特許 7083742 熱応動素子、ブレーカー、安全回路及び２次電池パック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-03

(45)【発行日】2022-06-13

(54)【発明の名称】熱応動素子、ブレーカー、安全回路及び２次電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01H 37/52 20060101AFI20220606BHJP

   H01H 37/54 20060101ALI20220606BHJP

【ＦＩ】

H01H37/52 E

H01H37/54 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018233952

(22)【出願日】2018-12-14

(65)【公開番号】P2020095888

(43)【公開日】2020-06-18

【審査請求日】2021-06-02

(73)【特許権者】

【識別番号】390025140

【氏名又は名称】ボーンズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104134

【弁理士】

【氏名又は名称】住友 慎太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100156225

【弁理士】

【氏名又は名称】浦 重剛

(74)【代理人】

【識別番号】100168549

【弁理士】

【氏名又は名称】苗村 潤

(74)【代理人】

【識別番号】100200403

【弁理士】

【氏名又は名称】石原 幸信

(72)【発明者】

【氏名】山本 恒平

【審査官】太田 義典

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５０－２８６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平２－１３４６３６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－１０６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／００４４６２４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ３７／００－３７／５６

Ｈ０１Ｈ ３７／５８－３７／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

湾曲する板状に形成された熱応動素子であって、
温度変化に伴いスナップアクションを伴い変形する第１領域と、
前記第１領域から一体的に形成され、前記第１領域の変形を阻害する第２領域とを含み、
前記第２領域は、前記第１領域の外接円の内側に形成され、
厚さ方向から視た平面視で、矩形状に形成され、
前記第１領域は、２つの対角線上に形成されている、ことを特徴とする熱応動素子。

【請求項2】

湾曲する板状に形成された熱応動素子であって、
温度変化に伴いスナップアクションを伴い変形する第１領域と、
前記第１領域から一体的に形成され、前記第１領域の変形を阻害する第２領域とを含み、
前記第２領域は、前記第１領域の外接円の内側に形成され、
厚さ方向から視た平面視で、長さ方向にのびる長辺と、前記長さ方向に垂直な幅方向にのびる短辺とを有する長方形状に形成され、
前記第２領域は、前記長辺に沿って形成されている、ことを特徴とする熱応動素子。

【請求項3】

厚さ方向から視た平面視で、長さ方向にのびる長辺と、前記長さ方向に垂直な幅方向にのびる短辺とを有する長方形状に形成され、
前記第２領域は、前記短辺に沿って形成されている、請求項１に記載の熱応動素子。

【請求項4】

前記第２領域の曲率半径は、前記第１領域の曲率半径よりも大きい、請求項１乃至３のいずれかに記載の熱応動素子。

【請求項5】

前記第２領域の曲率中心は、熱応動素子を挟んで前記第１領域の曲率中心とは反対側に位置している、請求項１乃至３のいずれかに記載の熱応動素子。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれかに記載の熱応動素子と、
固定接点と、
弾性変形する弾性部及び該弾性部の先端部に可動接点を有し、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を備えたブレーカーであって、
前記熱応動素子は、温度変化に伴って変形することにより、前記可動片の状態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に移行可能である、
ことを特徴とするブレーカー。

【請求項7】

請求項６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。

【請求項8】

請求項６に記載のブレーカーを備えた、ことを特徴とする２次電池パック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、小型のブレーカーに用いて好適な板状に形成された熱応動素子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。

【0003】

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（熱変形）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、固定片及び端子片の端子がケースから突出し、電気機器の電気回路に接続されて使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】ＷＯ２０１１／１０５１７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

同文献の図３に示される通電状態において、熱応動素子は正転形状をとる。過充電等により熱応動素子の温度が上昇すると、スナップアクションにより、同文献の図４に示されるように熱応動素子が反転形状（逆反り形状）に変化し、可動片の先端近傍を押し上げる。これにより、固定片に設けられている固定接点と可動片に設けられている可動接点とが離隔し、ブレーカーは遮断状態となる。

【0008】

その後、過充電状態等が解消されると、熱応動素子の温度が低下し、熱応動素子は正転形状に復帰し、可動片が導通状態に復帰する。可動片が導通状態から遮断状態に移行するための熱応動素子の反転動作温度及びブレーカーが遮断状態から導通状態に復帰するための熱応動素子の正転復帰温度は、ブレーカーが実装される機器の仕様等に応じて設定される。

