JP2005302546A - 自己復帰型保護素子 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、薄型、小型であって、異常発熱時から一定の間は電流遮断を継続させる自己保持タイプの自己復帰型保護素子を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、基板２と、基板２の上に設けられた温度維持部品３と、温度維持部品３の上に設けられ、温度維持部品３と接続されるとともに相互に対向面が離隔している一対のリード端子４と、一対のリード端子４の一方に固定接続され、他方のリード端子４とは離合可能である可動電極６と、一対のリード端子４の少なくとも一部と、可動電極６と、温度維持部品３を覆うカバー１０を有し、温度維持部品３が一対のリード端子４と接続される面において電極が分割されている構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源回路、電池、その他の電子機器などにおいて用いられ、過電流や異常発熱などからこれら電子機器などの破損を防止するために好適に用いられる、特に電池や電源回路に装着が容易な薄型の自己復帰型保護素子に関するものである。

携帯電話などに用いられる電池や電源回路などの異常発熱による電子危機の損傷発生を未然防止するために、電池などに温度ヒューズが装着されることがあった。

しかしながら温度ヒューズは異常発熱により溶断してしまい、部品取替えを行わなければならないため、異常発熱時には導電を遮断し、その後復帰する自己復帰型保護素子が用いられるようになってきている。

自己復帰型保護素子としては、温度膨張係数の異なる金属を多層にしたバイメタルと呼ばれる可動電極が用いられものがある。通常時には可動電極が端子同士を接続して電流が導通し、異常発熱時には温度膨張係数の異なる金属の多層構造により可動電極が反り返って、端子の一方の接点から離隔して導通を遮断して機器が保護される（たとえば特許文献１参照）。

図２２は従来の自己復帰型保護素子の側面図であり、１００は自己復帰型保護素子、１０１は信号線、１０２、１０３は可動電極、１０４は接続部、１０５は接点電極、１０６はケースである。

ケース１０６に格納された可動電極１０３は通常は接点電極１０５と接しており、信号線１０１において電流が導通している。過剰電流が流れたりして異常発熱が発生すると、可動電極１０２と１０３においては、１０３が熱膨張係数が高いためその体積が増加し、全体として、上方に可動電極１０２が反り返る状態が発生する。このため接点電極１０５との接触がはずれ、電流の導通が遮断され、回路の保護が実現される。温度が下がって可動電極１０３の膨張が消失すると、再び接点電極１０５と接触し、電流導通が再開される。

しかしながら、このような自己復帰型保護素子１００では可動電極１０２、１０３がわずかな時間に膨張が終了してしまい、即座に復帰してしまう。しかしながら復帰したときにはいまだ異常電流が生じている場合も多く、回路や電子機器の保護が不十分となることもある。

このため、可動電極が非接触となる状態を一定時間維持させる自己保持タイプの自己復帰型保護素子が提案されている（たとえば特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）
このような自己保持タイプの自己復帰型回路保護素子は、バイメタルなどで形成される可動電極が、異常発熱により接点電極と非接触となった後でも、バイメタルの温度が一定時間維持されて、即座に膨張収縮が起こらないため非接触状態が維持される。このため、電流導通復帰までに一定の時間を要し、異常電流の発生状態が終了してから電流導通が復帰することが可能で、回路や機器の保護でメリットがある。
特開平６−１１９８５９号公報 特開平８−２２２１０３号公報 特開平７−４５１７０号公報 特開平６−２９５６０号公報

しかしながら、（特許文献２）に記載の自己保持型サーモスイッチでは、電子機器における異常発熱により導通がオフされるが、再度導通するには、電子機器のスイッチが切られて導電が解除されたときに初めてサーモスイッチが再度オンとなる。このため、自己復帰型保護素子と言いながら、ユーザーがそのつど電気スイッチの解除などを行う必要があり、煩に耐えず、特に携帯機器やゲーム機などの携帯型の民生機器では不適切である。特にスイッチ解除を必要とすると、そのつどそれまでの実行処理のやり直しや、命令記憶のリセットが起こるため、近年の携帯機器などには使用できない問題があった。

また、（特許文献３）に記載の自己保持型過電流保護装置は、バイメタルに直接温度維持部品であるＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｈｅｒｍｉｓｔｅｒ）サーミスタが接続されているため、通常状態においての電気抵抗が高くなりすぎる問題があった。

さらに、可動電極たるバイメタルに直接温度維持部品が接続されているため、温度維持部品が保持する温度の影響が直接的過ぎて、バイメタルに悪影響を与え、過剰な場合にはバイメタルの耐久性を劣化させる問題もあった。また、自己復帰も遅れ気味となり、十分に異常電流が解消されていながらいつまでも電流導通復帰が行われず、電子機器のユーザーフレンドリーが不十分となる問題もあった。

さらに、温度維持部品を上面に配置してバイメタルと接続させるため、可動電極たるバイメタルの可動領域を少なくとも温度維持部品の大きさよりも大きくとる必要があるため、ケース内部が大型化する問題があった。このため電源回路やパック電池などの薄型や小型が求められる機器への実装には不適合である問題があった。

次に、（特許文献４）に記載のサーモスイッチは、ばね部材とバイメタルを複合させることで、スイッチとしているため、その可動領域の確保などのために非常に大型化する問題があった。さらに、温度維持部品とバイメタルが、縦型に組まれた部材により設置、接続されるために、さらに大型となってしまい、これを覆うケースまでを含めると、その耐久性も考慮して、非常に大型の素子となってしまい、同様に電源回路やパック電池など、近年究極的に小型化、薄型化が求められる機器に装着するのには非常に不適切である問題があった。

また、温度維持部品とバイメタルとが縦型部材により接続されるため、空中放射を除けば温度維持部品からの熱伝導が悪く、十分な自己保持が得られない問題があった。

更に、温度維持部品などの温度維持部品を端子に通常の形態で接続した場合には、可動電極が離れた場合であっても、すぐにその温度が下がってしまい、一定時間温度を維持することで、電流の遮断状態を、電子機器が十分に安全状態に戻るまで維持する本来の目的を十分に達成できない問題もあった。

本発明は、携帯機器や電子機器など小型化が求められる電子機器、とりわけパック電池や電源回路など薄型、小型で装着されることが望まれる自己保持タイプの自己復帰型保護素子であり、かつ、異常電流が流れている期間を十分に確保して自己保持が行われ、その後、的確に復帰する自己復帰型保護素子を提供することを目的とする。

本発明は、基板と、基板の上に設けられた温度維持部品と、温度維持部品の上に設けら
れ、温度維持部品と接続されるとともに相互に対向面が離隔している一対のリード端子と、一対のリード端子の一方に固定接続され、他方のリード端子とは離合可能である可動電極と、一対のリード端子の少なくとも一部と、可動電極と、温度維持部品を覆うカバーを有し、温度維持部品が一対のリード端子と接続される面において電極が分割されている構成とする。

本発明は、異常電流などで異常発熱した場合に電流の導通を遮断し、異常状態が解消された後に導通を再開して、電子機器への影響を適切に防止しつつ、部品の取り替えを不要とすることができる。

さらに、温度維持部品を用いることで、異常発熱により非接触となった可動電極の非接触状態を一定時間維持して、未だ、過電流が流れている可能性のある状態で、電流の再導通を行わせないようにすることができ、回路や機器の保護がさらに促進される。このとき、温度維持部品としてＰＴＣを用いることで、コスト低減が図られるものである。すなわち、温度コントロール機器を別途設ける必要がなく、省スペース化、部品削減化、コスト削減が図られるものである。

また、温度維持部品の上部の電極を分割し、下部を分割しない電極に構成することにより、従来使用されていた上部と下部の電極が分割されていない対向電極から構成された温度維持部品と比較して、温度維持部品に印加する耐電圧を低下させることなく、単位面積での発熱量を上げることができ、電流遮断状態となる可動電極が離れている状態を十分に長い時間維持することができる。

更に、単位面積あたりの発熱量を上げることができるので、温度維持部品の厚みを薄くすることができ、自己復帰型保護素子の薄型化をさらに促進することができるものである。

例えば、その厚みを約半分にすることができる。

また、温度維持部品の上部の分割した電極の面積比を変えることにより、温度維持部品に印加する耐電圧を低下させることなく可動電極に与える熱量をコントロールすることができる。特に、可動電極が固定接続される側となるリード端子が接続される側の電極の面積を広くすることで電流遮断時であって可動電極が離れている場合であっても、電流が到達する側となる、固定接続側の温度維持部品の電極への発熱が、その面積に従って大きくなるため、より効率的に温度維持時間を確保して、十分に通常状態に戻るまで電流遮断状態を継続させて、電子機器の安全を図る事ができる。

また、基板と、基板の上に配置された温度維持部品と、これの上に配置されたリード端子と、リード端子をまたがるように配置された可動電極とこれらを覆うカバーとの構成により、非常に小型かつ薄型の自己復帰型保護素子を実現することができる。

また、温度維持部品と可動電極が直接的に接続されていないため、ダイレクトな熱伝導が起こらず、可動電極の耐久性に悪影響を与えない効果がある。

また、温度維持部品と可動電極が直接的に接続されていないため、温度維持部品の大きさを含めて可動電極の可動領域を確保する必要がないために、内部体積を削減して、更なる薄型化が可能となる。

