JP2017010896A - ヒューズ - Google Patents

Abstract

【課題】溶断特性を維持しながらアークの発生を制御して遮断性能を向上することができるヒューズを提供する。【解決手段】長手方向の両端に形成された一対の導電性板部１１Ａ，１１Ｂと、この一対の導電性板部間に形成された一対の導電性板部に対して幅狭の溶断部となる導電性狭隘部１２とを備え、導電性狭隘部の一対の対向側縁の少なくとも一方に当該導電性狭隘部に設定された溶断特性を維持しながら溶断時のアーク発生部位となる括れ状部１３ａ，１３ｂを形成している。【選択図】 図１

Description

本発明は、短絡電流等の過電流が流れたときに溶断するヒューズに関する。

この種の過電流通電時に溶断するヒューズとしては、特許文献１及び２に記載されているものが知られている。
特許文献１に記載されたヒューズでは、熱膨張差積層金属の中央部に幅狭の狭隘部とこの狭隘部の中央部に両側から括れ部でなる溶断部を形成し、この溶断部に過電流によって加熱されたときに熱膨張差積層金属の熱膨張差によって溶断部に機械的な変形力を作用させて速やかに溶断させるようにしている。
また、特許文献２に記載されたヒューズでは、板状の低融点合金ペレットの中央部にくびれを設けその部分の抵抗値を低融点ペレットの他の部分の抵抗値より大きくし、所定以上の電流が流れた場合にこの部分の発熱によって低融点合金ペレットが溶断するようにしている。

特開２０００−３１１５７５号公報 特開平１１−２７３５２０号公報

ところで、上記特許文献１及び２に記載の従来例にあっては、幅広の両端部間の中央部に狭隘部を設けて、この狭隘部の抵抗値を他部に比較して大きくして過電流時の加熱によって溶断させるようにしている。この場合、ヒューズの溶断特性は、過電流時の抵抗値によって決定されることになり、特許文献1に記載の従来例のように狭隘部の中央に両側から大きな括れ部を設ける場合には、ヒューズ溶断後にアークが伸びづらく遮断に必要なアーク長を得られづらくなってしまうという課題がある。

また、特許文献２に記載の従来例のように、幅広の両端部間に細い直線状の狭隘部のみを設ける場合には、過電流時に狭隘部が加熱されて溶断時にアークが発生するが、このアークの発生位置が特定されず、しかも一カ所でアークが発生した後に時間の経過とともにアーク発生部位が狭隘部の全体まで広がってしまいアーク電圧がばらついてしまい、その結果遮断性能が安定しないという課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の課題に着目してなされたものであり、溶断特性を維持しながらアークの発生を制御して遮断性能を向上することができるヒューズを提供することも目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るヒューズの一態様は、長手方向の両端に形成された一対の導電性板部と、この一対の導電性板部間に形成された一対の導電性板部に対して幅狭の溶断部となる導電性狭隘部とを備え、導電性狭隘部の一対の対向側縁の少なくとも一方に導電性狭隘部に設定された溶断特性を維持しながら溶断時のアーク発生部位となる括れ状部を形成している。

本発明の一態様によれば、導電性狭隘部にこの狭隘部で設定した溶断特性を維持しながら溶断時のアーク発生部位となる括れ状部を形成したので、アークの発生部位を特定してアーク電圧を安定化することができ、遮断性能を向上させることができる。

本発明に係るヒューズの第１の実施形態を示す斜視図である。 図１のＡ部を示す拡大斜視図である。 第１の実施形態によるアークの発生状況を示す図である。 従来例のアークの発生状況を示す図である。 第１の実施形態の変形例を示す図２と同様の導電性狭隘部の拡大斜視図である。 第１の実施形態の変形例におけるアークの発生状況を示す図である。 本発明に係るヒューズの第２の実施形態を示す平面図である。 図７のＢ部を示す拡大図である。 第２の実施形態によるアークの発生状況を示す図である。 導電性狭隘部の数とアークＩ^２ｔとの関係を示す特性線図である。

次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
まず、本発明の一の態様を表すヒューズは、銅や銀等の溶断可能な導電性金属板で構成され、本実施形態では、通常時の通電電流が２０Ａ〜３０Ａ用のヒューズ構成として説明する。

