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技術 電流遮断装置、安全回路及び2次電池パック。

出願人 ボーンズ株式会社
発明者 浪川勝史永見良中野信幸
出願日 2017年10月19日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2017-202871
公開日 2019年5月16日 (4ヶ月経過) 公開番号 2019-075354
状態 未査定
技術分野 熱応動スイッチ(1)
主要キーワード 各薄板材 所要条件 逆反り状 湾曲形 正特性サーミスター 電流遮断状態 PTCサーミスター 多機能携帯電話機
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

落下時の衝撃に伴う電気機器各部への電力供給瞬断を抑制できる電流遮断装置を提供する。

解決手段

電流遮断装置100は、固定接点21を有する固定片2と、可動接点41を有し、可動接点41を固定接点21に押圧して接触させる可動片4と、温度変化に伴って変形することにより、可動片4を可動接点41が固定接点21に接触する導通状態から可動接点41が固定接点21から離隔する遮断状態移行させる熱応動素子5とを備えたブレーカー1を含む。電流遮断装置100は、ブレーカー1が実装される回路基板50と、ブレーカー1に対して並列に接続され、回路基板50に実装されるPTCサーミスター60とをさらに備える。

概要

背景

従来、各種電気機器の2次電池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多機能携帯電話機等のいわゆるモバイル機器に装備される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電流遮断装置もまた、さらなる小型化が強く要求されている。

ブレーカーには、温度変化に応じて作動し、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。

概要

落下時の衝撃に伴う電気機器各部への電力供給瞬断を抑制できる電流遮断装置を提供する。電流遮断装置100は、固定接点21を有する固定片2と、可動接点41を有し、可動接点41を固定接点21に押圧して接触させる可動片4と、温度変化に伴って変形することにより、可動片4を可動接点41が固定接点21に接触する導通状態から可動接点41が固定接点21から離隔する遮断状態移行させる熱応動素子5とを備えたブレーカー1を含む。電流遮断装置100は、ブレーカー1が実装される回路基板50と、ブレーカー1に対して並列に接続され、回路基板50に実装されるPTCサーミスター60とをさらに備える。

目的

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、落下時の衝撃に伴う電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる電流遮断装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

固定接点を有する固定片と、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、前記可動片を前記可動接点が前記固定接点に接触する導通状態から前記可動接点が前記固定接点から離隔する遮断状態移行させる熱応動素子とを備えたブレーカーを含む電流遮断装置において、前記ブレーカーが実装される回路基板と、前記ブレーカーに対して並列に接続され、前記回路基板に実装される第1正特性サーミスターとをさらに備える、ことを特徴とする電流遮断装置。

請求項2

前記回路基板は、前記ブレーカーが接続される第1導電パターンが形成された第1導電層と、前記第1正特性サーミスターを前記ブレーカーに対して並列に接続するための第2導電パターンが形成された第2導電層とが、異なる層に形成されている、請求項1記載の電流遮断装置。

請求項3

前記ブレーカーと、前記第1正特性サーミスターとは、前記回路基板の同一面側に実装されている、請求項1又は2に記載の電流遮断装置。

請求項4

前記ブレーカー及び前記第1正特性サーミスターは、前記回路基板の厚さ方向から視て長方形状に形成され、前記ブレーカーの長手方向と前記第1正特性サーミスターの長手方向とが互いに直交している、請求項3記載の電流遮断装。

請求項5

前記ブレーカーは、前記可動片が前記遮断状態にあるとき、前記固定片と前記可動片とを導通させる第2正特性サーミスターをさらに備え、前記第1正特性サーミスターのトリップ温度未満において、前記第1正特性サーミスターの抵抗は、前記第2正特性サーミスターの抵抗よりも小さく、前記第1正特性サーミスターのトリップ温度以上において、前記第1正特性サーミスターの抵抗は、前記第2正特性サーミスターの抵抗よりも大きい、請求項1乃至4のいずれかに記載の電流遮断装置。

