JP2000123694A - 薄型温度・電流ヒュ−ズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】定格電流の２倍未満の過電流でも、樹脂ベ−ス
フィルムの溶融破壊をよく防止しつつ安全に電流を遮断
できる薄型温度・電流ヒュ−ズを提供する。 【解決手段】樹脂ベ−スフィルム１１に温度ヒュ−ズエ
レメント５と電流ヒュ−ズエレメント４とを直列に配設
し、これらを樹脂カバ−フィルム１２で封止してなり、
定格電流の２倍以上の電流では電流ヒュ−ズエレメント
４をそれ自体のジュ−ル発生熱で溶断させ、定格電流の
２倍未満の定格電流よりも大なる電流では電流ヒュ−ズ
エレメント４のジュ−ル発生熱で温度ヒュ−ズエレメン
ト５を溶断させる作動特性を付与した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄型温度・電流ヒュ
−ズに関し、例えば、リチウムイオン二次電池等の小型
機器の保守に有用なものである。

【０００２】

【従来の技術】近来、携帯電話、ＰＨＳ、ビデオカメ
ラ、携帯型パ−ソナルコンピュ−タ等の電源として、繰
返し充放電可能な二次電池が使用され、特にリチウムイ
オン二次電池がエネルギ−密度が高く、ライフサイクル
が長く、作動電圧が高いために多く使用されている。こ
のリチウムイオン二次電池では、万一内部短絡が生じる
とその高エネルギ−が一挙に放出されて危険な状態に曝
されるので、電池パック内に電流ヒュ−ズを組み込むこ
とが安全である。而るに、その電流ヒュ−ズは電池パッ
クの小型化を保証するために極力、薄型とすることが要
求され、この薄型電流ヒュ−ズとして、樹脂ベ−スフィ
ルムに一対の帯状リ−ド導体の先端部を固着し、これら
の導体先端部間に電流ヒュ−ズエレメントを接続し、こ
の温度ヒュ−ズエレメントを樹脂カバ−フィルムで封止
した構成が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電流ヒュ−ズにおいて
は、通常定格電流の２倍以上の過電流に対し、１分以内
に作動させることが要求されている（例えば、ＵＬ規
格、ＣＳＡ規格等）。しかし、定格電流の２倍未満の電
流に対し、電流ヒュ−ズエレメントを１分以内に溶断さ
せるには、電流ヒュ−ズエレメントを通常よりも細くす
る必要があり、機械強度上や電気抵抗上の問題が生じ、
１分以内での溶断を保証することは容易ではない。而る
に、上記薄型電流ヒュ−ズでは、定格電流の２倍未満の
でも通電時間が１分以上もの長時間になると、電流ヒュ
−ズが未溶断の状態でジュ−ル熱で樹脂ベ−スフィルム
の絶縁性が大きく低下されるので、地短の状態になり満
足に作動させ難い。

