保護素子
【課題】従来に比べて大きな電流を流すことを可能とする。
【解決手段】保護素子１０は、正極２２及び負極２４と、発熱片３８と、接合材４０と、圧縮コイルバネ３４とを備える。正極２２及び負極２４は互いに対向するよう配置される。発熱片３８は、正極２２と負極２４との間にまたがって配置される。発熱片３８は電流が流れると発熱する。接合材４０は、発熱片３８を正極２２及び負極２４それぞれへ接合する。圧縮コイルバネ３４が発熱片３８に分離力を加える。接合材４０の接合強度が所定の温度で所定の強さを下回る。保護素子１０は、ブロック状永久磁石５０をさらに備える。ブロック状永久磁石５０は、正極２２及び負極２４の間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間に予め磁力を発生させる。
【解決手段】保護素子１０は、正極２２及び負極２４と、発熱片３８と、接合材４０と、圧縮コイルバネ３４とを備える。正極２２及び負極２４は互いに対向するよう配置される。発熱片３８は、正極２２と負極２４との間にまたがって配置される。発熱片３８は電流が流れると発熱する。接合材４０は、発熱片３８を正極２２及び負極２４それぞれへ接合する。圧縮コイルバネ３４が発熱片３８に分離力を加える。接合材４０の接合強度が所定の温度で所定の強さを下回る。保護素子１０は、ブロック状永久磁石５０をさらに備える。ブロック状永久磁石５０は、正極２２及び負極２４の間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間に予め磁力を発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護素子に関し、特に、二次電池の過電流、過充電、及び、過放電から回路を適確に保護し得る高容量の保護素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）を用いる場合、過電流、過充電、及び、過放電のいずれかが生じた場合にはその二次電池を負荷又は充電電源から遮断することが要求される。
【０００３】
図５は公知の二次電池保護回路の一例を示している。図５に示す二次電池保護回路は、負荷１３０と、充電電源１３２と、スイッチ１３４と、制御素子１３６と、保護素子１３８とを備える。周知のトランジスターはスイッチ１３４として利用できる素子の一種である。制御素子１３６は二次電池１４０の過充電もしくは過放電を検知する。制御素子１３６は、それらのうち少なくとも１つを検知するとスイッチ１３４へスイッチオン信号を発信する。スイッチ１３４は、スイッチオン信号を受信すると「オン」状態となる。これにより、スイッチ１３４を経て電流が流れることとなる。保護素子１３８は、過電流、過充電、及び、過放電のいずれかが生じた場合に二次電池１４０を負荷１３０もしくは充電電源１３２から遮断する。
【０００４】
図６は公知の保護素子１３８を示す斜視図である。図６において保護素子１３８は分解された状態で示されている。この保護素子１３８は、絶縁基台２０と、正極２２と、負極２４と、電極固定材２６と、リード用端子２８と、抵抗器３０と、抵抗用絶縁体３２と、圧縮コイルバネ３４と、リード用絶縁体３６と、発熱片３８と、ケース２１０とを備える。絶縁基台２０は台として用いられる部材である。絶縁基台２０は耐熱性を有する。正極２２は上述した二次電池１４０に接続される。負極２４は上述した負荷１３０もしくは充電電源１３２に接続される。正極２２と負極２４とは絶縁基台２０に固定される。絶縁基台２０に固定されることにより、正極２２と負極２４とは互いに対向するように配置される。電極固定材２６は正極２２と負極２４とを絶縁基台２０に固定する。電極固定材２６は耐熱性を有する。リード用端子２８は後述する負極側リード導体６０に接続されている。これによりリード用端子２８から負極側リード導体６０に電流が流れる。リード用端子２８が上述したスイッチ１３４に接続される。抵抗器３０は、正極２２と負極２４とに挟まれるように配置される。抵抗器３０は電流が流れると発熱する。これにより抵抗器３０は熱源の役割を果たす。抵抗器３０の両端には負極側リード導体６０と正極側リード導体６２とが取り付けられている。抵抗用絶縁体３２は圧縮コイルバネ３４が抵抗器３０に直接接触することを防止する。これにより圧縮コイルバネ３４と抵抗器３０との間は絶縁される。圧縮コイルバネ３４は次の要件を満たす位置に配置される。第１の要件は発熱片３８と抵抗器３０との間であるという要件である。第２の要件は正極２２と負極２４との間であるという要件である。圧縮コイルバネ３４は正極２２及び負極２４から離れる方向の力を発熱片３８に加える。このため、過電流、過充電、及び、過放電のいずれかが生じるまで、圧縮コイルバネ３４は圧縮された状態である。なお、圧縮コイルバネ３４はステンレス製（すなわち導体製）である。正極側リード導体６２は圧縮コイルバネ３４を貫通する。リード用絶縁体３６は、正極側リード導体６２が圧縮コイルバネ３４及び発熱片３８へ直接接触することを防止する。これにより正極側リード導体６２と圧縮コイルバネ３４との間は絶縁される。正極側リード導体６２と発熱片３８との間も絶縁される。正極側リード導体６２はリード用絶縁体３６も貫通する。発熱片３８は正極２２と負極２４とにまたがって配置される。すなわち、保護素子１３８を組み立てたとき、発熱片３８は正極２２の先端にも負極２４の先端にも接合される。発熱片３８は低融点合金によって正極２２及び負極２４のそれぞれへ接合される。この低融点合金は図６に示されていない。正極側リード導体６２は発熱片３８も貫通している。正極側リード導体６２と発熱片３８とは低融点合金を介して接合されている。この低融点合金も図６に示されていない。ケース２１０は、正極２２と、負極２４と、電極固定材２６と、抵抗器３０と、抵抗用絶縁体３２と、圧縮コイルバネ３４と、リード用絶縁体３６と、発熱片３８と、負極側リード導体６０と、正極側リード導体６２とを覆う。
【０００５】
二次電池１４０に過電流が流れると保護素子１３８の発熱片３８に過電流が流れる。電流が流れると発熱片３８が発熱する。発熱片３８が発熱すると低融点合金はその熱を受ける。熱を受けると低融点合金は所定の温度に到達する。所定の温度に到達したその低融点合金は溶ける。低融点合金が溶けると圧縮コイルバネ３４は発熱片３８を正極２２及び負極２４から離す。これにより、負荷１３０と二次電池１４０との間が遮断される。
【０００６】
二次電池１４０が過放電状態になると、制御素子１３６はスイッチ１３４へスイッチオン信号を発信する。スイッチ１３４はスイッチオン信号を受信すると「オン」状態となる。スイッチ１３４が「オン」状態になると保護素子１３８の抵抗器３０に電流が流れる。電流が流れると抵抗器３０は発熱する。抵抗器３０が発熱すると低融点合金はその熱を受ける。熱を受けると低融点合金は所定の温度に到達する。所定の温度に到達したその低融点合金は溶ける。低融点合金が溶けると圧縮コイルバネ３４は発熱片３８を正極２２及び負極２４から離す。これにより、負荷１３０と二次電池１４０との間が遮断される。
【０００７】
二次電池１４０が過充電状態になると、制御素子１３６はスイッチ１３４へスイッチオン信号を発信する。スイッチ１３４はスイッチオン信号を受信すると「オン」状態となる。スイッチ１３４が「オン」状態になると保護素子１３８の抵抗器３０が発熱する。抵抗器３０が発熱すると低融点合金はその熱を受ける。熱を受けると低融点合金は所定の温度に到達する。所定の温度に到達したその低融点合金は溶ける。低融点合金が溶けると圧縮コイルバネ３４は発熱片３８を正極２２及び負極２４から離す。これにより、充電電源１３２と二次電池１４０との間が遮断される。
【０００８】
特許文献１は、上述した保護素子１３８にかかる発明を開示する。特許文献１にかかる保護素子は、一対のピン電極と抵抗器とを備える。抵抗器の両端にリード導体が取り付けられている。抵抗器はピン電極に並ぶように設けられている。ピン電極間には発熱片が設けられる。発熱片は一対のピン電極間にまたがる。発熱片は過電流の通電により発熱される。抵抗器の一方のリード導体が発熱片を貫通している。各ピン電極と発熱片との間が低融点可溶材で接合されている。発熱片と抵抗器との間において抵抗器の一方のリード導体が圧縮コイルバネを貫通している。特許文献１にかかる保護素子は、絶縁体を備える。その絶縁体は、リード導体とバネ及び発熱片との間並びにバネと抵抗器端面との間の直接接触を防止する。抵抗器の両リード導体間に抵抗器通電発熱回路が接続される。抵抗器通電発熱回路は、被保護機器の異常時に抵抗器本体を発熱させる。これにより低融点可溶材が溶ける。
