JP6099080B2 - 無通電タイプのブレーカ - Google Patents

Description

本発明は、あらかじめ設定している温度よりも高くなると電流を遮断するパック電池用の無通電タイプのブレーカに関する。

パック電池やモータなどの機器は、温度が異常に高くなる状態で電流を遮断して安全性を向上できる。このことを目的として、設定温度になると接点をオフに切り換える無通電タイプのブレーカが使用される。たとえば、リチウムイオン電池を内蔵するパック電池は、異常な使用状態で充放電されると温度が高くなるので、無通電タイプのブレーカを内蔵して、これで異常な高温では電流を遮断して安全に使用できる。また、モータ等は過負荷な状態や異常な電流が流れる状態で温度が異常に高くなることがあるので、この状態では無通電タイプのブレーカで電流を遮断してモータを保護して安全に使用できる。

このような用途に使用されるブレーカとして、異常な状態で電流を遮断するブレーカが開発されている。（特許文献１参照）
このブレーカは、図１に示すように、バイメタル１０８を可動接点金属板１０６とする通電タイプのブレーカである。このブレーカは、周囲温度が設定温度まで上昇すると、バイメタル１０８の可動接点金属板が反転してオフ状態に切り換えられる。この構造のブレーカは、可動接点金属板をバイメタルとするので、可動接点金属板の電気抵抗が大きく、ブレーカの電圧降下による電力損失が大きくなる欠点がある。また、周囲温度が設定温度まで上昇しない状態においても、流れる電流が増加するとオフ状態に切り換えられる欠点もある。それは、電気抵抗の大きい可動接点金属板が電流のジュール熱で発熱して反転するからである。

以上のブレーカの欠点を解消するブレーカとして、バイメタルと可動接点金属板とを別の金属板とし、さらにバイメタルを加熱するヒーターを内蔵する無通電タイプのブレーカが開発されている。（特許文献２参照）

このブレーカを、図２と図３の断面図に示している。図２はバイメタル１０８が反転しない状態であって、可動接点１０７を固定接点１０５に接触させるオン状態を示し、図３はバイメタル１０８が反転して可動接点１０７を固定接点１０５から離すオフ状態を示している。

特開２００６−１０００５４号公報 特開２００２−５６７５５号公報

図２と図３に示すブレーカは、設定温度よりも高くなるとバイメタル１０８が反転して、反転するバイメタル１０８が可動接点金属板１０６を下から押し上げるように変形して、可動接点１０７を固定接点１０５から離してオフ状態となって電流を遮断する。温度が低下してバイメタル１０８がもとの形状に復元すると、可動接点金属板１０６の弾性で可動接点１０７を固定接点１０５に接触させてオン状態に復帰する。可動接点金属板１０６は、バイメタル１０８で押し上げられない状態、すなわちバイメタル１０８が温度で反転しない状態では、可動接点１０７を固定接点１０５に弾性的に押圧している。すなわち、この状態で、可動接点１０７は可動接点金属板１０６の弾性で固定接点１０５に接触されてオン状態に保持される。

以上の無通電タイプのブレーカは、周囲温度が設定温度よりも高くなると、バイメタルが反転して可動接点金属板の接点を固定接点金属板から離してオフ状態に切り換える。この構造の無通電タイプのブレーカは、可動接点金属板をバイメタルとしないので、可動接点金属板の電気抵抗を小さくできる。しかしながら、この構造の無通電タイプのブレーカにおいても、周囲温度が設定温度まで上昇しない状態において、ブレーカの電流が増加すると、バイメタルが反転してオフ状態に切り換えられることがある。可動接点金属板が電流のジュール熱で発熱し、加熱された可動接点金属板がバイメタルを加熱して反転させるからである。とくに、周囲温度が高い状態では、可動接点金属板の発熱によってバイメタルが反転しやすく、周囲温度が設定温度まで上昇しない状態であっても、電流によってオフ状態に切り換えられることがある。この特性の無通電タイプのブレーカは、設定温度にならない状態においてもオフ状態に切り換えられることがあるので、大きな電流が流れる用途で使用できず、用途が制限される欠点がある。

以上の欠点は、可動接点金属板の断面積を大きく、すなわち厚い金属板として、電気抵抗を小さくして防止できる。可動接点金属板のジュール熱による発熱が、電流の二乗と電気抵抗の積に比例して大きくなるからである。しかしながら、可動接点金属板に厚い金属板を使用すると、バイメタルが反転して、可動接点金属板の可動接点をオフに切り換える温度も変化するので、オフ状態に切り換えられる温度を設定値に調整するのが難しくなる。接点をオフ状態に切り換える設定温度が、可動接点金属板とバイメタルの弾性、すなわちヤング率のバランスで特定されるからである。とくに、パック電池などに内蔵される無通電タイプのブレーカは、全体の厚さを約１ｍｍ程度と極めて小型化することが要求されることから、可動接点金属板とバイメタルの弾性バランスからオフ状態に切り換えられる設定温度を特定の温度範囲としながら、オフ状態に切り換えられる最大電流をより大きくするのは極めて難しい。

