JP6257952B2 - 保護素子 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電流ヒューズといった保護素子に関する。

特許文献１は、ヒュ−ズを開示する。このヒュ−ズは、絶縁筒と、ヒューズエレメントと、消弧剤とからなる。ヒューズエレメントは絶縁筒内に収納される。消弧剤はヒューズエレメントの周りに充填される。ヒューズエレメントの一部に第１の低融点合金が巻付けられる。第１の低融点合金の外周に第２の低融点合金が巻付けられる。第２の低融点合金の融点は第１の低融点合金の融点より低い。

特許文献１に開示されたヒュ−ズでは、過負荷電流が流れた場合、第１の低融点合金と第２の低融点合金とが、共晶点で低融点合金となる。この低融点合金がヒューズエレメントに拡散する。低融点合金がヒューズエレメントに拡散するとヒューズエレメントの融点が下がる。融点が下がるのでヒューズエレメントは溶断する。特許文献１に開示された限流ヒュ−ズでは、過渡電流が流れた場合、ヒューズエレメントに対する第２の低融点合金の拡散を第１の低融点合金が防止する。これにより、ヒューズエレメントの融点の低下が防止される。融点の低下が防止されるので、ヒューズエレメントは溶断しない。その結果、特許文献１に開示されたヒュ−ズは、過負荷電流から短絡電流まで幅広い範囲を保護できる。

特開昭５６−１８３３３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたヒュ−ズには、ヒューズエレメントに低融点合金を巻付ける作業に手間がかかるという問題点がある。ヒューズエレメントが細い場合、低融点合金を巻付ける作業が困難なこともある。本発明は、このような問題を解決するものである。本発明の目的は、生産効率が高い保護素子を提供することにある。

図面を参照し本発明の保護素子を説明する。なおこの欄で図中の符号を使用したのは発明の内容の理解を助けるためであって内容を図示した範囲に限定する意図ではない。

上述した課題を解決するために、本発明のある局面に従うと、保護素子は、基板５０と、電極５２の対と、導電体５４と、低融点合金６０とを備える。電極５２の対は基板５０に固定される。導電体５４の両端が電極５２の対に固定されている。導電体５４はジュール熱積分値が所定の値以上になると溶断する。低融点合金６０は導電体５４に接触する。低融点合金６０は融解すると導電体５４を溶かす。保護素子は合金基部５８をさらに備える。合金基部５８は基板５０に固定される。合金基部５８は基板５０よりも低融点合金６０の濡れ性がよい。低融点合金６０が合金基部５８に載るように固定されている。

低融点合金６０は合金基部５８に載るようにこれを介して基板５０に固定される。導電体５４に低融点合金６０を巻付けるよりも基板５０に低融点合金６０を固定する方が容易である。ゆえに、生産効率を高くできる。しかも合金基部５８は基板５０よりも低融点合金６０の濡れ性がよい。これにより、低融点合金６０を基板５０に直接固定するよりも低融点合金６０を基板５０に容易に固定できる。その結果、生産効率が高い保護素子を提供できる。

また、上述した導電体５４の中央部分で低融点合金６０が導電体５４に接触することが望ましい。

導電体５４の両端が電極５２の対に固定されている。通電時、導電体５４は、導電体５４の両端に接続された電極５２に放熱する。導電体５４の中央部分は両端に比べ電極５２へは放熱しにくい。導電体５４の中央部分に低融点合金６０が接触することにより、導電体５４のうち電極５２に放熱しにくい部分は低融点合金６０に放熱することとなる。その部分が低融点合金６０に放熱するので、その部分における温度上昇が抑えられる。その温度上昇が抑えられると、その温度上昇が抑えられない場合に比べ、導電体５４に流し得る電流の最大値を大きくできる。

