JP2013041798A - Thermal protector and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サーマルプロテクター及びサーマルプロテクターの製造方法に関する。 The present invention relates to a thermal protector and a method for manufacturing a thermal protector.
ノートパソコン、タブレットパソコン等の携帯型の電子機器には、大きなエネルギーの集積するリチウムイオン等を用いた二次電池が搭載されて電源となっている。サーマルプロテクターは、バイメタル(熱応動素子)の反転動作を利用した安全装置であり、二次電池において過電流、過充電、過電圧等が生じて過度に温度上昇した際に、電流を遮断する保護装置である。今般、携帯型の電子機器は、益々集積化と小型化、低価格化が進んでおり、二次電池等の電源も、上述した安全性の確保に加えて、寸法縮小、簡素化、生産高効率、省工程、工費低減等が求められている。またさらに、生産拠点の多様化が進んだ結果、これら電子機器の部品は、二次電池等の生産時に湿気、溶剤等の過酷な環境に曝されることとなった。 A portable electronic device such as a notebook computer or a tablet personal computer is equipped with a secondary battery using lithium ion or the like that accumulates a large amount of energy and serves as a power source. A thermal protector is a safety device that uses the reversal operation of a bimetal (thermally responsive element), and a protection device that cuts off the current when the secondary battery overheats due to overcurrent, overcharge, overvoltage, etc. It is. In recent years, portable electronic devices have been increasingly integrated, downsized, and priced. Secondary batteries and other power sources have been reduced in size, simplified, and produced in addition to ensuring the safety described above. There are demands for efficiency, process saving, and reduction of construction costs. Furthermore, as a result of the diversification of production bases, these electronic device components are exposed to harsh environments such as moisture and solvents during the production of secondary batteries and the like.
特許文献1の図3及び図4には、機械的強度、小型化及び省工程のために、蓋体(カバー3)に可動片(アーム金属部4a)と端子部(アーム端子部42)、金属板(カバープレート3a)がインサート成形により樹脂(樹脂部3b)中で一体に成形されたサーマルプロテクターが提案されている(別紙の図4参照)。このサーマルプロテクターのアームは、端子部とアーム可動部とが一体となっており、アーム可動部とアーム端子部とを電気的に接続する溶接等の工程が省略される。さらに、インサート成形においてアームが既にカバーの樹脂に埋め込まれているために、特許文献2のように金属のみからなるアームと樹脂ケースとをサーマルプロテクターの組立て時において事後的に接合させるのに比べて、特許文献1の図3及び図4の形態は、密閉性に優れる。
In FIG. 3 and FIG. 4 of
しかしながら、前記の形態は、2枚の金属片がインサートされ構造的に複雑であるので、カバーの成形工程において歩留まりの維持が大変困難である。小型化により、2枚の金属片が正確に配置されがたいため寸法誤差を無視できない状況がインサート成形工程において発生するからである。一方、インサートされる金属片をカバープレートのみにすると
アームは、特許文献2と同様の形態であり、このアームと樹脂製のケースとの間で密閉性が損なわれる嫌いがあった。既述のように二次電池の生産拠点の多様化が進んでいるので、密閉性が不十分であるサーマルプロテクターにおいては、湿気、溶剤等の頻発する劣悪な生産現場に投じられる場合、湿気や溶剤の侵入により内部の金属部材が発錆して不具合を起こす虞がある。
However, since the above-mentioned form is structurally complicated by inserting two metal pieces, it is very difficult to maintain the yield in the cover forming process. This is because, due to the miniaturization, it is difficult to accurately dispose the two metal pieces, and a situation in which the dimensional error cannot be ignored occurs in the insert molding process. On the other hand, when the metal piece to be inserted is only the cover plate, the arm has the same form as in
本発明の解決しようとする問題点は、従来の製造方法によるサーマルプロテクターが、満足な密閉性を与えられないゆえ、湿気、溶剤等、新たに生ずるようになった実際的な生産現場の環境に対して耐性を不十分とする点である。 The problem to be solved by the present invention is that the thermal protector according to the conventional manufacturing method cannot provide a satisfactory sealing property, so that moisture, solvent, etc. are newly generated in an actual production site environment. On the other hand, the resistance is insufficient.
