KR20240038053A - 보호 소자 - Google Patents

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KR20240038053A
KR20240038053A KR1020247006242A KR20247006242A KR20240038053A KR 20240038053 A KR20240038053 A KR 20240038053A KR 1020247006242 A KR1020247006242 A KR 1020247006242A KR 20247006242 A KR20247006242 A KR 20247006242A KR 20240038053 A KR20240038053 A KR 20240038053A
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terminal
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melting
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KR1020247006242A
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요시히로 요네다
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데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
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Abstract

이 보호 소자는, 퓨즈 엘리먼트와, 퓨즈 엘리먼트를 수용하는 절연 케이스(10)와, 제1 단자(91)와, 제2 단자(92)를 갖고, 추가로, 퓨즈 엘리먼트에 근접 혹은 접촉시킨 상태로 배치된 제1 절연 부재 및 제2 절연 부재와, 퓨즈 엘리먼트를 분단하는 차폐 부재(20)와, 차폐 부재(20)를 압압(押壓)하는 압압 수단(30)과, 차폐 부재(20)의 이동을 억제하는 걸림 부재와, 걸림 부재를 가열하여 연화시키는 발열체(80A, 80B)와, 발열체(80A, 80B)에 전류를 통전하는 급전 부재(90a, 90b)를 갖고, 절연 케이스(10)는 추가로, 제1 절연 부재와, 제2 절연 부재와, 차폐 부재(20)와, 압압 수단(30)과, 걸림 부재와, 발열체(80A, 80B)와, 급전 부재(90a, 90b)의 일부를 수용한다.

Description

보호 소자
본 발명은, 보호 소자에 관한 것이다.
본 발명은, 2021년 09월 03일에 일본에 출원된 특허출원 2021-144287호와, 2022년 07월 25일에 일본에 출원된 특허출원 2022-118087호에 의거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, 전류 경로에 정격을 초과하는 전류가 흘렀을 때에, 발열하여 용단되고, 전류 경로를 차단하는 퓨즈 엘리먼트가 있다. 퓨즈 엘리먼트를 구비하는 보호 소자(퓨즈 소자)는, 가전제품부터 전기 자동차 등 폭넓은 분야에서 사용되고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 주로 자동차용 전기 회로 등에 이용되는 퓨즈 엘리먼트로서, 양단부에 위치하는 단자부 사이에 연결된 2개의 엘리먼트와, 당해 엘리먼트의 대략 중앙부에 형성된 용단부를 구비하는 퓨즈 엘리먼트가 기재되어 있다. 특허문헌 1에는, 케이싱의 내부에 2장 세트의 퓨즈 엘리먼트가 저장되고, 퓨즈 엘리먼트와 케이싱 사이에, 소호재를 봉입한 퓨즈가 기재되어 있다.
일본국 특허공개 2017-004634호 공보
고전압이고 또한 대전류인 전류 경로에 설치되는 보호 소자에 있어서는, 퓨즈 엘리먼트가 용단되면, 아크 방전이 발생하기 쉽다. 대규모 아크 방전이 발생하면, 퓨즈 엘리먼트가 수납되어 있는 절연 케이스가 파괴되어 버리는 경우가 있다. 이로 인해, 퓨즈 엘리먼트의 재료로서, 동 등의 저저항이고 또한 고융점인 금속을 이용하여 아크 방전의 발생을 억제하는 것이 행해지고 있다. 또, 절연 케이스의 재료로서, 세라믹스 등의 견뢰하고 또한 고내열성인 재료를 이용하는 것, 추가로 절연 케이스의 사이즈를 크게 하는 것이 행해지고 있다.
또, 지금까지의 고전압 대전류(100V/100A 이상)의 전류 퓨즈는 과전류 차단뿐이며, 차단 신호에 의한 차단 기능을 양립하는 것은 없었다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 퓨즈 엘리먼트의 용단시에 대규모 아크 방전이 발생하기 어렵고, 절연 케이스의 사이즈를 소형 경량화하는 것이 가능함과 더불어, 고전압 대전류 대응의 과전류 차단과 차단 신호에 의한 차단 기능을 양립하는 보호 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, 이하의 수단을 제공한다.
[1] 퓨즈 엘리먼트와, 상기 퓨즈 엘리먼트를 수용하는 절연 케이스와, 제1 단자와, 제2 단자를 갖고,
추가로, 상기 퓨즈 엘리먼트에 근접 혹은 접촉시킨 상태로 배치되고, 제1 개구부 혹은 제1 분리부가 형성된 제1 절연 부재, 및 제2 개구부 혹은 제2 분리부가 형성된 제2 절연 부재와,
상기 퓨즈 엘리먼트를 분단하도록, 상기 제1 절연 부재의 상기 제1 개구부 혹은 상기 제1 분리부와, 상기 제2 절연 부재의 상기 제2 개구부 혹은 상기 제2 분리부를, 상기 제1 개구부 혹은 상기 제1 분리부에 삽입 가능한 방향으로 이동 가능한 차폐 부재와,
상기 차폐 부재를 상기 차폐 부재의 이동 가능한 방향으로 압압(押壓)하는 압압 수단과,
상기 차폐 부재의 이동을 억제하는 걸림 부재와,
상기 걸림 부재 혹은 상기 걸림 부재를 고정하는 고정 부재를 가열하여 연화시키는 발열체와,
상기 발열체에 전류를 통전하는 급전 부재를 가지며,
상기 퓨즈 엘리먼트는, 서로 대향하는 제1 단부와 제2 단부를 갖고, 상기 제1 단자는, 한쪽의 단부가 상기 제1 단부와 접속하고 다른쪽의 단부가 상기 절연 케이스로부터 외부에 노출되며, 상기 제2 단자는, 한쪽의 단부가 상기 제2 단부와 접속하고 다른쪽의 단부가 상기 절연 케이스로부터 외부에 노출되어 있으며,
상기 절연 케이스는 추가로, 상기 제1 절연 부재와, 상기 제2 절연 부재와, 상기 차폐 부재와, 상기 압압 수단과, 상기 걸림 부재와, 상기 발열체와, 상기 급전 부재의 일부를 수용하는, 보호 소자.
[2] 상기 발열체가 발열하여, 상기 걸림 부재 혹은 상기 고정 부재가 연화됨으로써, 상기 압압 수단의 응력에 의해 상기 차폐 부재가 상기 걸림 부재를 절단 혹은 해방하고,
추가로 상기 차폐 부재가 상기 제2 절연 부재의 상기 제2 개구부 혹은 상기 제2 분리부와, 상기 제1 절연 부재의 상기 제1 개구부 혹은 상기 제1 분리부를 이동하여 상기 퓨즈 엘리먼트를 절단함으로써, 상기 퓨즈 엘리먼트의 통전을 차단하는, [1]에 기재된 보호 소자.
[3] 상기 차폐 부재는, 상기 퓨즈 엘리먼트를 절단하여, 상기 퓨즈 엘리먼트를 상기 퓨즈 엘리먼트의 통전 방향으로 차폐하는, [1] 또는 [2]에 기재된 보호 소자.
[4] 상기 압압 수단은 스프링인, [1] 내지 [3] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[5] 상기 제1 절연 부재, 상기 제2 절연 부재, 상기 차폐 부재 및 상기 절연 케이스 중 적어도 하나는, 내(耐)트래킹 지표 CTI가 500V 이상인 재료로 형성되어 있는, [1] 내지 [4] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[6] 상기 제1 절연 부재, 상기 제2 절연 부재, 상기 차폐 부재 및 상기 절연 케이스 중 적어도 하나는, 폴리아미드계 수지, 불소계 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 일종의 수지 재료로 형성되어 있는, [1] 내지 [5] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[7] 상기 퓨즈 엘리먼트는, 저융점 금속층과 고융점 금속층을 포함하는 적층체를 적어도 일부에 갖고, 상기 저융점 금속층은 주석을 포함하며, 상기 고융점 금속층은 은 혹은 동을 포함하는, [1] 내지 [6] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[8] 상기 퓨즈 엘리먼트는, 상기 고융점 금속층을 2층 이상 갖고, 상기 저융점 금속층을 1층 이상 가지며, 상기 저융점 금속층이 상기 고융점 금속층 사이에 배치된 적층체를 적어도 일부에 갖는, [7]에 기재된 보호 소자.
[9] 상기 퓨즈 엘리먼트는, 은 혹은 동을 포함하는 단층체를 적어도 일부에 갖는, [1] 내지 [8] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[10] 상기 퓨즈 엘리먼트는, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 용단부를 갖고, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부의 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 향하는 통전 방향의 단면적보다, 상기 용단부의 상기 통전 방향의 단면적이 작은, [1] 내지 [9] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[11] 상기 걸림 부재의 일부가 상기 퓨즈 엘리먼트와 근접 혹은 접촉하고 있는, [1] 내지 [10] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[12] 상기 절연 케이스는, 적어도 2개의 케이스 부품으로 이루어지고, 한쪽의 케이스 부품이 상기 제1 절연 부재와 일체 또한 다른쪽의 케이스 부품이 상기 제2 절연 부재와 일체이거나, 혹은, 상기 한쪽의 케이스 부품이 상기 제1 절연 부재와 일체 또는 상기 다른쪽의 케이스 부품이 상기 제2 절연 부재와 일체인, [1] 내지 [11] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[13] 상기 절연 케이스는, 적어도 2개의 케이스 부품으로 이루어지고,
상기 퓨즈 엘리먼트는, 한쪽의 케이스 부품과 다른쪽의 케이스 부품 사이에 끼워져 있는, [1] 내지 [12] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[14] 퓨즈 엘리먼트와, 상기 퓨즈 엘리먼트를 수용하는 절연 케이스와, 제1 단자와, 제2 단자를 갖고,
추가로, 상기 퓨즈 엘리먼트에 근접 혹은 접촉시킨 상태로 배치되고, 제1 개구부 혹은 제1 분리부가 형성된 제1 절연 부재와,
상기 퓨즈 엘리먼트를 분단하도록, 상기 제1 절연 부재의 상기 제1 개구부 혹은 상기 제1 분리부를, 상기 제1 개구부 혹은 상기 제1 분리부에 삽입 가능한 방향으로 이동 가능한 차폐 부재와,
상기 차폐 부재를 상기 차폐 부재의 이동 가능한 방향으로 압압하는 압압 수단과,
상기 차폐 부재의 이동을 억제하는 걸림 부재를 가지며,
상기 퓨즈 엘리먼트는, 서로 대향하는 제1 단부와 제2 단부를 갖고, 상기 제1 단자는, 한쪽의 단부가 상기 제1 단부와 접속하고 다른쪽의 단부가 상기 절연 케이스로부터 외부에 노출되며, 상기 제2 단자는, 한쪽의 단부가 상기 제2 단부와 접속하고 다른쪽의 단부가 상기 절연 케이스로부터 외부에 노출되어 있으며,
상기 절연 케이스는 추가로, 상기 제1 절연 부재와, 상기 차폐 부재와, 상기 압압 수단과, 상기 걸림 부재를 수용하는, 보호 소자.
[15] 상기 차폐 부재는, 상기 퓨즈 엘리먼트를 절단하고, 상기 퓨즈 엘리먼트를 상기 퓨즈 엘리먼트의 통전 방향으로 차폐하는, [14]에 기재된 보호 소자.
[16] 상기 압압 수단은 스프링인, [14] 또는 [15]에 기재된 보호 소자.
[17] 상기 제1 절연 부재, 상기 차폐 부재 및 상기 절연 케이스 중 적어도 하나는, 내트래킹 지표 CTI가 500V 이상인 재료로 형성되어 있는, [14] 내지 [16] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[18] 상기 제1 절연 부재, 상기 차폐 부재 및 상기 절연 케이스 중 적어도 하나는, 폴리아미드계 수지, 불소계 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 일종의 수지 재료로 형성되어 있는, [14] 내지 [17] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[19] 상기 퓨즈 엘리먼트는, 저융점 금속층과 고융점 금속층을 포함하는 적층체를 적어도 일부에 갖고, 상기 저융점 금속층은 주석을 포함하며, 상기 고융점 금속층은 은 혹은 동을 포함하는, [14] 내지 [18] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[20] 상기 퓨즈 엘리먼트는, 상기 고융점 금속층을 2층 이상 갖고, 상기 저융점 금속층을 1층 이상 가지며, 상기 저융점 금속층이 상기 고융점 금속층 사이에 배치된 적층체를 적어도 일부에 갖는, [19]에 기재된 보호 소자.
[21] 상기 퓨즈 엘리먼트는 은 혹은 동을 포함하는 단층체를 적어도 일부에 갖는, [14] 내지 [20] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[22] 상기 퓨즈 엘리먼트는, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 용단부를 갖고, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부의 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 향하는 통전 방향의 단면적보다, 상기 용단부의 상기 통전 방향의 단면적이 작은, [14] 내지 [21] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[23] 상기 걸림 부재의 일부가 상기 퓨즈 엘리먼트와 근접 혹은 접촉하고 있는, [14] 내지 [22] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[24] 상기 퓨즈 엘리먼트의 외측에 근접 혹은 접촉시킨 상태로 배치된 상기 제1 절연 부재에는, 상기 걸림 부재를 유지하는 걸림 부재 유지부를 갖는, [14] 내지 [23] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[25] 상기 절연 케이스는, 적어도 2개의 케이스 부품으로 이루어지고, 한쪽의 케이스 부품이 상기 제1 절연 부재와 일체인, [14] 내지 [24] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[26] 상기 절연 케이스는, 적어도 2개의 케이스 부품으로 이루어지고, 상기 퓨즈 엘리먼트는, 한쪽의 케이스 부품과 다른쪽의 케이스 부품 사이에 끼워져 있는, [14] 내지 [25] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
[27] 상기 걸림 부재 혹은 상기 걸림 부재를 고정하는 고정 부재를 가열하여 연화시키는 발열체와,
상기 발열체에 전류를 통전하는 급전 부재를 갖고,
상기 발열체가 발열하여, 상기 걸림 부재 혹은 상기 고정 부재가 연화됨으로써, 상기 압압 수단의 응력에 의해 상기 차폐 부재가 상기 걸림 부재를 절단 혹은 해방하고,
추가로 상기 차폐 부재가 상기 제1 절연 부재의 상기 제1 개구부 혹은 상기 제1 분리부를 이동하여 상기 퓨즈 엘리먼트를 절단함으로써, 상기 퓨즈 엘리먼트의 통전을 차단하는, [14] 내지 [26] 중 어느 한쪽에 기재된 보호 소자.
본 발명에 의하면, 퓨즈 엘리먼트의 용단시에 대규모 아크 방전이 발생하기 어렵고, 절연 케이스의 사이즈를 소형 경량화하는 것이 가능함과 더불어, 고전압 대전류 대응의 과전류 차단과 차단 신호에 의한 차단 기능을 양립하는 보호 소자를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따르는 보호 소자의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 보호 소자의 내부가 보이도록 일부를 제거한 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 보호 소자의 분해 사시도이다.
도 4(a)는, 제1 단자 및 제2 단자와 퓨즈 엘리먼트 적층체를 구성하는 가용성 도체 시트 1개를 모식적으로 나타내는 평면도이고, (b)는, 퓨즈 엘리먼트 적층체, 제2 절연 부재, 제1 단자, 및, 제2 단자를 모식적으로 나타내는 평면도이며, (c)는, (b)에서 나타낸 평면도의 X-X＇선을 따른 단면도이다.
도 5(a)는, 도 1의 V-V＇선을 따른 단면도이며, (b)는, 걸림 부재 근방의 확대도이다.
도 6은 차폐 부재가 퓨즈 엘리먼트를 절단하고 완전히 내려간 상태의 보호 소자의 단면도이다.
도 7(a)는 걸림 부재의 변형예를 갖는 보호 소자의 단면도이며, (b)는, 걸림 부재 근방의 확대도이다.
도 8은 발열체의 구조의 일례를 나타내는 것이고, (a)는 상면 평면도이며, (b)는 인쇄 전의 절연 기판의 상면 평면도, (C)는 저항층 인쇄 후의 상면 평면도, (d)는 절연층 인쇄 후의 상면 평면도, (e)는 전극층 인쇄 후의 상면 평면도, (f)는 하면 평면도이다.
도 9는 발열체로 급전하는 급전 부재의 인출 방법을 설명하기 위한 보호 소자의 사시도이고, (a)는 2개의 발열체를 직렬로 잇는 경우이며, (b)는 2개의 발열체를 병렬로 잇는 경우이다.
도 10은 제1 실시 형태의 변형예의 모식도이고, (a)는 유지 부재(10B)의 변형예인 유지 부재(10BB)의 사시도이며, (b)는 유지 부재(10B)의 변형예인 유지 부재(10BB)와, 제1 절연 부재(60A) 및 제2 절연 부재(60B)의 변형예인 제1 절연 부재(61A) 및 제2 절연 부재(61B)의 사시도이다.
도 11(a)는 변형예의 제2 절연 부재(61B)의 사시도이고, (b)는 제1 절연 부재(61A)의 사시도이다.
도 12는 제2 실시 형태에 따르는 보호 소자의 내부가 보이도록 일부를 제거하고 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 차폐 부재의 하측 사시도이다.
도 13은 제2 실시 형태에 따르는 보호 소자의, 도 5(a)에 대응하는 단면도이다.
도 14는 차폐 부재가 퓨즈 엘리먼트를 분단하고 완전히 내려간 상태의 보호 소자의 단면도이다.
도 15는 퓨즈 엘리먼트 적층체, 제1 단자 및 제2 단자가 제1 유지 부재에 설치된 상태를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 16은 퓨즈 엘리먼트의 변형예의 모식도이며, 도 4(c)에 대응하는 단면도이다.
