JPH0992110A - 温度ヒューズ付抵抗器 - Google Patents

温度ヒューズ付抵抗器

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JPH0992110A
JPH0992110A JP7247935A JP24793595A JPH0992110A JP H0992110 A JPH0992110 A JP H0992110A JP 7247935 A JP7247935 A JP 7247935A JP 24793595 A JP24793595 A JP 24793595A JP H0992110 A JPH0992110 A JP H0992110A
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low melting
point alloy
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Kazuhiro Miyazawa
和宏 宮澤
Shinji Iwama
岩間  伸治
Masaki Mitsuharu
真佐樹 三治
Yasushi Kojima
康史 小島
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Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低融点合金に亀裂が生じるのを抑制する。 【解決手段】 基板8表面に、配線パターン9が形成さ
れており、この配線パターン9には、ギャップ10が形
成されている。そして、ギャップ10をまたぐように板
バネ11が配置され、この板バネ11の一端11aに
は、基板8と同程度に熱膨張する導電部材12が固着さ
れている。そして、導電部材12と板バネ11の他端1
1cは、ギャップ10を形成する配線パターン10の端
部に、低融点合金13、13’により溶着されている。
なお、板バネ11の一端11aと導電部材12の合わせ
面の略中央部のみが固着されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用送風機の
速度制御用抵抗器等に用いて好適な温度ヒューズ付抵抗
器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、図7(a)に示すような温度ヒュ
ーズ部Aを有する抵抗器が、特開平3−280318号
公報に開示されている。この従来技術では、図7(a)
の一点鎖線で示すような、平板状で弓なりに湾曲した金
属製の板バネ11を、図7(a)の実線で示すようなほ
ぼ直線状に付勢させた状態で、基板8表面の配線パター
ン9の途中を切欠いて形成したギャップ10をまたぐよ
うに配置し、この板バネ11の両端部11a、11cと
ギャップ10の両端に位置する配線パターン9とを低融
点合金13、13’により溶着して、配線パターン9を
電気的接続している。
【0003】そして、配線パターン9には、図示しない
抵抗素子が組み込まれており、この温度ヒューズ付抵抗
器に過電流が流れると、上記抵抗素子がジュール熱によ
り異常発熱する。これにより、低融点合金13は熱を受
けて溶融し、板バネ11の一端11aが自身のバネ力に
よって図中一点鎖線で示すように跳ね上がって、回路を
オフするようにしている。そして、一般に、板バネ11
の一端11aを基板8において最も温度が高くなる部分
近傍に配置している
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術の
温度ヒューズ付抵抗器では、長期にわたって使用するう
ちに、板バネ11の一端11aを溶着している低融点合
金13部分に亀裂15が生じ、この亀裂15が成長して
いき、ついには、低融点合金13が完全に断絶してしま
い、正しく異常発熱を検知出来なくなってしまうという
問題があった。この原因について発明者らが検討したと
ころ、以下のことがわかった。
【0005】従来技術の温度ヒューズ付抵抗器は、たと
え過電流が流れなくても、通常通電時において、配線パ
ターン9に含まれる抵抗素子は常に発熱する。この時、
過電流による異常発熱ほどは発熱しないため、低融点合
