JP6924714B2

JP6924714B2 - 回路保護素子

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Publication number: JP6924714B2
Application number: JP2018026318A
Authority: JP
Inventors: 恒平山本
Original assignee: Bourns KK
Current assignee: Bourns KK
Priority date: 2018-02-16
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2021-08-25
Anticipated expiration: 2038-02-16
Also published as: US11062864B2; JP2019145248A; EP3754686A1; US20200411264A1; WO2019160028A1; EP3754686A4

Description

本発明は、回路基板上に実装される回路保護素子に関し、特に回路基板上に実装された電子部品の異常発熱によって回路基板の表面付近の温度がはんだの溶融温度以上の温度に達したときに、回路基板上から離反して電流を遮断する回路保護素子に関するものである。

一般的なブレーカーは、回路基板上に形成される電気回路に接続され、電気回路に過電流が流れたときに発熱素子が発熱し、その熱によって熱応動素子が作動して可動片を変形させ、それによって固定片に設けられた固定接点から可動片の自由端近傍に設けられた可動接点が離反し、電気回路に流れる電流を遮断するように構成されている。一方、特許文献１には、回路基板上のＩＣなどの電子部品の近傍に実装され、電子部品が故障などによって異常発熱し、回路基板の表面付近の温度がはんだの溶融温度以上の温度に達したときに、回路基板上から離反して電流を遮断する回路保護素子が提案されている。

図１４は、特許文献１に記載された回路保護素子の第１構成例を示し、（ａ）は回路保護素子１１０が金属帯板をプレス加工などによって折り曲げ加工された状態、（ｂ）は回路保護素子１１０が回路基板１５０に実装された状態、（ｃ）ははんだが溶融し回路保護素子１１０が回路基板１５０から離反した状態を示す。回路保護素子１１０は、回路基板１５０上に実装された状態で、回路基板１５０の実装面と略平行な天井部１１１と、回路基板１５０の実装面に対して略垂直な第１脚部１１２及び第２脚部１１３と、回路基板１５０の実装面に形成された第１導電パッド１５１、第２導電パッド１５２及び第３導電パッド１５３にはんだ付けされる第１被実装部１１４及び第２被実装部１１５と、回路基板１５０の実装面に直接当接される当接部１１６を備えている。

図１４（ａ）に示すように、回路保護素子１１０は、比較的シンプルな断面形状を有しているが、加工直後の状態では、第１被実装部１１４と第２被実装部１１５は、互いに面一ではなく、且つ、第１被実装部１１４が第２被実装部１１５に対して傾斜している。そして、図１４（ｂ）に示すように、第１被実装部１１４と第２被実装部１１５が互いに面一となるように、回路保護素子１１０が回路基板１５０に実装される。このとき、天井部１１１と第１脚部１１２及び第２脚部１１３で形成される弾性変形部が変形され、回路保護素子１１０の内部に応力が蓄積される。そして、電子部品の異常発熱などによって回路基板の表面付近の温度がはんだの溶融温度以上の温度に達すると、第１被実装部１１４及び第２被実装部１１５を第１導電パッド１５１、第２導電パッド１５２及び第３導電パッド１５３に固定しているはんだが軟化又は溶融し、はんだ付けによる第１被実装部１１４及び第２被実装部１１５の固定が解除される。それに伴って、回路保護素子１１０の内部に蓄積されている応力が開放され、回路保護素子１１０の弾性変形部が元の形状に戻ろうとして第１被実装部１１４側が跳ね上がり、第１被実装部１１４が第１導電パッド１５１及び第２導電パッド１５２から離反し、第１導電パッド１５１と第２導電パッド１５２の間で電気回路に流れる電流が遮断される。その結果、電子部品への電力の供給が停止し、電子部品の異常発熱が解消される。なお、第２被実装部１１５と第３導電パッド１５３を固定しているはんだも略同時に溶融するが、当接部１１６が第２被実装部１１５に連続して形成されているため、当接部１１６がストッパーとなって第２被実装部１１５側が回路保護素子１１０の内部に蓄積されている応力によって跳ね上がるのを防止している。

図１５は、特許文献１に記載された回路保護素子の第２構成例を示し、（ａ）は回路保護素子１２０が回路基板１５０に実装された状態、（ｂ）は回路基板１５０に実装された回路保護素子１２０を変形させた状態、（ｃ）ははんだが溶融し回路保護素子１２０が回路基板１５０から離反した状態を示す。回路保護素子１２０は、回路基板１５０上に実装された後、変形される前の状態で、回路基板１５０の実装面と略平行な天井部１２１と、回路基板１５０の実装面に対して略垂直な第１脚部１２２と、クランク状の第２脚部１２３と、回路基板１５０の実装面に形成された第１導電パッド１５１、第２導電パッド１５２及び第３導電パッド１５３にはんだ付けされる第１被実装部１２４及び第２被実装部１２５と、回路基板１５０の実装面に形成された孔１５４に嵌合されるフック部１２６を備えている。クランク状の第２脚部１２３は、さらに、第１脚部１２２から遠い側に位置する第１垂直部１２３ａと、第１脚部１２２に近い側に位置する第２垂直部１２３ｂと、第１垂直部１２３ａと第２垂直部１２３ｂの間の傾斜部１２３ｃなどで構成されている。

