JP2023107956A - 保護素子 - Google Patents

Abstract

【課題】長期安定性を確保しつつ、バネの弾性復元力を活用して過電流遮断の際のアーク放電を迅速に阻止可能な保護素子を提供することである。【解決手段】本発明の保護素子１００は、第１の電極１と、バネ性を有する第２の電極２と、第１の電極１と第２の電極２との間に配置されたヒューズエレメント材３とを備え、ヒューズエレメント材３は、第１の電極１と撓ませた状態の第２の電極２とによって挟み込まれて支持されている。【選択図】図１

Description

本発明は、保護素子に関する。

従来、定格を超える電流が流れたときに発熱して溶断して電流経路を遮断するヒューズエレメントを備える保護素子（ヒューズ素子）が用いられている。

保護素子としては、例えば、はんだをガラス管に封入したホルダー固定型ヒューズや、セラミック基板表面にＡｇ電極を印刷したチップヒューズ、銅電極の一部を細らせてプラスチックケースに組み込んだねじ止め又は差し込み型保護素子等が多く用いられている。かかる保護素子は、リフローによる表面実装が困難であり、部品実装の効率が低くなるため、近年では表面実装型の保護素子が開発されている（例えば、特許文献１、２参照）。

表面実装型の保護素子は例えば、リチウムイオン二次電池を使用した電池パックの過充電や過電流の保護素子として採用されている。リチウムイオン二次電池は、ノートパソコン、携帯電話、スマートフォンなどのモバイル機器において使われており、近年では電動工具、電動自転車、電動バイク及び電気自動車等にも採用されている。そのため、大電流、高電圧用の保護素子が求められている。

高電圧用の保護素子では、ヒューズエレメントが溶断される際にアーク放電が生じ得る。アーク放電が発生すると、ヒューズエレメントが広範囲にわたって溶融し、蒸気化した金属が飛散する場合がある。この場合、飛散した金属によって新たに電流経路が形成され、あるいは飛散した金属が端子や周囲の電子部品等に付着するおそれがある。そのため、高電圧用保護素子では、アーク放電を発生させない、あるいは、アーク放電を止める対策が施されている。

アーク放電を発生させない、あるいは、アーク放電を止める対策として、ヒューズエレメントの周りに消弧材を詰めることが知られている（例えば、特許文献３参照）。

また、アーク放電を止める他の方法として、ヒューズエレメントと弾性復元力を蓄えた状態のバネとを直列につなげて低融点金属で接合するタイプの保護素子が知られている（例えば、特許文献４～６参照）。このタイプの保護素子では、過電流が流れて低融点金属が溶融すると、バネの弾性復元力によってバネとヒューズエレメントとの分離を促進して、過電流の迅速な遮断を可能にする。

アーク放電は電界強度（電圧／距離）に依存し、接点間距離がある間隔以上になるまでアーク放電は止まらない。そこで、バネを利用するタイプの保護素子は、バネとヒューズエレメントとを、バネの弾性復元力を利用してアーク放電を維持できなくなる距離まで迅速に分離することによって、アーク放電を迅速に止めるものである。

特許第６２４９６００号公報 特許第６２４９６０２号公報 特許第４１９２２６６号公報 特開平６－８４４４６号公報 特開２００６－５９５６８号公報 特開２０１２－２３４７７４号公報

しかしながら、上記の消弧材を用いた保護素子では製造工程が複雑になり、保護素子の小型化が難しく、保護素子内の発熱体の発熱によるヒューズエレメント材の溶断を阻害する懸念があった。
また、上記のバネを利用する保護素子では、使用環境でヒューズエレメントとバネとの接合強度が経時変化で低下しやすく、長期安定性が懸念される。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、長期安定性を確保しつつ、バネの弾性復元力を活用して過電流遮断の際のアーク放電を迅速に阻止可能な保護素子を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

（１）本発明の一態様に係る保護素子は、第１の電極と、バネ性を有する第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置されたヒューズエレメント材とを備え、前記ヒューズエレメント材は、前記第１の電極と撓ませた状態の前記第２の電極とによって挟み込まれて支持されている。

（２）上記（１）に記載の態様において、過電流が流れたときに前記ヒューズエレメント材がせん断されるようなせん断力が、前記第１の電極及び前記第２の電極から前記ヒューズエレメント材に付与されていてもよい。

（３）上記（１）又は（２）のいずれかに記載の態様において、前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一方と、前記ヒューズエレメント材とは、はんだによって接合されていてもよい。

（４）上記（１）～（３）のいずれか一つに記載の態様において、前記第１の電極及び前記第２の電極はそれぞれ、その一端に爪部を備え、
前記ヒューズエレメント材は、前記第１の電極の爪部と前記第２の電極の爪部とによって挟み込まれて支持されていてもよい。

（５）上記（１）～（４）のいずれか一つに記載の態様において、前記第１の電極及び前記第２の電極はそれぞれ、一つ又は複数の前記爪部を備え、前記ヒューズエレメント材は、前記第１の電極の爪部と前記第２の電極の爪部とが３つ以上交互に並んで挟み込まれて支持されていてもよい。

（６）上記（１）～（５）のいずれか一つに記載の態様において、前記第１の電極及び前記第２の電極が備える前記爪部の少なくとも一部の爪部の先端が、前記ヒューズエレメント材側に折れ曲がっていてもよい。

（７）上記（１）～（６）のいずれか一つに記載の態様において、前記第１の電極はバネ性を有し、撓ませた状態の前記第１の電極と撓ませた状態の前記第２の電極とによって挟み込まれて支持されていてもよい。

（８）上記（１）～（７）のいずれか一つに記載の態様において、前記ヒューズエレメント材は、高融点金属層と低融点金属層とを含む積層体からなってもよい。

（９）上記（８）に記載の態様において、前記低融点金属層は、Ｐｂフリーはんだからなり、上記高融点金属層は、Ａｇ若しくはＣｕ又はＡｇ若しくはＣｕを主成分とする金属からなってもよい。

