JP2019003844A - 高周波分離ヒューズ - Google Patents

Abstract

【課題】 高周波の雷サージ電流では溶断せず、低周波の異常電流では確実に溶断する高周波分離ヒューズを提供すること。
【解決手段】 高周波電流を分離し、低周波電流によって溶断される高周波分離ヒューズ１であって、低周波電流を入力ポート部１ａ側から出力ポート部１ｂ側へ流すことが可能な異常電流溶断部１ｄと、異常電流溶断部１ｄを覆うように配置され、高周波電流および低周波電流を入力ポート部１ａ側から出力ポート部１ｂ側へ流すことが可能な外部筐体部１ｃとを備え、異常電流溶断部１ｄを流れる低周波電流が、予め決定された電流量を超える異常電流である場合、異常電流溶断部１ｄが溶断することによって、入力ポート部１ａから出力ポート部１ｂ側への異常電流の流れを遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電力線や通信線等のケーブルに侵入した雷サージ電流のような高周波電流を分離するための高周波分離ヒューズに関する。

従来、電気・電子機器を雷サージ電流のような高周波電流から保護するため、避雷素子（SPD; Surge Protective Device）を用いて、ケーブルに侵入した高周波電流を接地線や他のケーブルにバイパスし、その機器を保護する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、電気・電子機器の漏電や短絡事故により、ケーブルに、低周波の異常電流（漏電電流や地絡電流等）が流れた場合の電気安全対策として、機器の内部回路にヒューズを実装し、電気・電子機器の発火や感電を防止する方法が知られている。この方法によれば、ヒューズに溶断電流量を超える電流が流れた場合、ヒューズ内部を溶断し、異常電流の侵入を遮断することができる。

これらの方法により、電気・電子機器が故障せず、安全に使用することが可能となる。

特開２０１６−１６３５２３号公報

しかしながら、このような従来の方法では、以下のような問題がある。

すなわち、雷サージ電流は、ケーブルから内部回路に侵入すると、SPDを通過すると同時にヒューズをも通過する。この際、雷サージ電流によってヒューズが溶断する場合がある。

しかしながら、多雷地域では、雷サージ電流の侵入が多発するため、その度にヒューズが溶断し、機器が頻繁に使用不能になるという問題が生じる。

その対策として、雷サージ電流によってヒューズが溶断しないように、ヒューズの溶断電流量を上げることが考えられるが、そうすると、低周波の異常電流に対しても溶断しにくくなるという問題が生じてしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高周波電流を分離することによって、高周波の雷サージ電流では溶断せず、低周波の異常電流では確実に溶断する高周波分離ヒューズを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の観点は、高周波電流を分離し、低周波電流によって溶断される高周波分離ヒューズであって、前記低周波電流を入力端側から出力端側へ流すことが可能な内側導電部と、前記内側導電部を覆うように配置され、前記高周波電流および前記低周波電流を前記入力端側から前記出力端側へ流すことが可能な外側導電部とを備え、前記内側導電部を流れる前記低周波電流が、予め決定された電流量を超える異常電流である場合、前記内側導電部が溶断することによって、前記入力端側から前記出力端側への前記異常電流の流れを遮断する。

本発明の第２の態様は、第１の態様の高周波分離ヒューズにおいて、前記高周波電流は、雷サージ電流であり、前記外側導電部は、前記内側導電部を配置するための中空部を有しており、前記外側導電部の厚さを、前記雷サージ電流の周波数成分が前記外側導電部を通過可能な値に設定する。

本発明の第３の態様は、第２の態様の高周波分離ヒューズにおいて、前記中空部に配置された内側導電部の外壁と、前記外側導電部の内壁との間に、真空な間隙が形成されているか、または、充填物が充填されている。

本発明の第４の態様は、第１の態様の高周波分離ヒューズにおいて、前記高周波電流は、雷サージ電流であり、前記外側導電部の表面積および長さを、前記外側導電部が前記雷サージ電流によって破損されない値に設定する。