図１５（ａ）に示すように、第２構成例の回路保護素子１２０は、回路基板１５０に実装された状態では内部に応力が蓄積されていないため、図１５（ｂ）に示すように、天井部１２１と第２脚部１２３との折り曲げ部１２１ａ付近に、回路基板１５０の実装面に対して略垂直に力を加え、第２脚部１２３を塑性変形させる。それによって、天井部１２１や第１脚部１２２などが弾性変形され、それらの部分に応力が蓄積される。そして、電子部品の異常発熱などによって回路基板の表面付近の温度がはんだの溶融温度以上の温度に達すると、上記と同様にはんだが軟化又は溶融し、はんだ付けによる第１被実装部１２４の固定が解除される。それに伴って、回路保護素子１２０の内部に蓄積されている応力が開放され、回路保護素子１２０の弾性変形された部分が元の形状に戻ろうとして第１被実装部１２４側が跳ね上がり、第１被実装部１２４が第１導電パッド１５１及び第２導電パッド１５２から離反し、第１導電パッド１５１と第２導電パッド１５２の間で電気回路が遮断される。なお、フック部１２６が回路基板１５０に形成された孔１５４に嵌合され、フック部１２６の弾性によって孔１５４に係止されているため、第２被実装部１２５側が跳ね上がるのを防止している。

米国特許第８６６５０５７号

一般的に、金属板をプレス加工により打ち抜き、さらに折り曲げて所望する形状に形成する場合、互いに異なる複数の部分を面一に加工するには、折り曲げ回数を少なくすることが望ましい。特に、携帯型電子機器などに搭載される部品の場合、加工される金属板の板厚が薄い上に、部品自体の寸法も非常に小さい。そのため、プレス加工による折り曲げによって形成される部品を大量生産する場合、許容される寸法公差は非常に小さく、折り曲げ回数が３回以上になると、事実上互いに異なる複数の部分を面一に加工することは不可能である。

上記特許文献１に記載された第１構成例に係る回路保護素子１１０では、天井部１１１を折り曲げ基準面として、第１被実装部１１４と第２被実装部１１５はそれぞれ２回の折り曲げによって形成されるが、加工直後の状態では、第１被実装部１１４と第２被実装部１１５は、互いに面一ではなく、且つ、第１被実装部１１４が第２被実装部１１５に対して傾斜している。そのため、回路保護素子１１０を回路基板１５０上に実装する際、第１被実装部１１４を実装面に対して平行になるように押さえつけなければならない。そのため、予め導電パッド上にはんだペーストを塗布しておいて、回路基板ごと加熱するいわゆるリフローはんだ付けを利用することはできず、製造工程が複雑になる。また、板厚が薄く、寸法も小さい回路保護素子１１０において、第２被実装部１１５に対する第１被実装部１１４の傾斜角度を一定の交差内に納めることは困難であり、大量生産された個々の回路保護素子１１０の内部に蓄積される応力のばらつきが大きい。そして、第２被実装部１１５に対する第１被実装部１１４の傾斜角度が小さく、回路保護素子１１０の内部に蓄積される応力が小さいときは、回路保護素子１１０が十分に機能せず、電流が遮断されない虞がある。

上記特許文献１に記載された第２構成例に係る回路保護素子１２０では、天井部１２１を折り曲げ基準面とすると、第１被実装部１２４は２回の折り曲げによって形成されるが、第２被実装部１２５は４回の折り曲げによって形成されることになる。また、第２脚部１２３の第１垂直部１２３ａを折り曲げ基準面としても、第１被実装部１２４及び第２被実装部１２５はそれぞれ３回の折り曲げによって形成されることになる。そのため、回路保護素子１２０をプレス加工により大量生産する場合、第１被実装部１２４及び第２被実装部１２５を面一にすることは事実上不可能であり、回路保護素子１２０を回路基板１５０に実装する場合、はんだ付け不良などが発生する虞があり、事実上リフローはんだ付けを利用することはできない。

本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、金属板をプレス加工により打ち抜き、回路基板に実装される複数の被実装部を折り曲げ基準面に対して２回の折り曲げによって面一に形成することが可能な回路保護素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る回路保護素子は、金属板を折り曲げ加工することによって形成され、回路基板に実装した後さらに塑性変形させて使用される回路保護素子であって、
折り曲げ加工の際の折り曲げ基準面となる天井部と、
前記天井部の第１端部から前記折り曲げ基準面に対して１回の折り曲げによって形成される第１脚部と、
前記第１脚部から前記天井部に対して平行になるように折り曲げ、前記折り曲げ基準面に対して２回の折り曲げによって形成される第１被実装部と、
前記天井部の前記第１端部とは異なる端部から前記折り曲げ基準面に対して１回の折り曲げによって形成される第２脚部と、
前記第２脚部から前記天井部に対して平行になるように折り曲げ、前記折り曲げ基準面に対して２回の折り曲げによって形成される第２被実装部と、
前記第２脚部の所定の部位に設定され、前記回路保護素子の長手方向における前記天井部の前記第１端部とは反対側の第２端部近傍に前記回路基板の実装面側に荷重をかけることによって塑性変形される塑性変形部と、
を備えたことを特徴とする。

前記第２脚部の所定の部位以外の部位の剛性を高くするための補強部をさらに備えていてもよい。

前記第２被実装部の前記回路基板の実装面に対する平行度及び／又は平面度を保持するための補強部をさらに備えていてもよい。

前記第２脚部は、前記回路保護素子の幅方向における前記天井部から突出するように形成された部位を折り曲げて形成され、前記回路保護素子の幅方向の中心線に対して対称に形成された一組の脚部で構成されていてもよい。

または、前記第２脚部は、前記回路保護素子の長手方向における前記天井部から突出するように形成された部位を折り曲げて形成され、前記回路保護素子の幅方向の中心線に対して対称に形成された一組の脚部で構成されていてもよい。

前記第２脚部の前記所定の部位の近傍に切り欠きが形成されていてもよい。

前記天井部の前記第２端部近傍から前記回路基板の実装面側に折り曲げられた補助脚部をさらに備えていてもよい。

また、前記補助脚部の前記回路基板の実装面側端部に、前記回路基板の実装面に当接する当接部又は前記回路基板に形成された係止孔に係合されるフック部が形成されていてもよい。

