JP2023090000A - ヒューズ、及びヒューズの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶断部に耐久性を持たせたヒューズ、及び当該ヒューズの製造方法を提供する。【解決手段】溶断部１２０を備えたヒューズエレメント１００と、当該溶断部１２０を収容するケーシング２００とを備えたヒューズ５００であって、溶断部１２０は、当該溶断部１２０に固着された固体状消弧材１４０により覆われており、固体状消弧材１４０とケーシング２００の間の収容空間２２０は、粒状消弧材５１０により充填されていることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本願発明は、主に自動車用電気回路等に用いられるヒューズに関し、特に、ケーシング内に、溶断部を備えたヒューズエレメントを収容するヒューズ、及びヒューズの製造方法に関する。

従来から、ヒューズは、自動車等に搭載されている電気回路や、電気回路に接続されている各種電装品を保護するために用いられてきた。詳しくは、電気回路中に意図しない過電流が流れた場合に、ヒューズに内蔵されたヒューズエレメントの溶断部が過電流による発熱により溶断して、各種電装品に過度な電流が流れないように保護している。

そして、このヒューズは用途に応じて様々な種類があり、例えば、高電圧用のヒューズは、溶断部を備えたヒューズエレメントと、当該溶断部を収容するケーシングを備えたヒューズであって、ケーシング内に粒状の消弧材が封入されている。また、溶断部は、幅が狭くなったヒューズエレメントの一部に複数の小孔をあけて形成するなど、発熱して溶断しやすい構造となっている。そのため、溶断部は、ヒューズエレメントの他の部分と比較して構造的に弱く、ヒューズの製造時や利用時において意図しない外力が加わると、溶断部が破損する可能性があり、耐久性に問題に生じる場合がある。さらに、通電時の溶断部は高温になり易く、熱伸縮による金属疲労が生じ易くなり、ヒューズの早期溶断の可能性が生じる。

そこで、本願発明は、溶断部に耐久性を持たせたヒューズ、及び当該ヒューズの製造方法を提供する。

本願発明のヒューズは、溶断部を備えたヒューズエレメントと、当該溶断部を収容するケーシングとを備えたヒューズであって、前記溶断部は、当該溶断部に固着された固体状消弧材により覆われており、前記固体状消弧材と前記ケーシングの間の収容空間は、粒状消弧材により充填されていることを特徴とする。

上記特徴によれば、固体状消弧材によって、溶断部が補強されているので、想定外の外力が加わっても、溶断部が曲がったり破損することがなく、耐久性が向上している。また、溶断部の熱伸縮が低減されているので、溶断部が高温になっても、熱伸縮し難くなるため、耐久性が向上し、ヒューズの早期溶断を防いでいる。さらに、ケーシングの収容空間において、溶断部が固体状消弧材と粒状消弧材によって二層構造で覆われているので、溶断部から発生した金属ガスを、固体状消弧材の外側の粒状消弧材へと拡散させて逃すことが出来る。そのため、溶断部の周囲近辺に金属ガスが高密度で溜まることがなく、リーク電流が流れて絶縁性が悪化することを防止できるのである。

さらに、本願発明のヒューズは、前記固体状消弧材は、前記粒状消弧材と同じ材料を固化して構成されていることを特徴とする。

上記特徴によれば、ヒューズの設計及び製造が容易で、ヒューズの製造コストも下げることが出来る。

さらに、本願発明のヒューズの製造方法は、溶断部を備えたヒューズエレメントと、当該溶断部を収容するケーシングとを備えたヒューズの製造方法であって、固体状消弧材を、前記ヒューズエレメントの溶断部を覆うように当該溶断部に固着し、前記固体状消弧材が固着された前記ヒューズエレメントを、前記ケーシング内に収容し、前記ケーシング内に前記ヒューズエレメントが収容された状態で、前記ケーシング内に粒状消弧材を充填することを特徴とする。