また、温度維持部品に面取りを設けたり、多角形などにすることで、温度維持部品の強
度を向上させることができ、外部に頑丈なケースを設けなくとも温度維持部品の耐久性を確保できるようになり、コスト低下と薄型化、小型化がさらに促進される効果がある。また、温度維持部品と基板との間にゲル状樹脂などの緩衝材を設けることでも同様に薄型化を維持したまま耐久性を確保することができる。

また、温度維持部品がリード端子や可動電極よりも底面に配置されるため、基板とともに、底面形状の頑丈性の確保が可能となる支持部材として兼用も可能となり、薄型でありながら素子強度が確保される。特に、温度維持部品を、基板と同等程度の面積とすることで、底面の形状確保と頑丈性の確保がさらに促進される効果がある。

以上の効果により、電子機器の小型化、高寿命化を実現することが可能となる。

本発明の請求項１に記載の発明は、基体と、基体表面に設けられた電極を有し、一定の温度以上で急激に電気抵抗が高くなる温度維持部品であって、電極が基体の主面の内少なくとも一方の主面において二分割されていることを特徴とする温度維持部品であって、電圧に対して発熱効率の高い温度維持部品を実現することができる。

本発明の請求項２に記載の発明は、基体表面上で分割された電極が、面積非対称に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の温度維持部品であって、発熱効率をより高いものにし、更に温度維持期間を長くすることを可能とする。

本発明の請求項３に記載の発明は、非対称面積となる電極において、広い面積を有する電極に可動電極の固定接続部側のリード端子が配置され、狭い面積を有する電極に可動電極の離合部分が配置されることを特徴とする温度維持部品であって、発熱効率をより高いものにし、更に温度維持期間を長くすることを可能とする。

本発明の請求項４に記載の発明は、基板と、基板の上に設けられた温度維持部品と、温度維持部品の上に設けられ、温度維持部品と接続されるとともに相互に対向面が離隔している一対のリード端子と、一対のリード端子の一方に固定接続され、他方のリード端子とは離合可能である可動電極と、一対のリード端子の少なくとも一部と、可動電極と、温度維持部品を覆うカバーを有し、温度維持部品が一対のリード端子と接続される面において電極が分割されていることを特徴とする自己復帰型保護素子であって、異常電流が充分に排除されるまで充分な時間、電流遮断状態を維持することができ、更に、温度維持部品の電極が分割されていることで発熱効率と温度維持期間の効率を向上させることができるため、より充分な時間の電流遮断状態を実現することができ、発熱効率が高くなることから温度維持部品の厚みを薄くすることができて、自己復帰型保護素子の薄型化が更に促進されることができる。

本発明の請求項５に記載の発明は、基板と、対向面が相互に離隔した一対のリード端子と、基板と一対のリード端子の間に設けられ、一対のリード端子のそれぞれと接続される温度維持部品と、一対のリード端子の一方に固定接続され、他方のリード端子と離合可能な可動電極と、一対のリード端子の少なくとも一部と可動電極と温度維持部品を覆うカバーとを有し、温度維持部品が一対のリード端子と接続される面において電極が分割されていることを特徴とする自己復帰型保護素子であって、異常電流が充分に排除されるまで充分な時間、電流遮断状態を維持することができ、更に、温度維持部品の電極が分割されていることで発熱効率と温度維持期間の効率を向上させることができるため、より充分な時間の電流遮断状態を実現することができる。

本発明の請求項６に記載の発明は、基板と、基板の上に設けられた温度維持部品と、温
度維持部品の上に設けられ、温度維持部品と接続されるとともに相互に対向面が離隔している一対のリード端子と、一対のリード端子の一方に固定接続され、他方のリード端子と離合可能な可動電極と、一対のリード端子と基板との間であって温度維持部品の周囲に設けられた第一補強材、もしくは一対のリード端子に設けられた第二補強材の少なくとも一方と、一対のリード端子の少なくとも一部と可動電極と温度維持部品を覆うカバーとを有し、温度維持部品が一対のリード端子と接続される面において電極が分割されていることを特徴とする自己復帰型保護素子であって、異常電流が充分に排除されるまで充分な時間、電流遮断状態を維持することができ、更に、温度維持部品の電極が分割されていることで発熱効率と温度維持期間の効率を向上させることができるため、より充分な時間の電流遮断状態を実現することができ、更に、薄型を実現しながらも、充分な強度と、可動電極の可動領域の充分な確保を実現することができる。

本発明の請求項７に記載の発明は、分割されている電極が、面積非対称に分割されていることを特徴とする請求項３〜６いずれか１に記載の自己復帰型保護素子であって、発熱効率と温度維持効率を更に高めることができる。

本発明の請求項８に記載の発明は、温度維持部品が基体と基体表面に設けられた電極からなり、一対のリード端子が接続される電極が分割されており、これと対向する底面の電極は分割されていないことを特徴とする請求項３〜７いずれか１に記載の自己復帰型保護素子であって、発熱効率と温度維持効率を高めることができる。

本発明の請求項９に記載の発明は、温度維持部品は、その電極が一対のリード端子と電気的接続するように電着されたことを特徴とする請求項３〜８いずれか１記載の自己復帰型保護素子であって、温度維持部品へのリード端子からの電流導通を可能とする。

本発明の請求項１０に記載の発明は、温度維持部品は、その電極が一対のリード端子と電気的接続するように圧接されたことを特徴とする請求項３〜８いずれか１に記載の自己復帰型保護素子であって、半田溶着などを不要として、温度維持部品の製造時などの欠損を防止することができる。

本発明の請求項１１に記載の発明は、面積非対称に分割された温度維持部品の電極において、広い面積を有する電極側に、可動電極が固定接続される一対のリード端子の一方が接続され、狭い面積を有する電極側に、可動電極が離合可能であるリード端子の他方が接続されることを特徴とする請求項３〜１０いずれか１に記載の自己復帰型保護素子であって、電流の到達する側となる電極の相対面積が広がるために、発熱効率が更に高くなり、温度維持効率も上がり、電流遮断状態が充分に維持されるメリットがある。

本発明の請求項１２に記載の発明は、温度維持部品において、セラミックの基体と、その表面に単層又は多層で設けられためっき面による電極から形成され、基体の主面の一方における一部において帯状に非めっき部分が形成されることで、面積非対称に分割された電極が形成されることを特徴とする請求項３〜１１いずれか１に記載の自己復帰型保護素子であって、発熱効率、温度維持効率の高い温度維持部品を容易に形成することができる。

本発明の請求項１３に記載の発明は、電極が分割されている温度維持部品の代わりに、表面の電極が分割されていない二つの温度維持部品を、導電性部材上に電気的接続するように配置した温度維持部品を、一対のリード端子と基板との間に配置して用いたことを特徴とする請求項３〜１２いずれか１に記載の自己復帰型保護素子であって、発熱効率、温度維持効率の高い温度維持部品を容易に形成することができる。

本発明の請求項１４に記載の発明は、可動電極における離合部分、もしくはこれと接するリード端子の面、もしくはこれらの両方に接点電極が設けられたことを特徴とする請求項１〜１３いずれか１に記載の自己復帰型保護素子であって、可動電極の接続時の接続電気抵抗を充分に下げ、更に、離合部分の損傷や磨耗を防止して、長寿命化を可能とする。

本発明の請求項１５に記載の発明は、接点電極が、凸状体であることを特徴とする請求項１４に記載の自己復帰型保護素子であって、離合部分の損傷や磨耗を防止して、長寿命化を可能とする。

本発明の請求項１６に記載の発明は、接点電極においては可動電極の他の部分よりもめっきを多層とするか、もしくはめっき層の厚みを厚くしたこと、もしくはその両方であることを特徴とする請求項１４に記載の自己復帰型保護素子であって、可動電極の接続時の接続電気抵抗を充分に下げ、更に、離合部分の損傷や磨耗を防止して、長寿命化を可能とする。

本発明の請求項１７に記載の発明は、可動電極が、任意の温度以下ではリード端子と接し、任意の温度以上ではリード端子と離れることを特徴とする請求項３〜１６いずれか１に記載の自己復帰型保護素子であって、異常電流、異常温度時の電流遮断と、解除による復帰とを可能とする。

本発明の請求項１８に記載の発明は、可動電極が複数の金属層からなるバイメタルであることを特徴とする請求項３〜１７いずれか１に記載の自己復帰型保護素子であって、容易に可動電極を実現することができる。

本発明の請求項１９に記載の発明は、バイメタルが、リード端子に対向する内層側の金属層が温度膨張係数の高い金属から形成され、外層側の金属層が温度膨張係数の低い金属から形成されることを特徴とする請求項１８に記載の自己復帰型保護素子であって、容易に性能の高い可動電極を実現することができる。

本発明の請求項２０に記載の発明は、温度維持部品の電気抵抗が、可動電極の電気抵抗よりも高いことを特徴とする請求項３〜１９いずれか１に記載の自己復帰型保護素子であって、発熱効率をより高めることが可能となる。

