熔絲及內設該熔絲的組合式電池的製作方法

2023-05-14 01:14:31

專利名稱：熔絲及內設該熔絲的組合式電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種流通過電流時即熔斷的熔絲及內設該熔絲的組合式電池。
熔絲為當電路中有過載電流流通時，即因熱而熔斷切斷電流以保護電路。熔絲是由焦耳熱而被加熱。焦耳熱是和電流的二次方與熔絲電阻的乘積成比例而增大。因此，熔絲如流通的電流增大時焦耳熱將急速增大而被加熱至高溫。熔絲是根據所採用的金屬種類而決定其熔融的溫度。因此，如達到設定電流，則因熱而熔斷以切斷電流。
因設定電流而熔斷的熔絲，其重要的條件為，當達到設定電流時必須迅速熔斷並確實切斷電流。其他重要的條件為，熔斷後必須保持在經切離的狀態以繼續切斷電流。以熔斷後能確實切斷電流為目的，曾經開發有一種使用彈簧材料的熔絲。此種熔絲在如於日本特公平7-114101號公報與特開平7-29481號公報中有所記載。
這些公報所記載的熔絲，是在使彈簧材料彈性變形的狀態下以焊錫等低融點導電體而固定的。例如，如

圖1所示，將彈簧材料6的一端藉焊錫7而固定於端子8。圖中，焊錫等的低融點導電體在有過載電流流通時即熔融，而不再能固定彈簧材料6的熔絲於維持彈性變形的狀態，結果，如圖2所示，彈簧材6的一端即從端子8脫離。
如圖1所示，由彈簧材料製成的熔絲，不可能在電流已切斷的狀態下再度使它連結。因此這種熔絲具有能保持於切斷電流的狀態的優點。然而，這種構造的熔絲，因為是將連結於端子部分熔斷，故必須將端子以及彈簧材固定於預定位置，結果整體形狀變大而有難以方便安裝於狹窄處的缺點。再者，此種構造的熔絲由於是通過如焊錫等低融點導電體的熔融以切斷電流之故，亦有難於正確地設定要切斷的電流值的缺點。對熔絲而言，能正確設定電流值，是一個極重要的條件。這種構造的熔絲視乎錫焊接於端子的狀態，亦即根據焊錫的量，其焊錫熔融的溫度及電流將會變動。此事實致使正確設定發斷電流的工作產生困難。再者，要大幅度改變焊錫熔融的溫度，亦即要大幅度改變切斷電流也是難事。尤其是很難設定小切斷電流值。這是因為如要減小切斷電流值而減少固定彈簧材料的焊錫的量時，則無法確實固定彈簧材於端子的緣故。
本發明是以解決上述缺點為目的而開發的。本發明的重要目的在於提供一種能正確設定切斷電流，又能大幅度改變切斷電流值，再者，到達切斷電流值時即能迅速熔斷以切斷電流的熔絲以及內設該熔絲的組合式電池。
再者，本發明的重要目的在於提供一種能整體作成小型組合式以方便使用於各種用途的熔絲。
本發明的熔絲是一種流通過載電流即熔斷的熔絲，由熱膨脹率相異的多片金屬積層而成的熱膨脹差積層金屬1所構成。當熔絲過載電流加熱而熔斷時，由於熱膨脹差積層金屬1的熱膨脹率的差對熔斷部2產生機械性變形力的作用。本發明說明書中所稱的熱膨脹差積層金屬，是指積層多片金屬板而成，而廣義上包括使用積層2種金屬的雙金屬(bimetal)、積層3種金屬板的三金屬(trimetal)、以及積層4種以上金屬。
本發明的熔絲是積層低熱膨脹率的金屬1A與高熱膨脹率的金屬1B以構成熱膨脹差積層金屬1，而以Ni-Fe作為低熱膨脹率的金屬1A，以Cu-Ni-Mn作為高熱膨脹率的金屬1B。
本發明的熔絲是以100至150μΩ·cm作為熱膨脹差積層金屬1的體積電阻率(resistivity，亦稱比電阻，本文中稱為電阻率)。該電阻率的熔絲到達設定電流值時，即迅速熔斷。
本發明的熔絲是將熱膨脹差積層金屬1的金屬板採用兩端作成為寬幅而其中間的熔斷部2作成為窄幅的形狀。
本發明的組合式電池是將流通過電流即熔斷的熔絲按串聯方式連結於電池3。該熔絲是積層熱膨脹率相異的多片金屬板而成的熱膨脹差積層金屬1，而作成為當熔絲因被加熱而熔斷時，藉由熱膨脹率的差對熔斷部2產生機械性變形力的作用。
