(57)【要約】【課題】通電ＯＮ／ＯＦＦに伴う熱ストレスでヒューズエレメントの接合部が早期に破断する不具合を解消してヒューズの耐パワーサイクル，信頼性の向上化を図る。【解決手段】ヒューズ筒の両端に配した端子付き金属キャップの間に複合ヒューズエレメントを張架したヒューズであり、その複合ヒューズエレメント４が銅材のヒューズエレメント４ａと銀材の短絡エレメント４ｂを直列に組合せ、各ヒューズエレメントの相互間を低融点の錫−亜鉛合金４ｃで半田付けしたものにおいて、銅材のヒューズエレメント４ａについては、その接合面に銀メッキ層４ｅを被膜形成した上で錫−亜鉛合金４ｃ半田付けして銅と半田との直接的な反応を防ぎ、その接合界面に脆性の高い銅−亜鉛の金属間化合物が生成するのを防止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒューズ筒の両端に配した端子付き金属キャップの間に複合ヒューズエレメントを張架したヒューズであり、その複合ヒューズエレメントが銅材のヒューズエレメントを含む複数枚のヒューズエレメントを直列に組合せ、各ヒューズエレメントの相互間を低融点の錫−亜鉛合金で半田付けしたものにおいて、
前記の銅材ヒューズエレメントについては、その接合面に銀メッキ層を被膜形成して半田付けしたことを特徴とするヒューズ。
【請求項２】
請求項１に記載のヒューズにおいて、複合ヒューズエレメントが、銀材の橋絡エレメントを挟んでその両側に銅材のヒューズエレメントを突き合わせてその相互間を錫−亜鉛合金で半田付けした構造になり、銅材ヒューズエレメントの接合面に銀メッキ層を被膜形成して橋絡エレメントとの間を半田付けしたことを特徴とするヒューズ。
【請求項３】
請求項１に記載のヒューズにおいて、複合ヒューズエレメントが２枚の銅材ヒューズエレメントを直列に突き合わせてその間に錫−亜鉛合金を半田付けした構造になり、各ヒューズエレメントの接合面に銀メッキ層を被膜形成して半田付けしたことを特徴とするヒューズ。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載のヒューズにおいて、銅材ヒューズエレメントの接合面に膜厚が少なくとも２μｍ以上の銀メッキ層を被膜形成したとしたことを特徴とするヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧限流ヒューズなどを対象としたヒューズに関し、詳しくはそのヒューズエレメントの構成に係わる。
【背景技術】
【０００２】
頭記のヒューズとして、ヒューズ筒の両端に配した端子付き金属キャップの間にヒューズエレメントを張架し、その周囲に消弧砂を充填した筒形ヒューズが公知である（例えば、特許文献１参照）。
一方、前記の筒形ヒューズについて、過電流領域の動作特性に遅動性をもたせるために、可溶体として銀板のヒューズエレメント（短絡エレメント）を中央に挟んでその両側に銅板のヒューズエレメントを組合せ、各ヒューズエレメントの間を低融点合金で接合した構造の複合ヒューズエレメントを採用したヒューズが知られており（非特許文献１参照）、その低融点合金として従来は錫−亜鉛合金（Sn-9Zn）の鉛フリー半田を採用している。
【０００３】
次に、前記した筒形ヒューズの組立構造を図２に示す。図において、１はヒューズ筒（絶縁物）、２はヒューズ筒１の両端に被せた金属キャップ、３はキャップ２に設けた刃形端子、４は左右の金属キャップ２の間に張架した複合ヒューズエレメント、５はヒューズ筒１の内部に充填した消弧砂である。
ここで、複合ヒューズエレメント４は、一端を前記金属キャップ２に結合してヒューズ筒１の内方に延在する左右一対の銅材ヒューズエレメント４ａと、該銅材ヒューズエレメント４ａの間に介装してその両端を銅材ヒューズエレメント４ａの端面（接合面）に突き合わせた銀材の短絡エレメント４ｂと、銅材ヒューズエレメント４ａの接合面と短絡エレメント４ｂとの間を接合した低融点の錫−亜鉛合金（鉛フリー半田）からなる。なお、図示してないが銅材ヒューズエレメント４ａの板面には複数箇所に括れ部を切欠き形成して通電路の断面を縮小している。
【０００４】
上記構成のヒューズの動作特性はよく知られた通りであり、ヒューズに流れる電流の過電流領域ではジュール発熱により低融点合金（錫−亜鉛合金）４ｃが短絡エレメント４ｂの銀と合金反応してこの部分が溶断するのでヒューズは遅動動作する。一方、短絡電流が流れると、銅材ヒューズエレメント４ａの括れ部が溶断してヒューズが速動動作する。
