JP4610807B2

JP4610807B2 - 薄型ヒューズ

Info

Publication number: JP4610807B2
Application number: JP2001229654A
Authority: JP
Inventors: 和泉酒井
Original assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Current assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2021-07-30
Also published as: JP2003045306A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄型ヒューズに関し、二次電池保護用温度ヒューズとして有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電子機器の電源として使用されている二次電池においては、携帯電話・携帯端末やノート型パソコン等の多機能化のために高密度エネルギー化、高容量密度化が要請され、リチウムイオン二次電池等の高密度エネルギー・高容量密度二次電池が開発されている。
而るに、二次電池が高密度エネルギー・高容量密度になるほど、短絡等による発生熱も大きく、電池爆裂の危険性が高い。
そこで、温度ヒューズを二次電池の缶体に熱的に接触させて取付け、当該電池の所定の昇温で温度ヒューズを作動させて当該電池の充電・放電を遮断させることが行われている。
一方、近来、携帯電話、ノート型パソコン等の小型軽量化・薄型化が進められ、これに伴う二次電池の小型・薄型化に対応するために、温度ヒューズにおいても、小型・薄型化が要請されている。
【０００３】
而して、本出願人においては、薄型ヒューズ、特に薄型温度ヒューズとして、図４の（イ）に示すように、「一対のリード導体２’，２’の各先端部２１’，２１’を絶縁プレート１’の片面１１’より他面１２’に水密に表出させ、該絶縁プレート１’の他面１２’において、上記のリード導体先端部２１’，２１’間にヒューズエレメント３’を接続し、同上絶縁プレート１’の他面１２を絶縁被覆（５’）した薄型ヒューズ」をすでに提案した（特公平７−９５４１９号、特開平７−２０１２６３号、特開平７−２０１２６５号等）。
この薄型ヒューズによれば、例えば、絶縁プレートには厚み２００μｍのプラスチックフィルムを、リード導体には厚み１００μｍの帯状導体を、絶縁被覆体（カバー用絶縁体）には厚み２００μｍのプラスチックフィルムをそれぞれ使用することにより、厚み１０００μｍ以下の薄型温度ヒューズを提供できる。更に、絶縁プレートとカバー用絶縁体との界面にリード導体を挿通させなくてもすみ、その界面のシールが確実・容易である利点も得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４の（ロ）及び（ハ）〔図４の（ロ）のハ−ハ断面図〕は、上記薄型ヒューズにおけるリード導体先端部２１’の絶縁プレート片面１１’から他面１２’への導出構造を示し、先端部を膨出させ、その膨出部２１’を絶縁プレート１’の片面１１’から他面１２’に現出させると共にリード導体２’と絶縁プレート１’との間を熱融着等により密着させてあり、ヒューズエレメント３’の封止保証のために、膨出部２１’の周りに所定広さｄ1，ｄ2の密着領域を採っている。従って、図４の（イ）において、リード導体先端２０’が膨出部２１’の前端縁２１１’より距離ｄ1だけ前方に位置されており、両リード導体先端２０’，２０’間の距離ｌが膨出部２１’，２１’間の距離Ｌよりも短くされている。
【０００５】
上記薄型ヒューズの作動機構は、電池の過熱等によりヒューズエレメント（可溶合金片）３’が溶融され、この溶融合金が既溶融のフラックス４’との共存下、フラックスの活性力や界面エネルギーにより球状化分断され、この溶融分断合金がリード導体２’の膨出部２１’表面に濡れ拡がって通電が遮断され、その通電遮断による降温でその濡れ拡がり合金が冷却固化されることにあり、その通電遮断の当所、リード導体２，２間に回路電圧が課電され、絶縁プレート片面１１’のリード導体先端２０’，２０’間には、絶縁プレート面に沿う沿面ストレスが作用する。
而るに、リード導体先端２０’，２０’間の絶縁プレート沿面距離ｌが前記した通り短く、その間の沿面絶縁強度が本来的に低く、更に、その沿面絶縁強度が湿分付着や汚損などにより低下されることがあるために、リード導体先端間の沿面ストレスにより沿面導通が生じ易く、上記リード導体膨出部間のヒューズエレメントの溶断による通電遮断に引き続き沿面導通が発生して通電遮断を円滑に行い得ない畏れがある。
【０００６】
