KR20040086743A

KR20040086743A - 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈

Info

Publication number: KR20040086743A
Application number: KR1020040019586A
Authority: KR
Inventors: 카와니시토시로
Original assignee: 우치하시 에스테크 가부시키가이샤
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2004-10-12
Also published as: DE602004006903T2; JP4223316B2; EP1465224B1; EP1465224A1; CN1538478A; CN100367433C; JP2004311080A; US20040196133A1; DE602004006903D1; KR101016522B1

Abstract

박형(薄型)온도퓨즈에 내(耐)러시(rush)전류성능을 부여해서 그 박형온도퓨즈를 전류퓨즈로 겸용 가능하게 하는 것으로서, Bi를 40∼70% 함유하는 퓨즈구성요소인 합금조성의 저융점가용합금편(2)을 한 쌍의 편평리드도체(1),(1)간에 접속하고, 그 저융점가용합금편(2)에 플럭스(flux)(4)를 도포해서 수지베이스필름(31)과 수지커버필름(32)으로 끼워서 절연한 온도퓨즈에 있어서, 저융점가용합금편(2)을 2차전지의 허용한계전류에 의한 주울(joule)발열에서도 용융절단시키도록 저융점가용합금편(2)의 저항치를 설정했다.

Description

전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈{A temperature fuse with the current fuse function is attached}

본 발명은 박형(薄型)의 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에 관한 것이다.

노트북, 개인용컴퓨터, 휴대전화 등의 전원으로서 사용되고 있는 2차전지 특히 리튬이온2차전지, 리튬중합체 2차전지에 있어서는, 높은 에너지밀도 때문에 이상시의 발열온도가 높고, 85℃∼95℃의 허용한계온도에서 전지회로를 차단해서 전지가 폭발하여 파열되는 등의 사고를 미연에 방지할 필요가 있다.

그 보호장치에는 전지팩에의 장착상 박형인 것이 요구되고, 도4나 도5에 나타낸 것과 같은 박형온도퓨즈가 사용되고 있다.

도4에 있어서 31'는 수지베이스필름, 1',1'는 편평리드도체이며, 전단말부를 베이스필름(31')의 이면에 고착시킴과 동시에 전단말부의 일부(100')를 베이스필름 (31')의 상면에 노출시키고 있다.

2'는 양 편평리드도체(1'),(1')의 노출부(100'),(100')간에 용접 등에 의해 접합한 퓨즈구성요소이다.

32'는 수지커버필름이며, 수평으로 유지한 베이스필름(31')에 주위부를 밀봉부착 시키고 있다.

4'는 퓨즈구성요소(2')의 주위에 도포 접착시킨 플럭스이다.

또 도5에 있어서 1',1'는 편평리드도체, 2'는 양리드도체의 선단부 상면간에 용접등에 의해 접합한 퓨즈구성요소이다.

31' 및 32'는 수지베이스필름 및 수지커버필름이며, 편평리드도체 (1'),(1')의 전단말부 및 퓨즈구성요소(2')를 끼워서 수지베이스필름(31')에 수지커버필름(32')의 주위부를 밀봉접착 시키고 있다. 4'는 플럭스이다.

이들 온도퓨즈에 있어서는 2차전지의 몸체에 열적(熱的)으로 접촉해서 배치되고, 그 전지가 무엇인가의 이상에 의해 발열하면, 그 발생열에 의해 온도퓨즈의 퓨즈구성요소합금이 용융되어 기용융된 활성화된 플럭스와의 공존하에 용융합금이 리드도체나 전극으로의 누설에의해 분단 구상화되고, 그 분단 구상화의 진행에의해 전지회로가 차단된다.

이 2차전지에 있어서는 2∼10A 정도의 과전류가 장시간(약 1000초)흘러서 위험한 상태에 놓이는 일도 있고, 그러한 과전류로 동작하는 전류퓨즈를 상기한 전지팩에 장착시키는 일도 있다.

그러나, 그러한 보호방식으로서는 온도퓨즈 이외에 전류퓨즈를 필요로 하고, 전지팩의 수납공간을 크게 할 필요가 있고, 전지팩의 소형화에 적합하지 않고, 휴대용으로서 불리하다.

