(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低融点可溶合金をヒュ−ズエレメントとする温度ヒュ−ズにおいて、低融点可溶合金の合金組成が、Ｉｎ４８〜６０％、Ｓｎ１０〜２５％、残部Ｂｉの１００重量部に、ＡｕまたはＣｕの０．０１〜７重量部、或いはＣｕとＮｉとの合計０．０１〜７重量部またはＰｄとＣｕとの合計０．０１〜７重量部が添加された組成であることを特徴とする合金型温度ヒュ−ズ。
【請求項２】
不可避的不純物を含有する請求項１記載の合金型温度ヒューズ。
【請求項３】
作動温度が５７℃〜６７℃である請求項１または２記載の合金型温度ヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】
本発明は、作動温度が５７℃〜６７℃の合金型温度ヒュ−ズに関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
合金型温度ヒュ−ズにおいては、フラックスを塗布した低融点可溶合金片をヒュ−ズエレメントとしており、保護すべき電気機器に取り付けて使用され、電気機器が異常時に発熱すると、その発生熱により低融点可溶合金片が液相化され、その溶融金属が既溶融フラックスとの共存のもとで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】
上記低融点可溶合金に要求される要件の一つは、固相線と液相線との間の固液共存域が狭いことである。
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が存在し、この領域においては、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り、従って、液相線温度（この温度をＴとする）以前に固液共存域に属する温度範囲（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−ズにおいては、ヒュ−ズエレメント温度が（Ｔ−ΔＴ）〜Ｔとなる温度範囲で動作するものとして取り扱わなければならず、ΔＴが小であるほど、すなわち、固液共存域が狭いほど、温度ヒュ−ズの作動温度範囲のバラツキを小として、温度ヒュ−ズをそれだけ厳格に所定の設定温度で作動させることができる。従って、温度ヒュ−ズのヒュ−ズエレメントとして使用される合金には、固液共存域が狭いことが要求される。
【０００４】
更に、上記低融点可溶合金に要求される要件の一つは、電気抵抗が低いことである。
すなわち、低融点可溶合金片の抵抗に基づく平常時の発熱による温度上昇をΔＴ'とすると、その温度上昇がないときに較べ、実質上、作動温度がΔＴ'だけ低くなり、ΔＴ'が高くなるほど、作動誤差が実質的に高くなる。従って、温度ヒュ−ズのヒュ−ズエレメントとして使用される合金には、比抵抗が低いことが要求される。
【０００５】
温度ヒューズにおいては、機器のヒートサイクルにより繰返し加熱・冷却される。そのヒートサイクル時、ヒューズエレメントの再結晶化が促進されるが、ヒューズエレメントの延性が過多であると、合金組織内の異相界面で生じるずれ（すべり）が大きくなり、それが繰返り返されることによって極端な断面積変化やヒューズエレメント長増大が起こる。その結果、ヒューズエレメント自体の抵抗値が不安定になり、耐熱安定性を保証し難い。従って、上記低融点可溶合金に要求される他の要件として、耐熱安定性も重視しなければならない。
【０００６】
近来、機器の厳格な管理のために、作動温度６０℃程度の温度ヒューズが要求されており、かかる温度ヒューズのヒューズエレメントとしては、固液共存域が６０℃前後であり、前記ΔＴ（固液共存域に属する温度範囲）が許容範囲内（４℃以内）であることが必要である。
かかる融点の低融点可溶合金としては、６２℃共晶のＩｎ−Ｂｉ−Ｃｄ合金（Ｉｎ６１．７％、Ｂｉ３０．８％、Ｃｄ７．５％。％は重量比率である。以下、同じ）、６０℃共晶のＩｎ−Ｂｉ−Ｓｎ合金（Ｉｎ５１％、Ｂｉ３２．５％、Ｓｎ１６．５％）、５８℃共晶のＢｉ−Ｉｎ−Ｐｂ−Ｓｎ合金（Ｂｉ４９％、Ｉｎ２１％、Ｐｂ１８％、Ｓｎ１２％）等が知られている。
【０００７】
しかしながら、６２℃共晶のＩｎ−Ｂｉ−Ｃｄ合金では、生体系に有害な金属（Ｐｂ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｌ等）であるＣｄを含有しており、近来の地球規模での要請である環境保全に適応しないし、また、延性の大きいＩｎが組成の半分以上を占め、弾性限界が小さいために、ヒートサイクルによりヒューズエレメントが熱応力で降伏されて合金組織内にすべりが生じ、このすべりの繰返しにより断面積及びエレメント線長が変化して、ヒューズエレメント自体の抵抗値が不安定になり、耐熱安定性を保証し難い。