上記特徴によれば、固体状消弧材の固着工程によって、ケーシングやヒューズの他の部分に悪影響が及ぶことを防止でき、ヒューズの製造が容易となる。

さらに、本願発明のヒューズの製造方法は、前記固体状消弧材は、前記粒状消弧材と同じ材料を固化して構成されていることを特徴とする。

上記特徴によれば、ヒューズの設計及び製造が容易で、ヒューズの製造コストも下げることが出来る。

上記のように、本願発明のヒューズ及び当該ヒューズの製造方法によれば、溶断部に耐久性を持たせている。

（ａ）は、本願発明に係るヒューズのヒューズエレメントの全体斜視図、（ｂ）は、ヒューズエレメントの平面図、（ｃ）は、ヒューズエレメントの側面図である。 （ａ）は、本願発明に係るヒューズのヒューズエレメントの全体斜視図、（ｂ）は、ヒューズエレメントの平面図、（ｃ）は、ヒューズエレメントの側面図である。 （ａ）は、本願発明に係るヒューズのヒューズエレメントを収容するケーシングの全体斜視図、（ｂ）は、ケーシングに収容したヒューズエレメントの端子部に保持端子を取り付ける状態の全体斜視図である。 （ａ）は、本願発明に係るヒューズのケーシングの両端にキャップを取り付ける状態の全体斜視図、（ｂ）は、完成した本願発明のヒューズの全体斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図４（ｂ）に示すＡ－Ａ断面図である。

１００ ヒューズエレメント
１２０ 溶断部
１４０ 固体状消弧材
２００ ケーシング
２２０ 収容空間
５００ ヒューズ
５１０ 粒状消弧材

以下に、本願発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下で説明する実施形態におけるヒューズの各部材の形状や材質等は、一例を示すものであって、これらに限定されるものではない。なお、本明細書に記載されている「上下方向」とは、ヒューズエレメントの長尺方向に対して直角方向のことである。

図１には、本願発明に係るヒューズに用いられるヒューズエレメント１００を示す。なお、図１（ａ）は、ヒューズエレメント１００の全体斜視図、図１（ｂ）は、ヒューズエレメント１００の平面図、図１（ｃ）は、ヒューズエレメント１００の側面図である。

図１に示すヒューズエレメント１００は、既存の部品であり、一枚の薄板状の金属板から成形され、一対の端子部１１０と、当該端子部１１０の間に位置する溶断部１２０と、端子部１１０と溶断部１２０とを接続する連結部１３０とからなる。この溶断部１２０は、幅が狭くなったヒューズエレメント１００の一部に、複数の小孔１２１をあけて、更に幅を狭くした狭隘部１２２からなる。そして、溶断部１２０は、電気回路等に意図しない過電流が流れた際に、狭隘部１２２が発熱して溶断し、過電流遮断するものである。

なお、ヒューズエレメント１００は、図１に示すような形状に限定されず、溶断部１２０を備えているのであれば、任意の形状であってもよい。また、溶断部１２０は、図１に示すような狭隘部１２２から構成されることに限定されず、電気回路等に意図しない過電流が流れた際に、発熱して溶断できるのであれば、任意の形状であってもよい。

そして、既存のヒューズエレメント１００の溶断部１２０は、意図しない過電流が流れた際に、発熱して溶断するように、ヒューズエレメント１００の他の部分よりも幅が狭く形成されており、溶断部１２０は、ヒューズエレメント１００の他の部分よりも構造的に弱くなっている。そのため、後述するように、ヒューズの製造時や、ヒーズエレメント１００が組み込まれたヒューズを対象物に搭載して利用した際に、ヒューズエレメント１００に想定外の外力が加わると、溶断部１２０が曲がったり破損して、耐久性に問題が生じる場合がある。さらに、通電時のヒューズエレメント１００は高温になり易く、熱伸縮による金属疲労が生じて、溶断部１２０が早期溶断する場合がある。

そこで、本願発明では、図２に示すように、ヒューズエレメント１００の溶断部１２０の周囲に、固体状消弧材１４０を固着させている。なお、図２（ａ）は、ヒューズエレメント１００の全体斜視図、図２（ｂ）は、ヒューズエレメント１００の平面図、図２（ｃ）は、ヒューズエレメント１００の側面図である。

この固体状消弧材１４０は、後述するように、ケーシング内に充填される粒状の消弧材と同じ材料で出来ている。具体的には、図１に示すヒューズエレメント１００の溶断部１２０の周囲に粒状の消弧材を集めて溶断部１２０を覆った状態で約８０度～１２０度まで加熱することで、粒状の消弧材が溶けて一体化して溶断部１２０に溶着し、その後冷えて固化する。すると、固化した消弧材によって、溶断部１２０の周囲を覆って固定された固体状消弧材１４０が形成されるのである。そして、固体状消弧材１４０によって、溶断部１２０全体は補強されているので、想定外の外力が加わっても、溶断部１２０が曲がったり破損することがなく、耐久性が向上するのである。また、溶断部１２０が補強されているので、熱伸縮による金属疲労が軽減され、耐久性が向上し、ヒューズの早期溶断を防ぐことが出来る。さらに、固体状消弧材１４０を後述する粒状消弧材５１０と同じ材料で構成することで、ヒューズ５００の設計及び製造が容易で、ヒューズ５００の製造コストも下げることが出来る。

