TW202111750A - 保護元件 - Google Patents

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Abstract

本發明之保護元件(100)具有：保險絲單元(3)；絕緣性無機纖維物(4)，其與保險絲單元(3)之至少一部分接觸或接近地配置；及外殼構件(5)，其將保險絲單元(3)之一部分及絕緣性無機纖維物(4)封入。

Description

保護元件
本發明係關於一種保護元件。  本發明申請案基於2019年7月24日於日本申請之日本發明專利申請2019-136245號而主張其優先權，且其內容為本申請案所引用。
先前，業界曾利用具備在流通超過額定值之電流時發熱並熔斷而截斷電流路徑之保險絲單元的保護元件(保險絲元件)。
作為保護元件，業界廣為使用例如將焊料封入玻璃管之固持器固定型保險絲、對陶瓷基板表面印刷Ag電極之晶片保險絲、使銅電極之一部分變細並組入塑膠外殼之螺固或***型保護元件等。上述之保護元件難以進行利用回流之表面安裝，由於零件安裝之效率變低，故近年來業界不斷開發表面安裝型保護元件(例如，參照專利文獻1、2)。
表面安裝型保護元件例如作為使用鋰離子二次電池之電池組之過充電或過電流之保護元件而被採用。鋰離子二次電池在筆記型個人電腦、行動電話、智慧型手機等行動機器中使用，近年來，於電動工具、電動自行車、電動機車及電動汽車等中亦採用。因而，謀求大電流、高電壓用之保護元件。
於高電壓用之保護元件中，於保險絲單元被熔斷時可能產生電弧放電。於產生電弧放電時，有保險絲單元於廣範圍內熔融，且蒸氣化之金屬飛散之情形。此情形下，有因所飛散之金屬而重新形成電流路徑，持續進行電弧放電，而引發保護元件之破壞或著火事故之虞。因而，於高電壓用保護元件中，實施不產生電弧放電、或提前停止電弧放電對策。
作為不產生電弧放電、或停止電弧放電之對策，業已知悉於保險絲單元之周圍裝滿消弧材(例如，參照專利文獻3)。  [先前技術文獻]  [專利文獻]
專利文獻1：日本專利第6249600號公報  專利文獻2：日本專利第6249602號公報  專利文獻3：日本專利第4192266號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，於使用上述之消弧材之保護元件中，有製造步驟變複雜，難以實現保護元件之小型化之問題。
又，於大電流、高電壓用之保護元件之電流截斷試驗中，不使用消弧材且於與樹脂外殼破損相同之條件下使用消弧劑之結果為，存在樹脂外殼燃燒之情形。本發明人對其細節進行調查之結果為，推測保險絲單元之熔融飛散物附著於消弧劑形成導電路徑，經由該導電路徑持續進行電弧放電。
本發明係鑒於上述問題而完成者，目的在於提供一種可防止電弧放電或可迅速阻止電弧放電之保護元件。  [解決問題之技術手段]
本發明為了解決上述問題，而提供以下之手段。
(1)本發明之一態樣之保護元件具有：保險絲單元；絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材，其與前述保險絲單元之至少一部分接觸或接近地配置；及外殼構件，其將前述保險絲單元之至少一部分、及前述絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材封入。
(2)如上述(1)之態樣，其中前述絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材可包含陶瓷或玻璃。
(3)如上述(1)或(2)之態樣，其中前述絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材可為片狀。
(4)如上述(1)至(3)中任一項之態樣，其中前述保險絲單元可為平板狀、棒狀、或索狀之任一者。
(5)如上述(1)至(4)中任一項之態樣，其中可行的是，前述保險絲單元包含複數個保險絲單元，前述複數個保險絲單元排列配置。
(6)如上述(1)至(5)中任一項之態樣，其中複數個保險絲單元排列配置而成之保險絲單元群可複數個重疊配置。
(7)如上述(1)至(6)中任一項之態樣，其中前述絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材可配置為至少夾入前述保險絲單元之一部分。
(8)如上述(1)至(7)中任一項之態樣，其中前述保險絲單元可為低熔點金屬層與高熔點金屬層之積層體。
(9)如上述(1)至(8)中任一項之態樣，其中可行的是，前述保險絲單元為低熔點金屬層與高熔點金屬層之積層體，前述積層體之積層構造為將內層設為低熔點金屬、將外層設為高熔點金屬之積層體。
(10)如上述(1)至(9)中任一項之態樣，其中可行的是，前述保險絲單元包含低熔點金屬與高熔點金屬，前述低熔點金屬包含Sn或以Sn為主成分之金屬。
(11)如上述(1)至(10)中任一項之態樣，其中可行的是，前述保險絲單元包含低熔點金屬與高熔點金屬，前述高熔點金屬包含Ag、Cu、或以Ag或Cu為主成分之金屬。
(12)如上述(1)至(11)中任一項之態樣，其中可行的是，前述低熔點金屬層之膜厚為30 μm以上，前述高熔點金屬層之膜厚為1 μm以上。
(13)如上述(1)至(12)中任一項之態樣，其中可於前述絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材浸滲絕緣性膏糊。
(14)如上述(1)至(13)中任一項之態樣，其中可行的是，於前述保險絲單元之通電方向之兩端部各者具有端子構件，以前述端子構件之一部分露出之方式，於前述外殼構件內封入前述保險絲單元及前述絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材。