【0009】

機器の安全を考慮すると、２次電池等の温度が十分に低くなるまで遮断状態を維持できるように、正転復帰温度は低く設定されるのが望ましい。通常、熱応動素子の反転動作温度よりも正転復帰温度が低くなるように、熱応動素子は、可動片の側に凸となる湾曲した形状に形成されている。

【0010】

正転復帰温度をより一層低く設定するには、熱応動素子の曲率半径を小さくすればよい。しかしながら、曲率半径の小さい熱応動素子は、その構造上、正転復帰温度にバラツキが生じ易く、特に小型化を追求したブレーカーにおいて、曲率半径の小さい熱応動素子を安定した品質で製造するのは困難を伴い、歩留まりが低下する一因となっている。従って、熱応動素子のサイズに対して曲率半径を過度に小さくすることなく、反転動作温度と正転復帰温度との差を大きくできる熱応動素子の開発が要望されている。

【0011】

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、曲率半径を過度に小さくすることなく、反転動作温度と正転復帰温度との差が大きい熱応動素子等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】

【0012】

上記目的を達成するために、本発明は、湾曲する板状に形成された熱応動素子であって、温度変化に伴いスナップアクションを伴い変形する第１領域と、前記第１領域から一体的に形成され、前記第１領域の変形を阻害する第２領域とを含み、前記第２領域は、前記第１領域の外接円の内側に形成されている。

【0013】

本発明に係る前記熱応動素子において、厚さ方向から視た平面視で、矩形状に形成され、前記第１領域は、２つの対角線上に形成されている、ことが望ましい。

【0014】

本発明に係る前記熱応動素子において、厚さ方向から視た平面視で、長さ方向にのびる長辺と、前記長さ方向に垂直な幅方向にのびる短辺とを有する長方形状に形成され、前記第２領域は、前記長辺に沿って形成されている、ことが望ましい。

【0015】

本発明に係る前記熱応動素子において、厚さ方向から視た平面視で、長さ方向にのびる長辺と、前記長さ方向に垂直な幅方向にのびる短辺とを有する長方形状に形成され、前記第２領域は、前記短辺に沿って形成されている、ことが望ましい。

【0016】

本発明に係る前記熱応動素子において、前記第２領域の曲率半径は、前記第１領域の曲率半径よりも大きい、ことが望ましい。

【0017】

本発明に係る前記熱応動素子において、前記第２領域の曲率中心は、熱応動素子を挟んで前記第１領域の曲率中心とは反対側に位置している、ことが望ましい。

【0018】

また、本発明のブレーカーは、前記熱応動素子と、固定接点と、弾性変形する弾性部及び該弾性部の先端部に可動接点を有し、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を備えたブレーカーであって、前記熱応動素子は、温度変化に伴って変形することにより、前記可動片の状態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に移行可能である、ことを特徴とする。

【0019】

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。

【0020】

本発明の電気機器用の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。

【発明の効果】

【0021】

本発明の熱応動素子によれば、温度変化に伴いスナップアクションを伴い変形する第１領域と、第１領域から一体的に形成され、第１領域の変形を阻害する第２領域とを含んでいる。第１領域は、熱応動素子の温度上昇に伴い、正転形状から反転形状に変形するための応力を発生する。このとき第２領域は第１領域の正転形状から反転形状への変形を阻害して正転形状を維持するように作用する。その結果、熱応動素子が反転形状に変形するために必要とされる上記応力が引き上げられ、熱応動素子の反転動作温度が容易に高められる。

【0022】

一方、その後、熱応動素子の温度が下降する際には、第２領域は第１領域の反転形状から正転形状への変形を阻害して反転形状を維持するように作用する。その結果、熱応動素子が正転形状に変形するために必要とされる上記応力が引き上げられ、熱応動素子が正転形状にスナップ変形する正転復帰温度が低められる。従って、熱応動素子の正転復帰温度が容易に低められ、熱応動素子の曲率半径を過度に小さくすることなく、反転動作温度と正転復帰温度との差を容易に大きくすることが可能となる。