상기와 같은 종래의 박형온도퓨즈에 있어서는 퓨즈몸체의 두께를 1.1mm 정도로 하고 있다.

그 결과 퓨즈구성요소 즉, 저융점가용합금편의 단면적이 적게 되고, 퓨즈구성요소의 저항치가 비교적 높게 되기 때문에 상기한 과전류 1000초, 2∼10A하에서의 주울(joule)발열로 퓨즈구성요소가 융점까지 승온되어서 용융 절단될 수 있다.

따라서, 전류퓨즈로서의 기능이 기대된다.

여기서 본 발명에 있어서는 박형온도퓨즈를 전류퓨즈로서도 사용하는 것을 시험했으나 종래의 박형온도퓨즈로서는 러시(rush)전류로 동작해 버려서 전류퓨즈로 겸용되지 못하는 것을 알았다.

러시전류는 전원 투입시 과도현상이나 그 투입시의 회로저항이 승온전의 저저항치인 것 등에 기인해서 순시적으로 흐르고, 상기한 2차전지의 러시전류는 5ms, 50∼100A 정도이다.

종래의 박형온도 퓨즈에서는 이 러시전류로 작동해 버려서 전류퓨즈로 겸용하는 것은 어렵다.

예를 들면 합금조성 43In-41Sn-13Cd-3Bi의 저융점가용합금편을 사용한 종래의 박형 온도퓨즈에서는 상기한 러시전류로 작동해 버려서 전류퓨즈와의 겸용은 불가능하다.

본 출원에 있어서는 퓨즈구성요소로서 Bi 45∼55%, 잔여부 In의 합금조성을 사용한 동작온도 85℃∼95℃의 박형온도퓨즈를 이미 제안했다(일본국 특개 2002- 150906호 공보).

이 박형온도퓨즈에 있어서는 퓨즈구성요소의 주울발열에 의한 동작온도의 변화를 방지하기 위해 퓨즈구성요소의 저항치를 극력 낮게 하고 있고, 상기한 1000s, 2∼10A 정도의 과전류로 퓨즈구성요소를 용융 절단시키는 것, 즉 퓨즈구성요소를 융점으로까지 승온시키는 것을 예정하고 있지 않다.

그러나 본 발명에 있어서는 Bi를 다량으로 함유하는 합금의 퓨즈구성요소를 사용한 온도퓨즈는 그 합금의 비저항이 높은 것 때문에 내러시전류 성능에 유리하게 관여하고, 상기한 1000s,2∼10A 정도의 과전류에 대한 전류퓨즈로서도 아주 적당히 기능하는 것을 알았다.

즉, 퓨즈구성요소의 비저항치가 종래품(퓨즈구성요소의 합금조성으로서, 43In-41Sn-13Cd-3Bi를 사용한 것)의 약 1.6배인 52In-48Bi를 퓨즈구성요소로 사용한 박형온도퓨즈에서는 상기한 러시전류로서는 동작하지 않고, 전류퓨즈로서 양호하게 사용할 수 있는 것을 알았다.

그 이유를 고찰하면 다음과 같다.

박형온도퓨즈를 통전시킨때의 퓨즈구성요소의 대체로의 온도상승 과정은 퓨즈 구성요소의 주울발생열의 일부가 퓨즈 구성요소의 열용량으로 흡수되고, 흡수되지않았던 열량이 편평리드도체를 경유해서 방열되어 간다고 볼 수가 있고, 이 경우, 전류를 i, 퓨즈구성요소의 전기저항치를 r, 편평리드도체의 방열저항을 R, 퓨즈구성요소의 열용량을 C 로하면, 퓨즈구성요소의 온도상승 T는

T=Ri²r(1-e^-t/RC) (1)

로 주어지고, 퓨즈구성요소의 융점을 Tm, 평균온도를 T_o로하면 식(1)에 있어서 T=(Tm-T_o)로 하므로서, 전류 i - 동작시간 t의 동작특성이 구해지고,

i=(Tm-T_o)^1/2/[RC(1-e^-t/RC)]^1/2(2)

가 성립되고, 도3의 곡선 A는 상기한 52In - 48Bi를 퓨즈구성요소에 사용한 박형온도퓨즈의 동작 특성을 나타내고, 도 3의 곡선 B는 종래의 박형온도퓨즈의 동작 특성을 나타내고 있다.

