JP4209549B2 - 合金型温度ヒュ−ズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は合金型温度ヒュ−ズに関し、リチウムイオン二次電池等の異常昇温の未然防止に有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、携帯電話、ＰＨＳ、携帯型のパ−ソナルコンピュ−タ等の携帯型電子機器の電源として、繰返し充放電が可能な電池、すなわち二次電池が使用されている。
この二次電池としては、リチウムイオン二次電池が高いエネルギ−密度、長いライフサイクル、高い作動電圧等のために注目されている。このリチウムイオン二次電池等においては、何らかの原因でエネルギ−が一挙に放出されると、電池が異常高温になって爆裂する畏れがある。
そこで、温度ヒュ−ズをリチウムイオン二次電池等の缶体に密接させ、かつ当該電池の＋極と−極との間に直列に挿入するようにして取付け、当該電池が所定の上限温度に達したときに電池回路を電気的に遮断することが提案されている。
【０００３】
この二次電池用温度ヒュ−ズに要求される一の条件は、薄型・小型であり、かかる薄型・小型温度ヒュ−ズとして、図６に示す合金型温度ヒュ−ズが公知である。
図６の（イ）に示す合金型温度ヒュ−ズにおいては、導電ペ−ストの印刷・焼付けによりセラミックス板１’等の絶縁基板に対向電極２’，２’が設けられ、各電極２’にリ−ド導体３’が接合され、両電極２’，２’間に低融点可溶合金片４’が接続され、低融点可溶合金片４’にフラックス５’が塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が樹脂層６’で封止されいる。
【０００４】
図６の（ロ）に示す合金型温度ヒュ−ズにおいては、一対の帯状リ−ド導体３’，３’の先端部がプラスチックベ−スフィルム１１’の表面に熱融着され、その導体先端部間に低融点可溶合金片４’が接続され、この低融点可溶合金片４’にフラックス５’が塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片がプラスチックカバ−フィルム１２’で封止されている。
【０００５】
図６の（ハ）に示す合金型温度ヒュ−ズにおいては、一対の帯状リ−ド導体３’，３’の先端部がプラスチックベ−スフィルム１１’の裏面より表面に水密に現出され、かつリ−ド導体３’とプラスチックベ−スフィルム１１’との間が熱融着され、現出導体３１’，３１’間に低融点可溶合金片４’が接続され、この低融点可溶合金片４’にフラックス５’が塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片がプラスチックカバ−フィルム１２’で封止されている。
【０００６】
更に、二次電池用温度ヒュ−ズに要求される他の条件は、リ−ド導体が二次電池の缶体に容易に溶接できるようにその缶体と同材質とすること、例えばニッケルとすることが挙げられる。
しかしながら、ニツケルははんだ接合が困難な金属であり、図６の（イ）に示す合金型温度ヒュ−ズにおいて、リ−ド導体３’をニッケル導体とするとリ−ド導体３’と導電ペ−スト焼付け電極２’とのはんだ接合が困難となる。また、図６の（ロ）や図６の（ハ）に示す合金型温度ヒュ−ズにおいては、ニッケルリ−ド導体の先端部での低融点可溶合金片端の溶着が困難となる。
【０００７】
そこで、図６の（イ）に示す合金型温度ヒュ−ズに対しては、ニッケルリ−ド導体３’の先端部を錫めっきし、この錫めっき面と導電ペ−スト焼付け電極２’とを接合することが提案されている。また、図６の（ロ）や図６の（ハ）に示す合金型温度ヒュ−ズに対しては、ニッケルリ−ド導体の先端部表面に銅箔のクラッド、銅めっき等によって銅導体を設け、この銅導体に低融点可溶合金片端を溶着することが提案されている（特開平１１−４００２６号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記リチウムイオン二次電池等においては、その高いエネルギ−密度のために定格電流を高く設定することが可能である。
しかしながら、本発明者等の図６の（イ）の合金型温度ヒュ−ズの検討結果によれば、電極表面に焼付け時に雰囲気ガスとの反応で生成された異質薄膜（厚み１０ｎｍ程度）が存在するために導電ペ−スト焼付け電極と低融点可溶合金片との溶着界面が高抵抗となり、この高抵抗部位の平常時電流による発熱が原因で温度ヒュ−ズの動作誤差の惹起が避けられない。すなわち、この平常時電流による発熱に基づく低融点可溶合金片の温度上昇をΔＴとすると、前記の上限温度（Ｔx）より低い温度（Ｔx−ΔＴ）で合金型温度ヒュ−ズが作動してしまい、合金型温度ヒュ−ズの作動精度の低下が避けられない
【０００９】
また、リ−ド導体の先端部をプラスチックベ−スフィルムに加熱融着している図６の（ロ）や図６の（ハ）に示す合金型温度ヒュ−ズにおいても、リ−ド導体先端部の銅導体表面の酸化が加熱のために促進されたり、プラスチックベ−スフィルムから加熱により発生する気化物の附着が生じるため、それだけ銅導体表面と低融点可溶合金片との溶着界面の抵抗値が高くなる結果、前記導電ペ−スト焼付け電極の場合より軽度であっても、その高抵抗部位の平常時電流による発熱が原因しての動作誤差は無視し難い。
【００１０】
従って、図６示す薄型・小型の合金型温度ヒュ−ズにおいて、リ−ド導体を二次電池の缶体と同材質にして溶接取付けの容易化を図り、そのリ−ド導体の先端部に易はんだ付け導体を設けてリ−ド導体と導電ペ−スト焼付け電極とのはんだ接合やリ−ド導体と低融点可溶合金片との溶着の容易化を図っただけでは、リチウムイオン二次電池の高エネルギ−密度に基づく高い定格電流のもとで、その二次電池の異常発熱の適確な未然防止を保証することは困難である。
【００１１】
本発明の目的は、リチウムイオン二次電池のような高エネルギ−密度の二次電池の異常昇温の未然防止に好適に使用できる合金型温度ヒュ−ズを提供することにある。
より詳しくは、リ−ド導体を二次電池の缶体と同材質にして二次電池への溶接取付けを容易に行い得、定格電流を二次電池の高エネルギ−密度に応じて高く設定しても高精度で作動させ得る薄型・小型の合金型温度ヒュ−ズを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る一の合金型温度ヒュ−ズは、リ−ド導体が電池の缶体に溶接される合金型の温度ヒュ−ズであり、金属粒体を導電性成分とする導電ペ−ストの焼付けにより絶縁基板に対向電極が設けられ、各電極にリ−ド導体が接合され、両電極間に低融点可溶合金片が接続され、低融点可溶合金片にフラックスが塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が封止され、電極表面が研磨されその研磨面に低融点可溶合金片端が溶着され、リ−ド導体がニッケル導体とされていることを特徴とする構成であり、フラックス塗布低融点可溶合金片の封止を絶縁基板を包囲するプラスチックフィルムにより行なうこと、電極の研磨表面における金属粒体の占める割合を８０％以上とすること、ニッケルリ−ド導体を帯状としでそのビッカ−ス硬度を１００〜２８０、厚みを５０〜８５０μｍとすること、定格電流値を０．１Ａ〜１５Ａ、好ましくは１．５Ａ〜１５Ａとすることが可能である。
【００１３】
本発明に係る他の合金型温度ヒュ−ズは、リ−ド導体が電池の缶体に溶接される合金型の温度ヒュ−ズであり、一対の帯状リ−ド導体の先端部がプラスチックベ−スフィルムの裏面より表面に水密に現出され、かつリ−ド導体とプラスチックベ−スフィルムとの間が融着され、現出導体間に低融点可溶合金片が接続され、低融点可溶合金片にフラックスが塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が封止され、帯状リ−ド導体が先端部表面が銅または銀または金導体とされニッケル導体であり、その銅または銀または金導体表面が研磨され該研磨面に低融点可溶合金片端が溶着されていることを特徴とする構成であり、本発明に係る他の別の合金型温度ヒュ−ズは、一対の帯状リ−ド導体の先端部がプラスチックベ−スフィルムの表面に融着され、その先端部間に低融点可溶合金片が接続され、低融点可溶合金片にフラックスが塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が封止されてなる温度ヒュ−ズであり、帯状リ−ド導体が先端部表面が銅または銀または金導体とされニッケル導体であり、その銅または銀導体表面が研磨され該研磨面に低融点可溶合金片端が溶着されていることを特徴とする構成であり、何れの構成においても、ニッケル帯状リ−ド導体のビッカ−ス硬度を１００〜２８０、厚みを５０〜８５０μｍとすること、定格電流値を０．１Ａ〜１５Ａ好ましくは１．５Ａ〜１５Ａとすることが可能である。
