(57)【要約】【課題】低コストで製造可能であって、定格電流を大幅に超えるような過電流が流れるときの断線時間が短く、定格電流を若干超えるような過電流が流れるときの断線時間が長く、これらの断線時間の差が大きいヒューズ素子を提供する。【解決手段】第１電極と第２電極の間に接続されているヒューズ素子は、一端が前記第１電極に接しており、他端が前記第２電極に接している可溶体と、前記可溶体に接している絶縁体と、前記絶縁体を介して前記可溶体に熱的に接続されている蓄熱ブロックと、を備えており、前記絶縁体の熱容量が、前記可溶体の熱容量よりも小さく、前記蓄熱ブロックの熱容量が、前記可溶体の熱容量よりも大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極の間に接続されているヒューズ素子であって、
一端が前記第１電極に接しており、他端が前記第２電極に接している可溶体と、
前記可溶体に接している絶縁体と、
前記絶縁体を介して前記可溶体に熱的に接続されている蓄熱ブロックと、を備えており、
前記絶縁体の熱容量が、前記可溶体の熱容量よりも小さく、
前記蓄熱ブロックの熱容量が、前記可溶体の熱容量よりも大きい、ヒューズ素子。
【請求項２】
前記蓄熱ブロックは、第１蓄熱ブロック部と第２蓄熱ブロック部を有しており、
前記第１蓄熱ブロック部と前記第２蓄熱ブロック部は、前記第１電極と前記第２電極を結ぶ方向に離れて配置されており、
前記第１蓄熱ブロック部と前記第２蓄熱ブロック部の各々が、前記絶縁体を介して前記可溶体の第１面に熱的に接続されている、請求項１に記載のヒューズ素子。
【請求項３】
前記絶縁体は、第１絶縁体部と第２絶縁体部を有しており、
前記第１絶縁体部と前記第２絶縁体部は、前記第１電極と前記第２電極を結ぶ方向に離れて配置されており、
前記第１蓄熱ブロック部が、前記第１絶縁体部を介して前記可溶体の前記第１面に熱的に接続されており、
前記第２蓄熱ブロック部が、前記第２絶縁体部を介して前記可溶体の前記第１面に熱的に接続されている、請求項２に記載のヒューズ素子。
【請求項４】
前記第１蓄熱ブロック部が、前記第１電極に熱的に接続されており、
前記第２蓄熱ブロック部が、前記第２電極に熱的に接続されている、請求項２又は３に記載のヒューズ素子。
【請求項５】
前記第１蓄熱ブロック部が、前記第１電極に接しており、
前記第２蓄熱ブロック部が、前記第２電極に接している、請求項４に記載のヒューズ素子。
【請求項６】
前記蓄熱ブロックはさらに、第３蓄熱ブロック部と第４蓄熱ブロック部を有しており、
前記第３蓄熱ブロック部と前記第４蓄熱ブロック部は、前記第１電極と前記第２電極を結ぶ方向に離れて配置されており、
前記第３蓄熱ブロック部と前記第４蓄熱ブロック部の各々が、前記絶縁体を介して前記可溶体の前記第１面とは反対側の第２面に熱的に接続されている、請求項２〜５のいずれか一項に記載のヒューズ素子。
【請求項７】
前記絶縁体は、第３絶縁体部と第４絶縁体部を有しており、
前記第３絶縁体部と前記第４絶縁体部は、前記第１電極と前記第２電極を結ぶ方向に離れて配置されており、
前記第３蓄熱ブロック部が、前記第３絶縁体部を介して前記可溶体の前記第２面に熱的に接続されており、
前記第４蓄熱ブロック部が、前記第４絶縁体部を介して前記可溶体の前記第２面に熱的に接続されている、請求項６に記載のヒューズ素子。
【請求項８】
前記第３蓄熱ブロック部が、前記第１電極に熱的に接続されており、
前記第４蓄熱ブロック部が、前記第２電極に熱的に接続されている、請求項６又は７に記載のヒューズ素子。
【請求項９】
前記第３蓄熱ブロック部が、前記第１電極に接しており、
前記第４蓄熱ブロック部が、前記第２電極に接している、請求項８に記載のヒューズ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、ヒューズ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気回路の保護のためにヒューズ素子が広く用いられている。ヒューズ素子は、第１電極と第２電極の間に接続されており、第１電極と第２電極の間に定格電流以下の電流が流れているときには断線せずに、第１電極と第２電極の間に定格電流を超えた電流が流れたときには断線するように構成されている。この種のヒューズ素子は、一端が第１電極に接するとともに他端が第２電極に接する可溶体を備えている。ヒューズ素子は、定格電流を超えた電流が流れたときに生じるジュール熱により可溶体が溶融することで断線するように構成されている。
【０００３】
電気回路には、定格電流を超えるような過電流が流れたときに、その過電流を定格電流以下となるように制御する保護回路が搭載されていることがある。このような保護回路が搭載されている場合、定格電流を若干超えるような過電流が流れるようなときは、保護回路の動作による過電流の低下が期待できるので、ヒューズ素子が断線しないことが望ましい。これにより、ヒューズ素子の不要な断線を回避できる。即ち、ヒューズ素子の特性としては、定格電流を若干超えるような過電流が流れるときには、断線するまでに要する断線時間が長いのが望ましい。一方、ヒューズ素子の特性としては、定格電流を大幅に超えるような過電流が流れるときには、断線時間が短いのが望ましい。
