JP4267332B2

JP4267332B2 - Protective element

Info

Publication number: JP4267332B2
Application number: JP2003010803A
Authority: JP
Inventors: 充明植村; 孝五十嵐
Original assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Current assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2023-01-20
Also published as: JP2004227797A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は抵抗体付き温度ヒューズと称されている保護素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
抵抗体付き温度ヒューズは、可溶合金片を有し、通電発熱によって前記可溶合金片を溶断させる抵抗体を備え、異常検出回路との組合せで使用され、機器の異常、例えば異常電圧を異常検出回路で検出し、この検出で抵抗体を通電発熱させ、この発生熱で可溶合金片を溶断させて機器への通電を遮断している。また、可溶合金片の融点を機器許容温度に設定し、機器が許容温度に達したときに可溶合金片を溶断させて機器の異常発熱ひいては火災の未然防止に使用することもできる。
【０００３】
図７の（イ）は従来の抵抗体付き温度ヒューズの一例を示す図面、図７の（ロ）は図７の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図７において、１’はセラミックス基板等の絶縁基板、２０’〜２３’は絶縁基板上に導電ペーストの印刷・焼き付けにより設けた電極である。４’は第１電極２１’と第２電極２２’間に溶接等により連結した可溶合金片であり、中間電極２０’にも接合してある。３’は第３電極２３’と中間電極２０’との間に連結した膜抵抗であり、抵抗ペーストの印刷・焼付けにより設けてある。５’は膜抵抗３’に対するオーバーコートであり、ガラスペーストの印刷・焼付けにより設けてあり、通常膜抵抗３’の外郭よりも３００μｍ〜１０００μｍ程度大きい外郭としてある。６’は可溶合金片に塗布したフラックスである。８’は絶縁カバーである。
【０００４】
上記の抵抗体付き温度ヒューズを製作するには、電極パターンのメッシュスクリーンを当接して電極を印刷し次で焼き付ける工程、膜抵抗パターンのメッシュスクリーンを当接して膜抵抗を印刷し次で焼き付ける工程、オーバーコート用メッシュスクリーンを当接してオーバーコートを印刷し次で焼き付ける工程、オーバコート印刷・焼付け工程の前または後で必要に応じてトリミングにより膜抵抗の抵抗値を所定値に設定する工程、電極に可溶合金片を連結し次いでフラックスを塗布する工程、各電極にリード導体を接続する工程、ケースカバーで封止する工程等を順次に経る必要があり、オーバーコートは膜抵抗トリミング時でのクラックの発生を防止するため、膜抵抗がフラックスの化学的作用で変質するのを防止するため、膜抵抗の経時変化を防止するために有効である。
【０００５】
上記抵抗体付き温度ヒューズの動作機構は次のとおりである。
すなわち、常時では、膜抵抗が非通電とされ、可溶合金片が機器と電源間に挿入されて通電される。異常時に膜抵抗が通電発熱され、この発生熱で可溶合金片が溶融され、溶融合金が既溶融フラックスとの共存下電極への濡れ拡がりにより球状化分断され、この分断により膜抵抗の通電が遮断され、分断合金の冷却凝固により非復帰のカットオフが終結される。
また、可溶合金片の融点を機器の許容温度に設定しておけば、機器がほぼ許容温度に達したときに可溶合金片が溶融され、溶融合金が既溶融フラックスとの共存下電極への濡れ拡がりにより球状化分断され、この分断により機器への通電が遮断されて機器温度が降下され、分断合金の冷却凝固により非復帰のカットオフが終結される。
図７に示した抵抗体付き温度ヒューズでは、中間電極２０’も可溶合金片４の分断に関与し、オーバーコート一端５１ｅ’がかかっていない中間電極２０’の面積Ｓが広いほど球状化分断を促進できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記膜抵抗縁端に対するオーバーコートの突出代は、前記した膜抵抗の保護上、一定以上の距離が必要とされ、少なくとも３００μｍのシール代が必要とされる。
しかしながら、図７において可溶合金片が中間電極上を膜抵抗側に向けて濡れ拡がり得る有効面積が可溶合金片４’からオーバーコート一端５１ｅ’までの距離に比例するため、オーバーコートのためにオーバーコート一端のシール代に相当する距離だけ、濡れ拡がりに対する有効電極面積が減じられることになり、それだけ分断性能が損じられる。
本出願人は、抵抗体付き温度ヒューズにおいて、膜抵抗を先に印刷・焼付けし、次いで中間電極をその片端部で膜抵抗の一端部を覆うようにして印刷・焼付けし、而るのちオーバーコートを印刷・焼付けすることを既に提案したが（特許文献１参照）、これは前記の製造工程中、電極パターンのメッシュスクリーンを当接して電極を印刷し次で焼き付ける工程と膜抵抗パターンのメッシュスクリーンを当接して膜抵抗を印刷し次で焼き付ける工程とを交互に入れ換えることを説示するに過ぎず、オーバーコート一端から可溶合金片までの距離が変わることはなく、前記可溶合金片の分断性能の問題は依然として解決されていない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１２５５１４号公報
【０００８】
本発明の目的は、抵抗体付き温度ヒューズにおいて、可溶合金片の外径が中間電極に対して相対的に大きくなるような場合においても、可溶合金片の分断性能をよく保証できるようにすることにある。
【０００９】
〔課題を解決するための手段〕
請求項１に係る保護素子は、基板の片面に発熱体及び可溶合金片並びに中間電極を有し、発熱体の一端部が中間電極の片端部に連結され、該発熱体の片端から所定の距離を隔てた中間電極の所定部位に可溶合金片が接合され、発熱体上にオーバーコートが施された保護素子であり、中間電極片端部が発熱体一端部を覆い、前記オーバーコートの一端部が中間電極片端部上を覆い、前記中間電極の所定部位から前記オーバーコート一端までの距離Ｌ_１が、同中間電極の所定部位から発熱体一端までの距離Ｌ_２に対し、Ｌ_１＞Ｌ_２−３００μｍとされていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に係る保護素子は、Ｌ_１≧Ｌ_２とされていることを特徴とする請求項１記載の保護素子であり、請求項３に係る保護素子は、中間電極片端部に対するオーバーコート一端部の覆い距離Ｌ3が０．６ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項１または２記載の保護素子である。
【００１１】
請求項４に係る保護素子は、基板の片面に発熱体及び可溶合金片並びに中間電極を有し、発熱体の一端部が中間電極の片端部に連結され、該発熱体の一端から所定の距離を隔てた中間電極の所定部位に可溶合金片が接合され、発熱体上にオーバーコートが施された保護素子であり、発熱体一端部がオーバーコート一端より突出し、中間電極片端部が突出した前記発熱体一端部及びオーバーコート一端部を覆っていることを特徴としている。
【００１２】
請求項５に係る保護素子は、発熱体に連結された電極と他の電極とが対向する部分の少なくとも一部の電極縁端部に沿い前記オーバーコートが延設されていることを特徴とする請求項１〜４何れか記載の保護素子である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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）は請求項１に係る保護素子の一実施例を示す図面、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるローロ断面図である。
図１において、１は耐熱性の絶縁基板例えばセラミックス基板である。２１及び２２は導電ペーストの印刷・焼付けにより設けた第１電極及び第２電極であり、リード導体取付け部２１０，２２０を備えている。２３及び２０は同じく第３電極及び中間電極、２３０は第３電極２３のリード導体取付け部である。３は膜抵抗であり、図１の（ロ）に示すように、膜抵抗３の一端部３１を中間電極２０の片端部２０１で覆い、膜抵抗３の他端部３２を第３電極２３の一端部２３２で覆ってある。４は可溶合金片であり、第１電極２１と第２電極２２間に溶接等により連結すると共に中間を中間電極２０に溶接等により接合してある。５は膜抵抗３に対するオーバーコートであり、膜抵抗一端３１ｅから可溶合金片４までの距離Ｌ_２を基準として、オーバーコート一端５１ｅから可溶合金片４までの距離Ｌ_１を