また、動作特性が前記と異なる機種のヒューズに適用する複合ヒューズエレメントとして、その中央部に銀の短絡エレメントを介在させずに、２枚の銅板ヒューズエレメントを直接突き合わせてその間を低融点の錫−亜鉛合金（Sn-9Zn）で半田付けした構造もある。
【特許文献１】特開２００５−２９４１０３号公報
【非特許文献１】富士電機機器(株)・機種別カタログ・富士低圧限流ヒューズ、[online]、[平成19年4月5日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.fujielectric.co.jp/fcs/jpn/edc/catalog2/EH300q/EH300q_all.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記した複合ヒューズエレメント４について、ヒューズエレメント間の接合に適用する錫−亜鉛合金４ｃは銅(Cu)との反応性が高くて酸化し易い亜鉛（Zn）の成分を多く含んでおり、この錫−亜鉛合金４ｃを銅材ヒューズエレメント４ａの接合面に半田付けすると、図３で示すように錫−亜鉛合金４ｃの含有成分である亜鉛が銅側に偏析して接合界面にの金属間化合物４ｄを生成し、その後に加わる熱サイクルで次第に成長する。しかも、この金属間化合物（Cu-Zn）４ｄは脆い結晶質で接合強度を劣化させる性質があるため、ヒューズの通電ＯＮ/ＯＦＦに伴って複合ヒューズエレメント４に熱ストレスが繰り返し加わると、銅材ヒューズエレメント４ａ／錫−亜鉛合金４ｃの接合界面にクラックなどの疲労破壊が生じて接合部が剥離，破断すると言ったダメージを引き起こす事例が報告されている。
【０００６】
そこで、発明者等は前記の複合ヒューズエレメントを備えた定格３０Ａの筒形ヒューズ（従来製品）について、７６Ａの電流を５秒間通電，１２分間通電休止を繰り返すサイクル条件でパワーサイクル試験を行って複合ヒューズエレメントの寿命を評価したところ、凡そ１５〜１６回サイクルでヒューズエレメントの接合部が破断してしまうことが認められた。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、前記の複合ヒューズエレメントについて、通電ＯＮ／ＯＦＦの繰り返しに伴う熱ストレスでヒューズエレメント相互間の半田接合部が早期に破断する不具合を解消して耐パワーサイクル，信頼性の向上化を図ったヒューズ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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明によれば、ヒューズ筒の両端に配した端子付き金属キャップの間に複合ヒューズエレメントを張架したヒューズであり、その複合ヒューズエレメントが銅材のヒューズエレメントを含む複数枚のヒューズエレメントを直列に組合せ、各ヒューズエレメントの相互間を低融点の錫−亜鉛合金で半田付けしたものにおいて、
銅材ヒューズエレメントについては、その接合面に銀メッキ層を被膜形成した上で半田付けする（請求項１）ものとし、その具体的な実施態様として次記のように構成する。
（１）前記の複合ヒューズエレメントが、銀材の橋絡エレメントを挟んでその両側に銅材のヒューズエレメントを突き合わせてその相互間を錫−亜鉛合金で半田付けした構造になり、前記銅材ヒューズエレメントの接合面に銀メッキ層を被膜形成して橋絡エレメントとの間を半田付けする（請求項２）。
（２）前記の複合ヒューズエレメントが、２枚の銅材ヒューズエレメントを直列に突き合わせてその間を錫−亜鉛合金で半田付けした構造になり、各ヒューズエレメントの接合面に銀メッキ層を被膜形成して半田付けする（請求項３）。
（３）前記構成において、銅材ヒューズエレメントの接合面に被膜形成する銀メッキ層は、その膜厚を少なくとも２μｍ以上にする（請求項４）。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように複合ヒューズエレメントを構成する銅材ヒューズエレメントについては、その接合面に銀メッキ加工を施して銀メッキ層を成膜形成した上で錫−亜鉛合金を半田付けすると、銀メッキ層と半田の組成成分である亜鉛とが反応して接合界面に銀−亜鉛の金属間化合物を生成するが、銀メッキ層の一部はそのまま銅材ヒューズエレメントの接合面上に残って銅と半田との直接的な反応を阻止する。しかも、銀−亜鉛化合物は銅−亜鉛化合物と比べて軟らかい結晶質で脆性も低く、酸化反応性も小さい性質を有している。したがって、ヒューズの通電ＯＮ／ＯＦＦに伴う熱サイクルが繰り返し加わっても、その熱ストレスを銀−亜鉛化合物が吸収するので接合界面にはクラックなどが発生し難くなる。これにより、耐パワーサイクルが向上してヒューズの耐久性，信頼性が向上する。