【０００４】
このように、ヒューズ素子には、定格電流を大幅に超えるような過電流が流れるときの断線時間が短く、定格電流を若干超えるような過電流が流れるときの断線時間が長い特性が望まれる。従来のヒューズ素子の可溶体の断線時間は、可溶体の熱抵抗と発熱によって決定され、発熱を独立変数とした一次関数で決定される。このため、可溶体の材料及び形態に基づいて熱抵抗を高く設定し、定格電流を大幅に超えるような過電流が流れるときの断線時間が短くなるように設計すれば、定格電流を若干超えるような過電流が流れるときの断線時間も短くなる。また、可溶体の材料及び形態に基づいて熱抵抗を低く設定し、定格電流を若干超えるような過電流が流れるときの断線時間が長くなるように設計すれば、定格電流を大幅に超えるような過電流が流れるときの断線時間も長くなる。このように、従来のヒューズ素子では、定格電流を大幅に超えるような過電流が流れるときの断線時間と定格電流を若干超えるような過電流が流れるときの断線時間の間に大きな差を設けることが難しい。
【０００５】
特許文献１は、可溶体を流れる電流値を監視し、可溶体を加熱又は冷却することが可能な技術を開示する。この技術を用いれば、可溶体を流れる電流値に応じて可溶体の温度を制御することができる。このため、例えば定格電流を若干超えるような過電流が流れるときに可溶体を冷却すれば、そのときの断線時間を大幅に長くすることができる。特許文献１の技術を用いると、定格電流を大幅に超えるような過電流が流れるときの断線時間が短く、定格電流を若干超えるような過電流が流れるときの断線時間が長く、これらの断線時間の差が大きいヒューズ素子が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２３０７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術では、制御ＩＣ、発熱抵抗体及び冷却素子（ペルチェ素子）等が必要であり、ヒューズ素子のコストが大幅に増加する。本明細書は、低コストで製造可能であって、定格電流を大幅に超えるような過電流が流れるときの断線時間が短く、定格電流を若干超えるような過電流が流れるときの断線時間が長く、これらの断線時間の差が大きいヒューズ素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書が開示するヒューズ素子の一実施形態は、第１電極と第２電極の間に接続されて用いられる。このヒューズ素子は、一端が前記第１電極に接しており、他端が前記第２電極に接している可溶体と、前記可溶体に接している絶縁体と、前記絶縁体を介して前記可溶体に熱的に接続されている蓄熱ブロックと、を備えることができる。前記絶縁体の熱容量が、前記可溶体の熱容量よりも小さい。さらに、前記蓄熱ブロックの熱容量が、前記可溶体の熱容量よりも大きい。このように構成された前記ヒューズ素子の前記可溶体の温度上昇曲線には、変曲点が発生し、温度が飽和温度に達するよりも前に概ね平坦となる部分が現れる。前記可溶体と前記絶縁体と前記蓄熱ブロックの材料及び形状を調整することにより、このような温度上昇曲線の形状を調整することができる。温度上昇曲線にこのような平坦な部分が現れることにより、定格電流を若干超えるような過電流が流れるときの断線時間を大幅に長くすることができる。したがって、定格電流を大幅に超えるような過電流が流れるときの断線時間が短く、定格電流を若干超えるような過電流が流れるときの断線時間が長く、これらの断線時間の差が大きい前記ヒューズ素子を提供することができる。さらに、前記ヒューズ素子は、制御ＩＣ等が不要であり、低コストで製造可能な構成である。
【０００９】
上記実施形態のヒューズ素子では、前記蓄熱ブロックが、第１蓄熱ブロック部と第２蓄熱ブロック部を有していてもよい。この場合、前記第１蓄熱ブロック部と前記第２蓄熱ブロック部は、前記第１電極と前記第２電極を結ぶ方向に離れて配置されている。さらに、前記第１蓄熱ブロック部と前記第２蓄熱ブロック部の各々が、前記絶縁体を介して前記可溶体の第１面に熱的に接続されている。このヒューズ素子では、前記蓄熱ブロックが、少なくとも前記第１蓄熱ブロック部と前記第２蓄熱ブロック部に分割して構成されている。これにより、前記第１電極と前記第２電極が前記第１蓄熱ブロック部及び前記第２蓄熱ブロック部を介して短絡することが抑えられるので、前記ヒューズ素子の信頼性を向上させることができる。
【００１０】
前記蓄熱ブロックが分割された前記第１蓄熱ブロック部と前記第２蓄熱ブロック部を有する実施形態のヒューズ素子では、前記絶縁体が、第１絶縁体部と第２絶縁体部を有していてもよい。この場合、前記第１絶縁体部と前記第２絶縁体部は、前記第１電極と前記第２電極を結ぶ方向に離れて配置されている。さらに、前記第１蓄熱ブロック部が、前記第１絶縁体部を介して前記可溶体の前記第１面に熱的に接続されている。前記第２蓄熱ブロック部が、前記第２絶縁体部を介して前記可溶体の前記第１面に熱的に接続されている。前記絶縁体が分割されているので、前記可溶体が溶融したときに、前記可溶体が良好に断線することができる。
