型に設計される傾向が顕著である。こうした背景の下、携帯情報端末機器を構成する一部品として、２次電池と共に実装されるブレーカーもまた、さらなる小型化が強く要求されている。

ブレーカーには、温度変化に応じて動作し、電流を導通又は遮断する熱応動素子が備えられている。特許文献１には、熱応動素子としてバイメタルを適用したブレーカーが示されている。バイメタルとは、熱膨張率の異なる２種類の板状の金属材料が積層されてなり、温度変化に応じて形状を変えることにより、接点の導通状態を制御する素子である。同文献に示されたブレーカーは、固定片、可動片、熱応動素子、ＰＴＣサーミスター等の部品が、ケースに収納されてなり、固定片及び可動片の端子が電気機器の電気回路に接続されて使用される。上記特許文献１に示されたブレーカーにおいて、固定片は、ケース本体（樹脂ベース）にインサート成形により組み込まれる（同文献の段落（００３１）等参照）。

ＷＯ２０１１／１０５１７５号公報

特許文献１において、樹脂ケースを構成するケース本体と蓋部材とは、共に樹脂材料によって形成されているので、超音波溶着によって互いに強固に結合し、両者の間で高い結合強度と気密性（密封性）が得られる。一方、固定片と共に電気回路を構成する可動片は、リン青銅等を主成分とする金属材料によって形成されている。金属材料と樹脂材料との結合強度は、樹脂材料同士の結合強度に比べて劣るため、可動片と樹脂ベース及びカバー部材との間では、十分な密着性が得られず、極めて温度及び湿度の高い雰囲気で長時間に亘ってブレーカーが使用される場合、熱応動素子等を収容する内部空間に水蒸気の他、例えばブレーカーの周囲環境から発生した気体等が侵入する虞がある。ブレーカーの内部空間に侵入した水蒸気等は、熱応動素子等を構成する金属に悪影響を及ぼし、熱応動素子の正常な熱変形動作を阻害することが懸念される。

また、近年、生産効率の向上を狙って、ブレーカーを回路基板に直接的に実装する形態が検討されており、さらには、ブレーカーの端子と回路基板のリードとの接続にリフロー方式のはんだ付けを用いることが検討されている。ところが、可動片と樹脂ベース及びカバー部材の間に生じた僅かな隙間からフラックスが侵入することがあり、上述した懸念の一因となっている。

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、熱応動素子の正常な熱変形動作を維持し、良好な温度特性を得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、本発明のブレーカーは、固定接点を有する固定片と、可動接点を有し、この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を備えたブレーカーにおいて、前記熱応動素子は、第１熱膨張率の材料によってなる第１熱膨張率層と、前記第１熱膨張率より高い第２熱膨張率の材料によってなる第２熱膨張率層と、前記第２熱膨張率層の外側に積層された被覆層とを有することを特徴とする。

本発明に係るブレーカーにおいては、前記第２熱膨張率の材料は、マンガンを含むことが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいては、前記被覆層は、ニッケルを含むことが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいては、前記熱応動素子の側端面には、少なくとも前記第２熱膨張率層の側端面を覆う被覆部材が形成されていることが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいては、前記被覆部材は、前記第１熱膨張率の材料によって前記第１熱膨張率層から連続的に形成されていることが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいては、前記被覆部材は、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂を含むことが望ましい。

本発明に係るブレーカーにおいては、前記第１熱膨張率層の厚さをＤ１、前記第２熱膨張率層の厚さをＤ２、前記被覆層の厚さをＤ３としたとき、以下の関係を満たすことが望ましい。
Ｄ３ ≦ ０．２５×Ｄ１ （１）
Ｄ３ ≦ ０．２５×Ｄ２ （２）

本発明に係るブレーカーにおいては、前記熱応動素子の厚さをＤ、前記被覆層の厚さをＤ３としたとき、以下の関係を満たすことが望ましい。
Ｄ３ ≦ ０．２×Ｄ （３）

本発明に係るブレーカーにおいては、前記熱応動素子の厚さをＤ、前記第１熱膨張率層の厚さをＤ１としたとき、以下の関係を満たすことが望ましい。
０．４×Ｄ ≦ Ｄ１ ≦ ０．６×Ｄ （４）