この固体状消弧材１４０は、溶断部１２０の周囲に局所的に設けられており、溶断部１２０と端子部１１０との間の連結部１３０や、端子部１１０には設けられていない。また、固体状消弧材１４０は、溶断部１２０の上面、下面、右側面、及び左側面を覆う、つまり溶断部１２０の周囲全面を覆っているが、これに限定されず、溶断部１２０を補強できるのであれば、溶断部１２０の上面又は下面のみ覆うなど、溶断部１２０の任意の部分を覆ってもよい。また、固体状消弧材１４０は、溶断部１２０に固着できる固体状の消弧材であって、後述する粒状消弧材５１０よりも密度が高い部材となっている。また、固体状消弧材１４０は、二酸化ケイ素からなる、粒径が約１５０μｍ～２２５μｍ（マイクロメートル）の粒状の消弧材とケイ酸ナトリウムを、加熱して固化させて形成しているが、これに限定されず、固体状消弧材１４０は、溶断部１２０に固着できて消弧作用を備える固体状の材料であれば、任意の素材を用いて任意の方法により形成できる。

次に、図３及び図４を参照して、本願発明のヒューズの製造方法について説明する。なお、図３（ａ）は、ヒューズエレメント１００を収容するケーシング２００の全体斜視図、図３（ｂ）は、ケーシング２００に収容したヒューズエレメント１００の端子部１１０に保持端子３００を取り付ける状態の全体斜視図、図４（ａ）は、ケーシング２００の両端にキャップ４００を取り付ける状態の全体斜視図、図４（ｂ）は、完成した本願発明のヒューズ５００の全体斜視図である。

図３（ａ）に示すように、ヒューズエレメント１００を収容するケーシング２００は、既存の部品であり、両端に開口部２１０と、内部にヒューズエレメント１００の溶断部１２０を収容できる収容空間２２０とを備えた筒型形状をしている。なお、ケーシング２００は、セラミックや合成樹脂等の絶縁性の様々な材質で製造できる。また、ケーシング２００は、円筒形状に限定されず、ヒューズエレメント１００の溶断部１２０を収容でき、後述する粒状消弧材を充填する収容空間を備えているのであれば、任意の形状であってもよい。

そして、図３（ｂ）に示すように、ケーシング２００の一方の開口部２１０からヒューズエレメント１００の端子部１１０を挿入し、ヒューズエレメント１００の溶断部１２０がケーシング２００の収容空間２２０の略中央に配置されるように、ヒューズエレメント１００をケーシング２００内に収容する。この収容された状態で、ヒューズエレメント１００の端子部１１０は、ケーシング２００の開口部２１０から外側へ突出している。次に、ヒューズエレメント１００がケーシング２００内に収容された状態を保持するために、ヒューズエレメント１００の端子部１１０に保持端子３００を取り付ける。

この保持端子３００は、既存の部品であり、銅やその合金等の導電性金属からなり、挟部３１０と、当該挟部３１０から立ち上がる当接部３２０とを備える。挟部３１０は、端子部１１０に密着できるように平坦面となっており、端子部１１０の上下から挟み込むように重ねられて、溶接等によって固定される。また、当接部３２０は、ケーシング２００の開口部２１０の縁部に当接するように構成されている。そのため、図４（ａ）に示すように、ヒューズエレメント１００の両側の端子部１１０に取り付けられた保持端子３００の当接部３２０が、ケーシング２００の開口部２１０に当接するので、ヒューズエレメント１００はケーシング２００内に収容された状態を保持できるのである。なお、ヒューズエレメント１００は保持端子３００によってケーシング２００内に収容された状態を保持しているが、これに限定されず、ヒューズエレメント１００がケーシング２００内に収容された状態を保持できるのであれば、保持端子３００以外にも任意の構成を採用してもよい。

次に、図４（ａ）に示すように、ケーシング２００の開口部２１０を塞ぐように、キャップ４００を取り付ける。キャップ４００は、既存の部品であり、内部が空洞の円筒形状をしており、端面４１０には直線状の貫通孔４２０と、小さな円形の貫通孔４３０が設けられている。なお、キャップ４００は、金属や樹脂等の様々な材質で製造でき、ケーシング２００の開口部２１０を塞ぐことが出来るのであれば、任意の形状を採用できる。