【数１】
Ｌ_１＞Ｌ_２−３００μｍ
としてある。６は可溶合金片４に塗布したフラックスである。７１〜７３は第１電極２１〜第３電極２３のそれぞれのリード導体取付け部２１０〜２３０に溶接等により接続したリード導体であり、溶接にはスポット抵抗溶接を用いることが好ましい。
８は絶縁被覆体であり、例えば、封止剤例えばエポキシ樹脂を塗着する構成、または図２の（イ）に示すように封止剤層８４上に保護プレート８５を固着した構成、あるいは図２の（ロ）に示すように、カバー８１を基板１上に載置し、枠８２のリード導体引出孔８２１からリード導体７１（７２，７３）を引出し、接着剤８３で封止した構成とすることができる。
【００１４】
図１に示す実施例において、第１〜第３電極、膜抵抗及び可溶合金片の寸法、配置が図７の従来例と同じであり、可溶合金片４から膜抵抗一端３１ｅまでの距離Ｌ_２が等しいとすると、オーバーコート５の寸法のみが異なる。而して、図７に示す従来例では、膜抵抗一端３１ｅ’からのオーバーコート一端５１ｅ’の突出距離が３００μｍ以上とされているから、オーバーコート一端５１ｅ’から可溶合金片４’までの距離Ｌ_１は最大でも
【数２】
Ｌ_１＝Ｌ_２−３００μｍ
である。
これに対し、図１に示す実施例では、オーバーコート一端５１ｅから可溶合金片４までの距離Ｌ_１をＬ_１＞Ｌ_２−３００μｍとしているから、従来例よりもオーバーコート一端から可溶合金片までの距離を長くできる。従って、実施例では従来例に較べて、中間電極における溶融合金が膜抵抗側に向け濡れ拡がることに対する有効電極面積を広くでき、可溶合金片の球状化分断性能を向上できる。
【００１５】
請求項１において、オーバーコート一端５１ｅから可溶合金片４までの距離Ｌ_１が可溶合金片４から膜抵抗一端３１ｅまでの距離（基準距離）Ｌ_２より小であっても（Ｌ_１＜Ｌ_２であっても）、Ｌ_１＞Ｌ_２−３００μｍの条件を満たす以上、前記した通り、従来例に対し可溶合金片４の球状化分断性能を高めることができるが、
【数３】
Ｌ_１≧Ｌ_２
とすれば、中間電極における溶融合金が膜抵抗側に向け濡れ拡がることに対する有効距離Ｌ_１をそれだけ長くできるから、Ｌ_１≧Ｌ_２とすることが望ましい。
【００１６】
図１に示す実施例では、膜抵抗一端部３１の封止性能が中間電極片端部２０１とオーバーコート一端部５１との重畳界面に依存し、中間電極及び膜抵抗の配置・寸法が固定されており、その重畳界面距離Ｌ３が中間電極片端２０１ｅに対するオーバーコート一端５１ｅの突出代により与えられるが、この重畳界面距離Ｌ３を余り長くすると、中間電極における２０溶融合金が膜抵抗側に向け濡れ拡がることに対する有効距離Ｌ_１が減少して球状化分断性能の向上効果が低減されるから、通常、前記の重畳界面距離Ｌ３は６００μｍ以下とされる。
【００１７】
請求項１に係る保護素子の製造は、（ａ）膜抵抗パターンのメッシュスクリーンを当接して膜抵抗を印刷し次で焼き付ける工程、（ｂ）電極パターンのメッシュスクリーンを当接して電極を印刷し次で焼き付ける工程、（ｃ）オーバーコート用メッシュスクリーンを当接してオーバーコートを印刷し次で焼き付ける工程、（ｄ）オーバコートの印刷・焼付けの前または後で必要に応じてトリミングにより膜抵抗の抵抗値を所定値に設定する工程、（ｅ）第１〜第２電極間に可溶合金片を連結し次いでフラックスを塗布する工程、（ｆ）第１〜３電極にリード導体をスポット溶接により接続する工程、（ｇ）ケースカバーで封止する工程の工程順で進められ、リード導体の接続に時間を要して可溶合金片に熱的影響を及ぼす畏れのあるもの、例えばはんだ付けを用いる場合は、第１〜３電極にリード導体を接続する工程を、第１〜第２電極に可溶合金片を連結し次いでフラックスを塗布する工程の前とすることが安全である。
【００１８】
本発明に係る保護素子によれば、機器の異常に対する前兆を検出し、この検出に伴い膜抵抗を通電発熱させ、この発生熱で可溶合金片を溶断させて機器への通電を遮断することができ、この通電遮断により膜抵抗への通電も遮断される。例えば、リチウムイオン２次電池の充電時、過充電時に発生する電圧上昇を検出し、この検出に伴い膜抵抗を通電発熱させ、この発生熱で可溶合金片を溶断させて２次電池を充電器から遮断することができる。
【００１９】
図３は上記実施例の抵抗体付き温度ヒューズを用いた２次電池の保護回路を示している。
図３において、Ｓは充電器、Ａはリチウムイオン二次電池である。Ｂは検出動作回路部を示し、ツエナダイオードＤを抵抗Ｒを経てトランジスタＴｒのベースに接続し、エミッタを接地し、ツエナダイオードＤの正極側を回路の高電圧側に接続してある。Ｃは上記実施例の保護素子を示し、第１電極２１と第２電極２２とを充電器Ｓと２次電池Ａ間に接続し、第３電極２３を前記トランジスタＴｒのコレクタに接続してある。
上記ツエナダイオードＤの降伏電圧を２次電池の過充電時に発生する電圧上昇に対し低く設定してあり、過充電により電圧が上昇すると、トランジスタＴｒにベース電流が流れ、大きなコレクタ電流が流れて膜抵抗３が発熱し、この発生熱が中間電極２０を経て可溶合金片４に伝達され、可溶合金片４が溶融され、溶融合金４が既溶融フラックスの活性作用を受けつつ中間電極２０及びその両側の第１電極２１と第２電極２２に濡れ拡がって中間電極２０と第１電極２１との間及び中間電極２０と第２電極２２との間で分断されると共に膜抵抗３が電池から遮断される。
本発明に係る保護素子においては、可溶合金片の融点を機器、例えば上記２次電池の保護温度（８０℃〜１２０℃における所望の温度）に選定し、保護素子を実質的に機器温度に追従して昇温させ得るように機器に熱的に接触して取り付ければ、機器の通電を保護温度で遮断でき、保護温度を越えての機器の異常発熱ひいては火災の発生を未然に防止できる。
【００２０】
上記した保護素子の動作後では、動作前に可溶合金片で電気的に導通されていた電極間が電気的に遮断され、その電極間に回路電圧が作用する結果、その電極間距離が短い箇所では、閃絡による再導通が発生する畏れがある。この再導通を防止するために、図４に示すように、膜抵抗に連結された中間電極２０または第３電極２３と他の電極（第１電極や第２電極）とが対向する部分の少なくとも一部の電極縁端部に沿いオーバーコート５の延設部５１１，５１２または５１３を形成し、前記閃絡を防止するように絶縁補強することができる。
【００２１】
図５の（イ）は請求項４に係る保護素子の一実施例を示す図面、図５の（ロ）は図５の（イ）におけるロ−ロ断面を示す図面である。
図５において、１は耐熱性の絶縁基板例えばセラミックス基板である。３は絶縁基板上に設けた膜抵抗であり、前記した通り抵抗ペーストの印刷・焼付けにより設けてある。５は膜抵抗３に対するオーバーコートであり、オーバーコート一端５１ｅから膜抵抗３の一端部３１を所定の距離ａだけ突出させ、オーバーコート他端５２ｅから膜抵抗３の他端部３２を所定の距離ｂだけ突出させてある。２１は第１電極を、２２は第２電極を、２０は中間電極を、２３は第３電極をそれぞれ示し、前記したように導電ペーストの印刷・焼付けにより設けてある。これらの電極中、第３電極は膜抵抗３に前記の突出代ｂで接触されて電気的に接続されている。中間電極２０の片端部（膜抵抗側端部）２０１をオーバーコート５の一端５１ｅを越えるように位置させてあり、中間電極２０は膜抵抗３に前記膜抵抗一端部３１の突出代ａで接触されて電気的に接続されている。
４は可溶合金片であり、第１電極２１と第２電極２２間に溶接等により連結し、中間部を中間電極２０に溶接等により接合してある。６は可溶合金片４に塗布したフラックスである。７１，７２及び７３は第１電極２１のリード導体取付け部２１０，第２電極２２のリード導体取付け部２２０及び第３電極２３のリード導体取付け部２３０のそれぞれに溶接等により接続したリード導体であり、溶接にはスポット抵抗溶接を用いることが好ましい。
８は絶縁被覆体であり、既述した図２の（イ）（ロ）と同様にカバーを周囲の枠において基板に接着剤で接着する構成、または封止剤例えばエポキシ樹脂を塗着する構成、或いは封止剤層上に保護プレートを固着した構成とすることができる。
【００２２】
図６は、図５の（ロ）に示した保護素子の断面と、図７の（ロ）に示した従来例の断面とを対比的に示している。
図６において、膜抵抗一端の位置３１ｅ，３１ｅ’は両者同じであり、可溶合金片４，４’からこの位置までの距離Ｌ_２は同一寸法である。膜抵抗一端部３１（３１’）と中間電極片端部２０１（２０１’）との間の接触代ａを同じにしてその間の接触電気抵抗を等しくしてある。
