JP6215179B2

JP6215179B2 - ヒューズ

Info

Publication number: JP6215179B2
Application number: JP2014220019A
Authority: JP
Inventors: 英樹安藤; リサブパウデル
Original assignee: Pacific Engineering Corp
Current assignee: Pacific Engineering Corp
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2034-10-29
Also published as: JP2016085939A

Description

本願発明は、主に自動車用電気回路等に用いられるヒューズに関する。

従来から、ヒューズは、自動車等に搭載されている電気回路や、電気回路に接続されている各種電装品を保護するために用いられてきた。詳しくは、電気回路中に意図しない過電流が流れた場合に、ヒューズに内蔵されたヒューズエレメントの溶断部が過電流による発熱により溶断して、各種電装品に過度な電流が流れないように保護している。

そして、このヒューズには、様々な種類のものが知られているが、例えば、図５（ａ）及び（ｂ）に示すヒューズ９００（例えば、このタイプのヒューズとしては、特許文献１に記載のヒューズが挙げられる。）が知られている。

このヒューズ９００は、筒状のケーシングＣの内部にヒューズエレメント４００が収納され、このヒューズエレメント４００とケーシングＣとの間に、消弧砂（不図示である。）を封入したものである。このヒューズ９００の中心部に位置するヒューズエレメント４００は、導電性金属からなる薄板状のものであり、中心部に溶断部４２０、その両側に直線状の平坦な中間部４４０、この中間部４４０の先端に接続部４１０を備えている。この接続部４１０は、ケーシングＣの端面から外部に露出した外部端子８００に、ケーシングＣの内部で接続されている。そして、外部端子８００に各種電装品等を電気的に接続した状態でヒューズ９００は使用され、仮に、電気回路中に意図しない過電流が流れても、ヒューズエレメント４００の溶断部４２０が発熱して溶断することで、電流を遮断し、各種電装品等を保護できる。

しかしながら、溶断部４２０が溶断した後も、両端の外部端子８００に電圧が印可され続けると、溶断した溶断部４２０の両側の中間部４４０間で、アークが持続的に発生する。すると、アークによって中間部４４０は発熱し、次第に溶融してゆき、やがて接続部４１０に達するまで溶融してしまう。さらに、この状態が続くと、アークが、接続部４１０と外部端子８００の接続箇所付近からケーシングＣの外部へと漏れ出し、周囲の機器を破損させてしまう虞がある。

特願２００９−２１１４４７

そこで、本願発明は、溶断部が溶断した後にアークが発生しても、エレメント溶損部が曲げ部で止まり、当該アークがケーシング外部に漏れ出ないように、未然に防ぐことが可能なヒューズを提供する。

本願発明のヒューズは、両端に位置する接続部と、略中央に位置する溶断部と、当該溶断部と前記接続部との間に中間部を備えたヒューズエレメントと、当該ヒューズエレメントを内部に収納するケーシングと、を備えるヒューズであって、前記中間部に、当該中間部の一部を曲げて形成した曲げ部を備え、過電流による前記溶断部の溶断後に、溶断した溶断部の両側にある前記中間部間で発生するアークによって当該中間部が溶融するのを、前記曲げ部が防止することを特徴とする。

上記特徴によれば、中間部に曲げ部を備えたことで、従来のような凹凸のない平坦な中間部と比較して、当該中間部全体での体積及び熱容量が増える。その結果、溶断部の溶断後に、両側の中間部間でアークが発生しても、中間部が溶融するのを防ぐことが出来る。また、曲げ部は、ヒューズエレメントの中間部の一部を曲げて形成するので、別途部材を用意する必要がなく、容易に形成することができる。

