JP2016119172A - スイッチ素子 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明が適用されたスイッチ素子1は、図1に示すように、絶縁基板10と、絶縁基板10上に、近接して形成された第1、第2の電極11,12と、第1の電極11上に搭載された第1の可溶導体13と、絶縁基板10を介して第1の電極11と同一面上に隣接され、第1の可溶導体13よりも融点の高い高融点金属体15とを有する。なお、図1(A)は第1の可溶導体の溶断前におけるスイッチ素子1のカバー部材20を除いて示す平面図であり、図1(B)はA‐A’断面図であり、図1(C)はB‐B’断面図であり、図1(D)はC‐C’断面図である。
第1、第2の電極11,12は、絶縁基板10の表面10a上に、互いに近接配置されるとともに離間されることにより開放されている。また、第1の電極11には後述する第1の可溶導体13が搭載されている。第1、第2の電極11,12は、高融点金属体15が通電に伴って発熱することにより、図2に示すように、第1の可溶導体13の溶融導体13aが第1、第2の電極11,12間にわたって凝集、結合し、この溶融導体13aを介して短絡されるスイッチ2を構成する。なお、図2(A)は第1の可溶導体の溶断時におけるスイッチ素子1のカバー部材20を除いて示す平面図であり、図2(B)はA‐A’断面図であり、図2(C)はB‐B’断面図であり、図2(D)はC‐C’断面図である。
高融点金属体15は、通電すると発熱する導電性を有する部材であって、第1の可溶導体13よりも融点が高く、たとえばW、Mo、Ru、Cu、Ag、あるいはこれらを主成分とする合金等からなる。高融点金属体15は、これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものをスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成することができる。
第1、第2の電極11,12及び高融点金属体15は、絶縁基板10の表面10a上において第1の絶縁層16に被覆されている。第1の絶縁層16は、第1、第2の電極11,12及び高融点金属体15の保護及び絶縁を図るとともに、高融点金属体15の溶断時におけるアーク放電を抑制するために設けられ、例えばガラス層からなる。
また、高融点金属体15と絶縁基板10との間に第2の絶縁層24を形成してもよい。第2の絶縁層24は、第1の絶縁層16と同様に、ガラス等からなる。
第1の絶縁層16を介して第1、第2の電極11,12上に搭載される第1の可溶導体13は、高融点金属体15の発熱により速やかに溶融されるいずれの金属を用いることができ、例えば、ハンダや、Snを主成分とするPbフリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。
以上のようなスイッチ素子1は、図4に示すような回路構成を有する。すなわち、スイッチ素子1は、第1の電極11と第2の電極12とが、正常時には開放され(図4(A))、高融点金属体15の発熱により第1の可溶導体13が溶融すると、当該溶融導体13aを介して短絡するスイッチ2を構成する(図4(B))。なお、第1、第2の電極11,12の各外部接続端子11a,12aは、スイッチ2の両端子を構成する。そして、スイッチ2の短絡後に、高融点金属体15が自己発熱によって溶断し、給電経路が遮断されることにより、発熱が停止する(図4(C))。
また、スイッチ素子1は、図6(A)〜(C)に示すように、高融点金属体15と、第1の可溶導体13が搭載されている第1の電極11とを接続する接続部19を形成してもよい。接続部19は、例えば高融点金属体15や第1の電極11と同じ導電材料を用いて、高融点金属体15や第1の電極11と同じ工程においてパターン形成されることにより設けることができる。
スイッチ素子1は、絶縁基板10上に内部を保護するカバー部材20が取り付けられている。スイッチ素子1は、絶縁基板10がカバー部材20に覆われることによりその内部が保護されている。カバー部材20は、スイッチ素子1の側面を構成する側壁21と、スイッチ素子1の上面を構成する天面部22とを有し、側壁21が絶縁基板10上に接続されることにより、スイッチ素子1の内部を閉塞する蓋体となる。このカバー部材20は、上記絶縁基板10と同様に、たとえば、熱可塑性プラスチック,セラミックス,ガラスエポキシ基板等の絶縁性を有する部材を用いて形成されている。
なお、本発明が適用されたスイッチ素子は、絶縁基板の表面上において、高融点金属体と第1、第2の電極とを重畳させてもよい。なお、以下の説明において、上述したスイッチ素子1と同様の構成については、同じ符号を付してその詳細を省略する。このスイッチ素子40は、図8(A)(B)に示すように、絶縁基板10の表面10aの相対向する側面10d,10e側の縁部の間にわたって高融点金属体15が形成されている。また、スイッチ素子40は、第1、第2の電極11,12が絶縁基板10の表面10aの相対向する側面10b,10c側の縁部に形成されている。
