(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂｉ４５〜５５重量％、残部Ｉｎの組成の合金をヒューズエレメントとし、該ヒューズエレメントが線径６００μｍφ以下の断面円形またはそれと同断面積の非円形であることを特徴とする合金型温度ヒューズ。
【請求項２】
Ｂｉ４５〜５５重量％、残部Ｉｎの組成の１００重量部にＡｇを０．５〜５重量部添加した組成の合金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３】
ヒューズエレメントが線径６００μｍφ以下の断面円形またはそれと同断面積の非円形である請求項２記載の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】
本発明は合金型温度ヒューズ、特に、作動温度が８５℃〜９５℃でヒューズエレメント直径が６００μｍφ以下の合金型温度ヒューズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
合金型温度ヒューズは、一対のリ−ド線または電極間に低融点可溶合金片（ヒューズエレメント）を接続し、低融点可溶合金片上にフラックスを塗布し、このフラックス塗布合金片を樹脂やケースで封止した構成であり、保護すべき電気機器に取り付けて使用され、電気機器が異常発熱すると、その発生熱により低融点可溶合金片が溶融により液相化され、その溶融金属が既に溶融したフラックスとの共存下、表面張力により球状化され、球状化の進行により分断されて機器への通電が遮断される。
【０００３】
上記合金型温度ヒューズの低融点可溶合金片に要求される条件の一つは、融点の固相線と液相線との間の固液共存域巾が狭いことである。すなわち、通常、合金においては、固相線と液相線との間に固液共存域巾が存在し、この領巾においては、液相中に固相粒体が分散した状態にあり、液相様の性質も備えているために上記の球状化分断が発生する可能性があって、液相線温度（この温度をＴ’とする）以前に固液共存域巾に属する温度範囲（ΔＴとする）で、低融点可溶合金片が球状化分断される可能性がある。而して、かかる低融点可溶合金片を用いた温度ヒューズにおいては、ヒューズエレメント温度が（Ｔ’−ΔＴ）〜Ｔ’となる温度範囲で作動するものとして取り扱わなければならず、従って、ΔＴが小であるほど、すなわち、固液共存域巾が狭いほど、温度ヒューズの作動温度範囲のバラツキを小として、温度ヒューズを所定の設定温度で正確に作動させ得るのである。
【０００４】
近来、電子機器の多様化により作動温度８５℃〜９５℃の合金型温度ヒューズが要請されている。
また、電子機器の小型化に対応して合金型温度ヒューズの小型化乃至は薄型化が要求され、例えば、３００μｍφという細線ヒューズエレメントの使用が要求されている。
従来、耐熱温度が低い半導体のはんだ付けに使用するはんだとして、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｈｇ、Ｔｌ等を成分とする低融点はんだが知られている。例えば、固液共存域が９０℃前後にあり、その領域の巾が温度ヒューズの作動上許容できる範囲にある低温はんだとして９２℃共晶ののＢｉ−Ｐｂ−Ｃｄ合金（Ｂｉ５２重量％、Ｐｂ４０重量％、Ｃｄ８重量％）や９３℃共晶ののＩｎ−Ｓｎ−Ｃｄ合金（Ｉｎ４４重量％、Ｓｎ４２重量％、Ｃｄ１４重量％）等が公知である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの低融点はんだはＣｄやＰｂ等の生体に有害な金属を含有しており、近来の環境保全規制に対応できない。また、Ｂｉが大半を占める９２℃共晶のＢｉ−Ｐｂ−Ｃｄ合金では、脆弱で線引きが困難であるため、ヒューズエレメントの細線化による温度ヒューズの小型化乃至は薄型化が困難である。更に、はんだ付けにおいては、はんだの比抵抗が高くても、はんだ付け部の断面寸法の調整等で対処できるが、作動温度８５℃〜９５℃、３００μｍφという細線ヒューズエレメント使用の合金型温度ヒューズにおいては、ヒューズエレメントの高比抵抗が次ぎのような不具合を招来する。
【０００６】
