JP2009295567A - 保護素子 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮バネの圧縮反力による低融点合金のクリープをよく防止して同保護素子の適正な動作を保障し得るバネ式の可溶合金型保護素子を提供する。
【解決手段】一対のリード固定電極２ａ，２ｂを有し、これらのリード固定電極にガイド軸３が並設され、可動電極２ｃがガイド軸３に挿通された状態で前記リード固定電極２ａ，２ｂ間にまたがって配設され、各リード固定電極２ａ，２ｂの先端と可動電極２ｃとの間及び前記ガイド軸３と可動電極２ｃとの間が低融点合金５ａ，５ｃで接合され、前記可動電極に前記リード固定電極より隔離させる方向の力を作用させる圧縮バネ４が設けられ、前記低融点合金５ａ，５ｃの溶融で可動電極２ｃが圧縮バネ４で付勢されて前記リード固定電極２ａ，２ｂより隔離される。
【選択図】図１

Description

本発明は低融点合金の溶融で動作する保護素子に関し、温度ヒューズや抵抗付き温度ヒューズとして有用なものである。

被保護機器の過熱により低融点合金が溶融して被保護機器への給電を遮断する合金型温度ヒューズとして、一対のリード固定電極間にまたがって可動電極を低融点合金によって接合し、前記可動電極に前記リード固定電極より隔離させる方向の力を作用させる圧縮バネを設け、前記低融点合金の溶融で可動電極を圧縮バネで付勢して前記リード固定電極より隔離させるバネ式合金型温度ヒューズが公知である。（例えば、特許文献１〜３等）

実開昭４７−１０８３０号公報 実公昭５７−３７３８２号公報 実公昭５９−２３３４０号公報

図７は従来のバネ式合金型温度ヒューズの一例を示している。
図７において、２ａ’，２ｂ’は一対のリード固定電極、２ｃ’は可動電極、５’は可動電極２ｃ’の各端部を各リード固定電極２ａ’，２ｂ’の先端に接合している低融点合金、４’は圧縮バネである。１’は絶縁基台を、７’はケースをそれぞれ示している。
このバネ式合金型温度ヒューズにおいては、被保護機器に充分に低い熱的接触抵抗で取付けられ、被保護機器の過熱により低融点合金５’が溶融されると、圧縮バネ４’の圧縮解放弾性力で可動電極２ｃ’がリード固定電極２ａ’，２ｂ’より隔離されて被保護機器への給電が遮断され、被保護機器の異常発熱ひいては火災の発生が未然に防止される。

前記のバネ式合金型温度ヒューズにおいては、リード固定電極２ａ’（２ｂ’）と可動電極２ｃ’とを接合している低融点合金５’に常時圧縮バネ４’の圧縮反力が作用し、低融点合金５’が遂にはクリープ破断し、本来の正常な動作を保障し難い畏れがある。また、クリープ応力が低融点合金５’の破断に至らない程度のバネ応力しかもたないバネにすれば、クリープ破断の防止は可能であるが、実際に動作するまでの加熱雰囲気などで劣化する畏れがあり、可動電極を隔離させるだけの解放弾性力が得られる保証がない。
特に、近来、環境保全上はんだ等の低融点合金の鉛フリー化が要請され、その鉛フリー低融点合金としてＳｎ若しくはＩｎのうち少なくとも何れか一方を含み、ＢｉやＳｂを成分とする低融点合金（以下、Ｂｉ系低融点合金、Ｓｂ系低融点合金という）が開発されているが、これらの低融点合金に直流電気を通すと陰極側電極と低融点合金との界面にＢｉやＳｂが析出し、この析出部分が脆くなることを本発明者等は認識している。
かかるＢｉ系低融点合金またはＳｂ系低融点合金を前記のバネ式合金型温度ヒューズの低融点合金として用い、直流系で使用すると、低融点合金にＢｉまたはＳｂ析出箇所が発生し、この箇所が圧縮バネの圧縮反力で破断され、バネ式合金型温度ヒューズの早期故障が懸念される。

