JP2015022827A - Temperature fuse - Google Patents

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浩史 冨田
Hiroshi Tomita
浩史 冨田
幸人 石川
Yukito Ishikawa
幸人 石川
中村 健吾
Kengo Nakamura
健吾 中村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature fuse that enables even a decrease in size without degrading shielding characteristics even when an increase in current is coped with.SOLUTION: A temperature fuse comprises: a pair of metal terminals 12 made of metal plates and oppositely arranged with a space between the leading end parts 13 of the metal terminals 12; and a fusible body 14 joined by being bridged between the leading end parts 13 of the metal terminals 12. Each metal terminal 12 includes a main part 17 and a wet spread preventing part 19 formed on the opposite faces 18 of the metal terminals 12. The wet spread preventing part 19 is made of a material inferior in the wettability of the fusible body 14 that has been fused, to the metal material composing the main part 17.

Description

本発明は、リチウムイオン電池等の過熱保護に用いられる薄型温度ヒューズに関するものである。   The present invention relates to a thin thermal fuse used for overheat protection of a lithium ion battery or the like.

近年、携帯電話、ノートパソコン等の携帯機器に高容量のリチウムイオン、リチウムポリマー等の二次電池を用いたパック電池が多く用いられている。   In recent years, pack batteries using secondary batteries such as high-capacity lithium ions and lithium polymers have been frequently used for portable devices such as mobile phones and notebook computers.

これらの二次電池はエネルギー密度が高く、過充電や急激な放電時に異常発熱する可能性があるため、パック電池の電池缶に抵抗溶接、スポット溶接等で温度ヒューズを取り付け、異常発熱を感知し回路を遮断するようにしている。   Since these secondary batteries have high energy density and may generate abnormal heat when overcharged or suddenly discharged, a temperature fuse is attached to the battery can of the battery pack by resistance welding or spot welding to detect abnormal heat generation. The circuit is cut off.

そして、このようなパック電池の薄型化、小型化が進む中、温度ヒューズに対しても薄型化、小型化の要望が強くなってきている。   As such battery packs become thinner and smaller, there is a growing demand for thinner and smaller thermal fuses.

この要望に対して、図6のように、対向する金属板からなる端子1間に可溶合金2を橋絡させて接合し、これらをベースフィルム3とカバーフィルム4とで挟んで封止した温度ヒューズが用いられている。   In response to this demand, as shown in FIG. 6, the fusible alloy 2 is bridged and joined between the terminals 1 made of opposing metal plates, and these are sealed by being sandwiched between the base film 3 and the cover film 4. Thermal fuse is used.

なお、この出願の発明に関連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。   As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.

特開2002−42621号公報JP 2002-42621 A

携帯機器のさらなる高性能化が進む中、温度ヒューズに対して大電流化の要望が強くなってきており、従来の電流値の2〜4Aから4〜10Aへの大電流化が求められてきている。   As the performance of portable devices continues to increase, there is a growing demand for higher currents for thermal fuses, and there has been a demand for higher currents from 2-4A to 4-10A. Yes.

温度ヒューズにおいて大電流化に対応しようとすると、温度ヒューズの電気抵抗を小さくすることが必要であり、温度ヒューズの中でも端子の電気抵抗を小さくすることが重要である。   In order to cope with a large current in the thermal fuse, it is necessary to reduce the electrical resistance of the thermal fuse, and it is important to reduce the electrical resistance of the terminal among the thermal fuses.

通常、パック電池の電池缶には耐腐食性が高いニッケル材が用いられているため、この電池缶に溶接接続する温度ヒューズの端子にも溶接を容易にするためにニッケル材が用いられており、温度ヒューズの大電流化には、端子の材料をニッケル材よりも導電率が大きい材料にして電気抵抗を小さくすることが考えられ、導電率が大きい材料としては銅材が挙げられる。   Usually, nickel material with high corrosion resistance is used for the battery can of the battery pack, so that the nickel material is also used for the terminal of the thermal fuse that is welded to the battery can to facilitate welding. In order to increase the current of the thermal fuse, it is conceivable to reduce the electrical resistance by making the terminal material a material having a higher conductivity than that of the nickel material, and a material having a high conductivity includes a copper material.

