CN113519036A - 保护元件 - Google Patents

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米田吉弘
佐藤浩二
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Abstract

本发明的保护元件具备:熔丝元件,其具有第1端部和第2端部,从第1端部朝向第2端部通电;凸状部件及凹状部件,其以夹入切断部的方式对置配置;以及按压机构,其以凸状部件和凹状部件在夹入切断部的方向亦即第1方向上缩短相对距离的方式施加弹力,在从第1方向的俯视中,与熔丝元件的通电方向交叉的、凸状部件的凸部以及凹状部件的凹部的对置的至少一对面接近配置,在构成熔丝元件的材料的软化温度以上的温度下,熔丝元件被切断。

Description

保护元件
技术领域
本发明涉及一种保护元件。
本申请主张基于2019年3月5日在日本提交的日本特愿2019-039888号的优先权,并此处引用其内容。
背景技术
现今,使用具备在流过超过额定值的电流时发热而熔断从而切断电流路径的熔丝元件的保护元件(熔断元件)。
作为保护元件,例如大多使用将焊锡封入到玻璃管的支架固定型熔断器、在陶瓷基板表面印刷有Ag电极的芯片熔断器、使铜电极的一部分变细而装入到塑料壳体的螺纹固定或插入型保护元件等。
这样的保护元件难以通过回流焊进行表面安装,部件安装的效率降低,从而近年来开发了表面安装型的保护元件(例如参照专利文献1、2)。
表面安装型的保护元件例如作为使用了锂离子二次电池的电池组的过充电、过电流的保护元件来采用。锂离子二次电池在笔记本电脑、移动电话、智能手机等移动设备中使用,近年来也在电动工具、电动自行车、电动摩托车以及电动汽车等中采用。因此,要求大电流、高电压用的保护元件。
在高电压用的保护元件中,在熔丝元件熔断时可能产生电弧放电。若产生电弧放电,则熔丝元件大范围地熔融,有时蒸气化的金属飞散。在该情况下,有由飞散的金属新形成电流路径或者飞散的金属附着于端子、周围的电子器件等的担忧。因此,在高电压用保护元件中,实施了不产生电弧放电或者停止电弧放电的对策。
作为不产生电弧放电或停止电弧放电的对策,已知有在熔丝元件的周围填充灭弧材料的对策(例如参照专利文献3)。
并且,作为停止电弧放电的其它方法,已知有将熔丝元件和蓄积有弹性复原力的状态的弹簧串联连接并用低熔点金属接合的类型的保护元件(例如参照专利文献4~6)。在该类型的保护元件中,若流动过电流而低熔点金属熔融,则由弹簧的弹性复原力促进弹簧与熔丝元件的分离,能够迅速地切断过电流。
电弧放电依赖于电场强度(电压/距离),电弧放电不会停止直到触点间距离成为某间隔以上为止。因此,在利用弹簧的类型的保护元件中,通过利用弹簧的弹性复原力将弹簧与熔丝元件迅速地分离到无法维持电弧放电的距离,来迅速地停止电弧放电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第6249600号公报
专利文献2:日本专利第6249602号公报
专利文献3:日本专利第4192266号公报
专利文献4:日本特开平6-84446号公报
专利文献5:日本特开2006-59568号公报
专利文献6:日本特开2012-234774号公报
专利文献7:日本专利第6210647号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而,在使用了上述灭弧材料的保护元件中,制造工序变得复杂,保护元件的小型化困难,有阻碍保护元件内的由发热体的发热引起的熔丝元件的熔断的担忧。
并且,在利用上述弹簧的保护元件中,在使用环境下熔丝元件与弹簧的接合强度容易随时间变化而降低,在长期稳定性方面存在担忧。
在专利文献7中,公开了利用与上述的利用弹簧的保护元件不同类型的弹簧的保护元件。该保护元件设有两处容易切断熔丝元件的部位,在过电流切断时,利用预先由弹簧部件按压的切断柱塞来切断熔丝元件。
在该保护元件中,需要准备设有两处容易切断的部位的熔丝元件,构成为由切断柱塞切断两处,从而切断的力分散到两处,相应地为了切断需要较大的力。
本发明是鉴于上述问题而完成的,其目的在于提供一种保护元件,该保护元件能够抑制熔丝元件切断时的电弧放电的发生,并且在发生了电弧放电时能够迅速阻止电弧放电。
用于解决课题的方案
(1)本发明的一个方式的保护元件具备:熔丝元件,其具有第1端部和第2端部,从上述第1端部朝向上述第2端部通电;凸状部件及凹状部件,其以将位于上述熔丝元件的上述第1端部与上述第2端部之间的切断部夹入的方式对置配置;以及按压机构,其以上述凸状部件和上述凹状部件在夹入上述切断部的方向亦即第1方向上缩短相对距离的方式施加弹力,在从上述第1方向的俯视中,与上述熔丝元件的通电方向交叉的、上述凸状部件的凸部以及上述凹状部件的凹部的对置的至少一对面接近配置,在构成上述熔丝元件的材料的软化温度以上的温度下,上述熔丝元件被切断。
(2)在(1)所述的保护元件中,优选上述熔丝元件由一个或多个平板状或线状的任一零件构成。
(3)在(1)或(2)所述的保护元件中,优选在上述第1端部连接有第1端子部件,在上述第2端部连接有第2端子部件。
(4)在(1)~(3)任一项中所述的保护元件中,优选具有第1电极和第2电极,上述第1电极与上述熔丝元件的上述第1端部、以及上述第2电极与上述熔丝元件的上述第2端部分别连接。
(5)在(1)~(4)任一项中所述的保护元件中,优选上述按压机构为弹簧或橡胶。
(6)在(1)~(5)任一项中所述的保护元件中,优选在上述凹状部件设有将上述凸部引导至上述凹部的导向件。
(7)在(1)~(6)任一项中所述的保护元件中,优选在接近上述凸部的位置具备发热元件,该发热元件与上述熔丝元件接触来加热上述熔丝元件。
(8)在(7)所述的保护元件中,优选上述发热元件具有发热体,还在上述熔丝元件侧的表面具有与上述发热体电连接的电极层。
(9)在(8)所述的保护元件中,优选具有第3电极,上述发热体的一端与上述电极层电连接,上述发热体的另一端与上述第3电极电连接。
(10)在(8)或(9)所述的保护元件中,优选上述发热体配置于上述熔丝元件的上述凸状部件侧。
(11)在(8)或(9)所述的保护元件中,优选上述发热体配置于上述熔丝元件的上述凹状部件侧。
(12)在(7)~(11)任一项中所述的保护元件中,优选上述发热元件的侧面、上述凸部的外侧面以及上述凹部的内侧面电绝缘。
(13)在(1)~(12)任一项中所述的保护元件中,优选上述熔丝元件是将内层设为低熔点金属、将外层设为高熔点金属的层叠体。
(14)在(13)所述的保护元件中,优选低熔点金属由Sn或以Sn为主成分的金属构成,上述高熔点金属由Ag或Cu或者以Ag或Cu为主成分的金属构成。
(15)在(1)~(14)任一项中所述的保护元件中,优选在向上述熔丝元件流过超过额定电流的电流的状态下、或者在对上述发热体通电了的状态下,上述熔丝元件被加热到上述软化温度以上的温度,上述熔丝元件被切断而断开通电。
(16)在(1)~(15)任一项中所述的保护元件中,优选具备支撑部件,该支撑部件配置于上述凹状部件的上述凹部内,从下方直接或间接地支撑上述熔丝元件,上述支撑部件由如下材料构成:在上述熔丝元件的额定电流通电中的温度以下抑制上述熔丝元件的变形,在构成上述熔丝元件的材料的固相线温度以上的温度下因来自按压机构的力而变形,允许上述熔丝元件的切断。
(17)本发明的另一方式的保护元件具备:熔丝元件,其具有第1端部和第2端部,从上述第1端部朝向上述第2端部通电;凸状部件及凹状部件,其以将位于上述熔丝元件的上述第1端部与上述第2端部之间的切断部夹入的方式对置配置;以及按压机构,其以上述凸状部件和上述凹状部件在夹入上述切断部的方向亦即第1方向上缩短相对距离的方式施加弹力,在从上述第1方向的俯视中,与上述熔丝元件的通电方向交叉的、上述凸状部件的凸部以及上述凹状部件的凹部的对置的至少一对面接近配置,在接近上述凸部的位置还具备发热元件,该发热元件与上述熔丝元件接触来使上述熔丝元件加热熔融,通过上述发热元件的加热来切断上述熔丝元件。
(18)在(17)所述的保护元件中,优选上述熔丝元件由一个或多个平板状或线状的任一零件构成。
