JP5867043B2 - 温度ヒューズおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、過昇温による機器破損を防止するために用いられる温度ヒューズおよびその製造方法に関するものである。

近年携帯電話等の発展に伴い、二次電池としてリチウムイオン電池が多く使われるようになってきているが、短絡などの急激な放電に伴う発熱で電池が破損あるいは爆発するなどの危険性が高まる。そこで二次電池の安全性を確保するために、温度ヒューズが使用されることとなるが、この温度ヒューズに対して小型化、薄型化への要望が強くなってきている。

そのため、図５の従来の温度ヒューズの断面図ように、ベースフィルム１の上に金属平板からなる一対の端子部２を取り付け、その端子部２間に橋絡するように可溶体３を接合し、フラックス４を入れたカバーフィルム５で可溶体３の上面を覆い、可溶体３をカバーフィルム５とベースフィルム１で包むようにカバーフィルム５とベースフィルム１を超音波溶着により封止することにより温度ヒューズを得ていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００１−６５０８号公報

上記従来の温度ヒューズでは、可溶体がやわらかいため、超音波溶着により封止するときにフラックスを通して可溶体に力が加わり、可溶体を変形させるあるいは可溶体にクラックを発生させてしまう可能性があった。本発明はこの課題に対して、可溶体の変形を抑えることにより安定した性能を有する温度ヒューズを提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために、ベースフィルムと、このベースフィルム上に設けられた中間フィルムと、ベースフィルムと中間フィルムとの間に設けられた一対の端子部と、この一対の端子部間に橋絡して接合された可溶体と、ベースフィルム上に可溶体を覆うように設けられたカバーフィルムとを備えた温度ヒューズであって、中間フィルムの一部は可溶体の両側から可溶体に向かって、ベースフィルムと可溶体との間の空間まで延伸され、スペースを空けて対向しているように構成したものである。

上記構成により、超音波溶着により封止する際に、可溶体の上から力が加わってもその下に中間フィルムが存在するために、支えとなって変形を抑えることができる。さらに可溶体の両側から可溶体に向かって延伸させて対向させることにより、可溶体の下に両端子部間をつなぐ空間を形成することができ、可溶体が熱で溶けたときに速やかに切断させることができる。

本発明の一実施の形態における温度ヒューズの内観上面図 図１におけるＡ−Ａ線の断面図 本発明の一実施の形態における温度ヒューズの製造方法を説明する図 本発明の一実施の形態における別の温度ヒューズの内観上面図 従来の温度ヒューズの断面図

以下、本発明の一実施の形態における温度ヒューズについて、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における温度ヒューズの内観上面図であって、図２は図１においてＡ−Ａ線で切断した断面図である。

図１、図２において、鉄ニッケル合金板からなる厚さ約０．２ｍｍの一対の端子部１３が間隔を設けて直線状に対向配置され、ポリエチレンナフタレート（以下ＰＥＮと称す）からなり厚さ約０．１８ｍｍのベースフィルム１１と、ＰＥＮからなり厚さ約０．１２ｍｍの中間フィルム１２とに挟まれて固着されている。

さらにその端子部１３間に橋絡してＳｎ−Ｉｎ−Ｂｉ合金からなり溶断温度８６〜１０１℃の可溶体１４がレーザ溶接により接合されている。

このとき、端子部１３は約０．７ｍｍの間隔を設けて固着されており、可溶体１４の厚さは約０．１４ｍｍ、幅（図１において縦方向）は約０．９ｍｍとなっている。

そして、これらの上にＰＥＮからなるカバーフィルム１５がエンボス加工され、可溶体１４を覆うようにベースフィルム１１および中間フィルム１２にフィルム溶着部１８で溶着されており、その中にフラックス１６が充填されている。