本発明の請求項２１に記載の発明は、可動電極の離合可能な部位がリード端子に接続している場合には、可動電極に電流の大半が流れ、可動電極の離合可能な部位がリード端子と離れている場合には温度維持部品に電流が流れることを特徴とする請求項３〜２０いずれか１記載の自己復帰型保護素子であって、電流導通時である通常時の電気抵抗を充分に低い状態にしておくことができる。

本発明の請求項２２に記載の発明は、温度維持部品の角部に面取りが施されていることを特徴とする請求項１〜２１いずれか１記載の自己復帰型保護素子であって、温度維持部品の損傷や欠けなどを防止することができる。

本発明の請求項２３に記載の発明は、温度維持部品の面積が、リード端子幅と、可動電極のリード端子との接続部分と離合位置を結ぶ長さとから定まる面積以上であることを特徴とする請求項３〜２２いずれか１記載の自己復帰型保護素子であって、温度維持部品を基板と同様に自己復帰型保護素子の形状の確保や強度確保を行う支持部材として兼用できるものである。

本発明の請求項２４に記載の発明は、温度維持部品の面積が、基板と同等の面積を有す
ることを特徴とする請求項３〜２０いずれか１記載の自己復帰型保護素子であって、温度維持部品を基板と同様に自己復帰型保護素子の形状の確保や強度確保を行う支持部材として兼用できるものである。

本発明の請求項２５に記載の発明は、基板と、温度維持部品との間に衝撃緩衝材が設けられたことを特徴とする請求項３〜２４いずれか１記載の自己復帰型保護素子であって、温度維持部品を保護することが可能となる。

本発明の請求項２６に記載の発明は、衝撃緩衝材がゲル状樹脂であることを特徴とする請求項２５に記載の自己復帰型保護素子であって、温度維持部品の保護を容易に行うことができる。

本発明の請求項２７に記載の発明は、温度維持部品が多角形もしくは楕円形もしくは円形のいずれかであることを特徴とする請求項１〜２６いずれか１記載の自己復帰型保護素子であって、バリエーションを確保しつつ、強度を確保した温度維持部品を実現できる。

本発明の請求項２８に記載の発明は、温度維持部品がＰｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｈｅｒｍｉｓｔｅｒ（以下「ＰＴＣ」という）であることを特徴とする請求項１〜２７いずれか１記載の自己復帰型保護素子であって、温度維持部品を容易に実現することができる。

本発明の請求項２９に記載の発明は、基板、第一補強材、第二補強材、カバーのうち少なくとも一つが、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）もしくはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）もしくはＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を主成分とする熱可塑性樹脂フィルムまたは液晶ポリマーで形成されていることを特徴とする請求項３〜２８いずれか１に記載の自己復帰型保護素子であって、フィルム素材により、非常に薄型の自己復帰型保護素子を実現できる。

本発明の請求項３０に記載の発明は、基板を設置するステップと、基板の上に温度維持部品を接着するステップと、温度維持部品の上に対向面が相互に離隔する一対のリード端子を接合するステップと、リード端子の一方に可動電極の一部を接合するステップと、リード端子の一部と可動電極と温度維持部品を覆うカバーが形成されるステップとを有することを特徴とする自己復帰型保護素子の製造方法であって、薄型で強度が確保され、一定期間の電流遮断状態を実現できる自己復帰型保護素子を容易に製造することができる。

本発明の請求項３１に記載の発明は、基板を設置するステップと、基板の上に温度維持部品を接着するステップと、温度維持部品の周囲に第一補強材を接着するステップと、
温度維持部品の上に対向面が相互に離隔する一対のリード端子を接合するステップと、
第一補強材とリード端子の上に設けられる第二補強材とを相互溶着するステップと、リード端子の一方に可動電極を接合するステップと、第二補強材と溶着され、可動電極と温度維持部品とリード端子の一部を覆うカバーが形成されるステップを有することを特徴とする自己復帰型保護素子の製造方法であって、薄型でかつ充分に強度が確保され、一定期間の電流遮断状態を実現できる自己復帰型保護素子を容易に製造することができる。

本発明の請求項３２に記載の発明は、電池と、電池を収納する本体と、本体から導出され電池と電気的に接合された配線と、配線間に設けられしかも本体に接触するよう設けられた自己復帰型保護素子とを備え、自己復帰型保護素子として請求項３〜２９いずれか１記載の自己復帰型保護素子を用いたことを特徴とするパック電池であって、異常電流、異常発熱時に電流供給を遮断して電子機器の保護を実現することができる。

本発明の請求項３３に記載の発明は、電源部と、電源を制御する制御部と、電源部から出力された出力線路と、出力線路上に実装された請求項３〜２６いずれか１記載の自己復帰型保護素子を有することを特徴とする電源回路であって、異常電流、異常発熱時に電流供給を遮断して電子機器の保護を実現することができる。

本発明の請求項３４に記載の発明は、請求項３３の電源回路と、データ処理部と、制御部と、マンマシンインターフェースと、これらを格納する筐体を有することを特徴とする電子機器であって、異常電流、異常発熱時に電流供給が遮断されることで保護される電子機器が実現される。

本発明の請求項３５に記載の発明は、基板とカバーとを接着フィルムで溶着したことを特徴とする請求項３〜２８いずれか１記載の自己復帰型保護素子であって、フィルム素材で形成していながら、充分な強度と密封性を確保し、更に可動電極の可動領域を確保して、高耐久性、長寿命性の自己復帰型保護素子を実現できる。

なお、本明細書での自己復帰型保護素子は、バイメタルスイッチや、温度スイッチ、温度センサなどとして用いられるものである。

また、本明細書での可動電極は温度膨張係数の異なる複数の金属層からなるバイメタルが用いられることが多いが、これ以外であってもよく、バイメタルは２層構造、３層構造、これ以上の層構造を有するものであってもよい。本明細書では可動電極として説明されているが、これの具体例としてバイメタル片が用いられることが多い。

また、可動電極の可動とは、可動電極の一端が固定接続されている場合に、他端が基本的の上下に動いて、その先端部がリード端子表面、あるいはリード端子に設けられた接点電極と接触したり、非接触となったりする離合を行う動作を主にいう。また、もちろん横方向に動作して接触、非接触となる離合を行うものであってもよい。

また、温度維持部品とは、一定の時間その温度を維持する部品をいい、特に高温となった場合に、その高温状態を一定時間維持する役割を有するものを言う。特に、低温時には抵抗値が低く、高温時には抵抗が高くなって、その高温状態を維持するＰＴＣが用いられることが多く、本明細書では温度維持部品としての一例としてＰＴＣが説明される。

以下、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１、図４は本発明の実施の形態１における自己復帰型保護素子の斜視図、図２、図３、図７、図８、図９、図１０は本発明の実施の形態１における自己復帰型保護素子の側面図、図５（ａ）は従来の技術における温度維持部品の斜視図であり、図５（ｂ）、図５（ｃ）と図５（ｄ）は本発明の実施の形態１における温度維持部品の斜視図であり、図５（ｅ）、図５（ｆ）は本発明の実施の形態１における温度維持部品の電圧−発熱温度特性図であり、図６は本発明の実施の形態１における可動電極の側断面図である。

１は自己復帰型保護素子、２は基板、３は温度維持部品、４はリード端子、５は接続面、６は可動電極、７は固定接続部、８は接点電極、９は第二補強材、１０はカバー、１１は第一補強材、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｅは基体、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｉ、１３ｊは電極、１３は電極、１４は外層、１５は内層、１６は中間層、Ｉ１は電流である。

最初に、各部の詳細について説明する。

まず、基板２について説明する。基板２は図１〜図４などに示されている。

基板２は、自己復帰型保護素子１の底面に位置して配置され、素子全体の形態の確保と強度の確保が実現される。基板２としてアルミナなどのセラミック板が使用されることもあるが、十分な強度を有するものであれば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）もしくはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）もしくはＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を主成分とする熱可塑性樹脂フィルムまたは液晶ポリマーで形成されてもよいものである。これらの素材で形成される場合には、非常に薄型として実現され、また軽くなるというメリットもある。

また、基体２は方形板状のみでなく、円形状、楕円形状、三角形状、五角形以上の多角形状の板状体を用いても良い。

次に温度維持部品３について説明する。

温度維持部品３は、他のリード端子４や可動電極６などのような金属に比較して、通常時にはその抵抗がやや高く、通常状態においては大半の電流がリード端子４から可動電極６を通じてもう一方のリード端子４に流れる。この状態においては、温度維持部品３にはほとんど電流が流れず、発熱もほとんど起こらない。

これに対して、可動電極６が発熱により反り返り、接点電極８がリード端子４と離れると、電流はリード端子４から温度維持部品３に流れるようになり、温度維持部品は発熱する。ここで温度維持部品３は、抵抗が急激に高くなって電流が流れなくなるキュリー点が１００℃前後にあるため、それ以上には温度があがらず、温度が維持される。さらに、この温度では温度維持部品３はキュリー点の作用により電流が流れず、リード端子４同士の間での電流の導通が起こらず、電流が遮断されたままである。この維持された温度が可動電極６にも伝導されるため、可動電極６もしばらくは反り返って接点電極８がリード端子４と離れた状態が維持されて通常の電流が遮断された状態が継続される。

