JP2023119853A - 保護素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】高電圧且つ大電流に対応することが可能であり、過電流の遮断と、遮断信号による遮断機能とを両立させることを可能とした保護素子を提供する。【解決手段】溶断空間１２は、スライダ１４を挟んで第１のヒューズエレメント７が位置する第１の空間１２ａと、切断空間１３と接続された第２の空間１２ｂとに分断され、スライダ１４は、第２の空間１２ｂから切断空間１３に向かって突出された切断部１４ａを有し、第１のヒューズエレメント７に溶断電流が流れて第１のヒューズエレメント７が溶断した際に、第１の空間１２ａ内でアーク放電が発生し、第１の空間１２ａ内の圧力が上昇するのに伴って、スライダ１４が第２のヒューズエレメント１０Ａ側に向かって移動し、切断部１４ａが第２のヒューズエレメント１０Ａを切断する。【選択図】図２
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、電流経路を遮断するヒューズエレメントがある。ヒューズエレメントを備える保護素子（ヒューズ素子）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に用いられている。
近年、リチウムイオン二次電池は、モバイル機器だけでなく、電気自動車、蓄電池など幅広い分野で使用されている。そのため、リチウムイオン二次電池の大容量化が進められている。それに伴って、大容量のリチウムイオン電池を有し、高電圧且つ大電流の電流経路を有する電池パックに設置される保護素子が求められている。
高電圧且つ大電流（例えば１００Ｖ／１００Ａ以上）に対応した保護素子としては、溶断型のヒューズに代わって、パイロヒューズなどのトリガー遮断型のヒューズが採用されている（例えば、下記特許文献１を参照。）。
しかしながら、上述した従来の保護素子では、高電圧且つ大電流となるに従って、ケースサイズが大きくなり、材料費が嵩むため、高コストな電流ヒューズとなる。また、これまでの高電圧且つ大電流に対応した保護素子は、過電流の遮断のみであり、遮断信号による遮断機能を両立するものは無かった。
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、高電圧且つ大電流に対応することが可能であり、過電流の遮断と、遮断信号による遮断機能とを両立させることを可能とした保護素子を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕 第１の端子及び第２の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子との間を電気的に接続する第１のヒューズエレメントとを有する第１のヒューズ素子部と、
第３の端子及び第４の端子と、前記第３の端子と前記第４の端子との間を電気的に接続する第２のヒューズエレメントとを有する第２のヒューズ素子部と、
前記第１のヒューズエレメントが位置する溶断空間と、前記第２のヒューズエレメントが位置する切断空間とを有して、前記第１のヒューズ素子部及び前記第２のヒューズ素子部を保持しながら、前記第１のヒューズ素子部と前記第２のヒューズ素子部との間を電気的に絶縁する絶縁筐体と、
前記第１のヒューズエレメントと前記第２のヒューズエレメントとの間に位置して、前記溶断空間内において前記第２のヒューズエレメント側に向かって移動自在に配置されたスライダとを備え、
前記溶断空間は、前記スライダを挟んで前記第１のヒューズエレメントが位置する第１の空間と、前記切断空間と接続された第２の空間とに分断され、
前記スライダは、前記第２の空間から前記切断空間に向かって突出された切断部を有し、
前記第１のヒューズエレメントに溶断電流が流れて前記第１のヒューズエレメントが溶断した際に、前記第１の空間内でアーク放電が発生し、前記第１の空間内の圧力が上昇するのに伴って、前記スライダが前記第２のヒューズエレメント側に向かって移動し、前記切断部が前記第２のヒューズエレメントを切断することを特徴とする保護素子。
〔２〕 前記切断部が前記第２のヒューズエレメントを切断した後に、前記切断空間内において前記切断部が前記第２のヒューズエレメントの切断部分を遮蔽することを特徴とする前記〔１〕に記載の保護素子。
〔３〕 前記第２のヒューズエレメントは、複数の導電部材が絶縁部材を介して積層された構造を有し、
前記絶縁部材には、前記切断空間に対応した空隙部が設けられていることを特徴とする前記〔１〕又は〔２〕に記載の保護素子。