本発明の目的は、リード固定電極と可動電極との間を低融点合金で接合し、この可動電極をリード固定電極から離隔する方向に加圧する圧縮バネを付設し、低融点合金の溶融で圧縮バネを圧縮から解放して可動電極をリード固定電極から隔離するバネ式の可溶合金型保護素子において、圧縮バネの圧縮反力による低融点合金のクリープをよく防止して同保護素子の適正な動作を保障することにある。
本発明の更なる目的は、ＢｉまたはＳｂを合金成分として含有し、直流通電下、陰極側電極に接して低融点合金にＢｉやＳｂが析出するＢｉ系低融点合金またはＳｂ系低融点合金を低融点合金として使用しても、脆い前記Ｂｉ析出箇所またはＳｂ析出箇所での前記圧縮バネの圧縮反力による破断を良好に排除できるバネ式の可溶合金型保護素子を提供することにある。

請求項１に係る保護素子は、一対のリード固定電極を有し、これらのリード固定電極にガイド軸が並設され、可動電極がガイド軸に挿通された状態で前記リード固定電極間にまたがって配設され、各リード固定電極の先端と可動電極との間及び前記ガイド軸と可動電極との間が低融点合金で接合され、前記可動電極に前記リード固定電極より隔離させる方向の力を作用させる圧縮バネが設けられ、前記低融点合金の溶融で可動電極が圧縮バネで付勢されて前記リード固定電極より隔離されることを特徴とする。
請求項２に係る保護素子は、請求項１の保護素子において、抵抗器本体の両端にリード導体が取付けられてなる抵抗器の一方のリード導体がガイド軸として使用され、圧縮バネにコイルバネが使用され、該コイルバネが抵抗器本体と可動電極との間において前記一方のリード導体に挿通され、抵抗器の一方のリード導体と両リード固定電極の何れかとの間に抵抗器通電発熱回路が接続されることを特徴とする。
請求項３に係る保護素子は、請求項１記載の保護素子において、抵抗器本体の両端にリード導体が取付けられてなる抵抗器の一方のリード導体がガイド軸として使用され、圧縮バネにコイルバネが使用され、該コイルバネが前記一方のリード導体に前記可動電極で押えられた状態で挿通され、抵抗器の他方のリード導体と両リード固定電極の何れかとの間に抵抗器通電発熱回路が接続されることを特徴とする。
請求項４に係る保護素子は、請求項３の保護素子において、可動電極と圧縮コイルバネの一端との間または圧縮コイルバネの他端と抵抗器本体端との間の少なくとも一方に絶縁体が介在され、圧縮コイルバネの内側とガイド軸との間に前記とは別の絶縁体が介在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１〜４何れかの保護素子において、可動電極に各リード固定電極先端部を受容するすり鉢状孔が設けられ、各リード固定電極の先端部と可動電極との低融点合金による接合がすり鉢状孔への低融点合金の溶融充填・固化により行わ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１〜４何れかの保護素子において、各リード固定電極先端部と可動電極との間が面接触さ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１〜６何れかの保護素子において、低融点合金がＳｎ若しくはＩｎのうち少なくとも何れか一方を含む鉛フリー合金であることを特徴とする。
請求項８に係る保護素子は、請求項１〜７何れかの保護素子において、低融点合金がＢｉを含有する鉛フリー合金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１〜７何れかの保護素子において、低融点合金がＳｂを含有する鉛フリー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２〜９何れか記載の保護素子において、可動電極及び抵抗器本体がケース内に収容され、各リード固定電極及び抵抗器の一方のリード導体がケースから引き出されていることを特徴とする。
請求項１１に係る保護素子は、請求項１〜１０何れかの保護素子において、直流用であることを特徴とする。
請求項１２に係る保護素子は、請求項１〜１１何れかの保護素子において、リード固定電極の材質を銅とし、該リード固定電極表面の少なくとも低融点合金に接合される部分に、前記銅の低融点合金への移行を阻止する銅移行阻止膜を設けたことを特徴とする。
請求項１３に係る保護素子は、請求項１２の保護素子において、可動電極の材質を銅若しくは銅合金とし、該可動電極表面の少なくとも低融点合金に接合される部分に、前記銅の低融点合金への移行を阻止する銅移行阻止膜を設けたことを特徴とする。
請求項１４に係る保護素子は、請求項１２または１３の保護素子において、銅移行阻止膜がＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｄ−Ｐのうちの少なくとも一層以上の膜であることを特徴とする。

