JP7388725B2 - ヒューズ - Google Patents

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、このヒューズは用途に応じて様々な種類があるが、溶断部が溶断した後に、両側の端子部間でアークが発生することを回避するため、端子部間の距離を長くするなどの工夫が必要となり、ヒューズエレメントの全長が長くなるといった問題があった。

そこで、本願発明は、ヒューズエレメントの全長が長くなることを防ぎつつ、アークの消弧性能を向上させたヒューズを提供する。

本願発明のヒューズは、両側の端子部の間に、少なくとも一つ以上の溶断部を備えたヒューズエレメントを有するヒューズであって、前記ヒューズエレメントは、前記溶断部に隣接する位置に凹状の曲部を備え、当該曲部の凹部内に消弧材を固着させたことを特徴とする。

上記特徴によれば、溶断部の溶断時に発生したアークのエネルギーを、曲部の凹部内に消弧材によって効果的に消費して、アークの消弧性能を向上している。そのため、端子部間の距離を短くでき、ヒューズエレメントの全長が長くなるのを防止できる。

さらに、本願発明のヒューズは、前記各端子部に最も近い曲部のみに前記消弧材を固着させることを特徴とする。

上記特徴によれば、両側の端子部にそれぞれ最も近い曲部のみに消弧材を固着させることで、アークの消弧性能を保ちつつ、消弧材を設置する箇所を減らすことができ、ヒューズの製造コストを削減できるのである。

さらに、本願発明のヒューズは、前記消弧材は、シリコーンであることを特徴とする。

上記特徴によれば、高い消弧性能を発揮できる。

上記のように、本願発明のヒューズによれば、ヒューズエレメントの全長が長くなることを防ぎつつ、アークの消弧性能を向上できる。

（ａ）は、本願発明に係るヒューズに収容されたヒューズエレメントの全体斜視図、（ｂ）は、ヒューズの全体斜視図である。 （ａ）はヒューズの平面図、（ｂ）はヒューズの側面図である。 図２（ａ）に示すＡ－Ａ断面図である。 図２（ｂ）に示すＢ－Ｂ断面図である。

１００ ヒューズエレメント
１１０ 端子部
１２０ 溶断部
１３０ 曲部
１３１ 凹部
１４０ 消弧材
５００ ヒューズ

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、本願発明に係るヒューズ５００に収容されたヒューズエレメント１００の全体斜視図、図１（ｂ）は、ヒューズ５００の全体斜視図を示す。また、図２（ａ）はヒューズ５００の平面図、図２（ｂ）はヒューズ５００の側面図、図３は図２（ａ）に示すＡ－Ａ断面図、図４は図２（ｂ）に示すＢ－Ｂ断面図である。

図１（ａ）に示すように、ヒューズエレメント１００は、銅やその他の合金からなる一枚の薄い導電板から成形され、一対の端子部１１０と、当該端子部１１０の間に位置する複数の溶断部１２０と、溶断部１２０に隣接する曲部１３０とからなる。この溶断部１２０は、幅が狭くなったヒューズエレメント１００の一部に、小孔１２１をあけて、更に幅を狭くした狭隘部１２２からなる。そして、溶断部１２０は、電気回路等に意図しない過電流が流れた際に、狭隘部１２２が発熱して溶断し、過電流を遮断するものである。

また、曲部１３０は、ヒューズエレメント１００の一部を下側へ向けて凹状に湾曲させたもので、凹部１３１を備えている。そして、ヒューズエレメント１００の平坦な本体部１０１に溶断部１２０が設けられており、曲部１３０の凹部１３１は本体部１０１よりも下側へ窪んでいる。

このように、ヒューズエレメント１００は、直線状に延出する本体部１０１に、複数の溶断部１２０と、当該溶断部１２０に隣接する位置に複数の曲部１３０を備えており、各溶断部１２０は直列に接続されている。また、曲部１３０は、溶断部１２０の間の本体部１０１を幅方向に横断するように延出しており、溶断部１２０と曲部１３０は交互に配置されている。また、ヒューズエレメント１００には、溶断部１２０が６つ、曲部１３０が５つ設けられている。なお、ヒューズエレメント１００には、溶断部１２０が６つ設けられているが、これに限定されず、溶断部１２０を１つ、又は、溶断部１２０を２つ以上設けるなど、溶断部１２０を任意の数設けることができる。

なお、ヒューズエレメント１００は、図１（ａ）に示すような形状に限定されず、直列に接続された溶断部１２０と、溶断部１２０に隣接する位置に曲部１３０を備えているのであれば、任意の形状であってもよい。また、溶断部１２０及び曲部１３０も任意の数設けることができる。さらに、溶断部１２０は、図１（ａ）に示すような狭隘部１２２から構成されることに限定されず、電気回路等に意図しない過電流が流れた際に、発熱して溶断できるのであれば、例えば、ヒューズエレメント１００の厚さを局所的に薄くして溶断部を形成するなど、任意の構成であってもよい。