本発明は、さらに以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電流でオフ状態に切り換えられる最大電流を大きくしながら、周囲温度が設定温度になると安定して確実にオフ状態に切り換えできるパック電池用の無通電タイプのブレーカを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のパック電池用の無通電タイプのブレーカは、外装ケース１と、この外装ケース１に固定してなる固定接点５を有する固定接点金属板４と、この固定接点金属板４の固定接点５と対向する位置に可動接点７を有し、かつ可動接点７を可動できるように前記外装ケース１に一部を固定してなる可動接点金属板６と、この可動接点金属板６と固定接点金属板４との間に配設され、周囲温度で変形して可動接点金属板６をオンからオフに切り換えるバイメタル８とを備える。以上の無通電タイプのブレーカは、バイメタル８が可動接点金属板６を押圧しない状態では、可動接点金属板６の弾性で可動接点７を固定接点５に接触させてオン状態となり、周囲温度でバイメタル８が変形して、変形するバイメタル８が可動接点金属板６を押圧して可動接点７を固定接点５から離してオフ状態に切り換えられる。さらに、以上の無通電タイプのブレーカは、可動接点金属板６を、リンに加えて、０．１重量％以上であって２重量％以下のニッケルを含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｐ合金としている。

以上のパック電池用の無通電タイプのブレーカは、電流でオフ状態に切り換えられる最大電流を大きくしながら、周囲温度が設定温度になると安定して確実にオフ状態に切り換えできる特徴がある。それは以上の無通電タイプのブレーカが、可動接点金属板を、リンに加えて、０．１重量％以上であって２重量％以下のニッケルを含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｐ合金とするからである。可動接点金属板に使用してなるＣｕ−Ｎｉ−Ｐ合金は、従来のブレーカに使用されていたリン青銅に匹敵する弾性を実現しながら、流れる電流に起因して発生するジュール熱による発熱量を小さくできる。このため、可動接点金属板に流れる電流による発熱でオフ状態に切り換えられる最大電流を大きくして、設定温度においては確実に安定してオフ状態に切り換えできる特徴を実現する。

本発明のパック電池用の無通電タイプのブレーカは、可動接点金属板を、０．０５重量％以上で０．３重量％以下のリンを含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｐ合金とする。
以上のパック電池用の無通電タイプのブレーカは、可動接点金属板の優れた弾性を実現しながら、オフ状態に切り換えられる最大電流を大きくできる特徴がある。

本発明のパック電池用の無通電タイプのブレーカは、可動接点金属板を、ニッケルに加えて、０．０２重量％以上で０．５重量％以下の亜鉛を含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｐ合金とし、さらに、可動接点金属板を、ニッケルに加えて、０．０２重量％以上で０．５重量％以下の鉄を含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｐ合金とする。
以上のパック電池用の無通電タイプのブレーカは、可動接点金属板のより優れた弾性を実現しながら、電流でオフ状態に切り換えられる最大電流を大きくできる。

本発明のパック電池用の無通電タイプのブレーカは、固定接点金属板を、スズと、亜鉛と、クロムを含有するＣｕ−Ｃｒ合金とすることができる。このパック電池用の無通電タイプのブレーカは、流れる電流でオフ状態に切り換えられる最大電流を大きくしながら、固定接点金属板に安定して確実にリード板などをスポット溶接して接続できる特徴がある。

さらに、本発明のパック電池用の無通電タイプのブレーカは、バイメタル８と固定接点金属板４との間に、バイメタル８を加熱するヒーター９を配置することができる。この構造のパック電池用の無通電タイプのブレーカは、オフ状態において、ヒーターでバイメタルを加温して、オン状態に復帰することなくオフ状態に保持できる特徴がある。

また、本発明のパック電池用の無通電タイプのブレーカは、ヒーター９をＰＴＣヒーターとすることで、ヒーターの温度を設定温度に保持し、設定温度のヒーターでもってバイメタルを設定温度に加温し、設定温度に加温されるバイメタルでオフ状態に保持できる。このパック電池用の無通電タイプのブレーカは、ヒーターが異常な温度に加熱することなく、加温されたバイメタルで安定にオフ状態に保持できる特徴がある。

従来のブレーカの断面図である。 従来のブレーカのオン状態を示す断面図である。 図２に示すブレーカのオフ状態を示す断面図である。 本発明の一実施例にかかるブレーカの斜視図である。 図４に示すブレーカの垂直縦断面図である。 図５に示すブレーカのオフ状態を示す断面図である。 図５に示すブレーカのＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 図５に示すブレーカのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。 図５に示すブレーカのＩＸ−ＩＸ線断面図である。 連結リブの他の一例を示す断面図であって、図５のＸ−Ｘ線断面に相当する図である。 連結リブの他の一例を示す断面図であって、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面に相当する図である。 図４に示すブレーカを回路基板に実装する一例を示す断面図である。 図４に示すブレーカを回路基板に実装する他の一例を示す断面図である。 図４に示すブレーカを回路基板に実装する他の一例を示す断面図である。 本発明の他の実施例にかかるブレーカの斜視図である。 図１５に示すブレーカの垂直縦断面図である。 図１５に示すブレーカのＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図である。 図１５に示すブレーカの平面図である。 図１５に示すブレーカを回路基板に実装する一例を示す断面図である。 ブレーカがオフ状態に切り換えられる電流を測定する回路図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための無通電タイプのブレーカを例示するものであって、本発明はブレーカを以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

以下の無通電タイプのブレーカは、パック電池に内蔵され、電池や周囲温度が高温になり、あるいはパック電池が異常な状態で使用されるときに、バイメタルを変形させて電流を遮断する用途に使用される。

