JP2009212007A - 保護素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】絶縁基板10の切欠部11を挾んで設けた一対の電極1,1間に、当該切欠部11を跨がって過電流発熱性片2を電気的に接触させ、当該電極1,1と当該過電流発熱性片2との間を低融点可溶材3,3で接合し、当該過電流発熱性片2を当該電極1,1から脱離させる応力エネルギーを保有させたバネ7を当該切欠部11において当該過電流発熱性片2に当接し、被保護機器の異常時(過電流時は除く)に通電発熱される膜抵抗8を当該絶縁基板10の表面に設けた。
【選択図】図1
Description
低融点合金には、共晶型合金、固溶体型合金、金属間化合物型合金があり、これらはミクロ的に見ると、二種以上の金属原子が混合して新しい原子配列の結晶格子を造り、格子点のイオン化原子が平衡状態にあると言える。しかしながら、Bi原子やSb原子は平衡位置から飛び出し易く課電によリエネルギーを与えられて格子点から飛び出し、転位原子となって結晶格子内を放浪し、直流の場合は、その転位原子が陰極側に移動し、陰極界面に析出していく。転位原子が飛び出した跡の空孔においては、あたかも、満員の観覧席で或る席が空いたとすると、その空席の隣の客が一人づつ移動して新たな空席をうめていくようにして、移動して陽極界面に至り、その界面で空孔同士が合体してクラックを発生するに至ると推定できる。
57重量%Bi−残部Sn,直径1mmφ,長さ5mmの低融点合金片の両端に直径1mmφの銅リード導体を溶接し、直流15アンペアを5000時間通電したところ、陰極側の銅リード導体の端面に接して厚み約200μmの電極i金属層が析出され、陽極側の銅リード導体の端面に接して厚み約30μmの空隙が形成された。
また、5重量%Sb−残部Sn,直径2mmφ,長さ7mmの低融点合金片の両端に直径2mmφの銅リード導体を溶接し、直流60アンペアを5000時間通電したところ、陰極側の銅リード導体の端面に接して厚み約50μmのSb金属層が析出され、陽極側の銅リード導体の端面に接して厚み約20μmの空隙が形成された。
本発明の更なる目的は、直流下で使用する被保護機器を、低融点合金のマイグレーションを排除して過電流以外の異常に対し適確に保護し得る抵抗器付き保護素子を提供することにある。
請求項2に係る保護素子は、請求項1の保護素子をケース内に収容したことを特徴とする。
請求項3に係る保護素子は、請求項2記載の保護素子において、電極及び膜抵抗が共に絶縁基板の片面側に設けられ、各電極にリード線が接続され、膜抵抗の両端にそれぞれ前記とは別のリード線が接続され、これらのリード線がケースから引き出され、過電流発熱性片にガイド孔が設けられ、ケース内にガイド軸が設けられ、該ガイド軸に前記過電流発熱性片が前記孔において挿通されていることを特徴とする。
請求項4に係る保護素子は、請求項2の保護素子において、電極が絶縁基板の片面側に設けられ、膜抵抗が絶縁基板の他面側に設けられ、各電極及膜抵抗の各端部にそれぞれリード線が接続され、これらのリード線がケースから引き出され、過電流発熱性片にガイド孔が設けられ、ケース内にガイド軸が設けられ、該ガイド軸に前記過電流発熱性片が前記孔において挿通されていることを特徴とする。
請求項5に係る保護素子は、請求項2の保護素子において、膜抵抗が絶縁基板の片面に設けられ、膜抵抗の両端にリード線が接続され、膜抵抗を覆って絶縁膜が設けられ、電極が帯条導体の絶縁基板への回周巻着により設けられ、電極からのリード線が前記帯条導体の延在部により形成され、これら延在部及び前記膜抵抗のリード線がケースから引き出され、過電流発熱性片にガイド孔が設けられ、ケース内にガイド軸が設けられ、該ガイド軸に前記過電流発熱性片が前記孔において挿通されていることを特徴とする。
請求項6に係る保護素子は、請求項3または4の保護素子において、膜抵抗を覆って絶縁膜が設けられていることを特徴とする。
