JP2005071708A - 筒状ケースタイプ合金型温度ヒューズ - Google Patents

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Abstract

【課題】筒状ケースタイプの合金型温度ヒューズにおいて、通電電流が実質的に零のときの動作性能の向上を図ると共にその動作温度と可溶合金片の自己発熱を無視できないときの通電動作温度との差を充分に小さくする。
【解決手段】
可溶合金片1の両端に断面円形のリード導体2.2を接合し、該可溶合金片1にフラックス3を塗布し、該フラックス塗布可溶合金片上に筒状ケース4を挿通し、ケース各端とリード導体との間を封止材5で封止する合金型温度ヒューズにおいて、各リード導体2の先端部を板状21に形成し、各板状部21に可溶合金片1の各端部を接合した。
【選択図】図1

Description

本発明はアキシャル型の筒状ケースタイプ合金型温度ヒューズに関するものである。
電子・電気機器を熱的に保護するため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、リード導体若しくは電極間に可溶合金片を接続し、フラックスをこの可溶合金片を覆って塗布し、このフラックス塗布可溶合金片をケース等の絶縁包囲体やエポキシ樹脂等の封止材で封止した構成である。
この合金型温度ヒューズによる電子・電気機器の保護においては、合金型温度ヒューズを機器に熱的に接触して取付け、機器異常時の過電流に基づく発生熱で合金型温度ヒューズを加熱し、この加熱で当該合金型温度ヒューズの可溶合金片を溶融させ、この溶融合金を活性化された加熱溶融フラックスとの共存のもとでリード導体や電極に濡れ拡げさせて分断させ、この分断による通電遮断に基づく温度降下に伴う分断合金の凝固で通電カットオフを完結させている。
この合金型温度ヒューズとして、図3に示すように、可溶合金片1’の両端に断面円形のリード導体2’,2’を接合し、該可溶合金片1’にフラックス3’を塗布し、該フラックス塗布可溶合金片上に筒状ケース4’を挿通し、ケース各端とリード導体との間を封止材5’で封止したアキシャル型の筒状ケースタイプ合金型温度ヒューズが多用されている。
このアキシャル型の筒状ケースタイプ合金型温度ヒューズの動作温度Tc(Cut-off Temperature)は、通電電流が実質的に零で可溶合金片の自己発熱0の場合のケース外面温度とされており、例えば、当該温度ヒューズをオイル中に浸漬し、0.1Aの電流を通電しつつオイル温度を1℃/1分間の速度で昇温させて通電オフ時のオイル温度を測定し、この測定温度を動作温度Tcとしている。
而るに、可溶合金片の自己発熱を無視できない通電電流のもとでは、自己発熱のために上記の動作温度Tcよりも低い温度Tc’で動作してしまい。そこで、動作温度Tcと通電動作温度Tc’の差を可及的に小さくすることが要求される。
この筒状ケースタイプの合金型温度ヒューズにおいては、可溶合金片を筒状ケースの中心軸に位置させ得ずに可溶合金片のケース内面への接触により動作性能が往々にして低下されることが知られている。
この動作性能の低下は、可溶合金片がケース内面に接触されていると、溶融合金とケース内面との間の界面張力やケース内面の表面張力が前記溶融合金のリード導体先端部表面への濡れ拡がりを遅らせるように作用する結果である。
この動作低下を防止するために、リード導体を巾が筒状ケース内径にほぼ等しい板状とすることにより、可溶合金片を筒状ケースの軸心位置に配置させると共に溶融合金に対し広い濡れ面積を提供して溶融合金のリード導体端部への濡れ拡がりを促し、動作性能を向上させることが提案されている(特許文献1、特許文献2等を参照)。
実開昭59−240号公報 実開昭58−192435号公報
従来、筒状ケースタイプの合金型温度ヒューズのリード導体先端部の濡れ面積を増加するために、リード導体先端部を外郭円形の膨出部に形成することも公知である。
しかしながら、リード導体全体を板状とする従来例では、リード導体を基板のランドの穴に挿通することが困難になる。また、リード導体全体を板状にして、可溶合金片接合部よりも後方の巾を狭めると、リード導体の断面積の低下が避けられず、抵抗値が上昇し、高電流通電時の通電動作温度の低下が余儀なく。
すなわち、本発明者の鋭意検討結果によれば、可溶合金片の自己発熱に対する主な放熱路がリード導体であり、リード導体の放熱抵抗が高くなるとそれだけ自己発熱温度が高くなる。而るに、リード導体の断面積が小さくなると、放熱抵抗が高くなって自己発熱温度が高くなり、通電動作温度Tc’が低くなってしまう。
