CN1251269C

CN1251269C - 温度保险丝

Info

Publication number: CN1251269C
Application number: CN02804890.3A
Authority: CN
Inventors: 仙田谦治; 河野笃司
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: EP1357569A4; US20040070486A1; WO2002067282A1; JPWO2002067282A1; JP4290426B2; CN1509486A; DE60234813D1; EP1357569A1; EP1357569B1; US7068141B2

Abstract

本发明提供速断性优良的温度保险丝。该温度保险丝在一对金属端子11的顶端部分设置比金属端子11和第1绝缘膜12对可溶合金13湿润性更好并且与可溶合金13连接的金属层15、16。金属层15、16的面积(S)、可溶合金13的长度(L1)和体积(V)、金属端子11的顶端部分之间的距离(L2)和从第2绝缘膜14下面到金属层15、16上面的距离(d)的关系为Sd＞V(L1+L2)/2L1。

Description

温度保险丝

技术领域

本发明涉及温度保险丝。

背景技术

近年来，随着电子机器的小型化，例如现有便携式电话的组合电池的厚度为5mm～6mm，但就需要厚度为2.5mm～4mm的小型薄型的组合电池。由于随着上述电子机器的小型化，其热容减小，发热时的升温速度有加快的趋势。因此，市场上需要其保护所使用的具有速断性的温度保险丝。

图5A是现有温度保险丝局部切开的上面图，图5B是沿图5A的5B-5B线的截面图。

如图5A和图5B所示，现有的温度保险丝具备：在上面设置一对金属端子1的各顶端部分的第1绝缘膜2，位于在第1绝缘膜2的上方、并设置在金属端子1的顶端部分之间的可溶合金3，位于可溶合金3的上方并且固定在第1绝缘膜2和金属端子1上的第2绝缘膜4，以及设置在一对金属端子1的顶端部分上并与可溶合金3连接、比金属端子1和第1绝缘膜2对可溶合金3湿润性更好的金属层5、6。

使金属层5、6的面积为S，可溶合金3的长度和体积分别为L1、V，一对金属端子1的顶端部分之间的距离为L2，从第2绝缘膜4下面到金属层5、6上面的距离为d。

图6A和图6B表示一对金属端子1被加热的状态。

首先，可溶合金3超过其熔点发生熔融，如图6A所示，可溶合金3的一部分(在图中为点A)中可溶合金3断开。然后，如图6B所示，如果温度保险丝整体达到超过可溶合金3的熔点的温度，可溶合金3熔融，该熔融的可溶合金3移动到与金属端子1连接的湿润性良好的金属层5、6上。结果，可溶合金3向金属层5、6上移动的最大体积V为，合并一对金属端子1之间的体积V(L2/L1)和金属层5、6上具有的体积V(L1-L2)/2L1的体积V(L1+L2)/2L1。

随着电池小型化的进展，急需温度保险丝的小型化和薄型化。

为了将上述现有的温度保险丝小型化和薄型化，如果将可溶合金3缩小，通电电流产生的发热阻抗便会增大，这样，该热会造成可溶合金3熔断。因此，不能缩小可溶合金3。而且，一对金属端子1的顶端部分之间的距离L2也由于温度保险丝工作时确实进行电流的阻断，因此也不能过于缩小。结果，在现有的温度保险丝中，金属层5、6和第2绝缘膜4包围的空间体积Sd缩小，因此，一方的金属层5或另一方的金属层6上可移动的体积V(L1+L2)/2L1的可溶合金3超过了该空间的体积Sd，这样，如图6B所示，可溶合金3从金属层5、6上溢出到金属端子1和第1绝缘膜2上。这时，金属端子1和第1绝缘膜2比金属层5、6对可溶合金3的湿润性差，因此，熔断时可溶合金3的移动变缓，结果，熔断时可溶合金3的断开变缓，存在温度保险丝不能快速熔断的问题。