【０００９】
特許文献１に開示された保護素子において、電流は主としてピン電極の一方から発熱片へ直接流れる。その電流は主として発熱片からピン電極の他方へ直接流れる。低融点可溶材に流れる電流はかなり少ない。電流が少ないので、低融点可溶材の素材が合金であっても、その合金のマイグレーションをよく排除できる。マイグレーションをよく排除できるので、これに基づく誤動作を排除できる。誤動作を排除できるので過電流を適確に遮断できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２３８７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に開示された保護素子には、大きな電流を流し難いという問題点がある。大きな電流が流れている状態で、動作時、発熱片がピン電極から離れた直後から、保護素子の内部で発生したアークが持続することがある。アークが持続すると、絶縁を維持するために開放された圧縮コイルバネの破損によって起こる再導通や、構造体の焼損などを引き起して生じた炭化物によって導通経路が再形成され、過電流を遮断できないことがある。特許文献１に開示された保護素子が大きな電流を流し難い理由は以上である。本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、従来に比べて大きな電流を流すことが可能な保護素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
図面を参照し本発明の保護素子を説明する。なおこの欄で図中の符号を使用したのは発明の内容の理解を助けるためであって内容を図示した範囲に限定する意図ではない。
【００１３】
上述した課題を解決するために、本発明のある局面に従うと、保護素子１０，１２は、一対の電極２２，２４と、発熱片３８と、接合材４０と、導体製弾性体３４とを備える。一対の電極２２，２４は互いに対向するよう配置される。発熱片３８は、一対の電極２２，２４間にまたがって配置される。発熱片３８は電流が流れると発熱する。接合材４０は、発熱片３８を一対の電極２２，２４それぞれへ接合する。導体製弾性体３４は、一対の電極２２，２４の間に配置される。導体製弾性体３４が発熱片３８に分離力を加える。分離力は発熱片３８が一対の電極２２，２４から離れる方向の力である。接合材４０の接合強度が所定の温度で所定の強さを下回る。その所定の温度は発熱片３８の発熱によって到達する温度である。所定の強さは分離力に耐える強さである。保護素子１０，１２は、磁場発生部５２をさらに備える。磁場発生部５２は、一対の電極２２，２４の間にある導体製弾性体３４を取囲む空間に予め磁力を発生させる。
【００１４】
過電流が流れると発熱片３８が発熱する。発熱片３８の発熱により接合材４０が所定の温度に到達すると接合材４０の接合強度は所定の強さを下回る。接合材４０の接合強度が所定の強さを下回ると接合材４０は分離力に耐えられなくなる。分離力に耐えられなくなるので、導体製弾性体３４によって発熱片３８は電極２２，２４から離される。これにより電極２２，２４間の電流は遮断される。電流が遮断された後、電極２２，２４間にアークが発生すると、磁場発生部５２が発生させる磁力によってアークはローレンツ力を受ける。ローレンツ力を受けることによりアークは延びる。アークが延びると、延びない場合に比べ、アーク電圧が上昇する。また、アークは延ばされることで冷却される。アーク電圧の上昇とアークの冷却との相乗効果によってアークは持続し難くなる。その結果、大きな電流を流すことが可能になる。
【００１５】
また、上述した磁場発生部５２が、磁石７０，７２の対を有することが望ましい。磁石７０，７２の対は、導体製弾性体３４を取囲む空間を挟んでＮ極とＳ極とが対向するよう配置されることが望ましい。
【００１６】
単一の磁石によって磁力を発生させている場合、磁力線はＮ極からＳ極へ向かう弧を描く。Ｎ極とＳ極とが対向するよう磁石７０，７２の対を配置させている場合、磁石７０，７２の対の間における磁力線はＮ極からＳ極へ向かう線となる。導体製弾性体３４を取囲む空間の同一の箇所における磁力の強さを比較すると、単一の磁石が磁石７０及び磁石７２の少なくとも一方より少々強力であったとしても、後者の磁力は前者の磁力以上である。磁力が強くなると、アークが受けるローレンツ力は大きくなる。ローレンツ力が大きくなると、アークがよく延びる。アークがよく延びると、先述した理由によりアークは持続し難くなる。その結果、大きな電流を流すことが可能になる。
【００１７】
もしくは、上述した磁石７０，７２の対の一方がＮ極面１００を有することが望ましい。Ｎ極面１００は、一対の電極２２，２４の一方から他方にわたる。Ｎ極面１００は、導体製弾性体３４を取囲む空間に対向する。Ｎ極面１００はＮ極である。この場合、磁石７０，７２の対の他方がＳ極面１０２を有する。Ｓ極面１０２は一対の電極２２，２４の一方から他方にわたる。Ｓ極面１０２は、導体製弾性体３４を取囲む空間に対向する。Ｓ極面１０２はＳ極である。
【００１８】
磁石７０，７２の対の一方がＮ極面１００を有し、かつ、磁石７０，７２の対の他方がＳ極面１０２を有する場合、導体製弾性体３４を取囲む空間が一対の電極２２，２４の一方から他方にわたってＮ極とＳ極とに挟まれることとなる。Ｎ極とＳ極とに挟まれている空間では、磁力線がＮ極からＳ極へ向かう線となる。これにより、一対の電極２２，２４の一方から他方にわたって、単一の磁石によって磁力を発生させる場合よりも磁力が大きくなる。磁力が大きくなると、アークが受けるローレンツ力は大きくなる。一対の電極２２，２４の一方から他方にわたってローレンツ力が大きくなると、一対の電極２２，２４の一方から他方までの空間の一部においてローレンツ力が大きい場合よりもアークは持続し難くなる。その結果、大きな電流を流すことが可能になる。
【００１９】
もしくは、上述した磁石７０，７２が永久磁石であることが望ましい。磁石７０，７２が永久磁石であると、制御を行わなくても磁力を発生する。制御が不要なので、取り扱いが容易になる。
【００２０】
また、上述した接合材４０が金属であることが望ましい。その金属は上述した所定の温度を融点とする。接合材４０がそのような金属であると、所定の温度で接合材４０が溶けることになる。所定の温度で溶けるので、接合強度が所定の強さを下回る温度について誤差が大きいものを接合材４０として用いる場合に比べ、発熱片３８が一対の電極２２，２４から離れることに関する信頼性が高くなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、従来に比べて大きな電流を流すことが可能という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる保護素子の、第１の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる保護素子の、第２の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態において電子が受ける力を示す概念図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる保護素子の断面図である。
【図５】公知の二次電池保護回路の一例を示す図である。
【図６】公知の保護素子を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明について図面に基づき詳細に説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。従って、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００２４】
<第１実施形態>
［構成の説明］
図１は、本実施形態にかかる保護素子１０の、第１の断面図である。図２は、本実施形態にかかる保護素子１０の、第２の断面図である。図２は、図１とは直交する断面にかかる図である。図１及び図２を参照しつつ、本実施形態にかかる保護素子１０の構成を説明する。
【００２５】
本実施形態にかかる保護素子１０は、絶縁基台２０と、正極２２と、負極２４と、電極固定材２６と、リード用端子２８と、抵抗器３０と、抵抗用絶縁体３２と、圧縮コイルバネ３４と、リード用絶縁体３６と、発熱片３８と、接合材４０と、伝熱体４２と、ケース４４と、ブロック状永久磁石５０とを備える。
