JP4162917B2 - 合金型温度ヒュ−ズ - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
【０００１】
本発明は合金型温度ヒュ−ズに関し、特に電池のサーマルプロテクターとして有用なものである。
【従来の技術】
【０００２】
合金型温度ヒュ−ズにおいては，フラックスを塗布した低融点可溶合金片をヒュ−ズエレメントとしており、保護すべき電気機器に取り付けて使用され、電気機器が異常時に発熱すると、その発生熱により低融点可溶合金片が液相化され、その溶融金属が既溶融フラックスとの共存のもとで表面張力により球状化され、球状化の進行により分断されて機器への通電が遮断される。
【０００３】
上記低融点可溶合金に要求される第１の要件は、機器の許容温度で溶融される所定の融点を有することである。
更に、固相線と液相線との間の固液共存域が狭いことが要求される。すなわち、通常、合金においては、固相線と液相線との間に固液共存域が存在し、この領域においては、液相中に固相粒体が分散した状態にあり、液相様の性質も備えているために、固液共存域に属する温度範囲（ΔＴとする）で低融点可溶合金片が球状化分断される可能性がある。而して、固液共存域が広いほど、それだけ温度ヒュ−ズの作動温度範囲のバラツキが大となる。他方、固液共存域が狭いほど、温度ヒュ−ズの作動温度範囲のバラツキが小さくなって、温度ヒュ−ズをそれだけ確実に所定の設定温度で作動させることができる。従って、温度ヒュ−ズのヒュ−ズエレメントとして使用される合金には、固液共存域が狭いことが要求される。
【０００４】
更に、上記低融点可溶合金に要求される要件は、電気抵抗が低いことである。
すなわち、低融点可溶合金片の抵抗に基づく平常時の発熱による温度上昇をΔＴ'とすると、その温度上昇がないときに較べ、実質上、作動温度がΔＴ'に応じて低くなり、ΔＴ'が高くなるほど、融点同一のもとでは、作動誤差が実質的に高くなる。従って、温度ヒュ−ズのヒュ−ズエレメントとして使用する合金には、比抵抗が低いことが要求される。特に、近来の機器の小型化に伴う温度ヒューズの小サイズのために、５００μφ以下のヒューズエレメントが用いられることがあり、かかるもとでは、より一層の比抵抗の低減が要請される。
【０００５】
更に、ヒューズエレメントの製造中に作用する力（線引きや巻き取り時に作用する力等）、温度ヒューズの製造中にヒューズエレメントが受ける力、温度ヒューズの運搬・取扱い中にヒューズエレメントが受ける力、ヒートサイクル時にヒューズエレメントが受ける力等に対し、ヒューズエレメントを安全に維持するために、所定の機械的強度、特に引っ張り強度が必要とされる。
【０００６】
旧来、合金型温度ヒューズのヒューズエレメントには、鉛を含有するものが汎用されていたが、鉛は生体系に有害であり、近来の地球規模での要請である環境保全に適応し得ない。
そこで、生体系に有害な金属（Ｐｂ、Ｃｄ、Ｔｌ等）を含有しないヒューズエレメントの出現が要請されており、その一種として、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金のヒューズエレメントが提案されている。
【０００７】
このＩｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金のヒューズエレメントとして、合金組成がＩｎ４０〜５３％，Ｓｎ４０〜４６％，Ｂｉ７〜１２％の作動温度９５℃〜１０５℃用のもの（特開２００１−２６６７２４号）、合金組成がＩｎ５５〜７２．５％，Ｓｎ２．５〜１０％，Ｂｉ２５〜３５％の作動温度６５℃〜７５℃用のもの（特開２００１−２９１４５９号）、合金組成がＩｎ０．５〜１０％，Ｓｎ３３〜４３％，Ｂｉ４７〜６６．５％の作動温度１２５℃〜１３５℃用のもの（特開２００１−２６６７２３号）、合金組成がＩｎ５１〜５３％，Ｓｎ４２〜４４％，Ｂｉ４〜６％の作動温度１０７℃〜１１３℃用のもの（特開昭５９−８２２９号）、Ｓｎ１〜１５％，Ｂｉ２０〜３３％、残部Ｉｎで、作動温度７５℃〜１００℃のもの（特開２００１−３２５８６７号）が知られている。
【０００８】
近来、携帯電子機器、例えば、携帯電話、ノートパソコン等の電源としてリチウムイオン電池等のエネルギー密度の高い二次電池が汎用され、その電池に対する熱的保護を温度ヒューズで行なうことが要請されている。すなわち、エネルギー密度が大きいために、異常時発熱温度が高く、異常温度に達するまえに電池回路をサーモプロテクターにより遮断することが要請され、このサーモプロテクターとして温度ヒューズが好敵とされている。この場合、温度ヒューズに要求される作動温度は、１００℃程度以下（１００℃前後もしくはそれ以下の温度）である。
【０００９】
ところで、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金の溶融特性をＤＳＣ（示差走査熱量計）を測定すると、大抵、図１３に示すように、溶融終結点ｂ直前に緩慢な変態ｃが観られる（図１３は、４８Ｉｎ−４５Ｓｎ−７ＢｉのＤＳＣ曲線）。
図１３において、温度ａ（固相線温度）までは、試料（ヒューズエレメント）への熱エネルギー入力量の変化が無く固相状態を維持し、温度ａを越えると、熱エネルギーを吸収して変態し始め、温度ｂ（液相線温度）を越えて試料が完全な液相になると、熱エネルギー入力量の変化がなくなる。
一般に、合金のＤＳＣ曲線の溶融終結時に上記のような緩慢変化が生じることは稀であり、この緩慢変化は、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金のＤＳＣの特殊な現象である。
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金ヒューズエレメントのＤＳＣ曲線の溶融完結時の緩慢変化は、前記した固液共存巾ΔＴの拡大を招来し、前記した合金型温度ヒューズの作動温度のバラツキの増加が余儀なくされる。
【００１０】
かかる現況下、本発明者がＩｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金のＤＳＣ曲線の溶融完結時の前記緩慢変化を排除すべく、鋭意探究した結果、５２Ｉｎ−（４８−ｘ）Ｓｎ−ｘＢｉ，ｘ＝８〜１６の条件によって、前記緩慢変化の発生を確実に防止でき、かつ温度ヒューズの作動温度を１００℃程度以下にできることを知った。さらに、前記した低抵抗、機械的強度の要件もこの条件のもとで、充分に充足させ得ることを確認した。
【００１１】
本発明の目的は、上記の知見と確認に基づき、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金、または、この三元合金に更にＡｇやＣｕを添加した合金をヒューズエレメントとする温度ヒューズにおいて、作動温度のバラツキを良好に抑制でき、かつ、温度ヒューズの作動温度を１００℃程度以下にでき、しかもヒューズエレメントの低抵抗や機械的強度を充分に保証できるようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１では、低融点可溶合金をヒュ−ズエレメントとする温度ヒュ−ズにおいて、低融点可溶合金の合金組成のベースを、質量百分率のもとでＩｎ５０〜５５％，Ｓｎ２５〜４０％，残部Ｂｉの組成としている。好ましい範囲は、Ｉｎ５１〜５３％，Ｓｎ３２〜３６％，残部Ｂｉの組成である。請求項２では、Ｉｎがほぼ５２％で、かつＳｎとＢｉとの合計量がほぼ４８％とされ、請求項３では、Ｂｉが８〜１６％、好ましくは８〜１４とされている。
【００１３】
上記において、低融点可溶合金の合金組成を、Ｉｎ５０〜５５％，Ｓｎ２５〜４０％，残部Ｂｉとした理由は、この範囲を外すと、前記したＩｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金のＤＳＣ曲線の溶融完結時の前記緩慢変化を確実に排除するための条件、５２Ｉｎ−（４８−ｘ）Ｓｎ−ｘＢｉ，ｘ＝８〜１６から離隔し過ぎてその緩慢変化を充分に抑制できず、合金型温度ヒューズの作動温度のバラツキを満足に抑えることが困難であり、また、温度ヒューズの作動温度を１００℃程度以下に設定し難いためである。Ｉｎを５２％で、かつＳｎとＢｉとの合計量をほぼ４８％とした理由は、前記条件により一層に接近させるためであり、更に、Ｂｉを８〜１６％とした理由は、実質的に前記条件により一致させて合金型温度ヒューズの作動温度のバラツキを最大限に抑えるためである。
