JP7256667B2 - 保護素子 - Google Patents

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て電流経路を遮断するヒューズエレメントを備える保護素子（ヒューズ素子）が用いられている。

保護素子としては、例えば、はんだ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保護素子等が多く用いられている。かかる保護素子は、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もしくは表面実装が可能であっても電流定格が低いため、近年では高定格表面実装型の保護素子が開発されている（例えば、特許文献１、２参照）。

表面実装型の保護素子は例えば、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、大電流、高電圧用の保護素子が求められている。

高電圧用の保護素子では、ヒューズエレメントが溶断される際にアーク放電が生じ得る。アーク放電が発生すると、ヒューズエレメントが広範囲にわたって溶融し、蒸気化した金属が飛散する場合がある。この場合、飛散した金属によって新たに電流経路が形成され、あるいは飛散した金属が端子や周囲の電子部品等に付着するおそれがある。そのため、高電圧用保護素子では、アーク放電を発生させない、あるいは、アーク放電を止める対策が施されている。

アーク放電を発生させない、あるいは、アーク放電を止める対策として、ヒューズエレメントの周りに消弧材を詰めることが知られている（例えば、特許文献３参照）。

また、アーク放電を止める他の方法として、ヒューズエレメントと弾性復元力を蓄えた状態のバネとを直列につなげて低融点金属で接合するタイプの保護素子が知られている（例えば、特許文献４～６参照）。このタイプの保護素子では、過電流が流れて低融点金属が溶融すると、バネの弾性復元力によってバネとヒューズエレメントとの分離を促進して、過電流の迅速な遮断を可能にする。

アーク放電は電界強度（電圧／距離）に依存し、接点間距離がある間隔以上になるまでアーク放電は止まらない。そこで、バネを利用するタイプの保護素子は、バネとヒューズエレメントとを、バネの弾性復元力を利用してアーク放電を維持できなくなる距離まで迅速に分離することによって、アーク放電を迅速に止めるものである。

特許第６２４９６００号公報 特許第６２４９６０２号公報 特許第４１９２２６６号公報 特開平６－８４４４６号公報 特開２００６－５９５６８号公報 特開２０１２－２３４７７４号公報

しかしながら、上記の消弧材を用いた保護素子では製造工程が複雑になり、保護素子の小型化が難しいという問題があった。
また、上記のバネを利用する保護素子では、使用環境でヒューズエレメントとバネとの接合強度が経時変化で低下しやすく、長期安定性が懸念される。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、長期安定性を確保しつつ、切断時のアーク放電を抑制すると共に、消弧剤を不要とする保護素子を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

（１）本発明の一態様に係る保護素子は、第１の電極部と、前記第１の電極部と離間して配置する第２の電極部と、前記第１の電極部に接続する第１の端部と、前記第２の電極部に接続する第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置する切断部とを備え、バネ性を有するヒューズエレメント部と、前記ヒューズエレメント部の少なくとも一部を収容するケースと、を有し、前記ヒューズエレメント部は、その切断時に前記切断部の両切断端同士が引き離されるように撓ませた状態で前記ケース内に保持されている。

（２）上記（１）に記載の態様において、前記切断部の両切断端同士が引き離されるように撓ませるために、前記ヒューズエレメント部の一方の面を押圧しながら当接する第１の固定部と、前記ヒューズエレメントの他方の面を押圧しながら当接する第２の固定部と、を備えてもよい。

（３）上記（１）又は（２）のいずれかに記載の態様において、前記ヒューズエレメント部はＳ字状に撓ませた状態で前記ケース内に保持されていてもよい。

（４）上記（１）～（３）のいずれか一つに記載の態様において、前記切断部は、前記ヒューズエレメント部の中央変曲部に配置されていてもよい。

（５）上記（１）～（４）のいずれか一つに記載の態様において、過電流通電時に、前記ヒューズエレメント部が前記撓わせた状態から解放されて、物理的に切断されてもよい。

（６）上記（１）～（５）のいずれか一つに記載の態様において、前記切断部は、複数の穿孔を有すると共に、前記第１の端部及び前記第２の端部に比べて幅狭であるか、及び／又は、薄肉厚であってもよい。