図４ないし図９に示すブレーカは、固定接点５を有する固定接点金属板４と、固定接点５と対向する位置に可動接点７を配置している可動接点金属板６と、この可動接点金属板６をオンオフに切り換える位置に配置してなるバイメタル８と、固定接点金属板４の固定接点５と可動接点金属板６の可動接点７とを内部に配置し、かつバイメタル８を内部に配置している外装ケース１とを備えている。このブレーカは、オン状態においては、バイメタルが可動接点金属板を押圧せず、可動接点金属板の弾性で可動接点を固定接点に押圧して接触させている。周囲温度が上昇して高温になると、この温度上昇でバイメタル８が変形し、変形するバイメタル８が可動接点金属板６を押圧し、これを変形させて可動接点７を固定接点５から離して接点をオフ状態に切り換える。また、ブレーカは、周囲温度が所定の温度まで低下すると、可動接点金属板６とバイメタル８とが復帰して、可動接点７を固定接点５に接触させてオン状態に切り換える。

図４ないし図９に示すブレーカは、外装ケース１に、固定接点金属板４と、可動接点金属板６とを固定して、可動接点金属板６を変形させるバイメタル８と、このバイメタル８を加温するヒーター９とを内蔵している。図のブレーカは、バイメタル８を加温するヒーター９を内蔵するので、このヒーター９でバイメタル８を加温して電流を遮断した状態に保持する用途に最適である。ただ、ブレーカは、必ずしもバイメタルを加温するヒーターを内蔵する必要はない。

外装ケース１は、プラスチック製の絶縁ケース２と外装金属板３とで形成している。外装ケース１は、絶縁ケース２の底部１３に固定接点金属板４をインサート成形して固定して、上面に外装金属板３を固定している。絶縁ケース２は、両端部分に、第１の外壁１１Ａと第２の外壁１１Ｂとを突出するように設けて、第１の外壁１１Ａと第２の外壁１１Ｂとの間に収納スペース２０を設けている。この収納スペース２０は、インサート成形して固定している固定接点金属板４で底面を閉塞して、外装金属板３で上面を閉塞している。したがって、外装ケース１は、底面側の表面には固定接点金属板４が露出し、上面側の表面には外装金属板３が露出している。外装金属板３は、プラスチック製の絶縁ケース２にインサート成形して固定されず、ほぼ全面を上面側に露出させている。

絶縁ケース２は、収納スペース２０の両側に、第１の外壁１１Ａと第２の外壁１１Ｂの間を連結する対向壁１２を設けて、この対向壁１２と外壁１１とで収納スペース２０の周囲を囲む外周壁１０を構成している。したがって、収納スペース２０は、周囲を外周壁１０で囲み、底面を固定接点金属板４で閉塞し、さらに上面を外装金属板３で閉塞して内部を閉塞された中空状としている。

絶縁ケース２は、第１の外壁１１Ａに固定接点金属板４の一部を、図５と図６においては固定接点金属板４の中間部４Ｂを第１の外壁１１Ａの途中にインサート成形して固定している。したがって、固定接点金属板４は、第１の外壁１１Ａを貫通する状態で絶縁ケース２に固定され、収納スペース２０の内部に露出する部分を固定接点５とし、外部に引き出される部分を接続端子４Ｘとしている。

固定接点金属板４の接続端子４Ｘは、回路基板の表面にリフローハンダ等のハンダ付けによって固定できるように、外装ケース１から外部に引き出される先端部の接続面（図５及び図６においては底面）が、外装ケース１の底面、すなわち絶縁ケース２の底面とほぼ同一平面に位置するように折曲している。このブレーカは、接続端子４Ｘを回路基板のハンダ面に配置する状態で加熱処理されてリフローハンダされる。ただ、ブレーカは、絶縁ケース２の底面側の表面から露出する固定接点金属板４の露出部を露出端子４４として、この露出端子４４を回路基板のハンダ面にリフローハンダすることもできる。このブレーカは、必ずしも接続端子４Ｘを外装ケース１から外部に引き出すことなく、固定接点金属板４の露出端子４４を回路基板等の表面にハンダ付けして固定できる。

絶縁ケース２は、第２の外壁１１Ｂに可動接点金属板６の非可動部分６Ｂを固定している。図５と図６の無通電タイプのブレーカは、第２の外壁１１Ｂの上端面に可動接点金属板６の非可動部分６Ｂを固定している。可動接点金属板６は、接着して第２の外壁１１Ｂに固定され、あるいは外装金属板３に挟まれて第２の外壁１１Ｂの上端面に固定される。図の外装ケース１は、外装金属板３の一端部を、可動接点金属板６の非可動部分６Ｂに接触状態に積層して絶縁ケース２に固定している。この構造は、外装金属板３を可動接点金属板６に直接に積層して固定するので、全体をより薄くできる。

さらに、図５ないし図７の断面図に示す絶縁ケース２は、収納スペース２０にヒーター９を配置する収納凹部２１を設けている。収納凹部２１は収納スペース２０の中央部にあって、その底面を固定接点金属板４の先端部４Ａで閉塞している。収納凹部２１は、ここにヒーター９を挿入できるように、内形をヒーター９の外形よりもわずかに大きくしている。また、収納凹部２１は、外周縁に沿って突出部１４を設けている。収納凹部２１に挿入されるヒーター９は、突出部１４の上面からわずかに突出して、上面に湾曲するバイメタル８を熱結合状態に載せている。

