JP3771512B2

JP3771512B2 - Soluble alloy for thermal fuse and wire for thermal fuse and thermal fuse

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Publication number: JP3771512B2
Application number: JP2002101448A
Authority: JP
Inventors: 四朗原; 正洋杉浦; 敏弘久保田; 伸一加藤; 憲幸勝本
Original assignee: ソルダーコート株式会社; 安全電具株式会社
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2022-04-03
Also published as: JP2003293057A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は過度の温度上昇による電気機器の熱破損を防止する温度ヒューズ、およびこの温度ヒューズの温度ヒューズ素子を形成する温度ヒューズ用線材、およびこの温度ヒューズ用線材を形成する温度ヒューズ用可溶性合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テレビやビデオあるいはトランスや二次電池といった電気機器は、例えば電気回路の短絡などにより内部温度が上昇すると、過熱により破損してしまうおそれがある。過熱による破損を抑制するため、電気機器には温度ヒューズが組み込まれる場合がある。温度ヒューズは、可溶性合金からなる温度ヒューズ素子を備えている。電気機器の周囲温度が温度ヒューズの動作温度に到達すると、可溶性合金が溶融し、温度ヒューズ素子が溶断する。温度ヒューズは、この溶断により導通を遮断し電気機器の温度上昇を抑制する。
【０００３】
このように、可溶性合金の溶融温度は、温度ヒューズの動作温度を左右する重要な因子である。ここで温度ヒューズの動作温度は、ほぼ６０℃から１４０℃に亘る温度域に含まれるいずれかの温度に設定される場合が多い。このため可溶性合金は、この温度域に含まれるいずれかの所望温度において、迅速に溶融することが要求される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来においては、上記要求を満たす可溶性合金は、いずれも鉛を含有するものであった。近年、廃棄された電気機器の温度ヒューズから自然環境中に鉛が溶出することが問題となっている。このため、鉛の代替材料の検討が業界において重要な課題の一つとなっている。
【０００５】
本発明の温度ヒューズ用可溶性合金および温度ヒューズ用線材および温度ヒューズは、上記知見に基づいてなされたものである。したがって、本発明は、鉛を含有せず、かつ６０℃から１４０℃に亘る温度域に含まれるいずれかの所望温度において、迅速に溶融する温度ヒューズ用可溶性合金（以下、適宜「可溶性合金」と略称する。）、およびこの可溶性合金からなる温度ヒューズ用線材（以下、適宜「線材」と略称する。）、およびこの線材からなる温度ヒューズ素子を有する温度ヒューズを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の温度ヒューズ用可溶性合金は、５０質量％以上６０質量％以下のビスマスと０．５質量％以上１０質量％以下のインジウムと０．１質量％以上５質量％以下の銅とを含み、残部がスズと不可避不純物とからなることを特徴とする。また、本発明の温度ヒューズ用可溶性合金は、５０質量％以上６０質量％以下のビスマスと３０質量％以上３３．９質量％以下のインジウムと０．１質量％以上５質量％以下の銅とを含み、残部がスズと不可避不純物とからなることを特徴とする。
【０００７】
本発明の温度ヒューズ用可溶性合金は、実質的にビスマス（Ｂｉ）とインジウム（Ｉｎ）と銅（Ｃｕ）とスズ（Ｓｎ）とから形成されている。すなわち本発明の温度ヒューズ用可溶性合金は鉛を含有しない。したがって、この可溶性合金を用いた温度ヒューズが廃棄されても、自然環境に与える影響は極めて小さい。
【０００８】
また、本発明の温度ヒューズ用可溶性合金は、Ｂｉを５０質量％以上６０質量％以下、Ｉｎを０．５質量％以上１０質量％以下、Ｃｕを０．１質量％以上５質量％以下含んでいる。また残部は実質的にＳｎからなる。このような組成範囲を有する本発明の温度ヒューズ用可溶性合金は、従来の鉛を含有する可溶性合金と同様に、１２５℃から１４０℃に亘る温度域における所望の温度で迅速に溶融することができる。また、本発明の温度ヒューズ用可溶性合金は、Ｂｉを５０質量％以上６０質量％以下、Ｉｎを３０質量％以上３３．９質量％以下、Ｃｕを０．１質量％以上５質量％以下含んでいる。また残部は実質的にＳｎからなる。このような組成範囲を有する本発明の温度ヒューズ用可溶性合金は、従来の鉛を含有する可溶性合金と同様に、６０℃から７０℃に亘る温度域における所望の温度で迅速に溶融することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の温度ヒューズ用可溶性合金および温度ヒューズ用線材および温度ヒューズの実施の形態について説明する。
【００１０】
〈温度ヒューズ用可溶性合金〉
第一に、本発明の温度ヒューズ用可溶性合金について説明する。本発明の可溶性合金は、不可避不純物を除外すれば、ＢｉとＩｎとＣｕとＳｎとから構成されている。
【００１１】
（１）まず、可溶性合金をＢｉとＩｎとＣｕとＳｎとから構成した理由について説明する。Ｂｉを構成元素としたのは以下の理由による。すなわち、Ｂｉは、他の金属と比較して、可溶性合金の溶融温度を低下させる効果が著しく大きい。このため、Ｂｉを構成元素とする可溶性合金は、６０℃から１４０℃という比較的低い温度域において、所望の溶融温度を容易に確保することができる。またＢｉは硬度が高い。このため、Ｂｉの含有割合を大きくすることによって、可溶性合金の硬度を上げることができる。また、Ｉｎを構成元素としたのは以下の理由による。すなわち、ＩｎもＢｉ同様に、可溶性合金の溶融温度を低下させる効果が大きい。このため、Ｉｎを構成元素とする可溶性合金は、６０℃から１４０℃に亘る温度域において、所望の溶融温度を容易に確保することができる。またＩｎは、Ｂｉとは対称的に硬度が低い。このため、Ｉｎの含有割合を大きくすることによって、可溶性合金の硬度を下げることができる。また、Ｃｕを構成元素としたのは以下の理由による。すなわち、Ｃｕも、Ｉｎ同様に硬度が低い。このため、Ｃｕの含有割合を大きくすることによって、可溶性合金の硬度を下げることができる。またＣｕは電気抵抗が小さい。このため、Ｃｕの含有割合を大きくすることによって、可溶性合金の電気抵抗を小さくすることができる。そして、導通時に温度ヒューズに発生するジュール熱を小さくし、温度ヒューズの精度を上げることができる。また、Ｓｎを構成元素とした理由は、Ｓｎを含有させると可溶性合金の濡れ性が向上し、温度ヒューズ素子をリード線に接合する際の接合性が向上するからである。
【００１２】
（２）次に、本発明の可溶性合金の組成範囲を、上記範囲に決定した理由について説明する。
【００１３】
まず、Ｂｉの含有割合を５０質量％以上６０質量％以下とし、Ｉｎの含有割合を０．１質量％以上４５質量％以下とし、Ｃｕの含有割合を０．１質量％以上５質量％以下とし、残部を実質的にＳｎとした理由について説明する。
【００１４】
