断路器及具备该断路器的安全电路的制作方法

本发明涉及内置于电气设备的二次电池组等的小型的断路器等。

背景技术：

以往，作为各种电气设备的二次电池、电动机等的保护装置(安全电路)，使用断路器。在产生充放电中的二次电池的温度过度上升的情况、或者过电流流过汽车、家电产品等设备的电动机等的情况等异常时，断路器切断电流以保护二次电池、电动机等。就作为这样的保护装置而使用的断路器而言，为了确保设备的安全，要求追随温度变化而准确地动作(具有良好的温度特性)和通电时的电阻值稳定。

在断路器设有热响应元件，该热响应元件根据温度变化而进行动作，导通或切断电流。在专利文献1中，示出了应用双金属作为热响应元件的断路器。所谓双金属，是由热膨胀率不同的两种板状的金属材料层叠而成，并通过根据温度变化来改变形状，从而控制触点的导通状态的元件。该文献所示的断路器是将固定片、端子片、可动片、热响应元件、ptc热敏电阻等部件收容于壳体而成的，固定片以及端子片的端子从壳体突出，与电气设备的电路连接而使用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-62729号公报

技术实现要素：

发明要要解决的课题

另外，在断路器作为个人笔记本电脑、平板电脑型便携信息终端设备或被称为智能手机的薄型的多功能移动电话等电气设备所装备的二次电池等的保护装置而使用的情况下，除了上述安全性的确保之外，还要求小型化。特别是，在近年来的便携信息终端设备中，用户对小型化(薄型化)的意向强烈，由各公司新发售的设备为了确保设计上的优势，设计成小型的倾向显著。在这样的背景下，作为构成便携信息终端设备的一个部件，与二次电池一起安装的断路器也强烈要求进一步的小型化。

图8示出了与上述专利文献1所公开的断路器为同等的结构的断路器100。在该图中，(a)是暴露于高温环境下的断路器100的剖视图，(b)是之后在常温环境下被冷却的断路器100的剖视图。

如图8的(a)所示，由于高温环境的热量而发生反翘曲变形的热响应元件5将ptc热敏电阻6向树脂制的壳体主体7的底面侧按压，从而使固定片2的支承部26以及壳体主体7的底壁75向外侧膨胀。此时，壳体主体7的底壁75随着温度上升而软化，因此发生塑性变形。

如图8的(b)所示，这样的底壁75在冷却后也维持膨胀的形状，因此断路器100的厚度尺寸肥大，妨碍电气设备的薄型化。

另外，近年来，为了提高生产效率，对将断路器直接安装于电路基板的方式进行了研究，而且，还研究了断路器的端子与电路基板的引线之间的连接使用回流焊方式的焊接。在这样的回流焊工序中，由于断路器100暴露于高温环境下，因此上述的底壁75的膨胀变得显著。特别是，上述的底壁75的膨胀容易在底壁75的厚度较薄的断路器100中发生，因此难以实现电气设备的进一步的薄型化。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制伴随着温度上升而产生的壳体的膨胀，并且容易实现小型化的断路器。

用于解决课题的技术方案

为了实现上述目的，本发明是一种断路器，其特征在于，具备：固定片，其具有固定触点；可动片，其具有可动触点，将所述可动触点按压于所述固定触点而使所述可动触点与所述固定触点接触；热响应元件，其通过随着温度变化而变形，从而使所述可动片从所述可动触点与所述固定触点接触的导通状态转变为所述可动触点从所述固定触点分离的切断状态；正特性热敏电阻，其在所述可动片处于所述切断状态时，使所述固定片与所述可动片导通；以及树脂壳体，其收容所述固定片、所述可动片、所述热响应元件和所述正特性热敏电阻，所述固定片具有与所述正特性热敏电阻抵接的抵接部，所述树脂壳体具有底面和从所述底面隔着所述固定片向所述正特性热敏电阻侧凹陷的凹部，在从所述正特性热敏电阻观察所述固定片的俯视时，所述抵接部配置于所述凹部的内侧。

