JP2005071708A

JP2005071708A - 筒状ケースタイプ合金型温度ヒューズ

Info

Publication number: JP2005071708A
Application number: JP2003297550A
Authority: JP
Inventors: Hideo Shoji; 英夫東海林
Original assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Current assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2005-03-17

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）^２〕^１／２]・ｄ／２

で与えられ、直径がほぼ[１−〔１−（ｋ／２）^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

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。
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。
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。