(57)【要約】【課題】異常な高温に一部分でも晒されることにより断線し、異常温度を検知することができるとともに、ヒューズエレメントを構成する材料の性質に制限がないため、環境対策、低コスト化、低温検知といった要求に対応することができ、更に、優れた動作信頼性を有した面状温度ヒューズを提供すること。【解決手段】フラックスと所定の温度で溶融する導電性粒子とを混合してなるペースト状体を、絶縁性支持体上に配設した後、上記フラックスを上記絶縁性支持体に吸収させるとともに、上記導電性粒子同士を電気的接続状態にすることにより、上記ペースト状体を導通させてヒューズエレメントを構成したことを特徴とする面状温度ヒューズ。上記絶縁性支持体及び上記ヒューズエレメントが、一対の絶縁性薄材により挟持されていることを特徴とする面状温度ヒューズ。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラックスと所定の温度で溶融する導電性粒子とを混合してなるペースト状体を、絶縁性支持体上に配設した後、上記フラックスを上記絶縁性支持体に吸収させるとともに、上記導電性粒子同士を電気的接続状態にすることにより、上記ペースト状体を導通させてヒューズエレメントを構成したことを特徴とする面状温度ヒューズ。
【請求項２】
上記絶縁性支持体及び上記ヒューズエレメントが、一対の絶縁性薄材により挟持されていることを特徴とする請求項１記載の面状温度ヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常な高温に一部分でも晒されることにより断線し、異常温度を検知することができる面状温度ヒューズに係り、ヒューズエレメントを構成する材料の性質に制限がないため、環境対策、低コスト化、低温検知といった要求に対応することができ、更に、優れた動作信頼性を有しているものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱機器における異常温度の検知をするために、安全装置として素子状の温度ヒューズが用いられており、異常温度になる可能性のある場所が広範囲で存在する場合には、安全性向上のために複数個の温度ヒューズが連結されて用いられていた。しかしながら、このような構成では、異常温度を検知する部分が点であり局部的に発生する異常温度に対し、確実に作用するか定かではないという問題がある。又、温度ヒューズの使用量が増大するため、部品コストが上昇するばかりか、その連結工程にも多大な工数がかかるため、作業コストが非常に高くなるという問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するものとして、従来種々の面状の温度ヒューズが知られている。例えば、特許文献１のように、導電性を有し予め設定された温度で溶断する長尺ヒューズ部材をシート状の絶縁基材と絶縁薄板材の間に任意の形状で配置し、これらをパック状に保持して一体的に固定する構成により、高温で長尺ヒューズ部材が溶断して異常を検知するものが挙げられる。
【０００４】
又、特許文献２のように、板状電極板を２枚向かい合わせ、その間の全域にわたって所定値以上の温度で溶融するフラックスに半田の粒を混入した物質（ペースト状体）を圧接狭持する構成により、過熱によってペースト状体が溶融して両電極板が接触し、電気的に導通して異常を検知するものが挙げられる。
【０００５】
又、絶縁基板上に２本の導電線パターンをプリントし、このプリント基板面に所定値以上の温度で溶融する半田粘調体フラックス（ペースト状体）を塗布する構成により、過熱によってペースト状体が溶融し、導電線間を半田が橋渡しする形で導通するようにして、異常を検知するものが挙げられる。
【０００６】
尚、本発明の面状温度ヒューズには直接関係しないが、クリームはんだ（ペースト状体）を使用したヒューズを開示したものとして特許文献４が挙げられる。
【０００７】
【特許文献１】実公平８−７２３６号公報
【特許文献２】特開平９−１４５１６４号公報
【特許文献３】特開平９−１７０７５７号公報
【特許文献４】特許第３１４２５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示された面状温度ヒューズは、長尺線状のヒューズ部材を使用したものであるため、ヒューズ部材に使用される合金に大きな制限を受けてしまう。即ち、合金の組成によっては、非常に脆い性質となることがあるが、このような合金は細線化が困難であるためヒューズ部材として使用することができない。例えば、環境対策のために鉛を排除し、且つ、低温での検知が可能なヒューズ部材を選定する場合、インジュウム等の高額材料を含む合金を使用するもの、カドミウム等の環境負荷物質を含む合金を使用するもの、ビスマス等を含む非常に脆い性質の合金を使用するもの、が現状挙げられている。ここで、インジュウム等の高額材料を含む合金を使用すると、コストが高くなりすぎる問題が生じ、又、カドミウム等の環境負荷物質を含む合金は、環境対策の点から基より使用することができない。残されたビスマス等を含む非常に脆い性質の合金についても、細線化が困難であるため、特許文献１のような構成の面状温度ヒューズには使用することができない。
