JP2006209988A - 電線ヒューズ - Google Patents

Abstract

【課題】大電流遮断部を消弧剤で覆う電線ヒューズにおいて、電線ヒューズに電流が流れることでジュール熱が発生し、ヒューズ素子が伸びて中央部付近に撓みが発生する場合に、ヒューズ素子の動きを拘束しないようにしてヒューズ素子の破断を防止する。
【解決手段】大電流遮断部２と小電流溶断部３とからなるヒューズ素子４をケース内に外気と隔絶した状態で密閉収納し、該ヒューズ素子４の大電流遮断部２側における遮断部を消弧剤７で覆う。前記大電流遮断部２の外側に挿通取付けしてなる一端が閉鎖し他端が開口する円筒形状の消弧容器６と、該消弧容器６内に固化しない状態で充填した無機粒状物の消弧剤７と、該消弧剤７を封入するために、該消弧容器６の開口部にヒューズ素子４の移動を拘束しない、弾性体からなる蓋体８を、ヒューズ素子４に密着して設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、低圧配電線路の引込み線の途中に接続して使用する電線ヒューズに関するもので、詳しくは、その電線ヒューズにおける大電流遮断部と小電流溶断部を有するヒューズ素子を内蔵した２次絶縁ケースの改良に関するものである。

従来、前記のような引込み線の途中に接続して使用する電線ヒューズとして、大電流遮断部と小電流溶断部とからなるヒューズ素子を透明の外筒ケース（絶縁ケース）内に外気と隔絶した状態で密閉収納し、前記ヒューズ素子の大電流遮断部に該遮断部を覆うように消弧部材を付設した電線ヒューズが提案されている（特許文献１参照）。

この従来の電線ヒューズにおける大電流遮断部は、一端が閉塞し他端が開口する筒状の消弧容器を設け、該消弧容器内に無機粒状物からなる消弧剤と無機接着剤を充填し固化した消弧体を形成し、該消弧体と消弧容器内を挿通して配されたヒューズ素子によって構成されている。

該電線ヒューズの消弧体は、消弧容器内にて固化したことにより組立作業時に何かに当たって欠損したりすることがなく、また、大電流遮断時に発生するアークやガスの放出方向を考慮した消弧容器の形状であることから、放出したアークやガスによる絶縁ケース内周面の汚損を原因とする絶縁抵抗の低下による漏洩電流が防げ、感電事故の防止につながる。
特開２００１−６８０１０号報

しかしながら、前記従来の電線ヒューズにおいては、ヒューズ素子の両端部が接続端子により拘束された状態で電線電路へ接続されているため、電線ヒューズに電流が流れることでヒューズ素子にジュール熱が発生すると、ヒューズ素子が伸び、該ヒューズ素子の中央部付近に撓みが発生する。

そのため、従来のような固化された消弧剤で大電流遮断部が保持されているものでは、消弧部に収納されたヒューズ素子の動きが拘束され、ヒューズ素子の撓むことができる領域は消弧部外の領域である小電流溶断部の範囲のみと狭くなり、ヒューズ素子が局部的に（特に消弧部からヒューズ素子が挿出された付近において）変形してしまい破断する虞があった。

