WO2014171515A1 - 保護装置 - Google Patents

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    • H01H2037/5481—Thermally-sensitive members actuated due to deflection of bimetallic element wherein the bimetallic element is inherently snap acting the bimetallic snap element being mounted on the contact spring

Definitions

  • the present invention relates to the current flowing through an electrical or electronic device (e.g., a motor, secondary battery pack) when the excess current flows, or when the electrical or electronic device or its surrounding temperature rises excessively. It is related with the protective device which interrupts
  • an electrical or electronic device e.g., a motor, secondary battery pack
  • Bimetal elements are used as means for interrupting current.
  • a bimetallic element has a sheet member made of bimetallic metal, and when the temperature of the bimetallic element itself exceeds a specific temperature or when the temperature of the surrounding atmosphere becomes high, the bimetallic element exceeds a specific temperature. When the temperature becomes high, it is configured to operate (i.e., to be deformed) and to interrupt a current flowing through the bimetal element.
  • bimetal element When such a bimetal element is incorporated in an electrical device, it will operate and cut off the current when the electrical device becomes abnormally hot due to excessive current or other reasons. Although the temperature of the electrical device decreases due to the interruption of the current, the bimetal element also returns to its original shape (that is, returns) because the temperature also decreases, and as a result, before ensuring the safety of the electrical device, It may allow the current to flow again.
  • bimetal elements are arranged in series in the circuit of the electric device so that the current of the circuit can be cut off, and PTC elements are arranged in parallel to the bimetal elements.
  • a protection device configured such that movable contacts operated by bimetal elements in an electric circuit are arranged in series, and PTC elements are arranged in parallel to the bimetal elements.
  • a protection device is disclosed in, for example, Patent Document 1 below.
  • a resin base having a terminal has a PTC element, a bimetal element and an arm in a space provided in the resin base, and a cover provided with an upper plate in advance is disposed on the resin base.
  • the resin base and the resin cover are bonded by an adhesive or ultrasonic melting to constitute a resin housing.
  • the terminal and the arm protrude from the resin housing.
  • the conventional protection device as described above is electrically connected to a predetermined electric element through a part of the terminal and the arm, and the connection of the terminal and the arm needs to be performed separately, Since the terminal and arm protrude, space is required for connection.
  • the inventors of the present invention have a resin base, a first terminal, a second terminal, a PTC element, a bimetal element, an arm, an upper plate, and a protective element having a resin cover.
  • a part of the first terminal constitutes the first electrode
  • a part of the second terminal constitutes the second electrode
  • the first electrode and the second electrode are exposed to the outside at the bottom surface of the resin base,
  • the first terminal, the arm and the second terminal are electrically connected in series
  • the bimetal element is activated, the first terminal and the arm are electrically disconnected, while the first terminal, the PTC element, the bimetal element, the arm, and the second terminal are electrically connected in this order.
  • a protective element comprising a resin base, a first terminal, a second terminal, a PTC element, a bimetal element, an arm, an upper plate and a resin cover
  • the first terminal and the second terminal A protective element capable of surface mounting is provided by forming the first electrode and the second electrode so as to be exposed from the bottom surface of the resin base, for example, by surrounding the resin base from the side surface to the bottom surface, for example, in a U shape. can do.
  • FIG. 1 schematically shows a perspective view of the protective device 1 of the present invention.
  • FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view along a plane perpendicular to the plane including the straight line x 1 -x 2 of the protection device of FIG.
  • FIG. 3 schematically shows a bottom view of the protective device of the present invention.
  • FIG. 4 schematically shows an exploded perspective view obtained when the protection device of the present invention is temporarily disassembled into elements constituting the protection device.
  • FIG. 4 schematically shows a state in which the protection device of the present invention shown in FIGS. 1 to 3 is disassembled for each component constituting the protection device.
  • FIG. 4 shows the device of the present invention in a completed state as the device.
  • FIG. 4 schematically shows an exploded perspective view obtained when the protective device 1 is temporarily disassembled into elements constituting the protective device 1, and the protective device of the present invention is not obtained by assembling the elements shown in FIG. It should be noted that there is no point.
  • the protection device 1 of the present invention has a structure schematically shown in FIGS. Specifically, the protection device 1 includes a resin housing 10 defined by a resin base 6 having a first terminal 2 and a second terminal 4 and a resin cover 8.
  • the resin base 6 has a space 12, a part of the first terminal 2 is exposed at the bottom of the space, the PTC element 16 is disposed above the exposed portion 14, and the bimetal element 18 is disposed above the PTC element 16.
  • the arm 20 is disposed above the upper plate 26, and the upper plate 26 is disposed above the arm 20. One end of the arm 20 is electrically connected to the second terminal 4.
  • Part of the first terminal and part of the second terminal go around from the side surface of the resin housing 10 to the bottom surface, where they are exposed to the outside of the protection device, and constitute the first electrode 22 and the second electrode 24, respectively.
  • the first electrode 22 and the second electrode 24 are exposed to the outside at the bottom surface of the resin base. Therefore, the first electrode 22 and the second electrode 24 exist on the same plane.
  • the space 12 including the exposed portion 14 of the first terminal, the PTC element 16, the bimetal element 18, the arm 20, and the upper plate 26 is covered and sealed with the resin cover 8.
  • the first terminal 2, the arm 20, and the second terminal 4 are electrically connected in series at normal times. Further, the bimetal element 18 is curved so as to protrude upward (arm side) as shown in the figure, and is separated from the arm 20. In this state, the current flows in the order of the first terminal 2, the arm 20, and the second terminal 4 (or vice versa), and no current flows in the PTC element 16 and the bimetal element 18. At the time of abnormality, that is, when abnormal heat is generated due to overcurrent or the like, the bimetal element 18 operates and deforms upward from a convex to a downward convex, thereby pushing up the arm 20 upward, The electrical connection with the terminal is interrupted.
