JPS5925336B2 - 細隙型限流ヒユ−ズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電気回路の異常電流を限流し、しゃ断する
細隙型限流ヒユーズ、特にその消弧用の絶縁物に関する
ものである。

従来のヒユーズは可溶片の周囲に例えば砕砂などの消弧
砂を充填して構成されている。

このヒユーズに異常電流が流れると可溶片は溶断発弧−
消弧砂の消弧作用によシ限流しゃ断が行なわれるもので
ある。

しかしこのヒユーズを例えば最近の半導体保護のように
高限流しゃ断性能を要する保護装置として適用するには
限流性能が不十分であった。

これらの問題点を解消することを目的とした先行技術と
して可溶片を固形絶縁物で形成される細隙内に設は発生
アークの断面積の広がシを上記細隙で制限して高限流性
能を得るように構成された、いわゆる細隙型限流ヒユー
ズが開発されている。

以下に先行技術として開発された細隙型限流ヒユーズの
構成を第１図、第２図に基づいて詳細に説明する。

第１図は先行技術としての細隙型限流ヒユーズの構成を
示す正面図、第２図は第１図における■−ｎ線に沿う断
面図である。

図において、１は細隙１ａを介して相対向する消弧板、
２は上記細隙１ａ内に設けられた可溶片でその一部には
断面縮少部２ａが形成されている。

３．４は可溶体２の両端に接続された端子である。

このように構成された細隙ヒユーズに異常電流が流れる
と、可溶片２は自己ジュール熱で加熱され、先ず断面縮
少部２ａで発熱溶断しアークを発生する。

この発生アークは更に可溶片２の全長にわたって進展す
るが予め消弧板１で形成された細隙１ａによシアーク断
面が制限され、アーク抵抗が高められ異常電流が限流し
ゃ断される。

第１図、第２図のものは、可溶片２が１枚用いられた場
合の例であるが、消弧板１を積重ね積層することによ多
形成される複数の可溶片を設けてヒユーズを構成するこ
ともできる。

本発明の構造を有する細隙型限流ヒユーズは従来のヒユ
ーズに比較して著しく優れた限流性能を有するが、その
性能は消弧板て用いる絶縁物の特性に大きく支配される
。

絶縁物の選択については、限流性能の向上を優先するが
同時に限流ヒユーズとして不可欠の性能である通電容量
を増大させることも重要な条件で、この場合にはヒユー
ズ自体の温度が上昇するため絶縁物は耐熱特性が要求さ
れる。

本発明の限流装置において、限流性能を向上させるに必
要な条件は先ず短絡電流によシ可溶体２が発生するアー
クを、＠、速に冷却したシミ子の運動を妨げるガスある
いは水蒸気を多量に発生させアーク抵抗を上昇させるこ
とである。

この状態を実現するためには、絶縁物自体がアーク熱に
より分解ガスを多量に発生することが極めて効率的であ
る。

なおこの状態が発生した際に次の２条件を具備すること
が必要である。

第１の条件は、発弧時に絶縁物自体が破損しないこと。

もし破損すると発生ガスが散逸し、発生ガスの効果が消
失することになる。

即ち、耐圧機械衝撃強度を保持することである。

第２の条件は、接弧により分解した絶縁物表面の抵抗が
低下しないことである。

もしこの抵抗が低下すると、この部分が通電短絡となシ
再通電現象を生じるようになる。

次に通電容量の増大化の問題であるが材料自体の熱伝導
特性が良好であることと耐熱温度が高いことが具備され
るべき条件になる。

上記のように絶縁物が具備すべき条件は多岐にわたる。

絶縁物材料中、有機物系統の材料は接弧時の分解ガスの
発生量が多く限流性能面では優れた効果を発揮するが、
分解生成物として炭素質が残存しやすいため苛酷度の高
いしゃ断を行なう場合、表面の抵抗値が低下しやすく、
再通電現象を生じやすいという欠陥があシ、また通電容
量についても、耐熱温度が低いことと熱伝導特性が悪い
ために大きな規待がもてないという致命的な欠陥がある
。

この通電容量の面に関して、無機質系の代表的材料であ
る磁器系のものは優れた特性を保持するが限流性能に関
し発生ガスが少ないこと及び苛酷度の高いしゃ断を行な
う場合、熱衝撃によシ破損することが多く、発生蒸気が
散逸するので優れた特性が得られない欠陥がある。

以上のように限流性能と通電容量の向上という特性につ
いては必要条件が互いに相反するため、両特性を兼備す
る材料の選択は極めて困難であった。

本発明にかかる限流装置において、優れた限流性能と通
電性能が得られる絶縁材料について種々検討を試みた結
果、ガラスクロスまたはガラスマットを基材としこの基
材間に熱分解によシ水蒸気などの蒸発物を発生する構造
で、かつ加熱状態で結着力を有する無機質のホウ酸を主
剤としこのホウ酸の熱分解生成物の特性を安定化させる
酸化亜鉛または酸化カルシウムの混合粉末を結合剤とし
、この結合剤を基材間に均等に分散し、積み重ねたもの
を加熱加圧成形した板状の無機質複合絶縁物が耐熱性、
耐衝撃強度、加工性にも優れ、理想に近い材料であると
の結論に達し、消弧用絶縁材料として使用した。