【００２６】
保護素子１０において、絶縁基台２０、正極２２、負極２４、電極固定材２６、リード用端子２８、抵抗器３０、抵抗用絶縁体３２、圧縮コイルバネ３４、リード用絶縁体３６、及び、発熱片３８は、上述した保護素子１３８の、絶縁基台２０、正極２２、負極２４、電極固定材２６、リード用端子２８、抵抗器３０、抵抗用絶縁体３２、圧縮コイルバネ３４、リード用絶縁体３６、及び、発熱片３８と同一物である。それらの配置も同一である。従って、ここではその詳細な説明を繰り返さない。
【００２７】
本実施形態の場合、接合材４０は発熱片３８を正極２２に接合する。本実施形態の場合、別の接合材４０は発熱片３８を負極２４に接合する。本実施形態の場合、さらに別の接合材４０が発熱片３８を正極側リード導体６２に接合する。接合材４０の接合強度は、所定の温度で所定の強さを下回る。本実施形態の場合、その「所定の温度」とは、発熱片３８及び抵抗器３０の少なくとも一方の発熱によって到達する温度である。本実施形態の場合、その「所定の強さ」とは、分離力に耐える強さである。本実施形態の場合、「分離力」とは、発熱片３８が正極２２及び負極２４から離れる方向の力である。本実施形態の場合、この分離力は圧縮コイルバネ３４によって加えられる。本実施形態の場合、接合材４０は上述した「所定の温度」を融点とする合金である。
【００２８】
本実施形態の場合、伝熱体４２は抵抗器３０の一部（より具体的には抵抗器３０のうち電極固定材２６の近傍部分）を覆う。伝熱体４２は正極２２から負極２４にわたって設けられる。伝熱体４２は耐熱性を有する。すなわち、伝熱体４２は、正極２２、負極２４、及び、抵抗器３０が発熱しても変質しない。伝熱体４２の素材は絶縁体である。伝熱体４２は抵抗器３０を保護する。伝熱体４２は抵抗器３０が発熱するとその抵抗器３０が放出した熱を正極２２及び負極２４に伝える。これにより、接合材４０がその熱によって溶ける。
【００２９】
ケース４４は、絶縁基台２０と、正極２２と、負極２４と、電極固定材２６と、リード用端子２８の一部と、抵抗器３０と、抵抗用絶縁体３２と、圧縮コイルバネ３４と、リード用絶縁体３６と、発熱片３８と、接合材４０と、伝熱体４２とを覆う。ケース４４は、ブロック状永久磁石５０を所定の位置に固定するための部品でもある。ケース４４の素材は絶縁体である。ケース４４は、磁石収容部８０を有する。磁石収容部８０にブロック状永久磁石５０が収容される。
【００３０】
本実施形態の場合、磁場発生部はブロック状永久磁石５０のみにより構成されている。ブロック状永久磁石５０は磁力を発生させる。その磁力が発生している空間は正極２２と負極２４との間を含んでいる。従って、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間には磁力が生じている。本実施形態の場合、このブロック状永久磁石５０のＳ極が、正極２２、負極２４、及び、圧縮コイルバネ３４に、隔壁９０を介して対向している。
【００３１】
［使用方法の説明］
本実施形態にかかる保護素子１０の使用方法は上述した保護素子１３８と同様である。従って、ここではその詳細な説明は繰り返さない。
【００３２】
［電子の動きの説明］
図３は、本実施形態において電子１２０が受ける力を示す概念図である。便宜上、図３では、保護素子１０の部品については、正極２２、負極２４、圧縮コイルバネ３４、及び、ブロック状永久磁石５０のみを示す。図３を参照しつつ、本実施形態における電子１２０の動きを説明する。なお、負極２４から多数の電子１２０が放出されることで電子１２０の流れが形成される。その流れがアークである。電子１２０の流れがアークなので、電子１２０の動きを説明するとアークの軌跡を説明することができる。
【００３３】
接合材４０が溶けると圧縮コイルバネ３４が発熱片３８を正極２２及び負極２４から離すまでは上述した保護素子１３８と同様である。その際、負極２４からのアーク放電が発生する。
【００３４】
本実施形態の場合、アーク放電の際には負極２４から圧縮コイルバネ３４へ向けて電子１２０が放出される。従って、電流の向き１２２は電子１２０の進行方向とは逆になる。負極２４から圧縮コイルバネ３４へ向けて電子１２０が放出されるのは、本実施形態の場合、負極２４から圧縮コイルバネ３４を経由せずに正極２２へ向かうより負極２４から圧縮コイルバネ３４を経由して正極２２へ向かう方が耐電圧が低いためである。前者より後者の方が耐電圧が低いのは、正極２２と負極２４とが十分に離れているためである。本実施形態の場合、ブロック状永久磁石５０のＳ極が、正極２２、負極２４、及び、圧縮コイルバネ３４に対向している。従って、磁力の向き１２４は、正極２２、負極２４、及び、圧縮コイルバネ３４からブロック状永久磁石５０へ向かう向きである。これにより、電子１２０にローレンツ力が働く。本実施形態の場合、ローレンツ力の向き１２６は、図３における下向きである。これにより、電子１２０の描く軌跡は曲がる。電子１２０の描く軌跡が曲がるので、アークの軌跡も曲がる。
【００３５】
［効果の説明］
以上のようにして、本実施形態にかかる保護素子１０において、アークの軌跡は曲がる。軌跡が曲がると曲がらない場合に比べてアークは延びる。アークが延びるとそれが延びない場合に比べてアークが発生する電圧（アーク電圧）が高くなる。また、アークは延ばされ、絶縁材料からなる構造体（本実施形態の場合、ケース４４が「絶縁材料からなる構造体」にあたる）に接触することで冷却される。アーク電圧の上昇とアークの冷却との相乗効果によってアークが持続し難くなる。アークが持続し難くなるので、圧縮コイルバネ３４が配置されることによる耐電圧の低下を相殺することができる。アークが持続し難いと、アークが持続し易い場合に比べ、大きな電流を流すことができる。その結果、本実施形態にかかる保護素子１０は従来に比べて大きな電流を流すことができる。
【００３６】
<第２実施形態>
［構成の説明］
図４は、本実施形態にかかる保護素子１２の断面図である。図４を参照しつつ、本実施形態にかかる保護素子１２の構成を説明する。本実施形態にかかる保護素子１２は、絶縁基台２０と、正極２２と、負極２４と、電極固定材２６と、リード用端子２８と、抵抗器３０と、抵抗用絶縁体３２と、圧縮コイルバネ３４と、リード用絶縁体３６と、発熱片３８と、接合材４０と、伝熱体４２と、ケース４６と、磁場発生部５２とを備える。
【００３７】
保護素子１２において、絶縁基台２０、正極２２、負極２４、電極固定材２６、リード用端子２８、抵抗器３０、抵抗用絶縁体３２、圧縮コイルバネ３４、リード用絶縁体３６、及び、発熱片３８は、上述した保護素子１３８の、絶縁基台２０、正極２２、負極２４、電極固定材２６、リード用端子２８、抵抗器３０、抵抗用絶縁体３２、圧縮コイルバネ３４、リード用絶縁体３６、及び、発熱片３８と同一物である。それらの配置も同一である。保護素子１２において、接合材４０及び伝熱体４２は、第１実施形態にかかる接合材４０及び伝熱体４２と同一物である。それらの配置も同一である。従って、ここではそれらの詳細な説明を繰り返さない。
【００３８】
ケース４６は、上述したケース２１０及びケース４４と同様に、絶縁基台２０と、正極２２と、負極２４と、電極固定材２６と、リード用端子２８の一部と、抵抗器３０と、抵抗用絶縁体３２と、圧縮コイルバネ３４と、リード用絶縁体３６と、発熱片３８と、接合材４０と、伝熱体４２とを覆う。ケース４６は、磁場発生部５２を所定の位置に固定するための部品でもある。ケース４６の素材は絶縁体である。ケース４６は、第１磁石収容部８２と第２磁石収容部８４とを有する。これらは、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間を挟んで対向するように配置される。
【００３９】
磁場発生部５２は、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間に磁力を発生させる。本実施形態の場合、磁場発生部５２は、磁石の対を有している。それらの磁石の一方は第１板状永久磁石７０である。それらの磁石の他方は第２板状永久磁石７２である。本実施形態の場合、第１板状永久磁石７０及び第２板状永久磁石７２は、第１実施形態にかかるブロック状永久磁石５０と同じ強さの磁力を持つ。第１板状永久磁石７０はケース４６の第１磁石収容部８２に収容される。第２板状永久磁石７２はケース４６の第２磁石収容部８４に収容される。上述したように、第１磁石収容部８２と第２磁石収容部８４とは、正極２２と負極２４との間の圧縮コイルバネ３４を取囲む空間を挟んで対向するように配置される。これにより、磁場発生部５２が有する磁石の対もまた、正極２２と負極２４との間の圧縮コイルバネ３４を取囲む空間を挟んで対向するように配置される。
