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KR101088256B1 - 온도 퓨즈용 소자, 온도 퓨즈 및 이를 사용한 전지 - Google Patents

온도 퓨즈용 소자, 온도 퓨즈 및 이를 사용한 전지 Download PDF

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KR101088256B1
KR101088256B1 KR1020057022801A KR20057022801A KR101088256B1 KR 101088256 B1 KR101088256 B1 KR 101088256B1 KR 1020057022801 A KR1020057022801 A KR 1020057022801A KR 20057022801 A KR20057022801 A KR 20057022801A KR 101088256 B1 KR101088256 B1 KR 101088256B1
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South Korea
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thermal fuse
insulating film
soluble alloy
soluble
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KR1020057022801A
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겐지 센다
다카히로 무카이
마사토시 이자키
Original Assignee
파나소닉 주식회사
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Publication date
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Abstract

온도 퓨즈는 한 쌍의 금속 단자를 부착한 제 1 절연 필름, 이 제 1 절연 필름의 상방에 위치하여 한 쌍의 금속 단자의 선단부 사이에 접속된 가용 합금, 및 이 가용 합금의 상방에 위치하고, 제 1 절연 필름과의 사이에 공간을 형성하도록 제 1 절연 필름에 부착되는 제 2 절연 필름을 구비하며, 가용 합금은 Bi 0.5 내지 15중량%, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성된다.

Description

온도 퓨즈용 소자, 온도 퓨즈 및 이를 사용한 전지{TEMPERATURE FUSE ELEMENT, TEMPERATURE FUSE AND BATTERY USING THE SAME}
본 발명은 온도 퓨즈용 소자, 온도 퓨즈 및 이를 사용한 전지에 관한 것이다.
최근, 전자 기기에 사용되고 있는 Cd 및 Pb가 자연 환경으로 용출되는 것이 문제가 되어, 전자 기기에 대해 Cd 무함유 및 Pb 무함유의 요구가 높아지고 있다. 이 때문에, 전자 기기를 보호하기 위해 사용되는 온도 퓨즈에 있어서도, Pb 및 Cd를 포함하지 않을 것이 요구되고 있다.
특히, 휴대전화 등의 전원에 사용하는 팩 전지에서는, 스폿 용접을 이용하여 전지와 온도 퓨즈를 접속시켜 전지의 충방전을 제어하는 보호 회로에 있어서도 Pb 무함유 땜납을 사용하도록 되어 가고 있기 때문에, Pb 및 Cd를 포함하지 않는 온도 퓨즈가 강하게 요구되고 있다.
상기 팩 전지는 소형화에 따라 그의 열용량이 작아지기 때문에, 발열시의 승온 속도가 빨라지는 경향이 진행되고 있다. 이 때문에, 온도 퓨즈는 이상시 빨리 전류를 차단하기 위해, 동작 온도가 85 내지 108℃로 낮을 것이 요구되고 있다.
또한, 팩 전지가 예컨대 염천(炎天)하에서 사용될 경우, 주위의 온도 및 전지에 의한 발열에 의해 전지의 표면 온도가 55℃ 정도인 상태에서 사용되는 경우가 있다. 이 때문에, 온도 퓨즈는 55℃ 정도의 상태에서 장시간 사용될 경우에도 그의 기능을 확보할 것이 요구된다.
도 7은 종래의 온도 퓨즈의 단면도이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 종래의 온도 퓨즈는 양단에 개구부를 갖는 원통상의 절연 케이스(1), 절연 케이스(1) 내에 설치된 대략 원기둥상 또는 대략 각기둥상의 가용 합금(2), 가용 합금(2)의 양 단부에 한 단부가 접속되고 다른 단부가 절연 케이스(1)의 개구부로부터 절연 케이스(1) 밖으로 도출된 한 쌍의 리드 도체(3), 가용 합금(2)에 도포된 플럭스(도시안함), 및 절연 케이스(1)의 양단 개구부를 밀봉하는 밀봉체(4)를 구비한 구성으로 되어 있다.
예컨대, 85 내지 108℃에서 동작하는 온도 퓨즈에 있어서는, 가용 합금(2)은 Sn-Cd-In 공정(共晶) 합금(융점 93℃) 또는 Sn-Bi-Pb 공정 합금(융점 95℃)으로 구성되고 있었다. 또한, 이러한 종래의 온도 퓨즈로서는, 예컨대 일본 특허공개2000-90792호 공보에 개시된 합금형 온도 퓨즈가 있다.
그러나, 상기 종래의 온도 퓨즈에 있어서는, 가용 합금(2)을 Pb 또는 Cd를 함유하는 합금으로 구성하고 있기 때문에, 이 온도 퓨즈를 사용한 전자 기기가 폐기되면 Pb 또는 Cd가 자연 환경으로 용출되어 자연 환경을 해칠 가능성이 있다.
발명의 개시
본 발명의 목적은 자연 환경을 해치는 것을 억제할 수 있는 온도 퓨즈용 소자, 온도 퓨즈 및 이를 사용한 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 국면에 따른 온도 퓨즈용 소자는 소정의 온도에서 용단(溶斷)되는 온도 퓨즈용 소자로서, Sn-Bi-In-Zn 합금 및 Sn-In-Zn 합금 중 하나로 이루어진 것이다.
이 온도 퓨즈용 소자에 있어서는, Sn-Bi-In-Zn 합금 또는 Sn-In-Zn 합금으로 구성되기 때문에, 종래와 같이 온도 퓨즈용 소자 중에 Pb 및 Cd가 함유되지 않아, 자연 환경을 해치는 것을 억제할 수 있는 온도 퓨즈용 소자를 제공할 수 있다.
온도 퓨즈용 소자는 Bi 0.5 내지 15중량%, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우, 85℃ 내지 107℃까지의 임의의 동작 온도의 온도 퓨즈용 소자를 제공할 수 있다.
온도 퓨즈용 소자는 Bi 0.5 내지 15중량%, In 48 내지 55중량% 및 Zn 1.3 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성하는 것이 보다 바람직하다.
이 경우, 플럭스의 융점을 초과하는 온도에서 온도 퓨즈용 소자를 장시간 사용할 수 있음과 동시에, 배합 편차에 대한 융점의 변동이 작아져 용단 온도의 정밀도가 우수한 온도 퓨즈용 소자를 제공할 수 있다.
온도 퓨즈용 소자는 In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zn 합금으로 구성할 수도 있다.
이 경우, Sn-In-Zn 합금의 융점이 약 107℃로 되고, 또한 고상선 온도와 액상선 온도의 차이가 작아져 고체-액체 혼합의 온도 폭이 작아지기 때문에, 동작 온도의 편차가 작은 동작 온도 107℃ 전후의 온도 퓨즈용 소자를 제공할 수 있다.
온도 퓨즈용 소자는 In 48 내지 55중량% 및 Zn 1.3 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zn 합금으로 구성하는 것이 보다 바람직하다.
이 경우, 플럭스의 융점을 초과하는 온도에서 온도 퓨즈용 소자를 장시간 사용할 수 있음과 동시에, 배합 편차에 대한 융점의 변동이 작아져 용단 온도의 정밀도가 우수한 온도 퓨즈용 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 따른 온도 퓨즈용 소자는 소정의 온도에서 용단되는 가용 합금을 구비한 온도 퓨즈로서, 가용 합금은 Sn-Bi-In-Zn 합금 및 Sn-In-Zn 합금 중 하나로 구성된다.
이 온도 퓨즈용 소자에 있어서는, 가용 합금이 Sn-Bi-In-Zn 합금 또는 Sn-In-Zn 합금으로 구성되기 때문에, 종래와 같이 가용 합금 중에 Pb 및 Cd가 함유되지 않아, 자연 환경을 해치는 것을 억제할 수 있는 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
가용 합금은 Bi 0.5 내지 15중량%, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 85℃ 내지 107℃까지의 임의의 동작 온도의 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
가용 합금은 Bi 0.5 내지 15중량%, In 48 내지 55중량% 및 Zn 1.3 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성하는 것이 보다 바람직하 다.
