專利名稱：保護(hù)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及針對(duì)高容量二次電池、例如高容量鋰離子二次電池切 斷過(guò)電流，而對(duì)在過(guò)充電時(shí)或過(guò)放電時(shí)停止充電或放電有用的保護(hù)元 件。
背景技術(shù)：
在二次電池、例如鋰離子二次電池中，要求針對(duì)過(guò)電流、過(guò)充電 或過(guò)放電，將二次電池從負(fù)載或充電電源切斷，作為滿足上述要求的 保護(hù)元件，公知使低熔點(diǎn)合金型溫度熔斷器與電阻器熱接近而使其成 為一體的元件。
圖9示出二次電池保護(hù)電路的一個(gè)例子。
在圖9中，E表示二次電池，L表示負(fù)載，S表示充電電源，sw 表示開關(guān)例如晶體管，T表示對(duì)二次電池的過(guò)充電或過(guò)放電進(jìn)行檢測(cè) 而發(fā)送開關(guān)導(dǎo)通信號(hào)的IC電路，如果流過(guò)過(guò)電流，則使保護(hù)元件A， 的低熔點(diǎn)合金熔斷器30，熔融而切斷負(fù)栽L與二次電池E之間，并且， 針對(duì)二次電池E的過(guò)放電，利用IC電路T使開關(guān)sw導(dǎo)通，利用二 次電池E使保護(hù)元件A，的電阻器8，通電放熱，通過(guò)該發(fā)生熱使低熔 點(diǎn)合金熔斷器30，熔融而切斷二次電池E與負(fù)載L之間。
進(jìn)而，針對(duì)過(guò)充電，利用IC電路T使開關(guān)sw導(dǎo)通，使用二次 電池E或充電電源S使保護(hù)元件A，的電阻器8，通電發(fā)熱，通過(guò)該發(fā) 生熱使保護(hù)元件A，的低熔點(diǎn)合金熔斷器30，熔斷而切斷二次電池E與 充電電源S之間。
本發(fā)明者等確認(rèn)了如下事實(shí)如果對(duì)Bi類低熔點(diǎn)合金、Sb類低 熔點(diǎn)合金等低熔點(diǎn)合金熔斷器長(zhǎng)時(shí)間流過(guò)直流電流，則在該熔斷器兩 端的電極中的、陽(yáng)極側(cè)的電極與低熔點(diǎn)合金熔斷器的界面的合金中發(fā)生遷移(migration)，并產(chǎn)生裂紋，在低熔點(diǎn)合金熔斷器回到本來(lái)的 動(dòng)作之前，出現(xiàn)破裂。
可以如下所述推測(cè)該低熔點(diǎn)合金熔斷器發(fā)生遷移的理由。 在低熔點(diǎn)合金中，有共晶型合金、固溶體型合金、金屬間化合物 型合金，如果從微觀上觀察它們則可以發(fā)現(xiàn)兩種以上的金屬原子混 合而構(gòu)造出新的原子排列的結(jié)晶晶格，晶格點(diǎn)的離子化原子處于平衡 狀態(tài)。但是，Bi原子、Sb原子容易從平衡位置飛出，并由于帶電而 得到能量從而從晶格點(diǎn)飛出，成為位移原子，從而在晶格內(nèi)游離，在 直流的情況下，該位移原子向陰極側(cè)移動(dòng)，并在陰極界面上析出。在 位移原子飛出的軌跡的空穴中，就像在滿員的觀眾席中某個(gè)座位空出 來(lái)時(shí)該空座位的旁邊的客人一個(gè)人一個(gè)人地移動(dòng)而填補(bǔ)新的空座位 那樣地進(jìn)行移動(dòng)而到達(dá)陽(yáng)極界面，在該表面上空穴彼此合并，而發(fā)生 裂紋。
Bi類低熔點(diǎn)合金熔斷器、Sb類低熔點(diǎn)合金熔斷器的遷移的例子 如下所述。
在Bi的重量百分比為57% 、剩余部分為Sn、直徑為(j)lmm、長(zhǎng) 度為5mm的低熔點(diǎn)合金片的兩端焊接直徑為())lmm的銅引線導(dǎo)體， 并通15安培的直流電5000小時(shí)時(shí)，與陰極側(cè)的銅引線導(dǎo)體的端面相 接而析出了厚度為200nm的Bi金屬層，與陽(yáng)極側(cè)的銅引線導(dǎo)體的端 面相接而形成厚度大約30jim的空隙。
另外，在Sb的重量百分比為5%、剩余部分為Sn、直徑為())2mm、 長(zhǎng)度為7mm的低熔點(diǎn)合金片的兩端焊接直徑為(j)2mm的銅引線導(dǎo)體， 并通60安培的直流電5000小時(shí)時(shí)，與陰極側(cè)的銅引線導(dǎo)體的端面相 接而析出了厚度為大約50nm的Sb金屬層，與陽(yáng)極側(cè)的銅引線導(dǎo)體 的端面相接而形成厚度大約20pm的空隙。
公知在圖9中，用標(biāo)號(hào)A，表示的"一并具有低熔點(diǎn)合金熔斷器與 電阻器的保護(hù)元件"(例如專利文獻(xiàn)l、專利文獻(xiàn)2等)。
專利文獻(xiàn)1:日本實(shí)開昭62 - 024451號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本實(shí)開昭58 - 157943號(hào)公報(bào)然而，在圖9中，低熔點(diǎn)合金熔斷器30，的兩端電極的極性在每 次充電時(shí)、放電時(shí)改變，但對(duì)于在單位時(shí)間施加的電力量，與放電時(shí) 相比在充電時(shí)更多，所以難以避免上述低熔點(diǎn)合金熔斷器30，的遷移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種帶電阻器的保護(hù)元件，對(duì)于在直流下 使用的被保護(hù)設(shè)備，排除低熔點(diǎn)合金的遷移而針對(duì)過(guò)電流可以可靠地 進(jìn)行保護(hù)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種帶電阻器的保護(hù)元件，對(duì)于在直 流下使用的被保護(hù)設(shè)備，排除低熔點(diǎn)合金的遷移而針對(duì)過(guò)電流以外的 異常可以可靠地進(jìn)行保護(hù)。