さらに、本願発明のヒューズは、曲げ部を複数備え、当該曲げ部を互いに密着させたことを特徴とする。

上記特徴によれば、中間部の抵抗は曲げ部を設けるのに伴って大きくなるが、互いの曲げ部を密着させることで、中間部全体の抵抗を小さく抑えるように調節することができる。

さらに、本願発明のヒューズは、前記曲げ部が、ヒューズエレメントに対して一方側のみに突出していることを特徴とする。

上記特徴によれば、ヒューズエレメントが設置される周囲の状況に応じて、曲げ部の突出方向を任意の一方側のみにすることで、周囲の部材との干渉を避けることができる。

上記のように、本願発明のヒューズによれば、溶断部が溶断した後にアークが発生しても、当該アークがケーシング外部に漏れ出ないように、未然に防ぐことが可能となる。

（ａ）は本願発明に係るヒューズの全体斜視図、（ｂ）は図１（ａ）に示すヒューズからケーシングを取り外した状態の全体斜視図、（ｃ）はヒューズエレメントの側面図、（ｄ）は曲げ部付近を拡大した側面図である。（ａ）は本願発明の変形例１に係るヒューズに備えられたヒューズエレメントの平面図、（ｂ）は当該ヒューズエレメントの側面図、（ｃ）は曲げ部付近を拡大した側面図である。（ａ）は本願発明の変形例２に係るヒューズに備えられたヒューズエレメントの曲げ部付近を拡大した側面図、（ｂ）は本願発明の変形例３に係るヒューズに備えられたヒューズエレメントの曲げ部付近を拡大した側面図である。（ａ）は本願発明の変形例４に係るヒューズの全体斜視図、（ｂ）は図４（ａ）に示すヒューズからケーシングを取り外した状態の正面図、（ｃ）は本願発明の変形例４に係るヒューズに備えられたヒューズエレメントの側面図である。（ａ）は従来のヒューズの平面図、（ｂ）は側面図である。

以下に、本願発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下で説明する実施形態におけるヒューズの各部材の形状や材質等は、一例を示すものであって、これらに限定されるものではない。なお、本明細書に記載されている「上下方向」とは、ヒューズエレメントの長尺方向に対して直角方向のことである。

図１（ａ）は、本願発明のヒューズＨ１の全体斜視図を示すものである。ヒューズＨ１の構造は、従来技術と基本的に同じであり、合成樹脂等の絶縁材料で形成された筒状のケーシングＣと、そのケーシングＣの内部にヒューズエレメント１００が格納され、このヒューズエレメント１００とケーシングＣとの間に、消弧砂（不図示である。）を封入したものである。また、ヒューズエレメント１００の両端の接続部１１０は、ケーシングＣの端部から外部に露出した外部端子８００と、ケーシングＣの内部で接続固定されている。

次に、図１（ｂ）には、ケーシングＣを取り外した状態のヒューズＨ１を示す。両端にある外部端子８００は、電気回路や各種電装品等と接続するための取付孔８１０と、ヒューズエレメント１００の接続部１１０を取り付けるための取付部８２０とを備えた、導電性金属からなる板状部材である。

また、ヒューズエレメント１００は、略中央に溶断部１２０を、両端に接続部１１０を、接続部１１０と溶断部１２０の間の中間部１４０に曲げ部１３０を備えた、銅やその合金等の導電性金属からなる板状部材である。接続部１１０は、外部端子８００の取付部８２０に係止させることができるような形状となっており、係止させた後に半田付けや溶接等して、両者を強固に接続固定する。

ここで、ヒューズエレメント１００の形成方法について簡単に説明する。まず、厚さ及び幅が均一な導電性金属から成る薄い板材を一枚用意し、該板材の略中央に複数の小孔１２１を打ち抜く。すると、この複数の小孔１２１の間に出来た幅の狭い部分が、溶断部１２０となる。さらに、この溶断部１２０の両側に位置する中間部１４０を、板材の上下方向へ交互に折り返していくことで、平坦な表面を持つ複数の曲げ部１３０が形成され、図１（ｃ）に示すように、複数の曲げ部１３０が集まって、全体が「じゃばら」形状となる。さらに、該板材の両端をフック状に折り曲げて接続部１１０を形成して、ヒューズエレメント１００が完成する。

このように、曲げ部１３０は、ヒューズエレメントの一部を折り曲げて容易に形成できるので、曲げ部１３０を形成するために別途部材を用意する必要がない。また、曲げ部１３０は、従来のヒューズエレメント１００の形成方法（打ち抜き及び屈曲方法）をそのまま利用して容易に形成することができ、曲げ部１３０を設けるために別途、新たな形成方法を採用する必要がない。なお、溶断部１２０、曲げ部１３０、及び接続部１１０を形成する順番は、上記実施例に限定されず、適宜変更することができる。

次に、図１（ｄ）を参照して、曲げ部１３０の詳しい構造について説明する。曲げ部１３０は、接続部１１０と溶断部１２０との間に位置する中間部１４０の一部を曲げて形成したものであり、より具体的には、屈曲の起点となる屈曲点から屈曲点までの間に位置する部分が、曲げ部１３０となる。つまり、図１（ｄ）に示すように、屈曲点１３１Ａから屈曲点１３２Ａの間に位置する中間部１４０の一部が、曲げ部１３０Ａとなり、その曲げ部１３０Ａに連続するように、屈曲点１３１Ｂから屈曲点１３２Ｂの間に位置する中間部１４０の一部が、曲げ部１３０Ｂとなる。同様にして、曲げ部１３０Ｂに連続するように曲げ部１３０Ｃが形成されて、これが繰り返されることで、複数の曲げ部１３０が互いの屈曲点で連続するように、「じゃばら」状に形成される。なお、側面視における各曲げ部１３０Ａ、１３０Ｂ、及び１３０Ｃの長さ（言い換えると、アーク発生時に曲げ部内を電流が流れていく方向における、曲げ部の長さ）は、それぞれ長さＬ１、Ｌ２、及びＬ３となっている。

