(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のピン電極を有し、これらのピン電極にガイド軸が並設され、過電流の通電により発熱される過電流発熱性片がガイド軸に挿通された状態で前記一対のピン電極間にまたがって配設され、各ピン電極と過電流発熱性片との間及び前記ガイド軸と過電流発熱性片との間が低融点可溶材で接合され、前記過電流発熱性片を前記ピン電極から離隔させる応力エネルギーを保持させたバネが設けられ、前記過電流発熱性片の発熱による低融点可溶材の溶融でバネの応力エネルギーが解放されて過電流発熱性片がピン電極より離隔されることを特徴とする保護素子。
【請求項２】
請求項１記載の保護素子において、抵抗器本体の両端にリード導体が取付けられてなる抵抗器が付加され、該抵抗器の一方のリード導体がガイド軸として使用され、圧縮コイルバネが抵抗器本体と過電流発熱性片との間において前記ガイド軸に挿通され、抵抗器の一方のリード導体と両ピン電極の何れかとの間に被保護機器の異常時に前記抵抗器を通電発熱させて前記の低融点可溶材を溶融させる抵抗発熱回路が接続されることを特徴とする保護素子。
【請求項３】
過電流発熱性片と圧縮コイルバネの一端との間または圧縮コイルバネの他端と抵抗器本体端との間の少なくとも一方に絶縁体が介在され、圧縮コイルバネの内側とガイド軸との間に前記とは別の絶縁体が介在されていることを特徴とする請求項２記載の保護素子。
【請求項４】
請求項１記載の保護素子において、抵抗器本体の両端にリード導体が取付けられてなる抵抗器が付加され、該抵抗器の一方のリード導体がガイド軸として使用され、圧縮コイルバネが各ピン電極に挿通され、抵抗器の一方のリード導体と両ピン電極の何れかとの間に被保護機器の異常時に前記抵抗器を通電発熱させて前記の低融点可溶材を溶融させる抵抗発熱回路が接続されることを特徴とする保護素子。
【請求項５】
請求項１記載の保護素子において、抵抗器本体の両端にリード導体が取付けられてなる抵抗器の一方のリード導体がガイド軸として使用され、過電流発熱性片をピン電極とは反対側に引っ張る引っ張りバネが設けられ、抵抗器の一方のリード導体と両ピン電極の何れかとの間に被保護機器の異常時に前記抵抗器を通電発熱させて前記の低融点可溶材を溶融させる抵抗発熱回路が接続されることを特徴とする保護素子。
【請求項６】
過電流発熱性片の各端部が各ピン電極の上面を越えており、それらの各端部裏面と各ピン電極の外側隅が低融点可溶材で接合されていることを特徴とする請求項１〜５何れか記載の保護素子。
【請求項７】
ケースに収容されていることを特徴とする請求項１〜６何れか記載の保護素子。
【請求項８】
抵抗器本体の発熱で変色される絶縁層が抵抗器本体及びピン電極にわたって被覆され、ケースが透視可能とされていることを特徴とする請求項７記載の保護素子。
【請求項９】
両ピン電極にケースより引き出された脚部が設けられていることを特徴とする請求項７または８記載の保護素子。
【請求項１０】
一方のピン電極にケースより引き出された脚部が設けられ、他方のピン電極に可撓性の引出線が接続されていることを特徴とする請求項７または８記載の保護素子。
【請求項１１】
二次電池の保護用であり、過電流が二次電池の許容負荷電流であり、異常時が二次電池の過充電時または過放電時であることを特徴とする請求項２〜１０何れか記載の保護素子。
【請求項１２】
低融点可溶材が合金であることを特徴とする請求項１〜１１何れか記載の保護素子。
【請求項１３】
充電時に陽極側となる方のピン電極と過電流発熱性片とを接合する低融点合金可溶材の量が他方のピン電極と過電流発熱性片とを接合する低融点合金可溶材の量よりも多くされていることを特徴とする請求項１１記載の保護素子。
【請求項１４】
ピン電極の材質を銅とし、該ピン電極表面の少なくとも低融点合金可溶材に接合される部分に、前記銅の低融点合金可溶材への移行を阻止する銅移行阻止膜を設けたことを特徴とする請求項１２〜１３何れか記載の保護素子。
【請求項１５】
