JP6739922B2 - ヒューズ素子 - Google Patents

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Description

本発明は、電流経路上に実装され、所定の電流が流れたときに、当該電流経路を遮断するヒューズ素子に関する。
従来、定格を超える電流が流れた時に自己発熱により溶断し、当該電流経路を遮断するヒューズエレメントを内蔵したヒューズ素子が用いられている。ヒューズ素子としては、例えば、ハンダ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ヒューズ素子等が多く用いられている。
上述した既存のヒューズ素子は、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、近年では特許文献１に記載するような表面実装型のヒューズ素子が開発されている。
特許文献１に記載の表面実装型のヒューズ素子は、一般的な電流ヒューズのように過電流で切断する機能の他に、外部回路によりヒータへの通電によりヒューズエレメントを加熱する手法で、電気回路側の制御に基づき意図するタイミングでヒューズエレメントを溶断するというスイッチとしての使い方が可能という特長を持っている。
このようなヒューズ素子は、主に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。そのため電池パックの容量が大きくなり、ヒューズ素子に対して要求される定格電流も年々大きくなってきている。
また、特許文献１のヒューズエレメントには、大電流化に対応するために、低融点金属層と高融点金属層を積層したエレメントが用いられ、低融点金属層が高融点金属層を侵食することで溶断速度を向上させて、大電流に対応可能であるにもかかわらず速断性を確保している。
特開２０１３−２２９２９３号公報
従来のヒューズ素子は、電流定格を上げて大電流に対応する場合、ヒューズエレメントが大型化するため電流定格を上げると、溶断しなければならないヒューズエレメントの体積が増え、速断性に劣るといった問題点が指摘されている。
より詳細に説明すると、定格電流を大きくするために、ヒューズ素子の抵抗値を下げる必要があることから、ヒューズエレメントの断面積を大きくとるため、ヒューズ素子全体のサイズも大きくなってしまうのである。
また、ヒューズエレメントの断面積を大きくすることの弊害としては、ヒータ等の発熱により溶解した後の溶融エレメントの体積も大きくなり、電極上に溶融エレメントを収容できなくなり、回路切断が不完全となる不具合も生じ得る。
ヒータ等の発熱により溶解した溶融エレメントを電極上に収容するためには、電極サイズを大きくするしかなく、やはりヒューズ素子の大型化を招いてしまう。
また、特許文献１に記載のヒューズ素子では、ヒューズエレメントを低融点金属層と高融点金属層とを積層することで小型化を達成するとともに、速断性を確保しているが、ヒューズエレメントに特殊な構造を用いるため、製造工程が複雑化するとともに、安価に製造することが難しいといった課題がある。
そこで、本発明は、簡易な構造によって大電流に対応した小型ヒューズ素子を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明に係るヒューズ素子は、絶縁基板と、絶縁基板上に配置された複数の電極と、複数の電極にそれぞれ低融点金属を介して接続され、低融点金属よりも融点の高い導電体とを備え、複数の電極は、第１の電極及び第２の電極とからなり、導電体は、第２の電極の低融点金属による接続面積が、第１の電極の前記低融点金属による接続面積よりも大きく、導電体は、低融点金属が溶融することにより、複数の電極のうち少なくとも一つから離間するまで移動して何れかの電極間の通電経路を遮断するものである。
本発明によれば、ヒューズ素子の回路切断をヒューズエレメントの溶断によって行うものではなく、電極と導電体を接続する低融点金属が溶融したとき、溶融した低融点金属の表面張力によって導電体を移動させることで電極間の通電経路を切断できるため、ヒューズエレメントに相当する導電体を溶融させる必要はなく、高融点で簡易な構造の安価な導電体を用いてヒューズ素子の小型化を達成することができる。
図１は、本発明が適用されたヒューズ素子の第１の例を示す平面図である。 図２は、本発明が適用されたヒューズ素子の第１の例を示す断面図である。 図３は、本発明が適用されたヒューズ素子の第１の例を示す平面図であり、ヒューズ素子が動作した後の状態を示す。 図４は、本発明が適用されたヒューズ素子の第１の例の回路構成を説明する回路図であり、図４（Ａ）がヒューズ素子の動作前の状態を示し、図４（Ｂ）がヒューズ素子の動作後の状態を示す。 図５は、本発明が適用されたヒューズ素子の変形例を示す断面図である。 図６は、本発明が適用されたヒューズ素子の他の変形例を示す断面図である。 図７は、本発明が適用されたヒューズ素子の他の変形例を示す断面図である。 図８は、本発明が適用されたヒューズ素子の他の変形例を示す平面図である。 図９は、本発明が適用されたヒューズ素子の他の変形例を示す平面図である。 図１０は、本発明が適用されたヒューズ素子の第２の例を示す平面図である。 図１１は、本発明が適用されたヒューズ素子の第２の例を示す断面図である。 図１２は、本発明が適用されたヒューズ素子の第２の例を示す平面図であり、ヒューズ素子が動作した後の状態を示す。 図１３は、本発明が適用されたヒューズ素子の第２の例の回路構成を説明する回路図であり、図１３（Ａ）がヒューズ素子の動作前の状態を示し、図１３（Ｂ）がヒューズ素子の動作後の状態を示す。 図１４は、本発明が適用されたヒューズ素子の変形例を示す断面図である。 図１５は、本発明が適用されたヒューズ素子の他の変形例を示す断面図である。 図１６は、本発明が適用されたヒューズ素子の他の変形例を示す断面図である。 図１７は、本発明が適用されたヒューズ素子の他の変形例を示す平面図である。 図１８は、本発明が適用されたヒューズ素子の他の変形例を示す平面図である。 図１９は、本発明が適用されたヒューズ素子の他の変形例を示す平面図である。 図２０は、本発明が適用されたヒューズ素子の第３の例を示す平面図である。 図２１は、本発明が適用されたヒューズ素子の第３の例を示す断面図である。 図２２は、本発明が適用されたヒューズ素子の第３の例を示す平面図であり、ヒューズ素子が動作した後の状態を示す。 図２３は、本発明が適用されたヒューズ素子の第３の例の回路構成を説明する回路図であり、図２３（Ａ）がヒューズ素子の動作前の状態を示し、図２３（Ｂ）がヒューズ素子の動作後の状態を示す。 図２４は、本発明が適用されたヒューズ素子の変形例を示す断面図である。 図２５は、本発明が適用されたヒューズ素子の他の変形例を示す平面図である。 図２６は、本発明が適用されたヒューズ素子の他の変形例を示す断面図である。 図２７は、本発明が適用されたヒューズ素子の他の変形例を示す平面図である。 図２８は、本発明が適用されたヒューズ素子が備える導電体の変形例を示す図である。
以下、本発明が適用されたヒューズ素子について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
［第１の実施の形態］
［ヒューズ素子］
本発明に係るヒューズ素子１は、図１乃至図３に示すように、絶縁基板２と、絶縁基板２上に配置された複数の電極３，４（以下では、第１の電極３及び第２の電極４と記載する。）と、第１の電極３及び第２の電極４にそれぞれ低融点金属５を介して接続され、低融点金属５よりも融点の高い導電体６とを備える。