【００１４】
請求項１は、低融点可溶合金をヒュ−ズエレメントとする温度ヒュ−ズにおいて、低融点可溶合金の合金組成が、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｂｉ及びＡｇを含有し，Ｉｎ５０〜５５％，Ａｇ０．０１〜７．０％，ＳｎとＡｇとの合計量が２５〜４０％，残部Ｂｉの組成であることを特徴とし、好ましい組成は、Ｉｎ５１〜５３％，Ａｇ０．０１〜３．５％，ＳｎとＡｇとの合計量が３２〜３６％，残部Ｂｉである。請求項２では、Ｉｎをほぼ５２％とし、かつＳｎとＢｉとＡｇとの合計量がほぼ４８％とされ、請求項３では、Ｂｉが８〜１６％とされている。
【００１５】
上記において、Ａｇを添加する理由は、動作温度を低くしたり、ヒューズエレメントの比抵抗を低減するためであり，０．０１％未満ではその効果を満足に達成し難く、７．０％を越えると、Ａｇの添加が原因で、ＤＳＣ曲線の前記緩慢変化が無視できない程度に発生するからである。そして、Ｉｎ５０〜５５％，Ａｇ０．０１〜７．０％，ＳｎとＡｇとの合計量が２５〜４０％，残部Ｂｉとした理由は、前記の条件５２Ｉｎ−（４８−ｘ）Ｓｎ−ｘＢｉ，ｘ＝８〜１６に対し、Ｓｎ量（４８−ｘ）％の０．０１〜７．０％をＡｇに置換すれば、Ａｇの添加にもかかわらず、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金のＤＳＣ曲線の溶融完結時の前記緩慢変化を確実に排除できことを実験的に確認した結果、Ｉｎ５０〜５５％，Ａｇ０．０１〜７．０％，ＳｎとＡｇとの合計量が２５〜４０％，残部Ｂｉの範囲を外すと、前記Ａｇ添加のもとでのＤＳＣ曲線の前記緩慢変化を確実に排除するための条件から離隔し過ぎてその緩慢変化を充分に抑制できず、合金型温度ヒューズの作動温度のバラツキを満足に抑えることが困難であり、また、温度ヒューズの作動温度を１００℃程度以下に設定し難いためである。Ｉｎをほぼ５２％とし、かつＳｎとＢｉとＡｇとの合計量をほぼ４８％とした理由は、前記条件により一層に接近させるためであり、更に、Ｂｉを８〜１６％とした理由は、実質的に前記条件により一致させて合金型温度ヒューズの作動温度のバラツキを最大限に抑えるためである。
【００１６】
請求項４は、低融点可溶合金をヒュ−ズエレメントとする温度ヒュ−ズにおいて、低融点可溶合金の質量百分率のもとでの合金組成が、Ｉｎ５０〜５５％，Ｓｎ２５〜４０％，Ｂｉ１５〜２５％の組成であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５は、請求項１〜４何れか記載の合金型温度ヒューズにおいて、不可避的不純物が含有されており、この不可避的不純物には、例えば、各原料地金の製造上及びこれら原料の溶融撹拌上不可避的に生じる不純物を挙げることができる。
【００１８】
請求項６では、低融点可溶合金の溶融ジェットを回転冷却液層中に噴射して紡糸する回転液中紡糸法により上記請求項１〜５のヒューズエレメントが製造されている。
【００１９】
請求項７では、請求項１〜６何れか記載の合金型温度ヒューズを電池におけるサーモプロテクターとしはて使用している。
【００２０】
なお、上記において、ほぼｘ％（ｘ＝５２または４８）とは、ｘ％とすることを理想とするが、（ｘ−１）％以上で（ｘ＋１）％以下の範囲を含ませることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズにおいて、ヒュ−ズエレメントには、外径２００μｍφ〜６００μｍφ、好ましくは２５０μｍφ〜３５０μｍφの円形線、または当該円形線と同一断面積の扁平線を使用できる。
【００２２】
本発明に係る温度ヒュ−ズのヒュ−ズエレメントは、合金母材の線引きや回転液中紡糸法により製造でき、断面丸形のまま、または、さらに扁平に圧縮加工して使用できる。
回転液中紡糸法により製造するには、図１に示す回転液中紡糸装置を使用できる。図１において、６１は回転ドラムであり、円形胴壁の一端を垂直壁で閉成し、円形胴壁の他端内周にフランジ壁を設けてある。６２は冷却液であり、例えば、イソプロピルアルコール等の有機溶剤を使用できる。６３は石英等の耐熱材からなるノズルであり、ヒータを備えている。ヒュ−ズエレメントを回転液中紡糸法により製造するには、回転ドラム６１の内周面に遠心力により形成保持させた冷却液層６２１に、石英ノズル６３から噴射した溶融母材ジェット２０を冷却液層の周速と同速・同方向で入射させ、この入射ジェットを冷却液層６２１中で急冷・凝固させて紡糸していく。この場合、ノズルから冷却液層に至る空間でのジェットは、ノズルの円形形状が溶融金属の表面張力により保持されて円形断面となるが、冷却液層内で動圧によりやや扁平化される。しかし、前記ジェットの表面張力による円形保持力を冷却液層の動圧に基づく扁平化圧力よりも大とするように、冷却液層周速、ジェットの冷却液層入射角等を調整して、冷却液層に入射されたジェットを断面円形を保持させつつ冷却・凝固させることにより、断面がほぼ真円のヒューズエレメントを得ることができる。
【００２３】
合金型温度ヒューズの形式をテ−プタイプとすれば、合金型温度ヒューズの薄型化が可能であり、リチウムイオン電池等の二次電池のサーモプロテクターとして好適である。
図２はテ−プタイプの合金型温度ヒュ−ズを示し、プラスチックベ−スフィルム４１に帯状リ−ド導体１、１を接着剤または融着により固着し、帯状リ−ド導体間にヒュ−ズエレメント２を接続し、このヒュ−ズエレメント２にフラツクス３を塗布し、このフラツクス塗布ヒュ−ズエレメントをプラスチックカバ−フィルム４１の接着剤または融着による固着で封止してある。
【００２４】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズは、ケ−スタイプ、基板タイプ、樹脂ディツピングタイプの形式で実施することもできる。
図３は筒型ケ−スタイプを示し、一対のリ−ド線１、１間に低融点可溶合金片２を接続し、該低融点可溶合金片２上にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布低融点可溶合金片上に耐熱性・良熱伝導性の絶縁筒４、例えば、セラミックス筒を挿通し、該絶縁筒４の各端と各リ−ド線１との間を常温硬化の封止剤５、例えば、エポキシ樹脂で封止してある。
【００２５】
図４はケ−ス型ラジアルタイプを示し、並行リ−ド導体１、１の先端部間にヒュ−ズエレメント２を溶接により接合し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを一端開口の絶縁ケ−ス４、例えばセラミックスケ−スで包囲し、この絶縁ケ−ス４の開口をエポキシ樹脂等の封止剤５で封止してある。
【００２６】
図５は基板タイプを示し、絶縁基板４、例えばセラミックス基板上に一対の膜電極１、１を導電ペ−スト（例えば銀ペ−スト）の印刷焼付けにより形成し、各電極１にリ−ド導体１１を溶接等により接続し、電極１、１間にヒュ−ズエレメント２を溶接により接合し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを封止剤５例えばエポキシ樹脂で被覆してある。
【００２７】
図６は樹脂ディツピングラジアルタイプを示し、並行リ−ド導体１、１の先端部間にヒュ−ズエレメント２を溶接により接合し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを樹脂液ディッピングにより絶縁封止剤、例えばエポキシ樹脂５で封止してある。
【００２８】
また、通電式発熱体付きヒュ−ズ、例えば、基板タイプの合金型温度ヒュ−ズの絶縁基板に抵抗体（膜抵抗）を付設し、機器の異常時、抵抗体を通電発熱させ、その発生熱で低融点可溶合金片を溶断させる抵抗付きの基板型ヒュ−ズの形式で実施することもできる。
【００２９】
上記のフラックスには、通常、融点がヒュ−ズエレメントの融点よりも低いものが使用され、例えば、ロジン９０〜６０重量部、ステアリン酸１０〜４０重量部、活性剤０〜３重量部を使用できる。この場合、ロジンには、天然ロジン、変性ロジン（例えば、水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン）またはこれらの精製ロジンを使用でき、活性剤には、ジエチルアミンの塩酸塩や臭化水素酸塩等を使用できる。
