(57)【要約】      （修正有）【課題】温度ヒューズエレメントのリード導体端部に溶接された側ほど酸化物含有率を中央側より低くし、温度ヒューズ全体の酸化物含有量が変わらなくても、その含有密度の分布を改変することにより、温度ヒューズの分断動作特性を向上させる。【解決手段】一対のリード導体１の端部間に低融点合金エレメント２が溶接され、低融点合金エレメントの酸化物含有率がリード導体端部側に至るほど低く、低融点合金エレメントの中央箇所に至るほど高くされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業台上に一対のリード導体を所定のギャップ間隔を隔てて配設し、前記ギャップ及び両リード導体端部にわたって低融点合金の溶湯を供給し、この溶湯表面を開放した状態で表面張力を作用させつつ、その溶湯をリード導体端部側ほど速い速度で、ギャップの中央側ほど遅い速度で冷却させて凝固させると共に各リード導体の端部と凝固合金との間を溶接させることを特徴とする温度ヒューズ用のリード導体付き低融点合金エレメントの製作方法。
【請求項２】
一対のリード導体の端部間に低融点合金エレメントが溶接され、低融点合金エレメントの酸化物含有率がリード導体端部側に至るほど低く、低融点合金エレメントの中央箇所に至るほど高くされていることを特徴とする温度ヒューズ用のリード導体付き低融点合金エレメント。
【請求項３】
対向するリード導体先端々面間に低融点合金エレメントの一部が入り込んでいることを特徴とする請求項２記載の温度ヒューズ用のリード導体付き低融点合金エレメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度ヒューズ用のリード導体付き低融点合金エレメント及びその製作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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を製造するには、線引きまたはロール圧延等によって加工した低融点合金エレメントを両リード導体間に溶接し、この低融点合金エレメントにフラックスを塗布し、このフラックス塗布低融点合金エレメントを耐熱絶縁体で封止している。
近来、環境衛生上、低融点合金エレメントの鉛フリー化が要請され、鉛フリー組成の低融点合金エレメントが多く開発されている。
この鉛フリー組成には、線引き、圧延等の加工が至難なものがあり、鋳込み成型によって低融点合金エレメントを製作することが知られている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−２２５７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
低融点合金においては、酸化物の生成含有が避けられず、この酸化物が温度ヒューズエレメントの分断動作に支障をきたすことは否めない。
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エレメントが溶融され、その溶融合金のリード導体への濡れにより溶融合金が分断されることにあり、溶融合金中の酸化物はリード導体への濡れを阻害し、特にリード導体に溶接されている低融点合金エレメント端部の可溶合金部分は前記濡れに大きなウエイトで関与するために、その濡れの阻害は温度ヒューズの分断動作を大きく低下させることになる。
【０００４】
而るに、前記鋳込み成型により製造した温度ヒューズエレメント、線引きまたはロール圧延により加工した温度ヒューズエレメントの何れとも、酸化物含有率がリード導体側部分と中央側部分とにおいて差なく実質的に同等であり、酸化物含有率の分布の観点から温度ヒューズの動作性能を改善する余地が存在する。
【０００５】
本発明の目的は、温度ヒューズエレメントのリード導体端部に溶接された側ほど酸化物含有率を中央側より低くし、温度ヒューズ全体の酸化物含有量が変わらなくても、その含有密度の分布を改変することにより、温度ヒューズの分断動作特性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る温度ヒューズ用のリード導体付き低融点合金エレメントの製作方法は、作業台上に一対のリード導体を所定のギャップ間隔を隔てて配設し、前記ギャップ及び両リード導体端部にわたって低融点合金の溶湯を供給し、この溶湯表面を開放した状態で表面張力を作用させつつ溶湯をリード導体端部側ほど速い速度で、ギャップの中央側ほど遅い速度で冷却させて凝固させると共に各リード導体の端部と凝固合金との間を溶接させることを特徴とする。
請求項２に係る温度ヒューズ用のリード導体付き低融点合金エレメントは、一対のリード導体の端部間に低融点合金エレメントが溶接され、低融点合金エレメントの酸化物含有率がリード導体端部側に至るほど低く、低融点合金エレメントの中央箇所に至るほど高くされていることを特徴とする。
請求項３に係る温度ヒューズ用のリード導体付き低融点合金エレメントは、請求項２の温度ヒューズ用のリード導体付き低融点合金エレメントにおいて、対向するリード導体先端々面間に低融点合金エレメントの一部が入り込んでいることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
