ヒューズ用めっき付き銅合金材料及びその製造方法
【課題】 ヒューズ用銅合金材の溶断特性を改善する。
【解決手段】 銅合金基材１の表面にＮｉ層２、その上にＮｉ−Ｓｎ合金、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ合金、又はその両者からなるＮｉ，Ｓｎ含有合金層３が形成され、その上に最表層として純Ｓｎ層４が形成されためっき付き銅合金材。銅合金基材１はＮｉ：０．１〜１質量％、Ｓｎ：０．１〜１質量％、Ｐ：０．０１〜０．２質量％を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる。Ｎｉ層２は厚さ０〜１０μｍであり、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層３は厚さが０．０１〜５０μｍであり、純Ｓｎ層４は厚さが０．１μｍ以上である。銅合金基材の表面にＮｉめっき、続いてＳｎめっきした後、リフロー処理又は加熱処理を行うか、銅合金基材の表面にＮｉめっきした後、その上に溶融Ｓｎめっきを行うことにより製造する。
【解決手段】 銅合金基材１の表面にＮｉ層２、その上にＮｉ−Ｓｎ合金、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ合金、又はその両者からなるＮｉ，Ｓｎ含有合金層３が形成され、その上に最表層として純Ｓｎ層４が形成されためっき付き銅合金材。銅合金基材１はＮｉ：０．１〜１質量％、Ｓｎ：０．１〜１質量％、Ｐ：０．０１〜０．２質量％を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる。Ｎｉ層２は厚さ０〜１０μｍであり、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層３は厚さが０．０１〜５０μｍであり、純Ｓｎ層４は厚さが０．１μｍ以上である。銅合金基材の表面にＮｉめっき、続いてＳｎめっきした後、リフロー処理又は加熱処理を行うか、銅合金基材の表面にＮｉめっきした後、その上に溶融Ｓｎめっきを行うことにより製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や家電製品の電子部品に使用され、過電流に対する溶断特性に優れ、装置や部品の焼損を防止するように機能するヒューズ用銅合金材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、家電製品及び電子機器等に搭載される電気・電子部品の小型化は急速に進行している。これら電子機器において、過電流が流れた時に、回路を保護し、装置や部品が焼損することを避けるため、瞬時に断線するよう機能する過電流溶断型ヒューズが使用されている。ヒューズエレメントに電流が流れると、そのエレメントが持っている固有の抵抗によって発熱エネルギーは、ほぼジュールの法則に従い、発熱と同時に周囲の部品や外気へと伝播し放熱していくが、短時間で溶断するようなインラッシュ電流の領域では、発熱するジュール熱に比べて熱放散が少ないので、発熱する熱は殆どヒューズエレメントの温度上昇に費やされる。
これらのヒューズ材の固有抵抗が大きければ、過電流時に発生するジュール熱が大きく、このジュール熱でヒューズ材が溶断し、電気回路が保護される。このヒューズの溶断にかかる時間や溶断温度は、使用する材料によって異なる。
【０００３】
ヒューズは通常状態で溶断することが無く、かつ異常が発生したなら確実に溶断する必要がある。そのため、使用される材料としてはＳｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ等の単体や合金が使用されていた。ヒューズ用Ｃｕ合金に関する特許文献としては、例えば下記特許文献１〜５がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２５３５２７号公報
【特許文献２】特開平５−８６４２８号公報
【特許文献３】特開平５−１９８２４７号公報
【特許文献４】特開昭６１−４１７３７号公報
【特許文献５】特開昭６３−２３０８３７号公報
【特許文献６】特開平１−３１５９２４号公報
【０００５】
ヒューズは、大きく分けて、端子部とヒューズ部とが別材料からなるタイプと、端子部とヒューズ部とが同一材料からなるタイプがある。前者は、端子部とヒューズ部との接合が必要となり、コスト高となるため、後者が一般的に使用されることが多い。従って、端子部とヒューズ部とが同一材料から構成される一体型のヒューズ（ヒューズ端子といわれる）の場合、その材料には、ヒューズ部に要求される溶断特性の他に、端子部に要求される機械的特性、特に強度特性や導電率が必要となる。
しかし、適度な強度及び導電率を有する銅合金において、これまで十分な溶断特性が得られていない。そこで、溶融温度を低下させ、かつ溶断にかかる時間を短くするために、ヒューズ用銅合金材料の表面に溶融Ｓｎめっきを施したり、ヒューズ部にＳｎチップをかしめることがなされている（特許文献６参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ヒューズ用銅合金材料の溶断特性を改善することを目的とする。なお、本発明においてヒューズ用というとき前記ヒューズ端子用を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るヒューズ用めっき付き銅合金材料は、Ｎｉ：０．１〜１質量％、Ｓｎ：０．１〜１質量％、Ｐ：０．０１〜０．２質量％を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、導電率４５％ＩＡＣＳ以上とした銅合金素材の表面に、Ｎｉ−Ｓｎ合金、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ合金、又はその両者からなるＮｉ，Ｓｎ含有合金層が形成され、その上に最表層として純Ｓｎ層が形成され、前記Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は厚さが５０μｍ以下、前記純Ｓｎ層は厚さが０．１μｍ以上であることを特徴とする。さらに、前記銅合金基材とＮｉ，Ｓｎ含有合金層の間に厚さ１０μｍ以下のＮｉ層が形成されたものも、本発明に係るヒューズ用めっき付き銅合金材料に含まれる。ヒューズ端子用であれば、引張強度が４００Ｎ／ｍｍ２以上であることが望ましい。前記銅合金基材の形態は、主として板又は条（コイル状にした板）である。
上記めっき付き銅合金材料をヒューズとして利用するに際し、上記めっき付き銅合金材料のヒューズ部の表面にさらにＳｎめっきをしてＳｎ層全体の厚さを増すか、ヒューズ部にＳｎチップをかしめて、ヒューズ溶断温度を低下させ、かつ溶断にかかる時間を短縮することができる。
【０００８】
上記ヒューズ用めっき付き銅合金材料（Ｎｉ層なし）は、前記銅合金基材の表面にＳｎめっき層を形成した後、リフロー処理又は加熱処理するか、前記銅合金基材の表面に溶融Ｓｎめっきによるめっき層を形成することにより製造できる。この場合、生成するＮｉ，Ｓｎ含有合金層の中のＮｉは銅合金基材から、ＳｎはＳｎめっき層から供給される。