本発明の目的は、上記の薄型ヒューズにおいて、絶縁プレート裏面のリード導体先端間の沿面絶縁強度を高めて遮断特性の向上を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る薄型ヒューズは、ベース用絶縁体の片面に一対のリード導体が固着され、各リード導体の先端部がベース用絶縁体の他面に導出され、その他面における導出前縁に対し片面のリード導体先端が同一位置若しくは１０００μｍ以内の前方に位置され、両導出部間にヒューズエレメントが接続され、該ヒューズエレメントを覆うカバー用絶縁体がベース用絶縁体他面の周囲に固着され、ベース用絶縁体片面にベース用絶縁体とリード導体先端部との間の水密性を高めるための水密化処理が施されていることを特徴とする構成であり、水密化処理はベース用絶縁体片面にリード導体先端部を覆う水密絶縁層を付設することにより行うことができ、また、この水密絶縁層及びベース用絶縁体のそれぞれを、カバー用絶縁体よりも薄くすることができる。
【０００８】
【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）は請求項２に係る薄型温度ヒューズの一実施例を示す一部切欠平面図、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図、図１の（ハ）は図１の（イ）におけるハ−ハ断面図である。
図１において、１はベース用絶縁体であり、通常、プラスチックが用いられる。２はリード導体であり、通常、帯状導体が用いられ、先端部を絞り出し加工等により所定の輪郭、例えば四角輪郭で膨出させ、この膨出部２１をベース用絶縁体片面１１から他面１２に導出させると共にリード導体２とベース用絶縁体１とを溶着等により固着してあり、ベース用絶縁体他面１２におけるリード導体膨出部２１の前縁２１０に対しベース用絶縁体片面１１のリード導体先端２０を同じ位置に位置させてある。従って、ベース用絶縁体片面１１のリード導体先端２０，２０間の間隔Ｌ1がリード導体の膨出部２１，２１間の間隔Ｌ2に等しくされて従来例のリード導体先端間の間隔（図４におけるｌ）よりも広げられている。
６はベース用絶縁体１の他面１１にリード導体先端部２１，２１を水密に覆って付設した絶縁層であり、熱可塑性プラスチックフィルムの加熱溶着、絶縁プラスチックフィルムの粘着剤、硬化型若しくはホットメルト接着剤による貼着、絶縁塗料のコーティング等により行うことができる。
３はリード導体２，２の膨出部２１，２１間に溶接等により接続した可溶合金片であり、一層の薄型化のためにテープ状のものを使用することが好ましい。
４は可溶合金片３に塗布したフラックスである。
５はカバー用絶縁体であり、通常、プラスチックが用いられ、周囲部を前記ベース用絶縁体他面１２の周囲部に超音波溶着または高周波溶着等により固着してフラックス塗布可溶合金片を封止してある。この場合、更なる薄型化のために、カバー用絶縁体５を可溶合金片３に、その分断球状化を妨げない範囲内で接触させることが好ましい。
【０００９】
上記実施例の薄型温度ヒューズを製造するには、先端部を膨出加工した帯状リード導体をベース用絶縁体面に配し、これらのリード導体をベース用絶縁体面に加熱溶着し、更に、リード導体先端を覆って水密絶縁層を付設し、ついで、反転してリード導体の膨出部間に可溶合金片を接続し、フラックスを塗布したうえで、カバー用絶縁体をベース用絶縁体上に載せ、これらの周囲部を超音波溶着または高周波溶着することができる。
また、先端側に膨出部を加工した帯状リード導体をベース用絶縁体面に配し、これらのリード導体をベース用絶縁体面に加熱溶着し、ついで、反転してリード導体の膨出部間に可溶合金片を接続し、フラックスを塗布したうえで、カバー用絶縁体をベース用絶縁体上に載せ、これらの周囲部を超音波溶着または高周波溶着し、而るのち、リード導体先端を覆ってベース用絶縁体面に水密絶縁層を付設することができる。
また、先端側に膨出部を加工した帯状リード導体をベース用絶縁体と水密絶縁層との間に配し、リード導体と絶縁体、絶縁層との間を同時に加熱溶着し、ついで、反転してリード導体の膨出部間に可溶合金片を接続し、フラックスを塗布したうえで、カバー用絶縁体をベース用絶縁体上に載せ、これらの周囲部を超音波溶着または高周波溶着することができる。
【００１０】
本発明に係る薄型温度ヒューズにおいては、ベース用絶縁体外面１１に沿うリード導体先端２０，２０間の距離Ｌ1を従来例に較べ長くしてあるから、その間の沿面絶縁強度を増大できる。また、従来例におけるリード導体の先端膨出部での前縁の水密性を担う融着界面部分(図４におけるｄ1部分)を欠如しているが、ベース用絶縁体外面１１にリード導体先端２０を覆って水密に絶縁層６を設けてあるから、ヒューズエレメント３に対する封止性も良好である。
特に、図１に示す実施例では、両リード導体２，２の露出部位ｅ，ｅ間の距離Ｌ0が長くされていることもベース用絶縁体外面１１のリード導体先端２０，２０間の沿面絶縁強度の向上に役立っている。