（１）圧縮バネの圧縮反力が低融点合金に作用する箇所は、可動電極の各端部と各リード固定電極先端部とを接合する低融点合金箇所ａ、ａと可動電極の中間部とガイド軸とを接合する低融点合金箇所ｂであり、箇所ａ、ａの２ヵ所のみに圧縮バネの圧縮反力を作用させている従来の保護素子に較べ、低融点合金箇所ａ、ａの２ヵ所と箇所ｂの１ヵ所の合計３ヵ所に圧縮反力を作用させている本発明に係る保護素子の方が低融点合金の圧縮反力作用箇所の応力を小さくできる。従って、低融点合金のクリープを低減でき、保護素子の適格な作動を保障できる。

（２）本発明に係る保護素子において、低融点合金にＢｉやＳｂを合金成分とするＢｉ系低融点合金またはＳｂ系低融点合金を用い、直流系で使用する場合、低融点合金の陰極側電極に接する界面にＢｉまたはＳｂが析出し、その析出箇所が脆弱化するが、前記の応力軽減効果によりその脆弱箇所での破断を良好に防止できる。従って、本発明に係る保護素子の低融点合金にＢｉ系やＳｂ系の鉛フリー合金を使用し、その保護素子を直流系で使用しても信頼性のある作動を保障できる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１の（イ）は本発明に係る保護素子の一実施例を示す縦断面図、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図１において、１は耐熱性の絶縁基台、例えばセラミックス板である。２ａ，２ｂは一対の並行なリード固定電極であり、絶縁基台１に挿通され、例えば耐熱性接着剤により基台１に固定されている。このリード固定電極は例えば銅製とすることができる。リード固定電極の断面形状は角形、円形などにでき、特に制限されない。３はガイド軸であり、金属、絶縁体の何れをも使用でき、前記リード固定電極２ａ、２ｂに並行に配され、一端が基台１に接着剤例えばガラスにより固定されている。２ｃは可動電極、４はコイルバネであり、可動電極２ｃがガイド軸３に挿通され（２０は可動電極２ｃの孔）、可動電極２ｃの両端部が各リード固定電極２ａ，２ｃの先端面に接触されていると共にコイルバネ４が圧縮され、この状態で各リード固定電極２ａ，２ｂの先端面と可動電極２ｃの各端部との間及び可動電極２ｃとガイド軸３との間が低融点合金５ａ，５ｃにより接合されている。低融点合金５ｃには、低融点合金５ａと同一の合金を使用しても、低融点合金５ａよりも低融点の合金を使用してもよい。
図１の（ハ）に示すように、各リード固定電極先端面に段面を設け、可動電極の先端側面を断面の垂直面に、各可動電極端部の裏面を断面の平坦面に接触させて接触面積を可及的に広くし、電気的接触抵抗を充分に低くしてある。３０はガイド軸３の先端に設けられたストッパーであり、かぎ状としてある。また、絶縁ケースを装着してもよい。

上記における力学的状態を簡易化すれば、図２の（イ）〔断面図〕及び図２の（ロ）〔図２の（イ）に対する上面図〕のように、圧縮バネ４の圧縮反力のために、各リード固定電極と可動電極とを接合している低融点合金部分５ａ（５ａ）の断面Ｓ−Ｓにおいて剪断応力Ｆが作用し、可動電極とガイド軸とを接合している低融点合金部分５ｃの界面ｓ−ｓに剪断応力ｆが作用している状態とすることができる。
図２において、断面Ｓ−Ｓの面積をＳ、界面ｓ−ｓの面積をｓ、圧縮バネ４の圧縮反力をＴ、低融点合金部分５ｃでの剪断力が作用する箇所の厚みをｔ高さをｂ、低融点合金の剪断ヤング率をＧとすると、
２ＳＦ＋ｓｆ＝Ｔ
Ｆ／Ｇ＝ｆｔ／Ｇ
が成立する。
前記界面ｓ−ｓの面積ｓは、ガイド軸の半径をｒとすれば、ｓ≒２πｒｂであるから、前記応力Ｆは
［式１］ Ｆ≒０．５Ｔ／［Ｓ＋（πｒｂ）／（ｔ）］
で与えられる。

