JP3470694B2 - 保護素子 - Google Patents
保護素子Info
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- JP3470694B2 JP3470694B2 JP2000331004A JP2000331004A JP3470694B2 JP 3470694 B2 JP3470694 B2 JP 3470694B2 JP 2000331004 A JP2000331004 A JP 2000331004A JP 2000331004 A JP2000331004 A JP 2000331004A JP 3470694 B2 JP3470694 B2 JP 3470694B2
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- JP
- Japan
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- low melting
- melting point
- point metal
- ptc
- substrate
- Prior art date
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H37/00—Thermally-actuated switches
- H01H37/74—Switches in which only the opening movement or only the closing movement of a contact is effected by heating or cooling
- H01H37/76—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material
- H01H2037/768—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material characterised by the composition of the fusible material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H37/00—Thermally-actuated switches
- H01H37/74—Switches in which only the opening movement or only the closing movement of a contact is effected by heating or cooling
- H01H37/76—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material
- H01H37/761—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material with a fusible element forming part of the switched circuit
Landscapes
- Fuses (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＰＴＣ素子と低融点金
属体とを併用し、過電流及び過電圧の双方を防止する保
護回路に関する。
属体とを併用し、過電流及び過電圧の双方を防止する保
護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、過電流を防止する保護素子の
一つとして、鉛、スズ、アンチモン等の低融点金属体か
らなり、過電流により溶断して電流を遮断する電流ヒュ
ーズが広く使用されている。
一つとして、鉛、スズ、アンチモン等の低融点金属体か
らなり、過電流により溶断して電流を遮断する電流ヒュ
ーズが広く使用されている。
【０００３】また、過電流を防止する保護素子として
は、ＰＴＣ素子（ＰＴＣサーミスタ）が知られている。
ＰＴＣ素子は、導電性粒子を結晶性高分子（例えば、ポ
リオレフィン系樹脂）に分散させた抵抗体素子であり、
過電流状態に陥ると発熱し、それにより結晶性高分子が
膨脹し、それに伴って抵抗値が上昇することにより回路
に流れる電流を抑制する機能を有するものである。
は、ＰＴＣ素子（ＰＴＣサーミスタ）が知られている。
ＰＴＣ素子は、導電性粒子を結晶性高分子（例えば、ポ
リオレフィン系樹脂）に分散させた抵抗体素子であり、
過電流状態に陥ると発熱し、それにより結晶性高分子が
膨脹し、それに伴って抵抗値が上昇することにより回路
に流れる電流を抑制する機能を有するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
産業の発展に伴い、従来の電流ヒューズやＰＴＣ素子の
他に、過電圧により動作する保護素子が求められるよう
になっている。
産業の発展に伴い、従来の電流ヒューズやＰＴＣ素子の
他に、過電圧により動作する保護素子が求められるよう
になっている。
【０００５】例えば、高エネルギー密度の二次電池とし
て注目されているリチウムイオン電池では、過充電によ
り電極表面にデンドライトが生成し、電池性能が大きく
損なわれるので、充電時に電池が所定電圧以上に充電さ
れることを防止することが必要となる。しかしながら、
このような過電圧を防止するために有用な保護素子はこ
れまでに開発されていない。実際、リチウムイオン電池
の保護機構としては、短絡等により規定値以上の電流が
電池に流れた場合にヒューズが溶断するようにした保護
機構は設けられているが、このような保護機構は過充電
の防止のためには使用することができない。このため、
過充電を防止するための新たな保護素子が求められてお
り、特に、このような電池の充電時等に使用する保護素
子として、発火等の危険がない、使用上の安全性の高い
ものが求められている。
て注目されているリチウムイオン電池では、過充電によ
り電極表面にデンドライトが生成し、電池性能が大きく
損なわれるので、充電時に電池が所定電圧以上に充電さ
れることを防止することが必要となる。しかしながら、
このような過電圧を防止するために有用な保護素子はこ
れまでに開発されていない。実際、リチウムイオン電池
の保護機構としては、短絡等により規定値以上の電流が
電池に流れた場合にヒューズが溶断するようにした保護
機構は設けられているが、このような保護機構は過充電
の防止のためには使用することができない。このため、
過充電を防止するための新たな保護素子が求められてお
り、特に、このような電池の充電時等に使用する保護素
子として、発火等の危険がない、使用上の安全性の高い
ものが求められている。
【０００６】また、ＰＴＣ素子は過電流時に抵抗値が高
くなり、過電流を抑制した後、電流が平常に戻るとそれ
まで通り使用することができるが、過電流時に電流を完
全に遮断することはなく、少量の電流を流し続けるとい
う問題がある。これに対し、ヒューズは過電流により溶
断して電流を完全に遮断するが、一旦過電流により溶断
した後は、再度使用することができないという問題があ
る。
くなり、過電流を抑制した後、電流が平常に戻るとそれ
まで通り使用することができるが、過電流時に電流を完
全に遮断することはなく、少量の電流を流し続けるとい
う問題がある。これに対し、ヒューズは過電流により溶
断して電流を完全に遮断するが、一旦過電流により溶断
した後は、再度使用することができないという問題があ
る。
【０００７】本発明は以上のような保護素子に関する従
来技術の問題点を解決しようとするものであり、過電流
時だけでなく過電圧時にも保護素子として動作し、か
つ、過電流時あるいは過電圧時に動作した後も、できる
限り素子の再使用を可能とすることを目的とする。
来技術の問題点を解決しようとするものであり、過電流
時だけでなく過電圧時にも保護素子として動作し、か
つ、過電流時あるいは過電圧時に動作した後も、できる
限り素子の再使用を可能とすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ＰＴＣ素
子とヒューズ等の低融点金属体とを直列に接続すること
により、過電流時にまずＰＴＣ素子を作用させ、次い
で、ＰＴＣ素子の作用で不十分な場合に低融点金属体を
作用させることができること、また、このように直列に
接続したＰＴＣ素子と低融点金属体に加えて、電圧検知
手段と発熱体とを組み合わせた回路は過電圧に対する保
護回路として使用でき、これにより上記の目的を達成で
きることを見出した。この保護回路は、直列に接続され
たＰＴＣ素子と低融点金属体、端子電圧が所定電圧以上
