WO2004061885A1 - 保護素子 - Google Patents

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WO2004061885A1
WO2004061885A1 PCT/JP2003/015603 JP0315603W WO2004061885A1 WO 2004061885 A1 WO2004061885 A1 WO 2004061885A1 JP 0315603 W JP0315603 W JP 0315603W WO 2004061885 A1 WO2004061885 A1 WO 2004061885A1
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Yuji Furuuchi
Hisaya Tamura
Masahiro Matsuyoshi
Kazutaka Furuta
Masami Kawazu
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Sony Chemicals Corp.
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    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
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    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/041—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges characterised by the type
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H85/02—Details
    • H01H85/46—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the protective device
    • H01H2085/466—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the protective device with remote controlled forced fusing

Definitions

  • the present invention relates to a protection element in which a heating element generates heat when an abnormality occurs and a low-melting metal body is blown.
  • a protection element that can prevent not only overcurrent but also overvoltage, and is useful for secondary batteries of portable electronic devices
  • a protection element in which a heating element and a low-melting metal element are stacked on a substrate or arranged in a plane is known.
  • Japanese Patent No. 27904333 Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-116549.
  • the above-mentioned protection element has a problem that the time from when the low-melting-point metal body is in a molten state to when it is melted due to heat generation of the heating element is not stable. It has been proposed to have a predetermined relationship (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-325690).
  • the present invention relates to a protection element having a heating element and a low-melting-point metal body on a substrate, wherein the low-melting-point metal body is blown off by the heat generated by the heating element.
  • the object is to shorten the operation time even when the area is increased, and to stabilize the time from heat generation of the heating element to fusing.
  • the inventor of the present invention provided two or more low-melting metal members between a pair of electrodes that pass an electric current through the low-melting metal member, so that the cross-section of the low-melting metal member between the electrodes can be reduced by two or more independent members.
  • the present invention provides a heating element and a low melting point metal body on a substrate.
  • a protection element in which the low-melting metal body is blown by the heat generated by the heating element, wherein at least a part of the cross-section of the low-melting metal body is between a pair of electrodes that pass an electric current through the low-melting metal body.
  • a protection element characterized in that the protection element is substantially divided into two or more independent cross sections.
  • the cross section of the low melting point metal body refers to a cross section of the low melting point metal body perpendicular to the direction of the current flowing through the low melting point metal body.
  • the cross section of the low-melting metal body is substantially divided into two or more independent cross-sections means that the cross-section of the low-melting metal body is two or more independent before the heating element generates heat.
  • the heating element has a section of one continuous area before the heat is generated, but the shape of the heating element rapidly separates it into two or more independent sections. If you say. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1A is a plan view of the protection element of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the protection element of the present invention at the start of fusing.
  • 3A to 3E are manufacturing process diagrams of the protection element of the present invention.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of an overvoltage prevention device using the protection element of the present invention
  • FIG. 5 is a plan view of the protection element of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view of the protection element of the present invention at the start of fusing.
  • FIG. 7 is a plan view of the protection element of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view of the protection element of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view of the protection element of the present invention at the start of fusing.
  • FIG. 10A is a plan view of the protection element of the present invention
  • FIGS. 10B and 10C are sectional views thereof.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the protection element of the present invention at the start of fusing.
  • FIG. 12A is a plan view of the protection element of the present invention
  • FIG. 12B is a cross-sectional view thereof.
  • FIG. 13 is a circuit diagram of an overvoltage protection device using the protection element of the present invention. '
  • FIG. 14A is a plan view of a conventional protection element
  • FIG. 14B is a cross-sectional view thereof.
  • FIG. 15 is a plan view of a conventional protection element at the start of fusing.
  • FIG. 1A is a plan view of a protection element 1A of one embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a cross-sectional view thereof.
  • the protection element 1A has a structure in which a heating element 6, an insulating layer 5, and a low-melting metal element 4 are sequentially laminated on a substrate 2.
  • the low melting point metal body 4 has a first flat low melting point metal body 4a having a width Wa, a thickness t, and a length L, and the same width Wb, thickness t, and length as the flat low melting point metal body 4a.
  • the second plate-like low-melting point metal body 4b has two ends, both ends of which are connected to the electrodes 3a and 3c, respectively, and a center part is connected to the electrode 3b.
  • the low-melting-point metal body tries to become spherical on the electrode 3a, 3b or 3c, and the melting point at the fusing start point P becomes large, so that the low-melting metal body is blown at four points.
