JP6107020B2 - 過電流遮断機能付き電線 - Google Patents

Description

本発明は、過電流遮断機能付き電線に関し、さらに詳しくは、過電流によって導体が溶断して回路を遮断するヒューズ機能を持った過電流遮断機能付き電線に関するものである。

電気回路において、万一異常な電流が流れた場合に機器を守るためには、その回路を速やかに遮断することが必要である。過電流に対する回路保護のため、電気回路には通常、ヒューズが挿入されている。また、ヒューズの挿入に代えて、ヒューズと同等の機能を持った電線としてヒュージブルリンク電線が用いられることがある。

特開平０２−２１３４５６号公報

過電流に対する回路保護のため回路内にヒューズを取り付ける場合、ヒューズの価格やヒューズの取り付け工数が発生することから、コストが大きくなる。これに対し、ヒューズを用いない構成であれば、コストを低く抑えることができる。しかしながら、従来のヒュージブルリンク電線にはスズめっき軟銅が用いられている。軟銅は融点が高いため、従来のヒュージブルリンク電線は溶断の際の発熱量が大きく、周りの機器や絶縁被覆に損傷を与えるおそれがある。そこで、特許文献１では、導体と絶縁被覆との間に耐熱性の高いセラミックス層を介装している。しかしながら、セラミックス層の形成にはコストがかかり、また、セラミックス層は固くもろいためハンドリング性がよくない。

本発明の解決しようとする課題は、低コストで、過電流がかかったときに安全に回路を遮断できる過電流遮断機能付き電線を提供することにある。

上記課題を解決するため本発明に係る過電流遮断機能付き電線は、融点が７００℃以下の金属よりなる導体が絶縁被覆で覆われ、過電流によって前記導体が溶断することを要旨とするものである。

また、本発明に係る他の過電流遮断機能付き電線は、融点が５００℃以下の金属よりなる導体が絶縁被覆で覆われ、過電流によって前記導体が溶断することを要旨とするものである。また、本発明に係る他の過電流遮断機能付き電線は、融点が３５０℃以下の金属よりなる導体が絶縁被覆で覆われ、過電流によって前記導体が溶断することを要旨とするものである。

そして、本発明においては、絶縁被覆よりも内側部分に空隙が設けられていることが好ましい。そして、前記絶縁被覆よりも内側部分に占める空隙の割合が５％以上であることが好ましい。

本発明に係る過電流遮断機能付き電線によれば、過電流によって溶断する融点が７００℃以下の低融点の金属を導体に用いるので、過電流によって溶断する際の発熱量が小さく、周りの機器や絶縁被覆に与える熱的な影響が小さい。したがって、過電流がかかったときに安全に回路を遮断できる。この場合、過電流に対する回路保護に対し回路内にヒューズを用いない構成であるので、コストが低く抑えられる。

導体が融点５００℃以下の金属よりなる場合には、過電流によって溶断する際の発熱量がより一層小さいので、周りの機器や絶縁被覆に与える熱的な影響がより一層小さい。したがって、過電流がかかったときにより一層安全に回路を遮断できる。導体が融点３５０℃以下の金属よりなる場合には、過電流によって溶断する際の発熱量が特に小さいので、周りの機器や絶縁被覆に与える熱的な影響が特に小さい。したがって、過電流がかかったときに特に安全に回路を遮断できる。

このとき、絶縁被覆よりも内側部分に占める空隙の割合が５％以上であると、過電流によって導体が溶融したときに空隙を利用して導体が変形しやすくなるので、回路を遮断しやすくなる。

本発明の一実施形態に係る過電流遮断機能付き電線の模式図（ａ）とＡ−Ａ線断面図（ｂ）である。

次に、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係る過電流遮断機能付き電線の構成を示している。過電流遮断機能付き電線１０は、複数本の金属素線１６からなる導体１２を有し、導体１２の外周が絶縁被覆１４により覆われている。

複数本の金属素線１６は束ねられて撚り合わされて撚線を形成している。撚線は圧縮成形されておらず、撚線内部の金属素線１６間には空隙１８ａが形成されている。

絶縁被覆１４は円筒状に成形したものからなる。絶縁被覆１４は撚線からなる導体１２の外周を覆っており、凹凸状に構成されている導体１２の外周表面と絶縁被覆１４の内周面との間には空隙１８ｂが形成されている。

絶縁被覆１４よりも内側部分に占める空隙の割合は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線断面図に示すように電線の径方向（軸方向と直交する方向）に電線を切断したときの絶縁被覆１４よりも内側部分に占める導体部分の面積を除いた空隙部分（１８ａ，１８ｂ）の面積によって表すことができる。