しかし、上記従来の温度ヒューズの構成では、銅材はニッケル端子に比べて溶融した可溶合金の濡れ性がよく、端子の対向面に溶融した可溶合金が濡れ拡がって、対向した端子間に溶融した可溶合金が留まりやすくなるために、温度ヒューズの遮断特性を悪くする可能性があり小型化ができないという問題があった。   However, in the above-described conventional thermal fuse configuration, the copper material has better wettability of the molten alloy compared to the nickel terminal, and the molten alloy melts on the opposing surface of the terminal and spreads between the opposing terminals. Since the molten fusible alloy is likely to stay, there is a problem that the breaking characteristic of the thermal fuse may be deteriorated and the miniaturization cannot be performed.

本発明はこれらの課題を解決するもので、大電流化に対応しても遮断特性を悪化させることなく小型化をも可能とした温度ヒューズの提供を目的としている。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves these problems, and an object of the present invention is to provide a thermal fuse that can be downsized without deteriorating the breaking characteristics even when the current is increased.

本発明は上記課題を解決するために、金属板からなり先端部間に間隔を空けて対向配置した一対の金属端子と、金属端子の先端部間に橋絡させて接合した可溶体とを備え、金属端子は、主要部と金属端子の対向面に形成された濡れ拡がり防止部とからなり、濡れ拡がり防止部は、主要部を構成する金属材料よりも溶融した可溶体の濡れ性が悪い材料で構成したものである。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention includes a pair of metal terminals made of a metal plate and arranged to face each other with a gap between the tip portions, and a fusible body joined by bridging between the tip portions of the metal terminals. The metal terminal is composed of a main part and a wetting and spreading preventing part formed on the opposing surface of the metal terminal, and the wetting and spreading preventing part is a material in which the fusible material melted is worse than the metal material constituting the main part. It is composed of

上記構成により、金属端子は、主要部と金属端子の対向面に形成された濡れ拡がり防止部とからなり、濡れ拡がり防止部は、主要部を構成する金属材料よりも溶融した可溶体の濡れ性が悪い材料で構成したので、一対の金属端子の対向面に、溶融した可溶体の濡れ拡がりが悪い面が形成されるため、金属端子の主要部に溶融した可溶合体と濡れ性のよい例えば銅材を用いても、温度ヒューズの遮断特性を損なうことなく大電流化に対応することができ、さらには対向した一対の金属端子の間隔を小さくして小型化を可能とすることができる。   With the above configuration, the metal terminal is composed of a main part and a wetting and spreading preventing part formed on the opposing surface of the metal terminal, and the wetting and spreading preventing part is a wettability of a fusible material melted from the metal material constituting the main part. However, because the surface of the pair of metal terminals facing the pair of metal terminals has a poor wet-spread surface of the melted soluble body, it has good wettability with the melted coalescence of the main part of the metal terminal. Even when a copper material is used, it is possible to cope with an increase in current without impairing the interruption characteristics of the thermal fuse, and further, the distance between a pair of metal terminals facing each other can be reduced to enable miniaturization.

本発明の一実施の形態における温度ヒューズの上面平面図1 is a top plan view of a thermal fuse in an embodiment of the present invention. 図1におけるA−A線の側面断面図Side surface sectional view of the AA line in FIG. 図2におけるC部拡大断面図Section C enlarged sectional view in FIG. 本発明の一実施の形態における別の温度ヒューズの側面拡大断面図The side expanded sectional view of another thermal fuse in one embodiment of the present invention 本発明の一実施の形態における別の温度ヒューズの側面拡大断面図The side expanded sectional view of another thermal fuse in one embodiment of the present invention 従来の温度ヒューズの側面断面図Side sectional view of a conventional thermal fuse