なお、図１及び図３は、導電体６を透視してヒューズ素子１の上方から見た平面図であり、導電体６を破線で示している。図２は、図１のＡ−Ａ’線における断面図である。
絶縁基板２は、略矩形状とされており、例えば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって方形状に形成される。その他、絶縁基板２は、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよい。
絶縁基板２の相対向する両端部には、第１の電極３及び第２の電極４が形成されている。第１の電極３及び第２の電極４は、それぞれ、ＣｕやＡｇ配線等の導電パターンによって形成され、Ｃｕ等酸化されやすい配線材料の場合には表面に適宜、酸化防止対策としてＮｉ／ＡｕメッキやＳｎメッキ等の保護層が設けられている。また、第１の電極３及び第２の電極４は、絶縁基板２の表面２ａより、側面を介して裏面２ｂに至る。ヒューズ素子１は、裏面２ｂに形成された第１の電極３及び第２の電極４を介して、図示しない回路基板の電流経路上に表面実装される。
低融点金属５は、導電体６を第１の電極３及び第２の電極４にわたって接続する導電性の接続材であり、例えば、ソルダーペーストとしてＳｎを主成分とする金属を用いることができる。「Ｐｂフリーハンダ」と一般的に呼ばれる材料である。低融点金属５の融点は、リフロー炉の温度程度とされている。
導電体６は、低融点金属５よりも高融点、低電気抵抗の導電体材料からなり、図１乃至図３に示すように、第１の電極３及び第２の電極４にわたって配置され、略矩形状かつ板状の部材である。なお、導電体６は、矩形状、板状に限定されるものではないが、加工容易の観点から本実施の形態において当該形状としている。
導電体６は、具体的に、高融点、低電気抵抗の金属材料が好ましく、Ａｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｃｕ合金等を用いることができる。導電体６は、安価であり、自然酸化被膜ができず低融点金属によって接続し易いＣｕ又はＣｕ合金を用いることが好ましい。なお、導電体６は、第２の電極３及び第２の電極４の間の通電経路を構成し、定格を超える電流によっても自己発熱（ジュール熱）により溶断するものではない。ただし、導電体６が、自己発熱によって溶断することを妨げるものではないことは言うまでもない。
導電体６は、リフロー炉によって絶縁基板２上に実装を行う場合においても溶融しない高い融点を有する。これは、リフロー温度において溶融してしまうと導電体６の実装が困難となるからである。
ヒューズ素子１は、小型且つ高定格を実現するものであり、例えば、絶縁基板２の寸法として３〜４ｍｍ×５〜６ｍｍ程度と小型でありながら、抵抗値が０．５〜１ｍΩ、５０〜６０Ａ定格と高定格化が図られている。なお、本発明は、あらゆるサイズ、抵抗値及び電流定格を備えるヒューズ素子に適用することができるのはもちろんである。
［ヒューズ素子の動作］
ヒューズ素子１は、低融点金属５が溶融することにより、導電体６が第１の電極３及び第２の電極４のうち少なくとも一つから離間するまで絶縁基板２の表面２ａ上をスライド移動することで、第１の電極３及び第２の電極４間の通電経路を遮断することができる。
導電体６は、第１の電極３及び第２の電極４のそれぞれに対し、異なる接続面積で低融点金属５によって接続されている。従って、低融点金属５の溶融によって導電体６は異なる張力で第１の電極３又は第２の電極４の接続面積の大きな方に引き込まれるように絶縁基板２の表面２ａ上をスライド移動する。
具体的にヒューズ素子１では、図１乃至図３に示すように、第１の電極３上の低融点金属５ａの導電体６に対する接続面積よりも、第２の電極４上の低融点金属５ｂの導電体６に対する接続面積の方が大きくなるように構成されている。従って、導電体６は、低融点金属５の溶融によって第２の電極４側、図中矢印方向に引き込まれ、絶縁基板２の表面２ａ上をスライド移動して、図３に示すように、第２の電極４上で低融点金属５ｂによって保持される。
また、導電体６は、図１及び図２に示すように、第１の電極３よりも第２の電極４側にオフセットした状態で低融点金属５ａ，５ｂによって第１の電極３及び第２の電極４にそれぞれ接続保持されている。
具体的に導電体６は、図１中に図示するように、第１の電極３と導電体６の重複する部分の長さをＬ1とし、第２の電極４と導電体６の重複しない部分の第２の電極４の長さＬ2とすると、Ｌ1＜Ｌ2となるように、第２の電極４側にオフセットした状態で組み付けられている。
これは、導電体６の第１の電極３との接点部分に当たる長さＬ1以上の移動量を確保しなければ、導電体６と第１の電極３との電気的接続が完全に切断できないためである。言い換えると、スライド移送する導電体６の移動量は、導電体６と重複しない第２の電極４の長さＬ2に依存するため、Ｌ2をＬ1以上に確保する必要があると言える。
次に、ヒューズ素子１の動作を回路図を用いて説明する。ヒューズ素子１は、図４（Ａ）に示すように、導電体６が第１の電極３及び第２の電極４と接続され、第１の電極３及び第２の電極４間を導通させている。そして、ヒューズ素子１は、図４（Ｂ）に示すように、外部からの熱によって低融点金属５が溶融すると、導電体６を第２の電極４側にスライド移動させて、導電体６が第１の電極３から離れ、第１の電極３及び第２の電極４の導通が切断する。
［変形例１］
次に、第１の実施の形態における他の例として変形例１について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例１にかかるヒューズ素子１は、図５に示すように、絶縁基板２の表面２ａ上で、第１の電極３と第２の電極４との間に導電体６を支持する支持部材７を備えている。なお、図５は、図１におけるＡ−Ａ’線に相当する断面図である。支持部材７は、第１の電極３と第２の電極４との間に配置されるため、電極間のショートを避けるために、絶縁材料で構成するか、絶縁コーティングが施された部材であることが好ましい。
支持部材７は、導電体６をスライド移動可能に支持しており、絶縁基板２の表面２ａ上に固定されている。すなわち、支持部材７と導電体６とは固定されておらず、支持部材７上は導電体６が滑るような形状若しくはコーティングがなされている。
低融点金属５が溶融すると導電体６は支持部材７の支持を受け水平に滑らかに第２の電極４側にスライド移動することが可能とされている。すなわち、低融点金属５が第２の電極４側にスライド移動する途中において、導電体６が第２の電極４上の低融点金属５ｂに片持ちされた状態となるため、導電体６が絶縁基板２の表面２ａ上で傾いてしまいスライド移動が適切に行えないことが想定される。このため、支持部材７は、導電体６の水平状態を保持することで、スライド移動を適切に行うことができるようにサポートすることが可能である。
［変形例２］
次に、第１の実施の形態における他の例として変形例２について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例２にかかるヒューズ素子１は、図６に示すように、絶縁基板２の表面２ａ上で、第１の電極３、第２の電極４、低融点金属５、導電体６等を保護するカバー部材８を備えている。なお、図６は、図１におけるＡ−Ａ’線に相当する断面図である。
