(57)【要約】【課題】環境上問題のある鉛およびカドミウムを含まず、７０〜１０９℃の範囲で動作信頼性の優れた鉛フリー合金型温度ヒューズを実現する。【解決手段】可溶合金をヒューズエレメントとする温度ヒューズにおいて、低融点可溶合金の合金がＢｉを６４重量％〜６９重量％、Ａｇを０．０５重量％〜０．３重量％、残部Ｉｎとする組成、Ｂｉを４７重量％〜５５重量％、Ａｇを０．０５重量％〜０．２重量％、残部Ｉｎとする組成、およびＢｉを３２重量％〜３７重量％、Ａｇを０．０１重量％〜０．１重量％、残部Ｉｎとする組成からなる三元合金を用いて鉛フリー合金型温度ヒューズを実現する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可溶合金の両端にリード部材を接続したものを絶縁物からなるケースに挿入し、前記絶縁物からなるケースよりリード部材を導出する端部を封止してなる温度ヒューズにおいて、前記可溶合金にＢｉを６４重量％〜６９重量％、Ａｇを０．０５重量％〜０．３重量％、残部Ｉｎの組成からなる可溶合金を用いることを特徴とする鉛フリー合金型温度ヒューズ。
【請求項２】
可溶合金の両端にリード部材を接続したものを絶縁物からなるケースに挿入し、前記絶縁物からなるケースよりリード部材を導出する端部を封止してなる温度ヒューズにおいて、前記可溶合金にＢｉを４７重量％〜５５重量％、Ａｇを０．０５重量％〜０．２重量％、残部Ｉｎの組成からなる可溶合金を用いることを特徴とする鉛フリー合金型温度ヒューズ。
【請求項３】
可溶合金の両端にリード部材を接続したものを絶縁物からなるケースに挿入し、前記絶縁物からなるケースよりリード部材を導出する端部を封止してなる温度ヒューズにおいて、前記可溶合金にＢｉを３２重量％〜３７重量％、Ａｇを０．０１重量％〜０．１重量％、残部Ｉｎの組成からなる可溶合金を用いることを特徴とする鉛フリー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、保護素子に関するもので、詳しくは、電気・電子機器等に使用され、特定温度で溶融する可溶合金を用いた温度ヒューズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気・電子機器等を過熱損傷から保護する保護素子として、特定温度で動作して回路を遮断する温度ヒューズが用いられている。可溶合金型温度ヒューズは、感温素子として特定温度で溶融する可溶合金を用いて、この可溶合金に通電し、周囲温度の上昇により可溶合金が溶融して回路を遮断するものである。
【０００３】
さらに、可溶合金と抵抗体とを具備し、抵抗体の通電過熱により可溶合金を強制的に溶断させる抵抗内蔵型温度ヒューズと称される保護素子もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の可溶合金型温度ヒューズは、保温コタツ、炊飯器等の家電製品、液晶テレビや複写機器等のＯＡ機器、照明機器などに保護素子として用いられている。このうち９８〜８８℃の範囲の動作温度を有する可溶合金には、従来５２Ｂｉ−３２Ｐｂ−１６Ｓｎ（重量％）三元合金（９８℃）、４２．５Ｉｎ−３８．６Ｓｎ−１２．４Ｃｄ−６．５Ａｇ（重量％）四元合金（９４℃）、４４Ｉｎ−４２Ｓｎ−１４Ｃｄ（重量％）三元合金（９３℃）、５０．５Ｂｉ−３１Ｐｂ−１５．５Ｓｎ−３Ｉｎ（重量％）四元合金（９０℃）、４８Ｂｉ−３０Ｐｂ−１５Ｓｎ−７Ｉｎ（重量％）四元合金（８４℃）、４２〜５０Ｉｎ−１０〜１５Ｃｄ−０．８〜５Ｚｎ−残Ｓｎ（重量％）四元合金（８５℃）など人体に有害な重金属である鉛やカドミウムを１０重量％以上含有するものがあった。最近、廃棄された電気・電子機器から雨水などの作用により有害金属が溶出し、地下水に深刻な汚染をもたらしていることが、地球環境上の問題となり、可溶合金の改良が必要とされている。
【０００５】
また、可溶合金型温度ヒューズの可溶合金は、特定の温度で液状化を進行させ球状化に導き溶断させる必要上、できれば単一の溶融点を持つ共晶合金組成が好ましい。さらに、電源回路に直列に実装される温度ヒューズの特性上から、かかる温度ヒューズの内部抵抗値は長期の高温保管によっても変化せず比抵抗が０．７９ｍΩ・ｍｍ以下であることが、省エネルギーの面や動作温度の安定性に上からも望ましい。
【０００６】
