JP2004043894A - 合金型温度ヒューズ及び温度ヒューズエレメント用線材 - Google Patents
合金型温度ヒューズ及び温度ヒューズエレメント用線材 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】ヒューズエレメントに有害金属を含有せず、作動温度が１５０℃前後であり、しかも作動温度のバラツキを充分に抑え得、かつ、ヒートサイクルに対する作動安定性をよく保証し得る合金型温度ヒューズを提供することにある。
【解決手段】合金組成がＳｎ３０％〜７０％、Ｓｂが０．３％〜２０％，残部Ｂｉであるヒューズエレメントを使用している。
【選択図】なし
【解決手段】合金組成がＳｎ３０％〜７０％、Ｓｂが０．３％〜２０％，残部Ｂｉであるヒューズエレメントを使用している。
【選択図】なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は合金型温度ヒューズ及び温度ヒューズエレメント用線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気器機や回路素子、例えば半導体装置、コンデンサ、抵抗素子等のサーモプロテクタとして合金型温度ヒューズが汎用されている。
この合金型温度ヒューズは、所定融点の合金をヒューズエレメントとし、このヒューズエレメントにフラックスを塗布し、このフラックス塗布ヒューズエレメントを絶縁体で封止した構成である。
この合金型温度ヒューズの作動機構は次ぎの通りである。
保護使用とする電気器機や回路素子に合金型温度ヒューズが熱的に接触して配設される。電気器機や回路素子が何らかの異常により発熱すると、その発生熱により温度ヒューズのヒューズエレメント合金が溶融され、既溶融フラックスとの共存下、溶融合金がリード導体や電極への濡れにより分断球状化され、その分断球状化の進行により通電が遮断され、この通電遮断による器機の降温で分断溶融合金が凝固されて非復帰のカットオフが終結される。従って、電気器機等の許容温度とヒューズエレメント合金の分断温度とがほぼ等しいことが要求される。
【０００３】
前記ヒューズエレメントには通常低融点合金が使用されている。而るに、合金においては、平衡状態図から明らかな通り、固相線温度と液相線温度を有し、固相線温度と液相線温度とが一致する共晶点では、共晶点温度を経過する加熱で固相から液相に一挙に変化するが、共晶点以外の組成では、固相→固液共存相→液相と変化し、固相線温度Ｔｓと液相線温度Ｔｌとの間に固液共存域温度巾ΔＴが存在する。而して、固液共存域でも前記ヒューズエレメントの分断が小なる確立であっても、生じる可能性があり、温度ヒューズの作動温度のバラツキを小さくするために、前記固液共存域温度巾ΔＴが可及的に小さな合金組成を使用することが要求され、ΔＴの小なることが合金型温度ヒューズに要求される条件の一つとされている。
【０００４】
また、前記ΔＴが大きい場合は、前記した作動温度のバラツキの増大以外に、常時ヒートサイクルの上限温度が固相線温度にかかってヒートサイクル中にヒューズエレメントが分断に至らなくても半溶融状態（固液共存状態）の初期状態になり、これがヒートサイクル中の降温で再凝固し、この半溶融と再凝固の繰返しにより作動性に狂いが生じ、ヒートサイクルに対する作動安定性が阻害される。
【０００５】
たとえ、固相線温度が常時ヒートサイクルの上限温度以上であっても、ヒューズエレメントの延性の如何によっては、合金組織内の異相界面で生じるずれが大きくなり、それがヒートサイクルに伴い繰り返されることによって極端な断面積変化やエレメント線長増大が生じ、かかる面からヒートサイクルに対する作動安定性を保証し得ないこともある。
【０００６】
更に、合金型温度ヒューズのヒューズエレメントにおいては、線状片の形態で使用されることが多く、近来の器機の小型化に対応しての温度ヒューズの小型化のためにヒューズエレメントの細線化が要請されることがあり、細い径（例えば４００μφ以下）までの線引き加工性も往々にして要求される。
【０００７】
更に、前記ヒューズエレメントに要求される条件として低い電気抵抗が挙げられる。すなわち、ヒューズエレメントの平常時のジュール発熱に基づく温度上昇をΔＴ’とすると、その温度上昇が０のときに較べ作動温度が低くなり、ΔＴ’が高くなるほど、作動誤差が大きくなるから、ジュール発熱の抑制のためにヒューズエレメントの比抵抗を低くすることが要求される。特に、ヒューズエレメントの抵抗値がその断面積に反比例するために、前記細線化のもとでは、一層の低比抵抗化が要請される。
【０００８】
更に、近来電気器機機においては、環境保全意識の高揚から生体に有害な物質、特にＰｂ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｌ等の使用が規制され、温度ヒューズのヒューズエレメントにおいても、これらの有害金属を含有させないことが要請されている。
【０００９】
合金型温度ヒューズを作動温度の面から分類すると、作動温度１５０℃前後の温度ヒューズが多用されている。
かかる温度ヒューズとしては、４９．８Ｓｎ−３１．９６Ｐｂ−１８．１１Ｃｄ（合金の重量組成がＳｎ４９．８％，Ｐｂ３１．９６％，Ｃｄ１８．１１％、以下合金の組成を同じに表示）の合金をヒューズエレメントとする動作温度１４５℃の温度ヒューズ（特開昭５７−５８０１１号公報）、５４Ｓｎ−２５Ｐｂ−２１Ｉｎの合金をヒューズエレメントとする動作温度の温度ヒューズ（特開昭５９−８２３１号公報）が公知であるが、ＣｄやＰｄ等の有害金属を含有し、前記した環境保全の要件を充足させ得ない。また、１〜３Ｓｎ−残部Ｉｎの１００重量部にＡｇを０．１〜５重量部配合した動作温度１３５℃〜１４５℃の温度ヒューズも公知であるが（特開２００２−２５４０４号公報）、反応性が高い元素であるＩｎを多量に含有しているために合金表面のＩｎがフラックスと反応してヒューズエレメント周囲のフラックスに溶解し、これを繰り返すことでヒューズエレメントの合金組成がＩｎ量減少の方向に変化し、またフラックス作用が低下してヒューズエレメントの経時的な作動性能の変化が避けられず、長期間経過後では、所定通りの作動性を保証し難い。
【００１０】
