专利名称：热敏熔断器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种防止电子装置和家用电气产品达到异常高温的热敏熔断器。
背景技术：
根据图1和图2说明一下热敏熔断器的结构和功能。图1是热敏熔断器在正常状态下的截面图，图2是操作后的截面图。如图1所示，热敏熔断器主要包括金属套1、导线2、3，绝缘材料5，压缩弹簧8、9，活动电极4以及热敏材料7等主要部件。其中活动电极4与导电金属套的内表面接触并可以在其内移动。压缩弹簧8位于活动电极4和绝缘材料5之间，压缩弹簧9位于活动电极4和热敏材料7之间。在正常状态下，压缩弹簧8、9均处于压缩状态，由于压缩弹簧9比压缩弹簧8的弹力更强，活动电极4偏向绝缘材料5一侧，并且活动电极4和导线2受压接触。因此，当导线2和3与电子装置的导线接触时，例如，电流从导线2到活动电极4，从活动电极4到金属套1，再从金属套1到导线3进行传递而导电。其中热敏材料为有机物质，例如可以使用具有150℃熔点的己二酸等。当达到指定操作温度时，热敏材料7会软化或熔融，并由于压缩弹簧9的挤压而变形。因此，当连接有热敏熔断器的电子装置等过热达到指定操作温度时，热敏材料会变形，解除了压缩弹簧9的压力。由于压缩弹簧9的扩张，使得压缩弹簧8的压缩状态也相应得以释放、如图2所示，由于压缩弹簧8的扩张，活动电极4会和导线2分离，从而截断电流。通过将具有这种功能的热敏熔断器和电子装置等的导线连接，就可以预先防止因装置异常过热引起的装置主体破坏或火灾。
当接有热敏熔断器的装置的温度急剧上升的时候，热敏材料7会迅速软化、熔化并变形，使导线2和活动电极迅速分离，但是当温度缓慢上升时，热敏材料7也是缓慢软化、熔化并变形，因此导线2和活动电极也缓慢分离。因此，在导线2和活动电极之间就容易局部产生轻微的电弧，活动电极4和导线2就有可能在电弧处熔融接触，出现热敏熔断器功能失效的问题。
再譬如，当选择Ag-CdO作为活动电极4的材料时，尽管，Ag-CdO的优点为电阻低、导热性高。但是当在导线2和活动电极4之间产生电弧时，由于CdO的蒸汽压高，CdO通过电弧在密闭空间内挥发和升华，以及由Ag-CdO形成的活动电极4易于变形，就会出现和导线2熔融接触的问题。
可以通过增加Ag-CdO中CdO的含量来改善类似于这样的熔融接触的问题。但是当CdO的含量提高了，导线2的接触电阻就增大了，所以容易使接触部位的温度升高。因此降低热敏熔断器的性能。
当Ag合金氧化物材料用作活动电极4的材料时，分散在Ag合金氧化物材料中的氧化物为细颗粒时，熔融接触的问题就比较不会出现。但是，细颗粒的氧化物会增加和导线2的接触电阻，当接触部位的温度升高，又会导致出现上述热敏熔断器性能降低的问题。
本发明的目的是提供一种即使当与热敏熔断器接触的装置的温度逐渐升高时，也不会出现活动电极(4)和导线熔融接触和在导电时电阻小的热敏熔断器。
发明内容
本发明提供一种热敏熔断器，其中热敏材料在操作温度下熔融，释放压缩弹簧，由于压缩弹簧扩张，通过压缩弹簧使之受压接触的活动电极和导线因此分离而截断电流，其特点在于上述活动电极(4)的材料是通过内部氧化处理含有99～80重量份Ag和1～20重量份Cu的合金获得的，该材料表面氧化物颗粒薄层的厚度小于5微米，材料中氧化物颗粒的平均直径为0.5～5微米。
更适宜的是，所述内部氧化处理是在氧气分压为0.3～2兆帕斯卡下进行的。
在本发明的热敏熔断器中，活动电极的材料可以是含有0.1～5重量份Sn和In中至少一种的组合物的合金。
在本发明的热敏熔断器中，活动电极的材料可以是含有0.01～1重量份的选自Fe、Co、Ni和Ti中至少一种的组合物的合金。
在本发明中，活动电极的材料宜是含有0.1～5重量份Sn和In中至少一种和0.01～1重量份选自Fe、Co、Ni和Ti中至少一种的组合物的合金。