〔４〕 前記絶縁筐体を内側に収容する筒状の絶縁カバーを備えることを特徴とする前記〔１〕～〔３〕の何れか一項に記載の保護素子。
〔５〕 前記第２のヒューズエレメントの融点は、前記第１のヒューズエレメントの融点よりも高いことを特徴とする前記〔１〕～〔４〕の何れか一項に記載の保護素子。
〔１〕 第１の端子及び第２の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子との間を電気的に接続する第１のヒューズエレメントとを有する第１のヒューズ素子部と、
第３の端子及び第４の端子と、前記第３の端子と前記第４の端子との間を電気的に接続する第２のヒューズエレメントとを有する第２のヒューズ素子部と、
前記第１のヒューズエレメントが位置する溶断空間と、前記第２のヒューズエレメントが位置する切断空間とを有して、前記第１のヒューズ素子部及び前記第２のヒューズ素子部を保持しながら、前記第１のヒューズ素子部と前記第２のヒューズ素子部との間を電気的に絶縁する絶縁筐体と、
前記第１のヒューズエレメントと前記第２のヒューズエレメントとの間に位置して、前記溶断空間内において前記第２のヒューズエレメント側に向かって移動自在に配置されたスライダとを備え、
前記溶断空間は、前記スライダを挟んで前記第１のヒューズエレメントが位置する第１の空間と、前記切断空間と接続された第２の空間とに分断され、
前記スライダは、前記第２の空間から前記切断空間に向かって突出された切断部を有し、
前記第１のヒューズエレメントに溶断電流が流れて前記第１のヒューズエレメントが溶断した際に、前記第１の空間内でアーク放電が発生し、前記第１の空間内の圧力が上昇するのに伴って、前記スライダが前記第２のヒューズエレメント側に向かって移動し、前記切断部が前記第２のヒューズエレメントを切断することを特徴とする保護素子。
〔２〕 前記切断部が前記第２のヒューズエレメントを切断した後に、前記切断空間内において前記切断部が前記第２のヒューズエレメントの切断部分を遮蔽することを特徴とする前記〔１〕に記載の保護素子。
〔３〕 前記第２のヒューズエレメントは、複数の導電部材が絶縁部材を介して積層された構造を有し、
前記絶縁部材には、前記切断空間に対応した空隙部が設けられていることを特徴とする前記〔１〕又は〔２〕に記載の保護素子。
〔４〕 前記絶縁筐体を内側に収容する筒状の絶縁カバーを備えることを特徴とする前記〔１〕～〔３〕の何れか一項に記載の保護素子。
〔５〕 前記第２のヒューズエレメントの融点は、前記第１のヒューズエレメントの融点よりも高いことを特徴とする前記〔１〕～〔４〕の何れか一項に記載の保護素子。
以上のように、本発明によれば、高電圧且つ大電流に対応することが可能であり、過電流の遮断と、遮断信号による遮断機能とを両立させることを可能とした保護素子を提供することが可能である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、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模式的に示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、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、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
なお、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模式的に示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、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、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態として、例えば図１～図４に示す保護素子１Ａについて説明する。
なお、図１は、保護素子１Ａの外観を示す斜視図である。図２は、保護素子１Ａの構成を示す断面図である。図３は、保護素子１Ａを用いた保護回路１００の一構成例を示す回路図である。図４は、保護素子１Ａの電流が遮断された状態を示す断面図である。
先ず、本発明の第１の実施形態として、例えば図１～図４に示す保護素子１Ａについて説明する。
なお、図１は、保護素子１Ａの外観を示す斜視図である。図２は、保護素子１Ａの構成を示す断面図である。図３は、保護素子１Ａを用いた保護回路１００の一構成例を示す回路図である。図４は、保護素子１Ａの電流が遮断された状態を示す断面図である。