本發明的組合式電池，是將多個電池藉流通過載電流時即熔斷的熔絲按串聯方式連結。該熔絲是積層熱膨脹率相異的多片金屬板而成的熱膨脹差積金屬1，而作成為當熔絲因被加熱而熔斷時，藉由熱膨脹率的差對熔斷部2產生機械性變形力的作用。
本發明的組合式電池，是將由熱膨脹差積層金屬1構成的熔絲連結於互相平行配設的電池3的端部電極4，並以熱膨脹差積層金屬1將電池3按串聯方式連結。由熱膨脹差積層金屬1構成的熔絲，是當因被加熱而熔斷時按使熔斷部2從電池3的端部電極4離開的方式，亦即，按朝向電池3的相反側變形的方式連續於電池3而成。
圖1是表示將以往的熔絲固定於端子的狀態的平面圖。
圖2是表示圖1所示熔絲將電流切斷的狀態的平面圖。
圖3是本發明時實施例的熔絲的斜視圖。
圖4是圖3所示熔絲的放大剖面圖。
圖5是圖3所示熔絲的平面圖。
圖6是內設本發明的實施例的熔絲的組合式電池的剖面圖。
圖7是表示本發明的其他實施例的組合式電池的電池連結構造的正面圖。
圖8表示圖7所示組合式電池的電池連結構造的正面圖。
1 熱膨脹差積層金屬1A 低熱膨脹率的金屬1B 高熱膨脹率的金屬2熔斷部3 電池4端部電極5 端子板 6彈簧板7 錫焊8端子
9 導線板以下，就本發明的實施例依據附圖加以說明。以下所示實施例表示將本發明的技術構思具體化的範例的熔絲及盒式電池，但本發明並不限定熔絲及組合式電池為如下所例示者。
再者，本說明書是為易於了解申請專利範圍起見，將與實施例所示的元件所對應的件號附註到技術方案中的元件之後。但並非將申請專利範圍的各元件限定於實施例中的元件。
圖3所示的熔絲是將熱膨脹率相異的多片金屬板積層而成的熱膨脹差積層金屬1裁斷為細長的形狀。該圖的熔絲是放寬兩端部的寬度而使中間的熔斷部2的寬度變窄。熔絲的熔斷部2寬度變窄以便能使熔斷的電流值降低。再者，即使將熔斷部2加長，仍能降低熔斷的電流值。放寬兩端部的寬度的部分是連結熔絲的部分。
熱膨脹差積層金屬1，如圖4的放大剖面圖所示，是積層並接合低熱膨脹率的金屬1A與高熱膨脹的金屬1B而成的複合金屬板。低熱膨脹率的1A使用Ni-Fe、合金Cr-Fe合金、Ni-Cr-Fe合金等金屬板。高熱膨脹率的金屬1B則使用Cu-Ni-Mn合金、Fe-Ni-Cr合金、Fe-Ni-Mo合金、Ni-Cu合金、Fe-Ni-Mn合金、Zn-Cu合金等金屬板。
使用體積電阻率為100至150μΩ·cm的熱膨脹差積層金屬的熔絲具有迅速熔斷的優點。以此範圍的電阻率的熱膨脹差積層屬而言，可使用以Ni-Fe合金作為低熱膨脹率金屬而以Cu-Ni-Mn合金作為高熱膨脹率金屬的熱膨脹差積層金屬。該熱膨脹差積層金屬的體積電阻率是100至140μΩ·cm。再者，在低熱膨脹率的金屬與高熱膨脹率的金屬之間插入銅薄板的熱膨脹差積層金屬而言，亦可使用以Ni-Fe合金作為低熱膨脹率的金屬、以Ni-Cu合金作為高熱膨脹率的金屬、以Cu-Ni-Mn合金為銅薄板的雙金屬。該雙金屬的體積電阻率為100至135μΩ·cm。
但本發明的熔絲並不限定熱膨脹差積層金屬於該材質。熱膨脹差積層金屬而言，低熱膨脹率的金屬與高熱膨脹率的金屬接合而將可使用因熱而變形的所有金屬。例如可使用以Ni-Fe合金作為低熱膨脹率的金屬而以Zn-Cu合金、Fe-Ni-Mn合金、Ni、Fe-Ni-Cr合金、Fe-Ni-Mo合金、Cu-Ni-Mn合金作為高熱膨脹率的金屬，或以Cr-Fe合金作為低熱膨脹率的金屬，而以Fe-Ni-Cr合金為高熱膨脹率的金屬等接合而成。
試作如圖5所示尺寸的熔絲。該熔絲所使用的熱膨脹差積層金屬1是以Ni-Fe合金作為低熱膨脹率的金屬而以Cu-Ni-Mn合金作為高熱膨脹率的金屬。該熱膨脹差積金屬1的體積電阻率為110μΩ·cm。