作動温度１５０℃前後のヒューズエレメントの合金としては、まず液相線温度がほぼ１５０℃であることが要求され、この要件に加え有害金属フリーの要件を満たす合金としては、種々知られているが、それらは前記した固液共存域温度巾ΔＴが大きく、前記した作動温度のバラツキの縮小、ヒートサイクルに対する作動安定性等の要件を充足させ難い。例えば、５０Ｂｉ−５０Ｓｎでは、液相線温度がほぼ１５４℃であり、有害金属を含有しないが、Ｂｉ−Ｓｎ合金では固相線温度が一定で１３９℃であり、固液共存域温度巾ΔＴがほぼ１５℃と大きく、これらの要件を充分に満たさせ得ない。
【００１１】
本発明の目的は、ヒューズエレメントに有害金属を含有せず、作動温度が１５０℃前後であり、しかも作動温度のバラツキを充分に抑え得、かつ、ヒートサイクルに対する作動安定性をよく保証し得る合金型温度ヒューズを提供することにある。
【００１２】
本発明の更なる目的は、上記目的に加え、ヒューズエレメントの比抵抗を充分に低減すると共に機械的特性をよく向上させてヒューズエレメントの細線加工、高い作動精度、ヒートサイクルに対する耐熱安定性を良好に保証できる合金型温度ヒューズを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る温度ヒューズエレメント用線材は、合金組成がＳｎ３０％〜７０％、Ｓｂが０．３％〜２０％，残部Ｂｉであることを特徴とし、請求項２では、好ましい合金組成をＳｎ３８％〜５０％、Ｓｂ３％〜９％，残部Ｂｉとしている。
請求項３に係る温度ヒューズエレメント用線材は、前記の合金組成１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔの１種または２種以上が０．１〜７重量部添加されていることを特徴とする。
請求項４に係る合金型温度ヒューズは、前記の温度ヒューズエレメント用線材をヒューズエレメントとしたことを特徴とし、請求項５では、ヒューズエレメントを溶断させるための発熱体が付設されている。
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。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明において、ヒュ−ズエレメントの合金組成を、Ｓｎ３０％〜７０％、Ｓｂ０．３％〜２０％，残部Ｂｉとした理由は、Ｓｎを３０％〜７０％、Ｂｉを１０〜６９．７％とすることによりまず液相線温度を１４０℃付近とすると共に線引き加工に必要な延性を付与し、更にＳｂを０．３％〜２０％とすることにより前記した固液共存域温度巾ΔＴを充分に小さく抑制しつつ液相線温度を１５０℃前後に設定することにある。
Ｓｎが７０％を越えると、液相線温度を１５０℃前後に設定し難く、３０％未満ではＢｉの配合量が過多となり、延性が不充分となると共に電気抵抗が高くなり過ぎる。
Ｓｂを添加すると固相線温度が上昇し、固相線温度一定のもとで液相線温度を増加する汎用の金属元素の添加とは異なり、固液共存域温度巾ΔＴの増加をよく抑制しつつ（７℃以下）合金の液相線温度を高めることができ、０．３％以下では固相線上昇の効果が不充分であり、２０％を越えると合金の液相線温度を１５０℃前後に設定し難くなる。
【００１５】
好ましい合金組成は、Ｓｎ３８％〜５０％、Ｓｂ３％〜９％，残部Ｂｉであり、機械的強度、低電気抵抗ともに良好に保証できる。基準組成はＳｎ４３％、Ｓｂ６％，Ｂｉ５１％であり、その液相線温度は１４８℃、固液共存域温度巾ΔＴは３℃である。
【００１６】
かかる合金組成により、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｌ等の有害金属を含有しない環境保全に適合した作動温度１５０℃前後で、作動温度のバラツキが極めて小さく、しかもヒートサイクル中のヒューズエレメントの非分断半溶融と再凝固との繰返しにより生じる作動性能の狂いを確実に排除できる合金型温度ヒューズを提供できる。
【００１７】
本発明において、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔの１種または２種以上を前記の合金組成１００重量部に対し０．１〜７重量部添加する理由は、合金の比抵抗を低減すると共に結晶組織を微細化させ合金中の異相界面を小さくして加工歪や応力をよく分散させるようにする、すなわち歪や応力に対する吸収性を高めるためであり、０．１重量部未満では満足な効果が得られず、７重量部を越えると、液相線温度を１５０℃前後に保持することが困難になる。而して、ヒートサイクル時の熱歪に対する合金組織内の異相界面のずれをよく抑えてヒューズエレメントの耐熱安定性を保証し、線引きに対し充分な強度を付与して線径３００μｍφといった細線への線引き加工を可能としている。
【００１８】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズのヒュ−ズエレメントは、ビレットを製作し、これを押出機で粗線に成形し、この粗線をダイスにより線引きする方法により製造でき、外径は２００μｍφ〜６００μｍφ、好ましくは２５０μｍφ〜３５０μｍφとされる。また、最終的にカレンダーロールに通し、扁平線として使用することもできる。
また、冷却液を入れたシリンダーを回転させて回転遠心力により冷却液を層状に保持し、ノズルから噴射した母材溶融ジェツトを前記の冷却液層に入射させ冷却凝固させて細線材を得る回転ドラム式紡糸法により製造することも可能である。
【００１９】
本発明は独立したサーモプロテクターとしての温度ヒューズの形態で実施される。その外、半導体装置やコンデンサや抵抗体に温度ヒューズエレメントを直列に接続し、このエレメントにフラックスを塗布し、このフラックス塗布エレメントを半導体やコンデンサ素子や抵抗素子に近接配置して半導体やコンデンサ素子や抵抗素子と共に樹脂モールドやケース等により封止した形態で実施することもできる。
【００２０】
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の請求項１〜３何れかのヒュ−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。
【００２１】
図２は筒型ケ−スタイプを示し、一対のリ−ド線１，１間に請求項１〜３何れかのヒュ−ズエレメント２を接続し、該ヒュ−ズエレメント２上にフラックス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。
