JP2008153144A

JP2008153144A - 温度ヒューズおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2008153144A
Application number: JP2006342169A
Authority: JP
Inventors: Kenji Senda; 謙治仙田; Shinichi Otsuka; 新一大塚; Masatoshi Isaki; 正敏伊▲崎▼
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2026-12-20
Also published as: JP4946419B2

Abstract

【課題】本発明は、速断性に優れかつ動作温度のばらつきを低減できる温度ヒューズおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の温度ヒューズは、可溶合金１と、この可溶合金１の両端部に設けられた端子２と、前記可溶合金１の表面に塗布されたフラックス３と、前記可溶合金１を覆うように設けられた絶縁体４とを備え、前記フラックス３を、フラックス３の融点以上で、かつ前記可溶合金１の融点以下の温度で加熱処理するようにしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、過昇温による機器の破損を防止するために使用される温度ヒューズおよびその製造方法に関するものである。

従来のこの種の温度ヒューズは、可溶合金と、この可溶合金の両端部に設けられた端子と、前記可溶合金の表面に塗布されたフラックスと、前記可溶合金を覆うように設けられ、かつ両端開口部から前記端子を外に導出させた円筒状の絶縁ケースと、この絶縁ケースの両端開口部を封口する封口体とにより構成していた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００１−２４３８６５号公報

上記した従来の温度ヒューズにおいては、可溶合金が製造されてから、フラックスを可溶合金の表面に塗布するまでの間、この可溶合金は空気にさらされるため、空気中の酸素、水分などと反応し、これにより、可溶合金の表面に酸化膜が生成される。一方、この酸化膜は温度ヒューズの動作時に溶融したフラックスによって除去されるが、可溶合金が空気にさらされている時間が長い場合には、酸化膜が厚くなったり強固になったりするため、酸化膜の除去に時間がかかり、これにより、温度ヒューズの動作の遅れや動作温度のばらつきが発生しやすいという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、速断性に優れかつ動作温度のばらつきを低減できる温度ヒューズおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、可溶合金と、この可溶合金の両端部に設けられた端子と、前記可溶合金の表面に塗布されたフラックスと、前記可溶合金を覆うように設けられた絶縁体とを備え、前記フラックスを、フラックスの融点以上で、かつ前記可溶合金の融点以下の温度で加熱処理するようにしたもので、この構成によれば、可溶合金の表面に塗布されたフラックスを、フラックスの融点以上で、かつ前記可溶合金の融点以下の温度で加熱処理するようにしているため、この加熱処理によりフラックスが可溶合金の表面の酸化膜をあらかじめ除去することになり、これにより、可溶合金が空気にさらされている時間が長くても、速断性に優れかつ動作温度のばらつきを低減できる温度ヒューズが得られるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、可溶合金を非共晶の合金で構成し、かつ加熱処理の温度を前記可溶合金の固相線以上の温度としたもので、この構成によれば、加熱処理温度を可溶合金の固相線以上の温度としているため、可溶合金は半溶融状態となり、これにより、可溶合金の表面の酸化膜の除去を確実に行うことができるため、速断性に優れかつ動作温度のばらつきを確実に低減できる温度ヒューズが得られるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、可溶合金をＳｎ、Ｉｎ、Ｂｉを含む合金で構成したもので、この構成によれば、可溶合金をＳｎ、Ｉｎ、Ｂｉを含む合金で構成しているため、可溶合金が空気にさらされている時間が長く、可溶合金中に含まれるＩｎが強固な酸化膜を生成したとしても、その酸化膜を除去することができ、これにより、Ｐｂフリーの温度ヒューズであっても速断性に優れかつ動作温度のばらつきを低減できるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項４に記載の発明は、特に、可溶合金をＳｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｚｎを含む合金で構成したもので、この構成によれば、可溶合金をＳｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｚｎを含む合金で構成しているため、可溶合金が空気にさらされている時間が長く、可溶合金中に含まれるＺｎが強固な酸化膜を生成したとしても、その酸化膜を除去することができ、これにより、Ｐｂフリーの温度ヒューズであっても速断性に優れかつ動作温度のばらつきを低減できるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項５に記載の発明は、可溶合金の両端部に端子を形成する工程と、前記可溶合金の表面にフラックスを塗布する工程と、前記可溶合金を覆うように絶縁体を形成する工程とを備え、前記フラックスを、フラックスの融点以上で、かつ前記可溶合金の融点以下の温度で加熱処理するようにしたもので、この製造方法によれば、可溶合金の表面に塗布されたフラックスを、フラックスの融点以上で、かつ前記可溶合金の融点以下の温度で加熱処理するようにしているため、この加熱処理によりフラックスが可溶合金の表面の酸化膜をあらかじめ除去することになり、これにより、可溶合金が空気にさらされている時間が長くても、速断性に優れかつ動作温度のばらつきを低減できる温度ヒューズが得られるという作用効果が得られるものである。

