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WO2016039305A1 - 保護素子 - Google Patents

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WO2016039305A1
WO2016039305A1 PCT/JP2015/075387 JP2015075387W WO2016039305A1 WO 2016039305 A1 WO2016039305 A1 WO 2016039305A1 JP 2015075387 W JP2015075387 W JP 2015075387W WO 2016039305 A1 WO2016039305 A1 WO 2016039305A1
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WO
WIPO (PCT)
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electrode
ptc element
ptc
socket
present
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2015/075387
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
新 田中
正明 岩井
俊也 池野
剛 滝澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tyco Electronics Japan GK
Original Assignee
Tyco Electronics Japan GK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tyco Electronics Japan GK filed Critical Tyco Electronics Japan GK
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Priority to US15/509,653 priority patent/US10177505B2/en
Priority to MX2017002952A priority patent/MX2017002952A/es
Priority to EP15839335.5A priority patent/EP3193342B1/en
Priority to KR1020177008077A priority patent/KR20170043654A/ko
Priority to CN201580048446.4A priority patent/CN106796832B/zh
Publication of WO2016039305A1 publication Critical patent/WO2016039305A1/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/66—Structural association with built-in electrical component
    • H01R13/6608—Structural association with built-in electrical component with built-in single component
    • H01R13/6616—Structural association with built-in electrical component with built-in single component with resistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/12—Arrangements of current collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H01C1/1406—Terminals or electrodes formed on resistive elements having positive temperature coefficient
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/02—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R24/00—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure
    • H01R24/58—Contacts spaced along longitudinal axis of engagement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/01—Mounting; Supporting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R2103/00—Two poles

Definitions

  • the present invention relates to a protective element.
  • Protective element that cuts off the current that flows through the electronic / electrical device when an abnormality occurs in the electronic / electrical device, for example, when excessive current flows through such a device or when such a device becomes abnormally hot.
  • Various protective elements such as bimetal elements, thermal fuse elements, PTC (positive temperature coefficient) elements, and the like are used.
  • overcurrent protection in a cigarette lighter socket has been mainly performed by a bimetal element (for example, Patent Document 1) or a thermal fuse element (for example, Patent Document 2).
  • a bimetal element for example, Patent Document 1
  • a thermal fuse element for example, Patent Document 2
  • the bimetal element operates more frequently than the supply power increases, and the contact of the bimetal element deteriorates due to this frequent operation, and the original function may not be exhibited.
  • the thermal fuse element melts easily due to the increased power supply, and the melting point of the thermal fuse element is higher than the melting point of the resin constituting the cigarette lighter socket, and the thermal fuse blows. Before doing so, I noticed that the resin around the cigarette lighter socket might melt.
  • the present inventors examined the use of a disk-shaped polymer PTC element as a protective element for a cigarette lighter socket. Since the polymer PTC element does not have a mechanical contact like a bimetal element, even if the operation (trip) is repeated, the function is hardly deteriorated. In addition, since the resistance-temperature characteristic can be changed relatively freely, it can be operated at a temperature lower than the melting point of the resin constituting the cigarette lighter socket.
  • an object of the present invention is to provide a protective element that does not hinder the expansion of the PTC element even when fixed by screws, caulking, or the like.
  • the inventors have extended an electrode located on one main surface of the PTC element to a region where the PTC element is not present, and this extended portion is an object (for example, The present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by fixing the entire polymer PTC element to an object by attaching it to a substrate, more specifically a cigarette lighter socket.
  • a PTC element having an opening extending therethrough along the thickness direction;
  • a protective element comprising a first electrode and a second electrode located on both main surfaces of the PTC element, A protective element is provided, characterized in that the first electrode extends from the main surface of the PTC element over its edge and into the opening.
  • a socket such as a cigarette lighter socket, for example, an electric / electronic device comprising the protective element.
  • an electrode located on one main surface of the polymer PTC element extends the electrode into the opening so as to have a region where the polymer PTC element is not present, and this extension region is utilized.
  • the protective element can be fixed with a screw or caulking without applying pressure to the PTC element.
  • FIG. 1 schematically shows a plan view of a protective element 1 according to an embodiment of the present invention as viewed from the second electrode 6 side.
  • FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view in the thickness direction of the protective element along the line xx of the protective element 1 of FIG.
  • FIG. 3 (a) schematically shows a cross-sectional view of the state in which the protection element 1 of FIG. 1 is fixed to another electric element 14, and FIGS. 3 (b) and 3 (c) are fixed by other methods.
  • a sectional view of the state is shown schematically.
  • 4 (a) to 4 (c) schematically show plan views of embodiments of PTC elements having notches.
  • FIG. 5 schematically shows a perspective view of the socket 31 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 schematically shows an exploded perspective view obtained when the socket 31 of FIG. 5 is temporarily disassembled into elements constituting the socket 31.
  • FIG. 7 schematically shows a perspective view of the insulating spacer 44 of the socket 31 of FIG. 5 when viewed obliquely from below.
  • the protective element 1 has a structure schematically shown in FIGS. Specifically, the protective element 1 has a PTC element 2, a first electrode 4 and a second electrode 6, which are layered and annular, that is, have an opening penetrating in the thickness direction, The first electrode 4, the PTC element 2, and the second electrode 6 are stacked in this order so that the centers of the circular openings of the first electrode 4 and the second electrode 6 are located on the central axis of the opening of the PTC element 2. It has been. In other words, in FIG. 1, three circular openings exist concentrically.