  • the deformed bimetal element 18 is in contact with the arm 20 and is electrically connected while maintaining the connection with the PTC element 16.
  • the current flows in the order of the first terminal 2, the PTC element 16, the bimetal element 18, the arm 20, and the second terminal 4 (or vice versa), and this current causes the PTC element 16 to trip (operate), Generates Joule heat.
  • the bimetal element 18 is held in a downward convex state, and the contact state between the arm 20 and the first terminal 2 can be maintained.
  • the current flowing through the circuit to be protected is substantially cut off (however, a minute current as a leakage current flows).
  • the first terminal 2 and the second terminal 4 and the resin base 6 are integrally formed by insert molding. By performing insert molding in this way, the adhesion between the first terminal 2 and the second terminal 4 and the resin base 6 can be enhanced.
  • the resin base 6 has a space 12 and a part of the first terminal 2 is exposed at the bottom.
  • the PTC element 16 is disposed on the exposed portion 14 of the first terminal 2, and as a result, they are electrically connected.
  • the first terminal 2 may have, for example, a plurality of, for example, three, dome-shaped contacts 32 on the exposed portion 14 so that electrical connection with the PTC element 16 can be easily secured.
  • a part of the first terminal 2 and a part of the second terminal 4 wrap around the resin base 6 from the side surface to the bottom surface, for example, in a U shape or V shape (the corner may be a curved surface).
  • a part of the first electrode 22 and the second electrode 24 are exposed to the outside.
  • the first electrode 22 and the second electrode 24 are exposed to the outside at the bottom surface of the resin base, that is, the exposed surfaces are on the same plane, and are thus surface-mounted on a predetermined electrical element. Becomes easier.
  • the first electrode 22 and the second electrode 24 are arranged symmetrically with respect to the intermediate line (y 1 -y 2 in FIG. 3) between the first electrode and the second electrode on the bottom surface of the resin base 6. Preferably it is.
  • the protective element can be installed in any orientation without distinction between the positive electrode and the negative electrode of the protective element, for example, when installed on the substrate. become.
  • the first electrode 22 and / or the second electrode 24 are preferably plated with a metal that is difficult to oxidize.
  • the contact between the first terminal 2 and the arm 20 and / or the contact between the first terminal 2 and the PTC element 16 is preferably plated with a metal that is not easily oxidized. By plating with such a metal, it is possible to prevent the resistance from increasing due to oxidation of the electrode and / or the contact when the protective element is heat-treated in a reflow furnace.
  • Examples of the metal that is difficult to oxidize include, but are not limited to, gold, platinum, silver, mercury, copper, and the like.
  • first terminal 2 and / or the second terminal 4 are preferably plated with a metal having high thermal conductivity.
  • a metal having a high thermal conductivity for example, the heat generated at the contact portion between the first terminal and the arm is efficiently exposed to the portion exposed from the resin housing. It can be disseminated and dissipated.
  • Examples of the metal having high thermal conductivity include, but are not limited to, gold, copper, aluminum, magnesium, molybdenum, and tungsten.
  • the metal used for plating is preferably a metal that is difficult to oxidize and has high thermal conductivity, such as gold.
  • the plating thickness is not particularly limited, but is, for example, 0.2 to 40 ⁇ m, preferably 2 to 5 ⁇ m. By setting the plating thickness to 2 ⁇ m or more, heat can be dissipated more efficiently, and oxidation of the electrodes and / or contacts can be more reliably prevented.
  • the first electrode 22 and / or the second electrode 24 may be plated with nickel, gold, tin, or the like.
  • the plating may be a single layer or multiple layers.
  • a metal with high thermal conductivity it may be plated with a metal that is difficult to oxidize (two layers), or with a single layer of a metal that has high thermal conductivity and is difficult to oxidize May be.
  • the first terminal 2 has a contact portion formed by caulking a contact material in a hole provided through the first terminal 2 as a contact portion with the arm 20. May be.
  • caulking means that a hole provided through a certain member (for example, a plate for the first terminal) has a diameter equivalent to the diameter of the hole, and from the thickness of the hole. It means that another member (for example, contact material) having a large thickness (height) is fitted and another member is fixed to a certain member by crushing a portion protruding vertically from this hole.
  • the contact material does not necessarily have a cylindrical shape, and may have a prismatic shape or the like.
  • the metal constituting the contact material is not particularly limited, and examples thereof include silver-nickel, silver-copper, AgCdO, AgSnO 2 , AgZnO, AgSnOInO, AgCu, and a copper-tungsten alloy.
  • a 90% silver 10% nickel alloy is preferred from the standpoint that the hardness is low and the shape of the contact portion, particularly the thickness can be finely designed.
  • the first terminal 2 may preferably have a rib around at least a part of the first terminal, for example, around the part 28.
  • the “rib” refers to an element or structure for increasing the strength of a member in which the rib is installed.
  • a linear, rod-shaped, or strip-shaped reinforcing material installed on a member surface, or a member Examples include a structure in which a part of the surface is deformed into a convex shape or a concave shape.
  • the first terminal 2 is preferably formed so that the portion 28 including the exposed portion 14 is positioned deeper in the space 12 of the resin base 6. By setting it as such a shape, the capacity
  • the resin base 6 is formed of a heat resistant resin.
  • a resin By using such a resin, deformation of the protection element can be prevented even when subjected to a high temperature environment such as a reflow furnace.
  • heat resistant resin examples include LCP resin, polyamide resin, PPS resin, and the like.
  • the PTC element 16 is disposed above the exposed portion 14 of the first terminal.
  • the first terminal 2 and the PTC element 16 are electrically connected via, for example, the contact 32.
  • the PTC element either a ceramic PTC element or a polymer PTC element may be used, but a polymer PTC element is preferably used.
  • the polymer PTC element is advantageous in that the resistance value of the element itself is lower than that of the ceramic PTC element and self-destruction is unlikely to occur even when the temperature exceeds a certain level.