となることにより動作する電圧検知手段、及び電圧検知
手段の動作により通電されて発熱する発熱体を有し、か
つその発熱体が低融点金属体に近接して配されているこ
とを特徴とする。
子とヒューズ等の低融点金属体とを直列に接続すること
により、過電流時にまずＰＴＣ素子を作用させ、次い
で、ＰＴＣ素子の作用で不十分な場合に低融点金属体を
作用させることができること、また、このように直列に
接続したＰＴＣ素子と低融点金属体に加えて、電圧検知
手段と発熱体とを組み合わせた回路は過電圧に対する保
護回路として使用でき、これにより上記の目的を達成で
きることを見出した。この保護回路は、直列に接続され
たＰＴＣ素子と低融点金属体、端子電圧が所定電圧以上
となることにより動作する電圧検知手段、及び電圧検知
手段の動作により通電されて発熱する発熱体を有し、か
つその発熱体が低融点金属体に近接して配されているこ
とを特徴とする。
【０００９】本発明は、上述の保護回路を組むために有
用な素子として、基板上に、ＰＴＣ素子と低融点金属体
とが直列に配され、かつそのＰＴＣ素子に近接して、も
しくは低融点金属体に近接して、又はＰＴＣ素子及び低
融点金属体の各々に近接して発熱体が設けられているこ
とを特徴とする保護素子を提供する。
用な素子として、基板上に、ＰＴＣ素子と低融点金属体
とが直列に配され、かつそのＰＴＣ素子に近接して、も
しくは低融点金属体に近接して、又はＰＴＣ素子及び低
融点金属体の各々に近接して発熱体が設けられているこ
とを特徴とする保護素子を提供する。
【００１０】以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明
する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要
素を表している。
する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要
素を表している。
【００１１】図１（ａ）は、本発明の基本的な態様の保
護回路図である。同図に示したように、この回路ではＰ
ＴＣ素子１と低融点金属体２とが直列に接続されおり、
その接続点にさらに発熱体３の一端子が接続されてい
る。ここで、発熱体３は、この発熱体３が発熱した場合
にその熱が十分に低融点金属体２に伝達し、低融点金属
体２を溶断することが可能なように、低融点金属体２に
近接して配されているものとする。このように発熱体３
と低融点金属体２とを近接して配するためには、例え
ば、発熱体３上に絶縁層を形成し、その上に低融点金属
体２を積層すればよい。また、この回路にはツエナダイ
オードとトランジスタからなる電圧検知手段２０が設け
られている。
護回路図である。同図に示したように、この回路ではＰ
ＴＣ素子１と低融点金属体２とが直列に接続されおり、
その接続点にさらに発熱体３の一端子が接続されてい
る。ここで、発熱体３は、この発熱体３が発熱した場合
にその熱が十分に低融点金属体２に伝達し、低融点金属
体２を溶断することが可能なように、低融点金属体２に
近接して配されているものとする。このように発熱体３
と低融点金属体２とを近接して配するためには、例え
ば、発熱体３上に絶縁層を形成し、その上に低融点金属
体２を積層すればよい。また、この回路にはツエナダイ
オードとトランジスタからなる電圧検知手段２０が設け
られている。
【００１２】このような回路の端子Ａ1 、Ａ2 には、例
えばリチウムイオン電池等の被保護装置の電極端子が接
続され、端子Ｂ1 、Ｂ2 には、被保護装置に接続して使
用される充電器等の装置の電極端子が接続される。この
回路構成によれば、リチウムイオンの電池の充電が進行
し、電圧検知手段２０のツエナダイオードに所定の降伏
電圧以上の逆電圧が印加されるようになると急激にベー
ス電流ｉb が流れ、それにより大きなコレクタ電流ｉc
が発熱体３に通電され、発熱体３が発熱する。したがっ
て、発熱体３に近接した位置にある低融点金属体２が溶
断し、端子Ａ1、Ａ2 に接続されたリチウムイオン電池
等の被保護装置における過充電の進行が阻止される。
えばリチウムイオン電池等の被保護装置の電極端子が接
続され、端子Ｂ1 、Ｂ2 には、被保護装置に接続して使
用される充電器等の装置の電極端子が接続される。この
回路構成によれば、リチウムイオンの電池の充電が進行
し、電圧検知手段２０のツエナダイオードに所定の降伏
電圧以上の逆電圧が印加されるようになると急激にベー
ス電流ｉb が流れ、それにより大きなコレクタ電流ｉc
が発熱体３に通電され、発熱体３が発熱する。したがっ
て、発熱体３に近接した位置にある低融点金属体２が溶
断し、端子Ａ1、Ａ2 に接続されたリチウムイオン電池
等の被保護装置における過充電の進行が阻止される。
【００１３】一方、短絡等によりこの回路の端子Ａ1-Ｂ
1 間に規定値以上の過電流が流れた場合には、まず、Ｐ
ＴＣ素子１が本来の過電流に対する保護素子として機能
する。即ち、過電流によりＰＴＣ素子１の抵抗値が高ま
り、電流を抑制する。このＰＴＣ素子の作用の後、電流
が正常に戻った場合には、この保護回路はそれまで通り
使用することができる。しかし、このＰＴＣ素子１の電
流抑制作用では不十分であり、端子Ａ1-Ｂ1 間になお過
電流が流れる場合には、低融点金属体２がそれ本来の過
電流に対する保護素子として作用し、溶断して電流を遮
断する。
1 間に規定値以上の過電流が流れた場合には、まず、Ｐ
ＴＣ素子１が本来の過電流に対する保護素子として機能
する。即ち、過電流によりＰＴＣ素子１の抵抗値が高ま
り、電流を抑制する。このＰＴＣ素子の作用の後、電流
が正常に戻った場合には、この保護回路はそれまで通り
使用することができる。しかし、このＰＴＣ素子１の電
流抑制作用では不十分であり、端子Ａ1-Ｂ1 間になお過
電流が流れる場合には、低融点金属体２がそれ本来の過
電流に対する保護素子として作用し、溶断して電流を遮
断する。
【００１４】したがって、この回路によれば、過電流の
抑制を、まずは、再使用することのできるＰＴＣ素子１
の作用により行い、それでも過電流を防止できない場合
に低融点金属体２の作用によるので、回路の再使用を可
能な限り確保しつつかつ過電流を確実に防止することが
可能となる。
抑制を、まずは、再使用することのできるＰＴＣ素子１
の作用により行い、それでも過電流を防止できない場合
に低融点金属体２の作用によるので、回路の再使用を可
能な限り確保しつつかつ過電流を確実に防止することが
可能となる。
【００１５】なお、このようにＰＴＣ素子１と低融点金
属体２との過電流時の作用を時期的に異ならせるための
格別の要件はない。任意のＰＴＣ素子１と低融点金属体
２を直列に接続することによりこのような作用を得るこ
とができる。したがって、ＰＴＣ素子１と低融点金属体
２とは、抑制すべき電流値に応じて適宜選択することが
できる。
属体２との過電流時の作用を時期的に異ならせるための
格別の要件はない。任意のＰＴＣ素子１と低融点金属体
２を直列に接続することによりこのような作用を得るこ
とができる。したがって、ＰＴＣ素子１と低融点金属体
２とは、抑制すべき電流値に応じて適宜選択することが
できる。
【００１６】例えば、ＰＴＣ素子１としては、高密度ポ
リエチレン、エチレンアクリレートコポリマー、ポリカ
プロラクトン等の結晶性高分子に、導電性粒子として、
カーボンブラック、金属粉、金属被覆粒子等を分散させ
たものを使用することができる。また、チタン酸バリウ
ムを主成分とする無機系組成物から形成したものも使用
することができる。
リエチレン、エチレンアクリレートコポリマー、ポリカ
プロラクトン等の結晶性高分子に、導電性粒子として、
カーボンブラック、金属粉、金属被覆粒子等を分散させ
たものを使用することができる。また、チタン酸バリウ
ムを主成分とする無機系組成物から形成したものも使用
することができる。
【００１７】低融点金属体２は、従来よりヒューズ材料
に使用されている種々の低融点金属から構成することが
でき、例えば表１の合金から構成することができる。
に使用されている種々の低融点金属から構成することが
でき、例えば表１の合金から構成することができる。
【００１８】
【表１】 合金組成
液相点（℃）
Ｂｉ：Ｓｎ：Ｐｂ＝52.5：32.0：15.5 ９５
Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｎ＝55.5：44.0： 1.0 １２０
Ｐｂ：Ｂｉ：Ｓｎ＝43.0：28.5：28.5 １３７
Ｂｉ：Ｐｂ＝ 55.5：44.5 １２４
Ｂｉ：Ｓｎ＝ 58.0：42.0 １３８
Ｓｎ：Ｐｂ＝ 63.0：37.0 １８３