在本发明所涉及的所述断路器中，优选为，在所述俯视时，所述正特性热敏电阻整体配置于所述凹部的内侧。

在本发明所涉及的所述断路器中，优选为，从所述凹部露出有所述固定片。

在本发明所涉及的所述断路器中，优选为，所述固定片具有从所述底面露出并与外部电路连接的端子。

在本发明所涉及的所述断路器中，优选为，所述凹部形成为在与所述端子对置的区域具有角部的矩形形状，所述角部形成为向所述端子侧凸起的圆弧状。

本发明的电气设备用的安全电路的特征在于，具备所述断路器。

发明效果

在本发明的断路器中，固定片具有与正特性热敏电阻抵接的抵接部，树脂壳体具有底面和从底面隔着固定片向正特性热敏电阻侧凹陷的凹部。并且，在从正特性热敏电阻观察固定片的俯视时，抵接部配置于凹部的内侧。因此，即使在本发明的断路器暴露于高温环境下，发生反翘曲变形的热响应元件将正特性热敏电阻向树脂壳体的底面侧按压的情况下，固定片以及树脂壳体也会在设置有抵接部的区域即从最初凹陷的凹部处向外侧膨胀。因此，能够抑制树脂壳体乃至断路器整体的厚度尺寸的肥大，容易实现小型化。

另外，抑制壳体的膨胀的作用在断路器暴露于高温的回流焊工序中显著地发挥。由此，在回流焊工序中，断路器相对于电路基板的姿态稳定，从而电路基板的焊盘与断路器的端子之间的接触状态稳定，容易进行良好的焊接。

附图说明

图1是表示基于本发明的一个实施方式的断路器的概略结构的组装前的立体图。

图2是表示通常的充电或放电状态下的上述断路器的剖视图。

图3是表示过充电状态或异常时等的上述断路器的剖视图。

图4是从上述断路器的底面侧观察到的立体图。

图5是上述断路器的仰视图。

图6是上述断路器的固定片以及端子片的立体图。

图7是具备本发明的上述断路器的安全电路的电路图。

图8是表示现有的断路器的剖视图。

具体实施方式

参照附图对基于本发明的一个实施方式的断路器进行说明。图1至图3示出了断路器的结构。断路器1具备一部分从壳体10露出到外部的固定片2和端子片3。通过使固定片2和端子片3的露出部与外部电路(未图示)电连接，从而断路器1构成电气设备的安全电路的主要部分。

如图1所示，断路器1包括：具有固定触点20及端子22的固定片2；具有端子32的端子片3；在前端部具有可动触点41的可动片4；伴随温度变化而变形的热响应元件5；ptc(positivetemperaturecoefficient：正温度系数)热敏电阻6；以及收容固定片2、端子片3、可动片4、热响应元件5及ptc热敏电阻6的壳体10等。壳体10包括：壳体主体(第一壳体)7和安装于壳体主体7的上表面的盖构件(第二壳体)8等构成。

固定片2例如通过对以铜等为主要成分的金属板(除此之外，铜钛合金、铜镍锌合金、黄铜等的金属板)进行冲压加工而形成，并通过嵌件成型而埋入于壳体主体7。

固定触点20除了银、镍、镍银合金以外，还通过铜银合金、金银合金等导电性良好的材料的包层、镀覆或涂布等而形成。固定触点20形成于与可动触点41对置的触点部21，从形成于壳体主体7的内部的开口73a的一部分露出到壳体主体7的收容凹部73。

在本申请中，只要没有特别说明，则在固定片2中，将形成有固定触点20一侧的面(即在图1中为上侧的面)作为第一面，将其相反侧的底面作为第二面来进行说明。对于其他部件，例如端子片3、可动片4以及热响应元件5、壳体10、金属板9等也是同样的。

如图2所示，固定片2具有：以阶梯状(侧视时为曲柄状)弯曲的台阶弯曲部25；以及支承ptc热敏电阻6的支承部26。台阶弯曲部25将固定触点20与支承部26相连，将固定触点20和支承部26配置为高度不同。台阶弯曲部25埋设于壳体主体7。ptc热敏电阻6载置于凸状的突起(凸点)26a之上，被突起26a支承，该突起26a在支承部26形成有3处。

端子片3与固定片2同样地，通过对以铜等为主要成分的金属板进行冲压加工而形成，并通过嵌件成型而埋入至壳体主体7。端子片3具备与可动片4连接的连接部31、和端子32。

