JP2688921B2 - ヒューズ - Google Patents

ヒューズ

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JP2688921B2
JP2688921B2 JP63125366A JP12536688A JP2688921B2 JP 2688921 B2 JP2688921 B2 JP 2688921B2 JP 63125366 A JP63125366 A JP 63125366A JP 12536688 A JP12536688 A JP 12536688A JP 2688921 B2 JP2688921 B2 JP 2688921B2
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文浩 赤羽
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/04Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/152Preparation of hydrogels

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はヒューズ、更に詳しくは半導体素子を用いた
機器に付設して、過電流による半導体素子の破損を防止
するために用いることができると共に、半導体素子保護
用ヒューズと同程度の高限流性を求められる大遮断容量
限流ヒューズに用いるのにも好適なヒューズに関するも
のである。
[従来の技術] 従来より、設定した以上の電流が流れると、発熱のた
めに溶断して回路を開き、電気機器の破損を防止するヒ
ューズが用いられてきた。
しかしながらこのような従来のヒューズは、いずれも
溶断に要する時間がかなり長く、近年発達した半導体素
子を用いた回路に関しては、大電流がヒューズの溶断前
に半導体を熱破壊に導き、保護ヒューズとしての役目を
達成することができなくなっていた。
そこで、このような半導体素子を用いた機器に付設し
て、過電流による半導体素子の破損を防止するためのヒ
ューズとして、近年、半導体素子保護用のヒューズの開
発と進歩に著しいものが見られるようになってきた。
しかし従来のヒューズの構造は、第3図に示すよう
に、ほとんど共通して、薄い銀板1に狭少部2を設けた
ものを消弧剤3と共に保護筒4に内装して形成したもの
であった。
このようなヒューズでは、狭小部2を設けることによ
って、定格電流付近では熱放散を大にして狭少部2の溶
断電流値を大きくし、一方事故電流に対しては、断熱的
に狭少部2のみの温度上昇によって瞬時に溶断する構造
をとっている。
しかしながらこのようなヒューズでは、狭少部2をよ
り小さくし、かつ数を多くすることは、現在の機械プレ
ス技術では不可能なことであり、例え他の技術では狭少
部2をより小さくし、かつ数を多くしたとしても、これ
を組み立てる際、あるいは消弧剤3を充填する際に断線
することがあり、とても現実の使用に供することができ
るものではなかった。
そこで本発明者によって既に、製造が容易で、かつ破
損し難いだけでなく、溶断時間の短縮及び遮断特性の向
上を図ったヒューズとして、熱伝導性及び電気絶縁性の
高い耐熱性基板上に、導電性が高く、かつその耐熱性を
阻害することなく適温にて溶けるヒューズ素材を狭小部
2を有するようにパターン成型して形成したものを消弧
剤3と共に保護筒4に内装したヒューズが提供されてい
た。
このようなヒューズは、狭小部2を所定の数で、かつ
所定の巾に形成できると共に、組み立てる際、あるいは
消弧剤3を充填する剤に、狭小部2が断線することもな
いものであった。
しかしながらいずれのヒューズであっても、消弧剤3
を使用しているので、消弧剤3の粒径あるいは消弧剤3
の量によって、ヒューズの特性が変化することとなって
いた。
また特に消弧剤3の充填量が少ない場合には、ヒュー
ズを水平状態で使用した時に、消弧剤3がない保護筒4
上部にアークが発生し、電流の遮断が行なえないような
場合も生じていた。
そこで更に、保護筒4内部の消弧剤3を水ガラスによ
って固化することによって、粒状の消弧剤3が有する欠
点を解除することが考えられた。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら水ガラスを用いて消弧剤を固化すると、
消弧剤中に水ガラスの成分であるナトリウムが残存し、
狭小部が溶断した後にも、このナトリウムによって電流
が流れ続けることとなっていた。
そこで本発明は、ヒューズ素材を設定温度にて溶ける
巾狭の溶融部を設けて基板上にパターン成型し、この基
板の消弧剤を充填した保護筒に内装することによって、
組み立てる際、あるいは消弧剤を充填する際に、狭小部
が断線しないようにすると共に、保護筒内部の消弧剤を
ケイ素のアルコキシドによって固化させ、電流遮断の完
全化、特に狭小部溶断後の電流遮断性の向上を図ったヒ
