CN114127884B - 保护元件 - Google Patents

Abstract

该保护元件(100)具有熔丝单元(3)、与熔丝单元(3)的至少一部分接触或接近地配置的绝缘性无机纤维物(4)、以及封入熔丝单元(3)的一部分和绝缘性无机纤维物(4)的壳体构件(5)。

Description

保护元件

技术领域

本发明涉及保护元件。

本申请基于2019年7月24日在日本申请的特愿2019-136245号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

以往，使用具备熔丝单元的保护元件(熔丝元件)，该熔丝单元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。

作为保护元件，例如大多使用将焊料封入玻璃管中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并装入至塑料壳体的螺纹固定或插入型保护元件等。该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，因此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、过电流的保护元件而被采用。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，近年来在电动工具、电动自行车、电动摩托车以及电动汽车等中也被采用。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，在熔丝单元熔断时可能产生电弧放电。若产生电弧放电，则熔丝单元在大范围内熔融，存在蒸气化的金属飞散的情况。在该情况下，由飞散的金属形成新的电流路径，电弧放电继续，有可能引起保护元件的破坏、起火事故。因此，在高电压用保护元件中，实施了使电弧放电不产生或者使电弧放电提前停止的对策。

作为使电弧放电不产生或使电弧放电停止的对策，已知在熔丝单元的周围填充消弧材料(例如，参照专利文献3)。

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

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在使用了上述消弧材料的保护元件中，存在制造工序变得复杂、保护元件的小型化困难这样的问题。

另外，在大电流、高电压用的保护元件的电流切断试验中，在与不使用消弧材料而发生了树脂壳体破损的条件相同的条件下使用消弧剂时，存在树脂壳体燃烧的情况。本发明人对其详细情况进行了调查，推测熔丝单元的熔融飞散物附着于消弧剂而形成导电通路，经由该导电通路继续电弧放电。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够防止电弧放电或迅速地阻止电弧放电的保护元件。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，本发明提供以下方法。

(1)本发明的一个方式的保护元件具有：熔丝单元、与所述熔丝单元的至少一部分接触或接近地配置的绝缘性无机纤维物或绝缘性无机多孔质材料、以及封入所述熔丝单元的至少一部分和所述绝缘性无机纤维物或绝缘性无机多孔质材料的壳体构件。

(2)在上述(1)所述的方式中，所述绝缘性无机纤维物或绝缘性无机多孔质材料可以由陶瓷或玻璃构成。

(3)在上述(1)或(2)中任一项所述的方式中，所述绝缘性无机纤维物或绝缘性无机多孔质材料可以为片状。

(4)在上述(1)～(3)中任一项所述的方式中，所述熔丝单元可以是平板状、棒状或线状中的任一种。

(5)在上述(1)～(4)中任一项所述的方式中，也可以所述熔丝单元由多个熔丝单元构成，所述多个熔丝单元并排配置。

(6)在上述(1)～(5)中任一项所述的方式中，多个熔丝单元并排配置的熔丝单元组也可以重叠配置多个。

(7)在上述(1)～(6)中任一项所述的方式中，所述绝缘性无机纤维物或绝缘性无机多孔质材料可以以至少夹持所述熔丝单元的一部分的方式配置。

(8)在上述(1)～(7)中任一项所述的方式中，所述熔丝单元可以是低熔点金属层与高熔点金属层的层叠体。

(9)在上述(1)～(8)中任一项所述的方式中，也可以所述熔丝单元是低熔点金属层与高熔点金属层的层叠体，所述层叠体的层叠结构是内层为低熔点金属、外层为高熔点金属的层叠体。

(10)在上述(1)～(9)中任一项所述的方式中，也可以所述熔丝单元由低熔点金属和高熔点金属构成，所述低熔点金属由Sn或以Sn为主成分的金属构成。

(11)在上述(1)～(10)中任一项所述的方式中，也可以所述熔丝单元由低熔点金属和高熔点金属构成，所述高熔点金属由Ag、Cu或者以Ag或Cu为主成分的金属构成。

(12)在上述(1)～(11)中任一项所述的方式中，也可以所述低熔点金属层的膜厚为30μm以上，所述高熔点金属层的膜厚为1μm以上。

(13)在上述(1)～(12)中任一项所述的方式中，也可以在所述绝缘性无机纤维物或绝缘性无机多孔质材料中含浸有绝缘性糊剂。

(14)在上述(1)～(13)中任一项所述的方式中，也可以在所述熔丝单元的通电方向的两端部分别具有端子构件，以所述端子构件的一部分露出的方式在所述壳体构件内封入有所述熔丝单元和所述绝缘性无机纤维物或绝缘性无机多孔质材料。

(15)在上述(1)～(13)中任一项所述的方式中，也可以具有绝缘基板和在所述绝缘基板上相互分离地配置的2个电极，并在所述熔丝单元的通电方向的两端部分别连接有所述2个电极中的一个。

(16)在上述(1)～(13)中任一项所述的方式中，也可以具有：绝缘基板、在所述绝缘基板上相互分离地配置的2个电极、配置在所述绝缘基板上的发热体、与所述发热体的第一端连接的发热体电极、以及与所述发热体的第二端和所述熔丝单元连接的发热体引出电极，在所述熔丝单元的通电方向的两端部分别连接有所述2个电极中的一个。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够防止电弧放电或迅速地阻止电弧放电的保护元件。

