JPWO2019012663A1 - サージ吸収素子および電子部品 - Google Patents

Abstract

サージ吸収素子（１０）は、バリスタ基体（１１）と、バリスタ基体（１１）の両端面に電気的に接続されてバリスタ基体（１１）を挟持する一対の電極（１２ａ，１２ｂ）と、一対の電極（１２ａ，１２ｂ）の各々に電気的に接続する外部リード（１３ａ，１３ｂ）と、バリスタ基体（１１）および一対の電極（１２ａ，１２ｂ）を被覆し、一対の電極（１２ａ，１２ｂ）の間に位置する窪みを表面に有する外装部材（１４）と、窪みに配置され、バリスタ基体（１１）から発生する熱によって不可逆的に膨張して一対の電極（１２ａ，１２ｂ）のうち少なくとも一方をバリスタ基体（１１）から引き離す熱膨張体（１６）とを備える。

Description

本発明は、オープン（開放）状態とさせるための熱膨張体を有するサージ吸収素子および電子部品に関する。

サージ吸収素子は、一定値以上の電圧値の電圧である高電圧が印加されたときにサージ電流を流し、後段の回路を保護する機能を有する。サージ吸収素子は、一般に、ＺｎＯ（酸化亜鉛）などの金属酸化物を含むバリスタ基体の両端に一対の電極が取り付けられ、各々の電極から外部リードが引き出され、さらにバリスタ基体の全部、電極の全部、および外部リードの一部が外装部材で覆われる構造となっている。

バリスタ基体は、電流が流れるたびに動作開始電圧が低下する。すなわち、バリスタ基体は、電流が流れるたびにサージを吸収する機能が劣化し、徐々にショート（短絡）状態に近づく。このため、サージ吸収素子は、バリスタ基体に過大なサージ電圧が何度も印加されて劣化が進行すると、最終的にはショート（短絡）故障となる。

たとえば、特許文献１に記載のサージ吸収素子は、バリスタ基体と、バリスタ基体の両端面に電気的に接続されてバリスタ基体を挟持する一対の電極と、一対の電極の各々に電気的に接続する外部リードと、電極を被覆する外装部材と、一対の電極の間に設けられ、かつバリスタ基体から発生する熱によって不可逆的に膨張して一対の電極のうち少なくとも一方をバリスタ基体から引き離す熱膨張体とを備える。特許文献１に記載のサージ吸収素子は、サージを吸収する機能が劣化した状態になると、劣化したバリスタ基体に流れる電流によるバリスタ基体の発熱によって熱膨張体が不可逆的に膨張して、安全側のオープン（開放）状態が維持される。

特許第５８２９７７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のサージ吸収素子は、オープン（開放）状態とさせるための熱膨張体がサージ吸収素子の内部に埋め込まれている。このため、オープン（開放）状態とさせるための熱膨張体をサージ吸収素子に対してユーザが任意に着脱することができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、オープン（開放）状態とさせるための熱膨張体をユーザが任意に着脱することができるサージ吸収素子および電子部品を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる、サージ吸収素子は、バリスタ基体を備える。サージ吸収素子は、バリスタ基体の両端面に電気的に接続されてバリスタ基体を挟持する一対の電極を備える。サージ吸収素子は、一対の電極の各々に電気的に接続する外部リードを備える。サージ吸収素子は、バリスタ基体および一対の電極を被覆し、一対の電極の間に位置する窪みを表面に有する外装部材を備える。サージ吸収素子は、窪みに配置され、バリスタ基体から発生する熱によって不可逆的に膨張して一対の電極のうち少なくとも一方をバリスタ基体から引き離す熱膨張体を備える。

本発明にかかるサージ吸収素子は、オープン（開放）状態とさせるための熱膨張体をユーザが任意に着脱することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかるサージ吸収素子の断面図 本発明の実施の形態１にかかるサージ吸収素子の断面図 本発明の実施の形態１にかかるサージ吸収素子のオープン（開放）状態の断面図 本発明の実施の形態２にかかる電子部品を説明するための斜視図 本発明の実施の形態２にかかる電子部品を説明するための斜視図 本発明の実施の形態２にかかる電子部品のオープン（開放）状態を説明するための斜視図

以下に、本発明の実施の形態にかかるサージ吸収素子および電子部品を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１にかかるサージ吸収素子について説明する。図１および図２は、本発明の実施の形態１にかかるサージ吸収素子の断面図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかるサージ吸収素子のオープン（開放）状態の断面図である。