本実施形態の保護素子１Ａは、図１及び図２に示すように、互いに並行する第１のヒューズ素子部２及び第２のヒューズ素子部３と、第１のヒューズ素子部２及び第２のヒューズ素子部３を保持しながら、第１のヒューズ素子部２と第２のヒューズ素子部３との間を電気的に絶縁する絶縁筐体４と、絶縁筐体４を内側に収容する絶縁カバー５とを備えている。
第１のヒューズ素子部２は、第１の端子６ａ及び第２の端子６ｂと、第１の端子６ａと第２の端子６ｂとの間を電気的に接続する第１のヒューズエレメント７とを有している。
第１の端子６ａ及び第２の端子６ｂは、例えば、銅（Ｃｕ）などの金属材料からなり、略矩形平板状に形成されている。第１の端子６ａと第２の端子６ｂとは、互いの一端側（第１のヒューズ素子部２の内側）を向かい合わせた状態で、同一面内において直線状に並んで配置されている。
また、第１の端子６ａ及び第２の端子６ｂの他端側（第１のヒューズ素子部２の外側）には、それぞれ外部接続用の端子孔８が円形状に開口して設けられている。
第１のヒューズエレメント７は、可溶導体として、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）合金、鉛（Ｐｂ）合金、錫（Ｓｎ）合金と銀（Ａｇ）との積層体などの金属材料からなり、略矩形平板状に形成されている。
第１のヒューズエレメント７は、第１の端子６ａの一端側と第２の端子６ｂの一端側との間を連結した状態で、これら第１の端子６ａ及び第２の端子６ｂの一面（本実施形態では下面）にはんだ付けや溶接等により取り付けられている。
第２のヒューズ素子部３は、第３の端子９ａ及び第４の端子９ｂと、第３の端子９ａと第４の端子９ｂとの間を電気的に接続する第２のヒューズエレメント１０Ａとを有している。
第３の端子９ａ及び第４の端子９ｂは、上述した第１の端子６ａ及び第２の端子６ｂで例示した材料と同じものからなり、略矩形平板状に形成されている。第３の端子９ａと第４の端子９ｂとは、互いの一端側（第２のヒューズ素子部３の内側）を向かい合わせた状態で、同一面内において直線状に並んで配置されている。
また、第３の端子９ａ及び第４の端子９ｂの他端側（第２のヒューズ素子部３の外側）には、それぞれ外部接続用の端子孔１１が円形状に開口して設けられている。
第２のヒューズエレメント１０Ａは、接続導体として、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）合金、鉛（Ｐｂ）合金などの金属材料からなり、略矩形平板状に形成されている。
また、第２のヒューズエレメント１０Ａには、第１のヒューズエレメント７よりも融点の高い材料を用いている。例えば、本実施形態では、第１のヒューズエレメント７に錫（Ｓｎ）合金と銀（Ａｇ）との積層体を用い、第２のヒューズエレメント１０Ａに第１のヒューズエレメント７よりも融点の高い銅（Ｃｕ）を用いている。
第２のヒューズエレメント１０Ａは、第３の端子９ａの一端側と第４の端子９ｂの一端側との間を連結した状態で、これら第３の端子９ａ及び第４の端子９ｂの一面（本実施形態では上面）にはんだ付けや溶接等により取り付けられている。
絶縁筐体４は、後述する絶縁材料からなる第１のケース４ａ、第２のケース４ｂ及び第３のケース４ｃを有し、全体として長円柱状に形成されている。なお、絶縁筐体４は、このような形状に必ずしも限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。
また、絶縁筐体４は、第１のケース４ａと第２のケース４ｂとの間で第１のヒューズ素子部２を挟み込み、第２のケース４ｂと第３のケース４ｃとの間で第２のヒューズ素子部３を挟み込んだ状態で、これら第１のケース４ａ、第２のケース４ｂ及び第３のケース４ｃを一体に組み合わせることによって構成されている。
これにより、絶縁筐体４は、その軸線方向の両端から第１の端子６ａ及び第２の端子６ｂの他端側と、第３の端子９ａ及び第４の端子９ｂの他端側とを外部に露出した状態で、第１のヒューズ素子部２及び第２のヒューズ素子部３を保持すると共に、これら第１のヒューズ素子部２と第２のヒューズ素子部３との間を電気的に絶縁している。
絶縁筐体４の内部には、第１のヒューズエレメント７が位置する溶断空間１２と、第２のヒューズエレメント１０Ａが位置する切断空間１３とが設けられている。また、溶断空間１２には、スライダ１４が配置されている。さらに、溶断空間１２は、スライダ１４を挟んで第１のヒューズエレメント７が位置する第１の空間１２ａと、切断空間１３と接続された第２の空間１２ｂとに分断されている。
