温度ヒューズ用素子、温度ヒューズおよびそれを用いた電池
温度ヒューズは一対の金属端子を取り付けた第１の絶縁フィルムと、第１の絶縁フィルムの上方に位置して一対の金属端子の先端部間に接続された可溶合金と、この可溶合金の上方に位置し、かつ第１の絶縁フィルムとの間に空間を形成するように第１の絶縁フィルムに取り付けられる第２の絶縁フィルムとを備える。可溶合金はＳｎを２０重量％以上３９．５重量％以下、Ｂｉを１１．５重量％以上３１重量％以下、Ｉｎを４９重量％以上６８．５重量％以下含有するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金で構成される。この可溶合金はＰｂやＣｄを含有しないので、廃棄後でもＰｂやＣｄが溶出しない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、温度ヒューズ用素子、その素子を備えた温度ヒューズおよびその温度ヒューズを用いた電池に関する。
【背景技術】
近年、電子機器に用いられているＣｄ、Ｐｂが自然環境中に溶出することが問題になり、電子機器に対してもＣｄフリー、Ｐｂフリーの要求が高まっている。このため、電子機器を保護するために使用される温度ヒューズにおいてもＰｂ、Ｃｄを含まないものが望まれている。
特に、携帯電話などに用られるパック電池では、スポット溶接で電池と温度ヒューズとを接続し、さらに、電池の充放電を制御する保護回路においてもＰｂフリーはんだが用いられているので、Ｐｂ、Ｃｄを含まない温度ヒューズが強く要求されている。
これらのパック電池は、小形化によりその熱容量が小さくなるため、発熱時における昇温速度が大きい。したがって、温度ヒューズは、異常時に早く電流を遮断させるために、溶断温度が８５〜９５℃という低い温度ヒューズが要求されている。
図７は従来の温度ヒューズの断面図である。従来の温度ヒューズは、両端に開口部を有する円筒状の絶縁ケース１と、絶縁ケース１内に配設された略円柱状あるいは略角柱状の可溶合金２と、一対のリード導体３と、可溶合金２に塗布されたフラックス（図示せず）と、絶縁ケース１の両端開口部を封口する封口体４とを備える。一対のリード導体３は可溶合金２の両端部にそれぞれの一端部が接続され、かつ他端部が絶縁ケース１の開口部より絶縁ケース１外に導出される。８５〜９５℃で溶断する温度ヒューズは、可溶合金２としてＳｎ−Ｃｄ−Ｉｎ共晶合金（融点９３℃）、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｐｂ共晶合金（融点９５℃）を用いている。
ＰｂやＣｄを含有する可溶合金を備えた温度ヒューズは特開２０００−９０７９２号公報に開示されている。
従来の温度ヒューズにおいては、可溶合金２がＰｂ、Ｃｄを含有するので、この温度ヒューズを用いた電子機器が廃棄されると、Ｐｂ、Ｃｄが溶出する。
【発明の開示】
温度ヒューズに用いられる可溶素子はＳｎを２０重量％以上３９．５重量％以下、Ｂｉを１１．５重量％以上３１重量％以下、Ｉｎを４９重量％以上６８．５重量％以下含有する合金よりなる。
この可溶素子を用いた温度ヒューズは廃棄してもＰｂやＣｄが溶出しない。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは本発明の実施の形態１における温度ヒューズの上面図である。
図１Ｂは図１Ａに示す実施の形態１における温度ヒューズの１Ｂ−１Ｂ線における断面図である。
図１Ｃは実施の形態１における温度ヒューズの拡大断面図である。
図２は実施の形態１における温度ヒューズの可溶合金を構成するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ三元合金の配合を示す
図３Ａは本発明の実施の形態２における温度ヒューズの上面図である。
図３Ｂは図３Ａに示す実施の形態２における温度ヒューズの３Ｂ−３Ｂ線における断面図である。
図４は本発明の実施の形態３における電池の斜視図である。
図５は本発明の実施の形態４におけるラジアル形温度ヒューズの断面図である。
図６は本発明の実施の形態５におけるアキシャル形温度ヒューズの断面図である。
図７は従来の温度ヒューズの断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
（実施の形態１）
図１Ａは本発明の実施の形態１における薄形温度ヒューズの上面図である。図１Ｂは図１Ａに示す温度ヒューズの１Ｂ−１Ｂ線における断面図である。単層シートの第１の絶縁フィルム１１には、第１の絶縁フィルム１１より幅が狭い一対の金属端子１２が取り付けられている。可溶合金１３は第１の絶縁フィルム１１の上方に位置して一対の金属端子１２の先端部間に接続された温度ヒューズ用可溶素子を構成する。可溶合金１３の周囲には主成分がロジンからなる樹脂により構成されているフラックス（図示せず）が塗布されている。単層シートの第２の絶縁フィルム１４は可溶合金１３の上方に位置し、かつ第１の絶縁フィルム１１との間に空間を形成するように第１の絶縁フィルム１１に封止により取り付けられる。このように可溶合金１３を覆う第１の絶縁フィルム１１の外周部と第２の絶縁フィルム１４の外周部を封止によって固着することにより可溶合金１３が密閉され、可溶合金１３の劣化を防止している。絶縁フィルム１１、１４は可溶合金１３を収納する絶縁収納体を構成する。
金属端子１２は、帯状あるいは線状で、主材料がニッケルの金属または銅ニッケルなどのニッケル合金、またはニッケル単体またはニッケル合金に他の元素を添加したものなどからなる。ニッケルを９８％以上含有する金属端子１２は電気抵抗率が６．８×１０−８〜１２×１０−８Ω・ｍと低いので、耐腐食性などの信頼性を飛躍的に向上できる。金属端子１２自体の厚みは０．１５ｍｍ以下である。厚みが０．１５ｍｍを超えると、温度ヒューズが厚くなる。ヤング率が３×１０１０〜８×１０１０Ｐａで、引張り強さが４×１０８〜６×１０８Ｐａである材料による金属端子１２は、取扱い時あるいは輸送時に誤って曲がらず、かつ容易に曲げ加工でき、しかも曲げ加工で断線などが生じない。金属端子１２のヤング率が３×１０１０Ｐａ以下であると、容易に曲がるので、曲げてはいけない部分（例えば金属端子１２の端部の電気的接続部分）が凹凸になりやすい。これにより、可溶合金１３との溶接による電気的接続が困難になる。一方、ヤング率が８×１０１０Ｐａ以上であると、金属端子１２は曲げにくく、あるいは折れて断線する。また、金属端子１２の引張り強さが４×１０８Ｐａ以下であると、曲がりやすく、引張り強さが６×１０８Ｐａ以上であると、曲げにくく、あるいは折れて断線する。
図１Ｃに示すように、金属端子１２はその先端部の上面に、可溶合金１３に対して濡れ性がよいＳｎやＣｕ等からなる金属層１２Ａを含んでもよく、金属層１２Ａと可溶合金１３が接続される。金属層１２Ａを構成するＳｎやＣｕの可溶合金１３に対する濡れ性が、金属端子１２を構成するニッケルの濡れ性より良いため、溶断後の可溶合金１３の金属層１２Ａへの移動が促進され、この結果、速やかに可溶合金１３が分断される。
金属層１２Ａの材料としては、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎの金属単体もしくはこれらの合金が用いられる。金属層１２Ａの厚さは１５μｍ以下が好ましい。厚さが１５μｍ以上であると、金属層１２Ａを構成する金属の可溶合金１３への拡散量が多いので、可溶合金１３の融点が変動し、温度ヒューズの溶断温度がばらつく。金属層１２Ａの材料として可溶合金１３と同じ組成の合金を用いれば、金属層１２Ａを構成する金属が可溶合金１３へ拡散してもその拡散量は少量であるため、可溶合金１３の融点は変動しない。