請求項6

請求項1乃至5のいずれかに記載の電流遮断装置を備えたことを特徴とする電気機器用安全回路

請求項7

請求項1乃至5のいずれかに記載の電流遮断装置を備えたことを特徴とする2次電池パック

技術分野

0001

本発明は、電気機器保護装置として用いられる小型の電流遮断装置等に関するものである。

背景技術

0002

従来、各種電気機器の2次電池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。

0003

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多機能携帯電話機等のいわゆるモバイル機器に装備される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電流遮断装置もまた、さらなる小型化が強く要求されている。

0004

ブレーカーには、温度変化に応じて作動し、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。

先行技術

0005

WO2011/105175号公報

発明が解決しようとする課題

0006

上述したスマートフォン等のモバイル機器は、ユーザーによって自由に持ち運ぶことができる反面、地面等への落下の危険を伴う。動作中のモバイル機器が地面等に落下した場合、その衝撃によって可動片が弾性変形し、固定接点から可動接点が離隔し、機器各部への電力供給が瞬間的に遮断(以下、瞬断と記す)されるおそれがある。このような電力供給の瞬断によって、機器各部の動作が不安定となる他、実行中のデータが消失する等の不具合が発生するおそれがある。特に、単セルの2次電池パックが適用されるスマートフォン等の小型のモバイル機器にあっては、単一のブレーカーの接点が開くことにより電力供給が断たれるため、上記不具合が生ずるおそれが高まる。

0007

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、落下時の衝撃に伴う電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる電流遮断装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上記目的を達成するために、本発明は、固定接点を有する固定片と、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、前記可動片を前記可動接点が前記固定接点に接触する導通状態から前記可動接点が前記固定接点から離隔する遮断状態移行させる熱応動素子とを備えたブレーカーを含む電流遮断装置において、前記ブレーカーが実装される回路基板と、前記ブレーカーに対して並列に接続され、前記回路基板に実装される第1正特性サーミスターとをさらに備える、ことを特徴とする。

0009

本発明に係る前記電流遮断装置において、前記回路基板は、前記ブレーカーが接続される第1導電パターンが形成された第1導電層と、前記第1正特性サーミスターを前記ブレーカーに対して並列に接続するための第2導電パターンが形成された第2導電層とが、異なる層に形成されている、ことが望ましい。

0010

本発明に係る前記電流遮断装置において、前記ブレーカーと、前記第1正特性サーミスターとは、前記回路基板の同一面側に実装されている、ことが望ましい。

0011

本発明に係る前記電流遮断装置において、前記ブレーカー及び前記第1正特性サーミスターは、前記回路基板の厚さ方向から視て長方形状に形成され、前記ブレーカーの長手方向と前記第1正特性サーミスターの長手方向とが互いに直交している、ことが望ましい。

0012

本発明に係る前記電流遮断装置において、前記ブレーカーは、前記可動片が前記遮断状態にあるとき、前記固定片と前記可動片とを導通させる第2正特性サーミスターをさらに備え、前記第1正特性サーミスターのトリップ温度未満において、前記第1正特性サーミスターの抵抗は、前記第2正特性サーミスターの抵抗よりも小さく、前記第1正特性サーミスターのトリップ温度以上において、前記第1正特性サーミスターの抵抗は、前記第2正特性サーミスターの抵抗よりも大きい、ことが望ましい。

0013

本発明の電気機器用の安全回路は、前記電流遮断装置を備えたことを特徴とする。

0014

本発明の2次電池パックは、前記電流遮断装置を備えたことを特徴とする。

発明の効果

0015

本発明の電流遮断装置は、固定接点を有する固定片、可動接点を有する可動片、熱応動素子とを備えたブレーカーと、ブレーカーが実装される回路基板と、ブレーカーに対して並列に接続され、回路基板に実装される第1正特性サーミスターとを備える。通常動作時においてトリップ温度未満の第1正特性サーミスターは、ブレーカーの両端を常時導通させる。これにより、電気機器の地面等への落下に伴う衝撃がブレーカーに加えられ、その衝撃によって固定接点から可動接点が離隔する場合であっても、第1正特性サーミスターを介してブレーカーの両端の導通が維持され、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。