また、円形リード導体の先端部に円形外郭の膨出部を形成する従来例でも、本発明者の検討結果によれば、動作性能の向上は期待したほどではない。
本発明の目的は、高電流通電時の動作性能に優れた筒状ケースタイプの合金型温度ヒューズを提供することにある。
請求項1に係る筒状ケースタイプ合金型温度ヒューズは、可溶合金片の両端に断面円形のリード導体を接合し、該可溶合金片にフラックスを塗布し、該フラックス塗布可溶合金片上に筒状ケースを挿通し、ケース各端とリード導体との間を封止材で封止する合金型温度ヒューズにおいて、各リード導体の先端部を板状に形成し、各板状部に可溶合金片の各端部を接合したことを特徴とする。
請求項2に係る筒状ケースタイプ合金型温度ヒューズは、請求項1の合金型温度ヒューズにおいて、板状部の横幅を筒状ケース内径の0.7〜0.99倍としたことを特徴とする。
請求項3に係る筒状ケースタイプ合金型温度ヒューズは、請求項1または2の合金型温度ヒューズにおいて、リード導体の板状部の断面積をリード導体の断面円形部の断面積以上としたことを特徴とする。
(1)リード導体先端部の板状部が筒状ケース内面に当接されて可溶合金片の筒状ケース内面への接触が排除されるために溶融合金とケース内面との接触が発生せず、従って溶融合金とケース内面との間での界面張力の発生がなく、またケース内面の表面張力の溶融合金への作用もないこと、(2)溶融合金が板状部に濡れ拡がるために広い濡れ面積を提供できること、によりカットオフ動作を迅速化できる。
また、リード導体の先端部を除く部分を断面円形としてあるから、リード導体の抜け止め防止効果が生じる。また、リード導体を基板のランドの穴に挿通を容易に行うことができる。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図1の(イ)は本発明に係る筒状ケースタイプの合金型温度ヒューズの一例を水平断面図、図1の(ロ)は図1の(イ)におけるロ−ロ断面図、図1の(ハ)は図1の(イ)におけるハ−ハ断面図である。
図1において、1は可溶合金片である。2,2は円形断面のリード導体であり、先端部を板状21(法線方向がリード導体の軸方向に直角方向)に形成し、各リード導体2の板状部21と可溶合金片1の各端部とを両中心線を一致させた位置で溶接等により接合してある。この板状部21の横幅は後述する筒状ケース内径の0.7〜0.99倍、好ましくは0.8〜0.9倍とし、平面積をリード導体の円形断面積の1.5〜20倍好ましくは2.0〜4.0倍としてある。3は可溶合金片1に塗布したフラックスである。4は筒状ケース、5はエポキシ樹脂等の硬化型樹脂からなる封止材であり、筒状ケース4をフラックス塗布可溶合金片上に挿通し、筒状ケース各端と各リード導体との間を封止材5で封止してある。
前記の板状部21は、例えばリード導体先端部を圧潰加工することに形成できる。その平面外郭は四角形の外、円形、長円形等とすることもできる。板状部21の外側端にまで封止材5を充填してもよい。
既述した通電動作温度Tc’とカットオフ温度Tcとの差を充分に小さくするために、板状部21での自己発熱をも抑えることが有効であり、板状部21の断面積をリード導体2の円形断面積以上として板状部21の単位長さ当たりの抵抗値をリード導体2の断面円形部の単位長さ当たりの抵抗値よりも小さくしてある。
図1に示す筒型ケースタイプ合金型温度ヒューズを製造するには、可溶合金片の両端にリード導体を接合し、可溶合金片にフラックスを塗布し、一方のリード導体からフラックス塗布可溶合金片上に筒状ケースを挿通し、次いで筒状ケース各端と各リード導体との間に封止材を塗布し、この封止材の固化をまって当該温度ヒューズの製造を終了する。
本発明に係る筒状ケースタイプの合金型温度ヒューズにおいては、図2に示すように、板状部21を水平アームとして可溶合金片1を筒状ケース4の内面に支持できる。
図2において、筒状ケース4の内径をdφ、板状部21の横幅をkdとすれば、水平アームの中央点と筒状ケース内底点との最小距離hは、
h=[1−〔1−(k/2)1/2]・d/2
で与えられ、直径がほぼ[1−〔1−(k/2)1/2]・d以下の可溶合金片であれば筒状ケース内面に対し非接触状態で支持できる。
従って、本発明によれば、かかる寸法条件下、溶融した可溶合金片がリード導体の板状部に濡れ拡がる際、溶融合金と筒状ケースとの接触がある場合に作用する界面張力及び筒状ケース内面の表面張力の作用を排除でき、しかも溶融合金に対する広い濡れ面積を板状部により提供できる結果、溶融合金の分断を迅速に行なわせることができる。
