JP6367178B2 - ヒューズ - Google Patents

Description

本発明は、従来よりも小型化を図れるヒューズに関するものである。

特開２００９−２７２１８４号公報（特許文献１）及び特開２０１２−４３５７３号公報（特許文献２）には、所定の幅寸法を有する３個以上の溶断部（狭小部）と該溶断部（狭小部）の幅寸法よりも長い幅寸法を有する４個以上の非溶断部（溶断部よりも電気抵抗が低く、溶断部よりも溶断し難い部分）が、仮想中心線に沿って交互に並ぶように配置されてなる金属製のヒューズエレメントを備えた速断ヒューズが開示されている。

特開２００９−２７２１８４号公報 特開２０１２−４３５７３号公報

ヒューズ遮断においてアークを切ることは重要な要素である。特許文献１及び２に示されるような金属板材を加工してなるヒューズエレメントに設けられた狭小部と呼ばれる複数の溶断部を直列に備えた従来型のヒューズにおいては、ヒューズエレメントの長さ寸法と、溶断部の直列数がアークを切る重要な要素となるため小型化は難しい。また、小さな電流での遮断においては、直列に配置された複数の溶断部の一か所から溶断が開始され、そこからアーク電流での溶解が広がっていく。そのため、外装のキャップ状電極付近の溶断部が溶断すると、キャップ状電極までの距離が短いために、アーク電流がキャップ状電極まで達し、その熱でキャップ状電極を溶かし、ヒューズの外装の外にアークを噴き出す可能性がある。そのため溶断部からキャップ状電極までの距離も十分にとる必要があり、このことも全体寸法の小型化の妨げとなっている。

本発明の目的は、従来よりも小型化することができて、しかもヒューズエレメントの中央領域にある溶断部から放電を開始することができるヒューズを提供することにある。

本発明は、所定の幅寸法を有する３個以上の溶断部と該溶断部の幅寸法よりも長い幅寸法を有する溶断部の数よりも多い４個以上の非溶断部（溶断部よりも電気抵抗が低く、溶断部よりも溶断し難い部分）が、仮想中心線に沿って交互に並ぶように配置されてなる金属製のヒューズエレメントを備えたヒューズを改良の対象とする。本発明においては、３個以上の溶断部は、それぞれ仮想中心線と交差する仮想交差線に沿って延びるように形成されている。このように３個以上の溶断部を形成すると、３個以上の溶断部は、仮想中心線に対して傾斜した状態すなわち斜めになった状態で配置されることになる。その結果、溶断部のアーク経路の長さ（仮想交差線に沿う方向の長さ寸法）、非溶断部のアーク経路の長さ（仮想中心線に沿う方向の長さ寸法）を従来と同じにしたままでも、ヒューズエレメントの長さ寸法を短くすることができる。その結果、同じ特性を有する従来のヒューズと比べて、ヒューズの長さ寸法を短くすることができる。また溶断部を斜めにした状態にすると、溶断部が伸縮機能を発揮して、ヒューズエレメントを構成する金属の膨張・収縮によって起きる溶断部の金属疲労を低減することができる。また本発明においては、３個以上の溶断部のうち中央領域に位置する１以上の溶断部の仮想交差線に沿う方向の長さ寸法が、他の２以上の溶断部の仮想交差線に沿う方向の長さ寸法よりも長い。その結果、中央領域の１以上の溶断部の電気抵抗が他の溶断部の電気抵抗よりも大きくなり、小さな電流においては、中央領域の１以上の溶断部からの発熱量が他の溶断部からの発熱量よりも大きくなり、中央領域の１以上の溶断部から確実に溶断させることができる。そのためアーク発生部と、ヒューズエレメントの両端に配置される電極までの距離を長くとることができて、アークが外装の外部に吹き出されることを抑制することができる。

