特許 6015571 ＰｂフリーＺｎ−Ａｌ系合金ヒューズ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6015571

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】ＰｂフリーＺｎ−Ａｌ系合金ヒューズ

(51)【国際特許分類】

   C22C 18/04 20060101AFI20161013BHJP

   H01H 37/76 20060101ALI20161013BHJP

【ＦＩ】

   C22C18/04

   H01H37/76 E

【請求項の数】1

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-127814(P2013-127814)

(22)【出願日】2013年6月18日

(65)【公開番号】特開2015-1023(P2015-1023A)

(43)【公開日】2015年1月5日

【審査請求日】2015年5月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001405

【氏名又は名称】特許業務法人篠原国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100065824

【弁理士】

【氏名又は名称】篠原 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100104983

【弁理士】

【氏名又は名称】藤中 雅之

(74)【代理人】

【識別番号】100166394

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 和弘

(72)【発明者】

【氏名】井関 隆士

(72)【発明者】

【氏名】高森 雅人

【審査官】 川口 由紀子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２０４５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９０５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２１０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２６１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２０７５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２８７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８１９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３２２０２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ １８／０４

Ｈ０１Ｈ ３７／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ａｌを２質量％以上８質量％以下含有し、Ｇｅを０．００１質量％以上０．０３質量％以下含有し、残部が製造上不可避的に含まれる元素を除きＺｎからなることを特徴とするＰｂフリーＺｎ−Ａｌ系合金ヒューズ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はＺｎ−Ａｌ系合金を用いた合金ヒューズに関し、特に電子機器、セメント抵抗などの各種電子部品に使用されるヒューズに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に電子部品には、過電流や過昇温による故障や破損を防ぐため保護装置を付けており、設計温度を調整することによって電子部品等を保護するものがヒューズである。
ヒューズは、例えば、その材料によって分別すると、ペレット型温度ヒューズと可溶合金型温度ヒューズの２種類に分けることができる。

【0003】

ペレット型温度ヒューズは、金属ケース、有機化合物ペレットの感温材を用いた温度ヒューズであり、金属ケースの中に絶縁ブッシュ、スプリング、可動接点、円板、感温ペレットが組み込まれ、ケース開口部を封止材で密封した構造を持つ。動作前はリード線、可動接点、金属ケース、リード線の経路で電流が流れており、周囲温度が上昇すると感温ペレットが熱によって溶融して、スプリングが伸び、可動接点がリードから押し離されて、電流が遮断される仕組みになっている。

【0004】

また、可溶合金型温度ヒューズは、低融点可溶合金を感温材に用いており、通電回路に組み込み、周囲温度の過昇時に低融点可溶合金を溶融して回路を遮断する仕組みになっている。可溶合金型温度ヒューズには、アキシャルリード線タイプと、ラジアルリード線タイプの２種類があり、低融点可溶合金にリード線を溶接し、可溶合金は表面に動作時の溶断を確実に行なわせるために特殊樹脂をコーティングした後に絶縁ケースに入れ、ケース開口部を封止材で密封した構造である。そして、機器の異常温度上昇に伴って温度ヒューズの本体、およびリード線より熱を感知し、可溶合金の融点に達すると可溶合金は溶融し、溶融した可溶合金は特殊樹脂の促進により表面張力が発揮され、可溶合金をリード線に球状化して溶断するようになっている。

【0005】

また、溶断特性の面からヒューズを分類すると、普通溶断型、タイムラグ溶断型、速動溶断型の３種類に分類される。普通溶断型は、通信機器等に用いられる一般的なものであり、タイムラグ溶断型と速動溶断型の特徴を併せ持つ。タイムラグ溶断型は、モーターやサージ電流用であり、モーターの起動電流など瞬間的な過電流に対しては溶断せず、過電流に対する溶断時間が長く、瞬間的な過電流を伴う回路の保護をするのに用いられる。速動溶断型は、過電流に速やかに反応して溶断時間が短いのが特徴であり半導体保護用等に使用される。