なお、図１の内観図は、カバーフィルム１５をＢ−Ｂ線で切り欠いてその内部を示し、またＣ−Ｃ線で中間フィルム１２を切り欠いてその内部を示したものである。なお、フィルム溶着部１８の切り欠いた内部はフィルム同士が溶着により一体化しているため模式的に示したものである。

ここで、中間フィルム１２は、上面から観て端子部１３の一部を覆い、可溶体１４を実装する領域全体を囲む形状となっている。

その一部には、可溶体１４の両側（図１において可溶体１４の上下）から可溶体１４に向かって、端子部１３の間で且つ可溶体１４の下まで延伸された両側から延伸された部分１９が形成されている。

この両側から延伸された部分１９は、可溶体１４の下で０．１〜０．４ｍｍのスペース１７を空けて対向している。

なお中間フィルム１２の両側から延伸された部分１９の幅（図１において横方向の幅）は、約０．４ｍｍとしている。

端子部１３間の可溶体１４の下には、両側から延伸された部分１９が対向するように配置されているために、カバーフィルム１５を溶着する際に可溶体１４の上から力が加わってもその下に両側から延伸された部分１９が存在するので、支えとなって変形を抑えることができる。

さらに、両側から延伸された部分１９間にスペース１７を空けて対向するようにすると、中に入れたフラックス１６がスペース１７の方にも回りこみ、可溶体１４の下に両端子部１３間をつなぐ空間を形成することができ、可溶体１４が熱で溶けたときに速やかに切断させることができる。

次に本発明の一実施形態における温度ヒューズの製造方法について説明する。

まず図３（ａ）のように、ＰＥＮからなり厚さ約０．１８ｍｍのベースフィルム１１の上に、一対の端子部１３を約０．７ｍｍの間隔を設けて直線状に対向配置させ、これにＰＥＮからなり厚さ約０．１２ｍｍの中間フィルム１２を重ねるようにして、ベースフィルム１１と中間フィルム１２との間に端子部１３を挟み込む。

このとき中間フィルム１２は、上面から観て端子部１３の一部を覆い、可溶体１４を実装する領域全体を囲む形状に形成する。

そして、その一部は可溶体１４の両側から中心方向に延伸された両側から延伸された部分１９を形成し、両側から延伸された部分１９同士を約０．５ｍｍのスペース１７を空けて対向するように形成されている。

なお、ベースフィルム１１と中間フィルム１２の相対する位置に、貫通孔２１を設けておくとよく、貫通孔２１にパイロットピン（図示せず）などを挿通して位置決めを確実に行うことができ、また、ベースフィルム１１および中間フィルム１２をテープ状に連続して形成すれ連続して生産することができ生産効率を向上することができる。

この貫通孔２１は同様にカバーフィルム１５にも設けておくとよい。

次に、図３（ｂ）のように、ベースフィルム１１と中間フィルム１２に挟み込んだ端子部１３を溶着して固定する。

溶着させる方法としては、熱プレス、あるいは端子部１３に電流を流して端子部１３を発熱させ、その熱で溶着しても良い。

このとき、中間フィルム１２の端子部１３と重なり合う部分の端子溶着部２０を上面より加圧しながら溶着する。

このようにすることにより、端子溶着部２０の溶けた中間フィルム１２が薄くなって、端子溶着部２０以外の中間フィルム１２が下方向に下がるように変形し、中間フィルム１２がベースフィルム１１に重なるようになり、中間フィルム１２と一体の両側から延伸された部分１９も下方向に下がって一対の端子部１３の間に入り込み、両側から延伸された部分１９を端子部１３の間で且つ可溶体１４の下に配置することができる。

次に、図３（ｃ）のように、端子部１３間に橋絡するように可溶体１４を実装し、冷却板（図示していない）を当てながらレーザにより可溶体１４の一部を溶かすことにより、端子部１３と可溶体１４とを接合する。

