JP5769202B2 - 感温ペレット型温度ヒューズ - Google Patents

Description

本発明は、電気機器の過熱を検知して回路を遮断する感温ペレット型温度ヒューズに関し、接点部、特に第１リードのケース内端部から発生するアークによる部材同士の溶着もしくは絶縁抵抗低下を防止できるように改良した感温ペレット型温度ヒューズに関する。

家庭用電気製品あるいは産業用電気・電子機器には、機器の温度を感知して異常過熱時に速やかに回路を遮断する保護部品として温度ヒューズが使用される。温度ヒューズは、例えば家電製品、携帯機器、通信機器、事務機器、車載機器、ＡＣアダプタ、充電器、モータ、電池などの製品に搭載されている。一般に温度ヒューズには、定格電流値が概ね０．５Ａから１５Ａ程度までの種々の物があるが、特に６Ａ以上の高電流定格用として感温ペレット型温度ヒューズが好適に利用されている。感温ペレット型温度ヒューズの代表的な形態の一つとして、例えば、特許文献１または特許文献２に示すように、内部に中空部を有する筒状の金属ケースと、この金属ケースの両端に配設された第１リードと第２リードを有し、第２リードに接して配設された感温ペレットと、この感温ペレットを介して第１リードに当接し常時開離方向に付勢された可動接点とを備え、搭載された電気機器の温度が所定温度以上となった場合に感温ペレットが溶融または軟化することにより、可動接点が付勢力により第１リードより開離して回路を遮断する感温ペレット型温度ヒューズがある。前述の構成における感温ペレット型温度ヒューズを電気機器に直列に接続しかつ電子、電気機器の異常温度上昇を検知したい箇所に配置することによって、感温ペレット型温度ヒューズを介して電気機器に給配電することができる。感温ペレットは平常温度で固体であり、このとき該付勢力により可動接点を第１リードのケース内端部に押圧接触させている。したがって、第１リード―金属ケース―可動接点―第２リードが導通状態に保持されている。そして、電気機器の短絡等の異常通電によって設置箇所の温度が感温ペレット型温度ヒューズの動作温度にまで上昇すると、感温ペレットが溶融し、可動接点を第１リードの端部に押圧接触させている付勢力が減少して解かれるので、可動接点が第１リードのケース内端部から開離して、第１リードと第２リードとの間が非導通状態となる。これによって電気機器への給配電が停止されて電気機器の温度上昇が阻止され、電気設備の過熱損傷あるいはそれに起因する発火などの事故を未然に防止できる。

特許文献１：特開平０１−１５４４２２号公報
特許文献２：実案登録第３１６１６３６号公報
特許文献３：実公昭５７−０５２８４１号公報
特許文献４：特開平０８−０４５４０４号公報

上記のように、感温ペレット型温度ヒューズは非復帰型の保護素子であり、動作後の再導通を防止し通電遮断性をより完全かつ確実なものとする必要から、感温ペレット型温度ヒューズの動作後において、第１リードと第２リードとの間の耐電圧は高いほど望ましく、また動作後の絶縁抵抗もより高いものが望ましい。このため、例えば、感温ペレット型温度ヒューズの両リード間の耐電圧をより向上させる目的で、感温ペレット型温度ヒューズの動作後において第１リードの内方端と可動接点との距離を大きくすることで耐電圧を向上させる方法が特許文献３に提案されている。さらに特許文献４には、第１リードと可動接点との間に中間電極となる浮動接点部材を増設して接点開離部位と可動接点とを分離し、アーク放電の発生し易い接点開離部位を第１リードと浮動接点部材との当接面にすることにより、可動接点に付勢力を与えている弱圧縮ばねと第１リードとの間にアーク放電が発生し難い構造を有する感温ペレット型温度ヒューズがある。