なお３個以上の溶断部のために仮想した３本以上の仮想交差線と仮想中心線との間の角度が同一であることが好ましい。このようにすると３個以上の溶断部は、同じ傾斜角度をもって傾斜することになるため、ヒューズエレメントを構成する金属の熱膨張及び熱収縮によるストレスを吸収して、金属疲労の発生を極力低減することができる。

また４個以上の非溶断部には、隣り合う他の非溶断部に向かって延びる延伸部がそれぞれ一体に形成されているのが好ましい。このような延伸部を設けると、非溶断部の放熱性を向上させ温度特性の向上を図ることができる。なお延伸部は、溶断部が溶断される前に、溶断部及び隣接する他の非溶断部との間で放電を発生しない形状を有しているのが好ましい。具体的には、溶断部の幅寸法が一定である場合には、この延伸部は溶断部との間の最短距離が変化しない形状を有しているのが好ましい。このようにすると延伸部を設けたことが、ヒューズ性能に影響を与えることを防止できる。

なおヒューズが、内部に消弧砂が充填された絶縁性の筒体と、筒体の両端部にそれぞれ嵌合され且つヒューズエレメントと電気的に接続される一対のキャップ状電極とからなる外装容器を更に備えている場合には、筒体の開口部と対向するキャップ状電極の底壁部を、電気絶縁性を有する絶縁材料によって覆うことが好ましい。この構造を採用すると、アーク電流がキャップ状電極に達しても、絶縁材料でアークを切り、キャップ状電極からアークが噴出することを防止することができる。

（Ａ）は、本実施の形態のヒューズの縦断面図であり、（Ｂ）は本実施の形態のヒューズの側面図である。 図１のヒューズの部分拡大図である。 変形例を説明するために用いるヒューズの部分拡大図である。

以下図面を参照して本発明のヒューズの実施の形態の一例を詳細に説明する。図１（Ａ）は、本実施の形態のヒューズ１の縦断面図であり、図１（Ｂ）は本実施の形態のヒューズ１の側面図である。図２は図１のヒューズの部分拡大図である。本実施の形態のヒューズ１は、内部に消弧砂３が充填された絶縁性の筒体５と、この筒体５の両端部にそれぞれ嵌合され且つヒューズエレメント７と電気的に接続される一対のキャップ状電極９及び１１とからなる外装容器１５を備えている。筒体５は、セラミックにより一体成形されている。またキャップ状電極９及び１１は、筒体５の開口部５１及び５３と対向する底壁部９Ａ及び１１Ａと、この底壁部９Ａ及び１１Ａの周縁部から起立して延びる円筒状の周壁部９Ｂ及び１１Ｂとを備えている。図１（Ａ）及び図２に示すように、筒体５の開口部５１及び５３と対向するキャップ状電極９及び１１の底壁部９Ａ及び１１Ａの内壁面は、アラミドペーパーからなる電気絶縁性を有する絶縁材料１３によって覆われている。

ヒューズエレメント７は、銀や銅の細長いヒューズ用金属板にプレス加工を施して一体に形成されている。ヒューズエレメント７は、所定の幅寸法（具体的には0.4mm）を有する４個の溶断部７１Ａ乃至７１Ｄと溶断部７１Ａ乃至７１Ｄの幅寸法よりも長い幅寸法（具体的には2mm）を有する５個の非溶断部７３Ａ乃至７３Ｅ（溶断部７１Ａ乃至７１Ｄよりも電気抵抗が低く、溶断部よりも溶断し難い部分）が、仮想中心線Ｌ１に沿って交互に並ぶように配置されて構成されている。

そして４個の溶断部７１Ａ乃至７１Ｄは、それぞれ金属板の仮想中心線Ｌ１と交差する仮想交差線Ｌ２に沿って延びるように形成されている。このように４個の溶断部７１Ａ乃至７１Ｄを形成すると、４個の溶断部７１Ａ乃至７１Ｄは、仮想中心線Ｌ１に対して傾斜した状態すなわち斜めになった状態で配置されることになる。特に本実施の形態では、４個の溶断部７１Ａ乃至７１Ｄのために仮想した４本の仮想交差線Ｌ２と仮想中心線Ｌ１との間の角度θが同一である。具体的には、この角度θは、４５度に設定されている。