Ｓｎ：Ａｇ＝ 97.5： 2.5 ２２６
Ｓｎ：Ａｇ＝ 96.5： 3.5 ２２１
Ｐｂ：Ｉｎ＝ 81.0：19.0 ２８０
Ｚｎ：Ａｌ＝ 95.0： 5.0 ２８２
Ｉｎ：Ｓｎ＝ 52.0：48.0 １１８
Ｐｂ：Ａｇ：Ｓｎ＝97.5： 1.5： 1.0 ３０９
【００１９】また、発熱体３としては、有機系材料から
なるものも無機系材料からなるものも使用することがで
きるが、安全性の点から無機系材料を使用することが好
ましい。即ち、発熱体３を無機系材料から形成すること
により、発熱体自体の抵抗値に対する熱の影響を大きく
抑制することができる。したがって、発熱体３に長時間
通電が行われ、発熱体３が発熱を持続する場合でも、発
熱状態を安定させ、暴走を防止することができる。この
ような無機系材料としては、例えば、酸化ルテニウム、
カーボンブラック等の導電材料と水ガラス等の無機系バ
インダからなるものをあげることができる。
なるものも無機系材料からなるものも使用することがで
きるが、安全性の点から無機系材料を使用することが好
ましい。即ち、発熱体３を無機系材料から形成すること
により、発熱体自体の抵抗値に対する熱の影響を大きく
抑制することができる。したがって、発熱体３に長時間
通電が行われ、発熱体３が発熱を持続する場合でも、発
熱状態を安定させ、暴走を防止することができる。この
ような無機系材料としては、例えば、酸化ルテニウム、
カーボンブラック等の導電材料と水ガラス等の無機系バ
インダからなるものをあげることができる。
【００２０】本発明の保護回路は、上記図１（ａ）に示
した回路の他に種々の態様をとることができる。例え
ば、図１（ｂ）に示したように、発熱体を低融点金属体
２に近接して設けるだけでなく（発熱体３ａ）、ＰＴＣ
素子１に近接して設けてもよい（発熱体３ｂ）。これに
より、過電圧時にＰＴＣ素子１が加熱されることとなる
ため、過電圧時にもまずＰＴＣ素子１を作用させ、次い
で低融点金属体２を作用させることができるので、回路
の再使用を可能な限り確保しつつ過電圧を確実に防止す
ることが可能となる。
した回路の他に種々の態様をとることができる。例え
ば、図１（ｂ）に示したように、発熱体を低融点金属体
２に近接して設けるだけでなく（発熱体３ａ）、ＰＴＣ
素子１に近接して設けてもよい（発熱体３ｂ）。これに
より、過電圧時にＰＴＣ素子１が加熱されることとなる
ため、過電圧時にもまずＰＴＣ素子１を作用させ、次い
で低融点金属体２を作用させることができるので、回路
の再使用を可能な限り確保しつつ過電圧を確実に防止す
ることが可能となる。
【００２１】また図１（ｃ）に示したように、各２個ず
つＰＴＣ素子１ａ、１ｂ及び低融点金属体２ａ、２ｂを
設け、それらに近接させて発熱体３ａ、３ｂを設けても
よい。上記図１（ａ）及び図１（ｂ）に示した態様の場
合には、過電圧時に低融点金属体２が溶断した後も発熱
体３、３ａ、３ｂに通電が持続することが考えられる
が、図１（ｃ）の態様によれば、低融点金属体２ａ、２
ｂが溶断した後は発熱体３ａ、３ｂへの通電が遮断され
るので、回路の安全性をより高めることが可能となる。
つＰＴＣ素子１ａ、１ｂ及び低融点金属体２ａ、２ｂを
設け、それらに近接させて発熱体３ａ、３ｂを設けても
よい。上記図１（ａ）及び図１（ｂ）に示した態様の場
合には、過電圧時に低融点金属体２が溶断した後も発熱
体３、３ａ、３ｂに通電が持続することが考えられる
が、図１（ｃ）の態様によれば、低融点金属体２ａ、２
ｂが溶断した後は発熱体３ａ、３ｂへの通電が遮断され
るので、回路の安全性をより高めることが可能となる。
【００２２】この他、図１（ａ）の回路を図２（ｄ）〜
図２（ｇ）のように変形することもできる。これらの中
でも、図１（ｃ）の態様が好ましい。
図２（ｇ）のように変形することもできる。これらの中
でも、図１（ｃ）の態様が好ましい。
【００２３】さらに、図３（ａ）に示したように、直列
に配列させた２つのＰＴＣ素子１ａ、１ｂ、及びその一
端ａが所定電圧以上となることにより動作する電圧検知
手段２０ｂ、並びにその電圧検知手段２０ｂの動作によ
り通電されて発熱する発熱体３ｂ-i、３ｂ-ii と、直列
に配設させた２つの低融点金属体２ａ、２ｂ、及びその
一端ｄが所定電圧以上となることにより動作する電圧検
知手段２０ａ、並びにその電圧検知手段２０ａの動作に
より通電されて発熱する発熱体３ａ-i、３ａ-ii とを別
個に設けてもよい。これにより２つの電圧検知手段２０
ａ、２０ｂの動作電圧を異ならせ、ＰＴＣ素子１ａ、１
ｂ側の電圧検知手段２０ｂが、低融点金属２ａ、２ｂ側
の電圧検知手段２０ａに対して低い電圧で動作するよう
に設定できるので、過電圧時にまずＰＴＣ素子１ａ、１
ｂを作用させ、次いでＰＴＣ素子１ａ、１ｂの作用で過
電圧を抑制できなかった場合に、低融点金属体２ａ、２
ｂを作用させるという作用の時間的ずれを確実に得るこ
とが可能となる。
に配列させた２つのＰＴＣ素子１ａ、１ｂ、及びその一
端ａが所定電圧以上となることにより動作する電圧検知
手段２０ｂ、並びにその電圧検知手段２０ｂの動作によ
り通電されて発熱する発熱体３ｂ-i、３ｂ-ii と、直列
に配設させた２つの低融点金属体２ａ、２ｂ、及びその
一端ｄが所定電圧以上となることにより動作する電圧検
知手段２０ａ、並びにその電圧検知手段２０ａの動作に
より通電されて発熱する発熱体３ａ-i、３ａ-ii とを別
個に設けてもよい。これにより２つの電圧検知手段２０
ａ、２０ｂの動作電圧を異ならせ、ＰＴＣ素子１ａ、１
ｂ側の電圧検知手段２０ｂが、低融点金属２ａ、２ｂ側
の電圧検知手段２０ａに対して低い電圧で動作するよう
に設定できるので、過電圧時にまずＰＴＣ素子１ａ、１
ｂを作用させ、次いでＰＴＣ素子１ａ、１ｂの作用で過
電圧を抑制できなかった場合に、低融点金属体２ａ、２
ｂを作用させるという作用の時間的ずれを確実に得るこ
とが可能となる。
【００２４】また、図３（ａ）に示した態様は、必要に
応じて、例えば図３（ｂ）に示したように簡略化するこ
ともできるる。
応じて、例えば図３（ｂ）に示したように簡略化するこ
ともできるる。
【００２５】以上のような本発明の保護回路において、
図１（ａ）〜図２（ｇ）に示した態様は、基板上に、Ｐ
ＴＣ素子と低融点金属体とを直列に配し、かつそのＰＴ
Ｃ素子又は低融点金属体に近接して発熱体を設けた保護
素子を使用することにより容易に形成することができ
る。
図１（ａ）〜図２（ｇ）に示した態様は、基板上に、Ｐ
ＴＣ素子と低融点金属体とを直列に配し、かつそのＰＴ
Ｃ素子又は低融点金属体に近接して発熱体を設けた保護
素子を使用することにより容易に形成することができ
る。
【００２６】図４は、このような保護素子の一例であっ
て、図１（ａ）に示した回路において好適に使用するこ
とができる保護素子３０の平面図（同図（ａ））及び断
面図（同図（ｂ））である。同図に示したように、この
保護素子３０は、基板４上に、ＰＴＣ用電極６ａを介し
てＰＴＣ素子１を積層したものと、発熱体３、絶縁層５
及び中間電極６ｂを順次積層したものと、低融点金属体
用電極６ｃとを有し、このＰＴＣ素子１、中間電極６ｂ
及び低融点金属体用電極６ｃとが低融点金属体としての
低融点金属箔２で接続されたものとなっている。また、
発熱体３は、発熱体用端子電極６ｄ、６ｅに接続し、発
熱体用端子電極６ｄと中間電極６ｂとが接続している。
そしてこれらが保護キャップ７で覆われたものとなって
いる。
て、図１（ａ）に示した回路において好適に使用するこ
とができる保護素子３０の平面図（同図（ａ））及び断
面図（同図（ｂ））である。同図に示したように、この
保護素子３０は、基板４上に、ＰＴＣ用電極６ａを介し
てＰＴＣ素子１を積層したものと、発熱体３、絶縁層５
及び中間電極６ｂを順次積層したものと、低融点金属体
用電極６ｃとを有し、このＰＴＣ素子１、中間電極６ｂ
及び低融点金属体用電極６ｃとが低融点金属体としての
低融点金属箔２で接続されたものとなっている。また、
発熱体３は、発熱体用端子電極６ｄ、６ｅに接続し、発
熱体用端子電極６ｄと中間電極６ｂとが接続している。
そしてこれらが保護キャップ７で覆われたものとなって
いる。
【００２７】ここで、基板４は、プラスチックフィル
ム、ガラスエポキシ基板、セラミック基板、金属基板、
ポリエステル基板、フェノール基板等の種々の基材材料
から構成することができるが、特にセラミック基板、金
属等の無機系基板を使用することが好ましい。基板４と
して無機系基板を使用することにより、この基板４上に
無機系材料からなる発熱体３を形成する場合に、後述す
るように無機系抵抗ペーストを基板に塗布し焼成するこ
とにより容易に発熱体を形成することが可能となる。さ
らに、基板自体を不燃性にできるので、保護素子の使用