（１）請求項１では、温度ヒューズエレメント用低融点合金の溶湯を表面開放状態で表面張力を作用させつつリード導体端部側に至るほど速い冷却速度で凝固させており、溶湯中央箇所に至るほどその溶湯表面の接線角が小さくなるために、溶湯に作用する表面張力が溶湯中央箇所に至るほど大きくなり、溶湯表面に浮上し易い酸化物が溶湯中央に集まり、一方、中央に至るほど冷却速度が遅いために中央に至るほど結晶粒界の密度が大となって、前記中央に至りほど高密度となる浮遊性酸化物が高密度の結晶粒界にトラップされるために、低融点合金エレメントの中央からリード導体端との溶接箇所に至るほど酸化物密度が低くなる。
（２）請求項２では、低融点合金エレメントの酸化物含有密度が低融点合金エレメントの中央から端部に至るほど低くなっているから、低融点合金エレメントの球状化分断の初期における低融点合金エレメント端部のリード導体への濡れを効果的に発生させ得、温度ヒューズの迅速な分断動作を保証できる。
（３）合金型温度ヒューズのヒートサイクル時に発生する低融点合金エレメントの熱膨張力が、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エレメント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、低融点合金エレメント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、低融点合金エレメント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、この点からも温度ヒューズの良好な分断動作を保証できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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は本発明に係る温度ヒューズ用のリード導体付き低融点合金エレメントを示す図面である。
図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エレメント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、更にはＮｉの上にＳｎ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ等をメッキすることもできる。
２は低融点合金エレメントであり、上面は両端部に至るほど接線角を大きくした曲面とされ、中間部の一部２０を図２−１に示すように対向するリード導体先端々面１１，１１間に入り込ませ、両端部２１，２１のそれぞれが各帯状リード導体端部１０，１０の上面に溶接されている。
低融点合金エレメント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エレメント全体積の１０〜２０％である。図２−２に示するように、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。
【０００９】
前記の温度ヒューズ用リード導体付きエレメントを本発明により製造するには、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（前記のメッキまたはクラッドが施されている）１００，１００を所定のギャップ間隔で配置し、この基材１００，１００間に低融点合金線材を供給しつつはんだごてで溶融するか、溶融低合金を走行ノズルで供給することにより、ギャップ及びリード導体基材端部にまたがって低融点合金の溶湯２００を供給する。
溶湯２００は供給と同時にリード導体基材１００，１００の高熱伝導経路を経ての放熱により冷却され、リード導体基材端部に近い部分ほど速い冷却速度で冷却されて凝固が進行していく。
【００１０】
この冷却凝固の進行過程では、溶湯表面の中央側ほど表面接線角が小さくなるために溶湯表面の表面張力が中央側ほど大になり、溶湯表面に浮上した酸化物が中央に向かって移動される。また、中央に至るほど冷却速度が遅いために中央に至るほど結晶粒界密度が高くなり、酸化物のトラップ箇所の密度が多くなるために、中央部に集中した酸化物が中央部の高密度結晶粒界にトラップされて凝固低融点合金の中央部に至るほど酸化物含有密度が高くなり、リード導体端側ほど酸化物含有密度が低くなる。
而して、供給低融点合金溶湯の凝固の完了をまって短冊状にカットし、「一対のリード導体の端部間に低融点合金エレメントが溶接され、低融点合金エレメントの酸化物含有率がリード導体端部側に至るほど低く、低融点合金エレメントの中央箇所に至るほど高くされた温度ヒューズ用のリード導体付き低融点合金エレメント」を得ることができる。
【００１１】
低融点合金溶湯の材質としては、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。
【００１２】
上記リード導体基材の熱伝導経路を得ての放熱による冷却速度を調整するために、ギャップの裏側を保温したり、リード導体基材をエアブローしたり、リード導体基材を熱伝導性の部材で支持したりすることができる。
【００１３】
前記製造方法により得られた温度ヒューズ用リード導体付きエレメントにおいては、図１に示すように、対向するリード導体先端々面１１，１１間に低融点合金エレメントの一部２０が入り込んでいる。
この温度ヒューズ用リード導体付きエレメントを使用して合金型温度ヒューズを製造するには、図１に示すようにフラックスを、低融点合金エレメント２の上面側に符合３１で示すように塗布し、低融点合金エレメントの入り込み部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で示すように塗布する。