【0006】

以上のように電子部品等の保護のため各種ヒューズが使用されているが、Ｐｂフリーのヒューズとして例えばＺｎ系ヒューズが使用されている。しかし、用途によって課題はいろいろと残されているため、このＺｎ系ヒューズについていろいろと調べられており、例えば、特許文献１〜３のような先願が公開されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００８−０３４３９４号公報

【特許文献2】特開２００６−３２２０２７号公報

【特許文献3】特開２００７−２０７５５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１には、溶断特性の調整が可能であり、従来品に比較して通電時の温度上昇が低く、また機械的性質やプレスや鍛造等の加工性等の諸特性が改善されると共に、自動車用のヒューズとして長期的に安定して使用できる比較的安価な材料を提供することを目的として、重量％でＡｌ：３.０〜８.０％およびＭｇ：０.０００５〜０.０６％を含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる亜鉛合金材を用いたヒューズが開示されており、このヒューズ材は、溶断部が鍛造加工および打抜きにより板状、または、通常の伸線加工により直径０.１〜５.０ｍｍの線状に仕上げられ、標準的な６.４％Ａｌ−０.００５％Ｍｇを含むヒューズ材は、瞬間的な過電流には溶断せず比較的長い時間の過電流により溶断するという自動車用ヒューズとして好適な「タイムラグ溶断型」を示す、と記載されている。

【0009】

特許文献２には、タンタルコンデンサ等に内蔵させるＺｎ−Ａｌを含む合金からなるヒューズ素子において、ヒューズ溶断温度を充分に低減でき、しかも鉛フリーはんだによるはんだ付け実装に対し安全に保持できるヒューズ素子を提供することを目的として、ＺｎとＡｌとＧｅとを含有し、ＡｌとＧｅのそれぞれの含有量が０．５〜１５％、ＡｌとＧｅとの合計量が５〜２０％、残部がＺｎの合金が細線に加工されてなるヒューズ素子が開示されている。そして、ＡｌとＧｅのそれぞれの含有量を０．５〜１５％とする理由は、２６０℃〜３７０℃での溶解熱量Ｈ２６０℃〜３７０℃と全溶解熱量ΣＨとの比Ｈ２６０℃〜３７０℃／ΣＨを０．２以上としてヒュ−ズ素子溶断温度をＺｎ−Ａｌヒュ−ズ素子の溶断温度よりも一段と低くするためである、とも述べられている。

【0010】

特許文献３には、環境上問題のある有害金属を含まず動作温度を２６０℃以上の高温領域に設定できる低融点可溶合金を使用した可溶合金型温度ヒューズおよび回路保護素子を提供することを目的として、一対のリ−ド部材１、２に低融点可溶合金３が抵抗溶接により接合され、低融点可溶合金３の表面にはフラックスの被膜４が形成され、アルミナ等のセラミック碍管の絶縁容器またはケース５に収容して構成される可溶合金型温度ヒューズが開示されている。そして、たとえば、低融点可溶合金３には、溶融動作温度が３８１℃の９５Ｚｎ―５Ａｌ、溶融動作温度３５２℃の８９Ｚｎ―６Ａｌ―５Ｇｅまたは溶融動作温度３４３℃の９３Ｚｎ―４Ａｌ―３Ｍｇ（ｗｔ％）が使用され、フラックスは耐熱性の良いロジン誘導体と有機酸アミド誘導体との配合で調製され、さらに、Ｓｎ、ＩｎおよびＧａのいずれかを溶融動作温度の低下調整のため添加することができる、との記載もされている。さらに[請求項１]には、一対のリ−ド部材に接続された電極部間にフラックスの被膜を有する低融点可溶合金を接続して絶縁ケ−スに収容した温度ヒューズにおいて、前記低融点可溶合金はＺｎ−Ａｌ系合金、Ｚｎ―Ａｌ―Ｇｅ系合金およびＺｎ―Ａｌ―Ｍｇ系合金から選択されるいずれかの合金を使用し、溶融動作温度を２６０℃〜４００℃の範囲内で設定したことを特徴とする可溶合金型温度ヒューズが開示されており、そして、[請求項８]には、前記低融点可溶合金はＡｌを１．５〜７．０ｗｔ％、Ｇｅを１．５〜７．０ｗｔ％、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるＺｎ−Ａｌ−Ｇｅ系合金を使用することを特徴とする回路保護素子について開示されている。

