JP2001143592A - 合金型温度ヒュ−ズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】作動温度のバラツキを充分に抑えて高精度作動
を保証し得、しかも、耐ヒ−トサイクル性に優れた作動
温度５０℃〜６０℃の合金型温度ヒュ−ズを提供する。 【解決手段】Ｂｉ２５〜４０重量％、Ｓｎ１０〜２０重
量％、Ｃｄ０．５〜１２重量％、残部Ｉｎの組成の低融
点可溶合金線をヒュ−ズエレメント４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５０℃〜
６０℃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】

【発明が解決しようとする課題】近来、電子・電気機器
の多様化により合金型温度ヒュ−ズに要求される作動温
度も低温域にまで拡張されつつある。従来、作動温度６
０℃以下の合金型温度ヒュ−ズは実在せず、最も低いも
ので溶融温度６２℃のＩｎ−Ｂｉ−Ｃｄ共晶合金（Ｉ
ｎ：６１．７２重量％、Ｂｉ：３０．７８重量％、Ｃ
ｄ：７．５重量％）をヒュ−ズエレメントに使用したも
のである。而して、作動温度が５０℃〜６０℃に属する
合金型温度ヒュ−ズの出現が望まれている。

【０００５】従来、固液共存域が５０℃〜６０℃に属す
るはんだとして、共晶点５７℃のＢｉ−Ｉｎ−Ｐｂ−Ｓ
ｎ共晶合金（Ｂｉ：４９重量％、Ｉｎ：２１重量％、Ｐ
ｂ：１８重量％、Ｓｎ：１２重量％）が周知されてい
る。しかし、Ｂｉ−Ｉｎ−Ｐｂ−Ｓｎ共晶合金は、Ｂｉ
の配合量が多いために脆性が高く、線引き加工が至難で
ある。

【０００６】たとえ、線状加工できても、同合金の比抵
抗が６５μΩ・ｃｍと高いためにヒュ−ズエレメントの
電気抵抗値がかなり高くなり、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加熱さ
れ、夏期等ではヒュ−ズエレメントがその融点近傍にま
で加熱されることがあり得、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−ズエレメントの早期破断が懸念される。

【０００７】本発明の目的は、作動温度のバラツキを充
分に抑えて高精度作動を保証し得、しかも、耐ヒ−トサ
イクル性に優れた作動温度５０℃〜６０℃の合金型温度
ヒュ−ズを提供することにある。

【０００８】

【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、Ｂｉ２５〜４０重量％、Ｓｎ１０〜２０重
量％、Ｃｄ０．５〜１２重量％、残部Ｉｎの組成の低融
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Ａｇ
を０．５〜５重量部添加することもできる。

【０００９】

【発明の実施の形態】請求項１の発明に係る温度ヒュ−
ズのヒュ−ズエレメントの基準組成は、Ｂｉ：３０．４
重量％、Ｓｎ：１５．４重量％、Ｃｄ：６．５重量％、
Ｉｎ：４７．７重量％であり、液相線温度が５２℃、固
液共存域巾が３℃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、この基準組成を使用した温度
ヒュ−ズの作動温度は５４℃〜５１℃である。

【００１０】前記Ｓｎ１０〜２０重量％及び残部Ｉｎに
より線引きに必要な延性と充分に低い電気抵抗の特性が
付与され、Ｂｉ２５〜４０重量％により融点６０℃近く
に調製され、Ｃｄ０．５〜１２重量％により前記の延性
と低抵抗性を保持させつつ５０℃〜６０℃の固液共存域
に設定される。かかる合金組成の最も高い液相線温度は
６０℃、最も低い固相線温度は５０℃で、固液共存域巾
は平均で５℃程度である。比抵抗は、ほぼ３０〜４０μ
Ω・ｃｍである。

【００１１】請求項２の発明に係る温度ヒュ−ズのヒュ
−ズエレメントの基準組成は、Ｂｉ：２９．５重量％、
Ｓｎ：１５．０重量％、Ｃｄ：６．４重量％、Ｉｎ：４
６．４重量％、Ａｇ２．７重量％であり、液相線温度が
５２℃、固液共存域巾が２℃である。前記した通り、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、こ
の基準組成を使用した温度ヒュ−ズの作動温度は５２℃
〜５４℃である。この合金組成の比抵抗は、ほぼ２５μ
Ω・ｃｍである。

【００１２】請求項２の発明に係る温度ヒュ−ズのヒュ
−ズエレメントのＡｇ添加量を請求項１の前記合金組成
１００重量部に対し０．５〜５重量部とする理由は、ヒ
ュ−ズエレメントの比抵抗を下げると共に動作温度の変
動を僅小に抑え固液共存域巾を狭くすることにある。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】

【実施例】〔実施例１〕Ｂｉ：３０．４重量％、Ｓｎ：
１５．４重量％、Ｃｄ：６．５重量％、Ｉｎ：４７．７
重量％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、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、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。

【００２０】この実施例品５０箇を４５℃×３０分と−
４０℃×３０分を１サイクルとするヒ−トサイクル試験
を行ったところ、２００サイクル経過のもとでも、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
られず、優れた耐ヒ−トサイクル性を呈した。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、５３±２℃の範
囲内であった。

【００２１】〔実施例２〕Ｂｉ：２９．５重量％、Ｓ
ｎ：１５．０重量％、Ｃｄ：６．４重量％、Ｉｎ：４
６．７、Ａｇ２．７重量％の母材を使用した以外、実施
例１に同じとした。線の比抵抗は２７μΩ・ｃｍであっ
た。この実施例品５０箇を４５℃×３０分と−４０℃×
３０分を１サイクルとするヒ−トサイクル試験を行った
ところ、２００サイクル経過のもとでも、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ず、
優れた耐ヒ−トサイクル性を呈した。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、５３±１℃の範囲内であ
った。

【００２２】〔比較例〕低融点可溶合金に、前記の共晶
点５７℃のＢｉ−Ｉｎ−Ｐｂ−Ｓｎ共晶合金を用いた。
線引きによる細線化が困難なため、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、６５μΩ・ｃｍであった。この細線をヒュ−ズ
エレメントとして実施例と同様にして基板型温度ヒュ−
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、共晶点５７℃に達
しても溶断しないものが多数存在した。これは、回転ド
ラム式紡糸法のためにヒュ−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−ズ
エレメントが溶断され困難くなるためであると推定され
る。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係る合金型温度ヒュ−ズは、作
動温度が５０℃〜６０℃であり、平常時にその作動温度
近傍にまで繰返し加熱される蓋然性が高いが、かかる過
酷な条件のもとでも、ヒュ−ズエレメントを安定に保持
でき、狭い固液共存域巾を良好に維持できる。従って、
本発明によれば、５０℃〜６０℃の動作温度で安定な高
精度作動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。

【符号の説明】

４ ヒュ−ズエレメント

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｂｉ２５〜４０重量％、Ｓｎ１０〜２０重
   量％、Ｃｄ０．５〜１２重量％、残部Ｉｎの組成の低融
   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】Ｂｉ２５〜４０重量％、Ｓｎ１０〜２０重
   量％、Ｃｄ０．５〜１２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。