KR20140044897A

KR20140044897A - 온도 퓨즈용 전극 재료 및 그 제조 방법과 그 전극 재료를 이용한 온도 퓨즈

Info

Publication number: KR20140044897A
Application number: KR1020147003079A
Authority: KR
Inventors: 나오시 스자키; 히데오 쿠미타
Original assignee: 가부시키가이샤 토쿠리키 혼텐; 엔이씨 쇼트 컴포넌츠 가부시키가이샤
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2014-04-15
Also published as: WO2013005801A1; CN103688328A; DE112012002864B4; KR101648645B1; CN103688328B; DE112012002864T5; KR101701688B1; US20140253281A1; JPWO2013005801A1; KR20160061441A; JP5746344B2

Abstract

[과제] Ag-CuO 합금에 의한 온도 퓨즈용 전극 재료에서는 CuO의 함유량이 증가하게 되면 압연 가공성이 현저하게 떨어져, 내부 산화 후의 압연 가공에서 박판으로 가공하는 것이 곤란했다. [해결수단] 온도 퓨즈용 전극 재료의 구조를, Ag 50~99질량%, Cu 1~50질량%로 이루어지고, 표리 양면에 내부 산화층을 형성하며, 또한 중앙부에 미산화층을 가지는 구조로 했다.

Description

온도 퓨즈용 전극 재료 및 그 제조 방법과 그 전극 재료를 이용한 온도 퓨즈{ELECTRODE MATERIAL FOR THERMAL FUSES, MANUFACTURING PROCESS THEREFOR AND THERMAL FUSES USING SAID ELECTRODE MATERIAL}

본 발명은, 전자기기나 가정용 전기제품에 있어서, 그 기기들이 이상 고온이 되는 것을 방지하기 위해 장착하는 온도 퓨즈용 전극 재료 및 그 제조 방법과 그 전극 재료를 이용한 온도 퓨즈에 관한 것이다.

기기가 이상 고온이 되는 것을 방지하기 위해 장착하는 온도 퓨즈는, 감온 펠릿이 동작온도에서 용융되어 강압축 스프링을 언로딩하고, 강압축 스프링이 신장되는 것에 의해, 그 강압축 스프링에 의해 압접되어 있던 전극 재료와 리드선이 이격되어 전류를 차단하는 것이며, 그 전극 재료로는 Ag-CdO 합금이 주류를 이룬다. 그러나 Ag-CdO 합금은, Cd가 유해물질이기 때문에 환경문제상 그 사용은 제한되게 되었다.

또한, 전극 재료는 박판형상으로 이용되며, 게다가 리드선과의 접촉면이 장시간에 걸쳐 통전상태인 상태로 유지되기 때문에, Ag-CdO 합금에서는 금속 케이스와의 용착현상을 일으켜, 온도 퓨즈로서의 기능을 할 수 없게 된다고 하는 문제가 있다. 이 문제에 대해, Ag-CdO 합금에서, CdO의 함유량을 증가시키는 것에 의해 내용착성을 개선하는 것이 가능하지만, CdO의 함유량 증가에 따라 접촉저항이 증가하고, 이로 인해 접촉부의 온도상승을 초래하므로, 온도 퓨즈의 기능에 악영향을 미치게 된다.

그래서, 최근에는 온도 퓨즈용 전극 재료로 Ag-CuO 합금이 이용되게 되었다(예를 들어, 특허문헌 1, 특허문헌 2).

특허문헌 1: 특개평10-162704호 공보 특허문헌 2: 특허제4383859호 공보

이러한 Ag-CuO 합금이, 온도 퓨즈용 전극 재료로서 주류가 되어 이용되게 되었지만, 가격을 낮추기 위해 CuO의 함유량을 증가시킬 것과, 또한 박판화가 요구되고 있다.

그러나, Ag-CuO 합금에서는, CuO의 함유량이 증가하게 되면 압연 가공성이 현저하게 떨어져, 내부 산화 후의 압연 가공에서 박판으로 가공하는 것이 곤란해진다. 특히, Cu의 함유량이 20질량%를 넘는 재료는, 단면 감소율로 50% 이상으로 가공하는 것은 불가능했다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하는 것을 과제로 한다.