また、上記ヒューズ用めっき付き銅合金材料は、前記銅合金基材の表面にＮｉめっき層を形成し、その上にＳｎめっき層を形成した後、リフロー処理又は加熱処理するか、Ｎｉめっき層の上に溶融Ｓｎめっきによるめっき層を形成することにより製造できる。この場合、生成するＮｉ，Ｓｎ含有合金層中のＮｉはＮｉめっき層から供給され、その結果、Ｎｉめっき層が残留する場合と消滅する場合がある。Ｎｉめっき層が早期に消滅した場合、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層中のＮｉはさらに銅合金基材から供給される。
両方法において、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は柱状結晶として成長する。
【発明の効果】
【０００９】
上記のめっき付き銅合金材料中に含まれるＮｉ，Ｓｎ含有合金層は、過電流発生時に発生するジュール熱により、銅合金基材中のＣｕと純Ｓｎ層中のＳｎの合金化を急速に促進させ、銅合金基材をすばやく減肉させる。銅合金基材が減肉することにより、通電の際の電気抵抗を増加させ、過電流発生時にすばやく溶断させる。
銅合金基材が引張強度４００Ｎ／ｍｍ２以上及び導電率４５％ＩＡＣＳ以上であれば、ヒューズ部に要求される溶断特性の他に、端子部に要求される強度及び導電率をも満たし、ヒューズ端子用として好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係るヒューズ用めっき付き銅合金材料についてより詳細に説明する。
図１に、本発明に係るヒューズ用めっき付き銅合金材料の断面の模式図を示す。（ａ）では、銅合金基材１の表面にＮｉ層２が形成され、その上にＮｉ，Ｓｎ含有合金層３が形成され、その上に最表層として純Ｓｎ層４が形成され、（ｂ）では、銅合金基材１の表面にＮｉ，Ｓｎ含有合金層３が形成され、その上に最表層として純Ｓｎ層４が形成されている。Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層３は、Ｓｎ層に向かって成長した柱状結晶からなる。
【００１１】
Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は、通電による温度上昇と共に銅合金基材中のＣｕと純Ｓｎ層中のＳｎの拡散を促進させる作用を有する。すなわち、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層が存在することで、銅合金基材中のＣｕと純Ｓｎ層中のＳｎとの合金化が促進され、銅合金基材を減肉させやすくなる。なお、このＮｉ，Ｓｎ含有合金層は、通常めっき処理後に直ちに厚さ０．０１μｍ以上形成され、その厚さで上記作用を有する。従って、実質的な下限値は０．０１μｍであり、望ましくは０．１μｍ以上である。
しかし、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は、その厚さが５０μｍを超えると、銅合金基材と純Ｓｎ層の間でバリア層として働き、銅合金基材中のＣｕと純Ｓｎ層中のＳｎの拡散を起こし難くし、銅合金基材の減肉を抑えてしまうため、厚さが５０μｍ以下である必要がある。望ましくは３０μｍ以下である。
【００１２】
Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層において、Ｎｉ含有量は０．０２〜７５ａｔ％の範囲が望ましい。これは、Ｎｉ含有量が０．０２ａｔ％未満か７５ａｔ％を越えるようだと、ヒューズ溶断時のＣｕとＳｎの拡散促進効果が少ない、すなわち基材減肉促進効果が少ないからである。
なお、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は、Ｎｉ−Ｓｎ合金、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ合金又はその両者からなり、Ｎｉ−Ｓｎ合金は主として金属間化合物のＮｉ３Ｓｎ４又は／及びＮｉ３Ｓｎを含み、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ合金は主として金属間化合物の（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５を含む。
【００１３】
純Ｓｎ層は、過電流発生時に発生するジュール熱により、Ｓｎを銅合金基材から拡散するＣｕと合金化させてＮｉ，Ｓｎ含有合金層を成長させ、銅合金基材をすばやく減肉させる役割を有する。しかし、その厚さが０．１μｍ以下では過電流発生時に銅合金基材を減肉させるだけの十分な量ではなく、溶断特性が十分とならない。望ましくは０．３μｍ以上、さらに望ましくは０．４μｍ以上である。純Ｓｎ層の厚さの上限は特に存在しない。しかし、５０μｍを大きく越える厚さの純Ｓｎ層を形成しようとすると、十分な表面性状が得られにくい。従って、純Ｓｎ層の厚さは例えば０．１〜６０μｍ、さらに０．１〜５０μｍが望ましい。
Ｎｉ層は、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層が形成されるときに残留したもので、存在することが必須ではないが、過電流発生時に発生するジュール熱により、Ｎｉを銅合金基材から拡散するＣｕ及びＳｎ層から拡散するＳｎと合金化させてＮｉ，Ｓｎ含有合金層を成長させ、銅合金基材をすばやく減肉させる役割を有する。Ｎｉ層の厚さが１０μｍを越えると、過電流発生に伴う温度上昇により拡散しきれず、バリア層となってＣｕとＳｎの拡散を抑制し、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層の成長及び銅合金基材の減肉を抑制する。従って、Ｎｉ層の厚さは１０μｍ以下とする。
【００１４】
銅合金基材はＮｉ：０．１〜１質量％、Ｓｎ：０．１〜１質量％、Ｐ：０．０１〜０．２質量％を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる。銅合金基材の組成をこのように規定したのは、ヒューズ溶断特性に優れるためである。各元素毎に説明すると次のとおり。
Ｎｉ：０．１質量％未満であると、発熱時に形成される合金層がＣｕ−Ｓｎ合金層となりやすく、過電流発生時の合金層成長が十分でない。すなわち素材減肉が促進し難いため、ヒューズ溶断特性に劣る。逆に１重量％を越えると、導電率を確保し難くなる。
Ｓｎ：０．１重量％未満であると、発熱時のＳｎの溶融に伴う溶断性向上効果がみられず、１重量％を越えると、導電率を確保し難くなる。
Ｐ：Ｐは昇華作用があるため発熱向上効果を有するが、０．０１質量％未満であると、過電流発生時の発熱促進効果が小さく、溶断性に劣り、逆に０．２％を越えると、熱間加工において割れが発生しやすくなる。好ましくは０．０１〜０．１５質量％、さらに好ましくは０．０３〜０．１質量％である。
一方、導電率は析出物の析出状態を示し、４５％ＩＡＣＳ未満では導電率が不足する。
なお、銅合金性ヒューズの板厚は一般に１ｍｍ以下であり、本発明に係る銅合金基材も溶断特性の面からは薄肉の方がよく、板厚１ｍｍ以下、さらに０．８ｍｍ以下が望ましい。
【００１５】