附图说明

[图1]是第一实施方式的保护元件的示意图，(a)是截面示意图，(b)是卸下壳体构件后的状态的平面示意图。

[图2]是第一实施方式的保护元件的立体示意图。

[图3]是示意性地示出层叠体结构的例子的立体图，(a)是方形或板状的层叠体，作为内层设为低熔点金属层，作为外层设为高熔点金属层，(b)是圆棒状的层叠体，作为内层设为低熔点金属层，作为外层设为高熔点金属层，(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双层结构的层叠体，(d)是方形或板状的层叠体，是用上下的高熔点金属层和高熔点金属层夹持低熔点金属层的三层结构的层叠体。

[图4]是第二实施方式的保护元件的示意图，(a)是截面示意图，(b)是卸下壳体构件后的状态的平面示意图。

[图5]是第三实施方式的保护元件的示意图，(a)是截面示意图，(b)是卸下壳体构件后的状态的平面示意图。

[图6]是表示4个熔丝单元并排配置的熔丝单元组在z方向上配置成2层的结构的截面示意图。

[图7]是第四实施方式的保护元件的示意图，(a)是截面示意图，(b)是卸下壳体构件后的状态的平面示意图。

[图8]是第五实施方式的保护元件的示意图，(a)是截面示意图，(b)是卸下壳体构件后的状态的平面示意图。

[图9](a)是第五实施方式的保护元件的熔丝单元熔断前的电路图，(b)是熔断后的电路图。

[图10]是第六实施方式的保护元件的截面示意图。

[图11]是第七实施方式的保护元件的示意图，(a)是截面示意图，(b)是卸下壳体构件后的状态的平面示意图。

[图12]是第七实施方式的保护元件的熔丝单元熔断前的电路图。

[图13]是第八实施方式的保护元件的截面示意图。

具体实施方式

以下，适当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，有时为了方便而将成为特征的部分放大示出，各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下的说明中例示的材料、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变更而实施。另外，即使是仅记载于一个实施方式或者仅记载于几个实施方式中的构成要素，也能够适当地应用于其他实施方式。

(第一实施方式)

图1是第一实施方式的保护元件的示意图，(a)是截面示意图，(b)是卸下壳体构件后的状态的平面示意图。图2是第一实施方式的保护元件的立体示意图。

以下，将向熔丝单元通电的方向称为x方向，将熔丝单元的宽度方向称为y方向，将熔丝单元的厚度方向称为z方向。

图1所示的保护元件100具有熔丝单元3、与熔丝单元3的至少一部分接触或接近地配置的绝缘性无机纤维物4以及封入熔丝单元3的一部分和绝缘性无机纤维物4的壳体构件5。

也可以使用绝缘性无机多孔质材料来代替绝缘性无机纤维物。

<熔丝单元>

作为熔丝单元3，可以使用公知的熔丝单元中使用的材料。典型地，可以使用含合金的金属材料。具体而言，可以例示Pb85％/Sn、Sn/Ag3％/Cu0.5％等。

图1所示的熔丝单元3由1个构件(零件)构成，也可以由多个构件(零件)构成。在熔丝单元由多个构件(零件)构成的情况下，以熔断时相邻的构件(零件)相互不接触的程度的距离隔开配置。以下，有时也将构成熔丝单元的多个构件(零件)分别称为熔丝单元。

另外，构成熔丝单元3的1个构件或多个构件各自的形状只要能够作为熔丝单元发挥功能就没有限制，能够例示平板状、棒状或线状的形状。熔丝单元3是平板状的构件。

熔丝单元3由位于壳体构件5的外部的第一端部3a和第二端部3b以及位于第一端部3a和第二端部3b之间的中间部3c构成。在第一端部3a和第二端部3b分别具备外部端子孔3aa、外部端子孔3bb。

一对外部端子孔3aa、外部端子孔3bb中，一个外部端子孔能够用于向电源侧连接，另一个外部端子孔能够用于向负载侧连接。

在此，外部端子孔3aa、外部端子孔3bb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就没有特别限制，图1(b)所示的外部端子孔3aa、外部端子孔3bb是没有开放部分的贯通孔，但也可以是在一部分具有开放部分的爪形状等。

也可以在熔丝单元3的配置于壳体构件5内的中间部3c的一部分具有容易熔断的切断部3cc。

图1所示的切断部3cc例示了在宽度方向上排列的3个穿孔和在两侧端分别具有切口的结构。切断部3cc中排列的穿孔的数量并不限定于3个，是任意的数量。

构成熔丝单元3的1个构件或多个构件分别可以是低熔点金属层与高熔点金属层的层叠体。

作为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℃，因此以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％合金的熔点为217℃。

作为用于高熔点金属层的高熔点金属，优选使用Ag、Cu或以它们为主成分的金属。这是因为，例如Ag为熔点962℃，因此由以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。

在熔丝单元3由低熔点金属层与高熔点金属层的层叠体构成的情况下，熔丝单元3通过熔融的低熔点金属层熔解高熔点金属层(换言之，固体状态的高熔点金属溶出到熔融状态的低熔点金属中)，从而高熔点金属层在比其熔点低的温度下开始熔融。在该情况下的熔丝单元3中，利用低熔点金属对高熔点金属的熔解作用(换言之，利用高熔点金属溶出到低熔点金属的现象)，能够在比高熔点金属的熔点低的温度熔断熔丝单元3。

从利用低熔点金属对高熔点金属的熔解作用(高熔点金属溶出到低熔点金属的现象)迅速熔断熔丝单元3的观点出发，低熔点金属层的膜厚优选为30μm以上，高熔点金属层的膜厚优选为1μm以上。