Ｂｉの含有割合を５０質量％以上としたのは、５０質量％未満だと可溶性合金の溶融温度が１４０℃を超えるおそれがあるからである。また５０質量％未満だと硬度が高いというＢｉの性質が可溶性合金全体に充分に発現せず、可溶性合金が軟化するからである。そして、例えば可溶性合金を線材に加工する際に、形状保持が困難になるからである。一方、Ｂｉの含有割合を６０質量％以下としたのは、６０質量％を超えると可溶性合金の溶融温度が６０℃未満となるおそれがあるからである。また６０質量％を超えると、脆いというＢｉの性質が可溶性合金に過度に発現し、可溶性合金が脆化するからである。
【００１５】
また、Ｉｎの含有割合を０．１質量％以上としたのは、０．１質量％未満だと可溶性合金の溶融温度が１４０℃を超えるおそれがあるからである。また０．１質量％未満だと硬度が低く柔らかいというＩｎの性質が可溶性合金全体に充分に発現せず、可溶性合金が脆化するからである。そして例えば、可溶性合金を線材加工する際、断線しやすくなるからである。一方、Ｉｎの含有割合を４５質量％以下としたのは、４５質量％を超えると可溶性合金の溶融温度が６０℃未満となるおそれがあるからである。また４５質量％を超えると柔らかいというＩｎの性質が可溶性合金に過度に発現し、可溶性合金が軟化するからである。
【００１６】
また、Ｃｕの含有割合を０．１質量％以上としたのは、０．１質量％未満だと電気抵抗が小さいというＣｕの性質が可溶性合金に充分発現せず、可溶性合金の電気抵抗が大きくなるからである。また０．１質量％未満だと硬度が低く柔らかいというＣｕの性質が可溶性合金全体に充分に発現せず、可溶性合金が脆化するからである。一方、Ｃｕの含有割合を５質量％以下としたのは、５質量％を超えると柔らかいというＣｕの性質が可溶性合金に過度に発現し、可溶性合金が軟化するからである。
【００１７】
なお、残部をＳｎとしたのは、上述したように、Ｓｎにより可溶性合金の濡れ性が向上するからである。
【００１８】
（３）好ましくは、ＢｉおよびＣｕの含有割合を変えずに、Ｉｎの含有割合を０．５質量％以上１０質量％以下とする方がよい。すなわち、５０質量％以上６０質量％以下のＢｉと０．５質量％以上１０質量％以下のＩｎと０．１質量％以上５質量％以下のＣｕとを含み、残部がＳｎと不可避不純物とからなるように各構成元素の含有割合を調整するのが好ましい。このように各構成元素の含有割合を調整すると、１２５℃から１４０℃程度の温度域、すなわち高温域において迅速に溶融する可溶性合金を容易に得ることができる。
【００１９】
また、好ましくは、ＢｉおよびＣｕの含有割合を変えずに、Ｉｎの含有割合を３０質量％以上３３．９質量％以下とする方がよい。すなわち、５０質量％以上６０質量％以下のＢｉと３０質量％以上３３．９質量％以下のＩｎと０．１質量％以上５質量％以下のＣｕとを含み、残部がＳｎと不可避不純物とからなるように各構成元素の含有割合を調整するのが好ましい。このように各構成元素の含有割合を調整すると、６０℃から７０℃程度の温度域、すなわち低温域において迅速に溶融する可溶性合金を容易に得ることができる。
【００２０】
近年、特に、１２５℃から１４０℃の高温域および６０℃から７０℃の低温域に動作温度が設定されている温度ヒューズのニーズが増加している。従来は可溶性合金の構成元素の種類を変えることにより、高温域用の線材、低温域用の線材を作り分けていた。したがって、製造ラインが単一の場合、線材の使用温度域に応じて、構成元素の種類を変える必要があった。しかしながら線材の使用温度域に応じて構成元素の種類を逐一変えるのは煩雑である。この煩雑さを回避するためには、製造ラインを複数設ければよい。しかしながら、製造ラインを複数設けると設備コストが高くなる。したがって、高温域用の線材と低温域用の線材とを、同じ構成元素からなる可溶性合金により作製できることが望ましい。この点、本発明によると、高温域用の可溶性合金および低温域用の可溶性合金を、ＢｉとＩｎとＣｕとＳｎという同じ構成元素から調製することができる。しかも、高温域用の可溶性合金および低温域用の可溶性合金の、ＢｉおよびＣｕの含有割合は同一である。すなわちＩｎおよびＳｎの含有割合を変えることにより、高温域用の可溶性合金と低温域用の可溶性合金とを調製することができる。したがって本発明の可溶性合金によると、高温域用の線材と低温域用の線材とを、単一の製造ラインで簡単に作り分けることができる。
【００２１】
（４）以上、本発明の温度ヒューズ用可溶性合金について説明した。本発明の温度ヒューズ用可溶性合金によると、上記いずれかの組成範囲内において、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｓｎの含有割合を調整することにより、可溶性合金の溶融温度を自在にコントロールすることができる。そして６０℃以上７０℃以下、１２５℃以上１４０℃以下の任意の動作温度を有する温度ヒューズ用線材および温度ヒューズを提供することができる。
【００２２】
〈温度ヒューズ用線材〉
第二に、本発明の温度ヒューズ用線材について説明する。本発明の温度ヒューズ用線材は、上記組成範囲を有する温度ヒューズ用可溶性合金により形成されている。本発明の線材は、従来から線材の製造に用いられてきた種々の方法により製造することができる。線材の製造方法の一例として、線引き法について説明する。
【００２３】
（１）線引き法は、線材を形成する可溶性合金の原料を溶融炉に配合する原料配合工程と、配合した原料を溶融させ可溶性合金を調製し型に流し込みビレットを作るビレット作製工程と、ビレットから粗線材を作製する粗線材作製工程と、粗線材を細線化し線材を作製する細線化工程とを有する。
【００２４】
まず、原料配合工程では、線材の原料であるＢｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｓｎの地金を所望の組成となるように秤量、配合し溶融炉に投入する。次に、ビレット作製工程では、配合原料を４２０℃〜４５０℃の温度下で溶融させＢｉ−Ｉｎ−Ｃｕ−Ｓｎ合金を調製する。そしてこの溶融状態の調製合金を型に流し込み、柱状のビレットを作製する。次に、粗線材作製工程では、型からビレットを取り出し、押出し成形機により押し出し成形することで線径の大きい粗線材を作製する。最後に、細線化工程では、この粗線材を引抜き成形機にかけ、成形機の型に設けられたダイス隙間から引き抜くことにより粗線材の線径の小径化、つまり細線化を行う。この細線化は、具体的には粗線材を直列に並んだ複数のダイス隙間に通すことにより行う。ダイス隙間は下流側ほど小径に設定されている。このため、粗線材は複数のダイス隙間を通る間に徐々に細線化される。したがって、粗線材を通過させるダイス隙間の数を増減することで、線材の線径を調整することができる。
【００２５】
（２）線引き法では、押し出し成形工程の後に、引抜き成形を行う細線化工程が設定されている。この引き抜き法のように、引抜き成形を行う工程を持つ製造方法の利点は、他の製造方法、例えば押し出し成形工程のみを有する製造方法と比較して、より線径の細い線材を作製できる点である。ここで、可溶性合金、すなわち粗線材中のＢｉ含有割合が高く、かつＩｎおよびＣｕの含有割合が低いと、引抜き成形を行う工程において、脆性により粗線材が断線するおそれがある。この点、本発明の温度ヒューズ用線材は、ＢｉとＩｎとＣｕの含有割合が適切であり、適度の延性を有する。このため、本発明の温度ヒューズ用線材は断線のおそれが小さく、引抜き成形を行う工程を有する製造方法により作製することができる。したがって、本発明の温度ヒューズ用線材は、線径の細線化が容易である。