ところが、第１リード端と可動接点との距離を大きくすることで耐電圧を向上させる特許文献３に記載される感温ペレット型温度ヒューズ構成では、例えば、図３に示す従来例（ａ）および（ｂ）の製品断面図で示すように、付勢力を担う金属製の圧縮ばねは導電性であることから、第１リードの内方端と可動接点との距離を大きくしても、可動接点に弾性接続する弱圧縮ばねが可動接点よりも第１リード端部により近い位置に配置されるため、リード端部と可動接点との距離よりもリード端部と弱圧縮ばねとの距離の方が、第１、第２両リード間の耐電圧に対して大きく影響し、接点開離時もしくは開離後に発生したアーク放電は、リード端部から近傍の弱圧縮ばねに放電路を形成し易く、弱圧縮ばねと可動接点とがアーク放電に曝されて溶着し、接点が完全に開離してしまう前に半開状態で停止したり、絶縁距離が不十分な状態で開離動作が途中で中断してしまうことがあり、或る条件下においては動作後の温度ヒューズの一部に耐電圧や絶縁抵抗が劣るものが発生するという問題があった。また、特許文献４の感温ペレット型温度ヒューズは、第１リードと可動接点との間に新たに浮動接点部材を増設する必要があり、構成がより複雑なものとなり、余分に製造コストを要するため経済的な不利益が大きい。

そこで本発明は、浮動接点部材などの追加部品を要せず、接点開離時もしくは開離後に発生するアークから圧縮ばねを含む可動接点周辺の金属部材を効率的に遮蔽でき、金属部材同士の溶着を防止し、動作後の再導通が無い確実な遮断性を備え、安全かつ経済性に優れた感温ペレット型温度ヒューズを提供することを目的とする。

本発明によると、良導電性かつ良熱伝導性の筒状ケースの内部に、少なくとも、特定温度で溶融または軟化する感温ペレットと、この感温ペレットを押圧する強圧縮ばねと、筒状ケースの開口端を閉止する絶縁管と、この絶縁管に当接した弱圧縮ばねと、絶縁管を貫通した内方端を接点部とした第１リードと、この第１リードおよび筒状ケースと電気接続した可動接点とを有し、さらに筒状ケースの片端に配設された第２リードを備えた感温ペレット型温度ヒューズにおいて、絶縁管と可動接点との間の第１リード内方端の露出面積を抑制した感温ペレット型温度ヒューズが提供される。さらに好ましくは、良導電性かつ良熱伝導性の筒状ケースの内部に、少なくとも、特定温度で溶融または軟化する感温ペレットと、感温ペレットを押圧する強圧縮ばねと、筒状ケースの開口端を閉止する絶縁管と、絶縁管に当接した弱圧縮ばねと、絶縁管を貫通する第１リードと、第１リードおよび筒状ケースと電気接続した可動接点を有し、さらに筒状ケースの片端に配設された第２リードを備えた感温ペレット型温度ヒューズにおいて、第１リードの内方端周縁を絶縁管に形成された周壁で囲んで、絶縁管と可動接点との間隙を狭くすることにより第１リード内方端の露出面積を抑制して、可動接点と第１リードの接点が開離する際もしくは開離後に発生するアーク放電から周壁の外側に配置された圧縮ばね等の金属部品を遮蔽したことを特徴とする感温ペレット型温度ヒューズが提供される。

本発明の感温ペレット型温度ヒューズは、第１リードの内方端周縁を絶縁管に形成された周壁で囲み、この周壁端から可動接点までの間隙、つまり第１リード内方端の露出面積、露出長さを抑制することで、可動接点と第１リードの接点が開離する時に発生するアーク放電から、周壁の外側に配置された金属部品を遮蔽する事ができ、部品点数を増やすことなく、また、感温ペレット等の部品の材料、材質を変更する必要が無く、さらに筒状ケースの外径や長さを大きくすることなく、動作後の絶縁抵抗低下や絶縁破壊を防ぐことができるため、小型化しても電圧／電流定格を維持することができる。