도 17은 퓨즈 엘리먼트의 변형예의 모식도이며, 도 4(a)에 대응하는 평면도이다.
도 18은 퓨즈 엘리먼트의 변형예의 모식도이며, 도 4(c)에 대응하는 단면도이다.
도 19는 제3 실시 형태에 따르는 보호 소자의, 도 5(a)에 대응하는 단면도이다.
이하, 본 실시 형태에 대해서, 도면을 적절히 참조하면서 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 이용하는 도면은, 특징을 알기 쉽게 하기 위해서 편의상 특징이 되는 부분을 확대하여 나타내고 있는 경우가 있으며, 각 구성 요소의 치수 비율 등은 실제와는 상이한 경우가 있다. 이하의 설명에 있어서 예시되는 재료, 치수 등은 일례이며, 본 발명은 그들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 효과를 발휘하는 범위에서 적절히 변경하여 실시하는 것이 가능하다.
(보호 소자(제1 실시 형태))
도 1~도 5는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따르는 보호 소자를 나타낸 모식도이다. 이하의 설명에서 이용하는 도면에 있어서, X로 나타내는 방향은 퓨즈 엘리먼트의 통전 방향이다. Y로 나타내는 방향은 X방향과 직교하는 방향이며, 폭 방향이라고도 한다. Z로 나타내는 방향은, X방향 및 Y방향과 직교하는 방향이며, 두께 방향이라고도 한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따르는 보호 소자를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는, 도 1에 나타내는 보호 소자의 내부가 보이도록 일부를 제거하고 모식적으로 나타낸 사시도이다. 도 3은, 도 1에 나타내는 보호 소자를 모식적으로 나타내는 분해 사시도이다. 도 4(a)는, 제1 단자 및 제2 단자와 퓨즈 엘리먼트 적층체를 구성하는 가용성 도체 시트 1개를 모식적으로 나타내는 평면도이고, (b)는, 퓨즈 엘리먼트 적층체, 제2 절연 부재, 제1 단자, 및, 제2 단자를 모식적으로 나타내는 평면도이며, (c)는, (b)에서 나타낸 평면도의 X-X선을 따른 단면도이다. 도 5(a)는, 도 1의 V-V＇선을 따른 단면도이며, (b)는, 걸림 부재의 근방의 확대도이다.
도 1~도 5에 나타내는 보호 소자(100)는, 절연 케이스(10)와, 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)와, 제1 절연 부재(60A)와, 제2 절연 부재(60B)와, 차폐 부재(20)와, 압압 수단(30)과, 걸림 부재(70)와, 발열체(80)와, 급전 부재(90a, 90b)와, 제1 단자(91)와, 제2 단자(92)를 갖는다. 또한, 본 실시 형태의 보호 소자(100)에 있어서, 통전 방향은, 사용시에 있어서 전기가 흐르는 방향(X방향)을 의미하고, 통전 방향의 단면적은, 통전 방향에 대해서 직교하는 방향의 면(Y-Z면)의 면적을 의미한다.
도 1~도 5에 나타내는 보호 소자(100)에 있어서는, 제1 절연 부재(60A)와 제2 절연 부재(60B)가 상이한 구성을 갖는 부재인 예를 나타냈는데, 이들 제1 절연 부재(60A)와 제2 절연 부재(60B)가 동일한 구성을 갖는 부재여도 된다.
본 실시 형태의 보호 소자(100)는, 전류 경로를 차단시키는 기구로서, 가용성 도체 시트(50)(도 4(c) 참조)에 정격 전류를 초과하는 과전류가 흐른 경우에 가용성 도체 시트(50)가 용단되어 전류 경로를 차단시키는 과전류 차단과, 과전류 이외의 이상이 발생한 경우에 발열체(80)에 전류를 통전하여 차폐 부재(20)의 이동을 억제하고 있는 걸림 부재(70)를 용융하고, 압압 수단(30)에 의해서 하방에 압압력이 부여되어 있는 차폐 부재(20)를 이동시켜 퓨즈 엘리먼트(50)를 절단하여 전류 경로를 차단시키는 액티브 차단을 갖는다.
(절연 케이스)
절연 케이스(10)는, 대략 타원 기둥 형상(Y-Z면의 단면이 X방향의 어느 위치에서도 타원)이다. 절연 케이스(10)는, 커버(10A)와 유지 부재(10B)로 이루어진다.
커버(10A)는, 양단이 개구한 타원 통 형상이다. 커버(10A)의 개구부에 있어서의 내측의 가장자리부는, 면취된 경사면(21)으로 되어 있다. 커버(10A)의 중앙부는, 유지 부재(10B)가 수용되는 수용부(22)로 되어 있다.
유지 부재(10B)는, Z방향으로 하측에 배치하는 제1 유지 부재(10Ba)와 Z방향으로 상측에 배치하는 제2 유지 부재(10Bb)로 이루어진다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 유지 부재(10Ba)의 통전 방향(X방향)에 있어서의 양단부(제1 단부(10Baa), 제2 단부(10Bab))에는 단자 재치면(111)이 형성되어 있다.
또, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 유지 부재(10Ba)의 양단부(제1 단부(10Baa), 제2 단부(10Bab))에는 급전 부재 재치면(12)이 형성되어 있다. 급전 부재 재치면(12)의 Z방향의 위치(높이)가 발열체(80)의 위치(높이)와 거의 동일한 높이에 있음으로써 급전 부재(90)의 형성 거리의 단축을 도모하고 있다.
유지 부재(10B)의 내부에는, 내압 완충 공간(15)(도 5(a), 도 6 참조)이 형성되어 있다. 내압 완충 공간(15)은, 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)의 용단시에 발생하는 아크 방전에 의해서 생성되는 기체에 의한 보호 소자(100)의 내압의 급격한 상승을 억제하는 작용이 있다.
커버(10A) 및 유지 부재(10B)는, 내트래킹 지표 CTI(트래킹(탄화 도전로) 파괴에 대한 내성)이 500V 이상인 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 내트래킹 지표 CTI는, IEC60112에 의거하는 시험에 의해 구할 수 있다.
커버(10A) 및 유지 부재(10B)의 재료로는, 수지 재료를 이용할 수 있다. 수지 재료는, 세라믹 재료보다 열용량이 작고 융점도 낮다. 이로 인해, 유지 부재(10B)의 재료로서 수지 재료를 이용하면, 가스화 냉각(abrasion)에 의한 아크 방전을 약하게 하는 특성이나, 용융 비산한 금속 입자가 유지 부재(10B)에 부착될 때에, 유지 부재(10B)의 표면이 변형되거나 부착물이 응집함으로써, 성기게 되어 전도 패스를 형성하기 어려운 특성이 있어 바람직하다.
수지 재료로는, 예를 들어, 폴리아미드계 수지 또는 불소계 수지를 이용할 수 있다. 폴리아미드계 수지는, 지방족 폴리아미드여도 되고, 반(半)방향족 폴리아미드여도 된다. 지방족 폴리아미드의 예로는, 나일론 4, 나일론 6, 나일론 46, 나일론 66을 들 수 있다. 반방향족 폴리아미드의 예로는, 나일론 6T, 나일론 9T, 폴리프탈아미드(PPA) 수지를 들 수 있다. 불소계 수지의 예로는, 폴리테트라플루오로에틸렌을 들 수 있다. 또, 폴리아미드계 수지 및 불소계 수지는 내열성이 높고, 연소되기 어렵다. 특히, 지방족 폴리아미드는 연소되어도 그래파이트가 생성되기 어렵다. 이로 인해, 지방족 폴리아미드를 이용하여, 커버(10A) 및 유지 부재(10B)를 형성함으로써, 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)의 용단시의 아크 방전에 생성된 그래파이트에 의해서, 새로운 전류 경로가 형성되는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다.
(퓨즈 엘리먼트 적층체)
퓨즈 엘리먼트 적층체는, 두께 방향으로 병렬 배치된 복수 개의 가용성 도체 시트(복수 개의 가용성 도체 시트를 합쳐서 퓨즈 엘리먼트라고 하는 경우가 있다)와, 복수 개의 가용성 도체 시트 각각의 사이, 및, 복수 개의 가용성 도체 시트 중 최하부에 배치된 가용성 도체 시트의 외측에 근접 혹은 접촉시킨 상태로 배치되고, 제1 개구부 혹은 제1 분리부가 형성된 복수의 제1 절연 부재를 갖는다. 퓨즈 엘리먼트 적층체는 퓨즈 엘리먼트와 제1 절연 부재로 이루어진다.
퓨즈 엘리먼트 적층체(40)는, 두께 방향(Z방향)으로 병렬 배치된 6개의 가용성 도체 시트(50a, 50b, 50c, 50d, 50e, 50f)를 갖는다. 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각의 사이에는, 제1 절연 부재(60Ab, 60Ac, 60Ad, 60Ae, 60Af)가 배치되어 있다. 제1 절연 부재(60Aa~60Af)는, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각에 근접 혹은 접촉시킨 상태로 배치되어 있다. 근접시킨 상태는, 제1 절연 부재(60Ab~60Af)와 가용성 도체 시트(50a~50f)의 거리가 0.5mm 이하의 상태인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2mm 이하의 상태이다.
또, 가용성 도체 시트(50a~50f) 중 최하부에 배치된 가용성 도체 시트(50a)의 외측에는 제1 절연 부재(60Aa)가 배치되어 있다. 추가로, 가용성 도체 시트(50a~50f) 중 최상부에 배치된 가용성 도체 시트(50f)의 외측에는 제2 절연 부재(60B)가 배치되어 있다. 가용성 도체 시트(50a~50f)의 폭(Y방향의 길이)은, 제1 절연 부재(60Aa~60Af) 및 제2 절연 부재(60B)의 폭보다 좁아져 있다.
퓨즈 엘리먼트 적층체(40)는, 복수 개의 가용성 도체 시트가 6개인 예인데, 6개에 한정되지 않으며, 복수 개이면 된다.
가용성 도체 시트(50a~50f) 각각은, 서로 대향하는 제1 단부(51) 및 제2 단부(52)와, 제1 단부(51) 및 제2 단부(52) 사이에 위치하는 용단부(53)를 갖는다. 두께 방향으로 병렬 배치된 가용성 도체 시트(50a~50f) 중 아래에서부터 3개의 가용성 도체 시트(50a~50c)의 제1 단부(51)는, 제1 단자(91)의 하면에 접속되고, 위에서부터 3개의 가용성 도체 시트(50d~50f)의 제1 단부(51)는, 제1 단자(91)의 상면에 접속되어 있다. 또, 가용성 도체 시트(50a~50f) 중 아래에서부터 3개의 가용성 도체 시트(50a~50c)의 제2 단부(52)는, 제2 단자(92)의 하면에 접속되고, 위에서부터 3개의 가용성 도체 시트(50d~50f)의 제2 단부(52)는, 제2 단자(92)의 상면에 접속되어 있다. 또한, 가용성 도체 시트(50a~50f)와 제1 단자(91) 및 제2 단자(92)의 접속 위치는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 제1 단부(51) 전체가, 제1 단자(91)의 상면에 접속되어 있어도 되고, 제1 단자(91)의 하면에 접속되어 있어도 된다. 또, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 제2 단부(52) 전체가, 제2 단자(92)의 상면에 접속되어 있어도 되고, 제2 단자(92)의 하면에 접속되어 있어도 된다.
가용성 도체 시트(50a~50f) 각각은, 저융점 금속층과 고융점 금속층을 포함하는 적층체여도 되고, 단층체여도 된다. 저융점 금속층과 고융점 금속층을 포함하는 적층체는 저융점 금속층의 주위를 고융점 금속층으로 덮은 구조여도 된다.
적층체의 저융점 금속층은 Sn을 포함한다. 저융점 금속층은, Sn 단체여도 되고, Sn 합금이어도 된다. Sn 합금은, Sn을 주성분으로 하는 합금이다. Sn 합금은, 합금에 포함되는 금속 중에서 Sn의 함유량이 가장 많은 합금이다. Sn 합금의 예로는, Sn-Bi 합금, In-Sn 합금, Sn-Ag-Cu 합금을 들 수 있다. 고융점 금속층은, Ag 혹은 Cu를 포함한다. 고융점 금속층은, Ag 단체여도 되고, Cu 단체여도 되며, Ag 합금이어도 되고, Cu 합금이어도 된다. Ag 합금은 합금에 포함되는 금속 중에서 Ag의 함유량이 가장 많은 합금이며, Cu 합금은, 합금에 포함되는 금속 중에서 Cu의 함유량이 가장 많은 합금이다. 적층체는, 저융점 금속층/고융점 금속층의 2층 구조여도 되고, 고융점 금속층을 2층 이상 가지며, 저융점 금속층이 1층 이상이고, 저융점 금속층이 고융점 금속층 사이에 배치된 3층 이상의 다층 구조여도 된다.
단층체의 경우에는, Ag 혹은 Cu를 포함한다. 단층체는, Ag 단체여도 되고, Cu 단체여도 되며, Ag 합금이어도 되고, Cu 합금이어도 된다.
가용성 도체 시트(50a~50f) 각각은, 용단부(53)에 관통 구멍(54(54a, 54b, 54c))을 갖고 있어도 된다. 도면에 나타내는 예에서는, 관통 구멍은 3개인데, 개수에 제한은 없다. 관통 구멍(54)을 갖음으로써, 제1 단부(51) 및 제2 단부(52)의 단면적보다, 용단부(53)의 단면적이 작아진다. 용단부(53)의 단면적이 작아짐으로써, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각에 정격을 초과하는 대전류가 흐른 경우에는, 용단부(53)의 발열량이 커지기 때문에, 용단부(53)가 용단부가 되어 용단되기 쉬워진다. 제1 단부(51) 및 제2 단부(52) 측보다 용단부(53)를 용단되기 쉽게 하는 구성으로는 관통 구멍에 한정되지 않으며, 좁은 폭으로 하거나 부분적으로 두께를 얇게 하는 등의 구성으로 할 수도 있다. 점선과 같은 절입 형상이어도 된다.
또, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각에 있어서, 용단되기 쉽게 구성된 용단부(53)는 차폐 부재(20)의 볼록 형상부(20a)에 의해서 절단되기 쉽다.
가용성 도체 시트(50a~50f)의 두께는, 과전류에 의해서 용단되고, 또한, 차폐 부재(20)에 의해서 물리적으로 절단되는 두께로 되어 있다. 구체적인 두께는 가용성 도체 시트(50a~50f)의 재료나 개수(매수), 또 압압 수단(30)의 압압력(응력)에 의존하는데, 예를 들어, 가용성 도체 시트(50a~50f)가 동박인 경우에는 기준으로서, 0.01mm 이상 0.1mm 이하의 범위로 할 수 있다. 또, 가용성 도체 시트(50a~50f)가 Sn을 주성분으로 하는 합금의 주위를 Ag로 도금한 박인 경우에는 기준으로서, 0.1mm 이상 1.0mm 이하의 범위로 할 수 있다.
제1 절연 부재(60Aa~60Af) 각각은, 서로 간극(제1 분리부)(64)을 개재하여 대향한 제1 절연편(63a)과 제2 절연편(63b)으로 이루어진다. 제2 절연 부재(60B)도 동일하게, 서로 간극(제2 분리부)(65)을 개재하여 대향한 제3 절연편(66a)과 제4 절연편(66b)으로 이루어진다. 도시하는 예에서는, 제1 절연 부재(60Aa~60Af) 및 제2 절연 부재(60B)의 간극(64, 65)은, 2개의 부재(제1 절연편(63a) 및 제2 절연편(63b) 및 제3 절연편(66a) 및 제4 절연편(66b))로 분리하는 분리부(제1 분리부, 제2 분리부)인데, 차폐 부재(20)의 볼록 형상부(20a)가 이동(통과) 가능한 개구부(제1 개구부, 제2 개구부)여도 된다.
제1 절연편(63a) 및 제2 절연편(63b)은 각각 Y방향의 양단 측에, 퓨즈 엘리먼트의 차단시에 발생하는 아크 방전에 수반하는 압력 상승을 절연 케이스의 압압 수단 수용 공간으로 효율적으로 내보내기 위한 통기 구멍(67)을 갖는다. 도시한 예에서는, 제1 절연편(63a) 및 제2 절연편(63b)은 각각 Y방향의 양단 측에 3개씩 갖는데, 개수에 제한은 없다.
아크 방전에 의해 발생한 상승 압력은, 통기 구멍(67)을 통과하여, 압압 수단 지지부(20b)와 제2 유지 부재(10BB) 사이에 형성된 네 모서리의 간극(도시하지 않음)을 개재하여, 절연 케이스(10)의 압압 수단(30)을 수용하는 공간으로 효율적으로 내보내진다. 그리고, 그 결과, 차폐 부재(20)의 차폐 동작이 부드럽게 행해짐과 더불어, 제1 절연 부재(60Aa~60Af)와 제2 절연 부재(60B)의 파괴가 방지된다.
간극(64, 65)은, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 제1 단부(51)와 제2 단부(52) 사이에 배치하는 용단부(53)에 대향하는 위치에 있다. 즉, 제1 절연 부재(60Aa~60Af) 및 제2 절연 부재(60B)는, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 용단부(53)에 대향하는 위치에서 분리되어 있다.
제1 절연 부재(60Aa~60Af) 및 제2 절연 부재(60B)는, 내트래킹 지표 CTI가 500V 이상인 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
제1 절연 부재(60Aa~60Af) 및 제2 절연 부재(60B)의 재료로는, 수지 재료를 이용할 수 있다. 수지 재료의 예는, 커버(10A) 및 유지 부재(10B)의 경우와 동일하다.