【００４０】
第１板状永久磁石７０はＳ極面１０２を有する。第２板状永久磁石７２はＮ極面１００を有する。Ｎ極面１００は第２板状永久磁石７２のＮ極である。Ｎ極面１００は、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間に対向する。ただし、その空間とＮ極面１００との間には隔壁９４が設けられている。その隔壁９４は第２磁石収容部８４を構成する。Ｎ極面１００は、正極２２及び負極２４の一方から他方にわたっている。すなわち、Ｎ極面１００の一端は、負極２４からみて正極２２より遠い位置にある。Ｎ極面１００の他端は、正極２２からみて負極２４より遠い位置にある。Ｓ極面１０２は第１板状永久磁石７０のＳ極である。Ｓ極面１０２も、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間に対向する。ただし、その空間とＳ極面１０２との間にも隔壁９２が設けられている。その隔壁９２は第１磁石収容部８２を構成する。Ｓ極面１０２も、正極２２及び負極２４の一方から他方にわたっている。
【００４１】
上述したように、磁場発生部５２が有する磁石の対は、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間を挟んで対向するよう配置されている。Ｎ極面１００もＳ極面１０２もその空間に対向する。これにより、第１板状永久磁石７０と第２板状永久磁石７２との対は、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間を挟んでＮ極とＳ極とが対向するよう配置されることとなる。
【００４２】
［使用方法の説明］
本実施形態にかかる保護素子１２の使用方法は上述した保護素子１３８及び保護素子１０と同様である。従って、ここではその詳細な説明は繰り返さない。
【００４３】
［電子の動きの説明］
本実施形態にかかる電子１２０の動きは第１実施形態にかかる保護素子１０と同様である。ただし、本実施形態の場合、第１板状永久磁石７０と第２板状永久磁石７２との対は、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間を挟んでＮ極とＳ極とが対向するように配置される。圧縮コイルバネ３４を取囲む空間の同一の箇所における磁力の強さを比較すると、本実施形態にかかる磁場発生部５２の磁力は第１実施形態にかかる磁場発生部（ブロック状永久磁石５０）の磁力以上である。これは、ブロック状永久磁石５０が第１板状永久磁石７０及び第２板状永久磁石７２より少々強力であったとしても同様である。磁力が強いので、本実施形態にかかる保護素子１２においてアークが生じるとすれば、そのアークは、第１実施形態にかかる保護素子１０において生じるはずのアークに比べてよく延びる。
【００４４】
［効果の説明］
以上のようにして、本実施形態にかかる保護素子１２において、アークはよく延びる。アークがよく延びるので、アーク電圧の上昇とアークの冷却との相乗効果によって、アークを持続し難くすることができる。その結果、本実施形態にかかる保護素子１２は、従来に比べて大きな電流を流すことができる。
【００４５】
しかも、本実施形態にかかる保護素子１２において、正極２２から負極２４にわたり、単一の磁石によって磁力を発生させる場合よりも大きな磁力が発生している。磁力が大きくなると、アークが受けるローレンツ力は大きくなる。正極２２から負極２４にわたりローレンツ力が大きくなると、正極２２から負極２４までの空間の一部においてローレンツ力が大きい場合に比べ、アークは持続し難くなる。その結果、大きな電流を流すことが可能になる。
【００４６】
〈変形例の説明〉
上述した保護素子１０，１２は、本発明の技術的思想を具体化するために例示したものである。上述した保護素子１０，１２は、本発明の技術的思想の範囲内において種々の変更を加え得るものである。
【００４７】
例えば、磁石の個数及び配置は上述したものに限定されない。また、磁場を発生させるための要素すなわち磁石は永久磁石に限定されない。永久磁石以外の磁石の例には電磁石がある。また、永久磁石の種類は特に限定されない。永久磁石の種類の例には、サマリウムコバルト磁石、ネオジム磁石、フェライト磁石、及び、アルニコ磁石がある。
【００４８】
また、上述したケース４６は、第１実施形態にかかるケース４４と同様に、アークがローレンツ力によって延びた場合にそのアークを接触させるための部品として用いてもよい。そのためには、ローレンツ力によって延びたアークがケース４６に接触するようにケース４６を配置するとよい。上述したケース４６は絶縁体であり固体である。一般的に、固体は気体より熱伝導率が高い。熱伝導率が高いので、ケース４６にアークを接触させることにより、空間によって冷却する場合に比べ、アーク及びその周りを効率よく冷却することができる。
【００４９】
また、絶縁基台２０の素材は特に限定されない。例えばフェノール樹脂がその素材として利用できる。一対の電極である正極２２及び負極２４の素材も特に限定されない。例えば銅と錫めっき真鍮とがその素材として利用できる。電極固定材２６の素材も特に限定されない。発熱片３８の素材も特に限定されない。抵抗器３０の構造も特に限定されない。例えば抵抗器３０は巻線型（負極側リード導体６０が取り付けられた負極と正極側リード導体６２が取り付けられた正極とがセラミックスコアの両端に装着され、そのセラミックスコアに抵抗線が巻き付けられ、その抵抗線の両端が正極と負極とに接合されているもの）でも酸化金属皮膜型（コアに酸化金属皮膜を形成したもの）でもよい。保護素子１０，１２は、抵抗器３０とは異なる種類の熱源を備えていてもよい。保護素子１０，１２は抵抗器３０に代わる熱源を備えていなくともよい。
【００５０】
また、接合材４０の素材は特に限定されない。その素材の例には、合金の他、純金属、熱可塑性樹脂、及び、導電性接着剤がある。
【００５１】
また、リード用絶縁体３６を備える代わりに発熱片３８の表面に絶縁膜を形成してもよい。
【００５２】
また、保護素子１０，１２は、圧縮コイルバネ３４の代わりに、別の導体製弾性体を備えてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０，１２，１３８ 保護素子
２０ 絶縁基台
２２ 正極
２４ 負極
２６ 電極固定材
２８ リード用端子
３０ 抵抗器
３２ 抵抗用絶縁体
３４ 圧縮コイルバネ
３６ リード用絶縁体
３８ 発熱片
４０ 接合材
４２ 伝熱体
４４，４６，２１０ ケース
５０ ブロック状永久磁石
５２ 磁場発生部
６０ 負極側リード導体
６２ 正極側リード導体
７０ 第１板状永久磁石
７２ 第２板状永久磁石
８０ 磁石収容部
８２ 第１磁石収容部
８４ 第２磁石収容部
９０，９２，９４ 隔壁
１００ Ｎ極面
１０２ Ｓ極面
１２０ 電子
１２２ 電流の向き
１２４ 磁力の向き
１２６ ローレンツ力の向き
１３０ 負荷
１３２ 充電電源
１３４ スイッチ
１３６ 制御素子
１４０ 二次電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護素子に関し、特に、二次電池の過電流、過充電、及び、過放電から回路を適確に保護し得る高容量の保護素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）を用いる場合、過電流、過充電、及び、過放電のいずれかが生じた場合にはその二次電池を負荷又は充電電源から遮断することが要求される。
【０００３】
図５は公知の二次電池保護回路の一例を示している。図５に示す二次電池保護回路は、負荷１３０と、充電電源１３２と、スイッチ１３４と、制御素子１３６と、保護素子１３８とを備える。周知のトランジスターはスイッチ１３４として利用できる素子の一種である。制御素子１３６は二次電池１４０の過充電もしくは過放電を検知する。制御素子１３６は、それらのうち少なくとも１つを検知するとスイッチ１３４へスイッチオン信号を発信する。スイッチ１３４は、スイッチオン信号を受信すると「オン」状態となる。これにより、スイッチ１３４を経て電流が流れることとなる。保護素子１３８は、過電流、過充電、及び、過放電のいずれかが生じた場合に二次電池１４０を負荷１３０もしくは充電電源１３２から遮断する。