(19)在(17)或(18)所述的保护元件中,优选具有第1电极和第2电极,上述第1电极与上述熔丝元件的上述第1端部、以及上述第2电极与上述熔丝元件的上述第2端部分别连接。
(20)在(17)~(19)任一项中所述的保护元件中,优选上述按压机构为弹簧或橡胶。
(21)在(17)~(20)任一项中所述的保护元件中,优选在上述凹状部件设有将上述凸部引导至上述凹部的导向件。
(22)在(17)~(20)任一项中所述的保护元件中,优选上述发热元件具有发热体,还在上述熔丝元件侧的表面具有与上述发热体电连接的电极层。
(23)在(22)所述的保护元件中,优选具有第3电极,上述发热体的一端与上述电极层电连接,上述发热体的另一端与上述第3电极电连接。
(24)在(22)或(23)所述的保护元件中,优选上述发热体配置于上述熔丝元件的上述凸状部件侧。
(25)在(22)或(23)所述的保护元件中,优选上述发热体配置于上述熔丝元件的上述凹状部件侧。
(26)在(17)~(25)任一项中所述的保护元件中,优选上述发热元件的侧面、上述凸部的外侧面以及上述凹部的内侧面电绝缘。
(27)在(17)~(26)任一项中所述的保护元件中,优选上述熔丝元件是将内层设为低熔点金属、将外层设为高熔点金属的层叠体。
(28)在(27)所述的保护元件中,优选低熔点金属由Sn或以Sn为主成分的金属构成,上述高熔点金属由Ag或Cu或者以Ag或Cu为主成分的金属构成。
(29)在(17)~(28)任一项中所述的保护元件中,优选具备支撑部件,该支撑部件配置于上述凹状部件的上述凹部内,从下方直接或间接地支撑上述熔丝元件,上述支撑部件由如下材料构成:在上述熔丝元件的额定电流通电中的温度以下抑制上述熔丝元件的变形,在构成上述熔丝元件的金属材料的固相线温度以上的温度下因来自按压机构的力而变形,允许上述熔丝元件的切断。
(30)本发明的另一方式的保护元件具备:第1电极及第2电极;熔丝元件,其两端面通过焊锡与上述第1电极及上述第2电极分别连接;凸状部件及凹状部件,其以夹入上述熔丝元件的方式对置配置;以及按压机构,其以上述凸状部件和上述凹状部件在夹入上述熔丝元件的方向亦即第1方向上缩短相对距离的方式施加弹力,在从上述第1方向的俯视中,与上述熔丝元件的通电方向交叉的、上述凸状部件的凸部以及上述凹状部件的凹部的对置的至少一对面接近配置,在从上述第1方向俯视时,上述熔丝元件的与上述第1电极及上述第2电极的任一个连接的一方的端面位于上述凹部的开口内,在构成上述焊锡的金属材料的软化温度以上的温度下,上述一方的端面与上述第1电极或上述第2电极的连接部被切断。
(31)本发明的另一方式的保护元件具备:第1电极及第2电极;熔丝元件,其两端面通过焊锡与上述第1电极及上述第2电极分别连接;凸状部件及凹状部件,其以夹入上述熔丝元件的方式对置配置;以及按压机构,其以上述凸状部件和上述凹状部件在夹入上述熔丝元件的方向亦即第1方向上缩短相对距离的方式施加弹力,在从上述第1方向的俯视中,与上述熔丝元件的通电方向交叉的、上述凸状部件的凸部以及上述凹状部件的凹部的对置的至少一对面接近配置,在从上述第1方向俯视时,上述熔丝元件的与上述第1电极及上述第2电极的任一个连接的一方的端面位于上述凹部的开口内,在接近上述凸部的位置还具备发热元件,该发热元件与上述熔丝元件接触来使上述熔丝元件加热熔融,通过上述发热元件的加热来切断上述一方的端面与上述第1电极或上述第2电极的连接部。
(32)本发明的另一方式的保护元件具备:第1电极及第2电极;熔丝元件,其两端面通过焊锡与上述第1电极及上述第2电极分别连接;凸状部件及凹状部件,其以夹入上述熔丝元件的方式对置配置;以及按压机构,其以上述凸状部件和上述凹状部件在夹入上述熔丝元件的方向亦即第1方向上缩短相对距离的方式施加弹力,在从上述第1方向的俯视中,与上述熔丝元件的通电方向交叉的、上述凸状部件的凸部以及上述凹状部件的凹部的对置的至少一对面接近配置,在从上述第1方向俯视时,上述熔丝元件的与上述第1电极及上述第2电极连接的两端面位于上述凹部的开口内,在构成上述焊锡的金属材料的软化温度以上的温度的温度下,上述熔丝元件的两端面与上述第1电极或上述第2电极的至少一方的连接部被切断。
(33)本发明的另一方式的保护元件具备:第1电极及第2电极;熔丝元件,其两端面通过焊锡与上述第1电极及上述第2电极分别连接;凸状部件及凹状部件,其以夹入上述熔丝元件的方式对置配置;以及按压机构,其以上述凸状部件和上述凹状部件在夹入上述熔丝元件的方向亦即第1方向上缩短相对距离的方式施加弹力,在从上述第1方向的俯视中,与上述熔丝元件的通电方向交叉的、上述凸状部件的凸部以及上述凹状部件的凹部的对置的至少一对面接近配置,在从上述第1方向俯视时,上述熔丝元件的与上述第1电极及上述第2电极连接的两端面位于上述凹部的开口内,在接近上述凸部的位置还具备发热元件,该发热元件与上述熔丝元件接触来使上述熔丝元件加热熔融,通过上述发热元件的加热来切断上述熔丝元件的两端面与上述第1电极或上述第2电极的至少一方的连接部。
发明的效果如下。
根据本发明的保护元件,可提供能够抑制熔丝元件切断时的电弧放电的发生、并且在发生了电弧放电时能够迅速阻止电弧放电的保护元件。
附图说明
图1是第1实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是剖视示意图,(b)是熔丝元件的俯视示意图。
图2是在图1的(a)中用虚线呈圆形地包围的部位的放大图,(a)是剖视示意图,(b)是俯视示意图。
图3是示意性地示出层叠体的构造的例子的立体图,(a)是方形或板状的层叠体,是采用低熔点金属层作为内层、采用高熔点金属层作为外层的结构,(b)是圆棒状的层叠体,是采用低熔点金属层作为内层、采用高熔点金属层作为外层的结构,(c)是方形或板状的层叠体,是低熔点金属层和高熔点金属层层叠而成的两层构造,(d)是方形或板状的层叠体,是用上下的高熔点金属层夹入低熔点金属层而成的三层构造。
图4是第1实施方式的保护元件的变形例的示意图,(a)是剖视示意图,(b)是熔丝元件及端子部件的侧视示意图,(c)是从背侧(-z侧)观察到的(b)所示的熔丝元件及端子部件的俯视示意图。
图5是第2实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是剖视示意图,(b)是第1电极、第2电极以及熔丝元件的结构的侧视示意图,(c)是第1电极、第2电极以及熔丝元件的结构的俯视示意图。
图6是第3实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是与图1的(a)对应的剖视示意图,(b)是与图2的(a)对应的剖视示意图。
图7是第4实施方式的保护元件的主要部分的示意图,是与图1的(a)对应的剖视示意图。
图8是发热元件40的一个例子的结构的示意图,(a)是从z方向观察到的俯视示意图,(b)是剖视示意图。
图9是示出在图7所示的保护元件中配置发热元件40的位置的放大示意图。
图10是作为使用保护元件时的一个例子而示出使用图7所示的保护元件300时的一个例子的结构的示意图,(a)是整体的立体示意图,(b)是仅下侧的结构的立体示意图。
图11是图8所示的保护元件的分解立体示意图。
图12的(a)是在图6所示的保护元件200A中具备能够与熔丝元件电连接来加热熔丝元件的发热元件的结构的剖视示意图,(b)是(a)所示的熔丝元件被切断后的剖视示意图。
图13的(a)是第5实施方式的保护元件的主要部分的剖视示意图,(b)是(a)所示的熔丝元件被切断后的剖视示意图。
图14的(a)是支撑部件从下方经由发热元件间接地支撑熔丝元件的结构的剖视示意图,(b)是示出开始对发热体通电、支撑部件因来自按压机构的力而变形的状况的剖视示意图,(c)是(a)所示的熔丝元件被切断后的剖视示意图。
图15是第6实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是剖视示意图,(b)是在(a)中用虚线呈圆形地包围的部位的放大图。
图16是第6实施方式的保护元件的变形例的剖视示意图。
图17是第7实施方式的保护元件的主要部分的剖视示意图。
图18是第8实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是与图15的(a)对应的剖视示意图,(b)是与图15的(b)对应的剖视示意图。