金13が溶融するには至らないが、この発熱により、基
板8、配線パターン9、板バネ11、低融点合金13は
熱膨張し、同時に低融点合金13は軟化する。ここで、
配線パターン9は基板8に比べて非常に薄く、しかも基
板8に固着しているため、配線パターン9の熱膨張は基
板8の熱膨張とほぼ等しくなる。
【0006】そして、ベリリウム銅、りん青銅等の金属
バネ材料からなる板バネ11の熱膨張率は、絶縁材料か
らなる基板8の熱膨張率に比べて大きいため、上記発熱
により、板バネ11は、その長手方向(図7(a)にお
いて左右方向)に伸びるが、配線パターン9は板バネ1
1に比べてわずかしか伸びない。すると、軟化した低融
点合金13の板バネ11側部分は、板バネ11の伸びに
伴って板バネ11の長手方向に変形するが、低融点合金
13の配線パターン9側部分は、わずかしか変形しな
い。これにより、低融点合金13の端部分13aに引っ
張り力(熱応力)がかかり、さらに、通電のオン、オフ
の繰り返しによって低融点合金13の上記変形が繰り返
されるため、亀裂15が生じてしまうと分かった。
【0007】これに対して、発明者らは、平板状の板バ
ネ11の略中央にU字状の曲げ部を設けて、板バネ11
において低融点合金13と低融点合金13’の間に位置
する部分の熱膨張による伸縮を吸収するようにしたが、
低融点合金13部分の亀裂を抑制するには、未だ不十分
であった。そして、さらに発明者らが検討したところ、
以下のことがわかった。
【0008】従来技術では、板バネ11の一端11aを
基板8において最も温度が高くなる部分近傍に配置して
いるため、たとえU字状の曲げ部を板バネ11に形成し
ても、図7(b)のように、低融点合金13の中心部辺
りを中心として板バネ11は長手方向に伸びる。よっ
て、図7(b)の一点鎖線で示すように、低融点合金1
3の板バネ11側部分は、低融点合金13の中心部辺り
を中心として板バネ11の長手方向に変形するが、低融
点合金13の配線パターン9側部分は、板バネ11に比
べてわずかしか変形しない。これにより、低融点合金1
3の端部分13aに引っ張り力(熱応力)がかかり、さ
らに、通電のオン、オフの繰り返しにより低融点合金1
3の上記変形が繰り返されるため、この端部分13aに
亀裂15が生じ、この亀裂15が成長して低融点合金1
3の断絶に至ると分かった。
【0009】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、
低融点合金に亀裂が生じるのを抑制することを目的とす
る。
【0010】
【発明の概要】本発明は上記目的を達成するため、以下
の技術的手段を採用する。請求項1ないし6に記載の発
明によれば、板バネ(11)の一端の少なくとも基板
(8)側に、基板(8)と同程度の熱膨張率を有する導
電部材(12)を設けていることを特徴としている。
【0011】従って、通常通電時に配線部材が加熱され
ても、導電部材は、板バネの長手方向に基板と同程度し
か伸びず、配線パターンも基板と同程度しか伸びないた
め、低融点合金部材の板バネ側部分の板バネの長手方向
の変形は、低融点合金部材の配線部材側部分の変形と同
程度となる。よって、低融点合金部材の端部分にかかる
引っ張り力(熱応力)が小さくなり、低融点合金部材に
亀裂が生じることは防止される。
【0012】また、請求項2に記載の発明によれば、板
バネ(11)は、板バネ(11)の第1の低融点合金部
材(13)と第2の低融点合金部材(13’)の間に位
置する部分の熱膨張による伸縮を吸収する形状を有して
いることを特徴としている。従って、板バネの長手方向
の伸びが小さくなって、低融点合金部材の板バネ側部分
の板バネの長手方向の変形が小さくなる。よって、低融
点合金部材の端部分にかかる引っ張り力(熱応力)が小
さくなり、低融点合金部材に亀裂が生じることは防止さ
れる。
【0013】また、請求項3ないし5に記載の発明によ
れば、機械力(かしめ、変形)およびバネ力により、板
バネに導電部材を固定しているため、板バネに導電部材
を容易に取り付けることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。図4は、本発明を自動車用送風機の速度制御用抵抗
器に適用したものであり、速度制御用抵抗器1は、送風
