JP2017022009A - 保護素子、ヒューズ素子 - Google Patents
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図1(A)(B)に示すように、本発明が適用された保護素子10は、絶縁基板11と、絶縁基板11に積層され、絶縁層15に覆われた発熱体14と、絶縁基板11の両端に形成された第1の電極12及び第2の電極13と、絶縁層15上に発熱体14と重畳するように積層された発熱体引出電極16と、両端が第1、第2の電極12,13にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極16に接続されたヒューズエレメント17とを備え、絶縁基板11上に内部を保護するカバー部材18が取り付けられている。
保護素子10は、第1の電極12から発熱体引出電極16を介して第2の電極13に跨ってヒューズエレメント17が接続されている。ヒューズエレメント17は、保護素子10の可溶導体として用いられ、通常使用時には第1、第2の電極12,13間を導通させ、保護素子10が組み込まれた外部回路の電流経路の一部を構成する。そして、ヒューズエレメント17は、定格を超える電流が通電することによって自己発熱(ジュール熱)により溶断し、あるいは発熱体14の発熱により溶断し、第1、第2の電極12,13間を遮断する。
また、保護素子10は、ヒューズエレメント17の酸化防止と、溶断時の酸化物除去及びハンダの流動性向上のために、ヒューズエレメント17の表面や裏面にフラックス22をコーティングしてもよい。フラックス22をコーティングすることにより、保護素子10の実使用時において、ヒューズエレメント17(例えばハンダ)の濡れ性を高めるとともに、ヒューズエレメント17が溶解している間の酸化物を除去し、速溶断性を向上させることができる。
また、保護素子10は、ヒューズエレメント17が設けられた絶縁基板11の表面11a上に、内部を保護するとともに溶融したヒューズエレメント17の飛散を防止するカバー部材18が取り付けられている。カバー部材18は、各種エンジニアリングプラスチック、セラミックス等の絶縁性を有する部材により形成することができる。カバー部材18は、絶縁基板11の表面11a上に絶縁性接着剤によって接続され、これにより、ヒューズエレメント17を覆う。
次いで、これら保護素子10の使用形態について説明する。保護素子10は、図3に示すように、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパック30内の回路に組み込まれて用いられる。バッテリパック30は、例えば、合計4個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル31〜34からなるバッテリスタック35を有する。
このような回路構成からなる保護素子10は、バッテリパック30の電流経路を遮断する必要が生じた場合に、バッテリパック30に設けられた電流制御素子37によって発熱体14が通電、発熱される。これにより、保護素子10は、発熱体14の発熱により、バッテリパック30の電流経路上に組み込まれたヒューズエレメント17が溶融され、ヒューズエレメント17の溶融導体が、濡れ性の高い発熱体引出電極16及び第1、第2の電極12,13に引き寄せられることによりヒューズエレメント17が溶断される。これにより、保護素子10は、確実に第1の電極12〜発熱体引出電極16〜第2の電極13の間を溶断させ(図4(B))、バッテリパック30の電流経路を遮断することができる。また、ヒューズエレメント17が溶断することにより、発熱体14への給電も停止される。
次いで、本発明が適用された保護素子の変形例について説明する。なお、以下の説明において、上述した保護素子10と同じ部材については、同じ符号を付してその詳細を省略する。
また、本発明が適用された保護素子は、図6に示すように、ヒューズエレメント17の露出面25を第1、第2の電極12,13外に張り出させてもよい。図6に示す保護素子60は、第1、第2の電極12,13を絶縁基板11の両側縁より内側に位置するように狭小化させるとともに、導電スルーホール61を介して絶縁基板11の裏面11bに形成された第1、第2の外部接続電極12a,13aと接続されている。そして、ヒューズエレメント17は、第1、第2の電極12,13間にわたる通電方向の両側に露出面25が向けられるとともに、露出面25が第1、第2の電極12,13外に張り出すことにより、露出面25と第1、第2の電極12,13及び接続用ハンダ21との間に間隙が形成される。