【００２２】
図３はケ−スタイプラジアル型を示し、並行リ−ド導体１，１の先端部間に請求項１〜３何れかのヒュ−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。
【００２３】
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間に請求項１〜３何れかのヒュ−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。
【００２４】
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の先端部間に請求項１〜３何れかのヒュ−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。
【００２５】
上記合金型温度ヒューズにおいて、ヒューズエレメントのジュール発熱を無視できるときは、被保護器機が許容温度Ｔｍに達したときのＦの温度ＴｘはＴｍより２℃〜３℃低くなり、通常ヒューズエレメントの融点が〔Ｔｍ−（２℃〜３℃）〕に設定される。
これに対し、ヒューズエレメントのジュール発熱を無視できないときは、ヒューズエレメントの電気抵抗をＲ、通電電流をＩ、機器とヒューズエレメント間の熱抵抗をＨとすれば、
【数１】
が成立し、ヒューズエレメントの融点を上式に基づき設定することが可能である。
【００２６】
本発明は、合金型温度ヒューズに発熱体を付設し、例えば抵抗ペースト（例えば、酸化ルテニウム等の酸化金属粉のペースト）の塗布・焼き付けにより膜抵抗を付設し、器機の異常発熱の原因となる前兆を検出し、この検出信号で膜抵抗を通電して発熱させ、この発熱でヒューズエレメントを溶断させる形態で実施することもできる。
この場合、上記発熱体を絶縁基体の上面に設け、この上に耐熱性・熱伝導性の絶縁膜、例えばガラス焼き付け膜を形成し、更に一対の電極を設け、各電極に扁平リード導体を接続し、両電極間にヒューズエレメントを接続し、ヒューズエレメントから前記リード導体の先端部にわたってフラックスを被覆し、絶縁カバーを前記の絶縁基体上に配設し、該絶縁カバー周囲を絶縁基体に接着剤により封着することができる。
【００２７】
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、アジピン酸等の有機酸を使用できる。
【００２８】
【実施例】
以下の実施において、温度ヒューズは基板型とし、ヒユーズエレメントの長さを４ｍｍとし、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。
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１２０℃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。
また、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、ヒューズエレメント溶断による通電遮断時のオイル温度から温度ヒューズの作動温度を測定した。
【００２９】
〔実施例１〕
Ｓｎ４３％、Ｓｂ６％、残部Ｂｉ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、３７μΩ・ｃｍであった。
この線の液相線温度は１４８℃、固液共存域温度巾ΔＴは３℃であった。
基板型温度ヒューズを作成し、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を測定したところ、抵抗値変化は認められず、安定な耐熱性を呈した。
温度ヒューズの作動温度は、１４７℃±０．５℃であり、バラツキが極めて小であった。
【００３０】
〔実施例２〕
Ｓｎ４３％、Ｓｂ３％、残部Ｂｉ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、３６μΩ・ｃｍであった。
この線の液相線温度は１４４℃、固液共存域温度巾ΔＴは３℃であった。
基板型温度ヒューズを作成し、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を測定したところ、抵抗値変化は認められず、安定な耐熱性を呈した。
温度ヒューズの作動温度は、１４３℃±０．５℃であり、バラツキが極めて小であった。
【００３１】
〔実施例３〕
Ｓｎ４３％、Ｓｂ９％、残部Ｂｉ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、３９μΩ・ｃｍであった。
この線の液相線温度は１５２℃、固液共存域温度巾ΔＴは４℃であった。
基板型温度ヒューズを作成し、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を測定したところ、抵抗値変化は認められず、安定な耐熱性を呈した。
温度ヒューズの作動温度は、１５０℃±１℃であり、バラツキが極めて小であった。
【００３２】
〔実施例４〜６〕
表１に示す合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。延性がやや低いので、１ダイスについての引落率を４％に下げ、線引き速度を２０ｍ／ｍｉｎに下げて線引きした。断線は皆無であった。
この線の比抵抗を測定したところ、何れも５０μΩ・ｃｍ以下であり、充分に低い値であった。
液相線温度は表１の通りであった。また固液共存域温度巾ΔＴは何れの実施例においても７℃以下であり、充分に狭い巾であった。
更に、基板型温度ヒューズを作成し、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を測定したところ、問題となるような抵抗値変化は認められなかった。
【表１】
【００３３】
〔実施例７〜９〕
表２に示す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、何れも３８μΩ・ｃｍ以下であり、充分に低い値であった。
液相線温度は表３の通りであった。また、固液共存域温度巾ΔＴは何れの実施例においても７℃以下であり、充分に狭い巾であった。