上側フラックス３１は、帯状リード導体の端部上面に溶接された低融点合金エレメント部分の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３１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エレメント部分の平均厚みの７０〜１００％とすることが好ましい。
下側フラックス３２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エレメントへの熱伝達性（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、マレイン酸、シュウ酸）を添加したものを使用できる。
【００１４】
図４−１は本発明に係る温度ヒューズ用のリード導体付き低融点合金エレメントを使用した温度ヒューズの斜視図を、図４−２は図４−１におけるイ−イ断面図をそれぞれ示している。
図４−１及び図４−２において、１，１は帯状リード導体、２は低融点合金エレメントであり、前記した通り、対向するリード導体先端々面間のスペースに低融点合金エレメントの中間部を入り込ませ、低融点合金エレメントの上面のみならず低融点合金エレメント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フラックスを塗布してある。
４，４は上下の耐熱フィルム、５は上下フィルム４，４間の空間を埋めた接着剤であり、上側フラックス３１、上側フラックス３１に対する低融点合金エレメント２の露出面、下側フラックス３２が接着剤に接している。
【００１５】
本発明に係る温度ヒューズの製造は、（１）作業台上において、リード導体付きフラックス塗布低融点合金エレメントを下側耐熱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耐熱フィルムを接着剤面を下側にして前記下側配置耐熱フィルム上に配置し、この上側の配置耐熱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、未硬化接着剤塗布耐熱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エレメント接続リード導体を下側耐熱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耐熱フィルムを接着剤面を下側にして前記下側配置耐熱フィルム上に配置し、この上側の配置耐熱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。
前記上下の耐熱フィルムには、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。
【００１６】
本発明に係る温度ヒューズ用リード導体付きエレメントを用いた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エレメントの熱膨張力が、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エレメント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、低融点合金エレメント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、低融点合金エレメント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、低融点合金エレメント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。
【００１７】
図５は本発明に係る合金型温度ヒューズの低融点合金エレメントの分断動作状態を示し、硬化接着剤で確保されたキャビティ５０内に低融点合金エレメントとフラックスとが空き空間なく納められ、この空きのない状態で低融点合金エレメントが分断され、その分断魂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、低融点合金エレメント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もフラックスを塗布し、前記キャビティ５０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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るリード導体付き低融点合金エレメントを示す斜視図である。
【図２−１】本発明に係るリード導体付き低融点合金エレメントの入り込み部を示す図面である。
【図２−２】前記入り込み部の別例を示す図面である。
【図３】本発明に係るリード導体付き低融点合金エレメントの製造方法を示す図面である。
【図４−１】本発明に係るリード導体付き低融点合金エレメントを使用した合金型温度ヒューズを示す斜視図である。
【図４−２】図４−１におけるイ−イ断面図である。
【図５】本発明に係るリード導体付き低融点合金エレメントを使用した合金型温度ヒューズの分断作動状態を示す図面である。
【符号の説明】
【００１９】
１          リード導体
１００      リード導体基材
２          低融点合金エレメント
２０        入り込み部
２００      溶湯
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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