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熱敏熔斷器的制作方法

文檔序號(hào):6897455閱讀:199來源:國知局
專利名稱:熱敏熔斷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種防止電子裝置和家用電氣產(chǎn)品達(dá)到異常高溫的熱敏熔斷器。
背景技術(shù)
根據(jù)圖1和圖2說明一下熱敏熔斷器的結(jié)構(gòu)和功能。圖1是熱敏熔斷器在正常狀態(tài)下的截面圖,圖2是操作后的截面圖。如圖1所示,熱敏熔斷器主要包括金屬套1、導(dǎo)線2、3,絕緣材料5,壓縮彈簧8、9,活動(dòng)電極4以及熱敏材料7等主要部件。其中活動(dòng)電極4與導(dǎo)電金屬套的內(nèi)表面接觸并可以在其內(nèi)移動(dòng)。壓縮彈簧8位于活動(dòng)電極4和絕緣材料5之間,壓縮彈簧9位于活動(dòng)電極4和熱敏材料7之間。在正常狀態(tài)下,壓縮彈簧8、9均處于壓縮狀態(tài),由于壓縮彈簧9比壓縮彈簧8的彈力更強(qiáng),活動(dòng)電極4偏向絕緣材料5一側(cè),并且活動(dòng)電極4和導(dǎo)線2受壓接觸。因此,當(dāng)導(dǎo)線2和3與電子裝置的導(dǎo)線接觸時(shí),例如,電流從導(dǎo)線2到活動(dòng)電極4,從活動(dòng)電極4到金屬套1,再從金屬套1到導(dǎo)線3進(jìn)行傳遞而導(dǎo)電。其中熱敏材料為有機(jī)物質(zhì),例如可以使用具有150℃熔點(diǎn)的己二酸等。當(dāng)達(dá)到指定操作溫度時(shí),熱敏材料7會(huì)軟化或熔融,并由于壓縮彈簧9的擠壓而變形。因此,當(dāng)連接有熱敏熔斷器的電子裝置等過熱達(dá)到指定操作溫度時(shí),熱敏材料會(huì)變形,解除了壓縮彈簧9的壓力。由于壓縮彈簧9的擴(kuò)張,使得壓縮彈簧8的壓縮狀態(tài)也相應(yīng)得以釋放、如圖2所示,由于壓縮彈簧8的擴(kuò)張,活動(dòng)電極4會(huì)和導(dǎo)線2分離,從而截?cái)嚯娏?。通過將具有這種功能的熱敏熔斷器和電子裝置等的導(dǎo)線連接,就可以預(yù)先防止因裝置異常過熱引起的裝置主體破壞或火災(zāi)。
當(dāng)接有熱敏熔斷器的裝置的溫度急劇上升的時(shí)候,熱敏材料7會(huì)迅速軟化、熔化并變形,使導(dǎo)線2和活動(dòng)電極迅速分離,但是當(dāng)溫度緩慢上升時(shí),熱敏材料7也是緩慢軟化、熔化并變形,因此導(dǎo)線2和活動(dòng)電極也緩慢分離。因此,在導(dǎo)線2和活動(dòng)電極之間就容易局部產(chǎn)生輕微的電弧,活動(dòng)電極4和導(dǎo)線2就有可能在電弧處熔融接觸,出現(xiàn)熱敏熔斷器功能失效的問題。
再譬如,當(dāng)選擇Ag-CdO作為活動(dòng)電極4的材料時(shí),盡管,Ag-CdO的優(yōu)點(diǎn)為電阻低、導(dǎo)熱性高。但是當(dāng)在導(dǎo)線2和活動(dòng)電極4之間產(chǎn)生電弧時(shí),由于CdO的蒸汽壓高,CdO通過電弧在密閉空間內(nèi)揮發(fā)和升華,以及由Ag-CdO形成的活動(dòng)電極4易于變形,就會(huì)出現(xiàn)和導(dǎo)線2熔融接觸的問題。
可以通過增加Ag-CdO中CdO的含量來改善類似于這樣的熔融接觸的問題。但是當(dāng)CdO的含量提高了,導(dǎo)線2的接觸電阻就增大了,所以容易使接觸部位的溫度升高。因此降低熱敏熔斷器的性能。
