(57)【要約】Ｓｎ−Ｉｎ−Ｂｉ系三元合金を用い、作動温度が１３０℃〜１７０℃に属し、オーバーロード特性及び耐圧特性に優れ、作動後での絶縁安全性を充分に保証でき、しかもヒューズエレメントの細線化を容易に達成できる合金型温度ヒューズを提供することにある。【解決手段】合金組成がＳｎ４３％を超え、且つ７０％以下、Ｉｎ０．５％以上で、かつ１０％以下、残部Ｂｉであるヒューズエレメントを使用した。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎが４３％を超え、かつ７０％以下、Ｉｎが０．５％以上で、かつ１０％以下、残部Ｂｉである合金組成を有することを特徴とする温度ヒューズエレメント用線材。
【請求項２】
Ｓｎが４３％を超え、かつ７０％以下、Ｉｎが０．５％以上で、かつ１０％以下、残部Ｂｉの組成１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上が０．１〜３．５重量部添加されていることを特徴とする温度ヒューズエレメント用線材。
【請求項３】
請求項１または２記載の温度ヒューズエレメント用線材をヒューズエレメントとしたことを特徴とする合金型温度ヒューズ。
【請求項４】
ヒューズエレメントに不可避的不純物が含有されている請求項３記載の合金型温度ヒューズ。
【請求項５】
リード導体間にヒューズエレメントが接続された構成を備え、リード導体の少なくともヒューズエレメント接合部にＳｎまたはＡｇ膜が被覆されている請求項３または４記載の合金型温度ヒューズ。
【請求項６】
ヒューズエレメントの両端にリード導体が接合され、ヒューズエレメントにフラックスが塗布され、該フラックス塗布ヒューズエレメント上に筒状ケースが挿通され、筒状ケースの各端と各リード導体との間が封止されてなる構成を備え、リード導体端がディスク状とされ、ディスク前面にヒューズエレメント端が接合されている請求項３〜５何れか記載の合金型温度ヒューズ。
【請求項７】
金属粒体及びバインダーを含有する導電ペーストの印刷焼き付けにより基板上に一対の膜電極が設けられ、これらの膜電極間にヒューズエレメントが接続された構成を備え、金属粒体がＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕの何れかである請求項３または４記載の合金型温度ヒューズ。
【請求項８】
ヒューズエレメントを溶断させるための発熱体が付設されている請求項３〜７何れか記載の合金型温度ヒューズ。
【請求項９】
作動時のヒューズエレメント温度がヒューズエレメントの液相線温度より９℃以上低いことを特徴とする合金型温度ヒューズ。
【請求項１０】
作動温度が１３０°〜１７０℃に属し、かつヒューズエレメントの液相線温度よりも６℃以上低いことを特徴とする合金型温度ヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は作動温度がほぼ１３０℃〜１７０℃の合金型温度ヒューズ及び温度ヒューズエレメント用線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器や回路素子、例えば半導体装置、コンデンサ、抵抗素子等に対するサーモプロテクタとして合金型温度ヒューズが汎用されている。
この合金型温度ヒューズは、所定融点の合金をヒューズエレメントとし、このヒューズエレメントを一対のリード導体間に接合し、該ヒューズエレメントにフラックスを塗布し、このフラックス塗布ヒューズエレメントを絶縁体で封止した構成である。
この合金型温度ヒューズの作動機構は次ぎの通りである。
保護しようとする電気機器や回路素子に合金型温度ヒューズが熱的に接触して配設される。電気機器や回路素子が何らかの異常により発熱すると、その発生熱により温度ヒューズのヒューズエレメント合金が溶融され、既溶融の活性化されたフラックスとの共存下、溶融合金がリード導体や電極への濡れにより分断球状化され、その分断球状化の進行により通電が遮断され、この通電遮断による機器の降温で分断溶融合金が凝固されて非復帰のカットオフが終結される。従って、電気機器等の許容温度とヒューズエレメント合金の分断温度とがほぼ等しくされている。
【０００３】
上記動作機構の合金型温度ヒューズに要求される要件としてオーバーロード特性及び耐圧特性が知られている。
オーバーロード特性とは、温度ヒューズに規定の電流・電圧を印加している状態で、周囲温度が上昇して作動するときにヒューズが損傷したり、アーク、炎等を発生して危険な状態に達しない外形的安定性を指し、耐圧特性とは、作動した温度ヒューズが規定の高電圧のもとでも絶縁破壊を起こすことなく絶縁性を維持できる絶縁安定性を指している。
このオーバーロード特性及び耐圧特性の評価方法としては、代表的な規格であるＩＥＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）規格６０６９１に、定格電圧×１．１，定格電流×１．５を印加しながら２±１Ｋ／ｍｉｎの速度で昇温させて作動させた際、アーク、炎等を発生して危険な状態にならないこと、及び作動後のヒューズボディーに巻装した金属箔とリード線間に定格電圧×２＋１０００Ｖを、両リード導体間に定格電圧×２をそれぞれ１分間印加しても、放電したり、絶縁破壊しないことが開示されている。
【０００４】