【0011】

しかし、このような特許文献において、開示されている技術に関しても各々問題があると言わざるを得ない。
特許文献２には、タンタルコンデンサ等に内蔵させるＺｎ−Ａｌを含む合金からなるヒューズ素子において、ヒューズ溶断温度を充分に低減でき、しかも鉛フリーはんだによるはんだ付け実装に対し安全に保持できるヒューズ素子を提供することを目的として、ＺｎとＡｌとＧｅとを含有し、ＡｌとＧｅのそれぞれの含有量が０．５〜１５％、ＡｌとＧｅとの合計量が５〜２０％、残部がＺｎの合金が細線に加工されてなるヒューズ素子が開示されている。そして、ＡｌとＧｅのそれぞれの含有量を０．５〜１５％とする理由は、２６０℃〜３７０℃での溶解熱量Ｈ２６０℃〜３７０℃と全溶解熱量ΣＨとの比Ｈ２６０℃〜３７０℃／ΣＨを０．２以上としてヒュ−ズ素子溶断温度をＺｎ−Ａｌヒュ−ズ素子の溶断温度よりも一段と低くするためである、とも述べられている。しかし、Ｚｎ−Ａｌ−Ｇｅの固相線温度は３５６℃であり、ＡｌとＧｅの合計量を５〜２０％とすることによって固相線温度が３５０℃以下になることはなく、溶断温度が２６０〜３５０℃になることはない。さらにＺｎと比較し、ＡｌやＧｅの熱容量は大きく変わらず、ＡｌとＧｅの合計量が５〜２０％の範囲で変えたところで２６０℃〜３７０℃での溶解熱量Ｈ２６０℃〜３７０℃と全溶解熱量ΣＨとの比Ｈ２６０℃〜３７０℃／ΣＨは大きくは変わらないと考えられている。加えて、コスト面から考えて汎用品に使用されるＺｎ系はんだにＧｅを０．５質量％以上１５質量％以下という量を含有させたらコストが非常に高くなり、実用的に使用することは困難だと考えられる。このように特許文献２に記載の技術は技術的な説明が不明瞭であり、コスト的に実用性は低く、よって実際に利用可能な技術になっていないことは明確である。

