JP2005268733A - リード構造が改善されたサーミスタ及びこのサーミスタが搭載された二次電池 - Google Patents

リード構造が改善されたサーミスタ及びこのサーミスタが搭載された二次電池 Download PDF

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Abstract

【課題】
被付着体との結合が容易かつ確実なサーミスタ及びこのサーミスタが接着された二次電池を提供する。
【解決手段】
本発明は温度に応じて抵抗が変化する搭載型サーミスタと、このサーミスタが接着される被接着体との結合構造に関するものであり、サーミスタにおいて被接着体に結合される側のリードを、異種成分の物質を用いて構成し、このリードのサーミスタ電極に接合される側はサーミスタの電極を形成する物質を主成分とし、被接着体に接合される側は被接着体の表面を形成する物質を主成分とする。従って、サーミスタを超音波溶接のみで簡単に被接着体に接合できるため、接合不良が遥かに低減できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は温度に応じて抵抗が変化するサーミスタ及びこのサーミスタが搭載された二次電池に関するものであり、詳しくはサーミスタと被接着体との結合構造に関する。
サーミスタ(thermistor)は、固有抵抗が温度に応じて変化する現象を用いる抵抗素子であって、温度が上昇するにつれ抵抗値が減少するＮＴＣ(Negative Temperature Coefficient)物質からなるサーミスタと、逆に温度が上昇するにつれ抵抗値が増加するＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)物質からなるサーミスタとに区分される。特に、ＰＴＣ物質は、常温では相対的に抵抗が低くて電流をよく通すが、周囲の温度が上昇したり過電流により物質の温度が上昇すると、抵抗が最初の状態より約１０００〜１００００倍以上増加して流れていた電流を遮断するため、これを用いて各種電子部品を過熱や過電流から保護する用途で多く使用される。このようなサーミスタには、回路基板などの基板表面に実装される表面実装型サーミスタと、二次電池のような被接着体に搭載される搭載型（接着型）サーミスタとがある。
一方、充放電のできる二次電池は、常温で過充電や過放電のような異常状態が発生した場合、爆発の危険があるなど安全性が低いため、現在市販される大部分の二次電池には、電池セルに対する過充電や過放電を感知して、選択的に外部回路との接続を遮断する保護回路やＰＴＣサーミスタが搭載されている。
図１は、このようなサーミスタと被接着体である二次電池との結合構造を示した図面であって、ＰＴＣサーミスタ１０は、ＰＴＣ物質層１３を中心にして両面に上下部電極１２、１４を含み、上下部電極１２、１４にはまた各々上下部リード１１、１５が接着される。一方、ＰＴＣサーミスタ１０が搭載される二次電池のセル缶３０は、通常、アルミニウムからなり、下部リード１５は主にニッケルから成る。従って、相異なる物質から成る下部リード１５と二次電池のセル缶３０との接着を容易にするために、ニッケル-アルミニ
ウムクラッドストリップ(clad strip)２０を用いる。即ち、下部リード１５と結合される層２１はニッケルから成り、二次電池のセル缶３０と結合される層２２は、アルミニウムから成るニッケル-アルミニウムクラッドストリップ２０を、下部リード１５と二次電池
のセル缶３０との間に差し込み、下部リード１５とニッケル-アルミニウムクラッドスト
リップ２０のニッケル層２１は、スポット溶接(spot welding)４１により、そしてアルミニウム層２２と二次電池のセル缶３０は超音波溶接４２により接着される。
しかし、スポット溶接は、溶接部位にジュール(Joule)発熱により接合面を溶融または
高温状態にし、加圧することで接合される抵抗溶接の一種であるが、溶接に影響を及ぼす工程要素が多く複雑で、高品質の接合を得ることが非常に困難な溶接方法である。即ち、スポット溶接では溶接電流、通電時間、加圧力という三つの相互相関関係のある工程要素を正確に制御しないと、所望の品質の接合が得られず、もしある要素の制御が正確に行われない場合、溶接部位が剥離したり、かつ弱い衝撃によっても剥がれ易いなど接合不良が多発するようになる。
また、図１に示したサーミスタと二次電池との結合構造では、スポット溶接部位４１と超音波溶接部位４２とが重なるしかなく、溶接部の表面の間隔(clearance)が確保されな
いため、ニッケル-アルミニウムクラッドストリップ２０のアルミニウム層２２と二次電
池のセル缶３０との間に溶接不良が発生し易い。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、被接着体との結合が容易かつ確実なサーミスタ及びこのサーミスタが搭載された二次電池を提供することをその目的とする。
前記のような目的を達成するために本発明は、サーミスタにおける被接着体に結合される側のリードを、異種成分の物質にて構成し、このリードのサーミスタ電極に接合される側はサーミスタの電極を形成する物質を主成分とし、被接着体に接合される側は被接着体の表面を形成する物質を主成分とする。
即ち、本発明によるサーミスタは、被接着体の表面に溶接により接着されて、前記被接着体を過熱または過電流から保護するためのサーミスタであって、温度に応じて電気抵抗が変化するシート状の抵抗物質層（ＰＴＣ物質層）と、前記シート状の抵抗物質層の両面に各々形成された第１電極（上部電極）及び第２電極（下部電極）と、前記第１電極及び第２電極の上に各々形成された第１リード（上部リード）及び第２リード（下部リード）とを備え、前記第２リードは相異なる物質を主成分とする第１層（上部層）及び第２層（下部層）からなり、前記第２電極と接合される前記第２リードの第１層は前記第２電極を形成する物質を主成分とし、前記被接着体の表面に接合される前記第２リードの第２層は前記被接着体の表面を形成する物質を主成分とする。