以上のように本発明の温度ヒューズは、可溶合金と、この可溶合金の両端部に設けられた端子と、前記可溶合金の表面に塗布されたフラックスと、前記可溶合金を覆うように設けられた絶縁体とを備え、前記フラックスを、フラックスの融点以上で、かつ前記可溶合金の融点以下の温度で加熱処理するようにしているため、この加熱処理によりフラックスが可溶合金の表面の酸化膜をあらかじめ除去することになり、これにより、可溶合金が空気にさらされている時間が長くても、速断性に優れかつ動作温度のばらつきを低減できる温度ヒューズが得られるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態における温度ヒューズについて、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における温度ヒューズの斜視図、図２は同温度ヒューズの一部切欠斜視図である。

図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態における温度ヒューズは、可溶合金１と、この可溶合金１の両端部に設けられた端子２と、前記可溶合金１の表面に塗布されたフラックス３と、前記可溶合金１を覆うように設けられた絶縁体４とを備え、そして、前記フラックス３を、フラックス３の融点以上で、かつ前記可溶合金１の融点以下の温度で加熱処理するようにしたものである。

上記構成において、前記可溶合金１は、絶縁体４内に配設されるもので、略円柱状あるいは略角柱状に構成されている。また、この可溶合金１は、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎを含む合金、またはＳｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｚｎを含む合金で構成されている。なお、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｚｎを含む合金にはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕが含有されてもよい。そして、このＳｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｚｎを含む合金で可溶合金１を構成した場合は、可溶合金１の固相温度と液相温度（融点）の間を狭くすることができるため、温度ヒューズの動作温度のばらつきを低減することができる。

また、この可溶合金１には、Ｐｂを含有しないようにしているため、自然環境を害することのない温度ヒューズを提供することができる。

そしてまた、上記可溶合金１は非共晶の合金で構成しているため、加熱処理の温度を可溶合金１の固相線以上の温度とすれば、可溶合金１が半溶融状態となり、これにより、可溶合金１の表面の酸化膜の除去を確実に行うことができるため、速断性に優れかつ動作温度のばらつきを確実に低減できる温度ヒューズが得られるものである。

なお、温度ヒューズの動作温度はこの可溶合金１の合金の種類およびその組成比で決まる。例えば、Ｉｎを５０〜５５重量％、Ｂｉを８〜１５重量％、Ｚｎを１〜４重量％含み、かつ残部がＳｎである合金の場合は８５〜９５℃で動作する温度ヒューズとなり、またＩｎを５０〜５５重量％、Ｂｉを８〜１５重量％含み、かつ残部がＳｎである合金の場合は９５〜１０５℃で動作する温度ヒューズとなり、そしてまたＩｎを４５〜５５重量％、Ｂｉを２〜１０重量％含み、かつ残部がＳｎである合金の場合は１０５〜１１５℃で動作する温度ヒューズとなり、さらにＩｎを１〜７重量％、Ｂｉを４５〜６５重量％含み、かつ残部がＳｎである合金の場合は１２５〜１４０℃で動作する温度ヒューズとなる。

上記した組成比で構成される可溶合金１の動作温度は８５〜１４０℃であり、そして８５〜１４０℃の動作温度を有する温度ヒューズはトランス、モーター、照明器具、バッテリーを始めとする多くの電子機器に用いられており、市場のニーズも多いものである。すなわち、これらの機器が異常発熱した場合、機器内部の温度が１８０℃以上になると、機器の熱による損傷やはんだなどの接合部の損傷が発生する。温度ヒューズが取り付けられる位置は機器内部の温度より１０〜２０℃低い。また、温度ヒューズにより機器への電流を遮断した後、しばらくは温度が上昇するもので、遮断時から１０℃程度（２０℃以下）上昇した後下がり始める。これらのことから、上記電子機器に用いられる温度ヒューズは、その動作温度が１８０℃に対して４０℃以上低い１４０℃以下のものが用いられる。