またヒューズエレメント７は、４個の溶断部７１Ａ乃至７１Ｄのうち中央領域に位置する２つの溶断部７１Ｂ及び７１Ｃの仮想交差線Ｌ２に沿う方向の長さ寸法（具体的には0.9mm）が、他の２つの溶断部７１Ａ及び７１Ｄの仮想交差線Ｌ２に沿う方向の長さ寸法（具体的には0.7mm）よりも長い。

さらに５個の非溶断部７３Ａ乃至７３Ｅには、隣り合う他の非溶断部に向かって延びる延伸部７４がそれぞれ一体に形成されている。これらの延伸部７４は、溶断部７３Ａ乃至７３Ｄとの間の最短距離が変化しない形状（三角形状）を有している。具体的には、延伸部７４の一辺と溶断部７３Ａ乃至７３Ｄの一辺とが平行に延びるように、延伸部７４の形状が定められている。このような延伸部を設けると、非溶断部７３Ａ乃至７３Ｅの放熱性を向上させて、温度特性の向上を図ることができる。なお延伸部７４は、溶断部７１Ａ乃至７１Ｄが溶断される前に、溶断部７１Ａ乃至７１Ｄ及び隣接する他の非溶断部７３Ａ乃至７３Ｅとの間で放電を発生しない形状を有しているのが好ましい。

図２に拡大して示すように、ヒューズエレメント７の一方の端部７５は、筒体５の外周面に沿って曲げられている。そしてキャップ状電極９を筒体５の端部に嵌合する際に、キャップ状電極９の周壁部９Ｂと筒体５の外周面との間に端部７５は挟持されている。なおヒューズエレメント７の他方の端部とキャップ状電極１１との間の構造も図２に示す構造と同じ構造になっている。

本実施の形態のようにヒューズエレメント７を構成すると、４個以上の溶断部７１Ａ乃至７１Ｄは、同じ傾斜角度をもって傾斜することになるため、ヒューズエレメント７を構成する金属の熱膨張及び熱収縮によるストレスを吸収して、金属疲労の発生を極力低減することができる。またヒューズエレメント７の長さ寸法を短くすることができる。その結果、このヒューズエレメント７を用いると、同じ特性を有する従来のヒューズと比べて、ヒューズの長さ寸法を短くすることができる。また、中央領域の２つの溶断部７１Ｂ及び７１Ｃの電気抵抗が他の溶断部７１Ａ及び７１Ｄの電気抵抗よりも大きくしているので、小さな電流においては、中央領域の２つの溶断部７１Ｂ及び７１Ｃからの発熱量が他の溶断部７１Ａ及び７１Ｄからの発熱量よりも大きくなり、中央領域の溶断部７１Ｂ及び７１Ｃから先に確実に溶断させることができる。そのためアーク発生部と、ヒューズエレメント７の両端に配置されるキャップ状電極９及び１１の底壁部９Ａ及び１１Ａまでの距離を長くとることができて、アークが外装の外部に吹き出されることを抑制することができる。特に本実施の形態では、筒体５の開口部と対向するキャップ状電極９及び１１の底壁部９Ａ及び１１Ａを、電気絶縁性を有する絶縁材料１３によって覆っているので、アーク電流がキャップ状電極９及び１１に達しても、絶縁材料１３でアークを切り、キャップ状電極９及び１１からアークが噴出することを確実に防止することができる。なお本実施の形態の構造を採用した実際のヒューズでは、直径6.4mmの500Vヒューズにおいて、全長を従来よりも6mm程度短くすることに成功した。