이 경우, 플럭스의 융점을 초과하는 온도에서 온도 퓨즈를 장시간 사용할 수 있음과 동시에, 배합 편차에 대한 융점의 변동이 작아져 용단 온도의 정밀도가 우수한 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
가용 합금은 In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zn 합금으로 구성할 수도 있다.
이 경우, Sn-In-Zn 합금의 융점이 약 107℃로 되고, 또한 고상선 온도와 액상선 온도의 차이가 작아져 고체-액체 혼합의 온도 폭이 작아지기 때문에, 동작 온도의 편차가 작은 동작 온도 107℃ 전후의 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
가용 합금은 In 48 내지 55중량% 및 Zn 1.3 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zn 합금으로 구성할 수도 있다.
이 경우, 플럭스의 융점을 초과하는 온도에서 온도 퓨즈를 장시간 사용할 수 있음과 동시에, 배합 편차에 대한 융점의 변동이 작아져 용단 온도의 정밀도가 우수한 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
가용 합금에 플럭스가 도포되고, 플럭스의 융점이 60℃ 이상인 것이 바람직하다.
이 경우, 온도 퓨즈를 55℃ 정도에서 장시간 사용하더라도, 플럭스에 포함되는 활성제가 감소되는 것을 작게 할 수 있고, 그 결과 속단성(速斷性)을 장시간 확보할 수 있는 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
가용 합금에 플럭스가 도포되고, 플럭스 중에 브롬계 활성제를 첨가하는 것 이 바람직하다.
이 경우, 플럭스의 융점을 초과하는 온도에서 장시간 사용하더라도, 플럭스에 포함되는 활성제가 감소되는 것을 작게 할 수 있고, 그 결과 속단성을 장시간 확보할 수 있는 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
온도 퓨즈는 한 쌍의 금속 단자, 한 쌍의 금속 단자가 부착되는 제 1 절연 필름, 및 제 1 절연 필름과의 사이에 공간을 형성하도록 제 1 절연 필름에 부착되는 제 2 절연 필름을 추가로 구비하고, 가용 합금은 제 1 절연 필름과 제 2 절연 필름 사이에 배치되어 한 쌍의 금속 단자의 선단부 사이에 접속되는 것이 바람직하다.
이 경우, 제 1 절연 필름과 제 2 절연 필름이 가용 합금을 덮고, 가용 합금이 설치된 부분을 제외한 개소에서 제 1 절연 필름의 외주부와 제 2 절연 필름의 외주부를 밀봉에 의해 고착시킴으로써 가용 합금을 밀폐하여, 가용 합금의 열화를 방지할 수 있다.
제 1 절연 필름, 제 2 절연 필름 및 가용 합금을 구비한 온도 퓨즈 본체부의 길이를 La로 할 때, La를 2.0mm 내지 7.5mm의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 온도 퓨즈의 소형화를 도모할 수 있다.
제 1 절연 필름의 외표면으로부터 제 2 절연 필름의 외표면까지의 두께를 Lb로 할 때, Lb를 0.4mm 내지 1.5mm의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 온도 퓨즈의 박형화를 도모할 수 있다.
금속 단자의 단부에 볼록부가 형성되고, 볼록부가 제 1 절연 필름으로부터 제 2 절연 필름측으로 돌출하도록 한 쌍의 금속 단자가 제 1 절연 필름에 부착되고, 가용 합금이 볼록부에 접속되는 것이 바람직하다. 이 경우, 제 1 절연 필름에 한 쌍의 금속 단자를 정확히 부착할 수 있어 박형 온도 퓨즈를 고정밀도로 제조할 수 있다.
제 1 절연 필름 및 제 2 절연 필름으로부터 연장된 금속 단자의 단부에 볼록부가 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 금속 단자와 외부 배선을 전기 용접에 의해 접속하는 경우 볼록부에서 접속을 하면 용접 전류를 집중시킬 수 있기 때문에, 용접 강도 및 용접 위치가 안정되어 생산성을 향상시킬 수 있다.
온도 퓨즈는 개구부를 갖는 유저(有底) 통상의 절연 케이스, 절연 케이스의 개구부로부터 절연 케이스 밖으로 동일 방향이 되도록 한 단부가 도출된 한 쌍의 리드 도체, 및 절연 케이스의 개구부를 밀봉하는 밀봉체를 추가로 구비하고, 가용 합금은 절연 케이스 내에 설치되어 한 쌍의 리드 도체의 다른 단부에 접속되도록 할 수도 있다.
이 경우, 가용 합금에 다른 단부가 접속된 한 쌍의 리드 도체는 한 단부를 절연 케이스의 개구부로부터 절연 케이스 밖으로 동일 방향이 되도록 도출되어 있기 때문에, 이 온도 퓨즈를 전지 등에 부착하는 경우의 자유도를 향상시킬 수 있다.
온도 퓨즈는 양단에 개구부를 갖는 원통상의 절연 케이스, 절연 케이스의 양단 개구부로부터 절연 케이스 밖으로 한 단부가 도출된 한 쌍의 리드 도체, 및 절연 케이스의 양단 개구부를 밀봉하는 밀봉체를 추가로 구비하고, 가용 합금은 절연 케이스 내에 설치되어 한 쌍의 리드 도체의 다른 단부에 접속되도록 할 수도 있다.
이 경우, 가용 합금을 내부에 설치하는 절연 케이스는 양단에 개구부를 갖는 원통상으로 구성되어 있기 때문에, 이 온도 퓨즈를 전지 등에 부착하는 경우 그 부착에 방향성이 없어 제조시의 취급이 용이해진다.
본 발명의 또 다른 국면에 따른 전지는 전지 본체, 및 전지 본체가 이상 발열할 때 전류를 차단하도록 전기적으로 접속된 온도 퓨즈를 구비하고, 온도 퓨즈는 소정의 온도에서 용단되는 가용 합금을 구비하며, 가용 합금은 Sn-Bi-In-Zn 합금 및 Sn-In-Zn 합금 중 하나로 구성된다.
이 전지에 있어서는, 종래와 같이 온도 퓨즈의 가용 합금 중에 Pb 및 Cd가 함유되지 않아, 자연 환경을 해치는 것을 억제할 수 있는 전지를 제공할 수 있다.
도 1의 (a)는 본 발명의 제 1 실시예에서의 박형 온도 퓨즈의 평면도이고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)에서의 I-I선 단면도이며, 도 1의 (c)는 도 1의 (a)에서의 일부 절취도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 제 2 실시예에서의 박형 온도 퓨즈의 평면도이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에서의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 제 3 실시예에서의 박형 온도 퓨즈의 평면도이고, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)에서의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이며, 도 3의 (c)는 도 3의 (a)에서의 일부 절취도이다.
도 4는 본 발명에 따른 박형 온도 퓨즈를 사용한 전지의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에서의 래디얼(radial)형 온도 퓨즈의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에서의 액셜(axial)형 온도 퓨즈의 단면도이다.
도 7은 종래의 온도 퓨즈의 단면도이다.
(제 1 실시예)
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에서의 박형 온도 퓨즈의 구성을 나타내는 도면으로, 도 1의 (a)는 평면도, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)에서의 I-I선 단면도, 도 1의 (c)는 도 1의 (a)에서의 일부 절취도이다.
도 1의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 박형 온도 퓨즈는 한 쌍의 금속 단자(12), 한 쌍의 금속 단자(12)가 부착되는 제 1 절연 필름(11), 제 1 절연 필름(11)과의 사이에 공간을 형성하도록 제 1 절연 필름(11)에 부착되는 제 2 절연 필름(14), 및 제 1 절연 필름(11)과 제 2 절연 필름(14) 사이에 배치되어 한 쌍의 금속 단자(12)의 선단부 사이에 접속되는 가용 합금(13)을 구비한다.