上の安全性を高めることが可能となる。
ム、ガラスエポキシ基板、セラミック基板、金属基板、
ポリエステル基板、フェノール基板等の種々の基材材料
から構成することができるが、特にセラミック基板、金
属等の無機系基板を使用することが好ましい。基板４と
して無機系基板を使用することにより、この基板４上に
無機系材料からなる発熱体３を形成する場合に、後述す
るように無機系抵抗ペーストを基板に塗布し焼成するこ
とにより容易に発熱体を形成することが可能となる。さ
らに、基板自体を不燃性にできるので、保護素子の使用
上の安全性を高めることが可能となる。
【００２８】基板４の厚さとしては、特に制限はない
が、保護素子の小型化の点から、通常０．１〜１．０ｍ
ｍ程度とすることが好ましい。
が、保護素子の小型化の点から、通常０．１〜１．０ｍ
ｍ程度とすることが好ましい。
【００２９】発熱体３は、前述のように無機系材料から
形成することが好ましく、その場合の形成方法として
は、市販の無機系抵抗ペーストを使用することができ
る。なお、無機系材料からなる発熱体３は、基板上に無
機系抵抗ペーストを塗布し、焼成することにより容易に
形成できるが、抵抗ペースト中に有機系成分が含まれて
いてもその有機系成分は焼成過程で分解除去されるの
で、基板に塗布する抵抗ペースト中には有機系成分が含
まれていてもよい。
形成することが好ましく、その場合の形成方法として
は、市販の無機系抵抗ペーストを使用することができ
る。なお、無機系材料からなる発熱体３は、基板上に無
機系抵抗ペーストを塗布し、焼成することにより容易に
形成できるが、抵抗ペースト中に有機系成分が含まれて
いてもその有機系成分は焼成過程で分解除去されるの
で、基板に塗布する抵抗ペースト中には有機系成分が含
まれていてもよい。
【００３０】絶縁層５は、発熱体３と低融点金属箔２と
を絶縁する層である。この絶縁層５の形成材料には特に
制限はなく、例えば、エポキシ系、アクリル系、ポリエ
ステル系等の種々の有機系樹脂あるいはＳｉＯ2を主成
分とする無機系材料を使用することができる。また、絶
縁層５に有機系樹脂を用いる場合には、熱伝導性の高い
無機系粉末を分散させてもよい。これにより、発熱体３
の発熱時の熱を効率的に低融点金属箔２に伝導させるこ
とが可能となる。このうような無機系粉末としては、例
えば、ボロンナイトライド（熱伝導率０．１８ｃａｌ／
ｃｍ・ｓｅｃ・℃）、アルミナ（熱伝導率０．０８ｃａ
ｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）等を使用することができる。
を絶縁する層である。この絶縁層５の形成材料には特に
制限はなく、例えば、エポキシ系、アクリル系、ポリエ
ステル系等の種々の有機系樹脂あるいはＳｉＯ2を主成
分とする無機系材料を使用することができる。また、絶
縁層５に有機系樹脂を用いる場合には、熱伝導性の高い
無機系粉末を分散させてもよい。これにより、発熱体３
の発熱時の熱を効率的に低融点金属箔２に伝導させるこ
とが可能となる。このうような無機系粉末としては、例
えば、ボロンナイトライド（熱伝導率０．１８ｃａｌ／
ｃｍ・ｓｅｃ・℃）、アルミナ（熱伝導率０．０８ｃａ
ｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）等を使用することができる。
【００３１】電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅは、一
般に基板上に形成される電極端子と同様に形成すること
ができる。例えば、銅箔をパターニングしたもの、銅パ
ターン上に順次ニッケルメッキ、金メッキを施したも
の、あるいは銅パターン上に半田メッキを施したもの、
あるいは導電ペーストを印刷したもの等から形成するこ
とができる。
般に基板上に形成される電極端子と同様に形成すること
ができる。例えば、銅箔をパターニングしたもの、銅パ
ターン上に順次ニッケルメッキ、金メッキを施したも
の、あるいは銅パターン上に半田メッキを施したもの、
あるいは導電ペーストを印刷したもの等から形成するこ
とができる。
【００３２】ＰＴＣ素子１は、前述のように高分子に導
電性微粒子を分散させた塗料をフィルム状に成形したも
のを使用することができる。その他、チタン酸バリウム
を主成分とする無機系のＰＴＣ素子も使用することがで
きる。
電性微粒子を分散させた塗料をフィルム状に成形したも
のを使用することができる。その他、チタン酸バリウム
を主成分とする無機系のＰＴＣ素子も使用することがで
きる。
【００３３】低融点金属箔２は、前述のような低融点金
属体の金属箔を使用することができる。この場合、金属
箔の厚さは、特性上及び製造上の点から、通常１０〜５
００μｍ程度とすることが好ましい。
属体の金属箔を使用することができる。この場合、金属
箔の厚さは、特性上及び製造上の点から、通常１０〜５
００μｍ程度とすることが好ましい。
【００３４】保護キャップ７は、基板４上のＰＴＣ素子
１や低融点金属箔２を外部から保護すると共に、保護素
子の低融点金属箔２が溶融した場合の溶融物の漏出を防
止するために設けている。この保護キャップ７として
は、例えば、４，６−ナイロンあるいは液晶ポリマー等
の耐熱性、難燃性材料からなるキャップを使用すること
ができる。また、保護キャップ７に代えて、エポキシ
系、フェノール系等の耐熱性高分子などからなる外部ケ
ースや樹脂封止を設けることができる。
１や低融点金属箔２を外部から保護すると共に、保護素
子の低融点金属箔２が溶融した場合の溶融物の漏出を防
止するために設けている。この保護キャップ７として
は、例えば、４，６−ナイロンあるいは液晶ポリマー等
の耐熱性、難燃性材料からなるキャップを使用すること
ができる。また、保護キャップ７に代えて、エポキシ
系、フェノール系等の耐熱性高分子などからなる外部ケ
ースや樹脂封止を設けることができる。
【００３５】このような保護素子３０の製造方法として
は、例えば、無機系基板４上に常法により電極６ａ、６
ｃ、６ｄ、６ｅを形成し、次で無機系ペーストをスクリ
ーン印刷等により塗布し、焼成することにより発熱体３
を形成し、その発熱体３の表面に絶縁性樹脂を印刷等に
より塗布して硬化させることにより絶縁層５を形成し、
さらにその上に常法により電極６ｂを形成する。また、
電極６ａ上にＰＴＣ素子１を圧着し、このＰＴＣ素子、
絶縁層５及び電極６ｃにかかるように低融点金属箔２を
載置して半田ペースト等で接続することにより得ること
ができる。
は、例えば、無機系基板４上に常法により電極６ａ、６
ｃ、６ｄ、６ｅを形成し、次で無機系ペーストをスクリ
ーン印刷等により塗布し、焼成することにより発熱体３
を形成し、その発熱体３の表面に絶縁性樹脂を印刷等に
より塗布して硬化させることにより絶縁層５を形成し、
さらにその上に常法により電極６ｂを形成する。また、
電極６ａ上にＰＴＣ素子１を圧着し、このＰＴＣ素子、
絶縁層５及び電極６ｃにかかるように低融点金属箔２を
載置して半田ペースト等で接続することにより得ること
ができる。
【００３６】保護素子３０は、図１（ａ）の保護回路の
形成に好適に使用することができる素子であるが、図１
（ｂ）〜図２（ｇ）の保護回路においても、それぞれに
好適な保護素子３１〜３６を、上述した保護素子３０に
準じて、ＰＴＣ素子、低融点金属体及び発熱体を基板上
に設けることにより構成することができる。
形成に好適に使用することができる素子であるが、図１
（ｂ）〜図２（ｇ）の保護回路においても、それぞれに
好適な保護素子３１〜３６を、上述した保護素子３０に
準じて、ＰＴＣ素子、低融点金属体及び発熱体を基板上
に設けることにより構成することができる。
【００３７】また、図３に示した保護回路の形成のた
め、同様に、一つの基板にＰＴＣ素子１ａ、１ｂ、低融
点金属体２ａ、２ｂ及び発熱体３ａ-i、３ａ-ii 、３ｂ
-i、３ｂ-ii を組み込んだ保護素子４０を形成してもよ
いが、この場合には、一つの基板上に低融点金属体２
ａ、２ｂと発熱体３ａ-i、３ａ-ii とを組み込んだ保護
素子５０を形成し、それとは別個の基板に別個にＰＴＣ
素子１ａ、１ｂと発熱体３ｂ-i、３ｂ-ii とを組み込ん
だ保護素子６０を形成し、それらを直列に接続してもよ
い。
め、同様に、一つの基板にＰＴＣ素子１ａ、１ｂ、低融
点金属体２ａ、２ｂ及び発熱体３ａ-i、３ａ-ii 、３ｂ
-i、３ｂ-ii を組み込んだ保護素子４０を形成してもよ
いが、この場合には、一つの基板上に低融点金属体２
ａ、２ｂと発熱体３ａ-i、３ａ-ii とを組み込んだ保護
素子５０を形成し、それとは別個の基板に別個にＰＴＣ
素子１ａ、１ｂと発熱体３ｂ-i、３ｂ-ii とを組み込ん