  • the thickness t and the length L are the same as those of the above-described flat low melting point metal bodies 4a and 4b.
  • the width W is equal to the sum of the widths W a and Wb of the flat low melting point metal bodies 4 a and 4 b.
  • the low-melting metal member 4 ′ is turned on at four points as shown by arrows in FIG. It begins to constrict from P and melts.
  • the cross section of the low melting point metal body 4 is formed by the cross section of the first flat low melting point metal body 4a and the second flat low melting point metal body.
  • the starting point of fusing P increases and the molten low melting point metal body 4 easily flows onto the electrodes 3a, 3b or 3c.
  • the operation time is shortened.
  • the fusing time of the low-melting-point metal body varies depending on the surface condition of the insulating layer 5 underlying the low-melting-point metal body 4, but as shown in FIG.
  • the thickness of the low-melting metal member 4 gathered on the electrodes 3a, 3b or 3c after fusing is smaller in the protective element 1A in FIG. 1A than in the protective element 1X in FIG. Become. Therefore, the protection element 1A of FIG. 1A in which the low melting point metal body between the pair of electrodes is formed in two lines can promote the thinning of the element.
  • the protection element 1A in FIG. 1A can be manufactured, for example, as shown in FIGS. 3A to 3E.
  • electrodes 3x and 3y for the heating element 6 are formed on the substrate 2 (FIG. 3A), and then the heating element 6 is formed (FIG. 3B).
  • the heating element 6 is formed, for example, by printing a ruthenium oxide paste and firing it.
  • an insulating layer 5 is formed so as to cover the heating element 6 (Fig. 3C).
  • electrodes 3a, 3b, and 3c for the low melting point metal body are formed (FIG. 3D).
  • two flat low-melting metal members 4a and 4b are provided so as to bridge the electrodes 3a, 3b and 3c (FIG. 3E).
  • the heating element 6 is coated with a resistance paste made of, for example, a conductive material such as ruthenium oxide or carbon black and an inorganic binder such as water glass or an organic binder such as a thermosetting resin, and fired as necessary. Can be formed.
  • the heating element 6 may be formed by printing, plating, vapor deposition, sputtering, or the like of a thin film of ruthenium oxide, carbon black, or the like, or may be formed by attaching or laminating these films.
  • various low melting point metal bodies conventionally used as a fuse material can be used.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-169990 The alloys described in Table 1 of paragraph [0 19] can be used.
  • the electrodes 3a, 3b, and 3c for the low-melting metal body a single metal such as copper, or an electrode whose surface is coated with Ag—Pt, Au, or the like can be used.
  • the protection element 1A in FIG. 1A As a method of using the protection element 1A in FIG. 1A, for example, as shown in FIG. 4, it is used in an overvoltage protection device.
  • Terminals A 1 and A 2 are connected to the electrode terminals of a protected device such as a lithium ion battery, and terminals B 1 and B 2 are connected to the protected device.
  • the electrode terminals of a device such as a charger that is used as a battery are connected.
  • this overvoltage protection device when the charging of the lithium ion battery progresses and a reverse voltage equal to or higher than the breakdown voltage is applied to the zena diode D, the base current ib suddenly flows, thereby generating a large collector current ic.
  • the heating element 6 generates heat. This heat is transferred to the low-melting metal member 4 on the heating element 6, and the low-melting metal member 4 is blown. Prevention of application of an overvoltage to the terminals Al and A2. Also in this case, Since the low melting point metal body 4 is blown between the electrode 3a and the electrode 3b and between the electrode 3b and the electrode 3c, the power supply to the heating element 6 is completely cut off after the blow.
  • the protection element of the present invention can take various aspects. In terms of the operating characteristics of the protection element, it is better that the interval between the two low-melting metal members 4a and 4b is wide, but as shown in the protection element 1B shown in Fig. 5, two flat low-melting metal members are used.
  • the bodies 4a and 4b may be arranged in contact with each other. Even when the two flat low-melting metal members 4a and 4b are brought into contact in this way, when the heating element 6 generates heat, fusing starts from the fusing start point P at eight places as shown in Fig. 6. Therefore, the operation time can be shortened, the variation in the operation time can be reduced, and the device can be made thinner.
  • the number of sections of the cross section of the low-melting metal body is not particularly limited.