图1是热敏熔断器在正常状态下的截面图，图2是操作后的截面图。图3是本发明活动电极表层部分的截面示意图。
具体实施例方式
本发明涉及一种热敏熔断器，其活动电极的材料是通过对含有Ag和Cu的合金进行内部氧化处理制得的，在材料表面上具有少量氧化物颗粒的薄层厚度至多5微米，材料中氧化物颗粒的平均颗粒直径为0.5～5微米。
通过对含有Ag和Cu的合金进行内部氧化处理制得活动电极的材料。引入Ag基体的Cu氧化物在高温下具有比Cd氧化物低的蒸汽压。因此，即使在导线2和活动电极4之间局部产生轻微的电弧，相比Cd氧化物，Cu氧化物不易挥发和升华。因此，通过引入Cu氧化物代替常规使用的Cd氧化物，就可以有效地抑制在活动电极4和导线2之间的熔融接触。
Ag和Cu在作为活动电极原料的合金中的组成如下99～80重量份Ag和1～20重量份Cu；较好的是，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。相对于99重量份的Ag，当引入Cu的量小于1重量份时，Cu的功效就不够，因此活动电极4和导线2之间就会存在熔融接触，就失去了热敏熔断器的作用。相对于80重量份的Ag，当引入Cu的量大于20重量份时，就会增大导线2和活动电极4接触部位的电阻，在导电时接触部位的温度就会升高，所述热敏熔断器的性能降低。
在本发明中，活动电极4的材料是通过对含有Ag和Cu的合金进行内部氧化处理制得的。所谓内部氧化处理是指当合金在含有充足氧气的气氛中暴露在高温下时，由于氧从合金的表面扩散到合金的内部，而在组合物金属的表面进行选择性氧化。通过对含有Ag和Cu的合金进行内部氧化处理，Cu被选择性氧化了，在合金中生成了氧化Cu。在本发明中，作为活动电极的材料，使用在指定条件下进行内部氧化处理的Ag和Cu合金替换Ag和氧化Cu合金，此材料表面氧化物颗粒的薄层厚度至多为5微米，且氧化物颗粒的平均直径为0.5～5微米。因此，可以提供一种即使在温度逐渐升高时也不会出现熔融接触，且在导电时电阻低的热敏熔断器。
本发明的热敏熔断器中，活动电极的材料可以是含有Sn和In中至少一种的组合物的合金。当引入Sn或In时，经过内部氧化处理后就会出现如(Cu-Sn)Ox，(Cu-In)Ox或(Cu-Sn-In)Ox混合氧化物，能显著提高其对导线与活动电极之间局部产生的轻微电弧的耐熔融接触。
Sn或In在作为原料的合金中的组成相对99～80重量份Ag和1～20重量份的Cu，宜为0.1～5重量份；更好为0.5～4重量份；最佳为1～3重量份。当Sn或In小于0.1重量份，不能显著提高其电弧特性；当其大于5重量份时，就会导致接触电阻增大。优选在整个合金组分中含0.1～5重量％Sn或In，99.9～95重量％Ag和Cu的组合物。
活动电极的材料可以是具有包含选自Fe、Co、Ni和Ti中至少一种的组合物的合金。在内部氧化处理过程中，在已经氧化和还未氧化的物质之间产生急剧下降的浓度梯度。因此，所述还未氧化的物质从内部往表面移动，可能导致表层和内部之间的不均衡。引入Fe、Co、Ni和Ti可以抑制内部氧化处理过程中所述还未氧化的物质的移动，达到氧化物的均匀分散。
Fe、Co、Ni和Ti在作为原料的合金中的组成相对于99～80重量份Ag和1～20重量份Cu，宜为0.01～1重量份；更好为0.05～0.5重量份；更好为0.4～0.4重量份。当引入的Fe、Co、Ni和Ti的量小于0.01重量份时，在内部氧化处理过程中就不能充分抑制还未氧化的物质的移动，使之很难达到氧化物的均匀分散。当其量大于1重量份时，就会在颗粒界面形成粗糙的氧化物，会增大其接触电阻。优选在整个合金组分中含0.01～1重量％Fe、Co、Ni和Ti，99.99～99重量％Ag和Cu的组合物。