퓨즈 엘리먼트 적층체(40)는, 예를 들어, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
제1 절연 부재(60Aa~60Af)와 제2 절연 부재(60B)에 형성된 볼록부에 대응한 위치 결정 오목부와 제1 단자(91)와 제2 단자(92)의 위치 결정 고정부를 갖는 지그를 이용하여, 제1 절연 부재(60Aa) 위에, 가용성 도체 시트(50a~50f)와 제1 절연 부재(60Ab~60Af)를, 각각 두께 방향으로 번갈아 적층하고, 최상부에 배치된 가용성 도체 시트(50f)의 상면에 제2 절연 부재(60B)를 배치하여, 적층체를 얻는다.
(차폐 부재)
차폐 부재(20)는, 퓨즈 엘리먼트 적층체(40) 측을 향하게 한 볼록 형상부(20a)와, 압압 수단(30)의 하부를 수용하여 지지하는 오목부(20ba)를 갖는 압압 수단 지지부(20b)를 갖는다.
차폐 부재(20)는, 압압 수단(30)의 압압력이 하방에 부여된 상태로, 걸림 부재(70)에 의해서 하방으로의 이동이 억제되어 있다. 그로 인해, 걸림 부재(70)가 발열체(80)의 발열에 의해서 가열되어 연화 온도 이상의 온도로 연화되면, 차폐 부재(20)는 하방으로 이동 가능하게 된다. 이때, 연화된 걸림 부재(70)는 그 재료의 종류나 가열 상황 등에 따라서, 차폐 부재(20)에 의해서 물리적으로 절단되고, 혹은, 열적으로 용단되며, 혹은 차폐 부재(20)에 의한 물리적 절단과 열적 용단이 합쳐진 작용을 받는다.
차폐 부재(20)는 걸림 부재(70)에 의한 하방으로의 이동 억제가 빠지면, 하방으로 이동하여 가용성 도체 시트(50a~50f)를 물리적으로 절단한다.
차폐 부재(20)에서는, 볼록 형상부(20a)의 선단(20aa)이 날카로워져 있으며, 가용성 도체 시트(50a~50f)를 절단하기 쉬운 형상으로 되어 있다.
도 6에, 차폐 부재(20)가 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)의 간극(64, 65)을 이동하여, 볼록 형상부(20a)에 의해서 가용성 도체 시트(50a, 50b, 50c, 50d, 50e, 50f)를 절단하고, 차폐 부재(20)가 완전히 내려간 상태의 보호 소자의 단면도를 나타낸다.
차폐 부재(20)가 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)의 간극(65, 64)을 이동하여 완전히 내려가 있고, 차폐 부재(20)의 볼록 형상부(20a)에 의해서 가용성 도체 시트(50f, 50e, 50d, 50c, 50b, 50a)를 차례로 절단하면, 절단면들이 볼록 형상부(20a)에 의해서 차폐되고 절연되어, 각 가용성 도체 시트를 개재한 통전 경로가 물리적으로 확실히 차단된다. 이에 따라, 아크 방전이 신속히 소멸(소호)한다.
또, 차폐 부재(20)가 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)의 간극(65, 64)을 이동하여 하방으로 완전히 내려간 상태에서는, 차폐 부재(20)의 압압 수단 지지부(20b)가 제2 절연 부재(60B)로부터 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)를 압압하여, 가용성 도체 시트와 제1 절연 부재(60Aa~60Af) 및 제2 절연 부재(60B)가 밀착하므로, 그 사이에 아크 방전을 계속할 수 있는 공간이 없어져, 아크 방전이 확실히 소멸한다.
볼록 형상부(20a)의 두께(X방향의 길이)는, 제1 절연 부재(60Aa~60Af) 및 제2 절연 부재(60B)의 간극(64, 65)의 X방향의 폭보다 작다. 이 구성에 의해서, 볼록 형상부(20a)는 간극(64, 65)을 Z방향 하방으로 이동 가능해진다.
예를 들어, 가용성 도체 시트(50a~50f)가 동박인 경우에는, 볼록 형상부(20a)의 두께와 간극(64, 65)의 X방향의 폭의 차는 예를 들어, 0.05~1.0mm로 할 수 있고, 0.2~0.4mm로 하는 것이 바람직하다. 0.05mm 이상이면, 절단된 최소 두께 0.01mm인 경우의 가용성 도체 시트(50a~50f)의 단부가 제1 절연 부재(60Aa~60Af) 및 제2 절연 부재(60B)와 볼록 형상부(20a)의 간극에 들어가도 볼록 형상부(20a)의 이동이 부드럽게 되어, 아크 방전이 보다 신속하고 확실히 소멸된다. 이것은, 상기 차가 0.05mm 이상이면, 볼록 형상부(20a)가 걸리기 어렵기 때문이다. 또, 상기 차가 1.0mm 이하이면, 간극(64, 65)이, 볼록 형상부(20a)를 이동시키는 가이드로서 기능한다. 따라서, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 용단시에 이동하는 볼록 형상부(20a)의 위치 어긋남이 방지되고, 아크 방전이 보다 신속하고 확실히 소멸된다. 가용성 도체 시트(50a~50f)가 Sn을 주성분으로 하는 합금의 주위를 Ag로 도금 한 박인 경우에는, 볼록 형상부(20a)의 두께와 간극(64, 65)의 X방향의 폭의 차는 예를 들어, 0.2~2.5mm로 할 수 있고, 0.22~2.2mm로 하는 것이 바람직하다.
볼록 형상부(20a)의 폭(Y방향의 길이)은, 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)의 가용성 도체 시트(50a~50f)의 폭보다 넓다. 이 구성에 의해서, 볼록 형상부(20a)가 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각을 절단하는 것이 가능하다.
볼록 형상부(20a)의 Z방향의 길이(L)는, Z방향 하방으로 완전히 내려갔을 때에, 볼록 형상부(20a)의 선단(20aa)이, 제1 절연 부재(60Aa~60Af) 중 Z방향으로 최하부에 배치하는 제1 절연 부재(60Aa)보다도 하방까지 도달할 수 있는 길이를 갖는다. 볼록 형상부(20a)는 최하부에 배치하는 제1 절연 부재(60Aa)보다 내려갈 때에는, 유지 부재(10Ba)의 내저면(13)에 형성된 삽입 구멍(14)에 삽입된다.
이 구성에 의해서, 볼록 형상부(20a)가 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각을 절단하는 것이 가능해진다.
(압압 수단)
압압 수단(30)은, 차폐 부재(20)를 Z방향 하방으로 압압한 상태로 차폐 부재(20)의 오목부(20ba)에 수용되어 있다.
압압 수단(30)으로는, 예를 들어, 스프링, 고무 등, 탄성력을 부여할 수 있는 공지의 수단을 이용할 수 있다.
보호 소자(100)에 있어서는, 압압 수단(30)으로서 스프링이 이용되고 있다. 스프링(압압 수단)(30)은, 차폐 부재(20)의 오목부(20ba)에 쪼그려진 상태로 유지되어 있다.
압압 수단(30)으로서 이용하는 스프링의 재료로는, 공지의 것을 이용할 수 있다.
압압 수단(30)으로서 이용되는 스프링으로는, 원통 형상인 것을 이용해도 되고, 원뿔 형상인 것을 이용해도 된다. 원뿔 형상의 스프링을 이용하면 수축 길이를 짧게 할 수 있기 때문에, 압압시의 높이를 억제하여 보호 소자의 소형화를 도모할 수 있다. 또, 원뿔 형상의 스프링은, 복수 개 겹쳐 응력의 증강을 도모 가능하다.
압압 수단(30)으로서 원뿔 형상의 스프링을 이용하는 경우, 외경이 작은 측을 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각의 용단부(절단부)(53) 측을 향해 배치해도 되고, 외경이 큰 측을 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각의 용단부(53) 측을 향해 배치해도 된다.
압압 수단(30)으로서 원뿔 형상의 스프링을 이용하는 경우, 외경이 작은 측을 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각의 용단부(절단부)(53) 측을 향해 배치함으로써, 예를 들어, 스프링이 금속 등의 도전성 재료로 형성되어 있는 경우에, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각의 용단부(53)의 절단시에 발생하는 아크 방전의 계속을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 이것은, 아크 방전의 발생 장소와, 스프링을 형성하고 있는 도전성 재료의 거리가 확보되기 쉬워지기 때문이다.
또, 압압 수단(30)으로서 원뿔 형상의 스프링을 이용하여, 외경이 큰 측을 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각의 용단부(53) 측을 향해 배치한 경우, 압압 수단(30)으로부터 차폐 부재(20)에 의해 균등하게 탄성력을 부여할 수 있어, 바람직하다.
(걸림 부재)
걸림 부재(70)는, 제2 절연 부재(60B)의 간극(65)을 연결하여, 차폐 부재(20)의 이동을 억제한다.
보호 소자(100)에 있어서는, 3개의 걸림 부재(70(70A, 70B, 70C))를 구비하는데, 3개에 한정되지 않는다.
걸림 부재(70A)는 제2 절연 부재(60B)의 홈(60Ba1) 및 홈(60Ba2)에 재치되고, 걸림 부재(70B)는 제2 절연 부재(60B)의 홈(60Bb1) 및 홈(60Bb2)에 재치되며, 걸림 부재(70C)는 제2 절연 부재(60B)의 홈(60Bc1) 및 홈(60Bc2)에 재치된다.
또, 차폐 부재(20)의 볼록 형상부(20a)의 선단(20aa)에는 걸림 부재의 형상과 위치에 대응한 홈이 있으며(도 12(b) 참조), 그 홈이 걸림 부재를 사이에 두도록 안정적으로 유지한다.
3개의 걸림 부재(70A, 70B, 70C)는 동일한 형상이다. 걸림 부재(70A)에 대해 도면을 이용하여 형상을 설명하면, 걸림 부재(70A)는 제2 절연 부재(60B)에 형성된 홈에 재치되고 지지되는 지지부(70Aa)와, 지지부로부터 하방으로 연장되어 그 선단(70Aba)이 최상부의 가용성 도체 시트(50f)에 근접 혹은 접촉하는 돌출부(70Ab)를 갖는다. 걸림 부재(70)에서는, 모든 걸림 부재가 동일한 형상인데, 상이한 형상인 것이 포함되어도 된다.
걸림 부재(70A, 70B, 70C) 위에 발열체(80A, 80B)가 재치되어 있다. 발열체(80A, 80B)에 전류가 통전되면, 발열체(80A, 80B)가 발열하여, 걸림 부재(70)에 전열되고 걸림 부재(70)는 승온하여 연화 온도 이상의 온도에 있어서 연화된다. 여기서, 연화 온도란, 고상과 액상이 혼재 혹은 공존하는 온도 혹은 온도 범위를 의미한다. 걸림 부재(70)가 연화 온도 이상의 온도가 되면, 외력에 의해 변형될 정도로 부드러워진다.
연화된 걸림 부재(70)는 압압 수단(30)의 압압력에 의해서 압압된 차폐 부재(20)의 볼록 형상부(20a)에 의해서 물리적으로 절단되기 쉬워진다. 걸림 부재(70)가 절단되면, 차폐 부재(20)의 볼록 형상부(20a)는, 간극(65, 64)에 Z방향 하방으로 삽입되어 간다.
볼록 형상부(20a)가 간극(65, 64)에 Z방향 하방으로 삽입되어 갈 때에, 볼록 형상부(20a)가 가용성 도체 시트를 절단하면서, 나아가 최하 위치까지 도달한다. 이에 따라 볼록 형상부(20a)는 가용성 도체 시트(50a~50f)를 그 용단부(53)로 제1 단자(91) 측과 제2 단자(92) 측에 차폐한다. 이에 따라 가용성 도체 시트(50a~50f)가 절단될 때에 발생하는 아크 방전은 신속하고 확실히 소멸시킬 수 있다.
발열체(80A, 80B)의 발열이 걸림 부재(70)를 개재하여 가용성 도체 시트(50f)가 가열되고, 추가로 다른 가용성 도체 시트도 가열되어, 가용성 도체 시트(50a~50f)는 물리적으로 절단되기 쉽다. 또, 발열체(80A, 80B)의 발열의 크기에 따라서는 가용성 도체 시트(50f)가 열적으로 용단될 수 있다. 이 경우에는, 볼록 형상부(20a)는 그대로 나아가 최하 위치까지 도달한다.
걸림 부재(70)에서는, 돌출부(70Ab)가 가용성 도체 시트(50f)에 접촉하고 있다. 그로 인해, 가용성 도체 시트에 정격 전류를 초과하는 과전류가 흐르면, 가용성 도체 시트(50f)에 접촉하고 있는 걸림 부재(70)는 전열되어 승온하고, 연화 온도 이상의 온도에 있어서 연화된다.
또, 큰 과전류가 흐른 순간에 가용성 도체 시트(50f)가 용단된 경우에는, 발생한 아크 방전이 걸림 부재(70)에도 흘러, 걸림 부재(70)는 연화 온도 이상의 온도에 있어서 연화된다.
연화된 걸림 부재(70)는 압압 수단(30)의 압압력에 의해서 압압된 차폐 부재(20)의 볼록 형상부(20a)에 의해서 물리적으로 절단되기 쉬워진다. 걸림 부재(70)가 절단되면, 차폐 부재(20)의 볼록 형상부(20a)는, 간극(65, 64)에 Z방향 하방으로 삽입되어 간다.
이 경우, 가용성 도체 시트는 정격 전류를 초과하는 과전류가 흘러 열적으로 용단되어 있고, 볼록 형상부(20a)는 그대로 간극(65, 64)에 Z방향 하방으로 삽입되어 간다. 이 때, 볼록 형상부(20a)는 가용성 도체 시트(50a~50f)를 그 용단부로 제1 단자(91) 측과 제2 단자(92) 측에 차폐한다. 이에 따라 가용성 도체 시트(50a~50f)가 절단될 때에 발생하는 아크 방전은 신속하고 확실히 소멸시킬 수 있다.
만일 가용성 도체 시트가 아직도 열적으로 용단되어 있지 않을 때에도, 볼록 형상부(20a)가 간극(65, 64)에 Z방향 하방으로 삽입되어 갈 때에, 볼록 형상부(20a)가 가용성 도체 시트를 절단하면서, 나아가 최하 위치까지 도달한다. 이에 따라 볼록 형상부(20a)는 가용성 도체 시트(50a~50f)를 그 용단부로 제1 단자(91) 측과 제2 단자(92) 측에 차폐한다. 이에 따라 가용성 도체 시트(50a~50f)가 차단될 때에 발생하는 아크 방전은 신속하고 확실히 소멸시킬 수 있다.
도 7(a)에 걸림 부재(70)의 변형예인 걸림 부재(71)를 갖는 보호 소자를 나타낸다. 도 7(b)는, 걸림 부재(71)의 근방의 확대도이다.
걸림 부재(71)는, 제2 절연 부재(60B)에 형성된 홈에 재치되고 지지되는 지지부(71Aa)만을 갖고, 가용성 도체 시트(50f)에 접촉하는 돌출부를 갖지 않는 구성이다.
걸림 부재(71)는 가용성 도체 시트(50f)에 접촉하는 부분을 갖지 않기 때문에, 가용성 도체 시트에 정격 전류를 초과하는 과전류가 흘러도 연화되지 않고, 발열체(80)에 의해서만 연화된다. 단, 고전압에 수반하는 아크 방전이 발생한 경우에 있어서는, 아크 방전이 걸림 부재(71)에 도달하여 걸림 부재(71)를 용단시키고, 볼록 형상부(20a)에 의한 가용성 도체 시트(50a~50f)를 그 용단부로 제1 단자(91) 측과 제2 단자(92) 측에 차폐한다.
걸림 부재(70, 71)의 재료는 가용성 도체 시트와 동일한 재료의 것으로 할 수 있는데, 발열체(80)의 통전에 의해서 신속히 연화하기 때문에, 저융점 금속층과 고융점 금속층을 포함하는 적층체인 것이 바람직하다. 예를 들어, 융점 217℃의 Sn을 주성분으로 하는 합금의 주위를, 융점 962℃의 Ag로 도금한 것을 이용할 수 있다.
(발열체)
발열체(80)는 걸림 부재(70)의 상면에 접촉하도록 재치된다. 발열체(80)에 전류를 통전시킴으로써 발열하고, 그 열에 의해서 걸림 부재(70)를 가열하여 연화, 용융한다.
걸림 부재(70)의 용융에 의해서, 압압 수단(30)에 의해서 Z방향 하방으로 압압력이 부여되어 있는 차폐 부재(20)는 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)의 간극에 삽입되고, 가용성 도체 시트(50)를 절단하여, 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)를 제1 단자(91) 측과 제2 단자(92) 측에 차폐한다.
보호 소자(100)에 있어서는, 2개의 발열체(80(80A, 80B))를 구비하는데, 2개에 한정되지 않는다.
도 8에 발열체(80)의 모식도를 나타낸다. 도 8(a)는 발열체(80)의 앞면(압압 수단(30) 측의 면)의 평면도이고, 도 8(b)는 절연 기판의 평면도이며, 도 8(c)~(e)는 각각, 절연 기판의 앞면 측의 3층을 차례로 적층하고, 아래의 층도 보이도록 나타낸 투과 평면도이다. 도 8(c)는 절연 기판 상에 저항층을 적층한 상태, (d)는 (c)에 추가로 절연층을 적층한 상태, (e)는 (d)에 추가로 전극층을 적층한 상태의 평면도이다. 도 8(f)는 발열체(80)의 이면(퓨즈 엘리먼트 적층체(40) 측의 면)의 평면도이다.
