JP2002184279A - 薄型ヒューズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 薄型ヒューズにおいて、可溶合金体とリード導体との接
合個所に平常時での加熱により作用する引張り応力を緩
和して耐ヒートサイクル性の向上を図る。 【解決手段】一対のリード導体１，１間に接続されたフ
ラックス付き可溶合金体２が上下の樹脂薄体４１，４２
に挾まれ、一方の樹脂薄体４２に形成された曲面膨出部
内にフラックス付き可溶合金体２が収容され、上下樹脂
薄体４１，４２の周囲端部が溶着または接着されてい
る。 【課題】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄型ヒューズ、特に
薄型温度ヒューズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】温度ヒュ−ズにおいては、フラックス付
き可溶合金片をヒューズエレメントとして用い、機器に
低熱接触抵抗で取付け、機器の異常に基づく発熱で低融
点可溶合金片を溶融させ、既溶融のフラックスとの共存
下溶融合金を表面張力により分断させ、機器への通電を
遮断して機器の熱的破損を未然に防止している。近来、
携帯電子機器の電源用２次電池、特にエネルギー密度の
高いリチウムイオン２次電池においては、異常発熱対策
が必要であり、電池パックには、温度ヒューズで異常発
熱を検出して電流を遮断する保護回路が組み込まれてい
る。この電池用温度ヒューズにおいては、電池パックの
小型化のために薄くすることが要求され、また近来の電
子電気機器の小型から、薄型温度ヒューズが要求され、
図５の（イ）〔平面図〕及び図５の（ロ）〔図５の
（イ）におけるロ−ロ断面図〕に示す温度ヒューズが開
発されている。図５において、１’，１’は帯状リ−ド
導体を、２’は帯状リード導体１’，１’間に接続した
可溶合金片を、３’は可溶合金片に塗布したフラックス
を、４１’はベ−ス樹脂フィルムを、４２’はカバ−樹
脂フィルムをそれぞれ示し、両樹脂フィルム４１’，４
２’でフラックス塗布低融点可溶合金片を挾み、これら
両フィルムの周縁部４０’をフィルム面同士の接合及び
フィルム面と導体面との接合により封止し、この封止に
はヒートシール、高周波溶着、超音波溶着等を使用して
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】温度ヒューズにおいて
は、ヒートサイクルに曝され、温度ヒューズが取り付け
られる機器の負荷状態の如何によっては、相当高温にま
で加熱される。図５に示す温度ヒューズがヒートサイク
ルにより加熱されると、ベース４１’やカバー４２’の
樹脂の熱膨張係数が可溶合金体２’やリード導体１’等
の金属の熱膨張係数よりも大きいために、可溶合金体
２’・リード導体１’側に引張り応力が作用して可溶合
金体２’とリード導体１’との接合個所が引張られ、樹
脂ベース４１’や樹脂カバー４２’に圧縮応力が作用す
る。この力学的状態において、樹脂カバーと樹脂ベース
とが同材質であっても、樹脂カバーでは圧縮力により周
囲端部の折曲個所４０’が曲がるのに対し樹脂ベースで
は単純な圧縮歪が生じるだけであり、（圧縮応力／圧縮
率）で定められる、いわゆる弾性率が両者で相違する。

【０００４】そこで、上記温度ヒューズがヒートサイク
ルで加熱されたときに可溶合金体とリード導体とに作用
する引張り応力Ｆを把握するために、樹脂ベース４１’
の熱膨張係数をα、同じく弾性率をｅ、同じく厚みを
ｓ、樹脂カバー４２’の熱膨張係数をα、同じく弾性率
をｅ’、同じく厚みをｓ、可溶合金体２’・リード導体
１’系の等価熱膨張係数をβ、同じく等価弾性率をＥ、
同じく厚みをＳとし、更に樹脂ベース４１’に作用する
圧縮応力をｆ、樹脂カバー４２’に作用する圧縮応力を
ｆ’、可溶合金体・リード導体に作用する等価引張り応
力をＦとすると、温度上昇Ｔに対し、

【数１】 βＴ−Ｆ／Ｅ＝αＴ＋ｆ／ｅ＝αＴ＋ｆ’／ｅ’ （１）

【数２】 ｆ’ｓ＋ｆｓ＝ＳＦ （２） が成立し、

【数３】 Ｆ＝Ｅ（β−α）Ｔ／〔１＋｛（ＥＳ／ｓ（ｅ＋ｅ’）｝〕 （３） となり、上記可溶合金体・リード導体系の厚みＳと樹脂
ベースまたは樹脂カバーとの厚みｓを、Ｓ≒ｓとすれ
ば、