0016

また、第1正特性サーミスターは、ブレーカーと共に回路基板に実装されているので、ブレーカー自体に第1正特性サーミスターとの接続のための構成を付加する必要はない。従って、従来から知られている構成のブレーカー、すなわち、既存の基板実装用のブレーカーを用いることができ、電流遮断装置の開発期間が短縮されると共に、製造コストを容易に抑制することが可能となる。さらに、仕様の異なるブレーカー及び第1正特性サーミスターを組み合わせて適用することにより、様々な用途に応じた電流遮断装置を容易に製造することが可能となる。

0017

さらに、ブレーカー及び第1正特性サーミスターは、例えば、リフロー方式はんだ付け等により、同一の工程にて回路基板に実装される。これにより、電流遮断装置の生産工程が簡素化され、容易にコストダウンを図ることが可能となる。

図面の簡単な説明

0018

本発明の一実施形態による電流遮断装置の斜視図。
図1のブレーカーの概略構成を示す組立て前の状態を示す斜視図。
通電状態における上記ブレーカーを示す断面図。
電流遮断状態における上記ブレーカーを示す断面図。
落下時における上記ブレーカーを示す断面図。
回路基板が破断された電流遮断装置の断面図である。
上記ブレーカーのPTCサーミスターのトリップ前後における抵抗を比較して示す片対数グラフ
上記電流遮断装置を備えた安全回路の回路図。

実施例

0019

本発明の一実施形態による電流遮断装置について図面を参照して説明する。図1は、電流遮断装置100の概略構成を示している。電流遮断装置100は、過度な温度上昇又は過電流から電気機器を保護するブレーカー1を含む。

0020

図2乃至図4は、ブレーカー1の構成を示している。ブレーカー1は、固定接点21及び端子22を有する固定片2と、端子32を有する端子片3と、先端部に可動接点41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(第2正特性サーミスター)6と、固定片2、端子片3と、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10等によって構成されている。ケース10は、ケース本体(第1ケース)7とケース本体7に装着される蓋部材(第2ケース)8等によって構成されている。

0021

固定片2は、例えば、銅等を主成分とする金属板(この他、銅−チタニウム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7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)24の上に載置されて、突起24に支持される。

0022

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41に対向する位置に形成され、ケース本体7の内部に形成されている開口73aの一部から露出されている。端子22はケース本体7の端縁から外側に突き出されている。支持部23は、ケース本体7の内部に形成されている開口73dから露出されている。

0023

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2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。固定接点21から可動接点41に向く方向を第1方向と、第1方向とは反対の方向を第2方向とそれぞれ定義した場合、表面は第1方向を向き、裏面は第2方向を向く。他の部品、例えば、可動片4、熱応動素子5、PTCサーミスター6、さらには後述する回路基板50等についても同様である。

0024

端子片3は、固定片2と同様に、銅等を主成分とする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7にインサート成形により埋め込まれている。端子片3の一端には外部回路と電気的に接続される端子32が形成され、他端側には、可動片4と電気的に接続される接続部33が形成されている。端子32はケース本体7の端縁から外側に突き出されている。接続部33は、ケース本体7の内部に設けられた開口73bから露出し、可動片4と電気的に接続される。

0025

可動片4は、銅等を主成分とする板状の金属材料をプレス加工することにより形成されている。可動片4は、長手方向の中心線に対して対称アーム状に形成されている。

0026

可動片4の長手方向の先端部には、可動接点41が形成されている。可動接点41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。

0027

可動片4の長手方向の他端部には、端子片3の接続部33と電気的に接続される接続部42が形成されている。端子片3の接続部33と可動片4の接続部42とは、例えば、溶接によって固着されている。