また、本発明のある局面に従うと、保護素子は、基板５０と、電極５２の対と、導電体５４と、低融点合金６０とを備える。電極５２の対は基板５０に固定される。導電体５４の両端が電極５２の対に固定されている。導電体５４はジュール熱積分値が所定の値以上になると溶断する。低融点合金６０は導電体５４に接触する。低融点合金６０は融解すると導電体５４を溶かす。保護素子は合金基部５８をさらに備える。合金基部５８は基板５０に固定される。合金基部５８は基板５０よりも低融点合金６０の濡れ性がよい。低融点合金６０が合金基部５８に固定されている。低融点合金６０の長手方向が導電体５４の長手方向と交差するよう低融点合金６０が導電体５４に接触している。

低融点合金６０の長手方向が導電体５４の長手方向と交差するよう低融点合金６０が導電体５４に接触する。これにより、導電体５４から離れていく方向へ、導電体５４の熱が伝わることとなる。導電体５４から離れていく方向へ熱が伝わるので、導電体５４の周りに熱がとどまる場合に比べ、導電体５４の温度上昇が抑えられる。その温度上昇が抑えられると、その温度上昇が抑えられない場合に比べ、導電体５４に流し得る電流の最大値を大きくできる。しかも、低融点合金６０の長手方向が導電体５４の長手方向と交差すると、低融点合金６０の長手方向と導電体５４の長手方向とが平行な場合に比べ、導電体５４が妨げとなって合金基部５８に対する低融点合金６０の固定が不十分になる恐れは低くなる。そのような固定が不十分になる恐れが低くなるので、不良品の発生率は低下する。

また、上述した合金基部５８が、導電体５４と基板５０との間をくぐるように基板５０に固定されていることが望ましい。この場合、低融点合金６０が合金基部５８に載っていることが望ましい。

導電体５４と基板５０との間を合金基部５８がくぐっている。低融点合金６０が合金基部５８に載っている。これにより、導電体５４と基板５０との間を合金基部５８がくぐらない場合に比べ、低融点合金６０が融解した後も導電体５４との接触状態を維持しやすくなる。接触状態が維持しやすいので、導電体５４が低融点合金６０に溶けやすくなる。

本発明によれば、生産効率が高い保護素子を提供できる。

本発明のある実施形態にかかる保護素子の平面図である。 本発明のある実施形態にかかる導電部の平面図である。 本発明のある実施形態にかかる導電部の断面図である。

以下、本発明について図面に基づき詳細に説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。従って、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［構成の説明］
図１は、本実施形態にかかる保護素子の平面図である。図１において、充填材１４の一部と被覆樹脂１８の一部とは取り除かれている。図１に基づいて、本実施形態にかかる保護素子の構成が説明される。

本実施形態にかかる保護素子は、導電部１０と、ケース１２と、充填材１４と、放熱板１６と、被覆樹脂１８とを備える。導電部１０は電流が流れる部分である。ケース１２は導電部１０を収容する。充填材１４はケース１２内の空間に充填される。放熱板１６は、導電部１０と共にケース１２の中に収容される。放熱板１６は充填材１４の熱を吸収する。放熱板１６は、吸収した熱を、ケース１２の外へ放出する。被覆樹脂１８は、ケース１２に収容された導電部１０を被覆する。

ケース１２は、底面３０と側面３２とを有する。底面３０は、ケース１２の底となる部分である。側面３２は底面３０を取囲む。導電部１０は、ケース１２のうち底面３０と側面３２とよって取囲まれる空間に配置されることとなる。

充填材１４は、ケース１２の底面３０から導電部１０の外周部分までの空間に充填される。本実施形態の場合、充填材１４は、シリコーンゴム８０と粒子状のアルミナ８２と含む。なお、漏電が発生しない程度の電気抵抗を充填材１４が有することは言うまでもない。

放熱板１６は、ケース１２の底面３０に固定される。本実施形態の場合、放熱板１６はアルミナ製である。本実施形態の場合、放熱板１６はアルミナを焼結したものである。上述したように、充填材１４は、ケース１２の底面３０から導電部１０の外周部分までの空間に充填される。これにより、放熱板１６は充填材１４に覆われることとなる。

