JP4630788B2

JP4630788B2 - ヒューズ素子とヒューズ素子の捻回方法

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Publication number: JP4630788B2
Application number: JP2005294443A
Authority: JP
Inventors: 昌彦山田; 竹司松本
Original assignee: Nippon Kouatsu Electric Co
Current assignee: Nippon Kouatsu Electric Co
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2025-10-07
Also published as: JP2007103274A

Description

本発明は、低圧配電線路の引込み線の途中に接続して使用される電線ヒューズに関するもので、詳しくは、大電流遮断部と小電流溶断部を有するヒューズ素子において、小電流溶断部の緩み形状とその形状形成方法に関わる改良に関するものである。

従来、前記のような引込み線の途中に接続して使用する電線ヒューズにおいて、銀線をヒューズ素子として使用して、その両側に接続パイプを設けて、大電流遮断部と小電流遮断部を絶縁容器内に外気と隔絶した状態で密閉収納されている電線ヒューズが知られている。

前記電線ヒューズにおけるヒューズ素子は両端に設けられた接続パイプが容器に固定保持されているため、容器の温度変化による熱膨張及び収縮に対して直接ヒューズ素子にストレスが加わらないように曲率半径の小さいＵ字状の緩み形状を持たせていることが記載されている。

実用新案昭和５４年第３１３００号

本願発明に使用されているヒューズ素子も同様、ヒューズ素子の両端部には接続部を設け、前記接続部は絶縁ケースにより固定保持されているため同様にヒューズ素子に緩み形状が必要となる。

上記のヒューズ素子は細径の線材からなる銀線により構成されているため曲率の小さいＵ字状の緩み形状を形成するのは比較的容易である。しかしながら、本願発明に使用されているヒューズ素子は、銀線より線径の太い銅線を使用しており剛性があるため、曲率の小さい緩み形状を形成した場合にはＵ字部で加工硬化が発生し、それ故通電時ヒューズ素子に発生するジュール熱の影響によりヒューズ素子が熱膨張及び収縮の変化により破断し易くなる。そのため、加工硬化を発生させず、ヒューズ素子の膨張及び収縮に対しても応力が緩和される曲率の緩み形状が必要となり、その形状を常に安定して形成するという問題点がある。

本発明においては、上記のように安定して適切な曲率の緩み形状とその緩み形状を安定して製造するために、請求項１の発明は、絶縁ケース４内部には、銅の線材からなり大電流を遮断するための遮断部Ａと小電流を遮断するための溶断部Ｂを一体で備えたヒューズ素子１を密閉収納した電線ヒューズ１０において、
前記ヒューズ素子１の線形状からなる溶断部Ｂは１回転の螺旋形状に形成されており、しかも螺旋形状の捻回開始位置と捻回終了位置は螺旋形状の線上に位置したことを特徴とするヒューズ素子である。

請求項２の発明は、絶縁ケース４内部には、銅の線材からなり大電流を遮断するための遮断部Ａと小電流を遮断するための溶断部Ｂを一体で備えたヒューズ素子１を密閉収納した電線ヒューズ１０において、前記ヒューズ素子１を捻回するために、ヒューズ素子１と平行に直線状の軸３３を配置し、その両側より該ヒューズ素子１と軸３３をそれぞれ挿通するための挿通穴３０ａ、３１ａ、３０ｂ、３１ｂを設けた保持具３０、３１を、ヒューズ素子１の念回部が露出するように挿通させ、一方の該保持具３０を固定保持し、他方の保持具３１は該軸３３を中心に回転させることでヒューズ素子１を捻回するヒューズ素子の捻回方法である。

請求項３の発明は、一方の前記保持具３１には、円周方向に溝部３１ｃを設け、さらに該溝部３１ｃには捻回数に対応した深溝部３１ｄを形成し、他方の保持具３０には該溝部３１ｃに係合するストッパー３２を設けたことを特徴とする請求項２のヒューズ素子１の捻回方法である。

上記の発明により、通電時においてヒューズ素子に発生するジュール熱の影響による熱膨張及び収縮の変化（歪み率）が減少し、ヒューズ素子に発生する応力が緩和されるため、電線ヒューズの長時間通電においてもヒューズ素子が破断することが無く長期に渡り信頼性を確保することができる。

