JP5941301B2 - ブレーカー及びそれを備えた安全回路並びに２次電池 - 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としてブレーカーが使用されている（図８及び図９参照）。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こと等が求められる。

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（ベースターミナル）、可動片（可動アーム）、熱応動素子、ＰＴＣサーミスター等の部品が、ケースに収容されてなり、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。

ＷＯ２０１１−１０５１７５号公報

上記特許文献１に示された自己保持機能を有するブレーカーにおいては、ブレーカーの過熱によって熱応動素子が変形すると共に、ＰＴＣサーミスターの抵抗が増加し、そのジュール熱によって熱応動素子の変形が保持される。ところが、ＰＴＣサーミスターは、その裏面において固定片と接触しているため、固定片を介して放熱されブレーカーの外部に熱が逃げる。同様に、ＰＴＣサーミスターは、その表面において熱応動素子と接触し、この熱応動素子は可動片とも接触しているため、熱応動素子及び可動片を介して放熱されブレーカーの外部に熱が逃げる。このような、固定片及び可動片等から逃げる熱がＰＴＣサーミスターで発生するジュール熱よりも大きくなると、ＰＴＣサーミスターの温度が低下し、ブレーカーの自己保持機能が正常に働かなくなる。そのため、ＰＴＣサーミスターにて発生するジュール熱を大きくするために、ＰＴＣサーミスターの厚みを増やすことにより、ＰＴＣサーミスターの抵抗を大きくしていた。また、ＰＴＣサーミスターの蓄熱量を大きくするために、ＰＴＣサーミスターの体積を大きくしていた。これらの方策は、いずれもブレーカーの小型化を妨げる要因となっていた。

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、小型化を図りつつ自己保持機能を正常に働かせ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、弾性変形する弾性部と該弾性部の先端部に可動接点とを有し、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、前記熱応動素子と前記固定片との間に介挿され、前記固定接点から前記可動接点が離反しているときに、前記熱応動素子を介して前記可動片と前記固定片を導通させる正特性サーミスターと、前記固定片、可動片及び熱応動素子を収容するケースとを備えたブレーカーにおいて、前記ケース内であって、前記熱応動素子及び前記正特性サーミスターを具備する熱機能パッケージの外側に、前記固定片及び／又は可動片より熱伝導率の低い導電体が介在されているものである。

この発明において、前記固定片より熱伝導率の低い導電体が、前記固定片と前記正特性サーミスターとの間において、前記固定片と前記正特性サーミスターの両者に電気的に接触するように介在されていることが好ましい。

この発明において、前記可動片より熱伝導率の低い導電体が、前記熱応動素子と前記可動片との間において、少なくとも前記固定接点から前記可動接点が離反しているとき、前記熱応動素子と前記可動片の両者に電気的に接触するように介在されていることが好ましい。

この発明において、前記可動片の少なくとも一部を覆うカバー片をさらに備え、前記可動片より熱伝導率の低い導電体が、前記可動片と前記カバー片との間において、少なくとも前記固定接点から前記可動接点が離反しているとき、前記可動片と前記カバー片の両者に接触するように介在されていることが好ましい。

この発明において、前記導電体は、前記固定片、前記可動片又は前記カバー片に形成されためっき層であることが好ましい。

この発明において、前記導電体は、薄板状又は箔状の金属片であることが好ましい。

この発明において、前記導電体の導電率は、前記固定片及び／又は可動片を構成する材料の導電率の５０％未満であることが好ましい。

この発明において、前記正特性サーミスターは、直径が２ｍｍ未満かつ高さが０．２６ｍｍ未満の円柱形状、又はそれに相当する底面積及び体積の形状に形成されていることが好ましい。

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、ケース内であって、熱応動素子及び正特性サーミスターを具備する熱機能パッケージの外側に、固定片及び／又は可動片より熱伝導率の低い導電体が介在されているので、熱機能パッケージから固定片及び／又は可動片への熱伝導が抑制され、固定接点から可動接点が離反しているとき（すなわち非導通時）の熱機能パッケージの温度低下が抑制される。これにより、熱機能パッケージの蓄熱能力すなわち熱機能パッケージを構成する部品の体積を大きくすることなく、ブレーカーの自己保持機能を正常に働かせることが可能となり、ブレーカーの小型化を図ることができる。

