JPH01294517A - ヒューズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はヒユーズ、更に詳しくは半導体素子を用いた機
器に付設して、過電流による半導体素子の破損を防１に
するために用いることができると共に、半導体素子保護
用ヒユーズと同程度の高限流性を求められる大遮断容量
限流ヒユーズに用いるのにも好適なヒユーズに関するも
のである。

［従来の技術〕 従来より、設定した以上の電流が流れると。

発熱のために溶断して回路を開き、電気機器の破損を防
止するヒユーズが用いられてきた。

しかしながらこのような従来のヒユーズは、いずれも溶
断に要する時間がかなり長く、近年発達した半導体素子
を用いた回路に関しては。

大電流がヒユーズの溶断前に半導体を熱破壊に導き、保
護ヒユーズとしての役目を達成することができなくなっ
ていた。

そこで、このような半導体素子を用いた機器に付設して
、過電流による半導体素子の破損を防止するためのヒユ
ーズとして、近年、半導体素子保護用のヒユーズの開発
と進歩に著しいものが見られるようになってきた。

しかし従来のヒユーズの構造は、第３図に示すように、
はとんど共通して、薄い銀板ｌに狭少部２を設けたもの
を消弧剤３と共に保護筒４に内装して形成したものであ
った。

このようなヒユーズでは、挟小部２を設けることによっ
て、定格電流付近では熱放散を大にして挟小部２の溶断
電流値を大きくし、一方事故電流に対しては、断熱的に
挟小部２のみの温度上昇によって瞬時に溶断する構造を
とっている。

しかしながらこのようなヒユーズでは、挟小部２をより
小さくし、かつ数を多くすることは。

現在の機械プレス技術では不可能なことであり、例え他
の技術で挟小部２をより小さくし、かつ数を多くしたと
しても、これを組み立てる際。

あるいは消弧剤３を充填する際に断線することがあり、
とても現実の使用に供することができるものではなかっ
た。

そこで本発明者によって既に、製造が容易で。

かつ破損し難いだけでなく、溶断時間の短縮及び遮断特
性の向上を図ったヒユーズとして、熱伝導性及び電気絶
縁性の高い耐熱性基板上に、導電性が高く、かつその耐
熱性を阻害することなく適温にて溶けるヒユーズ素材を
挟小部２を有するようにパターン成型して形成したもの
を消弧剤３と共に保護筒４に内装したヒユーズが提供さ
れていた。

このようなヒユーズは、挟小部２を所定の数で、かつ所
定の巾に形成できると共に１組み立てる際、あるいは消
弧剤３を充填する際に、挟小部２が断線することもない
ものであった。

しかしながらいずれのヒユーズであっても。

消弧剤３を使用しているので、消弧剤３の粒径あるいは
消弧剤３の量によって、ヒユーズの特性が変化すること
となっていた。

また特に消弧剤３の充填量が少ない場合には、ヒユーズ
を水平状態で使用した時に、消弧剤３がない保護筒４上
部にアークが発生し、電流の遮断が行なえないような場
合も生じていた。

そこで更に、保護筒４内部の消弧剤３を水ガラス〈よっ
て固化することによって、粒状の消弧剤３が有する欠点
を解除することが考えられた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら水ガラスを用いて消弧剤を固化すると、消
弧剤中に水ガラスの成分であるナトリウムが残存し、挟
小部が溶断した後にも、このナトリウムによって電流が
流れ続けることとなっていた。

そこで本発明は、ヒユーズ素材を設定温度にて溶ける巾
狭の溶融部を設けて基板上にパターン成型し、この基板
を消弧剤を充填した保護筒に内装することによって、組
み立てる際、あるいは消弧剤を充填する際に、挟小部が
断線しないようにすると共に、保護筒内部の消弧剤をケ
イ素のアルコキシドによって固化させ、電流遮断の完全
化、特に挟小部溶断後の電流遮断性の向上を図ったヒユ
ーズを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 前述した問題点を解決するために１本発明は、熱伝導性
及び電気絶縁性の高い基板上に、導電性が高く、かつそ
の耐熱性を阻害することなく、適温にて溶けるヒユーズ
素材を設定温度にて溶ける巾狭の溶融部を設けてパター
ン成型すると共に。

この基板を消弧剤を充填した保護筒に内装したヒユーズ
において、消弧剤を、ケイ素のアルコキシドによって固
化させて形成したことを＃徴とする。

［実施例］ 以下第１図に示した図示例と共に、本発明の一実施例を
説明する。

本発明は、熱伝導性及び電気絶縁性の高い基板ｌＯ上に
、導電性が高く、かつ設定電流にて溶けるヒユーズ素材
１１をパターン成型して形成すると共に、その基板ｌＯ
を消弧剤１３と共に保護筒１２内部に位置させたもので
ある。