（７）上記（１）～（６）のいずれか一つに記載の態様において、前記切断部は、前記第１の端部及び前記第２の端部が備える爪部に挟み込まれた状態で保持されていてもよい。

（８）上記（１）～（７）のいずれか一つに記載の態様において、前記切断部は、内層を低融点金属、外層を高融点金属とする積層体であってもよい。

（９）上記（８）に記載の態様において、前記切断部を加熱する発熱素子を有してもよい。

（１０）上記（９）に記載の態様において、第３の電極を有し、前記発熱素子が備える発熱体は、一端が前記第３の電極に接続され、他端が前記切断部、前記第１の端部及び前記第２の端部のうち、少なくとも１つに接続されていてもよい。

（１１）上記（９）又は（１０）のいずれかに記載の態様において、前記発熱素子を発熱させると、前記切断部の前記低融点金属が溶融し前記切断部が軟化して、前記ヒューズエレメント部が前記撓わせた状態から解放されて、前記切断部が物理的に切断されてもよい。

本発明によれば、長期安定性を確保しつつ、切断時のアーク放電を抑制すると共に、消弧剤を不要とする保護素子を提供できる。

（ａ）は、第１実施形態に係る保護素子の斜視模式図であり、（ｂ）は（ａ）で示した保護素子において、ケースを外した状態の斜視模式図であり、（ｃ）は、ヒューズエレメント部の切断部の近傍を拡大した正面模式図であり、（ｄ）は、（ｃ）で図示した切断部が切断された直後の様子を示す模式図である。 図１に示した保護素子１００において、第１ケース部４Ａを外した分解斜視図である。 図１に示した保護素子１００について、（ａ）は、ヒューズエレメント部３が切断される前の状態の断面模式図であり、（ｂ）は、ヒューズエレメント部３が切断された後の状態の断面模式図である。 第２実施形態に係る保護素子の主要部の模式図であり、（ａ）は図２に対応する斜視模式図であり、（ｂ）は図３（ａ）に対応する断面模式図である。 第３実施形態に係る保護素子の主要部の模式図であり、（ａ）は図２に対応する斜視模式図であり、（ｂ）は図３（ａ）に対応する断面模式図である。 第４実施形態に係る保護素子の主要部の模式図であり、（ａ）は、積層方向から見たヒューズエレメント部の平面模式図であり、（ｂ）は、第１の端部及び第２の端部が切断部を挟み込む構成の部分のｙ方向から見た側面模式図であり、（ｃ）は、（ｂ）で示した構成において切断部が切断された後のｙ方向から見た側面模式図である。 第５実施形態に係る保護素子の主要部の模式図であり、（ａ）は図５（ａ）に対応する斜視模式図であり、（ｂ）は図５（ｂ）に対応する断面模式図である。 発熱素子の一例の構成の模式図であり、（ａ）は積層方向から見た平面模式図であり、（ｂ）は断面模式図である。

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。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拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。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、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

（第１実施形態）
図１（ａ）は、第１実施形態に係る保護素子の斜視模式図であり、図１（ｂ）は（ａ）で示した保護素子において、ケースを外した状態の斜視模式図であり、図１（ｃ）は、ヒューズエレメント部の切断部の近傍を拡大した正面模式図であり、図１（ｄ）は、（ｃ）で図示した切断部が切断された直後の様子を示す模式図である。
図１に示す保護素子１００は、第１の電極部１と、第１の電極部１と離間して配置する第２の電極部２と、第１の電極部１に接続する第１の端部３Ａと、第２の電極部２に接続する第２の端部３Ｂと、第１の端部３Ａと第２の端部３Ｂとの間に配置する切断部３Ｃとを備え、バネ性を有するヒューズエレメント部３と、ヒューズエレメント部３の少なくとも一部を収容するケース４（第１ケース部４Ａ、第２ケース部４Ｂ）と、を有し、ヒューズエレメント部３は、その切断時に切断部３Ｃの両切断端３Ｃａ、３Ｃｂ（図１（ｄ）参照）同士が引き離されるように撓ませた状態でケース４内に保持されている。

図１に示す保護素子１００では、第１の電極部１、第２の電極部２、及び、ヒューズエレメント部３とは単一の板状部材によって構成されているが、それぞれ別個の部材によって構成されてもよい。別個の部材によって構成される場合は公知の方法によって互いに接続することができる。例えば、はんだによって接続することができる。

＜第１の電極部、第２の電極部＞
第１の電極部１及び第２の電極部２は互いに離間して配置する。
第１の電極部１及び第２の電極部２はそれぞれ、ヒューズエレメント部３の第１の端部３Ａ、第２の端部３Ｂに電気的に接続されている。