また、固定片より熱伝導率の低い導電体が固定片と正特性サーミスターとの間に介在されている形態によれば、正特性サーミスターから固定片への熱伝導が抑制され、非導通時の正特性サーミスターの温度低下が抑制される。これにより、上記と同様に、正特性サーミスターの蓄熱能力すなわち正特性サーミスターの体積を大きくすることなく、ブレーカーの自己保持機能を正常に働かせることが可能となり、ブレーカーの小型化を図ることができる。

また、可動片より熱伝導率の低い導電体が熱応動素子と可動片との間に介在されている形態によれば、熱応動素子から可動片への熱伝導が抑制され、非導通時の熱応動素子ひいては正特性サーミスターの温度低下が抑制される。これにより、上記と同様に、正特性サーミスターの蓄熱能力すなわち正特性サーミスターの体積を大きくすることなく、ブレーカーの自己保持機能を正常に働かせることが可能となり、ブレーカーの小型化を図ることができる。

また、カバー片より熱伝導率の低い導電体が可動片とカバー片との間に介在されている形態によれば、可動片からカバー片への熱伝導が抑制され、非導通時の可動片、熱応動素子ひいては正特性サーミスターの温度低下が抑制される。これにより、上記と同様に、正特性サーミスターの蓄熱能力すなわち正特性サーミスターの体積を大きくすることなく、ブレーカーの自己保持機能を正常に働かせることが可能となり、ブレーカーの小型化を図ることができる。

また、固定片及び／又は可動片より熱伝導率の低い導電体が、固定片、可動片又はカバー片に形成されためっき層である形態によれば、ブレーカーの製造工程、特にケースへの各部品の組み込み工程を簡素化することができ、ブレーカーの製造コストを低減できる。また、めっき層の膜厚を適宜変更することによって、ブレーカーの厚み寸法と熱伝導のバランスを容易に調整できる。

また、固定片及び／又は可動片より熱伝導率の低い導電体が、薄板状又は箔状の金属片である形態によれば、金属片の厚みを適宜変更することによって、ブレーカーの厚み寸法と熱伝導のバランスを容易に調整できる。

また、ケース内に介在される導電体の導電率が、固定片及び／又は可動片を構成する材料の導電率の５０％未満である形態によれば、固定接点から可動接点が離反しているときに、導電体において発生するジュール熱を大きくできる。このジュール熱は、各部における温度勾配を減少させ、正特性サーミスターから固定片及び／又は可動片に伝導する熱量を抑制するように機能する。従って、ブレーカーの自己保持機能をより一層有効に働かせることが可能となる。

また、正特性サーミスターの直径が２ｍｍ未満で、かつ高さが０．２６ｍｍ未満の円柱形状である形態によれば、ブレーカーのより一層の小型化を図ることができる。また、上述した本発明の特徴により、このような小型の正特性サーミスターを適用しても、非導通時の正特性サーミスターの温度低下が抑制されるので、その自己保持機能を正常に働かせることができる。また、上記円柱に相当する底面積及び体積の形状に形成されている形態においても上記と同様である。

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、自己保持機能を正常に働かせながら、ブレーカーの小型化を図ることが可能となる。

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。 同ブレーカーに組み込まれる固定片の平面図。 同ブレーカーに組み込まれる可動片の底面図。 同ブレーカーに組み込まれるカバー片の底面図。 同ブレーカーの変形例の構成を示す断面図。 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７１と樹脂ベース７１の上面に装着されるカバー部材７２等によって構成されている。

固定片２は、導電性に優れた銅を主成分とする銅系金属等の材料からなる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の一端には外部と電気的に接続される端子２２が形成され、他端部の近傍にはＰＴＣサーミスター６が載置されている。ＰＴＣサーミスター６は、固定片２の他端部の近傍に３箇所形成された凸状の小突起（ダボ）の上に載置される。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、めっき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の一端から外側に露出されている。

可動片４は、固定片２と同等の銅系金属等の材料からなる金属板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、溶接等の手法によって可動片４の先端部に接合されている。なお、本出願においては、可動片４において、可動接点３が接合されている面（すなわち図１において下側の面）を裏（うら）面、その反対側の面を表（おもて）面として説明している。可動片４は、可動接点３と端子４１の間に、固定部４２（アーム状の可動片４の基端に相当）、弾性部４３を有している。固定部４２において樹脂ベース７１とカバー部材７２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７２には、可動片４の固定部４２と当接し、固定部４２を固定状態で保持する当接部７４と当接部７９（図２参照）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の収容部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。また、カバー部材７２において、段部７７を含み、可動片４を挟んで当接部７４と対向する領域に当接部７９が形成されている。