温度が下がってくると、可動電極６が再びリード端子４と接触して通常状態に戻るものである。温度維持部品３は以上のような役割を果たすものである。

温度維持部品３は基板２の上に配置されており、接着剤などで接着されて基板２に固定されている。なお、接着に当たっては、溶着などでもよく、基板２との間に衝撃緩衝材（図示せず）が設けられることも好適である。衝撃緩衝材は、たとえばゲル状の樹脂などがあり、このような衝撃緩衝材が設けられることで、温度維持部品３の上に一対のリード端子４が接続される際の衝撃により、温度維持部品３が破損したり、クラックが生じたりするのを防止することが可能となる。もちろん、温度維持部品３による基板２への損傷も防止することが可能となる。

なお、基板２の上に温度維持部品３を接着する材料としては、プラスチック樹脂、ガラス及びプラスチック樹脂またはガラスを含有する金属皮膜などが使用できる。金属被膜を接着剤として用いる場合には、基体２上に印刷などによって、金属被膜を形成し、この金属被膜上に温度維持部品３を載置し、超音波溶接等を用いて基板２と温度維持部品３とを接合する。基板２の材料が熱可塑性プラスチックである場合には、温度維持部品３を基盤２に配置した後、急速加熱、急速冷却して基板の表面を融かし接着することもできる。特に好適な接着剤として、アルミナ及びシリカのフィラーを含有したエポキシ樹脂が使用される。

ここで、温度維持部品３としては、いわゆる「Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｈｅｒｍｉｓｔｅｒ」（以下「ＰＴＣ］という）が用いられることが多く、ＰＴＣを任意の形状に形成したものが、基板２の上に配置される。

ＰＴＣはその基体がチタンバリウム（ＢａＴｉＯ₃）にＬａなどの希土類をドープしたチタンバリウム半導体などの材料で形成され、その表面に電極１３が形成される。図５には、このＰＴＣの形態が表されている。

あるいは、樹脂にカーボンなどのフィラーを入れた樹脂ベースの温度維持部品３を用いてもよい。この場合には、セラミックなどで形成するよりも耐衝撃性の強い温度維持部品３を形成することが可能である。

また、温度維持部品３の強度確保のために、その角部に面取りを施すことも好適であり、形状を角形のみならず、多角形や円形、楕円形とする、あるいは角部をとった計上とすることなどで、温度維持部品３の強度を確保することができる。これは、温度維持部品３がリード端子４と基板２にはさまれて配置されること際に受けやすい衝撃に対する対応性を確保できるメリットがあるものである。

ここで、機器保護における安全性をより高める、温度維持部品３における本発明でのポイントとなる構成とそのメカニズムを説明する。

温度維持部品３は、例えば樹脂やセラミックなどの基体１２ａなどの表面に金属めっき、金属蒸着、金属塗布などを用いた導電性の電極１３ａなどが形成される。この電極１３ａなどがリード端子４と接続されて、電気的接続が実現されて、一対のリード端子４間を電流が可動電極６を通じて流れるとともに、ある一定の範囲では、この温度維持部品３を経由して電流が流れるものである。但し、温度維持部品３は一定温度以上（キュリー点）で急激に抵抗が増加して、一対のリード端子４間での電流導通は遮断される。

なお、リード端子４と温度維持部品３との電気接続は半田付けなどの接合でも良く、あるいは圧接や圧着でも良い。

図５（ａ）には従来の技術における温度維持部品３が表されており、その表面全体に電極１３ａ、１３ｂが形成されている。このため異常発熱時に、可動電極６の離合部分がリード端子４からはなれて電流遮断となった場合には、可動電極６が固定接続されている側のリード端子４に到達する電流が電極１３ａ、１３ｂ全体に分散してしまい、温度維持部品３の発熱時間が長くなる上、同じ大きさの温度維持部品３であれば、任意の温度で維持される時間が短くなるデメリットがあった。このため、後に述べるように、温度維持部品３を用いて、可動電極６が離れて電流遮断状態となったことを一定時間維持させたい場合でも、その維持時間などが不十分となるなどの問題がある。

これに対して、図５（ｂ）に示されるように、電極１３ｃと１３ｄに分割された場合には、可動電極６が固定接続されているリード端子４から流れ込む電流の分散が無くなり、可動電極６が離れた後での温度維持部品３の発熱が早くなり、温度上昇が早くなる上、温度下降も遅くなり、温度維持期間が十分なものとなって、電流遮断期間が十分に確保されるメリットがある。

更に、図５（ｃ）に示されるように、電極１３ｆ、１３ｇのように面積非対称に分割することは、上記の発熱の加速と、温度下降の遅延を引き伸ばして、電流遮断期間を充分にするための、温度維持期間を更に充分とすることができるものである。

即ち、面積が広い電極１３ｇ側に、可動電極６が固定接続される側のリード端子４を接続させ、面積の狭い電極１３ｆ側に、可動電極６の離合部分となる側のリード端子４を接続させることで、電流分散は無い上に、電流が届く電極１３ｇでの発熱量が相対的に大きくなって、発熱時間の加速、温度下降時間の遅延化が可能となるものである。

これにより、更に、可動電極６が離れた後の温度維持部品３の温度維持期間を充分に維持でき、電流遮断状態の十分な維持、および、十分に異常電流が無くなった後での電流導通復帰が実現される（温度維持部品３が冷却され可動電極６の離合部分がリード端子４に接続する）ことで、電子機器を充分に保護する自己復帰型保護素子１が実現される。

これは同様に図５（ｄ）に表されるように、２つの温度維持部品３を電気的に接続した形態として、上記と同様の効果を得ることが可能となる。

次に、このように温度維持部品３表面の電極１３ａなどを分割した場合の効果についての実験結果を説明する。

図５（ｅ）には、図５（ａ）に示される従来の技術における温度維持部品３を用いた場合の、電圧と発熱との関係をグラフにしたものが表されており、図５（ｆ）には図５（ｂ）に示される電極が分割されている温度維持部品３を用いた場合の、電圧と発熱との関係をグラフにしたものが表されている。

それぞれのグラフから明らかな通り、電極１３ｃ、１３ｄが分割されている温度維持部品３を用いた場合のほうが、同一電圧では発熱量が高く、発熱特性がよいことがわかる。グラフと同じ実験結果を表す（表１）と（表２）も参考として添付する。

（表１）は従来の技術における温度維持部品３を用いた自己復帰型保護素子１の温度維持部品３の電圧と発熱量との比を表したものであり、（表２）は図５（ｂ）に表されるように電極が分割されている温度維持部品３を用いた自己復帰型保護素子１での、電圧と発熱量との比を表したものである。それぞれの表から明らかな通り、電極が分割されている場合が発熱量が高くなる。

以上、実験結果からも明らかな通り、温度維持部品３の表面に形成される電極を分割することで、発熱効率を高め、温度維持期間を充分長くすることができるため、機器で発生した異常電流や異常発熱から機器を保護する自己復帰型保護素子１の、電流遮断状態を充分に維持することが可能となる。特に、遮断状態維持のために温度維持部品３を用いる効果が更に高まるものである。

また、この電極の分割を面積非対称とすることで、更に発熱効率や温度維持期間の効率を向上させることができるものである。

以上の様に、本発明では電流遮断状態を一定時間維持させるためにＰＴＣなどの温度維持部品３を用いる場合に、この温度維持部品３の電極の分割、および面積非対称分割により、電流遮断状態の維持をより充分なものとすることのできる、安全性の非常に高い自己復帰型保護素子１が実現されるものである。

更に、発熱効率が上げられるため、温度維持部品３の小型化、薄型化が実現でき、電子機器や電源、電池の小型化、薄型化とともに求められる自己復帰型保護素子１の小型化、薄型化が実現されるものである。実験においては、約半分の厚みで従来同等品を実現することができた。

なお、温度維持部品３の面積を少なくとも可動電極６の固定接続部７と接点電極８とリード端子４の幅から囲まれる範囲を超える面積とすることが好ましい。これにより、一定の硬さを持つ温度維持部品３が基板２とともに自己復帰型保護素子１の底面を形成して、一定の形状を確保でき、さらにその強度も確保できるようになるメリットがある。さらには、基板２と同等の面積とすることも好適であり、これによりさらに底面の形状と強度を確保でき、これとカバー１０とをあわせて薄型を実現しながら、十分な強度を確保することができるメリットがある。

また、温度維持部品３とリード端子４の接続においては、半田や金属ペーストによる接続のほかに、作業時の破壊や損傷防止のために、いわゆる密着させることで電気伝導される圧着や圧接が用いられることも好適である。

次にリード端子４について説明する。

リード端子４は一対のリード端子になっており、温度維持部品３の上に電気的にそれぞれ対向するように接続されている。リード端子４の対向面はそれぞれ任意の距離離れており、リード端子４の一端側の底面が温度維持部品３の電極と接続されている。接続には半田付けや、銀ペーストなどの金属ペーストによる溶着、あるいは圧接などで実現され、接続強度や接続精度を高めるために、接続面に表面あらしが設けられることも好適である。