式１において、ガイド軸の半径ｒが応力Ｆの減少に寄与するのは、可動電極２ｃとガイド軸３との間を低融点合金５ｃで接合したためであり、リード固定電極２ａまたは２ｂと可動電極２ｃとを接合する低融点合金箇所Ｓ−Ｓに作用する剪断応力Ｆを前記半径ｒを増大することにより減少でき、その低融点合金箇所Ｓ−Ｓでのクリープをよく防止できるから、リード固定電極２ａ，２ｂと可動電極２ｃとの電気的接触状態を安定に維持できる。

可動電極とリード固定電極との低融点合金による接合は、図３に示すように、可動電極にすり鉢状孔２００を設け、この孔２００にリード固定電極２ａ（２ｂ）の先端部を受容させ、次いですり鉢状孔２００に低融点合金５ａを溶融充填・固化する構成とすることもできる。
この構成によれば、接合面積のバラツキを抑え得ると共に低融点合金のすり鉢状孔への楔止め効果による接合の安定化が期待できる。

低融点合金には、環境保全上、鉛フリー合金を使用することが好ましい。
この鉛フリー合金中、Ｂｉ系低融点合金やＳｂ系低融点合金を前記保護素子の低融点合金として用いると、保護素子を直流で使用する場合、陰極側電極に接する界面にＢｉやＳｂが析出する現象が生じる。ＢｉやＳｂが析出する理由は、次のように推定できる。
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移動して結晶の表面に至り、その表面で空孔同志が合体していく。

Ｂｉ金属やＳｂ金属の析出の例を示せば次の通りである。
［例１］
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２００μｍのＢｉ金属層が析出された。
［例２］
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３０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５０μｍのＳｂ金属層が析出された。

本発明に係る保護素子において、低融点合金にＢｉ系低融点合金またはＳｂ系低融点合金を用い、直流のもとで使用すると、陰極側の電極に接する低融点合金界面にＢｉ金属またはＳｂ金属が析出されて脆化するが、本発明に係る保護素子では、圧縮バネの反力に基づきその界面に作用する応力をよく軽減できるから、その脆化にもかかわらず、保護素子の早期誤作動を排除して保護素子の適正な作動を保障できる。
本発明に係る保護素子において、低融点合金にＢｉ系低融点合金またはＳｂ系低融点合金を用い、直流のもとで使用しても、可動電極とリード固定電極との電気的接触面積を前記した段面接触により広くすれば、それだけ低融点合金側へのバイパス電流を少なくできるので、Ｂｉ金属またはＳｂ金属の析出をよく抑制できる。

図４−１の（イ）は本発明に係る抵抗付き保護素子の一実施例を示す断面図、図４−１の（ロ）は図４−１の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図４−１において、１は耐熱性の絶縁基台、例えばフェノール樹脂板である。２ａ，２ｂは一対の並行なリード固定電極であり、絶縁基台１に挿通され、例えば一体成型により基台１に固定されている。このリード固定電極は銅製とすることができる。リード固定電極の断面形状は角形、円形などにでき、特に制限されない。３００は巻線型抵抗器であり、リード導体付きキャップ３０１が耐熱性絶縁コア３０２例えばセラミックスコアの両端に装着され、コア３０２に抵抗線３０３が巻き付けられ、その巻き付け各端が各キャップ３０１，３０１に溶接等により接合されてなり、基台１上においてリード固定電極部２ａ，２ｂ間に並設され、一方のリード導体３がガイド軸として使用されている。他方のリード導体３’は基台１から引き出され、接着剤例えばガラスで基台１に固定されている。６は必要に応じて介在されたスペーサである。２ｃは可動電極であり、一方のリード導体３に挿通されている。４はコイルバネであり、例えばステンレスバネを使用でき、可動電極と抵抗器本体との間において一方のリード導体３に挿通され、可動電極２ｃの両端部と各リード固定電極２ａ，２ｂの先端面（段面）との間が低融点合金５ａ，５ａで接合されると共に一方のリード導体３と可動電極２ｃとの間が低融点合金５ｃで接合されてコイルバネ４が圧縮状態とされている。
７は絶縁体ケースであり、一方のリード導体３が該ケース内面に接して終端されている。８は必要に応じて設けられた例えばセラミックス等の絶縁套筒や耐熱絶縁塗料等のモールド体であり、モールド体はコイルバネ４を埋めることなく抵抗器本体の周囲を占有している。絶縁套筒やモールド体を設ける場合、ケース７は省略することもできる。この場合、抵抗器３００の一方のリード導体３の先端にはストッパーを設ける必要がある。