ューズを提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 前述した問題点を解決するために、本発明は、熱伝導
性及び電気絶縁性の高い基板上に、導電性が高く、かつ
その耐熱性を阻害することなく、適温にて溶けるヒュー
ズ素材を設定温度にて溶ける巾狭の溶融部を設けてパタ
ーン成型すると共に、この基板を消弧剤を充填した保護
筒に内装したヒューズにおいて、消弧剤を、ケイ素のア
ルコキシドによって固化させて形成したことを特徴とす
る。
[実施例] 以下第1図に示した図示例と共に、本発明の一実施例
を説明する。
本発明は、熱伝導性及び電気絶縁性の高い基板10上
に、導電性が高く、かつ設定電流にて溶けるヒューズ素
材11をパターン成型して形成すると共に、その基板10を
消弧剤13と共に保護筒12内部に位置させたものである。
またこの消弧剤13は、保護筒12内部でケイ素のアルコ
キシドによって固化されているものである。
本発明に用いる基板10は、通電によって発熱するヒュ
ーズ素材11の熱を発散させると共に、それ自体で通電し
ない、いわゆる絶縁性が高い材料であることが必要とさ
れる。またこの基板10は、ヒューズ素材11が破損しない
程度の剛性を備えていること、及びヒューズ素材11の発
熱による基板10からの剥離を防止でき、かつ溶断後その
面上のアーク絶縁性が良い素材であることが望ましい。
具体的には、テフロン、その他の高耐熱性プラスチック
材料、あるいはアルミナ磁器、ムライト磁器、チッ化ボ
ロン磁器、ベリリア磁器、チッ化アルミニウム磁器等が
望ましい。
ヒューズ素材11は、設定電流以上の電流によって溶断
するために、導電性が高く、かつ熱劣化の少ない化学的
に安定な材料であることが必要とされる。またこのヒュ
ーズ素材11は、パターン成型に適するような材料である
こと、及び適当な延性を有する素材であることが望まし
い。具体的には、セラミック基板10に対しては、銅、
銀、金、アルミニウム等が望ましく、高耐熱性プラスチ
ック基板10に対しては、この耐熱特性を下まわる溶断特
性をもつスズ、鉛系の合金、その他が考えられる。
消弧剤12は、発弧時のアークを冷却してアーク電圧を
高め、溶融したヒューズ素材11の蒸気を吸着するための
ものであり、ケイ砂、ジルコニア、ホウ酸等のように消
弧性の良いものが望ましい。
またケイ素のアルコキシドとしては、 M(OR)n 但しM;金属 の一般式で示されるMをケイ素(Si)としたものであ
り、具体的には、 テトラメトキシシラン[Si(OCH3] テトラエトキシシラン[Si(OC2H5] テトラ−i−プロポキシシラン[Si(O−i−C
3H7] テトラ−n−プロポキシシラン[Si(O−n−C
3H7] テトラ−i−ブトキシシラン[Si(O−i−C4H9] テトラ−n−ブトキシシラン[Si(O−n−C4H9] テトラ−sec−ブトキシシラン[Si(O−sec−C
4H9] テトラ−t−ブトキシシラン[Si(O−t−C4H9] 等が使用できる。
またここでケイ素のアルコキシドを用いることとした
のは、導電性を有する金属のアルコキシドであると、狭
小部溶断後の電流遮断性の向上が図れないからである。
次にこのようなヒューズの実際の製造の一例について
説明する。
まずアルミナ磁器から成る所定の大きさの基板10の素
材を用意する。ただ一般には、次に説明する製造工程の
容易化のために、複数の基板10に相当するような大きさ
の基板10素材を用いて、一度に多数のヒューズを作るも
のである。
またこの基板10には、あらかじめヒューズ素材11とし
ての銅が10〜50μm程度の厚さにメッキしてある。
次に、この基板10の素材に対して、所定のパターンの
耐酸性のインクである、例えばレジストインク等にて印
刷する。この時には、基板10の素材が複数枚の基板10に
相当するような大きさに形成してある場合には、所定の
パターン印刷も、各々の基板10に対応する位置に印刷す
るものである。
次いでパターン印刷した基板10にエッチング処理を施
して所定パターンのヒューズ素材11のみを露出させる。
その後は、大きい基板10から、個々の単体としてのヒ
ューズを分割するものである。
次いでこの基板10を保護筒12中に内装すると共に、こ
の保護筒12に一方の蓋を固定し、他方の開口部から保護
筒12中に消弧剤13を入れる。
この保護筒12中への消弧剤13の充填時は、振動を加え
ながら行なうと、確実な充填が容易に行なえる。
その後ケイ素のアルコキシドに水及び溶剤としてのア
ルコールを加えたものを保護筒12内部に入れ、保護筒12
内部の消弧剤13にしみ込ませ、約50℃の温度とする。
するとこのケイ素のアルコキシドが加水分解して重合
反応を起こすと共に、溶剤が揮発することとなる。
その後、保護筒12を120〜150℃の温度で約1時間乾燥
させて、脱水、縮合反応を生じさせ、消弧剤13と共に固
化させる。
このように消弧剤13が固化した後は、他方の蓋を固定
して完成したヒューズとするものである。
また消弧剤13としてケイ砂を用いると、ケイ素のアル
コキシドとあいまって、保護筒12内部は固形化したケイ