도3에 있어서, 전류 iP 는 상기한 러시전류(전류치 iP, 전류지속시간 5ms) 를 나타내고 52In-48Bi를 퓨즈구성요소로 사용한 박형온도 퓨즈에 있어서는 이 러시전류로 동작하지 않고, 종래의 박형온도퓨즈에서는 동작하고 있다.

그 이유는 비저항치가 큰 52In-48Bi를 퓨즈구성요소로 사용한 박형온도퓨즈에서는 종래의 박형온도퓨즈 보다도 저융점가용합금편의 용적이 크고 그 결과, 상기의 식(1)에 있어서 C가 증대되어서 동작전류-시간곡선이 곡선 B로부터 곡선 A로 변경되는데 있다고 추정된다.

즉, 박형온도퓨즈에 있어서의 퓨즈구성요소의 주울발생열에 기초한 승온의 과도상태에 퓨즈구성요소의 흡열이 크게 관여하고, 퓨즈구성요소의 단면적을 적당히 크게 해서 흡열능력을 높이므로서 러시전류하에서의 퓨즈구성요소의 승온이 퓨즈구성요소의 융점이하로 억제된다고 추정된다.

본 발명의 목적은 박형온도퓨즈에 내(耐)러시(Rush)전류성능을 부여해서 그 박형(薄型)온도퓨즈를 전류퓨즈로 겸용가능하게 하는데 있다.

도1a와 도1b는 제3의 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈의 1실시예를 나타낸 평단면도와 정단면도.

도2a와 도2b는 제4의 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈의 1실시예를 나타낸 평단면도와 정단면도.

도3은 본 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈와 종래의 박형 온도퓨즈의 동작특성의 측정결과를 나타내는 도면.

도4는 종래의 박형 온도퓨즈의 1예를 나타낸 정단면도.

도5는 종래의 박형온도퓨즈의 상기와는 별도의 예를 나타낸 정단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 편평리드도체 2 저융점가용합금편(퓨즈구성요소)

4 플럭스 31 수지베이스필름

32 수지커버필름 100 노출부

제1의 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈는 Bi를 40∼70% 함유하는 합금조성의 저융점가용합금편을 한쌍의 편평리드도체간에 접속하고, 그 저융점가용합금편에 플럭스를 도포하여 그 플럭스도포 저융점가용합금편을 수지 베이스필름과 수지 커버필름으로 끼워서 절연한 온도퓨즈에 있어서, 저융점가용합금편을 2차전지의 허용한계전류에의한 주울발열로도 용융절단시키도록 저융점가용합금편의 저항치를 설정한것을 특징으로 한다.

제2의 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈는 제1의 발명에관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에 있어서, 저융점가용합금편의 융점이 85℃∼95℃이며, 허용한계전류가 1000s, 2∼10A인 것을 특징으로 한다.

제3의 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈는 제1 또는 제2의 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에 있어서, 한쌍의 편평리드도체의 전단말부를 수지베이스필름의 이면에 고착시킴과 동시에 일부를 베이스필름 표면에 노출시키고 그들 노출부간에 저융점가용합금편을 접속하고, 그 저융점가용합금편에 플럭스를 도포하여 베이스필름상을 수지커버필름으로 밀봉한 것을 특징으로 한다.

제4의 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈는 제1 또는 제2의 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에 있어서, 한쌍의 편평리드도체와 그들 선단부 상면간에 접속한 플럭스도포 저융점가용합금편을 상,하로부터 수지커버필름과 수지베이스필름으로 끼워서 밀봉한 것을 특징으로 한다.

제5의 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈는 제1 내지 제4의 발명의 어느 것인가에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에 있어서, Bi를 40∼70% 함유하는 합금조성의 잔여부가 In과 불가피적 불순물인 것을 특징으로 한다.

제6의 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈는 제1 내지 제4의 발명의 어느 것인가에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에 있어서, Bi를 40∼70% 함유하는 합금조성의 잔여부가 In과 불가피적 불순물과 0.05∼5%의 Ag, Cu, Au, Sb, Ni, Pt, Pd, Ge, P의 적어도 1종인 것을 특징으로 한다.

