(57)【要約】【課題】  ヒューズエレメントの高負荷使用での信頼性を向上し、異常電流をより早く遮断することを可能にする。【解決手段】  ０．１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％のＴｉ、あるいは０．０３ｗｔ％〜０．０８ｗｔ％のＺｒを含有し残部がＣｕ及び不可避的不純物である組成を有するＣｕ合金のヒューズエレメント。前記Ｃｕ合金の表面にＡｇめっき、あるいはバリア層の役割を果たすＮｉめっき処理後、その表面にＳｎめっき処理を行うこともある。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％のＴｉ、あるいは０．０３ｗｔ％〜０．０８ｗｔ％のＺｒを含有し残部がＣｕ及び不可避的不純物からなることを特徴とするヒューズエレメント。
【請求項２】
０．１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％のＴｉ、あるいは０．０３ｗｔ％〜０．０８ｗｔ％のＺｒを含有し残部がＣｕ及び不可避的不純物からなるＣｕ合金をコア材として、表面にＡｇめっき処理したことを特徴とするヒューズエレメント。
【請求項３】
０．１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％のＴｉ、あるいは０．０３ｗｔ％〜０．０８ｗｔ％のＺｒを含有し残部がＣｕ及び不可避的不純物からなるＣｕ合金をコア材として、その表面にＮｉ層、更にその上層にＳｎめっき処理したことを特徴とするヒューズエレメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、高い負荷率での使用においても結晶粒の成長を抑え、長期使用においても高い信頼性を確保するとともに、高い負荷率での使用を可能にすることにより、機器に異常が生じ過電流が流れた時には、異常電流をより早く遮断することを可能にするヒューズエレメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、エネルギー源を電気とする電気自動車やハイブリッドカーが登場し、これらの電気回路の異常時の保護にヒューズは必須部品となっており、電気回路の異常を保護するという役割と長期使用において不要溶断を引き起こすことが無いよう、ヒューズエレメントとして信頼性の高いＡｇ材料を使うのが一般的となっている。【０００３】  しかし、電気自動車やハイブリッドカーの普及にはコストが一つの障害要因となっており、電気自動車やハイブリッドカーに使用される部品の低コスト化も大きな課題となっており、コストの高い銀材料を使用することは大きなネックとなっており、Ａｇより材料コストの安いＣｕあるいはＣｕ合金をエレメント材料として使用したヒューズがある。【０００４】  しかしＣｕを使用したヒューズエレメントは、再結晶開始温度より高い温度となる負荷率の状態が継続すると結晶粒が成長し、じん性や引張り強さが低下し、通電のＯＮ−ＯＦＦによるヒューズエレメントの熱膨張／収縮から生じる応力により、不要溶断や断線を引き起こす危険を有している。【０００５】  この問題に対し、再結晶開始温度を超えることの無いよう負荷率を下げるため、定格電流の大きなヒューズを使用すると、本来保護すべき異常電流でヒューズが溶断しなかったり、溶断時間が長くかかったりして保護の役割を果たさないという事態を招く危険を有している。【０００６】  また強度や耐熱性、耐マイグレーションの向上を図った銅にＮｉ：７ｗｔ％〜２５ｗｔ％、Ｚｎ：５ｗｔ％〜３２ｗｔ％及びＰ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ｃｏの中から１種又は２種以上を０．０１ｗｔ％〜５ｗｔ％を添加した文献１のヒューズ用合金や、銅にＦｅ：１．５ｗｔ％〜３．０ｗｔ％、Ｐ：０．００１ｗｔ％〜０．１ｗｔ％、Ｚｎ：１．０ｗｔ％〜５．０ｗｔ％を添加した文献２のヒューズ端子用銅合金や、銅にＮｉ：０．４ｗｔ％〜４．０ｗｔ％、Ｓｉ：０．１ｗｔ％〜１．０ｗｔ％、Ｚｎ：０．０５ｗｔ％〜１．０ｗｔ％、Ｍｇ：０．００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％及びＣｒ、Ｔｉ、Ｚｒのいずれか０．００１ｗｔ％〜０．０１ｗｔ％を添加した文献３のようなヒューズ端子用銅合金があるが、銅への多種の金属の添加は各金属材料の重量管理が煩雑であり、また機械的強度に対し改善を図っているもののヒューズとして重要な通電における熱的耐久性の改善はなされておらず、さらに固有抵抗の高い金属を多量に添加することにより固有抵抗の上昇や融点の上昇を招き、ヒューズによる電力損失も大きなものとなる問題を有している。【０００７】  その他にＮｉ：０．１ｗｔ％〜１ｗｔ％、Ｓｎ：０．１ｗｔ％〜１ｗｔ％、Ｐ：０．０１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％からなるＣｕ合金に、Ｎｉ層、その上にＮｉ−Ｓｎ合金、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ合金及び最表面層にＳｎめっき層、を形成した文献４のようなヒューズ用めっき付き銅合金材料があるが、Ｎｉ層あるいはＮｉ−Ｓｎ層により通電による温度上昇でのＳｎの拡散を急速に促進させ、コア材であるＣｕ合金基材をすばやく減肉させることにより、異常電流をすばやく溶断することを図ったものがあるが、通常使用状態においてコア材であるＣｕ合金へのＳｎの拡散が進行し長期使用において不要溶断を引き起こす危険を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】  特開昭６３−２３０８３７号公報
【特許文献２】  特開平５−８６４２８号公報
【特許文献３】  特開平５−１９８２４７号公報
