JP2016152137A - ヒューズ機能付き電線 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で比較的低い定格電流値であっても高精度なヒューズ機能を実現することができる、新規な構造のヒューズ機能付き電線を提供すること。【解決手段】被覆電線１２の一部に芯線２０が小径化された溶断部１６を有するヒューズ機能付き電線１０であって、溶断部１６において絶縁被覆２２が剥がされている一方、絶縁被覆２２が剥がされた部位が絶縁性の熱膨張性部材２４により覆蓋されており、溶断部１６に過電流が通電された際に、熱膨張性部材２４が熱膨張して溶断部１６に対して径方向内方への圧力が加えられることにより溶断部１６が切断され、溶断部１６の切断後は、溶断部１６の切断箇所は熱膨張性部材２４によって切断状態に保持されるようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、過電流から電線や電気機器を保護するためのヒューズ機能付き電線に関するものである。

従来から、自動車等の電気回路の適所には、過電流から電線や電気機器を保護する目的でヒューズ機能付き電線が装着されている。このようなヒューズ機能付き電線は、例えば特開平８−１９０８０９号公報（特許文献１）の図１に示されているように、電線の一部において芯線を小径化することによってヒューズ機能を構成するものが提案されている。すなわち、このようなヒューズ機能付き電線では、電線に過電流が通電されると、芯線の小径化された箇所が他の箇所よりもジュール発熱量が多くなって溶断されることにより、電線への通電を遮断できるようになっている。

ところで、近年の車載電装品の増加により、自動車の電気回路に装着されるヒューズの個数も増大している。ヒューズボックスの容積や数を増やすと、コストアップが避けられない上に、自動車内にその分の収容スペースを必要とする。最近の自動車は、車載電装品が増加する一方で、室内空間をできるだけ広げる傾向にあることから、ヒューズボックス用の収容スペースの確保が難しくなってきているのが現状である。

そこで、特許文献１に記載のヒューズ機能付き電線を上記ヒューズの代用にすることにより、ヒューズボックスの容積や数を増やすことなく所望のヒューズ機能を実現することが考えられる。しかしながら、特許文献１に記載のヒューズ機能付き電線は、芯線の小径化によってヒューズ機能が構成されている。芯線は一般に銅等の比較的融点の高い金属で形成されていることから、芯線の溶断には高い電流値が必要となる。それ故、特許文献１に記載のヒューズ機能付き電線は、定格電流が１００アンペア以上の大きいものに限定されており、かかるヒューズ機能付き電線を上記ヒューズの代用にするのは到底できないというのが実状であった。

なお、例えば特開２０１４−２２１７２号公報（特許文献２）には、溶断部を低融点金属で構成した電線ヒューズが提案されているが、電線の中間部分に異なる金属で形成された溶断部を設けなければならず、製造が複雑で実用性に乏しいという問題があった。

特開平８−１９０８０９号公報 特開２０１４−２２１７２号公報

本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、簡単な構造で比較的低い定格電流値であっても高精度なヒューズ機能を実現することができる、新規な構造のヒューズ機能付き電線を提供することにある。

本発明の第一の態様は、被覆電線の一部に芯線が小径化された溶断部を有するヒューズ機能付き電線であって、前記溶断部において絶縁被覆が剥がされている一方、該絶縁被覆が剥がされた部位が絶縁性の熱膨張性部材により覆蓋されており、前記溶断部に過電流が通電された際に、前記熱膨張性部材が熱膨張して前記溶断部に対して径方向内方への圧力が加えられることにより前記溶断部が切断され、前記溶断部の切断後は、前記溶断部の切断箇所は前記熱膨張性部材によって切断状態に保持されることを特徴とする。

本態様によれば、溶断部において絶縁被覆が剥がされて、絶縁被覆が剥がされた部位が絶縁性の熱膨張性部材により覆蓋されており、溶断部に過電流が通電された際に、熱膨張性部材が熱膨張して溶断部に対して径方向内方への圧力が加えられるようになっている。これにより、従来構造のように溶断部が熱せられることにより溶断される場合に比して、溶断部が熱せられることに加えて溶断部に径方向内方への圧力が加えられることにより切断される。従って、比較的低い電流量の場合でもジュール熱と熱膨張性部材の圧力により溶断部を確実に切断でき、電線への通電を遮断することができる。