エッジ効果で電界強度が大きくなり放電が集中する第１リードの内方端周縁を、絶縁管に形成された周壁で囲みまたは同時に第１リードの内方端周縁の隅角を丸めることにより、第１リード内方端の電界強度を分散低減してアーク放電を発生し難くする。

本発明に係る実施例１の感温ペレット型温度ヒューズ１０の断面図を示す。 本発明に係る実施例２の感温ペレット型温度ヒューズ２０の断面図を示す。 従来の感温ペレット型温度ヒューズ（ａ）および（ｂ）の断面図を示す。

本発明によると、良導電性かつ良熱伝導性の筒状ケースの内部に、少なくとも、特定温度で溶融または軟化する感温ペレットと、感温ペレットを押圧する強圧縮ばねと、筒状ケースの開口端を閉止する絶縁管と、絶縁管に当接した弱圧縮ばねと、絶縁管を貫通した内方端を接点部とした第１リードと、第１リードおよび筒状ケースと電気接続した可動接点とを有し、さらに筒状ケースの片端に配設された第２リードを備えた感温ペレット型温度ヒューズにおいて、第１リードの内方端周縁を絶縁管に形成された周壁で囲んで、絶縁管と可動接点との間隙Ｌ１を所定の寸法以下に抑えて第１リード内方端の露出面積を抑制したことにより、第１リードに当接した可動接点と第１リードとが開離する際および開離後に発生するアーク放電から周壁の外側に配置された弱圧縮ばね等の金属部品を遮蔽した感温ペレット型温度ヒューズが提供される。一つの好ましい構成においては、第１リードに貫通挿着された絶縁管に設けた周壁端から可動接点までの間隙（すなわち絶縁管端面から第１リード先端部が露出する部分の長さ）をＬ１とし、第１リード端から弱圧縮ばねまでの距離をＸとして、Ｘ／Ｌ１の比を少なくとも０．６以上とすることで、両接点間の開離および開離後に発生するアーク放電から金属部品を効果的に遮蔽できる。さらに好ましくは、Ｘ／Ｌ１の比を１．０以上とするのが良い。また、第１リード内方先端外周の隅角を丸めて第１リード内方端に集中する電界を分散しても好ましい。

本発明の感温ペレット型温度ヒューズ１０は、図１に示すように一端にかしめ固定されている銀めっき銅材の第２リード１９を配設した銀めっき銅合金製筒状ケース１８の内部に、特定温度で溶融する化学薬品製感温ペレット１５と、２枚の金属板８０と、両金属板８０の間に介在され感温ペレット１５を押圧するように設けた強圧縮ばね１４と、片方の金属板８０に当接しかつ筒状ケース１８内壁に摺接した銀合金製可動接点１７と、筒状ケース１８の開口端を閉止するセラミック製絶縁管１２と、この絶縁管１２の中心部を貫通した内方端を接点とする銀めっき銅材の第１リード１１と、絶縁管１２と可動接点１７との間に挟んだ弱圧縮ばね１３とを有し、さらに筒状ケース１８内をエポキシ樹脂封止材７０で気密封止すると共に、封止材７０端部にセラミック製の碍管９０とを備える。絶縁管１２は、第１リードに設けた突起部１０１とフランジ部１００との間に挟んで該リードに固定され、同時に可動接点１７に当接した第１リード１１の内方端周縁が絶縁管１２の周壁１６で囲まれるように配設されている。このとき周壁１６端から可動接点１７までの間隙Ｌ１と第１リード端から弱圧縮ばねまでの距離Ｘの比Ｘ／Ｌ１を、少なくとも０．６以上とすることで、両接点間の開離および開離後に発生するアーク放電から金属部品を効果的に遮蔽できる。さらに好ましくは、Ｘ／Ｌ１を１．０以上とするのが良い。これにより、第１リード１１の接点と可動接点１７とが開離する際および開離後に発生したアーク放電から周壁１６の外側に配置された弱圧縮ばね１３等の金属部品を遮蔽する。実施例１の感温ペレット型温度ヒューズ１０は、従来、専ら第１リード先端側に設けたフランジ部の座りを良くする目的で絶縁管１２の先端部に浅く設けられていた座ぐりを、周壁１６を成すようにより深く設けて第１リード１１の接点側端部を絶縁管１２の周壁１６により遮蔽できるように改良し、さらに、第１リード内方端の外周隅角を丸めて電界が隅角部に集中するのを防止している。このとき、絶縁管１２の座ぐりを従来以上に浅くする代わりに第１リード先端側に設けられたフランジ部を第１リード先端側によせることで周壁１６端から可動接点１７までの間隙Ｌ１を短くしてもよい。