第１の電極部１及び第２の電極部２としては、公知の電極材料のものを用いることができる。例えば、金属（合金を含む）であり、具体的な材料としては、銅、黄銅、ニッケル、ステンレス、４２アロイなどが挙げられる。

図１に示す保護素子１００では、第１の電極部１及び第２の電極部２はヒューズエレメント部３と単一の板状部材によって構成されており、バネ性を有する材料からなる。この場合、低抵抗で板バネ材料に適した金属材料（合金を含む）であることが好ましく、具体的な材料としては、りん青銅、銅合金、チタン銅、コルソン合金、ベリリウム銅などが挙げられる。

第１の電極部１及び第２の電極部２の形状は、図１に示すものは平面視で全体として長方形であるが、本発明の効果を奏する限り、いかなる形状も使用することができる。

第１の電極部１及び第２の電極部２はそれぞれ、外部端子孔１ａ、外部端子孔２ａを備えている。
一対の外部端子孔１ａ、２ａのうち、一方の外部端子孔は電源側へ接続するために用いることができ、他方の外部端子孔は負荷側へ接続するために用いることができる。

第１の電極部１及び第２の電極部２の厚みとしては、限定するものではないが、その目安を言えば、０．０５～０．５ｍｍとすることができる。

＜ヒューズエレメント部＞
ヒューズエレメント部３は、第１の電極部１に接続する第１の端部３Ａと、第２の電極部２に接続する第２の端部３Ｂと、第１の端部３Ａと第２の端部３Ｂとの間に配置する切断部３Ｃとを備えている。ヒューズエレメント部３はバネ性を有するものであり、その切断時に切断部３Ｃの両切断端３Ｃａ、３Ｃｂ（図３（ｂ）参照）同士が引き離されるように撓ませた状態で保持されている。
「切断時に切断部の両切断端同士が引き離されるように撓ませた状態」とは、ヒューズエレメント部の切断の際に切断部の両切断端同士が引き離されるように、ヒューズエレメント部が弾性復元力を蓄えつつ撓ませた状態をいう。
図１に示すヒューズエレメント部３は切断部が一つであるが、複数備えてもよい。

ここで、本明細書において、「バネ性」とは、力が加わると変形し、力を除くと元に戻る性質をいう。具体的には、バネ性を有するヒューズエレメント部３は、切断時に切断部３Ｃの両切断端３Ｃａ、３Ｃｂ同士が引き離されるように撓ませた状態で保持されており、過電流時にヒューズエレメント部３が加熱されると、撓ませた状態から解放されて、切断部３Ｃを物理的に切断することができる。

図１に示す保護素子１００においては、一例として、第１の端部３Ａ及び第２の端部３Ｂが互いに逆向きにＳ字状に撓ませた状態で保持されているが、切断部３Ｃにおいて切断端同士が引き離されるような弾性復元力が付与されるのであれば、ヒューズエレメント部３の撓ませ方に制限はない。

図１に示す保護素子１００においては、切断部３Ｃはヒューズエレメント部３の中央変曲部に配置されている例を例示したが、これに限定されない。

ヒューズエレメント部３の材料としては、バネ性を有する導電性材料からなる。低抵抗で板バネ材料に適した金属材料（合金を含む）であることが好ましく、具体的な材料としては、りん青銅、銅合金、チタン銅、コルソン合金、ベリリウム銅などが挙げられる。
図１に示す保護素子１００のように、第１の電極部１及び第２の電極部２とヒューズエレメント部３と単一の部材によって構成されている場合には、弾性復元力を担わせるための変形が始まっている箇所から、ヒューズエレメント部３とする。