【0012】

特許文献３には、環境上問題のある有害金属を含まず動作温度を２６０℃以上の高温領域に設定できる低融点可溶合金を使用した可溶合金型温度ヒューズおよび回路保護素子を提供することを目的として、一対のリ−ド部材１、２に低融点可溶合金３が抵抗溶接により接合され、低融点可溶合金３の表面にはフラックスの被膜４が形成され、アルミナ等のセラミック碍管の絶縁容器またはケース５に収容して構成される可溶合金型温度ヒューズが開示されている。そして、たとえば、低融点可溶合金３には溶融動作温度が３８１℃の９５Ｚｎ―５Ａｌ、溶融動作温度３５２℃の８９Ｚｎ―６Ａｌ―５Ｇｅまたは溶融動作温度３４３℃の９３Ｚｎ―４Ａｌ―３Ｍｇ（ｗｔ％）が使用され、フラックスは耐熱性の良いロジン誘導体と有機酸アミド誘導体との配合で調製され、さらに、Ｓｎ、ＩｎおよびＧａのいずれかを溶融動作温度の低下調整のため添加することができる、との記載もされている。さらに[請求項１]には、一対のリ−ド部材に接続された電極部間にフラックスの被膜を有する低融点可溶合金を接続して絶縁ケ−スに収容した温度ヒューズにおいて、前記低融点可溶合金はＺｎ−Ａｌ系合金、Ｚｎ―Ａｌ―Ｇｅ系合金およびＺｎ―Ａｌ―Ｍｇ系合金から選択されるいずれかの合金を使用し、溶融動作温度を２６０℃〜４００℃の範囲内で設定したことを特徴とする可溶合金型温度ヒューズが開示されており、そして、[請求項８]には前記低融点可溶合金はＡｌを１．５〜７．０ｗｔ％、Ｇｅを１．５〜７．０ｗｔ％、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるＺｎ−Ａｌ−Ｇｅ系合金を使用することを特徴とする請求項６に記載の回路保護素子が開示されている。
そして、低融点可溶合金にＡｌを１．５〜７．０ｗｔ％、Ｇｅを１．５〜７．０ｗｔ％、残部をＺｎとするのは、融点が３８１℃である９５Ｚｎ-５Ａｌ組成の共晶合金から溶融温度をより低下させる。この組成範囲を外れると、合金の融点が高くなりすぎ発熱抵抗の発熱加温による溶断動作が緩慢となって回路保護素子として満足な効果が得られない。すなわち、Ｇｅの範囲が７ｗｔ％を超えると合金が脆くなり材料の加工が困難となり、１．５ｗｔ％未満では融点の低下効果が見られない。最良の組成は、前述のＡｌを６ｗｔ％、Ｇｅを５ｗｔ％、残部がＺｎであり、Ｇｅ添加により低融点可溶合金の酸化抑止効果が期待できる、と記載されている。
しかし、Ｇｅ含有量が１．５〜７．０ｗｔ％では含有量が多くコストアップになってしまう。そしてＧｅ１．５質量％未満によるＧｅの効果は述べられておらず、逆に１．５ｗｔ％未満では融点の低下効果が見られない、と記載されており、特許文献３に記載にされているＺｎ−Ａｌ−Ｇｅ系合金に関す発明は、Ｇｅ含有量が１．５〜７．０ｗｔ％であると解釈できる。なお、Ｇｅの耐候性向上効果の記載は全くない。

【0013】

そこで本発明は、これらの課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、ＰｂフリーのＺｎ−Ａｌ系合金を基本組成としたヒューズ材、およびヒューズを提供するに至ったものである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明によるＰｂフリーＺｎ−Ａｌ系合金ヒューズは、Ａｌを２質量％以上８質量％以下含有し、Ｇｅを０．００１質量％以上０．０３質量％以下含有し、残部が製造上不可避的に含まれる元素を除きＺｎからなることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明のヒューズ材およびヒューズは、加工性や溶断特性に優れるだけではなく、通電時の発熱が抑制され、加えて、耐環境性や濡れ性や接合性にも優れるヒューズ材料、およびヒューズを提供することができる。これによって、電子部品等の破損や過昇温による発火、火災等を確実に抑制でき、かつ目的に合わせた保護回路設計が可能になる。加えて本発明のヒューズ材料はＰｂフリーであり、環境汚染等にも配慮された好適な材料である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明によるＰｂフリーのヒューズ材料、およびヒューズについて詳しく説明する。
本発明によるヒューズ材料、およびヒューズは、Ａｌを２質量％以上８質量％以下含有し、Ｇｅを０．００１質量％以上０．５質量％未満含有する。
さらに表面の酸化膜の厚さが５０ｎｍ以下であってよい。加えて、これらのヒューズ材料等はＡｌ含有量が２質量％以上４．５質量％以下であることがより一層好ましく、さらに、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＰの少なくとも１種以上を含有してよい。

【0020】

本発明によるヒューズ材料は、従来のヒューズ材料よりも各種要求特性に対して高特性化している。そのために、Ｚｎ−Ａｌ系合金の共晶点付近の組成を基本として、Ｇｅを少量含有させることにより耐候性、耐環境性を向上させており、加えて表面酸化膜を薄く抑えることにより濡れ性、接合性等の特性も向上させている。以下、本発明の必須元素、条件等についてさらに詳しく説明する。

【0021】

＜Ｚｎについて＞
Ｚｎは本発明において、必須の元素である。Ｚｎの融点は４１９℃であり、温度ヒューズに適した融点を持つため、選択される。さらに、比電気抵抗も５．９２（μΩ・ｃｍ）と低いことも大きな選定理由である。加えて、各種元素を固溶したり、金属間化合物を適度に生成するため、溶断特性等を調整しやすく、さらには機械的強度も付与しやすい。以上のような理由を主な背景として、Ｚｎは本発明の主成分として選定される。

