JP3782176B2

JP3782176B2 - 保護素子の使用方法及び保護装置

Info

Publication number: JP3782176B2
Application number: JP28913896A
Authority: JP
Inventors: 充明植村
Original assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Current assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Priority date: 1996-10-12
Filing date: 1996-10-12
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2016-10-12
Also published as: JPH10116549A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は過電圧から電気機器を保護するために用いる保護素子及びその使用方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
機器に過電圧が作用したときに機器を電源から遮断する場合、膜抵抗と低融点可溶合金片とを絶縁基板の片面上に並設し、絶縁基板の片面を絶縁層で被覆して成る保護素子を使用し、図５に示すように、この保護素子Ｅ’と過電圧検知通電回路Ｆ’、例えば、トランジスタＴｒ’のベ−ス側にツエナダイオ−ドＤ’を接続して成る回路Ｆ’とを電源Ｓ’と被保護機器Ｚ’との間に挿入し、機器Ｚ’にツエナダイオ−ドＤ’の降伏電圧以上の逆電圧が作用すると、ベ−ス電流が流れ、このベ−ス電流に応じコレクタ電流が流れて膜抵抗Ｒ’が発熱し、低融点可溶合金片Ａ’が溶断されることで機器Ｚ’を電源Ｓ’から遮断することが公知であ
る。
【０００３】
しかしながら、上記の保護素子Ｅ’では、低融点可溶合金片Ａ’の溶断で機器ｚ’が電源Ｓ’から遮断されても、機器Ｚ’がキャパシティブな負荷の場合、例えば蓄電池の場合、残留電圧のためにベ−ス電流が流れ続けて膜抵抗Ｒ’の通電発熱が継続されることがあり、危険である。
【０００４】
そこで、図６の（イ）に示すように、中央ヒュ−ズ電極２１’と片側ヒ−タ−Ｔ字形電極２２’とを結合した複合電極２０’、他側ヒ−タ−Ｔ字形電極２３’及びヒ−ズ両側電極２４’、２５’とを基板１’に印刷形成し、図６の（ロ）に示すように、片側ヒ−タ−Ｔ字形電極２２’と他側ヒ−タ−Ｔ字形電極２３’とのＴ字形両ア−ム間にわたってそれぞれ膜抵抗Ｒ’、Ｒ’を設け、各膜抵抗上に絶縁層ｉ’、ｉ’を設け、複合電極２０’の中央ヒュ−ズ電極２１’とヒュ−ズ両側電極２４’、２５’との間にそれぞれ低融点可溶合金片Ａ’、Ａ’を接続し、更に図６の（ハ）に示すように、フラックス層４’、外部絶縁層５’を被覆して成る保護素子を用いることが提案されている（特開平７−１５３３６７号）。
【０００５】
この保護素子を組み込んだ保護回路では、図７に示す通り膜抵抗Ｒ’−低融点可溶合金片Ａ’の対を２組備え、各対の膜抵抗の通電発熱でその対の低融点可溶合金片を溶断している。
而して、機器Ｚ’側にツエナダイオ−ドＤ’の降伏電圧以上の逆電圧が作用すると、トランジスタＴｒ’にベ−ス電流が流れ、コレクタ電流が流れて両膜抵抗Ｒ’、Ｒ’が通電発熱され、各膜抵抗の通電発熱で各低融点可溶合金片Ａ’、Ａ’が溶断されて機器Ｚ’が電源Ｓ’から遮断されると共に膜抵抗Ｒ’、Ｒ’が電源Ｓ’から遮断される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の保護素子では膜抵抗Ｒ’上に絶縁層ｉ’、例えばガラス膜を設ける必要があり製造工数が多い、膜抵抗−低融点可溶合金片の組が二対であるために２個の膜抵抗についての抵抗値調整が必要である、等の理由により製造がやっかいであり、また、膜抵抗−低融点可溶合金片を平面的に２組設ける必要があるため保護素子の小サイズ化にも不利である。