請求項7に係る保護素子は、請求項5または6の保護素子において、膜抵抗を覆う絶縁膜が膜抵抗の発熱により変色する変色性とされ、ケースが透視可能とされていることを特徴とする。
請求項8に係る保護素子は、請求項3〜9何れかの保護素子において、二次電池の保護用であり、過電流が二次電池の許容負荷電流であり、異常時が二次電池の過充電時または過放電時であることを特徴とする。
請求項9に係る保護素子は、請求項1〜8何れかの保護素子において、低融点可溶材が合金であることを特徴とする。
請求項10に係る保護素子は、請求項1〜9何れかの保護素子において、バネに、低融点可溶材の融点よりも低く、かつ常温よりも高い温度で原形に復帰する形状記憶合金バネを使用したことを特徴とする。
(2)被保護機器の前記過電流以外の異常が発生すると、抵抗器が通電発熱され、この熱が絶縁基板の良熱伝導性のために低融点可溶材に伝達されて低融点可溶材が溶融され、バネの応力エネルギーで過電流発熱性片が電極間から脱離して被保護機器への給電が停止される。而るに(1)で説明した通り、平時、低融点可溶材への直流電流の流通が実質的にかなり少なく、低融点可溶材の直流マイグレーションをよく排除でき、このマイグレーションに基づく誤動作を排除して被保護機器異常時の給電遮断を適確に行い得る。
図1の(イ)は本発明に係る保護素子の一実施例を示す横断面図、図1の(ロ)は図1の(イ)におけるロ−ロ断面図である。図1の(ハ)は同実施例における絶縁基板を示す平面図である。
図1の(イ)及び(ロ)において、10は熱良伝導性の絶縁基板、例えばセラミックス板であり、図1の(ハ)に示すように切欠部11を設けてある。
図1の(イ)及び(ロ)において、1,1は絶縁基板10の片面に切欠部11を挾んで固設した一対の電極であり、金属片例えば銅片を固着することにより設けてある。この金属片の固着は、図1の(ハ)に示すように、絶縁基板10の片面に切欠部11を挾んで導体ペースト(例えば、銀ペースト)の印刷・焼付けにより基礎膜a,aを形成し、この基礎膜aに金属片を溶接(例えば、スポット抵抗溶接)することにより行うことができる。
図1の(イ)及び(ロ)において、2は電極1,1間に電気的に充分な低抵抗で接触させて配置した過電流発熱性片であり、電極1に較べて薄い金属板、電極1に較べて比抵抗の高い合金板等を使用できる。3は各電極1と過電流発熱性片2との間を接合した低融点可溶材であり、低融点可溶合金や熱可塑性樹脂または導電性熱可塑性樹脂等を使用できる。4,4は各電極1,1に溶接等により接続したリード線(例えば、可撓性電線や金属板)である。8は膜抵抗であり、図1の(ハ)に示すように、絶縁基板10の片面に導体ペースト(例えば、銀ペースト)の印刷・焼付けにより一対の膜端子801,801を形成し、これらの膜端子間に抵抗ペースト(例えば、酸化ルテニウムペースト)の印刷・焼付けによりこの膜抵抗8を形成することができる。膜抵抗に代え、固体抵抗やチップ抵抗を使用することもできる。80,80は各膜端子に接続したリード線である。5はケースであり、前記リード線4,4及び80,80がケース5から引き出されている。21は過電流発熱性片に設けた孔、6はこの孔21を通したガイド軸であり、ケース5内に固定してある。7はバネであり、低融点可溶材3,3が溶融したときに、過電流発熱性片2を電極1,1から脱離させ得る圧縮応力エネルギーを保有させてある。このバネの配設位置とは反対側の位置に引張り応力エネルギーを保有させたバネを、前記バネ7に代えて配設し、その引張りバネの両端のそれぞれをケース内面及び過電流発熱性片に結着することもできる。
上記実施例では、電極にリード線を接続しているが、電極にリード部を一体に形成し、このリード部をケースから引き出すこともできる。
図2において、10は熱良伝導性の絶縁基板、例えばセラミックス板であり、孔11を設けてある。