溶断空間１２は、第１のヒューズエレメント７の中間に位置するように、第１のケース４ａと第２のケース４ｂとの間に亘って、絶縁筐体４の軸線方向とは直交する空間を形成している。溶断空間１２の形状については、特に限定されないものの、例えば円形シリンダ状や直方体状などを挙げることができる。
切断空間１３は、第２のヒューズエレメント１０Ａの中間に位置するように、第２のケース４ｂと第３のケース４ｃとの間に亘って、絶縁筐体４の軸線方向とは直交するスリット状の空間を形成している。なお、切断空間１３の位置は、上述した第２のヒューズエレメント１０Ａの中間に限らず、例えば、第３の端子９ａ側にずれた位置であってもよい。
一方、スライダ１４は、例えばナイロン系、テフロン（登録商標）系、ＬＣＰなどの絶縁材料からなり、溶断空間１２よりも薄い板状に形成されている。また、スライダ１４は、その表面に絶縁処理を施した金属などであってもよい。具体的には、例えば表面にアルマイト処理を施したアルミニウム合金材料を用いることができる。
スライダ１４は、溶断空間１２の第１のヒューズエレメント７（第１の空間１２ａ）と第２のヒューズエレメント１０Ａ（第２の空間１２ｂ）との間に位置して、溶断空間１２内に配置されている。これにより、スライダ１４は、溶断空間１２内において第２のヒューズエレメント１０Ａ側（本実施形態では下側）に向かって移動自在に配置されている。
また、スライダ１４は、その第２の空間１２ｂと対向する面（本実施形態では下面）から突出された矩形平板状の切断部１４ａを有している。切断部１４ａは、第２の空間１２ｂから切断空間１３に向かって延長され、その先端が切断空間１３に挿入されることによって、第２のヒューズエレメント１０Ａと当接している。
絶縁カバー５は、後述する絶縁材料からなり、絶縁筐体４の外周面を全周に亘って覆う形状を有している。絶縁カバー５は、絶縁筐体４の全周を継ぎ目無く覆うことで、後述する第１のヒューズエレメント７の溶断時のアーク放電よって、絶縁筐体４が破壊されることを防ぐことが可能である。
ところで、絶縁筐体４及び絶縁カバー５は、耐トラッキング指標ＣＴＩ（トラッキング（炭化導電路）破壊に対する耐性）が５００Ｖ以上の絶縁材料で形成されていることが好ましい。なお、耐トラッキング指標ＣＴＩは、ＩＥＣ６０１１２に基づく試験により求めることができる。
具体的に、これら絶縁筐体４及び絶縁カバー５の絶縁材料としては、セラミック材料よりも熱容量が小さく融点も低い樹脂材料を用いることが好ましい。また、樹脂材料には、ガス化冷却（アブレーション）によるアーク放電を弱める特性や、第１のヒューズエレメント７の溶融飛散した金属粒子が絶縁筐体４に付着する際に、絶縁カバー５の表面が変形したり付着物が凝集したりすることで、疎らとなり伝導パスを形成し難い特性がある。
具体的な樹脂材料としては、例えば、ポリアミド系樹脂やフッ素系樹脂を用いることができる。ポリアミド系樹脂は、脂肪族ポリアミドであってもよいし、半芳香族ポリアミドであってもよい。
脂肪族ポリアミドの例としては、ナイロン４、ナイロン６、ナイロン４６、ナイロン６６を挙げることができる。半芳香族ポリアミドの例としては、ナイロン６Ｔ、ナイロン９Ｔ、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）樹脂を挙げることができる。フッ素系樹脂の例としては、ポリテトラフルオロエチレンを挙げることができる。また、ポリアミド系樹脂及びフッ素系樹脂は、耐熱性が高く、燃焼しにくい。
特に、脂肪族ポリアミドは、燃焼してもグラファイトが生成しにくい。このため、脂肪族ポリアミドを用いて、絶縁筐体４及び絶縁カバー５を形成することで、後述する第１のヒューズエレメント７の溶断時のアーク放電により生成されたグラファイトによって、新たな電流経路が形成されることをより確実に防止することが可能である。
以上のような構成を有する本実施形態の保護素子１Ａは、例えば図３に示すような保護回路１００に好適に用いられる。具体的に、この保護回路１００では、サブヒューズとなる第１のヒューズ素子部２の一端側に補助電源１０１が接続され、第１のヒューズ素子部２の他端側にスイッチ１０２を介して電流検出回路１０３が接続されている。
一方、保護回路１００では、メインヒューズとなる第２のヒューズ素子部３の一端側に主電源１０４が接続され、第２のヒューズ素子部３の他端側に負荷回路１０５が接続されている。