本発明は、金属部及び樹脂部を有するカバー及びベースで構成されるケースと、ケースの外部に延長されたアーム端子部及びベース端子部とを具備するサーマルプロテクターであって、金属製のカバープレート、アーム可動部とアーム端子部を有する金属片、及びベース端子部を有する金属片がそれぞれ樹脂にインサート成形されてなるカバー、アーム及びベースの三個部材によりケースを組み立て、これらの樹脂部同士を溶着することによってケースが密封されてアーム可動部、熱応動素子及び又は正特性サーミスターが外部から遮断されることを最も主要な特徴とする。ケース内部は、インサート成形によって形成された樹脂と金属との接合面、及び脂部同士の接合面によって尚緊密に隙間が封止される。 The present invention is a thermal protector comprising a case composed of a cover and a base having a metal part and a resin part, and an arm terminal part and a base terminal part extended to the outside of the case, and comprising a metal cover plate Assembling the case with three members, a cover, an arm, and a base, each of which has a metal piece having an arm movable part and an arm terminal part, and a metal piece having a base terminal part insert-molded in resin, The main feature is that the case is sealed by welding and the arm movable part, the thermally responsive element and / or the positive temperature coefficient thermistor are blocked from the outside. The gap inside the case is tightly sealed by the joint surface between the resin and metal formed by insert molding and the joint surface between the fat portions.
本発明のサーマルプロテクターには、小型化および簡素化された設計が保たれながら、堅牢性及び密閉性が向上し、さらに、接着面を従来より広く、大きく設けることが可能となることで、機械的強度及び溶着強度が強くなるという利点がある。従来、金属と樹脂とでなされていた組立て時の各部品のつなぎ目を全て樹脂同士の接着に変えることで微小な隙間がなくなることによる。 The thermal protector of the present invention has improved robustness and airtightness while maintaining a compact and simplified design, and further allows a wider and larger adhesive surface than conventional ones. There is an advantage that the mechanical strength and the welding strength are increased. This is because all the joints of the parts at the time of assembling which have been conventionally made of metal and resin are changed to adhesion between the resins, thereby eliminating a minute gap.
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明によるサーマルプロテクターの一形態を示す全体的な断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall cross-sectional view showing an embodiment of a thermal protector according to the present invention.
サーマルプロテクター1は、アーム4のアーム可動部43、バイメタル6(熱応動素子)及びPTC7(正特性サーミスター)をケース2の内部に収容して構成される。ケース2は、それぞれ金属部及び樹脂部を有するカバー3及びベース5から構成される。ケース2の外部には、アーム端子42部及びベース端子部52が延長されている。アーム端子42部及びベース端子部52は、二次電池の安全回路等のサーマルプロテクター1の外部の電源や回路と接続する。
The
カバー3は、カバープレート3a、カバー樹脂部3b等からなり、金属からなるカバープレート3aが樹脂にインサート成形されることにより形成される。カバープレート3aは、カバー3に機械的強度を与える平板状の金属片であり、通常、銅材又はSUS等の鉄材、その他の丈夫でプレス加工しやすい金属材料から形成される。カバー3のカバー樹脂部3bは、通常の射出成形に用いられる樹脂から形成してもよいが、特に耐熱性に優れるポリアミド樹脂、液晶ポリマー等から形成する。
The
アーム4は、アーム金属部4a及びアーム樹脂部4bからなり、それぞれアーム端子部42及びアーム可動部43となる両端部を有する金属片の一部分が樹脂にインサート成形されることにより形成される。アーム金属部4aとなる金属片は、カバープレート3aと同様の材料のうち特に導通性の好いものをサーマルプロテクター1に使用する電流に応じて選択し形成すればよい。アーム樹脂部4bとなる樹脂は、カバー樹脂部3bと同様のものを用いて形成すればよい。
The
