JP5026914B2

JP5026914B2 - ヒューズエレメント及びこのヒューズエレメントを用いてなるヒュージブルリンク

Info

Publication number: JP5026914B2
Application number: JP2007269688A
Authority: JP
Inventors: 秀樹柴田
Original assignee: Pacific Engineering Corp
Current assignee: Pacific Engineering Corp
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2027-10-17
Also published as: JP2009099372A

Description

本発明は、例えば自動車等の電気回路を保護するために用いられるヒューズエレメント
及びこのヒューズエレメントを用いてなるヒュージブルリンク(fusible link)に関し、詳
しくは電気回路に過電流が流れた場合に、ヒューズエレメントの迅速な溶断が可能なヒュ
ーズエレメント及びこのヒューズエレメントを用いてなるヒュージブルリンクに関する。

従来よりヒュージブルリンクは、電気回路に意図しない高電流が流れたときに、速やか
にその回路を遮断する保護素子として、種々の形式のものが採用されてきた。

そのヒューズエレメントとしては、銅などの比較的高融点の金属が使用されるとともに
、その可溶部には、通常、錫、銀、鉛、ニッケル等、若しくはこれらの合金からなる低融
点金属がデポジット(deposit)されている。ヒューズエレメントに過電流が流れると、錫
等の低融点金属が溶融し、銅との境界面において錫が溶融し、銅組織内に拡散して銅―錫
合金が生成され、これにより当該合金部分の低融点化が生じ、電気抵抗も高くなることに
より、銅母材が速やかに溶融し、回路を遮断する構造となっている。

このような従来のヒューズエレメントとしては、例えば図５に示すものが知られている
。このうち、図５（ａ）の平面図及びそのＺ−Ｚ軸断面図である図５（ｂ）に示すヒュー
ズエレメント５０は、両端部に取付孔５４を設け、銅製基板５１のくびれた部分に錫、銀
、鉛、ニッケルなどの低融点金属５２を島状にデポジットしたものである(例えば特許文
献１)。

しかし、この従来のヒューズエレメント５０は、銅製基板５１と低融点金属５２との境
界面における合金化面積が不十分であるため、過電流が流れても当該低融点金属５２部分
において、合金部分の低融点化や電気抵抗の高抵抗化が起こらず、速やかなる回路遮断が
期待できないものであった。

そこで、従来技術の中には、図５（ｃ）の縦断面図に示すように、銅製基板５１Ａに貫
通孔５３を穿設し、これに低融点金属５２Ａを流し込むものも見られるが(例えば特許文
献２)、これとて合金化が不十分であった。
特開昭５７−１１３５３５号公報(請求項１、図１) 特表平９−５１０８２４号公報(明細書第９頁、図)

そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、更に基板と低融点デポ
ジット金属との合金化が促進され、過電流時には速やかなる回路遮断が可能なヒューズエ
レメント及びこのヒューズエレメントを用いてなるヒュージブルリンクを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載のヒューズエレメントは、両端部が端子部で、該端子部間に溶断部が設けてあり、該溶断部に低融点金属が付着されてなるヒューズエレメントであって、該ヒューズエレメントの前記溶断部に、前記溶断部と前記低融点金属との接触面積を増大させて合金化を促進させ、合金部分の低融点化と電気抵抗の高抵抗化とを図ることにより迅速な回路遮断をさせるべく、孔径が少なくとも０．０５ｍｍで、かつ、そのピッチが前記孔径プラス０．０２ｍｍ程度の複数の貫通孔が施されていることを特徴とするものである。

請求項２に記載のヒューズエレメントは、請求項１記載のヒューズエレメントにおいて
、前記ヒューズエレメントの端子部は、差込式、又は捩じ込み式となっていることを特徴
とするものである。

請求項３に記載のヒュージブルリンクは、請求項１又は請求項２のヒューズエレメント
と、該ヒューズエレメントの少なくとも溶断部を収納するとともに、該ヒューズエレメン
トの端子部を相手側機器の端子部に着脱可能に臨ませた絶縁樹脂製のハウジングと、該ハ
ウジング内に収納された、前記ヒューズエレメントの前記溶断部側を閉塞する蓋体と、か
らなることを特徴とするものである。