更に、基板型温度ヒューズを作成し、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を測定したところ、問題となるような抵抗値変化は認められなかった。
【表２】
【００３４】
〔実施例１０〜１２〕
表３に示す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、何れも３０μΩ・ｃｍ以下であり、充分に低い値であった。
液相線温度は表３の通りであった。また固液共存域温度巾ΔＴについては、実施例１０では６℃、実施例１１では５℃、実施例１２では６℃であり、作動温度のバラツキを充分に小さくできることが期待できる。
更に、基板型温度ヒューズを作成し、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を測定したところ、問題となるような抵抗値変化は認められなかった。
【表３】
【００３５】
〔実施例１３〜１５〕
表４に示す合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。延性がやや低いので、１ダイスについての引落率を４％に、線引き速度を２０ｍ／ｍｉｎにそれぞれ下げて線引きを行った。断線は皆無であった。
この線の比抵抗を測定したところ、何れも５０μΩ・ｃｍ以下であり、充分に低い値であった。
液相線温度は表４の通りであった。また固液共存域温度巾ΔＴについては、何れの実施例も７℃以下であり、作動温度のバラツキを充分に小さくできることが期待できる。
更に、基板型温度ヒューズを作成し、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を測定したところ、問題となるような抵抗値変化は認められなかった。
【表４】
【００３６】
〔実施例１６〕
Ｓｎ３８％、Ｓｂ６％、Ｂｉ５６％の１００重量部にＡｇ１重量部を添加した合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。実施例５に較べ加工性に優れ、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として線引き条件をやや過酷にした。断線は皆無であった。また、ヒューズエレメントの応力−歪特性の向上から、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も低減できると期待される。
この線の比抵抗を測定したところ、実施例５よりも充分に低い比抵抗であった。
実施例５に対し、液相線温度や固液共存域温度巾ΔＴについての変化は僅かであった。
Ａｇの添加量０．１〜７重量部で効果が上記効果が認められることを確認した。
【００３７】
〔実施例１６〜２０〕
Ｓｎ３８％、Ｓｂ６％、Ｂｉ５６％の１００重量部にそれぞれＡｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔを１重量部を添加した各合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。何れも実施例５に較べ加工性に優れ、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。実施例１６〜２０の何れにおいても断線は皆無であった。また、ヒューズエレメントの応力−歪特性の向上から、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も低減できると期待される。
実施例１６〜２０の比抵抗を測定したところ、実施例５よりも充分に低い比抵抗であった。
実施例１６〜２０の何れも実施例５に対し、液相線温度や固液共存域温度巾ΔＴについての変化は僅かであった。
Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔの添加量０．１〜７重量部で効果が上記効果が認められることを確認した。
【００３８】
〔比較例１〕
Ｂｉ５０％、Ｓｎ５０％の合金組成とした以外、実施例１に同じとした。断線は皆無であり、この線の比抵抗を測定したところ、３５μΩｃｍであった。この線の液相線温度は１５４℃前後であり、固液共存域温度巾ΔＴは約１５℃であった。基板型温度ヒューズを作製し、初期動作試験を行ったところ、動作温度が１４０℃から１５４℃に分散し、作動温度のバラツキが顕著に現われた。
【００３９】
〔比較例２〕
Ｓｎ２％、Ａｇ３％、Ｉｎ９５％の合金組成とした以外、実施例と同じとした。断線は皆無であり、この線の比抵抗を測定したところ、１０μΩｃｍであった。この線の液相線温度は１４４℃前後であり、固液共存域温度巾ΔＴは約３℃であった。基板型温度ヒューズを作製し、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を測定したところ、最大で５０％以上の抵抗値増大を示すものが存在した。また、動作温度確認試験を行ったところ、初期動作温度（１４４℃）から１０℃以上温度上昇させても作動しないものが存在した。その原因をプラズマ発光分析、赤外吸収分光分析等で調査した結果、Ｉｎがフラックス中に溶出して合金組成が変動すると共に線経が細くなっており、更にフラックスの活性に関与する反応雨季基が殆どＩｎ塩になっていることが判明し、前述した懸念事項を確認できた。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、液相線温度が１５０℃前後、固液共存域温度巾ΔＴが７℃以下で、しかも充分な延性を有するＳｎ−Ｓｂ−Ｂｉ系合金の温度ヒューズエレメント用線材を得ることができ、生体に有害な金属を含有することなく環境保全に適合し、作動温度のバラツキを僅小にとどめ得、しかもヒートサイクル時でのヒューズエレメントの半溶融化を確実に回避し得て初期の作動特性をよく維持でき、ヒューズエレメントの易細線化により充分に小型化できる合金型温度ヒューズを提供できる。
【００４１】
特に、請求項３によれば、ヒューズエレメントの加工性の一層の向上、比抵抗の一層の低減、応力／歪特性の一層の向上のために、前記の合金型温度ヒューズに対し、ヒューズエレメントの細線化に基づく小型化、ヒーササイクル時の応力／歪に対する安定性の向上、ヒューズエレメントのジュール発熱に起因する作動温度のずれの一層の低減を有効に促すことができる。