では、以下に、曲げ部１３０の作用効果について説明する。まず、電気回路に意図しない過電流が流れるとヒューズエレメント１００の溶断部１２０が発熱して溶断する。しかし、溶断部１２０が溶断した後も、ヒューズＨ１に電圧が印加され続けると、溶断した溶断部１２０の両側に位置する中間部１４０の間で（より具体的には、両側の残留端部Ｍの間で）、アークが持続的に発生する。すると、中間部１４０はアークによって発熱して、残留端部Ｍから次第に溶融してゆき、やがて接続部１１０まで溶融が進んでいく。

ここで、図５に示す従来のヒューズエレメント４００のように、中間部４４０が、凹凸のない平坦な直線状であると、アークによる溶融が、残留端部Ｍから接続部４１０まで進みやすくなる。

しかしながら、図１に示す本願発明のヒューズに備えられたヒューズエレメント１００のように、中間部１４０に曲げ部１３０を設けると、従来のような凹凸のない平坦な中間部４４０と比較して、設けた曲げ部１３０の分だけ、中間部１４０全体での体積が増え、中間部１４０全体での熱容量が大きくなる。その結果、従来と比較して、アークが発生しても中間部１４０が溶融しにくくなるのである。そして、中間部１４０が溶融するのを抑えることができるので、アークによる溶融が接続部１１０まで達して、アークがケーシングＣ外部へ漏れ出でしまうのを防止できる。なお、厳密には、アークの大きさによって、中間部１４０及び曲げ部１３０が溶融していく場合もあるが、しかし、従来と比較すれば、中間部１４０が溶融し難いのは明らかであり、アークがケーシングＣの外部へ漏れ出るのを防止できる一定の効果がある。

また、当該効果は中間部１４０に曲げ部１３０を一つだけ設けても発揮できるが、当該効果をより一層高めるには、図１に示すように、曲げ部１３０を連続して複数設けるのが好ましい。

さらに、曲げ部１３０を複数設けるとヒューズエレメント１００の長尺方向の長さが長くなるので、それを防止するため、図１に示すように、曲げ部１３０を互いに近接させるのが好ましい。特に、図１に示すように、複数の曲げ部１３０を互いに並列かつ近接して配置することで、限られたスペースに、沢山の曲げ部１３０を配置することができる。

また、各曲げ部１３０はヒューズエレメント１００の長尺方向に対して略直角に設けられているので、溶断部１２０を挟んだ両側の曲げ部１３０の平坦面１３３同士が、略平行に相対するように配置されている。そのため、溶断部１２０を挟んだ両側の曲げ部１３０間でアークが発生した場合に、アークの発生点は平坦面１３３上の不特定の点にランダムに発生するので、アークが曲げ部１３０の特定の一点にのみ集中しにくく、アークによる曲げ部１３０の局所的な溶融を防ぐことができる。

なお、本実施例では、図１（ｄ）に示すように、屈曲点の前後の中間部１４０の一部が鋭角に折り曲げられて各曲げ部１３０が形成されているが、これに限られず、屈曲点の前後で中間部１４０が任意の角度で折り曲げられてもよい。また、本実施例では、各曲げ部１３０が平坦面状であったが、これに限られず、例えば円弧状に湾曲させるなど、任意の形状にすることができる。さらに、本実施例では、図１（ｄ）に示すように、複数の曲げ部１３０が集合した形状が「じゃばら」状になっているが、これに限定されず、例えば、円弧状の曲げ部を複数連続させて、全体形状が側面視「円形」状又は「渦巻き」状になるようにしてもよい。

（変形例１）
以下では、図２を参照して、曲げ部の形状について変形した変形例１に係るヒューズのヒューズエレメント２００Ａについて説明する。なお、このヒューズエレメント２００Ａの構成は、曲げ部２３０Ａに関する構成が、ヒューズエレメント１００の曲げ部１３０の構成と異なるが、その他の点においてはヒューズエレメント１００と共通しているので、その共通する構成については説明を省略する。