【００１４】
【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）は本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの一例を示す図面、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図１において、１は耐熱性及び良熱伝導性の絶縁板、例えばセラミックス板である。２，２は絶縁板１上に設けた導電ペ−ストの焼付け電極、３，３は各電極２，２に接続したニッケル帯状リ−ド導体、４は電極２，２間に接続した低融点可溶合金片であり、各電極２の表面を研磨したうえで各電極２とリ−ド導体３との接続、電極２，２間への低融点可溶合金片４の接続を行っている。５は低融点可溶合金片４上に塗布したフラツクス、６はフラックス塗布低融点可溶合金片を封止した樹脂層である。この樹脂層６の表面に機械的強度の大なる補強板を固着して封止層全体の厚みを薄くすることもできる。
【００１５】
図２の（イ）は本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの別例を示す図面、図２の（ロ）は図２の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図２において、１は耐熱性及び良熱伝導性の絶縁板、例えばセラミックス板である。２，２は絶縁板１上に設けた導電ペ−ストの焼付け電極、３，３は各電極２，２に接続したニッケル帯状リ−ド導体、４は電極２，２間に接続した低融点可溶合金片であり、各電極２の表面を研磨したうえで各電極２とリ−ド導体３との接続、電極２，２間への低融点可溶合金片４の接続を行っている。５は低融点可溶合金片上に塗布したフラツクスである。６１はフラックス塗布低融点可溶合金片を封止したプラスチックフィルムであり、絶縁基板１を挾み周辺部をヒ−トシ−ル等により封止してある。これらのプラスチックフィルムの使用に代え、熱収縮性のプラチチックチュ−ブを絶縁板に挿通し、これを熱収縮させることもできる。また、フラックス塗布低融点可溶合金片を樹脂塗布層で覆ったうえで、プラスチックフィルムまたは熱収縮性プラチチックチュ−ブによる最終的な封止を行うことも可能である。
【００１６】
上記電極２への低融点可溶合金片４の端部の溶着には、接合箇所とこの箇所から隔たった電極部分とにピン電極を当接しパルス電流を流して溶接する抵抗溶接法、接合箇所を加熱ピンで加圧する熱圧着法、接合箇所にホ−ンチップを当接する超音波加熱法等を使用できる。
上記導電ペ−ストには導電性金属粉末（粒径は通常０．４〜６μｍ）とガラス粉末と金属酸化物粉末との混合物を溶媒（例えばエチルセルロ−ス）でペ−スト状にしたものが使用される。例えば、導電性金属粉末としてＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔを用いたＡｇ系ぺ−スト、Ｃｕ系ペ−スト、Ａｕ系ぺ−スト等を用いることができる。
上記電極は導電ペ−ストをセラミックス板に印刷・焼付けることにより設け、焼付けは通常空気雰囲気中で行うが、窒素等の不活性ガス雰囲気中で行うこともできる。
この電極の厚みは５μｍ〜１００μｍとされ、その焼付けにおいては、雰囲気ガスと印刷導電ペ−スト表面との反応やバインダ−の分解生成物の析出等により電極表面に厚み数１０ｎｍの高電気抵抗の異質薄膜が形成される。
【００１７】
しかしながら、本発明に係る合金型温度ヒュ−ズにおいては、異質薄膜を研磨して（研磨代は１μｍ程度で充分である）電極に低融点可溶合金片の端部を溶着しているから、低融点可溶合金片と電極との溶着界面の抵抗値を充分に低くでき、また、溶着性の向上により界面溶着強度を高くでき、低融点可溶合金片の断面積を安定に維持できる。従って、溶着部を含めた低融点可溶合金片の抵抗値を充分に低くでき、定格電流値を大きく設定しても、低融点可溶合金片の自己発熱を防止して所定の温度で適確に作動させ得る。
また、樹脂層等による封止とフラックス塗布との二重の酸化防止機構により、電極の研磨表面の後発的酸化がよく防止されるから、溶融した低融点可溶合金の電極表面への濡れをよく保証でき、温度ヒュ−ズの作動時、溶融した低融点可溶合金が溶融フラックスとの共存下で電極によく濡れて迅速に分断され得る。
【００１８】
上記電極表面の研磨は全面にわたり行うことが望ましいが、低融点可溶合金片の溶着箇所のみを研磨するようにしてもよい。
【００１９】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズにおいて、電極とニッケル帯状リ−ド導体との接合は、抵抗溶接、レザ−溶接等により行うが、電極表面から前記の異質薄膜を除去してあるから、溶接部への異質物質の巻き込みを排除でき、電極とニッケル帯状リ−ド導体との接合も低抵抗値、優れた機械的強度で行うことができる。
上記電極の研磨表面における金属粒体が占める割合α（膜電極試料の面積をＳ、その面中金属粒体によって占められる面積をＳ’とすれば、α＝Ｓ’／Ｓ×１００％で与えられる）は、電極と低融点可溶合金片との接合部及び電極とニッケルリ−ド導体との接合部の機械的強度や電気導通性を高めるために８０％以上、好ましくは９０％以上とすることが望ましい。この割合αは電子顕微鏡による観測や蛍光Ｘ線分析法によって測定でき、例えばαが８０％の膜電極試料を作成し、この膜電極試料の表面に白色Ｘを照射したときのその金属粒体の金属の固有Ｘ線強度をｚとすれば、固有Ｘ線強度がｚ以上の膜電極であれば、膜電極表面における金属粒体が占める割合を８０％以上と判定できる。
【００２０】
上記ニッケル帯状リ−ド導体には、ビッカ−ス硬度１００〜２８０好ましくは１３０〜２２０、厚み５０〜３００μｍ好ましくは８０〜１６０μｍのものを使用することが望ましい。而して、ビッカ−ス硬度１００以上であるために、厚み５０μｍという薄い厚みのもとでもニッケル帯状リ−ド導体に充分な剛直性を付与でき、低融点可溶合金片の接合時や機器への溶接接合時にリ−ド導体を安定に保持してそれらの溶接を容易に行うことができ、またビッカ−ス硬度２８０以下であるために、３００μｍという比較的厚いリ−ド導体を溶接上折り曲げても、その折り曲げ部位でのクラック発生を排除して容易に溶接できる。かかるビッカ−ス硬度、厚みのリ−ド導体では、その端部の中央部に孔を開けたり一部切り欠いて機器への溶接接合することも可能である。
【００２１】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズは二次電池、特にリチウムイオン二次電池の異常発熱の防止に好適に使用できる。
図３は、図２に示した合金型温度ヒュ−ズの使用状態の一例を示し、ｃは正極であるキャツプａに対して部位ｂで絶縁分離された負極のでニッケル缶体を示し、この缶体ｃ上の絶縁膜ｉを局部的に剥離し、その露出缶体面に合金型温度ヒュ−ズの本体Ａと一方のニッケルリ−ド導体３１を接触させ、そのリ−ド導体３１と缶体ｃとを抵抗溶接等で接合し、キャツプａの正極端子と合金型温度ヒュ−ズの他方のリ−ド導体３２とを二端子として携帯機器の負荷に電気的に接続する構成であり、一方のリ−ド導体３１と缶体ｂとの溶接がニッケル同士の溶接であるために容易であり、大なる定格電流で使用しても前記した通り低融点可溶合金片の融点で規制された正確な温度で作動させ得、温度ヒュ−ズの薄型・小型のために温度ヒュ−ズ装着電池の外形寸法もほぼ元のままに維持でき、リチウムイオン二次電池の異常発熱の防止に好適である。