また、合金型温度ヒューズに要求される要件として、近来の環境保全意識の高揚から生体に有害な物質の使用を禁止しようとする動きが活発化しており、当該温度ヒューズエレメントにおいても有害物質を含まないことが切望されている。更に、合金型温度ヒューズには、電子機器の高速化、高機能化、小型化に対応して高容量化、小型化も要求されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、作動温度が１３０℃〜１７０℃に属する合金型温度ヒューズとしては、Ｉｎ−Ｐｂ−Ｓｎ系三元合金のもの（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３等参照）、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃｄ系三元合金のもの、Ｂｉ−Ｓｎ系二元合金のもの（例えば、特許文献４参照）等が知られている。
【０００６】
しかしながら、前二者においては鉛、ガドミウム等の生体系に有害な金属を含有し、近来の厳しい環境規制のもとでは不適格である。
【０００７】
他方、Ｂｉ−Ｓｎ系二元合金のものでは、固液共存域温が狭く、Ｂｉを多く含むために表面張力が高い傾向にあり、前記オーバーロード特性及び耐圧特性において、固液共存域が狭いために通電昇温中に固体から液体へ瞬時に変化することが原因で作動直後にアークが発生し易くなり、アークが発生すると局所的かつ急激な昇温が起こり、その影響でフラックスの気化に伴う内圧上昇やフラックスの炭化が発生し、また、表面張力が高いことが加重されて溶融合金や炭化フラックスの通電動作による飛散が激しくなる結果、作動時に局所的且つ急激な昇温や内圧上昇、炭化フラックス間の再導通に起因するクラック発生等の物理的破壊が起こり易く、また飛散した合金や炭化フラックスによる絶縁距離不保持によって作動後の電圧印加時に再導通による絶縁破壊が起こり易い。更に、合金組織がやや脆弱で延性に乏しく、例えば２００μｍφもの細線化は困難であり、温度ヒューズの薄型化に適合しない。
【０００８】
ところで、Ｓｎ−Ｉｎ−Ｂｉ系三元合金は、生体系に有害な金属を含有せず、環境保全性を満たすものである。
従来、Ｓｎ−Ｉｎ−Ｂｉ系三元合金をヒューズエレメントに用いた合金型温度ヒューズが種々提案されている。
例えば、合金組成がＩｎ４０〜５３％，Ｓｎ４０〜４６％，Ｂｉ７〜１２％の作動温度９５℃〜１０５℃用のもの（特許文献５）、合金組成がＩｎ５５〜７２．５％，Ｓｎ２．５〜１０％，Ｂｉ２５〜３５％の作動温度６５℃〜７５℃用のもの（特許文献６）、合金組成がＩｎ５１〜５３％，Ｓｎ４２〜４４％，Ｂｉ４〜６％の作動温度１０７℃〜１１３℃用のもの（特許文献７）、Ｓｎ１〜１５％，Ｂｉ２０〜３３％、残部Ｉｎで、作動温度７５℃〜１００℃用のもの（特許文献８）、Ｓｎ０．３〜１．５％，Ｉｎ５１〜５４％、残部Ｂｉで、作動温度８６℃〜８９℃用のもの（特許文献９）が知られている。
しかしながら、何れも作動温度が１３０℃未満であり、前記作動温度１３０℃〜１７０℃の要件を充足させ得ない。
更に、Ｉｎ０．５〜１０％，Ｓｎ３３〜４３％、Ｂｉ４７〜６６．５％の作動温度１２５℃〜１３５℃用のもの（特許文献１０）も知られているが、１３５℃を超える１７０℃までの範囲に対しては、前記作動温度１３０℃〜１７０℃の要件を充足させ得ない。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−７３８６９号公報
【特許文献２】
特開昭５９−８２３１号公報
【特許文献３】
特開平３−２３６１３０号公報
【特許文献４】
特開２００２−２５４０５号公報
【特許文献５】
特開２００１−２６６７２４号公報
【特許文献６】
特開２００１−２９１４５９号公報
【特許文献７】
特開昭５９−８２２９号公報
【特許文献８】
特開２００１−３２５８６７号公報
【特許文献９】
特開平６−３２５６７０号公報
【特許文献１０】
特開２００１−２６６７２３号公報
【００１０】
本発明の目的は、Ｓｎ−Ｉｎ−Ｂｉ系三元合金を用い、作動温度が１３０℃〜１７０℃に属し、オーバーロード特性、作動後での耐圧特性を充分に保証でき、しかもヒューズエレメントの細線化を容易に達成できる合金型温度ヒューズ及び温度ヒューズエレメント用線材を提供することにある。
更に加え、ヒューズエレメントの低比抵抗化により高容量化を容易に達成できる合金型温度ヒューズ及び温度ヒューズエレメント用線材を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る温度ヒューズエレメント用線材は、Ｓｎが４３％を超え、かつ７０％以下、Ｉｎが０．５％以上で、かつ１０％以下、残部Ｂｉである合金組成を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る温度ヒューズエレメント用線材は、前記の組成１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上が０．１〜３．５重量部添加されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る合金型温度ヒューズは、請求項１または２記載の温度ヒューズエレメント用線材をヒューズエレメントとしたことを特徴とし、請求項４では、ヒューズエレメントに不可避的不純物を含有させることができ、請求項５ではリード導体間にヒューズエレメントが接続された構成を備え、リード導体の少なくともヒューズエレメント接合部にＳｎまたはＡｇ膜を被覆することができ、請求項６ではヒューズエレメントの両端にリード導体が接合され、ヒューズエレメントにフラックスが塗布され、該フラックス塗布ヒューズエレメント上に筒状ケースが挿通され、筒状ケースの各端とリード導体との間が封止されてなる構成を備え、リード導体端をディスク状にし、ディスク前面にヒューズエレメント端を接合することができる。