  • the protection element 1D shown in FIG. 8 is divided into a low melting point metal body 4 and two cross sections between the electrode 3a and the electrode 3b and between the electrode 3b and the electrode 3c. A slit 7 extending in the direction of current flow is provided between these electrodes so as to form a defined region.
  • the slit 7 is formed in this manner, the low-melting metal body 4 is moved from the melting start point P at eight places as shown in FIG. Since the constriction starts as indicated by the arrow, the operation time can be reduced, the dispersion of the operation time can be reduced, and the element can be made thinner.
  • the cross section of the low-melting metal body is divided into independent sections by the slit, the number of the sections is not particularly limited.
  • the protection element 1E shown in FIG. 10A has a low-melting metal body 4 having a single continuous area in cross section, but a groove 8 extending in the direction of current flow. Provided in the center of the low-melting metal body 4, the low-melting metal body 4 in that portion becomes thinner, so that when the heating element 6 generates heat, two independent It is divided into typical cross sections. After being divided into two independent sections, it acts in the same way as the protection element in Fig. 1A.
  • the protection element of the present invention is not limited to the element in which the low-melting-point metal body is blown between two pairs of electrodes, namely, the electrode 3a and the electrode 3b, and the electrode 3b and the electrode '3b. Accordingly, a configuration may be adopted in which fusing occurs only between a pair of electrodes.
  • the protection element used in the overvoltage protection device of the circuit diagram shown in FIG. 13 can have a configuration in which the electrode 3b is omitted, like the protection element 1F shown in FIG. 12A. Also in the protection element 1F, two flat low-melting metal members 4a and 4b are provided between the pair of electrodes 3a and 3c.
  • each low melting point metal body 4 is not limited to a flat plate.
  • a round bar shape may be used.
  • the low-melting metal body 4 is not limited to the case where the low-melting metal body 4 is laminated on the heating element 6 via the insulating layer 5.
  • the low-melting-point metal body and the heating element may be arranged in a plane, and the low-melting-point metal body may be melted by the heat generated by the heating element.
  • the low-melting metal body can be cabbaged using a 4,6-Ni-Na or a liquid crystal polymer.
  • FIG. 1A of FIG. 1A was produced as follows.
  • An alumina-based ceramic substrate (0.5 mm thick, 5 mm X 3 min) was prepared as the substrate 2, and a silver-palladium paste (DuPont, 6177T) was printed on the substrate and fired ( The electrode 3, 3y for the heating element 6 was formed by heating at 850 for 0.5 hour.
  • a heating element 6 was formed by printing a ruthenium oxide-based paste (DP1900, manufactured by DuPont) and firing (850 ° C, 0.5 hours). Thereafter, the insulating layer 5 is formed by printing an insulating glass paste on the heating element 6, and the electrodes 3a, 3b, and 3c for the low-melting metal body are connected to a silver-platinum paste (DuPont). 5164N) and baked (850, 0.5 hours).
  • a ruthenium oxide-based paste DP1900, manufactured by DuPont
  • the insulating layer 5 is formed by printing an insulating glass paste on the heating element 6, and the electrodes 3a, 3b, and 3c for the low-melting metal body are connected to a silver-platinum paste (DuPont). 5164N) and baked (850, 0.5 hours).
  • a protective element 1A was produced in the same manner as in Example 1, except that the thickness t of the low-melting-point metal body was set to 0.3 mm.
  • a protective element 1A was produced in the same manner as in Example 2 except that the thickness t of the low-melting-point metal body was set to 0.3 mm.
  • a protective element 1X was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the thickness t of the low-melting-point metal body was set to 0.3 mm.
  • the power of 4 W was applied to the heating element of each of the protection elements of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, and the time from application of the power to the fusing of the low melting point metal (fuse fusing time) was determined. It was measured.
  • Comparative Example 1 1.0 0.1 4.0 10 ⁇ 1 1 15 ⁇ 25
  • Example 3 0.5 0.3 4.0 5 ⁇ 1 2 20 ⁇ 30 9 ⁇ 12
  • Example 4 0.25 0.3 4.0 5 ⁇ 1 4 15 ⁇ : L8 8 ⁇ 11
  • Comparative Example 2 1.0 0.3 4.0 5 ⁇ 1 1 No fusing in 120 seconds 10 ⁇ : From the result of L6, according to the embodiment of the present invention, the rated current (fuse resistance It can be seen that the operating time when the heating element generates heat can be shortened and the operating time variation can be suppressed without changing the value. In addition, it can be seen that the operating time when an overcurrent flows through the low-melting metal body can be shortened, and the variation can be suppressed.