更には、ヒューズ素子の撓みに伴いヒューズ素子の周囲に固化された消弧剤が崩れ、消弧剤が消弧容器より流出し、大電流遮断性能が低下する懸念もある。

そこで本発明は、前記従来の問題点を解決する電線ヒューズを提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、大電流遮断部と小電流溶断部とからなるヒューズ素子をケース内に外気と隔絶した状態で密閉収納し、該ヒューズ素子の大電流遮断部側における遮断部を消弧剤で覆うようにした電線ヒューズにおいて、
前記大電流遮断部の外側に挿通取付けしてなる一端が閉鎖し他端が開口する円筒形状の消弧容器と、該消弧容器内に固化しない状態で充填した無機粒状物の消弧剤と、該消弧剤を封入するために、該消弧容器の開口部に、ヒューズ素子の移動を拘束しない、弾性体からなる蓋体を、ヒューズ素子に密着して設けたことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記蓋体は、ヒューズ素子を把持する挿通部と、消弧容器の円筒部に保持される保持部を備え、該挿通部と保持部との間に、挿通部の移動に追従して変形する接続部を備えて形成されていることを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記蓋体の接続部を、ヒューズ素子を把持する挿通部と消弧容器の円筒部に保持される保持部より薄肉に形成したことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記蓋体の接続部の断面形状を蛇腹状に形成したことを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載の発明において、前記蓋体をゴム材料で形成し、その接続部のゴム硬度を、前記の挿通部及び保持部のゴム硬度より低く設定した事を特徴とするものである。

本発明によれば、消弧剤を消弧容器に充填後、消弧剤を固化させず、ヒューズ素子の変形による移動を拘束しない蓋体により、該消弧容器の開放端を密閉するため、ヒューズ素子にジュール熱が発生し、それによりヒューズ素子の伸びによる変形が発生した場合においても、ヒューズ素子に局部的なストレスをかけることが無い。

更に、蓋体はヒューズ素子に密着しているため、組立て時や、使用状態でジュール熱発生によるヒューズ素子の伸びでの変形が発生した場合でも、消弧剤が消弧容器より流出することもなく、大電流遮断性能も確実に保持できる。

請求項３乃至５の発明のように、前記蓋体の接続部を薄肉又は蛇腹状又はゴム硬度を低くすることによっても、前記と同様の効果を発揮できる。

本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図８に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明の低圧配電線路の引込み線の途中に接続して使用する電線ヒューズ１を示すもので、電線ヒューズ１内には図２に示すように、大電流で遮断する大電流遮断部２と小電流で溶断する小電流溶断部３を備えたヒューズ素子４が内装されており、大電流遮断部２は消弧体５、小電流溶断部３は２次絶縁ケース１２によって外気と隔絶した状態で密閉収納され、その周囲を覆うように絶縁ケース１５が設けられている。

ヒューズ素子４は図２に示すように大電流遮断部２と小電流溶断部３を直列に、例えば銅などの導電材からなる同一の素材よりセージングや切削等の加工により一体的に形成されている。大電流遮断部２は、中央の一部を細くした遮断部２ａと、その一端を遮断部２ａより太くした、すなわち、銅線素材と同径の連結部４ａと、遮断部２ａ間に設けられた蓄熱部２ｂとからなる。小電流溶断部３は、前記導電材の素材径より細くした溶断部３ａと、その他端を溶断部３ａよりも太くした銅線素材と同径である連結部４ｂと、溶断部３ａの他端側と中央部に設けられた蓄熱部３ｂ，３ｃとからなる。

前記ヒューズ素子４の大電流遮断部２を覆うように設けられた消弧体５は消弧容器６と消弧剤７と蓋体８から構成されている。

消弧容器６は図３に示すように、一端に消弧剤収納室６ｅを閉塞する底部６ａを有し、該底部６ａにヒューズ素子４の軸方向に沿って内側へ突出した取付部６ｉが形成され、該取付部の中心には、ヒューズ素子４の連結部４ａの外径と合致した内径を有する挿通孔６ｂを形成し、前記底部６ａに、他端に開口部６ｃを有する円筒部６ｄを一体形成し、前記底部６ａ側を基部として前記円筒部６ｄの外周部において前記開口部６ｃ側へ突出した２次絶縁用ケース部６ｆとから形成されている。該２次絶縁用ケース部６ｆの軸方向突出量は前記円筒部６ｄより短く形成されている。

該消弧容器６は例えば、射出成形によりポリカーボネイト樹脂材料からなる耐熱性の高い透明な樹脂で形成され、消弧容器６内にケイ砂、石英砂、水酸化アルミナ等の粒状物の混合、あるいはこれらの単独物からなる無機粒状物である消弧剤７が固化されていない状態で充填されている。