图19是第9实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是与图18的(a)对应的剖视示意图,(b)是与图18的(b)对应的剖视示意图。
图20是第10实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是与图19的(a)对应的剖视示意图,(b)是与图19的(b)对应的剖视示意图。
图21是第11实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是与图19的(a)对应的剖视示意图,(b)是与图19的(b)对应的剖视示意图。
图22是第12实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是与图21的(a)对应的剖视示意图,(b)是与图21的(b)对应的剖视示意图。
具体实施方式
以下,适当地参照附图对本实施方式进行详细说明。在以下的说明中使用的附图中,为了容易理解特征,有时为了方便而放大地示出成为特征的部分,各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下的说明中示例的材料、尺寸等是一个例子,本发明并不限定于此,能够在起到本发明的效果的范围内适当地变更来实施。
(第1实施方式)
图1是第1实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是剖视示意图,(b)是熔丝元件的俯视示意图。
图2是在图1的(a)中用虚线呈圆形地包围的部位的放大图,(a)是剖视示意图,(b)是俯视示意图。
图1所示的熔丝元件是俯视时呈长方形的平板形状的例子,在图1的(a)中,x所示的方向是熔丝元件的长度方向(通电方向),y所示的方向是熔丝元件的宽度方向(与长度方向正交的方向),z所示的方向是与方向x及方向y正交的方向。
图1所示的保护元件100具备:熔丝元件3,其具有第1端部3a和第2端部3b,从第1端部3a朝向第2端部3b通电;凸状部件10及凹状部件20,其以将位于熔丝元件3的第1端部3a与第2端部3b之间的切断部3C夹入的方式对置配置;以及按压机构30,其以凸状部件10和凹状部件20在夹入切断部3C的方向亦即第1方向(z方向)上缩短相对距离的方式施加弹力,在从第1方向(z方向)的俯视下,与熔丝元件3的通电方向(x方向)交叉的、凸状部件10的凸部10a以及凹状部件20的凹部20a的对置的至少一对面(外侧面10aBa和内侧面20aBa、外侧面10aBb和内侧面20aBb)接近配置,在构成熔丝元件3的材料的软化温度以上的温度下,熔丝元件3被切断。
<熔丝元件>
作为熔丝元件3,能够使用在公知的熔丝元件中使用的材料。典型而言,能够使用含合金的金属材料。具体而言,能够示出Pb85%/Sn、Sn/Ag3%/Cu0.5%等。
熔丝元件3在构成熔丝元件3的材料的软化温度以上的温度下被切断。由于是软化温度以上的温度,所以也可以在“软化温度”下被切断。
“软化温度”
此处,在本说明书中,“软化温度”是指固相与液相混合或共存的温度或者温度范围。软化温度是熔丝元件因外力而变形的程度的变软的温度或温度带(温度范围)。
例如,在构成熔丝元件的材料为双组分合金的情况下,固相线(开始熔融的温度)与液相线(完全熔融的温度)之间的温度范围成为固相和液相混合的所谓的果子露状的状态。该固相和液相混合或共存的温度范围是熔丝元件因外力而变形的程度的变软的温度范围,该温度范围是“软化温度”。
在构成熔丝元件的材料为三组分合金或多组分合金的情况下,将上述固相线及液相线替换成固相面及液相面,同样,固相与液相混合或共存的温度范围是“软化温度”。
另一方面,在合金的情况下,固相线与液相线之间存在温度差,从而“软化温度”具有温度范围,但在构成熔丝元件的材料为单一金属的情况下,不存在固相线/液相线,存在一点的熔点/凝固点。由于在熔点或凝固点成为固相和液相混合或共存的状态,所以在单一金属的熔丝元件的情况下,熔点或凝固点是本说明书中的“软化温度”。
此外,固相线和液相线测定能够在温度上升过程中作为由伴随相状态变化产生的潜热引起的不连续点(时间变化中的平稳的温度)来进行。具有固相和液相混合或共存的温度或温度范围的合金材料及单一金属都能够作为本发明的熔丝元件来使用。
图1所示的熔丝元件3由一个部件(零件)构成,但也可以由多个部件(零件)构成。
并且,构成熔丝元件3的一个部件或者多个部件各自的形状只要能够作为熔断器发挥功能即可,形状没有特别限制,能够例示平板状、线状的形状。
图1所示的熔丝元件3是平板状的部件。
该熔丝元件3的厚度t、宽度w能够采取如下任意尺寸:实质上不会因通常工作中的通电而变形,但在流过过电流时,或者因下述的发热体的加热,能够由按压机构切断。
在图1所示的熔丝元件3中,在第1端部3a及第2端部3b分别具备外部端子孔3aa、外部端子孔3ba。
一对外部端子孔3aa、外部端子孔3ba中的一方的外部端子孔能够用于与电源侧连接,另一方的外部端子孔能够用于与负载侧连接。
此处,外部端子孔3aa、外部端子孔3ba的形状只要是能够与未图示的电源侧或负载侧的端子卡合的形状即可,没有特别限制,图1的(b)所示的外部端子孔3aa、外部端子孔3ba是没有敞开部分的贯通孔,但也可以是在一部分具有敞开部分的爪形状等。
图1所示的熔丝元件3在第1端部3a与第2端部3b之间具有切断部3C。
在从z方向俯视时,切断部3C是与凹状部件20的凹部20a的开口一致的部位。切断部3C是容易发生切断的部位,但实际上被切断的部位有时也不是切断部3C。
在熔丝元件3利用由软化温度不同的材料构成的多个部位(例如层、线等)来形成的情况下,熔丝元件3在软化温度最低的温度以上被切断。
在该结构中,从软化温度较低的材料的层起依次成为固相和液相的混合状态,但在本实施方式的保护元件中,由于由按压机构对熔丝元件3作用有将凸状部件及凹状部件夹断的力,所以即使所有层未达到软化温度,熔丝元件3也能够被切断。在该结构中,从各部位来看,存在可以说熔断的情况、可以说剪切的情况。
例如,熔丝元件3也可以是由软化温度不同的材料构成的多个层的层叠体。在该结构中,软化温度较高的材料层确保刚性,同时软化温度较低的材料层在低温下使熔丝元件3柔软而能够将其切断。
在熔丝元件3为这一结构的情况下,从软化温度较低的材料的层起依次成为固相和液相的混合状态,但即使所有层未达到软化温度,熔丝元件3也能够被切断。
在熔丝元件3为由内层和外层等三层构成的层叠体的情况下,优选内层为低熔点金属层、外层为高熔点金属层,但也可以外层为低熔点金属层、内层为高熔点金属层。
由于高熔点金属层的软化温度比低熔点金属层的软化温度高,所以在构成熔丝元件3的层叠体中,在低熔点金属层中固相和液相的混合状态先开始,熔丝元件3能够在高熔点金属层达到软化温度之前被切断。
作为在低熔点金属层中使用的低熔点金属,优选使用Sn或以Sn为主成分的金属。这是因为Sn的熔点为232℃,所以以Sn为主成分的金属为低熔点,在低温下变得柔软。
例如,Sn/Ag3%/Cu0.5%合金的固相线为217℃。
作为在高熔点金属层中使用的高熔点金属,优选使用Ag、Cu或以它们为主成分的金属。这是因为,例如Ag的熔点为962℃,所以由以Ag为主成分的金属构成的高熔点金属层在低熔点金属层变软的温度下能够维持刚性。
作为层叠体的构造,能够采用各种构造。
图3表示示意性地示出层叠体的构造的例子的立体图。
图3的(a)所示的层叠体(熔丝元件)3AA呈方形或板状,采用低熔点金属层3Aa作为内层,采用高熔点金属层3Ab作为外层,但也可以使内层和外层相反。
图3的(b)所示的层叠体(熔丝元件)3BB呈圆棒状,采用低熔点金属层3Ba作为内层,采用高熔点金属层3Bb作为外层,但也可以使内层和外层相反。
图3的(c)所示的层叠体(熔丝元件)3CC呈方形或板状,是低熔点金属层3Ca和高熔点金属层3Cb层叠而成的两层构造。
图3的(d)所示的层叠体(熔丝元件)3DD呈方形或板状,是用上下的高熔点金属层3Db和高熔点金属层3Dc夹入低熔点金属层3Da而成的三层构造。也可以设为相反地由两层低熔点金属层夹入高熔点金属层而成的三层构造。
图3的(a)~(d)为两层或三层的层叠体,但也可以为四层以上。
<凸状部件与凹状部件的关系>