【数４】 Ｆ≒Ｅ（β−α）Ｔ／〔１＋｛（Ｅ／（ｅ＋ｅ’）｝〕 （４） が成立する。

【０００５】而るに、圧縮力に対する樹脂カバー４２’
の長さ方向変位率がそれほど大きくなく、上記のｅ’が
かなり大であり、上記ヒートサイクルにより可溶合金体
２’とリード導体１’との接合個所に作用する引張り応
力がそれだけ大となり、ヒートサイクルの繰返しにより
その接合個所が想早期に破断され易い。

【０００６】更に、従来の薄型温度ヒューズでは、ヒー
トサイクル時にリード導体と樹脂ベース及びリード導体
と樹脂カバーとの接合界面（溶着または接着）に作用す
る剪断応力が大きく、長期ヒートサイクル中に界面剥離
が生じて温度ヒューズの封止性能の低下による作動不良
が懸念される。

【０００７】本発明の目的は、薄型ヒューズにおいて、
可溶合金体とリード導体との接合個所にヒートサイクル
中での加熱により作用する引張り応力を緩和して耐ヒー
トサイクル性の向上を図ることにある。

【０００８】本発明の更なる目的は、薄型ヒューズにお
いて、上記目的に加え、薄体とリード導体との接合間面
ににヒートサイクル中での加熱により作用する剪断応力
を緩和して耐ヒートサイクル性の向上を図ることにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る薄型ヒュー
ズは、一対のリード導体間に接続されたフラックス付き
可溶合金体が上下の樹脂薄体に挾まれ、一方の樹脂薄体
に形成された曲面膨出部内にフラックス付き可溶合金体
が収容され、上下樹脂薄体の周囲端部が溶着または接着
されていることを特徴とする構成であり、他方の樹脂薄
体の内面上のリード導体部分を一方の樹脂薄体側に向け
曲げること、他方の樹脂薄体の内面上のリード導体部分
を当該内面に固着すること、一方の樹脂薄体のリード導
体に溶着または接着された端部を可溶合金体側に至るほ
ど薄くすること、上下樹脂薄体の少なくとも一方の樹脂
薄体のリード導体に溶着または接着された端部の厚みを
その樹脂薄体のフラックス付き可溶合金体側の厚みの
０．２〜０．７倍とすること、上下樹脂薄体の少なくと
も一方の樹脂薄体のリード導体に溶着または接着された
端部の厚みをリード導体の厚みの０．１〜１．５倍とす
ること、リード導体と可溶合金体とをリード導体端角部
を可溶合金体に食い込むように接合することができる。

【００１０】

【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
係る薄型温度ヒューズを示す縦断面図、図１の（ロ）は
図１の（イ）におけるローロ断面図である。図１におい
て、１，１は帯状リード導体、２は帯状リード導体１，
１間に接続した可溶合金片、３は可溶合金片２に塗布し
たフラックス、４１はフィルム状のベース樹脂薄体、４
２はフィルム状のカバー樹脂薄体であり、これら両樹脂
薄体の周囲における薄体同士を溶着または接着（接着剤
による接着、以下同じ）すると共に薄体面と帯状リード
導体面とを溶着または接着し、フィルム状のカバー樹脂
薄体４２を曲面状に膨出させてある。

【００１１】この温度ヒューズがヒートサイクルにより
加熱されると、樹脂ベース薄体４１及び樹脂カバー薄体
４２が長さ方向に圧縮され、可溶合金体２・リード導体
１が長さ方向に引張りられる。この場合、樹脂ベース薄
体及び樹脂カバー薄体の熱膨張係数をα、樹脂ベース薄
体及び樹脂カバー薄体の厚みをｓ、樹脂ベース薄体の上
記圧縮に対する弾性率をｅ、樹脂カバー薄体の上記圧縮
に対する弾性率をｅ’、樹脂カバー薄体の厚みをｓ’、
可溶合金体・リード導体の熱膨張係数をβ、可溶合金体
・リード導体の厚みをＳ、可溶合金体・リード導体のの
上記圧縮に対する弾性率をＥ、上昇温度をＴとすると、
可溶合金体２・リード導体１に作用する引張り応力Ｆ
は、Ｓ＝ｓとして前記の式（１）で把握でき、可溶合金
体２とリード導体１との接合部に作用する引張り力Ｗ
は、