  • a protection element which has a heating element and a low-melting-point metal body on a board
  • operation time can be shortened and can be stabilized. Therefore, even if the cross-sectional area of the low-melting-point metal body is increased in order to increase the rated current, the operation time can be sufficiently shortened, and the fluctuation of the operation time can be suppressed.

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Abstract

　基板上に発熱体及び低融点金属体を有し、発熱体の発熱により低融点金属体が溶断する保護素子は、低融点金属体に電流を通す一対の電極間において、低融点金属体として２条以上の低融点金属体を設けることなどにより、低融点金属体少なくとも一部の横断面を、実質的に２以上の独立的な断面に区分されている。この保護素子は、動作時間が短縮し、かつ安定化したものである。ここで、低融点金属体に電流を通す一対の電極間に、２条以上の低融点金属体を設けることが好ましい。また、低融点金属体に電流を通す一対の電極間に、中央部にスリットの入った１条の低融点金属体を設けることも好ましい。

Description

明 細 書 保護素子 技術分野
本発明は、 異常時に発熱体が発熱し、 低融点金属体が溶断する保護素 子に関する。 背景技術
過電流だけでなく過電圧も防止することができ、 携帯用電子機器の二 次電池等に有用な保護素子として、 基板上に発熱体と低融点金属体を積 層あるいは平面配置した保護素子が知られている （日本国特許第 2 7 9 0 4 3 3号、 特開平 1 0— 1 1 6 5 4 9号公報） 。 このタイプの保護素 子では、 異常時に、 発熱体に通電がなされ、 発熱体が発熱することによ り低融点金属が溶断する。
近年、 携帯用電子機器の高性能化に伴い、 上述の保護素子に対しては- 定格電流を高めることが求められている。 保護素子の定格電流を高める ためには、 低融点金属体の厚み又は幅を大きくすることによりその断面 積を大きく して抵抗を低くすることが考えられる。 しかしながら、 低融 点金属体の断面積を大きくすると、 過電流又は過電圧時に電流が遮断さ れるのに要する動作時間が長くなるという問題が生じる。 また、 低融点 金属体の厚みを厚くすることは、 素子の薄型化の要請にも反する。
さらに、 上述の保護素子には、 発熱体の発熱により低融点金属体が溶 融状態になつてから溶断するまでの時間が安定しないという問題があり - 低融点金属体と溶断有効電極面積とに所定の関係を持たせることなどが 提案されている （特開 2 0 0 1— 3 2 5 8 6 9号公報） 。 本発明は、 基板上に発熱体及び低融点金属体を有し、 発熱体の発熱に より低融点金属体が溶断する保護素子において、 定格電流を高くするた めに、 低融点金属体の断面積を大きく した場合においても動作時間を短 く し、 かつ発熱体の発熱から溶断までの時間を安定化させることを目的 とする。 発明の開示 .
本発明者は、 低融点金属体に電流を通す一対の電極間に、 2条以上の 低融点金属体を設けるなどにより、 その電極間の低融点金属体の横断面 を 2以上の独立的な断面に区分すると、 低融点金属体における溶断開始 点が増え、 動作時間が短縮し、 かつ動作時間が安定することを見出した c ' 即ち、 本発明は、 基板上に発熱体及び低融点金属体を有し、 発熱体の 発熱により低融点金属体が溶断する保護素子であって、 低融点金属体に 電流を通す一対の電極間において、 低融点金属体の少なく とも一部の横 断面が、 実質的に 2以上の独立的な断面に区分されていることを特徴と する保護素子を提供する。
ここで、 低融点金属体の横断面とは、 該低融点金属体を流れる電流の 方向と垂直な低融点金属体の断面をいう。