この使用形態では、二次電池の内部短絡などにより異常電流が流れると、その異常電流による低融点可溶合金片のジュ−ル発熱・溶断で通電を遮断させること、すなわち電流温度ヒュ−ズとしても機能させることができる。
【００２２】
上記定格電流は、０．１Ａ〜１５Ａに設定され、この場合、低融点可溶合金片には抵抗値４５ｍΩ以下、好ましくは１５ｍΩ以下、特に好ましくは２ｍΩ以下のものが使用され、上記電極表面の研磨のために、低融点可溶合金片の断面寸法（丸線の場合は直径、リボンの場合は厚み）５０μｍ〜８００μｍのもとでリ−ド導体と電極及び低融点可溶合金片を経る抵抗値を充分に低くでき（低融点可溶合金片の抵抗値４５ｍΩ以下に対しては２０ｍΩ以下、低融点可溶合金片の抵抗値１５ｍΩ以下に対しては２０ｍΩ以下、低融点可溶合金片の抵抗値２ｍΩ以下に対しては１２ｍΩ以下）、低融点可溶合金片の自己発熱をよく防止して合金型温度ヒュ−ズを低融点可溶合金片の融点で規制された正確な温度で作動させ得る。また、低融点可溶合金片の断面寸法（丸線の場合は直径、リボンの場合は厚み）を３５０μｍ以下にして合金型温度ヒュ−ズの一層の薄厚化を図ることも可能となる。
【００２３】
上記低融点可溶合金片には、固相線温度が８０℃〜１２０℃、固相線温度が８０℃〜１２０℃である合金、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％、Ｐｂ２８〜３３重量％、Ｓｎ１３〜１９重量％の合金、Ｉｎ０．５〜４重量％、Ｂｉ５０〜５４重量％、Ｐｂ３０〜３４重量％、Ｓｎ１４〜１８重量％の合金等を使用できる。
【００２４】
上記低融点可溶合金片に塗布するフラックスは、研磨した電極表面を無酸化状態に保持して溶融した低融点可溶合金片の電極への濡れを促しつつ球状化分断を促進する作用を呈し、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。
【００２５】
上記絶縁板には、例えば、厚さ１００μｍ〜１０００μｍのアルミナセラミックス板や窒化アルミニウム基板等のセラミックス板、ガラス板、ガラスエポキシ板、紙フェノ−ル板等を使用できる。また、未焼成のセラミックスシ−ト（グリ−ンシ−ト）に導電ペ−ストを電極パタ−ンに印刷し、セラミックスシ−トと導電ペ−スト電極パタ−ンとを加熱して一挙に焼成することもできる。
【００２６】
上記の塗布タイプの封止用樹脂塗料には、粘度５０，０００〜６００，０００ｃｐｓの硬化性樹脂液を使用できる。例えば、ビスフェノ−ルＡとエピクロロヒドリンとから得られるビスフェノ−ル系エポキシ樹脂、ノボラック形エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、多価アルコ−ル等にエピクロロヒドリンを反応させてエポキシ基を導入したエポキシ樹脂等に硬化剤（ジアミン、ポリアミン、ポリアミド、無水有機酸、ビニルフェノ−ル等）を混合し、アルミナ、炭酸カルシウム等のフィラ−を添加したものを使用できる。その外、不飽和ポリエステル、ジアリルフタレ−ト樹脂、シリコ−ン、ポリウレタンを硬化性樹脂とする硬化性樹脂液を使用することもできる。
【００２７】
上記プラスチックフィルムには、厚み５μｍ〜２６０μｍ好ましくは１６０μｍ〜２１０μｍの熱可塑性樹脂フィルムを使用できる。例えば、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−テルレトン、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（ＥＶＡ、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、アイオノマ−、ＡＡＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂等）の中から選択される。
【００２８】
上記実施例においては、リ−ド導体にニッケルを使用しているがリ−ド導体の溶接接合される金属面がステンレス、アルミまたは鉄の場合は、ステンレスリ−ド導体、アルミリ−ド導体または鉄リ−ド導体が使用される。これらのリ−ド導体の場合も、低融点可溶合金片の接合時や機器への溶接接合時にリ−ド導体を安定に保持してそれらの溶接を容易に行うことができるように、またリ−ド導体を溶接上折り曲げても、その折り曲げ部位でのクラック発生を排除して容易に溶接できるように厚みが設定され、例えばステンレスリ−ド導体の場合、５０μｍ〜３００μｍに設定される。
【００２９】
上記何れの実施例においても、絶縁板に抵抗体を取付け、温度以外の異常例えば二次電池過充電時の電圧上昇を検知して抵抗体を通電発熱させ、この通電発熱で低融点可溶合金片を溶断させること、すなわち異常昇温とこれ以外の異常との双方で温度ヒュ−ズを作動させることもできる。
【００３０】
上記何れの実施例に係る合金型温度ヒュ−ズを製造するには、通常、導電ペ−ストの焼付け電極を研磨したのち、リ−ド導体の接合及び低融点可溶合金片の溶着を行うが、研磨前に導電ペ−ストの焼付け電極にリ−ド導体を接合し、而るのち、電極表面を研磨し、該研磨面に低融点可溶合金片を溶着することもできる。
【００３１】
図４の（イ）は本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの他の別例を示す図面、図４の（ロ）は図４の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図４において、１１はプラスチックベ−スフィルムである。３，３はニッケル帯状リ−ド導体であり、先端部を銅箔（銅合金箔も含まれる）のクラッドまたは銅めっきにより銅導体とし、その先端部裏面をプラスチックベ−スフィルム１１の上面に熱プレスで融着してある。
４は低融点可溶合金片であり、リ−ド導体先端部の銅導体表面を研磨しその研磨銅導体表面に低融点可溶合金片端を溶着してある。５は低融点可溶合金片に塗布したフラックス、１２はプラスチックベ−スフィルム１１の表面上に配したプラスチックカバ−フィルムであり、プラスチックカバ−フィルムの周辺のフィルム間及びプラスチックカバ−フィルムと帯状リ−ド導体との間を熱プレスや超音波融着或いは接着剤等で封止してある。
【００３２】
図５の（イ）は、本発明に係る温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面、図５の（ロ）は図５の（イ）におけるロ−ロ断面図であり、ニッケル帯状リ−ド導体３，３の先端部を銅箔（銅合金箔も含まれる）のクラッドまたは銅めっきにより銅導体とし、その先端部を熱プレス等でプラスチックベ−スフィルム１１にその裏面側から表面側に表出させて融着し、次いで、これらの帯状リ−ド導体先端部の表出部（銅面）３１，３１を研磨し、その研磨銅導体面に低融点可溶合金片４を溶着し、低融点可溶合金片４にフラックス５を塗布し、プラスチックカバ−フィルム１２でフラックス塗布低融点可溶合金片を封止してある。
【００３３】
上記何れの実施例においても、研磨範囲は低融点可溶合金片の被溶着箇所を完全に含む領域である。また、ニッケル帯状リ−ド導体３，３の先端部を銀めっきまたは金めっきにより銀導体または金導体とすることもできる。
【００３４】
図４及び図５に示す実施例においては、ニッケルリ−ド導体の先端部表面をリ−ド導体の材質であるニッケルよりもはんだ付け性に優れた銅または銀または金導体にしてあるが、その先端部をプラスチックベ−スフィルム１１に融着する際の加熱で銅または銀または金導体表面に形成される酸化膜や加熱によってプラスチックベ−スフィルムから発生する気化物の附着を残存させると、折角付与された良はんだつけ性が毀損されることになる。
【００３５】
しかしながら、本発明に係る合金型温度ヒュ−ズにおいては、銅または銀または金導体表面を研磨したうえでその研磨面に低融点可溶合金片端を溶着しているから、低融点可溶合金片の溶着界面の抵抗値を充分に低くでき、また、溶着性の向上により界面溶着強度を高くでき、低融点可溶合金片の断面積を安定に維持できる。従って、溶着部を含めた低融点可溶合金片の抵抗値を充分に低くでき、定格電流値を大きく設定しても、低融点可溶合金片の自己発熱を防止して所定の温度で適確に作動させ得る。