導体１２を構成している複数本の金属素線１６は低融点の金属によって形成されている。低融点の金属を導体１２に用いることで、所定の電流値（過電流）で溶断し、過電流がかかったときに回路を遮断することができる。つまり、導体１２に用いる金属は過電流によって溶断するものとする。過電流とは、回路に通常流される電流よりもさらに大きな電流であり、異常電流をいう。例えば回路がショートしたときなどに回路に瞬時に流れる電流などである。

このような低融点の金属としては、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、これらの合金などが挙げられる。

上記Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎとともに合金を形成する金属としては、Ｓｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｉなどが挙げられる。Ａｌ合金としては、Ａｌ−Ｆｅ合金、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金などが挙げられる。Ｓｎ合金としては、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ−Ｇｅ合金などが挙げられる。Ｐｂ合金としては、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｐｂ−Ａｇ−Ｓｎ合金、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｕ合金などが挙げられる。Ｚｎ合金としては、Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｆｅ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｕ合金、Ｚｎ−Ｃｕ合金、Ｚｎ−Ｃｕ−Ｍｇ合金、Ｚｎ−Ｍｎ合金、Ｚｎ−Ｆｅ合金などが挙げられる。

導体断面積としては、所定の電流値（過電流）で溶断しやすいなどの観点から、０．５ｍｍ^２以下であることが好ましい。金属素線１６の径は、所望の導体断面積となるよう金属素線１６の本数などに応じて適宜定められる。

絶縁被覆１４に用いられる絶縁材としては、特に限定されるものではなく、電線被覆材として用いられる絶縁材を適用することができる。このような絶縁材としては、塩化ビニル系樹脂材料、オレフィン系樹脂材料、エンジニアリングプラスチックなどが挙げられる。

絶縁被覆１４は、過電流によって導体１２が溶断する際の熱による影響が小さくなるように、耐熱性に優れることが好ましい。したがって、絶縁被覆１４は架橋されていてもよい。

以上の構成の過電流遮断機能付き電線１０によれば、過電流によって溶断する融点が７００℃以下の低融点の金属を導体１２に用いているので、過電流によって溶断する際の発熱量が小さく、周りの機器や絶縁被覆１４に与える熱的な影響が小さい。したがって、過電流がかかったときに安全に回路を遮断できる。この場合、過電流に対する回路保護に対し回路内にヒューズを用いない構成であるので、コストが低く抑えられる。

そして、複数本の金属素線１６からなる導体１２の内部や導体１２と絶縁被覆１４との間には空隙１８ａや空隙１８ｂが設けられており、過電流によって導体１２が溶融したときには空隙１８ａや空隙１８ｂを利用して導体１２が変形できるため、溶融した部分で導体１２が切れやすくなっている。すなわち、回路を遮断しやすくなっている。

導体１２に用いる低融点の金属の融点としては、より好ましくは５００℃以下、さらに好ましくは３５０℃以下である。融点が５００℃以下であると、過電流によって溶断する際の発熱量がより一層小さいので、周りの機器や絶縁被覆１４に与える熱的な影響がより一層小さい。したがって、過電流がかかったときにより一層安全に回路を遮断できる。融点３５０℃以下であると、過電流によって溶断する際の発熱量が特に小さいので、周りの機器や絶縁被覆に与える熱的な影響が特に小さい。したがって、過電流がかかったときに特に安全に回路を遮断できる。

本発明に係る過電流遮断機能付き電線においては、過電流によって溶断するのであれば、撚線内部あるいは導体と絶縁被覆との間に空隙が設けられていない構成であってもよい。また、導体は複数本の金属素線ではなく単線によって構成していてもよい。また、絶縁被覆は円筒状に成形したものでなくてもよく、導体の外周表面に密着するように成形していてもよい。また、導体が複数本の金属素線で構成する場合には、圧縮成形していてもよい。

本発明に係る過電流遮断機能付き電線は、過電流によって導体が溶断して回路を遮断するヒューズ機能を持った電線である。したがって、ヒューズが挿入される種々の回路の一部あるいは全部の配線に適用することができる。また、導体に用いる金属の抵抗が比較的高いことから、本発明に係る過電流遮断機能付き電線は、大電流を流すパワー回路よりも、微小の電流しか流れない検知線などの信号回路などに好適に用いられる。

本発明においては、検知線の全長あるいはその一部に過電流遮断機能付き電線を用いるので、検知線の導体同士が接触して過電流が流れたときに、導体の接触部などが瞬時に溶融することで検知回路の遮断を可能にしている。これにより、機器や他の回路を保護することができる。