機3の通風経路下流側の空調ダクト2内壁に、ブラケッ
ト14をビス止めすることにより固定されている。これ
により、速度制御用抵抗器1は送風機3からの風によっ
て常に冷却される位置にある。
【0015】以下に、速度制御用抵抗器1を組み込んだ
電気回路について図2および図3に基づいて説明する。
図2に示すように、上記電気回路には、温度ヒューズ部
A、抵抗素子41〜43、ターミナル51〜54からな
る速度制御用抵抗器1、スイッチ可動片6、ブロワモー
タ7が組み込まれており、スイッチ可動片6を接点〜
のいずれかに切り換えることにより、ブロワモータ7
に流れる電流を変化させてブロワモータ7の回転数を切
り換え、送風機3の風量を変化させている。
【0016】具体的に、送風機3の風量を最大にするよ
う運転者が図示しない車室内の送風機風量切換ノブを操
作することにより、スイッチ可動片6が接点に接続さ
れる。この場合、電流経路に速度制御用抵抗器1の抵抗
素子41〜43を含まないため、速度制御用抵抗器1の
電流、つまり、ブロワモータ7に流れる電流は最大とな
る。また、送風機3の風量を最小にするよう上記ノブを
操作すると、スイッチ可動片6が接点に接続される。
この場合、電流経路に速度制御用抵抗器1の抵抗素子4
1〜43が全て含まれるため、ブロワモータ7に流れる
電流は最小となる。
【0017】実際には、速度制御用抵抗器1は図3に示
すように、基板8の表面および裏面にわたって、抵抗素
子41〜43および温度ヒューズ部Aが配線されてお
り、速度制御用抵抗器1を空調ダクト2(図4参照)に
取り付けるためのブラケット14には、抵抗素子41〜
43および温度ヒューズ部Aと電気的接続されたターミ
ナル51〜54が固定されている。さらに、ターミナル
51〜54は、図3において奥側(図3の右上側)へ引
き出されて、図2に示す電気回路を形成するよう、電気
的に接続される。ここで、図3の抵抗素子41〜43
は、分かりやすくするため模式的に示されている。
【0018】次に、温度ヒューズ部Aについて、図1に
基づいて説明する。図1に示すように、基板8は、例え
ばセラミック(線膨張率α=7×10-6[/℃])のよ
うな絶縁材料からなる。そして、基板8表面に、抵抗素
子41〜43等を含む配線パターン9が形成されてい
る。この配線パターン9は、銅や銀等の耐食導電材料か
らなり、厚さは15〜20ミクロン程度である。また、
配線パターン9の途中を約18〜20mmの長さに切り
欠いて、配線パターン9を電気的に遮断するギャップ1
0が形成されている。
【0019】そして、ギャップ10をまたぐように金属
製の板バネ11が配置されており、この板バネ11の略
中央にはU字状の曲げ部11bが形成されている。この
板バネ11は、例えばベリリウム銅(α=17.8×1
-6[/℃])やりん青銅等のバネ性に優れた金属材料
からなり、長さ35mm程度、幅3mm程度、厚さ0.
1〜0.15mm程度の材料を曲げ加工して、全長26
mm程度としたものを用いている。
【0020】そして、板バネ11の一端11aの基板8
側には、基板8と同程度の小さい線膨張率を有する材
料、例えばモリブデン(α=5.1×10-6[/
℃])、Fe−42Ni(α=4.4×10-6[/
℃])、鉄(α=12×10-6[/℃])等からなる平
板状の導電部材12が溶接により固着されている。この
導電部材12の長さは8mm程度、幅は4mm程度、厚
さは0.25mm程度であり、板バネ11の一端11a
と導電部材12の合わせ面の略中央部のみに溶接を施す
ことにより、溶接部Bにて板バネ11と導電部材12と
が固着されている。そして、低融点合金13、13’に
より、板バネ11の一端11aに設けられた導電部材1
2および板バネ11の他端11cを、ギャップ10の両
端に位置する配線パターン9の端部に溶着させている。
【0021】この低融点合金13、13’は、SL−S
n96.5Ag3.5(α=30.2×10-6[/
℃]、融点Tm =221[℃])、SL−Sn63(α
=25.5×10-6[/℃]、Tm =183[℃])、
SL−Sn100(α=26.6×10-6[/℃]、T
m =238[℃])等からなり、長さは3mm程度、幅
は板バネ11および導電部材12と同程度、厚さは0.