過電流発熱性片の材質を銅若しくは銅合金とし、該過電流発熱性片表面の少なくとも低融点合金可溶材に接合される部分に、前記銅の低融点合金可溶材への移行を阻止する銅移行阻止膜を設けたことを特徴とする請求項１２〜１４何れか記載の保護素子。
【請求項１６】
銅移行阻止膜がＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｄ−Ｐのうちの少なくとも一層以上の膜であることを特徴とする請求項１４〜１５何れか記載の保護素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高容量二次電池、例えば高容量リチウムイオン二次電池に対し過電流を遮断し、過充電時や過放電時に充電や放電を停止するのに有用な保護素子に関するものである。
【０００２】
二次電池、例えばリチウムイオン二次電池においては、過電流や過充電または過放電に対し、二次電池を負荷または充電電源から遮断することが要求され、かかる要求を満たす保護素子として、低融点合金型温度ヒューズと抵抗器とを熱的に近接させて一括したものが知られている。
図９は二次電池保護回路の一例を示している。
図９において、Ｅは二次電池を、Ｌは負荷を、Ｓは充電電源を、ｓｗはスイッチ例えばトランジスターを、Ｔは二次電池の過充電または過放電を検知しスイッチオン信号を発信するＩＣ回路をそれぞれ示し、過電流が流れると、保護素子Ａ’の低融点合金ヒューズ３０’を溶断させて負荷Ｌと二次電池Ｅとの間を遮断し、また、二次電池Ｅの過放電に対し、ＩＣ回路Ｔによりスイッチｓｗをオンさせ、保護素子Ａ’の抵抗器８’を二次電池Ｅによって通電発熱させ、その発生熱で低融点合金ヒューズ３０’を溶断させて二次電池Ｅと負荷Ｌとの間を遮断している。
更に、過充電に対し、ＩＣ回路Ｔによりスイッチｓｗをオンさせ、保護素子Ａ’の抵抗器８’を二次電池Ｅ若しくは充電電源Ｓで通電発熱させ、その発生熱で保護素子Ａ’の低融点合金ヒューズ３０’を溶断させて二次電池Ｅと充電電源Ｓとの間を遮断している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明者等においては、Ｂｉ系低融点合金やＳｂ系低融点合金等の低融点合金ヒューズに長時間、直流電流を流すと、そのヒューズ両端の電極のうち、陽極側の電極と低融点合金ヒューズとの界面の合金にマイグレーションが発生し、クラックが生じて低融点合金ヒューズが本来の動作をするに至るまえに、破断する事実を確認している。
【０００４】
この低融点合金ヒューズのマイグレーションの発生理由は、次のように推定できる。
低融点合金には、共晶型合金、固溶体型合金、金属間化合物型合金があり、これらはミクロ的に見ると、二種以上の金属原子が混合して新しい原子配列の結晶格子を造り、格子点のイオン化原子が平衡状態にあると言える。しかしながら、Ｂｉ原子やＳｂ原子は平衡位置から飛び出し易く課電によリエネルギーを与えられて格子点から飛び出し、転位原子となって結晶格子内を放浪し、直流の場合は、その転位原子が陰極側に移動し、陰極界面に析出していく。転位原子が飛び出した跡の空孔においては、あたかも、満員の観覧席で或る席が空いたとすると、その空席の隣の客が一人づつ移動して新たな空席をうめていくようにして、移動して陽極界面に至り、その界面で空孔同士が合体してクラックを発生するに至ると推定できる。
【０００５】
Ｂｉ系低融点合金ヒューズやＳｂ系低融点合金ヒューズのマイグレーションの例を示せば次の通りである。
５７重量％Ｂｉ−残部Ｓｎ，直径１ｍｍφ，長さ５ｍｍの低融点合金片の両端に直径１ｍｍφの銅リード導体を溶接し、直流１５アンペアを５０００時間通電したところ、陰極側の銅リード導体の端面に接して厚み約２００μｍのＢｉ金属層が析出され、陽極側の銅リード導体の端面に接して厚み約３０μｍの空隙が形成された。
また、５重量％Ｓｂ−残部Ｓｎ，直径２ｍｍφ，長さ７ｍｍの低融点合金片の両端に直径２ｍｍφの銅リード導体を溶接し、直流６０アンペアを５０００時間通電したところ、陰極側の銅リード導体の端面に接して厚み約５０μｍのＳｂ金属層が析出され、陽極側の銅リード導体の端面に接して厚み約２０μｍの空隙が形成された。
【０００６】
図９において、符合Ａ’で示した「低融点合金ヒューズと抵抗器とを一括した保護素子」は周知である（例えば、特許文献１、特許文献２等）