在图1所示的保护元件100中,凸状部件10所具备的凸部10a具有长方体形状,并具有与xy面平行的下表面10aA、与yz面平行的外侧面10aBa和外侧面10aBb、以及与xz面平行的一对外侧面(未图示)。并且,凹状部件20所具备的凹部20a具有能够供凸部10a插入的与凸部10a的长方体形状对应的孔(空间),并具有与yz面平行的外侧面内侧面20aBa和内侧面20aBb、以及与xz面平行的一对内侧面(未图示)。
在图1所示的保护元件100中,在从厚度方向(z方向)的俯视中,与熔丝元件3的通电方向(x方向)正交的、凸状部件10的凸部10a及凹状部件20的凹部20a的对置的两组外侧面10aBa和内侧面20aBa、以及外侧面10aBb和内侧面20aBb接近配置。
在图1所示的保护元件100中,外侧面10aBa和内侧面20aBa、以及外侧面10aBb和内侧面20aBb与熔丝元件3的通电方向(x方向)交叉即可,正交是一个例子。
以下,进一步分别对凸状部件10及凹状部件20进行说明。
<凸状部件>
凸状部件10至少具备具有前端面10aA的凸部10a,在熔丝元件3的厚度方向(z方向)上,隔着熔丝元件3配置于凹状部件20的相反侧。
凸状部件10所具备的凸部10a形成为在切断熔丝元件3时能够插入到凹状部件20的凹部20a内的形状。
在图1所示的保护元件100中,凸部10具有在熔丝元件3的通电方向(x方向)上嵌入到凹状部件20的凹部20a的形状。
此处,使用图2对“嵌入”进行说明。
在从z方向俯视时,在熔丝元件3的通电方向(x方向)上,凸部10a的靠第1端部3a侧的外侧面10aBa与凹部20a的靠第1端部3a侧的内侧面20aBa的分离距离d1、以及凸部10a的靠第2端部3b侧的外侧面10aBb与凹部20a的靠第2端部3b侧的内侧面20aBb的分离距离d2较小,在向凹部20a内插入凸部10a时,凸部10a的外侧面与凹部20a的内侧面一边接触一边插入,在本说明书中,将这一结构称为“嵌入”。
外侧面10aBa与内侧面20aBa以及外侧面10aBb与内侧面20aBb“嵌入”的结构是它们对置的面的对“接近配置”的结构的一个例子,分离距离d1及d2没有限定,但就标准而言为0.1~0.2mm,优选为0.02~0.1mm。分离距离d1及d2两者可以相同也可以不同。
若具有凸部10a与凹部20a相互嵌入的形状,即,若间隔距离d1及d2为一边接触一边插入的程度的接近的距离,则在向缩短凸状部件10与凹状部件20的相对距离的方向施加有力的情况下,熔丝元件3容易因剪切力而被切断。此处,在本说明书中,“剪切”是指夹断熔丝元件之类的作用,关于“剪切力”,若与熔丝元件的某个截面平行地作用相互朝向相反方向的一对力,则熔丝元件受到沿该面滑断之类的作用,“剪切力”是指施加这样的作用的力。
通过设为凸部10a与凹部20a相互嵌入的形状,容易发挥剪切作用。
在图1所示的保护元件100中,示出了在熔丝元件3的通电方向(x方向)上凸部10a嵌入到凹部20a的尺寸,但也可以是在与熔丝元件3的通电方向交叉的宽度方向(y方向)上凸部10a嵌入到凹部20a的尺寸。
并且,凸部10的宽度(y方向)优选为与熔丝元件3的宽度相同或其以上的宽度,以便容易切断熔丝元件3。
作为凸部10a的外侧面的具体形状,与xy面平行的面处的截面形状能够呈长方形或正方形,但不限定于此。
凸状部件10由在构成熔丝元件的材料的软化温度下也能够维持较硬的状态的材料、或者实质上不变形的材料构成。具体而言,能够使用陶瓷材料、玻璃化转变温度较高的树脂材料。
此处,树脂材料的玻璃化转变温度(Tg)是指从软质的橡胶状态变成硬质的玻璃状态的温度。若树脂加热到玻璃化转变温度以上,则分子容易运动,变成软质的橡胶状态。另一方面,若进行冷却,则分子的运动受到限制,变成硬质的玻璃状态。
作为陶瓷材料,能够例示氧化铝、氧化锆。若使用氧化铝等导热率较高的材料,则能够使熔丝元件发热产生的热高效地向外部散热,使熔丝元件局部地加热、熔断。
作为玻璃化转变温度较高的树脂材料,能够例示尼龙系树脂、氟系树脂、硅酮系树脂、PPS树脂。树脂材料一般导热率比陶瓷材料低,但能够实现低成本。
并且,尤其是尼龙系树脂的耐电痕性(对电痕(碳化导电路径)破坏的耐性)较高,为250V以上。耐电痕性能够通过基于IEC60112的试验来求出。在尼龙系树脂中,优选使用尼龙46、尼龙6T、尼龙9T,能够使耐电痕性为600V以上。
在用树脂以外的材料例如陶瓷材料制作出凸状部件10的情况下,也可以用尼龙系树脂包覆凸部10的一部分例如前端面10aA。
<凹状部件>
凹状部件20至少具备凹部20a,在熔丝元件3的厚度方向(z方向)上,隔着熔丝元件3配置于凸状部件10的相反侧。
凹状部件20的凹部20a形成为在切断熔丝元件3时能够插入凸状部件10的凸部10a的形状。
在图1所示的保护元件100中,如上所述,凹部20a具有供凸状部件10的凸部10a嵌入的形状。
作为凹部20a的内侧面的具体形状,与xy面平行的面处的截面形状能够呈长方形或正方形,但不限定于此。
作为凹状部件20的材料,能够使用与凸状部件10相同的材料。
并且,与凸状部件10相同,在用树脂以外的材料例如陶瓷材料制作出凹状部件20的情况下,也可以用尼龙系树脂包覆凹部20a的一部分。
此处,凸状部件10及凹状部件20夹入熔丝元件3的切断部3C是指凸状部件10及凹状部件20从上下接触地夹入熔丝元件3,而且在从z方向俯视时,凸状部件10及凹状部件20与切断部3C重叠。凸状部件10及凹状部件20的任一个是否与切断部3C接触都没有关系。
<按压机构>
作为按压机构30,可使用能够以在凸状部件10和凹状部件20夹入熔丝元件3的切断部3C的方向(z方向)上缩短相对距离的方式施加弹力的公知的机构。例如,能够例示弹簧、橡胶等。
在图1所示的保护元件100中,使用弹簧作为按压机构30,弹簧载置于凸状部件10的基部10b的上表面10bA,以收缩的状态保持。
在图1所示的保护元件100中,按压机构30设置于凸状部件10侧,但也可以设置于凹状部件20侧,也可以构成为设置于凸状部件10侧及凹状部件20侧双方。
通过设为设置于凸状部件10侧及凹状部件20侧双方的结构,能够实现弹力的强化,并且即使在一方的按压机构30产生了不良的情况下,也能够由另一方的按压机构30发挥功能。
当在凸状部件10侧及凹状部件20侧双方设置按压机构30的情况下,双方的按压机构30可以相同,也可以不同。
并且,也可以在凸状部件10侧及凹状部件20侧中的一方侧或者双方分别设置多个按压机构30。
在设为具备多个按压机构30的结构的情况下,也可以通过使收缩的程度互不相同来调整弹力。
在使用弹簧作为按压机构30的情况下,作为弹簧材料,能够使用公知的材料。
在本实施方式的保护元件100中,在向熔丝元件3流过超过额定电流的电流的状态下,若熔丝元件3被加热到其软化温度以上的温度,则熔丝元件3被切断而断开通电。
此处,在保护元件100中,凸状部件10及凹状部件20受到按压机构30的弹力,施加剪切力以便剪切熔丝元件3,熔丝元件3即使未成为完全熔融状态也能够被切断。熔丝元件3在哪个时机被切断由熔丝元件3的结构、凸状部件10及凹状部件20的结构、按压机构30的弹力等决定。
在保护元件100中,在物理性地切断熔丝元件自身这一点,与断开熔丝元件与弹簧的接合的上述的弹簧利用类型的保护元件不同。
并且,电弧放电依赖于与距离成反比的电场强度,但在保护元件100中,被切断后的熔丝元件的切断面彼此的距离因弹力而急速变大,从而即使产生电弧放电,也能够迅速地停止电弧放电。
并且,在保护元件100中,由于能够在熔丝元件达到完全熔融状态之前的变软的温度或者固相和液相混合的温度即软化温度下切断熔丝元件,所以能够减少本身发生电弧放电。
在熔丝元件3中,也可以在当从厚度方向(z方向)俯视时剪切力较强地作用的部位形成用于使切断变得容易的切口。
(变形例)
图4是第1实施方式的保护元件的变形例的示意图,(a)是剖视示意图,(b)是熔丝元件及端子部件的侧视示意图,(c)是从背侧(-z侧)观察到的(b)所示的熔丝元件及端子部件的俯视示意图。在上述附图中使用相同符号的部件具有相同的结构,省略说明。并且,对于即使与上述附图相比符号不同但功能相同的部件,有时省略说明。
<第1端子部件、第2端子部件>
在图4所示的保护元件100A中,第1端子部件5以在熔丝元件3的第1端部3a的厚度方向上重叠的方式连接,并且第2端子部件6以在第2端部3b的厚度方向上重叠的方式连接,这一点是与保护元件100的主要差异。