また、消弧容器６の円筒部６ｄの開口部６ｃは蓋体８で閉塞されており、該蓋体８は図６に示すように、外周部に内径を前記消弧容器６の円筒部６ｄの外径に嵌合するように形成した保持部８ａを設け、中心部に、ヒューズ素子４に密着するように、ヒューズ素子４の蓄熱部３ｂの外径に対してわずかに狭い内径部を備えた円筒状の挿通部８ｂを設け、更に、この挿通部８ｂと前記保持部８ａにおける一端側に筒部を残した部分との間を、軸方向断面形状がＺ字状となる蛇腹状の接続部８ｃによって結合して形成されており、接続部８ｃの変形によって挿通部８ｂが蓋体８の全方向に移動可能となっている。

また、前記接続部８ｃの形状はＺ字状に形成された蛇腹状に限らず、断面形状が薄肉形状の山型や、波形状でもよい。また、図７に示すように蓋体８の接続部８ｅを平板状に形成し、該接続部８ｅのゴム硬度を挿通部８ｂや保持部８ａのゴム硬度より低い材料を用いて、材質の伸縮性によって移動させてもよい。

該蓋体８は絶縁性を有する弾性材、例えば、フッ素ゴム、テフロン（登録商標）ゴムやシリコンゴム等のゴム材料や、スポンジ状態の石綿をゴム材等でコーティングした材料等で形成するが、好ましくは、耐熱性の高いシリコンゴムがよい。

また、蓋体８における前記消弧容器６が位置する側と反対側の面には、図１に示すように、無機材料からなるガラス繊維で形成され、外径が該蓋体８と略同径で、かつ、ヒューズ素子４が貫通可能な穴１０ａを中心に形成した柔軟性のある円形状のシート１０が密着して設けられている。

更に、該シート１０と蓋体８は、消弧容器６の開口端部６ｇと、これに対向して配置される、後述するガラス管１１とによって狭持され、消弧剤７を消弧容器６内に密閉状態に保持している。

２次絶縁用ケース９は、ポリカーボネイト樹脂等の耐熱性の高い透明な素材で筒状に形成され、シート１０と蓋体８の外径と合致し、かつ、消弧容器６の外径に対して蓋体８における保持部８ａの筒部の厚みだけ広い内径を有する筒部９ａと、該筒部９ａの他端を閉塞する底部９ｂと、該底部９ｂにヒューズ素子４の軸方向に沿って内側へ突出した取付部９ｆが形成され、該取付部９ｆの中心部にはヒューズ素子４の連結部４ｂの外径と合致した内径を有するヒューズ素子４の挿通孔９ｃを備え、一端に開口部９ｄを形成している。

該２次絶縁用ケース９の内部には、外径が、シート１０と蓋体８の外径と略同径で厚肉な円筒形状のガラス管１１が挿入されており、該ガラス管１１の一端は、シート１０の円周部１０ｂに当接し、他端は２次絶縁用ケース９の底部９ｅに接触することで、シート１０と蓋体８がガラス管１１の一端と消弧容器６の開口端部６ｇとで狭持され、消弧容器６を閉塞し、消弧剤７が外部に漏れ出さないようにすると共に、ガラス管１１内を消弧容器６と隔離した中空状の空間を形成している。

また、２次絶縁用ケース９の筒部９ａの開口部９ｄの外縁部９ｇには段差が設けられており、その開口部９ｄと、前記消弧容器６の２次絶縁用ケース部６ｆの開口端部６ｈとが密着的に嵌合しており、２次絶縁用ケース９の筒部９ａと消弧容器６の２次絶縁用ケース部６ｆとガラス管１１により２次絶縁ケース１２を形成している。

ヒューズ素子４の両連結部４ａ，４ｂの端部は前記消弧容器６及び２次絶縁用ケース９の挿通孔６ｂ，９ｃを通じて外部へ突出しており、該連結部４ａ，４ｂに、電線電路に圧着接続するヒューズ素子４と同じ素材（例えば、銅線素材）からなるパイプ状の接続端子１３，１４が連結されている。

