JP2001143587A - 合金型温度ヒュ−ズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】Ｂｉ−Ｃｄ−Ｉｎ系合金を用い、ヒュ−ズエレ
メント径が５００μｍφ未満で作動温度が７０℃前後の
耐ヒ−トサイクル性に優れた合金型温度ヒュ−ズを提供
する。 【解決手段】Ｂｉ２５〜３５重量％、Ｃｄ２〜４重量
％、残部Ｉｎの組成で、線径が５００μｍφ未満の低融
点可溶合金線をヒュ−ズエレメントとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は作動温度が７０℃前
後で、ヒュ−ズエレメントの線径が５００μｍφ未満の
合金型温度ヒュ−ズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】合金型温度ヒュ−ズは、一対のリ−ド線
間に低融点可溶合金片（ヒュ−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絶縁体で包囲した構成であり、保
護すべき電気機器に取り付けて使用され、電気機器が過
電流により発熱すると、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】上記低融点可溶合金に要求される基本的な
条件は、保護しようとする機器の許容温度から求められ
る融点を有し、その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−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、固液共存域巾が狭いほど、温度
ヒュ−ズの動作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正確に動作させ得るのであ
る。

【０００４】従来、動作温度が６５℃〜７５℃の合金型
温度ヒュ−ズとしては、溶融温度７２℃（固相線温度７
０℃、液相線温度７２℃）のＢｉ−Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｄ合
金（Ｂｉ５０重量％、Ｐｂ２５重量％、Ｓｎ１２．５重
量％、Ｃｄ１２．５重量％）をヒュ−ズエレメントとす
るものが使用されている。また、作動温度６０℃〜７０
℃の合金型温度ヒュ−ズとして、ヒュ−ズエレメントに
Ｂｉ３１〜３８重量％，Ｃｄ１．５〜７重量％，残部Ｉ
ｎの組成の低融点可溶合金を使用することが提案されて
いる（特開昭６０−２５５９５０号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近来、温度ヒュ−ズの
薄型化のために、ヒュ−ズエレメントの細線化が要求さ
れ、例えば３００μｍφの細線化が求められている。し
かし、前記のＢｉ−Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｄ合金（Ｂｉ５０重
量％、Ｐｂ２５重量％、Ｓｎ１２．５重量％、Ｃｄ１
２．５重量％）では、Ｂｉの配合量が多いために脆性が
高く、線引き加工が難しく、ヒュ−ズエレメントを３０
０μｍφといった細径にすることが至難である。

【０００６】上記ヒュ−ズエレメントの細線化のもとで
は、ヒュ−ズエレメントの電気抵抗値がかなり増加し、
定格通電時でも、ヒュ−ズエレメントがジュ−ル発熱に
より相当高温になり、夏期等ではヒュ−ズエレメントが
６０℃にも達することがあり得、平常時でも、ヒュ−ズ
エレメントがその融点近傍にまで繰返し加熱されること
になる。かかるヒュ−ズエレメントの融点近傍に至る繰
返し加熱のもとでは、ヒュ−ズエレメント合金の再結晶
化が避けられず、この再結晶歪による応力の繰返し発生
のために、ヒュ−ズエレメントが早期に破断されると推
定される。

【０００７】そこで、本発明者等が、上記Ｂｉ−Ｃｄ−
Ｉｎ系合金をヒュ−ズエレメントに使用した、作動温度
６０℃〜７０℃、ヒュ−ズエレメント径３００μｍφの
温度ヒュ−ズについて、５５℃〜−４０℃各３０分のヒ
−トサイクル試験を行ったところ、Ｃｄ配合量が共晶点
の７．５重量％Ｃｄ量に近づくほど、高い早期破断率を
呈することが判明した。また、融点よりも低い温度（ほ
ぼ５５℃）でも、Ｃｄ量が１．５重量％に近い組成で
は、固相変態が生じることも判明した。この固相変態の
もとでも、その変態歪により応力が発生するから、ヒュ
−ズエレメントの早期破断が促される。