収納スペース２０は、収納凹部２１の底面を固定接点金属板４で閉塞し、収納凹部２１の外側底面を絶縁ケース２のプラスチックで閉塞している。絶縁ケース２は、収納凹部２１の外側で収納スペース２０の底を閉塞しているプラスチック製の底部１３に、固定接点金属板４をインサート成形して絶縁ケース２に固定している。

収納スペース２０の上面を閉塞している外装金属板３は、インサート成形することなく、その両端部分を絶縁ケース２の外壁１１に固定している。図４ないし図６の無通電タイプのブレーカは、第１の外壁１１Ａと第２の外壁１１Ｂとの上端面に外装金属板３の両端部を固定している。外装金属板３は、第１の外壁１１Ａと第２の外壁１１Ｂとに一体的に成形して設けている連結リブ１５を介して、絶縁ケース２に固定している。図５と図７の絶縁ケース２は、鎖線で示すように、外装金属板３を連結する連結リブ１５を、外壁１１の先端面から突出して設けている。外装金属板３には、連結リブ１５を貫通させる貫通孔２５を設けてあり、連結リブ１５を貫通孔２５に挿通して、外装金属板３を絶縁ケース２に固定している。連結リブ１５は、貫通孔２５に挿入される状態で、その先端を加熱押圧して押し潰し、あるいは超音波振動で押し潰して、外装金属板３を確実に絶縁ケース２の外壁１１の先端面、すなわち上面に固定している。以上の構造は、外装金属板３を絶縁ケース２の正確な位置に確実に、しかも簡単に固定できる。ただし、外装金属板は、絶縁ケースの先端面である上面に接着して固定することもできる。接着して絶縁ケースに固定される外装金属板も、貫通孔を設け、この貫通孔に挿入される連結リブを外壁に設け、連結リブを貫通孔に挿入することで、絶縁ケースの定位置に確実に固定できる。

外装金属板３は四隅部に貫通孔２５を設けており、各々の貫通孔２５に挿通される連結リブ１５を絶縁ケース２の外壁１１の先端面に設けている。図８は、外装金属板３を固定している第１の外壁１１Ａの横断面図を、図９は第２の外壁１１Ｂの横断面図を示している。図８に示す第１の外壁１１Ａは、収納スペース２０の両側に設けている対向壁１２の上端面から突出して連結リブ１５を設けている。連結リブ１５は、図の右側に示す形状に成形され、貫通孔２５に挿入される状態で、左側に示すように、先端を押し潰して、外装金属板３を固定する。図８に示す第１の外壁１１Ａは、収納スペース２０の両側に設けている対向壁１２の上面に連結リブ１５を設けているが、第１の外壁１１Ａは、図５のＸ−Ｘ線で示す位置において、図１０の横断面図に示すように、第１の外壁１１Ａの上面に連結リブ１５を設けて、外装金属板３を固定することもできる。さらに、外装ケース１は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線で示す位置において、図１１の横断面図に示すように、対向壁１２の上面に連結リブ１５を突出して設け、この連結リブ１５を挿入する貫通孔２５を外装金属板３に設けて、外装金属板３の中間部分を絶縁ケース２に固定することもできる。

さらに、図７ないし図９の横断面図に示す外装金属板３は、対向壁１２の外面に沿うように折曲している折曲側壁２２を両側に設けて、この折曲側壁２２と対向壁１２とを係止構造で連結している。図の外装金属板３は、折曲側壁２２と対向壁１２の係止構造を、対向壁１２の外側に突出して設けている係止凸部１６と、折曲側壁２２に設けられて、係止凸部１６を案内して係止される係止孔２６とで構成している。係止凸部１６は、挿入方向に向かって次第に突出する傾斜面１６Ａを設けて、係止凸部１６をスムーズに係止孔２６に案内できる形状としている。

さらに、図１０の係止構造は、折曲側壁２２の先端縁に内側に折曲している係止片２７を設け、この係止片２７を案内する係止凹部１７を絶縁ケース２の対向壁１２の外側面に設け、係止片２７を係止凹部１７に案内して、外装金属板３を絶縁ケース２に係止構造で固定している。

さらに、図１１の係止構造は、折曲側壁２２の先端縁に内側に折曲している係止片２７を設け、この係止片２７を対向壁１２の底面に引っ掛けて、外装金属板３を絶縁ケース２に係止構造で固定している。これ等の係止構造は、折曲側壁２２を弾性変形させて、絶縁ケース２に係止構造で連結し、連結状態においては、折曲側壁２２の弾性的な復元力でもって、係止凸部１６や係止片２７を係止孔２６や係止凹部１７や底面に引っ掛ける位置に保持する。

さらに、外装金属板３は、表面に絶縁膜（図示せず）を設けている。この絶縁膜は、外装金属板３の表面に、絶縁塗料を塗布して設けている。ただ、絶縁層は、外装金属板の表面に絶縁シートを付着して設けることもできる。このように、外装金属板３に絶縁膜を設けた無通電タイプのブレーカは、外装金属板３の表面を絶縁膜で絶縁できるので、機器に接触状態で内蔵できる。

絶縁ケース２の収納スペース２０には、底から順番に、ヒーター９とバイメタル８と可動接点金属板６の可動部分６Ａを収納して、絶縁ケース２の第１の外壁１１Ａには固定接点金属板４の中間部４Ｂを固定して、第２の外壁１１Ｂには可動接点金属板６の非可動部分６Ｂを固定している。