次に、上記ヒューズ用めっき付き銅合金材料の製造方法について説明する。主な方法は次の４通りである。
（１）銅合金基材の表面にＳｎめっき層を形成した後、リフロー処理又は加熱処理する。
（２）銅合金基材の表面に溶融Ｓｎめっきによるめっき層を形成する。
（３）銅合金基材の表面にＮｉめっき層を形成し、その上にＳｎめっき層を形成した後、リフロー処理又は加熱処理する。
（４）銅合金基材の表面にＮｉめっき層を形成し、その上に溶融Ｓｎめっきによるめっき層を形成する。
【００１６】
さらに、上記ヒューズ用めっき付き銅合金材料は、銅合金基材の表面にＳｎめっき層を形成しただけ、あるいは銅合金基材の表面にＮｉめっき層を形成し、その上にＳｎめっき層を形成しただけでも製造される。これは、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は、常温においても、めっき処理後に直ちに厚さ０．０１μｍ以上形成されるからである。
【００１７】
上記製造方法において、Ｓｎめっき層の厚さに特に上限はない、ただし、Ｓｎめっき層の厚さが５０μｍを大きく越えると、リフロー処理又は加熱処理を施したとき、めっき付き銅合金材料において純Ｓｎ層に十分な表面性状が得られにくい。また、溶融Ｓｎめっきによるめっき層において５０μｍを大きく越える厚さの純Ｓｎ層を形成しようとすると、同じく十分な表面性状が得られにくい。一方、Ｓｎめっき層の厚さ又は溶融Ｓｎめっきによる純Ｓｎ層の厚さが０．１μｍ未満では、めっき付き銅合金材料において純Ｓｎ層の厚みが不足し、ヒューズとして十分な溶断特性が得られない。従って、Ｓｎめっき層の厚さ又は溶融Ｓｎめっきによる純Ｓｎ層の厚さは例えば０．１〜６０μｍ、さらに０．１〜５０μｍの範囲とするのが望ましい。
【００１８】
上記製造方法において、Ｎｉめっき層は必要に応じて形成される。しかし、Ｎｉめっき厚さが２０μｍを越えるようだと、Ｓｎめっき層のリフロー処理又は加熱処理を施した後、あるいは溶融Ｓｎめっきを行った後でさえ、めっき付き銅合金材に残存するＮｉ層の厚さが１０μｍを越えやすい。従って、銅合金基材表面にＮｉめっきを行う場合、その厚さは２０μｍ以下が望ましい。
【００１９】
リフロー処理を行う際の雰囲気温度は、２７０℃〜７００℃が好ましく、２８０℃〜３５０℃がより好ましい。加熱処理を行う際はＳｎを溶融しない程度の温度、即ちＳｎの融点である２３０℃以下で行う。
本発明の製造方法において、一般的に、Ｎｉめっき層の厚みが大きく、Ｎｉめっきがない場合は銅合金基材のＮｉ含有量が高く、リフロー処理又は加熱処理の温度が高く処理時間が長く、あるいは溶融ＳｎめっきのＳｎ浴温度が高く処理時間が長いとき、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層のＮｉ含有量が高く、又は／及びその厚みが大きくなる。また、めっき付き銅合金材のＮｉ層及びＳｎ層は、当初のＮｉめっき層又はＳｎめっき層が厚いほど厚く残留し、リフロー処理等による製造時のＮｉ，Ｓｎ含有合金層の成長が大きいほど薄くなる。
【００２０】
銅基合金基材は、例えば、熱間圧延終了直後に急冷し、冷間圧延した後、５００〜６００℃の温度範囲で６０〜１８０ｍｉｎ程度の再結晶焼鈍を行い、さらに冷間圧延した後、再度３５０℃未満で１／３〜１２０ｍｉｎ程度の析出焼鈍を行い、所定厚さにするため仕上げ冷間圧延を施すことで製造することができる。なお、熱間圧延終了時（急冷前）の温度は７５０℃以上が望ましい。この銅合金機材をヒューズエレメントで使用する場合は、以上の工程で製造し、端子付きヒューズであるヒューズ端子、特にヒューズエレメントと端子が一体化したものでは、さらに３５０℃程度で約１／３〜１２０ｍｉｎ程度の低温焼鈍を行うことが望ましい。この製造方法により、導電率４５％ＩＡＣＳ以上が得られ、またヒューズ端子の場合に必要とされる引張強度４００Ｎ／ｍｍ２以上が得られる。
【００２１】
以上述べためっき付き銅合金材料（最表層に純Ｓｎ層が形成されているもの）に対し、特にヒューズ端子のヒューズ部にＳｎめっき、例えば溶融Ｓｎめっきを施すと溶断特性がさらに向上する。あるいは、ヒューズ部にＳｎチップをかしめることによっても溶断特性がさらに向上する。
【実施例】
【００２２】
表１〜３に示すＮｏ．１〜１９，２１〜２２，２５〜２６の組成の銅合金を小型電気炉で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。全ての鋳塊について表裏面を各５ｍｍずつ面削し、Ｎｏ．２５は９００℃で熱間圧延を行い、それ以外は全て９５０℃で熱間圧延して、厚さ１５ｍｍの板材とした。熱間圧延終了温度は全て７５０℃以上であり、熱間圧延後直ちに急冷した。続いて、板材の表裏面を面削し、冷間圧延後、５２０℃×１２０ｍｉｎの再結晶焼鈍を行い、さらに冷間圧延し、３４０℃×１２０ｍｉｎの析出焼鈍を行った。このとき形成された表面の酸化スケールを２０ｖｏｌ％硫酸水にて酸洗し、さらに研磨して除去した。この後、冷間圧延を施し、３５０℃×１２０ｍｉｎの低温焼鈍を行い、板厚０．２ｍｍの供試材薄板を得た。
一方、Ｎｏ．２０はＣｕ−０．１Ｆｅ−０．０３Ｐ−０．２Ｓｎ−０．２Ｍｇ−０．４Ｚｎ（ＣＤＡ．Ｎｏ．Ｃ１９８００）、Ｎｏ．２３はＣｕ−３．２Ｎｉ−０．７Ｓｉ−０．３Ｚｎ（ＣＤＡ．Ｎｏ．Ｃ６４７１０）、Ｎｏ．２４はＣｕ−２．３Ｆｅ−０．０３Ｐ−０．１Ｚｎ（ＣＤＡ．Ｎｏ．Ｃ１９４００）であり、いずれも厚さ０．２ｍｍの市販品を用いた（元素の前の数字は質量％）。
【００２３】
Ｎｏ．１〜２６の板材について（Ｎｏ．１〜１２は同一の板材を振り分けた）、表１〜３に示すように、Ｎｉめっき及びＳｎめっきを行った後リフロー処理又は加熱処理を行い、あるいはＮｉめっきを行った後溶融Ｓｎめっきを行った。Ｎｉめっき層及びＳｎめっき層の厚さを表１，２に示す（めっきなしの場合は各欄に０と記載）。また、リフロー処理、加熱処理及び溶融Ｓｎめっき処理のいずれも行わなかった場合は、表１〜３のめっき処理方法の欄に−で示す。
Ｎｉめっき及びＳｎめっきは表４の条件で行った。リフロー処理は２４０℃〜６００℃×５〜３０ｓｅｃで行い、加熱処理は８０〜２００℃で、溶融Ｓｎめっきは２５０℃で適当な時間処理することにより行った。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【００２７】
【表４】
【００２８】
めっき処理していない板材の引張強度及び導電率を下記要領で測定した。また、Ｎｏ．４，１１以外は、Ｓｎめっき層とＮｉめっき層の厚さをリフロー処理又は加熱処理を行う前に下記要領で測定し、リフロー処理又は加熱処理を行った後、残存するＮｉ層の厚さと純Ｓｎ層の厚さ及び形成されたＮｉ，Ｓｎ含有合金層の厚さを下記要領で測定した。Ｎｏ．４は、Ｎｉめっき層の厚さを溶融Ｓｎめっきを行う前に下記要領で測定し、溶融Ｓｎめっきを行った後、残存するＮｉ層の厚さ、形成された純Ｓｎ層の厚さ及びＮｉ，Ｓｎ含有合金層の厚さを下記要領で測定した。また、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層の合金種類の同定を下記要領で行った。以上の測定結果を表１〜３にあわせて示す。
【００２９】