本發(fā)明的一種保護(hù)元件，其特征在于，具有一對(duì)針形(pin)電 極，與這些針形電極并排設(shè)置有引導(dǎo)軸，基于過(guò)電流的通電而發(fā)熱的 過(guò)電流發(fā)熱性片以被引導(dǎo)軸插通的狀態(tài)橫跨設(shè)置在上述一對(duì)針形電 極之間，利用低熔點(diǎn)可熔材料接合各針形電極與過(guò)電流發(fā)熱性片之間 以及上述引導(dǎo)軸與過(guò)電流發(fā)熱性片之間，設(shè)置有保持使上述過(guò)電流發(fā) 熱性片從上述針形電極隔離開的應(yīng)力能量的彈簧，基于由上述過(guò)電流 發(fā)熱性片的發(fā)熱而引起的低熔點(diǎn)可熔材料的熔融，彈簧的應(yīng)力能量被 釋放，從而過(guò)電流發(fā)熱性片從上述針形電極隔離開。
在本發(fā)明的上述保護(hù)元件中，其特征在于，附加有在電阻器主體 的兩端安裝引線導(dǎo)體而成的電阻器，該電阻器的一側(cè)的引線導(dǎo)體被用 作引導(dǎo)軸，壓縮螺旋彈簧在電阻器主體與過(guò)電流發(fā)熱性片之間被上述 一側(cè)的引線導(dǎo)體插通，在電阻器的一側(cè)的引線導(dǎo)體與兩個(gè)針形電極的
而使上述低熔點(diǎn)可熔材料熔融的電阻發(fā)熱電路。
在本發(fā)明的上述保護(hù)元件中，其特征在于，在過(guò)電流發(fā)熱性片與 壓縮螺旋彈簧的 一端之間或壓縮螺旋彈簧的另 一端與電阻器主體端 之間的至少 一 方介有絕緣體，在壓縮螺旋彈簧的內(nèi)側(cè)與引導(dǎo)軸之間介 有與上述絕緣體不同的絕緣體。在本發(fā)明的上述保護(hù)元件中，其特征在于，附加有在電阻器主體 的兩端安裝引線導(dǎo)體而成的電阻器，該電阻器的一側(cè)的引線導(dǎo)體被用 作引導(dǎo)軸，壓縮螺旋彈簧被各針形電極插通，在電阻器的一側(cè)的引線 導(dǎo)體與兩個(gè)針形電極的任意一個(gè)之間連接有在被保護(hù)設(shè)備的異常時(shí)
使上述電阻器通電發(fā)熱而使上述低熔點(diǎn)可熔材料熔融的電阻發(fā)熱電 路。
在本發(fā)明的上述保護(hù)元件中，其特征在于，附加有在電阻器主體 的兩端安裝引線導(dǎo)體而成的電阻器的一側(cè)的引線導(dǎo)體被用作引導(dǎo)軸， 設(shè)置有將過(guò)電流發(fā)熱性片向與針形電極相反的一側(cè)拉伸的拉伸彈簧， 在電阻器的一側(cè)的引線導(dǎo)體與兩個(gè)針形電極的任意一個(gè)之間連接有 在被保護(hù)設(shè)備的異常時(shí)使上述電阻器通電發(fā)熱而使上述低熔點(diǎn)可熔 材料熔融的電阻發(fā)熱電路。
在本發(fā)明的上述保護(hù)元件中，其特征在于，過(guò)電流發(fā)熱性片的各 端部超過(guò)各針形電極的上面，將它們的各端部背面與各針形電極的外 側(cè)角落通過(guò)低熔點(diǎn)可熔材料接合。
在本發(fā)明的上述保護(hù)元件中，其特征在于，被收容在外殼中。
在本發(fā)明的上述保護(hù)元件中，其特征在于，在兩個(gè)針形電極中設(shè) 置有從外殼引出的腳部。
在本發(fā)明的上述保護(hù)元件中，其特征在于，在一側(cè)的針形電極中 設(shè)置有從外殼引出的腳部，在另一側(cè)的針形電極上連接有可撓性的引 出線。
在本發(fā)明的上述保護(hù)元件中，其特征在于，該保護(hù)元件用于二次 電池的保護(hù)，并且過(guò)電流是二次電池的容許負(fù)載電流，異常時(shí)是二次 電池的過(guò)充電時(shí)或過(guò)》文電時(shí)。
在本發(fā)明的上述保護(hù)元件中，其特征在于，低熔點(diǎn)可熔材料是合金。
在本發(fā)明的上述保護(hù)元件中，其特征在于，將針形電極的材質(zhì)設(shè) 為銅，在該針形電極表面的至少與低熔點(diǎn)合金可熔材料接合的部分， 設(shè)置有阻止上述銅向低熔點(diǎn)合金可熔材料轉(zhuǎn)移的銅轉(zhuǎn)移阻止膜。在本發(fā)明的上述保護(hù)元件中，其特征在于，將過(guò)電流發(fā)熱性片的 材質(zhì)設(shè)為銅或銅合金，在該過(guò)電流發(fā)熱性片表面的至少與低熔點(diǎn)合金 可熔材料接合的部分，設(shè)置有阻止上述銅向低熔點(diǎn)合金可熔材料轉(zhuǎn)移 的銅轉(zhuǎn)移阻止膜。
在本發(fā)明的上述保護(hù)元件中，其特征在于，銅轉(zhuǎn)移阻止膜是Ni、
Ni-P、 Ni-B、 Fe、 Pd、 Pd - P中的至少一層膜以上的膜。
(1)對(duì)低熔點(diǎn)可熔材料作用彈簧反作用力的位置分散在將過(guò)電
流發(fā)熱性片兩端的各端部與各針形電極接合的兩個(gè)位置以及將過(guò)電