保護回路１００では、例えば電気自動車（ＥＶ）の事故など、主電源が搭載された機器の破損による異常を電流検出回路１０３が検出した場合に、電流検出回路１０３が遮断信号をスイッチ１０２に供給し、スイッチ１０２をオン（ＯＮ）にすることによって、補助電源１０１から第１のヒューズ素子部２へと溶断電流を供給する。
ここで、溶断電流は、第１のヒューズエレメント７を溶断するのに十分な大きさの電流である。一方、溶断電流は、第２のヒューズ素子部３に流れる定格電流よりも小さい電流である。
本実施形態の保護素子１Ａでは、図４に示すように、第１のヒューズ素子部２に溶断電流が供給されると、第１のヒューズエレメント７に溶断電流が流れて第１のヒューズエレメント７が溶断し、第１の空間１２ａ内でアーク放電が発生する。
このとき、溶断した第１のヒューズエレメント７の一部が蒸気化すると共に、第１の空間１２ａ内の気体（例えば空気）が膨張することによって、第１の空間１２ａ内の圧力が上昇する。さらに、第１の空間１２ａ内の圧力が上昇するのに伴って、スライダ１４が第２のヒューズエレメント１０Ａ側に向かって移動する。
これにより、切断部１４ａの先端が第２のヒューズエレメント１０Ａを物理的に切断する。また、切断部１４ａが第２のヒューズエレメント１０Ａを切断した後は、切断空間１３内において切断部１４ａが第２のヒューズエレメント１０Ａの切断部分を遮蔽する。
その結果、保護回路１００では、主電源１０４から負荷回路１０５への電力供給が完全に遮断された状態となる。
また、本実施形態の保護素子１Ａでは、メインヒューズである第２のヒューズ素子部３に過電流が流れた場合に、その過電流により第２のヒューズエレメント１０Ａが溶断することによって、主電源１０４から負荷回路１０５への電力供給が遮断される。
以上のように、本実施形態の保護素子１Ａでは、高電圧且つ大電流に対応することが可能であり、過電流の遮断と、遮断信号による遮断機能とを両立させることが可能である。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態として、例えば図５及び図６に示す保護素子１Ｂについて説明する。
なお、図５は、保護素子１Ｂの構成を示す断面図である。図６は、保護素子１Ｂの電流が遮断された状態を示す断面図である。また、以下の説明では、上記保護素子１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
次に、本発明の第２の実施形態として、例えば図５及び図６に示す保護素子１Ｂについて説明する。
なお、図５は、保護素子１Ｂの構成を示す断面図である。図６は、保護素子１Ｂの電流が遮断された状態を示す断面図である。また、以下の説明では、上記保護素子１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
本実施形態の保護素子１Ｂは、上記第２のヒューズエレメント１０Ａの代わりに、例えば図５に示すような第２のヒューズエレメント１０Ｂを備える以外は、上記保護素子１Ａと基本的に同じ構成を有している。
具体的に、この第２のヒューズエレメント１０Ｂは、複数の導電部材２１が絶縁部材２２を介して積層された構造を有している。本実施形態では、３つの絶縁部材２２の各間に２つの導電部材２１が挟み込まれた状態で配置されている。
導電部材２１は、上記第２のヒューズエレメント１０Ａで例示した材料と同じ接続導体からなる。２つの導電部材２１は、それぞれ第３の端子９ａの一端側と第４の端子９ｂの一端側との間を連結した状態で、これら第３の端子９ａ及び第４の端子９ｂの一面（本実施形態では上面）と他面（本実施形態では下面）とに溶接やはんだ付け等により取り付けられている。
絶縁部材２２は、例えば、上述した絶縁筐体４及び絶縁カバー５と同様に、耐トラッキング指標ＣＴＩ（トラッキング（炭化導電路）破壊に対する耐性）が５００Ｖ以上の絶縁材料で形成されていることが好ましい。具体的には、例えばナイロン系、テフロン系などの絶縁材料を用いることができる。
また、各絶縁部材２２には、上記切断空間１３に対応した空隙部２２ａが設けられている。すなわち、この空隙部２２ａは、上記切断空間１３に対応した各絶縁部材２２の一部を除去することによって形成されている。
切断部１４ａは、第２の空間１２ｂから切断空間１３に向かって延長され、その先端が空隙部２２ａ（切断空間１３）に挿入されている。
以上のような構成を有する本実施形態の保護素子１Ｂは、上記保護素子１Ａと同様に、上記保護回路１００に好適に用いられる。
したがって、本実施形態の保護素子１Ｂでは、図６に示すように、遮断信号により第１のヒューズ素子部２に溶断電流が供給されると、第１のヒューズエレメント７に溶断電流が流れて第１のヒューズエレメント７が溶断し、第１の空間１２ａ内でアーク放電が発生する。