また、端子部１１０と溶断部１２０の間の本体部１０１の表面上に、消弧材１４０を固着させている。また、曲部１３０の凹部１３１内に、消弧材１４０を固着させている。この消弧材１４０は、シリコーン（ケイ素と酸素からなるシロキサン結合を骨格とし、ケイ素（Ｓｉ）にメチル基（－ＣＨ３）を主体とする有機基が結合したポリマー）を凹部１３１の表面に塗布して固着させたもので、固体状であるから、凹部１３１の表面に密着して移動せず、また密度が高く消弧性能も高い。なお、消弧材１４０は、シリコーンで構成されているので、高い消弧性能を発揮でき、絶縁体であるから事故電流による炭化を防ぐことができる。また、消弧材１４０は、シリコーンで構成されているが、これに限定されず、凹部１３１内に固着して消弧作用を備える固体状の材料であれば、任意の素材により形成できる。

また、絶縁性のケーシング２００内部の収容空間２０１にヒューズエレメント１００を収容した状態で、収容空間２０１内には、任意で消弧材２０２を充填している。この消弧材２０２は、シリカサンド（ＳｉＯ_２）からなる粒状のものなどを利用できる。また、消弧材１４０は固体状なので、消弧材２０２よりも密度が高い部材となっている。消弧材１４０は消弧材２０２よりも密度が高い部材なので、後述するように、発生するアークをより効果的に消弧できるが、任意で、収容空間２０１内に消弧材２０２を充填することで、溶断部１２０の周囲に存在する消弧材２０２がアークを消弧して、より消弧性能が向上するのである。なお、消弧材２０２は収容空間２０１全体に充填されているが、図面上は、消弧材２０２の一部のみを記載している。

また、ヒューズ５００は、ケーシング２００内にヒューズエレメント１００を収容した状態で、ヒューズエレメント１００の端子部１１０が、銅やその合金等の導電性金属からなる接続端子３００に接続固定されている。そして、ヒューズ５００は、接続端子３００を自動車等に搭載された電気回路に接続して利用され、電気回路中に意図しない過電流が流れた際は、ヒューズ５００内の溶断部１２０が発熱して溶断して、電気回路を遮断している。

ここで、溶断部１２０が発熱して溶断した際、電気回路に接続されている両側の端子部１１０には高電圧がかかっているので、溶断部１２０の周囲の本体部１０１では、溶断せずに残った部分に、事故電流によるアークが発生する虞がある。しかしながら、溶断部１２０に隣接する位置に曲部１３０を設けているので、図３及び図４に示すように、アークＩは曲部１３０に沿って迂回するように誘導される。そして、曲部１３０によって物理的な距離を稼ぐことでエネルギーを消費させ、さらに、曲部１３０の凹部１３１内の消弧材１４０によってアークＩのエネルギーは効果的に消費され、アークは効果的に消弧されるのである。なお、曲部１３０はヒューズエレメント１００の一部を湾曲させて形成しているため、曲部１３０は導電体であり、アークＩを誘導しやすい。

一方、従来技術では、溶断部が溶断した後に、両側の端子部間でアークが発生することを回避するため、端子部間の距離を長くするなどの工夫が必要となり、ヒューズエレメントの全長が長くなっていた。しかしながら、本願発明では、溶断部１２０に隣接する位置に曲部１３０を設け、曲部１３０の凹部１３１内に消弧材１４０を固着させているので、溶断部１２０の溶断時のアークＩのエネルギーを効果的に消費して、アークの消弧性能を向上している。そのため、本願発明のヒューズ５００では、両側の端子部１１０間の距離を短くでき、ヒューズエレメント１００の全長が長くなるのを防止できる。また、ヒューズ５００が複数の溶断部１２０を備える場合であっても、曲部１３０によってアークを効果的に消弧できるので、溶断部１２０同士の間隔を狭くでき、ヒューズエレメント１００の全長が長くなるのを防止できる。

また、消弧材１４０は、曲部１３０の凹部１３１内のみに固定されて収容されている。つまり、消弧材１４０の一部が凹部１３１から溢れ出して本体部１０１まで、はみ出してはいない。そのため、アークＩは曲部１３０に沿って迂回するように確実に誘導されて、曲部１３０の凹部１３１内の消弧材１４０によってエネルギーは効果的に消費されるのである。もし仮に、消弧材１４０の一部が凹部１３１から溢れ出して本体部１０１まではみ出していると、本体部１０１に設けられた溶断部１２０の溶断時及び消弧時の熱によって、凹部１３１から溢れ出した消弧材１４０が炭化する。すると、アークＩは、曲部１３０を挟んだ両側の本体部１０１間で、消弧材１４０の炭化した部分を介して最短距離でまっすぐと流れてしまい、曲部１３０へと迂回されない虞がある。

