JPH11306938A - サーマルプロテクタおよびこのサーマルプロテクタを用いた電池パック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一旦動作した後、接点の復帰を手動によって
行うことのできるサーマルプロテクタを提供する。 【解決手段】 容器１内に備えたプランジャー３の軸方
向の動作によって接点を接離することを基本とし、コイ
ル状の第１の圧縮ばね４とくの字状の板ばね５とをフラ
ンジ２を介して配置し、このフランジ２に板ばね５を反
転動作によって湾曲させる熱応動素子６を配置する。板
ばね５の先端部に係止部７を設け、係止部７が容器１の
内面の所定位置に形成された凹状の第１の被係止部８に
噛み合わされてラッチを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、過熱・過電流によ
る電気機器等の焼損を防ぐためのサーマルプロテクタ
と、それを装着した２次電池パックに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】自己復帰式サーマルプロテクタは、熱に
よって反転動作を行う熱応動素子を有する可動電極と、
この可動電極に対向して設けられ、かつ可動電極と接離
可能に設けられた固定電極とを備えており、機器の異常
温度上昇や、過電流に対し、熱応動素子がその動作温度
以上になると反転動作して可動電極と固定電極との接点
を開き、給電を遮断して機器を保護する。そして、電気
機器の異常が取り除かれ、熱応動素子の温度が下がる
と、熱応動素子は再び反転動作を行い、給電を再開す
る。このように自己復帰式サーマルプロテクタは取り替
え不要で電気機器の異常を検知させることができ、ヒュ
ーズとは異なる大きな利点を備えた安全素子の一つとし
て用いられる。

【０００３】図１２に示す従来のサーマルプロテクタ
は、容器２７内に、樹脂ブロック２８に固定された固定
電極支持部２９および熱応動素子支持部３０と、固定電
極支持部２９の一端部に設けられた固定電極３１と、熱
応動素子支持部３０の一端部に設けられた熱応動素子３
２と、熱応動素子３２の一端部に設置された可動電極３
３とを備え、固定電極支持部２９および熱応動素子支持
部３０の他端部には、それぞれリード線３４が接続さ
れ、このリード線３４は容器２７から外部に導出してい
る。なお、樹脂ブロック２８は、充填剤１３で容器２７
内に固定されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の自己
復帰型のサーマルプロテクタは、現在２次電池パックの
分野において携帯電話等の比較的低電流容量の機器向け
に使用されている。一方、電動工具等に代表される大電
流容量の機器の場合、安全性の面から自己復帰型は適さ
ず、一度動作した後は作業者の手動操作による復帰方式
が要求されること、また許容される形状寸法に対して定
格電流が過大であることなどから、これまで２次短絡に
対する好適なサーマルプロテクタが存在せず、安全性の
問題が指摘され続けてきた。

【０００５】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、手動復帰方式サーマルプロテクタを
提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のサーマルプロテクタは、内面に被係止部を有する容器
内に、固定電極と、可動電極と、前記固定電極に対して
前記可動電極を接離させるプランジャーと、前記プラン
ジャーに取付けられた第１のばねと、前記プランジャー
に取付けられ、かつ前記被係止部に係止される係止部を
有する第２のばねと、反転動作によって前記被係止部か
ら前記第２のばねの係止部を離脱させる熱応動素子とを
備え、前記第２のばねの係止部の離脱にともない、前記
第１のばねの伸縮作用によって前記プランジャーを軸方
向に移動させることにより、前記固定電極と前記可動電
極との接触状態を解除して離間させ、この離間状態を維
持するような構成を有している。

【０００７】これにより、機器の温度上昇に伴う熱応動
素子の反転動作にともなって第２のばねが湾曲し、第２
のばねの係止部が被係止部から離脱する。このとき第１
のばねの伸長によってプランジャーが移動し、固定電極
と可動電極との接触状態を解除して離間させ、回路を遮
断する。

【０００８】次に、機器の異常状態を除去した後、プラ
ンジャーを第２のばねの係止部と被係止部とが係止する
位置まで押し戻してやれば再び固定電極と可動電極との
前記接点が閉じて給電が再開され、手動復帰型のサーマ
ルプロテクタを得ることができる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
サーマルプロテクタにおいて、前記熱応動素子が、前記
固定電極と前記可動電極との接点近傍に設置された構成
を有している。