請求項１に記載のヒューズエレメントによれば、ヒューズエレメントの溶断部に、低融
点金属との接触面積を増大させて合金化を促進させ、合金部分の低融点化と電気抵抗の高抵抗化とを図ることにより迅速な回路遮断をさせるべく、孔径が少なくとも０．０５ｍｍで、かつ、そのピッチが前記孔径プラス０．０２ｍｍ程度の複数の貫通孔が施されているので、低融点金属との接触面積が飛躍的に増大する。

よって、ヒューズエレメントに過電流が流れた場合は、低融点金属との接触面積が増大
した分、溶断部の低融点化と高抵抗化が進み、速やかにヒューズエレメントの溶断部を溶
断し、迅速な回路遮断が可能となる。

請求項２に記載のヒューズエレメントは、請求項１記載のヒューズエレメントにおいて
、前記ヒューズエレメントの端子部が、差込式、又は捩じ込み式となっているので、端子
タイプの如何に関わらず広い範囲のものに適用可能となる。

請求項３に記載のヒュージブルリンクは、請求項１又は請求項２のヒューズエレメン
トの少なくとも溶断部をハウジング内に収容し、この部分を蓋体で封止したので、これら
部材がヒューズエレメントを保護するとともに、請求項１のヒューズエレメントの作用効
果(速やかなる回路遮断)をいかんなく発揮する種々の端子タイプのヒュージブルリンクが得られる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。

本実施例は、請求項１に記載のヒューズエレメントのうち、ヒューズエレメントの溶断
部に複数の孔加工が施されているものの一例であり、図１（ａ）は、その全体平面図、図
１（ｂ）は、図１（ａ）のエレメントのＸ―Ｘ軸における縦断面図、図１（ｃ）は、図１
（ｂ）のエレメントのＰ部の拡大断面図である。

図１おいて、本実施例のヒューズエレメント１は、薄い板状をした捩じ込み式のもので
、薄い銅板製基板２に対し、図示しない回路部材への取付孔３が両端部に設けられ、中央
部には狭い幅Ｗで長さＬを有する溶断部４が形成されている。

なお、上記エレメント１は、通常、プレス成形により容易に製造することができる。

そして、溶断部４には、一定間隔で複数の小さな貫通孔５が穿設されているとともに、
貫通孔５の上から低融点金属６がデポジットされており、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に見
られるように、デポジットされた低融点金属６は複数の貫通孔５の内部を流下して基板２
の裏面にまで達している。

このように溶断部４に貫通孔５を設けるとともに、これに低融点金属６をデポジットし
、貫通孔５の孔形状や、孔径、ピッチ等を調整したり、低融点金属６の種類を適宜のもの
に選択することにより、ヒューズエレメント１の溶断時間をエレメントタイプ毎に定めら
れた好ましいものに調整することができる。

基板２としては、本実施例の銅板の他、例えばニッケル、アルミニウム、銀、又はこれ
らの合金を使用することができ、低融点金属６としては、例えば錫、銀、鉛、ニッケル等
、又はこれらの合金等を使用することができる。

又、デポジット法としては、金属蒸着、溶融や電気化学的等の公知の手段を用いること
ができる。

貫通孔５の孔径とピッチとしては、低融点金属６との接触面積を増大させて合金化を促
進させるためにはなるべく小径、小ピッチのものが好ましいが、低融点金属６の貫通孔５
内部への侵入を促進させるためには、孔径は少なくとも０．０５ｍｍ程度あればよい。

又、ピッチは、孔径＋０．０２ｍｍ程度がよい。孔形状は、円形に限るものではなく、
多角形の孔でもよい。

基板２の端子部の形式としては、本実施例のものは図１（ａ）の通り、基板２の両端部
に図示しない相手部材への取付孔３が設けられた捩じ込み式のものであるが、両端部が例
えば図４（ａ）で後述するメス側端子部１１ａ又は図４（ｂ）で後述するオス側端子部２
１となっている差込式のものであってもよいことは勿論である。

本実施例のヒューズエレメント１によれば、その溶断部４に、低融点金属６との接触面
積を増大させて合金化を促進させる複数の貫通孔５が穿設されているので、低融点金属６
との接触面積が飛躍的に増大する。

よって、ヒューズエレメント１に過電流が流れた場合は、その分、低融点金属６との接
触面積が増大し、溶断部４の低融点化と高抵抗化が生じるので、速やかなる電気回路の遮
断が可能となる。

