WO2016125360A1 - 保護素子 - Google Patents

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WO2016125360A1
WO2016125360A1 PCT/JP2015/081650 JP2015081650W WO2016125360A1 WO 2016125360 A1 WO2016125360 A1 WO 2016125360A1 JP 2015081650 W JP2015081650 W JP 2015081650W WO 2016125360 A1 WO2016125360 A1 WO 2016125360A1
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WO
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case
conductor
outer shell
shell portion
protective element
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PCT/JP2015/081650
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Inventor
井川 直孝
陽介 村永
Original Assignee
内橋エステック株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective 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
    • H01H85/02Details
    • H01H85/04Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/041Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges characterised by the type
    • H01H85/044General constructions or structure of low voltage fuses, i.e. below 1000 V, or of fuses where the applicable voltage is not specified
    • H01H85/045General constructions or structure of low voltage fuses, i.e. below 1000 V, or of fuses where the applicable voltage is not specified cartridge type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective 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
    • H01H85/02Details
    • H01H85/04Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05Component parts thereof
    • H01H85/165Casings
    • H01H85/175Casings characterised by the casing shape or form

Definitions

  • the present invention relates to a protective element such as a current fuse.
  • Patent Document 1 discloses a current fuse.
  • a current fuse element is disposed at the center of a cylindrical case.
  • Current fuse elements are supported by leads on both sides.
  • the periphery of the current fuse element is covered with flux.
  • An object of the present invention is to downsize a protective element.
  • the protection element includes a conductor 54 and a case 12.
  • the conductor 54 is melted when the Joule heat integration value is equal to or higher than a predetermined value.
  • the case 12 accommodates the conductor 54.
  • the case 12 has an outer shell portion 30 and a reinforcing portion 32.
  • the outer shell 30 contains a conductor.
  • the reinforcing portion 32 suppresses deformation of the outer shell portion 30 when a force is applied to the outer shell portion 30.
  • the case 12 When an arc is generated by melting the conductor 54, an impact is also generated. By increasing the volume of the case 12, the stress applied to the outer shell portion 30 due to the impact can be reduced. On the other hand, when the case 12 has the outer shell portion 30 and the reinforcing portion 32, the possibility of the case 12 being damaged when the conductor 54 is melted is reduced without increasing the volume of the case 12. This is because the reinforcing portion 32 supports the stress applied to the outer shell portion 30 by the impact. As a result, the size of the case 12 can be reduced as compared with a protective element in which the volume of the case 12 is increased relative to the volume of the object accommodated therein. As a result, the protective element can be reduced in size.
  • the above-described reinforcing portion 32 has a pair of the reinforcing plate 40 and the protruding portion 42.
  • the reinforcing plate 40 is fixed to the inner peripheral surface of the outer shell 30 so that either surface thereof faces the conductor 54.
  • the protruding portion 42 protrudes from the inner peripheral surface of the outer shell portion 30 so as to sandwich the reinforcing plate 40.
  • the above-described reinforcing plate 40 has a rectangular parallelepiped shape.
  • the protruding portion 42 has a plate shape arranged along the reinforcing plate 40.
  • the projecting portion 42 is along the rectangular parallelepiped reinforcing plate 40.
  • the protrusion 42 is plate-shaped. Thereby, compared with the case where the protrusion part 42 is a thin column shape, when a force is applied with respect to the reinforcement board 40, it becomes easy to suppress the position shift of the reinforcement board 40, for example.
  • the protective element described above further includes a contact material 14.
  • the contact material 14 contacts the conductor 54 and the case 12.
  • the contact material 14 is accommodated in the case 12 together with the conductor 54.
  • the contact material 14 can transmit the heat generated by the conductor 54 to the case 12. Since the heat generated by the conductor 54 can be transmitted to the case 12, the heat generated in the conductor 54 due to energization easily flows out of the conductor 54 compared to the case where the heat is not generated. Since heat tends to flow out, the arc is quickly cooled after the conductor 54 is blown out as compared to the case where the heat is not so. Since the arc is cooled quickly, the volume of the case 12 can be reduced. As a result, the protective element can be reduced in size.
  • the above-described reinforcing portion 32 has the reinforcing plate 40.
  • the reinforcing plate 40 is fixed to the inner peripheral surface of the outer shell portion 30.
  • the reinforcing plate 40 has a higher thermal conductivity than the outer shell portion 30.
  • the contact material 14 is in contact with the reinforcing plate 40 in the case 12.
  • the protective element can be reduced in size.
  • FIG. 1 is a plan view of a protection element according to the present embodiment.
  • a part of the contact material 14, a part of the coating resin 16, and a part of the back brazing material 66 are removed.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the protective element according to the present embodiment.
  • the protection element according to the present embodiment is cut along the lead wire 64 at the central portion. Based on FIG. 1 and FIG. 2, the structure of the protection element concerning this embodiment is demonstrated.
  • the protection element according to the present embodiment includes a conductive portion 10, a case 12, a contact material 14, and a coating resin 16.
  • the conductive portion 10 is a portion through which current flows.
  • the case 12 accommodates the conductive part 10.
  • the contact material 14 is accommodated in the case 12 together with the conductive portion 10.
  • the covering resin 16 covers the conductive portion 10 accommodated in the case 12.
  • FIG. 3 is a plan view of the conductive portion 10 according to the present embodiment.
  • the conductive portion 10 according to the present embodiment includes a substrate 50, a pair of front electrodes 52, a conductor 54, a pair of front brazing materials 56, an alloy base 58, a low melting point alloy 60, and a pair of back electrodes 62. And a pair of lead wires 64 and a pair of back brazing members 66.
