(57)【要約】【課題】      機能が環境温度に依存する素子を確実に作動させる。【解決手段】  素子１０は、可溶合金１と、フラックス２と、リード端子３ａ、３ｂと、絶縁ケース４と、シール材６ａ、６ｂとを備える。可溶合金１とフラックス２はヒューズとして機能するヒューズエレメントである。ヒューズエレメントは絶縁ケース４とシール材６ａ、６ｂとによって外部から遮蔽されている。シール材６ａ、６ｂは、第１の層Ｌ１と、第１の層Ｌ１よりも熱膨張係数の大きい材料からなる第２の層Ｌ２とを有している。このような構成とすることで、第１の層Ｌ１に亀裂やピンホールが生じたとしても、第２の層Ｌ２によりこれを塞ぐことができるので、素子１０は内部の気密性を良好に維持することができる。この結果、ヒューズエレメントの外気との接触が妨げられ、素子１０は所期の温度でその機能を発揮することが可能となる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実現する機能が周囲の温度に依存する素子と、
少なくとも１以上の開口部を有して前記素子を囲う保護部材と、
一端が前記素子に接合され、他端が前記開口部から保護部材の外部へと延びる一対のリード端子と、
前記保護部材の前記開口部を塞ぐ封止部材とを備え、
前記封止部材は、
前記リード端子と前記保護部材との間隙に介在する第１の層と、
前記第１の層と異なる熱膨張係数を有する材料からなり、前記第１の層が前記外部に露出しないように当該第１の層を被覆する第２の層とを有する
ことを特徴とする素子のケーシング構造。
【請求項２】
実現する機能が周囲の温度に依存する素子と、
少なくとも１以上の開口部を有して前記素子を囲う保護部材と、
一端が前記素子に接合され、他端が前記開口部から保護部材の外部へと延びる一対のリード端子と、
前記保護部材の前記開口部を塞ぐ封止部材とを備え、
前記封止部材は、
前記リード端子の少なくとも一部の周囲に被覆される第１の層と、
前記第１の層と異なる熱膨張係数を有する材料からなり、前記第１の層と前記保護部材との間隙に介在する第２の層とを有する
ことを特徴とする素子のケーシング構造。
【請求項３】
前記素子がヒューズであることを特徴とする請求項１または２記載の素子のケーシング構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒューズ等の素子を決められた温度環境下で作動させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器を構成する素子のなかには、その動作が温度に依存して変化し、所期する機能が所定の温度において実現されるものがある。例えば、ヒューズやコイル、コンデンサ、抵抗器、水晶振動子等の素子がそうである。これらの素子には、耐久性やその他の理由から、素子を外部から遮蔽して用いることが必要となる場合がある。ここでは、その一例としてヒューズを挙げて説明する。
【０００３】
図７は、保護部材を有する素子９０を示した断面図である。同図において、ヒューズの機能を実現するのは可溶合金１であり、この可溶合金１は一対のリード端子３ａ、３ｂの端部に接合されている。リード端子３ａは電源等の供給装置と導通しており、リード端子３ｂは温度の検知対象である被検知体（加熱体等）と導通している。また、可溶合金１の表面はフラックス２によって被覆されており、その全体はセラミックス等の絶縁ケース４により覆われている。絶縁ケース４は両端に開口部を有しており、この開口部はエポキシ樹脂等のシール材５ａ、５ｂによって封止されている。素子９０は、この絶縁ケース４およびシール材５ａ、５ｂによって内部の気密性を確保されている。なお、このタイプのヒューズは、非復帰型の温度過昇防止素子として従来より用いられている（例えば、特許文献１、２および３参照）。
【０００４】
この素子９０は、周囲の温度が可溶合金１の融点を超えると、可溶合金１が溶融してリード端子３ａ、３ｂの端部に凝集し、図８に示すようにリード端子３ａ、３ｂ間を非導通状態にする。リード端子が非導通状態となると、被検知体の温度上昇が停止することにより周囲の温度も低下し、凝集したリード端子３ａ、３ｂはそのまま固化する。その結果、リード端子３ａ、３ｂ間は開放されたままとなり、被検知体が必要以上の高温になって熱的損傷を受けることを防いでいる。
【特許文献１】特許第３１７３０７７号公報（図２、３等）
【特許文献２】特開平６−２４３７６５７号公報（図６等）
【特許文献３】特開２００３−３１８３０６号公報（図２等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、このような素子９０を温度変化の激しい環境下で用いる場合には、シール材５ａ、５ｂが繰り返し加熱および冷却を受けることで亀裂（クラック）を生じることがあった。また、各部材が熱により膨張・収縮を繰り返すことで、リード端子３ａ、３ｂとシール材５ａ、５ｂまたは絶縁ケース４とシール材５ａ、５ｂの境界面に間隙が発生することもあった。
【０００６】