また、スイッチ素子40は、高融点金属体15と絶縁基板10との間に第3の絶縁層43を形成してもよい。第3の絶縁層43は、第1、第2の絶縁層41,42と同様に、ガラス等からなる。このとき、第3の絶縁層43は、発熱部15bの中心を含む領域に部分的に形成されてもよい。高融点金属体15は、発熱部15bの中心付近が第3の絶縁層43上に積層される。これにより、高融点金属体15は、発熱部15bが第3の絶縁層43を跨いで形成され、溶断時には第3の絶縁層43上で遮断される。したがって、高融点金属体15は、溶断後における絶縁抵抗を高くすることができ、リークを確実に防止することができる。
また、本発明が適用されたスイッチ素子は、絶縁基板の表面に第1、第2の電極を形成し、絶縁基板の裏面に高融点金属体を形成することにより、高融点金属体と第1、第2の電極とを重畳させてもよい。なお、以下の説明において、上述したスイッチ素子1と同様の構成については、同じ符号を付してその詳細を省略する。このスイッチ素子50は、図9に示すように、絶縁基板10の裏面10fの相対向する側面10d,10e側の縁部の間にわたって高融点金属体15が形成されている。また、スイッチ素子50は、第1、第2の電極11,12が絶縁基板10の表面10aの相対向する側面10b,10c側の縁部に形成されている。
また、スイッチ素子50は、高融点金属体15と絶縁基板10との間に第3の絶縁層53を形成してもよい。第3の絶縁層53は、第1、第2の絶縁層51,52と同様に、ガラス等からなる。このとき、第3の絶縁層53は、発熱部15bの中心を含む領域に部分的に形成されてもよい。高融点金属体15は、発熱部15bの中心付近が第3の絶縁層53上に積層される。これにより、高融点金属体15は、発熱部15bが第3の絶縁層53を跨いで形成され、溶断時には第3の絶縁層53上で遮断される。したがって、高融点金属体15は、溶断後における絶縁抵抗を高くすることができ、リークを確実に防止することができる。
なお、スイッチ素子1は、図10に示すように、第2の電極12上に第2の可溶導体14を搭載してもよい。第2の可溶導体14は、第1の可溶導体13と同じ材料によって形成することができる。また、第2の可溶導体14は、第1の可溶導体13と同様に、第2の電極12の先端部12b及び第1の絶縁層16上に形成された開口部16aに設けられた接続用ハンダによって接続されている。また、第2の可溶導体14も、第1の可溶導体13と同様に、第2の電極12との接続面積以上の面積を有し、第1の電極11側へ張り出して支持されることが好ましい。
また、本発明が適用されたスイッチ素子は、第1の可溶導体を第1、第2の電極の近傍に、第1、第2の電極と各々絶縁状態で搭載させてもよい。なお、以下の説明において、上述したスイッチ素子1,50と同様の構成については、同じ符号を付してその詳細を省略する。このスイッチ素子60は、第1の可溶導体13が第1の絶縁層16を介して第1の電極11上から第2の電極12側へ搭載され、好ましくは図11(A)(B)に示すように第1、第2の電極11,12間にわたって搭載されることにより、第1、第2の電極11,12の近傍に、第1、第2の電極11,12と各々絶縁状態で搭載されている。
また、本発明が適用されたスイッチ素子は、第1の可溶導体を、絶縁層を介して、第1の電極上に搭載するとともに、接着剤により固定してもよい。なお、以下の説明において、上述したスイッチ素子1,50,60と同様の構成については、同じ符号を付してその詳細を省略する。このスイッチ素子70は、第1の可溶導体13が第1の絶縁層16を介して第1の電極11上から第2の電極12側へ搭載され、好ましくは図12(A)(B)に示すように第1、第2の電極11,12間にわたる所定の位置に搭載されるとともに、接着剤により固定されている。
また、本発明が適用されたスイッチ素子は、第1の可溶導体を絶縁層を介して第1の電極上に搭載するとともに接着剤により固定し、第2の可溶導体を絶縁層を介して第2の電極上に搭載するとともに接着剤により固定してもよい。なお、以下の説明において、上述したスイッチ素子1,50,60,70と同様の構成については、同じ符号を付してその詳細を省略する。
また、本発明が適用されたスイッチ素子は、上述したように絶縁基板10上に第1、第2の電極11,12及び高融点金属体15を形成する他、以下に説明するように、絶縁基板を備えずに構成してもよい。なお、以下の説明において、上述したスイッチ素子1,40,50,60,70,80と同一の部材については同一の符号を付してその詳細を省略する。
高融点金属体95は、通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばW、Mo、Ru、Cu、Ag、あるいはこれらを主成分とする合金等を用いて形成された板状体からなる。高融点金属体95は、両端部に外部回路との接続用の開口部95aが形成されている。スイッチ素子90は、例えば高融点金属体95が開口部95aを介して警報器31の作動のトリガーとなる機能回路32と接続され、機能回路32の異常に伴う過電流によって発熱する(図5参照)。
なお、スイッチ素子90は、図18(A)(B)に示すように、第2の電極92上に第2の可溶導体14を搭載してもよい。第2の可溶導体14は、第1の可溶導体13と同じ材料によって形成することができる。