  • the polymer PTC element has a lower voltage required to maintain the trip state than the ceramic PTC element, and can maintain the trip state even when the circuit voltage is low.
  • the contact can be maintained in an open state (latched state) and chattering phenomenon that repeatedly opens and closes the contact can be prevented.
  • the polymer PTC element is preferable in that it is smaller and has a lower resistance than the ceramic PTC element.
  • the polymer PTC element is obtained by extruding a conductive composition containing a polymer (for example, polyethylene, polyvinylidene fluoride, etc.) in which a conductive filler (for example, carbon black, nickel alloy, etc.) is dispersed. Layered PTC element and electrodes (for example, metal foil) disposed on both sides thereof.
  • a polymer for example, polyethylene, polyvinylidene fluoride, etc.
  • a conductive filler for example, carbon black, nickel alloy, etc.
  • the size and shape of the polymer PTC element are not particularly limited, but in the protective device of the present invention, for example, a disk-shaped device having a diameter of 2.0 mm or less and a thickness of 0.20 mm or less can be used.
  • the resistance value is preferably 0.8 to 10 ⁇ , and more preferably 4.5 to 10 ⁇ .
  • the resistance value of the polymer PTC element is preferably 0.8 to 10 ⁇ , and more preferably 4.5 to 10 ⁇ .
  • the resistance value of the polymer PTC element is a polymer PTC obtained by pressure-bonding electrodes (preferably nickel foil) to both sides of a PTC element obtained by extruding a conductive composition containing a polymer.
  • a bimetal element 18 is disposed above the PTC element 16.
  • the bimetal element 18 is supported on a stepped portion 30 provided in the space 12.
  • the bimetal element 18 is not particularly limited as long as it deforms at a temperature that should be determined as an abnormal state, and a known element can be used. In normal times, the bimetal element 18 may or may not be electrically connected to the PTC element, but is electrically connected in the event of an abnormality.
  • the bimetal element 18 has as large a surface area as possible as long as the resin-based space 12 can allow it. By increasing the surface area, variation in operating temperature can be reduced, and the force that pushes the arm 20 upward when deformed in an abnormal state becomes larger.
  • the bimetal element 18 can be obtained by, for example, pressing a bimetal element alone to obtain a desired shape and then heat-treating it at a high temperature.
  • the operating temperature of the bimetal element after such heat treatment becomes the operating temperature of the protective element.
  • a protection device using such a bimetal element can operate at a predetermined temperature without changing its temperature characteristics even when subjected to a high temperature environment such as in a reflow furnace.
  • the temperature of the heat treatment is not particularly limited, but the temperature at which the protective device is exposed, for example, the temperature at the time of soldering for surface mounting, specifically, the temperature higher than the temperature of the reflow furnace, for example, 30 ° C. higher , 80 ° C. higher temperature, or 100 ° C. higher temperature.
  • the time for the heat treatment is not particularly limited, but may be 1 to 180 minutes, for example, 10 minutes, 20 minutes, 30 minutes, 60 minutes or 120 minutes.
  • the temperature and time of the above heat treatment can vary depending on the temperature at which the protective device is exposed, the type of metal constituting the bimetal element, the size and shape of the bimetal element, and the like.
  • this heat treatment is performed in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere.
  • the bimetal element 18 may have a protrusion, for example, a dome-shaped convex part, in the vicinity of the center part of the lower surface (PTC element side).
  • the protrusion comes into contact with the PTC element 16 when the bimetal element 18 is activated and becomes convex downward from the upward convex state. Since the arm 20 is further pushed upward by an amount corresponding to the height of the protrusion, the arm 20 can be sufficiently pushed up even when the degree of curvature of the bimetal element 18 itself is smaller.
  • the electrical connection at the contact of one terminal can be more reliably interrupted.
  • the arm 20 is located above the bimetal element 18 and is electrically connected to the second terminal 4.
  • the connection method between the arm 20 and the second terminal 4 is not particularly limited, and examples thereof include soldering and welding, but laser welding is preferably used.
  • the arm 20 and the 2nd terminal may be integrally formed from the first.
  • the arm 20 is formed in a curved state so that the contact portion with the first terminal is positioned slightly below the horizontal direction (extending direction of the bottom surface of the resin base). It is preferable.
  • This contact portion is in contact with the contact portion of the first terminal when it is normal, and when it is abnormal, the bimetal element 18 is deformed to push up the arm 20 and release this contact state.
  • the arm 20 may have a contact portion 36 formed by caulking a contact material in a hole penetrating the arm 20 as a contact portion with the first terminal 2.
  • a contact portion 36 formed by caulking a contact material in a hole penetrating the arm 20 as a contact portion with the first terminal 2.
  • the metal constituting the contact material of the arm 20 is the same as that constituting the contact material forming the contact part of the first terminal 2.
  • the arm 20 may have a contact point 34 for making the electrical connection between the arm and the bimetal element more reliable when the bimetal element is deformed at the time of abnormality.
  • the arm 20 is bent into a crank shape in the space 12 as shown.
  • the distance (contact gap) between the contact portion of the first terminal 2 and the contact portion of the arm 20 can be increased. Both contact states can be more reliably released.
  • an upper plate 26 is disposed above the arm in the space 12.
  • the upper plate 26 operates when the bimetal element 18 reaches a predetermined high temperature and pushes the arm 20 upward, so that the arm 20 that may be in a heated state comes into contact with the heat from the bimetal element 18 to dissipate the heat. It has a function. Accordingly, the upper plate 26 preferably has excellent thermal conductivity, and heat is dissipated from the upper plate 26 via the second terminal 4 via the arm in contact therewith. Therefore, the upper plate 26 is preferably formed of, for example, a metal sheet. As a result, the amount of heat transferred from the bimetal element 18 to the resin cover 8 can be reduced as much as possible, and the influence of the resin cover 8 due to heat can be minimized.