更に、膜抵抗上の絶縁層、例えばガラス膜はスクリ−ン印刷により形成され、スクリ−ンのメッシユに起因しての凹凸化か避け難く、かかるもとでは、その上での低融点可溶合金片の円滑な球状化分断を保証し難い。
【０００７】
本発明の目的は、機器の過電圧を検知し膜抵抗を通電発熱させて低融点可溶合金片を溶断させ、機器及び膜抵抗を電源より遮断する保護素子を対象とし、構造が簡単で製造が容易な作動性に優れた保護素子及びその保護素子の使用方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決しようとする手段】
請求項１に係る保護素子の使用方法は、絶縁基板上に第１電極、第３電極及び第４電極を第１電極と第 4 電極の中間に第 3 電極を挟んで配設すると共に第２電極を第１電極と第３電極との間に配設し、第２電極と第３電極との間及び電極第３と第４電極との間にそれぞれ低融点可溶金属片Ａ、Ｂを接続し、第１電極と第２電極の間に抵抗を設け、、抵抗からの離隔距離が大なる方の低融点可溶合金片Ｂの融点を他方の低融点可溶合金片Ａの融点よりも低くし、これらの低融点可溶合金片にフラックスを塗布し、上記絶縁基板の片面を覆って絶縁層を被覆して成る保護素子の第３電極を電源側に、第４電極を被保護機器側にそれぞれ接続し、第４電極と第１電極との間に被保護機器の過電圧を検知し、上記抵抗を通電発熱させる過電圧検知通電回路を接続することを特徴とする。
請求項２に係る保護素子の使用方法は、絶縁基板上に第１電極、第３電極及び第４電極を第１電極と第４電極の中間に第３電極を挟んで配設すると共にこれらの電極に対して所定の間隔を隔てて第２電極を配設し、第２電極と第３電極との間及び第２電極と第４電極との間にそれぞれ低融点可溶金属片Ａ、Ｂを接続し、第２電極と第１電極との間に抵抗を設け、抵抗からの離隔距離が大なる方の低融点可溶合金片Ｂの融点を他方の低融点可溶合金片Ａの融点よりも低くし、これらの低融点可溶合金片にフラックスを塗布し、上記絶縁基板の片面を覆って絶縁層を被覆して成る保護素子の第３電極を電源側に、第４電極を被保護機器側にそれぞれ接続し、第４電極と第１電極との間に被保護機器の過電圧を検知し、上記抵抗を通電発熱させる過電圧検知通電回路を接続することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
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は請求項１に係る保護素子の一例を示している。
図１において、１は耐熱性の絶縁基板、例えばセラミックス板である。２１〜２４は絶縁基板の片面上に印刷形成した膜状電極であり、第１電極２１と第３電極２３と第４電極２４とを並行に配設し、第２電極２２は第１電極２１の先端部と第３電極２３の先端部との間に配設してある。第２電極２２の形状はほぼ正方形であり、第１電極２１の先端部及び第３電極２３の先端部は第２電極２２との間隔を所定の間隔とするために切り欠いてある。また、第４電極２４の先端部も、絶縁基板の端縁に対する距離ａを充分に確保して保護素子の作動時での溶融低融金属の当該絶縁基板端縁からの漏出を防止するために切り欠いてある。
３１、３３及び３４は第１電極２１、第３電極２３及び第４電極２４のそれぞれに接続したリ−ド線（絶縁被覆線）である。
Ｒは第１電極２１の先端部と第２電極２２の先端部とにわたって印刷により設けた膜抵抗である。
Ａは第２電極２２の先端部と第３電極２３の先端部との間に接続した低融点可溶合金片、Ｂは第３電極２３の先端部と第４電極２４の先端部との間に接続した低融点可溶合金片であり、低融点可溶合金片Ａ，Ｂが同一材質、同一形状の場合、連続線にしてもよい。
