JP2012226932A - 温度ヒューズおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、大電流での使用が可能となる温度ヒューズおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の温度ヒューズは、平板状の第１、第２の金属端子１１，１２と、前記第１の金属端子１１の一端部１１ａの上面に形成された第１の可溶合金１３と、前記第２の金属端子１２の一端部１２ａの上面に形成された第２の可溶合金１４と、前記第１の可溶合金１３の上面と第２の可溶合金１４の上面の間に形成された平板状の可動金属１５とを備え、前記可動金属１５に前記可動金属１５を前記第１、第２の金属端子１１，１２と平行な方向に引張るコイルバネ１６を接続し、前記第１、第２の可溶合金１３，１４が溶融した際に前記コイルバネ１６の弾性力による収縮で前記可動金属１５を移動させ前記可動金属１５と第２の金属端子１２間を絶縁するようにしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、過昇温による機器の損傷を防止するために使用される薄型の温度ヒューズおよびその製造方法に関するものである。

従来のこの種の温度ヒューズは、図８に示すように、一対の金属端子１，２と、上面に前記一対の金属端子１，２のそれぞれの一端部が配置された第１の絶縁フィルム３と、前記一対の金属端子１，２の一端部間に橋設された可溶合金４と、前記可溶合金４を覆うように一部が前記一対の金属端子１，２の上面に配置され、かつ前記第１の絶縁フィルム３に固着された第２の絶縁フィルム５とを備えた構成としていた。また、前記可溶合金４の周囲にはフラックス６が塗布されていた。そして、この温度ヒューズは、周囲の温度が所定の温度に達すると、可溶合金４が溶融し、金属端子１，２間の導通を遮断して電子機器等を保護するようにしていた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開平１１−３５３９９５号公報

上記した従来の温度ヒューズにおいては、大電流に対応できない可能性があるという課題を有していた。

すなわち、可溶合金４に大電流が流れると可溶合金４の自己発熱で可溶合金４が溶融する場合があるため、可溶合金４の抵抗値を低くする必要があるが、可溶合金４の抵抗値を低くするために可溶合金４の断面積を大きくすると、薄型化に対応できずかつ過昇温が発生しても溶融しない可能性があり、また、可溶合金４の抵抗値を低くするために一対の金属端子１，２の一端部間距離を小さくして可溶合金４の長さを短くすると、可溶合金４の溶融後も、一対の金属端子１，２の一端部間で再導通する可能性があった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、大電流での使用が可能な温度ヒューズおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、平板状の第１、第２の金属端子と、前記第１の金属端子の一端部の上面に形成された第１の可溶合金と、前記第２の金属端子の一端部の上面に形成された第２の可溶合金と、前記第１の可溶合金の上面と第２の可溶合金の上面の間に形成された平板状の可動金属とを備え、前記可動金属に前記可動金属を前記第１、第２の金属端子と平行な方向に引張る弾性部材を接続し、前記第１、第２の可溶合金が溶融した際に前記弾性部材の弾性力で前記可動金属を移動させ前記可動金属と第２の金属端子間を絶縁するようにしたもので、この構成によれば、第１の金属端子と第２の金属端子との間に可溶合金を介して可動金属を形成しているため、可溶合金の電流が流れる長さを短くすることができ、これにより、可溶合金の断面積を大きくしなくても可溶合金の抵抗値を低くすることができるため、大電流が流れても可溶合金の自己発熱で可溶合金が溶融する可能性を低減することができる。さらに、可溶合金の電流が流れる長さが短くなっても、弾性部材の弾性力で強制的に可動金属を移動するようにしているため、可溶合金の溶融後、第１の金属端子と第２の金属端子との間で再導通することはなくなるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、第１の金属端子の一部に上方に突出する突出部を形成するとともに、可動金属の一端部に貫通孔を形成し、弾性部材を前記突出部と貫通孔に取り付けるようにしたもので、この構成によれば、弾性部材を可動金属に溶接する必要もなく、容易に弾性部材を取り付けることができるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、第１の可溶合金の溶融温度を第２の可溶合金の溶融温度より高くしたもので、この構成によれば、第２の可溶合金が溶融した後で第１の可溶合金が溶融することになるため、弾性部材による第１の金属端子が取り付けられている基板に対する応力は第１の可溶合金、第１の金属端子を介して作用することになり、さらに第１の金属端子の一部に弾性部材を取り付けているため、弾性部材による基板に対する応力は小さくて済むため、基板から第１の金属端子が剥離するのを防止できるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１記載の温度ヒューズにおいて、可動金属を固体状の第１、第２の可溶合金に載置した後、前記可動金属を超音波振動させて可溶合金を溶融し、前記可動金属と第１、第２の金属端子とを前記第１、第２の可溶合金を介して接続するようにしたもので、この製造方法によれば、請求項１に記載の構成を容易に実現できるという作用効果が得られるものである。