0028

可動片4は、可動接点41と接続部42との間に、弾性部43を有している。弾性部43は、接続部42から可動接点41の側に延出されている。接続部42において端子片3の接続部33と固着されることにより可動片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41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。可動片4と端子片3とは、電気的に接続されているので、固定片2と端子片3とが通電可能となる。

0029

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、作動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の裏面には、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2図3及び図4参照)。

0030

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。熱応動素子5のうち、高膨脹側の薄板材には、例えば、銅−ニッケル−マンガン合金又はニッケル−クロム−鉄合金が、低膨脹側の薄板材には、例えば、鉄−ニッケル合金をはじめとする、洋白、黄銅、ステンレス鋼などの合金が、所要条件に応じて組み合わせて使用されうる。各薄板材は、例えば、圧延等によって貼り合わせられる。

0031

過熱により作動温度に達すると、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状が望ましく、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。

0032

PTCサーミスター6は、固定片2と熱応動素子5との間に配設されている。すなわち、PTCサーミスター6を挟んで、固定片2の支持部23は熱応動素子5の直下に位置している。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、作動電流作動電圧、作動温度、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、チタニウムバリウム、チタニウム酸ストロンチウム又はチタニウム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。

0033

ケース10を構成するケース本体7及び蓋部材8は、難燃性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。

0034

ケース本体7には、可動片4、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容凹部73が形成されている。収容凹部73は、可動片4を収容するための開口73a,73b、可動片4及び熱応動素子5を収容するための開口73c、並びに、PTCサーミスター6を収容するための開口73d等を有している。なお、ケース本体7に組み込まれた可動片4、熱応動素子5の端縁は、収容凹部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。

0035

蓋部材8には、カバー片9(図3参照)がインサート成形によって埋め込まれている。カバー片9は、上述した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9は、図3及び図4に示すように、可動片4の表面と適宜当接し、可動片4の動き規制すると共に、蓋部材8のひいては筐体としてのケース10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。カバー片9の外面側には、樹脂が配されている。

0036

図2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等を収容したケース本体7の開口73a、73b、73c等を塞ぐように、蓋部材8が、ケース本体7に装着される。ケース本体7と蓋部材8とは、例えば超音波溶着によって接合される。このとき、ケース本体7と蓋部材8とは、それぞれの外縁部の全周にわたって連続的に接合され、ケース10の気密性が向上する。これにより、リフロー方式によるはんだ付け工程で、ケース10の内部にフラックス侵入することが防止され、熱応動素子5等を構成する金属の化学的定性を高めることが可能となる。

0037

図3及び4は、ブレーカー1の動作の概略を示している。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、熱応動素子5は初期形状を維持(逆反り前)している。カバー片9には、可動片4の頂部43aと当接し、頂部43aを熱応動素子5の側に押圧する突出部91が設けられている。突出部91が頂部43aを押圧することにより、弾性部43は、弾性変形し、その先端に形成されている可動接点41が固定接点21の側に押圧されて接触する。これにより、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、32間は導通している。また、熱応動素子5は、導通状態の可動片4の弾性部43と離隔している。これにより、可動接点31と固定接点21との接触圧力が高められ、両者間の接触抵抗が低減される。可動片4の弾性部43と熱応動素子5とは接触してもよく、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もよい。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41を流れる量に比して実質的に無視できる程度である。

0038

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、作動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41とが離隔する。ブレーカー1の内部で熱応動素子5が変形し、可動片4を押し上げるときの熱応動素子5の作動温度は、例えば、70℃〜90℃である。このとき、固定接点21と可動接点41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41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。

0039

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41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。

0040

図1に示されるように、本実施形態の電流遮断装置100は、上記ブレーカー1に加え、ブレーカー1が実装される回路基板50と、ブレーカー1に対して並列に接続され、回路基板50に実装されるPTCサーミスター(第1正特性サーミスター)60とを備える。上記外部回路の少なくとも一部は、回路基板50に形成されている。