【００１１】
前記蓄熱ブロックが分割された前記第１蓄熱ブロック部と前記第２蓄熱ブロック部を有する実施形態のヒューズ素子では、前記第１蓄熱ブロック部が、前記第１電極に熱的に接続されていてもよい。さらに、前記第２蓄熱ブロック部が、前記第２電極に熱的に接続されていてもよい。これにより、前記第１蓄熱ブロック部の熱を前記第１電極に放熱し、前記第２蓄熱ブロック部の熱を前記第２電極に放熱することができるので、前記ヒューズ素子の前記可溶体の飽和温度を調整することができる。なお、前記第１蓄熱ブロック部が前記第１電極に接することにより、前記第１蓄熱ブロック部が前記第１電極に熱的に接続されてもよい。さらに、前記第２蓄熱ブロック部が前記第２電極に接することにより、前記第２蓄熱ブロック部が前記第２電極に熱的に接続されてもよい。
【００１２】
前記蓄熱ブロックが分割された前記第１蓄熱ブロック部と前記第２蓄熱ブロック部を有する実施形態のヒューズ素子では、前記蓄熱ブロックがさらに、第３蓄熱ブロック部と第４蓄熱ブロック部を有していてもよい。この場合、前記第３蓄熱ブロック部と前記第４蓄熱ブロック部は、前記第１電極と前記第２電極を結ぶ方向に離れて配置されている。さらに、前記第３蓄熱ブロック部と前記第４蓄熱ブロック部の各々が、前記絶縁体を介して前記可溶体の前記第１面とは反対側の第２面に熱的に接続されている。このヒューズ素子では、前記可溶体の前記第１面側に前記第１蓄熱ブロック部及び第２蓄熱ブロック部が設けられ、前記可溶体の前記第２面側に前記第３蓄熱ブロック部及び第４蓄熱ブロック部が設けられる。
【００１３】
前記蓄熱ブロックが分割された前記第３蓄熱ブロック部と前記第４蓄熱ブロック部を有する実施形態のヒューズ素子では、前記絶縁体が、第３絶縁体部と第４絶縁体部を有していてもよい。この場合、前記第３絶縁体部と前記第４絶縁体部は、前記第１電極と前記第２電極を結ぶ方向に離れて配置されている。さらに、前記第３蓄熱ブロック部が、前記第３絶縁体部を介して前記可溶体の前記第２面に熱的に接続されている。前記第４蓄熱ブロック部が、前記第４絶縁体部を介して前記可溶体の前記第２面に熱的に接続されている。前記絶縁体が分割されているので、前記可溶体が溶融したときに、前記可溶体が良好に断線することができる。
【００１４】
前記蓄熱ブロックが分割された前記第３蓄熱ブロック部と前記第４蓄熱ブロック部を有する実施形態のヒューズ素子では、前記第３蓄熱ブロック部が、前記第１電極に熱的に接続されていてもよい。さらに、前記第４蓄熱ブロック部が、前記第２電極に熱的に接続されていてもよい。これにより、前記第３蓄熱ブロック部の熱を前記第１電極に放熱し、前記第４蓄熱ブロック部の熱を前記第２電極に放熱することができので、前記ヒューズ素子の前記可溶体の飽和温度を調整することができる。なお、前記第３蓄熱ブロック部が前記第１電極に接することにより、前記第３蓄熱ブロック部が前記第１電極に熱的に接続されてもよい。さらに、前記第４蓄熱ブロック部が前記第２電極に接することにより、前記第４蓄熱ブロック部が前記第２電極に熱的に接続されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態のヒューズ素子の斜視図を模式的に示す。
【図２】図１のII-II線に対応した断面図であり、第１実施形態のヒューズ素子の断面図を模式的に示す。
【図３】第１実施形態のヒューズ素子の可溶体の温度上昇特性の一例を示す。
【図４】第１実施形態のヒューズ素子の温度特性に係る等価回路を示す。
【図５】第１実施形態のヒューズ素子の可溶体の温度上昇特性の一例であり、異なる発熱における温度上昇特性の概要を示す。
【図６】第１実施形態のヒューズ素子の可溶体の温度上昇特性の具体例であり、異なる電流における温度上昇特性の具体例を示す。
【図７】第２実施形態のヒューズ素子の斜視図を模式的に示す。
【図８】図７のVIII-VIII線に対応した断面図であり、第２実施形態のヒューズ素子の断面図を模式的に示す。
【図９】第２実施形態の変形例のヒューズ素子の断面図を模式的に示す。
【図１０】第２実施形態の変形例のヒューズ素子の断面図を模式的に示す。
【図１１】第２実施形態の変形例のヒューズ素子の断面図を模式的に示す。
【図１２】第３実施形態のヒューズ素子の斜視図を模式的に示す。
【図１３】図１２のXIII-XIII線に対応した断面図であり、第３実施形態のヒューズ素子の断面図を模式的に示す。
【図１４】第３実施形態の変形例のヒューズ素子の断面図を模式的に示す。
【図１５】第４実施形態のヒューズ素子の斜視図を模式的に示す。
【図１６】図１５のXVI-XVI線に対応した断面図であり、第４実施形態のヒューズ素子の断面図を模式的に示す。
【図１７】第５実施形態のヒューズ素子の斜視図を模式的に示す。
【図１８】図１７のXVIII-XVIII線に対応した断面図であり、第５実施形態のヒューズ素子の断面図を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
図１に第１実施形態のヒューズ素子１の斜視図、図２に図１のII-II線に対応したヒューズ素子１の断面図を示す。ヒューズ素子１は、第１電極１１と第２電極１２の間に接続して用いられ、可溶体２０と絶縁体３０と蓄熱ブロック４０を備えている。