図７に示す従来の保護素子では、既述した通り、オーバーコート一端５１ｅ’を膜抵抗一端３１ｅ’より少なくとも３００μｍ突出させているから、溶融した可溶合金の膜抵抗側への濡れ拡がりに対する有効距離は最大でもＬ_２−３００μｍである。これに対し、請求項４に係る抵抗体付き温度ヒューズにおいては、中間電極２０の片端部２０１をオーバーコート一端５１ｅを越えて位置させており、溶融した可溶合金の膜抵抗側への濡れ拡がりに対する有効距離を従来の抵抗体付き温度ヒューズの有効距離Ｌ_２−３００μｍより大にできる。
従って、請求項４に係る保護素子によれば、従来例よりも優れた、可溶合金片の球状化分断性能を保証できる。
【００２３】
請求項４に係る保護素子の製造は、（ａ）膜抵抗パターンのメッシュスクリーンを当接して膜抵抗を印刷し次で焼き付ける工程、（ｂ）オーバーコート用メッシュスクリーンを当接してオーバーコートを印刷し次で焼き付ける工程、（ｃ）電極パターンのメッシュスクリーンを当接して電極を印刷し次で焼き付ける工程、（ｄ）必要に応じてトリミングにより膜抵抗の抵抗値を所定値に設定する工程、（ｅ）第１〜第２電極に可溶合金片を連結し次いでフラックスを塗布する工程、（ｆ）第１〜第３電極にリード導体をスポット溶接により接続する工程、（ｇ）ケースカバーで封止する工程の工程順で進められ、リード導体の接続に、時間を要し可溶合金片に熱的悪影響を及ぼす畏れのあるもの、例えばはんだ付けを用いる場合は、各電極にリード導体を接続する工程を、電極に可溶合金片を連結し次いでフラックスを塗布する工程の前とすることが安全である。
【００２４】
請求項４に係る保護素子の使用形態は、前記した請求項１に係る保護素子の使用形態と同じである。
上記何れの実施例においても、第３電極２３のリード導体７３の断面積を小さくすれば、膜抵抗３の通電発生熱の当該リード導体７３を経ての熱伝導流出を抑制して膜抵抗３の発熱速度を迅速化でき、保護素子の動作速度を一層に速くできるので、第３電極に接続するリード導体の断面積を、他のリード導体（第１電極、第２電極に接続するリード導体）に対し、０．８〜０．５倍程度とすることが好ましい。この場合、全リード導体の断面を高さが等しい四角形とし、断面積の減少を巾を狭めることにより行えば、全リード導体の高さを等しくし得てカバー用の絶縁板または絶縁ケースを載置したときに傾きなく水平にでき、また全リード導体を打ち抜きによるリードフレームから容易に製作できる。
【００２５】
上記何れの実施例においても、リード導体付きとしているが、第１〜第３電極を基板の裏面側に基板側面を経て廻してチップタイプとすることもできる。
【００２６】
本発明においてオーバーコート材は絶縁物であり、ガラスコートに限定されず、合成樹脂コート例えばエポキシ樹脂コートも使用できる。
本発明において電極材には、導電粒子とガラスフリットと有機溶剤との混合物からなる焼成タイプの外、導電粒子と熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）と溶剤との混合物からなる熱硬化タイプの使用も可能であり、導電粒子には、銀、パラジウム、金、銅等の金属粒子、カーボン等を使用できる。
本発明において膜抵抗材には、抵抗粒子とガラスフリットと有機溶剤との混合物からなる焼成タイプの外、抵抗粒子と熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）と溶剤との混合物からなる熱硬化タイプの使用も可能であり、抵抗粒子には、金属酸化物粒子例えば酸化ルテニウム粒子を使用できる。その他、Ｔｉ−Ｓｉ系抵抗ペーストの使用も可能である。
本発明において絶縁基板には、絶縁性で、かつ電極や膜抵抗の形成に耐え得る耐熱性を有するものであれば特に制限無く使用でき、アルミナセラミックス板のようなセラミックス板、耐熱性プラスチック板、ガラス繊維強化プラスチック板、表面に絶縁膜を有する金属板等を使用できる。
【００２７】
本発明は、基板の片面に発熱体及び可溶合金片並びに中間電極を有し、発熱体の一端部が中間電極の片端部に連結され、該発熱体の片端から所定の距離を隔てた中間電極部位に可溶合金片が接合され、発熱体上にオーバーコートが施された保護素子であれば、発熱体の個数や電極の個数に制限されることなく適用できる。
【００２８】
本発明に係る抵抗体付き温度ヒューズの絶縁基板のタテ×ヨコ寸法は、通常（４．０〜１０．０）mm×（４．０〜１０．０）mmとされる。電極や膜抵抗の配置パターンや寸法は定格電流や定格電圧に応じて設定される。
定格が１０A×５０Vであって、膜抵抗、電極、オーバーコート及び可溶合金片の配置パターンが図７に示す通りである従来の抵抗体付き温度ヒューズは、絶縁基板のタテ×ヨコ寸法が６．０mm×６．０mm、膜抵抗のタテ×ヨコ寸法が１．８mm×１．０mm、中間電極のタテ×ヨコ寸法が１．７mm×１．２mm、オーバーコートのタテ×ヨコ寸法が２．４mm×１．６mmであり、可溶合金片が動作温度１３５℃、比抵抗１５μΩcm、合金組成Ｓｎ４６．５％−Ｐｂ２９．８％−Ｃｄ１６．７％−Ｉｎ７％、外径５００μｍφであり、オーバーコート一端から可溶合金片に至る有効距離はほぼ５００μｍである。
しかしながら、合金組成にＣｄやＰｂ等の生体系に有害な金属元素が含まれており、環境保全上問題がある。そこで、合金組成をＣｄやＰｂを含まず動作温度が前記と同程度であるＢｉ５２％−Ｓｎ４６％−Ｉｎ２％に改変すると、その比抵抗が３４μΩcmであって前記Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃｄ−Ｉｎ合金組成の３４／１５倍であり、同一定格のもとでは可溶合金片の外径を１．５倍（√３４／√１５）にする必要があり、前記の有効距離５００μｍが可溶合金片の外径増加分だけ短縮され、中間電極における溶融合金の濡れ面積が減少して動作性能の低下が顕著となる。
これに対し本発明に係る抵抗体付き温度ヒューズでは、後述の実施例から明らかなように上記従来品に較べ前記中間電極における溶融合金の濡れ有効距離ほぼ５００μｍに対し３００μｍ以上も長くでき、すなわち６０％以上も長くできるから、合金組成に環境適応性の前記カドミウムフリー及び鉛フリーの合金を使用しても充分な有効濡れ面積を確保でき、良好な動作性能を保証できる。
【００２９】
【実施例】
動作性能の評価は、基準温度ヒューズ（実施例及び比較例に対して膜抵抗を省略し、かつ中間電極の長さを２．８ｍｍとして中間電極の面積を実施例及び比較例に較べて極めて広くし可溶合金の中間電極での濡れを最大限に生じさせるようにした。これ以外の点は実施例及び比較例に同じとした。）に対する動作温度との比較で行った。
動作温度に対しては、試料個数を５０箇とし、０．１アンペアの電流を通電しつつ昇温速度１℃／分のオイルバスに浸漬し、可溶合金片の分断による通電遮断時のオイル温度を動作温度とした。
【００３０】
〔実施例１〕
図１の構成であり、絶縁基板１にタテ×ヨコ×厚み寸法が６．０ｍｍ×６．０ｍｍ×０．６４ｍｍのアルミナセラミックス板を使用し、膜抵抗３をタテ×ヨコ寸法を１．８ｍｍ×１．０ｍｍとして酸化ルテニウム系抵抗ペーストの印刷・焼付けにより形成し、電極２０〜２３を銀系導電ペーストの印刷・焼付けにより形成し、第１電極（リード導体取付け部を除く）２１のタテ×ヨコ寸法を１．７ｍｍ×０．６ｍｍとし、第２電極（リード導体取付け部を除く）２２のタテ×ヨコ寸法を１．７ｍｍ×０．６ｍｍとし、中間電極２０のタテ×ヨコ寸法を１．７ｍｍ×１．２ｍｍとし、中間電極片端部２０１と膜抵抗一端部３１との重なり代を３００μｍ、第１電極２１と中間電極２０との間隔を０．５ｍｍ、第２電極２２と中間電極２０との間隔を０．５ｍｍとし、ガラスペーストの印刷・焼付けによりオーバーコート５をオーバーコート一端５１ｅと膜抵抗一端３１ｅとを実質的に同位置として設けた。可溶合金片４には、比抵抗３４μΩ・cmのＳｎ４８％，Ｉｎ２％，残部Ｂｉの合金組成で外径７５０μｍ、長さ３．４ｍｍ（抵抗値０．００２６Ω）のものを使用し、オーバコート端５１ｅから可溶合金片４の中心線までの距離を９００μｍとする位置に可溶合金片４を配設して第１電極２１、第２電極２２及び中間電極２０に溶接した。フラックス６にはロジン８０重量部，ステアリン酸２０重量部，ジエチルアミン臭化水素酸塩１重量部の組成物を使用した。リード導体には全てタテ×ヨコ寸法が１．０ｍｍ×０．３ｍｍの断面四角形の銅線を使用し、絶縁被覆体８をエポキシ樹脂の塗装により設けた。
動作温度を測定したところ、１３５±１℃であった。
【００３１】
〔比較例１〕
図７の構成であり、中間電極片端部２０１’と膜抵抗一端部３１’との重なり代を３００μｍ、膜抵抗一端部３１’に対するオーバーコート５’のシール代を３００μｍとした以外、実施例１と同じとした。
動作温度を測定したところ、１４１±３℃であった。
基準温度ヒューズを作成し、その動作温度を測定したところ、１３４±１℃であった。
【００３２】