また、本発明が適用されたスイッチ素子は、第1の可溶導体を第1、第2の電極の近傍に、第1、第2の電極と各々絶縁状態で搭載させてもよい。なお、以下の説明において、上述したスイッチ素子90と同様の構成については、同じ符号を付してその詳細を省略する。このスイッチ素子100は、図20に示すように、第1の可溶導体13が第1の絶縁体93を介して第1、第2の電極91,92間にわたって搭載されることにより、第1、第2の電極91,92の近傍に、第1、第2の電極91,92と各々絶縁状態で搭載されている。
また、本発明が適用されたスイッチ素子は、第1の可溶導体を、絶縁層を介して、第1の電極上に搭載するとともに、接着剤により固定してもよい。なお、以下の説明において、上述したスイッチ素子90,100と同様の構成については、同じ符号を付してその詳細を省略する。このスイッチ素子110は、図21(A)(B)に示すように第1の可溶導体13が第1の絶縁体93を介して第1の電極91,92間にわたる所定の位置に搭載されるとともに、接着剤により固定されている。
また、本発明が適用されたスイッチ素子は、第1の可溶導体を絶縁体を介して第1の電極上に搭載するとともに接着剤により固定し、第2の可溶導体を絶縁体を介して第2の電極上に搭載するとともに接着剤により固定してもよい。なお、以下の説明において、上述したスイッチ素子90,100,110と同様の構成については、同じ符号を付してその詳細を省略する。
第1、第2の可溶導体13,14は、ハンダにより形成してもよく、あるいは低融点金属と高融点金属とを含有してもよい。高融点金属層130はAg、Cu又はこれらを主成分とする合金等からなり、低融点金属層131はSn又はSnを主成分とするPbフリーハンダ、Sn/In系ハンダ、Sn/Bi系ハンダ等からなる。このとき、第1、第2の可溶導体13,14は、図23(A)に示すように、外層として高融点金属層130が設けられ、内層として低融点金属層131が設けられた可溶導体を用いてもよい。この場合、第1、第2の可溶導体13,14は、低融点金属層131の全面が高融点金属層130によって被覆された構造としてもよく、相対向する一対の側面を除き被覆された構造であってもよい。高融点金属層130や低融点金属層131による被覆構造は、メッキ等の公知の成膜技術を用いて形成することができる。
Claims (38)
- 第1、第2の電極と、
上記第1の電極上に搭載された第1の可溶導体と、
絶縁体を介して上記第1の電極と隣接され、上記第1の可溶導体よりも融点の高い高融点金属体とを有し、
上記第1の可溶導体の面積は、上記第1の電極との接続面積以上の大きさを有し、
上記高融点金属体の通電に伴う発熱により上記第1の可溶導体を溶融させ、該溶融導体を介して上記第1の電極及び第2の電極を接続し、電気的に短絡させるスイッチ素子。 - 上記第1の可溶導体の面積は、上記第1の電極との接続面積の2倍以上である請求項1記載のスイッチ素子。
- 上記高融点金属体は、上記第1の可溶導体を溶融させ、上記第1、第2の電極を短絡させた後、溶断する請求項1又は2に記載のスイッチ素子。
- 上記高融点金属体は、自身のジュール熱により溶断する請求項3記載のスイッチ素子。
- 上記高融点金属体は、銀若しくは銅を主成分とする金属である請求項1〜4のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記高融点金属体が第1の絶縁層に被覆されている請求項1〜5のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の絶縁層は、ガラスを主成分とする請求項6記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、上記第2の電極上に重畳されている請求項1〜7のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記第2の電極上に第2の可溶導体が搭載されている請求項1〜7のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 絶縁基板を有し、上記絶縁基板上に上記第1、第2の電極が積層されている請求項1〜9のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記高融点金属体は、上記絶縁基板の表面に積層された電極パターンからなる請求項10記載のスイッチ素子。
- 上記高融点金属体の電極パターンは、上記可溶導体に近接する位置が相対的に細くなり、電流が集中することにより局部的に高温に発熱する発熱部が形成されている請求項11記載のスイッチ素子。
- 上記高融点金属体と上記絶縁基板の間に第2の絶縁層が形成されている請求項10〜12のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記第2の絶縁層は、上記発熱部の中心を含む領域に部分的に形成されている請求項13記載のスイッチ素子。
- 上記第2の絶縁層は、ガラスを主成分とする請求項13又は14に記載のスイッチ素子。