カバー部材８は、導電体６の可動エリアを規制する移動規制部８ａが設けられており、導電体６が所定の方向以外に移動しないようなストッパー機能を有している。このカバー部材８は、例えば、熱可塑性プラスチック，セラミックス，ガラスエポキシ基板等の絶縁性を有する部材を用いて形成することができる。
カバー部材８は、移動規制部８ａが絶縁基板２の表面２ａ上で導電体６と同じ高さまで延在しており、移動規制部８ａが導電体６の初期位置から第１の電極３側に所定のクリアランスを保つ位置に設けられている。すなわち、移動規制部８ａと導電体６とは導電体６の初期位置では接触しないが、低融点金属５が溶融した状態で導電体６が衝撃等によって第１の電極３側に移動してしまった場合に移動規制部８ａと導電体６とが接触し、導電体６を誤った方向にスライド移動させない。
移動規制部８ａが導電体６の移動を規制した状態であっても、低融点金属５ｂ側の導電体６の接続面積が大きければ、いずれ低融点金属５ｂの張力によって導電体６が第２の電極４側に引き込まれ、導電体６が第２の電極４側にスライド移動する。
このため、移動規制部８ａは、導電体６の逆方向への移動を規制することで、導電体６が第１の電極３側に移動してしまうことを防止するとともに、第２の電極４側に確実にスライド移動させることができるようになる。
［変形例３］
次に、第１の実施の形態における他の例として変形例３について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例３にかかるヒューズ素子１は、図７に示すように、絶縁基板２の表面２ａ上で、導電体６の移動を規制する移動規制部材９を備えている。なお、図７は、図１におけるＡ−Ａ’線に相当する断面図である。
移動規制部材９は、絶縁基板２の表面２ａ上であって、本構成においては特に第１の電極３上に固定された部材であり、導電体６が所定の方向以外に移動しないようなストッパー機能を有している。移動規制部材９は、例えば絶縁体を用いることができるが、回路構成上ショート等の問題を発生させないため、第１の電極３と一体に製造する場合には、第１の電極３と同様の金属材料を用いることとしてもよい。
移動規制部材９は、絶縁基板２の表面２ａ上で導電体６と同じ高さまで延在しており、移動規制部材９が導電体６の初期位置から第１の電極３側に所定のクリアランスを保つ位置に設けられている。すなわち、移動規制部材９と導電体６とは導電体６の初期位置では接触しないが、低融点金属５が溶融した状態で導電体６が衝撃等によって第１の電極３側に移動してしまった場合に移動規制部材９と導電体６とが接触し、導電体６を誤った方向にスライド移動させない。
移動規制部材９が導電体６の移動を規制した状態であっても、低融点金属５ｂ側の導電体６の接続面積が大きければ、いずれ低融点金属５ｂの張力によって導電体６が第２の電極４側に引き込まれ、導電体６が第２の電極４側にスライド移動する。
このため、移動規制部材９は、導電体６の逆方向への移動を規制することで、導電体６が第１の電極３側に移動してしまうことを防止するとともに、第２の電極４側に確実にスライド移動させることができるようになる。
［変形例４］
次に、第１の実施の形態における他の例として変形例４について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例４にかかるヒューズ素子１は、図８に示すように、絶縁基板２の表面２ａ上で、導電体６の移動を案内するガイド部１０を備えている。なお、図８は、導電体６を透視してヒューズ素子１の上方から見た平面図であり、導電体６を破線で示している。
ガイド部材１０は、絶縁基板２の表面２ａ上に固定された部材であり、導電体６が所定の方向に移動するように移動方向に沿ったガイド機能を有している。ガイド部材１０は、第１の電極３側から第２の電極４側に延在する平行した２つの部材により構成されており、両電極間をショートさせないように、樹脂材料等の絶縁体を用いることが好ましい。
ガイド部材１０は、絶縁基板２の表面２ａ上で導電体６と同じ高さまで延在しており、ガイド部材１０が導電体６の初期位置から第２の電極４側に移動する範囲を側面から移動方向を規制するガイドレールとなる位置に設けられている。すなわち、ガイド部材１０と導電体６とは導電体６の初期位置から、低融点金属５が溶融した状態で導電体６が第２の電極４側に移動するまで側面で接触し、導電体６を誤った方向にスライド移動させない。
このため、ガイド部材１０は、導電体６が斜めになってしまったり斜め方向に移動することを規制することで、導電体６を第２の電極４側に確実にスライド移動させることができるようになる。
［変形例５］
次に、第１の実施の形態における他の例として変形例５について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例５にかかるヒューズ素子１は、図９に示すように、導電体６の形状を台形状として構成している。なお、図９は、導電体６を透視してヒューズ素子１の上方から見た平面図であり、導電体６を破線で示している。
導電体６は、上述の他の例において矩形状としていたが、第１の電極３側を短辺の上底、第２の電極４側を長辺の下底とする台形状の構造を有している。すなわち導電体６は、第１の電極３側の面積が小さくなり、相対的に第２の電極４側の面積が大きくなる。このため、導電体６と第１の電極３および第２の電極４の低融点金属５による接続面積は第１の電極３側よりも第２の電極４側が大きくなり、溶融した低融点金属５ｂによる引っ張り力が大きくなる。
このため、ヒューズ素子１は、台形状の導電体６を第２の電極４側に確実にスライド移動させることができるようになる。
以上で説明した第１の実施の形態における各変形例は、任意の組み合わせで用いることができ、相乗的な効果を得ることができるため、適宜組み合わせて用いることができることは言うまでもない。すなわち、各変形例を全て適用することで、低融点金属５が溶融した時に確実に導電体６を移動させ、第１の電極３及び第２の電極４間の電気的接続を確実に切断することができるといえる。
［第２の実施の形態］
［ヒューズ素子］
本発明に係るヒューズ素子１の他の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態で説明したものと同等の機能を有する構成については同じ符号を付して説明を省略する。
本発明にかかるヒューズ素子１は、図１０乃至図１２に示すように、絶縁基板２と、絶縁基板２上に配置された複数の電極３，４，１１（以下では、第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１と記載する。）と、第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１にそれぞれ低融点金属５を介して接続され、低融点金属５よりも融点の高い導電体６と、第２の電極４の下方に配置されたヒータ１２とを備える。
なお、図１０及び図１２は、導電体６を透視してヒューズ素子１の上方から見た平面図であり、導電体６を破線で示している。図１１は、図１０のＢ−Ｂ’線における断面図である。
絶縁基板２は、略矩形状とされており、例えば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって方形状に形成される。その他、絶縁基板２は、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよい。