流發(fā)熱性片的中間部與引導(dǎo)軸接合的一個(gè)位置這合計(jì)三個(gè)位置，所以 與一個(gè)~兩個(gè)位置的情況相比，可以減小對(duì)低熔點(diǎn)可熔材料作用的應(yīng)
力。因此，可以降低低熔點(diǎn)可熔材料的蠕變，可以保障保護(hù)元件的適 當(dāng)?shù)膭?dòng)作。
(2 )如果在施加直流電下流過(guò)過(guò)電流，則過(guò)電流發(fā)熱性片發(fā)熱， 將過(guò)電流發(fā)熱性片與電極接合的低熔點(diǎn)可熔材料通過(guò)該發(fā)熱而熔融， 過(guò)電流發(fā)熱性片通過(guò)彈簧的應(yīng)力能量從針形電極之間脫離開而切斷 過(guò)電流。因此，在平時(shí)，向低熔點(diǎn)可熔材料的直流電流流通實(shí)際上非 常少，可以良好地排除低熔點(diǎn)可熔材料的直流遷移，可以排除基于該 遷移以及蠕變的誤動(dòng)作而可靠地切斷過(guò)電流。
(3)如果發(fā)生被保護(hù)設(shè)備的上述過(guò)電流以外的異常，則電阻器 被通電發(fā)熱，低熔點(diǎn)可熔材料通過(guò)該發(fā)生熱而熔融，過(guò)電流發(fā)熱性片 通過(guò)彈簧的應(yīng)力能量從針形電極之間脫離開而停止向被保護(hù)設(shè)備供 電。因此，如(1)中說(shuō)明，在平時(shí)，向低熔點(diǎn)可熔材料的直流電流 流通實(shí)際上非常少，可以良好地排除低熔點(diǎn)可熔材料的直流遷移，可 以排除基于該遷移以及蠕變的誤動(dòng)作而可靠地切斷被保護(hù)設(shè)備異常 時(shí)的供電。


圖l是示出本發(fā)明的保護(hù)元件的一個(gè)實(shí)施例的圖。 圖2是示出圖1所示的保護(hù)元件中的應(yīng)力狀態(tài)的圖。圖3-l是示出本發(fā)明的保護(hù)元件的另一實(shí)施例的圖。
圖3-2是示出本發(fā)明的保護(hù)元件的又一實(shí)施例的要部的圖。
圖4是示出與本發(fā)明的保護(hù)元件的上述不同的實(shí)施例的圖。
圖5是示出與本發(fā)明的保護(hù)元件的上述不同的實(shí)施例的圖。
圖6是示出本發(fā)明的保護(hù)元件的使用狀態(tài)的圖。
圖7是示出與本發(fā)明的保護(hù)元件的上述不同的實(shí)施例的要部的圖。
圖8是示出與本發(fā)明的保護(hù)元件的上述不同的實(shí)施例的要部的圖。
圖9是示出二次電池保護(hù)電路的圖。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明 10絕緣基臺(tái) 1電極
2過(guò)電流發(fā)熱性片 21孑L
3低熔點(diǎn)可熔材灃牛
4引線
5外殼
6引導(dǎo)軸
7彈簧
8電阻器
80a電阻器的一側(cè)的引線導(dǎo)體(引導(dǎo)軸) 800絕緣包覆層
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。 圖1的(X)是示出本發(fā)明的保護(hù)元件的一個(gè)實(shí)施例的縱剖面圖， 圖1的(Y)是圖1的(X)中的Y-Y剖面圖。在圖1中，10是耐熱性的絕緣基臺(tái)、例如是苯酚(phenol)樹 脂板。1、 l是一對(duì)平行的針形電極，插通固定于絕緣基臺(tái)10中。該 針形電極例如可以設(shè)為銅制或鍍錫黃銅等。6是引導(dǎo)軸，可以使用金 屬、絕緣體中的任意一種，與上述針形電極1、 1平行配置，被固定 在基臺(tái)1上。2是過(guò)電流發(fā)熱性片，可以使用比針形電極1的剖面薄 的金屬板、電阻率比針形電極l高的合金板等。21是設(shè)置在過(guò)電流發(fā) 熱性片2中的孔，被引導(dǎo)軸6插通。
3是將過(guò)電流發(fā)熱性片2與各針形電極1、 1之間以及過(guò)電流發(fā) 熱性片2與引導(dǎo)軸6之間接合的低熔點(diǎn)可熔材料，可以使用低熔點(diǎn)可 熔合金或熱可塑性樹脂或?qū)щ娦詿峥伤苄詷渲取?br> 7是螺旋彈簧，例如可以使用不銹鋼彈簧，將該彈簧7和過(guò)電流 發(fā)熱性片2依次插通于引導(dǎo)軸6，使過(guò)電流發(fā)熱性片2的兩端部接觸 到各針形電極l、 1的前端面并且壓縮螺旋彈簧7，在該狀態(tài)下利用低 熔點(diǎn)可熔材料3接合各針形電極1、 1的前端面與過(guò)電流發(fā)熱性片2 的各端部之間以及過(guò)電流發(fā)熱性片2與引導(dǎo)軸6之間。
60是設(shè)置在引導(dǎo)軸6的前端處的擋塊(stopper)，成為鉤子狀。
如果將上述的力學(xué)狀態(tài)簡(jiǎn)化，則可以成為如下狀態(tài)如圖2的(X) (剖面圖)以及圖2的(Y)(針對(duì)圖2的(X)的俯視圖)所示， 由于壓縮彈簧7的壓縮反作用力，在接合著各針形電極與過(guò)電流發(fā)熱 性片的低熔點(diǎn)可熔材料的剖面S-S中受剪切應(yīng)力F的作用，在接合 著過(guò)電流發(fā)熱性片與引導(dǎo)軸的低熔點(diǎn)可熔材料的界面s-s中受剪切 應(yīng)力f的作用。
在圖2中，如果將剖面S-S的面積設(shè)為S，將界面s-s的面積 設(shè)為s，將壓縮彈簧7的壓縮反作用力設(shè)為T，將對(duì)于過(guò)電流發(fā)熱性 片2與引導(dǎo)軸6之間、低熔點(diǎn)可熔材料3中的剪切應(yīng)力所作用的部位 的厚度設(shè)為t、高度設(shè)為b，將低熔點(diǎn)可熔材料的剪切楊氏模量設(shè)為G， 則成立如下式子。