また、本発明の電気機器用の安全回路は、前記ブレーカーを備えたことを特徴とする。

また、本発明の２次電池パックは、前記ブレーカーを備えたことを特徴とする。

本発明のブレーカーによれば、第１熱膨張率層及び被覆層によって第２熱膨張率層が表裏両面から覆われるので、第２熱膨張率層の外面の大部分が第１熱膨張率層及び被覆層によって保護される。これにより、第２熱膨張率層が水蒸気の影響を受けやすい材料によってなる構成においても、熱応動素子は正常な熱変形動作を維持することができ、ブレーカーは良好な温度特性を得ることができる。

第２熱膨張率の材料がマンガンを含む構成によれば、熱応動素子の熱変形量が十分に確保されるので、ブレーカーの温度特性が良好となると共に、熱変形時の熱応動素子が可動片を保持する力を十分に発生させることができ、ブレーカーによる電流の遮断状態を一層確実なものとすることができる。

被覆層がニッケルを含む構成によれば、被覆層が第２熱膨張率層を保護する作用効果がより一層高められ、ブレーカーの温度特性をより一層良好にすることができる。

熱応動素子に、第２熱膨張率層の側端面を覆う被覆部材が形成されている構成によれば、第２熱膨張率層の側端面が被覆部材によって保護されるので、第２熱膨張率層の保護効果がより一層高められ、ブレーカーの温度特性をより一層良好にすることができる。

被覆部材が第１熱膨張率の材料によって第１熱膨張率層から連続的に形成されている構成によれば、簡素かつ安価な構成で被覆部材が実現されるので、ブレーカーの製造コストを低減できる。

被覆部材がエポキシ樹脂又はアクリル樹脂を含む構成によれば、簡素かつ安価な構成で被覆部材が実現されるので、ブレーカーの製造コストを低減できる。

式（１）及び式（２）の関係を満たす構成によれば、被覆層が第１熱膨張率層及び第２熱膨張率層に対して十分に薄いので、被覆層が新たに設けられたことによる熱応動素子の熱変形に及ぼす影響を抑制することができる。これにより、所望の温度特性を有する熱応動素子を容易に製造することができる。

式（３）の関係を満たす構成によれば、被覆層が熱応動素子の全体に対して十分に薄いので、被覆層が新たに設けられたことによる熱応動素子の熱変形に及ぼす影響を抑制することができる。これにより、所望の温度特性を有する熱応動素子を容易に製造することができる。

式（４）の関係を満たす構成によれば、第２熱膨張率層の保護と、熱応動素子の熱変形量の確保との両立を図ることができる。

また、本発明のブレーカーを備えた安全回路又は２次電池パックによれば、優れた温度特性によって安全性を確保した安全回路又は２次電池パックを製造できる。

本発明の一実施形態によるブレーカーの構成を示す組み立て斜視図。 通常の充電又は放電状態におけるブレーカーの動作を示す断面図。 過充電状態又は異常時などにおけるブレーカーの動作を示す断面図。 同ブレーカーの熱応動素子を示す断面図。 同熱応動素子の変形例を示す断面図。 同熱応動素子の変形例の製造工程を示す断面図。 本発明のブレーカーを備えた２次電池パックの構成を示す平面図。 本発明のブレーカーを備えた安全回路の回路図。

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乃至図３はブレーカーの構成を示す。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３を有する可動片４と、温度変化に伴って変形する熱応動素子５と、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスター６と、固定片２、可動片４、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６を収容するケース７等によって構成されている。ケース７は、樹脂ベース（第１ケース）７１と樹脂ベース７１の上面に装着されるカバー部材（第２ケース）８１等によって構成されている。

固定片２は、リン青銅等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、樹脂ベース７１にインサート成形により埋め込まれている。固定片２の一端には外部回路と電気的に接続される端子２２が形成され、他端側には、ＰＴＣサーミスター６を支持する支持部２３が形成されている。ＰＴＣサーミスター６は、固定片２の支持部２３に３箇所形成された凸状の突起（ダボ）２４ａの上に載置されて、突起２４ａに支持される。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可動接点３に対向する位置に形成され、樹脂ベース７１の上方に形成されている開口７３ｂの一部から露出されている。端子２２は樹脂ベース７１の一端から外側に突き出されている。

本出願においては、特に断りのない限り、固定片２において、固定接点２１が形成されている側の面（すなわち図１において上側の面）を表（おもて）面、その反対側の面を裏（うら）面として説明している。他の部品、例えば、可動片４及び熱応動素子５等についても同様である。