【００１４】
請求項７では、金属粒体及びバインダーを含有する導電ペーストの印刷焼き付けにより基板上に一対の膜電極が設けられ、これらの膜電極間にヒューズエレメントが接続された構成を備え、金属粒体をＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕの何れかとすることができる。
【００１５】
請求項８では、上記した合金型温度ヒューズに、ヒューズエレメントを溶断させるための発熱体を付設することができる。
【００１６】
上記温度ヒューズエレメント用線材においては、各原料地金の製造上及びこれら原料の溶融撹拌上生じ、特性に実質的な影響を来さない量の不可避的不純物の含有が許容される。更に、上記合金型温度ヒューズにおいては、リード導体または膜電極の金属材や金属膜材が固相拡散により微量にヒューズエレメントに不可避的に移行され、特性に実質的な影響を来さない場合は、不可避的不純物として許容される。
【００１７】
請求項９に係る合金型温度ヒューズは、作動時のヒューズエレメント温度がヒューズエレメントの液相線温度より９℃以上低くされていることを特徴とし、請求項１０の合金型温度ヒューズは、作動温度が１３０°〜１７０℃に属し、かつヒューズエレメントの液相線温度よりも６℃以上低くされていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明において、ヒュ−ズエレメントは円形線または扁平線とされ、その外径または厚みが２００μｍ〜５００μｍ、好ましくは、２５０μｍ〜３５０μｍとされる。
本発明におけるヒューズエレメントの合金組成は、４３％＜Ｓｎ重量≦７０％、０．５％≦Ｉｎ重量≦１０％、残部Ｂｉ（２０％〜５６．５％）、好ましくは、４７％≦Ｓｎ重量≦５１％、１．０≦Ｉｎ重量≦４％、残部Ｂｉである。基準組成は、Ｓｎ４８％、Ｉｎ２％、残部Ｂｉであり、その液相線温度は１５２℃、固相線温度は１２４℃であり、比抵抗は３４μΩ・ｃｍである。
【００１９】
前記のＳｎ重量（４３％超え、且つ７０％以下）とＢｉ重量（２０％以上で、且つ５６．５％以下）により融点が１７５℃付近とされ、かつ細線の線引き加工に必要な充分な延性が与えられ、Ｉｎ量（０．５％以上１０％以下）により、融点が１２８℃〜１６８℃の固液共存域に設定される。Ｉｎ量が１０％を越えると、延性が乏しくなり、２５０〜３００μｍφという細線への線引きが至難となる。これは、ＳｎやＩｎに対して殆ど固溶しないＢｉ相（α相）とＳｎ相（γ相）が混在する中に、Ｉｎが入ると硬く脆いα相とＳｎ−Ｉｎ金属間化合物相〔δ相…ＩｎＳｎ，ι相…ＩｎＳｎ４〕が析出して、相間の機械的特性差が大となって加工性が劣るためである。Ｉｎ量が０．５％未満になると、後述する温度ヒューズ作動後での絶縁抵抗や耐圧特性を満足に保証し難くなる。
【００２０】
本発明において、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を前記の合金組成１００重量部に対し０．１〜３．５重量部添加する理由は、合金の比抵抗を低減すると共に結晶組織を微細化させ合金中の異相界面を小さくして加工歪や応力をよく分散させるようにするためであり、０．１重量部未満では満足な効果が得られず、３．５重量部を越えると、液相線温度を１７０℃前後に保持することが困難になる。  而して、線引きに対し、より一層の強度及び延性を付与して線径２５０〜３００μｍφといった細線への線引き加工を極めて容易に行うことができる。更に、リード導体の金属材、薄膜材または膜電極中の粒体金属材等の被接合材が固相拡散によりヒューズエレメント中に移行することが知られているが、予めヒューズエレメント中に被接合材と同一元素、例えば上記のＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ等を添加しておくことによりその移行を抑制でき、本来は特性に影響を来すような被接合材のその影響（例えば、Ａｇ、Ａｕ等は融点降下に伴う作動温度の低下やバラツキをもたらし、Ｃｕ、Ｎｉ等は接合界面に形成される金属間化合物層の増大による作動温度のバラツキや作動不良をもたらす）を排除しヒューズエレメントとしての機能を損なうことなく、正常な温度ヒューズの作動を保証できる。
【００２１】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズのヒュ−ズエレメントは、通常、ビレットを製作し、これを押出機で粗線に押出成形し、この粗線をダイスで線引きすることにより製造でき、外径は２００μｍφ〜６００μｍφ、好ましくは前述した通り２５０μｍφ〜３５０μｍφとされる。また、最終的にカレンダーロールに通し、扁平線として使用することもできる。
また、冷却液を入れたシリンダーを回転させて回転遠心力により冷却液を層状に保持し、ノズルから噴射した母材溶融ジェツトを前記の冷却液層に入射させ冷却凝固させて細線材を得る回転ドラム式紡糸法により製造することも可能である。