0041

回路基板50は、電流遮断装置100の一部を構成する導電パターンを有している。PTCサーミスター60の両端は、回路基板50の導電パターンを介して、ブレーカー1の端子22、32と接続されている。すなわち、PTCサーミスター60は、ブレーカー1に対して並列に接続され、トリップ温度未満でブレーカー1の両端子22、32を常時導通させる。

0042

PTCサーミスター60には、上述したセラミック焼結体又はポリマーPTC等が適宜採用されうる。PTCサーミスター60の端面には、回路基板50の導電パターンとの電気的な接続を良好とするための電極61が、低抵抗の金、銀又は銀合金等により形成されている。

0043

図5は、熱応動素子5の動作温度未満の温度下で、落下に伴う衝撃によって固定接点21から可動接点41が離隔している状態のブレーカー1を示している。ブレーカー1に大きな衝撃が加えられると、固定接点21から可動接点41が離隔し、固定片2と弾性部43との導通が遮断される。同図では、固定片2からPTCサーミスター6が離隔している状態が示されているが、PTCサーミスター6から熱応動素子5が離隔している状態、熱応動素子5から可動片4が離隔している状態等が生じうる。

0044

本電流遮断装置100では、上記いずれかの状態により、固定片2と弾性部43との導通が遮断される事態にあっても、図1に示されるように、PTCサーミスター60を介して固定片2と端子片3との導通が維持される。従って、電流遮断装置100は、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。

0045

なお、本発明に類似する電流遮断装置として、例えば、ブレーカー1の端子22、32を延出し、PTCサーミスター60の両端と接続することにより、ブレーカー1に対してPTCサーミスター60を並列に接続することも可能である。しかしながら、このような構成では、端子22、32の形状が特殊となり、コストアップを招来する。また、何らかの理由により、ブレーカー1の端子22、32に外力が加えられたとき、端子22、32とPTCサーミスター60との接続部分に大きな応力が生じ、端子22、32からPTCサーミスター60が離隔するおそれがある。

0046

一方、本発明の電流遮断装置100では、PTCサーミスター60は、ブレーカー1と共に、回路基板50に実装されているので、ブレーカー1自体(例えば、上述した端子22、32等)にPTCサーミスター60との接続のための構成を付加する必要はない。

0047

このように、本電流遮断装置100では、既存の基板実装用のブレーカーを用いることができるので、その開発期間が短縮されると共に、製造コストを容易に抑制することが可能となる。さらに、仕様の異なるブレーカー1及びPTCサーミスター60を組み合わせて適用することにより、様々な用途に応じた電流遮断装置100を容易に製造することが可能となる。

0048

ブレーカー1及びPTCサーミスター60は、例えば、リフロー方式のはんだ付け等により、同一の工程にて回路基板50に実装される。これにより、電流遮断装置100の生産工程が簡素化され、容易にコストダウンを図ることが可能となる。

0049

図6は、電流遮断装置100の回路基板50を破断した断面図である。図1及び6に示されるように、回路基板50には、ブレーカー1が接続される第1導電パターン51と、PTCサーミスター60をブレーカー1に対して並列に接続するための第2導電パターン52と、PTCサーミスター60が接続される第3導電パターン53とが形成されている。これにより、ブレーカー1、PTCサーミスター60、第1導電パターン51、第2導電パターン52及び第3導電パターン53の構成が、全て回路基板50の外面又は内部に集約され、電流遮断装置100の構成が簡素化される。

0050

第1導電パターン51、第2導電パターン52及び第3導電パターン53は、回路基板50の厚さ方向に積層されたコア材55によって絶縁されている。ブレーカー1と第1導電パターン51及びPTCサーミスター60と第3導電パターン53は、それぞれはんだ付け等により接続される。本実施形態では、回路基板50がコア材55によって強化されることにより、外力による回路基板50の変形が抑制され、ブレーカー1と第1導電パターン51及びPTCサーミスター60と第3導電パターン53の接続部分に生ずる応力は、低減される。