그래서 본 발명은, Ag 50~99질량%, Cu 1~50질량%로 이루어지고 내부 산화성 합금의 표리 양면에 내부 산화층(3)을 형성하며, 또한 중앙부에 미산화층을 가지는 구조의 전극 재료로 했다.

내부 산화 처리는, Ag 중에 미리 용해에 의해 함유된 Cu가, 재료 표층으로부터 Ag 중에 흡장되는 산소와 결합하는 것에 의해, Ag 매트릭스 중에 산화물로서 석출된다고 하는 과정을 거친다. 이때, 용질원소인 Cu는, 재료 중심부에서 표층을 향해 확산되는 현상이 생긴다.

이 확산되는 현상은, 재료 표면에서 내부를 향해 석출된 산화물로 형성되는 내부 산화층과, 시간의 경과에 의해 석출이 일어나지 않은 미산화층 사이에서는 Cu의 농도에 차이가 생겨, 그 농도 구배를 없애기 위해, 미산화층으로부터 표층을 향해 Cu가 확산되는 현상이다.

본 발명은, 이 내부 산화 처리에 있어서, 재료 표층부만 내부 산화 조직이 되도록 하는 것을 특징으로 하며, 이를 위한 내부 산화 조건을 내부 산화로 중에서 600℃~750℃, 1~5시간, 산소압 1 내지 5기압의 조건에서 조정하고 있다. 이로써 재료 중심부에 산화되지 않는 층, 즉 미산화층을 형성할 수 있다(도 1 내지 도 3).

온도 퓨즈용 전극 재료는, 온도 퓨즈의 기구상, 0.1mm 이하의 박판재가 이용되기 때문에, 내부 산화 후의 재료는 0.1mm 이하까지 압연 가공될 필요가 있다.

게다가, 비용 저감을 목적으로 한 산화물 함유량의 증가 및 박판화가 요구되고 있으나, 종래의 제조 방법으로는, 상기와 같이, Cu의 함유량이 20질량%를 넘은 재료는, 단면 감소율로 50% 이상으로 압연 가공하는 것은 불가능했다. 이것은, 산화물이 증가하게 되면 압연 가공성이 현저하게 떨어지기 때문이다.

그래서, 본 발명은 내부 산화층 사이에 미산화층을 형성하는 것에 의해, 50질량%의 Cu를 함유해도 접촉저항의 상승을 억제할 수 있어, 단면 감소율로 70% 이상으로 압연 가공하는 것에 성공했다.

여기서, Cu의 첨가량을 1~50질량%로 한 이유는, Cu의 함유량이 1질량% 미만일 때에는 온도 퓨즈용 전극 재료로서 사용하기에 충분한 내부 산화 합금이 되지 않기 때문이며, 50질량%를 넘으면, 접촉저항의 상승으로 인해 온도 상승을 초래하여, 온도 퓨즈용 전극 재료와 그 전극 재료를 이용한 온도 퓨즈에 적합하지 않게 되기 때문이다.

또한, Ag 50~99질량%, Cu 1~50질량%, Sn 및 In 중 적어도 1종 0.1~5질량%로 이루어지는 내부 산화성 합금의 표리 양면에 내부 산화층을 형성하며, 또한 중앙부에 미산화층을 가지는 구조로 했다.

Sn 및/또는 In를 첨가하는 것에 의해, Cu와의 복합산화물, 예를 들어 (Cu-Sn)Ox가 되어, 내용착성을 향상시키는 효과가 있다.

여기서, Sn 및 In 중 적어도 1종을 0.1~5질량%로 한 이유는 0.1질량% 미만일 때에는 내용착성 향상의 효과가 없고, 5질량%를 초과하면 접촉저항이 커지기 때문이다.

또한, Ag 50~99질량%, Cu 1~50질량%, Fe, Ni 및 Co 중 적어도 1종 0.01~1질량%로 이루어지는 내부 산화성 합금의 표리 양면에 내부 산화층을 형성하며, 또한 중앙부에 미산화층을 가지는 구조로 했다.

상기 확산의 과정에 있어서, Fe, Ni 및 Co 중 적어도 1종을 첨가하는 것에 의해, 농도 구배에 의한 확산 현상을 억제하여, 그 결과, 석출되는 산화물의 이동에 의한 응집을 억제함으로써 산화조직을 미세하게 하고, 균질한 분산을 얻을 수 있다.