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。   Hereinafter, a thermal fuse in an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態における温度ヒューズの上面平面図、図2は図1におけるA−A線の側面断面図、図3は図2におけるC部の拡大断面図であり、本発明の一実施の形態の温度ヒューズは、厚さが0.1mmのポリエチレンナフタレートからなる板状の第一の絶縁フィルム11の上面に、厚さが0.1mmの金属板からなる一対の金属端子12がその先端部13に間隔を空けて対向配置され、対向する金属端子12の先端部13側を第一の絶縁フィルム11に載せて熱融着等により固着されている。   1 is a top plan view of a thermal fuse according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged sectional view of a portion C in FIG. A thermal fuse according to an embodiment of the present invention includes a pair of metals made of a metal plate having a thickness of 0.1 mm on the upper surface of a plate-like first insulating film 11 made of polyethylene naphthalate having a thickness of 0.1 mm. The terminal 12 is disposed opposite to the front end portion 13 with a space therebetween, and the front end portion 13 side of the opposing metal terminal 12 is placed on the first insulating film 11 and fixed by heat fusion or the like.

この金属端子12の先端部13間には、所定の温度で溶融するSn−In−Bi合金からなる可溶体14が先端部13を跨るように載せられ、レーザー溶接等で溶着されて、一対の金属端子12の先端部13間に可溶体14が橋絡されている。   Between the front end portions 13 of the metal terminals 12, a fusible body 14 made of an Sn-In-Bi alloy that melts at a predetermined temperature is placed so as to straddle the front end portion 13, and is welded by laser welding or the like. A fusible body 14 is bridged between the front end portions 13 of the metal terminals 12.

この可溶体14の周りには、可溶体14が所定の温度で溶融したときに、溶融した可溶体14が表面張力により球状化して溶断することを促進するフラックス15が塗布されている。   Around the fusible body 14, a flux 15 is applied to promote melting of the melted fusible body 14 due to surface tension when the fusible body 14 is melted at a predetermined temperature.

そして、このフラックス15が塗布された可溶体14に、開口部が略矩形状にエンボス加工された厚さが0.1mmのポリエチレンナフタレートからなる第二の絶縁フィルム16を被せ、第一の絶縁フィルム11と第二の絶縁フィルム16を超音波溶着することにより、可溶体14とフラックス15が封止されている。   Then, the fusible body 14 to which the flux 15 is applied is covered with a second insulating film 16 made of polyethylene naphthalate having a thickness of 0.1 mm and the opening is embossed in a substantially rectangular shape. The fusible body 14 and the flux 15 are sealed by ultrasonically welding the film 11 and the second insulating film 16.

なお、図1ではB−B線で第一の絶縁フィルムの一部を切り欠いて第一の絶縁フィルムの内部を示している。   In FIG. 1, a part of the first insulating film is cut away along the line BB to show the inside of the first insulating film.

ここで、金属端子12についてさらに詳しく説明する。   Here, the metal terminal 12 will be described in more detail.

金属端子12は、主要部17と金属端子12の対向面18に形成された濡れ拡がり防止部19とから構成され、濡れ拡がり防止部19は、主要部17を構成する金属材料よりも溶融した可溶体14の濡れ性が悪い材料で構成されており、金属端子12の対向面18には濡れ拡がり防止部19によって、溶融した可溶体14の濡れ拡がりが悪い面が形成されている。   The metal terminal 12 is composed of a main portion 17 and a wetting and spreading prevention portion 19 formed on the opposing surface 18 of the metal terminal 12, and the wetting and spreading prevention portion 19 is more meltable than the metal material constituting the main portion 17. The solution 14 is made of a material with poor wettability, and the surface 18 of the metal terminal 12 is formed with a surface with poor wet spread of the melted soluble material 14 by the wet spread preventive portion 19.