连接部31从形成于壳体主体7的内部的开口73b的一部分露出到壳体主体7的收容凹部73，并与可动片4电连接。

可动片4通过对以铜等为主要成分的板状的金属材料进行冲压加工而形成。可动片4形成为相对于长边方向的中心线对称的臂状。

在可动片4的一端部形成有可动触点41。可动触点41由与固定触点20同等的材料形成于可动片4的第二面，除了焊接以外，还通过包层、铆接(crimping)等方法与可动片4的前端部接合。

在可动片4的另一端部形成有与端子片3的连接部31电连接的连接部42。端子片3的连接部31的第一面与可动片4的连接部42的第二面通过激光焊接而固着。所谓激光焊接，是通过向工件(在本实施方式中，相当于端子片3和可动片4)照射激光而使工件局部地熔融及凝固，从而将工件彼此接合的焊接方法。在照射激光后的工件的表面，形成与其他焊接方法(例如，利用焦耳热的电阻焊接)的焊接痕迹不同的形态的激光焊接痕迹。

可动片4在可动触点41与连接部42之间具有弹性部43。弹性部43从连接部42向可动触点41侧延伸。由此，连接部42隔着弹性部43设置在与可动触点41相反的一侧。

通过在连接部42处与端子片3的连接部31固着而将可动片4固定，通过弹性部43发生弹性变形，从而形成于其前端的可动触点41被向固定触点20侧按压而与固定触点20接触，由此固定片2与可动片4能够通电。由于可动片4与端子片3在连接部31及连接部42处电连接，因此固定片2与端子片3能够通电。

可动片4在弹性部43处通过冲压加工而弯曲或屈曲。只要能够收纳热响应元件5，则弯曲或屈曲的程度不被特别限定，只要考虑动作温度及恢复温度下的弹性力、触点的按压力等进行适当设定即可。另外，在弹性部43的第二面，与热响应元件5对置地形成有一对突起(接触部)44a、44b。突起44a、44b与热响应元件5接触，从而热响应元件5的变形经由突起44a、44b传递至弹性部43(参照图1和图3)。

使热响应元件5从可动触点41与固定触点20接触的导通状态转变为可动触点41从固定触点20分离的切断状态。热响应元件5呈弯曲为圆弧状的初始形状，通过层叠热膨胀率不同的薄板材而形成。若由于过热而达到动作温度，则热响应元件5的弯曲形状伴随卡扣运动(snapmotion)而发生反翘曲，若由于冷却而低于恢复温度，则复原。热响应元件5的初始形状能够通过冲压加工而形成。只要在所期望的温度下通过热响应元件5的反翘曲动作而推起可动片4的弹性部43，并且通过弹性部43的弹性力而恢复原状，则热响应元件5的材质和形状没有特别限定，但从生产率和反翘曲动作的效率性的观点出发，优选为矩形形状，为了在小型的同时效率地推起弹性部43，优选为接近正方形的长方形。

作为热响应元件5的材料，层叠由铜镍锌合金、黄铜、不锈钢等各种合金构成的热膨胀率不同的两种材料而成的材料根据所需条件而组合使用。例如，作为得到稳定的动作温度和恢复温度的热响应元件5的材料，优选为在高膨胀侧为铜镍锰合金、在低膨胀侧为铁镍合金，由此组合而成的材料。另外，从化学稳定性的观点出发，作为更优选的材料，可举出在高膨胀侧为铁镍铬合金、在低膨胀侧为铁镍合金，由此组合而成的材料。另外，从化学稳定性和加工性的观点出发，作为更优选的材料，可举出在高膨胀侧为铁镍铬合金、在低膨胀侧为铁镍钴合金，由此组合而成的材料。

在可动片4处于切断状态时，ptc热敏电阻6使固定片2与可动片4导通。ptc热敏电阻6配设在固定片2的支承部26与热响应元件5之间。即，支承部26隔着ptc热敏电阻6位于热响应元件5的正下方。在通过热响应元件5的反翘曲动作而切断固定片2与可动片4的通电时，流过ptc热敏电阻6的电流增大。ptc热敏电阻6只要是电阻值随着温度上升而增大从而限制电流的正特性热敏电阻，就能够根据动作电流、动作电压、动作温度、恢复温度等的需要来选择种类，只要不损害上述诸多特性，则其材料和形状没有特别限定。在本实施方式中，使用包括钛酸钡、钛酸锶或钛酸钙的陶瓷烧结体。除了陶瓷烧结体以外，也可以使用使聚合物含有碳等导电性颗粒的所谓的聚合物ptc。