次に図３（ｄ）のように、カバーフィルム１５を図３（ｃ）のようにしたものの上に実装する。

カバーフィルム１５はＰＥＮフィルムをエンボス加工したものであり、図３（ｄ）において、図面手前側に***させ、その反対側に凹部を形成したものである。このエンボス加工した中に、フラックス１６が入れられている。フラックス１６は溶融したものをディスペンサで注入したもので、可溶体１４の上に被せられるときは軟化した状態となっている。

次に、超音波ホーン（図示せず）を当ててベースフィルム１１、中間フィルム１２、カバーフィルム１５をフィルム溶着部１８で溶着することにより、図３（ｅ）のようになり、可溶体１４およびフラックス１６を封止する。

このとき可溶体１４の両側から可溶体１４に向かって、端子部１３の間で且つ可溶体１４の下まで延伸された両側から延伸された部分１９は、さらにその中心方向に向かって伸ばされる。

ここでスペース１７の幅が小さすぎると、両側から延伸された部分１９同士がぶつかり、可溶体１４を押し上げ、可溶体１４を変形させてしまう可能性がある。本実施の形態では、超音波溶着前のスペース１７は約０．５ｍｍとなっており、超音波溶着後は中心方向に向かって伸び、０．１〜０．４ｍｍとなっている。

このように超音波溶着によって伸びる量は主として中間フィルム１２の厚さによって影響を受け、超音波溶着前のスペース１７の大きさは、中間フィルム１２の厚さの３倍以上とすることが望ましい。

そして、最後に図３（ｆ）のように、超音波溶着したフィルム溶着部１８で切断して個片化することにより、温度ヒューズを得ることができる。

なお図３では、中間フィルム１２の両側から延伸された部分１９の対向するスペース１７は、その延伸方向に対して直交させて形成しているが、図４のように延伸方向に対して斜交するように形成しても良い（図４においても、図１と同様にＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線で切り欠いた内観図で示している。）。

このようにした場合、超音波溶着時に両側から延伸された部分１９同士がぶつかっても、延伸方向に対して斜めになっているため、その幅方向（図４において横方向）に変形し、可溶体１４を変形させることなく超音波溶着することができる。

本発明に係る温度ヒューズは、安定した特性で、溶断性にも優れたものが得られ、産業上有用である。

１１ ベースフィルム
１２ 中間フィルム
１３ 端子部
１４ 可溶体
１５ カバーフィルム
１６ フラックス
１７ スペース
１８ フィルム溶着部
１９ 両側から延伸された部分
２０ 端子溶着部

Claims (4)

1. ベースフィルムと、このベースフィルム上に設けられた中間フィルムと、前記ベースフィルムと前記中間フィルムとの間に設けられた一対の端子部と、前記一対の端子部間に橋絡して接合された可溶体と、前記ベースフィルム上に前記可溶体を覆うように設けられたカバーフィルムとを備えた温度ヒューズであって、前記中間フィルムの一部は前記可溶体の両側から前記可溶体に向かって、前記ベースフィルムと前記可溶体との間の空間まで延伸され、スペースを空けて対向していることを特徴とする温度ヒューズ。
   
2. ベースフィルムと中間フィルムとの間に一対の端子部を挟んで固定する工程と、前記一対の端子部間に可溶体を橋絡して接合する工程と、前記ベースフィルム上に前記可溶体を覆うようにカバーフィルムを超音波溶着する工程と、を備えた温度ヒューズの製造方法であって、前記中間フィルムの一部は前記可溶体の両側から前記可溶体に向かって、前記ベースフィルムと前記可溶体との間の空間まで延伸され、スペースを空けて対向していることを特徴とする温度ヒューズの製造方法。
3. 前記スペースの大きさを、前記中間フィルムの厚さの３倍より大きく、前記可溶体の幅よりも小さくしたことを特徴とする請求項２記載の温度ヒューズの製造方法。
4. 前記スペースは、前記延伸方向に対して斜交するように形成されていることを特徴とする請求項２記載の温度ヒューズの製造方法。

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