切断部３Ｃは、第１の端部３Ａ及び第２の端部３Ｂに比べて、物理的に切断されやすい構成を有することが好ましい。この場合、ヒューズエレメント部３は、第１の端部３Ａと、第２の端部３Ｂと、第１の端部３Ａと第２の端部３Ｂとの間に配置すると共に、第１の端部３Ａ及び第２の端部３Ｂに比べて物理的に切断されやすい構成を有する切断部３Ｃと、からなる。
図１に示す保護素子１００においては、切断部３Ｃは、幅方向に並ぶ３個の穿孔３Ｃｃと、両側端のそれぞれに切り欠き３Ｃｄとを有する構成を例示している。両側端のそれぞれに切り欠き３Ｃｄを備え、切断部３Ｃの穿孔３Ｃｃを除く総幅すなわち、隣接する穿孔３Ｃｃ間の距離（幅）と、外側の穿孔３Ｃｃと切り欠き３Ｃｄとの間の距離（幅）とを加え合わせた総距離（総幅）ｗ_１（ｗ_１１×４）は第１の端部３Ａ及び第２の端部３Ｂの幅ｗ_０より幅狭に形成されている（図１（ｂ）及び（ｃ）参照）。図１（ｂ）及び（ｃ）では、ｗ_１が穿孔３Ｃｃを除く切断部３Ｃの総幅であるため、点線とした。
穿孔の数や配置には特に制限はない。切断部３Ｃは、穿孔を有すると共に、その厚みが第１の端部３Ａ及び第２の端部３Ｂの厚みよりも薄くてもよい。また、切断部３Ｃは、穿孔を有すると共に、その厚みが第１の端部３Ａ及び第２の端部３Ｂの厚みよりも薄く、かつ、その幅が第１の端部３Ａ及び第２の端部３Ｂの幅より幅狭であってもよい。
かかる構成とすることによって、局所的に発熱し、物理的に切断しやすくなる。

図２は、図１に示した保護素子１００において、第１ケース部４Ａを外した分解斜視図である。また、図３は、図１に示した保護素子１００について、（ａ）は、ヒューズエレメント部３が切断される前の状態の断面模式図であり、（ｂ）は、ヒューズエレメント部３が切断された直後の状態の断面模式図であり、（ｃ）は、ヒューズエレメント部３が切断された後の状態の断面模式図である。図３（ａ）において、ｘで示す方向は第１の電極部、ヒューズエレメント部、及び、第２の電極部が並ぶ方向、ｙで示す方向はそれらの部材の幅方向、ｚで示す方向は、方向ｘ及び方向ｙに直交する方向である。

切断部３Ｃにおいて切断端同士が引き離されるような弾性復元力を付与する方法に特に制限はないが、切断部３Ｃにおいて弾性復元力を常時付与するために、切断部３Ｃにおいて、第１の端部３Ａ側からと第２の端部３Ｂ側からとで互いに逆向きの力成分を有する弾性力を常時付与する構成とすることができる。

＜第１の固定部、第２の固定部＞
図２及び図３にその一例を示すと、保護素子１００は、切断部３Ｃにおいて切断端同士が引き離されるような弾性復元力を付与するために、ヒューズエレメント部３の一方の面（おもて側の面）３ａを押圧しながら当接する第１の固定部５Ｂと、他方の面（裏側の面）３ｂを押圧しながら当接する第２の固定部５Ａと、を備えている。

第１の固定部５Ａ及び第２の固定部５Ｂは、例えば、エンジニアリングプラスチック、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材料によって形成することができる。後述するケース４の材料と同様の材料で形成されたものを用いることができる。

図１～図３に示した例のヒューズエレメント部３の撓ませた状態について詳細に説明する。
図２及び図３に示す第１の固定部５Ａ及び第２の固定部５Ｂは、半円柱状の形状をなし、その直径はケース４の内部の高さ（底面４ｂと天井面４ａとの距離（ｚ方向の距離））とほぼ同じ寸法を有する。第１の固定部５Ａ及び第２の固定部５Ｂは、ケース４内において、半円柱のｚ方向の下端５Ａａ及び上端５Ａｂを結ぶ直径を含む平面５Ａａｂと下端５Ｂａ及び上端５Ｂｂを結ぶ直径を含む平面５Ｂａｂとが互いに平行であり、かつ、それぞれが半円柱の柱の延在方向がｙ方向に平行になるように配置する。
ヒューズエレメント部３の第１の端部３Ａのうち、第１の電極部１側の部分３Ａａはその裏側の面を、半円柱状の第１の固定部５Ａの外側面５ＡＡによって+ｚ方向に押圧されている。部分３Ａａは、外側面５ＡＡの上端５Ａｂとケース４内部の天井面４ａとの間で挟まれ、その挟まれた位置から、－ｚ方向に折り曲げられている部分が部分３Ａｂであり、第１の端部３Ａはこのように撓ませた状態となっている。ヒューズエレメント部３はバネ性を有するため、第１の端部３Ａでは、部分３Ａｂがケース４内部の天井面４ａ側へ向かうように弾性復元力が作用している。
また、ヒューズエレメント部３の第２の端部３Ｂのうち、第２の電極部２側の部分３Ｂａはそのおもて側の面を、半円柱状の第２の固定部５Ｂの外側面５ＢＢによって－ｚ方向に押圧されている。部分３Ｂａは、外側面５ＢＢの下端５Ｂａとケース４内部の底面４ｂとの間で挟まれ、その挟まれた位置から、部分３Ｂａと同程度の曲率で+ｚ方向に折り曲げられている部分が部分３Ｂｂであり、第１の端部３Ａはこのように撓ませた状態となっている。ヒューズエレメント部３はバネ性を有するため、第２の端部３Ｂでは、部分３Ｂｂがケース４内部の底面４ｂ側へ向かうように弾性復元力が作用している。
ヒューズエレメント部３はこのように撓ませた状態とされているため、第１の端部３Ａのうちの第１の電極部１側の部分３Ａａ、及び、第２の端部３Ｂのうちの第２の電極部２側の部分３Ｂａには互いに逆向きの力成分を有する弾性復元力が印加されている。そのため、切断部３Ｃで切断が生じた際に、それぞれの切断端３Ｃａ、３Ｃｂ（図３（ｂ）参照）が互いに引き離されることになる。

