JP2003041335A

JP2003041335A - 低温度可溶性合金

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Publication number: JP2003041335A
Application number: JP2001234788A
Authority: JP
Inventors: Katsutake Udagawa; 勝武宇田川
Original assignee: SHIMADA KINZOKU KK
Current assignee: SHIMADA KINZOKU KK
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2021-08-02
Also published as: JP3947659B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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７
０〜１００℃である。この共晶合金である低温度可溶性
合金１７は保護すべき空調機器のガス容器１０の安全弁
１１に使用され、ガス容器１０が所定温度又は所定圧力
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ぐものである。

Description

【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℃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。ここ
で、本発明に係る低温度可溶性合金において、ビスマス
を４９ｗｔ％以上５２ｗｔ％未満、インジウムを１７〜
２０ｗｔ％含み、融点を７４．０〜７７．７℃としても
よい。また、本発明に係る低温度可溶性合金において、
ビスマスを５２ｗｔ％以上５５ｗｔ％未満、インジウム
を１５〜１８ｗｔ％含み、融点を８４．０〜８７．５℃
としてもよい。そして、本発明に係る低温度可溶性合金
において、ビスマスを５５ｗｔ％以上５７ｗｔ％以下、
インジウムを８〜１０ｗｔ％含み、融点を９５．０〜９
８．０℃としてもよい。このように、ビスマス及びイン
ジウムの重量％を上記した所定の数値にそれぞれ設定す
ることで、低温度可溶性合金の融点を所定の融点にそれ
ぞれ設定できる。

【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８〜２０ｗ
ｔ％、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℃、２３
１．９℃、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５２ｗ
ｔ％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１
６を介して接続されている。この安全弁１１の貫通孔１
５の中央部から下流側にかけては、低温度可溶性合金１
７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５２
ｗｔ％未満）、すずを３０．０ｗｔ％、インジウムを２
０．０ｗｔ％（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５
２．０ｗｔ％（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５７
ｗｔ％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１〜６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。請求項３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。請求項４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９５．０〜９８．０℃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５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６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、１
７：低温度可溶性合金、１８：つめ付きヒューズ、１
９：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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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７
０〜１００℃であることを特徴とする低温度可溶性合
金。
【請求項２】請求項１記載の低温度可溶性合金におい
て、前記ビスマスを４９ｗｔ％以上５２ｗｔ％未満、前
記インジウムを１７〜２０ｗｔ％含み、前記融点が７
４．０〜７７．７℃であることを特徴とする低温度可溶
性合金。
【請求項３】請求項１記載の低温度可溶性合金におい
て、前記ビスマスを５２ｗｔ％以上５５ｗｔ％未満、前
記インジウムを１５〜１８ｗｔ％含み、前記融点が８
４．０〜８７．５℃であることを特徴とする低温度可溶
性合金。
【請求項４】請求項１記載の低温度可溶性合金におい
て、前記ビスマスを５５ｗｔ％以上５７ｗｔ％以下、前
記インジウムを８〜１０ｗｔ％含み、前記融点が９５．
０〜９８．０℃であることを特徴とする低温度可溶性合
金。
【請求項５】請求項１〜４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６】請求項１〜４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。