または、前記補助脚部の前記回路基板の実装面側端部に、前記回路保護素子の所定の部位に係止されるセルフロック部が形成されていてもよい。

上記構成によれば、回路保護素子を回路基板に実装する際に、回路基板の実装面上の導電パッドに実装される第１被実装部及び第２被実装部は、それぞれ折り曲げ基準面となる天井部に対して２回の折り曲げによって形成されるので、回路保護素子の高さ方向における折り曲げ基準面に対する寸法誤差は一定の許容範囲内に収めることができ、事実上第１被実装部及び第２被実装部を面一とすることができる。そのため、リフローはんだ付けによって回路保護素子を他の電子部品の実装と同時に回路基板に実装することができる。そして、回路保護素子を回路基板に実装した後、天井部の第２端部近傍に荷重を掛け、回路基板側に強く押しつけることによって、回路保護素子の第２脚部に設定された塑性変形部が塑性変形される。その際、塑性変形部以外も弾性変形され、回路保護素子の内部に応力が蓄積される。この状態が回路保護素子の正常時の使用状態となる。

回路基板に実装されているＩＣなどの電子部品が故障などによって異常発熱し、回路基板の表面付近の温度がはんだの溶融温度以上の温度に達したとすると、第１被実装部及び第２被実装部を回路基板の実装面上の導電パッドに固定しているはんだが軟化又は溶融し、はんだ付けによる第１被実装部及び第２被実装部の固定が解除され、天井部や第１脚部などに蓄積されている応力が開放され、弾性変形されたこれらの部位が元の形状に戻ろうとする。元々、第１被実装部は天井部に対して略平行であるが、第２脚部の塑性変形によって天井部が回路基板の実装面に対して傾斜しているので、第１被実装部も回路基板の実装面に対して傾斜しようとして、第１脚部が回路基板の実装面から離れる方向に跳ね上げられる。そして、第１被実装部が導電パッドから完全に離反することによって電気回路が遮断され、電子部品に対する電力供給が停止される。

本発明の第１実施形態に係る回路保護素子を回路基板に実装し、塑性変形させる前の状態を示す斜視図。第１実施形態に係る回路保護素子をさらに塑性変形させた後の状態を示す斜視図。回路基板の実装面付近の温度が上昇し、はんだが溶融して第１実施形態に係る回路保護素子が回路基板から離反した状態を示す斜視図。第１実施形態に係る回路保護素子の展開図。第１実施形態に係る回路保護素子を折り曲げ加工した状態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図。第１実施形態に係る回路保護素子の第１変形例を示す図であり、（ａ）は回路保護素子を回路基板に実装し、塑性変形させる前の状態を示す側面図、（ｂ）は回路保護素子をさらに塑性変形させた後の状態を示す側面図。第１実施形態に係る回路保護素子の第２変形例を示す図であり、（ａ）は回路保護素子を回路基板に実装し、塑性変形させる前の状態を示す側面図、（ｂ）は回路保護素子をさらに塑性変形させた後の状態を示す側面図。本発明の第２実施形態に係る回路保護素子を回路基板に実装し、塑性変形させる前の状態を示す斜視図。第２実施形態に係る回路保護素子をさらに塑性変形させた後の状態を示す斜視図。第２実施形態に係る回路保護素子の展開図。第２実施形態に係る回路保護素子を折り曲げ加工した状態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図。第２実施形態に係る回路保護素子の第１変形例を示す図であり、（ａ）は回路保護素子を回路基板に実装し、塑性変形させる前の状態を示す側面図、（ｂ）は回路保護素子をさらに塑性変形させた後の状態を示す側面図。第２実施形態に係る回路保護素子の第２変形例を示す図であり、（ａ）は回路保護素子を回路基板に実装し、塑性変形させる前の状態を示す側面図、（ｂ）は回路保護素子をさらに塑性変形させた後の状態を示す側面図。従来の回路保護素子の第１構成例を示し、（ａ）は回路保護素子が金属帯板をプレス加工などによって折り曲げ加工された状態、（ｂ）は回路保護素子が回路基板に実装された状態、（ｃ）ははんだが溶融し回路保護素子が回路基板から離反した状態を示す側面図。従来の回路保護素子の第２構成例を示し、（ａ）は回路保護素子が回路基板に実装された状態、（ｂ）は回路基板に実装された回路保護素子を変形させた状態、（ｃ）ははんだが溶融し回路保護素子が回路基板から離反した状態を示す側面図。

本発明に係る回路保護素子は、上記特許文献１に記載された第２構成例に係る回路保護素子と同様に、金属板を折り曲げ加工することによって形成され、回路保護素子を回路基板にはんだ付けにより実装した後、塑性変形させて回路保護素子の内部に弾性応力を蓄積させて使用されるものである。まず、本発明の第１実施形態に係る回路保護素子１０の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る回路保護素子１０を回路基板に実装し、塑性変形させる前の状態を示す。

図１に示すように、回路保護素子１０は、回路基板５０に実装され、塑性変形させる前の状態で、回路基板５０の実装面に略平行で、後述する折り曲げ基準面となる天井部１１と、長手方向（Ｘ方向）における天井部１１の第１端部１１ａから回路基板５０の実装面に対して略垂直になるように折り曲げられた第１脚部１２と、長手方向における天井部１１の中央部から幅方向（Ｙ方向）の中心線（図４のＣ−Ｃ線）に対して略対称に設けられ、回路基板５０の実装面に対して略垂直になるように折り曲げられた一組の第２脚部１３と、第１脚部１２の下端から長手方向の内向きに、回路基板５０の実装面に略平行に折り曲げられた第１被実装部１４と、一組の第２脚部１３の下端から幅方向の外向きに回路基板５０の実装面に略平行に折り曲げられた一組の第２被実装部１５と、長手方向における天井部１１の第２端部１１ｂから回路基板５０の実装面側に折り曲げられた補助脚部１６などで構成されている。第１被実装部１４は、回路基板５０の実装面に形成された第１導電パッド５１及び第２導電パッド５２にはんだ付けされ、一組の第２被実装部１５は、それぞれ第３導電パッド５３にはんだ付けされる。また、長手方向における天井部１１の中央部近傍で、一組の第２脚部１３に隣接する部位、及び、高さ方向（Ｚ方向）における第１脚部１２の中央部近傍には、弾性力変形しやすくするために、部分的に幅を狭くした弾性変形部１１ｄ及び１２ｄが形成されている。