(15)如上述(1)至(13)中任一項之態樣，其中可行的是，具有：絕緣基板；及2個電極，其等於前述絕緣基板上相互分開配置；且於前述保險絲單元之通電方向之兩端部各者連接前述2個電極各者。
(16)如上述(1)至(13)中任一項之態樣，其中可行的是，具有：絕緣基板；2個電極，其等於前述絕緣基板上相互分開配置；發熱體，其配置於前述絕緣基板上；發熱體電極，其連接於前述發熱體之第1端；及發熱體引出電極，其連接於前述發熱體之第2端與前述保險絲單元；且於前述保險絲單元之通電方向之兩端部各者連接前述2個電極各者。  [發明之效果]
根據本發明，能夠提供一種可防止電弧放電或可迅速阻止電弧放電之保護元件。
以下，針對本實施形態，一面適宜地參照圖一面詳細地說明。以下之說明中所利用之圖式為了便於理解特徵而存在為方便起見將特徵之部分放大顯示之情形，各構成要素之尺寸比率等有與實際不同之情形。以下之說明中所例示之材料、尺寸等係一例，本發明並非係限定於其等者，可於發揮本發明之效果之範圍內適宜地變更而實施。又，即便為僅於一個實施形態、或僅於若干個實施形態記載之構成要素，亦可適宜地應用於其他之實施形態。
(第1實施形態)  圖1係第1實施形態之保護元件之示意圖，(a)係剖視示意圖，(b)係卸下外殼構件之狀態之俯視示意圖。圖2係第1實施形態之保護元件之立體示意圖。  以下，將對保險絲單元通電之方向稱為x方向，將保險絲單元之寬度方向稱為y方向，將保險絲單元之厚度方向稱為z方向。
圖1所示之保護元件100具有：保險絲單元3；絕緣性無機纖維物4，其與保險絲單元3之至少一部分接觸或接近地配置；及外殼構件5，其將保險絲單元3之一部分及絕緣性無機纖維物4封入。  可使用絕緣性無機多孔質材，而取代絕緣性無機纖維物。
＜保險絲單元＞  保險絲單元3可利用周知之保險絲單元所使用之材料之同類物。典型而言，可使用包含合金之金屬材料之同類物。具體而言，可例示Pb85%/Sn或Sn/Ag3%/Cu0.5%等。
圖1所示之保險絲單元3包含1個構件(部件)，但亦可為包含複數個構件(部件)者。於保險絲單元包含複數個構件(部件)時，熔斷時相鄰之構件(部件)隔開互不接觸之程度之距離而配置。以下，亦有將構成保險絲單元之複數個構件(部件)各者稱為保險絲單元之情形。  又，構成保險絲單元3之1個構件、或複數個構件各者之形狀只要可作為保險絲單元發揮功能則無限制，可例示平板狀、棒狀、或索狀者。保險絲單元3為平板狀之構件。
保險絲單元3包含：第1端部3a及第2端部3b，其等位於外殼構件5之外部；及中間部3c，其位於第1端部3a及第2端部3b之間。於第1端部3a及第2端部3b各者具有外部端子孔3aa、及外部端子孔3bb。  一對外部端子孔3aa、外部端子孔3bb中之一個外部端子孔可用於向電源側連接，另一外部端子孔可用於向負載側連接。  此處，外部端子孔3aa、外部端子孔3bb之形狀只要為可卡合於未圖示之電源側或負載側之端子之形狀則無特別限制，且圖1(b)所示之外部端子孔3aa、外部端子孔3bb雖係無開放部分之貫通孔，但可為一部分具有開放部分之爪形狀等。
可於保險絲單元3之配置於外殼構件5內之中間部3c之一部分，具有容易熔斷之切斷部3cc。  圖1所示之切斷部3cc例示具有於寬度方向排列之3個穿孔、及於兩側端各者具有缺口之構成。於切斷部3cc排列之穿孔之數目並不限定於3個，為任意之數目。
構成保險絲單元3之1個構件、或複數個構件各者可採用低熔點金屬層與高熔點金屬層之積層體。  作為低熔點金屬層所使用之低熔點金屬，較佳為使用Sn或以Sn為主成分之金屬。此係緣於由於Sn之熔點為232℃，故以Sn為主成分之金屬為低熔點，而於低溫時變軟之故。例如，Sn/Ag3%/Cu0.5%合金之熔點為217℃。  作為高熔點金屬層所使用之高熔點金屬，較佳為利用Ag、Cu或以其等為主成分之金屬。例如，此係源於由於Ag為熔點962℃，故包含以Ag為主成分之金屬之高熔點金屬層於低熔點金屬層變軟之溫度時能夠維持剛性之故。
於保險絲單元3包含低熔點金屬層與高熔點金屬層之積層體之情形下，保險絲單元3藉由熔融之低熔點金屬層熔解高熔點金屬層(換言之，藉由固體狀態之高熔點金屬熔出為熔融狀態之低熔點金屬)，而高熔點金屬層以低於其熔點之溫度開始熔融。於此時之保險絲單元3中，利用由低熔點金屬引起之高熔點金屬之熔解作用(換言之，利用高熔點金屬熔出為低熔點金屬之現象)，可將保險絲單元3以低於高熔點金屬之熔點之溫度熔斷。
基於利用由低熔點金屬引起之高熔點金屬之熔解作用(高熔點金屬熔出為低熔點金屬之現象)，將保險絲單元3迅速熔斷之觀點，低熔點金屬層之膜厚較佳為30 μm以上，高熔點金屬層之膜厚較佳為1 μm以上。
可採用各種構造作為積層體之構造。  圖3顯示示意性顯示積層體之構造之例之立體圖。  圖3(a)所示之積層體(保險絲單元)3A係方形狀或板狀之積層體，雖係以內層採用低熔點金屬層3Aa、以外層採用高熔點金屬層3Ab者，但可將內層與外層相反地設定。  圖3(b)所示之積層體(保險絲單元)3B係圓棒狀之積層體，雖係以內層採用低熔點金屬層3Ba、以外層採用高熔點金屬層3Bb者，但可將內層與外層相反地設定。  圖3(c)所示之積層體(保險絲單元)3C係方形狀或板狀之積層體，且係積層有低熔點金屬層3Ca與高熔點金屬層3Cb之二層構造之積層體。  圖3(d)所示之積層體(保險絲單元)3D係方形狀或板狀之積層體，且係利用上下之高熔點金屬層3Db及高熔點金屬層3Dc夾入低熔點金屬層3Da之三層構造之積層體。相反，可採用利用二層之低熔點金屬層夾入高熔點金屬層之三層構造。  圖3(a)～(d)雖係採用二層或三層之積層體者，但可設為四層以上。
於保險絲單元3為包含內層與夾著其之外層之三層之積層體之情形下，較佳為內層為低熔點金屬層，外層為高熔點金屬層，但可行的是，外層為低熔點金屬層，內層為高熔點金屬層。