また、上記した組成比で構成される可溶合金１には反応性の高いＩｎ、Ｚｎが含まれているため、可溶合金１が空気にさらされている時間が長い場合は、可溶合金１の表面にはＩｎ、Ｚｎと空気中の酸素、水分とが反応して比較的強固な酸化膜が生成される。

これに対し、本発明の一実施の形態における温度ヒューズは、フラックス３を加熱処理するようにしているため、このフラックス３によって強固な酸化膜をあらかじめ除去することができ、これにより、Ｐｂフリーの温度ヒューズであっても速断性に優れかつ動作温度のばらつきを低減できる温度ヒューズが得られるものである。

前記端子２は一対のリード線により構成されているもので、可溶合金１の両端部にその一端部が接続され、かつ他端部は絶縁体４の開口部より絶縁体４の外に導出させている。そしてこの端子２は、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ等の単一の金属あるいはそれらの合金で線状に構成され、かつその表面にはＳｎ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｃｕのいずれか１つの金属あるいはこれらを有する合金からなる金属めっきが施されているものである。

前記フラックス３は、可溶合金１の表面に塗布されているもので、このフラックス３は周囲温度が上昇した時溶融し、可溶合金１の表面の酸化膜を除去する作用を有するものである。また、このフラックス３は、可溶合金１の両端部に端子２を形成した後、可溶合金１の表面に塗布される。さらに、このフラックス３は、フラックス３の融点以上で、かつ可溶合金１の融点以下の温度で加熱処理されるもので、この場合、フラックス３の融点以上の温度で加熱処理するようにしているため、フラックス３は溶融することになり、これにより、フラックス３が可溶合金１の表面の酸化膜をあらかじめ除去する作用をなすものである。また、このフラックス３は可溶合金１の融点以下の温度で加熱処理するようにしているため、可溶合金１が生産工程中で溶断不良を起こすということは防止できるものである。

そしてまた、このフラックス３は、ロジンにステアリン酸アミドなどからなるワックス成分、および活性剤を添加した樹脂により構成されているが、このフラックス３は前記可溶合金１が溶融した時に、可溶合金１の表面の酸化膜を除去し、そしてフラックス３中のロジンの作用により可溶合金１の表面張力を促進させ、速やかに可溶合金１の分断を行うように作用するものである。

また、このフラックス３の融点は、ワックス成分の添加量により、５０〜１２０℃程度の間で調整することができる。このフラックス３は溶融状態でないと可溶合金１の表面張力を促進させる作用を発揮することができないため、ワックス成分の添加量により、フラックス３の融点を、可溶合金１の融点より低くなるように設定する。なお、フラックス３の融点は示差走査熱量計（ＤＳＣ）での測定において、その測定結果のピークとして測定される。

前記活性剤としては活性力の高い有機ハロゲン化合物が用いられるが、これはロジンの活性力を促進させるために０．１〜３重量％程度添加される。この活性剤により、例えば、１分あたり１℃で上昇する条件でアキシャル形温度ヒューズを溶断させると、溶断温度が１〜２℃程度低下し、速断性に優れたアキシャル形温度ヒューズを提供することができる。なお、フラックス３が溶融状態のときは、活性剤は可溶合金１の中の金属と反応し、徐々にその量が減少する。

したがって、前記フラックス３の融点を９０℃以上にすれば、例えば、アキシャル形温度ヒューズがトランス、照明器具、モーターなどで７０〜８０℃程度で長時間使用された場合においても、フラックス３中の活性剤の減少はほとんど無く、速断性に優れたアキシャル形温度ヒューズを提供することができる。

前記絶縁体４は、両端に開口部を有する筒状の絶縁ケースにより構成されるもので、この絶縁ケースは、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、フェノール樹脂、セラミック、ガラス等のいずれかにより構成されている。また、この絶縁体４を熱伝導が良好である酸化アルミニウムを８５重量％以上含むセラミックで構成すれば、周囲の温度上昇に迅速に対応できる熱応答性の良好な温度ヒューズを提供することができる。