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を収容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に対向して一対の小突起４４ａ，４４ｂが形成されている。小突起４４ａ，４４ｂと熱応動素子５とは接触して、小突起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、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の固定部４２に形成されている。固定部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、固定部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側の端縁にて形成される。くびれ部４９は、固定部４２を挟んで弾性部４３とは反対側で、固定部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、少なくとも固定部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、バイメタル、トリメタルなどの複合材料からなる。過熱により動作温度に達すると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。なお、熱応動素子５の材料としては、例えば、高膨脹側に銅−ニッケル−マンガン合金又はニッケル−クロム−鉄合金、低膨脹側に鉄−ニッケル合金をはじめとする、洋白、黄銅、ステンレスなど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。

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る。本実施形態においてＰＴＣサーミスター６は、薄型の円柱形状に形成されているが、その形状は上記諸特性を損なわない限り特に限定されるものではない。上記熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６は、付与された熱によって機能を発揮する熱機能部品であって、このような熱機能部品の集合によって熱機能パッケージ（熱機能部品の集合体）が構成される。

ケース７を構成する樹脂ベース７１及びカバー部材７２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）などの樹脂により成形されている。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容部７３及び可動片４を収容するための開口７３ａ，７３ｂなどが形成されている。なお、樹脂ベース７１に組み込まれた熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６の端縁は、収容部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とを有する。突起７４ａは、貫通穴４５に対応し、平面視で長円形状に形成され、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７２の裏面には、突起７４ａの頂部が嵌合され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の長手方向に対して垂直な方向に沿って２箇所に設けられている。本実施形態では、樹脂ベース７１の側壁の一部が可動片４のくびれ部４９に対応する形状に形成され、位置決め部７５を構成する。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。

カバー部材７２は、その内壁面から可動片４の段曲げ部４６に対応する形状に突出する段部７７と、段部７７に形成された斜面７８とを有する。斜面７８は、可動片４の斜面４７に対応し、可動片４の長手方向に対して垂直な方向に沿って連続して形成されている。

カバー部材７２には、カバー片８がインサート成形によって埋め込まれている。カバー片８は、例えば銅系金属等の材料からなる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８は、収容部７３に収容されている熱応動素子５及び可動片４を覆い、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。カバー片８によってカバー部材７２のひいては筐体としてのケース７の剛性・強度が高められる。カバー片８には、可動片４の側に突出する小突起８１ａ，８１ｂが形成されている。小突起８１ａは、可動片４の小突起４４ａの近傍に、８１ｂは、小突起４４ｂの近傍にそれぞれ配設される。

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の収容部７３を塞ぐように、カバー部材７２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７２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。また、この導通状態では、カバー片８の小突起８１ａが可動片４と当接し、可動片４の弾性部４３を熱応動素子５の側に付勢する。

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（この状態を非導通状態とする）。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。ＰＴＣサーミスター６にて発生したジュール熱は、小突起２４ａ，２４ｂ，２４ｃ（図４参照）を介して固定片２に伝導し放熱されると共に、熱応動素子５、小突起４４ａ，４４ｂを介して可動片４に伝導し放熱される。また、この非導通状態では、カバー片８の小突起８１ａ，８１ｂが可動片４と当接しているので、ＰＴＣサーミスター６にて発生したジュール熱は、可動片４から小突起８１ａ，８１ｂを介してカバー片８に伝導し放熱される。

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は、樹脂ベース７１にインサート成形される前の固定片２の平面図である。固定片２は、その中央近傍に固定接点２１が形成され、固定接点２１を挟んで端子２２とは反対側に、クランク状に屈曲された段曲げ部２３及びＰＴＣサーミスター６の側に突出する小突起２４ａ，２４ｂ，２４ｃを有している。小突起２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、段曲げ部２３から延出された先端近傍において、ＰＴＣサーミスター６の中心から等距離かつ対称的に配設され、それぞれＰＴＣサーミスター６と当接し、３点でＰＴＣサーミスター６を支持する。小突起２４ａ，２４ｂ，２４ｃを含む領域には、ＰＴＣサーミスター６と電気的に接触する表面に、熱伝導率が固定片２を構成する金属よりも低いニッケルによってなるめっき層２４ｄが形成されている。