【００１７】
可溶体２０は、一端が第１電極１１に接しており、他端が第２電極１２に接するように構成されている。より具体的には、可溶体２０は、第１電極１１及び第２電極１２と同一面内に配置されており、一方の側面が第１電極１１の側面に接しており、他方の側面が第２電極１２の側面に接している。可溶体２０は、平板状の薄膜として構成されており、第１電極１１と第２電極１２を結ぶ方向を長手方向とする平面矩形状の形態を有している。可溶体２０の材料は、低融点であり、第１電極１１及び第２電極１２の電極材料よりも導電率の低い金属が用いられている。一例ではあるが、可溶体２０の材料としては、亜鉛、すず、鉛等が挙げられる。
【００１８】
絶縁体３０は、可溶体２０の上面全体に接するように構成されており、可溶体２０と蓄熱ブロック４０の間に設けられている。絶縁体３０は、可溶体２０と蓄熱ブロック４０を隔てており、可溶体２０と蓄熱ブロック４０を絶縁している。絶縁体３０は、可溶体２０と蓄熱ブロック４０の各々と接合しており、例えばろう接技術等を利用して接合している。絶縁体３０がセラミックス等で形成されており脆い場合においても、ろう接技術を用いることで、絶縁体３０が破壊されてしまうことを防止できる。絶縁体３０は、平板状の薄膜として構成されており、第１電極１１と第２電極１２を結ぶ方向を長手方向とする平面矩形状の形態を有している。この例では、絶縁体３０の平面形状が可溶体２０の平面形状と一致している。この例に代えて、絶縁体３０の平面形状が、可溶体２０の範囲を超えて周囲に延びるような形態であってもよい。また、絶縁体３０の膜厚は、可溶体２０の膜厚よりも十分に小さい。このため、絶縁体３０の熱容量は可溶体２０の熱容量よりも十分に小さい。一例ではあるが、絶縁体３０の材料としては、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミック、ポリイミド等の耐熱性の樹脂が挙げられる。
【００１９】
蓄熱ブロック４０は、絶縁体３０の上面に接するように構成されており、絶縁体３０を介して可溶体２０に熱的に接続されている。蓄熱ブロック４０は、第１電極１１と第２電極１２を結ぶ方向を長手方向とする直方体の形態を有している。蓄熱ブロック４０は、第１電極１１及び第２電極１２から離反しており、第１電極１１及び第２電極１２から絶縁されている。これにより、ヒューズ素子１は、第１電極１１と第２電極１２が蓄熱ブロック４０を介して短絡することがないように構成されている。蓄熱ブロック４０の熱容量は可溶体２０の熱容量よりも十分に大きい。蓄熱ブロック４０の材料は、熱伝導率の高い金属が用いられている。一例ではあるが、蓄熱ブロック４０の材料としては、銅、銀、金、タングステン、鉄、炭化珪素、窒化アルミニウム等が挙げられる。また、蓄熱ブロック４０の上面（絶縁体３０と接合する面とは反対側の面）は空冷面である。
【００２０】
ここで、本実施形態のヒューズ素子１の特徴を説明する。図３に、ヒューズ素子１の可溶体２０の温度上昇特性の一例を示す。温度上昇特性は、可溶体２０に一定電流を流したときの温度の経時的な変化を示す。なお、図中破線で示す比較例は、絶縁体３０及び蓄熱ブロック４０が設けられていない例である。図３に示されるように、本実施形態のヒューズ素子１の可溶体２０では、温度上昇曲線に変曲点が発生し、温度が飽和温度に達するよりも前に下に凸なカーブを描き、概ね平坦となる部分が現れることを特徴としている。このような温度上昇特性となる理由を以下に説明する。
【００２１】
図４は、本実施形態のヒューズ素子１の温度特性に係る等価回路である。Ｒ１とＣ１がそれぞれ可溶体２０の熱抵抗と熱容量であり、Ｒ２とＣ２がそれぞれ絶縁体３０の熱抵抗と熱容量であり、Ｒ３とＣ３がそれぞれ蓄熱ブロック４０の熱抵抗と熱容量である。電流Ｉｈｅａｔが可溶体２０での発熱を表しており、一定値である。電圧Ｖ０は、ヒューズ素子１の置かれた環境温度であり、一定値である。電圧Ｖｆｕｓｅは、可溶体２０の温度を表している。
【００２２】
比較例の温度上昇特性は、Ｒ２,Ｃ２,Ｒ３,Ｃ３がない場合の温度（＝Ｖｆｕｓｅ）に相当する。この温度上昇特性において、長時間が経過したときの飽和温度は、ＩｈｅａｔとＲ１の積で決定される（正確にはＶ０を加える必要がある）。この温度上昇の過程は、Ｒ１とＣ１の時定数に基づく変化（時刻に対する１階の微分方程式で表される過渡現象、又は、制御理論における１次遅れ要素）である。
【００２３】
一方、本実施形態のヒューズ素子１は、Ｒ２,Ｃ２,Ｒ３,Ｃ３で構成される回路が２次遅れ要素であることから、１次遅れ要素と２次遅れ要素が並列接続された回路とみなすことができる。図５に、本実施形態のヒューズ素子１に相当する図４の等価回路において、発熱を表す電流Ｉｈｅａｔの値を、Ｉｒａｔｅ、Ｉｒａｔｅ×２、Ｉｒａｔｅ×６と変化させた場合の温度上昇特性を示す。ここで、「Ｉｒａｔｅ」は、定格電流以下の電流が流れたときの発熱を表す。「Ｉｒａｔｅ×２」は、Ｉｒａｔｅの２倍の発熱であり、定格電流を若干超えるような過電流が流れたときの発熱を表す。「Ｉｒａｔｅ×６」は、Ｉｒａｔｅの６倍の発熱であり、定格電流を大幅に超えるような過電流が流れたときの発熱を表す。