絶縁基板２の一端部には、第１の電極３及び第３の電極１１が所定の距離を離間して形成されている。また、絶縁基板２の他端部、特に第１の電極３及び第３の電極１１が設けられた一端部と隣接する端部に、第２の電極４が形成されている。第２の電極４は、第１の電極３及び第３の電極１１と対向するように延在されて設けられており、絶縁基板２の表面２ａ上において、第１の電極３及び第３の電極１１と第２の電極４とが対向するように配置されている。
第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１は、それぞれ、ＣｕやＡｇ配線等の導電パターンによって形成され、Ｃｕ等酸化されやすい配線材料の場合には表面に適宜、酸化防止対策としてＮｉ／ＡｕメッキやＳｎメッキ等の保護層が設けられている。また、第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１は、絶縁基板２の表面２ａより、側面を介して裏面２ｂに至る。ヒューズ素子１は、裏面２ｂに形成された第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１を介して、図示しない回路基板の電流経路上に表面実装される。
低融点金属５は、導電体６を第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１にわたって接続する導電性の接続材であり、例えば、ソルダーペーストとしてＳｎを主成分とする金属を用いることができる。「Ｐｂフリーハンダ」と一般的に呼ばれる材料である。低融点金属５の融点は、リフロー炉の温度程度とされている。
導電体６は、低融点金属５よりも高融点、低電気抵抗の導電体材料からなり、図１０乃至図１１に示すように、第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１にわたって配置され、略矩形状かつ板状の部材である。なお、導電体６は、矩形状、板状に限定されるものではないが、加工容易の観点から本実施の形態において当該形状としている。
導電体６は、具体的に、高融点、低電気抵抗の金属材料が好ましく、Ａｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｃｕ合金等を用いることができる。導電体６は、安価であり、自然酸化被膜ができず低融点金属によって接続し易いＣｕ又はＣｕ合金を用いることが好ましい。なお、導電体６は、第２の電極３及び第３の電極１１の間の通電経路を構成し、定格を超える電流によっても自己発熱（ジュール熱）により溶断するものではない。ただし、導電体６が、自己発熱によって溶断することを妨げるものではないことは言うまでもない。
ヒータ１２は、低融点金属５を溶融させる熱を発生させる電気抵抗部材であり、後述する回路図で説明を行うが、第２の電極４と電気的に接続され、また熱的に接続されている。電気回路上に定格電流が流れる場合に、低融点金属５を溶融させる熱を印加するものである。
［ヒューズ素子の動作］
ヒューズ素子１は、低融点金属５が溶融することにより、導電体６が第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１のうち第１の電極３，第３の電極１１から離間するまで絶縁基板２の表面２ａ上をスライド移動することで、第１の電極３及び第３の電極１１間の通電経路を遮断することができる。
導電体６は、第１の電極３及び第３の電極１１の組み合わせと、第２の電極４とのそれぞれに対し、異なる接続面積で低融点金属５によって接続されている。従って、低融点金属５の溶融によって導電体６は異なる張力で第１の電極３及び第３の電極１１の組み合わせと、第２の電極４との接続面積の大きな方に引き込まれるように絶縁基板２の表面２ａ上をスライド移動する。
具体的にヒューズ素子１では、図１０乃至図１２に示すように、第１の電極３上の低融点金属５ａの導電体６に対する接続面積と第３の電極１１上の低融点金属５ｃの導電体６に対する接続面積の合計よりも、第２の電極４上の低融点金属５ｂの導電体６に対する接続面積の方が大きくなるように構成されている。従って、導電体６は、低融点金属５ｂの溶融によって第２の電極４側、図中矢印方向に引き込まれ、絶縁基板２の表面２ａ上をスライド移動して、図１２に示すように、第２の電極４上で低融点金属５ｂによって保持される。
また、導電体６は、図１０及び図１１に示すように、第１の電極３及び第３の電極１１よりも第２の電極４側にオフセットした状態で低融点金属５ａ，５ｂ，５ｃによって第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１にそれぞれ接続保持されている。
具体的に導電体６は、図１０中に図示するように、第１の電極３及び第３の電極１１と導電体６の重複する部分の長さをＬ1とし、第２の電極４と導電体６の重複しない部分の第２の電極４の長さＬ2とすると、Ｌ1＜Ｌ2となるように、第２の電極４側にオフセットした状態で組み付けられている。
これは、導電体６の第１の電極３及び第３の電極１１との接点部分に当たる長さＬ1以上の移動量を確保しなければ、導電体６と第１の電極３及び第３の電極１１との電気的接続が完全に切断できないためである。言い換えると、スライド移送する導電体６の移動量は、導電体６と重複しない第２の電極４の長さＬ2に依存するため、Ｌ2をＬ1以上に確保する必要があると言える。
次に、ヒューズ素子１の動作を回路図を用いて説明する。ヒューズ素子１は、図１３（Ａ）に示すように、導電体６が第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１と接続され、第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１間を導通させている。そして、ヒューズ素子１は、図１３（Ｂ）に示すように、ヒータ１２からの熱によって低融点金属５が溶融すると、導電体６を第２の電極４側にスライド移動させて、導電体６が第１の電極３及び第３の電極１１から離れ、第１の電極３及び第３の電極１１の導通が切断する。また、当然であるが、第１の電極３及び第２の電極４間、第３の電極１１及び第２の電極４間の導通が切断する。これにより、ヒータ１２への通電も解消されるため、ヒータ１２の発熱は停止する。
［変形例６］
次に、第２の実施の形態における他の例として変形例６について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例６にかかるヒューズ素子１は、図１４に示すように、絶縁基板２の表面２ａ上で、第１の電極３及び第３の電極１１と第２の電極４との間に導電体６を支持する支持部材７を備えている。なお、図１４は、図１０におけるＢ−Ｂ’線に相当する断面図である。支持部材７は、第１の電極３及び第３の電極１１と第２の電極４との間に配置されるため、電極間のショートを避けるために、絶縁材料で構成するか、絶縁コーティングが施された部材であることが好ましい。
支持部材７は、導電体６をスライド移動可能に支持しており、絶縁基板２の表面２ａ上に固定されている。すなわち、支持部材７と導電体６とは固定されておらず、支持部材７上は導電体６が滑るような形状若しくはコーティングがなされている。
低融点金属５が溶融すると導電体６は支持部材７の支持を受け水平に滑らかに第２の電極４側にスライド移動することが可能とされている。すなわち、低融点金属５が第２の電極４側にスライド移動する途中において、導電体６が第２の電極４上の低融点金属５ｂに片持ちされた状態となるため、導電体６が絶縁基板２の表面２ａ上で傾いてしまいスライド移動が適切に行えないことが想定される。このため、支持部材７は、導電体６の水平状態を保持することで、スライド移動を適切に行うことができるようにサポートすることが可能である。