  • the inner diameter of the first electrode 4 is smaller than the inner diameter of the PTC element 2 and the second electrode 6 (the inner diameter means the diameter of the circular opening inside the annular ring). Accordingly, in the protection element 1, the first electrode 4 has a region (extension portion) 10 that extends toward the inside of the opening 8 of the PTC element 2 beyond the edge of the main surface of the PTC element 2. . Further, the second electrode 6 does not extend into the opening 8 beyond the edge of the PTC element. As a result, as shown in FIG. 1, when the protection element 1 is viewed from the second electrode 6 side, the extension 10 of the first electrode 4 can be seen in the opening of the PTC element 2.
  • the protection element 1 can be fixed to another member as an object, such as a substrate or an electric element 14, by a fixing member such as a screw (or bolt) 12.
  • a fixing member such as a screw (or bolt) 12.
  • the screw 12, the PTC element 2 and the second electrode 6 are connected so that the first electrode 4, the inner wall surface of the PTC element 2 and the second electrode 6 are not electrically connected via the screw. Secure it so that it does not touch.
  • the inner diameter of the first electrode is larger than the screw diameter and smaller than the diameter of the screw head, and the inner diameters of the PTC element 2 and the second electrode 6 are larger than the diameter of the screw head.
  • first electrode 4 and the inner wall surface of the PTC element 2 and the second electrode 6 may be prevented by using a screw made of an insulating material (for example, resin).
  • a screw made of an insulating material for example, resin
  • the cylindrical insulating element 16 is installed as an insulating spacer (having an opening through which a screw passes) in the opening of the PTC element 2 and the second electrode 6.
  • the PTC element 1 is fixed while preventing the electrical connection between the first electrode 4 and the inner wall surface of the PTC element 2 and the second electrode 6 by fixing the protective element 1 via the insulating element 16. Can do. Also in the case of fixing in this way, the pressure for fixing acts only on the first electrode 4 and does not act on the PTC element 2.
  • the bolts (screws) 12 inserted from the other electrical element 14 side and the nuts 20 installed in the openings of the PTC element 2 and the second electrode 6 are fixed. May be.
  • 20 in order to prevent electrical connection via the nut 20 between the first electrode 4 and the inner wall surface of the PTC element 2 and the second electrode 6, 20 is installed so as not to contact the PTC element 2 and the second electrode 6, or a nut made of an insulating material is used.
  • the pressure for fixing acts only on the first electrode 4 and does not act on the PTC element 2.
  • the PTC element used in the present invention may be either a ceramic PTC element or a polymer PTC element, but it is preferable to use a polymer PTC element.
  • the polymer PTC element is advantageous in that it is easier to process than the ceramic PTC element, the resistance value of the element itself is low, and self-destruction is unlikely to occur even at a certain temperature or higher.
  • the polymer PTC element can be a well-known one, and generally includes a polymer (for example, polyethylene, polyvinylidene fluoride, etc.) in which a conductive filler (for example, carbon black, nickel alloy, etc.) is dispersed. It is obtained by extruding a conductive composition comprising:
  • the PTC element may be a so-called polymer PTC element having a thin layered electrode (eg, a foil electrode) on at least one of its major surfaces.
  • the outer diameter of the PTC element 2 is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the application. For example, it can be 5 mm to 100 mm, 10 mm to 50 mm, or 15 mm to 25 mm.
  • the inner diameter of the PTC element 2 is not particularly limited as long as it is larger than the inner diameter of the first electrode, and may be, for example, 1 mm to 10 mm, preferably 3 mm to 8 mm.
  • the thickness of the PTC element 2 is not particularly limited, but may be, for example, 0.01 mm to 5 mm, preferably 0.05 mm to 3 mm, more preferably 0.1 mm to 1 mm.
  • the PTC element 2 shown in FIGS. 1 and 2 has an annular shape
  • the PTC element used in the present invention is not limited to an annular shape, and may have any shape as long as the object of the present invention can be achieved.
  • the shape of the outer and inner contours (ie, openings) of the PTC element is circular, but these are other shapes, for example, polygons such as triangles, quadrilaterals, pentagons, ellipses Alternatively, the shape may be a combination of these.
  • the opening part of a PTC element does not necessarily need to exist in the center part of a PTC element, for example, may exist in the peripheral part of a PTC element.
  • the opening of the PTC element is used as a concept including a notch. That is, in another aspect, the opening may be a notch.
  • the shape and size of the notch are not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved.
  • the notch can have a shape (reference numeral 22 in FIG. 4) as shown in FIGS.
  • the PTC element in the embodiment shown in FIG. 1, the PTC element has an opening having a closed outline, and in the embodiment shown in FIG. 4, the PTC element has an opening (notch) having an open outline. Have.
  • the opening is a notch, it is advantageous in that the protection element of the present invention can be removed by loosening without completely removing the screw.
  • the outer diameter of the first electrode 4 is not particularly limited, and may be, for example, 5 mm to 100 mm, 10 mm to 50 mm, or 15 mm to 25 mm. Preferably, the outer diameter of the first electrode 4 is the same as that of the PTC element 2.
  • the inner diameter of the first electrode 4 is not particularly limited as long as it is smaller than the inner diameter of the PTC element 2, and may be, for example, 0.8 mm to 8 mm, preferably 2 mm to 6 mm.
  • the first electrode 4 has a thickness sufficient to fix the protection element of the present invention, and may be, for example, a plate shape or a lead shape.
  • the thickness of the first electrode 4 is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 mm to 2 mm, preferably 0.2 mm to 1 mm.
  • the first electrode 4 shown in FIGS. 1 and 2 has an annular shape, but the first electrode used in the present invention is not limited to an annular shape, and may have any shape as long as the object of the present invention can be achieved. May be.
  • the shape of the outer contour and the inner contour (that is, the opening) of the first electrode may be other shapes, for example, a polygon such as a triangle, a quadrangle, and a pentagon, an ellipse, or a combination thereof.
  • the shape of the first electrode may be the same as that of the PTC element or may be different, and is preferably the same shape except that the opening or notch is small.
