(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビスマスを４９ｗｔ％以上で５２ｗｔ％未満、インジウムを１７ｗｔ％以上で２０ｗｔ％以下、残部がすず及び不可避的不純物からなり、鉛及びカドミウムを実質的に含有しない共晶合金であって、融点が７４．０〜７７．７℃であることを特徴とする低温度可溶性合金。
【請求項２】
ビスマスを５２ｗｔ％以上５５ｗｔ％未満、インジウムを１５ｗｔ％以上で１８ｗｔ％以下、残部がすず及び不可避的不純物からなり、鉛及びカドミウムを実質的に含有しない共晶合金であって、融点が８４．０〜８７．５℃であることを特徴とする低温度可溶性合金。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の低温度可溶性合金において、前記共晶合金は保護すべき空調機器のガス容器の安全弁に使用され、該ガス容器が所定温度又は所定圧力以上となった場合、前記共晶合金が溶融又は破損することで前記安全弁から前記ガス容器内のガスを流出させ、前記空調機器の破損を防ぐことを特徴とする低温度可溶性合金。
【請求項４】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の低温度可溶性合金において、前記共晶合金は保護すべき電気回路に使用され、該電気回路が過電流によって発熱した場合、前記共晶合金が溶融することで前記電気回路への通電を遮断し、該電気回路の異常加熱を防ぐことを特徴とする低温度可溶性合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば空調機器のガス容器の安全弁（可溶栓）、電気回路、火災用安全装置（消火栓）、消失模型等に使用する低温度可溶性合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、低温で容易に溶融する合金を総称して可溶合金（易溶合金又はヒューズ合金とも言う）と呼んでおり、すずの融点（２３１．９℃）より低い融点を有する合金をさす場合が多い。なお、この可溶合金には、すず（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、カドミウム（Ｃｄ）のうち、３又は４元素を使用した種々の合金がある。
この合金は、融点が低いことから、また強度的に弱いことから、例えば空調機器のガス容器の安全弁（可溶栓）、電気回路、火災用安全装置（消火栓）、消失模型等に使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した可溶合金には以下の問題がある。
可溶合金中には、人体及び環境に有害な物質である鉛やカドミウムが含まれている。このため、人体に影響を及ぼすことや環境汚染を招くことを考慮すれば、使用済みの可溶合金をリサイクルしにくく、また産業廃棄物として処理する場合、その処分に苦慮している。本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、人体や環境に悪影響を及ぼすことなくリサイクルや廃棄可能な低温度可溶性合金を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る低温度可溶性合金は、ビスマスを４９ｗｔ％以上で５２ｗｔ％未満、インジウムを１７ｗｔ％以上で２０ｗｔ％以下、残部がすず及び不可避的不純物からなり、鉛及カドミウムを実質的に含有しない共晶合金であって、融点が７４．０〜７７．７℃である。
また、前記目的に沿うもう一つの本発明に係る低温度可溶性合金は、ビスマスを５２ｗｔ％以上５５ｗｔ％未満、インジウムを１５ｗｔ％以上で１８ｗｔ％以下、残部がすず及び不可避的不純物からなり、鉛及びカドミウムを実質的に含有しない共晶合金であって、融点が８４．０〜８７．５℃である。このように構成することで、環境や人体に悪影響を及ぼす鉛及びカドミウムを実質的に使用することなく、鉛及び／又はカドミウムを含有した従来の可溶合金と同程度の融点及び強度を備えた低温度可溶性合金を製造することができる。
【０００５】