【0023】

また、第２領域は、第１領域の外接円の内側に形成されている。これにより、熱応動素子のサイズを肥大させることなく、反転動作温度と正転復帰温度との差を大きくすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の一実施形態によるブレーカーの概略構成を示す組み立て前の斜視図。

【図2】通常の充電又は放電状態における上記ブレーカーを示す断面図。

【図3】過充電状態又は異常時などにおける上記ブレーカーを示す断面図。

【図4】上記ブレーカーに適用される熱応動素子を示す斜視図。

【図5】上記熱応動素子の断面図。

【図6】上記熱応動素子の変形例の断面図。

【図7】上記熱応動素子の別の変形例の平面図。

【図8】上記熱応動素子のさらに別の変形例の平面図。

【図9】上記熱応動素子のさらに別の変形例の平面図。

【図10】上記熱応動素子のさらに別の変形例の平面図。

【図11】本発明の上記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。

【図12】本発明の上記ブレーカーを備えた安全回路の回路図。

【発明を実施するための形態】

【0025】

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１の構成を示している。ブレーカー１は、電気機器等に実装され、過度な温度上昇又は過電流から電気機器を保護する。

【0026】

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の上面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。

【0027】

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）２４の上に載置されて、突起２４に支持される。固定片２が階段状に曲げられることにより、固定接点２１と支持部２３とが段違いに配置され、ＰＴＣサーミスター６を収納する空間が容易に確保される。

【0028】

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。

【0029】

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Ａ面、その反対側の面をＢ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、Ａ面は第１方向を向き、Ｂ面は第２方向を向く。他の部品、例えば、可動片４及び熱応動素子５、ＰＴＣサーミスター６等についても同様である。

【0030】

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、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。

【0031】

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、例えば、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。

【0032】

可動片４の長手方向の他端部には、外部回路と電気的に接続される端子４２が形成されている。可動片４は、可動接点４１と端子４２の間に、当接部４３及び弾性部４４を有している。当接部４３は、端子４２と弾性部４４との間でケース本体７及び蓋部材８と当接する。当接部４３は、可動片４の短手方向に翼状に突出する突出部４３ａを有する。突出部４３ａが設けられていることにより、当接部４３が幅広く大きな領域でケース本体７及び蓋部材８によって挟み込まれ、可動片４がケース１０に対して強固に固定される。

【0033】

弾性部４４は、当接部４３から可動接点４１の側に延出されている。可動片４は、弾性部４４の基端側の当接部４３で、ケース１０によって片持ち支持され、その状態で弾性部４４が弾性変形することにより、弾性部４４の先端部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。

【0034】

可動片４は、弾性部４４において、プレス加工により湾曲又は屈曲されている。また、弾性部４４の下面には、熱応動素子５に対向して一対の突起４４ａ，４４ｂが形成されている。突起４４ａは、基端側で熱応動素子５に向って突出し、遮断状態で熱応動素子５と当接する。突起４４ｂは、突起４４ａよりも先端側（すなわち可動接点４１側）で熱応動素子５に向って突出し、遮断状態で熱応動素子５と当接する。過熱により熱応動素子５が変形すると、熱応動素子５が突起４４ａ及び突起４４ｂと当接し、熱応動素子５の変形が突起４４ａ及び突起４４ｂを介して弾性部４４に伝達され、可動片４の先端部が押し上げられる（図３参照）。

【0035】

熱応動素子５は、可動片４の状態を可動接点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は、熱膨張率の異なる薄板材を積層することにより板状に形成され、断面が円弧状に湾曲した初期形状をなしている。過熱により反転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、冷却により正転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の逆反り変形により可動片４の弾性部４４が押し上げられ、かつ弾性部４４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、生産性及び逆反り変形の効率性の観点から矩形状が望ましい。

【0036】

熱応動素子５の材料としては、洋白、黄銅、ステンレス鋼等の各種の合金からなる熱膨張率の異なる２種類の材料を積層したものが、所要条件に応じて組み合わせて使用される。例えば、安定した反転動作温度及び正転復帰温度が得られる熱応動素子５の材料としては、高膨脹側に銅－ニッケル－マンガン合金、低膨脹側に鉄－ニッケル合金を組み合わせたものが望ましい。また、化学的安定性の観点からさらに望ましい材料として、高膨脹側に鉄－ニッケル－クロム合金、低膨脹側に鉄－ニッケル合金を組み合わせたものが挙げられる。さらにまた、化学的安定性及び加工性の観点からさらに望ましい材料として、高膨脹側に鉄－ニッケル－クロム合金、低膨脹側に鉄－ニッケル－コバルト合金を組み合わせたものが挙げられる。