また、前記消弧容器６と２次絶縁用ケース９と接続端子１３，１４は、絶縁ケース１５により覆われている。該絶縁ケース１５は、耐熱性の高い例えばポリカーボネイト樹脂等の透明な樹脂の射出成型により形成され、消弧容器６の２次絶縁用ケース部６ｆと２次絶縁用ケース９の筒部９ａよりなる２次絶縁ケース１２および、該２次絶縁ケース１２と接続端子１３，１４の接続部付近の外側に沿って密着して一体的に成形されている。

電線ヒューズ１は、前記のように２次絶縁ケース１２を形成する２次絶縁用ケース９の筒部９ａ及び消弧容器６の２次絶縁用ケース部６ｆと、その外面を密着して覆う絶縁ケース１５との２重の外郭が設けられていることにより、大電流遮断時のおける内部圧力上昇に対応できる機械的強度が確保されている。

さらに、前記絶縁ケース１５の両端部と前記接続端子１３，１４の隙間１６にはシリコーン等のシール剤を充填することで電線ヒューズ１の内部は外気から確実に密閉的に閉鎖された状態となる。なお、絶縁ケース１５や消弧容器６並びに２次絶縁用ケース９は透明な樹脂以外にも半透明や不透明な樹脂で形成してもよい。

次に、前記電線ヒューズ１の組立方法について述べる。
先ず、図２に示すヒューズ素子４を用意し、該ヒューズ素子４を、図３に示す消弧容器６の開口部６ｃ側（蓋体８は設けられていない状態）からヒューズ素子４の大電流遮断部２側より消弧容器６内へ挿入し、該消弧容器６に設けられた挿通孔６ｂにヒューズ素子４の連結部４ａを所定量挿通させる。

この挿通状態では、ヒューズ素子４の連結部４ａの外径と挿通孔６ｂの内径は合致した直径からなるため、挿通取付けした消弧容器６は挿通後ヒューズ素子４に対してガタ付いたりせず、その後充填される消弧剤７も、挿通孔６ｂからもれ出ることはない。

次に、ヒューズ素子４を挿通取付けした消弧容器６を、その開口部６ｃが上向きになるように図示しない組立て治具の支持穴に差込み、ヒューズ素子４を直立状態に保持する。この直立状態でフルイ等により一定の粒度に選別された無機粒状物からなる消弧剤７、例えばケイ砂を消弧容器６の開口部６ｃ側から消弧容器６内へ所定量充填する。

無機粒状物からなる消弧剤７の充填後、数十秒間、消弧剤７が均一に充填されるよう加振する。

次に、シリコンゴムからなる前記蓋体８を、該蓋体８の挿通部８ｂにヒューズ素子４を挿通させながら、前記開口部６ｃまでスライドさせて、図３に示すように開口端部６ｇに嵌合して取付ける。

次に、シート１０を、該シート１０の中心の穴１０ａにヒューズ素子４を挿通させながら上部より図５に示すように蓋体８の上面８ｄに装着させる。

次に、２次絶縁ケース１２の一つであるガラス管１１を、その開口した一端より上部から挿入した後、図４に示す２次絶縁用ケース９の筒部９ａを、その開口部９ｄ側を下向きにしてヒューズ素子４の小電流溶断部３側から挿入し、ヒューズ素子４の連結部４ｂを２次絶縁用ケース９の挿通孔９ｃに挿通するとともに、ガラス管１１とシート１０と蓋体８を筒部９ａ内に収納しながら、筒部９ａの開口部９ｄを消弧容器６の２次絶縁用ケース部６ｆの開口端部６ｈに密着的に嵌合して取付ける。これにより、シート１０と蓋体８は、ガラス管１１と、消弧容器６とに加圧されて挟持され、これらの間が密着する。