［引張強度］引張強度は板材の長手方向を圧延方向に平行とし、ＪＩＳ５号試験片にて圧延平行方向の引張強度を測定した。
［導電率］導電率は、ＪＩＳＨ０５０５に基づいて測定した。
［Ｓｎめっき層の厚さ］Ｓｎめっき層の厚さは、蛍光Ｘ線膜厚計（セイコー電子工業株式会社；型式ＳＦＴ３２００）を用いて測定した。
［Ｎｉめっき層の厚さ］Ｎｉめっき層の厚さは蛍光Ｘ線膜厚計（セイコー電子工業株式会社；型式ＳＦＴ３２００）を用いて測定した。
［純Ｓｎ層の厚さ］純Ｓｎ層の厚さは、次の手順で測定した。まず、蛍光Ｘ線膜厚計（セイコー電子工業株式会社；型式ＳＦＴ３２００）を用いてＳｎ層全体（純Ｓｎ層とＮｉ，Ｓｎ含有合金層）の厚さを測定する。その後、ｐ−ニトロフェノール及び苛性ソーダを主成分とする剥離液に１０分間浸漬し、純Ｓｎ層を剥離後、蛍光Ｘ線膜厚計を用いて、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層中のＳｎ量を測定する。この測定値から求めた両者の層厚さの差から純Ｓｎ層の厚さを算出した。
【００３０】
［Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層の厚さ］Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層の厚さは、板材断面をミクロトームにより切断し、その切断面をＳＥＭ観察して測定した。
［Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層の合金種類の同定］合金の種類はＸ線回折実験により同定した。
［Ｎｉ層厚さ］リフロー処理、加熱処理又は溶融Ｓｎめっき後のＮｉ層の厚さは、蛍光Ｘ線膜厚計（セイコー電子工業株式会社；型式ＳＦＴ３２００）を用いて測定した。
【００３１】
続いて、Ｎｏ．１〜２６のめっき付き銅合金材料（一部にめっきなしが含まれる）を、０．５ｍｍＷ×４０ｍｍＬに切断して溶断特性評価試料を作製し、下記要領で溶断特性を評価した。その結果を表１〜３にあわせて示す。なお、Ｎｏ．１３，１４については、追加処理として、さらに溶融Ｓｎめっきを１００μｍの厚さで施し又は５ｍｍ角のＳｎチップを溶断部分にかしめた。
［溶断特性評価］各試料に対し、５Ｖ、１９Ａの定電圧条件下で溶断試験を行った。評価は切断に要する時間を測定し、溶断時間１０ｓｅｃ未満を合格とした。
【００３２】
表１〜３に示すように、本発明の規定を満たすＮｏ．１〜７，１２〜１８は溶断特性に優れている。さらに追加処理として溶融Ｓｎめっきを施し又はＳｎチップをかしめたＮｏ．１３，１４は、溶断特性がより優れている。また、これらは銅合金基材の引張強度が４００Ｎ／ｍｍ２以上であり、ヒューズ端子用としても適している。
一方、Ｎｏ．８は、Ｓｎめっき層厚さが０．０５μｍと薄いため、リフロー処理後に純Ｓｎ層が残存せず、溶断特性が劣っている。Ｎｏ．９は、Ｎｉめっき層厚さが２５μｍと厚いため、加熱処理後に残存するＮｉ層厚さが厚く、溶断時の素材減肉が抑制され、溶断特性が劣っている。Ｎｏ．１０は、加熱処理後に形成されるＮｉ，Ｓｎ含有合金層が厚く、溶断時の素材減肉が抑制され、溶断特性が劣っている。Ｎｏ．１１はめっきを施していないため、本条件下では溶断が起こっていない。
【００３３】
Ｎｏ．１９，２０は、銅合金基材にＮｉを含有せず、かつＮｉめっきを行っていないため、リフロー処理により形成される合金層がＣｕ−Ｓｎ合金層となり、過電流発生時の合金層成長が十分でなく、銅合金基材の減肉が促進されにくいため、溶断特性が劣っている。Ｎｏ．２１は、銅合金基材中にＳｎを含有せず、そのため発熱時のＳｎ溶融に伴う溶断性向上効果が小さく、溶断特性が劣っている。Ｎｏ．２２は、銅合金基材中にＰを含有せず、そのため過電流発生時の発熱促進効果が小さく、溶断特性が劣っている。Ｎｏ．２３は、銅合金基材がＮｉ−Ｓｉ系銅合金であり、基材中に析出したＮｉ−Ｓｉ析出物が過電流発生時の発熱により再固溶し、急激な基材の導電率変化により溶断性が向上するが、実施例に比べると溶断性が劣る。Ｎｏ．２４は、銅合金基材中にＮｉ、Ｓｎを含有せず、リフロー処理により形成される合金層がＣｕ−Ｓｎ合金層となり、過電流発生時の合金層成長が十分でなく、銅合金基材の減肉が促進されにくいため、溶断特性が劣っている。Ｎｏ．２５は、銅合金基材中のＳｎ含有量が過剰であるため、溶断特性は良好だが、導電率が劣る。Ｎｏ．２６は、銅合金基材中のＮｉ含有量が過剰であるため、溶断特性は良好だが、導電率が劣る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るヒューズ用めっき付き銅合金材料の断面模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 銅合金基材
２ Ｎｉ層
３ Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層
４ 純Ｓｎ層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や家電製品の電子部品に使用され、過電流に対する溶断特性に優れ、装置や部品の焼損を防止するように機能するヒューズ用銅合金材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、家電製品及び電子機器等に搭載される電気・電子部品の小型化は急速に進行している。これら電子機器において、過電流が流れた時に、回路を保護し、装置や部品が焼損することを避けるため、瞬時に断線するよう機能する過電流溶断型ヒューズが使用されている。ヒューズエレメントに電流が流れると、そのエレメントが持っている固有の抵抗によって発熱エネルギーは、ほぼジュールの法則に従い、発熱と同時に周囲の部品や外気へと伝播し放熱していくが、短時間で溶断するようなインラッシュ電流の領域では、発熱するジュール熱に比べて熱放散が少ないので、発熱する熱は殆どヒューズエレメントの温度上昇に費やされる。
これらのヒューズ材の固有抵抗が大きければ、過電流時に発生するジュール熱が大きく、このジュール熱でヒューズ材が溶断し、電気回路が保護される。このヒューズの溶断にかかる時間や溶断温度は、使用する材料によって異なる。
【０００３】
ヒューズは通常状態で溶断することが無く、かつ異常が発生したなら確実に溶断する必要がある。そのため、使用される材料としてはＳｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ等の単体や合金が使用されていた。ヒューズ用Ｃｕ合金に関する特許文献としては、例えば下記特許文献１〜５がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２５３５２７号公報
【特許文献２】特開平５−８６４２８号公報
【特許文献３】特開平５−１９８２４７号公報
【特許文献４】特開昭６１−４１７３７号公報
【特許文献５】特開昭６３−２３０８３７号公報
【特許文献６】特開平１−３１５９２４号公報
【０００５】