ヒューズ１０は、図１に示すように、長手方向の両端部の幅広の導電性板部１１Ａ及び１１Ｂと、これら導電性板部１１Ａ及び１１Ｂ間に形成された導電性板部１１Ａ及び１１Ｂに対して幅狭の溶断部となる導電性狭隘部１２とを備えている。
導電性板部１１Ａ及び１１Ｂは、平面から見て長手方向に沿う長辺を有する長方形状に形成されている。導電性板部１１Ａ及び１１Ｂの外側端部の一方が電源側に接続され、他方が負荷側に接続される。

導電性狭隘部１２は、図２で拡大図示するように、導電性板部１１Ａ及び１１Ｂの板幅Ｗ１の１／６程度の幅狭な板幅Ｗ２で直線状の角柱状に形成され、導電性板部１１Ａ及び１１Ｂの幅方向の中央部に連結されている。この導電性狭隘部１２の長手方向に沿う前後側縁１２ａ及び１２ｂの中央部に、図２に示すように、板幅Ｗ２に対して１／２０程度の半径ｒを有する平面から見て半円形の括れ状部１３ａ及び１３ｂが形成されている。したがって、導電性狭隘部１２の括れ状部１３ａ及び１３ｂによる板幅減少分が全体の１０％程度に設定されている。

これら括れ状部１３ａ及び１３ｂは、導電性狭隘部１２の電気抵抗率ρと断面積Ａと長さＬで決定される抵抗値Ｒ（＝ρＬ／Ａ）に影響しない程度の深さ、すなわち導電性狭隘部１２で設定される溶断特性を維持することができる深さに設定されている。これら括れ状部１３ａ及び１３ｂを導電性狭隘部１２の側縁１２ａ及び１２ｂに形成することにより、負荷側に例えば短絡電流が流れることによる過電流が導電性狭隘部１２を流れて加熱されて溶断した際に発生するアークを括れ状部１３ａ及び１３ｂのみから発生することが可能となる。換言すれば、溶断時に発生するアークの発生部位を括れ状部１３ａ及び１３ｂのみに規制することができ、アーク電圧を安定させることができる。

ここで、ヒューズ１０の各部の寸法の一例は、導電性板部１１Ａ，１１Ｂ及び導電性狭隘部１２の厚みはともに０．１ｍｍに設定され、導電性板部１１Ａ及び１１Ｂの板幅Ｗ１は６ｍｍに設定され、導電性狭隘部１２の板幅Ｗ２は１ｍｍに設定され、導電性狭隘部１２の長さＬは８ｍｍ、括れ状部１３ａ及び１３ｂの半径ｒは０．０５ｍｍに設定されている。

また、導電性狭隘部１２及び括れ状部１３ａ，１３ｂの形成は、導電性板部１１Ａ及び１１Ｂを含む一枚の長方形の銅板又は銀板をプレス加工によって導電性狭隘部１２及び括れ状部１３ａ及び１３ｂを残すように打ち抜くことにより、同時に成形することができる。さらに、導電性狭隘部１２を形成した後にエッチングによって括れ状部１３ａ及び１３ｂを形成するようにしてもよく、導電性狭隘部１２及び括れ状部１３ａ，１３ｂの形成に任意の加工方法を適用することができる。

次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。
ヒューズ１０の導電性板部１１Ａを例えば電源側に接続し、導電性板部１１Ｂを負荷側に接続する。この状態で、電源側から負荷側に２０Ａ〜３０Ａの通常運転電流を通電している通常運転状態では、幅狭の導電性狭隘部１２の抵抗分によって発生するジュール熱は殆どないか又は少なく、導電性狭隘部１２が溶断状態に至ることはない。

この通常運転状態から例えば負荷側に短絡電流が流れること等により、導電性狭隘部１２に過電流が流れることになると、導電性狭隘部１２の抵抗分により発生するジュール熱が高くなり、導電性狭隘部１２が加熱されて溶断し、通電電流が遮断される。
この導電性狭隘部１２の溶断時に、図３に示すように、括れ状部１３ａ及び１３ｂからアークが発生し、他の部位で新たにアークが発生することはなく、発生したアークは時間の経過とともに引き伸ばされて消弧される。このため、発生するアークのアーク電圧がばらつくことなく略一定電圧となり、アークの消弧を確実に行うことができ、遮断性能を向上させることができる。