발열체(80A, 80B)는 각각, 절연 기판(80-3)의 앞면(80-3A)(압압 수단(30) 측의 면)에 평행하게 이격하여 배치하는 2개의 저항층(80-1(80-1a, 80-1b))과, 저항층(80-1)을 덮는 절연층(80-4)과, 절연 기판(80-3) 상에 형성되고, 저항층(80-1a)의 양단에 전기적으로 접속하는 발열체 전극(80-5a) 및 발열체 전극(80-5b)과, 저항층(80-1b)의 양단에 전기적으로 접속하는 발열체 전극(80-5c) 및 발열체 전극(80-5d)과, 절연 기판(80-3)의 이면(80-3B)(퓨즈 엘리먼트 적층체(40) 측의 면)에 형성된 전극층(80-2(80-2a, 80-2b))을 갖는다. 저항층은, 발열체(80A, 80B) 각각 2개씩 구비하는데, 이것은 180도 회전하여 탑재해도 되도록 배려한 fail-safe 설계이며, 2개가 필수는 아니다.
저항층(80-1)은, 통전하면 발열하는 도전성을 갖는 재료, 예를 들어 니크롬, W, Mo, Ru 등, 또는, 이들을 포함하는 재료로 이루어진다. 저항층(80-1)은, 이들의 합금 혹은 조성물, 화합물의 분상체를 수지 바인더 등과 혼합하여, 페이스트 형상으로 한 것을 절연 기판(80-3) 상에 스크린 인쇄 기술을 이용하여 패턴 형성하고, 소성하는 방법 등에 의해서 형성한다. 절연 기판(80-3)은, 예를 들어, 알루미나, 유리 세라믹스, 멀라이트, 지르코니아 등의 절연성을 갖는 기판이다. 절연층(80-4)은, 저항층(80-1)의 보호를 도모하기 위해 형성된다. 절연층(80-4)의 재료로는, 예를 들어, 세라믹스, 유리 등의 절연 재료를 이용할 수 있다. 절연층(80-4)은, 절연 재료의 페이스트를 도포하고, 소성하는 방법에 의해서 형성할 수 있다.
발열체(80A, 80B) 각각의 앞면의 발열체 전극(80-5a~d)과, 이면의 전극층(80-2a~b)은, 절연 기판(80-3)에 의해 전기적으로 절연되어 있다.
발열체(80A, 80B)로는 도 8에 나타낸 것에 한정되지 않으며, 공지의 것을 이용할 수 있다.
발열체(80A, 80B)는, 보호 소자(100)의 통전 경로가 되는 외부 회로에 이상이 발생하는 등에 의해서 통전 경로를 차단할 필요가 생긴 경우에, 외부 회로에 형성된 전류 제어 소자에 의해서 통전되고 발열된다.
(급전 부재)
도 9는, 발열체(80A, 80B)에 급전하는 급전 부재의 인출 방법을 설명하기 위한 보호 소자의 사시도이고, (a)는 발열체(80A, 80B)를 직렬로 잇는 경우이며, (b)는 발열체(80A, 80B)를 병렬로 잇는 경우이다.
도 9(a)에 있어서는, 급전 부재(90a)가 발열체(80A)의 발열체 전극(80-5c)(도 8 참조)에 접속되고, 발열체(80B)의 발열체 전극(80-5a)(도 8 참조)에 급전 부재(90b)가 접속되며, 급전 부재(90a)가 발열체(80A)의 발열체 전극(80-5d)(도 8 참조) 및 발열체(80B)의 발열체 전극(80-5b)(도 8 참조)에 접속되어 있다. 또, 발열체(80A)의 전극층(80-2)은 걸림 부재(70(70A, 70B, 70C))를 개재하여 발열체(80B)의 전극층(80-2)에 접속되어 있다. 이 구성에서는, 「급전 부재(90a)~발열체(80A)의 발열체 전극(80-5c)~발열체(80A)의 저항층(80-1a)~발열체(80A)의 발열체 전극(80-5d)~급전 부재(90a)~발열체(80B)의 발열체 전극(80-5b)~발열체(80B)의 저항층(80-1b)~발열체(80B)의 발열체 전극(80-5a)~급전 부재(90b)」의 경로에서 급전하여 발열체(80A, 80B)를 발열시킨다. 이 발열에 의해서 걸림 부재(70(70A, 70B, 70C))가 용융되고, 차폐 부재(20)가 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)의 간극(64, 65)에 삽입된다. 차폐 부재(20)가 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)의 간극(64, 65)에 삽입됨으로써 급전 부재(90a)가 절단되고, 발열체(80A, 80B)로의 급전이 차단되어, 발열체(80A, 80B)의 발열이 정지한다.
도 9(b)에 있어서는, 급전 부재(90c)가 발열체(80A)의 발열체 전극(80-5c)에 접속되고, 발열체(80A)의 발열체 전극(80-5d)에 급전 부재(90e)가 접속되어 있다. 또, 급전 부재(90d)가 발열체(80B)의 발열체 전극(80-5a)에 접속되고, 발열체 전극(80-5b)(도 8 참조)에 급전 부재(90f)가 접속되어 있다. 이 구성에서는, 「급전 부재(90c)~발열체(80A)의 발열체 전극(80-5c)~발열체(80A)의 저항층(80-1a)~발열체(80A)의 발열체 전극(80-5d)~급전 부재(90e)」의 제1 경로와, 「급전 부재(90d)~발열체(80B)의 발열체 전극(80-5a)~발열체(80B)의 저항층(80-1b)~발열체(80B)의 발열체 전극(80-5b)~급전 부재(90f)」의 제2 경로가 병렬로 구성되어 있다. 제1 경로 및 제2 경로에서 급전하여 발열체(80A, 80B)를 발열시킨다. 이 발열에 의해서 걸림 부재(70(70A, 70B, 70C))가 용융되고, 차폐 부재(20)가 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)의 간극(64, 65)에 삽입된다. 이 구성에서는, 차폐 부재(20)가 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)의 간극(64, 65)에 삽입됨으로써 발열체(80A, 80B)로의 급전이 차단되지 않고, 발열체(80A, 80B)의 발열이 계속된다. 따라서, 별도 시스템 제어(타이머 등)에 의해 적절히 전류 제어 소자로의 통전을 정지함으로써, 차단 후의 보호 소자(100)의 발열체(80A, 80B)의 발열을 정지할 수 있다.
(제1 단자, 제2 단자)
제1 단자(91)는, 한쪽의 단부가 가용성 도체 시트(50a~50f)의 제1 단부(51)와 접속하고, 다른쪽의 단부가 절연 케이스(10)의 외부에 노출되어 있다. 또, 제2 단자(92)는, 한쪽의 단부가 가용성 도체 시트(50a~50f)의 제2 단부(52)와 접속하고, 다른쪽의 단부가 절연 케이스(10)의 외부에 노출되어 있다.
제1 단자(91)와 제2 단자(92)는, 대략 동형이어도 되고, 각각 상이한 형상이어도 된다. 제1 단자(91) 및 제2 단자(92)의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 0.3mm 이상 1.0mm 이하의 범위 내에 있어도 된다. 제1 단자(91)의 두께와 제2 단자(92)의 두께는, 동일해도 되고, 상이해도 된다.
제1 단자(91)는, 외부 단자 구멍(91a)을 구비하고 있다. 또, 제2 단자(92)는, 외부 단자 구멍(92a)을 구비하고 있다. 외부 단자 구멍(91a), 외부 단자 구멍(92a) 중, 한쪽은 전원 측에 접속하기 위해서 이용되고, 다른쪽은 부하 측에 접속하기 위해서 이용된다. 혹은, 외부 단자 구멍(91a), 외부 단자 구멍(92a)은, 부하의 내부의 통전 경로에 접속되기 위해서 이용되어도 된다. 외부 단자 구멍(91a) 및 외부 단자 구멍(92a)은, 평면에서 봤을 때 대략 원형의 관통 구멍으로 할 수 있다.
제1 단자(91) 및 제2 단자(92)로는, 예를 들어, 동, 황동, 니켈 등으로 이루어지는 것을 이용할 수 있다. 제1 단자(91) 및 제2 단자(92)의 재료로서, 강성 강화의 관점에서는 황동을 이용하는 것이 바람직하고, 전기 저항 저감의 관점에서는 동을 이용하는 것이 바람직하다. 제1 단자(91)와 제2 단자(92)는, 동일한 재료로 이루어지는 것이어도 되고, 다른 재료로 이루어지는 것이어도 된다.
(보호 소자의 제조 방법)
본 실시 형태의 보호 소자(100)는, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
먼저, 지그로 위치 결정된 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)와, 제1 단자(91) 및 제2 단자(92)를 준비한다. 그리고, 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)의 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각의 제1 단부(51)와 제1 단자(91)를 납땜에 의해서 접속한다.
또, 제2 단부(52)와 제2 단자(92)를 납땜에 의해서 접속한다. 납땜에 사용되는 땜납 재료로는, 공지의 것을 이용할 수 있으며, 저항률과 융점 및 환경 대응 납프리의 관점에서 Sn을 주성분으로 하는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 가용성 도체 시트(50a~50f)의 제1 단부(51)와 제1 단자(91)의 접속 및 가용성 도체 시트(50a~50f)의 제2 단부(52)와 제2 단자(92)의 접속은, 납땜에 한정되는 것이 아니며, 용접에 의한 접합 등 공지의 접합 방법을 이용해도 된다.
다음으로, 걸림 부재(70A, 70B, 70C)를 준비한다. 걸림 부재(70A, 70B, 70C) 각각을, 도 3에 나타낸 제2 절연 부재(60B)의 홈(60Ba1) 및 홈(60Ba2), 홈(60Bb1) 및 홈(60Bb2), 및, 홈(60Bc1) 및 홈(60Bc2) 각각에 배치한다.
또, 제2 절연 부재(60B)와 동일한 형상의 지그를 이용해도 된다.
다음으로, 도 8(a) 및 도 8(b)에 나타낸 발열체(80A, 80B)와 땜납 페이스트를 준비한다. 그리고, 걸림 부재(70A, 70B, 70C)와 발열체(80A, 80B)의 접속 부위에 땜납 페이스트를 적량 도포한 후, 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 제2 절연 부재(60B)의 소정의 위치에 발열체(80A, 80B)를 배치한다. 발열체(80A, 80B)는 그 이측이 걸림 부재(70A, 70B, 70C) 위에 재치된다. 오븐이나 리플로우노 등에서 가열하여 걸림 부재(70A, 70B, 70C)와 발열체(80A, 80B)를 땜납 접속한다.
다음으로, 급전 부재(90a, 90b, 90A)를 준비한다. 급전 부재(90a)를 급전 부재 재치면(12)에 배치하고, 급전 부재(90a)를 발열체(80A)의 발열체 전극(80-5c)에 납땜함으로써 접속한다. 또, 급전 부재(90b)를 급전 부재 재치면(12)에 배치하고, 급전 부재(90b)를 발열체(80B)의 발열체 전극(80-5a)에 납땜함으로써 접속한다. 또, 급전 부재(90a)를 발열체(80A)의 발열체 전극(80-5d) 및 발열체(80B)의 발열체 전극(80-5b)에 납땜함으로써 접속한다. 급전 부재(90a, 90b, 90A)와 발열체(80A, 80B)는, 용접에 의한 접합에 의해서 접속되어 있어도 되고, 공지의 접합 방법을 이용할 수 있다.
다음으로, 제2 유지 부재(10BB), 차폐 부재(20), 및, 압압 수단(30)을 준비한다. 그리고, 압압 수단(30)을 차폐 부재(20)의 오목부(20ba)에 배치하고, 제2 유지 부재(10BB)에 수용한다.
다음으로, 차폐 부재(20)의 선단(20aa)에 형성된 홈에 걸림 부재(70A, 70B, 70C)를 끼워넣어 압압 수단(30)을 압축하면서, 제1 유지 부재(10Ba)의 제1 단부(10Baa) 및 제2 단부(10Bab) 각각에 2개씩 형성된 오목부(17)에, 제2 유지 부재(10BB)의 대응 개소에 형성된 4개의 볼록부(도시하지 않음)를 걸어 맞추어, 유지 부재(10B)를 형성한다.
다음으로, 커버(10A)를 준비한다. 그리고, 커버(10A)의 수용부(22)에, 유지 부재(10B)를 삽입한다. 이어서, 유지 부재(10B)의 단자 접착제 주입구(16)에 접착제를 주입하여, 단자 재치면(111)과 제1 단자(91) 및 제2 단자(92)의 간극을 메운다. 또, 케이스 접착제 주입구인 커버(10A)의 타원 형상 측면의 경사면(21)에 접착제를 주입하여, 커버(10A)와 유지 부재(10B)를 접착시킨다. 접착제로는, 예를 들어, 열경화성 수지를 포함하는 접착제를 이용할 수 있다. 이렇게 하여, 커버(10A) 내가 밀폐된 절연 케이스(10)가 형성된다.
이상의 공정에 의해, 본 실시 형태의 보호 소자(100)가 얻어진다.
본 실시 형태의 보호 소자(100)에서는, 퓨즈 엘리먼트(50)(복수 개의 가용성 도체 시트(50a~50f))에 정격 전류를 초과하는 과전류가 흐른 경우에 퓨즈 엘리먼트(50)가 열적으로 용단되어 전류 경로를 차단시키는 것 외, 발열체(80)에 전류를 통전하여 차폐 부재(20)의 이동을 억제하고 있는 걸림 부재(70)를 용융하여, 압압 수단(30)에 의해서 차폐 부재(20)를 이동시키고, 퓨즈 엘리먼트(50)를 물리적으로 절단하여 전류 경로를 차단시키는 것이 가능하다.
본 실시 형태의 보호 소자(100)에서는, 압압 수단(30)에 의한 압압력이 부여되어 있는 차폐 부재(20)의 이동을 걸림 부재(70)에 의해서 억제하는 구성이기 때문에, 전류 경로의 차단시 이외는, 퓨즈 엘리먼트(50)(복수 개의 가용성 도체 시트(50a~50f))에 압압 수단(30)과 차폐 부재(20)에 의한 절단 압압력이 걸리지 않는다. 그로 인해, 퓨즈 엘리먼트(50)의 경시 열화가 억제되고, 또, 전류 경로의 차단이 필요하지 않을 때에 퓨즈 엘리먼트(50)가 승온했을 때에 압압력이 부여된 상태인 것에 기인하는 단선을 방지할 수 있다.
본 실시 형태의 보호 소자(100)에서는, 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)가 두께 방향으로 병렬 배치된 복수 개의 가용성 도체 시트(50a~50f)를 포함하고, 그 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각이 그 사이에 배치된 제1 절연 부재(60Aa~60Af) 및 제2 절연 부재(60B)와 근접 혹은 접촉(밀착)하여 절연되어 있다. 이로 인해, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각에 흐르는 전류값이 작아지고 또한 가용성 도체 시트(50a~50f)를 둘러싸는 공간이 매우 좁아져, 용단됨으로써 발생하는 아크 방전의 규모가 작아지기 쉬워진다. 즉, 용단 공간이 좁으면 그 공간 내의 기체가 적어져, 아크 방전 중에 전류가 흐르는 경로가 되는 「공간 내의 기체가 전리하여 발생하는 플라즈마」의 양도 적어져, 아크 방전을 조기에 소호하기 쉬워진다. 따라서, 본 실시 형태의 보호 소자(100)에 의하면, 절연 케이스(10)의 사이즈를 소형 경량화하는 것이 가능해진다.
본 실시 형태의 보호 소자(100)에 있어서, 가용성 도체 시트(50a~50f) 중 최하부에 배치된 가용성 도체 시트(50a)와 절연 케이스(10)의 제1 유지 부재(10Ba) 사이에 제1 절연 부재(60Aa)가 배치되고, 또, 가용성 도체 시트(50a~50f) 중 최상부에 배치된 가용성 도체 시트(50f)와 절연 케이스(10)의 제2 유지 부재(10BB) 사이 각각에 제2 절연 부재(60B)가 배치되어 있으면, 가용성 도체 시트(50a, 50f)가 제1 유지 부재(10Ba), 제2 유지 부재(10BB)와 직접 접촉하지 않기 때문에, 아크 방전에 의해서, 이들 절연 케이스(10)의 내부 표면에 도전로가 되는 탄화물이 형성되기 어려워지므로, 절연 케이스(10)의 사이즈를 소형으로 해도 리크 전류가 발생하기 어려워진다.
본 실시 형태의 보호 소자(100)에 있어서, 제1 절연 부재(60Aa~60Af) 및 제2 절연 부재(60B)가 가용성 도체 시트(50a~50f)의 제1 단부(51)와 제2 단부(52)의 용단부(53)에 대향하는 위치에서 분리되어 있으면, 가용성 도체 시트(50a~50f)가 용단부(53)로 용단되었을 때에, 제1 절연 부재(60Aa~60Af) 및 제2 절연 부재(60B)의 표면의 연속적인 용융 비산물의 부착을 억제할 수 있다. 이로 인해, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 용단에 의해서 발생한 아크 방전을 조기에 소호시킬 수 있다.
본 실시 형태의 보호 소자(100)에 있어서, 제1 절연 부재(60Aa~60Af), 제2 절연 부재(60B), 차폐 부재(20), 절연 케이스(10)의 커버(10A), 및 유지 부재(10B) 중 적어도 하나는, 내트래킹 지표 CTI가 500V 이상인 재료로 형성되어 있으면, 아크 방전에 의해서, 이들 부품의 표면에 도전로가 되는 탄화물이 형성되기 어려워지므로, 절연 케이스(10)의 사이즈를 소형으로 해도 리크 전류가 보다 발생하기 어려워진다.
본 실시 형태의 보호 소자(100)에 있어서, 제1 절연 부재(60Aa~60Af), 제2 절연 부재(60B), 차폐 부재(20), 절연 케이스(10)의 커버(10A), 및 유지 부재(10B) 중 적어도 하나는, 폴리아미드계 수지 또는 불소계 수지로 형성되어 있으면, 폴리아미드계 수지 또는 불소계 수지는, 절연성과 내트래킹성이 우수하므로, 소형화와 경량화를 양립하기 쉬워진다.