また、上記発明の加工方法により、ヒューズ素子の緩み形状の曲率が常に一定となるように加工が出来る。

その捻回数は請求項３の発明により誰が行っても常に同じ角度となるためにヒューズ素子全体の形状も安定したものが製造できる。

而上記の製造方法は、回転中心となる軸に平行にヒューズ素子をセットし、片側の保持部材のみを回転させるという容易な方法であるため、誰が作業しても同様のヒューズ素子が製造できる。

発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
図１乃至図５は、本発明の実施例を示す。また、図６にはヒューズ素子捻回方法に関する別実施例を示す。

図５は本発明の加工方法により製造された電線ヒューズ素子１を用いた電線ヒューズ１０を示している。電線ヒューズ１０内には図４に示すように大電流領域を保護する大電流遮断部Ａと小電流領域を保護する小電流遮断部Ａを直列に一体で接続したヒューズ素子１である。

ヒューズ素子１は、図１に示すように大電流遮断部Ａと小電流遮断部Bを直列に、銅などの導電材からなる同一の素材によりセージングや切削等の加工により一体で成形されている。

大電流遮断部Ａは、一部を前記加工方法により細くした遮断部１ａとその両端を素材の線径のまま、あるいは遮断部１ａより太い連結部１ｃと遮断部１ａに設けられた太径の蓄熱部１ｄと小電流溶断部Bとの接続部１ｄとからなる。

小電流溶断部Ｂは、一部を除き前記加工方法により細くした溶断部１ｇと、その両端を素材の線径のまま、あるいは溶断部１ｇより太い連結部１ｈと、溶断部１ｇに設けられた連結部１ｈより細径で溶断部１ｇより太径の蓄熱部１ｆからなる。また、蓄熱部１ｄに近い溶断部１ｅ側には溶断部１ｅと同じ幅で長さが５乃至１０ｍｍ程度の錫合金からなる図示しない板材が巻きつけられている。なお、板材が巻きつけられている溶断部１ｅは、前記溶断部１ｇより僅か太い線径となっている。

これは、溶断に長時間を要する小電流領域の場合、ヒューズ素子１に巻き付けられた錫合金の板材が溶融し、それにより銅内部へ錫が拡散することで溶断部１ｅに銅と錫の合金が形成され、銅素材の状態と比較し溶融温度が低下することで溶断し易くするためである。

また、小電流溶断部Ｂは後述する捻回製造方法により形成された螺旋状の緩み形状を備えている。螺旋状の緩み形状は１回転した螺旋状をしており、該螺旋状の直径は約４ｍｍ程度で、接続部１ｈと蓄熱部１ｄの間に形成され、開始点（接続部１ｈの端部１Ｊ）と終了点（蓄熱部１ｄの端部１ｋ）は螺旋状の線上に位置している。しかも、接続部１ｈと蓄熱部１ｄと大電流遮断部Ａと接続部１ｃは同一軸線上になるように形成されている。

なお、緩み形状の形成後の小電流溶断部Ｂの長さは、緩み形状の形成前（直線形状）と比較して約８割乃至９割程度となるように形成されている。

該緩み形状は、通電時における電線ヒューズ１０においてヒューズ素子１に発生するジュール熱の影響での熱膨張及び収縮に伴う軸方に発生する変形や、直角方向に対する変形に対してヒューズ素子１の歪み量を緩和するためのものであり、その結果、小電流溶断部Ｂに発生する応力を緩和することができ、さらに大電流遮断部Ａでの座屈の発生を防止する効果もある。

また、該緩み形状の外端部と後述するガラス管５の内周面との距離Ｃは、小電流の電流遮断時にヒューズ素子１が溶断した場合にでも絶縁抵抗が低下しないためガラス管５にヒューズ素子１が接触しないよう設定されている。

図５に示すように、大電流遮断部Ａを覆うようにして配置された消弧部は、消弧容器２と消弧材６と蓋体３からなる。

消弧容器２は一端が閉塞する底部２ｃを有し、該底部２ｃにはヒューズ素子１の連結部１ｃの外径と同径の挿通孔２ｄが形成され、他端には開口部を有する円筒部２ａが形成されている。また、底部２ｃには開口部側へ突出した第２絶縁容器部２ｂが外周に構成されている。

また消弧容器２は耐熱性が高く強度のある透明な樹脂材料、例えばポリカーボネイトで形成されている。なお、消弧容器２は透明な樹脂以外にも半透明や不透明な樹脂で形成されてもよい。