また、温度維持部品３がセラミックなどの非常にデリケートな部材で形成される場合には、半田付けや金属ペーストによる溶着ではなく、リード端子４との間では圧着されることでもよい。

リード端子４は、電気伝導性の有る材料から形成され、特に金属が好ましく、具体的には、鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、金、銀、スズから選ばれる少なくとも一つの単体材料もしくはそれら金属材料の合金、或いは前述の材料グループから選ばれる少なくとも一つの単体もしくは合金に材料グループ以外の元素を含有させた金属材料等が使用できる。

また、表面に単層あるいは多層のめっき処理が施されることで導電性や耐久性の向上などを高めることも好適である。

また、リード端子４は相互に対向しているが、その対向距離があまりに狭いと、可動電極６の先端がリード端子４と非接触となることで非導通となった場合であっても、リード端子４同士で導通してしまう可能性があり、回路の保護に不適切となる。このため、リード端子４の対向距離は一定以上あることが好ましい。

接続面５は可動電極６の一端を固定接続するための部分であり、リード端子４の一方の先端部分に設けられる。固定接続の接続強度を確保するために、表面があらされていることが好ましく、半田や金属ペーストなどで接続されて、リード端子４と可動電極６との間が高抵抗とならないように、十分な面積を確保しておくことが好ましい。

次に、可動電極６について説明する。

可動電極６は、温度によって反り返るなどして、その固定接続部７と反対側の先端が、リード端子４と接触したり非接触となったりするスイッチの役割を有する部材である。

可動電極６は、通常バイメタルと呼ばれる温度膨張係数の異なる多層の金属から形成される。たとえば、リード端子４と対向する内層１５には、温度膨張係数の高い金属で層が形成され、外層１４には温度膨張係数の低い金属で層が形成される。また、強度確保や可動動作の機敏性を高めるために、内層１５と外層１４の間にさらに別の中間層１６を形成することも好適である。内部に存在する中間層１６は２層以上であってもよい。また、温度膨張係数が、内層１５よりも低いが、外層１４よりも高い金属を用いて、反り返りと復帰の動作をより機敏にすることも好適である。

可動電極６の材料としては、一般的に、高膨張側はＭｎ―Ｎｉ−Ｃｏ系合金材料が用いられ、低膨張側はＦｅ−Ｎｉ系のインバー合金材料が用いられることが多く、もちろん、これら以外の材料であっても良いものである。

また、可動電極の他の材料としては、形状記憶（合金、樹脂）材料も好適に用いられるものである。

図６に可動電極の即断面図が示されている。図６にあるように、可動電極６を屈曲させることで、ばね性などの弾性を持たせて、先端がリード端子４と接触する際の圧接力を高めることも好適である。これにより、余分なばね材料やばね部品を用いる必要がなく、小型化、低コスト化に貢献するものである。

また、可動電極６が接続される部分において、角部に切り取りが設けられておくことで、接続処理などの部材の位置確保が容易となるメリットがある。たとえば、切り取られた角部に電気プローブを当ててリード端子４と可動電極６とに電流を流して温度を上昇させて、リード端子４と可動電極６の間に挟まれた接続溶融体を溶融させて接続を容易に実現することができる。これは、素子の小型化が進むにつれ、効果的な手法である。

次に、固定接続部７について説明する。

固定接続部７はリード端子４の一方と、可動電極６の一方を固定的に接続する部位であり、可動電極６の一端がリード端子４に確実に固定されてリード端子４と可動電極６の電気導通が確実になる。接続には半田付けや金属ペーストによるものでもよく、上述のよう
に、あらかじめ可動電極６と固定接続部７の間に溶着用金属を挟んでおいて、リード端子４に電流プローブを当てて電流を流して発熱させて溶着用金属を溶融させて、リード端子４と可動電極６とを接続させる。

このとき、可動電極６の四隅に切り落としをつけることで、リード端子４に電流プローブを当てるスペースを確保して、確実に溶着を行うことに加えて、フィルムなどで形成される補強材の溶着時の電流プローブ設置スペースの確保が兼用されている。

次に、接点電極８について説明する。

接点電極８は可動電極６の先端につけられてもよく、リード端子４の可動電極６の可動側の先端と接する部分につけられてもよく、その両方につけられてもよい。接点電極８は半球形などの凸部により形成されることが多く、その表面は金属層が形成され、めっきなどが施される。また、接触と非接触を繰り返しに対応するため、接点電極８やこれに接触する可動電極６やリード端子４の接触部分のめっき層の多層化や、厚みを増すなども好適である。また接点電極８が、図２のように凸部として形成されていなくてもよく、可動電極６とリード端子４がその先端で接触するだけでもよいが、凸部からなる接点電極８が存在することで、可動電極６とリード端子４の確実な接触が可能となって、低抵抗の導通が可能となる。

また、接点電極８の厚みは、可動電極６のリード端子４から遠ざかる上下方向の可動領域を妨げない程度の厚みとすることが好ましく、接触する表面積を十分に確保することで、接触時の電気抵抗を下げることが好ましい。

また、接点電極８の耐久性をさらに高めるために可動電極６やリード端子４に用いられる金属よりも硬度の硬い金属を用いることも好適である。また、可動電極６側のみに接点電極８が形成される場合には、リード端子４のこれと接触する位置のめっき厚や金属厚を厚くし、逆に、リード端子４側のみに接点電極８が形成される場合には、可動電極６のこれと接触する部位のめっき厚や金属厚を厚くすることも好適である。

なお、図３などでは、可動電極６の一方がリード端子４の一方に固定的に接続され、他方がリード端子４と離合可能な構成が表されているが、図３に示されるように、可動電極６がそれぞれリード端子４と固定接続されて、中途部分に離合可能な離合接点６ｂを形成して、電流の導通と遮断を切り替えることも好適である。このような構成により、可動電極６の離合接点における相互の接触面積を広くすることができて、電気抵抗を低下させることが可能となるものである。

次に、カバー１０について説明する。

図２、図３、図４にはカバー１０により覆われている場合があらわされている。

カバー１０は自己復帰型保護素子１のほぼ全体を覆うものであり、素子としての形状、耐久性を確保するために用いられる。カバー１０は可動電極６、温度維持部品３とリード端子４の一部を少なくとも覆うものであり、これに伴い接点電極８や固定接続部７なども覆われるものである。

カバー１０は少なくとも可動電極６が動作する可動領域を確保できることが好ましい。また、カバー１０が衝撃などにより底面側に押し込まれると、可動電極６が上方に反り返って非接触となる動作が困難となるので、一定の形状を確保できる強度を有していることが好ましい。たとえばカバー１０の周囲側面に面取り（Ｒ）を設けて強度向上を実現し、
あるいは折り曲げとなる部分の厚みを他の部分より厚くし、あるいは面取りを設けて強度向上を図ることも好適である。

また、カバー１０は基板２とリード端子４の外周において溶着接続されて、カバー１０による素子を覆うことが実現される。

次に補強材について説明する。

第一補強材１１と第二補強材９は、必要に応じて設けられる。

第一補強材１１は図３に示されるように、基板２とリード端子４との間に設けられ、温度維持部品３の配置空間を形成しつつ、その周囲の強度を確保するために用いられる。図２に示されるように、リード端子４の途中部分を折り曲げることで、その折り曲げられた空間に温度維持部品３を配置する空間を設ける場合には、基板２とリード端子４が直接接するので、温度維持部品３の配置空間の確保は不要である。しかしこのような場合であっても強度を向上させるために、第一補強材１１が用いられることも好適である。

また、図３に示されるような場合には、温度維持部品３の配置空間確保に加えて、リード端子４と基板２との間に非充填空間が発生すると、リード端子４と温度維持部品３との接続の耐久性が弱くなるなどの問題も発生するため、これを防止して強度向上させるための補強材としても好適に用いられる。

さらに、第一補強材１１と第二補強材９とをリード端子４の外周において相互に溶着させることで、リード端子４、温度維持部品３を挟み込む力が強くなり、これにカバー１０を加えて薄型でありながら十分な強度確保ができる素子を実現することができる。

次に第二補強材９は図１、図２などに示されるように、リード端子４の上であって、固定接続部７や接点電極８よりも外側の位置において形成される。第二補強材９はカバー１０により形成される内部空間の空間確保と強度確保を実現する。

また、第二補強材９は第一補強材１１、およびカバー１０、基板２とを相互接続するための溶着の仲介部としても用いられることで、基板２とカバー１０を基本として構成される本体と可動電極６の可動領域が確保される空間が構成される。

特に、カバー１０が樹脂フィルムなどで形成される場合には、金属であるリード端子４とを直接溶着させることができないため、中間層としての第二補強材９を活用することが効果的であるメリットもある。

ここで、基板２と同様に、カバー１０、第一補強材１１、第二補強材９はそれぞれ、あるいは少なくとも一部がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）もしくはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）もしくはＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を主成分とする熱可塑性樹脂フィルムまたは液晶ポリマーで形成されてもよいものである。これらの素材で形成される場合には、非常に薄型として実現され、また軽くなるというメリットもある。