上記実施の形態では、より安全性を確保するために、筒体５の開口部と対向するキャップ状電極９及び１１の底壁部９Ａ及び１１Ａを、電気絶縁性を有する絶縁材料１３によって覆っているが、中央領域に位置する２つの溶断部７１Ｂ及び７１Ｃの仮想交差線Ｌ２に沿う方向の長さ寸法が、他の２つの溶断部７１Ａ及び７１Ｄの仮想交差線Ｌ２に沿う方向の長さ寸法よりも長い構造を採用していれば、図３に示すように、絶縁材料１３を設ける必要はない。

また上記実施の形態では、溶断部７１Ａ及び７１Ｄを直線状に形成しているが、溶断部７１Ａ及び７１Ｄの形状は仮想交差線Ｌ２に沿うものであればよく、溶断部７１Ａ及び７１Ｄを湾曲形状や蛇行形状にしてもよいのは勿論である。

さらに上記実施の形態では、角度θを４５度としているが、この角度は任意である。また上記実施の形態では、溶断部の数を４個、非溶断部の数を５個としているが、溶断部の数は３個以上として、非溶断部の数は溶断部の数よりも多い４個以上であれば、両端に非溶断部が必ず配置されることになるため、それらの個数も任意である。

さらに上記実施の形態では、溶断部及び非溶断部は、同じ厚みの平板形状を有しているが、溶断部及び非溶断部の厚みが異なっていても、また溶断部及び非溶断部に抵抗調整のための孔や切れ込みが形成されていてもよいのは勿論である。

本発明によれば、同じ特性を有する従来のヒューズと比べて、ヒューズの長さ寸法を短くすることができる。また溶断部の金属疲労を低減することができる。更に中央領域の１以上の溶断部から確実に溶断させることができるので、アーク発生部と、ヒューズエレメントの両端に配置される電極までの距離を長くとることができて、アークが外装の外部に吹き出されることを抑制することができる。

１ ヒューズ
３ 消弧砂
５ 筒体
７ ヒューズエレメント
７１Ａ乃至７１Ｄ 溶断部
７３Ａ乃至７３Ｅ 非溶断部
７４ 延伸部
９，１１ キャップ状電極
１３ 絶縁材料
１５ 外装容器

Claims (3)

1. 所定の幅寸法を有する３個以上の溶断部と前記溶断部の前記幅寸法よりも長い幅寸法を有し前記溶断部の数よりも多い４個以上の非溶断部が、仮想中心線に沿って交互に並ぶように配置されてなる金属製のヒューズエレメントを備えたヒューズであって、
   前記３個以上の溶断部は、それぞれ前記仮想中心線と交差する仮想交差線に沿って延びるように形成されており、
   前記３個以上の溶断部のうち中央領域に位置する１以上の前記溶断部の前記仮想交差線に沿う方向の長さ寸法が、他の２以上の前記溶断部の前記仮想交差線に沿う方向の長さ寸法よりも長く、
   前記４個以上の非溶断部には、隣り合う他の前記非溶断部に向かって延びる延伸部がそれぞれ一体に形成されており、
   前記延伸部は、前記溶断部が溶断される前に、前記溶断部及び前記他の非溶断部との間で放電を発生しない形状を有しており、
   前記溶断部の幅寸法は一定であり、且つ前記延伸部は前記溶断部との間の最短距離が変化しない形状を有していることを特徴とするヒューズ。
2. 前記３個以上の溶断部のために仮想した３本以上の前記仮想交差線と前記仮想中心線との間の角度が同一であることを特徴とする請求項１に記載のヒューズ。
3. 内部に消弧砂が充填された絶縁性の筒体と、前記筒体の両端部にそれぞれ嵌合され且つ前記ヒューズエレメントと電気的に接続される一対のキャップ状電極とからなる外装容器を更に備えており、
   前記筒体の開口部と対向する前記キャップ状電極の底壁部は、電気絶縁性を有する絶縁材料によって覆われている請求項１または２に記載のヒューズ。
   

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