(57)【要約】      （修正有）【課題】回路保護素子において、ヒューズ素子全体を均一に加熱でき、ヒューズ素子を速やかに溶断動作させることができる抵抗素子を備えた保護素子を提供する。【解決手段】絶縁基板１１と、この絶縁基板に設けた複数の電極１２と、この電極のうち所定電極の間に接続された抵抗素子１３と、該電極のうち所定電極の間を橋設したヒューズ素子１４と、ヒューズ素子の表面に塗布した動作フラックスと、この動作フラックスごとヒューズ素子の上部を覆った蓋体１５とを備え、抵抗素子は、その抵抗体の抵抗値を傾斜させて配置したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、この絶縁基板に設けた複数の電極と、この電極のうち所定電極の間に接続された抵抗素子と、該電極のうち所定電極の間を橋設したヒューズ素子とを備え、該抵抗素子は、抵抗値を傾斜させて配置したことを特徴とする保護素子。
【請求項２】
前記抵抗値を傾斜させる手段が、複数の抵抗区画を設けて抵抗値を変化させた前記抵抗素子からなる請求項１に記載の保護素子。
【請求項３】
前記抵抗値を傾斜させる手段が、所望箇所の寸法、断面積を変化させた前記抵抗素子からなる請求項１に記載の保護素子。
【請求項４】
前記抵抗区画は、帯状に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の保護素子。
【請求項５】
前記抵抗区画は、海島状に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の保護素子。
【請求項６】
前記抵抗素子は、抵抗体に高導電材を部分的に並列に形成または積層して構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１つに記載の保護素子。
【請求項７】
前記抵抗素子は、抵抗体の膜厚を変えて構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１つに記載の保護素子。
【請求項８】
前記抵抗素子は、抵抗体の比抵抗を変えて構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１つに記載の保護素子。
【請求項９】
前記高導電材は、抵抗材料、金属、導電膜の何れか１つから構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１つに記載の保護素子。
【請求項１０】
前記高導電材は、銀または銀合金製の電極材から構成されたことを特徴とする請求項９に記載の保護素子。
【請求項１１】
前記抵抗素子は、抵抗体を略楕円状に形成したことを特徴とする請求項３に記載の保護素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気・電子機器の保護素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モバイル機器など小型電子機器の急速な普及に伴い、搭載する電源の保護回路に実装される保護素子も小型薄型のものが使用されている。例えば、二次電池パックの保護回路には、表面実装部品（ＳＭＤ）の保護素子が好適に利用される。これらの保護素子には、被保護機器の過電流により生ずる過大発熱を検知し、または周囲温度の異常過熱に感応して、所定条件でヒューズを作動させ電気回路を遮断する非復帰型保護素子がある。該保護素子は、機器の安全を図るために、保護回路が機器に生ずる異常を検知すると信号電流により抵抗素子を発熱させ、その発熱で可融性の合金材からなるヒューズ素子を溶断させて回路を遮断するか、あるいは過電流によってヒューズ素子を溶断させて回路を遮断できる。例えば、特許文献１には、異常時に発熱する抵抗素子をセラミック基板などの絶縁基板上に設けた保護素子が開示されている。特許文献２には、保護素子の溶断部位が、抵抗素子のホットスポット領域と合致するように電極形状を工夫した保護素子が開示されている。このような抵抗素子を内蔵したヒータ付き保護素子においては、抵抗素子に通電することでヒューズ素子を強制的に溶断させることから、ヒータへの通電開始からヒューズ素子が溶断するまでの時間がより短時間である方が好ましい。
【０００３】