2SF + sf=T
F/G = ft/G如果將引導(dǎo)軸的半徑設(shè)為r，則上述界面s-s的面積s是 s —2兀rb,所以上述應(yīng)力F用下式(1)表示。
F —0.5T/[S+ (7trb) / (t)
(1)
在式(1)中，引導(dǎo)軸的半徑r對(duì)應(yīng)力F的減少有貢獻(xiàn)是因?yàn)槭?用低熔點(diǎn)可熔材料接合了過(guò)電流發(fā)熱性片2與引導(dǎo)軸3之間，所以可 以通過(guò)增大上述半徑r來(lái)減少對(duì)接合針形電極1與過(guò)電流發(fā)熱性片2 的低熔點(diǎn)可熔材料部位S-S作用的剪切應(yīng)力F，可以有效地防止該 低熔點(diǎn)可熔材料部位S-S處的蠕變(creep)，所以能夠穩(wěn)定地維持 針形電極l、 1與過(guò)電流發(fā)熱性片2的電接觸狀態(tài)。
因此，如果流過(guò)過(guò)電流，則使過(guò)電流發(fā)熱性片發(fā)熱而使低熔點(diǎn)可 熔材料熔融，釋放彈簧的應(yīng)力能量而使過(guò)電流發(fā)熱性片從電極間脫 離，而可以可靠地切斷過(guò)電流。
圖3-1的(X)是示出本發(fā)明的保護(hù)元件的另一實(shí)施例的縱剖 面圖，圖3-1的(Y)是圖1的(X)中的Y-Y剖面圖。
在圖3-l中，IO是耐熱性的絕緣基臺(tái)、例如是苯酚樹脂板。1、 l是一對(duì)平行的針形電極，插通固定于絕緣基臺(tái)10中。該針形電極例 如可以設(shè)為銅制。8是繞線型電阻器，帶引線導(dǎo)體的蓋(cap)電極 801安裝在耐熱性絕緣芯例如陶資芯的兩端，電阻線巻繞在芯上，其 巻繞各端通過(guò)焊接等接合到各蓋電極801、 801,并排設(shè)置在針形電極 1、 l之間， 一側(cè)的引線導(dǎo)體80a被用作引導(dǎo)軸6。另一側(cè)的引線導(dǎo)體 80b從絕緣基臺(tái)10引出。2是過(guò)電流發(fā)熱性片，是以在孔中插通引導(dǎo) 軸6 (80a)并在針形電極l、 1之間通過(guò)充分的低電阻電接觸的狀態(tài) 配置的，可以使用比電極l的剖面薄的金屬板、電阻率比電極l高的 合金板等。3是將過(guò)電流發(fā)熱性片2與各針形電極1、 l之間以及過(guò)電 流發(fā)熱性片2與引導(dǎo)軸6(80a)之間接合的低熔點(diǎn)可熔材料，可以使 用低熔點(diǎn)可熔合金或?qū)щ娦詿峥伤苄詷渑D等。7是彈簧，例如可以使 用不銹鋼彈簧，在過(guò)電流發(fā)熱性片2與電阻器主體一端之間以壓縮狀 態(tài)插通于引導(dǎo)軸6 (80a)，保有在低熔點(diǎn)可熔材料3熔融時(shí)，可以使 過(guò)電流發(fā)熱性片2從針形電極1、 l脫離開的應(yīng)力能量。800是在電阻器8的主體上跨越針形電極1、 1而設(shè)置的絕緣耐 熱樹脂模包覆。
5是外殼，將絕緣基臺(tái)10的針形電極嵌合孔的一部分開口而將 外殼內(nèi)設(shè)為非氣密性，但在希望將外殼設(shè)為密閉性的情況下，用密封 材料密封其部分開口部即可。外殼可以通過(guò)螺絲等固定在外部的被保 護(hù)設(shè)備等上。
4、 4是與各針形電極1、 l連接的可撓性引線，可以使用絕緣包 覆線或金屬板。
在圖3-1所示的保護(hù)元件中，如后所述，包括引線導(dǎo)體4—針 形電極1—過(guò)電流發(fā)熱性片2—引線導(dǎo)體80a—電阻器8—引線導(dǎo)體 80b的電阻發(fā)熱電路在被保護(hù)設(shè)備的異常時(shí)被通電而使電阻器8通電 發(fā)熱，由于該發(fā)生熱，低熔點(diǎn)可熔材料3、 3、 3熔融而切斷針形電極 1、 l之間。然而，與引線導(dǎo)體80a的電阻率值相比，彈簧7例如不銹 鋼彈簧的電阻率值沒(méi)那么高，在電阻發(fā)熱電路導(dǎo)通之后，在低熔點(diǎn)可 熔材料^L熔融為止的期間內(nèi)，以針形電極1—過(guò)電流發(fā)熱性片2—彈 簧7—電阻器蓋電極801—電阻器8的路徑流過(guò)電流，從而彈簧7發(fā) 熱，由于該彈簧特性的降低，有可能妨礙保護(hù)元件的動(dòng)作。
因此，如圖3-2所示，優(yōu)選地，將絕緣間隔物卯l、 902介于彈 簧7與過(guò)電流發(fā)熱性片2之間、或彈簧7與電阻器蓋電極801之間。 還可以將這些絕緣間隔物901、 902分別介于彈簧7與可動(dòng)電極2之 間、以及彈簧7與電阻器蓋電極801之間。另外，代替絕緣間隔物902, 還可以對(duì)電阻器蓋電極801涂敷絕緣膜。
進(jìn)而，由于彈簧7的傾斜，彈簧7的上端內(nèi)周以及下端內(nèi)周有可 能與引線導(dǎo)體8a接觸而電流分流到彈簧7中，所以優(yōu)選地將絕緣筒9 介于彈簧7的內(nèi)側(cè)與引線導(dǎo)體8a之間。
在圖3所示的實(shí)施例中，使用了壓縮彈簧，但也可以去除該壓縮 彈簧，而如圖4所示，在過(guò)電流發(fā)熱性片2以及外殼5上粘接用于使 過(guò)電流發(fā)熱性片2從針形電極1、 1通過(guò)拉伸而脫離開的拉伸彈簧70 的兩端。圖5是示出本發(fā)明的保護(hù)元件的又一實(shí)施例的縱剖面圖。