一組の第２脚部１３は、例えば中央部などの所定の部位が塑性変形部として設定され、塑性変形しやすくするために、それぞれ高さ方向の中央部の近傍に切り欠き１３ａが形成され、図４における平面視で略「Ｊ」又は「Ｕ」形状を有している。そして、略「Ｊ」又は「Ｕ」形状を成す湾曲部１３ｂが、第１脚部１２と略平行になるように、それぞれ幅方向の内向きに折り曲げられている。第２脚部１３のうち、天井部１１及び湾曲部１３ｂに対して略垂直で、切り欠き１３ａの両側（高さ方向の上下）に位置する矩形部１３ｇ及び１３ｈは、天井部１１や第２被実装部１５との折り曲げ線折り曲げ線に対して略垂直であるため、高さ方向に加えられる荷重に対して剛性が高い。それに対して、湾曲部１３ｂのうち、特に切り欠き１３ａに連続する中央部は剛性が低いため、この湾曲部１３ｂの中央部が、専ら後述する塑性変形部として機能する。すなわち、矩形部１３ｇ及び１３ｈは、第２脚部１３の所定の部位（湾曲部１３ｂの中央部）を塑性変形しやすくさせるために、第２脚部１３の所定の部位以外の部位の剛性を高くするための補強部として機能する。その結果、塑性変形される部位の位置及び変形量が安定し、回路保護素子１０に蓄積される弾性応力のばらつきが小さくなり、回路保護素子１０の性能が安定する。また、高さ方向における下側の矩形部１３ｈは、それぞれ第２被実装部１５に隣接し、さらに第２被実装部１５に対して略垂直を成し、第２被実装部１５及び矩形部１３ｈのそれぞれに対して略垂直な他の部位（湾曲部１３ｂのうち切り欠き部１３ａよりも下の部位）に連結されている。それによって、矩形部１３ｈは、一組の第２被実装部１５の天井部１１（又は回路基板５０の実装面）に対する平行度や平面度を保持するための補強部としても機能する。補助脚部１６の自由端側には、第２被実装部１５が回路基板５０の実装面上の導電パッド５３にはんだ付けされる際に、同様に導電パッド５３にはんだ付けされるか又は回路基板５０の実装面に当接されるように、回路基板５０の実装面に略平行となるように折り曲げられた当接部１６ａが形成されている。また、天井部１１の第２端部１１ｂの近傍には、回路保護素子１０が回路基板５０上に実装された後、さらに塑性変形させる際に工具と係合される係合孔１７が形成されている。

次に、図４及び図５を参照しつつ、第１実施形態に係る回路保護素子１０に製造工程について説明する。図４は、回路保護素子１０を金属板から打ち抜いた状態を示す。第１脚部１２、一組の第２脚部１３及び補助脚部１６は、それぞれ、紙面に対して垂直な方向に上向きに折り曲げるものとする。また、図５中、矢印は曲げ方向を示す。まず、一組の第２脚部１３を、折り曲げ基準面（図４中一点鎖線で示す）となる天井部１１の幅方向の両側辺１１ｃに相当する仮想線１３ｃを折り曲げ線として、天井部１１に対して垂直となるように谷折りにする。次に、一組の第２被実装部１５を形成するために、一組の第２脚部１３の幅方向の外側の自由端１３ｆから所定寸法だけ内側の長手方向に平行な仮想線１３ｄを折り曲げ線として、天井部１１と平行となるように、それぞれ幅方向の外向きに山折りにする。それによって、一組の第２被実装部１５が、天井部１１を折り曲げ基準面として２回の折り曲げによって形成される。上記一組の第２脚部１３の略「Ｊ」又は「Ｕ」形状を成す湾曲部１３ｂは、切り欠き部１３ａを跨ぐ仮想線１３ｅを折り曲げ線として、それぞれ幅方向の内向きに折り曲げる。なお、この段階では、仮想線１３ｅは天井部１１に対して垂直であり、天井部１１を折り曲げ基準面としておらず、湾曲部１３ｂの折り曲げ精度は一組の第２被実装部１５の平行度に影響を与えるだけであって、第１被実装部１４との平面度（面一性）には影響を及ぼさない。

次に、第１脚部１２を天井部１１の第１端部１１ａに相当する仮想線１２ａを折り曲げ線として、天井部１１に対して垂直となるように谷折りにする。次に、第１被実装部１４を形成するために、第１被実装部１４の長手方向の外側の自由端１４ｆから所定寸法だけ内側の幅方向に平行な仮想線１２ｂを折り曲げ線として、天井部１１と平行となるように、長手方向の内向きに谷折りにする。それによって、第１被実装部１４が、天井部１１を折り曲げ基準面として２回の折り曲げによって形成される。補助脚部１６を形成するために、長手方向における天井部１１の第２端部１１ｂに相当する幅方向に平行な仮想線１６ｃを折り曲げ線として略９０度に谷折りし、補助脚部１６の自由端１６ｆから所定の寸法だけ内側の幅方向に平行な仮想線１６ｄを折り曲げ線として、回路基板５０の実装面に対してほぼ平行になるように谷折りして当接部１６ａを形成する。それによって、図１及び図５に示す第１実施形態に係る回路保護素子１０が製造される。当接部１６ａも、折り曲げ基準面に対して２回の折り曲げによって形成されるため、第１被実装部１４と一組の第２被実装部１５の平面度を阻害することはなく、スムーズにリフローはんだ付けを行うことができる。また、第１被実装部１４及び補助脚部１６の当接部１６ａを長手方向の内側に折り曲げ、一組の第２脚部１３の湾曲部１３ｂを幅方向の内側に折り曲げることによって、回路保護素子１０を回路基板５０に実装する際の専有面積を小さくすることができる。