また、封止とフラックス塗布との二重の酸化防止機構により、銅または銀または金導体の研磨表面の後発的酸化をよく防止できるから、溶融した低融点可溶合金の銅または銀導体表面への濡れをよく保証でき、温度ヒュ−ズの作動時、溶融した低融点可溶合金が溶融フラックスとの共存下で銅または銀または金導体表面によく濡れて迅速に分断され得る。
従って、図４や図５に示す実施例において、定格電流値を高く設定しても、低融点可溶合金片の自己発熱をよく抑えて低融点可溶合金片の融点で規制された温度で適確に作動させることができる。
【００３６】
これらの実施例においても、低融点可溶合金片やフラックスには前記実施例と同じものを使用できる。
また、前記実施例と同様に、ニッケル帯状リ−ド導体のビッカ−ス硬度を１００〜２８０、厚みを５０〜８５０μｍにすることが好ましい。
また、前記実施例と同様に、二次電池の缶体に一方のリ−ド導体を溶接して使用でき、リ−ド導体が溶接接合される金属面がステンレス、アルミまたは鉄の場合は、ステンレスリ−ド導体、アルミリ−ド導体または鉄リ−ド導体を使用できる。これらのリ−ド導体の場合も、低融点可溶合金片の接合時や機器への溶接接合時にリ−ド導体を安定に保持してそれらの溶接を容易に行うことができるように、またリ−ド導体を溶接上折り曲げても、その折り曲げ部位でのクラック発生を排除して容易に溶接できるように厚みが設定され、例えばステンレスリ−ド導体の場合、５０μｍ〜３００μｍに設定される。
さらに、上記プラスチックベ−スフィルムやプラスチックカバ−フィルムには前記実施例において使用したプラスチックフィルムを使用することができる。
【００３７】
【実施例】
〔実施例１〕
図１に示す構成の合金型温度ヒュ−ズであり、導電ペ−ストには銀ペ−ストで銀／バインダ−の重量比が１００／２０であり、銀粒体の平均粒子径がほぼ１０μｍ、バインダ−用粒体の平均粒子径がほぼ５μｍのものを使用した。
この導電ペ−ストをスクリ−ンメツシュとスキ−ジを用いて厚み５００μｍ×巾５．０ｍｍ×長さ８０ｍｍのアルミナセラミックス板上に電極形状に印刷し、さらに温度１２０℃×１５分で乾燥し、次いでピ−ク温度８５０℃×１０分、６０分サイクルで焼成し、その電極表面を砥石車で研磨し、各電極にニッケル帯状リ−ド導体を抵抗溶接により接合し、更に、電極間にに直径０．５ｍｍ、共晶点温度９４℃の低融点可溶合金線を溶接した。低融点可溶合金線を溶接したのちの電極間の抵抗値を測定したところ２ｍΩであった。
更に、低融点可溶合金線にフラックスを塗布し、エポキシ樹脂で封止を行って本発明に係る合金型温度ヒュ−ズを得た。
この合金型温度ヒュ−ズにつき（試料数２０箇）、２Ａの電流を流しつつオイル浴に浸漬し、オイルを加熱速度１℃／分で昇温したところ、オイル温度９３℃（２０個の平均値）で溶断作動した。
【００３８】
〔比較例１〕
電極表面の研磨を省略した以外、実施例１に同じとした。
実施例１と同様に２Ａ通電下での溶断試験を行ったところ、オイル温度９１．５℃（２０個の平均値）で溶断作動した。この溶断作動温度は実施例１の場合に較べ１．５℃低く、低融点可溶合金線の自己発熱による作動誤差が認められた。
【００３９】
〔実施例２〕
図５に示す構成であり、プラスチックベ−スフィルム及びプラスチックカバ−フィルムに厚み１５０μｍ、平面寸法５ｍｍ×１１ｍｍのポリエチレンテレフタレ−トフィルムを使用し、帯状リ−ド導体には厚み１００μｍ、ビッカ−ス硬度１９０（ビッカ−ス硬度は島津製作所製合金型温度ヒュ−ズＭＶ−２０００で測定した）、巾３．５ｍｍ、長さ１３ｍｍのニッケル帯状体の先端部に銅箔をクラッドしたものを使用した。プラスチックベ−スフィルムに裏面より表面にリ−ド導体の先端部を加熱プレスに現出させ、その現出銅箔面を砥石車で研磨のうえ、直径０．３ｍｍ、共晶点温度９４℃の低融点可溶合金線を溶接した。低融点可溶合金線を溶接したのちの現出銅箔面間の抵抗値を測定したところ１０ｍΩであった。
更に、低融点可溶合金線にフラックスを塗布し、プラスチックカバ−フィルムの周辺をヒ−トシ−ルにより封止して本発明に係る合金型温度ヒュ−ズを得た。
この合金型温度ヒュ−ズにつき（試料数２０箇）、３Ａの電流を流しつつオイル浴に浸漬し、オイルを加熱速度０．５℃／分で昇温したところ、オイル温度９３．４℃（２０個の平均値）で溶断作動した。
【００４０】
〔比較例２〕
現出銅箔面の研磨を省略した以外、実施例２に同じとした。
実施例２と同様に２ 通電下での溶断試験を行ったところ、オイル温度９１．１℃（２０個の平均値）で溶断作動した。この溶断作動温度は実施例１の場合に較べ２．３℃低く、低融点可溶合金線の自己発熱による作動誤差が認められた。
【００４１】
【発明の効果】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズは、二次電池、特にリチウムイオン二次電池の異常昇温防止用プロテクタ−として使用するにあたり、薄型・小型を施用し、リ−ド導体を電池缶体との溶接性に優れた材質とするにとどまらず、その二次電池の高いエネルギ−密度にみあう高い定格電流のもとでも上記二次電池の異常昇温防止を適確に行い得る構成としてあり、二次電池、特にリチウムイオン二次電池の異常昇温防止に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの一実施例を示す図面である。
【図２】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは異なる実施例を示す図面である。
【図３】 図２に示す合金型温度ヒュ−ズの使用状態の一例を示す図面である。
【図４】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは異なる実施例を示す図面である。
【図５】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは異なる実施例を示す図面である。
【図６】 異なる従来例を示す図面である。
【符号の説明】
１ 絶縁板
１１ プラスチックベ−スフィルム
２ 導電ペ−スト焼付け電極
３ ニツケルリ−ド導体
４ 低融点可溶合金片
５ フラックス
６ 樹脂層
１２ プラスチックカバ−フィルム
【発明の属する技術分野】
本発明は合金型温度ヒュ−ズに関し、リチウムイオン二次電池等の異常昇温の未然防止に有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、携帯電話、ＰＨＳ、携帯型のパ−ソナルコンピュ−タ等の携帯型電子機器の電源として、繰返し充放電が可能な電池、すなわち二次電池が使用されている。
この二次電池としては、リチウムイオン二次電池が高いエネルギ−密度、長いライフサイクル、高い作動電圧等のために注目されている。このリチウムイオン二次電池等においては、何らかの原因でエネルギ−が一挙に放出されると、電池が異常高温になって爆裂する畏れがある。
そこで、温度ヒュ−ズをリチウムイオン二次電池等の缶体に密接させ、かつ当該電池の＋極と−極との間に直列に挿入するようにして取付け、当該電池が所定の上限温度に達したときに電池回路を電気的に遮断することが提案されている。
【０００３】
この二次電池用温度ヒュ−ズに要求される一の条件は、薄型・小型であり、かかる薄型・小型温度ヒュ−ズとして、図６に示す合金型温度ヒュ−ズが公知である。
図６の（イ）に示す合金型温度ヒュ−ズにおいては、導電ペ−ストの印刷・焼付けによりセラミックス板１’等の絶縁基板に対向電極２’，２’が設けられ、各電極２’にリ−ド導体３’が接合され、両電極２’，２’間に低融点可溶合金片４’が接続され、低融点可溶合金片４’にフラックス５’が塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が樹脂層６’で封止されいる。
【０００４】