从可动片4的弹性部43的厚度方向观察时，壳体10形成为以弹性部43的长边方向(即，从连接部42侧朝向可动触点侧的方向)为长边的矩形形状。

构成壳体10的壳体主体7及盖构件8由阻燃性的聚酰胺、耐热性优异的聚苯硫醚(pps)、液晶聚合物(lcp)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)等热塑性树脂成型。只要可得到与上述树脂同等以上的特性，则也可以应用树脂以外的材料。

在壳体主体7形成有用于收容可动片4、热响应元件5及ptc热敏电阻6等的内部空间即收容凹部73。收容凹部73具有：用于收容可动片4的开口73a、73b；用于收容可动片4及热响应元件5的开口73c；以及用于收容ptc热敏电阻6的开口73d等。另外，组装于壳体主体7的可动片4、热响应元件5的端缘分别被形成于收容凹部73的内部的框抵接，在热响应元件5反翘曲时被引导。

在盖构件8，通过嵌件成型而埋入有金属板9。金属板9通过对上述的以铜等为主要成分的金属板或不锈钢等金属板进行冲压加工而形成。如图2及图3所示，金属板9与可动片4的第一面适当抵接，限制可动片4的运动，并且在提高盖构件8乃至作为框体的壳体10的刚性/强度的同时，有助于断路器1的小型化。

如图1所示，盖构件8以堵塞收容有固定片2、端子片3、可动片4、热响应元件5以及ptc热敏电阻6等的壳体主体7的开口73a、73b、73c等的方式安装于壳体主体7。壳体主体7与盖构件8例如通过超声波熔敷而接合。此时，壳体主体7和盖构件8遍及各自的外缘部的整周连续地接合，从而壳体10的气密性提高。由此，收容凹部73所带来的壳体10的内部空间被密闭，可动片4、热响应元件5以及ptc热敏电阻6等部件可与壳体10的外部的气氛隔断并被保护。在本实施方式中，由于在金属板9的第一面侧整体配置有树脂，因此收容凹部73的气密性进一步提高。

图2示出了通常的充电或放电状态下的断路器1的动作。在通常的充电或放电状态下，热响应元件5维持初始形状(反翘曲前)。在金属板9设置有突出部91，该突出部91与可动片4的顶部43a抵接，将顶部43a向热响应元件5侧按压。通过突出部91按压顶部43a，弹性部43发生弹性变形，从而形成于其前端的可动触点41被向固定触点20侧按压而与固定触点20接触。由此，通过可动片4的弹性部43等，断路器1的固定片2与端子片3之间导通。也可以使可动片4的弹性部43与热响应元件5接触，从而可动片4、热响应元件5、ptc热敏电阻6以及固定片2作为电路而导通。但是，ptc热敏电阻6的电阻压倒性地大于可动片4的电阻，因此流过ptc热敏电阻6的电流与流过固定触点20以及可动触点41的量相比是实质上能忽视的程度。

图3示出了过充电状态或异常时等的断路器1的动作。若由于过充电或异常而成为高温状态，则达到动作温度的热响应元件5发生反翘曲，可动片4的弹性部43被推起，从而固定触点20与可动触点41分离。在断路器1的内部，热响应元件5发生变形，推起可动片4时的热响应元件5的动作温度例如为70℃～90℃。此时，在固定触点20与可动触点41之间流过的电流被切断，少量的漏电流通过热响应元件5和ptc热敏电阻6而流通。只要流过如上所述的漏电流，ptc热敏电阻6就持续发热，从而在使热响应元件5维持为反翘曲状态的同时使电阻值急剧增加，因此电流不在固定触点20与可动触点41之间的路径流通，而仅存在上述的少量的漏电流(构成自保持电路)。该漏电流能够用于安全装置的其他功能。