またこの消弧剤１３は、保護筒１２内部でケイ素のアル
コキシドによって固化されているものである。

本発明に用いる基板ｌＯは、通電によって発熱するヒユ
ーズ素材１１の熱を発散させると共に、それ自体で通電
しない、いわゆる絶縁性が高い材料であることが必要と
される。またこの基板１０は、ヒユーズ素材１１が破損
しない程度の剛性を備えていること、及びヒユーズ素材
１１の発熱による基板ｌＯからの剥離を防止でき、がっ
溶断後その面上のアーク絶縁性が良い素材であることが
望ましい、具体的には、テフロン、その他の高耐熱性プ
ラスチック材料、あるいはアルミナ磁器、ムライト磁器
、チッ化ボロン磁器、ベリリア磁器、チッ化アルミニウ
ム磁器等が望ましい。

ヒユーズ素材１１は、設定電流以上の電流によって溶断
するために、導電性が高く、かつ熱劣化の少ない化学的
に安定な材料であることが必要とされ、る、またこのヒ
ユーズ素材１１は、パターン成型に適するような材料で
あること。

及び適当な延性を有する素材であることが望ましい、具
体的には、セラミック基板１０に対しては、銅、銀、金
、アルミニウム等が望ましく。

高耐熱性プラスチック基板ｌＯに対しては、この耐熱特
性を下まわる溶断特性をもつスズ、鉛系の合金、その他
が考えられる。

消弧剤１２は１発弧時のアークを冷却してアーク電圧を
高め、溶融したヒユーズ素材１１の蒸気を吸着するため
のものであり、ケイ酸、ジルコニア、ホウ酸等のように
消弧性の良いものが望ましい。

またケイ素のアルコキシドとしては、 Ｍ（ＯＲ）ｎ　　但しＭ；金属 の一般式で示されるＭをケイ素（Ｓｔ）としたものであ
り、具体的には、 テトラメトキシシラン［５ｉ（ＱＣ）Ｉ３）４１テトラ
エトキシシラン［５ｉ（ＯＣ２Ｈｓ）４１テトラ−＋−
プロポ＊　シシラｙ　［５ｉ（０−ｉ−（３Ｈ７）＋１
テ）チーｎ−プロポキシシラ７　［５ｉ（０−ｎ−Ｇ３
Ｈｚ）　４１テトラ−１−ブトキシシ５　ン［５ｉ（０
−ｉ−ＣｓＨ９）　ｓ】テトラ−】−ブトキシシラ７　
［５ｉ（０−ｎ−ＣｉＨｑ）　４］テトラ−５ｅｃ−ブ
トキシシラ７　［５ｉ（０−ｓｅｅ−ＣｓＨ９）　４］
＋ト１−１−ブ）　＊　シシラ７　［５ｉ（０−ｔ−Ｃ
４Ｈｑ）　４３等が使用できる。

またここでケイ素のアルコキシドを用いることとしたの
は、導電性を有する金属のアルコキシドであると、挟小
部溶断後の電流遮断性の向上が図れないからである。

次にこのようなヒユーズの実際の製造の一例について説
明する。

まずアルミナ磁器から成る所定の大きさの基板ｌＯの素
材を用意する。ただ一般には、次に説明する製造工程の
容易化のために、複数の基板１゜に相当するような大き
さの基板１０素材を用いて、−度に多数のヒユーズを作
るものである。

またこの基板１０には、あらかじめヒユーズ素材１１と
しての銅が１０〜５０ｐｍ程度の厚さにメツキしである
。

次に、この基板ｌＯの素材に対して、所定のパターンを
耐酸性のインクである１例えばレジストインク等にて印
刷する。この時には、基板ｌＯの素材が複数枚の基板Ｉ
Ｏに相当するような大きさに形成しである場合には、所
定のパターン印刷も、各々の基板１０に対応する位置に
印刷するものである。