可溶合金１３はＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金で構成されており、Ｓｎを２０重量％以上３９．５重量％以下、Ｉｎを４９重量％以上６８．５重量％以下、Ｂｉを１１．５重量％以上３１重量％含有する。これにより、ＰｂやＣｄを含まない溶断温度９５℃以下の温度ヒューズを提供できる。
可溶合金１３を構成するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金において、Ｓｎの配合比が２０重量％より少ないと、ＩｎはＳｎに比べて柔らかく、またＢｉはＳｎに比べてもろいので、可溶合金１３の強度が不十分となり、その結果、製造工程における取り扱いが困難となる。またＳｎの配合比を２０重量％以上であるＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金では、Ｉｎの配合比が４９重量％より少ないとＳｎが過多な状態となり、Ｉｎの配合比が５５重量％より多いとＩｎが過多な状態となる。Ｓｎは単体の融点が２３２℃とＩｎ単体の融点１５６℃に比べて高い。Ｓｎが過多な可溶合金１３の融点はＳｎの配合比に強く依存するので、配合比のばらつきによる融点のばらつきが大きくなって、温度ヒューズの溶断温度のばらつきが大きくなる。このため、Ｉｎの配合比は４９重量％以上必要であり、好ましくはＳｎとＩｎのバランスがよい４９〜５５重量％が好ましい。またＳｎが２０重量％、Ｉｎが４９重量％であるＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金では、Ｂｉが１１．５重量％以下であると、可溶合金１３の融点が９５℃を超える。このため、電池の保護用として用いる溶断温度が９５℃以下の温度ヒューズではＢｉが１１．５重量％以上のものを用いる必要がある。図２は可溶合金１３を構成するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ三元合金の配合を示す。可溶合金１３の上記の配合は図２の線１５で囲まれた領域に相当し、そしてＩｎの配合比は斜線ハッチングされた領域１６である４９〜５５重量％が特に好ましい。
可溶合金１３は断面円形のダイス引き加工、ダイス押し出し加工等により線状に加工される。そして線状の合金１３は圧潰加工され、断面形状が矩形または楕円形で厚さ０．１ｍｍ以下の線状に加工される。そしてこれが適当な長さに切断され作成される。可溶合金１３は第１の絶縁フィルム１１の上面の中央部において一対の金属端子１２の先端部間に設けられている。金属端子１２と可溶合金１３は、レーザー溶接、熱溶接、超音波溶接などを用いて接続される。レーザー溶接では、発熱する部分を小さくできるので、可溶合金１３は溶接される部分以外を損傷することなく金属端子１２に接続できる。
第１の絶縁フィルム１１および第２の絶縁フィルム１４は厚さ０．１５ｍｍ以下である。厚さが０．１５ｍｍを超えると、温度ヒューズが厚くなって薄形の温度ヒューズには不向きとなる。第１の絶縁フィルム１１および第２の絶縁フィルム１４は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ＡＢＳ樹脂、ＳＡＮ樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ノリル、塩化ビニール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ＰＰＳ樹脂、ポリアセタール、フッ素系樹脂、ポリエスターのいずれかを主成分とする樹脂、好ましくは熱可塑性樹脂よりなる。
実施の形態１においては、第１の絶縁フィルム１１および第２の絶縁フィルム１４は単層であるが、積層された複数の異なる材料のシートからなっていてもよい。例えば、ＰＥＴのフィルムと、ＰＥＮのフィルムとを積層した第１の絶縁フィルム１１および第２の絶縁フィルム１４は強度が大きい。これにより、温度ヒューズの機械的強度を向上できる。また、ともに積層されたフィルムによる第１の絶縁フィルム１１および第２の絶縁フィルム１４は、上記材料の組み合わせ以外に耐熱性が低い材料と耐熱性が高い材料を組み合わせて作製してもよい。
実施の形態１において、図１Ａ、図１Ｂに示す、第１の絶縁フィルム１１と第２の絶縁フィルム１４と可溶合金１３とからなる温度ヒューズの本体部の長さＬａが２．０ｍｍ以下の場合は、金属端子１２の作製時に発生するバリなどの突起により温度ヒューズの溶断後の一対の金属端子１２間の絶縁距離を十分確保できない場合があり、温度ヒューズとしては実用的ではない。長さＬａが５．０ｍｍ以上であると、その設置に必要な面積が大きくなるので、小形の電池に温度ヒューズとしては実用的ではない。したがって温度ヒューズ本体部の長さＬａは２．０〜５．０ｍｍの範囲が好ましい。
そしてまた、図１Ｂに示す第１の絶縁フィルム１１の下面から第２の絶縁フィルム１４の上面までの厚さＬｂが０．３ｍｍ以下の場合は、可溶合金１３を収納する空間が確保できないため、温度ヒューズを作製することは困難である。Ｌｂが０．７ｍｍ以上であると温度ヒューズが厚くなる。例えば、この温度ヒューズを、電極等の０．５〜０．７ｍｍ程度の高さの突起を有する小形の電池に設置した場合、温度ヒューズとその電池との接続体は大きくなり実用的ではない。したがって、第１の絶縁フィルム１１の下面から第２の絶縁フィルム１４の上面までの厚さＬｂは０．３〜０．７ｍｍの範囲が好ましい。
次に、実施の形態１に基づき、所定の組成を有する可溶合金で試験を行った。
【実施例１】
可溶合金１３は、Ｓｎ３７％、Ｂｉ１２％、Ｉｎ５１％の組成を有する合金をダイス引き加工により直径０．５ｍｍの円形断面を有する線状に加工し、次にこれを圧潰加工して厚さ０．１ｍｍ、幅１．９５ｍｍの矩形断面を有する線状に加工し、そしてこれを長さ３ｍｍに切断して作製した。第１の絶縁フィルム１１および第２の絶縁フィルム１４は長さ５ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのＰＥＴフィルムを用いた。金属端子１２は長さ１０ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケル板の先端部に１０μｍ厚のＳｎめっき層１２Ａを施して作成した。フラックス（図示せず）はロジンを主成分とするものを用いた。
【実施例２】
可溶合金１３は、Ｓｎ３２％、Ｂｉ１８％、Ｉｎ５０％の組成を有する合金を用いた。第１の絶縁フィルム１１、金属端子１２、第２の絶縁フィルム１４、フラックスは実施例１と同じものを用いた。
（比較例１）
可溶合金１３は、Ｓｎ４０％、Ｂｉ１５％、Ｉｎ４５％の組成を有する合金を用いた。第１の絶縁フィルム１１、金属端子１２、第２の絶縁フィルム１４、フラックスは実施例１と同じものを用いた。
（比較例２）
可溶合金１３は、Ｓｎ４２％、Ｂｉ８％、Ｉｎ５０％の組成を有する合金を用いた。第１の絶縁フィルム１１、金属端子１２、第２の絶縁フィルム１４、フラックスは実施例１と同じものを作成した。