【００２４】
可溶体２０の融点が図５中の実線に相当する温度だとすると、可溶体２０は、定格電流を大幅に超えるような過電流が流れたとき（Ｉｒａｔｅ×６の発熱）には素早く断線し、定格電流を若干超えるような過電流が流れたとき（Ｉｒａｔｅ×２の発熱）にはゆっくりと断線し、定格電流以下の電流が流れたとき（Ｉｒａｔｅの発熱）には断線しないような特性を有することができる。本実施形態のヒューズ素子１では、このような温度上昇特性を有するように、熱抵抗Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３及び熱容量Ｃ１,Ｃ２,Ｃ３が設定されている。熱抵抗Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３及び熱容量Ｃ１,Ｃ２,Ｃ３の設定については、以下の設計思想に基づいている。
【００２５】
まず、定格電流を大幅に超えるような過電流が流れるとき（Ｉｒａｔｅ×６）の温度上昇特性は、Ｒ２,Ｃ２,Ｒ３,Ｃ３がない場合の温度上昇特性と概ね一致する。このため、このような過電流が流れるときにおいて、可溶体２０が融点に達するまでの断線時間は、可溶体２０の熱抵抗Ｒ１と熱容量Ｃ１の時定数に基づいて設定可能である。したがって、定格電流を大幅に超えるような過電流が流れるとき（Ｉｒａｔｅ×６）の断線時間は、可溶体２０の材料及び形状を調整することで設定可能である。なお、可溶体２０の材料及び形状から熱抵抗Ｒ１及び熱容量Ｃ１の計算は、有限要素法等の手法を利用することができる。なお、他の絶縁体３０及び蓄熱ブロック４０も同様である。
【００２６】
次に、期間Ｉの後半部分に現れる平坦な部分について説明する。上記したように、可溶体２０と絶縁体３０と蓄熱ブロック４０の熱容量Ｃ１,Ｃ２,Ｃ３については、以下の数式に示すように、絶縁体３０の熱容量Ｃ２が可溶体２０の熱容量Ｃ１よりも十分に小さく、蓄熱ブロック４０の熱容量Ｃ３が可溶体２０の熱容量Ｃ１よりも十分に大きい関係にある。
【数１】
2020173967.tif 000003
【００２７】
図５の期間Ｉでは、熱容量Ｃ３が十分に大きいのでショートとみなされ、熱容量Ｃ２が十分に小さいのでオープンとみなされる。このため、期間Ｉでは、図４の等価回路の温度上昇特性が、熱抵抗Ｒ１と熱抵抗Ｒ２の並列抵抗Ｒ１Ｒ２／（Ｒ１+Ｒ２）と熱容量Ｃ１の時定数で決定される。また、期間Ｉの後半部分に現れる平坦な部分の温度は、並列抵抗Ｒ１Ｒ２／（Ｒ１+Ｒ２）と発熱の積で決まる温度となる。したがって、定格電流を若干超えるような過電流が流れたとき（Ｉｒａｔｅ×２の発熱）にゆっくりと断線するような特性を有するためには、この平坦な領域の温度が可溶体２０の融点よりも少し低い温度（例えば、可溶体２０の融点よりも１００〜２００℃低い温度）となるように、絶縁体３０の熱抵抗Ｒ２を決定すればよい。
【００２８】
さらに、図５の期間ＩＩでは、可溶体２０の温度が蓄熱ブロック４０の大きな熱容量Ｃ３に依存してゆっくりと上昇し飽和温度に達する。このときの飽和温度は、熱抵抗Ｒ２と熱抵抗Ｒ３の直列抵抗と熱抵抗Ｒ１の並列抵抗Ｒ１（Ｒ２+Ｒ３）／（Ｒ１+Ｒ２+Ｒ３）と発熱の積で決まる温度となる。したがって、定格電流を若干超えるような過電流が流れたとき（Ｉｒａｔｅ×２の発熱）にゆっくりと断線し、定格電流以下の電流が流れたとき（Ｉｒａｔｅの発熱）に断線しないようにするためには、Ｉｒａｔｅ×２の発熱のときの飽和温度が可溶体２０の融点よりも高く、Ｉｒａｔｅの発熱のときの飽和温度が可溶体２０の融点よりも低くなるように、蓄熱ブロック４０の熱抵抗Ｒ３を決定すればよい。なお、図５の例では、Ｉｒａｔｅ×２の発熱のときの飽和温度に達するまでの時間が数十秒である。
【００２９】
図６に、本実施形態のヒューズ素子１の可溶体２０の温度上昇特性の具体例を示す。実線が本実施形態のヒューズ素子１の温度上昇特性であり、破線が比較例の温度上昇特性である。本実施形態のヒューズ素子１については、可溶体２０の材料が亜鉛であり、可溶体２０の幅×厚み×長さが６ｍｍ×１ｍｍ×１０ｍｍである。絶縁体３０の材料がアルミナであり、絶縁体３０の幅×厚み×長さが６ｍｍ×０．２ｍｍ×１０ｍｍである。蓄熱ブロック４０の材料が銅であり、蓄熱ブロック４０の幅×厚み×長さが６ｍｍ×８ｍｍ×２５ｍｍである。また、蓄熱ブロック４０の上面の空冷については、熱伝達係数が１０００Ｗ／ｍ２Ｋとなっている。なお、比較例は、絶縁体３０及び蓄熱ブロック４０が設けられていない例である。
【００３０】
図６に示されるように、本実施形態のヒューズ素子１の温度上昇特性では、変曲点が発生し、概ね平坦な部分が現れている。また、本実施形態のヒューズ素子１では、定格電流である１０００Ａが流れたとき、飽和温度が可溶体２０の融点に達しなかった。このように、本実施形態のヒューズ素子１は、定格電流以下の電流では断線することなく通電することができる。
【００３１】