すなわち、はんだ付けの場合、図２に示すように、電流路単位長さΔＬ当たりの電気抵抗を、はんだ付け部Ｆと導体Ｅとで等しくするための条件は、はんだ付け部の断面積をＡs、はんだの比抵抗をρs、導体の断面積をＡw、導体の比抵抗をρwとすれば、ρwΔＬ／Ａw＝ρsΔＬ／Ａs、従って、
【数１】
Ａw＝Ａsρw／ρs                        （１）
であり、式（１）を満たすように、はんだ付け断面積Ａwを調整することにより、比抵抗の差異を補償できる。
しかしながら、合金型温度ヒューズの場合、ヒューズエレメントの比抵抗をρ、ヒューズエレメントの半径をｒ、放熱抵抗をＨ、外部温度をＴ0とすると、平常時負荷電流iのもとでの平常時ヒューズエレメント温度Ｔは、Ｔ−Ｔ0∝ρｉ２Ｈ／（πｒ２）、従って
【数２】
Ｔ＝ρｉ２Ｈｋ／（πｒ２）＋Ｔ0            （２）
であり（ｋは定数）、ヒューズエレメントの融点をＴaとすると、ρ＝０の場合、（Ｔａ−Ｔ0）の温度上昇で作動するのに対し、ρ≠０の場合、〔Ｔａ−（ρｉ２Ｈｋ）／（πｒ２）−Ｔ0〕の温度上昇で作動し、本来の作動温度よりも、ρｉ２Ｈｋ）／（πｒ２）だけ低い温度で作動することになる。
而して、その作動温度誤差率ηは、η＝〔Ｔａ−（ρｉ２Ｈｋ）／（πｒ２）〕／Ｔａ、従って、
【数３】
η＝１−（ρｉ２Ｈｋ）／（πｒ２Ｔａ）      （３）
で把握でき、ヒューズエレメントの半径ｒが小さく（３００μｍ以下）、作動温度Ｔａ
が低く（８５℃〜９５℃）、ヒューズエレメントの比抵抗ρが高いと、作動温度誤差率ηが大きくなって作動精度を保証できなくなり、問題が大きい。
【０００７】
本発明の目的は、作動温度８５℃〜９５℃で、ヒューズエレメントの細線化のもとでも優れた精度で作動させ得る環境保全に適合した合金型温度ヒューズを提供することにある。
【０００８】
〔課題を解決するための手段〕
請求項１に係る合金型温度ヒューズは、Ｂｉ４５〜５５重量％、残部Ｉｎの組成の合金をヒューズエレメントとし、該ヒューズエレメントが線径６００μｍφ以下の断面円形またはそれと同断面積の非円形であることを特徴とする。
請求項２に係る合金型温度ヒューズは、Ｂｉ４５〜５５重量％、残部Ｉｎの組成の１００重量部にＡｇを０．５〜５重量部添加した組成の合金をヒューズエレメントとしたことを特徴とする。
請求項３に係る合金型温度ヒューズは、請求項２の合金型温度ヒューズにおいて、ヒューズエレメントが線径６００μｍφ以下の断面円形またはそれと同断面積の非円形であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る温度ヒューズのヒューズエレメントは、合金母材の線引きにより製造され、外径６００μｍφ未満で１００μｍφ以上、好ましくは外径５００μｍφ未満で２００μｍφ以上の円形線、または当該円形線と同一断面積の非円形線、例えば扁平線を使用できる。
【００１０】
このヒューズエレメントの合金組成は、Ｂｉ４５〜５５重量％、残部Ｉｎ、好ましくはＢｉ４８〜５２重量％、残部Ｉｎである。その基準組成はＩｎ５１重量％、Ｂｉ４９重量％であり、その基準組成の液相線温度は８９℃，固液共存域巾は３℃であり、比抵抗は５５μΩｃｍである。
【００１１】
上記Ｉｎ、Ｂｉは低温はんだの代表的な成分であって、Ｂｉの添加により融点を低くできるが、Ｂｉの添加量の増大に従い脆弱になり、他方、Ｉｎの添加により靱性を高めることができるが、Ｉｎの添加量の増大に従い融点が低下することが知られている。
本発明において、Ｂｉを４５〜５５重量％、従ってＩｎを５５〜４５重量％に限定した理由は、融点を約９０℃にして合金型温度ヒューズの作動温度を８５℃〜９５℃とし、かつ外径６００μｍφ未満のヒューズエレメントの線引きを可能とする延性を付与すると共にヒューズエレメントの比抵抗を６０μΩｃｍ程度以下の低抵抗に抑えるためである。
通常、合金型温度ヒューズの作動温度は、ヒューズエレメントの融点よりもほぼ２℃高い温度となり、上記ヒューズエレメントの融点はこの点を勘案して設定される。
【００１２】
更に、上記合金組成１００重量部にＡｇを０．５〜５重量部好ましくは３，５重量部添加することにより、比抵抗を前記よりも更に低くすることができ、例えば、Ｉｎ５１重量％、Ｂｉ４９重量％の１００重量にＡｇを３重量部添加することにより、比抵抗を５５μΩｃｍから４５μΩｃｍに軽減できる。
