JP2009093868A

JP2009093868A - アキシャル型温度ヒューズ

Info

Publication number: JP2009093868A
Application number: JP2007261877A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Uemura; 充明植村
Original assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Current assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2009-04-30

Abstract

【課題】筒状ケースタイプのアキシャル型温度ヒューズにおいて、可溶合金エレメント２に鉛フリー合金を使用しても、可溶合金エレメント２とリード線１との優れた機械的強度を確保できるようにする。
【解決手段】可溶合金エレメント２の各端部が各リード線１，１の先端々面の凹部１０，１０に収容されてその間が接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明はアキシャル型の筒状ケース温度ヒューズに関するものである。

合金型温度ヒューズは、低融点可溶合金片をヒューズエレメントとしており、被保護機器に熱的に接触して取付けられ、機器の過電流に基づく異常発熱で低融点可溶合金片が溶融され、溶融合金の表面張力に基づく球状化で分断されて機器への給電が遮断される。従って、機器の火災等の事故の発生を未然に防止できる。
この合金型温度ヒューズとして、一対のリード線の先端間に可溶合金エレメントを接合し、その可溶合金エレメントにフラックスを塗布し、このフラックス塗布可溶合金エレメント上に筒状ケースを挿通し、該ケースの各端開口と各リード線との間を封止したアキシャル型の筒状ケース温度ヒューズが多用されている。
その作動機構は、被保護機器の異常発熱で可溶合金エレメントが溶融され、その溶融合金が溶融フラックスの活性化によるバックアップのもとで表面張力によりリード線に濡れ拡がって球状化分断され、通電が遮断されて被保護機器の通電発熱が停止され、被保護機器の冷却に伴い分断合金が凝固されることにあり、この分断により機器への給電が遮断され機器の燃焼等を未然に防止している。

旧来、合金型温度ヒューズのヒューズエレメントには、Ｐｂを主成分とする合金が使用されている。しかしながら、鉛部品乃至鉛合金部品の廃棄による環境汚染が地球規模で問題視され、近来、はんだを含む多くの分野で鉛フリー化が企画され、温度ヒューズの分野においても、可溶合金エレメントの鉛フリー化が進められている。
しかしながら、はんだ付けには、リフロー法やフロー法が使用され、要求されるはんだ融点が２４０℃〜２７０℃といった高温であるのに対し、温度ヒューズの可溶合金エレメントに要求される融点は５５℃〜２３０℃である。
従って、温度ヒューズの可溶合金エレメントの組成には、Ｂｉ及びＩｎを含み残部がＳｎであるＢｉ−Ｉｎ−Ｓｎの三元合金（例えば特許文献１、２）、Ｂｉを含み残部がＳｎであるＢｉ−Ｓｎの二元合金（例えば特許文献３）、Ｉｎを含み残部がＳｎであるＩｎ−Ｓｎの二元合金（例えば特許文献４）、これらに少量のＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ等を添加してその温度特性を充分に保持させつつ導電性や機械的強度を向上させるもの等が提案されている。

特開２００１−２６６７２３号公報特開２００３−３４８３１号公報特開２００２−２５４０５号公報特開２００２−２５４０２号公報

しかしながら、これらの合金では銅との接合強度が低く、これらの合金を可溶合金エレメントとするヒューズでは、可溶合金エレメントとリード線との突合せ接合界面が取扱中の振動や使用中ヒートサイクルに基づく熱応力等で剥離し易い。

本発明の目的は、筒状ケースタイプのアキシャル型温度ヒューズにおいて、可溶合金エレメントに鉛フリー合金を使用しても、可溶合金エレメントとリード線との優れた機械的強度を確保できるようにすることにある。