［変形例７］
次に、第２の実施の形態における他の例として変形例７について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例７にかかるヒューズ素子１は、図１５に示すように、絶縁基板２の表面２ａ上で、第１の電極３、第２の電極４、第３の電極１１、低融点金属５、導電体６等を保護するカバー部材８を備えている。なお、図１５は、図１０におけるＢ−Ｂ’線に相当する断面図である。
カバー部材８は、導電体６の可動エリアを規制する移動規制部８ａが設けられており、導電体６が所定の方向以外に移動しないようなストッパー機能を有している。このカバー部材８は、例えば、熱可塑性プラスチック，セラミックス，ガラスエポキシ基板等の絶縁性を有する部材を用いて形成することができる。
カバー部材８は、移動規制部８ａが絶縁基板２の表面２ａ上で導電体６と同じ高さまで延在しており、移動規制部８ａが導電体６の初期位置から第１の電極３及び第３の電極１１側に所定のクリアランスを保つ位置に設けられている。すなわち、移動規制部８ａと導電体６とは導電体６の初期位置では接触しないが、低融点金属５が溶融した状態で導電体６が衝撃等によって第１の電極３及び第３の電極１１側に移動してしまった場合に移動規制部８ａと導電体６とが接触し、導電体６を誤った方向にスライド移動させない。
移動規制部８ａが導電体６の移動を規制した状態であっても、低融点金属５ｂ側の導電体６の接続面積が大きければ、いずれ低融点金属５ｂの張力によって導電体６が第２の電極４側に引き込まれ、導電体６が第２の電極４側にスライド移動する。
このため、移動規制部８ａは、導電体６の逆方向への移動を規制することで、導電体６が第１の電極３及び第３の電極１１側に移動してしまうことを防止するとともに、第２の電極４側に確実にスライド移動させることができるようになる。
［変形例８］
次に、第２の実施の形態における他の例として変形例８について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例８にかかるヒューズ素子１は、図１６に示すように、絶縁基板２の表面２ａ上で、導電体６の移動を規制する移動規制部材９を備えている。なお、図１６は、図１０におけるＢ−Ｂ’線に相当する断面図である。
移動規制部材９は、絶縁基板２の表面２ａ上であって、本構成においては特に第１の電極３上及び第３の電極１１上に固定された部材であり、導電体６が所定の方向以外に移動しないようなストッパー機能を有している。移動規制部材９は、第１の電極３から第３の電極１１にわたって設けられているため、回路のショートを防止するため、樹脂材料等の絶縁体を用いることが好ましい。
移動規制部材９は、絶縁基板２の表面２ａ上で導電体６と同じ高さまで延在しており、移動規制部材９が導電体６の初期位置から第１の電極３及び第３の電極１１側に所定のクリアランスを保つ位置に設けられている。すなわち、移動規制部材９と導電体６とは導電体６の初期位置では接触しないが、低融点金属５が溶融した状態で導電体６が衝撃等によって第１の電極３及び第３の電極１１側に移動してしまった場合に移動規制部材９と導電体６とが接触し、導電体６を誤った方向にスライド移動させない。
移動規制部材９が導電体６の移動を規制した状態であっても、低融点金属５ｂ側の導電体６の接続面積が大きければ、いずれ低融点金属５ｂの張力によって導電体６が第２の電極４側に引き込まれ、導電体６が第２の電極４側にスライド移動する。
このため、移動規制部材９は、導電体６の逆方向への移動を規制することで、導電体６が第１の電極３及び第３の電極１１側に移動してしまうことを防止するとともに、第２の電極４側に確実にスライド移動させることができるようになる。
［変形例９］
次に、第２の実施の形態における他の例として変形例９について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例９にかかるヒューズ素子１は、図１７に示すように、絶縁基板２の表面２ａ上で、導電体６の移動を案内するガイド部１０を備えている。なお、図１７は、導電体６を透視してヒューズ素子１の上方から見た平面図であり、導電体６を破線で示している。
ガイド部材１０は、絶縁基板２の表面２ａ上に固定された部材であり、導電体６が所定の方向に移動するように移動方向に沿ったガイド機能を有している。ガイド部材１０は、第１の電極３及び第３の電極１１側から第２の電極４側に延在する平行した２つの部材により構成されており、両電極間をショートさせないように、樹脂材料等の絶縁体を用いることが好ましい。
ガイド部材１０は、絶縁基板２の表面２ａ上で導電体６と同じ高さまで延在しており、移ガイド部材１０が導電体６の初期位置から第２の電極４側に移動する範囲を側面から移動方向を規制するガイドレールとなる位置に設けられている。すなわち、ガイド部材１０と導電体６とは導電体６の初期位置から、低融点金属５が溶融した状態で導電体６が第２の電極４側に移動するまで側面で接触し、導電体６を誤った方向にスライド移動させない。
このため、ガイド部材１０は、導電体６が斜めになってしまったり斜め方向に移動することを規制することで、導電体６を第２の電極４側に確実にスライド移動させることができるようになる。
［変形例１０］
次に、第２の実施の形態における他の例として変形例１０について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例１０にかかるヒューズ素子１は、図１８に示すように、導電体６の形状を台形状として構成している。なお、図１８は、導電体６を透視してヒューズ素子１の上方から見た平面図であり、導電体６を破線で示している。
導電体６は、上述の他の例において矩形状としていたが、第１の電極３及び第３の電極１１側を短辺の上底、第２の電極４側を長辺の下底とする台形状の構造を有している。すなわち導電体６は、第１の電極３及び第３の電極１１側の面積が小さくなり、相対的に第２の電極４側の面積が大きくなる。このため、導電体６と第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１と低融点金属５による接続面積は、第１の電極３及び第３の電極１１側の合計よりも第２の電極４側が大きくなり、溶融した低融点金属５ｂによる引っ張り力が大きくなる。
このため、ヒューズ素子１は、台形状の導電体６を第２の電極４側に確実にスライド移動させることができるようになる。
［変形例１１］
次に、第２の実施の形態における他の例として変形例１１について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例１１にかかるヒューズ素子１は、図１９に示すように、導電体６の形状を２つの凸部を有する形状として構成している。なお、図１９は、導電体６を透視してヒューズ素子１の上方から見た平面図であり、導電体６を破線で示している。
導電体６は、上述の他の例において矩形状としていたが、第１の電極３側を短辺の上底とする台形と、第３の電極４側を短辺の上底とする台形として、２つの凸部６ａ，６ｂとした形状の構造を有している。すなわち導電体６は、第１の電極３及び第３の電極１１側の面積が小さくなり、相対的に第２の電極４側の面積が大きくなる。このため、導電体６と第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１と低融点金属５による接続面積は、第１の電極３及び第３の電極１１側の合計よりも第２の電極４側が大きくなり、溶融した低融点金属５ｂによる引っ張り力が大きくなる。