【0037】

ＰＴＣサーミスター６は、可動片４が遮断状態にあるとき、固定片２と可動片４とを導通させる。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の逆反り変形により固定片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、チタニウム酸バリウム、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。

【0038】

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。

【0039】

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内部空間である凹部７３が形成されている。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、凹部７３を構成する枠によってそれぞれ当接され、熱応動素子５の逆反り変形時に案内される。

【0040】

蓋部材８は、凹部７３を覆うように構成されている。蓋部材８は、凹部７３の少なくとも一部を覆う形態であってもよい。蓋部材８には、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がインサート成形によって埋め込まれていてもよい。金属板は、可動片４のＡ面と適宜当接し、可動片４の動きを規制すると共に、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。

【0041】

図１が示すように、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。

【0042】

図２及び図３は、ブレーカー１の動作の概略を示している。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は逆反り前の初期形状を維持している。弾性部４４によって可動接点４１が固定接点２１の側に押圧されることにより、可動接点４１と固定接点２１とが接触し、ブレーカー１の固定片２と可動片４とが導通可能な状態とされる。

【0043】

図２に示されるように、熱応動素子５は、導通状態の可動片４の突起４４ａ及び突起４４ｂと離隔していてもよい。これにより、可動接点４１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。

【0044】

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、反転動作温度に達した熱応動素子５は逆反り変形して可動片４の弾性部４４と接触し、弾性部４４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。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る。一方、熱応動素子５は、可動片４と接触して、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。すなわち、ＰＴＣサーミスター６は、可動片４を遮断状態に移行させている熱応動素子５を介して、固定片２と可動片４とを導通させる。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。

【0045】

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は正転復帰温度に戻り、元の初期形状に復元する。そして、可動片４の弾性部４４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２に示す導通状態に復帰する。

【0046】

図４は、熱応動素子５を示している。熱応動素子５は、湾曲する板状に形成されている。熱応動素子５は、温度変化に伴いスナップアクションを伴い変形する第１領域５１と、第１領域５１の変形を阻害する第２領域５２とを含んでいる。スナップアクションを伴う変形とは、熱応動素子５が特定の温度に達したとき、瞬間的に生ずる変形（以下、スナップ変形と記す）である。

【0047】

第２領域５２は、第１領域５１から一体的に形成されている。第２領域５２は、図中ハッチングされた領域において、第１領域５１から連続して形成されている。第２領域５２が第１領域５１から一体的に連続して形成されていることにより、第１領域５１は第２領域５２と一体的に変形する。従って、上記スナップ変形の際に第１領域５１と第２領域５２とが互いに干渉し、第２領域５２による第１領域５１の変形を阻害する作用が高められる。

【0048】

熱応動素子５は、通常の温度領域では、図２及び図４に示される正転形状を維持し、過熱により反転動作温度に達すると、図３に示される反転形状にスナップ変形する。これに伴い、可動片４の状態が導通状態から遮断状態に移行する。その後、放熱等によって熱応動素子５の温度が正転復帰温度まで低下すると、熱応動素子５は、図２及び図４に示される正転形状にスナップ変形する。これに伴い、可動片４の状態が遮断状態から導通状態に復帰する。

【0049】

第１領域５１は、熱応動素子５の温度上昇に伴い、熱応動素子５が正転形状から反転形状にスナップ変形するための応力を発生する。このとき第２領域５２は第１領域５１の正転形状から反転形状への変形を阻害して正転形状を維持するように作用する。その結果、熱応動素子５が反転形状に変形するために必要とされる上記応力が引き上げられ、熱応動素子５の反転動作温度が容易に高められる。

【0050】

一方、その後、熱応動素子５の温度が下降する際には、第２領域５２は第１領域５１の反転形状から正転形状への変形を阻害し、反転形状を維持するように作用する。その結果、熱応動素子５が正転形状に変形するために必要とされる上記応力が引き上げられ、熱応動素子５が正転形状にスナップ変形する正転復帰温度が低められる。従って、熱応動素子５の正転復帰温度が容易に低められ、熱応動素子５の曲率半径を過度に小さくすることなく、反転動作温度と正転復帰温度との差を容易に大きくすることが可能となる。