本発明に係る低温度可溶性合金において、共晶合金は保護すべき空調機器のガス容器の安全弁に使用され、ガス容器が所定温度又は所定圧力以上となった場合、共晶合金が溶融又は破損することで安全弁からガス容器内のガスを流出させ、空調機器の破損を防ぐことが好ましい。このように、鉛及び／又はカドミウムを実質的に含有しない低温度可溶性合金は、環境や人体に悪影響を及ぼす鉛及び／又はカドミウムを含有した可溶合金と同程度の融点及び強度を備えているので、従来可溶合金を使用していた空調機器の安全弁に、低温度可溶性合金を適用することが可能となる。
本発明に係る低温度可溶性合金において、共晶合金は保護すべき電気回路に使用され、電気回路が過電流によって発熱した場合、共晶合金が溶融することで電気回路への通電を遮断し、電気回路の異常加熱を防ぐことが好ましい。このように、鉛及び／又はカドミウムを実質的に含有しない低温度可溶性合金は、環境や人体に悪影響を及ぼす鉛及び／又はカドミウムを含有した可溶合金と同程度の融点を備えているので、従来可溶合金を使用していた電気回路に、低温度可溶性合金を適用することが可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施例に係る低温度可溶性合金の溶融温度を示す説明図、図２は本発明の第２の実施例に係る低温度可溶性合金の溶融温度を示す説明図、図３は本発明の第３の実施例に係る低温度可溶性合金の溶融温度を示す説明図、図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る低温度可溶性合金を使用したガス容器の説明図、ガス容器に設けた安全弁の断面図、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ同低温度可溶性合金を使用したつめ付きヒューズ、プラグヒューズ、筒形ヒューズの説明図である。
【０００７】
本発明の一実施の形態に係る低温度可溶性合金は、図４、図５に示すように、例えば空調機器のガス容器１０の安全弁（可溶栓）１１、電気回路、火災用安全装置（消火栓）、消失模型等に使用されるものであり、ビスマス４９〜５７ｗｔ％、インジウム８〜２０ｗｔ％、残部がすずを主体とし、鉛及びカドミウムを実質的に含有しない共晶合金であって、融点が７０〜１００℃のものである。以下、詳しく説明する。
【０００８】
ビスマス（Ｂｉ）、すず（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）の融点は、それぞれ２７１．３℃、２３１．９℃、１５６．２℃であり、これら３元素の配合により、７０〜１００℃の間の適当な融点を持った合金が製造できる。
ここで、低温度可溶性合金中のビスマス及びインジウムの配合量をそれぞれ限定した理由について説明する。
ビスマス及びインジウムの配合量は、ビスマス、すず、インジウムを使用して、鉛及び／又はカドミウムを含有した従来公知の可溶合金の適用分野に前記低温度可溶性合金を適用すること、即ち、従来使用してきた可溶合金の融点に対応する融点（７０〜１００℃）を備えた低温度可溶性合金とするための配合量となっている。
【０００９】
ここで、低温度可溶性合金中のビスマスの配合量が４９ｗｔ％未満の場合、低温度可溶性合金中の融点を上昇させるビスマスの配合量が少なくなり、低温度可溶性合金の融点が低くなると共に、鉛及び／又はカドミウムを含有した従来公知の可溶合金の適用分野の融点に調整することができない。一方、低温度可溶性合金中のビスマスの配合量が５７ｗｔ％を超えた場合、低温度可溶性合金の融点が高くなると共に、鉛及び／又はカドミウムを含有した従来公知の可溶合金の適用分野の融点に調整することができない。従って、低温度可溶性合金中のビスマスの配合量を４９ｗｔ％以上、５７ｗｔ％以下とした。
また、低温度可溶性合金中のインジウムの配合量が８ｗｔ％未満の場合、低温度可溶性合金の融点を低下させるインジウムの配合量が少なくなり、低温度可溶性合金の融点が高くなると共に、鉛及び／又はカドミウムを含有した従来公知の可溶合金の適用分野の融点に調整することができない。一方、低温度可溶性合金中のインジウムの配合量が２０ｗｔ％を超えた場合、低温度可溶性合金の融点を顕著に低下させることができなく、また、低温度可溶性合金を鉛及び／又はカドミウムを含有した従来公知の可溶合金の適用分野の融点に調整することができない。従って、低温度可溶性合金中のインジウムの配合量を８ｗｔ％以上、２０ｗｔ％以下とした。
