JPH088056B2 - ヒューズ端子材用銅合金 - Google Patents

ヒューズ端子材用銅合金

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JPH088056B2
JPH088056B2 JP798892A JP798892A JPH088056B2 JP H088056 B2 JPH088056 B2 JP H088056B2 JP 798892 A JP798892 A JP 798892A JP 798892 A JP798892 A JP 798892A JP H088056 B2 JPH088056 B2 JP H088056B2
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/04Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05Component parts thereof
    • H01H85/055Fusible members
    • H01H85/06Fusible members characterised by the fusible material

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、端子材として必要な強
度が高いと共に、ヒューズ材としての過電流に対する遮
断性及び/又は耐マイグレーション性も優れているヒュ
ーズ端子材用銅合金に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車、家電製品及び電子機器等
に搭載される電気及び電子部品は急速に小型化が進んで
いる。そして、これらの機器の電気回路の保護にブレー
カーは必須の部品である。従来、小型で安価なブレーカ
ーとして過電流溶断型のヒューズが使用されている。こ
れらのヒューズ材は材料の固有抵抗が大きいため、過電
流時に発生するジュール熱が大きい。このため、過電流
時のジュール熱でこのヒューズ材が溶断することによ
り、電気回路が保護されるように構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ヒューズ材料は、端子及びヒューズが同一材料による一
体品で成形されているため、端子材としての特性を確保
すべく、強度及び高温特性が優れた材料を使用した場
合、ヒューズ材として必要な過電流に対する遮断性が劣
ってしまう。また、ヒューズ材としての特性を確保すべ
く遮断性が優れた材料を使用した場合は、端子材として
の必須特性である強度及び高温特性が劣ってしまう。こ
のため、従来のヒューズ端子は、端子及びヒューズの双
方の特性を満足させようとすると、材質が異なる材料同
志を接合したものとする必要があり、コスト高となって
いる。
【0004】本発明はかかる問題点に鑑みなされたもの
であって、ヒューズ材料としての過電流に対する遮断性
等の電気的特性が優れていると共に、端子材料として必
要となる強度及び高温特性も優れていて双方の特性を満
足する低コストのヒューズ端子材用銅合金を提供するこ
とを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第1のヒュ
ーズ端子材用銅合金は、Ni; 0.4乃至4.0 重量%、S
i; 0.1乃至1.0 重量%、Zn;0.05乃至1.0 重量%、
Mg;0.005 乃至0.1重量%並びにCr、Ti及びZr
からなる群から選択された少なくとも一種の元素を総量
で0.001 以上及び0.01重量%未満を含有し、残部がCu
及び不可避的不純物からなることを特徴とする。
【0006】本発明に係る第2のヒューズ端子材用銅合
金は、Ni; 0.4乃至4.0 重量%、Si; 0.1乃至1.0
重量%、Zn;1.0 乃至5.0 重量%、Mg;0.005 乃至
0.1重量%並びにCr、Ti及びZrからなる群から選
択された少なくとも一種の元素を総量で0.001 重量%以
上及び0.01重量%未満を含有し、残部がCu及び不可避
的不純物からなることを特徴とする。
【0007】この第1のヒューズ端子材用銅合金は、過
電流に対する遮断性に優れており、第2のヒューズ端子
材用銅合金は過電流に対する遮断性及び耐マイグレーシ
ョン性が優れている。
【0008】
【作用】次に、本発明に係るヒューズ端子材用銅合金の
成分添加理由及び組成限定理由について説明する。
【0009】Ni NiはSiと共に添加して合金の強度を向上させる元素
である。Ni含有量が0.4重量%未満の場合は、Siが
0.1乃至1.0 重量%含有されていても、強度の向上は期
待できない。また、Ni含有量が 4.0重量%を超える
と、それ以上の強度向上効果が得られないのに加えて加
工性が悪くなるという問題点がある。従ってNi含有量
は 0.4乃至4.0 重量%とする。
【0010】Si SiはNiと共に化合物を形成して合金の強度を向上さ
せる元素である。Si含有量が 0.1重量%未満では、N
iを 0.4乃至4.0 重量%含有していても、強度の向上は
期待できず、また 1.0重量%を超えて含有されると加工
性と導電率が低下する。このため、Si含有量は 0.1乃
至1.0 重量%とする。
【0011】Zn 電子機器材料において、はんだ及びSnの濡れ性及び密
着性は必須特性である。Znはこのはんだ及びSnの濡
れ性及び密着性を向上させる作用を有する。請求項1に