可動片４は、板状の金属材料をプレス加工することにより、長手方向の中心線に対して対称なアーム状に形成されている。可動片４の材料としては、固定片２と同等のリン青銅等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を用いてもよい。可動片４の長手方向の一端には外部回路と電気的に接続される端子４１が形成されて樹脂ベース７１から外側に露出される。可動片４の他端（アーム状の可動片４の先端に相当）には可動接点３が形成されている。可動接点３は、固定接点２１と同等の材料によって形成され、溶接の他、クラッド、かしめ（crimping）等の手法によって可動片４の先端部に接合されている。可動片４は、可動接点３とは反対側に、端子４１を有する。可動片４は、可動接点３と端子４１の間に、挟持部４２及び弾性部４３を有している。挟持部４２は、アーム状の可動片４の基端に相当し、ケース７に埋設されて挟持される。挟持部４２は、端子４１と弾性部４３との間で樹脂ベース７１及びカバー部材８１と当接し、可動片４の短手方向に翼状に突出する突出部４２ａを有する。弾性部４３は、挟持部４２から可動接点３の側に延出されている。挟持部４２において樹脂ベース７１とカバー部材８１によって裏表両面側から挟み込まれて可動片４が固定され、弾性部４３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３が固定接点２１の側に押圧されて接触し、固定片２と可動片４とが通電可能となる。

樹脂ベース７１とカバー部材８１には、可動片４の挟持部４２と当接し、挟持部４２を固定状態で保持する当接部７４と当接部８２がそれぞれ形成されている。本実施形態では、樹脂ベース７１の収納部７３の外縁から樹脂ベース７１の外壁に亘る領域に当接部７４が形成されている。当接部７４は、図１中、ケース７の底壁（内底面）の一部を構成する。また、カバー部材８１において、可動片４を挟んで当接部７４と対向する領域に当接部８２が形成されている。当接部８２は、図１中、ケース７の天壁（内天面）の一部を構成する。挟持部４２は、その裏面において樹脂ベース７１の当接部７４と当接し、その表面においてカバー部材８１の当接部８２と当接する。可動片４は、当接部７４及び当接部８２によって挟持部４２の裏表両面から挟み込まれて、ケース７に対して固定される。本実施形態においては、挟持部４２が可動片４の短手方向に翼状に突出する突出部４２ａを有するので、挟持部４２が幅広く大きな領域でケース７の当接部７４及び当接部８２によって挟み込まれ、可動片４がケース７に対して強固に固定される。

可動片４は、弾性部４３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５を収納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。また、弾性部４３の下面には、熱応動素子５に対向して一対の突起（接触部）４４ａ，４４ｂが形成されている。突起４４ａ，４４ｂと熱応動素子５とは接触して、突起４４ａ，４４ｂを介して熱応動素子５の変形が弾性部４３に伝達される（図１、図２及び図３参照）。

また、可動片４には、可動片４の厚み方向に貫通し、樹脂ベース７１の突起７４ａが挿通される貫通穴４５と、クランク状に形成された段曲げ部４６と、段曲げ部４６に形成された斜面４７と、樹脂ベース７１の位置決め部７５と係合される一対の係合部４８と、可動片４の長手方向に対して垂直な短手方向に可動片４の一部が切除されたくびれ部４９が形成されている。貫通穴４５、段曲げ部４６、斜面４７、係合部４８及びくびれ部４９は、弾性部４３を挟んで可動接点３とは反対側、すなわち弾性部４３に対して端子４１の側に設けられている。貫通穴４５は、くびれ部４９において可動片４の長手方向の中心線上に設けられている。斜面４７は、可動片４の短手方向に沿って連続して形成されている。係合部４８は、可動片４の短手方向に沿って２箇所に設けられている。

貫通穴４５は、可動片４の挟持部４２に形成されている。挟持部４２は、弾性部４３に対して可動片４の短手方向に幅広に形成されている。これにより、挟持部４２における可動片４の長手方向に垂直な断面積が、弾性部４３における該断面積に対して大きい箇所となり、可動片４は、挟持部４２において当接部７４及び当接部８２によって、ケース７に対して強固に挟持・固定される。また、貫通穴４５は、平面視で（可動片４の厚み方向に視て）可動片４の短手方向に長い長円形状に形成されている。