（１０）上記（１）～（９）のいずれか一つに記載の態様において、前記第１の電極及び前記第２の電極はそれぞれ、外部端子孔を備えてもよい。

（１１）上記（１）～（１０）のいずれか一つに記載の態様において、前記第１の電極に第１の端子部材が接続され、前記第２の電極に端子部材が接続されていてもよい。

（１２）上記（１）～（１１）のいずれか一つに記載の態様において、前記ヒューズエレメント材を加熱する発熱体と、前記発熱体に通電する第３の電極と、を備えてもよい。

（１３）上記（１）～（１２）のいずれか一つに記載の態様において、前記発熱体は、一端が前記第３の電極に接続され、他端が前記ヒューズエレメント材、前記第１の電極及び前記第２の電極のうち、少なくとも１つに接続されていてもよい。

（１４）上記（１２）に記載の態様において、前記第３の電極に第３の端子部材が接続されていてもよい。

本発明によれば、長期安定性を確保しつつ、バネの弾性復元力を活用して過電流遮断の際のアーク放電の迅速阻止可能な保護素子を提供できる。

第１実施形態に係る保護素子の模式図であり、（ａ）は平面模式図、（ｂ）は、（ａ）のＸ－Ｘ線で切った断面模式図であり、（ｃ）は（ａ）のＹ－Ｙ線で切った断面模式図である。 第１の電極が爪部を２つ備えた保護素子の平面模式図である。 積層体の構造の例を模式的に示した斜視図であり、（ａ）は、方形状あるいは板状のものであり、内層として低融点金属層とし、外層として高融点金属層としたものであり、（ｂ）は、丸棒状のものであり、内層として低融点金属層とし、外層として高融点金属層としたものであり、（ｃ）は、方形状あるいは板状のものであり、低融点金属層と高融点金属層とが積層された二層構造のものであり、（ｄ）は、方形状あるいは板状のものであり、低融点金属層を上下の高融点金属層及び高融点金属層で挟み込んだ三層構造のものである。 （ａ）は、第２実施形態に係る保護素子の平面模式図であり、（ｂ）は、第２実施形態に係る保護素子の変形例の平面模式図である。 第３実施形態に係る保護素子の模式図であり、（ａ）は斜視模式図、（ｂ）は、（ａ）に示す矢印Ａの方向から見た側面模式図である。 図５に示した保護素子５００について、ヒューズエレメント材の切断後の模式図であり、（ａ）は、斜視模式図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す矢印Ａの方向から見た側面模式図である。 バネ性を有する第１の電極が２つの爪部を備えた保護素子６００の模式図であり、（ａ）は、斜視模式図であり、（ｂ）は、過電流による遮断後の模式図である。 図５に示した保護素子５００について、ヒューズエレメント材３を含む部分をカバー７で覆った態様の模式図であり、８（ａ）は、上部カバー７Ａ及び下部カバー７Ｂで覆った状態の斜視模式図であり、８（ｂ）は、上部カバー７Ａを外した状態の斜視模式図である。 第４実施形態に係る保護素子の模式図であり、（ａ）は、斜視模式図であり、（ｂ）は、（ａ）とは反対側から見た斜視模式図である。 図９に示した保護素子７００について、ヒューズエレメント材の切断後の斜視模式図であり、（ａ）は、図９（ａ）に対応する図であり、（ｂ）は、図９（ｂ）に対応する図である。 第５実施形態に係る保護素子の模式図であり、（ａ）は、斜視模式図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す矢印Ａの方向から見た側面模式図である。 図１１に示した保護素子８００について、ヒューズエレメント材の切断後の斜視模式図であり、（ａ）は、図９（ａ）に対応する図であり、（ｂ）は、図９（ｂ）に対応する図である。 第６実施形態に係る保護素子の斜視模式図である。

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る保護素子の模式図であり、（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＸ－Ｘ線で切った断面模式図であり、（ｃ）は（ａ）のＹ－Ｙ線で切った断面模式図である。
図１に示す保護素子１００は、第１の電極１と、バネ性を有する第２の電極２と、第１の電極１と第２の電極２との間に配置されたヒューズエレメント材３とを備え、ヒューズエレメント材３は、第１の電極１と撓ませた状態の第２の電極２とによって挟み込まれて支持されている。

＜第１の電極＞
第１の電極１は、導電材料からなる。例えば、金属（合金を含む）であり、具体的な材料としては、銅、黄銅、ニッケル、ステンレス、４２アロイなどが挙げられる。
後述するが、第１の電極自体も、第２の電極と同様にバネ性を有する場合には、第２の電極と同様の材料を用いることができる。

第１の電極１の形状（後述する爪部以外の部分の形状）は、図１に示すものは平面視で全体として長方形であるが、本発明の効果を奏する限り、いかなる形状も使用することができる。図１に示す例では、第１の電極１は板状部材である。
図１に示す例では、第１の電極１はその一端１Ａに、ヒューズエレメント材３を安定に支持するための爪部１ａを備えている。図１に示す例では、第１の電極１が備える爪部は１つであるが、爪部の数は２つ以上であってもよい。複数の爪部を備える場合、それらの爪部は互いに同一であっても、異なっていてもよい。また、一端１Ａにおける爪部１ａの位置は安定に支持できる限り、任意に選定できる。

図２に、第１の電極２１が爪部を２つ（２１ａ、２１ｂ）備える保護素子２００の平面模式図を示す。図２において、符号が図１と同じ部材は同様な部材として説明を省略する。

また、図１に示す例では、第１の電極１が備える爪部１ａの先端１ａＡは、ヒューズエレメント材３をより安定に支持可能とするために、ヒューズエレメント材３側に折れ曲がった屈曲部１ａＡａを備えている。すなわち、屈曲部１ａＡａは、ヒューズエレメント材３の抜けを防止する機能を有する。