【0051】

また、例えば、熱応動素子５を構成する材料及び寸法等を変更し、反転動作温度を従来の熱応動素子と同等となるように調整することにより、従来の熱応動素子に対して正転復帰温度を大幅に低下させることが可能となる。これにより、可動片４の状態が遮断状態から導通状態に復帰する温度を引き下げて、可動片４の導通状態への復帰を遅延させることが容易に可能となる。

【0052】

また、第２領域５２は、第１領域５１の外接円５３の内側に形成されている。これにより、熱応動素子５のサイズを肥大させることなく、反転動作温度と正転復帰温度との差を大きくすることが可能となる。

【0053】

熱応動素子５は、その厚さ方向から視た平面視で、矩形状に形成されている。そして、第１領域５１は、熱応動素子５の２つの対角線５９上に形成されている。このような熱応動素子５は、温度変化に伴い大きな応力を発生する。従って、弾性力の大きい可動片４を採用し、導通状態における固定接点２１と可動接点４１との接触抵抗を、容易に低下させることが可能となる。

【0054】

熱応動素子５は、その平面視で、長さ方向にのびる長辺５４と、長さ方向に垂直な幅方向にのびる短辺５５とを有する長方形状に形成されている。このような熱応動素子５は、対角線５９の長さが大きく、温度変化に伴い大きな応力を発生する。

【0055】

そして、第２領域５２は、長辺５４に沿って形成されているのが望ましい。さらに、第２領域５２は、短辺５５に沿って形成されているのが望ましい。本実施形態の熱応動素子５では、平面視で、第１領域５１が”Ｘ”字状に形成され、その周辺に第２領域５２が形成されている。このような第２領域５２によって、第１領域５１の変形を阻害する作用が大きくなり、反転動作温度と正転復帰温度との差が大きくなる。

【0056】

図５は、図４における熱応動素子５のＡ－Ａ線断面（長辺５４に平行な断面）を示している。第２領域５２の曲率半径Ｒ２は、第１領域５１の曲率半径Ｒ１よりも大きいのが望ましい。このような構成によれば、第１領域５１及び第２領域５２を有する熱応動素子５を容易に製造することが可能となる。また、このような第２領域５２は、第１領域５１の変形を阻害する作用が大きい。なお、第２領域５２の曲率半径Ｒ２が無限大、すなわち、第２領域５２は平面にて構成されていてもよい。また、図５では、第１領域５１と短辺５５に沿って形成された第２領域５２との関係が示されているが、第１領域５１と長辺５４に沿って形成された第２領域５２との関係も同様である。

【0057】

図６は、熱応動素子５の変形例である熱応動素子５ＡのＡ－Ａ線断面を示している。熱応動素子５Ａは、第２領域５２の曲率中心Ｏ２が、熱応動素子５を挟んで第１領域５１の曲率中心Ｏ１とは反対側に位置している点で、熱応動素子５とは異なっている。

【0058】

熱応動素子５では、スナップ変形の前後で曲率中心Ｏ１及び曲率中心Ｏ２が、熱応動素子５のＢ面側からＡ面側、又はＡ面側からＢ面側に移転する。これに対して、熱応動素子５Ａでは、スナップ変形の前後で曲率中心Ｏ１のみが熱応動素子５ＡのＢ面側からＡ面側、又はＡ面側からＢ面側に移転する。従って、第１領域５１の変形モードと第２領域５２の変形モードとが異なるため、第２領域５２による第１領域５１の変形を阻害する作用が大きく得られ、反転動作温度と正転復帰温度との差をより一層大きく設定することが可能となる。

【0059】

熱応動素子５Ａにあっては、第２領域５２の曲率半径Ｒ２は、第１領域５１の曲率半径Ｒ１よりも小さいのが望ましい。このような第２領域５２は、第１領域５１の変形を阻害する作用が大きい。熱応動素子５Ａのその他の構成は、熱応動素子５と同様である。

【0060】

図７乃至図１０は、熱応動素子５の別の変形例である熱応動素子５Ｂ乃至５Ｅを示している。熱応動素子５Ｂ乃至５Ｅでは、上記熱応動素子５等に対して、第１領域５１及び第２領域５２の配置が異なっている。