  • the front electrode 52 is disposed on any surface of the substrate 50.
  • the surface on which the front electrode 52 is disposed is regarded as the front surface of the substrate 50.
  • a copper foil is fixed to the front surface of the substrate 50 as the front electrode 52.
  • the conductor 54 is disposed on the front surface of the substrate 50. In the case 12, the conductor 54 is disposed so as to face the inner peripheral surface of the case 12. When the current flows, the conductor 54 heats a part of the energy of the current. The conductor 54 is naturally blown when the Joule heat integration value exceeds a predetermined value.
  • the “Joule heat integration value” is energy required for fusing of a fuse element (in this embodiment, the conductor 54 corresponds to a “fuse element”).
  • the conductor 54 is a wire.
  • one end of the conductor 54 is connected to one of the front electrodes 52.
  • the other end of the conductor 54 is connected to the other end of the front electrode 52.
  • the conductor 54 is made of pure copper plated with tin.
  • the front brazing material 56 connects the front electrode 52 and the conductor 54. Thereby, the surface electrode 52 and the conductor 54 conduct
  • the alloy base 58 is fixed to the front surface of the substrate 50.
  • the low melting point alloy 60 is disposed on the front surface of the substrate 50 in the same manner as the conductor 54.
  • the low melting point alloy 60 is fixed to the substrate 50 via the alloy base 58.
  • the low melting point alloy 60 also faces the inner peripheral surface of the case 12.
  • the low melting point alloy 60 covers the conductor 54 so as to straddle the central portion of the conductor 54.
  • the “low melting point alloy” is an alloy having a melting point equal to or lower than the temperature at which the above-described conductor 54 is melted and in which the above-described conductor 54 is melted in a molten state. Such low melting point alloys are well known. Therefore, detailed description thereof will not be repeated here.
  • the back electrode 62 is disposed on the surface of the substrate 50 that corresponds to the back as viewed from the front surface described above.
  • this surface is regarded as the back surface of the substrate 50.
  • the back electrode 62 is a copper foil like the front electrode 52.
  • One of the pair of back electrodes 62 is disposed at a position corresponding to the back of one of the pair of front electrodes 52.
  • the other of the pair of back electrodes 62 is disposed at a position corresponding to the other of the pair of front electrodes 52.
  • One of the pair of lead wires 64 is connected to one of the pair of back electrodes 62.
  • the other of the pair of lead wires 64 is connected to the other of the pair of back electrodes 62.
  • the lead wire 64 penetrates the side wall of the case 12.
  • the back brazing material 66 connects the back electrode 62 and the lead wire 64. Thereby, the back electrode 62 and the lead wire 64 are electrically connected.
  • the substrate 50 has a through hole 70.
  • the substrate 50 has four through holes 70.
  • One of the front electrode 52 and one of the back electrode 62 are connected to each other through two through holes 70.
  • one of the front electrode 52 and one of the back electrode 62 are electrically connected.
  • the other of the front electrode 52 and the other of the back electrode 62 are connected to each other through the other two through holes 70.
  • these through holes 70 are filled with a part of the back brazing material 66.
  • the front brazing material 56 is connected to the back brazing material 66 at the end portions of these through holes 70. At the end, the front brazing material 56 and the back brazing material 66 are integrated.
  • the current flowing through one of the lead wires 64 flows to the conductor 54 through one of the back electrode 62 and one of the front electrode 52.
  • the current flowing through the conductor 54 flows through the other of the lead wires 64 through the other of the back electrode 62 and the other of the front electrode 52.
  • FIG. 4 is a perspective view of the case 12 according to the present embodiment.
  • the configuration of the case 12 according to the present embodiment will be described based on FIGS. 1, 2, and 4.
  • the case 12 has an outer shell portion 30 and a reinforcing portion 32.
  • the outer shell portion 30 accommodates the conductive portion 10.
  • the reinforcing portion 32 suppresses deformation of the outer shell portion 30 when a force is applied to the outer shell portion 30.
  • the outer shell 30 is made of synthetic resin.
  • the inner peripheral surface of the outer shell portion 30 has a bottom surface portion 36 and a side surface portion 38.
  • the bottom surface portion 36 is a portion that becomes the bottom of the outer shell portion 30.
  • the side surface portion 38 surrounds the bottom surface portion 36.
  • the conductive portion 10 is disposed in a space surrounded by the bottom surface portion 36 and the side surface portion 38 in the outer shell portion 30.
  • the reinforcing part 32 has one heat radiator / reinforcing plate 40 and four projecting parts 42.
  • the radiator / reinforcement plate 40 is made of alumina.
  • the radiator / reinforcing plate 40 is obtained by sintering alumina. Therefore, in this embodiment, the heat radiator / reinforcement plate 40 has a higher thermal conductivity than the outer shell portion 30 made of synthetic resin.
  • the radiator / reinforcement plate 40 absorbs the heat of the contact material 14.
  • the radiator / reinforcement plate 40 releases the absorbed heat to the outside of the case 12.
  • the radiator / reinforcement plate 40 has a rectangular parallelepiped shape.
  • the radiator / reinforcement plate 40 is bonded to the bottom surface portion 36 of the inner peripheral surface of the outer shell portion 30 with a known silicone resin. Thereby, the surface with the largest area of the radiator / reinforcement plate 40 faces the conductor 54.
  • the four protrusions 42 are integrated with the outer shell 30.
  • the four protruding portions 42 protrude from the bottom surface portion 36 of the outer shell portion 30.
  • the protrusion 42 is along the rectangular parallelepiped reinforcing plate 40.