また、ポリイミドも好適に用いられる。これは基板２、第一補強材１１、第二補強材９、カバー１０のいずれでも同様である。

次に、自己復帰型保護素子１の動作について説明する。

図７には、自己復帰型保護素子１の通常状態が示されている。

通常状態では、リード端子４から電流Ｉ１が流れ込み、接点電極８がリード端子４と接触状態である可動電極６においても同様に電流Ｉ１が導通して、他方のリード端子４に電流Ｉ１が流れ出す。すなわち、可動電極６を経由して電流Ｉ１が導通し、たとえばこの自己復帰型保護素子１が接続された電極間の導通が実現されている。

次に、何らかの異常電流が発生し、可動電極６が異常発熱する。可動電極６はその内層１５の熱膨張係数が高く、外層１４が低いため、内層１５側の体積が大きくなって、留め金がはじけるように外層１４側に向かって反り返ることになる。この結果、接点電極８がリード端子４から離れ非接触となり、可動電極６を経由したリード端子４間の電流導通が遮断される。代わりに電流Ｉ１がリード端子４から温度維持部品３に流れ込むように電流経路が切り替わる。図８に示される状態である。

電流Ｉ１が温度維持部品３に流れ込むと、温度維持部品３は即座に温度上昇し、キュリー点付近まで早急に温度が上昇する。キュリー点付近まで温度が上昇すると、抵抗値が非常に大きくなり電流Ｉ１が流れなくなり、温度維持部品３を経由した電流導通も遮断される。このとき、可動電極６の非接触発生から生ずる電流遮断から即座に温度維持部品３の電流遮断も起こるので、リード端子４間に電流が流れるのはごくわずかである。

キュリー点付近まで温度上昇した温度維持部品３は、一定時間その温度状態が維持される。特に、異常電流が残っている間は温度状態が維持される。このため、温度維持部品３の発生させる高い温度が伝導された可動電極６は、未だ反り返った状態が維持されて接点電極８はリード端子４と非接触状態を維持し続ける。図９に示される状態である。

徐々に、電子機器の異常が是正され、異常電流がなくなり、温度維持部品３の温度が低下すると、可動電極６の温度も低下し、その反り返り状態が解消されて、再び接点電極８がリード端子４と接触する状態に戻る。図１０に示される状態である。これにより、再び可動電極６を経由してリード端子４同士の電流導通が確保され、電子機器の通常動作が行われる。

このように、温度維持部品３が存在し、これがリード端子４間において、可動電極６と直接接触しない位置において、可動電極６と並列に接続される構成により、発熱により可動電極６が非接触となって電流が遮断されたあとでも、異常電流状態が終了するまでの間、その電流遮断が維持されて、回路や機器の保護が十分に確保されるメリットがある。これに対して、温度維持部品３が存在しない場合には、可動電極６が非常に早い時間で非接触状態に戻ってしまい、未だ異常電流などの状態が継続されている場合であっても、電流導通の再開が発生してしまい、回路や機器の保護が不十分であった問題があったが、本発明ではこのような問題がなく、回路保護に優れた自己復帰型保護素子１を実現できる。

さらに、基板２とカバー１０をこれらの樹脂フィルムで形成し、リード端子４の下に温度維持部品３を配置して、温度維持部品３を底面形状確保の部材として活用し、さらに必要に応じて形状と強度確保のための第一補強材１１、第二補強材９を基板２やカバー１０との封止溶着の中間層として用いるという以上の構成により、可動電極６の動作を確保しつつ、従来のように樹脂や絶縁体ケースを用いる場合に比べて、非常に薄型の自己復帰型保護素子１を実現することができる。

すなわち、基板２の上に温度維持部品３を配置して、その上に一対のリード端子を重ね、リード端子間に渡って可動電極６が設けられて、可動電極６の可動空間を確保するカバーを形成する構成で、ケースの中にスイッチを格納して、ケースから銅線を突出させる場
合より、非常に薄型とできるものである。このため、電池に装着したり、電源回路などの回路基板に装着したりすることも容易となる。また、装着できることで、電池や基板からの熱や電流の感知が容易となって、より機敏な自己復帰型保護素子１の動作が実現されるメリットがある。

また、従来のように、可動電極６と温度維持部品３とが直列になっている場合には、素子も大型化する上、温度維持部品３のメリットが十分に活用できないが、本発明の自己復帰型保護素子１ではこのようなデメリットが生じない。

また、従来のような温度維持部品３を可動電極６に直接接続しない構成により、可動電極６が非接触となって電流遮断状態の場合でも、電流導通を温度維持部品３側に切り替えて温度維持部品３の温度を即座に上昇させて、その温度維持に入る時間を短縮化できて、可動電極６が非接触となる状態の維持を確実にできるメリットがある。もちろん、温度維持部品３の熱を効率的に可動電極６に伝導させることができるために、未だ異常電流が存在する間の電流遮断状態維持を確実にできるようになり、高い精度をもつ小型、薄型を実現しつつ性能の高い自己復帰型保護素子１を実現できる。

なお、このようにして作成される自己復帰型保護素子の大きさは、カバー１０などで形成される本体サイズとしては、縦の長さＬ１、横の長さＬ２、厚みＬ３としたときに、
２．０ｍｍ≦Ｌ１≦１２．０ｍｍ
４．０ｍｍ≦Ｌ２≦２０．０ｍｍ
１．０ｍｍ≦Ｌ３≦３．０ｍｍ
であって、更に好ましくは、
３．０ｍｍ≦Ｌ１≦６．０ｍｍ
４．０ｍｍ≦Ｌ２≦８．０ｍｍ
１．０ｍｍ≦Ｌ３≦２．０ｍｍ
である。

（実施の形態２）
実施の形態２において、本発明の自己復帰型保護素子の製造工程について説明する。

図１１〜図２０（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態２における自己復帰型保護素子の製造工程図である。それぞれ、製造工程における順序に図面番号が従っている。なお、これは製造工程の一例であり、もちろん、これ以外の工程で製造されてもよいものである。

２０は貫通孔、２１はドーム、２２は接点薄膜面、２３はフィルム溶着部、２４は内部空間、２５は溶着物、２６はカバー部材である。

図１１には基板２を形成する基板フィルムに温度維持部品３が接着されている状態が示されている。基板フィルムは、実施の形態１で説明したように、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）もしくはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）もしくはＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を主成分とする熱可塑性樹脂フィルムまたは液晶ポリマーなどで形成される。あるいはセラミックや絶縁処理が施された金属板で形成されてもよい。

温度維持部品３はチタン酸バリウム半導体などで形成されたセラミックの表面に電極が形成されたＰＴＣなどであり、プラスチック樹脂、ガラス及びプラスチック樹脂またはガラスを含有する金属皮膜などなどの接着剤などで接着、固定される。超音波溶着なども用いられる。貫通孔２０は、製造工程を自動化する際に、部品を固定する固定具を通すために用いられるものである。

図１２には可動電極６が示されており、熱膨張係数の異なる多層金属から形成されるバイメタル片などである。ドーム２１はドーム形状に湾曲した部分であり、これにより、先端の接点電極８がリード端子４に対して接触する際にばね性、弾性力を持たせることで、圧接力を向上させることができる。

図１３にはリード端子４が基板２上の温度維持部品３の上に接続された状態が示されている。また、図示されていないが、リード端子４と基板２の間には第一補強材が形成されていてもよい。

リード端子４と温度維持部品３は半田や金属ペーストによる接続や、圧接により接続され、リード端子４上には第二補強材１１を接続するフィルム溶着部２３が形成され、さらに可動電極６の先端が接触する部位には接点薄膜面２２が形成されている。接点薄膜面２２は導通製のよい低抵抗で、かつ耐久性と耐衝撃性のよい金属膜やめっきにより実現される。

図１４には可動電極６がリード端子４に固定接続部７を用いて接続された状態が示されている。可動電極６の根元は、リード端子４と固定接続部７により固定接続され、先端（必要に応じて接点電極８が設けられている）は対向するもう一方のリード端子４上の接点薄膜面２２と接触する。このときドーム２１のもつ弾性力により、接点での接圧が高くなる。

図１５には、第二補強材９が示されており内部空間となる部分が切り抜かれたフィルムであって、その形状、大きさが素子本体に合わせた形状で構成されている。材質としては、ＰＥＮなど基板２と同様のものが用いられる。

図１６には第二補強材９が基板２やリード端子４と接続された状態が示されている。第二補強材９のもつ開口部が、可動電極６やこれに接続される固定接続部７、接点薄膜面２２が存在する内部空間２４として確保される。第二補強材９はフィルム溶着部２３とあわせられて溶着され、さらに基板２とも溶着される。このとき貫通孔２０をあわせることで、位置ずれなどなく製造することができる。

図１７には第二補強材９が溶着された状態が示されている。溶着物２５は超音波溶着などにより溶着された結果、溶着物２５がはみ出した状態であり、この溶着物２５が十分な量を有していることで、内部空間２４の封止が十分に確保される。このため、この溶着部の適正量を十分に確認しつつ、溶着を実行することが好ましいものである。溶着が不十分であると、外部との密封性が不十分となり、熱の漏れや水分や酸素の本体内部への混入による接点電極８や可動電極６の腐食などが発生する可能性がある。耐久性の高い自己復帰型保護素子１とするために、十分に溶着を確保する必要がある。