また、 低融点金属体の横断面が、 実質的に、 2以上の独立的な断面に 区分されているとは、 低融点金属体の横断面が、 発熱体の発熱前に 2以 上の独立的な断面に区分されている場合だけでなく、 発熱体の発熱前は 一つの連続域の断面だが、 発熱体の発熱によ り速やかに 2以上の独立的 な断面に区分される形状になっている場合をいう。 図面の簡単な説明
第 1図 Aは、 本発明の保護素子の平面図であり、 第 1図 Bは、 その断 面図である。
第 2図は、 本発明の保護素子の溶断開始時の平面図である。
第 3図 A〜Eは、 本発明の保護素子の製造工程図である。
第 4図は、 本発明の保護素子を用いた過電圧防止装置の回路図である, 第 5図は、 本発明の保護素子の平面図である。
第 6図は、 本発明の保護素子の溶断開始時の平面図である。
第 7図は、 本発明の保護素子の平面図である。
第 8図は、 本発明の保護素子の平面図である。
第 9図は、 本発明の保護素子の溶断開始時の平面図である。
第 1 0図 Aは、 本発明の保護素子の平面図であり、 第 1 0図 B及び第 1 0図 Cはその断面図である。
第 1 1図は、 本発明の保護素子の溶断開始時の断面図である。
第 1 2図 Aは、 本発明の保護素子の平面図であり、 第 1 2図 Bはその 断面図である。
第 1 3図は、 本発明の保護素子を用いた過電圧防止装置の回路図であ る。 '
第 1 4 .図 Aは、 従来の保護素子の平面図であり、 第 1 4図 Bは、 その 断面図である。
第 1 5図は、 従来の保護素子の溶断開始時の平面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照しつつ、 本発明を詳細に説明する。 なお、 各図中、 同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。
第 1図 Aは、 本発明の一態様の保護素子 1 Aの平面図であり、 第 1図 Bはその断面図である。 この保護素子 1 Aは、 基板 2上に発熱体 6、 絶 縁層 5及び低融点金属体 4が順次積層された構造を有している。 ここで. 低融点金属体 4は、 幅 Wa 、 厚さ t、 長さ Lの第 1 の平板状低融点金属 体 4 a と、 この平板状低融点金属体 4 a と同じ幅 Wb 、 厚さ t、 長さ の第 2の平板状低融点金属体 4 b の 2条からなり、 それぞれ両端が電極 3 a、 3 cに接続し、 中央部が電極 3 bに接続している。
このよ うに低融点金属体 4 と して 2条の平板状低融点金属体 4 a、 4 bを水平に並置すると、 発熱帯 6が発熱した場合に、 2条の平板状低融 点金属体 4 a、 4 bがそれぞれ溶融し、 まず、 第 2図に示すように、 電 極 3 a と電極 3 bの間、 及び電極 3 b と電極 3 c の間にある、 平板状低 融点金属体 4 a、 4 bの両側辺の中央部 （合計 8箇所） が溶断開始点 P となり、 この溶断開始点 Pから矢印のように平板状低融点金属体 4 a、 4 bがくびれ始める。 次いで、 表面張力によ り、 低融点金属体は、 電極 3 a、 3 bあるいは 3 c上で球状になろう とし、 溶断開始点 Pのくびれ が大きくなって 4箇所で溶断する。
これに対して、 第 1 5図の保護素子 1 Xのように、 低融点金属体とし て、 厚さ t と長さ Lが上述の平板状低融点金属体 4 a、 4 b と同じで、 幅 Wが平板状低融点金属体 4 a、 4 bの幅 W a 、 Wb の合計に等しい
(即ち、 横断面の断面積が、 低融点金属体 4 a、 4 bの横断面の断面積 の合計に等しく、 定格電流 （ヒューズ抵抗値） 力 第 1図 Aの保護素子 1 Aと同じとなる） 1条の低融点金属体 4 ' を設けると、 この低融点金 属体 4 ' は、 発熱体 6の発熱時によ り、 第 1 5図に矢印で示すように 4 箇所の溶断開始点 Pからくびれ始め、 溶断する。