  • the protrusion 42 is plate-shaped. Of the four protrusions 42, a pair is arranged so as to sandwich one end of the radiator / reinforcing plate 40.
  • the other pair of the four projecting portions 42 is disposed so as to sandwich the other end of the radiator / reinforcement plate 40.
  • the contact material 14 according to this embodiment will be described.
  • a part of the contact material 14 is disposed between the radiator / reinforcement plate 40 of the case 12 and the conductor 54. Thereby, the contact material 14 comes into contact with the conductor 54 and the case 12.
  • the other part of the contact material 14 extends in the direction of both ends of the conductor 54 through the space between the protrusions 42.
  • the contact material 14 includes silicone rubber 80 and particulate alumina 82.
  • the contact material 14 has the electrical resistance of the grade which does not generate electric leakage.
  • the coating resin 16 according to this embodiment will be described.
  • the covering resin 16 is filled in the space in the case 12 from the conductive portion 10 to the edge of the side surface portion 38. Thereby, as described above, the coating resin 16 covers the conductive portion 10 accommodated in the case 12. Part of the coating resin 16 enters the space between the conductive portion 10 and the bottom surface portion 36 through the side surface portion 38 of the case 12.
  • the coating resin 16 is a mixture of an epoxy resin and particulate alumina.
  • the protection element manufacturing method includes a conductive part forming step, a contact material applying step, a case housing step, and a covering step.
  • the conductive part 10 is formed in the conductive part forming step.
  • the specific process for forming the conductive portion 10 is the same as that of a well-known protective element formed on the substrate, and therefore detailed description thereof will not be repeated here.
  • a mixture of silicone rubber and particulate alumina is applied to the conductor 54 of the conductive portion 10.
  • the radiator / reinforcement plate 40 is fixed to the outer shell portion 30 of the case 12.
  • the outer shell 30 is manufactured in advance by injection molding.
  • the outer shell 30 to which the radiator / reinforcing plate 40 is fixed is the case 12.
  • the case 12 is placed on the conductive portion 10.
  • the mixture applied in the contact material application step contacts the conductor 54 and the radiator / reinforcement plate 40.
  • the protrusion 42 prevents the mixture from entering, so that a space is formed.
  • the mixture applied in the contact material application step is cured.
  • the cured mixture becomes the contact material 14.
  • the case 12 is filled with a mixture of particulate alumina and an uncured epoxy resin.
  • the conductive part 10 in the case 12 is covered.
  • the filled epoxy resin is cured.
  • the mixture after the epoxy resin is cured becomes the coating resin 16.
  • the method of using the protection element according to this embodiment is the same as that of a known current fuse. That is, the protection element according to the present embodiment is connected to a circuit (not shown).
  • a large current in a predetermined range flows through the conductor 54, the temperature of the conductor 54 exceeds a predetermined temperature.
  • the conductor 54 is melted when the Joule heat integration value is equal to or higher than a predetermined value.
  • the arc is extinguished inside the protective element. As a result, the current is interrupted in the circuit to which the protection element is connected.
  • the appearance was not changed before and after the direct current flow in any of the protective elements.
  • the leakage current was also less than 0.01 mA.
  • the protection element in which the case 12 has the reinforcing portion 32 is less likely to be damaged than the protection element in which the protection element is not.
  • the case 12 is less likely to be damaged when the conductor 54 is melted than when the shock is not. Since the possibility that the case 12 is damaged is reduced, the possibility that an object accommodated in the case 12 is leaked is reduced as compared with the case where the case 12 is not.
  • the protective element is enlarged as compared with the case where the volume is not so. If the case 12 has the outer shell portion 30 and the reinforcing portion 32, the risk of the case 12 being damaged is reduced even if the volume of the case 12 is not increased relative to the volume of the object accommodated therein. .
  • the reinforcing portion 32 supports the stress applied to the outer shell portion 30 due to the impact caused by the arc.
  • the protective element concerning this embodiment can be reduced in size.
  • the protection element when an arc is generated when the conductor 54 is melted, the surface of the heat radiating and reinforcing plate 40 facing the conductor 54 receives an impact caused by the generation of the arc. It becomes.
  • the radiator / reinforcement plate 40 is fixed to the inner peripheral surface of the outer shell 30 so that the surface of the radiator / reinforcement plate 40 having the largest area faces the conductor 54.
  • the range in which the shock can be reduced by the radiator / reinforcement plate 40 of the outer shell portion 30 is widened. . Since the range becomes wide, for example, the risk of the case 12 being damaged is lower than when the ridge of the radiator / reinforcing plate 40 is closest to the conductor 54. Since the risk of damaging the case 12 is reduced, the protective element can be reduced in size.
  • the radiator / reinforcement plate 40 is compared to the case where the protrusions 42 are, for example, thin columnar. When a force is applied to the heat sink, it becomes easy to suppress the positional deviation of the heat radiator / reinforcement plate 40.
  • the conductor 54 heats a part of the energy of the current.
  • the heat generated by the conductor 54 can be transmitted to the case 12 via the contact material 14.
  • the heat generated by the conductor 54 can be transmitted to the case 12 without passing through a gas. Therefore, the heat generated in the conductor 54 due to energization can be easily removed from the conductor 54 compared to the case where the heat is not generated. It becomes easy to leak. Since heat tends to flow out, the arc is quickly cooled after the conductor 54 is blown out as compared to the case where the heat is not so. Since the arc is cooled quickly, the volume of the case 12 can be reduced. As a result, the protective element can be reduced in size.
  • the heat generated by the conductor 54 is transmitted to the particulate alumina 82 of the contact material 14, the silicone rubber 80, and the low melting point alloy 60.