このとき、溶断した第１のヒューズエレメント７の一部が蒸気化すると共に、第１の空間１２ａ内の気体（例えば空気）が膨張することによって、第１の空間１２ａ内の圧力が上昇する。さらに、第１の空間１２ａ内の圧力が上昇するのに伴って、スライダ１４が第２のヒューズエレメント１０Ｂ側に向かって移動する。
これにより、切断部１４ａの先端が第２のヒューズエレメント１０Ｂの各導電部材２１を物理的に切断する。また、切断部１４ａが第２のヒューズエレメント１０Ｂの各導電部材２１を切断した後は、空隙部２２ａ（切断空間１３）内において切断部１４ａが第２のヒューズエレメント１０Ｂの切断部分を遮蔽する。
その結果、保護回路１００では、主電源１０４から負荷回路１０５への電力供給が完全に遮断された状態となる。
以上のように、本実施形態の保護素子１Ｂでは、高電圧且つ大電流に対応することが可能であり、過電流の遮断と、遮断信号による遮断機能とを両立させることが可能である。
また、本実施形態の保護素子１Ｂでは、上述した第２のヒューズエレメント１０Ｂを複数の導電部材２１により構成することで、上記第２のヒューズエレメント１０Ａよりも、第２のヒューズエレメント１０Ｂに流れる定格電流を上げることが可能である。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態として、例えば図７に示す保護素子１Ｃについて説明する。
なお、図７は、保護素子１Ｃの構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記保護素子１Ａ，１Ｂと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
次に、本発明の第３の実施形態として、例えば図７に示す保護素子１Ｃについて説明する。
なお、図７は、保護素子１Ｃの構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記保護素子１Ａ，１Ｂと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
本実施形態の保護素子１Ｃは、上記第２のヒューズエレメント１０Ａ，１０Ｂの代わりに、例えば図７に示すような第２のヒューズエレメント１０Ｃを備える以外は、上記保護素子１Ａ，１Ｂと基本的に同じ構成を有している。
具体的に、この第２のヒューズエレメント１０Ｃは、複数の導電部材２１が絶縁部材２２を介して積層された構造を有している。本実施形態では、２つの導電部材２１の間に１つの絶縁部材２２が挟み込まれた状態で配置されている。
以上のような構成を有する本実施形態の保護素子１Ｃは、上記保護素子１Ａ，１Ｂと同様に、上記保護回路１００に好適に用いられる。
したがって、本実施形態の保護素子１Ｃでは、図示を省略するものの、遮断信号により第１のヒューズ素子部２に溶断電流が供給されると、第１のヒューズエレメント７に溶断電流が流れて第１のヒューズエレメント７が溶断し、第１の空間１２ａ内でアーク放電が発生する。
このとき、溶断した第１のヒューズエレメント７の一部が蒸気化すると共に、第１の空間１２ａ内の気体（例えば空気）が膨張することによって、第１の空間１２ａ内の圧力が上昇する。さらに、第１の空間１２ａ内の圧力が上昇するのに伴って、スライダ１４が第２のヒューズエレメント１０Ｃ側に向かって移動する。
これにより、切断部１４ａの先端が第２のヒューズエレメント１０Ｃの各導電部材２１を物理的に切断する。また、切断部１４ａが第２のヒューズエレメント１０Ｃの各導電部材２１を切断した後は、空隙部２２ａ（切断空間１３）内において切断部１４ａが第２のヒューズエレメント１０Ｃの切断部分を遮蔽する。
その結果、保護回路１００では、主電源１０４から負荷回路１０５への電力供給が完全に遮断された状態となる。
以上のように、本実施形態の保護素子１Ｃでは、高電圧且つ大電流に対応することが可能であり、過電流の遮断と、遮断信号による遮断機能とを両立させることが可能である。
また、本実施形態の保護素子１Ｃでは、上述した第２のヒューズエレメント１０Ｃを複数の導電部材２１により構成することで、上記第２のヒューズエレメント１０Ａよりも、第２のヒューズエレメント１０Ｃに流れる定格電流を上げることが可能である。
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態として、例えば図８に示す保護素子１Ｄについて説明する。