0051

第1導電パターン51は第1導電層56に形成され、第2導電パターン52は第2導電層57に形成されている。第1導電層56と第2導電層57とは、コア材55を挟んで異なる層に形成されているのが望ましい。本実施形態では、第1導電層56は、回路基板50の表面に形成され、第2導電層57は、回路基板50の内部に形成されている。第2導電層57は、回路基板50の裏面に形成されていてもよい。第1導電層56と第2導電層57とが異なる層に形成されていることにより、回路基板50の占有面積を小さくできる。例えば、回路基板50の厚さ方向から視た平面視で、ブレーカー1と重複するように第2導電パターン52を配設することにより、回路基板50の占有面積を容易に小さくできる。

0052

図6に示されるように、一方の第1導電パターン51及び第3導電パターン53と、一方の第2導電パターン52とは、例えば、第1導電層56と第2導電層57に挟まれたコア材55を貫通するスルーホール充填されたビア58によって接続されている。同様に、他方の第1導電パターン51及び第3導電パターン53と、他方の第2導電パターン52とも、コア材55を貫通するビア58によって接続されている。

0053

ブレーカー1と、PTCサーミスター60とは、回路基板50の同一面側に実装されているのが望ましい。本実施形態では、ブレーカー1及びPTCサーミスター60は、回路基板50の表面側に実装されている。このような実装形態は、第1導電パターン51と第3導電パターン53とが回路基板50の表面側、すなわち、第1導電層56に形成されることにより、容易に実現可能である。ブレーカー1とPTCサーミスター60とが、回路基板50の同一面側に実装されていることにより、回路基板50にブレーカー1及びPTCサーミスター60を搭載する工程が簡素化され、電流遮断装置100のコストダウンを容易に図ることが可能となる。また、ブレーカー1と第1導電パターン51及びPTCサーミスター60と第3導電パターン53を接続するためのはんだ付け工程が簡素化され、電流遮断装置100のコストダウンを容易に図ることが可能となる。

0054

ブレーカー1及びPTCサーミスター60は、回路基板50の厚さ方向から視て長手方向を有する長方形状に形成されている。そして、ブレーカー1は、ケース10の内部に可動片4、熱応動素子5及びPTCサーミスター6等の部品を内蔵する関係上、通常、PTCサーミスター60よりも大型となる傾向にある。そこで、本実施形態では、ブレーカー1の長手方向とPTCサーミスター60の長手方向とが互いに直交しているのが望ましい。これにより、PTCサーミスター60の長手方向とブレーカー1の短手方向とが平行に配置されるため、回路基板50の占有面積を小さくできる。本実施形態では、PTCサーミスター60の長手方向の長さがブレーカー1の短手方向の長さよりも小さいため、回路基板50の幅(ブレーカー1の短手方向での、回路基板50の長さ)を肥大化させることなく、ブレーカー1の長手方向での回路基板50の長さを短縮できる。

0055

PTCサーミスター6及びPTCサーミスター60は、加熱に伴い低抵抗状態から高抵抗状態に移行する。PTCサーミスターが低抵抗状態から高抵抗状態に移行する温度は、トリップ温度と称される。PTCサーミスター6及びPTCサーミスター60は、それぞれ固有のトリップ温度を有している。

0056

主として可動片4が遮断状態でのブレーカー1の自己保持回路を確保するために設けられるPTCサーミスター6と、主として上記瞬断対策として設けられるPTCサーミスター60とは、通常、要求される機能が異なる。本発明では、独立したPTCサーミスター6及びPTCサーミスター60によって、各サーミスターの諸特性(トリップ温度、トリップ温度未満での抵抗及びトリップ温度以上での抵抗等)を、それぞれの機能に応じて個別に設定することが可能となる。これにより、ブレーカー1の良好な温度特性を維持しつつ、電気機器各部への電力供給の瞬断を抑制できる。