従来、保護素子の絶縁基板に設けられた抵抗素子は、単一の抵抗素子からなり、一様の抵抗部材を用いて抵抗分布が均一となるように設けられていた。従来の保護素子の抵抗素子を発熱させたときの温度分布を調べてみると、図５に示すように、抵抗素子に配線する電極パタンに近いところは、熱が電極パタンまたは基板材へ伝達されて放熱するため抵抗体の縁辺部の温度が低くなる。対して抵抗素子の中心部は、異種材料との接触界面が少なく外部に放熱し難い部位となるため温度が最も高くなる温度分布となっている。ヒューズ素子へ効率的な熱伝達と速やかな溶断動作を行うためには、できるだけヒューズ素子の全体を昇温させ、ヒューズ素子全体を一時に溶融し切る方が好ましい。ところが、従来の保護素子の抵抗素子の構成では、加熱時の温度分布が必ずしも均一でなく、抵抗体の中心部と縁辺部では、既述の通りの温度分布となっている。従って、従来の保護素子の抵抗素子は、ヒューズ素子全面を均一加熱する上で必ずしも最適な構成ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２３９４０５号公報
【特許文献２】特開２０１４−０７５２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の問題点を解消するために提案されたものであり、回路保護素子において、ヒューズ素子全体を均一に加熱でき、ヒューズ素子を速やかに溶断動作させることができる抵抗素子を備えた保護素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、絶縁基板と、この絶縁基板に設けた複数の電極と、この電極のうち所定電極の間に接続された抵抗素子と、該電極のうち所定電極の間を橋設したヒューズ素子とを備え、該抵抗素子は、抵抗値を傾斜させて配置したことを特徴とする保護素子が提供される。本発明の抵抗値の傾斜とは、抵抗素子の発熱量を調整するため、何らかの手段を用いて抵抗素子の抵抗値を任意の方向に偏らせておくことをいう。抵抗素子の抵抗値を傾斜させる手段は、抵抗素子の抵抗値が任意に設定可能な方法であればよく特に限定されない。
【０００７】
例えば、抵抗素子を抵抗値が異なる複数の抵抗区画から構成させ、抵抗素子を抵抗値が高い区画と、抵抗値が低い区画に分画して構成してもよい。この場合、抵抗素子は、抵抗体に複数の抵抗区画を設けて、抵抗素子部の発熱の偏りが、なるべく小さくなるように配置する。抵抗素子が厚膜抵抗体場合は、所望抵抗区画の厚膜部に高導電材を部分的に並列に形成または積層したり、または抵抗区画ごとに厚膜の膜厚を変えたり、または抵抗区画ごとに厚膜材の比抵抗を変えたりすることで、抵抗素子の抵抗値を面内で変えることができる。上記抵抗素子の一例として、図１ないし図２に示すように、その抵抗体を複数の抵抗区画に分画して構成してもよい。
【０００８】
さらに、抵抗素子の断面積を変化させ、抵抗値を高くしたい所の断面を狭くし、抵抗値を低くしたい所の断面を広く設けた抵抗素子にしてもよい。例えば、抵抗素子は、図３に示すように、絶縁基板に抵抗体を略楕円状に転写形成してもよい。
【０００９】
本発明の保護素子は、抵抗素子が抵抗値を傾斜させて配置されたことで、同一抵抗素子内でのジュール発熱の分布状態を任意のものに変更して、所望の発熱分布となるように設定することが可能となる。そして、さらに抵抗素子内のジュール発熱の分布の偏りが、なるべく小さくなるように抵抗素子を配置することができるので、ヒューズ素子への均一加熱が実現でき、ヒューズ素子全体を一時に溶融し切ることが可能となり、ヒューズ素子の円滑かつ速やかな溶断動作を実現する。また、ヒューズ素子全体が万遍なく均一加熱されるので、速断性に優れた保護素子となる。融け残りや片切れを抑制でき、時間差溶融によるヒューズ合金の電極部への濡れの片寄を防止できるので、予期しない電極間のブリッジや短絡の心配がなく保護素子の小型化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る保護素子１０であり、（ａ）は（ｂ）のｄ−ｄ線に沿って蓋体を切断した平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿って切断した断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図２】本発明に係る保護素子２０であり、（ａ）は（ｂ）のｄ−ｄ線に沿って蓋体を切断した平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿って切断した断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図３】本発明に係る保護素子３０であり、（ａ）は（ｂ）のｄ−ｄ線に沿って蓋体を切断した平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿って切断した断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図４】本発明に係る保護素子の抵抗素子に通電させたときの温度分布を示した図である。