ヒューズは、大きく分けて、端子部とヒューズ部とが別材料からなるタイプと、端子部とヒューズ部とが同一材料からなるタイプがある。前者は、端子部とヒューズ部との接合が必要となり、コスト高となるため、後者が一般的に使用されることが多い。従って、端子部とヒューズ部とが同一材料から構成される一体型のヒューズ（ヒューズ端子といわれる）の場合、その材料には、ヒューズ部に要求される溶断特性の他に、端子部に要求される機械的特性、特に強度特性や導電率が必要となる。
しかし、適度な強度及び導電率を有する銅合金において、これまで十分な溶断特性が得られていない。そこで、溶融温度を低下させ、かつ溶断にかかる時間を短くするために、ヒューズ用銅合金材料の表面に溶融Ｓｎめっきを施したり、ヒューズ部にＳｎチップをかしめることがなされている（特許文献６参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ヒューズ用銅合金材料の溶断特性を改善することを目的とする。なお、本発明においてヒューズ用というとき前記ヒューズ端子用を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るヒューズ用めっき付き銅合金材料は、Ｎｉ：０．１〜１質量％、Ｓｎ：０．１〜１質量％、Ｐ：０．０１〜０．２質量％を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、導電率４５％ＩＡＣＳ以上とした銅合金素材の表面に、Ｎｉ−Ｓｎ合金、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ合金、又はその両者からなるＮｉ，Ｓｎ含有合金層が形成され、その上に最表層として純Ｓｎ層が形成され、前記Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は厚さが５０μｍ以下、前記純Ｓｎ層は厚さが０．１μｍ以上であることを特徴とする。さらに、前記銅合金基材とＮｉ，Ｓｎ含有合金層の間に厚さ１０μｍ以下のＮｉ層が形成されたものも、本発明に係るヒューズ用めっき付き銅合金材料に含まれる。ヒューズ端子用であれば、引張強度が４００Ｎ／ｍｍ２以上であることが望ましい。前記銅合金基材の形態は、主として板又は条（コイル状にした板）である。
上記めっき付き銅合金材料をヒューズとして利用するに際し、上記めっき付き銅合金材料のヒューズ部の表面にさらにＳｎめっきをしてＳｎ層全体の厚さを増すか、ヒューズ部にＳｎチップをかしめて、ヒューズ溶断温度を低下させ、かつ溶断にかかる時間を短縮することができる。
【０００８】
上記ヒューズ用めっき付き銅合金材料（Ｎｉ層なし）は、前記銅合金基材の表面にＳｎめっき層を形成した後、リフロー処理又は加熱処理するか、前記銅合金基材の表面に溶融Ｓｎめっきによるめっき層を形成することにより製造できる。この場合、生成するＮｉ，Ｓｎ含有合金層の中のＮｉは銅合金基材から、ＳｎはＳｎめっき層から供給される。
また、上記ヒューズ用めっき付き銅合金材料は、前記銅合金基材の表面にＮｉめっき層を形成し、その上にＳｎめっき層を形成した後、リフロー処理又は加熱処理するか、Ｎｉめっき層の上に溶融Ｓｎめっきによるめっき層を形成することにより製造できる。この場合、生成するＮｉ，Ｓｎ含有合金層中のＮｉはＮｉめっき層から供給され、その結果、Ｎｉめっき層が残留する場合と消滅する場合がある。Ｎｉめっき層が早期に消滅した場合、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層中のＮｉはさらに銅合金基材から供給される。
両方法において、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は柱状結晶として成長する。
【発明の効果】
【０００９】
上記のめっき付き銅合金材料中に含まれるＮｉ，Ｓｎ含有合金層は、過電流発生時に発生するジュール熱により、銅合金基材中のＣｕと純Ｓｎ層中のＳｎの合金化を急速に促進させ、銅合金基材をすばやく減肉させる。銅合金基材が減肉することにより、通電の際の電気抵抗を増加させ、過電流発生時にすばやく溶断させる。
銅合金基材が引張強度４００Ｎ／ｍｍ２以上及び導電率４５％ＩＡＣＳ以上であれば、ヒューズ部に要求される溶断特性の他に、端子部に要求される強度及び導電率をも満たし、ヒューズ端子用として好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係るヒューズ用めっき付き銅合金材料についてより詳細に説明する。
図１に、本発明に係るヒューズ用めっき付き銅合金材料の断面の模式図を示す。（ａ）では、銅合金基材１の表面にＮｉ層２が形成され、その上にＮｉ，Ｓｎ含有合金層３が形成され、その上に最表層として純Ｓｎ層４が形成され、（ｂ）では、銅合金基材１の表面にＮｉ，Ｓｎ含有合金層３が形成され、その上に最表層として純Ｓｎ層４が形成されている。Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層３は、Ｓｎ層に向かって成長した柱状結晶からなる。
【００１１】
Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は、通電による温度上昇と共に銅合金基材中のＣｕと純Ｓｎ層中のＳｎの拡散を促進させる作用を有する。すなわち、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層が存在することで、銅合金基材中のＣｕと純Ｓｎ層中のＳｎとの合金化が促進され、銅合金基材を減肉させやすくなる。なお、このＮｉ，Ｓｎ含有合金層は、通常めっき処理後に直ちに厚さ０．０１μｍ以上形成され、その厚さで上記作用を有する。従って、実質的な下限値は０．０１μｍであり、望ましくは０．１μｍ以上である。
しかし、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は、その厚さが５０μｍを超えると、銅合金基材と純Ｓｎ層の間でバリア層として働き、銅合金基材中のＣｕと純Ｓｎ層中のＳｎの拡散を起こし難くし、銅合金基材の減肉を抑えてしまうため、厚さが５０μｍ以下である必要がある。望ましくは３０μｍ以下である。
【００１２】
Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層において、Ｎｉ含有量は０．０２〜７５ａｔ％の範囲が望ましい。これは、Ｎｉ含有量が０．０２ａｔ％未満か７５ａｔ％を越えるようだと、ヒューズ溶断時のＣｕとＳｎの拡散促進効果が少ない、すなわち基材減肉促進効果が少ないからである。
なお、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は、Ｎｉ−Ｓｎ合金、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ合金又はその両者からなり、Ｎｉ−Ｓｎ合金は主として金属間化合物のＮｉ３Ｓｎ４又は／及びＮｉ３Ｓｎを含み、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ合金は主として金属間化合物の（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５を含む。
【００１３】