本発明の第５の態様は、第１の態様の高周波分離ヒューズにおいて、前記異常電流が、前記入力端から侵入した場合、前記外側導電部を流れる異常電流量よりも、前記内側導電部を流れる異常電流量が多い。

本発明の第６の態様は、第１の態様の高周波分離ヒューズにおいて、前記外側導電部の外周を覆うカバー部と、前記入力端と、前記カバー部の内側とに結合され、前記入力端が前記内側導電部および前記外側導電部から離反する方向へ作用する力を前記入力端へ付与する第１の引力付与手段、または、前記出力端と、前記カバー部の内側とに結合され、前記出力端が前記内側導電部および前記外側導電部から離反する方向へ作用する力を前記出力端へ付与する第２の引力付与手段のうちの少なくとも一方の引力付与手段と、をさらに備える。

本発明の第７の態様は、第６の態様の高周波分離ヒューズにおいて、前記入力端および前記出力端は、前記内側導電部と融着され、前記外側導電部と接触しているが融着されていない。

本発明の第８の態様は、第６の態様の高周波分離ヒューズにおいて、前記内側導電部が溶断すると、前記引力付与手段によって、前記入力端および前記出力端のうちの少なくとも一方が、前記内側導電部および前記外側導電部から離反することによって、前記入力端側から前記出力端側への前記異常電流の流れを遮断する。

本発明によれば、内側導電部を外側導電部で覆う二重構造を用い、ファラデーケージ効果や表皮効果等を利用することにより、高周波電流である雷サージ電流を、外側導電部のみに流し、低周波電流を、内側電導部と外側電導部との両方に流す一方、低周波電流が異常電流である場合には、内側電導部が溶断するようにすることによって、高周波電流である雷サージ電流では溶断せず、低周波電流である異常電流では確実に溶断する高周波分離ヒューズを実現することができる。

実施形態に係る高周波分離ヒューズの構成例を示す概念図である。 異常電流侵入時における入力ポート部と出力ポート部との切り離しを説明するための高周波分離ヒューズの構成例を示す断面図である。 異常電流侵入時における入力ポート部と出力ポート部との切り離しを説明するための高周波分離ヒューズの別の構成例を示す断面図である。 異常電流侵入時における入力ポート部と出力ポート部との切り離しを説明するための高周波分離ヒューズのさらに別の構成例を示す断面図である。 異常電流侵入時における入力ポート部と出力ポート部との切り離しを説明するための高周波分離ヒューズのさらにまた別の構成例を示す断面図である。 実施形態に係る高周波分離ヒューズの別の構成例を示す概念図である。 実施形態に係る高周波分離ヒューズのさらに別の構成例を示す概念図である。 実施形態に係る高周波分離ヒューズのさらにまた別の構成例を示す概念図である。

以下、本発明を実施するための実施形態について図面を用いて説明する。但し、本発明は、その他多くの異なる形態で実施することが可能であり、以下に示す実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る高周波分離ヒューズ１の構成例を示す概念図である。

高周波分離ヒューズ１は、入力ポート部１ａ、出力ポート部１ｂ、外部筺体部１ｃ、および異常電流溶断部１ｄを備える。これらは一例として導体（金属）であるが、必ずしも導体に限られるものではなく、電流を通すことができれば、誘電体、半導体、強誘電体、磁性体のいずれであってもよい。

高周波分離ヒューズ１は、内部が充填された金属からなる入力ポート部１ａと出力ポート部１ｂの間に、内部に中空部を有する金属からなる外部筐体部１ｃと、外部筐体部１ｃの内部の中空部内に、同心円状に配置された円柱状の異常電流溶断部１ｄとを備えてなる。外部筐体部１ｃの内径は、異常電流溶断部１ｄの外径よりも大きく、これによって、異常電流溶断部１ｄは、外部筐体部１ｃの中空部内に、外部筐体部１ｃと接触しないように配置されるようにしてもよい。あるいは、外部筐体部１ｃの内径と、異常電流溶断部１ｄの外径が等しく、これによって、外部筐体部１ｃの中空部内に、異常電流溶断部１ｄが、外部筐体部１ｃと隙間なく密着して配置されるようにしてもよい。