作为层叠体的结构，可以采用各种结构。

图3表示示意性地示出层叠体结构的例子的立体图。

图3(a)所示的层叠体(熔丝单元)3A为方形或板状，作为内层为低熔点金属层3Aa，作为外层为高熔点金属层3Ab，但也可以使内层和外层相反。

图3(b)所示的层叠体(熔丝单元)3B为圆棒状，作为内层为低熔点金属层3Ba，作为外层为高熔点金属层3Bb，但也可以使内层和外层相反。

图3(c)所示的层叠体(熔丝单元)3C是方形或板状的层叠体，是低熔点金属层3Ca和高熔点金属层3Cb层叠而成的二层结构的层叠体。

图3(d)所示的层叠体(熔丝单元)3D是方形或板状的层叠体，是用上下的高熔点金属层3Db和高熔点金属层3Dc夹持低熔点金属层3Da的三层结构的层叠体。相反地，也可以设为由两层低熔点金属层夹持高熔点金属层的三层结构。

图3(a)～(d)为两层或三层的层叠体，但也可以为四层以上。

熔丝单元3为由内层和夹持其的外层这三层构成的层叠体时，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。

<绝缘性无机纤维物、绝缘性无机多孔质材料>

绝缘性无机纤维物4为绝缘性，不会对熔丝单元3的熔断等电气特性造成影响，由无机材料构成，且具有熔融飞散物飞散的空间。

在图1所示的保护元件100中，在熔丝单元3的一侧3A具备与熔丝单元3的至少一部分接触或接近地配置的绝缘性无机纤维物4。在图1所示的保护元件100中，是绝缘性无机纤维物4载置于熔丝单元3的一侧3A的构成。

绝缘性无机纤维物也可以在熔丝单元3的另一侧3B具备。该情况下，是用2个绝缘性无机纤维物从厚度方向的两侧夹持熔丝单元3的构成。

作为构成绝缘性无机纤维物4的无机纤维(无机纤维)，可以使用公知的无机纤维。具体而言，可以举出陶瓷纤维、玻璃纤维等。在本说明书中，陶瓷纤维是指以陶瓷材料为主成分的无机纤维，是指除了玻璃纤维以外的纤维，另外，玻璃纤维是指以SiO₂为主成分的纤维。

作为陶瓷纤维，具体而言，可举出由氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)、氧化镁(MgO)、莫来石、碳化硅(SiC)等构成的纤维或以它们为主成分的纤维。

作为无机纤维的市售品的例子，可例示出陶瓷纸或陶瓷纤维纸(坂口电热株式会社制、有限公司TAKUMI产业制、NICO物产株式会社制)等。

作为绝缘性无机纤维物4的厚度，如图1(a)所示，可以设为与上部壳体构件5A和熔丝单元3间的距离相同的程度。或者，也可以是用上部壳体构件5A压入比上部壳体构件5A和熔丝单元3间的距离厚的绝缘性无机纤维物4的结构。在该情况下，绝缘性无机纤维物4与熔丝单元3接触的部分变大。

或者，如后述的图4等所示，也可以使绝缘性无机纤维物比上部壳体构件和熔丝单元间的距离薄。即，是在绝缘性无机纤维物4与上部壳体构件之间空出间隙的结构。即使在该情况下，也存在由于绝缘性无机纤维物4的自重而与熔丝单元3接触的部分。

如图1(b)所示，绝缘性无机纤维物4的宽度(y方向长度)为与熔丝单元3相同程度的宽度或比其宽时防止电弧或阻止电弧继续的效果大，但即使比熔丝单元3窄也有效果。

如图1(a)所示，绝缘性无机纤维物4的长度(x方向长度)可以设为与上部壳体构件5A的内部长度大致相同的程度。在该情况下，无论在熔丝单元3的壳体构件内的哪个位置发生熔断，都可得到防止电弧放电或者阻止电弧放电继续的效果。绝缘性无机纤维物4也可以比上部壳体构件5A的内部长度短。

图中所示的例子仅是绝缘性无机纤维物为1片的情况，也可以由多片构成。

如上所述，也可以使用绝缘性无机多孔质材料来代替绝缘性无机纤维物。

作为绝缘性无机多孔质材料的材料，可以使用公知的无机多孔质材料。具体而言，可以举出由氧化铝(Al₂O₃)、氧化硅(SiO₂)、氧化锆(ZrO₂)、氧化镁(MgO)、莫来石、碳化硅(SiC)等构成的材料或以它们为主成分的材料。

作为绝缘性无机纤维物或绝缘性无机多孔质材料的材料，优选为热导率高的材料。这是为了提高对熔丝单元3的热进行散热的功能(冷却熔丝单元3的功能)，从而提高防止电弧放电或阻止电弧放电继续的效果。

玻璃的热导率为1W/mK左右，与此相对，在氧化物系的陶瓷中，氧化镁的热导率为30W/mK左右，氧化铝的热导率为20W/mK左右，莫来石的热导率为4W/mK左右，氧化锆的热导率为3W/mK左右。另外，碳化硅的热导率为100W/mK以上。

绝缘性无机纤维物或绝缘性无机多孔质材料具有在电弧放电时熔融飞散物飞散的空间。若具有熔丝单元的熔融飞散物因电弧放电而飞散的空间，则熔融飞散物不会形成导电通路，能够防止电弧放电的继续。从确保电弧放电引起的熔融飞散物分散的空间的观点出发，绝缘性无机纤维物或绝缘性无机多孔质材料的密度优选为没有孔、间隙时的密度(其材料的密度)的1/100～1/4。例如，氧化铝的密度为3.95g/cm³，优选设为0.04g/cm³～1.0g/cm³的氧化铝纤维或氧化铝多孔质材料。

即使在通常工作时绝缘性无机纤维物或绝缘性无机多孔质材料不与熔丝单元3直接接触的情况下，如果接近配置，则在熔断时熔丝单元的切断部位膨胀而直接接触，能够使熔丝单元冷却而得到防止电弧现象继续的效果。