図２は、回路保護素子１０が回路基板５０上にはんだ付けにより実装された後、さらに塑性変形された状態を示す。図１に示す状態で、係合孔１７に、先端が半球状の工具を係合させ、天井部１１の第２端部１１ｂ側に荷重をかけ、回路基板５０側に強く押しつける。そうすると、補助脚部１６の中間部１６ｂが押しつぶされると共に、一組の第２脚部１３の湾曲部１３ｂが略「く」形状に折り曲げられ、回路保護素子１０が図２に示すような変形された状態となる。補助脚部１６の中間部１６ｂと一組の第２脚部１３の湾曲部１３ｂが回路保護素子１０の塑性変形部として機能し、工具による押圧力を解除した後も変形した形状を維持し続ける。その際、前述のように天井部１１及び第１脚部１２には幅を狭くした弾性変形部１１ｄ及び１２ｄが形成されているため、これら天井部１１及び第１脚部１２も変形されるが、これらの部位に掛かる力は、補助脚部１６の中間部１６ｂ及び各第２脚部１３の湾曲部１３ｂに掛かる力よりも小さいので塑性変形せず、弾性変形による応力がこれらの部位に蓄積される。図２に示す状態が回路保護素子１０の正常時の使用状態となる。

図３は、回路基板５０の実装面付近の温度が上昇し、はんだが溶融して回路保護素子１０が回路基板５０から離反した状態を示す。例えば、回路基板に実装されているＩＣなどの電子部品（図示せず）が故障などによって異常発熱し、回路基板の表面付近の温度がはんだの溶融温度以上の温度に達したとすると、第１被実装部１４及び第２被実装部１５を第１導電パッド５１、第２導電パッド５２及び第３導電パッド５３に固定しているはんだが軟化又は溶融し、はんだ付けによる第１被実装部１４及び第２被実装部１５の固定が解除される。特に、第１被実装部１４を第１導電パッド５１及び第２導電パッド５２に固定しているはんだが溶融すると、天井部１１の第１端部１１ａの近傍や第１脚部１２に蓄積されている応力が開放され、弾性変形されたこれらの部位が元の形状に戻ろうとする。元々、第１被実装部１４は天井部１１に対して略平行であるが、補助脚部１６の中間部１６ｂ及び第２脚部１３の湾曲部１３ｂの塑性変形によって天井部１１が回路基板５０の実装面に対して傾斜しているので、第１被実装部１４も回路基板５０の実装面に対して傾斜しようとして、第１被実装部１４の自由端１４ｆを支点として第１脚部１２側１４ｂが回路基板５０の実装面から離れる方向に跳ね上げられる。そして、第１被実装部１４が第１導電パッド５１から完全に離反することによって、第１導電パッド５１と第２導電パッド５２の間で電気回路が遮断され、電子部品に対する電力供給が停止される。なお、第２被実装部１５と第３導電パッド５３を固定していたはんだも同時に溶融又は軟化され、また、塑性変形された補助脚部１６の中間部１６ｂ及び第２脚部１３の湾曲部１３ｂの近傍にも弾性変形による応力が蓄積されているが、天井部１１の弾性変形部１１ｄや第１脚部１２の弾性変形部１２ｄなどに蓄積されている応力よりも小さいため、第２被実装部１５が第３導電パッド５３から離反するよりも先に第１被実装部１４が第１導電パッド５１及び第２導電パッド５２から離反する。

次に、第１実施形態に係る回路保護素子１０の第１変形例を示す。図６（ａ）は、回路保護素子１０の変形例を回路基板５０に実装し、塑性変形させる前の状態を示し、（ｂ）はさらに塑性変形させた後の状態を示す。この第１変形例に係る回路保護素子１０では、補助脚部１６の回路基板５０側端部に、当接部１６ａに代えてフック部１６ｇが形成され、回路基板５０のフック部１６ｇに対向する位置に係止孔５４が形成されている。図６（ａ）に示す状態で、工具により天井部１１の第２端部１１ｂ側を回路基板５０側に強く押しつけると、補助脚部１６の下端のフック部１６ｇが弾性変形しつつ回路基板５０の係止孔５４を突き抜け、回路基板５０の実装面とは反対側に突出する。工具による押圧力を解除すると、補助脚部１６の弾性力によって若干元の形状に戻ろうとするが、その際、フック部１６ｇの先端が回路基板５０の実装面とは反対側の面に当接し、係止される。そのため、回路基板５０の実装面付近の温度が上昇し、はんだが溶融しても第２被実装部１５は導電パッド５３から離反することはない。