  • the heat spreads throughout the contact material 14 through the particulate alumina 82.
  • the temperature rise of the conductor 54 by heat collecting around the conductor 54 over a long period can be suppressed.
  • the possibility that the conductor 54 is melted by a Joule heat integral value smaller than a predetermined Joule heat integral value is lower than that in the case where the contact material 14 does not include the particulate alumina 82.
  • the conductor 54 Since the conductor 54 is less likely to be melted, it is not necessary to increase the cross-sectional area of the surface of the conductor 54 perpendicular to the direction in which the current flows. When the necessity is eliminated, the conductor 54 is easily melted when the Joule heat integration value is equal to or greater than a predetermined value, compared to the case where the cross-sectional area cannot be reduced. Since it becomes easy to melt, the possibility that the conductor 54 does not melt even if the Joule heat integral value becomes a predetermined value or more in a short time so that heat cannot sufficiently flow out to the contact material 14 is reduced. That is, the speed of operation is improved.
  • the contact material 14 includes the silicone rubber 80, it is possible to suppress deterioration of the contact material 14 due to heat as compared with a case where the contact material 14 includes another synthetic resin having poor heat resistance. Moreover, since the contact material 14 contains the particulate alumina 82, deterioration of the contact material 14 due to heat can be further suppressed.
  • the protective element includes the heat sink / reinforcement plate 40 made of alumina
  • a part of the heat transmitted to the entire contact material 14 is transmitted to the heat sink / reinforcement plate 40.
  • the temperature rise rate of the contact material 14 becomes low. Since the rate of temperature rise is low, the possibility that the conductor 54 is melted at a Joule heat integral value smaller than a predetermined Joule heat integral value is lower than when the radiator / reinforcing plate 40 is not provided.
  • the protective element includes the heat sink / reinforcement plate 40 made of alumina, the tensile strength, the compression strength, and the bending strength of the heat sink / reinforcement plate 40 become stronger than when the protection element is not. Since these become strong, the possibility that the case 12 is damaged by an arc generated when the conductor 54 is melted is reduced.
  • the shape and material of the heat radiator / reinforcing plate 40 described above are not particularly limited. That is, the radiator / reinforcement plate 40 may be a sintered metal oxide other than alumina. The radiator / reinforcement plate 40 may be manufactured by a method other than sintering.
  • the protection element may include a reinforcing portion that replaces the pair of the radiator / reinforcing plate 40 and the protruding portion 42.
  • the contact material 14 described above may include fibrous alumina.