入力ポート部１ａには入力導線１ｅ、出力ポート部１ｂには出力導線１ｆがそれぞれ付属している。入力導線１ｅおよび出力導線１ｆは、高周波電流である雷サージ電流や、低周波電流である給電電流や電気信号電流等の入力端および出力端となる。また、低周波電流はさらに、漏電電流や地絡電流等のように、予め決定された電流量を超える異常電流をも含む。

ここで、入力ポート部１ａおよび出力ポート部１ｂの底面（例えば、入力ポート部１ａおよび出力ポート部１ｂが、図１に示すように円錐形状をしている場合には、円錐の底面）は、外部筐体部１ｃおよび異常電流溶断部１ｄの断面と完全に導通している。または、異常電流溶断部１ｄと、入力ポート部１ａおよび出力ポート１ｂは、化学的な手法あるいは溶接で融着していても良い。

異常電流溶断部１ｄは、入力ポート部１ａ、外部筐体部１ｃ、出力ポート部１ｂとは異なる金属からなることが好ましいが、同一の金属でも良く、ヒューズのエレメントと同様に一定の溶断電流が流れると溶断するように設計されている。このようなヒューズ設計手法は公知である。

外部筐体部１ｃの内径が、異常電流溶断部１ｄの外径よりも大きく、外部筐体部１ｃと異常電流溶断部１ｄとの間に隙間が存在する場合、隙間は真空でも良いが、高周波分離ヒューズ１を通過する高周波電流と、低周波電流との分離特性を制御するために、この隙間の値を変化させたり、充填物を充填したり、さらに、充填物を充填する場合には、充填物の材質を変化させたりしても良い。

なお、ここで、分離特性とは、高周波電流が、外部筐体部１ｃと異常電流溶断部１ｄに分離して流れる比率と、低周波電流が、外部筐体部１ｃと異常電流溶断部１ｄに分離して流れる比率とを称する。

充填物としては、絶縁体、誘電体、半導体、強誘電体、磁性体等であって良い。これら充填物を充填すれば、充填物の誘電率や透磁率により、外部筐体部１ｃと異常電流溶断部１ｄとの間の電気的な結合（静電結合等）の影響が軽減されるので、高周波電流が異常電流溶断部１ｄに流れ込まないように分離特性を制御することができる。

また、外部筐体部１ｃの内壁と、異常電流溶断部１ｄの外壁との間の距離の制御と、充填物の材質の選択との組合せによって、高周波分離ヒューズ１を通過する高周波電流と低周波電流との分離特性を調整してもよい。

このような構成から成る高周波分離ヒューズ１の入力ポート部１ａに接続された入力導線１ｅから雷サージ電流のような高周波電流が侵入した場合、この高周波電流は、入力ポート部１ａの表面、外部筺体部１ｃの表面、出力ポート部１ｂの表面を流れ、出力導線１ｆから流出する。高周波電流は、数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの周波数成分を有するため、ファラデーケージ効果によって、外部筺体部１ｃの内部に侵入することができず、結果として異常電流溶断部１ｄには高周波電流は流れない。

それに対して、例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電流のような低周波電流は、入力ポート部１ａから、外部筺体部１ｃ、出力ポート部１ｂだけではなく、異常電流溶断部１ｄにも流れる。このため、異常電流溶断部１ｄにのみヒューズのエレメント機能（溶断電流量を超える電流が侵入した場合に溶断する機能）を持たせておくことで、雷サージ電流のような高周波電流では溶断せず、低周波電流のうち、予め決定された電流量を超える異常電流（例えば、商用電源等の異常電流）に対してのみ溶断するヒューズを実現できるようになる。

特に、低周波電流が、外部筐体部１ｃよりも異常電流溶断部１ｄに多く流れるように分離特性を調整することによって、異常電流に対して素早く反応し溶断するヒューズを実現できるようになる。