【図５】従来の保護素子の抵抗素子に通電させたときの温度分布を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る保護素子は、図１ないし図３に示すように、絶縁基板と、この絶縁基板に設けた複数の電極と、この電極のうち所定電極の間に接続された抵抗素子と、該電極のうち所定電極の間を橋設したヒューズ素子と、ヒューズ素子の表面に塗布した動作フラックス（図示せず）と、この動作フラックスごとヒューズ素子の上部を覆った蓋体とを備え、抵抗素子は、その抵抗体の抵抗値を傾斜させて配置したことを特徴とする。絶縁基板は絶縁材であれば何れの材料、組成のものでもよく、例えば、プラスチック、ガラス、ガラスセラミック、セラミックなどが好適である。絶縁基板に設けた電極は、導電材であれば何れの材料、組成のものでもよく、例えば、銅、銀、銅合金、銀合金が好適である。ヒューズ素子は、易融性の金属材であれば何れの材料、組成のものでもよく、例えば、錫基合金、錫−鉛合金、錫−銅合金、錫−銀合金、錫−銀−銅合金などが好適に利用できる。また、ヒューズ素子は、単一組成の金属材を用いても、組成の異なる複数の金属材を組み合わせて複合材にして用いてもよい。発熱素子は、特に限定されないが、一例として厚膜抵抗体が好適であり、必要に応じてさらに絶縁コーティングを施すとよい。蓋体は、絶縁基板およびヒューズ素子の上部を覆って所望のキャビティ空間を確保できればよく、形状、材質を制限するものではない。例えば、蓋体には、ドーム状樹脂フイルムカバー、プラスチック蓋、セラミック蓋などが好適に利用できる。
【００１２】
本発明の抵抗素子の抵抗値を傾斜させる手段は、抵抗素子の所望部位の抵抗値を任意に設定できれば、何れの方法手段を用いてもよく特に限定されない。ここでいう抵抗値の傾斜とは、抵抗素子の発熱量を調整するため、何らかの手段を用いて抵抗素子の抵抗値をある方向に偏らせておくことをいう。
【００１３】
本発明の抵抗素子の抵抗値を傾斜させる手段として、例えば、図１または図２に示すように、抵抗素子は、複数の抵抗区画を設けて抵抗値を変化させて、抵抗素子の発熱の偏りがなるべく小さくなるように配置される。図１のように、その抵抗素子が少なくとも３つの抵抗区画から構成されてもよいし、あるいは図２のように、その抵抗素子が少なくとも２つの抵抗区画から構成されてもよい。抵抗素子は、所望箇所の抵抗体に高導電材を部分的に並列に形成または積層し調整してもよい。高導電材は、抵抗体のほか金属や導電膜などの導電性材料を含む。高導電材の適用形態は特に限定されないが、例えば所望形状の銀または銀合金製の電極を予め絶縁基板上に施しておきその上に抵抗体を積層してもよい。このほか所望箇所の抵抗体の膜厚を変えたり、または所望箇所に適用する抵抗体の比抵抗を変えたりすることで、抵抗素子の発熱が均等となるよう各抵抗区画の抵抗値を傾斜配置する。図１および図２の例に示す抵抗区画は、同一の抵抗素子を形成する抵抗体部分を分画して設けられている。
【００１４】
本発明に係る保護素子１０は、図１に示すように、絶縁基板１１と、絶縁基板１１に設けた複数の電極１２と、電極１２のうち所定電極の間に接続された抵抗素子１３と、電極１２のうち所定電極の間を橋設したヒューズ素子１４と、ヒューズ素子１４の表面に塗布した動作フラックス（図示せず）と、この動作フラックスごとヒューズ素子１４の上部を覆った蓋体１５とを備え、抵抗素子１３は、帯状の抵抗区画１６−１、１６−２、１６−３を設けて、その抵抗体の抵抗値を傾斜させて配置したことを特徴とする。中央部の抵抗区画１６−２の抵抗値が低く、これを挟むように配置した電極接続部の抵抗区画１６−１および抵抗区画１６−３の抵抗値が高くなるように構成する。つまり熱が放熱され難い中央部の抵抗区画１６−２の抵抗値を低くし、電極パタンから熱が放熱され易い抵抗区画１６−１および抵抗区画１６−３の抵抗値を高くして抵抗体全域が均等に発熱できるようにする。
【００１５】
本発明に係る保護素子２０は、図２に示すように、絶縁基板２１と、絶縁基板２１に設けた複数の電極２２と、電極２２のうち所定電極の間に接続された抵抗素子２３と、電極２２のうち所定電極の間を橋設したヒューズ素子２４と、ヒューズ素子２４の表面に塗布した動作フラックス（図示せず）と、この動作フラックスごとヒューズ素子２４の上部を覆った蓋体２５とを備え、抵抗素子２３は、海島状に抵抗区画２６−１、２６−２を設けて、その抵抗体の抵抗値を傾斜させて配置したことを特徴とする。抵抗素子２３は、中央の島状部の抵抗区画２６−２の抵抗値が低く、これを囲むように配置した海状部の抵抗区画２６−１の抵抗値が高くなるように構成する。つまり熱が放熱され難い中央部の抵抗区画２６−２の抵抗値を低くし、抵抗素子２３と接する電極パタンや基板材から熱が放熱され易い抵抗区画２６−１の抵抗値を高くして抵抗体全域が均等に発熱できるようにする。
【００１６】