図１から図３に示す、本実施の形態にかかるサージ吸収素子１０は、一定値以上の電圧値の電圧である高電圧が印加されたときにサージ電流を流す機能、すなわちサージを吸収する機能を有する。図１に示すサージ吸収素子１０は、バリスタ基体１１と、一対の電極１２ａ，１２ｂと、外部リード１３ａ，１３ｂと、外装部材１４とを備える。図２および図３に示すサージ吸収素子１０は、さらに熱膨張体１６を備える。

バリスタ基体１１は、たとえば、ＺｎＯ（酸化亜鉛）またはＳｒＴｉＯ_３（チタン酸ストロンチウム）などの金属酸化物を含むが、バリスタ基体１１に用いることができる材料は、前述した金属酸化物に限定されるものではない。バリスタ基体１１は、一対の端面１１Ｔａ，１１Ｔｂと、側部１１Ｓとを有する。側部１１Ｓは、一対の端面１１Ｔａ，１１Ｔｂを接続する。

一対の電極１２ａ，１２ｂは、それぞれが、バリスタ基体１１の両端面１１Ｔａ，１１Ｔｂに電気的に接続する。具体的には、電極１２ａがバリスタ基体１１の端面１１Ｔａと電気的に接続され、電極１２ｂがバリスタ基体１１の端面１１Ｔｂと電気的に接続される。一対の電極１２ａ，１２ｂは、電気的に接続されていない。このような構造により、バリスタ基体１１は一対の電極１２ａ，１２ｂに挟持される。

外部リード１３ａ，１３ｂは、それぞれが、一対の電極１２ａ，１２ｂの各々に電気的に接続する。

外装部材１４は、バリスタ基体１１および一対の電極１２ａ，１２ｂを被覆する。外装部材１４は、表面かつ一対の電極１２ａ，１２ｂの間に窪み１５を有する。窪み１５は、バリスタ基体１１の周囲に沿う形で外装部材１４に形成される。たとえば、外装部材１４の上側の表面である上面１４ａと、外装部材１４に形成された窪み１５の側面となる外装部材１４の側面１４ｂとがなす角度は９０°であることが好ましい。また、外装部材１４に形成された窪み１５の両側面となる外装部材１４の両側面１４ｂ，１４ｃは平行であることが好ましい。窪み１５は、一対の電極１２ａ，１２ｂの間に位置する。すなわち、外装部材１４に形成された窪み１５の底面となる外装部材１４の底面１４ｄは、一対の電極１２ａ，１２ｂの間に位置する。

バリスタ基体１１と電極１２ｂとは、たとえば、導電性接着剤などにより接着されて電気的に接続される。バリスタ基体１１と電極１２ａとは、たとえば、導電性接着剤よりも接着力が弱い導電性ペーストなどにより、引き離し可能かつ電気的に接続されている。本実施の形態において、バリスタ基体１１および電極１２ｂと、バリスタ基体１１および電極１２ａとの少なくとも一方が、引き離し可能かつ電気的に接続されていればよい。このため、バリスタ基体１１および電極１２ｂと、バリスタ基体１１および電極１２ａとの両方が、たとえば、導電性ペーストなどによって電気的に接続されていてもよい。

熱膨張体１６は、図２に示すように、外装部材１４の窪み１５に配置される。熱膨張体１６は、外装部材１４の窪み１５に嵌め込まれていてもよい。熱膨張体１６が窪み１５に嵌め込まれる場合は、側面１４ｂ，１４ｃ間の大きさよりも熱膨張体１６の厚みが大きい方が好ましい。熱膨張体１６の厚みとは、熱膨張体１６が窪み１５に嵌め込まれる前の熱膨張体１６における側面１４ｂから１４ｃへ向かう方向の寸法のことをいう。熱膨張体１６は、外装部材１４の窪み１５に接着剤などを用いて貼付されていてもよい。熱膨張体１６は、バリスタ基体１１から発生する熱によって不可逆的に膨張して、一対の電極１２ａ，１２ｂのうち少なくとも一方をバリスタ基体１１から引き離す。本実施の形態においては、電極１２ｂがバリスタ基体１１に接着され、電極１２ａがバリスタ基体１１に導電性ペーストなどにより接続されているので、熱膨張体１６が膨張することにより、電極１２ａがバリスタ基体１１から引き離される。前述したように、電極１２ｂがバリスタ基体１１から引き離されてもよいし、電極１２ａ，１２ｂの両方がバリスタ基体１１から引き離されてもよい。

たとえば、バリスタ基体１１が劣化し、動作開始電圧が低下してショート（短絡）故障状態となった結果、バリスタ基体１１に大電流が流れることによりバリスタ基体１１から熱が発生する。このようにして発生した熱が熱膨張体１６に伝わることにより、熱膨張体１６は、不可逆的に膨張（熱膨張）して電極１２ａをバリスタ基体１１から引き離す。