【００３０】
本発明に係る合金型温度ヒューズの作動温度は、後述の各実施例のＤＳＣ曲線から理解できるように、１００℃前後もしくはそれよりもやや低い温度であり、二次電池の缶体に熱的に接触させて取付けることにより、サーモプロテクターとして使用される（電池温度が１００℃前後もしくはそれよりもやや低い温度に達すると、温度ヒューズの作動により、電池が負荷から遮断される）。
【００３１】
【実施例】
以下の実施例及び比較例において、試料数を３０箇とし、０．１アンペアの電流を通電しつつ、昇温速度０．５℃／分のオイルバスに浸漬し、溶断による通電遮断時のオイル温度を測定して作動温度とし、更に、作動温度の標準偏差を求めた。
作動温度のバラツキの評価は、標準偏差１以下を合格とし、１以上を不合格とした。
【００３２】
ＤＳＣ〔基準試料（不変化）と測定試料とを窒素ガス容器内に納め、容器ヒータに電力を供給して両試料を一定の速度で加熱し、測定試料の熱的変化に伴う熱エネルギー入力量の変動を示差熱電対により検出する〕の加熱速度を５℃／分、サンプリング時間間隔を０．５ｓとした。
ＤＳＣ曲線の溶融終結時での緩慢変態排除の評価は、変化巾が固液共存巾の５０％以上のもの（図１３参照）を×、５０％〜１０％のもの（図１２参照）を△、緩慢変化が観られないものを◎、緩慢変化が観られるが、変化巾が僅かなもの（１０％以下）を○とした。
【００３３】
ヒューズエレメントは回転液中紡糸法により製造し、ノズル径を３００μφ、ドラムの回転速度を２００ｒｐｍ、噴射圧力を１．０kg/cm2とした。得られたヒューズエレメントの断面寸法は、縦横比ほぼ０．８、平均直径ほぼ３００μｍである。
【００３４】
合金型温度ヒュ−ズの形式はテープタイプとし、図２において、樹脂フィルム４１及び４２に厚さ２００μｍ、巾５ｍｍ、長さ１０ｍｍ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の銅導体を使用し、ヒューズエレメント２の長さを４ｍｍとし、両帯状リード導体１の端部とリード導体間に接続したヒューズエレメントを樹脂フィルム４１，４２で挾んで基台上に配置し、各帯状リード導体に接するカバー樹脂フィルム縁端部をセラミックスチップで加圧し、次いで絶縁基台内に設けた電磁誘導加熱器でセラミックスチップ直下の帯状リード導体部分を加熱して帯状リード導体と各フィルムとの間の融着封止を行ない、而るのち、超音波融着によりフィルム同士の融着封止を行なった。
フラックスの組成は、ロジン７０重量部，アーマイドＨＴ３０重量部，アジピン酸５重量部とした。各実施例及び比較例の合金型温度ヒューズの製作個数は３０箇とした。
【００３５】
〔実施例１〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ４０％，Ｂｉ８％をベース組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図７の通りであり、ＤＳＣ評価は◎であった。
合金型温度ヒューズの作動温度を測定したところ、平均１０２．６３℃、最大１０４．１℃、最小１０１．６℃、標準偏差０．５３であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの作動温度測定前に抵抗値を測定したところ、平均１３．３５ｍΩであり、何ら問題はなかった。また、ヒューズエレメントの製造から動作温度測定までの間に、ヒューズエレメントが断線したものは皆無であり、強度的にも何ら問題はなかった。
ベース組成１００重量部に対し、Ａｇ、Ｃｕの何れか、または双方を溶融温度の低減や抵抗低減等のために０．０１〜７重量部添加しても、ＤＳＣ評価は、添加無しの場合の◎から○になったが、強度的にも何ら問題のないことを確認した。
【００３６】
〔実施例２〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３８％，Ｂｉ１０％をベース組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図８の通りであり、ＤＳＣ評価は◎であった。
合金型温度ヒューズの作動温度を測定したところ、平均９８．００℃、最大９９．７℃、最小９６．６℃、標準偏差０．７６であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの作動温度測定前に抵抗値を測定したところ、平均１４．２７ｍΩであり、何ら問題はなかった。また、ヒューズエレメントの製造から動作温度測定までの間に、ヒューズエレメントが断線したものは皆無であり、強度的にも何ら問題はなかった。
ベース組成１００重量部に対し、Ａｇ、Ｃｕの何れか、または双方を溶融温度の低減や抵抗低減等のために０．０１〜７重量部添加しても、ＤＳＣ評価は、添加無しの場合の◎から○になったが、強度的にも何ら問題のないことを確認した。
【００３７】
〔実施例３〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３６％，Ｂｉ１２％をベース組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図９の通りであり、ＤＳＣ評価は◎であった。
テープタイプ合金型温度ヒューズの作動温度を測定したところ、平均９４．１５℃、最大９５．９℃、最小９３．０℃、標準偏差０．７４であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの作動温度測定前に抵抗値を測定したところ、平均１５．２８ｍΩであり、何ら問題はなかった。また、ヒューズエレメントの製造から動作温度測定までの間に、ヒューズエレメントが断線したものは皆無であり、強度的にも何ら問題はなかった。
ベース組成１００重量部に対し、Ａｇ、Ｃｕの何れか、または双方を溶融温度の低減や抵抗低減等のために０．０１〜７重量部添加しても、ＤＳＣ評価は、添加無しの場合の◎から○になったが、強度的にも何ら問題のないことを確認した。
【００３８】
図１０は実施例１〜３から、作動温度とＢｉ量との関係を求めた結果であり、Ｂｉ量の１％増加・Ｓｎ量１％減少により合金型温度ヒューズの作動温度を２℃低減できることが明かである。
【００３９】
〔実施例４〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３４％，Ｂｉ１４％をベース組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図１１の通りであり、ＤＳＣ評価は◎であった。
合金型温度ヒューズの作動温度の標準偏差を測定したところ、１以下であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの抵抗値、機械的強度にも何ら問題はなかった。
ベース組成１００重量部に対し、Ａｇ、Ｃｕの何れか、または双方を溶融温度の低減や抵抗低減等のために０．０１〜７重量部添加しても、ＤＳＣ評価が○になるが、強度的にも何ら問題のないことを確認した。
【００４０】
上記実施例のＤＳＣ測定により、５２Ｉｎ−（４８-ｘ）Ｓｎ−ｘＢｉにおいて、ｘ＝８〜１４で、ＤＳＣ曲線での緩慢変化の発生を完全に排除できること（ＤＳＣ評価◎）が明かであり、ｘ＝１４〜１６でも同様であることを確認した。更に、ｘ＝１５〜２５では、ＤＳＣ評価を○にできることを確認した。ｘが８未満では、ＤＳＣ評価を◎〜○にできるが、作動温度の条件を充足させ得ず（ｘ＝０、すなわち、５２Ｉｎ−４８Ｓｎではほぼ１１８℃）、ｘが２５を越えるとＤＳＣ評価が△〜×になるとともに比抵抗が大きくなり過ぎることが判明した。
【００４１】
【比較例１】
Ｉｎ５０％，Ｓｎ４３％，Ｂｉ７％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図１２の通りであり、ＤＳＣ評価は△であった。
【００４２】
【比較例２】
Ｉｎ４８％，Ｓｎ４５％，Ｂｉ７％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図１３の通りであり、ＤＳＣ評価は×であった。
【００４３】