本実施形態のヒューズ素子１では、定格電流の２倍である２０００Ａが流れたとき、可溶体２０の温度が融点に達するのに２．７秒の時間を要した。一方、比較例では、２０００Ａが流れたとき、可溶体２０の温度が融点に達するのに要した時間が１８０ｍ秒であった。このように、本実施形態のヒューズ素子１では、定格電流を若干超えるような過電流が流れたとき、比較例に比して断線時間が１０倍以上も長くなった。したがって、本実施形態のヒューズ素子１は、定格電流を若干超えるような過電流が流れるときにはゆっくりと断線することができる。
【００３２】
本実施形態のヒューズ素子１では、定格電流の６倍である６０００Ａが流れたとき、可溶体２０の温度が融点に達するのに要した時間が２５ｍ秒であった。この断線時間は、比較例とほぼ一致していた。このように、本実施形態のヒューズ素子１は、定格電流を大幅に超えるような過電流が流れるときには素早く断線することができる。
【００３３】
上記したように、本実施形態のヒューズ素子１は、熱抵抗Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３及び熱容量Ｃ１,Ｃ２,Ｃ３を上記技術思想に沿って適切に設定することにより、所望の曲線を描く温度上昇特性を得ることができる。これにより、ヒューズ素子１は、定格電流を大幅に超えるような過電流が流れるときの断線時間が短く、定格電流を若干超えるような過電流が流れるときの断線時間が長く、これらの断線時間の差が大きいという特性を得ることができる。また、ヒューズ素子１は、可溶体２０と絶縁体３０と蓄熱ブロック４０の各々の材料及び形態を調整することで、所望の曲線を描く温度上昇特性を得ることができる。ヒューズ素子１は、低コストで製造可能な構成と評価することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
図７に第２実施形態のヒューズ素子２の斜視図、図８に図７のVIII-VIII線に対応したヒューズ素子２の断面図を示す。なお、第１実施形態のヒューズ素子１とその機能が共通する構成要素については共通の符号を付し、その説明を省略する。
【００３５】
ヒューズ素子２は、平面視したときに、可溶体１２０が第１電極１１及び第２電極１２の各々にオーバーラップして配置されていることを特徴としている。より具体的には、可溶体１２０は、第１電極１１及び第２電極１２とは異なる面内に配置されており、一方の端部が第１電極１１の上面の一部に接しており、他方の端部が第２電極１２の上面の一部に接している。可溶体１２０と電極１１，１２は、例えば溶接又は超音波接合等を利用して接合している。このような構成によると、可溶体１２０と電極１１,１２を容易に接合させることができる。このため、ヒューズ素子２は、製造が容易な構造を有していると評価できる。
【００３６】
なお、図９に示すように、絶縁体３０が、その長手方向において可溶体１２０よりも長く形成されていてもよい。また、図１０に示すように、絶縁体３０が、その長手方向において蓄熱ブロック４０よりも長く形成されてもよい。また、図１１に示すように、絶縁体３０が可溶体１２０の上面及び側面を覆うように形成されていてもよい。これらの変形例においては、蓄熱ブロック４０が第１電極１１及び第２電極１２から良好に絶縁されることから、ヒューズ素子２の信頼性を向上させることができる。
【００３７】
（第３実施形態）
図１２に第３実施形態のヒューズ素子３の斜視図、図１３に図１２のXIII-XIII線に対応したヒューズ素子３の断面図を示す。なお、第１実施形態のヒューズ素子１とその機能が共通する構成要素については共通の符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
ヒューズ素子３は、蓄熱ブロック１４０が分割して構成されており、第１蓄熱ブロック部１４１と第２蓄熱ブロック部１４２を有していることを特徴としている。第１蓄熱ブロック部１４１と第２蓄熱ブロック部１４２は、共通の部品である。ヒューズ素子３はさらに、絶縁体１３０が分割して構成されており、第１絶縁体部１３１と第２絶縁体部１３２を有していることを特徴としている。第１絶縁体部１３１と第２絶縁体部１３２は、共通の部品である。ヒューズ素子３では、これら蓄熱ブロック部１４１,１４２及び絶縁体部１３１,１３２が、可溶体２０の上面側に配置されている。
【００３９】
第１蓄熱ブロック部１４１と第２蓄熱ブロック部１４２は、第１電極１１と第２電極１２を結ぶ方向に距離を置いて離れて配置されている。第１絶縁体部１３１と第２絶縁体部１３２も、第１電極１１と第２電極１２を結ぶ方向に距離を置いて離れて配置されている。第１絶縁体部１３１は、可溶体２０と第１蓄熱ブロック部１４１の間に設けられている。第１絶縁体部１３１は、可溶体２０と第１蓄熱ブロック部１４１を隔てており、可溶体２０と第１蓄熱ブロック部１４１を絶縁している。第１蓄熱ブロック部１４１は、第１絶縁体部１３１を介して可溶体２０に熱的に接続されている。第２絶縁体部１３２は、可溶体２０と第２蓄熱ブロック部１４２の間に設けられている。第２絶縁体部１３２は、可溶体２０と第２蓄熱ブロック部１４２を隔てており、可溶体２０と第２蓄熱ブロック部１４２を絶縁している。第２蓄熱ブロック部１４２は、第２絶縁体部１３２を介して可溶体２０に熱的に接続されている。
【００４０】