當(dāng)Ag合金氧化物材料用作活動(dòng)電極4的材料時(shí),分散在Ag合金氧化物材料中的氧化物為細(xì)顆粒時(shí),熔融接觸的問題就比較不會(huì)出現(xiàn)。但是,細(xì)顆粒的氧化物會(huì)增加和導(dǎo)線2的接觸電阻,當(dāng)接觸部位的溫度升高,又會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)上述熱敏熔斷器性能降低的問題。
本發(fā)明的目的是提供一種即使當(dāng)與熱敏熔斷器接觸的裝置的溫度逐漸升高時(shí),也不會(huì)出現(xiàn)活動(dòng)電極(4)和導(dǎo)線熔融接觸和在導(dǎo)電時(shí)電阻小的熱敏熔斷器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種熱敏熔斷器,其中熱敏材料在操作溫度下熔融,釋放壓縮彈簧,由于壓縮彈簧擴(kuò)張,通過壓縮彈簧使之受壓接觸的活動(dòng)電極和導(dǎo)線因此分離而截?cái)嚯娏?,其特點(diǎn)在于上述活動(dòng)電極(4)的材料是通過內(nèi)部氧化處理含有99~80重量份Ag和1~20重量份Cu的合金獲得的,該材料表面氧化物顆粒薄層的厚度小于5微米,材料中氧化物顆粒的平均直徑為0.5~5微米。
更適宜的是,所述內(nèi)部氧化處理是在氧氣分壓為0.3~2兆帕斯卡下進(jìn)行的。
在本發(fā)明的熱敏熔斷器中,活動(dòng)電極的材料可以是含有0.1~5重量份Sn和In中至少一種的組合物的合金。
在本發(fā)明的熱敏熔斷器中,活動(dòng)電極的材料可以是含有0.01~1重量份的選自Fe、Co、Ni和Ti中至少一種的組合物的合金。
在本發(fā)明中,活動(dòng)電極的材料宜是含有0.1~5重量份Sn和In中至少一種和0.01~1重量份選自Fe、Co、Ni和Ti中至少一種的組合物的合金。


圖1是熱敏熔斷器在正常狀態(tài)下的截面圖,圖2是操作后的截面圖。圖3是本發(fā)明活動(dòng)電極表層部分的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種熱敏熔斷器,其活動(dòng)電極的材料是通過對(duì)含有Ag和Cu的合金進(jìn)行內(nèi)部氧化處理制得的,在材料表面上具有少量氧化物顆粒的薄層厚度至多5微米,材料中氧化物顆粒的平均顆粒直徑為0.5~5微米。
通過對(duì)含有Ag和Cu的合金進(jìn)行內(nèi)部氧化處理制得活動(dòng)電極的材料。引入Ag基體的Cu氧化物在高溫下具有比Cd氧化物低的蒸汽壓。因此,即使在導(dǎo)線2和活動(dòng)電極4之間局部產(chǎn)生輕微的電弧,相比Cd氧化物,Cu氧化物不易揮發(fā)和升華。因此,通過引入Cu氧化物代替常規(guī)使用的Cd氧化物,就可以有效地抑制在活動(dòng)電極4和導(dǎo)線2之間的熔融接觸。
Ag和Cu在作為活動(dòng)電極原料的合金中的組成如下99~80重量份Ag和1~20重量份Cu;較好的是,94~86重量份Ag和6~14重量份Cu;更好的是,92~88重量份Ag和8~1 2重量份Cu。相對(duì)于99重量份的Ag,當(dāng)引入Cu的量小于1重量份時(shí),Cu的功效就不夠,因此活動(dòng)電極4和導(dǎo)線2之間就會(huì)存在熔融接觸,就失去了熱敏熔斷器的作用。相對(duì)于80重量份的Ag,當(dāng)引入Cu的量大于20重量份時(shí),就會(huì)增大導(dǎo)線2和活動(dòng)電極4接觸部位的電阻,在導(dǎo)電時(shí)接觸部位的溫度就會(huì)升高,所述熱敏熔斷器的性能降低。