  • the first electrode of the present invention preferably completely covers the main surface of the PTC element, but may cover only a part of the PTC element, and a plurality of points on the main surface of the PTC element, for example 2, 3, or It may be divided into four locations.
  • the extension part from a PTC element may exist in the whole outer edge part of the opening part or notch part of a PTC element, and may exist only in part.
  • the entire outer edge of the opening of the PTC element may be present in an annular shape, but may be present only partially, for example, in an arc shape.
  • the outer diameter of the second electrode 6 is not particularly limited, and may be, for example, 5 mm to 100 mm, 10 mm to 50 mm, or 15 mm to 25 mm. Preferably, the outer diameter of the second electrode 6 is the same as that of the PTC element 2.
  • the inner diameter of the second electrode 4 is not particularly limited as long as it is larger than the inner diameter of the first electrode 4.
  • the inner diameter of the second electrode 4 is the same as the inner diameter of the PTC element 2, for example, 1 mm to 10 mm, preferably 3 mm to 8 mm. possible.
  • the second electrode 6 shown in FIGS. 1 and 2 has an annular shape, but the second electrode used in the present invention is not limited to an annular shape, and may have any shape as long as the object of the present invention can be achieved. May be.
  • the shape of the outer contour and the inner contour (that is, the opening) of the second electrode may be other shapes, for example, a polygon such as a triangle, a quadrangle, and a pentagon, an ellipse, or a combination thereof.
  • the shape of the second electrode may be the same as or different from the PTC element, and preferably has the same shape.
  • the second electrode of the present invention preferably completely covers the main surface of the PTC element, but may cover only a part of the PTC element, and a plurality of points on the main surface of the PTC element, for example 2, 3, or It may be divided into four locations.
  • the second electrode only needs to be able to see the extended portion 10 of the first electrode 4 in the opening of the PTC element 2 when the protection element 1 is viewed from the second electrode 6 side, and a part of the second electrode is a PTC element. It may extend from the edge of.
  • the entire second electrode is present on the main surface of the PTC element.
  • the first electrode and the second electrode used in the present invention may have a connection part for connecting to another electric element, for example, a lead or a terminal, and / or a positioning projection, a depression or a hole.
  • at least one of the first and second electrodes may further have a region extending outward from the outer contour of the PTC element, which region can be used as a terminal or lead.
  • the materials constituting the first electrode and the second electrode may be the same or different.
  • the material constituting the first electrode and the second electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material.
  • a conductive metal material specifically nickel, stainless steel, iron, copper, aluminum, tin, titanium, Or the alloy of those metals is mentioned.
  • the first electrode and the second electrode may be composed of, for example, two or more conductive material layers, for example, a conductive metal layer.
  • connection method between the PTC element and the first electrode and the second electrode is not particularly limited, and examples thereof include pressure bonding and adhesion using a conductive adhesive.
  • a metal layer is formed on the surface of the PTC element by crimping, plating, etc., and another metal layer is connected to the metal layer by welding (for example, arc welding, resistance welding, laser welding, etc.) or soldering.
  • the first electrode or the second electrode may be formed.
  • the protective element of the present invention can be attached to an electronic / electrical device by screws, caulking, etc., and can be easily attached and detached as compared with the case of using welding, solder, adhesive or the like.
  • it since it is not necessary to heat the connection portion at the time of connection, it is possible to install even a member that is vulnerable to heat. Therefore, it can be used as a protective element for various electronic / electrical devices such as cigarette lighter sockets, vacuum cleaners, refrigerators and the like.
  • the present invention provides, in the second aspect, a socket comprising the above-described protective element of the present invention.
  • a socket 31 according to an embodiment of the present invention has a structure schematically shown in FIGS. Specifically, the socket 31 is Socket body 32, The protection element 38 of the present invention described above is disposed on the outer bottom surface 34 of the socket main body 32 so that the first electrode 36 is electrically connected to the outer bottom surface; An insulating spacer 44 having a protrusion 40 disposed on the second electrode 42 of the protection element 38 so as to be separated from the main surface of the second electrode 42; A terminal 46 disposed on the insulating spacer 44; A bolt 52 that is disposed on the inner bottom surface of the socket body 32 and includes an insulating member 48 that is inserted from the insulating member 48 side and penetrates to the terminal 46 side so as not to contact the protective element 38; It is fixed by a nut 54 located on the 46 side.
  • the terminal 46- (nut 54) -bolt 52 is electrically connected to form a current path, and the terminal 46 is electrically connected to the positive electrode (or negative electrode) of the power source (not shown).
  • the bolt 52 functions as the positive electrode (or negative electrode) of the socket 31.
  • the electrical connection between the terminal 46 and the bolt 52 may be direct or via the nut 54.
  • the second electrode 42-PTC element 50-first electrode 36-socket main body 32 are electrically connected to form a current path, and the terminal 56 of the second electrode 42 is connected to the negative electrode (or positive electrode) of the power source.
  • the socket body 32 functions as a negative terminal (or positive terminal) of the socket 31.
  • the first electrode 36 and the socket body 32 may be electrically connected by direct contact with each other, or may be connected via another conductive member.
  • the shape of the socket body 32 is not particularly limited, and can be changed as appropriate according to the application.
  • the socket main body 32 also functions as a terminal, at least a part, preferably the whole, is made of a conductive material.
  • the conductive material is not particularly limited, and may be, for example, nickel, stainless steel, iron, copper, aluminum, tin, titanium, or an alloy of these metals.
  • the first electrode 36, the second electrode 42 and the PTC element 50 constitute a protective element 38, which is the protective element of the present invention described above.
  • the protection element 38 may have a shape corresponding to the bottom shape of the socket 31, that is, an annular shape. Further, the first electrode 36 of the protection element 38 may have a protrusion for positioning the protection element 38 on the socket 31.