【０００７】
【特許文献１】実開昭６２−０２４４５１号公報
【特許文献２】実開昭５８−１５７９４３号公報
【０００８】
而るに、図９において、低融点合金ヒューズ３０’の両端電極の極性が、充電時、放電時の度に変わるが、時間当たりに掛かる電力量は充電時の方が放電時よりも多くなるから、前記低融点合金ヒューズ３０’のマイグレーションは避け難い。
【０００９】
本発明の目的は、直流下で使用する被保護機器を、低融点合金のマイグレーションを排除して過電流に対し適確に保護し得る抵抗器付き保護素子を提供することにある。
本発明の更なる目的は、直流下で使用する被保護機器を、低融点合金のマイグレーションを排除して過電流以外の異常に対し適確に保護し得る抵抗器付き保護素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る保護素子は、一対のピン電極を有し、これらのピン電極にガイド軸が並設され、過電流の通電により発熱される過電流発熱性片がガイド軸に挿通された状態で前記一対のピン電極間にまたがって配設され、各ピン電極と過電流発熱性片との間及び前記ガイド軸と過電流発熱性片との間が低融点可溶材で接合され、前記過電流発熱性片を前記ピン電極から離隔させる応力エネルギーを保持させたバネが設けられ、前記過電流発熱性片の発熱による低融点可溶材の溶融でバネの応力エネルギーが解放されて過電流発熱性片がピン電極より離隔されることを特徴とする。
請求項２に係る保護素子は、請求項１の保護素子において、抵抗器本体の両端にリード導体が取付けられてなる抵抗器が付加され、該抵抗器の一方のリード導体がガイド軸として使用され、圧縮コイルバネが抵抗器本体と過電流発熱性片との間において前記一方のリード導体に挿通され、抵抗器の一方のリード導体と両ピン電極の何れかとの間に被保護機器の異常時に前記抵抗器を通電発熱させて前記の低融点可溶材を溶融させる抵抗発熱回路が接続されることを特徴とする。
請求項３に係る保護素子は、請求項２の保護素子において、過電流発熱性片と圧縮コイルバネの一端との間または圧縮コイルバネの他端と抵抗器本体端との間の少なくとも一方に絶縁体が介在され、圧縮コイルバネの内側とガイド軸との間に前記とは別の絶縁体が介在されていることを特徴とする。
請求項４に係る保護素子は、請求項１の保護素子において、抵抗器本体の両端にリード導体が取付けられてなる抵抗器が付加され、該抵抗器の一方のリード導体がガイド軸として使用され、圧縮コイルバネが各ピン電極に挿通され、抵抗器の一方のリード導体と両ピン電極の何れかとの間に被保護機器の異常時に前記抵抗器を通電発熱させて前記の低融点可溶材を溶融させる抵抗発熱回路が接続されることを特徴とする。
請求項５に係る保護素子は、請求項１の保護素子において、抵抗器本体の両端にリード導体が取付けられてなる抵抗器の一方のリード導体がガイド軸として使用され、過電流発熱性片をピン電極とは反対側に引っ張る引っ張りバネが設けられ、抵抗器の一方のリード導体と両ピン電極の何れかとの間に被保護機器の異常時に前記抵抗器を通電発熱させて前記の低融点可溶材を溶融させる抵抗発熱回路が接続されることを特徴とする。
請求項６に係る保護素子は、請求項１〜５何れかの保護素子において、過電流発熱性片の各端部が各ピン電極の上面を越えており、それらの各端部裏面と各ピン電極の外側隅が低融点可溶材で接合されていることを特徴とする。
請求項７に係る保護素子は、請求項１〜６何れかの保護素子において、ケースに収容されていることを特徴とする。
請求項８に係る保護素子は、請求項７の保護素子において、抵抗器本体の発熱で変色される絶縁層が抵抗器本体及びピン電極にわたって被覆され、ケースが透視可能とされていることを特徴とする。
請求項９に係る保護素子は、請求項７または８の保護素子において、両ピン電極にケースより引き出された脚部が設けられていることを特徴とする。
請求項１０に係る保護素子は、請求項７または８の保護素子において、一方のピン電極にケースより引き出された脚部が設けられ、他方のピン電極に可撓性の引出線が接続されていることを特徴とする。