被覆樹脂１８は、ケース１２の導電部１０の外周部分から側面３２の縁までの空間に充填される。これにより、上述したように、被覆樹脂１８は、ケース１２に収容された導電部１０を被覆することとなる。本実施形態の場合、被覆樹脂１８は、シリコーンゴム８０のみからなる。

図２は、本実施形態かかる導電部１０の平面図である。図１と図２とに基づいて、本実施形態にかかる導電部１０が説明される。本実施形態にかかる導電部１０は、基板５０と、一対の表電極５２と、導電体５４と、一対のロウ材５６と、合金基部５８と、低融点合金６０と、一対の裏電極６２と、一対のリード線６４とを有する。表電極５２は、基板５０のいずれかの面に配置される。本実施形態では、表電極５２が配置されている面を基板５０のおもて面とみなす。本実施形態の場合、表電極５２として銅箔が基板５０のおもて面に固定される。導電体５４は、基板５０のおもて面に配置される。ケース１２の中において、導電体５４はケース１２の底面３０に対向するように配置される。導電体５４は電流が流れるとその電流のエネルギの一部を熱にする。導電体５４はジュール熱積分値が所定の値以上になると自ずと溶断する。「ジュール熱積分値」とは、ヒューズのエレメントが溶断するのに必要とされるエネルギのことである。ジュール熱積分値の算出式は周知なのでここではその説明は繰返されない。本実施形態の場合、導電体５４は、一端が表電極５２の一方に固定され他端が表電極５２の他方に固定されている線材である。本実施形態の場合、導電体５４は銅合金製である。この銅合金の組成はここでは説明されない。ジュール熱積分値が所定の値以上になると自ずと溶断することで回路を保護するための銅合金は周知なためである。ロウ材５６は、表電極５２と導電体５４とを接続する。これにより、表電極５２と導電体５４との間が導通する。すなわち、導電体５４の両端が表電極５２の対に固定されている。合金基部５８は、基板５０のおもて面に固定される。合金基部５８は、低融点合金６０を基板５０に固定する。低融点合金６０は、導電体５４と同様に、基板５０のおもて面に配置される。低融点合金６０もケース１２の底面３０に対向する。本実施形態の場合「低融点合金」とは、上述した導電体５４が溶断する温度以下の融点であり、かつ、融解した状態であれば上述した導電体５４を溶かす合金のことである。このような低融点合金は周知である。したがって、ここではその詳細な説明は繰返されない。裏電極６２は、基板５０の面のうち、上述したおもて面から見て裏にあたる面に配置される。本実施形態では、この面を基板５０の裏面とみなす。本実施形態の場合、裏電極６２は、表電極５２と同様に銅箔である。一対の裏電極６２のうち一方は、一対の表電極５２のうち一方の裏にあたる位置に配置される。一対の裏電極６２のうち他方は、一対の表電極５２のうち他方の裏にあたる位置に配置される。一対のリード線６４の一方が一対の裏電極６２の一方に接続される。一対のリード線６４の他方が一対の裏電極６２の他方に接続される。リード線６４はケース１２の側面３２を貫通する。

基板５０はスルーホール７０を有する。本実施形態の場合、基板５０は４個のスルーホール７０を有する。表電極５２の一方と裏電極６２の一方とはスルーホール７０において互いに接続されている。これにより、表電極５２の一方と裏電極６２の一方との間が導通する。表電極５２の他方と裏電極６２の他方とはスルーホール７０において互いに接続されている。これにより、表電極５２の他方と裏電極６２の他方との間が導通する。その結果、リード線６４の一方を流れた電流は、裏電極６２の一方と表電極５２の一方とを経て導電体５４に流れる。導電体５４に流れた電流は、裏電極６２の他方と表電極５２の他方とを経てリード線６４の他方を流れる。