【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
【発明の属する技術分野】
本発明は合金型温度ヒューズ及び温度ヒューズエレメント用線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気器機や回路素子、例えば半導体装置、コンデンサ、抵抗素子等のサーモプロテクタとして合金型温度ヒューズが汎用されている。
この合金型温度ヒューズは、所定融点の合金をヒューズエレメントとし、このヒューズエレメントにフラックスを塗布し、このフラックス塗布ヒューズエレメントを絶縁体で封止した構成である。
この合金型温度ヒューズの作動機構は次ぎの通りである。
保護使用とする電気器機や回路素子に合金型温度ヒューズが熱的に接触して配設される。電気器機や回路素子が何らかの異常により発熱すると、その発生熱により温度ヒューズのヒューズエレメント合金が溶融され、既溶融フラックスとの共存下、溶融合金がリード導体や電極への濡れにより分断球状化され、その分断球状化の進行により通電が遮断され、この通電遮断による器機の降温で分断溶融合金が凝固されて非復帰のカットオフが終結される。従って、電気器機等の許容温度とヒューズエレメント合金の分断温度とがほぼ等しいことが要求される。
【０００３】
前記ヒューズエレメントには通常低融点合金が使用されている。而るに、合金においては、平衡状態図から明らかな通り、固相線温度と液相線温度を有し、固相線温度と液相線温度とが一致する共晶点では、共晶点温度を経過する加熱で固相から液相に一挙に変化するが、共晶点以外の組成では、固相→固液共存相→液相と変化し、固相線温度Ｔｓと液相線温度Ｔｌとの間に固液共存域温度巾ΔＴが存在する。而して、固液共存域でも前記ヒューズエレメントの分断が小なる確立であっても、生じる可能性があり、温度ヒューズの作動温度のバラツキを小さくするために、前記固液共存域温度巾ΔＴが可及的に小さな合金組成を使用することが要求され、ΔＴの小なることが合金型温度ヒューズに要求される条件の一つとされている。
【０００４】
また、前記ΔＴが大きい場合は、前記した作動温度のバラツキの増大以外に、常時ヒートサイクルの上限温度が固相線温度にかかってヒートサイクル中にヒューズエレメントが分断に至らなくても半溶融状態（固液共存状態）の初期状態になり、これがヒートサイクル中の降温で再凝固し、この半溶融と再凝固の繰返しにより作動性に狂いが生じ、ヒートサイクルに対する作動安定性が阻害される。
【０００５】
たとえ、固相線温度が常時ヒートサイクルの上限温度以上であっても、ヒューズエレメントの延性の如何によっては、合金組織内の異相界面で生じるずれが大きくなり、それがヒートサイクルに伴い繰り返されることによって極端な断面積変化やエレメント線長増大が生じ、かかる面からヒートサイクルに対する作動安定性を保証し得ないこともある。
【０００６】
更に、合金型温度ヒューズのヒューズエレメントにおいては、線状片の形態で使用されることが多く、近来の器機の小型化に対応しての温度ヒューズの小型化のためにヒューズエレメントの細線化が要請されることがあり、細い径（例えば４００μφ以下）までの線引き加工性も往々にして要求される。
【０００７】
更に、前記ヒューズエレメントに要求される条件として低い電気抵抗が挙げられる。すなわち、ヒューズエレメントの平常時のジュール発熱に基づく温度上昇をΔＴ’とすると、その温度上昇が０のときに較べ作動温度が低くなり、ΔＴ’が高くなるほど、作動誤差が大きくなるから、ジュール発熱の抑制のためにヒューズエレメントの比抵抗を低くすることが要求される。特に、ヒューズエレメントの抵抗値がその断面積に反比例するために、前記細線化のもとでは、一層の低比抵抗化が要請される。
【０００８】
更に、近来電気器機機においては、環境保全意識の高揚から生体に有害な物質、特にＰｂ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｌ等の使用が規制され、温度ヒューズのヒューズエレメントにおいても、これらの有害金属を含有させないことが要請されている。
【０００９】
合金型温度ヒューズを作動温度の面から分類すると、作動温度１５０℃前後の温度ヒューズが多用されている。
かかる温度ヒューズとしては、４９．８Ｓｎ−３１．９６Ｐｂ−１８．１１Ｃｄ（合金の重量組成がＳｎ４９．８％，Ｐｂ３１．９６％，Ｃｄ１８．１１％、以下合金の組成を同じに表示）の合金をヒューズエレメントとする動作温度１４５℃の温度ヒューズ（特開昭５７−５８０１１号公報）、５４Ｓｎ−２５Ｐｂ−２１Ｉｎの合金をヒューズエレメントとする動作温度の温度ヒューズ（特開昭５９−８２３１号公報）が公知であるが、ＣｄやＰｄ等の有害金属を含有し、前記した環境保全の要件を充足させ得ない。また、１〜３Ｓｎ−残部Ｉｎの１００重量部にＡｇを０．１〜５重量部配合した動作温度１３５℃〜１４５℃の温度ヒューズも公知であるが（特開２００２−２５４０４号公報）、反応性が高い元素であるＩｎを多量に含有しているために合金表面のＩｎがフラックスと反応してヒューズエレメント周囲のフラックスに溶解し、これを繰り返すことでヒューズエレメントの合金組成がＩｎ量減少の方向に変化し、またフラックス作用が低下してヒューズエレメントの経時的な作動性能の変化が避けられず、長期間経過後では、所定通りの作動性を保証し難い。
【００１０】
作動温度１５０℃前後のヒューズエレメントの合金としては、まず液相線温度がほぼ１５０℃であることが要求され、この要件に加え有害金属フリーの要件を満たす合金としては、種々知られているが、それらは前記した固液共存域温度巾ΔＴが大きく、前記した作動温度のバラツキの縮小、ヒートサイクルに対する作動安定性等の要件を充足させ難い。例えば、５０Ｂｉ−５０Ｓｎでは、液相線温度がほぼ１５４℃であり、有害金属を含有しないが、Ｂｉ−Ｓｎ合金では固相線温度が一定で１３９℃であり、固液共存域温度巾ΔＴがほぼ１５℃と大きく、これらの要件を充分に満たさせ得ない。
【００１１】
本発明の目的は、ヒューズエレメントに有害金属を含有せず、作動温度が１５０℃前後であり、しかも作動温度のバラツキを充分に抑え得、かつ、ヒートサイクルに対する作動安定性をよく保証し得る合金型温度ヒューズを提供することにある。
【００１２】