なお、図８は、保護素子１Ｄの構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記保護素子１Ａ，１Ｂと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
次に、本発明の第４の実施形態として、例えば図８に示す保護素子１Ｄについて説明する。
なお、図８は、保護素子１Ｄの構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記保護素子１Ａ，１Ｂと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
本実施形態の保護素子１Ｄは、上記第２のヒューズエレメント１０Ａ，１０Ｂの代わりに、例えば図８に示すような第２のヒューズエレメント１０Ｄを備える以外は、上記保護素子１Ａ，１Ｂと基本的に同じ構成を有している。
具体的に、この第２のヒューズエレメント１０Ｄは、複数の導電部材２１が絶縁部材２２を介して積層された構造を有している。本実施形態では、５つの絶縁部材２２の各間に４つの導電部材２１が挟み込まれた状態で配置されている。
４つの導電部材２１は、それぞれ第３の端子９ａの一端側と第４の端子９ｂの一端側との間を連結した状態で、これら第３の端子９ａ及び第４の端子９ｂの一面（本実施形態では上面）と他面（本実施形態では下面）とに溶接やはんだ付け等により取り付けられている。
以上のような構成を有する本実施形態の保護素子１Ｄは、上記保護素子１Ａ，１Ｂと同様に、上記保護回路１００に好適に用いられる。
したがって、本実施形態の保護素子１Ｄでは、図示を省略するものの、遮断信号により第１のヒューズ素子部２に溶断電流が供給されると、第１のヒューズエレメント７に溶断電流が流れて第１のヒューズエレメント７が溶断し、第１の空間１２ａ内でアーク放電が発生する。
このとき、溶断した第１のヒューズエレメント７の一部が蒸気化すると共に、第１の空間１２ａ内の気体（例えば空気）が膨張することによって、第１の空間１２ａ内の圧力が上昇する。さらに、第１の空間１２ａ内の圧力が上昇するのに伴って、スライダ１４が第２のヒューズエレメント１０Ｄ側に向かって移動する。
これにより、切断部１４ａの先端が第２のヒューズエレメント１０Ｄの各導電部材２１を物理的に切断する。また、切断部１４ａが第２のヒューズエレメント１０Ｄの各導電部材２１を切断した後は、空隙部２２ａ（切断空間１３）内において切断部１４ａが第２のヒューズエレメント１０Ｄの切断部分を遮蔽する。
その結果、保護回路１００では、主電源１０４から負荷回路１０５への電力供給が完全に遮断された状態となる。
以上のように、本実施形態の保護素子１Ｄでは、高電圧且つ大電流に対応することが可能であり、過電流の遮断と、遮断信号による遮断機能とを両立させることが可能である。
また、本実施形態の保護素子１Ｄでは、上述した第２のヒューズエレメント１０Ｄを複数の導電部材２１により構成することで、上記第２のヒューズエレメント１０Ａよりも、第２のヒューズエレメント１０Ｄに流れる定格電流を上げることが可能である。
また、第２のヒューズエレメント１０Ｄは、上述した第３の実施形態の第２のヒューズエレメント１０Ｃのように、最上層及び最下層の絶縁部材２２を省略し、最上層及び最下層の導電部材２１を第２のケース４ｂ及び第３のケース４ｃで挟み込んでもよい。
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態として、例えば図９（Ａ），（Ｂ）に示す保護素子１Ｅについて説明する。
なお、図９（Ａ）は、保護素子１Ｅの構成の一例を示す斜視図である。図９（Ｂ）は、保護素子１Ｅの構成の他例を示す斜視図である。また、以下の説明では、上記保護素子１Ａ～１Ｄと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
次に、本発明の第５の実施形態として、例えば図９（Ａ），（Ｂ）に示す保護素子１Ｅについて説明する。
なお、図９（Ａ）は、保護素子１Ｅの構成の一例を示す斜視図である。図９（Ｂ）は、保護素子１Ｅの構成の他例を示す斜視図である。また、以下の説明では、上記保護素子１Ａ～１Ｄと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
本実施形態の保護素子１Ｅは、上記保護素子１Ａ～１Ｄの構成のうち、第１の端子６ａ及び第２の端子６ｂとして、例えば図９（Ａ），（Ｂ）に示すようなリード端子２３を用いる以外は、上記保護素子１Ａ～１Ｄと基本的に同じ構成を有している。