実施例１、実施例２、比較例１、比較例２の可溶合金１３を用い、実施の形態１による温度ヒューズをそれぞれ２０個ずつ作成した。温度ヒューズの厚さは０．５５〜０．７０ｍｍであり、非常に薄い。作成した温度ヒューズを、１℃／分で温度が上昇するエアオーブンに投入し、この温度ヒューズが溶断する温度を測定した。
表１に実施例１、実施例２、比較例１、比較例２の温度ヒューズの溶断温度の測定結果を示す。
表１に示すように、実施例１および実施例２の温度ヒューズは、溶断温度の最高値と最低値との差が３℃以下である。したがって、溶断温度のばらつきが小さい温度ヒューズが得られる。比較例１の温度ヒューズは、Ｓｎが過多な合金を用いたので、溶断温度のばらつきが大きく、かつ溶断温度の最高値と最低値との差が４℃を超えている。すなわち、比較例１の温度ヒューズは、溶断温度のバラツキが通常の温度ヒューズに要求される溶断温度の幅である４℃を超えているので、この可溶合金は温度ヒューズには用いることができない。比較例２の温度ヒューズでは、Ｂｉが８％と少量なので、溶断温度が９５℃を超えた。
実施の形態１においては、可溶合金１３をＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金で構成しているが、この合金の中にＺｎ、Ａｇ、Ｃｕ等の不可避的不純物が混入していてもよい。混入が不可避な不純物が０．５重量％以上混入していると、溶断温度がばらつくおそれがあるので、この不純物の混入量は０．５重量％以下が望ましい。
（実施の形態２）
図３Ａは本発明の実施の形態２における薄形温度ヒューズの上面図である。図３Ｂは図３Ａに示す温度ヒューズの３Ｂ−３Ｂ線における断面図である。
図３Ａ、図３Ｂに示す実施の形態２における温度ヒューズは、図１Ａ、図１Ｂに示す実施の形態１における温度ヒューズと同じ構成部品からなる。実施の形態２による温度ヒューズは、実施の形態１と異なり、図３Ｂに示すように、一対の金属端子１１２の各端部の一部が第１の絶縁フィルム１１１の下面から上面に表出している。その他の構成部品については、上記した実施の形態１における温度ヒューズの構成部品と同じものを使用している。
したがって、実施の形態２における薄形温度ヒューズにおいても、第１の絶縁フィルム１１１の上方に位置して一対の金属端子１１２の先端部間に接続された温度ヒューズ用可溶素子を構成する可溶合金１１３は、Ｓｎを２０重量％以上、Ｂｉを１１．５重量％以上、Ｉｎを４９重量％以上含有するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金で構成されている。したがって、可溶合金１１３の中にＰｂおよびＣｄを含有せず、その結果、ＰｂやＣｄが溶出しない。
実施の形態２において、図３Ａ、図３Ｂに示す、第１の絶縁フィルム１１１と第２の絶縁フィルム１１４と可溶合金１１３とからなる温度ヒューズの本体部の長さＬｃが２．０ｍｍ以下の場合は、金属端子１１２の作製時に発生するバリなどの突起により温度ヒューズの溶断後の一対の金属端子１１２間の絶縁距離を十分確保できない場合があり、温度ヒューズとしては実用的ではない。長さＬｃが５．０ｍｍ以上であると、その設置に必要な面積が大きくなるので、小形の電池に温度ヒューズとしては実用的ではない。したがって温度ヒューズ本体部の長さＬｃは２．０〜５．０ｍｍの範囲が好ましい。
そしてまた、図３Ｂに示す第１の絶縁フィルム１１１の下面から第２の絶縁フィルム１１４の上面までの厚さＬｄが０．３ｍｍ以下の場合は、可溶合金１１３を収納する空間が確保できないため、温度ヒューズを作製することは困難である。長さＬｄが０．７ｍｍ以上であると温度ヒューズが厚くなる。例えば、この温度ヒューズを、電極等の０．５〜０．７ｍｍ程度の高さの突起を有する小形の電池に設置した場合、温度ヒューズとその電池との接続体は大きくなり実用的ではない。したがって、第１の絶縁フィルム１１１の下面から第２の絶縁フィルム１１４の上面までの厚さＬｄは０．３〜０．７ｍｍの範囲が好ましい。
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３における電池の斜視図である。その電池は電池本体２１と、温度ヒューズ２２と、電池本体２１の外部電極２３と、電池本体２１と電気的に接続された保護回路２４とを備える。温度ヒューズ２２として、図１Ａ〜図３Ｂに示す実施の形態１または２における薄形温度ヒューズのいずれかが用いられる。温度ヒューズ２２の端子２５と外部電極２３とは接続部２６においてスポット溶接等により電気的に接続されている。温度ヒューズ２２の電極２７と保護回路２４とは接続部２８においてスポット溶接等により電気的に接続されている。保護回路２４を構成する部品はＳｎＡｇ系やＳｎＣｕ系などのＰｂフリーはんだにより保護回路２４に装着されている。温度ヒューズ２２は電池本体２１から発生する熱が所定以上生ずると電池本体２１からの電流を遮断する。
上記の電池の薄形温度ヒューズ２２は、例えば図１Ａに示すように、第１の絶縁フィルム１１の上方に位置する、一対の金属端子１２の先端部間に接続された温度ヒューズ用可溶素子を構成する可溶合金１３を備える。可溶合金１３は、Ｓｎを２０重量％以上、Ｂｉを１１．５重量％以上、Ｉｎを４９重量％以上含有するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金で構成されている。したがって、可溶合金１３はＰｂおよびＣｄを含有せず、その結果、電池を廃棄してもＰｂやＣｄが溶出しない。
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４におけるラジアル形温度ヒューズの断面図である。その温度ヒューズは開口部を有する有底円筒状あるいは有底角筒状の絶縁ケース３１は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、フェノール樹脂、セラミック、ガラス等のいずれかにより構成されている。絶縁ケース３１内に配設された略円柱状あるいは略角柱状の可溶合金３２は、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金で構成されている。その合金はＳｎを２０重量％以上３９．５重量％以下、Ｉｎを４９重量％以上６８．５重量％以下、Ｂｉを１１．５重量％以上３１重量％以下含有する。これにより、ＰｂやＣｄを含まない溶断温度９５℃以下のラジアル形温度ヒューズが得られる。
可溶合金３２を構成するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金において、Ｓｎの配合比が２０重量％より少ないと、ＩｎはＳｎに比べて柔らかくＢｉはＳｎに比べてもろいので、可溶合金３２の強度が不十分となり、その結果、製造工程における取り扱いが困難となる。またＳｎを２０重量％以上含有するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金においては、Ｉｎの配合比が４９重量％より少ないとＳｎが過多な状態となり、Ｉｎの配合比が５５重量％より多いとＩｎが過多な状態となる。Ｓｎは単体の融点が２３２℃とＩｎ単体の融点１５６℃に比べて高い。したがってＳｎが過多な状態では、可溶合金３２の融点はＳｎの配合比に強く依存するので、配合比のばらつきによる融点のばらつきが大きくなり、温度ヒューズの溶断温度のばらつきが大きくなる。Ｉｎの配合比は４９重量％以上必要であり、ＳｎとＩｎのバランスがよい４９〜５５重量％が好ましい。Ｓｎを２０重量％、Ｉｎを４９重量％含むＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金においては、Ｂｉが１１．５重量％以下であると、可溶合金３２の融点が９５℃を超える。したがって、電池の保護用として用いる溶断温度が９５℃以下のラジアル形温度ヒューズではＢｉが１１．５重量％以上の可溶合金を用いる必要がある。