金属端子12の主要部17の材料としては、パック電池の大電流化に対応するために従来のニッケル材に比べて導電率の大きい材料を用いることが重要であり、ニッケル材と比べて導電率の大きい材料として、銅材、銀材、金材等が挙げられ、材料コスト面から銅材が好適である。   As a material of the main portion 17 of the metal terminal 12, it is important to use a material having a higher conductivity than that of a conventional nickel material in order to cope with an increase in current of the battery pack, and a conductivity higher than that of the nickel material. Examples of the large material include a copper material, a silver material, and a gold material, and a copper material is preferable from the viewpoint of material cost.

濡れ拡がり防止部19の材料としては、金属端子12の主要部の銅材よりも溶融した可溶体と濡れ性が悪いアルミ材やニッケル材が挙げられ、より濡れ性が悪いニッケル材が好適である。   Examples of the material for the wetting and spreading preventing unit 19 include a melted soluble material and a poorly wettable aluminum material or nickel material than the copper material of the main portion of the metal terminal 12, and a nickel material having poorer wettability is preferable. .

この銅材からなる主要部17とニッケル材からなる濡れ拡がり防止部19との結合は、銅のフープ材の一部を切削し、そこへニッケル材をはめ込んで圧延したクラッド材を形成することで一体に結合させることができ、そしてニッケル材の部分で切断加工することによりニッケル材からなる濡れ拡がり防止部19を形成したものである。   The main part 17 made of the copper material and the wetting and spreading preventing part 19 made of the nickel material are bonded by cutting a part of the copper hoop material and forming a clad material rolled with the nickel material inserted therein. The wet spread preventing portion 19 made of a nickel material is formed by cutting the nickel material and cutting the nickel material.

このようにすることにより、本発明の一実施の形態の温度ヒューズは、金属端子12を、主要部17と金属端子12の対向面18に形成された濡れ拡がり防止部19とから構成し、濡れ拡がり防止部19を、主要部17を構成する金属材料よりも溶融した可溶体14の濡れ性が悪い材料で構成したために、一対の金属端子12の対向面18に、濡れ拡がり防止部19によって溶融した可溶体14の濡れ拡がりが悪い面が形成されるので、一対の金属端子12の対向面18に溶融した可溶体14が濡れ拡がることを防止し、金属端子12間に溶融した可溶体14が留まって遮断特性が悪化することを防止することができる。   By doing so, the thermal fuse of one embodiment of the present invention is configured so that the metal terminal 12 includes the main portion 17 and the wetting and spreading preventing portion 19 formed on the opposing surface 18 of the metal terminal 12. Since the spread preventing portion 19 is made of a material having a poor wettability of the fusible body 14 melted than the metal material constituting the main portion 17, the wetting spread preventing portion 19 melts the opposing surfaces 18 of the pair of metal terminals 12. Since the surface of the fusible body 14 that does not spread well is formed, the melted fusible body 14 is prevented from spreading on the facing surfaces 18 of the pair of metal terminals 12, and the fusible body 14 melted between the metal terminals 12 It is possible to prevent the blocking characteristic from deteriorating and deteriorating.

これにより、金属端子12の主要部17に銅材などを用いて大電流化に対応することができ、金属端子12の対向距離をも小さくして温度ヒューズを小型化することも可能とすることができる。   Thereby, it is possible to cope with an increase in current by using a copper material or the like for the main portion 17 of the metal terminal 12, and it is also possible to reduce the facing distance of the metal terminal 12 and to reduce the temperature fuse. Can do.

なお、この場合、金属端子12の主要部17に銅材を用いたことにより、金属端子12の上下面には電池缶との溶接を容易にするためにニッケル材をめっきしたニッケルめっき層20を形成しておくことが望ましく、また可溶体14を接合する部分にはニッケルめっき層20への可溶体14の接合を容易にするために錫材をめっきした錫めっき層21を形成しておくことが望ましい。   In this case, by using a copper material for the main portion 17 of the metal terminal 12, a nickel plating layer 20 plated with a nickel material is provided on the upper and lower surfaces of the metal terminal 12 to facilitate welding with the battery can. It is desirable to form it, and in order to facilitate the joining of the fusible body 14 to the nickel plating layer 20, a tin plating layer 21 plated with a tin material is formed in a portion where the fusible body 14 is joined. Is desirable.