＜絕緣性無機纖維物、絕緣性無機多孔質材＞  絕緣性無機纖維物4為絕緣性，不對保險絲單元3之熔斷等電性特性造成影響，係包含無機材料，且具有供熔融飛散物飛散而去之空間者。  於圖1所示之保護元件100中，於保險絲單元3之一側3A，具備與保險絲單元3之至少一部分接觸或接近地配置之絕緣性無機纖維物4。於圖1所示之保護元件100中，為絕緣性無機纖維物4載置於保險絲單元3之一側3A之構成。  絕緣性無機纖維物於保險絲單元3之另一側3B亦可具備。此情形下，為以2個絕緣性無機纖維物自厚度方向之兩側夾入保險絲單元3之構成。
作為構成絕緣性無機纖維物4之無機纖維(Inorganic fiber)，可利用周知之無機纖維。具體而言，可舉出陶瓷纖維、玻璃纖維等。於本說明書中，陶瓷纖維為以陶瓷材料為主成分之無機纖維，意指除玻璃纖維以外之無機纖維，且玻璃纖維意指以SiO2 為主成分之纖維。  作為陶瓷纖維，具體而言，可舉出包含氧化鋁(Al2 O3 )、氧化鋯(ZrO2 )、氧化鎂(MgO)、莫來石、碳化矽(SiC)等之陶瓷纖維或以其等為主成分之陶瓷纖維。
作為無機纖維之市售品之例，可例示陶瓷紙或陶瓷纖維紙(阪口電熱株式會社製、有限會社TAKUMI產業製、NICO物產株式會社製)等。
作為絕緣性無機纖維物4之厚度，如圖1(a)所示，可將上部外殼構件5A與保險絲單元3之距離設為相同程度。或，可為以上部外殼構件5A壓入較上部外殼構件5A與保險絲單元3之距離更厚之絕緣性無機纖維物4之構成。此情形下，絕緣性無機纖維物4之與保險絲單元3接觸之部分變大。  或，如後述之圖4等所示，亦可使絕緣性無機纖維物較上部外殼構件與保險絲單元之距離更薄。亦即，為於絕緣性無機纖維物4與上部外殼構件之間空出間隙之構成。此情形下，亦存在藉由絕緣性無機纖維物4之自體重量而與保險絲單元3接觸之部分。
絕緣性無機纖維物4之寬度(y方向長度)如圖1(b)所示，與保險絲單元3相同程度之寬度或較其寬幅之寬度之防電弧或持續阻止電弧之效果更大，但即便較保險絲單元3為窄幅，亦具有效果。
絕緣性無機纖維物4之長度(x方向長度)可如圖1(a)所示般與上部外殼構件5A之內部之長度設為大致相同程度。此情形下，即便於保險絲單元3之外殼構件內之任一位置熔斷，亦獲得防止電弧放電或持續阻止電弧放電之效果。絕緣性無機纖維物4亦可短於上部外殼構件5A之內部之長度。
圖所示之例僅為絕緣性無機纖維物為一片之情形，但可以複數片構成。
如上述般，可使用絕緣性無機多孔質材，而取代絕緣性無機纖維物。  作為絕緣性無機多孔質材之材料，可使用周知之無機多孔質材料。具體而言，可舉出包含氧化鋁(Al2 O3 )、二氧化矽(SiO2 )、氧化鋯(ZrO2 )、氧化鎂(MgO)、莫來石、碳化矽(SiC)等之材料、或以其等為主成分之材料。
作為絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材之材料，較佳為導熱率較高之材料。此乃為了提高對保險絲單元3之熱散熱之功能(冷卻保險絲單元3之功能)，而提高防止電弧放電或持續阻止電弧放電之效果。  相對於玻璃之導熱率為1 W/mK左右，而於氧化物系之陶瓷中，氧化鎂之導熱率為30 W/mK左右，氧化鋁之導熱率為20 W/mK左右，莫來石之導熱率為4 W/mK左右，氧化鋯之導熱率為3 W/mK左右。又，碳化矽之導熱率為100 W/mK以上。
絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材具有於電弧放電時供熔融飛散物飛散而去之空間。若具有供因電弧放電而保險絲單元之熔融飛散物飛散之空間，則熔融飛散物未形成導電路徑，而可防止電弧放電持續。基於確保供因電弧放電所致之熔融飛散物分散而去之空間之觀點，絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材之密度較佳為無孔或間隙之情形之密度(該材料之密度)之1/100～1/4。例如，氧化鋁之密度為3.95 g/cm3 ，但較佳為採用成為0.04 g/cm3 ～1.0g/cm3 之氧化鋁纖維或氧化鋁多孔質材。
即便於在通常作動時，絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材不與保險絲單元3直接接觸之情形下，若接近地配置，則於熔斷時，保險絲單元之切斷部位膨起而直接接觸，使保險絲單元冷卻，獲得防止電弧現象持續之效果。  於本說明書中，「接近」意指1 mm以下。  於絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材接近保險絲單元之至少一部分之情形下，較佳為0.5 mm以下，更佳為0.2 mm以下，最佳為0.1 mm以下。
＜絕緣性膏糊＞  絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材可採用使絕緣性膏糊浸滲之構成。  絕緣性膏糊係可進入絕緣性無機纖維物之纖維間之間隙或絕緣性無機多孔質材之孔之具有流動性之絕緣物質。藉由具備絕緣性膏糊，而可提高由保險絲單元之熔融飛散物之分散形成之絕緣化之效果。  作為絕緣性膏糊，可舉出例如焊接時所使用之助銲劑。
本發明人將使助銲劑浸滲之陶瓷紙用作絕緣性無機纖維物之結果，與使用未使助銲劑浸滲之陶瓷紙之情形比較，截斷後之絕緣電阻提高2～4個數量級。作為提高絕緣電阻之理由，認為係因為不僅保險絲單元之熔融飛散物進入絕緣性無機纖維物之纖維間之間隙或絕緣性無機多孔質材之孔，而且藉由助銲劑覆蓋進入該間隙或孔之熔融飛散物，而於各間隙或各孔中亦引起熔融飛散物之凝集而不連續化。