次いでパターンを印刷した基板ｌＯにエツチング処理を
施して所定パターンのヒユーズ素材１１のみを露出させ
る。

その後は、大きい基板ｌＯから、個々の単体としてのヒ
ユーズを分割するものである。

次いでこの基板１０を保護筒１２中に内装すると共に、
この保護筒１２に一方の蓋を固定し、他方の開口部から
保護筒１２中に消弧剤１３を入れる。

この保護筒１２中への消弧剤１３の充填時は、振動を加
えながら行なうと、確実な充填が容易に行なえる。

その後ケイ素のアルコキシドに水及び溶剤としてのアル
コールを加えたものを保護筒１２内部に入れ、保護筒１
２内部の消弧剤１３にしみ込ませ、約５０℃の温度とす
る。

するとこのケイ素のアルコキシドが加水分解して重合反
応を起こすと共に、溶剤が揮発することとなる。

その後、保護筒１２を１２０〜１５０℃の温度で約１時
間乾燥させて、脱水、縮合反応を生じさせ、消弧剤１３
と共に固化させる。

このように消弧剤１３が固化した後は、他方の蓋を固定
して完成したヒユーズとするものである。

また消弧剤１３としてケイ酸を用いると、ケイ素のアル
コキシドとあいまって、保護筒１２内部は固形化したケ
イ酸（ＳｉＯ２）のみとなって、導電性がないもののみ
となる。

なおパターン印刷に関しては、このような方法以外にも
、あらかじめ基板１０上にレジストインク等によって所
定のパターンを印刷し、次いでこの基板１０表面にヒユ
ーズ素材１１としての銅等をメツキする。

するとヒユーズ素材１１としての銅はレジストインクに
よるパターン印刷以外の部分のみにメツキされるので、
その後レジストインクをカセイソ・−ダ等によって溶か
すことによって、基板１０にに所定形状のヒユーズ素材
１１が形成されるものである。

なおこのような製造方法とすることによって、ヒユーズ
素材１１が必要部分のみで足りるために、ヒユーズ素材
１１の節約が図れる。

次にこのようにして形成したヒユーズの性能について説
明する。

基板：アルミナ磁器８鵬■Ｘ　４００＋ｍｍ　Ｘ　Ｏ，
８ｓｍｔヒユーズ素材；銅　１ａ〜５０終腸を 溶融部Ｉ１１　１００μ■ 保護筒；ムライト磁器 消弧剤；ケイ酸 ケイ素のアルコキシド； テトラ−１−プロポキシシラン からなる本発明に係るヒユーズを、全く同素材を用いた
にも係らず、消弧剤１３を固化させないヒユーズを比較
例として行なった遮断試験結果について１次表に示す。

このような結果から種々の値について判断する。

まず限流値については、 本願発明は平均が２３０１であり、比較例は平均が２２
７７となったや このような値だけを比較するとさほどの差異はないもの
の、本願発明では平均値に対する誤差が５％未満である
のに対して、比較例では誤差が約１３％程度にまで達し
てしまった。

この点から、本願発明に係るヒユーズは、設定電流で溶
断させる時の電流偵についＣの誤差が少ないこととなり
、極めて性能的に安定したものといえる。

また溶断Ｉ２ｔについても、 本願発明は平均が６５．１８であり、比較例はｆ均が７
８．３３となった。

この平均値の比較だけであってち、比較例に比べて本願
発明は性滝が約１５％程度向上したこととなる。更に本
願発明では平均値に対する誤差が７％未満であるのに対
して、比較例では誤差が約１５％程度にまで達してしま
った。

更に動作１２ｔについては、 本願発明は平均が５７８．９４であり、比較例は平均が
１９１３．２６となった。

この平均値の比較だけであっても、比較例に比べて本願
発明は値が約３０％であり、性能がはるかに向上したこ
ととなる。更に本願発明では平均イ４に対する誤差が８
％未満であるのに対して、比較例では誤差が約３５％程
度にまで達してしまった。

更に第２図に示したグラフは、前述したと同様な本願発
明と比較例との溶断時間を示したものである。

このグラフからも、従来のヒユーズに比べて性能が向上
したことが理解できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は、ヒユーズ素材を設定温
度にて溶ける巾狭の溶融部を設けて基板ｈＫパターン成
型し、この基板を消弧剤を充填した保！ｌ筒に内装する
ことによって、組み立てる際、あるいは消弧剤を充填す
る際に、挟小部が断線しないようにすると共に、保護筒
内部の消弧剤をケイ素のアルコキシドによって固化させ
、電流遮断の完全化、特に挟小部溶断後の電流遮断性の
向上を図ったものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す一部切欠き斜視図、第
２図は溶断時間を示すグラフ、第３図は従来のヒユーズ
を示す一部切欠き正面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、熱伝導性及び電気絶縁性の高い基板上に、導電性が
   高く、かつその耐熱性を阻害することなく、適温にて溶
   けるヒューズ素材を設定温度にて溶ける巾狭の溶融部を
   設けてパターン成型すると共に、この基板を消弧剤を充
   填した保護筒に内装したヒューズにおいて、消弧剤を、
   ケイ素のアルコキシドによって固化させて形成したこと
   を特徴とするヒューズ。