比較例1除以Mn-Ni-Cr合金代替熱膨脹差積層金屬使用以外，其他則與實施例1同樣方式試作熔絲。該合金的體積電阻率為120μΩ·cm。
比較例2除以SUS 304不鏽鋼板代替熱膨脹率差積層金屬使用以外，其他則與實施例1同樣方式試作熔絲。該不鏽鋼板的體積電阻率為85μΩ·cm。
比較例3除以Fe-Ni合金代替熱膨脹率差積層金屬使用以外，其他則與實施例1同樣方式試作熔絲。該合金的體積電阻率為64μΩ·cm。
比較例4除以Fe板代替熱膨脹率差積層金屬使用以外，其他則與實施例1同樣方式試作熔絲。該合金的體積電阻率為8μΩ·cm。
測定實施例及比較例的熔絲斷時的電流及時間，結果如表1所示。
表1
如上表所示，本發明實施例的熔絲，是在5A電流下35秒、6A電流下2.8秒、7A電流下1.3秒、8A電流下0.7秒即熔斷。相比之下，比較例1的熔絲則在7A電流下30秒始熔斷。再者，比較例2的不鏽鋼製熔絲，是在7A電流下未能熔斷，8A電流下化費5.5秒始熔斷。比較例3的易熔絲，是在8A電流下未能熔斷、9A電流下化費20秒始熔斷。比較例4的鐵製熔絲，則在10A電流下未能熔斷、15A電流下化費150秒始熔斷。
上述的結果明確表示，本發明的熔絲，雖其體積電阻率較比較例2的金屬為小，但可在極短時間內熔斷的事實。再者，本發明的熔絲，是因熱膨脹差積層金屬1使熔斷部2按機械性方式熱變形並熔斷，故於熔斷的瞬間，如圖4的斜線所示，確實切離而切斷電流。
本發明的熔絲，在熔斷時熔斷部2按機械式方式變形。本發明的熔絲如圖6的剖面圖所示，在內設於組合式電池內時，即按使熔斷部2從電池3離開的方向變形的方式內設。該圖所示的組合式電池，將熔絲一端連接於電池3的端部電極4，另一端則連結於端子板5。如電池3中流通過載電流，熔絲即熔斷。為了使熔絲的熔斷部2能離開電池3，該圖中是按朝向上方彎折的方式配設。亦即，該圖中是將熔斷部2上面作為低熱膨脹率的金屬，而將下面作為高熱膨脹率的金屬。
再者，圖7及圖8所示的電池是將鄰接的電池3以熔絲串聯連結並內設於塑膠盒(未圖示)中或以熱收縮薄膜相連。該組合式電池，是以熔絲串聯連結電池3。該熔絲是以點焊方式將兩端焊接於鄰接而平行配設的兩隻電池3的端部電極4。熔絲為前述熱膨脹差積層金屬1而若有過載電流流通，即被加熱而熔斷。熱膨脹差積層金屬1是以能對電池3相反側變形的方式連結至電池3以便在被加熱而熔斷時，如圖中斜線所示，使熔斷部2能離開電池3的端部電極4，這是為了不使熔斷部2觸及電池3端部電極4。為使熔斷部2變形為如此形狀起見，本身為熔絲的熱膨脹差積層金屬1，是將圖中的上面作為低熱膨脹率的金屬，下面作為高熱膨脹率的金屬。
圖7的組合式電池，是將自左算起第2列的電池3上端以熱膨脹差積層金屬1的熔絲串列連結，將自右算起第2列的電池3下端以非熔絲的電導性導線板9連結。導電性的導電板9，可使用例如鎳板或鐵、銅、或黃銅等表面施以鎳或鉻電鍍的金屬板。內設3隻以上電池的盒式電池，在此未予圖示，亦可以熱膨脹差積層金屬的熔絲串聯連結全部電池。並且，亦可以複數個熔絲及導線板串聯連結4隻以上的電池。
本發明的熔絲，有可正確設定切斷電流，且可大幅改變切斷電流，若流通電流到達切斷電流即可迅速熔斷而切斷電流的優點。這是，由於本發明的熔絲是一種流通過載電流即熔斷的熔絲，而以熱膨脹率相異的多片金屬板積層而成的熱膨脹差積層金屬所構成，當熔絲被過載電流加熱而熔斷時藉由熱膨脹差積層金屬的熱膨脹率的差對熔斷部產生機械性變形力作用的緣故。熱膨脹相異的熱膨脹差積層金屬於被過載電流加熱時將產生變形量的差異，並對熔斷部產生機械性變形力的作用。熔絲即藉由此變形力使熔斷部正確且迅速熔斷。因此，本發明的熔絲可實現能正確設定切斷電流，同時可大幅度改變切斷電流值，再者，若流通電流達到切斷電流值時可迅速熔斷以切斷電流的優點。加之，本發明的熔絲是藉由熱膨脹差積層金屬而使熔斷部機械性方式予以熱變形並熔斷的緣故，亦有可確實切離熔斷部而切斷電流的優點。