以上のように本発明の温度ヒューズは、可動金属に前記可動金属を第１、第２の金属端子と平行な方向に引張る弾性部材を接続し、前記第１、第２の可溶合金が溶融した際に前記弾性部材の弾性力で前記可動金属を移動させ前記可動金属と第２の金属端子間を絶縁するようにしているため、第１の金属端子と第２の金属端子との間に可溶合金を介して可動金属を形成していることになり、これにより、可溶合金の電流が流れる長さを短くすることができるため、可溶合金の断面積を大きくしなくても可溶合金の抵抗値を低くすることができ、この結果、大電流が流れても可溶合金の自己発熱で可溶合金が溶融する可能性を低減することができる。さらに、可溶合金の電流が流れる長さが短くなっても、弾性部材の弾性力で強制的に可動金属を移動するようにしているため、可溶合金の溶融後、第１の金属端子と第２の金属端子との間で再導通することはなくなるという優れた効果を奏するものである。

本発明の一実施の形態における温度ヒューズの側面図 同温度ヒューズの一部省略斜視図 同温度ヒューズの主要部の上面図 同温度ヒューズの主要部の側面図 同温度ヒューズの他の例を示す側面図 同温度ヒューズの他の主要部の斜視図 同温度ヒューズの動作後の側面図 従来の温度ヒューズの断面図

以下、本発明の一実施の形態における温度ヒューズについて、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における温度ヒューズの側面図、図２は同温度ヒューズの一部省略斜視図である。

本発明の一実施の形態における温度ヒューズは、図１、図２に示すように、平板状の第１、第２の金属端子１１，１２と、前記第１の金属端子１１の一端部１１ａの上面に形成された第１の可溶合金１３と、前記第２の金属端子１２の一端部１２ａの上面に形成された第２の可溶合金１４と、前記第１の可溶合金１３の上面と第２の可溶合金１４の上面の間に形成された平板状の可動金属１５とを備え、前記可動金属１５に前記可動金属１５を前記第１、第２の金属端子１１，１２と平行な方向に引張る弾性部材１６としてのコイルバネを接続した構成となっている。そして、第１、第２の金属端子１１，１２の一端部１１ａ，１２ａ、第１、第２の可溶合金１３，１４、可動金属１５、コイルバネ１６は、絶縁性の基板１７およびカバー１８とによって密封されている。なお、図１では、カバー１８の側面を省略し、図２では、基板１７、カバー１８を省略している。

上記構成において、前記第１の金属端子１１および第２の金属端子１２は、銅等の導電性の良い金属により平板状に構成され、かつ第１、第２の可溶合金１３，１４に接合される一端部１１ａ，１２ａと、外方へ突出する他端部１１ｂ，１２ｂとを有している。さらに、第１、第２の金属端子１１，１２はそれぞれ、基板１７の上面に所定の間隔をおいて設けられている。そして、第１の金属端子１１および第２の金属端子１２の表面には、他端部１１ｂ，１２ｂを除いてはんだめっき、錫めっきなどが施されている。

また、前記第１の可溶合金１３および第２の可溶合金１４は、錫、ビスマス、インジウムなどのうち２つ以上の金属の合金により構成され、それぞれ第１の金属端子１１の一端部１１ａの上面、第２の金属端子１２の一端部１２ａの上面に形成されている。そして、第１の可溶合金１３の溶融温度および第２の可溶合金１４の溶融温度は略同じになっている。