請求項１１に係る保護素子は、請求項２〜１０何れかの保護素子において、二次電池の保護用であり、過電流が二次電池の許容負荷電流であり、異常時が二次電池の過充電時または過放電時であることを特徴とする。
請求項１２に係る保護素子は、請求項１〜１１何れかの保護素子において、低融点可溶材が合金であることを特徴とする。
請求項１３に係る保護素子は、請求項１１の保護素子において、総合的に陽極側となる方のピン電極と過電流発熱性片とを接合する低融点合金可溶材の量が他方のピン電極と過電流発熱性片とを接合する低融点合金可溶材の量よりも多くされていることを特徴とする。
請求項１４に係る保護素子は、請求項１２〜１３何れかの保護素子において、ピン電極の材質を銅とし、該ピン電極表面の少なくとも低融点合金可溶材に接合される部分に、前記銅の低融点合金可溶材への移行を阻止する銅移行阻止膜を設けたことを特徴とする。
請求項１５に係る保護素子は、請求項１２〜１４何れかの保護素子において、過電流発熱性片の材質を銅若しくは銅合金とし、該過電流発熱性片表面の少なくとも低融点合金可溶材に接合される部分に、前記銅の低融点合金可溶材への移行を阻止する銅移行阻止膜を設けたことを特徴とする。
請求項１６に係る保護素子は、請求項１４〜１５何れかの保護素子において、銅移行阻止膜がＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｄ−Ｐのうちの少なくとも一層以上の膜であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
（１）低融点可溶材にバネ反力が作用する箇所が、過電流発熱性片両端の各端部と各ピン電極とを接合する２ヵ所及び過電流発熱性片の中間部とガイド軸とを接合する１ヵ所の合計３ヵ所に分散されているから、１〜２ヵ所の場合に較べ、低融点可溶材に作用する応力を小さくできる。従って、低融点可溶材のクリープを低減でき、保護素子の適格な作動を保障できる。
（２）直流加電下で過電流が流れると、過電流発熱性片が発熱し、過電流発熱性片と電極とを接合している低融点可溶材がその発生熱で溶融され、バネの応力エネルギーで過電流発熱性片がピン電極間から脱離して過電流が遮断される。従って、平時、低融点可溶材への直流電流の流通が実質的にかなり少なく、低融点可溶材の直流マイグレーションをよく排除でき、このマイグレーション及び前記クリープに基づく誤動作を排除して過電流を適確に遮断できる。
（３）被保護機器の前記過電流以外の異常が発生すると、抵抗器が通電発熱され、低融点可溶材がその発生熱で溶融され、バネの応力エネルギーで過電流発熱性片がピン電極間から脱離されて被保護機器への給電が停止される。而るに（１）で説明した通り、平時、低融点可溶材への直流電流の流通が実質的にかなり少なく、低融点可溶材の直流マイグレーションをよく排除でき、このマイグレーション及び前記クリープに基づく誤動作を排除して被保護機器異常時の給電遮断を適確に行い得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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）は本発明に係る保護素子の一実施例を示す縦断面図、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、１０は耐熱性の絶縁基台、例えばフェノール樹脂板である。１，１は一対の並行なピン電極であり、絶縁基台１０に挿通固定してある。このピン電極は銅製や錫めっき真鍮等とすることができる。６はガイド軸であり、金属、絶縁体の何れをも使用でき、前記ピン電極１，１に並行に配設し、基台１に固定してある。２は過電流発熱性片であり、ピン電極１の断面に較べて薄い金属板やピン電極１に較べて比抵抗の高い合金板等を使用できる。２１は過電流発熱性片２に設けた孔であり、ガイド軸６に挿通してある。
３は過電流発熱性片２と各ピン電極１，１との間及び過電流発熱性片２とガイド軸６との間を接合した低融点可溶材であり、低融点可溶合金や熱可塑性樹脂または導電性熱可塑性樹脂等を使用できる。