そして、ヒューズエレメント１００の端子部１１０及び保持端子３００の挟部３１０が重なった部分を、キャップ４００の貫通孔４２０に挿通させて、キャップ４００の端面４１０の裏面が保持端子３００の当接部３２０に接触するまで、キャップ４００を嵌め込んでいく。すると、ケーシング２００の開口部２１０がキャップ４００で塞がれた状態となる。次に、キャップ４００の貫通孔４３０からケーシング２００の収容空間２２０内に、粒状消弧材５１０を流し込んで充填する。そして、粒状消弧材５１０を収容空間２２０内に充填した後、貫通孔４３０を樹脂等で埋めれば、粒状消弧材５１０がケーシング２００の収容空間２２０内に封入された状態となる。なお、粒状消弧材５１０は、二酸化ケイ素からなる、粒径が約１５０μｍ～２２５μｍの粒状の消弧材となっている。

以上により、図４（ｂ）に示すように、本願発明のヒューズ５００が完成する。この本願発明のヒューズ５００では、固体状消弧材１４０によって、溶断部１２０が補強されているので、ヒューズ５００の製造時に、想定外の外力が加わっても、溶断部１２０が曲がったり破損することがなく、耐久性が向上している。また、後述するように、ヒューズ５００が自動車等に搭載されて利用されている時に、想定外の外力（強い振動や衝撃等）が加わっても、溶断部１２０が曲がったり破損することがなく、耐久性が向上しているのである。さらに、ヒューズ５００に通電した時に、溶断部１２０が熱伸縮による金属疲労が軽減され、耐久性が向上し、ヒューズの早期溶断を防ぐことが出来る。

次に、図５には、完成した状態のヒューズ５００の内部の様子を示す。なお、図５（ａ）及び（ｂ）は、図４（ｂ）に示すＡ－Ａ断面図である。

図５（ａ）に示すように、完成したヒューズ５００では、ケーシング２００の収容空間２２０にヒューズエレメント１００の連結部１３０と溶断部１２０が収容され、ヒューズエレメント１００の端子部１１０はケーシング２００の側方から外側へ突出している。また、ヒューズエレメント１００の溶断部１２０に固着した固体状消弧材１４０も、ケーシング２００の収容空間２２０内に収容されている。そして、収容空間２２０内には粒状消弧材５１０が充填されているので、充填された粒状消弧材５１０は固体状消弧材１４０の外側を覆うようになっている。このように、ヒューズエレメント１００の溶断部１２０は固体状消弧材１４０により覆われ、その固体状消弧材１４０とケーシング２００との間の収容空間２２０は粒状消弧材５１０で充填されているので、溶断部１２０は固体状消弧材１４０と粒状消弧材５１０によって二層構造で覆われることになる。

このヒューズ５００は、自動車等の対象物に搭載され、端子部１１０を各種電装品に接続された接続端子と接続する。そして、電気回路中に意図しない過電流が流れた場合に、ヒューズ５００に内蔵されたヒューズエレメント１００の溶断部１２０が過電流による発熱により溶断して、各種電装品に過度な電流が流れないように保護している。そして、溶断部１２０が発熱して溶断した際に、溶断部１２０から発生したアークは、固体状消弧材１４０によって効果的に消弧され、また、固体状消弧材１４０の外側を覆う粒状消弧材５１０によってもアークは効果的に消弧され、各種電装品を十分に保護することができる。

また、溶断部１２０が発熱して溶断すると、溶融した溶断部１２０から気化した金属ガスＸが発生する。そして、溶断部１２０から発生した高い圧力の金属ガスＸは、固体状消弧材１４０を通過して（固体状消弧材１４０の一部を突き破るようにして通過して）、固体状消弧材１４０の外側へ放出され、粒状消弧材５１０へと拡散していく。なお、溶断部１２０全体が固体状消弧材１４０によって覆われておらず、溶断部１２０の一部のみが固体状消弧材１４０によって覆われている場合は、金属ガスＸの一部は固体状消弧材１４０によって覆われていない箇所から粒状消弧材５１０へと拡散していく。また、固体状消弧材１４０は固体状であるため、充填された粒状の粒状消弧材５１０よりも密度が高い。言い換えると、充填された粒状消弧材５１０は、固体状消弧材１４０よりも密度が低い。そのため、金属ガスＸは、固体状消弧材１４０よりも粒状消弧材５１０内の方が拡散し易い。