図４では、めっき層２４ｄが形成されている領域をハッチングで示している。本実施形態においては、樹脂ベース７１の収容部７３に露出される全領域に亘ってめっき層２４ｄが形成されている。ＰＴＣサーミスター６に当接する小突起２４ａ，２４ｂ，２４ｃ及びその周辺領域の表面に局所的にめっき層２４ｄが形成されている形態であってもよい。めっき層２４ｄが形成される領域は、ＰＴＣサーミスター６から放出される輻射熱の吸収及び反射等を考慮しつつ、ブレーカー１に求められる温度特性、電流特性、動作時間特性等の諸特性を満たすように設定すればよい。めっき層２４ｄに用いられるニッケルの熱伝導率は、固定片２を構成する金属よりも低いため、ＰＴＣサーミスター６から固定片２への熱伝導が抑制され、図３に示す非導通時のＰＴＣサーミスター６の温度低下が抑制される。

また、めっき層２４ｄを構成するニッケルは、固定片２を構成する金属に対して、その導電率が、５０％未満である。従って、固定片２にめっき層２４ｄを形成しない形態と比較すると、固定接点２１から可動接点３が離反しているときの、ＰＴＣサーミスター６と固定片２との間において発生するジュール熱が大きくなる。このジュール熱は、ＰＴＣサーミスター６から固定片２に至る温度勾配を減少させ、ＰＴＣサーミスター６から固定片２を介して放出される熱量を抑制するように機能する。これにより、ＰＴＣサーミスター６の温度を高く維持し、ブレーカー１の自己保持機能をより一層有効に働かせることが可能となり、ブレーカー１の小型化を図ることができる。なお、ここでは、それぞれの金属の導電率をＩＡＣＳ（International Annealed Copper Standard）により評価し、比較している（以下、同様）が、比較の基準は、これに限らない。

図５は、可動片４の底面図である。可動片４の弾性部４３には、熱応動素子５の側に突出する小突起４４ａ，４４ｂが形成されている。小突起４４ａ，４４ｂは、熱応動素子５の長手方向の両端近傍に対向して設けられ、熱応動素子５の変形を弾性部４３に伝達する。小突起４４ａ，４４ｂを含む領域には、熱応動素子５と電気的に接触する裏面にニッケルによってなるめっき層４４ｃが形成されている。

図５では、めっき層４４ｃが形成されている領域をハッチングで示している。本実施形態においては、熱応動素子５に当接する小突起４４ａ，４４ｂ及びその周辺領域に局所的にめっき層４４ｃが形成されている。可動接点３及び端子４１が形成される領域を除く領域に広範に亘ってめっき層４４ｃが形成されていてもよい。めっき層４４ｃが形成される領域は、熱応動素子５から放出される輻射熱の吸収及び反射等を考慮しつつ、ブレーカー１に求められる温度特性、電流特性、動作時間特性等の諸特性を満たすように設定すればよい。めっき層４４ｃに用いられるニッケルの熱伝導率は、可動片４を構成する金属よりも低いため、熱応動素子５から可動片４への熱伝導が抑制される。その結果、図３に示す非導通時において、ＰＴＣサーミスター６から熱応動素子５を介して可動片４に伝導し、放出される熱量が減少され、ＰＴＣサーミスター６の温度低下が抑制される。

また、めっき層４４ｃを構成するニッケルは、可動片４を構成する金属に対して、その導電率が、５０％未満である。従って、上述しためっき層２４ｄと同様に、固定接点２１から可動接点３が離反しているときの、熱応動素子５と可動片４との間において発生するジュール熱が大きくなる。このジュール熱は、熱応動素子５から可動片４に至る温度勾配を減少させ、熱応動素子５から可動片４に伝導し放出される熱量を抑制するように機能する。これにより、熱応動素子５ひいてはＰＴＣサーミスター６の温度を高く維持し、ブレーカー１の自己保持機能をより一層有効に働かせることが可能となり、ブレーカー１の小型化を図ることができる。

図６は、カバー部材７２にインサート成形される前のカバー片８の底面図である。カバー片８には、可動片４の側に突出する小突起８１ａ，８１ｂが形成されている。小突起８１ａ，８１ｂは、可動片４の弾性部４３の長手方向の両端近傍に対向して設けられ、非導通時に弾性部４３の表面と当接し、弾性部４３の変形を制限する。小突起８１ａ，８１ｂを含む領域には、弾性部４３と当接する裏面にニッケルによってなるめっき層８１ｃが形成されている。