15mm程度である。
【0022】そして、上述のようにして、板バネ11の
両端11a、11cは配線パターン9の端部に対して固
定される。ここで、板バネ11は、図1の一点鎖線で示
すように、配線パターン9に対してその両端11a、1
1cを固定する前(以下、自然状態という)の形状は、
弓なりに湾曲しており、配線パターン9に対してその両
端11a、11cを固定した後(以下、固定状態とい
う)は、図1の実線で示すように、ほぼ直線状に付勢さ
れる。
【0023】また、図3において、板バネ11の一端1
1aは、基板8において最も温度が高くなる部分の近傍
に配置されている。具体的には、基板8の中央部8aの
近傍のような抵抗素子41〜43の発熱する熱を受けや
すい位置の近傍に配置される。次に、本発明の実施形態
による作動を図1ないし図4に基づいて述べる。
【0024】まず、前提として、板バネ11の略中央に
はU字状の曲げ部11bが形成されており、かつ、板バ
ネ11の両端11a、11cは配線パターン9の端部に
対して固定されているため、板バネ11において低融点
合金13と低融点合金13’の間に位置する部分の熱膨
張による伸縮は吸収されるようになっている。そして、
運転者がイグニッションスイッチをオンにしてから、例
えば、送風機3(図4参照)の風量を最小にするよう図
示しない車室内の送風機風量切換スイッチを操作する
と、スイッチ可動片6(図2参照)が接点に接続され
る。ここで、速度制御用抵抗器1は、図4のように配置
されているため、送風機3によって発生した風によって
常に冷却されるが、ブロワモータ7がロックされてしま
うような異常時には、速度制御用抵抗器1を含む図2に
示す電気回路に過電流が流れ、抵抗素子41〜43が異
常発熱し、図3において、基板8、特に基板8の中央部
8aは加熱される。
【0025】すると、板バネ11の一端11a側を配線
パターン9に固着している低融点合金13が熱を受けて
200℃程度の所定温度(具体的には低融点合金13の
融点Tm )に達し、低融点合金13は溶融する。そし
て、板バネ11の一端11aは自身のバネ力により跳ね
上がり、板バネ11は図1において一点鎖線で示すよう
に湾曲した状態となる。この結果、図2に示す電気回路
をオフすることができる。
【0026】また、上記電気回路に過電流が流れなくて
も、通常作動時における抵抗素子41〜43の発熱によ
り基板8(図3参照)、特に基板8の中央部8aが加熱
される。そして、低融点合金13は熱を受けて140℃
程度に加熱されて軟化する。本実施形態では、図1に示
すように、基板8と熱膨張率の近い導電部材12が、板
バネ11の一端11aの基板8側に固着してあり、しか
も導電部材12と板バネ11の合わせ面の略中央部のみ
を溶接しているため、この溶接部Bを中心に、板バネ1
1は大きく伸びるが、導電部材12は基板8と同程度し
か伸びない。
【0027】よって、低融点合金13の板バネ11側部
分は、導電部材12の伸び、つまり、基板8と同程度の
伸びに伴って変形する。また、配線パターン9は基板8
に比べて非常に薄く、かつ基板8に固着しているため、
配線パターン9の伸び量は基板8の伸び量と同程度であ
り、低融点合金13の配線パターン9側部分も、基板8
と同程度の伸びに伴って変形する。よって、低融点合金
13の端部分13aにかかる引っ張り力(熱応力)は、
導電部材12を設けていないものに比べて小さくなり、
低融点合金13に亀裂が生じることは抑制される。
【0028】実際に、平板状の板バネ11に導電部材1
2および曲げ部11bを設けることによる作用効果を調
べるため、以下の実験を行った。まず、平板状の板バネ
11を用いた温度ヒューズ部Aを有する速度制御用抵抗
器(従来技術の模作)として、以下の部品を用い、ギャ
ップ10を20mmとして図3に示すように組付けた。
板バネ11は、ベリリウム銅(11合金)からなり、幅
2.5mm、長さ26mm、厚さ0.1mmのものを用
い、低融点合金13、13’は、SL−Sn96.5A
g3.5からなり、幅2.5mm、長さ3mm、厚さ
0.15mmのものを用いた。
【0029】そして、導電部材12および曲げ部11b
を設けた板バネ11を用いた温度ヒューズ部Aを有する
本実施形態の速度制御用抵抗器として、以下の部品を用
い、ギャップ10を20mmとして図3に示すように組
付けた。板バネ11は、ベリリウム銅(11合金)から
なり、幅2.5mm、長さ35mm、厚さ0.1mmの