固定接点金属板４は、インサート成形して絶縁ケース２に固定している。固定接点金属板４は、先端部４Ａを収納スペース２０の底部１３に埋設し、中間部４Ｂを収納スペース２０の底部１３から絶縁ケース２の第１の外壁１１Ａに埋設するようにインサート成形して、絶縁ケース２に固定している。図５と図６の固定接点金属板４は、収納凹部２１の底部を閉塞する部分よりも、第１の外壁１１Ａに埋設される部分を高くするように段差部４Ｄを設けて、段差部４Ｄを絶縁ケース２の底部１３に埋設して、段差部４Ｄの後端側を底部１３の上面に露出させて、この露出部を固定接点５としている。

固定接点金属板は、Ｃｕ−Ｃｒ合金である。Ｃｕ−Ｃｒ合金は、母体となるＣｕに、０．１mass％以上、好ましくは０．２mass％以上であって、０．５mass％以下、好ましくは０．３mass％以下のＣｒを含有する。さらにＣｕ−Ｃｒ合金は、Ｃｒに加えて、ＳｎとＺｎを含有することができる。Ｓｎの含有量は、０．１５mass％以上、好ましく０．２３mass％以上であって、０．４mass％以下、好ましくは０．２７mass％以下とし、Ｚｎの含有量は、０．１mass％以上、好ましくは０．１８mass％以上であって、０．５mass％以下、好ましくは０．２７mass％以下とする。

以上の固定接点金属板は、これに流れる電流のジュール熱でバイメタルを加温して、接点をオフ状態に切り換える最大電流を大きくでき、しかも電気抵抗をリード板をスポット溶接するのに最適な電気抵抗にできる。このため、ブレーカが電流でオフ状態に切り換えられるのを防止しながら、固定接点金属板に直接にリード板などを確実に安定してスポット溶接できる。ただ、本発明のブレーカは、固定接点金属板をＣｕ−Ｃｒ合金には特定せず、電流によるジュール熱によるバイメタルの加温を少なくできる他の金属板も使用できる。

ヒーター９は、通電されることによって発熱して、バイメタル８を加熱する。ヒーター９は、対向面を長円形あるいは長方形とする厚みのあるＰＴＣヒーターで、上面と下面に電極を設けている。ただし、ヒーターには必ずしもＰＴＣヒーターを使用する必要はなく、通電されてバイメタル８を加熱できる全てのヒーターを使用することができる。上下面に電極を設けているヒーター９は、下面を固定接点金属板４に接触して、上面をバイメタル８を介して可動接点金属板６に接触できるようにしている。このヒーター９は、可動接点金属板６の可動接点７が固定接点５に接触するオン状態では、可動接点金属板６とバイメタル８とが非接触状態となって通電されず、可動接点金属板６の可動接点７が固定接点５から離れてオフ状態となる状態では、可動接点金属板６に接触するバイメタル８と固定接点金属板４とを介して通電されて発熱し、バイメタル８を加熱する。加熱されるバイメタル８は、図６に示すように、可動接点７を固定接点５から離すオフ状態に保持する。この無通電タイプのブレーカは、オフ状態に切り換えられた状態で、可動接点７をオフ状態に保持するので、パック電池に安全に使用できる。それは、パック電池が異常な状態で使用されて設定温度よりも高くなり、無通電タイプのブレーカがオフに切り換えられた後は、パック電池の電池からヒーター９に通電され続けてバイメタル８が加熱されるので、ブレーカがオン状態に復帰することなく、電池が放電されるまで電流を遮断する状態に保持できるからである。

ただ、ブレーカは、必ずしもヒーターを内蔵する構造には限定しない。ヒーターを内蔵しないブレーカは、バイメタルが設定温度よりも高くなって変形し、可動接点金属板を変形させて接点をオフ状態に切り換えると、バイメタルを加熱してブレーカをオフ状態に保持することなく、バイメタルが所定の温度まで低下すると、バイメタルと可動接点金属板とを復帰させてブレーカをオン状態に切り換える。

バイメタル８は、加熱して変形するように、熱膨張率が異なる金属を積層したものである。バイメタル８は、ヒーター９と可動接点金属板６との間に配設され、加熱されて反転するように変形して、可動接点７を固定接点５から離してブレーカをオフ状態に切り換える。バイメタル８は、中央凸に湾曲する形状であって、熱変形しない状態、すなわち、可動接点７を固定接点５に接触させる状態では、図５に示すように、中央突出部を可動接点金属板６側に突出させる姿勢とし、熱変形して反転するように変形する状態では、図６に示すように、中央突出部をヒーター９側に突出させる姿勢となる。バイメタル８は、図６に示すように、熱変形して反転する状態では、中央突出部をヒーター９に接触させると共に、両端部分を可動接点金属板６に接触させて押圧し、可動部分６Ａを押し上げて可動接点７を固定接点５から離してオフに切り換える。

可動接点金属板６は、図５と図６に示すように、中間部分である非可動部分６Ｂを第２の外壁１１Ｂの上端面に固定して、先端側の可動部分６Ａを収納スペース２０の内部に配設し、後端部を外装ケース１の外部に引き出して接続端子６Ｘとしている。可動接点金属板６は、非可動部６Ｂを接着して第２の外壁１１Ｂの上端面に固定している。さらに、可動接点金属板６は、図５、図６、及び図９に示すように、第２の外壁１１Ｂと外装金属板３とで非可動部６Ｂを挟着して第２の外壁１１Ｂの上端面に固定している。図に示す無通電タイプのブレーカは、外装金属板３の一端部を、可動接点金属板６の非可動部分６Ｂに接触状態に積層している。したがって、外装金属板３を可動接点金属板６の接点として使用することもできる。ただ、可動接点金属板は、外装金属板との間を絶縁しながら積層することもできる。