절연 필름(11)은 단층 구조를 하는 시트상의 절연 필름이고, 제 1 절연 필름(11)보다 폭이 좁은 한 쌍의 금속 단자(12)가 제 1 절연 필름(11)에 부착된다. 가용 합금(13)은 온도 퓨즈용 소자를 구성하고, 제 1 절연 필름(11)의 상면 중앙부에서 한 쌍의 금속 단자(12)의 선단부 사이에 교설되고, 제 1 절연 필름(11)의 상방에 위치하여 한 쌍의 금속 단자(12)의 선단부 사이에 접속된다.
가용 합금(13)의 주위에는, 로진에 스테아르산 아마이드 등으로 이루어진 왁스 성분 및 활성제를 첨가한 수지로 구성되는 플럭스(도시안함)가 도포되어 있다. 제 2 절연 필름(14)은 단층 구조를 하는 시트상의 절연 필름이고, 가용 합금(13)의 상방에 위치하며, 또한 제 1 절연 필름(11)과의 사이에 내부 공간을 형성하도록 제 1 절연 필름(11)에 밀봉에 의해 부착된다.
이와 같이, 제 1 절연 필름(11)과 제 2 절연 필름(14)이 가용 합금(13)을 덮고, 가용 합금(13)이 설치된 부분을 제외한 개소에서 제 1 절연 필름(11)의 외주부와 제 2 절연 필름(14)의 외주부를 밀봉에 의해 고착시킴으로써 가용 합금(13)을 밀폐하여, 가용 합금(13)의 열화를 방지할 수 있다.
제 1 절연 필름(11) 및 제 2 절연 필름(14)의 두께는 0.15mm 이하인 것이 바람직하다. 두께가 0.15mm를 초과하면, 온도 퓨즈 자체의 두께가 두꺼워져 박형에는 맞지 않게 되기 때문이다.
제 1 절연 필름(11) 및 제 2 절연 필름(14)을 구성하는 구체적인 재료로서는, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트), ABS 수지, SAN 수지, 폴리설폰 수지, 폴리카보네이트 수지, 놀릴, 염화바이닐 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리에스터 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리아마이드 수지, PPS 수지, 폴리아세탈, 불소계 수지, 폴리에스터 중 임의의 것을 주성분으로 하는 수지(바람직하게는 열가소성 수지)를 들 수 있다.
한편, 본 실시예에 있어서는 제 1 절연 필름(11) 및 제 2 절연 필름(14)은 단층 구조로 하고 있지만, 이 예로 특별히 한정되지 않고 다른 재료의 시트를 적층하여 구성할 수도 있다. 예컨대, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)로 구성된 필름과 PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트)으로 구성된 필름을 적층하여 구성하면, 제 1 절연 필름(11) 자체 및 제 2 절연 필름(14) 자체의 강도를 상승시킬 수 있고, 이것에 의해 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 절연 필름(11) 및 제 2 절연 필름(14)을 적층 구조로 제작하는 경우에는, 상기 재료의 조합 이외에 내열성이 낮은 재료와 내열성이 높은 재료의 조합으로 하는 것도 가능하다.
제 1 절연 필름(11), 제 2 절연 필름(14) 및 가용 합금(13)을 구비한 온도 퓨즈 본체부의 길이, 즉 제 1 절연 필름(11) 및 제 2 절연 필름(14)의 장변의 길이를 La로 할 때, La가 2.0mm 미만인 경우에는, 용단 후의 절연 거리를 확보할 수 없고, 한편 La가 7.5mm를 초과하는 경우에는, 소형 전지에 박형 온도 퓨즈를 설치하는 경우 그 설치에 필요한 면적이 커지기 때문에 실용적이지 않다. 따라서, 온도 퓨즈 본체부의 길이 La는 2.0mm 내지 7.5mm인 것이 바람직하다.
또한, 제 1 절연 필름(11)의 외표면으로부터 제 2 절연 필름(14)의 외표면까지의 두께, 즉 제 1 절연 필름(11)의 하면으로부터 제 2 절연 필름(14)의 상면까지의 두께를 Lb로 할 때, Lb가 0.4mm 미만인 경우에는, 가용 합금(13)을 수납하는 공간을 확보할 수 없고, 한편 Lb가 1.5mm를 초과하는 경우에는, 박형 온도 퓨즈가 사용되는 전지가 갖는 돌기, 예컨대 전극 등의 돌기에 대해 박형 온도 퓨즈의 두께가 두꺼워지기 때문에 전지의 소형화를 저해하게 된다. 따라서, 제 1 절연 필름(11)의 하면으로부터 제 2 절연 필름(14)의 상면까지의 두께 Lb는 0.4mm 내지 1.5mm인 것이 바람직하다.
한 쌍의 금속 단자(12)는 띠상 또는 선상의 형상을 갖고, 주재료가 니켈 금속, 구리 니켈 등의 니켈 합금, 니켈 단체(單體), 또는 니켈 합금에 다른 원소를 첨가한 것 등으로 구성된다. 예컨대, 금속 단자(12)를 니켈이 98% 이상인 재료로 구성한 경우, 전기저항율이 6.8×10-8Ω·m 내지 12×10-8Ω·m로 낮아지기 때문에, 내부식성 등의 신뢰성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
금속 단자(12) 자체의 두께는 0.15mm 이하인 것이 바람직하다. 두께가 0.15mm를 초과하면, 온도 퓨즈 자체의 두께가 두꺼워져 박형에는 맞지 않게 되기 때문이다.
또한, 금속 단자(12)로서, 영률이 3×1010Pa 내지 8×1010Pa이고 인장강도가 4×108Pa 내지 6×108Pa 인 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 취급시 또는 수송시에 잘못하여 구부러져 버리는 일이 없고, 또한 단자 굽힘 가공도 용이해지며, 더구나 굽힘 가공에서 단선 등이 발생하는 것도 방지할 수 있다.
즉, 금속 단자(12)의 영률이 3×1010Pa 미만이면, 금속 단자(12)가 용이하게 굽혀지기 때문에, 굽힘 가공하면 안되는 부분(예컨대 금속 단자(12) 단부의 전기적 접속 부분)이 요철이 되기 쉽고, 이에 의해 가용 합금(13)과의 용접에 의한 전기적 접속이 곤란해진다는 문제점이 발생한다. 한편, 영률이 8×1010Pa를 초과하면, 금속 단자(12)에서 굽히고 싶은 부분이 굽히기 어려워지거나 또는 꺾여 단선된다는 문제점이 발생한다. 또한, 금속 단자(12)의 인장강도가 4×108Pa 미만이면, 굽혀지기 쉽다는 문제점이 발생하고, 한편 인장강도가 6×108Pa를 초과하면, 금속 단자(12)에서 굽히고 싶은 부분이 굽히기 어려워지거나 또는 꺾여 단선되는 문제점이 발생한다.
가용 합금(13)은 단면 원형의 선 형상으로 가공한 것을 압궤 가공함으로써, 단면 형상이 직사각형 또는 타원형을 취하는 두께 0.4mm 이하의 선 형상으로 구성하고, 이를 적당한 길이로 절단하여 제작할 수 있다. 가용 합금(13)을 선 형상으로 가공하는 방법으로서, 다이 인발 가공, 다이 압출 가공 등을 사용할 수 있다. 또한, 금속 단자(12)와 가용 합금(13)의 접속은 레이저 용접, 열 용접, 초음파 용접 등을 이용할 수 있고, 특히 레이저 용접을 이용한 경우에는 발열부를 작게 할 수 있기 때문에 가용 합금(13)의 용접부 이외를 손상시키는 일없이 접속할 수 있다.