係るヒューズ端子材用銅合金においては、Znははんだ
及びSn層の剥離を抑制するために必要な元素となる。
Zn含有量が0.05重量%未満ではこのような効果は少な
い。一方、Znを 1.0重量%を超えて添加してもその添
加に見合う効果の向上は得られないと共に、逆に、導電
率が低下するという不都合がある。従って、Zn含有量
は0.05乃至1.0 重量%とする。 請求項2に係るヒュー
ズ端子材用銅合金においては、Znの添加は、はんだ及
びSn層の剥離を抑制すると共に、導電率を若干犠牲に
しても耐マイグレーション性を向上させるように行う。
このためには、Zn含有量は、 1.0重量%以上必要であ
る。また、Znを 5.0重量%を超えて含有しても、耐マ
イグレーション性の効果は飽和し、導電率の低下が大き
くなってしまう。このため、Zn含有量は 1.0乃至5.0
重量%とする。
【0012】Mg Mgは造塊時に原料より混入してくる低融点のSと反応
し、高融点のMgSを形成し、熱間加工性を向上させる
作用を有する。Mg含有量が、0.005 重量%未満ではそ
の効果は得られない。また、Mg含有量が 0.1重量%を
超えると、溶解鋳造時の湯流れ性及び鋳造性が劣化す
る。従って、Mg含有量は0.005 乃至0.1重量%とす
る。
【0013】Cr、Ti及びZr Cr、Ti及びZrは鋳塊の粒界を強化し、熱間加工性
を向上させる。これらの元素の総含有量が0.001 重量%
未満ではその効果が少なく、また0.01重量%以上含有さ
れると溶湯が酸化し易くなり、健全な鋳塊が得られな
い。従ってCr、Ti及びZrからなる群から選択され
た少なくとも一種の元素の添加量は、総含有量で0.001
重量%以上及び0.01重量%未満とする。
【0014】更に、不可避的不純物として、Mn、A
l、Sn、As、Co、Ag、Cd及びFeの含有が許
容される。これらの元素は総含有量で0.0001乃至0.2 重
量%含有されていても、ヒュ−ズ端子材としての過電流
に対する遮断性等の電気的特性を損なわず、また、強度
及び高温下での応力緩和特性にも悪影響を及ぼさない。
【0015】次に、上述のヒューズ端子材用銅合金の製
造方法について説明する。
【0016】本発明に係る銅合金組成の溶湯を通常の半
連続鋳造により鋳造し、得られた鋳塊を930 ℃乃至970
℃の温度において熱間加工する。熱間加工終了後は600
℃以上の温度から焼入れる。この場合、冷却速度は15℃
/秒以上にする必要がある。焼入温度が600 ℃未満又は
冷却速度が15℃/秒未満では、Ni及びSiが合金中に
固溶できず、析出硬化する以前に析出を始め、その析出
物が凝集粗大化してしまう。これにより、Ni及びSi
による強度向上の寄与が少なくなる。従って、焼入温度
は600 ℃以上とし、冷却速度は15℃以上とする。
【0017】次に、30%以上の冷間加工によって、析出
硬化処理を行う。析出硬化処理においてNi2 Siの析
出量が最も多くなる温度、即ち導電率が最も高くなる温
度は500 ℃である。また、400 ℃未満の温度ではNi2
Siの析出量が少ない。従って、焼鈍温度は500 ℃を中
心とする範囲で、400 ℃乃至550 ℃とする。更に、焼鈍
時間は 5分未満では完全な析出が起きず、 4時間を超え
ることは経済的に無駄である。従って、焼鈍時間は 5分
乃至 4時間とする。
【0018】
【実施例】次に、本発明の実施例に係るヒューズ端子材
用銅合金を実際に製造し、その特性を試験した結果につ
いて、本願特許請求範囲から外れる比較例と比較して説
明する。
【0019】下記表1,2に実施例1乃至8及び比較例
9乃至12の各試験片の化学成分を示す。表1,2に示
す化学組成の銅合金を小型電気炉に装入し大気中にて木
炭被覆下で溶解し、厚さ50mm、幅80mm、長さ180mm の鋳
塊を溶製した。この鋳塊の両面を各々2mm研削し、930
℃乃至970 ℃の温度より熱間圧延を行い、厚さ15mmの板
材とした。次に、熱間圧延で発生した板材表面の酸化ス
ケールを20容積%硫酸水にて除去した後、温度500 ℃、
加熱時間2時間の条件にて焼鈍し、冷間圧延において厚
さ0.45mm及び0.64mmに調整した。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】次に、板厚0.45mmの圧延材を使用して、表
1,2に示す合金の引張強さ、伸び、導電率、応力緩和
率、過電流溶断時間及び耐マイグレーション性の試験を
行った。
【0023】引張強さ及び伸びはJIS13号試験片に
て、導電率はJISH0505に基づいて測定した。
【0024】応力緩和率は図1に示すように片持ばり式
の応力負荷方法にて耐力の80%の表面最大曲げ応力を加
えて160 ℃の雰囲気中に1000時間保持し、下記に示す数
式1に基いて算出した。
【0025】
【数1】 応力緩和率(%)=(I1 /I0 )×100 但しI0 ;応力負荷点におけるたわみ量(mm) I1 ;160 ℃雰囲気中で1000時間経過後に応力除去した
ときの応力負荷点の永久変形量(mm)。
【0026】過電流溶断試験に用いた試験片は中央部を
0.45mm角で20mm長さの角線とし、両端は5mm 幅で長さ10
mmのヒューズ端子をプレスにより成形加工して作成し
た。その試験片の両端間に直流電圧12Vで電流38Aを流
し、溶断までの時間を計測して、過電流溶断時間を求め
た。
【0027】耐マイグレーション性の試験は、図2に示
すようにポリスチレン樹脂6の上に、厚さ0.64mm、幅3.