係合部４８は、くびれ部４９の端子４１の側の端縁にて形成される。くびれ部４９は、挟持部４２を挟んで弾性部４３とは反対側で、挟持部４２と端子４１の間に配設されている。くびれ部４９の幅寸法（可動片４の短手方向の長さ寸法、以下同様）は、弾性部４３の幅寸法に対して同等以下に設定されているのが望ましいが、少なくとも挟持部４２及び端子４１の幅寸法よりも小さく設定されていればよい。本実施形態におけるくびれ部４９は、上記特許文献１における第２弾性部としての機能を有しており、端子４１に加えられた外力や衝撃を吸収し、可動接点３の位置を適正に維持する。

熱応動素子５は円弧状に湾曲した初期形状をなし、熱膨張率の異なる薄板材を積層することにより形成される。過熱により動作温度に達すると、熱応動素子５の湾曲形状は、スナップモーションを伴って逆反りし、冷却により復帰温度を下回ると復元する。熱応動素子５の初期形状は、プレス加工により形成することができる。所期の温度で熱応動素子５の逆反り動作により可動片４の弾性部４３が押し上げられ、かつ弾性部４３の弾性力により元に戻る限り、熱応動素子５の材質及び形状は特に限定されるものでないが、生産性及び逆反り動作の効率性の観点から矩形が望ましく、小型でありながら弾性部４３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。

ＰＴＣサーミスター６は、熱応動素子５との間に配設されている。熱応動素子５の逆反り動作により固定片２と可動片４との通電が遮断されたとき、ＰＴＣサーミスター６に流れる電流が増大する。ＰＴＣサーミスター６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、その材料及び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。本実施形態では、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム又はチタン酸カルシウムを含むセラミック焼結体が用いられる。セラミック焼結体の他、ポリマーにカーボン等の導電性粒子を含有させたいわゆるポリマーＰＴＣを用いてもよい。

ケース７を構成する樹脂ベース７１及びカバー部材８１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）などの熱可塑性樹脂により成形されている。上述した樹脂と同等以上の特性が得られるのであれば、樹脂以外の材料を適用してもよい。樹脂ベース７１には、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６などを収容するための収納部７３及び可動片４を収納するための開口７３ａ，７３ｂなどが形成されている。なお、樹脂ベース７１に組み込まれた可動片４、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６の端縁は、収納部７３の内部に形成されている枠によってそれぞれ当接され、熱応動素子５の逆反り時に案内される。

また、樹脂ベース７１は、可動片４の貫通穴４５に挿通される突起７４ａと、可動片４を位置決めするための一対の位置決め部７５と、可動片４の端子４１を外部に露出させるための窓７６を有する。突起７４ａは、貫通穴４５に対応する形状に形成され、樹脂ベース７１を補強する。突起７４ａの高さすなわち突出量は、可動片４の厚みより大きく設定され、カバー部材８１の裏面には、突起７４ａの頂部に対応する凹部が必要に応じて設けられる。位置決め部７５は、可動片４のくびれ部４９に対応する形状に設けられている。すなわち、位置決め部７５は、くびれ部４９の近傍において切除された部分に介在し、樹脂ベース７１を補強すると共に、カバー部材８１の当接部８２と溶着されて、ケース７の剛性・強度を高める。

カバー部材８１には、カバー片８０がインサート成形によって埋め込まれている。カバー片８０は、上述したリン青銅等を主成分とする金属板又はステンレス鋼等の金属板をプレス加工することにより形成される。カバー片８０は、図２及び図３に示すように、可動片４の上面と適宜当接し、可動片４の動きを規制すると共に、カバー部材８１のひいては筐体としてのケース７の剛性・強度を高めつつブレーカー１の小型化に貢献する。

図１に示すように、固定片２、可動片４、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６等を収容した樹脂ベース７１の開口７３ａ等を塞ぐように、カバー部材８１が、樹脂ベース７１の上面に装着される。樹脂ベース７１とカバー部材８１とは、例えば超音波溶着によって接合される。

図２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、熱応動素子５は初期形状を維持し（逆反り前であり）、固定接点２１と可動接点３は接触し、可動片４の弾性部４３などを通じてブレーカー１の両端子２２、４１間は導通している。可動片４の弾性部４３と熱応動素子５とは接触しており、可動片４、熱応動素子５、ＰＴＣサーミスター６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６の抵抗は、可動片４の抵抗に比べて圧倒的に大きいため、ＰＴＣサーミスター６を流れる電流は、固定接点２１及び可動接点３を流れる量に比して実質的に無視できる程度である。