在本發(fā)明中,活動(dòng)電極4的材料是通過對(duì)含有Ag和Cu的合金進(jìn)行內(nèi)部氧化處理制得的。所謂內(nèi)部氧化處理是指當(dāng)合金在含有充足氧氣的氣氛中暴露在高溫下時(shí),由于氧從合金的表面擴(kuò)散到合金的內(nèi)部,而在組合物金屬的表面進(jìn)行選擇性氧化。通過對(duì)含有Ag和Cu的合金進(jìn)行內(nèi)部氧化處理,Cu被選擇性氧化了,在合金中生成了氧化Cu。在本發(fā)明中,作為活動(dòng)電極的材料,使用在指定條件下進(jìn)行內(nèi)部氧化處理的Ag和Cu合金替換Ag和氧化Cu合金,此材料表面氧化物顆粒的薄層厚度至多為5微米,且氧化物顆粒的平均直徑為0.5~5微米。因此,可以提供一種即使在溫度逐漸升高時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)熔融接觸,且在導(dǎo)電時(shí)電阻低的熱敏熔斷器。
本發(fā)明的熱敏熔斷器中,活動(dòng)電極的材料可以是含有Sn和In中至少一種的組合物的合金。當(dāng)引入Sn或In時(shí),經(jīng)過內(nèi)部氧化處理后就會(huì)出現(xiàn)如(Cu-Sn)Ox,(Cu-In)Ox或(Cu-Sn-In)Ox混合氧化物,能顯著提高其對(duì)導(dǎo)線與活動(dòng)電極之間局部產(chǎn)生的輕微電弧的耐熔融接觸。
Sn或In在作為原料的合金中的組成相對(duì)99~80重量份Ag和1~20重量份的Cu,宜為0.1~5重量份;更好為0.5~4重量份;最佳為1~3重量份。當(dāng)Sn或In小于0.1重量份,不能顯著提高其電弧特性;當(dāng)其大于5重量份時(shí),就會(huì)導(dǎo)致接觸電阻增大。優(yōu)選在整個(gè)合金組分中含0.1~5重量%Sn或In,99.9~95重量%Ag和Cu的組合物。
活動(dòng)電極的材料可以是具有包含選自Fe、Co、Ni和Ti中至少一種的組合物的合金。在內(nèi)部氧化處理過程中,在已經(jīng)氧化和還未氧化的物質(zhì)之間產(chǎn)生急劇下降的濃度梯度。因此,所述還未氧化的物質(zhì)從內(nèi)部往表面移動(dòng),可能導(dǎo)致表層和內(nèi)部之間的不均衡。引入Fe、Co、Ni和Ti可以抑制內(nèi)部氧化處理過程中所述還未氧化的物質(zhì)的移動(dòng),達(dá)到氧化物的均勻分散。
Fe、Co、Ni和Ti在作為原料的合金中的組成相對(duì)于99~80重量份Ag和1~20重量份Cu,宜為0.01~1重量份;更好為0.05~0.5重量份;更好為0.4~0.4重量份。當(dāng)引入的Fe、Co、Ni和Ti的量小于0.01重量份時(shí),在內(nèi)部氧化處理過程中就不能充分抑制還未氧化的物質(zhì)的移動(dòng),使之很難達(dá)到氧化物的均勻分散。當(dāng)其量大于1重量份時(shí),就會(huì)在顆粒界面形成粗糙的氧化物,會(huì)增大其接觸電阻。優(yōu)選在整個(gè)合金組分中含0.01~1重量%Fe、Co、Ni和Ti,99.99~99重量%Ag和Cu的組合物。