【００２６】
また本発明の線材は収納性にも優れている。線材の収納方法の一つに、線材をボビンに巻回して収納する方法がある。図１に本発明の温度ヒューズ用線材が巻回されたボビンの部分断面図を示す。図に示すように、ボビン２は、第一円板２２と第二円板２３とからなる。第一円板２２は、樹脂製であって中央部に小径ボス２２０を持つ鍋蓋状を呈している。第二円板２３は、樹脂製であって中央部に大径ボス２３０を持つ鍋蓋状を呈している。大径ボス２３０の外周面には、周方向に１２０゜ずつ離間して、ねじ２３１が合計三本配置されている。ねじ２３１は、大径ボス２３０を径方向に貫通している。第一円板２２の小径ボス２２０は、第二円板２３の大径ボス２３０の内周側に挿入されている。そして、小径ボス２２０は、ねじ２３１により大径ボス２３０に固定されている。温度ヒューズ用線材２０は、小径ボス２２０の外周面に巻回されて収納されている。ここで、上述したように、本発明の温度ヒューズ用線材２０は適度の延性を有している。このため、ある程度張力をかけながら温度ヒューズ用線材２０を小径ボス２２０に巻回しても、温度ヒューズ用線材２０が断線するおそれが小さい。したがって、本発明の温度ヒューズ用線材２０によるとボビン２に対する巻回数を多くすることができる。このように本発明の温度ヒューズ用線材は収納性に優れている。
【００２７】
また、本発明の温度ヒューズ用線材の溶断温度は、６０℃以上７０℃以下、１２５℃以上１４０℃以下である。この温度域で溶断する線材を用いた温度ヒューズは、例えばノート型パソコンやビデオカメラなどの電気機器の二次電池に用いられる。これらの電気機器は、利用の便から小型である方が好ましい。したがって二次電池も小型である方が好ましい。ここで二次電池を小型化するためには、その部品である温度ヒューズを小型化すればよい。このため温度ヒューズに用いる線材もより細い方が好ましく、具体的には断面積が０．３ｍｍ^２以下である方が好ましい。この点、本発明の温度ヒューズ用線材は細線化が容易である。このため、特別な成形装置などを用いることなく、線材の断面積を０．３ｍｍ^２以下にすることができる。ここで断面積が小さくなると、線材の電気抵抗は大きくなりジュール熱も大きくなる。しかしながら本発明の温度ヒューズ用線材は、Ｃｕを所定含有割合だけ含んでいる。このため、線材のジュール熱が過度に大きくなるおそれが小さい。したがって、本発明の温度ヒューズ用線材を用いると、温度ヒューズの精度が高くなる。
【００２８】
なお、本発明の線材の断面形状は特に限定するものではない。すなわち断面が真円状のものは勿論、楕円状、あるいは三角形や四角形などの多角形状など従来から用いられている様々の形状とすることができる。ここで、例えば平らな四角形状、つまりテープ状の線材を作製する場合は、上記細線化工程の後に線材を径方向に圧縮し変形させる圧縮成形行程を追加すればよい。
【００２９】
〈温度ヒューズ〉
第三に、本発明の温度ヒューズについて説明する。図２に本発明の温度ヒューズを具現化した一例として筒型温度ヒューズの断面図を示す。
【００３０】
（１）まず、温度ヒューズ１の構成について説明する。温度ヒューズ１は、温度ヒューズ素子１０とリード線１３とフラックス１１とセラミックケース１２とからなる。温度ヒューズ素子１０は、長手方向両端にこぶのある棒状、すなわちダンベル状を呈している。この温度ヒューズ素子１０は本発明の温度ヒューズ用可溶性合金からなる。リード線１３は、温度ヒューズ素子１０の長手方向両端に接合されている。リード線１３は銅製である。フラックス１１は、ヒューズ素子１０の表面を覆って配置されている。フラックス１１は、松脂を主成分とし、これに活性剤やチキソ剤などを添加したものである。このフラックス１１は、活性の高い温度ヒューズ素子１０の表面に酸化膜が形成されるのを抑制する役割を有する。またフラックス１１は、温度ヒューズ素子１０が溶断したとき溶断面を包み込み、再び溶断面同士がつながるのを防止する役割を有する。セラミックケース１２は円筒状を呈しており、上記温度ヒューズ素子１０、リード線１３、フラックス１１を密閉収納して設置されている。セラミックケース１２は、これらの部材を保護する役割を有する。またセラミックケース１２は、温度ヒューズ素子１０が溶断し、可溶性合金が液化した際、この液状の可溶性合金が電気回路に漏出するのを防止する役割を有する。
【００３１】
次に、温度ヒューズ１の動作について説明する。何らかの事情により、温度ヒューズ１の周辺温度が上昇し温度ヒューズ１の動作温度に達すると、温度ヒューズ素子１０は溶断する。そして溶断した温度ヒューズ素子１０の溶断面をフラックス１１が覆う。これにより温度ヒューズ１０両端に接合されたリード線１３間の電気的導通を遮断する。
【００３２】
（２）次に、温度ヒューズ１の製造方法について説明する。温度ヒューズ１は、従来からヒューズの製造に用いられている種々の方法により製造することができる。例えば、まず上記温度ヒューズ用線材を切断し温度ヒューズ素子１０を作製する。次に、作製した温度ヒューズ素子１０の両端をレーザにより半溶融状態とし、この両端にリード線１３を接合する。それから、温度ヒューズ素子１０の表面にフラックス１１を塗布する。そして最後に、この温度ヒューズ素子１０とリード線１３とフラックス１１との接合体を、セラミックケース１２内に封入する。以上のような方法により製造することができる。
【００３３】
本発明の温度ヒューズに組み込まれる温度ヒューズ素子は、適度な延性を持っている。このため機械的衝撃などにより断線したりあるいは変形したりするおそれが小さい。また、この温度ヒューズ素子は濡れ性が高い。したがってリード線との接合性が良好で、機械的衝撃などにより温度ヒューズ素子がリード線から外れるおそれが小さい。また、この温度ヒューズ素子は電気抵抗が小さい。したがって導通時のジュール熱が小さい。このため作動温度誤差が小さく精度が高い。
【００３４】
（３）なお、本発明の温度ヒューズは、図に示す筒型ヒューズの他、例えば温度ヒューズ素子とリード線とフラックスとの接合体を、二枚の絶縁板で挟持したカード型温度ヒューズとして具現化してもよい。また、ケース型温度ヒューズ、基板型温度ヒューズなど、従来から用いられている様々のタイプの温度ヒューズとして具現化してもよい。
【００３５】
〈その他〉
以上、本発明の温度ヒューズ用可溶性合金、温度ヒューズ用線材、温度ヒューズの実施形態について説明した。しかしながら、実施形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態あるいは改良的形態で実施することもできる。
【００３６】
【実施例】
上記実施形態に基づいて、所定の組成を有する可溶性合金からなるインゴットを作製した。そしてこのインゴットから粉末サンプルと線材サンプルを採取した。これら二つのサンプルのうち、粉末サンプルにより可溶性合金の溶融温度特性を測定した。また、線材サンプルにより可溶性合金からなる線材の溶断温度特性を測定した。
【００３７】
〈サンプルの作製方法〉
（１）実施例１−１、実施例１−２
実施例１−１および実施例１−２のサンプルは、５５質量％のＢｉ、３３．９質量％のＩｎ、０．２質量％のＣｕ、１０．９質量％のＳｎという組成を有する可溶性合金からなる。これらのサンプルは以下の方法により作製した。まず、純度９９．９９％のＢｉ、純度９９．９９％のＩｎ、純度９９．９９％のＣｕ、純度９９．９９％のＳｎを所定量秤量し、溶融炉に投入した。次に、投入したＢｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｓｎを３００℃の温度下で溶融攪拌し合金の調製を行った。そして調製後の合金を型に流し込み放冷および脱型することでインゴットを作製した。