第1端子部件及第2端子部件分别将用于与熔丝元件的外部连接的刚性加强,降低电阻。
第1端子部件5在与第1端部3a所具备的外部端子孔3aa对应的位置具有外部端子孔5a。并且,第2端子部件6在与第2端部3b所具备的外部端子孔3ba对应的位置具有外部端子孔6a。
作为第1端子部件及第2端子部件的材料,例如可举出铜、黄铜等。
其中,从刚性强化的观点出发,优选黄铜。
其中,从降低电阻的观点出发,优选铜。
第1端子部件及第2端子部件的材料可以相同也可以不同。
作为将第1端子部件及第2端子部件连接于第1端部、第2端部的方法,能够使用公知的方法,例如可举出基于软钎焊或焊接的接合、铆钉接合或螺纹接合等机械接合等。
作为第1端子部件及第2端子部件的厚度,没有限定,但就标准而言,能够设为0.3~1.0mm。
第1端子部件及第2端子部件的厚度可以相同也可以不同。
(第2实施方式)
图5是第2实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是剖视示意图,(b)是第1电极、第2电极以及熔丝元件的结构的侧视示意图,(c)是第1电极、第2电极以及熔丝元件的结构的俯视示意图。
使用与第1实施方式相同的符号的部件具有相同的结构,省略说明。
并且,有时即使符号与第1实施方式不同,也省略对功能相同的部件的说明。
第2实施方式的保护元件与第1实施方式的保护元件的主要差异在于,在熔丝元件的两端部分别具备第1电极、第2电极。
具体而言,图5的(a)所示的保护元件200具有第1电极1和第2电极2,第1电极1与熔丝元件3的第1端部3a、以及第2电极2与熔丝元件3的第2端部3b分别连接。
<第1电极、第2电极>
第1电极1及第2电极2分别与熔丝元件3的第1端部3a、第2端部3b电连接。
作为第1电极1及第2电极2,能够使用公知的电极材料。例如为金属(包括合金),作为具体的材料,可举出铜、黄铜、镍、不锈钢、42合金等。
第1电极1及第2电极2的形状在图5所示的情况下在俯视时整体呈长方形,但在起到本发明的效果的范围内能够使用任何形状。
第1电极1及第2电极2分别具备外部端子孔1a、外部端子孔2a。
一对外部端子孔1a、2a中的一方的外部端子孔能够用于与电源侧连接,另一方的外部端子孔能够用于与负载侧连接。
此处,外部端子孔1a、2a的形状只要是能够与未图示的电源侧或负载侧的端子卡合的形状即可,没有特别限制,图5的(c)所示的外部端子孔1a、2a是没有敞开部分的贯通孔,但也可以是在一部分具有敞开部分的爪形状等。
作为第1电极1及第2电极2的厚度,没有限定,但就标准而言,能够设为0.05~1.0mm。
第1电极1及第2电极2也可以与成为能够应对大电流的外部连接端子的金属板连接。连接能够通过焊锡等公知的方法进行。作为该金属板,能够使用与上述第1端子部件5、上述第2端子部件6相同的金属板。
优选第1电极1及第2电极2的至少一方与熔丝元件3通过焊锡接合,更优选第1电极1及第2电极2均与熔丝元件3通过焊锡接合。
这是为了降低第1电极1或第2电极2与熔丝元件3之间的电阻。
作为焊锡的材料,能够使用公知的材料,但从电阻率和熔点的观点出发,优选以Sn为主成分的材料。
(第3实施方式)
图6是第3实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是与图1的(a)对应的剖视示意图,(b)是与图2的(a)对应的剖视示意图。使用与上述实施方式相同的符号的部件具有相同的结构,省略说明。并且,有时即使符号与上述实施方式不同,也省略对功能相同的部件的说明。
第3实施方式的保护元件与第2实施方式的保护元件相比,不同点在于,在凸状部件的凸部以及凹状部件的凹部的对置的两组的外侧面及内侧面中,仅一组相互接近配置。
作为第3实施方式的保护元件的变形例,也可以如图1所示的保护元件那样,构成为不具备第1电极及第2电极。
在图6所示的保护元件200A中,在凸状部件11的凸部11a以及凹状部件20的凹部20a在熔丝元件3的通电方向(x方向)上对置的两组外侧面11aBa和内侧面20aBa、以及外侧面11aBb和内侧面20aBb中,仅外侧面11aBa和内侧面20aBa的组在从厚度方向(z方向)俯视时接近配置。
作为按压机构30使用的弹簧载置于凸状部件11的基部11b的上表面11bA,以收缩的状态保持。
在第3实施方式的保护元件中,在从厚度方向(z方向)俯视时,夹断熔丝元件3的剪切作用在外侧面11aBa及内侧面20aBa的附近变强。
另一方面,在第1实施方式及第2实施方式的保护元件中,在从厚度方向(z方向)俯视时,夹断熔丝元件3的剪切作用在外侧面10aBa和内侧面20aBa的附近、以及外侧面10aBb和内侧面20aBb的附近这两处变强。在第1实施方式及第2实施方式的保护元件中,剪切作用较强的部位为两处,但在进行切断试验后,实际上在其中的一方的部位被切断。
认为这是因为,若在一方的部位进行切断,则施加给另一方的部位的剪切力分散。
并且,通过从最初开始将剪切部位设为一处,能够将作为按压机构30的弹簧的强度设定得较低,其结果,能够通过壳体60的简化、弹簧的小型化来实现部件的低成本化。
在熔丝元件3中,也可以在当从厚度方向(z方向)俯视时剪切力较强地作用的部位形成用于使切断变得容易的切口。
(第4实施方式)
图7是第4实施方式的保护元件的主要部分的示意图,是与图1的(a)对应的剖视示意图。使用与上述实施方式相同的符号的部件具有相同的结构,省略说明。并且,有时即使符号与上述实施方式不同,也省略对功能相同的部件的说明。
第4实施方式的保护元件与第3实施方式的保护元件相比,不同点在于,具备能够与熔丝元件电连接来加热熔丝元件的发热元件。
具体而言,在图7所示的保护元件300中,在接近凸部10的位置具备以与熔丝元件3接触的方式加热熔丝元件3的发热元件40。
图8是发热元件40的一个例子的结构的示意图,(a)是从z方向观察到的俯视示意图,(b)是剖视示意图。
发热元件40具有发热体41,还在靠熔丝元件3侧的表面具有与发热体41电连接的电极层42。
发热元件40还具备形成有发热体41的绝缘基板43、覆盖发热体41的绝缘层44、以及形成于绝缘基板43的两端的发热体电极45a、45b。
发热体41由在通电时发热的具有导电性的材料、例如镍铬合金、W、Mo、Ru等、或者包含它们的材料构成。发热体41通过将上述合金或组成物、化合物的粉状体与树脂粘合剂等混合,制成糊状,使用丝网印刷技术将其在绝缘基板43上形成图案,并进行烧制等来形成。
绝缘基板43例如是氧化铝、玻璃陶瓷、莫来石、氧化锆等具有绝缘性的基板。
绝缘层44是为了实现发热体41的保护及绝缘、并且将发热体41发热产生的热高效地传递到熔丝元件3而设置的。
在图7所示的保护元件300中,发热体41经由电极层42与熔丝元件3连接。
在图7所示的保护元件300中,在成为保护元件的通电路径的外部电路发生了异常时,通过进行发热元件40的发热,能够更迅速地使熔丝元件成为软化温度以上的温度而切断熔丝元件3。
在需要断开外部电路的电流路径的情况下,能够由设于外部电路的电流控制元件对发热体41通电。
在向熔丝元件3流过超过额定电流的电流的状态下、或者在对发热体41通电了的状态下,熔丝元件3被加热到软化温度以上的温度,熔丝元件被切断。通过切断熔丝元件3,来断开外部电路的电流路径,并且也断开对发热体41的供电。
发热元件40的在熔丝元件3的长度方向上的宽度、发热元件40的配置场所影响熔丝元件3的切断部位。为了使凸状部件的按压力集中在一个部位,使发热元件40的在熔丝元件3的长度方向上的宽度比凸部10a的宽度小,而使之靠近凹状部件的凹部的内侧面的一方侧配置。
具体而言,如图9所示,当想要在外侧面10aBa和内侧面20aBa的附近、以及外侧面10aBb和内侧面20aBb的附近中的外侧面10aBa和内侧面20aBa的附近侧进行切断时,将发热元件40配置于内侧面20aBa侧。
在图7所示的保护元件300中,发热元件40设于熔丝元件3的靠凹状部件20侧的面3B,但也可以设于靠凸状部件10侧的面3A。
在图7所示的保护元件300中,优选发热元件40的侧面、凸部10的外侧面以及凹部20的内侧面电绝缘。