また、この絶縁体４の両端開口部は封口体５で封口されるもので、この封口体５はエポキシ、シリコン等の硬化性樹脂により構成されている。そしてこの絶縁体４、封口体５により、前記可溶合金１、フラックス３は密閉されるものである。

次に、本発明の一実施の形態における温度ヒューズの製造方法について説明する。

図１、図２において、まず、一対の端子２間に可溶合金１を溶接によって接続する。

次に、可溶合金１の表面にフラックス３を塗布し、その後、この状態でフラックス３を、フラックス３の融点以上の温度でバッチなどにより加熱処理する。このとき、可溶合金１もフラックス３とほぼ同じ温度になるため、可溶合金１の融点以下の温度で加熱処理する必要がある。

最後に、筒状の絶縁ケースからなる絶縁体４で可溶合金１を覆うとともに、絶縁体４の両端開口部を封口体５で封口する。

上記した本発明の一実施の形態においては、可溶合金１の表面に塗布されたフラックス３を、フラックス３の融点以上で、かつ前記可溶合金１の融点以下の温度で加熱処理するようにしているため、この加熱処理によりフラックス３が可溶合金１の表面の酸化膜を、実際に温度ヒューズが動作する前にあらかじめ除去することになり、これにより、可溶合金１が空気にさらされている時間が長くても、速断性に優れかつ動作温度のばらつきを低減できる温度ヒューズが得られるという効果が得られるものである。

（表１）は、従来の温度ヒューズの動作温度と、本発明の一実施の形態における温度ヒューズの動作温度を比較した表である。可溶合金１としては、その組成比がＺｎ２重量％、Ｉｎ５０重量％、Ｂｉ９重量％、残部がＳｎで、固相温度が７０℃のものを用いた。なお、本発明の一実施の形態における温度ヒューズの加熱処理温度は８５℃とした。

（表１）から明らかなように、従来の温度ヒューズより本発明の一実施の形態における温度ヒューズの方が動作温度のばらつきが小さいことがわかる。

なお、上記本発明の一実施の形態における温度ヒューズにおいては、端子２として線状に構成されたリード線を用い、そして絶縁体４として両端に開口部を有する筒状の絶縁ケースを用いたが、図３、図４に示すように、端子２として板状の金属板を用い、そして絶縁体４として２枚の絶縁フィルムを用いて温度ヒューズを構成してもよいものである。この温度ヒューズにおいては、フラックス３が塗布された可溶合金１を２枚の絶縁フィルムからなる絶縁体４，４で挟み込むようにする。なお、図３に示す温度ヒューズは、２枚の絶縁フィルムの間から端子２を導出しているが、図４に示す温度ヒューズは、下方の絶縁フィルムの下面に端子２を配置するとともに、下方の絶縁フィルムに貫通孔を形成してこの貫通孔に端子２の一部を挿入するようにしている。

本発明に係る温度ヒューズおよびその製造方法は、速断性に優れかつ動作温度のばらつきを低減できるという効果を有し、過昇温による機器の破損を防止するために使用される温度ヒューズ等として有用となるものである。

本発明の一実施の形態における温度ヒューズの斜視図同温度ヒューズの一部切欠斜視図同温度ヒューズの他の例を示す断面図同温度ヒューズの他の例を示す断面図

符号の説明

１可溶合金
２端子
３フラックス
４絶縁体

Claims

可溶合金と、この可溶合金の両端部に設けられた端子と、前記可溶合金の表面に塗布されたフラックスと、前記可溶合金を覆うように設けられた絶縁体とを備え、前記フラックスを、フラックスの融点以上で、かつ前記可溶合金の融点以下の温度で加熱処理するようにした温度ヒューズ。
可溶合金を非共晶の合金で構成し、かつ加熱処理の温度を前記可溶合金の固相線以上の温度とした請求項１記載の温度ヒューズ。
可溶合金をＳｎ、Ｉｎ、Ｂｉを含む合金で構成した請求項２記載の温度ヒューズ。
可溶合金をＳｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｚｎを含む合金で構成した請求項２記載の温度ヒューズ。
可溶合金の両端部に端子を形成する工程と、前記可溶合金の表面にフラックスを塗布する工程と、前記可溶合金を覆うように絶縁体を形成する工程とを備え、前記フラックスを、フラックスの融点以上で、かつ前記可溶合金の融点以下の温度で加熱処理するようにした温度ヒューズの製造方法。