JP4943408B2 - 合金型温度ヒューズ - Google Patents

Description

本発明は、合金型温度ヒューズに関するものである。

二次電池、例えばリチウムイオン電池の過熱保護に使用される合金型温度ヒューズにおいては薄型化が要求され、その薄型温度ヒューズとして、図５の（イ）に示すように、帯状リード導体１’，１’間に低融点合金片２’を接続し、低融点合金片２’にフラックス３’を塗布し、該フラックス塗布低融点合金片を上下の絶縁フィルム４’，４’で封止したものが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００１−５２５８２号公報

合金型温度ヒューズの動作機構は、温度ヒューズが取り付けられた被保護機器の過熱で低融点合金片が溶融され、その溶融合金がフラックスの活性作用のバックアップのもとで表面張力により球状化分断されることと、一般に認識されている。

而るに、前記の薄型温度ヒューズでは、球状化分断において、図５の（ロ）に示すように、リード導体先端々面１１’，１１’が溶融合金で濡らされると、点線で示すように球状分断の間隔が狭くなって分断迅速性にネガティブに働くので、実線で示すような球状化を促すことが提示され（特許文献２）、従来、低融点合金片を対向するリード導体先端々面間の空間に入り込ませないように、図５の（ハ）に示すように低融点合金片２’を一直線とするか、図５の（ニ）に示すように、基体ｂと低融点合金片２’との間及び基体ｂと帯状リード導体１’，１’との間を密接してこれらの間にフラックスを介在させないようにしている。
特開２００５−２６０３６号公報

しかしながら、図５の（ハ）に示す構成では、ヒートサイクル時に発生する低融点合金片の熱膨張力の全部が低融点合金片とリード導体との溶接箇所に作用するので、ヒートサイクルにより溶接箇所が損傷し易い。他方、図５の（ニ）に示す構成では、低融点合金片の溶融物と基体との接触界面に作用する界面張力が低融点合金片の球状化分断にネガティブに作用し、かかる点から球状化分断の円滑性が阻害され易い。

本発明の目的は、低融点合金片と帯状リード導体との溶接箇所をヒートサイクルに対し安定に保持でき、かつ円滑な分断動作を保証できる薄型の合金型温度ヒューズを提供することにある。

請求項１に係る合金型温度ヒューズは、扁平リード導体間に低融点合金片を接続し、該低融点合金片にフラックスを塗布し、該フラックス塗布低融点合金片を上下の絶縁フィルムで挾み、これら絶縁フィルム間を接着剤で埋めた温度ヒューズであり、対向するリード導体先端々面間のスペースに前記低融点合金片の一部を入り込ませ、該入り込み面及びその面に近傍のリード導体部分にもフラックスを塗布してなり、しかも、上下の絶縁フィルムの内面に接着剤層が設けられ、フラックス及び扁平リード導体と接着剤層とが接し、接着剤層同士が接着一体化されていることを特徴とする。
請求項２に係る合金型温度ヒューズは、扁平リード導体間に低融点合金片を接続し、該低融点合金片にフラックスを塗布し、該フラックス塗布低融点合金片を上下の絶縁フィルムで挾み、これら絶縁フィルム間を接着剤で埋めた温度ヒューズであり、対向するリード導体先端々面間のスペースに前記低融点合金片の一部を入り込ませ、該入り込み面及びその面に近傍のリード導体部分にもフラックスを塗布し、しかも、上下の絶縁フィルムの内面に接着剤層が設けられ、フラックス及び低融点合金片露出面並びに扁平リード導体と接着剤層とが接し、接着剤層同士が接着一体化されていることを特徴とする。
請求項３に係る合金型温度ヒューズは、請求項１または２の合金型温度ヒューズにおいて、低融点合金片の一部の入り込みが、扁平リード導体の全厚みにわたっていることを特徴とする。
請求項４に係る合金型温度ヒューズは、請求項１〜３何れかの合金型温度ヒューズにおいて、対向するリード導体先端々面間に入り込んだ低融点合金片部分に括れが設けられていることを特徴とする。