固定片2具有与ptc热敏电阻6抵接的抵接部27。在本实施方式中，形成于支承部26的突起26a的顶部相当于抵接部27。在没有形成突起26a的方式中，支承部26中的与ptc热敏电阻6抵接的区域成为抵接部。例如，在ptc热敏电阻6的第一面以及支承部26的第二面形成为平面状的情况下，支承部26的第二面的大部分成为抵接部。

图4及图5示出了从底面侧观察到的断路器1。壳体主体7具有底壁75。底壁75具有形成断路器1的外底的底面76和从底面76隔着固定片2向ptc热敏电阻6侧凹陷的凹部77。

在该断路器1中，在从ptc热敏电阻6观察固定片2的俯视时，抵接部27配置于凹部77的内侧。即，在图5所示的仰视图中，抵接部27也配置于凹部77的内侧。

因此，如图3所示，即使在断路器1暴露于高温环境下，发生了反翘曲变形的热响应元件5将ptc热敏电阻6向壳体主体7的底面76侧按压的情况下，固定片2也会在设置有抵接部27的区域即从最初凹陷的凹部77处向外侧(图3中下方)膨胀。此时，构成凹部77的外周的底壁75几乎不变形，而维持图2所示的最初的形状。因此，能够抑制壳体10乃至断路器1整体的厚度尺寸的肥大，容易实现小型化。

上述的抑制壳体主体7的底壁75的膨胀的作用在断路器1暴露于高温的回流焊工序中显著地发挥。由此，在回流焊工序中，断路器1相对于电路基板的姿态稳定，从而电路基板的焊盘与断路器1的端子22和32之间的接触状态稳定，容易进行良好的焊接。

在该断路器1中，优选为，在上述俯视时，ptc热敏电阻6整体配置于凹部77的内侧。即，优选为，在图5所示的仰视时，ptc热敏电阻6整体也配置于凹部77的内侧。在这样的方式中，在热响应元件5发生反翘曲变形时，ptc热敏电阻6按压固定片2的区域被限定，从而固定片2的变形得到抑制。因此，可进一步抑制壳体主体7的塑性变形。

在该断路器1中，优选为，从凹部77露出有固定片2的支承部26。即，凹部77由在厚度方向上贯通底壁75的贯通孔构成。在这样的方式中，支承部26的第二面成为凹部77的底面。因此，可进一步抑制伴随固定片2的变形而产生的断路器1的膨胀。此外，凹部77也可以通过树脂而形成为有底。在该情况下，优选为，将凹部77的底部的高度设定为：在热响应元件5发生反翘曲变形时，凹部77的底部不会从壳体主体7的底面突出到外侧。根据这样的凹部，能够在抑制壳体10的膨胀的同时，提高密闭性。另外，在上述的回流焊工序中，抑制焊料向凹部77的渗透。

固定片2具有从底面76露出并与外部电路连接的端子22和32。通过端子22从底面76露出的结构，能够集中配置端子22，缩小外部电路的焊盘部的占有范围，提高图案设计的自由度。端子22与底壁75齐平，即配置在与底面76相同的平面上。由此，能够容易地实现断路器1的薄型化。对于端子32也是同样的。而且，端子22和32在仰视时配置于矩形形状的壳体主体7的四个角部。由此，在上述的回流焊工序中，断路器1的位置和姿态稳定，能够高精度地将断路器1安装在电路基板上。

在该断路器1中，端子22和32沿壳体主体7的短边方向延伸而形成。在这样的方式中，与图8所示的断路器100相比，能够抑制断路器1的长边方向的长度。端子22和32具有从长边侧的侧壁78突出的突出部28和38。突出部28和38从侧壁78突出的突出长度是任意的。突出部28和38例如也可以在将盖构件8接合于壳体主体7之后，以与侧壁78齐平或者从侧壁78稍稍突出的长度被切断。

如图4以及图5所示，在该断路器1中，凹部77在壳体主体7的仰视时形成为矩形形状。并且，凹部77在与两对端子22以及32对置的区域具有角部77a。角部77a形成为向端子22以及32侧凸起的圆弧状。由此，在将固定片2嵌入模具而对壳体主体7进行成型时，树脂材料的流动良好，壳体主体7的成型精度提高。另外，在上述的回流焊工序中，抑制焊料向凹部77的渗透。另外，凹部77也可以在壳体主体7的仰视时形成为圆形或椭圆形。