また、消弧材１４０は、ヒューズエレメント１００の両側の２つの曲部１３０にそれぞれ固着されているが、これに限定されず、複数ある曲部１３０のうちの一つのみに消弧材１４０を固着させたり、全ての曲部１３０に消弧材１４０を固着させるなど、任意の曲部１３０に消弧材１４０を固着させることが出来る。例えば、図３及び図４に示すように、隣接する２つの曲部１３０に、それぞれ消弧材１４０及び消弧材１４０’を固着させる場合は、消弧材１４０及び消弧材１４０’同士は互いに別体とし、互いに物理的に独立している。仮に、消弧材１４０及び消弧材１４０’が、溶断部１２０を跨ぐように物理的に連続していると、溶断部１２０の溶断時及び消弧時の熱によって、物理的に連続した消弧材１４０及び消弧材１４０’が炭化してしまう。そのため、消弧材１４０及び消弧材１４０’同士は互いに別体とし、互いに物理的に独立させることで、炭化を防いでいるのである。

また、図３及び図４に示すように、溶断部１２０に隣接する曲部１３０が３つ以上ある場合は、消弧材１４０が固着された曲部１３０の間に位置する曲部１３０（図２及び図３では、曲部１３０ａ）の凹部１３１には消弧材１４０を固着させなくてもよい。仮に、曲部１３０ａに隣接する溶断部１２０が溶断しても、当該溶断部１２０と端子部１１０の間には、消弧材１４０が固着された曲部１３０が存在しているため、その曲部１３０の消弧材１４０によってエネルギーが消費されてアークが消弧されるのである。

なお、ヒューズ５００において、溶断する溶断部１２０を事前に特定できれば、アークが発生する位置も特定でき、特定の曲部１３０に消弧材１４０を最適に配置できる。しかし、ヒューズ５００に接続された電気回路の状態によって、どの溶断部１２０が溶断するか分からないため、アークが発生する位置も特定することができない。すると、消弧材１４０を最適に配置することも難しくなる。

そこで、図３及び図４に示すように、両側の端子部１１０にそれぞれ最も近い曲部１３０ｂと曲部１３０ｃのみに、消弧材１４０を固着させてもよい（つまり、曲部１３０ｂと曲部１３０ｃ以外の曲部１３０には、消弧材１４０を固着させない）。すると、両側の端子部１１０の間のどの場所で、溶断部１２０が溶断してアークが発生しても、両側の端子部１１０の間には、消弧材１４０が固着された２つの曲部（１３０ｂ、１３０ｃ）が存在しているため、両側の端子部１１０間で発生するアークが、２つの曲部（１３０ｂ、１３０ｃ）の消弧材１４０によって両側で効果的に消弧されるのである。例えば、両側の端子部１１０から遠い溶断部１２０、つまり、ヒューズエレメント１００の略中央付近の溶断部１２０が溶断しても、端子部１１０へ向けて進むアークが、端子部１１０へ到達するまでに、複数の曲部（１３０ｂ、１３０ｃ）の消弧材１４０によって効果的に消弧されるので、両側の端子部１１０から遠い溶断部１２０に隣接する曲部１３０には消弧材１４０を設けなくてもよいのである。このように、両側の端子部１１０にそれぞれ最も近い曲部（１３０ｂ、１３０ｃ）のみに消弧材１４０を固着させることで、アークの消弧性能を保ちつつ、消弧材１４０を設置する箇所を減らすことができ、ヒューズ５００の製造コストを削減できるのである。

なお、端子部１１０と、端子部１１０に隣接する溶断部１２０との間に位置する本体部１０１にも、消弧材１４０を任意に固着させてもよく、端子部１１０付近でアークが発生しても効果的に消弧することができる。また、曲部１３０は、本体部１０１の溶断部１２０から下方へ凹状になっているが、これに限定されず、本体部１０１の溶断部１２０から上方へ凹状になってもよい。また、消弧材１４０は、曲部１３０の凹部１３１の幅方向の全体に固着されているが、これに限定されず、凹部１３１に部分的に固着されてもよい。また、曲部１３０は側面視で半円状に曲げられているが、これに限定されず、窪んで凹部１３１が形成されているのであれば、側面視で略三角状や四角形状等の任意の形状に曲げられてもよい。

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。

Claims (3)

1. 両側の端子部の間に、少なくとも二つ以上の溶断部を備えたヒューズエレメントを有するヒューズであって、
   前記ヒューズエレメントは、凹状の曲部を少なくとも三つ以上備え、
   前記各曲部は、前記溶断部に隣接する位置に配置され、
   前記曲部の凹部内において、消弧材を前記凹部の表面上のみに塗布して固着させたことを特徴とするヒューズ。
2. 前記各端子部に最も近い曲部のみに前記消弧材を固着させることを特徴とする請求項１に記載のヒューズ。
3. 前記消弧材は、シリコーンであることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒューズ。

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