가용 합금(13)은 Sn-In-Zn 합금 또는 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성된다. 이 경우, 동작 온도 108℃ 이하의 박형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
가용 합금(13)은 In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zn 합금으로 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, Sn-In-Zn 합금의 융점이 약 107℃로 되고, 또한 고상선 온도와 액상선 온도의 차이가 작아져 고체-액체 혼합의 온도 폭이 작아지기 때문에, 동작 온도의 편차가 작은 동작 온도 107℃ 전후의 박형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
또한, 상기 Sn-In-Zn 합금에 Bi를 가하여 Sn의 함유량을 줄이면 융점을 낮출 수 있기 때문에, Bi 0.5 내지 15중량%, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 가용 합금(13)을 구성할 수도 있다. 이 경우, 85℃ 내지 107℃까지의 임의의 동작 온도의 박형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다. 즉, Bi가 15중량%를 초과하면, 융점이 85℃ 미만으로 되고, 또한 고상선 온도와 액상선 온도의 차이가 커져 동작 온도의 편차가 커지기 때문에, 실용적인 박형 온도 퓨즈를 제공할 수 없기 때문이다.
또한, 상기 Sn-In-Zn 합금 및 Sn-Bi-In-Zn 합금에 있어서, Zn이 5.0중량%를 초과하면, 용융된 가용 합금(13)의 점성이 높아지기 때문에, 가용 합금(13)이 용융된 다음 용단될 때까지의 시간에 편차가 생기기 쉬어진다. 이 때문에, Zn의 조성비는 5.0중량% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 가용 합금(13)에 도포된 플럭스가 용융 상태인 경우, 가용 합금(13)을 구성하는 금속 중 In 및 Zn은 다른 금속에 비해 플럭스와의 반응성이 높기 때문에, 이들 금속의 배합비가 감소되어 가는 경우가 있다. 이 때문에, 플럭스의 융점을 초과하는 온도에서 온도 퓨즈를 장시간 사용하는 경우에는, 이들 금속의 배합비를 높게 설정해 놓아야 한다. 따라서, 상기 Sn-In-Zn 합금 및 Sn-Bi-In-Zn 합금에 있어서, In은 48 내지 55중량%로 하고, Zn도 마찬가지로 1.3 내지 5.0중량%로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 Sn-In-Zn 합금 및 Sn-Bi-In-Zn 합금에 있어서, Zn의 배합비가 1.3 내지 5.0중량%인 경우, Zn의 배합비에 대해 융점이 매우 안정된 것으로 되기 때문에, Zn의 배합비가 1.3 내지 5.0중량%이면, 가용 합금(13) 작성시의 배합 편차에 대한 융점의 변동이 작아져 용단 온도의 정밀도가 우수한 박형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
또한, 플럭스의 융점을 초과하는 온도에서 장시간 사용하는 것이면, 전술한 바와 같이 Zn의 배합비를 더욱 높게 설정해야 하고, 이 경우 Zn의 배합비는 2.0 내지 5.0중량%인 것이 바람직하다.
가용 합금(13)에 도포되는 플럭스는 로진에 스테아르산 아마이드 등으로 이루어진 왁스 성분 및 활성제를 첨가한 수지에 의해 구성되어 있지만, 이 플럭스는 가용 합금(13)이 용융되었을 때 플럭스 중의 로진의 작용에 의해 가용 합금(13)의 표면 장력을 촉진시켜 가용 합금(13)의 분단을 빨리 수행하도록 작용한다.
플럭스의 융점은 왁스 성분의 첨가량을 조정함으로써 50℃ 내지 120℃ 정도의 사이에서 조정할 수 있다. 플럭스는 용융 상태가 아니면 가용 합금(13)의 표면 장력을 촉진시키는 작용을 발휘할 수 없기 때문에, 왁스 성분의 첨가량에 의해 플럭스의 융점을 가용 합금(13)의 융점보다 낮아지도록 설정한다. 한편, 플럭스의 융점은 시차주사열량계(DSC)로의 측정에 있어서, 그 측정 결과의 피크로서 측정된다.
플럭스에 첨가되는 활성제로서는, 아닐린 염산염, 하이드라진 염산염, 페닐하이드라진 염산염, 테트라클로르케프탈렌, 메틸하이드라진 염산염, 메틸아민 염산염, 다이메틸아민 염산염, 에틸아민 염산염, 다이에틸아민 염산염, 뷰틸아민 염산염, 사이클로헥실아민 염산염, 다이에틸에탄올아민 염산염 등의 염소계 활성제를 사용할 수 있고, 또한 아닐린 브롬산염, 하이드라진 브롬산염, 페닐하이드라진 브롬산염, 브롬화세틸 피리딘, 메틸하이드라진 브롬산염, 메틸아민 브롬산염, 다이메틸아민 브롬산염, 에틸아민 브롬산염, 다이에틸아민 브롬산염, 뷰틸아민 브롬산염, 사이클로헥실아민 브롬산염, 다이에틸에탄올아민 브롬산염 등의 브롬계 활성제를 사용하는 것이 바람직하다.
염소계 활성제는 브롬계 활성제에 비해 In 및 Zn과의 반응성이 높아 활성제의 감소가 빠르기 때문에, 가용 합금(13)이 Sn-In-Zn 합금 또는 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성되는 경우 브롬계 활성제를 사용하면, 플럭스의 융점을 초과하는 온도에서 온도 퓨즈를 사용하더라도 활성제의 효과를 장시간 유지할 수 있다.
또한, 활성제는 로진의 활성력을 촉진시키기 위해 0.1% 내지 3% 정도 첨가되는 것이 바람직하다. 이 경우, 예컨대 1분당 1℃ 상승하는 조건에서 박형 온도 퓨즈를 용단시키면 용단 온도가 1℃ 내지 2℃ 정도 저하되어, 속단성이 우수한 박형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
또한, 플럭스가 용융 상태에 있는 경우, 활성제는 가용 합금(13) 중의 금속과 반응하여 서서히 그 양이 감소된다. 따라서, 플럭스의 융점을 60℃ 이상으로 하면, 예컨대 박형 온도 퓨즈가 전지 팩 등에 55℃ 정도에서 장시간 사용될 경우에도 플럭스 중의 활성제의 감소는 거의 없어, 속단성이 우수한 박형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
또한, 도 1의 (c)에 나타낸 바와 같이, 금속 단자(12)의 선단부의 상면에는, 가용 합금(13)에 대해 젖음성이 좋은 Sn이나 Cu 등으로 이루어진 금속층(16)이 설치되어, 금속층(16)과 가용 합금(13)이 접속되어 있다. 이 경우, 금속층(16)을 구성하는 Sn이나 Cu의 가용 합금(13)에 대한 젖음성이 금속 단자(12)를 구성하는 니켈의 젖음성보다 좋기 때문에, 용단 후의 가용 합금(13)의 금속층(16)으로의 이동이 촉진되고, 그 결과 가용 합금(13)이 빨리 분단된다.
여기서, 금속층(16) 중, 가용 합금(13)의 길이 방향에 대해 수직 방향인 측부의 면적을 S1로 하고 가용 합금(13)의 단부로부터 외측의 면적을 S2로 한 경우, 용융된 가용 합금(13)의 면적 S2 부분으로의 이동량이 클수록 빨리 분단되기 때문에, S1과 S2의 관계는 S1<S2로 설정하는 것이 바람직하고, S1<2S2로 설정하는 것이 보다 바람직하다.
금속층(16)의 재료로서는 Cu, Sn, Bi 또는 In의 금속 단체, 또는 이들의 합금을 사용할 수 있다. 또한, 금속층(16)의 재료로서 가용 합금(13)과 동일한 조성의 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 금속층(16)을 구성하는 금속이 가용 합금(13)으로 확산되어도 그 확산량은 소량이기 때문에, 가용 합금(13)의 융점 변동은 일어나지 않는다.