第１の電極１の厚みとしては、限定するものではないが、その目安を言えば、０．０５～０．５ｍｍとすることができる。

＜第２の電極＞
第２の電極２は、バネ性を有する導電材料からなる。バネ性を有する導電材料としては、金属（合金を含む）を例示できる。その中でも、低抵抗で板バネ材料に適した金属材料（合金を含む）であることが好ましく、具体的な材料としては、りん青銅、銅合金、チタン銅、コルソン合金、ベリリウム銅などが挙げられる。
ここで、本明細書において、「バネ性」とは、力が加わると変形し、力を除くと元に戻る性質をいい、具体的には、撓ませた状態でヒューズエレメント材３を支持していた電極が、過電流によるヒューズエレメント材３の切断後に撓む前の位置に戻ることを意味する。撓ませた状態とされるのは電極全体でもいいし、電極の一部であってもよい。電極の一部が撓ませた状態でヒューズエレメント材３を支持する場合（例えば、図１の場合）は、バネ性を担っているのは撓んでいる電極のその一部である。

第２の電極２の形状は、図１に示すものは平面視で全体として長方形であるが、本発明の効果を奏する限り、いかなる形状も使用することができる。図１に示す例では、第２の電極２は板状部材である。
図１に示す例では、第２の電極２はその一端２Ａに、ヒューズエレメント材３を支持するための爪部２ａ、爪部２ｂを備えている。図１に示す例では、第２の電極２は２つの爪部を備えているが、爪部の数は１つでもよく、また、３つ以上であってもよい。
図１に示す例のように複数の爪部を備える場合、それらの爪部は互いに同一であっても、異なっていてもよい。図１に示す例のように、第２の電極２のうち、爪部を撓ませた状態でヒューズエレメント材３を支持するので、爪部の構成（幅や厚み、形状など）がヒューズエレメント材３の切断、あるいは、せん断に大きく影響する。
ここで、本明細書において、「せん断」とは、ヒューズエレメント材をはさみ切るような作用をいい、後述する「せん断力」とは、ヒューズエレメント材のある断面に平行に、互いに反対向きの一対の力を作用させるとヒューズエレメント材はその面に沿って滑り切られるような作用を受けるが、このような作用を与える力をいう。ヒューズエレメント材には、第１の電極及び第２の電極のそれぞれから、互いに反対向きの一対の力が付与されている。
また、図１に示す例では、第２の電極２が備える爪部２ａの先端２ａＡは、ヒューズエレメント材３をより安定に支持可能とするために、ヒューズエレメント材３側に折れ曲がった屈曲部２ａＡａを備えている。爪部２ｂの先端も屈曲部を備えることが好ましい。

第２の電極２の厚みとしては、限定するものではないが、その目安を言えば、０．０５～０．５ｍｍとすることができる。

第２の電極２の厚みは全体が同じ厚みであってもよいが、異なる厚みの部分を有してもよい。例えば、ヒューズエレメント材を挟み込んで支持する部分（図１の例では、爪部２ａ、２ｂ）のみを薄くして、それ以外の部分は薄くしない構成とすることにより、外部との接続端子としての剛性を維持しつつ、ヒューズエレメント材を挟み込むバネ性を高くすることができる。

第２の電極２の一部を薄くする方法としては、例えば、例えば、圧延などの公知の金属加工の方法を用いることができる。

＜ヒューズエレメント材＞
ヒューズエレメント材３としては、公知のヒューズエレメントに用いられる材料のものを用いることができる。
ヒューズエレメント材３は、保護素子を備える装置が通常の作動中の通電による温度では、力を加えても実質的に（本発明の効果を奏する範囲で）変形しない部材である。さもなければ、ヒューズエレメント材３が経時的に変形して、ヒューズエレメント材としての機能を果たさなくなるからである。従って、ヒューズエレメント材３は、力を加えると変形する薄片などではなく、力を加えても変形しないバルク材（板状、棒状、角材状など）である。

ヒューズエレメント材３は、第１の電極１と撓ませた状態の第２の電極２とによって挟み込まれて支持されている。
より詳細には、図１に示す例では、ヒューズエレメント材３は、第１の電極１が備える爪部１ａと、第２の電極２が備える、撓ませた状態の爪部２ａ、爪部２ｂとによって、挟み込まれて状態で支持されている。ここで、第１の電極１が備える爪部と第２の電極２が備える爪部とは図１に示すように、交互に並んで配置していることが好ましい。すなわち、爪部２ａ、爪部１ａ、爪部２ｂの順に、平面視で重ならないように配置していることが好ましい。

ヒューズエレメント材３の寸法（形状によって、厚み、幅、長さなど）は、通常作動中の通電によっては（本発明の効果を奏する範囲で）変形しない構成であれば、過電流が流れて、第１の電極１と撓ませた状態の第２の電極２とによって切断可能な任意の寸法を取ることができる。

保護素子１００においては、バネ性を有する第２の電極２を撓ませた状態で、第１の電極１と共に、ヒューズエレメント材を上下から挟み込んで支持するため、ヒューズエレメント材には第１の電極１と第２の電極２とから逆向きに力が付与されている。
この状態で、過電流が流れて、ヒューズエレメント材の温度が保護素子を備える装置が通常の作動中の通電による温度よりも高くなり、その結果、ヒューズエレメント材が柔らかくなると、あるいは、半溶融すると、ヒューズエレメント材は切断あるいはせん断され、回路電流が遮断される。このように、保護素子１００においては、ヒューズエレメント材自体を物理的に切断する点で、ヒューズエレメントとバネとの接合を切り離す上述のバネ利用タイプの保護素子とは異なる。ヒューズエレメント材が、溶融がなく、単に柔らかくなった状態で切断された場合だけでなく、一部が溶融され、一部が溶融されていないままの状態で切断された場合には、上述のせん断力によるせん断と言える場合が多いと思われるが、せん断力によるせん断とは言えない態様でヒューズエレメント材が切断されてもよい。
また、アーク放電は、距離に反比例する電界強度に依存するが、保護素子１００では、切断されたヒューズエレメント材の切断面同士の距離は弾性復元力によって急速に大きくなるので、アーク放電を速やかに止めることができる。
また、保護素子１００では、ヒューズエレメント材が溶融状態に至る前の柔らなくなる温度すなわち、溶融状態に至る温度よりも低温で、ヒューズエレメント材を切ることができるので、アーク放電の発生リスクを低減できる。