【０００８】本発明の目的は、ヒュ−ズエレメントがＢ
ｉ−Ｃｄ−Ｉｎ系であり、ヒュ−ズエレメント径が５０
０μｍφ未満であり、作動温度が７０℃前後の耐ヒ−ト
サイクル性に優れた合金型温度ヒュ−ズを提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る合金型温度
ヒュ−ズは、Ｂｉ２５〜３５重量％、Ｃｄ２〜４重量
％、残部Ｉｎの組成で、線径が５００μｍφ未満の低融
点可溶合金線をヒュ−ズエレメントとしたことを特徴と
する構成であり、前記合金組成１００重量部に対しヒュ
−ズエレメントｇを０．５〜５重量部添加することもで
きる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に係る温度ヒュ−ズにおい
て、ヒュ−ズエレメントには、外径５００μｍφ未満、
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扁平線が使
用される。

【００１１】このヒュ−ズエレメントの合金は、Ｂｉ２
５〜３５重量％、Ｃｄ２〜４重量％、残部Ｉｎ、好まし
くはＢｉ３０〜３４重量％、Ｃｄ２〜４重量％、残部Ｉ
ｎのＢｉ−Ｃｄ−Ｉｎ系であり、基準組成は、Ｂｉ３
３．３重量％，Ｃｄ２重量％，Ｉｎ６４．７重量％であ
り，その液相線温度は７０℃，固液共存域巾は３℃であ
る。

【００１２】前記Ｂｉの配合量を２５〜３５重量％とす
る理由は、ヒュ−ズエレメントの液相線温度を７０℃〜
６６℃にするためである。温度ヒュ−ズのヒュ−ズエレ
メントと機器との間には、その間の熱抵抗のために約２
℃の温度差が生じるから、固液共存域を４℃として、液
相線温度７２℃〜６４℃のもとでの温度ヒュ−ズの作動
温度は７０℃〜６６℃である。

【００１３】前記Ｃｄの配合量を２〜４重量％とする理
由は、Ｃｄ４重量％を越えると、ヒュ−ズエレメントの
再結晶歪が大きくなってヒュ−ズエレメントがヒ−トサ
イクルのもとで早期に破断し易くなり、Ｃｄ２重量％未
満では、前記融点（液相線温度７０℃〜６６℃）に対し
て比較的低温の５３℃〜５５℃において固相変態が生
じ、この変態歪のためにヒ−トサイクルのもとでヒュ−
ズエレメントが早期に破断し易くなるからである。図２
は、Ｉｎ６５重量％，Ｂｉ３３．５重量％，Ｃｄ１．５
重量％のＤＳＣ曲線（熱示差計曲線）を示し（基準試
料：酸化アルミニウム８．７００ｍｇ、加熱速度１０℃
／min）、５３℃〜５５．９℃の間で固相変態が生じて
いることが明らかである。

【００１４】上記合金組成の比抵抗は、ほぼ３０μΩ・
ｃｍであるが、上記合金組成１００重量部にＡｇを０．
５〜５重量部添加することにより、比抵抗を前記３０μ
Ω・ｃｍよりも一段と低くすることができ、例えば、２
重量部添加することにより、比抵抗を２０μΩ・ｃｍ程
度にできる。

【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１の（イ）は本発明に係る薄型の合金型
温度ヒュ−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１００〜３０
０μｍ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
以下のヒュ−ズエレメント４を接続し、このヒュ−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−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。

【００１７】本発明の合金型温度ヒュ−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−ズエレメントを溶接し、ヒ
ュ−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−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−ズエレメントを溶接
し、ヒュ−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−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。

【００１８】上記の樹脂ディッピング型としては、セラ
ミックキャップの包囲に代え、フラックス塗布ヒュ−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。

【００１９】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
−ズエレメントを溶接し、ヒュ−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。

【００２０】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。

【００２１】

【実施例】〔実施例１〕Ｉｎ：６４．７重量％，Ｃｄ：
２．０重量％，Ｂｉ：３３．３重量％の合金組成を使用
した。この合金組成のＤＳＣ曲線は図３に示す通りであ
り，固相線温度が６７．０℃、液相線温度が７０．０℃
である。この合金組成の母材を線引きして直径３００μ
ｍφ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３０ｍ／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、３
１μΩ・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、基板型温度ヒュ−ズを作成し
た。フラックスにはロジン８０重量部とステアリン酸２
０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。