금속층(16)의 두께는 15㎛ 이하인 것이 바람직하다. 15㎛를 초과하면, 금속층(16)을 구성하는 금속의 가용 합금(13)으로의 확산량이 많아지기 때문에, 가용 합금(13)의 융점이 변동하여 온도 퓨즈의 동작 온도 편차의 원인이 되기 때문이다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 제 1 절연 필름(11)의 상방에 위치하여 한 쌍의 금속 단자(12)의 선단부 사이에 접속된 온도 퓨즈용 소자를 구성하는 가용 합금(13)을, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zn 합금, 또는 Bi 0.5 내지 15중량%, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성하고 있기 때문에, 종래와 같이 가용 합금 중에 Pb 및 Cd가 함유되지 않게 되고, 그 결과 자연 환경을 해치지 않는 박형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
(제 2 실시예)
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에서의 박형 온도 퓨즈의 구성을 나타내는 도면으로, 도 2의 (a)는 평면도, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에서의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다. 도 2에 나타낸 박형 온도 퓨즈와 도 1에 나타낸 박형 온도 퓨즈에서 다른 점은 한 쌍의 금속 단자(12a)를 띠상으로 구성하고, 또한 금속 단자(12a)의 일부에 볼록부(15)를 설치한 점이며, 그 밖의 점은 도 1에 나타낸 박형 온도 퓨즈와 마찬가지이기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 제 1 절연 필름(11) 및 제 2 절연 필름(14)으로부터 연장된 금속 단자(12a)의 단부에 원형상의 볼록부(15)가 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 제 1 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있음과 동시에, 한 쌍의 금속 단자(12a)와 외부 배선(도시안함)을 전기 용접에 의해 접속하는 경우 볼록부(15)에서 접속하면 용접 전류를 집중시킬 수 있기 때문에, 용접 강도 및 용접 위치가 안정되어 생산성을 향상시킬 수 있다.
(제 3 실시예)
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에서의 박형 온도 퓨즈의 구성을 나타내는 도면으로, 도 3의 (a)는 평면도, 도 3의 (b)는 도 1의 (a)에서의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도, 도 3의 (c)는 도 1의 (a)에서의 일부 절취도이다.
도 3에 나타낸 박형 온도 퓨즈와 도 1에 나타낸 박형 온도 퓨즈에서 다른 점은 도 3의 (b) 및 (c)에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 금속 단자(12b)의 각 단부의 일부가 제 1 절연 필름(11a)의 하면으로부터 상면으로 표출되도록 한 쌍의 금속 단자(12b)가 제 1 절연 필름(11a)에 부착되어 있는 점이며, 그 밖의 점은 도 1에 나타낸 박형 온도 퓨즈와 마찬가지이기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
도 3의 (b) 및 (c)에 나타낸 바와 같이, 금속 단자(12b)의 내측 단부가 대략 파형으로 구부러져 금속 단자(12b)의 단부의 일부에 볼록부(15a)가 형성되고, 제 1 절연 필름(11a)에는 볼록부(15a)를 부착하기 위한 절결부(17)가 형성되어 있다. 볼록부(15a)가 절결부(17)에 삽입됨으로써, 한 쌍의 금속 단자(12b)의 볼록부(15a)는 제 1 절연 필름(11a)으로부터 제 2 절연 필름(14)측으로 돌출하도록 제 1 절연 필름(11a)에 부착된다. 가용 합금(13)은 볼록부(15a)의 상면에 접속된다. 이렇게 하여, 온도 퓨즈용 소자를 구성하는 가용 합금(13)은 제 1 절연 필름(11a)과 제 2 절연 필름(14) 사이에 배치되어 한 쌍의 금속 단자(12b)의 선단부 사이에 접속된다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에서는, 볼록부(15a)를 절결부(17)에 계합시킴으로써 한 쌍의 금속 단자(12b)와 제 1 절연 필름(11a)의 위치 관계를 결정할 수 있기 때문에, 제 1 절연 필름(11a)에 한 쌍의 금속 단자(12b)를 정확히 부착할 수 있어 박형 온도 퓨즈를 고정밀도로 제조할 수 있다.
또한, 본 실시예의 박형 온도 퓨즈에 있어서도, 상기한 제 1 실시예의 박형 온도 퓨즈와 마찬가지로 가용 합금(13)을, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zn 합금, 또는 Bi 0.5 내지 15중량%, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성하고 있기 때문에, 종래와 같이 가용 합금 중에 Pb 및 Cd가 함유되지 않게 되고, 그 결과 자연 환경을 해치지 않는 박형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서도, 상기한 제 1 실시예와 마찬가지로 가용 합금(13)에 도포되는 플럭스의 융점을 60℃ 이상으로 하고 있기 때문에, 예컨대 온도 퓨즈가 전지 팩 등에 사용되고 55℃ 정도에서 장시간 사용될 경우에도 플럭스 중의 활성제의 감소는 거의 없어, 속단성이 우수한 박형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서도, 상기한 제 1 실시예와 마찬가지로, 도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이, 금속 단자(12b)의 선단부의 상면에, 가용 합금(13)에 대해 젖음성이 좋은 Sn이나 Cu 등으로 이루어진 금속층(16)을 설치하여, 금속층(16)과 가용 합금(13)이 접속되어 있다. 이 경우, 금속층(16)을 구성하는 Sn이나 Cu의 가용 합금(13)에 대한 젖음성이 금속 단자(12b)를 구성하는 니켈의 젖음성보다 좋기 때문에, 용단 후의 가용 합금(13)의 금속층(16)으로의 이동이 촉진되고, 그 결과 가용 합금(13)이 빨리 분단된다.
또한, 본 실시예에 있어서도, 상기한 제 1 실시예와 마찬가지로, 금속층(16)중, 가용 합금(13)의 길이 방향에 대해 수직 방향인 측부의 면적을 S1로 하고 가용 합금(13)의 단부로부터 외측의 면적을 S2로 한 경우, 용융된 가용 합금(13)의 S2로의 이동량이 클수록 빨리 분단되기 때문에, S1과 S2의 관계는 상기한 제 1 실시예와 마찬가지로 S1<S2로 설정하는 것이 바람직하고, S1<2S2로 설정하는 것이 보다 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 온도 퓨즈를 사용한 전지의 사시도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 온도 퓨즈(22)는 전지 본체(21)의 장변측의 한쪽 측면에 부착된다. 온도 퓨즈(22)는 전지 본체(21)가 이상 발열할 때 전류를 차단하도록 전기적으로 접속되어, 전지 본체(21)로부터 발생하는 열이 소정량 이상으로 생기면 전류를 차단한다. 온도 퓨즈(22)로서는 상기의 박형 온도 퓨즈 중 임의의 것을 사용할 수 있지만, 후술하는 래디얼형 온도 퓨즈 및 액셜형 온도 퓨즈 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 전지 본체(21)의 단변측의 한쪽 측면에는 전지 본체(21)의 외부 전극(23)이 설치되고, 온도 퓨즈(22)의 한쪽 단자(25)와 외부 전극(23)은 접속부(26)에서 스폿 용접 등에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 보호 회로(24)가 전지 본체(21)와 전기적으로 접속되고, 보호 회로(24)와 온도 퓨즈(22)의 다른쪽 전극(27)은 접속부(28)에서 스폿 용접 등에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 보호 회로(24)를 구성하는 부품은 SnAg계, SnCu계 등의 Pb 무함유 땜납에 의해 보호 회로(24)에 부착되어 있다.
상기한 전지에 있어서는, 온도 퓨즈(22)로서 제 1 내지 제 3 실시예의 박형 온도 퓨즈 중 임의의 것이 사용되고, 이 박형 온도 퓨즈에서는, 온도 퓨즈용 소자를 구성하는 가용 합금(13)을, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zn 합금, 또는 Bi 0.5 내지 15중량%, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성하고 있기 때문에, 종래와 같이 가용 합금 중에 Pb 및 Cd가 함유되지 않게 되고, 그 결과 자연 환경을 해치지 않는 전지를 제공할 수 있다.
