JP4134568B2 - Manufacturing method of fuse - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異常加熱や過電流等による電子機器など破損等を防止するのに好適に用いられるヒューズの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の温度ヒューズは、所定温度に達すると溶断するヒューズエレメントの両端に端子部を設け、その端子部を電源などの回路と接続することで、電源などを構成する部品(電池など)が異常発熱を起こした際に、ヒューズエレメントがその異常発熱による高温度で動作し、電源回路などを遮断し、内部の部品などにダメージを与えない様に構成されている。
【0003】
従来の温度ヒューズの代表的な構造としては、図17,図18に示すように、一対のリード端子2,3間にヒューズエレメント25を接合し、そのヒューズエレメント25をケース内に収納し、ケースの開口を樹脂などで封止することで、ケース内部を気密にするとともに、ケースとリード端子2,3の固定を行っていた。
【0004】
図17に示すようにリード端子2,3は、リード端子2,3間の端部17b及び26bを含む端部近傍に中間層17及び26を有し、その中間層17および26の表面にヒューズエレメント25が接続されていた。また、ヒューズエレメントは電気溶接、レーザー溶接あるいは、はんだコテによるハンダ付けによって接続されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来の構成では、図17に示すように低融点のヒューズエレメント25を部分的に加熱し、その端部25aおよび25bのみ溶融させ中間層17及び26に接続するための溶接条件設定が難しく、加熱量が多きすぎるとヒューズエレメント25が融けすぎて形状が太くなったり細くなったりし、加熱量が少ないと接続されなかったりするため、抵抗値がばらつき、歩留まりが悪いという課題を有していた。
【0006】
また、ヒューズエレメントの端部25aおよび25bがヒューズエレメントの表面張力によって部分的に球状化し、ヒューズエレメント25の厚さより必ず厚くなるため、温度ヒューズの厚さをより薄くすることに限界があった。
【0007】
特に、リード端子間が3mm以下の小型・薄型のヒューズにおいては、特に顕著に上記課題が生じる。
【0008】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ヒューズエレメントの接続部を薄型化し、端子間距離を小さくしてもヒューズが動作した後の絶縁距離を確実に確保し、小型化薄型化を実現できるヒューズの製造方法を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、リード端子上にヒューズエレメントを配置し、前記ヒューズエレメントの両端部分を避けて熱伝導部材を当接させ、前記熱伝導部材の両端に透明部材を設けた状態で前記ヒューズエレメントと前記リード端子を溶接し、前記透明部材はヒューズエレメントの両端部に対向するように設けられ、前記透明部材は前記熱伝導部材よりも熱伝導率が小さいことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
請求項1記載の発明は、リード端子上にヒューズエレメントを配置し、前記ヒューズエレメントの両端部分を避けて熱伝導部材を当接させ、前記熱伝導部材の両端に透明部材を設けた状態で前記ヒューズエレメントと前記リード端子を溶接し、前記透明部材はヒューズエレメントの両端部に対向するように設けられ、前記透明部材は前記熱伝導部材よりも熱伝導率が小さいことを特徴とするヒューズの製造方法とすることで、ヒューズエレメントとリード端子を溶接する際に発生した熱を熱伝導部材で吸収するので、溶接の際の熱がヒューズエレメントの中央部に伝わるのを抑制できるので、ヒューズエレメントの中央部もしくはその近傍部に他の部分よりも薄く或いは細く形成されることを抑制し、抵抗値のバラツキを低減し、機械的強度を向上させ、しかも薄いヒューズエレメントが使用可能となるので小型化を実現でき、更に、ヒューズエレメントとリード端子との接合部においてヒューズエレメントが突出することはなく、ヒューズの薄型化を実現できる。
【0013】
請求項2記載の発明は、前記透明部材は少なくとも赤外線もしくは近赤外線に対して透明であり、前記透明部材を介して、赤外線もしくは近赤外線をヒューズエレメントもしくはリード端子の少なくとも一方に照射し、ヒューズエレメントとリード端子を溶接することを特徴とする請求項1記載のヒューズの製造方法とすることで、透明部材を通してヒューズエレメントかリード端子の少なくとも一方を加熱できるので、ヒューズエレメントの接合部を突出させることなく、簡単に製造でき、しかも薄型化を図れる。
【0014】
請求項3記載の発明は、近赤外線もしくは赤外線をレーザー光として用いたことを特徴とする請求項2記載のヒューズの製造方法とすることで、ピンポイントでの溶接が可能となり、確実な溶接を行うことができる。
【0015】