【００３８】
このようにして作製したインゴットから、質量１ｇの粉末サンプルを採取した。このサンプルを実施例１−１とした。また同様に、インゴットから断面積０．１２ｍｍ²の線材サンプルを作製した。なお線材サンプルの作製は、前述した線引き法により行った。そして、このサンプルを実施例１−２とした。なお、調整後の合金を型に流し込む際、化学分析にて合金組成の確認を行った。
【００３９】
（２）実施例２−１、実施例２−２
実施例２−１および実施例２−２のサンプルは、５６．５質量％のＢｉ、１質量％のＩｎ、１質量％のＣｕ、４１．５質量％のＳｎという組成を有する可溶性合金からなる。実施例２−１および実施例２−２のサンプルも、実施例１−１および実施例１−２のサンプルと同様の方法により作製した。
【００４０】
実施例２−１のサンプルの質量は、実施例１−１のサンプルの質量と同量とした。また、実施例２−２のサンプルの断面積は、実施例１−２のサンプルの断面積と同面積とした。なお、実施例２−１および実施例２−２のサンプルも、実施例１−１および実施例１−２のサンプルと同様に、化学分析により合金組成の確認を行った。
【００４１】
〈測定方法〉
（１）可溶性合金の溶融温度特性の測定
溶融温度特性の測定に用いたサンプルは、実施例１−１、２−１の粉末サンプルである。測定は、これらのサンプルを、加熱炉にて徐々に加熱し、熱分析計（以下、「ＴＡ」と称す。）、示差走査熱量計（以下、「ＤＳＣ」と称す。）を用いて温度特性を調べることにより行った。また加熱炉の昇温パターンは、測定前の温度を４０℃、昇温速度を毎分１０℃とした。
【００４２】
（２）線材の溶断温度特性の測定
測定に用いたサンプルは、実施例１−２、２−２の線材サンプルである。測定は、電流を流すことによりこれらのサンプルを加熱し、サンプルが完全に溶断したときの温度を測定することにより行った。なお溶断温度のばらつきを調べるため、サンプルは複数本作製した。そして測定も複数回行った。
【００４３】
〈測定結果〉
（１）可溶性合金の溶融温度特性の測定結果
実施例１−１のサンプルを昇温したときの、ＴＡによる測定結果を図３に示す。図中、測定曲線において昇温してもサンプルの温度が上昇しない部分、すなわち測定曲線の傾きが平らになっている部分は、サンプルを形成する可溶性合金が、固相から固液共存相に、または固液共存相から液相に相変化している部分である。したがって、このときの温度が固相化温度または液相化温度に相当する。図から、温度が約６０℃および６４℃のとき測定曲線の傾きが平らになっているのが判る。
【００４４】
また、ＤＳＣによる測定結果を図４に示す。図中、測定曲線は下方に突出するピークを示している。このピーク開始点は、サンプルを形成する可溶性合金が、固相から固液共存相に相変化する点に相当する。したがって、このときの温度が固相化温度に相当する。図から、温度が約６０℃のときに測定曲線にピーク開始点があることが判る。
【００４５】
これらのことから、実施例１−１のサンプルを形成する可溶性合金は、約６０℃で固相から固液共存相へ相変化することが判る。また約６４℃で固液共存相から液相へ相変化することが判る。すなわち、実施例１−１の固相化温度は約６０℃であり、また液相化温度は約６４℃であり、△Ｔは約４℃であることが判る。
【００４６】
同様に実施例２−１のサンプルを昇温したときの、ＴＡによる測定結果を図５に示す。図から、温度が約１３３℃のとき測定曲線の傾きが平らになっているのが判る。また、ＤＳＣによる測定結果を図６に示す。図から、温度が約１３３℃のときに測定曲線にピーク開始点があることが判る。すなわち、実施例２−１においては約１３３℃が固相化温度であるとともに液相化温度であり、△Ｔは約０℃であることが判る。
【００４７】
以上の測定結果から各サンプルの組成、固相化温度、液相化温度、△Ｔをまとめて表１に示す。
【００４８】
【表１】

【００４９】
実施例１−１の固相化温度は約６０℃である。また実施例１−１の液相化温度は約６４℃である。したがって実施例１−１は、６０℃から７０℃の低温域において溶融できる可溶性合金であることが判る。また実施例１−１の△Ｔは約４℃であり、極めて小さい。このため実施例１−１は迅速に溶融することができる可溶性合金であることが判る。
【００５０】
実施例２−１の固相化温度および液相化温度は、１３３℃である。したがって実施例２−１は、１２５℃から１４０℃の高温域において溶融できる可溶性合金であることが判る。また実施例２−１の△Ｔは約０℃である。このため実施例２−１は極めて迅速に溶融することができる可溶性合金であることが判る。
【００５１】
（２）線材の溶断温度特性の測定結果
実施例１−２、２−２の各サンプルに電流を流し、各サンプルが完全に溶断したときの温度を溶断温度とした。溶断温度の測定は、上述したように各サンプルにつき複数回行った。そして、各サンプルごとに溶断温度の平均値を算出した。各サンプルの組成、溶断温度をまとめて表２に示す。
【００５２】
【表２】

【００５３】
実施例１−２の溶断温度は６４℃である。したがって実施例１−２は、６０℃から７０℃の低温域において溶断できる線材であることが判る。また溶断温度のばらつきは±３℃である。したがって実施例１−２は速断性を有する線材であることが判る。
【００５４】
実施例２−２の溶断温度は１３７℃である。したがって実施例２−２は、１２５℃から１４０℃の高温域において溶断できる線材であることが判る。また溶断温度のばらつきは±２℃である。したがって実施例２−２は速断性を有する線材であることが判る。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によると、鉛を含有せず、かつ所望温度において迅速に溶融する温度ヒューズ用可溶性合金、およびこの可溶性合金からなる温度ヒューズ用線材、およびこの線材からなる温度ヒューズ素子を有する温度ヒューズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】線材が巻回されたボビンの部分断面図である。
【図２】温度ヒューズの断面図である。
【図３】実施例１−１のＴＡによる測定結果を示すグラフである。
【図４】実施例１−１のＤＳＣによる測定結果を示すグラフである。
【図５】実施例２−１のＴＡによる測定結果を示すグラフである。
【図６】実施例２−１のＤＳＣによる測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１：温度ヒューズ、１０：ヒューズ素子、１１：フラックス、１２：セラミックケース、１３：リード線、２：ボビン、２０：温度ヒューズ用線材、２２：第一円板、２２０：小径ボス、２３：第二円板、２３０：大径ボス、２３１：ねじ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal fuse that prevents thermal damage of an electrical device due to an excessive temperature rise, a thermal fuse wire that forms a thermal fuse element of the thermal fuse, and a soluble alloy for a thermal fuse that forms the thermal fuse wire. .