제7의 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈는 제1 내지 제6의 발명의 어느 것인가에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에 있어서, 저융점가용합금편의 저항치가 4.5mΩ∼50mΩ인 것을 특징으로 한다.

제8의 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈는 제1 내지 제7의 발명의 어느 것인가에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에 있어서, 저융점가용합금편의 외부직경 d와 편평리드도체의 두께 t와의 비 d/t가 2∼5인 것을 특징으로 한다.

제9의 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈는 제1 내지 제8의 발명의 어느 것인가에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에 있어서,수지베이스필름의 하면으로부터 수지커버필름의 상면까지의 두께가 2.0mm이하 인 것을 특징으로 한다.

제10의 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈는 제1 내지 제9의 발명의 어느 것인가에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에 있어서, 편평리드도체가 니켈 또는 철합금제인 것을 특징으로 한다.

[실시예]

이하 도면을 참조해서 본 발명의 실시의 형태에 대해서 설명한다.

본 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈는 Bi를 40∼70%함유하는 합금조성의 저융점가용합금편을 한 쌍의 편평리드도체간에 접속하고, 그 저융점가용합금편에 플럭스를 도포하고, 그 플럭스 도포 저융점가용합금편을 수지 베이스필름과 수지커버필름으로 끼워서 절연시킨 온도퓨즈이며, 2차전지 예를들면, 리튬이온2차전지, 리튬중합체 2차전지의 보호장치로서 그 전지에 열적으로 접촉시킨 상태로 사용되고, 전지온도가 허용 한계온도인 85℃∼95℃로 승온된 때 또는 전류가 허용한계인 1000s, 50∼100A로 된때에 저융점가용합금편을 용융 절단시키도록 저융점가용합금편의 융점 및 저항치를 설정하고 있다.

도1a는 제3발명에 관한 박형온도퓨즈의 1실시예의 일부를 단면으로 나타내는 평단면도, 도1b는 도1a에 있어서의 B-B선에 따른 평단면도이다.

도1에 있어서, 31은 수지베이스필름이다. 1,1은 편평리드도체이며, 전단말부를 수지베이스필름(31)의 이면에 고착시킴과 동시에 전단말부의 일부(100)를 수지베이스필름(31)의 상면에 노출시키고 있다.

2는 양 편평리드도체(1),(1)의 노출부(100),(100)간에 용접 등에 의해 접합한 퓨즈구성요소이며, 용접에는 스폿저항용접, 레이저용접등을 사용할 수가 있다.

32는 수지커버필름이며,수평으로 유지한 베이스필름(31)에 주위부를 밀봉접착시키고 있다.

4는 퓨즈구성요소(2)의 주위에 도포접착시킨 플럭스이다.

상기한 편평리드도체 전단말부의 일부의 베이스필름(31)의 표면에의 노출에는 편평리드도체 전단말부에 미리 조임가공에 의해 볼록한부를 형성하고, 이 리드도체 전단말부를 가열하에서 베이스필름의 이면에 용융접착시킴과 동시에 볼록한부를 베이스필름에 관통 용융접착시키는 방법, 편평리드도체 전단말부를 가열하에서베이스필름의 이면에 용융접착시킴과 동시에 리드도체 전단말부의 일부를 조임가공에의해 베이스필름의 이면에 노출시키는 방법 등을 사용할 수가 있다.

도2a는 제4발명에 관한 박형온도퓨즈의 1실시예의 일부를 단면으로 나타내는 평단면도, 도2b는 도 2a에 있어서의 B-B선에 따른 정단면도이다.

도2에 있어서,1,1은 편평리드도체이다.

2는 저융점가용합금편으로서, 양 편평리드도체(1),(1)의 선단부 상면간에 용접등에 의해 접합한 퓨즈구성요소이며, 용접에는 스폿저항용접, 레이저용접 등을 사용할 수가 있다.

31은 수지베이스필름, 32는 수지커버필름이며, 상기한 양 편평리드도체 (1),(1)의 전단말부와 퓨즈구성요소(2)를 이들 수지필름(31),(32)로 끼워서 수평으로 유지한 수지베이스필름(31)에 수지커버필름의 주위부를 밀봉접착시키고 있다.