請求項4記載の発明は、リード端子上にヒューズエレメントを配置し、熱伝導部材のヒューズエレメントとの対向面に液体を塗布し、前記ヒューズエレメントの両端部分を避けて前記熱伝導部材を当接させた状態で前記ヒューズエレメントと前記リード端子を溶接し、前記熱伝導部材とヒューズエレメントとの間に前記液体を存在させたことを特徴とするヒューズの製造方法とすることで、ヒューズエレメントとリード端子を溶接する際に発生した熱を熱伝導部材で吸収するので、溶接の際の熱がヒューズエレメントの中央部に伝わるのを抑制できるので、ヒューズエレメントの中央部もしくはその近傍部に他の部分よりも薄く或いは細く形成されることを抑制し、抵抗値のバラツキを低減し、機械的強度を向上させ、しかも薄いヒューズエレメントが使用可能となるので小型化を実現でき、更に液体の沸騰もしくは気化により、溶接の際の熱を確実に吸収でき、沸騰もしくは気化による冷却以外にも、熱伝導部材とヒューズエレメント間の熱伝導を促進し、しかも熱伝導部材のヒューズエレメントとの当接面の洗浄なども行うことができる。
【0016】
請求項5記載の発明は、リード端子上にヒューズエレメントを配置し、前記ヒューズエレメントの両端部分を避けて熱伝導部材を当接させた状態で前記ヒューズエレメントと前記リード端子を溶接し、前記熱伝導部材は、熱伝導の良い第1の部分と熱伝導の悪い第2の部分を備えたことを特徴とするヒューズの製造方法とすることで、ヒューズエレメントとリード端子を溶接する際に発生した熱を熱伝導部材で吸収するので、溶接の際の熱がヒューズエレメントの中央部に伝わるのを抑制できるので、ヒューズエレメントの中央部もしくはその近傍部に他の部分よりも薄く或いは細く形成されることを抑制し、抵抗値のバラツキを低減し、機械的強度を向上させ、しかも薄いヒューズエレメントが使用可能となるので小型化を実現でき、更にリード端子とヒューズの濡れ性を向上させることができ、ヒューズエレメントの突出高さを低くできる。
【0017】
請求項6記載の発明は、第1の部分の熱伝導率が20W・m-1K-1以上であり、第2の部分の熱伝導率が20W・m-1K-1以下より小さいことを特徴とする請求項5記載のヒューズの製造方法とすることで、リード端子とヒューズの濡れ性を更に向上させることができ、ヒューズエレメントの突出高さを低くできる。
【0018】
請求項7記載の発明は、第1の部分を挟むように前記第1の部分の両端に第2の部分を設けたことを特徴とする請求項5記載のヒューズの製造方法とすることで、ヒューズエレメントの両端が通常リード端子との接合部となるので、非常に生産性などを良くすることができる。
【0019】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いてその製造工程を示すと共に、構成について説明する。
【0020】
先ず、図1に示すように、基板1を用意する。基板1は、絶縁体で構成されており、プラスチック、ガラス、セラミックあるいは絶縁被服処理を施した金属であってもよい。本実施の形態では、基板1としてアルミナのセラミック板を使用した。また、本実施の形態では、方形板状の基板1を用いたが、円盤状,楕円形状,三角形状,5角形以上の多角形状の板状体を用いても良い。
【0021】
図2に示すように基板1の上にリード端子2,3を接着する。リード端子2,3は、電気伝導性の有る材料であり、金属が好ましく、具体的には、鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、金、銀、スズから選ばれる少なくとも一つの単体材料もしくはそれら金属材料の合金、或いは前述の材料グループから選ばれる少なくとも一つの単体もしくは合金に前記材料グループ以外の元素を含有させた金属材料等が使用できる。
【0022】
基板1の上にリード端子2,3を接着する材料としては、プラスチック樹脂、ガラス及びプラスチック樹脂またはガラスを含有する金属皮膜などが使用できる。金属被膜を接着剤として用いる場合には、基板1上に印刷などによって、金属被膜を形成し、この金属被膜上にリード端子2,3を載置し、超音波溶接等を用いて基板1とリード端子2,3とを接合する。基板1の材料が熱可塑性プラスチックである場合には、リード端子2,3を基板1に配置した後、急速加熱、急速冷却して直接基板1の表面を融かし接着することもできる。本実施の形態では、リード端子2,3として表面にスズメッキしたニッケルの板を使用し、接着剤として、アルミナ及びシリカのフィラーを含有したエポキシ樹脂を使用した。
【0023】
次に、図3に示すように、リード端子2,3の端部4,5に溶接用フラックスを塗布する。溶接用フラックスは、リード端子2,3と図4のヒューズエレメント6とを電気的に接続するための補助剤であり、リード端子2,3の材料とヒューズエレメント6の材料の相性を確認した上で選定できる。本実施の形態では、溶接用フラックスとして、ロジン系の液体フラックスを使用した。
【0024】
次に、図4に示すように、ヒューズエレメント6をリード端子の端部4,5の上に実装する。ヒューズエレメント6は、ヒューズ機能を発生させる材料であり、電流ヒューズとしては、金、銅、銀、ニッケル、アルミニウム、スズ及びその複合材または合金が使用でき、温度ヒューズとしては、スズ、ビスマス、インジウム、鉛、カドミニウムなどの低融点金属を単独であるいは複数混合した合金として使用できる。本実施の形態では、ヒューズエレメント6として融点は96℃のスズ、ビスマス、鉛の3元合金である温度ヒューズのヒューズエレメントを使用した。