アーム可動部43の先端には、可動接点41が設置されている。アーム可動部43は、バイメタル6の変形を受けて振り子様に動いて、可動接点41をベース5と接触又は離反させる。アーム端子部42とアーム可動部43とは、既に電気的に接続しており、これにより省工程となる。可動接点41は、既知の材料及び方法により形成することができる。アーム端子42とアーム可動部43との間には、アーム樹脂部4bが存在し、ケース側壁22の一部に対応したアーム固定部23となって、アーム金属部4aを固定する。これらアーム4の細部の形状は、既知のものを適用することができる。
A
ベース5は、ベース金属部5a及びベース樹脂部5bからなり、ベース端子部52となる端部を有する金属片の一部分が樹脂にインサート成形されることにより形成される。ベース金属部5aとなる金属片は、アーム金属部4aと同様に導通性の好い材料をサーマルプロテクター1に使用する電流に応じて選択し形成すればよい。ベース樹脂部5bとなる樹脂は、カバー樹脂部3bと同様のものを用いて形成すればよい。
The
ベース金属部5aには、可動接点41と接触又は離反する固定接点51が設けられ、端部のベース端子52と電気的に接続する。ベース金属部5aの一部分は、ベース樹脂部5bに埋設されずに露出して、固定接点51及びケース底面53となっている。ベース樹脂部5bの一部は、ケース側壁22となってケース底面53を囲繞し、固定接点51、アーム可動部43、バイメタル6及びPTC7を収容するケース内部21を構成する。これらベース5の細部の形状は、既知のものを適用することができる。
The
インサート成形により成形されたカバー3,アーム4及びベース5は、組立工程において組み立てられケース2となる。組立工程では、通常、PTC7、バイメタル6、アーム4の順でベース5のケース内部21に配置され、最後にカバー3でケース内部21を覆って、収容及び組立てされる。バイメタル6は、アーム可動部43に熱による変形を与えられるようにアーム可動部43の直上又は直下に配置される。PTC7は、バイメタル6に継続的に発熱を与えられるようにバイメタル6に接触して配置される。カバー樹脂部3bの一部分、ベース樹脂部5bの一部分及びアーム樹脂部4bは、互いに接触してケース側壁22となる。
The
さらに、カバー3は、次に該当しない態様を取りうるものの、アーム4及びベース5は、一部が端子となって外部に露出するので、上記のインサート成形において、金属と樹脂との界面であって、当該端子のケース内部21から外部につながる第1接合面a1を有するようになる。特にインサート成形によって形成された、樹脂と金属との第1接合面a1は、後述の第2接合面a2を増大させる観点から、及び機械的強度の観点から特にアーム樹脂部4bにおいて、紙面水平方向を軸として金属片の全周に亘るのが好ましい。
Further, although the
熱応動素子は、アーム可動部43と一体型の形態であれば、不要であり、バイメタル6の収容されない形態もありうる。PTC7は、発熱抵抗体であり、サーマルプロテクター1に自己保持回路を形成する必要がない場合、設置されないこともありうる。この場合、ケース底面は、一般にバイメタル6の変形を効率的にアーム可動部43に伝えるために樹脂の突起を有する。
The thermoresponsive element is not required as long as it is integrated with the arm
各部材及び部品を組み立てる順番は、特に限定されるものではない。上記の順番のほか、例えば、カバー3にアーム4を配置し一体化した部材をベース5にバイメタル6及び又はPTC7を配置した部材に被せることで組立てを行うこともできる。バイメタル6及びPTC7のない形態であれば、カバー3に順にアーム4,ベース5を配置することも可能である。
The order in which the members and parts are assembled is not particularly limited. In addition to the above order, for example, the assembly can be performed by placing a member in which the
カバー3、アーム4及びベース5のいずれにおいても、インサート成形で樹脂中に埋設される金属片は1枚なので、高い歩留まりで各部材を作成することができる。カバー3、アーム4及びベース5の金属片の形状は、予めプレス加工等で成形され、既知のものを適用できる。さらに、アーム樹脂部4b及びこれと接合される他の樹脂部には、各部材相互の接合が強くなることから、インサート成形及び組立てに支障のない程度で、リブ、突起、ホゾ穴、溝等の嵌合する構造を設けてもよい。インサート成形で埋設される金属片は、この実施例のように簡素な形状で1枚であるのが加工容易性の観点から好ましいが、インサート金属が複数枚であっても樹脂流れが阻害されない限り、特に限定はない。
In any of the
特にアーム4においては、アーム樹脂部4b及び樹脂中に埋設されるアーム金属部4aの一部分が比較的単純な形状を取っているので、ケース2を3つの部材に分割する形態にあっても、インサート成形の工程が1つ増えることになるが、工費を抑制することが可能である。アーム樹脂部4bは、アーム固定部23となってアーム金属部3aをケース2に強く固定し、且つ、カバー樹脂部3bとベース樹脂部5bとの間に介在してケース側壁22の一部となればよいので、金属片の周囲に亘って施され且つカバー樹脂部3b及びベース樹脂部5bに沿った形状を取ればよい。したがってアーム樹脂部4bは、射出成形法で樹脂を充填しやすいことから、直方体状かそれに近い形状であることが好ましい。
Especially in the
組立工程で組み立てられたサーマルプロテクター1は、カバー3、アーム4及びベース5の樹脂部同士を溶着させ、後処理を経て完成する。溶着は、超音波によるものが一般的である。この工程によって、カバー3、アーム4及びベース5の相互の間に存在してケース内部21と外部とを空間的につないでいた隙間が消滅する。それに代わって、各部材の間には、樹脂部同士を溶着する工程によって形成された第2接合面a2が生じて、サーマルプロテクター1の表面に振動及び摩擦により樹脂が融解して再度硬化した線状の溶着痕が現れる。
The
ケース内部21は、カバー3、アーム4又はベース5のインサート成形で形成される樹脂部、金属部及び第1接合面a1、並びに収容工程及び組立て後の溶着工程で形成される樹脂部同士のなす第2接合面a2により区画され、厳に密封される。ケース内部21は、以上のインサート成形、組立及び超音波溶着により、カバー3、アーム4及び又はベース5の金属部及び樹脂部で外部と遮断されるだけでなく、第1接合面a1及び第2接合面a2が密閉されることで、外部から厳密に封止される。
