JP2009070824A - スロット付きヒューズ本体を有するヒューズ - Google Patents

Abstract

【課題】ヒューズの形状構成および製造方法を提供すること。
【解決手段】両端部にスロットを有するヒューズ本体が作られ、その結果、ハンダをより大きな表面積にさせて本体を把持し優れた接合部を形成する。スロットはヒューズ本体の中央空洞に連通する。この改良は、商取引されているこの種のヒューズが大きな体積であるゆえに表面実装型ヒューズに主として関係するものであるが、いかなるサイズのヒューズにも適用することができる。
【選択図】図１

Description

ヒューズは過負荷から回路を迅速に保護するので、長く電気回路の必要な部品となっている。多くのヒューズは、特許文献１に示されるようによく知られている部品を有する。ヒューズは、ヒューズ本体と、本体内の導体またはヒューズ素子と、ヒューズホルダまたは回路の他の接続部分に接続するための２つのエンドキャップまたはフェルールとを含む。もちろん、これらの同じ部品は大きなヒューズおよび小さなヒューズに、また大負荷および小負荷用にも使用することができる。しかし、回路および回路構成がより小さくなるにつれて、ヒューズもまたそのサイズを低減する必要がある。例えば、その中で多くの部品が実際に基板に印刷される非常に小さな表面実装回路での使用が意図されるLittlefuse, Inc.,からのＮａｎｏ^２（登録商標）Ｆｕｓｅシリーズを参照されたい。

大きなヒューズを用いて作業する場合には、ヒューズを組み立てることは比較的簡単である。ヒューズ素子はその本体のように長さが数インチである場合があり、フェルールまたは他のターミネートは１／２インチ（約１．３ｃｍ）、または直径がより大きい場合がある。手または取付け具で部品をまとめて配置することは比較的簡単であり、容易に実現される。しかし、表面実装用途に意図されるヒューズのようにヒューズ全体のサイズが一層低減される場合には困難さが増大する。上述のシリーズのヒューズの多くは長さが１／２インチ（約１．３ｃｍ）よりも小さく、幅と深さの両方がたった１インチの約１／８（約０．３ｃｍ）に過ぎない場合がある。これらの小さなサイズが表面実装技術の回路構成の大きさに合致させるのには必要である。

信頼性が高く、またヒューズのサイズおよびその内側接合部の全部が小さいことが第１に求められているので、この小さな大きさで信頼できるヒューズを組み立てることが課題となっている。ハンダ接合部の粘稠性および信頼性は、ヒューズに組み入れられなければならない非常に重要な特性である。Ｘ線または他の検査技術が質の悪い接合部を有するヒューズを時々明らかにすることがある。しかし、製造の傾向は部品の品質を検査することではなく、むしろ信頼性が本来ほとんど備わったプロセスを設計することにある。すなわち、現在の製造プロセスは、１００％信頼できるヒューズ製品を一貫して手に入れるように引き続いて努力するものである。もちろん、ヒューズの構造およびヒューズを作るためのプロセスはここで説明されるプロセスと著しく異なることもある。例えば、特許文献２および特許文献３で説明されるヒューズおよびプロセスを参照されたい。これらの特許で説明されるヒューズは全く異なるプロセスによって作られている。

いかなる特定の理論にも拘束されることなく、現在のプロセスの問題は、部品を共に確実に嵌合し接合するために組み立てには安定した外力および空気圧を加えることが必要であることと考えられている。このことは第１のエンドキャップの場合には全く問題がない。なぜなら反対側の端部は依然として開いており、その結果、気体を漏出させることができるからである。しかし、第２のエンドキャップが取り付けられる場合には、このプロセスはヒューズ本体の内側に加圧空気を閉じ込めると考えられる。加圧気体は各エンドキャップに力を加え、その結果、ヒューズ本体からそれらを移動させる傾向がある。このことを制御するために外力と空気圧の両方が加えられる。外力はヒューズ部品を一緒に保持し、同時に外部空気圧はヒューズの内側で圧力を平衡させ、ハンダがヒューズ組立体から出てくることを防止する。作業時のいかなる望ましくない変化も質の悪い接合部を生むことになる。
米国特許第４５６０９７１号明細書 米国特許第５９７７８６０号明細書 米国特許第６００２３２２号明細書