ものの略中央部をU字に曲げ加工して長手方向の全長を
26mmにしたものを用い、導電部材12は、Fe−4
2Niからなり、幅4mm、長さ8mm、厚さ0.25
mmのものを用い、低融点合金13、13’は、SL−
Sn96.5Ag3.5からなり、幅4mm、長さ3m
m、厚さ0.15mmのものを用いた。
【0030】そして、上記2つの速度制御用抵抗器を各
々−40℃および150℃のシリコンオイル中に5分ず
つ交互に浸漬し、この操作を1200回繰り返した後の
低融点合金13の様子を比較した。その結果、従来技術
の模作のものでは、低融点合金13において板バネ11
の長手方向全てにわたって亀裂が成長し、低融点合金1
3は完全に断絶していたが、本実施形態のものでは、低
融点合金13に亀裂は生じていなかった。よって、導電
部材12および曲げ部11bを設けることにより、低融
点合金13に亀裂が生じるのは抑制されると確認され
た。 (他の実施形態)上述の実施形態では、板バネ11の一
端11aに導電部材12を溶接により固定しているが、
図5に示すような方法で、導電部材12を板バネ11の
一端11aに固定してもよい。具体的に、図5(a)で
は、板バネ11の一端11aを長手方向に挟み込むよう
に、ヘアピン形状の導電部材12を配置してから、上記
長手方向に対して垂直にかしめることで、導電部材12
を板バネ11の一端11aに固定している。
【0031】図5(b)では、リベット形状の導電部材
12を板バネ11に形成された孔部11dに挿嵌し、板
バネ11の図において上方に突出した部分を機械力によ
り潰してリベット締めすることにより、導電部材12を
板バネ11に固定している。図5(c)では、導電部材
12が略C型のクリップからなり、導電部材12は、こ
の導電部材12のバネ力により板バネ11の一端11a
を板バネ11長手方向に挟み込んでいる。
【0032】以上、図5(a)〜(c)に示す3つの実
施形態によれば、導電部材12を板バネ11の一端に固
定する際に溶接が不要となり、溶接により導電部材12
を板バネ11に固定するのに比べてコストが下がり、か
つ取り付け作業も容易となる。そして、上記3つの実施
形態では、板バネ11の一端11aを導電部材12が挟
み込んでいるだけで、板バネ11の一端11aと導電部
材12が固着されていないため、板バネ11と導電部材
12とは、互いの合わせ面に生じる摩擦力に打ち勝って
独立に伸縮することができる。
【0033】また、上述の実施形態では、板バネ11の
曲げ部11bをU字状にしているが、これに限定される
ことはなく、M字状でも、コの字状でもよい。つまり、
板バネ11に曲げ部11aのようなものを設けることに
より、板バネ11の低融点合金13と低融点合金13’
の間に位置する部分の熱膨張による伸縮を吸収できれば
よい。
【0034】また、上述の実施形態では、板バネ11と
して、板バネの低融点合金13と低融点合金13’の間
に位置する部分の熱膨張による伸縮を吸収する曲げ部1
1bを有して、かつ導電部材12が一端11aに固着さ
れているものを用いたが、導電部材12を一端11aに
固着させるだけでも、従来技術のものに比べて低融点合
金13に亀裂が生じるのを抑制できる。
【0035】具体的には、上述の実験において、従来技
術の模作のものの板バネ11の一端11aに導電部材1
2(Fe−42Niからなり、幅4mm、長さ8mm、
厚さ0.25mmのもの)を固着させたものについて、
上述の実験と同様の実験を行った結果、低融点合金13
に生じる亀裂の成長が、従来技術のものに比べて約5割
程度に抑制され、完全に断絶するには至らないことが確
認された。ここで、導電部材12と板バネの一端11a
の合わせ面の略中央部のみを溶接して上記固着を行って
いる。
【0036】また、上述の実施形態では、板バネ11と
して、自然状態の形状が弓なりに湾曲したものを用いて
いるが、図6の一点鎖線で示すように、自然状態の形状
が、への字に屈曲しているような板バネ11を用いても
よい。そして、この板バネ11を固定状態にすると、上
記への字形状の長手部分は弓なりに湾曲して配線パター
ン9に付勢される。
【0037】そして、板バネ11の一端11aの基板8
側には、平板状の導電部材12が溶接により固定されて
いる。こうすることにより、従来技術のものに比べて低
融点合金13に亀裂が生じるのを抑制できる。また、板
バネ11は、上述した板バネ11の形状に限定されるこ