ＰｂやＣｄを含まず、溶融温度が１１０℃以下の合金を設計する場合、Ｂｉ−Ｉｎ二元合金系が良く知られているが、（例えば６７．４Ｂｉ−３２．６Ｉｎ（重量％）の１０９．７℃組成、５０Ｂｉ−５０Ｉｎ（重量％）の８８．７℃組成、３３．３Ｂｉ−６６．７Ｉｎ（重量％）の７２．７℃組成）これらの既存組成は何れも、ＢｉＩｎ、Ｂｉ５Ｉｎ３、ＢｉＩｎ２の金属間化合物との共晶組成であるため機械強度が弱く、また温度ヒューズに組み込んだ場合の比抵抗が０．７９ｍΩ・ｍｍ以上あるため、温度ヒューズに実用できる可溶合金としてはそのまま利用し難い欠点がある。
【０００７】
本発明は、ＰｂやＣｄによる問題を生じないように、上記した可溶合金にＰｂおよびＣｄを使用しない環境対応型の鉛フリー合金型温度ヒューズを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による鉛フリー合金型温度ヒューズにおける可溶合金組成は、Ｂｉ−Ｉｎ二元合金系に、適量のＡｇを加えて結晶組織の微細化を図って機械的強度を改善すると共に、温度ヒューズの比抵抗を０．７９ｍΩ・ｍｍ以下に抑えたＢｉ−Ｉｎ−Ａｇ三元合金である。Ａｇの添加量については、Ａｇを過剰に添加することでＡｇＩｎ２が生成し固液共存域が増大し、またＡｇの添加量が少なすぎるとＡｇ添加の効果が得られないため、Ａｇ添加量をＢｉ−Ｉｎの構成組成に対して好適な範囲を定めたものである。
【０００９】
本発明の請求項１に係る鉛フリー合金型温度ヒューズは、感温素子にＢｉを６４重量％〜６９重量％、Ａｇを０．０５重量％〜０．３重量％、残部がＩｎからなる可溶合金を使用することで１０７〜１０９℃の動作温度を有する温度ヒューズを可能としたものである。
【００１０】
本発明の請求項２に係る鉛フリー合金型温度ヒューズは、感温素子にＢｉを４７重量％〜５５重量％、Ａｇを０．０５重量％〜０．２重量％、残部がＩｎからなる可溶合金を使用することで８７〜９７℃の動作温度を有する温度ヒューズを可能としたものである。
【００１１】
本発明の請求項３に係る鉛フリー合金型温度ヒューズは、感温素子にＢｉを３２重量％〜３７重量％、Ａｇを０．０１重量％〜０．１重量％、残部がＩｎからなる可溶合金を使用することで７０〜７３℃の動作温度を有する温度ヒューズを可能としたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による実施の形態について図１を用いて説明する。図１は、本発明による鉛フリー合金型温度ヒューズを示し、アキシャル型温度ヒューズと称される温度ヒューズの縦断面図である。
【００１３】
図１に示すアキシャル型温度ヒューズは、Ｓｎ−Ｃｕめっき銅線からなる端子リード１、２間に、可溶合金３を抵抗溶接により接合した後、可溶合金３をロジン、ワックス、活性剤からなるフラックス４で被覆し、アルミナセラミック碍管５中に挿入して、エポキシ系封止樹脂６、７によりケース端部をそれぞれ封止して形成したものである。なお、端子リード１、２のＳｎ−Ｃｕめっき銅線は、必要に応じてＡｇめっき銅線、Ｓｎめっき銅線、Ｎｉめっき銅線等に変更でき、Ｓｎ−Ｃｕめっき銅線に限定されるものではない。
【００１４】
このような構成の温度ヒューズにおいて、可溶合金３にφ０．４〜０．７ｍｍ線のものを使用でき、また必要に応じて同一断面積を有するテープ状合金の平角片も使用できる。
【００１５】
本発明の温度ヒューズに用いられる可溶合金は、合金鋳塊の押出し加工により製造され、その後必要に応じてテープ状に圧延加工することもできる。
【００１６】
また、将来本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、可溶合金３の線径は要求に応じてφ０．４ｍｍ以下とすることができ、さらにまた、要求に応じてφ０．７ｍｍ以上に変更することもできる。
【００１７】
また、本発明による鉛フリー合金型温度ヒューズは、アキシャル型温度ヒューズに限定されるものではなく、ラジアル型温度ヒューズ、薄型温度ヒューズ、抵抗内蔵型温度ヒューズと称される温度ヒューズに使用することができ、特定の形式に限定されるものではない。
【００１８】
【実施例】