以上の機能を効率的に実現するための例として、外部筐体部１ｃや異常電流溶断部１ｄの形状を、以下の方法に従って決定する。

（表皮効果を用いて決定する方法）
外部筐体部１ｃや異常電流溶断部１ｄのサイズを、表皮効果を用いて決定する方法について説明する。

まず、雷サージ電流は高周波電流であるために、ファラデーケージ効果により、外部筐体部１ｃを流れる。このため、高周波電流が流れても外部筺体部１ｃが破損しないように、外部筺体部１ｃのサイズを決定する必要がある。このため、例えば、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｋ．４４に記載されている雷サージ電流波形等を実際に外部筐体部１ｃに流すことによって決定することができる。

次に、外部筐体部１ｃが導体である場合は、表皮効果から外部筐体部１ｃの厚さを決定する。外部筐体部１ｃは、高周波電流の流路となることから雷サージ電流のような高周波電流を十分に流せる厚さが必要となる。

外部筐体部１ｃの厚さは、一般的な表皮効果の原理式を用いて導出される表皮深さとすることができる。例えば、外部筐体部１ｃの電気抵抗率をρ_ｏｕｔ、外部筐体部１ｃの絶対透磁率をμ_ｏｕｔ、雷サージ電流の角周波数をω_{ｌｉｇｈｔｉｎｇ}とすると、外部筐体部１ｃの表皮深さｄ_ｏｕｔは、下記（１式）で表される。ここで、雷サージ電流の角周波数は、雷サージ電流の全ての周波数帯域を十分に流すため、低周波側の周波数を角周波数ω_{ｌｉｇｈｔｉｎｇ}とすることが望ましい。

ただし、（１式）で導出される表皮深さは、表面電流の１／ｅ（約０．３７）になる表皮深さを示す。そこで、十分な雷サージ電流を流すために、下記（２式）に示すように、表皮深さｄ_ｏｕｔを１／ｅで補正した補正表皮深さｄ_ｚｅｒｏを外部筺体部１ｃの厚さとしてもよい。

以上より、雷サージ電流の全ての周波数成分を流せる外部筺体部１ｃの厚さが導出される。

次に、異常電流溶断部１ｄのサイズの決定方法について説明する。異常電流溶断部１ｄは、低周波電流である異常電流に対する反応を敏感にするため、低周波電流が、外部筐体部１ｃよりも異常電流溶断部１ｄに多く流れるようにする必要がある。そのために、低周波電流の周波数成分に対する外部筐体部１ｃの抵抗値Ｒ_ｏｕｔと、異常電流溶断部１ｄの抵抗Ｒ_ｉｎとが、下記（３式）の関係を満たす必要がある。

ここで、異常電流の角周波数がω_{ｃｕｒｒｅｎｔ}である場合、外部筐体部１ｃを流れる異常電流の表皮深さｄ_{ｏｕｔ＿ｉ}は、下記（４式）で表すことができる。

さらに、外部筐体部１ｃの直径Ｄ_ｏｕｔと外部筐体部１ｃを流れる異常電流の周波数成分が流れた場合の表皮深さｄ_{ｏｕｔ＿ｉ}が、下記（５式）の関係を満たす場合、外部筐体部１ｃの抵抗値Ｒ_ｏｕｔは、下記（６式）として表すことができる。

ここで、Ｌは外部筐体部１ｃの長さである。次に、異常電流溶断部１ｄも導体である場合は、表皮効果から、異常電流溶断部１ｄの抵抗値Ｒ_ｉｎを導出することができる。同様に、異常電流溶断部１ｄの直径Ｄ_ｉｎと異常電流溶断部１ｄを流れる異常電流の周波数成分が流れた場合の表皮深さｄ_ｉｎ＿ｉが、下記（７式）によって表される。

ここで、ρ_ｉｎは異常電流溶断部１ｄの電気抵抗率、μ_ｉｎは異常電流溶断部１ｄの絶対透磁率である。次に、異常電流溶断部１ｄの直径Ｄ_ｉｎと異常電流溶断部１ｄを流れる異常電流の周波数成分が流れた場合の表皮深さｄ_ｉｎ＿ｉが下記（８式）の関係を満たす場合、異常電流溶断部１ｄの抵抗値Ｒ_ｉｎは、下記（９式）となる。