再者，本發明的熔絲，不像以往的熔絲在連結至端子的部分熔斷，而是藉由熱膨脹差積層金屬的熱膨脹率的差在機械性變形力將作用的熔斷部熔斷，故不必使熔絲整體作成大型，在狹窄的空間亦可方便安裝。換言之，本發明的熔絲有使整體作成小型組合式以方便使用於種種用途的優點。
再者，本發明的組合式電池在異常狀態下使用電池時，能將熔絲熔斷以切斷電流。這是由於與電池串聯連結的熔絲使用由熱膨脹率相異的多片金屬板積層而成的熱膨脹差積層金屬的緣故。與電池串聯連結的熔絲如電池中流通過電流時則將被加熱而熔斷，但此時由於藉熱膨脹差積層金屬的熱膨脹率的差對熔斷部產生機械性變形力的作用，因而熔絲將迅速且確實被熔斷。熱膨脹率相異的熱膨脹差積層金屬如被過電流加熱時則將產生變形量的差，對熔斷部機械性變形力的作用而確實熔斷。
再者，本發明的組合式電池因於串聯連結電池的導線板使用熱膨脹差積層金屬的熔絲的緣故，有以較少組件數，較佳效率的方式大量生產且能安全保護電池而不受過載電流的影響的優點。
再者，本發明的組合式電池於電池中流通過載電流而熔絲熔斷時因使熔斷部朝向脫離電池的方向變形的緣故，有不致使熔斷的熔絲觸及電池而能確實切斷電流以安全使用的優點。
權利要求
1.一種熔絲，是有過載電流流通即熔斷的熔絲，其特徵在於，該熔絲是由熱膨脹率相異的多片金屬板積層而成的熱膨脹差積層金屬(1)，而當熔絲被加熱而熔斷時，藉由膨脹差對熔斷部(2)產生機械性變形力的作用的動作。
2.如權利要求1所述的熔絲，其特徵在於，該熱膨脹差積層金屬(1)是積層低熱膨脹率的金屬(1A)與高熱膨脹率的金屬(1B)而成；而以Ni-Fe合金作為低熱膨脹率的金屬(1A)、以Cu-Ni-Mn合金作為高熱膨脹率的金屬(1B)。
3.如權利要求1所述的熔絲，其特徵在於，熱膨脹差積層金屬(1)的體積電阻率為100至150μΩ·cm。
4.如權利要求1所述的熔絲，其特徵在於，將兩端作成為較大寬度而將熔斷部(2)作成為較小寬度的形狀。
5.一種組合式電池，其特徵在於，將當有過載電流流通時即熔斷熔絲按串聯方式連結於電池(3)，該熔絲是積層熱膨脹率相異的多片金屬板而成的熱膨脹差積層金屬(1)，而作成為當熔絲因被加熱而熔斷時，藉由熱膨脹率的差對熔斷部(2)產生機械性變形力的作用而動作。
6.一種組合式電池，其特徵在於，將多個電池以有過載電流流通即熔斷的熔絲按串聯方式連結，該熔絲是積層熱膨脹率相異的多片金屬板而成的熱膨脹差積層金屬(1)，而作成為當熔絲因被加熱而熔斷時，藉由熱膨脹率的差對熔斷部(2)產生機械性變形力的作用而動作。
7.如權利要求5所述的組合式電池，其特徵在於，將本身為熱膨脹差積層金屬(1)的熔絲連結於互相平行配設的電池(3)的端部電極(4)，並以熱膨脹差積層金屬(1)按串聯方式連結電池(3)，而本身為熱膨脹差積層金屬(1)的熔絲，是當被加熱而熔斷時按使熔斷部(2)從電池(3)的端部電極(4)離開的方式連結於電池(3)而成。
全文摘要
一種熔絲及內設該熔絲的組合式電池,該熔絲及組合式電池可正確設定切斷電流值,可大幅度改變切斷電流值,若流通電流到達到斷電流值時,即可將迅速熔斷而切斷電流,以及可將整體作成小型盒式以方便使用於種種用途。該熔絲是一種有過載電流流通即將熔斷的熔絲,其特徵為該易熔絲是由熱膨脹率相異的多片金屬板積層而成的熱膨脹差積層金屬所構成,而當易熔絲被加熱而熔斷時,藉由熱膨脹差積層金屬熱膨脹差對熔斷部產生機械性變形力作用而動作。
文檔編號H01H85/36GK1264913SQ0010182
公開日2000年8月30日 申請日期2000年1月29日 優先權日1999年2月26日
發明者橋本尚 申請人:三洋電機株式會社