  • the contact material 14 may contain a metal oxide other than alumina.
  • metal oxides other than alumina include silica sand and titanium oxide.
  • heat can be quickly transferred to the entire contact material 14.
  • the contact material 14 may not contain a metal oxide.
  • the conductive portion 10 accommodated in the case 12 may be covered with the contact material 14. In this case, the contact material 14 is filled in a space from the bottom surface portion 36 of the case 12 to the edge of the side surface portion 38.
  • the substance included in the contact material 14 described above is not limited to the silicone rubber 80.
  • a silicone resin other than the silicone rubber 80 may be used.
  • Polymers other than silicone resins may be used.
  • the contact material 14 contains a polymer and a metal oxide, those ratios are not limited.
  • the contact material 14 contains a polymer and a metal oxide, it is preferable that the volume% of the metal oxide is higher than the volume% of the polymer. Regardless of the composition of the contact material 14, the metal oxide is preferably contained in an amount of 50% by mass or more.
  • the configuration and form of the conductive unit 10 described above are not limited to those described above.

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Abstract

 保護素子を小型化する。 保護素子は、導電体54と、ケース12とを備える。導電体54はジュール熱積分値が所定の値以上になると溶断する。ケース12は導電体54を収容する。ケース12は外殻部30と補強部32とを有する。外殻部30には導電体が収容される。補強部32は外殻部30に力がかかったときに外殻部30の変形を抑える。ケース12が外殻部30と補強部32とを有していると、ケース12の容積をそこに収容される物の体積の割りに大きくしなくても、ケース12が破損する恐れは低くなる。これにより、ケース12の容積をそこに収容される物の体積の割りに大きくした保護素子に対し、小型化が可能になる。

Description

保護素子
 本発明は、例えば電流ヒューズといった保護素子に関する。
 特許文献1は、電流ヒューズを開示する。この電流ヒューズにおいて、円筒状のケースの中央部に電流ヒューズエレメントが配置される。両側のリードでもって電流ヒューズエレメントが支持される。電流ヒューズエレメントの周囲はフラックスでもって覆われる。
 特許文献1に開示された電流ヒューズによれば、電流ヒューズエレメントの表面の酸化を防止できる。
特開平11-213852号公報
 しかしながら、特許文献1に開示された電流ヒューズには、その機能を落とさず小型化することが困難という問題点がある。本発明は、このような問題を解決するものである。本発明の目的は、保護素子を小型化することにある。
 図面を参照し本発明の保護素子を説明する。なおこの欄で図中の符号を使用したのは発明の内容の理解を助けるためであって内容を図示した範囲に限定する意図ではない。
 上述した課題を解決するために、本発明のある局面に従うと、保護素子は、導電体54と、ケース12とを備える。導電体54はジュール熱積分値が所定の値以上になると溶断する。ケース12は導電体54を収容する。ケース12は外殻部30と補強部32とを有する。外殻部30には導電体が収容される。補強部32は外殻部30に力がかかったときに外殻部30の変形を抑える。
 導電体54の溶断によってアークが発生すると、衝撃も生じる。ケース12の容積を大きくすることで、その衝撃によって外殻部30にかかる応力を小さくできる。一方、ケース12が外殻部30と補強部32とを有していると、ケース12の容積を大きくしなくても、導電体54の溶断の際、ケース12が破損する恐れは低くなる。その衝撃によって外殻部30にかかる応力を補強部32が支えるためである。これにより、ケース12の容積をそこに収容される物の体積の割に大きくした保護素子に比べ、小型化することが可能になる。その結果、保護素子を小型化できる。
 また、上述した補強部32が補強板40と突出部42の対とを有していることが望ましい。補強板40はいずれかの面が導電体54と対向するように外殻部30の内周面に固定される。突出部42は補強板40を挟むように外殻部30の内周面から突出する。
 導電体54が溶断する際にアークが生じると、そのアークの発生に伴う衝撃を補強板40のうち導電体54に対向する面が受けることとなる。補強板40のいずれかの面が導電体54と対向するように外殻部30の内周面に固定され、かつ、突出部42の対によって補強板40が挟まれているためである。これにより、たとえば補強板40のうち稜が導電体54に対向している場合に比べ、外殻部30のうち補強板40によって衝撃を和らげられる範囲が広くなる。その範囲が広くなるので、たとえば補強板40のうち稜が導電体54に対向している場合に比べ、ケース12が破損する恐れは低くなる。ケース12が破損する恐れが低くなるので、保護素子を小型化できる。
 もしくは、上述した補強板40が直方体状であることが望ましい。この場合、突出部42が補強板40に沿うよう配置される板状であることが望ましい。
 突出部42は直方体状の補強板40に沿う。突出部42は板状である。これにより、突出部42がたとえば細い柱状である場合に比べ、補強板40に対して力がかかったとき、補強板40の位置ずれを抑えやすくなる。