本発明は、改良されたヒューズ構成部品およびよりよいプロセスを用いることによってこの問題を解決することを対象としている。

本発明について多くの実施形態がある。１つの実施形態はヒューズである。このヒューズは、２つの端部、および両端に少なくとも１つのスロットを有する中空本体であって、連続体を形成する前記スロットおよび該中空本体の中央空洞が該中央空洞から前記本体の外側面まで気体または空気を通過させる中空本体と、本体を貫通する金属要素と、ワイヤと電気的に通じている両端の金属キャップとを含み、当該ヒューズが組み立てられるとスロットが閉じられ、中央空洞は本体の外側面に連通しない。この金属要素は、ワイヤであってもよい。

他の実施形態はヒューズである。このヒューズは、内側面を有し、かつ２つの端部、および内側面に連通している各端部の少なくとも２つのスロットを有する中空本体と、中空本体を通して延在する金属ワイヤと、各端部にハンダ付けされかつ金属ワイヤに接合された金属キャップとを含む。

さらに、他の実施形態もヒューズである。このヒューズは、内側面を有し、かつ少なくとも１つの端部に少なくとも１つのスロットを備える２つの端部を有し、少なくとも１つのスロットが内側面から端部の外側面まで延在する中空セラミック本体と、本体を通して延在する金属要素と、本体の各端部に密封される金属キャップとを含む。

他の実施形態はヒューズの製造方法である。この方法は、第１の端部および第２の端部、ならびに端部のうちの少なくとも１つにあるスロットであって中空ヒューズ本体の中央空洞に連通している少なくとも１つのスロットを、中空ヒューズ本体に形成するステップと、第１の端部の第１の金属キャップに本体を接合するステップと、第１の金属キャップに本体を通して延在する金属要素を接続するステップと、金属要素および第２の端部に第２の金属キャップを接合するステップとを含む。

さらなる特徴および利点は本明細書において説明され、以下の詳細な説明および図から明らかであろう。

本発明については多くの実施形態があり、そのうち、本明細書において示され説明された実施形態はほんの少数の例に過ぎない。中空スロット付き本体を有するヒューズは表面実装用途に使用されることが好ましい。なぜならこれらのヒューズは大量生産技術に容易に適合するからである。いくつかの実施形態では、本明細書において示されるヒューズは比較的小さく（例えば、長さが約１１ｍｍ（約０．４インチ）である）、全体的に、正方形、丸みのある角を有する正方形、円形、長方形、または丸みのある角を有する長方形の形状の断面を有し、かつ約２．９ｍｍの本体の幅／深さ、および約３．１ｍｍのキャップの幅／深さを有する。他のサイズも使用され得る。これらのヒューズに用意されるハンダパッドは、幅約３．４ｍｍ×長さ約３．２ｍｍの２つの正方形パッドであることが好ましく、これにより両方のパッドは長さ約１２．６ｍｍ（約１／２インチ）の長さに嵌合する。他のサイズおよび形状構成も使用され得る。

ヒューズの第１の実施形態が図１に示され説明されている。ヒューズ１０は中空セラミック本体１２を含む。セラミック本体１２は、丸みのある正方形の外形を備える断面、および円形の断面を備える内側部分１２ａを有する長形の管である。内側部分１２ａは、長手軸Ａに沿って本体１２の長さいっぱいに延在し、本体１２ｂの端部は横スロット１２ｃを含む。この例のスロットは内側部分１２ａから外側表面まで延在する。また、ヒューズはつる巻きバネの形状の内側ワイヤ１４も含む。このバネは両端部でハンダ１８を備えるエンドキャップ１６に固定される。ハンダ１８はハンダドームの形状になっており、各端部はこのようなドームを形成するように別々に、また力および圧力を受けて形成される。いったんエンドキャップがセラミック本体にハンダ付けされ密封されると、スロットはエンドキャップによって覆われ、実質的にデバイスを密封するようにハンダ、ロウ付け結合等を用いて少なくとも一部だけ充填される。内側部分または空洞１２ａは代わりに、好ましくは丸みのある角を有する正方形、長方形、三角形のような他の所望の形状を有することができる。

中空本体は酸化アルミニウム、アルミナなどのセラミックであることが好ましいが、代わりにムライト、または他の絶縁性のある安価で入手可能な材料から作られてもよい。また、本体は、ガラスセラミック材料から、ガラスから、またはこの用途に役立つことができる事実上任意の非導電性材料から作られ得る。材料がハンダ付け温度、またはプリント回路基板（特に、表面実装型プリント回路基板）の製作に通常必要とされる他の処理温度に耐えることができる限り、プラスチックまたは繊維ガラスの本体でも役立つことができる。エンドキャップは、優れた導電率およびハンダ付けの容易さを得るために銀メッキをした黄銅であるが、これらはまた、金メッキ、スズ／鉛メッキ、または他の適切な材料を用いてメッキされることもできる。必要とされる用途および温度に適したハンダを使用すべきである。ハンダが選好されることは明らかであるが、例えば非常に高温の用途に適した溶接またはロウ付けなどの他の取付け方法を使用することもできる。