〔実施例５〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３３％，Ａｇ３％，Ｂｉ１２％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図１４の通りであり、ＤＳＣ評価は◎であった。図９に示す実施例３のＤＳＣ曲線（Ｉｎ５２％，Ｓｎ３６％，Ｂｉ１２％）との対比から、４℃〜５℃の作動温度の低減が見込まれる。
テープタイプ合金型温度ヒューズの作動温度の標準偏差を測定したところ、１以下であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの抵抗値、機械的強度にも何ら問題がなかった。
【００４４】
〔実施例６〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３４％，Ａｇ２％、Ｂｉ１２％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、ＤＳＣ評価は◎であった。Ｉｎ５２％，Ｓｎ３６％，Ｂｉ１２％に対し、３℃〜４℃の作動温度の低減が見込まれた。
合金型温度ヒューズの作動温度の標準偏差を測定したところ、１以下であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの抵抗値、機械的強度にも何ら問題がなかった。
【００４５】
〔実施例７〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３５％，Ａｇ１％、Ｂｉ１２％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、ＤＳＣ評価は◎であった。Ｉｎ５２％，Ｓｎ３６％，Ｂｉ１２％に対し、２℃〜３℃の作動温度の低減が見込まれた。
合金型温度ヒューズの作動温度の標準偏差を測定したところ、１以下であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの抵抗値、機械的強度にも何ら問題がなかった。
【００４６】
〔実施例８〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３７％，Ａｇ３％，Ｂｉ８％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図１５の通りであり、ＤＳＣ評価は◎であった。図７に示す実施例１（Ｉｎ５２％，Ｓｎ４０％，Ｂｉ８％）のＤＳＣ曲線との対比から、４℃〜５℃の作動温度の低減が見込まれる。
合金型温度ヒューズの作動温度の標準偏差を測定したところ、１以下であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの抵抗値、機械的強度にも何ら問題がなかった。
【００４７】
〔実施例９〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３８％，Ａｇ２％、Ｂｉ８％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、ＤＳＣ評価は◎であった。Ｉｎ５２％，Ｓｎ４０％，Ｂｉ８％に対し、３℃〜４℃の作動温度の低減が見込まれた。
合金型温度ヒューズの作動温度の標準偏差を測定したところ、１以下であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの抵抗値、機械的強度にも何ら問題がなかった。
【００４８】
〔実施例１０〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３９％，Ａｇ１％、Ｂｉ８％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、ＤＳＣ評価は◎であった。Ｉｎ５２％，Ｓｎ４０％，Ｂｉ８％に対し、２℃〜３℃の作動温度の低減が見込まれた。
合金型温度ヒューズの作動温度の標準偏差を測定したところ、１以下であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの抵抗値、機械的強度にも何ら問題がなかった。
【００４９】
更に、Ａｇ量を変えてＤＳＣ評価を行なったところ、前記の条件５２Ｉｎ−（４８−ｘ）Ｓｎ−ｘＢｉ，ｘ＝８〜１６に対し、５２Ｉｎ−（４８−ｘ−ｙ）Ｓｎ−ｘＢｉ−ｙＡｇ，ｘ＝８〜１６のｙが０．０１〜７．０％であれば、Ａｇの添加にもかかわらず、ＤＳＣ曲線の溶融完結時の前記緩慢変化を確実に排除できた。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元組成のうち、溶融終結時に熱的エネルギー入力量が緩慢に変化して迅速に完全液相にならないものを排除し、かつ、液相線温度が１１０℃〜７０℃の範囲にあり、しかも、充分に低抵抗で、充分な機械的強度のものを合金型温度ヒューズのヒューズエレメントに使用しており、作動温度のバラツキをよく抑え得、かつ、作動温度が１００℃程度以下で、しかも環境保全に適応した合金型温度ヒューズを提供できる。
【００５１】
特に、図１０に示す、（Δ作動温度度）／（ΔＢｉ添加量）＝−２℃／％の関係のために、Ｂｉの添加量調整により合金型温度ヒューズの作動温度の設定を容易に行なうことも可能となる。
【００５２】
また、融点低減や機械的強度の向上のために、ＡｇやＣｕを添加しても、溶融終結時での緩慢変態の排除性能を保証でき、作動温度のバラツキをよく抑え得、環境保全に適応し、しかも、作動温度の設定が容易な合金型温度ヒューズを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る合金型温度ヒューズのヒューズエレメントを回転液中紡糸法により製造する場合に使用する回転液中紡糸装置を示す図面である。
【図２】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの形式の一例を示す図面である。
【図３】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別形式の例を示す図面である。
【図４】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別形式の例を示す図面である。
【図５】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別形式の例を示す図面である。
【図６】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別形式の例を示す図面である。
【図７】 実施例１において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【図８】 実施例２において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【図９】 実施例３において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【図１０】 本発明に係る合金型温度ヒューズにおけるヒューズエレメントの作動温度／Ｂｉ添加量の関係を示す図面である。
【図１１】 実施例４において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【図１２】 比較例１において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【図１３】 比較例２において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【図１４】 実施例５において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【図１５】 実施例８において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【符号の説明】
１ リード導体または電極
２ ヒューズエレメント
３ フラックス
４ 絶縁体
５ 封止剤
【０００１】
本発明は合金型温度ヒュ−ズに関し、特に電池のサーマルプロテクターとして有用なものである。
【従来の技術】
【０００２】
合金型温度ヒュ−ズにおいては，フラックスを塗布した低融点可溶合金片をヒュ−ズエレメントとしており、保護すべき電気機器に取り付けて使用され、電気機器が異常時に発熱すると、その発生熱により低融点可溶合金片が液相化され、その溶融金属が既溶融フラックスとの共存のもとで表面張力により球状化され、球状化の進行により分断されて機器への通電が遮断される。