だ保護素子６０を形成し、それらを直列に接続してもよ
い。
【００３８】図５は、この場合の低融点金属体を組み込
んだ保護素子５０の平面図（同図（ａ））及び断面図
（同図（ｂ））であり、図６はＰＴＣ素子を組み込んだ
保護素子６０の平面図（同図（ａ））及び断面図（同図
（ｂ））である。これらも前述した保護素子３０に準じ
て形成することができる。
んだ保護素子５０の平面図（同図（ａ））及び断面図
（同図（ｂ））であり、図６はＰＴＣ素子を組み込んだ
保護素子６０の平面図（同図（ａ））及び断面図（同図
（ｂ））である。これらも前述した保護素子３０に準じ
て形成することができる。
【００３９】例えば、図５の保護素子５０は、基板４上
に電極６ｐ、６ｑ、６ｒ、及び発熱体３ａ-i、３ａ-ii
を所定パターンに形成し、その２つの発熱体３ａ-i、３
ａ-ii 上にそれぞれ絶縁層５を形成し、さらに絶縁層５
及び電極６ｐ、６ｒの上に低融点金属箔２を熱圧着し、
その上を内側封止部８及び外側封止部９で封止すること
により形成することができる。
に電極６ｐ、６ｑ、６ｒ、及び発熱体３ａ-i、３ａ-ii
を所定パターンに形成し、その２つの発熱体３ａ-i、３
ａ-ii 上にそれぞれ絶縁層５を形成し、さらに絶縁層５
及び電極６ｐ、６ｒの上に低融点金属箔２を熱圧着し、
その上を内側封止部８及び外側封止部９で封止すること
により形成することができる。
【００４０】なお、内側封止部８は、低融点金属箔２の
表面酸化を防止すると共に低融点金属箔２の表面に形成
された金属酸化膜を除去し、低融点金属箔２が所定温度
に加熱された場合の溶断が確実に生じるようにするため
に設けらている。また、内側封止部８は、低融点金属箔
２の溶断を阻害しないように、低融点金属箔２よりも低
融点又は低軟化点を有する材料から形成することが好ま
しい。そこで内側封止部８は、例えば、有機酸、無機酸
等の金属酸化膜の除去作用を有する封止材料から形成す
ることができる。なかでも、主成分としてアビエチン酸
を含有する非腐食性の固形フラックスが好ましい。これ
は、アビエチン酸は室温では固形で不活性であるが、約
１２０℃以上に加熱されると溶融し、活性状態となって
金属酸化物の除去作用を発揮するので、低融点金属体箔
２が所定温度に加熱された場合の溶断を確実化できるだ
けでなく、保護素子の保存安定性も向上させることがで
きるからである。また、固形フラックスを用いて内側封
止部８を形成する方法としては、クレーター防止の点か
ら、溶剤を使用することなく固形フラックスを加熱溶融
させ、その溶融物を低融点金属箔２上に塗布することが
好ましい。内側封止部８の厚さは、その封止材料の種類
等にもよるが、通常は低融点金属箔２の表面酸化の防止
の点、あるいは表面酸化膜の除去能の点から、約１０〜
１００μｍとすることが好ましい。
表面酸化を防止すると共に低融点金属箔２の表面に形成
された金属酸化膜を除去し、低融点金属箔２が所定温度
に加熱された場合の溶断が確実に生じるようにするため
に設けらている。また、内側封止部８は、低融点金属箔
２の溶断を阻害しないように、低融点金属箔２よりも低
融点又は低軟化点を有する材料から形成することが好ま
しい。そこで内側封止部８は、例えば、有機酸、無機酸
等の金属酸化膜の除去作用を有する封止材料から形成す
ることができる。なかでも、主成分としてアビエチン酸
を含有する非腐食性の固形フラックスが好ましい。これ
は、アビエチン酸は室温では固形で不活性であるが、約
１２０℃以上に加熱されると溶融し、活性状態となって
金属酸化物の除去作用を発揮するので、低融点金属体箔
２が所定温度に加熱された場合の溶断を確実化できるだ
けでなく、保護素子の保存安定性も向上させることがで
きるからである。また、固形フラックスを用いて内側封
止部８を形成する方法としては、クレーター防止の点か
ら、溶剤を使用することなく固形フラックスを加熱溶融
させ、その溶融物を低融点金属箔２上に塗布することが
好ましい。内側封止部８の厚さは、その封止材料の種類
等にもよるが、通常は低融点金属箔２の表面酸化の防止
の点、あるいは表面酸化膜の除去能の点から、約１０〜
１００μｍとすることが好ましい。
【００４１】また、外側封止部９は、前述の保護キャッ
プ７と同様に、外部から保護素子内部を保護すると共
に、保護素子から外部へ溶融物が流出することを防止す
るために設けられている。したがって、外側封止部９
は、低融点金属箔２よりも高融点又は高軟化点の材料か
ら形成することができ、例えばエポキシ系封止材、フェ
ノール系封止材等から形成することができる。
プ７と同様に、外部から保護素子内部を保護すると共
に、保護素子から外部へ溶融物が流出することを防止す
るために設けられている。したがって、外側封止部９
は、低融点金属箔２よりも高融点又は高軟化点の材料か
ら形成することができ、例えばエポキシ系封止材、フェ
ノール系封止材等から形成することができる。
【００４２】図６は、図３（ａ）の回路に好適に使用す
ることができる、ＰＴＣ素子を組み込んだ保護素子６０
の平面図（同図（ａ））及び断面図（同図（ｂ））であ
る。この保護素子６０も、基板４上に電極６ｘ、６ｙ、
６ｚ、及び発熱体３ｂ-i、３ｂ-ii を所定パターンに形
成し、その２つの発熱体３ｂ-i、３ｂ-ii 上に絶縁層５
を形成する。そして、電極６ｘ、６ｚ上にＰＴＣ素子１
ｂ、１ａを載置し、この２つのＰＴＣ素子１ｂ、１ａを
金属箔１０で接続し、保護キャップ７で覆うことにより
形成することができる。
ることができる、ＰＴＣ素子を組み込んだ保護素子６０
の平面図（同図（ａ））及び断面図（同図（ｂ））であ
る。この保護素子６０も、基板４上に電極６ｘ、６ｙ、
６ｚ、及び発熱体３ｂ-i、３ｂ-ii を所定パターンに形
成し、その２つの発熱体３ｂ-i、３ｂ-ii 上に絶縁層５
を形成する。そして、電極６ｘ、６ｚ上にＰＴＣ素子１
ｂ、１ａを載置し、この２つのＰＴＣ素子１ｂ、１ａを
金属箔１０で接続し、保護キャップ７で覆うことにより
形成することができる。
【００４３】
【作用】本発明の保護回路によれば、ＰＴＣ素子と低融
点金属体とを直列に接続しているので、過電流時にまず
ＰＴＣ素子を作用させ、次いで、ＰＴＣ素子の作用で不
十分な場合に低融点金属体を作用させることができる。
したがって、できる限り保護素子の再使用を可能としつ
つ、過電流を確実に防止することができる。
点金属体とを直列に接続しているので、過電流時にまず
ＰＴＣ素子を作用させ、次いで、ＰＴＣ素子の作用で不
十分な場合に低融点金属体を作用させることができる。
したがって、できる限り保護素子の再使用を可能としつ
つ、過電流を確実に防止することができる。
【００４４】また、本発明の保護回路によれば、ＰＴＣ
素子と低融点金属体に加えて、電圧検知手段と発熱体と
を使用しているので、過電圧時に発熱体を発熱させ、そ
れによりＰＴＣ素子には電流抑制機能を発揮させ、低融
点金属体には電流遮断機能を発揮させることが可能とな
る。したがって、過電圧時にもできる限り保護素子の再
使用を可能としつつ、安全性を確保することが可能とな
る。
素子と低融点金属体に加えて、電圧検知手段と発熱体と
を使用しているので、過電圧時に発熱体を発熱させ、そ
れによりＰＴＣ素子には電流抑制機能を発揮させ、低融
点金属体には電流遮断機能を発揮させることが可能とな
る。したがって、過電圧時にもできる限り保護素子の再
使用を可能としつつ、安全性を確保することが可能とな
る。
【００４５】また、本発明の保護素子は、基板上に、直
列に接続したＰＴＣ素子と低融点金属体、及びＰＴＣ素
子または低融点金属体に近接して配設した発熱体を有し
ているので、この保護素子により本発明の保護回路を容
易に形成することが可能となる。
列に接続したＰＴＣ素子と低融点金属体、及びＰＴＣ素
子または低融点金属体に近接して配設した発熱体を有し
ているので、この保護素子により本発明の保護回路を容
易に形成することが可能となる。
【００４６】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
明する。
【００４７】実施例１
図４（ａ）に示した構造の保護素子３０を次のようにし
て作製した。
て作製した。
【００４８】まず、基板４としてアルミナ系セラミック
板（厚さ０．５ｍｍ）を用意し、その上に銀ペースト
（ＱＳ１７４、デュポン社製）を用いて、ＰＴＣ用電極
６ａ、低融点金属体用電極６ｃ、発熱体用端子電極６
ｄ、６ｅを所定のパターンに形成した。次いで、酸化ル
テニウム系抵抗ペースト（ＤＰ１９００、デュポン社
製）を所定のパターンに塗布し、８７０℃で３０分間焼
成することにより発熱体３を形成した。次に、発熱体３
上にシリカ系絶縁ペースト（ＡＰ５３６４、デュポン社