  • the resin cover 8 is disposed so as to cover the upper plate 26.
  • the resin cover 8 defines the resin housing 10 together with the resin base 6.
  • the resin cover 8 and the resin base 6 can be bonded by, for example, an adhesive, ultrasonic welding, laser welding, or the like, but it is preferable to use laser welding.
  • a part of the upper surface portion of the upper plate 26 may be exposed from the resin cover 8.
  • the resin constituting the resin cover 8 is not particularly limited and may be the same as or different from the resin constituting the resin base 6, but is preferably a heat resistant resin. When the same resin as the resin constituting the resin base 6 is used, the adhesion between the resin base 6 and the resin cover 8 can be further ensured.
  • the left half including the first electrode and the right half including the second electrode are preferably symmetrical.
  • the protective element in this way, when the protective element is installed, it can be installed in an arbitrary direction without distinguishing between the positive electrode, the negative electrode, and the left and right of the protective element.
  • the protection device of the present invention can be suitably used as a protection device for lithium ion battery cells such as mobile phones and tablet devices.
  • SYMBOLS 1 Protection apparatus; 2 ... 1st terminal; 4 ... 2nd terminal; 6 ... Resin base; 8 ... Resin cover; 10 ... Resin housing; 12 ... Space; 14 ... Exposed part; 16 ... PTC element; 18 ... Bimetal element; 20 ... Arm; 22 ... First electrode; 24 ... second electrode; 26 ... upper plate; 28 ... part of the first terminal; 30 ... Step part; 32 ... Contact; 34 ... Contact; 36 ... Contact part

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Abstract

　表面実装が可能な、バイメタル素子およびＰＴＣ素子を有して成る保護素子を提供すること。　樹脂ベース、第１ターミナル、第２ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子、アーム、上方プレートおよび樹脂カバーを有して成り、　第１ターミナルの一部が第１電極を構成し、第２ターミナルの一部が第２電極を構成し、　第１電極および第２電極の露出面が同一平面上に存在し、　平常時には、第１ターミナル、アームおよび第２ターミナルが電気的に直列に接続された状態にあり、　バイメタル素子が作動する異常時には、第１ターミナルとアームとが電気的に遮断された状態になる一方、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子、アームおよび第２ターミナルがこの順で電気的に直列に接続された状態となるように構成されていることを特徴とする保護装置。

Description

保護装置
　本発明は、電気または電子装置（例えばモーター、２次電池パック）に過剰電流が流れた場合、あるいは、電気または電子装置またはその周囲の温度が過度に上昇した場合、そのような装置を流れる電流を実質的に遮断する保護装置に関する。
　電気装置（例えばモーター）に電流が過剰に流れて電気装置が異常に高い温度になった場合、過剰電流以外の何等かの理由で電気装置の温度が異常に高い温度になった場合等の異常が生じた際、電気装置を流れる電流を遮断して、必要に応じてそのような異常を解消して、電気装置の安全を確保する必要がある。そのように電流を遮断する手段としてバイメタル素子が使用されている。
　バイメタル素子は、バイメタル金属のシート部材を有して成り、それ自体が特定の温度を越えて高温になった場合、あるいはその周囲の雰囲気の温度が高くなってバイメタル素子が特定の温度を超えて高温になった場合、作動して（即ち、変形して）、バイメタル素子を流れる電流を遮断するように構成されている。
　そのようなバイメタル素子が電気装置に組み込まれている場合、過剰電流または他の理由によって電気装置が異常な高温になると作動して電流を遮断する。電流の遮断により電気装置の温度が低下するが、バイメタル素子は、その温度も低下するので、元の形状に戻り（即ち、復帰して）、その結果、電気装置の安全を確保する前に、再び電流が流れることを許容することになり得る。