さらに、本発明の抵抗素子の抵抗値を傾斜させる手段として、抵抗素子の所望箇所の寸法、断面積を変化させてもよい。例えば、図３に示すように、抵抗素子は、同一材料の抵抗体を用いて形成するが、抵抗値を高くしたい抵抗区画３６−１および抵抗区画３６−３の領域は、抵抗体の断面が順次狭くなって行くように設けられ、抵抗値を低くしたい抵抗区画３６−２の領域は、抵抗体の断面を広く設けて抵抗素子を構成してもよい。図３の例に示す抵抗区画は、同一の抵抗素子の抵抗体部分に形成されるが、各抵抗区画は断面積が無段階に変化していくため区画の境界線はない。
【００１７】
本発明に係る保護素子３０は、図３に示すように、絶縁基板３１と、絶縁基板３１に設けた複数の電極３２と、電極３２のうち所定電極の間に接続された抵抗素子３３と、電極３２のうち所定電極の間を橋設したヒューズ素子３４と、ヒューズ素子３４の表面に塗布した動作フラックス（図示せず）と、この動作フラックスごとヒューズ素子３４の上部を覆った蓋体３５とを備え、抵抗素子３３は、所望箇所の断面積を変化させて、その抵抗体の抵抗値を傾斜させて配置したことを特徴とする。具体的には、厚膜抵抗体を略楕円状に形成する。抵抗素子の中央部の抵抗区画３６−２の抵抗体の幅を広く設けて抵抗値を低くし、その両端に設けた抵抗区画３６−１および抵抗区画３６−３の抵抗体の幅を電極接続部に向かって行くに従い順次狭くなるように設けて、抵抗区画３６−１および抵抗区画３６−３の抵抗値が次第に高くなるように構成する。従って、本発明の図１および図２の保護素子と同様に、熱が放熱され難い抵抗素子の中央部の抵抗値を低くし、電極パタンから熱が放熱され易い電極近くの抵抗値を高くなるよう抵抗配置することで、抵抗体全域の均等発熱を実現する。
【実施例】
【００１８】
本発明に係る実施例の電極充填材付き保護素子１０は、図１に示すように、アルミナ・セラミックの絶縁基板１１と、絶縁基板１１に設けた複数の銀合金製電極１２と、電極１２と電気接続され絶縁基板１１の下面に設けた抵抗素子１３と、所定電極の間を橋設した９２Ｐｂ−Ｓｎ合金の１４−１と９９．３Ｓｎ−０．７Ｃｕ合金の１４−２とのクラッド材からなるヒューズ素子１４と、ヒューズ素子１４の表面に塗布した動作フラックス（図示せず）と、この動作フラックスごとヒューズ素子１４の上部を覆った樹脂製の蓋体１５とを備え、抵抗素子１３は、その抵抗体部分が３つの抵抗区画１６から構成されており、第１の抵抗区画１６−１は、比抵抗２×１０−３Ω・ｃｍの厚膜抵抗体を１．１ｍｍ×０．９５ｍｍ×２０μｍに成膜し、第２の抵抗区画１６−２は、比抵抗２×１０−６Ω・ｃｍの厚膜抵抗体を１．１ｍｍ×０．６ｍｍ×２０μｍに成膜し、第３の抵抗区画１６−３は、比抵抗２×１０−３Ω・ｃｍの厚膜抵抗体を１．１ｍｍ×０．９５ｍｍ×２０μｍに成膜して、合成抵抗を１．７３Ωに調整する。電極１２は、基板上下面の電極１２を電気接続する銀合金のハーフ・スルーホールを有する。実施例の抵抗素子の表面は絶縁ガラスのオーバーグレーズを施している。ここで、実施例の保護素子１０と比較する目的で、比較例の保護素子を用意した。比較例の保護素子は、抵抗値に傾斜を設けない従来の抵抗素子を有し、抵抗値は１．７３Ωに調整した。実施例および比較例の保護素子の抵抗素子にそれぞれ電流４．５Ａを０．２秒間通電したときの温度分布を調べた。なお、測定面はヒューズ素子が配置される絶縁基板の表面とした。その結果を図４および図５に示す。両図の中の破線領域がヒューズ素子の設置部位である。破線領域のうち、最も温度が高くなる中心部の高温部温度ｔ１と、温度が最も低くなる縁辺部の低温部温度ｔ２との温度差Δｔを求め両者を比較した。このΔｔ値が小さいほど抵抗素子による基板面の加熱温度に偏りが少ないことを意味する。図５の比較例の保護素子のΔｔは、１３０．８℃であり、ヒューズ素子の高温部と低温部との温度差が大きいことを示す。対して図４に示す実施例１の保護素子１０は、Δｔが６３．３℃で加熱温度の偏りが少なく、縁辺部温度も比較例の保護素子に比べてより高くなっていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明の保護素子は、電池パックなど２次電池の保護装置に利用できる。
【符号の説明】
【００２０】
１０,２０,３０・・・保護素子、
１１,２１,３１・・・絶縁基板、
１２,２２,３２・・・電極、
１３,２３,３３・・・発熱素子、
１４,２４,３４・・・ヒューズ素子、
１５,２５,３５・・・蓋体、
１６−１,１６−２,１６−３,２６−１,２６−２,３６−１,３６−２,３６−３ ・・・抵抗区画。
【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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