【０００４】
図６は公知の保護素子１３８を示す斜視図である。図６において保護素子１３８は分解された状態で示されている。この保護素子１３８は、絶縁基台２０と、正極２２と、負極２４と、電極固定材２６と、リード用端子２８と、抵抗器３０と、抵抗用絶縁体３２と、圧縮コイルバネ３４と、リード用絶縁体３６と、発熱片３８と、ケース２１０とを備える。絶縁基台２０は台として用いられる部材である。絶縁基台２０は耐熱性を有する。正極２２は上述した二次電池１４０に接続される。負極２４は上述した負荷１３０もしくは充電電源１３２に接続される。正極２２と負極２４とは絶縁基台２０に固定される。絶縁基台２０に固定されることにより、正極２２と負極２４とは互いに対向するように配置される。電極固定材２６は正極２２と負極２４とを絶縁基台２０に固定する。電極固定材２６は耐熱性を有する。リード用端子２８は後述する負極側リード導体６０に接続されている。これによりリード用端子２８から負極側リード導体６０に電流が流れる。リード用端子２８が上述したスイッチ１３４に接続される。抵抗器３０は、正極２２と負極２４とに挟まれるように配置される。抵抗器３０は電流が流れると発熱する。これにより抵抗器３０は熱源の役割を果たす。抵抗器３０の両端には負極側リード導体６０と正極側リード導体６２とが取り付けられている。抵抗用絶縁体３２は圧縮コイルバネ３４が抵抗器３０に直接接触することを防止する。これにより圧縮コイルバネ３４と抵抗器３０との間は絶縁される。圧縮コイルバネ３４は次の要件を満たす位置に配置される。第１の要件は発熱片３８と抵抗器３０との間であるという要件である。第２の要件は正極２２と負極２４との間であるという要件である。圧縮コイルバネ３４は正極２２及び負極２４から離れる方向の力を発熱片３８に加える。このため、過電流、過充電、及び、過放電のいずれかが生じるまで、圧縮コイルバネ３４は圧縮された状態である。なお、圧縮コイルバネ３４はステンレス製（すなわち導体製）である。正極側リード導体６２は圧縮コイルバネ３４を貫通する。リード用絶縁体３６は、正極側リード導体６２が圧縮コイルバネ３４及び発熱片３８へ直接接触することを防止する。これにより正極側リード導体６２と圧縮コイルバネ３４との間は絶縁される。正極側リード導体６２と発熱片３８との間も絶縁される。正極側リード導体６２はリード用絶縁体３６も貫通する。発熱片３８は正極２２と負極２４とにまたがって配置される。すなわち、保護素子１３８を組み立てたとき、発熱片３８は正極２２の先端にも負極２４の先端にも接合される。発熱片３８は低融点合金によって正極２２及び負極２４のそれぞれへ接合される。この低融点合金は図６に示されていない。正極側リード導体６２は発熱片３８も貫通している。正極側リード導体６２と発熱片３８とは低融点合金を介して接合されている。この低融点合金も図６に示されていない。ケース２１０は、正極２２と、負極２４と、電極固定材２６と、抵抗器３０と、抵抗用絶縁体３２と、圧縮コイルバネ３４と、リード用絶縁体３６と、発熱片３８と、負極側リード導体６０と、正極側リード導体６２とを覆う。
【０００５】
二次電池１４０に過電流が流れると保護素子１３８の発熱片３８に過電流が流れる。電流が流れると発熱片３８が発熱する。発熱片３８が発熱すると低融点合金はその熱を受ける。熱を受けると低融点合金は所定の温度に到達する。所定の温度に到達したその低融点合金は溶ける。低融点合金が溶けると圧縮コイルバネ３４は発熱片３８を正極２２及び負極２４から離す。これにより、負荷１３０と二次電池１４０との間が遮断される。
【０００６】
二次電池１４０が過放電状態になると、制御素子１３６はスイッチ１３４へスイッチオン信号を発信する。スイッチ１３４はスイッチオン信号を受信すると「オン」状態となる。スイッチ１３４が「オン」状態になると保護素子１３８の抵抗器３０に電流が流れる。電流が流れると抵抗器３０は発熱する。抵抗器３０が発熱すると低融点合金はその熱を受ける。熱を受けると低融点合金は所定の温度に到達する。所定の温度に到達したその低融点合金は溶ける。低融点合金が溶けると圧縮コイルバネ３４は発熱片３８を正極２２及び負極２４から離す。これにより、負荷１３０と二次電池１４０との間が遮断される。
【０００７】
二次電池１４０が過充電状態になると、制御素子１３６はスイッチ１３４へスイッチオン信号を発信する。スイッチ１３４はスイッチオン信号を受信すると「オン」状態となる。スイッチ１３４が「オン」状態になると保護素子１３８の抵抗器３０が発熱する。抵抗器３０が発熱すると低融点合金はその熱を受ける。熱を受けると低融点合金は所定の温度に到達する。所定の温度に到達したその低融点合金は溶ける。低融点合金が溶けると圧縮コイルバネ３４は発熱片３８を正極２２及び負極２４から離す。これにより、充電電源１３２と二次電池１４０との間が遮断される。
【０００８】
特許文献１は、上述した保護素子１３８にかかる発明を開示する。特許文献１にかかる保護素子は、一対のピン電極と抵抗器とを備える。抵抗器の両端にリード導体が取り付けられている。抵抗器はピン電極に並ぶように設けられている。ピン電極間には発熱片が設けられる。発熱片は一対のピン電極間にまたがる。発熱片は過電流の通電により発熱される。抵抗器の一方のリード導体が発熱片を貫通している。各ピン電極と発熱片との間が低融点可溶材で接合されている。発熱片と抵抗器との間において抵抗器の一方のリード導体が圧縮コイルバネを貫通している。特許文献１にかかる保護素子は、絶縁体を備える。その絶縁体は、リード導体とバネ及び発熱片との間並びにバネと抵抗器端面との間の直接接触を防止する。抵抗器の両リード導体間に抵抗器通電発熱回路が接続される。抵抗器通電発熱回路は、被保護機器の異常時に抵抗器本体を発熱させる。これにより低融点可溶材が溶ける。
【０００９】
特許文献１に開示された保護素子において、電流は主としてピン電極の一方から発熱片へ直接流れる。その電流は主として発熱片からピン電極の他方へ直接流れる。低融点可溶材に流れる電流はかなり少ない。電流が少ないので、低融点可溶材の素材が合金であっても、その合金のマイグレーションをよく排除できる。マイグレーションをよく排除できるので、これに基づく誤動作を排除できる。誤動作を排除できるので過電流を適確に遮断できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２３８７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に開示された保護素子には、大きな電流を流し難いという問題点がある。大きな電流が流れている状態で、動作時、発熱片がピン電極から離れた直後から、保護素子の内部で発生したアークが持続することがある。アークが持続すると、絶縁を維持するために開放された圧縮コイルバネの破損によって起こる再導通や、構造体の焼損などを引き起して生じた炭化物によって導通経路が再形成され、過電流を遮断できないことがある。特許文献１に開示された保護素子が大きな電流を流し難い理由は以上である。本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、従来に比べて大きな電流を流すことが可能な保護素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
図面を参照し本発明の保護素子を説明する。なおこの欄で図中の符号を使用したのは発明の内容の理解を助けるためであって内容を図示した範囲に限定する意図ではない。
【００１３】
上述した課題を解決するために、本発明のある局面に従うと、保護素子１０，１２は、一対の電極２２，２４と、発熱片３８と、接合材４０と、導体製弾性体３４とを備える。一対の電極２２，２４は互いに対向するよう配置される。発熱片３８は、一対の電極２２，２４間にまたがって配置される。発熱片３８は電流が流れると発熱する。接合材４０は、発熱片３８を一対の電極２２，２４それぞれへ接合する。導体製弾性体３４は、一対の電極２２，２４の間に配置される。導体製弾性体３４が発熱片３８に分離力を加える。分離力は発熱片３８が一対の電極２２，２４から離れる方向の力である。接合材４０の接合強度が所定の温度で所定の強さを下回る。その所定の温度は発熱片３８の発熱によって到達する温度である。所定の強さは分離力に耐える強さである。保護素子１０，１２は、磁場発生部５２をさらに備える。磁場発生部５２は、一対の電極２２，２４の間にある導体製弾性体３４を取囲む空間に予め磁力を発生させる。