図１の実施形態に加えて、図２および図３に示すように、スロット付き本体の他の形状構成を使用することができる。図２では、中空本体２０は、丸みのある正方形の形状の外形２２、および円筒の形状の内側面２４、すなわち円形の断面を有する。もちろん、他の実施形態では、内側面は、正方形、長方形、丸みのある正方形、または丸みのある長方形等の断面を有することができる。中空内側部分は、両端部２６まで延在する。この各端部は内側部分から外側面２２まで延在し連通するスロット２８を有する。この例ではスロットは、本体の長手軸に対してある角度をなして形成されるが、一方、図１の実施形態ではスロットは本体の長手軸に沿って延在する。傾斜させたスロットを使用すると、エンドキャップと本体との間の接合部の強度が増大することが実験作業で分かってきた。

いかなる特定の理論にも拘束されることなく、第２のキャップを配置し接合する間にスロットは中空本体内の気体を本体から漏出させることができると考えられる。下記で説明するように、このプロセスは接合中に力を加えることを含む。ハンダフローが完了した後に加圧気体が本体内に残る場合、この加圧気体はキャップを本体から遠ざけるように促す傾向があり、質の悪い接合部ができるようになり得る。ハンダプロセス中にスロットは気体を漏出させることができ、したがって閉じ込められた加圧気体の問題を除去すると思われる。結果として、次に接合されハンダ付けされる端部であるヒューズの１つの端部のみがスロットを有する必要がある。しかし、現代の大量生産およびマテリアルハンドリング技術(material handling technique)の場合は、スロットなしの端部が最初にキャップを付けられハンダ付けされ、スロットを備える端部が次にキャップを付けられハンダ付けされるようにヒューズ本体を位置合わせすることは面倒なことであろう。したがって、たとえ単一のスロットで利点が生ずると思われても、両端部にスロットを有することがより容易でより実際的である。

言及したように、スロットによって満たされる効果とは、中空中央部からの空気を漏出させることができることである。したがって、スロットは、ヒューズ本体の外側まで内側中空部を連結する必要がある。この要求に合致する他の実施形態が、図３に示されている。中空ヒューズ本体３０は、中央円筒形空洞または空隙３２、および外側面３４を有する。中央空洞３２は、両端部３６まで延在する。この端部の近くでスロット３８が中央空洞３２に連結し、その結果、中空ヒューズ本体の内側と外側面との間で連続体を形成する。今まで説明された他の実施形態もまた、ヒューズ本体の内側と外側表面との間でこのような連続体を形成することに留意されたい。もちろん、いったん組立体およびハンダ付けが完了するとスロットは充填され、今はエンドキャップによって覆われ、少なくとも一部がハンダで充填されるこの連続体は終わる。

多くのヒューズが作られ、新しいスロット付き本体を用いて試験されてきた。プリント回路基板の組み立て中または組み立て後に機械的に故障しないヒューズを形成するために、キャップと本体との間の接合強度が少なくとも２ポンドの軸方向力に耐え得ることが望ましい。スロットなしの本体で作られるキャップについての平均力は約３．５ポンドである。しかし、この優れた性能を有していても、プリント回路基板の組み立て中に故障することがあり、または後に運転中に故障することがあるアウトライヤー(outlier)がある。図１の実施形態で行われた試験は約９．５ポンドの平均プルテスト(average pull test)を有する。図２の実施形態で行われた試験は約１０．５ポンドの平均プルテストを有する。Ｘ線検査では、スロット付き本体を用いて作られたヒューズの外観はキャップと本体との間のハンダ接合部についてはるかに良好な均等性を示す。加えて、本体内の螺旋状ワイヤは通常、ヒューズ本体の長手軸に沿ってより良好なアラインメントを示す。結局、今日に至るまで行われた試験において回路基板の組み立て中または組み立て後にこれらのスロット付きヒューズの破損は事実上全くなかった。

新しいスロット付き本体を用いるヒューズの製造方法が、図４のフローチャートに示されている。ヒューズ本体に第１のエンドキャップを接合するために、ハンダが逆さにされたヒューズキャップに配置され、これは暖められて溶融し（４０）、ハンダを分布させる。次いで、ヒューズ本体およびワイヤが配置され（４１）、押圧されて（４２）、ヒューズ本体の端部に配置された約８００グラムの力を受けて溶融ハンダになる。次いで、これらは約１６〜２２ｐｓｉの冷却室で冷却され、ハンダドームを形成する（４３）。