【０００４】本発明の目的は、定格電流の２倍未満の過
電流でも、樹脂ベ−スフィルムの溶融破壊をよく防止し
つつ安全に電流を遮断できる温度ヒュ−ズ付の薄型電流
ヒュ−ズを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る薄型温度・
電流ヒュ−ズは、絶縁支持体に温度ヒュ−ズエレメント
と電流ヒュ−ズエレメントとを直列に配設し、これらを
封止材で封止してなり、定格電流の２倍以上の電流では
電流ヒュ−ズエレメントをそれ自体のジュ−ル発生熱で
溶断させ、定格電流の２倍未満の定格電流よりも大なる
電流では電流ヒュ−ズエレメントのジュ−ル発生熱で温
度ヒュ−ズエレメントを溶断させる作動特性を付与した
ことを特徴とする構成であり、樹脂ベ−スフィルムに一
対の帯状リ−ド導体の先端部を固着し、これらの導体先
端部間に中間電極を固着し、該中間電極と一方のリ−ド
導体先端部との間に電流ヒュ−ズエレメントを、同中間
電極と他方のリ−ド導体先端部との間に温度ヒュ−ズエ
レメントをそれぞれ接続し、温度ヒュ−ズエレメントに
フラックスを塗布し、電流ヒュ−ズエレメント及びフラ
ックス塗布温度ヒュ−ズエレメントを樹脂カバ−フィル
ムで封止してなる構成とすることができ、更に樹脂カバ
−フィルムに電流ヒュ−ズエレメント封止用容器部と温
度ヒュ−ズエレメント封止用容器部とを備えたものを使
用することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。図１の（イ）は本発明に
係る薄型温度・電流ヒュ−ズを示す図面、図１の（ロ）
は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図である。図１にお
いて、１１は樹脂ベ−スフィルムである。２，２は一対
の帯状リ−ド導体であり、各リ−ド導体先端部を樹脂ベ
−スフィルム１１の裏面に固着すると共に局部２１を表
面側に表出させてある。この各帯状リ−ド導体２の先端
部と樹脂ベ−スフィルム１１との界面の固着は、接着剤
や熱融着によって行うことができる。３は樹脂ベ−スフ
ィルム表面のリ−ド導体先端表出部２１，２１の間に固
着した中間電極であり、導電ペ−ストの印刷焼付けや金
属泊の貼着（接着剤や熱融着による貼着）等により設け
ることができる。４は中間電極３と一方のリ−ド線先端
表出部２１との間に溶接等により接続した電流ヒュ−ズ
エレメントである。５は中間電極３と他方のリ−ド線先
端表出部２１との間に溶接等により接続した温度ヒュ−
ズエレメントであり、低融点可溶合金片が使用される。
６は温度ヒュ−ズエレメント５に塗布したフラックスで
ある。１２は樹脂カバ−フィルムであり、電流ヒュ−ズ
エレメント封止用容器部ａと温度ヒュ−ズエレメント封
止用容器部ｂとを有し、樹脂ベ−スフィルム１１の周囲
部及び中間電極３を含む中間部への接着乃至は融着によ
り温度ヒュ−ズエレメント５と電流ヒュ−ズエレメント
４とを個別的に封止してある。

【０００７】上記温度ヒュ−ズエレメント４と電流ヒュ
−ズエレメント５の融点または抵抗値あるいは両者間の
熱伝達性は、次の作動特性を充足させ得るように設定し
てある。すなわち、定格電流の２倍以上の電流では、電
流ヒュ−ズエレメント４をそれ自体のジュ−ル発生熱で
溶断させ、定格電流の２倍未満の定格電流よりも大なる
電流では、電流ヒュ−ズエレメント４は溶断させずに電
流ヒュ−ズエレメント４のジュ−ル発生熱で温度ヒュ−
ズエレメント５を溶断させるようにしてあり、電流ヒュ
−ズエレメント４と温度ヒュ−ズエレメント５とを良熱
伝導性の中間電極３で結合してあるので電流ヒュ−ズエ
レメント４から温度ヒュ−ズエレメント５への熱伝達が
迅速であり、前記電流ヒュ−ズエレメント４のジュ−ル
発生熱による温度ヒュ−ズエレメント５の溶断を短時間
で行わせることができる。

【０００８】上記において、樹脂ベ−スフィルム１１や
樹脂カバ−フィルム１２には厚み０．１〜０．２５ｍｍ
の熱可塑性樹脂フィルム、好ましくは、ポリアミド、ポ
リイミド、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリブチレン
テレフタレ−ト、ポリサルホン等のエンジニアリングプ
ラスチックフィルムを使用でき、この樹脂ベ−スフィル
ムや樹脂カバ−フィルムの縦横寸法は、通常（３．０〜
７．０）ｍｍ×（６．０〜２０．０）ｍｍとされる。

【０００９】上記帯状リ−ド導体２や中間電極３には、
例えば、鉄ニッケル合金、銅、銅ニッケル合金、ニッケ
ル、銅めっきニッケル等の薄板を使用でき、その寸法
は、通常厚み（０．０７〜０．１２）ｍｍ×巾（２．０
〜５．０）ｍｍとされる。

【００１０】上記接着剤には、ポリアミド系、ゴム系、
アクリル系、エポキシ系、ポリエステル系、フェノ−ル
系、酢酸ビニル系等のホットメルト型または粘着型ある
いは熱硬化型接着剤を使用できる。