実施例１は比較例１に較べ、中間電極における可溶合金の濡れ有効距離が３００μｍ長く、濡れ有効距離（可溶合金片とオーバーコートとの間におけるオーバコートに覆われていない中間電極部分の距離）が可溶合金片の外径により異なるにしてもほぼ５００μｍであるから、実施例１は比較例１に較べ濡れ有効距離がほぼ１３０％長くなっている。
基準温度ヒューズでは、中間電極の面積を充分に広くしてあるので溶融合金の濡れ拡がりを実質的に最大限に生じさせ得、実施例１においては、動作温度が基準温度ヒューズの動作温度にほぼ同じであるから、中間電極での溶融合金の濡れ拡がりが基準温度ヒューズとほぼ同程度であり、優れた動作性能であると評価できる。
しかしながら、比較例１では、溶融合金の分断が遅れ、その間オイル温度が上昇したものと認められ、中間電極の有効濡れ面積の不足が明かである。
【００３３】
〔実施例２〕
図５の構成であり、絶縁基板１にタテ×ヨコ×厚み寸法が６．０ｍｍ×６．０ｍｍ×０．６４ｍｍのアルミナセラミックス板を使用し、膜抵抗３をタテ×ヨコ寸法を１．８ｍｍ×１．０ｍｍとして酸化ルテニウム系抵抗ペーストの印刷・焼付けにより形成し、ガラスペーストの印刷・焼付けによりオーバーコート５をオーバーコート一端５１ｅからの膜抵抗一端部３１の突出代ａを３００μｍとし、オーバーコート他端５２ｅからの膜抵抗他端部３２の突出代ｂを３００μｍとするように設けた。電極を銀系導電ペーストの印刷・焼付けにより形成し、第１電極（リード導体取付け部を除く）２１のタテ×ヨコ寸法を１．７ｍｍ×０．６ｍｍとし、第２電極（リード導体取付け部を除く）２２のタテ×ヨコ寸法を１．７ｍｍ×０．６ｍｍとし、中間電極２０のタテ×ヨコ寸法を２．０ｍｍ×１．２ｍｍとし、中間電極片端部２０１と膜抵抗一端部３１との重なり代ａを３００μｍ、第１電極２１と中間電極２０との間隔を０．５ｍｍ、第２電極２２と中間電極２０との間隔を０．５ｍｍとし、膜抵抗一端３１ｅと中間電極片端２０１ｅとの間の距離を６００μｍとした。可溶合金片４には、実施例１と同様に比抵抗３４μΩ・cmのＳｎ４８％，Ｉｎ２％，残部Ｂｉの合金組成で外径７５０μｍ、長さ３．４ｍｍ（抵抗値０．００２６Ω）のものを使用し、膜抵抗一端３１ｅから可溶合金片４中心線までの距離を９００μｍとする位置に可溶合金片４を配設して第１電極２１、第２電極２２及び中間電極２０に溶接した。フラックス６、リード導体７１〜７３、絶縁被覆体８は実施例１と同じとした。
実施例２は比較例１に較べ、中間電極における可溶合金の濡れ有効距離がほぼ９００μｍ長く、実施例２は比較例１に較べ濡れ有効距離がほぼ４００％長くなっている。
動作温度を測定したところ、１３４±１℃であった。
【００３４】
実施例２においては、動作温度が基準温度ヒューズの動作温度に同じであるから、中間電極での溶融合金の濡れ拡がりが基準温度ヒューズと実質的に同じに生じ、優れた動作性能を有する。
【００３５】
〔実施例３〕
可溶合金片に、比抵抗３１μΩ・cmのＳｎ５３％，Ｉｎ２％，残部Ｂｉの合金組成を使用し、抵抗値を実施例１と等しくするために外径を７２０μｍとした以外実施例１と同じとした。動作温度を測定したところ、１４３±２℃であった。
【００３６】
〔比較例２〕
可溶合金片に、比抵抗３１μΩ・cmのＳｎ５３％，Ｉｎ２％，残部Ｂｉの合金組成を使用し、抵抗値を実施例３と等しくするために外径を７２０μｍとした以外、比較例１と同じとした。その動作温度を測定したところ、１４７±２℃であった。
可溶合金片に比抵抗３１μΩ・cmのＳｎ５３％，Ｉｎ２％，残部Ｂｉの合金組成を使用して基準温度ヒューズを作成し、その動作温度を測定したところ、１４３±２℃であった。
実施例３においては、動作温度が基準温度ヒューズの動作温度に同じであるから、中間電極での溶融合金の濡れ拡がりが基準温度ヒューズと同程度であり、優れた動作性能を有する。
しかしながら、比較例２では、比較例１と同様に溶融合金の分断が遅れ、その間オイル温度が上昇したものと認められ、中間電極の有効濡れ面積の不足が明かである。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１によれば、基板の片面に膜抵抗及び可溶合金片並びに中間電極を有し、膜抵抗の一端部を中間電極の片端部に連結し、該膜抵抗の片端から所定の距離を隔てた中間電極部位に可溶合金片を接合し、膜抵抗上にオーバーコートを施す抵抗体付き温度ヒューズにおいて、図７に示す従来の抵抗体付き温度ヒューズに対し、中間電極を印刷・焼付けする工程と膜抵抗を印刷・焼付けする工程とを交互に入れ換え、かつオーバーコート一端と可溶合金片との間隔を広げるようにオーバーコートの印刷寸法を調整するだけで、中間電極での溶融合金に対する濡れ有効距離を長くでき、可溶合金片の外径が中間電極に対して相対的に大きな場合においても良好な動作性能を保証できる抵抗体付き温度ヒューズを提供できる。
【００３８】
請求項４に係る抵抗体付き温度ヒューズでは、基板の片面に膜抵抗及び可溶合金片並びに中間電極を有し、膜抵抗の一端部が中間電極の片端部に連結され、該膜抵抗の一端から所定の距離を隔てた中間電極部位に可溶合金片が接合され、膜抵抗上にオーバーコートが施され、膜抵抗一端部がオーバーコート一端より突出し、中間電極片端部が前記突出した膜抵抗一端部及びオーバーコート一端部を覆っているから、中間電極片端部がオーバーコート一端部を覆う寸法を長くすることにより中間電極での溶融合金に対する濡れ有効距離を長くでき、可溶合金片の外径が中間電極に対して相対的に大きな場合においても良好な動作性能を保証できる抵抗体付き温度ヒューズを提供できる。
【００３９】
請求項５によれば、可溶合金片の分断時に電極間に作用する電圧に対し絶縁補強でき、分断後の再導通防止を確保でき、安定な遮断を保証できる。
【００４０】
本発明によれば、ヒューズ寸法同一のもとで、中間電極の有効濡れ距離を増加して動作特性を向上できるから、中間電極寸法を減少して同一動作性能を保証することもでき、ヒューズの小型化を図ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る保護素子を示す図面である。
【図２】本発明に係る保護素子の絶縁被覆体の異なる例を示す図面である。
【図３】本発明に係る保護素子の使用状態を一例を示す図面である。
【図４】請求項５に係る保護素子を示す図面である。
【図５】請求項５に係る保護素子を示す図面である。
【図６】請求項５に係る保護素子と従来例との対比に使用した図面である。
【図７】従来の保護素子を示す図面である。
【符号の説明】
１絶縁基板
２０中間電極
３膜抵抗
３１膜抵抗一端部
３１ｅ膜抵抗一端
４可溶合金片
５オーバーコート
５１オーバーコート一端部
５１ｅオーバーコート一端
６フラックス
８絶縁被覆体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a protection element called a temperature fuse with a resistor.
[0002]
[Prior art]
A thermal fuse with a resistor has a fusible alloy piece, is equipped with a resistor that blows off the fusible alloy piece by energization heat generation, and is used in combination with an abnormality detection circuit to cause abnormalities in equipment such as abnormal voltage. Detection is performed by a detection circuit, and by this detection, the resistor is energized to generate heat, and the generated heat is used to cut off the fusible alloy piece, thereby interrupting energization of the device. Further, the melting point of the fusible alloy piece can be set to the allowable temperature of the device, and when the device reaches the allowable temperature, the fusible alloy piece can be melted and used to prevent abnormal heat generation of the device and thus fire.