以下、本発明を実施例によって説明する。ただし、実施例１１〜１７、実施例３７〜４０は参考例とする。

（実施例）
表１に記載の合金組成からなる合金をそれぞれφ０．３ｍｍに伸線加工し、７本を撚り合わせて撚線導体とした。その後、導体の外周に塩化ビニル系絶縁材を図１（ｂ）に示すように円筒状に押出加工した（被覆厚０．３ｍｍ）。これにより、過電流遮断機能付き電線を作製した。

作製した各過電流遮断機能付き電線について、溶断特性を調べた。また、評価１にしたがって短絡時の挙動を調べた。さらに、評価２にしたがって各過電流遮断機能付き電線を配線の一部に用いた場合における大電流が流れたときの挙動を調べた。測定方法および評価基準を以下に示す。また、これらの結果を表１〜２に示す。

（溶断特性）
作製した過電流遮断機能付き電線（長さ１ｍ）に所定の電流を加え、断線するまでの時間（溶断時間）を測定した。

（評価１）
作製した過電流遮断機能付き電線を２本（長さ各５０ｃｍ）準備し、それぞれの電線の片端部の導体を１ｃｍずつ露出させ、露出させた導体同士を軽く接触させた。この状態を保持したままもう一方の端部から所定の電流値で通電を行い、このときの挙動を調べた。導体の発熱による絶縁被覆からの発煙や絶縁被覆の燃焼が起こることなく安全に回路遮断した場合を合格「○」とし、安全に回路遮断しなかった場合を不合格「×」とした。

（評価２）
銅電線（導体断面積０．５ｍｍ^２、塩化ビニル系絶縁材、被覆厚０．３ｍｍ、長さ１ｍ）の導体に、金属スリーブを用いて、作製した過電流遮断機能付き電線（長さ２ｃｍ）の導体を圧着接続した。これに所定の電流値で通電を行い、このときの挙動を調べた。導体の発熱による絶縁被覆からの発煙や絶縁被覆の燃焼が起こることなく安全に回路遮断した場合を合格「○」とし、安全に回路遮断しなかった場合を不合格「×」とした。

作製した各過電流遮断機能付き電線は、導体を構成するいずれの合金も融点が７００℃以下で低融点である。特に、Ｓｎ合金、Ｐｂ合金、Ｚｎ合金の一部は融点が４００℃以下でさらに低融点である。溶断特性の評価では、０．５Ａの通電、１Ａの通電では断線しなかったがこれらの通電量は過電流ではなく、導体の発熱量も大きくないため、絶縁被覆の外観変化は特に観察されなかった。１０Ａ以上の通電に対しては、いずれの過電流遮断機能付き電線も断線した。１０Ａの通電では数秒〜１３０秒の時間を要したが、比較的速いうちに導体が溶断したので、絶縁被覆からの発煙や絶縁被覆の燃焼は観察されなかった。また、５０Ａ以上の各通電量においても速いうちに導体が溶断したので、絶縁被覆からの発煙や絶縁被覆の燃焼は観察されなかった。そして、導体金属の融点が５００℃以下であると溶断時間が格段に短く、絶縁被覆に与える熱的な影響が格段に小さいことが確認された。また、導体金属の融点が３５０℃以下であると溶断時間がさらに短く、絶縁被覆に与える熱的な影響がさらに小さいことが確認された。

評価１では、５０Ａ以上の通電に対して、いずれの過電流遮断機能付き電線も導体同士の接触部で断線した。そして、導体の発熱による絶縁被覆からの発煙や絶縁被覆の燃焼が起こることなく安全に回路遮断できた。

評価２では、５０Ａ以上の通電に対して、いずれの場合も過電流遮断機能付き電線の部分で断線した。そして、導体の発熱による絶縁被覆からの発煙や絶縁被覆の燃焼が起こることなく安全に回路遮断できた。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１０ 過電流遮断機能付き電線
１２ 導体
１４ 絶縁被覆
１６ 金属素線
１８ａ，１８ｂ 空隙

Claims (4)

1. ＳｎまたはＺｎを主成分とし、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｍｇから選択される１種または２種以上を含有する融点が５００℃以下の金属よりなる素線を複数本撚り合わせてなる導体が絶縁被覆で覆われ、過電流によって前記導体が溶断することを特徴とする過電流遮断機能付き電線。
2. ＳｎまたはＺｎを主成分とし、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｍｇから選択される１種または２種以上を含有する融点が３５０℃以下の金属よりなる素線を複数本撚り合わせてなる導体が絶縁被覆で覆われ、過電流によって前記導体が溶断することを特徴とする過電流遮断機能付き電線。
3. 前記絶縁被覆よりも内側には空隙が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の過電流遮断機能付き電線。
4. 前記絶縁被覆よりも内側部分に占める空隙の割合が５％以上であることを特徴とする請求項３に記載の過電流遮断機能付き電線。
   

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