 また、上述した保護素子が、接触材14をさらに備えることが望ましい。接触材14は導電体54およびケース12に接触する。接触材14は導電体54と共にケース12に収容される。
 接触材14は、導電体54が発生させた熱をケース12に伝えることができる。導電体54が発生させた熱をケース12に伝えることができるので、そうでない場合に比べ、通電により導電体54で発生した熱が容易に導電体54の外へ流出しやすくなる。熱が外へ流出しやすいので、そうでない場合に比べ、導電体54が溶断した後においてアークが早く冷やされる。アークが早く冷やされるので、ケース12の容積を小さくできる。その結果、保護素子を小型化できる。
 もしくは、上述した補強部32が補強板40を有していることが望ましい。補強板40は外殻部30の内周面に固定される。補強板40は外殻部30よりも熱伝導率が高い。この場合、接触材14が、ケース12のうち補強板40に接触している。
 接触材14が補強板40に接触していると、接触材14が外殻部30に接触している場合に比べ、導電体54が発生させた熱を速やかに補強板40に伝えることができる。補強板40の熱伝導率が外殻部30の熱伝導率よりも高いためである。熱を速やかに伝えることができるので、そうでない場合に比べ、通電により導電体54で発生した熱が容易に導電体54の外へ流出しやすくなる。熱が外へ流出しやすいので、そうでない場合に比べ、導電体54が溶断した後においてアークが早く冷やされる。アークが早く冷やされるので、ケース12の容積を小さくできる。その結果、保護素子を小型化できる。
 本発明によれば、保護素子を小型化できる。
本発明のある実施形態にかかる保護素子の平面図である。 本発明のある実施形態にかかる保護素子の断面図である。 本発明のある実施形態にかかる導電部の平面図である。 本発明のある実施形態にかかるケースの斜視図である。
 以下、本発明について図面に基づき詳細に説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。従って、それらについての詳細な説明は繰返さない。
[構成の説明]
 図1は、本実施形態にかかる保護素子の平面図である。図1において、接触材14の一部と被覆樹脂16の一部と裏ロウ材66の一部とは取り除かれている。図2は、本実施形態にかかる保護素子の断面図である。図2において、本実施形態にかかる保護素子は、中央部分でリード線64に沿って切断されている。図1と図2とに基づいて、本実施形態にかかる保護素子の構成が説明される。
 本実施形態にかかる保護素子は、導電部10と、ケース12と、接触材14と、被覆樹脂16とを備える。導電部10は電流が流れる部分である。ケース12は導電部10を収容する。接触材14は導電部10と共にケース12に収容される。被覆樹脂16は、ケース12に収容された導電部10を被覆する。
 図3は、本実施形態にかかる導電部10の平面図である。図3において、表ロウ材56の一部は切り欠かれている。図1ないし図3に基づいて、本実施形態にかかる導電部10の構成が説明される。本実施形態にかかる導電部10は、基板50と、一対の表電極52と、導電体54と、一対の表ロウ材56と、合金基部58と、低融点合金60と、一対の裏電極62と、一対のリード線64と、一対の裏ロウ材66とを有する。表電極52は、基板50のいずれかの面に配置される。本実施形態では、表電極52が配置されている面を基板50のおもて面とみなす。本実施形態の場合、表電極52として銅箔が基板50のおもて面に固定される。導電体54は、基板50のおもて面に配置される。ケース12の中において、導電体54はケース12の内周面に対向するように配置される。導電体54は電流が流れるとその電流のエネルギの一部を熱にする。導電体54はジュール熱積分値が所定の値以上になると自ずと溶断する。「ジュール熱積分値」とは、ヒューズのエレメント(本実施形態の場合、導電体54が「ヒューズのエレメント」に相当する)が溶断するのに必要とされるエネルギのことである。ジュール熱積分値の算出式は周知なのでここではその説明は繰返されない。本実施形態の場合、導電体54は線材である。本実施形態の場合、導電体54の一端は表電極52の一方に接続されている。導電体54の他端は表電極52の他方に接続されている。本実施形態の場合、導電体54は錫メッキされた純銅製である。表ロウ材56は、表電極52と導電体54とを接続する。これにより、表電極52と導電体54との間が導通する。合金基部58は、基板50のおもて面に固定される。低融点合金60は、導電体54と同様に、基板50のおもて面に配置される。低融点合金60は、合金基部58を介して基板50に固定される。低融点合金60もケース12の内周面に対向する。本実施形態の場合、低融点合金60は導電体54の中央部分をまたぐようにして導電体54を覆っている。本実施形態の場合「低融点合金」とは、上述した導電体54が溶断する温度以下の融点であり、かつ、融解した状態であれば上述した導電体54が溶解する合金のことである。このような低融点合金は周知である。したがって、ここではその詳細な説明は繰返されない。裏電極62は、基板50の面のうち、上述したおもて面から見て裏にあたる面に配置される。本実施形態では、この面を基板50の裏面とみなす。本実施形態の場合、裏電極62は、表電極52と同様に銅箔である。一対の裏電極62のうち一方は、一対の表電極52のうち一方の裏にあたる位置に配置される。一対の裏電極62のうち他方は、一対の表電極52のうち他方の裏にあたる位置に配置される。一対のリード線64の一方が一対の裏電極62の一方に接続される。一対のリード線64の他方が一対の裏電極62の他方に接続される。リード線64はケース12の側壁を貫通する。裏ロウ材66は、裏電極62とリード線64とを接続する。これにより、裏電極62とリード線64との間が導通する。
 基板50はスルーホール70を有する。本実施形態の場合、基板50は4個のスルーホール70を有する。表電極52の一方と裏電極62の一方とは2個のスルーホール70において互いに接続されている。これにより、表電極52の一方と裏電極62の一方との間が導通する。表電極52の他方と裏電極62の他方とは他の2個のスルーホール70において互いに接続されている。しかも、これらのスルーホール70には、裏ロウ材66の一部が充填されている。表ロウ材56は、これらのスルーホール70の端部で、裏ロウ材66とつながっている。その端部で、表ロウ材56と裏ロウ材66とは一体となっている。その結果、リード線64の一方を流れた電流は、裏電極62の一方と表電極52の一方とを経て導電体54に流れる。導電体54に流れた電流は、裏電極62の他方と表電極52の他方とを経てリード線64の他方を流れる。
 図4は、本実施形態にかかるケース12の斜視図である。図1と図2と図4とに基づいて、本実施形態にかかるケース12の構成が説明される。ケース12は、外殻部30と補強部32とを有する。外殻部30には導電部10が収容される。補強部32は外殻部30に力がかかったときに外殻部30の変形を抑える。
 本実施形態の場合、外殻部30は合成樹脂製である。外殻部30の内周面は底面部36と側面部38とを有する。底面部36は、外殻部30の底となる部分である。側面部38は底面部36を取囲む。導電部10は、外殻部30のうち底面部36と側面部38とよって取囲まれる空間に配置されることとなる。