【特許文献４】  特開２００８−１６９４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  本発明は、上記に説明したような従来の種々の問題点に鑑みなされたものであって、１種の元素の微量添加によりヒューズとして重要な通電における熱的耐久性を改善し、高い負荷電流での使用を可能にするとともに周囲温度の影響を受けにくく、且つ機器に異常が生じ過電流が流れた時には、異常電流をすばやく遮断することを可能にするヒューズエレメントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明に係るヒューズエレメント用Ｃｕ合金は０．１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％のＴｉ、あるいは０．０３ｗｔ％〜０．０８ｗｔ％のＺｒを含有し残部がＣｕ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。さらに前記Ｃｕ合金をコア材として表面にＡｇめっき処理したもの、あるいは前記Ｃｕ合金をコア材として、その表面にＮｉ層、更にその上層にＳｎめっき処理したものも、本発明のヒューズエレメント用Ｃｕ合金に含まれる。
【発明の効果】
【００１１】  上記ヒューズエレメント用Ｃｕ合金は従来のＣｕ合金のように多種の元素を添加することなく、ＴｉあるいはＺｒという１種の元素を微量添加するだけで再結晶開始温度として４５０℃以上を得ることが出来、且つ高い負荷電流での使用においても結晶粒界の成長を抑え、長期使用においても高い信頼性を確保するとともに、高い負荷率での使用を可能にすることにより、機器に異常が生じ過電流が流れた時には、異常電流をすばやく遮断することを可能にする効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】周囲温度２０℃において、ヒューズエレメント溶断する電流を負荷率１００％として、本発明の組成と純Ｃｕをヒューズエレメントとした場合の再結晶開始温度の負荷率を求めたグラフである。
【図２】周囲温度が−４０℃において、前記と同様に負荷率を求めたグラフである。
【図３】周囲温度が１２５℃において、前記と同様に負荷率を求めたグラフである。
【図４】ＣｕにＴｉあるいはＺｒを微量添加した時の再結晶開始温度及び固有抵抗の変化を示したグラフである。
【図５】周囲温度２０℃を基準として、周囲温度の変化に対し本発明の組成と純Ｃｕでの再結晶開始温度未満の温度とするための負荷のディレーティング率を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】  図４に示すようにＣｕの再結晶開始温度２００℃に対し、ＣｕへＴｉを０．１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％あるいはＣｕへＺｒを０．０３ｗｔ％〜０．０８ｗｔ％の範囲で添加することにより、再結晶開始温度は４５０℃へと上昇させることが出来るものの、その固有抵抗に大きな変化を生じさせず、その結果電流−時間特性として従来のＣｕやＡｇをヒューズエレメントとしたヒューズと大きく変化させることがない前記範囲の添加量が望ましい。
【００１４】
【表１】
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【００１５】  その結果、図１から図３から求めた表１に示すように周囲温度２０℃では長期使用において不要溶断を引き起こす一要因である再結晶開始温度未満の温度を確保するために、Ｃｕではヒューズエレメントの溶断する負荷電流を１００％とすると約５３％以下の通電、自動車のように過酷な温度を求められる例えば１２５℃では３５％以下での通電しか許容できないのに対し、ＣｕへＴｉを０．２ｗｔ％添加したＣｕ合金では２０℃では約６９％、１２５℃であっても約６４％までの通電が許容されるものとなっている。
【００１６】
【表２】
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【００１７】  さらにヒューズは熱的影響を受け易く、通電能力が変化するため周囲温度が低い場合は通電能力が大きく、周囲温度が高い場合は、通電能力が小さくなるが、再結晶開始温度未満の温度とするためには２０℃に対し表２および図５に示すようにＣｕの場合、−４０℃で約７％、１２５℃で約−１６％のディレーティングが必要となるものの、Ｃｕへ０．１ｗｔ％のＴｉを添加したＣｕ合金では、−４０℃で約３％、１２５℃で約−７％、Ｃｕへ０．２ｗｔ％のＴｉを添加したＣｕ合金では、−４０℃で約３％、１２５℃で約−７％とＣｕに比べディレーティング率を小さくすることが出来るものとなっている。
【００１８】  前記Ｔｉについて述べたが、図４に示すようにＺｒの添加においても再結晶開始温度の上昇によりＴｉと同様の効果を有する。
【００１９】  以上述べたＣｕ合金をコア材として表面にＡｇめっき処理することにより表面酸化防止を、また表面にＮｉ層、更にその上層にＳｎめっき処理することにより、コア材であるＣｕ合金が再結晶を起こす直前の４５０℃となるような負荷電流が通電されてもＮｉ層がバリアとなってＳｎのＣｕ合金への拡散を防止し長期使用において不要溶断を防止し、一度電気回路の異常により過電流が流れヒューズエレメントの溶断が必要な事態においては、通常使用時における負荷率から溶断を必要とする負荷率までの開きが小さいことにより、回路に異常が生じ過電流が流れた際には、異常電流をすばやく遮断することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】  高温から低温と使用温度範囲の広い自動車のように温度環境の厳しい電気回路を保護するヒューズのエレメントとして利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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