消弧容器２の円筒部２ａにはケイ砂、石英砂、水酸化アルミナ等の粒状物の混合物、あるいはこれらの単独物の無機粒状物からなる消弧剤６が充填されている。

消弧容器２の円筒部２ａには蓋体３で閉塞されており、該蓋体３は図４に示すように直径の異なる２つの円柱部を組合わせた形状で形成されている。大径部３ａの直径は後述する絶縁容器４の筒部の内径部よりわずかに大きく、その小径部３ｂの直径は消弧容器２の円筒部２ａの内径とほぼ同径で、蓋体３の中央部にはヒューズ素子１を挿通するためのヒューズ素子１の連結部１ｄの外径と同径の挿通孔３ｃが形成されている。

更に、蓋体３は絶縁性を有する弾性材、例えばフッ素ゴム、テフロン（登録商標）ゴムやシリコンゴム材料等で形成され、好ましくは耐熱性の高いシリコンゴムである。

また、蓋体３の小電流溶断部Ｂ側には無機物からなる不織布のシート９、例えばシリカとアルミナからなる不織布が設けられている。これは耐熱性の高い蓋体３を用いてはいるが、小電流溶断部Ｂにおける電流遮断時に発生するアーク熱で蓋体３の溶損熱による電線ヒューズ１０内部の圧力上昇を防止するためのものである。

蓋体３はヒューズ素子１の連結部１ｄに密着し、かつ消弧容器２の円筒部２ａの開口端と後述するガラス管５によりシート９を介して狭持され消弧容器２を密閉し、消弧容器２内の消弧剤６が消弧容器２の外部に漏れ出さないようになっている。

消弧容器２に対向する位置でヒューズ素子１の同軸上に設けられた絶縁容器４は、例えばポリカーボネイト樹脂材料等の透明な耐熱性や強度が高い樹脂で形成されているが、透明な容器以外にも半透明や不透明な樹脂で形成されても良い。

絶縁容器４は一端が閉塞した底部４ａを有する筒形状からなり、該底部４ａにはヒューズ素子１の連結部１ｈの外径と合致した内径を有する挿通孔４ｂが形成されている。

また、絶縁容器４の円筒部の開口端は、消弧容器２と勘合するための突起部４ｃが形成されている。

ガラス管５はガラス材料からなる筒状の形状で、消弧容器２の円筒部２ａ端部と対向する位置に配置され、その外周面には、絶縁容器４開口端部の突起部４ｃが消弧容器２の絶縁第２容器２ｂの蓋部と合致するように組付けられている。それゆえ、ガラス管５の一端は蓋体３に接触し、他方は絶縁容器４の底部４ｃに接触することで、蓋体３を狭持している。

ヒューズ素子１の両側連結部１ｃ、１ｈの端部は、前記消弧容器２及び絶縁容器４外へ突出しており、突出した連結部１ｃ、１ｈにはヒューズ素子１と同じ銅材料からなるパイプ状の接続端子７が連結されている。

外筒ケース８は耐熱性や強度が高い例えばポリカーボネイト樹脂の透明な樹脂の射出成形により、絶縁容器４の筒部と消弧容器２の第２絶縁容器部２ｂよりなる絶縁体、及び絶縁体と接続端子７の接続部付近の外面に沿って密着して一体的に成形されている。

電線ヒューズ１０は、前記のように絶縁体を形成する絶縁容器４の筒部及び消弧容器２の第２絶縁容器部２ｂと、その外周面を密着して覆う外筒ケース８との２重の外郭が設けられていることにより大電流遮断時における内部圧力上昇に対する機械強度が確保される。

外筒ケース８の両端部前記接続端子７の隙間８ａにはシリコンゴム等のシール剤を充填することで電線ヒューズ１０の内部は外気から確実に密閉閉鎖された状態となっている。なお、外筒ケース８は透明な樹脂以外でも半透明や不透明な樹脂で形成されてもよい。

次に、ヒューズ素子１の緩み形状の形成に用いる器具について説明する。
捻回加工するための器具は、図２に示すようにヒューズ素子１を保持するための１対の保持具３０、３１と、保持具３０、３１の回転中心、及びヒューズ素子１の緩み形状を形成するための軸３３と、保持具３１の回転量と保持具３０、３１の間隔を管理するためのストッパー３２から構成される。

保持具３０、３１には図３に示すように、ヒューズ素子１の挿通孔３０ｂ、３１ｂと軸３３を挿入するための挿通孔３０ａ、３１ａがそれぞれ設けられており、しかも一方の保持具３０の外周面にはストッパー３２が固定され、さらに他方の保持具３１には該ストッパー３２の位置決部３２ａが係合するための溝部３１ｃが外周面に設けられている。