【００１０】これにより、熱応動素子を固定電極と可動
電極との接点、すなわち通電による発熱部に、より近い
位置に配置することにより機器の過電流による自己発熱
に対する動作感度を向上させることができる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載のサーマルプロテクタにおいて、前記容
器内面に前記第２のばねの係止部が係止できる別の被係
止部が形成されている構成を有している。

【００１２】これにより、固定電極と可動電極との接点
の離間状態において、第２のばねの係止部が、別の係止
部に係止されているためにプランジャーが不用意に接点
の閉方向へ移動しないようにすることができる。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかに記載のサーマルプロテクタにおい
て、前記第１のばねに対抗する付勢力を有する第３のば
ねが前記プランジャーに取付けられている構成を有して
いる。

【００１４】これにより、固定電極と可動電極との接点
の接圧の安定・最適化をすることができる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
請求項４のいずれかに記載のサーマルプロテクタにおい
て、前記第２のばねの一部に屈曲部または湾曲部が形成
されている構成を有している。

【００１６】これにより、第１のばねの伸長方向への付
勢力によって第２のばねにたわみが生じる。このたわみ
の力を第２のばねの屈曲部または湾曲部で受けることに
よって第２のばねの係止部が被係止部から不用意に離脱
するのを防ぐことができる。

【００１７】本発明の請求項６に記載の電池パックは、
複数の２次電池が収納された電池パック内に、請求項１
ないし請求項５のいずれかに記載のサーマルプロテクタ
が電池回路に直列に接続され、前記サーマルプロテクタ
の前記固定電極と前記可動電極との離間状態を接触状態
とするとともに、前記電池回路のオフ状態をオン状態と
するリセットボタンが設置されている構成を有してい
る。

【００１８】これにより、２次電池の２次短絡等の異常
が発生した場合、固定電極と可動電極とが離間状態とな
り電池回路を遮断（オフ状態）することができる。この
後リセットボタンを押し戻して固定電極と可動電極とを
接触状態にすることで、電池回路を通電状態（オン状
態）にでき、給電が再開される。

【００１９】請求項７に記載の発明は、請求項６記載の
電池パックにおいて、前記電池パックの一部に貫通孔が
形成され、前記貫通孔に前記リセットボタンが配置され
ている構成を有している。

【００２０】これにより、リセットボタンの操作が、電
池パックの外部から行うことができる。

【００２１】請求項８に記載の発明は、請求項６または
請求項７に記載の電池パックにおいて、前記固定電極と
前記可動電極とが接触状態では、前記リセットボタンの
先端部が前記電池パックの外表面よりも内側に位置して
いる構成を有している。

【００２２】これにより、電池パックを所定の機器に装
着して使用する場合、サーマルプロテクタのリセットボ
タンが作業の支障とならないようにすることができる。

【００２３】請求項９に記載の発明は、請求項６ないし
請求項８のいずれかに記載の電池パックについて、前記
貫通孔に取付けられ、かつ前記リセットボタンを操作可
能としたキャップを有する構成を有している。

【００２４】これにより、電池パックの貫通孔から侵入
する恐れのある水分、ほこり等の電池パック内部の２次
電池およびサーマルプロテクタに悪影響を及ぼす可能性
がある因子から電池パックを保護することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１に示すように本発明の第１の
実施の形態であるサーマルプロテクタは、絶縁性の容器
１の中に、ほぼ中央部に円板状のフランジ２を有する円
柱状のプランジャー３が、この容器１の中心軸と同方向
に設けられている。プランジャー３にはフランジ２を介
して、一方にはコイル状の第１の圧縮ばね４が、他方に
は、くの字状の板ばね５がそれぞれ配置されている。プ
ランジャー３のくの字状の板ばね５が設けられている側
に、一端がフランジ２に固定され、他端がくの字状の板
ばね５を反転動作によって湾曲させる熱応動素子６を配
置している。また、くの字状の板ばね５の端部には、こ
の端部を折曲して形成される係止部７が設けられてい
る。この係止部７が容器１の内面の所定位置に形成され
た凹状の第１の被係止部８に噛み合わされてラッチを構
成している。プランジャー３の第１の圧縮ばね４を配置
した側のプランジャー３の先端部には可動電極９が設け
られている。可動電極９は第１の固定電極１０ａおよび
第２の固定電極１０ｂの両方に接触しており、くの字状
の板ばね５のたわみによって可動電極９と第１の固定電
極１０ａおよび第２の固定電極１０ｂとの接点に接圧が
発生し、接点は接触状態を保ち、これによって、可動電
極９を介して第１および第２の固定電極１０ａ，１０ｂ
間に電流経路が形成される。