　そのように再び電流が流れることを防止するには、バイメタル素子が作動した状態を確保・維持する必要がある。そのために、電気装置の回路においてバイメタル素子を直列に配置して、その回路の電流を遮断できるようにすると共に、バイメタル素子に対してＰＴＣ素子が並列に配置されている。このような配置によって、バイメタル素子が作動した場合に、それを流れていた電流をＰＴＣ素子に迂回させ、その電流によってＰＴＣ素子がジュール熱を発生して、その熱をバイメタル素子に伝達してバイメタル素子の作動状態を確保できる。
　このように電気回路においてバイメタル素子により動作する可動接点を直列に配置し、また、ＰＴＣ素子をバイメタル素子に対して並列に配置するように構成された保護装置が知られている。このような保護装置は、例えば下記特許文献１に開示されている。そのような保護装置では、ターミナルを有する樹脂ベースがそれに設けた空間内にＰＴＣ素子、バイメタル素子およびアームを有して成り、上方プレートを予め設けたカバーが樹脂ベース上に配置され、この状態で樹脂ベースと樹脂カバーとが接着剤または超音波溶融によって接着されて樹脂ハウジングを構成する。このような保護装置は、ターミナルおよびアームが樹脂ハウジングから突出している。
特開２００５－２０３２７７号公報
　上記のような従来の保護装置は、ターミナルおよびアームの一部を介して所定の電気要素に電気的に接続されるが、このターミナルおよびアームの接続は、それぞれ別々に行う必要があり、また、ターミナルおよびアームが突出しているので接続のためにスペースを要する。
　本発明者らは、鋭意検討した結果、樹脂ベース、第１ターミナル、第２ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子、アーム、上方プレートおよび樹脂カバーを有して成る保護素子において、
　第１ターミナルの一部が第１電極を構成し、第２ターミナルの一部が第２電極を構成し、
　第１電極および第２電極が樹脂ベースの底面にて外側に露出し、
　平常時には、第１ターミナル、アームおよび第２ターミナルが電気的に直列に接続された状態にあり、
　バイメタル素子が作動する場合には、第１ターミナルとアームとが電気的に遮断された状態になる一方、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子、アームおよび第２ターミナルがこの順で電気的に直列に接続されるように構成されていることを特徴とする保護素子により上記の課題を解決することができることを見出した。
　本発明によれば、樹脂ベース、第１ターミナル、第２ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子、アーム、上方プレートおよび樹脂カバーを有して成る保護素子において、１つの態様では第１ターミナルおよび第２ターミナルを樹脂ベースの側面から底面に、例えばＵ字状に周り込ませて、樹脂ベースの底面で露出するように第１電極および第２電極を構成することにより、表面実装が可能な保護素子を提供することができる。
図１は、本発明の保護装置１の斜視図を模式的に示す。 図２は、図１の保護装置の直線ｘ１－ｘ２を含む平面に対して垂直な面に沿った断面図を模式的に示す。 図３は、本発明の保護装置の底面図を模式的に示す。 図４は、本発明の保護装置を、それを構成する要素に仮に分解したとした場合に得られる分解斜視図を模式的に示す。
　本発明の一の実施形態である保護装置１について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図４に、図１～３に示す本発明の保護装置を、それを構成する要素毎に分解した様子を模式的に示すが、図４は、装置として完成状態にある、本発明の保護装置１をそれを構成する要素に仮に分解した場合に得られる分解斜視図を模式的に示すものであって、図４に示す要素を組み立てることによって、本発明の保護装置が得られるわけではない点に留意すべきである。
　本発明の保護装置１は、概略的には、図１～４に示されるような構造を有する。具体的には、保護装置１は、第１ターミナル２および第２ターミナル４を有する樹脂ベース６および樹脂カバー８により規定される樹脂ハウジング１０を有して成る。樹脂ベース６は空間１２を有し、その空間の底部には第１ターミナル２の一部が露出し、その露出部分１４の上方にＰＴＣ素子１６が配置され、その上方にバイメタル素子１８が配置され、その上方にアーム２０が配置され、さらにその上方に上方プレート２６が配置されている。アーム２０の一端は、第２ターミナル４に電気的に接続されている。第１ターミナルの一部および第２ターミナルの一部は、樹脂ハウジング１０の側面から底面に回り込み、そこで保護装置の外部に露出して、それぞれ、第１電極２２および第２電極２４を構成する。第１電極２２および第２電極２４は、樹脂ベースの底面にて外側に露出しており、従って、第１電極２２および第２電極２４は同一平面上に存在する。第１ターミナルの露出部分１４、ＰＴＣ素子１６、バイメタル素子１８、アーム２０および上方プレート２６を含む空間１２は、樹脂カバー８により覆われ、密閉されている。
　保護装置１において、平常時には、第１ターミナル２、アーム２０および第２ターミナル４は電気的に直列に接続されている。また、バイメタル素子１８は、図示するように上向き（アーム側）に凸となるよう湾曲した状態であり、アーム２０から離隔されている。この状態では、電流は、第１ターミナル２、アーム２０、第２ターミナル４の順（またはその逆）に流れ、ＰＴＣ素子１６およびバイメタル素子１８には電流は流れない。異常時、即ち、過電流等により異常発熱が生じた場合には、バイメタル素子１８が作動して、上向きに凸から下向き凸に変形し、これによりアーム２０が上方に押し上げられ、アームと第１ターミナルとの電気的接続が遮断される。また、変形したバイメタル素子１８は、ＰＴＣ素子１６との接続を維持しながら、アーム２０と接触して電気的に接続された状態となる。この状態では、電流は、第１ターミナル２、ＰＴＣ素子１６、バイメタル素子１８、アーム２０、第２ターミナル４の順（またはその逆）に流れ、この電流によりＰＴＣ素子１６がトリップ（動作）し、ジュール熱を生じる。このジュール熱によりバイメタル素子１８は下向き凸の状態に保持され、アーム２０と第１ターミナル２の接点の開放状態を維持することができる。このとき保護されるべき回路に流れる電流は、実質的に遮断される（ただし、漏れ電流としての微少電流は流れる）。