図１８には、カバー１０を形成するカバー部材２６が示されている。カバー１０は盛り上がりを有した形態をしており、基板などと同じくＰＥＮなどにより形成される。

カバー１０はその角部に面取りが施されたり、Ｒを設けたりすることで、その強度を向上させることが好適である。またカバー１０の大きさは、図１６に示された第二補強材９に設けられた開口部、すなわち可動電極６などの格納される本体部をすっかり覆う大きさのものであればよい。このため、カバー１０は可動電極６、接点電極８、リード端子４の一部、温度維持部品３を覆うものとなる。

図１９には、カバー部材２６が第二補強材９の上に溶着されて、素子にカバー１０がか
ぶせられた状態が示されている。溶着においては、第二補強材９と基板２との間での接続に用いたのと同じように超音波溶着などが用いられる。溶着において溶着物２５が生じ、これにより十分な封止が実現されるので、内部空間２４に存在する可動電極６などの腐食や劣化を防止するためには、十分な溶着物２５による溶着が実現されているかを確認することが好ましい。

以上のような工程で、最終的に製造される自己復帰型保護素子１は非常に薄型のものとすることができる。

従来のように、絶縁性ケースや樹脂ケースに、可動電極などを格納して、銅線などのリード線を引き出す構成では、製造工程での歩留まりも悪く、さらに大型になってしまうデメリットがあったが、実施の形態２の構成と製造工程であれば、基板２とカバー１０同士の溶着時の位置ずれもなく、歩留まり高く薄型の自己復帰型保護素子１が実現されるものである。

図２０には余分な部分が切り取られた最終的な自己復帰型保護素子１が表されている。以上のような工程を経て、最終的に温度維持部品３により一定の自己保持機能を有する、薄型で小型で、遮断、復帰精度の高い自己復帰型保護素子１が実現される。

なお、図２０（ｂ）に示されるようにリード端子４に孔部４０が空けられる事で、強度確保や重量、抵抗の調整を行うことも好適である。

（実施の形態３）
実施の形態３においては、自己復帰型保護素子１を携帯端末などに用いられるパック電池に装着された状態が示されている。

なお、パック電池以外の電池や電源回路、基板回路に用いられてもよく、携帯端末だけでなく、照明機器や発熱機器などのさまざまな電子機器に用いられてもよいものである。

図２１は本発明の実施の形態３におけるパック電池の斜視図である。パック電池に実施の形態１、２で説明した自己復帰型保護素子が装着されている。

３１はパック電池、３２は電池、３３は本体、３４、３８は配線、３５、３７はリード端子、３６は自己復帰型保護素子である。

自己復帰型保護素子３６は実施の形態１、２で説明した自己復帰型保護素子であり、以上発熱からの保護素子として用いられている。自己復帰型保護素子３６は基体の上に一対のリード端子３５、３７が接着され、電池３２の配線３４、３８とそれぞれ接続されている。自己復帰型保護素子３６は電池３２のプラス、もしくはマイナスのいずれかの電極のみから導出された配線の途中に置かれた状態で接続されているもので、途中に自己復帰型保護素子３６により、その配線が３４と３８に分かれている状態である。配線３４もしくは３８はそのまま外部に導出されて他の電子部品に接続される。また、これと別個に（図示せず）プラス、もしくはマイナスの別の極からの配線が電池３２から導出されて、他の電子部品に接続されて給電される。

ここで、パック電池３２に異常発熱が発生した場合には、実施の形態１で説明したとおり、可動電極６とリード端子４と非接触となり、電流導通が遮断される。さらには温度維持部品３の温度が上昇し、この維持された温度により可動電極６がそのまま非接触の状態を維持する。これにより電流遮断状態がさらに一定期間維持される。これにより電子部品への給電が一時停止状態となって、回路や機器が異常電流や異常発熱から保護される。

このとき、温度維持部品３の働きにより、可動電極６の非接触が一定時間は維持されて、少なくとも異常電流がなくなるまでは非接触状態が維持されるので、即座に可動電極６が接触状態に復帰して、電流供給が再開されることでの回路や機器への悪影響回避が十分に確保される。

さらに、異常電流が消滅して、温度維持部品３の温度が低下することで、可動電極６が再び接触状態となり、可動電極６を経由した電流導通が再開されて、電池３２からの回路への給電が再開される。

これにより、溶断することで電流が遮断される温度ヒューズなどと異なり、素子の交換無に動作状態へ安全に復帰させることができる。

このため、携帯端末やノートブックパソコンなど、命令処理実行中であっても、これを再開することができるので、それまでのユーザーの処理が無駄とならず、記憶されたデータを失うこともないので非常にユーザーフレンドリーであるメリットがある。

このため、異常電流や異常発熱から機器を守りつつ、ユーザーへの余分な負担を減じさせたい電子機器のパック電池、電池、電源回路、その他の回路に最適に用いることが可能である。

なお、パック電池以外であっても、電源回路、電源装置、発電装置、発熱機器、二次電池系電池、燃料電池などの電源周辺の部品、機器、装置をはじめ、ノートブックパソコン、携帯電話、携帯端末、カーナビゲーションシステムなどの車載電子機器、ビデオデッキやＤＶＤ機器などの種々の機器に幅広く適用されるものである。

また、本発明に係わる自己復帰型保護素子の薄型、小型化が実現されていることにより、携帯型の機器などをはじめとした、小型、薄型、軽量化が求められる電子機器の温度上昇に対する保護素子として、効果的に用いられるものである。

本発明は、基板と、基板の上に設けられた温度維持部品と、温度維持部品の上に設けられ、温度維持部品と接続されるとともに相互に対向面が離隔している一対のリード端子と、一対のリード端子の一方に固定接続され、他方のリード端子とは離合可能である可動電極と、一対のリード端子の少なくとも一部と、可動電極と、温度維持部品を覆うカバーを有し、温度維持部品が一対のリード端子と接続される面において電極が分割されている構成により、薄型、小型を実現し、異常電流などで異常発熱した場合に電流の導通を遮断し、異常状態が解消された後に導通を再開して、電子機器への影響を適切に防止しつつ、部品の取り替えを不要とすることができる必要な用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における自己復帰型保護素子の斜視図 本発明の実施の形態１における自己復帰型保護素子の側面図 本発明の実施の形態１における自己復帰型保護素子の側面図 本発明の実施の形態１における自己復帰型保護素子の斜視図 （ａ）従来の技術における温度維持部品の斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態１における温度維持部品の斜視図、（ｃ）本発明の実施の形態１における温度維持部品の斜視図、（ｄ）本発明の実施の形態１における温度維持部品の斜視図、（ｅ）本発明の実施の形態１における温度維持部品の電圧−発熱温度特性図、（ｆ）本発明の実施の形態１における温度維持部品の電圧−発熱温度特性図 本発明の実施の形態１における可動電極の側断面図 本発明の実施の形態１における自己復帰型保護素子の側面図 本発明の実施の形態１における自己復帰型保護素子の側面図 本発明の実施の形態１における自己復帰型保護素子の側面図 本発明の実施の形態１における自己復帰型保護素子の側面図 本発明の実施の形態２における自己復帰型保護素子の製造工程図 本発明の実施の形態２における自己復帰型保護素子の製造工程図 本発明の実施の形態２における自己復帰型保護素子の製造工程図 本発明の実施の形態２における自己復帰型保護素子の製造工程図 本発明の実施の形態２における自己復帰型保護素子の製造工程図 本発明の実施の形態２における自己復帰型保護素子の製造工程図 本発明の実施の形態２における自己復帰型保護素子の製造工程図 本発明の実施の形態２における自己復帰型保護素子の製造工程図 本発明の実施の形態２における自己復帰型保護素子の製造工程図 （ａ）本発明の実施の形態２における自己復帰型保護素子の製造工程図，（ｂ）本発明の実施の形態２における自己復帰型保護素子の製造工程図 本発明の実施の形態３におけるパック電池の斜視図 従来の自己復帰型保護素子の側面図

符号の説明

１ 自己復帰型保護素子
２ 基板
３ 温度維持部品
４ リード端子
５ 接続面
６ 可動電極
６ｂ 離合接点
７ 固定接続部
８ 接点電極
９ 第二補強材
１０ カバー
１１ 第一補強材
１２ａ 基体
１２ｂ 基体
１２ｃ 基体
１２ｄ 基体
１２ｅ 基体
１３ａ 電極
１３ｂ 電極
１３ｃ 電極
１３ｄ 電極
１３ｅ 電極
１３ｆ 電極
１３ｇ 電極
１３ｈ 電極
１３ｉ 電極
１３ｊ 電極
１３ｋ 導電性樹脂板
１４ 外層
１５ 内層
１６ 中間層
２０ 貫通孔
２１ ドーム
２２ 接点薄膜面
２３ フィルム溶着部
２４ 内部空間
２５ 溶着物
２６ カバー部材
３１ パック電池
３２ 電池
３３ 本体
３４、３８ 配線
３５、３７ リード端子
３６ 自己復帰型保護素子

Claims (35)