【０００３】
上記低融点可溶合金に要求される第１の要件は、機器の許容温度で溶融される所定の融点を有することである。
更に、固相線と液相線との間の固液共存域が狭いことが要求される。すなわち、通常、合金においては、固相線と液相線との間に固液共存域が存在し、この領域においては、液相中に固相粒体が分散した状態にあり、液相様の性質も備えているために、固液共存域に属する温度範囲（ΔＴとする）で低融点可溶合金片が球状化分断される可能性がある。而して、固液共存域が広いほど、それだけ温度ヒュ−ズの作動温度範囲のバラツキが大となる。他方、固液共存域が狭いほど、温度ヒュ−ズの作動温度範囲のバラツキが小さくなって、温度ヒュ−ズをそれだけ確実に所定の設定温度で作動させることができる。従って、温度ヒュ−ズのヒュ−ズエレメントとして使用される合金には、固液共存域が狭いことが要求される。
【０００４】
更に、上記低融点可溶合金に要求される要件は、電気抵抗が低いことである。
すなわち、低融点可溶合金片の抵抗に基づく平常時の発熱による温度上昇をΔＴ'とすると、その温度上昇がないときに較べ、実質上、作動温度がΔＴ'に応じて低くなり、ΔＴ'が高くなるほど、融点同一のもとでは、作動誤差が実質的に高くなる。従って、温度ヒュ−ズのヒュ−ズエレメントとして使用する合金には、比抵抗が低いことが要求される。特に、近来の機器の小型化に伴う温度ヒューズの小サイズのために、５００μφ以下のヒューズエレメントが用いられることがあり、かかるもとでは、より一層の比抵抗の低減が要請される。
【０００５】
更に、ヒューズエレメントの製造中に作用する力（線引きや巻き取り時に作用する力等）、温度ヒューズの製造中にヒューズエレメントが受ける力、温度ヒューズの運搬・取扱い中にヒューズエレメントが受ける力、ヒートサイクル時にヒューズエレメントが受ける力等に対し、ヒューズエレメントを安全に維持するために、所定の機械的強度、特に引っ張り強度が必要とされる。
【０００６】
旧来、合金型温度ヒューズのヒューズエレメントには、鉛を含有するものが汎用されていたが、鉛は生体系に有害であり、近来の地球規模での要請である環境保全に適応し得ない。
そこで、生体系に有害な金属（Ｐｂ、Ｃｄ、Ｔｌ等）を含有しないヒューズエレメントの出現が要請されており、その一種として、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金のヒューズエレメントが提案されている。
【０００７】
このＩｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金のヒューズエレメントとして、合金組成がＩｎ４０〜５３％，Ｓｎ４０〜４６％，Ｂｉ７〜１２％の作動温度９５℃〜１０５℃用のもの（特開２００１−２６６７２４号）、合金組成がＩｎ５５〜７２．５％，Ｓｎ２．５〜１０％，Ｂｉ２５〜３５％の作動温度６５℃〜７５℃用のもの（特開２００１−２９１４５９号）、合金組成がＩｎ０．５〜１０％，Ｓｎ３３〜４３％，Ｂｉ４７〜６６．５％の作動温度１２５℃〜１３５℃用のもの（特開２００１−２６６７２３号）、合金組成がＩｎ５１〜５３％，Ｓｎ４２〜４４％，Ｂｉ４〜６％の作動温度１０７℃〜１１３℃用のもの（特開昭５９−８２２９号）、Ｓｎ１〜１５％，Ｂｉ２０〜３３％、残部Ｉｎで、作動温度７５℃〜１００℃のもの（特開２００１−３２５８６７号）が知られている。
【０００８】
近来、携帯電子機器、例えば、携帯電話、ノートパソコン等の電源としてリチウムイオン電池等のエネルギー密度の高い二次電池が汎用され、その電池に対する熱的保護を温度ヒューズで行なうことが要請されている。すなわち、エネルギー密度が大きいために、異常時発熱温度が高く、異常温度に達するまえに電池回路をサーモプロテクターにより遮断することが要請され、このサーモプロテクターとして温度ヒューズが好敵とされている。この場合、温度ヒューズに要求される作動温度は、１００℃程度以下（１００℃前後もしくはそれ以下の温度）である。
【０００９】
ところで、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金の溶融特性をＤＳＣ（示差走査熱量計）を測定すると、大抵、図１３に示すように、溶融終結点ｂ直前に緩慢な変態ｃが観られる（図１３は、４８Ｉｎ−４５Ｓｎ−７ＢｉのＤＳＣ曲線）。
図１３において、温度ａ（固相線温度）までは、試料（ヒューズエレメント）への熱エネルギー入力量の変化が無く固相状態を維持し、温度ａを越えると、熱エネルギーを吸収して変態し始め、温度ｂ（液相線温度）を越えて試料が完全な液相になると、熱エネルギー入力量の変化がなくなる。
一般に、合金のＤＳＣ曲線の溶融終結時に上記のような緩慢変化が生じることは稀であり、この緩慢変化は、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金のＤＳＣの特殊な現象である。
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金ヒューズエレメントのＤＳＣ曲線の溶融完結時の緩慢変化は、前記した固液共存巾ΔＴの拡大を招来し、前記した合金型温度ヒューズの作動温度のバラツキの増加が余儀なくされる。
【００１０】
かかる現況下、本発明者がＩｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金のＤＳＣ曲線の溶融完結時の前記緩慢変化を排除すべく、鋭意探究した結果、５２Ｉｎ−（４８−ｘ）Ｓｎ−ｘＢｉ，ｘ＝８〜１６の条件によって、前記緩慢変化の発生を確実に防止でき、かつ温度ヒューズの作動温度を１００℃程度以下にできることを知った。さらに、前記した低抵抗、機械的強度の要件もこの条件のもとで、充分に充足させ得ることを確認した。
【００１１】
本発明の目的は、上記の知見と確認に基づき、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金、または、この三元合金に更にＡｇやＣｕを添加した合金をヒューズエレメントとする温度ヒューズにおいて、作動温度のバラツキを良好に抑制でき、かつ、温度ヒューズの作動温度を１００℃程度以下にでき、しかもヒューズエレメントの低抵抗や機械的強度を充分に保証できるようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１では、低融点可溶合金をヒュ−ズエレメントとする温度ヒュ−ズにおいて、低融点可溶合金の合金組成のベースを、質量百分率のもとでＩｎ５０〜５５％，Ｓｎ２５〜４０％，残部Ｂｉの組成としている。好ましい範囲は、Ｉｎ５１〜５３％，Ｓｎ３２〜３６％，残部Ｂｉの組成である。請求項２では、Ｉｎがほぼ５２％で、かつＳｎとＢｉとの合計量がほぼ４８％とされ、請求項３では、Ｂｉが８〜１６％、好ましくは８〜１４とされている。
【００１３】
上記において、低融点可溶合金の合金組成を、Ｉｎ５０〜５５％，Ｓｎ２５〜４０％，残部Ｂｉとした理由は、この範囲を外すと、前記したＩｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金のＤＳＣ曲線の溶融完結時の前記緩慢変化を確実に排除するための条件、５２Ｉｎ−（４８−ｘ）Ｓｎ−ｘＢｉ，ｘ＝８〜１６から離隔し過ぎてその緩慢変化を充分に抑制できず、合金型温度ヒューズの作動温度のバラツキを満足に抑えることが困難であり、また、温度ヒューズの作動温度を１００℃程度以下に設定し難いためである。Ｉｎを５２％で、かつＳｎとＢｉとの合計量をほぼ４８％とした理由は、前記条件により一層に接近させるためであり、更に、Ｂｉを８〜１６％とした理由は、実質的に前記条件により一致させて合金型温度ヒューズの作動温度のバラツキを最大限に抑えるためである。
【００１４】
請求項１は、低融点可溶合金をヒュ−ズエレメントとする温度ヒュ−ズにおいて、低融点可溶合金の合金組成が、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｂｉ及びＡｇを含有し，Ｉｎ５０〜５５％，Ａｇ０．０１〜７．０％，ＳｎとＡｇとの合計量が２５〜４０％，残部Ｂｉの組成であることを特徴とし、好ましい組成は、Ｉｎ５１〜５３％，Ａｇ０．０１〜３．５％，ＳｎとＡｇとの合計量が３２〜３６％，残部Ｂｉである。請求項２では、Ｉｎをほぼ５２％とし、かつＳｎとＢｉとＡｇとの合計量がほぼ４８％とされ、請求項３では、Ｂｉが８〜１６％とされている。
