JP6203568B2 - 保護素子 - Google Patents

Description

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、確実さと迅速さと安全性とに関する従来よりも厳しい要求には応え難い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、確実さと迅速さと安全性とを改善可能な保護素子を提供することにある。

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。保護素子は充填材１４をさらに備える。充填材１４は導電体５４に密着する。充填材１４は導電体５４を密封する。充填材１４はケース１２内の空間に充填される。ケース１２が、底面３０と、側面３２とを有する。側面３２は底面３０を取囲む。この場合、導電体５４が、ケース１２のうち底面３０と側面３２とよって取囲まれる空間に配置される。この場合、保護素子が放熱板１６をさらに備える。放熱板１６は、ケース１２の底面３０に固定される。放熱板１６は、充填材１４の熱を吸収する。放熱板１６は、ケース１２の外へ熱を放出する。

導電体５４が充填材１４に密着されると、周りに空間がある場合に比べ、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、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で導電体５４が溶断する可能性は、周りに空間がある場合に比べて低くなる。すなわち、誤動作の発生を抑えることができる。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が溶断する可能性が低くなるので、そのような小さなジュール熱積分値で導電体５４が溶断することに備えるために導電体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。必要がなくなるので、その断面積を小さくできる。その断面積を小さくできると、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、熱が充填材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。充填材１４が導電体５４に密着しかつ充填材１４が導電体５４を密封すると、導電体５４が溶断した際の熱が導電体５４の周りの気体を膨張させることによる保護素子の破損を回避できる。すなわち、安全性が向上する。その結果、動作の確実さと迅速さと安全性とを改善できる。放熱板１６が充填材１４の熱を吸収することにより、放熱板１６がない場合に比べ、充填材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、放熱板１６がない場合に比べ、低くなる。

また、上述した充填材１４がシリコーン樹脂を含むことが望ましい。シリコーン樹脂は合成樹脂の中では耐熱性が良いので、充填材１４がシリコーン樹脂を含むことにより、他の耐熱性が悪い合成樹脂が含まれる場合に比べ熱による充填材１４の劣化を抑制できる。

もしくは、上述したシリコーン樹脂がシリコーンゴム８０を含むことが望ましい。シリコーンゴム８０はシリコーン樹脂の中では弾性係数が高いので、他のシリコーン樹脂に比べ、導電体５４が溶断した際に発生するアークによる衝撃をよく緩和できる。

また、上述した充填材１４が、シリコーン樹脂に加え、金属酸化物を含むことが望ましい。金属酸化物は、シリコーン樹脂に比べ、耐熱性に優れる。これにより、熱による充填材１４の劣化を抑制できる。

もしくは、上述した金属酸化物が粒子状であることが望ましい。

もしくは、上述した金属酸化物がアルミナ８２を含むことが望ましい。アルミナ８２はシリコーン樹脂に比べ熱伝導率が高い。熱伝導率が高いので、充填材１４のうちアルミナ８２が位置する箇所では熱が拡がりやすくなる。熱が拡がりやすいと、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。

もしくは、上述した放熱板１６が金属酸化物の焼結体を含むことが望ましい。放熱板１６が金属酸化物の焼結体を含むことにより、そうでない場合に比べ、放熱板１６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。

本発明によれば、確実さと迅速さと安全性とを改善できる。

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第１の断面図である。 本発明のある実施形態にかかる保護素子の第２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。

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、充填材１４の一部と被覆樹脂１８の一部とは取り除かれている。図１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、充填材１４と、放熱板１６と、被覆樹脂１８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。充填材１４はケース１２内の空間に充填される。放熱板１６は、導電部１０と共にケース１２の中に収容される。放熱板１６は充填材１４の熱を吸収する。放熱板１６は、吸収した熱を、ケース１２の外へ放出する。被覆樹脂１８は、ケース１２に収容された導電部１０を被覆する。

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、中央部分で切断されている。図３も、本実施形態にかかる保護素子の断面図である。図３において、本実施形態にかかる保護素子は、図２とは直交する軸に沿って中央部分で切断されている。図２及び図３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、底面３０と側面３２とを有する。底面３０は、ケース１２の底となる部分である。側面３２は底面３０を取囲む。導電部１０は、ケース１２のうち底面３０と側面３２とよって取囲まれる空間に配置されることとなる。

図２及び図３に基づいて、本実施形態にかかる充填材１４が説明される。充填材１４は、ケース１２の底面３０から導電部１０の外周部分までの空間に充填される。本実施形態の場合、充填材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充填材１４が有することは言うまでもない。

図２及び図３に基づいて、本実施形態にかかる放熱板１６が説明される。放熱板１６は、ケース１２の底面３０に固定される。本実施形態の場合、放熱板１６はアルミナ製である。本実施形態の場合、放熱板１６はアルミナを焼結したものである。上述したように、充填材１４は、ケース１２の底面３０から導電部１０の外周部分までの空間に充填される。これにより、放熱板１６は充填材１４に覆われることとなる。