【００２６】過電流あるいは温度の過昇によって機器の
温度が上昇すると、熱応動素子６の反転動作によってく
の字状の板ばね５が、図１に示す矢印のように徐々にプ
ランジャー３側に押される。熱応動素子６の動作温度が
所定温度に達して熱応動素子６の押し量がラッチを構成
している凹状の第１の被係止部８の溝深さを上回るとラ
ッチ、すなわち、くの字状の板ばね５の係止部７と第１
の被係止部８とが外れる。この瞬間、伸長方向に付勢さ
れていたコイル状の第１の圧縮ばね４が伸長するととも
に、プランジャー３がコイル状の第１の圧縮ばね４の伸
長方向に移動するため、図２に示すようにプランジャー
３の先端部に取り付けられた可動電極９が第１の固定電
極１０ａおよび第２の固定電極１０ｂから離れて離間状
態となり、接点を開いて電流経路を遮断する。

【００２７】その結果、コイル状の第１の圧縮ばね４の
伸長した距離分リセットボタン１１、すなわちプランジ
ャー３の端部が容器１の外に突出する。

【００２８】なお、フランジ２は、第１の圧縮ばね４の
受け皿になればよく、円板状でなくてもよい。また、凹
状の第１の被係止部８の形状は、凸部であってもよい。

【００２９】次に、サーマルプロテクタが動作した後
は、機器の異常状態が除かれたことを確認し、リセット
ボタン１１をラッチが噛み合う位置まで押し戻してやれ
ば、第１の固定電極１０ａおよび第２の固定電極１０ｂ
と可動電極９とが接触状態となり、再び接点が閉じて給
電される。

【００３０】なお、容器１は樹脂ブロック１２と充填剤
１３とで密閉されている。また、熱応動素子６の反転動
作をくの字状の板ばね５に効率よく伝達するために、く
の字状の板ばね５と熱応動素子６との接触点に突起１４
をくの字状の板ばね５に設けることが望ましい。

【００３１】図３に示すように本発明の第２の実施の形
態であるサーマルプロテクタの構成は、図１に示したサ
ーマルプロテクタと同様である。図１に示したサーマル
プロテクタと異なっているのは、容器１の内面に形成さ
れた凹状の第１の被係止部８に対し、可動電極９から遠
ざかる方向に所定距離を隔てて凹状の第２の被係止部１
５を形成したことである。

【００３２】これにより、第１の固定電極１０ａおよび
第２の固定電極１０ｂと可動電極９とが離間した後、く
の字状の板ばね５の先端部の係止部７が凹状の第２の被
係止部１５に係止することで離間状態が安定し、プラン
ジャー３が不用意に接点の閉方向へ戻ることがない。

【００３３】図４に示すように本発明の第３の実施の形
態であるサーマルプロテクタの構成は、図１に示したサ
ーマルプロテクタと同様である。図１に示したサーマル
プロテクタと異なっているのは、プランジャー３のくの
字状の板ばね５を配置した側にコイル状の第２の圧縮ば
ね１６を配置したことである。

【００３４】これにより、コイル状の第１の圧縮ばね４
の伸長方向への付勢力をくの字状の板ばね５のたわみと
コイル状の第２の圧縮ばね１６の付勢力とによって受け
ることになるため、第１の固定電極１０ａおよび第２の
固定電極１０ｂと可動電極９との接点の接圧およびくの
字状の板ばね５の設置の安定性を図ることができる。

【００３５】図５に示すように本発明の第４の実施の形
態であるサーマルプロテクタの構成は、図１に示したサ
ーマルプロテクタと同様である。図１に示したサーマル
プロテクタと異なっているのは、くの字状の板ばね５の
一部にくの字状の板ばね５の一部を湾曲させて形成した
湾曲部１７を有していることである。

【００３６】これにより、この湾曲部１７はコイル状の
第１の圧縮ばね４の伸長方向への付勢力をくの字状の板
ばね５のたわみで受ける際に、湾曲部１７がヒンジの役
割を果たし、第１の固定電極１０ａおよび第２の固定電
極１０ｂと可動電極９との接点の接圧およびくの字状の
板ばね５の設置の安定性を図ることができる。