【００１４】
過電流が流れると発熱片３８が発熱する。発熱片３８の発熱により接合材４０が所定の温度に到達すると接合材４０の接合強度は所定の強さを下回る。接合材４０の接合強度が所定の強さを下回ると接合材４０は分離力に耐えられなくなる。分離力に耐えられなくなるので、導体製弾性体３４によって発熱片３８は電極２２，２４から離される。これにより電極２２，２４間の電流は遮断される。電流が遮断された後、電極２２，２４間にアークが発生すると、磁場発生部５２が発生させる磁力によってアークはローレンツ力を受ける。ローレンツ力を受けることによりアークは延びる。アークが延びると、延びない場合に比べ、アーク電圧が上昇する。また、アークは延ばされることで冷却される。アーク電圧の上昇とアークの冷却との相乗効果によってアークは持続し難くなる。その結果、大きな電流を流すことが可能になる。
【００１５】
また、上述した磁場発生部５２が、磁石７０，７２の対を有することが望ましい。磁石７０，７２の対は、導体製弾性体３４を取囲む空間を挟んでＮ極とＳ極とが対向するよう配置されることが望ましい。
【００１６】
単一の磁石によって磁力を発生させている場合、磁力線はＮ極からＳ極へ向かう弧を描く。Ｎ極とＳ極とが対向するよう磁石７０，７２の対を配置させている場合、磁石７０，７２の対の間における磁力線はＮ極からＳ極へ向かう線となる。導体製弾性体３４を取囲む空間の同一の箇所における磁力の強さを比較すると、単一の磁石が磁石７０及び磁石７２の少なくとも一方より少々強力であったとしても、後者の磁力は前者の磁力以上である。磁力が強くなると、アークが受けるローレンツ力は大きくなる。ローレンツ力が大きくなると、アークがよく延びる。アークがよく延びると、先述した理由によりアークは持続し難くなる。その結果、大きな電流を流すことが可能になる。
【００１７】
もしくは、上述した磁石７０，７２の対の一方がＮ極面１００を有することが望ましい。Ｎ極面１００は、一対の電極２２，２４の一方から他方にわたる。Ｎ極面１００は、導体製弾性体３４を取囲む空間に対向する。Ｎ極面１００はＮ極である。この場合、磁石７０，７２の対の他方がＳ極面１０２を有する。Ｓ極面１０２は一対の電極２２，２４の一方から他方にわたる。Ｓ極面１０２は、導体製弾性体３４を取囲む空間に対向する。Ｓ極面１０２はＳ極である。
【００１８】
磁石７０，７２の対の一方がＮ極面１００を有し、かつ、磁石７０，７２の対の他方がＳ極面１０２を有する場合、導体製弾性体３４を取囲む空間が一対の電極２２，２４の一方から他方にわたってＮ極とＳ極とに挟まれることとなる。Ｎ極とＳ極とに挟まれている空間では、磁力線がＮ極からＳ極へ向かう線となる。これにより、一対の電極２２，２４の一方から他方にわたって、単一の磁石によって磁力を発生させる場合よりも磁力が大きくなる。磁力が大きくなると、アークが受けるローレンツ力は大きくなる。一対の電極２２，２４の一方から他方にわたってローレンツ力が大きくなると、一対の電極２２，２４の一方から他方までの空間の一部においてローレンツ力が大きい場合よりもアークは持続し難くなる。その結果、大きな電流を流すことが可能になる。
【００１９】
もしくは、上述した磁石７０，７２が永久磁石であることが望ましい。磁石７０，７２が永久磁石であると、制御を行わなくても磁力を発生する。制御が不要なので、取り扱いが容易になる。
【００２０】
また、上述した接合材４０が金属であることが望ましい。その金属は上述した所定の温度を融点とする。接合材４０がそのような金属であると、所定の温度で接合材４０が溶けることになる。所定の温度で溶けるので、接合強度が所定の強さを下回る温度について誤差が大きいものを接合材４０として用いる場合に比べ、発熱片３８が一対の電極２２，２４から離れることに関する信頼性が高くなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、従来に比べて大きな電流を流すことが可能という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる保護素子の、第１の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる保護素子の、第２の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態において電子が受ける力を示す概念図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる保護素子の断面図である。
【図５】公知の二次電池保護回路の一例を示す図である。
【図６】公知の保護素子を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明について図面に基づき詳細に説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。従って、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００２４】
<第１実施形態>
［構成の説明］
図１は、本実施形態にかかる保護素子１０の、第１の断面図である。図２は、本実施形態にかかる保護素子１０の、第２の断面図である。図２は、図１とは直交する断面にかかる図である。図１及び図２を参照しつつ、本実施形態にかかる保護素子１０の構成を説明する。
【００２５】
本実施形態にかかる保護素子１０は、絶縁基台２０と、正極２２と、負極２４と、電極固定材２６と、リード用端子２８と、抵抗器３０と、抵抗用絶縁体３２と、圧縮コイルバネ３４と、リード用絶縁体３６と、発熱片３８と、接合材４０と、伝熱体４２と、ケース４４と、ブロック状永久磁石５０とを備える。
【００２６】
保護素子１０において、絶縁基台２０、正極２２、負極２４、電極固定材２６、リード用端子２８、抵抗器３０、抵抗用絶縁体３２、圧縮コイルバネ３４、リード用絶縁体３６、及び、発熱片３８は、上述した保護素子１３８の、絶縁基台２０、正極２２、負極２４、電極固定材２６、リード用端子２８、抵抗器３０、抵抗用絶縁体３２、圧縮コイルバネ３４、リード用絶縁体３６、及び、発熱片３８と同一物である。それらの配置も同一である。従って、ここではその詳細な説明を繰り返さない。
【００２７】
本実施形態の場合、接合材４０は発熱片３８を正極２２に接合する。本実施形態の場合、別の接合材４０は発熱片３８を負極２４に接合する。本実施形態の場合、さらに別の接合材４０が発熱片３８を正極側リード導体６２に接合する。接合材４０の接合強度は、所定の温度で所定の強さを下回る。本実施形態の場合、その「所定の温度」とは、発熱片３８及び抵抗器３０の少なくとも一方の発熱によって到達する温度である。本実施形態の場合、その「所定の強さ」とは、分離力に耐える強さである。本実施形態の場合、「分離力」とは、発熱片３８が正極２２及び負極２４から離れる方向の力である。本実施形態の場合、この分離力は圧縮コイルバネ３４によって加えられる。本実施形態の場合、接合材４０は上述した「所定の温度」を融点とする合金である。
【００２８】
本実施形態の場合、伝熱体４２は抵抗器３０の一部（より具体的には抵抗器３０のうち電極固定材２６の近傍部分）を覆う。伝熱体４２は正極２２から負極２４にわたって設けられる。伝熱体４２は耐熱性を有する。すなわち、伝熱体４２は、正極２２、負極２４、及び、抵抗器３０が発熱しても変質しない。伝熱体４２の素材は絶縁体である。伝熱体４２は抵抗器３０を保護する。伝熱体４２は抵抗器３０が発熱するとその抵抗器３０が放出した熱を正極２２及び負極２４に伝える。これにより、接合材４０がその熱によって溶ける。
【００２９】
ケース４４は、絶縁基台２０と、正極２２と、負極２４と、電極固定材２６と、リード用端子２８の一部と、抵抗器３０と、抵抗用絶縁体３２と、圧縮コイルバネ３４と、リード用絶縁体３６と、発熱片３８と、接合材４０と、伝熱体４２とを覆う。ケース４４は、ブロック状永久磁石５０を所定の位置に固定するための部品でもある。ケース４４の素材は絶縁体である。ケース４４は、磁石収容部８０を有する。磁石収容部８０にブロック状永久磁石５０が収容される。
【００３０】
本実施形態の場合、磁場発生部はブロック状永久磁石５０のみにより構成されている。ブロック状永久磁石５０は磁力を発生させる。その磁力が発生している空間は正極２２と負極２４との間を含んでいる。従って、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間には磁力が生じている。本実施形態の場合、このブロック状永久磁石５０のＳ極が、正極２２、負極２４、及び、圧縮コイルバネ３４に、隔壁９０を介して対向している。