熱膨張体１６は、たとえば、熱によって不可逆的に膨張可能な樹脂である。熱によって不可逆的に膨張可能な樹脂としては、たとえば、スリーエム（登録商標）ジャパン社製の型番がＡＦ−３０２４の樹脂が用いられる。熱によって不可逆的に膨張可能な樹脂の熱膨張体１６は、予め定められた温度に達すると、内部に複数の気孔が形成されて発泡状態となり膨張して、外形の寸法が増大する。熱膨張体１６は、内部に一旦複数の気孔が形成されると、冷却後も体積が減少しない。このように、熱膨張体１６は、不可逆的に膨張する。すなわち、熱膨張体１６は、一旦膨張すると、膨張した状態を維持する。

熱膨張体１６が不可逆的に膨張して外形の寸法が大きくなると、電極１２ａと電極１２ｂとの間の距離が大きくなる。その結果、熱膨張体１６は、図３に示すように、電極１２ａをバリスタ基体１１から引き離し、バリスタ基体１１と電極１２ａとの間に絶縁空隙１７を形成する。電極１２ａがバリスタ基体１１から引き離されると、サージ吸収素子１０は、オープン（開放）状態となるため、一対の電極１２ａ，１２ｂに電圧が印加されても、バリスタ基体１１に電流は流れない。

バリスタ基体１１に過大なサージ電圧が何度も印加されて過大な電流が何度も流れると、バリスタ基体１１が劣化し動作開始電圧が低下してショート（短絡）故障状態に近づく。すなわち、サージ吸収素子１０は、サージを吸収する機能が劣化する。バリスタ基体１１がショート（短絡）故障状態に近づくと、動作開始電圧が低下するので、サージ吸収素子１０が電源ラインの相間に接続されているような場合には、バリスタ基体１１に電流が流れて発熱し、温度が上昇する。その結果、サージ吸収素子１０、より具体的には外装部材１４の温度が上昇する。

熱膨張体１６は、劣化したバリスタ基体１１に流れる電流によるバリスタ基体１１の発熱によって不可逆的に膨張する。このため、サージ吸収素子１０は、熱膨張体１６が一旦膨張すると、図３に示すように、バリスタ基体１１と電極１２ａとの間に絶縁空隙１７が形成された状態を維持する。結果として、サージ吸収素子１０は、熱膨張体１６が一旦膨張すると、オープン（開放）状態が維持される。サージ吸収素子１０は、熱膨張体１６が膨張した後において、バリスタ基体１１に電流が流れないので、サージを吸収する機能が低下した状態において、サージ吸収素子１０が取り付けられた電源ライン、回路または機器類のショート（短絡）故障の発生を抑制することができる。また、サージ吸収素子１０は、サージを吸収する機能が低下した状態において、バリスタ基体１１および外装部材１４の温度上昇が抑制される。

熱膨張体１６が不可逆的な膨張を開始する温度を膨張開始温度と称する。熱膨張体１６は、膨張開始温度以上になったときに不可逆的に膨張する。膨張開始温度は、たとえば１８０℃である。膨張開始温度は、熱によって不可逆的に膨張可能な樹脂の仕様によって異なるので、前述した１８０℃に限定されるものではない。膨張開始温度は、たとえば、外装部材１４の耐熱温度以下であることが好ましく、外装部材１４の耐熱温度よりも５℃から１０℃程度低いことがより好ましい。熱膨張体１６に用いられる膨張可能な樹脂の仕様および外装部材１４の仕様の少なくとも一方を変更することで、膨張開始温度を外装部材１４の耐熱温度以下とすることができる。

本実施の形態によれば、サージ吸収素子１０は、サージを吸収する機能が劣化した状態になると、熱膨張体１６が不可逆的に膨張して、安全側のオープン（開放）状態が維持される。その結果、サージを吸収する機能が劣化したサージ吸収素子１０には電流が流れなくなるので、サージ吸収素子１０が取り付けられた回路または機器類のショート（短絡）故障の発生を抑制することができる。また、サージ吸収素子１０は、サージを吸収する機能が劣化した状態でバリスタ基体１１に電流が流れ続けることを抑制できる。その結果、サージ吸収素子１０は、温度上昇が抑制されるので、安全性が向上する。さらに、熱膨張体１６は、外装部材１４の耐熱温度以下で不可逆的に膨張するので、外装部材１４を耐熱温度以下で使用することができる。