７はコイルバネであり、例えばステンレスバネを使用でき、このバネ７と過電流発熱性片２をガイド軸６に順次に挿通し、過電流発熱性片２の両端部を各ピン電極１，１の先端面に接触させると共にコイルバネ７を圧縮し、この状態で各ピン電極１，１の先端面と過電流発熱性片２の各端部との間及び過電流発熱性片２とガイド軸６との間を低融点可溶材３により接合してある。
６０はガイド軸６の先端に設けたストッパーであり、かぎ状としてある。
【００１３】
上記における力学的状態を簡易化すれば、図２の（イ）〔断面図〕及び図２の（ロ）〔図２の（イ）に対する上面図〕のように、圧縮バネ７の圧縮反力のために、各ピン電極と過電流発熱性片とを接合している低融点合可溶材の断面Ｓ−Ｓにおいて剪断応力Ｆが作用し、過電流発熱性片とガイド軸とを接合している低融点可溶材の界面ｓ−ｓに剪断応力ｆが作用している状態とすることができる。
図２において、断面Ｓ−Ｓの面積をＳ、界面ｓ−ｓの面積をｓ、圧縮バネ７の圧縮反力をＴ、過電流発熱性片２とガイド軸６との間を低融点可溶材３での剪断力が作用する箇所の厚みをｔ、高さをｂ、低融点可溶材の剪断ヤング率をＧとすると、
２ＳＦ＋ｓｆ＝Ｔ
Ｆ／Ｇ＝ｆｔ／Ｇ
が成立する。
前記界面ｓ−ｓの面積ｓは、ガイド軸の半径をｒとすれば、ｓ≒２πｒｂであるから、前記応力Ｆは
［式１］  Ｆ≒０．５Ｔ／［Ｓ＋（πｒｂ）／（ｔ）］
で与えられる。
【００１４】
式１において、ガイド軸の半径ｒが応力Ｆの減少に寄与するのは、過電流発熱性片２とガイド軸３との間を低融点可溶材で接合したためであり、ピン電極１と過電流発熱性片２とを接合する低融点可溶材箇所Ｓ−Ｓに作用する剪断応力Ｆを前記半径ｒを増大することにより減少でき、その低融点可溶材箇所Ｓ−Ｓでのクリープをよく防止できるから、ピン電極１，１と過電流発熱性片２との電気的接触状態を安定に維持できる。
【００１５】
従って、過電流が流れると、過電流発熱性片を発熱させて低融点可溶材を溶融させ、バネの応力エネルギーを解放させ過電流発熱性片を電極間から脱離させて過電流を適確に遮断できる。
【００１６】
図３−１の（イ）は本発明に係る保護素子の別実施例を示す縦断面図、図３−１の（ロ）は図３−１の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図３−１において、１０は耐熱性の絶縁基台、例えばフェノール樹脂板である。１，１は一対の並行なピン電極であり、絶縁基台１０に挿通固定してある。このピン電極は銅製とすることができる。８は巻線型抵抗器であり、リード導体付きキャップ電極８０１が耐熱性絶縁コア例えばセラミックスコアの両端に装着され、コアに抵抗線が巻き付けられ、その巻き付け各端が各キャップ電極８０１，８０１に溶接等により接合されてなり、ピン電極１，１間に並設し、一方のリード導体８０ａをガイド軸６として使用している。他方のリード導体８０ｂは絶縁基台１０から引き出してある。２は過電流発熱性片であり、孔においてガイド軸６（８０ａ）に挿通しピン電極１，１間に電気的に充分な低抵抗で接触させた状態で配置してあり、電極１の断面に較べて薄い金属板、電極１に較べて比抵抗の高い合金板等を使用できる。３は過電流発熱性片２と各ピン電極１，１との間及び過電流発熱性片２とガイド軸６（８０ａ）との間を接合した低融点可溶材であり、低融点可溶合金や導電性熱可塑性樹脂等を使用できる。７はバネ、例えばステンレスバネであり、過電流発熱性片２と抵抗器本体一端との間において圧縮状態でガイド軸６（８０ａ）に挿通してあり、低融点可溶材３が溶融したときに、過電流発熱性片２をピン電極１，１から脱離させ得る応力エネルギーを保有させてある。
８００は抵抗器８の本体上にピン電極１，１にまたがって設けた絶縁耐熱樹脂モールド被覆である。
５はケースであり、絶縁基台１０のピン電極嵌合孔の一部を開放したままとしてケース内を非気密性としてあるが、ケースを密閉性とする場合は、その一部開放部をシール材で封止すればよい。ケースは外部の被保護機器などにネジなどで固定することができる。
４，４は各ピン電極１，１に接続した可撓性リード線であり、絶縁被覆線や金属板を使用できる。
【００１７】