ヒューズエレメント材３は、高融点金属層と低融点金属層とを含む積層体からなるものとしてもよい。
この構成の場合、高融点金属層によってヒューズエレメント材３の剛性をしつつ、低融点金属層を備えることでより低温でヒューズエレメント材３を柔らかくして、あるいは、半溶融して、ヒューズエレメント材を切断可能にする。

低融点金属層に用いられる低融点金属としては、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーはんだなどのはんだを用いることが好ましい。Ｓｎは融点２１７℃であるため、Ｓｎを主成分とするはんだは低融点であり、低温で柔らかくなるからである。
高融点金属層に用いられる高融点金属としては、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金などを用いることが好ましい。例えば、Ａｇは融点９６２℃であるため、Ａｇを主成分とする合金からなる高融点金属層は低融点金属層が柔らかくなる温度では剛性を維持できるからである。

積層体の構造としては種々の構造をとることができる。
図３に、積層体の構造の例を模式的に示した斜視図を示す。
図３（ａ）に示す積層体（ヒューズエレメント材）３Ａは、方形状あるいは板状のものであり、内層として低融点金属層３Ａａとし、外層として高融点金属層３Ａｂとしたものであるが、内層と外層とを逆にしてもよい。
図３（ｂ）に示す積層体（ヒューズエレメント材）３Ｂは、丸棒状のものであり、内層として低融点金属層３Ｂａとし、外層として高融点金属層３Ｂｂとしたものであるが、内層と外層とを逆にしてもよい。
図３（ｃ）に示す積層体（ヒューズエレメント材）３Ｃは、方形状あるいは板状のものであり、低融点金属層３Ｃａと高融点金属層３Ｃｂとが積層された二層構造のものである。
図３（ｄ）に示す積層体（ヒューズエレメント材）３Ｄは、方形状あるいは板状のものであり、低融点金属層３Ｄａを上下の高融点金属層３Ｄｂ及び高融点金属層３Ｄｃで挟み込んだ三層構造のものである。逆に、高融点金属層を二層の低融点金属層で挟み込んだ三層構造としてもよい。
図３（ａ）～（ｄ）は、二層又は三層の積層体としたものであるが、四層以上としてもよい。

第１の電極１及び第２の電極２の少なくとも一方とヒューズエレメント材３とは、はんだによって接合されていることが好ましく、第１の電極１及び第２の電極２のいずれもヒューズエレメント材３とはんだによって接合されていることがより好ましい。
第１の電極１あるいは第２の電極２とヒューズエレメント材３との間の電気抵抗を下げるためである。
はんだの材料としては公知のものを用いることができるが、抵抗率と融点の観点からＳｎを主成分とするものが好ましい。

（第２実施形態）
図４（ａ）は、第２実施形態に係る保護素子の平面模式図である。第１実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略する。また、第１実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。

第２実施形態に係る保護素子は、第１実施形態に係る保護素子に対して、第１の電極及び第２の電極が外部端子孔を備える点が主な差異である。すなわち、第１実施形態に係る保護素子は外部端子を別個に取り付けて用いられるが、第２実施形態に係る保護素子は、第１の電極及び第２の電極が外部端子と一体に形成された構成である。

具体的には、図４（ａ）に示す保護素子４００は、第１の電極４１と、バネ性を有する第２の電極４２と、第１の電極４１と第２の電極４２との間に配置されたヒューズエレメント材３とを備え、ヒューズエレメント材３は、第１の電極４１と撓ませた状態の第２の電極４２とによって挟み込まれて支持されており、第１の電極４１及び第２の電極４２はそれぞれ、外部端子孔４５、４６を備えている。

＜外部端子孔＞
外部端子孔４５、４６は、第１の電極４１及び第２の電極４２のそれぞれに備えられている。
一対の外部端子孔４５、４６のうち、一方の外部端子孔は電源側へ接続するために用いることができ、他方の外部端子孔は負荷側へ接続するために用いることができる。
ここで、外部端子孔４５、４６の形状は図示しない電源側あるいは負荷側の端子に係合可能な形状であれば特に制限はなく、図４（ａ）に示す外部端子孔４５、４６は開放部分がない貫通穴であるが、例えば、図４（ｂ）に示すように一部に開放部分を有するつめ形状などでもよい。

第１の電極４１は、第１実施形態の第１の電極１と同様な材料を用いることができる。 また、第２の電極４２についても、第１実施形態の第２の電極２と同様な材料を用いることができる。

図４（ｂ）は、第２実施形態に係る保護素子の変形例の平面模式図である。図４（ｂ）に示す変形例では、外部端子孔の形状が図４（ａ）に示した例と異なる。図４（ａ）に示す保護素子と同様な部材については同じ符号を用いて説明を省略する。
具体的には、図４（ｂ）に示す保護素子４００Ａは、第１の電極４１ＡＡと、バネ性を有する第２の電極４２ＡＡと、第１の電極４１ＡＡと第２の電極４２ＡＡとの間に配置されたヒューズエレメント材３とを備え、ヒューズエレメント材３は、第１の電極４１ＡＡと撓ませた状態の第２の電極４２ＡＡとによって挟み込まれて支持されており、第１の電極４１ＡＡ及び第２の電極４２ＡＡはそれぞれ、一部に開放部４５Ａａ、４６Ａａを有する外部端子孔４５Ａ、４６Ａを備える。