ところで、もし仮に、ケーシング２００の収容空間２２０全てを固体状消弧材１４０で充填した場合は、溶断部１２０の外側の収容空間２２０全体は、固体状消弧材１４０で埋められて、高密度の固体状消弧材１４０で圧縮されたような状態となる。そのため、溶断部１２０から発生した金属ガスＸは、固体状消弧材１４０によって閉じ込められて逃げ場が無くなり、溶断部１２０から離れるように拡散できず、溶断部１２０の周囲近辺に金属ガスＸが高密度で留まることになる。そして、ヒューズエレメント１００の溶断部１２０を構成する材料は、銅や亜鉛合金等の導電性金属なので、この材料がガス化して拡散した金属ガスＸは、銅や亜鉛合金等の導電性金属の粒子となる。すると、溶断部１２０の周囲近辺に高密度で存在する金属ガスＸによって、リーク電流が流れてしまい、端子部１１０間の導通が継続して、各種電装品を十分に保護することが出来なくなってしまうのである。

しかしながら、本願発明のヒューズ５００では、ケーシング２００の収容空間２２０において、溶断部１２０が固体状消弧材１４０と粒状消弧材５１０によって二層構造で覆われているので、溶断部１２０から発生した金属ガスＸを、固体状消弧材１４０の外側の粒状消弧材５１０へと拡散させて逃すことが出来るのである。そのため、溶断部１２０の周囲近辺に金属ガスＸが高密度で溜まることがなく、リーク電流が流れて絶縁性が悪化することを防止できるのである。

また、従来技術において、ケーシング２００の収容空間２２０全てを固体状消弧材１４０で充填したヒューズを製造する場合は、ヒューズエレメント１００をケーシング２００の収容空間２２０に収容した後、ケーシング２００の両側の開口をキャップ等で塞ぎ、さらに、ケーシング２００の収容空間２２０に粒状の消弧材を封入する。そして、ケーシング２００全体を外部から、約８０度～１２０度まで加熱して、収容空間２２０内部の粒状の消弧材を溶かし、溶断部１２０に溶着させ、その後冷やして固化させる。すると、固化した消弧材が、溶断部１２０の周囲を覆って固着して、収容空間２２０の内部全てを充填した固体状消弧材１４０が形成される。ただ、上記従来の方法では、ケーシング２００全体を高温に加熱するため、ケーシング２００の劣化やヒューズ５００の一部が歪んだりするなど悪影響が生じ、ヒューズ５００の製造が困難となる。

一方、本願発明のヒューズ５００の製造工程によれば、図２に示したように、ヒューズエレメント１００の溶断部１２０に固体状消弧材１４０を固着させた後に、従来と同様、図３及び図４に示したように、ヒューズエレメント１００をケーシング２００内部に収容してヒューズ５００を組み立てていく。このように、固体状消弧材１４０の固着工程を、ヒューズ５００の組み立て工程と分けて前工程に入れているので、固体状消弧材１４０の固着工程によって、ケーシング２００やヒューズ５００の他の部分に悪影響が及ぶことを防止でき、ヒューズ５００の製造が容易となる。

また、本明細書では、ヒューズ５００は、一枚のヒューズエレメント１００を備える構造であったが、これに限定されることはなく、複数枚のヒューズエレメント１００が一枚の金属板から形成されて電気的に一体となった構造や、複数枚のヒューズエレメント１００が個別に形成され、その端子部を互いに連結した構造など適宜任意の構造を採用できる。

なお、本明細書では、ヒューズエレメント１００の中央に複数の小孔を設けて、溶断部１２０を形成していたが、これに限定されることはなく、例えば、ヒューズエレメント１００の中央の厚さを薄くして溶断部を形成するなど、適宜任意の構造を採用できる。

また、本願発明のヒューズ及びヒューズの製造方法は、上記の実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲、実施形態の範囲で、種々の変形例、組み合わせが可能であり、これらの変形例、組み合わせもその権利範囲に含むものである。

Claims (4)

1. 溶断部を備えたヒューズエレメントと、当該溶断部を収容するケーシングとを備えたヒューズであって、
   前記溶断部は、当該溶断部に固着された固体状消弧材により覆われており、
   前記固体状消弧材と前記ケーシングの間の収容空間は、粒状消弧材により充填されていることを特徴とするヒューズ。
2. 前記固体状消弧材は、前記粒状消弧材と同じ材料を固化して構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. 溶断部を備えたヒューズエレメントと、当該溶断部を収容するケーシングとを備えたヒューズの製造方法であって、
   固体状消弧材を、前記ヒューズエレメントの溶断部を覆うように当該溶断部に固着し、
   前記固体状消弧材が固着された前記ヒューズエレメントを、前記ケーシング内に収容し、
   前記ケーシング内に前記ヒューズエレメントが収容された状態で、前記ケーシング内に粒状消弧材を充填することを特徴とするヒューズの製造方法。
4. 前記固体状消弧材は、前記粒状消弧材と同じ材料を固化して構成されていることを特徴とする請求項３に記載のヒューズの製造方法。

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