【００１０】
なお、半田付け時の熱履歴で銀メッキ層と錫−亜鉛系化合物との反応によりその接合界面に生成する銀−亜鉛の金属間化合物は、銀メッキ層の表面から高々１μｍの深さ範囲であり、その後の熱サイクルに伴う金属間化合物の成長分も考慮して、銅材ヒューズエレメントの接合面にメッキ加工して被膜形成する銀メッキ層は少なくとも膜厚を２μｍ以上とし、実用的には膜厚を２〜３μｍ程度の銀メッキ層を形成しておくことで長期的にも安定した接合状態を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図１（ａ），（ｂ）に示す実施例に基づいて説明する。なお、図１（ａ）は図２の筒形ヒューズに適用する複合ヒューズエレメントの構造図、図１（ｂ）は銅材ヒューズエレメントの接合面に銀メッキ加工を施して錫−亜鉛合金を半田付けした接合界面の金属組織を模式的に表した図であり、図２，図３に対応する部材には同じ符号をしてその説明は省略する。
【００１２】
すなわち、図示実施例の複合ヒューズエレメント４においては、あらかじめ銅材ヒューズエレメント４ａの接合面に銀メッキ加工を施して銀メッキ層４ｅを被覆形成しておく。そして、複合ヒューズエレメント４の組立工程では、銀メッキを施した左右の銅材ヒューズエレメント４ａの接合端面と中央に介在させた銀材の短絡エレメント４ｂとの間を錫-亜鉛合金（Sn-9Zn）４ｃで半田付けする。
【００１３】
これにより、銅材ヒューズエレメント４ａの端面に被膜形成した銀メッキ層４ｅの表面側に錫-亜鉛合金４ｃの含有成分である亜鉛が偏析し、図１（ｂ）で表すように銀メッキ層４ｅと錫-亜鉛合金４ｃとの接合界面に銀−亜鉛の金属間化合物４ｆが生成するが、銀メッキ層４ｅの一部はそのまま銅材ヒューズエレメント４ａの接合面上に残って銅と半田との直接的な反応を阻止する。しかも、この接合界面に生成した銀−亜鉛化合物４ｆは図３で述べた銅−亜鉛化合物４ｄと比べて軟らかな結晶質で脆性も低く、かつ酸化反応性も小さい性質を有している。したがって、ヒューズの通電ＯＮ／ＯＦＦに伴い熱サイクルが繰り返し加わっても、銀−亜鉛化合物４ｆが熱ストレスを吸収して接合界面にクラックなどが発生し難くなる。これにより、ヒューズの耐パワーサイクルが向上してヒューズの耐久性，信頼性が向上する。
【００１４】
この場合に、半田付けの熱履歴により接合界面に生成する銀−亜鉛化合物４ｆの層厚は高々１μｍ程度であることから、銅材ヒューズエレメント４ａの接合面にあらかじめ形成しておく銀メッキ層４ｅの膜厚を２〜３μｍとしておけば、通電ＯＮ／ＯＦＦの熱サイクルに伴う金属間化合物の成長分を考慮しても銅と半田の直接的な反応を防止して長期的に安定した接合状態を確保することができる。
【００１５】
なお、図示実施例の複合ヒューズエレメント４の構造は、中央部に銀材の短絡エレメント４ｂを介装してその両側に配した銅材ヒューズエレメント４ａとの間を錫−亜鉛合金４ｃで半田付けしているが、前記の短絡エレメント４ｂを使わずに２枚の銅材ヒューズエレメント４ａの接合端面を突き合わせてその間を低融点の錫-亜鉛合金４ｃで直接半田付けした構造の複合ヒューズエレメントに対しても、その銅材エレメント４ａの接合面に銀メッキ層４ｅを被覆形成した上で錫-亜鉛合金４ｃを半田付けすることにより、前記と同様な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明実施例のヒューズに搭載する複合ヒューズエレメントの構成図で、（ａ）はその組立構造を表す平面図、（ｂ）は（ａ）における矢視Ａ部の金属組織を模式的に表した図
【図２】本発明の実施対象となる筒形ヒューズの従来構成を表す側視断面図
【図３】図２における銅材ヒューズエレメントとの半田接合部の金属組織を模式的に表した図
【符号の説明】
【００１７】
１    ヒューズ筒
２    金属キャップ
３    刃形端子
４    複合ヒューズエレメント
４ａ  銅材ヒューズエレメント
４ｂ  銀材の短絡エレメント
４ｃ  錫−亜鉛合金
４ｅ  銀メッキ層
４ｆ  銀−亜鉛の金属間化合物
５    消弧砂
【図１】
2008258109.tif 000003
【図２】
2008258109.tif 000004
【図３】
2008258109.tif 000005