【００１３】
図１の（イ）は本発明に係る薄型の合金型温度ヒューズを示す平面説明図、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図であり、厚み１００〜３００μｍのプラスチックベ−スフィルム１１に厚み１００〜２００μｍの帯状リ−ド導体３，３を接着剤または融着により固着し、帯状リ−ド導体間に線径５００μｍφ未満、好ましくは線径３００μｍφのヒューズエレメント４を接続し、このヒューズエレメント４にフラックス５を塗布し、このフラックス塗布ヒューズエレメントを厚み１００〜３００μｍのプラスチックカバ−フィルム１２の接着剤または融着による固着で封止してある。
【００１４】
本発明の合金型温度ヒューズは、ケ−ス型、基板型、或いは、樹脂ディッピング型の形態でも実施できる。
ケ−ス型としては、互いに一直線で対向するリ−ド線間に線状片のヒューズエレメントを溶接し、ヒューズエレメント上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上にセラミックス筒を挿通し、該筒の各端と各リ−ド線との間を接着剤、例えばエポキシ樹脂で封止したアキシャルタイプ、または、平行リ−ド線間の先端に線状片のヒューズエレメントを溶接し、ヒューズエレメント上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上に扁平をセラミックキャップを被せ、このキャップの開口とリ−ド線との間をエポキシ樹脂で封止したラジアルタイプを使用できる。また、抵抗付き基板型ヒューズとすることもできる。
【００１５】
上記の樹脂ディッピング型としては、フラックス塗布ヒューズエレメント上にエポキシ樹脂液への浸漬によるエポキシ樹脂被覆層を設けたラジアルタイプを使用できる。
【００１６】
上記の基板型としては、片面に一対の層状電極を設けた絶縁基板のその電極間先端に線状片のヒューズエレメントを溶接し、ヒューズエレメント上にフラックスを塗布し、各電極の後端にリ−ド線を接続し、絶縁基板片面上にエポキシ樹脂被覆層を設けたものを使用でき、アキシャルまたはラジアルの何れの方式にもできる。
【００１７】
上記のフラックスには、通常、融点がヒュー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、ジエチルアミンの塩酸塩や臭化水素酸塩等を使用できる。
【００１８】
【実施例】
〔実施例１〕
Ｉｎ：５１重量％，Ｂｉ：４９重量％の合金組成を使用した。この合金の液相線温度は８９℃、固液共存域巾は３℃である。
この合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。１ダイスについての減面率を６．５％とし、線引き速度を４５ｍ／ｍｉｎとしたが、断線は皆無であった。この線の比抵抗を測定したところ、５５μΩｃｍであった。
この線を長さ４ｍｍに切断してヒューズエレメントとし、基板型温度ヒューズを作製した。フラックスにはロジン８０重量部とステアリン酸２０重量部とジエチルアミン臭化水素酸塩１重量部の組成を、樹脂材には常温硬化のエポキシ樹脂を使用した。
【００１９】
この実施例品５０箇について、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、溶断による通電遮断時のオイル温度を測定したところ、９０±１℃の範囲内であった。
また、実施例品５０箇について、２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、溶断による通電遮断時のオイル温度を測定したところ、８９±１℃の範囲内であり、前記式（３）で評価した作動温度誤差率ηを無視し得る程度の僅小値に抑えることができた。
【００２０】
〔実施例２〕
実施例１の合金組成１００重量部にＡｇを３重量部添加した合金組成を使用した。この合金の液相線温度は８８℃、固液共存域巾は３℃である。
この合金組成の母材を実施例１と同様にして線引きして直径３００μｍφの線に加工したところ、断線は皆無であった。この線の比抵抗を測定したところ、４５μΩｃｍであった。
