JP3403301B2 - 小型ヒューズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、電気／電子回路の
安全を守るヒューズにおいて、消弧剤をヒューズ内に充
填した遮断容量の大きい小型ヒューズに関する。 【０００２】 【従来の技術】過大の故障電流から電気／電子機器を保
護し、発煙並びに発火及び火災を防止するため、商用電
源に接続して使用される電気／電子機器には殆ど例外な
く小型の電流ヒューズが用いられている。機器内で短絡
等の故障によりヒューズの定格電流の数十倍を超える大
きな電流が流れる場合には、消弧剤を絶縁筒に充填した
遮断能力の大きいヒューズ（以下高遮断容量ヒューズと
いう）が従来から使用されてきた。大きな短絡電流が流
れる回路に、高遮断容量ヒューズを挿入し短絡が発生し
た場合、ヒューズは短時間に溶断し、ヒューズエレメン
トの一部又はほぼ全てが金属蒸気となり、絶縁筒内にア
ーク放電が発生するが、このアークは周囲の消弧剤によ
って急冷される。結果として、短絡回路に大きな抵抗が
挿入され、ヒューズの溶断とほぼ同時に短絡電流は限流
し始める。消弧剤の消弧作用が十分大きければ絶縁筒の
内部で発生したアーク放電は短時間で消弧し、短絡電流
は安全に遮断されるが、消弧作用が十分でない場合に
は、限流した電流は再び増加し始め、ヒューズの破壊等
を引き起こす。アーク放電は、回路電圧が高いほど、発
生する金属蒸気が多いほど、アーク放電の距離が短いほ
ど消弧が難しくなる。即ち、ヒューズの定格電圧が高い
ほど、ヒューズエレメントの断面積が大きく定格電流が
大きいほど、絶縁筒の寸法が小さいほどヒューズが安全
に電流を遮断することが難しくなり、消弧作用の大きい
消弧剤が必要になる。これまでは、消弧剤として珪砂が
広く用いられてきた。また、ヒューズエレメントは、図
２に示すように、狭隘部を設けた板形状、単線及びより
線構造のものが用いられてきた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】スイッチング電源の進
歩にともない、電気／電子機器の電源部に使用されてい
たトランスは廃止され、半導体整流方式に変わり電源は
小型化してきたが、機器内で短絡等の故障が発生した場
合に流れる故障電流は飛躍的に増大し、機器を保護する
ためのヒューズは従来と比較してかなり高い電圧の回路
や直流に整流された回路等に挿入されるなどヒューズは
遮断条件的に従来と比較にならないほど過酷な条件で使
用されるようになった。また、スイッチング電源を用い
た機器では機器の電源を投入した際に大きな突入電流が
流れるが、ヒューズは、この突入電流を始めその目的と
する保護回路に流れる特殊な非故障電流では溶断するこ
となく、比較的小さな故障電流であっても回路の事故に
つながる様な電流が流れ続ける場合には保護目的を達成
できる時間内に確実に溶断し、大きな故障電流が流れた
場合には瞬時に溶断し回路を保護するという特性、即
ち、タイムラグ特性が要求される。十分なタイムラグ特
性を持つ高遮断容量ヒューズが現在ないため、突入電流
でヒューズが溶断しないようにヒューズに直列に電流制
限用の素子を挿入するいう例もある。更に、電気／電子
機器の多くは従来以上の性能を維持しながらさらにサイ
ズを小さくしたいという要求があり、電源を更に小型
化、高密度化する必要がでてきた。このため、従来のヒ
ューズと比較してより、形状的には小型であり、定格電
圧の大きい、タイムラグ特性及び遮断性能が高いヒュー
ズが要求されるようになった。ヒューズにタイムラグ特
性が要求される場合、ヒューズエレメントの構造をより
線としたヒューズが広く用いられてきたが、ヒューズエ
レメントをより線にすると、単線に比べヒューズエレメ
ントの断面積は大きくなり全長は長くなるので、ヒュー
ズエレメントの総量は単線の場合と比較してかなり増大
する。ヒューズが溶断しアーク放電が発生した場合に
は、ほぼ全てのヒューズエレメントが気化するので、発
生する金属蒸気の量は単線と比べてより線の方が著しく
多い。このため、従来の消弧剤では消弧作用が十分でな
いので従来の消弧剤を用いて、タイムラグ特性の強いヒ