  • the second electrode 42 may have a terminal 56 for connecting to another electrical element, for example, a power source.
  • the insulating spacer 44 is used to electrically separate the protection element 38 and the terminal 46.
  • the insulating spacer 44 has a protrusion 40 (FIG. 7) on the bottom surface. This protrusion passes through the opening of the second electrode 42 and the PTC element 50, reaches the first electrode 36, and reaches the first electrode 36. The extension part of the electrode 36 is in contact.
  • the insulating spacer 44 is held by the protruding portion 40, and the bottom surface portion of the insulating spacer 44 is separated from the second electrode 42. Therefore, the height of the protrusion 40 of the insulating spacer 44 is larger than the total thickness of the second electrode 42 and the PTC element 50.
  • the difference between the height of the protruding portion of the insulating spacer 44 and the total thickness of the second electrode 42 and the PTC element 50 may be larger than the increase in thickness when the PTC element 50 trips, for example, 10 ⁇ m or more, Preferably it may be 100 ⁇ m or more, more preferably 500 ⁇ m or more.
  • the material constituting the insulating spacer 44 is not particularly limited as long as it is insulating, but is preferably an insulating resin.
  • the insulating resin is not particularly limited.
  • thermoplastic resin and thermosetting resin specifically, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, fluorine resin, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) resin, polycarbonate-ABS alloy.
  • Resin, PBT (polybutylene terephthalate) resin, resin such as elastomer may be used.
  • the terminal 46 may have any shape as long as it has a function of connecting to another electrical element, for example, a power source.
  • the terminal 46 is positioned by the depression of the insulating spacer 44.
  • the insulating member 48 is used to electrically separate the bolt 52 and the socket body 32.
  • the material constituting the insulating member 48 is not particularly limited as long as it is insulative, but is preferably an insulating resin.
  • the insulating resin is not particularly limited.
  • thermoplastic resin and thermosetting resin specifically, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, fluorine resin, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) resin, polycarbonate-ABS alloy.
  • Resin, PBT (polybutylene terephthalate) resin, resin such as elastomer may be used.
  • the shape of the insulating member 48 is not particularly limited as long as the function of electrically separating the bolt 52 and the socket main body 32 can be exhibited.
  • the bolt (screw) 52 is disposed so as not to contact the PTC element 38 and the socket main body 32, and is electrically connected to the terminal 46 directly or via the nut 54.
  • the bolt 52 also functions as a terminal for connecting to another electrical element.
