JP2006310003A - 温度ヒューズ内蔵型抵抗器 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗素子２と温度ヒューズ３との直列接続体Ａを開口部を有する耐熱ケース１内に収容し、該直列接続体のリード導体２１，３１をケースのスリット１２，１３から引出し、無機質粉末を主成分とし耐熱性効果樹脂をバインダーとする封止材４をケース１内に充填してなり、抵抗素子２の異常通電発熱で温度ヒューズを動作させるようにしたヒューズ抵抗器において、高負荷印加のもとでも、封止材４からの易気化成分の蒸発を抑制して白煙の発生を軽減乃至は実質的に零にすることにある。
【解決手段】ケース開口における充填封止材表面に気密遮蔽板５を埋着することにより封止材４からの水分の蒸発を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は温度ヒューズ内蔵型抵抗器に関するものである。

ヒューズ抵抗器は、抵抗素子が過電流により所定の許容温度にまで昇温すると通電を遮断して火災等の事故発生を未然に防止するのに使用され、そのヒューズ抵抗器として、図２の（イ）〜（ニ）に示すような温度ヒューズ内蔵型抵抗器（例えば、特許文献１参照）が汎用されている。
図２の（イ）は温度ヒューズ内蔵型抵抗器の縦断面図を、図２の（ロ）は図２の（イ）におけるロ−ロ断面図を、図２の（ハ）は図２の（イ）におけるハ−ハ断面図を、図２の（ニ）は同温度ヒューズ内蔵型抵抗器の正面図をそれぞれ示している。
実開昭４８−１０５０３８号公報

図２において、１’は開口を有するセラミックケースである。Ａ’は巻線型抵抗素子２’と筒型温度ヒューズ３’との直列接続体であり、ケース１’内に収容し、抵抗素子２’のリード導体２１’及び温度ヒューズ３’のリード導体３１’をケース前方側壁のスリット１２’及び１３’から引出してある。４’はケース１’内に充填した耐熱性封止材である。
この温度ヒューズ内蔵型抵抗器に過電流が流れると、抵抗素子２’が発熱し、その発生熱が抵抗素子２’からケース１’外に向け放出され、熱抵抗と熱容量とで定まる時定数で昇温されていく。
この間、温度ヒューズ３’に抵抗素子２’と温度ヒューズ３’間の接続導体２１１’，３１１’や抵抗素子２’と温度ヒューズ３’との間の封止材部分を経て抵抗素子２’の発生熱の一部が伝播されて温度ヒューズ３’も昇温されていく。
この温度ヒューズのヒューズエレメントの温度が融点に達すると温度ヒューズの溶断が開始され、溶断が完結されると通電が遮断される。溶断開始から溶断完結までの間、抵抗素子の発熱が続いて昇温が継続されるが、溶断完結による通電遮断で抵抗素子の発熱が停止され、それまで熱容量に応じチャージされた熱量が放熱されて全体が所定の時定数で常温に向け冷却されていく。

図３はこの昇温・降温経過を示している。
図３の（イ）は抵抗素子の昇温・降温経過を、図３の（ロ）は温度ヒューズの昇温・降温経過をそれぞれ示し、時間ｔ_０は温度ヒューズの動作開始時点、ｔ_１は温度ヒューズの動作完結時点であり、温度ヒューズの動作完結時点ｔ_１まではそれぞれ所定の時定数で昇温し、時点ｔ_１以降は、それぞれ所定の時定数で降温している。
図３の（ハ）に示すように、封止材も時点ｔ_１までは昇温し、時点ｔ_１以降は降温していく。
その封止材の昇温・降温の温度は場所により異なるが、温度ヒューズとは異なり抵抗素子からの金属導体を経ての熱伝達がないから、温度ヒューズの最高温度である動作完結温度Ｔ_１よりも低い温度にとどめられる。
温度ヒューズ内蔵型抵抗器の温度ヒューズには動作温度（０．１Ａ以下の電流で１分間に１℃上昇するオイル中で通電が遮断されるときの温度）がほぼ１３５℃の筒型温度ヒューズを使用し、封止材には、石英粉末を主成分としシリコーン樹脂をバインダーとしたものを使用しており、石英粉末は炭化されず、バインダーには耐熱性に優れた材料を選択しているから、封止材の炭化面での耐熱性の問題はない。