【数５】 Ｗ≒ＥＳ（β−α）Ｔ／〔１＋｛（Ｅ／（ｅ＋ｅ’）｝〕 （５） で把握できる（この式は、可溶合金体とリード導体との
接合部に作用する引張り力の定性的な把握を目的とする
に過ぎず、可溶合金体−リード導体の系を単一金属体と
仮定している）。

【００１２】而るに、膨出曲面の樹脂カバー薄体４２の
上記弾性率ｅ’を考察すると、従来の周囲が角張った樹
脂カバー薄体では、長さ方向圧縮力に対し周囲部位が補
強枠のように作用して剛直であるが、図１における膨出
曲面の樹脂カバー薄体４２では、長さ方向圧縮に対し上
記補強枠の作用を呈する剛直性が弱く、上記のｅ’が小
さく、それだけ式（５）に示す、可溶合金体とリード導
体との接合部に作用する引張り力Ｗが低減されると推測
され、従って、耐ヒートサイクル性の向上が期待でき
る。

【００１３】上記において、樹脂ベース薄体４１の上面
４１１とリード導体部分１０とは溶着または接着により
固着してもよいが、図２に示すように、樹脂ベース薄体
４１の上面４１１とリード導体部分１０とを非接触と
し、樹脂カバー薄体４２側に向け曲げることができ、こ
の携帯は上記可溶合金体２とリード導体１との接合部に
作用する引張り力の一層の低減に有効である。

【００１４】すなわち、図２に示すようにリード導体を
曲げた場合、長さ方向水平引張り力Ｘによる点ｐでの曲
げモーメントＭがＭ＝ｙＸtandθであり、単位長さ当た
りの蓄積曲げエネルギーΔｗがΔｗ＝Ｍ^２Δｙ／２ＥＩ
であり（Ｅはリード導体の引張り弾性率、Ｉは断面２次
モーメントである）、全長にわたる蓄積曲げエネルギー
をＷとすれば、上記の水平方向変位ΔＬはΔＬ＝ΔＷ／
ΔＸから求めることができるから、

【数６】 ΔＬ＝ＸＬ^３tand^２θ／３ＥＩ （６） が成立し、リード導体の厚みをｔ、巾をｂとして、Ｉ＝
ｂｔ^３／１２、tandθ＝ｈ／Ｌ、リード導体の断面積Ｓ
＝ｂｔであるから、

【数７】 ΔＬ／Ｌ＝４Ｘ・（ｈ／ｔ）^２／（ＥＳ） （７） が成立し、リード導体が樹脂ベース薄体の上面に接し水
平引張りられる場合の弾性率Ｅに対し、等価的に弾性率
が（ｔ／ｈ）^２・Ｅ／４に低下される結果、式（５）の
引張り力Ｗが有効に低減されるのである。

【００１５】上記のようにリード導体を曲げる場合、図
３に示すように、リード導体の曲げ起点１１を樹脂ベー
ス薄体端部４１０とリード導体１との接合界面または樹
脂カバー薄体端部４２０とリード導体１との接合界面に
位置させることができ、而して、樹脂カバー薄体４２の
リード導体１に溶着または接着された端部４２０を可溶
合金体２側に至るほど薄くしたり、樹脂ベース薄体４１
のリード導体１に溶着または接着された端部４１０を可
溶合金体２と反対側に至るほど薄くすることができる。

【００１６】本発明に係る薄型ヒューズにおいては、ヒ
ートサイクル中に可溶合金体とリード導体との接合部に
作用する引張り力を低減してその接合部を安定に維持で
き、特に図２や図３に示すように、リード導体１の先端
角部１２を可溶合金体２に食い込ませるように可溶合金
体２とリード導体１とを接合すれば（可溶合金体側のみ
を溶融させて溶着する）、温度ヒューズの作動時、溶融
した可溶合金体をフラックスの活性力のもとでリード導
体先端部の両面に濡れ拡げさせて溶融合金を迅速に溶断
させることができ、前記の安定維持と相俟って温度ヒュ
ーズの作動性を向上できる。

【００１７】上記ヒートサイクルにより、図４におい
て、樹脂ベース薄体端部４１０とリード導体１との接合
界面及び樹脂カバー薄体端部４２０とリード導体１との
接合界面にそれぞれ剪断応力が発生し、樹脂の熱膨張係
数をα、樹脂の弾性率をｅ、樹脂ベース薄体端部４１０
４１０の厚みをｔ、樹脂カバー薄体端部４２０の厚みを
ｔ’、リード導体の熱膨張係数をβ、リード導体の弾性
率をＥ、リード導体の厚みをｓとすれば、上昇温度をＴ
として、樹脂ベース薄体端部とリード導体との接合界面
に作用する剪断応力τは