図３は、本実施形態にかかる導電部１０の断面図である。図３では、導電体５４と合金基部５８と低融点合金６０との交差部分が示されている。図２と図３とに基づいて、導電体５４と合金基部５８と低融点合金６０との位置関係が説明される。合金基部５８は、周知の方法により、導電体５４と基板５０との間をくぐるように基板５０のおもて面に固定される。合金基部５８は基板５０よりも低融点合金６０の濡れ性がよい素材により形成されている。これにより、融解した低融点合金６０が合金基部５８に接触している場合には、融解した低融点合金６０が基板５０に接触している場合よりも、融解した低融点合金６０の接触角が小さい。低融点合金６０はその合金基部５８に載っている。また、図３から明らかなように、低融点合金６０は導電体５４をまたいでいる。本実施形態の場合、図２から明らかなように、低融点合金６０の長手方向は導電体５４の長手方向と交差している。より具体的には、低融点合金６０の長手方向は導電体５４の長手方向と直交している。低融点合金６０と導電体５４とが交差している位置は、導電体５４の中央部分である。

［製造方法の説明］
本実施形態にかかる保護素子の製造方法は以下の通りである。まず、製造者は、基板５０の裏面に裏電極６２を形成する。裏電極６２が形成されると、製造者は、基板５０のおもて面に表電極５２と合金基部５８とを形成する。その際、表電極５２と裏電極６２とが接続される。表電極５２と合金基部５８とが形成されると、製造者は、表電極５２間に導電体５４を取付ける。導電体５４が取付けられると、製造者は、合金基部５８及び導電体５４の上に低融点合金６０載せる。低融点合金６０が載せられると、製造者は、低融点合金６０を数秒加熱する。これにより、低融点合金６０は合金基部５８に固定される。その結果、低融点合金６０は導電体５４に接触することとなる。低融点合金６０の加熱時間が数秒なのは、低融点金属が溶けるには数秒で十分であり、低融点金属が溶けた結果、導電体５４の機能が損なわれることを防ぐためである。その後、製造者は、裏電極６２にリード線６４を接続する。リード線６４の接続により、導電部１０が完成する。導電部１０が完成すると、製造者は、ケース１２にシリコーンゴムの原液と粒子状のアルミナ８２との混合物を流し込む。混合物が流し込まれたら、製造者は、ケース１２に導電部１０を収容する。導電部１０が収容されたら、製造者は、ケース１２に触媒を注入する。触媒の注入によりシリコーンゴムの原液はシリコーンゴム８０となる。触媒が注入されたら、製造者は、ケース１２に再度シリコーンゴムの原液を注入する。その後製造者は再度触媒を注入する。これによりシリコーンゴムの原液は被覆樹脂１８となる。シリコーンゴムの原液が被覆樹脂１８となったら本実施形態にかかる保護素子は完成する。

［使用方法の説明］
本実施形態にかかる保護素子の使用方法は、周知の電流ヒューズと同一である。すなわち、本実施形態にかかる保護素子は、図示されない回路に接続される。予め定められていた範囲の大きな電流が導電体５４に流れると、導電体５４の温度は所定の温度を超える。導電体５４はジュール熱積分値が所定の値以上になると溶断する。溶断後アークが発生する場合は保護素子内部で消弧される。これにより、保護素子が接続されていた回路において電流が遮断される。

［効果の説明］
低融点合金６０が合金基部５８を介して基板５０に固定される。しかも合金基部５８は基板５０よりも低融点合金６０の濡れ性がよい。これにより、低融点合金６０を基板５０に直接固定するよりも低融点合金６０を基板５０に容易に固定できる。その結果、生産効率が高い保護素子を提供できる。

また、通電時、導電体５４がその両端に接続された表電極５２に放熱する際、導電体５４の中央部分は両端に比べ表電極５２へは放熱しにくい。導電体５４の中央部分に低融点合金６０が接触することにより、導電体５４は中央部分では低融点合金６０に放熱することとなる。低融点合金６０に放熱するので、導電体５４のうち中央部分における温度上昇が抑えられる。その温度上昇が抑えられると、その温度上昇が抑えられない場合に比べ、導電体５４に流し得る電流の最大値を大きくできる。