4는 퓨즈구성요소(2)의 주위에 도포접착시킨 플럭스이다.

도2에 나타내는 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈를 제조하기 위해서는 양 편평리드도체의 선단부 상면간에 퓨즈구성요소를 스폿저항용접이나 레이저용접등에 의해 접속하고, 이어서 양 편평리드도체(1),(1)의 전단말부와 퓨즈구성요소(2)를 상,하의 수지필름(31),(32)로 끼워서 수지베이스필름(31)을 기초대상에 수평으로 유지하고, 수지커버필름(32)의 양단부를 이형성 칩 예를 들면, 세라믹칩으로 압압해서 수지커버필름(32)의 각 단말부를 편평리드도체에 가압 접촉시킨다.

이 가압접촉시 편평리드도체를 가열할 수도 있다.

이 가열은 전자유도가열, 리드도체에의 히트플레이트의 접촉 등에 의해 행할수가 있고, 특히, 전자유도가열에 의하면 퓨즈구성요소의 단말부에 용접된 리드도체 선단부를 하측 또는 상측 수지필름을 경유해서 고주파 자속을 교차시켜서 집중적으로 가열할 수 있기 때문에 열 효율상 유리하며, 또 그 집중가열을 위해 퓨즈구성요소의 단말부로부터 떨어진 퓨즈구성요소의 중간부의 가열을 양호하게 억제할 수가 있고, 퓨즈구성요소의 원형유지상 안전하다.

도2에 나타내는 실시예에 있어서, 편평리드도체(1)와 각 수지필름(31),(32)간의 밀봉접착은 상기한 편평리드도체 가열시의 용융접착에 의해 행하고, 상, 하 수지필름(31),(32)가 직접 접하는 계면의 밀봉접착은 초음파용융접착, 고주파유전가열용융접착, 히트플레이트 접촉용융접착 등에 의해 행할 수가 있고, 전자의 용융접착과 후자의 용융접착의 순서는 어느 것을 먼저 해도 된다.

후자의 용융접착후에 저융점가용합금편에 플럭스를 도포하고, 이어서 전자의 용융접착을 행할 수도 있다.

본 발명에 관한 상기한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에 외부온도 T_o하에서 전류 i가 통전된 때의 퓨즈구성요소의 온도 T_X는 퓨즈구성요소의 저항치를 r, 동일하게 열용량을 C, 리드도체의 열저항을 R로 하면,

T_X=T_o+Ri²r(1-e^-t/RC) (3)

로 주어지고, 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈가 동작하는 때에 즉, 퓨즈구성요소의 온도가 그 융점 Tm에 달한때의 전류i - 시간 t의 관계는

i=(Tm-T_o)^1/2/[Rr(1-e^-t/RC)]^1/2(4)

로 주어진다.

본 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에서는 러시전류, 5ms, 50∼100A로 동작시키지 않고, 허용한계전류 1000s, 2∼10A로 동작시키도록 퓨즈구성요소의 저항치 R를 설정하고 있다.

상기한 퓨즈구성용소의 융점 Tm은 전지의 허용한계 온도로부터 정해지고, R(편평리드도체의 열저항)도 편평리드도체의 재질에 의해 결정되어 버리므로 t=1000s에 있어서, 허용한계전류 i가 2∼10A가 되도록 퓨즈구성용소의 저항치 r이 설정된다.

이 퓨즈구성요소의 저항치 r는 퓨즈구성요소의 비저항치를 ρ, 퓨즈구성요소의 직경을 d, 퓨즈구성요소의 길이를 L이라고 하면,

r=4ρL/(πd²) (5)

로 주어진다.

그런데 본 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에서는 퓨즈구성요소에 Bi함유량이 40∼70%의 합금을 사용하고 있고, 비저항치 ρ가 높기 때문에 비저항치 ρ가 낮은 종래예에 비해서 상기한 소정의 저항치 r의 설정상 퓨즈구성요소의 직경이 크게 되고,그 결과 퓨즈구성요소의 열용량 C가 크게 되고, 따라서 C가 적은 경우의 특성곡선에 비해서 초기의 온도강하가 완만해져서 러시전류하에서의 동작이 회피된다.