図２及び図３に示した状態において、過電流が流れて、ヒューズエレメント部の温度が保護素子を備える装置が通常の作動中の通電による温度よりも高くなり、その結果、ヒューズエレメント部が柔らかくなると、あるいは、半溶融すると、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、撓ませた状態が解放されて切断部３Ｃが物理的に切断され、回路電流が遮断される。ここで、ヒューズエレメント部が柔らかくなる、あるいは、半溶融する状態は、固相と液相が混在あるいは共存する状態と言える。
このように、保護素子１００においては、ヒューズエレメント部自体を物理的に切断する点で、ヒューズエレメント部とバネとの接合を切り離す上述のバネ利用タイプの保護素子とは異なる。
アーク放電は、距離に反比例する電界強度に依存するが、保護素子１００では、切断されたヒューズエレメント部の切断面同士の距離は、第１の端部３Ａ及び第２の端部３Ｂに蓄えられていた弾性復元力によって急速に大きくなるので、アーク放電を速やかに止めることができる。
また、保護素子１００では、ヒューズエレメント部が溶融状態に至る前の柔らなくなる温度すなわち、溶融状態に至る温度よりも低温で、ヒューズエレメント部を切ることができるので、アーク放電の発生リスクを低減できる。

＜ケース＞
ケース４は、例えば、エンジニアリングプラスチック、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材料によって形成することができる。
ケース４は、アルミナ等の熱伝導率が高いセラミックス材料によって形成されていることが好ましい。ヒューズエレメント部が過電流により発熱した熱を効率的に外部に放熱し、中空で保持されたヒューズエレメント部を局所的に加熱、溶断させることが可能となる。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る保護素子の主要部の模式図であり、（ａ）は図２に対応する斜視模式図であり、（ｂ）は図３（ａ）に対応する断面模式図である。第１実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略する。また、第１実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。

第２実施形態に係る保護素子は、第１実施形態に係る保護素子と比較して、第１の電極部及び第２の電極部の厚み方向に、第１の電極部及び第２の電極部それぞれの外部との接続のための剛性を補強し、電気抵抗を低減する端子部材が重なるように接続されている点が主な差異である。

具体的には、図４に示す保護素子２００は、図１で示した保護素子１００に比べて、第１の電極部１に第１の端子部材１１が接続され、第２の電極部２に第２の端子部材１２が接続されている。図４に示す保護素子２００では、第１の端子部材１１及び第２の端子部材１２がそれぞれ、電極部に接続されている面は異なっているが、同じ面に接続された構成でもよい。
第１の端子部材１１は、第１の電極部１が備える外部端子孔１ａに対応する位置に外部端子孔を有する。また、第２の端子部材１２は、第２の電極部２が備える外部端子２ａに対応する位置に外部端子孔を有する。

＜第１の端子部材、第２の端子部材＞
第１の端子部材、及び、第２の端子部材の材料としては、例えば、銅や黄銅などが挙げられる。
そのうち、剛性強化の観点では、黄銅が好ましい。
そのうち、電気抵抗低減の観点では、銅が好ましい。
第１の端子部材、及び、第２の端子部材の材料は、同じでも異なっていてもよい。