図６の（ロ）に示す合金型温度ヒュ−ズにおいては、一対の帯状リ−ド導体３’，３’の先端部がプラスチックベ−スフィルム１１’の表面に熱融着され、その導体先端部間に低融点可溶合金片４’が接続され、この低融点可溶合金片４’にフラックス５’が塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片がプラスチックカバ−フィルム１２’で封止されている。
【０００５】
図６の（ハ）に示す合金型温度ヒュ−ズにおいては、一対の帯状リ−ド導体３’，３’の先端部がプラスチックベ−スフィルム１１’の裏面より表面に水密に現出され、かつリ−ド導体３’とプラスチックベ−スフィルム１１’との間が熱融着され、現出導体３１’，３１’間に低融点可溶合金片４’が接続され、この低融点可溶合金片４’にフラックス５’が塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片がプラスチックカバ−フィルム１２’で封止されている。
【０００６】
更に、二次電池用温度ヒュ−ズに要求される他の条件は、リ−ド導体が二次電池の缶体に容易に溶接できるようにその缶体と同材質とすること、例えばニッケルとすることが挙げられる。
しかしながら、ニツケルははんだ接合が困難な金属であり、図６の（イ）に示す合金型温度ヒュ−ズにおいて、リ−ド導体３’をニッケル導体とするとリ−ド導体３’と導電ペ−スト焼付け電極２’とのはんだ接合が困難となる。また、図６の（ロ）や図６の（ハ）に示す合金型温度ヒュ−ズにおいては、ニッケルリ−ド導体の先端部での低融点可溶合金片端の溶着が困難となる。
【０００７】
そこで、図６の（イ）に示す合金型温度ヒュ−ズに対しては、ニッケルリ−ド導体３’の先端部を錫めっきし、この錫めっき面と導電ペ−スト焼付け電極２’とを接合することが提案されている。また、図６の（ロ）や図６の（ハ）に示す合金型温度ヒュ−ズに対しては、ニッケルリ−ド導体の先端部表面に銅箔のクラッド、銅めっき等によって銅導体を設け、この銅導体に低融点可溶合金片端を溶着することが提案されている（特開平１１−４００２６号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記リチウムイオン二次電池等においては、その高いエネルギ−密度のために定格電流を高く設定することが可能である。
しかしながら、本発明者等の図６の（イ）の合金型温度ヒュ−ズの検討結果によれば、電極表面に焼付け時に雰囲気ガスとの反応で生成された異質薄膜（厚み１０ｎｍ程度）が存在するために導電ペ−スト焼付け電極と低融点可溶合金片との溶着界面が高抵抗となり、この高抵抗部位の平常時電流による発熱が原因で温度ヒュ−ズの動作誤差の惹起が避けられない。すなわち、この平常時電流による発熱に基づく低融点可溶合金片の温度上昇をΔＴとすると、前記の上限温度（Ｔx）より低い温度（Ｔx−ΔＴ）で合金型温度ヒュ−ズが作動してしまい、合金型温度ヒュ−ズの作動精度の低下が避けられない
【０００９】
また、リ−ド導体の先端部をプラスチックベ−スフィルムに加熱融着している図６の（ロ）や図６の（ハ）に示す合金型温度ヒュ−ズにおいても、リ−ド導体先端部の銅導体表面の酸化が加熱のために促進されたり、プラスチックベ−スフィルムから加熱により発生する気化物の附着が生じるため、それだけ銅導体表面と低融点可溶合金片との溶着界面の抵抗値が高くなる結果、前記導電ペ−スト焼付け電極の場合より軽度であっても、その高抵抗部位の平常時電流による発熱が原因しての動作誤差は無視し難い。
【００１０】
従って、図６示す薄型・小型の合金型温度ヒュ−ズにおいて、リ−ド導体を二次電池の缶体と同材質にして溶接取付けの容易化を図り、そのリ−ド導体の先端部に易はんだ付け導体を設けてリ−ド導体と導電ペ−スト焼付け電極とのはんだ接合やリ−ド導体と低融点可溶合金片との溶着の容易化を図っただけでは、リチウムイオン二次電池の高エネルギ−密度に基づく高い定格電流のもとで、その二次電池の異常発熱の適確な未然防止を保証することは困難である。
【００１１】
本発明の目的は、リチウムイオン二次電池のような高エネルギ−密度の二次電池の異常昇温の未然防止に好適に使用できる合金型温度ヒュ−ズを提供することにある。
より詳しくは、リ−ド導体を二次電池の缶体と同材質にして二次電池への溶接取付けを容易に行い得、定格電流を二次電池の高エネルギ−密度に応じて高く設定しても高精度で作動させ得る薄型・小型の合金型温度ヒュ−ズを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る一の合金型温度ヒュ−ズは、リ−ド導体が電池の缶体に溶接される合金型の温度ヒュ−ズであり、金属粒体を導電性成分とする導電ペ−ストの焼付けにより絶縁基板に対向電極が設けられ、各電極にリ−ド導体が接合され、両電極間に低融点可溶合金片が接続され、低融点可溶合金片にフラックスが塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が封止され、電極表面が研磨されその研磨面に低融点可溶合金片端が溶着され、リ−ド導体がニッケル導体とされていることを特徴とする構成であり、フラックス塗布低融点可溶合金片の封止を絶縁基板を包囲するプラスチックフィルムにより行なうこと、電極の研磨表面における金属粒体の占める割合を８０％以上とすること、ニッケルリ−ド導体を帯状としでそのビッカ−ス硬度を１００〜２８０、厚みを５０〜８５０μｍとすること、定格電流値を０．１Ａ〜１５Ａ、好ましくは１．５Ａ〜１５Ａとすることが可能である。
【００１３】
本発明に係る他の合金型温度ヒュ−ズは、リ−ド導体が電池の缶体に溶接される合金型の温度ヒュ−ズであり、一対の帯状リ−ド導体の先端部がプラスチックベ−スフィルムの裏面より表面に水密に現出され、かつリ−ド導体とプラスチックベ−スフィルムとの間が融着され、現出導体間に低融点可溶合金片が接続され、低融点可溶合金片にフラックスが塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が封止され、帯状リ−ド導体が先端部表面が銅または銀または金導体とされニッケル導体であり、その銅または銀または金導体表面が研磨され該研磨面に低融点可溶合金片端が溶着されていることを特徴とする構成であり、本発明に係る他の別の合金型温度ヒュ−ズは、一対の帯状リ−ド導体の先端部がプラスチックベ−スフィルムの表面に融着され、その先端部間に低融点可溶合金片が接続され、低融点可溶合金片にフラックスが塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が封止されてなる温度ヒュ−ズであり、帯状リ−ド導体が先端部表面が銅または銀または金導体とされニッケル導体であり、その銅または銀導体表面が研磨され該研磨面に低融点可溶合金片端が溶着されていることを特徴とする構成であり、何れの構成においても、ニッケル帯状リ−ド導体のビッカ−ス硬度を１００〜２８０、厚みを５０〜８５０μｍとすること、定格電流値を０．１Ａ〜１５Ａ好ましくは１．５Ａ〜１５Ａとすることが可能である。
【００１４】
【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）は本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの一例を示す図面、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図１において、１は耐熱性及び良熱伝導性の絶縁板、例えばセラミックス板である。２，２は絶縁板１上に設けた導電ペ−ストの焼付け電極、３，３は各電極２，２に接続したニッケル帯状リ−ド導体、４は電極２，２間に接続した低融点可溶合金片であり、各電極２の表面を研磨したうえで各電極２とリ−ド導体３との接続、電極２，２間への低融点可溶合金片４の接続を行っている。５は低融点可溶合金片４上に塗布したフラツクス、６はフラックス塗布低融点可溶合金片を封止した樹脂層である。この樹脂層６の表面に機械的強度の大なる補強板を固着して封止層全体の厚みを薄くすることもできる。