なお、薄型温度ヒューズ本体を相手面に接触させた場合に相手発生熱をリード導体の高い熱伝導性によりヒューズエレメントに迅速に伝達させるには、リード導体と相手面との接触面積を可及的に大きくすることが有効であり、沿面絶縁強度の向上との兼ね合いから、水密絶縁層６をリード導体先端２０からリード導体膨出部２１付近までを被覆することが好ましい。
【００１１】
図４で説明した通り、従来の薄型温度ヒューズにおいては、ヒューズ作動時に、リード導体先端間のベース用絶縁体外面に沿う沿面絶縁強度が低く、ヒューズ作動時にリード導体先端間のベース用絶縁体外面に沿い作用する沿面ストレスにより沿面導通が生じ易い。
而るに、本発明に係る薄型温度ヒューズにおいては、封止性をよく保証しつつリード導体先端間のベース用絶縁体外面に沿う沿面絶縁強度を向上できるから、沿面導通を良好に抑制できる。
【００１２】
上記の実施例では、両リード導体２，２の先端部２１，２１を覆って絶縁層６を付設しているが、図２に示すように、各リード導体先端部２１，（２１）を覆うようにして各リード導体先端部２１，（２１）のそれぞれに対して水密絶縁層６，（６）を設けてもよい。
【００１３】
また、上記の実施例では、ベース用絶縁体他面におけるリード導体膨出部の前縁に対しベース用絶縁体片面のリード導体先端を同一位置に位置させているが、図３において、ベース用絶縁体１の片面１１のリード導体先端２０，２０間の距離Ｌ1を従来例よりも広くできることを条件として、ベース用絶縁体他面１２におけるリード導体膨出部２１の前縁２１１に対しベース用絶縁体片面１１のリード導体先端２０を前方に位置させても、ベース用絶縁体片面１１のリード導体先端２０，２０間の沿面絶縁強度を向上でき、従って、図３におけるΔＬが１０００μｍ以内の範囲内であれば、前方に位置させてもよい。
【００１４】
本発明に係る薄型温度ヒューズにおいては、水密絶縁層、ベース用絶縁体フィルムの厚みを調整することにより薄型ヒューズの厚みを調整でき、水密絶縁層及びベース用絶縁体フィルムにカバー用絶縁体フィルムに較べて薄いものを使用することにより、ヒューズの一層の薄型化を図ることができる。
【００１５】
本発明において、ベース用絶縁体、カバー用絶縁体、フィルム水密絶縁層には、厚み５０μｍ〜３００μｍ程度のプラスチックフィルム、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−テルケトン、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、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、アイオノマ−、ＡＡＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂等のフィルムを使用できる。
前記水密絶縁層用の絶縁塗料としては、樹脂の溶剤溶液、水溶性樹脂の水溶液を使用できる。
【００１６】
前記リ−ド導体には、上記のフィルムよりも薄い厚み５０μｍ〜３００μｍ程度の例えば、ニッケル、銅、ステンレス帯状体を使用でき、先端に可溶合金片との溶接性に優れた金属を、後端に電極とのはんだ付け性に優れた金属を、例えば、銀、銅をめっき、またはクラッド等による複合化することもできる。
【００１７】
上記可溶合金片には、線径２００〜５００μｍφの所定融点の可溶合金体、またはその扁平帯体を使用でき、融点は機器の保護温度に応じて選定されるが、通常、固相線温度が８０℃〜１２０℃、固相線温度が８０℃〜１２０℃である合金が使用される。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、Ｉｎ４６〜５１重量％、Ｓｎ４０〜４７重量％、Ｂｉ３〜１２重量％の合金、等を使用できる。
本発明の上記実施例は、アキシャル型についてのものであるが、ラジアル型に対しても適用できる。
【００１８】
上記フラックスには、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。
【００１９】
本発明にかかわる薄型温度ヒューズにおいて、ヒューズエレメントの抵抗値をＲ、平時通電電流をｉ、ヒューズエレメントの融点をＴ、機器の保護温度をＴxとし、ヒューズエレメントのジュール発熱によるヒューズエレメントの昇温温度をαＲｉ^２とすれば、
【数１】
Ｔ＝αＲｉ^２＋Ｔx （１）
が成立し、通常αＲｉ^２を無視できるが、Ｒや電流値ｉが大きい場合は、式（１）に従ってヒューズエレメントの融点をＴを設定することが必要である。
【００２０】
【実施例】
以下の実施例及び比較例の耐電圧値は、可溶合金片を溶断させたのち、リード導体間に電圧を課電し、０．５ｋｖ／１秒で昇圧して測定した。