在圖5中，IO是耐熱性的絕緣基臺(tái)、例如是苯酚樹脂板。1、 1 是一對(duì)平行的針形電極，插通固定于絕緣基臺(tái)10中。該針形電極例 如可以設(shè)為銅制。8是繞線型電阻器，帶引線導(dǎo)體的蓋電極801安裝 在耐熱性絕緣芯例如陶資芯的兩端，電阻線巻繞在芯上，其巻繞各端 通過(guò)焊接等接合到各蓋電極801、 801，并排設(shè)置在針形電極l、 l之 間， 一側(cè)的引線導(dǎo)體80a被用作引導(dǎo)軸6。另一側(cè)的引線導(dǎo)體80b從 絕緣基臺(tái)IO引出。2是過(guò)電流發(fā)熱性片，向引導(dǎo)軸6 (80a)在孔中 插通，在針形電極1、 1之間通過(guò)充分的低電阻電接觸而配置。該過(guò) 電流發(fā)熱性片2可以使用比針形電極1的剖面薄的金屬板、電阻率比 針形電極l高的合金板等。3是將過(guò)電流發(fā)熱性片2與各針形電極1、 l之間以及引導(dǎo)軸6 (80a)與過(guò)電流發(fā)熱性片2之間接合的低熔點(diǎn)可 熔材料，可以使用低熔點(diǎn)可熔合金或?qū)щ娦詿峥伤苄詷渲取?br> 7、 7是插通于各針形電極1、 l中的彈簧，將絕緣板911插通于 針形電極1、 1以及引導(dǎo)軸6 (80a)并通過(guò)電阻器主體一端的蓋電極 801支撐，用該絕緣支撐板911和過(guò)電流發(fā)熱性片2將彈簧7、 7設(shè)為 壓縮狀態(tài)而保有在低熔點(diǎn)可熔材料3熔融時(shí)可以使過(guò)電流發(fā)熱性片2 從針形電極1、1脫離開的應(yīng)力能量。也可以將具有對(duì)兩個(gè)針形電極1、 1插通的孔以及向電阻器主體一側(cè)的引線導(dǎo)體80a插通的孔的絕緣板 912介于上述彈簧7、 7的另一端與過(guò)電流發(fā)熱性片2之間。
5是外殼，可以將絕緣基臺(tái)的針形電極嵌合孔的一部分開口而將 外殼設(shè)為非密閉結(jié)構(gòu)。
在希望將外殼5設(shè)為密閉結(jié)構(gòu)的情況下，用密封材料密封其部分 開口部。
本發(fā)明的保護(hù)元件優(yōu)選可以使用為圖6所示的二次電池保護(hù)電 路的保護(hù)元件。
在圖6中，E表示二次電池，L表示負(fù)載，S表示充電電源，sw 表示開關(guān)例如晶體管，T表示對(duì)二次電池的過(guò)充電或過(guò)放電進(jìn)行檢測(cè) 而發(fā)送開關(guān)導(dǎo)通信號(hào)的IC電路。A表示本發(fā)明的保護(hù)元件，構(gòu)成為將與電極l、 l連接的引線導(dǎo) 體4、 4和電阻器8的另一個(gè)引線導(dǎo)體80b設(shè)為3端子。
如果在放電時(shí)流過(guò)過(guò)電流，則使保護(hù)元件A的過(guò)電流發(fā)熱性片2 發(fā)熱而使低熔點(diǎn)可熔材料3熔融，釋放彈簧7的應(yīng)力能量而使過(guò)電流 發(fā)熱性片2從電極1、 l之間脫離開，從而切斷負(fù)載L與二次電池E 之間，并且，針對(duì)二次電池E的過(guò)放電，利用來(lái)自IC電路T的信號(hào) 使開關(guān)sw導(dǎo)通，利用二次電池E使電阻器8通電發(fā)熱，通過(guò)該發(fā)生 熱使低熔點(diǎn)可熔材料3熔融，釋放彈簧7的壓縮應(yīng)力能量而使過(guò)電流 發(fā)熱性片2從電極1、 1之間脫離開而切斷二次電池E與負(fù)載L之間。
進(jìn)而，在充電時(shí)，針對(duì)過(guò)充電，利用來(lái)自IC電路T的信號(hào)使開 關(guān)sw導(dǎo)通，用二次電池E或充電電源S使電阻器8通電發(fā)熱，通過(guò) 該發(fā)生熱使低熔點(diǎn)可熔材料3熔融，釋放彈簧7的壓縮應(yīng)力能量而使 過(guò)電流發(fā)熱性片2從電極間1、 l脫離開，從而切斷二次電池E與充 電電源S之間。
在上述二次電池保護(hù)電路中，兩個(gè)針形電極的極性在每次充電 時(shí)、放電時(shí)交替變化，但對(duì)于單位時(shí)間施加的電力量，與放電時(shí)相比 在充電時(shí)更多。但是，各針形電極與過(guò)電流發(fā)熱性片的電導(dǎo)通由于是 電接觸而被良好地確保，所以向低熔點(diǎn)可熔材料流過(guò)直流電流的流通 非常少，可以排除低熔點(diǎn)可熔材料合金的直流遷移。
另外，在流過(guò)過(guò)電流時(shí)，過(guò)電流發(fā)熱性片進(jìn)行焦耳發(fā)熱，低熔點(diǎn) 可熔材料基于該發(fā)生熱而熔融，彈簧被釋放，過(guò)電流發(fā)熱性片通過(guò)其 保有應(yīng)力能量而從電極間脫離開。因此，可以可靠地切斷直流過(guò)電流。
如果在充電時(shí)產(chǎn)生過(guò)充電、或者在放電時(shí)產(chǎn)生過(guò)放電，則電阻器 被通電發(fā)熱，低熔點(diǎn)可熔材料基于該發(fā)生熱而被熔融，彈簧被釋放， 過(guò)電流發(fā)熱性片通過(guò)其保有應(yīng)力能量而從電極間脫離開，二次電池與 充電電源之間或二次電池與負(fù)載之間4皮切斷。因此，可以從過(guò)充電或 過(guò)放電的異常中可靠地保護(hù)二次電池。