ューズ、特にタイムラグ特性の強い定格電流の大きいヒ
ューズを実現することができなかった。また、前述の通
り、アーク放電は回路電圧が高いほど、アーク放電の距
離が短いほど消弧が難しくなるが、従来の消弧剤では、
ヒューズの定格電圧をあげたり、寸法を小さくすること
が難しいという問題点もあった。 【０００４】狭隘部を設けた板状のヒューズエレメント
を用いたヒューズに過電流が流れた場合には、最初に狭
隘部で溶融が起こりアーク放電が発生する。ヒューズエ
レメントの狭隘部以外の部分が溶融する前に、アーク放
電が消弧すれば金属蒸気の量を少なく押さえることがで
きるが、ヒューズの寸法を小さくしたり、回路電圧を上
げるなどして遮断条件を厳しくしていけば、板状のヒュ
ーズエレメントではアーク時間は長くなる。そして、電
流の流れ始めから電流瞬時値の２乗の時間に対する積分
値がある値を超えると狭隘部以外の部分も溶融し、ヒュ
ーズエレメント全体が気化する。ヒューズエレメント全
体が気化した場合、狭隘部のみが気化した場合と比較し
て発生する金属蒸気量は極端に増大し、遮断は著しく難
しくなる。したがって、狭隘部を設けたヒューズエレメ
ントを持つヒューズは、遮断条件的に十分余裕があり、
短時間でアーク放電が消弧する場合には用いることはで
きるが、小型化したり、定格電圧を上げるなどして、ヒ
ューズエレメント全体が気化するような条件での使用に
は適さない。即ち、ヒューズの定格電圧をあげたり、寸
法を小さくすることは難しいという問題点がある。本発
明が解決しようとする課題は、消弧作用の大きい新しい
消弧剤を用いることによって、電気／電子機器の小型化
のために現在要求されている、従来と同じ又はそれ以下
の寸法であって、従来より高い電圧の回路や大きな短絡
電流の流れる回路に使用でき、しかもタイムラグ特性の
強い、従来と同じ又は従来以上の定格電流のヒューズを
提供する点にある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明に係るヒューズ
は、上記課題を解決したものであって、次のようなもの
である。本発明に係るヒューズでは、絶縁筒の両端にキ
ャップ状の金属であるキャップを接着剤等で固定し、絶
縁筒の内部を通ったヒューズエレメントを絶縁筒の両端
のキャップの外側に半田付けし、絶縁筒とキャップによ
って形成される空間に消弧剤が充填される構造になって
いる。絶縁筒はセラミック、プラスチック、ガラス等の
絶縁材料で作られ、円筒状のものが普通であるが、角筒
状であってもよい。ヒューズエレメントの材質はある特
定の金属又は合金であり、ヒューズエレメントは単線又
は組成の異なる２本以上のより線で構成される。消弧剤
は、比較例に示す通り、高い消弧作用を持つゼオライト
構造を破壊しない程度の高温脱水処理を行なった重量パ
ーセントで、主成分二酸化珪素を７０％から８０％、酸
化アルミニウムを１５％から２０％、３％以下の酸化ナ
トリウム及び塩化カリウム、１％以上の酸化第二鉄及び
酸化マグネシウム、１％以下の酸化カルシュウム及び微
量の燐酸等を含む天然ゼオライト粒子（以下単にゼオラ
イト粒子という）を使用する。ヒューズエレメントが溶
融し、アーク放電が発生するとヒューズエレメントは気
化し、金属蒸気となるが、アーク、即ち、この金属蒸気
は周囲の消弧剤によって急激に冷却される。その結果、
金属蒸気が昇華又は液化及び凝固し、消弧剤粒子に金属
が付着する。従来の消弧剤粒子（珪砂）では、図４に示
すように消弧剤粒子を包み込むように金属が付着するの
で、再蒸発しやすくアーク放電が持続しやすいことを考
慮し、本発明では、ゼオライト粒子の成分を特定するこ
とによって、図３に示すように、粒子が変形し金属を粒
子内に埋め込むように金属が付着するようにしている。
このため、付着した金属の露出表面積は小さく、いった
ん付着した金属が引き続き持続するアーク放電にさらさ
れても、再蒸発しづらく、高い消弧作用を得ることがで
きる。 【０００６】 【比較例】本発明品で使用した消弧剤が従来の消弧剤と
比較して著しく消弧作用が大きいことを示すため、定格
電流６．３アンペア用の２本のより線構造のヒューズエ
レメントとガラスの絶縁筒を用いて、ヒューズの直径が