发明内容

本发明的温度保险丝具备一对金属端子；配置上述金属端子各顶端部分的第1绝缘膜；在上述金属端子的顶端部分之间设置的可溶合金；位于上述可溶合金上方并固定在上述第1绝缘膜上的第2绝缘膜；和连接上述可溶合金的金属层，其对上述可溶合金的湿润性比上述金属端子和上述第1绝缘膜更好，并分别设置在上述金属端子的顶端部分。上述金属层的面积(S)、上述可溶合金的长度(L1)、体积(V)、上述金属端子的上述顶端部分之间的距离(L2)和从上述第2绝缘膜下面到上述金属层上面的距离(d)满足下面的关系：

Sd＞V(L1+L2)/2L1

在该温度保险丝中，熔断后的可溶合金完全容纳在对可溶合金湿润性良好的金属层上，因此，可溶合金不溢出到比金属层对可溶合金的湿润性差的金属端子和第1绝缘膜上。结果，可溶合金能够快速地断开。

附图说明

图1A是本发明实施方案1的温度保险丝局部切开的上面图。

图1B是沿图1A中表示的温度保险丝的1B-1B线的截面图。

图2A是锡、铅、铋的三元合金相图。

图2B是锡、铅、铟的三元合金相图。

图3是表示对实施方案1中温度保险丝关键部分的一方金属端子被加热时可溶合金熔断后的状态的截面图。

图4A是本发明实施方案2中温度保险丝局部切开的上面图。

图4B是沿图4A表示的温度保险丝的4B-4B线的截面图。

图5A是现有温度保险丝的局部切口的上面图。

图5B是沿图5A表示的温度保险丝的5B-5B线的截面图。

图6A和图6B是表示现有温度保险丝关键部分的金属端子被加热状态的截面图。

附图参考符号

11金属端子，12第1绝缘膜，13可溶合金，14第2绝缘膜，15金属层，16金属层。

实施发明的最佳方案

(实施方案1)

图1A是本发明实施方案1中温度保险丝局部切开的上面图。图1B是沿图1A表示的温度保险丝的1B-1B线的截面图。

实施方案1中的温度保险丝具备：在上面配置一对金属端子11的各顶端部分的第1绝缘膜12，位于该第1绝缘膜12的上方、并且设置在上述一对金属端子11的顶端部分之间的可溶合金13，位于该可溶合金13上方并且固定在上述第1上述膜12和金属端子11上的第2绝缘膜14。在一对金属端子11的顶端部分上设置比上述金属端子11和第1绝缘膜12对可溶合金13湿润性好，并且与上述可溶合金13连接的金属层15、16。

以金属层15、16的面积为S，可溶合金13的长度和体积分别为L1、V，一对金属端子11的顶端部分之间的距离为L2，从第2绝缘膜14下面到金属层15、16上面的距离为d时，存在Sd＞V(L1+L2)/2L1的关系。在具有第1绝缘膜12、第2绝缘膜14、可溶合金13的温度保险丝主体部分的长度a为2.0mm以下时，如果一对金属端子11的顶端部分之间的距离L2不小于0.5mm，就无法制造保险丝。这时，如果L2在0.5mm以下，由于金属端子11制造时产生的毛刺或者由毛刺产生的金属碎片等异物，有时无法确保温度保险丝工作后一对金属端子11之间的绝缘的情况，实际上无法作为温度保险丝使用。另一方面，如果温度保险丝主体的长度a为5.0mm以上，在小型电池中设置温度保险丝时，该设置所需的面积增大，因此实际无法使用。因此，温度保险丝主体部分的长度a优选为2.0mm～5.0mm。

上述一对金属端子11为带状或者线状，由主材料为镍的金属或者铜镍等镍合金、或者在镍单体或者镍合金中加入其他元素的材料等构成。

如果使金属端子11由镍为98％以上的材料构成，电阻率低至6.8×10^-8Ω.m～12×10^-8Ω.m，可以大大提高耐腐蚀性等可靠性。

而且，通过使金属端子11主体的厚度为0.08mm～0.25mm范围，在特性方面或者可操作方面等是有利的。也就是说，如果金属端子主体的厚度比0.08mm薄，电阻增大，并且，机械强度本身减弱，因此，操作时连简单的弯曲等都会发生不利情况。另一方面，如果厚度超过0.25mm，温度保险丝主体的厚度变厚，因此，无法向小型化发展。