ここで、前記第１層及び第２層は、相異なる物質から成る合金でもよい。また、第１層及び第２層は、相異なる金属がクラッド(clad)されて形成されていてもよい。
特に、本発明によるサーミスタは、二次電池の表面に前記第２層が接するように溶接により接着され得るが、この場合、前記第１層は前記第２電極を形成する物質(例えば、ニ
ッケル)を主成分とし、第２層は二次電池の表面を形成する物質(例えば、アルミニウム)
を主成分とする。
このように、本発明によると、被接着体と結合される側のリードを、各々サーミスタの電極及び被接着体の表面を形成する物質を主成分とする二つ以上の異種物質にて構成することで、超音波溶接のみでサーミスタを被接着体の表面に確実かつ容易に接着させ得る。
また、本発明による二次電池は、その表面に前記サーミスタが搭載されており、前記サーミスタが超音波溶接により接着されている。
本発明によると、サーミスタにおいて被接着体に結合される側のリードを、異種成分の物質にて構成し、このリードのサーミスタ電極に接合される側はサーミスタの電極を形成する物質を主成分とし、被接着体に接合される側は被接着体の表面を形成する物質を主成分とすることにより、サーミスタを超音波溶接のみで簡単に被接着体に接合されることができるため、接合不良を著しく低減させ得る。
以下、添付した図面に基づいて本発明の望ましい実施の形態を詳しく説明する。
図２は、本発明の望ましい実施の形態によるサーミスタと、被接着体である二次電池との結合構造を概略的に示す断面図である。図２において、図１と同一の参照符号を付した要素は、前述した要素と同一であるためその詳細な説明は省略する。
図２を参照すると、本実施の形態によるサーミスタは、ＰＴＣ物質層１３を中心にして両面に上部電極１２、下部電極１４を有し、この上下部電極１２、１４にはまた各々上部リード１１、下部リード１５０が表面に接着されている。ここで、下部リード１５０は、相異なる物質から成る上部層１５１と下部層１５２とがクラッドされている。サーミスタ１０の下部電極１４と直接接合される上部層１５１は、下部電極１４との接合が容易になるように下部電極１４と同種の物質、例えばニッケルを主成分とする物質から成る。また、被接着体である二次電池のセル缶３０と接合される下部層１５２は、二次電池のセル缶３０との接合が容易になるように二次電池のセル缶と同種の物質、例えばアルミニウムを主成分とする物質から成る。
本実施の形態の結合構造では、超音波溶接のみでサーミスタを被接着体に接着できる。即ち、図２に示したように、本実施の形態の結合構造では、下部リード１５０と二次電池のセル缶３０との間の溶接１４０のみが行われていればよいため、超音波溶接のみで接着させることができる。従って、溶接条件及び工程の制御が困難であり不良が生じ易いスポット溶接を使わなくてもよい。また、従来の結合構造と異なり、二つの溶接部位を重畳的に形成することによる溶接不良が発生しないため、従来に比べて不良率を遥かに減少させ得る。
一方、本実施の形態の二層から成る下部リード１５０は、上部層１５１と下部層１５２とを金属薄膜のラミネーションにより形成できる。また、下部リード１５０の上部層１５１とサーミスタの下部電極１４は、ソルダリング(soldering)により接合され得る。
本実施の形態のサーミスタ及び二次電池は、多様に変形可能である。
例えば、前述した実施の形態において被接着体は、二次電池のセル缶３０として説明したが、搭載型サーミスタが溶接により接着されて過電流や過熱を防止するものなら何れの電気部品でもよい。
また、前記実施の形態において下部リード１５０は、上部層１５１と下部層１５２とからなる二層構造によって説明したが、必ずこれに限らず三層以上の構造でもよい。ひいては、下部リード１５０を形成する各層の物質は、一種類の物質から成ることも可能であるが、導電性と接着性が良好であれば、各々主成分物質と異なる物質との合金から成ることも可能である。
さらに、前記実施の形態において下部リード１５０は、相互区分される二層構造によって説明したが、下部リード１５０は組成比が厚さ方向に沿って連続的に変化する合金から成っていてもよい。即ち、下部リード１５０を相異なる物質を主成分とする合金にするが、下部リード１５０の下部電極１４と接合される側は下部電極１４を形成する物質が主成分になり、被接着体３０の表面に接合される側は被接着体の表面を形成する物質が主成分になるように、合金比が調節された合金から構成することもできる。
以上、望ましい実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本明細書および図面に記載された実施の形態は本発明の最も望ましい実施の形態に過ぎず、本発明の技術的思想を制限するものではなく、本出願のときにこれらに代替可能な多様な均等物と変形例があり得ることを理解すべきである。
従来の技術における、サーミスタと、このサーミスタが接合される被接合体との結合構造を示した断面図である。 本発明の望ましい実施の形態における、サーミスタと、被接合体の結合構造を示した断面図である。
符号の説明
１０ ・・・ サーミスタ
１１ ・・・ 上部リード
１２ ・・・ 上部電極
１３ ・・・ ＰＴＣ物質層
１４ ・・・ 下部電極
１５，１５０ ・・・ 下部リード
２０ ・・・ ニッケル-アルミニウムクラッドストリップ
２１ ・・・ ニッケル層
２２ ・・・ アルミニウム
３０ ・・・ 二次電池のセル缶
４１ ・・・ スポット溶接
４２ ・・・ 超音波溶接
１４０ ・・・ 溶接
１５１ ・・・ 上部層
１５２ ・・・ 下部層