[0002]
[Prior art]
When an internal temperature rises due to, for example, a short circuit of an electric circuit, an electric device such as a television, a video, a transformer, or a secondary battery may be damaged due to overheating. In order to suppress damage due to overheating, a thermal fuse may be incorporated in an electric device. The thermal fuse includes a thermal fuse element made of a soluble alloy. When the ambient temperature of the electrical equipment reaches the operating temperature of the thermal fuse, the fusible alloy melts and the thermal fuse element blows. The thermal fuse cuts off conduction by this fusing and suppresses the temperature rise of the electrical equipment.
[0003]
Thus, the melting temperature of the soluble alloy is an important factor that affects the operating temperature of the thermal fuse. Here, the operating temperature of the thermal fuse is often set to any temperature included in a temperature range from approximately 60 ° C. to 140 ° C. For this reason, soluble alloys are required to melt rapidly at any desired temperature within this temperature range.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventionally, all the soluble alloys satisfying the above requirements contain lead. In recent years, there has been a problem that lead is eluted into the natural environment from a thermal fuse of a discarded electrical device. For this reason, examination of alternative materials for lead has become one of the important issues in the industry.
[0005]
The fusible alloy for thermal fuses, the wire for thermal fuses and the thermal fuse of the present invention have been made based on the above findings. Therefore, the present invention does not contain lead and is a soluble alloy for thermal fuses (hereinafter referred to as “soluble alloy” as appropriate) that does not contain lead and rapidly melts at any desired temperature in the temperature range from 60 ° C. to 140 ° C. It is an object to provide a temperature fuse having a temperature fuse element made of the soluble material and a temperature fuse wire made of the soluble alloy (hereinafter, abbreviated as “wire material” as appropriate) and a temperature fuse element made of the wire.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-mentioned problems, the soluble alloy for thermal fuses of the present invention comprises 50% by mass or more and 60% by mass or less bismuth.0.5% By mass10It contains indium of not more than mass% and copper of not less than 0.1 mass% and not more than 5 mass%, and the balance consists of tin and inevitable impurities.Further, the soluble alloy for a thermal fuse of the present invention comprises 50% by mass to 60% by mass bismuth, 30% by mass to 33.9% by mass indium, and 0.1% by mass to 5% by mass copper. And the remainder consists of tin and inevitable impurities.
[0007]
The soluble alloy for thermal fuses of the present invention is substantially formed of bismuth (Bi), indium (In), copper (Cu), and tin (Sn). That is, the soluble alloy for thermal fuses of the present invention does not contain lead. Therefore, even if the thermal fuse using this soluble alloy is discarded, the influence on the natural environment is extremely small.
[0008]
  Moreover, the soluble alloy for thermal fuses of the present invention has Bi of 50 mass% or more and 60 mass% or less, and In.0.5% By mass10Less than 5% by mass and containing 0.1% by mass to 5% by mass of Cu. The balance is substantially made of Sn. The soluble alloy for thermal fuses of the present invention having such a composition range is similar to the conventional soluble alloy containing lead,125It can be rapidly melted at a desired temperature in a temperature range from 0C to 140C.Moreover, the soluble alloy for thermal fuses of this invention contains Bi of 50 mass% or more and 60 mass% or less, In is 30 mass% or more and 33.9 mass% or less, and Cu is 0.1 mass% or more and 5 mass% or less. Yes. The balance is substantially made of Sn. The soluble alloy for a thermal fuse of the present invention having such a composition range can be rapidly melted at a desired temperature in a temperature range from 60 ° C. to 70 ° C., similarly to a conventional lead-containing soluble alloy. .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the soluble alloy for thermal fuse, the wire for thermal fuse, and the thermal fuse of the present invention will be described.
[0010]
<Soluble alloy for thermal fuse>
First, the soluble alloy for a thermal fuse of the present invention will be described. The soluble alloy of the present invention is composed of Bi, In, Cu and Sn, excluding inevitable impurities.
[0011]
(1) First, the reason why the soluble alloy is composed of Bi, In, Cu, and Sn will be described. The reason why Bi is used as a constituent element is as follows. That is, Bi has a significantly large effect of lowering the melting temperature of the soluble alloy as compared with other metals. Therefore, a soluble alloy containing Bi as a constituent element can easily ensure a desired melting temperature in a relatively low temperature range of 60 ° C. to 140 ° C. Bi has a high hardness. For this reason, the hardness of a soluble alloy can be raised by enlarging the content rate of Bi. The reason why In is used as a constituent element is as follows. That is, In, like Bi, has a great effect of lowering the melting temperature of the soluble alloy. For this reason, a soluble alloy containing In as a constituent element can easily ensure a desired melting temperature in a temperature range from 60 ° C to 140 ° C. In is low in hardness in contrast to Bi. For this reason, the hardness of a soluble alloy can be lowered | hung by enlarging the content rate of In. The reason why Cu is used as a constituent element is as follows. That is, Cu also has a low hardness like In. For this reason, the hardness of a soluble alloy can be lowered | hung by enlarging the content rate of Cu. Cu has a low electrical resistance. For this reason, the electrical resistance of a soluble alloy can be made small by enlarging the content rate of Cu. And the Joule heat which generate | occur | produces in a thermal fuse at the time of conduction | electrical_connection can be made small, and the precision of a thermal fuse can be raised. The reason why Sn is used as a constituent element is that the inclusion of Sn improves the wettability of the soluble alloy and improves the bonding property when bonding the thermal fuse element to the lead wire.
[0012]
(2) Next, the reason why the composition range of the soluble alloy of the present invention is determined within the above range will be described.
[0013]
First, the Bi content is 50% by mass to 60% by mass, the In content is 0.1% by mass to 45% by mass, and the Cu content is 0.1% by mass to 5% by mass. The reason why the remainder is substantially Sn will be described.
[0014]
The reason why the Bi content is set to 50% by mass or more is that if it is less than 50% by mass, the melting temperature of the soluble alloy may exceed 140 ° C. Further, if it is less than 50% by mass, the property of Bi that the hardness is high is not sufficiently exhibited in the entire soluble alloy, and the soluble alloy is softened. For example, when a soluble alloy is processed into a wire, it is difficult to maintain the shape. On the other hand, the content ratio of Bi is set to 60% by mass or less because if it exceeds 60% by mass, the melting temperature of the soluble alloy may be less than 60 ° C. Further, if it exceeds 60% by mass, the Bi property of being brittle is excessively expressed in the soluble alloy, and the soluble alloy becomes brittle.
[0015]
The reason why the In content is 0.1% by mass or more is that if it is less than 0.1% by mass, the melting temperature of the soluble alloy may exceed 140 ° C. In addition, if it is less than 0.1% by mass, the property of In that the hardness is low and soft is not sufficiently exhibited in the entire soluble alloy, and the soluble alloy becomes brittle. This is because, for example, when a soluble alloy is processed into a wire, disconnection is likely to occur. On the other hand, the reason why the In content is 45% by mass or less is that if it exceeds 45% by mass, the melting temperature of the soluble alloy may be less than 60 ° C. Further, if it exceeds 45% by mass, the property of In that it is soft is excessively expressed in the soluble alloy, and the soluble alloy is softened.