【０００９】
又、特許文献２，３に開示された面状温度ヒューズは、板状電極板間あるいは導電線パターン間にペースト状体を配置し、このペースト状体を導通させることにより、異常温度を検知するものである。しかしながら、このペースト状体は、フラックス中に半田の粒が混合されたものであることから、フラックスの効果によって検知時には溶融した半田が球状になって分離してしまうため、板状電極板間あるいは導電線パターン間が導通し得ない可能性が高い。又、特許文献２，３に開示された面状温度ヒューズは、高温環境下で長期間使用すると、フラックスが熱劣化で消散してしまうことが考えられ、この場合は、異常温度に達していなくても板状電極板間あるいは導電線パターン間が導通してしまい、誤動作することになる。
【００１０】
本発明はこのような点に基づいてなされたもので、その目的とするところは、異常な高温に一部分でも晒されることにより断線し、異常温度を検知することができるとともに、ヒューズエレメントを構成する材料の性質に制限がないため、環境対策、低コスト化、低温検知といった要求に対応することができ、更に、優れた動作信頼性を有しているものに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するべく本発明の請求項１による面状温度ヒューズは、フラックスと所定の温度で溶融する導電性粒子とを混合してなるペースト状体を、絶縁性支持体上に配設した後、上記フラックスを上記絶縁性支持体に吸収させるとともに、上記導電性粒子同士を電気的接続状態にすることにより、上記ペースト状体を導通させてヒューズエレメントを構成したことを特徴とするものである。
又、請求項２による面状温度ヒューズは、請求項１記載の面状温度ヒューズにおいて、上記絶縁性支持体及び上記ヒューズエレメントが、一対の絶縁性薄材により挟持されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１によれば、局所的に発生する異常温度に対して確実に検知することが可能であり、安全性を向上させることができる。又、ヒューズエレメントは、フラックスと所定の温度で溶融する導電性粒子とを混合してなるペースト状体を配設した後、ペースト状体を導通させた構成としているため、ヒューズエレメントを構成する導電性粒子の材質に制限がなく、例えば、線状に成型できないような脆い材質の合金を使用しても、細かいパターンでヒューズエレメントを構成することができる。そのため、鉛を排除し、且つ、低温での検知が可能な面状温度ヒューズとすることができる。又、異常温度のような高温に対してヒューズエレメントが溶融して断線する単純な構成であるため、高い信頼性にて異常温度の検知が行われる。
又、請求項２によれば、絶縁性薄材で絶縁性支持体とヒューズエレメントを挟持しているため、機械的強度が向上するとともに、可撓性も向上するため、取り回しが容易になり、作業性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明においては、ペースト状体を任意のパターンで絶縁性支持体上に配設した構成となっている。ペースト状体の配設方法については、特に限定はなく、例えば、スクリーン印刷、ディスペンサーによる塗布、などの方法が挙げられる。
【００１４】
ペースト状体はフラックスと所定の温度で溶融する導電性粒子を混合させたものであり、ペースト状の性状を示すものである。このペースト状体は、導電性粒子がフラックスに覆われて不連続であるため、通常は電気的に絶縁性を有しているが、フラックスを、例えば、溶融させるなどにより除去すると、導電性粒子同士が重なり導通するようになる。このような構成であるため、導電性粒子として線引成型ができないような非常に脆い性質の合金を使用した場合であっても、細かいパターンでヒューズエレメントを構成することができる。
【００１５】
ペースト状体に含まれる導電性粒子は、各種組成の合金のものが知られており、例えば、スズ−ビスマス−銀合金、スズ−ビスマス合金、スズ−銀合金、スズ−銀−銅合金、スズ−鉛合金、スズ−鉛−銀合金、スズ−銅合金、スズ−亜鉛合金、スズ−亜鉛−ビスマス合金、スズ−亜鉛−アルミニウム合金、スズ−銀−ビスマス−インジュウム合金、スズ−銀−亜鉛−インジュウム合金、などが挙げられる。これらは、面状温度ヒューズの使用条件に応じて適宜に選定すれば良い。例えば、スズ−ビスマス−銀合金のものは、鉛を含んでおらず、且つ、融点約１４０℃と通常の鉛入りハンダより融点が低いため、環境への対応が必要であるとともに低温の検知が必要な用途に好ましく使用することができる。フラックスと導電性粒子は、それぞれを適宜に混合して使用しても良いが、フラックスと導電性粒子が混合された状態で各種市販されているため、これを使用しても良い。
【００１６】