図６では、めっき層８１ｃが形成されている領域をハッチングで示している。本実施形態においては、可動片４に接触する小突起８１ａ，８１ｂ及びその周辺領域に局所的にめっき層８１ｃが形成されている。カバー片８の裏面全体又はカバー部材７２からケース７の内部に露出される領域に広範に亘ってめっき層８１ｃが形成されていてもよい。めっき層８１ｃが形成される領域は、可動片４から放出される輻射熱の吸収及び反射等を考慮しつつ、ブレーカー１に求められる温度特性、電流特性、動作時間特性等の諸特性を満たすように設定すればよい。めっき層８１ｃに用いられるニッケルの熱伝導率は、カバー片８を構成する金属よりも低いため、可動片４からカバー片８への熱伝導が抑制される。その結果、図３に示す非導通時において、ＰＴＣサーミスター６から熱応動素子５及び可動片４を介してカバー片８に伝導し、放出される熱量が減少され、ＰＴＣサーミスター６の温度低下が抑制される。

また、めっき層８１ｃを構成するニッケルは、カバー片８を構成する金属に対して、その導電率が、５０％未満である。従って、上述しためっき層２４ｄ，４４ｃと同様に、固定接点２１から可動接点３が離反しているときの、可動片４とカバー片８との間において発生するジュール熱が大きくなる。このジュール熱は、可動片４からカバー片８に至る温度勾配を減少させ、可動片４からカバー片８に伝導し放出される熱量を抑制するように機能する。これにより、可動片４、熱応動素子５ひいてはＰＴＣサーミスター６の温度を高く維持し、ブレーカー１の自己保持機能をより一層有効に働かせることが可能となり、ブレーカー１の小型化を図ることができる。

本実施形態のブレーカー１にあっては、上記構成を適用することにより、小型で蓄熱能力の低いＰＴＣサーミスター６を採用しながらも、図３に示す非導通時におけるＰＴＣサーミスター６の温度低下を十分に抑制することが可能となる。これにより、円柱形状のＰＴＣサーミスター６の直径を２ｍｍ未満に、かつ高さを０．２６ｍｍ未満とすることができ、ブレーカー１のさらなる小型化を図ることができる。例えば、上記諸元のＰＴＣサーミスター６を適用することにより、ケース７の長さ、幅、高さをそれぞれ４．８ｍｍ、３．０ｍｍ、１．０ｍｍ以下に小型化することができる。なお、ＰＴＣサーミスター６の形状は、円柱に限られない。円柱以外の形状でＰＴＣサーミスター６を構成した場合は、上記サイズの円柱に相当する底面積及び体積を有するＰＴＣサーミスター６を適用することができ、上記円柱形状のＰＴＣサーミスター６と同様に、ブレーカー１のさらなる小型化に貢献する。

以上のように、本実施形態のブレーカー１によれば、ケース７内に、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６を具備する熱機能パッケージの外側に、固定片２及び可動片４より熱伝導率の低いめっき層２４ｄ，４４ｃ，８１ｃが介在されているので、ＰＴＣサーミスター６から固定片２及び可動片４への熱伝導が抑制され、固定接点２１から可動接点３が離反しているとき（すなわち非導通時）の熱機能パッケージの温度低下が抑制される。これにより、熱機能パッケージの蓄熱能力すなわち熱機能パッケージを構成する部品の体積を大きくすることなく、ブレーカー１の自己保持機能を正常に働かせることが可能となり、ブレーカー１の小型化を図ることができる。

特に本実施形態では、固定片２を構成する銅系金属より熱伝導率の低いニッケルによってなるめっき層２４ｄが、固定片２の小突起２４ａ，２４ｂ，２４ｃを含む領域の表面に形成されているので、ＰＴＣサーミスター６から固定片２への熱伝導が抑制され、非導通時のＰＴＣサーミスター６の温度低下が抑制される。これにより、ＰＴＣサーミスター６の蓄熱能力すなわちＰＴＣサーミスター６の体積を大きくすることなく、ブレーカー１の自己保持機能を正常に働かせることが可能となり、ブレーカー１の小型化を図ることができる。