第１蓄熱ブロック部１４１は第１電極１１に接しており、これにより、第１蓄熱ブロック部１４１は第１電極１１に熱的に接続されている。より具体的には、第１蓄熱ブロック部１４１は、例えば溶接又は樹脂成形技術を利用して、第１電極１１に接合している。第２蓄熱ブロック部１４２は第２電極１２に接しており、これにより、第２蓄熱ブロック部１４２は第２電極１２に熱的に接続されている。より具体的には、第２蓄熱ブロック部１４２は、例えば溶接又は樹脂成形技術を利用して、第２電極１２に接合している。
【００４１】
ヒューズ素子３では、蓄熱ブロック１４０が分割して構成されている。このため、第１蓄熱ブロック部１４１と第２蓄熱ブロック部１４２が分離されており、両者が絶縁されている。これにより、第１電極１１と第２電極１２が第１蓄熱ブロック部１４１及び第２蓄熱ブロック部１４２を介して短絡することがないので、第１蓄熱ブロック部１４１が第１電極１１に接することができ、第２蓄熱ブロック部１４２が第２電極１２に接することができる。このような構成により、第１蓄熱ブロック部１４１及び第２蓄熱ブロック部１４２の各々が、対応する電極１１，１２に放熱することができる。これにより、図５の期間IIの飽和温度を低下させることができる。また、第１蓄熱ブロック部１４１及び第２蓄熱ブロック部１４２の各々が対応する電極１１，１２に接することにより、ヒューズ素子３の機械的な強度を増加させることができる。
【００４２】
また、蓄熱ブロック１４０では、第１電極１１と第２電極１２を結ぶ方向において、第１蓄熱ブロック部１４１の側面１４１ａと第２蓄熱ブロック部１４２の側面１４２ａが対向しており、これら側面１４１ａ，１４２ａがテーパして構成されている。具体的には、可溶体２０から離れる方向において、第１蓄熱ブロック部１４１の側面１４１ａが第２蓄熱ブロック部１４２から離れる向きに傾斜しており、第２蓄熱ブロック部１４２の側面１４２ａが第１蓄熱ブロック部１４１から離れる向きに傾斜している。換言すると、第１蓄熱ブロック部１４１の側面１４１ａと第２蓄熱ブロック部１４２の側面１４２ａの間の距離が、可溶体２０から離れるほど増加するように構成されている。仮に、これら側面１４１ａ,１４２ａがテーパしていない場合、これら側面１４１ａ,１４２ａの上端角部の間が近接することになる。このため、可溶体２０が溶断したときに、これら側面１４１ａ,１４２ａの上端角部の間でアーク電流が流れて断線が遅れることが懸念される。ヒューズ素子３では、テーパ加工することによって側面１４１ａ,１４２ａの上端角部が削られていることから、このようなアーク電流の発生が抑えられる。なお、これら側面１４１ａ,１４２ａの形状は特に限定されず、例えば曲面で形成されていてもよい。
【００４３】
また、蓄熱ブロック１４０では、第１蓄熱ブロック部１４１の下面に凹部１４１ｂが形成されており、第２蓄熱ブロック部１４２の下面にも凹部１４２ｂが形成されている。第１蓄熱ブロック部１４１の凹部１４１ｂは、第１蓄熱ブロック部１４１が第１絶縁体部１３１に接する部分と第１電極１１に接する部分の間に配置されている。第２蓄熱ブロック部１４２の凹部１４２ｂは、第２蓄熱ブロック部１４２が第２絶縁体部１３２に接する部分と第２電極１２に接する部分の間に配置されている。このような凹部１４１ｂ,１４２ｂが形成されていると、製造誤差が生じても、可溶体２０が第１蓄熱ブロック部１４１及び／又は第２蓄熱ブロック部１４２に接してしまうことが抑えられる。このため、可溶体２０と第１蓄熱ブロック部１４１の間に第１絶縁体部１３１が確実に介在し、可溶体２０と第２蓄熱ブロック部１４２の間に第２絶縁体部１３２が確実に介在することができる。これにより、ヒューズ素子３は、設計値に基づいた温度上昇特性を得ることができる。
【００４４】
なお、ヒューズ素子３では、絶縁体１３０が第１絶縁体部１３１と第２絶縁体部１３２に分割して構成されていたが、この例に代えて、第１絶縁体部１３１と第２絶縁体部１３２が一体的に構成されていてもよい。この場合でも、可溶体２０の下面側に空間が確保されているので、可溶体２０が溶断することができる。
【００４５】
また、図１４に示すように、第１蓄熱ブロック部１４１と第１電極１１の間に第１断熱体５１が設けられており、第２蓄熱ブロック部１４２と第２電極１２の間に第２断熱体５２が設けられていてもよい。この例では、第１蓄熱ブロック部１４１と第１電極１１が熱的に接続されておらず、第２蓄熱ブロック部１４２と第２電極１２も熱的に接続されていない。一方、第１蓄熱ブロック部１４１及び第２蓄熱ブロック部１４２の各々が対応する電極１１，１２に断熱体５１,５２を介して接合することにより、ヒューズ素子３の機械的な強度を増加させることができる。
【００４６】
（第４実施形態）
図１５に第４実施形態のヒューズ素子４の斜視図、図１６に図１５のXVI-XVI線に対応したヒューズ素子３の断面図を示す。なお、第３実施形態のヒューズ素子３とその機能が共通する構成要素については共通の符号を付し、その説明を省略する。
【００４７】