본 실시 형태의 보호 소자(100)에 있어서, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각이, 저융점 금속층과 고융점 금속층을 포함하는 적층체이며, 저융점 금속층이 Sn을 포함하고, 고융점 금속층이 Ag 혹은 Cu를 포함하면, 저융점 금속층이 용융함으로써 고융점 금속이 Sn에 의해서 용해되므로, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 용단 온도가 낮아진다. 또, Ag나 Cu는 Sn보다 물리적 강도가 높기 때문에, 저융점 금속층에 고융점 금속층을 적층한 가용성 도체 시트(50a~50f)의 물리적 강도는, 저융점 금속층 단체의 물리적 강도보다 높아진다. 나아가서는, Ag나 Cu는 Sn보다 전기 저항률이 낮고, 저융점 금속층에 고융점 금속층을 적층한 가용성 도체 시트(50a~50f)의 전기 저항값은, 저융점 금속층 단체의 전기 저항값보다 낮아진다. 즉, 보다 대전류 대응의 퓨즈 엘리먼트가 된다.
본 실시 형태의 보호 소자(100)에 있어서, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각이, 고융점 금속층을 2층 이상 갖고, 저융점 금속층을 1층 이상 가지며, 저융점 금속층이 고융점 금속층의 사이에 배치된 적층체와, 외측에 고융점 금속층이 있으므로, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 강도가 높아진다. 특히, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 제1 단부(51)와 제1 단자(91) 및 제2 단부(52)와 제2 단자(92)를 납땜으로 접속하는 경우에는, 납땜시의 가열에 의한 가용성 도체 시트(50a~50f)의 변형이 일어나기 어려워진다.
본 실시 형태의 보호 소자(100)에 있어서, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각이, 은 혹은 동을 포함하는 단층체이면, 고융점 금속층과 저융점 금속층의 적층체인 경우에 비해, 전기 저항률이 작아지기 쉽다. 이로 인해, 은 혹은 동을 포함하는 단층체로 이루어지는 가용성 도체 시트(50a~50f)는, 고융점 금속층과 저융점 금속층의 적층체로 이루어지는 가용성 도체 시트(50a~50f)와 동일한 면적으로 동등한 전기 저항을 갖는 경우에서도, 두께를 얇게 할 수 있다. 가용성 도체 시트(50a~50f)의 두께가 얇으면, 가용성 도체 시트(50a~50f)가 용단되었을 때의 용융 비산물량도 두께에 비례하여 적어져, 차단 후의 절연 저항이 높아진다.
본 실시 형태의 보호 소자(100)에 있어서, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각은, 용단부(53)에 관통 구멍(54)이 형성되어 있고, 제1 단부(51) 및 제2 단부(52)의 통전 방향의 단면적보다 용단부(53)의 통전 방향의 단면적이 작아지도록 된 용단부를 갖고 있으므로, 전류 경로에 정격을 초과하는 전류가 흘렀을 때 용단되는 부위가 안정된다. 또한, 본 실시 형태의 보호 소자(100)에 있어서는 용단부(53)에 관통 구멍(54)을 형성하고 있는데, 용단부(53)의 단면적이 작아지는 방법에 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 용단부(53)의 양단부를 오목한 형상으로 잘라내는 것이나 부분적으로 두께를 얇게 함으로써, 용단부(53)의 단면적을 작게 해도 된다.
(변형예)
도 10은, 제1 실시 형태의 변형예의 모식도이고, (a)는 유지 부재(10B)의 변형예인 유지 부재(10BB)의 사시도이며, (b)는 제1 절연 부재(60A) 및 제2 절연 부재(60B)의 변형예인 제1 절연 부재(61A) 및 제2 절연 부재(61B)가 차폐 부재(20)의 볼록 형상부(20a)가 이동(통과) 가능한 개구부를 갖는 구성의 사시도이다. 도 11(a)에 제2 절연 부재의 사시 모식도, (b)에 제1 절연 부재의 사시 모식도를 나타낸다. 또한, 6개의 제1 절연 부재는 동일한 형상을 갖는 것이기 때문에, 도 11(b)에 나타내는 제1 절연 부재는 그 공통되는 구성을 나타내는 것이다.
또한, 이 변형예에 있어서의 퓨즈 엘리먼트 적층체는, 제1 절연 부재 이외는 도 4에서 나타내는 구성과 동일하다. 따라서, 이하의 설명에 있어서는 도 4에서 나타내는 부재와 공통되는 부재에 대해서는 동일한 부호로 기재한다.
도 10 및 도 11에 나타내는 제1 절연 부재(61Aa~61Af) 각각은 제1 개구부(64A)를 갖고, 제2 절연 부재(61B)는 제2 개구부(65A)를 갖는다. 또, 제1 개구부(64A)와 제2 개구부(65A)의 Y방향의 길이는, 가용성 도체 시트(50a~50f) 및 차폐 부재(20)의 볼록 형상부(20a)의 Y방향의 길이보다 크다. 이에 따라, 가용성 도체 시트(50a~50f)가 차단된 후, 볼록 형상부(20a)가 제1 개구부(64A)와 제2 개구부(65A)에 삽입되어 가용성 도체 시트(50a~50f)의 용단부가 확실히 차폐된다.
제1 절연 부재(61Aa~61Af) 각각 및 제2 절연 부재(61B)는 각각 Y방향의 양단 측에, 퓨즈 엘리먼트의 차단시에 발생하는 아크 방전에 수반하는 압력 상승을 절연 케이스의 압압 수단 수용 공간으로 효율적으로 내보내기 위한 통기 구멍(67A)을 갖는다. 도시한 예에서는, 제1 절연 부재(61Aa~61Af) 각각 및 제2 절연 부재(61B)는 각각 Y방향의 양단 측이며 제1 개구부(64A) 혹은 제2 개구부(65A)를 사이에 두고 좌우에, 통기 구멍(67A)을 5개씩 갖는데, 개수에 제한은 없다.
아크 방전에 의해 발생한 상승 압력은, 통기 구멍(67A)을 통과하여, 압압 수단 지지부(20b)와 제2 유지 부재(10BBb) 사이에 형성된 네 모서리의 간극(도시하지 않음)을 개재하여, 절연 케이스(10)의 압압 수단(30)을 수용하는 공간으로 효율적으로 내보낸다. 그리고, 그 결과, 차폐 부재(20)의 차폐 동작이 부드럽게 행해짐과 더불어, 제1 절연 부재(61Aa~61Af)와 제2 절연 부재(61B)의 파괴가 방지된다.
제1 개구부(64A), 제2 개구부(65A)는, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 제1 단부(51)와 제2 단부(52) 사이에 배치하는 용단부(53)에 대향하는 위치에 있다.
제1 절연 부재(61Aa~61Af) 및 제2 절연 부재(61B)의 재료에 대해서는, 제1 절연 부재(60Aa~60Af) 및 제2 절연 부재(60B)의 재료와 동일한 것이 바람직하고, 또, 동일한 종류의 재료를 이용할 수 있다.
도 10(a) 및 도 10(b)에 나타내는 유지 부재(10BB)(Z방향으로 상측에 배치하는 제2 유지 부재(10BBb)와 Z방향으로 하측에 배치하는 제1 유지 부재(10BBa))는, 제1 절연 부재 및 제2 절연 부재의 변형예에 대응하는 형상으로 되어 있다.
(보호 소자(제2 실시 형태))
도 12~도 15는, 본 발명의 제2 실시 형태에 따르는 보호 소자를 나타내는 모식도이다. 제2 실시 형태에 따르는 보호 소자는, 전류 경로를 차단시키는 기구로서, 발열체에 의한 액티브 차단 기구를 갖지 않고, 가용성 도체 시트에 정격 전류를 초과하는 과전류가 흐른 경우에 가용성 도체 시트가 용단되어 전류 경로를 차단시키는 과전류 차단 기구에만 의한 점이 제1 실시 형태에 따르는 보호 소자에 대한 주된 차이점이다. 구체적으로는, 제2 실시 형태에 따르는 보호 소자는, 발열체 및 급전 부재를 갖지 않는 점이 제1 실시 형태에 따르는 보호 소자에 대한 주된 차이점이다.
이하의 도면에 있어서, 제1 실시 형태에 따르는 보호 소자와 동일 또는 거의 동일한 구성 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다.
도 12(a)는, 도 2에 대응하는 도면이고, 보호 소자의 내부가 보이도록 일부를 제거하고 모식적으로 나타낸 사시도이며, (b)는 차폐 부재의 사시도이다. 도 13은, 제2 실시 형태에 따르는 보호 소자의, 도 5(a)에 대응하는 단면도이다. 도 14는, 도 6에 대응하는 단면도이며, 차폐 부재가 퓨즈 엘리먼트를 절단하고 완전히 내려간 상태의 보호 소자의 단면도이다. 도 15는, 퓨즈 엘리먼트 적층체, 제1 단자 및 제2 단자가 제1 유지 부재에 설치된 상태를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 12~도 15에 나타내는 보호 소자(200)는, 절연 케이스(11)와, 퓨즈 엘리먼트 적층체(140)와, 제1 절연 부재(160A)와, 차폐 부재(120)와, 압압 수단(30)과, 걸림 부재(70)를 갖는다. 또한, 본 실시 형태의 보호 소자(200)에 있어서, 통전 방향은, 사용시에 있어서 전기가 흐르는 방향(X방향)을 의미하고, 통전 방향의 단면적은, 통전 방향에 대해서 직교하는 방향의 면(Y-Z면)의 면적을 의미한다.
(절연 케이스)
절연 케이스(11)는, 대략 타원 기둥 형상(Y-Z면의 단면이 X방향의 어느 위치에서도 타원)이다. 절연 케이스(11)는, 커버(110A)와 유지 부재(110B)로 이루어진다.
보호 소자(200)는 발열체 및 급전 부재를 갖지 않기 때문에, 그에 따라, 커버(110A) 및 유지 부재(110B)는 발열체용의 부위나 급전 부재용의 부위를 구비하지 않은 점이 커버(10A) 및 유지 부재(10B)에 대한 차이이다.
유지 부재(110B)는, Z방향으로 하측에 배치하는 제1 유지 부재(110Ba)와 Z방향으로 상측에 배치하는 제2 유지 부재(110Bb)로 이루어진다.
커버(110A) 및 유지 부재(110B)의 외형은, 소형이고 아크 방전에 의한 내압 상승에 견디도록 대략 타원 기둥 형상으로 하여 재료 사용량을 억제하고 있는데, 보호 소자의 정격 전압·정격 전류·차단 용량에 따라 아크 방전에 의한 파괴가 일어나지 않는 한에 있어서, 외형은 대략 타원 기둥 형상에 한정되지 않으며 직방체 등의 임의의 형상을 취할 수 있다.
유지 부재(110B)의 내부에는, 내압 완충 공간(15)(도 14 참조)이 형성되어 있다. 내압 완충 공간(15)은, 퓨즈 엘리먼트 적층체(140)의 용단시에 발생하는 아크 방전에 의해서 생성되는 기체에 의한 보호 소자(200)의 내압의 급격한 상승을 억제하는 작용이 있다.
커버(110A)와 유지 부재(110B)의 재료로는, 커버(10A) 및 유지 부재(10B)와 동일한 재료를 이용할 수 있다.
(퓨즈 엘리먼트 적층체)
퓨즈 엘리먼트 적층체(140)는, 두께 방향으로 병렬 배치된 복수 개의 가용성 도체 시트(50)(복수 개의 가용성 도체 시트를 합쳐서 퓨즈 엘리먼트(50)라고 하는 경우가 있다)와, 복수 개의 가용성 도체 시트(50) 각각의 사이, 및, 복수 개의 가용성 도체 시트(50) 중 최하부 및 최상부에 배치된 가용성 도체 시트(50)의 외측에 근접 혹은 접촉시킨 상태로 배치되고, 제1 개구부가 형성된 복수의 제1 절연 부재(160A(160Aa~160Ag))를 갖는다. 퓨즈 엘리먼트 적층체(140)는 퓨즈 엘리먼트와 제1 절연 부재로 이루어진다.
복수 개의 가용성 도체 시트(50)는 도 4에서 나타낸 것과 동일한 구성을 갖는 것이고, 상술한 특징의 설명은 생략한다. 또, 복수의 제1 절연 부재(160A(160Aa~160Ag))는 모두 동일한 구성을 갖는 부재이며, 도 10(b)에서 나타내는 제1 절연 부재(61A)와 동일한 구성을 갖는 것이고, 상술한 특징의 설명은 생략한다.
도 12~도 15에 나타낸 보호 소자(200)에 있어서는, 보호 소자(100)가 구비하는 제2 절연 부재(60B)에 대응하는 개소에 제1 절연 부재를 구비하는 점에서 다르다. 보호 소자(200)에 있어서도, 최상부에 배치하는 제1 절연 부재로 바꾸고, 제1 절연 부재와는 상이한 구성의 절연 부재를 구비해도 된다.
여기서, 보호 소자(100)에 있어서는, 제2 절연 부재(60B)는 발열체(80)를 배치하는 개소를 구비하는 등에서 제1 절연 부재(60A)와 다르다. 그러나, 제1 절연 부재(60A)와 동일한 구성으로 대용하는 것도 가능하고, 이 경우에는 제2 절연 부재(60B)와 제1 절연 부재(60A)는 구성 상의 차이는 없어지며, 이 경우에는 보호 소자(100)도 퓨즈 엘리먼트 적층체(40)도 퓨즈 엘리먼트와 제1 절연 부재로 이루어지는 것이 된다.
퓨즈 엘리먼트 적층체(140)는, 두께 방향(Z방향)으로 병렬 배치된 6개의 가용성 도체 시트(50a, 50b, 50c, 50d, 50e, 50f)를 갖는다. 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각의 사이에는, 제1 절연 부재(160Ab, 160Ac, 160Ad, 160Ae, 160Af)가 배치되어 있다. 제1 절연 부재(160Ab~160Af)는, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각에 근접 혹은 접촉시킨 상태로 배치되어 있다. 근접시킨 상태는, 제1 절연 부재(160Ab~160Af)와 가용성 도체 시트(50a~50f)의 거리가 0.5mm 이하의 상태인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2mm 이하의 상태이다.
또, 가용성 도체 시트(50a~50f) 중 최하부에 배치된 가용성 도체 시트(50a)의 외측에는 제1 절연 부재(160Aa)가 배치되어 있다. 추가로, 가용성 도체 시트(50a~50f) 중 최상부에 배치된 가용성 도체 시트(50f)의 외측에는 제1 절연 부재(160Ag)가 배치되어 있다. 가용성 도체 시트(50a~50f)의 폭(Y방향의 길이)은, 제1 절연 부재(160Aa~160Ag)의 폭보다 좁아져 있다.
퓨즈 엘리먼트 적층체(140)는, 복수 개의 가용성 도체 시트가 6개인 예인데, 6개에 한정되지 않으며, 복수 개이면 된다.
또, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각에 있어서, 용단되기 쉽게 구성된 용단부(53)는 차폐 부재(120)의 볼록 형상부(120a)에 의해서 절단되기 쉽다.
가용성 도체 시트(50a~50f)의 두께는, 과전류에 의해서 용단되는 두께로 되어 있다. 구체적인 두께는 가용성 도체 시트(50a~50f)의 재료나 개수(매수), 또 압압 수단(30)의 압압력(응력)에 의존하는데, 예를 들어, 가용성 도체 시트(50a~50f)가 동박인 경우에는 기준으로서, 0.01mm 이상 0.1mm 이하의 범위로 할 수 있다.
또, 가용성 도체 시트(50a~50f)가 Sn을 주성분으로 하는 합금의 주위를 Ag로 도금한 박인 경우에는 기준으로서, 0.1mm 이상 1.0mm 이하의 범위로 할 수 있다.
제1 절연 부재(160Aa~160Ag) 각각은, X방향에 있어서의 중앙부에 차폐 부재(120)의 볼록 형상부(120a)가 이동(통과) 가능한 제1 개구부(64A)를 갖는다.
제1 절연 부재(160Aa~160Ag)는 퓨즈 엘리먼트의 차단시에 발생하는 아크 방전에 수반하는 압력 상승을 절연 케이스의 압압 수단 수용 공간으로 효율적으로 내보내기 위한 통기 구멍(67A)을 갖는다. 도시한 예에서는, 제1 절연 부재(160Aa~160Ag)는, 각각 Y방향의 양단 측의, 제1 개구부(64A)를 사이에 두고 좌우에, 통기 구멍(67A)을 5개씩 갖는데, 개수에 제한은 없다.
아크 방전에 의해 발생한 상승 압력은, 통기 구멍(67A)을 통과하여, 압압 수단 지지부(120b)와 제2 유지 부재(110Bb) 사이에 형성된 네 모서리의 간극(도시하지 않음)을 개재하여, 절연 케이스(11)의 압압 수단(30)을 수용하는 공간으로 효율적으로 내보내진다. 그리고, 그 결과, 차폐 부재(120)의 차폐 동작이 부드럽게 행해짐과 더불어, 제1 절연 부재(160Aa~160Ag)의 파괴가 방지된다.
제1 개구부(64A)는, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 제1 단부(51)와 제2 단부(52) 사이에 배치하는 용단부(53)에 대향하는 위치에 있다.