【００２２】この実施例品５０箇を５５℃×３０分と−
４０℃×３０分を１サイクルとするヒ−トサイクル試験
を５００サイクル行ったところ、ヒュ−ズエレメントの
破断乃至は大きな抵抗値変化は全く観られなかった。ま
た、ヒ−トサイクル試験の前後のそれぞれにおいて、
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、前後の何れにおいても、７０±
１℃の範囲内であった。

【００２３】

【実施例２】Ｉｎ：６３．４重量％，Ｃｄ：４．０重量
％，Ｂｉ：３２．６重量％の合金組成を使用した。この
合金組成のＤＳＣ曲線は図４に示す通りであり，固相線
温度が６２．２℃、液相線温度が６６．６℃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３０ｍ／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・ｃ
ｍであった。

【００２４】実施例１と同様にヒ−トサイクル試験の前
後においてオイルバス浸漬による溶断試験を行ったとこ
ろ、ヒュ−ズエレメントの破断或いは大きな抵抗値変化
が全く観られず、また、前後の何れにおいても、通電遮
断時のオイル温度が６６±１℃の範囲内であった。

【００２５】〔比較例１〕Ｉｎ：６５重量％，Ｃｄ：
１．５重量％，Ｂｉ：３３．５重量％の合金組成を使用
した。この合金組成のＤＳＣ曲線は図２に示す通りであ
り，固相線温度が７２．６℃、液相線温度が７３．４℃
であり、５３．０℃〜５５．９℃の間に固相変態が生じ
ている。実施例１と同様にしてヒ−トサイクル試験を行
ったところ、５０箇中３０箇の試料に破断が生じてい
た。更に、破断しなかった２０箇についてオイルバス浸
漬・溶断試験を行ったところ、早切れや溶断しないもの
が大部分であった。

【００２６】〔比較例２〕Ｉｎ：６２重量％，Ｃｄ：７
重量％，Ｂｉ：３１重量％の合金組成を使用した。実施
例１と同様にしてヒ−トサイクル試験を行ったところ、
５０箇中２０箇の試料に破断が生じていた。更に、破断
しなかった３０箇についてオイルバス浸漬・溶断試験を
行ったところ、早切れや溶断しないものが大部分であっ
た。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、ヒュ−ズエレメントにＢｉ−
Ｃｄ−Ｉｎ系の合金を使用して作動温度を７０℃前後と
する合金型温度ヒュ−ズでは、ヒュ−ズエレメントの線
径を５００μｍφ未満にすると、ヒュ−ズエレメントが
自己発熱のために融点近傍にまで繰返し加熱され、再結
晶歪や固相変態歪によりヒュ−ズエレメントが早期に破
断される組成域が存在することを勘案し、固相変態を回
避でき、再結晶歪を充分に抑え得るようにＣｄ配合量を
２〜４重量％に限定しており、ヒュ−ズエレメント径が
５００μｍφ未満の薄型で耐ヒ−トサイクル性に優れた
作動温度７０℃前後の合金型温度ヒュ−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】Ｉｎ：６５重量％，Ｃｄ：１．５重量％，Ｂ
ｉ：３３．５重量％のＤＳＣ曲線である。

【図３】Ｉｎ：６４．７重量％，Ｃｄ：２．０重量％，
Ｂｉ：３３．３重量％のＤＳＣ曲線である。

【図４】Ｉｎ：６３．４重量％，Ｃｄ：４．０重量％，
Ｂｉ：３２．６重量％のＤＳＣ曲線である。

【符号の説明】

４ ヒュ−ズエレメント

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｂｉ２５〜３５重量％、Ｃｄ２〜４重量
   ％、残部Ｉｎの組成で、線径が５００μｍφ未満の低融
   点可溶合金線をヒュ−ズエレメントとしたことを特徴と
   する合金型温度ヒュ−ズ。
2. 【請求項２】Ｂｉ２５〜３５重量％、Ｃｄ２〜４重量
   ％、残部Ｉｎの１００重量部にＡｇを０．５〜５重量部
   添加した組成で、線径が５００μｍφ未満の低融点可溶
   合金線を合金をヒュ−ズエレメントとしたことを特徴と
   する合金型温度ヒュ−ズ。
3. 【請求項３】ヒュ−ズエレメントの断面を扁平とした請
   求項１または２記載の合金型温度ヒュ−ズ。