図３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６が過熱され、動作温度に達した熱応動素子５は逆反りし、可動片４の弾性部４３が押し上げられて固定接点２１と可動接点３とが離反する。このとき、固定接点２１と可動接点３の間を流れていた電流は遮断され、僅かな漏れ電流が熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６を通して流れることとなる。ＰＴＣサーミスター６は、このような漏れ電流の流れる限り発熱を続け、熱応動素子５を逆反り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３の間の経路を流れず、上述の僅かな漏れ電流のみが存在する（自己保持回路を構成する）。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６の発熱も収まり、熱応動素子５は復帰温度に戻り、元の初期形状に復元する。そして、可動片４の弾性部４３の弾性力によって可動接点３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２に示す導通状態に復帰する。

図４において、（ａ）は熱応動素子５の全体の断面を模式的に示し、（ｂ）は熱応動素子５の端縁近傍の断面を拡大して示している。本実施形態において、熱応動素子５は、第１熱膨張率層５１と、第２熱膨張率層５２と、被覆層５３とを有するトリメタル構造である。熱応動素子５は、第１熱膨張率層５１を構成する材料、第２熱膨張率層５２を構成する材料及び被覆層５３を構成する材料を、圧延等の手法を用いて貼り合わせることにより形成される。

第１熱膨張率層５１は、第１熱膨張率の材料によってなる。第１熱膨張率層５１の材料としては、例えば、鉄−ニッケル合金をはじめとする、洋白、黄銅、ステンレス鋼など各種の合金が用いられている。

第２熱膨張率層５２は、第１熱膨張率より高い第２熱膨張率の材料によってなる。第２熱膨張率層５２の材料としては、例えば、銅−ニッケル−マンガン合金又はニッケル−クロム−鉄合金など各種の合金が用いられている。これらの金属材料のうち、マンガンを含有する合金は、鉄、ニッケル、銅などの金属に比べて熱膨張率が大きく、熱応動素子５が小型化された場合であっても、優れた温度特性を維持すると共に、熱変形時すなわち電流遮断時において可動片４を持ち上げて保持する力を十分に発生させることができ、ブレーカー１による電流の遮断状態を確実なものとすることができる。その反面、マンガンは、比較的水蒸気等の影響を受けやすく、長期間にわたって高温多湿の過酷な環境下でブレーカー１が使用された場合、上述した優れた特性にも影響を及ぼすことが懸念される。本実施形態においては、第２熱膨張率層５２の外側に積層された被覆層５３によって、第２熱膨張率層５２が熱応動素子５の裏面に露出しないように構成されている。

被覆層５３は、銅−ニッケル合金など各種の合金が用いられている。これらの金属材料のうち、ニッケルは耐食性が高いため、第１熱膨張率層５１及び被覆層５３にニッケル合金を用いることにより、第２熱膨張率層５２の表面及び裏面が水蒸気等から保護される。その結果、第２熱膨張率層５２としてマンガンが適用されていても、熱応動素子５は正常な熱変形動作を維持し、ブレーカー１は良好な温度特性を得ることができる。

第２熱膨張率層５２と被覆層５３とは、熱膨張率が近似する材料の組み合わせによって構成されているのが好ましい。熱膨張率が近似する材料の組み合わせは、組成のよく似た材料の組み合わせによって実現されることが多い。例えば、第２熱膨張率層５２の材料として銅−ニッケル−マンガン合金が用いられる場合、被覆層５３の材料として銅−ニッケル合金が用いられるのが好ましい。このように、熱膨張率が近似する材料の組み合わせによって第２熱膨張率層５２及び被覆層５３を構成することにより、被覆層５３が熱応動素子５の熱変形動作に及ぼす影響を抑制できる。

図４（ｂ）に示すように、第１熱膨張率層５１の厚さをＤ１、第２熱膨張率層５２の厚さをＤ２、被覆層５３の厚さをＤ３としたとき、各厚さＤ１、Ｄ２、Ｄ３の関係は、以下の式（１）及び式（２）を満たすことが望ましい。
Ｄ３ ≦ ０．２５×Ｄ１ （１）
Ｄ３ ≦ ０．２５×Ｄ２ （２）

被覆層５３の厚さＤ３が、第１熱膨張率層５１の厚さＤ１及び第２熱膨張率層５２の厚さＤ２の２５％を超える場合、被覆層５３が熱応動素子５の熱変形動作に及ぼす影響が大きくなることが懸念される。

