JP7256667B2 - 保護素子 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)w1(w11×4)は第1の端部3A及び第2の端部3Bの幅w0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、w1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。
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。
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。
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、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の端子部材の厚みは、同じでも異なっていてもよい。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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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