リード導体３３は可溶合金３２の両端部に一端部が接続され、かつ他端部を前記絶縁ケース３１の開口部より絶縁ケース３１外に導出させている。リード導体３３はＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉ等の単一の金属あるいはそれらの合金で線状に構成され、かつその表面にはＳｎ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｃｕのいずれか１つの金属あるいはこれらを有する合金からなる金属めっきが施されている。可溶合金３２にはフラックス（図示せず）が塗布されており、このフラックスは周囲温度が上昇した時溶融し、可溶合金３２の酸化膜を除去する。
絶縁ケース３１の開口部を封口する封口体３４はエポキシ、シリコン等の硬化性樹脂により構成されている。可溶合金３２と一対のリード導体３３とは溶接や超音波溶着により接続される。あるいはリード導体３３は通電により可溶合金３２を溶融させて接続してもよい。
実施の形態４におけるラジアル形温度ヒューズにおいては、Ｓｎを２０重量％以上、Ｂｉを１１．５重量％以上、Ｉｎを４９重量％以上含有するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金による可溶合金３２を用いているのでＰｂおよびＣｄは含有されない。したがって可溶合金３２からＰｂやＣｄは溶出しない。可溶合金３２に一端部が接続された一対のリード導体３３は、他端部が絶縁ケース３１の開口部より絶縁ケース３１外に同一方向となるように導出されているので、このラジアル形温度ヒューズを電池等へ取り付ける方向の自由度が向上する。
（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態５におけるアキシャル形温度ヒューズの断面図である。両端に開口部を有する円筒状の絶縁ケース４１は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、フェノール樹脂、セラミック、ガラス等のいずれかにより構成されている。絶縁ケース４１内に配設された略円柱状あるいは略角柱状の可溶合金４２はＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金で構成されている。この合金はＳｎを２０重量％以上３９．５重量％以下、Ｉｎを４９重量％以上６８．５重量％以下、Ｂｉを１１．５重量％以上３１重量％以下含有する。これにより、実施の形態１と同様に、ＰｂやＣｄを含まない溶断温度９５℃以下のアキシャル形温度ヒューズが得られる。
図６において、可溶合金４２の両端部には、他端部を絶縁ケース４１の開口部より絶縁ケース４１外に導出させた一対のリード導体４３の一端部が接続される。絶縁ケース４１の両端の開口部は封口体４４により封口されている。
【産業上の利用可能性】
本発明による温度ヒューズ用可溶素子はＰｂおよびＣｄを含有せず、それを用いた温度ヒューズは廃棄後でもＰｂやＣｄが溶出しない。
参照番号の一覧
１１ 第１の絶縁フィルム
１２ 金属端子
１２Ａ 金属層
１３ 可溶合金
１４ 第２の絶縁フィルム
２１ 電池本体
２２ 温度ヒューズ
２３ 外部電極
２４ 保護回路
２５ 端子
２６ 接続部
２７ 電極
２８ 接続部
３１ 絶縁ケース
３２ 可溶合金
３３ リード導体
３４ 封口体
４１ 絶縁ケース
４２ 可溶合金
４３ リード導体
４４ 封口体
１１１ 第１の絶縁フィルム
１１２ 金属端子
１１３ 可溶合金
１１４ 第２の絶縁フィルム
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【技術分野】
本発明は、温度ヒューズ用素子、その素子を備えた温度ヒューズおよびその温度ヒューズを用いた電池に関する。
【背景技術】
近年、電子機器に用いられているＣｄ、Ｐｂが自然環境中に溶出することが問題になり、電子機器に対してもＣｄフリー、Ｐｂフリーの要求が高まっている。このため、電子機器を保護するために使用される温度ヒューズにおいてもＰｂ、Ｃｄを含まないものが望まれている。
特に、携帯電話などに用られるパック電池では、スポット溶接で電池と温度ヒューズとを接続し、さらに、電池の充放電を制御する保護回路においてもＰｂフリーはんだが用いられているので、Ｐｂ、Ｃｄを含まない温度ヒューズが強く要求されている。
これらのパック電池は、小形化によりその熱容量が小さくなるため、発熱時における昇温速度が大きい。したがって、温度ヒューズは、異常時に早く電流を遮断させるために、溶断温度が８５〜９５℃という低い温度ヒューズが要求されている。
図７は従来の温度ヒューズの断面図である。従来の温度ヒューズは、両端に開口部を有する円筒状の絶縁ケース１と、絶縁ケース１内に配設された略円柱状あるいは略角柱状の可溶合金２と、一対のリード導体３と、可溶合金２に塗布されたフラックス（図示せず）と、絶縁ケース１の両端開口部を封口する封口体４とを備える。一対のリード導体３は可溶合金２の両端部にそれぞれの一端部が接続され、かつ他端部が絶縁ケース１の開口部より絶縁ケース１外に導出される。８５〜９５℃で溶断する温度ヒューズは、可溶合金２としてＳｎ−Ｃｄ−Ｉｎ共晶合金（融点９３℃）、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｐｂ共晶合金（融点９５℃）を用いている。
ＰｂやＣｄを含有する可溶合金を備えた温度ヒューズは特開２０００−９０７９２号公報に開示されている。
従来の温度ヒューズにおいては、可溶合金２がＰｂ、Ｃｄを含有するので、この温度ヒューズを用いた電子機器が廃棄されると、Ｐｂ、Ｃｄが溶出する。
【発明の開示】
温度ヒューズに用いられる可溶素子はＳｎを２０重量％以上３９．５重量％以下、Ｂｉを１１．５重量％以上３１重量％以下、Ｉｎを４９重量％以上６８．５重量％以下含有する合金よりなる。
この可溶素子を用いた温度ヒューズは廃棄してもＰｂやＣｄが溶出しない。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは本発明の実施の形態１における温度ヒューズの上面図である。
図１Ｂは図１Ａに示す実施の形態１における温度ヒューズの１Ｂ−１Ｂ線における断面図である。
図１Ｃは実施の形態１における温度ヒューズの拡大断面図である。
図２は実施の形態１における温度ヒューズの可溶合金を構成するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ三元合金の配合を示す
図３Ａは本発明の実施の形態２における温度ヒューズの上面図である。
図３Ｂは図３Ａに示す実施の形態２における温度ヒューズの３Ｂ−３Ｂ線における断面図である。
図４は本発明の実施の形態３における電池の斜視図である。
図５は本発明の実施の形態４におけるラジアル形温度ヒューズの断面図である。