ヒューズ素子４は、蓄熱ブロック１４０が分割して構成されており、第１蓄熱ブロック部１４１と第２蓄熱ブロック部１４２と第３蓄熱ブロック部１４３と第４蓄熱ブロック部１４４を有していることを特徴としている。これら蓄熱ブロック部１４１，１４２，１４３，１４４は、共通の部品である。第４実施形態のヒューズ素子４はさらに、絶縁体１３０が分割して構成されており、第１絶縁体部１３１と第２絶縁体部１３２と第３絶縁体部１３３と第４絶縁体部１３４を有していることを特徴としている。これら絶縁体部１３１,１３２,１３３，１３４は、共通の部品である。
【００４８】
このように、第４実施形態のヒューズ素子４は、第３実施形態のヒューズ素子３と対比すると、蓄熱ブロック１４０が第３蓄熱ブロック部１４３と第４蓄熱ブロック部１４４をさらに有しており、絶縁体１３０が第３絶縁体部１３３と第４絶縁体部１３４をさらに有していることを特徴としている。ヒューズ素子４では、これら追加された蓄熱ブロック部１４３,１４４及び絶縁体部１３３,１３４が、可溶体２０の下面側に配置されている。
【００４９】
第３蓄熱ブロック部１４３と第４蓄熱ブロック部１４４は、第１電極１１と第２電極１２を結ぶ方向に距離を置いて離れて配置されている。第３絶縁体部１３３と第４絶縁体部１３４も、第１電極１１と第２電極１２を結ぶ方向に距離を置いて離れて配置されている。第３絶縁体部１３３は、可溶体２０と第３蓄熱ブロック部１４３の間に設けられている。第３絶縁体部１３３は、可溶体２０と第３蓄熱ブロック部１４３を隔てており、可溶体２０と第３蓄熱ブロック部１４３を絶縁している。第３蓄熱ブロック部１４３は、第３絶縁体部１３３を介して可溶体２０に熱的に接続されている。第４絶縁体部１３４は、可溶体２０と第４蓄熱ブロック部１４４の間に設けられている。第４絶縁体部１３４は、可溶体２０と第４蓄熱ブロック部１４４を隔てており、可溶体２０と第４蓄熱ブロック部１４４を絶縁している。第４蓄熱ブロック部１４４は、第４絶縁体部１３４を介して可溶体２０に熱的に接続されている。
【００５０】
第３蓄熱ブロック部１４３は第１電極１１に接しており、これにより、第３蓄熱ブロック部１４３は第１電極１１に熱的に接続されている。より具体的には、第３蓄熱ブロック部１４３は、例えば溶接又は樹脂成形技術を利用して、第１電極１１に接合している。第４蓄熱ブロック部１４４は第２電極１２に接しており、これにより、第４蓄熱ブロック部１４４は第２電極１２に熱的に接続されている。より具体的には、第４蓄熱ブロック部１４４は、例えば溶接又は樹脂成形技術を利用して、第２電極１２に接合している。
【００５１】
ヒューズ素子４では、第３蓄熱ブロック部１４３と第４蓄熱ブロック部１４４が分離しており、両者が絶縁されている。これにより、第１電極１１と第２電極１２が第３蓄熱ブロック部１４３及び第４蓄熱ブロック部１４４を介して短絡することがないので、第３蓄熱ブロック部１４３が第１電極１１に接触することができ、第４蓄熱ブロック部１４４が第２電極１２に接することができる。このような構成により、第３蓄熱ブロック部１４３及び第４蓄熱ブロック部１４４部の各々が、対応する電極１１，１２に放熱することができる。これにより、図５の期間IIの飽和温度を低下させることができる。また、第３蓄熱ブロック部１４３及び第４蓄熱ブロック部１４４の各々が対応する電極１１，１２に接することにより、ヒューズ素子４の機械的な強度を増加させることができる。
【００５２】
なお、ヒューズ素子３では、絶縁体１３０が第１絶縁体部１３１と第２絶縁体部１３２と第３絶縁体部１３３と第４絶縁体部１３４に分割して構成されていたが、この例に代えて、第１絶縁体部１３１と第２絶縁体部１３２の組と第３絶縁体部１３３と第４絶縁体部１３４の組のいずれか一方が一体的に構成されていてもよい。この場合でも、一体的に構成されていない側に空間が確保されているので、可溶体２０が溶断することができる。
【００５３】
（第５実施形態）
図１７に第５実施形態のヒューズ素子５の斜視図、図１８に図１７のVXIII-VXIII線に対応したヒューズ素子５の断面図を示す。なお、第４実施形態のヒューズ素子４とその機能が共通する構成要素については共通の符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
ヒューズ素子５は、平面視したときに、可溶体２２０が第１電極１１及び第２電極１２にオーバーラップして配置されていることを特徴としている。より具体的には、可溶体２２０は、第１電極１１及び第２電極１２とは異なる面内に配置されており、一方の端部が第１電極１１の上面の一部に接しており、他方の端部が第２電極１２の上面の一部に接している。可溶体２２０と電極１１，１２は、例えば溶接又は超音波接合等を利用して接合している。このような構成によると、可溶体２２０と電極１１,１２を容易に接合させることができる。これにより、ヒューズ素子２は、製造が容易な構造を有していると評価できる。
【００５５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５６】
１：ヒューズ素子
１１：第１電極
１２：第２電極
２０：可溶体
３０：絶縁体
４０：蓄熱ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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