さらには、熱応動素子５の厚さをＤとしたとき、各厚さＤ、Ｄ３の関係は、以下の式（３）を満たすことが望ましい。
Ｄ３ ≦ ０．２×Ｄ （３）

被覆層５３の厚さＤ３が、熱応動素子５の厚さＤの２０％を超える場合、上記と同様に、被覆層５３が熱応動素子５の熱変形動作に及ぼす影響が大きくなることが懸念される。

図４（ｂ）に示されるように、熱応動素子５の側端面５４には、被覆部材５５が形成されるのが好ましい。被覆部材５５は、第２熱膨張率層５２の側端面が熱応動素子５の外面に露出しないように、少なくとも第２熱膨張率層５２の側端面５２ａを覆うように形成されているのが望ましい。これにより、第１熱膨張率層５１及び被覆層５３による第２熱膨張率層５２の表面及び裏面の被覆効果と相まって、第２熱膨張率層５２が熱応動素子５の外面に露出することが防止される。

被覆部材５５としては、ニッケルを含む金属材料の他、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂を含む樹脂材料等が用いられる。被覆部材５５としてニッケルを含む金属材料が用いられる場合、例えば、金属材料のクラッド、メッキ等によって被覆部材５５が形成される。被覆部材５５としてエポキシ樹脂又はアクリル樹脂を含む樹脂材料等が用いられる場合、樹脂材料の塗布等によって被覆部材５５が形成される。

被覆部材５５は、熱応動素子５の側端面５４を被覆する形態の他、熱応動素子５の全体を被覆する形態であってもよい。この場合において、被覆部材５５として形成される樹脂材料の厚さを調整することにより、熱応動素子５と可動片４及びＰＴＣサーミスター６との接触抵抗が調整される。これにより、図３に示される電流遮断時におけるブレーカー１の抵抗値を微調整することが可能になる。

（変形例）
図５は、熱応動素子５の変形例である熱応動素子５Ａを示している。熱応動素子５Ａは、被覆部材５５が、第１熱膨張率の材料によって第１熱膨張率層５１から連続的に形成されている点で熱応動素子５とは異なる。すなわち、被覆部材５５の先端部５５ａが、熱応動素子５の側端面５４に回り込んで、第２熱膨張率層５２の側端面５２ａを被覆する。これにより、図４に示される熱応動素子５と同様に、第２熱膨張率層５２が熱応動素子５の外面に露出することが防止される。

図６は、熱応動素子５Ａの製造工程の一例を示している。熱応動素子５Ａは、第１熱膨張率層５１、第２熱膨張率層５２及び被覆層５３が貼り合わせられた積層体５０をプレス加工により打ち抜き（第１工程）、その後所定の形状に湾曲させる（第２工程）ことにより形成される。

図６（ａ）に示されるように、積層体５０は、プレス装置（全体不図示）のダイ２０１上に載置され、白抜き矢印に示されるように下降するパンチ２０２によって打ち抜かれる。図６（ｂ）には、打ち抜かれた熱応動素子５Ａの一次成形品５０ａが示されている。図６（ａ）において、積層体５０は、被覆層５３がダイ２０１の上面に当接するように、すなわち、第１熱膨張率層５１がパンチ２０２の下面に対向するように載置される。これにより、下降するパンチ２０２は、積層体５０を打ち抜く際に、最初に第１熱膨張率層５１と当接し、図６（ｂ）に示されるように、一次成形品５０ａの端縁には、第１熱膨張率層５１によってなる打ち抜きだれ５６が形成される。

打ち抜きだれ５６の形状及び大きさは、プレス装置における各種の成形条件、例えば、パンチ２０２の下降速度、荷重等を調整することにより変更できる。本実施形態においては、打ち抜きだれ５６が第２熱膨張率層５２の側端面５２を覆い、打ち抜きだれ５６の先端部５６ａが被覆層５３の側端面に達するように、プレス装置の成形条件が調整される。

熱応動素子５Ａにおける打ち抜きだれ５６は、図５に示される被覆部材５５に相当する。すなわち、第２熱膨張率層５２の側端面５２ａを覆う打ち抜きだれ５６によって、第２熱膨張率層５２の側端面５２ａが被覆される。これにより、第１熱膨張率層５１及び被覆層５３による第２熱膨張率層５２の表面及び裏面の被覆効果と相まって、第２熱膨張率層５２が熱応動素子５の外面に露出することが防止される。