また、本発明が適用された保護素子は、図7に示すように、ヒューズエレメント17の露出面25を第1、第2の電極12,13間にわたって配置するとともに、高融点金属層24に被覆された被覆面26の幅が第1、第2の電極12,13に設けられた支持部の幅よりも広くしてもよい。図7に示す保護素子70は、第1、第2の電極12,13に、接続用ハンダ21が設けられるとともにヒューズエレメント17を支持する支持部71が絶縁基板11の内側に向かって張り出し形成されている。また、保護素子70は、第1、第2の電極12,13間にわたる通電方向の両側にヒューズエレメント17の被覆面26が向けられる。
また、本発明が適用された保護素子は、図8に示すように、ヒューズエレメント17の露出面25と接続用ハンダ21との間に、溶融した接続用ハンダ21の流動を規制する遮蔽壁を設けてもよい。図8に示す保護素子80は、第1、第2の電極12,13に、接続用ハンダ21が設けられるとともに、第1の遮蔽壁81が設けられている。第1の遮蔽壁81は、溶融した接続用ハンダ21の流動を規制するものであり、例えばガラスやソルダーレジスト、絶縁性接着剤等ハンダに対する濡れ性を有しない絶縁材料を用いて形成することができ、第1、第2の電極12,13上に印刷等により形成することができる。第1の遮蔽壁81は、第1、第2の電極12,13上に配置されるヒューズエレメント17の露出面25の延在方向に沿って形成される。
次いで、本発明が適用されたヒューズ素子について説明する。なお、以下の説明において、上述した保護素子10,50,60,70,80と同様の部材については同一の符号を付してその詳細を省略する。図10に示すように、本発明が適用されたヒューズ素子90は、絶縁基板11と、絶縁基板11の両端に形成された第1の電極12及び第2の電極13と、両端が第1、第2の電極12,13にそれぞれ接続され、第1、第2の電極12,13間を導通させるヒューズエレメント17とを備え、絶縁基板11上に内部を保護するカバー部材18が取り付けられている。
このようなヒューズ素子90は、図11(A)に示す回路構成を有する。ヒューズ素子90は、第1、第2の外部接続電極12a,13aを介して外部回路に実装されることにより、当該外部回路の電流経路上に組み込まれる。ヒューズ素子90は、ヒューズエレメント17に所定の定格電流が流れている間は、自己発熱によっても溶断することがない。そして、ヒューズ素子90は、定格を超える過電流が通電するとヒューズエレメント17が自己発熱によって溶断し、第1、第2の電極12,13間を遮断することにより、当該外部回路の電流経路を遮断する(図11(B))。
また、本発明が適用されたヒューズ素子は、ヒューズエレメント17の露出面25を、低融点金属に対する濡れ性を有しない材料によって支持してもよい。図12に示すヒューズ素子91は、ヒューズエレメント17が第1、第2の電極12,13間にわたる通電方向の両側に露出面25が向けられるとともに、ヒューズエレメント17の露出面25を絶縁体51によって支持している。
また、本発明が適用されたヒューズ素子は、ヒューズエレメント17の露出面25を第1、第2の電極12,13外に張り出させてもよい。図13に示すヒューズ素子92は、第1、第2の電極12,13を絶縁基板11の両側縁より内側に位置するように狭小化させるとともに、導電スルーホール61を介して絶縁基板11の裏面11bに形成された第1、第2の外部接続電極12a,13aと接続されている。そして、ヒューズエレメント17は、第1、第2の電極12,13間にわたる通電方向の両側に露出面25が向けられるとともに、露出面25が第1、第2の電極12,13外に張り出すことにより、露出面25と第1、第2の電極12,13及び接続用ハンダ21との間に間隙が形成される。