可動接点金属板６は、収納スペース２０に配置される可動部分６Ａを弾性変形できる金属板としている。可動接点金属板６は、Ｐに加えて、Ｎｉを含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｐ系合金である。このＣｕ−Ｎｉ−Ｐ合金は、母体となるＣｕに、
０．１mass％以上、好ましくは０．３mass％以上、さらに好ましくは０．６mass％以上であって、１．６mass％以下、好ましくは１mass％以下、さらに好ましくは０．８mass％以下のＮｉと、０．０５mass％以上、
好ましくは０．１mass％以上であって、０．３mass％以下、好ましくは０．１５mass％以下のＰを含有する。
さらに、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｐ合金は、Ｐと、Ｎｉに加えて、ＺｎとＦｅを含有することができる。このＣｕ−Ｎｉ−Ｐ合金は、
０．０２mass％以上、好ましくは０．０５mass％以上であって、０．５mass％以下、好ましくは０．２mass％以下のＺｎと、
０．０２mass％以上、好ましくは０．０５mass％以上であって、０．３mass％以下、このましくは０．１５mass％以下のＦｅを含有している。

さらに、可動接点金属板６は、この可動部分６Ａの先端部であって固定接点５と対向する面に可動接点７を設けている。この可動接点金属板６は、バイメタル８が熱変形しない状態では、可動接点７が固定接点５に接触してオン状態となり、バイメタル８が熱変形する状態では、バイメタル８に押される可動部分６Ａが弾性変形して、可動接点７が固定接点５から離れてオフ状態となる。図５と図６に示す無通電タイプのブレーカは、バイメタル８が熱変形しない状態で、可動接点７を確実に固定接点５に接触できるように、可動部分６Ａの後端部を下方に押圧する押圧凸部２３を外装金属板３の内面から突出して設けている。この可動接点金属板６は、可動部分６Ａの後端部が押圧凸部２３で下向きに押圧されることで、可動部分６Ａの先端部が下方に付勢されて、先端の可動接点７を確実に固定接点５に接触させる。

さらに、図５ないし図７の可動接点金属板６は、下面に突出部６Ｃを設けており、この突出部６Ｃにバイメタル８の両端部を接触させて互いに押圧するようにしている。図に示す突出部６Ｃは、外形を円弧状としており、バイメタル８の両端部を横方向に摺動させることなく確実に接触させて互いに押圧できるようにしている。図に示す可動接点金属板６は、バイメタル８の両端部と対向する下面に複数の突出部６Ｃを設けている。この構造は、幅のあるバイメタル８であっても確実に接触させて互いに押圧できる。

可動接点金属板６の接続端子６Ｘは、回路基板にリフローハンダ等のハンダ付けによって固定できるように、外装ケース１から外部に引き出される先端部の接続面（図５及び図６においては底面）が、外装ケース１の底面、すなわち、絶縁ケース２の底面とほぼ同一平面に位置するように折曲している。このブレーカは、接続端子６Ｘを回路基板のハンダ面に配置する状態で加熱処理されてリフローハンダされる。ただ、ブレーカは、外装金属板３を可動接点金属板６に接触状態で積層して、可動接点金属板６に電気接続される外装金属板３の露出部を露出端子４３として、この露出端子４３を回路基板のハンダ面にリフローハンダすることもできる。このブレーカは、必ずしも可動接点金属板６の接続端子６Ｘを外装ケース１から外部に引き出すことなく、外装金属板３を介して可動接点金属板６を回路基板等の表面に接続して固定できる。

図４ないし図６に示すブレーカは、図１２に示すように、外装ケース１の両端から外部に引き出された可動接点金属板６の接続端子６Ｘと固定接点金属板４の接続端子４Ｘとを回路基板６０にハンダ付けして固定される。このブレーカは、外装ケース１の底面、すなわち、絶縁ケース２の底面を回路基板６０の上面に対向する姿勢として回路基板６０に配置されてハンダ付けされる。このブレーカは、外装ケース１の両端に設けられた接続端子６Ｘと接続端子４Ｘとを、回路基板６０の表面に設けたハンダ面６１に配置する状態で加熱処理されてリフローハンダされる。ブレーカは、接続端子６Ｘと接続端子４Ｘを介して回路基板６０のハンダ面６１に接続されると共に、回路基板６０の定位置に固定される。

さらに、図１３に示すブレーカは、外装ケース１の一端から外部に引き出された可動接点金属板６の接続端子６Ｘと、絶縁ケース２の底面側の表面から露出する固定接点金属板４の露出端子４４とを回路基板６０にハンダ付けして固定している。このブレーカは、固定接点金属板４の露出端子４４を回路基板６０に接続するので、図５と図６に示す接続端子４Ｘを図の鎖線部分で切除している。このブレーカも、外装ケース１の底面、すなわち、絶縁ケース２の底面を回路基板６０の上面に対向する姿勢として回路基板６０の上面に配置されてハンダ付けされる。このブレーカは、外装ケース１の一端に設けた接続端子６Ｘと、絶縁ケース２の底面側の表面から露出する露出端子４４とを、回路基板６０の表面に設けたハンダ面６１に配置する状態で加熱処理されてリフローハンダされる。ブレーカは、接続端子６Ｘと露出端子４４とを介して回路基板６０のハンダ面６１に接続されると共に、回路基板６０の定位置に固定される。