[0016]
Further, the Cu content ratio is set to 0.1% by mass or more because if it is less than 0.1% by mass, the property of Cu that the electric resistance is small is not sufficiently expressed in the soluble alloy, and the electric resistance of the soluble alloy is large. Because it becomes. Further, if it is less than 0.1% by mass, the property of Cu that the hardness is low and soft is not sufficiently exhibited in the entire soluble alloy, and the soluble alloy becomes brittle. On the other hand, the reason why the content ratio of Cu is set to 5% by mass or less is that if it exceeds 5% by mass, the property of Cu being soft is excessively expressed in the soluble alloy, and the soluble alloy is softened.
[0017]
The reason why the balance is Sn is that, as described above, the wettability of the soluble alloy is improved by Sn.
[0018]
(3) Preferably, the content ratio of In is 0.5% by mass or more and 10% by mass or less without changing the content ratios of Bi and Cu. That is, it contains 50 mass% to 60 mass% Bi, 0.5 mass% to 10 mass% In, and 0.1 mass% to 5 mass% Cu, with the balance being Sn and inevitable impurities. It is preferable to adjust the content ratio of each constituent element so as to be. When the content ratio of each constituent element is adjusted in this way, a soluble alloy that melts rapidly in a temperature range of about 125 ° C. to 140 ° C., that is, a high temperature range, can be easily obtained.
[0019]
  Preferably, the content ratio of In is 30% by mass or more without changing the content ratio of Bi and Cu.33.9It is better to make it less than mass%. That is, 50 mass% or more and 60 mass% or less Bi and 30 mass% or more33.9It is preferable to adjust the content ratio of each constituent element so that it contains not more than mass% In and 0.1 mass% or more and not more than 5 mass% Cu, with the balance being Sn and inevitable impurities. By adjusting the content ratio of each constituent element in this way, a soluble alloy that melts rapidly in a temperature range of about 60 ° C. to 70 ° C., that is, a low temperature range, can be easily obtained.
[0020]
In recent years, there has been an increasing need for thermal fuses whose operating temperatures are set in a high temperature range of 125 ° C. to 140 ° C. and a low temperature range of 60 ° C. to 70 ° C. Conventionally, by changing the type of constituent elements of the soluble alloy, a wire for a high temperature region and a wire for a low temperature region have been separately created. Therefore, when there is a single production line, it is necessary to change the type of constituent elements according to the operating temperature range of the wire. However, it is troublesome to change the type of constituent elements one by one according to the operating temperature range of the wire. In order to avoid this complexity, a plurality of production lines may be provided. However, when a plurality of production lines are provided, the equipment cost increases. Accordingly, it is desirable that the wire for the high temperature region and the wire for the low temperature region can be made of soluble alloys made of the same constituent elements. In this regard, according to the present invention, a soluble alloy for a high temperature region and a soluble alloy for a low temperature region can be prepared from the same constituent elements of Bi, In, Cu, and Sn. Moreover, the content ratios of Bi and Cu in the soluble alloy for the high temperature region and the soluble alloy for the low temperature region are the same. That is, by changing the content ratios of In and Sn, it is possible to prepare a soluble alloy for a high temperature region and a soluble alloy for a low temperature region. Therefore, according to the soluble alloy of the present invention, the wire for high temperature region and the wire for low temperature region can be easily made separately in a single production line.
[0021]
  (4) The soluble alloy for thermal fuses of the present invention has been described above. According to the soluble alloy for thermal fuses of the present invention, the melting temperature of the soluble alloy can be freely controlled by adjusting the content ratio of Bi, In, Cu, and Sn within any of the above composition ranges. And over 60 ℃70℃ or less125 ℃ to 140 ℃It is possible to provide a thermal fuse wire and a thermal fuse having an arbitrary operating temperature.
[0022]
<Temperature fuse wire>
Secondly, the thermal fuse wire of the present invention will be described. The wire for a thermal fuse of the present invention is formed of a soluble alloy for a thermal fuse having the above composition range. The wire rod of the present invention can be produced by various methods that have been conventionally used for the production of wire rods. A drawing method will be described as an example of a method for manufacturing a wire.
[0023]
(1) The wire drawing method includes a raw material blending step in which a raw material of a soluble alloy forming a wire is blended in a melting furnace, a billet production step in which a blended raw material is melted and a soluble alloy is prepared and poured into a mold to create a billet; It has a coarse wire preparation process for producing a coarse wire, and a thinning process for producing a wire by thinning the coarse wire.
[0024]
First, in the raw material blending step, Bi, In, Cu, and Sn bullion, which are raw materials for the wire, are weighed and blended so as to have a desired composition and put into a melting furnace. Next, in the billet manufacturing step, the blended raw material is melted at a temperature of 420 ° C. to 450 ° C. to prepare a Bi—In—Cu—Sn alloy. Then, this prepared alloy in a molten state is poured into a mold to produce a columnar billet. Next, in the coarse wire preparation process, a billet is taken out from the mold and extruded with an extrusion molding machine to produce a coarse wire having a large wire diameter. Finally, in the thinning step, this coarse wire is applied to a pultrusion machine and pulled out from a die gap provided in the mold of the molding machine, thereby reducing the diameter of the coarse wire, that is, thinning. Specifically, this thinning is performed by passing a coarse wire through a plurality of die gaps arranged in series. The die gap is set to have a smaller diameter toward the downstream side. For this reason, the coarse wire is gradually thinned while passing through a plurality of die gaps. Therefore, the wire diameter of the wire can be adjusted by increasing or decreasing the number of die gaps through which the coarse wire passes.
[0025]
(2) In the wire drawing method, a thinning process for performing pultrusion molding is set after the extrusion molding process. The advantage of the manufacturing method having a pultrusion process, such as this drawing method, is that a wire rod with a smaller wire diameter can be manufactured compared to other manufacturing methods, for example, a manufacturing method having only an extrusion molding process. is there. Here, if the Bi content in the soluble alloy, that is, the coarse wire, is high and the content ratio of In and Cu is low, the coarse wire may be broken due to brittleness in the process of drawing. In this regard, the thermal fuse wire of the present invention has an appropriate content ratio of Bi, In, and Cu, and has appropriate ductility. For this reason, the wire material for thermal fuses of the present invention is less prone to disconnection and can be produced by a production method having a pultrusion process. Therefore, the wire for the thermal fuse of the present invention can be easily reduced in wire diameter.
[0026]
Moreover, the wire of this invention is excellent also in storage property. One method for storing the wire is to wind the wire around a bobbin for storage. FIG. 1 is a partial sectional view of a bobbin around which a wire for a thermal fuse of the present invention is wound. As shown in the figure, the bobbin 2 includes a first disc 22 and a second disc 23. The first disk 22 is made of resin and has a pan lid shape with a small-diameter boss 220 at the center. The second disk 23 is made of resin and has a pan lid shape with a large-diameter boss 230 at the center. A total of three screws 231 are arranged on the outer peripheral surface of the large-diameter boss 230 at 120 ° intervals in the circumferential direction. The screw 231 passes through the large-diameter boss 230 in the radial direction. The small-diameter boss 220 of the first disc 22 is inserted on the inner peripheral side of the large-diameter boss 230 of the second disc 23. The small-diameter boss 220 is fixed to the large-diameter boss 230 with a screw 231. The thermal fuse wire 20 is wound around and stored in the outer peripheral surface of the small-diameter boss 220. Here, as described above, the thermal fuse wire 20 of the present invention has appropriate ductility. For this reason, even if the temperature fuse wire 20 is wound around the small-diameter boss 220 while applying a certain amount of tension, the temperature fuse wire 20 is less likely to break. Therefore, according to the thermal fuse wire 20 of the present invention, the number of turns on the bobbin 2 can be increased. As described above, the wire for a thermal fuse of the present invention is excellent in storage property.