0057

より具体的には、熱応動素子5の動作温度未満の温度領域で、電気機器の落下時における電気機器各部への電力供給の瞬断を効果的に抑制するため、PTCサーミスター60のトリップ温度は、熱応動素子5の動作温度よりも高く設定されることが望ましい。これにより、PTCサーミスター60を流れる電流が十分に確保され、電気機器各部への電力供給が維持される。

0058

図7は、PTCサーミスター6及びPTCサーミスター60のトリップ前後(トリップ温度の上下の温度領域)における抵抗を比較して示す片対数グラフである。図7において、縦軸の抵抗は対数で増加し、PTCサーミスター6の抵抗は曲線R6で示され、PTCサーミスター60の抵抗は曲線R60で示される。

0059

さらに、熱応動素子5の動作温度未満の温度領域で、電気機器の落下時における電気機器各部への電力供給の瞬断を効果的に抑制するため、PTCサーミスター60のトリップT60温度未満において、PTCサーミスター60の抵抗R60は、PTCサーミスター6の抵抗R6よりも小さいのが望ましい。これにより、PTCサーミスター6及びPTCサーミスター60がトリップしていない状態での電気機器の落下時に、PTCサーミスター60を流れる電流が十分に確保され、電気機器各部への電力供給が安定して維持される。

0060

一方、PTCサーミスター60のトリップ温度T60以上において、PTCサーミスター60の抵抗R60は、PTCサーミスター6の抵抗R6よりも大きいのが望ましい。これにより、PTCサーミスター6及びPTCサーミスター60がトリップした状態で、PTCサーミスター6を流れる漏れ電流が十分に確保され、熱応動素子5の温度を復帰温度以上に維持し、熱応動素子5及びPTCサーミスター6を含む自己保持回路を有効に機能させることが容易となる。

0061

PTCサーミスター60は、許容電流を有する過電流保護素子である。PTCサーミスター60の許容電流とは、PTCサーミスター60がトリップしない最大の電流である。PTCサーミスター60の許容電流は、ブレーカー1の定格電流より小さいのが望ましい。これにより、熱応動素子5が動作温度T5に達することにより、ブレーカー1の内部での導通が遮断されたとき、PTCサーミスター60に許容電流を超える電流が流れる。これに伴い、直ちにPTCサーミスター60がトリップし、電気機器各部への電力の供給が遮断され、電気機器が保護される。

0062

電気機器の落下等によりブレーカー1に大きな衝撃力が加えられ、固定接点21から可動接点41が離隔する場合も、PTCサーミスター60に電流が流れる。しかし、衝撃力で可動接点41が固定接点21から離隔してから再び固定接点21に接触するまでの時間を瞬断時間としたとき、瞬断時間は十分に短い。そこで、PTCサーミスター60に電流が流れ始めてから発熱によりトリップ温度T60に達するまでの時間をトリップ時間としたとき、トリップ時間は、瞬断時間よりも長く設定されているのが望ましい。トリップ時間が経過する前にブレーカー1の内部での導通が再開されれば、電気機器への電力の供給は継続される。なお、瞬断時間は、実験等により得ることができる。

0063

PTCサーミスター6のトリップ温度T6は、熱応動素子5の動作温度T5よりも大きく、PTCサーミスター60のトリップ温度T60は、PTCサーミスター6のトリップ温度T6よりも大きい。このような構成により、ブレーカー1において、PTCサーミスター6による自己保持の機能、PTCサーミスター60による瞬断の防止、熱応動素子5による良好な遮断動作が実現できる。PTCサーミスター6及びPTCサーミスター60の温度変化に対する抵抗変化の割合は、曲線R6の傾き及びR60の傾きによって表される。