さらに、図１４に示すブレーカは、外装ケース１の一端から外部に引き出された固定接点金属板４の接続端子４Ｘと、可動接点金属板６に接触状態で積層されて電気接続された外装金属板３の露出端子４３とを回路基板６０にハンダ付けして固定している。このブレーカは、図４ないし図６に示す状態から上下を反転する姿勢で回路基板６０の上面に配置されてハンダ付けされる。したがって、図１４に示すブレーカは、絶縁ケース２から外部に引き出される固定接点金属板４の接続端子４Ｘの接続面（図１４においては下面）を、外装金属板３の上面、すなわち外装金属板３の上面（図１４においては下面）とほぼ同一平面に位置するように折曲している。さらに、このブレーカは、外装金属板３の露出端子４３を回路基板６０に接続するので、図５と図６に示す接続端子６Ｘを図の鎖線部分で切除している。このブレーカは、外装ケース１の一端に設けた接続端子４Ｘと、外装金属板３の露出端子４３とを、回路基板６０の表面に設けたハンダ面６１に配置する状態で加熱処理されてリフローハンダされる。このブレーカは、接続端子４Ｘと露出端子４３とを介して回路基板６０のハンダ面６１に接続されると共に、回路基板６０の定位置に固定される。

さらに、図１５ないし図１８に示すブレーカは、外装金属板３を連結プラスチック５２に固定し、連結プラスチック５２を絶縁ケース２に固定して、外装金属板３を絶縁ケース２に固定している。外装金属板３は、連結プラスチック５２にインサート成形して固定される。インサート成形される外装金属板３は、連結プラスチック５２を成形する金型の成形室に仮止めされ、成形室に溶融状態のプラスチックを注入して連結プラスチック５２に固定される。連結プラスチック５２は、超音波溶着して絶縁ケース２に固定されて、絶縁ケース２と連結プラスチック５２とで外装ケース１を構成している。ただ、連結プラスチックは、接着して、あるいは嵌合構造で絶縁ケースに固定することもできる。連結プラスチック５２は、外装金属板３の周囲にあって、絶縁ケース２の両端部に設けている第１の外壁１１Ａと第２の外壁１１Ｂとに固定され、さらに対向壁１２に固定される。外装金属板３は、外周部を除く部分を露出させて露出端子４３としている。図１５ないし図１７に示すように、外装金属板３と連結プラスチック５２は、上面を同一平面としている。このブレーカは、露出端子４３を回路基板のハンダ面に確実に接触させて接続できる。すなわち、連結プラスチック５２が突出して、接続される露出端子４３をハンダ面から離すことがなく、露出端子４３を確実に安定してハンダ面に接続できる。外装金属板３は、連結プラスチック５２と上面を同一平面とするために、上面の外周部に低くなる段差部３ａを設けて、段差部３ａに連結プラスチック５２を成形している。

さらに、図１５と図１６に示すブレーカは、固定接点金属板４の一端を、絶縁ケース２の外部に引き出して接続端子４Ｘとしている。固定接点金属板４の接続端子４Ｘは、回路基板の表面にリフローハンダ等のハンダ付けによって固定できるように、外装ケース１から外部に引き出される先端部の接続面（図１５においては上面）が外装ケース１の上面、すなわち、外装金属板３の上面とほぼ同一平面に位置するように折曲している。

このブレーカは、図１９に示すように、図１５ないし図１７に示す状態から上下を反転する姿勢で回路基板６０の上面に配置されてハンダ付けされる。このブレーカは、外装ケース１の一端から外部に引き出された固定接点金属板４の接続端子４Ｘと、可動接点金属板６に接触状態で積層されて電気接続された外装金属板３の露出端子４３とを、回路基板６０の表面に設けたハンダ面６１に配置する状態で加熱処理されてリフローハンダされる。ブレーカは、接続端子４Ｘと露出端子４３とを介して回路基板６０のハンダ面６１に接続されると共に、回路基板６０の定位置に固定される。ただ、このブレーカも、図１６の鎖線で示すように、可動接点金属板６の一端を外装ケース１の外部に引き出して接続端子６Ｘを設け、可動接点金属板６の接続端子６Ｘと固定接点金属板４の接続端子４Ｘとを介して回路基板６０のハンダ面６１にハンダ付けすることもできる。
［実施例］

可動接点金属板６に、Ｃｕを母材金属として、これにＮｉとＰを含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｐ合金を使用して、固定接点金属板には、Ｃｕを母材金属として、これにＣｒを含有するＣｕ−Ｃｒ合金を使用して、図４ないし図９に示す構造のブレーカを製造する。
可動接点金属板に用するＣｕ−Ｎｉ−Ｐ合金は、母材金属のＣｕに以下の金属を含有する。
このＣｕ−Ｎｉ−Ｐ合金は、導電率が６５％ＩＡＣＳ、体積抵抗率が０．０２６５μΩ・ｍ、熱伝導係数が２６７Ｗ／ｍ・ｋ、ヤング率が１１０ＧＰＡとなる。
Ｎｉ…………０．７mass％
Ｐ……………０．１３mass％
Ｚｎ…………０．１mass％
Ｆｅ…………０．１mass％