本発明の更なる目的は、上記目的に加え、ヒューズエレメントの比抵抗を充分に低減すると共に機械的特性をよく向上させてヒューズエレメントの細線加工、高い作動精度、ヒートサイクルに対する耐熱安定性を良好に保証できる合金型温度ヒューズを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る温度ヒューズエレメント用線材は、合金組成がＳｎ３０％〜７０％、Ｓｂが０．３％〜２０％，残部Ｂｉであることを特徴とし、請求項２では、好ましい合金組成をＳｎ３８％〜５０％、Ｓｂ３％〜９％，残部Ｂｉとしている。
請求項３に係る温度ヒューズエレメント用線材は、前記の合金組成１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔの１種または２種以上が０．１〜７重量部添加されていることを特徴とする。
請求項４に係る合金型温度ヒューズは、前記の温度ヒューズエレメント用線材をヒューズエレメントとしたことを特徴とし、請求項５では、ヒューズエレメントを溶断させるための発熱体が付設されている。
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。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明において、ヒュ−ズエレメントの合金組成を、Ｓｎ３０％〜７０％、Ｓｂ０．３％〜２０％，残部Ｂｉとした理由は、Ｓｎを３０％〜７０％、Ｂｉを１０〜６９．７％とすることによりまず液相線温度を１４０℃付近とすると共に線引き加工に必要な延性を付与し、更にＳｂを０．３％〜２０％とすることにより前記した固液共存域温度巾ΔＴを充分に小さく抑制しつつ液相線温度を１５０℃前後に設定することにある。
Ｓｎが７０％を越えると、液相線温度を１５０℃前後に設定し難く、３０％未満ではＢｉの配合量が過多となり、延性が不充分となると共に電気抵抗が高くなり過ぎる。
Ｓｂを添加すると固相線温度が上昇し、固相線温度一定のもとで液相線温度を増加する汎用の金属元素の添加とは異なり、固液共存域温度巾ΔＴの増加をよく抑制しつつ（７℃以下）合金の液相線温度を高めることができ、０．３％以下では固相線上昇の効果が不充分であり、２０％を越えると合金の液相線温度を１５０℃前後に設定し難くなる。
【００１５】
好ましい合金組成は、Ｓｎ３８％〜５０％、Ｓｂ３％〜９％，残部Ｂｉであり、機械的強度、低電気抵抗ともに良好に保証できる。基準組成はＳｎ４３％、Ｓｂ６％，Ｂｉ５１％であり、その液相線温度は１４８℃、固液共存域温度巾ΔＴは３℃である。
【００１６】
かかる合金組成により、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｌ等の有害金属を含有しない環境保全に適合した作動温度１５０℃前後で、作動温度のバラツキが極めて小さく、しかもヒートサイクル中のヒューズエレメントの非分断半溶融と再凝固との繰返しにより生じる作動性能の狂いを確実に排除できる合金型温度ヒューズを提供できる。
【００１７】
本発明において、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔの１種または２種以上を前記の合金組成１００重量部に対し０．１〜７重量部添加する理由は、合金の比抵抗を低減すると共に結晶組織を微細化させ合金中の異相界面を小さくして加工歪や応力をよく分散させるようにする、すなわち歪や応力に対する吸収性を高めるためであり、０．１重量部未満では満足な効果が得られず、７重量部を越えると、液相線温度を１５０℃前後に保持することが困難になる。而して、ヒートサイクル時の熱歪に対する合金組織内の異相界面のずれをよく抑えてヒューズエレメントの耐熱安定性を保証し、線引きに対し充分な強度を付与して線径３００μｍφといった細線への線引き加工を可能としている。
【００１８】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズのヒュ−ズエレメントは、ビレットを製作し、これを押出機で粗線に成形し、この粗線をダイスにより線引きする方法により製造でき、外径は２００μｍφ〜６００μｍφ、好ましくは２５０μｍφ〜３５０μｍφとされる。また、最終的にカレンダーロールに通し、扁平線として使用することもできる。
また、冷却液を入れたシリンダーを回転させて回転遠心力により冷却液を層状に保持し、ノズルから噴射した母材溶融ジェツトを前記の冷却液層に入射させ冷却凝固させて細線材を得る回転ドラム式紡糸法により製造することも可能である。
【００１９】
本発明は独立したサーモプロテクターとしての温度ヒューズの形態で実施される。その外、半導体装置やコンデンサや抵抗体に温度ヒューズエレメントを直列に接続し、このエレメントにフラックスを塗布し、このフラックス塗布エレメントを半導体やコンデンサ素子や抵抗素子に近接配置して半導体やコンデンサ素子や抵抗素子と共に樹脂モールドやケース等により封止した形態で実施することもできる。
【００２０】
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の請求項１〜３何れかのヒュ−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。
【００２１】
図２は筒型ケ−スタイプを示し、一対のリ−ド線１，１間に請求項１〜３何れかのヒュ−ズエレメント２を接続し、該ヒュ−ズエレメント２上にフラックス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。
【００２２】
図３はケ−スタイプラジアル型を示し、並行リ−ド導体１，１の先端部間に請求項１〜３何れかのヒュ−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。
【００２３】
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間に請求項１〜３何れかのヒュ−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。
【００２４】
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の先端部間に請求項１〜３何れかのヒュ−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。