【数８】 τ＝ｔ（β−α）Ｔ／〔（１／ｅ）＋（ｔ＋ｔ’）／（ｓＥ）〕 （８） で与えられ、樹脂カバー薄体端部とリード導体との接合
界面に作用する剪断応力τ’は

【数９】 τ’＝ｔ’（β−α）Ｔ／〔（１／ｅ）＋（ｔ＋ｔ’）／（ｓＥ）〕 （９） で与えられる。

【００１８】これらの剪断応力が大き過ぎると、ヒート
サイクルによる界面剥離が生じるに至るから、これらの
剪断応力を小さくするために、樹脂ベース薄体の端部の
厚みｔまたは樹脂カバー薄体の端部の厚みｔ’の何れか
またはその双方を各樹脂薄体４１，４２のフラックス付
き可溶合金体側の厚みＳの０．２〜０．７倍とするこ
と、またはリード導体Ｓの厚みＳの０．１〜１．５倍と
とすることが好ましい。

【００１９】上記温度ヒューズを製造するには、（１）
両帯状リード導体間に可溶合金片を接続し、この可溶合
金片にフラックスを塗布し、このフラックス塗布可溶合
金片と両帯状リード導体端部とをベース樹脂薄体と膨出
曲面のカバー樹脂薄体とで挾み、これらの両樹脂薄体の
周囲に沿い薄体面同士及び薄体面と導体面との間を熱圧
着、超音波溶接、高周波溶接、ホットメルト接着剤等に
より接着するか、または（２）両帯状リード導体間に可
溶合金片を接続し、この可溶合金片にフラックスを塗布
し、このフラックス塗布可溶合金片と両帯状リード導体
端部とをベース樹脂薄体と平坦なカバー樹脂薄体とで挾
み、これらの両樹脂薄体の周囲に沿い薄体面同士及び薄
体面と導体面との間を熱圧着、超音波溶接、高周波溶
接、ホットメルト接着剤等により接着すると同時にカバ
ー樹脂薄体を膨出曲面状に成形することができる。

【００２０】本発明に係る薄型ヒュ−ズのベ−ス樹脂薄
体やカバ−樹脂薄体には、厚み１００μｍ〜５００μｍ
程度のプラスチックフィルム、ポリエチレンテレフタレ
−ト、ポリアミド、ポリイミド、ポリブチレンテレフタ
レ−ト、ポリフェニレンオキシド、ポリエチレンサルフ
ァイド、ポリサルホン等のエンジニアリングプラスチッ
ク、ホリアセタ−ル、ポリカ−ボネ−ト、ポリフェニレ
ンスルフィド、ポリオキシベンゾイル、ポリエ−テルエ
−テルケトン、ポリエ−テルイミド等のエンジニアリン
グプラスチックやポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポ
リメチルメタクリレ−ト、ポリ塩化ビニリデン、ポリテ
トラフルオロエチレン、エチレンポリテトラフルオロエ
チレン共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶ
Ａ）、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、アイオノマ−、ＡＡＳ樹
脂、ＡＣＳ樹脂等のフィルムを使用できる。

【００２１】また、帯状リ−ド導体には、上記のフィル
ムよりも薄い厚み５０μｍ〜３００μｍ程度の例えば、
ニッケル、銅、ステンレス帯体を使用でき、可溶合金片
との溶接性に優れた金属をめっき、またはクラッド等に
よる複合化することもできる。

【００２２】また、可溶合金片には、線径２００〜５０
０μｍφの所定融点の可溶合金体の扁平化帯が使用さ
れ、融点は機器の保護温度に応じて選定されるが、通
常、固相線温度が８０℃〜１２０℃、固相線温度が８０
℃〜１２０℃である合金が使用される。例えばＩｎ３０
〜７５重量％、Ｓｎ５〜５０重量％、Ｃｄ０．５〜２５
重量％の合金、更にこの合金組成にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、
Ａｌ、Ｂｉのうちの１種または２種以上を合計０．１〜
５重量％添加した合金、Ｂｉ４８〜５３重量％、Ｐｂ２
８〜３３重量％、Ｓｎ１３〜１９重量％の合金、Ｉｎ
０．５〜４重量％、Ｂｉ５０〜５４重量％、Ｐｂ３０〜
３４重量％、Ｓｎ１４〜１８重量％の合金等を使用でき
る。