しかしながら、温度ヒューズの動作時、封止材が１００℃以上に加熱され、この加熱により封止材中の水分等の易気化性物質が蒸発され、周囲温度の如何によっては、その蒸発気体が凝結されて霧粒となり、火災の白煙と錯覚される畏れがある。
特に、前記バインダーとしてのシリコーン樹脂では、未架橋の反応性シリコーンエマルジョンを無機質粉末に混合分散させ、反応性シリコーンのシラノール基間を脱水縮合させて生成されているから、水分を相当に含んでおり、前記白煙の発生が顕著である。

本発明の目的は、抵抗素子と温度ヒューズとの直列接続体を開口部を有する耐熱ケース内に収容し、該直列接続体のリード導体をケースのスリットから引出し、無機質粉末を主成分とし耐熱性効果樹脂をバインダーとする封止材をケース内に充填してなり、抵抗素子の異常通電発熱で温度ヒューズを動作させるようにしたヒューズ抵抗器において、高負荷印加のもとでも、封止材からの易気化成分の蒸発を抑制して白煙の発生を軽減乃至は実質的に零にすることにある。

請求項１に係る温度ヒューズ内蔵型抵抗器は、抵抗素子と温度ヒューズとの直列接続体を開口部を有する耐熱ケース内に収容し、該直列接続体のリード導体をケースのスリットから引出し、無機質粉末を主成分とし耐熱性効果樹脂をバインダーとする封止材をケース内に充填してなり、抵抗素子の異常通電発熱で温度ヒューズを動作させるようにしたヒューズ抵抗器において、ケース開口における充填封止材表面に気密遮蔽板を埋着したことを特徴とする。

請求項２に係る温度ヒューズ内蔵型抵抗器は、請求項２の温度ヒューズ内蔵型抵抗器において、封止材のバインダーがシリコーン樹脂であることを特徴とする。

請求項３に係る温度ヒューズ内蔵型抵抗器は、請求項１〜２の温度ヒューズ内蔵型抵抗器において、遮蔽板が封止材よりも良熱伝導性であることを特徴とする。
請求項４に係る温度ヒューズ内蔵型抵抗器は、請求項３の温度ヒューズ内蔵型抵抗器において、遮蔽板がセラミックス板であることを特徴とする。

請求項５に係る温度ヒューズ内蔵型抵抗器は、請求項１〜４の何れかの温度ヒューズ内蔵型抵抗器において、温度ヒューズが動作温度１１０℃〜１６０℃の筒型温度ヒューズであることを特徴とする。

請求項６に係る温度ヒューズ内蔵型抵抗器は、請求項１〜５の何れかの温度ヒューズ内蔵型抵抗器において、ケースが底壁と四方側壁とからなるセラミックス製であり、温度ヒューズのリード導体引出用スリット及び抵抗素子のリード導体引出用スリットを前方側壁に有することを特徴とする。