かかる亀裂や間隙は素子９０の気密性を失わせ、その内部に外気を流入させることとなる。フラックス２は外気に接触すると活性を失ってしまい、可溶合金１の熱応答性を低下せしめる。その結果、素子９０は所期の温度でヒューズとしての機能を発揮することができなくなり、被検知体を必要以上に高温にさせてこれに熱的損傷を与えてしまうという不具合を生じさせてしまっていた。
【０００７】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機能が環境温度に依存する素子を確実に作動させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述を目的を達成するために、本発明は、実現する機能が周囲の温度に依存する素子と、少なくとも１以上の開口部を有して前記素子を囲う保護部材と、一端が前記素子に接合され、他端が前記開口部から保護部材の外部へと延びる一対のリード端子と、前記保護部材の前記開口部を塞ぐ封止部材とを備え、前記封止部材は、前記リード端子と前記保護部材との間隙に介在する第１の層と、前記第１の層と異なる熱膨張係数を有する材料からなり、前記第１の層が前記外部に露出しないように当該第１の層を被覆する第２の層とを有することを特徴とする素子のケーシング構造を提供する。
かかる構造とすることで、封止部材の亀裂に対する耐性が高まり、内部の気密性を良好に確保することができる。
【０００９】
また、本発明は、実現する機能が周囲の温度に依存する素子と、少なくとも１以上の開口部を有して前記素子を囲う保護部材と、一端が前記素子に接合され、他端が前記開口部から保護部材の外部へと延びる一対のリード端子と、前記保護部材の前記開口部を塞ぐ封止部材とを備え、前記封止部材は、前記リード端子の少なくとも一部の周囲に被覆される第１の層と、前記第１の層と異なる熱膨張係数を有する材料からなり、前記第１の層と前記保護部材との間隙に介在する第２の層とを有することを特徴とする素子のケーシング構造を提供する。
かかる構造とすることで、封止部材とリード端子の間に間隙が生じにくくなり、内部の気密性を良好に確保することができる。
【００１０】
なお、本発明は、前記素子がヒューズである場合において好適に用いられる。ここでヒューズとは、異常電流による発熱で溶断される電気ヒューズであってもよいし、周囲の温度上昇によって溶断される温度ヒューズであってもよい。なお、前記素子はヒューズに限定されるものではなく、例えばコイル、コンデンサ、抵抗器、水晶振動子等の素子であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、機能が環境温度に依存する素子を温度変化の激しい環境下においても確実に作動させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ここからは、本発明を実施するための形態について、いくつかの実施形態を例示して説明する。ここでは、本発明を上述の素子９０と同様のヒューズに適用する場合を挙げて説明する。なお、以下の説明においては、上述した素子９０の構成要素と同様の構造を有する構成要素には同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００１３】
［１：第１実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る素子１０の構成を示した断面図である。この素子１０は、可溶合金１と、フラックス２と、リード端子３ａ、３ｂと、絶縁ケース４と、シール材６ａ、６ｂとを備える。素子１０と素子９０は、シール材以外の部分はほぼ同様の構造である。
【００１４】
本実施形態の素子１０は、電子写真方式の画像形成装置に設けられた加熱装置を保護するためのヒューズである。素子１０は、加熱装置内部の加熱回転体（加熱ロール）に接続され、加熱回転体が所定の温度を上回りそうになった場合に溶融して加熱回転体を非導通状態にさせるものである。
【００１５】
可溶合金１は可溶体であり、所定の温度で溶融するように適当な材料が選択される。具体的には、可溶合金１としては錫（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）の合金を用いることができる。錫と鉛の比率を変化させることで溶融温度を変化させることができるが、本実施形態においては、１８０〜２２０℃において溶融するような可溶合金を用いる。フラックス２は可溶合金１の表面に形成された薄膜であり、可溶合金１を被覆することで可溶合金１を外気から遮蔽している。フラックス２はロジン系樹脂等のいわゆるフラックス樹脂からなる。
【００１６】
可溶合金１は所定の温度に達すると溶融して、リード端子３ａおよび３ｂの間を非導通状態とする。このとき、溶融した可溶合金１はフラックス２の作用により球状となり、リード端子３ａ、３ｂの端部に付着する。
なお、以下においては、必要に応じて、この可溶合金１とフラックス２を総称して「ヒューズエレメント」ともいう。
【００１７】
リード端子３ａ、３ｂは、その一方が電源等の供給装置と電気的に接続され、他方が温度の検知対象である被検知体と電気的に接続されている。リード端子３ａ、３ｂとしては、銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）等の金属がよく用いられる。本実施形態のリード端子３ａ、３ｂは、銅の表面に錫メッキが施されているものである。