【０００８】
また、５８℃共晶のＢｉ−Ｉｎ−Ｐｂ−Ｓｎ合金では、生体系に有害な金属であるＰｂを含有しており、近来の地球規模での要請である環境保全に適応しないし、また、Ｂｉの含有量が多く脆弱であるために、３００μｍφ程度の細線の線引き加工が困難であり、近来の電気・電子機器の小型化に対応しての合金型温度ヒュ−ズの小型化に対応し難く、しかも、かかる極細線ヒュ−ズエレメントのもとでは、その合金組成の比較的高い比抵抗と極細線化とが相俟って、抵抗値が著しく高くなる結果、上記ヒュ−ズエレメントの自己発熱による作動不良が避けられない。
【０００９】
また、６０℃共晶のＩｎ−Ｂｉ−Ｓｎ合金では、有害金属を含有せず、３００μｍφ程度の細線の線引き加工が可能であり、比抵抗も小さいが、前記６２℃共晶のＩｎ−Ｂｉ−Ｃｄ合金と同様、延性の大きいＩｎが組成の半分以上を占め、弾性限界が小さいために、ヒートサイクルによりヒューズエレメントが熱応力で降伏されて合金組織内にすべりが生じ、このすべりの繰返しにより断面積及びエレメント線長が変化して、ヒューズエレメント自体の抵抗値が不安定になり、耐熱安定性を保証し難い。
【００１０】
本発明の目的は、ヒューズエレメントの合金組成にＩｎ−Ｓｎ−Ｂｉ系を用い、作動温度５７℃〜６７℃の範囲で、環境保全の要請を充足し、ヒュ−ズエレメント径をほぼ３００μｍφ程度に極細化し得、自己発熱をよく抑え得、しかも耐熱安定性を良好に保証できる合金型温度ヒュ−ズを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズは、低融点可溶合金をヒュ−ズエレメントとする温度ヒュ−ズにおいて、低融点可溶合金の合金組成が、Ｉｎ４８〜６０％、Ｓｎ１０〜２５％、残部Ｂｉの１００重量部に、ＡｕまたはＣｕの０．０１〜７重量部、或いはＣｕとＮｉとの合計０．０１〜７重量部またはＰｄとＣｕとの合計０．０１〜７重量部が添加された組成であることを特徴とする。
【００１２】
上記において、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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズにおいて、ヒュ−ズエレメントには、外径２００μｍφ〜６００μｍφ、好ましくは２５０μｍφ〜３５０μｍφの円形線、または当該円形線と同一断面積の扁平線を使用できる。
【００１４】
このヒュ−ズエレメントの合金は、Ｉｎ４８〜６０％、Ｓｎ１０〜２５％、残部Ｂｉの１００重量部にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄの少なくとも一種を合計０．０１〜７重量部添加した組成であり、溶融ピークが単一で、５７℃〜６７℃のシャープな融点を有する。しかも、低温固相変態点の発生がなく、作動温度より低温での固相変態分断に起因する誤動作を確実に排除できる。
【００１５】
本発明に係る温度ヒューズにおいては、ヒューズエレメントに、（１）環境保全上有害金属を含まないＩｎ−Ｓｎ−Ｂｉ系を使用し、（２）作動温度を５７℃〜６７℃とする融点を有し、かつ前記した作動温度範囲のバラツキを充分に小さくするために、固液共存巾ΔＴをたかだか４℃程度に抑え、（３）３００μｍφ程度の細線線引きを可能とし、（４）抵抗値を充分に低くしてジュール発熱による作動誤差を抑えるために、ヒューズエレメントの合金組成のベースをＩｎ４８〜６０％、Ｓｎ１０〜２５％、残部Ｂｉとしている。そして、（５）延性の大なるＩｎと金属間化合物を生成させ、その金属間化合物で結晶間のすべりを防止するくさび効果により、前記ヒートサイクルに対するヒューズエレメントの耐熱安定性を高めるために、前記のベース１００重量部にＡｕまたはＣｕの０．０１〜７重量部、或いはＣｕとＮｉとの合計０．０１〜７重量部またはＰｄとＣｕとの合計０．０１〜７重量部を添加している。ＡｕまたはＣｕの０．０１〜７重量部、或いはＣｕとＮｉとの合計０．０１〜７重量部またはＰｄとＣｕとの合計添加量を０．０１〜７重量部とした理由は、０．０１重量部未満では、前記（５）を満足に達成し難く、７重量部を越えると、前記（２）や（３）を満足に達成し難いからである。
【００１６】