請求項１に係るアキシャル型温度ヒューズは、一対のリード線の先端間に可溶合金エレメントを接合し、その可溶合金エレメントにフラックスを塗布し、このフラックス塗布可溶合金エレメント上に筒状ケースを挿通し、該ケースの各端開口と各リード線との間を封止した温度ヒューズにおいて、可溶合金エレメントの各端部が各リード線の先端々面の凹部に収容されてその間が接合されていることを特徴とする。
請求項２に係るアキシャル型温度ヒューズは、請求項１のアキシャル型温度ヒューズにおいて、可溶合金エレメントの先端がリード線の先端々面の凹部底面に達していることを特徴とする。
請求項３に係るアキシャル型温度ヒューズは、請求項１のアキシャル型温度ヒューズにおいて、可溶合金エレメントの先端がリード線先端々面の凹部底面から離隔されていることを特徴とする。
請求項４に係るアキシャル型温度ヒューズは、請求項１または２のアキシャル型温度ヒューズにおいて、リード線の外径が筒状ケース内径にほぼ等しくされていることを特徴とする。
請求項５に係るアキシャル型温度ヒューズは、請求項１〜３何れかのアキシャル型温度ヒューズにおいて、リード線先端に径大部が設けられ、該径大部の先端々面に凹部が設けられていることを特徴とする。
請求項６に係るアキシャル型温度ヒューズは、請求項１〜３何れかのアキシャル型温度ヒューズにおいて、リード線先端から所定の距離を隔てたリード線外面箇所に径大部が設けられ、リード線の先端々面に凹部が設けられ、筒状ケース内径が径大部外径にほぼ等しくされていることを特徴とする。
請求項７に係るアキシャル型温度ヒューズは、請求項１〜６何れかのアキシャル型温度ヒューズにおいて、凹部内面とリード線先端部との接合が圧接または融着乃至は溶接されていることを特徴とする。
請求項８に係るアキシャル型温度ヒューズは、請求項１〜７何れかのアキシャル型温度ヒューズにおいて、可溶合金エレメントが鉛フリー合金であることを特徴とする。

リード線の先端々面の凹部に可溶合金エレメントの端部が収容さられているから、図６に示すように、可溶合金エレメントとリード線との接合部に加わる剪断力Ｓに対し、接合界面に作用する応力が垂直応力ｆとなり、接合界面をすべらせるような剪断応力が発生しない。
また、リード線と可溶合金エレメントとの接合面積が、従来の突合せ接合に較べて広くできる。
従って、リード線と可溶合金エレメントとの接合強度を増強でき、その接合部の機械的安定性を向上できる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図１の（イ）は本発明に係るアキシャル型温度ヒューズの一実施例を示す縦断面図、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図１において、１，１はリード線であり、通常銅リード線が使用され、先端々面に凹部１０が形成されている。２は可溶合金エレメントであり、両端部がリード線先端々面の凹部１０に受容され、両者の接触界面が圧接または溶着若しくは溶接されている。溶着若しくは溶接とは、接触界面が合金層の形成により結合されていることをいい、可溶合金エレメント端部をリード線の凹部に挿入したのち、その挿入部を含むリード線部分に加熱鏝を当接するか超音波振動を加え接触界面の可溶合金のみを溶融させ、銅リード線側は加熱するだけである。３は可溶合金エレメント上に塗布したフラックスである。
４は筒状ケース、例えばセラミックス筒体であり、フラックス塗布可溶合金エレメント上に挿通され、筒状ケース４の各端開口と各リード線１との間が封止材５、例えばエポキシ樹脂（シリカ等のフィラー入り）で封止されている。

図２に示すように、筒状ケース４の内径とリード線１の外径とを実質的に等しくすれば、筒状ケース４と可溶合金エレメント２との同心配置の確保に有利である。

前記リード線の先端々面の凹部は、型成形により形成でき、例えば、図３に示すように、リード線先端部を枠型（２つ割り）５１で把持し、先端にピン部１００を突設した中子５２を枠型５１内に圧入することにより形成できる。

前記の実施例では、リード線の先端々面の凹部底面と可溶合金エレメント先端との間にギャップを置き、可溶合金エレメントの多少の長さ誤差を吸収可能としている。

リード線先端々面の凹部内径を可溶合金エレメントの外径よりも多少大きくすることもできる。この場合、リード線の先端々面の凹部とリード線先端部側面との間に隙間を残存させたままとすると、リード線の先端々面の凹部とリード線先端部側面との間接合面積が隙間なしのときに較べ小さくなるので、凹部底面と可溶合金エレメント先端との間を接合して接合面積を増すことが望ましい。前記隙間には、フラックスが充填される。