かかる本発明の作用効果を示したのが図２のグラフであり、このうち図２（ａ）は、通
電電流(単位:Ａ（アンペア）)とその溶断時間(単位:Ｔ（ｓｅｃ）)との関係を、それぞれ
横軸と縦軸とに取り、両特性の関係を実線曲線Ａで示す本発明品のヒューズエレメントと
、破線曲線Ｂで示す従来品の孔なしの合金付与方法を用いたヒューズエレメントとについ
て併記したものである。

図２（ａ）に示すように、両曲線Ａ、Ｂの交点Ｐより左側の低通電電流領域においては
、本発明品の特性曲線Ａは、従来品の特性曲線Ｂよりも下方に位置するので、同一の電流
値（Ｉ₀）でも溶断時間を短く（Ｔａ＜Ｔｂ）調整することができる作用効果があること
を示しており、これにより負荷の損傷を小さくできる。なお、図中、Ｉ_Ｒは、ヒューズ定
格電流値を、Ｉ₂は実使用領域における通電電流の上限値を示している。

一方、上記実使用領域においては、通電電流とヒューズエレメント温度との関係は、次
の図２（ｂ）のようになる。

すなわち、図２（ｂ）は、図２（ａ）の横軸に示したエレメント溶断時の通電電流値（
Ｉ₀）までの領域について、横軸に前述の通電電流(単位: Ａ（アンペア）)を、縦軸にヒ
ューズエレメント温度(単位:℃)を取り、両特性の関係を、図２（ａ）と同様に実線曲線
Ａで示す本発明品のヒューズエレメントと、破線曲線Ｂで示す従来品の孔なしの合金付与
方法を用いたヒューズエレメントとについて併記したもので、両曲線右端の×印がそれぞ
れのエレメントの溶断点（溶断電流値：Ｉ₀）を示している。

図２（ｂ）に示すように、本発明品の特性曲線Ａは、従来品の特性曲線Ｂよりも下方に
位置する。すなわち、本発明品は、溶断部の孔の断面或いは凹凸の表面に低融点金属が付
着されているので、溶断部の接触面積が大きくなって接触抵抗が低下し、通電抵抗も低く
なる。その結果、発熱量が抑制され、温度上昇も抑えることができる。これにより、ヒュ
ージブルリンクの発熱量を抑制し、ヒューズボックス等に対して、熱の影響を小さくでき
る。

したがって、本発明品（曲線Ａ）は、図２（ｂ）の縦軸に示した規定温度（ｔ_ｕ）以下
で通電する場合、従来品（曲線Ｂ）の電流値（Ｉ_b）よりも、より大きな電流値（Ｉ_ａ）
を通電することができる（Ｉ_ａ＞Ｉ_b）。

又、通電電流が実使用領域の上限通電電流値（Ｉ₂）を超えると、ヒューズエレメント
の材料と低融点合金との合金化が加速され、溶断直前の温度上昇スピードも速くなり、従
来品よりも短い時間で溶断できるという優れた作用効果を有する。

又、従来品（曲線Ｂ）の実使用領域の通電電流は、許容できる温度上昇の規定温度がｔ
_ｕの場合、Ｉ_b以下であるが、本発明品（曲線Ａ）の場合はＩ_ａまで使用可能である。す
なわち、実電流がＩ_２の場合、従来品（曲線Ｂ）では使用不可能であり、その通電電流は
Ｉ_bまで容量を下げなければならないが、本発明品（曲線Ａ）は使用可能である。このよ
うに、本発明品は、許容できる温度上昇の規定温度ｔ_ｕが同一の場合、従来品に比べて通
電可能な電流領域が広がるので、その分、ヒューズエレメントの容量（Ａ）を下げること
ができることを意味する。

したがって、本発明品は、その下げられたヒューズエレメント容量に対応して、ヒュー
ズエレメントを小さく（細く）でき、配線スペース（断面）も小さくでき、よって全体を
軽量化できるという作用効果をも有する。

参考例

本参考例は、請求項１に記載のヒューズエレメントのうち、ヒューズエレメントの溶断
部に複数の凹凸加工が施されているものの一例であり、図３（ａ）は、その全体平面図、
図３（ｂ）は、図３（ａ）のヒューズエレメント１ＡのＹ―Ｙ軸における縦断面図、図３
（ｃ）は、図３（ｂ）のヒューズエレメント１ＡのＱ部の拡大断面図である。