[0003]
FIG. 7 (a) is a drawing showing an example of a conventional thermal fuse with a resistor, and FIG. 7 (b) is a cross-sectional view of FIG. 7 (b).
In FIG. 7, 1 'is an insulating substrate such as a ceramic substrate, and 20' to 23 'are electrodes provided on the insulating substrate by printing and baking a conductive paste. Reference numeral 4 'denotes a fusible alloy piece connected by welding or the like between the first electrode 21' and the second electrode 22 ', and is also joined to the intermediate electrode 20'. Reference numeral 3 'denotes a film resistor connected between the third electrode 23' and the intermediate electrode 20 ', which is provided by printing and baking of a resistance paste. Reference numeral 5 ′ denotes an overcoat for the film resistor 3 ′, which is provided by printing and baking a glass paste, and is generally an outer layer that is approximately 300 μm to 1000 μm larger than the outer layer of the film resistor 3 ′. 6 'is a flux applied to the soluble alloy piece. Reference numeral 8 'denotes an insulating cover.
[0004]
In order to manufacture the above temperature fuse with a resistor, a step of contacting the electrode pattern mesh screen to print the electrode and then baking, a step of contacting the membrane resistance pattern mesh screen to print the film resistance and then baking , A step of printing the overcoat by contacting the mesh screen for overcoat and then baking, a step of setting the resistance value of the film resistance to a predetermined value by trimming as necessary before or after the overcoat printing / baking step, It is necessary to go through the steps of connecting a fusible alloy piece to the electrode and then applying flux, connecting the lead conductor to each electrode, sealing with a case cover, etc. In order to prevent the occurrence of cracks in the film, in order to prevent the film resistance from being altered by the chemical action of the flux, When it is effective to prevent changes.
[0005]
The operation mechanism of the temperature-provided thermal fuse is as follows.
That is, normally, the membrane resistance is not energized, and the fusible alloy piece is inserted between the device and the power source and energized. When an abnormal condition occurs, the membrane resistance is energized and heated, and this generated heat melts the fusible alloy piece, and the molten alloy is spheroidized and divided by wetting and spreading to the electrode in the presence of the already melted flux. The non-return cut-off is terminated by cooling and solidifying the divided alloy.
In addition, if the melting point of the fusible alloy piece is set to the allowable temperature of the device, the fusible alloy piece is melted when the device reaches the allowable temperature, and the molten alloy is transferred to the electrode in the presence of the molten flux. The spheroidization is divided by the spread of wetting, the energization to the equipment is cut off by this division, the equipment temperature is lowered, and the non-returning cutoff is terminated by the cooling and solidification of the cutting alloy.
In the thermal fuse with a resistor shown in FIG. 7, the intermediate electrode 20 ′ is also involved in the division of the fusible alloy piece 4. The larger the area S of the intermediate electrode 20 ′ where the overcoat end 51 e ′ is not applied, the larger the spheroidized division. Can be promoted.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The overcoating protrusion margin with respect to the membrane resistance edge requires a certain distance or more in order to protect the above-described membrane resistance, and requires a seal margin of at least 300 μm.
However, in FIG. 7, the effective area where the soluble alloy piece can spread out on the intermediate electrode toward the membrane resistance side is proportional to the distance from the soluble alloy piece 4 ′ to the overcoat end 51e ′. In addition, the effective electrode area with respect to wetting and spreading is reduced by a distance corresponding to the seal allowance at one end of the overcoat, and the cutting performance is deteriorated accordingly.
In the thermal fuse with a resistor, the applicant first printed and baked the film resistance, and then printed and baked the intermediate electrode so that one end of the intermediate electrode covered one end of the film resistor, and then overcoated. Has already been proposed (see Patent Document 1). In this manufacturing process, the electrode screen mesh screen is brought into contact with the electrode to be printed, and then the film resistance pattern mesh screen is printed. It is only explained that the process of printing the film resistance by contacting the film and then baking the film alternately is performed, and the distance from one end of the overcoat to the soluble alloy piece does not change, and the soluble alloy piece is divided. The performance problem remains unresolved.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-10-125514
[0008]
The object of the present invention is to ensure that the splitting performance of the fusible alloy piece is well guaranteed even in the case where the outer diameter of the fusible alloy piece is relatively large with respect to the intermediate electrode in the thermal fuse with a resistor. There is to do.
[0009]
[Means for solving the problems]
The protection element according to claim 1 has a heating element, a soluble alloy piece, and an intermediate electrode on one side of the substrate, one end of the heating element is connected to one end of the intermediate electrode, Intermediate electrode at a distancePredeterminedThis is a protective element in which a fusible alloy piece is bonded to the site and an overcoat is applied on the heating element, with one end of the intermediate electrode covering one end of the heating element, and one end of the overcoat covering the end of the intermediate electrode Covering the intermediate electrodePredeterminedDistance L from the part to one end of the overcoat₁But the intermediate electrodePredeterminedDistance L from the part to one end of the heating element₂On the other hand, L₁> L₂It is characterized by being −300 μm.
[0010]
The protective element according to claim 2 is L₁≧ L₂The protective element according to claim 1, wherein the protective element according to claim 3 has a covering distance L3 of one end portion of the overcoat with respect to one end portion of the intermediate electrode of 0.6 mm or less. The protective element according to claim 1 or 2, wherein
[0011]
The protection element according to claim 4 has a heating element, a soluble alloy piece, and an intermediate electrode on one side of the substrate, and one end portion of the heating element is connected to one end portion of the intermediate electrode. Intermediate electrode at a distancePredeterminedThis is a protective element in which a fusible alloy piece is bonded to the part, and an overcoat is applied on the heating element. One end of the heating element protrudes from one end of the overcoat, and one end of the intermediate electrode protrudesAboveIt is characterized by covering one end of the heating element and one end of the overcoat.
[0012]
The protective element according to claim 5 is characterized in that the overcoat extends along at least a part of an electrode edge of a portion where an electrode connected to a heating element and another electrode face each other. It is a protection element in any one of Claims 1-4.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1A is a drawing showing an embodiment of a protection element according to claim 1, and FIG. 1B is a cross-sectional view of FIG.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a heat-resistant insulating substrate such as a ceramic substrate. Reference numerals 21 and 22 denote a first electrode and a second electrode provided by printing and baking a conductive paste, and are provided with lead conductor attachment portions 210 and 220. Similarly, reference numerals 23 and 20 denote a third electrode and an intermediate electrode, and reference numeral 230 denotes a lead conductor attachment portion of the third electrode 23. Reference numeral 3 denotes a membrane resistor. As shown in FIG. 1B, one end 31 of the membrane resistor 3 is covered with one end 201 of the intermediate electrode 20, and the other end 32 of the membrane resistor 3 is covered with the third electrode 23. Covered with one end 232. Reference numeral 4 denotes a fusible alloy piece, which is connected between the first electrode 21 and the second electrode 22 by welding or the like and is joined to the intermediate electrode 20 by welding or the like. 5 is an overcoat for the membrane resistance 3, and the distance L from the membrane resistance one end 31e to the fusible alloy piece 4₂, The distance L from the overcoat end 51e to the fusible alloy piece 4₁The
[Expression 1]
L₁> L₂-300μm
It is as. 6 is a flux applied to the soluble alloy piece 4. Reference numerals 71 to 73 are lead conductors connected to the respective lead conductor attachment portions 210 to 230 of the first electrode 21 to the third electrode 23 by welding or the like, and it is preferable to use spot resistance welding for welding.
Reference numeral 8 denotes an insulating covering, for example, a structure in which a sealant such as an epoxy resin is applied, or a structure in which a protective plate 85 is fixed on the sealant layer 84 as shown in FIG. 2 (B), the cover 81 is placed on the substrate 1, the lead conductors 71 (72, 73) are drawn from the lead conductor lead-out holes 821 of the frame 82, and sealed with an adhesive 83. can do.
[0014]
In the embodiment shown in FIG. 1, the dimensions and arrangement of the first to third electrodes, the membrane resistance, and the soluble alloy piece are the same as those in the conventional example of FIG. 7, and the distance from the soluble alloy piece 4 to one end of the membrane resistance 31e. L₂Are equal, only the dimensions of the overcoat 5 are different. Thus, in the conventional example shown in FIG. 7, since the protruding distance of the overcoat end 51e ′ from the film resistance end 31e ′ is 300 μm or more, the distance from the overcoat end 51e ′ to the soluble alloy piece 4 ′ is increased. Distance L₁Is at most
[Expression 2]
L₁= L₂-300μm
It is.
On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 1, the distance L from the overcoat end 51 e to the fusible alloy piece 4.₁L₁> L₂Since it is set to −300 μm, the distance from one end of the overcoat to the soluble alloy piece can be made longer than in the conventional example. Therefore, in the embodiment, as compared with the conventional example, the effective electrode area for the molten alloy in the intermediate electrode to wet and spread toward the film resistance side can be widened, and the spheroidizing and cutting performance of the soluble alloy piece can be improved.