以下，針對使絕緣性膏糊浸滲之絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材，亦簡稱為絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材。
＜外殼構件＞  外殼構件5對內部予以保護且防止熔融之保險絲單元3飛散。圖1所示之外殼構件5包含上部外殼構件5A及下部外殼構件5B。  外殼構件5例如可由工程塑膠(尤佳為耐追蹤性較高之耐隆系)、氧化鋁、玻璃陶瓷、莫來石、氧化鋯等具有絕緣性之材料形成。  外殼構件5較佳為由氧化鋁等之熱傳導率較高之陶瓷材料形成。將保險絲單元因過電流而發出之熱有效率地朝外部散熱，可使保持為中空之保險絲單元局部地加熱而熔斷。
其次，上部外殼構件5A與下部外殼構件5B例如可以接著劑接著，將保險絲單元3覆蓋，而保護元件100完成。
(第2實施形態)  圖4係第2實施形態之保護元件之示意圖，(a)係剖視示意圖，(b)係卸下外殼構件之狀態之俯視示意圖。  利用與第1實施形態相同之符號之構件係具有相同之構成者，而省略說明。又，有針對即便符號與第1實施形態不同但功能亦相同之構件省略說明之情形。
圖4所示之保護元件101具有：保險絲單元13；絕緣性無機纖維物14，其與保險絲單元13之至少一部分接觸或接近地配置；及外殼構件15，其將保險絲單元13及絕緣性無機纖維物14封入。  進而，保護元件101具有相互分開配置之第1端子構件1及第2端子構件2，第1端子構件1連接於保險絲單元13之第1端部13a，第2端子構件2連接於保險絲單元13之第2端部13b。  可使用絕緣性無機多孔質材，而取代絕緣性無機纖維物。
＜絕緣性無機纖維物＞  於圖4所示之保護元件101中，於保險絲單元13之一側13A，具備與保險絲單元13之至少一部分接觸或接近地配置之絕緣性無機纖維物14。於圖4所示之保護元件101中，為絕緣性無機纖維物14載置於保險絲單元3之一側13A之構成。  絕緣性無機纖維物於保險絲單元13之另一側13B亦可具備。此情形下，為以2個絕緣性無機纖維物自厚度方向之兩側夾入保險絲單元13之構成。
＜第1端子構件、第2端子構件＞  第1端子構件1、及第2端子構件2較佳為分別包含補強用於與保險絲單元之外部之連接之剛性，而降低電阻之材料。  第1端子構件1具有外部端子孔1aa。又，第2端子構件2具有外部端子孔2aa。  於圖4所示之保護元件101中，第1端子構件1之第1端部1a以於保險絲單元13之第1端部13a之厚度方向重疊之方式連接，且第2端子構件2之第2端部2a以於第2端部13b之厚度方向重疊之方式連接。
作為第1端子構件、及第2端子構件之材料，可舉出例如銅或黃銅等。  其中，基於剛性強化之觀點，較佳為黃銅。  其中，基於降低電阻之觀點，較佳為銅。  第1端子構件、及第2端子構件之材料可相同，亦可不同。
作為將第1端子構件、及第2端子構件連接於第1端部、第2端部之方法，可利用周知之方法，例如可舉出利用焊接或熔接之接合、鉚接或螺釘接合等之機械性接合等。
第1端子構件、及第2端子構件之厚度無限定，但言及標準，則可設為0.3～1.0 mm。  第1端子構件、及第2端子構件之厚度可相同，亦可不同。
＜外殼構件＞  圖4所示之外殼構件15與圖1所示之外殼構件5同樣地包含上部外殼構件15A及下部外殼構件15B。另一方面，上部外殼構件15A於具有自頂面15Aa朝向保險絲單元13至少延伸至絕緣性無機纖維物14之側面之突起部15Ab之方面不同。由於藉由上部外殼構件15A具備突起部15Ab，而絕緣性無機纖維物14之側面之移動受規制，可防止絕緣性無機纖維物14之位置偏移。
(第3實施形態)  圖5係第3實施形態之保護元件之示意圖，(a)係剖視示意圖，(b)係卸下外殼構件之狀態之俯視示意圖。  利用與上述實施形態相同之符號之構件係具有相同之構成者，而省略說明。又，有針對即便符號與上述實施形態不同但功能亦相同之構件省略說明之情形。
圖5所示之保護元件102具有：4個保險絲單元23a、23b、23c、23d(有將其等總稱為「保險絲單元23」之情形)；絕緣性無機纖維物14，其與保險絲單元23a、23b、23c、23d之至少一部分接觸或接近地配置；及外殼構件15，其將保險絲單元23及絕緣性無機纖維物14封入。  又，保護元件102具有相互分開配置之第1端子構件1及第2端子構件2，4個保險絲單元23a、23b、23c、23d分別將兩端連接於第1端子構件1及第2端子構件2。  可使用絕緣性無機多孔質材，而取代絕緣性無機纖維物。
(保險絲單元)  圖5所示之保險絲單元23包含4個保險絲單元23a、23b、23c、23d，但可包含4個以外之複數個保險絲單元。  於保險絲單元包含複數個保險絲單元之情形下，各保險絲單元之材料及形狀可相同，亦可不同。例如，各保險絲單元可為具有不同之電阻者。  於保險絲單元包含複數個保險絲單元(部件)之情形下，熔斷時相鄰之保險絲單元(部件)隔開互不接觸之程度之距離而配置。
藉由將保險絲單元23設為複數個保險絲單元，而即便於在各保險絲單元之熔斷時產生電弧放電之情形下，亦成為小規模，可防止熔融金屬之***性飛散。
圖5所示之4個保險絲單元23a、23b、23c、23d排列配置。  若複數個保險絲單元排列配置，則藉由絕緣性無機纖維物4，可容易實現各保險絲單元之冷卻及熔融飛散物之分散，可提高耐電弧性能。
又，保險絲單元之形狀可如上述般例示平板狀、棒狀、或索狀之形狀。圖5所示之4個保險絲單元23a、23b、23c、23d為棒狀、或索狀之形狀之例。
於圖5所示之保護元件102中，顯示4個保險絲單元於平行於xy面之面內排列配置之構成，但可採用排列配置之保險絲單元群於z方向配置為複數段之構成。  於圖6中顯示4個保險絲單元排列配置而成之保險絲單元群於z方向配置為2段之構成。亦即，於z方向配置：4個保險絲單元23aa、23ba、23ca、23da排列配置而成之保險絲單元群23A、及4個保險絲單元23ab、23bb、23cb、23db排列配置而成之保險絲單元群23B。於保險絲單元群23A與保險絲單元群23B中，可將構成各者之保險絲單元設為不同之保險絲單元(材料、粗細度等)。