本発明の実施例と比較例を表１に示す。表１はそれぞれの実施例と比較例における可溶合金組成とその固相温度、液相温度、固液共存域を示したもので、表中の固相、液相はそれぞれ合金の固相温度（℃）、液相温度（℃）を示し、液相温度と固相温度の差を固液共存域（℃）という。固液共存域が１０℃未満である時、その可溶合金を温度ヒューズの感温素子として使用できる。従って固液共存域が１０℃未満である実施例の可溶合金は、実施形態の温度ヒューズにおいて良好な動作特性を有する。以下実施例と比較例についての動作特性を説明する。
【表１】
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【００１９】
（実施例１−４）請求項１の範囲にあるＢｉを６６．７０重量％、Ｉｎを３３．０７重量％、Ａｇを０．２３重量％とした組成のφ０．６ｍｍ線を押出し加工により作製し、この合金線を実施形態の温度ヒューズに適用した。実施例１−４の温度ヒューズ３０個に１０ｍＡの検知電流を通電しながら、１℃／分の割合で温度上昇する恒温槽（気相）中で動作させたところ動作温度範囲は１０８±２℃であった。また、８８℃で５００時間、１０００時間、２０００時間それぞれ保管した実施例１−４の温度ヒューズ各１０個を電圧降下法により接触抵抗を除くように接続し、本体を含め２５ｍｍの点でリード間の電気抵抗を測定電流１００ｍＡで測定したところ、比抵抗０．６３±０．２ｍΩ・ｍｍの範囲を保持できることがわかった。さらに、この各１０個を１℃／分の割合で温度上昇する恒温槽（気相）中で動作させたところ、高温保管後も動作温度１０８±２℃の初期範囲を維持できることがわかった。
【００２０】
（実施例２−２）請求項２の範囲にあるＢｉを５３．００重量％、Ｉｎを４６．８６重量％、Ａｇを０．１４重量％とした組成のφ０．６ｍｍ線を押出し加工により作製し、この合金線を実施形態の温度ヒューズに適用した。実施例２−２の温度ヒューズ３０個に１０ｍＡの検知電流を通電しながら、１℃／分の割合で温度上昇する恒温槽（気相）中で動作させたところ動作温度範囲は９６±２℃であった。また、７６℃で５００時間、１０００時間、２０００時間それぞれ保管した実施例２−２の温度ヒューズ各１０個を電圧降下法により接触抵抗を除くように接続し、本体を含め２５ｍｍの点でリード間の電気抵抗を測定電流１００ｍＡで測定したところ、比抵抗０．５５±０．２ｍΩ・ｍｍの範囲を保持できることがわかった。さらに、この各１０個を１℃／分の割合で温度上昇する恒温槽（気相）中で動作させたところ、高温保管後も動作温度９６±２℃の初期範囲を維持できることがわかった。
【００２１】
（実施例２−５）請求項２の範囲にあるＢｉを４９．７０重量％、Ｉｎを５０．２２重量％、Ａｇを０．０８重量％とした組成のφ０．６ｍｍ線を押出し加工により作製し、この合金線を実施形態の温度ヒューズに適用した。実施例２−５の温度ヒューズ３０個に１０ｍＡの検知電流を通電しながら、１℃／分の割合で温度上昇する恒温槽（気相）中で動作させたところ動作温度範囲は８９±２℃であった。また、６９℃で５００時間、１０００時間、２０００時間それぞれ保管した実施例２−５の温度ヒューズ各１０個を電圧降下法により接触抵抗を除くように接続し、本体を含め２５ｍｍの点でリード間の電気抵抗を測定電流１００ｍＡで測定したところ、比抵抗０．５５±０．２ｍΩ・ｍｍの範囲を保持できることがわかった。さらに、この各１０個を１℃／分の割合で温度上昇する恒温槽（気相）中で動作させたところ、高温保管後も動作温度８９±２℃の初期範囲を維持できることがわかった。
【００２２】
（実施例２−９）請求項２の範囲にあるＢｉを４８．５０重量％、Ｉｎを５１．４３重量％、Ａｇを０．０７重量％とした組成のφ０．６ｍｍ線を押出し加工により作製し、この合金線を実施形態の温度ヒューズに適用した。実施例２−９の温度ヒューズ３０個に１０ｍＡの検知電流を通電しながら、１℃／分の割合で温度上昇する恒温槽（気相）中で動作させたところ動作温度範囲は８８±２℃であった。また、６８℃で５００時間、１０００時間、２０００時間それぞれ保管した実施例２−９の温度ヒューズ各１０個を電圧降下法により接触抵抗を除くように接続し、本体を含め２５ｍｍの点でリード間の電気抵抗を測定電流１００ｍＡで測定したところ、比抵抗０．４７±０．２ｍΩ・ｍｍの範囲を保持できることがわかった。さらに、この各１０個を１℃／分の割合で温度上昇する恒温槽（気相）中で動作させたところ、高温保管後も動作温度８８±２℃の初期範囲を維持できることがわかった。