【００１８】
絶縁ケース４は、ヒューズエレメントを保護する保護部材である。絶縁ケース４は２つの開口部を有しており、これらの開口部からはリード端子３ａ、３ｂがそれぞれ外部へと延びている。絶縁ケース４の材質は特に限定されないが、素子１０がヒューズとして機能するための温度（本実施形態では１８０〜２２０℃）に応じた耐熱性と、ヒューズエレメントを素早く加熱させるための熱伝導性とが求められる。これらの観点からは、絶縁ケース４の材料としては窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やアルミナセラミックス（Ａｌ２Ｏ３）等の耐熱性樹脂が望ましい。本実施形態においては、ヒューズエレメントへの熱応答性を高めるべく、絶縁ケース４に熱伝導率が１５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）である筒状の窒化アルミニウムを用いている。
【００１９】
なお、絶縁ケース４が被検知体に圧接される場合には、その接触面に耐摩耗性や摺動性、耐熱性等に応じた薄膜フィルムを被覆することが望ましい。この薄膜フィルムとしては、例えばフッ素樹脂やポリイミドからなるフィルムが好適である。本実施形態においては、摺動性の向上を目的として、粘着剤の塗布された厚さ５０μｍのポリイミドフィルムが設けられている。
【００２０】
シール材６ａ、６ｂは、絶縁ケース４の２つの開口部においてリード端子３ａ、３ｂと絶縁ケース４の間隙を塞ぎ、素子１０内部（すなわち、絶縁ケース４およびシール材６ａ、６ｂで覆われる空間）の気密性を確保する封止部材である。シール材６ａ、６ｂは、それぞれ、第１の層Ｌ１と第２の層Ｌ２とを有している。第１の層Ｌ１はエポキシ樹脂からなり、リード端子３ａ、３ｂと絶縁ケース４の間隙に介在する。
【００２１】
一方、第２の層Ｌ２は、エポキシ樹脂よりも熱膨張係数の大きいＲＴＶ（Room Temperature Vulcanizing）ゴムと呼ばれるシリコーンゴム系の樹脂からなり、第１の層Ｌ１が外部に露出しないようにその表面を被覆している。ここで「外部」とは、可溶合金１およびフラックス２を覆う絶縁ケース４およびシール材６ａ、６ｂの外側のことである。
【００２２】
素子１０の構成は以上のようになっている。続いて図２を参照し、この素子１０が示す挙動を素子９０のそれと比較しながら説明する。なお、図２においては、図の示す内容を容易に理解せしめるために後述する亀裂やピンホールを強調して示しているが、実際の亀裂やピンホールはもっと小さなものである。
【００２３】
素子（１０または９０）は、被検知体である加熱ロールが加熱および冷却を繰り返すことで、各部材が熱膨張および熱収縮を繰り返す。このとき、度重なる膨張・収縮を受けることで、シール材（６ａ、６ｂまたは５ａ、５ｂ）には亀裂が生じることがある（図２（ａ））。また、シール材に多少の気泡が含まれていることによって、１ないし複数の気泡がシール材の内外を貫通してピンホールを形成することもある（図２（ｂ））。このような亀裂やピンホールが発生したとき、第２の層Ｌ２が存在しなければ、ケース内部の気密性は破られ、亀裂やピンホールから外部の大気が流入することとなる。
【００２４】
一方、第２の層Ｌ２が存在する場合には、第２の層Ｌ２は第１の層Ｌ１よりも熱膨張係数が大きいため、上述の亀裂やピンホールを埋めるように入り込んでいったり（図２（ｃ））、あるいは亀裂やピンホールの表面を被覆するように作用する（図２（ｄ））。
このように、第１の層Ｌ１よりも熱膨張係数の大きい材料からなる第２の層Ｌ２を第１の層Ｌ１の外側に設けることによって、素子１０は内部の気密性を良好に維持することが可能となる。この結果、ヒューズエレメントの外気との接触が妨げられ、素子１０は所期の温度でその機能を発揮することが可能となる。
【００２５】
［２：第２実施形態］
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態においては、上述の第１実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を適宜省略しながら説明を行う。
図３は、本実施形態に係る素子２０の構成を示した断面図である。この素子２０は、可溶合金１と、フラックス２と、リード端子３ａ、３ｂと、絶縁ケース４と、シール材７ａ、７ｂとを備える。すなわち、素子１０と素子２０は、シール材以外の部分はほぼ同様の構造である。
【００２６】
シール材７ａ、７ｂは、リード端子３ａ、３ｂと絶縁ケース４の間隙を塞いで素子１０内部（すなわち、絶縁ケース４およびシール材７ａ、７ｂで覆われる空間）の気密性を確保する封止部材である。シール材７ａ、７ｂは、それぞれ、第１の層Ｌ４と第２の層Ｌ３とを有している。第２の層Ｌ３は例えばエポキシ樹脂からなり、第１の層Ｌ４と絶縁ケース４の間に介在している。そして、第１の層Ｌ４はリード端子３ａ、３ｂの表面の一部を覆うようにコーティングされている。第１の層Ｌ４はエポキシ樹脂よりも熱膨張係数の大きいＲＴＶゴム等のシリコーンゴム系の樹脂によって形成されている。