【００３７】ただし、湾曲部１７は、くの字状の板ばね
５の一部を屈曲させて形成した屈曲部であってもよい。

【００３８】図６に示すように本発明の第５の実施の形
態であるサーマルプロテクタの構成は、図１に示したサ
ーマルプロテクタと同様である。図１に示したサーマル
プロテクタと異なっているのは、フランジ２に対してく
の字状の板ばね５をコイル状の第１の圧縮ばね４と同じ
側に配置したことと、同じく第１の圧縮ばね４と同じ側
の容器１の内面の所定位置に形成されたくの字状の板ば
ね５の係止部７を係止するための被係止部１８を設けた
ことと、プランジャー３の一部にストッパー１９を設け
たことである。被係止部１８は図１に示す被係止部８と
同様の機能を有する。また、ストッパー１９は、プラン
ジャー３が接点を開く方向に移動した際、プランジャー
３の端部のリセットボタン１１が容器１外に突出しすぎ
ることを防ぐことができる。

【００３９】これにより、くの字状の板ばね５に付随す
る熱応動素子６を可動電極９と第１の固定電極１０ａお
よび第２の固定電極１０ｂとの通電による発熱部により
近い位置に配置することにより機器の過電流による自己
発熱に対する動作感度を向上させることができる。

【００４０】また、サーマルプロテクタが動作した後
は、図７に示すように、プランジャー３に形成したスト
ッパー１９が容器１の内面に当接して所定の駆動距離を
保つように構成されている。

【００４１】図８に示すように本発明の第６の実施の形
態であるサーマルプロテクタの構成は、図１に示すサー
マルプロテクタと同様である。図１のサーマルプロテク
タと異なっているのは、固定電極２０と、固定電極２０
と対向するようにばね作用を有する可動電極２１を配置
したことである。可動電極２１の一端が、第１の圧縮コ
イル側のプランジャー３の先端部に押圧されることで固
定電極２０の一端と接して、接触状態を保つ。また、図
９に示すようにプランジャー３の軸方向の移動によって
プランジャー３に押圧されていた可動電極２１が、ばね
作用によって固定電極２０から開離して回路を遮断す
る。

【００４２】その後、リセットボタン１１を押すことで
プランジャー３が移動し、可動電極２１は再びプランジ
ャー３に押圧されて固定電極２０と接する位置に戻され
る。

【００４３】図１０に示すように本発明の第７の実施の
形態である電池パックの構成は、となり合う２次電池２
２同士間にできる空間に本発明の第１ないし第６の実施
の形態のいずれかに記載のサーマルプロテクタ２３を電
池回路に直列に接続し、かつ電池パックの外部からサー
マルプロテクタのリセットボタン１１が操作できるよう
に設けられたものである。電池パックのケース２４の一
部に貫通孔２５が形成され、この貫通孔２５にリセット
ボタン１１を配置している。

【００４４】これにより、電池パックに２次短絡等の異
常が発生した場合、装着したサーマルプロテクタ２３内
の固定電極と可動電極との接点が離間状態となり回路を
遮断することができる。異常状態が除かれたことを確認
した後、貫通孔２５から突出したリセットボタン１１を
押し戻して固定電極と可動電極との接点を接触状態にし
てやることで再び接点が閉じて給電される。

【００４５】また、リセットボタン１１の先端部は、サ
ーマルプロテクタ２３内の固定電極と可動電極との接点
が接触状態では図１０のように、電池パックの外表面よ
り常に内側に位置してもよい。

【００４６】図１１に示すように本発明の第８の実施の
形態である電池パックの構成は、図１０に示した電池パ
ックと同様である。図１０と異なっているのは、貫通孔
２５に取付けられ、かつリセットボタン１１を操作可能
としたキャップ２６を有することである。

【００４７】これによってリセットボタン１１による手
動復帰操作に支障をきたすことなく、作業中に貫通孔２
５から侵入する恐れのある水分、ほこり等の２次電池内
部の２次電池およびサーマルプロテクタ２３に悪影響を
及ぼす因子から電池パックを保護できるという作用を有
する。

【００４８】ただし、キャップ２６は、ケース２４の内
部から取付けているが、ケース２４の外表面に取付けて
も問題ない。

【００４９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、全く新し
い構造の手動復帰型サーマルプロテクタを得ることがで
き、大電流容量の機器である電動工具等の電池パックに
用いれば、２次短絡等に対する好適なサーマルプロテク
タを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態であるサーマルプロ
テクタにおいて固定電極と可動電極とが接触状態にある
一部切欠正面図