図２に示すように、ヒューズエレメント２００Ａの中間部２４０Ａには、複数の曲げ部２３０Ａが、互いに接触するように密着した状態で形成されている。より具体的には、接続部２１０Ａと溶断部２２０Ａとの間の中間部２４０Ａの一部を、ヒューズエレメント２００Ａの上下方向へ交互に、かつ、隣接する曲げ部２３０Ａと密着するように、折り返していくことで、複数の曲げ部２３０Ａが形成される。なお、図２の各曲げ部２３０Ａは、図１に示す各曲げ部１３０と、互いの曲げ部を密着させた点のみ異なり、各曲げ部の長さは同じである。

さて、複数の曲げ部２３０Ａを互いに密着させた状態で形成した理由について説明する。まず、図１に示すように複数の曲げ部１３０を、互いに密着しない状態で設けると、中間部１４０全体としての抵抗値が大きくなる。つまり、中間部１４０の抵抗値は、中間部１４０の長尺方向の長さに比例するので、曲げ部１３０を複数設けるのに従い、各曲げ部１３０の長さの合計（図１（ｄ）における各曲げ部の長さの合計、つまり「長さＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋・・・」）だけ、大きくなる。すると、中間部１４０の抵抗値が、設計上の意図した値から外れてしまい、好ましくない場合もあり得る。

そこで、図２に示すように、互いに密着させることで、複数の曲げ部２３０Ａは電気的に一体となり、一つの抵抗体と見なすことができる。そして、その側面視における長さ（言い換えると、アーク発生時に曲げ部内を電流が流れていく方向における、曲げ部の長さ）はＬ０となり、このＬ０は、図１（ｄ）に示す複数の曲げ部１３０の個々の長さの総和（長さＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋・・・）と比較して、明らかに短くなる。その結果、中間部１４０全体の抵抗値を小さく抑えるように調節することができる。

（変形例２及び３）
以下では、図３を参照して、曲げ部の形状について変形した変形例２に係るヒューズのヒューズエレメント２００Ｂ、及び変形例３に係るヒューズのヒューズエレメント２００Ｃについて説明する。なお、このヒューズエレメント２００Ｂ及びヒューズエレメント２００Ｃは、曲げ部２３０Ｂ及び曲げ部２３０Ｃに関する構成が、ヒューズエレメント１００の曲げ部１３０の構成と異なるが、その他の点においてはヒューズエレメント１００と共通しているので、その共通する構成については説明を省略する。

まず、図３（ａ）に示すように、複数の曲げ部２３０Ｂが、ヒューズエレメント２００Ｂの長尺方向と略平行になるように形成されている。より具体的には、中間部２４０Ｂの一部を、ヒューズエレメント２００Ｂの長尺方向へ交互に、かつ、隣接する曲げ部２３０Ｂとの間に僅かな隙間を空けながら折り返していくことで、複数の曲げ部２３０Ｂが形成される。

さらに、図３（ｂ）に示すように、複数の曲げ部２３０Ｃが、ヒューズエレメント２００Ｃの長尺方向と略平行に、かつ、互いに密着した状態で形成されている。より具体的には、中間部２４０Ｃの一部を、ヒューズエレメント２００Ｃの長尺方向へ交互に、かつ、隣接する曲げ部２３０Ｃと密着するように折り返していくことで、複数の曲げ部２３０Ｃが形成される。このように、曲げ部２３０Ｃを互いに密着させることで、曲げ部２３０Ｃ全体の上下方向の高さを低くすることできる。

なお、図３（ａ）及び（ｂ）では、曲げ部２３０Ｂ及び曲げ部２３０Ｃを、それぞれヒューズエレメント２００Ｂ及びヒューズエレメント２００Ｃの長尺方向と略平行になるように配置し、一方の図１では、曲げ部１３０をヒューズエレメント１００の長尺方向に対して略直角になるように配置しているが、これらに限られず、曲げ部はヒューズエレメントの長尺方向に対して任意の角度で配置することできる。

（変形例４）
以下では、図４を参照して、曲げ部の形状について変形した変形例４に係るヒューズH２、及びヒューズH２に備えられたヒューズエレメント２００Ｄについて説明する。なお、このヒューズエレメント２００Ｄは、曲げ部２３０Ｄに関する構成がヒューズエレメント１００の曲げ部１３０の構成と、接続部２１０Ｄの形状がヒューズエレメント１００の接続部１１０の形状とは異なるが、その他の点においてはヒューズエレメント１００と共通しているので、その共通する構成については説明を省略する。また、ヒューズＨ２は、ヒューズＨ１のヒューズエレメント１００の代わりにヒューズエレメント２００Ｄを備え、ヒューズＨ１の取付部８２０の代わりに取付部８３０を備えた点で異なるが、その他の点においてはヒューズＨ１と共通しているので、その共通する構成については説明を省略する。