これらの製造時、各原料地金の製造上及びこれら原料の溶融撹拌上生じる不可避的不純物を含有することが許容される。
【００２２】
本発明は独立したサーモプロテクターとしての温度ヒューズの形態で実施される。その外、半導体装置やコンデンサや抵抗体に温度ヒューズエレメントを直列に接続し、このエレメントにフラックスを塗布し、このフラックス塗布エレメントを半導体やコンデンサ素子や抵抗素子に近接配置して半導体やコンデンサ素子や抵抗素子と共に樹脂モールドやケース等により封止した形態で実施することもできる。
【００２３】
図１は本発明に係る筒型ケ−スタイプの合金型温度ヒュ−ズを示し、一対のリ−ド線１，１間に請求項１〜３何れかのヒュ−ズエレメント２を接続し、例えば溶接により接続し、該ヒュ−ズエレメント２上にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメント上に耐熱性・良熱伝導性の絶縁筒４、例えば、セラミックス筒を挿通し、該絶縁筒４の各端と各リ−ド線１との間を封止剤５、例えば、常温硬化型エポキシ樹脂等で封止してある。
【００２４】
図２はケ−スタイプラジアル型を示し、並行リ−ド導体１，１の先端部間に請求項１〜３何れかのヒュ−ズエレメント２を接続し、例えば溶接により接続し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを一端開口の絶縁ケ−ス４、例えばセラミックスケ−スで包囲し、この絶縁ケ−ス４の開口を封止剤５、例えば常温硬化型エポキシ樹脂等で封止してある。
【００２５】
図３は、テ−プタイプを示し、厚み１００〜３００μｍのプラスチックベ−スフィルム４１に厚み１００〜２００μｍの帯状リ−ド導体１，１を固着し、例えば接着剤または融着により固着し、帯状リ−ド導体間に線径２５０μｍφ〜５００μｍφの請求項１〜３何れかのヒュ−ズエレメント２を接続し、例えば溶接により接続し、このヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを厚み１００〜３００μｍのプラスチックカバ−フィルム４１の固着、例えば接着剤または融着による固着で封止してある。
【００２６】
図４は樹脂ディツピングタイプラジアル型を示し、並行リ−ド導体１，１の先端部間に請求項１〜３何れかのヒュ−ズエレメント２を接合し、例えば溶接により接合し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを樹脂液ディッピングにより絶縁封止剤、例えばエポキシ樹脂５で封止してある。
【００２７】
図５は基板タイプを示し、絶縁基板４、例えばセラミックス基板上に一対の膜電極１，１を導電ペ−ストの印刷焼付けにより形成し、各電極１にリ−ド導体１１を接続し、例えば溶接やはんだ付け等により接続し、電極１，１間に請求項１〜３何れかのヒュ−ズエレメント２を接合し、例えば溶接等により接合し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを封止剤５例えばエポキシ樹脂で被覆してある。この導電ペ−ストには、金属粒体とバインダーを含有し、金属粒体に例えばＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ等を用い、バインダーに例えばガラスフリット、熱硬化性樹脂等を用いたものを使用できる。
【００２８】
上記合金型温度ヒューズにおいて、ヒューズエレメントのジュール発熱を無視できるときは、被保護機器が許容温度Ｔｍに達したときのヒューズエレメントの温度ＴｘはＴｍより２℃〜３℃低くなり、通常ヒューズエレメントの融点が〔Ｔｍ−（２℃〜３℃）〕に設定される。
ヒューズエレメントのジュール発熱を無視できないときは、ヒューズエレメントの電気抵抗をＲ、通電電流をＩ、機器とヒューズエレメント間の熱抵抗をＨとすれば、
【数１】
Ｔｘ＝Ｔｍ−（２℃〜３℃）＋ＨＲＩ２
となるが、本発明においては、比抵抗が小さくＲを充分に低くできるので、電流が高くてもヒューズエレメントの融点を〔Ｔｍ−（２℃〜３℃）〕に設定でき、温度ヒューズの高容量化を良好に達成できる。
【００２９】
本発明は、合金型温度ヒューズにヒューズエレメントを溶断させるための発熱体を付設して実施することもできる。例えば、図６に示すように、絶縁基板４、例えばセラミックス基板上にヒューズエレメント用電極１，１と抵抗体用電極１０，１０を有する導体パターン１００を導電ペ−ストの印刷焼付けにより形成し、抵抗ペースト（例えば、酸化ルテニウム等の酸化金属粉のペースト）の塗布・焼き付けにより膜抵抗６を抵抗体用電極１０，１０間に設け、ヒューズエレメント用電極１，１間に請求項１〜３何れかのヒュ−ズエレメント２を接合し、例えば溶接により接合し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメント２や膜抵抗６を封止剤５例えばエポキシ樹脂で被覆することができる。
この発熱体付き温度ヒューズでは、機器の異常発熱の原因となる前兆を検出し、この検出信号で膜抵抗を通電して発熱させ、この発熱でヒューズエレメントを溶断させることができる。
上記発熱体を絶縁基体の上面に設け、この上に耐熱性・熱伝導性の絶縁膜、例えばガラス焼き付け膜を形成し、更に一対の電極を設け、各電極に扁平リード導体を接続し、両電極間にヒューズエレメントを接続し、ヒューズエレメントから前記リード導体の先端部にわたってフラックスを被覆し、絶縁カバーを前記の絶縁基体上に配設し、該絶縁カバー周囲を絶縁基体に接着剤により封着することができる。