なお、実施例１と同一符号のものは同一部材を示しているので、その説明は省略する。

図３（ａ）おいて、本参考例のヒューズエレメント１Ａの基板２Ａの構成及び用いる低
融点金属６Ａの種類等は、実施例１の場合と全く同様であるが、実施例１のヒューズエレ
メント１と異なる点は、低融点金属６Ａに対する基板２Ａの接触面積増大手段として、基
板２Ａ表面に凹凸加工５Ａが施されている点が異なる。

すなわち、本参考例のヒューズエレメント１Ａは、図３（ｃ）に示すように、基板２Ａ
の表面に、凹凸加工５Ａとして一定ピッチで凸部５ａと、凹部５ｂとが交互に施され、そ
の上から低融点金属６Ａのデポジット加工が施されている点である。このような基板２Ａ
に対し、低融点金属６Ａがデポジットされると、凸部５ａと、凹部５ｂの周囲に低融点金
属６Ａが回り込み、基板２Ａと低融点金属６Ａとの接触面積を増大させることができる。

又、基板２Ａの凹凸加工６Ａの変形例として、例えば図３（ｄ）のように、基板２Ｂの
溶断部４Ｂに、凸部５ｃと、凹部５ｄとが交互に繰り返されてなる蛇腹加工５Ｂを施し、
基板２Ｂの表面（又は／及び裏面）に低融点金属６Ｂをデポジットしたヒューズエレメン
ト１Ｂとしても良い。

このように基板２Ｂに貫通孔を設ける代わりに、上記のような種々の凹凸加工５、５Ａ
、５Ｂを施しても、基板表面と低融点金属間の接触面瀬の増大化が達成され、両金属間で
の合金化を促進させることができ、速やかなる回路遮断が可能となり、実使用領域も増え
る。なお、本参考例においても、実施例１で説明した図２の通電電流とその溶断時間と
の関係を有することは勿論である。

なお、以上に説明した実施例１及び参考例において、ヒューズエレメント１、１Ａ、
１Ｂは、その基板２、２Ａ、２Ｂがいずれも平板状のものであったが、これら平板状の基
板２、２Ａ、２Ｂに代えて、後述の実施例２で説明する、全体形状が略Ｕ字状をしたメス
形の差し込み式端子部１１ａ(図４（ａ）参照)や、オス形の差し込み式端子部２１(図４
（ｂ）参照)としても良いことは言うまでもない。

本実施例は、請求項２に記載のヒューズエレメント及び請求項３に記載のヒュージブル
リンクの一実施例であり、図４を参照しながら説明する。

図４は、端子部が種々の形式をしたヒュージブルリンクを示すもので、このうち図４（
ａ）は、端子部がメス形の差込タイプのものの縦断面図、図４（ｂ）は、前述の端子部１
１ａがオス形のねじ締めタイプとなったものの斜視図、図４（ｃ）は、端子部が平板形の
捩じ込みタイプのものの斜視図である。

まず、図４（ａ）のメス形差込タイプのヒュージブルリンク１０は、前述の実施例１及
び参考例で説明した溶断部４、４Ａ、４Ｂのいずれかを有する、外形が略Ｕ字状をした
ヒューズエレメント１１と、このヒューズエレメント１１の端子部１１ａを内部に収納す
るとともに、その溶断部１１ｂ側は開放され、底部１２ａは、その外部端子挿入孔１２ｂ
を図示しない相手側機器の端子部に着脱可能に臨ませた絶縁樹脂製のハウジング１２と、
このハウジング１２の開放側を閉塞する蓋体１３とで構成されている。

すなわち、図４（ａ）のヒュージブルリンク１０は、実施例１及び参考例で説明した
平板状のヒューズエレメント１、１Ａ、１Ｂの取付孔３、３Ａ、３Ｂを図４（ａ）のメス
形端子部１１ａに代え、これを同図に示すように、略Ｕ字状に折り曲げ形成して本実施例
のヒューズエレメント１１とし、その全体をハウジング１２に収納した上で、上から蓋体
１３で封止したものである。