[0015]
In claim 1, the distance L from the overcoat end 51e to the fusible alloy piece 4₁Is the distance (reference distance) L from the fusible alloy piece 4 to one end of the membrane resistance 31e₂Even smaller (L₁<L₂Even), L₁> L₂As described above, as long as the condition of −300 μm is satisfied, the spheroidizing performance of the fusible alloy piece 4 can be improved as compared with the conventional example.
[Equation 3]
L₁≧ L₂
If this is the case, the effective distance L for the molten alloy in the intermediate electrode against wetting and spreading toward the membrane resistance side₁Can be lengthened so much, L₁≧ L₂Is desirable.
[0016]
In the embodiment shown in FIG. 1, the sealing performance of the one end portion 31 of the membrane resistor depends on the overlapping interface between the one end portion 201 of the intermediate electrode and the one end portion 51 of the overcoat, and the arrangement and dimensions of the intermediate electrode and the membrane resistor are fixed. The overlap interface distance L3 is given by the protrusion margin of the overcoat end 51e with respect to the intermediate electrode piece end 201e. If the overlap interface distance L3 is too long, the 20 molten alloy in the intermediate electrode wets and spreads toward the film resistance side. Effective distance L to₁And the effect of improving the spheroidizing performance is reduced, so that the overlap interface distance L3 is normally set to 600 μm or less.
[0017]
The protection element according to claim 1 includes: (a) a step of abutting a mesh screen of a membrane resistance pattern to print a membrane resistance and then baking; (b) abutment of a mesh screen of an electrode pattern to print an electrode. (C) A step of printing the overcoat by abutting the mesh screen for overcoat and then baking, (d) Trimming of the film resistance by trimming as necessary before or after printing or baking of the overcoat. A step of setting the resistance value to a predetermined value, (e) a step of connecting a fusible alloy piece between the first and second electrodes, and then applying a flux; (f) spot welding of the lead conductor to the first to third electrodes. The process of connecting, (g) The process of sealing with the case cover proceeds in the order of the processes, and it takes time to connect the lead conductors, and there is a possibility that the fusible alloy pieces may be thermally affected, for example If soldering is used, it is safe to connect the lead conductor to the first to third electrodes before connecting the fusible alloy pieces to the first and second electrodes and then applying the flux. is there.
[0018]
According to the protection element of the present invention, a sign for an abnormality of the device is detected, and the membrane resistance is energized and heated in accordance with this detection, and the energization to the device is interrupted by fusing the soluble alloy piece with the generated heat. This energization cut off also cuts off the energization to the membrane resistance. For example, when a lithium ion secondary battery is charged, an increase in voltage that occurs during overcharging is detected. Along with this detection, the membrane resistance is energized to generate heat, and the generated alloy piece is melted to charge the secondary battery. Can be disconnected from the vessel.
[0019]
FIG. 3 shows a protection circuit for a secondary battery using the temperature fuse with resistor of the above embodiment.
In FIG. 3, S is a charger, and A is a lithium ion secondary battery. B denotes a detection operation circuit unit, in which a Zener diode D is connected to the base of the transistor Tr via a resistor R, an emitter is grounded, and a positive side of the Zener diode D is connected to a high voltage side of the circuit. C represents the protective element of the above embodiment, in which the first electrode 21 and the second electrode 22 are connected between the charger S and the secondary battery A, and the third electrode 23 is connected to the collector of the transistor Tr. .
The breakdown voltage of the Zener diode D is set low with respect to the voltage rise that occurs when the secondary battery is overcharged. When the voltage rises due to overcharge, a base current flows through the transistor Tr and a large collector current flows, causing the film to flow. The resistor 3 generates heat, and the generated heat is transmitted to the fusible alloy piece 4 through the intermediate electrode 20, the fusible alloy piece 4 is melted, and the molten alloy 4 receives the active action of the already melted flux while the intermediate electrode 20 and The first electrode 21 and the second electrode 22 on both sides thereof are wetted and spread, and are divided between the intermediate electrode 20 and the first electrode 21 and between the intermediate electrode 20 and the second electrode 22, and the membrane resistance 3 is removed from the battery. Blocked.
In the protection element according to the present invention, the melting point of the fusible alloy piece is selected as a device, for example, the protection temperature of the secondary battery (desired temperature at 80 ° C. to 120 ° C.), and the protection device is substantially at the device temperature. If the device is installed in thermal contact with the device so that the temperature can be raised, the device can be de-energized at the protection temperature, and the device can be prevented from overheating and thus causing a fire when the temperature exceeds the protection temperature.
[0020]
After the operation of the protective element described above, the electrodes electrically connected by the fusible alloy pieces before the operation are electrically disconnected, and the circuit voltage acts between the electrodes, resulting in a short distance between the electrodes. In some places, re-conduction due to a flashover may occur. In order to prevent this re-conduction, as shown in FIG. 4, at least a portion where the intermediate electrode 20 or the third electrode 23 connected to the membrane resistance and the other electrode (first electrode or second electrode) face each other An extension portion 511, 512 or 513 of the overcoat 5 can be formed along a part of the edge portion of the electrode, and insulation reinforcement can be performed so as to prevent the flashing.
[0021]
5 (a) is a drawing showing an embodiment of a protection element according to claim 4, and FIG. 5 (b) is a drawing showing a cross section of FIG. 5 (b).
In FIG. 5, reference numeral 1 denotes a heat-resistant insulating substrate such as a ceramic substrate. Reference numeral 3 denotes a film resistance provided on the insulating substrate, which is provided by printing and baking of a resistance paste as described above. Reference numeral 5 denotes an overcoat for the membrane resistor 3, and one end 31 of the membrane resistor 3 is projected from the overcoat one end 51e by a predetermined distance a, and the other end 32 of the membrane resistor 3 is projected from the overcoat other end 52e by a predetermined distance. Only b is projected. Reference numeral 21 denotes a first electrode, 22 denotes a second electrode, 20 denotes an intermediate electrode, and 23 denotes a third electrode, which are provided by printing and baking a conductive paste as described above. Among these electrodes, the third electrode is electrically connected to the membrane resistor 3 by being brought into contact with the protrusion b. One end (membrane resistance side end) 201 of the intermediate electrode 20 is positioned so as to exceed the one end 51e of the overcoat 5, and the intermediate electrode 20 contacts the film resistor 3 at the protrusion margin a of the film resistor one end 31. Have been electrically connected.
4 is a fusible alloy piece, which is connected between the first electrode 21 and the second electrode 22 by welding or the like, and the intermediate portion is joined to the intermediate electrode 20 by welding or the like. 6 is a flux applied to the soluble alloy piece 4. Reference numerals 71, 72 and 73 are lead conductors connected to the lead conductor mounting portion 210 of the first electrode 21, the lead conductor mounting portion 220 of the second electrode 22, and the lead conductor mounting portion 230 of the third electrode 23 by welding or the like. It is preferable to use spot resistance welding for welding.
Reference numeral 8 denotes an insulating covering, and a structure in which the cover is adhered to the substrate with an adhesive in the surrounding frame as in FIGS. 2A and 2B described above, or a structure in which a sealing agent such as an epoxy resin is applied. Alternatively, the protective plate can be fixed on the sealant layer.
[0022]
FIG. 6 shows the cross section of the protection element shown in FIG. 5B in comparison with the cross section of the conventional example shown in FIG.
In FIG. 6, the positions 31e and 31e 'at one end of the membrane resistor are the same, and the distance L from the fusible alloy pieces 4 and 4' to this position.₂Are the same dimensions. The contact margin a between the one end portion 31 (31 ') of the membrane resistor and the one end portion 201 (201') of the intermediate electrode is made the same, and the contact electric resistance therebetween is made equal.
In the conventional protective element shown in FIG. 7, as described above, the overcoat end 51e ′ protrudes at least 300 μm from the film resistance end 31e ′, so that it is effective for spreading the molten soluble alloy toward the film resistance side. Distance at most L₂-300 μm. On the other hand, in the thermal fuse with a resistor according to claim 4, one end portion 201 of the intermediate electrode 20 is positioned beyond the overcoat end 51e, and the wet and spread of the melted soluble alloy toward the film resistance side The effective distance L of a conventional thermal fuse with a resistor is₂Can be larger than −300 μm.
Therefore, according to the protection element according to claim 4, it is possible to guarantee the spheroidizing performance of the fusible alloy piece superior to the conventional example.