【0022】

＜Ａｌについて＞
Ａｌは本発明において、必須の元素であり、Ａｌを含有させる目的は、融点の調整、溶断特性の調整、機械的特性の向上、通電時の温度上昇抑制効果等が挙げられる。
まず、Ａｌを含有させることにより融点が調整できる。すなわち、ＡｌはＺｎと共晶合金を生成し、共晶点はＡｌ＝５質量％であり、その固相線温度は３８１℃である。したがって、Ａｌ含有量を共晶点の組成付近にすることにより、固相線温度を３８１℃にすることができ、そして目的に合わせて液相線温度を調整することができる。そして固相線温度と液相線温度を調整することにより、溶断特性をかなりの自由度を持って制御することが可能となる。

【0023】

さらに、Ａｌを含有させることにより機械的特性や加工性も調整することができる。すなわち、Ｚｎだけでは圧延等を行う際、比較的柔らかいため、蛇行やうねり等を生じてしまい、目的とする形状にしづらく、当然、生産性も悪い。Ａｌを含有させることにより適度な強度を付与できるとともに、共晶点付近では結晶の微細化によりクラックが入りづらくなり、伸び率も向上して実用に十分耐えうる、使いやすい材料となる。

【0024】

加えてＡｌは比電気抵抗が２．６５（μΩ・ｃｍ）とＺｎより小さく、電気を流しやすくてジュール熱の発生を抑制できる。このため、通電時に余計な電力消費が抑えられ、もちろん、ジュール熱によるヒューズ周辺部の発熱を抑制でき、電子部品、電子回路等の故障頻度を低減できたり、耐熱性を下げられたり、小型化が可能となったりする。

【0025】

このような優れた特性向上効果を持つＡｌの含有量は２．０質量％以上８．０質量％以下である。Ａｌ含有量が２．０質量％未満では、その含有量が少なすぎて十分な機械的特性を得ることができない。さらに、液相線温度と固相線温度の差が大きくなりすぎてヒューズの溶接時に結晶粒が大きくなりすぎたり溶け別れ現象を生じたりして十分な接合強度が得られなかったりしてしまう。一方、Ａｌ含有量が８．０質量％を超えてしまうと、前述したような溶け別れ現象を生じたり、液相線温度が４１０℃以上となって融点が高くなりすぎてしまう。

【0026】

Ａｌ含有量が２．０質量％以上４．５質量％以下であると、共晶点よりＺｎリッチ側となり、酸化が進行しやすいＡｌ含有量が少ないため、より一層良好な接合性が得られるとともに耐候性も向上する。このため、Ａｌ含有量を２．０質量％以上４．５質量％以下にすることによって、さらに優れたヒューズ材料、およびヒューズとなる。

【0027】

＜Ｇｅについて＞
Ｇｅは本発明において、必須元素であり、Ｇｅを含有させる主な目的は、濡れ性や耐候性の向上にある。すなわち、Ｚｎは比較的酸化しやすく、反応性の良い元素であり、Ａｌはさらに酸化しやすいため、Ｚｎ−Ａｌ合金は必ずしも十分な耐候性、耐食性、耐環境性を持っているとは言い難い。この耐候性等の向上に劇的な効果を発揮する元素がＧｅである。

【0028】

ＧｅをＺｎ−Ａｌ合金に含有させることにより、Ｇｅが表面に凝縮され、ＺｎやＡｌの主成分金属の酸化を抑制し、よって、酸化膜が厚くなるのを抑制するのである。これによって濡れ性が向上し、ヒューズを接合する十分な接合強度を得ることができる。当然、酸化劣化抑制にも効果があり、耐候性の向上にも繋がる。そして、Ｇｅは少量で十分に効果を発揮し、逆に量が多くなるとＺｎ−Ａｌ合金の加工性や機械的特性を低下させるだけでなく、高価なＧｅが増加するためコスト的にも不利になる。さらに、Ｇｅが０．５質量％を超えてしまうと、酸化膜が厚くなり過ぎて十分な濡れ性や接合性が得られなくなってしまう。