【００１１】上記電流ヒュ−ズエレメント４には、固相
線温度が６００℃以上の金属、例えば、銀銅合金、銅、
銅ニッケル合金、ニクロム等を使用でき、その線径は通
常数１００〜数１０μｍオ−ダとされる。上記温度ヒュ
−ズエレメント５には固相線温度が５０〜２００℃の低
融点可溶合金例えば鉛錫合金が使用され、その線径は通
常数１００μｍオ−ダとされる。上記フラックス６に
は、通常ロジンを主成分とするものを使用できる。

【００１２】上記実施例に対し、図２に示すように帯状
リ−ド導体２の先端部全体２０を樹脂ベ−スフィルム１
１の表面側に熱融着または接着剤により固着することも
できる。また、温度ヒュ−ズエレメントへのフラックス
の塗布を省略すること、更には、樹脂カバ−フィルムに
より温度ヒュ−ズエレメントと電流ヒュ−ズエレメント
とを共に共通の容器部で封止することも可能である。

【００１３】本発明に係る薄型電流ヒュ−ズにおいて、
上記の樹脂ベ−スフィルムに代えセラミックス基板、ガ
ラスエポキシ基板等の耐熱性絶縁基板を使用でき、また
上記の樹脂カバ−フィルムによる封止に代えセラミック
スカバ−や硬化性樹脂（エポキシ樹脂）等の封止材で封
止することもできる。

【００１４】本発明に係る薄型温度・電流ヒュ−ズ、例
えば図２に示す薄型温度・電流ヒュ−ズは次のようにし
て製作することができる。すなわち、樹脂ベ−スフィル
ム１１に一対のリ−ド導体２の各先端部と中間電極３を
固着し、電流ヒュ−ズエレメント４及び温度ヒュ−ズエ
レメント５をそれぞれ接続し、温度ヒュ−ズエレメント
５にフラックスを塗布６したヒュ−ズ本体を製作してお
く。このヒュ−ズ本体の製作には、図３の（イ）に示
す、外枠ａに帯状リ−ド導体部２，２をブリッヂｂ，ｂ
で、中間電極部３を両サイドブリッヂｃ，ｃでそれぞれ
連結したリ−ドフレ−ムを用い、まず図３の（ロ）に示
すように一方の帯状リ−ド導体部２と中間電極部３との
間に温度ヒュ−ズエレメント５を接続し、次いで図３の
（ロ）における両サイドブリッヂｃ，ｃを切断し中間電
極部３を温度ヒュ−ズエレメント５により支持した状態
で図３の（ハ）に示すように両リ−ド導体先端部及び中
間電極部にわたり樹脂ベ−スフィルム１１を接着剤また
は熱融着等により固着し、次いで中間電極部３と他方の
帯状リ−ド導体部２との間に電流ヒュ−ズエレメント４
を接続し、更に温度ヒュ−ズエレメント５にフラックス
６を塗布し、而るのち、ブリッヂｂ，ｂを切断する方法
を使用できる。

【００１５】そして、図４において、まずヒュ−ズ本体
Ｅの樹脂ベ−スフィルム１１を基台７上にをセットし、
この樹脂ベ−スフィルム１１上にヒュ−ズ本体Ｅのリ−
ド導体２の長手方向と直交する方向に、長尺の溝型成形
樹脂カバ−フィルム１２０（長尺樹脂カバ−フィルム１
２０と樹脂ベ−スフィルム１１とは等巾）を延在させて
載置し（図４では図示の便宜上間隔をおいて配してあ
る）、位置合わせ治具（図示していない）により長尺樹
脂カバ−フィルム１２０の位置合わせを行い、上記の電
流ヒュ−ズエレメント及びフラックス塗布温度ヒュ−ズ
エレメントをそれぞれ収容する凹部ｎ及びｍを有する加
熱金型８を降下させて長尺樹脂ベ−スフィルム１２０を
樹脂ベ−スフィルム１１に熱融着する。上記加熱金型８
に、樹脂ベ−スフィルム１１の巾の両端縁において樹脂
カバ−フィルム１２０を切断するようにトムソン刃を設
けておき前記の熱融着と同時に樹脂カバ−フィルム１２
０を切断するか、または加熱金型８とは別体のカッタ−
で前記の熱融着後に樹脂カバ−フィルム１２０を切断
し、これにて本発明に係る薄型電流ヒュ−ズの製作を終
了する。