进而，如果使金属端子11由杨氏模量为3×10¹⁰Pa～8×10¹⁰Pa并且拉伸强度为4×10⁸Pa～6×10⁸Pa的材料构成，操作或者输送时，不会发生误弯曲，并且端子弯曲加工也容易，可以防止弯曲加工中发生断裂等。这时，如果使金属端子11的杨氏模量为3×10¹⁰Pa以下，端子容易发生弯曲，不能弯曲的部分(例如金属端子11端部电连接的部分)容易形成凹凸，产生通过焊接难以连接的不利情况。如果金属端子11的杨氏模量在8×10¹⁰Pa以上，产生欲使端子弯曲的部分难以弯曲或者弯折断线的不利情况。如果金属端子11的拉伸强度为4×10⁸Pa以下，产生所谓容易弯曲的不利情况，另一方面，如果在6×10⁸Pa以上，产生欲弯曲端子的部分难以弯曲或者弯折发生断线的不利情况。

而且，金属端子11的顶端部分上面设置的金属层15、16为以对可溶合金13湿润性良好的锡、铜的金属或者锡合金、铜合金作为主材料构成，因此，在该金属层15、16上可连接可溶合金13。

通过使该金属层15、16由锡、铜的金属或者锡合金、铜合金构成，构成该金属层15、16的锡和铜对可溶合金13的湿润性比构成金属端子11的镍好，因此，促进熔断后的可溶合金13向金属层15、16移动，结果，可溶合金13可快速断开。

而且，作为上述金属层15、16的材料，可以使用锡、铜之外的铅、铋、铟、镉金属单体或者其合金，并且，优选金属层15、16的厚度在15微米以下。如果金属层15、16的厚度在15微米以上，可溶合金13向构成金属层15、16的金属扩散的量增多，因此，可溶合金13的熔点发生变化，由此，温度保险丝工作温度的偏移增大。而且，采用与可溶合金13有相同组成的合金时，即使构成金属层15、16的金属向可溶合金13扩散，也不引起熔点变化，因此，可以提供工作温度方面精度高的温度保险丝。

由于第1绝缘膜12以片状构成，具备在其上面以一定间隔配置的一对金属端子11的各顶端部分。而且，作为第1绝缘膜12的具体材料，可举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、ABS树脂、SAN树脂、聚砜(polysulfone)类树脂、聚碳酸酯、改性的聚环氧丙烷树脂(改性的PPO)、氯乙烯树脂、聚乙烯树脂、聚酯树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺树脂、PPS树脂、聚缩醛、氟系树脂、聚酯等任意一种为主要成分的树脂(优选热塑性树脂)。

第1绝缘膜12不仅可以是单层结构，也可以层压不同材料的片构成。例如，通过层压由PET构成的膜和由PEN构成的膜来构成，可以提高第1绝缘膜12本身强度，并且提高保险丝的机械强度。进而，使用PEN片还可以提高耐热性，因此，可以提供能够在130℃以上使用的温度保险丝。在以层压结构制造第1绝缘膜12时，除了组合上述材料之外，通过组合耐热性低的材料和耐热性高的材料，实际上可以制造保险丝。

可溶合金13使用加工成矩形截面或者圆形截面并且切成适当长度的材料，在第1绝缘膜12上面的中央部分，架设在一对金属端子11的各顶端部分之间。在将可溶合金13加工成线状时，可以使用冲模拉伸加工、冲模挤出加工等。如果对圆形截面的线状可溶合金进行压坏加工，可以制造矩形截面的线状可溶合金。在金属端子11上面设置的金属层15、16与可溶合金13的连接，可以使用激光焊接、热焊接、超声波焊接等。使用激光焊接时，由于可以减小发热部分，因此，在可溶合金13的焊接部分之外不发生损伤，可以将可溶合金13连接到金属层15、16上。