以上より、上記（３式）を満たすように外部筐体部１ｃと異常電流溶断部１ｄのサイズや材質を決定する。

（インピーダンスを用いて決定する方法）
外部筐体部１ｃや異常電流溶断部１ｄのサイズを、インピーダンスから決定する方法について説明する。

まず、雷サージ電流のような高周波電流は、ファラデーケージ効果により、外部筐体部１ｃを流れるため、高周波電流が流れても外部筺体部１ｃが破損しないように外部筐体部１ｃのサイズを決定する必要がある。例えばＩＴＵ−Ｔ勧告Ｋ．４４に記載されている雷サージ電流波形等を実際に外部筐体部１ｃに流すことによって決定することができる。

次に、異常電流溶断部１ｄのサイズの決定方法について説明する。低周波電流である異常電流が、外部筐体部１ｃよりも異常電流溶断部１ｄに多く流れるようにするため、外部筺体部１ｃのインピーダンスＺ_ｏｕｔと異常電流溶断部１ｄのインピーダンスＺ_ｉｎを比較する。Ｒ_ｏｕｔを外部筐体部１ｃの抵抗値、Ｌ_ｏｕｔを外部筐体部１ｃの長さ、Ｒ_ｉｎを異常電流溶断部１ｄの抵抗値、Ｌ_ｉｎを異常電流溶断部１ｄの長さ、ω_{ｃｕｒｒｅｎｔ}を異常電流の角周波数とすると、外部筺体部１ｃのインピーダンスＺ_ｏｕｔおよび異常電流溶断部１ｄのインピーダンスＺ_ｉｎは、それぞれ下記の（１０式）および（１１式）のように表すことができる。

低周波電流である異常電流が、外部筐体部１ｃより、異常電流溶断部１ｄに多く流れるためには、以下の関係が成立する必要がある。

したがって、上記（１２式）を満たすように、外部筐体部１ｃと異常電流溶断部１ｄのサイズや材質を決定する。

（導電率を用いて決定する方法）
外部筐体部１ｃや異常電流溶断部１ｄのサイズを、導電率を用いて決定する方法について説明する。

まず、雷サージ電流のような高周波電流は、ファラデーケージ効果により、外部筐体部１ｃに流れるため、高周波電流が流れても外部筺体部１ｃが破損しないように、外部筺体部１ｃのサイズを決定する必要がある。このため、例えば、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｋ．４４に記載されている雷サージ電流波形を実際に外部筺体部１ｃに流し、破損する場合は、表面積を大きくするか、長さを短くする等の調整をする。

次に、異常電流溶断部１ｄのサイズの決定方法について説明する。低周波電流が、外部筐体部１ｃよりも異常電流溶断部１ｄに多く流れるようにするため、異常電流に対する外部筺体部１ｃの導電率σ_ｏｕｔと、異常電流に対する異常電流溶断部１ｄの導電率σ_ｉｎとが下記（１３式）の関係を満たす必要がある。

なお、導電率σと電気抵抗率ρとは下記（１４式）のように、逆数の関係にある。

上記（１３式）を満たすように外部筐体部１ｃと異常電流溶断部１ｄのサイズや材質を決定する。

（誘電体の誘電率を用いて決定する方法）
外部筐体部１ｃや異常電流溶断部１ｄのサイズを、誘電体の誘電率を用いて決定する方法について説明をする。誘電体に電流が流れるのは、誘電体内のキャリアが誘電体内にできた電場によって運ばれるためである。この時の導電率は、ｅを電荷の素量、ｎをキャリア密度、μ_ｓをキャリア移動度とすると、下記（１５式）のように表すことができる。

異常電流すなわち低周波電流が、外部筐体部１ｃよりも異常電流溶断部１ｄに多く流れるためには、外部筺体部１ｃの導電率σ_ｏｕｔと異常電流溶断部１ｄの誘電率σ_ｉｎとの間で、下記（１６式）の関係を満たす必要がある。