在本说明书中，“接近”是指1mm以下。

在绝缘性无机纤维物或绝缘性无机多孔质材料接近熔丝单元的至少一部分的情况下，优选为0.5mm以下，更优选为0.2mm以下，进一步优选为0.1mm以下。

<绝缘性糊剂>

绝缘性无机纤维物或绝缘性无机多孔质材料也可以采用含浸有绝缘性糊剂的构成。

绝缘性糊剂是指能够进入绝缘性无机纤维物的纤维间的间隙或绝缘性无机多孔质材料的孔中的、具有流动性的绝缘物质。通过具备绝缘性糊剂，能够提高因熔丝单元的熔融飞散物的分散带来的绝缘化效果。

作为绝缘性糊剂，例如可以举出软钎焊时使用的助焊剂。

本发明人将含浸有助焊剂的陶瓷纸作为绝缘性无机纤维物使用时，与使用未含浸助焊剂的陶瓷纸的情况相比，切断后的绝缘电阻提高2～4个数量级。作为提高绝缘电阻的理由，认为是由于熔丝单元的熔融飞散物不仅进入绝缘性无机纤维物的纤维间的间隙或绝缘性无机多孔质材料的孔中，而且助焊剂覆盖进入该间隙或孔中的熔融飞散物，从而在各间隙或各孔中也引起熔融飞散物的凝聚而不连续化。

以下，对于含浸有绝缘性糊剂的绝缘性无机纤维物或绝缘性无机多孔质材料，也简称为绝缘性无机纤维物或绝缘性无机多孔质材料。

<壳体构件>

壳体构件5保护内部并且防止熔融的熔丝单元3的飞散。图1所示的壳体构件5由上部壳体构件5A和下部壳体构件5B构成。

壳体构件5例如可以由工程塑料(特别优选抗漏电性高的尼龙系)、氧化铝、玻璃陶瓷、莫来石、氧化锆等具有绝缘性的材料形成。

壳体构件5优选由氧化铝等热导率高的陶瓷材料形成。熔丝单元能够将因过电流而发热的热有效地向外部散热，能够使保持为中空的熔丝单元局部地加热、熔断。

接着，上部壳体构件5A和下部壳体构件5B例如可以使用粘接剂进行粘接，将熔丝单元3覆盖，完成保护元件100。

(第二实施方式)

图4是第二实施方式所涉及的保护元件的示意图，(a)是截面示意图，(b)是卸下壳体构件后的状态的平面示意图。

使用了与第一实施方式相同符号的构件具有相同的结构，省略说明。另外，即使符号与第一实施方式不同，有时也省略对功能相同的构件的说明。

图4所示的保护元件101具有熔丝单元13、与熔丝单元13的至少一部分接触或接近地配置的绝缘性无机纤维物14、以及封入熔丝单元13和绝缘性无机纤维物14的壳体构件15。

进而，保护元件101具有相互分离配置的第一端子构件1及第二端子构件2，第一端子构件1与熔丝单元13的第一端部13a连接，第二端子构件2与熔丝单元13的第二端部13b连接。

也可以使用绝缘性无机多孔质材料来代替绝缘性无机纤维物。

<绝缘性无机纤维物>

在图4所示的保护元件101中，在熔丝单元13的一侧13A具备与熔丝单元13的至少一部分接触或接近地配置的绝缘性无机纤维物14。在图4所示的保护元件101中，是绝缘性无机纤维物14载置于熔丝单元3的一侧13A的构成。

绝缘性无机纤维物也可以在熔丝单元13的另一侧13B具备。该情况下，是用2个绝缘性无机纤维物从厚度方向的两侧夹持熔丝单元13的构成。

<第一端子构件、第二端子构件>

第一端子构件1和第二端子构件2优选分别由增强用于与熔丝单元的外部连接的刚性、降低电阻的材料构成。

第一端子构件1具有外部端子孔1aa。另外，第二端子构件2具有外部端子孔2aa。

在图4所示的保护元件101中，第一端子构件1的第一端部1a以在熔丝单元13的第一端部13a的厚度方向上重叠的方式连接，另外，第二端子构件2的第二端部2a以在第二端部13b的厚度方向上重叠的方式连接。

作为第一端子构件和第二端子构件的材料，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。

第一端子构件和第二端子构件的材料可以相同也可以不同。

作为将第一端子构件和第二端子构件连接于第一端部、第二端部的方法，可以使用公知的方法，例如可举出基于软钎焊、焊接的接合、铆钉接合、螺纹接合等机械接合等。

作为第一端子构件和第二端子构件的厚度，没有限定，若要说标准，可以设为0.3～1.0mm。

第一端子构件和第二端子构件的厚度可以相同也可以不同。

<壳体构件>

图4所示的壳体构件15与图1所示的壳体构件5同样地由上部壳体构件15A和下部壳体构件15B构成。另一方面，上部壳体构件15A在具有从顶面15Aa朝着熔丝单元13至少延伸到绝缘性无机纤维物14的侧面的突起部15Ab这一点上不同。上部壳体构件15A通过具备突起部15Ab，从而绝缘性无机纤维物14的侧面受到移动限制，因此能够防止绝缘性无机纤维物14的位置偏移。

(第三实施方式)

图5是第三实施方式的保护元件的示意图，(a)是截面示意图，(b)是卸下壳体构件后的状态的平面示意图。

使用了与上述实施方式相同符号的构件具有相同的结构，省略说明。另外，即使符号与上述实施方式不同，有时也省略对功能相同的构件的说明。

图5所示的保护元件102具有：4个熔丝单元23a、23b、23c、23d(有时将它们统称为“熔丝单元23”)；与熔丝单元23a、23b、23c、23d的至少一部分接触或接近地配置的绝缘性无机纤维物14；以及封入熔丝单元23和绝缘性无机纤维物14的壳体构件15。