【0025】
また、本実施の形態では、ヒューズエレメント6の外観形状は略直方体であるものを用いたが、円盤状のものや円柱状のもの或いは線状のもの等を用いても良い。
【0026】
次に、図5に示すように、ヒューズエレメント6の両端部6a,6bを溶融しリード端子2,3と接合する。この時の接続方法についてその断面図である図6及び図10を使用して詳細に説明する。
【0027】
図6に示すように、ヒューズエレメント6を溶接フラックス塗布したリード端子2,3の上に置く。次にヒューズエレメント6の端部6a,6bを除く部分に冷却板(熱伝導部材)11を接触させる。この時冷却板11は、ヒューズエレメント6をリード端子2,3に機械的に仮固定する効果とヒューズエレメント6を冷却する効果を有している。
【0028】
冷却板11の材料としては冷却効果を得るために、熱伝導率が、20W・m-1K-1以上の材料が使用でき、具体的にはアルミニウム、マグネシウム、銅、チタン、金、銀ニッケル、鉄、炭素(グラファイト)、シリコンの単金属あるいはその合金または,酸化物,窒化物及びその複合材が使用できる。熱伝導率20W・m-1K-1以下の材料では、例えば図15に示すように、熱伝導率1.1W・m-1K-1の材料であるガラス11bによる冷却の場合、ヒューズエレメント6をリード端子2,3に機械的に仮固定する効果はあるが、ヒューズエレメント6の溶接時に、溶接部10a、10bの溶融熱によって、ヒューズエレメントが溶接部10a、10b近傍で球状化し、ヒューズエレメント中央部10と溶接部10a、10bの間の細り部10c、10dの位置において、ヒューズエレメントの細り又は断線が発生したり、溶接熱が小さいと溶接されなかったりする場合が発生し、溶接条件幅が狭く、大量に生産した場合歩留まりが小さい。
【0029】
また図16に示すようにステンレス合金11cのように熱伝導率15W・m-1K-1の材料では、ヒューズエレメント6をリード端子2,3に機械的に仮固定する効果はあるが、ヒューズエレメント6の溶接後、溶接部10a、10bの溶融熱がヒューズエレメント6の中心部10まで伝達してしまい、ヒューズエレメント6の断面形状が太くなったり細くなったりする場合が発生し、溶接条件幅が狭く、大量に生産した場合抵抗値バラツキが大きくなるため、歩留まりが悪い。
【0030】
また、上述の通り、ヒューズエレメント6の中央部10または、細り部10c、10dが細くなることによって、製造途中などで外部から衝撃が加わると、その細くなった部分が欠けたりすることなどが生じ、電気的導通を得ることができなかったり、あるいは、ヒューズエレメント6の断面積を大きくしなければ、上述の通り中央部10または、細り部10c、10dが細くなることで、断線などが生じるので、断面積の小さなすなわち細い或いは薄いヒューズエレメント6を使用することが困難である。
【0031】
本実施の形態では、冷却板11としてアルミニウム単金属或いはアルミニウムが90%以上含有するアルミニウム合金を使用し冷却効果を高めた場合について図6に示している。
【0032】
次にヒューズエレメント6の端部6a,6bを加熱しリード端子2,3の端部に溶接する。ヒューズエレメント6の端部6a,6bの加熱方法としては、リード端子2,3をヒーターで加熱する方法や、リード端子2単独に電気を流すことで、リード端子2自体を発熱させたり或いはリード端子3単独に電流を流すことでリード端子3自体を発熱させたりすることで加熱する方法や、赤外線によってリード端子2,3及びヒューズエレメント6の端部6a,6bを直接加熱する方法が可能である。本実施の形態では、ヒューズエレメント6の端部6a,6bをリード端子2,3の片面上で加熱することで溶接できるため、図6の矢印A及び矢印Bの方向から近赤外線レーザー光8,9を使用して加熱した。
【0033】
次に冷却板11を溶接後のヒューズエレメント12から取り外す。溶接後のヒューズエレメント12は、溶接部12a及び12bのみ溶融し、冷却板11が接触していた部分はほとんど溶融していないため、ヒューズエレメント6の断面形状を維持している。これによって、溶接条件幅が広く、大量に生産した場合抵抗値バラツキが小さくなり、歩留まりが非常に良くなった。
【0034】
なお、さらに冷却板11の冷却効果をさらに高めるために、ヒューズエレメント6の融点近傍の沸点を持つ液体を冷却板11とヒューズエレメント6の間に配置することが好ましい。これは、前記液体の気化熱を使って冷却することによって冷却効果を高める目的と、冷却板11とヒューズエレメント6の間の僅かな隙間を液体で埋めることにより冷却板11への熱伝導効率を高める目的と、さらに冷却板11の繰り返し使用による汚れを前記液体で洗い流すことによって冷却板11へ異物付着を防止する目的とをもって行われる。具体的には、純水、メチルアルコール、エチルアルコール、プロパノール、ブタノールなどが使用でき、好ましくは液体フラックスに使用している溶剤がよい。
【0035】