砂(SiO2)のみとなって、導電性がないもののみとな
る。
なおパターン印刷に関しては、このような方法以外に
も、あらかじめ基板10上にレジストインク等によって所
定のパターンを印刷し、次いでこの基板10表面にヒュー
ズ素材11としての銅等をメッキする。
するとヒューズ素材11としての銅はレジストインクに
よるパターン印刷以外の部分のみにメッキされるので、
その後レジストインクをカセイソーダ等によって溶かす
ことによって、基板10上に所定形状のヒユーズ素材11が
形成されるものである。
なおこのような製造方法とすることによって、ヒュー
ズ素材11が必要部分のみで足りるために、ヒューズ素材
11の節約が図れる。
次にこのようにして形成したヒューズの性能について
説明する。
基板;アルミナ磁器9mm×400mm×0.8mmt ヒューズ素材;銅10〜50μmt 溶融部巾 100μm 保護筒;ムライト磁器 消弧剤;ケイ砂 ケイ素のアルコキシド;テトラ−i−プロポキシシラン からなる本発明に係るヒューズを、全く同素材を用いた
にも係らず、消弧剤13を固化させないヒューズを比較例
として行なった遮断試験結果について、次表に示す。
このような結果から種々の値について判断する。
まず限流値については、 本願発明は平均が2301であり、比較例は平均が2277と
なった。
このような値だけを比較するとさほどの差異はないも
のの、本願発明では平均値に対する誤差が5%未満であ
るのに対して、比較例では誤差が約13%程度にまで達し
てしまった。
この点から、本願発明に係るヒューズは、設定電流で
溶断させる時の電流値についての誤差が少ないこととな
り、極めて性能的に安定したものといえる。
また溶断I2tについても、 本願発明は平均が65.18であり、比較例は平均が78.33
となった。
この平均値の比較だけであっても、比較例に比べて本
願発明は性能が約15%程度向上したこととなる。更に本
願発明では平均値に対する誤差が7%未満であるのに対
して、比較例では誤差が約15%程度にまで達してしまっ
た。
更に動作I2tについては、 本願発明は平均が578.94であり、比較例は平均が191
3.26となった。
この平均値の比較だけであっても、比較例に比べて本
願発明は値が約30%であり、性能がはるかに向上したこ
ととなる。更に本願発明では平均値に対する誤差が8%
未満であるのに対して、比較例では誤差が約35%程度に
まで達してしまった。
更に第2図に示したグラフは、前述したと同様な本願
発明と比較例との溶断時間を示したものである。
このグラフからも、従来のヒューズに比べて性能が向
上したことが理解できる。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明は、ヒューズ素材を設定
温度にて溶ける巾狭の溶融部を設けて基板上にパターン
成型し、この基板を消弧剤を充填した保護筒に内装する
ことによって、組み立てる際、あるいは消弧剤を充填す
る際に、狭小部が断線しないようにすると共に、保護筒
内部の消弧剤をケイ素のアルコキシドによって固化さ
せ、電流遮断の完全化、特に狭小部溶断後の電流遮断性
の向上を図ったものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す一部切欠き斜視図、第
2図は溶断時間を示すグラフ、第3図は従来のヒューズ
を示す一部切欠き正面図である。 10……基板、11……ヒューズ素材 12……保護筒、13……消弧剤
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−45726(JP,A) 特開 昭56−35340(JP,A) 特開 昭56−35339(JP,A) 特開 昭53−88149(JP,A) 特開 昭52−58397(JP,A) 特開 平1−294516(JP,A) 実開 昭55−18770(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱伝導性及び電気絶縁性の高い基板上に、
    導電性が高く、かつその耐熱性を阻害することなく、適
    温にて溶けるヒューズ素材を設定温度にて溶ける巾狭の
    溶融部を設けてパターン成型すると共に、この基板を消
    弧剤を充填した保護筒に内装したヒューズにおいて、 消弧剤を、ケイ素のアルコキシドによって固化させて形
    成したことを特徴とするヒューズ。
JP63125366A 1988-05-23 1988-05-23 ヒューズ Expired - Lifetime JP2688921B2 (ja)

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CN102395454A (zh) * 2009-02-27 2012-03-28 陶瓷技术有限责任公司 电保险装置、用于其的型坯、及制造该保险装置的方法

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