【００１０】
ここで、ビスマスを４９ｗｔ％以上５２ｗｔ％未満、インジウムを１７〜２０ｗｔ％含んだ場合、低温度可溶性合金の融点は７４．０〜７７．７℃となる。
また、ビスマスを５２ｗｔ％以上５５ｗｔ％未満、インジウムを１５〜１８ｗｔ％含んだ場合、低温度可溶性合金の融点は８４．０〜８７．５℃となる。
そして、ビスマスを５５ｗｔ％以上５７ｗｔ％以下、インジウムを８〜１０ｗｔ％含んだ場合、低温度可溶性合金の融点は９５．０〜９８．０℃となる。
なお、上記した低温度可溶性合金の各融点、７４．０〜７７．７℃、８４．０〜８７．５℃、９５．０〜９８．０℃は、鉛及び／又はカドミウムを含有した従来の可溶合金の融点に対応する融点であり、これによって、各種用途、例えば低温度可溶性合金を使用する機器の大小や、低温度可溶性合金を使用する機器の設置場所等に対応する融点を備えた低温度可溶性合金を提供できる。
【００１１】
次に、上記した本発明の一実施の形態に係る低温度可溶性合金の使用用途について説明するが、低温度可溶性合金の組成や融点は、前記した数値を使用するため詳しい説明を省略する。
図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、前記した組成及び融点を有し、共晶合金である低温度可溶性合金１７は、従来公知の保護すべき空調機器（例えば、パッケージ形空調機）、冷凍機、チラーユニット等のガス容器１０の安全弁１１に使用できる。このガス容器１０内の冷媒、即ちガスとしては、例えば、アンモニア、フロン等の熱媒体が使用されている。
【００１２】
このガス容器１０は、ガス容器本体１２の上部にガス入口を備えた継手１３、下部にガス出口を備えた継手１４をそれぞれ有している。また、このガス容器本体１２の下端には、上部に管用のねじ加工が施されると共に貫通孔１５を備えた安全弁１１が、取付け部１６を介して接続されている。この安全弁１１の貫通孔１５の中央部から下流側にかけては、低温度可溶性合金１７が充填されている。
このように構成することで、このガス容器１０が、例えば火災によって異常高温又は異常圧力となり、ガス容器１０が所定温度（ガス容器１０内のガスが膨張し、ガス容器１０が破裂する前の温度）又は所定圧力（ガス容器１０内の圧力が上昇し、ガス容器１０が破裂する前の圧力）以上となった場合、低温度可溶性合金１７が溶融又は破損することで安全弁１１からガス容器１０内のガスを流出させ、空調機器の破損を防いでいる。
【００１３】
また、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、前記した組成及び融点を有し、共晶合金である低温度可溶性合金は、従来公知の保護すべき電気回路を備えた電気機器、配電盤、分電盤等に使用できる。この電気回路に低温度可溶性合金を使用する場合、低温度可溶性合金を電気用ヒューズとして利用する。
この電気用ヒューズには、従来公知の多くの種類があり、例えばつめ付きヒューズ１８、プラグヒューズ１９、筒形ヒューズ２０、板ヒューズ、放出型ヒューズ、液体充填型ヒューズ等がある。
このつめ付きヒューズ１８は、板状とした低温度可溶性合金２１の両端に、半田を介して銅製の固定部２２、２３がそれぞれ接続されたものであり、この固定部２２、２３によって、つめ付きヒューズ１８を対象物に、例えばねじやボルトを用いて取付けることができる。
【００１４】
また、プラグヒューズ１９は、家庭用電気機器に用いられており、外観形状が白熱電球の口金に似たプラグヒューズ本体２４を有している。このプラグヒューズ本体２４の側部にはねじ込み部２５が、またプラグヒューズ本体２４の下端部には中央端子２６がそれぞれ形成されており、ねじ込み部２５と中央端子２６とを低温度可溶性合金２７によって接続している。
そして、筒形ヒューズ２０は、従来よく使用されているヒューズであり、絶縁体で形成された筒２８の内部に低温度可溶性合金（図示しない）が配置され、この低温度可溶性合金の両端部が、筒２８の両端から筒２８の内部へ貫通する金属製端子２９、３０にそれぞれ接続されたものである。