(차폐 부재)
차폐 부재(120)는, 퓨즈 엘리먼트 적층체(140) 측을 향하게 한 볼록 형상부(120a)와, 압압 수단(30)의 하부를 수용하여 지지하는 오목부(120ba)를 갖는 압압 수단 지지부(120b)를 갖는다. 볼록 형상부(120a)의 선단에 걸림 부재(70)를 사이에 두기 위한 끼움 홈(120aA)을 갖는다. 차폐 부재(120)에서는, 끼움 홈(120aA)을 3개 갖는데, 개수에 제한은 없다.
차폐 부재(120)는, 압압 수단(30)의 압압력이 하방에 부여된 상태로, 걸림 부재(70)에 의해서 하방으로의 이동이 억제되어 있다. 걸림 부재(70)는 그 돌출부(70Ab)가 가용성 도체 시트(50f)에 접촉하고 있기 때문에, 가용성 도체 시트에 정격 전류를 초과하는 과전류가 흐르면, 걸림 부재(70)는 전열되어 승온하고, 연화 온도 이상의 온도에 있어서 연화된다. 또, 큰 과전류가 흐른 순간에 가용성 도체 시트(50f)가 용단된 경우에는, 발생한 아크 방전이 걸림 부재(70)에도 흘러, 걸림 부재(70)는 연화 온도 이상의 온도에 있어서 연화된다. 연화된 걸림 부재(70)는 압압 수단(30)의 압압력에 의해서 압압된 차폐 부재(120)의 볼록 형상부(120a)에 의해서 물리적으로 절단되기 쉬워진다.
걸림 부재(70)가 절단되어 걸림 부재(70)에 의한 하방으로의 이동 억제가 빠지면, 차폐 부재(120)는 하방으로 이동하여 가용성 도체 시트(50a~50f)를 물리적으로 절단한다.
차폐 부재(120)에서는, 볼록 형상부(120a)의 선단(120aa)이 날카로워져 있으며, 가용성 도체 시트(50a~50f)를 절단하기 쉬운 형상으로 되어 있다.
도 14에, 차폐 부재(120)가 퓨즈 엘리먼트 적층체(140)의 제1 개구부(64A)를 이동하여, 볼록 형상부(120a)에 의해서 가용성 도체 시트(50a, 50b, 50c, 50d, 50e, 50f)를 절단하고, 차폐 부재(120)가 완전히 내려간 상태의 보호 소자의 단면도를 나타낸다.
차폐 부재(120)가 퓨즈 엘리먼트 적층체(140)의 제1 개구부(64A)를 이동하여 내려가 있고, 차폐 부재(120)의 볼록 형상부(120a)에 의해서 가용성 도체 시트(50f, 50e, 50d, 50c, 50b, 50a)를 차례로 절단하면, 절단면들이 볼록 형상부(120a)에 의해서 차폐되어 절연되고, 각 가용성 도체 시트를 개재한 통전 경로가 물리적으로 확실히 차단된다. 이에 따라, 아크 방전이 신속히 소멸(소호)한다.
또, 차폐 부재(120)가 퓨즈 엘리먼트 적층체(140)의 제1 개구부(64A)를 이동하여 하방으로 완전히 내려간 상태에서는, 차폐 부재(120)의 압압 수단 지지부(120b)가 제1 절연 부재(160Ag)로부터 퓨즈 엘리먼트 적층체(140)를 압압하여, 가용성 도체 시트와 제1 절연 부재(160Aa~160Ag)가 밀착하므로, 그 사이에 아크 방전을 계속할 수 있는 공간이 없어져, 아크 방전이 확실히 소멸한다.
볼록 형상부(120a)의 두께(X방향의 길이)는, 제1 절연 부재(160Aa~160Ag)의 제1 개구부(64A)의 X방향의 폭보다 작다. 이 구성에 의해서, 볼록 형상부(120a)는 제1 개구부(64A)를 Z방향 하방으로 이동 가능해진다.
예를 들어, 가용성 도체 시트(50a~50f)가 동박인 경우에는, 볼록 형상부(120a)의 두께와 제1 개구부(64A)의 X방향의 폭의 차는 예를 들어, 0.05~1.0mm로 할 수 있고, 0.2~0.4mm로 하는 것이 바람직하다. 0.05mm 이상이면, 절단된 최소 두께 0.01mm의 경우의 가용성 도체 시트(50a~50f)의 단부가 제1 절연 부재(160Aa~160Ag)와 볼록 형상부(120a)의 간극에 들어가도 볼록 형상부(120a)의 이동이 부드러워져, 아크 방전이 보다 신속하고 확실히 소멸된다. 이것은, 상기 차가 0.05mm 이상이면, 볼록 형상부(120a)가 걸리기 어렵기 때문이다. 또, 상기 차가 1.0mm 이하이면, 제1 개구부(64A)가, 볼록 형상부(120a)를 이동시키는 가이드로서 기능한다. 따라서, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 용단시에 이동하는 볼록 형상부(120a)의 위치 어긋남이 방지되고, 아크 방전이 보다 신속하고 확실히 소멸된다. 가용성 도체 시트(50a~50f)가 Sn을 주성분으로 하는 합금의 주위를 Ag로 도금한 박인 경우에는, 볼록 형상부(120a)의 두께와 제1 개구부(64A)의 X방향의 폭의 차는 예를 들어, 0.2~2.5mm로 할 수 있고, 0.22~2.2mm로 하는 것이 바람직하다.
볼록 형상부(120a)의 폭(Y방향의 길이)은, 퓨즈 엘리먼트 적층체(140)의 가용성 도체 시트(50a~50f)의 폭보다 넓다. 이 구성에 의해서, 볼록 형상부(120a)가 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각을 절단하는 것이 가능하다.
볼록 형상부(120a)의 Z방향의 길이(L)는, Z방향 하방으로 완전히 내려갔을 때에, 볼록 형상부(120a)의 선단(120aa)이, 제1 절연 부재(160Aa~160Ag) 중 Z방향으로 최하부에 배치하는 제1 절연 부재(160Aa)보다 하방까지 도달할 수 있는 길이를 갖는다. 볼록 형상부(120a)는 최하부에 배치하는 제1 절연 부재(160Aa)보다 내려갈 때는, 유지 부재(110Ba)의 내저면에 형성된 삽입 구멍(114)에 삽입된다.
이 구성에 의해서, 볼록 형상부(120a)가 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각을 절단하는 것이 가능해진다.
(압압 수단)
압압 수단(30)은, 차폐 부재(120)를 Z방향 하방으로 압압한 상태로 차폐 부재(120)의 오목부(120ba)에 수용되어 있다.
압압 수단(30)은, 보호 소자(100)가 구비하는 것과 동일한 것을 이용할 수 있다.
(걸림 부재)
걸림 부재(170)의 구성(형상이나 재료)으로는 걸림 부재(70)와 동일한 것을 이용해도 된다.
보호 소자(200)에 있어서는, 3개의 걸림 부재(170)를 구비하는데, 3개에 제한되지 않는다.
차폐 부재(120)의 볼록 형상부(120a)의 선단(120aa)에 구비하는 끼움 홈(120aA)에 삽입된 상태로 유지된다.
걸림 부재(170)는, T자형의 형상을 갖고, 제1 팔부(170aa)와 제2 팔부(170ab)로 이루어지는 횡연부(지지부)(170a)와, 횡연부(170a)의 중앙부로부터 하방으로 연장되는 종연부(돌출부)(170b)를 갖는다.
보호 소자(200)에 있어서는, 횡연부(170a)는 제1 팔부(170aa) 및 제1 팔부(170aa) 각각이, 제1 절연 부재(160Ag)의 제1 개구부(64A)를 사이에 두고 차폐 부재 측의 면(160AgS)에 지지되어 있고, 종연부(170b)는 그 하단이 가용성 도체 시트(50f)의 차폐 부재 측의 면(50fS)에 지지되어 있다. 도시하는 예에서는, 제1 절연 부재(160Ag)의 차폐 부재 측의 면(160AgS)에는 걸림 부재(170)가 재치되는 홈을 갖지 않으나, 걸림 부재(170)가 재치되는 홈을 가져도 된다.
종연부(170b)가 가용성 도체 시트(50f)의 차폐 부재 측의 면(50fS)에 지지되어 있으면, 가용성 도체 시트(50f)에 정격 전류를 초과하는 과전류가 흐를 때에, 가용성 도체 시트(50f)에 접촉하고 있는 걸림 부재(170)는 전열되어 승온하고, 연화 온도 이상의 온도에 있어서 연화된다.
보호 소자(200)에 있어서는, 횡연부(170a), 및, 종연부(170b)의 양쪽 모두의 부위가 지지되어 있거나, 어느 한쪽이 지지되어 있어도 되는데, 가용성 도체 시트(50f)에 정격 전류를 초과하는 과전류가 흐를 때에 연화하도록 종연부(170b)가 가용성 도체 시트(50f)의 차폐 부재 측의 면(50fS)에 접촉하여 지지되어 있는 것이 바람직하다. 종연부(170b)가 가용성 도체 시트(50f)의 차폐 부재 측의 면(50fS)에 접촉하고 있지 않은 경우에는, 차폐 부재 측의 면(50fS)에 근접하고 있는 것이 바람직하다.
3개의 걸림 부재(170)는 모두 동일한 형상인데, 상이한 형상의 것이 포함되어도 된다.
걸림 부재(170)가 연화 온도 이상의 온도가 되면, 외력에 의해 변형될 정도로 부드러워진다.
연화된 걸림 부재(170)는 압압 수단(30)의 압압력에 의해서 압압된 차폐 부재(120)의 볼록 형상부(120a)에 의해서 물리적으로 절단되기 쉬워진다. 걸림 부재(170)가 절단되면, 차폐 부재(120)의 볼록 형상부(120a)는, 제1 개구부(64A)에 Z방향 하방으로 삽입되어 간다.
볼록 형상부(120a)가 제1 개구부(64A)에 Z방향 하방으로 삽입되어 갈 때에, 볼록 형상부(120a)가 가용성 도체 시트를 절단하면서, 나아가 최하 위치까지 도달한다. 이에 따라 볼록 형상부(120a)는 가용성 도체 시트(50a~50f)를 그 용단부(53)로 제1 단자(91) 측과 제2 단자(92) 측에 차폐한다. 이에 따라 가용성 도체 시트(50a~50f)가 절단될 때에 발생하는 아크 방전은 신속하고 확실히 소멸시킬 수 있다.
걸림 부재(170)에서는, 종연부(170b)가 가용성 도체 시트(50f)에 접촉하고 있다. 그로 인해, 가용성 도체 시트에 정격 전류를 초과하는 과전류가 흐르면, 가용성 도체 시트(50f)에 접촉하고 있는 걸림 부재(170)는 전열되어 승온하고, 연화 온도 이상의 온도에 있어서 연화된다.
또, 큰 과전류가 흐른 순간에 가용성 도체 시트(50f)가 용단된 경우에는, 발생한 아크 방전이 걸림 부재(170)에도 흘러, 걸림 부재(170)는 연화 온도 이상의 온도에 있어서 연화된다.
연화된 걸림 부재(170)는 압압 수단(30)의 압압력에 의해서 압압된 차폐 부재(120)의 볼록 형상부(120a)에 의해서 물리적으로 절단되기 쉬워진다. 걸림 부재(170)가 절단되면, 차폐 부재(120)의 볼록 형상부(120a)는, 제1 개구부(64A)에 Z방향 하방으로 삽입되어 간다.
이 경우, 가용성 도체 시트는 정격 전류를 초과하는 과전류가 흘러 열적으로 용단되어 있으며, 볼록 형상부(120a)는 그대로 제1 개구부(64A)에 Z방향 하방으로 삽입되어 간다. 이 때, 볼록 형상부(120a)는 가용성 도체 시트(50a~50f)를 그 용단부로 제1 단자(91) 측과 제2 단자(92) 측에 차폐한다. 이에 따라 가용성 도체 시트(50a~50f)가 절단될 때에 발생하는 아크 방전은 신속하고 확실히 소멸시킬 수 있다.
만일 가용성 도체 시트가 아직도 열적으로 용단되어 있지 않을 때에도, 볼록 형상부(120a)가 제1 개구부(64A)에 Z방향 하방으로 삽입되어 갈 때에, 볼록 형상부(120a)가 가용성 도체 시트를 절단하면서, 나아가 최하 위치까지 도달한다. 이에 따라 볼록 형상부(120a)는 가용성 도체 시트(50a~50f)를 그 용단부로 제1 단자(91) 측과 제2 단자(92) 측에 차폐한다. 이에 따라 가용성 도체 시트(50a~50f)가 차단될 때에 발생하는 아크 방전은 신속하고 확실히 소멸시킬 수 있다.
제2 실시 형태에 따르는 보호 소자(200)는, 발열체 및 급전 부재를 갖지 않는 점 이외는 제1 실시 형태에 따르는 보호 소자(100)와 동일 또는 유사하는 부재가 많기 때문에, 그 제조 방법의 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 보호 소자(200)에서는, 퓨즈 엘리먼트(50)(복수 개의 가용성 도체 시트(50a~50f))에 정격 전류를 초과하는 과전류가 흐른 경우에 퓨즈 엘리먼트(50)가 열적으로 용단되어 전류 경로를 차단시킨다.
본 실시 형태의 보호 소자(200)에서는, 압압 수단(30)에 의한 압압력이 부여되어 있는 차폐 부재(120)의 이동을 걸림 부재(170)에 의해서 억제하는 구성이기 때문에, 전류 경로의 차단시 이외는, 퓨즈 엘리먼트(50)(복수 개의 가용성 도체 시트(50a~50f))에 압압 수단(30)과 차폐 부재(120)에 의한 절단 압압력이 걸리지 않는다. 그로 인해, 퓨즈 엘리먼트(50)의 경시 열화가 억제되고, 또, 전류 경로의 차단이 필요하지 않을 때에 퓨즈 엘리먼트(50)가 승온했을 때에 압압력이 부여된 상태인 것에 기인하는 단선을 방지할 수 있다.
본 실시 형태의 보호 소자(200)에서는, 퓨즈 엘리먼트 적층체(140)가 두께 방향으로 병렬 배치된 복수 개의 가용성 도체 시트(50a~50f)를 포함하고, 그 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각이 그 사이에 배치된 제1 절연 부재(160Ab~160Af) 및 가용성 도체 시트(50a, 50f)의 바깥쪽에 배치된 제1 절연 부재(160Aa~160Ag)와 근접 혹은 접촉(밀착)하여 절연되어 있다. 이로 인해, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각에 흐르는 전류값이 작아지고 또한 가용성 도체 시트(50a~50f)를 둘러싸는 공간이 매우 좁아져, 용단됨으로써 발생하는 아크 방전의 규모가 작아지기 쉬워진다. 따라서, 본 실시 형태의 보호 소자(200)에 의하면, 절연 케이스(11)의 사이즈를 소형 경량화하는 것이 가능해진다.
본 실시 형태의 보호 소자(200)에 있어서, 가용성 도체 시트(50a~50f) 중 최하부에 배치된 가용성 도체 시트(50a)와 절연 케이스(11)의 제1 유지 부재(110Ba) 사이에 제1 절연 부재(160Aa)가 배치되고, 또, 가용성 도체 시트(50a~50f) 중 최상부에 배치된 가용성 도체 시트(50f)와 절연 케이스(11)의 제2 유지 부재(110Bb) 사이 각각에 제1 절연 부재(160Ag)가 배치되어 있으면, 가용성 도체 시트(50a, 50f)가 제1 유지 부재(110Ba), 제2 유지 부재(110Bb)와 직접 접촉하지 않으므로, 아크 방전에 의해서, 이들 절연 케이스(11)의 내부 표면에 도전로가 되는 탄화물이 형성되기 어려워지므로, 절연 케이스(11)의 사이즈를 소형으로 해도 리크 전류가 발생하기 어려워진다.
본 실시 형태의 보호 소자(200)에 있어서, 제1 절연 부재(160Aa~160Ag)가 가용성 도체 시트(50a~50f)의 제1 단부(51)와 제2 단부(52)의 용단부(53)에 대향하는 위치에서 개구를 가지면, 가용성 도체 시트(50a~50f)가 용단부(53)로 용단되었을 때에, 제1 절연 부재(160Aa~160Ag)의 표면의 연속적인 용융 비산물의 부착을 억제할 수 있다. 이로 인해, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 용단에 의해서 발생한 아크 방전을 조기에 소호시킬 수 있다.
본 실시 형태의 보호 소자(200)에 있어서, 제1 절연 부재(160Aa~160Ag), 차폐 부재(120), 절연 케이스(11)의 커버(110A), 및 유지 부재(110B) 중 적어도 하나가, 내트래킹 지표 CTI가 500V 이상인 재료로 형성되어 있으면, 아크 방전에 의해서, 이들 부품의 표면에 도전로가 되는 탄화물이 형성되기 어려워지므로, 절연 케이스(11)의 사이즈를 소형으로 해도 리크 전류가 보다 발생하기 어려워진다.
본 실시 형태의 보호 소자(200)에 있어서, 제1 절연 부재(160Aa~160Ag), 차폐 부재(120), 절연 케이스(11)의 커버(110A), 및 유지 부재(110B) 중 적어도 하나가, 폴리아미드계 수지 또는 불소계 수지로 형성되어 있으면, 폴리아미드계 수지 또는 불소계 수지는, 절연성과 내트래킹성이 우수하므로, 소형화와 경량화를 양립하기 쉬워진다.