【００３０】
上記の合金型温度ヒューズ中、リード導体にヒューズエレメントを直接に接合する型式においては（図１、図２、図３、図４）、リード導体の少なくともヒューズエレメント接合部分にＳｎやＡｇの薄膜（厚みは、例えば１５μｍ以下、好ましくは５〜１０μｍ）を被覆し（例えばめっきにより被覆し）、ヒューズエレメントとの接合強度の増強を図ることができる。
上記の合金型温度ヒューズにおいて、リード導体の金属材、薄膜材または膜電極中の粒体金属材が固相拡散によりヒューズエレメント中に移行する可能性があるが、前記した通り、予めヒューズエレメント中に薄膜材と同一元素を添加しておくことによりヒューズエレメントの特性を充分に維持できる。
【００３１】
上記のフラックスには、通常、融点がヒュ−ズエレメントの融点よりも低いものが使用され、例えば、ロジン９０〜６０重量部、ステアリン酸１０〜４０重量部、活性剤０〜３重量部を使用できる。この場合、ロジンには、天然ロジン、変性ロジン（例えば、水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン）またはこれらの精製ロジンを使用でき、活性剤には、ジエチルアミン等のアミン類の塩酸塩や臭化水素酸塩、アジピン酸等の有機酸を使用できる。
【００３２】
既述した通り、合金型温度ヒューズの作動機構は、ヒューズエレメントが溶融され、活性化された溶融フラックスとの共存下、溶融金属のリード導体または膜電極への濡れでその溶融金属が分断されることにある。
ところで、Ｓｎ−Ｉｎ−Ｂｉ系三元合金の液相面状態図を求めると、Ｉｎプア側に所望の液相線温度を有する温度域が存在する。しかしながら、本発明者等の鋭意検討結果によれば、Ｂｉ−Ｓｎ共晶からほぼ４１Ｓｎ−４Ｉｎ−５５Ｂｉの包共晶点を通ってＢｉ−Ｉｎ−Ｓｎ三元共晶点（Ｂｉ５７％，Ｉｎ２６％，Ｓｎ１７％）へ向かう二元共晶曲線近傍の組成では、通常定格に添ったオーバーロード試験においてヒューズ作動時に破壊が発生し易く、破壊が生じないように低くした定格に添ったオーバーロード試験でも、ヒューズ作動後の絶縁抵抗が相当に低く、耐圧特性もかなり悪いことが判明した。
この原因を鋭意検証した結果、既述した通り、固液共存域が狭いことから通電昇温中に固体から液体に瞬時に変化するために作動直後にアークが発生し易くなり、アークが発生すると局所的且つ急激な昇温が起こり、その影響でフラックスの気化に伴う内圧上昇やフラックスの炭化が発生し、更に、表面張力が高いことも影響して溶融合金や炭化フラックスの通電動作による飛散が激しくなる結果、作動時に局所的且つ急激な昇温や内圧上昇、炭化フラックス間の再導通に起因するクラック発生等の物理的破壊が起こり易く、また、飛散した合金や炭化フラックスの絶縁距離不保持により作動後の電圧印加時、再導通による絶縁破壊が発生し易いことを確認できた。
【００３３】
これに対し、本発明に係るヒューズエレメントの合金組成においては、前記の共晶近傍範囲から相当に外れており固液共存域が相当に広く、表面張力が高いＢｉの含有量が比較的少ないことから、通電昇温中においても広い固液共存状態で分断されるために（本発明に係る合金型温度ヒューズでは、ヒューズエレメントが液相線温度よりも低い温度で分断することを確認済である）、作動直後のアーク発生がよく抑制され、かつＢｉ含有量が低下し表面張力が下がっていることの相乗作用で、通常定格に添ったオーバーロード試験でも前述した物理的破壊を発生せず、作動後の絶縁抵抗を充分に高く維持でき、優れた耐圧特性を保証できる。
【００３４】
本発明に係る温度ヒューズにおいては、作動時のヒューズエレメントの温度が液相線温度よりも９℃以上低くされ、温度ヒューズの作動温度がヒューズエレメントのが液相線温度よりも６℃以上低くされている。
【００３５】
上記した合金型温度ヒューズ中、筒型ケ−スタイプの場合、図７の（イ）に示すように、リード導体１，１を筒型ケース４に対し偏芯無く配設することが、図７の（ロ）に示す正常な球状化分断を行わせるための前提条件であり、図７の（ハ）に示すように、偏芯があれば、図７の（ニ）に示すように、作動後、筒状ケースの内壁にフラックス（フラックス炭化物を含む）や飛散合金が付着し易く、絶縁抵抗値の低下や耐圧特性の悪化が招来される。
そこで、かかる不具合を防止するために、図８の（イ）に示すように、各リード導体１，１の端をディスク状ｄに形成し、ヒューズエレメント２の各端を各ディスクｄの前面に接合し（例えば溶接により接合し）、ディスク外周の筒型ケース内面への支承によりヒューズエレメント２を筒型ケース４に対し実質的に同心に位置させることが有効である〔図８の（イ）において、３はヒューズエレメント２に塗布したフラックス、４は筒状ケース、５は封止剤例えばエポキシ樹脂である。ディスク外径は筒型ケース内径にほぼ等しくしてある〕。この場合、溶融したヒューズエレメントを図８の（ロ）に示すように、ディスクｄの前面に球面状に凝集させてケース４の内面にフラックス（炭化物を含む）や飛散合金が付着するのを防止できる。
【００３６】
【実施例】