具体的に、このリード端子２３は、絶縁樹脂で被覆された電線からなり、第１のヒューズエレメント７の両端に接続された状態で、図９（Ａ）に示す絶縁筐体４の軸線方向の両端側、又は、図９（Ｂ）に示す絶縁筐体４の軸線方向の一端側から引き出されている。
以上のような構成を有する本実施形態の保護素子１Ｅは、上記保護素子１Ａ～１Ｄと同様に、上記保護回路１００に好適に用いられる。
したがって、本実施形態の保護素子１Ｅでは、高電圧且つ大電流に対応することが可能であり、過電流の遮断と、遮断信号による遮断機能とを両立させることが可能である。
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、溶断空間１２及びスライダ１４は、上述した形状に必ずしも限定されるものではなく、溶断空間１２内でスライダ１４が移動自在な形状であればよい。また、切断空間１３及び切断部１４ａは、上述した形状に必ずしも限定されるものではなく、切断部１４ａの先端により第２のヒューズエレメント１０Ａ～１０Ｅを物理的に切断可能な形状であればよい。
例えば、溶断空間１２及びスライダ１４は、上述した形状に必ずしも限定されるものではなく、溶断空間１２内でスライダ１４が移動自在な形状であればよい。また、切断空間１３及び切断部１４ａは、上述した形状に必ずしも限定されるものではなく、切断部１４ａの先端により第２のヒューズエレメント１０Ａ～１０Ｅを物理的に切断可能な形状であればよい。
１Ａ～１Ｅ…保護素子 ２…第１のヒューズ素子部 ３…第２のヒューズ素子部 ４…絶縁筐体 ５…絶縁カバー ６ａ…第１の端子 ６ｂ…第２の端子 ７…第１のヒューズエレメント ８…端子孔 ９ａ…第３の端子 ９ｂ…第４の端子 １０Ａ～１０Ｄ…第２のヒューズエレメント １１…端子孔 １２…溶断空間 １２ａ…第１の空間 １２ｂ…第２の空間 １３…切断空間 １４…スライダ １４ａ…切断部 ２１…導電部材 ２２…絶縁部材 ２３…リード端子 １００…保護回路
Claims (5)
- 第１の端子及び第２の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子との間を電気的に接続する第１のヒューズエレメントとを有する第１のヒューズ素子部と、
第３の端子及び第４の端子と、前記第３の端子と前記第４の端子との間を電気的に接続する第２のヒューズエレメントとを有する第２のヒューズ素子部と、
前記第１のヒューズエレメントが位置する溶断空間と、前記第２のヒューズエレメントが位置する切断空間とを有して、前記第１のヒューズ素子部及び前記第２のヒューズ素子部を保持しながら、前記第１のヒューズ素子部と前記第２のヒューズ素子部との間を電気的に絶縁する絶縁筐体と、
前記第１のヒューズエレメントと前記第２のヒューズエレメントとの間に位置して、前記溶断空間内において前記第２のヒューズエレメント側に向かって移動自在に配置されたスライダとを備え、
前記溶断空間は、前記スライダを挟んで前記第１のヒューズエレメントが位置する第１の空間と、前記切断空間と接続された第２の空間とに分断され、
前記スライダは、前記第２の空間から前記切断空間に向かって突出された切断部を有し、
前記第１のヒューズエレメントに溶断電流が流れて前記第１のヒューズエレメントが溶断した際に、前記第１の空間内でアーク放電が発生し、前記第１の空間内の圧力が上昇するのに伴って、前記スライダが前記第２のヒューズエレメント側に向かって移動し、前記切断部が前記第２のヒューズエレメントを切断することを特徴とする保護素子。 - 前記切断部が前記第２のヒューズエレメントを切断した後に、前記切断空間内において前記切断部が前記第２のヒューズエレメントの切断部分を遮蔽することを特徴とする請求項１に記載の保護素子。
- 前記第２のヒューズエレメントは、複数の導電部材が絶縁部材を介して積層された構造を有し、
前記絶縁部材には、前記切断空間に対応した空隙部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の保護素子。 - 前記絶縁筐体を内側に収容する筒状の絶縁カバーを備えることを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の保護素子。
- 前記第２のヒューズエレメントの融点は、前記第１のヒューズエレメントの融点よりも高いことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の保護素子。
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