於排列配置而成之保險絲單元群配置為複數段之構成中，可設為具備複數片絕緣性無機纖維物者。  於圖6所示之構成中，於最靠近外殼構件之位置、及保險絲單元群23A與保險絲單元群23B之間之各處，具備絕緣性無機纖維物14A、絕緣性無機纖維物14B、絕緣性無機纖維物14C。
(第4實施形態)  圖7係第4實施形態之保護元件之示意圖，(a)係剖視示意圖，(b)係卸下外殼構件之俯視圖。  利用與上述實施形態相同之符號之構件係具有相同之構成者，而省略說明。又，有針對即便符號與上述實施形態不同但功能亦相同之構件省略說明之情形。
圖7所示之保護元件103較圖5所示之保護元件102，於保險絲單元23之供絕緣性無機纖維物14配置之側之相反側亦具備絕緣性無機纖維物24之方面、亦即以與絕緣性無機纖維物14一起夾入保險絲單元23之方式具備絕緣性無機纖維物24之方面為主要之差異。
保護元件103具有：4個保險絲單元23a、23b、23c、23d(有將其等總稱為「保險絲單元23」之情形)；絕緣性無機纖維物14及絕緣性無機纖維物24，其等與保險絲單元23之至少一部分接觸或接近，配置為於厚度方向自兩側夾入保險絲單元23；及外殼構件25，其將保險絲單元23、絕緣性無機纖維物14及絕緣性無機纖維物24封入。  又，保護元件103具有相互分開配置之第1端子構件1及第2端子構件2，4個保險絲單元23a、23b、23c、23d分別將兩端連接於第1端子構件1及第2端子構件2。  可使用絕緣性無機多孔質材，而取代絕緣性無機纖維物。例如，可使用絕緣性無機多孔質，而取代絕緣性無機纖維物14或絕緣性無機纖維物24之任一者，亦可使用絕緣性無機多孔質材，而取代絕緣性無機纖維物14及絕緣性無機纖維物24。
＜外殼構件＞  圖7所示之外殼構件25，與圖4所示之外殼構件15，同樣地包含上部外殼構件25A及下部外殼構件25B之方面、及上部外殼構件25A具有自頂面25Aa朝向保險絲單元23至少延伸至絕緣性無機纖維物14之側面之突起部25Ab之方面共通。絕緣性無機纖維物14之厚度可為自保險絲單元23表面至上部外殼構件25A之頂面25Aa之間之厚度，但亦可為自保險絲單元23表面與上部外殼構件25A之頂面25Aa接觸之厚度。  另一方面，於下部外殼構件25B之下表面25Ba側，具有用於對絕緣性無機纖維物24以與保險絲單元23接觸或接近之方式予以支持之支持部25Bb。絕緣性無機纖維物24之支持方法並不限定於此，例如可簡單地載置於下部外殼構件25B之下表面25Ba上。
(第5實施形態)  圖8係第5實施形態之保護元件之主要部分之示意圖，(a)係剖視示意圖，(b)係卸下外殼構件之狀態之俯視示意圖。  利用與上述實施形態相同之符號之構件係具有相同之構成者，而省略說明。又，有針對即便符號與上述實施形態不同但功能亦相同之構件省略說明之情形。
圖8所示之保護元件200具有：絕緣基板10；2個電極111、112，其等於絕緣基板10上相互分開配置；保險絲單元13；絕緣性無機纖維物14，其與保險絲單元13之外殼構件115側之至少一部分接觸或接近地配置；及外殼構件115，其將保險絲單元13及絕緣性無機纖維物14封入；且於保險絲單元13之通電方向之兩端部13a、13b連接2個電極111、112。  可使用絕緣性無機多孔質材，而取代絕緣性無機纖維物。
＜絕緣基板＞  絕緣基板10例如藉由氧化鋁、玻璃陶瓷、莫來石、氧化鋯等具有絕緣性之構件形成為方形狀。此外，絕緣基板10可使用用於玻璃環氧樹脂基板、酚基板等印刷配線基板之材料。
絕緣基板10較佳為平板狀。絕緣基板10之厚度根據絕緣基板10之耐熱性及導熱性而不同，但一般而言，較佳為位於100 μm～1000 μm之範圍內。又，絕緣基板10之外周可呈壁狀立起。
＜第1電極、第2電極＞  於絕緣基板10形成第1電極111及第2電極112。第1電極111包含：第1表面電極111a，其形成於絕緣基板10之表面10a；第1背面電極111b，其形成於絕緣基板10之背面10b；及半圓孔111c，其將第1表面電極111a與第1背面電極111b連接。同樣地，第2電極112包含：第2表面電極112a，其形成於絕緣基板10之表面10a；第2背面電極112b，其形成於絕緣基板10之背面10b；及半圓孔112c，其將第2表面電極112a與第2背面電極112b連接。  第1電極111及第2電極112分別由Ag或Cu配線等之導電圖案形成，於表面，作為抗氧化對策，適宜地設置鍍Sn、鍍Ni/Au、鍍Ni/Pd、鍍Ni/Pd/Au等保護層16。保護元件200經由形成於背面10b之第1背面電極111b、第2背面電極112b，安裝於電路基板之電流路徑上。
第1電極111及第2電極112經由焊料等連接材料18，連接於保險絲單元13之通電方向之兩端部13a、13b。如上所述般，保險絲單元13於經由連接材料18搭載於第1電極111及第2電極112間後，可藉由回流焊接等更容易地連接。
(保險絲單元)  保險絲單元13可使用與上述同樣之保險絲單元。
＜絕緣性無機纖維物＞  絕緣性無機纖維物14可使用與上述同樣之絕緣性無機纖維物。
圖8所示之保護元件200具有圖9(a)所示之電路構成。保護元件200藉由經由第1外部連接電極111a、第2外部連接電極112a安裝於外部電路，而組入該外部電路之電流路徑上。保護元件200於在保險絲單元13流通特定之額定電流之期間，即便自發熱亦不熔斷。另一方面，保護元件200一旦超過額定之過電流通電，則保險絲單元13藉由自發熱熔斷，藉由將第1電極111及第2電極112間截斷，而截斷該外部電路之電流路徑(圖9(b))。