保持具３０に設けられた挿通孔３０ａの孔径はヒューズ素子１の連結部１ｈの直径とほぼ同径で、挿通孔３０ａの深さは、ヒューズ素子１の連結部１ｅが収納される距離である。他方の保持具３１にも同様にヒューズ素子１の蓄熱部１ｄの外径と同径の挿通孔３１ｂが設けられ、深さはヒューズ素子１の蓄熱部１ｄと大電流遮断部Ａと連結部１ｃを加えた距離である。同様に軸３３の挿通孔３０ａ、３１ａの孔径は軸３３とほぼ同径であり、保持具３０，３１の中心に対して挿通孔３０ａ、３１ａより外側にヒューズ素子１用の挿通孔３０ｂ、３１ｂを設けている。

軸３３は直線形状であり、その直径はヒューズ素子１の緩み形状とヒューズ素子１の線径に応じて決定される。例えば緩み形状の直径が４ｍｍ程度でヒューズ素子１の捻回部の線径が１ｍｍ程度あれば、軸３３の直径は１乃至２ｍｍ程度となる。ヒューズ素子１の捻回部（溶断部１ｇ、1e）の形状は、軸３３の外径を転写するように形成されるのではなく、ヒューズ素子１の剛性により軸３３の外径よりわずか大きく形成されるためである。

該ストッパー３２は、ばね性を有する材料、例えばステンレス、鋼材や樹脂材料からなり、一端は保持具３０の外周面に固定支持され他端は断面形状が鍵形状の位置決部３２ａからなるもので、保持具３０，３１の間隔を維持し、かつ保持具３１の回転量を規定するためのものである。

ヒューズ素子１を捻回する場合には、後述する方法でヒューズ素子１を保持具３０，３１に装着した後、一方の保持具３０に対して他方の保持具３１を１回転（３６０度）させることでヒューズ素子１の緩み形状を形成する。そのため、図２や図３に示すように、ストッパー３２位置決部３２ａが係合する保持具３１には、外周に沿って形成された溝部３１ｃに１箇所の深溝部３１ｄが形成されている。

本実施例においては、捻回量が１回転（３６０度）のため円周方向に１箇所の深溝部３１ｄを設けたが、円周上に均等に分割された２箇所の深溝３１ｂを形成することで保持具３１の回転量は半回転（１８０度）を規制することも可能となる。

また、ストッパー３２と該溝部３１ｂにより保持具３０，３１の間隔はヒューズ素子１の小電流溶断部Ｂの長さになるように規制されているために、小電流溶断部Ｂ全体で緩み形状を形成している。例えば、局部的に緩み形状を形成する場合にはストッパー３２の固定部３２ｂから位置決部３２ａまでの距離を短くすることで保持具３０，３１の間隔が近接し、その状態で保持具３１を回転させることで局部的な緩み形状が形成できる。

その場合には、挿通孔３０ｂ、３１ｂの深さは緩み形状のみが保持具３０，３１より露出される距離にする必要がある。

次に、ヒューズ素子１の捻回方法について述べる

セージングや切削加工により形成された直線形状のヒューズ素子１を保持具３０に設けられた挿通孔３０ｂに連結部１ｈまで挿入する。さらに、挿通穴３０ａに軸３３を同様に挿入することでヒューズ素子１と軸３３は平行に保持具３０に支持された状態となる。

保持具３０に平行支持されたヒューズ素子１と軸３３の他方側より、もう一方の保持具３１をストッパー３２が溝部３１ｃに係合するまで同様に挿通させる。これにより、ヒューズ素子１の緩み形状を形成する範囲が保持具３０，３１の間において露出された状態となっている。

図２に示すように、ヒューズ素子１の両側に保持具３０，３１が装着された後、図中、左側に位置する保持具３０に対して対向側の保持具３１を捻回方向に回転させる。本実施例においては、左側の保持具３０を固定し右側の保持具３１を回転させているが、操作としては特にこの逆でもかまわない。

捻回量が規定量に到達していない場合は図３（ｂ）に示すようにストッパーの位置決部３２ａが溝部３１ｃに係合しているのみで、深溝部３１ｄには達していない。

保持具３１を一回転させると、ストッパー３２の位置決部３２ａが溝部３１ｃに設けられた深溝部３１ｄに落ち込み、そのため保持具３１を回転させるための負荷が変化することで規定回転量に達したことが作業者には把握できる。