作为可溶合金13的材料，使用由锡、铅、铋、铟、镉等金属构成的熔点为200℃以下的合金，希望使用共晶合金。这是因为，由于可溶合金13的固相面温度和液相面温度的差基本上为0，没有固液混合的温度区域，因此可以提供工作温度的偏差小的温度保险丝。例如，在锡18.75重量％、铅31.25重量％、铋50.0重量％的共晶合金中，熔点(液相面温度和固相面温度)为97℃。为此，在使用该合金时，可以提供工作温度为97～99℃的温度保险丝。这里，可溶合金13的熔点与温度保险丝的工作温度不同，这是因为从温度保险丝外面到可溶合金13的热传导度低时，在周围温度和可溶合金13的温度上产生1～2℃的差。

对于可溶合金13，可以使用由共晶合金其构成金属的配比错开0.5～10重量％的合金。这些合金与共晶合金相比，熔点(液相面温度)上升1℃～数10℃，因此，与使用共晶合金的情况相比，可以提供工作温度高的温度保险丝。这些合金具有与共晶接近的配合比，因此固相面温度和液相面温度的差小，并且固液混合的温度范围小，可以减小温度保险丝工作温度的偏差。例如，使用锡20重量％、铅25重量％、铋55重量％的合金时(该合金从共晶偏差锡+1.25重量％、铅-6.25重量％、铟+50重量％)，熔点(液相面温度)为101℃，可以提供工作温度为101℃～103℃的温度保险丝。

对于可溶合金13，可以使用共晶合金中还加入0.5重量％～10重量％其中不含的其他金属的合金。这些合金与原来的共晶合金相比，熔点温度降低1℃～10几℃，与使用原来的共晶合金相比，可以提供工作温度低的温度保险丝。这些合金的固相面温度和液相面温度的差小，并且固液混合的温度范围小，因此可以减小温度保险丝的工作温度的偏差。例如在锡18.75重量％、铅31.25重量％、铋50.0重量％的共晶合金中加入铟7％时，熔点(液相面温度)为82℃，因此可以提供工作温度为82℃～84℃的温度保险丝。

采用三元以上的合金，在熔融并冷却合金时，在全液相面温度下，存在除一个之外所有金属同时结晶析出的配合。该配合例如是三元合金时，在三元相图中，用从三元合金的共晶点连接二元共晶点的线表示，这里简单地称为共晶线。图2A表示锡、铅、铋的三元合金的相图，图2B表示锡、铅、铟的三元合金的相图。点E为三元的共晶点，点E1为铅-铋的共晶点，点E2为锡-铅的共晶点，点E3为锡-铋的共晶点。曲线E-E1，E-E2，E-E3为共晶线。而且，在是锡、铅、铟时，铅-铟合金中不存在共晶点，因此，共晶线只是曲线E2-E4。该共晶点上或者共晶线附近的配合的固相温度和液相温度比较小，因此，如果可溶合金13使用该合金，可以提供工作温度的评价比较小的温度保险丝。例如，图2B的点A。锡43重量％、铅10.5重量％、铟46.5重量％的合金是熔点(液相面温度)为129℃的合金，因此可以提供工作温度为129℃～131℃的温度保险丝。

在可溶合金13的周围涂覆以松香为主要成分的焊剂(未图示)。该焊剂(未图示)可以使用与软钎焊或者金属焊接所使用的焊剂相同的焊剂。

第2绝缘膜14形成片状结构，并设置在可溶合金13的上方，以覆盖可溶合金13，这样，在该可溶合金13的周围，固定在第1绝缘膜12和金属端子11上。这样，用第1绝缘膜12和第2绝缘膜14夹持可溶合金13，通过固定第1绝缘膜12、金属端子11和第2绝缘膜14，可以密封可溶合金13，防止可溶合金13的劣化。

第2绝缘膜14优选与第1绝缘膜12相同的材料，作为具体的材料，可举出与第1绝缘膜12相同的PET、PEN、ABS树脂、SAN树脂、聚砜类树脂、聚碳酸酯树脂、改性的聚环氧丙烷树脂(改性的PPO)、氯乙烯树脂、聚乙烯树脂、聚酯树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺树脂、PPS树脂、聚缩醛、氟系树脂、聚酯等任意一种为主成分的树脂(优选热塑性树脂)。