또한, 본 전지에 있어서는, 온도 퓨즈(22)로서 제 1 내지 제 3 실시예의 박형 온도 퓨즈 중 임의의 것을 사용하고 있고, 이들 박형 온도 퓨즈는 가용 합금(13)에 도포되는 플럭스의 융점을 60℃ 이상으로 하고 있기 때문에, 예컨대 이 박형 온도 퓨즈가 전지 팩 등에 55℃ 정도에서 장시간 사용될 경우에도 플럭스 중의 활성제의 감소는 거의 없어, 속단성이 우수한 전지를 제공할 수 있다.
(제 4 실시예)
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에서의 래디얼형 온도 퓨즈의 단면도이다. 도 5에서, 절연 케이스(31)는 개구부를 갖는 유저 통상 또는 유저 각통상(角筒狀)의 절연 케이스이고, PBT(폴리뷰틸렌 테레프탈레이트), PPS(폴리페닐렌 설파이드), PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), 페놀 수지, 세라믹, 유리 등 중 임의의 것으로 구성된다.
가용 합금(32)은 절연 케이스(31) 내에 설치된 대략 원기둥상 또는 대략 각기둥상의 가용 합금이고, Sn-In-Zn 합금 또는 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성된다. 이에 의해, Pb나 Cd를 포함하지 않는 동작 온도 108℃ 이하의 래디얼형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
가용 합금(32)은 In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zh 합금으로 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, Sn-In-Zn 합금의 융점이 약 107℃로 되고, 또한 고상선 온도와 액상선 온도의 차이가 작아져 고체-액체 혼합의 온도 폭이 작아지기 때문에, 동작 온도의 편차가 작은 동작 온도 107℃ 전후의 래디얼형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
또한, 상기 Sn-In-Zn 합금에 Bi를 가하여 Sn의 함유량을 줄이면 융점을 낮출 수 있기 때문에, 가용 합금(32)을, Bi 0.5 내지 15중량%, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성할 수도 있다. 이 경우, 85℃ 내지 107℃까지의 임의의 동작 온도의 래디얼형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다. 즉, Bi가 15중량%를 초과하면, 융점이 85℃ 이하로 되고, 또한 고상선 온도와 액상선 온도의 차이가 커져 동작 온도의 편차가 커지기 때문에, 실용적인 래디얼형 온도 퓨즈를 제공할 수 없다.
또한, 상기 Sn-In-Zn 합금 및 Sn-Bi-In-Zn 합금에 있어서, Zn이 5.0중량%를 초과하면, 용융된 가용 합금(32)의 점성이 높아지기 때문에, 가용 합금(32)이 용융된 다음 용단될 때까지의 시간에 편차가 생기기 쉬워진다. 이 때문에, Zn의 조성비는 5.0중량% 이하인 것이 바람직하다.
가용 합금(32)의 주위에는, 로진에 스테아르산 아마이드 등으로 이루어진 왁스 성분 및 활성제를 첨가한 수지에 의해 구성되어 있는 플럭스(도시안함)가 도포되어 있다. 이 플럭스는 주위 온도가 상승했을 때 용융되어 가용 합금(32)의 산화막을 제거하는 작용을 하는 것이다. 또한, 플럭스는 가용 합금(32)이 용융되었을 때, 플럭스 중의 로진의 작용에 의해 가용 합금(32)의 표면 장력을 촉진시켜 가용 합금(32)의 분단을 빨리 수행하도록 작용하는 것이다.
상기 플럭스의 융점은 왁스 성분의 첨가량에 의해 50℃ 내지 120℃ 정도의 사이에서 조정할 수 있다. 플럭스는 용융 상태가 아니면 가용 합금(32)의 표면 장력을 촉진시키는 작용을 발휘할 수 없기 때문에, 왁스 성분의 첨가량에 의해 플럭스의 융점을 가용 합금(32)의 융점보다 낮아지도록 설정한다. 한편, 플럭스의 융점은 시차주사열량계(DSC)로의 측정에 있어서, 그 측정 결과의 피크로서 측정된다.
플럭스에 첨가되는 활성제로서는, 아닐린 염산염, 하이드라진 염산염, 페닐하이드라진 염산염, 테트라클로르케프탈렌, 메틸하이드라진 염산염, 메틸아민 염산염, 다이메틸아민 염산염, 에틸아민 염산염, 다이에틸아민 염산염, 뷰틸아민 염산염, 사이클로헥실아민 염산염, 다이에틸에탄올아민 염산염 등의 염소계 활성제를 사용할 수 있고, 또한 아닐린 브롬산염, 하이드라진 브롬산염, 페닐하이드라진 브롬산염, 브롬화세틸 피리딘, 메틸하이드라진 브롬산염, 메틸아민 브롬산염, 다이메틸아민 브롬산염, 에틸아민 브롬산염, 다이에틸아민 브롬산염, 뷰틸아민 브롬산염, 사이클로헥실아민 브롬산염, 다이에틸에탄올아민 브롬산염 등의 브롬계 활성제를 사용하는 것이 바람직하다.
염소계 활성제는 브롬계 활성제에 비해 In 및 Zn과의 반응성이 높아 활성제의 감소가 빠르기 때문에, 가용 합금(32)이 Sn-In-Zn 합금 또는 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성되는 경우 브롬계 활성제를 사용하면, 플럭스의 융점을 초과하는 온도에서 래디얼형 온도 퓨즈를 사용하더라도 활성제의 효과를 장시간 유지할 수 있다.
또한, 활성제는 로진의 활성력을 촉진시키기 위해 0.1% 내지 3% 정도 첨가되는 것이 바람직하다. 이 경우, 예컨대 1분당 1℃ 상승하는 조건에서 래디얼형 온도 퓨즈를 용단시키면 용단 온도가 1℃ 내지 2℃ 정도 저하되어, 속단성이 우수한 래디얼형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
또한, 플럭스가 용융 상태에 있는 경우, 활성제는 가용 합금(32) 중의 금속과 반응하여 서서히 그 양이 감소된다. 따라서, 플럭스의 융점을 60℃ 이상으로 하면, 예컨대 래디얼형 온도 퓨즈가 전지 팩 등에 55℃ 정도에서 장시간 사용될 경우도 플럭스 중의 활성제의 감소는 거의 없어, 속단성이 우수한 래디얼형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
또한, 플럭스가 용융 상태에 있는 경우, 가용 합금(32)을 구성하는 금속 중 In 및 Zn은 다른 금속에 비해 플럭스와의 반응성이 높기 때문에, 이들 금속의 배합비가 감소되어 가는 경우가 있다. 이 때문에, 플럭스의 융점을 초과하는 온도에서 온도 퓨즈를 장시간 사용하는 경우에는, 이들 금속의 배합비를 높게 설정해 놓아야 한다. 따라서, 상기 Sn-In-Zn 합금 및 Sn-Bi-In-Zn 합금에 있어서, In은 48 내지 55중량%로 하고, Zn도 마찬가지로 1.3 내지 5.0중량%로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 Sn-In-Zn 합금 및 Sn-Bi-In-Zn 합금에 있어서, Zn의 배합비가 1.3 내지 5.0중량%인 경우, Zn의 배합비에 대해 융점이 매우 안정된 것으로 되기 때문에, Zn의 배합비가 1.3 내지 5.0중량%이면, 가용 합금(32) 작성시의 배합 편차에 대한 융점의 변동이 작아져 용단 온도의 정밀도가 우수한 래디얼형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
또한, 플럭스의 융점을 초과하는 온도에서 장시간 사용하는 것이면, 전술한 바와 같이 Zn의 배합비를 더욱 높게 설정해야 하고, 이 경우 Zn의 배합비는 2.0 내지 5.0중량%인 것이 바람직하다.