以上のような組立により、ヒューズ素子４の大電流遮断部２は、固化されていない消弧剤７により周囲が覆われて消弧容器６内に密閉的に収納され、小電流溶断部３はガラス管１１内の中空部に外気と隔絶した状態で密閉収納される。

その後、２次絶縁用ケース９と消弧容器６から突出したヒューズ素子４の両連結部４ａ，４ｂに、接続端子１３，１４を圧着接続し、図５に示す組付部品を得る。

次に、前記図５に示すように組み立てられた組付部品を射出成形の型枠内にセットし、２次絶縁ケース１２及び接続端子１３，１４の一部の外周面に樹脂を射出成形し、図１に示すように、２次絶縁ケース１２及び接続端子１３，１４の一部の外周面に密着した絶縁ケース１５を形成する。

ヒューズ素子４の大電流遮断部２と小電流溶断部３は、２次絶縁ケース１２を形成する２次絶縁用ケース９の筒部９ａ及び消弧容器６の２次絶縁用ケース部６ｆとにより、絶縁ケース１５の射出成形時の圧力から保護される。

次に、絶縁ケース１５の両端部と前記接続端子１３，１４の隙間１６にシール剤を充填し、電線ヒューズ１の内部を外気から確実に密閉閉鎖して電線ヒューズ１を完成させる。

次に、前記電線ヒューズ１の溶断並びに遮断動作について説明する。
過負荷電流のような比較的小さな電流では小電流領域が動作する。つまり、過負荷電流が流れると小電流溶断部３の溶断部３ａの銅線が溶融し電路が開放する。

この時、蓋体８の上面８ｄに被せているシート１０は耐熱性のある無機材であるため、ヒューズ素子４の溶断によるアークで蓋体８が煙硝するのを防止する働きがあり、これより、電線ヒューズ１内の内部圧力の上昇を防止でき、さらには絶縁性能も確保できる。

また、短絡電流のような過大電流がヒューズ素子４に流れると大電流遮断部２の遮断部２ａと小電流溶断部３が溶融気化しアークが発生する。

大電流遮断部２より発生し気化したアークは、遮断部２ａを覆うように充填された消弧剤７の表面や内部に浸透しながら吸着や冷却されて、そのエネルギーは消弧剤７と消弧容器６を含む消弧体５に奪われ消弧され、これにより電路が開放する。

なお、大電流遮断の場合は、消弧剤７から高温のガスやアークの一部が放出されるが、消弧容器６を密閉する蓋体８によりそれらが遮断され、消弧体５の外部に、すなわち消弧容器６の円筒部６ｄと２次絶縁用ケース９の筒部９ａとの間や、ガラス管１１と２次絶縁用ケース９の筒部９ａとの間等の空隙内に漏出することはない。

一方小電流溶断部３から発生した高温のガスやアークも同様にシート１０や蓋体８により遮断され、前記空隙内へ漏出しない。したがって、ガラス管１１の外周面や消弧容器６の外周面が汚損されたりせず、かかる部分において高い絶縁が確保されるため、遮断後に漏洩電流が流れることもなく安全性を高めることが可能となる。

さらに、２次絶縁用ケース９及び絶縁ケース１５は透明の材料で形成されているため、小電流遮断時や大電流遮断時における電路の開放状態を目視することができる。

また、電線ヒューズ１の使用中に、ヒューズ素子４に電流が流れることで発生するジュール熱によってヒューズ素子４は図８に示すように伸びて変形することがある。このとき、ヒューズ素子４の蓄熱部３ｂが蓋体８の挿通部８ｂに密着され、かつ、蓋体８に接続部８ｃが蛇腹状に形成されて容易に変形できることから、ヒューズ素子４の全方向の変形に追従して蓋体８も変形する。そのため、ヒューズ素子４の中央部付近の撓みが蓋体８によっては拘束されない。