ヒューズ抵抗器に高負荷が印加されて封止材が加熱されても、封止材にはその加熱で炭化されない耐熱性が付与されているから耐熱性の問題はないが、封止材中の易気化性成分、例えば水分が蒸発されると、周囲温度の如何によっては、水蒸気が凝結されて霧粒化され火災の白煙と錯覚される畏れがある。
しかしながら、（イ）遮蔽板により水分の蒸発が遮断される、（ロ）遮蔽板を良熱伝導性とすることにより、封止材表面の温度を外気への放熱性アップによってそれだけ低くでき水分の蒸発量を抑制できる、ことから白煙の発生が軽減される。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１の（イ）は本発明に係る温度ヒューズ内蔵型抵抗器の実施例の縦断面図、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図、図１の（ハ）は図１の（イ）におけるハ−ハ断面図、図１の（ニ）は同実施例の正面図である。
図１において、は耐熱性例えばセラミックス製の上側開放ケースであり、低壁と四方側壁とを有し、前方側壁にはリード導体挿通用スリット１２，１３を設けてある。
２は抵抗素子であり、セラミックス等の耐熱コアの両端にリード導体付きキャツプ電極を装着し、コア上に抵抗線を巻き付け、その両端のそれぞれを各キャツプ電極に溶接等により接続してある。
３は温度ヒューズ、例えば筒型温度ヒューズであり、可溶合金片からなるヒューズエレメントの両端にリード導体を溶着し、ヒューズエレメントにフラックスを塗布し、フラックス塗布ヒューズエレメント上に耐熱性筒、例えばセラミックス筒を挿通し、その両端と各リード導体との間を耐熱性封止材、例えば無機質フイラー入りエポキシ樹脂で封止してある。
これら抵抗素子２と温度ヒューズ３とは一方のリード導体２１，３１の間隔を所定の間隔とするように他方のリード導体２１１，３１１において直列に接続してある。この接続は溶接により行うことができ、温度ヒューズのヒューズエレメントの熱的損傷を防止するために、温度ヒューズ３の他方のリード導体３１１の長さを充分に長くし、しかも短時間溶接、例えばスポット抵抗溶接、レーザ溶接等を使用している。かしめ接続や捩じり接続を使用することもできる。
この抵抗素子・温度ヒューズ接続体Ａをケース１内に収容し、抵抗素子２のリード導体２１及び温度ヒューズ３のリード導体３１をそれぞれスリット１２，１３から引出してある。
４はケース１内に充填した封止材であり、無機質粉末に硬化性樹脂のバインダーを配合してある。無機質粉末には粉末状の石英、アルミナ、雲母、ジルコニア、二酸化チタン等を使用でき、バインダーにはシリコーン樹脂を使用できる。無機質粉末量は８０重量％以上とされ、シリコーン樹脂量は１〜４重量％とされる。
この封止材４をケース１内に充填するには、無機質粉末とシリコーンエマルジョンと触媒（錫、亜鉛、鉄、鉛等の塩類及び有機アミン酸）とを混合し、これをケース内に注入し、常温または加熱下でシリコーンエマルジョンを硬化させていく。この硬化は、シラノール基の脱水縮合反応による架橋に基づくものであり、水の発生がある。
図１において、５は充填封止材４の表面に埋着した遮蔽板であり、上記封止材の注入終了時にその注入封止材の上面に載置し、封止材の硬化に伴って固着させてある。この遮蔽板５の外郭は、ケース１の開口内郭に等しいか、やや小さい寸法としてある。
遮蔽板５の材質としては、封止材よりも熱伝導性の高いもの、例えばセラミックス板、アルミ板、銅板を使用することが好ましい。

本発明に係る温度ヒューズ内蔵型抵抗器に高負荷が印加されると、抵抗素子が発熱し、この発生熱により温度ヒューズが加熱されると共に封止材が加熱される。
この場合、抵抗素子、温度ヒューズ及び封止材の温度変化には、図３により説明したように追従関係があり、抵抗素子の最高温度Ｔ_Rは温度ヒューズの動作完結時温度Ｔ_１に対し数十度高い温度となり、温度ヒューズに動作温度（０．１Ａ以下の電流で１分間に１℃上昇するオイル中で通電が遮断されるときの温度）１１０℃〜１６０℃のものが使用されることからして、封止材においては、実質的に全部が１００℃よりも高い温度に曝されることが理解できる。
封止材が１００℃を越えて加熱される時間は、抵抗素子に印加される負荷電力により異なるが、負荷電力が小さくても、昇温速度が遅くなるから、封止材が１００℃を越えて最終温度（温度ヒューズの動作完結時での温度）になるまでの時間が長くなり、負荷電力が比較的小さくても、前記白煙の問題は軽視できない。
負荷電力が大きくなると、昇温速度が速くなるから、封止材が１００℃を越えて最終温度（温度ヒューズの動作完結時での温度）になるまでの時間は短くなるが、白煙濃度が強くなる。
而るに、本発明に係る温度ヒューズ内蔵型抵抗器では、充填封止材の表面を気密性の遮蔽板で覆っているから、水分の蒸発をよく防止でき、過負荷の如何にかかわらず、白煙発生を充分に軽減できる。