여기서, Fe, Ni 및 Co 중 적어도 1종을 0.01~1질량%로 한 이유는, 0.01질량% 보다 적으면 내부 산화 처리시 용질원소의 이동을 충분히 억제할 수 없어, 산화물의 균질한 분산을 얻을 수 없기 때문이며, 1질량%를 초과하면 결정립계 등에 미정제 산화물을 형성하여, 접촉저항의 상승을 초래하기 때문이다.

또한, Ag 50~99질량%, Cu 1~50질량%, Sn 및 In 중 적어도 1종 0.1~5질량%, 그리고 Fe, Ni 및 Co 중 적어도 1종 0.01~1질량%로 이루어지는 내부 산화성 합금의 표리 양면에 내부 산화층을 형성하며, 또한 중앙부에 미산화층을 가지는 구조로 했다.

그리고, 감온 펠릿형 온도 퓨즈에 있어서, 이 전극 재료들을 이용한 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈가 제공된다.

본 발명의 전극 재료에 의하면, Cu의 함유량을 50질량%까지 함유하는 것이 가능해져, 내부 산화 후의 가공에 있어서, 단면 감소율로 70% 이상의 압연 가공이 가능해짐과 함께 압연 가공을 하여 박판화해도, 내부 산화층과 미산화층을 가지고 있어, 온도 퓨즈용 전극 재료로서 사용했을 때 이상 소모나 용착 등의 위험성이 없어, 저가의 온도 퓨즈용 전극 재료와 그 전극 재료를 이용한 온도 퓨즈의 제공이 가능해진다.

도 1은 내부 산화 공정 전의 재료를 나타내는 설명도
도 2는 내부 산화 공정 후의 재료를 나타내는 설명도
도 3은 내부 산화 후의 접점의 압연 후를 나타내는 설명도
도 4는 감온 펠릿형 온도 퓨즈를 나타낸 단면도

본 발명의 실시예를 표 1 및 표 2에 나타내고, 이 온도 퓨즈용 전극 재료의 가공공정을 설명한다.

먼저, 소정의 재료를 용해하고, 압연 가공에 의해 판두께 0.5mm의 판두께의 내부 산화성 합금(11)을 얻었다(도 1).

이 내부 산화성 합금(11)을 내부 산화로 내에서 600℃~750℃, 1~5시간, 산소압 1~5기압의 조건으로 내부 산화한다(도 2). 이때, 내부 산화성 합금의 조성에 따라 상기 각 범위 내에서 조건을 선택하여, 표리 중 표층에만 산화물(21)을 가지는 내부 산화층(22)이 얻어지고, 중간에는 미산화층(23)을 가지도록 한다. 그리고, 상기 재료의 조성에 따라서는, 필요에 따라 압연 가공 및 완전 소둔을 반복하여, 최종 가공 전의 합금으로 한다. 이 최종 가공 전 합금의 두께는, 중간 판두께로, 표 2에 나타난다. 그 후, 중간 판두께로부터 최종 판두께까지 압연 가공했을 때의 최종 가공률이, 중간 판두께로부터의 단면 감소율로 70% 이상이 될 때까지 가공한다(도 3).

상기한 전극 재료는, 시판되는 전형적인 감온 펠릿형 온도 퓨즈에 적합하게 이용할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 나타내는 것 같은 리드(41 및 47), 절연재(42), 강약 2개의 압축 스프링(43 및 44), 온도 퓨즈용 전극(48), 감온재(45), 금속 케이스(46) 등을 주요 구성요소로 하는 감온 펠릿형 온도 퓨즈(40)에 적용할 수 있으며, 해당 온도 퓨즈를 접속한 전자기기 등이 과열되어 소정의 작동온도에 도달하면, 감온재(45)가 변형되어, 압축 스프링(43 및 44)을 언로딩하며, 강압축 스프링(44)의 신장에 따라 약압축 스프링(43)의 압축 상태가 해방되고, 약압축 스프링(43)이 신장되는 것에 의해 온도 퓨즈용 전극(48)이 금속 케이스(46)의 내면에 접촉하면서 이동하여, 접점 용착이 없고 통전이 차단된다.

