JP4369008B2

JP4369008B2 - 合金型温度ヒュ−ズ

Info

Publication number: JP4369008B2
Application number: JP2000105933A
Authority: JP
Inventors: 嘉明田中
Original assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Current assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: JP2001291459A

Description

【産業上の利用分野】
【０００１】
本発明は、作動温度が６５℃〜７５℃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、電気機器がその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、従って、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】
【発明が解決しようとする課題】
従来、作動温度６５℃〜７５℃の合金型温度ヒュ−ズのヒュ−ズエレメントとしては、７０℃共晶のＢｉ−Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｄ合金（Ｂｉ５０重量％，Ｐｂ２６．７重量％，Ｓｎ１３．３重量％，Ｃｄ１０重量％）が知られているが、生体系に有害なＰｂや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上から不適格である。また、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−ズの小型化に伴う、ヒュ−ズエレメントの極細線化（３００μｍ）には、Ｂｉの含有量が多く脆弱であるためにかかる極細線の線引き加工が困難であって、対処が困難であり、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。
【０００６】
また、７２℃共晶のＩｎ−Ｂｉ合金（Ｉｎ６６．３重量％，Ｂｉ３３．７重量％）も知られているが、図７に示す熱示差曲線から明らかなように、５３℃〜５６℃の間で固相変態を生じ、この温度が作動温度６５℃〜７５℃との相対関係から機器の平常時運転時にヒュ−ズエレメントが長期的に曝される温度であるため、ヒュ−ズエレメントに固相変態に起因して歪が発生し、その結果、ヒュ−ズエレメントの抵抗値が増大し、ヒュ−ズエレメントの自己発熱による作動不良が懸念される。
【０００７】
かかる現況下、本発明者において、作動温度が６５℃〜７５℃の範囲で、有害金属を含有せず、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て正確に作動させ得る合金型温度ヒュ−ズを開発すべく鋭意検討したところ、７２℃共晶のＩｎ−Ｂｉ合金にＳｎを２．５〜１０重量％添加することにより、平常時運転時での上記固相変態も排除し得、その目的を達成できることを知った。
【０００８】
本発明の目的は、かかる成果を基礎として、作動温度６５℃〜７５℃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て正確に作動させ得る合金型温度ヒュ−ズを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１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、Ｂｉ２５〜３５重量％、Ｓｎ２．５〜１０重量％、残部Ｉｎであることを特徴とする構成である。
【００１０】
本発明の請求項２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、Ｂｉ２５〜３５重量％、Ｓｎ２．５〜１０重量％、残部Ｉｎの１００重量部にＡｇが０．５〜３．５重量部添加された組成であることを特徴とする構成であり、Ａｇの添加により、比抵抗を低減できると共に動作温度を殆ど変えずに固液共存領域の巾を狭めて作動温度のバラツキをより一層に抑制できる。
【００１１】
【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〜５００μｍφ、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。
【００１２】
このヒュ−ズエレメントの合金は、Ｂｉ２５〜３５重量％、Ｓｎ２．５〜１０重量％、残部Ｉｎ、好ましくは、Ｂｉ２９〜３３重量％、Ｓｎ３〜６重量％、残部Ｉｎあり、基準組成は、Ｂｉ３２．７重量％，Ｓｎ３．８重量％，Ｉｎ６３．５重量％であり，その液相線温度は７１℃，固液共存域巾は３℃である。
【００１３】
前記配合量のＩｎ及びＢｉにより融点が７０℃付近に仮設定されると共に細線の線引きに必要な充分な延性が与えられ、Ｓｎの配合により固相線温度と液相線温度の範囲が６５℃〜７５℃に最終的に設定されると共に比抵抗が低く設定される。
Ｓｎ配合量の下限が請求項１の配合量未満では、Ｓｎ量が不足して上記の成果を達成し難いばかりか、前記した固相変態を有効に防止し得ず、またＳｎ配合量の上限が請求項１の配合量を越えると、融点６２℃のＩｎ−Ｂｉ−Ｓｎ共晶組成（Ｉｎ４２重量％，Ｂｉ２９重量％，Ｓｎ１３重量％）が出現し、固相線温度と液相線温度の範囲を６５℃〜７５℃におさめ得ないばかりか、溶融ピ−クの二極化による動作温度の顕著なバラツキが避けられない。
この組成では、比抵抗の高いＢｉに対し、比抵抗の低いＩｎ、Ｓｎの総量が多いために全体の比抵抗を充分に低くでき、３００μｍφという極細線のもとでも、ヒュ−ズエレメントの低抵抗を容易に達成でき、図１（Ｉｎ−３２．７Ｂｉ−３．８ＳｎのＤＳＣ測定結果）から明らかなように、作動温度６５℃〜７５℃の低温側に固相変態が発生することがなく、作動温度６５℃〜７５℃に対する機器の平常運転時の温度でのヒュ−ズエレメントの固相変態に起因しての抵抗値変化も排除できるから、温度ヒュ−ズの作動温度を７０℃を基準として±５℃以内の範囲に設定できる。