[0023]
The protection element according to claim 4 is manufactured by (a) a step of abutting a mesh screen of a membrane resistance pattern to print a membrane resistance and baking it, and (b) abutment of an overcoat mesh screen to print an overcoat. (C) a step of printing the electrode by contacting the mesh screen of the electrode pattern and then baking it; (d) a step of setting the resistance value of the film resistance to a predetermined value by trimming, if necessary; e) a step of connecting a soluble alloy piece to the first and second electrodes and then applying a flux; (f) a step of connecting a lead conductor to the first to third electrodes by spot welding; and (g) sealing with a case cover. In the case of using soldering, which requires time to connect the lead conductors and may have a negative effect on the fusible alloy pieces, such as soldering, The step of connecting over de conductor, it is safe to connect the fusible alloy piece to the electrode and then with the previous step of applying a flux.
[0024]
The usage pattern of the protection element according to claim 4 is the same as the usage pattern of the protection element according to claim 1 described above.
In any of the above-described embodiments, if the cross-sectional area of the lead conductor 73 of the third electrode 23 is reduced, the heat conduction outflow of the heat generated by the conduction of the film resistor 3 through the lead conductor 73 is suppressed, and the membrane resistance 3 Since the heat generation speed can be increased and the operation speed of the protective element can be further increased, the cross-sectional area of the lead conductor connected to the third electrode can be changed to other lead conductors (lead conductors connected to the first electrode and the second electrode). In contrast, it is preferably about 0.8 to 0.5 times. In this case, if the cross-sections of all the lead conductors are made square with the same height and the cross-sectional area is reduced by narrowing the width, the heights of all the lead conductors can be made equal, and an insulating plate or insulating case for the cover can be mounted. When placed, it can be horizontal without tilting, and all lead conductors can be easily manufactured from a punched lead frame.
[0025]
In any of the above embodiments, the lead conductor is provided. However, the first to third electrodes can be turned to the back side of the substrate through the side surface of the substrate to be a chip type.
[0026]
In the present invention, the overcoat material is an insulator and is not limited to a glass coat, and a synthetic resin coat such as an epoxy resin coat can also be used.
In the present invention, the electrode material is not only a fired type comprising a mixture of conductive particles, glass frit and an organic solvent, but also a thermosetting type comprising a mixture of conductive particles, a thermosetting resin (for example, epoxy resin) and a solvent. As the conductive particles, metal particles such as silver, palladium, gold, and copper, carbon, and the like can be used.
In the present invention, the film resistance material is not only a baking type composed of a mixture of resistance particles, glass frit and an organic solvent, but also a thermosetting type composed of a mixture of resistance particles, a thermosetting resin (for example, epoxy resin) and a solvent. It is also possible to use metal oxide particles such as ruthenium oxide particles as resistance particles. In addition, it is possible to use a Ti—Si resistance paste.
In the present invention, the insulating substrate can be used without particular limitation as long as it is insulative and has heat resistance capable of withstanding the formation of electrodes and film resistance, such as a ceramic plate such as an alumina ceramic plate, a heat resistant plastic plate, A glass fiber reinforced plastic plate, a metal plate having an insulating film on the surface, or the like can be used.
[0027]
The present invention has a heating element, a fusible alloy piece, and an intermediate electrode on one side of a substrate, one end of the heating element is connected to one end of the intermediate electrode, and an intermediate portion separated from the one end of the heating element by a predetermined distance. Any protective element in which a fusible alloy piece is bonded to the electrode part and an overcoat is applied on the heating element can be applied without being limited by the number of heating elements or the number of electrodes.
[0028]
The vertical x horizontal dimension of the insulating substrate of the temperature fuse with resistor according to the present invention is normally (4.0 to 10.0) mm x (4.0 to 10.0) mm. The arrangement pattern and dimensions of the electrodes and film resistors are set according to the rated current and the rated voltage.
A conventional thermal fuse with a resistor whose rating is 10 A × 50 V and the arrangement pattern of the membrane resistance, electrode, overcoat, and soluble alloy piece is as shown in FIG. 7 has a vertical x horizontal dimension of 6 on the insulating substrate. 0.0 mm x 6.0 mm, vertical x horizontal dimension of membrane resistance 1.8 mm x 1.0 mm, vertical x horizontal dimension of intermediate electrode 1.7 mm x 1.2 mm, overcoat vertical x horizontal dimension 2.4 mm × 1.6 mm, soluble alloy piece operating temperature 135 ° C., specific resistance 15 μΩcm, alloy composition Sn 46.5% -Pb 29.8% -Cd 16.7% -In 7%, outer diameter 500 μmφ, one end of overcoat The effective distance from the molten alloy piece to approximately 500 μm.
However, the alloy composition contains metallic elements harmful to living systems such as Cd and Pb, and there is a problem in environmental conservation. Therefore, when the alloy composition is changed to Bi52% -Sn46% -In2%, which does not contain Cd or Pb, and the operating temperature is the same as described above, the specific resistance is 34 μΩcm and the Sn—Pb—Cd—In alloy composition It is necessary to make the outer diameter of the soluble alloy piece 1.5 times (√34 / √15) under the same rating, and the effective distance of 500 μm is that of the soluble alloy piece. It is shortened by the increase in the outer diameter, and the wet area of the molten alloy in the intermediate electrode is decreased, so that the performance of the operation becomes remarkable.
On the other hand, in the thermal fuse with a resistor according to the present invention, as will be apparent from the examples to be described later, compared to the conventional product, the effective wettability distance of the molten alloy in the intermediate electrode can be increased by 300 μm or more, that is, 60 μm or more. Therefore, even if the cadmium-free and lead-free alloys that are adaptable to the environment are used for the alloy composition, a sufficient effective wet area can be secured, and good operating performance can be guaranteed.
[0029]
【Example】
Evaluation of operation performance is based on a reference temperature fuse (with the membrane resistance omitted from the examples and comparative examples, and the length of the intermediate electrode is 2.8 mm, and the area of the intermediate electrode is extremely wide compared to the examples and comparative examples. In addition, the wettability of the fusible alloy at the intermediate electrode was maximized, and the other points were the same as in the examples and comparative examples.
With respect to the operating temperature, the number of samples was 50, and the oil was immersed in an oil bath at a heating rate of 1 ° C./min while energizing a current of 0.1 ampere. The temperature was taken as the operating temperature.
[0030]
[Example 1]
1. The configuration shown in FIG. 1 is that the insulating substrate 1 is made of an alumina ceramic plate having a length × width × thickness of 6.0 mm × 6.0 mm × 0.64 mm, the membrane resistance 3 is set to a length × width × 1.8 mm × 1.0mm is formed by printing and baking a ruthenium oxide resistance paste, and electrodes 20 to 23 are formed by printing and baking a silver conductive paste, and the first electrode (excluding the lead conductor mounting portion) 21 vertical x horizontal The dimensions are 1.7 mm x 0.6 mm, the vertical x horizontal dimension of the second electrode (excluding the lead conductor mounting portion) 22 is 1.7 mm x 0.6 mm, and the vertical x horizontal dimension of the intermediate electrode 20 is 1.7 mm. × 1.2 mm, the overlap margin between the intermediate electrode one end 201 and the membrane resistance one end 31 is 300 μm, the distance between the first electrode 21 and the intermediate electrode 20 is 0.5 mm, and the second electrode 22 and the intermediate electrode 20 Set the interval to 0. And mm, provided an overcoat 5 by printing and baking glass paste and overcoat end 51e and membrane resistance end 31e as a substantially same position. The meltable alloy piece 4 has an alloy composition of Sn 48%, In 2%, balance Bi with a specific resistance of 34 μΩ · cm, an outer diameter of 750 μm, a length of 3.4 mm (resistance value 0.0026Ω), and is overcoated. The fusible alloy piece 4 was disposed at a position where the distance from the end 51 e to the center line of the fusible alloy piece 4 was 900 μm and welded to the first electrode 21, the second electrode 22 and the intermediate electrode 20. For flux 6, a composition comprising 80 parts by weight of rosin, 20 parts by weight of stearic acid, and 1 part by weight of diethylamine hydrobromide was used. All the lead conductors used were copper wires having a cross section of 1.0 mm × 0.3 mm, and the insulating covering 8 was provided by coating with an epoxy resin.
The operating temperature was measured and found to be 135 ± 1 ° C.
[0031]
[Comparative Example 1]
Example 1 except that the overlap margin between the intermediate electrode piece end portion 201 ′ and the membrane resistance one end portion 31 ′ is 300 μm and the seal margin of the overcoat 5 ′ with respect to the membrane resistor one end portion 31 ′ is 300 μm. And the same.
The operating temperature was measured and found to be 141 ± 3 ° C.
A reference temperature fuse was created and its operating temperature was measured and found to be 134 ± 1 ° C.
[0032]
In Example 1, compared with Comparative Example 1, the effective wet distance of the soluble alloy in the intermediate electrode is 300 μm longer, and the effective wet distance (of the intermediate electrode portion not covered by the overcoat between the soluble alloy piece and the overcoat) Even if the distance) varies depending on the outer diameter of the fusible alloy piece, it is about 500 μm, so that the effective wet distance is about 130% longer in Example 1 than in Comparative Example 1.