また、溶断部の切断後は、溶断部の切断箇所は熱膨張性部材によって切断状態に保持されることから、切断後の溶断部が車両の振動等により再び接続されて過電流が流れることにより車載電装品にダメージを与えるといったおそれがない。

なお、熱膨張性部材は、加熱されて膨張固形化する物質により構成されるものであればよく、例えば、熱膨張性ゴム等によって有利に構成することができる。また、熱膨張性部材は、溶断部の周囲に配設可能であればよく、例えば、シート状とされて片面に粘着剤が塗付されているものや、ゲル状とされているもの等が採用可能である。

本発明の第二の態様は、前記第一の態様に記載のものにおいて、前記熱膨張性部材の外周面と、前記溶断部に隣接する前記絶縁被覆の両端部の外周面とが、カバー部材によって覆われているものである。

本態様によれば、熱膨張性部材の外周面と、溶断部に隣接する絶縁被覆の両端部の外周面とが、カバー部材によって覆われている。これにより、溶断部に過電流が通電されて熱膨張性部材が熱膨張した際に、熱膨張性部材は径方向外方に向かって膨張することができず径方向内方に向かってのみ熱膨張せざるを得ないことから、溶断部に対して径方向内方への圧力がより効率的に加えられる。それ故、ヒューズとしての所望の定格電流すなわち熱膨張性部材が熱膨張する電流値でより確実に溶断部を切断でき、電線への通電を遮断することができる。

本発明の第三の態様は、前記第一又は第二の態様に記載のものにおいて、前記溶断部と前記熱膨張性部材の間に、絶縁性且つ前記熱膨張性部材よりも高硬度及び高融点を有する切断部材が設けられているものである。

本態様によれば、溶断部と熱膨張性部材の間に、絶縁性で熱膨張性部材よりも高硬度の切断部材が設けられている。これにより、溶断部に過電流が通電されて熱膨張性部材が熱膨張した際に、溶断部に対して切断部材がより小さい当接面積で押し付けられて、径方向内方への圧力を溶断部の極所に集中させることができる。それ故、ヒューズとしての所望の定格電流すなわち熱膨張性部材が熱膨張する電流値でより確実に溶断部を切断でき、電線への通電を遮断することができる。

ここで、切断部材としては、耐熱樹脂製の三角断面形状で角部を溶断部に対向した状態で延び出す棒状のもの等、熱膨張性部材が熱膨張した際に溶断部に対して押し付けられて溶断部を切断する手助けとなるものであれば任意のものが採用可能である。

本発明の第四の態様は、前記第一〜第三の態様の何れか１つに記載のものにおいて、前記熱膨張性部材の内表面に粘着層を備えているものである。

本態様によれば、熱膨張性部材の内表面に粘着層を備えていることから、熱膨張性部材が溶断部に対して密着されている。これにより、溶断部に過電流が通電されて過熱された際に、熱膨張性部材に熱を効率的に伝えることができ、ヒューズとしての所望の定格電流でより確実に熱膨張性部材を熱膨張させることができる。それ故、ヒューズとしての所望の定格電流すなわち熱膨張性部材が熱膨張する電流値でより確実に溶断部を切断でき、電線への通電を遮断することができる。

本発明によれば、溶断部において絶縁被覆が剥がされて絶縁性の熱膨張性部材により覆蓋されており、溶断部に過電流が通電された際に、熱膨張性部材が熱膨張して溶断部に対して径方向内方への圧力が加えられるようになっている。これにより、従来のように溶断部が熱で溶断される場合に比して、熱に加えて溶断部に径方向内方への圧力が加えられることでより有利に切断される。それ故、比較的低い電流量の場合でも溶断部を確実に切断でき、電線への通電を遮断できる。また、溶断部の切断箇所は熱膨張性部材によって切断状態に保持されることから、再接続されて過電流が流れることにより車載電装品にダメージを与えるおそれがない。