【００２１】
〔実施例１〕
図１において、ベース用絶縁体１に長さ１０．５ｍｍ、巾６ｍｍ、厚み０．１２５ｍｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを、リード導体２には、膨出部２１表面を銅面とするように先端部側に銅をクラッドした巾３．５ｍｍ、厚み０．１ｍｍの銅−ニッケル複合体をそれぞれ用い、各リード導体２のベース用絶縁体１への接触長さを３．７５ｍｍとして溶着し、リード導体先端間距離Ｌ1と膨出部間の距離Ｌ2を等しくし３．０ｍｍとした。ベース用絶縁体片面１１に対し各リード導体２が突出し，図１の（ハ）において、その突出高さΔｈは２５μｍであった。
ベース用絶縁体外面１１に両リード導体２，２の先端膨出部２１，２１を覆って厚み０．０７５ｍｍのポエチレンテレフタレートフィルム６を溶着により付設した。
また、可溶合金片３の直径を０．４４６ｍｍとし、フラックス４にロジンを用い、カバー用絶縁体５には厚み０．１８８ｍｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを使用した。
【００２２】
〔比較例〕
図４において、ベース用絶縁体１’に長さ１０．５ｍｍ、巾６ｍｍ、厚み０．１８８ｍｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを、リード導体２’には、膨出部２１’表面を銅面とするように先端部側に銅をクラッドした巾３．５ｍｍ、厚み０．１ｍｍの銅−ニッケル複合体をそれぞれ用い、寸法ｄ1を１．１ｍｍ、リード導体先端２０’，２０’間距離ｌを０．８ｍｍ、リード導体膨出部２１’，２１’間距離ｌを３．０ｍｍ、各リード導体２’のベース用絶縁体１’への接触長さを４．８５ｍｍとしてベース用絶縁体に両リード導体を溶着した。各リード導体２’がベース用絶縁体片面１１’に食い込み、図４の（ハ）における段差Δｈが、２５μｍであった。
また、可溶合金片３’の直径を０．４４６ｍｍとし、フラックス４’にロジンを用い、カバー用絶縁体５’には厚み０．１８８ｍｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを使用した。
【００２３】
これらの各実施例品並びに比較例品について、耐電圧値を測定したところ（試料数１０個の平均値）、比較例品が２．３ｋｖに過ぎなかったのに対し、実施例品では６．６ｋｖ（比較例品の１８７％アップ）であり、耐電圧値の飛躍的向上を達成し得た。
また、リード導体の膨出部がベース用絶縁体から剥離する方向にリード導体の９０°曲げを、リード導体が曲げ破断するまで繰返し行い、剥離の有無を観察したが、実施例、比較例とも剥離は観られなかった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、本出願人が既に提案した薄型ヒューズ、すなわち「一対のリード導体の各先端部を絶縁プレートの片面より他面に水密に表出させ、該絶縁プレートの片面の他面において、上記のリード導体先端部間にヒューズエレメントを接続し、同上絶縁プレートの他面を絶縁被覆したことを特徴とする薄型ヒューズ」の作動時での絶縁プレート外面のリード導体先端間の沿面絶縁強度を封止性を保証しつつ飛躍的に向上でき、ヒューズ作動時の沿面導通をよく抑制でき、一層のヒューズ遮断特性の向上を図ることができる。
特に、請求項２の薄型ヒューズでは、ベース用絶縁体、水密絶縁層の厚み調整により薄型ヒューズの厚み調整ひいては薄型化を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項２の薄型ヒューズの一実施例を示す図面である。
【図２】請求項２の薄型ヒューズの別実施例を示す図面である。
【図３】請求項２の薄型ヒューズの他の実施例を示す図面である。
【図４】従来の薄型ヒューズを示す図面である。
【符号の説明】
１ベース用絶縁体
２リード導体
２０リード導体先端
２１リード導体膨出部
２１１膨出部前縁
３ヒューズエレメント
４フラックス
５カバー用絶縁体
６水密絶縁層

Claims

ベース用絶縁体の片面に一対のリード導体が固着され、各リード導体の先端部がベース用絶縁体の他面に導出され、その他面における導出前縁に対し片面のリード導体先端が同一位置若しくは１０００μｍ以内の前方に位置され、両導出部間にヒューズエレメントが接続され、該ヒューズエレメントを覆うカバー用絶縁体がベース用絶縁体他面の周囲に固着され、ベース用絶縁体片面にベース用絶縁体とリード導体先端部との間の水密性を高めるための水密化処理が施されていることを特徴とする薄型ヒューズ。
ベース用絶縁体片面にリード導体先端部を覆って水密絶縁層が付設されている請求項１記載の薄型ヒューズ。
ベース用絶縁体及び水密絶縁層のそれぞれが、カバー用絶縁体よりも薄くされている請求項２記載の薄型ヒューズ。