【図２】同じく固定電極と可動電極とが開離状態にある
一部切欠正面図

【図３】本発明の第２の実施の形態であるサーマルプロ
テクタの要部拡大一部切欠正面図

【図４】本発明の第３の実施の形態であるサーマルプロ
テクタの一部切欠正面図

【図５】本発明の第４の実施の形態であるサーマルプロ
テクタの一部切欠正面図

【図６】本発明の第５の実施の形態であるサーマルプロ
テクタにおいて固定電極と可動電極とが接触状態にある
一部切欠正面図

【図７】同じく固定電極と可動電極とが開離状態にある
一部切欠正面図

【図８】本発明の第６の実施の形態であるサーマルプロ
テクタにおいて固定電極と可動電極とが接触状態にある
一部切欠正面図

【図９】同じく固定電極と可動電極とが開離状態にある
一部切欠正面図

【図１０】本発明の第７の実施の形態である電池パック
の一部切欠正面図

【図１１】本発明の第８の実施の形態である電池パック
の一部切欠正面図

【図１２】従来のサーマルプロテクタの一部切欠正面図

【符号の説明】

１ 容器 ２ フランジ ３ プランジャー ４ コイル状の第１の圧縮ばね ５ くの字状の板ばね ６ 熱応動素子 ７ 係止部 ８ 凹状の第１の被係止部 ９ 可動電極 １０ａ，１０ｂ 固定電極 １１ リセットボタン １５ 凹状の第２の被係止部 １６ コイル状の第２の圧縮ばね １７ 板ばねの湾曲部 ２２ 電池 ２３ サーマルプロテクタ ２４ 電池パックのケース ２５ 貫通孔 ２６ キャップ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内面に被係止部を有する容器内に、固定
   電極と、可動電極と、前記固定電極に対して前記可動電
   極を接離させるプランジャーと、前記プランジャーに取
   付けられた第１のばねと、前記プランジャーに取付けら
   れ、かつ前記被係止部に係止される係止部を有する第２
   のばねと、反転動作によって前記被係止部から前記第２
   のばねの係止部を離脱させる熱応動素子とを備え、前記
   第２のばねの係止部の離脱にともない、前記第１のばね
   の伸縮作用によって前記プランジャーを軸方向に移動さ
   せることにより、前記固定電極と前記可動電極との接触
   状態を解除して離間させ、この離間状態を維持するよう
   にしたことを特徴とするサーマルプロテクタ。
2. 【請求項２】 前記熱応動素子が、前記固定電極と前記
   可動電極との接点近傍に設置されていることを特徴とす
   る請求項１記載のサーマルプロテクタ。
3. 【請求項３】 前記容器内面に、前記第２のばねの係止
   部が係止できる別の被係止部が形成されていることを特
   徴とする請求項１または請求項２に記載のサーマルプロ
   テクタ。
4. 【請求項４】 前記第１のばねに対抗する付勢力を有す
   る第３のばねが前記プランジャーに取付けられているこ
   とを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載のサーマルプロテクタ。
5. 【請求項５】 前記第２のばねの一部に屈曲部または湾
   曲部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし
   請求項４のいずれかに記載のサーマルプロテクタ。
6. 【請求項６】 複数の２次電池が収納された電池パック
   内に、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のサー
   マルプロテクタが電池回路に直列に接続され、前記サー
   マルプロテクタの前記固定電極と前記可動電極との離間
   状態を接触状態とするとともに、前記電池回路のオフ状
   態をオン状態とするリセットボタンが設置されているこ
   とを特徴とする電池パック。
7. 【請求項７】 前記電池パックの一部に貫通孔が形成さ
   れ、前記貫通孔に前記リセットボタンが配置されている
   ことを特徴とする請求項６記載の電池パック。
8. 【請求項８】 前記固定電極と前記可動電極とが接触状
   態では、前記リセットボタンの先端部が前記電池パック
   の外表面よりも内側に位置していることを特徴とする請
   求項６または請求項７に記載の電池パック。
9. 【請求項９】 前記貫通孔に取付けられ、かつ前記リセ
   ットボタンを操作可能としたキャップを有することを特
   徴とする請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の電
   池パック。