在本發(fā)明最優(yōu)選的實(shí)施方式中,可以用具有包含99~80重量份Ag,1~20重量份Cu,0.1~5重量份的Sn和In中的至少一種和0.01~1重量份的選自Fe、Co、Ni和Ti中至少一種的合金作為活動(dòng)電極的原料。由這種組合物的合金制得的活動(dòng)電極是具有的接觸電阻相比通過簡單結(jié)合相應(yīng)組分的優(yōu)點(diǎn)而達(dá)到的接觸電阻要低,且可以獲得在導(dǎo)電時(shí)抑制溫度升高和優(yōu)越的耐電弧性的合成功效。優(yōu)選在整個(gè)合金組分中含0.1~5重量份的Sn和In,0.01~1重量%Fe、Co、Ni和Ti,和99.8~94重量%Ag和Cu的組合物。
在活動(dòng)電極的表面具有少量氧化物顆粒的薄層厚度至多為5微米,宜為至多3微米,更好為至多1微米。當(dāng)具有少量氧化物顆粒的薄層比5微米厚,所述表層具有和純Ag相近的組合物,使得在活動(dòng)電極4和導(dǎo)線2之間更可能發(fā)生熔融接觸。此處,活動(dòng)電極的表層是指從表面到活動(dòng)電極約20微米范圍內(nèi)的薄層,具有少量氧化物顆粒的薄層是指其中氧化物含量小于1重量%的薄層。
在活動(dòng)電極4表層中的氧化物顆粒的平均顆粒直徑為0.5~5微米,適宜為1~4微米,更宜為2~3微米。當(dāng)氧化物顆粒的平均顆粒直徑小于0.5微米時(shí),由于在導(dǎo)線2和活動(dòng)電極4之間的接觸部位的氧化物顆粒的顆粒直徑小,使得熔融接觸更可能發(fā)生。當(dāng)氧化物顆粒的顆粒直徑大于5微米,接觸電阻增大,因此使得熔融接觸更可能發(fā)生。
活動(dòng)電極的材料可以通過對(duì)具有上述組成的合金在0.3~2兆帕斯卡的氧氣分壓下進(jìn)行內(nèi)部氧化處理來制造。在內(nèi)部氧化處理時(shí)的氧氣分壓宜為0.3~2兆帕斯卡,更宜為0.4~1兆帕斯卡,最佳為0.5~0.9兆帕斯卡。在內(nèi)部氧化處理時(shí)的氧氣分壓對(duì)抑制在活動(dòng)電極表面生成具有少量氧化物顆粒和調(diào)節(jié)氧化物顆粒的平均顆粒直徑為0.5~5微米非常重要。更具體的是,當(dāng)氧氣分壓小于0.3兆帕斯卡時(shí),抑制產(chǎn)生具有少量氧化物顆粒的功效就不夠,使得更可能發(fā)生熔融接觸,而且,使得氧化物顆粒的平均顆粒直徑大于5微米。當(dāng)氧氣分壓大于2兆帕斯卡時(shí),氧化物顆粒的平均顆粒直徑會(huì)小于0.5微米,結(jié)果正如已經(jīng)敘述的,活動(dòng)電極的表層更可能發(fā)生熔融接觸。內(nèi)部氧化處理的溫度宜為500~780℃,更宜為550~700℃。當(dāng)溫度低于500℃,氧化反應(yīng)不能充分進(jìn)行。當(dāng)溫度高于780℃,就很難控制具有少量氧化物顆粒的薄層厚度和氧化物顆粒的大小。
下面將參考具體實(shí)施例更加詳細(xì)地說明本發(fā)明。
實(shí)施例1~18如表1所示,混合作為活動(dòng)電極原料的合金組分制得這種組合物,將所得組合物熔融,鍛造并輥軋成指定厚度。使用內(nèi)部氧化爐,在0.5兆帕斯卡的氧氣分壓和550℃下進(jìn)行內(nèi)部氧化處理30小時(shí)。此后,進(jìn)行輥軋加工和壓模加工,由此制得具有指定形狀的活動(dòng)電極。評(píng)價(jià)每個(gè)活動(dòng)電極的在表面具有少量氧化物顆粒的薄層的厚度和氧化物顆粒的大小(平均顆粒直徑)。而且,將具有150℃熔點(diǎn)的己二酸熱敏材料和由每種原料制得的活動(dòng)電極裝配到具有圖1所示結(jié)構(gòu)的熱敏熔斷器中,在DC30V,20A和溫度上升速度為1℃/分鐘的條件下,進(jìn)行導(dǎo)電試驗(yàn)和電流截?cái)嘣囼?yàn)。