In the reference temperature fuse, since the area of the intermediate electrode is sufficiently wide, the wet spread of the molten alloy can be substantially maximized. In the first embodiment, the operation temperature is substantially equal to the operation temperature of the reference temperature fuse. Since it is the same, the wet spread of the molten alloy at the intermediate electrode is almost the same as that of the reference temperature fuse, and it can be evaluated that the operation performance is excellent.
However, in Comparative Example 1, it is recognized that the division of the molten alloy was delayed and the oil temperature increased during that time, and it was clear that the effective wet area of the intermediate electrode was insufficient.
[0033]
[Example 2]
5, the insulating substrate 1 is made of an alumina ceramic plate having a length × width × thickness of 6.0 mm × 6.0 mm × 0.64 mm, and the membrane resistance 3 is set to a length × width of 1.8 mm × Formed by printing and baking ruthenium oxide resistance paste to 1.0 mm, and by overprinting and baking glass paste, overcoat 5 has a protrusion margin a of film resistance one end 31 from overcoat end 51e to 300 μm, overcoat etc. The protrusion b of the film resistor other end portion 32 from the end 52e is provided to be 300 μm. The electrode is formed by printing and baking a silver-based conductive paste, and the first electrode (excluding the lead conductor mounting portion) 21 has a vertical x horizontal dimension of 1.7 mm x 0.6 mm, and the second electrode (lead conductor mounting portion is Excluding) 22 vertical x horizontal dimensions of 1.7 mm x 0.6 mm, intermediate electrode 20 vertical x horizontal dimensions of 2.0 mm x 1.2 mm, and overlap of intermediate electrode one end 201 and one end of membrane resistance 31 The margin a is 300 μm, the distance between the first electrode 21 and the intermediate electrode 20 is 0.5 mm, the distance between the second electrode 22 and the intermediate electrode 20 is 0.5 mm, and the gap between the membrane resistance one end 31e and the intermediate electrode piece 201e The distance was set to 600 μm. As in Example 1, the fusible alloy piece 4 has an alloy composition of Sn 48%, In 2%, balance Bi with a specific resistance of 34 μΩ · cm and an outer diameter of 750 μm and a length of 3.4 mm (resistance value 0.0026Ω). The soluble alloy piece 4 is disposed at a position where the distance from the membrane resistance one end 31 e to the center line of the soluble alloy piece 4 is 900 μm, and is welded to the first electrode 21, the second electrode 22 and the intermediate electrode 20. did. The flux 6, the lead conductors 71 to 73, and the insulating cover 8 were the same as in Example 1.
In Example 2, the effective wet distance of the soluble alloy in the intermediate electrode is approximately 900 μm longer than in Comparative Example 1, and in Example 2, the effective wet distance is approximately 400% longer than in Comparative Example 1.
The operating temperature was measured and found to be 134 ± 1 ° C.
[0034]
In Example 2, since the operating temperature is the same as the operating temperature of the reference temperature fuse, wetting and spreading of the molten alloy at the intermediate electrode occurs substantially the same as that of the reference temperature fuse and has excellent operating performance.
[0035]
Example 3
Same as Example 1 except that the alloy composition of Sn 53%, In 2% and the balance Bi of specific resistance 31 μΩ · cm is used for the fusible alloy piece, and the outer diameter is 720 μm in order to make the resistance value equal to that of Example 1. It was. The operating temperature was measured and found to be 143 ± 2 ° C.
[0036]
[Comparative Example 2]
Comparative Example 1 except that the alloy composition of Sn 53%, In 2% and the balance Bi with a specific resistance of 31 μΩ · cm was used for the fusible alloy piece and the outer diameter was 720 μm in order to make the resistance value equal to that of Example 3. Same as above. The operating temperature was measured and found to be 147 ± 2 ° C.
A reference temperature fuse was prepared by using an alloy composition of Sn 53%, In 2%, and the remaining Bi having a specific resistance of 31 μΩ · cm for the fusible alloy piece, and its operating temperature was measured to be 143 ± 2 ° C.
In Example 3, since the operating temperature is the same as the operating temperature of the reference temperature fuse, the wetting and spreading of the molten alloy at the intermediate electrode is similar to that of the reference temperature fuse, and has excellent operating performance.
However, in Comparative Example 2, similarly to Comparative Example 1, it is recognized that the division of the molten alloy was delayed and the oil temperature increased during that time, and it was clear that the effective wet area of the intermediate electrode was insufficient.
[0037]
【The invention's effect】
According to claim 1, the substrate has a membrane resistance and soluble alloy piece and an intermediate electrode on one side of the substrate, one end of the membrane resistance is connected to one end of the intermediate electrode, and a predetermined distance from the one end of the membrane resistance is set. In a thermal fuse with a resistor, in which a fusible alloy piece is bonded to the separated intermediate electrode portion and overcoated on the film resistance, the intermediate electrode is printed and baked on the conventional thermal fuse with a resistor shown in FIG. By simply switching the process and the process of printing and baking film resistance, and adjusting the overcoat printing dimensions so as to widen the distance between one end of the overcoat and the soluble alloy piece, It is possible to provide a temperature fuse with a resistor that can increase the wet effective distance and can guarantee good operation performance even when the outer diameter of the fusible alloy piece is relatively large with respect to the intermediate electrode.
[0038]
The thermal fuse with a resistor according to claim 4 has a film resistance and a soluble alloy piece and an intermediate electrode on one side of the substrate, one end of the film resistance is connected to one end of the intermediate electrode, and one end of the film resistance A fusible alloy piece is bonded to the intermediate electrode part at a predetermined distance from the film, an overcoat is applied on the film resistance, one end of the film resistance protrudes from one end of the overcoat, and the end of the intermediate electrode piece protrudes from the film resistance Since one end part and one end part of the overcoat are covered, the effective distance of wetting with respect to the molten alloy at the intermediate electrode can be increased by increasing the dimension that the end part of the intermediate electrode covers the one end part of the overcoat. It is possible to provide a thermal fuse with a resistor that can guarantee good operation performance even when the diameter is relatively large with respect to the intermediate electrode.
[0039]
According to the fifth aspect, it is possible to insulate and reinforce the voltage acting between the electrodes when the fusible alloy piece is divided, to prevent re-conduction after the division, and to ensure stable interruption.
[0040]
According to the present invention, under the same fuse dimensions, the effective wetting distance of the intermediate electrode can be increased to improve the operating characteristics. Therefore, the intermediate electrode dimensions can be reduced to ensure the same operating performance. It is also possible to reduce the size.
[Brief description of the drawings]
1 is a drawing showing a protection element according to claim 1;
FIG. 2 is a drawing showing different examples of the insulating covering of the protective element according to the present invention.
FIG. 3 is a drawing showing an example of a usage state of a protection element according to the present invention.
FIG. 4 is a drawing showing a protection element according to claim 5;
FIG. 5 is a drawing showing a protective element according to claim 5;
FIG. 6 is a drawing used for comparison between a protection element according to claim 5 and a conventional example.
FIG. 7 is a view showing a conventional protection element.
[Explanation of symbols]
1 Insulating substrate
20 Intermediate electrode
3 Membrane resistance
31 One end of membrane resistance
31e One end of membrane resistance
4 soluble alloy pieces
5 Overcoat
51 One end of overcoat
51e One end of overcoat
6 Flux
8 Insulation cover

Claims

A predetermined portion of the intermediate electrode having a heating element, a soluble alloy piece and an intermediate electrode on one side of the substrate, one end of the heating element being connected to one end of the intermediate electrode, and a predetermined distance from the one end of the heating element Is a protective element in which a fusible alloy piece is bonded to the heating element and overcoated on the heating element, with one end of the intermediate electrode covering one end of the heating element and one end of the overcoat covering the end of the intermediate electrode. the distance L ₁ from the predetermined portion of the intermediate electrode to the overcoat end, with respect to the distance L ₂ to the heating element end from a given portion of the intermediate electrode, that it is the L _1> L ₂ -300Myuemu A protective element characterized.

The protective element according to claim 1, wherein L ₁ ≧ L ₂ is satisfied.

The protective element according to claim 1 or 2, wherein a covering distance L3 of one end portion of the overcoat with respect to one end portion of the intermediate electrode is 0.6 mm or less.

A predetermined portion of the intermediate electrode having a heating element, a fusible alloy piece and an intermediate electrode on one side of the substrate, one end of the heating element being connected to one end of the intermediate electrode, and a predetermined distance from the one end of the heating element the fusible alloy piece is joined, a protection element overcoat is applied onto the heating element, the heating element end protrudes from the overcoat end, the heating element end and over an intermediate electrode piece end has issued butt A protective element covering one end of the coat.

5. The overcoat is extended along at least a part of an electrode edge of a portion where the electrode connected to the heating element and another electrode face each other. 6. Protection element.