【0029】

Ｇｅの含有量は、Ｇｅを０．００１質量％以上０．５質量％未満である。０．００１質量％未満では含有量が少なすぎてＧｅを含有させた効果が実質的に現れず、０．５質量％以上になるとＺｎ−Ａｌ−Ｇｅ合金が硬くなりすぎ、加工性が大きく低下したり、ワイヤ形状やリボン形状のヒューズが折れやすくなり、不良や故障の原因となってしまう。Ｇｅを含有させることにより合金が硬くなる理由はＧｅが半金属的な性質を示して脆いためである。

【0030】

＜Ｎｉについて＞
Ｎｉは必要に応じて含有してよい元素である。Ｎｉを含有させる目的は、結晶の微細化による加工性の向上である。つまり、ＮｉはＺｎやＡｌにほとんど固溶しないため、溶融後の冷却時に初晶として析出し、その初晶が核となって結晶が微細化するのである。このため、柔らかさが増し、加工性、応力緩和性が向上するのである。Ｎｉの含有量は３．０質量％以下である。３．０質量％を超えてしまうと、他の元素含有量がどのような量であってもＮｉ含有量が多すぎて結晶が粗大化してしまい、加工性や機械的特性等が低下してしまう。

【0031】

＜Ｃｕについて＞
Ｃｕは必要に応じて含有してよい元素である。Ｃｕを含有させる目的は固溶強化である。すなわち、ＣｕはＺｎに約３質量％まで固溶して転位を止める働きをする。このため、強度が上がるのである。なお、Ｃｕは強度を向上させてクラック進展等を抑制するが、Ｃｕ自身が柔軟性を有するため合金の柔軟性や伸び率を低下させることはなく、したがって、応力緩和性などを下げることはない。そして、含有量が３．０質量％を超えてしまうと合金の硬度が上がり、急激に加工性を低下させてしまう。

【0032】

＜Ａｇについて＞
Ａｇは必要に応じて含有してよい元素である。Ａｇを含有させる目的もＣｕと同様に固溶強化である。すなわち、Ａｇ−Ｚｎ系状態図とＣｕ−Ｚｎ系状態図から推察できるようにこれらの状態図は非常に似ており、このためＡｇの効果もＣｕと同様である。Ａｇの含有量は要求される合金特性を考慮して決定すればよいが、上限値は３．０質量％である。Ａｇの含有量が３．０質量％を超えてしまうと合金が硬くなりすぎてしまい、急激に加工性を低下させてしまう。

【0033】

＜Ｐについて＞
Ｐは必要に応じて含有してよい元素であり、その効果は濡れ性の向上にある。Ｐが濡れ性を向上させるメカニズムは以下のとおりである。Ｐは還元性が強く、自ら酸化することによって合金表面の酸化を抑制するとともに、接合面を還元して濡れ性を向上させるのである。

【0034】

また、Ｐの含有により接合時にボイドの発生を低減させる効果も得られる。即ち、すでに述べたようにＰは自らが酸化しやすいため、優先的に酸化が進む。その結果、ヒューズ母相の酸化を防ぎ、溶接等での接合時に接合面を還元して濡れ性を確保することができる。そしてこの接合の際、ヒューズや接合面表面の酸化物がなくなるため、酸化膜によって形成される未接合部が発生しにくくなり、接合性や長期信頼性等を向上させるのである。

【0035】

なお、Ｐは合金や接合面を還元して酸化物になると気化し雰囲気ガスに流され残らない。このため、Ｐの残渣が信頼性等に悪影響を及ぼす可能性はなく、この点からも優れた元素と言える。Ｐを含有する場合の量は、０.５００質量％以下が好ましい。Ｐは非常に還元性が強いため、微量を含有させれば濡れ性向上の効果が得られる。０.５００質量％を超えて含有しても、濡れ性や接合性の向上の効果はあまり変わらず、過剰な含有によって、ＰやＰ酸化物の気体が多量に発生して未接合部の割合を増やしてしまったり、Ｐが脆弱な相を形成して偏析し、接合部を脆化して信頼性を低下させたりする恐れがある。特にワイヤなどを加工する場合に、断線の原因になりやすいことが確認されている。