次に、第１実施形態に係る回路保護素子１０の第２変形例を示す。図７（ａ）は、回路保護素子１０の変形例を回路基板５０に実装し、塑性変形させる前の状態を示し、（ｂ）はさらに塑性変形させた後の状態を示す。この第２変形例に係る回路保護素子１０では、補助脚部１６の回路基板５０側端部に、当接部１６ａに代えてセルフロック部１６ｈが形成され、第２脚部１３の湾曲部１３ｂの回路基板５０の実装面側端部を回路基板５０の実装面と略平行に折り曲げ、その先端にロック部１３ｈが形成されている。セルフロック部１６ｈ及びロック部１３ｈは、スムーズにロックされうるように、例えば図示のように外周面が円筒状に形成され、円筒の内側に係合凹部が形成されている。工具により天井部１１の第２端部１１ｂ側を回路基板５０側に強く押しつけると、補助脚部１６のセルフロック部１６ｈが第２脚部１３のロック部１３ｈを乗り越え、ロック部１３ｈよりも回路基板５０の実装面に近い位置に達する。工具による押圧力を解除すると、補助脚部１６の弾性力によって若干元の形状に戻ろうとするが、その際、セルフロック部１６ｈの先端がロック部１３ｈに係止され、補助脚部１６が変形した状態で維持される。この場合、必ずしも補助脚部１６の中間部１６ｂを塑性変形させる必要はなく、補助脚部１６のセルフロック機能によって天井部１１及び第１脚部１２が弾性変形された状態を維持することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る回路保護素子２０の構成について説明する。図８は、第１実施形態に係る回路保護素子２０を回路基板５０に実装し、塑性変形させる前の状態を示す。図８に示すように、回路保護素子２０は、回路基板５０に実装され、塑性変形させる前の状態で、回路基板５０の実装面に略平行で、折り曲げ基準面となる天井部２１と、長手方向（Ｘ方向）における天井部２１の第１端部２１ａから回路基板５０の実装面に対して垂直に近い所定の角度になるように折り曲げられた第１脚部２２と、長手方向における天井部２１の第２端部２１ｂから幅方向（Ｙ方向）の中心線（図１０のＤ−Ｄ線）に対して略対称に設けられ、回路基板５０の実装面に対して第１脚部２２よりも小さい所定の角度を成すように折り曲げられた一組の第２脚部２３と、第１脚部１２の下端から長手方向の内向きに、回路基板５０の実装面に略平行に折り曲げられた第１被実装部２４と、一組の第２脚部２３の下端から長手方向の外向きに回路基板５０の実装面に略平行に折り曲げられた一組の第２被実装部２５と、長手方向における天井部２１の第２端部２１ｂから回路基板５０の実装面側に折り曲げられた補助脚部２６などで構成されている。また、長手方向における一組の第２被実装部２５の先端は、回路基板５０の実装面に対して略垂直になるように折り曲げられており、折り曲げられた連結部２８は幅方向において繋がっている。すなわち、連結部２８は、第２被実装部２５に隣接し、さらに第２被実装部２５に対して垂直を成し、互いに平行な一組の第２実装部２５を相互に連結している。それによって、連結部２８は、一組の第２被実装部２５の天井部２１（又は回路基板５０の実装面）に対する平行度や平面度及び一組の第２被実装部２５同士の平行度や平面度を保持するための補強部として機能する。第１被実装部２４は、回路基板５０の実装面に形成された第１導電パッド５１及び第２導電パッド５２にはんだ付けされ、一組の第２被実装部２５は、それぞれ第３導電パッド５３にはんだ付けされるのは、第１実施形態の場合と同様である。また、高さ方向（Ｚ方向）における第１脚部２２の中央部近傍には、弾性力変形しやすくするために、弾性変形部２２ｄが形成されている。

一組の第２脚部２３は、塑性変形しやすくするために、それぞれ長手方向（Ｘ方向）の中央部の近傍に切り欠き２３ａが形成されている。そして、切り欠き２３ａに隣接して一組のストッパー２３ｂが、互いに略平行になるように、それぞれ長手方向の外向きに折り曲げられている。この切り欠き部２３ａを設けることによって、天井部２１の第２端部２１ｂの近傍に荷重をかけると応力が切り欠き部２３ａに集中し、第２脚部２３が切り欠き部２３ａの近傍で塑性変形する。第２実施形態では、第２脚部２３の中央部が専ら後述する塑性変形部として機能する。補助脚部２６の自由端側には、第１実施形態の場合と同様に、当接部２６ａが形成されている。また、天井部２１の第２端部２１ｂの近傍には、工具と係合される係合孔２７が形成されている。

図１０及び図１１を参照しつつ、第２実施形態に係る回路保護素子２０に製造工程について説明する。図１０は、回路保護素子２０を金属板から打ち抜いた状態を示す。第１脚部２２、一組の第２脚部２３及び補助脚部２６を、それぞれ、紙面に対して方向に上向きに折り曲げるものとする。また、図１１中、矢印は曲げ方向を示す。まず、一組の第２脚部２３からそれぞれ幅方向の外側に突出するストッパー２３ｂは、折り曲げ基準面（図１０中一点鎖線で示す）となる第２脚部２３の長手方向に平行な仮想線２３ｅを折り曲げ線として、第２脚部２３の中央部（塑性変形部）に対して垂直となるように谷折りする。一組の第２脚部２３は、天井部２１の長手方向の第２端部２１ｂに相当する仮想線２３ｃを折り曲げ線として、天井部２１に対して９０度よりも大きな所定の角度（例えば１３５度）となるように長手方向の内向きに谷折りにする。

なお、第１実施形態の場合と異なり、一組の第２被実装部２５が連結部２８によって繋がれているため、一組の第２被実装部２５を形成した後で補助脚部２６を形成することができない。そこで、補助脚部２６を形成するために、長手方向における天井部２１の第２端部２１ｂに相当する幅方向に平行な仮想線２３ｃを折り曲げ線として略９０度に谷折りし、補助脚部２６の自由端２６ｆから所定の寸法だけ内側の幅方向に平行な仮想線２６ｅを折り曲げ線として、回路基板５０の実装面に対してほぼ平行になるように谷折りして当接部２６ａを形成する。

一組の第２被実装部２５を形成するために、連結部２８の長手方向の外側の自由端２８ｆから所定寸法だけ内側の幅方向に平行な仮想線２３ｄを折り曲げ線として、天井部２１と平行となるように、長手方向の外向きに山折りにする。それによって、一組の第２被実装部２５が、天井部２１を折り曲げ基準面として２回の折り曲げによって形成される。その後、連結部２８の長手方向の外側の自由端２８ｆから所定寸法だけ内側の長手方向に平行な仮想線２５ａを折り曲げ線として、天井部２１に対して垂直となるように、高さ方向（Ｚ方向）に山折りにする。なお、第１実施形態の場合と異なり、一組の第２被実装部２５が連結部２８によって繋がれているため、一組の第２脚部２３及び一組の第２被実装部２５は互いに平行が維持されている。