そして、前記可動金属１５は、銅等の可溶合金１３，１４よりも導電性の良い金属により平板状に構成され、第１の可溶合金１３の上面と第２の可溶合金１４の上面の間、すなわち、可動金属１５の両端部１５ａ、１５ｂがそれぞれ第１の可溶合金１３の上面、第２の可溶合金１４の上面に接続されている。この構成により、第１の金属端子１１の一端部１１ａの上面と第２の金属端子１２の一端部１２ａの上面との間に、第１、第２の可溶合金１３，１４を介して可動金属１５が形成される。また、第１、第２の金属端子１１，１２、第１、第２の可溶合金１３，１４、可動金属１５の幅は略同じになっている。

そしてまた、前記コイルバネ１６は、ステンレス等の金属をコイル状に加工した弾性部材で、伸びた状態、すなわち自然長よりも長くなった状態で引張り続けるように固定する。なお、このコイルバネ１６は、第１、第２の金属端子１１，１２と平行な方向（第１、第２の金属端子１１，１２の延出方向）に可動金属１５を引張るようになっている。そして、第１、第２の可溶合金１３，１４が溶融すると、コイルバネ１６はその弾性力によって収縮して可動金属１５を第１の金属端子１１の他端部１１ｂの方向に引張り、可動金属１５と第２の金属端子１２との間を絶縁させるようになっている。さらに、このときのコイルバネ１６の長さは、その自然長と伸びた状態の長さとの差が、第１、第２の可溶合金１３，１４の溶融後（自然長に戻ったとき）に可動金属１５と第２の金属端子１２の一端部１２ａとの間で再導通が起きないような長さにする。なお、弾性部材１６としてはコイルバネ以外の板バネ等を用いてもよい。

また、コイルバネ１６の一端部をカバー１８の内壁に固定し、他端部を可動金属１５の端面に溶接する。

なお、図３、図４に示すように、第１の金属端子１１の一部を上方に突出する突出部１１ｃを形成するとともに、図５に示すように、可動金属１５の一端部１５ａに貫通孔１９を形成し、コイルバネ１６を前記突出部１１ｃと貫通孔１９に取り付けるようにしてもよい。

このとき、第１の金属端子１１の一部に長手方向の切込みを入れてこれを上方に起こすことにより突出部１１ｃを形成する。また、コイルバネ１６は図６に示すように、一端部を突出部１１ｃに引っ掛けるようにリング状にし、他端部を貫通孔１９に引っ掛けるようにフック状にする。このようにすれば、コイルバネ１６の両端部を突出部１１ｃや貫通孔１９に引っ掛けるだけであるため、溶接等の手間が不要でコイルバネ１６の取り付けが容易になる。

さらにこの場合、第１の可溶合金１３の溶融温度を第２の可溶合金１４の溶融温度より高くしてもよい。この構成により、第２の可溶合金１４が溶融した後で第１の可溶合金１３が溶融することになるため、第２の可溶合金１４の溶融後のコイルバネ１６の引張る力による基板１７に対する応力は第１の可溶合金１３、第１の金属端子１１のみを介して作用することになり、さらにこの第１の金属端子１１（突出部１１ｃ）に当該コイルバネ１６を取り付けているため、コイルバネ１６の引張る力による第１の金属端子１１が基板１７に及ぼす応力は小さくなり、基板１７から第１の金属端子１１が剥離するのを防止できる。すなわち、他方の可溶合金が溶融してコイルバネ１６の引張る力による基板１７に対する応力は２倍になるが、コイルバネ１６が取り付けられている金属端子に形成された可溶合金の溶融温度を高くすれば、コイルバネ１６の引張る力による基板１７に対する応力は小さくなる。

なお、図３に示すように、突出部１１ｃに切欠部２０を形成すれば、コイルバネ１６のリング状になった部分を引っ掛け易く、かつ外れにくくなる。また、図１〜図５において、コイルバネ１６を構成する金属線の長さが長く径も小さいため、その抵抗値は第１の金属端子１１、第１の可溶合金１３の抵抗値より高く、これにより、第１の金属端子１１や第１の可溶合金１３とコイルバネ１６が接触してもコイルバネ１６に電流が流れる可能性は小さい。