したがって、 第 1図 Aの保護素子 1 Aのよ う に、 低融点金属体 4の横 断面を、 第 1 の平板状低融点金属体 4 aによる横断面と第 2の平板状低 融点金属体 4 bによる横断面の 2つの区域に区分することにより、 溶断 開始点 Pが増え、 また、 溶融した低融点金属体 4が、 電極 3 a、 3 bあ るいは 3 c上に流れ込み易くなるので、 動作時間が短縮する。 さらに、 一般に、 低融点金属体 4の下地となっている絶縁層 5の表面 状態等によって低融点金属体の溶断時間は変動するところ、，第 1図 Aの 保護素子 1 Aのように、 電極 3 a と電極 3 b、 あるいは電極 3 b と電極 3 c という一対の電極間に 2条の平板状低融点金属体 4 a、 4 bを設け ると、 一対の電極体間において 2条の内の一方の平板状低融点金属体が 溶断したときに、 残りの平板状低融点金属体には、 一方の平板状低融点 金属体が溶断する前の電流の倍の電流が流れるので、 残りの平板状低融 点金属体も速やかに溶断する。 したがって、 保護素子 1 Aの動作時間の パラツキが低減する。
また、 溶断後に電極 3 a、 3 b又は 3 c上に集まる低融点金属体 4の 厚みは、 第 1図 Aの保護素子 1 Aの方が第 1 5図の保護素子 1 Xよ り も 薄くなる。 したがって、 一対の電極間の低融点金属体を 2条とした第 1 図 Aの保護素子 1 Aの方が、 素子の薄型化を押し進めることが可能とな る。
第 1図 Aの保護素子 1 Aは、 例えば、 第 3図 A〜第 3図 Eに示すよう に製造することができる。 まず、 基板 2上に発熱体 6用の電極 （所謂、 枕電極） 3 x、 3 yを形成し （第 3図 A ) 、 次いで、 発熱体 6を形成す る （第 3図 B ) 。 この発熱体 6は、 例えば、 酸化ルテニウム系ペース ト を印刷し、 焼成することにより形成する。 '次に、 必要に応じて、 発熱体 6の抵抗値の調節のため、 エキシマレーザー等で発熱体 6にト リーミン グを形成した後、 発熱体 6を覆うように絶縁層 5を形成する （第 3図 C ) 。 次に、 低融点金属体用の電極 3 a、 3 b、 3 cを形成する （第 3 図 D ) 。 そして、 この電極 3 a、 3 b、 3 cに橋かけするように 2条の 平板状低融点金属体 4 a、 4 bを設ける （第 3図 E ) 。
ここで、 基板 2、 電極 3 a、 3 b、 3 c、 3 x、 3 y、 発熱体 6、 絶 縁層 5、 低融点金属体 4の形成素材やそれ自体の形成方法は従来例と同 様とすることができる。 したがって、 例えば、 基板 2 としては、 プラス チックフィルム、 ガラスエポキシ基板、 セラミ ック基板、 金属基板等を 使用することができ、 好ましくは、 無機系基板を使用する。
発熱体 6は、 例えば、 酸化ルテニウム、 カーボンブラック等の導電材 料と水ガラス等の無機系パインダあるいは熱硬化性樹脂等の有機系パイ ンダからなる抵抗ペース トを塗布し、 必要に応じて焼成することにより 形成できる。 また、 発熱体 6は、 酸化ルテニウム、 カーボンブラック等 の薄膜を印刷、 メ ツキ、 蒸着、 スパッタ等により形成してもよく、 これ らのフィルムの貼付、 積層等により形成してもよい。
' 低融点金属体 4の形成材料としては、 従来より ヒューズ材料として使 用されている種々の低融点金属体を使用することができ、 例えば、 特開 平 8— 1 6 1 9 9 0号公報の段落 [ 0 0 1 9 ] の表 1に記載の合金を使 用することができる。
低融点金属体用の電極 3 a、 3 b、 3 c としては、 銅等の金属単体、 あるいは表面が A g— P t 、 A u等でメ ツキされている電極を使用する ことができる。
第 1図 Aの保護素子 1 Aの使用方法としては、 例えば、 第 4図に示す ように、 過電圧防止装置で用い.られる。 第 4図の過電圧防止装置おいて. 端子 A l、 A 2には、 例えばリチウムイオン電池等の被保護装置の電極端 子が接続され、 端子 B l、 B 2には、 被保護装置に接続して使用される充 電器等の装置の電極端子が接続される。 この過電圧防止装置によれば、 リチウムイオン電池の充電が進行し、 ツエナダイォード Dに降伏電圧以 上の逆電圧が印加されると、 急激にベース電流 i b が流れ、 それにより 大きなコレクタ電流 i c が発熱体 6に流れ、 発熱体 6が発熱する。 この 熱が、 発熱体 6上の低融点金属体 4に伝達し、 低融点金属体 4が溶断し. 端子 A l、 A 2 に過電圧の印加されることが防止される。 またこの場合、 低融点金属体 4は電極 3 a と電極 3 b の間、 及び電極 3 b と電極 3 cの 間でそれぞれ溶断されるので、 溶断後には、 発熱体 6への通電が完全に 遮断される。