그리하여 t=1000s에서의 동작전류를 변경시키는 일이 없이 t=5ms정도의 단시간 전류에 대한 허용한계전류치를 높게 해서 내러시전류성능을 보증할 수가 있다.

상기한 1000s라고 하는 장시간 지속전류에 대한 차단전류 i_o는 식(4)에 있어서 ,t→∞로 하는 것에 의해 부여되고,

i_o=(Tm-T_o)^1/2/(Rr)^1/2(6)

가 성립된다.

이렇게 해서 동일한 i_o하에서는 R(편평리드도체의 열저항치)이 클수록 퓨즈구성요소의 저항치 r를 적게 할 수가 있고, 식 (5)로부터 명백한 바와 같이, 저항치 r이 적어 질수록 퓨즈구성요소의 직경 d를 크게 할 수가 있어서, 퓨즈구성요소의 열용량 C를 크게 할 수가 있고, 내러시전류성능을 높일 수 있기 때문에 편평리드도체에는 열비저항치가 높은 니켈이나 철합금을 사용하는 것이 바람직하다.

이 경우 편평리드도체와 퓨즈구성요소와의 접합계면(통상 용접계면)의 계면저항치를 낮게 하도록 편평리드도체의 적어도 리드도체 접합면부분에 Cu 나 Ag의 박막을 형성하여 동계면에 Cu나 Ag와 모재와의 합금층을 형성하는 것이 바람직하다.

편평리드도체에 동을 사용할 수 있는 것은 말할 것도 없다.

본 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에 있어서, 퓨즈구성요소의 합금조성의 Bi량을 40∼70%로 하는 이유는 40%미만 에서는 비저항치가 낮고, 상기한 이점을 만족하게 얻을 수가 없고, 70%를 초과하면, 비저항치가 지나치게 높아져서 퓨즈구성요소의 외부직경이 과대하게 되어서 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈의 몸체의 두께 즉 수지베이스필름의 하면으로부터 수지 베이스필름의 상면까지의 높이를 2mm이하로 유지하는 것이 어려워지고(박형을 유지할수 없게 된다) 또 신선가공이 어려워지기 때문이다.

본 발명에 있어서 합금조성에는 Bi 40∼70%, 잔여부 In을 사용하는 것이 퓨즈구성요소의 융점을 85℃∼95℃로 설정하고 또한 원활한 신선가공성을 보증하는데 유리하다.

상기한 러시전류는 통전시간이 5ms정도로 극히 짧고 충격적이며, 퓨즈구성요소의 가열도 충격적이 되기 때문에 Ag, Cu, Au, Sb, Ni, Pt, Pd, Ge, P의 적어도 1종을 0.5∼5%첨가하여 고체 용융 경화에 의해 기계적강도를 상승시켜서 러시전류에의한 열충격에 대하여 퓨즈구성요소의 저항력을 향상시킬 수도 있다.

첨가량을 0.5∼5%로하는 이유는 0.5%미만에서는 첨가의 효과가 얻어지지 않고, 5%를 초과하면, 퓨즈구성요소의 융점이나 비저항치의 변동이 커지게 되기 때문이다.

도3에 나타내는 차단전류-동작시간 특성에 있어서, 내러시전류 특성에 관여하는 영역은 t가 t=0 근방의 과도상태 영역이며, 이 과도상태도에 열적으로 관여하는 편평리드도체 부분은 퓨즈구성요소 단말부가 접합된 개소를 포함하는 극히 한정된 부분이며, 따라서, 상기한 시정수 RC의 R(편평리드도체의 열저항치)는 리드도체의 폭에는 좌우되지 않고, 두께 h에 반비례하고, C는 퓨즈구성요소의 직경 d에 비례하고, 따라서 CR를 d/h로 평가할 수가 있고, d/h는 통상 2∼4로 된다.

상기한 퓨즈구성요소의 단면적은 0.032mm²∼0.33mm²로 된다.

이 퓨즈구성요소의 단면형상은 원형 외에 편평형으로 할 수도 있고, 후자의 경우의 상기한 d는 동일한 원형 단면적에서의 직경으로 된다.