さらに、前記基板１７は、樹脂、セラミック等の絶縁材料で形成され、板状に構成されている。

そして、前記カバー１８は、樹脂、セラミック等の絶縁材料で構成され、その側壁の下面が第１、第２の金属端子１１，１２または基板１７の上面に接着剤等で接着されている。これにより、カバー１８の内部の第１、第２の金属端子１１，１２の一端部１１ａ，１２ａ、第１、第２の可溶合金１３，１４、可動金属１５、コイルバネ１６を保護している。

次に、本発明の一実施の形態における温度ヒューズの動作について説明する。

通常は、第１の金属端子１１と第２の金属端子１２間に電流が流れているが、電子機器等が異常発熱した場合、まず第１、第２の可溶合金１３，１４が所定の温度になると溶融し、これにより、第１、第２の可溶合金１３，１４によって第１、第２の金属端子１１，１２と接続、固定されていた可動金属１５が接続状態から開放され移動可能な状態になり、そして、図７に示すように自身の弾性力による収縮でコイルバネ１６が自然長に戻ることにより強制的に可動金属１５を第１の金属端子１１側に移動させ、これにより、第２の金属端子１２と可動金属１５、第１の金属端子１１との間での導通を遮断し、電子機器等を保護する。すなわち、第１、第２の可溶合金１３，１４の溶融とコイルバネ１６の収縮力によって電流が流れるのを遮断する。

次に、本発明の一実施の形態における温度ヒューズの製造方法について説明する。

まず、平板状の第１、第２の金属端子１１，１２および可動金属１５を用意した後、図３、図４に示すように、第１の金属端子１１の一部に打ち抜き、プレス加工等により切込みを入れてこれを上方に起こし突出部１１ｃを形成する。さらに、可動金属１５の一端部１５ａにパンチング、切削等により貫通孔１９をあけておく。

次に、基板１７の上面に、その一端部１１ａ、１２ａ同士が向かい合うように一定の間隔をおいて第１、第２の金属端子１１，１２を載置する。

次に、第１の金属端子１１の一端部１１ａの上面に固体の状態の第１の可溶合金１３を、第２の金属端子１２の一端部１２ａの上面に固体の状態の第２の可溶合金１４をそれぞれ載せる。

次に、第１、第２の可溶合金１３，１４の上面に可動金属１５の両端部１５ａ、１５ｂをそれぞれ載せ、その後、可動金属１５を一定時間超音波振動等によって振動させて、そのとき発生する可動金属１５と第１、第２の可溶合金１３，１４との摩擦熱で第１、第２の可溶合金１３，１４を溶融させる。そして、振動を停止して第１、第２の可溶合金１３，１４を再度固化し、可動金属１５と第１、第２の金属端子１１，１２とを第１、第２の可溶合金１３，１４を介して接続する。このとき、可溶合金１３，１４の周囲にはロジンからなるフラックスを塗布してもよい。このような方法を用いれば、容易に可動金属１５と第１、第２の金属端子１１，１２とを接合できる。

次に、図６に示すように、一端部をリング状にし、他端部をフック状にしたコイルバネ（弾性部材）１６を用意する。そして、図５に示すように、コイルバネ１６を伸ばした状態でその一端部のリング状の部分を第１の金属端子１１の突出部１１ｃに引っ掛け、かつその他端部の下方に折り曲がった部分を貫通孔１９に引っ掛けるようにし、コイルバネ１６を固定する。

最後に、カバー１８を第１、第２の金属端子１１，１２または基板１７の上面に接着剤等で接着し、カバー１８内部の第１、第２の金属端子１１，１２の一端部１１ａ，１２ａ、第１、第２の可溶合金１３，１４、可動金属１５、コイルバネ１６を保護する。