以下の実施例及び比較例において使用した合金型温度ヒューズは交流定格２Ａ×２５０Ｖの筒型ケースタイプであり、寸法は筒状セラミックスケースの外径２５ｍｍ、ケース厚み０．５ｍｍ、ケース長さ９ｍｍ、銅リード導体の外径０．６ｍｍφ、ヒューズエレメントの外径０．６ｍｍφ、長さ３．５ｍｍであり、フラックスには、ロジン８０重量部，ステアリン酸２０重量部，ジエチルアミン臭化水素酸塩１重量部の組成物を使用し、封止剤には、常温硬化型のエポキシ樹脂を使用した。
【００３７】
温度ヒューズ作動後の絶縁安定性は、ＩＥＣ  ６０６９１に規定されたオーバーロード試験法に準じた試験に基づき評価した（オーバーロード試験前の湿度試験は省略した）。
すなわち、試料に１．１×定格電圧，１．５×定格電流を印加し、温度ヒューズを（２±１）Ｋ／分の温度上昇率で昇温して作動させることにより作動時の破壊の有無をまず試験した。破壊を生じなかった試料のうち、リード導体間が２×定格電圧（５００Ｖ）に１分間耐え、かつリード導体−筒状ケース外面（金属箔で梱包）が２×定格電圧＋１０００Ｖ（１５００Ｖ）に１分間耐えたものを耐圧特性に対し合格とし、また直流電圧値が２×定格電圧（５００Ｖ）印加時のリード導体間の絶縁抵抗が０．２ＭΩ以上で、かつリード導体−筒状ケース外面（金属箔で梱包）間の絶縁抵抗が２ＭΩ以上のものを絶縁抵抗に対し合格とし、耐圧特性及び絶縁抵抗共に合格したものを絶縁安全性の合格判定基準とし、試料数を５０箇とし、５０箇全てが絶縁安定性に合格した場合を○、一箇でも不合格となった場合を×と評価した。
【００３８】
温度ヒューズの作動温度については、試料数を５０箇とし、０．１アンペアの電流を通電しつつ、昇温速度１℃／分のオイルバスに浸漬し、ヒューズエレメント溶断による通電遮断時のオイル温度Ｔ０を測定し、Ｔ０−２℃を温度ヒューズの作動温度とした。
【００３９】
ヒューズエレメントの液相線温度はＤＳＣ〔基準試料（不変化）と測定試料を窒素ガス容器内に納め、容器ヒータに電力を供給して両試料を一定の速度で加熱し、測定試料の熱的変化に伴う熱エネルギー入力量の変動を示差熱電対により検出する〕により測定した。
【００４０】
ヒューズエレメントの線引き加工性は、１ダイスについての線落率を６．５％、線引き速度を４５ｍ／分として３００μｍφの線引きが可能なものを○、断線が生じて線引きの連続性を担保できないものを×と評価した。
【００４１】
〔実施例１〕
ヒューズエレメントの組成をＳｎ４８％、Ｉｎ２％、残部Ｂｉとした筒型ケースタイプの合金型温度ヒューズである。
前記したオーバーロード荷電で作動させたが、破壊を伴うことなく作動させ得た。この作動後の絶縁安定性については、リード導体間が２×定格電圧（５００Ｖ）に１分間以上耐え、かつリード導体−筒状ケース外面が（２×定格電圧＋１０００Ｖ）（１５００Ｖ）に１分間以上耐え、また直流電圧値（２×定格電圧）（５００Ｖ）でのリード導体間の絶縁抵抗が０．２ＭΩ以上で、かつリード導体−筒状ケース外面間の絶縁抵抗が２ＭΩ以上であり、絶縁安定性は○であった。温度ヒューズの作動時のヒューズエレメント温度は１３５℃で、ヒューズエレメントの液相線温度は１５２℃であり（作動時エレメント温度が液相線温度よりも１７℃低い）、作動温度が液相線温度よりも低く、ヒューズエレメントが固液共存域で分断していることが明かである。
オーバーロード荷電中、作動時に破壊を伴うことなく、温度ヒューズ作動後の絶縁安定性が○（良好な耐圧特性と高い絶縁抵抗）である理由は、ヒューズエレメントの分断が広い固液共存域で行われるので、作動直後のアーク発生が極めて少なく、局所的且つ急激な昇温が発生し難いので、それに起因するフラックスの気化に伴う圧力上昇やフラックスの炭化が抑制され、物理的破壊を惹起することもなく、また表面張力が低下していることとの相乗効果により、溶融合金や炭化フラックスの通電動作による飛散等もよく抑制でき、充分な絶縁距離を確保できるためであると推定できる。
ヒューズエレメントの比抵抗は３４μΩ・ｃｍであって低く、高い負荷電流のもとでも、自己発熱をよく抑えて所定の作動温度で作動させることができる。
ヒューズエレメントの線引き加工性も○であった。
【００４２】
〔実施例２〜５〕
実施例１に対し、Ｓｎ量を表１に示すように変え、これに応じてＢｉ量も変えた以外、実施例１に同じとした。
何れの実施例においても、実施例１と同様、オーバーロード荷電での作動でも破壊が発生せず、オーバーロード作動後での絶縁安定性の評価は○であった。
何れの実施例においても、作動時のエレメント温度が液相線温度よりも低く（１１℃〜１３℃低い）、ヒューズエレメントが固液共存域で分断していることが明かである。オーバーロード荷電中、作動時に破壊を伴うことなく、温度ヒューズ作動後の絶縁安定性が○である理由は、前記と同様、ヒューズエレメントの分断が広い固液共存域で行われるので、作動直後のアーク発生が極めて少なく、局所的且つ急激な昇温が発生し難いので、それに起因するフラックスの気化に伴う圧力上昇やフラックスの炭化が抑制され、物理的破壊を惹起することもなく、また表面張力が低下していることとの相乗効果により、溶融合金や炭化フラックスの通電動作による飛散等もよく抑制でき、充分な絶縁距離を確保できたためであると推定できる。
何れの実施例においても、ヒューズエレメントの比抵抗が低く、高い負荷電流のもとでも、自己発熱をよく抑えて所定の作動温度で作動させることができる。ヒューズエレメントの線引き加工性も全て○である。
【表１】
2004152558.tif 000002
【００４３】
〔実施例６〜９〕