なお、ハウジング１２と蓋体１３とは、電気的導通を避けるため、絶縁樹脂製の材料が
使用され、蓋体１３は内部のヒューズエレメント１１の溶断状況が視認できるように透明
樹脂製にされている。

次の図４（ｂ）のオス形差込タイプのヒュージブルリンク２０は、端子部２１がオス形
のねじ締めタイプのもので、端子部２１が露出している点を除き、溶断部がハウジング２
２内に収納され、蓋体２３で封止されている点については図４（ａ）のメス形タイプのヒ
ュージブルリンク１０と同様である。

最後の図４（ｃ）のヒュージブルリンク３０は、実施例１及び参考例で説明した平板
状ヒューズエレメント１、１Ａ、１Ｂの溶断部４、４Ａ、４Ｂを両側からハウジング３１
で挟持し、オス形端子部３０ａを露出させた状態で上記溶断部４、４Ａ、４Ｂを透明樹脂
製の蓋体３２で封止したものである。

これらのヒュージブルリンク１０、２０、３０によると、内部のヒューズエレメントを
保護する種々の端子タイプのヒュージブルリンクが得られるとともに、ヒューズエレメン
トの溶断時には、実施例１及び参考例で前述したヒューズエレメント溶断部４、４Ａ、
４Ｂの作用効果(速やかな回路遮断)を全く同様に発揮することができる。

図１（ａ）は、本発明のヒューズエレメントの全体平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のヒューズエレメントのＸ―Ｘ軸の縦断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のエレメントのＰ部の拡大図である。図２（ａ）は、ヒューズエレメントの通電電流とその溶断電流との関係を、図２（ｂ）は、ヒューズエレメントの通電電流とエレメント温度との関係を、本発明品と従来品のヒューズエレメントとのそれぞれについて示したグラフである。図３（ａ）は、図１のヒューズエレメントとは異なる態様の参考例としてのヒューズエレメントの全体平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のエレメントのＹ―Ｙ軸における縦断面図、図３（ｃ）は、図３（ｂ）のエレメントのＱ部の拡大図である。本発明のヒュージブルリンクの全体図で、図４（ａ）は、端子部がメス形の差込タイプのものの縦断面図、図４（ｂ）は、端子部がオス形のねじ締めタイプのものの斜視図、図４（ｃ）は、端子部が捩じ込みタイプのものの斜視図である。図５（ａ）は、従来のヒューズエレメントの平面図、図５（ｂ）は、そのＺ−Ｚ軸における縦断面図、図５（ｃ）は、従来のヒューズエレメントの別例の縦断面図である。

１ヒューズエレメント(本発明)
１Ａ、１Ｂヒューズエレメント(参考例)
２、２Ａ、２Ｂ基板
３、３Ａ、３Ｂ取付孔
４、４Ａ、４Ｂ溶断部
５貫通孔
５Ａ、５Ｂ凹凸加工部
６、６Ａ、６Ｂ低融点金属
１０メス形差込タイプのヒュージブルリンク(本発明)
２０オス形差込タイプのヒュージブルリンク(本発明)
３０平板状捩じ込みタイプのヒュージブルリンク(本発明)

Claims

両端部が端子部で、該端子部間に溶断部が設けてあり、該溶断部に低融点金属が付着されてなるヒューズエレメントであって、
該ヒューズエレメントの前記溶断部に、前記溶断部と前記低融点金属との接触面積を増大させて合金化を促進させ、合金部分の低融点化と電気抵抗の高抵抗化とを図ることにより迅速な回路遮断をさせるべく、孔径が少なくとも０．０５ｍｍで、かつ、そのピッチが前記孔径プラス０．０２ｍｍ程度の複数の貫通孔が施されていることを特徴とするヒューズエレメント。
前記ヒューズエレメントの端子部は、差込式、又は捩じ込み式であることを特徴とする請求項１記載のヒューズエレメント。
請求項１又は請求項２のヒューズエレメントと、
該ヒューズエレメントの少なくとも溶断部を収納するとともに、該ヒューズエレメントの端子部を相手側機器の端子部に着脱可能に臨ませた絶縁樹脂製のハウジングと、
該ハウジング内に収納された、前記ヒューズエレメントの前記溶断部側を閉塞する蓋体と、からなることを特徴とするヒュージブルリンク。