図7,図8,図9に各種熱伝導率の材料を冷却板11として使用した場合の溶接条件と抵抗値および断線不良率のグラフを示す。冷却板11に使用した材料は、銅(403W・m-1K-1)、アルミニウム(236W・m-1K-1)、黄銅(106W・m-1K-1)、銅ニッケル合金(23W・m-1K-1)、ステンレス合金(15W・m-1K-1)、ガラス(1.1W・m-1K-1)、プラスチック(0.2W・m-1K-1)を用いた。端子2,3は、母材がニッケルで表面にスズメッキしたものを使用し、ヒューズエレメントは1.2×0.2×3mmの低融点可溶合金を使用した。端子間距離は、1mmとし、冷却板の幅は2mmとした。
【0036】
図7に示す溶接は、レーザー溶接によって行ない、レーザー照射時間及び雰囲気温度は固定し、レーザーの出力に相当する、レーザー発信装置の電流値をもって溶接範囲を測定した。図8に示す抵抗値データ及び図9に示す断線または未溶接データは、図7に示すレーザー溶接電流の溶接可能領域において、ほぼ中心地となる条件で溶接を行なった結果、抵抗値が測定できるものについて抵抗値データを測定し、断線または未溶接のものを断線または未溶接不良数としてカウントした。サンプル数は各n=20個で行なった。
【0037】
図7、図8、図9より熱伝導率が20W・m-1K-1より大きいほど溶接可能領域が広くなり、溶接条件の変動による不良発生要因が小さくなることが分かる。
【0038】
次に図10に他の溶接方法による実施の形態について説明する。図6の溶接方法と異なる点は、図6では冷却板11の側面に何も無いが、図10では冷却板11の側面に透明成形板13,14が配置されており、この透明成形板13,14が、ヒューズエレメント6の溶接予定部分である端部6a,6b上に配置されていることにある。
【0039】
この冷却板11の側面部材である透明成形板13,14の追加に伴い、図10に示すように近赤外線レーザー光8,9を矢印A及び矢印Bの方向から透明成型板13,14を透過させて、ヒューズエレメント6の端部6a,6bを加熱している。
【0040】
この構成によって、図6では溶接後にヒューズエレメント12の溶接部12a及び12bに角状の突起部が発生していたが、図10では溶接後のヒューズエレメント7の溶接部7a,7bが透明成形板13,14の形に従い角状の突起部も無く薄く成形されている。これによって、製品を薄く設計することが可能となった。
【0041】
透明成形板13,14の材料としては、溶接に使用する加熱方法によって異なり、リード端子2,3をヒーターで加熱する方法や、リード端子2,3に電気を流しリード端子2,3の抵抗による自己発熱によって加熱する方法を使用する場合においては、熱伝導率が20W・m-1K-1より小さい材料であれば良く、赤外線によってリード端子2,3及びヒューズエレメント6の端部6a,6bを直接加熱する方法を使用する場合においては、熱伝導率が20W・m-1K-1より小さな材料であって、赤外線を透過することが必要である。
【0042】
ここで、熱伝導率20W・m-1K-1をこえると冷却板11と同様の冷却効果を示し始めるため、溶融したい溶接予定部である端部6a及び6bが溶融不十分となりやすく、大量に生産した場合抵抗値バラツキが大きくなるため、歩留まりが悪い。熱伝導率が20W・m-1K-1より小さい材料を使用すると、溶融したい溶接予定部である端部6a及び6bを保温する効果が働き、十分融けるため溶接状態が安定し、大量に生産した場合抵抗値バラツキが小さく、歩留まりが良い。透明成形板13,14の材料として、具体的には赤外線に対して透明なガラス材料、赤外線に対して透明な結晶材料、赤外線に対して透明なプラスチック材料などが使用できる。本実施の形態では、溶接工法として近赤外線レーザー光8,9を使用したので、近赤外線を透過するガラス板を使用した。熱伝導率は、1.1W・m-1K-1である。
【0043】
なお、透明成形板13,14の形を凹凸あるいは傾斜平面など自由に形状設定することで、溶接部7a,7bの形状も平面に限らず自由に成形することもできる。
【0044】
なお、図10では、透明成形板13,14をヒューズエレメント6の溶接予定部である端部6a,6b全体を覆うように配置したが、図11のように端部6a,6bが表出するようにすなわち、透明成形板13,14の長さを短くし、不透明な材料として成形板13a,14aをもうけても良い。具体的には冷却板11の側面に熱伝導率20W・m-1K-1以下の材料で構成された薄板や薄膜等を設けるだけでも、図6の溶接部12a,12bのような角状の突起物の発生を防止できる。これは、図6に示す実施の形態の場合、溶融したヒューズエレメント7が冷却板11の側面で冷却されて固化し角状の突起物になったことに対して、図11に示す実施の形態の場合、冷却板11の側面に熱伝導率が20W・m-1K-1より小さい材料を薄く配置すると、溶融したヒューズエレメント7が冷却板11の側面で保温されるため端子2,3に濡れ性良く接続され、図6に示す実施の形態の場合よりもヒューズエレメント7の突起物が丸くなりさらに低くなる。
【0045】
図6,図10,図11に示す実施の形態では、ヒューズエレメント7,12に当接させる熱伝導部材として冷却板11を用いたが、ブロック状体のものや、熱伝導が良い或いは熱伝導が悪いブロック状体或いは板状体上に熱伝導率の高い板,シートを張り付けたり、或いは熱伝導率の高い薄膜などを形成したものでもよい。
【0046】