外部端子孔が有する開放部の位置は適宜選択可能である。
図４（ｂ）に示す保護素子４００Ａでは、外部端子孔４５Ａ、４６Ａが有する開放部４５Ａａ、４６Ａａは、第１の電極４１ＡＡ及び第２の電極４２ＡＡのそれぞれ、ヒューズエレメント材３と接続する側の反対側に位置するが、別の位置にあってもよい。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る保護素子の模式図であり、（ａ）は斜視模式図、（ｂ）は、（ａ）に示す矢印Ａの方向から見た側面模式図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略する。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。図５において、Ｓ－Ｓの点線は、第１の電極５１及び第２の電極５２のそれぞれの爪部を除く部分（ヒューズエレメント材３の切断後にも実質的に変わらない部分）５１Ｂ、５２Ｂの厚み方向の中心面を繋いだ面を示す。

第３実施形態に係る保護素子は、上記実施形態に係る保護素子に対して、第２の電極に加えて第１の電極もバネ性を有する点が主な差異である。

具体的には、図５に示す保護素子５００は、バネ性を有する第１の電極５１と、バネ性を有する第２の電極５２と、第１の電極５１と第２の電極５２との間に配置されたヒューズエレメント材３とを備え、ヒューズエレメント材３は、撓ませた状態の第１の電極５１と撓ませた状態の第２の電極５２とによって挟み込まれて支持されている。
また、第１の電極５１と第２の電極５２はそれぞれ、外部端子孔５５、５６を有する。

＜第１の電極＞
第１の電極５１はバネ性を有するので、第１実施形態の第２の電極２と同様な材料を用いることができる。
第１の電極５１は、その一端５１Ａに、ヒューズエレメント材３を安定に支持するための爪部５１ａを備えている。また、第１の電極５１が備える爪部５１ａの先端５１ａＡは、ヒューズエレメント材３をより安定に支持可能とするために、ヒューズエレメント材３側に折れ曲がった屈曲部５１ａＡａを備えている。
第１の電極５１が有する外部端子孔５５は、第２実施形態の第１の電極４１が有する外部端子孔４５や第１の電極４１ＡＡが有する外部端子孔４５Ａと同様な構成とすることができる。
図５に示す保護素子５００では、第１の電極５１は外部端子孔５５を有する構成であるが、外部端子孔を有さなくてもよい。

第１の電極５１の厚みは全体が同じ厚みであってもよいが、異なる厚みの部分を有してもよい。例えば、ヒューズエレメント材を挟み込んで支持する部分（図５の例では、爪部５１ａ）のみを薄くして、それ以外の部分は薄くしない構成とすることにより、外部との接続端子としての剛性を維持しつつ、ヒューズエレメント材を挟み込むバネ性を高くすることができる。

第１の電極５１の一部（図５の例では、爪部５１ａ）を薄くする方法としては、例えば、圧延などの公知の金属加工の方法を用いることができる。

＜第２の電極＞
第２の電極５２は、第１実施形態の第２の電極２と同様な材料を用いることができる。 第２の電極５２は、その一端５２Ａに、ヒューズエレメント材３を安定に支持するための爪部５２ａ、５２ｂを備えている。また、第２の電極５２が備える爪部５２ａの先端５２ａＡ及び爪部５２ｂの先端（不図示）はそれぞれ、ヒューズエレメント材３をより安定に支持可能とするために、ヒューズエレメント材３側に折れ曲がった屈曲部５２ａＡａ、屈曲部（不図示）を備えている。
第２の電極５２が有する外部端子孔５６は、第２実施形態の第２の電極４２が有する外部端子孔４６や第２の電極４２ＡＡが有する外部端子孔４６Ａと同様な構成とすることができる。
図５に示す保護素子５００では、第２の電極５２は外部端子孔５６を有する構成であるが、外部端子孔を有さなくてもよい。

図６に、図５に示した保護素子５００について、ヒューズエレメント材の切断後の模式図を示す。図６（ａ）は斜視模式図、（ｂ）は（ａ）に示す矢印Ａの方向から見た側面模式図である。図６（ｂ）中の符号ｘで示した方向は、Ｓ－Ｓ面に平行な方向であって、第１の電極５１及び第２の電極５２のそれぞれの爪部を除く部分５１Ｂ及び部分５２Ｂを結ぶ方向であり、一方、符号ｚで示した方向は、第１の電極５１あるいは第２の電極５２の厚み方向に平行な方向である。図６の符号３’で示すものはヒューズエレメント材３が切断により分割されたものである。

図５及び図６で示す通り、第１の電極５１において撓んでいた部分（換言すると、バネ性を担っている部分）である爪部５１ａはｚ方向において、ヒューズエレメント材３の切断前はＳ－Ｓ面よりも上側に位置していたが（図５参照）、ヒューズエレメント材３の切断後はＳ－Ｓ面よりも下側に位置している（図６参照）。換言すると、第１の電極５１の爪部５１ａは、撓ませる力がない状態ではＳ－Ｓ面よりも下側に位置するものであるものであったが、ヒューズエレメント材３を上から押すように撓ませられていた。第１の電極５１の爪部５１ａは、ヒューズエレメント材３の切断によって撓ませる力がなくなって、弾性復元力によって元の状態に戻ったものである。すなわち、第１の電極５１の爪部５１ａは、図６に示す状態が外部からの力が作用していない状態である。
同様に、第２の電極５２において撓んでいた部分（換言すると、バネ性を担っている部分）である爪部５２ａ、５２ｂはｚ方向において、ヒューズエレメント材３の切断前はＳ－Ｓ面よりも下側に位置していたが（図５参照）、ヒューズエレメント材３の切断後はＳ－Ｓ面よりも上側に位置している（図６参照）。換言すると、第２の電極５２の爪部５２ａ、５２ｂは、撓ませる力がない状態ではＳ－Ｓ面よりも上側に位置するものであるものが、ヒューズエレメント材３を下から押すように撓ませられていた。第２の電極５２の爪部５２ａ、５２ｂは、ヒューズエレメント材３の切断によって撓ませる力がなくなって、弾性復元力によって元の状態に戻ったものである。すなわち、第２の電極５２（第２の電極５２の爪部を除く部分５２Ｂ及び爪部５２ａ、５２ｂ）は、図６に示す状態が外部からの力が作用していない状態である。