1. 基体と、
   前記基体表面に設けられた電極を有し、一定の温度以上で急激に電気抵抗が高くなる温度維持部品であって、
   前記電極が前記基体の主面の内少なくとも一方の主面において二分割されていることを特徴とする温度維持部品。
2. 前記基体表面上で分割された電極が、面積非対称に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の温度維持部品。
3. 前記非対称面積となる電極において、広い面積を有する電極に可動電極の固定接続部側のリード端子が配置され、狭い面積を有する電極に可動電極の離合部分が配置されることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の温度維持部品。
4. 基板と、
   前記基板の上に設けられた温度維持部品と、
   前記温度維持部品の上に設けられ、温度維持部品と接続されるとともに相互に対向面が離隔している一対のリード端子と、
   前記一対のリード端子の一方に固定接続され、他方のリード端子とは離合可能である可動電極と、
   前記一対のリード端子の少なくとも一部と、前記可動電極と、前記温度維持部品を覆うカバーを有し、前記温度維持部品が前記一対のリード端子と接続される面において電極が分割されていることを特徴とする自己復帰型保護素子。
5. 基板と、
   対向面が相互に離隔した一対のリード端子と、
   前記基板と前記一対のリード端子の間に設けられ、前記一対のリード端子のそれぞれと接続される温度維持部品と、
   前記一対のリード端子の一方に固定接続され、他方のリード端子と離合可能な可動電極と、
   前記一対のリード端子の少なくとも一部と前記可動電極と前記温度維持部品を覆うカバーとを有し、前記温度維持部品が前記一対のリード端子と接続される面において電極が分割されていることを特徴とする自己復帰型保護素子。
6. 基板と、
   前記基板の上に設けられた温度維持部品と、
   前記温度維持部品の上に設けられ、温度維持部品と接続されるとともに相互に対向面が離隔している一対のリード端子と、
   前記一対のリード端子の一方に固定接続され、他方のリード端子と離合可能な可動電極と、
   前記一対のリード端子と前記基板との間であって前記温度維持部品の周囲に設けられた第一補強材、もしくは前記一対のリード端子に設けられた第二補強材の少なくとも一方と、前記一対のリード端子の少なくとも一部と前記可動電極と前記温度維持部品を覆うカバーとを有し、前記温度維持部品が前記一対のリード端子と接続される面において電極が分割されていることを特徴とする自己復帰型保護素子。
7. 前記分割されている電極が、面積非対称に分割されていることを特徴とする請求項３〜６いずれか１に記載の自己復帰型保護素子。
8. 前記温度維持部品が基体と前記基体表面に設けられた電極からなり、前記一対のリード端子が接続される電極が分割されており、これと対向する底面の電極は分割されていないことを特徴とする請求項３〜７いずれか１に記載の自己復帰型保護素子。
9. 前記温度維持部品は、その電極が前記一対のリード端子と電気的接続するように電着されたことを特徴とする請求項３〜８いずれか１記載の自己復帰型保護素子。
10. 前記温度維持部品は、その電極が前記一対のリード端子と電気的接続するように圧接されたことを特徴とする請求項３〜８いずれか１に記載の自己復帰型保護素子。
11. 前記面積非対称に分割された温度維持部品の電極において、広い面積を有する電極側に、前記可動電極が固定接続される前記一対のリード端子の一方が接続され、狭い面積を有する電極側に、前記可動電極が離合可能であるリード端子の他方が接続されることを特徴とする請求項３〜１０いずれか１に記載の自己復帰型保護素子。
12. 前記温度維持部品において、セラミックの基体と、その表面に単層又は多層で設けられためっき面による電極から形成され、前記基体の主面の一方における一部において帯状に非めっき部分が形成されることで、面積非対称に分割された電極が形成されることを特徴とする請求項３〜１１いずれか１に記載の自己復帰型保護素子。
13. 前記電極が分割されている温度維持部品の代わりに、表面の電極が分割されていない二つの温度維持部品を、導電性部材上に電気的接続するように配置した温度維持部品を、前記一対のリード端子と前記基板との間に配置して用いたことを特徴とする請求項３〜１２いずれか１に記載の自己復帰型保護素子。
14. 前記可動電極における離合部分、もしくはこれと接するリード端子の面、もしくはこれらの両方に接点電極が設けられたことを特徴とする請求項１〜１３いずれか１に記載の自己復帰型保護素子。
15. 前記接点電極が、凸状体であることを特徴とする請求項１４に記載の自己復帰型保護素子。
16. 前記接点電極においては前記可動電極の他の部分よりもめっきを多層とするか、もしくはめっき層の厚みを厚くしたこと、もしくはその両方であることを特徴とする請求項１４に記載の自己復帰型保護素子。
17. 前記可動電極が、任意の温度以下では前記リード端子と接し、任意の温度以上ではリード端子と離れることを特徴とする請求項３〜１６いずれか１に記載の自己復帰型保護素子。
18. 前記可動電極が複数の金属層からなるバイメタルであることを特徴とする請求項３〜１７いずれか１に記載の自己復帰型保護素子。
19. 前記バイメタルが、リード端子に対向する内層側の金属層が温度膨張係数の高い金属から形成され、外層側の金属層が温度膨張係数の低い金属から形成されることを特徴とする請求項１８に記載の自己復帰型保護素子。
20. 前記温度維持部品の電気抵抗が、前記可動電極の電気抵抗よりも高いことを特徴とする請求項３〜１９いずれか１に記載の自己復帰型保護素子。
21. 前記可動電極の離合可能な部位が前記リード端子に接続している場合には、可動電極に電
    流の大半が流れ、前記可動電極の離合可能な部位が前記リード端子と離れている場合には前記温度維持部品に電流が流れることを特徴とする請求項３〜２０いずれか１記載の自己復帰型保護素子。
22. 前記温度維持部品の角部に面取りが施されていることを特徴とする請求項１〜２１いずれか１記載の自己復帰型保護素子。
23. 前記温度維持部品の面積が、前記リード端子幅と、可動電極の前記リード端子との接続部分と離合位置を結ぶ長さとから定まる面積以上であることを特徴とする請求項３〜２２いずれか１記載の自己復帰型保護素子。
24. 前記温度維持部品の面積が、前記基板と同等の面積を有することを特徴とする請求項３〜２０いずれか１記載の自己復帰型保護素子。
25. 前記基板と、前記温度維持部品との間に衝撃緩衝材が設けられたことを特徴とする請求項３〜２４いずれか１記載の自己復帰型保護素子。
26. 前記衝撃緩衝材がゲル状樹脂であることを特徴とする請求項２５に記載の自己復帰型保護素子。
27. 前記温度維持部品が多角形もしくは楕円形もしくは円形のいずれかであることを特徴とする請求項１〜２６いずれか１記載の自己復帰型保護素子。
28. 前記温度維持部品がＰｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｈｅｒｍｉｓｔｅｒ（以下「ＰＴＣ」という）であることを特徴とする請求項１〜２７いずれか１記載の自己復帰型保護素子。
29. 前記基板、前記第一補強材、前記第二補強材、前記カバーのうち少なくとも一つが、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）もしくはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）もしくはＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を主成分とする熱可塑性樹脂フィルムまたは液晶ポリマーで形成されていることを特徴とする請求項３〜２８いずれか１に記載の自己復帰型保護素子。
30. 基板を設置するステップと、
    前記基板の上に温度維持部品を接着するステップと、
    前記温度維持部品の上に対向面が相互に離隔する一対のリード端子を接合するステップと、
    前記リード端子の一方に可動電極の一部を接合するステップと、
    前記リード端子の一部と前記可動電極と前記温度維持部品を覆うカバーが形成されるステップとを有することを特徴とする自己復帰型保護素子の製造方法。
31. 基板を設置するステップと、
    前記基板の上に温度維持部品を接着するステップと、
    前記温度維持部品の周囲に第一補強材を接着するステップと、
    前記温度維持部品の上に対向面が相互に離隔する一対のリード端子を接合するステップと、
    前記第一補強材と前記リード端子の上に設けられる第二補強材とを相互溶着するステップと、
    前記リード端子の一方に可動電極を接合するステップと、
    前記第二補強材と溶着され、前記可動電極と前記温度維持部品と前記リード端子の一部を
    覆うカバーが形成されるステップを有することを特徴とする自己復帰型保護素子の製造方法。
32. 電池と、前記電池を収納する本体と、前記本体から導出され前記電池と電気的に接合された配線と、前記配線間に設けられしかも前記本体に接触するよう設けられた自己復帰型保護素子とを備え、前記自己復帰型保護素子として請求項３〜２９いずれか１記載の自己復帰型保護素子を用いたことを特徴とするパック電池。
33. 電源部と、
    前記電源を制御する制御部と、
    前記電源部から出力された出力線路と、
    前記出力線路上に実装された請求項３〜２６いずれか１記載の自己復帰型保護素子を有することを特徴とする電源回路。
34. 請求項３３の電源回路と、
    データ処理部と、
    制御部と、
    マンマシンインターフェースと、
    これらを格納する筐体を有することを特徴とする電子機器。
35. 基板とカバーとを接着フィルムで溶着したことを特徴とする請求項３〜２８いずれか１記載の自己復帰型保護素子。

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