[0027]
  Moreover, the fusing temperature of the wire for a thermal fuse of the present invention is 60 ° C. or higher.70℃ or less125 ℃ to 140 ℃It is. A thermal fuse using a wire material that melts in this temperature range is used for a secondary battery of an electric device such as a notebook computer or a video camera. These electric devices are preferably small in terms of convenience. Therefore, it is preferable that the secondary battery is also small. Here, in order to reduce the size of the secondary battery, it is only necessary to reduce the size of the temperature fuse that is a component thereof. For this reason, it is preferable that the wire used for the thermal fuse is also thinner. Specifically, the cross-sectional area is 0.3 mm.²The following is preferable. In this respect, the wire for a thermal fuse of the present invention can be easily thinned. For this reason, the cross-sectional area of the wire rod is 0.3 mm without using a special molding device.²It can be: Here, when the cross-sectional area is reduced, the electrical resistance of the wire is increased and the Joule heat is also increased. However, the wire for a thermal fuse of the present invention contains Cu in a predetermined content ratio. For this reason, there is little possibility that the Joule heat of a wire will become large too much. Therefore, the use of the thermal fuse wire of the present invention increases the accuracy of the thermal fuse.
[0028]
In addition, the cross-sectional shape of the wire rod of the present invention is not particularly limited. That is, various shapes conventionally used, such as an elliptical shape or a polygonal shape such as a triangle or a quadrangle, can be used as well as a circular cross section. Here, for example, in the case of producing a flat rectangular wire, that is, a tape-shaped wire, a compression molding step of compressing and deforming the wire in the radial direction may be added after the thinning step.
[0029]
<Thermal fuse>
Third, the thermal fuse of the present invention will be described. FIG. 2 shows a cross-sectional view of a cylindrical thermal fuse as an example of implementing the thermal fuse of the present invention.
[0030]
(1) First, the configuration of the thermal fuse 1 will be described. The thermal fuse 1 includes a thermal fuse element 10, a lead wire 13, a flux 11, and a ceramic case 12. The thermal fuse element 10 has a rod shape with a hump at both ends in the longitudinal direction, that is, a dumbbell shape. This thermal fuse element 10 is made of the soluble alloy for thermal fuses of the present invention. The lead wire 13 is joined to both ends of the thermal fuse element 10 in the longitudinal direction. The lead wire 13 is made of copper. The flux 11 is disposed so as to cover the surface of the fuse element 10. The flux 11 is mainly composed of pine resin, to which an activator, a thixotropic agent or the like is added. The flux 11 has a role of suppressing the formation of an oxide film on the surface of the active thermal fuse element 10. Further, the flux 11 has a role of wrapping the molten section when the thermal fuse element 10 is blown and preventing the molten sections from being connected again. The ceramic case 12 has a cylindrical shape, and is installed with the temperature fuse element 10, the lead wire 13, and the flux 11 being hermetically stored. The ceramic case 12 has a role of protecting these members. The ceramic case 12 has a role of preventing the liquid soluble alloy from leaking into the electric circuit when the temperature fuse element 10 is melted and the soluble alloy is liquefied.
[0031]
Next, the operation of the thermal fuse 1 will be described. For some reason, when the ambient temperature of the thermal fuse 1 rises and reaches the operating temperature of the thermal fuse 1, the thermal fuse element 10 is blown. The flux 11 covers the melted cross section of the fused thermal fuse element 10. As a result, electrical conduction between the lead wires 13 bonded to both ends of the thermal fuse 10 is interrupted.
[0032]
(2) Next, a method for manufacturing the thermal fuse 1 will be described. The thermal fuse 1 can be manufactured by various methods conventionally used for manufacturing a fuse. For example, first, the thermal fuse element 10 is manufactured by cutting the thermal fuse wire. Next, both ends of the produced thermal fuse element 10 are made into a semi-molten state by a laser, and the lead wire 13 is joined to both ends. Then, the flux 11 is applied to the surface of the thermal fuse element 10. Finally, the joined body of the thermal fuse element 10, the lead wire 13 and the flux 11 is sealed in the ceramic case 12. It can manufacture by the above methods.
[0033]
The thermal fuse element incorporated in the thermal fuse of the present invention has moderate ductility. For this reason, there is little risk of disconnection or deformation due to mechanical impact or the like. Moreover, this thermal fuse element has high wettability. Therefore, the bonding property with the lead wire is good, and the possibility that the thermal fuse element is detached from the lead wire due to mechanical impact or the like is small. In addition, this thermal fuse element has a small electric resistance. Therefore, Joule heat during conduction is small. For this reason, the operating temperature error is small and the accuracy is high.
[0034]
(3) The thermal fuse of the present invention is embodied as a card-type thermal fuse in which, for example, a joined body of a thermal fuse element, a lead wire and a flux is sandwiched between two insulating plates in addition to the cylindrical fuse shown in the figure. May be used. Moreover, you may implement | achieve as various types of temperature fuses conventionally used, such as a case type | mold temperature fuse and a board | substrate type | mold temperature fuse.
[0035]
<Others>
As described above, the embodiments of the soluble alloy for thermal fuse, the wire for thermal fuse, and the thermal fuse of the present invention have been described. However, the embodiment is not limited to the above embodiment. Various modifications or improvements that can be made by those skilled in the art can also be implemented.
[0036]
【Example】
Based on the said embodiment, the ingot which consists of a soluble alloy which has a predetermined composition was produced. And the powder sample and the wire sample were extract | collected from this ingot. Of these two samples, the melting temperature characteristics of the soluble alloy were measured using a powder sample. Moreover, the fusing temperature characteristic of the wire which consists of a soluble alloy was measured with the wire sample.
[0037]
<Sample preparation method>
(1) Example 1-1, Example 1-2
Samples of Example 1-1 and Example 1-2 are soluble alloys having a composition of 55 mass% Bi, 33.9 mass% In, 0.2 mass% Cu, 10.9 mass% Sn. Consists of. These samples were produced by the following method. First, Bi having a purity of 99.99%, In having a purity of 99.99%, Cu having a purity of 99.99%, and Sn having a purity of 99.99% were weighed in predetermined amounts and put into a melting furnace. Next, the charged Bi, In, Cu, and Sn were melted and stirred at a temperature of 300 ° C. to prepare an alloy. And the ingot was produced by pouring the prepared alloy into a type | mold and allowing it to cool and demold.
[0038]
A powder sample having a mass of 1 g was collected from the ingot thus produced. This sample was determined as Example 1-1. Similarly, the cross-sectional area from the ingot is 0.12 mm²A wire sample was prepared. The wire sample was produced by the drawing method described above. And this sample was made into Example 1-2. When the adjusted alloy was poured into a mold, the alloy composition was confirmed by chemical analysis.