 補強部32は1枚の放熱体兼補強板40と4枚の突出部42とを有する。本実施形態の場合、放熱体兼補強板40はアルミナ製である。本実施形態の場合、放熱体兼補強板40はアルミナを焼結したものである。したがって、本実施形態の場合、放熱体兼補強板40は合成樹脂製の外殻部30よりも熱伝導率が高い。放熱体兼補強板40は接触材14の熱を吸収する。放熱体兼補強板40は、吸収した熱を、ケース12の外へ放出する。本実施形態の場合、放熱体兼補強板40は直方体状である。本実施形態の場合、放熱体兼補強板40は、外殻部30の内周面のうち底面部36に、周知のシリコーン樹脂によって接着される。これにより、放熱体兼補強板40のうち最も面積が大きい面が導電体54と対向する。本実施形態の場合、4枚の突出部42は外殻部30と一体となっている。4枚の突出部42は外殻部30の底面部36から突出する。突出部42は直方体状の補強板40に沿う。突出部42は板状である。4枚の突出部42のうち一対が放熱体兼補強板40の一端を挟むように配置される。4枚の突出部42のうち他の一対が放熱体兼補強板40の他端を挟むように配置される。
 図1と図2とに基づいて、本実施形態にかかる接触材14が説明される。接触材14の一部は、ケース12の放熱体兼補強板40と導電体54との間に配置される。これにより、接触材14は導電体54およびケース12に接触することとなる。接触材14の他の一部は、突出部42の間を介して導電体54の両端方向へ及んでいる。本実施形態の場合、接触材14は、シリコーンゴム80と粒子状のアルミナ82と含む。なお、漏電が発生しない程度の電気抵抗を接触材14が有することは言うまでもない。
 図1と図2とに基づいて、本実施形態にかかる被覆樹脂16が説明される。被覆樹脂16は、ケース12内の空間のうち導電部10から側面部38の縁までの部分に充填される。これにより、上述したように、被覆樹脂16は、ケース12に収容された導電部10を被覆することとなる。被覆樹脂16の一部は、ケース12の側面部38を伝って導電部10と底面部36との間の空間に進入している。本実施形態の場合、被覆樹脂16は、エポキシ樹脂と粒子状のアルミナとの混合物である。
[製造方法の説明]
 本実施形態にかかる保護素子の製造方法は、導電部形成工程と、接触材塗布工程と、ケース収容工程と、被覆工程とを備える。導電部形成工程において導電部10が形成される。導電部10を形成するための具体的な工程は、基板上に形成される周知の保護素子と同様なのでここではその詳細な説明は繰返されない。接触材塗布工程において、導電部10の導電体54にシリコーンゴムと粒子状のアルミナとの混合物が塗布される。ケース収容工程において、まず、ケース12の外殻部30に放熱体兼補強板40が固定される。外殻部30は射出成型によって予め製造されている。放熱体兼補強板40が固定された外殻部30がケース12である。ケース12は、導電部10に被せられる。これにより、外殻部30の区画のうち真ん中の区画において、接触材塗布工程において塗布された混合物が、導電体54と放熱体兼補強板40とに接触する。その区画の隣の区画においては、突出部42によってその混合物の進入が抑えられるので、空間が形成される。その後、接触材塗布工程において塗布された混合物は硬化させられる。硬化したその混合物が、接触材14となる。被覆工程において、粒子状のアルミナとまだ硬化していないエポキシ樹脂との混合物がケース12内に充填される。これにより、ケース12内の導電部10は被覆される。その後、その充填されたエポキシ樹脂は硬化させられる。エポキシ樹脂が硬化した後の混合物が被覆樹脂16となる。
[使用方法の説明]
 本実施形態にかかる保護素子の使用方法は、周知の電流ヒューズと同一である。すなわち、本実施形態にかかる保護素子は、図示されない回路に接続される。予め定められていた範囲の大きな電流が導電体54に流れると、導電体54の温度は所定の温度を超える。導電体54はジュール熱積分値が所定の値以上になると溶断する。溶断後アークが発生する場合は保護素子内部で消弧される。これにより、保護素子が接続されていた回路において電流が遮断される。
[実施例の説明]
(実施例)
 上述した保護素子を5個作成した。各保護素子には、「1」ないし「5」という試験片番号が設定された。
(比較例)
 放熱体兼補強板40を有していない点を除き実施例と同一構造の保護素子を5個作成した。各保護素子には、「1」ないし「5」という試験片番号が設定された。
(遮断試験)
 実施例と比較例とにかかる保護素子の抵抗を測定した。その後、これらの保護素子に電圧値400ボルトで電流値5.7アンペアである直流電流を流し、遮断試験を行った。その後、保護素子の外観を観察した。その後、絶縁抵抗試験と耐電圧試験を行った。表1には、測定結果の一覧が示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

 表1に示されるように、実施例にかかる保護素子の場合、いずれの保護素子においても直流電流を流す前もその後も外観に変化は見られなかった。漏れ電流も0.01mA未満であった。比較例にかかる保護素子の場合、直流電流を流すとケースが膨張したものがあった。すなわち、表1の結果から明らかな通り、ケース12が補強部32を有している保護素子は、そうでない保護素子に比べて、ケース12が破損する恐れが低かった。
[効果の説明]
 次に述べられる事項の成否が保護素子の小型化の成否に影響を及ぼす。それは、導電体54が溶断する際におけるケース12に収容されている物の漏出を防止できるか否かという事項である。そのケース12に収容されている物が漏出すると、保護素子の周りに存在する物に悪影響が及ぶことがある。この悪影響を回避するため、ケース12の容積がそこに収容される物の体積の割に大きくなる傾向がある。ケース12の容積を大きくすることで、導電体54が溶断する際にケース12が受ける衝撃を和らげるためである。その衝撃は例えば導電体54が溶断する際に生じるアークが引き起こす。その衝撃が和らぐことで、そうでない場合に比べ、導電体54が溶断する際にケース12が破損する恐れが低くなる。ケース12が破損する恐れが低くなることで、そうでない場合に比べ、ケース12に収容されている物が漏出する恐れが低くなる。ケース12の容積がそこに収容される物の体積の割に大きいと、そうでない場合に比べ、保護素子は大型化する。ケース12が外殻部30と補強部32とを有していると、ケース12の容積をそこに収容される物の体積の割に大きくしなくても、ケース12が破損する恐れは低くなる。本実施形態にかかる保護素子では、アークが引き起こす衝撃によって外殻部30にかかる応力を補強部32が支えるためである。これにより、ケース12の容積をそこに収容される物の体積の割に大きくした保護素子に比べ、本実施形態にかかる保護素子は小型化が可能である。