４は低融点可溶合金片Ａ及びＢ上に塗布したフラックスである。
５は絶縁基板１の片面を覆うようにして設けた絶縁層であり、上記低融点可溶合金片やフラックスを溶融流動させることのないように、常温で被覆できる絶縁材、例えば常温硬化エポキシ樹脂を使用してある。
【００１０】
本発明に係る保護素子は、被保護機器に過電圧が作用すると、その機器を電源から遮断するために使用され、図２はその使用状態を説明するための回路図であり、Ｅは本発明に係る保護素子を、Ｆは過電圧保護素子作動回路をそれぞれ示している。
図２において、被保護機器Ｚと電源Ｓとの間に本発明に係る保護素子Ｅと過電圧保護素子作動回路Ｆを組み込み、トランジスタＴｒのコレクタを保護素子Ｅの第１電極２１に接続し、ツエナダイオ−ドＤの高電圧側電極及び保護素子Ｅの第４電極２４を被保護機器Ｚの高電圧側端子に接続し、保護素子Ｅの第３電極２３を電源Ｓの高電圧側端子に接続し、トランジスタＴｒのエミッタを接地してある。
図２に示す回路において、機器Ｚにツエナダイオ−ドＤの降伏電圧以上の過電圧が作用すると、トランジスタＴｒにベ−ス電流が流れ、これに伴い大なるコレクタ電流が流れて膜抵抗Ｒが発熱され、この発生熱が第２電極２２を介し低融点可溶合金片Ａ及びＢに伝達されて両低融点可溶合金片Ａ及びＢが既溶融のフラックスの活性作用を受けつつ溶断され、被保護機器Ｚが電源Ｓから遮断されると共に膜抵抗Ｒが電源から遮断される。従って、低融点可溶合金片Ｂが溶断されたのち、機器Ｚの過電圧状態が残留電荷のために維持されてトランジスタＴｒが導通状態にあっても、低融点可溶合金片Ａの溶断による膜抵抗Ｒの電源Ｓからの遮断のために、膜抵抗Ｒの発熱続行を排除できる。
【００１１】
図３は請求項２に係る保護素子の一例を示している。
この保護素子においては、絶縁基板１の片面上に第１電極２１、第３電極２３及び第４電極２４を並行に設け、これら電極の先端側に所定の間隔を隔てて第２電極２２を設け、第１電極２１と第２電極２２とにわたって膜抵抗Ｒを設け、第２電極２２と第３電極２３との間に低融点可溶合金片Ａを接続し、第２電極２２と第４電極２４との間に低融点可溶合金片Ｂを接続し、低融点可溶合金片Ａ、Ｂにフラックス４を塗布し、上記絶縁基板の片面を覆って絶縁層（図示せず）を被覆してある。
【００１２】
この保護素子の使用においても、図４に示すように、トランジスタＴｒのコレクタを保護素子Ｅの第１電極２１に接続し、ツエナダイオ−ドＤの高電圧側電極及び保護素子Ｅの第４電極２４を被保護機器Ｚの高電圧側端子に接続し、保護素子Ｅの第３電極２３を電源Ｓの高電圧側端子に接続し、トランジスタＴｒのエミッタを接地する。而して、機器Ｚにツエナダイオ−ドＤの降伏電圧以上の過電圧が作用すると、トランジスタＴｒにベ−ス電流が流れ、これに伴い大なるコレクタ電流が流れて膜抵抗Ｒが発熱され、この発生熱が第２電極２２を介し低融点可溶合金片Ａ及びＢに伝達されて両低融点可溶合金片Ａ及びＢが溶断され、被保護機器Ｚが電源Ｓから遮断されると共に膜抵抗Ｒが電源Ｓから遮断される。
【００１３】
上記において、溶融低融点金属の溶断には、絶縁基板が溶融金属をはじくことと、電極が溶融金属によく濡れることが有効に寄与し、絶縁基板の表面平滑性も重要な条件である（溶融金属を流れ易くする要素）。而るに、セラミックス板は、ガラスのスクリ−ン印刷膜に較べ表面平滑性に優れており有利である。
【００１４】
上記何れの本発明に係る保護素子においても、低融点可溶合金片Ａ，Ｂの融点を同じにすると、低融点可溶合金片Ｂは低融点可溶合金片Ａに較べ抵抗Ｒから隔たっているので、溶断し難い。従って、低融点可溶合金片Ｂの融点を低融点可溶合金片Ａの融点より低くすることが有効である。
【００１５】