【００１５】
図２の（イ）は本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの別例を示す図面、図２の（ロ）は図２の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図２において、１は耐熱性及び良熱伝導性の絶縁板、例えばセラミックス板である。２，２は絶縁板１上に設けた導電ペ−ストの焼付け電極、３，３は各電極２，２に接続したニッケル帯状リ−ド導体、４は電極２，２間に接続した低融点可溶合金片であり、各電極２の表面を研磨したうえで各電極２とリ−ド導体３との接続、電極２，２間への低融点可溶合金片４の接続を行っている。５は低融点可溶合金片上に塗布したフラツクスである。６１はフラックス塗布低融点可溶合金片を封止したプラスチックフィルムであり、絶縁基板１を挾み周辺部をヒ−トシ−ル等により封止してある。これらのプラスチックフィルムの使用に代え、熱収縮性のプラチチックチュ−ブを絶縁板に挿通し、これを熱収縮させることもできる。また、フラックス塗布低融点可溶合金片を樹脂塗布層で覆ったうえで、プラスチックフィルムまたは熱収縮性プラチチックチュ−ブによる最終的な封止を行うことも可能である。
【００１６】
上記電極２への低融点可溶合金片４の端部の溶着には、接合箇所とこの箇所から隔たった電極部分とにピン電極を当接しパルス電流を流して溶接する抵抗溶接法、接合箇所を加熱ピンで加圧する熱圧着法、接合箇所にホ−ンチップを当接する超音波加熱法等を使用できる。
上記導電ペ−ストには導電性金属粉末（粒径は通常０．４〜６μｍ）とガラス粉末と金属酸化物粉末との混合物を溶媒（例えばエチルセルロ−ス）でペ−スト状にしたものが使用される。例えば、導電性金属粉末としてＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔを用いたＡｇ系ぺ−スト、Ｃｕ系ペ−スト、Ａｕ系ぺ−スト等を用いることができる。
上記電極は導電ペ−ストをセラミックス板に印刷・焼付けることにより設け、焼付けは通常空気雰囲気中で行うが、窒素等の不活性ガス雰囲気中で行うこともできる。
この電極の厚みは５μｍ〜１００μｍとされ、その焼付けにおいては、雰囲気ガスと印刷導電ペ−スト表面との反応やバインダ−の分解生成物の析出等により電極表面に厚み数１０ｎｍの高電気抵抗の異質薄膜が形成される。
【００１７】
しかしながら、本発明に係る合金型温度ヒュ−ズにおいては、異質薄膜を研磨して（研磨代は１μｍ程度で充分である）電極に低融点可溶合金片の端部を溶着しているから、低融点可溶合金片と電極との溶着界面の抵抗値を充分に低くでき、また、溶着性の向上により界面溶着強度を高くでき、低融点可溶合金片の断面積を安定に維持できる。従って、溶着部を含めた低融点可溶合金片の抵抗値を充分に低くでき、定格電流値を大きく設定しても、低融点可溶合金片の自己発熱を防止して所定の温度で適確に作動させ得る。
また、樹脂層等による封止とフラックス塗布との二重の酸化防止機構により、電極の研磨表面の後発的酸化がよく防止されるから、溶融した低融点可溶合金の電極表面への濡れをよく保証でき、温度ヒュ−ズの作動時、溶融した低融点可溶合金が溶融フラックスとの共存下で電極によく濡れて迅速に分断され得る。
【００１８】
上記電極表面の研磨は全面にわたり行うことが望ましいが、低融点可溶合金片の溶着箇所のみを研磨するようにしてもよい。
【００１９】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズにおいて、電極とニッケル帯状リ−ド導体との接合は、抵抗溶接、レザ−溶接等により行うが、電極表面から前記の異質薄膜を除去してあるから、溶接部への異質物質の巻き込みを排除でき、電極とニッケル帯状リ−ド導体との接合も低抵抗値、優れた機械的強度で行うことができる。
上記電極の研磨表面における金属粒体が占める割合α（膜電極試料の面積をＳ、その面中金属粒体によって占められる面積をＳ’とすれば、α＝Ｓ’／Ｓ×１００％で与えられる）は、電極と低融点可溶合金片との接合部及び電極とニッケルリ−ド導体との接合部の機械的強度や電気導通性を高めるために８０％以上、好ましくは９０％以上とすることが望ましい。この割合αは電子顕微鏡による観測や蛍光Ｘ線分析法によって測定でき、例えばαが８０％の膜電極試料を作成し、この膜電極試料の表面に白色Ｘを照射したときのその金属粒体の金属の固有Ｘ線強度をｚとすれば、固有Ｘ線強度がｚ以上の膜電極であれば、膜電極表面における金属粒体が占める割合を８０％以上と判定できる。
【００２０】
上記ニッケル帯状リ−ド導体には、ビッカ−ス硬度１００〜２８０好ましくは１３０〜２２０、厚み５０〜３００μｍ好ましくは８０〜１６０μｍのものを使用することが望ましい。而して、ビッカ−ス硬度１００以上であるために、厚み５０μｍという薄い厚みのもとでもニッケル帯状リ−ド導体に充分な剛直性を付与でき、低融点可溶合金片の接合時や機器への溶接接合時にリ−ド導体を安定に保持してそれらの溶接を容易に行うことができ、またビッカ−ス硬度２８０以下であるために、３００μｍという比較的厚いリ−ド導体を溶接上折り曲げても、その折り曲げ部位でのクラック発生を排除して容易に溶接できる。かかるビッカ−ス硬度、厚みのリ−ド導体では、その端部の中央部に孔を開けたり一部切り欠いて機器への溶接接合することも可能である。
【００２１】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズは二次電池、特にリチウムイオン二次電池の異常発熱の防止に好適に使用できる。
図３は、図２に示した合金型温度ヒュ−ズの使用状態の一例を示し、ｃは正極であるキャツプａに対して部位ｂで絶縁分離された負極のでニッケル缶体を示し、この缶体ｃ上の絶縁膜ｉを局部的に剥離し、その露出缶体面に合金型温度ヒュ−ズの本体Ａと一方のニッケルリ−ド導体３１を接触させ、そのリ−ド導体３１と缶体ｃとを抵抗溶接等で接合し、キャツプａの正極端子と合金型温度ヒュ−ズの他方のリ−ド導体３２とを二端子として携帯機器の負荷に電気的に接続する構成であり、一方のリ−ド導体３１と缶体ｂとの溶接がニッケル同士の溶接であるために容易であり、大なる定格電流で使用しても前記した通り低融点可溶合金片の融点で規制された正確な温度で作動させ得、温度ヒュ−ズの薄型・小型のために温度ヒュ−ズ装着電池の外形寸法もほぼ元のままに維持でき、リチウムイオン二次電池の異常発熱の防止に好適である。
この使用形態では、二次電池の内部短絡などにより異常電流が流れると、その異常電流による低融点可溶合金片のジュ−ル発熱・溶断で通電を遮断させること、すなわち電流温度ヒュ−ズとしても機能させることができる。
【００２２】
上記定格電流は、０．１Ａ〜１５Ａに設定され、この場合、低融点可溶合金片には抵抗値４５ｍΩ以下、好ましくは１５ｍΩ以下、特に好ましくは２ｍΩ以下のものが使用され、上記電極表面の研磨のために、低融点可溶合金片の断面寸法（丸線の場合は直径、リボンの場合は厚み）５０μｍ〜８００μｍのもとでリ−ド導体と電極及び低融点可溶合金片を経る抵抗値を充分に低くでき（低融点可溶合金片の抵抗値４５ｍΩ以下に対しては２０ｍΩ以下、低融点可溶合金片の抵抗値１５ｍΩ以下に対しては２０ｍΩ以下、低融点可溶合金片の抵抗値２ｍΩ以下に対しては１２ｍΩ以下）、低融点可溶合金片の自己発熱をよく防止して合金型温度ヒュ−ズを低融点可溶合金片の融点で規制された正確な温度で作動させ得る。また、低融点可溶合金片の断面寸法（丸線の場合は直径、リボンの場合は厚み）を３５０μｍ以下にして合金型温度ヒュ−ズの一層の薄厚化を図ることも可能となる。
【００２３】
上記低融点可溶合金片には、固相線温度が８０℃〜１２０℃、固相線温度が８０℃〜１２０℃である合金、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％、Ｐｂ２８〜３３重量％、Ｓｎ１３〜１９重量％の合金、Ｉｎ０．５〜４重量％、Ｂｉ５０〜５４重量％、Ｐｂ３０〜３４重量％、Ｓｎ１４〜１８重量％の合金等を使用できる。
【００２４】