５ミリメートル、全長が２０ミリメートルとなる、消弧
剤の異なる３種類のヒューズを作成し、電源電圧直流４
００ボルトで２００アンペア流れる回路にヒューズを挿
入し、遮断試験を行った。使用した消弧剤は、粒径０．
１ミリメートルから０．７ミリメートルの、請求項１に
掲げる成分のゼオライト粒子、請求項１に掲げる成分と
は異なる成分のゼオライト粒子及びシリカ粒子（二酸化
珪素）の３種類である。消弧剤が異なる３種類のヒュー
ズそれぞれ１０個の試料に対し試験を行った。３種類の
ヒューズともに溶断時間は約３ミリ秒であったが、アー
ク時間には大きな違いがあった。請求項１に掲げる成分
のゼオライト粒子を用いた試料ではアーク時間は１ミリ
秒から３ミリ秒程度であり、ヒューズの外観には何の異
常もなく、安全に電流を遮断したのに対し、請求項１に
掲げる成分とは異なる成分のゼオライト粒子を用いた試
料では１０個中１個にガラスの破損が生じ、更に、シリ
カ粒子を用いた試料ではアーク時間が数百ミリ秒と長
く、ヒューズのキャップとヒューズホルダーの接触部分
が溶着したり、ガラスが破損するなど電流を安全に遮断
できなかった。 【０００７】 【発明の実施の形態】 【実施例１】本発明の実施例１を、図１に基づいて説明
する。図１は実施例１を示す部分断面図である。１はヒ
ューズの内部に充填した消弧剤でゼオライト粒子であ
り、３はヒューズエレメントであり、５は絶縁筒であ
り、４はキャップであり、２は半田である。キャップ４
の中央付近にはヒューズエレメントを通し、消弧剤を充
填するための穴が設けられている。通常、キャップ４を
絶縁筒５の両端にに接着剤等で固定し、ヒューズエレメ
ントを通し片一方のキャップを外側から半田付けし、更
に半田付けしていないキャップの穴から消弧剤をヒュー
ズ内に充填し、ヒューズエレメントをそのキャップ上に
外側から半田付けして組み立てを行う。ヒューズエレメ
ントの材質として融点の低い金属又は合金を使用した
り、材質の異なる適切なヒューズエレメントをより線に
することにより、タイムラグ特性の強いヒューズを実現
できるが、ヒューズエレメントの構造及び材質は、要求
される溶断特性によって最適なものを選ぶ。 【０００８】 【発明の効果】消弧作用の大きい新しい消弧剤を用いた
本発明によって、従来と同じ寸法又はそれ以下の寸法で
あって、従来より高い電圧の回路や大きな短絡電流の流
れる回路に使用でき、しかもタイムラグ特性の強い、従
来と同じ又は従来以上の定格電流のヒューズを実現する
ことが可能となった。したがって、電気／電子機器に現
在要求されている特性を持つ様々なヒューズを提供する
ことができる。本発明に係わる小型ヒューズを電気／電
子機器に使用することによって、電気／電子機器の電源
の小型化及び高密度化はもちろん、電源の簡素化又は高
効率化ができ、機器の小型化と機器自体のコストダウン
に寄与する。

【図面の簡単な説明】 【図１】実施例１を示す部分断面図である。 【図２】ヒューズエレメントを示す斜視図である。 【図３】電流遮断後の消弧剤（ゼオライト粒子）への金
属の付着状況を示す斜視図である。 【図４】電流遮断後の消弧剤（シリカ粒子）への金属の
付着状況を示す斜視図である。 【符号の説明】 １ ゼオライト粒子 ２ 半田 ３ ヒューズエレメント ４ キャップ ５ 絶縁筒 ６ 付着金属 ７ ゼオライト粒子 ８ シリカ粒子

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】絶縁筒の両端にキャップを持つ構造の小型
   のヒューズにおいて、ヒューズエレメントの構造が単線
   又は２本以上のより線であり、ヒューズ本体の全長が３
   ５ミリメートル以下の寸法であって、消弧剤として、ゼ
   オライト構造を破壊しない程度の高温脱水処理を行なっ
   た重量パーセントで、主成分二酸化珪素を７０％から８
   ０％、酸化アルミニウムを１５％から２０％、３％以下
   の酸化ナトリウム及び塩化カリウム、１％以上の酸化第
   二鉄及び酸化マグネシウム、１％以下の酸化カルシュウ
   ム及び微量の燐酸等を含む天然ゼオライト粒子を充填し
   た遮断性能の高い小型ヒューズ。