【００３１】
［使用方法の説明］
本実施形態にかかる保護素子１０の使用方法は上述した保護素子１３８と同様である。従って、ここではその詳細な説明は繰り返さない。
【００３２】
［電子の動きの説明］
図３は、本実施形態において電子１２０が受ける力を示す概念図である。便宜上、図３では、保護素子１０の部品については、正極２２、負極２４、圧縮コイルバネ３４、及び、ブロック状永久磁石５０のみを示す。図３を参照しつつ、本実施形態における電子１２０の動きを説明する。なお、負極２４から多数の電子１２０が放出されることで電子１２０の流れが形成される。その流れがアークである。電子１２０の流れがアークなので、電子１２０の動きを説明するとアークの軌跡を説明することができる。
【００３３】
接合材４０が溶けると圧縮コイルバネ３４が発熱片３８を正極２２及び負極２４から離すまでは上述した保護素子１３８と同様である。その際、負極２４からのアーク放電が発生する。
【００３４】
本実施形態の場合、アーク放電の際には負極２４から圧縮コイルバネ３４へ向けて電子１２０が放出される。従って、電流の向き１２２は電子１２０の進行方向とは逆になる。負極２４から圧縮コイルバネ３４へ向けて電子１２０が放出されるのは、本実施形態の場合、負極２４から圧縮コイルバネ３４を経由せずに正極２２へ向かうより負極２４から圧縮コイルバネ３４を経由して正極２２へ向かう方が耐電圧が低いためである。前者より後者の方が耐電圧が低いのは、正極２２と負極２４とが十分に離れているためである。本実施形態の場合、ブロック状永久磁石５０のＳ極が、正極２２、負極２４、及び、圧縮コイルバネ３４に対向している。従って、磁力の向き１２４は、正極２２、負極２４、及び、圧縮コイルバネ３４からブロック状永久磁石５０へ向かう向きである。これにより、電子１２０にローレンツ力が働く。本実施形態の場合、ローレンツ力の向き１２６は、図３における下向きである。これにより、電子１２０の描く軌跡は曲がる。電子１２０の描く軌跡が曲がるので、アークの軌跡も曲がる。
【００３５】
［効果の説明］
以上のようにして、本実施形態にかかる保護素子１０において、アークの軌跡は曲がる。軌跡が曲がると曲がらない場合に比べてアークは延びる。アークが延びるとそれが延びない場合に比べてアークが発生する電圧（アーク電圧）が高くなる。また、アークは延ばされ、絶縁材料からなる構造体（本実施形態の場合、ケース４４が「絶縁材料からなる構造体」にあたる）に接触することで冷却される。アーク電圧の上昇とアークの冷却との相乗効果によってアークが持続し難くなる。アークが持続し難くなるので、圧縮コイルバネ３４が配置されることによる耐電圧の低下を相殺することができる。アークが持続し難いと、アークが持続し易い場合に比べ、大きな電流を流すことができる。その結果、本実施形態にかかる保護素子１０は従来に比べて大きな電流を流すことができる。
【００３６】
<第２実施形態>
［構成の説明］
図４は、本実施形態にかかる保護素子１２の断面図である。図４を参照しつつ、本実施形態にかかる保護素子１２の構成を説明する。本実施形態にかかる保護素子１２は、絶縁基台２０と、正極２２と、負極２４と、電極固定材２６と、リード用端子２８と、抵抗器３０と、抵抗用絶縁体３２と、圧縮コイルバネ３４と、リード用絶縁体３６と、発熱片３８と、接合材４０と、伝熱体４２と、ケース４６と、磁場発生部５２とを備える。
【００３７】
保護素子１２において、絶縁基台２０、正極２２、負極２４、電極固定材２６、リード用端子２８、抵抗器３０、抵抗用絶縁体３２、圧縮コイルバネ３４、リード用絶縁体３６、及び、発熱片３８は、上述した保護素子１３８の、絶縁基台２０、正極２２、負極２４、電極固定材２６、リード用端子２８、抵抗器３０、抵抗用絶縁体３２、圧縮コイルバネ３４、リード用絶縁体３６、及び、発熱片３８と同一物である。それらの配置も同一である。保護素子１２において、接合材４０及び伝熱体４２は、第１実施形態にかかる接合材４０及び伝熱体４２と同一物である。それらの配置も同一である。従って、ここではそれらの詳細な説明を繰り返さない。
【００３８】
ケース４６は、上述したケース２１０及びケース４４と同様に、絶縁基台２０と、正極２２と、負極２４と、電極固定材２６と、リード用端子２８の一部と、抵抗器３０と、抵抗用絶縁体３２と、圧縮コイルバネ３４と、リード用絶縁体３６と、発熱片３８と、接合材４０と、伝熱体４２とを覆う。ケース４６は、磁場発生部５２を所定の位置に固定するための部品でもある。ケース４６の素材は絶縁体である。ケース４６は、第１磁石収容部８２と第２磁石収容部８４とを有する。これらは、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間を挟んで対向するように配置される。
【００３９】
磁場発生部５２は、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間に磁力を発生させる。本実施形態の場合、磁場発生部５２は、磁石の対を有している。それらの磁石の一方は第１板状永久磁石７０である。それらの磁石の他方は第２板状永久磁石７２である。本実施形態の場合、第１板状永久磁石７０及び第２板状永久磁石７２は、第１実施形態にかかるブロック状永久磁石５０と同じ強さの磁力を持つ。第１板状永久磁石７０はケース４６の第１磁石収容部８２に収容される。第２板状永久磁石７２はケース４６の第２磁石収容部８４に収容される。上述したように、第１磁石収容部８２と第２磁石収容部８４とは、正極２２と負極２４との間の圧縮コイルバネ３４を取囲む空間を挟んで対向するように配置される。これにより、磁場発生部５２が有する磁石の対もまた、正極２２と負極２４との間の圧縮コイルバネ３４を取囲む空間を挟んで対向するように配置される。
【００４０】
第１板状永久磁石７０はＳ極面１０２を有する。第２板状永久磁石７２はＮ極面１００を有する。Ｎ極面１００は第２板状永久磁石７２のＮ極である。Ｎ極面１００は、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間に対向する。ただし、その空間とＮ極面１００との間には隔壁９４が設けられている。その隔壁９４は第２磁石収容部８４を構成する。Ｎ極面１００は、正極２２及び負極２４の一方から他方にわたっている。すなわち、Ｎ極面１００の一端は、負極２４からみて正極２２より遠い位置にある。Ｎ極面１００の他端は、正極２２からみて負極２４より遠い位置にある。Ｓ極面１０２は第１板状永久磁石７０のＳ極である。Ｓ極面１０２も、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間に対向する。ただし、その空間とＳ極面１０２との間にも隔壁９２が設けられている。その隔壁９２は第１磁石収容部８２を構成する。Ｓ極面１０２も、正極２２及び負極２４の一方から他方にわたっている。
【００４１】
上述したように、磁場発生部５２が有する磁石の対は、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間を挟んで対向するよう配置されている。Ｎ極面１００もＳ極面１０２もその空間に対向する。これにより、第１板状永久磁石７０と第２板状永久磁石７２との対は、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間を挟んでＮ極とＳ極とが対向するよう配置されることとなる。
【００４２】
［使用方法の説明］
本実施形態にかかる保護素子１２の使用方法は上述した保護素子１３８及び保護素子１０と同様である。従って、ここではその詳細な説明は繰り返さない。
【００４３】
［電子の動きの説明］
本実施形態にかかる電子１２０の動きは第１実施形態にかかる保護素子１０と同様である。ただし、本実施形態の場合、第１板状永久磁石７０と第２板状永久磁石７２との対は、正極２２と負極２４との間にある圧縮コイルバネ３４を取囲む空間を挟んでＮ極とＳ極とが対向するように配置される。圧縮コイルバネ３４を取囲む空間の同一の箇所における磁力の強さを比較すると、本実施形態にかかる磁場発生部５２の磁力は第１実施形態にかかる磁場発生部（ブロック状永久磁石５０）の磁力以上である。これは、ブロック状永久磁石５０が第１板状永久磁石７０及び第２板状永久磁石７２より少々強力であったとしても同様である。磁力が強いので、本実施形態にかかる保護素子１２においてアークが生じるとすれば、そのアークは、第１実施形態にかかる保護素子１０において生じるはずのアークに比べてよく延びる。