しかも、アークの発生部位となる括れ状部１３ａ及び１３ｂの位置で、導電性狭隘部１２の板幅Ｗ２の減少分を１／１０程度に抑えることができるので、導電性狭隘部１２の板幅Ｗ２及び厚みｔで決まる断面積Ａと長さＬと電気抵抗率ρとで決まる抵抗値Ｒ（＝ρＬ／Ａ）の変化は無視できる程度となり、括れ状部１３ａ及び１３ｂの形成が導電性狭隘部１２で設定された溶断特性に影響を与えることがない。

したがって、溶断特性を維持可能な括れ状部１３ａ及び１３ｂを形成するだけで、導電性狭隘部１２に設定された溶断特性を維持しながらアークの発生部位を制御して、遮断特性を向上させることができる。しかも、アークの発生部位が特定されているので、アークを消弧するために消弧剤等を配置する場合には、消弧剤の配置範囲を狭めることができ、消弧剤の使用料を必要最小限とすることができる。

ちなみに、導電性狭隘部１２に括れ状部１３ａ及び１３ｂを形成しない従来例の場合には、図４に示すように、溶断時に最初は１個所でアークが発生するが、時間の経過とともに、アークが長手方向で複数６個程度発生し、これらが時間の経過とともに引き伸ばされて消弧されるが、発生するアーク数を制御できないので、アーク電圧のバラツキを生じ、消弧時間（アーク時間）もばらつくことになり、遮断性能が低下してしまう。

なお、上記第１の実施形態では、導電性狭隘部１２に一対の括れ状部１３ａ及び１３ｂを設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図５に示すように、導電性狭隘部１２に所定間隔を保って２対の括れ状部１３ａ，１３ｂ及び１３ｃ，１３ｄを設けるようにしてもよい。この場合には、導電性狭隘部１２に過電流が流れて溶断する際に、図６に示すように、各括れ状部１３ａ，１３ｂ及び１３ｃ，１３ｄ毎に計２つのアークが発生し、発生したアークが時間の経過とともに伸張されて消弧される。

この場合にも、発生するアーク数が括れ状部の対数に特定されているので、発生するアークのアーク電圧がばらつくことなく安定することになり、遮断特性を向上させることができる。
なお、括れ状部１３ａ，１３ｂの対数は２対に限らず３対以上とすることができるが、対数を多くすると従来例と同様に多くのアークが発生することになるので、括れ状部１３ａ，１３ｂの対数は４対以下に設定することが好ましい。

次に、本発明に係るヒューズの第２の実施形態について図７〜図９を伴って説明する。
この第２の実施形態では、導電性板部１１Ａ及び１１Ｂ間に複数の導電性狭隘部１２を形成するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態では、図７及び図８に示すように、長手方向の両端部の導電性板部１１Ａ及び１１Ｂ間に２組の導電性狭隘部１２Ａ及び１２Ｂを導電性狭隘部１２Ａ及び１２Ｂに対して幅広の導電性板部１４を介して設けるようにしたことを除いては第１の実施形態と同様の構成を有する。

ここで、導電性狭隘部１２Ａ及び１２Ｂのそれぞれの長手方向の長さＬ２は、第１の実施形態における導電性狭隘部１２の長さＬを２分割した長さＬ／２に設定されている。したがって、導電性狭隘部１２Ａ及び１２Ｂとの抵抗値を合わせた抵抗値が導電性狭隘部１２の抵抗値Ｒと等しくなるように設定されている。
また、導電性狭隘部１２Ａ及び１２Ｂには、図８に拡大図示するように、それぞれ第１の実施形態と同様に括れ状部１３ａ及び１３ｂが形成されている。

この第２の実施形態によると、導電性板部１１Ａを電源側に接続し、導電性板部１１Ｂを負荷側に接続してヒューズ１０に通電すると、通常通電状態では、第１の実施形態と同様に、導電性狭隘部１２Ａ及び１２Ｂでの発熱は殆どなく、導電性狭隘部１２Ａ及び１２Ｂが溶断に至ることはない。しかしながら、通常通電状態から負荷側に短絡電流が流れることにより、導電性狭隘部１２Ａ及び１２Ｂに過電流が流れると、ジュール熱によって導電性狭隘部１２Ａ及び１２Ｂが加熱されて溶断に至るが、溶断時に発生するアークは、図９に示すように、導電性狭隘部１２Ａ及び１２Ｂの括れ状部１３ａ及び１３ｂでそれぞれ１つずつ発生するだけである。発生したアークは、時間の経過とともに伸張されて最終的に消弧される。