次いで、ハンダが第２のエンドキャップの中に配置され、溶融され（４４）、熱が大気圧において加えられて第２のエンドキャップにヒューズ本体の他の端部を接合する（４５）。次に、この時点でヒューズワイヤおよび２つのエンドキャップが取り付けられている本体が約１６〜２２ｐｓｉｇの密封された冷却室で冷却されて接合部を強固にし、ヒューズを形成する（４６）。このプロセスには約１〜２分を要する。その後、ヒューズのサンプルが試験されて電気的連続性および接合部の強度を確保する（４７）。また、サンプルはＸ線で検査され、または非破壊検査を受けて内部接合部の強度および品質を確保する。

ヒューズの実施形態の形状は上記で示されるように真直ぐなインラインの実施形態に限定されない。図５および図６に示されるように、他の実施形態は「Ｌ」または「Ｃ」の全体的形状を有することができる。図５では、ヒューズ５０は大文字Ｌの形状のヒューズ本体を有する。ヒューズは第１のヒューズ本体長さ５１、およびこの第１のヒューズ本体長さに少なくともほぼ直角に第２のヒューズ本体長さ５２を有する。ヒューズは中央空洞５３、および内側中空部から外側まで連通するスロット５４を含む。エンドキャップ（図示せず）は上記の実施形態で議論したように組み立て後にヒューズワイヤ（図示せず）に連結する。

図６は他の実施形態、Ｃ字形状のヒューズ本体６０を示す。セラミック本体６０は図示のように２つの半分６１、および半分６２で作られることができ、この場合、例えばハンダ付け、成形、または他の接合技術によって組み立てられる。この実施形態では、部分６１は部分６２よりも僅かにより大きな幅および深さを有し、その結果、部分６１の中に部分６２を挿入することが容易になる。各半分は中央空洞６３および中央空洞６４、ならびにスロット６５およびスロット６６を有して内側中空部位とヒューズの外側との間で連通する。他の実施形態では、この各半分は同じサイズであってもよい。

本明細書において説明した現在の好ましい実施形態に対して、さまざまな変更および改変が当業者には明らかであろうということを理解されたい。例えば、実施形態の多くは、ヒューズ本体の長手軸に直角の、各端部に２つずつの４つのスロットを述べている。傾斜させたスロットは有利に使用し得ることが指摘された。他の実施形態では、各端部に３つまたは４つのスロットがあり、スロットは図示のようにヒューズ本体の角部を跨ぐのではなくてそれらを通り抜けることができる。スロットはいくぶん広く示されるが、いくつかの実施形態では、スロットはワイヤ、またはヒューズに使用されるヒューズ素子の幅よりも少しだけより広いことがある。このことは本体内にハンダを保持するのに役立ち、製造中にハンダドームを形成する助けとなる。スロット自体は円形、円形の一部、丸みのある長方形、丸みのある正方形、丸みのある台形、または丸みのある平行四辺形、あるいはまさに三角形の形状の断面を有することができる。

このような変更および改変は、本主題の精神および範囲から逸脱することなく、またその意図した利点を減少させることなく行うことができる。したがって、このような変更および改変は添付の特許請求の範囲に包含されることが意図される。

スロットを備える中空ヒューズ本体を有するヒューズの第１の実施形態を示す図である。 スロットを備える中空ヒューズ本体の他の実施形態を示す図である。 スロットを備える中空ヒューズ本体の他の実施形態を示す図である。 スロットを有する中空ヒューズ本体を備えるヒューズの製造方法のフローチャートである。 スロットを備える中空ヒューズ本体の他の実施形態を示す図である。 スロットを備える中空ヒューズ本体の他の実施形態を示す図である。

符号の説明

１０，５０ ヒューズ、１２ 中空セラミック本体、１２ａ 内側部分、１２ｂ 本体、
１２ｃ 横スロット、１４ 内側ワイヤ、１６ エンドキャップ、１８ ハンダ、２０ 中空本体、２２ 丸みのある正方形の形状の外形、２４ 円筒の形状の内側面、２６ 両端部、２８，３８，５４，６５，６６ スロット、３０ 中空ヒューズ本体、３２，５３，６３，６４ 中央空洞，中央円筒形空洞または空隙、３４ 外側面、３６ 両端部、５１ 第１のヒューズ本体長さ、５２ 第２のヒューズ本体長さ、６０ Ｃ字形状ヒューズ本体，セラミック本体、６１，６２ 半分