また、図6,図10,図11に示す実施の形態では、熱伝導部材である冷却板11のヒューズエレメント6との当接面を平坦形状としたが、粗面化しても良いし凹凸形状としても良い。冷却板11のヒューズエレメント6との当接面を凹凸形状にすると、溶接後のヒューズエレメント7,12にも凹凸が形成されてしまいそうだが、冷却板11にて、溶接時の熱が冷却板11に吸収されるので、ヒューズエレメント7,12が柔らかくなって冷却板11の凹凸が転写されることはない。
【0047】
また、本実施の形態では熱伝導部材である冷却板11はヒューズエレメント6と非接触の場合には、自然冷却にて冷却されるが、更に冷却板11にペルチェ素子や冷却ファン等の冷却手段を取り付けて、常に所定の温度以下となるように冷却するように構成しても良く、更には、ヒューズエレメント6と非接触の時にのみ、ペルチェ素子や冷却ファンなどで冷却板11を冷却しても良い。また、特に冷却手段として冷却ファンを用いた場合には、冷却板11と冷却ファンを離して配置し、冷却板11をヒューズエレメント6と非接触或いは接触状態の時に常に冷却ファンにて冷却板11を冷却するようにしても良い。
【0048】
この様に熱伝導部材である冷却板11を用いて、ヒューズエレメント6とリード端子2,3を溶接することで、ヒューズエレメント6の中央部において、溶接時の熱による厚みの薄い部分が形成されるのを防止でき、抵抗値のバラツキを抑えることができ、しかも厚さの薄い或いは細いヒューズエレメント6が使用可能となるので、あらゆる特性のヒューズを作製できる。特に、リード端子2,3の間隔すなわち図17に示すW1が3.0mm以下の小型のヒューズについて特に有効である。すなわち、W1が3.0mmより大きい場合、溶接時の熱がヒューズエレメント6の中央部まで到達しにくいので、従来の様な課題は発生しにくい。また、十分な溶断特性を得るには、W1は0.1mm以上とすることが好ましい。
【0049】
また、構造的にも有効なものとなる。
【0050】
すなわち、従来の技術の様に、溶接の際にヒューズエレメント6の中央部10にも熱が伝わって、ヒューズエレメント7の中央部10に薄い部分が形成されることが防止される。すなわち、ヒューズエレメント7の形状としては、溶接後も平坦部が製造前と同様に形成されることになる。この様に平坦部を設けたヒューズエレメント7を用いることで、ヒューズエレメント7の外観にバラツキが生じにくい。
【0051】
次に、図12に示すように、ヒューズエレメント7及びその溶接部7a,7bに固形フラックス15を配置する。固形フラックス15は、粉末あるいは個片を配置しても良く、本実施の形態では、溶融した固形フラックス15をヒューズエレメント7及びその溶接部7a,7bの表面に塗布した。固形フラックス15としては、ロジン系の材料を使用した。
【0052】
次に、図13及び図14に示すように、基板1とケース16とを固定する。基板1とケース16とを接着する材料としては、プラスチック樹脂、ガラス及びプラスチック樹脂が使用でき、基板1の材料及びケース16の材料が熱可塑性プラスチックである場合には、超音波溶着法による摩擦熱によって基板1とケース16を直接溶着することもできる。図13、図14における本実施の形態では、ケース16の材料としてアルミナのセラミックケースを使用し、接着剤として、アルミナ及びシリカのフィラーを含有したエポキシ樹脂を使用した。この時接着剤によって、ほぼ基板1及びケース16間の隙間は埋められ、基板1,ケース16間に設けられた空間が外界と遮断される。
【0053】
本実施の形態では、図10に示すケース長さL1を5mm〜15mm、ケース幅L2を2mm〜8mm、ケース厚さL3を1mm〜2mm、温度ヒューズ全長L4を10mm〜35mmで試作し、ヒューズエレメント7は融点96℃の合金を使用し、固形フラックス15としてはロジン系固形フラックスを使用し、定格電圧50Vdc定格電流4Aの温度ヒューズとして薄型化を実現できた。また溶断試験を行った結果98±2℃で溶断した。
【0054】
本実施の形態では、固形フラックス15をヒューズエレメント(可溶合金)7上の少なくとも一部に付着させたが、仕様や使用環境等によっては、設けなくても良い。
【0055】
また、本実施の形態では、基板1とケース16を異なる形状としたが、ケースとしては、丸い管状でも角型の管状でも基板を2枚重ね合わせた形状であっても、また基板及びケースを使用せず、プラスチックを固めて成形した任意の形状であっても良い。
【0056】
更に、本実施の形態ではヒューズエレメント(可溶合金)7を断面角型状の板材としたが、断面円形状や断面楕円形状としても良い。
【0057】
本実施の形態では、リード端子2,3を断面角型状の板材としたが、断面円形状や断面楕円形状としても良く、板状であっても、湾曲した略管状の形状に加工した形状であっても良い。
【0058】
また、本実施の形態では、リード端子2,3を一対、ヒューズエレメント(可溶合金)7を1個設けたが、リード端子及びヒューズエレメントは、複数設けても良い。
【0059】
【発明の効果】