第１の端子部材、及び、第２の端子部材を、第１の電極部、第２の電極部に接続する方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、溶接による接合、リベット接合やネジ接合などの機械的接合及びはんだ接続などが挙げられる。

第１の端子部材、及び、第２の端子部材の厚みとしては、限定するものではないが、目安を言えば、０．３～１．０ｍｍとすることができる。
第１の端子部材、及び、第２の端子部材の厚みは、同じでも異なっていてもよい。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る保護素子の主要部の模式図であり、（ａ）は図２に対応する斜視模式図であり、（ｂ）は図３（ａ）に対応する断面模式図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略する。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。

第３実施形態に係る保護素子は、ヒューズエレメント部の切断部が、第１の端部及び前記第２の端部の材料に比べて低融点の材料からなる点が主な特徴である。
第３実施形態に係る保護素子の切断部は、第１実施形態に係る保護素子の切断部と同様に物理的に切断されやすい構造を有していて、かつ、その材料が低融点の材料であってもよい。

具体的には、図５に示す保護素子３００は、図１で示した保護素子１００に比べて、ヒューズエレメント部１３において、第１の端部３Ａと第２の端部３Ｂとの間に配置する切断部１３Ｃが、第１の端部３Ａ及び第２の端部３Ｂの材料に比べて低融点の材料からなる。
ここで、第１の端部３Ａ及び第２の端部３Ｂと切断部１３Ｃとは公知の方法で接続することができ、例えば、はんだによって接続することができる。

第１の端部３Ａ及び第２の端部３Ｂの材料に比べて低融点の材料としては、例えば、Ｐｂ合金を挙げることができる。

また、図５に示す保護素子３００において、切断部１３Ｃを、低融点金属を内層とし、低融点金属よりも高融点の高融点金属を外層とする積層体としてもよい。
ここで、第１の端部３Ａ及び第２の端部３Ｂと積層体とは公知の方法で接続することができ、例えば、はんだによって接続することができる。

切断部１３Ｃが高融点金属層と低融点金属層とを含む積層体からなる構成の場合、高融点金属層によって切断部１３Ｃの剛性をしつつ、低融点金属層を備えることでより低温で切断部１３Ｃを柔らかくして、あるいは、半溶融して、切断部１３Ｃを切断可能にする。

低融点金属層に用いられる低融点金属としては、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーはんだなどのはんだを用いることが好ましい。Ｓｎは融点２１７℃であるため、Ｓｎを主成分とするはんだは低融点であり、低温で柔らかくなるからである。
高融点金属層に用いられる高融点金属としては、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金などを用いることが好ましい。例えば、Ａｇは融点９６２℃であるため、Ａｇを主成分とする合金からなる高融点金属層は低融点金属層が柔らかくなる温度では剛性を維持できるからである。

（第４実施形態）
図６は、第４実施形態に係る保護素子の主要部の模式図であり、（ａ）は図３（ａ）に対応する断面模式図であり、（ｂ）はヒューズエレメント部の平面模式図であり、（ｃ）は、第１の端部及び第２の端部が切断部を挟み込む構成の部分のｙ方向から見た側面模式図であり、（ｄ）は（ｃ）で示した構成において切断部が切断された後のｙ方向から見た側面模式図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略する。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。

第４実施形態に係る保護素子は、第３実施形態に係る保護素子と比較して、ヒューズエレメント部の切断部が第１の端部及び第２の端部が備える爪部によって挟み込まれている点が主な差異である。切断部は、爪部によって安定に支持される。

具体的には、図６に示す保護素子４００は、ヒューズエレメント部２３が、爪部２３Ａａ及び爪部２３Ａｂを備えた第１の端部２３Ａと、爪部２３Ｂａ及び爪部２３Ｂｂを備えた第２の端部２３Ｂと、爪部２３Ａａ及び爪部２３Ａｂと、爪部２３Ｂａ及び爪部２３Ｂｂとによって挟み込まれた切断部２３Ｃとからなる。

各爪部は、切断部２３Ｃをより安定に支持するために先端に折れ曲がった屈曲部を備えるのが好ましい。
図６（ｃ）に、爪部２３Ａａの屈曲部２３Ａａａ、及び、爪部２３Ｂａの屈曲部２３Ｂａａを示す。