純Ｓｎ層は、過電流発生時に発生するジュール熱により、Ｓｎを銅合金基材から拡散するＣｕと合金化させてＮｉ，Ｓｎ含有合金層を成長させ、銅合金基材をすばやく減肉させる役割を有する。しかし、その厚さが０．１μｍ以下では過電流発生時に銅合金基材を減肉させるだけの十分な量ではなく、溶断特性が十分とならない。望ましくは０．３μｍ以上、さらに望ましくは０．４μｍ以上である。純Ｓｎ層の厚さの上限は特に存在しない。しかし、５０μｍを大きく越える厚さの純Ｓｎ層を形成しようとすると、十分な表面性状が得られにくい。従って、純Ｓｎ層の厚さは例えば０．１〜６０μｍ、さらに０．１〜５０μｍが望ましい。
Ｎｉ層は、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層が形成されるときに残留したもので、存在することが必須ではないが、過電流発生時に発生するジュール熱により、Ｎｉを銅合金基材から拡散するＣｕ及びＳｎ層から拡散するＳｎと合金化させてＮｉ，Ｓｎ含有合金層を成長させ、銅合金基材をすばやく減肉させる役割を有する。Ｎｉ層の厚さが１０μｍを越えると、過電流発生に伴う温度上昇により拡散しきれず、バリア層となってＣｕとＳｎの拡散を抑制し、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層の成長及び銅合金基材の減肉を抑制する。従って、Ｎｉ層の厚さは１０μｍ以下とする。
【００１４】
銅合金基材はＮｉ：０．１〜１質量％、Ｓｎ：０．１〜１質量％、Ｐ：０．０１〜０．２質量％を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる。銅合金基材の組成をこのように規定したのは、ヒューズ溶断特性に優れるためである。各元素毎に説明すると次のとおり。
Ｎｉ：０．１質量％未満であると、発熱時に形成される合金層がＣｕ−Ｓｎ合金層となりやすく、過電流発生時の合金層成長が十分でない。すなわち素材減肉が促進し難いため、ヒューズ溶断特性に劣る。逆に１重量％を越えると、導電率を確保し難くなる。
Ｓｎ：０．１重量％未満であると、発熱時のＳｎの溶融に伴う溶断性向上効果がみられず、１重量％を越えると、導電率を確保し難くなる。
Ｐ：Ｐは昇華作用があるため発熱向上効果を有するが、０．０１質量％未満であると、過電流発生時の発熱促進効果が小さく、溶断性に劣り、逆に０．２％を越えると、熱間加工において割れが発生しやすくなる。好ましくは０．０１〜０．１５質量％、さらに好ましくは０．０３〜０．１質量％である。
一方、導電率は析出物の析出状態を示し、４５％ＩＡＣＳ未満では導電率が不足する。
なお、銅合金性ヒューズの板厚は一般に１ｍｍ以下であり、本発明に係る銅合金基材も溶断特性の面からは薄肉の方がよく、板厚１ｍｍ以下、さらに０．８ｍｍ以下が望ましい。
【００１５】
次に、上記ヒューズ用めっき付き銅合金材料の製造方法について説明する。主な方法は次の４通りである。
（１）銅合金基材の表面にＳｎめっき層を形成した後、リフロー処理又は加熱処理する。
（２）銅合金基材の表面に溶融Ｓｎめっきによるめっき層を形成する。
（３）銅合金基材の表面にＮｉめっき層を形成し、その上にＳｎめっき層を形成した後、リフロー処理又は加熱処理する。
（４）銅合金基材の表面にＮｉめっき層を形成し、その上に溶融Ｓｎめっきによるめっき層を形成する。
【００１６】
さらに、上記ヒューズ用めっき付き銅合金材料は、銅合金基材の表面にＳｎめっき層を形成しただけ、あるいは銅合金基材の表面にＮｉめっき層を形成し、その上にＳｎめっき層を形成しただけでも製造される。これは、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は、常温においても、めっき処理後に直ちに厚さ０．０１μｍ以上形成されるからである。
【００１７】
上記製造方法において、Ｓｎめっき層の厚さに特に上限はない、ただし、Ｓｎめっき層の厚さが５０μｍを大きく越えると、リフロー処理又は加熱処理を施したとき、めっき付き銅合金材料において純Ｓｎ層に十分な表面性状が得られにくい。また、溶融Ｓｎめっきによるめっき層において５０μｍを大きく越える厚さの純Ｓｎ層を形成しようとすると、同じく十分な表面性状が得られにくい。一方、Ｓｎめっき層の厚さ又は溶融Ｓｎめっきによる純Ｓｎ層の厚さが０．１μｍ未満では、めっき付き銅合金材料において純Ｓｎ層の厚みが不足し、ヒューズとして十分な溶断特性が得られない。従って、Ｓｎめっき層の厚さ又は溶融Ｓｎめっきによる純Ｓｎ層の厚さは例えば０．１〜６０μｍ、さらに０．１〜５０μｍの範囲とするのが望ましい。
【００１８】
上記製造方法において、Ｎｉめっき層は必要に応じて形成される。しかし、Ｎｉめっき厚さが２０μｍを越えるようだと、Ｓｎめっき層のリフロー処理又は加熱処理を施した後、あるいは溶融Ｓｎめっきを行った後でさえ、めっき付き銅合金材に残存するＮｉ層の厚さが１０μｍを越えやすい。従って、銅合金基材表面にＮｉめっきを行う場合、その厚さは２０μｍ以下が望ましい。
【００１９】
リフロー処理を行う際の雰囲気温度は、２７０℃〜７００℃が好ましく、２８０℃〜３５０℃がより好ましい。加熱処理を行う際はＳｎを溶融しない程度の温度、即ちＳｎの融点である２３０℃以下で行う。
本発明の製造方法において、一般的に、Ｎｉめっき層の厚みが大きく、Ｎｉめっきがない場合は銅合金基材のＮｉ含有量が高く、リフロー処理又は加熱処理の温度が高く処理時間が長く、あるいは溶融ＳｎめっきのＳｎ浴温度が高く処理時間が長いとき、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層のＮｉ含有量が高く、又は／及びその厚みが大きくなる。また、めっき付き銅合金材のＮｉ層及びＳｎ層は、当初のＮｉめっき層又はＳｎめっき層が厚いほど厚く残留し、リフロー処理等による製造時のＮｉ，Ｓｎ含有合金層の成長が大きいほど薄くなる。
【００２０】
銅基合金基材は、例えば、熱間圧延終了直後に急冷し、冷間圧延した後、５００〜６００℃の温度範囲で６０〜１８０ｍｉｎ程度の再結晶焼鈍を行い、さらに冷間圧延した後、再度３５０℃未満で１／３〜１２０ｍｉｎ程度の析出焼鈍を行い、所定厚さにするため仕上げ冷間圧延を施すことで製造することができる。なお、熱間圧延終了時（急冷前）の温度は７５０℃以上が望ましい。この銅合金機材をヒューズエレメントで使用する場合は、以上の工程で製造し、端子付きヒューズであるヒューズ端子、特にヒューズエレメントと端子が一体化したものでは、さらに３５０℃程度で約１／３〜１２０ｍｉｎ程度の低温焼鈍を行うことが望ましい。この製造方法により、導電率４５％ＩＡＣＳ以上が得られ、またヒューズ端子の場合に必要とされる引張強度４００Ｎ／ｍｍ２以上が得られる。
【００２１】
以上述べためっき付き銅合金材料（最表層に純Ｓｎ層が形成されているもの）に対し、特にヒューズ端子のヒューズ部にＳｎめっき、例えば溶融Ｓｎめっきを施すと溶断特性がさらに向上する。あるいは、ヒューズ部にＳｎチップをかしめることによっても溶断特性がさらに向上する。
【実施例】
【００２２】