図６は本発明の実施の形態５におけるアキシャル形温度ヒューズの断面図である。
図７は従来の温度ヒューズの断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
（実施の形態１）
図１Ａは本発明の実施の形態１における薄形温度ヒューズの上面図である。図１Ｂは図１Ａに示す温度ヒューズの１Ｂ−１Ｂ線における断面図である。単層シートの第１の絶縁フィルム１１には、第１の絶縁フィルム１１より幅が狭い一対の金属端子１２が取り付けられている。可溶合金１３は第１の絶縁フィルム１１の上方に位置して一対の金属端子１２の先端部間に接続された温度ヒューズ用可溶素子を構成する。可溶合金１３の周囲には主成分がロジンからなる樹脂により構成されているフラックス（図示せず）が塗布されている。単層シートの第２の絶縁フィルム１４は可溶合金１３の上方に位置し、かつ第１の絶縁フィルム１１との間に空間を形成するように第１の絶縁フィルム１１に封止により取り付けられる。このように可溶合金１３を覆う第１の絶縁フィルム１１の外周部と第２の絶縁フィルム１４の外周部を封止によって固着することにより可溶合金１３が密閉され、可溶合金１３の劣化を防止している。絶縁フィルム１１、１４は可溶合金１３を収納する絶縁収納体を構成する。
金属端子１２は、帯状あるいは線状で、主材料がニッケルの金属または銅ニッケルなどのニッケル合金、またはニッケル単体またはニッケル合金に他の元素を添加したものなどからなる。ニッケルを９８％以上含有する金属端子１２は電気抵抗率が６．８×１０−８〜１２×１０−８Ω・ｍと低いので、耐腐食性などの信頼性を飛躍的に向上できる。金属端子１２自体の厚みは０．１５ｍｍ以下である。厚みが０．１５ｍｍを超えると、温度ヒューズが厚くなる。ヤング率が３×１０１０〜８×１０１０Ｐａで、引張り強さが４×１０８〜６×１０８Ｐａである材料による金属端子１２は、取扱い時あるいは輸送時に誤って曲がらず、かつ容易に曲げ加工でき、しかも曲げ加工で断線などが生じない。金属端子１２のヤング率が３×１０１０Ｐａ以下であると、容易に曲がるので、曲げてはいけない部分（例えば金属端子１２の端部の電気的接続部分）が凹凸になりやすい。これにより、可溶合金１３との溶接による電気的接続が困難になる。一方、ヤング率が８×１０１０Ｐａ以上であると、金属端子１２は曲げにくく、あるいは折れて断線する。また、金属端子１２の引張り強さが４×１０８Ｐａ以下であると、曲がりやすく、引張り強さが６×１０８Ｐａ以上であると、曲げにくく、あるいは折れて断線する。
図１Ｃに示すように、金属端子１２はその先端部の上面に、可溶合金１３に対して濡れ性がよいＳｎやＣｕ等からなる金属層１２Ａを含んでもよく、金属層１２Ａと可溶合金１３が接続される。金属層１２Ａを構成するＳｎやＣｕの可溶合金１３に対する濡れ性が、金属端子１２を構成するニッケルの濡れ性より良いため、溶断後の可溶合金１３の金属層１２Ａへの移動が促進され、この結果、速やかに可溶合金１３が分断される。
金属層１２Ａの材料としては、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎの金属単体もしくはこれらの合金が用いられる。金属層１２Ａの厚さは１５μｍ以下が好ましい。厚さが１５μｍ以上であると、金属層１２Ａを構成する金属の可溶合金１３への拡散量が多いので、可溶合金１３の融点が変動し、温度ヒューズの溶断温度がばらつく。金属層１２Ａの材料として可溶合金１３と同じ組成の合金を用いれば、金属層１２Ａを構成する金属が可溶合金１３へ拡散してもその拡散量は少量であるため、可溶合金１３の融点は変動しない。
可溶合金１３はＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金で構成されており、Ｓｎを２０重量％以上３９．５重量％以下、Ｉｎを４９重量％以上６８．５重量％以下、Ｂｉを１１．５重量％以上３１重量％含有する。これにより、ＰｂやＣｄを含まない溶断温度９５℃以下の温度ヒューズを提供できる。
可溶合金１３を構成するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金において、Ｓｎの配合比が２０重量％より少ないと、ＩｎはＳｎに比べて柔らかく、またＢｉはＳｎに比べてもろいので、可溶合金１３の強度が不十分となり、その結果、製造工程における取り扱いが困難となる。またＳｎの配合比を２０重量％以上であるＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金では、Ｉｎの配合比が４９重量％より少ないとＳｎが過多な状態となり、Ｉｎの配合比が５５重量％より多いとＩｎが過多な状態となる。Ｓｎは単体の融点が２３２℃とＩｎ単体の融点１５６℃に比べて高い。Ｓｎが過多な可溶合金１３の融点はＳｎの配合比に強く依存するので、配合比のばらつきによる融点のばらつきが大きくなって、温度ヒューズの溶断温度のばらつきが大きくなる。このため、Ｉｎの配合比は４９重量％以上必要であり、好ましくはＳｎとＩｎのバランスがよい４９〜５５重量％が好ましい。またＳｎが２０重量％、Ｉｎが４９重量％であるＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金では、Ｂｉが１１．５重量％以下であると、可溶合金１３の融点が９５℃を超える。このため、電池の保護用として用いる溶断温度が９５℃以下の温度ヒューズではＢｉが１１．５重量％以上のものを用いる必要がある。図２は可溶合金１３を構成するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ三元合金の配合を示す。可溶合金１３の上記の配合は図２の線１５で囲まれた領域に相当し、そしてＩｎの配合比は斜線ハッチングされた領域１６である４９〜５５重量％が特に好ましい。
可溶合金１３は断面円形のダイス引き加工、ダイス押し出し加工等により線状に加工される。そして線状の合金１３は圧潰加工され、断面形状が矩形または楕円形で厚さ０．１ｍｍ以下の線状に加工される。そしてこれが適当な長さに切断され作成される。可溶合金１３は第１の絶縁フィルム１１の上面の中央部において一対の金属端子１２の先端部間に設けられている。金属端子１２と可溶合金１３は、レーザー溶接、熱溶接、超音波溶接などを用いて接続される。レーザー溶接では、発熱する部分を小さくできるので、可溶合金１３は溶接される部分以外を損傷することなく金属端子１２に接続できる。
第１の絶縁フィルム１１および第２の絶縁フィルム１４は厚さ０．１５ｍｍ以下である。厚さが０．１５ｍｍを超えると、温度ヒューズが厚くなって薄形の温度ヒューズには不向きとなる。第１の絶縁フィルム１１および第２の絶縁フィルム１４は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ＡＢＳ樹脂、ＳＡＮ樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ノリル、塩化ビニール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ＰＰＳ樹脂、ポリアセタール、フッ素系樹脂、ポリエスターのいずれかを主成分とする樹脂、好ましくは熱可塑性樹脂よりなる。