另外，保护元件102具有相互分离地配置的第一端子构件1以及第二端子构件2，4个熔丝单元23a、23b、23c、23d分别将两端与第一端子构件1以及第二端子构件2连接。

也可以使用绝缘性无机多孔质材料来代替绝缘性无机纤维物。

<熔丝单元>

图5所示的熔丝单元23由4个熔丝单元23a、23b、23c、23d构成，但也可以由4个以外的多个熔丝单元构成。

在熔丝单元由多个熔丝单元构成的情况下，各熔丝单元的材料、形状可以相同也可以不同。例如，各熔丝单元也可以具有不同的电阻。

在熔丝单元由多个熔丝单元(零件)构成的情况下，以熔断时相邻的熔丝单元(零件)相互不接触的程度的距离隔开配置。

通过将熔丝单元23设为多个熔丝单元，即使在各熔丝单元熔断时发生电弧放电的情况下也为小规模，能够防止熔融金属的爆炸性飞散。

图5所示的4个熔丝单元23a、23b、23c、23d并排配置。

若多个熔丝单元并排配置，则能够通过绝缘性无机纤维物4容易地实现各熔丝单元的冷却及熔融飞散物的分散，能够提高耐电弧性能。

另外，熔丝单元的形状如上所述，可以例示平板状、棒状或线状的熔丝单元。图5所示的4个熔丝单元23a、23b、23c、23d是棒状或线状的熔丝单元的例子。

在图5所示的保护元件102中，示出了4个熔丝单元在与xy面平行的面内并排配置的结构，但也可以是并排配置的熔丝单元组在z方向上配置多层的结构。

图6中示出了4个熔丝单元并排配置的熔丝单元组在z方向上配置成2层的结构。即，4个熔丝单元23aa、23ba、23ca、23da并排配置的熔丝单元组23A和4个熔丝单元23ab、23bb、23cb、23db并排配置的熔丝单元组23B在z方向上配置。在熔丝单元组23A和熔丝单元组23B中，也可以将构成各熔丝单元组的熔丝单元设为不同的熔丝单元(材料、粗细等)。

在并排配置的熔丝单元组配置多层的结构中，也可以具备多片绝缘性无机纤维物。

在图6所示的结构中，在最靠近壳体构件的位置和熔丝单元组23A与熔丝单元组23B之间分别具备绝缘性无机纤维物14A、绝缘性无机纤维物14B、绝缘性无机纤维物14C。

(第四实施方式)

图7是第四实施方式的保护元件的示意图，(a)是截面示意图，(b)是卸下壳体构件后的平面图。

使用了与上述实施方式相同符号的构件具有相同的结构，省略说明。另外，即使符号与上述实施方式不同，有时也省略对功能相同的构件的说明。

图7所示的保护元件103与图5所示的保护元件102相比，主要的差异在于，在熔丝单元23的配置绝缘性无机纤维物14的一侧的相反侧也具备绝缘性无机纤维物24，即，以将熔丝单元23与绝缘性无机纤维物14一起夹持的方式具备绝缘性无机纤维物24。

保护元件103具有：4个熔丝单元23a、23b、23c、23d(有时将它们统称为“熔丝单元23”)；绝缘性无机纤维物14和绝缘性无机纤维物24，它们与熔丝单元23的至少一部分接触或接近，以在厚度方向上从两侧夹持熔丝单元23的方式配置；以及壳体构件25，其封入熔丝单元23、绝缘性无机纤维物14和绝缘性无机纤维物24。

另外，保护元件103具有相互分离地配置的第一端子构件1以及第二端子构件2，4个熔丝单元23a、23b、23c、23d分别将两端与第一端子构件1以及第二端子构件2连接。

也可以使用绝缘性无机多孔质材料来代替绝缘性无机纤维物。例如，可以代替绝缘性无机纤维物14或绝缘性无机纤维物24中的任一种而使用绝缘性无机多孔质，也可以代替绝缘性无机纤维物14及绝缘性无机纤维物24而使用绝缘性无机多孔质材料。

<壳体构件>

图7所示的壳体构件25与图4所示的壳体构件15同样地由上部壳体构件25A和下部壳体构件25B构成这一点、以及上部壳体构件25A具有从顶面25Aa朝着熔丝单元23至少延伸至绝缘性无机纤维物14的侧面的突起部25Ab这一点是共通的。绝缘性无机纤维物14的厚度可以是从熔丝单元23表面到上部壳体构件25A的顶面25Aa之间的厚度，也可以是从熔丝单元23表面起与上部壳体构件25A的顶面25Aa接触的厚度。

另一方面，在下部壳体构件25B的下表面25Ba侧，具有用于以与熔丝单元23接触或接近的方式支撑绝缘性无机纤维物24的支撑部25Bb。绝缘性无机纤维物24的支撑方法不限于此，例如，也可以简单地载置于下部壳体构件25B的下表面25Ba上。

(第五实施方式)

图8是第五实施方式的保护元件的主要部分的示意图，(a)是截面示意图，(b)是卸下壳体构件后的状态的平面示意图。

使用了与上述实施方式相同符号的构件具有相同的结构，省略说明。另外，即使符号与上述实施方式不同，有时也省略对功能相同的构件的说明。

图8所示的保护元件200具有：绝缘基板10；在绝缘基板10上相互分离地配置的2个电极111、112；熔丝单元13；与熔丝单元13的壳体构件115侧的至少一部分接触或接近地配置的绝缘性无机纤维物14；以及封入熔丝单元13和绝缘性无机纤维物14的壳体构件115，在熔丝单元13的通电方向的两端部13a、13b连接有2个电极111、112。