상기한 전극 재료를 온도 퓨즈용 전극 재료로서 온도 퓨즈(도 4)에 도입하고, 통전시험 및 전류차단시험을 실시하여, 그 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

실시예 1~15는, 각각 본 발명의 실시예를 나타내는 것으로, 내부 산화 합금의 표리 양면에 내부 산화층이 형성됨과 함께, 해당 합금의 중앙부에는 미산화층을 가지는 구조의 전극 재료이다.

비교예 1~8은, 각각 종래의 제조 방법에 따른 비교예를 나타내는 것으로, 내부 산화 합금의 중심부에 미산화층을 남기지 않고 내부 산화 처리한 전극 재료이다.

표 1에 있어서, 가공성은, 최종 가공률이 단면 감소율로 70% 이상으로 압연 가공할 수 있었던 것을 ○로 하고, 할 수 없었던 것을 ×로 했다. 가공성에서, ×는 압연 가공시에 전극 재료의 균열 및 파단, 또는 내부 산화층의 균열 등이 생긴 것을 나타낸다.

통전시험 : DC 30V, 10A의 조건으로 10분간 통전하여, 온도 상승이 10℃를 넘지 않은 것을 ○로 하고, 넘은 것을 ×로 했다.

차단시험 : DC 30V, 10A의 조건으로 10분간 통전 후, 통전을 계속하면서 동작온도보다 10℃ 높은 온도로 측정환경의 온도를 상승시켜 차단시험을 실시하여, 용착되지 않은 것을 ○로 하고, 용착된 것을 ×로 했다.

[표 2]

표 2는, 표 1에 대응하는 것으로, 각각 본 발명의 실시예 1~15 및 비교예 1~8에서의 내부 산화 처리의 조건, 중간 판두께로부터 최종 판두께까지의 최종 가공률을 나타내는 것이다.

11: 내부 산화성 합금 21: 산화물
22: 내부 산화층 23: 미산화층
40: 온도 퓨즈 41, 47: 리드선
42: 절연재 43: 약압축 스프링
44: 강압축 스프링 45: 감온재
46: 금속 케이스 48: 온도 퓨즈용 전극

Claims

Ag를 50~99질량%, Cu를 1~50질량% 포함하고, 표리 양면에 내부 산화층을 형성하며, 또한 중앙부에 미산화층을 가지는 구조로 한 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈용 전극 재료.
제1항에 있어서,
상기 전극 재료가, 추가로, Sn 및 In 중 적어도 1종을 0.1~5질량% 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈용 전극 재료.
제1항에 있어서,
상기 전극 재료가, 추가로, Fe, Ni 및 Co 중 적어도 1종을 0.01~1질량% 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈용 전극 재료.
제1항에 있어서,
상기 전극 재료가, 추가로, Sn 및 In 중 적어도 1종을 0.1~5질량% 포함하고, Fe, Ni 및 Co 중 적어도 1종을 0.01~1질량% 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈용 전극 재료.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 퓨즈용 전극 재료는, 소정의 재료를 용해하고, 압연 가공에 의해 소정 판두께의 재료로 하여, 이 재료를 내부 산화로 내에서 600℃~750℃, 1~5시간, 산소압 1~5기압의 조건으로 상기 전극 재료 표리 중 표층에만 내부 산화층을 형성함과 함께 상기 재료의 중간에 미산화층을 잔존시킨 후, 이 재료에 압연 가공 및 소둔을 반복하여, 최종 가공률이 단면 감소율로 70% 이상이 되도록 압연 가공하고, 박판화 후에도 내부 산화층과 미산화층을 가지는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈용 전극 재료의 제조 방법.
Ag를 50~99질량%, Cu를 1~50질량% 포함하고, 표리 양면에 내부 산화층을 형성하며, 또한 중앙부에 미산화층을 가지는 구조로 한 전극 재료를 이용한 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
제6항에 있어서,
상기 전극 재료가, 추가로 Sn 및 In 중 적어도 1종을 0.1~5질량% 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
제6항에 있어서,
상기 전극 재료가, 추가로, Fe, Ni 및 Co 중 적어도 1종을 0.01~1질량% 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.
제6항에 있어서,
상기 전극 재료가, 추가로, Sn 및 In 중 적어도 1종을 0.1~5질량% 포함하고, Fe, Ni 및 Co 중 적어도 1종을 0.01~1질량% 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 퓨즈.