このようにして製造された一次成形品５０ａを再度プレス加工によって所定の形状に湾曲させることにより、図５に示される熱応動素子５Ａが製造される。

図５に示される熱応動素子５Ａにおいて、熱応動素子５Ａの厚さＤ及び第１熱膨張利率層５１の厚さＤ１の関係は、以下の式（４）を満たすことが望ましい。
０．４×Ｄ ≦ Ｄ１ ≦ ０．６×Ｄ （４）

第１熱膨張利率層５１の厚さＤ１が熱応動素子５Ａの厚さＤの４０％未満である場合、打ち抜きだれ５６の先端部５６ａが被覆層５３の側端面に達せず、打ち抜きだれ５６によって、第２熱膨張率層５２の側端面５２ａが十分に被覆されないおそれが生ずる。一方、第１熱膨張利率層５１の厚さＤ１が熱応動素子５Ａの厚さＤの６０％を超える場合、熱応動素子５Ａの熱変形量が不足するおそれが生ずる。従って、熱応動素子５Ａの厚さＤ及び第１熱膨張利率層５１の厚さＤ１は、熱応動素子５Ａを構成する金属の延性、ダイ２０１とパンチ２０２とのクリアランス及び積層体５０を打ち抜く際の抜き角度等に応じて、式（４）の範囲内で設定されるのが望ましい。

以上のように、本実施形態のブレーカー１によれば、第１熱膨張率層５１及び被覆層５３によって第２熱膨張率層５２が表裏両面から覆われるので、第２熱膨張率層５２の外面の大部分が第１熱膨張率層５１及び被覆層５３によって保護される。これにより、第２熱膨張率層５２が水蒸気の影響を受けやすい材料によってなる構成においても、熱応動素子５は正常な熱変形動作を維持することができ、ブレーカー１は良好な温度特性を得ることができる。

第２熱膨張率層５２の材料がマンガンを含む構成によれば、熱応動素子５の熱変形量が十分に確保されるので、ブレーカー１の温度特性が良好となると共に、熱変形時の熱応動素子５が可動片４を保持する力を十分に発生させることができ、ブレーカー１による電流の遮断状態を一層確実なものとすることができる。

被覆層５３がニッケルを含む構成によれば、第２熱膨張率層５２の保護効果がより一層高められ、ブレーカー１の温度特性をより一層良好にすることができる。

熱応動素子５に、第２熱膨張率層５２の側端面５２ａを覆う被覆部材５５が形成されている構成によれば、第２熱膨張率層５２の側端面５２ａが水蒸気等から保護されるので、第２熱膨張率層５２の保護効果がより一層高められ、ブレーカー１の温度特性をより一層良好にすることができる。

被覆部材５５が第１熱膨張率の材料によって第１熱膨張率層５１から連続的に形成されている構成によれば、簡素かつ安価な構成で被覆部材５５が実現されるので、ブレーカーの製造コストを低減できる。

被覆部材５５がエポキシ樹脂又はアクリル樹脂を含む構成によれば、簡素かつ安価な構成で被覆部材５５が実現されるので、ブレーカー１の製造コストを低減できる。

さらに、式（１）及び式（２）の関係を満たす構成によれば、被覆層５３が第１熱膨張率層５１及び第２熱膨張率層５２に対して十分に薄いので、被覆層５３が新たに設けられたことによる熱応動素子５の熱変形に及ぼす影響を抑制することができる。これにより、所望の温度特性を有する熱応動素子５を容易に製造することができる。

式（３）の関係を満たす構成によれば、被覆層５３が熱応動素子５の全体に対して十分に薄いので、被覆層５３が新たに設けられたことによる熱応動素子５の熱変形に及ぼす影響を抑制することができる。これにより、所望の特性を有する熱応動素子５を容易に製造することができる。

式（４）の関係を満たす構成によれば、第２熱膨張率層５２の保護と、熱応動素子５の熱変形量の確保との両立を図ることができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも熱応動素子５を構成する金属層のうち、耐食性に劣る層が被覆層５３によって保護されていればよい。従って、第１熱膨張率の材料によってなる第１熱膨張率層５１が、第１熱膨張率より高い第２熱膨張率の材料によってなる第２熱膨張率層５２よりも耐食性に劣っている場合、第１熱膨張率層５１の外側に被覆層５３が積層されていてもよい。また、耐食性に劣る層が被覆層５３によって保護される形態であれば、被覆層５３が熱応動素子５の最外層に形成されてなくてもよい。