본 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에 있어서, 퓨즈구성요소의 저항치 r는 허용한계전류치(1000s, 2∼10A)에의해 규제되고, 상기한 바와 같이, 4.5mΩ∼ 50mΩ로 된다.

그러므로, 정격전류 I하에서의 퓨즈구성요소의 온도상승 ΔT는 식 (4)에 있어서 i→I, t→∞로 하므로서 주어진다.

ΔT=RI²r (7)

가 성립되고, I=1a로 한때 ΔT는 편평리드도체로서 니켈을 사용한 경우에 2℃이다.

동리드도체를 사용한 경우에는 다시 또 낮게 된다.

따라서, 온도퓨즈로서 동작하는 때의 동작온도의 변동을 충분히 적게 할 수가 있다.

상기한 퓨즈구성요소는 통상 강편을 제작하여 이것을 압출기로 조선으로 압출 성형하여 이 조선을 다이스로 신선하므로서 제조할 수가 있다.

또, 최종적으로 칼렌더로울에 통과시켜 편평선으로 사용할 수도 있다.

또, 냉각액을 넣은 실린더를 회전시켜서 회전원심력에 의해 냉각액을 층상으로 유지하여 노즐로부터 분사한 모재용융젯트를 상기한 냉각액층에 입사시켜 냉각응고시켜서 세선재를 얻는 회전드럼식 방사법에 의해 제조하는 것도 가능하다.

이들의 제조시 각 원료지금의 제조상 및 이들 원료의 용융교반상 생기는 불가피적 불순물을 함유하는 것이 허용된다.

상기 수지필름(수지베이스필름, 수지커버필름)에는 두께 10㎛∼500㎛정도의 플라스틱필름, 예를들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리에틸렌설파이드, 폴리설폰 등의 엔지니어링 플라스틱, 폴리아세탈, 폴리카르보네이트, 폴리페닐렌술피드, 폴리옥시벤조일, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르이미드등 의 엔지니어링플라스틱이나, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리아세트산비닐, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리염화비닐리덴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 에틸렌폴리테트라플루오르에틸렌혼성중합체, 에틸렌아세트산비닐혼성중합체(EVA), AS수지, ABS수지, 아이오노머, AAS수지, ACS수지등의 필름을 사용할 수가 있다.

또 플럭스에는 천연로진, 변성로진(수첨로진, 불균화로진, 중합로진등) 및 이들의 정제로진에 밀납 다시 또 디에틸아민의 염산염, 디에틸아민의 브롬화수소산염 등을 첨가한 것을 사용할 수가 있다.

본 발명의 아주 적당한 실시 형태는 저융점가용합금편의 조성 : Bi 47∼49%, 잔여부 In, 저융점가용합금편의 단면적 : 0.10∼0.12 mm², 편평리드도체의 두께 :0.10∼0.20mm, 몸체부의 두께 : 1.1∼1.3mm, 저융점가용합금편의 저항치 : 15∼ 16mΩ, 공칭동작온도 93℃이다.

(실시예)

도 1에 나타내는 구성의 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈이며, 수지 베이스필름 (31) 및 수지 커버필름(32)에 두께 200㎛, 폭 4mm, 길이 7.5mm의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 편평리드도체(1)에 두께 150㎛, 폭 3mm, 길이 15mm의 동도체를 사용했다.

퓨즈구성요소(2)에 52In-48Bi의 조성으로 단면적이 0.113mm², 길이가 5mm의 둥근선을 사용하고 퓨즈구성요소(2)의 양 용접개소간의 거리를 3.0mm로 했다.

플럭스에는 로진과 밀납의 혼합물을 사용했다.

몸체부의 두께는 1.2mm이며, 저항치는 15.7mΩ이며, 공칭동작온도는 93℃였다.

(비교예)

도4에 나타내는 구성의 박형온도퓨즈이며, 수지베이스필름(31') 및 수지 커버필름(32')에 두께 200㎛, 폭 4mm, 길이 7.5mm의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 편평리드도체(1')에 두께 150㎛, 폭 3mm, 길이 15mm의 동도체를 사용했다.

퓨즈구성요소(2')에 43In-41Sn-13Cd-3Bi의 조성으로 단면적이 0.071mm², 길이가 5mm의 둥근선을 사용하고 퓨즈구성요소(2')의 양 용접개소간의 거리를 3.0mm로 했다.