在本發(fā)明的保護(hù)元件中，如果在電阻器主體的耐熱性絕緣包覆 800中使用根據(jù)電阻器主體的發(fā)熱而變色的材料，并將外殼5設(shè)為可透視，則可以容易地判別由過(guò)電流引起保護(hù)元件的動(dòng)作、還是由過(guò)電 流以外的異常引起保護(hù)元件的動(dòng)作。
在本發(fā)明的保護(hù)元件中，可以在各針形電極l、 1中設(shè)置腳部， 并將該腳部從外殼(絕緣基臺(tái))引出而設(shè)為引線導(dǎo)體。為了易于實(shí)現(xiàn) 向印刷布線板安裝時(shí)的定位，也可以在一側(cè)的針形電極中設(shè)置腳部， 并對(duì)另 一個(gè)針形電極連接可撓性的引出線。
上述針形電極1的材質(zhì)設(shè)為銅，并為了防止表面氧化可以包覆
Sn或以Sn為基的合金。
在該銅針形電極中，在與上述低熔點(diǎn)合金可熔材料3的接合界面 上，銅向低熔點(diǎn)合金可熔材料3擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，從而有可能使低熔點(diǎn)合金 可熔材料3的機(jī)械強(qiáng)度降低，并且使熔融溫度變化，所以可以在針形 電極l的至少與低熔點(diǎn)合金可熔材料3接合的部分、優(yōu)選在針形電極 l的整個(gè)表面，并在與Sn或以Sn為基的合金包覆層之間，設(shè)置銅轉(zhuǎn) 移阻止膜、例如Ni、 Ni-P、 Ni-B、 Fe、 Pd、 Pd-P中的至少一層 以上的膜。
上述過(guò)電流發(fā)熱性片2的材質(zhì)可以是銅或銅合金例如黃銅，為了 防止表面氧化，可以包覆Sn或以Sn為基的合金。為了阻止銅從過(guò)電 流發(fā)熱性片2向接合該過(guò)電流發(fā)熱性片2與針形電極1的低熔點(diǎn)合金 可熔件3擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，可以在過(guò)電流發(fā)熱性片2的至少與低熔點(diǎn)合金可 熔材料3接合的部分，并在與Sn或以Sn為基的合金包覆層之間，設(shè) 置銅轉(zhuǎn)移阻止膜、例如Ni、 Ni-P、 Ni-B、 Fe、 Pd、 Pd-P中的至 少一層以上的膜。進(jìn)而，為了阻止銅從過(guò)電流發(fā)熱性片向接合引導(dǎo)軸 6或電阻器的引線導(dǎo)體80a、80b與過(guò)電流發(fā)熱性片2的低熔點(diǎn)合金可 熔件3擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，可以在過(guò)電流發(fā)熱性片2的至少與低熔點(diǎn)合金可熔 材料3接合的部分，設(shè)置銅轉(zhuǎn)移阻止膜。優(yōu)選在過(guò)電流發(fā)熱性片2的 整個(gè)表面上設(shè)置銅轉(zhuǎn)移阻止膜。
在上述引導(dǎo)軸6或電阻器的引線導(dǎo)體80a、 80b中，由于電阻器 的電阻值高，所以可以使用在銅線或銅合金線、鎳線、鐵線或鋼線上 包覆了銅層的復(fù)合線(對(duì)于任一個(gè)，都可以在最外層上包覆Sn或以Sn為基的合金)，在該情況下，還可以在引導(dǎo)軸6或引線導(dǎo)體80a 的至少與低熔點(diǎn)合金可熔材料3接合的部分、優(yōu)選在過(guò)電流發(fā)熱性片 2的整個(gè)表面，并在與Sn或以Sn為基的合金包覆層之間，設(shè)置銅轉(zhuǎn) 移阻止膜、例如Ni、 Ni-P、 Ni-B、 Fe、 Pd、 Pd-P中的至少一層 以上的膜。
通過(guò)設(shè)置這些中間層，引線固定電極的強(qiáng)度提高，所以還具有耐 疲勞特性提高的優(yōu)點(diǎn)。另夕卜，還具有能夠抑制從Sn或以Sn為基的合 金生長(zhǎng)Sn金屬須(whisker)的優(yōu)點(diǎn)。
在本發(fā)明的保護(hù)元件中，過(guò)電流發(fā)熱性片的形狀可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定 成長(zhǎng)方形、圓形等,與其對(duì)應(yīng)地，還可以如圖7所示適當(dāng)?shù)卦O(shè)定針形 電極的剖面形狀。
如圖8所示，如果使過(guò)電流發(fā)熱性片2的各端部超過(guò)各針形電極 的上面，則在過(guò)電流發(fā)熱性片的各端部背面與各針形電極的外側(cè)之間 的角落處附加低熔點(diǎn)可熔材料時(shí)，可以良好地防止低熔點(diǎn)可熔材料3 蔓延到內(nèi)側(cè)的角落處的現(xiàn)象，可以防止在過(guò)電流發(fā)熱性片脫離時(shí)發(fā)生 低熔點(diǎn)可熔材料的須，而在絕緣性上安全。在該情況下，無(wú)需涂敷助 熔劑，在耐過(guò)載特性上是優(yōu)良的。
如果在低熔點(diǎn)可熔材料上涂敷助熔劑，則可以良好地防止發(fā)生須 的現(xiàn)象。在該情況下，外殼成為密閉結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的保護(hù)元件中，在過(guò)電流發(fā)熱性片 一側(cè)流過(guò)全部電流， 而在低熔點(diǎn)可熔材料一側(cè)電流不分流是理想的，但如果是幾％ ~30% 程度的分流則可以被容許。在該情況下，使將在充電時(shí)成為陽(yáng)極側(cè)的 針形電極與過(guò)電流發(fā)熱性片接合的低熔點(diǎn)合金可熔材料的量多于將 另 一個(gè)針形電極與過(guò)電流發(fā)熱性片接合的低熔點(diǎn)合金可熔材料的量 的作法作為上述遷移對(duì)策是有效的。