1,1は絶縁基板の片面に孔を挾んで固設した一対の電極であり、金属片例えば銅片を固着することにより設けてある。この金属片の固着は、絶縁基板10の片面に孔11を挾んで導体ペースト(例えば、銀ペースト)の印刷・焼付けにより基礎膜を形成し、この基礎膜に金属片を溶接(例えば、スポット抵抗溶接)することにより行うことができる。2は電極1,1間に電気的に充分な低抵抗で接触させて配置した過電流発熱性片であり、電極1に較べて薄い金属板、電極に較べて比抵抗の高い合金板等を使用できる。3,3は各電極1,1と過電流発熱性片2との間を接合した低融点可溶材であり、低融点可溶合金や熱可塑性樹脂または導電性熱可塑性樹脂等を使用できる。4,4は各電極1,1に溶接等により接続したリード線(例えば、可撓性電線)である。8は絶縁基板10の他面に設けた膜抵抗であり、絶縁基板10の他面に導体ペースト(例えば、銀ペースト)の印刷・焼付けにより一対の膜端子801,801を形成し、これらの膜端子801,801間に抵抗ペースト(例えば、酸化ルテニウムペースト)の印刷・焼付けによりこの膜抵抗8を形成することができる。80,80は各膜端子801,801に接続したリード線である。5はケースであり、前記リード線4,4及び80,80がケース5から引き出されている。21は過電流発熱性片2に設けた孔、6はこの孔21に通したガイド軸であり、ケース5内に固定してある。7はバネであり、低融点可溶材3が溶融したときに、過電流発熱性片2を電極1,1から脱離させ得る圧縮応力エネルギーを保有させてある。このバネ7の配設位置とは反対側の位置に引張り応力エネルギーを保有させたバネを、前記バネ7に代えて配設し、その引張りバネの両端のそれぞれをケース内面及び過電流発熱性片に結着してもよい。
図2に示す実施例では、電極1,1にリード線4,4を接続しているが、電極にリード部を一体に形成し、このリード部をケース5から引き出すこともできる。
図3の(イ)及び(ロ)において、10は熱良伝導性の絶縁基板、例えばセラミックス板であり、孔11を設けてある。
8は絶縁基板10の片面に設けた膜抵抗であり、図3の(ハ)に示すように、絶縁基板10の片面に導体ペースト(例えば、銀ペースト)の印刷・焼付けにより一対の膜端子801,801を形成し、これらの膜端子801,801間に抵抗ペースト(例えば、酸化ルテニウムペースト)の印刷・焼付けによりこの膜抵抗8を形成することができる。800は膜抵抗8を覆って被覆した絶縁膜、例えば、ガラス膜であり、ガラスペーストの印刷・焼付けにより形成できる。4,4は各膜端子801,801に接続したリード線である。1,1は絶縁基板10に孔11を挾んで固設した一対の電極であり、リード部4,4を有し、帯条導体(例えば、銅帯)を絶縁基板に回しこれを合掌させ、相互接触面を溶接等で結着することにより設けてある。2は電極1,1間に前記絶縁基板10の孔11を股いで電気的に充分な低抵抗で接触させて配置した過電流発熱性片であり、電極1に較べて薄い金属板、電極1に較べて比抵抗の高い合金板等を使用できる。3,3は各電極1,1と過電流発熱性片2との間を接合した低融点可溶材であり、低融点可溶合金や熱可塑性樹脂または導電性熱可塑性樹脂等を使用できる。5はケースであり、前記リード線80,80及び電極1,1のリード部4,4がケース5から引き出されている。21は過電流発熱性片2に設けた孔、6はこの孔21に通したガイド軸であり、ケース5内に固定してある。7はバネであり、低融点可溶材3,3が溶融したときに、過電流発熱性片2を電極1,1から脱離させ得る圧縮応力エネルギーを保有させてある。このバネ7の配設位置とは反対側の位置に引張り応力エネルギーを保有させたバネを、前記バネ7に代えて配設し、その引張りバネの両端のそれぞれをケース内面及び過電流発熱性片に結着してもよい。
そして、過電流が流れると、過電流発熱性片2がジュール発熱し、その発生熱で低融点可溶材3,3が溶融され、バネ7が解放され、その保有応力エネルギーで過電流発熱性片2が電極1,1間から脱離される。従って、直流加電下、直流過電流を適確に遮断できる。