【００１６】上記において、長尺樹脂カバ−フィルム１
２０を樹脂ベ−スフィルム１１上の空間に延在させ、そ
の両端をクランプ等により一定の低把持力で支持し、上
記加熱金型を長尺樹脂カバ−フィルムの前記低把持力に
抗して低張力（長尺樹脂カバ−フィルムに実質上伸びを
生じさせない程度の低張力）のもとで降下させてもよ
い。また、上記フラックス塗布温度ヒュ−ズエレメント
及び電流ヒュ−ズエレメントをそれぞれ収容する各凹部
を有する超音波溶着工具ホ−ンを上記の加熱金型に代え
使用して超音波溶接することもできる。上記において、
ヒュ−ズ本体を複数個並列に配し、これらの上に長尺の
溝型成形樹脂カバ−フィルムを配し、この長尺樹脂カバ
−フィルムを用いて並列配置の全ヒュ−ズ本体を一挙に
封止することも可能である。

【００１７】本発明に係る薄型温度・電流ヒュ−ズにお
いて、定格電流の２倍以上の過電流が流されると、電流
ヒュ−ズエレメント４が自己のジュ−ル発生熱で溶断さ
れ、その溶断に要する時間は電流値が大であるから充分
に短時間であり、通常の電流ヒュ−ズと同様、過電流通
電開始後１分以内で溶断させることができる。この際、
温度ヒュ−ズエレメント５は自己のジュ−ル発生熱や電
流ヒュ−ズエレメント４のジュ−ル発生熱では溶断され
ない。即ち、電流ヒュ−ズエレメント４の溶断による通
電遮断時までに温度ヒュ−ズエレメント５が自己ジュ−
ル発生熱により温度上昇されることと、その通電遮断時
までに電流ヒュ−ズエレメント４のジュ−ル発生熱によ
り温度ヒュ−ズエレメント５が加熱されることとに基づ
く温度ヒュ−ズエレメントの温度をＴx、温度ヒュ−ズ
エレメントの融点をＴ₀（固相線温度）とすると、Ｔx＜
Ｔ₀となるように、温度ヒュ−ズエレメント及び電流ヒ
ュ−ズエレメントの抵抗値や温度ヒュ−ズエレメントの
融点や電流ヒュ−ズエレメント−温度ヒュ−ズエレメン
ト間の熱伝達速度（熱抵抗と熱容量）を設定してある。

【００１８】上記通電電流が定格電流の２倍未満で定格
電流を越えると、通常の電流ヒュ−ズ（上記温度ヒュ−
ズエレメントを備えない通常の電流ヒュ−ズ）では、電
流ヒュ−ズエレメントの溶断に長時間（１分以上。この
時間をｔ’とする）を要する。しかしながら、本発明に
係る薄型温度・電流ヒュ−ズにおいては、通電電流が定
格電流の２倍未満のもとで定格電流を越えると、電流ヒ
ュ−ズエレメント４のジュ−ル発生熱で温度ヒュ−ズエ
レメント５を溶断させるようにしてあり、この過電流の
通電開始後、上記ｔ’より短い時間ｔで温度ヒュ−ズエ
レメント５を溶断させて樹脂ベ−スフィルム１１の熱破
壊を発生させることなく通電を遮断できる。例えば、融
点１５０℃の温度ヒュ−ズエレメント５を使用し、通電
電流が定格電流の２倍未満であって電流ヒュ−ズエレメ
ント４の自己ジュ−ル発生熱による加熱温度が樹脂ベ−
スフィルム１１の融点２５０℃（ポリエチレンテレフタ
レ−トの場合）よりやや高い温度になるとすると、温度
ヒュ−ズエレメント５が温度２５０℃の自己発熱電流ヒ
ュ−ズエレメントにより融点１５０℃に加熱されるのに
要する時間を数秒程度にとどめ得ることは、中間電極３
の優れた熱伝導性から極めて容易乃至は必然的であり、
その加熱時間を極く短時間に抑えることができる。従っ
て、特に絶縁支持体が樹脂ベ−スフィルムの場合でも、
樹脂ベ−スフィルム１１の熱的破壊を伴うことなしに通
電を遮断でき、その熱的破壊のもとでは避け難い地絡を
排除して機器の内絡過電流を確実に遮断できる。