可以向在充電時(shí)成為陽(yáng)極側(cè)的針形電極，附加能夠識(shí)別上述情況
的才示卡己o
權(quán)利要求
1.一種保護(hù)元件，其特征在于，具有一對(duì)針形電極，與這些針形電極并排設(shè)置有引導(dǎo)軸，基于過(guò)電流的通電而發(fā)熱的過(guò)電流發(fā)熱性片以被引導(dǎo)軸插通的狀態(tài)橫跨設(shè)置在上述一對(duì)針形電極之間，利用低熔點(diǎn)可熔材料接合各針形電極與過(guò)電流發(fā)熱性片之間以及上述引導(dǎo)軸與過(guò)電流發(fā)熱性片之間，設(shè)置有保持使上述過(guò)電流發(fā)熱性片從上述針形電極隔離開的應(yīng)力能量的彈簧，基于由上述過(guò)電流發(fā)熱性片的發(fā)熱而引起的低熔點(diǎn)可熔材料的熔融，彈簧的應(yīng)力能量被釋放，從而過(guò)電流發(fā)熱性片從上述針形電極隔離開。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)元件，其特征在于，附加有在電 阻器主體的兩端安裝引線導(dǎo)體而成的電阻器，該電阻器的一側(cè)的引線 導(dǎo)體被用作引導(dǎo)軸，壓縮螺旋彈簧在電阻器主體與過(guò)電流發(fā)熱性片之 間被上述引導(dǎo)軸插通，在電阻器的一側(cè)的引線導(dǎo)體與兩個(gè)針形電極的 任意一個(gè)之間連接有在被保護(hù)設(shè)備的異常時(shí)使上述電阻器通電發(fā)熱 而使上述低熔點(diǎn)可熔材料熔融的電阻發(fā)熱電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的保護(hù)元件，其特征在于，在過(guò)電流發(fā) 熱性片與壓縮螺旋彈簧的一端之間或壓縮螺旋彈簧的另一端與電阻 器主體端之間的至少一方介有絕緣體，在壓縮螺旋彈簧的內(nèi)側(cè)與引導(dǎo) 軸之間介有與上述絕緣體不同的絕緣體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)元件，其特征在于，附加有在電 阻器主體的兩端安裝引線導(dǎo)體而成的電阻器，該電阻器的一側(cè)的引線 導(dǎo)體被用作引導(dǎo)軸，壓縮螺旋彈簧被各針形電極插通，在電阻器的一 側(cè)的引線導(dǎo)體與兩個(gè)針形電極的任意一個(gè)之間連接有在被保護(hù)設(shè)備 的異常時(shí)使上述電阻器通電發(fā)熱而使上述低熔點(diǎn)可熔材料熔融的電 阻發(fā)熱電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)元件，其特征在于，附加有在電 阻器主體的兩端安裝引線導(dǎo)體而成的電阻器的一側(cè)的引線導(dǎo)體被用 作引導(dǎo)軸，設(shè)置有將過(guò)電流發(fā)熱性片向與針形電極相反的一側(cè)拉伸的拉伸彈簧，在電阻器的一側(cè)的引線導(dǎo)體與兩個(gè)針形電極的任意一個(gè)之 間連接有在被保護(hù)設(shè)備的異常時(shí)使上述電阻器通電發(fā)熱而使上述低 熔點(diǎn)可熔材料熔融的電阻發(fā)熱電路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中的任意一項(xiàng)所述的保護(hù)元件，其特征在 于，過(guò)電流發(fā)熱性片的各端部超過(guò)各針形電極的上面，將它們的各端 部背面與各針形電極的外側(cè)角落通過(guò)低熔點(diǎn)可熔材料接合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中的任意一項(xiàng)所述的保護(hù)元件，其特征在 于，被收容在外殼中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的保護(hù)元件，其特征在于，被收容在外殼中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的保護(hù)元件，其特征在于，在兩個(gè)針形 電極中設(shè)置有從外殼引出的腳部。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的保護(hù)元件，其特征在于，在兩個(gè)針形 電極中設(shè)置有從外殼引出的腳部。