（１）ヒートサイクル時に発生する低融点合金片の熱膨張力が、対向するリード導体先端々面間に入り込んだ低融点合金片部分とリード導体先端々面との接触面でも支承されるから、前記熱膨張力に対し、低融点合金片とリード導体先端部との溶接箇所に作用する反力が低減される。従って、低融点合金片とリード導体先端部との溶接箇所の対ヒートサイクル安定性を向上できる。
（２）対向するリード導体先端々面間に入り込んだ低融点合金片部分も、その下側のフラックスにより球状化分断に良好に順応させ得るから、低融点合金片の球状化分断を円滑に生じさせ得る。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。
図１−１は本発明の合金型温度ヒューズにおける、帯状リード導体と低融点合金片との接続構成を示す図面である。
図１−１において、１，１は帯状リード導体であり、ニッケル導体、銅導体等を使用できる。ニッケル導体の表面には、Ｓｎ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ等をメッキまたはクラッドすることができ、銅導体には、全面または低融点合金片が溶接される部分以外に、銅移行阻止膜として、Ｎｉをメッキまたはクラッドすることができ、更にＮｉの上にＳｎ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ等をメッキすることもできる。
２は低融点合金片であり、上面は両端部に至るほど接線角を大きくした曲面とし、中間部の一部２０を対向するリード導体先端々面１１，１１間に図２−１に示すように入り込ませ、両端部２１，２１のそれぞれを各帯状リード導体端部１０，１０の上面に溶接してある。
低融点合金片の対向するリード導体先端々面間への入り込み体積は低融点合金片全体積の１０〜２０％とされる。図２−２に示すように、入り込み部分２０の下面と帯状リード導体１，１の下面とをほぼ面一にすることもできる。図２−１及び図２−２において、ｍは前記したメッキ膜またはクラッド層を示している。
図１−１に示す例では、低融点合金片の巾と帯状リード導体の巾とを等しくしてあるが、低融点合金片の巾を帯状リード導体の巾より狭くすることもできる。この場合、帯状リード導体の先端の一部を低融点合金片の巾に合わせて切除することもできる。

図１−１に示したリード導体付き低融点合金片を得るには、図３に示すように、耐熱性、溶融合金に対し離型性の作業台Ａ、例えばステンレス台上に、リード導体基材１００，１００を所定のギャップ間隔で配置し、この基材間に低融点合金線材を供給しつつはんだごてＢで溶融し、その溶融合金２００を表面張力で定まる曲面で凝固させるか、溶融低融点合金を走行ノズルで供給し、表面張力で定まる曲面で凝固させ、而るのち、短冊状にカットする方法を使用できる。
前記対向するリード導体先端々面間への入り込みを行った低融点合金片部分には、低融点合金片の球状化分断を生じ易くするために、図１−２に示すように括れ２２を加工することができる。
低融点合金片の材質としては、Ｉｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｉｎ−Ｂｉ系、これらの合金系に機械的強度の向上や温度特性の調整のためにＣｕ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｚｎ等の元素を０．１〜４．０質量％添加したものを使用できる。

図１−２においては３１，３２はフラックスを示し、低融点合金片の上面側に符合３１で示すように塗布し、低融点合金片の入り込み部２０の下面及び該下面に燐在する帯状リード導体下面部分に符合３２で示すように塗布してある。
上側フラックスは、帯状リード導体の端部上面に溶接された低融点合金片部分の７０％以上を覆うように塗布されており、帯状リード導体の上面に達せさせることもできる。上面側フラックスの塗布厚みは、帯状リード導体の端部上面に溶接された低融点合金片部分の平均厚みの７０〜１００％とすることが好ましい。
下側フラックスの塗布厚みは、温度ヒューズ本体の下面側から低融点合金片への熱伝達性（感温性）を保証するために、下面側絶縁体厚み（下側フィルムと下側接着剤との総厚み）の５０％以下とすることが好ましい。
フラックスには、ロジン系を主成分とし、活性剤例えばジカルボン酸（例えば、フマル酸、シュウ酸、マレイン酸等）を添加したものを使用できる。

図３−１は本発明に係る温度ヒューズの斜視図を、図３−２は図３−１におけるイ−イ断面図をそれぞれ示している。
図３−１及び図３−２において、１，１は帯状リード導体、２は低融点合金片であり、前記した通り、上面は両端部に至るほど接線角を大きくした曲面とし、中間部の一部２０を対向するリード導体先端々面１１，１１間に図２−１に示すように入り込ませ、両端部２１，２１のそれぞれを各帯状リード導体端部１０，１０の上面に溶接してある。３はフラックスであり、３１，３２で示すように、低融点合金片の上面のみならず低融点合金片の入り込み表面及びその表面に臨むリード導体部分にも塗布してある。
４，４は上下の絶縁フィルム、５は上下フィルム間の空間を埋めた接着剤であり、上側フラックス、上側フラックスに対する低融点合金片の露出面、下側フラックスが接着剤に接している。