【００４４】
［効果の説明］
以上のようにして、本実施形態にかかる保護素子１２において、アークはよく延びる。アークがよく延びるので、アーク電圧の上昇とアークの冷却との相乗効果によって、アークを持続し難くすることができる。その結果、本実施形態にかかる保護素子１２は、従来に比べて大きな電流を流すことができる。
【００４５】
しかも、本実施形態にかかる保護素子１２において、正極２２から負極２４にわたり、単一の磁石によって磁力を発生させる場合よりも大きな磁力が発生している。磁力が大きくなると、アークが受けるローレンツ力は大きくなる。正極２２から負極２４にわたりローレンツ力が大きくなると、正極２２から負極２４までの空間の一部においてローレンツ力が大きい場合に比べ、アークは持続し難くなる。その結果、大きな電流を流すことが可能になる。
【００４６】
〈変形例の説明〉
上述した保護素子１０，１２は、本発明の技術的思想を具体化するために例示したものである。上述した保護素子１０，１２は、本発明の技術的思想の範囲内において種々の変更を加え得るものである。
【００４７】
例えば、磁石の個数及び配置は上述したものに限定されない。また、磁場を発生させるための要素すなわち磁石は永久磁石に限定されない。永久磁石以外の磁石の例には電磁石がある。また、永久磁石の種類は特に限定されない。永久磁石の種類の例には、サマリウムコバルト磁石、ネオジム磁石、フェライト磁石、及び、アルニコ磁石がある。
【００４８】
また、上述したケース４６は、第１実施形態にかかるケース４４と同様に、アークがローレンツ力によって延びた場合にそのアークを接触させるための部品として用いてもよい。そのためには、ローレンツ力によって延びたアークがケース４６に接触するようにケース４６を配置するとよい。上述したケース４６は絶縁体であり固体である。一般的に、固体は気体より熱伝導率が高い。熱伝導率が高いので、ケース４６にアークを接触させることにより、空間によって冷却する場合に比べ、アーク及びその周りを効率よく冷却することができる。
【００４９】
また、絶縁基台２０の素材は特に限定されない。例えばフェノール樹脂がその素材として利用できる。一対の電極である正極２２及び負極２４の素材も特に限定されない。例えば銅と錫めっき真鍮とがその素材として利用できる。電極固定材２６の素材も特に限定されない。発熱片３８の素材も特に限定されない。抵抗器３０の構造も特に限定されない。例えば抵抗器３０は巻線型（負極側リード導体６０が取り付けられた負極と正極側リード導体６２が取り付けられた正極とがセラミックスコアの両端に装着され、そのセラミックスコアに抵抗線が巻き付けられ、その抵抗線の両端が正極と負極とに接合されているもの）でも酸化金属皮膜型（コアに酸化金属皮膜を形成したもの）でもよい。保護素子１０，１２は、抵抗器３０とは異なる種類の熱源を備えていてもよい。保護素子１０，１２は抵抗器３０に代わる熱源を備えていなくともよい。
【００５０】
また、接合材４０の素材は特に限定されない。その素材の例には、合金の他、純金属、熱可塑性樹脂、及び、導電性接着剤がある。
【００５１】
また、リード用絶縁体３６を備える代わりに発熱片３８の表面に絶縁膜を形成してもよい。
【００５２】
また、保護素子１０，１２は、圧縮コイルバネ３４の代わりに、別の導体製弾性体を備えてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０，１２，１３８ 保護素子
２０ 絶縁基台
２２ 正極
２４ 負極
２６ 電極固定材
２８ リード用端子
３０ 抵抗器
３２ 抵抗用絶縁体
３４ 圧縮コイルバネ
３６ リード用絶縁体
３８ 発熱片
４０ 接合材
４２ 伝熱体
４４，４６，２１０ ケース
５０ ブロック状永久磁石
５２ 磁場発生部
６０ 負極側リード導体
６２ 正極側リード導体
７０ 第１板状永久磁石
７２ 第２板状永久磁石
８０ 磁石収容部
８２ 第１磁石収容部
８４ 第２磁石収容部
９０，９２，９４ 隔壁
１００ Ｎ極面
１０２ Ｓ極面
１２０ 電子
１２２ 電流の向き
１２４ 磁力の向き
１２６ ローレンツ力の向き
１３０ 負荷
１３２ 充電電源
１３４ スイッチ
１３６ 制御素子
１４０ 二次電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向するよう配置される一対の電極と、
前記一対の電極間にまたがって配置され、かつ、電流が流れると発熱する発熱片と、
前記発熱片を前記一対の電極それぞれへ接合する接合材と、
前記一対の電極の間に配置される導体製弾性体とを備え、
前記導体製弾性体が前記発熱片に分離力を加え、
前記分離力は前記発熱片が前記一対の電極から離れる方向の力であり、
前記接合材の接合強度が所定の温度で所定の強さを下回り、
前記所定の温度が前記発熱片の発熱によって到達する温度であり、
前記所定の強さは前記分離力に耐える強さである保護素子であって、
前記一対の電極の間にある前記導体製弾性体を取囲む空間に予め磁力を発生させる磁場発生部をさらに備えることを特徴とする保護素子。
【請求項２】
前記磁場発生部が、前記導体製弾性体を取囲む空間を挟んでＮ極とＳ極とが対向するよう配置される磁石の対を有することを特徴とする請求項１に記載の保護素子。
【請求項３】
前記磁石の対の一方が、前記導体製弾性体を取囲む空間に対向し、かつ、Ｎ極であるＮ極面を有しており、
前記Ｎ極面が、前記一対の電極の一方から他方にわたっており、
前記磁石の対の他方が、前記導体製弾性体を取囲む空間に対向し、かつ、Ｓ極であるＳ極面を有しており、
前記Ｓ極面が、前記一対の電極の一方から他方にわたっていることを特徴とする請求項２に記載の保護素子。
【請求項４】
前記磁石が永久磁石であることを特徴とする請求項２〜３に記載の保護素子。
【請求項５】
前記接合材が前記所定の温度を融点とする金属であることを特徴とする請求項１に記載の保護素子。
【請求項１】
互いに対向するよう配置される一対の電極と、
前記一対の電極間にまたがって配置され、かつ、電流が流れると発熱する発熱片と、
前記発熱片を前記一対の電極それぞれへ接合する接合材と、
前記一対の電極の間に配置される導体製弾性体とを備え、
前記導体製弾性体が前記発熱片に分離力を加え、
前記分離力は前記発熱片が前記一対の電極から離れる方向の力であり、
前記接合材の接合強度が所定の温度で所定の強さを下回り、
前記所定の温度が前記発熱片の発熱によって到達する温度であり、
前記所定の強さは前記分離力に耐える強さである保護素子であって、
前記一対の電極の間にある前記導体製弾性体を取囲む空間に予め磁力を発生させる磁場発生部をさらに備えることを特徴とする保護素子。
【請求項２】
前記磁場発生部が、前記導体製弾性体を取囲む空間を挟んでＮ極とＳ極とが対向するよう配置される磁石の対を有することを特徴とする請求項１に記載の保護素子。
【請求項３】
前記磁石の対の一方が、前記導体製弾性体を取囲む空間に対向し、かつ、Ｎ極であるＮ極面を有しており、
前記Ｎ極面が、前記一対の電極の一方から他方にわたっており、
前記磁石の対の他方が、前記導体製弾性体を取囲む空間に対向し、かつ、Ｓ極であるＳ極面を有しており、
前記Ｓ極面が、前記一対の電極の一方から他方にわたっていることを特徴とする請求項２に記載の保護素子。
【請求項４】
前記磁石が永久磁石であることを特徴とする請求項２〜３に記載の保護素子。
【請求項５】
前記接合材が前記所定の温度を融点とする金属であることを特徴とする請求項１に記載の保護素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９７８９３（Ｐ２０１３−９７８９３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３７１２４（Ｐ２０１１−２３７１２４）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００２２５３３７）内橋エステック株式会社 (115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００２２５３３７）内橋エステック株式会社 (115)
【Ｆターム（参考）】
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