製）を塗布し、５００℃で３０分間焼成することにより
絶縁層５を形成した。さらにその上に中間電極６ｂを前
記電極６ａ、６ｃと同様に形成した。次に、ＰＴＣ用電
極６ａ上にＰＴＣ素子１（２ｍｍ×２ｍｍ×厚さ２００
μｍ）を載置し、このＰＴＣ素子１と中間電極６ｂと低
融点金属体用電極６ｃとにかかるように低融点金属箔
（Ｓｎ：Ｓｂ＝９５：５、液相点２４０℃、１ｍｍ×６
ｍｍ×厚さ１００μｍ）２を半田ペーストにより接続し
た。
板（厚さ０．５ｍｍ）を用意し、その上に銀ペースト
（ＱＳ１７４、デュポン社製）を用いて、ＰＴＣ用電極
６ａ、低融点金属体用電極６ｃ、発熱体用端子電極６
ｄ、６ｅを所定のパターンに形成した。次いで、酸化ル
テニウム系抵抗ペースト（ＤＰ１９００、デュポン社
製）を所定のパターンに塗布し、８７０℃で３０分間焼
成することにより発熱体３を形成した。次に、発熱体３
上にシリカ系絶縁ペースト（ＡＰ５３６４、デュポン社
製）を塗布し、５００℃で３０分間焼成することにより
絶縁層５を形成した。さらにその上に中間電極６ｂを前
記電極６ａ、６ｃと同様に形成した。次に、ＰＴＣ用電
極６ａ上にＰＴＣ素子１（２ｍｍ×２ｍｍ×厚さ２００
μｍ）を載置し、このＰＴＣ素子１と中間電極６ｂと低
融点金属体用電極６ｃとにかかるように低融点金属箔
（Ｓｎ：Ｓｂ＝９５：５、液相点２４０℃、１ｍｍ×６
ｍｍ×厚さ１００μｍ）２を半田ペーストにより接続し
た。
【００４９】ここで、ＰＴＣ素子１としては、以下の配
合の各成分を、加圧ニーダを用いて１９０℃で混練し、
ホットプレス（１９０℃、５ｋｇｆ／ｃｍ2、１０秒
間）することにより厚さ３００μｍのフィルム状に成形
し、さらにＮｉ箔に挟んでホットプレス（１９０℃、５
ｋｇｆ／ｃｍ2、２０秒間）することにより厚さ２００
μｍのフィルム状に成形したものを用いた。
合の各成分を、加圧ニーダを用いて１９０℃で混練し、
ホットプレス（１９０℃、５ｋｇｆ／ｃｍ2、１０秒
間）することにより厚さ３００μｍのフィルム状に成形
し、さらにＮｉ箔に挟んでホットプレス（１９０℃、５
ｋｇｆ／ｃｍ2、２０秒間）することにより厚さ２００
μｍのフィルム状に成形したものを用いた。
【００５０】
［ＰＴＣ素子の配合］
高密度ポリエチレン ４４重量部
（Ｈｉ−Ｚｅｘ５０００Ｈ、三井石油化学（株）製）
エチレン−エチルアクリレートコポリマー ２２重量部
（ＮＵＣ６１７０、日本ユニカー（株）製）
導電性粒子：微小球体状炭素に銀メッキを施したもの ３４重量部
（ＭＳＢ−１０Ａ、日本カーボン（株）製）
基板４にＰＴＣ素子１及び低融点金属箔２を搭載後、こ
れらを保護するために、液晶ポリマー（日本石油化学
（株）製）をキャップ状にカットし、基板４に嵌め込
み、保護素子３０を得た。
れらを保護するために、液晶ポリマー（日本石油化学
（株）製）をキャップ状にカットし、基板４に嵌め込
み、保護素子３０を得た。
【００５１】比較例１
ＰＴＣ素子１を設けず、低融点金属箔２とＰＴＣ用電極
６ａとを直接接続した以外は実施例１を繰り返し、ＰＴ
Ｃ素子のない比較例の保護素子を作製した。
６ａとを直接接続した以外は実施例１を繰り返し、ＰＴ
Ｃ素子のない比較例の保護素子を作製した。
【００５２】評価
上記で得た実施例１及び比較例１の保護素子について、
以下の (a)〜(f) の試験を行った。この結果を表２に示
す。
以下の (a)〜(f) の試験を行った。この結果を表２に示
す。
【００５３】(a) ＰＴＣ素子−低融点金属箔抵抗：図４
のＰＴＣ用電極６ａ−低融点金属体用電極６ｃ間の抵抗
をデジタルマルチメータ（Ｒ６８７１Ｅ、アドバンテス
ト社製）を用いて測定した。
のＰＴＣ用電極６ａ−低融点金属体用電極６ｃ間の抵抗
をデジタルマルチメータ（Ｒ６８７１Ｅ、アドバンテス
ト社製）を用いて測定した。
【００５４】(b) 発熱体抵抗：発熱体用端子電極６ｄ、
６ｅ間の抵抗を上記(a) と同様にして測定した。
６ｅ間の抵抗を上記(a) と同様にして測定した。
【００５５】(c) 低融点金属体溶断及びＰＴＣ素子のト
リップ熱量：図４のＰＴＣ用電極６ａ、低融点金属体用
電極６ｃからリード線を引き出し、これを発熱体３と直
流電源（６０３３Ａ、ＹＨＰ社製）に接続し、低融点金
属箔２が溶断したとき及びＰＴＣ素子１がトリップした
ときの熱量をＩ2Ｒにより算出した。
リップ熱量：図４のＰＴＣ用電極６ａ、低融点金属体用
電極６ｃからリード線を引き出し、これを発熱体３と直
流電源（６０３３Ａ、ＹＨＰ社製）に接続し、低融点金
属箔２が溶断したとき及びＰＴＣ素子１がトリップした
ときの熱量をＩ2Ｒにより算出した。
【００５６】(d) トリップ時間：実施例１の保護素子に
ついて、図４のＰＴＣ用電極６ａ及び中間電極６ｂから
リード線を引き出し、これを直流電源（６０３３Ａ、Ｙ
ＨＰ社製）に接続して２０Ａ通電し、このときの電流変
化をデジタルオシロスコープ（ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣ
ＫＥＲＤ社製）で観察した。そして、電流値が急激に低
下した時間を求めた。
ついて、図４のＰＴＣ用電極６ａ及び中間電極６ｂから
リード線を引き出し、これを直流電源（６０３３Ａ、Ｙ
ＨＰ社製）に接続して２０Ａ通電し、このときの電流変
化をデジタルオシロスコープ（ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣ
ＫＥＲＤ社製）で観察した。そして、電流値が急激に低
下した時間を求めた。
【００５７】(e) トリップ電流：実施例１の保護素子に
ついて、図４のＰＴＣ用電極６ａ及び中間電極６ｂから
リード線を引き出し、これを直流電源（６０３３Ａ、Ｙ
ＨＰ社製）に接続して０．１Ａ／ｓｅｃの速度で電流を
増加させ、電流値が激減したときの値を読み取った。
ついて、図４のＰＴＣ用電極６ａ及び中間電極６ｂから
リード線を引き出し、これを直流電源（６０３３Ａ、Ｙ
ＨＰ社製）に接続して０．１Ａ／ｓｅｃの速度で電流を
増加させ、電流値が激減したときの値を読み取った。
【００５８】(f) 低融点金属体溶断時間：電極６ｄ及び
電極６ｅの間に５Ｖの電圧を印加して発熱体３を発熱さ
せ、低融点金属箔２が溶断して通電が止まるまでの時間
をストップウォッチを用いて測定した。
電極６ｅの間に５Ｖの電圧を印加して発熱体３を発熱さ
せ、低融点金属箔２が溶断して通電が止まるまでの時間
をストップウォッチを用いて測定した。
【００５９】
【表２】
実施例１ 比較例１
(a) ＰＴＣ素子−低融点金属箔抵抗： ５０ｍΩ ２０ｍΩ
(b) 発熱体抵抗： １１Ω １１Ω
(c) 低融点金属体溶断及び
ＰＴＣ素子のトリップ熱量： ２Ｗ ２．２Ｗ
(d) トリップ時間： ２ｍsec −
(e) トリップ電流： ６Ａ −
(f) 低融点金属体溶断時間： ５sec ５sec
【００６０】表２の結果から、実施例１の保護素子は、
ＰＴＣ素子１に６Ａ以上の電流が流れると、低融点金属
箔２が溶断する前にＰＴＣ素子１がトリップし、電流を
抑制するので、低融点金属箔２の溶断を抑制できること
がわかる。
ＰＴＣ素子１に６Ａ以上の電流が流れると、低融点金属
箔２が溶断する前にＰＴＣ素子１がトリップし、電流を
抑制するので、低融点金属箔２の溶断を抑制できること
がわかる。
【００６１】また、発熱体３に通電することにより低融
点金属箔２が溶断することが確認できたので、図１に示
したように、この実施例の保護素子３０と電圧検知手段
２０とを回路に組むことにより、この保護素子３０は過
電圧防止用の保護素子としても有用なことがわかる。
点金属箔２が溶断することが確認できたので、図１に示
したように、この実施例の保護素子３０と電圧検知手段
２０とを回路に組むことにより、この保護素子３０は過
電圧防止用の保護素子としても有用なことがわかる。
【００６２】実施例２
図６に示した構造の保護素子６０を次のようにして作製
した。
した。
【００６３】まず、基板４としてアルミナ系セラミック
板（厚さ０．５ｍｍ）を用意し、その上に銀ペースト
（ＱＳ１７４、デュポン社製）を用いて発熱体用端子電
極６ｄ、６ｅ、ＰＴＣ電極６ｘ、６ｚ、中間電極６ｙを
所定のパターンに形成した。次いで、酸化ルテニウム系
抵抗ペースト（ＤＰ１９００、デュポン社製）を所定の
パターンに塗布し、８７０℃で３０分間焼成することに
より発熱体３ｂ-ii 、３ｂ-iを形成した。次に、発熱体
３ｂ-ii 、３ｂ-i上にシリカ系絶縁ペースト（ＡＰ５３
４６、デュポン社製）を塗布し、５００℃で３０分間焼
成することにより絶縁層５を形成した。一方、ＰＴＣ用
電極６ｘ、６ｚ上に実施例１と同様のＰＴＣ素子（２ｍ
ｍ×２ｍｍ×厚さ２００μｍ）１ａ、１ｂを載置し、こ