【００２３】
（実施例３−２）請求項３の範囲にあるＢｉ３４．２０重量％、Ｉｎを６５．７８重量％、Ａｇを０．０２重量％とした組成のφ０．６ｍｍ線を押出し加工により作製し、この合金線を実施形態の温度ヒューズに適用した。実施例３−２の温度ヒューズ３０個に１０ｍＡの検知電流を通電しながら、１℃／分の割合で温度上昇する恒温槽（気相）中で動作させたところ動作温度範囲は７３±２℃であった。また、５３℃で５００時間、１０００時間、２０００時間それぞれ保管した実施例３−２の温度ヒューズ各１０個を電圧降下法により接触抵抗を除くように接続し、本体を含め２５ｍｍの点でリード間の電気抵抗を測定電流１００ｍＡで測定したところ、比抵抗０．３２±０．２ｍΩ・ｍｍの範囲を保持できることがわかった。さらに、この各１０個を１℃／分の割合で温度上昇する恒温槽（気相）中で動作させたところ、高温保管後も動作温度７３±２℃の初期範囲を保持できることがわかった。
【００２４】
【比較例】
（比較例１−１）ＢｉとＩｎの組成を請求項１の範囲にしＡｇの量を０．４重量％にした合金組成（６６．５３Ｂｉ−３３．０７Ｉｎ−０．４Ａｇ（重量％））は、固液共存域が２６．７℃と１０℃以上有し溶融開始から溶融完了までの温度域が広すぎるため温度ヒューズとして実用に至らなかった。同様にＡｇの量を０．５重量％にした合金組成（６６．４３Ｂｉ−３３．０７Ｉｎ−０．５Ａｇ（重量％））の固液共存域は３７．３℃もあり温度ヒューズとして実用できなかった。また、Ａｇの量を０．０５重量％以下とした合金組成（６６．９２Ｂｉ−３３．０７Ｉｎ−０．０１Ａｇ（重量％））のφ０．６ｍｍ線を押出し加工により作製を試みたが、合金強度が劣り脆すぎるため作製できなかった。請求項１におけるＢｉ、Ｉｎの組成範囲に対して有効なＡｇ配合量は０．０５〜０．３重量％であった。
【００２５】
（比較例２−１）ＢｉとＩｎの組成を請求項２の範囲にしＡｇの量を０．３重量％にした合金組成（５２．８４Ｂｉ−４６．８６Ｉｎ−０．３Ａｇ（重量％））は、固液共存域が、１０．１℃以上と１０℃以上有し溶融開始から溶融完了までの温度域が広すぎるため温度ヒューズとして実用に至らなかった。同様にＡｇの量を０．４重量％にした合金組成（５２．７４Ｂｉ−４６．８６Ｉｎ−０．４Ａｇ（重量％））の固液共存域は２３．１℃であり温度ヒューズとして実用できなかった。また、Ａｇの量を０．０５重量％以下とした組成（５３．１３Ｂｉ−４６．８６Ｉｎ−０．０１Ａｇ（重量％））のφ０．６ｍｍ線を押出し加工により作製を試みたが、合金強度が劣り脆すぎるため作製できなかった。請求項２におけるＢｉ、Ｉｎの組成範囲に対して有効なＡｇ配合量は０．０５〜０．２重量％であった。
【００２６】
（比較例３−１）ＢｉとＩｎの組成を請求項３の範囲にしＡｇの量を０．２重量％にした合金組成（３４．２Ｂｉ−６５．６Ｉｎ−０．２Ａｇ（重量％））は、固液共存域が２１．７℃と１０℃以上有し溶融開始から溶融完了までの温度域が広すぎるため温度ヒューズとして実用に至らなかった。同様にＡｇの量を０．３重量％にした合金組成（３４．２Ｂｉ−６５．５Ｉｎ−０．３Ａｇ（重量％））の固液共存域は３１℃であり温度ヒューズとして実用できなかった。また、Ａｇの量を０．０１重量％以下とした組成（３４．２００Ｂｉ−６５．７９５Ｉｎ−０．００５Ａｇ（重量％））のφ０．６ｍｍ線を押出し加工により作製を試みたが、合金が軟らかすぎるため組立時の変形が大きく温度ヒューズを作製できなかった。請求項３におけるＢｉ、Ｉｎの組成範囲に対して有効なＡｇ配合量は０．０１〜０．１重量％であった。
【００２７】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明は、７０〜１０９℃で動作可能な信頼性に優れた鉛フリー合金型温度ヒューズをＰｂやＣｄを含有しないＢｉ−Ｉｎ−Ａｇ三元合金により実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態であるアキシャル型温度ヒューズの縦断面図
【符号の説明】
１、２　端子リード
３　　　可溶合金
４　　　フラックス
５　　　絶縁性のケース
６、７　封止樹脂
【図１】
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