絶縁性支持体としては、フラックスを吸収できるような性状を有するものであれば特に制限はなく、例えば、不織布，織布，スポンジ，多孔体，和紙などが挙げられる。ここで、絶縁性支持体が不織布，スポンジ等のように、それ自体が空隙を保有しているものであれば、異常温度検知時に溶融したヒューズエレメントが球状になって分離するための空間となるため、異常温度検知後の再結合を防止することができる。又、絶縁性支持体がクッション性を有するものであれば、押圧等の外力が加わった場合でも、この外力を吸収し、ヒューズエレメントの断線を防止することができる。
【００１７】
本発明においては、上記のようにフラックスを絶縁性支持体に吸収させることにより、ペースト状体を導通させてヒューズエレメントを構成している。この態様としては、例えば、上記ペースト状体及び絶縁性支持体に対して、熱処理を施すことによりペースト状体中のフラックスを溶融させ、絶縁性支持体に吸収させることが考えられる。まず上記のように、ペースト状体１ａは、当初の状態では、導電性粒子１ｃがフラックス１ｂに覆われて不連続であるため、導通していない（図２（Ａ）参照）。次に、熱処理によってフラックス１ｂを溶融させると、溶融したフラックス１ｂ´は絶縁性支持体２に吸収されることになる。これにより、導電性粒子１ｃを覆っていたフラックス１ｂが除去されていくことになるため、導電性粒子１ｃ同士が重なって導通するようになる（図２（Ｂ）参照）。この際、ペースト状体１ａに適度な加圧をすることで、導電性粒子１ｃ同士が物理的に接合し、確実に導通するようになる。更に熱処理を加えて導電性粒子１ｃが溶融すると、導電性粒子１ｃ同士が融合し層状となるため、より確実に導通するようになる（図２（Ｃ）参照。）。この際にも、上記と同様にペースト状体１ａに適度な加圧がされていれば、より一層確実に導通するようになる。尚、上記のようにして絶縁性支持体に吸収されたフラックスは、そのまま絶縁性支持体に保持されていることが好ましい。ここで、フラックスを絶縁性支持体に保持させる態様としては、例えば、後述する絶縁性薄材を使用することが考えられる。このようにすれば、異常温度検知時に保持されているフラックスが再び溶融することによりヒューズエレメントの断線を補助することになり、異常温度検知時の動作を速くすることができるとともに、製品寿命を長くすることができる。
【００１８】
ここで、熱処理が足りない（温度が低い、時間が短い）と、フラックス１ｂが十分に溶融しないため導電性粒子１ｃ間にフラックス１ｂが大量に残ってしまいペースト状体が導通しにくくなり、ヒューズエレメントを構成することが困難になってしまう。逆に熱処理が必要以上（温度が高い、時間が長い）だと、溶融した導電性粒子１ｃが球状になって分離してしまい、ヒューズエレメントが断線してしまう。熱処理の条件は、導電性粒子の組成、ペースト状体の塗布量、ヒューズエレメントのパターン構成、加圧の有無などを踏まえた上で適宜設定する。
【００１９】
ヒューズエレメントの絶縁及び機械的保護を図るため、一対の絶縁性薄材により上記絶縁性支持体及び上記ヒューズエレメントを挟持することが考えられる。これにより、面状温度ヒューズとしての可撓性を向上させることもできるため、面状温度ヒューズを屈曲させた場合でもヒューズエレメントの断線を防止することができる。又、絶縁性支持体に吸収されたフラックスが流出してしまったり、消散してしまったりすることを防止できるため、フラックスをそのまま絶縁性支持体に保持させることができる。絶縁性薄材としては、絶縁性を有したフィルム、シート、板などの薄状の部材が用いられ、上記導電性粒子よりも融点が高いものが好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、アクリル、ナイロン等の樹脂や、フッ素、シリコーン、ウレタン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体などのゴムからなるフィルムやシートなどが挙げられる。
【００２０】
このような絶縁性薄材同士を接着させることにより、絶縁性支持体及びヒューズエレメントを挟持させることができる。接着方法としては熱融着によるものでも接着剤によるものでも良い。絶縁性薄材を熱融着により接着させる場合は、絶縁性薄材をシリコーンシート等のクッション性のあるシートの上にセットした状態で加熱加圧加工をすれば、ヒューズエレメントにかかる過剰な圧力を和らげることができる。又、上記絶縁性支持体がクッション性を有するものとすることでも、ヒューズパターンにかかる過剰な圧力を和らげることができる。尚、上記熱処理と絶縁性薄材の熱融着を同時に行い、ペースト状体を導通させてヒューズエレメントを構成しながら、絶縁性薄材同士を接着させることも考えられる。この場合には、ペースト状体を導通する際に、ペースト状体に適度な加圧をすることになるため、ペースト状体がより一層確実に導通するようになる。
【００２１】