また、リード導体の先端部を除く部分を断面円形としてあるから、リード導体の抜け止め防止効果が生じ、更にリード導体を基板のランドの穴に挿通を容易に行うことができる。
上記の実施形態では、板状部の外郭形状を四角形としているが、その横幅が筒状ケースの0.7〜0.99倍であり、しかも外郭の大きさが可溶合金片の横断面外郭よりも広く、かつ両板状部の最短距離を前記カットオフ直後での再導通を防止するのに足る絶縁距離とし得れば特に制限されず、例えば円形や長円形とすることも可能である。
上記可溶合金片には、PbやCd等の生体系に有害な元素を含まない合金を使用することが好ましく、次ぎの組成
[A](1)43%<Sn≦70%,0.5%≦In≦10%,残Bi、(2)25%≦Sn≦40%,50%≦In≦55%,残Bi、(3)25%<Sn≦44%,55%<In≦74%,1%≦Bi<20%、(4)46%<Sn≦70%,18%≦In<48%,1%≦Bi≦12%、(5)5%≦Sn≦28%,15%≦In<37%,残Bi(但し、Bi57.5%,In25.2%,Sn17.3%とBi54%,In29.7%,Sn16.3%のそれぞれを基準にBi±2%,In及びSn±1%の範囲を除く)、(6)10%≦Sn≦18%,37%≦In≦43%,残Bi、(7)25%<Sn≦60%,20%≦In<50%,12%<Bi≦33%、(8)(1)〜(7)の何れか100重量部にAg、Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Sb、Ga、Ge、Pの1種または2種以上を合計0.01〜7重量部添加、(9)33%≦Sn≦43%,0.5%≦In≦10%,残Bi、(10)47%≦Sn≦49%,51%≦In≦53%の100重量部にBiを3〜5重量部を添加、(11)40%≦Sn≦46%,7%≦Bi≦12%,残In、(12)0.3%≦Sn≦1.5%,51%≦In≦54%,残Bi、(13)2.5%≦Sn≦10%,25%≦Bi≦35%,残In、(14)(9)〜(13)の何れか100重量部にAg、Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Sb、Ga、Ge、Pの1種または2種以上を合計0.01〜7重量部添加、(15)10%≦Sn≦25%,48%≦In≦60%,残Biを100重量部にAg、Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Sb、Ga、Ge、Pの1種または2種以上を合計0.01〜7重量部添加、等のIn−Sn−Bi系合金の組成[B](16)30%≦Sn≦70%,0.3%≦Sb≦20%,残Bi、(17)(16)の100重量部にAg、Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Ga、Ge、Pの1種または2種以上を合計0.01〜7重量部添加、等のBi−Sn−Sb系合金の組成[C](18)52%≦In≦85%,残Sn、(19)(18)の100重量部にAg、Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Sb、Ga、Ge、Pの1種または2種以上を合計0.01〜7重量部添加、等のIn−Sn系合金の組成[D](20)45%≦Bi≦55%,残In、(21)(20)の組成の100重量部にAg、Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Sb、Ga、Ge、Pの1種または2種以上を合計0.01〜7重量部添加、等のIn−Bi系合金の組成、[E](22)50%<Bi≦56%,残Sn、(23)(22)の100重量部にAg、Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Ga、Ge、Pの1種または2種以上を合計0.01〜7重量部添加、等のBi−Sn系合金の組成[F](24)Inの100重量部にAu、Bi、Cu、Ni、Pd、Pt、Ga、Ge、Pの1種または2種以上を合計0.01〜7重量部添加、(25)90%≦In≦99.9%,0.1%≦Ag≦10%の100重量部にAu、Bi、Cu、Ni、Pd、Pt、、Ga、Ge、Pの1種または2種以上を合計0.01〜7重量部添加、(26)95%≦In≦99.9%,0.1%≦Sb≦5%の100重量部にAu、Bi、Cu、Ni、Pd、Pt、Ga、Ge、Pの1種または2種以上を合計0.01〜7重量部添加等のIn系合金の組成等から温度ヒューズの動作温度に適合した融点の組成を選定することができる。