上記（１６式）を満たすように外部筐体部１ｃと異常電流溶断部１ｄのサイズや材質を決定する。

（異常電流侵入時における入力ポート部２ａと出力ポート部２ｂの切り離し）
次に、入力導線１ｅから異常電流が侵入した場合における、入力ポート部１ａと出力ポート部１ｂとの切り離しについて説明する。

図２は、異常電流侵入時における入力ポート部１ａと出力ポート部１ｂとの切り離しを説明するための高周波分離ヒューズ１の構成例を示す断面図である。

通常、入力ポート部１ａと異常電流溶断部１ｄとは融着しているが、入力ポート部１ａと外部筐体部１ｃは接触のみで、融着はしていない。

このような構成によれば、高周波電流である雷サージ電流が入力導線１ｅから流れてきた場合であっても、雷サージ電流は、ファラデーケージ効果により異常電流溶断部１ｄに侵入せず、外部筐体部１ｃのみを流れるので、異常電流溶断部１ｄは溶断しない。一方、低周波電流である異常電流が入力導線１ｅから流れてきた場合、異常電流は異常電流溶断部１ｄを流れ、異常電流溶断部１ｄを溶断し、溶断時の衝撃で、入力ポート部１ａが異常電流溶断部１ｄから外れ、入力ポート部１ａ側と出力ポート部１ｂ側とが物理的に切り離れ、異常電流を遮断するようになる。

図３は、異常電流侵入時における入力ポート部１ａと出力ポート部１ｂとの切り離しを説明するための高周波分離ヒューズ３の構成例を示す断面図である。

図３に示すバネ付高周波分離ヒューズ３は、基本的な構成は、図２に示す構成と同様に、入力ポート部１ａと異常電流溶断部１ｄとが融着している一方、入力ポート部１ａと外部筐体部１ｃは接触のみで、融着はしていない。しかしながら、バネ付高周波分離ヒューズ３は、図１および図２に示すような高周波分離ヒューズ１をカバー部３ｇによって覆い、カバー部３ｇの内側における入力導線１ｅ側に遮断用バネ３ｈの一端を固定し、遮断用バネ３ｈの他端を、入力ポート部１ａに固定することによって、入力ポート部１ａを入力導線１ｅ側へ引っ張るバネ力を与えている。

図３に示すバネ付高周波分離ヒューズ３は、図２に示す高周波分離ヒューズ１と同様に、高周波電流である雷サージ電流が入力導線１ｅから流れてきた場合であっても、雷サージ電流は、ファラデーケージ効果により異常電流溶断部１ｄに侵入せず、外部筐体部１ｃのみを流れるので、異常電流溶断部１ｄは溶断しない。一方、低周波電流である異常電流が入力導線１ｅから流れてきた場合、異常電流が異常電流溶断部１ｄを流れ、異常電流溶断部１ｄが溶断する。さらには、溶断時の衝撃で、入力ポート部１ａの異常電流溶断部１ｄとの融着が外れ、遮断用バネ３ｈのバネ力によって、入力ポート部１ａは、高周波分離ヒューズ本体から確実に切り離されるようになるので、異常電流をより確実に遮断できるようになる。

なお、図示していなが、カバー部３ｇの内側における出力導線１ｆ側に遮断用バネ３ｈの一端を固定し、遮断用バネ３ｈの他端を、出力ポート部１ｂに固定することによって、出力ポート部１ｂを出力導線１ｆ側へ引っ張るバネ力を与えるようにしても、同様の効果を奏することができる。

また、図示しないが、当業者であれば、遮断用バネ３ｈの代わりに、磁石を適用（例えば、カバー部３ｇの内部の入力導線１ｅ近傍にＳ極の磁石を配置し、入力ポート部１ａの先端側にＮ極の磁石を配置する。同様に、カバー部３ｇの内部の出力導線１ｆ近傍にＳ極の磁石を配置し、出力ポート部１ｂの先端側にＮ極の磁石を配置する）しても、同様の効果を奏することができることを理解するであろう。