本実施の形態によれば、外装部材１４の表面に窪み１５が形成され、オープン（開放）状態とさせるための熱膨張体１６が外装部材１４の表面に形成された窪み１５に配置されるため、オープン（開放）状態とさせるための熱膨張体１６をサージ吸収素子１０に対してユーザが任意に着脱することができる。外装部材１４の上側の表面である上面１４ａと、外装部材１４に形成された窪み１５の側面となる外装部材１４の側面１４ｂとがなす角度が９０°であり、外装部材１４に形成された窪み１５の両側面となる外装部材１４の両側面１４ｂ，１４ｃが平行である場合は、熱膨張体１６をサージ吸収素子１０に対してユーザはさらに容易に着脱することができる。熱膨張体１６が窪み１５に嵌め込まれている場合は、電極１２ａがバリスタ基体１１から容易に引き離される。

本実施の形態によれば、外装部材１４の表面に窪み１５が形成され、オープン（開放）状態とさせるための熱膨張体１６が外装部材１４の表面に形成された窪み１５に配置される。熱膨張体１６をサージ吸収素子の内部に埋め込む場合と比較して、サージ吸収素子の製造工程を簡素なもの、すなわちサージ吸収素子の通常の製造工程の後に窪み１５を形成する工程を追加した製造工程とすることができ、サージ吸収素子１０の製造コストを低減させることができる。

本実施の形態によれば、ユーザがサージ吸収素子１０にオープン（開放）状態とする機能を追加する場合には、たとえばユーザは外装部材１４の表面に形成された窪み１５に熱膨張体１６を配置すればよい。このため、サージ吸収素子１０を容易に取り扱うことができる。

本実施の形態において、熱膨張体１６は、熱によって不可逆的に膨張する樹脂が用いられるが、熱によって不可逆的に膨張するものであれば、樹脂に限定されるものではない。たとえば、熱膨張体１６は、膨張開始温度以上になると一対の電極１２ａ，１２ｂ同士の距離を大きくするように変形する形状記憶合金であってもよい。また、熱膨張体１６は、塑性変形する材料で作られた容器に封入された気化物質または熱膨張係数の大きい材料のような構造体であってもよい。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２にかかる電子部品について説明する。図４および図５は、本発明の実施の形態２にかかる電子部品を説明するための斜視図である。図６は、本発明の実施の形態２にかかる電子部品のオープン（開放）状態を説明するための斜視図である。

図４に示す、本実施の形態にかかる電子部品である抵抗器２０は、抵抗器２０の内部の抵抗体２５を被覆する外装部材２１ａ，２１ｂを備える。外装部材２１ａ，２１ｂと抵抗体２５とは接着剤などを用いて接合されている。抵抗体２５は、外装部材２１ａの内部および外装部材２１ｂの内部に存在する。抵抗体２５は、素子の一例である。図５および図６に示す抵抗器２０は、さらに熱膨張体２３を備える。図４から図６では、抵抗器２０は、基板３０に設けられたランド３１ａ，３１ｂ上に設けられている。図４から図６では、抵抗体２５の一端がランド３１ａに電気的に接続され、抵抗体２５の他端がランド３１ｂに電気的に接続されている。

外装部材２１ａは、表面かつ外装部材２１ｂ側に窪み２２ａを有する。外装部材２１ｂは、表面かつ外装部材２１ａ側に窪み２２ｂを有する。外装部材２１ａと外装部材２１ｂとが物理的に接続すると、窪み２２ａと窪み２２ｂとは１つの窪み２２を形成する。

熱膨張体２３は、図５に示すように、外装部材２１ａ，２１ｂの窪み２２に配置される。熱膨張体２３は、外装部材２１ａ，２１ｂの窪み２２に嵌め込まれていてもよい。熱膨張体２３は、外装部材２１ａ，２１ｂの窪み２２に接着剤などを用いて貼付されていてもよい。熱膨張体２３は、抵抗器２０から発生する熱によって膨張して、外装部材２１ａと外装部材２１ｂとを物理的に分離する。抵抗体２５は、熱膨張体２３の膨張によって発生する力によって分離する。外装部材２１ａと外装部材２１ｂとが物理的に分離すると、抵抗器２０の内部の抵抗体２５は物理的に分離し、抵抗体２５はオープン（開放）状態となる。

たとえば、何らかの異常によって抵抗器２０に大電流が流れることにより抵抗器２０から熱が発生する。このようにして発生した熱が熱膨張体２３に伝わることにより、熱膨張体２３は、膨張（熱膨張）して外装部材２１ａと外装部材２１ｂとを物理的に分離するとともに抵抗体２５を物理的に分離する。