在本发明最优选的实施方式中，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中的至少一种和0.01～1重量份的选自Fe、Co、Ni和Ti中至少一种的合金作为活动电极的原料。由这种组合物的合金制得的活动电极是具有的接触电阻相比通过简单结合相应组分的优点而达到的接触电阻要低，且可以获得在导电时抑制温度升高和优越的耐电弧性的合成功效。优选在整个合金组分中含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的组合物。
在活动电极的表面具有少量氧化物颗粒的薄层厚度至多为5微米，宜为至多3微米，更好为至多1微米。当具有少量氧化物颗粒的薄层比5微米厚，所述表层具有和纯Ag相近的组合物，使得在活动电极4和导线2之间更可能发生熔融接触。此处，活动电极的表层是指从表面到活动电极约20微米范围内的薄层，具有少量氧化物颗粒的薄层是指其中氧化物含量小于1重量％的薄层。
在活动电极4表层中的氧化物颗粒的平均颗粒直径为0.5～5微米，适宜为1～4微米，更宜为2～3微米。当氧化物颗粒的平均颗粒直径小于0.5微米时，由于在导线2和活动电极4之间的接触部位的氧化物颗粒的颗粒直径小，使得熔融接触更可能发生。当氧化物颗粒的颗粒直径大于5微米，接触电阻增大，因此使得熔融接触更可能发生。
活动电极的材料可以通过对具有上述组成的合金在0.3～2兆帕斯卡的氧气分压下进行内部氧化处理来制造。在内部氧化处理时的氧气分压宜为0.3～2兆帕斯卡，更宜为0.4～1兆帕斯卡，最佳为0.5～0.9兆帕斯卡。在内部氧化处理时的氧气分压对抑制在活动电极表面生成具有少量氧化物颗粒和调节氧化物颗粒的平均颗粒直径为0.5～5微米非常重要。更具体的是，当氧气分压小于0.3兆帕斯卡时，抑制产生具有少量氧化物颗粒的功效就不够，使得更可能发生熔融接触，而且，使得氧化物颗粒的平均颗粒直径大于5微米。当氧气分压大于2兆帕斯卡时，氧化物颗粒的平均颗粒直径会小于0.5微米，结果正如已经叙述的，活动电极的表层更可能发生熔融接触。内部氧化处理的温度宜为500～780℃，更宜为550～700℃。当温度低于500℃，氧化反应不能充分进行。当温度高于780℃，就很难控制具有少量氧化物颗粒的薄层厚度和氧化物颗粒的大小。
下面将参考具体实施例更加详细地说明本发明。
实施例1～18如表1所示，混合作为活动电极原料的合金组分制得这种组合物，将所得组合物熔融，锻造并辊轧成指定厚度。使用内部氧化炉，在0.5兆帕斯卡的氧气分压和550℃下进行内部氧化处理30小时。此后，进行辊轧加工和压模加工，由此制得具有指定形状的活动电极。评价每个活动电极的在表面具有少量氧化物颗粒的薄层的厚度和氧化物颗粒的大小(平均颗粒直径)。而且，将具有150℃熔点的己二酸热敏材料和由每种原料制得的活动电极装配到具有图1所示结构的热敏熔断器中，在DC30V，20A和温度上升速度为1℃/分钟的条件下，进行导电试验和电流截断试验。
评价方法1.具有少量氧化物颗粒的薄层的厚度如图3所示，在活动电极4的横截面处，氧化物含量低于1％的区域认为是具有少量氧化物颗粒的薄层16。使用电子显微镜，从最外层到横截面的中心1微米接着1微米地进行氧化物定量分析，测量具有少量氧化物颗粒的薄层16的厚度。
2.氧化物颗粒的大小使用金相显微镜以1000倍放大率测量活动电极4表面的氧化物颗粒17的平均颗粒直径。
3.导电试验热敏熔断器通电10分钟。测量试验前后金属套1表面的温度差异，温度差异小于10℃的熔断器可以认为是合格的，标为○，而温度差异等于或大于10℃的，认为是不合格的，标为×。
4.电流截断试验热敏熔断器通电10分钟后，在保持持续通电的状态下，试验环境温度升至160℃，高于150℃的操作温度10℃。使热敏熔断器进入实际操作状态，进行电流截断性能试验。试验之后，在活动电极和导线2之间不存在熔融接触的熔断器即能成功截断电流的熔断器认为是合格的，标记为○；而出现熔融接触的熔断器则认为是不合格的，标记为X。