上記のように本発明の一実施の形態における温度ヒューズは、可動金属１５に可動金属１５を第１、第２の金属端子１１，１２と平行な方向に引張るコイルバネ１６を接続し、前記第１、第２の可溶合金１３，１４が溶融した際にコイルバネ１６の弾性力による収縮で前記可動金属１５を移動させ可動金属１５と第２の金属端子１２間を絶縁するようにしているため、第１の金属端子１１と第２の金属端子１２との間に可溶合金１３，１４を介して可動金属１５を形成していることになり、これにより、可溶合金１３，１４の電流が流れる長さを短くする（厚みを薄くする）ことができるため、可溶合金１３，１４の断面積を大きくしなくても可溶合金１３，１４の抵抗値を低くすることができ、この結果、大電流が流れても可溶合金１３，１４の自己発熱で可溶合金１３，１４が溶融する可能性を低減することができる。さらに、可溶合金１３，１４の電流が流れる長さが短くなっても、コイルバネ１６の弾性力による収縮で強制的に可動金属１５を移動するようにしているため、可溶合金１３，１４の溶融後、第１の金属端子１１と第２の金属端子１２との間で再導通することはなくなるという効果が得られるものである。

すなわち、可溶合金１３，１４の断面積を大きくせず、かつ可溶合金１３，１４の溶融後に第１の金属端子１１と第２の金属端子１２との間で導通する可能性を低減させながら可溶合金１３，１４の長さを短くすることができるため、可溶合金１３，１４の抵抗値を低くすることができるため、大電流が流れても第１、第２の可溶合金１３，１４の自己発熱による熱で第１、第２の可溶合金１３，１４自身が溶断することはない。

また、コイルバネ１６が可動金属１５を第１、第２の金属端子１１，１２と平行な方向に引張るようにしているため、温度ヒューズを薄形化することができる。

さらに、弾性部材１６として圧縮コイルバネを用いて、可溶合金１３，１４溶融後にその弾性力で伸びるようにしてもよいが、この場合、第１の金属端子１１や第１の可溶合金１３とコイルバネ１６とが導通して電流を完全に遮断できない可能性があり好ましくなく、一方、本発明のように、コイルバネ１６を伸ばし、可溶合金１３，１４溶融後にその弾性力で縮むようにすれば、コイルバネ１６が第２の金属端子１２等に導通することはないため、電流を完全に遮断できる。

本発明に係る温度ヒューズおよびその製造方法は、大電流での使用が可能となるという効果を有するものであり、特に、過昇温による機器の損傷を防止するために使用される温度ヒューズ等において有用となるものである。

１１ 第１の金属端子
１１ａ 第１の金属端子の一端部
１１ｃ 第１の金属端子の突出部
１２ 第２の金属端子
１２ａ 第２の金属端子の一端部
１３ 第１の可溶合金
１４ 第２の可溶合金
１５ 可動金属
１６ 弾性部材（コイルバネ）
１９ 貫通孔

Claims (4)

1. 平板状の第１、第２の金属端子と、前記第１の金属端子の一端部の上面に形成された第１の可溶合金と、前記第２の金属端子の一端部の上面に形成された第２の可溶合金と、前記第１の可溶合金の上面と第２の可溶合金の上面の間に形成された平板状の可動金属とを備え、前記可動金属に前記可動金属を前記第１、第２の金属端子と平行な方向に引張る弾性部材を接続し、前記第１、第２の可溶合金が溶融した際に前記弾性部材の弾性力で前記可動金属を移動させ前記可動金属と第２の金属端子間を絶縁するようにした温度ヒューズ。
2. 第１の金属端子の一部に上方に突出する突出部を形成するとともに、可動金属の一端部に貫通孔を形成し、弾性部材を前記突出部と貫通孔に取り付けるようにした請求項１記載の温度ヒューズ。
3. 第１の可溶合金の溶融温度を第２の可溶合金の溶融温度より高くした請求項２記載の温度ヒューズ。
4. 請求項１記載の温度ヒューズにおいて、可動金属を固体状の第１、第２の可溶合金に載置した後、前記可動金属を超音波振動させて可溶合金を溶融し、前記可動金属と第１、第２の金属端子とを前記第１、第２の可溶合金を介して接続するようにした温度ヒューズの製造方法。

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