まず、図４（ａ）に示すように、ヒューズＨ２は、ケーシングＣの内部に２つのヒューズエレメント２００Ｄを格納し、各ヒューズエレメント２００Ｄの接続部２１０Ｄは、ケーシングＣの内部で取付部８３０と接続固定されている。

次に、図４（ｂ）に、ケーシングＣを取り外した状態のヒューズＨ２の正面図を示す。外部端子８００の取付部８３０は、対角線上に計４つの切欠部８４０を備えており、この切欠部８４０に、ヒューズエレメント２００Ｄのフック状の接続部２１０Ｄを係止させた後に、半田付けや溶接等して両者を強固に接続固定している。なお、図４では、２つのヒューズエレメント２００Ｄのみが格納されているが、切欠部８４０の設置数の範囲内で、任意の数のヒューズエレメント２００Ｄを格納してもよい。また、切欠部８４０の設置数は４つに限らず、さらに増やしてもよい。

ところで、仮に、図１に示すヒューズエレメント１００を、図４に示す取付部８３０に対角線上に複数取り付けて格納しようと試みたとする。すると、ヒューズエレメント１００の互いの曲げ部１３０、特に、内側に突出する曲げ部１３０の一部分が、互いに接触する虞があり、複数のヒューズエレメント１００を格納できない場合がある。なお、上記した「内側」とはヒューズＨ２の中心側のこと、「外側」とはヒューズＨ２の中心とは反対側のことである。

そこで、図４（ｃ）に示すように、ヒューズエレメント２００Ｄでは、ヒューズエレメント２００Ｄの一方側（本実施例では、外側）のみに突出するように、曲げ部２３０Ｄを形成した。具体的には、中間部２４０Ｄの一部を、ヒューズエレメント２００Ｄの上下方向へ交互に、かつ、ヒューズエレメント２００Ｄの表面の一方側（本実施例では、外側）のみに突出するように折り返していくことで、複数の曲げ部２３０Ｄが形成される。

このように、格納されたヒューズエレメントが、他のヒューズエレメントやヒューズの構造等と干渉することを避けるため、曲げ部をヒューズエレメントの任意の一方側のみに突出するように、適宜変形することができる。

なお、本明細書では、ヒューズエレメントの中央に複数の貫通孔を設けて、溶断部を形成していたが、これに限定されることはなく、例えば、ヒューズエレメントの中央の厚さを薄くして溶断部を形成したり、ヒューズエレメントの狭小部に、錫、鉛、銀、ニッケル、又はこれらの合金等からなる低融点金属をデポジットして、溶断部を形成したものも含む。また、本明細書では、ヒューズエレメントの接続部を、ケーシング内で取付部に係止させてから外部端子と接続固定していたが、これに限定されることはなく、ヒューズエレメントの接続部と外部端子とを接続固定出来るものであれば、他の方法を採用してもよい。さらに、本明細書では、ヒューズエレメントの接続部と外部端子とを接続固定する以外にも、ヒューズエレメントと外部端子とを一体形成したもの、つまり、接続部と外部端子が既に一体になっているものも含む。

また、本願発明のヒューズは、上記の実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲、実施形態の範囲で、種々の変形例、組み合わせが可能であり、これらの変形例、組み合わせもその権利範囲に含むものである。

本願発明の本願発明のヒューズの用途は、自動車用電気回路用に限られず、種々の用途の電気回路に使用でき、これらも本願発明の範囲に含まれることは勿論である。

１００ヒューズエレメント
１１０接続部
１２０溶断部
１３０曲げ部
１４０中間部

Claims

両端に位置する接続部と、略中央に位置する溶断部と、当該溶断部と前記接続部との間に中間部を備えたヒューズエレメントと、
当該ヒューズエレメントを内部に収納するケーシングと、を備えるヒューズであって、
前記中間部に、当該中間部の一部を曲げて形成した複数の曲げ部を備えると共に、当該曲げ部を互いに密着させ、
過電流による前記溶断部の溶断後に、溶断した溶断部の両側にある前記中間部間で発生するアークによって当該中間部が溶融するのを、前記曲げ部が防止することを特徴とするヒューズ。
前記曲げ部が、ヒューズエレメントに対して一方側のみに突出していることを特徴とする請求項１に記載のヒューズ。