【００１５】
上記において、Ａｇを添加する理由は、動作温度を低くしたり、ヒューズエレメントの比抵抗を低減するためであり，０．０１％未満ではその効果を満足に達成し難く、７．０％を越えると、Ａｇの添加が原因で、ＤＳＣ曲線の前記緩慢変化が無視できない程度に発生するからである。そして、Ｉｎ５０〜５５％，Ａｇ０．０１〜７．０％，ＳｎとＡｇとの合計量が２５〜４０％，残部Ｂｉとした理由は、前記の条件５２Ｉｎ−（４８−ｘ）Ｓｎ−ｘＢｉ，ｘ＝８〜１６に対し、Ｓｎ量（４８−ｘ）％の０．０１〜７．０％をＡｇに置換すれば、Ａｇの添加にもかかわらず、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元合金のＤＳＣ曲線の溶融完結時の前記緩慢変化を確実に排除できことを実験的に確認した結果、Ｉｎ５０〜５５％，Ａｇ０．０１〜７．０％，ＳｎとＡｇとの合計量が２５〜４０％，残部Ｂｉの範囲を外すと、前記Ａｇ添加のもとでのＤＳＣ曲線の前記緩慢変化を確実に排除するための条件から離隔し過ぎてその緩慢変化を充分に抑制できず、合金型温度ヒューズの作動温度のバラツキを満足に抑えることが困難であり、また、温度ヒューズの作動温度を１００℃程度以下に設定し難いためである。Ｉｎをほぼ５２％とし、かつＳｎとＢｉとＡｇとの合計量をほぼ４８％とした理由は、前記条件により一層に接近させるためであり、更に、Ｂｉを８〜１６％とした理由は、実質的に前記条件により一致させて合金型温度ヒューズの作動温度のバラツキを最大限に抑えるためである。
【００１６】
請求項４は、低融点可溶合金をヒュ−ズエレメントとする温度ヒュ−ズにおいて、低融点可溶合金の質量百分率のもとでの合金組成が、Ｉｎ５０〜５５％，Ｓｎ２５〜４０％，Ｂｉ１５〜２５％の組成であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５は、請求項１〜４何れか記載の合金型温度ヒューズにおいて、不可避的不純物が含有されており、この不可避的不純物には、例えば、各原料地金の製造上及びこれら原料の溶融撹拌上不可避的に生じる不純物を挙げることができる。
【００１８】
請求項６では、低融点可溶合金の溶融ジェットを回転冷却液層中に噴射して紡糸する回転液中紡糸法により上記請求項１〜５のヒューズエレメントが製造されている。
【００１９】
請求項７では、請求項１〜６何れか記載の合金型温度ヒューズを電池におけるサーモプロテクターとしはて使用している。
【００２０】
なお、上記において、ほぼｘ％（ｘ＝５２または４８）とは、ｘ％とすることを理想とするが、（ｘ−１）％以上で（ｘ＋１）％以下の範囲を含ませることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズにおいて、ヒュ−ズエレメントには、外径２００μｍφ〜６００μｍφ、好ましくは２５０μｍφ〜３５０μｍφの円形線、または当該円形線と同一断面積の扁平線を使用できる。
【００２２】
本発明に係る温度ヒュ−ズのヒュ−ズエレメントは、合金母材の線引きや回転液中紡糸法により製造でき、断面丸形のまま、または、さらに扁平に圧縮加工して使用できる。
回転液中紡糸法により製造するには、図１に示す回転液中紡糸装置を使用できる。図１において、６１は回転ドラムであり、円形胴壁の一端を垂直壁で閉成し、円形胴壁の他端内周にフランジ壁を設けてある。６２は冷却液であり、例えば、イソプロピルアルコール等の有機溶剤を使用できる。６３は石英等の耐熱材からなるノズルであり、ヒータを備えている。ヒュ−ズエレメントを回転液中紡糸法により製造するには、回転ドラム６１の内周面に遠心力により形成保持させた冷却液層６２１に、石英ノズル６３から噴射した溶融母材ジェット２０を冷却液層の周速と同速・同方向で入射させ、この入射ジェットを冷却液層６２１中で急冷・凝固させて紡糸していく。この場合、ノズルから冷却液層に至る空間でのジェットは、ノズルの円形形状が溶融金属の表面張力により保持されて円形断面となるが、冷却液層内で動圧によりやや扁平化される。しかし、前記ジェットの表面張力による円形保持力を冷却液層の動圧に基づく扁平化圧力よりも大とするように、冷却液層周速、ジェットの冷却液層入射角等を調整して、冷却液層に入射されたジェットを断面円形を保持させつつ冷却・凝固させることにより、断面がほぼ真円のヒューズエレメントを得ることができる。
【００２３】
合金型温度ヒューズの形式をテ−プタイプとすれば、合金型温度ヒューズの薄型化が可能であり、リチウムイオン電池等の二次電池のサーモプロテクターとして好適である。
図２はテ−プタイプの合金型温度ヒュ−ズを示し、プラスチックベ−スフィルム４１に帯状リ−ド導体１、１を接着剤または融着により固着し、帯状リ−ド導体間にヒュ−ズエレメント２を接続し、このヒュ−ズエレメント２にフラツクス３を塗布し、このフラツクス塗布ヒュ−ズエレメントをプラスチックカバ−フィルム４１の接着剤または融着による固着で封止してある。
【００２４】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズは、ケ−スタイプ、基板タイプ、樹脂ディツピングタイプの形式で実施することもできる。
図３は筒型ケ−スタイプを示し、一対のリ−ド線１、１間に低融点可溶合金片２を接続し、該低融点可溶合金片２上にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布低融点可溶合金片上に耐熱性・良熱伝導性の絶縁筒４、例えば、セラミックス筒を挿通し、該絶縁筒４の各端と各リ−ド線１との間を常温硬化の封止剤５、例えば、エポキシ樹脂で封止してある。
【００２５】
図４はケ−ス型ラジアルタイプを示し、並行リ−ド導体１、１の先端部間にヒュ−ズエレメント２を溶接により接合し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを一端開口の絶縁ケ−ス４、例えばセラミックスケ−スで包囲し、この絶縁ケ−ス４の開口をエポキシ樹脂等の封止剤５で封止してある。
【００２６】
図５は基板タイプを示し、絶縁基板４、例えばセラミックス基板上に一対の膜電極１、１を導電ペ−スト（例えば銀ペ−スト）の印刷焼付けにより形成し、各電極１にリ−ド導体１１を溶接等により接続し、電極１、１間にヒュ−ズエレメント２を溶接により接合し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを封止剤５例えばエポキシ樹脂で被覆してある。
【００２７】
図６は樹脂ディツピングラジアルタイプを示し、並行リ−ド導体１、１の先端部間にヒュ−ズエレメント２を溶接により接合し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを樹脂液ディッピングにより絶縁封止剤、例えばエポキシ樹脂５で封止してある。
【００２８】
また、通電式発熱体付きヒュ−ズ、例えば、基板タイプの合金型温度ヒュ−ズの絶縁基板に抵抗体（膜抵抗）を付設し、機器の異常時、抵抗体を通電発熱させ、その発生熱で低融点可溶合金片を溶断させる抵抗付きの基板型ヒュ−ズの形式で実施することもできる。
【００２９】
上記のフラックスには、通常、融点がヒュ−ズエレメントの融点よりも低いものが使用され、例えば、ロジン９０〜６０重量部、ステアリン酸１０〜４０重量部、活性剤０〜３重量部を使用できる。この場合、ロジンには、天然ロジン、変性ロジン（例えば、水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン）またはこれらの精製ロジンを使用でき、活性剤には、ジエチルアミンの塩酸塩や臭化水素酸塩等を使用できる。
【００３０】
本発明に係る合金型温度ヒューズの作動温度は、後述の各実施例のＤＳＣ曲線から理解できるように、１００℃前後もしくはそれよりもやや低い温度であり、二次電池の缶体に熱的に接触させて取付けることにより、サーモプロテクターとして使用される（電池温度が１００℃前後もしくはそれよりもやや低い温度に達すると、温度ヒューズの作動により、電池が負荷から遮断される）。
【００３１】
【実施例】
以下の実施例及び比較例において、試料数を３０箇とし、０．１アンペアの電流を通電しつつ、昇温速度０．５℃／分のオイルバスに浸漬し、溶断による通電遮断時のオイル温度を測定して作動温度とし、更に、作動温度の標準偏差を求めた。