【0036】

＜表面酸化膜について＞
本発明におけるヒューズの酸化膜の厚さは５０ｎｍ以下であってよい。つまり、酸化膜の厚さが厚くなってしまうと、ヒューズを接合する際、酸化膜が接合面の金属接続部と直接接することができず、したがって合金化が不十分となり、実用に耐えうる接合強度を得ることができなくなるからである。金属同士を接合するには接合物同士の合金化が進まなければならないが、金属間に厚い酸化膜があるとこの合金化が進まないのである。このため、ヒューズの酸化膜の厚さは５０ｎｍ以下であるのが好ましい。接合条件には依存するものの、酸化膜の厚さが５０ｎｍ以下の範囲内であれば、概ね良好な接合が可能となる。

【実施例】

【0037】

以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
まず、原料としてそれぞれ純度９９.９質量％以上のＺｎ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐ、およびＴｉを準備した。大きな薄片やバルク状の原料については、溶解後の合金においてサンプリング場所による組成のバラツキがなく均一になるように留意しながら切断、粉砕等を行い、３ｍｍ以下の大きさに細かくした。次に、高周波溶解炉用グラファイトるつぼに、これら原料から所定量を秤量して入れた。
原料の入ったるつぼを高周波溶解炉に入れ、酸化を抑制するために窒素を原料１ｋｇ当たり０.７Ｌ／分以上の流量で流した。この状態で溶解炉の電源を入れ、原料を加熱溶融させた。金属が溶融しはじめたら混合棒でよく攪拌し、局所的な組成のばらつきが起きないように均一に混ぜた。十分溶融したことを確認した後、高周波電源を切り、速やかにるつぼを取り出し、るつぼ内の溶湯をはんだ母合金の鋳型に流し込んだ。鋳型には、ワイヤ押出用に直径１９ｍｍ×長さ１００ｍｍの円柱形状のものと、打抜き品用に幅４０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×厚さ５ｍｍのものを使用した。
このようにして試料１のはんだ母合金を作製した。原料の混合比率を変えた以外は試料１と同様にして試料２〜３８のはんだ母合金を作製した。これら試料１〜３８のはんだ母合金の組成をＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ−８１００）を用いて分析した。その分析結果を下記の表１に示す。

【0038】

【表1】

（注）表中の※を付した試料は比較例である。

【0039】

次に、上記試料１〜３８の各はんだ母合金について、下記のごとく、押出機でワイヤ状に、そして、圧延機でシート状に加工した。また、ワイヤ押出時、単位長さ当りの断線やキズ等の不良数をカウントして加工性評価１とした。そして、シート状に圧延加工した各試料について、単位長さ当りのクラックやカケ等の不良数をカウントして加工性評価２とし、さらにプレス機で打抜いた際の不良率を算出して加工性評価３とした。ワイヤ形状、シート形状に加工した各試料について、走査射型オージェ電子分光装置（ＵＬＶＡＣ−ＰＨＩ製、型式：ＳＡＭ−４３００）を用いて酸化膜の厚さを測定した。その結果を表１に示す。なお、試料の表面粗さも接合性や溶接性に影響を及ぼすため、制御する必要があることから、押出用ダイスの孔内の表面加工や圧延用ロールの表面加工を調整することによって、全ての試料（ワイヤ、シート、打抜き品）の表面粗さ(Ｒａ)を０．５０±０．１５μｍの範囲内とした。
さらにこれらの試料を使い、引張強度を測定し機械的特性の評価とし、溶断特性、温度上昇、耐候性についても評価した。