0mm 、長さ80mmの試験片5を2枚配置し直流電圧14Vを
かけることにより行った。その後、図3に示すように水
道水中に 5分間浸漬し10分間乾燥するという乾湿繰り返
し試験を50サイクルに到るまで行い、最大漏洩電流を求
めることにより、耐マイグレーション性の評価を行っ
た。
【0028】上記方法にて求めた引張強さ、伸び、導電
率、応力緩和率、過電流溶断時間及び耐マイグレーショ
ン性の試験結果を下記表3,4に示す。
【0029】
【表3】
【0030】
【表4】
【0031】実施例1、2、5及び6は請求項1に係る
ものであるが、比較例11、12に比べて過電流溶断試
験における溶断時間は減少しており、過電流に対する遮
断性が優れている。また、応力緩和率も小さく高温特性
にも優れた合金となっている。
【0032】実施例3、4、7及び8は請求項2に係る
ものであるが、比較例9、10及び12と比べて耐マイ
グレーション性が優れている。また比較例11と比較し
ても過電流溶断時間が小さく、過電流に対する遮断性に
優れ、また、応力緩和率も小さく高温特性に優れた合金
となっている。
【0033】次に、室温から750 ℃までの加熱後の導電
率の変化を図4に示す。
【0034】この図4に示すように、本発明に係る合金
は、過電流時のジュール熱によって温度が上昇すると、
導電率が急激に低下し溶断し易いことが判る。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るヒュ
ーズ端子材用銅合金は、従来合金よりもヒューズ材料と
しての過電流に対する遮断性等の電気的特性が優れてお
り、更に、端子材料としての強度及び高温特性にも優れ
ている。
【0036】従って、本発明はヒューズを使用している
ブレーカーの信頼性向上に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】応力緩和率の測定方法を示す正面図である。
【図2】耐マイグレーションの測定方法を示す斜視図で
ある。
【図3】耐マイグレーションの測定方法を示す正面図で
ある。
【図4】焼鈍後の導電率の変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
1;曲げ応力を加える前の試験片 2;曲げ応力を加えた時の試験片 3;曲げ応力除去後の試験片 4;試験片固定治具 5;耐マイグレーション測定試験片 6;ポリスチレン樹脂板 7;ビーカー 8;水

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ni; 0.4乃至4.0 重量%、Si; 0.1
    乃至1.0 重量%、Zn;0.05乃至1.0 重量%、Mg;0.
    005 乃至0.1 重量%並びにCr、Ti及びZrからなる
    群から選択された少なくとも一種の元素を総量で0.001
    重量%以上及び0.01重量%未満を含有し、残部がCu及
    び不可避的不純物からなることを特徴とするヒューズ端
    子材用銅合金。
  2. 【請求項2】 Ni; 0.4乃至4.0 重量%、Si; 0.1
    乃至1.0 重量%、Zn;1.0 乃至5.0 重量%、Mg;0.
    005 乃至0.1 重量%並びにCr、Ti及びZrからなる
    群から選択された少なくとも一種の元素を総量で0.001
    重量%以上及び0.01重量%未満を含有し、残部がCu及
    び不可避的不純物からなることを特徴とするヒューズ端
    子材用銅合金。
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