本発明に係る温度ヒュ−ズのヒュ−ズエレメントは、合金母材の線引きにより製造され、断面丸形のまま、または、さらに扁平に圧縮加工して使用できる。
【００１７】
図１は、本発明に係るテ−プタイプの合金型温度ヒュ−ズを示し、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のヒュ−ズエレメント２を接続し、このヒュ−ズエレメント２にフラツクス３を塗布し、このフラツクス塗布ヒュ−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の接着剤または融着による固着で封止してある。
【００１８】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズは、ケ−スタイプ、基板タイプ、樹脂ディツピングタイプの形式で実施することもできる。
図２は筒型ケ−スタイプを示し、一対のリ−ド線１，１間に低融点可溶合金片２を接続し、該低融点可溶合金片２上にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布低融点可溶合金片上に耐熱性・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との間を常温硬化の封止剤５、例えば、エポキシ樹脂で封止してある。
【００１９】
図３はケ−スタイプラジアル型を示し、並行リ−ド導体１，１の先端部間にヒュ−ズエレメント２を溶接により接合し、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の開口をエポキシ樹脂等の封止剤５で封止してある。
【００２０】
図４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（例えば銀ペ−スト）の印刷焼付けにより形成し、各電極１にリ−ド導体１１を溶接等により接続し、電極１，１間にヒュ−ズエレメント２を溶接により接合し、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−ズエレメントを封止剤５例えばエポキシ樹脂で被覆してある。
【００２１】
図５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の先端部間にヒュ−ズエレメント２を溶接により接合し、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。
【００２２】
また、通電式発熱体付きヒュ−ズ、例えば、基板タイプの合金型温度ヒュ−ズの絶縁基板に抵抗体（膜抵抗）を付設し、機器の異常時、抵抗体を通電発熱させ、その発生熱で低融点可溶合金片を溶断させる抵抗付きの基板型ヒュ−ズの形式で実施することもできる。
【００２３】
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、ジエチルアミンの塩酸塩や臭化水素酸塩等を使用できる。
【００２４】
【実施例】
以下の実施例及び比較例の作動温度の測定においては、試料形状を基板型、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、溶断による通電遮断時のオイル温度を測定した。
また、自己発熱の影響の有無については、試料数を５０箇とし、通常の定格電流（１〜２Ａ）のもとで判断した。
更に、ヒートサイクルに対するヒューズエレメントの抵抗値変化の有無ついては、試料数を５０箇とし、３０分間５０℃加熱、３０分間−４０℃冷却を１サイクルとするヒートサイクル試験を５００サイクル行なったのちの抵抗値変化を測定して判断した。
【００２５】
〔実施例１〕
Ｉｎ５３％、Ｂｉ２８％、Ｓｎ１８％、Ａｕ１％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ダイスについての引落率を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、２９μΩ・ｃｍであった。
この線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、小型の基板型温度ヒュ−ズを作製した。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、被覆材には、常温硬化型のエポキシ樹脂を使用した。
この実施例品について、作動温度を測定したところ、６０℃±２℃の範囲内であった。