れらＰＴＣ素子１ａ、１ｂと中間電極６ｙにかかるよう
に低融点金属箔（Ｓｎ：Ｓｂ＝９５：５、液相点２４０
℃、１ｍｍ×６ｍｍ×厚さ１００μｍ）２を半田ペース
トにより接続した。
板（厚さ０．５ｍｍ）を用意し、その上に銀ペースト
（ＱＳ１７４、デュポン社製）を用いて発熱体用端子電
極６ｄ、６ｅ、ＰＴＣ電極６ｘ、６ｚ、中間電極６ｙを
所定のパターンに形成した。次いで、酸化ルテニウム系
抵抗ペースト（ＤＰ１９００、デュポン社製）を所定の
パターンに塗布し、８７０℃で３０分間焼成することに
より発熱体３ｂ-ii 、３ｂ-iを形成した。次に、発熱体
３ｂ-ii 、３ｂ-i上にシリカ系絶縁ペースト（ＡＰ５３
４６、デュポン社製）を塗布し、５００℃で３０分間焼
成することにより絶縁層５を形成した。一方、ＰＴＣ用
電極６ｘ、６ｚ上に実施例１と同様のＰＴＣ素子（２ｍ
ｍ×２ｍｍ×厚さ２００μｍ）１ａ、１ｂを載置し、こ
れらＰＴＣ素子１ａ、１ｂと中間電極６ｙにかかるよう
に低融点金属箔（Ｓｎ：Ｓｂ＝９５：５、液相点２４０
℃、１ｍｍ×６ｍｍ×厚さ１００μｍ）２を半田ペース
トにより接続した。
【００６４】また、図５に示した構造の保護素子５０を
次のようにして作製した。
次のようにして作製した。
【００６５】まず、基板４としてアルミナ系セラミック
板（厚さ０．５ｍｍ）を用意し、その上に銀ペースト
（ＱＳ１７４、デュポン社製）を用いて、低融点金属体
用電極６ｐ、６ｒ、中間電極６ｑ、発熱体用端子電極６
ｄ、６ｅを所定のパターンに形成した。次いで、酸化ル
テニウム系抵抗ペースト（ＤＰ１９００、デュポン社
製）を所定のパターンに塗布し、８７０℃で３０分間焼
成することにより発熱体３ａ-ii 、３ａ-iを形成した。
次に、発熱体３ａ-ii 、３ａ-i上にシリカ系絶縁ペース
ト（ＡＰ５３６４、デュポン社製）を塗布し、５００℃
で３０分間焼成することにより絶縁層５を形成した。低
融点金属体用電極６ｐ、６ｒ及び中間電極６ｑ上に、実
施例１と同様の低融点金属箔２（１ｍｍ×５ｍｍ×厚さ
１００μｍ）を熱プレス（１４５℃、５ｋｇｆ／ｃ
ｍ2、５秒間）により接続した。なお、この熱プレス時
には、低融点金属箔２とプレスヘッドとの間に厚さ２５
μｍのポリイミドフィルムを介在させた。さらに、内側
封止部８を有機酸により形成し、外側封止部９を液晶ポ
リマーにより形成して保護素子５０を得た。
板（厚さ０．５ｍｍ）を用意し、その上に銀ペースト
（ＱＳ１７４、デュポン社製）を用いて、低融点金属体
用電極６ｐ、６ｒ、中間電極６ｑ、発熱体用端子電極６
ｄ、６ｅを所定のパターンに形成した。次いで、酸化ル
テニウム系抵抗ペースト（ＤＰ１９００、デュポン社
製）を所定のパターンに塗布し、８７０℃で３０分間焼
成することにより発熱体３ａ-ii 、３ａ-iを形成した。
次に、発熱体３ａ-ii 、３ａ-i上にシリカ系絶縁ペース
ト（ＡＰ５３６４、デュポン社製）を塗布し、５００℃
で３０分間焼成することにより絶縁層５を形成した。低
融点金属体用電極６ｐ、６ｒ及び中間電極６ｑ上に、実
施例１と同様の低融点金属箔２（１ｍｍ×５ｍｍ×厚さ
１００μｍ）を熱プレス（１４５℃、５ｋｇｆ／ｃ
ｍ2、５秒間）により接続した。なお、この熱プレス時
には、低融点金属箔２とプレスヘッドとの間に厚さ２５
μｍのポリイミドフィルムを介在させた。さらに、内側
封止部８を有機酸により形成し、外側封止部９を液晶ポ
リマーにより形成して保護素子５０を得た。
【００６６】得られた保護素子５０の低融点金属体用電
極６ｒと保護素子６０のＰＴＣ用電極６ｘとをリード線
でつなぐことにより双方の保護素子５０、６０を直列に
接続し、通電した。この場合、電流値を表３のように変
化させ、保護素子６０のＰＴＣ素子のトリップの有無
と、保護素子５０の低融点金属箔２の溶断の有無を観察
した。この結果を表３に示す。
極６ｒと保護素子６０のＰＴＣ用電極６ｘとをリード線
でつなぐことにより双方の保護素子５０、６０を直列に
接続し、通電した。この場合、電流値を表３のように変
化させ、保護素子６０のＰＴＣ素子のトリップの有無
と、保護素子５０の低融点金属箔２の溶断の有無を観察
した。この結果を表３に示す。
【００６７】
【表３】 電流値
ＰＴＣ素子のトリップ 低融点金属箔の溶断
２Ａ なし なし
４Ａ なし なし
６Ａ あり なし
８Ａ あり なし
【００６８】表３の結果から、これらの保護素子を直列
に通電した場合に、６Ａ以上通電すると、低融点金属箔
が溶断する前にＰＴＣ素子が動作し、通電量を激減させ
ることがわかる。したがって、これら保護素子を搭載し
た回路において、短絡が生じた場合でも、低融点金属箔
の溶断の前にＰＴＣ素子が動作し、短絡時の電流を抑制
できることがわかる。
に通電した場合に、６Ａ以上通電すると、低融点金属箔
が溶断する前にＰＴＣ素子が動作し、通電量を激減させ
ることがわかる。したがって、これら保護素子を搭載し
た回路において、短絡が生じた場合でも、低融点金属箔
の溶断の前にＰＴＣ素子が動作し、短絡時の電流を抑制
できることがわかる。
【００６９】
【発明の効果】本発明の回路によれば、過電流だけでな
く過電圧も防止することができる。また、過電流時ある
いは過電圧時には、再使用可能なＰＴＣ素子の動作によ
りまず電流を抑制でき、さらにＰＴＣ素子の動作で不十
分な場合には、低融点金属体の溶断により回路を遮断で
きる。したがって、素子の再使用をできる限り確保しつ
つ、高い安全性も確保することが可能となる。
く過電圧も防止することができる。また、過電流時ある
いは過電圧時には、再使用可能なＰＴＣ素子の動作によ
りまず電流を抑制でき、さらにＰＴＣ素子の動作で不十
分な場合には、低融点金属体の溶断により回路を遮断で
きる。したがって、素子の再使用をできる限り確保しつ
つ、高い安全性も確保することが可能となる。
【図１】本発明の保護回路である。
【図２】本発明の保護回路である。
【図３】本発明の保護回路である。
【図４】本発明の保護素子の平面図（同図（ａ））及び
断面図（同図（ｂ））である。
断面図（同図（ｂ））である。
【図５】本発明の保護回路に有用な、低融点金属体を用
いた保護素子の平面図（同図（ａ））及び断面図（同図
（ｂ））である。
いた保護素子の平面図（同図（ａ））及び断面図（同図
（ｂ））である。
【図６】本発明の保護回路に有用な、ＰＴＣ素子を用い
た保護素子の平面図（同図（ａ））及び断面図（同図
（ｂ））である。
た保護素子の平面図（同図（ａ））及び断面図（同図
（ｂ））である。
１、１ａ、１ｂ ＰＴＣ素子
２、２ａ、２ｂ 低融点金属体（低融点金属箔）
３ 発熱体
４ 基板
５ 絶縁層
６ａ、６ｘ、６ｚ ＰＴＣ用電極
６ｂ、６ｑ、６ｙ 中間電極
６ｃ、６ｐ、６ｒ 低融点金属体用電極
６ｄ、６ｅ 発熱体用端子電極
７ 保護キャップ
８ 内側封止部
９ 外側封止部
１０ 金属箔
２０ 電圧検知手段
３０ 保護素子
４０ 保護素子
５０ 保護素子
６０ 保護素子
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭57−116537（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−87935（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−299206（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−14661（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−153367（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−161990（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−172001（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−236304（ＪＰ，Ａ)
実開 昭62−198646（ＪＰ，Ｕ)
実開 平４−46502（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01C 7/02 - 7/22
H01H 37/76
H01H 85/48 - 85/52
H01M 10/42 - 10/44
H02H 7/18
H02J 7/00
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に、ＰＴＣ素子と低融点金属体と
が直列に配され、かつそのＰＴＣ素子に近接して発熱体
が設けられ、該発熱体が、ＰＴＣ素子又は低融点金属体