本発明に係る保護素子において、絶縁基板には厚み１００〜１２００μｍのセラミックス板、例えば、９６％アルミナセラミックス板を使用できる。その他、金属を母体とし、絶縁処理したものの使用も可能である。絶縁基板の平面寸法は、通常（３ｍｍ〜２０ｍｍ）×（３ｍｍ〜２０ｍｍ）の正方形乃至は長方形とされる。
本発明に係る保護素子おいて、低融点可溶合金片には液相線温度が７５℃〜３００℃直径１００μｍ〜１２００μｍの低融点合金丸線、これと同一断面積の低融点合金角線または低融点合金箔を使用できる。
本発明に係る保護素子おいて、電極は導体ペ−スト（導体粉末と釉薬との混合物であり、導体粉末には銀−白金系、銀−パラジウム系、銅系）をスクリ−ン印刷し、これを焼き付けることにより形成できる。また、銅箔積層基板の銅箔のエッチングにより電極付き絶縁基板を得ることもできる。
【００１６】
本発明に係る保護素子おいて、膜抵抗は抵抗ペ−スト、例えば、酸化ルテニウム粉末または炭素粉末と釉薬との混合物を絶縁基板上にスクリ−ン印刷し、これを焼き付けることにより形成でき、膜厚は通常１〜３０μｍとされる。膜抵抗にはＴｉ−Ｓｉ系の膜抵抗を使用することもできる。膜抵抗端部と電極端部との重なり状態は、何れが下面側または上面側としてもよい。これらの膜抵抗に代え、チップ抵抗の使用も可能である。
本発明に係る保護素子において、フラックスは低融点可溶合金片の酸化を防止し、かつ低融点可溶合金片の多少の酸化膜を溶解して溶融合金の分断を容易にするために用いられ、通常ロジンを主成分とし、必要に応じて活性剤（例えば、ジエチルアミンの塩酸塩）を添加したものを使用できる。
【００１７】
本発明に係る保護素子を製造するには、絶縁基板の片面に第１電極〜第４電極を形成し、膜抵抗を印刷し、必要に応じトリミングにより抵抗値を調整し、必要に応じ膜抵抗上に保護膜、例えばガラス保護膜を形成し、低融点可溶合金片Ａ及びＢを接続し、電極にリ−ド線を接続し、低融点可溶合金片にフラックスを塗布し、次いで基板を常温のエポキシ樹脂液に浸漬し、その浸漬被覆層を乾燥硬化させる方法を使用できる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明に係る保護素子においては、一個の抵抗体と二個の低融点可溶合金片を有し、被保護機器に過電圧が作用したときに抵抗体の通電発熱により両方の低融点可溶合金片を溶断させて被保護機器を電源から遮断すると共に抵抗体を電源から遮断する構成であり、従来例、すなわち、両低融点可溶合金片のそれぞれに対し抵抗体を設け、一方の抵抗体の通電発熱で一方の低融点可溶合金片を溶断し、他方の抵抗体の通電発熱で他方の低融点可溶合金片を溶断する構成に較べ、構造的に簡易である。
【００１９】
また、膜抵抗上に絶縁ガラス膜を設け、この絶縁ガラス膜上に低融点可溶合金片を重ねて配している従来例とは異なり、膜抵抗と低融点可溶合金片とを重ねずに配し、上記絶縁ガラス膜の表面（スクリ−ン印刷上、スクリ−ンメッシュに起因する凹凸が避けられない）よりも平滑表面のセラミックス絶縁基板上に低融点可溶合金片を配しているから、溶融合金をスム−ズに流動させて迅速に分断させ得、優れた作動性を保証できる。
更に、膜抵抗上への絶縁ガラス膜の形成を省略でき、また、抵抗値調整を必要とする場合は、トリミングによる抵抗値調整を一個の膜抵抗について行えばよいから、製造工数を低減でき、製造上有利である。
更にまた、二個の低融点可溶合金片相互間での長さ調整、または融点調整で良好な作動性を保証でき、安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る保護素子を示す説明図である。
【図２】請求項１に係る保護素子を用いた保護回路を示す説明図である。
【図３】請求項２に係る保護素子を示す説明図である。