このため、ヒューズ素子１は、台形状の導電体６を第２の電極４側に確実にスライド移動させることができるようになる。
変形例１１は、変形例１０と比較して導電体６を小さくするために、通電に寄与しない部分を切り抜いた形状ともいえる。導電体６の小型化により、導電体６を移動させやすくなる。
以上で説明した第２の実施の形態における各変形例は、任意の組み合わせで用いることができ、相乗的な効果を得ることができるため、適宜組み合わせて用いることができることは言うまでもない。すなわち、各変形例を全て適用することで、低融点金属５が溶融した時に確実に導電体６を移動させ、第１の電極３及び第３の電極１１間の電気的接続を確実に切断することができるといえる。
［第３の実施の形態］
［ヒューズ素子］
本発明に係るヒューズ素子１の他の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態で説明したものと同等の機能を有する構成については同じ符号を付して説明を省略する。
本発明にかかるヒューズ素子１は、図２０乃至図２２に示すように、絶縁基板２と、絶縁基板２上に配置された複数の電極３，４，１１（以下では、第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１と記載する。）と、第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１にそれぞれ低融点金属５を介して接続され、低融点金属５よりも融点の高い導電体６と、第２の電極４の下方に配置されたヒータ１２とを備える。
なお、図２０及び図２２は、導電体６を透視してヒューズ素子１の上方から見た平面図であり、導電体６を破線で示している。図２１は、図２０のＣ−Ｃ’線における断面図である。
絶縁基板２は、略矩形状とされており、例えば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって方形状に形成される。その他、絶縁基板２は、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよい。
絶縁基板２の一端部には、第１の電極３が形成されている。また、絶縁基板２の他端部、特に第１の電極３が設けられた一端部と隣接する端部に、第２の電極４が形成されている。さらに、絶縁基板２の第１の電極３が形成された一端部と対向する端部に、第３の電極１１が形成されている。第１の電極３及び第３の電極１１は、絶縁基板２の表面２ａ上で対向配置 されており、第２の電極４は、第１の電極３及び第３の電極１１の間に延在するように設けられており、言い換えると、第２の電極４が第１の電極３と第３の電極１１を分断するように配置されているといえる。
第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１は、それぞれ、ＣｕやＡｇ配線等の導電パターンによって形成され、Ｃｕ等酸化されやすい配線材料の場合には表面に適宜、酸化防止対策としてＮｉ／ＡｕメッキやＳｎメッキ等の保護層が設けられている。また、第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１は、絶縁基板２の表面２ａより、側面を介して裏面２ｂに至る。ヒューズ素子１は、裏面２ｂに形成された第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１を介して、図示しない回路基板の電流経路上に表面実装される。
低融点金属５は、導電体６を第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１にわたって接続する導電性の接続材であり、例えば、ソルダーペーストとしてＳｎを主成分とする金属を用いることができる。「Ｐｂフリーハンダ」と一般的に呼ばれる材料である。低融点金属５の融点は、リフロー炉の温度程度とされている。
導電体６は、低融点金属５よりも高融点、低電気抵抗の導電体材料からなり、図２０乃至図２１に示すように、第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１にわたって配置され、略矩形状かつ板状の部材である。なお、導電体６は、矩形状、板状に限定されるものではないが、加工容易の観点から本実施の形態において当該形状としている。
導電体６は、具体的に、高融点、低電気抵抗の金属材料が好ましく、Ａｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｃｕ合金等を用いることができる。導電体６は、安価であり、自然酸化被膜ができず低融点金属によって接続し易いＣｕ又はＣｕ合金を用いることが好ましい。なお、導電体６は、第２の電極３及び第３の電極１１の間の通電経路を構成し、定格を超える電流によっても自己発熱（ジュール熱）により溶断するものではない。ただし、導電体６が、自己発熱によって溶断することを妨げるものではないことは言うまでもない。
ヒータ１２は、低融点金属５を溶融させる熱を発生させる電気抵抗部材であり、後述する回路図で説明を行うが、第２の電極４と電気的に接続され、また熱的に接続されている。電気回路上に定格電流が流れる場合に、低融点金属５を溶融させる熱を印加するものである。
［ヒューズ素子の動作］
ヒューズ素子１は、低融点金属５が溶融することにより、導電体６が第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１のうち第１の電極３，第３の電極１１から離間するまで絶縁基板２の表面２ａ上を回転移動することで、第１の電極３及び第３の電極１１間の通電経路を遮断することができる。
導電体６は、第１の電極３及び第３の電極１１の組み合わせと、第２の電極４とのそれぞれに対し、異なる接続面積で低融点金属５によって接続されている。従って、低融点金属５の溶融によって導電体６は異なる張力で第１の電極３及び第３の電極１１の組み合わせと、第２の電極４との接続面積の大きな方に引き込まれるように絶縁基板２の表面２ａ上を回転移動する。
具体的にヒューズ素子１では、図２０乃至図２２に示すように、第１の電極３上の低融点金属５ａの導電体６に対する接続面積と第３の電極１１上の低融点金属５ｃの導電体６に対する接続面積の合計よりも、第２の電極４上の低融点金属５ｂの導電体６に対する接続面積の方が大きくなるように構成されている。従って、導電体６は、低融点金属５ｂの溶融によって第２の電極４側、図中矢印方向に回転しながら引き込まれ、絶縁基板２の表面２ａ上を回転移動して、図２２に示すように、第２の電極４上で低融点金属５ｂによって保持される。
また、導電体６は、図２０及び図２１に示すように、回転動作する中心部Ｏを第２の電極４上に配置し、第１の電極３及び第３の電極１１には端部が僅かに重複するようにした状態で低融点金属５ａ，５ｂ，５ｃによって第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１にそれぞれ接続保持されている。
具体的に導電体６は、図２０中に図示するように、中心部Ｏを中心とした点対称の形状をしており、好ましくは中心部Ｏにその重心があることが好ましい。中心部Ｏを軸として導電体６が回転移動しやすくするためである。また、中心部Ｏから導電体６の隅までを結んだ線分により規定される角度θ1は、導電体６に必要とされる最低の回転角度であり、また、図２２に示すように、回転した導電体６が第２の電極４に必要とされる幅を規定する角度となる。