保護元件200於保險絲單元13為低熔點金屬層與高熔點金屬層之積層體之情形下，由於保險絲單元13積層有熔點較高熔點金屬層為低之低熔點金屬層，故藉由因過電流引起之自發熱，而熔融之低熔點金屬層開始熔解高熔點金屬層。因而，保護元件200藉由利用由保險絲單元13之低熔點金屬層引起之高熔點金屬層之熔解作用，而高熔點金屬層以較熔融溫度更低之溫度熔融，可快速地熔斷。由於具備絕緣性無機纖維物14，故即便於熔斷時產生電弧放電，亦快速停止。
進而，保險絲單元13之熔融金屬由於藉由第1電極111及第2電極112之物理性拉入作用朝左右分斷，故可快速且確實地截斷第1電極111及第2電極112間之電流路徑。
＜製造方法＞  說明保護元件200之製造方法之一例。
於絕緣基板10之相對向之兩端部，藉由對Ag或Cu配線等進行絲網印刷，將第1電極111及第2電極112各者圖案化，並於表面，作為抗氧化及電極腐蝕對策，適宜地藉由鍍覆加工形成Sn、Ni/Au、Ni/Pd、Ni/Pd/Au等之保護層16，藉此製造基座部分。
其次，在絕緣基板10之表面10a側，於第1電極111及第2電極112上塗佈焊料膏糊等連接材料18，跨第1電極111及第2電極112連接保險絲單元13。藉此，於第1電極111及第2電極112上，搭載保險絲單元13。其次，於保險絲單元13上載置絕緣性無機纖維物14。
其次，藉由當於絕緣基板10之表面10a側在特定之範圍內塗佈接著劑19後，接著外殼構件115，而將保險絲單元13及絕緣性無機纖維物14覆蓋，而保護元件200完成。
(第6實施形態)  圖10係第6實施形態之保護元件之剖視示意圖。  利用與上述實施形態相同之符號之構件係具有相同之構成者，而省略說明。又，有針對即便符號與上述實施形態不同但功能亦相同之構件省略說明之情形。
圖10所示之保護元件201較圖8所示之保護元件200，於保險絲單元13之供絕緣性無機纖維物14配置之側之相反側亦具備絕緣性無機纖維物24之方面、亦即以與絕緣性無機纖維物14一起夾入保險絲單元13之方式具備絕緣性無機纖維物24之方面為主要之差異。  可使用絕緣性無機多孔質材，而取代絕緣性無機纖維物。例如，可使用絕緣性無機多孔質，而取代絕緣性無機纖維物14或絕緣性無機纖維物24之任一者，亦可使用絕緣性無機多孔質材，而取代絕緣性無機纖維物14及絕緣性無機纖維物24。
(第7實施形態)  圖11係第7實施形態之保護元件之主要部分之示意圖，(a)係剖視示意圖，(b)係對第7實施形態之保護元件卸下外殼構件而進行顯示之俯視示意圖。  利用與上述實施形態相同之符號之構件係具有相同之構成者，而省略說明。又，有針對即便符號與上述實施形態不同但功能亦相同之構件省略說明之情形。
圖11所示之保護元件300具有：絕緣基板10；2個電極111、112，其等於絕緣基板10上相互分開配置；保險絲單元33；絕緣性無機纖維物34；發熱體20，其配置於絕緣基板10上；發熱體電極29，其連接於發熱體20之第1端；發熱體引出電極26，其連接於發熱體20之第2端與保險絲單元33；且保險絲單元33連接於2個電極111、112，於保險絲單元33之不與絕緣基板10對向之側之至少一部分，以接觸或接近之方式配置絕緣性慢熱構件34。  可使用絕緣性無機多孔質材，而取代絕緣性無機纖維物。
＜發熱體＞  發熱體20係於通電時發熱之具有導電性之構件，包含例如鎳鉻、W、Mo、Ru等或包含其等之材料。發熱體20可藉由將該等合金或組成物、化合物之粉狀體與樹脂黏合劑等混合形成糊狀物，將該糊狀物利用絲網印刷技術於絕緣基板10上形成圖案並進行煅燒等而形成。
發熱體20由絕緣構件22被覆，以介隔著絕緣構件22與發熱體20對向之方式形成發熱體引出電極26。發熱體引出電極26具有：下層部26a，其形成於絕緣基板10之表面10a上且與發熱體20連接；及上層部26b，其與發熱體20對向地積層於絕緣構件22上，且與保險絲單元33連接。藉此，發熱體20經由發熱體引出電極26與保險絲單元33電性連接。  發熱體電極29包含：發熱體表面電極29a，其形成於絕緣基板10之表面10a；發熱體背面電極29b，其形成於絕緣基板10之背面10b；及半圓孔29c，其將發熱體表面電極29a與發熱體背面電極29b連接。  發熱體20之一端與發熱體引出電極26連接，另一端與發熱體電極29連接。
(保險絲單元)  又，保護元件300藉由保險絲單元33與發熱體引出電極26連接，而構成向發熱體20之通電路徑之一部分。因而，由於保護元件300一旦保險絲單元33熔融，截斷與外部電路之連接，則亦截斷向發熱體20之通電路徑，故可停止發熱。
保險絲單元33由於藉由保險絲單元33具備高熔點金屬層而提高對於高溫環境之耐性，故安裝性優異，於經由連接材料18搭載於第1電極111、第2電極112及發熱體引出電極26上後，可藉由回流焊接等更容易地連接。
＜絕緣性無機纖維物＞  絕緣性無機纖維物34可使用與上述同樣之絕緣性無機纖維物。
圖11所示之保護元件300具有如圖12所示之電路構成。保護元件300為包含下述部分之電力構成，即：保險絲單元33，其經由發熱體引出電極26跨於第1背面電極111b、第2背面電極112b間串聯連接；及發熱體20，其經由成為保險絲單元33之連接點之發熱體引出電極26通電而發熱，藉此將保險絲單元33熔融，且一端連接於發熱體電極29。於保護元件300中，藉由經由第1背面電極111b、第2背面電極112b及發熱體背面電極29b連接於外部電路基板，而保險絲單元33經由第1、第2電極111、112於外部電路之電流路徑上串聯連接，發熱體20經由發熱體電極29與設置於外部電路之電流控制元件連接。  包含此電路構成之保護元件300於產生截斷外部電路之電流路徑之需要之情形下，藉由設置於外部電路之電流控制元件對發熱體20通電。於保護元件300中，藉由發熱體20之發熱，而組入外部電路之電流路徑上之保險絲單元33熔融，因保險絲單元33之熔融導體受發熱體引出電極26及第1、第2電極111、112拉引，而保險絲單元33熔斷。藉此，截斷外部電路之電流路徑，且因保險絲單元33熔斷，而亦停止向發熱體20之饋電。