 また、本実施形態にかかる保護素子では、導電体54が溶断する際にアークが生じると、そのアークの発生に伴う衝撃を放熱体兼補強板40のうち導電体54に対向する面が受けることとなる。放熱体兼補強板40のうち面積が最大である面が導電体54と対向するように放熱体兼補強板40は外殻部30の内周面に固定されている。これにより、たとえば放熱体兼補強板40のうち稜が導電体54に最も間近に対向している場合に比べ、外殻部30のうち放熱体兼補強板40によって衝撃を和らげ得る範囲が広くなる。その範囲が広くなるので、たとえば放熱体兼補強板40のうち稜が導電体54に最も間近に対向している場合に比べ、ケース12が破損する恐れは低くなる。ケース12が破損する恐れが低くなるので、保護素子を小型化できる。
 また、本実施形態にかかる保護素子では、板状の突出部42が直方体状の放熱体兼補強板40に沿うので、突出部42がたとえば細い柱状である場合に比べ、放熱体兼補強板40に対して力がかかったとき、放熱体兼補強板40の位置ずれを抑えやすくなる。
 また、導電体54に電流が流れると、導電体54はその電流のエネルギの一部を熱にする。本実施形態にかかる保護素子では、接触材14を介して導電体54が発生させた熱をケース12に伝えることができる。これにより、気体を介さずに導電体54が発生させた熱をケース12に伝えることができるので、そうでない場合に比べ、通電により導電体54で発生した熱が容易に導電体54の外へ流出しやすくなる。熱が外へ流出しやすいので、そうでない場合に比べ、導電体54が溶断した後においてアークが早く冷やされる。アークが早く冷やされるので、ケース12の容積を小さくできる。その結果、保護素子を小型化できる。
 また、導電体54が発生させた熱は、接触材14の粒子状のアルミナ82とシリコーンゴム80と低融点合金60とに伝わる。粒子状のアルミナ82を伝って、熱は接触材14全体に拡がる。これにより、導電体54の周囲に長期にわたり熱がたまることによる導電体54の温度上昇を抑制できる。これにより、所定のジュール熱積分値より小さなジュール熱積分値によって導電体54が溶断する可能性は、接触材14が粒子状のアルミナ82を含まない場合に比べて低くなる。導電体54が溶断する可能性が低くなるので、導電体54の断面のうち電流が流れる方向に直交する面の断面積を大きくする必要がなくなる。その必要がなくなると、その断面積を小さくできない場合に比べ、ジュール熱積分値が所定の値以上になった場合に、導電体54は溶断しやすくなる。溶断しやすくなるので、熱が接触材14に十分流出できないほど短時間にジュール熱積分値が所定の値以上になっても導電体54が溶断しない可能性は低くなる。すなわち、動作の迅速さが向上する。
 接触材14がシリコーンゴム80を含むので、他の耐熱性が悪い合成樹脂が接触材14に含まれる場合に比べ熱による接触材14の劣化を抑制できる。また、接触材14が粒子状のアルミナ82を含むので、熱による接触材14の劣化をさらに抑制できる。
 また、保護素子がアルミナ製の放熱体兼補強板40を備えていると、接触材14全体に伝わった熱の一部が放熱体兼補強板40に伝わることとなる。これにより、放熱体兼補強板40がない場合に比べ、接触材14の温度上昇速度が低くなる。温度上昇速度が低くなるので、所定のジュール熱積分値より小さなジュール熱積分値で導電体54が溶断する可能性は、放熱体兼補強板40がない場合に比べ、低くなる。また、保護素子がアルミナ製の放熱体兼補強板40を備えていると、そうでない場合に比べ、放熱体兼補強板40の引っ張り強さと圧縮強さと曲げ強さとが強くなる。これらが強くなるので、導電体54が溶断した際に発生するアークによってケース12が破損する可能性は低くなる。
〈変形例の説明〉
 上述した保護素子は、本発明の技術的思想を具体化するために例示したものである。上述した保護素子は、本発明の技術的思想の範囲内において種々の変更を加え得るものである。
 例えば、上述した放熱体兼補強板40の形状及び素材は特に限定されない。すなわち放熱体兼補強板40はアルミナ以外の金属酸化物を焼結したものであってもよい。放熱体兼補強板40は焼結以外の方法により製造されたものでもよい。保護素子は、放熱体兼補強板40と突出部42の対とに代わる補強部を備えていてもよい。
 また、上述した接触材14は、繊維状のアルミナを含んでもよい。アルミナ以外の金属酸化物を接触材14は含んでもよい。アルミナ以外の金属酸化物の例には、ケイ砂と酸化チタンとがある。この場合、アルミナ以上の熱伝導率の金属酸化物であれば、接触材14全体に素早く熱を伝えることができる。接触材14は金属酸化物を含まなくてもよい。ケース12に収容された導電部10は接触材14によって被覆されてもよい。この場合、接触材14は、ケース12の底面部36から側面部38の縁までの空間に充填される。
 また、上述した接触材14が含む物質はシリコーンゴム80に限定されない。例えば、シリコーンゴム80以外のシリコーン樹脂でもよい。シリコーン樹脂以外の重合体でもよい。接触材14が重合体と金属酸化物とを含む場合、それらの比率は限定されない。接触材14が重合体と金属酸化物とを含む場合、重合体の体積%よりも金属酸化物の体積%が高い方が好ましい。接触材14の組成にかかわらず、金属酸化物は50質量%以上含まれていることが好ましい。
 また、上述した導電部10の構成及び形態は上述したものに限定されない。
10…導電部、
12…ケース、
14…接触材、
16…被覆樹脂、
30…外殻部、
32…補強部、
36…底面部、
38…側面部、
40…放熱体兼補強板、
42…突出部、
50…基板、
52…表電極、
54…導電体、
56…表ロウ材、
58…合金基部、
60…低融点合金、
62…裏電極、
64…リード線、
66…裏ロウ材、
70…スルーホール、
80…シリコーンゴム、
82…粒子状のアルミナ、

Claims (5)

  1.  ジュール熱積分値が所定の値以上になると溶断する導電体と、
     前記導電体を収容するケースとを備える保護素子であって、
     前記ケースが、
     前記導電体が収容される外殻部と、
     前記外殻部に力がかかったときに前記外殻部の変形を抑える補強部とを有することを特徴とする保護素子。
  2.  前記補強部が、
     いずれかの面が前記導電体と対向するように前記外殻部の内周面に固定される補強板と、
     前記補強板を挟むように前記外殻部の内周面から突出する突出部の対とを有していることを特徴とする請求項1に記載の保護素子。
  3.  前記補強板が直方体状であり、
     前記突出部が前記補強板に沿うよう配置される板状であることを特徴とする請求項2に記載の保護素子。
  4.  前記保護素子が、前記導電体および前記ケースに接触し、前記導電体と共に前記ケースに収容される接触材をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の保護素子。
  5.  前記補強部が、前記外殻部の内周面に固定され、前記外殻部よりも熱伝導率が高い補強板を有しており、
     前記接触材が、前記ケースのうち前記補強板に接触していることを特徴とする請求項4に記載の保護素子。
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