[0039]
(2) Example 2-1 and Example 2-2
The samples of Example 2-1 and Example 2-2 consist of a soluble alloy having a composition of 56.5% Bi, 1% In, 1% Cu, 41.5% Sn. . The samples of Example 2-1 and Example 2-2 were also produced by the same method as the samples of Example 1-1 and Example 1-2.
[0040]
The mass of the sample of Example 2-1 was the same as the mass of the sample of Example 1-1. Moreover, the cross-sectional area of the sample of Example 2-2 was the same area as the cross-sectional area of the sample of Example 1-2. In addition, the sample of Example 2-1 and Example 2-2 also confirmed the alloy composition by chemical analysis similarly to the sample of Example 1-1 and Example 1-2.
[0041]
<Measuring method>
(1) Measurement of melting temperature characteristics of soluble alloys
The sample used for the measurement of melting temperature characteristics is the powder sample of Examples 1-1 and 2-1. In the measurement, these samples are gradually heated in a heating furnace, and temperature characteristics are measured using a thermal analyzer (hereinafter referred to as “TA”) and a differential scanning calorimeter (hereinafter referred to as “DSC”). It was done by examining. Moreover, the temperature rising pattern of the heating furnace was set to a temperature before measurement of 40 ° C. and a heating rate of 10 ° C. per minute.
[0042]
(2) Measurement of fusing temperature characteristics of wire
The sample used for the measurement is the wire sample of Examples 1-2 and 2-2. The measurement was performed by heating these samples by passing an electric current and measuring the temperature when the samples were completely blown out. In order to investigate the variation in fusing temperature, a plurality of samples were prepared. Measurements were also made multiple times.
[0043]
<Measurement result>
(1) Measurement results of melting temperature characteristics of soluble alloys
The measurement result by TA when the temperature of the sample of Example 1-1 was raised is shown in FIG. In the figure, the part where the temperature of the sample does not increase even if the temperature rises in the measurement curve, that is, the part where the slope of the measurement curve is flat, the soluble alloy forming the sample changes from the solid phase to the solid-liquid coexisting phase, Or it is the part which is changing from the solid-liquid coexistence phase to the liquid phase. Therefore, the temperature at this time corresponds to the solid phase temperature or the liquid phase temperature. From the figure, it can be seen that the slope of the measurement curve is flat when the temperature is about 60 ° C. and 64 ° C.
[0044]
Moreover, the measurement result by DSC is shown in FIG. In the figure, the measurement curve shows a peak protruding downward. This peak starting point corresponds to the point at which the soluble alloy forming the sample changes from a solid phase to a solid-liquid coexisting phase. Therefore, the temperature at this time corresponds to the solid phase temperature. From the figure, it can be seen that there is a peak start point in the measurement curve when the temperature is about 60 ° C.
[0045]
From these facts, it can be seen that the soluble alloy forming the sample of Example 1-1 undergoes a phase change from a solid phase to a solid-liquid coexisting phase at about 60 ° C. It can also be seen that the phase changes from a solid-liquid coexisting phase to a liquid phase at about 64 ° C. That is, it can be seen that the solid phase temperature of Example 1-1 is about 60 ° C., the liquid phase temperature is about 64 ° C., and ΔT is about 4 ° C.
[0046]
Similarly, the measurement result by TA when the temperature of the sample of Example 2-1 was raised is shown in FIG. From the figure, it can be seen that the slope of the measurement curve is flat when the temperature is about 133 ° C. Moreover, the measurement result by DSC is shown in FIG. From the figure, it can be seen that there is a peak start point in the measurement curve when the temperature is about 133 ° C. That is, in Example 2-1, about 133 ° C. is the solidus temperature and the liquidus temperature, and ΔT is about 0 ° C.
[0047]
Table 1 shows the composition, solid phase temperature, liquid phase temperature, and ΔT of each sample from the above measurement results.
[0048]
[Table 1]

[0049]
The solidification temperature of Example 1-1 is about 60 ° C. Moreover, the liquidus temperature of Example 1-1 is about 64 degreeC. Therefore, it can be seen that Example 1-1 is a soluble alloy that can be melted in a low temperature range of 60 ° C to 70 ° C. Moreover, (DELTA) T of Example 1-1 is about 4 degreeC, and is very small. For this reason, it turns out that Example 1-1 is a soluble alloy which can be rapidly melted.
[0050]
The solidus temperature and the liquidus temperature of Example 2-1 are 133 ° C. Therefore, it can be seen that Example 2-1 is a soluble alloy that can be melted at a high temperature range of 125 ° C to 140 ° C. Moreover, (DELTA) T of Example 2-1 is about 0 degreeC. For this reason, it turns out that Example 2-1 is a soluble alloy which can melt | dissolve very rapidly.
[0051]
(2) Measurement result of fusing temperature characteristics of wire
A current was passed through each sample of Examples 1-2 and 2-2, and the temperature at which each sample was completely blown was defined as the fusing temperature. The measurement of fusing temperature was performed several times for each sample as described above. And the average value of fusing temperature was computed for every sample. Table 2 summarizes the composition and fusing temperature of each sample.
[0052]
[Table 2]

[0053]
The fusing temperature of Example 1-2 is 64 ° C. Therefore, it turns out that Example 1-2 is a wire which can be melted in a low temperature range of 60 ° C to 70 ° C. The fusing temperature variation is ± 3 ° C. Therefore, it turns out that Example 1-2 is a wire which has quick-cutting property.
[0054]
The fusing temperature of Example 2-2 is 137 ° C. Therefore, it can be seen that Example 2-2 is a wire that can be melted at a high temperature range of 125 ° C to 140 ° C. The fusing temperature variation is ± 2 ° C. Therefore, it turns out that Example 2-2 is a wire which has quick-cutting property.
[0055]
【The invention's effect】
According to the present invention, a soluble alloy for a thermal fuse that does not contain lead and melts rapidly at a desired temperature, a thermal fuse wire made of the soluble alloy, and a thermal fuse having a thermal fuse element made of the wire are provided. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a bobbin around which a wire is wound.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a thermal fuse.
FIG. 3 is a graph showing the results of measurement by TA in Example 1-1.
FIG. 4 is a graph showing measurement results by DSC of Example 1-1.
FIG. 5 is a graph showing the results of measurement by TA in Example 2-1.
6 is a graph showing measurement results by DSC of Example 2-1. FIG.
[Explanation of symbols]
1: thermal fuse, 10: fuse element, 11: flux, 12: ceramic case, 13: lead wire, 2: bobbin, 20: wire for thermal fuse, 22: first disc, 220: small diameter boss, 23: first Two discs, 230: large diameter boss, 231: screw.

Claims

A temperature comprising 50% by mass to 60% by mass bismuth, 0.5 % by mass to 10 % by mass indium and 0.1% by mass to 5% by mass copper, with the balance being tin and inevitable impurities. Soluble alloy for fuses.

A temperature comprising 50% by mass or more and 60% by mass or less bismuth, 30% by mass or more and 33.9% by mass or less indium, and 0.1% by mass or more and 5% by mass or less copper, with the balance being tin and inevitable impurities. Soluble alloy for fuses.

A thermal fuse wire formed from the soluble alloy for thermal fuses according to claim 1 or 2 .

A thermal fuse having a thermal fuse element formed of the thermal fuse wire according to claim 3 .