作動温度のバラツキの評価は、標準偏差１以下を合格とし、１以上を不合格とした。
【００３２】
ＤＳＣ〔基準試料（不変化）と測定試料とを窒素ガス容器内に納め、容器ヒータに電力を供給して両試料を一定の速度で加熱し、測定試料の熱的変化に伴う熱エネルギー入力量の変動を示差熱電対により検出する〕の加熱速度を５℃／分、サンプリング時間間隔を０．５ｓとした。
ＤＳＣ曲線の溶融終結時での緩慢変態排除の評価は、変化巾が固液共存巾の５０％以上のもの（図１３参照）を×、５０％〜１０％のもの（図１２参照）を△、緩慢変化が観られないものを◎、緩慢変化が観られるが、変化巾が僅かなもの（１０％以下）を○とした。
【００３３】
ヒューズエレメントは回転液中紡糸法により製造し、ノズル径を３００μφ、ドラムの回転速度を２００ｒｐｍ、噴射圧力を１．０kg/cm2とした。得られたヒューズエレメントの断面寸法は、縦横比ほぼ０．８、平均直径ほぼ３００μｍである。
【００３４】
合金型温度ヒュ−ズの形式はテープタイプとし、図２において、樹脂フィルム４１及び４２に厚さ２００μｍ、巾５ｍｍ、長さ１０ｍｍ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の銅導体を使用し、ヒューズエレメント２の長さを４ｍｍとし、両帯状リード導体１の端部とリード導体間に接続したヒューズエレメントを樹脂フィルム４１，４２で挾んで基台上に配置し、各帯状リード導体に接するカバー樹脂フィルム縁端部をセラミックスチップで加圧し、次いで絶縁基台内に設けた電磁誘導加熱器でセラミックスチップ直下の帯状リード導体部分を加熱して帯状リード導体と各フィルムとの間の融着封止を行ない、而るのち、超音波融着によりフィルム同士の融着封止を行なった。
フラックスの組成は、ロジン７０重量部，アーマイドＨＴ３０重量部，アジピン酸５重量部とした。各実施例及び比較例の合金型温度ヒューズの製作個数は３０箇とした。
【００３５】
〔実施例１〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ４０％，Ｂｉ８％をベース組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図７の通りであり、ＤＳＣ評価は◎であった。
合金型温度ヒューズの作動温度を測定したところ、平均１０２．６３℃、最大１０４．１℃、最小１０１．６℃、標準偏差０．５３であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの作動温度測定前に抵抗値を測定したところ、平均１３．３５ｍΩであり、何ら問題はなかった。また、ヒューズエレメントの製造から動作温度測定までの間に、ヒューズエレメントが断線したものは皆無であり、強度的にも何ら問題はなかった。
ベース組成１００重量部に対し、Ａｇ、Ｃｕの何れか、または双方を溶融温度の低減や抵抗低減等のために０．０１〜７重量部添加しても、ＤＳＣ評価は、添加無しの場合の◎から○になったが、強度的にも何ら問題のないことを確認した。
【００３６】
〔実施例２〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３８％，Ｂｉ１０％をベース組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図８の通りであり、ＤＳＣ評価は◎であった。
合金型温度ヒューズの作動温度を測定したところ、平均９８．００℃、最大９９．７℃、最小９６．６℃、標準偏差０．７６であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの作動温度測定前に抵抗値を測定したところ、平均１４．２７ｍΩであり、何ら問題はなかった。また、ヒューズエレメントの製造から動作温度測定までの間に、ヒューズエレメントが断線したものは皆無であり、強度的にも何ら問題はなかった。
ベース組成１００重量部に対し、Ａｇ、Ｃｕの何れか、または双方を溶融温度の低減や抵抗低減等のために０．０１〜７重量部添加しても、ＤＳＣ評価は、添加無しの場合の◎から○になったが、強度的にも何ら問題のないことを確認した。
【００３７】
〔実施例３〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３６％，Ｂｉ１２％をベース組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図９の通りであり、ＤＳＣ評価は◎であった。
テープタイプ合金型温度ヒューズの作動温度を測定したところ、平均９４．１５℃、最大９５．９℃、最小９３．０℃、標準偏差０．７４であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの作動温度測定前に抵抗値を測定したところ、平均１５．２８ｍΩであり、何ら問題はなかった。また、ヒューズエレメントの製造から動作温度測定までの間に、ヒューズエレメントが断線したものは皆無であり、強度的にも何ら問題はなかった。
ベース組成１００重量部に対し、Ａｇ、Ｃｕの何れか、または双方を溶融温度の低減や抵抗低減等のために０．０１〜７重量部添加しても、ＤＳＣ評価は、添加無しの場合の◎から○になったが、強度的にも何ら問題のないことを確認した。
【００３８】
図１０は実施例１〜３から、作動温度とＢｉ量との関係を求めた結果であり、Ｂｉ量の１％増加・Ｓｎ量１％減少により合金型温度ヒューズの作動温度を２℃低減できることが明かである。
【００３９】
〔実施例４〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３４％，Ｂｉ１４％をベース組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図１１の通りであり、ＤＳＣ評価は◎であった。
合金型温度ヒューズの作動温度の標準偏差を測定したところ、１以下であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの抵抗値、機械的強度にも何ら問題はなかった。
ベース組成１００重量部に対し、Ａｇ、Ｃｕの何れか、または双方を溶融温度の低減や抵抗低減等のために０．０１〜７重量部添加しても、ＤＳＣ評価が○になるが、強度的にも何ら問題のないことを確認した。
【００４０】
上記実施例のＤＳＣ測定により、５２Ｉｎ−（４８-ｘ）Ｓｎ−ｘＢｉにおいて、ｘ＝８〜１４で、ＤＳＣ曲線での緩慢変化の発生を完全に排除できること（ＤＳＣ評価◎）が明かであり、ｘ＝１４〜１６でも同様であることを確認した。更に、ｘ＝１５〜２５では、ＤＳＣ評価を○にできることを確認した。ｘが８未満では、ＤＳＣ評価を◎〜○にできるが、作動温度の条件を充足させ得ず（ｘ＝０、すなわち、５２Ｉｎ−４８Ｓｎではほぼ１１８℃）、ｘが２５を越えるとＤＳＣ評価が△〜×になるとともに比抵抗が大きくなり過ぎることが判明した。
【００４１】
【比較例１】
Ｉｎ５０％，Ｓｎ４３％，Ｂｉ７％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図１２の通りであり、ＤＳＣ評価は△であった。
【００４２】
【比較例２】
Ｉｎ４８％，Ｓｎ４５％，Ｂｉ７％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図１３の通りであり、ＤＳＣ評価は×であった。
【００４３】
〔実施例５〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３３％，Ａｇ３％，Ｂｉ１２％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図１４の通りであり、ＤＳＣ評価は◎であった。図９に示す実施例３のＤＳＣ曲線（Ｉｎ５２％，Ｓｎ３６％，Ｂｉ１２％）との対比から、４℃〜５℃の作動温度の低減が見込まれる。
テープタイプ合金型温度ヒューズの作動温度の標準偏差を測定したところ、１以下であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの抵抗値、機械的強度にも何ら問題がなかった。
【００４４】