これにより、電気回路が過電流によって発熱した場合、低温度可溶性合金が溶融することで電気回路への通電を遮断し、電気回路の異常加熱を防いでいる。
【００１５】
更に、低温度可溶性合金を従来公知の消失模型に使用する場合、例えば液状の合成樹脂を露光して光化学反応を起こさせ部分的に固化させていく光造形法や、粉末にレーザビームを照射して部分的に固化させていく選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ法）等を用いたラピッドプロトタイピング（コンピュータの立体データを迅速且つ簡便実体化する技術）によって作った造形物を、鋳物砂の中に埋め、上から溶融させた低温度可溶性合金を注ぎ込む。これにより、この熱で造形物が分解して気体となり、又は溶融して砂に染み込むので、造形物の形状をそのまま低温度可溶性合金で置き換えることが可能となる。
【００１６】
【実施例】
本発明に係る低温度可溶性合金を使用し、溶融温度の測定試験（示差熱分析）を行った結果（第１〜第３の実施例）についてそれぞれ図１〜図３を参照して説明する。なお、図中の横軸は低温度可溶性合金の加熱温度、縦軸は加熱中の低温度可溶性合金の状態変化を示すもので、曲線上でのピークの発生が低温度可溶性合金の状態変化をそれぞれ示している。
まず、図１に示すように、ビスマスを５０．０ｗｔ％（４９ｗｔ％以上５２ｗｔ％未満）、すずを３０．０ｗｔ％、インジウムを２０．０ｗｔ％（１７〜２０ｗｔ％）含む低温度可溶性合金を製造した。この低温度可溶性合金の融点は７７．０℃であり、７４．０〜７７．７℃の範囲を満足する。
なお、この低温度可溶性合金の引張強さは５１〜５２Ｎ／ｍｍ2、伸びは６％程度で、空調機器のガス容器の安全弁として機能するために十分な強度を有していた。
【００１７】
また、図２に示すように、ビスマスを５２．０ｗｔ％（５２ｗｔ％以上５５ｗｔ％未満）、すずを３０．０ｗｔ％、インジウムを１８．０ｗｔ％（１５〜１８ｗｔ％）含む低温度可溶性合金を製造した。この低温度可溶性合金の融点は８５．０℃であり、８４．０〜８７．５℃の範囲を満足する。
そして、図３に示すように、ビスマスを５６．０ｗｔ％（５５ｗｔ％以上５７ｗｔ％以下）、すずを３５．０ｗｔ％、インジウムを９．０ｗｔ％（８〜１０ｗｔ％）含む低温度可溶性合金を製造した。この低温度可溶性合金の融点は９５．０℃であり、９５．０〜９８．０℃の範囲を満足する。
【００１８】
以上、本発明を、一実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、前記実施の形態においては、低温度可溶性合金を空調機器、冷凍機、チラーユニット等のガス容器の安全弁、電気用ヒューズ、消失模型に使用する場合についてそれぞれ説明したが、他の分野で使用している鉛及び／又はカドミウムを含有した可溶合金の融点が、この低温度可溶性合金と同じであれば、従来の可溶合金の代わりに勿論使用できる。これにより、使用済みの低温度可溶性合金をリサイクルすることが可能となり、しかも産業廃棄物として処理（廃棄）することも可能となる。
また、前記実施の形態においては、鉛及びカドミウムを実質的に含有しない低温度可溶性合金について説明したが、低温度可溶性合金中に不可避的不純物として鉛及びカドミウム（例えば、ｐｐｍオーダー程度）が含まれた場合も、本発明は適用される。
そして、前記実施の形態においては、ビスマス、インジウム、すずで構成される低温度可溶性合金について説明したが、低温度可溶性合金の使用用途に応じて、低温度可溶性合金の強度や靱性、融点等を変えるため、低温度可溶性合金中に他の金属、例えば銀や銅等が微量含まれてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１〜４記載の低温度可溶性合金においては、環境や人体に悪影響を及ぼす鉛及びカドミウムを実質的に使用することなく、鉛及び／又はカドミウムを含有した従来の可溶合金と同程度の融点及び強度を備えた低温度可溶性合金を製造することができる。これにより、使用済みの低温度可溶性合金をリサイクルすることが可能となり、しかも産業廃棄物として処理することもできるので、人体に影響を及ぼすことなく環境汚染を招く恐れがない。従って、環境改善に多大な貢献ができる低温度可溶性合金を提供できる。