図２及び図３に基づいて、本実施形態にかかる被覆樹脂１８が説明される。被覆樹脂１８は、ケース１２の導電部１０の外周部分から側面３２の縁までの空間に充填される。これにより、上述したように、被覆樹脂１８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。本実施形態の場合、被覆樹脂１８は、シリコーンゴム８０のみからなる。

図４は、本実施形態にかかる導電部１０の平面図である。図１と図４とに基づいて、本実施形態にかかる導電部１０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の底面３０に対向するように配置される。上述したように、充填材１４は、ケース１２の底面３０から導電部１０の外周部分までの空間に充填される。これにより、充填材１４が導電体５４に密着することとなる。充填材１４が導電体５４を密封することとなる。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、一端が表電極５２の一方に接続され他端が表電極５２の他方に接続されている線材である。本実施形態の場合、導電体５４は銅合金製である。この銅合金の組成はここでは説明されない。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ことで回路を保護するための銅合金は周知なためである。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。合金基部５８は、低融点合金６０を基板５０に固定する。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もケース１２の底面３０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の側面３２を貫通する。

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の他方と裏電極６２の他方との間が導通する。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。

［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。

［効果の説明］
従来の保護素子の中には導電体５４の周りに粒子状の無機物が充填されているものがあった。このような従来の保護素子は、本実施形態にかかる保護素子に比べて誤動作が発生しやすい。導電体５４の周りに粒子状の無機物が充填されていると、導電体５４の周りと粒子状の無機物との間に空間が形成されるためである。この空間が、導電体５４の周囲に長期にわたり熱がたまることを容易にする。熱がたまることが、誤動作が発生する原因となる。本実施形態にかかる保護素子では、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。熱は、充填材１４のアルミナ８２及びシリコーンゴム８０に伝わる。充填材１４に密着されるので、周りが空間である場合に比べ、導電体５４で発生した熱は容易にアルミナ８２及びシリコーンゴム８０へ流出する。粒子状のアルミナ８２を伝って、熱は充填材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、周りに空間がある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ので、周りに空間がある場合に比べて、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小さくできる。その断面積を小さくできると、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。充填材１４が導電体５４に密着しかつ充填材１４が導電体５４を密封できると、導電体５４が溶断した際の熱が導電体５４の周りの気体を膨張させることによる保護素子の破損を回避できる。その結果、保護素子の動作の確実さと迅速さと安全性とを改善できる。

充填材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充填材１４に含まれる場合に比べ熱による充填材１４の劣化を抑制できる。

充填材１４が粒子状のアルミナ８２を含むので、熱による充填材１４の劣化をさらに抑制できる。しかも、本実施形態にかかる保護素子は、導電体５４の周りに粒子状のアルミナ８２のみが充填されている場合に比べ、消弧能力を高くできる。消弧能力を高くできるのは、シリコーンゴム８０と粒子状のアルミナ８２との混合物の方が、粒子状のアルミナ８２のみの場合に比べ、単位体積あたりのアルミナ量を高くできるためである。

また、保護素子がアルミナ製の放熱板１６を備えていると、充填材１４全体に伝わった熱の一部が放熱板１６に伝わることとなる。これにより、放熱板１６がない場合に比べ、充填材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、放熱板１６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板１６を備えていると、そうでない場合に比べ、放熱板１６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、上述した放熱板１６の形状及び素材は特に限定されない。すなわち放熱板１６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。放熱板１６は焼結以外の方法により製造されたものでもよい。

また、上述した充填材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充填材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、充填材１４全体に素早く熱を伝えることができる。充填材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は充填材１４によって被覆されてもよい。この場合、充填材１４は、ケース１２の底面３０から側面３２の縁までの空間に充填される。

また、上述した充填材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。充填材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。充填材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。充填材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…充填材、
１６…放熱板、
１８…被覆樹脂、
３０…底面、
３２…側面、
５０…基板、
５２…表電極、
５４…導電体、
５６…ロウ材、
５８…合金基部、
６０…低融点合金、
６２…裏電極、
６４…リード線、
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 (7)

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、
   前記導電体に密着し前記導電体を密封するように前記ケース内の空間に充填される充填材をさらに備え、
   前記ケースが、
   底面と、
   前記底面を取囲む側面とを有しており、
   前記導電体が前記ケースのうち前記底面と前記側面とによって取囲まれる空間に配置されており、
   前記保護素子が、前記ケースの前記底面に固定され前記充填材の熱を吸収し前記ケースの外へ前記熱を放出する放熱板をさらに備えることを特徴とする保護素子。
2. 前記充填材がシリコーン樹脂を含むことを特徴とする請求項１に記載の保護素子。
3. 前記シリコーン樹脂がシリコーンゴムを含むことを特徴とする請求項２に記載の保護素子。
4. 前記充填材が、前記シリコーン樹脂に加え、金属酸化物を含むことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の保護素子。
5. 前記金属酸化物が粒子状であることを特徴とする請求項４に記載の保護素子。
6. 前記金属酸化物がアルミナを含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の保護素子。
7. 前記放熱板が金属酸化物の焼結体を含むことを特徴とする請求項１に記載の保護素子。

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