実施の形態１においては、第１の絶縁フィルム１１および第２の絶縁フィルム１４は単層であるが、積層された複数の異なる材料のシートからなっていてもよい。例えば、ＰＥＴのフィルムと、ＰＥＮのフィルムとを積層した第１の絶縁フィルム１１および第２の絶縁フィルム１４は強度が大きい。これにより、温度ヒューズの機械的強度を向上できる。また、ともに積層されたフィルムによる第１の絶縁フィルム１１および第２の絶縁フィルム１４は、上記材料の組み合わせ以外に耐熱性が低い材料と耐熱性が高い材料を組み合わせて作製してもよい。
実施の形態１において、図１Ａ、図１Ｂに示す、第１の絶縁フィルム１１と第２の絶縁フィルム１４と可溶合金１３とからなる温度ヒューズの本体部の長さＬａが２．０ｍｍ以下の場合は、金属端子１２の作製時に発生するバリなどの突起により温度ヒューズの溶断後の一対の金属端子１２間の絶縁距離を十分確保できない場合があり、温度ヒューズとしては実用的ではない。長さＬａが５．０ｍｍ以上であると、その設置に必要な面積が大きくなるので、小形の電池に温度ヒューズとしては実用的ではない。したがって温度ヒューズ本体部の長さＬａは２．０〜５．０ｍｍの範囲が好ましい。
そしてまた、図１Ｂに示す第１の絶縁フィルム１１の下面から第２の絶縁フィルム１４の上面までの厚さＬｂが０．３ｍｍ以下の場合は、可溶合金１３を収納する空間が確保できないため、温度ヒューズを作製することは困難である。Ｌｂが０．７ｍｍ以上であると温度ヒューズが厚くなる。例えば、この温度ヒューズを、電極等の０．５〜０．７ｍｍ程度の高さの突起を有する小形の電池に設置した場合、温度ヒューズとその電池との接続体は大きくなり実用的ではない。したがって、第１の絶縁フィルム１１の下面から第２の絶縁フィルム１４の上面までの厚さＬｂは０．３〜０．７ｍｍの範囲が好ましい。
次に、実施の形態１に基づき、所定の組成を有する可溶合金で試験を行った。
【実施例１】
可溶合金１３は、Ｓｎ３７％、Ｂｉ１２％、Ｉｎ５１％の組成を有する合金をダイス引き加工により直径０．５ｍｍの円形断面を有する線状に加工し、次にこれを圧潰加工して厚さ０．１ｍｍ、幅１．９５ｍｍの矩形断面を有する線状に加工し、そしてこれを長さ３ｍｍに切断して作製した。第１の絶縁フィルム１１および第２の絶縁フィルム１４は長さ５ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのＰＥＴフィルムを用いた。金属端子１２は長さ１０ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケル板の先端部に１０μｍ厚のＳｎめっき層１２Ａを施して作成した。フラックス（図示せず）はロジンを主成分とするものを用いた。
【実施例２】
可溶合金１３は、Ｓｎ３２％、Ｂｉ１８％、Ｉｎ５０％の組成を有する合金を用いた。第１の絶縁フィルム１１、金属端子１２、第２の絶縁フィルム１４、フラックスは実施例１と同じものを用いた。
（比較例１）
可溶合金１３は、Ｓｎ４０％、Ｂｉ１５％、Ｉｎ４５％の組成を有する合金を用いた。第１の絶縁フィルム１１、金属端子１２、第２の絶縁フィルム１４、フラックスは実施例１と同じものを用いた。
（比較例２）
可溶合金１３は、Ｓｎ４２％、Ｂｉ８％、Ｉｎ５０％の組成を有する合金を用いた。第１の絶縁フィルム１１、金属端子１２、第２の絶縁フィルム１４、フラックスは実施例１と同じものを作成した。
実施例１、実施例２、比較例１、比較例２の可溶合金１３を用い、実施の形態１による温度ヒューズをそれぞれ２０個ずつ作成した。温度ヒューズの厚さは０．５５〜０．７０ｍｍであり、非常に薄い。作成した温度ヒューズを、１℃／分で温度が上昇するエアオーブンに投入し、この温度ヒューズが溶断する温度を測定した。
表１に実施例１、実施例２、比較例１、比較例２の温度ヒューズの溶断温度の測定結果を示す。
表１に示すように、実施例１および実施例２の温度ヒューズは、溶断温度の最高値と最低値との差が３℃以下である。したがって、溶断温度のばらつきが小さい温度ヒューズが得られる。比較例１の温度ヒューズは、Ｓｎが過多な合金を用いたので、溶断温度のばらつきが大きく、かつ溶断温度の最高値と最低値との差が４℃を超えている。すなわち、比較例１の温度ヒューズは、溶断温度のバラツキが通常の温度ヒューズに要求される溶断温度の幅である４℃を超えているので、この可溶合金は温度ヒューズには用いることができない。比較例２の温度ヒューズでは、Ｂｉが８％と少量なので、溶断温度が９５℃を超えた。
実施の形態１においては、可溶合金１３をＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金で構成しているが、この合金の中にＺｎ、Ａｇ、Ｃｕ等の不可避的不純物が混入していてもよい。混入が不可避な不純物が０．５重量％以上混入していると、溶断温度がばらつくおそれがあるので、この不純物の混入量は０．５重量％以下が望ましい。
（実施の形態２）
図３Ａは本発明の実施の形態２における薄形温度ヒューズの上面図である。図３Ｂは図３Ａに示す温度ヒューズの３Ｂ−３Ｂ線における断面図である。
図３Ａ、図３Ｂに示す実施の形態２における温度ヒューズは、図１Ａ、図１Ｂに示す実施の形態１における温度ヒューズと同じ構成部品からなる。実施の形態２による温度ヒューズは、実施の形態１と異なり、図３Ｂに示すように、一対の金属端子１１２の各端部の一部が第１の絶縁フィルム１１１の下面から上面に表出している。その他の構成部品については、上記した実施の形態１における温度ヒューズの構成部品と同じものを使用している。
したがって、実施の形態２における薄形温度ヒューズにおいても、第１の絶縁フィルム１１１の上方に位置して一対の金属端子１１２の先端部間に接続された温度ヒューズ用可溶素子を構成する可溶合金１１３は、Ｓｎを２０重量％以上、Ｂｉを１１．５重量％以上、Ｉｎを４９重量％以上含有するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金で構成されている。したがって、可溶合金１１３の中にＰｂおよびＣｄを含有せず、その結果、ＰｂやＣｄが溶出しない。
実施の形態２において、図３Ａ、図３Ｂに示す、第１の絶縁フィルム１１１と第２の絶縁フィルム１１４と可溶合金１１３とからなる温度ヒューズの本体部の長さＬｃが２．０ｍｍ以下の場合は、金属端子１１２の作製時に発生するバリなどの突起により温度ヒューズの溶断後の一対の金属端子１１２間の絶縁距離を十分確保できない場合があり、温度ヒューズとしては実用的ではない。長さＬｃが５．０ｍｍ以上であると、その設置に必要な面積が大きくなるので、小形の電池に温度ヒューズとしては実用的ではない。したがって温度ヒューズ本体部の長さＬｃは２．０〜５．０ｍｍの範囲が好ましい。
そしてまた、図３Ｂに示す第１の絶縁フィルム１１１の下面から第２の絶縁フィルム１１４の上面までの厚さＬｄが０．３ｍｍ以下の場合は、可溶合金１１３を収納する空間が確保できないため、温度ヒューズを作製することは困難である。長さＬｄが０．７ｍｍ以上であると温度ヒューズが厚くなる。例えば、この温度ヒューズを、電極等の０．５〜０．７ｍｍ程度の高さの突起を有する小形の電池に設置した場合、温度ヒューズとその電池との接続体は大きくなり実用的ではない。したがって、第１の絶縁フィルム１１１の下面から第２の絶縁フィルム１１４の上面までの厚さＬｄは０．３〜０．７ｍｍの範囲が好ましい。
