JP6530267B2 - 温度ヒューズ用電極材料 - Google Patents
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Description
また、平常時の温度ヒューズは、回路中に微小な通電状態で保持されるため、可動電極地リードピンにおいては低抵抗かつ小型であることが求められる。
この温度ヒューズに用いる可動電極材料としては、Ag−Cu系合金に内部酸化処理を施したAg−Cu酸化物系合金が主流となりつつある(例えば特許文献1)。
さらに近時では、このAg−Cu酸化物系合金の材料価格低減や更なる薄板化も求められている。
しかしながら、温度ヒューズは可動電極とリードピンとの接触面が通電状態で保持される為、導電性に乏しいCu酸化物含有量が増加すると、接触面における接触抵抗値が増大してその発熱による温度上昇が大きくなり、電子機器や電気機器の異常高温でない時に温度ヒューズが電流遮断してしまうおそれがあった。
そこで、材料の最表層のみにAg−Cu酸化物系合金層を形成し、かつ材料中央部にCu系合金からなる基板層を有する多層クラッド構造の可動電極材料が開発された(例えば、特許文献2)。
しかし一方で、多層クラッド構造中の基板層を厚くするほど、Ag−Cu酸化物系合金層の厚みが減少する。
このため、異常高温時に大きな過電流が流れた温度ヒューズにおいて、多層クラッド構造の可動電極材料は、可動電極とリードピンとが離隔する際、電流を安定的に遮断できずに溶着する頻度が従来のAg−Cu酸化物系合金に比べて多く、温度ヒューズの安全部品としての信頼性が低下する。
そこで本発明では、これらの従来技術と比較し、導電率、耐溶着性、接触抵抗値や圧延加工性等の諸特性を維持あるいは向上させつつ、材料価格低減を両立した温度ヒューズ用材料を提供することを目的とする。
すなわち、本発明はAg−Cu酸化物系合金からなる接点層を表層に有し、かつ酸化物を含んだ基板層を材料内部に形成した多層構造を有する温度ヒューズ用可動電極材料とするものである。
特に好ましくは、Cu、Al、In、Niの群から選択された少なくとも1種の酸化物を0.1〜10質量%含むことである。
なお、30%IACS以上を満たし、かつ0.1mm以下の薄板状へ塑性加工が可能であれば、どのような種類の酸化物をどのような酸化物形態で何種類、何質量%含んでもよい。
Cu−酸化物系合金中で分散する酸化物粒径に関しては、粒径が微細なほど機械的強度は向上するが、導電率は低下する。
一方、粒径が粗大なほど導電率は向上するが、薄板状にするほど塑性加工性の無い粗大な酸化物が可動電極材料の圧延加工性を低下させて0.1mm以下の薄板状へ塑性加工困難となり、さらに機械的強度も低下する。可動電極材料は複雑形状にプレス加工等により成形される為、機械的強度が低すぎるとバリやダレを発生しやすく、所望寸法に成形することが困難となる。
これらの理由により、分散する酸化物粒子の粒径は15μm以下が好ましく、より好ましくは1〜8μmである。
すなわち、Ag−Cu酸化物系合金は、Cuを0.1〜25質量%含み、さらに必要に応じてSn、In、Ti、Fe、NiおよびCoの群から選ばれた少なくとも1種を0.01〜5質量%含み、かつ残部がAgおよび不可避不純物を含むAg−Cu系合金に内部酸化処理をすることにより得られる。
これは、温度ヒューズは通電状態のまま高温で長時間保持される為、材料表面の酸化物量が少ないとリードピンと可動電極との間で固相拡散を起こして粘着状態になりやすく、異常温度時にリードピンと可動電極を確実に離隔できない場合がある為である。なお、高い信頼性が必要とされないような規格の温度ヒューズであれば、純Agであっても良い。
本発明に係る温度ヒューズ用電極材料の製造方法としては、クラッド加工が最も好ましい。
上記クラッド加工に用いるAg−Cu酸化物系合金の板材は、Ag−Cu合金の板材に内部酸化処理を施すことで作製する。
以上、温度ヒューズの可動電極材料について詳細に説明したが、可動電極材料に求められる諸特性は、可動電極と接するリードピンやその他電極についても同様であることから、リードピンやその他の電極の材料についても本発明は適用可能である。
また、Cu−酸化物系合金中の酸化物分散状態に傾斜変化を持たせることで、導電率、耐溶着性や圧延加工性を向上させることが可能であり、線形状等とすることで、温度ヒューズのリードピン材料やその他電極材料としても適用可能である。
電極材料No.1〜42のAg−Cu合金を溶解法で作製し、圧延加工を施し、板厚0.5mmのAg−Cu合金板材とした。