　本発明において、第１ターミナル２および第２ターミナル４と樹脂ベース６は、インサート成形により一体に形成される。このようにインサート成形することにより、第１ターミナル２および第２ターミナル４と樹脂ベース６間の密着性を高めることができる。樹脂ベース６は、空間１２を有し、その底部では第１ターミナル２の一部が露出している。この第１ターミナル２の露出部分１４上にＰＴＣ素子１６が配置され、その結果、これらが電気的に接続された状態になる。第１ターミナル２は、露出部分１４上に、ＰＴＣ素子１６との電気的接続を容易に確保できるように、例えばドーム状の接点３２を複数、例えば３個有していてもよい。
　第１ターミナル２の一部および第２ターミナル４の一部は、樹脂ベース６の側面から底面に、例えばＵ字型、Ｖ字型（角が曲面であってもよい）に回り込み、樹脂ベースの外部に露出して、その一部がそれぞれ第１電極２２および第２電極２４を構成する。第１電極２２および第２電極２４は、樹脂ベースの底面にて外側に露出しており、即ち、露出面は、同一平面上に存在しており、これにより所定の電気要素に表面実装することが容易になる。
　第１電極２２および第２電極２４は、樹脂ベース６の底面において、第１電極と第２電極との間の中間線（図３のｙ１－ｙ２）に対して線対称に設置されていることが好ましい。このように第１電極２２および第２電極２４を設置することにより、保護素子を、例えば基板上に設置する際に、保護素子の正極・負極の区別なく、任意の向きで設置することが可能になる。
　第１電極２２および／または第２電極２４は、酸化しにくい金属によりメッキされていることが好ましい。同様に、第１ターミナル２とアーム２０の接点および／または第１ターミナル２とＰＴＣ素子１６との接点も、酸化しにくい金属によりメッキされていることが好ましい。このような金属でメッキすることにより、保護素子をリフロー炉において熱処理した際に電極および／または接点が酸化して抵抗が増加することを防止することができる。
　酸化しにくい金属としては、限定するものではないが、例えば、金、白金、銀、水銀、銅等が挙げられる。
　また、第１ターミナル２および／または第２ターミナル４は、熱伝導率が高い金属によりメッキされていることが好ましい。第１ターミナル２および／または第２ターミナル４を熱伝導率が高い金属でメッキすることにより、例えば第１ターミナルとアームとの接点部で生じた熱を、効率的に樹脂ハウジングから露出した部分に伝えて消散させることができる。
　熱伝導率が高い金属としては、限定するものではないが、例えば、金、銅、アルミニウム、マグネシウム、モリブデン、タングステン等が挙げられる。
　メッキに用いられる金属は、酸化しにくく、かつ、熱伝導率が高い金属、例えば金が好ましい。
　メッキ厚は、特に限定されるものではないが、例えば、０．２～４０μｍ、好ましくは２～５μｍである。メッキ厚を、２μｍ以上とすることにより、より効率的に熱を消散させることができ、かつ、より確実に電極および／または接点の酸化を防止することができる。
　また、半田濡れ性を向上させるために、第１電極２２および／または第２電極２４は、ニッケル、金、錫等によりメッキされていてもよい。
　メッキは、単層であってもよく、多層であってもよい。例えば、熱伝導率が高い金属をメッキした後、その上に酸化しにくい金属をメッキしてもよいし（２層）、あるいは、熱伝導率が高く、かつ酸化しにくい金属を単層でメッキしてもよい。３つの特性：（ｉ）難酸化性、（ｉｉ）高熱伝導率、および（ｉｉｉ）高半田濡れ性のいずれか２つを有する金属でメッキすることが好ましく、３つすべての特性を有する金属でメッキすることがより好ましい。
　図示していないが、第１ターミナル２は、アーム２０との接点部として、第１ターミナル２に貫通して設けられた穴に、接点材をかしめることにより形成された接点部を有していてもよい。本明細書において「かしめる」とは、ある部材（例えば、第１ターミナル用のプレート）に貫通して設けられた穴に、その穴の直径と同等の直径を有し、その穴の厚みよりも大きい厚み（高さ）を有する別の部材（例えば、接点材）をはめ込み、この穴から上下に突出した部分を潰すことによりある部材に別の部材を固定することを意味する。尚、接点材は必ずしも円柱形である必要はなく、角柱形等であってもよい。第１ターミナル２にこのような接点部を形成することにより、接点部により大きな熱容量を持たせることが可能になり、これにより保護装置に比較的大きな電流を流した場合でも接点部の温度の急激な上昇を防止することができ、保護装置の保持電流をより大きくすることが可能になる。
　上記接点材を構成する金属は、特に限定されないが、例えば、銀－ニッケル、銀－銅、ＡｇＣｄＯ、ＡｇＳｎＯ２、ＡｇＺｎＯ、ＡｇＳｎＯＩｎＯ、ＡｇＣｕ、銅－タングステン合金等が挙げられる。硬度が低く、接点部の形状、特に厚みの微細な設計が可能であるという観点から、９０％銀１０％ニッケル合金が好ましい。
　第１ターミナル２は、好ましくは、第１ターミナルの少なくとも一部に、例えば部分２８の周囲にリブを有し得る。本明細書において、「リブ」とは、それが設置された部材の強度を高めるための要素または構造を言い、例えば、部材面に設置される線状、棒状またはストリップ状の補強材、部材の表面の一部を凸状または凹状に変形させた構造が挙げられる。このようなリブを形成することにより、保護装置の剛性、特に裏面（電極側）からの外圧に対する強度を高めることができる。
　上記第１ターミナル２は、好ましくは、上記露出部分１４を含む部分２８が樹脂ベース６の空間１２のより深い位置に位置するように形成される。このような形状とすることにより、樹脂ベース６の空間１２の容量を大きくすることができる。
　好ましくは、樹脂ベース６は、耐熱性樹脂により形成される。このような樹脂を用いることにより、リフロー炉など高温環境に付された場合であっても、保護素子の変形を防止することができる。
　上記の耐熱性樹脂としては、例えば、ＬＣＰ樹脂、ポリアミド系樹脂、ＰＰＳ系樹脂等が挙げられる。
　本発明の保護装置において、上記第１ターミナルの露出部分１４の上方にＰＴＣ素子１６が配置されている。その結果、第１ターミナル２とＰＴＣ素子１６は、例えば接点３２を介して電気的に接続されている。