熱膨張体２３は、たとえば、熱によって膨張可能な樹脂である。熱膨張体２３が膨張して外形の寸法が大きくなると、外装部材２１ａと外装部材２１ｂとを物理的に分離する。その結果、熱膨張体２３は、図６に示すように、外装部材２１ａと外装部材２１ｂとの間に絶縁空隙２４を形成する。絶縁空隙２４は、抵抗器２０を物理的および電気的に分離する。外装部材２１ａと外装部材２１ｂとを物理的に分離すると、抵抗体２５が物理的に分離し、抵抗器２０は、オープン（開放）状態となるため、抵抗器２０の電極に電圧が印加されても、抵抗体２５に電流は流れない。

本実施の形態によれば、何らかの異常によって抵抗器２０に大電流が流れた場合に、熱膨張体２３が膨張して外装部材２１ａと外装部材２１ｂとを物理的に分離するとともに抵抗体２５を物理的に分離する。これにより、抵抗器２０はオープン（開放）状態となる。すなわち、抵抗器２０にヒューズの機能を持たせることができるため、別途にヒューズを設ける必要をなくすことができる。

本実施の形態によれば、外装部材２１ａ，２１ｂに窪み２２が形成され、オープン（開放）状態とさせるための熱膨張体２３が外装部材２１ａ，２１ｂに形成された窪み２２に配置されるため、オープン（開放）状態とさせるための熱膨張体２３を電子部品である抵抗器２０に対してユーザが任意に着脱することができる。

本実施の形態によれば、外装部材２１ａ，２１ｂに窪み２２が形成され、オープン（開放）状態とさせるための熱膨張体２３が外装部材２１ａ，２１ｂに形成された窪み２２に配置される。熱膨張体２３を抵抗器２０の内部に埋め込む場合と比較して、抵抗器２０の製造工程を簡素なもの、すなわち抵抗器の通常の製造工程の後に窪み２２を形成する工程を追加した製造工程とすることができ、電子部品である抵抗器２０の製造コストを低減させることができる。

本実施の形態によれば、ユーザが抵抗器２０にオープン（開放）状態とする機能を追加する場合には、たとえばユーザは外装部材２１ａ，２１ｂに形成された窪み２２に熱膨張体２３を配置すればよい。このため、電子部品である抵抗器２０を容易に取り扱うことができる。

本実施の形態では、電子部品が抵抗器２０であったが、電子部品は抵抗器２０に限られない。大電流が流れることにより熱が発生し、かつヒューズの機能を持たせる必要がある電子部品であれば、本発明は適用可能である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略および変更することも可能である。

１０ サージ吸収素子、１１ バリスタ基体、１２ａ，１２ｂ 電極、１３ａ，１３ｂ 外部リード、１４，２１ａ，２１ｂ 外装部材、１５，２２，２２ａ，２２ｂ 窪み、１６，２３ 熱膨張体、１７，２４ 絶縁空隙、２０ 抵抗器、２５ 抵抗体、３０ 基板、３１ａ，３１ｂ ランド。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる、サージ吸収素子は、バリスタ基体を備える。サージ吸収素子は、バリスタ基体の両端面に電気的に接続されてバリスタ基体を挟持する一対の電極を備える。サージ吸収素子は、一対の電極の各々に電気的に接続する外部リードを備える。サージ吸収素子は、バリスタ基体および一対の電極を被覆し、一対の電極の間に位置する窪みを表面に有する外装部材を備える。サージ吸収素子は、窪みに着脱可能に配置され、バリスタ基体から発生する熱によって不可逆的に膨張して一対の電極のうち少なくとも一方をバリスタ基体から引き離す熱膨張体を備える。

Claims (2)

1. バリスタ基体と、
   前記バリスタ基体の両端面に電気的に接続されて前記バリスタ基体を挟持する一対の電極と、
   前記一対の電極の各々に電気的に接続する外部リードと、
   前記バリスタ基体および前記一対の電極を被覆し、前記一対の電極の間に位置する窪みを表面に有する外装部材と、
   前記窪みに配置され、前記バリスタ基体から発生する熱によって不可逆的に膨張して前記一対の電極のうち少なくとも一方を前記バリスタ基体から引き離す熱膨張体とを備える
   ことを特徴とするサージ吸収素子。
2. 素子を被覆し、表面に窪みを有する外装部材と、
   前記窪みに配置され、前記素子から発生する熱によって膨張して前記外装部材を物理的に分離するとともに前記素子を物理的に分離して、前記素子を開放状態とさせる熱膨張体とを備える
   ことを特徴とする電子部品。

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