본 실시 형태의 보호 소자(200)에 있어서, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각이, 저융점 금속층과 고융점 금속층을 포함하는 적층체이며, 저융점 금속층이 Sn을 포함하고, 고융점 금속층이 Ag 혹은 Cu를 포함하면, 저융점 금속층이 용융됨으로써 고융점 금속이 Sn에 의해서 용해되므로, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 용단 온도가 낮아진다. 또, Ag나 Cu는 Sn보다 물리적 강도가 높기 때문에, 저융점 금속층에 고융점 금속층을 적층한 가용성 도체 시트(50a~50f)의 물리적 강도는, 저융점 금속층 단체의 물리적 강도보다 높아진다. 나아가서는, Ag나 Cu는 Sn보다 전기 저항률이 낮고, 저융점 금속층에 고융점 금속층을 적층한 가용성 도체 시트(50a~50f)의 전기 저항값은, 저융점 금속층 단체의 전기 저항값보다 낮아진다. 즉, 보다 대전류 대응의 퓨즈 엘리먼트가 된다.
본 실시 형태의 보호 소자(200)에 있어서, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각이, 고융점 금속층을 2층 이상 갖고, 저융점 금속층을 1층 이상 가지며, 저융점 금속층이 고융점 금속층의 사이에 배치된 적층체이면, 외측에 고융점 금속층이 있으므로, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 강도가 높아진다. 특히, 가용성 도체 시트(50a~50f)의 제1 단부(51)와 제1 단자(91) 및 제2 단부(52)와 제2 단자(92)를 납땜으로 접속하는 경우에는, 납땜시의 가열에 의한 가용성 도체 시트(50a~50f)의 변형이 일어나기 어려워진다.
본 실시 형태의 보호 소자(200)에 있어서, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각이, 은 혹은 동을 포함하는 단층체이면, 고융점 금속층과 저융점 금속층의 적층체인 경우에 비해, 전기 저항률이 작아지기 쉽다. 이로 인해, 은 혹은 동을 포함하는 단층체로 이루어지는 가용성 도체 시트(50a~50f)는, 고융점 금속층과 저융점 금속층의 적층체로 이루어지는 가용성 도체 시트(50a~50f)와 동일한 면적으로 동등한 전기 저항을 갖는 경우에도, 두께를 얇게 할 수 있다. 가용성 도체 시트(50a~50f)의 두께가 얇으면, 가용성 도체 시트(50a~50f)가 용단되었을 때의 용융 비산물량도 두께에 비례하여 적어지고, 차단 후의 절연 저항이 높아진다.
본 실시 형태의 보호 소자(200)에 있어서, 가용성 도체 시트(50a~50f) 각각은, 용단부(53)에 관통 구멍(54)이 형성되어 있고, 제1 단부(51) 및 제2 단부(52)의 통전 방향의 단면적보다 용단부(53)의 통전 방향의 단면적이 작아지도록 된 용단부를 갖고 있으므로, 전류 경로에 정격을 초과하는 전류가 흘렀을 때 용단되는 부위가 안정된다. 또한, 본 실시 형태의 보호 소자(200)에 있어서는 용단부(53)에 관통 구멍(54)을 형성하고 있는데, 용단부(53)의 단면적을 작게 하는 방법에 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 용단부(53)의 양단부를 오목한 형상으로 잘라내는 것이나 부분적으로 두께를 얇게 함으로써, 용단부(53)의 단면적을 작게 해도 된다.
(퓨즈 엘리먼트의 변형예)
도 16은, 퓨즈 엘리먼트의 변형예의 모식도이며, 도 4(c)에 대응하는 단면도이다. 도 17은, 퓨즈 엘리먼트의 변형예의 모식도이며, 도 4(a)에 대응하는 평면도이다. 도 18은, 퓨즈 엘리먼트의 변형예의 모식도이며, 도 4(c)에 대응하는 단면도이다. 도 16 내지 도 18에 있어서, 상술한 구성과 동일 또는 거의 동일한 구성 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 제1 단자(91)는, 한쪽의 단부가 퓨즈 엘리먼트(250)의 제1 단부(251)와 접속하고 있다. 또, 제2 단자(92)는, 한쪽의 단부가 퓨즈 엘리먼트(250)의 제2 단부(252)와 접속하고 있다. 도면의 예에서는, 퓨즈 엘리먼트(250)의 제1 단부(251)는, 제1 단자(91)의 상면에 접속되어 있다. 또, 퓨즈 엘리먼트(250)의 제2 단부(252)는, 제2 단자(92)의 상면에 접속되어 있다. 또한, 퓨즈 엘리먼트(250)와 제1 단자(91) 및 제2 단자(92)의 접속 위치는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 퓨즈 엘리먼트(250)의 제1 단부(251)가 제1 단자(91)의 하면에 접속되어 있어도 되고, 퓨즈 엘리먼트(250)의 제2 단부(252)가 제2 단자(92)의 하면에 접속되어 있어도 된다.
도면의 예에서는, 퓨즈 엘리먼트(250)는, 단층체이다. 단층체의 경우에는, Ag 혹은 Cu를 포함한다. 단층체는, Ag 단체여도 되고, Cu 단체여도 되며, Ag 합금이어도 되고, Cu 합금이어도 된다. 단층체의 재료는 한정되지 않는다.
제1 단자(91)와 제2 단자(92)는, 대략 동형이어도 되고, 각각 상이한 형상이어도 된다. 도면의 예에서는, 제1 단자(91)와 제2 단자(92)는, 각각 1장의 부품으로 구성되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 제1 단자(91) 및 제2 단자(92)의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 0.3mm 이상 1.0mm 이하의 범위 내에 있어도 된다. 제1 단자(91)의 두께와 제2 단자(92)의 두께는, 동일해도 되고 상이해도 된다.
도 17에 나타내는 바와 같이, 제1 단자(291)는, 외부 단자 구멍(291a)을 구비하고 있다. 또, 제2 단자(292)는, 외부 단자 구멍(292a)을 구비하고 있다. 외부 단자 구멍(291a), 외부 단자 구멍(292a) 중, 한쪽은 전원 측에 접속하기 위해서 이용되고, 다른쪽은 부하 측에 접속하기 위해서 이용된다. 혹은, 외부 단자 구멍(291a), 외부 단자 구멍(292a)은, 부하의 내부의 통전 경로에 접속되기 위해서 이용되어도 된다. 외부 단자 구멍(291a) 및 외부 단자 구멍(292a)은, 평면에서 볼 때 대략 원형의 관통 구멍으로 할 수 있다.
도 18에 나타내는 바와 같이, 제1 단자(291)와 제2 단자(292)는, 각각 2장의 부품(단자 상부(293) 및 단자 하부(294))으로 구성되어 있어도 된다. 예를 들어, 단자 상부(293) 및 단자 하부(294)는, 끼워 맞춤에 의해 일체화되어 있어도 된다. 예를 들어, 단자 상부(293) 및 단자 하부(294)는, 상하 공통 형상이며, 상하 반전됨으로써 일체화되어 있어도 된다. 예를 들어, 단자 상부(293)와 단자 하부(294)는, 대략 동형이어도 되고, 각각 상이한 형상이어도 된다. 단자 상부(293) 및 단자 하부(294)의 두께(293t, 294t)는, 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 예를 들어, 0.3mm 이상 2.0mm 이하의 범위 내에 있어도 된다. 단자 상부(293)의 두께(293t)와 단자 하부(294)의 두께(294t)는, 서로 동일해도 되고, 상이해도 된다.
예를 들어, 제1 단자(291)와 제2 단자(292)가 단자 상부(293) 및 단자 하부(294)로 구성되어 있는 경우, 제1 단자(291)의 단자 상부(293)의 한쪽의 단부가 퓨즈 엘리먼트(250)의 제1 단부(251)와 접속되고, 제2 단자(292)의 단자 상부(293)의 한쪽의 단부가 퓨즈 엘리먼트(250)의 제2 단부(252)와 접속되어 있어도 된다. 도면의 예에서는, 퓨즈 엘리먼트(250)의 제1 단부(251)가 제1 단자(291)의 단자 상부(293)의 상면에 접속되고, 퓨즈 엘리먼트(250)의 제2 단부(252)가 제2 단자(292)의 단자 상부(293)의 상면에 접속되어 있다. 또한, 퓨즈 엘리먼트(250)와 제1 단자(291) 및 제2 단자(292)의 접속 위치는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 퓨즈 엘리먼트(250)의 제1 단부(251)가 제1 단자(291)의 단자 하부(294)의 하면에 접속되어 있어도 되고, 퓨즈 엘리먼트(250)의 제2 단부(252)가 제2 단자(292)의 단자 하부(294)의 하면에 접속되어 있어도 된다.
도면의 예에서는, 제1 절연 부재(260A)가 단층이며, 퓨즈 엘리먼트(250)에 근접 혹은 접촉시킨 상태로 배치되어 있는데, 이것에 한정되지 않는다. 도면의 예에서는, 제1 절연 부재(260A)가 단층인데, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 복수(예를 들어 3개)의 제1 절연 부재가 서로 근접 혹은 접촉시킨 상태로 배치되어 있어도 된다.
(단자 사양)
예를 들어, 제1 단자(291) 및 제2 단자(292)의 사양(단자 사양)은, 정격 전류의 사양(예를 들어 100A~300A)으로 공통 사양으로 할 수 있다. 예를 들어, 단자를 체결하기 위한 볼트 사양으로서 M8 나사(나사경 8mm)를 채용하는 경우, 제1 단자(291) 및 제2 단자(292)의 두께(291t, 292t)(단자 두께)는 2.0mm를 채용할 수 있다. 또한, 볼트 사양이나 단자 사양은 상기에 한정되지 않는다.
예를 들어, 볼트 사양으로서 M8 나사를 채용한 경우, 단자 사양으로는, 외부 단자 구멍(291a) 및 외부 단자 구멍(292a)의 직경(단자 구멍경)이 9mm, 제1 단자(291) 및 제2 단자(292)의 폭(291w, 292w)(단자 폭)이 17.5mm, 단자 구멍 중심으로부터 단자 외단까지의 거리(K)가 9.1mm, 제1 단자(291) 및 제2 단자(292)의 두께(291t, 292t)(단자 두께)가 2mm(1mm 두께의 단자 2장)로 할 수 있다. 또한, 상기의 각 값은 일례이며, 한정되지 않는다.
예를 들어, 나사경이 커지면, 체결 토크 상승과 washer경 대형화에 의한 체결 면적 증대에 수반하여, 접촉 저항이 내려가는 경향이 있기 때문에, 대전류 대응에 효과적이다. 예를 들어, 볼트 사양으로서 M8 나사를 채용함으로써, M5 나사를 채용한 경우에 비해, 접촉 저항이 내려가는 경향이 있기 때문에, 대전류 대응에 효과적이다.
예를 들어, 단자 두께가 두꺼워지면, 단면적 증대에 수반하는 저항 저하와 강성 증대에 수반하는 접촉 저항 저감에 의해 종합적인 저항이 내려가는 경향이 있기 때문에, 대전류 대응에 효과적이다. 예를 들어, 볼트 사양으로서 M8 나사를 채용한 경우의 단자 두께를 2.0mm로 함으로써, M5 나사를 채용한 경우의 단자 두께를 0.5mm로 한 경우에 비해, 종합적인 저항이 내려가는 경향이 있기 때문에, 대전류 대응에 효과적이다.
본 변형예에서는, 볼트 사양으로서 M8 나사를 채용한 경우의 단자 두께를 2.0mm로 하고 있다. 이에 따라, M5 나사를 채용한 경우에 비해 접촉 저항이 내려가는 경향이 있고, 단자 두께를 0.5mm로 한 경우에 비해 종합적인 저항이 내려가는 경향이 있기 때문에, 대전류 대응에 효과적이다. 이로 인해, 퓨즈 엘리먼트(250)가 1장만인 경우에도, 제품 성능을 만족할 수 있는 저항값을 얻을 수 있다. 즉, 퓨즈 엘리먼트(250)의 매수 삭감으로 연결되기 때문에, 부품점수 삭감에 있어서 적절하다.
(보호 소자(제3 실시 형태))
도 19는, 본 발명의 제3 실시 형태에 따르는 보호 소자의, 도 5(a)에 대응하는 단면도이다. 제3 실시 형태에 따르는 보호 소자는, 퓨즈 엘리먼트가 2개의 케이스 부품 사이에 끼워져 있는 점이 제1 실시 형태에 따르는 보호 소자에 대한 주된 차이점이다. 도 19에 있어서, 제1 실시 형태에 따르는 보호 소자 및 상술한 변형예의 구성과 동일 또는 거의 동일한 구성 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다.
도 19에 나타내는 보호 소자(300)는, 절연 케이스(310)와, 퓨즈 엘리먼트(250)와, 차폐 부재(320)와, 압압 수단(30)과, 걸림 부재(370)와, 발열체(80)와, 급전 부재(90)와, 제1 단자(291)와, 제2 단자(292)를 갖는다. 또한, 본 실시 형태의 보호 소자(300)에 있어서, 통전 방향은, 사용시에 있어서 전기가 흐르는 방향(X방향)을 의미하고, 통전 방향의 단면적은, 통전 방향에 대해서 직교하는 방향의 면(Y-Z면)의 면적을 의미한다.
(절연 케이스)
절연 케이스(310)는, 커버(310A)와 유지 부재(310B)로 이루어진다. 커버(310A)와 유지 부재(310B)의 재료로는, 커버(10A) 및 유지 부재(10B)와 동일한 재료를 이용할 수 있다. 유지 부재(310B)의 내부에는, 내압 완충 공간(15)이 형성되어 있다. 내압 완충 공간(15)은, 퓨즈 엘리먼트(250)의 용단시에 발생하는 아크 방전에 의해서 생성되는 기체에 의한 보호 소자(300)의 내압의 급격한 상승을 억제하는 작용이 있다.
유지 부재(310B)는, Z방향으로 하측에 배치하는 제1 유지 부재(310Ba)와 Z방향으로 상측에 배치하는 제2 유지 부재(310Bb)로 이루어진다. 제2 유지 부재(310Bb)는 2개의 케이스 부품의 한쪽의 일례이며, 제1 유지 부재(310Ba)는 2개의 케이스 부품의 다른쪽의 일례이다.
도면의 예에서는, 절연 케이스(310)는, 적어도 2개의 케이스 부품(Z방향으로 하측에 배치하는 제1 유지 부재(310Ba)와 Z방향으로 상측에 배치하는 제2 유지 부재(310Bb))으로 이루어지고, 한쪽의 케이스 부품인 제2 유지 부재(310Bb)가 제1 절연 부재와 일체인데, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 보호 소자가 제1 절연 부재 및 제2 절연 부재를 갖는 경우에는, 한쪽의 케이스 부품이 제1 절연 부재와 일체 또한 다른쪽의 케이스 부품이 제2 절연 부재와 일체여도 되고, 한쪽의 케이스 부품이 제1 절연 부재와 일체 또는 다른쪽의 케이스 부품이 제2 절연 부재와 일체여도 된다.
(퓨즈 엘리먼트)
도면의 예에서는, 퓨즈 엘리먼트(250)는, 단층체이다. 퓨즈 엘리먼트(250)는 도 18에서 나타낸 것과 동일한 구성을 갖는 것이고, 상술한 특징의 설명은 생략한다.
도면의 예에서는, 퓨즈 엘리먼트(250)는, 제1 유지 부재(310Ba)와 제2 유지 부재(310Bb) 사이에 끼워져 있는데, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 퓨즈 엘리먼트(250)는, 제1 절연 부재 또는 제2 절연 부재를 개재하여, 제1 유지 부재(310Ba)와 제2 유지 부재(310Bb) 사이에 배치되어 있어도 된다. 예를 들어, 퓨즈 엘리먼트(250)는, 2개의 케이스 부품에 근접 혹은 접촉시킨 상태로 2개의 케이스 부품 사이에 배치되어 있어도 된다.
도면의 예에서는, 제2 유지 부재(310Bb)가 제1 절연 부재와 일체이고, 퓨즈 엘리먼트(250)가 제2 유지 부재(310Bb)의 하면을 따라서 배치되어 있는데, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 유지 부재(310Ba)가 제1 절연 부재와 일체인 경우에는, 퓨즈 엘리먼트가 제1 유지 부재(310Ba)의 상면을 따라서 배치되어 있어도 된다. 제1 유지 부재(310Ba) 또는 제2 유지 부재(310Bb)에 대한 퓨즈 엘리먼트(250)의 배치는, 상기에 한정되지 않는다.
(차폐 부재)
차폐 부재(320)는, 퓨즈 엘리먼트(250) 측을 향하게 한 볼록 형상부(320a)와, 압압 수단(30)의 하부를 수용하고 지지하는 오목부(320ba)를 갖는 압압 수단 지지부(320b)를 갖는다. 볼록 형상부(320a)는, 퓨즈 엘리먼트(250) 측을 향해 돌출되어 있다.
차폐 부재(320)는, 압압 수단(30)의 압압력이 하방에 부여된 상태로, 걸림 부재(370)에 의해서 하방으로의 이동이 억제되어 있다. 그로 인해, 걸림 부재(370)가 발열체(80)의 발열에 의해서 가열되어 연화 온도 이상의 온도로 연화되면, 차폐 부재(320)는 하방으로 이동 가능하게 된다. 이 때, 연화된 걸림 부재(370)는 그 재료의 종류나 가열 상황 등에 의해서, 압압 수단(30)의 압압력에 의해서 물리적으로 부서지고, 혹은, 열적으로 용단되며, 혹은 압압 수단(30)에 의한 물리적인 힘과 열적 용단이 합쳐진 작용을 받는다.
차폐 부재(320)는, 걸림 부재(370)에 의한 하방으로의 이동 억제가 빠지면, 하방으로 이동하여 퓨즈 엘리먼트(250)를 물리적으로 절단한다. 차폐 부재(320)에서는, 볼록 형상부(320a)의 선단(320aa)이 날카로워져 있으며, 퓨즈 엘리먼트(250)를 절단하기 쉬운 형상으로 되어 있다.