리드 도체(33)의 한 단부는 가용 합금(32)의 양 단부에 접속되고, 다른 단부는 절연 케이스(31)의 개구부로부터 절연 케이스(31) 밖으로 도출된다. 리드 도체(33)는 Cu, Fe, Ni 등의 단일의 금속 또는 이들의 합금을 사용하여 선 형상으로 구성되고, 또한 그 표면에는 Sn, Zn, Bi, In, Ag 및 Cu 중 어느 하나의 금속 또는 이들을 갖는 합금으로 이루어진 금속 도금이 실시되어 있다.
밀봉체(34)는 에폭시, 실리콘 등의 경화성 수지에 의해 구성되고, 절연 케이스(31)의 개구부를 밀봉한다. 가용 합금(32)과 한 쌍의 리드 도체(33)의 접속은 용접이나 초음파 용착에 의해 수행하거나, 또는 리드 도체(33)와 가용 합금(32)으로의 통전에 의해 가용 합금(32)을 용융시킴으로써 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시예의 래디얼형 온도 퓨즈에 있어서는, 가용 합금(32)을, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zn 합금, 또는 Bi 0.5 내지 15중량%, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성함으로써 종래와 같이 가용 합금 중에 Pb 및 Cd가 함유되지 않도록 하고 있기 때문에, 자연 환경을 해치지 않는 래디얼형 온도 퓨즈를 제공할 수 있음과 동시에, 가용 합금(32)에 한 단부가 접속된 한 쌍의 리드 도체(33)는 다른 단부를 절연 케이스(31)의 개구부로부터 절연 케이스(31) 밖으로 동일 방향이 되도록 도출시키고 있기 때문에, 이 래디얼형 온도 퓨즈를 전지 등에 부착하는 경우의 자유도를 향상시킬 수 있다.
(제 5 실시예)
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에서의 액셜형 온도 퓨즈의 단면도이다. 도 6에서, 절연 케이스(41)는 양단에 개구부를 갖는 원통상의 절연 케이스이고, PBT(폴리뷰틸렌 테레프탈레이트), PPS(폴리페닐렌 설파이드), PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), 페놀 수지, 세라믹, 유리 등 중 임의의 것으로 구성된다.
가용 합금(42)은 절연 케이스(41) 내에 설치된 대략 원기둥상 또는 대략 각기둥상의 가용 합금이고, Sn-In-Zn 합금 또는 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성된다. 이에 의해, Pb나 Cd를 포함하지 않는 동작 온도 108℃ 이하의 액셜형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
가용 합금(42)은 In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zn 합금으로 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, Sn-In-Zn 합금의 융점이 약 107℃로 되고, 또한 고상선 온도와 액상선 온도의 차이가 작아져 고체-액체 혼합의 온도 폭이 작아지기 때문에, 동작 온도의 편차가 작은 동작 온도 107℃ 전후의 액셜형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
또한, 상기 Sn-In-Zn 합금에 Bi를 가하여 Sn의 함유량을 줄이면 융점을 낮출 수 있기 때문에, 가용 합금(42)을 Bi 0.5 내지 15중량%, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성할 수도 있다. 이 경우, 85℃ 내지 107℃까지의 임의의 동작 온도의 액셜형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다. 즉, Bi가 15중량%를 초과하면, 융점이 85℃ 이하로 되고, 또한 고상선 온도와 액상선 온도의 차이가 커져 동작 온도의 편차가 커지기 때문에, 실용적인 액셜형 온도 퓨즈를 제공할 수 없다.
또한, 상기 Sn-In-Zn 합금 및 Sn-Bi-In-Zn 합금에 있어서, Zn이 5.0중량%를 초과하면, 용융된 가용 합금(42)의 점성이 높아지기 때문에, 가용 합금(42)이 용융된 다음 용단될 때까지의 시간에 편차가 생기기 쉬워진다. 이 때문에, Zn의 조성비는 5.0중량% 이하인 것이 바람직하다.
가용 합금(42)의 주위에는, 로진에 스테아르산 아마이드 등으로 이루어진 왁스 성분 및 활성제를 첨가한 수지에 의해 구성되어 있는 플럭스(도시안함)가 도포되어 있다. 이 플럭스는 주위 온도가 상승하였을 때 용융되어 가용 합금(42)의 산화막을 제거하는 작용을 하는 것이다. 또한, 플럭스는 가용 합금(42)이 용융되었을 때 플럭스 중의 로진의 작용에 의해 가용 합금(42)의 표면 장력을 촉진시켜 가용 합금(42)의 분단을 빨리 수행하도록 작용하는 것이다.
상기 플럭스의 융점은 왁스 성분의 첨가량에 의해 50℃ 내지 120℃ 정도의 사이에서 조정할 수 있다. 플럭스는 용융 상태가 아니면 가용 합금(42)의 표면 장력을 촉진시키는 작용을 발휘할 수 없기 때문에, 왁스 성분의 첨가량에 의해 플럭스의 융점을 가용 합금(42)의 융점보다 낮아지도록 설정한다. 한편, 플럭스의 융점은 시차주사열량계(DSC)로의 측정에 있어서, 그 측정 결과의 피크로서 측정된다.
플럭스에 첨가되는 활성제로서는, 아닐린 염산염, 하이드라진 염산염, 페닐하이드라진 염산염, 테트라클로르케프탈렌, 메틸하이드라진 염산염, 메틸아민 염산염, 다이메틸아민 염산염, 에틸아민 염산염, 다이에틸아민 염산염, 뷰틸아민 염산염, 사이클로헥실아민 염산염, 다이에틸에탄올아민 염산염 등의 염소계 활성제를 사용할 수 있고, 또한 아닐린 브롬산염, 하이드라진 브롬산염, 페닐하이드라진 브롬산염, 브롬화세틸 피리딘, 메틸하이드라진 브롬산염, 메틸아민 브롬산염, 다이메틸아민 브롬산염, 에틸아민 브롬산염, 다이에틸아민 브롬산염, 뷰틸아민 브롬산염, 사이클로헥실아민 브롬산염, 다이에틸에탄올아민 브롬산염 등의 브롬계 활성제를 사용하는 것이 바람직하다.
염소계 활성제는 브롬계 활성제에 비해 In 및 Zn과의 반응성이 높아 활성제의 감소가 빠르기 때문에, 가용 합금(42)이 Sn-In-Zn 합금 또는 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성되는 경우 브롬계 활성제를 사용하면, 플럭스의 융점을 초과하는 온도에서 액셜형 온도 퓨즈를 사용하더라도 활성제의 효과를 장시간 유지할 수 있다.
또한, 활성제는 로진의 활성력을 촉진시키기 위해 0.1% 내지 3% 정도 첨가되는 것이 바람직하다. 이 활성제에 의해, 예컨대 1분당 1℃ 상승하는 조건에서 액셜형 온도 퓨즈를 용단시키면 용단 온도가 1℃ 내지 2℃ 정도 저하되어, 속단성이 우수한 액셜형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
또한, 플럭스가 용융 상태에 있는 경우, 활성제는 가용 합금(42) 중의 금속과 반응하여 서서히 그 양이 감소된다. 따라서, 플럭스의 융점을 60℃ 이상으로 하면, 예컨대 액셜형 온도 퓨즈가 전지 팩 등에 55℃ 정도에서 장시간 사용될 경우에도 플럭스 중의 활성제의 감소는 거의 없어, 속단성이 우수한 액셜형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
또한, 플럭스가 용융 상태에 있는 경우, 가용 합금(42)을 구성하는 금속 중 In 및 Zn은 다른 금속에 비해 플럭스와의 반응성이 높기 때문에, 이들 금속의 배합비가 감소되어 가는 경우가 있다. 이 때문에, 플럭스의 융점을 초과하는 온도에서 온도 퓨즈를 장시간 사용하는 경우에는, 이들 금속의 배합비를 높게 설정해 놓아야 한다. 따라서, 상기 Sn-In-Zn 합금 및 Sn-Bi-In-Zn 합금에 있어서, In은 48 내지 55중량%로 하고, Zn도 마찬가지로 1.3 내지 5.0중량%로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 Sn-In-Zn 합금 및 Sn-Bi-In-Zn 합금에 있어서, Zn의 배합비가 1.3 내지 5.0중량%이면, Zn의 배합비에 대해 융점이 매우 안정된 것으로 되기 때문에, Zn의 배합비가 1.3 내지 5.0중량%이면, 가용 합금(42) 작성시의 배합 편차에 대한 융점의 변동이 작아져 용단 온도의 정밀도가 우수한 액셜형 온도 퓨즈를 제공할 수 있다.