上記温度ヒューズの製造は、（１）作業台上において、フラックス塗布低融点合金片接続リード導体を下側絶縁フィルム上に配置し、下側塗布フラックスの粘着力でその配置位置への固定状態を担保し、次いで未硬化接着剤塗布絶縁フィルムを接着剤面を下側にして前記下側配置絶縁フィルム上に配置し、この上側の配置絶縁フィルムを治具で押えた状態で接着剤を硬化させる方法、または（２）作業台上に、未硬化接着剤塗布絶縁フィルムを接着剤面を上側にして配置し、フラックス塗布低融点合金片接続リード導体を下側絶縁フィルム上に配置し、未硬化接着剤の粘着力でその配置位置への固定状態を担保し、次いで未硬化接着剤塗布絶縁フィルムを接着剤面を下側にして前記下側配置絶縁フィルム上に配置し、この上側の配置絶縁フィルムを治具で押えた状態で接着剤を硬化させる方法により行うことができる。

前記上下の絶縁フィルムには、ＰＥＴ、ＰＣ、ＰＥＮ等のエンジニアリングプラスチックフィルム、ガラスクロス基材エポキシ樹脂フィルム等を使用できる。一枚もので挾んで使用するものを用いることもできる。
接着剤としては、エポキシ樹脂、紫外線硬化樹脂、シリコン樹脂等を使用できる。

本発明に係る合金型温度ヒューズにおいては、ヒートサイクル時に発生する低融点合金片の熱膨張力が、対向するリード導体先端々面間に入り込んだ低融点合金片部分とリード導体先端々面との接触面でも支持されるから、前記熱膨張力に対し、低融点合金片とリード導体先端部との溶接箇所に作用する反力が低減される。従って、低融点合金片とリード導体先端部との溶接箇所の対ヒートサイクル安定性を向上できる。
また、温度ヒューズ本体の下面側からの熱伝達に対し、低融点合金片の入り込み厚みだけ低熱伝達物（フラックス）の厚みを薄くできるから、下面側からの感熱性をそれだけアップできる。

図４は本発明に係る合金型温度ヒューズの低融点合金片の分断動作状態を示し、硬化接着剤５で確保されたキャビティ５０内に空きのない状態で収容された低融点合金片２とフラックス３とが溶融され、この溶融合金の分断魂２００，２００間に溶融フラックス３０が食い込んで分断間距離が拡大されていく。而るに、低融点合金片の対向するリード導体先端々面間への入り込み部分の下面及びその下面に燐在するリード導体先端部下面にフラックスを塗布して前記キャビティの容積を大きくしてあるから、分断間距離を長くでき、分断間絶縁距離を充分に確保し得、確実な電流遮断を保証できる。

本発明において使用するリード導体付き低融点合金片を示す図面である。 本発明において使用するリード導体付き低融点合金片の別例を示す図面である。 前記リード導体付き低融点合金片の要部を示す図面である。 リード導体付き低融点合金片の前記とは別の要部を示す図面である。 前記リード導体付き低融点合金片の制作方法の一例を示す図面である。 本発明に係る合金型温度ヒューズを示す斜視図である。 図３−１におけるイ−イ断面図である。 本発明に係る合金型温度ヒューズの作動状態を示す図面である。 従来例を示す図面である。

符号の説明

１ リード導体
２ 低融点合金片
２０ 低融点合金片の入り込み部
３ フラックス
４ 絶縁フィルム
５ 接着剤

Claims (4)

1. 扁平リード導体間に低融点合金片を接続し、該低融点合金片にフラックスを塗布し、該フラックス塗布低融点合金片を上下の絶縁フィルムで挾み、これら絶縁フィルム間を接着剤で埋めた温度ヒューズであり、対向するリード導体先端々面間のスペースに前記低融点合金片の一部を入り込ませ、該入り込み面及びその面に近傍のリード導体部分にもフラックスを塗布してなり、しかも、上下の絶縁フィルムの内面に接着剤層が設けられ、フラックス及び扁平リード導体と接着剤層とが接し、接着剤層同士が接着一体化されていることを特徴とする合金型温度ヒューズ。
2. 扁平リード導体間に低融点合金片を接続し、該低融点合金片にフラックスを塗布し、該フラックス塗布低融点合金片を上下の絶縁フィルムで挾み、これら絶縁フィルム間を接着剤で埋めた温度ヒューズであり、対向するリード導体先端々面間のスペースに前記低融点合金片の一部を入り込ませ、該入り込み面及びその面に近傍のリード導体部分にもフラックスを塗布し、しかも、上下の絶縁フィルムの内面に接着剤層が設けられ、フラックス及び低融点合金片露出面並びに扁平リード導体と接着剤層とが接し、接着剤層同士が接着一体化されていることを特徴とする合金型温度ヒューズ。
3. 低融点合金片の一部の入り込みが、扁平リード導体の全厚みにわたっていることを特徴とする請求項１〜２何れか記載の合金型温度ヒューズ。
4. 対向するリード導体先端々面間に入り込んだ低融点合金片部分に括れが設けられていることを特徴とする請求項１〜３何れか記載の合金型温度ヒューズ。

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