【図４】請求項２に係る保護素子を用いた保護回路を示す説明図である。
【図５】従来の保護回路を示す説明図である。
【図６】従来の保護素子を示す説明図である。
【図７】図６の保護素子を用いた保護回路を示す説明図である。
【符号の説明】
１絶縁基板
２１第１電極
２２第２電極
２３第３電極
２４第４電極
Ａ低融点可溶合金片
Ｂ低融点可溶合金片
Ｒ抵抗
４フラックス
５絶縁層
Ｅ保護素子
Ｆ過電圧検知通電回路
Ｚ被保護機器
Ｓ電源

Claims

絶縁基板上に第１電極、第３電極及び第４電極を第１電極と第4電極の中間に第3電極を挟んで配設すると共に第２電極を第１電極と第３電極との間に配設し、第２電極と第３電極との間及び第３電極と第４電極との間にそれぞれ低融点可溶金属片Ａ、Ｂを接続し、第１電極と第２電極の間に抵抗を設け、、抵抗からの離隔距離が大なる方の低融点可溶合金片Ｂの融点を他方の低融点可溶合金片Ａの融点よりも低くし、これらの低融点可溶合金片にフラックスを塗布し、上記絶縁基板の片面を覆って絶縁層を被覆して成る保護素子の第３電極を電源側に、第４電極を被保護機器側にそれぞれ接続し、第４電極と第１電極との間に被保護機器の過電圧を検知し、上記抵抗を通電発熱させる過電圧検知通電回路を接続することを特徴とする保護素子の使用方法。
絶縁基板上に第１電極、第３電極及び第４電極を第１電極と第４電極の中間に第３電極を挟んで配設すると共にこれらの電極に対して所定の間隔を隔てて第２電極を配設し、第２電極と第３電極との間及び第２電極と第４電極との間にそれぞれ低融点可溶金属片Ａ、Ｂを接続し、第２電極と第１電極との間に抵抗を設け、抵抗からの離隔距離が大なる方の低融点可溶合金片Ｂの融点を他方の低融点可溶合金片Ａの融点よりも低くし、これらの低融点可溶合金片にフラックスを塗布し、上記絶縁基板の片面を覆って絶縁層を被覆して成る保護素子の第３電極を電源側に、第４電極を被保護機器側にそれぞれ接続し、第４電極と第１電極との間に被保護機器の過電圧を検知し、上記抵抗を通電発熱させる過電圧検知通電回路を接続することを特徴とする保護素子の使用方法。
請求項１記載の保護素子の使用方法において使用する保護装置であり、絶縁基板上に第１電極、第３電極及び第４電極を第１電極と第4電極の中間に第3電極を挟んで配設すると共に第２電極を第１電極と第３電極との間に配設し、第２電極と第３電極との間及び電極第３と第４電極との間にそれぞれ低融点可溶金属片Ａ、Ｂを接続し、第１電極と第２電極の間に抵抗を設け、、抵抗からの離隔距離が大なる方の低融点可溶合金片Ｂの融点を他方の低融点可溶合金片Ａの融点よりも低くし、これらの低融点可溶合金片にフラックスを塗布し、上記絶縁基板の片面を覆って絶縁層を被覆して成る保護素子の前記第３電極が電源に接続され、前記第４電極が被保護機器に接続され、被保護機器の過電圧を検知し、上記抵抗を通電発熱させる過電圧検知通電回路が前記第４電極と第１電極との間に接続されていることを特徴とする保護装置。
請求項２記載の保護素子の使用方法において使用する保護装置であり、絶縁基板上に第１電極、第３電極及び第４電極を第１電極と第４電極の中間に第３電極を挟んで配設すると共にこれらの電極に対して所定の間隔を隔てて第２電極を配設し、第２電極と第３電極との間及び第２電極と第４電極との間にそれぞれ低融点可溶金属片Ａ、Ｂを接続し、第２電極と第１電極との間に抵抗を設け、抵抗からの離隔距離が大なる方の低融点可溶合金片Ｂの融点を他方の低融点可溶合金片Ａの融点よりも低くし、これらの低融点可溶合金片にフラックスを塗布し、上記絶縁基板の片面を覆って絶縁層を被覆して成る保護素子の前記第３電極が電源に接続され、前記第４電極が被保護機器側に接続され、被保護機器の過電圧を検知し、上記抵抗を通電発熱させる過電圧検知通電回路が前記第４電極と第１電極との間に接続されていることを特徴とする保護装置。