【0061】

図７に示されるように、熱応動素子５Ｂでは、第２領域５２は、長辺５４のみに沿って形成されている。図８に示されるように、熱応動素子５Ｃでは、第２領域５２は、短辺５５のみに沿って形成されている。

【0062】

図９に示されるように、熱応動素子５Ｄでは、第１領域５１が”Ｙ”字状に形成され、その周辺に第２領域５２が形成されている。図１０に示されるように、熱応動素子５Ｅでは、第１領域５１が”＋”字状に形成され、その周辺すなわち熱応動素子５Ｅの対角領域に第２領域５２が形成されている。

【0063】

熱応動素子５Ｂ乃至５Ｅのいずれにおいても、第１領域５１の曲率半径Ｒ１、曲率中心Ｏ１及び第２領域５２の曲率半径Ｒ２、曲率中心Ｏ２を図５又は図６のごとく設定することができる。これにより、温度変化に伴いスナップ変形する第１領域５１と、第１領域５１から一体的に形成され、第１領域５１の変形を阻害する作用の大きい第２領域５２とが容易に形成される。

【0064】

なお、熱応動素子５、５Ａ乃至５Ｅのいずれにおいても、第１領域５１及び第２領域５２は、可動片４の長手方向の中心線に対して対称に配されているのが望ましい。このような熱応動素子５等により、スナップ変形後の反転形状の対称性も容易に維持される。

【0065】

本発明のブレーカー１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うる。すなわち、本発明は、少なくとも、湾曲する板状に形成された熱応動素子５であって、温度変化に伴いスナップアクションを伴い変形する第１領域５１と、第１領域５１から一体的に形成され、第１領域５１の変形を阻害する第２領域５２とを含み、第２領域５２は、第１領域５１の外接円５３の内側に形成されていればよい。

【0066】

例えば、ケース本体７と蓋部材８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１０は、ケース本体７と蓋部材８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構成されていればよい。

【0067】

また、本発明は、例えば、特開２０１６－３５８２２号公報に示されるような、可動片と端子片とが別々に成形され、溶接等によって電気的に接続される形態にも適用することができる。また、本発明は、端子２２及び４２がケース本体７のＢ面から露出している形態にも適用することができる。

【0068】

さらにまた、本発明は、ケース１０から蓋部材８が省かれる形態、すなわち、ケース本体７の凹部７３が開放され、可動片４等が露出する形態にも適用可能である。このような形態では、可動片４が遮断状態にあるときの固定接点２１と可動接点４１との距離が容易に拡大されうる。なお、かかる形態では、上記特開２０１６－３５８２２号公報に示されように、端子片は、ケース本体７にインサート成形され、可動片４は、その基端側で端子片に溶接等されることにより、固定されていてもよい。

【0069】

本実施形態では、ＰＴＣサーミスター６による自己保持回路を有しているが、このような構成を省いた形態であっても適用可能である。例えば、本発明の熱応動素子５等で正転復帰温度を通常の使用状態での熱応動素子の温度領域よりも十分に低く設定することにより、ＰＴＣサーミスター６を省きながらも、可動片４の遮断状態から導通状態への復帰を実質的に阻止できる。

【0070】

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１１は２次電池パック５００を示す。２次電池パック５００は、２次電池５０１と、２次電池５０１の出力回路中に設けたブレーカー１とを備える。図１２は電気機器用の安全回路５０２を示す。安全回路５０２は２次電池５０１の出力回路中に直列にブレーカー１を備えている。ブレーカー１を備えた２次電池パック５００又は安全回路５０２によれば、ブレーカー１の動作温度と復帰温度との差が大きい２次電池パック５００又は安全回路５０２を製造できる。

【符号の説明】

【0071】

１ ：ブレーカー
２ ：固定片
４ ：可動片
５ ：熱応動素子
２１ ：固定接点
４１ ：可動接点
４４ ：弾性部
５１ ：第１領域
５２ ：第２領域
５３ ：外接円
５４ ：長辺
５５ ：短辺
５００ ：２次電池パック
５０１ ：２次電池
５０２ ：安全回路
Ｏ１ ：曲率中心
Ｏ２ ：曲率中心
Ｒ１ ：曲率半径
Ｒ２ ：曲率半径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】