Claims (8)

  1. 被接着体の表面に溶接により接着されて、前記被接着体を過熱または過電流から保護するためのサーミスタであって、
    温度に応じて電気抵抗が変化するシート状の抵抗物質層と、
    前記シート状の抵抗物質層の両面に各々形成された第１電極及び第２電極と、
    前記第１電極及び第２電極の表面上に各々形成された第１リード及び第２リードとを備え、
    前記第２リードは相異なる物質を主成分とする第１層及び第２層からなり、前記第２電極と接合される前記第２リードの第１層は前記第２電極を形成する物質を主成分とし、前記被接着体の表面に接合される前記第２リードの第２層は前記被接着体の表面を形成する物質を主成分とすることを特徴とするサーミスタ。
  2. 前記第２リードの第１層及び第２層は各々金属からなり、第１層と第２層とがクラッド(clad)されていることを特徴とする請求項１に記載のサーミスタ。
  3. 前記第２リードの第１層はニッケルを主成分とし、第２層はアルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１または２に記載のサーミスタ。
  4. 前記第２リードの第１層または第２層は、合金からなることを特徴とする請求項１に記載のサーミスタ。
  5. 被接着体の表面に溶接により接着されて、前記被接着体を過熱または過電流から保護するためのサーミスタであって、
    温度に応じて電気抵抗が変化するシート状の抵抗物質層と、
    前記シート状の抵抗物質層の両面に各々形成された第１電極及び第２電極と、
    前記第１電極及び第２電極の表面上に各々形成された第１リード及び第２リードとを備え、
    前記第２リードは相異なる物質を主成分とする合金からなり、前記第２リードにおいて前記第２電極と接合される側は前記第２電極を形成する物質を主成分とし、前記第２リードにおいて前記被接着体の表面に接合される側は前記被接着体の表面を形成する物質を主成分とすることを特徴とするサーミスタ。
  6. 前記第２リードにおいて、
    前記第２電極と接合される側はニッケルを主成分とし、前記被接着体の表面に接合される側はアルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項５に記載のサーミスタ。
  7. その表面に請求項１または５に記載のサーミスタが搭載された二次電池。
  8. 前記サーミスタが超音波溶接により接着されたことを特徴とする 請求項７に記載の二
    次電池。
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