また、通常の定格電流のもとで、自己発熱の影響の無いことを確認した。
更に、ヒートサイクルによるヒューズエレメントの問題となるような抵抗値変化は認められず、安定な耐熱性を示した。
なお、Ｉｎ４８〜６０％、Ｓｎ１０〜２５％、残部Ｂｉの１００重量部、Ａｕ０．０１〜７重量部の範囲内であれば、上記の細線線引き性、低比抵抗性、耐熱安定性を満足に達成でき、作動温度を６１℃±３℃におさめ得ることを確認した。
【００２６】
〔参考例１〕
Ｉｎ５２％、Ｂｉ２７％、Ｓｎ１８％、Ａｇ３％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ダイスについての引落率を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、２６μΩ・ｃｍであった。
この線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、実施例１と同様に基板型温度ヒュ−ズを作製した。
この実施例品について、作動温度を測定したところ、６１℃±１℃の範囲内であった。
また、通常の定格電流のもとで、自己発熱の影響の無いことを確認した。
更に、ヒートサイクルによるヒューズエレメントの問題となるような抵抗値変化は認められなかった。
なお、Ｉｎ４８〜６０％、Ｓｎ１０〜２５％、残部Ｂｉの１００重量部、Ａｇ０．０１〜７重量部の範囲内であれば、上記の細線線引き性、低比抵抗性、耐熱安定性を満足に達成でき、作動温度を６１℃±３℃におさめ得ることを確認した。
【００２７】
〔実施例２〕
Ｉｎ５２％、Ｂｉ２８％、Ｓｎ１８％、Ｃｕ２％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ダイスについての引落率を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、２８μΩ・ｃｍであった。
この線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、実施例１と同様に基板型温度ヒュ−ズを作製した。
この実施例品について、作動温度を測定したところ、６２℃±１℃の範囲内であった。
また、通常の定格電流のもとで、自己発熱の影響の無いことを確認した。
更に、ヒートサイクルによるヒューズエレメントの問題となるような抵抗値変化は認められなかった。
なお、Ｉｎ４８〜６０％、Ｓｎ１０〜２５％、残部Ｂｉの１００重量部、Ｃｕ０．０１〜７重量部の範囲内であれば、上記の細線線引き性、低比抵抗性、耐熱安定性を満足に達成でき、作動温度を６２℃±５℃におさめ得ることを確認した。
【００２８】
〔実施例３〕
Ｉｎ５２％、Ｂｉ２８％、Ｓｎ１８％，Ｎｉ０．１％、Ｃｕ１．９％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ダイスについての引落率を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、２６μΩ・ｃｍであった。
この線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、実施例１と同様に基板型温度ヒュ−ズを作製した。
この実施例品について、作動温度を測定したところ、６１℃±１℃の範囲内であった。
また、通常の定格電流のもとで、自己発熱の影響の無いことを確認した。
更に、ヒートサイクルによるヒューズエレメントの問題となるような抵抗値変化は認められなかった。
なお、Ｉｎ４８〜６０％、Ｓｎ１０〜２５％、残部Ｂｉの１００重量部、ＣｕとＮｉとの合計０．０１〜７重量部の範囲内であれば、上記の細線線引き性、低比抵抗性、耐熱安定性を満足に達成でき、作動温度を６２℃±４℃におさめ得ることを確認した。
【００２９】
〔実施例４〕
Ｉｎ５２％、Ｂｉ２８％、Ｓｎ１８％、Ｐｄ０．３％，Ｃｕ１．７％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ダイスについての引落率を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、２７μΩ・ｃｍであった。
この線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、実施例１と同様に基板型温度ヒュ−ズを作製した。
この実施例品について、作動温度を測定したところ、６１℃±１℃の範囲内であった。
また、通常の定格電流のもとで、自己発熱の影響の無いことを確認した。