図５及び図６の第１の電極５１及び第２の電極５２の撓ませ方（爪部５１ａ及び爪部５２ａ、５２ｂのヒューズエレメント材３の切断前後の位置）は一例であって、本発明の効果を奏する限り、任意に設定できる。

図７に、バネ性を有する第１の電極が２つの爪部を備えた保護素子６００の模式図を示す。（ａ）は斜視模式図であり、（ｂ）は過電流による遮断後の斜視模式図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略する。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。

具体的には、図７（ａ）に示す保護素子６００は、バネ性を有する第１の電極６１と、バネ性を有する第２の電極５２と、第１の電極６１と第２の電極５２との間に配置されたヒューズエレメント材３とを備え、ヒューズエレメント材３は、撓ませた状態の第１の電極６１と撓ませた状態の第２の電極５２とによって挟み込まれて支持されている。第１の電極６１は、その一端に、ヒューズエレメント材３を安定に支持するための爪部を２つ（６１ａ、６１ｂ）備えている。
また、第１の電極６１は、外部端子孔６５を有する。

図７（ａ）及び（ｂ）で示す通り、第１の電極６１において撓んでいた部分（バネ性を担っている部分）である爪部６１ａ、６１ｂは、厚み方向において、ヒューズエレメント材３の切断前は第１の電極６１の爪部を除く部分６１Ｂよりも上側に位置していたが（図７（ａ）参照）、ヒューズエレメント材３の切断後は部分６１Ｂよりも下側に位置している（図７（ｂ）参照）。換言すると、第１の電極６１の爪部６１ａ、６１ｂは、撓ませる力がない状態では部分６１Ｂよりも下側に位置するものであるものであったが、ヒューズエレメント材３を上から押すように撓ませられていた。第１の電極６１の爪部６１ａ、６１ｂは、ヒューズエレメント材３の切断によって撓ませる力がなくなって、元の状態に戻ったものである。すなわち、第１の電極５１の爪部５１ａ、５１ｂは、図７（ｂ）に示す状態が外部からの力が作用していない状態である。
同様に、第２の電極５２において撓んでいた部分（バネ性を担っている部分）である爪部５２ａ、５２ｂはｚ方向において、ヒューズエレメント材３の切断前は第２の電極５２の爪部を除く部分５２Ｂよりも下側に位置していたが（図７（ａ）参照）、ヒューズエレメント材３の切断後は部分５２Ｂよりも上側に位置している（図７（ｂ）参照）。換言すると、第２の電極５２の爪部５２ａ、５２ｂは、撓ませる力がない状態では部分５２Ｂよりも上側に位置するものであるものであったが、ヒューズエレメント材３を下から押し上げるように撓ませられていた。第２の電極５２の爪部５２ａ、５２ｂは、ヒューズエレメント材３の切断によって撓ませる力がなくなって、元の状態に戻ったものである。すなわち、第２の電極５２（第２の電極５２の爪部を除く部分５２Ｂ及び爪部５２ａ、５２ｂ）は、図７（ｂ）に示す状態が外部からの力が作用していない状態である。

図８は、図５に示した保護素子５００について、ヒューズエレメント材３を含む部分をカバー７で覆った態様の模式図であり、８（ａ）は、上部カバー７Ａ及び下部カバー７Ｂで覆った状態の斜視模式図であり、８（ｂ）は、上部カバー７Ａを外した状態の斜視模式図である。

カバー７（上部カバー７Ａ及び下部カバー７Ｂ）は、例えば、絶縁性の樹脂等によって作製されたものを用いることができる。

カバー７（上部カバー７Ａ及び下部カバー７Ｂ）は、他の実施形態に係る保護素子にも用いることができる。

（第４実施形態）
図９は、第４実施形態に係る保護素子の模式図であり、（ａ）は斜視模式図、（ｂ）は、（ａ）とは反対側から見た斜視模式図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略する。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。

第４実施形態に係る保護素子は、上記実施形態に係る保護素子に対して、ヒューズエレメント材を加熱する発熱体と、発熱体に通電する第３の電極とをさらに備える点が主な差異である。
図９に示す第４実施形態に係る保護素子は、図７（ａ）で示した保護素子６００に対して、ヒューズエレメント材を加熱する発熱体と、発熱体に通電する第３の電極とをさらに備えた例である。

具体的には、図９に示す保護素子７００は、バネ性を有する第１の電極６１と、バネ性を有する第２の電極５２と、第１の電極６１と第２の電極５２との間に配置されたヒューズエレメント材３とを備え、ヒューズエレメント材３は、撓ませた状態の第１の電極６１と撓ませた状態の第２の電極５２とによって挟み込まれて支持されており、さらに、ヒューズエレメント材３を加熱する発熱体７０と、発熱体７０に通電する第３の電極８０とを備える。
また、図９に示す保護素子７００では、第１の電極６１、第２の電極５２、及び、第３の電極８０はそれぞれ、外部端子孔６５、５６、８１を有する。

図９に示す保護素子７００では、発熱体７０と第３の電極８０とは導電性の連結部９０によって接続されている。また、第３の電極８０は、第１の電極６１及び第２の電極５２のいずれとも離間して、接続されていない。

図９に示す保護素子７００では、発熱体７０は第１の電極６１に接続されている。より詳細には、発熱体７０に爪部６１ａ、６１ｂに接続されている。
発熱体７０は、第２の電極５２、又は、ヒューズエレメント材３のいずれかに接合された構成であってもよい。

発熱体７０は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばＷ、Ｍｏ、Ｒｕ等からなるものとすることができる。