　上記ＰＴＣ素子としては、セラミックＰＴＣ素子またはポリマーＰＴＣ素子のいずれを用いてもよいが、ポリマーＰＴＣ素子を使用するのが好ましい。ポリマーＰＴＣ素子は、セラミックＰＴＣ素子と比較して、素子自体の抵抗値が低く、一定以上の温度になっても自己破壊が生じにくいという点で有利である。また、ポリマーＰＴＣ素子は、セラミックＰＴＣ素子と比較して、トリップ状態を保持するために必要な電圧が低く、回路の電圧が低い状態であってもトリップ状態を保持することができる。この結果、接点を開放状態に維持することができ（ラッチ状態）、接点の開閉を繰り返すチャタリング現象を防止できるという点で有利である。さらに、保持電流値が同等である場合、ポリマーＰＴＣ素子は、セラミックＰＴＣ素子よりも小型・低抵抗である点でも好ましい。
　上記ポリマーＰＴＣ素子とは、導電性充填剤（例えばカーボンブラック、ニッケル合金等）が分散しているポリマー（例えばポリエチレン、ポリビニリデンフルオライド等）を含んで成る導電性組成物を押出することによって得られる層状のＰＴＣ要素およびその両側に配置された電極（例えば金属箔）を有して成る。
　ポリマーＰＴＣ素子の大きさおよび形状は、特に限定されないが、本発明の保護装置では、例えば直径２．０ｍｍ以下、厚さ０．２０ｍｍ以下のディスク状のものを使用することができる。
　本発明の保護装置において、ＰＴＣ素子としてポリマーＰＴＣ素子を使用する場合、その抵抗値は、０．８～１０Ωであるのが好ましく、４．５～１０Ωであるのがより好ましい。ポリマーＰＴＣ素子の抵抗値を０．８Ω以上とすることにより、３Ｖでトリップした状態を維持することができる。また、ポリマーＰＴＣ素子の抵抗値を４．５Ω以上とすることにより、３Ｖでのトリップ状態時の漏れ電流を０．２Ａ以下とすることが可能になる。また、ポリマーＰＴＣ素子の抵抗値を１０Ω以下とすることにより、その製造に際して、抵抗値のバラツキを小さくするのが容易になる。
　尚、本明細書において、ポリマーＰＴＣ素子の抵抗値とは、ポリマーを含んで成る導電性組成物を押し出して得られるＰＴＣ要素の両側に電極（好ましくはニッケル箔）を圧着して得られるポリマーＰＴＣ素子の両電極間に２５℃にて６．５ｍＶ（直流）の電圧を印可した状態で測定される電流値および印可電圧から算出される抵抗値（４端子法による測定、抵抗測定器の測定レンジの印可電流：１００ｍＡ）を意味する。尚、電極の抵抗値はＰＴＣ要素の抵抗値と比較した場合、無視できるほどに小さいので、ＰＴＣ素子の抵抗値は、ＰＴＣ要素の抵抗値に実質的に等しい。
　本発明の保護装置において、ＰＴＣ素子１６の上方にはバイメタル素子１８が配置されている。当該バイメタル素子１８は、空間１２内に設けた段差部３０上で支持される。当該バイメタル素子１８は、異常状態と判断すべき温度で変形するものであれば特に限定されず、自体公知のものを用いることができる。平常時には、バイメタル素子１８は、ＰＴＣ素子と電気的に接続されていてもいなくてもよいが、異常時には電気的に接続される。
　バイメタル素子１８は、樹脂ベースの空間１２が許容し得る限り、できるだけ表面積が大きいものが好ましい。表面積を大きくすることにより、動作温度のばらつきを低減することができ、また、異常時に変形した際にアーム２０を上方に押し上げる力がより大きくなる。
　バイメタル素子１８は、例えば、バイメタル素子を単体でプレス加工して所望の形状とした後、高温で熱処理することにより得ることができる。このように熱処理された後のバイメタル素子の作動温度が、保護素子の作動温度となる。このようなバイメタル素子を用いた保護装置は、リフロー炉内など高温環境に付された場合であっても、温度特性が変化することなく、所定の温度で動作することができる。
　熱処理の温度は、特に限定されないが、保護装置が曝される温度、例えば、表面実装の為にはんだ付けする際の温度、具体的にはリフロー炉の温度よりも高い温度、例えば３０℃高い温度、８０℃高い温度、または１００℃高い温度であってもよい。
　熱処理の時間は、特に限定されるものではないが、１～１８０分、例えば１０分、２０分、３０分、６０分または１２０分であってもよい。
　上記の熱処理の温度および時間は、保護装置が曝される温度、バイメタル素子を構成する金属の種類、バイメタル素子の大きさおよび形状等によって変化し得る。
　好ましくは、この熱処理は、不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気下で行う。
　図示していないが好ましくは、バイメタル素子１８は、その下面（ＰＴＣ素子側）の中央部付近に、突起、例えばドーム状の凸部を有していてもよい。この突起は、バイメタル素子１８が作動して、上向きに凸の状態から下向きに凸となった場合、ＰＴＣ素子１６と接触した状態となる。この突起の高さに相当する分だけアーム２０がさらに上方に押し上げられるので、バイメタル素子１８自体の湾曲の程度がより小さい場合であっても、アーム２０を十分に押し上げることができ、アームと第１ターミナルの接点での電気的接続をより確実に遮断することができる。
　本発明の保護装置において、アーム２０は、バイメタル素子１８の上方に位置し、第２ターミナル４と電気的に接続されている。アーム２０と第２ターミナル４との接続方法は、特に限定されるものではなく、半田付け、溶接などが挙げられるが、好ましくはレーザー溶接が用いられる。また、アーム２０と第２ターミナルは、元々一体に形成されていてもよい。
　また、アーム２０は、図示するように、第１ターミナルとの接点部が、水平方向（樹脂ベースの底面の延在方向）に対してやや下方に位置するように湾曲している状態に形成されているのが好ましい。この接点部は、正常時には、第１ターミナルの接点部と接触しており、異常時には、バイメタル素子１８が変形することによりアーム２０が上方に押し上げられ、この接触状態が解除される。
　アーム２０は、第１ターミナル２との接点部として、アーム２０に貫通して設けられた穴に、接点材をかしめることにより形成された接点部３６を有していてもよい。アーム２０にこのような接点部３６を形成することにより、接点部により大きな熱容量を持たせることが可能になり、これにより保護装置に比較的大きな電流を流した場合でも接点部の温度の急激な上昇を防止することができ、保護装置の保持電流をより大きくすることが可能になる。なお、第１ターミナル２の接点部およびアーム２０の接点部のいずれか一方が、接点材を第１ターミナルまたはアームにかしめることにより形成されていればよいが、好ましくは両方の接点部が接点材をかしめることにより形成される。