図３−１に示す保護素子においては、後述するように、リード導体４→ピン電極１→過電流発熱性片２→リード導体８０ａ→抵抗器８→リード導体８０ｂを含む抵抗発熱回路が、被保護機器の異常時に通電されて抵抗器８が通電発熱され、その発生熱で低融点可溶材３，３，３が溶融されてピン電極１，１間が遮断される。而るに、バネ７例えばステンレスバネの比抵抗値はリード導体８０ａの比抵抗値に対しそれほど高くなく、抵抗発熱回路のオン後、低融点可溶材が溶融されるまでの間にピン電極１→過電流発熱性片２→バネ７→抵抗器キャップ電極８０１→抵抗器８の経路で電流が流れてバネ７が発熱し、そのバネ特性の低下で保護素子の作動に支障をきたす畏れがある。
従って、図３−２に示すように、バネ７と過電流発熱性片２との間、またはバネ７と抵抗器キャップ電極８０１との間に絶縁スペーサ９０１，９０２を介在させることが好ましい。これらの絶縁スペーサ９０１，９０２を双方とも介在させることもできる。また、絶縁スペーサ９０２に代え、抵抗器キャップ電極８０１に絶縁膜をコートすることもできる。
更に、バネ７の傾きにより、バネ７の上端内周及び下端内周がリード導体８ａに接触してバネ７に電流がバイパスする畏れもあるから、バネ７の内側とリード導体８ａとの間に絶縁筒９を介在させることが好ましい。
【００１８】
図３に示す実施例では、圧縮バネを使用しているが、その圧縮バネを排し、図４に示すように、過電流発熱性片２をピン電極１，１から引張りにより脱離する引張りバネ７０の両端を過電流発熱性片２及びケース５に結着してもよい。
【００１９】
図５は本発明に係る保護素子の他の別実施例を示す縦断面図である。
図５において、１０は耐熱性の絶縁基台、例えばフェノール樹脂板である。１，１は一対の並行なピン電極であり、絶縁基台１０に挿通固定してある。このピン電極は銅製とすることができる。８は巻線型抵抗器であり、リード導体付きキャップ電極８０１が耐熱性絶縁コア例えばセラミックスコアの両端に装着され、コアに抵抗線が巻き付けられ、その巻き付け各端が各キャップ電極８０１，８０１に溶接等により接合されてなり、ピン電極１，１間に並設し、一方のリード導体８０ａをガイド軸６として使用している。他方のリード導体８０ｂは絶縁基台１０から引き出してある。２は過電流発熱性片であり、ガイド軸６（８０ａ）に孔において挿通し、ピン電極１，１間に電気的に充分な低抵抗で接触させて配置してある。この過電流発熱性片２には、ピン電極１の断面に較べて薄い金属板、ピン電極１に較べて比抵抗の高い合金板等を使用できる。３は過電流発熱性片２と各ピン電極１，１との間及びガイド軸６（８０ａ）と過電流発熱性片２との間を接合した低融点可溶材であり、低融点可溶合金や導電性熱可塑性樹脂等を使用できる。
７，７は各ピン電極１，１に挿通したバネであり、絶縁板９１１をピン電極１，１及びガイド軸６（８０ａ）に通して抵抗器本体片端のキャップ電極８０１で支承し、この絶縁支持板９１１と過電流発熱性片２とでバネ７，７を圧縮状態にして低融点可溶材３が溶融したときに過電流発熱性片２をピン電極１，１から脱離させ得る応力エネルギーを保有させてある。両ピン電極１，１に挿通する孔及び抵抗器本体片側のリード導体８０ａに挿通する孔を有する絶縁板９１２を、前記バネ７，７の他端と過電流発熱性片２との間に介在させてもよい。
５はケースであり、絶縁基台のピン電極嵌合孔の一部を開放したままとしてケースを非密閉構造とすることができる。
ケース５を密閉構造とする場合は、その一部開放部がシール材で封止される。
【００２０】
本発明に係る保護素子は、図６に示す二次電池保護回路の保護素子として好適に使用できる。
図６において、Ｅは二次電池を、Ｌは負荷を、Ｓは充電電源を、ｓｗはスイッチ例えばトランジスターを、Ｔは二次電池の過充電または過放電を検知しスイッチオン信号を発信するＩＣ回路をそれぞれ示している。
Ａは本発明に係る保護素子を示し、電極１，１に接続したリード導体４，４と抵抗器８の他方のリード導体８０ｂとを３端子とする構成である。