そして、濡れ拡がり防止部19は、金属端子12の可溶体14側の縁部に沿って形成し、金属端子12の厚み方向の30%以上に形成されている。   The wetting and spreading preventing portion 19 is formed along the edge of the metal terminal 12 on the fusible body 14 side, and is formed at 30% or more in the thickness direction of the metal terminal 12.

濡れ拡がり防止部19をニッケルめっき層20のようにめっきで形成した場合には、その厚さが数μm程度しか形成することができず溶融した可溶体14が容易に乗り越えて濡れ拡がってしまうが、本実施の形態では金属端子の厚さ0.1mmに対して、0.03mm以上の濡れ拡がり防止部19を形成しているので、溶融した可溶体14の濡れ拡がりを防止することができるものである。   When the wetting and spreading preventing portion 19 is formed by plating like the nickel plating layer 20, the thickness can be formed only about several μm, and the melted soluble body 14 easily gets over and spreads. In this embodiment, since the wetting and spreading preventing portion 19 having a thickness of 0.03 mm or more is formed with respect to the thickness of the metal terminal of 0.1 mm, wetting and spreading of the meltable fusible body 14 can be prevented. It is.

また、図3に示すように、濡れ拡がり防止部19の金属端子12の対向面18から金属端子12の末端側の寸法を(i)、金属端子12と可溶体14が重なり合う寸法を(ii)としたとき、(i)<(ii)とすることが望ましい。   Moreover, as shown in FIG. 3, the dimension of the terminal side of the metal terminal 12 from the opposing surface 18 of the metal terminal 12 of the wetting spread prevention part 19 is (i), and the dimension in which the metal terminal 12 and the fusible body 14 overlap is (ii). It is desirable that (i) <(ii).

このようにすることにより、可溶体14と金属端子12との間を流れる電流を、金属端子12の主要部17から可溶体14に流れる電流(図3における実線矢印)と、金属端子12の主要部17から濡れ拡がり防止部19を経由して可溶体14に流れる電流(図3における破線矢印)とに分散させることができるもので、単に、金属端子12を、濡れ拡がり防止部19を形成することなく銅材だけで構成した場合には、Sn−In−Bi合金からなる可溶体14よりも金属端子12の電気抵抗が小さくなるため、金属端子12から可溶体へ流れる電流が金属端子12の先端に集中してしまい部分的な発熱が大きくなるが、本実施の形態では、濡れ拡がり防止部19が金属端子12の主要部17の銅材よりも電気抵抗が大きくなるので、流れる電流を分散させて部分的な発熱を抑える効果が得られるものである。   By doing in this way, the electric current which flows between the fusible body 14 and the metal terminal 12 from the main part 17 of the metal terminal 12 to the fusible body 14 (solid line arrow in FIG. 3), It is possible to disperse the current flowing from the portion 17 to the fusible body 14 via the wetting and spreading preventing portion 19 (broken arrows in FIG. 3), and the metal terminal 12 is simply formed as the wetting and spreading preventing portion 19. In the case where only the copper material is used, the electric resistance of the metal terminal 12 is smaller than that of the fusible body 14 made of the Sn—In—Bi alloy. Although it concentrates on the front end and partial heat generation increases, in this embodiment, the wetting and spreading prevention portion 19 has a higher electrical resistance than the copper material of the main portion 17 of the metal terminal 12, and therefore flows. In which the effect of the flow is dispersed suppress partial heat generation is obtained.

この場合、温度ヒューズの電気抵抗に影響を与えないようにするために(i)<(ii)×0.5とすることがより望ましい。   In this case, it is more preferable that (i) <(ii) × 0.5 so as not to affect the electrical resistance of the thermal fuse.