上記低融点可溶合金片に塗布するフラックスは、研磨した電極表面を無酸化状態に保持して溶融した低融点可溶合金片の電極への濡れを促しつつ球状化分断を促進する作用を呈し、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。
【００２５】
上記絶縁板には、例えば、厚さ１００μｍ〜１０００μｍのアルミナセラミックス板や窒化アルミニウム基板等のセラミックス板、ガラス板、ガラスエポキシ板、紙フェノ−ル板等を使用できる。また、未焼成のセラミックスシ−ト（グリ−ンシ−ト）に導電ペ−ストを電極パタ−ンに印刷し、セラミックスシ−トと導電ペ−スト電極パタ−ンとを加熱して一挙に焼成することもできる。
【００２６】
上記の塗布タイプの封止用樹脂塗料には、粘度５０，０００〜６００，０００ｃｐｓの硬化性樹脂液を使用できる。例えば、ビスフェノ−ルＡとエピクロロヒドリンとから得られるビスフェノ−ル系エポキシ樹脂、ノボラック形エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、多価アルコ−ル等にエピクロロヒドリンを反応させてエポキシ基を導入したエポキシ樹脂等に硬化剤（ジアミン、ポリアミン、ポリアミド、無水有機酸、ビニルフェノ−ル等）を混合し、アルミナ、炭酸カルシウム等のフィラ−を添加したものを使用できる。その外、不飽和ポリエステル、ジアリルフタレ−ト樹脂、シリコ−ン、ポリウレタンを硬化性樹脂とする硬化性樹脂液を使用することもできる。
【００２７】
上記プラスチックフィルムには、厚み５μｍ〜２６０μｍ好ましくは１６０μｍ〜２１０μｍの熱可塑性樹脂フィルムを使用できる。例えば、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−テルレトン、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（ＥＶＡ、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、アイオノマ−、ＡＡＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂等）の中から選択される。
【００２８】
上記実施例においては、リ−ド導体にニッケルを使用しているがリ−ド導体の溶接接合される金属面がステンレス、アルミまたは鉄の場合は、ステンレスリ−ド導体、アルミリ−ド導体または鉄リ−ド導体が使用される。これらのリ−ド導体の場合も、低融点可溶合金片の接合時や機器への溶接接合時にリ−ド導体を安定に保持してそれらの溶接を容易に行うことができるように、またリ−ド導体を溶接上折り曲げても、その折り曲げ部位でのクラック発生を排除して容易に溶接できるように厚みが設定され、例えばステンレスリ−ド導体の場合、５０μｍ〜３００μｍに設定される。
【００２９】
上記何れの実施例においても、絶縁板に抵抗体を取付け、温度以外の異常例えば二次電池過充電時の電圧上昇を検知して抵抗体を通電発熱させ、この通電発熱で低融点可溶合金片を溶断させること、すなわち異常昇温とこれ以外の異常との双方で温度ヒュ−ズを作動させることもできる。
【００３０】
上記何れの実施例に係る合金型温度ヒュ−ズを製造するには、通常、導電ペ−ストの焼付け電極を研磨したのち、リ−ド導体の接合及び低融点可溶合金片の溶着を行うが、研磨前に導電ペ−ストの焼付け電極にリ−ド導体を接合し、而るのち、電極表面を研磨し、該研磨面に低融点可溶合金片を溶着することもできる。
【００３１】
図４の（イ）は本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの他の別例を示す図面、図４の（ロ）は図４の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図４において、１１はプラスチックベ−スフィルムである。３，３はニッケル帯状リ−ド導体であり、先端部を銅箔（銅合金箔も含まれる）のクラッドまたは銅めっきにより銅導体とし、その先端部裏面をプラスチックベ−スフィルム１１の上面に熱プレスで融着してある。
４は低融点可溶合金片であり、リ−ド導体先端部の銅導体表面を研磨しその研磨銅導体表面に低融点可溶合金片端を溶着してある。５は低融点可溶合金片に塗布したフラックス、１２はプラスチックベ−スフィルム１１の表面上に配したプラスチックカバ−フィルムであり、プラスチックカバ−フィルムの周辺のフィルム間及びプラスチックカバ−フィルムと帯状リ−ド導体との間を熱プレスや超音波融着或いは接着剤等で封止してある。
【００３２】
図５の（イ）は、本発明に係る温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面、図５の（ロ）は図５の（イ）におけるロ−ロ断面図であり、ニッケル帯状リ−ド導体３，３の先端部を銅箔（銅合金箔も含まれる）のクラッドまたは銅めっきにより銅導体とし、その先端部を熱プレス等でプラスチックベ−スフィルム１１にその裏面側から表面側に表出させて融着し、次いで、これらの帯状リ−ド導体先端部の表出部（銅面）３１，３１を研磨し、その研磨銅導体面に低融点可溶合金片４を溶着し、低融点可溶合金片４にフラックス５を塗布し、プラスチックカバ−フィルム１２でフラックス塗布低融点可溶合金片を封止してある。
【００３３】
上記何れの実施例においても、研磨範囲は低融点可溶合金片の被溶着箇所を完全に含む領域である。また、ニッケル帯状リ−ド導体３，３の先端部を銀めっきまたは金めっきにより銀導体または金導体とすることもできる。
【００３４】
図４及び図５に示す実施例においては、ニッケルリ−ド導体の先端部表面をリ−ド導体の材質であるニッケルよりもはんだ付け性に優れた銅または銀または金導体にしてあるが、その先端部をプラスチックベ−スフィルム１１に融着する際の加熱で銅または銀または金導体表面に形成される酸化膜や加熱によってプラスチックベ−スフィルムから発生する気化物の附着を残存させると、折角付与された良はんだつけ性が毀損されることになる。
【００３５】
しかしながら、本発明に係る合金型温度ヒュ−ズにおいては、銅または銀または金導体表面を研磨したうえでその研磨面に低融点可溶合金片端を溶着しているから、低融点可溶合金片の溶着界面の抵抗値を充分に低くでき、また、溶着性の向上により界面溶着強度を高くでき、低融点可溶合金片の断面積を安定に維持できる。従って、溶着部を含めた低融点可溶合金片の抵抗値を充分に低くでき、定格電流値を大きく設定しても、低融点可溶合金片の自己発熱を防止して所定の温度で適確に作動させ得る。
また、封止とフラックス塗布との二重の酸化防止機構により、銅または銀または金導体の研磨表面の後発的酸化をよく防止できるから、溶融した低融点可溶合金の銅または銀導体表面への濡れをよく保証でき、温度ヒュ−ズの作動時、溶融した低融点可溶合金が溶融フラックスとの共存下で銅または銀または金導体表面によく濡れて迅速に分断され得る。
従って、図４や図５に示す実施例において、定格電流値を高く設定しても、低融点可溶合金片の自己発熱をよく抑えて低融点可溶合金片の融点で規制された温度で適確に作動させることができる。
【００３６】
これらの実施例においても、低融点可溶合金片やフラックスには前記実施例と同じものを使用できる。
また、前記実施例と同様に、ニッケル帯状リ−ド導体のビッカ−ス硬度を１００〜２８０、厚みを５０〜８５０μｍにすることが好ましい。
また、前記実施例と同様に、二次電池の缶体に一方のリ−ド導体を溶接して使用でき、リ−ド導体が溶接接合される金属面がステンレス、アルミまたは鉄の場合は、ステンレスリ−ド導体、アルミリ−ド導体または鉄リ−ド導体を使用できる。これらのリ−ド導体の場合も、低融点可溶合金片の接合時や機器への溶接接合時にリ−ド導体を安定に保持してそれらの溶接を容易に行うことができるように、またリ−ド導体を溶接上折り曲げても、その折り曲げ部位でのクラック発生を排除して容易に溶接できるように厚みが設定され、例えばステンレスリ−ド導体の場合、５０μｍ〜３００μｍに設定される。