【００１９】また、電流ヒュ−ズエレメント４とフラッ
クス塗布温度ヒュ−ズエレメント５とを個別的に封止し
てあるから電流ヒュ−ズエレメント４へのフラックスの
付着を防止でき、定格電流の２倍以上の過電流時に電流
ヒュ−ズエレメントが溶断する際でのア−クによるフラ
ッククの発火乃至は発煙を防止でき、その電流ヒュ−ズ
エレメントの溶断を安全に行わせ得る。

【００２０】上記において、機器の異常発熱が定格電流
〜無負荷の比較的小さな電流で生じたとき、温度ヒュ−
ズエレメントの溶断により通電遮断が行われ、温度ヒュ
−ズとしても作動させ得ることは云うまでもない。

【００２１】

【発明の効果】本発明に係る薄型温度・電流ヒュ−ズに
おいては、定格電流の２倍以上は勿論のこと２倍未満の
過電流でも通電を安全・確実に遮断でき、薄型であるた
めにリチウムイオン二次電池に装着して内部短絡等に基
づく過電流から生じる事故を未然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄型温度・電流ヒュ−ズの実施例
を示す図面である。

【図２】本発明に係る薄型温度・電流ヒュ−ズの別実施
例を示す図面である。

【図３】本発明に係る薄型温度・電流ヒュ−ズのヒュ−
ズ本体の製作方法を示す図面である。

【図４】本発明に係る薄型温度・電流ヒュ−ズの製作方
法を示す図面である。

【符号の説明】

１１ 樹脂ベ−スフィルム １２ 樹脂カバ−フィルム ２ 帯状リ−ド導体 ３ 中間電極 ４ 電流ヒュ−ズエレメント ５ 温度ヒュ−ズエレメント ６ フラックス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁支持体に温度ヒュ−ズエレメントと電
   流ヒュ−ズエレメントとを直列に配設し、これらを封止
   材で封止してなり、定格電流の２倍以上の電流では電流
   ヒュ−ズエレメントをそれ自体のジュ−ル発生熱で溶断
   させ、定格電流の２倍未満の定格電流よりも大なる電流
   では電流ヒュ−ズエレメントのジュ−ル発生熱で温度ヒ
   ュ−ズエレメントを溶断させる作動特性を付与したこと
   を特徴とする薄型温度・電流ヒュ−ズ。
2. 【請求項２】絶縁支持体一対の帯状リ−ド導体の先端部
   を固着し、これらの導体先端部間に中間電極を固着し、
   該中間電極と一方のリ−ド導体先端部との間に電流ヒュ
   −ズエレメントを、同中間電極と他方のリ−ド導体先端
   部との間に温度ヒュ−ズエレメントをそれぞれ接続し、
   温度ヒュ−ズエレメントにフラックスを塗布し、電流ヒ
   ュ−ズエレメント及びフラックス塗布温度ヒュ−ズエレ
   メントを封止材で封止してなり、定格電流の２倍以上の
   電流では電流ヒュ−ズエレメントをそれ自体のジュ−ル
   発生熱で溶断させ、定格電流の２倍未満の定格電流より
   も大なる電流では電流ヒュ−ズエレメントのジュ−ル発
   生熱で温度ヒュ−ズエレメントを溶断させる作動特性を
   付与したことを特徴とする薄型温度・電流ヒュ−ズ。
3. 【請求項３】絶縁支持体が樹脂フィルム、セラミックス
   基板、ガラスエポキシ基板の何れかであり、封止材が樹
   脂カバ−フィルム、セラミックスカバ−、硬化性樹脂封
   止剤の何れかである請求項１または２記載の薄型温度・
   電流ヒュ−ズ。
4. 【請求項４】樹脂カバ−フィルムが電流ヒュ−ズエレメ
   ント封止用容器部と温度ヒュ−ズエレメント封止用容器
   部とを備えている請求項３記載の薄型温度・電流ヒュ−
   ズ。