放電時に過電流が流れると、保護素子Ａの過電流発熱性片２を発熱させて低融点可溶材３を溶融させ、バネ７の応力エネルギーを解放し過電流発熱性片２を電極１，１間から脱離させて負荷Ｌと二次電池Ｅとの間を遮断し、また、二次電池Ｅの過放電に対し、ＩＣ回路Ｔからの信号によりスイッチｓｗをオンさせ、抵抗器８を二次電池Ｅによって通電発熱させ、その発生熱で低融点可溶材３を溶融させ、バネ７の圧縮応力エネルギーを解放し過電流発熱性片２を電極１，１間から脱離させて二次電池Ｅと負荷Ｌとの間を遮断させる。
更に、充電時、過充電に対し、ＩＣ回路Ｔからの信号によりスイッチｓｗをオンさせ、抵抗器８を二次電池Ｅ若しくは充電電源Ｓで通電発熱させ、その発生熱で低融点可溶材３を溶融させ、バネ７の圧縮応力エネルギーを解放し過電流発熱性片２を電極間１，１から脱離させて二次電池Ｅと充電電源Ｓとの間を遮断させる。
【００２１】
前記二次電池保護回路においては、両ピン電極の極性が、充電時、放電時の度に交互に変わるが、時間当たりに掛かる電力量は充電時の方が放電時よりも多くなる。しかし、各ピン電極と過電流発熱性片との電気的導通が電気的接触のためによく確保されているから、低融点可溶材への直流電流の流通がかなり少なく、低融点可溶材合金の直流マイグレーションを排除できる。
そして、過電流が流れると、過電流発熱性片がジュール発熱し、その発生熱で低融点可溶材が溶融され、バネが解放され、その保有応力エネルギーで過電流発熱性片が電極間から脱離される。従って、直流過電流を適確に遮断できる。
充電時に過充電が生じると、または放電時に過放電が生じると、抵抗器が通電発熱され、その発生熱で低融点可溶材が溶融され、バネが解放され、その保有応力エネルギーで過電流発熱性片が電極間から脱離され、二次電池と充電電源との間または二次電池と負荷との間が遮断される。従って、二次電池を過充電または過放電の異常からも適確に保護できる。
【００２２】
本発明に係る保護素子においては、抵抗器本体の耐熱性絶縁被覆８００に抵抗器本体の発熱で変色する材料を使用し、ケース５を透視可能とすれば、保護素子の作動が過電流によるのか、過電流以外の異常によるのかを容易に判別できる。
【００２３】
本発明に係る保護素子においては、各ピン電極１，１に脚部を設け、この脚部をケース（絶縁基台）から引き出してリード導体とすることができる。プリント配線板への実装時の位置決めを容易化するために、一方のピン電極に脚部を設け、他方のピン電極に可撓性の引出線を接続することもできる。
【００２４】
上記ピン電極１の材質は銅とし、表面の酸化防止のためにＳｎ若しくはＳｎ基とする合金を被覆することができる。
この銅ピン電極では、前記低融点合金可溶材３との接合界面において銅が低融点合金可溶材３に拡散移行し、低融点合金可溶材３の機械的強度が低下され、かつ溶融温度が変動される惧れがあるので、ピン電極１の少なくとも低融点合金可溶材３に接合される部分、好ましくはピン電極１の全表面に銅移行阻止膜、例えばＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｄ−Ｐのうちの少なくとも一層以上の膜をＳｎ若しくはＳｎを基とする合金被覆層との間に設けることができる。
前記過電流発熱性片２の材質は、銅若しくは銅合金例えば真鍮とし、表面の酸化防止のためにＳｎ若しくはＳｎ基とする合金を被覆することができる。この過電流発熱性片２とピン電極１とを接合する低融点合金可溶材３に過電流発熱性片２から銅が拡散移行するのを阻止するために、過電流発熱性片２の少なくとも低融点合金可溶材３に接合される部分に銅移行阻止膜、例えばＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｄ−Ｐのうちの少なくとも一層以上の膜をＳｎ若しくはＳｎ基とする合金被覆層との間に設けることができる。更に、ガイド軸６または抵抗器のリード導体８０ａ、８０ｂと過電流発熱性片２とを接合する低融点合金可溶材３に過電流発熱性片から銅が拡散移行するのを阻止するために、過電流発熱性片２の少なくともその低融点合金可溶材３に接合される部分に銅移行阻止膜を設けることができる。過電流発熱性片２の全表面に銅移行阻止膜を設けることが好ましい。