예를 들어, 차폐 부재(320)가 하방으로 이동하고, 차폐 부재(320)의 볼록 형상부(320a)에 의해서 퓨즈 엘리먼트(250)를 절단하면, 절단면들이 볼록 형상부(320a)에 의해서 차폐되어 절연되고, 퓨즈 엘리먼트(250)를 개재한 통전 경로가 물리적으로 확실히 차단된다. 이에 따라, 아크 방전이 신속히 소멸(소호)한다.
(압압 수단)
압압 수단(30)은, 차폐 부재(320)를 Z방향 하방으로 압압한 상태로 차폐 부재(320)의 오목부(320ba)에 수용되어 있다. 압압 수단(30)은, 차폐 부재(320)의 오목부(320ba)에 쪼그려진 상태로 유지되어 있다. 압압 수단(30)은, 도 5에 나타낸 것과 배치는 상이하나 동일한 구성을 갖는 것이며, 상술한 특징의 설명은 생략한다.
도면의 예에서는, 압압 수단(30)으로서 원뿔 형상의 스프링을 이용하여, 외경이 큰 측을 퓨즈 엘리먼트(250) 측을 향해 배치하고, 그 Z방향의 상부에 제3 유지 부재(310Bc)를 원뿔 형상의 스프링을 눌러서 줄이도록 배치하고 있다. 이로 인해, 제2 유지 부재(3101Bb)의 상측으로부터 스프링을 삽입했을 때에 위치 결정 안정성이 높아져, 제조 프로세스의 자동화를 도모함에 있어서 바람직하다.
(걸림 부재)
걸림 부재(370)는, 차폐 부재(320)의 이동을 억제한다. 걸림 부재(370)는, 차폐 부재(320)의 상부에 형성되어 있다. 걸림 부재(370)는, 제2 유지 부재(310Bb)의 상부와 차폐 부재(320)의 상부에 지지되어 있다. 제2 유지 부재(310Bb)의 상부와 차폐 부재(320)의 상부에는, 걸림 부재(370)의 형상과 위치에 대응한 오목부가 있으며, 그 오목부가 걸림 부재(370)를 사이에 두도록 안정적으로 유지한다.
(발열체)
발열체(80)는, 걸림 부재(370)의 X방향의 외면에 접촉하도록 재치되어 있다. 발열체(80)는, 걸림 부재(370) 혹은 걸림 부재(370)를 고정하는 고정 부재(예를 들어, 2장의 걸림 부재(370) 사이를 접합하는 땜납이나, 발열체(80)와 걸림 부재(370) 사이를 접합하는 땜납)를 가열하여 연화시킨다. 도면의 예에서는, 2개의 발열체(80) 각각에 급전 부재(90)가 접속되어 있는데, 이것에 한정되지 않는다.
발열체(80)에 전류가 통전되면, 발열체(80)가 발열하여, 걸림 부재(370)에 전열되어 걸림 부재(370)는 승온하고 연화 온도 이상의 온도에 있어서 연화된다. 여기서, 연화 온도란, 고상과 액상이 혼재 혹은 공존하는 온도 혹은 온도 범위를 의미한다. 걸림 부재(370)가 연화 온도 이상의 온도가 되면, 외력에 의해 변형될 정도로 부드러워진다.
연화된 걸림 부재(370)는 압압 수단(30)의 압압력에 의해서 물리적으로 눌려서 잘리기 쉬워진다. 걸림 부재(370)가 눌려서 잘리거나 또는 열적으로 용단되면, 차폐 부재(320)의 볼록 형상부(320a)는, 제2 유지 부재(310Bb)의 간극에 Z방향 하방으로 삽입되어 간다. 그러면, 볼록 형상부(320a)가 퓨즈 엘리먼트(250)를 절단하면서, 나아가 최하 위치까지 도달한다. 이에 따라 볼록 형상부(320a)는 퓨즈 엘리먼트(250)를 그 용단부로 제1 단자(291) 측과 제2 단자(292) 측에 차폐한다. 이에 따라 퓨즈 엘리먼트(250)가 절단될 때에 발생하는 아크 방전은 신속하고 확실히 소멸시킬 수 있다.
또, 발열체(80)는 전류를 통전시킴으로써 발열하고, 그 열에 의해서 걸림 부재(370)를 가열하여 연화, 용융한다. 걸림 부재(370)의 용융에 의해서, 압압 수단(30)에 의해서 Z방향 하방으로 압압력이 부여되어 있는 차폐 부재(320)는 하방으로 이동하고, 퓨즈 엘리먼트(250)를 절단하여, 퓨즈 엘리먼트(250)를 제1 단자(291) 측과 제2 단자(292) 측에 차폐한다.
추가로, 2매의 걸림 부재(370) 사이를 고정 부재로 접합하는 복합 걸림 구조를 이용하는 경우나, 걸림 부재(370)와 발열체(80) 사이를 고정 부재로 접합하는 구조를 이용하는 경우에는, 발열체(80)는 전류를 통전시킴으로써 발열하고, 그 열에 의해서 고정 부재가 연화, 용융된다. 고정 부재의 연화, 용융에 의해서, 압압 수단(30)에 의해서 Z방향 하방으로 압압력이 부여되어 있는 차폐 부재(320)는 하방으로 이동하고, 퓨즈 엘리먼트(250)를 절단하여, 퓨즈 엘리먼트(250)를 제1 단자(291) 측과 제2 단자(292) 측에 차폐한다.
또한, 고정 부재가 연화되는 경우에는, 걸림 부재(370)는 절단하지 못하고 해방되는(빠지는) 것이 된다.
본 실시 형태의 보호 소자(300)에서는, 절연 케이스(310)는, 적어도 2개의 케이스 부품(Z방향으로 하측에 배치하는 제1 유지 부재(310Ba)와 Z방향으로 상측에 배치하는 제2 유지 부재(310Bb))으로 이루어지고, 한쪽의 케이스 부품인 제2 유지 부재(310Bb)가 제1 절연 부재와 일체이다. 이로 인해, 제1 절연 부재를 별도로 형성할 필요가 없어져, 부품점수를 삭감할 수 있어, 저비용화에 기여한다.
본 실시 형태의 보호 소자(300)에서는, 퓨즈 엘리먼트(250)는, 제1 유지 부재(310Ba)와 제2 유지 부재(310Bb) 사이에 끼워져 있다. 이에 따라, 퓨즈 엘리먼트(250)는, 제1 유지 부재(310Ba)와 제2 유지 부재(310Bb)에 근접 혹은 접촉(밀착)하여 절연되어 있다. 이로 인해, 퓨즈 엘리먼트(250)를 둘러싸는 공간이 매우 좁아져, 용단됨으로써 발생하는 아크 방전의 규모가 작아지기 쉬워진다. 따라서, 본 실시 형태의 보호 소자(300)에 의하면, 절연 케이스(310)의 사이즈를 소형 경량화하는 것이 가능해진다.
본 발명의 보호 소자는, 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
10, 11, 310 절연 케이스
10A, 110A, 310A 커버
10B, 10BB, 110B, 310B 유지 부재
10Ba, 10BBa, 110Ba, 310Ba 제1 유지 부재
10Bb, 10BBb, 110Bb, 310Bb 제2 유지 부재
310Bc 제3 유지 부재
20, 120, 320 차폐 부재
30 압압 수단
40, 140 퓨즈 엘리먼트 적층체
50a, 50b, 50c, 50d, 50e, 50f 가용성 도체 시트
51, 251 제1 단부
52, 252 제2 단부
53 용단부
54 관통 구멍
60A, 60Aa, 60Ab, 60Ac, 60Ad, 60Ae, 60Af, 160A, 160Aa, 160Ab, 160Ac, 160Ad, 160Ae, 160Af, 160Ag, 260A 제 1 절연 부재
60B 제2 절연 부재
64, 65 간극
64A 제1 개구부
65A 제2 개구부
67, 67A 통기 구멍
70, 170, 370 걸림 부재
80 발열체
90 급전 부재
91, 291 제1 단자
92, 292 제2 단자
100, 200, 300 보호 소자
250 퓨즈 엘리먼트

Claims (27)

  1. 퓨즈 엘리먼트와, 상기 퓨즈 엘리먼트를 수용하는 절연 케이스와, 제1 단자와, 제2 단자를 갖고,
    추가로, 상기 퓨즈 엘리먼트에 근접 혹은 접촉시킨 상태로 배치되고, 제1 개구부 혹은 제1 분리부가 형성된 제1 절연 부재, 및 제2 개구부 혹은 제2 분리부가 형성된 제2 절연 부재와,
    상기 퓨즈 엘리먼트를 분단하도록, 상기 제1 절연 부재의 상기 제1 개구부 혹은 상기 제1 분리부와, 상기 제2 절연 부재의 상기 제2 개구부 혹은 상기 제2 분리부를, 상기 제1 개구부 혹은 상기 제1 분리부에 삽입 가능한 방향으로 이동 가능한 차폐 부재와,
    상기 차폐 부재를 상기 차폐 부재의 이동 가능한 방향으로 압압(押壓)하는 압압 수단과,
    상기 차폐 부재의 이동을 억제하는 걸림 부재와,
    상기 걸림 부재 혹은 상기 걸림 부재를 고정하는 고정 부재를 가열하여 연화시키는 발열체와,
    상기 발열체에 전류를 통전하는 급전 부재를 가지며,
    상기 퓨즈 엘리먼트는, 서로 대향하는 제1 단부와 제2 단부를 갖고, 상기 제1 단자는, 한쪽의 단부가 상기 제1 단부와 접속하고 다른쪽의 단부가 상기 절연 케이스로부터 외부에 노출되며, 상기 제2 단자는, 한쪽의 단부가 상기 제2 단부와 접속하고 다른쪽의 단부가 상기 절연 케이스로부터 외부에 노출되어 있으며,
    상기 절연 케이스는 추가로, 상기 제1 절연 부재와, 상기 제2 절연 부재와, 상기 차폐 부재와, 상기 압압 수단과, 상기 걸림 부재와, 상기 발열체와, 상기 급전 부재의 일부를 수용하는, 보호 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발열체가 발열하여, 상기 걸림 부재 혹은 상기 고정 부재가 연화됨으로써, 상기 압압 수단의 응력에 의해 상기 차폐 부재가 상기 걸림 부재를 절단 혹은 해방하고,
    추가로 상기 차폐 부재가 상기 제2 절연 부재의 상기 제2 개구부 혹은 상기 제2 분리부와, 상기 제1 절연 부재의 상기 제1 개구부 혹은 상기 제1 분리부를 이동하여 상기 퓨즈 엘리먼트를 절단함으로써, 상기 퓨즈 엘리먼트의 통전을 차단하는, 보호 소자.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 차폐 부재는, 상기 퓨즈 엘리먼트를 절단하여, 상기 퓨즈 엘리먼트를 상기 퓨즈 엘리먼트의 통전 방향으로 차폐하는, 보호 소자.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 압압 수단은 스프링인, 보호 소자.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 절연 부재, 상기 제2 절연 부재, 상기 차폐 부재 및 상기 절연 케이스 중 적어도 하나는, 내(耐)트래킹 지표 CTI가 500V 이상인 재료로 형성되어 있는, 보호 소자.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 절연 부재, 상기 제2 절연 부재, 상기 차폐 부재 및 상기 절연 케이스 중 적어도 하나는, 폴리아미드계 수지, 불소계 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 일종의 수지 재료로 형성되어 있는, 보호 소자.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 퓨즈 엘리먼트는, 저융점 금속층과 고융점 금속층을 포함하는 적층체를 적어도 일부에 갖고, 상기 저융점 금속층은 주석을 포함하며, 상기 고융점 금속층은 은 혹은 동을 포함하는, 보호 소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 퓨즈 엘리먼트는, 상기 고융점 금속층을 2층 이상 갖고, 상기 저융점 금속층을 1층 이상 가지며, 상기 저융점 금속층이 상기 고융점 금속층 사이에 배치된 적층체를 적어도 일부에 갖는, 보호 소자.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 퓨즈 엘리먼트는, 은 혹은 동을 포함하는 단층체를 적어도 일부에 갖는, 보호 소자.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 퓨즈 엘리먼트는, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 용단부를 갖고, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부의 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 향하는 통전 방향의 단면적보다, 상기 용단부의 상기 통전 방향의 단면적이 작은, 보호 소자.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 걸림 부재의 일부가 상기 퓨즈 엘리먼트와 근접 혹은 접촉하고 있는, 보호 소자.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 절연 케이스는, 적어도 2개의 케이스 부품으로 이루어지고, 한쪽의 케이스 부품이 상기 제1 절연 부재와 일체 또한 다른쪽의 케이스 부품이 상기 제2 절연 부재와 일체이거나, 혹은, 상기 한쪽의 케이스 부품이 상기 제1 절연 부재와 일체 또는 상기 다른쪽의 케이스 부품이 상기 제2 절연 부재와 일체인, 보호 소자.
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 절연 케이스는, 적어도 2개의 케이스 부품으로 이루어지고, 상기 퓨즈 엘리먼트는, 한쪽의 케이스 부품과 다른쪽의 케이스 부품 사이에 끼워져 있는, 보호 소자.
  14. 퓨즈 엘리먼트와, 상기 퓨즈 엘리먼트를 수용하는 절연 케이스와, 제1 단자와, 제2 단자를 갖고,
    추가로, 상기 퓨즈 엘리먼트에 근접 혹은 접촉시킨 상태로 배치되고, 제1 개구부 혹은 제1 분리부가 형성된 제1 절연 부재와,
    상기 퓨즈 엘리먼트를 분단하도록, 상기 제1 절연 부재의 상기 제1 개구부 혹은 상기 제1 분리부를, 상기 제1 개구부 혹은 상기 제1 분리부에 삽입 가능한 방향으로 이동 가능한 차폐 부재와,
    상기 차폐 부재를 상기 차폐 부재의 이동 가능한 방향으로 압압하는 압압 수단과,
    상기 차폐 부재의 이동을 억제하는 걸림 부재를 가지며,
    상기 퓨즈 엘리먼트는, 서로 대향하는 제1 단부와 제2 단부를 갖고, 상기 제1 단자는, 한쪽의 단부가 상기 제1 단부와 접속하고 다른쪽의 단부가 상기 절연 케이스로부터 외부에 노출되며, 상기 제2 단자는, 한쪽의 단부가 상기 제2 단부와 접속하고 다른쪽의 단부가 상기 절연 케이스로부터 외부에 노출되어 있으며,
    상기 절연 케이스는 추가로, 상기 제1 절연 부재와, 상기 차폐 부재와, 상기 압압 수단과, 상기 걸림 부재를 수용하는, 보호 소자.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 차폐 부재는, 상기 퓨즈 엘리먼트를 절단하고, 상기 퓨즈 엘리먼트를 상기 퓨즈 엘리먼트의 통전 방향으로 차폐하는, 보호 소자.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 압압 수단은 스프링인, 보호 소자.
  17. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 절연 부재, 상기 차폐 부재 및 상기 절연 케이스 중 적어도 하나는, 내트래킹 지표 CTI가 500V 이상인 재료로 형성되어 있는, 보호 소자.
  18. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 절연 부재, 상기 차폐 부재 및 상기 절연 케이스 중 적어도 하나는, 폴리아미드계 수지, 불소계 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 일종의 수지 재료로 형성되어 있는, 보호 소자.
  19. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 퓨즈 엘리먼트는, 저융점 금속층과 고융점 금속층을 포함하는 적층체를 적어도 일부에 갖고, 상기 저융점 금속층은 주석을 포함하며, 상기 고융점 금속층은 은 혹은 동을 포함하는, 보호 소자.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 퓨즈 엘리먼트는, 상기 고융점 금속층을 2층 이상 갖고, 상기 저융점 금속층을 1층 이상 가지며, 상기 저융점 금속층이 상기 고융점 금속층 사이에 배치된 적층체를 적어도 일부에 갖는, 보호 소자.
  21. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 퓨즈 엘리먼트는 은 혹은 동을 포함하는 단층체를 적어도 일부에 갖는, 보호 소자.
  22. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 퓨즈 엘리먼트는, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 용단부를 갖고, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부의 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 향하는 통전 방향의 단면적보다, 상기 용단부의 상기 통전 방향의 단면적이 작은, 보호 소자.
  23. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 걸림 부재의 일부가 상기 퓨즈 엘리먼트와 근접 혹은 접촉하고 있는, 보호 소자.
  24. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 퓨즈 엘리먼트의 외측에 근접 혹은 접촉시킨 상태로 배치된 상기 제1 절연 부재에는, 상기 걸림 부재를 유지하는 걸림 부재 유지부를 갖는, 보호 소자.
  25. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 절연 케이스는, 적어도 2개의 케이스 부품으로 이루어지고, 한쪽의 케이스 부품이 상기 제1 절연 부재와 일체인, 보호 소자.
  26. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 절연 케이스는, 적어도 2개의 케이스 부품으로 이루어지고, 상기 퓨즈 엘리먼트는, 한쪽의 케이스 부품과 다른쪽의 케이스 부품 사이에 끼워져 있는, 보호 소자.
  27. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 걸림 부재 혹은 상기 걸림 부재를 고정하는 고정 부재를 가열하여 연화시키는 발열체와,
    상기 발열체에 전류를 통전하는 급전 부재를 갖고,
    상기 발열체가 발열하여, 상기 걸림 부재 혹은 상기 고정 부재가 연화됨으로써, 상기 압압 수단의 응력에 의해 상기 차폐 부재가 상기 걸림 부재를 절단 혹은 해방하고,
    추가로 상기 차폐 부재가 상기 제1 절연 부재의 상기 제1 개구부 혹은 상기 제1 분리부를 이동하여 상기 퓨즈 엘리먼트를 절단함으로써, 상기 퓨즈 엘리먼트의 통전을 차단하는, 보호 소자.
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