本発明の第一の実施形態としてのヒューズ機能付き電線を示す要部拡大断面図。 図１に示すヒューズ機能付き電線の溶断部の切断後を示す断面図。 本発明の第二の実施形態としてのヒューズ機能付き電線を示す要部拡大断面図。 本発明の第三の実施形態としてのヒューズ機能付き電線を示す要部拡大断面図。 本発明の第四の実施形態としてのヒューズ機能付き電線を示す要部拡大断面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

先ず、図１に、本発明の第一の実施形態としてのヒューズ機能付き電線１０を示す。かかるヒューズ機能付き電線１０は、被覆電線１２の一部にヒューズ機能を備えた溶断部１６を有して構成されている。ここで、被覆電線１２は、導体である銅やアルミニウムその他の金属線１８の複数を束ね合わせた芯線２０が、エチレン系樹脂やスチレン系樹脂等の電気絶縁性を有する絶縁被覆２２で覆われた構造とされている。なお、以下の説明において、長さ方向とは、図１における左右方向、径方向とは、図１における上下方向、を言うものとする。

本発明のヒューズ機能付き電線１０では、溶断部１６において、被覆電線１２の絶縁被覆２２が剥がされて芯線２０が露呈されている。露呈された芯線２０の長さ方向中間部分では、芯線２０を形成する金属線１８の殆どが切断除去されて、１本の金属線１８だけが残された構成とされている。そして、このように絶縁被覆２２が剥がされ且つ芯線２０を形成する１本の金属線１８だけが残された部位に対してパテ状の絶縁性の熱膨張性部材２４を充填することにより、かかる部位が絶縁性の熱膨張性部材２４によって覆蓋されるようになっている。ここで、熱膨張性部材２４は、加熱されて膨張固形化する物質により構成されるものであり、例えばＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）等のゴム材料に熱膨張性黒鉛等の熱膨張材が配合されて構成されており、熱膨張が例えば１２０〜１９０℃で開始されるようになっている。なお、熱膨張性部材２４としてはこの他に、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム等のゴム物質を主体とし、これにゴム軟化材、熱膨張性耐火材である熱膨張性無機物、無機充填材などを配合したものが使用される。熱膨張性無機物としては、グラファイト系、バーミキュライト、パーライト、熱膨張性黒鉛等を挙げることができ、また、無機充填材としてはシリカ、珪藻土、アルミナ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化カルシウム等を挙げることができる。より具体的には、ＣＲＫ株式会社製のＦＲＴゴムや株式会社十川ゴム製の熱膨張材料等の市販の材料を採用することができる。熱膨張開始温度は、例えば配合する熱膨張性無機物を変更することにより調整することも可能であり、被覆電線１２の耐熱グレードに合わせて調整することができる。

加えて、熱膨張性部材２４の外周面と、溶断部１６に隣接する絶縁被覆２２の両端部の外周面とが、溶断部１６を覆蓋可能な十分な長さ寸法で延出する略円筒状のカバー部材２６によって覆われている。なお、カバー部材２６は、例えばポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、アリル樹脂（ＰＤＡＰ）等の耐熱性樹脂により射出成形等によって一体的に形成されている。また、カバー部材２６は、長さ方向の両端部において、例えば図示しない耐熱性テープによって被覆電線１２の絶縁被覆２２に対してテープ巻き固定されている。

次に、ショート等の理由により本発明のヒューズ機能付き電線１０に過電流が通電された場合について説明する。過電流が通電された芯線２０は、溶断部１６において芯線２０を形成する金属線１８の殆どが切断除去されて１本の金属線１８だけが残された構成とされていることから、溶断部１６が他の箇所よりもジュール発熱量が多くなる。この結果、溶断部１６が過熱されて溶断部１６を覆う熱膨張性部材２４の温度が熱膨張開始温度を超えると、熱膨張性部材２４が径方向内方及び外方に向かって熱膨張されて溶断部１６が切断される。しかも、溶断部１６を構成する１本の金属線１８の切断後は、図２に示されているように、溶断部１６の切断箇所が絶縁性の熱膨張性部材２４によって覆われることにより切断状態に保持される。以上のように、ヒューズ機能付き電線１０に過電流が通電された際には、溶断部１６が切断されることにより過電流の通電が遮断されると共に、かかる遮断状態が保持されるようになっており、この結果、ヒューズ機能付き電線１０のヒューズ機能が実現されているのである。