　上記アーム２０の接点材を構成する金属は、第１ターミナル２の接点部を形成する接点材を構成するものと同様である。
　また、アーム２０は、異常時にバイメタル素子が変形した場合に、アームとバイメタル素子との電気的接続をより確実にするための接点３４を有していてもよい。
　好ましくは、アーム２０は、図示するように、空間１２内でクランク形状に曲げられる。このような形状とすることにより、異常時にバイメタル素子１８によりアーム２０が押し上げられた際、第１ターミナル２の接点部とアーム２０の接点部間の距離（接点ギャップ）を大きくすることができ、両者の接触状態をより確実に解除することができる。
　本発明の保護装置において、空間１２内のアームの上方には、上方プレート２６が配置されている。上方プレート２６は、バイメタル素子１８が所定の高温になって作動してアーム２０を上方に押し上げた際に、バイメタル素子１８からの熱によって加熱状態にあり得るアーム２０が接触して熱を消散させる機能を有する。したがって、上方プレート２６は優れた熱伝導性を有するのが好ましく、熱は、上方プレート２６からそれに接触しているアームを経て第２ターミナル４を介して散逸する。したがって、上方プレート２６は例えば金属シートによって形成されていることが好ましい。その結果、バイメタル素子１８から樹脂カバー８に伝えられる熱量を可及的に減らすことができ、熱により樹脂カバー８が受ける影響を最小限とできる。
　本発明の保護装置において、上方プレート２６を覆うように、樹脂カバー８が配置される。樹脂カバー８は、樹脂ベース６とともに樹脂ハウジング１０を規定する。樹脂カバー８と樹脂ベース６は、例えば接着剤、超音波溶着、レーザー溶着などによって接着することができるが、レーザー溶着を用いることが好ましい。
　一の態様において、上方プレート２６の上面部の一部は、樹脂カバー８から露出していてもよい。このような構成とすることにより、保護装置の内部、特に接点で生じた熱を装置外部に効率的に排出することができ、これにより保持電流を大きくすることができる。
　樹脂カバー８を構成する樹脂は、特に限定されず、樹脂ベース６を構成する樹脂と同じものであっても異なるものであってもよいが、耐熱性樹脂であることが好ましい。樹脂ベース６を構成する樹脂と同じ樹脂を用いる場合、樹脂ベース６と樹脂カバー８の接着をより確実にすることができる。
　本発明の保護素子は、その外観が、第１電極を含む左半分と第２電極を含む右半分とが左右対称であることが好ましい。換言すれば、保護素子の底面における第１電極の露出部分と第２電極の露出部分との間の中間線（図３のｙ１－ｙ２）を含む平面に対して垂直な面に対して対称であることが好ましい。保護素子をこのように構成することにより、保護素子を設置する際に、保護素子の正極・負極および左右の区別なく、任意の方向で設置することが可能になる。
　本発明の保護装置は、携帯電話、タブレット機器などのリチウムイオンバッテリー電池セルの保護装置として好適に利用できる。
　１…保護装置；２…第１ターミナル；４…第２ターミナル；６…樹脂ベース；
　８…樹脂カバー；１０…樹脂ハウジング；１２…空間；１４…露出部分；
　１６…ＰＴＣ素子；１８…バイメタル素子；２０…アーム；２２…第１電極；
　２４…第２電極；２６…上方プレート；２８…第１ターミナルの部分；
　３０…段差部；３２…接点；３４…接点；３６…接点部

Claims (15)

  1. 　樹脂ベース、第１ターミナル、第２ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子、アーム、上方プレートおよび樹脂カバーを有して成り、
    　第１ターミナルの一部が第１電極を構成し、第２ターミナルの一部が第２電極を構成し、
    　第１電極および第２電極が樹脂ベースの底面にて外側に露出し、
    　平常時には、第１ターミナル、アームおよび第２ターミナルが電気的に直列に接続された状態にあり、
    　バイメタル素子が作動する場合には、第１ターミナルとアームとが電気的に遮断された状態になる一方、第１ターミナル、ＰＴＣ素子、バイメタル素子、アームおよび第２ターミナルがこの順で電気的に直列に接続されるように構成されていることを特徴とする保護装置。
  2. 　バイメタル素子が熱処理されていることを特徴とする、請求項１に記載の保護装置。
  3. 　熱処理の温度が、保護装置をはんだ付けする際の温度よりも高い温度であることを特徴とする、請求項２に記載の保護装置。
  4. 　第１ターミナルおよび／またはアームが接点部を有し、これらの接点部の少なくとも１つが、接点材を第１ターミナルおよび／またはアームにかしめることにより形成されていることを特徴とする、請求項１～３のいずれかに記載の保護装置。
  5. 　接点材が、銀－ニッケル合金である、請求項４に記載の保護装置。
  6. 　第１ターミナルの少なくとも一部がリブを有する、請求項１～５のいずれかに記載の保護装置。
  7. 　樹脂ベースが、耐熱性樹脂により形成されている、請求項１～６のいずれかに記載の保護装置。
  8. 　上方プレートが鉤状の係止部を有し、この係止部を樹脂ベースの切欠形状の被係止部に係合させることにより、上方プレートが樹脂ベースに固定されている、請求項１～７のいずれかに記載の保護装置。
  9. 　アームが、樹脂ベースの空間内において、クランク形状を有する、請求項１～８のいずれかに記載の保護装置。
  10. 　バイメタル素子がその中央部付近に突起を有する、請求項１～９のいずれかに記載の保護装置。
  11. 　第１ターミナルおよび／または第２ターミナルの露出部が、酸化しにくい金属によりメッキされていることを特徴とする、請求項１～１０のいずれかに記載の保護装置。
  12. 　酸化しにくい金属が金である、請求項１１に記載の保護装置。
  13. 　第１電極および第２電極が、樹脂ベースの底面において、第１電極と第２電極との間の中間線に対して線対称に設置されていることを特徴とする、請求項１～１２のいずれかに記載の保護装置。
  14. 　バイメタル素子を有して成り、バイメタル素子が作動することにより回路を保護する保護装置であって、
    　上記バイメタル素子が熱処理されていることを特徴とする保護装置。
  15. 　熱処理の温度が、保護装置をはんだ付けする際の温度よりも高い温度であることを特徴とする、請求項１４に記載の保護装置。
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