この抵抗付き保護素子においても、前記した保護素子と同様、被保護機器の過熱により低融点合金５ａ，５ｃを溶融させて被保護機器への給電を遮断させることができる。
また、別の使用態様では、被保護機器の給電路にリード固定電極２ａ，２ｂが接続され、抵抗器の他方のリード導体３’と一方のリード固定電極２ａまたは２ｂとの間が抵抗器通電発熱回路に接続され、この場合、抵抗器通電発熱回路は、常時はオフとされており、被保護機器に異常が生じると、その異常をセンサが感知し、抵抗器通電発熱回路がオンとされて抵抗器本体が発熱され、低融点合金５ａ，５ｃが溶融され、圧縮バネ４が解放され、可動電極２ｃがリード固定電極２ａ，２ｂ間より隔離されて被保護機器への給電が遮断される。この場合、抵抗器本体から各低融点合金５ｃ，５ａ，５ａに至る熱伝達距離が短く、しかも、絶縁套筒８による放熱抑制効果により抵抗器本体の昇温速度を迅速にできるので、動作速度を速くできる。

図４−１に示す保護素子においては、リード固定電極２ａまたは２ｂ→可動電極２ｃ→リード導体３→抵抗器本体３００→リード導体３’を含む抵抗器通電発熱回路が、被保護機器の異常時に通電されて抵抗器本体３００が通電発熱され、その発生熱で低融点可溶材５ａ，５ｂが溶融されてリード固定電極２ａ，２ｂ間が遮断される。而るに、バネ４例えばステンレスバネ４の比抵抗値はリード導体３の比抵抗値に対しそれほど高くなく、抵抗器通電発熱回路のオン後、低融点可溶材が溶融されるまでの間にリード固定電極２ａまたは２ｂ→可動電極２ｃ→バネ４→抵抗器キャップ電極３０１→抵抗器本体３００の経路で電流が流れてバネ４が発熱し、そのバネ特性の低下で保護素子の作動に支障をきたす畏れがある。
従って、図４−２に示すように、バネ４と可動電極２ｃとの間、またはバネ４と抵抗器キャップ電極３０１との間に絶縁スペーサ９０１，９０２を介在させることが好ましい。これらの絶縁スペーサ９０１，９０２を双方とも介在させることもできる。また、絶縁スペーサ９０２に代え、抵抗器キャップ電極３０１に絶縁膜をコートすることもできる。
更に、バネ４の傾きにより、バネ４の上端内周及び下端内周がリード導体３に接触してバネ４に電流がバイパスする畏れもあるから、バネ４の内側とリード導体３との間に絶縁筒９０３を介在させることが好ましい。

図４−１、図４−２に示す抵抗付き保護素子においても、圧縮バネ４の圧縮反力を、可動電極２ｃとリード固定電極２ａ（２ｂ）との間の低融点合金５ａによる接合箇所以外に可動電極２ｃと抵抗器の一方のリード導体３との間の低融点合金５ｃによる接合箇所でも支持しているから、それらの各接合箇所に作用する応力を低減でき、低融点合金のクリープを良好に防止できる。
また、低融点合金にＢｉ系低融点合金またはＳｂ系低融点合金を用い、直流下で使用する場合、低融点合金にＢｉ金属またはＳｂ金属析出による脆化が発生しても、前記の応力低減のために低融点合金の破断を良好に防止できる。
更に、ヒューズエレメントの溶融及びフラックスのバックアップによる溶融合金の球状化分断で動作する合金型温度ヒューズとは異なり、必ずしも低融点合金にフラックスを付着させる必要がないので、遮断動作時のアーク熱によるフラックス炭化の問題を回避でき、アーク損傷を防止できると共に遮断動作後の充分な耐電圧性を保障でき、大電流遮断用として好適である。ただし、耐湿等を目的とした表面保護の面から、前記した耐電圧性が問題とならない程度にフラックスやワックスなどを存在させることができる。