また、本発明が適用されたヒューズ素子は、図14に示すように、ヒューズエレメント17の露出面25を第1、第2の電極12,13間にわたって配置するとともに、高融点金属層24に被覆された被覆面26の幅が第1、第2の電極12,13の支持部の幅よりも広くしてもよい。図14に示すヒューズ素子93は、第1、第2の電極12,13に、接続用ハンダ21が設けられるとともにヒューズエレメント17を支持する支持部71が絶縁基板11の内側に向かって張り出し形成されている。また、保護素子70は、第1、第2の電極12,13間にわたる通電方向の両側にヒューズエレメント17の被覆面26が向けられる。
また、本発明が適用されたヒューズ素子は、図15に示すように、ヒューズエレメント17の露出面25と接続用ハンダ21との間に、溶融した接続用ハンダ21の流動を規制する遮蔽壁を設けてもよい。図15に示すヒューズ素子94は、第1、第2の電極12,13に、接続用ハンダ21が設けられるとともに、第1の遮蔽壁81が設けられている。
Claims (18)
- 絶縁基板と、
発熱体と、
絶縁基板に形成された第1の電極及び第2の電極と、
両端が第1、第2の電極にそれぞれ接続材料を介して接続されたヒューズエレメントとを備え、
上記ヒューズエレメントは、低融点金属層と高融点金属層とが積層され、上記低融点金属層が上記接続材料に触れないように配置されていることを特徴とする保護素子。 - 上記ヒューズエレメントは、低融点金属層が高融点金属層に被覆されるとともに、一対の端面が上記低融点金属層が露出する露出面とされている請求項1記載の保護素子。
- 上記ヒューズエレメントは、上記接続材料によって上記露出面以外の領域が接続されている請求項2記載の保護素子。
- 上記ヒューズエレメントは、上記露出面が絶縁体によって支持されている請求項2又は3に記載の保護素子。
- 上記ヒューズエレメントは、上記露出面が上記第1、第2の電極外に張り出す請求項2又は3に記載の保護素子。
- 上記第1、第2の電極に上記ヒューズエレメントを支持する支持部が設けられ、
上記ヒューズエレメントは、上記露出面が上記第1、第2の電極間にわたって配置され、上記高融点金属層に被覆された被覆面の幅が上記支持部の幅よりも広い請求項2又は3記載の保護素子。 - 上記ヒューズエレメントの上記露出面と上記接続材料との間に、溶融した上記接続材料の流動を規制する遮蔽壁が設けられている請求項2又は3記載の保護素子。
- 上記ヒューズエレメントは、上記露出面が上記遮蔽壁によって囲まれている請求項7記載の保護素子。
- 上記接続材料はハンダである請求項1〜8のいずれか1項に記載の保護素子。
- 絶縁基板と、
絶縁基板の両端に形成された第1の電極及び第2の電極と、
両端が第1、第2の電極にそれぞれ接続材料を介して接続されたヒューズエレメントとを備え、
上記ヒューズエレメントは、低融点金属層と高融点金属層とが積層され、上記低融点金属層が上記接続材料に触れないように配置されていることを特徴とするヒューズ素子。 - 上記ヒューズエレメントは、低融点金属層が高融点金属層に被覆されるとともに、一対の端面が上記低融点金属層が露出する露出面とされている請求項10記載のヒューズ素子。
- 上記ヒューズエレメントは、上記接続材料によって上記露出面以外の領域が接続されている請求項11記載のヒューズ素子。
- 上記ヒューズエレメントは、上記露出面が絶縁体によって支持されている請求項11又は12に記載のヒューズ素子。
- 上記ヒューズエレメントは、上記露出面が上記第1、第2の電極外に張り出す請求項11又は12に記載のヒューズ素子。
- 上記第1、第2の電極に上記ヒューズエレメントを支持する支持部が設けられ、
上記ヒューズエレメントは、上記露出面が上記第1、第2の電極間にわたって配置され、上記高融点金属層に被覆された被覆面の幅が上記支持部の幅よりも広い請求項11又は12記載のヒューズ素子。 - 上記ヒューズエレメントの上記露出面と上記接続材料との間に、溶融した上記接続材料の流動を規制する遮蔽壁が設けられている請求項11又は12記載のヒューズ素子。
- 上記ヒューズエレメントは、上記露出面が上記遮蔽壁によって囲まれている請求項16記載のヒューズ素子。
- 上記接続材料はハンダである請求項10〜17のいずれか1項に記載のヒューズ素子。
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