開口ケースには、長さ２５ｍｍ、巾１４ｍｍ、高さ９．０ｍｍのセラミックス製を、抵抗素子には外径４．６ｍｍφの１０Ω巻線型抵抗を、温度ヒューズには動作温度１３５℃の外径２．５ｍｍφの筒型温度ヒューズをそれぞれ使用した。温度ヒューズのリード導体径は０．６ｍｍφ、抵抗素子のリード導体径は０．８ｍｍφ、両者のリード導体間隔は５．５ｍｍとした。
封止材には石英粉末９６．０重量％、シリコーン樹脂４．０重量％を使用し、遮蔽板には長さ１８．５ｍｍ，巾１０．２ｍｍ，厚み０．８ｍｍの９６％アルミナセラミックス板を使用した。
この温度ヒューズ内蔵型抵抗器の定格は１．６Ｗである。
室温２５℃のもとで負荷２５０Ｗを印加したところ（試料数２０箇）、線香の立上り煙よりも弱い煙の発生が３．０〜５．０秒間観られただけであった。
これに対し遮蔽板を省略したものでは、タバコの煙よりも多い煙の発生が１３．９秒〜１４．６秒間も続き、火災と錯覚される蓋然性が大であった。

本発明に係る温度ヒューズ内蔵型抵抗器の一実施例を示す図面である。 従来の温度ヒューズ内蔵型抵抗器を示す図面である。 温度ヒューズ内蔵型抵抗器の過負荷時での抵抗素子、温度ヒューズ及び封止材の温度変化を示す図面である。

符号の説明

１ ケース
１２ スリット
１３ スリット
２ 抵抗素子
２１ 抵抗素子のリード導体
３ 温度ヒューズ
３１ 温度ヒューズのリード導体
４ 封止材
５ 遮蔽板

Claims (6)

1. 抵抗素子と温度ヒューズとの直列接続体を開口部を有する耐熱ケース内に収容し、該直列接続体のリード導体をケースのスリットから引出し、無機質粉末を主成分とし耐熱性効果樹脂をバインダーとする封止材をケース内に充填してなり、抵抗素子の異常通電発熱で温度ヒューズを動作させるようにしたヒューズ抵抗器において、ケース開口における充填封止材表面に気密遮蔽板を埋着したことを特徴とする温度ヒューズ内蔵型抵抗器。
2. 封止材のバインダーがシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１記載の温度ヒューズ内蔵型抵抗器。
3. 遮蔽板が封止材よりも良熱伝導性であることを特徴とする請求項１または２記載の温度ヒューズ内蔵型抵抗器。
4. 遮蔽板がセラミックス板であることを特徴とする請求項３記載の温度ヒューズ内蔵型抵抗器。
5. 温度ヒューズが動作温度１１０℃〜１６０℃の筒型温度ヒューズであることを特徴とする請求項１〜４何れか記載の温度ヒューズ内蔵型抵抗器。
6. ケースが底壁と四方側壁とからなるセラミックス製であり、温度ヒューズのリード導体引出用スリット及び抵抗素子のリード導体引出用スリットを前方側壁に有することを特徴とする請求項１〜５何れか記載の温度ヒューズ内蔵型抵抗器。

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