とはなく、その両端を配線パターン9に固着すると配線
パターン9に付勢されるように構成され、低融点合金1
3が溶融したときに、板バネ11が上記付勢を解かれて
跳ね上がり、上記電気回路をオフするように構成されて
いればよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の温度ヒューズ部を示す断面
図である。
【図2】本発明の実施形態の速度制御用抵抗器を含む電
気回路を示す図である。
【図3】本発明の実施形態の速度制御用抵抗器の概略斜
視図である。
【図4】本発明の実施形態の速度制御用抵抗器の取り付
け場所を示す図である。
【図5】(a)、(b)、(c)はそれぞれ本発明の他
の実施形態の導電部材近傍の拡大図である。
【図6】本発明の他の実施形態の温度ヒューズ部を示す
断面図である。
【図7】(a)は従来技術の温度ヒューズ部の断面図、
(b)は通常加熱時における板バネの一端近傍の拡大図
である。
【符号の説明】
8…基板、9…配線パターン、10…ギャップ、11…
板バネ、12…導電部材、13、13’…低融点合金。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小島 康史 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁材料からなる基板(8)と、 前記基板(8)表面に形成された配線部材(9)と、 前記配線部材(9)の途中を電気的に遮断するギャップ
    (10)と、 前記ギャップ(10)をまたぐように配置された導電バ
    ネ材料からなる板バネ(11)と、 前記板バネ(11)の一端の少なくとも基板(8)側に
    位置するように固着され、前記基板(8)と同程度の熱
    膨張率を有する導電部材(12)と、 前記ギャップ(10)の一端に位置する前記配線部材
    (9)の端部と前記導電部材(12)とを溶着する第1
    の低融点合金部材(13)と、 前記ギャップ(10)の他端に位置する前記配線部材
    (9)の端部と前記板バネ(11)の他端とを溶着する
    第2の低融点合金部材(13’)とからなり、 前記板バネ(11)は、前記第1の低融点合金部材(1
    3)の溶融により、前記導電部材(12)を前記第1の
    低融点合金部材(13)から開離するように構成されて
    いることを特徴とする温度ヒューズ付抵抗器。
  2. 【請求項2】 前記板バネ(11)は、この板バネ(1
    1)の前記第1の低融点合金部材(13)と前記第2の
    低融点合金部材(13’)の間に位置する部分の熱膨張
    による伸縮を吸収する形状を有していることを特徴とす
    る請求項1に記載の温度ヒューズ付抵抗器。
  3. 【請求項3】 前記導電部材(12)はヘアピン形状で
    あり、 この導電部材(12)は、前記板バネ(11)の一端を
    長手方向に挟み込むようにかしめ固定されていることを
    特徴とする請求項1または2に記載の温度ヒューズ付抵
    抗器。
  4. 【請求項4】 前記導電部材(12)はヘアピン形状
    で、かつバネ力を有し、 この導電部材(12)は、前記バネ力により前記板バネ
    (11)の一端を長手方向に挟み込むように固定されて
    いることを特徴とする請求項1または2に記載の温度ヒ
    ューズ付抵抗器。
  5. 【請求項5】 前記導電部材(12)はリベット形状で
    あり、 この導電部材(12)は、前記リベット形状の頭部が基
    板(8)側に位置するように設けられ、 上記リベット形状の胴部は、前記板バネ(11)の一端
    に形成された孔部に嵌合しており、 前記導電部材(12)は、前記リベット形状の先端部を
    板バネ(11)側へ変形させることにより、前記板バネ
    (11)に固定されていることを特徴とする請求項1ま
    たは2に記載の温度ヒューズ付抵抗器。
  6. 【請求項6】 前記導電部材(12)と前記板バネ(1
    1)は、互いに独立に伸縮可能に固着していることを特
    徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の温度
    ヒューズ付抵抗器。
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