ここで、本発明の実施例１として、本発明に係る感温ペレット型温度ヒューズと、比較例の感温ペレット型温度ヒューズ１０をＳＥＦＵＳＥ（登録商標）ＳＦ−Ｅシリーズで製作し、これを通電負荷を与えながら炉中に投入して実用上限を上回る過酷な温度負荷に曝して強制的に作動させ、絶縁抵抗値が規格値を下回った供試品の個数を計数し比較評価を行った結果を掲載する。

図１に示した感温ペレット型温度ヒューズ１０の第１リード露出部分の最大径を１．０ｍｍ、第１リード表面から弱圧縮ばね１３までの最短距離Ｘを０．７ｍｍにそれぞれ固定した条件で、周壁１６端から可動接点１７までの間隙Ｌ１を、０．３ｍｍ〜２．０ｍｍに調整した感温ペレット型温度ヒューズ各５０個を作製し、動作温度よりも＋１００Ｋ高い温度に調整した高温槽中に１分ないし１５分間保持した後、超絶縁計を用いて直流５００Ｖで絶縁抵抗を測定し、絶縁抵抗値が０．２ＭΩを下回ったものの個数を計数比較したデータを表１に示す。なお、表１の比較例１−１は、Ｌ１が２ｍｍで弱圧縮ばねまでの距離Ｘが０．７ｍｍであるので、Ｘ／Ｌ１は、０．３５倍となる。以下これに準じて比較例１−２のＸ／Ｌ１は０．４４倍、比較例１−３のＸ／Ｌ１は０．５４倍となり、実施例１−１のＸ／Ｌ１は０．６０倍、実施例１−２のＸ／Ｌ１は０．７０倍であり、実施例１−３のＸ／Ｌ１は１．００倍、そして実施例１−４のＸ／Ｌ１は１．４０倍となることを示す。

表１の供試温度ヒューズ各５０個のうち、絶縁抵抗値が０．２ＭΩを下回ったものの個数を計数した結果、Ｘ／Ｌ１がいずれも０．６未満の比較例１−１〜比較例１−３では、１分以内に０．２ＭΩを下回った個数が３〜７個発生したが、Ｘ／Ｌ１が０．６の実施例１−１では、１分以内に０．２ＭΩを下回ったものは０個であった。さらにＸ／Ｌ１が０．７の実施例１−２では、５分間、０．２ＭΩ以上全数維持することができ、Ｘ／Ｌ１が１．０以上の実施例１−３、実施例１−４では、１５分間絶縁抵抗値を維持できた。