図５の（イ）は本発明に係る抵抗付き保護素子の別実施例を示す断面図である。
図５の（イ）において、１は耐熱性の絶縁基台、例えばポリフェニレンサルファイド板である。２ａ，２ｂは一対の並行なリード固定電極であり、絶縁基台１に挿通され、例えば圧入方式により基台１に固定されている。このリード固定電極には銅を使用できる。リード固定電極の断面形状は角形、円形などにでき、特に制限されない。３００は巻線型抵抗器であり、リード導体付きキャップが耐熱性絶縁コア例えばセラミックスコアの両端に装着され、コアに抵抗線が巻き付けられ、その巻き付け各端が各キャップに溶接等により結着されてなり、基台１上に配設され、一方のリード導体３が基台１に垂直に接着剤例えばガラス１で基台に固定されてガイド軸として使用されている。２ｃは可動電極であり、一方のリード導体３に挿通され、可動電極２ｃの両端部と各リード固定電極２ａ，２ｂとの間が低融点合金５ａ，５ａで接合されると共に可動電極２ｃと一方のリード導体２ａまたは２ｂとの間が低融点合金５ｃで接合されている。可動電極２ｃとリード固定電極２ａ（２ｂ）との低融点合金５ａによる接合においては、可動電極２ｃにすり鉢状孔２００が設けられ、この孔２００にリード固定電極２ａ（２ｂ）の先端部が受容され、次いですり鉢状孔に低融点合金５ａが溶融充填・固化されている。４はコイルバネであり、一方のリード導体３に挿通され、前記可動電極２ｃで押えられて圧縮されている。７はケースであり、抵抗器の他方のリード導体３’が引き出されている。

この抵抗付き保護素子においても、前記した保護素子と同様、被保護機器の過熱により低融点合金を溶融させて被保護機器への給電を遮断させることができる。また、別の使用態様では、被保護機器の給電路にリード固定電極２ａ，２ｂが接続され、抵抗器３００の他方のリード導体３’と一方のリード固定電極２ａまたは２ｂとの間が抵抗器通電発熱回路に接続され、この場合、抵抗器通電発熱回路は、常時はオフとされ、被保護機器に異常が生じると、その異常をセンサが感知し、抵抗器通電発熱回路がオンとされて抵抗器本体が発熱され、低融点合金５ａ，５ａ，５ｃが溶融され、図５の（ロ）に示すように、圧縮バネ４が解放され、可動電極２ｃがリード固定電極２ａ，２ｂ間より隔離されて被保護機器への給電が遮断される。この場合も、被保護機器の過熱により低融点合金５ａ，５ａ，５ｃが溶融されて被保護機器への給電が遮断されるように、低融点合金５ａ，５ｂの融点を設定することができる。
図５に示す抵抗付き保護素子においても、圧縮バネの圧縮反力を、可動電極とリード固定電極との間の低融点合金による接合箇所以外に可動電極と抵抗器の一方のリード導体との間の低融点合金による接合箇所でも支持させているから、それらの各接合箇所に作用する応力を低減でき、低融点合金のクリープを良好に防止できる。
また、可動電極２ｃにすり鉢状孔２００を設け、この孔２００にリード固定電極２ａ（２ｂ）の先端部を受容させ、次いですり鉢状孔に低融点合金５ａを溶融充填・固化することにより可動電極２ｃとリード固定電極２ａ，２ｂとの低融点合金５ａによる接合を行っているから、接合面積のバラツキを抑え得ると共に低融点合金５ａのすり鉢状孔２００への楔止め効果による接合の安定化が期待できる。
更に、ヒューズエレメントの溶融及びフラックスのバックアップによる溶融合金の球状化分断で動作する合金型温度ヒューズとは異なり、必ずしも低融点合金にフラックスを付着させる必要がないので、遮断動作時のアーク熱によるフラックス炭化の問題を回避でき、アーク損傷を防止できると共に遮断動作後の充分な耐電圧性を保障でき、大電流遮断用として好適である。ただし、耐湿等を目的とした表面保護の面から、前記した耐電圧性が問題とならない程度にフラックスやワックスなどを存在させることができる。