また、消弧容器６内の消弧剤７は固化されていないため、大電流遮断部２の周囲が固定されず、ヒューズ素子４の中央部付近以外の部位も拘束されることがない。これにより、ヒューズ素子４にはストレスが与えられず局部的な屈曲による破断を防止できる。

更には、ヒューズ素子４が挿通されている蓋体８の挿通部８ｂに掛かるヒューズ素子４の変形による外圧は接続部８ｃ，８ｅの移動によって吸収されるので、挿通部８ｂとヒューズ素子４の蓄熱部３ｂとの間に隙間が空くこともなく、消弧容器６からの消弧剤７の流出を防ぐことが出来る。したがって安定した電流遮断性能が確保できる。

なお、蓋体８の接続部８ｃ，８ｅを、保持部８ａと挿通部８ｂより可撓性を有するように薄肉に形成しても、また、該接続部８ｃ，８ｅのゴム硬度を保持部８ａと挿通部８ｂより低くしても同様の効果が得られる。

また、２次絶縁用ケース９の内部に収めたガラス管１１により、特に小電流溶断領域においては、電流遮断により発生したアークがガラス管１１内に密閉され、２次絶縁用ケース９の内面に直接接する事もなく汚損による絶縁破壊が防止できる。そのため、電流遮断時においても安定した絶縁性能が発揮できる。

本発明の実施例を示す電線ヒューズの軸方向断面図。 本発明の電線ヒューズに使用するヒューズ素子を示す側面図。 図１の消弧体にヒューズ素子を挿通した断面図。 図１の２次絶縁用ケースの断面図。 図３のヒューズ素子と消弧体に、図４の絶縁ケースを組付け、かつ、接続端子を接続した状態の断面図。 （ａ）は図３における消弧容器を塞ぐ蓋体の平面図、（ｂ）は該蓋体の側断面図、（ｃ）は該蓋体の底面図。 図６の蓋体の接続部をゴム硬度の低い材質を用い直線状に形成した蓋体の他の例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は底面図を示す。 図１の電線ヒューズのヒューズ素子が撓み、蓋体の挿通部が移動した状態を示す断面図。

符号の説明

１ 電線ヒューズ
２ 大電流遮断部
２ａ 遮断部
３ 小電流溶断部
４ ヒューズ素子
６ 消弧容器
６ｃ 開口部
６ｄ 円筒部
７ 消弧剤
８ 蓋体
８ａ 保持部
８ｂ 挿通部
８ｃ，８ｅ 接続部
９ ２次絶縁用ケース
１５ 絶縁ケース

Claims (5)

1. 大電流遮断部と小電流溶断部とからなるヒューズ素子をケース内に外気と隔絶した状態で密閉収納し、該ヒューズ素子の大電流遮断部側における遮断部を消弧剤で覆うようにした電線ヒューズにおいて、
   前記大電流遮断部の外側に挿通取付けしてなる一端が閉鎖し他端が開口する円筒形状の消弧容器と、該消弧容器内に固化しない状態で充填した無機粒状物の消弧剤と、該消弧剤を封入するために、該消弧容器の開口部に、ヒューズ素子の移動を拘束しない、弾性体からなる蓋体を、ヒューズ素子に密着して設けたことを特徴とする電線ヒューズ。
2. 前記蓋体は、ヒューズ素子を把持する挿通部と、消弧容器の円筒部に保持される保持部を備え、該挿通部と保持部との間に、挿通部の移動に追従して変形する接続部を備えて形成されていることを特徴とする請求項１記載の電線ヒューズ。
3. 前記蓋体の接続部を、ヒューズ素子を把持する挿通部と消弧容器の円筒部に保持される保持部より薄肉に形成したことを特徴とする請求項２記載の電線ヒューズ。
4. 前記蓋体の接続部の断面形状を蛇腹状に形成したことを特徴とする請求項２又は３記載の電線ヒューズ。
5. 前記蓋体をゴム材料で形成し、その接続部のゴム硬度を、前記の挿通部及び保持部のゴム硬度より低く設定した事を特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の電線ヒューズ。
   

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