その後、ストッパー３２の位置決部３２ａを溝部３１ｃより取外し、両方の保持具３０，３１を左右に移動させながら挿着されたヒューズ素子１を抜き取る。抜取られたヒューズ素子１には小電流溶断部Ｂに緩み形状を備えたヒューズ素子１が形成される。

捻回が終了し、深溝部３１ｄよりストッパー３２を取外し易くするために、深溝部３２ａに軸方向と平行な深溝部３２ａと同じ深さの図示しないスリット部を形成してもかまわない。上記スリット部と深溝部３２ａにより捻回回数が規定量に到達した時には容易に保持具３０、３１が左右に移動できるため、捻回回数の誤作業防止の効果もある。

上記の製造方法により、特定の作業者に限らずヒューズ素子１に形成される緩み形状は、同じ範囲で、同じ形状のヒューズ素子１が常に安定して形成できる。

そのため、長時間通電によるヒューズ素子１の熱による膨張、及び収縮変化が生じた場合においても、その変位が緩和されヒューズ素子１に働く応力も緩和されることで長時間安定した性能が発揮できる。

なお、軸３３は特に本実施例の説明に限定されるものではなく、あらかじめ一方の保持具３０に圧入された状態で一体的に構成してもかまわない。

また、保持具３１の回転量を規制するためのストッパー３２の構成は本実施例の説明に限定されるものではなく、図６に示すように、ストッパー３２の位置決部３２ａが保持具３１の端面に当接することで一対の保持具３０，３１の距離を規制するようにしても良く、さらには保持具３１の回転量を規制するための深溝部３１ｄも同様に該保持具３１の端面に設けても良い。

その場合には保持具３１に設けられたストッパー３２の位置決部３２ａが係合する溝部３１ｃは設け無くても良い。

また、ヒューズ素子１に緩み形状を設ける場所としては、本実施例に示された小電流溶断部Ｂに限定されるものではなく大電電流遮断部Ａのみや、小電流溶断部Ｂと大電流溶断部Ａを含めた連結部１ｈ、１ｃを除くヒューズ素子１全体に緩み形状をつけてもかまわない。

その場には、軸３３とストッパー３２の長さを緩み範囲に合わせて長くすることで可能となる。

電線ヒューズに使用されている本発明の緩み形状が形成されたヒューズ素子の正面図本発明の緩み形状製造冶具の正面図本発明の緩み形状製造工程の断面図（ａ）軸とヒューズ素子を保持具に取付けた状態（ｂ）取付けた状態から保持具を半回転させた状態（ｃ）取付けた状態から保持具を１回転させた状態保持具のみのＡ−Ａ断面図本発明にて製造された電線ヒューズ素子を用いた電線ヒューズ断面図緩み形状を作成する捻回方法の別実施例と保持具の断面図

符号の説明

１ヒューズ素子
３０保持具
３１保持具
３１ｃ溝部
３１ｄ深溝部
３２ストッパー
３３軸
Ａ大電流遮断部
Ｂ小電流溶断部

Claims

絶縁ケース４内部には、銅の線材からなり大電流を遮断するための遮断部Ａと小電流を遮断するための溶断部Ｂを一体で備えたヒューズ素子１を密閉収納した電線ヒューズ１０において、
前記ヒューズ素子１の線形状からなる溶断部Ｂは１回転の螺旋形状に形成されており、しかも螺旋形状の捻回開始位置と捻回終了位置は螺旋形状の線上に位置したことを特徴とするヒューズ素子。
絶縁ケース４内部には、銅の線材からなり大電流を遮断するための遮断部Ａと小電流を遮断するための溶断部Ｂを一体で備えたヒューズ素子１を密閉収納した電線ヒューズ１０において、
前記ヒューズ素子１を捻回するために、ヒューズ素子１と平行に直線状の軸３３を配置し、その両側より該ヒューズ素子１と軸３３をそれぞれ挿通するための挿通穴３０ａ、３１ａ、３０ｂ、３１ｂを設けた保持具３０、３１を、ヒューズ素子１の念回部が露出するように挿通させ、一方の該保持具３０を固定保持し、他方の保持具３１は該軸３３を中心に回転させることでヒューズ素子１を捻回するヒューズ素子の捻回方法。
一方の前記保持具３１には、円周方向に溝部３１ｃを設け、さらに該溝部３１ｃには捻回数に対応した深溝部３１ｄを形成し、他方の保持具３０には該溝部３１ｃに係合するストッパー３２を設けたことを特徴とする請求項２のヒューズ素子１の捻回方法。