上記リード固定電極２ａ，２ｂの材質は銅とし、表面の酸化防止のためにＳｎ、若しくはＳｎを基とする合金を被覆することができる。
この銅リード固定電極では、前記低融点合金５ａとの接合界面において銅が低融点合金５ａに拡散移行し、低融点合金５ａの機械的強度が低下され、かつ溶融温度が変動される惧れがあるので、リード固定電極２ａ，２ｂの少なくとも低融点合金５ａに接合される部分、好ましくはリード固定電極２ａ，２ｂの全表面に銅移行阻止膜、例えばＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｄ−Ｐのうちの少なくとも一層以上の膜をＳｎ若しくはＳｎ基とする合金被覆層との間に設けることができる。
前記可動電極２ｃの材質は、銅若しくは銅合金例えば真鍮とし、表面の酸化防止のためにＳｎ若しくはＳｎ基とする合金を被覆することができる。この可動電極２ｃとリード固定電極２ａ，２ｂとを接合する低融点合金５ａに銅合金可動電極２ｃから銅が拡散移行するのを阻止するために、可動電極２ｃの少なくとも低融点合金５ａに接合される部分に銅移行阻止膜、例えばＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｄ−Ｐのうちの少なくとも一層以上の膜をＳｎ若しくはＳｎ基とする合金被覆層との間に設けることができる。更に、可動電極２ｃの低融点合金５ｃに接合される部分にも銅移行阻止膜を設けることができる。可動電極２ｃの全表面に銅移行阻止膜を設けることが好ましい。
前記ガイド軸または抵抗器のリード導体３には、抵抗器の抵抗値とのバランス上、銅線若しくは銅合金線、ニッケル線、鉄線または鋼線上に銅層を被覆した複合線（何れにおいても、表面の酸化防止のためにＳｎ若しくはＳｎ基とする合金を被覆することができる）を使用しても差し支えなく、少なくとも低融点合金５ｃに接合される部分、好ましくはリード導体の全表面に銅移行阻止膜、例えばＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｄ−Ｐのうちの少なくとも一層以上の膜をＳｎ若しくはＳｎ基とする合金被覆層との間に設けることもできる。
これらの中間層を設けることにより、リード固定電極の強度が上がるので耐疲労特性が向上する利点もある。また、Ｓｎ若しくはＳｎを基とする合金からＳｎウィスカが成長することを抑制できる利点もある。

前記抵抗付き保護素子はリチウムイオン電池等の二次電池の過熱に対する保護及び過充電・過放電に対する保護に使用でき、図６はその保護回路の一例を示している。
図６において、Ｅは二次電池、Ｓは充電用電源（または負荷）、Ａは過充電防止スイッチ用ＦＥＴ、Ｂは過放電防止スイッチ用ＦＥＴ、Ｃは本発明に係る抵抗器付き保護素子である。ＤはＩＣ制御部であり、二次電池の充電時、過充電を検知し過充電防止信号を発生して過充電防止スイッチ用ＦＥＴをスイッチオフさせる（負荷時、二次電池の過放電を検知し過放電防止信号を発生して過放電防止スイッチ用ＦＥＴをスイッチオフさせる）。これらのＦＥＴでは対処できないときに、ＩＣ制御部からトランジスタＴｒにオン信号が送入され、トランジスタＴｒの導通で抵抗器付き保護素子Ｃの抵抗器本体が二次電池を電源として通電発熱され、可溶合金５ａ，５ｃが溶融され、充電時は二次電池Ｅと充電用電源Ｓとの間が遮断される（負荷時は、二次電池Ｅと負荷Ｓとの間が遮断される）。
抵抗器付き保護素子は二次電池に熱的に低接触抵抗で取付けられ、二次電池の異常発熱でも可溶合金５ａ，５ｃの溶融により二次電池Ｅと充電用電源Ｓとの間または二次電池Ｅと負荷との間が遮断される。

本発明に係る保護素子の一実施例を示す図面である。 図１に示す保護素子における応力状態を示す図面である。 本発明に係る保護素子におけるリード固定電極と可動電極との低融点合金による接合構造の一例を示す図面である。 本発明に係る抵抗器付き保護素子の一実施例を示す図面である。 本発明に係る抵抗器付き保護素子の前記とは別の実施例の要部を示す図面である。 本発明に係る抵抗器付き保護素子の前記とは別の実施例を示す図面である。 本発明に係る抵抗器付き保護素子を使用した２次電池保護回路を示す図面である。 従来例を示す図面である。