또한, 플럭스의 융점을 초과하는 온도에서 장시간 사용하는 것이면, 전술한 바와 같이 Zn의 배합비를 더욱 높게 설정해야 하고, 이 경우 Zn의 배합비는 2.0 내지 5.0중량%인 것이 바람직하다.
리드 도체(43)의 한 단부는 가용 합금(42)의 양 단부에 접속되고, 다른 단부는 절연 케이스(41)의 양단 개구부에서 절연 케이스(41) 밖으로 도출된다. 리드 도체(43)는 Cu, Fe, Ni 등의 단일의 금속 또는 이들의 합금을 사용하여 선 형상으로 구성되고, 또한 그 표면에는 Sn, Zn, Bi, In, Ag 및 Cu 중 어느 하나의 금속 또는 이들을 갖는 합금으로 이루어진 금속 도금이 실시되어 있다.
밀봉체(44)는 에폭시, 실리콘 등의 경화성 수지에 의해 구성되고, 절연 케이스(41)의 양단 개구부를 밀봉한다. 가용 합금(42)과 한 쌍의 리드 도체(43)의 접속은 용접이나 초음파 용착에 의해 수행하거나, 또는 리드 도체(43)와 가용 합금(42)으로의 통전에 의해 가용 합금(42)을 용융시킴으로써 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시예의 액셜형 온도 퓨즈에 있어서는, 가용 합금(42)을, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zn 합금, 또는 Bi 0.5 내지 15중량%, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5.0중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성함으로써 종래와 같이 가용 합금 중에 Pb 및 Cd가 함유되지 않도록 하고 있기 때문에, 자연 환경을 해치지 않는 액셜형 온도 퓨즈를 제공할 수 있음과 동시에, 가용 합금(42)을 내부에 설치하는 절연 케이스(41)를 양단에 개구부를 갖는 원통상으로 구성하고 있기 때문에, 이 액셜형 온도 퓨즈를 전지 등에 부착하는 경우 그 부착에 방향성이 없어 제조시의 취급이 용이해진다.
또한, 본 발명의 온도 퓨즈가 적용되는 전기 기기는 상기의 전지로 특별히 한정되지 않고, 다른 전기 기기에도 마찬가지로 적용하여 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기의 각 실시예의 특징 부분은 임의로 조합할 수 있고, 그 경우 당해 특징 부분에 의한 작용효과를 나타낼 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 온도 퓨즈용 소자가 Sn-Bi-In-Zn 합금 또는 Sn-In-Zn 합금으로 구성되기 때문에, 종래와 같이 온도 퓨즈용 소자 중에 Pb 및 Cd가 함유되지 않아 자연 환경을 해치는 것을 억제할 수 있고, 온도 퓨즈용 소자, 온도 퓨즈 및 이를 사용한 전지 등에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (20)

  1. 소정의 온도에서 용단되는 온도 퓨즈용 소자로서,
    Sn-Bi-In-Zn 합금 및 Sn-In-Zn 합금 중 하나로 이루어지고, 상기 합금은 In을 45 내지 55중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈용 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    Bi 0.5 내지 15중량%, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈용 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    Bi 0.5 내지 15중량%, In 48 내지 55중량% 및 Zn 1.3 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈용 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zn 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈용 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    In 48 내지 55중량% 및 Zn 1.3 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zn 합금 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈용 소자.
  6. 소정의 온도에서 용단되는 가용 합금을 구비한 온도 퓨즈로서,
    상기 가용 합금은 Sn-Bi-In-Zn 합금 및 Sn-In-Zn 합금 중 하나로 구성되고 In을 45 내지 55중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가용 합금은 Bi 0.5 내지 15중량%, In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 가용 합금은 Bi 0.5 내지 15중량%, In 48 내지 55중량% 및 Zn 1.3 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-Bi-In-Zn 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 가용 합금은 In 45 내지 55중량% 및 Zn 0.5 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zn 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 가용 합금은 In 48 내지 55중량% 및 Zn 1.3 내지 5중량%를 함유하고 잔부가 Sn인 Sn-In-Zn 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 가용 합금에 플럭스가 도포되고, 상기 플럭스의 융점이 60℃ 이상인 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 가용 합금에 플럭스가 도포되고, 상기 플럭스 중에 브롬계 활성제를 첨가한 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
  13. 제 6 항에 있어서,
    한 쌍의 금속 단자,
    상기 한 쌍의 금속 단자가 부착되는 제 1 절연 필름, 및
    상기 제 1 절연 필름과의 사이에 공간을 형성하도록 상기 제 1 절연 필름에 부착되는 제 2 절연 필름을 추가로 구비하고,
    상기 가용 합금은 상기 제 1 절연 필름과 상기 제 2 절연 필름 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 금속 단자의 선단부 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 절연 필름, 상기 제 2 절연 필름 및 상기 가용 합금을 구비한 온도 퓨즈 본체부의 길이를 La로 할 때, La를 2.0mm 내지 7.5mm의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 절연 필름의 외표면으로부터 상기 제 2 절연 필름의 외표면까지의 두께를 Lb로 할 때, Lb를 0.4mm 내지 1.5mm의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 금속 단자의 단부에 볼록부가 형성되고, 상기 볼록부가 상기 제 1 절연 필름으로부터 상기 제 2 절연 필름측으로 돌출하도록 상기 한 쌍의 금속 단자가 상기 제 1 절연 필름에 부착되고, 상기 가용 합금이 상기 볼록부에 접속되는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 절연 필름 및 상기 제 2 절연 필름으로부터 연장된 상기 금속 단자의 단부에 볼록부가 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
  18. 제 6 항에 있어서,
    개구부를 갖는 유저 통상(有底 筒狀)의 절연 케이스,
    상기 절연 케이스의 개구부로부터 상기 절연 케이스 밖으로 동일 방향이 되도록 한 단부가 도출된 한 쌍의 리드 도체, 및
    상기 절연 케이스의 개구부를 밀봉하는 밀봉체를 추가로 구비하고,
    상기 가용 합금은 상기 절연 케이스 내에 설치되어 상기 한 쌍의 리드 도체의 다른 단부에 접속되는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
  19. 제 6 항에 있어서,
    양단에 개구부를 갖는 원통상의 절연 케이스,
    상기 절연 케이스의 양단 개구부로부터 상기 절연 케이스 밖으로 한 단부가 도출된 한 쌍의 리드 도체, 및
    상기 절연 케이스의 양단 개구부를 밀봉하는 밀봉체를 추가로 구비하고,
    상기 가용 합금은 상기 절연 케이스 내에 설치되어 상기 한 쌍의 리드 도체의 다른 단부에 접속되는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
  20. 전지 본체, 및 상기 전지 본체가 이상 발열할 때 전류를 차단하도록 전기적으로 접속된 온도 퓨즈를 구비하고,
    상기 온도 퓨즈는 소정의 온도에서 용단되는 가용 합금을 구비하며,
    상기 가용 합금은 Sn-Bi-In-Zn 합금 및 Sn-In-Zn 합금 중 하나로 구성되고 In을 45 내지 55중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 전지.
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