評(píng)價(jià)方法1.具有少量氧化物顆粒的薄層的厚度如圖3所示,在活動(dòng)電極4的橫截面處,氧化物含量低于1%的區(qū)域認(rèn)為是具有少量氧化物顆粒的薄層16。使用電子顯微鏡,從最外層到橫截面的中心1微米接著1微米地進(jìn)行氧化物定量分析,測量具有少量氧化物顆粒的薄層16的厚度。
2.氧化物顆粒的大小使用金相顯微鏡以1000倍放大率測量活動(dòng)電極4表面的氧化物顆粒17的平均顆粒直徑。
3.導(dǎo)電試驗(yàn)熱敏熔斷器通電10分鐘。測量試驗(yàn)前后金屬套1表面的溫度差異,溫度差異小于10℃的熔斷器可以認(rèn)為是合格的,標(biāo)為○,而溫度差異等于或大于10℃的,認(rèn)為是不合格的,標(biāo)為×。
4.電流截?cái)嘣囼?yàn)熱敏熔斷器通電10分鐘后,在保持持續(xù)通電的狀態(tài)下,試驗(yàn)環(huán)境溫度升至160℃,高于150℃的操作溫度10℃。使熱敏熔斷器進(jìn)入實(shí)際操作狀態(tài),進(jìn)行電流截?cái)嘈阅茉囼?yàn)。試驗(yàn)之后,在活動(dòng)電極和導(dǎo)線2之間不存在熔融接觸的熔斷器即能成功截?cái)嚯娏鞯娜蹟嗥髡J(rèn)為是合格的,標(biāo)記為○;而出現(xiàn)熔融接觸的熔斷器則認(rèn)為是不合格的,標(biāo)記為X。
對(duì)比例1、2除了用8.0重量份和12.0重量份的Cd各自替換Cu外,在和實(shí)施例1~3相同的條件下制造活動(dòng)電極,評(píng)價(jià)具有少量氧化物的薄層的厚度和氧化物顆粒的大小,并進(jìn)行導(dǎo)電試驗(yàn)和電流截?cái)嘣囼?yàn)。
活動(dòng)電極用材料的原料成分組成以及各種評(píng)價(jià)結(jié)果列于表1中。

對(duì)于實(shí)施例1~3和對(duì)比例1和2,應(yīng)理解為使用8.0重量份和12.0重量份Cd作為活動(dòng)電極材料的原料的熱敏熔斷器均在電流截?cái)嘣囼?yàn)中出現(xiàn)活動(dòng)電極和導(dǎo)線2的熔融接觸,當(dāng)使用1~20重量份Cu代替Cd的熱敏熔斷器則不會(huì)出現(xiàn)熔融接觸,電流在150℃的設(shè)定溫度下被截?cái)唷?br> 對(duì)于實(shí)施例4~10,應(yīng)理解為在使用0.01~1重量份Fe、Co、Ni和Ti作為活動(dòng)電極原料的熱敏熔斷器中,氧化物分散得更均勻,在內(nèi)部氧化處理過程中,所述Fe、Co、Ni和Ti具有抑制合金中還未氧化的溶解元素移動(dòng)的功能。
至于實(shí)施例11~15,由檢查進(jìn)行用0.1~5重量份Sn或In作為活動(dòng)電極4材料的熱敏熔斷器的試驗(yàn)后的活動(dòng)電極4可知,Sn和In具有能穩(wěn)定提高在導(dǎo)線2和活動(dòng)電極4之間的接觸部位電弧特性的效果。
至于實(shí)施例16~18,當(dāng)Fe、Co、Ni或Ti和Sn或In一起用作活動(dòng)電極材料時(shí),呈現(xiàn)了降低接觸電阻、在導(dǎo)電時(shí)抑制溫度升高和降低試驗(yàn)后活動(dòng)電極變形的效果。