図4において、Eは二次電池を、Lは負荷を、Sは充電電源を、swはスイッチ例えばトランジスターを、Tは二次電池Eの過充電または過放電を検知しスイッチオン信号を発信するIC回路をそれぞれ示している。Aは本発明に係る保護素子を示し、電極1,1のリード導体またはリード部4,4と膜抵抗8のリード線とを4端子とする構成である。
放電時に過電流が流れると、保護素子Aの過電流発熱性片2を発熱させて低融点可溶材3,3を溶融させ、バネ7の圧縮応力エネルギーを解放し過電流発熱性片2を電極1,1間から脱離させて負荷Lと二次電池Eとの間を遮断し、また、二次電池の過放電に対し、IC回路Tからの信号によりスイッチswをオンさせ、膜抵抗8を二次電池Eによって通電発熱させ、その発生熱で低融点可溶材3,3を溶融させ、バネ7の圧縮応力エネルギーを解放し過電流発熱性片2を電極1,1間から脱離させて二次電池Eと負荷Lとの間を遮断させる。
更に、過充電に対し、IC回路Tからの信号によりスイッチswをオンさせ、膜抵抗8を二次電池E若しくは充電電源Sで通電発熱させ、その発生熱で低融点可溶材3,3を溶融させ、バネ7の圧縮応力エネルギーを解放し過電流発熱性片2を電極1,1間から脱離させて二次電池Eと充電電源Sとの間を遮断させる。
11 切欠部または孔
1 電極
2 過電流発熱性片
21 孔
3 低融点可溶材
4 リード線
5 ケース
6 ガイド軸
7 バネ
8 膜抵抗
Claims (10)
- 絶縁基板に切欠部または孔を設け、該切欠部または孔を挾んで絶縁基板表面に一対の電極を設け、該一対の電極間に前記切欠部または孔を跨がって過電流発熱性片を電気的に接触させ、各電極と過電流発熱性片との間を低融点可溶材で接合し、前記過電流発熱性片を電極から脱離させる応力エネルギーを保有させたバネを前記切欠部または孔において前記過電流発熱性片に当接し、被保護機器の異常時(過電流時は除く)に通電発熱される膜抵抗を前記絶縁基板の表面に設けたことを特徴とする保護素子。
- ケース内に収容したことを特徴とする請求項1記載の保護素子。
- 電極及び膜抵抗が共に絶縁基板の片面側に設けられ、各電極にリード線が接続され、膜抵抗の両端にそれぞれ前記とは別のリード線が接続され、これらのリード線がケースから引き出され、過電流発熱性片にガイド孔が設けられ、ケース内にガイド軸が設けられ、該ガイド軸に前記過電流発熱性片が前記孔において挿通されていることを特徴とする請求項2記載の保護素子。
- 電極が絶縁基板の片面側に設けられ、膜抵抗が絶縁基板の他面側に設けられ、各電極及膜抵抗の各端部にそれぞれリード線が接続され、これらのリード線がケースから引き出され、過電流発熱性片にガイド孔が設けられ、ケース内にガイド軸が設けられ、該ガイド軸に前記過電流発熱性片が前記孔において挿通されていることを特徴とする請求項2記載の保護素子。
- 膜抵抗が絶縁基板の片面に設けられ、膜抵抗の両端にリード線が接続され、膜抵抗を覆って絶縁膜が設けられ、電極が帯条導体の絶縁基板への回周巻着により設けられ、電極からのリード線が前記帯条導体の延在部により形成され、これら延在部及び前記膜抵抗のリード線がケースから引き出され、過電流発熱性片にガイド孔が設けられ、ケース内にガイド軸が設けられ、該ガイド軸に前記過電流発熱性片が前記孔において挿通されていることを特徴とする請求項2記載の保護素子。
- 膜抵抗を覆って絶縁膜が設けられていることを特徴とする請求項3または4記載の保護素子。。
- 膜抵抗を覆う絶縁膜が膜抵抗の発熱により変色する変色性とされ、ケースが透視可能とされていることを特徴とする請求項5または6記載の保護素子。
- 二次電池の保護用であり、過電流が二次電池の許容負荷電流であり、異常時が二次電池の過充電時または過放電時であることを特徴とする請求項3〜9何れか記載の保護素子。
- 低融点可溶材が合金であることを特徴とする請求項1〜8何れか記載の保護素子。
- バネに、低融点可溶材の融点よりも低く、かつ常温よりも高い温度で原形に復帰する形状記憶合金バネを使用したことを特徴とする請求項1〜9何れかの記載の保護素子。
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