表１〜３に示すＮｏ．１〜１９，２１〜２２，２５〜２６の組成の銅合金を小型電気炉で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。全ての鋳塊について表裏面を各５ｍｍずつ面削し、Ｎｏ．２５は９００℃で熱間圧延を行い、それ以外は全て９５０℃で熱間圧延して、厚さ１５ｍｍの板材とした。熱間圧延終了温度は全て７５０℃以上であり、熱間圧延後直ちに急冷した。続いて、板材の表裏面を面削し、冷間圧延後、５２０℃×１２０ｍｉｎの再結晶焼鈍を行い、さらに冷間圧延し、３４０℃×１２０ｍｉｎの析出焼鈍を行った。このとき形成された表面の酸化スケールを２０ｖｏｌ％硫酸水にて酸洗し、さらに研磨して除去した。この後、冷間圧延を施し、３５０℃×１２０ｍｉｎの低温焼鈍を行い、板厚０．２ｍｍの供試材薄板を得た。
一方、Ｎｏ．２０はＣｕ−０．１Ｆｅ−０．０３Ｐ−０．２Ｓｎ−０．２Ｍｇ−０．４Ｚｎ（ＣＤＡ．Ｎｏ．Ｃ１９８００）、Ｎｏ．２３はＣｕ−３．２Ｎｉ−０．７Ｓｉ−０．３Ｚｎ（ＣＤＡ．Ｎｏ．Ｃ６４７１０）、Ｎｏ．２４はＣｕ−２．３Ｆｅ−０．０３Ｐ−０．１Ｚｎ（ＣＤＡ．Ｎｏ．Ｃ１９４００）であり、いずれも厚さ０．２ｍｍの市販品を用いた（元素の前の数字は質量％）。
【００２３】
Ｎｏ．１〜２６の板材について（Ｎｏ．１〜１２は同一の板材を振り分けた）、表１〜３に示すように、Ｎｉめっき及びＳｎめっきを行った後リフロー処理又は加熱処理を行い、あるいはＮｉめっきを行った後溶融Ｓｎめっきを行った。Ｎｉめっき層及びＳｎめっき層の厚さを表１，２に示す（めっきなしの場合は各欄に０と記載）。また、リフロー処理、加熱処理及び溶融Ｓｎめっき処理のいずれも行わなかった場合は、表１〜３のめっき処理方法の欄に−で示す。
Ｎｉめっき及びＳｎめっきは表４の条件で行った。リフロー処理は２４０℃〜６００℃×５〜３０ｓｅｃで行い、加熱処理は８０〜２００℃で、溶融Ｓｎめっきは２５０℃で適当な時間処理することにより行った。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【００２７】
【表４】
【００２８】
めっき処理していない板材の引張強度及び導電率を下記要領で測定した。また、Ｎｏ．４，１１以外は、Ｓｎめっき層とＮｉめっき層の厚さをリフロー処理又は加熱処理を行う前に下記要領で測定し、リフロー処理又は加熱処理を行った後、残存するＮｉ層の厚さと純Ｓｎ層の厚さ及び形成されたＮｉ，Ｓｎ含有合金層の厚さを下記要領で測定した。Ｎｏ．４は、Ｎｉめっき層の厚さを溶融Ｓｎめっきを行う前に下記要領で測定し、溶融Ｓｎめっきを行った後、残存するＮｉ層の厚さ、形成された純Ｓｎ層の厚さ及びＮｉ，Ｓｎ含有合金層の厚さを下記要領で測定した。また、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層の合金種類の同定を下記要領で行った。以上の測定結果を表１〜３にあわせて示す。
【００２９】
［引張強度］引張強度は板材の長手方向を圧延方向に平行とし、ＪＩＳ５号試験片にて圧延平行方向の引張強度を測定した。
［導電率］導電率は、ＪＩＳＨ０５０５に基づいて測定した。
［Ｓｎめっき層の厚さ］Ｓｎめっき層の厚さは、蛍光Ｘ線膜厚計（セイコー電子工業株式会社；型式ＳＦＴ３２００）を用いて測定した。
［Ｎｉめっき層の厚さ］Ｎｉめっき層の厚さは蛍光Ｘ線膜厚計（セイコー電子工業株式会社；型式ＳＦＴ３２００）を用いて測定した。
［純Ｓｎ層の厚さ］純Ｓｎ層の厚さは、次の手順で測定した。まず、蛍光Ｘ線膜厚計（セイコー電子工業株式会社；型式ＳＦＴ３２００）を用いてＳｎ層全体（純Ｓｎ層とＮｉ，Ｓｎ含有合金層）の厚さを測定する。その後、ｐ−ニトロフェノール及び苛性ソーダを主成分とする剥離液に１０分間浸漬し、純Ｓｎ層を剥離後、蛍光Ｘ線膜厚計を用いて、Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層中のＳｎ量を測定する。この測定値から求めた両者の層厚さの差から純Ｓｎ層の厚さを算出した。
【００３０】
［Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層の厚さ］Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層の厚さは、板材断面をミクロトームにより切断し、その切断面をＳＥＭ観察して測定した。
［Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層の合金種類の同定］合金の種類はＸ線回折実験により同定した。
［Ｎｉ層厚さ］リフロー処理、加熱処理又は溶融Ｓｎめっき後のＮｉ層の厚さは、蛍光Ｘ線膜厚計（セイコー電子工業株式会社；型式ＳＦＴ３２００）を用いて測定した。
【００３１】
続いて、Ｎｏ．１〜２６のめっき付き銅合金材料（一部にめっきなしが含まれる）を、０．５ｍｍＷ×４０ｍｍＬに切断して溶断特性評価試料を作製し、下記要領で溶断特性を評価した。その結果を表１〜３にあわせて示す。なお、Ｎｏ．１３，１４については、追加処理として、さらに溶融Ｓｎめっきを１００μｍの厚さで施し又は５ｍｍ角のＳｎチップを溶断部分にかしめた。
［溶断特性評価］各試料に対し、５Ｖ、１９Ａの定電圧条件下で溶断試験を行った。評価は切断に要する時間を測定し、溶断時間１０ｓｅｃ未満を合格とした。
【００３２】
表１〜３に示すように、本発明の規定を満たすＮｏ．１〜７，１２〜１８は溶断特性に優れている。さらに追加処理として溶融Ｓｎめっきを施し又はＳｎチップをかしめたＮｏ．１３，１４は、溶断特性がより優れている。また、これらは銅合金基材の引張強度が４００Ｎ／ｍｍ２以上であり、ヒューズ端子用としても適している。
一方、Ｎｏ．８は、Ｓｎめっき層厚さが０．０５μｍと薄いため、リフロー処理後に純Ｓｎ層が残存せず、溶断特性が劣っている。Ｎｏ．９は、Ｎｉめっき層厚さが２５μｍと厚いため、加熱処理後に残存するＮｉ層厚さが厚く、溶断時の素材減肉が抑制され、溶断特性が劣っている。Ｎｏ．１０は、加熱処理後に形成されるＮｉ，Ｓｎ含有合金層が厚く、溶断時の素材減肉が抑制され、溶断特性が劣っている。Ｎｏ．１１はめっきを施していないため、本条件下では溶断が起こっていない。
【００３３】
Ｎｏ．１９，２０は、銅合金基材にＮｉを含有せず、かつＮｉめっきを行っていないため、リフロー処理により形成される合金層がＣｕ−Ｓｎ合金層となり、過電流発生時の合金層成長が十分でなく、銅合金基材の減肉が促進されにくいため、溶断特性が劣っている。Ｎｏ．２１は、銅合金基材中にＳｎを含有せず、そのため発熱時のＳｎ溶融に伴う溶断性向上効果が小さく、溶断特性が劣っている。Ｎｏ．２２は、銅合金基材中にＰを含有せず、そのため過電流発生時の発熱促進効果が小さく、溶断特性が劣っている。Ｎｏ．２３は、銅合金基材がＮｉ−Ｓｉ系銅合金であり、基材中に析出したＮｉ−Ｓｉ析出物が過電流発生時の発熱により再固溶し、急激な基材の導電率変化により溶断性が向上するが、実施例に比べると溶断性が劣る。Ｎｏ．２４は、銅合金基材中にＮｉ、Ｓｎを含有せず、リフロー処理により形成される合金層がＣｕ−Ｓｎ合金層となり、過電流発生時の合金層成長が十分でなく、銅合金基材の減肉が促進されにくいため、溶断特性が劣っている。Ｎｏ．２５は、銅合金基材中のＳｎ含有量が過剰であるため、溶断特性は良好だが、導電率が劣る。Ｎｏ．２６は、銅合金基材中のＮｉ含有量が過剰であるため、溶断特性は良好だが、導電率が劣る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るヒューズ用めっき付き銅合金材料の断面模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 銅合金基材