さらには、このような遮断用バネ３ｈまたは図示しない磁石を、入力ポート部１ａ側と出力ポート部１ｂ側との両方に適用しても良い。入力ポート部１ａ側と出力ポート部１ｂ側との両方に適用する場合、片方に遮断用バネ３ｈを適用し、他方に磁石を適用するようにしても良い。

図４は、異常電流侵入時における入力ポート部１ａと出力ポート部１ｂとの切り離しを説明するための高周波分離ヒューズ４の構成例を示す断面図である。

図４に示すバネ付高周波分離ヒューズ４は、基本的な構成は、図２の場合と同様に、入力ポート部１ａと異常電流溶断部１ｄとは融着している一方、入力ポート部１ａと外部筐体部１ｃは接触のみで、融着はしていない。しかしながら、異常電流溶断部１ｄは中細形状をしている。

図４に示す高周波分離ヒューズ４でもまた、図２に示す高周波分離ヒューズ１と同様に、高周波電流である雷サージ電流が入力導線１ｅから流れてきた場合であっても、雷サージ電流は、ファラデーケージ効果により異常電流溶断部１ｄに侵入せず、外部筐体部１ｃのみを流れるので、異常電流溶断部１ｄは溶断しない。一方、低周波電流である異常電流が入力導線１ｅから流れてきた場合、異常電流は、中細形状の異常電流溶断部１ｄを流れる。異常電流溶断部１ｄは、中細形状であることにより、異常電流が流れるとより溶断されやすくなるので、異常電流を確実に遮断することができるようになる。

図５は、異常電流侵入時における入力ポート部１ａと出力ポート部１ｂとの切り離しを説明するための高周波分離ヒューズ５の構成例を示す断面図である。

図５に示すバネ付高周波分離ヒューズ５は、基本的には、図２に示す構成と同様に、入力ポート部１ａと異常電流溶断部１ｄとは融着している一方、入力ポート部１ａと外部筐体部１ｃは接触のみで、融着はしていない。しかしながら、バネ付高周波分離ヒューズ５は、異常電流溶断部１ｄの一部が細い螺旋形状となっている。

図５に示す高周波分離ヒューズ５でもまた、図２に示す高周波分離ヒューズ１と同様に、高周波電流である雷サージ電流が入力導線１ｅから流れてきた場合であっても、雷サージ電流は、ファラデーケージ効果により異常電流溶断部１ｄに侵入せず、外部筐体部１ｃのみを流れるので、異常電流溶断部１ｄは溶断しない。一方、低周波電流である異常電流が入力導線１ｅから流れてきた場合、異常電流は、異常電流溶断部１ｄを流れる。異常電流溶断部１ｄは、一部が細い螺旋形状であることにより、異常電流が流れるとより溶断されやすくなるので、異常電流を確実に遮断することができるようになる。

以上説明したように、上記実施形態に係る高周波分離ヒューズによれば、異常電流溶断部１ｄを外部筐体部１ｃで覆う二重構造の採用により、低周波電流は、外部筐体部１ｃと異常電流溶断部１ｄとの両方を流れるが、高周波電流は、ファラデーケージ効果により、外部筐体部１ｃのみを流れ、異常電流溶断部１ｄには侵入しない。そして、低周波電流のうち、予め決定された電流量を超える異常電流が、異常電流溶断部１ｄを流れると、異常電流溶断部１ｄが溶断することにより、入力ポート部１ａから出力ポート部１ｂへの電流の流れが遮断される。

したがって、入力導線１ｅから雷サージ電流が流れてきた場合、雷サージ電流は、ファラデーケージ効果により、外部筐体部１ｃのみを流れ、異常電流溶断部１ｄには侵入しないので、異常電流溶断部１ｄは溶断しない。

一方、入力導線１ｅから、商用電源等の低周波電流が流れてきた場合、低周波電流は、異常電流溶断部１ｄを流れる。さらには、特に、低周波電流が、予め決定された電流量を超える異常電流である場合、異常電流溶断部１ｄが溶断する。このように、雷サージ電流では溶断せず、異常電流において確実に溶断する高周波分離ヒューズを提供することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