また、低融点合金６０の長手方向が導電体５４の長手方向と交差することにより、導電体５４から離れていく方向へ、導電体５４の熱が伝わる。導電体５４から離れていく方向へ熱が伝わるので、導電体５４の周りに熱がとどまる場合に比べ、導電体５４の温度上昇が抑えられる。その温度上昇が抑えられると、その温度上昇が抑えられない場合に比べ、導電体５４に流し得る電流の最大値を大きくできる。しかも、低融点合金６０の長手方向が導電体５４の長手方向と交差すると、低融点合金６０の長手方向と導電体５４の長手方向とが平行な場合に比べ、導電体５４が妨げとなって合金基部５８に対する低融点合金６０の固定が不十分になる恐れは低くなる。そのような固定が不十分になる恐れが低くなるので、不良品の発生率は低下する。

また、導電体５４と基板５０との間を合金基部５８がくぐっている。低融点合金６０が合金基部５８に載っている。これにより、低融点合金６０が融解した後も導電体５４との接触状態を維持しやすくなる。接触状態が維持しやすいので、導電体５４が低融点合金６０に溶けやすくなる。

〈変形例の説明〉
上述した保護素子は、本発明の技術的思想を具体化するために例示したものである。上述した保護素子は、本発明の技術的思想の範囲内において種々の変更を加え得るものである。

例えば、上述した合金基部５８の固定形態は上述したものに限定されない。合金基部５８は導電体５４に沿うように基板５０に固定されていてもよい。合金基部５８の形態も上述したものに限定されない。

また、上述した低融点合金６０の長手方向と導電体５４の長手方向とが交差する場合、その交差角は特に限定されない。低融点合金６０の長手方向と導電体５４の長手方向とは交差していなくてもよい。すなわち低融点合金６０の長手方向と導電体５４の長手方向とは平行であってもよい。

また、上述した導電体５４と低融点合金６０との交差位置は導電体５４の中央部分に限定されない。

１０…導電部、
１２…ケース、
１４…充填材、
１６…放熱板、
１８…被覆樹脂、
３０…底面、
３２…側面、
５０…基板、
５２…表電極、
５４…導電体、
５６…ロウ材、
５８…合金基部、
６０…低融点合金、
６２…裏電極、
６４…リード線、
７０…スルーホール、
８０…シリコーンゴム、
８２…粒子状のアルミナ、

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板に固定される電極の対と、
   両端が前記電極の対に固定され、かつ、ジュール熱積分値が所定の値以上になると溶断する導電体と、
   前記導電体に接触し、かつ、融解すると前記導電体を溶かす低融点合金とを備える保護素子であって、
   前記基板に固定され、かつ、前記基板よりも前記低融点合金の濡れ性がよい合金基部をさらに備え、
   前記低融点合金が前記合金基部に載るように固定されていることを特徴とする保護素子。
2. 前記導電体の中央部分で前記低融点合金が前記導電体に接触することを特徴とする請求項１に記載の保護素子。
3. 基板と、
   前記基板に固定される電極の対と、
   両端が前記電極の対に固定され、かつ、ジュール熱積分値が所定の値以上になると溶断する導電体と、
   前記導電体に接触し、かつ、融解すると前記導電体を溶かす低融点合金とを備える保護素子であって、
   前記基板に固定され、かつ、前記基板よりも前記低融点合金の濡れ性がよい合金基部をさらに備え、
   前記低融点合金が前記合金基部に固定されており、
   前記低融点合金の長手方向が前記導電体の長手方向と交差するよう前記低融点合金が前記導電体に接触していることを特徴とする保護素子。
4. 前記合金基部が、前記導電体と前記基板との間をくぐるように前記基板に固定されており、
   前記低融点合金が前記合金基部に載っていることを特徴とする請求項３に記載の保護素子。

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