Claims (23)

1. ヒューズであって、
   ２つの端部、および両端に少なくとも１つのスロットを有する中空本体であって、連続体を形成する前記スロットおよび該中空本体の中央空洞が該中央空洞から該中空本体の外側面まで気体または空気を通過させる中空本体と、
   前記本体を貫通する金属要素と、
   前記金属要素と電気的に接続している両端の金属キャップと
   を備え、
   当該ヒューズが組み立てられると前記スロットが閉じられ、前記中央空洞が前記本体の前記外側面に連通しない、ヒューズ。
2. 少なくとも１つのスロットが、前記本体の長手軸に対してある角度をなしている、請求項１に記載のヒューズ。
3. 前記金属キャップが、ハンダをさらに備える、請求項１に記載のヒューズ。
4. 前記本体が、全体的な形状が丸みのある長方形、丸みのある正方形、丸みのある三角形、または円形の断面を有する、請求項１に記載のヒューズ。
5. 前記スロットが、前記本体の少なくとも１つの側部の外側面まで延在する、請求項１に記載のヒューズ。
6. 前記本体が、セラミック、ガラス、繊維ガラス、およびプラスチックから成るグループから選択される材料から作られる、請求項１に記載のヒューズ。
7. 前記端部が、前記中空本体の長手軸の両端にある、請求項１に記載のヒューズ。
8. 内側面を有し、２つの端部および前記内側面に連通している各端部に少なくとも２つのスロットを有する中空本体と、
   前記中空本体を通して延在する金属ワイヤと、
   各端部にハンダ付けされ、前記金属ワイヤに接合された金属キャップと、
   を備える、ヒューズ。
9. 前記スロットが、前記中空本体内に延在し、前記中空本体の外側表面に到達しない、請求項８に記載のヒューズ。
10. 前記ヒューズが組み立てられると前記スロットが閉じられ、
    前記内側面が当該ヒューズの外側に連通しない、請求項８に記載のヒューズ。
11. 前記スロットの断面が、丸みのある長方形、丸みのある正方形、丸みのある三角形、円形、または半円形の全体的な形状を有する、請求項８に記載のヒューズ。
12. 前記金属キャップのうちの少なくとも１つの上のハンダが、ハンダドームの形状のハンダを備える、請求項８に記載のヒューズ。
13. 前記ワイヤが、軸方向リードを形成するように前記金属キャップのうちの少なくとも１つを通して延在する、請求項８に記載のヒューズ。
14. 前記スロットが前記ワイヤの直径とほとんど同じ幅である、請求項８に記載のヒューズ。
15. 内側面を有し、少なくとも１つの端部に少なくとも１つのスロットを備える２つの端部を有し、前記少なくとも１つのスロットが前記内側面から前記端部の外側面まで延在する中空セラミック本体と、
    前記中空セラミック本体を通して延在する金属要素と、
    前記中空セラミック本体の各端部に密封される金属キャップと、
    を備える、ヒューズ。
16. 前記少なくとも１つのスロットが、前記中空セラミック本体の少なくとも１つの側部の外側面まで延在する、請求項１５に記載のヒューズ。
17. 前記密封された端部が、前記本体の前記内側面と当該ヒューズの外側との間で気体を通過させない、請求項１５に記載のヒューズ。
18. 前記キャップの幅または直径が、前記中空セラミック本体の幅または直径よりも大きい、請求項１５に記載のヒューズ。
19. 第１の端部および第２の端部、ならびに前記端部のうちの少なくとも１つにあるスロットであって中空ヒューズ本体の中央空洞に連通している少なくとも１つのスロットを、前記中空ヒューズ本体に形成するステップと、
    前記第１の端部の第１の金属キャップに前記中空ヒューズ本体を接合するステップと、
    前記第１の金属キャップに前記中空ヒューズ本体を通して延在する金属要素を接続するステップと、
    前記金属要素および前記第２の端部に第２の金属キャップを接合するステップと
    を含む、ヒューズの製造方法。
20. 少なくとも前記接合する第２のステップ中に、前記スロットを有する前記端部に金属を押し込むように力を加えるステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記接続するステップと前記接合する第２のステップとの間に、前記中空ヒューズ本体を逆さにするステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
22. 前記接合するステップがハンダを用いて実現され、前記第１の金属キャップおよび前記第２の金属キャップの内側にハンダドームを形成するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
23. 前記中空ヒューズ本体の中空内側部分と前記ヒューズの外側との間で気体を連通させない密封された前記ヒューズを作り出す、請求項１９に記載の方法。

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