〔実施例６〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３４％，Ａｇ２％、Ｂｉ１２％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、ＤＳＣ評価は◎であった。Ｉｎ５２％，Ｓｎ３６％，Ｂｉ１２％に対し、３℃〜４℃の作動温度の低減が見込まれた。
合金型温度ヒューズの作動温度の標準偏差を測定したところ、１以下であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの抵抗値、機械的強度にも何ら問題がなかった。
【００４５】
〔実施例７〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３５％，Ａｇ１％、Ｂｉ１２％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、ＤＳＣ評価は◎であった。Ｉｎ５２％，Ｓｎ３６％，Ｂｉ１２％に対し、２℃〜３℃の作動温度の低減が見込まれた。
合金型温度ヒューズの作動温度の標準偏差を測定したところ、１以下であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの抵抗値、機械的強度にも何ら問題がなかった。
【００４６】
〔実施例８〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３７％，Ａｇ３％，Ｂｉ８％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、図１５の通りであり、ＤＳＣ評価は◎であった。図７に示す実施例１（Ｉｎ５２％，Ｓｎ４０％，Ｂｉ８％）のＤＳＣ曲線との対比から、４℃〜５℃の作動温度の低減が見込まれる。
合金型温度ヒューズの作動温度の標準偏差を測定したところ、１以下であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの抵抗値、機械的強度にも何ら問題がなかった。
【００４７】
〔実施例９〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３８％，Ａｇ２％、Ｂｉ８％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、ＤＳＣ評価は◎であった。Ｉｎ５２％，Ｓｎ４０％，Ｂｉ８％に対し、３℃〜４℃の作動温度の低減が見込まれた。
合金型温度ヒューズの作動温度の標準偏差を測定したところ、１以下であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの抵抗値、機械的強度にも何ら問題がなかった。
【００４８】
〔実施例１０〕
Ｉｎ５２％，Ｓｎ３９％，Ａｇ１％、Ｂｉ８％の組成とした。
ＤＳＣ曲線を測定したところ、ＤＳＣ評価は◎であった。Ｉｎ５２％，Ｓｎ４０％，Ｂｉ８％に対し、２℃〜３℃の作動温度の低減が見込まれた。
合金型温度ヒューズの作動温度の標準偏差を測定したところ、１以下であり、作動温度のバラツキ評価は合格であった。
合金型温度ヒューズの抵抗値、機械的強度にも何ら問題がなかった。
【００４９】
更に、Ａｇ量を変えてＤＳＣ評価を行なったところ、前記の条件５２Ｉｎ−（４８−ｘ）Ｓｎ−ｘＢｉ，ｘ＝８〜１６に対し、５２Ｉｎ−（４８−ｘ−ｙ）Ｓｎ−ｘＢｉ−ｙＡｇ，ｘ＝８〜１６のｙが０．０１〜７．０％であれば、Ａｇの添加にもかかわらず、ＤＳＣ曲線の溶融完結時の前記緩慢変化を確実に排除できた。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｂｉ三元組成のうち、溶融終結時に熱的エネルギー入力量が緩慢に変化して迅速に完全液相にならないものを排除し、かつ、液相線温度が１１０℃〜７０℃の範囲にあり、しかも、充分に低抵抗で、充分な機械的強度のものを合金型温度ヒューズのヒューズエレメントに使用しており、作動温度のバラツキをよく抑え得、かつ、作動温度が１００℃程度以下で、しかも環境保全に適応した合金型温度ヒューズを提供できる。
【００５１】
特に、図１０に示す、（Δ作動温度度）／（ΔＢｉ添加量）＝−２℃／％の関係のために、Ｂｉの添加量調整により合金型温度ヒューズの作動温度の設定を容易に行なうことも可能となる。
【００５２】
また、融点低減や機械的強度の向上のために、ＡｇやＣｕを添加しても、溶融終結時での緩慢変態の排除性能を保証でき、作動温度のバラツキをよく抑え得、環境保全に適応し、しかも、作動温度の設定が容易な合金型温度ヒューズを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る合金型温度ヒューズのヒューズエレメントを回転液中紡糸法により製造する場合に使用する回転液中紡糸装置を示す図面である。
【図２】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの形式の一例を示す図面である。
【図３】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別形式の例を示す図面である。
【図４】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別形式の例を示す図面である。
【図５】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別形式の例を示す図面である。
【図６】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別形式の例を示す図面である。
【図７】 実施例１において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【図８】 実施例２において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【図９】 実施例３において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【図１０】 本発明に係る合金型温度ヒューズにおけるヒューズエレメントの作動温度／Ｂｉ添加量の関係を示す図面である。
【図１１】 実施例４において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【図１２】 比較例１において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【図１３】 比較例２において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【図１４】 実施例５において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【図１５】 実施例８において使用したヒューズエレメントのＤＳＣ曲線を示す図面である。
【符号の説明】
１ リード導体または電極
２ ヒューズエレメント
３ フラックス
４ 絶縁体
５ 封止剤
Claims (7)
- 低融点可溶合金をヒュ−ズエレメントとする温度ヒュ−ズにおいて、低融点可溶合金の質量百分率のもとでの合金組成が、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｂｉ及びＡｇを含有し，Ｉｎ５０〜５５％，Ａｇ０．０１〜７．０％，ＳｎとＡｇとの合計量が２５〜４０％，残部Ｂｉの組成であることを特徴とする合金型温度ヒュ−ズ。
- Ｉｎが５１〜５３％で、ＳｎとＢｉとＡｇとの合計量が４７〜４９％である請求項１記載の合金型温度ヒューズ。
- Ｂｉが８〜１６％である請求項１または２記載の合金型温度ヒュ−ズ。
- 低融点可溶合金をヒュ−ズエレメントとする温度ヒュ−ズにおいて、低融点可溶合金の質量百分率のもとでの合金組成が、Ｉｎ５０〜５５％，Ｓｎ２５〜４０％，Ｂｉ１５〜２５％の組成であることを特徴とする合金型温度ヒュ−ズ。
- 不可避的不純物を含有する請求項１〜４何れか記載の合金型温度ヒューズ。
- 低融点可溶合金の溶融ジェットを回転冷却液層中に噴射して紡糸する回転液中紡糸法によりヒューズエレメントが製造されている請求項１〜５何れか記載の合金型温度ヒューズ。
- 電池のサーマルプロテクターとして使用される請求項１〜６何れか記載の合金型温度ヒューズ。
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