第2绝缘膜14不仅可以是单层结构，也可以层压不同材料的片构成。例如，通过层压由PET构成的膜和由PEN构成的膜来构成，可以提高第2绝缘膜14本身的强度，并且提高保险丝的机械强度。进而，使用PEN片还可以提高耐热性，因此，可以提供能够在130℃以上使用的温度保险丝。在以层压结构制造第2绝缘膜14时，除了组合上述材料之外，通过合并耐热性低的材料和耐热性高的材料，实际上可以制造保险丝。

图3是表示本发明实施方案1中温度保险丝一方金属端子11被加热时可溶合金13熔断后状态的截面图。

如图3所示，实施方案1中的温度保险丝可将最大为合并金属端子11之间可溶合金13的体积V(L2/L1)和被加热的金属端子11侧即金属层15、16中一方(图3中仅为金属层15)上可溶合金13的体积V(L1-L2)/2L1的体积V(L1+L2)/2L1的可溶合金13移动到金属层15上。该可溶合金的体积V(L1+L2)/2L1比金属层15上被金属层15和第2绝缘膜14包围的空间体积Sd小，因此，熔断时的可溶合金13可以全部容纳在对可溶合金13湿润性良好的金属层15上。由此，可溶合金13不溢出到比金属层15对可溶合金13湿润性差的金属端子11和第1绝缘膜12上。结果，可溶合金13可快速断开，因此，可以得到速断性优良的温度保险丝。

下面对现有的温度保险丝和实施方案1中的温度保险丝比较速断性的结果进行说明。

作为样品，作为实施方案1中温度保险丝(下面为实施例制品)，使用d＝0.3mm，S＝3.6mm²，V＝0.95mm³，L1＝2.7mm，L2＝1.6mm，并且可溶合金13的熔点为97℃的材料，制成50个。该实施方案制品的Sd＝1.08mm³，V(L1+L2)/2L1＝0.756481mm³，满足Sd＞V(L1+L2)/2L1的关系。以从第1绝缘膜12的下面到第2绝缘膜14上面的厚度为b时，b＜0.3mm，无法确保容纳可溶合金13的空间，也就不能制造温度保险丝。另一方面，b＞0.7mm时，在是小型电池时，该电池所具有的突起，例如电极等通常为0.5～0.7mm，与此相应温度保险丝变厚，因此，阻碍了电池的小型化。因此，制作了具有第1绝缘膜12、第2绝缘膜14、可溶合金13的温度保险丝主体的长度a为4.0mm，b为0.6mm的制品。

作为比较例，分别使用50个d＝0.25mm，S＝1.6mm²，V＝0.95mm³，L1＝2.7mm，L2＝1.6mm的制品，另外50个与实施例制品相同的现有温度保险丝。该比较例制品的Sd＝0.4mm³，V(L1+L2)/2L1＝0.756481mm³，不满足Sd＞V(L1+L2)/2L1的关系。

发热制品的表面温度设定为120℃，发热制品的温度充分稳定后，将各样品一方的端子密封在各自动发热制品中，测定从该密封开始到温度保险丝熔断的时间。结果在表1表示。

表1

	熔断时间(秒)
	熔断时间(秒)				平均	最长	最短
实施方案1	11.35	14.3	7.6		平均	最长	最短
实施方案1	11.35	14.3	7.6	比较例	44.23	52.4	30.6

由表1可知，实施例制品在7秒到14秒熔断，比较例制品在30秒到52秒熔断。因此可见本发明实施方案1中的温度保险丝速断性优良。

(实施方案2)

图4A是本发明实施方案2中温度保险丝局部切开的上面图。图4B是沿图4A表示的温度保险丝的4B-4B线的截面图。

对于具有与实施方案1相同构成的，加上相同的符号并且省略其说明。

在图4A中，与实施方案1不同之处在于，一对金属端子11的各顶端部分以从第1绝缘膜12的下面伸到上面的方式形成，伸出部分的至少一部分上设置湿润性好的金属层15、16。