さらに、上記プラスチックベ−スフィルムやプラスチックカバ−フィルムには前記実施例において使用したプラスチックフィルムを使用することができる。
【００３７】
【実施例】
〔実施例１〕
図１に示す構成の合金型温度ヒュ−ズであり、導電ペ−ストには銀ペ−ストで銀／バインダ−の重量比が１００／２０であり、銀粒体の平均粒子径がほぼ１０μｍ、バインダ−用粒体の平均粒子径がほぼ５μｍのものを使用した。
この導電ペ−ストをスクリ−ンメツシュとスキ−ジを用いて厚み５００μｍ×巾５．０ｍｍ×長さ８０ｍｍのアルミナセラミックス板上に電極形状に印刷し、さらに温度１２０℃×１５分で乾燥し、次いでピ−ク温度８５０℃×１０分、６０分サイクルで焼成し、その電極表面を砥石車で研磨し、各電極にニッケル帯状リ−ド導体を抵抗溶接により接合し、更に、電極間にに直径０．５ｍｍ、共晶点温度９４℃の低融点可溶合金線を溶接した。低融点可溶合金線を溶接したのちの電極間の抵抗値を測定したところ２ｍΩであった。
更に、低融点可溶合金線にフラックスを塗布し、エポキシ樹脂で封止を行って本発明に係る合金型温度ヒュ−ズを得た。
この合金型温度ヒュ−ズにつき（試料数２０箇）、２Ａの電流を流しつつオイル浴に浸漬し、オイルを加熱速度１℃／分で昇温したところ、オイル温度９３℃（２０個の平均値）で溶断作動した。
【００３８】
〔比較例１〕
電極表面の研磨を省略した以外、実施例１に同じとした。
実施例１と同様に２Ａ通電下での溶断試験を行ったところ、オイル温度９１．５℃（２０個の平均値）で溶断作動した。この溶断作動温度は実施例１の場合に較べ１．５℃低く、低融点可溶合金線の自己発熱による作動誤差が認められた。
【００３９】
〔実施例２〕
図５に示す構成であり、プラスチックベ−スフィルム及びプラスチックカバ−フィルムに厚み１５０μｍ、平面寸法５ｍｍ×１１ｍｍのポリエチレンテレフタレ−トフィルムを使用し、帯状リ−ド導体には厚み１００μｍ、ビッカ−ス硬度１９０（ビッカ−ス硬度は島津製作所製合金型温度ヒュ−ズＭＶ−２０００で測定した）、巾３．５ｍｍ、長さ１３ｍｍのニッケル帯状体の先端部に銅箔をクラッドしたものを使用した。プラスチックベ−スフィルムに裏面より表面にリ−ド導体の先端部を加熱プレスに現出させ、その現出銅箔面を砥石車で研磨のうえ、直径０．３ｍｍ、共晶点温度９４℃の低融点可溶合金線を溶接した。低融点可溶合金線を溶接したのちの現出銅箔面間の抵抗値を測定したところ１０ｍΩであった。
更に、低融点可溶合金線にフラックスを塗布し、プラスチックカバ−フィルムの周辺をヒ−トシ−ルにより封止して本発明に係る合金型温度ヒュ−ズを得た。
この合金型温度ヒュ−ズにつき（試料数２０箇）、３Ａの電流を流しつつオイル浴に浸漬し、オイルを加熱速度０．５℃／分で昇温したところ、オイル温度９３．４℃（２０個の平均値）で溶断作動した。
【００４０】
〔比較例２〕
現出銅箔面の研磨を省略した以外、実施例２に同じとした。
実施例２と同様に２ 通電下での溶断試験を行ったところ、オイル温度９１．１℃（２０個の平均値）で溶断作動した。この溶断作動温度は実施例１の場合に較べ２．３℃低く、低融点可溶合金線の自己発熱による作動誤差が認められた。
【００４１】
【発明の効果】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズは、二次電池、特にリチウムイオン二次電池の異常昇温防止用プロテクタ−として使用するにあたり、薄型・小型を施用し、リ−ド導体を電池缶体との溶接性に優れた材質とするにとどまらず、その二次電池の高いエネルギ−密度にみあう高い定格電流のもとでも上記二次電池の異常昇温防止を適確に行い得る構成としてあり、二次電池、特にリチウムイオン二次電池の異常昇温防止に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの一実施例を示す図面である。
【図２】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは異なる実施例を示す図面である。
【図３】 図２に示す合金型温度ヒュ−ズの使用状態の一例を示す図面である。
【図４】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは異なる実施例を示す図面である。
【図５】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは異なる実施例を示す図面である。
【図６】 異なる従来例を示す図面である。
【符号の説明】
１ 絶縁板
１１ プラスチックベ−スフィルム
２ 導電ペ−スト焼付け電極
３ ニツケルリ−ド導体
４ 低融点可溶合金片
５ フラックス
６ 樹脂層
１２ プラスチックカバ−フィルム
Claims (10)
- リ−ド導体が電池の缶体に溶接される合金型の温度ヒュ−ズであり、金属粒体を導電性成分とする導電ペ−ストの焼付けにより形成された対向電極を有し、各電極にリ−ド導体が接合され、両電極間に低融点可溶合金片が接続され、低融点可溶合金片にフラックスが塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が封止されてなる温度ヒュ−ズであり、電極表面が研磨されその研磨面に低融点可溶合金片端が溶着され、リ−ド導体がニッケル導体とされていることを特徴とする合金型温度ヒュ−ズ。
- リ−ド導体が電池の缶体に溶接される合金型の温度ヒュ−ズであり、金属粒体を導電性成分とする導電ペ−ストの焼付けにより絶縁基板に対向電極が設けられ、各電極にリ−ド導体が接合され、両電極間に低融点可溶合金片が接続され、低融点可溶合金片にフラックスが塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が封止され、電極表面が研磨されその研磨面に低融点可溶合金片端が溶着され、リ−ド導体がニッケル導体とされていることを特徴とする合金型温度ヒュ−ズ。
- フラックス塗布低融点可溶合金片の封止が、絶縁基板を包囲するプラスチックフィルムにより行われている請求項２記載の合金型温度ヒュ−ズ。
- 電極の研磨表面における金属粒体の占める割合が８０％以上である請求項１〜３何れか記載の合金型温度ヒュ−ズ。
- ニッケルリ−ド導体が帯状であり、そのビッカ−ス硬度が１００〜２８０、厚みが５０〜８５０μｍである請求項１〜４何れか記載の合金型温度ヒュ−ズ。
- 定格電流値が０．１Ａ〜１５Ａである請求項１〜５何れか記載の合金型温度ヒュ−ズ。
- リ−ド導体が電池の缶体に溶接される合金型の温度ヒュ−ズであり、一対の帯状リ−ド導体の先端部がプラスチックベ−スフィルムの裏面より表面に水密に現出され、かつリ−ド導体とプラスチックベ−スフィルムとの間が融着され、現出導体間に低融点可溶合金片が接続され、低融点可溶合金片にフラックスが塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が封止されてなる温度ヒュ−ズであり、帯状リ−ド導体が先端部表面が銅または銀または金導体とされたニッケル導体であり、その銅または銀または金導体表面が研磨され該研磨面に低融点可溶合金片端が溶着されていることを特徴とする合金型温度ヒュ−ズ。
- リ−ド導体が電池の缶体に溶接される合金型の温度ヒュ−ズであり、一対の帯状リ−ド導体の先端部がプラスチックベ−スフィルムの表面に融着され、その先端部間に低融点可溶合金片が接続され、低融点可溶合金片にフラックスが塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が封止され、帯状リ−ド導体が先端部表面が銅または銀または金導体とされたニッケル導体であり、その銅または銀または金導体表面が研磨され該研磨面に低融点可溶合金片端が溶着されていることを特徴とする合金型温度ヒュ−ズ。
- ニッケル帯状リ−ド導体のビッカ−ス硬度が１００〜２８０、厚みが５０〜８５０μｍである請求項７または８記載の合金型温度ヒュ−ズ。
- 定格電流値が０．１Ａ〜１５Ａである請求項７〜９何れか記載の合金型温度ヒュ−ズ。
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