本発明の実施例２の感温ペレット型温度ヒューズ２０は、図２に示すように一端にかしめ固定されている錫めっき銅材の第２リード２９を配設した銀めっき銅合金製筒状ケース２８の内部に、特定温度で溶融する化学薬品製感温ペレット２５と、２枚の金属板８０と、両金属板８０の間に介在され感温ペレット２５を押圧するように設けた強圧縮ばね２４と、片方の金属板８０に当接しかつ筒状ケース２８内壁に摺接した銀合金製可動接点２７と、筒状ケース２８の開口端を閉止するセラミック製絶縁管２２と、この絶縁管２２の中心部を貫通した内方端を接点頭部１００とする銀めっき銅材の第１リード２１と、絶縁管２２と可動接点２７との間に挟んだ弱圧縮ばね２３とを有し、さらに筒状ケース２８内を気密封止するエポキシ樹脂封止材７０を備える。上記絶縁管２２は、第１リード２１に設けた突起部１０１と接点頭部１００との間に挟んで該リードに固定され、同時に可動接点２７に当接した接点頭部１００が絶縁管２２の周壁２６で囲まれるように配設されている。このとき周壁２６端から可動接点２７までの間隙Ｌ１と第１リード端から弱圧縮ばねまでの距離Ｘの比Ｘ／Ｌ１を、少なくとも０．６以上とすることで、両接点間の開離および開離後に発生するアーク放電から金属部品を効果的に遮蔽できる。さらに好ましくは、Ｘ／Ｌ１を１．０以上とするのが良い。これにより、第１リード２１の接点と可動接点２７とが開離する際および開離後に発生したアーク放電から周壁２６の外側に配置された弱圧縮ばね２３等の金属部品を遮蔽する。実施例２の感温ペレット型温度ヒューズ２０は、従来、完全な露出状態で第１リード端内側に設けられていた接点頭部１００を、絶縁管２２に設けた周壁２６により遮蔽できるように改良している。この場合、第１リードの形状および寸法を変更する必要が無く、絶縁管２２に周壁２６を設けるだけで製品の改良が可能となる。なお、特に図示しないが上記突起部１０１は、絶縁管２２の貫通孔内径より若干大きい外径を有する突起を予め第１リードに複数間隔配置し、これを絶縁管２２の貫通孔内部に貫入させたことにより、絶縁管２２を抜けないように固定しても良い。

次に、図２に示すように接点頭部１００を０．３ｍｍの周壁２６で囲んだ実施例２の感温ペレット型温度ヒューズ２０をＳＥＦＵＳＥ（登録商標）のＳＦ−Ｌシリーズの部材を準用して製作し、これに通電負荷を与えながら炉中に投入して実用上限を上回る過酷な温度負荷に曝して強制的に作動させ、絶縁抵抗値が規格値を下回った供試品の個数を計数し比較評価を行った結果を掲載する。

図２に示した感温ペレット型温度ヒューズ２０の第１リード径φ１を０．６ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲に、第１リード表面から弱圧縮ばねまでの距離Ｘを０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲にして、周壁２６端から可動接点２７までの間隙Ｌ１を、１．０ｍｍに固定して作製した感温ペレット型温度ヒューズ各５０個を、動作温度よりも＋１００Ｋ高い温度に調整した高温槽中に１分ないし１５分間保持した後、超絶縁計を用いて直流５００Ｖで絶縁抵抗を測定し、絶縁抵抗値が０．２ＭΩを下回ったものの個数を計数比較したデータを表２に示す。なお、表２の比較例２−１は、Ｌ１が１．００ｍｍで弱圧縮ばねまでの距離Ｘが０．３０ｍｍであるので、Ｘ／Ｌ１は、０．３倍となる。以下これに準じて比較例２−２のＸ／Ｌ１は０．４倍、比較例２−３のＸ／Ｌ１は０．５倍となり、実施例２−１のＸ／Ｌ１は０．６倍、実施例２−２のＸ／Ｌ１は０．７倍であり、実施例２−３のＸ／Ｌ１は０．８倍、そして実施例２−４のＸ／Ｌ１は１．０倍となることを示す。