图10是作为使用上述保护元件时的一个例子而示出使用图7所示的保护元件300时的一个例子的结构的示意图,(a)是整体的立体示意图,(b)是仅下侧的结构的立体示意图。并且,图11是图10所示的保护元件的分解立体示意图。
图10所示的保护元件400除了具备图7所示的部件以外,主要具备对发热元件40通电的第3电极5、设于凹状部件20且将凸状部件10的凸部10a引导至凹部20a的导向件20C、以及壳体60(上部壳体60A、下部壳体60B)。并且,在壳体60内,在凸状部件10的基部10b的上表面10bA设置有保持弹簧部件30的保持框。
第3电极5经由连接导体7而与发热元件40的发热体电极45a电连接。
壳体60例如能够由工程塑料、氧化铝、玻璃陶瓷、莫来石、氧化锆等具有绝缘性的材料形成。
壳体60优选由氧化铝等导热率较高的陶瓷材料形成。熔丝元件使因过电流而发热产生的热高效地向外部散热,能够使保持为中空的熔丝元件局部地加热、熔断。
图12的(a)是在图6所示的保护元件200A中具备能够与熔丝元件电连接来加热熔丝元件的发热元件的结构的剖视示意图。
具体而言,在从厚度方向(z方向)俯视时,图12的(a)所示的保护元件500在与熔丝元件3上的凸部10a重叠的位置具备加热熔丝元件3的发热元件40。
图12的(b)是图12的(a)所示的熔丝元件被切断后的剖视示意图。
在图12所示的保护元件500中,发热元件40设于熔丝元件3的靠凹状部件20侧的面3B,但也可以设于靠凸状部件10侧的面3A。
(第5实施方式)
图13的(a)是第5实施方式的保护元件的主要部分的剖视示意图。
使用与上述实施方式相同的符号的部件具有相同的结构,省略说明。并且,有时即使符号与上述实施方式不同,也省略对功能相同的部件的说明。
第5实施方式的保护元件与第3实施方式的保护元件相比,不同点在于,具备支撑部件,该支撑部件配置于凹状部件的凹部内,从下方直接或间接地支撑熔丝元件,该支撑部件由如下材料构成:在熔丝元件的额定电流通电中的温度以下抑制熔丝元件的变形,并且在构成熔丝元件的材料的固相线温度以上的温度下因来自按压机构的力而变形,允许熔丝元件的切断。
通过具备这样的支撑部件,能够在熔丝元件的额定电流通电中的温度以下降低熔丝元件的剪切负荷。
具体而言,图13的(a)所示的保护元件600具备支撑部件50,该支撑部件50配置于凹状部件20的凹部20a内,从下方直接地支撑熔丝元件3,该支撑部件50在熔丝元件3的额定电流通电中的温度以下抑制熔丝元件3的变形,并且在构成熔丝元件3的材料的固相线温度以上的温度下因来自按压机构30的力而变形,允许熔丝元件3的切断。
图13的(a)中,支撑部件50与熔丝元件3直接接触地进行支撑,但也可以经由层而间接地进行支撑。
作为支撑部件50的材料,例如能够使用热变形温度为100~150℃左右的ABS、POM、PC、PA等。
图13的(b)是图13的(a)所示的熔丝元件被切断后的剖视示意图。
在切断熔丝元件时,支撑部件50因来自按压机构30的力而如符号50A所示地变形。
图14的(a)与图13的(a)所示的保护元件600相比,不同点在于,具备发热元件40,支撑部件51从下方经由发热元件40间接地支撑熔丝元件3。
在图14的(a)所示的保护元件700中,在需要断开外部电路的电流路径的情况下,由设于外部电路的电流控制元件开始对发热体41通电,支撑部件51因来自按压机构30的力而如支撑部件51A那样变形(参照图14的(b))。另外,支撑部件51A变形,并且熔丝元件3接受发热体41的发热而变得柔软,在熔丝元件的软化温度以上的温度下,凸部10a切断熔丝元件3(参照图14的(c))。通过切断熔丝元件3,来断开外部电路的电流路径,并且也断开对发热体41的供电。
(第6实施方式)
图15是第6实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是剖视示意图,(b)是在(a)中用虚线呈圆形地包围的部位的放大图。使用与上述实施方式相同的符号的部件具有相同的结构,省略说明。并且,有时即使符号与上述实施方式不同,也省略对功能相同的部件的说明。
第6实施方式的保护元件与第1实施方式的保护元件的主要差异在于,在接近凸部的位置具备与熔丝元件接触来使熔丝元件加热熔融的发热元件。
图15的(a)所示的保护元件800具备:熔丝元件3,其具有第1端部3a和第2端部3b,从第1端部3a朝向第2端部3b通电;凸状部件10及凹状部件20,其以将位于熔丝元件3的第1端部3a与第2端部3b之间的切断部3C夹入的方式对置配置;以及按压机构30,其以凸状部件10和凹状部件20在夹入切断部3C的方向亦即第1方向(z方向)上缩短相对距离的方式施加弹力,在从第1方向(z方向)的俯视中,与熔丝元件3的通电方向(x方向)交叉的、凸状部件10的凸部10a以及凹状部件20的凹部20a的对置的至少一对面(外侧面10aBa和内侧面20aBa、外侧面10aBb和内侧面20aBb)接近配置,在接近凸部10的位置具备与熔丝元件3接触来使熔丝元件3加热熔融的发热元件40,通过发热元件40的加热来切断熔丝元件3。
在第6实施方式的保护元件中,通过发热元件40的加热能够熔断熔丝元件3,凸状部件10及凹状部件20、以及按压机构30成为用于切断熔丝元件3的辅助性的单元。
(变形例)
图16是第6实施方式的保护元件的变形例的剖视示意图。使用与上述实施方式相同的符号的部件具有相同的结构,省略说明。并且,有时即使符号与上述实施方式不同,也省略对功能相同的部件的说明。
<第1端子部件、第2端子部件>
在图16所示的保护元件800A中,主要差异在于,第1端子部件5以在熔丝元件3的第1端部3a的厚度方向上重叠的方式连接,并且第2端子部件6以在第2端部3b的厚度方向上重叠的方式连接。
(第7实施方式)
图17是第7实施方式的保护元件的主要部分的剖视示意图。使用与上述实施方式相同的符号的部件具有相同的结构,省略说明。并且,有时即使符号与上述实施方式不同,也省略对功能相同的部件的说明。
第7实施方式的保护元件与第6实施方式的保护元件的主要差异在于,在熔丝元件的两端部分别具备第1电极、第2电极。
具体而言,图17所示的保护元件900具有第1电极1和第2电极2,第1电极1与熔丝元件3的第1端部3a、以及第2电极2与熔丝元件3的第2端部3b分别连接。
通过发热元件40的加热而熔融的熔丝元件3因来自按压机构30的应力被凸状部件10和凹状部件20夹持而切断。
(第8实施方式)
图18是第8实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是与图15的(a)对应的剖视示意图,(b)是与图15的(b)对应的剖视示意图(放大图)。使用与上述实施方式相同的符号的部件具有相同的结构,省略说明。并且,有时即使符号与上述实施方式不同,也省略对功能相同的部件的说明。
第8实施方式的保护元件与第6实施方式的保护元件相比,不同点在于,在凸状部件的凸部以及凹状部件的凹部的对置的两组外侧面及内侧面中,仅一组相互接近配置。
在图18所示的保护元件1000中,在凸状部件11的凸部11a以及凹状部件20的凹部20a在熔丝元件3的通电方向(x方向)上对置的两组外侧面11aBa和内侧面20aBa、以及外侧面11aBb和内侧面20aBb中,仅外侧面11aBa和内侧面20aBa的组在从厚度方向(z方向)俯视时接近配置。
作为按压机构30使用的弹簧载置于凸状部件11的基部11b的上表面11bA,以收缩的状态保持。
(第9实施方式)
图19是第9实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是与图18的(a)对应的剖视示意图,(b)是与图18的(b)对应的剖视示意图(放大图)。使用与上述实施方式相同的符号的部件具有相同的结构,省略说明。并且,有时即使符号与上述实施方式不同,也省略对功能相同的部件的说明。
第9实施方式的保护元件与第8实施方式的保护元件相比,不同点在于,熔丝元件的两端面与第1电极及上述第2电极分别通过焊锡连接,该熔丝元件的两端面中的一方的端面在从第1方向(z方向)俯视时位于凹部的开口内。