对比例1、2除了用8.0重量份和12.0重量份的Cd各自替换Cu外，在和实施例1～3相同的条件下制造活动电极，评价具有少量氧化物的薄层的厚度和氧化物颗粒的大小，并进行导电试验和电流截断试验。
活动电极用材料的原料成分组成以及各种评价结果列于表1中。
对于实施例1～3和对比例1和2，应理解为使用8.0重量份和12.0重量份Cd作为活动电极材料的原料的热敏熔断器均在电流截断试验中出现活动电极和导线2的熔融接触，当使用1～20重量份Cu代替Cd的热敏熔断器则不会出现熔融接触，电流在150℃的设定温度下被截断。
对于实施例4～10，应理解为在使用0.01～1重量份Fe、Co、Ni和Ti作为活动电极原料的热敏熔断器中，氧化物分散得更均匀，在内部氧化处理过程中，所述Fe、Co、Ni和Ti具有抑制合金中还未氧化的溶解元素移动的功能。
至于实施例11～15，由检查进行用0.1～5重量份Sn或In作为活动电极4材料的热敏熔断器的试验后的活动电极4可知，Sn和In具有能稳定提高在导线2和活动电极4之间的接触部位电弧特性的效果。
至于实施例16～18，当Fe、Co、Ni或Ti和Sn或In一起用作活动电极材料时，呈现了降低接触电阻、在导电时抑制温度升高和降低试验后活动电极变形的效果。
本发明实施例所揭示的试验方式是示范性的，决不是用来限制本发明范围的，本发明的范围如上述权利要求所示的范围，这意味着在此范围内的各种修改均属于本权利要求的范围。
工业应用的有效性本发明提供一种即使当与热敏熔断器接触的装置的温度逐渐升高时也不会出现活动电极(4)和导线熔融接触和在导电时电阻小的热敏熔断器。
权利要求
1.一种热敏熔断器，它在操作温度下熔化热敏材料(7)以释放压缩弹簧(9)，并通过压缩弹簧(9)的扩张分离在压缩弹簧(9)作用下处于受压接触的活动电极(4)和导线(2)来截断电流，其中上述活动电极(4)的材料是通过内部氧化处理含有99～80重量份Ag和1～20重量份Cu的合金获得的，该材料表面氧化物颗粒薄层的厚度至多为5微米，材料中氧化物颗粒的平均直径为0.5～5微米。
2.权利要求1所述的热敏熔断器，其特征在于所述内部氧化处理是在氧气分压为0.3～2兆帕斯卡下进行的。
3.权利要求1所述的热敏熔断器，其特征在于所述活动电极(4)的材料是通过内部氧化处理含有99～80重量份Ag、1～20重量份Cu和0.1～5重量份Sn和In中的至少一种的合金获得的。
4.权利要求1所述的热敏熔断器，其特征在于所述活动电极(4)的材料是通过内部氧化处理含有99～80重量份Ag、1～20重量份Cu和0.01～1重量份选自Fe、Co、Ni和Ti中至少一种的合金获得的。
5.权利要求1所述的热敏熔断器，其特征在于所述活动电极(4)的材料是通过内部氧化处理含有99～80重量份Ag、1～20重量份Cu、0.1～5重量份Sn和In中的至少一种和0.01～1重量份选自Fe、Co、Ni和Ti中至少一种的合金获得的。
全文摘要
本发明的目的是提供一种即使当与热敏熔断器接触的装置的温度逐渐升高时也不会出现活动电极(4)和导线熔融接触且在导电时电阻小的热敏熔断器。为了这一目的，本发明提供一种在操作温度下熔化热敏材料(7)以释放压缩弹簧(9)，分离由于压缩弹簧(9)使之处于受压接触的活动电极(4)和导线(2)来截断电流的热敏熔断器，其中上述活动电极(4)的材料是通过内部氧化处理含有99～80重量份Ag和1～20重量份Cu的合金获得的，该材料表面氧化物颗粒薄层的厚度小于5微米，材料中氧化物颗粒的平均直径为0.5～5微米。
文档编号H01H37/76GK1451167SQ01811226
公开日2003年10月22日 申请日期2001年7月18日 优先权日2001年7月18日
发明者宫下育博, 吉川时弘, 西岛道彦, 汲田英生 申请人:Nec修特元件株式会社, 株式会社德力本店