图6示出了固定片2和端子片3。在固定片2中，一对端子22形成为从触点部21向壳体主体7的短边方向突出的翼状。在触点部21与端子22之间形成有阶梯状的台阶弯曲部29。台阶弯曲部29埋设于壳体主体7。台阶弯曲部29将端子22与触点部21配置为高度不同。通过台阶弯曲部29，能够根据ptc热敏电阻6的厚度以及凹部77的深度来设定触点部21距底面76的高度，并且使端子22容易地从壳体主体7的底面76露出。

在端子片3中，一对端子32形成为从连接部31向壳体主体7的短边方向突出的翼状。在连接部31与端子32之间形成有阶梯状的台阶弯曲部39。台阶弯曲部39埋设于壳体主体7。台阶弯曲部39将端子32与连接部31配置为高度不同。通过台阶弯曲部39，能够根据ptc热敏电阻6的厚度以及凹部77的深度来设定连接部31距底面76的高度，并且使端子32容易地从壳体主体7的底面76露出。

在支承部26的长边方向的前端部和短边方向的两端部设置有弯曲部26b。弯曲部26b通过使支承部26的上述前端部和两端部向热响应元件5侧屈曲或弯曲而形成。通过弯曲部26b咬入壳体主体7，从而使固定片2牢固地接合于壳体主体7。另外，通过在支承部26形成弯曲部26b，在将固定片2插入模具而对壳体主体7进行成型时，树脂材料向凹部77的周边区域的流入变得良好。

本发明的断路器1不限定于上述实施方式的结构，能够变更为各种方式来实施。即，只要断路器1至少具备：固定片2，其具有固定触点20；可动片4，其具有可动触点41，将可动触点41按压于固定触点20而使可动触点41与固定触点20接触；热响应元件5，其通过随着温度变化而变形，从而使可动片4从可动触点41与固定触点20接触的导通状态转变为可动触点41从固定触点20分离的切断状态；ptc热敏电阻6，其在可动片4处于切断状态时，使固定片2与可动片4导通；以及树脂制的壳体10，其收容固定片2、可动片4、热响应元件5和ptc热敏电阻6，固定片2具有与ptc热敏电阻6抵接的抵接部27，壳体10具有底面76和从底面76隔着固定片2向ptc热敏电阻6侧凹陷的凹部77，在从ptc热敏电阻6观察固定片2的俯视时，抵接部27配置于凹部77的内侧即可。

例如，壳体主体7与盖构件8的接合方法不限于超声波熔敷，只要是将两者牢固地接合的方法就能够适当应用。例如，也可以通过涂布/填充液状或凝胶状的粘接剂并使其固化而将两者粘接。另外，壳体10不限于由壳体主体7和盖构件8等构成的方式，只要由两个以上的部件构成即可。

另外，壳体10也可以在端子22、32露出的状态下，通过二次嵌件成型等用树脂等密封。在该情况下，优选为，与凹部77对应的区域向ptc热敏电阻6侧凹陷。由此，能够在抑制壳体10的膨胀的同时，进一步提高气密性。

另外，也可以采用通过由双金属或三金属等层叠金属形成可动片4，从而一体地形成可动片4和热响应元件5的结构。在该情况下，断路器的结构被简化，从而能够实现进一步的小型化。

另外，也可以将本发明应用于如wo2011/105175号公报所示的一体地形成有端子片3和可动片4的方式中。

另外，本发明的断路器1也能够广泛地应用于二次电池组、电气设备用的安全电路等。图7示出了电气设备用的安全电路502。安全电路502在二次电池501的输出电路中串联地具备断路器1。

另外，本发明的断路器1例如也能够应用于日本特开2016-225142号公报所公开的连接器。在该情况下，能够容易地实现连接器的小型化。另外，也可以利用包括具备断路器1的连接器的电缆来构成安全电路502的一部分。

符号说明

1：断路器

2：固定片

4：可动片

5：热响应元件

6：ptc热敏电阻(正特性热敏电阻)

10：壳体

20：固定触点

27：抵接部

41：可动触点

76：底面

77：凹部

77a：角部

502：安全电路。