保護元件300於保險絲單元33為低熔點金屬層與高熔點金屬層之積層體之情形下，由於保險絲單元33積層有熔點較高熔點金屬層為低之低熔點金屬層，故藉由因過電流引起之自發熱，熔融之低熔點金屬層開始熔解高熔點金屬層。因而，保護元件300藉由利用由保險絲單元33之低熔點金屬層引起之高熔點金屬層之熔解作用，而高熔點金屬層以較熔融溫度更低之溫度熔融，可快速地熔斷。
＜製造方法＞  針對保護元件300之製造方法之將保險絲單元搭載於絕緣基板上之部分，說明其一例。
在絕緣基板10之表面10a側，於第1電極111及第2電極112、發熱體引出電極26上塗佈焊料膏糊等連接材料18，第1電極111及第2電極112跨於發熱體引出電極26連接保險絲單元33。藉此，於第1電極111及第2電極112、發熱體引出電極26上，搭載保險絲單元33。其次，於保險絲單元33上載置絕緣性無機纖維物34。
其次，藉由當於絕緣基板10之表面10a側在特定之範圍內塗佈接著劑19後，接著外殼構件115，而將保險絲單元33覆蓋，而保護元件300完成。
(第8實施形態)  圖13係第8實施形態之保護元件之剖視示意圖。  利用與上述實施形態相同之符號之構件係具有相同之構成者，而省略說明。又，有針對即便符號與上述實施形態不同但功能亦相同之構件省略說明之情形。
圖13所示之保護元件301較圖11所示之保護元件300，於保險絲單元33之供絕緣性無機纖維物34配置之側之相反側亦具備絕緣性無機纖維物44之方面為主要之差異。  可使用絕緣性無機多孔質材，而取代絕緣性無機纖維物。例如，可使用絕緣性無機多孔質，而取代絕緣性無機纖維物34或絕緣性無機纖維物44之任一者，亦可使用絕緣性無機多孔質材，而取代絕緣性無機纖維物34及絕緣性無機纖維物44。  [實施例]
(實施例1)  使用圖3(a)所示之積層體型保險絲單元(內層包含寬度5.4 mm×長度11 mm×厚度0.3 mm之Sn合金，外層包含厚度6 μm之Ag)、作為絕緣性無機纖維物之陶瓷纖維紙(阪口電熱株式會社製)、及作為外殼構件之樹脂製之外殼構件，基於圖4之類型，製作以絕緣性無機纖維物夾入保險絲單元之兩面之構造之保護元件。
(比較例1)  除未使用陶瓷纖維紙以外，與實施例1同樣地製作保護元件。
(比較例2)  除未使用陶瓷纖維紙且將消弧劑填充於外殼構件以外，與實施例1同樣地製作保護元件。
(電流截斷試驗1)  於100 V、295 A下進行了電流截斷試驗。  實施例1之保護元件於0.3秒時截斷電流，未對外殼構件造成特別影響。比較例1之保護元件於0.3秒時截斷電流，外殼構件飛散。  比較例2之保護元件於0.5秒時截斷電流，發出聲音且外殼構件之上部外殼構件脫開。
(實施例2)  使用圖3(a)所示之積層體型保險絲單元(內層包含寬1.0 mm×長度11 mm×厚度0.2 mm之Sn合金，外層包含厚度4 μm之Ag)、作為絕緣性無機纖維物之陶瓷纖維紙(阪口電熱株式會社製)、及作為外殼構件之樹脂製之外殼構件，製作圖6所示之類型之保護元件。
(比較例3)  除未使用陶瓷纖維紙以外，與實施例2同樣地製作保護元件。
(比較例4)  除未使用陶瓷纖維紙且將消弧劑填充於外殼構件以外，與實施例2同樣地製作保護元件。
(電流截斷試驗2)  於120 V、200 A下進行了電流截斷試驗。  實施例2之保護元件於0.7秒時截斷電流，未對外殼構件造成特別影響。比較例3之保護元件於0.4秒時截斷電流，未對外殼構件造成特別影響。比較例4之保護元件於0.9秒時截斷電流，發生***聲，且於外殼構件形成孔並燃燒。
(電流截斷試驗3)  於140 V、200 A下進行了電流截斷試驗。  實施例2之保護元件於0.7秒時截斷電流，未對外殼構件造成特別影響。比較例3之保護元件於0.5秒時截斷電流，外殼構件飛散。
(電流截斷試驗4)  於150 V、190 A下進行了電流截斷試驗。  實施例2之保護元件於0.9秒截斷電流，未對外殼構件造成特別影響。
1:第1端子構件(端子構件)1a:第1端部1aa:外部端子孔2:第2端子構件(端子構件)2a:第2端部2aa:外部端子孔3,13,23,33:保險絲單元3A:積層體(保險絲單元)/保險絲單元之一側3Aa,3Ba,3Ca,3Da:低熔點金屬層3Ab,3Bb,3Cb,3Db,3Dc:高熔點金屬層3a:第1端部3aa:外部端子孔3B:積層體(保險絲單元)/保險絲單元之另一側3b:第2端部3bb:外部端子孔3C,3D:積層體(保險絲單元)3c:中間部3cc:切斷部4,14,24,34,44:絕緣性無機纖維物(絕緣性無機多孔質材)5,15,25,115:外殼構件5A,15A,25A:上部外殼構件5B,15B,25B:下部外殼構件10:絕緣基板10a:表面10b:背面13A:保險絲單元之一側13a:第1端部/端部13B:保險絲單元之另一側13b:第2端部/端部14A,14B,14C:絕緣性無機纖維物15Aa,25Aa:頂面15Ab,25Ab:突起部16:保護層18:連接材料19:接著劑20:發熱體22:絕緣構件23A,23B:保險絲單元群23a,23aa,23ab,23b,23ba,23bb,23c,23ca,23cb,23d,23da,23db:保險絲單元25Ba:下表面25Bb:支持部26:發熱體引出電極26a:下層部26b:上層部29:發熱體電極29a:發熱體表面電極29b:發熱體背面電極29c,111c,112c:半圓孔100,101,102,103,200,201,300,301:保護元件111:第1電極/電極111a:第1表面電極/第1外部連接電極111b:第1背面電極112:第2電極/電極112a:第2表面電極112b:第2背面電極x,y,z:方向