このAg−Cu合金板を、内部酸化炉中で500℃〜750℃、2〜72時間、酸素分圧0.1〜2MPaの範囲内で電極材料No.1〜42の各組成により条件を選択し、内部酸化処理を行ってAg−Cu酸化物系合金の板材(図1)とした。
その後、これらAg−Cu酸化物系合金板およびCu−酸化物系合金板をクラッド加工して多層クラッド板(図2)を得た。
このAg−Cu合金板を、内部酸化炉中で500℃〜750℃、2〜72時間、酸素分圧0.1〜2MPaの範囲内で電極材料No.43〜75の各組成により条件を選択し、内部酸化処理を行ってAg−Cu酸化物系合金の板材(図1)とした。その後、このAg−Cu酸化物系合金の板材に焼鈍と冷間圧延加工を繰り返し、最終板厚を0.1mm以下に加工し、従来技術による比較例として、温度ヒューズ用電極材料を作製した。
Ag−Cu合金板に含まれる成分組成は、波長分散型電子顕微鏡およびICP発光分析装置を用いて定量分析を行い、成分組成の残部であるAgおよび不可避不純物は残と記載した。Cu-酸化物系合金板に含まれる成分組成も同様に定量分析を行い、成分組成の残部であるCuおよび不可避不純物は残と記載した。
導電率のIACSは、温度ヒューズ用電極材料の4端子法での電気抵抗測定結果と、温度ヒューズ用電極材料の板寸法より体積抵抗率を求め、%IACSへ換算した。温度ヒューズ用電極材料のIACSが30%IACS以上のものを+、30%IACS未満であるものを−と評価した。
Cu−酸化物系合金に含まれる酸化物の粒径は、温度ヒューズ用電極材料を樹脂埋め込み研磨にて断面組織観察を行い、金属顕微鏡にて酸化物粒子の平均粒径を測定した。
通電試験は、温度ヒューズに10分間通電して、試験前後の温度ヒューズ金属ケースの表面での温度差が10℃未満のものを+とし、10℃以上のものを−と評価した。
2 Cu−酸化物系合金の基板層
3 酸化物
4 無酸素の基板層
5 接合層
6 従来技術によるAg−Cu酸化物系合金
Claims (9)
- Cuが酸化物としてAgに含まれるAg−Cu酸化物系合金の接点層を材料最表層に形成し、
かつ酸化物がCuに含まれるCu−酸化物系合金の基板層を材料中央部に形成した多層構造であることを特徴とする温度ヒューズ用電極材料。 - Cuを0.1〜25質量%含み、残部がAgと不可避不純物からなり、Cuが酸化物としてAgに含まれるAg−Cu酸化物系合金の接点層を材料最表層に形成し、
かつ酸化物がCuに含まれるCu−酸化物系合金の基板層を材料中央部に形成した多層構造であることを特徴とする温度ヒューズ用電極材料。 - Cuが複合酸化物としてAgに含まれるAg−Cu酸化物系合金の接点層を材料最表層に形成し、
かつ酸化物がCuに含まれるCu−酸化物系合金の基板層を材料中央部に形成した多層構造であることを特徴とする温度ヒューズ用電極材料。 - Cuを0.1〜25質量%含み、さらにSn、In、Ti、Fe、NiおよびCoの群から選ばれた少なくとも1種を合計で0.01〜5質量%含み、残部がAgと不可避不純物からなり、Sn、In、Ti、Fe、NiおよびCoの群から選ばれた少なくとも1種がCuとの複合酸化物としてAgに含まれるAg−Cu酸化物系合金の接点層を材料最表層に形成し、
かつ酸化物がCuに含まれるCu−酸化物系合金の基板層を材料中央部に形成した多層構造であることを特徴とする温度ヒューズ用電極材料。 - 請求項1乃至請求項4のいずれかにおいて、接点層の層厚は、電極材料総厚の断面積比率において電極材料最表層から1〜40%であることを特徴とする温度ヒューズ用電極材料。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかの基板層において、Cu、Al、Niの群から選択された少なくとも1種の酸化物を合計で0.1〜20質量%含み、残部がCuと不可避不純物からなるCu−酸化物系合金を用いたことを特徴とする温度ヒューズ用電極材料。
- 請求項6において、Cu−酸化物系合金中の酸化物平均粒径が15μm以下であることを特徴とする温度ヒューズ用電極材料。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかにおいて、導電率が30%IACS以上であることを特徴とする温度ヒューズ用電極材料。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかにおいて、基板層に隣接するように接合層を形成し、接合層がAg、Cu、Niの群から選択された少なくとも1種からなることを特徴とする温度ヒューズ用電極材料。
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