前記ヒュ−ズエレメントの抵抗率は、２５〜３５μΩ・ｃｍである。
【００１４】
上記合金組成１００重量部にＡｇを０．５〜３．５重量部添加することにより、抵抗率を前記よりも低くすることができ、例えば、３．５重量部添加することにより、１０％程度低くできる。
【００１５】
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。
【００１６】
図２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。
【００１７】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズは、筒型ケ−スタイプ、ケ−ス型ラジアルタイプ、基板タイプ、樹脂モ−ルドラジアルタイプの形式で実施することもできる。
図３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接着剤、例えば、エポキシ樹脂で封止してある。
【００１８】
図４はケ−ス型ラジアルタイプを示し、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材５で封止してある。
【００１９】
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（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材４例えばエポキシ樹脂で封止してある。
【００２０】
図６は樹脂モ−ルドラジアルタイプを示し、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樹脂モ−ルド５してある。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
【実施例】
〔実施例１〕
Ｉｎ６３．５重量％，Ｂｉ３２．７重量％，Ｓｎ３．８重量％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。
この線の抵抗率を測定したところ、３２μΩ・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、テ-プタイプの温度ヒュ−ズを作成した。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、プラスチックベ−スフィルム及びプラスチックカバ−フィルムには厚み２００μｍのホリエチレンテレフタレ−トフィルムを使用した。
【００２４】
この実施例品５０箇を、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、７１℃±１℃の範囲内であった。通電電流を１／１０にして同様の測定を行ったところ、実質上差は認められず、自己発熱の影響の無いことを確認した。
また、上記した合金組成の範囲内であれば、動作温度を７０℃を中心として±５℃の範囲内に納めることができた。
【００２５】
〔実施例２〕
Ｉｎ６１．３重量％，Ｂｉ３１．６重量％，Ｓｎ３．７重量％，Ａｇ３．４重量％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。この線の抵抗率を測定したところ、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、実施例１と同様のテ−プタイプの温度ヒュ−ズを作成した。
【００２６】
この実施例品５０箇を、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、７０℃±１℃の範囲内であった。通電電流を１／１０にして同様の測定を行ったところ、実質上差は認められず、自己発熱の影響の無いことを確認した。
また、上記した合金組成の範囲内であれば、動作温度を７０℃を中心として±４℃の範囲内に納めることができた。
【００２７】
〔比較例〕
Ｉｎ６６．３重量％，Ｂｉ３３．７重量％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。
この線の抵抗率を測定したところ、３７μΩ・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と同様にしてテ-プタイプの温度ヒュ−ズを作成し、作動温度を測定したところ、６０℃付近で作動するものから７４℃付近で作動するものが観られ、作動温度に大幅なバラツキが認められた。
これは、低温側での固相変態に起因するものであり、本発明に係る温度ヒュ−ズのヒュ−ズエレメントにおける、Ｓｎを配合したことの意義を確認できた。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、生体系に影響のないＢｉ−Ｉｎ−Ｓｎ系の低融点可溶合金母材の能率のよい線引きで３００μｍφクラスの極細線ヒュ−ズエレメントを製造し、このヒュ−ズエレメントを用いて動作温度が６５℃〜７５℃で、かつ自己発熱による作動誤差を充分に防止できる合金型温度ヒュ−ズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｉｎ−３２．７Ｂｉ−３．８ＳｎのＤＳＣ測定結果を示す図面である。
【図２】本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの一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】Ｉｎ−３３．７ＢｉのＤＳＣ測定結果を示す図面である。
【符号の説明】
２ヒュ−ズエレメント

Claims

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、Ｂｉ２５〜３５重量％、Ｓｎ２．５〜１０重量％、残部Ｉｎであることを特徴とする合金型温度ヒュ−ズ。
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、Ｂｉ２５〜３５重量％、Ｓｎ２．５〜１０重量％、残部Ｉｎの１００重量部にＡｇが０．５〜３．５重量部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。