また、可動片４を構成する銅系金属より熱伝導率の低いニッケルによってなるめっき層４４ｃが、可動片４の小突起４４ａ，４４ｂを含む領域の裏面に形成されているので、熱応動素子５から可動片４への熱伝導が抑制され、非導通時の熱応動素子５ひいてはＰＴＣサーミスター６の温度低下が抑制される。これにより、上記と同様に、ＰＴＣサーミスター６の蓄熱能力すなわちＰＴＣサーミスター６の体積を大きくすることなく、ブレーカー１の自己保持機能を正常に働かせることが可能となり、ブレーカー１の小型化を図ることができる。

また、カバー片８を構成する銅系金属より熱伝導率の低いニッケルによってなるめっき層８１ｃが、カバー片８の小突起８１ａ，８１ｂを含む領域の裏面に形成されているので、可動片４からカバー片８への熱伝導が抑制され、非導通時の可動片４、熱応動素子５ひいてはＰＴＣサーミスター６の温度低下が抑制される。これにより、上記と同様に、ＰＴＣサーミスター６の蓄熱能力すなわちＰＴＣサーミスター６の体積を大きくすることなく、ブレーカー１の自己保持機能を正常に働かせることが可能となり、ブレーカー１の小型化を図ることができる。

また、固定片２の小突起２４ａ，２４ｂ，２４ｃを含む領域の表面、可動片４の小突起４４ａ，４４ｂを含む領域の裏面及びカバー片８の小突起８１ａ，８１ｂを含む領域の裏面に、固定片２及び可動片４より熱伝導率の低いニッケルによってなるめっき層２４ｄ，４４ｃ及び８１ｃによって形成されているので、ブレーカー１の製造工程、特にケース７への各部品の組み込み工程を簡素化することができ、ブレーカー１の製造コストを低減できる。また、めっき層２４ｄ，４４ｃ及び８１ｃの膜厚を適宜変更することによって、ブレーカー１の厚み寸法と熱伝導の程度を容易に調整できる。

また、ケース７内に介在されるめっき層２４ｄ，４４ｃ及び８１ｃを構成する金属の導電率が、固定片２及び可動片４を構成する銅系金属の導電率の５０％未満であるので、固定接点２１から可動接点３が離反しているときに、めっき層２４ｄ，４４ｃ及び８１ｃにおいて発生するジュール熱を大きくできる。このジュール熱は、各部における温度勾配を減少させ、ＰＴＣサーミスター６から固定片２及び可動片４等に伝導し放出される熱量を抑制するように機能する。従って、ブレーカー１の自己保持機能をより一層有効に働かせることが可能となる。

（変形例）
図７は、ブレーカー１の変形例の構成を示す。本変形例においては、めっき層２４ｄに替えて、固定片２とＰＴＣサーミスター６との間に、固定片２を構成する銅系金属より熱伝導率の低いニッケル等の金属材料からなる薄板状又は箔状の金属片９１が介在されている。本変形例においては、金属片９１は、固定片２と同様に、樹脂ベース７１にインサート成形される。金属片９１は、ＰＴＣサーミスター６の底面（裏面）全体と接触するように形成されているが、ＰＴＣサーミスター６の底面及び小突起２４ａ，２４ｂ，２４ｃと局所的に接触するように、部分的に形成されていてもよい。金属片９１の機能は、めっき層２４ｄと同様であり、発生するジュール熱によってＰＴＣサーミスター６から固定片２に至る温度勾配を減少させ、ＰＴＣサーミスター６から固定片２への熱伝導を抑制し、非導通時のＰＴＣサーミスター６の温度低下を抑制する。

また、本変形例においては、めっき層４４ｃに替えて、熱応動素子５と可動片４との間に、固定片２を構成する銅系金属より熱伝導率の低いニッケル等の金属材料からなる薄板状又は箔状の金属片９２ａ，９２ｂが介在されている。金属片９２ａは可動片４の小突起４４ａと当接するように、金属片９２ｂは可動片４の小突起４４ｂと当接するように、それぞれ溶接等の手法によって熱応動素子５に接合されている。金属片９２ａ，９２ｂは、可動片４の小突起４４ａ，４４ｂと局所的に接触するように、熱応動素子５の表面に部分的に設けられているが、熱応動素子５の表面全体に亘って設けられていてもよい。金属片９２ａ，９２ｂの機能は、めっき層４４ｃと同様であり、発生するジュール熱によって熱応動素子５から可動片４に至る温度勾配を減少させ、熱応動素子５から可動片４への熱伝導を抑制し、非導通時の熱応動素子５ひいてはＰＴＣサーミスター６の温度低下を抑制する。