に対して並列に配されている保護素子であって、被保護
装置への平常時の通電が、前記直列に接続されたＰＴＣ
素子と低融点金属体を通してなされることを特徴とする
保護素子。 - 【請求項２】 基板が無機系基板であり、発熱体が無機
系材料からなる請求項１記載の保護素子。 - 【請求項３】 基板上に、ＰＴＣ素子と低融点金属体と
が直列に配され、かつその低融点金属体に近接して発熱
体が設けられ、該発熱体が、ＰＴＣ素子又は低融点金属
体に対して並列に配されている保護素子であって、被保
護装置への平常時の通電が、前記直列に接続されたＰＴ
Ｃ素子と低融点金属体を通してなされることを特徴とす
る保護素子。 - 【請求項４】 基板が無機系基板であり、発熱体が無機
系材料からなる請求項３記載の保護素子。 - 【請求項５】 基板上に、ＰＴＣ素子と低融点金属体と
が直列に配され、かつそのＰＴＣ素子及び低融点金属体
に近接して発熱体が設けられ、該発熱体が、ＰＴＣ素子
又は低融点金属体に対して並列に配されている保護素子
であって、被保護装置への平常時の通電が、前記直列に
接続されたＰＴＣ素子と低融点金属体を通してなされる
ことを特徴とする保護素子。 - 【請求項６】 基板が無機系基板であり、発熱体が無機
系材料からなる請求項５記載の保護素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000331004A JP3470694B2 (ja) | 1995-02-28 | 2000-10-30 | 保護素子 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06711895A JP3185962B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 保護回路及び保護素子 |
| JP2000331004A JP3470694B2 (ja) | 1995-02-28 | 2000-10-30 | 保護素子 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP06711895A Division JP3185962B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 保護回路及び保護素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001126903A JP2001126903A (ja) | 2001-05-11 |
| JP3470694B2 true JP3470694B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=13335671
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06711895A Expired - Lifetime JP3185962B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 保護回路及び保護素子 |
| JP2000331004A Expired - Lifetime JP3470694B2 (ja) | 1995-02-28 | 2000-10-30 | 保護素子 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06711895A Expired - Lifetime JP3185962B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 保護回路及び保護素子 |
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| JP2001006518A (ja) * | 1999-04-23 | 2001-01-12 | Sony Chem Corp | 過電流保護装置 |
| JP2001044003A (ja) | 1999-07-29 | 2001-02-16 | Sony Chem Corp | 保護素子 |
| JP2001052903A (ja) | 1999-08-04 | 2001-02-23 | Sony Chem Corp | 保護素子 |
| JP4488586B2 (ja) * | 2000-05-23 | 2010-06-23 | エヌイーシー ショット コンポーネンツ株式会社 | フラックス、フラックス付き低融点合金およびそれを用いた保護素子 |
| JP3692042B2 (ja) * | 2001-02-06 | 2005-09-07 | ソニーケミカル株式会社 | 保護回路付き二次電池 |
| JP2003013167A (ja) * | 2001-06-28 | 2003-01-15 | Sorudaa Kooto Kk | 温度ヒューズ用可溶性合金および温度ヒューズ用線材および温度ヒューズ |
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| JP4119159B2 (ja) * | 2002-04-25 | 2008-07-16 | タイコ エレクトロニクス レイケム株式会社 | 温度保護素子 |
| JP4511449B2 (ja) * | 2005-11-11 | 2010-07-28 | 三洋電機株式会社 | 保護素子とこの保護素子を備えるパック電池 |
| JP5030429B2 (ja) * | 2006-01-31 | 2012-09-19 | 三洋電機株式会社 | 保護素子とこの保護素子を備えるパック電池 |
| JP5550471B2 (ja) * | 2010-07-01 | 2014-07-16 | 京セラ株式会社 | セラミックヒューズおよびセラミックヒューズパッケージ |
| JP5952674B2 (ja) * | 2012-08-01 | 2016-07-13 | デクセリアルズ株式会社 | 保護素子及びバッテリパック |
| JP5952673B2 (ja) * | 2012-08-01 | 2016-07-13 | デクセリアルズ株式会社 | 保護素子及びバッテリパック |
| JP6081096B2 (ja) * | 2012-08-01 | 2017-02-15 | デクセリアルズ株式会社 | 保護素子及びバッテリパック |
| JP6030431B2 (ja) * | 2012-12-14 | 2016-11-24 | デクセリアルズ株式会社 | 保護素子 |
| JP2016035816A (ja) * | 2014-08-01 | 2016-03-17 | デクセリアルズ株式会社 | 保護素子及び保護回路 |
| TWI597754B (zh) * | 2016-05-20 | 2017-09-01 | 聚鼎科技股份有限公司 | 保護元件及其電路保護裝置 |
| CN106487068A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-03-08 | 东莞新能德科技有限公司 | 过压保护系统及方法 |
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| JP7321731B2 (ja) * | 2019-03-15 | 2023-08-07 | デクセリアルズ株式会社 | バッテリパック、保護回路 |
Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JPH0446502A (ja) * | 1990-06-11 | 1992-02-17 | Toshiba Corp | 電気車の制御装置 |
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1995
- 1995-02-28 JP JP06711895A patent/JP3185962B2/ja not_active Expired - Lifetime
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2000
- 2000-10-30 JP JP2000331004A patent/JP3470694B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH08236305A (ja) | 1996-09-13 |
| JP3185962B2 (ja) | 2001-07-11 |
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