固定接点金属板に用するＣｕ−Ｃｒ合金は、母材金属のＣｕに以下の金属を含有する。
このＣｕ−Ｃｒ合金は、導電率が６５％ＩＡＣＳ、体積抵抗率が０．０２３μΩ・ｍ、熱伝導係数が３０１Ｗ／ｍ・ｋ、ヤング率が１２７ＧＰＡとなる。
Ｃｒ…………０．２５mass％
Ｓｎ…………０．２５mass％
Ｚｎ…………０．２２mass％
［比較例］

可動接点金属板と固定接点金属板をリン青銅とする以外は実施例１と同じ構造のブレーカを製造した。比較例１で使用したリン青銅は、母材金属のＣｕに以下の金属を含有する。
このリン青銅は、導電率が１２％ＩＡＣＳ、体積抵抗率が０．１３３μΩ・ｍ、熱伝導係数が６７Ｗ／ｍ・ｋ、ヤング率が１１０ＧＰＡとなる。
Ｓｎ…………７．０mass％
Ｐ……………０．２mass％

以上の実施例と比較例のブレーカが、オフ状態に切り換えられる電流は、図２０に示す測定回路で測定される。この図の測定回路は、直流電源６２に電流を検出するシャント抵抗６３とブレーカと電流をコントロールする電子負荷６５とを直列に接続している。電流は、シャント抵抗６３の両端の電圧から測定される。ブレーカ６４は、６０℃の恒温槽６６に入れて、周囲温度を６０℃の一定温度に保持している。このブレーカ６４は、周囲温度が７５℃になると、バイメタルが反転してオフ状態に切り換えられるように、バイメタルと可動接点金属板とを設定している。電子負荷６５は、０．２Ａ／分の勾配でブレーカの電流を増加させる。

以上の測定装置でブレーカがオフ状態に切り換えられる電流を測定すると、実施例のブレーカは７．６Ａでオフ状態に切り換えられ、比較例のブレーカは４．１Ａでオフ状態に切り換えられた。このことから、本発明の実施例にかかるブレーカは、最大電流を７Ａとするパック電池などの機器に保護素子として使用できる。これに対して比較例のブレーカは、最大電流を４Ａとする機器にしか保護素子として使用できない。

１…外装ケース
２…絶縁ケース
３…外装金属板 ３ａ…段差部
４…固定接点金属板 ４Ａ…先端部
４Ｂ…中間部
４Ｄ…段差部
４Ｘ…接続端子
５…固定接点
６…可動接点金属板 ６Ａ…可動部分
６Ｂ…非可動部分
６Ｃ…突出部
６Ｘ…接続端子
７…可動接点
８…バイメタル
９…ヒーター
１０…外周壁
１１…外壁 １１Ａ…第１の外壁
１１Ｂ…第２の外壁
１２…対向壁
１３…底部
１４…突出部
１５…連結リブ
１６…係止凸部 １６Ａ…傾斜面
１７…係止凹部
２０…収納スペース
２１…収納凹部
２２…折曲側壁
２３…押圧凸部
２５…貫通孔
２６…係止孔
２７…係止片
４３…露出端子
４４…露出端子
５２…連結プラスチック
６０…回路基板
６１…ハンダ面
６２…直流電源
６３…シャント抵抗
６４…ブレーカ
６５…電子負荷
６６…恒温槽
１０５…固定接点
１０６…可動接点金属板
１０７…可動接点
１０８…バイメタル

Claims (4)

1. 外装ケース(1)と、この外装ケース(1)に固定してなる固定接点(5)を有する固定接点金属板(4)と、この固定接点金属板(4)の固定接点(5)と対向する位置に可動接点(7)を有し、かつ可動接点(7)を可動できるように前記外装ケース(1)に一部を固定してなる可動接点金属板(6)と、この可動接点金属板(6)と前記固定接点金属板(4)との間に配設され、周囲温度で変形して可動接点金属板(6)をオンからオフに切り換えるバイメタル(8)とを備え、
   前記バイメタル(8)が前記可動接点金属板(6)を押圧しない状態では、前記可動接点金属板(6)の弾性で可動接点(7)を固定接点(5)に接触させてオン状態となり、周囲温度で前記バイメタル(8)が変形して、変形するバイメタル(8)が可動接点金属板(6)を押圧して可動接点(7)を固定接点(5)から離してオフ状態に切り換えられるようにしてなるパック電池用の無通電タイプのブレーカであって、
   前記可動接点金属板(6)が、
   ０．０５重量％以上で０．３重量％以下のリンに加えて、
   ０．１重量％以上であって２重量％以下のニッケルと、
   ０．０２重量％以上で０．５重量％以下の亜鉛と、
   ０．０２重量％以上で０．５重量％以下の鉄を含有する
   Ｃｕ−Ｎｉ−Ｐ合金とすることを特徴とするパック電池用の無通電タイプのブレーカ。
2. 前記固定接点金属板(6)が、スズと、亜鉛と、クロムを含有するＣｕ−Ｃｒ合金である請求項１に記載されるパック電池用の無通電タイプのブレーカ。
3. 前記バイメタル(8)と固定接点金属板(4)との間に、バイメタル(8)を加熱するヒーター(9)を配置してなる請求項１又は２に記載されるパック電池用の無通電タイプのブレーカ。
4. 前記ヒーター(9)がＰＴＣヒーターである請求項３に記載されるパック電池用の無通電タイプのブレーカ。

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