例えば、本発明の実施形態に係る高周波分離ヒューズ１における外部筐体部１ｃは、図１に示すように、円筒形状の金属に限定されるものではなく、図６に示すように、網目により円筒状に形成されていても良い。また、図７に示すように、細い導線を撚り合わせて形成された同軸ケーブルの外皮により構成されていても良い。このような構成によれば、細かい導線が撚り合わされていることにより、表面積を大きくすることができ、結果として、高周波電流をより流れやすくすることが可能となる。さらにまた、図８に示すように、角管形状の金属から構成されていても良い。その場合、四角状の中空部内に配置されるように、異常電流溶断部１ｄが、四角柱形状をしていても良い。

このように、本発明の実施形態に係る高周波分離ヒューズ１は、図１に示すような構成に限定されるものではなく、図６乃至８に示すような変形構成をも含んでいる。

なお、入力ポート部１ａ、出力ポート部１ｂ、外部筐体部１ｃ、異常電流溶断部１ｄ、および、遮断用バネ３ｈおよび磁石は、後述する特許請求の範囲における入力端、出力端、外側導電部、内側電導部、および引力付与手段にそれぞれ対応する。

１、４、５・・高周波分離ヒューズ、１ａ・・入力ポート部、１ｂ・・出力ポート部、１ｃ・・外部筐体部、１ｄ・・異常電流溶断部、１ｅ・・入力導線、１ｆ・・出力導線、３・・バネ付高周波分離ヒューズ、３ｇ・・カバー部、３ｈ・・遮断用バネ。

Claims (8)

1. 高周波電流を分離し、低周波電流によって溶断される高周波分離ヒューズであって、
   前記低周波電流を入力端側から出力端側へ流すことが可能な内側導電部と、
   前記内側導電部を覆うように配置され、前記高周波電流および前記低周波電流を前記入力端側から前記出力端側へ流すことが可能な外側導電部とを備え、
   前記内側導電部を流れる前記低周波電流が、予め決定された電流量を超える異常電流である場合、前記内側導電部が溶断することによって、前記入力端側から前記出力端側への前記異常電流の流れを遮断する、高周波分離ヒューズ。
2. 前記高周波電流は、雷サージ電流であり、
   前記外側導電部は、前記内側導電部を配置するための中空部を有しており、前記外側導電部の厚さを、前記雷サージ電流の周波数成分が前記外側導電部を通過可能な値に設定した、請求項１に記載の高周波分離ヒューズ。
3. 前記中空部に配置された内側導電部の外壁と、前記外側導電部の内壁との間に、真空な間隙が形成されているか、または、充填物が充填された、請求項２に記載の高周波分離ヒューズ。
4. 前記高周波電流は、雷サージ電流であり、
   前記外側導電部の表面積および長さを、前記外側導電部が前記雷サージ電流によって破損されない値に設定した、請求項１に記載の高周波分離ヒューズ。
5. 前記異常電流が、前記入力端から侵入した場合、前記外側導電部を流れる異常電流量よりも、前記内側導電部を流れる異常電流量が多い、請求項１に記載の高周波分離ヒューズ。
6. 前記外側導電部の外周を覆うカバー部と、
   前記入力端と、前記カバー部の内側とに結合され、前記入力端が前記内側導電部および前記外側導電部から離反する方向へ作用する力を前記入力端へ付与する第１の引力付与手段、または、前記出力端と、前記カバー部の内側とに結合され、前記出力端が前記内側導電部および前記外側導電部から離反する方向へ作用する力を前記出力端へ付与する第２の引力付与手段のうちの少なくとも一方の引力付与手段と、
   をさらに備える請求項１に記載の高周波分離ヒューズ。
7. 前記入力端および前記出力端は、前記内側導電部と融着され、前記外側導電部と接触しているが融着されていない、請求項６に記載の高周波分離ヒューズ。
8. 前記内側導電部が溶断すると、前記引力付与手段によって、前記入力端および前記出力端のうちの少なくとも一方が、前記内側導電部および前記外側導電部から離反することによって、前記入力端側から前記出力端側への前記異常電流の流れを遮断する、請求項６に記載の高周波分離ヒューズ。