さらに、第１脚部２２を天井部２１の第１端部２１ａに相当する仮想線２２ａを折り曲げ線として、天井部２１に対して垂直に又はそれに近い所定の角度（例えば８０度）となるように谷折りにする。第１被実装部２４を形成するために、第１被実装部２４の長手方向の外側の自由端２４ｆから所定寸法だけ内側の幅方向に平行な仮想線２２ｂを折り曲げ線として、天井部２１と平行となるように、長手方向の内向きに谷折りにする。それによって、第１被実装部２４が、天井部２１を折り曲げ基準面として２回の折り曲げによって形成される。また、第１被実装部２４及び一組の第２脚部２３を長手方向の内側に折り曲げ、一組の第２被実装部２５を繋ぐ連結部２８を高さ方向の上側に折り曲げることによって、回路保護素子２０を回路基板５０に実装する際の専有面積を小さくすることができる。

図９は、回路保護素子２０が回路基板５０上にはんだ付けにより実装された後、さらに塑性変形された状態を示す。図８に示す状態で、係合孔２７に、工具を係合させ、天井部２１の第２端部２１ｂ側に荷重を掛け、回路基板５０側に強く押しつける。そうすると、補助脚部２６の中間部２６ｂが押しつぶされると共に、一組の第２脚部２３の中央部近傍が略「く」形状に折り曲げられ、回路保護素子２０が図９に示すような変形された状態となる。補助脚部２６の中間部２６ｂと一組の第２脚部２３の中央部の切り欠き２３ａの近傍が回路保護素子２０の塑性変形部として機能し、工具による押圧力を解除した後も変形した形状を維持し続ける。その際、天井部２１の第１端部２１ａの近傍や第１脚部２２も変形され、弾性変形による応力がこれらの部位に蓄積される。図９に示す状態が回路保護素子１０の正常時の使用状態となる。また、天井部２１の第２端部２１ｂ側に荷重を掛け、補助脚部２６の中間部２６ｂ及び一組の第２脚部２３の中央部近傍を塑性変形させる際、ストッパー２３ｂが第２被実装部２５の上面など回路基板５０側に位置する部材に当接し、補助脚部２６の中間部２６ｂ及び一組の第２脚部２３の中央部近傍が過度に変形されるのを防止することができる。また、ストッパー２３ｂは、第２脚部２３の中央部近傍が塑性変形される際の折り曲げ線に対して略垂直であるため、第２脚部２３のうちストッパー２３が形成されている部分の剛性が高くなり、塑性変形される部位の位置及び変形量が安定し、回路保護素子２０に蓄積される弾性応力のばらつきが小さくなり、回路保護素子２０の性能が安定する。すなわち、ストッパー２３ｂは、第２脚部２３の所定の部位（中央部近傍）を塑性変形しやすくさせるために、第２脚部２３の所定の部位以外の部位の剛性を高くするための補強部として機能する。

次に、第２実施形態に係る回路保護素子２０の第１変形例を示す。図１２（ａ）は、回路保護素子２０の第１変形例を回路基板５０に実装し、塑性変形させる前の状態を示し、（ｂ）はさらに塑性変形させた後の状態を示す。この第１変形例に係る回路保護素子２０では、補助脚部２６の回路基板５０側端部に、当接部２６ａに代えてフック部２６ｇが形成され、回路基板５０のフック部２６ｇに対向する位置に係止孔５４が形成されている。第１実施形態の第１変形例と同様に、図１２（ａ）に示す状態で、工具により天井部２１の第２端部２１ｂ側を回路基板５０側に強く押しつけると、補助脚部２６の下端のフック部２６ｇが弾性変形しつつ回路基板５０の係止孔５４を突き抜け、回路基板５０の実装面とは反対側に突出する。工具による押圧力を解除すると、補助脚部２６の弾性力によって若干元の形状に戻ろうとするが、その際、フック部２６ｇの先端が回路基板５０の実装面とは反対側の面に当接し、係止される。そのため、回路基板５０の実装面付近の温度が上昇し、はんだが溶融しても第２被実装部２５は導電パッド５３から離反することはない。なお、フック部２６ｇがスムーズに弾性変形して回路基板５０の係止孔５４を突き抜けられるように、補助脚部２６の中間部２６ｂを例えば略「く」形状に湾曲させてもよい。

次に、第２実施形態に係る回路保護素子２０の第２変形例を示す。図１３（ａ）は、回路保護素子２０の変形例を回路基板５０に実装し、塑性変形させる前の状態を示し、（ｂ）はさらに塑性変形させた後の状態を示す。この第２変形例に係る回路保護素子２０では、補助脚部２６の端部を回路基板５０の実装面に対して略平行に折り曲げると共にその先端に、当接部２６ａに代えてセルフロック部２６ｈが形成されている。セルフロック部２６ｈがスムーズに弾性変形して連結部２８を乗り越えられるように、補助脚部２６の中間部２６ｂは、例えば略「Ｌ」形状に湾曲させている。また、セルフロック部２６ｈが連結部２８の下端にスムーズにロックされうるように、連結部２８の上端が、例えば図示のように外周面が円筒面状２８ａとなるように、長手方向の外向きに折り曲げられている。工具により天井部２１の第２端部２１ｂ側を回路基板５０側に強く押しつけると、補助脚部２６のセルフロック部２６ｈが弾性変形しつつ連結部２８の内側面を摺動し、連結部２８と一組の第２被実装部２５との間に形成された隙間に嵌り込む。工具による押圧力を解除すると、補助脚部２６の弾性力によって若干元の形状に戻ろうとするが、その際、セルフロック部２６ｈの先端が連結部２８の下端に係止され、補助脚部２６が変形した状態で維持される。この場合、必ずしも補助脚部２６の中間部２６ｂを塑性変形させる必要はなく、補助脚部２６のセルフロック機能によって天井部２１及び第１脚部２２が弾性変形された状態を維持することができる。