上記フラックスには、ロジンにアジピン酸等の有機酸を活性剤として添加したものを使用できる。
上記ケースにはセラミックスやガラス等の無機質製の外、繊維強化フエノール樹脂等のFRP製も使用できる。
以下の実施例及び比較例において、動作温度試験については、試料数を10箇とし、試料をオイル槽に浸漬し、0.1Aの通電下、槽内温度を可溶合金片の融点より10K低い温度に5分間保持したのち、1℃/1分間の速度で昇温し、通電オフ時のオイル温度を測定し、試料10箇についての平均値を求めた。
通電動作温度試験については、試料数を10箇とし、試料をオーブン内に入れ、試料を遮風覆いで囲み、定格電流に対し相当に大きい直流電流を通電しつつオーブン温度70℃から動作温度+10℃まで1.0℃/10分間の速度で昇温し、通電オフ時のオーブン温度を測定することと、同じく通電電流0.1Aのもとで通電オフ時のオーブン温度を測定することとを行ない、その両測定温度差が標準値(20℃)以内の場合を合格とした。
可溶合金片の組成(重量%)は、Sn46.5%,Pb30%,Cd17%,In6.5%とした。融点は135℃である。フラックスの組成(重量%)は、WWロジン93%,アジピン酸7%とした。
リード導体には外径1.0mmφのスズメッキ軟銅線を使用し、その先端部を圧潰加工により横幅1.8mm、長さ1.5mm、断面積0.785mm2のほぼ方形板状に形成した。
両リード導体の板状部間の間隔を1.5mmに保持し、長さ2.0mm、外径1.0mmφの可溶合金片を溶接し、その可溶合金片にフラックスを塗布した。
筒状ケースには、内径1.9mm、長さ10mmのセラミックス筒を使用し、ケース各端と各リード導体との間を常温硬化エポキシ樹脂で封止した。
動作温度試験による動作温度は、平均136.6℃、標準偏差0.2211℃であり、可溶合金片の融点135℃にほぼ等しい温度で動作させ得た。
通電動作温度試験による動作時オーブン温度と実質的無通電時の動作時オーブン温度との差は標準値以内であり、通電動作温度試験は合格であった。
〔比較例1〕
実施例1に対し、リード導体の先端部1.5mmを巾1.8mm断面積0.785mm2の板状に形成し、それより後方部をリード導体の抜け止め防止効果を得かつランド穴への挿入性を考慮して幅1.0mmの板状に形成したリード導体を使用した以外、実施例1に同じとした。
動作温度試験は実施例1に実質上同じであったが、通電動作温度試験は不合格であった。
〔比較例2〕
実施例1に対し、板状部に代え外径1.0mmφの断面円形とした以外、実施例1に同じとした。
通電動作温度試験及び動作温度試験とも不合格であり、オイル温度が可溶合金片融点135℃を7℃越える温度でも全試料が動作しなかった。
上記比較例2と実施例との対比から、比較例2での断面円形形状よりも実施例での板状部の方が溶融合金の分断を円滑に行ない得ると推察できる。
また、リード導体全体を巾1.8mm断面積0.785mm2の板状に形成すると、断面円形に比べ抜け止め防止効果がなくなり、またリード導体を基板のランドの穴に挿通することが困難になる。
本発明によれば、かかる不具合を排除して通電電流が実質的に零のときの動作性能の向上を図り得ると共にその動作温度と可溶合金片の自己発熱を無視できないときの通電動作温度との差を充分に小さくすることができる。
本発明に係るケースタイプ合金型温度ヒューズの一例を示す図面である。 本発明に係るケースタイプ合金型温度ヒューズの可溶合金片の支持状態を示す図面である。 従来のケースタイプ合金型温度ヒューズを示す図面である。
符号の説明
1 可溶合金片
2 リード導体
21 板状部
3 フラックス
4 筒状ケース
5 封止材

Claims (3)

  1. 可溶合金片の両端に断面円形のリード導体を接合し、該可溶合金片にフラックスを塗布し、該フラックス塗布可溶合金片上に筒状ケースを挿通し、ケース各端とリード導体との間を封止材で封止する合金型温度ヒューズにおいて、各リード導体の先端部を板状に形成し、各板状部に可溶合金片の各端部を接合したことを特徴とする筒状ケースタイプ合金型温度ヒューズ。
  2. 板状部の横幅を筒状ケース内径の0.7〜0.99倍としたことを特徴とする請求項1記載の筒状ケースタイプ合金型温度ヒューズ。
  3. リード導体の板状部の断面積をリード導体の断面円形部の断面積以上としたことを特徴とする請求項1または2記載の筒状ケースタイプ合金型温度ヒューズ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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