本発明の保護素子は種々の態様をとることができる。 保護素子の動作 特性上は、 2条の低融点金属体 4 a、 4 bの間隔は広い方がよいが、 第 5図に示す保護素子 1 Bのよ うに、 2条の平板状低融点金属体 4 a、 4 bを接触させて配設してもよい。 このように 2条の平板状低融点金属体 4 a、 4 bを接触させても、 発熱体 6の発熱時には、 第 6図に示すよう に、 8力所の溶断開始点 Pから溶断が始まるので、 動作時間を短縮し、 動作時間のパラツキを低減させ、 素子の薄型化を図ることができる。 第 7図の保護素子 1 Cは、 第 1図 Aの 2条の平板状低融点金属体 4 a . 4 bに代えて、 4条の平板状低融点金属体 4 c、 4 d、 4 e、 4 f を、 それらの合計の横断面積が、 第 1図 Aの 2条の平板状低融点金属体 4 a - 4 bの合計の横断面積と等しくなるように設けたものである。
このように、 低融点金属体 4の横断面の区分数を増やすことによ り、 より一層動作時間を短縮し、 また動作時間のパラツキを抑制することが できる。 本発明において、 低融点金属体の横断面の区分数には、 特に制 限はない。
第 8図の保護素子 1 Dは、 電極 3 a と電極 3 b との間、 及び電極 3 b と電極 3 c との間において、 低融点金属体 4に、 その横断面が 2つに区 分された領域ができるように、 これらの電極間に、 電流の流れる方向に 伸びたス リ ッ ト 7を設けたものである。
このよ う にス リ ッ ト 7を形成するこ とによつても、 発熱体 6の発熱時 により、 低融点金属体 4は、 第 9図に示すように 8力所の溶断開始点 P から矢印のようにくびれ始めるので、 動作時間を短縮し、 動作時間のパ ラツキを低減させ、 素子の薄型化を図ることができる。 なお、 スリ ッ トによ り低融点金属体の横断面を独立的な区域に区分す る場合にも、 その区分数には、 特に制限はない。
第 1 0図 Aの保護素子 1 Eは、 発熱体 6 の発熱前においては、 低融点 金属体 4の横断面が、 1つの連続域からなるが、 電流の流れる方向に伸 びた溝 8が低融点金属体 4の中央部に設けられ、 その部分の低融点金属 体 4が肉薄になることにより、 発熱体 6の発熱時には、 速やかに、 第 1 1図に示したように、 2つの独立的な断面に区分されるようにしたもの である。 2つの独立的な断面に区分された後は、 第 1図 Aの保護素子と 同様に作用する。
本発明の保護素子は、 低融点金属体が、 電極 3 a と電極 3 b、 及ぴ電 極 3 b と電極' 3 b という二対の電極間でそれぞれ溶断するものに限らず、 その用途に応じて、 一対の電極間でのみ溶断するように構成してもよい。 例えば、 第 1 3図に示した回路図の過電圧防止装置で用いる保護素子は、 第 1 2図 Aに示す保護素子 1 Fのように、 電極 3 bを省略した構成とす ることができる。 この保護素子 1 Fにおいても、 一対の電極間 3 a、 3 cに、 2条の平板状低融点金属体 4 a、 4 bが設けられている。
この他、 本発明の保護素子において、 個々の低融点金属体 4の形状は 平板状に限らない。 例えば、 丸棒状としてもよい。 また、 低融点金属体 4は、 絶縁層 5を介して発熱体 6上に積層する場合に限らない。 低融点 金属体と発熱体とを平面配置し、 発熱体の発熱により低融点金属体が溶 断するようにしてもよい。
また、 本発明の保護素子において、 低融点金属体上は、 4， 6—ナイ口 ン、 液晶ポリマー等を用いてキヤッビングすることができる。 実施例
以下、 本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。 実施例 1
第 1図 Aの保護素子 1 Aを次のようにして作製した。 基板 2 として、 アルミナ系セラミ ック基板 （厚さ 0. 5 mm、 大きさ 5 mmX 3 min) を用意し、 これに銀一パラジウムペース ト （デュポン社製、 6177T) を印 刷し、 焼成 （ 8 5 0で、 0. 5時間） することにより発熱体 6用の電極 3 、 3 yを形成した。