也可以使用绝缘性无机多孔质材料来代替绝缘性无机纤维物。

<绝缘基板>

绝缘基板10例如由氧化铝、玻璃陶瓷、莫来石、氧化锆等具有绝缘性的构件形成为方形。此外，绝缘基板10也可以使用玻璃环氧基板、苯酚基板等用于印刷配线基板的材料。

绝缘基板10优选为平板状。绝缘基板10的厚度根据绝缘基板10的耐热性、导热性而不同，但通常优选在100μm～1000μm的范围内。另外，绝缘基板10的外周也可以呈壁状立起。

<第一电极、第二电极>

在绝缘基板10上形成有第一电极111和第二电极112。第一电极111由形成于绝缘基板10的表面10a的第一表面电极111a、形成于绝缘基板10的背面10b的第一背面电极111b以及连接第一表面电极111a与第一背面电极111b的雉堞部111c构成。同样地，第二电极112由形成于绝缘基板10的表面10a的第二表面电极112a、形成于绝缘基板10的背面10b的第二背面电极112b以及连接第二表面电极112a与第二背面电极112b的雉堞部112c构成。

第一电极111和第二电极112分别由Ag、Cu配线等导电图案形成，在表面适当地设置Sn镀层、Ni/Au镀层、Ni/Pd镀层、Ni/Pd/Au镀层等保护层16作为防氧化对策。保护元件200经由形成于背面10b的第一背面电极111b、第二背面电极112b而安装在电路基板的电流路径上。

第一电极111及第二电极112经由焊料等连接材料18而与熔丝单元13的通电方向的两端部13a、13b连接。如上所述，熔丝单元13在经由连接材料18而搭载于第一电极111和第二电极112之间之后，能够通过回流焊接等容易地连接。

<熔丝单元>

作为熔丝单元13，可以使用与上述同样的熔丝单元。

<绝缘性无机纤维物>

作为绝缘性无机纤维物14，可以使用与上述同样的绝缘性无机纤维物。

图8所示的保护元件200具有图9(a)所示的电路结构。保护元件200经由第一外部连接电极111a、第二外部连接电极112a而安装于外部电路，由此组装于该外部电路的电流路径上。保护元件200在熔丝单元13中流过预定的额定电流的期间，即使自发热也不会熔断。另一方面，保护元件200在通过超过额定值的过电流时，熔丝单元13由于自发热而熔断，将第一电极111及第二电极112间切断，从而切断该外部电路的电流路径(图9(b))。

在保护元件200中，在熔丝单元13是低熔点金属层与高熔点金属层的层叠体的情况下，由于熔丝单元13层叠有熔点比高熔点金属层低的低熔点金属层，因此，由于过电流引起的自发热，熔融的低熔点金属层开始熔解高熔点金属层。因此，保护元件200利用熔丝单元13的低熔点金属层对高熔点金属层的熔解作用，从而使高熔点金属层在比熔融温度低的温度下熔融，能够迅速地熔断。由于具备绝缘性无机纤维物14，因此即使在熔断时产生电弧放电，也会迅速停止。

进而，熔丝单元13的熔融金属由于第一电极111及第二电极112的物理性牵引作用而被左右切断，所以能够迅速且可靠地切断第一电极111及第二电极112间的电流路径。

<制造方法>

对保护元件200的制造方法的一例进行说明。

在绝缘基板10的相对置的两端部，对第一电极111及第二电极112分别通过丝网印刷等将Ag、Cu配线等进行图案化，在表面适当地通过镀敷加工而形成Sn、Ni/Au、Ni/Pd、Ni/Pd/Au等的保护层16作为防止氧化及电极侵蚀对策，由此制造基底部分。

接着，在绝缘基板10的表面10a侧，在第一电极111及第二电极112上涂布焊膏等连接材料18，遍及第一电极111及第二电极112连接熔丝单元13。由此，在第一电极111及第二电极112上搭载熔丝单元13。接着，在熔丝单元13上载置绝缘性无机纤维物14。

接着，在绝缘基板10的表面10a侧以预定的范围涂布粘接剂19后，将壳体构件115粘接，从而覆盖熔丝单元13及绝缘性无机纤维物14，完成保护元件200。

(第六实施方式)

图10是第六实施方式的保护元件的截面示意图。

使用了与上述实施方式相同符号的构件具有相同的结构，省略说明。另外，即使符号与上述实施方式不同，有时也省略对功能相同的构件的说明。

图10所示的保护元件201与图8所示的保护元件200相比，主要的差异在于，在熔丝单元13的配置绝缘性无机纤维物14的一侧的相反侧也具备绝缘性无机纤维物24，即，以将熔丝单元13与绝缘性无机纤维物14一起夹持的方式具备绝缘性无机纤维物24。

也可以使用绝缘性无机多孔质材料来代替绝缘性无机纤维物。例如，可以代替绝缘性无机纤维物14或绝缘性无机纤维物24中的任一种而使用绝缘性无机多孔质，也可以代替绝缘性无机纤维物14及绝缘性无机纤维物24而使用绝缘性无机多孔质材料。

(第七实施方式)