第３の電極８０は、導電材料からなり、上述した第１の電極１と同様の材料を用いることができる。

図９に示す保護素子７００では、発熱体７０と第３の電極８０とを備え、第３の電極８０が第１の電極６１に接続された構成なので、第３の電極８０と第１の電極６１との間に電流を流して発熱体７０を発熱させ、ヒューズエレメント材３を加熱することができる。それによって、ヒューズエレメント材３を切断することができる。

図１０に、保護素子７００について、ヒューズエレメント材の切断後の斜視模式図を示す。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）はそれぞれ、図９（ａ）、図９（ｂ）に対応する。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示す通り、第１の電極６１において撓んでいた部分である爪部６１ａ、６１ｂは、厚み方向において、ヒューズエレメント材３の切断前は第１の電極６１の爪部を除く部分６１Ｂよりも上側に位置していたが（図９参照）、ヒューズエレメント材３の切断後は部分６１Ｂよりも下側に位置している（図１０参照）。換言すると、第１の電極６１の爪部６１ａ、６１ｂは、撓ませる力がない状態では６１Ｂよりも下側に位置するものであるものが、ヒューズエレメント材３を上から押すように撓ませられていたが、ヒューズエレメント材３の切断によって撓ませる力がなくなって、元の状態に戻ったものである。
同様に、第２の電極５２において撓んでいた部分である爪部５２ａ、５２ｂはｚ方向において、ヒューズエレメント材３の切断前は第２の電極５２の爪部を除く部分５２Ｂよりも下側に位置していたが（図９参照）、ヒューズエレメント材３の切断後は第２の電極５２の爪部を除く部分５２Ｂよりも上側に位置している（図１０参照）。換言すると、第２の電極５２の爪部５２ａ、５２ｂは、撓ませる力がない状態では第２の電極５２の爪部を除く部分５２Ｂよりも上側に位置するものであるものが、ヒューズエレメント材３を下から押し上げるように撓ませられていたが、ヒューズエレメント材３の切断によって撓ませる力がなくなって、元の状態に戻ったものである。

ヒューズエレメント材３の切断前は、発熱体７０はその下面が第１の電極６１の爪部６１ａ、６１ｂに接触していたが、ヒューズエレメント材３の切断後は、発熱体７０はその下面が第２の電極５２の爪部５２ａ、５２ｂに接触するものとなっている。
更に、連結部９０が第３の電極８０から離間され、発熱体７０への通電が途絶えることにより発熱体７０の発熱は停止する。

（第５実施形態）
図１１は、第５実施形態に係る保護素子の模式図であり、（ａ）は斜視模式図、（ｂ）は、（ａ）に示す矢印Ａの方向から見た側面模式図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略する。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。

第５実施形態に係る保護素子は、上記実施形態に係る保護素子に対して、第１の電極の厚み方向に第１の端子部材が重なるように接続され、また、第２の電極の厚み方向に第２の端子部材が重なるように接続されている点が主な差異である。
第１の端子部材、及び、第２の端子部材はそれぞれ、第１の電極、第２の電極の外部との接続のための剛性を補強し、電気抵抗を低減するものである。

図１１に示す保護素子８００は、図７（ａ）で示した保護素子７００に対して、第１の電極６１に第１の端子部材５が接続され、第２の電極５２に第２の端子部材６が接続されている例である。
第１の端子部材５は、第１の電極６１が備える外部端子孔６５に対応する位置に外部端子孔を有する。また、第２の端子部材６は、第２の電極５２が備える外部端子孔５６に対応する位置に外部端子孔を有する。

＜第１の端子部材、第２の端子部材＞
第１の端子部材、及び、第２の端子部材の材料としては、例えば、銅や黄銅などが挙げられる。
そのうち、剛性強化の観点では、黄銅が好ましい。
そのうち、電気抵抗低減の観点では、銅が好ましい。
第１の端子部材、及び、第２の端子部材の材料は、同じでも異なっていてもよい。

第１の端子部材、及び、第２の端子部材を、第１の電極、第２の電極に接続する方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、溶接による接合、リベット接合やネジ接合などの機械的接合などが挙げられる。

第１の端子部材、及び、第２の端子部材の厚みとしては、限定するものではないが、目安を言えば、０．３～１．０ｍｍとすることができる。
第１の端子部材、及び、第２の端子部材の厚みは、同じでも異なっていてもよい。

図１１に示す保護素子８００では、第１の端子部材５、及び、第２の端子部材６はそれぞれ、第１の電極の爪部を除く部分６１Ｂ、第２の電極の爪部を除く部分５２Ｂの全面を覆うように設けられているが、剛性強化あるいは電気抵抗低減の少なくとも一方の効果を奏する限り、覆う範囲や覆う形状は任意に設定できる。
また、第１の電極の爪部を除く部分６１Ｂ、第２の電極の爪部を除く部分５２Ｂは、各々の外部端子孔５６、６５の位置まで覆う必要は無く、第１の端子部材５、及び、第２の端子部材６の一部と重なる様に接続されていても良い。

図１２は、図１１に示した保護素子８００について、ヒューズエレメント材の切断後の模式図を示す。図１２（ａ）は斜視模式図、（ｂ）は、（ａ）に示す矢印Ａの方向から見た側面模式図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略する。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。

第５実施形態に係る保護素子では、第１の電極、及び、第２の電極がそれぞれ、第１の端子部材、第２の端子部材を備えることにより、剛性が強化されるため、第１の電極、及び、第２の電極のそれぞれの全体の厚みを薄くすることができ、バネ性を調整しやすくなる。すなわち、第１の電極、及び、第２の電極の厚みの調整範囲が広くなる。
また、第１の電極、あるいは、第２の電極について、上述したようなヒューズエレメント材を挟み込んで支持する部分のみを薄くする構成において、第１の端子部材、第２の端子部材を備えることにより、その部分をさらに薄くすることが可能となる。

（第６実施形態）
図１３は、第６実施形態に係る保護素子の模式図であり、（ａ）は斜視模式図、（ｂ）は、（ａ）に示す矢印Ａの方向から見た側面模式図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略する。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。