符号の説明

１ 基台
２ａ リード固定電極
２ｂ リード固定電極
２ｃ 可動電極
３ ガイド軸
４ 圧縮バネ
５ａ 低融点合金
５ｃ 低融点合金
２００ すり鉢状孔
３００ 抵抗器
３’ 抵抗器の他方のリード導体
７ ケース
８ 絶縁耐熱塗料

Claims (14)

1. 一対のリード固定電極を有し、これらのリード固定電極にガイド軸が並設され、可動電極がガイド軸に挿通された状態で前記リード固定電極間にまたがって配設され、各リード固定電極の先端と可動電極との間及び前記ガイド軸と可動電極との間が低融点合金で接合され、前記可動電極に前記リード固定電極より隔離させる方向の力を作用させる圧縮バネが設けられ、前記低融点合金の溶融で可動電極が圧縮バネで付勢されて前記リード固定電極より隔離されることを特徴とする保護素子。
2. 請求項１記載の保護素子において、抵抗器本体の両端にリード導体が取付けられてなる抵抗器の一方のリード導体がガイド軸として使用され、圧縮バネにコイルバネが使用され、該コイルバネが抵抗器本体と可動電極との間において前記一方のリード導体に挿通され、抵抗器の一方のリード導体と両リード固定電極の何れかとの間に抵抗器通電発熱回路が接続されることを特徴とする保護素子。
3. 請求項１記載の保護素子において、抵抗器本体の両端にリード導体が取付けられてなる抵抗器の一方のリード導体がガイド軸として使用され、圧縮バネにコイルバネが使用され、該コイルバネが前記一方のリード導体に前記可動電極で押えられた状態で挿通され、抵抗器の他方のリード導体と両リード固定電極の何れかとの間に抵抗器通電発熱回路が接続されることを特徴とする保護素子。
4. 可動電極と圧縮コイルバネの一端との間または圧縮コイルバネの他端と抵抗器本体端との間の少なくとも一方に絶縁体が介在され、圧縮コイルバネの内側とガイド軸との間に前記とは別の絶縁体が介在されていることを特徴とする請求項３記載の保護素子。
5. 可動電極に各リード固定電極先端部を受容するすり鉢状孔が設けられ、各リード固定電極の先端部と可動電極との低融点合金による接合がすり鉢状孔への低融点合金の溶融充填・固化により行われていることを特徴とする請求項１〜４何れか記載の保護素子。
6. 各リード固定電極先端部と可動電極との間が面接触されていることを特徴とする請求項１〜４何れか記載の保護素子。
7. 低融点合金がＳｎ若しくはＩｎのうち少なくとも何れか一方を含む鉛フリー合金であることを特徴とする請求項１〜６何れか記載の保護素子。
8. 低融点合金がＢｉを含有する鉛フリー合金であることを特徴とする請求項１〜７何れか記載の保護素子。
9. 低融点合金がＳｂを含有する鉛フリー合金であることを特徴とする請求項１〜７何れか記載の保護素子。
10. 可動電極及び抵抗器本体がケース内に収容され、各リード固定電極及び抵抗器の一方のリード導体がケースから引き出されていることを特徴とする請求項２〜９何れか記載の保護素子。
11. 直流用であることを特徴とする請求項１〜１０何れか記載の保護素子。
12. リード固定電極の材質を銅とし、該リード固定電極表面の少なくとも低融点合金に接合される部分に、前記銅の低融点合金への移行を阻止する銅移行阻止膜を設けたことを特徴とする請求項１〜１１何れか記載の保護素子。
13. 可動電極の材質を銅若しくは銅合金とし、該可動電極表面の少なくとも低融点合金に接合される部分に、前記銅の低融点合金への移行を阻止する銅移行阻止膜を設けたことを特徴とする請求項１２記載の保護素子。
14. 銅移行阻止膜がＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｄ−Ｐのうちの少なくとも一層以上の膜であることを特徴とする請求項１２または１３記載の保護素子。

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