플럭스에는 로진과 밀납의 혼합물을 사용했다.

몸체부의 두께는 1.1mm이며, 저항치는 15.7mΩ이며, 공칭동작온도는 93℃였다.

이 실시예품과 비교예품과의 실온에서의 동작특성을 측정한 바, 도3에 나타내는 바와 같았다.

곡선 A는 실시예품의 동작특성을, 곡선 B는 비교품예의 동작특성을 각각 나타내고 있다.

어느 것이나 1000s에서의 동작전류가 약 4A이지만 비교예품에서는 5ms에서의 동작전류가 50A이하이며, 상기한 러시전류로 동작하는 확률이 큰 것에 대해 실시예품에서는 5ms에서의 동작전류가 100A를 초과하고 있고, 상기한 러시전류로 동작하는 일은 없다.

따라서 본 발명의 온도퓨즈에서는 허용한계전류에 대한 전류퓨즈로서 겸용할 수가 있다.

두께의 증가가 있으나 (비교예의 1.1mm에 대해 실시예의 1.2mm)근소하게 억제할 수가 있다.

본 발명에 관한 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈에서는 두께나 동작온도의 변동이 있어도 근소하게 억제해서 러시전류하에서의 동작을 회피할 수가 있으므로 전류퓨즈로서도 아주 적당히 사용할 수가 있다.

따라서, 허용한계온도와 허용한계전류와의 양쪽으로 부터의 보호가 요구되는 2차전지용 보호장치로서 극히 유용하다.

Claims

Bi를 40∼70% 함유하는 합금조성의 저융점가용합금편을 한 쌍의 편평리드도체간(1),(1)에 접속하고, 그 저융점가용합금편(2)에 플럭스(4)를 도포하여 그 플럭스도포 저융점가용합금편(2)을 수지 베이스필름(31)과 수지커버필름(32)으로 끼워서 절연한 온도퓨즈에 있어서,

저융점가용합금편(2)을 2차전지의 허용한계전류에 의한 주울(joule)발열로도 용융 절단시키도록 저융점가용합금편(2)의 저항치를 설정한 것을 특징으로 하는 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈.
제1항에 있어서,

저융점가용합금편(2)의 융점이 85℃∼95℃이며, 허용한계전류가 1000s, 2∼10A인 것을 특징으로 하는 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈.
제1항 또는 제2항에 있어서,

한 쌍의 편평리드도체(1),(1)의 전단말부를 수지베이스필름(31)의 이면에 고착시킴과 동시에 일부를 베이스필름(31)의 표면에 노출시키고, 그들 노출부간에 저융점가용합금편(2)을 접속하고, 그 저융점가용합금편(2)에 플럭스(4)를 도포하여 베이스필름(31)상에 수지커버필름(32)으로 밀봉한 것을 특징으로 하는 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈.
제1항 또는 제2항에 있어서

한 쌍의 편평리드도체(1),(1)와 그들 선단부 상면간에 접속한 플럭스도포 저융점가용합금편(2)을 상, 하로부터 수지커버필름(31)과 수지베이스필름(32)으로 끼워서 밀봉한 것을 특징으로 하는 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,

Bi를 40∼70% 함유하는 합금조성의 잔여부가 In과 불가피적 불순물인 것을 특징으로 하는 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,

Bi를 40∼70% 함유하는 합금조성의 잔여부가 In과 불가피적 불순물과 0.05 ∼5%의 Ag, Cu, Au, Sb, Ni, Pt, Pd, Ge, P의 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈.
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,

저융점가용합금편의 저항치가 4.5mΩ∼50mΩ인것을 특징으로 하는 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,

저융점가용합금편(2)의 외경 d와 편평리드도체(1),(1)의 두께 t와의 비 d/t가 2∼5인 것을 특징으로 하는 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈.
제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서,

수지베이스필름(31)의 하면으로부터 수지커버필름(32)의 상면까지의 두께가 2.0mm이하인 것을 특징으로 하는 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈.
제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,

편평리드도체(1),(1)가 니켈 또는 철합금제인 것을 특징으로 하는 전류퓨즈기능 부착 온도퓨즈.