【0040】

＜加工性評価１（ワイヤ形状への加工）＞
準備した表１に示す試料１〜３８の各母合金（直径１９ｍｍ×長さ１００ｍｍ）を直径１．０ｍｍのワイヤ形状へ押出機を用いて加工した。この際、押出されたワイヤの表面酸化が進まないようにワイヤ排出口には窒素を流しながら押出した。そして、ワイヤを５０ｍを押出し、断線やキズが無かった場合を「○」、1回以上の断線、または１か所以上のキズが発生した場合を「×」と評価した。

【0041】

＜加工性評価２（シート形状への加工）＞
準備した表１に示す試料１〜３８の各母合金（幅４０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×厚さ５ｍｍ）を、圧延機を用いて圧延用油を塗布しながら送り速度を調整して厚さ０．１０ｍｍまで圧延した。シート１０ｍ当たり、バリやクラック等が無かった場合を「○」、バリやクラック等が1〜３箇所発生した場合を「△」、４箇所以上発生した場合を「×」と評価した。

【0042】

＜加工性評価３（打抜き品への加工）＞
圧延後のシート状の各試料をスリッター加工により３０ｍｍの幅に裁断し、金型プレス機を用いて、０．７ｍｍ×０．７ｍｍの四角形状に打抜き、各１０００個の打抜き品を製造した。打抜き品にバリやカケなどの不良が見られたものを「不良品」とし、そのような不良が無く、きれいに０．７ｍｍ×０．７ｍｍの四角形状に打抜けたものを「良品」として不良率を算出し、加工性評価３とした。

【0043】

＜機械的特性の評価（引張強度）＞
加工性評価１と同様の方法で直径１．０ｍｍのワイヤ形状に加工した各試料を１００ｍｍに切断し、引張強度測定用の試料とした。引張試験機はＡ＆Ｄ株式会社製、テンシロン万能試験機を用いて測定した。

【0044】

＜温度上昇についての評価＞
加工性評価２と同様の方法でシート形状に加工した各試料をスリッターを使って１．０ｍｍに裁断し、さらにフォイルカッターを使って長さ５．０ｍｍの形状に加工し、温度上昇を測定するための試料（幅１．０ｍｍ×長さ５．０ｍｍ×厚さ０．１０ｍｍ）を準備した。この各試料の両端を各電極に抵抗溶接法で接続した。そしてこの接合体に２．０（Ａ）の電流を流し、上昇した温度を測定した。なお、外気温度は２０℃一定となるように制御した。
試料３８の上昇した温度を１００％として、他の試料の温度上昇の程度を相対評価した。

【0045】

＜耐候性評価＞
温度上昇についての評価を行う際に製造した方法で同様の試料を製造し、耐候性評価用の試料とした。すなわち、各試料について、幅１．０ｍｍ×長さ５．０ｍｍ×厚さ０．１０ｍｍの形状をした試料を準備した。これらの試料を収容した恒温恒湿槽を、８５℃８５％ＲＨ−１０００時間の加速試験を行った。酸化膜の厚さの増加率が初期の厚さに比較し、３０％未満の場合を「○」、３０％以上１００％未満の場合を「△」、１００％以上を「×」と評価した。

【0046】

【表2】

（注）表中の※を付した試料は比較例である。

【0047】

上記表２から分かるように、本発明の要件を満たしている試料１〜２３は、各評価項目において良好な特性を示している。つまり、ワイヤ形状に加工しても断線やキズは全く発生せず、シート形状に加工してもバリやクラック等は発生せず、各試料について１０００個ずつ打抜き品を製造しても不良は発生せず全て良品であった。また、引張強度は全て１００ＭＰａ以上と高く、温度上昇は一般的に使用されている試料３８よりも抑えられており、耐候性についても酸化膜の増加率が抑えられており良好な結果を示した。

【0048】

一方、本発明の要件を満たしていない試料２４〜３８はほとんどの評価項目で好ましくない結果となっている。すなわち、ワイヤ形状に加工した際には断線やキズが多発し、シート形状に加工してもバリやクラック等は発生し、各試料について１０００個ずつ打抜き品を製造した際も不良品が多く、不良率は３０〜３５％であった。また、引張強度は全て４５ＭＰａ以下と低かった。耐候性についても酸化膜の増加率が大きく悪い結果となった。