实施方案2中的温度保险丝中，在金属端子11伸出部分的一部分或者全部上设置比金属端子11、第1绝缘膜12湿润性更好的金属层15、16。在以金属层15、16的面积为S，可溶合金13的长度和体积分别为L1、V，一对金属端子11顶端部分之间的距离为L2，从第2绝缘膜14下面到金属层15、16上面的距离为d时，以Sd＞V(L1+L2)/2L1的关系构成。为此保险丝熔断时的可溶合金13能够全部容纳在对可溶合金13的湿润性更好的金属层15、16的至少一方上。由此，可溶合金13不会溢出到比金属层15、16对可溶合金13湿润性差的金属端子11和第1绝缘膜12上。结果，由于可溶合金13迅速断开，因此，可制成速断性优良的温度保险丝。

工业上的可利用性

本发明的温度保险丝中，在一对金属端子的顶端部分设置比金属端子和第1绝缘膜对可溶合金湿润性更好并且连接可溶合金的金属层。在以金属层的面积为S，上述可溶合金的长度和体积分别为L1、V，上述一对金属端子的顶端部分之间的距离为L2，从第2绝缘膜下面到金属层上面的距离为d时，满足Sd＞V(L1+L2)/2L1的关系。因此，熔断后的可溶合金可完全容纳在对可溶合金湿润性更好的金属层上，结果，可溶合金不会溢出到比金属层对可溶合金的湿润性差的金属端子和第1绝缘膜上。因此，可以得到可溶合金能快速断开并且速断性优良的温度保险丝。

Claims

1、一种温度保险丝，其特征在于，具备：

一对金属端子；

配置了上述金属端子各顶端部分的第1绝缘膜；

设置在上述金属端子的顶端部分之间的可溶合金；

位于上述可溶合金上方并固定在上述第1绝缘膜上的第2绝缘膜；和

连接上述可溶合金的金属层，其对上述可溶合金的湿润性比上述金属端子和上述第1绝缘膜对上述可溶合金的湿润性更好，并分别设置在上述金属端子的顶端部分；其中

上述金属层的面积S、上述可溶合金的长度L1、体积V、上述金属端子的上述顶端部分之间的距离L2和从上述第2绝缘膜下面到上述金属层上面的距离d满足下面的关系：Sd＞V(L1+L2)/2L1。

2、根据权利要求1所述的温度保险丝，其特征在于：上述金属端子含有镍，上述金属层含有铜。

3、根据权利要求1所述的温度保险丝，其特征在于：上述金属端子含有镍，上述金属层含有锡。

4、根据权利要求1所述的温度保险丝，其特征在于：还具备具有上述第1绝缘膜和上述第2绝缘膜以及上述可溶合金的温度保险丝主体，上述温度保险丝主体部分的长度为2.0mm～5.0mm。

5、根据权利要求1所述的温度保险丝，其特征在于：从上述第1绝缘膜下面到第2绝缘膜上面的距离为0.3mm～0.7mm。

6、一种温度保险丝，其特征在于，具备：

一对金属端子；

第1绝缘膜，其使上述金属端子各端部的伸出部分从下面伸出到上面；

可溶合金，其位于上述第1绝缘膜的上方并设置在上述金属端子的顶端部分之间；

第2绝缘膜，其位于上述可溶合金上方并固定在上述第1绝缘膜上；

金属层，其设置在上述金属端子的上述伸出部分上，对上述可溶合金的湿润性比上述金属端子或上述第1绝缘膜对上述可溶合金湿润性更好，而且连接上述可溶合金；其中

上述金属层的面积S、上述可溶合金的长度L1、体积V、上述金属端子的上述顶端部分之间的距离L2和上述第2绝缘膜下面到上述金属层上面的距离d满足下面的关系：Sd＞V(L1+L2)/2L1。

7、根据权利要求6所述的温度保险丝，其特征在于：上述金属端子含有镍，上述金属层含有铜。

8、根据权利要求6所述的温度保险丝，其特征在于：上述金属端子含有镍，上述金属层含有锡。

9、根据权利要求6所述的温度保险丝，其特征在于：还具备具有上述第1绝缘膜和上述第2绝缘膜以及上述可溶合金的温度保险丝主体，上述温度保险丝主体部分的长度为2.0mm～5.0mm。

10、根据权利要求6所述的温度保险丝，其特征在于：从上述第1绝缘膜的下面到第2绝缘膜上面的距离为0.3mm～0.7mm。