圖1係第1實施形態之保護元件之示意圖，(a)係剖視示意圖，(b)係卸下外殼構件之狀態之俯視示意圖。  圖2係第1實施形態之保護元件之立體示意圖。  圖3係示意性顯示積層體之構造之例之立體圖，(a)係方形狀或板狀者，且係以內層採用低熔點金屬層、以外層採用高熔點金屬層者，(b)係圓棒狀者，且係以內層採用低熔點金屬層、以外層採用高熔點金屬層者，(c)係方形狀或板狀者，且係積層有低熔點金屬層與高熔點金屬層之二層構造者，(d)係方形狀或板狀者，且係利用上下之高熔點金屬層及高熔點金屬層夾入低熔點金屬層之三層構造者。  圖4係第2實施形態之保護元件之示意圖，(a)係剖視示意圖，(b)係卸下外殼構件之狀態之俯視示意圖。  圖5係第3實施形態之保護元件之示意圖，(a)係剖視示意圖，(b)係卸下外殼構件之狀態之俯視示意圖。  圖6係顯示4個保險絲單元排列配置而成之保險絲單元群於z方向配置為2段之構成之剖視示意圖。  圖7係第4實施形態之保護元件之示意圖，(a)係剖視示意圖，(b)係卸下外殼構件之狀態之俯視示意圖。  圖8係第5實施形態之保護元件之示意圖，(a)係剖視示意圖，(b)係卸下外殼構件之狀態之俯視示意圖。  圖9(a)係第5實施形態之保護元件之保險絲單元熔斷前之電路圖，(b)係熔斷後之電路圖。  圖10係第6實施形態之保護元件之剖視示意圖。  圖11係第7實施形態之保護元件之示意圖，(a)係剖視示意圖，(b)係卸下外殼構件之狀態之俯視示意圖。  圖12係第7實施形態之保護元件之保險絲單元熔斷前之電路圖。  圖13係第8實施形態之保護元件之剖視示意圖。
3:保險絲單元
3A:積層體(保險絲單元)/保險絲單元之一側
3a:第1端部
3aa:外部端子孔
3B:積層體(保險絲單元)/保險絲單元之另一側
3b:第2端部
3bb:外部端子孔
3c:中間部
3cc:切斷部
4:絕緣性無機纖維物(絕緣性無機多孔質材)
5:外殼構件
5A:上部外殼構件
5B:下部外殼構件
100:保護元件
x,y,z:方向

Claims (16)

  1. 一種保護元件，其具有：  保險絲單元；  絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材，其與前述保險絲單元之至少一部分接觸或接近地配置；及  外殼構件，其將前述保險絲單元之至少一部分、及前述絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材封入。
  2. 如請求項1之保護元件，其中前述絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材包含陶瓷或玻璃。
  3. 如請求項1或2之保護元件，其中前述絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材為片狀。
  4. 如請求項1至3中任一項之保護元件，其中前述保險絲單元為平板狀、棒狀、或索狀之任一者。
  5. 如請求項1至4中任一項之保護元件，其中前述保險絲單元包含複數個保險絲單元，前述複數個保險絲單元排列配置。
  6. 如請求項1至5中任一項之保護元件，其中複數個保險絲單元排列配置而成之保險絲單元群以複數個重疊配置。
  7. 如請求項1至6中任一項之保護元件，其中前述絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材配置為至少夾入前述保險絲單元之一部分。
  8. 如請求項1至7中任一項之保護元件，其中前述保險絲單元為低熔點金屬層與高熔點金屬層之積層體。
  9. 如請求項1至8中任一項之保護元件，其中前述保險絲單元為低熔點金屬層與高熔點金屬層之積層體；且  前述積層體之積層構造為將內層採用低熔點金屬、將外層採用高熔點金屬之積層體。
  10. 如請求項1至9中任一項之保護元件，其中前述保險絲單元包含低熔點金屬與高熔點金屬；且  前述低熔點金屬包含Sn或以Sn為主成分之金屬。
  11. 如請求項1至10中任一項之保護元件，其中前述保險絲單元包含低熔點金屬與高熔點金屬；且  前述高熔點金屬包含Ag、Cu、或以Ag或Cu為主成分之金屬。
  12. 如請求項1至11中任一項之保護元件，其中前述低熔點金屬層之膜厚為30 μm以上，前述高熔點金屬層之膜厚為1 μm以上。
  13. 如請求項1至12中任一項之保護元件，其中於前述絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材浸滲絕緣性膏糊。
  14. 如請求項1至13中任一項之保護元件，其中於前述保險絲單元之通電方向之兩端部各者具有端子構件；且  以前述端子構件之一部分露出之方式，於前述外殼構件內封入前述保險絲單元及前述絕緣性無機纖維物或絕緣性無機多孔質材。
  15. 如請求項1至13中任一項之保護元件，其具有絕緣基板；及2個電極，其等於前述絕緣基板上相互分開配置；且  於前述保險絲單元之通電方向之兩端部各者，連接前述2個電極各者。
  16. 如請求項1至13中任一項之保護元件，其具有：絕緣基板；2個電極，其等於前述絕緣基板上相互分開配置；發熱體，其配置於前述絕緣基板上；發熱體電極，其連接於前述發熱體之第1端；及發熱體引出電極，其連接於前述發熱體之第2端與前述保險絲單元；且  於前述保險絲單元之通電方向之兩端部各者，連接前述2個電極各者。
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