第６実施形態に係る保護素子は、第５実施形態に係る保護素子と比べると、ヒューズエレメント材を加熱する発熱体と、発熱体に通電する第３の電極と、発熱体と第３の電極を繋ぐ連結部９０をさらに備え、第３の電極にもその厚み方向に第３の端子部材が重なるように接続されている点が主な差異である。
第３の端子部材は第１の端子部材や第２の端子部材と同様に、第３の電極の外部との接続のための剛性を補強し、電気抵抗を低減するものである。

図１３に示す保護素子９００は、図９（ａ）で示した保護素子７００に対して、第１の電極６１に第１の端子部材５が接続され、第２の電極５２に第２の端子部材６が接続され、さらに、第３の電極８０に第３の端子部材７が接続されている例である。
第１の端子部材５は、第１の電極６１が備える外部端子孔６５に対応する位置に外部端子孔を有する。また、第２の端子部材６は、第２の電極５２が備える外部端子孔５６に対応する位置に外部端子孔を有する。また、第３の端子部材７は、第３の電極８０が備える外部端子孔８１に対応する位置に外部端子孔を有する。
また、第１の電極の爪部を除く部分６１Ｂ、第２の電極の爪部を除く部分５２Ｂは、各々の外部端子孔５６、６５の位置まで覆う必要は無く、第１の端子部材５、及び、第２の端子部材６の一部と重なる様に接続されていても良い。更に、第３の電極８０を廃止し、連結部９０を直接第３の端子部材７に接続しても良い。

＜第３の端子部材＞
第３の端子部材の材料は、第１の端子部材、及び、第２の端子部材の材料が異なる場合には、いずれかと同じでもよいし、いずれとも異なってもよい。また、第３の端子部材の材料、第１の端子部材の材料、及び、第２の端子部材の材料が同じでもよい。

第３の端子部材を、第３の電極に接続する方法としては、第１の端子部材、あるいは、第２の端子部材を、第１の電極、第２の電極に接続する方法と同じ方法を用いることができる。

第３の端子部材の厚みとしては、第１の端子部材、あるいは、第２の端子部材の厚みと同程度であり、それらの一方と同じでもよいし、異なっていてもよい。
第３の端子部材の厚み、第１の端子部材の厚み、及び、第２の端子部材の厚みがすべて同じでもよい。

１、２１、４１、４１ＡＡ、５１、６１ 第１の電極
１ａ、２１ａ、２１ｂ、４１ａ、５１ａ、６１ａ、６１ｂ 爪部
２、４２、４２ＡＡ、５２ 第２の電極
２ａ、２ｂ、４２ａ、４２ｂ、５２ａ、５２ｂ 爪部
３ ヒューズエレメント材
５ 第１の端子部材
６ 第２の端子部材
７ 第３の端子部材
４５、４５Ａ、４６、４６Ａ、５５、５６ 外部端子孔
１００、２００、４００、４００Ａ、５００、６００、７００、８００、９００ 保護素子

Claims (14)

1. 第１の電極と、バネ性を有する第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置されたヒューズエレメント材とを備え、
   前記ヒューズエレメント材は、前記第１の電極と撓ませた状態の前記第２の電極とによって挟み込まれて支持され、
   前記第１の電極及び前記第２の電極はそれぞれ、その一端に爪部を備え、
   前記ヒューズエレメント材は、前記第１の電極の爪部と前記第２の電極の爪部とが３つ以上交互に並んで挟み込まれて支持されている、保護素子。
2. 前記第１の電極及び前記第２の電極が備える前記爪部の少なくとも一部の爪部の先端が、前記ヒューズエレメント材側に折れ曲がっている、請求項１に記載の保護素子。
3. 前記ヒューズエレメント材は、高融点金属層と低融点金属層とを含む積層体からなり、
   前記ヒューズエレメント材は、前記低融点金属層の融点で前記低融点金属層が軟化し、高融点金属層が剛性を維持した状態で、前記第２の電極のバネ性により切断される、請求項１又は２に記載の保護素子。
4. 前記低融点金属層は、Ｐｂフリーはんだからなり、上記高融点金属層は、Ａｇ若しくはＣｕ又はＡｇ若しくはＣｕを主成分とする金属からなる、請求項３に記載の保護素子。
5. 過電流が流れたときに前記ヒューズエレメント材がせん断されるようなせん断力が、前記第１の電極及び前記第２の電極から前記ヒューズエレメント材に付与されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の保護素子。
6. 前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一方と、前記ヒューズエレメント材とは、はんだによって接合されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の保護素子。
7. 前記第１の電極はバネ性を有し、前記ヒューズエレメント材は、撓ませた状態の前記第１の電極と撓ませた状態の前記第２の電極とによって挟み込まれて支持されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の保護素子。
8. 前記第１の電極及び前記第２の電極はそれぞれ、外部端子孔を備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の保護素子。
9. 前記第１の電極に第１の端子部材が接続され、前記第２の電極に第２の端子部材が接続されている請求項１～８のいずれか一項に記載の保護素子。
10. 前記ヒューズエレメント材を加熱する発熱体と、
    前記発熱体に通電する第３の電極と、を備える、請求項１～９のいずれか一項に記載の保護素子。
11. 前記発熱体は、一端が前記第３の電極に接続され、他端が前記ヒューズエレメント材、前記第１の電極及び前記第２の電極のうち、少なくとも１つに接続されている、請求項１０に記載の保護素子。
12. 前記第３の電極に第３の端子部材が接続されている請求項１１に記載の保護素子。
13. 前記第１の電極に第１の端子部材が接続され、前記第２の電極に第２の端子部材が接続され、前記第３の電極に第３の端子部材が接続されており、
    第１の端子部材の厚みと、第２の端子部材の厚みと、第３の端子部材の厚みと、は、すべて同じである、請求項１０に記載の保護素子。
14. 前記外部端子孔は、一部に開放部分を有する爪形状である、請求項８に記載の保護素子。

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