ヒューズエレメントの組成を実施例１に対し表２に示す通りとした以外、実施例１に同じとした。
何れの実施例においても、実施例１と同様、オーバーロード荷電での作動でも破壊が発生せず、オーバーロード作動後での絶縁安定性の評価は○であった。
何れの実施例においても、作動時のエレメント温度が液相線温度よりも低く（１０℃〜１２℃低い）、ヒューズエレメントが固液共存域で分断していることが明かである。温度ヒューズ作動後の絶縁安定性が○である理由は、前記と同様である。
何れの実施例においても、ヒューズエレメントの比抵抗が低く、高い負荷電流のもとでも、自己発熱をよく抑えて所定の作動温度で作動させることができる。ヒューズエレメントの線引き加工性も全て○である。
【表２】
2004152558.tif 000003
【００４４】
〔実施例１０〜１３〕
ヒューズエレメントの組成を実施例１に対し表３に示す通りとした以外、実施例１に同じとした。
何れの実施例においても、実施例１と同様、オーバーロード荷電での作動でも破壊が発生せず、オーバーロード作動後での絶縁安定性の評価は○であった。
何れの実施例においても、作動時エレメント温度が液相線温度よりも低く（１０℃〜１３℃低い）、ヒューズエレメントが固液共存域で分断していることが明かである。温度ヒューズ作動後の絶縁安定性が○である理由は、前記と同様である。
何れの実施例においても、ヒューズエレメントの比抵抗が低く、高い負荷電流のもとでも、自己発熱をよく抑えて所定の作動温度で作動させることができる。ヒューズエレメントの線引き加工性も全て○である。
【表３】
2004152558.tif 000004
【００４５】
〔実施例１４〜１７〕
ヒューズエレメントの組成を実施例１に対し表４に示す通りとした以外、実施例１に同じとした。
何れの実施例においても、実施例１と同様、オーバーロード荷電での作動でも破壊が発生せず、オーバーロード作動後での絶縁安定性の評価は○であった。
何れの実施例においても、作動時エレメント温度が液相線温度よりも低く（１１℃〜１４℃低い）、ヒューズエレメントが固液共存域で分断していることが明かである。温度ヒューズ作動後の絶縁安定性が○である理由は、前記と同様である。
【表４】
2004152558.tif 000005
【００４６】
〔実施例１８〜２１〕
ヒューズエレメントの組成を実施例１に対し表５に示す通りとした以外、実施例１に同じとした。
何れの実施例においても、実施例１と同様、オーバーロード荷電での作動でも破壊が発生せず、オーバーロード作動後での絶縁安定性の評価は○であった。
何れの実施例においても、作動時エレメント温度が液相線温度よりも低く（１１℃〜１３℃低い）、ヒューズエレメントが固液共存域で分断していることが明かである。温度ヒューズ作動後の絶縁安定性が○である理由は、前記と同様である。
何れの実施例においても、ヒューズエレメントの比抵抗が低く、高い負荷電流のもとでも、自己発熱をよく抑えて所定の作動温度で作動させることができる。ヒューズエレメントの線引き加工性も全て○である。
【表５】
2004152558.tif 000006
【００４７】
〔実施例２２〕
ヒューズエレメントに、Ｓｎ４８％、Ｉｎ２％、残部Ｂｉの１００重量部にＡｇを１重量部を添加した合金組成を使用した。実施例１のヒューズエレメント線材の線引き条件よりも過酷な条件である、１ダイスについての引落率８％、線引き速度６０ｍ／分にて３００μｍφのヒューズエレメント線材を製造したが、断線は皆無であった。比抵抗は実施例１よりも低い比抵抗であった。
実施例１と同様、オーバーロード荷電での作動でも破壊が発生せず、オーバーロード作動後での絶縁安定性の評価は○であった。作動時エレメント温度や液相線温度は実施例１と殆ど変わらず、作動時エレメント温度が液相線温度よりも低く、ヒューズエレメントが固液共存域で分断していることが明かである。その理由は、前記と同様である。
Ａｇの添加量０．１〜３．５重量部の範囲で上記効果が認められることを確認した。
【００４８】
〔実施例２３〜３０〕
ヒューズエレメントに、Ｓｎ４８％、Ｉｎ２％、残部Ｂｉの１００重量部にＡｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｇｅ，Ｐのそれぞれを０．５重量部を添加した合金組成を使用した。実施例１のヒューズエレメント線材の線引き条件よりも過酷な条件である、１ダイスについての引落率８％、線引き速度６０ｍ／分ｍにて３００μｍφのヒューズエレメント線材を製造したが、断線は皆無であった。
実施例１と同様、オーバーロード荷電での作動でも破壊が発生せず、オーバーロード作動後での絶縁安定性の評価は○であった。作動時エレメント温度や液相線温度は実施例１と殆ど変わらず。作動時エレメント温度が液相線温度よりも低く、ヒューズエレメントが固液共存域で分断していることが明かである。その理由は、前記に同じである。
Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｇｅ，Ｐのそれぞれの添加量０．１〜３．５重量部の範囲で上記効果が認められることを確認した。
【００４９】
〔比較例１〕
実施例１に対し、ヒューズエレメントの組成をＳｎ４１％、Ｉｎ４％、Ｂｉ５５％とした以外、実施例１に同じとした。