【００２３】また、フラックスには、天然ロジン、変性
ロジン（水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン等）及
びこれらの精製ロジンにジエチルアミンの塩酸塩、ジエ
チルアミンの臭化水素酸塩等を添加したものを使用でき
る。

【００２４】なお、上記実施例は温度ヒューズについて
のものであるが、本発明は温度ヒューズに限定されるも
のではなく、電流ヒューズにも適用できる。

【００２５】

【実施例】〔実施例〕図１に示す構成の薄型ヒューズで
あり、ベース樹脂薄体４１及びカバー樹脂薄体４２に厚
さ２００μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム
を、帯状リード導体１に厚さ１５０μｍ、巾３ｍｍ、長
さ２０ｍｍの銅導体を、可溶合金片２に長さ４ｍｍ、外
径３００μｍ、共晶温度１２７℃のはんだ線の扁平化帯
を、フラックスに天然ロジンを使用し、カバー樹脂薄体
４２の膨出曲面の高さａを７００μｍ、ヒューズ本体部
の長さｂを１０ｍｍ、巾ｃを５ｍｍにした。樹脂薄体４
１，４２周囲の封止は、枠状のヒートプレートを用いて
ヒートシールにより行った。

【００２６】〔比較例〕カバー樹脂薄体４２の膨出形状
を図５の（ロ）に示す台形とし、台形高さａ’を７００
μｍにした以外、実施例に同じとした。

【００２７】これらの実施例品及び比較例品について
（各試料数５０箇）、常温−１００℃のヒートサイクル
１０００回後に、通電試験により可溶合金体とリード導
体との接合部の破損の有無を検査したところ、実施例で
は全く破損が認められなかったが、比較例では３０箇中
４箇に導通不良が観られ、破損率が１３％であった。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、一対のリード導体間に接続さ
れたフラックス付き可溶合金体が上下の樹脂薄体に挾ま
れ、一方の樹脂薄体の膨出部内にフラックス付き可溶合
金体が収容され、上下樹脂薄体の周囲端部が溶着または
接着されてなる薄型ヒューズにおいて、樹脂カバー薄体
を膨出曲面にするだけで、ヒートサイクルのもとで可溶
合金体とリード導体との接合部に作用する引張り力を低
減でき、さらに、薄体端部を薄くするだけでリード導体
と各薄体端部との接合界面に作用する剪断力を低減でき
る。したがって、薄型ヒューズの耐ヒートサイクル性を
簡易な構成で向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄型ヒューズの一実施例を示す図
面である。

【図２】本発明の上記とは別の実施例の要部を示す図面
である。

【図３】本発明の上記とは別の実施例の要部を示す図面
である。

【図４】本発明の上記とは別の実施例の要部を示す図面
である。

【図５】従来の薄型ヒューズを示す図面である。

【符号の説明】

１ リード導体 ２ 可溶合金体 ３ フラックス ４１ 樹脂薄体 ４２ 樹脂薄体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対のリード導体間に接続されたフラック
   ス付き可溶合金体が上下の樹脂薄体に挾まれ、一方の樹
   脂薄体に形成された曲面膨出部内にフラックス付き可溶
   合金体が収容され、上下樹脂薄体の周囲端部が溶着また
   は接着されていることを特徴とする薄型ヒューズ。
2. 【請求項２】他方の樹脂薄体の内面上のリード導体部分
   が一方の樹脂薄体側に向け曲げられている請求項１記載
   の薄型ヒューズ。
3. 【請求項３】一方の樹脂薄体のリード導体に溶着または
   接着された端部が可溶合金体側に至るほど薄くされてい
   る請求項２記載の薄型ヒューズ。
4. 【請求項４】他方の樹脂薄体の内面上のリード導体部分
   が当該内面に固着されている請求項１記載の薄型ヒュー
   ズ。
5. 【請求項５】上下樹脂薄体の少なくとも一方の樹脂薄体
   のリード導体に溶着または接着された端部の厚みがその
   樹脂薄体のフラックス付き可溶合金体側の厚みの０．２
   〜０．７倍とされている請求項１〜４何れか記載の薄型
   ヒューズ。
6. 【請求項６】上下樹脂薄体の少なくとも一方の樹脂薄体
   のリード導体に溶着または接着された端部の厚みがリー
   ド導体の厚みの０．１〜１．５倍とされている請求項１
   〜５何れか記載の薄型ヒューズ。
7. 【請求項７】リード導体と可溶合金体とがリード導体端
   角部が可溶合金体に食い込むように接合されている請求
   項１〜６何れか記載の薄型ヒューズ。