前記したリード線の先端々面の凹部形成においては、図４に示すように、リード線１の先端部を膨出して径大化し、この膨出部１１の先端々面に凹部１０を形成することもできる。この場合、図４に示すように、筒状ケース４の内径を膨出部１１の外径に実質的に等しくすることが好ましい。

図５に示すように、リード線先端から所定の距離を隔てた箇所を膨出し、膨出部１１よりも手前の範囲内でリード線先端々面に凹部１０を形成し、筒状ケース４の内径を膨出部１１の外径に実質的に等しくすることもできる。

前記可溶合金エレメントの外径は通常３００μｍ〜５０００μｍとされ、リード線の外径は通常３００μｍ〜６０００μｍとされる。
可溶合金エレメントには鉛フリーで融点が５５℃〜２３０℃のものから、温度ヒューズの作動温度に応じて選択される。

例えば、[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（２７）２％＜Ｚｎ＜１５％，７０％≦Ｓｎ≦９５％，残Ｂｉ及びその合金１００重量部にＡｕ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加した合金の組成
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。

これらの合金組成では、従来の鉛含有組成の可溶合金エレメントの鉛に代え、Ｉｎ、Ｂｉが使用されており、銅リード線との接合強度が低いが、本発明に係るアキシャル型温度ヒューズにおいては、リード線先端々面の凹部への可溶合金エレメント先端部の収容接合で可溶合金エレメントとリード線との接合を行っているので、可溶合金エレメントとリード線とを突合せ接合している従来例に較べ接合面積を広くでき、図に示すように、剪断力Ｓ若しくは曲げモーメントが作用しても接合界面での剪断すべり応力の発生を回避でき接合界面の剪断剥離を排除できるので、可溶合金エレメントとリード線との接合箇所の機械的安定性をよく保障でき、機械的に安定なアキシャル型温度ヒューズを提供できる。

図１の（イ）は本発明に係るアキシャル型温度ヒューズの一実施例を示す縦断面図、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図である。本発明の別実施例を示す図面である。本発明で使用するリード線先端端面の凹部形成治具を示す図面である。本発明の上記とは別の実施例を示す図面である。本発明の上記とは別の実施例の要部を示す図面である。本発明に係るアキシャル型温度ヒューズにおける、可溶合金エレメントとリード線との接合部での剪断外力／応力との状態を示す図面である。

符号の説明

１リード線
１０凹部
２可溶合金エレメント
３フラックス
４筒状ケース
５封止材

Claims

一対のリード線の先端間に可溶合金エレメントを接合し、その可溶合金エレメントにフラックスを塗布し、このフラックス塗布可溶合金エレメント上に筒状ケースを挿通し、該ケースの各端開口と各リード線との間を封止した温度ヒューズにおいて、可溶合金エレメントの各端部が各リード線の先端々面の凹部に収容されてその間が接合されていることを特徴とするアキシャル型温度ヒューズ。
可溶合金エレメントの先端がリード線の先端々面の凹部底面に達していることを特徴とする請求項１記載のアキシャル型温度ヒューズ。
可溶合金エレメントの先端がリード線先端々面の凹部底面から離隔されていることを特徴とする請求項１記載のアキシャル型温度ヒューズ。
リード線の外径が筒状ケース内径にほぼ等しくされていることを特徴とする請求項１または２記載のアキシャル型温度ヒューズ。
リード線先端に径大部が設けられ、該径大部の先端々面に凹部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３何れか記載のアキシャル型温度ヒューズ。
リード線先端から所定の距離を隔てたリード線外面箇所に径大部が設けられ、リード線の先端々面に凹部が設けられ、筒状ケース内径が径大部外径にほぼ等しくされていることを特徴とする請求項１〜３何れか記載のアキシャル型温度ヒューズ。
凹部内面とリード線先端部との接合が圧接または融着乃至は溶接されていることを特徴とする請求項１〜６何れか記載のアキシャル型温度ヒューズ。
可溶合金エレメントが鉛フリー合金であることを特徴とする請求項１〜７何れか記載のアキシャル型温度ヒューズ。