  • the bolt 52 Since the bolt 52 also functions as a terminal, it is made of a conductive material.
  • the conductive material is not particularly limited, and may be, for example, nickel, stainless steel, iron, copper, aluminum, tin, titanium, or an alloy of these metals.
  • the material constituting the nut 54 is preferably a conductive material, and the same material as the bolt 52 is used.
  • the protective element of the present invention can be attached to electronic / electrical devices by screws or caulking, and can be used as protective elements for a wide variety of electronic / electrical devices.

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Abstract

　本発明は、（ｉ）厚さ方向に沿って貫通する開口部を有するＰＴＣ要素と、（ｉｉ）ＰＴＣ要素の両主表面上に位置する第１電極および第２電極とを含んで成る保護素子であって、第１電極が、ＰＴＣ要素の主表面上からその縁を越えて、開口部の内に向かって延在することを特徴とする保護素子を提供する。本発明の保護素子は、ネジ、かしめ等により固定した場合であっても、ＰＴＣ要素の膨張が妨げられない、

Description

保護素子
　本発明は、保護素子に関する。
　電子・電気機器に異常が生じた場合、例えば、そのような機器に過剰電流が流れた場合またはそのような機器が異常高温になった場合、その電子・電気機器に流れる電流を遮断する保護素子として、種々の保護素子、例えば、バイメタル素子、温度ヒューズ素子、ＰＴＣ（positive temperature coefficient）素子等が用いられている。
　近年、電子・電気機器の性能・機能は向上し、それに伴って使用する電力が増加しており、供給電力も大きくなってきている。例えば、車載のシガーライターソケットはパワーソケットとして使用される機会が多くなり、上記のように電子・電気機器が使用する電力が増加していることから、その供給電力は、１２０Ｗになりつつある。
特開２００９－０７４７９５号公報 特開２０１１－１５２８９５号公報
　従来、シガーライターソケットにおける過電流保護は、主にバイメタル素子（例えば、特許文献１）または温度ヒューズ素子（例えば、特許文献２）により行われていた。しかしながら、バイメタル素子は、供給電力が大きくなったことより頻繁に動作してしまい、この頻繁な動作によりバイメタル素子の接点が劣化してしまい、本来の機能を発揮できなくなる虞があることに気づいた。一方、温度ヒューズ素子は、供給電力が大きくなったことより、容易に溶断してしまうことに加え、温度ヒューズエレメントの融点が、シガーライターソケットを構成する樹脂の融点よりも高く、温度ヒューズが溶断する前にシガーライターソケット周辺の樹脂が溶けてしまう虞があることに気づいた。
　上記のような問題を回避するために、本発明者らは、ディスク状のポリマーＰＴＣ素子をシガーライターソケットの保護素子として用いることを検討した。ポリマーＰＴＣ素子は、バイメタル素子のような機械的な接点を有しないので、動作（トリップ）を繰り返しても、機能の劣化が生じにくい。また、抵抗温度特性を比較的自由に変えることができるので、シガーライターソケットを構成する樹脂の融点よりも低い温度で動作させることができる。
　しかしながら、ディスク状のポリマーＰＴＣ素子をネジ（ボルト）またはかしめによりシガーライターソケットに固定した場合、ポリマーＰＴＣ要素に圧力がかかり、ＰＴＣ素子の膨張が妨げられ、本来の機能を発揮できない、あるいは破損する等の不具合があることに更に気づいた。
　従って、本発明の目的は、ネジ、かしめ等により固定した場合であっても、ＰＴＣ要素の膨張が妨げられない保護素子を提供することにある。
　本発明者らは、さらに鋭意検討を続けた結果、ＰＴＣ要素の一方の主表面上に位置する電極を、ＰＴＣ要素が存在しない領域にまで延在させ、この延在部を対象物（例えば、基板、より詳しくはシガーライターソケット）に取り付けることによってポリマーＰＴＣ素子全体を対象物に固定することにより、上記の問題点を解消できることを見出し、本発明に至った。
　本発明の第１の要旨において、
　（ｉ）厚さ方向に沿って貫通する開口部を有するＰＴＣ要素と、
　（ｉｉ）ＰＴＣ要素の両主表面上に位置する第１電極および第２電極と
を含んで成る保護素子であって、
　第１電極が、ＰＴＣ要素の主表面上からその縁を越えて、開口部の内に向かって延在する
ことを特徴とする、保護素子が提供される。
　本発明の第２の要旨において、上記の保護素子を含んで成る、電気・電子機器、例えばシガーライターソケットのようなソケットが提供される。
　本発明によれば、ポリマーＰＴＣ要素の一方の主表面上に位置する電極が、ポリマーＰＴＣ要素が存在しない領域を有するように電極を開口部内にまで延在させ、この延在領域を利用して、ＰＴＣ要素に圧力をかけることなく、ネジまたはかしめ等で保護素子を固定することが可能になる。このようにＰＴＣ要素が存在しない領域で保護素子を取り付けると、ＰＴＣ要素には取り付けによる力が実質的に作用しないので、トリップ時のＰＴＣ要素の膨張が妨げられず、ＰＴＣ要素は本来の機能を発揮することができる。
図１は、本発明の一の実施態様の保護素子１を第２電極６側から見た平面図を模式的に示す。 図２は、図１の保護素子１の直線ｘ－ｘに沿った保護素子の厚さ方向の断面図を模式的に示す。 図３（ａ）は、図１の保護素子１を他の電気要素１４に固定した状態の断面図を模式的に示し、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、別法により固定した状態の断面図を模式的に示す。 図４（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、切欠部を有するＰＴＣ要素の態様の平面図を模式的に示す。 図５は、本発明の一の実施態様のソケット３１の斜視図を模式的に示す。 図６は、図５のソケット３１を、それを構成する要素に仮に分解したとした場合に得られる分解斜視図を模式的に示す。 図７は、図５のソケット３１の絶縁性スペーサー４４を斜め下から見た場合の斜視図を模式的に示す。