また、導電体６は、第１の電極３側、第３の電極１１側において、回転方向に突出する突出部６ｃ，６ｄをそれぞれ有している。すなわち導電体６は、略Ｚ字形状をしているといえる。
導電体６は、突出部６ｃが第１の電極３に低融点金属５ａにより接続されるとともに、第２の電極４に低融点金属５ｂにより接続されることとなる。したがって、突出部６ｃが回転方向に突出することで、溶融した低融点金属５ｂにより斜めに引き込まれる。また、導電体６は、突出部６ｄが第３の電極１１に低融点金属５ｃにより接続されるとともに、第２の電極４に低融点金属５ｂにより接続されることとなる。したがって、突出部６ｄが回転方向に突出することで、溶融した低融点金属５ｂにより斜めに引き込まれる。
導電体６は、中心部Ｏの外側において点対称の突出部６ｃ，６ｄにより、それぞれ回転方向に引き込まれる力が印加され回転モーメントが生じ、中心部Ｏを回転中心として回転する。
次に、ヒューズ素子１の動作を回路図を用いて説明する。ヒューズ素子１は、図２３（Ａ）に示すように、導電体６が第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１と接続され、第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１間を導通させている。そして、ヒューズ素子１は、図２３（Ｂ）に示すように、ヒータ１２からの熱によって低融点金属５が溶融すると、導電体６を第２の電極４側に回転移動させて、導電体６が第１の電極３及び第３の電極１１から離れ、第１の電極３及び第３の電極１１の導通が切断する。また、当然であるが、第１の電極３及び第２の電極４間、第３の電極１１及び第２の電極４間の導通が切断する。これにより、ヒータ１２への通電も解消されるため、ヒータ１２の発熱は停止する。
［変形例１２］
次に、第３の実施の形態における他の例として変形例１２について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例１２にかかるヒューズ素子１は、図２４に示すように、絶縁基板２の表面２ａ上で、第１の電極３及び第３の電極１１と第２の電極４との間に導電体６を支持する支持部材７を備えている。なお、図２４は、図２０におけるＣ−Ｃ’線に相当する断面図である。支持部材７は、第１の電極３及び第３の電極１１と第２の電極４との間に配置されるため、電極間のショートを避けるために、絶縁材料で構成するか、絶縁コーティングが施された部材であることが好ましい。
支持部材７は、導電体６を回転移動可能に支持しており、絶縁基板２の表面２ａ上に固定されている。すなわち、支持部材７と導電体６とは固定されておらず、支持部材７上は導電体６が滑るような形状若しくはコーティングがなされている。また、導電体６が回転移動することから、支持部材７は、円弧状に設けることが好ましい。
低融点金属５が溶融すると導電体６は支持部材７の支持を受け水平に滑らかに第２の電極４側に回転移動することが可能とされている。すなわち、低融点金属５が第２の電極４側に回転移動する途中において、導電体６が第２の電極４上の低融点金属５ｂに片持ちされた状態となるため、導電体６が絶縁基板２の表面２ａ上で傾いてしまい回転移動が適切に行えないことが想定される。このため、支持部材７は、導電体６の水平状態を保持することで、回転移動を適切に行うことができるようにサポートすることが可能である。
［変形例１３］
次に、第３の実施の形態における他の例として変形例１３について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例１３にかかるヒューズ素子１は、図２５に示すように、絶縁基板２の表面２ａ上で、導電体６の移動を案内するガイド部１０を備えている。なお、図２５は、導電体６を透視してヒューズ素子１の上方から見た平面図であり、導電体６を破線で示している。
ガイド部材１０は、絶縁基板２の表面２ａ上に固定された部材であり、導電体６が所定の方向に回転移動するように移動方向に沿ったガイド機能を有している。ガイド部材１０は、第１の電極３及び第３の電極１１側から第２の電極４側に延在する対向した円弧状の２つの部材により構成されており、両電極間をショートさせないように、樹脂材料等の絶縁体を用いることが好ましい。
ガイド部材１０は、絶縁基板２の表面２ａ上で導電体６と同じ高さまで延在しており、移ガイド部材１０が導電体６の初期位置から第２の電極４側に回転移動する範囲を側面から移動方向を規制するガイドレールとなる位置に設けられている。すなわち、ガイド部材１０と導電体６とは導電体６の初期位置から、低融点金属５が溶融した状態で導電体６が第２の電極４側に回転移動するまで側面で接触し、導電体６を回転動作から逸脱させない。
このため、ガイド部材１０は、導電体６を第２の電極４側に確実に回転移動させることができるようになる。
［変形例１４］
次に、第３の実施の形態における他の例として変形例１４について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例１４にかかるヒューズ素子１は、図２６に示すように、絶縁基板２の表面２ａ上で、第１の電極３、第２の電極４、第３の電極１１、低融点金属５、導電体６等を保護するカバー部材８を備えている。なお、図２６は、図２０におけるＣ−Ｃ’線に相当する断面図である。
カバー部材８は、カバー部材８は、導電体６の回転可動エリアを規制する移動規制部８ａが設けられており、導電体６が所定の回転方向以外に移動しないようなストッパー機能を有している。このカバー部材８は、例えば、熱可塑性プラスチック，セラミックス，ガラスエポキシ基板等の絶縁性を有する部材を用いて形成することができる。
カバー部材８は、移動規制部８ａが絶縁基板２の表面２ａ上で導電体６と同じ高さまで延在しており、移動規制部８ａが導電体６の初期位置から第１の電極３及び第３の電極１１側に所定のクリアランスを保つ位置に設けられている。すなわち、移動規制部８ａと導電体６とは導電体６の初期位置では接触しないが、低融点金属５が溶融した状態で導電体６が衝撃等によって回転軸が中心部Ｏからズレてしまった場合に移動規制部８ａと導電体６とが接触し、導電体６の回転方向を中心部Ｏを回転軸とするように強制する。すなわち、移動規制部８ａは、導電体６の回転動作をするガイド部材であるともいえる。
移動規制部８ａが導電体６の移動を規制した状態であっても、低融点金属５ｂ側の導電体６の接続面積が大きければ、いずれ低融点金属５ｂの張力によって導電体６が第２の電極４側に引き込まれ、導電体６が第２の電極４上に乗るように回転移動する。
このため、移動規制部８ａは、導電体６の回転向への移動以外を規制することで、導電体６が第１の電極３及び第３の電極１１側に移動してしまうことを防止するとともに、第２の電極４上に乗るように確実に回転移動させることができるようになる。
［変形例１５］
次に、第３の実施の形態における他の例として変形例１５について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例１５にかかるヒューズ素子１は、図２７に示すように、導電体６の形状を２つの凹部６ｅ，６ｆを有する形状として構成している。なお、図２７は、導電体６を透視してヒューズ素子１の上方から見た平面図であり、導電体６を破線で示している。