しかも、この絶縁材料の無機質結合剤に耐熱性、不燃性
および接弧時の熱分解による絶縁物表面の絶縁性が損わ
ない範囲で熱硬化性樹脂の粉末を添加混合したものを用
いて加熱加圧成形し無機有機質複合絶縁物としたものに
すれば絶縁性および苛酷度の高いしゃ断時の耐衝撃強度
をさらに向上させたものにすることができる。

また、前記絶縁物を基材とし、その外層にアークの高熱
に接した際に分解して、ガスあるいは水蒸気などを多量
に発生する金属の炭酸塩もしくは水酸化物を、結合剤で
あるホウ酸と酸化亜鉛または酸化カルシウムの無機質混
合粉末に添加混合したものを均等に分散配置−加熱加圧
成形してサンドインチ状の三層構造の積層板を構成させ
ることによ択さらに優れた高限流性能を有する無機質ま
たは無機有機質複合絶縁物が容易に作成することができ
る。

本発明のガラスマットまたはガラスクロスよシなる基材
と結合剤の望ましい比率は、基材：結合剤＝２０〜８０
：８０〜２０であり、又、結合剤の成分の望ましい比率
の一例は、 ホウ酸 １０〜９０１０〜９０ 酸化亜鉛ｏｒ酸化 ９０〜１０９０〜１０カルシウム 熱硬化性樹脂 ５〜２５である。

更に、消弧性を保持させる外層の望ましい比率の一例は
、 ホ ウ 酸 ′ ６０〜１０ ６０〜ｉ。

酸化亜鉛ｏｒ酸化 ０ ５〜１０カルシウム 炭酸塩又は水酸化 ４０〜９０４０〜９０物 であシ、この消弧層の厚さは０．３〜１．０ｍｍが望ま
しく、そして、加圧加熱して形成した絶縁物の全体の厚
さは２〜１０ｍｍが望ましい。

以下第３図〜第６図に基づき本発明の実施例につい詳細
に説明する。

実施例 Ｉ 第３図の如く、基材としてのガラスクロス５ａ〜５■を
５２ＣＩｎ×５２ＣｒＩＬの大きさで１枚当り約８０ｇ
のものを２２枚と、重量比でホウ酸７０係、酸化亜鉛３
０係の割合で混合した粉末結合剤６ａ〜６ｕを１分割当
〃約７０ｇのものを２１分割用意し ガラスクロス５ａ
〜５ｖ上に結合剤６ａ〜６ｕを均等に分散配置したもの
を積み重ね、上下に熱板を備えたプレスを用い１７５℃
の温度で加熱Ｌ１００ ／ｃｑ／ｃｍ２の圧力で加圧し
、厚さ３Ｗ７にの板を形成する。

その成形品を１００℃から２０℃間隔で２００℃まで段
階熱処理を施して、重さ約１６００ｇの第４図のような
積層板を作成し絶縁物として使用した。

この絶縁物はアークに接すると、その高熱によシ結合剤
６ａ〜６ｕ中のホウ酸が熱分解して多量の水蒸気を発生
し、アーク抵抗を上昇させるため優れた限流性能を有す
る。

また絶縁物を構成する基材にガラスクロス５ａ〜５ｖを
用いているため耐衝撃強度が大きく磁器質材料のように
破損することもなく、かつ有機質材料のように分解生成
物として炭素質物質を析出することもないので表面抵抗
が低下し再通電現象を生じることは全くない。

耐熱温度も高く５００℃に耐えるもので通電性能も良好
である。

実施例 ■ 第５図の如く、内層に基材としてのガラスマツドアａ〜
１ｋを２２に７７２Ｘ２２に７７１の大きさで１枚当シ
約１６ｇのものを１１枚と重量比でホウ酸５６係、酸化
亜鉛２４係、エポキシ樹脂２０％の割合で混合した粉末
結合剤８ａ〜８ｊを１分割当り約１５ｇのものを１０分
割用意−ガラスマット１ａ〜７に上に結合剤８ａ〜８ｊ
を均等に分散配置したものを積み重ね母材とする。

この母材の上下の外層に重量比で炭酸カルシウムの粉末
７０係、ホウ酸２５係、酸化亜鉛５係の割合で混合した
粉末の消弧剤９ａ、９ｂを均等に分散配置する。

これを上下に熱板を備えたプレスを用い１７０℃の温度
で６０ｋｇ／ｃｍの圧力で加圧し厚さ３ｍｍの板を成形
し、成形品を１００℃から２０℃間隔で２００℃まで段
階熱処理を施して重さ約３００ｇの第６図のようなサン
ドイッチ状の三層構造の積層板を作成し絶縁部として使
用した。