【００２５】
上記合金型温度ヒューズにおいて、ヒューズエレメントのジュール発熱を無視できるときは、被保護器機が許容温度Ｔｍに達したときのＦの温度ＴｘはＴｍより２℃〜３℃低くなり、通常ヒューズエレメントの融点が〔Ｔｍ−（２℃〜３℃）〕に設定される。
これに対し、ヒューズエレメントのジュール発熱を無視できないときは、ヒューズエレメントの電気抵抗をＲ、通電電流をＩ、機器とヒューズエレメント間の熱抵抗をＨとすれば、
【数１】
【００２６】
本発明は、合金型温度ヒューズに発熱体を付設し、例えば抵抗ペースト（例えば、酸化ルテニウム等の酸化金属粉のペースト）の塗布・焼き付けにより膜抵抗を付設し、器機の異常発熱の原因となる前兆を検出し、この検出信号で膜抵抗を通電して発熱させ、この発熱でヒューズエレメントを溶断させる形態で実施することもできる。
この場合、上記発熱体を絶縁基体の上面に設け、この上に耐熱性・熱伝導性の絶縁膜、例えばガラス焼き付け膜を形成し、更に一対の電極を設け、各電極に扁平リード導体を接続し、両電極間にヒューズエレメントを接続し、ヒューズエレメントから前記リード導体の先端部にわたってフラックスを被覆し、絶縁カバーを前記の絶縁基体上に配設し、該絶縁カバー周囲を絶縁基体に接着剤により封着することができる。
【００２７】
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、アジピン酸等の有機酸を使用できる。
【００２８】
【実施例】
以下の実施において、温度ヒューズは基板型とし、ヒユーズエレメントの長さを４ｍｍとし、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。
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１２０℃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。
また、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、ヒューズエレメント溶断による通電遮断時のオイル温度から温度ヒューズの作動温度を測定した。
【００２９】
〔実施例１〕
Ｓｎ４３％、Ｓｂ６％、残部Ｂｉ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、３７μΩ・ｃｍであった。
この線の液相線温度は１４８℃、固液共存域温度巾ΔＴは３℃であった。
基板型温度ヒューズを作成し、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を測定したところ、抵抗値変化は認められず、安定な耐熱性を呈した。
温度ヒューズの作動温度は、１４７℃±０．５℃であり、バラツキが極めて小であった。
【００３０】
〔実施例２〕
Ｓｎ４３％、Ｓｂ３％、残部Ｂｉ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、３６μΩ・ｃｍであった。
この線の液相線温度は１４４℃、固液共存域温度巾ΔＴは３℃であった。
基板型温度ヒューズを作成し、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を測定したところ、抵抗値変化は認められず、安定な耐熱性を呈した。
温度ヒューズの作動温度は、１４３℃±０．５℃であり、バラツキが極めて小であった。
【００３１】
〔実施例３〕
Ｓｎ４３％、Ｓｂ９％、残部Ｂｉ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、３９μΩ・ｃｍであった。
この線の液相線温度は１５２℃、固液共存域温度巾ΔＴは４℃であった。
基板型温度ヒューズを作成し、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を測定したところ、抵抗値変化は認められず、安定な耐熱性を呈した。
温度ヒューズの作動温度は、１５０℃±１℃であり、バラツキが極めて小であった。
【００３２】
〔実施例４〜６〕
表１に示す合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。延性がやや低いので、１ダイスについての引落率を４％に下げ、線引き速度を２０ｍ／ｍｉｎに下げて線引きした。断線は皆無であった。
この線の比抵抗を測定したところ、何れも５０μΩ・ｃｍ以下であり、充分に低い値であった。
液相線温度は表１の通りであった。また固液共存域温度巾ΔＴは何れの実施例においても７℃以下であり、充分に狭い巾であった。
更に、基板型温度ヒューズを作成し、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を測定したところ、問題となるような抵抗値変化は認められなかった。
【表１】
〔実施例７〜９〕
表２に示す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、何れも３８μΩ・ｃｍ以下であり、充分に低い値であった。
液相線温度は表３の通りであった。また、固液共存域温度巾ΔＴは何れの実施例においても７℃以下であり、充分に狭い巾であった。
更に、基板型温度ヒューズを作成し、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を測定したところ、問題となるような抵抗値変化は認められなかった。
【表２】
〔実施例１０〜１２〕
表３に示す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、何れも３０μΩ・ｃｍ以下であり、充分に低い値であった。
液相線温度は表３の通りであった。また固液共存域温度巾ΔＴについては、実施例１０では６℃、実施例１１では５℃、実施例１２では６℃であり、作動温度のバラツキを充分に小さくできることが期待できる。
更に、基板型温度ヒューズを作成し、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を測定したところ、問題となるような抵抗値変化は認められなかった。
【表３】
〔実施例１３〜１５〕