前記ガイド軸６または抵抗器のリード導体８０ａ、８０ｂには、抵抗器の抵抗値が高いので、銅線や銅合金線、ニッケル線、鉄線または鋼線上に銅層を被覆した複合線（何においても、最外層上にＳｎ若しくはＳｎ基とする合金を被覆することができる）を使用しても差し支えなく、この場合、ガイド軸６またはリード導体８０ａの少なくとも低融点合金可溶材３に接合される部分、好ましくは過電流発熱性片２の全表面に銅移行阻止膜、例えばＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｄ−Ｐのうちの少なくとも一層以上の膜をＳｎ若しくはＳｎ基とする合金を被覆層との間に設けることもできる。
これらの中間層を設けることにより、リード固定電極の強度が上がるので耐疲労特性が向上する利点もある。また、Ｓｎ若しくはＳｎを基とする合金からＳｎウィスカが成長することを抑制できる利点もある。
【００２５】
本発明に係る保護素子において、過電流発熱性片の形状は短冊、円形等適宜に設定でき、それに応じ、図７に示すように、ピン電極の断面形状も適宜に設定できる。
図８に示すように、過電流発熱性片２の各端部を各ピン電極の上面を越えさせるようにすれば、過電流発熱性片の各端部裏面と各ピン電極の外側との間の隅に低融点可溶材を付ける際、低融点可溶材３が内側の隅に回り込むのをよく防止でき、過電流発熱性片脱離時の低融点可溶材のひげ発生を防止できて絶縁的に安全である。この場合、フラックスを塗布する必要がなく、耐オーバロード特性上、有利である。
低融点可溶材にフラックスを塗布しておけば、ひげ発生を良好に防止できる。この場合、ケースは密閉構造とされる。
【００２６】
本発明に係る保護素子において、過電流発熱性片側に全電流が流れ、低融点可溶材側に電流がバイパスしないことが理想的であるが、数％〜３０％程度のバイパスであれば許容される。この場合、充電時に陽極側となる方のピン電極と過電流発熱性片とを接合する低融点合金可溶材の量を他方のピン電極と過電流発熱性片とを接合する低融点合金可溶材の量よりも多くすることが、前記マイグレーション対策として有効である。
充電時に陽極側となる方のピン電極には、そのことを認識できるマークを付することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る保護素子の一実施例を示す図面である。
【図２】図１に示す保護素子における応力状態を示す図面である。
【図３−１】本発明に係る保護素子の別実施例を示す図面である。
【図３−２】本発明に係る保護素子の他の別実施例の要部を示す図面である。
【図４】本発明に係る保護素子の上記とは別の実施例を示す図面である。
【図５】本発明に係る保護素子の上記とは別の実施例を示す図面である。
【図６】本発明に係る保護素子の使用状態を示す図面である。
【図７】本発明に係る保護素子の上記とは別の実施例の要部を示す図面である。
【図８】本発明に係る保護素子の上記とは別の実施例の要部を示す図面である。
【図９】二次電池保護回路を示す図面である。
【符号の説明】
【００２８】
１０      絶縁基台
１        電極
２        過電流発熱性片
２１      孔
３        低融点可溶材
４        リード線
５        ケース
６        ガイド軸
７        バネ
８        抵抗器
８０ａ    抵抗器の一方のリード導体（ガイド軸）
８００    絶縁被覆層
【図１】
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【図２】
0004630404.tif 000003
【図３−１】
0004630404.tif 000004
【図３−２】
0004630404.tif 000005
【図４】
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【図５】
0004630404.tif 000007
【図６】
0004630404.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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