上記のように、絶縁性薄材により絶縁性支持体及びヒューズエレメントを挟持する場合は、絶縁性薄材の上にペースト状体を配設し、このペースト状体上に絶縁性支持体を配置して熱処理を行い、ペースト状体を導通させることも考えられる。要は、熱処理によりペースト状体中のフラックスを溶融させる際に、ペースト状体と絶縁性支持体が接した状態となっていれば良い。
【００２２】
実使用に際しては、上記ヒューズエレメントの端部にリード線が接続されることになる。リード線の接続方法としては、導通が取れれば特に制限はなく、例えば、ペースト状体の熱処理に併せて、端子、リード線、リード線接続用の金属箔等を溶着する方法、リード線、リード線接続用の金属箔等を絶縁性薄材で一緒に挟持する方法、ヒューズエレメントに、端子、リード線、リード線接続用の金属箔等をハンダ付や溶接により接続する方法、などが挙げられる。又、絶縁性薄材の一部に予め銅等の金属メッキを施し、このメッキ部分にてペースト状体端部を挟持することも考えられる。
【実施例】
【００２３】
以下、図１及び図２を参照して本発明の実施例を説明する。
【００２４】
ＰＥＴ製ラミネート材からなる絶縁性薄材３上に、フラックスと所定の温度で溶融する導電性粒子を混合したペースト状体１ａを形成した。導電性粒子としては、スズ−ビスマス−銀合金（融点１３７℃）からのなるものを選択した。次いで、ペースト状体１ａの端末部の上にリード線接続用の金属箔４を配置するとともに、ペースト状体１ａの上にＰＥＴ製不織布からなる絶縁性支持体２を配置し、更にこの絶縁性支持体２の上に、ＰＥＴ製ラミネート材からなる絶縁性薄材３を配置した。これらをシリコーンシートからなるクッション材の上にセットし、熱処理と絶縁性薄材３同士の接着（熱融着）とを同時に行うべく、１５０℃で４５秒間プレス（加熱加圧）してヒューズエレメント１を構成した。これにより、図２（Ａ）のように、導電性粒子１ｃがフラックス１ｂに覆われて不連続であるため導通していなかったペースト状体１ａが、図２（Ｂ）のように、熱処理によって溶融したフラックス１ｂ´が絶縁性支持体２に吸収され、導電性粒子１ｃ同士が重なり、物理的な接合により導通するようになり、更に図２（Ｃ）のように、導電性粒子１ｃが溶融して、導電性粒子１ｃ同士が融合し層状となり、確実に導通するようになっている。
【００２５】
このようにして作成された面状温度ヒューズについて、断線時間と断線温度を測定した。断線温度は、１７０℃の熱風循環式恒温槽に投入し、面状温度ヒューズが断線するまでの時間を測定した。又、断線時間は、１２０℃のシリコーン油オイルバスに２０分保持した後、オイルバスを１℃／分の割合で温度上昇させ、面状温度ヒューズが断線する温度を測定した。結果を表１に示す
【００２６】
【表１】
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【００２７】
本実施例による面状温度ヒューズは、導電性粒子として非常に脆い材質であるスズ−ビスマス−銀合金を用いているのにも関わらず、ヒューズエレメントのパターンを細かいものにすることができた。これにより、鉛を排除するとともに、表１の断線温度の結果の通り、低温での検知にも対応することができた。又、断線時間も７秒と短かく、確実に検知されていたことから、優れた信頼性を有していることが確認された。
【００２８】
又、比較例として、実施例において絶縁性支持体を用いていないサンプルを作製した。しかし、熱処理の際に、溶融したフラックスが導電性粒子を覆ったままの状態となり、フラックスと導電性粒子が分離されなかったため、ペースト状体を導通させることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上詳述したように、本発明は、異常な高温に一部分でも晒されることにより断線し、異常温度を検知することができる面状温度ヒューズに係り、ヒューズエレメントを構成する材料の性質に制限がないため、環境対策、低コスト化、低温検知といった要求に対応することができ、更に、優れた動作信頼性を有している面状温度ヒューズを得ることができるものである。又、その用途としては、例えば、給湯器，冷蔵庫，エアコン室内外機，衣服乾燥機，ジャー炊飯器，ホットプレート，コーヒーメーカ，温水器，セラミックヒータ，石油ヒータ，自動販売機、温熱布団，床暖房パネルヒータ，複写機，ファクシミリ，食器乾燥機，フライヤ等が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例を示す図で、面状温度ヒューズの一部切欠斜視図である。
【図２】本発明のペースト状体と絶縁性支持体の構成を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ヒューズエレメント
１ａ  ペースト状体
１ｂ  フラックス
１ｃ  導電性粒子
２  絶縁性支持体
３  絶縁性薄材
４  リード線接続用の金属箔
【図１】
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【図２】
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