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３における電池の斜視図である。その電池は電池本体２１と、温度ヒューズ２２と、電池本体２１の外部電極２３と、電池本体２１と電気的に接続された保護回路２４とを備える。温度ヒューズ２２として、図１Ａ〜図３Ｂに示す実施の形態１または２における薄形温度ヒューズのいずれかが用いられる。温度ヒューズ２２の端子２５と外部電極２３とは接続部２６においてスポット溶接等により電気的に接続されている。温度ヒューズ２２の電極２７と保護回路２４とは接続部２８においてスポット溶接等により電気的に接続されている。保護回路２４を構成する部品はＳｎＡｇ系やＳｎＣｕ系などのＰｂフリーはんだにより保護回路２４に装着されている。温度ヒューズ２２は電池本体２１から発生する熱が所定以上生ずると電池本体２１からの電流を遮断する。
上記の電池の薄形温度ヒューズ２２は、例えば図１Ａに示すように、第１の絶縁フィルム１１の上方に位置する、一対の金属端子１２の先端部間に接続された温度ヒューズ用可溶素子を構成する可溶合金１３を備える。可溶合金１３は、Ｓｎを２０重量％以上、Ｂｉを１１．５重量％以上、Ｉｎを４９重量％以上含有するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金で構成されている。したがって、可溶合金１３はＰｂおよびＣｄを含有せず、その結果、電池を廃棄してもＰｂやＣｄが溶出しない。
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４におけるラジアル形温度ヒューズの断面図である。その温度ヒューズは開口部を有する有底円筒状あるいは有底角筒状の絶縁ケース３１は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、フェノール樹脂、セラミック、ガラス等のいずれかにより構成されている。絶縁ケース３１内に配設された略円柱状あるいは略角柱状の可溶合金３２は、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金で構成されている。その合金はＳｎを２０重量％以上３９．５重量％以下、Ｉｎを４９重量％以上６８．５重量％以下、Ｂｉを１１．５重量％以上３１重量％以下含有する。これにより、ＰｂやＣｄを含まない溶断温度９５℃以下のラジアル形温度ヒューズが得られる。
可溶合金３２を構成するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金において、Ｓｎの配合比が２０重量％より少ないと、ＩｎはＳｎに比べて柔らかくＢｉはＳｎに比べてもろいので、可溶合金３２の強度が不十分となり、その結果、製造工程における取り扱いが困難となる。またＳｎを２０重量％以上含有するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金においては、Ｉｎの配合比が４９重量％より少ないとＳｎが過多な状態となり、Ｉｎの配合比が５５重量％より多いとＩｎが過多な状態となる。Ｓｎは単体の融点が２３２℃とＩｎ単体の融点１５６℃に比べて高い。したがってＳｎが過多な状態では、可溶合金３２の融点はＳｎの配合比に強く依存するので、配合比のばらつきによる融点のばらつきが大きくなり、温度ヒューズの溶断温度のばらつきが大きくなる。Ｉｎの配合比は４９重量％以上必要であり、ＳｎとＩｎのバランスがよい４９〜５５重量％が好ましい。Ｓｎを２０重量％、Ｉｎを４９重量％含むＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金においては、Ｂｉが１１．５重量％以下であると、可溶合金３２の融点が９５℃を超える。したがって、電池の保護用として用いる溶断温度が９５℃以下のラジアル形温度ヒューズではＢｉが１１．５重量％以上の可溶合金を用いる必要がある。
リード導体３３は可溶合金３２の両端部に一端部が接続され、かつ他端部を前記絶縁ケース３１の開口部より絶縁ケース３１外に導出させている。リード導体３３はＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉ等の単一の金属あるいはそれらの合金で線状に構成され、かつその表面にはＳｎ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｃｕのいずれか１つの金属あるいはこれらを有する合金からなる金属めっきが施されている。可溶合金３２にはフラックス（図示せず）が塗布されており、このフラックスは周囲温度が上昇した時溶融し、可溶合金３２の酸化膜を除去する。
絶縁ケース３１の開口部を封口する封口体３４はエポキシ、シリコン等の硬化性樹脂により構成されている。可溶合金３２と一対のリード導体３３とは溶接や超音波溶着により接続される。あるいはリード導体３３は通電により可溶合金３２を溶融させて接続してもよい。
実施の形態４におけるラジアル形温度ヒューズにおいては、Ｓｎを２０重量％以上、Ｂｉを１１．５重量％以上、Ｉｎを４９重量％以上含有するＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金による可溶合金３２を用いているのでＰｂおよびＣｄは含有されない。したがって可溶合金３２からＰｂやＣｄは溶出しない。可溶合金３２に一端部が接続された一対のリード導体３３は、他端部が絶縁ケース３１の開口部より絶縁ケース３１外に同一方向となるように導出されているので、このラジアル形温度ヒューズを電池等へ取り付ける方向の自由度が向上する。
（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態５におけるアキシャル形温度ヒューズの断面図である。両端に開口部を有する円筒状の絶縁ケース４１は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、フェノール樹脂、セラミック、ガラス等のいずれかにより構成されている。絶縁ケース４１内に配設された略円柱状あるいは略角柱状の可溶合金４２はＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金で構成されている。この合金はＳｎを２０重量％以上３９．５重量％以下、Ｉｎを４９重量％以上６８．５重量％以下、Ｂｉを１１．５重量％以上３１重量％以下含有する。これにより、実施の形態１と同様に、ＰｂやＣｄを含まない溶断温度９５℃以下のアキシャル形温度ヒューズが得られる。
図６において、可溶合金４２の両端部には、他端部を絶縁ケース４１の開口部より絶縁ケース４１外に導出させた一対のリード導体４３の一端部が接続される。絶縁ケース４１の両端の開口部は封口体４４により封口されている。
【産業上の利用可能性】
本発明による温度ヒューズ用可溶素子はＰｂおよびＣｄを含有せず、それを用いた温度ヒューズは廃棄後でもＰｂやＣｄが溶出しない。
参照番号の一覧
１１ 第１の絶縁フィルム
１２ 金属端子
１２Ａ 金属層
１３ 可溶合金
１４ 第２の絶縁フィルム
２１ 電池本体
２２ 温度ヒューズ
２３ 外部電極
２４ 保護回路
２５ 端子
２６ 接続部
２７ 電極
２８ 接続部
３１ 絶縁ケース
３２ 可溶合金
３３ リード導体
３４ 封口体
４１ 絶縁ケース
４２ 可溶合金
４３ リード導体
４４ 封口体
１１１ 第１の絶縁フィルム
１１２ 金属端子
１１３ 可溶合金
１１４ 第２の絶縁フィルム