次に、 酸化ルテニウム系ペース ト （デュポン社製、 DP1900) を印刷し、 焼成 （ 8 5 0 °C、 0. 5時間） することにより発熱体 6を形成した。 その後、 発熱体 6上に絶縁ガラスペース トを印刷することにより絶縁 層 5を形成し、 さらに、 低融点金属体用の電極 3 a、 3 b、 3 cを、 銀 一白金ペース ト （デュポン社製、 5164N) を印刷し、 焼成 （8 5 0で、 0 5時間） することにより形成した。 この電極 3 a、 3 b、 3 cに橋かけ するように、. 低融点金属体 4 として半田箔 （S n ： S b = 9 5 ： 5、 液 相点 2 4 0 °C、 幅 W= 0. 5 mm、 厚さ t = 0. 1 mm、 長さ L = 4. 0 mm) を 2本接続し、 保護素子 1 Aを得た。
実施例 2
低融点金属体 4 として、 幅 W= 0. 5 mmの半田箔 2本に代えて、 幅 W= 0. 2 5 mmの半田箔を 4本使用する以外は、 実施例 1 と同様にし て保護素子 1 C (第 7図） を作製した。
比較例 1
低融点金属体 4として、 幅 W= 0. 5 mmの半田箔 2本に代えて、 幅 W= l mmの半田箔を 1本使用する以外は、 実施例 1 と同様にして保護 素子 1 X (第 1 4図） を作製した。
実施例 3
低融点金属体の厚さ t を 0. 3 mmとする以外は実施例 1 と同様にし て保護素子 1 Aを作製した。 実施例 ·4
低融点金属体の厚さ t を 0 3 mmとする以外は実施例 2 と同様にし て保護素子 1 Aを作製した。
比較例 2
低融点金属体の厚さ t を 0 3 mmとする以外は比較例 1 と同様にし て保護素子 1 Xを作製した。
評価
実施例 1〜 4及び比較例 1、 2の各保護素子の発熱体に 4 Wの電力を 印加し、 その電力を印加してから低融点金属体が溶断するまでの時間 (ヒューズ溶断時間） を測定した。
また、 実施例 3、 4及び比較例 2の保護素子に対しては、 低融点金属 体に 1 2 Aの電流を通し、 通電後低融点金属体が溶断するまでの時間を 測定した。 結果を表 1に示す。
低融点金属体 溶断時間（秒） 大きさ（単位： mm) 抵抗 本数 発熱体 低融点金属体 幅 W 厚さ t 長さ (mQ ) (本） 4W印加時 12A通電時 実施例 1 0.5 0.1 4.0 10±1 2 12〜16
実施例 2 0.25 0.1 4.0 10±1 4 10〜： L3
比較例 1 1.0 0.1 4.0 10±1 1 15〜25
実施例 3 0.5 0.3 4.0 5±1 2 20〜30 9〜12 実施例 4 0.25 0.3 4.0 5±1 4 15〜： L8 8〜11 比較例 2 1.0 0.3 4.0 5±1 1 120秒で溶断せず 10〜： L6 の結果から、 本発明の実施例によれば、 定格電流 （ヒューズ抵抗 値） を変えることなく、 発熱体が発熱したときの動作時間を短縮し、 か つ動作時間のパラツキを抑制できることがわかる。 また、 低融点金属体 に過電流が流れた場合の動作時間も短縮し、 そのパラツキを抑制できる ことがわかる。 産業上の利用分野
本発明によれば、 基板上に発熱体及び低融点金属体を有し、 発熱体の 発熱により低融点金属体が溶断する保護素子において、 動作時間を短縮 し、 かつ安定化させることができる。 したがって、 定格電流を高くする ために、 低融点金属体の断面積を大きく しても、 動作時間を十分に短く し、 かつ動作時間のパラツキを抑制することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 基板上に発熱体及び低融点金属体を有し、 発熱体の発熱によ り 低融点金属体が溶断する保護素子であって、 低融点金属体に電流を通す 一対の電極間において、 低融点金属体の少なく とも一部の横断面が、 実 質的に 2以上の独立的な断面に区分されて.いることを特徴とする保護素 子。
2 . 低融点金属体に電流を通す一対の電極間に、 2条以上の低融 点金属体が設けられている請求の範囲第 1項記載の保護素子。
3 . 低融点金属体に電流を通す一対の電極間に、 中央部にスリ ツ トの入った 1条の低融点金属体が設けられている請求の範囲第 1項記载 の保護素子。
4 . 低融点金属体に電流を通す一対の電極間において、 低融点金 属体に、 該低融点金属体の少なく とも一部の横断面が発熱体の発熱時に 2以上の独立的な断面に区分されるように、 肉薄部が形成されている請 求の範囲第 1項記載の保護素子。
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