0064

トリップ前後において、PTCサーミスター60の温度変化に対する抵抗変化の割合は、PTCサーミスター6の温度変化に対する抵抗変化の割合よりも大きいのが望ましい。これにより、PTCサーミスター6及びPTCサーミスター60がトリップしていない状態での電気機器の落下時に、PTCサーミスター60を流れる電流が十分に確保されやすくなり、電気機器各部への安定した電力供給が期待できる。また、PTCサーミスター6及びPTCサーミスター60がトリップした状態では、PTCサーミスター6を流れる電流が十分に確保されるので、熱応動素子5及びPTCサーミスター6を含む自己保持回路を有効に機能させることが容易となる。

0065

本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、種々の態様に変更して実施される。すなわち、電流遮断装置100は、少なくとも、固定接点21を有する固定片2と、可動接点41を有し、可動接点41を固定接点21に押圧して接触させる可動片4と、温度変化に伴って変形することにより、可動片4を可動接点41が固定接点21に接触する導通状態から可動接点41が固定接点21から離隔する遮断状態に移行させる熱応動素子5とを備えたブレーカー1を含み、ブレーカー1が実装される回路基板50と、ブレーカー1に対して並列に接続され、回路基板50に実装されるPTCサーミスター60とをさらに備えていればよい。

0066

例えば、ブレーカー1は、端子片3と可動片4とが別部品にて構成されている形態に限られることなく、両者が一体的に構成されていてもよい。また、ブレーカー1、回路基板50、及びPTCサーミスター60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。

0067

また、ブレーカー1とPTCサーミスター60とは、回路基板50の異なる面側に実装されていてもよい。例えば、ブレーカー1は回路基板50の表面側に、PTCサーミスター60は回路基板50の裏面側にそれぞれ実装されていてもよい。この場合、回路基板50の厚さ方向から視た平面視で、ブレーカー1とPTCサーミスター60とが互いに重複するように配設することにより、回路基板50の占有面積を容易に小さくできる。また、第2導電パターン52を容易に簡素化することが可能となる。さらにまた、回路基板50にブレーカー1及びPTCサーミスター60以外の部品を実装する場合に、当該部品の配置の自由度及び導電パターンの設計自由度が高められ、かつ、回路基板50の占有面積を容易に小さくできる。

0068

また、回路基板50の表面には、ブレーカー1のケース本体7の底部を収容するための凹部が形成されていてもよい。凹部は、例えば、第1導電層56と第2導電層57との間のコア材55が陥没することにより形成される。回路基板50に凹部が設けられることにより、回路基板50に対してブレーカー1を低位置で搭載でき、電流遮断装置100の低背化を図ることが可能となる。

0069

図8は、電流遮断装置100を備えた安全回路の回路図である。同図では、図5に示されるように、落下等に伴う衝撃を受け、固定接点21から可動接点41が離隔した状態での安全回路200が示されている。電流遮断装置100は、2次電池201と負荷300との間で、直列に接続されている。ブレーカー1とPTCサーミスター60とは、電流遮断装置100内で、導電パターン51、52、53等を介して、並列に接続される。また、PTCサーミスター6は、熱応動素子5と直列に接続されている。ブレーカー1に加えられた衝撃によって固定接点21から可動接点41が離隔すると共に、可動片4から熱応動素子5が離隔する場合であっても、PTCサーミスター60を介して2次電池201と負荷300との導通が維持され、負荷300への電力供給の瞬断を抑制できる。

0070

図8において、電流遮断装置100及び2次電池201は、1つのパッケージ内に収容され、2次電池パック202を構成する。

0071

1ブレーカー
2固定片
4可動片
5熱応動素子
6PTCサーミスター(第2正特性サーミスター)
10ケース
21固定接点
41可動接点
50回路基板
51 第1導電パターン
52 第2導電パターン
56 第1導電層
57 第2導電層
60 PTCサーミスター(第1正特性サーミスター)
100電流遮断装置
200安全回路
202 2次電池パック

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