图19所示的保护元件1100具备:第1电极1及第2电极2;熔丝元件13,其两端面13aA、13bB通过焊锡与第1电极1及第2电极2分别连接;凸状部件11及凹状部件20,其以夹入熔丝元件13的方式对置配置;以及按压机构30,其以凸状部件11及凹状部件20在夹入熔丝元件13的方向亦即第1方向(z方向)上缩短相对距离的方式施加弹力,在从第1方向(z方向)的俯视中,与熔丝元件13的通电方向交叉的、凸状部件11的凸部11a以及凹状部件20的凹部20a的对置的一对面(外侧面11aBa和内侧面20aBa)接近配置,熔丝元件13的与第1电极1连接的一方的端面13aA在从第1方向(z方向)俯视时位于凹部20的开口内,在构成焊锡的金属材料的软化温度以上的温度下,一方的端面13aA与第1电极1的连接部被切断。
图19所示的保护元件1100具备支撑部件50,该支撑部件50配置于凹状部件20的凹部20a内,从下方直接地支撑熔丝元件13,该支撑部件50在熔丝元件3的额定电流通电中的温度以下抑制熔丝元件13的变形,并且在构成熔丝元件3的材料的固相线温度以上的温度下因来自按压机构30的力而变形,允许熔丝元件13的切断。通过具备支撑部件50,能够降低熔丝元件13的剪切负荷。
(第10实施方式)
图20是第10实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是与图19的(a)对应的剖视示意图,(b)是与图19的(b)对应的剖视示意图(放大图)。
使用与上述实施方式相同的符号的部件具有相同的结构,省略说明。
并且,有时即使符号与上述实施方式不同,也省略对功能相同的部件的说明。
第10实施方式的保护元件与第9实施方式的保护元件相比,不同点在于,具备与熔丝元件电连接来使熔丝元件加热熔融的发热元件。
图20所示的保护元件1200具备:第1电极1及第2电极2;熔丝元件13,其两端面13aA、13bB通过焊锡与第1电极1及第2电极2分别连接;凸状部件11及凹状部件20,其以夹入熔丝元件13的方式对置配置;以及按压机构30,其以凸状部件11及凹状部件20在夹入熔丝元件13的方向亦即第1方向(z方向)上缩短相对距离的方式施加弹力,在从第1方向(z方向)的俯视中,与熔丝元件13的通电方向交叉的、凸状部件11的凸部11a以及凹状部件20的凹部20a的对置的一对面(外侧面11aBa和内侧面20aBa)接近配置,在从第1方向(z方向)俯视时,熔丝元件13的与第1电极1连接的一方的端面13aA位于凹部20的开口内,在接近凸部10的位置还具备与熔丝元件13接触来使熔丝元件13加热熔融的发热元件40,通过发热元件40的加热来切断一方的端面13aA与第1电极1的连接部。
图20所示的保护元件1200也具备支撑部件51,该支撑部件51配置于凹状部件20的凹部20a内,从下方直接地支撑熔丝元件13,该支撑部件51在熔丝元件3的额定电流通电中的温度以下抑制熔丝元件13的变形,并且在构成熔丝元件3的材料的固相线温度以上的温度下因来自按压机构30的力而变形,允许熔丝元件13的切断。通过具备支撑部件51,能够在熔丝元件3的额定电流通电中的温度以下降低熔丝元件13的剪切负荷。
在图20所示的保护元件1200中,与图19所示的保护元件1100相比,不同点在于,支撑部件51从下方经由发热元件40间接地支撑熔丝元件3。
(第11实施方式)
图21是第11实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是与图19的(a)对应的剖视示意图,(b)是与图19的(b)对应的剖视示意图(放大图)。
使用与上述实施方式相同的符号的部件具有相同的结构,省略说明。
并且,有时即使符号与上述实施方式不同,也省略对功能相同的部件的说明。
第11实施方式的保护元件与第9实施方式的保护元件相比,不同点在于,在从第1方向俯视时,熔丝元件的与第1电极及第2电极连接的两端面位于上述凹部的开口内。
在图21所示的保护元件1300中,具备:第1电极1及第2电极2;熔丝元件23,其两端面23aA、23bB通过焊锡与第1电极1及第2电极2分别连接;凸状部件11及凹状部件20,其以夹入熔丝元件23的方式对置配置;以及按压机构30,其以凸状部件11及凹状部件20在夹入熔丝元件23的方向亦即第1方向(z方向)上缩短相对距离的方式施加弹力,在从第1方向(z方向)的俯视中,与熔丝元件23的通电方向交叉的、凸状部件11的凸部11a以及凹状部件20的凹部20a的对置的一对面(外侧面11aBa和内侧面20aBa)接近配置,在从第1方向(z方向)俯视时,熔丝元件23的与第1电极1及第2电极2连接的两端面23aA、23bB位于凹部20的开口内,在构成焊锡的金属材料的软化温度以上的温度下,熔丝元件23的两端面23aA、23bB与第1电极1及第2电极2的至少一方的连接部被切断。
(第12实施方式)
图22是第12实施方式的保护元件的主要部分的示意图,(a)是与图21的(a)对应的剖视示意图,(b)是与图21的(b)对应的剖视示意图(放大图)。
使用与上述实施方式相同的符号的部件具有相同的结构,省略说明。
并且,有时即使符号与上述实施方式不同,也省略对功能相同的部件的说明。
第12实施方式的保护元件与第11实施方式的保护元件相比,不同点在于,具备与熔丝元件电连接来使熔丝元件加热熔融的发热元件。
图22所示的保护元件1400具备:第1电极1及第2电极2;熔丝元件23,其两端面23aA、23bB通过焊锡与第1电极1及第2电极2分别连接;凸状部件11及凹状部件20,其以夹入熔丝元件23的方式对置配置;以及按压机构30,其以凸状部件11及凹状部件20在夹入熔丝元件23的方向亦即第1方向(z方向)上缩短相对距离的方式施加弹力,在从第1方向(z方向)的俯视中,与熔丝元件23的通电方向交叉的、凸状部件11的凸部11a以及凹状部件20的凹部20a的对置的一对面(外侧面11aBa和内侧面20aBa)接近配置,在从第1方向(z方向)俯视时,熔丝元件23的与第1电极1及第2电极2连接的两端面23aA、23bB位于凹部20的开口内,在接近凸部10的位置还具备与熔丝元件23接触来使熔丝元件23加热熔融的发热元件40,通过发热元件40的加热来切断熔丝元件23的两端面23aA、23bB与第1电极1及第2电极2的至少一方的连接部。
图22所示的保护元件1400也具备支撑部件51,该支撑部件51配置于凹状部件20的凹部20a内,从下方直接地支撑熔丝元件23,该支撑部件51在熔丝元件23的额定电流通电中的温度以下抑制熔丝元件23的变形,并且在构成熔丝元件23的材料的固相线温度以上的温度下因来自按压机构30的力而变形,允许熔丝元件23的切断。通过具备支撑部件51,能够在熔丝元件23的额定电流通电中的温度以下降低熔丝元件23的剪切负荷。
在图22所示的保护元件1400中,与图21所示的保护元件1100相比,不同点在于,支撑部件51从下方经由发热元件40间接地支撑熔丝元件23。
符号的说明
1—第1电极,2—第2电极,3、13、23—熔丝元件,3a—第1端部,3b—第2端部,10、11—凸状部件,10a、11a—凸部,10aBa、10aBb—外侧面,20—凹状部件,20a—凹部,20aBa、20aBb—内侧面,30—按压机构,40—发热元件,41—发热体,42—电极层,50—支撑部件,60—壳体,100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400—保护元件。

Claims (33)

1.一种保护元件,其特征在于,具备:
熔丝元件,其具有第1端部和第2端部,从上述第1端部朝向上述第2端部通电;
凸状部件及凹状部件,其以将位于上述熔丝元件的上述第1端部与上述第2端部之间的切断部夹入的方式对置配置;以及
按压机构,其以上述凸状部件和上述凹状部件在夹入上述切断部的方向亦即第1方向上缩短相对距离的方式施加弹力,
在从上述第1方向的俯视中,与上述熔丝元件的通电方向交叉的、上述凸状部件的凸部以及上述凹状部件的凹部的对置的至少一对面接近配置,
在构成上述熔丝元件的材料的软化温度以上的温度下,上述熔丝元件被切断。
2.根据权利要求1所述的保护元件,其特征在于,
上述熔丝元件由一个或多个平板状或线状的任一零件构成。
3.根据权利要求1或2所述的保护元件,其特征在于,
在上述第1端部连接有第1端子部件,在上述第2端部连接有第2端子部件。
4.根据权利要求1~3任一项中所述的保护元件,其特征在于,
具有第1电极和第2电极,
上述第1电极与上述熔丝元件的上述第1端部、以及上述第2电极与上述熔丝元件的上述第2端部分别连接。