更に、ヒートサイクルによるヒューズエレメントの問題となるような抵抗値変化は認められなかった。
なお、Ｉｎ４８〜６０％、Ｓｎ１０〜２５％、残部Ｂｉの１００重量部、ＰｄとＣｕとの合計０．０１〜７重量部の範囲内であれば、上記の細線線引き性、低比抵抗性、耐熱安定性を満足に達成でき、作動温度を６２℃±５℃におさめ得ることを確認した。
【００３０】
〔比較例１〕
Ｉｎ５４％、Ｂｉ２８％、Ｓｎ１８％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ダイスについての引落率を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、３１μΩ・ｃｍであった。
この線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、実施例１と同様に基板型温度ヒュ−ズを作製し、作動温度を測定したところ、６１℃±１℃の範囲内であった。
また、通常の定格電流のもとで、自己発熱の影響の無いことを確認した。
しかし、５００回ヒートサイクルによる耐熱試験では、大きな抵抗値変化の発生したものがあり、分解してヒュ−ズエレメントを観察したところ、ヒュ−ズエレメントの部分的な断面積減少及びエレメント線長増大が認められた。この理由は、Ｉｎの多量含有のために、弾性限界が小さく、ヒュ−ズエレメントが熱応力で降伏されて合金組織内にすべりが生じ、このすべりの繰返しにより断面積及びエレメント線長が変化して、ヒュ−ズエレメント自体の抵抗値が変動したと推定される。
この比較例は、前記実施例に対し、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ等の添加量０のものに相当し、本発明において、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ等が耐熱安定性に有効であることが確認できる。
【００３１】
〔比較例２〕
Ｂｉ４９％、Ｉｎ２１％、Ｐｂ１８％、Ｓｎ１２％の合金組成の母材を使用し、実施例と同様にして直径３００μｍφへの線引きを試みたが、断線が多発した。そこで、１ダイスについての引落率を５．０％として線引き率を下げ、線引き速度を２０ｍ／ｍｉｎにして線引き速度を低速にすることにより加工歪軽減のもとで線引きを試みたが、多数断線が発生し、加工できなかった。
このように、線引きによる細線加工が実質上不可であるために、回転ドラム式紡糸法により直径３００μｍφの細線を得た。
この細線の比抵抗を測定したところ、６１μΩ・ｃｍであった。
この細線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−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−ズを作製し、作動温度を測定したところ、融点（５８℃）を大きく越えても作動しないものが多数認められた。
この理由は、回転ドラム式紡糸法のために、ヒュ−ズエレメントの表面に厚い酸化皮膜の鞘が形成され、鞘内部の合金が溶融されても鞘が溶融されずに分断に至らないためと推定される。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、生体系に安全なＢｉ−Ｉｎ−Ｓｎ系の低融点可溶合金母材の容易な線引き加工で得た３００μｍφクラスの極細線ヒュ−ズエレメントを用い、動作温度が５７℃〜６７℃で、かつ自己発熱による作動誤差を充分に防止でき、しかも、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ等とＩｎとの金属間化合物による結晶間すべり防止効果（くさび効果）のために優れた耐熱安定性を保証できる合金型温度ヒュ−ズを提供できる。
【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。
【符号の説明】
１              リード導体または電極
２              ヒューズエレメント
３              フラックス
４              絶縁体
５              封止剤
【図１】
0003990169.tif 000002
【図２】
0003990169.tif 000003
【図３】
0003990169.tif 000004
【図４】
0003990169.tif 000005
【図５】
0003990169.tif 000006