なお、回路保護素子１０又は２０を回路基板５０に実装する場合、予め熱源となる電子部品が分かっているときは、天井部１１又は２１の第１端部１１ａ又は２１ａ側、すなわち、第１被実装部１４又は２４を当該電子部品に近い側に配置することが好ましい。その場合、その電子部品からの距離に応じて、第１被実装部１４又は２４と第１導電パッド５１及び第２導電パッド５２を固定しているはんだの温度と、第２被実装部１５又は２５と第３導電パッド５３を固定しているはんだの温度との間に温度差が生じ、その電子部品に近い側、すなわち第１被実装部１４又は２４と第１導電パッド５１及び第２導電パッド５２を固定しているはんだが先に溶融する。そのため、例えば図６に示したようなフック部１６ｇ又は２６ｇを補助脚部１６又は２６の先端に形成したり、回路基板５０に係止孔５４を形成したりする必要がなくなり、回路保護素子１０又は２０や回路基板５０の製造コストを低減したり歩留まりを向上させることができる。

さらに、上記説明では、第１導電パッド５１と第２導電パッド５２の間で電気回路を遮断するように説明したが、第１導電パッド５１又は第２導電パッド５２の一方又は両方と第３導電パッド５３との間で電気回路を遮断する（第１脚部１２又は２２、天井部１１又は２１及び第２脚部１３又は２３において正常時の通電がなされる）ように構成してもよい。また、上記説明では、第２被実装部１５又は２５を第３導電パッド５３にはんだ付けにより実装するように説明したが、第１導電パッド５１と第２導電パッド５２の間で電気回路を遮断する場合、第２被実装部１５又は２５を第３導電パッド５３にはんだ付けする必要はなく、第２被実装部１５又は２５を第３導電パッド５３上に載置しているだけであってもよい。さらに、第１導電パッド５１と第２導電パッド５２の間で電気回路を遮断する場合であっても、第１被実装部１４又は２４と第１導電パッド５１と第２導電パッド５２のいずれか一方だけをはんだ付けしてもよい。また、第１被実装部１４又は２４と第１導電パッド５１及び第２導電パッド５２とを固定するためのはんだとして、融点がその他の部位を固定するためのはんだの融点よりも低いものを使用してもよい。あるいは、第２被実装部１５又は２５の温度が第１被実装部１４又は２４の温度よりも低くなるように、第３導電パッド５３の面積を広くしたり、熱容量を大きくしてもよい。また、上記説明では第２脚部１３又は２３を幅方向の中心線に対して対称な一組の第２脚部として説明したが、本発明に係る回路保護素子１０又は２０は、第２脚部１３又は２３の塑性変形によって天井部１１又は２１や第１脚部１２又は２２などが弾性変形し、それらの部位に弾性応力が蓄積されればよく、第２脚部１３又は２３の数や形状は特に限定されるものではない。

１０、２０回路保護素子
１１、２１天井部
１１ａ、２１ａ第１端部
１１ｂ、２１ｂ第２端部
１１ｄ、１２ｄ弾性変形部
１２、２２第１脚部
１３、２３第２脚部
１３ａ、２３ａ切り欠き部
１３ｇ、１３ｈ矩形部（補強部）
１３ｂ湾曲部（塑性変形部）
２３ｂストッパー（補強部）
１４、２４第１被実装部
１５、２５第２被実装部
１６、２６補助脚部
１６ａ、２６ａ当接部
１６ｂ、２６ｂ中間部（塑性変形部）
１６ｇ、２６ｇフック部
１６ｈ、２６ｈセルフロック部
１７、２７係合孔
２８連結部（補強部）

Claims

金属板を折り曲げ加工することによって形成され、回路基板に実装した後さらに塑性変形させて使用される回路保護素子であって、
折り曲げ加工の際の折り曲げ基準面となる天井部と、
前記天井部の第１端部から前記折り曲げ基準面に対して１回の折り曲げによって形成される第１脚部と、
前記第１脚部から前記天井部に対して平行になるように折り曲げられ、前記折り曲げ基準面に対して２回の折り曲げによって形成される第１被実装部と、
前記天井部の前記第１端部とは異なる端部から前記折り曲げ基準面に対して１回の折り曲げによって形成される第２脚部と、
前記第２脚部から前記天井部に対して平行になるように折り曲げられ、前記折り曲げ基準面に対して２回の折り曲げによって形成される第２被実装部と、
前記第２脚部の所定の部位に設定され、前記回路保護素子の長手方向における前記天井部の前記第１端部とは反対側の第２端部近傍に前記回路基板の実装面側に荷重をかけることによって塑性変形される塑性変形部と、
を備えたことを特徴とする回路保護素子。
前記第２脚部の所定の部位以外の部位の剛性を高くするための補強部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の回路保護素子。
前記第２被実装部の前記回路基板の実装面に対する平行度及び／又は平面度を保持するための補強部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の回路保護素子。
前記第２脚部は、前記回路保護素子の幅方向における前記天井部から突出するように形成された部位を折り曲げて形成され、前記回路保護素子の幅方向の中心線に対して対称に形成された一組の脚部で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の回路保護素子。
前記第２脚部は、前記回路保護素子の長手方向における前記天井部から突出するように形成された部位を折り曲げて形成され、前記回路保護素子の幅方向の中心線に対して対称に形成された一組の脚部で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の回路保護素子。
前記第２脚部の前記所定の部位の近傍に切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項３に記載の回路保護素子。
前記天井部の前記第２端部近傍から前記回路基板の実装面側に折り曲げられた補助脚部をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の回路保護素子。
前記補助脚部の前記回路基板の実装面側端部に、前記回路基板の実装面に当接する当接部又は前記回路基板に形成された係止孔に係合されるフック部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の回路保護素子。
前記補助脚部の前記回路基板の実装面側端部に、前記回路保護素子の所定の部位に係止されるセルフロック部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の回路保護素子。