前記したオーバーロード荷電のもとで作動させたところ、破壊が生じた。その理由は、固液共存域が狭いために通電中に固体から液体に瞬時に変化することで作動直後にアークが発生し、局所的且つ急激な昇温が生じてフラックスの気化に伴う内圧上昇やフラックスの炭化が発生し、これらの昇温や内圧上昇、炭化フラックス間の再導通の影響で物理的破壊に至ったためと推定される。
【００５０】
〔比較例２〕
実施例１に対し、ヒューズエレメントの組成をＳｎ５２％、Ｂｉ４８％とした以外、実施例１に同じとした。
前記したオーバーロード荷電のもとで作動させても破壊は生じなかったが、作動後のリード導体間の絶縁抵抗値が０．１ＭΩ以下と低く、２×定格電圧（５００Ｖ）の電圧を印加した際、再導通したものが多く、絶縁安全性は×であった。その理由は、ヒューズエレメントの分断が固液共存域で行われても、その範囲が比較的狭く、通電昇温中に固体から液体に比較的速く変化することで作動直後にアークが発生し、局所的かつ急激な昇温の影響でフラックスの炭化が発生し易く、またＢｉ−Ｓｎ系二元合金の高い表面張力にも影響されて溶融合金や炭化フラックスの通電動作による飛散が激化されるため、飛散した合金や炭化フラックスの絶縁距離不保持によって作動後の絶縁抵抗が比較的低く、電圧印加時、再導通して絶縁破壊に至ったためと推定される。
【００５１】
〔比較例３〕
実施例１に対し、ヒューズエレメントの組成をＳｎ４０％、Ｉｎ０．５％、残部Ｂｉとした以外、実施例１に同じとした。
前記したオーバーロード荷電のもとで作動させても破壊は生じなかったが、比較例２と同様に絶縁安全性は×であった。その理由は、比較例２に同じである。
【００５２】
〔比較例４〕
実施例１に対し、ヒューズエレメントの組成をＳｎ７２％、Ｉｎ０．５％、残部Ｂｉとした以外、実施例１に同じとした。
作動温度が１７０℃を超えてしまい、作動温度１３０℃〜１７０℃の要件を充足させることができない。
【００５３】
【発明の効果】
本発明に係るヒューズエレメント用線材によれば、生体系に有害な金属を含まないＳｎ−Ｉｎ−Ｂｉ系三元合金を用いて、作動温度が１３０℃〜１７０℃に属し、オーバーロード荷電のもとで作動させても破壊を伴わず、その作動後の絶縁安定性を充分に保証できる合金型温度ヒューズを提供できる。また、ヒューズエレメントが低比抵抗のために高い負荷電流のもとでも、その合金型温度ヒューズを所定の作動温度で作動させ得、合金型温度ヒューズの高容量化をはかることができる。更に、ヒューズエレメント用線材の優れた線引き加工性のためにヒューズエレメントの細線化が容易であり、温度ヒューズの小型化、薄型化に好適である。
【００５４】
特に、請求項２によれば、ヒューズエレメントの線引き加工性の一層の向上、比抵抗の一層の低減を図って前記の合金型温度ヒューズの一層の小型化、高容量化を促すことができる。更に、実質的な影響を来すような被接合材と接合して温度ヒューズを構成する場合においても、ヒューズエレメントの機能を損なうことなく、正常な動作を保証できる。
【００５５】
請求項９〜１０の合金型温度ヒューズによれば、作動時のエレメント温度をエレメントの液相温度よりも極めて低くしているので、エレメントの分断を広い固液共存域で行わせ得、作動直後のアーク発生をよく抑制でき、局所的且つ急激な昇温の発生を充分に防止でき、それに起因するフラックスの気化に伴う圧力上昇やフラックスの炭化を抑制でき、充分な絶縁距離を確保できる結果、上記のＳｎ−Ｉｎ−Ｂｉ系三元合金以外でも優れたオーバーロード特性、作動後の優れた耐圧特性を保証できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの一例を示す図面である。
【図２】本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図３】本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図４】本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図５】本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図６】本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図７】筒型ケースタイプの合金型温度ヒュ−ズ及びその作動状態を示す図面である。
【図８】本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【符号の説明】
１              リード導体または膜電極
２              ヒューズエレメント
３              フラックス
４              絶縁体
５              封止剤
６              膜抵抗
ｄ              ディスク
【図１】
2004152558.tif 000007
【図２】
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【図３】
2004152558.tif 000009
【図４】
2004152558.tif 000010
【図５】
2004152558.tif 000011
【図６】
2004152558.tif 000012
【図７】
2004152558.tif 000013
【図８】
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