この線を長さ４ｍｍに切断してヒューズエレメントとし、実施例１と同様にして基板型温度ヒューズを作製した。
【００２１】
この実施例品５０箇について、実施例１と同様に、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、溶断による通電遮断時のオイル温度を測定したところ、８８±１℃の範囲内であった。
また、実施例１と同様に、実施例品５０箇について、２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、溶断による通電遮断時のオイル温度を測定したところ、８９±１℃の範囲内であり、前記式（３）で評価した作動温度誤差率ηを無視し得る程度の僅小値に抑えることができた。
【００２２】
〔比較例１〕
低融点可溶合金に、Ｂｉ５２重量％、Ｐｂ４０重量％、Ｃｄ８重量％を用い、実施例１や２と同様にして３００μｍφの細線への線引きを試みたが、断線が多発したので、更に線引き条件を緩和して１ダイスについての減面率を５．０％とし、線引き速度を２０ｍ／ｍｉｎとしたが、断線が多発した。そこで、回転ドラム式紡糸法により直径３００μｍφの細線に加工した。この線の比抵抗は、６１μΩｃｍであった。
この細線をヒューズエレメントとして実施例１と同様にして基板型温度ヒューズを作成し、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、溶断による通電遮断時のオイル温度を測定したところ、融点の９２℃に達しても溶断しないものが多数存在した。これは、この組成では、回転ドラム式紡糸法のためにヒューズエレメント表面に厚い酸化皮膜が形成され、この酸化皮膜が鞘となってヒューズエレメントが溶断され難くなるためであると推定される。
【００２３】
〔比較例２〕
Ｉｎ：５８重量％，Ｂｉ：４２重量％の合金組成を使用した。この合金を実施例１と同様にして直径３００μｍφの線に加工し、基板型温度ヒューズを作製した。
この比較例品５０箇について、実施例１と同様に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、溶断による通電遮断時のオイル温度を測定したところ、８２±７℃の範囲内でありバラッキが大であった。
なお、通電遮断時のオイル温度のバラッキが大であるために、前記式（３）による作動温度誤差率ηを有効に評価することが困難であった。
【００２４】
〔比較例３〕
Ｉｎ：４２重量％，Ｂｉ：５８重量％の合金組成を使用した。この合金を実施例１と同様にして直径３００μｍφの細線への線引きを試みたが、断線が多発したので、更に線引き条件を緩和して１ダイスについての減面率を５．０％とし、線引き速度を２０ｍ／ｍｉｎとしの細線に線引き速度２０ｍ／ｍｉｎして加工し、基板型温度ヒューズを作製した。
この比較例品５０箇について、実施例１と同様に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、溶断による通電遮断時のオイル温度を測定したところ、９６±７℃の範囲内であった。
なお、通電遮断時のオイル温度のバラッキが大であるために、前記式（３）による作動温度誤差率ηを有効に評価することが困難であった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係る合金型温度ヒューズによれば、ヒューズエレメント径が３００μｍφという細径であっても、自己発熱による誤作動をよく排除して８５〜９５℃クラスの所定の温度にて機器の通電を遮断でき、かつ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｌ等の生体に有害な重金属を使用しないために、環境保全に適合する。従って、作動温度９０℃クラスの薄型合金型温度ヒューズとして極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る合金型温度ヒューズの一例を示す図面である。
【図２】はんだ付け部の比抵抗と導体の比抵抗との関係を説明するために使用した図面である。
【符号の説明】
４                ヒューズエレメント
【図１】
0004409747.tif 000002
【図２】
0004409747.tif 000003