導電体６は、上述の他の例において略Ｚ字形状としていたが、第１の電極３側の中心部Ｏから最も遠い側の隅と、第３の電極４側を中心部Ｏから最も遠い側の隅とに、２つの切り欠きをおこなった凹部６ｅ，６ｆとした形状の構造を有している。すなわち導電体６は、第１の電極３及び第３の電極１１側の面積が切り欠き分だけ小さくなり、相対的に第２の電極４側の面積が大きくなる。このため、導電体６と第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１と低融点金属５による接続面積は、第１の電極３及び第３の電極１１側の合計よりも第２の電極４側が大きくなり、溶融した低融点金属５ｂによる引っ張り力が大きくなる。
このため、ヒューズ素子１は、凹部６ｅ，６ｆを有する導電体６を第２の電極４側に確実に回転移動させることができるようになる。
変形例１５は、変形例１０と比較して導電体６を小さくするために、通電に寄与しない部分を切り抜いた形状ともいえる。導電体６の小型化により、導電体６を移動させやすくなる。
［変形例１６］
次に、第３の実施の形態における他の例として変形例１６について説明する。上述で説明したヒューズ素子１と同等の部位には同じ符号を付して説明を省略し、特に差分について説明を行う。
変形例１６にかかるヒューズ素子１は、図２８に示すように、変形例１５と比較して導電体６の形状を２つの凹部６ｅ，６ｆを円弧状の切り欠き形状として構成している。なお、図２８は、導電体６のみを説明する図であるが、他の部位については変形例１５と同様である。
導電体６は、上述の他の例において略Ｚ字形状としていたが、第１の電極３側の中心部Ｏから最も遠い側の隅と、第３の電極４側を中心部Ｏから最も遠い側の隅とに、それぞれ円弧状に切り欠きをおこなった凹部６ｅ，６ｆとした形状の構造を有している。すなわち導電体６は、第１の電極３及び第３の電極１１側の面積が切り欠き分だけ小さくなり、相対的に第２の電極４側の面積が大きくなる。このため、導電体６と第１の電極３，第２の電極４，第３の電極１１と低融点金属５による接続面積は、第１の電極３及び第３の電極１１側の合計よりも第２の電極４側が大きくなり、溶融した低融点金属５ｂによる引っ張り力が大きくなる。
また、導電体６は、凹部６ｅ，６ｆを円弧状に切り欠いた形状としたため角がなく、回転移動をする際に引っ掛かる部分がなく滑らかな回転が可能となる。
また、導電体６は、凹部６ｅ，６ｆに相当する部分を絶縁基板２の表面２ａから離れるようにそり上げさせたそり部６ｇ，６ｈとした構造を有している。すなわち、導電体６は、回転方向の端面がそり上がっているため、第２の電極４に乗り上げる際にスムーズな動作が可能であり、第２の電極４の端部に引っ掛かり回転移動が完了しないようなことを防止することができる。
このため、ヒューズ素子１は、凹部６ｅ，６ｆ及びそり部６ｇ，６ｈを有する導電体６を第２の電極４上に乗るように確実に回転移動させることができるようになる。
以上で説明した第３の実施の形態における各変形例は、任意の組み合わせで用いることができ、相乗的な効果を得ることができるため、適宜組み合わせて用いることができることは言うまでもない。すなわち、各変形例を全て適用することで、低融点金属５が溶融した時に確実に導電体６を回転移動させ、第１の電極３及び第３の電極１１間の電気的接続を確実に切断することができるといえる。
なお、第３の実施の形態において、例えば図２８に示すように、導電体６を支持する支軸Ｓを備えるようにしてもよく、中心部Ｏがずれないように、導電体６を軸支するようにすることで、ガイド部等を設ける必要なく、簡易な構造で導電体６の回転移動をサポートすることができる。支軸Ｓは、第２の電極４から突出するようにしてもよいし、カバー部材８を用いる場合には、カバー部材８から突出するようにしてもよい。なお、支軸Ｓを受けるために導電体６に凹みもしくは貫通孔を設けるようにすることが好ましい。
なお、上記の第１の実施の形態乃至第３の実施の形態では、導電体６をＣｕ等の金属板を例にして説明したが、低融点金属と高融点金属の積層型のヒューズエレメントを用いてもよいことは言うまでもない。
また、本発明を適用したヒューズ素子では、ヒータの内臓有無を問わないが、低融点金属５を溶融するための熱源は適宜必要とすることは言うまでもなく、外部にヒータを設けるか、導電体６の自己発熱を用いる方法であってもよいことは言うまでもない。
１ ヒューズ素子、２ 絶縁基板、２ａ 表面、２ｂ 裏面、３ 第１の電極、４ 第２の電極、５ 低融点金属、５ａ 第１の電極上の低融点金属、５ｂ 第２の電極上の低融点金属、５ｃ 第３の電極上の低融点金属、６ 導電体、６ａ，６ｂ 凸部、６ｃ，６ｄ 突出部、６ｅ，６ｆ 凹部、６ｇ，６ｈ そり部、７ 支持部材、８ カバー部材、８ａ 移動規制部、９ 移動規制部材、１０ ガイド部材、１１ 第３の電極、１２ ヒータ

Claims (10)

  1. 絶縁基板と、
    前記絶縁基板上に配置された複数の電極と、
    前記複数の電極にそれぞれ低融点金属を介して接続され、前記低融点金属よりも融点の高い導電体とを備え、
    前記複数の電極は、第１の電極及び第２の電極とからなり、
    前記導電体は、前記第２の電極の前記低融点金属による接続面積が、前記第１の電極の前記低融点金属による接続面積よりも大きく、
    前記導電体は、前記低融点金属が溶融することにより、前記複数の電極のうち少なくとも一つから離間するまで移動して何れかの電極間の通電経路を遮断するヒューズ素子。
  2. 絶縁基板と、
    前記絶縁基板上に配置された複数の電極と、
    前記複数の電極にそれぞれ低融点金属を介して接続され、前記低融点金属よりも融点の高い導電体とを備え、
    前記複数の電極は、第１の電極、第２の電極及び第３の電極とからなり、
    前記導電体は、前記第２の電極の前記低融点金属による接続面積が、前記第１の電極の前記低融点金属による接続面積及び前記第３の電極の前記低融点金属による接続面積の合計よりも大きく、
    前記導電体は、前記低融点金属が溶融することにより、前記複数の電極のうち少なくとも一つから離間するまで移動して何れかの電極間の通電経路を遮断するヒューズ素子。
  3. さらに、前記低融点金属が溶融したときに、前記導電体の移動方向を規制する規制部材を備える請求項１又は２に記載のヒューズ素子。
  4. さらに、前記低融点金属が溶融したときに、前期導電体の移動方向を案内するガイド部材を備える請求項１から３の何れか１項に記載のヒューズ素子。
  5. さらに、ヒータを備え、
    前記ヒータは、通電による発熱で前記低融点金属を溶融する請求項１から４の何れか１項に記載のヒューズ素子。
  6. 前記導電体は、前記低融点金属が溶融したときに移動する側の端部が、前記絶縁基板から離れる方向にそり上がっている請求項１から５の何れか１項に記載のヒューズ素子。
  7. 前記導電体は、前記低融点金属が溶融したときに回転移動し、回転中心位置を中心として、点対称の形状とされている請求項２に記載のヒューズ素子。
  8. 前記導電体は、前記低融点金属が溶融したときに回転移動し、回転中心に重心がある請求項２又は請求項７に記載のヒューズ素子。
  9. 前記導電体は、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる請求項１から８の何れか１項に記載のヒューズ素子。
  10. 前記低融点金属は、ソルダーペーストである請求項１から９の何れか１項に記載のヒューズ素子。
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