　本発明の保護素子の一の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　本発明の一の実施形態である保護素子１は、概略的には、図１および２に示すような構造を有する。具体的には、保護素子１は、ＰＴＣ要素２、第１電極４および第２電極６を有し、これらは層状かつ円環状であり、即ち、厚さ方向に貫通する開口部を有し、第１電極４および第２電極６の円形の開口部の中心が、ＰＴＣ要素２の開口部の中心軸上に位置するように、第１電極４、ＰＴＣ要素２、第２電極６の順に重ねられている。換言すれば、図１において、３つの円形開口部が同心円状に存在する。
　第１電極４の内径は、ＰＴＣ要素２および第２電極６の内径よりも小さい（尚、内径とは、円環の内側の円形開口部の直径を意味する）。従って、保護素子１において、第１電極４は、ＰＴＣ要素２の主表面の縁を越えてＰＴＣ要素２の開口部８の内に向かって延在している領域（延在部）１０を有する。また、第２電極６は、ＰＴＣ要素の縁を越えて開口部８の内に向かって延在しない。その結果、図１に示されるように、保護素子１を第２電極６側から見た場合、ＰＴＣ要素２の開口部内に第１電極４の延在部１０を見ることができる。
　保護素子１は、図３（ａ）に示されるように、ネジ（またはボルト）１２のような固定部材により、対象物としての他の部材、例えば基板、電気要素等１４に固定することができる。この場合、第１電極４と、ＰＴＣ要素２の内壁面および第２電極６のいずれもが、ネジを介して電気的に接続されないように、ネジ１２とＰＴＣ要素２および第２電極６とが接触しないように固定する。従って、第１電極の内径は、ネジ径より大きく、かつ、ネジの頭部の径より小さく、また、ＰＴＣ要素２および第２電極６の内径は、ネジの頭部の径より大きい。また、絶縁性材料（例えば、樹脂）から構成されたネジを用いることにより、第１電極４とＰＴＣ要素２の内壁面および第２電極６との電気的接続を防止してもよい。このように固定することにより、固定の為の圧力は、第１電極４のみに作用し、ＰＴＣ要素２には作用しない。
　別法として、図３（ｂ）に示されるように、円筒状の絶縁要素１６を絶縁性スペーサー（ネジが貫通する開口部を有する）として、ＰＴＣ要素２および第２電極６の開口部に設置し、絶縁要素１６を介して保護素子１を固定することにより、第１電極４とＰＴＣ要素２の内壁面および第２電極６との電気的接続を防止しながら、ＰＴＣ素子１を固定することができる。このように固定する場合も、固定の為の圧力は、第１電極４のみに作用し、ＰＴＣ要素２には作用しない。
　別法として、図３（ｃ）に示されるように、他の電気要素１４側から挿入したボルト（ネジ）１２と、ＰＴＣ要素２および第２電極６の開口部に設置したナット２０により固定してもよい。この場合も、図３（ａ）の態様と同様に、第１電極４とＰＴＣ要素２の内壁面および第２電極６との、ナット２０を介した電気的な接続を防止するために、ナット２０をＰＴＣ要素２および第２電極６と接触しないように設置するか、または絶縁性材料から構成されたナットを用いる。また、図３（ｂ）の態様と同様に、絶縁性スペーサーを介して固定してもよい。このように固定する場合も、固定の為の圧力は、第１電極４のみに作用し、ＰＴＣ要素２には作用しない。
　本発明で用いられるＰＴＣ要素としては、セラミックＰＴＣ要素またはポリマーＰＴＣ要素のいずれであってもよいが、ポリマーＰＴＣ要素を使用するのが好ましい。ポリマーＰＴＣ要素は、セラミックＰＴＣ要素と比較して、加工が容易であり、素子自体の抵抗値が低く、一定以上の温度になっても自己破壊が生じにくいという点で有利である。
　上記ポリマーＰＴＣ要素は、周知のものを用いることができ、一般的に、導電性充填剤（例えばカーボンブラック、ニッケル合金等）が分散しているポリマー（例えばポリエチレン、ポリビニリデンフルオライド等）を含んで成る導電性組成物を押出して所定のサイズに分割することによって得られる。１つの態様では、ＰＴＣ要素は、その主表面の少なくとも一方に、薄い層状電極（例えば、箔電極）を有する、いわゆるポリマーＰＴＣ素子であってもよい。
　上記ＰＴＣ要素２の外径は、特に限定されず、用途に応じて適宜選択することができ、例えば、５ｍｍ～１００ｍｍ、１０ｍｍ～５０ｍｍ、または１５ｍｍ～２５ｍｍであり得る。
　上記ＰＴＣ要素２の内径は、第１電極の内径よりも大きければ特に限定されず、例えば、１ｍｍ～１０ｍｍ、好ましくは３ｍｍ～８ｍｍであり得る。
　上記ＰＴＣ要素２の厚みは、特に限定されないが、例えば、０．０１ｍｍ～５ｍｍ、好ましくは０．０５ｍｍ～３ｍｍ、より好ましくは０．１ｍｍ～１ｍｍであり得る。
　図１および２に示したＰＴＣ要素２は円環状であるが、本発明で用いられるＰＴＣ要素は、円環状に限定されず、本発明の目的を達成し得る限り、いずれの形状であってもよい。例えば、図示した態様では、ＰＴＣ要素の外側輪郭および内側輪郭（即ち、開口部）の形状は円状であるが、これらは、他の形状、例えば、三角形、四角形、五角形などの多角形、楕円、あるいはこれらを組み合わせた形状であってもよい。また、ＰＴＣ要素の開口部は、必ずしもＰＴＣ要素の中心部に存在する必要はなく、例えば、ＰＴＣ要素の周辺部にあってよい。
　本発明において、ＰＴＣ要素の開口部は切欠部を包含する概念として使用している。即ち、別の態様において、開口部は切欠部であってもよい。切欠部の形状および大きさは、本発明の目的を達成し得る限り、特に限定されない。例えば、切欠部は、図４（ａ）～（ｃ）に示すような形状（図４の符号２２）であり得る。ＰＴＣ要素の平面図において、図１に示す態様では、ＰＴＣ要素は、輪郭が閉じた開口部を有し、図４に示す態様では、ＰＴＣ要素は、輪郭が開いた開口部（切欠部）を有する。開口部が切欠部である場合、本発明の保護素子の取り外しを、ネジを完全に外すことなく、緩めるだけで行うことができる点で有利である。
　図示した態様において、ＰＴＣ要素の開口部は１つであるが、これらは複数、例えば２、３または４つ存在してもよい。
　上記第１電極４の外径は、特に限定されず、例えば、５ｍｍ～１００ｍｍ、１０ｍｍ～５０ｍｍ、または１５ｍｍ～２５ｍｍであり得る。好ましくは、第１電極４の外径は、上記ＰＴＣ要素２と同じ径である。
　第１電極４の内径は、ＰＴＣ要素２の内径よりも小さければ特に限定されず、例えば、０．８ｍｍ～８ｍｍ、好ましくは２ｍｍ～６ｍｍであり得る。
　第１電極４は、本発明の保護素子を固定するのに十分な剛性を有する厚みを有しており、例えばプレート状、リード状であり得る。第１電極４の厚みは、特に限定されないが、例えば０．１ｍｍ～２ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ～１ｍｍであり得る。