The case interior 21 is formed by a resin part formed by insert molding of the
ケース内部21は、上記各部材の金属部及び樹脂部、並びに第一接合面a1及び第2接合面a2によって空間的に閉じられることになる。さらに当該金属部は、樹脂部を介在させて互いに離間しているのが好ましい。金属部同士の接触するときは、ケース内部21と外部とをつなぐ領域を存在させない。溶着工程によりサーマルプロテクター1の組立ては完了し、当該溶着工程は、第2接合面a2のみを必須の接合面とする。第2接合面a2は、樹脂同士の溶着で形成される面であることにより、金属と樹脂とを同じく溶着して形成した形態より、強い密着力を呈する。
The case interior 21 is spatially closed by the metal part and the resin part of each of the above members, and the first joint surface a1 and the second joint surface a2. Furthermore, it is preferable that the metal parts are separated from each other with a resin part interposed therebetween. When the metal parts are in contact with each other, there is no region that connects the case inside 21 and the outside. The assembly of the
従来技術においては、アーム金属部が組立て時に樹脂部に挟み込まれるので、樹脂と金属との接合が超音波溶着によってのみで行われる領域が存在し、当該領域は、第1接合面a1と比して密着が足りないので、僅かな隙間によりケースの内部の空間的な遮断が不十分となる。翻って、本発明においては、樹脂と金属との接合がケース内部21に存在しても、図示されるように上記の第1接合面a1であり、各部材の本体並びに第1接合面a1及び第2接合面a2がケース内部21の全方位を封鎖する。さらに、同じく金属片が樹脂中に埋設される状態にあっても、本発明のサーマルプロテクターは、作成時の射出成形法等によるインサート成形において樹脂に埋設される金属が最少で1枚である少なくとも3つの部材から構成される。ゆえに、従来技術におけるより樹脂同士の接着面(第2接合面a2)が大きいので、機械的強度も増大している。くわえて、インサート成形におして金属片の形態が簡素なので、歩留まりが悪化せず、生産性に優れる。
In the prior art, since the arm metal part is sandwiched between the resin parts at the time of assembly, there is a region where the resin and the metal are joined only by ultrasonic welding, and this region is compared with the first joint surface a1. Therefore, the space inside the case is insufficiently blocked by a slight gap. On the other hand, in the present invention, even if the resin and metal are bonded to each other inside the
カバープレート3a、アーム端子部4a、ベース端子部5a等、ケース内部21と外部とに亘って配置される形態を有する金属片において、更に密閉性を高める手段を追加することもできる。図2に示す実施例2は、カバープレート3a、アーム金属部4aベース金属部5aにおいて、インサート成形で樹脂に埋設される部分に粗面加工(粗面部b)することにより金属と樹脂の接合面が増し、更に密閉性が向上するものである。この形態では、サーマルプロテクター1の機械的強度(特に端子の引っ張り強度)が増大するという利点もある。粗面部bは、これら金属片の該当部分の全てに施してもよく一部に施すのみでもよい。
In the metal piece having a form arranged between the case inside 21 and the outside, such as the
また、カバープレート3a、アーム金属部4aベース金属部5aにおいて、インサート成形で樹脂に埋設される部分に図3のように線状の凸部cを設けることで、実施例2と同様の効果を得ることができる。線状の凸部cは、当該金属材の形状をプレス加工により形成する工程で同時に付与することができるので、粗面加工bを施すより少工程になる。尚、線状の凸部cには、粗面加工bも同時に付すことができる。
Further, in the
本発明により、機械的強度を保ち且つ内部の密閉性を向上させることでサーマルプロテクターに湿気、溶剤等への堅牢性を与えられるので、小型化及び簡素化された構造のサーマルプロテクターを従来より厳しい環境に投入し、二次電池等の生産拠点の多様化に対応することが可能となる。 According to the present invention, the thermal protector is provided with robustness against moisture, solvent, etc. by maintaining the mechanical strength and improving the internal sealing performance, so that the thermal protector having a downsized and simplified structure is stricter than before. It becomes possible to respond to the diversification of production bases such as secondary batteries by putting them into the environment.