また、本変形例においては、めっき層８１ｃに替えて、可動片４とカバー片８の間に、カバー片２を構成する銅系金属より熱伝導率の低いニッケル等の金属材料からなる薄板状又は箔状の金属片９３ａ，９３ｂが介在されている。金属片９３ａはカバー片８の小突起８１ａと当接するように、金属片９３ｂはカバー片８の小突起８１ｂと当接するように、それぞれ溶接等の手法によって可動片４に接合されている。金属片９３ａ，９３ｂは、可動片４の小突起４４ａ，４４ｂと局所的に接触するようにかつ弾性部４３の弾性変形を妨げないように、可動片４の表面に部分的に設けられている。弾性部４３の弾性変形を十分に確保できる場合は、可動片４又は弾性部４３の表面全体に亘って設けられていてもよい。金属片９３ａ，９３ｂの機能は、めっき層８１ｃと同様であり、発生するジュール熱によって可動片４からカバー片８に至る温度勾配を減少させ、可動片４からカバー片８への熱伝導を抑制し、非導通時の可動片４、熱応動素子５ひいてはＰＴＣサーミスター６の温度低下を抑制する。

本変形例においては、金属片９１，９２ａ，９２ｂ，９３ａ，９３ｂの厚みを適宜変更することによって、ブレーカーの厚み寸法と熱伝導のバランスを容易に調整できる。

なお、本発明は、上記変形例の他、種々の変形が可能である。固定片２の表面に形成されるめっき層２４ｄは、ニッケルの他、固定片２を形成する銅系金属よりも熱伝導率及び導電率の低いクロム、スズなどの金属によってなるものであってもよい。また、めっき層２４ｄを構成する金属は、このような金属を主成分とする合金であってもよい。また、可動片４の裏面に形成されるめっき層４４ｃも、ニッケルの他、可動片４を形成する銅系金属よりも熱伝導率及び導電率の低いクロム、スズなどの金属又はこれらの合金によってなるものであってもよい。同様に、カバー片８の裏面に形成されるめっき層８１ｃも、ニッケルの他、カバー片８を形成する銅系金属よりも熱伝導率及び導電率の低いクロム、スズなどの金属又はこれらの合金によってなるものであってもよい。また、上述した温度勾配の減少作用を効果的に発揮させるためには、めっき層２４ｄ，４４ｃ，８１ｃを構成するこれらの材料の導電率は、固定片２、可動片４、カバー片８を形成する銅系金属の導電率の５０％未満であることが好ましい。特に、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上の金属を固定片２、可動片４、カバー片８に用いる場合においては、めっき層２４ｄ，４４ｃ，８１ｃを構成する材料の導電率は、固定片２、可動片４、カバー片８を形成する金属の導電率の４０％未満であることがより好ましい。また、図７に示した変形例における金属片９１，９２ａ，９２ｂ，９３ａ，９３ｂを構成する材料についても、上記めっき層２４ｄ，４４ｃ，８１ｃを構成する材料と同様である。

また、ブレーカー１において、めっき層２４ｄ，４４ｃ，８１ｃ又は金属片９１，９２ａ，９２ｂ，９３ａ，９３ｂは、全てが必須の構成要素ではなく、いずれか一つが備わっていればよい。また、部位に応じて、めっき層と金属片を適宜組み合わせて構成してもよい。また、カバー片８の裏面に形成されるめっき層８１ｃに替えて、又はめっき層８１ｃに加えて、可動片４の表面に同等の金属によってなるめっき層を形成してもよい。

また、固定片２に形成される小突起２４ａ，２４ｂ，２４ｃ、可動片４に形成される小突起４４ａ，４４ｂ、及びカバー片８に形成される小突起８１ａ，８１ｂは、省略されていてもよい。

このように、本発明は上記実施形態及び変形例の構成に限られることなく、少なくともＰＴＣサーミスター６を有する自己保持型のブレーカー１において、ケース７内であって、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６を具備する熱機能パッケージの外側に、固定片２又は可動片４より熱伝導率の低い金属等の導電体（金属以外も含まれる）が介在されていればよい。このような構成により、熱機能パッケージから固定片２又は可動片４への熱伝導を抑制し、熱機能パッケージを構成する熱機能部品の温度低下を抑制できるからである。