　図１および２に示した第１電極４は円環状であるが、本発明で用いられる第１電極は、円環状に限定されず、本発明の目的を達成し得る限り、いずれの形状であってもよい。例えば、第１電極の外側輪郭および内側輪郭（即ち、開口部）の形状は、他の形状、例えば、三角形、四角形、五角形などの多角形、楕円、あるいはこれらを組み合わせた形状であってもよい。第１電極の形状は、ＰＴＣ要素と同様の形状であっても、異なっていてもよく、好ましくは、同様の形状、例えば開口部または切欠部が小さいこと以外は同じ形状である。
　本発明の第１電極は、好ましくはＰＴＣ要素の主表面を完全に覆っているが、一部のみを覆っていてもよく、また、ＰＴＣ要素の主要面上に複数箇所、例えば２、３または４カ所に分かれて設置されていてもよい。また、ＰＴＣ要素からの延在部は、ＰＴＣ要素の開口部または切欠部の外縁部全体に存在してもよく、一部にのみ存在してもよい。例えば、図１のように、ＰＴＣ要素の開口部の外縁部全体に環状に存在してもよいが、一部のみ、例えば弧状に存在してもよい。また、延在部は、ＰＴＣ要素の開口部に２つ以上、例えば２、３または４つ存在してもよい。
　上記第２電極６の外径は、特に限定されず、例えば、５ｍｍ～１００ｍｍ、１０ｍｍ～５０ｍｍ、または１５ｍｍ～２５ｍｍであり得る。好ましくは、第２電極６の外径は、上記ＰＴＣ要素２と同じ径である。
　上記第２電極４の内径は、上記第１電極４の内径よりも大きければ特に限定されず、好ましくは、上記ＰＴＣ要素２の内径と同じ径、例えば、１ｍｍ～１０ｍｍ、好ましくは３ｍｍ～８ｍｍであり得る。
　図１および２に示した第２電極６は円環状であるが、本発明で用いられる第２電極は、円環状に限定されず、本発明の目的を達成し得る限り、いずれの形状であってもよい。例えば、第２電極の外側輪郭および内側輪郭（即ち、開口部）の形状は、他の形状、例えば、三角形、四角形、五角形などの多角形、楕円、あるいはこれらを組み合わせた形状であってもよい。第２電極の形状は、ＰＴＣ要素と同じであっても、異なっていてもよく、好ましくは、同じ形状である。
　本発明の第２電極は、好ましくはＰＴＣ要素の主表面を完全に覆っているが、一部のみを覆っていてもよく、また、ＰＴＣ要素の主要面上に複数箇所、例えば２、３または４カ所に分かれて設置されていてもよい。また、第２電極は、保護素子１を第２電極６側から見た場合に、ＰＴＣ要素２の開口部内に第１電極４の延在部１０を見ることができればよく、一部がＰＴＣ要素の縁から延在していてもよい。好ましくは、第２電極の全体は、ＰＴＣ要素の主表面上に存在する。
　本発明で用いられる第１電極および第２電極は、他の電気要素に接続するための接続部、例えばリードまたは端子、および／または位置決め用の突起または窪みもしくは孔などを有していてもよい。別の態様では、第１および第２電極の少なくとも一方がＰＴＣ要素の外側輪郭から外向きに延在する領域を更に有していてもよく、この領域は、端子またはリードとして使用できる。
　本発明において、第１電極および第２電極を構成する材料は、同じであってもよく、または異なっていてもよい。第１電極および第２電極を構成する材料としては、導電性材料であれば特に限定されないが、例えば、導電性金属材料、具体的にはニッケル、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、スズ、チタン、あるいはそれら金属の合金が挙げられる。
　また、本発明において、第１電極および第２電極は、例えば２つ以上の導電性材料層、例えば導電性金属層から構成されていてもよい。
　ＰＴＣ要素と、第１電極および第２電極との接続方法は、特に限定されず、例えば、圧着、導電性接着材による接着等が挙げられる。また、圧着、メッキなどによりＰＴＣ要素の表面に金属層を形成し、この金属層上に別の金属層を溶接（例えば、アーク溶接、抵抗溶接、レーザー溶接等）または半田付け等により接続して、第１電極または第２電極を形成してもよい。
　本発明の保護素子は、ネジ、かしめ等により電子・電気機器に取り付けることができ、溶接、はんだ、接着剤等を用いる場合と比較して、取り付け、取り外しが容易になる。また、接続に際して、接続部を加熱する必要がないことから、熱に弱い部材に対しても設置することが可能になる。従って、種々の電子・電気機器、例えばシガーライターソケット、掃除機、冷蔵庫などの保護素子として用いることができる。
　従って、本発明は、第２の態様において、上記した本発明の保護素子を含んで成るソケットを提供する。
　以下、本発明のソケットの一の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　本発明の一の実施形態であるソケット３１は、概略的には、図５および６に示すような構造を有する。具体的には、ソケット３１は、
　ソケット本体部３２と、
　前記ソケット本体部３２の外側底面３４上に、第１電極３６が外側底面上に電気的に接続されるように配置された上記した本発明の保護素子３８と、
　上記保護素子３８の第２電極４２上に、第２電極４２の主表面から離隔するように設置された、突出部４０を有する絶縁性スペーサー４４と、
　絶縁性スペーサー４４上に配置された端子４６と、
　ソケット本体部３２の内側底面上に配置され絶縁部材４８と
を含んで成り、これらが、絶縁部材４８側から挿入され、保護素子３８に接触しないように端子４６側まで貫通したボルト５２と、端子４６側に位置するナット５４により固定されている。
　ソケット３１において、端子４６－（ナット５４）－ボルト５２は電気的に接続され、電流経路が形成されており、端子４６を電源（図示していない）の正極（または負極）に電気的に接続することにより、ボルト５２が、ソケット３１の正極（または負極）として機能する。端子４６－ボルト５２間の電気的接続は直接であってもよく、ナット５４を介してもよい。また、第２電極４２－ＰＴＣ要素５０－第１電極３６－ソケット本体部３２は電気的に接続され、電流経路が形成されており、第２電極４２の端子５６を電源の負極（または正極）に接続することにより、ソケット本体部３２が、ソケット３１の負極端子（または正極端子）として機能する。第１電極３６とソケット本体部３２とは、これらが直接接触することにより電気的に接続されてもよく、または、他の導電性部材を介して接続されていてもよい。
　ソケット本体部３２の形状は、特に限定されず、用途に応じて適宜変更することができる。
　ソケット本体部３２は端子としても機能することから、少なくとも一部、好ましくは全部が導電性材料から構成される。導電性材料は、特に限定されないが、例えば、ニッケル、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、スズ、チタン、あるいはそれら金属の合金であり得る。