图11是第七实施方式的保护元件的主要部分的示意图，(a)是截面示意图，(b)是将第七实施方式的保护元件卸下壳体构件而示出的平面示意图。

使用了与上述实施方式相同符号的构件具有相同的结构，省略说明。另外，即使符号与上述实施方式不同，有时也省略对功能相同的构件的说明。

图11所示的保护元件300具有：绝缘基板10；在绝缘基板10上相互分离地配置的2个电极111、112；熔丝单元33；绝缘性无机纤维物34；配置在绝缘基板10上的发热体20；与发热体20的第一端连接的发热体电极29；以及与发热体20的第二端和熔丝单元33连接的发热体引出电极26，熔丝单元33与2个电极111、112连接，在熔丝单元33的不与绝缘基板10对置的一侧的至少一部分接触或接近地配置有绝缘性散热构件34。

也可以使用绝缘性无机多孔质材料来代替绝缘性无机纤维物。

<发热体>

发热体20是通电时发热的具有导电性的构件，例如由镍铬合金、W、Mo、Ru等或包含它们的材料构成。发热体20可以通过将这些合金或组合物、化合物的粉状体与树脂粘合剂等混合而制成糊状，使用丝网印刷技术在绝缘基板10上进行图案形成，并进行烧成等而形成。

发热体20被绝缘构件22包覆，以隔着绝缘构件22而与发热体20对置的方式形成有发热体引出电极26。发热体引出电极26具有：下层部26a，其形成在绝缘基板10的表面10a上，并且与发热体20连接；以及上层部26b，其与发热体20对置地层叠在绝缘构件22上，并且与熔丝单元33连接。由此，发热体20经由发热体引出电极26而与熔丝单元33电连接。

发热体电极29由形成于绝缘基板10的表面10a的发热体表面电极29a、形成于绝缘基板10的背面10b的发热体背面电极29b以及连接发热体表面电极29a和发热体背面电极29b的雉堞部29c构成。

发热体20的一端与发热体引出电极26连接，另一端与发热体电极29连接。

<熔丝单元>

另外，保护元件300通过熔丝单元33与发热体引出电极26连接，从而构成向发热体20的通电路径的一部分。因此，保护元件300在熔丝单元33熔融、与外部电路的连接被切断时，向发热体20的通电路径也被切断，所以能够使发热停止。

熔丝单元33通过熔丝单元33具备高熔点金属层而提高了对高温环境的耐性，因此安装性优异，在经由连接材料18搭载于第一电极111、第二电极112以及发热体引出电极26上之后，能够通过回流焊接等容易地连接。

<绝缘性无机纤维物>

作为绝缘性无机纤维物34，可以使用与上述同样的绝缘性无机纤维物。

图11所示的保护元件300具有如图12所示的电路结构。保护元件300是由熔丝单元33以及发热体20构成的电路结构，该熔丝单元33经由发热体引出电极26在第一背面电极111b、第二背面电极112b间串联连接，该发热体20经由成为熔丝单元33的连接点的发热体引出电极26通电而发热从而熔解熔丝单元33，且一端与发热体电极29连接。在保护元件300中，通过经由第一背面电极111b、第二背面电极112b及发热体背面电极29b而与外部电路基板连接，从而熔丝单元33经由第一、第二电极111、112串联连接在外部电路的电流路径上，发热体20经由发热体电极29而与设置于外部电路的电流控制元件连接。

由这样的电路结构构成的保护元件300在需要切断外部电路的电流路径的情况下，通过设置于外部电路的电流控制元件对发热体20通电。在保护元件300中，通过发热体20的发热，组装在外部电路的电流路径上的熔丝单元33被熔融，熔丝单元33的熔融导体被吸引到发热体引出电极26以及第一、第二电极111、112，从而熔丝单元33被熔断。由此，外部电路的电流路径被切断，另外，熔丝单元33熔断，从而向发热体20的供电也被停止。

在保护元件300中，在熔丝单元33是低熔点金属层与高熔点金属层的层叠体的情况下，熔丝单元33层叠有熔点比高熔点金属层低的低熔点金属层，因此，由于过电流引起的自发热，熔融的低熔点金属层开始熔解高熔点金属层。因此，保护元件300利用熔丝单元33的低熔点金属层对高熔点金属层的熔解作用，从而能够使高熔点金属层在比熔融温度低的温度下熔融而迅速地熔断。

<制造方法>

关于保护元件300的制造方法的、将熔丝单元搭载于绝缘基板上的部分，说明其一例。

在绝缘基板10的表面10a侧，在第一电极111及第二电极112、发热体引出电极26上涂布焊膏等连接材料18，遍及第一电极111及第二电极112、发热体引出电极26连接熔丝单元33。由此，在第一电极111及第二电极112、发热体引出电极26上搭载熔丝单元33。接着，在熔丝单元33上载置绝缘性无机纤维物34。

接着，在绝缘基板10的表面10a侧以预定的范围涂布粘接剂19后，将壳体构件115粘接，从而覆盖熔丝单元33，完成保护元件300。

(第八实施方式)

图13是第八实施方式的保护元件的截面示意图。

使用了与上述实施方式相同符号的构件具有相同的结构，省略说明。另外，即使符号与上述实施方式不同，有时也省略对功能相同的构件的说明。

图13所示的保护元件301与图11所示的保护元件300相比，主要的差异在于，在熔丝单元33的配置绝缘性无机纤维物34的一侧的相反侧也具备绝缘性无机纤维物44。

也可以使用绝缘性无机多孔质材料来代替绝缘性无机纤维物。例如，可以代替绝缘性无机纤维物34或绝缘性无机纤维物44中的任一个而使用绝缘性无机多孔质，也可以代替绝缘性无机纤维物34及绝缘性无机纤维物44而使用绝缘性无机多孔质材料。

实施例

(实施例1)