２ Ｎｉ層
３ Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層
４ 純Ｓｎ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ：０．１〜１質量％、Ｓｎ：０．１〜１質量％、Ｐ：０．０１〜０．２質量％を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、導電率４５％ＩＡＣＳ以上とした銅合金素材の表面に、Ｎｉ−Ｓｎ合金、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ合金、又はその両者からなるＮｉ，Ｓｎ含有合金層が形成され、その上に最表層として純Ｓｎ層が形成され、前記Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は厚さが５０μｍ以下、前記純Ｓｎ層は厚さが０．１μｍ以上であることを特徴とするヒューズ用めっき付き銅合金材料。
【請求項２】
Ｎｉ：０．１〜１質量％、Ｓｎ：０．１〜１質量％、Ｐ：０．０１〜０．２質量％を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、導電率４５％ＩＡＣＳ以上とした銅合金素材の表面に、Ｎｉ層が形成され、その上にＮｉ−Ｓｎ合金、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ合金、又はその両者からなるＮｉ，Ｓｎ含有合金層が形成され、その上に最表層として純Ｓｎ層が形成され、前記Ｎｉ層は厚さが１０μｍ以下、前記Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は厚さが５０μｍ以下、前記純Ｓｎ層は厚さが０．１μｍ以上であることを特徴とするヒューズ用めっき付き銅合金材料。
【請求項３】
銅合金基材の引張強度が４００Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載されたヒューズ用めっき付き銅合金材料。
【請求項４】
前記銅合金素材の表面にＳｎめっき層を形成した後、リフロー処理又は加熱処理することを特徴とする請求項１に記載されたヒューズ用めっき付き銅合金材料の製造方法。
【請求項５】
前記銅合金素材の表面に溶融Ｓｎめっきを行うことを特徴とする請求項１に記載されたヒューズ用めっき付き銅合金材料の製造方法。
【請求項６】
前記銅合金素材の表面にＮｉめっき層を形成し、その上にＳｎめっき層を形成した後、リフロー処理又は加熱処理することを特徴とする請求項１又は２に記載されたヒューズ用めっき付き銅合金材料の製造方法。
【請求項７】
前記銅合金素材の表面にＮｉめっき層を形成した後、溶融Ｓｎめっきを行うことを特徴とする請求項１又は２に記載されたヒューズ用めっき付き銅合金材料の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれかに記載されたヒューズ用めっき付き銅合金材料の表面に、さらにＳｎめっき層が形成されたことを特徴とするヒューズ。
【請求項９】
請求項１〜３のいずれかに記載されたヒューズ用めっき付き銅合金材料の表面に、さらにＳｎチップをかしめて取り付けたことを特徴とするヒューズ。
【請求項１】
Ｎｉ：０．１〜１質量％、Ｓｎ：０．１〜１質量％、Ｐ：０．０１〜０．２質量％を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、導電率４５％ＩＡＣＳ以上とした銅合金素材の表面に、Ｎｉ−Ｓｎ合金、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ合金、又はその両者からなるＮｉ，Ｓｎ含有合金層が形成され、その上に最表層として純Ｓｎ層が形成され、前記Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は厚さが５０μｍ以下、前記純Ｓｎ層は厚さが０．１μｍ以上であることを特徴とするヒューズ用めっき付き銅合金材料。
【請求項２】
Ｎｉ：０．１〜１質量％、Ｓｎ：０．１〜１質量％、Ｐ：０．０１〜０．２質量％を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、導電率４５％ＩＡＣＳ以上とした銅合金素材の表面に、Ｎｉ層が形成され、その上にＮｉ−Ｓｎ合金、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ合金、又はその両者からなるＮｉ，Ｓｎ含有合金層が形成され、その上に最表層として純Ｓｎ層が形成され、前記Ｎｉ層は厚さが１０μｍ以下、前記Ｎｉ，Ｓｎ含有合金層は厚さが５０μｍ以下、前記純Ｓｎ層は厚さが０．１μｍ以上であることを特徴とするヒューズ用めっき付き銅合金材料。
【請求項３】
銅合金基材の引張強度が４００Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載されたヒューズ用めっき付き銅合金材料。
【請求項４】
前記銅合金素材の表面にＳｎめっき層を形成した後、リフロー処理又は加熱処理することを特徴とする請求項１に記載されたヒューズ用めっき付き銅合金材料の製造方法。
【請求項５】
前記銅合金素材の表面に溶融Ｓｎめっきを行うことを特徴とする請求項１に記載されたヒューズ用めっき付き銅合金材料の製造方法。
【請求項６】
前記銅合金素材の表面にＮｉめっき層を形成し、その上にＳｎめっき層を形成した後、リフロー処理又は加熱処理することを特徴とする請求項１又は２に記載されたヒューズ用めっき付き銅合金材料の製造方法。
【請求項７】
前記銅合金素材の表面にＮｉめっき層を形成した後、溶融Ｓｎめっきを行うことを特徴とする請求項１又は２に記載されたヒューズ用めっき付き銅合金材料の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれかに記載されたヒューズ用めっき付き銅合金材料の表面に、さらにＳｎめっき層が形成されたことを特徴とするヒューズ。
【請求項９】
請求項１〜３のいずれかに記載されたヒューズ用めっき付き銅合金材料の表面に、さらにＳｎチップをかしめて取り付けたことを特徴とするヒューズ。
【図１】
【公開番号】特開２００８−１６９４４５（Ｐ２００８−１６９４４５Ａ）
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４６１９（Ｐ２００７−４６１９）
【出願日】平成１９年１月１２日（２００７．１．１２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１２日（２００７．１．１２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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