本発明は、リード端子上にヒューズエレメントを配置し、前記ヒューズエレメントの両端部分を避けて熱伝導部材を当接させ、前記熱伝導部材の両端に透明部材を設けた状態で前記ヒューズエレメントと前記リード端子を溶接し、前記透明部材はヒューズエレメントの両端部に対向するように設けられ、前記透明部材は前記熱伝導部材よりも熱伝導率が小さいことを特徴とすることで、ヒューズエレメントとリード端子を溶接する際に発生した熱を熱伝導部材で吸収するので、溶接の際の熱がヒューズエレメントの中央部に伝わるのを抑制できるので、ヒューズエレメントの中央部もしくはその近傍部に他の部分よりも薄く或いは細く形成されることを抑制し、抵抗値のバラツキを低減し、機械的強度を向上させ、しかも薄いヒューズエレメントが使用可能となるので小型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態におけるヒューズの製造工程を示す斜視図
【図2】本発明の一実施の形態におけるヒューズの製造工程を示す斜視図
【図3】本発明の一実施の形態におけるヒューズの製造工程を示す斜視図
【図4】本発明の一実施の形態におけるヒューズの製造工程を示す斜視図
【図5】本発明の一実施の形態におけるヒューズの製造工程を示す斜視図
【図6】本発明の一実施の形態におけるヒューズの製造工程を示す断面図
【図7】本発明の一実施の形態におけるヒューズの溶接条件を示すグラフ
【図8】本発明の一実施の形態におけるヒューズの抵抗値データを示すグラフ
【図9】本発明の一実施の形態におけるヒューズの不良率を示すグラフ
【図10】本発明の一実施の形態におけるヒューズの製造工程を示す断面図
【図11】本発明の一実施の形態におけるヒューズの製造工程を示す断面図
【図12】本発明の一実施の形態におけるヒューズの製造工程を示す斜視図
【図13】本発明の一実施の形態におけるヒューズの製造工程を示す斜視図
【図14】本発明の一実施の形態におけるヒューズを示す斜視図
【図15】本発明の一実施の形態におけるヒューズの比較例を示す図
【図16】本発明の一実施の形態におけるヒューズの比較例を示す図
【図17】従来におけるヒューズの製造工程を示す断面図
【図18】従来におけるヒューズを示す分解斜視図
【符号の説明】
1 基板
2,3 リード端子
4,5 リード端子の端部
6 ヒューズエレメント(可溶合金)
6a,6b ヒューズエレメントの端部
7,10,12,22,25 溶接後のヒューズエレメント(可溶合金)
7a,7b,10a,10b,12a,12b,22a,22b,25a,25b 溶接後のヒューズエレメント(可溶合金)の溶接部
8,9 レーザー光
10 中央部
11 冷却板
13,14 透明成形板
13a,14a 成形板
15 固形フラックス
16 ケース[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a fuse suitably used for preventing damage or the like of electronic equipment due to abnormal heating or overcurrent.
[0002]
[Prior art]
Conventional thermal fuses are equipped with terminals at both ends of the fuse element that blows when a certain temperature is reached, and by connecting the terminals to a circuit such as a power supply, the components (batteries, etc.) that make up the power supply abnormally generate heat. When this occurs, the fuse element operates at a high temperature due to the abnormal heat generation, shuts off the power circuit and the like, and does not damage internal components.
[0003]
As a typical structure of a conventional thermal fuse, as shown in FIGS. 17 and 18, a
[0004]
As shown in FIG. 17, the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional configuration, as shown in FIG. 17, it is difficult to set welding conditions for partially heating the low melting
[0006]
Further, since the
[0007]
In particular, in the case of a small and thin fuse having a distance between lead terminals of 3 mm or less, the above-mentioned problem is particularly noticeable.