- 上記絶縁基板は、セラミック基板である請求項10〜15のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記高融点金属体は、銅若しくは銀を主成分とする箔若しくはワイヤーである請求項1〜9のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体が搭載された上記第1の電極と、上記高融点金属体とが接続されている請求項1〜17のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記第1、第2の電極と上記高融点金属体とが、上記絶縁基板の同一平面に並んで配置されている請求項10〜16のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記絶縁基板の一方の面において、上記第1、第2の電極が上記高融点金属体上に絶縁層を介して積層されている請求項10〜16のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記絶縁基板の一方の面に上記第1、第2の電極が配置され、上記絶縁基板の他方の面に上記高融点金属体が配置され、少なくとも上記第1の電極上に搭載された上記第1の可溶導体と上記高融点金属体とが重畳する請求項10〜16のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 第1、第2の電極と、
上記第1、第2の電極の近傍に、上記第1、第2の電極と各々絶縁状態で搭載された第1の可溶導体と、
絶縁体を介して上記第1の電極と隣接され、上記第1の可溶導体よりも融点の高い高融点金属体とを有し、
上記高融点金属体の通電に伴う発熱により上記第1の可溶導体を溶融させ、該溶融導体を介して上記第1の電極及び第2の電極を接続し、電気的に短絡させるスイッチ素子。 - 上記第1の可溶導体は、絶縁層を介して、上記第1の電極、又は上記第1、第2の電極上に搭載され、カバー部材により位置決めされている請求項22記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、絶縁層を介して、上記第1の電極、又は上記第1、第2の電極上に搭載され、接着剤により固定されている請求項22記載のスイッチ素子。
- 上記第1の電極上に絶縁層を介して上記第1の可溶導体が搭載され、上記第2の電極上に絶縁層を介して第2の可溶導体が搭載され、
上記第1、第2の可溶導体は、それぞれ接着剤により固定されている請求項22記載のスイッチ素子。 - 上記第1の可溶導体は、ハンダである請求項1〜25のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、低融点金属と高融点金属とを含有し、
上記低融点金属が上記高融点金属体の発熱により溶融し、上記高融点金属を溶食する請求項1〜25のいずれか1項に記載のスイッチ素子。 - 上記低融点金属はハンダであり、
上記高融点金属は、Ag、Cu又はAg若しくはCuを主成分とする合金である請求項27記載のスイッチ素子。 - 上記第1の可溶導体は、内層が高融点金属であり、外層が低融点金属の被覆構造である請求項27又は28に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、内層が低融点金属であり、外層が高融点金属の被覆構造である請求項27又は28に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、低融点金属と、高融点金属とが積層された積層構造である請求項27又は28に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、低融点金属と、高融点金属とが交互に積層された4層以上の多層構造である請求項27又は28に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、内層を構成する低融点金属の表面に形成された高融点金属に、開口部が設けられている請求項27又は28に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、多数の開口部を有する高融点金属層と、上記高融点金属層上に形成された低融点金属層とを有し、上記開口部に低融点金属が充填されている請求項27又は28に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、低融点金属の体積が、高融点金属の体積よりも多い請求項27〜34のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体の上にフラックスがコーティングされている請求項1〜35のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記第1及び第2の電極表面に、Ni/Auメッキ、Ni/Pdメッキ、Ni/Pd/Auメッキのいずれかが被覆されている請求項1〜36のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記絶縁基板上に設けられ、内部を保護するカバー部材を備え、
上記カバー部材は、上記第1及び第2の電極と重畳する位置に、カバー部電極が設けられている請求項1〜37のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
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