したがって、この第２の実施形態でも、過電流による溶断時に発生するアークを２つの導電性狭隘部１２Ａ及び１２Ｂの括れ状部１３ａ及び１３ｂだけに制限することができ、アーク電圧を安定させて、アークの消弧を良好に行うことができ、遮断性能を向上させることができる。
ここで、導電性狭隘部１２の分割数ＳとアークＩ^２ｔとの関係は、図１０に示すようになり、第１の実施形態のように分割数Ｓが“１”である場合にアークＩ^２ｔが２００〔Ａ^２・ｓ〕となるが、第２の実施形態のように分割数Ｓが“２”ある場合にはアークＩ^２ｔが１４５〔Ａ^２・ｓ〕に減少し、分割数Ｓを“３”にすると、１３０〔Ａ^２・ｓ〕に減少し、さらに分割数Ｓを“４”にすると、１２０〔Ａ^２・ｓ〕に減少する。

そして、このアークＩ^２ｔと溶断Ｉ^２ｔを加えた値が動作Ｉ^２ｔ（全遮断Ｉ^２ｔ）となるので、第２の実施形態のように分割数Ｓを２とするかそれ以上とすることにより、第１の実施形態に比較して遮断性能をより向上させることができる。
なお、上記第２の実施形態においては、導電性狭隘部１２の分割数を“２”した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、分割数を３以上に設定することもできる。

また、上記第１及び第２の実施形態では、導電性狭隘部１２の一対の側縁にそれぞれ括れ状部１３ａ，１３ｂを形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、何れか一方の側縁のみに括れ状部を形成するようにしてもよい。
さらに、上記第１及び第２の実施形態においては、括れ状部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄの形状を半円形とする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、楔形状、矩形状、半多角形状、半楕円状等の任意の形状とすることができ、さらには、導電性狭隘部１２の側縁側に内周壁が接するか又は内周壁が側縁より僅かに内側となる半径ｒが０．３５ｍｍ程度の微小な貫通孔を形成し、この貫通孔を導電性狭隘部１２の断面積の減少を抑制して溶断特性を維持しながらアーク発生部位となる括れ状部とすることもできる。この場合も貫通孔の形状は、円形、三角形、矩形、多角形等の何れでもよい。要は、アーク発生の起点にはなるが、溶断特性には影響を与えなければよいものである。

さらに、上記第１及び第２の実施形態においては、括れ状部１３ａ〜１３ｄを導電性狭隘部１２，１２Ａ，１２Ｂの長手方向と直行して対向する前後側縁に形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、長手方向と直行して対向する上下側縁に形成するようにしてもよい。また、一対の括れ状部１３ａ，１３ｂは導電性狭隘部１２，１２Ａ，１２Ｂの長手方向中心線を挟んで対称に配置する必要はなく長手方向にずれて配置するようにしてもよい。
また、導電性狭隘部１２，１２Ａ，１２Ｂは、導電性板部１１Ａ，１１Ｂの幅方向中央部に連結する場合に限らず、幅方向中央部からずらして導電性板部１１Ａ，１１Ｂに連結するようにしてもよい。

１０…ヒューズ、１１Ａ，１１Ｂ…導電性板部、１２，１２Ａ，１２Ｂ…導電性狭隘部、１２ａ，１２ｂ…前後側縁部、１３ａ〜１３ｄ…括れ状部、１４…導電性板部

Claims (5)

1. 長手方向の両端に形成された一対の導電性板部と、
   該一対の導電性板部間に形成された当該一対の導電性板部に対して幅狭の溶断部となる導電性狭隘部とを備え、
   前記導電性狭隘部の一対の対向側縁の少なくとも一方に当該導電性狭隘部に設定された溶断特性を維持しながら溶断時のアーク発生部位となる括れ状部を形成した
   ことを特徴とするヒューズ。
2. 前記導電性狭隘部は、直線状の導電性板部で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のヒューズ。
3. 前記括れ状部は前記導電性狭隘部の一対の対向側縁のそれぞれに複数形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒューズ。
4. 前記一対の導電性板部間に、前記括れ状部を形成した複数の導電性狭隘部を当該導電性狭隘部より幅広の幅広板部を介して形成したことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のヒューズ。
5. 前記導電性狭隘部及び前記括れ状部はプレス加工によって同時形成されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のヒューズ。