[0008]
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and thins the connecting portion of the fuse element, ensures the insulation distance after the fuse operates even if the distance between the terminals is reduced, and reduces the size and thickness. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fuse that can be realized.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventionA fuse element is arranged on the lead terminal, a heat conducting member is contacted avoiding both end portions of the fuse element, and the fuse element and the lead terminal are welded in a state where a transparent member is provided at both ends of the heat conducting member. The transparent member is provided to face both end portions of the fuse element, and the transparent member has a thermal conductivity smaller than that of the heat conductive member..
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention described in claim 1A fuse element is arranged on the lead terminal, a heat conducting member is contacted avoiding both end portions of the fuse element, and the fuse element and the lead terminal are welded in a state where a transparent member is provided at both ends of the heat conducting member. The transparent member is provided to face both end portions of the fuse element, and the transparent member has a lower thermal conductivity than the heat conductive member.By using the fuse manufacturing method characterized in that, heat generated when welding the fuse element and the lead terminal is absorbed by the heat conducting member, so that the heat during welding is transmitted to the center of the fuse element. Therefore, it is possible to prevent the fuse element from being formed thinner or thinner than the other parts at the center or in the vicinity of the fuse element, reduce variation in resistance, improve mechanical strength, and thin fuse elements. Can be used to achieve downsizing.Furthermore, the fuse element does not protrude at the joint between the fuse element and the lead terminal, and the fuse can be made thinner.
[0013]
Claim2In the described invention, the transparent member is transparent to at least infrared rays or near infrared rays, and the infrared rays or near infrared rays are irradiated to at least one of the fuse element or the lead terminal via the transparent member, and the fuse element and the lead terminal are irradiated. Welding1With the described fuse manufacturing method, at least one of the fuse element and the lead terminal can be heated through the transparent member, so that it can be easily manufactured without projecting the joint portion of the fuse element, and the thickness can be reduced.
[0014]
Claim3The invention described is characterized in that near infrared rays or infrared rays are used as laser light.2By using the described fuse manufacturing method, pinpoint welding is possible, and reliable welding can be performed.
[0015]
Claim4The described inventionPlace the fuse element on the lead terminal,Apply liquid to the surface of the heat conduction member facing the fuse element,Welding the fuse element and the lead terminal in a state where the heat conducting member is in contact with avoiding both end portions of the fuse element;The liquid is present between the heat conducting member and the fuse element.RuhiBy making a manufacturing method ofThe heat conduction member absorbs the heat generated when welding the fuse element and the lead terminal, so that the heat during welding can be prevented from being transmitted to the center of the fuse element. In addition, it is possible to suppress the formation of a thinner or narrower part than other parts, reduce the variation in resistance value, improve the mechanical strength, and use a thin fuse element.By boiling or vaporizing the liquid, heat during welding can be reliably absorbed, and in addition to cooling due to boiling or vaporization, heat conduction between the heat conducting member and the fuse element is promoted, and the heat conducting member is connected to the fuse element. The contact surface can also be cleaned.
[0016]
Claim5The described inventionA fuse element is disposed on the lead terminal, and the fuse element and the lead terminal are welded in a state in which a heat conducting member is brought into contact while avoiding both end portions of the fuse element,The heat conducting member includes a first part having good heat conduction and a second part having poor heat conduction.RuhiBy making a manufacturing method ofThe heat conduction member absorbs the heat generated when welding the fuse element and the lead terminal, so that the heat during welding can be prevented from being transmitted to the center of the fuse element. In addition, it is possible to suppress the formation of a thinner or narrower part than other parts, reduce the variation in resistance value, improve the mechanical strength, and use a thin fuse element.The wettability between the lead terminal and the fuse can be improved, and the protrusion height of the fuse element can be lowered.
[0017]
Claim6In the described invention, the thermal conductivity of the first portion is 20 W · m.-1K-1The thermal conductivity of the second part is 20 W · m-1K-1Claims smaller than5By using the fuse manufacturing method described above, the wettability between the lead terminal and the fuse can be further improved, and the protruding height of the fuse element can be reduced.
[0018]
Claim7The invention described in
[0019]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings showing the manufacturing process and the configuration.