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎを２０重量％以上３９．５重量％以下、Ｂｉを１１．５重量％以上３１重量％以下、Ｉｎを４９重量％以上６８．５重量％以下含有する合金よりなる、温度ヒューズに用いられる可溶素子。
【請求項２】
前記合金はＩｎを４９〜５５重量％含有する、請求の範囲第１項に記載の可溶素子。
【請求項３】
第１と第２の金属端子と、
前記第１と第２の金属端子の間に接続された、Ｓｎを２０重量％以上３９．５重量％以下、Ｂｉを１１．５重量％以上３１重量％以下、Ｉｎを４９重量％以上６８．５重量％以下含有する可溶合金と、
を備えた温度ヒューズ。
【請求項４】
前記可溶合金は、Ｉｎを４９〜５５重量％含有する、請求の範囲第３項に記載の温度ヒューズ。
【請求項５】
前記可溶合金を収納する絶縁収納体をさらに備えた、請求の範囲第３項に記載の温度ヒューズ。
【請求項６】
前記絶縁収納体は、
前記第１と第２の金属端子が取り付けられた第１の絶縁フィルムと、
前記第１の絶縁フィルムの第１面と前記可溶合金の上方に位置し、かつ前記第１の絶縁フィルムとの間に空間を形成する第２の絶縁フィルムと、
を備えた、請求の範囲第５項に記載の温度ヒューズ。
【請求項７】
前記第１と第２の金属端子は前記第１の絶縁フィルムの前記第１面上に位置する、請求の範囲第６項に記載の温度ヒューズ。
【請求項８】
前記第１と第２の金属端子の一部は前記第１の絶縁フィルムの前記第１面の上方に位置し、前記第１と第２の金属端子の他の一部は前記第１の絶縁フィルムの第２面の上方に位置し、前記可溶合金は前記第１と第２の金属端子の前記一部に接続される、請求の範囲第６項に記載の温度ヒューズ。
【請求項９】
前記第１の絶縁フィルムと前記第２の絶縁フィルムとは温度ヒューズ本体部を構成し、前記温度ヒューズ本体部の長さは２．０〜５．０ｍｍである、請求の範囲第６項に記載の温度ヒューズ。
【請求項１０】
前記絶縁収納体は、
開口部を有する有底筒状の絶縁ケースと、
前記絶縁ケースの開口部を封口する封口体と、
をさらに備え、前記第１と第２の金属端子は前記開口部から前記絶縁ケースの外に同一方向に導出される、請求の範囲第５項に記載の温度ヒューズ。
【請求項１１】
前記絶縁収納体は、
両端に開口部を有する筒状の絶縁ケースと、
前記絶縁ケースの前記両端の前記開口部をそれぞれ封口する封口体と、
をさらに備え、前記第１と第２の金属端子は前記絶縁ケースの前記両端の前記開口部より前記絶縁ケースの外に導出される、請求の範囲第５項に記載の温度ヒューズ。
【請求項１２】
電池本体と、
前記電池本体に結合する第１の金属端子と、
第２の金属端子と、
前記第１と第２の金属端子の間に接続された、Ｓｎを２０重量％以上３９．５重量％以下、Ｂｉを１１．５重量％以上３１重量％以下、Ｉｎを４９重量％以上６８．５重量％以下含有する、前記電池本体からの熱により溶ける可溶合金と、
を有する、前記電池本体からの熱により溶断して前記電池本体からの電流を遮断する温度ヒューズと、
を備えた電池。
【請求項１３】
前記可溶合金は、Ｉｎを４９〜５５重量％含有する、請求の範囲第１２項に記載の電池。
【請求項１】
Ｓｎを２０重量％以上３９．５重量％以下、Ｂｉを１１．５重量％以上３１重量％以下、Ｉｎを４９重量％以上６８．５重量％以下含有する合金よりなる、温度ヒューズに用いられる可溶素子。
【請求項２】
前記合金はＩｎを４９〜５５重量％含有する、請求の範囲第１項に記載の可溶素子。
【請求項３】
第１と第２の金属端子と、
前記第１と第２の金属端子の間に接続された、Ｓｎを２０重量％以上３９．５重量％以下、Ｂｉを１１．５重量％以上３１重量％以下、Ｉｎを４９重量％以上６８．５重量％以下含有する可溶合金と、
を備えた温度ヒューズ。
【請求項４】
前記可溶合金は、Ｉｎを４９〜５５重量％含有する、請求の範囲第３項に記載の温度ヒューズ。
【請求項５】
前記可溶合金を収納する絶縁収納体をさらに備えた、請求の範囲第３項に記載の温度ヒューズ。
【請求項６】
前記絶縁収納体は、
前記第１と第２の金属端子が取り付けられた第１の絶縁フィルムと、
前記第１の絶縁フィルムの第１面と前記可溶合金の上方に位置し、かつ前記第１の絶縁フィルムとの間に空間を形成する第２の絶縁フィルムと、
を備えた、請求の範囲第５項に記載の温度ヒューズ。
【請求項７】
前記第１と第２の金属端子は前記第１の絶縁フィルムの前記第１面上に位置する、請求の範囲第６項に記載の温度ヒューズ。
【請求項８】
前記第１と第２の金属端子の一部は前記第１の絶縁フィルムの前記第１面の上方に位置し、前記第１と第２の金属端子の他の一部は前記第１の絶縁フィルムの第２面の上方に位置し、前記可溶合金は前記第１と第２の金属端子の前記一部に接続される、請求の範囲第６項に記載の温度ヒューズ。
【請求項９】
前記第１の絶縁フィルムと前記第２の絶縁フィルムとは温度ヒューズ本体部を構成し、前記温度ヒューズ本体部の長さは２．０〜５．０ｍｍである、請求の範囲第６項に記載の温度ヒューズ。
【請求項１０】
前記絶縁収納体は、
開口部を有する有底筒状の絶縁ケースと、
前記絶縁ケースの開口部を封口する封口体と、
をさらに備え、前記第１と第２の金属端子は前記開口部から前記絶縁ケースの外に同一方向に導出される、請求の範囲第５項に記載の温度ヒューズ。
【請求項１１】
前記絶縁収納体は、
両端に開口部を有する筒状の絶縁ケースと、
前記絶縁ケースの前記両端の前記開口部をそれぞれ封口する封口体と、
をさらに備え、前記第１と第２の金属端子は前記絶縁ケースの前記両端の前記開口部より前記絶縁ケースの外に導出される、請求の範囲第５項に記載の温度ヒューズ。
【請求項１２】
電池本体と、
前記電池本体に結合する第１の金属端子と、
第２の金属端子と、
前記第１と第２の金属端子の間に接続された、Ｓｎを２０重量％以上３９．５重量％以下、Ｂｉを１１．５重量％以上３１重量％以下、Ｉｎを４９重量％以上６８．５重量％以下含有する、前記電池本体からの熱により溶ける可溶合金と、
を有する、前記電池本体からの熱により溶断して前記電池本体からの電流を遮断する温度ヒューズと、
を備えた電池。
【請求項１３】
前記可溶合金は、Ｉｎを４９〜５５重量％含有する、請求の範囲第１２項に記載の電池。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０３１４２６
【国際公開日】平成１６年４月１５日（２００４．４．１５）
【発行日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５４１２９３（Ｐ２００４−５４１２９３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１２７６９
【国際出願日】平成１５年１０月６日（２００３．１０．６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年４月１５日（２００４．４．１５）
【発行日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１２７６９
【国際出願日】平成１５年１０月６日（２００３．１０．６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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