特に、請求項１記載の低温度可溶性合金においては、ビスマス及びインジウムの重量％を所定の数値に設定することで、低温度可溶性合金の融点を７４．０〜７７．７℃に設定できるので、例えば機器の大小や設置場所等の各種用途に対応する融点を備えた低温度可溶性合金を提供できる。従って、従来上記した融点の温度範囲より高い温度になると破損や故障する例えば空調機器、電気機器等に、低温度可溶性合金を使用できるので、空調機器や電気機器等の破損や故障を確実に防ぐことが可能となる。
また、請求項２記載の低温度可溶性合金においては、ビスマス及びインジウムの重量％を所定の数値に設定することで、低温度可溶性合金の融点を８４．０〜８７．５℃に設定できるので、例えば機器の大小や設置場所等の各種用途に対応する融点を備えた低温度可溶性合金を提供できる。従って、従来上記した融点の温度範囲より高い温度になると破損や故障する例えば空調機器、電気機器等に、低温度可溶性合金を使用できるので、空調機器や電気機器等の破損や故障を確実に防ぐことが可能となる。
【００２０】
請求項３記載の低温度可溶性合金においては、鉛及び／又はカドミウムを実質的に含有しない低温度可溶性合金が、環境や人体に悪影響を及ぼす鉛及び／又はカドミウムを含有した可溶合金と同程度の融点及び強度を備えているので、従来可溶合金を使用していた空調機器のガス容器の安全弁に、低温度可溶性合金を適用することが可能となる。これにより、空調機器の安全弁から回収した使用済みの低温度可溶性合金をリサイクルすることが可能となり、しかも空調機器と共に低温度可溶性合金を産業廃棄物として処理することもできるので、人体に影響を及ぼすことなく環境汚染を招く恐れもなくなる。従って、環境性に優れ、しかも経済的な低温度可溶性合金を提供できる。
請求項４記載の低温度可溶性合金においては、鉛及び／又はカドミウムを実質的に含有しない低温度可溶性合金が、環境や人体に悪影響を及ぼす鉛及び／又はカドミウムを含有した可溶合金と同程度の融点を備えているので、従来可溶合金を使用していた電気回路に、低温度可溶性合金を適用することが可能となる。これにより、電気回路から回収した使用済みの低温度可溶性合金をリサイクルすることが可能となり、しかも電気回路と共に低温度可溶性合金を産業廃棄物として処理することもできるので、人体に影響を及ぼすことなく環境汚染を招く恐れがない。従って、環境性に優れ、しかも経済的な低温度可溶性合金を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る低温度可溶性合金の溶融温度を示す説明図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る低温度可溶性合金の溶融温度を示す説明図である。
【図３】本発明の第３の実施例に係る低温度可溶性合金の溶融温度を示す説明図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る低温度可溶性合金を使用したガス容器の説明図、ガス容器に設けた安全弁の断面図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ同低温度可溶性合金を使用したつめ付きヒューズ、プラグヒューズ、筒形ヒューズの説明図である。
【符号の説明】
１０：ガス容器、１１：安全弁、１２：ガス容器本体、１３、１４：継手、１５：貫通孔、１６：取付け部、１７：低温度可溶性合金、１８：つめ付きヒューズ、１９：プラグヒューズ、２０：筒形ヒューズ、２１：低温度可溶性合金、２２、２３：固定部、２４：プラグヒューズ本体、２５：ねじ込み部、２６：中央端子、２７：低温度可溶性合金、２８：筒、２９、３０：金属製端子
【図１】
0003947659.tif 000002
【図２】
0003947659.tif 000003
【図３】
0003947659.tif 000004
【図４】
0003947659.tif 000005
【図５】
0003947659.tif 000006