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2~5中的任意一項(xiàng)所述的保護(hù)元件，其特征 在于，該保護(hù)元件用于二次電池的^f呆護(hù)，并且過(guò)電流是二次電池的容 許負(fù)載電流，異常時(shí)是二次電池的過(guò)充電時(shí)或過(guò)放電時(shí)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的保護(hù)元件，其特征在于，該保護(hù)元件 用于二次電池的保護(hù)，并且過(guò)電流是二次電池的容許負(fù)載電流，異常 時(shí)是二次電池的過(guò)充電時(shí)或過(guò)放電時(shí)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的保護(hù)元件，其特征在于，該保護(hù)元件 用于二次電池的保護(hù)，并且過(guò)電流是二次電池的容許負(fù)載電流，異常 時(shí)是二次電池的過(guò)充電時(shí)或過(guò)方文電時(shí)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的保護(hù)元件，其特征在于，該保護(hù)元件 用于二次電池的保護(hù)，并且過(guò)電流是二次電池的容許負(fù)載電流，異常 時(shí)是二次電池的過(guò)充電時(shí)或過(guò)放電時(shí)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的保護(hù)元件，其特征在于，該保護(hù)元件 用于二次電池的保護(hù)，并且過(guò)電流是二次電池的容許負(fù)載電流，異常 時(shí)是二次電池的過(guò)充電時(shí)或過(guò)放電時(shí)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的保護(hù)元件，其特征在于，該保護(hù)元 件用于二次電池的保護(hù)，并且過(guò)電流是二次電池的容許負(fù)載電流，異常時(shí)是二次電池的過(guò)充電時(shí)或過(guò)放電時(shí)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中的任意一項(xiàng)所述的保護(hù)元件，其特征 在于，低熔點(diǎn)可熔材料是合金。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的保護(hù)元件，其特征在于，將針形電 極的材質(zhì)設(shè)為銅，在該針形電極表面的至少與低熔點(diǎn)合金可熔材料接 合的部分，設(shè)置有阻止上述銅向低熔點(diǎn)合金可熔材料轉(zhuǎn)移的銅轉(zhuǎn)移阻 止膜。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的保護(hù)元件，其特征在于，將過(guò)電流 發(fā)熱性片的材質(zhì)設(shè)為銅或銅合金，在該過(guò)電流發(fā)熱性片表面的至少與 低熔點(diǎn)合金可熔材料接合的部分，設(shè)置有阻止上述銅向低熔點(diǎn)合金可 熔材料轉(zhuǎn)移的銅轉(zhuǎn)移阻止膜。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的保護(hù)元件，其特征在于，將過(guò)電流 發(fā)熱性片的材質(zhì)設(shè)為銅或銅合金,在該過(guò)電流發(fā)熱性片表面的至少與 低熔點(diǎn)合金可熔材料接 合的部分，設(shè)置有阻止上述銅向低熔點(diǎn)合金可 熔材料轉(zhuǎn)移的銅轉(zhuǎn)移阻止膜。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的保護(hù)元件，其特征在于，銅轉(zhuǎn)移阻 止膜是Ni、 Ni-P、 Ni-B、 Fe、 Pd、 Pd - P中的至少一層膜以上的 膜。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的保護(hù)元件，其特征在于，銅轉(zhuǎn)移阻 止膜是M、 Ni-P、 Ni-B、 Fe、 Pd、 Pd - P中的至少一層膜以上的 膜。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的保護(hù)元件，其特征在于，銅轉(zhuǎn)移阻 止膜是M、 Ni-P、 Ni-B、 Fe、 Pd、 Pd - P中的至少一層膜以上的 膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種保護(hù)元件，對(duì)于在直流下使用的被保護(hù)設(shè)備，排除低熔點(diǎn)合金的遷移而針對(duì)過(guò)電流可以可靠地進(jìn)行保護(hù)。具有一對(duì)針形電極(1、1)，與這些針形電極(1、1)并排設(shè)置有引導(dǎo)軸(6)，基于過(guò)電流的通電而發(fā)熱的過(guò)電流發(fā)熱性片(2)以被引導(dǎo)軸(80a)插通的狀態(tài)橫跨設(shè)置在上述一對(duì)針形電極(1、1)之間，利用低熔點(diǎn)可熔材料(3)接合各針形電極(1、1)與過(guò)電流發(fā)熱性片(2)之間以及上述引導(dǎo)軸(6)與過(guò)電流發(fā)熱性片(2)之間，設(shè)置有保持使上述過(guò)電流發(fā)熱性片(2)從上述針形電極(1、1)隔離開的應(yīng)力能量的彈簧(7)。
文檔編號(hào)H01H37/00GK101527224SQ20091012619
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日
發(fā)明者岡本尚, 田中嘉明, 金田喜巳郎 申請(qǐng)人:內(nèi)橋艾斯泰克股份有限公司