本發(fā)明實(shí)施例所揭示的試驗(yàn)方式是示范性的,決不是用來限制本發(fā)明范圍的,本發(fā)明的范圍如上述權(quán)利要求所示的范圍,這意味著在此范圍內(nèi)的各種修改均屬于本權(quán)利要求的范圍。
工業(yè)應(yīng)用的有效性本發(fā)明提供一種即使當(dāng)與熱敏熔斷器接觸的裝置的溫度逐漸升高時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)活動(dòng)電極(4)和導(dǎo)線熔融接觸和在導(dǎo)電時(shí)電阻小的熱敏熔斷器。
權(quán)利要求
1.一種熱敏熔斷器,它在操作溫度下熔化熱敏材料(7)以釋放壓縮彈簧(9),并通過壓縮彈簧(9)的擴(kuò)張分離在壓縮彈簧(9)作用下處于受壓接觸的活動(dòng)電極(4)和導(dǎo)線(2)來截?cái)嚯娏鳎渲猩鲜龌顒?dòng)電極(4)的材料是通過內(nèi)部氧化處理含有99~80重量份Ag和1~20重量份Cu的合金獲得的,該材料表面氧化物顆粒薄層的厚度至多為5微米,材料中氧化物顆粒的平均直徑為0.5~5微米。
2.權(quán)利要求1所述的熱敏熔斷器,其特征在于所述內(nèi)部氧化處理是在氧氣分壓為0.3~2兆帕斯卡下進(jìn)行的。
3.權(quán)利要求1所述的熱敏熔斷器,其特征在于所述活動(dòng)電極(4)的材料是通過內(nèi)部氧化處理含有99~80重量份Ag、1~20重量份Cu和0.1~5重量份Sn和In中的至少一種的合金獲得的。
4.權(quán)利要求1所述的熱敏熔斷器,其特征在于所述活動(dòng)電極(4)的材料是通過內(nèi)部氧化處理含有99~80重量份Ag、1~20重量份Cu和0.01~1重量份選自Fe、Co、Ni和Ti中至少一種的合金獲得的。
5.權(quán)利要求1所述的熱敏熔斷器,其特征在于所述活動(dòng)電極(4)的材料是通過內(nèi)部氧化處理含有99~80重量份Ag、1~20重量份Cu、0.1~5重量份Sn和In中的至少一種和0.01~1重量份選自Fe、Co、Ni和Ti中至少一種的合金獲得的。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種即使當(dāng)與熱敏熔斷器接觸的裝置的溫度逐漸升高時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)活動(dòng)電極(4)和導(dǎo)線熔融接觸且在導(dǎo)電時(shí)電阻小的熱敏熔斷器。為了這一目的,本發(fā)明提供一種在操作溫度下熔化熱敏材料(7)以釋放壓縮彈簧(9),分離由于壓縮彈簧(9)使之處于受壓接觸的活動(dòng)電極(4)和導(dǎo)線(2)來截?cái)嚯娏鞯臒崦羧蹟嗥?,其中上述活?dòng)電極(4)的材料是通過內(nèi)部氧化處理含有99~80重量份Ag和1~20重量份Cu的合金獲得的,該材料表面氧化物顆粒薄層的厚度小于5微米,材料中氧化物顆粒的平均直徑為0.5~5微米。
文檔編號(hào)H01H37/76GK1451167SQ01811226
公開日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2001年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月18日
發(fā)明者宮下育博, 吉川時(shí)弘, 西島道彥, 汲田英生 申請(qǐng)人:Nec修特元件株式會(huì)社, 株式會(huì)社德力本店
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