なお、本実施の形態では、対向面18における濡れ拡がり防止部19を、金属端子12の可溶体14側に形成した例で説明したが、図4のように、対向面18の全面に濡れ拡がり防止部19を形成してもよい。このように、対向面18の全面に濡れ拡がり防止部19を形成する方法としては、銅のフープ材にニッケル材を突き合わせて結合した所謂エッジクラッド材を用いて形成することができ、本実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。   In the present embodiment, the example in which the wetting and spreading preventing portion 19 on the facing surface 18 is formed on the fusible body 14 side of the metal terminal 12 has been described. However, as shown in FIG. The prevention part 19 may be formed. Thus, as a method of forming the wetting and spreading preventing portion 19 on the entire surface of the opposing surface 18, it can be formed by using a so-called edge clad material in which a nickel material is abutted and bonded to a copper hoop material. The same effect as the form can be obtained.

また、対向面18の全体に濡れ拡がり防止部19を形成する他の例として、図5に示すように、金属端子12の対向面18全面にニッケルめっき層20を形成してもよく、対向面18の全面にニッケルめっき層20を形成する方法としては、銅のフープ材全面にニッケルめっきを施し、このニッケルめっき層20を形成したフープ材のエッジ部分が金属端子12の対向面18となるように切断加工すればよく、本実施の形態と同様の作用効果が得られるものである。   As another example of forming the wetting and spreading preventing portion 19 on the entire facing surface 18, a nickel plating layer 20 may be formed on the entire facing surface 18 of the metal terminal 12, as shown in FIG. As a method of forming the nickel plating layer 20 on the entire surface of the metal 18, nickel plating is applied to the entire surface of the copper hoop material so that the edge portion of the hoop material on which the nickel plating layer 20 is formed becomes the opposing surface 18 of the metal terminal 12. In this case, the same effect as the present embodiment can be obtained.

本発明に係る温度ヒューズは、遮断特性を悪化させることなく大電流化に対応することができさらには小型化をも可能とするものであり、産業上有用である。   The thermal fuse according to the present invention can cope with an increase in current without deteriorating the interruption characteristic, and further enables downsizing, and is industrially useful.

11 第一の絶縁フィルム
12 金属端子
13 先端部
14 可溶体
15 フラックス
16 第二の絶縁フィルム
17 主要部
18 対向面
19 濡れ拡がり防止部
20 ニッケルめっき層
21 錫めっき層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 1st insulating film 12 Metal terminal 13 Tip part 14 Soluble body 15 Flux 16 2nd insulating film 17 Main part 18 Opposite surface 19 Wet spreading prevention part 20 Nickel plating layer 21 Tin plating layer

Claims (3)

金属板からなり先端部間に間隔を空けて対向配置した一対の金属端子と、前記金属端子の前記先端部間に橋絡させて接合した可溶体とを備え、前記金属端子は、主要部と前記金属端子の対向面に形成された濡れ拡がり防止部とからなり、前記濡れ拡がり防止部は、前記主要部を構成する金属材料よりも溶融した前記可溶体の濡れ性が悪い材料で構成したことを特徴とする温度ヒューズ。 A pair of metal terminals made of a metal plate and arranged to face each other with a gap between the front end portions, and a fusible body joined by bridging between the front end portions of the metal terminals, the metal terminal, It comprises a wetting and spreading preventing portion formed on the opposing surface of the metal terminal, and the wetting and spreading preventing portion is composed of a material having poor wettability of the fusible material melted than the metal material constituting the main portion. Thermal fuse characterized by. 前記濡れ拡がり防止部を、前記金属端子の前記可溶体側の縁部に沿って形成するとともに、前記金属端子の厚み方向の30%以上に形成したことを特徴とする請求項1記載の温度ヒューズ。 2. The thermal fuse according to claim 1, wherein the wetting and spreading preventing portion is formed along an edge of the metal terminal on the fusible body side, and is formed at 30% or more in the thickness direction of the metal terminal. . 前記濡れ拡がり防止部を、前記金属端子の対向面の全面に形成したことを特徴とする請求項1記載の温度ヒューズ。 2. The thermal fuse according to claim 1, wherein the wetting and spreading preventing portion is formed on the entire surface of the opposing surface of the metal terminal.
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