　第１電極３６、第２電極４２およびＰＴＣ要素５０は、保護素子３８を構成しており、これは上記した本発明の保護素子である。本実施形態においては、保護素子３８は、ソケット３１の底面形状に対応した形状、即ち円環状であり得る。また、保護素子３８の第１電極３６は、保護素子３８をソケット３１上に位置決めするための突起を有していてもよい。第２電極４２は、他の電気要素、例えば電源に接続するための端子５６を有していてもよい。
　絶縁性スペーサー４４は、保護素子３８と端子４６とを電気的に離隔するために用いられる。絶縁性スペーサー４４は、底面に突出部４０（図７）を有しており、この突出部は、第２電極４２およびＰＴＣ要素５０の開口部を通り、第１電極３６に達して、第１電極３６の延在部に接触している。
　絶縁性スペーサー４４は、突出部４０により保持されており、絶縁性スペーサー４４の底面部は、第２電極４２から離隔されている。従って、絶縁性スペーサー４４の突出部４０の高さは、第２電極４２およびＰＴＣ要素５０の厚みの合計よりも大きい。絶縁性スペーサー４４の突出部の高さと、第２電極４２およびＰＴＣ要素５０の厚みの合計との差は、ＰＴＣ要素５０がトリップした場合の厚みの増加分よりも大きければよく、例えば１０μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上、より好ましくは５００μｍ以上であり得る。
　絶縁性スペーサー４４を構成する材料は、絶縁性であれば特に限定されないが、絶縁性樹脂であることが好ましい。絶縁性樹脂は、特に限定されないが、例えば、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、フッ素系樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン）樹脂、ポリカーボネート－ＡＢＳアロイ樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタラート）樹脂、エラストマー等の樹脂であってもよい。
　端子４６は、他の電気要素、例えば電源に接続する機能を有している限りいずれの形状であってもよい。本実施形態において、端子４６は、絶縁性スペーサー４４の窪みにより位置決めされている。
　絶縁部材４８は、ボルト５２とソケット本体部３２とを電気的に離隔するために用いられる。
　絶縁部材４８を構成する材料は、絶縁性であれば特に限定されないが、絶縁性樹脂であることが好ましい。絶縁性樹脂は、特に限定されないが、例えば、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、フッ素系樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン）樹脂、ポリカーボネート－ＡＢＳアロイ樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタラート）樹脂、エラストマー等の樹脂であってもよい。
　絶縁部材４８の形状は、ボルト５２とソケット本体部３２とを電気的に離隔する機能を発揮し得る限り、特に限定されない。
　ボルト（ネジ）５２は、ＰＴＣ素子３８およびソケット本体部３２と接触しないように配置され、直接またはナット５４を介して、端子４６に電気的に接続されている。ボルト５２は、他の電気要素に接続するための端子としても機能する。
　ボルト５２は端子としても機能することから、導電性材料から構成される。導電性材料は、特に限定されないが、例えば、ニッケル、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、スズ、チタン、あるいはそれら金属の合金であってもよい。
　ナット５４を構成する材料は、好ましくは導電性材料であり、ボルト５２と同じ材料が用いられる。
　以上、本発明を図面を参照しながら説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
　本発明の保護素子は、電子・電気機器に、ねじまたはかしめ等により取り付けることができ、多種多様な電子・電気機器の保護素子として利用できる。
１…保護素子；２…ＰＴＣ要素；４…第１電極； 
６…第２電極；８…開口部；１０…延在部；
１２…ネジ；１４…他の電気要素；１６…絶縁要素；
２０…ナット；２２…切欠部；３１…ソケット；
３２…ソケット本体部；３４…外側底面；３６…第１電極；
３８…保護素子；４０…突出部；４２…第２電極；
４４…絶縁性スペーサー；４６…端子；４８…絶縁部材；
５０…ＰＴＣ要素；５２…ボルト；５４…ナット；５６…端子

Claims (9)

  1. 　（ｉ）厚さ方向に沿って貫通する開口部を有するＰＴＣ要素と、
    　（ｉｉ）ＰＴＣ要素の両主表面上に位置する第１電極および第２電極と
    を含んで成る保護素子であって、
    　第１電極が、ＰＴＣ要素の主表面上からその縁を越えて、開口部の内に向かって延在する
    ことを特徴とする、保護素子。
  2. 　第２電極の全体が、ＰＴＣ要素の主表面上に存在する請求項１に記載の保護素子。
  3. 　ＰＴＣ要素が、ポリマーＰＴＣ要素である、請求項１または２に記載の保護素子。
  4. 　第１電極が、ＰＴＣ要素の開口部の外縁部全体に存在することを特徴とする、請求項１～３のいずれかに記載の保護素子。
  5. 　ＰＴＣ要素、第１電極および第２電極が、開口部を有することを特徴とする、請求項１～４のいずれかに記載の保護素子。
  6. 　ＰＴＣ要素、第１電極および第２電極が、円環状であることを特徴とする、請求項１～５のいずれかに記載の保護素子。
  7. 　（ｉ）円環状のＰＴＣ要素と、
    　（ｉｉ）ＰＴＣ要素の両主表面上に位置する円環状の第１電極および第２電極と
    を含んで成る保護素子であって、
    　第１電極の内径が、ＰＴＣ要素の内径より小さく、
    　第２電極の内径が、ＰＴＣ要素の内径と同じ、またはそれより大きい
    ことを特徴とする、保護素子。
  8. 　請求項１～７のいずれかに記載の保護素子を含んで成るソケット。
  9. 　ソケット本体部と、
    　前記ソケット本体部の外側底面上に、第１電極が外側底面上に電気的に接続されるように配置された請求項１～７のいずれかに記載の保護素子と、
    　上記保護素子の第２電極上に、第２電極の主表面から離隔するように設置された、突出部を有する絶縁性スペーサーと、
    　絶縁性スペーサー上に配置された端子と、
    　ソケット本体部の内側底面上に配置された絶縁部材と
    を含んで成り、これらが、絶縁部材側から挿入され、保護素子およびソケット本体部に接触しないように端子側まで貫通したボルトと、端子側に位置するナットにより固定されている
    ことを特徴とする、請求項８に記載のソケット。
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