【００２７】
素子２０の構成は以上のようになっている。続いて図４を参照し、この素子２０が示す挙動を素子９０のそれと比較しながら説明する。
素子（２０または９０）は、被検知体である加熱ロールが加熱および冷却を繰り返すことで、各部材が熱膨張および熱収縮を繰り返す。このとき、度重なる膨張・収縮を受けることで、リード端子３ａ、３ｂとシール材（７ａ、７ｂまたは５ａ、５ｂ）の間に間隙が生じることがある（図４（ａ））。このような間隙が発生したとき、第１の層Ｌ４が存在しなければ、ケース内部の気密性は破られ、この間隙から外部の大気が流入することとなる。
【００２８】
一方、第１の層Ｌ４が存在する場合には、第１の層Ｌ４は第２の層Ｌ３よりも熱膨張係数が大きいため、第１の層Ｌ４が膨張して上述の間隙を埋めるように作用する（図４（ｂ））。
このように、リード端子３ａ、３ｂと第２の層Ｌ３の間に第１の層Ｌ４を設けることによって、素子２０は内部の気密性を良好に維持することが可能となる。この結果、ヒューズエレメントの外気との接触が妨げられ、素子２０は所期の温度でその機能を発揮することが可能となる。
【００２９】
［３：変形例］
上述の如く、ここでは２つの実施形態を挙げて本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの態様に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。以下ではその変形例の一部を説明する。
【００３０】
上述の実施形態においては、第１の層Ｌ１を第２の層Ｌ２によって被覆したタイプの素子（第１実施形態）と、リード端子３ａ、３ｂ表面に第１の層Ｌ４を被覆したタイプの素子（第２実施形態）とを示したが、本発明はこれらを組み合わせた態様にて実施することも可能である。
図５はこの変形を適用した素子３０をの構成を示した断面図である。素子３０はシール材８ａ、８ｂを備えており、このシール材８ａ、８ｂは、第１の層Ｌ５と、第１の層Ｌ５が外部およびリード端子３ａ、３ｂと接しないように設けられた第２の層Ｌ６とを有している。このようにすることで、ケース内部の気密性をさらに高めることが可能となる。
【００３１】
なお、本発明の素子において、封止部材（シール材）は、その他の構成要素の材質や素子の使用条件に応じた種々の材質を選択可能であり、各層の熱膨張係数は一定でない。もちろん、封止部材の第１の層と第２の層とを構成する材料の熱膨張係数の大小関係も、上述した例に限定されるものではない。
さらに、封止部材は必ずしも２層である必要はなく、３ないしそれ以上の層を有する構造であってもよい。
【００３２】
また、上述の実施形態においては、ヒューズエレメントは２の開口部を有する筒状の保護部材（絶縁ケース４）によって保護されていたが、このような態様に限定されない。
図６は上述の実施形態の変形である素子４０の構成を示した断面図である。同図に示したように、素子４０は１の開口部を有する絶縁ケース９を備えており、リード端子３ａおよび３ｂは同じ開口部から外部へと延びている。そして、この開口部を覆うように第１の層Ｌ７と第２の層Ｌ８からなるシール材０が形成されている。このような素子は、例えば絶縁性の回路基板表面に直接取り付けるタイプのヒューズとして用いることが可能である。
【００３３】
また、上述の実施形態においては、素子は周囲の温度上昇によって溶断されるいわゆる温度ヒューズとして説明されているが、異常電流によってヒューズエレメント自体が発熱して溶断されるいわゆる電気ヒューズに対しても本発明は適用可能である。
また、本発明のケーシング構造はヒューズへの適用に限定されず、例えばコイル、コンデンサ、抵抗器、水晶振動子等の素子に対しても本発明は適用可能である。要するに、本発明は、所定の温度において所期の機能を発揮する素子全般に対して用いられる技術である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る素子の構成を示した断面図である。
【図２】同実施形態の素子が示す挙動を説明した図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る素子の構成を示した断面図である。
【図４】同実施形態の素子が示す挙動を説明した図である。
【図５】素子の変形例を示した図である。
【図６】素子の変形例を示した図である。
【図７】従来の素子を示した断面図である。
【図８】非導通状態の素子を示した断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０、２０、３０、４０、９０…素子、１…可溶合金、２…フラックス、３ａ、３ｂ…リード端子、４、９…絶縁ケース、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ…シール材
【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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