このような構造とされたヒューズ機能付き電線１０によれば、溶断部１６を構成する１本の金属線１８が熱せられることに加えて径方向内方への圧力が加えられていることから、従来構造の如き溶断部が熱せられて溶断される場合よりも低い電流量で溶断部１６を確実に切断でき、過電流の通電を遮断することができる。また、溶断部１６を構成する１本の金属線１８の切断後は、溶断部１６の切断箇所が熱膨張性部材２４によって覆われることにより切断状態に保持されることから、車両の振動等により溶断部１６の切断箇所が再度接続されて過電流が通電されることにより車載電装品にダメージを与えるといったおそれがない。

加えて、熱膨張性部材２４の外周面が長さ方向の全長に亘ってカバー部材２６によって覆われていることから、熱膨張性部材２４が径方向内方及び外方に向かって熱膨張された際に、熱膨張性部材２４は径方向外方に向かって膨張することができず径方向内方に向かってのみ熱膨張せざるを得ない。これにより、溶断部１６に対して径方向内方への圧力がより効率的に加えられることから、ヒューズとしての所望の定格電流すなわち熱膨張性部材２４が熱膨張する電流値でより確実に溶断部１６を切断でき、過電流の通電を遮断することができる。

次に、図３を用いて、本発明の第二の実施形態としてのヒューズ機能付き電線３０について詳述するが、上記実施形態と同様な構造とされた部材および部位については、図中に、上記実施形態と同一の符号を付することにより、それらの詳細な説明を省略する。かかるヒューズ機能付き電線３０では、溶断部３２と熱膨張性部材２４の間に、絶縁性且つ熱膨張性部材２４よりも高硬度及び高融点を有する一対の切断部材３４，３４が設けられている点に関して、上記実施形態と異なる実施形態を示すものである。より詳細には、一対の切断部材３４，３４が、略三角断面形状で径方向に直交する方向に延びる角柱状とされていると共に溶断部３２を構成する１本の金属線１８の径方向両側に位置しており、１つの角部が溶断部３２を構成する１本の金属線１８に対して当接乃至は近接対向するように配設されている。なお、切断部材３４は、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の耐熱性合成樹脂により射出成形等によって一体的に形成されている。

本実施形態によれば、溶断部３２と熱膨張性部材２４の間に、絶縁性且つ熱膨張性部材２４よりも高硬度及び高融点を有する一対の切断部材３４，３４が設けられている。これにより、溶断部３２が過熱されて熱膨張性部材２４が熱膨張された際に、溶断部３２を構成する１本の金属線１８に対して、一対の切断部材３４，３４全体に比してごく小さい面積しかない１つの角部の先端部が押し付けられることにより、径方向内方の圧力を１本の金属線１８の極所に対して径方向両側からバランスよく集中させることができる。それ故、ヒューズとしての所望の定格電流すなわち熱膨張性部材２４が熱膨張する電流値でより確実に溶断部３２を切断することができ、過電流の通電を遮断することができる。なお、本実施形態は、上記実施形態の溶断部１６に一対の切断部材３４，３４を追加することにより、より確実に溶断部３２を切断することができるようにした点が異なるだけである。そして、溶断部３２が熱膨張性部材２４により覆われ且つ熱膨張性部材２４がカバー部材２６によって覆われている点や、過電流が通電された際に熱膨張性部材２４が熱膨張して溶断部３２が切断され且つ切断箇所が熱膨張性部材２４によって切断状態に保持される点は同じであることから、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

続いて、図４に、本発明の第三の実施形態としてのヒューズ機能付き電線３８を示す。ヒューズ機能付き電線３８は、熱膨張性部材４０の内表面に粘着層４２を備えている点に関して、上記第一の実施形態と構成が異なるものである。より詳細には、例えば、一方の面に粘着層４２を備えたシート状の熱膨張性部材４０を、溶断部１６を構成する１本の金属線１８に対して粘着層４２を向けて巻き付けることによって形成することができる。