使用图3(a)所示的层叠体型的熔丝单元(内层由宽度5.4mm×长度11mm×厚度0.3mm的Sn合金构成，外层由厚度6μm的Ag构成)、作为绝缘性无机纤维物的陶瓷纤维纸(坂口电热株式会社制)、作为壳体构件的树脂制的壳体构件，以图4所示类型为基础，制作由绝缘性无机纤维物夹持熔丝单元的两面的结构的保护元件。

(比较例1)

除了不使用陶瓷纤维纸以外，与实施例1同样地制作保护元件。

(比较例2)

不使用陶瓷纤维纸，将消弧剂填充于壳体构件中，除此以外，与实施例1同样地制作保护元件。

(电流切断试验1)

以100V、295A进行电流切断试验。

实施例1的保护元件在0.3秒时切断电流，对壳体构件没有特别影响。比较例1的保护元件在0.3秒内切断电流，壳体构件飞散。

比较例2的保护元件在0.5秒内切断电流，发出声音而使壳体构件的上部壳体构件脱落。

(实施例2)

使用图3(a)所示的层叠体型的熔丝单元(内层由宽度1.0mm×长度11mm×厚度0.2mm的Sn合金构成，外层由厚度4μm的Ag构成)、作为绝缘性无机纤维物的陶瓷纤维纸(坂口电热株式会社制)、作为壳体构件的树脂制的壳体构件，制作图6所示类型的保护元件。

(比较例3)

除了不使用陶瓷纤维纸以外，与实施例2同样地制作保护元件。

(比较例4)

不使用陶瓷纤维纸，将消弧剂填充于壳体构件中，除此以外，与实施例2同样地制作保护元件。

(电流切断试验2)

以120V、200A进行电流切断试验。

实施例2的保护元件在0.7秒时切断电流，对壳体构件没有特别影响。比较例3的保护元件在0.4秒时切断电流，对壳体构件没有特别影响。比较例4的保护元件在0.9秒时切断电流，发出爆炸声而在壳体构件上开孔并燃烧。

(电流切断试验3)

以140V、200A进行电流切断试验。

实施例2的保护元件在0.7秒时切断电流，对壳体构件没有特别影响。比较例3的保护元件在0.5秒内切断电流，壳体构件飞散。

(电流切断试验4)

以150V、190A进行电流切断试验。

实施例2的保护元件在0.9秒时切断电流，对壳体构件没有特别影响。

符号说明

1：第一端子构件(端子构件)

2：第二端子构件(端子构件)

3、13、23、33：熔丝单元

4、14、24、34、44：绝缘性无机纤维物(绝缘性无机多孔质材料)

5、15、25，115：壳体构件

10：绝缘基板

20：发热体

26：发热体引出电极

29：发热体电极

100、101、102、103、200、201、300、301：保护元件

111：第一电极

112：第二电极。

Claims (15)

1.一种保护元件，其具有：

熔丝单元、

未含浸绝缘性糊剂的绝缘性无机纤维物、以及

封入所述熔丝单元的至少一部分和所述绝缘性无机纤维物的壳体构件，

所述绝缘性无机纤维物具有在电弧放电时所述熔丝单元的熔融飞散物飞散的空间，由此抑制由所述熔融飞散物导致的导电通路形成，防止电弧放电的继续，

所述熔丝单元的至少一部分接触所述绝缘性无机纤维物或接近所述绝缘性无机纤维物至1mm以下而配置。

2.根据权利要求1所述的保护元件，其中，

所述绝缘性无机纤维物为片状。

3.根据权利要求1或2所述的保护元件，其中，

所述熔丝单元为平板状、棒状或线状中的任一种。

4.根据权利要求1或2所述的保护元件，其中，

所述熔丝单元由多个熔丝单元构成，所述多个熔丝单元并排配置。

5.根据权利要求4所述的保护元件，其中，

所述多个熔丝单元并排配置的熔丝单元组重叠配置有多个。

6.根据权利要求1或2所述的保护元件，其中，

所述绝缘性无机纤维物以至少夹持所述熔丝单元的一部分的方式配置。

7.根据权利要求1或2所述的保护元件，其中，

所述熔丝单元是低熔点金属层与高熔点金属层的层叠体。

8.根据权利要求7所述的保护元件，其中，

所述层叠体的层叠结构是内层为所述低熔点金属层、外层为所述高熔点金属层。

9.根据权利要求7所述的保护元件，其中，

所述低熔点金属层由Sn或以Sn为主成分的金属构成。

10.根据权利要求7所述的保护元件，其中，

所述高熔点金属层由Ag、Cu或者以Ag或Cu为主成分的金属构成。

11.根据权利要求7所述的保护元件，其中，

所述低熔点金属层的膜厚为30μm以上，所述高熔点金属层的膜厚为1μm以上。

12.根据权利要求1或2所述的保护元件，其中，

所述绝缘性无机纤维物为玻璃纤维或陶瓷纤维。

13.根据权利要求1或2所述的保护元件，其中，

在所述熔丝单元的通电方向的两端部分别具有端子构件，

以所述端子构件的一部分露出的方式，在所述壳体构件内封入有所述熔丝单元和所述绝缘性无机纤维物。

14.根据权利要求1或2所述的保护元件，其中，

具有绝缘基板和在所述绝缘基板上相互分离地配置的2个电极，

在所述熔丝单元的通电方向的两端部分别连接有所述2个电极中的一个。

15.根据权利要求1或2所述的保护元件，其具有：绝缘基板、在所述绝缘基板上相互分离地配置的2个电极、配置在所述绝缘基板上的发热体、与所述发热体的第一端连接的发热体电极、以及与所述发热体的第二端和所述熔丝单元连接的发热体引出电极，

在所述熔丝单元的通电方向的两端部分别连接有所述2个电极中的一个。