また、図１等においては、可動片４は、貫通穴４５、段曲げ部４６、斜面４７、係合部４８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廃されていてもよい。例えば、貫通穴４５を廃する場合は、樹脂ベース７１の突起７４ａも廃される。また、段曲げ部４６、斜面４７が廃される場合は、可動片４は平面状に形成され、樹脂ベース７１の当接部７４及びカバー部材７２の当接部７９が平坦な形状となる。この構成においては、段曲げ部４６及び斜面４７を廃することにより、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。なお、段曲げ部４６及び斜面４７は、必要に応じて樹脂ベース７１の外部に設けられていてもよい。また、係合部４８及びくびれ部４９が廃される場合は、可動片４は、固定部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。

また、樹脂ベース７１とカバー部材７２との接合手法は、超音波溶着に限られることなく、両者が隙間なく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。また、ケース７は、樹脂ベース７１とカバー部材７２等によって構成される形態に限られることない。

また、可動片４をバイメタル又はトリメタル等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、めっき層４４ａ，４４ｂ又は金属片９２ａ，９２ｂも廃され、ブレーカーの構成が簡素化されて、さらなる小型化を図ることができる。

また、可動片４とカバー片８とを固定部４２等を介して電気的に接続させ、可動片４の端子４１に替えて、カバー片８の一部をケース７の外側に延出し、その先端近傍に別途端子を設けた形態に本発明を適用してもよい。また、特開２００５−２０３２７７号公報に示されるような、固定部４２又はその近傍において、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、特開２００６−３３１７０５号公報に示されるような、ブレーカーの両端に接点（同文献中第１の接点１４１及び第２の接点１４２）を有する形態に、本発明を適用してもよい。

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
６ ＰＴＣサーミスター（正特性サーミスター）
７ ケース
８ カバー片
２１ 固定接点
２４ｄ めっき層（導電体）
４１ 端子
４３ 弾性部
４４ｃ めっき層（導電体）
７１ 樹脂ベース
７２ カバー部材
７３ 収容部
８１ｃ めっき層（導電体）
９１ 金属片（導電体）
９２ａ，９２ｂ 金属片（導電体）
９３ａ，９３ｂ 金属片（導電体）

Claims (10)

1. 固定接点を有する固定片と、
   弾性変形する弾性部と該弾性部の先端部に可動接点とを有し、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、
   前記熱応動素子と前記固定片との間に介挿され、前記固定接点から前記可動接点が離反しているときに、前記熱応動素子を介して前記可動片と前記固定片を導通させる正特性サーミスターと、
   前記固定片、可動片及び熱応動素子を収容するケースとを備えたブレーカーにおいて、
   前記ケース内であって、前記熱応動素子及び前記正特性サーミスターを具備する熱機能パッケージの外側に、前記固定片及び／又は可動片より熱伝導率の低い導電体が介在され、
   前記固定接点から前記可動接点が離反しているとき、前記導電体及び前記熱機能パッケージによって、前記正特性サーミスターに電流を流すための回路が構成されることを特徴とするブレーカー。
   
2. 前記固定片より熱伝導率の低い導電体が、前記固定片と前記正特性サーミスターとの間において、前記固定片と前記正特性サーミスターの両者に電気的に接触するように介在されていることを特徴とする請求項１に記載のブレーカー。
3. 前記可動片より熱伝導率の低い導電体が、前記熱応動素子と前記可動片との間において、少なくとも前記固定接点から前記可動接点が離反しているとき、前記熱応動素子と前記可動片の両者に電気的に接触するように介在されている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. 前記可動片の少なくとも一部を覆うカバー片をさらに備え、
   前記可動片より熱伝導率の低い導電体が、前記可動片と前記カバー片との間において、
   少なくとも前記固定接点から前記可動接点が離反しているとき、前記可動片と前記カバー片の両者に接触するように介在され、前記カバー片、前記導電体及び前記熱機能パッケージによって、前記正特性サーミスターに電流を流すための回路が構成される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. 前記導電体は、前記固定片、前記可動片又は前記カバー片に形成されためっき層である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。
6. 前記導電体は、薄板状又は箔状の金属片である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。
7. 前記導電体の導電率は、前記固定片及び／又は可動片を構成する材料の導電率の５０％未満であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のブレーカー。
8. 前記正特性サーミスターは、直径が２ｍｍ未満かつ高さが０．２６ｍｍ未満の円柱形状、又はそれに相当する底面積及び体積の形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のブレーカー。
9. 請求項１乃至請求項８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。
10. 請求項１乃至請求項８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次電池パック。

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