図６（ｃ）及び図６（ｄ）で示す通り、爪部２３Ａａ及び爪部２３Ａｂはｚ方向において、切断部２３Ｃの切断前は撓んだ状態でＳ－Ｓ面よりも上側に位置していたが（図６（ｃ）参照）、切断部２３Ｃの切断後は撓んだ状態が解放されてＳ－Ｓ面よりも下側に位置している（図６（ｃ）参照）。換言すると、爪部２３Ａａ及び爪部２３Ａｂは、撓ませる力がない状態ではＳ－Ｓ面よりも下側に位置するものであるものであったが、切断部２３Ｃを上から押圧するように撓ませられていた。爪部２３Ａａ及び爪部２３Ａｂは、切断部２３Ｃの切断によって撓ませる力がなくなって、弾性復元力によって元の状態に戻ったものである。
同様に、爪部２３Ｂａ及び爪部２３Ｂｂはｚ方向において、切断部２３Ｃの切断前はＳ－Ｓ面よりも下側に位置していたが（図６（ｃ）参照）、切断部２３Ｃの切断後はＳ－Ｓ面よりも上側に位置している（図６（ｄ）参照）。換言すると、爪部２３Ｂａ及び爪部２３Ｂｂは、撓ませる力がない状態ではＳ－Ｓ面よりも上側に位置するものであるものが、切断部２３Ｃを下から押すように撓ませられていた。爪部２３Ｂａ及び爪部２３Ｂｂは、切断部２３Ｃの切断によって撓ませる力がなくなって、弾性復元力によって元の状態に戻ったものである。
図６（ｄ）における符号２３Ｃ’は、切断後に残った部分を示すものである。

（第５実施形態）
図７は、第５実施形態に係る保護素子の主要部の模式図であり、（ａ）は図５（ａ）に対応する斜視模式図であり、（ｂ）は図５（ｂ）に対応する断面模式図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略する。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。

第５実施形態に係る保護素子は、切断部が内層を低融点金属、外層を高融点金属とする積層体である場合であって、第３実施形態に係る保護素子と比較して、ヒューズエレメント部の切断部を加熱する発熱素子を備える点が異なる。

また、第５実施形態に係る保護素子では、第３実施形態に係る保護素子と比較してさらに、第３の電極を備え、発熱体は一端が第３の電極に接続され、他端がヒューズエレメント部、第１の電極及び第２の電極のうち、少なくとも１つに接続されている点が異なる。

具体的には、図７に示す保護素子５００は、図５で示した保護素子３００に比べて、ヒューズエレメント部１３の切断部１３Ｃを加熱する発熱素子４０を備え、さらに、第３の電極８を備え、発熱素子４０が備える発熱体４１は一端が第３の電極８に電気的に接続され、他端がヒューズエレメント部、第１の電極及び第２の電極のうち、少なくとも１つに電気的に接続されている。また、切断部１３Ｃは、内層を低融点金属、外層を高融点金属とする積層体である。

図８は、発熱素子４０の一例の構成の模式図であり、（ａ）は積層方向から見た平面模式図であり、（ｂ）は断面模式図である。
発熱素子４０は、発熱体４１を有し、さらに、ヒューズエレメント部１３の切断部１３Ｃ側の表面に、発熱体４１に電気的に接続された電極層４２を有する。

発熱素子４０はさらに、発熱体４１が形成された絶縁基板４３と、発熱体４１を覆う絶縁層４４と、絶縁基板４３の両端に形成された発熱体電極４５ａ、４５ｂとを備える。

発熱体４１は、通電すると発熱する導電性を有する材料、例えばニクロム、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ等、又は、これらを含む材料からなる。発熱体４１は、これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板４３上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成する。

絶縁基板４３は、たとえば、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基板である。

絶縁層４４は、発熱体４１の保護及び絶縁を図ると共に、発熱体４１が発熱した熱を効率よく、ヒューズエレメント部３に伝えるために設けられる。

図７に示す保護素子５００においては、発熱体４１は電極層４２を介してヒューズエレメント部１３の切断部１３Ｃに接続されている。また、第３の電極８は、接続導体３１を介して、発熱素子４０の発熱体電極４５ａに電気的に接続されている。