本実施形態によれば、熱膨張性部材４０の内表面に粘着層４２を備えていることから、熱膨張性部材４０が溶断部１６を構成する１本の金属線１８に対して密着することができる。これにより、溶断部１６が過熱された際に、熱膨張性部材４０に熱を効率的に伝えることができることから、ヒューズとしての所望の定格電流でより確実に熱膨張性部材４０を熱膨張させることができる。それ故、ヒューズとしての所望の定格電流すなわち熱膨張性部材４０が熱膨張する電流値でより確実に溶断部１６を切断でき、過電流への通電を遮断することができる。なお、本実施形態は、上記第一の実施形態の熱膨張性部材２４の内表面に粘着層４２を設けた点が異なるだけであることから、上記第一の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の複数の実施形態について詳述したが、本発明はこれらの具体的な記載によって限定されない。例えば、上記第一の実施形態では、熱膨張性部材２４としてパテ状のものを例示したが、ゲル状やテープ状や顆粒状等任意の形状のものが採用可能である。また、カバー部材２６として耐熱性樹脂製のものを例示したが、耐熱性テープを熱膨張性部材２４の外周面に巻き付けることによりカバー部材２６を構成してもよい。なお、カバー部材２６は、必ずしも必要ではない。さらに、溶断部１６として１本の金属線１８を例示して説明を行ったが、例えば棒状の芯線が溶断部１６において細くされている等、溶断部１６において芯線２０が小径化しているものであれば任意の形状のものが採用可能である。

上記第二の実施形態では、切断部材３４として、耐熱性樹脂製で１つの角部を溶断部３２に対向した状態で延び出す三角柱状のものを例示したが、熱膨張性部材２４が熱膨張した際に溶断部３２に対して押し付けられて溶断部３２を切断する手助けとなるものであれば任意のものが採用可能である。また、切断部材３４は１個でもよいし、３個以上でもよい。

加えて、上記実施形態では、溶断部１６，３２が被覆電線１２の直線状の延びる部位に設けられていたが、図５の本発明の第四の実施形態としてのヒューズ機能付き電線４４に示されているように、被覆電線１２が１８０度折り曲げられた屈曲部４６に溶断部４８が形成されていてもよい。なお、屈曲部４６の折り曲げ角度は１８０度に限定されず任意の角度が採用可能である。また、カバー部材５０は、屈曲部４６に応じた形状とされている。

１０，３０，３８，４４：ヒューズ機能付き電線、１２：被覆電線、１６，３２，４８：溶断部、１８：金属線、２０：芯線、２２：絶縁被覆、２４，４０：熱膨張性部材、２６，５０：カバー部材、３４：切断部材、４２：粘着層、４６：屈曲部

Claims (4)

1. 被覆電線の一部に芯線が小径化された溶断部を有するヒューズ機能付き電線であって、
   前記溶断部において絶縁被覆が剥がされている一方、該絶縁被覆が剥がされた部位が絶縁性の熱膨張性部材により覆蓋されており、
   前記溶断部に過電流が通電された際に、前記熱膨張性部材が熱膨張して前記溶断部に対して径方向内方への圧力が加えられることにより前記溶断部が切断され、
   前記溶断部の切断後は、前記溶断部の切断箇所は前記熱膨張性部材によって切断状態に保持される
   ことを特徴とするヒューズ機能付き電線。
2. 前記熱膨張性部材の外周面と、前記溶断部に隣接する前記絶縁被覆の両端部の外周面とが、カバー部材によって覆われている請求項１に記載のヒューズ機能付き電線。
3. 前記溶断部と前記熱膨張性部材の間に、絶縁性且つ前記熱膨張性部材よりも高硬度及び高融点を有する切断部材が設けられている請求項１又は２に記載のヒューズ機能付き電線。
4. 前記熱膨張性部材の内表面に粘着層を備えている請求項１〜３の何れか１項に記載のヒューズ機能付き電線。

Images