表４に示す合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。延性がやや低いので、１ダイスについての引落率を４％に、線引き速度を２０ｍ／ｍｉｎにそれぞれ下げて線引きを行った。断線は皆無であった。
この線の比抵抗を測定したところ、何れも５０μΩ・ｃｍ以下であり、充分に低い値であった。
液相線温度は表４の通りであった。また固液共存域温度巾ΔＴについては、何れの実施例も７℃以下であり、作動温度のバラツキを充分に小さくできることが期待できる。
更に、基板型温度ヒューズを作成し、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を測定したところ、問題となるような抵抗値変化は認められなかった。
【表４】
〔実施例１６〕
Ｓｎ３８％、Ｓｂ６％、Ｂｉ５６％の１００重量部にＡｇ１重量部を添加した合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。実施例５に較べ加工性に優れ、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として線引き条件をやや過酷にした。断線は皆無であった。また、ヒューズエレメントの応力−歪特性の向上から、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も低減できると期待される。
この線の比抵抗を測定したところ、実施例５よりも充分に低い比抵抗であった。
実施例５に対し、液相線温度や固液共存域温度巾ΔＴについての変化は僅かであった。
Ａｇの添加量０．１〜７重量部で効果が上記効果が認められることを確認した。
【００３７】
〔実施例１６〜２０〕
Ｓｎ３８％、Ｓｂ６％、Ｂｉ５６％の１００重量部にそれぞれＡｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔを１重量部を添加した各合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。何れも実施例５に較べ加工性に優れ、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。実施例１６〜２０の何れにおいても断線は皆無であった。また、ヒューズエレメントの応力−歪特性の向上から、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も低減できると期待される。
実施例１６〜２０の比抵抗を測定したところ、実施例５よりも充分に低い比抵抗であった。
実施例１６〜２０の何れも実施例５に対し、液相線温度や固液共存域温度巾ΔＴについての変化は僅かであった。
Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔの添加量０．１〜７重量部で効果が上記効果が認められることを確認した。
【００３８】
〔比較例１〕
Ｂｉ５０％、Ｓｎ５０％の合金組成とした以外、実施例１に同じとした。断線は皆無であり、この線の比抵抗を測定したところ、３５μΩｃｍであった。この線の液相線温度は１５４℃前後であり、固液共存域温度巾ΔＴは約１５℃であった。基板型温度ヒューズを作製し、初期動作試験を行ったところ、動作温度が１４０℃から１５４℃に分散し、作動温度のバラツキが顕著に現われた。
【００３９】
〔比較例２〕
Ｓｎ２％、Ａｇ３％、Ｉｎ９５％の合金組成とした以外、実施例と同じとした。断線は皆無であり、この線の比抵抗を測定したところ、１０μΩｃｍであった。この線の液相線温度は１４４℃前後であり、固液共存域温度巾ΔＴは約３℃であった。基板型温度ヒューズを作製し、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を測定したところ、最大で５０％以上の抵抗値増大を示すものが存在した。また、動作温度確認試験を行ったところ、初期動作温度（１４４℃）から１０℃以上温度上昇させても作動しないものが存在した。その原因をプラズマ発光分析、赤外吸収分光分析等で調査した結果、Ｉｎがフラックス中に溶出して合金組成が変動すると共に線経が細くなっており、更にフラックスの活性に関与する反応雨季基が殆どＩｎ塩になっていることが判明し、前述した懸念事項を確認できた。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、液相線温度が１５０℃前後、固液共存域温度巾ΔＴが７℃以下で、しかも充分な延性を有するＳｎ−Ｓｂ−Ｂｉ系合金の温度ヒューズエレメント用線材を得ることができ、生体に有害な金属を含有することなく環境保全に適合し、作動温度のバラツキを僅小にとどめ得、しかもヒートサイクル時でのヒューズエレメントの半溶融化を確実に回避し得て初期の作動特性をよく維持でき、ヒューズエレメントの易細線化により充分に小型化できる合金型温度ヒューズを提供できる。
【００４１】
特に、請求項３によれば、ヒューズエレメントの加工性の一層の向上、比抵抗の一層の低減、応力／歪特性の一層の向上のために、前記の合金型温度ヒューズに対し、ヒューズエレメントの細線化に基づく小型化、ヒーササイクル時の応力／歪に対する安定性の向上、ヒューズエレメントのジュール発熱に起因する作動温度のずれの一層の低減を有効に促すことができる。
【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
Claims (5)
- 合金組成がＳｎ３０％〜７０％、Ｓｂが０．３％〜２０％，残部Ｂｉであることを特徴とする温度ヒューズエレメント用線材。
- 合金組成がＳｎ３８％〜５０％、Ｓｂが３％〜９％，残部Ｂｉであることを特徴とする温度ヒューズエレメント用線材。
- 請求項１または２記載の合金組成１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔの１種または２種以上が０．１〜７重量部添加されていることを特徴とする温度ヒューズエレメント用線材。
- 請求項１〜３何れか記載の温度ヒューズエレメント用線材をヒューズエレメントとしたことを特徴とする合金型温度ヒューズ。
- ヒューズエレメントを溶断させるための発熱体が付設されている請求項４記載の合金型温度ヒューズ。
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