表２の供試温度ヒューズ各５０個のうち、絶縁抵抗値が０．２ＭΩを下回ったものの個数を計数した結果、Ｘ／Ｌ１がいずれも０．６未満の比較例２−１〜比較例２−３では、１分以内に０．２ＭΩを下回った個数が７〜４８個も発生したが、Ｘ／Ｌ１が０．６の実施例２−１では、５分以内に０．２ＭΩを下回ったものは０個であった。Ｘ／Ｌ１が０．７以上の実施例２−２、実施例２−３では、１０分間、０．２ＭΩ以上全数維持することができ、さらにＸ／Ｌ１が１．０以上の実施例２−４では、１５分以上絶縁抵抗値を維持することができた。

次に、図２に示した感温ペレット型温度ヒューズ２０の第１リード径φ１を１．８ｍｍ、第１リード表面から弱圧縮ばねまでの距離Ｘを０．７ｍｍ、周壁２６端（比較例３−１は周壁２６端に相当する絶縁管端）から可動接点２７までの間隙Ｌ１を、０．８ｍｍに固定した条件で、周壁１６を設けない従来構造の比較例３−１と、周壁１６を設けた実施例３−１の感温ペレット型温度ヒューズ各５０個を作製し、動作温度よりも＋１００Ｋ高い温度に調整した高温槽中に１分ないし１５分間保持した後、超絶縁計を用いて直流５００Ｖで絶縁抵抗を測定し、絶縁抵抗値が０．２ＭΩを下回ったものの個数を計数比較したデータを表３に示す。

表３の供試温度ヒューズ各５０個のうち、絶縁抵抗値が０．２ＭΩを下回ったものの個数を計数した結果、周壁構造を持たない比較例３−１では、Ｘ／Ｌ１が０．６以上の０．８であっても、５分以内に０．２ＭΩを下回った個数が２個発生し、１５分後には７個発生しているが、実施例３−１では、１０分以内に０．２ＭΩを下回ったものは０個であり、１５分以内に０．２ＭΩを下回ったものは２個であった。上述の比較試験の結果から、第１リードの形状および寸法を変更する必要が無く、絶縁管２２に周壁２６を設けるだけで製品の改良が可能となる。

本発明は、可動接点を有し異常温度を感知して接点を開離動作させる高電流用の接点開離型温度ヒューズに利用でき、特に感温ペレット型温度ヒューズに好適に利用できる。

１０，２０・・・実施例の感温ペレット型温度ヒューズ、
１１，２１・・・第１リード、 １２，２２・・・絶縁管、
１３，２３・・・弱圧縮ばね、 １４，２４・・・強圧縮ばね、
１５，２５・・・感温ペレット、 １６，２６・・・周壁、
１７，２７・・・可動接点、 １８，２８・・・筒状ケース、
１９，２９・・・第２リード、 ７０・・・封止材、
８０・・・金属板、 ９０・・・碍管、
１００・・・フランジ部または接点頭部、１０１・・・突起部、
Ｌ１・・・絶縁管と可動接点との間隙、
Ｘ・・・第１リード端から弱圧縮ばねまでの距離、
φ１・・・第１リード端露出部分の最大線径。

Claims (1)

1. 良導電性かつ良熱伝導性の筒状ケースの内部に、少なくとも、特定温度で溶融または軟化する感温ペレットと、この感温ペレットを押圧する強圧縮ばねと、前記筒状ケースの開口端を閉止する絶縁管と、この絶縁管に当接した弱圧縮ばねと、前記絶縁管を貫通した内方端を接点部とした線径０．６ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の第１リードと、この第１リードおよび前記筒状ケースと電気接続した可動接点とを有し、さらに前記筒状ケースの片端に配設された第２リードを備えた感温ペレット型温度ヒューズにおいて、前記絶縁管と前記可動接点との間隙をＬ１とし、第１リード端から弱圧縮ばねまでの距離をＸとして、Ｘ／Ｌ１の比を少なくとも１．０以上として、動作温度よりも＋１００Ｋ高い温度で１０分以上保持した時の直流５００Ｖでの絶縁抵抗値が０．２ＭΩ以上であることを特徴とする感温ペレット型温度ヒューズ。

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