図７に示す保護素子５００においては、外部回路の電流経路を遮断する必要が生じた場合に、外部回路に設けられた電流制御素子によって発熱体４１に通電される。これによって、ヒューズエレメント部１３の切断部１３Ｃは発熱体４１の発熱を受けて柔らかくなり、あるいは、半溶融し、切断部１３Ｃが切断される。切断部１３Ｃが切断されることによって、外部回路の電流経路が遮断されると共に、発熱体４１への給電も遮断される。

切断部が高融点金属層と低融点金属層との積層体からなる場合、発熱素子による加熱によって、低融点金属層が溶融して、高融点金属層を浸食しながら、濡れ性が高い第１及び第２の電極部並びに電極層４２側に引き寄せられていく。
低融点金属層が溶融し、切断部全体として外力により変形する程度に柔らかくなると（軟化すると）、第１の端部３Ａ及び第２の端部３Ｂに蓄えられていた弾性復元力によって切断部が切断される。

1 第１の電極部
２ 第２の電極部
３、１３、２３ ヒューズエレメント部
３Ａ、２３Ａ 第１の端部
３Ｂ、２３Ｂ 第２の端部
３Ｃ、１３Ｃ、２３Ｃ 切断部
３Ｃａ、３Ｃｂ 切断端
４ ケース
５Ａ 第１の固定部
５Ｂ 第２の固定部
８ 第３の電極
１１ 第１の端子部材
１２ 第２の端子部材
４０ 発熱素子
４１ 発熱体
１００、２００、３００、４００、５００ 保護素子

Claims (11)

1. 第１の電極部と、
   前記第１の電極部と離間して配置する第２の電極部と、
   前記第１の電極部に接続する第１の端部と、前記第２の電極部に接続する第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置する切断部とを備え、バネ性を有するヒューズエレメント部と、
   前記ヒューズエレメント部の少なくとも一部を収容するケースと、
   前記切断部の両切断端同士が引き離されるように撓ませるために、前記ヒューズエレメント部の一方の面を押圧しながら当接する第１の固定部と、を有し、
   前記第１の端部は、前記ケースと前記第１の固定部との間に挟まれ、
   前記ヒューズエレメント部は、その切断時に前記切断部の両切断端同士が引き離されるように撓ませた状態で前記ケース内に保持されている、保護素子。
2. 前記切断部の両切断端同士が引き離されるように撓ませるために、前記ヒューズエレメント部の他方の面を押圧しながら当接する第２の固定部と、を備え、
   前記第２の端部は、前記ケースと前記第２の固定部との間に挟まれる、請求項１に記載の保護素子。
3. 第１の電極部と、
   前記第１の電極部と離間して配置する第２の電極部と、
   前記第１の電極部に接続する第１の端部と、前記第２の電極部に接続する第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置する切断部とを備え、バネ性を有するヒューズエレメント部と、
   前記ヒューズエレメント部の少なくとも一部を収容するケースと、を有し、
   前記切断部は、前記第１の端部及び前記第２の端部が備える爪部に挟み込まれた状態で保持され、
   前記ヒューズエレメント部は、その切断時に前記切断部の両切断端同士が引き離されるように撓ませた状態で前記ケース内に保持されている、保護素子。
4. 前記ヒューズエレメント部はＳ字状に撓ませた状態で前記ケース内に保持されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の保護素子。
5. 前記切断部は、前記ヒューズエレメント部の中央変曲部に配置されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の保護素子。
6. 過電流通電時に、前記ヒューズエレメント部が前記撓わせた状態から解放されて、物理的に切断される、請求項１～５のいずれか一項に記載の保護素子。
7. 前記切断部は、複数の穿孔を有すると共に、前記第１の端部及び前記第２の端部に比べて幅狭であるか、及び／又は、薄肉厚である、請求項１～６のいずれか一項に記載の保護素子。
8. 前記切断部は、内層を低融点金属、外層を高融点金属とする積層体である、請求項１～７のいずれか一項に記載の保護素子。
9. 前記切断部を加熱する発熱素子を有する、請求項８に記載の保護素子。
10. 第３の電極を有し、
    前記発熱素子が備える発熱体は、一端が前記第３の電極に接続され、他端が前記切断部、前記第１の端部及び前記第２の端部のうち、少なくとも１つに接続されている、請求項９に記載の保護素子。
11. 前記発熱素子を発熱させると、前記切断部の前記低融点金属が溶融し前記切断部が軟化して、前記ヒューズエレメント部が前記撓わせた状態から解放されて、前記切断部が物理的に切断される、請求項９又は１０に記載の保護素子。

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