1 サーマルプロテクター、
2 ケース、 21 ケース内部、 22 ケース側壁、 23 アーム固定部、
3 カバー、 3a カバープレート、 3b カバー樹脂部、
4 アーム、 4a アーム金属部、 4b アーム樹脂部、
41 可動接点、 42 アーム端子、 43 アーム可動部、
5 ベース、 5a ベース金属部、 5b ベース樹脂部、
51 固定接点、 52 ベース端子、 53 ケース底面、
6 バイメタル(熱応動素子)、
7 PTC(正特性サーミスター)、
a1 第1接合面、 a2 第2接合面a2
1 Thermal protector,
2 case, 21 inside case, 22 side wall, 23 arm fixing part,
3 Cover, 3a Cover plate, 3b Cover resin part,
4 arm, 4a arm metal part, 4b arm resin part,
41 movable contact, 42 arm terminal, 43 arm movable part,
5 base, 5a base metal part, 5b base resin part,
51 fixed contact, 52 base terminal, 53 case bottom,
6 Bimetal (thermally responsive element),
7 PTC (positive thermistor),
a1 first joint surface, a2 second joint surface a2
Claims (4)
前記カバーは、金属からなるカバープレートが樹脂にインサート成形された部材であり、前記アームは、それぞれ前記アーム端子部及び前記アーム可動部となる両端部を有する金属片の一部分が樹脂にインサート成形された部材であり、前記ベースは、前記ベース端子部となる端部を有する金属片の一部分が樹脂にインサート成形された部材であり、
上記のアーム可動部、熱応動素子及び又は正特性サーミスターを収容した前記ケースの内部が密封され閉じられる、上記のインサート成形によって形成された樹脂と金属との接合面と、上記のカバー、アーム及びベースの樹脂部同士を溶着することによって形成された接合面とを有することを特徴とするサーマルプロテクター。 A case configured to include a cover and a base having a metal part and a resin part, and to house an arm movable part, a thermally responsive element and / or a positive temperature coefficient thermistor, and an arm terminal part and a base terminal extended to the outside of the case A thermal protector comprising a portion,
The cover is a member in which a cover plate made of metal is insert-molded in resin, and the arm is formed by insert-molding a part of a metal piece having both ends serving as the arm terminal portion and the arm movable portion, respectively. The base is a member in which a part of a metal piece having an end portion that becomes the base terminal portion is insert-molded in a resin,
The joint surface of the resin and metal formed by the above insert molding, the inside of the case containing the arm movable part, the thermal responsive element and / or the positive temperature coefficient thermistor being sealed and closed, and the cover and arm And a bonding surface formed by welding the resin portions of the base to each other.
金属からなるカバープレートが樹脂にインサート成形されることによりカバーを形成する工程、
それぞれアーム端子部及びアーム可動部となる両端部を有する金属片の一部分が樹脂にインサート成形されることによりアームを形成する工程、
ベース端子部となる端部を有する金属片の一部分が樹脂にインサート成形されることによりベースを形成する工程、
前記アーム可動部、熱応動素子及び又は正特性サーミスターを上記のカバー、アーム及びベースのいずれかの部材に配置してケースの内部に収容する工程、
及び、上記のカバー、アーム及びベースの樹脂部同士を溶着する工程を備え
上記のインサート成形によって形成された樹脂と金属との接合面及び前記の樹脂部同士を溶着する工程によって形成された接合面において、前記ケースの内部は、密封され閉じられることを特徴とするサーマルプロテクターの製造方法。 A case configured to include a cover and a base having a metal part and a resin part, and to house an arm movable part, a thermally responsive element and / or a positive temperature coefficient thermistor, and an arm terminal part and a base terminal extended to the outside of the case A method of manufacturing a thermal protector comprising:
Forming a cover by insert molding a cover plate made of metal into resin;
A step of forming an arm by insert-molding a part of a metal piece having both end portions to be an arm terminal portion and an arm movable portion, respectively,
A step of forming a base by insert molding a part of a metal piece having an end portion to be a base terminal portion into a resin;
Placing the arm movable part, the thermally responsive element and / or the positive temperature coefficient thermistor in any one of the cover, the arm and the base, and storing it in the case;
And a step of welding the resin portions of the cover, arm, and base, and a bonding surface formed by the insert molding and a bonding surface formed by the step of welding the resin portions. A method of manufacturing a thermal protector, wherein the inside of the case is sealed and closed.
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