また、図１等においては、可動片４は、貫通穴４５、段曲げ部４６及びくびれ部４９の構成を有する形態であるが、これらの構成うちのいずれか又は全てが省略されていてもよい。例えば、貫通穴４５を省略する場合は、樹脂ベース７１の突起７４ａも省略される。また、段曲げ部４６が省略される場合は、端子４１が平坦な形状となる。この構成においては、段曲げ部４６を省略することにより、可動片４及び樹脂ベース７１の長手方向の寸法を小さくして、ブレーカー１のさらなる小型化を図ることができる。また、くびれ部４９が省略される場合は、可動片４は、挟持部４２から端子４１に亘って等幅に形成され、これに伴い樹脂ベース７１の位置決め部７５の形状も変更される。このように、可動片４の挟持部４２並びに樹脂ベース７１の当接部７４及びカバー部材８１の当接部８２等の形状は、図１等に示したものに限られず、適宜変更可能である。また、熱応動素子５及び収納部７３等の形状も、図１等に示したものに限られず、適宜変更可能である。

また、樹脂ベース７１とカバー部材８１との接合手法は、超音波溶着に限られることなく、両者が強固に接合される手法であれば、適宜適用することができる。例えば、液状又はゲル状の接着剤を塗布・充填し、硬化させることにより、両者が接着されてもよい。また、ケース７は、樹脂ベース７１とカバー部材８１等によって構成される形態に限られることなく、２個以上の部品によって可動片４が挟まれて保持される形態であればよい。この場合、一方が第１ケース、他方が第２ケースとなる。

また、可動片４を熱膨張率の異なる薄板材の積層体によって形成することにより、可動片４と熱応動素子５を一体的に形成する構成であってもよい。この場合、可動片４に被覆層が形成される。

また、特開２００５−２０３２７７号公報に示されるような、挟持部４２又はその近傍において、可動片４が端子４１の側と可動接点３の側に構造的に分離されている形態に、本発明を適用してもよい。また、アームターミナルと可動アームとが溶接等によって固定されていてもよい。この場合において、挟持部４２及び端子４１は、固定片２等と共に樹脂ベース７１にインサート成形されていてもよい。

また、本発明のブレーカー１は、２次電池パック、電気機器用の安全回路等にも広く適用できる。図７は２次電池パック１００を示す。２次電池パック１００は、２次電池１０１と、２次電池１０１の出力端回路中に設けたブレーカー１とを備える。図８は電気機器用の安全回路１０２を示す。安全回路１０２は２次電池１０１の出力回路中に直列にブレーカー１を備えている。

１ ブレーカー
２ 固定片
３ 可動接点
４ 可動片
５ 熱応動素子
７ ケース
５１ 第１熱膨張率層
５２ 第２熱膨張率層
５３ 被覆層
５４ 被覆部材
１０１ ２次電池
１０２ 安全回路

Claims (9)

1. 固定接点を有する固定片と、可動接点を有し、この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を備えたブレーカーにおいて、
   前記熱応動素子は、第１熱膨張率の材料によってなる第１熱膨張率層と、前記第１熱膨張率より高い第２熱膨張率の材料によってなる第２熱膨張率層と、前記第２熱膨張率層の外側に積層された被覆層とを有し、
   前記熱応動素子の側端面には、少なくとも前記第２熱膨張率層の側端面を覆う被覆部材が形成されており、
   前記被覆部材は、前記第１熱膨張率の材料によって前記第１熱膨張率層から連続的に形成されていることを特徴とするブレーカー。
2. 前記第２熱膨張率の材料は、マンガンを含むことを特徴とする請求項１に記載のブレーカー。
3. 前記被覆層は、ニッケルを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のブレーカー。
4. 前記被覆部材は、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のブレーカー。
5. 前記第１熱膨張率層の厚さをＤ１、前記第２熱膨張率層の厚さをＤ２、前記被覆層の厚さをＤ３としたとき、以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のブレーカー。
   Ｄ３ ≦ ０．２５×Ｄ１ （１）
   Ｄ３ ≦ ０．２５×Ｄ２ （２）
6. 前記熱応動素子の厚さをＤ、前記被覆層の厚さをＤ３としたとき、以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のブレーカー。
   Ｄ３ ≦ ０．２×Ｄ （３）
7. 前記熱応動素子の厚さをＤ、前記第１熱膨張率層の厚さをＤ１としたとき、以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のブレーカー。
   ０．４×Ｄ ≦ Ｄ１ ≦ ０．６×Ｄ （４）
8. 請求項１乃至請求項７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電気機器用の安全回路。
9. 請求項１乃至請求項７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２次電池回路。

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