5.根据权利要求1~4任一项中所述的保护元件,其特征在于,
上述按压机构为弹簧或橡胶。
6.根据权利要求1~5任一项中所述的保护元件,其特征在于,
在上述凹状部件设有将上述凸部引导至上述凹部的导向件。
7.根据权利要求1~6任一项中所述的保护元件,其特征在于,
在接近上述凸部的位置具备发热元件,该发热元件与上述熔丝元件接触来加热上述熔丝元件。
8.根据权利要求7所述的保护元件,其特征在于,
上述发热元件具有发热体,还在上述熔丝元件侧的表面具有与上述发热体电连接的电极层。
9.根据权利要求8所述的保护元件,其特征在于,
具有第3电极,
上述发热体的一端与上述电极层电连接,上述发热体的另一端与上述第3电极电连接。
10.根据权利要求8或9所述的保护元件,其特征在于,
上述发热体配置于上述熔丝元件的上述凸状部件侧。
11.根据权利要求8或9所述的保护元件,其特征在于,
上述发热体配置于上述熔丝元件的上述凹状部件侧。
12.根据权利要求7~11任一项中所述的保护元件,其特征在于,
上述发热元件的侧面、上述凸部的外侧面以及上述凹部的内侧面电绝缘。
13.根据权利要求1~12任一项中所述的保护元件,其特征在于,
上述熔丝元件是将内层设为低熔点金属、将外层设为高熔点金属的层叠体。
14.根据权利要求13所述的保护元件,其特征在于,
上述低熔点金属由Sn或以Sn为主成分的金属构成,上述高熔点金属由Ag或Cu或者以Ag或Cu为主成分的金属构成。
15.根据权利要求1~14任一项中所述的保护元件,其特征在于,
在向上述熔丝元件流过超过额定电流的电流的状态下、或者在对上述发热体通电了的状态下,上述熔丝元件被加热到上述软化温度以上的温度,上述熔丝元件被切断而断开通电。
16.根据权利要求1~15任一项中所述的保护元件,其特征在于,
具备支撑部件,该支撑部件配置于上述凹状部件的上述凹部内,从下方直接或间接地支撑上述熔丝元件,上述支撑部件由如下材料构成:在上述熔丝元件的额定电流通电中的温度以下抑制上述熔丝元件的变形,在构成上述熔丝元件的材料的固相线温度以上的温度下因来自按压机构的力而变形,允许上述熔丝元件的切断。
17.一种保护元件,其特征在于,具备:
熔丝元件,其具有第1端部和第2端部,从上述第1端部朝向上述第2端部通电;
凸状部件及凹状部件,其以将位于上述熔丝元件的上述第1端部与上述第2端部之间的切断部夹入的方式对置配置;以及
按压机构,其以上述凸状部件和上述凹状部件在夹入上述切断部的方向亦即第1方向上缩短相对距离的方式施加弹力,
在从上述第1方向的俯视中,与上述熔丝元件的通电方向交叉的、上述凸状部件的凸部以及上述凹状部件的凹部的对置的至少一对面接近配置,
在接近上述凸部的位置还具备发热元件,该发热元件与上述熔丝元件接触来使上述熔丝元件加热熔融,
通过上述发热元件的加热来切断上述熔丝元件。
18.根据权利要求17所述的保护元件,其特征在于,
上述熔丝元件由一个或多个平板状或线状的任一零件构成。
19.根据权利要求17或18所述的保护元件,其特征在于,
具有第1电极和第2电极,上述第1电极与上述熔丝元件的上述第1端部、以及上述第2电极与上述熔丝元件的上述第2端部分别连接。
20.根据权利要求17~19任一项中所述的保护元件,其特征在于,
上述按压机构为弹簧或橡胶。
21.根据权利要求17~20任一项中所述的保护元件,其特征在于,
在上述凹状部件设有将上述凸部引导至上述凹部的导向件。
22.根据权利要求17~21任一项中所述的保护元件,其特征在于,
上述发热元件具有发热体,还在上述熔丝元件侧的表面具有与上述发热体电连接的电极层。
23.根据权利要求22所述的保护元件,其特征在于,
具有第3电极,
上述发热体的一端与上述电极层电连接,上述发热体的另一端与上述第3电极电连接。
24.根据权利要求22或23所述的保护元件,其特征在于,
上述发热体配置于上述熔丝元件的上述凸状部件侧。
25.根据权利要求22或23所述的保护元件,其特征在于,
上述发热体配置于上述熔丝元件的上述凹状部件侧。
26.根据权利要求17~25任一项中所述的保护元件,其特征在于,
上述发热元件的侧面、上述凸部的外侧面以及上述凹部的内侧面电绝缘。
27.根据权利要求17~26任一项中所述的保护元件,其特征在于,
上述熔丝元件是将内层设为低熔点金属、将外层设为高熔点金属的层叠体。
28.根据权利要求27所述的保护元件,其特征在于,
上述低熔点金属由Sn或以Sn为主成分的金属构成,上述高熔点金属由Ag或Cu或者以Ag或Cu为主成分的金属构成。
29.根据权利要求17~28任一项中所述的保护元件,其特征在于,
具备支撑部件,该支撑部件配置于上述凹状部件的上述凹部内,从下方直接或间接地支撑上述熔丝元件,上述支撑部件由如下材料构成:在上述熔丝元件的额定电流通电中的温度以下抑制上述熔丝元件的变形,在构成上述熔丝元件的金属材料的固相线温度以上的温度下因来自按压机构的力而变形,允许上述熔丝元件的切断。
30.一种保护元件,其特征在于,具备:
第1电极及第2电极;
熔丝元件,其两端面通过焊锡与上述第1电极及上述第2电极分别连接;
凸状部件及凹状部件,其以夹入上述熔丝元件的方式对置配置;以及
按压机构,其以上述凸状部件和上述凹状部件在夹入上述熔丝元件的方向亦即第1方向上缩短相对距离的方式施加弹力,
在从上述第1方向的俯视中,与上述熔丝元件的通电方向交叉的、上述凸状部件的凸部以及上述凹状部件的凹部的对置的至少一对面接近配置,
在从上述第1方向俯视时,上述熔丝元件的与上述第1电极及上述第2电极的任一个连接的一方的端面位于上述凹部的开口内,
在构成上述焊锡的金属材料的软化温度以上的温度下,上述一方的端面与上述第1电极或上述第2电极的连接部被切断。
31.一种保护元件,其特征在于,具备:
第1电极及第2电极;
熔丝元件,其两端面通过焊锡与上述第1电极及上述第2电极分别连接;
凸状部件及凹状部件,其以夹入上述熔丝元件的方式对置配置;以及
按压机构,其以上述凸状部件和上述凹状部件在夹入上述熔丝元件的方向亦即第1方向上缩短相对距离的方式施加弹力,
在从上述第1方向的俯视中,与上述熔丝元件的通电方向交叉的、上述凸状部件的凸部以及上述凹状部件的凹部的对置的至少一对面接近配置,
在从上述第1方向俯视时,上述熔丝元件的与上述第1电极及上述第2电极的任一个连接的一方的端面位于上述凹部的开口内,
在接近上述凸部的位置还具备发热元件,该发热元件与上述熔丝元件接触来使上述熔丝元件加热熔融,
通过上述发热元件的加热来切断上述一方的端面与上述第1电极或上述第2电极的连接部。
32.一种保护元件,其特征在于,具备:
第1电极及第2电极;
熔丝元件,其两端面通过焊锡与上述第1电极及上述第2电极分别连接;
凸状部件及凹状部件,其以夹入上述熔丝元件的方式对置配置;以及
按压机构,其以上述凸状部件和上述凹状部件在夹入上述熔丝元件的方向亦即第1方向上缩短相对距离的方式施加弹力,
在从上述第1方向的俯视中,与上述熔丝元件的通电方向交叉的、上述凸状部件的凸部以及上述凹状部件的凹部的对置的至少一对面接近配置,
在从上述第1方向俯视时,上述熔丝元件的与上述第1电极及上述第2电极连接的两端面位于上述凹部的开口内,
在构成上述焊锡的金属材料的软化温度以上的温度下,上述熔丝元件的两端面与上述第1电极或上述第2电极的至少一方的连接部被切断。
33.一种保护元件,其特征在于,具备:
第1电极及第2电极;
熔丝元件,其两端面通过焊锡与上述第1电极及上述第2电极分别连接;
凸状部件及凹状部件,其以夹入上述熔丝元件的方式对置配置;以及
按压机构,其以上述凸状部件和上述凹状部件在夹入上述熔丝元件的方向亦即第1方向上缩短相对距离的方式施加弹力,
在从上述第1方向的俯视中,与上述熔丝元件的通电方向交叉的、上述凸状部件的凸部以及上述凹状部件的凹部的对置的至少一对面接近配置,
在从上述第1方向俯视时,上述熔丝元件的与上述第1电极及上述第2电极连接的两端面位于上述凹部的开口内,
在接近上述凸部的位置还具备发热元件,该发热元件与上述熔丝元件接触来使上述熔丝元件加热熔融,
通过上述发热元件的加热来切断上述熔丝元件的两端面与上述第1电极或上述第2电极的至少一方的连接部。
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