この絶縁物は外層の粉末成形層９ａ 、９ｂで消弧の働
きをさせ内層の母材で耐衝撃強度を持たせることを目的
としたものでアークに接するとその高熱によシ粉末成形
層９ａ 、９ｂが熱分解して炭酸カルシウム炭酸ガス、
ホウ酸から水蒸気と多量の相乗ガスが発生し、＠、速に
アークを冷却−かつ電子の運動を妨げたシしてアーク抵
抗を上昇させるため極めて優れた高限流性能を発揮―耐
衝径強度面においても内層基材のガラスマツ）７ａ〜７
ｋを結着する結合剤８ａ〜８ｊにエポキシ樹脂を添加し
て強化しているので苛酷度の高いしゃ断に十分な効果を
発揮するものである。

耐熱温度的にも３００℃に耐え、接弧による絶縁物表面
の抵抗の低下も全くない。

上記実施例ではこの絶縁物に使用する外層の粉末成形層
９ａ 、９ｂの主材料に炭酸カルシウムを使用したもの
を使用したが、これに限定されるものではなく、アーク
に触れた際の熱分解によフ炭酸ガスあるいは水蒸気を発
生するものであればよく、例えばマグネシウム、アルミ
ニウム、亜鉛などの炭酸塩あるいは水酸化物は何れも同
等の効果を発揮するものである。

但二ナトリウム、カリウムなどアルカリ金属の炭酸塩あ
るいは水酸化物は分解生成物の電気抵抗が低いため、再
通電現象の原因になるため使用することができない。

また消酸塩に関しては分解発生ガスが臭気を有ム公害、
衛生面に問題があるため使用することはできない。

なお重金属の炭酸塩あるいは水酸化物についても分解生
成物の電気抵抗に関係し使用することはできない。

なお、内層基材のガラスマツドアａ〜７ｋを結着する結
合剤８ａ〜８ｊに添加する樹脂粉末についてもエポキシ
に限定されずメラミン、フェノールなど熱硬化性樹脂で
も同様の効果が得られる。

もちろん樹脂を添加しない実施例■の無機質だけの結合
剤６ａ〜６ｕを用いれば耐熱性も５００℃に耐え通電容
量も増大する。

ただし耐衝撃強度的には樹脂を添加したものに比べ多少
低下するが、磁器質材料などに比べれば比較にならない
ものである。

また外層の粉末成形層９ａ、９ｂをなくして、内層母材
を構成する基材としてのガラスマツドアａ−７ｋを無機
有機質結合剤８ａ〜８ｊによシ加熱加圧成形して作成し
たものも絶縁物として使用できる。

即ち、ガラス基材に関しては、マット、クロス何れも使
用可能ということである。

このものは、アークに接すると高熱によシ結合剤８ａ〜
８ｊ中のホウ酸及び添加樹脂が熱分解しホウ酸から水蒸
気、樹脂からは炭素質、水蒸気などの分解ガスが多量の
相乗ガスとして発生しアーク抵抗を上昇させ優れた限流
性能を有するが、発生する分解ガスは、樹脂の添加量に
関係して限度があわ、外層に消弧剤９ａ、９ｂを形成し
た絶縁物に比べると多少性能的には劣るが成形が容易で
あるところからしゃ断容量との兼合“次第ｆ十分使用す
ることができる。

以上のように、ガラスクロスまたはガラスマットを基材
とし、熱分解によシ水蒸気などの蒸発物を発生する構造
でかつ結着力を有するホウ酸と酸化亜鉛または酸化カル
シウムの混合粉末または、それらに熱硬化性樹脂の粉末
を添加した混合粉末を結合剤として加熱加圧成形して作
成した無機質および無機有機質複合絶縁物あるいは、こ
れらの絶縁物を構成する材料を母材にして、その外層に
消弧作用に有用な粉末成形層を形成させサンドインチ状
の積層を構成した無機質および無機有機質複合絶縁物を
使用することにより性能の優れた限流装置を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は細隙型限流ヒユーズの構成を示す正面図、第２
図は第１図における■−■線に沿う断面図、第３図は本
発明の一実施例絶縁物の材料構成を示す略図、第４図は
第３図の絶縁物の断面図、第５図は本発明の他の実施例
の絶縁物の材料構成を示す略図、第６図は第５図の絶縁
物の断面図である。 図において、１は絶縁物、１ａは細隙、２け可溶片、２
ａは断面縮少部、３，４は端子、５はガラスクロス、６
は無機質の結合剤、７はガラスマット、８は無機有機質
結合剤、９は消弧剤である。 尚、図中同一符号は同一部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 細隙を形成する絶縁物と、上記細隙内に設けられた
   可溶体を有する細隙型限流ヒユーズにおいて、ガラスク
   ロスおよびガラスマットから選んだ基材と、酸化亜鉛お
   よび酸化カルシウムから選んだ酸化金属とホウ酸との混
   合粉末でなる結合剤とを交互に積層し加熱加圧して板状
   の無機質混合絶縁物に成形してなる上記絶縁物を備えて
   なることを特徴とする細隙型限流ヒユーズ。 ２ 熱硬化性樹脂の粉末を添加、混合した結合剤を備え
   た特許請求の範囲第１項記載の細隙型限流ヒユーズ。 ３ 炭酸塩および水酸化物から選んだ粉末と結合剤との
   混合物でなる外層を形成した絶縁物を備えた特許請求の
   範囲第１項記載の細隙型ヒユーズ。