[0020]
First, as shown in FIG. 1, a
[0021]
As shown in FIG. 2,
[0022]
As a material for bonding the
[0023]
Next, as shown in FIG. 3, welding flux is applied to the
[0024]
Next, as shown in FIG. 4, the
[0025]
In the present embodiment, the outer shape of the
[0026]
Next, as shown in FIG. 5, both
[0027]
As shown in FIG. 6, the
[0028]
The material of the cooling
[0029]
Further, as shown in FIG. 16, the thermal conductivity is 15 W · m as in the stainless alloy 11c.-1K-1The material of FIG. 5 has the effect of mechanically fixing the
[0030]
Further, as described above, when the
[0031]
In the present embodiment, FIG. 6 shows a case where the cooling effect is enhanced by using an aluminum single metal or an aluminum alloy containing 90% or more of aluminum as the cooling
[0032]
Next, the
[0033]
Next, the cooling
[0034]
In order to further enhance the cooling effect of the cooling
[0035]
7, 8, and 9 show graphs of welding conditions, resistance values, and disconnection failure rates when materials having various thermal conductivities are used as the cooling
[0036]
The welding shown in FIG. 7 was performed by laser welding, the laser irradiation time and the atmospheric temperature were fixed, and the welding range was measured with the current value of the laser transmitter corresponding to the laser output. The resistance value data shown in FIG. 8 and the disconnection or unwelded data shown in FIG. 9 can measure the resistance value as a result of welding in the weldable region of the laser welding current shown in FIG. The resistance value data was measured for the thing, and the number of disconnection or unwelded was counted as the number of disconnection or unweld defects. The number of samples was 20 for each n = 20.
[0037]
7, 8, and 9, the thermal conductivity is 20 W · m-1K-1It can be seen that the larger the size is, the wider the weldable region becomes, and the cause of failure due to fluctuations in welding conditions is reduced.
[0038]
Next, an embodiment using another welding method will be described with reference to FIG. 6 differs from the welding method of FIG. 6 in that there is nothing on the side surface of the cooling
[0039]
With the addition of the transparent molded
[0040]
With this configuration, in FIG. 6, square projections are generated in the welded
[0041]
The material of the transparent molded
[0042]
Here, thermal conductivity 20 W · m-1K-1Since the cooling effect similar to that of the cooling
[0043]
In addition, by setting the shape of the
[0044]
In FIG. 10, the transparent molded
[0045]
In the embodiment shown in FIGS. 6, 10, and 11, the cooling
[0046]
In the embodiment shown in FIGS. 6, 10, and 11, the contact surface of the cooling
[0047]
Further, in the present embodiment, the cooling
[0048]
Thus, by using the
[0049]
Moreover, it becomes effective structurally.
[0050]
That is, as in the prior art, heat is also transmitted to the
[0051]
Next, as shown in FIG. 12, a
[0052]
Next, as shown in FIGS. 13 and 14, the
[0053]
In this embodiment, the case length L1 shown in FIG. 10 is 5 mm to 15 mm, the case width L2 is 2 mm to 8 mm, the case thickness L3 is 1 mm to 2 mm, and the thermal fuse total length L4 is 10 mm to 35 mm. No. 7 used an alloy having a melting point of 96 ° C., a rosin-based solid flux was used as the
[0054]
In the present embodiment, the
[0055]
Further, in the present embodiment, the
[0056]
Furthermore, in this embodiment, the fuse element (soluble alloy) 7 is a plate having a square cross section, but it may be a circular cross section or an elliptical cross section.
[0057]
In the present embodiment, the
[0058]
In this embodiment, a pair of
[0059]
【The invention's effect】
The present inventionA fuse element is arranged on the lead terminal, a heat conducting member is contacted avoiding both end portions of the fuse element, and the fuse element and the lead terminal are welded in a state where a transparent member is provided at both ends of the heat conducting member. The transparent member is provided to face both end portions of the fuse element, and the transparent member has a thermal conductivity smaller than that of the heat conductive member.Therefore, heat generated when welding the fuse element and the lead terminal is absorbed by the heat conduction member, so that it is possible to suppress the heat at the time of welding from being transmitted to the center of the fuse element. It is possible to suppress the formation of a thinner or thinner part in the vicinity thereof, to reduce variations in resistance value, to improve the mechanical strength, and to use a thin fuse element, thereby realizing a reduction in size. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a manufacturing process of a fuse in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a manufacturing process of a fuse in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a manufacturing process of a fuse in an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a manufacturing process of a fuse in an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a manufacturing process of a fuse in an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a fuse in one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing welding conditions for a fuse in an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing resistance value data of a fuse in one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing a defect rate of a fuse in an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a fuse in an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a fuse in an embodiment of the present invention.
12 is a perspective view showing a manufacturing process of a fuse in an embodiment of the present invention. FIG.
13 is a perspective view showing a manufacturing process of a fuse in an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 14 is a perspective view showing a fuse according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a comparative example of fuses in an embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a comparative example of fuses in an embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a conventional fuse manufacturing process;
FIG. 18 is an exploded perspective view showing a conventional fuse.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2,3 Lead terminal
4,5 End of lead terminal
6 Fuse element (soluble alloy)
6a, 6b End of fuse element
7, 10, 12, 22, 25 Fuse element after welding (fusible alloy)
7a, 7b, 10a, 10b, 12a, 12b, 22a, 22b, 25a, 25b Welded portion of fuse element (fusible alloy) after welding
8,9 Laser light
10 Central part
11 Cooling plate
13,14 Transparent molded plate
13a, 14a Molded plate
15 Solid flux
16 cases
Claims (7)
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