JPS6351024A - 超小型ヒュ−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】 及玉分立 本発明は、一般にはヒユーズ、特に関連する米国特許出
願第７１５，７９９号及び第８５２，６０５号に記載さ
れているような、スペースが限定されている場所での適
用における電気回路保護のために使用される形式の超小
型電気ヒユーズに関するものである。この形式のヒユー
ズはプリント回路基板のスペースを節約するために有用
である。

従来技術 他の形式のヒユーズのような超小型ヒユーズは回路を流
れる過剰電流により生じる可能性がある損傷から回路部
材を保護するために使用される。

過剰電流は一般に過負荷電流か、又は短絡１ｒ流の何れ
かに類別される。過負荷Ｎ、流は一般に正常な電流、又
は定格１ｔ２ｉｉの１３５％〜５００％であると考えら
れている。短絡電流は定１δ電流の５００％以上になる
可能性がある。

製造承認のための研究所（υｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ’
　Ｌａｂ。

ｒａ　ｔｏｒｙ）により認証されるためには、ヒユーズ
は短絡試験、低過負荷試験、連続試験のような成る種の
試験要件を通過しなければならない。低過負荷試験のた
めには、ヒユーズ素子は定格電流に対する割合で１３５
％から５００％のあたりの範囲で特定された時間間隔内
で開かなければならない。

短絡試験のためには、ヒユーズ素子はヒユーズ体を破壊
することなく回路を開かなければならない。

連続試験のためには、ヒユーズが開放した後、電圧は１
分間保持され、その間ヒユーズを打ち直す（ｒｅｓ　ｔ
ｒｉｋｅ）必要がない。

多くの普通のヒユーズは、ヒユーズ素子と、キャップと
ベースとからなる２片のヒユーズハウジングとから構成
される。短絡状態の間、ハウジング内の圧力は増大する
。超小型ヒユーズの物理的サイズが小さいので、従って
アーク除去ギャップが小さいので、即ちヒユーズ素子を
担持する端子間の距離が短いので、斯かるヒユーズのた
めのハウジングは物理的により大きなヒユーズでは普通
には本来起こり得ない異常的な機能停止問題を受ける。

ヒユーズハウジングが破裂するか破壊するという危険性
がある。

２片ハウジング設計では、この破壊は普通にはキャンプ
とベースとの間の密封部分で起こる。若しハウジングが
破壊すると、活性アークが露出するだけでなく、そのア
ークを長くし、そのため潜在的には、回路を十分に遮断
するには付加的な時間ヲ必要とするので、ヒユーズの下
流の回路部材の損傷の原因となる。−度ノ１ウジングが
リークすると、ハウジング内の圧力は低下し始める。こ
のことは遮断時間を増大する。

当業界の専門家は、ヒユーズ素子が短絡電流を受けると
、ヒユーズ素子はヒユーズ素子導体の融点に達する迄加
熱することを知っている。熱増大割合はとりわけ、過剰
１５流の大きさの関数である。

−反導体の温度がその融点に達すると、導体材料は急速
に気化し、気化した金属原子は導体を囲むガス又は空気
媒質と混合する。アークはガス混合物又はアーク伝導路
として作用するプラズマに形成される。アークプラズマ
の温度の増大は又ヒユーズハウジング内の圧力を増大す
る。若しアークプラズマが密になると、プラズマ内での
荷電粒子の移動は制限される。荷電粒子の運動性の減少
はギャップの抵抗を増大し、そこで、回路への電流を遮
断するときにヒユーズを適当にｍＷするために必要であ
る消弧の作用をする。斯くして、ヒユーズハウジング内
の圧力の増大はアークを消すこと及び回路への電流を遮
断するのに有益であることが認められる。従来のヒユー
ズは圧力が増大する間に破壊する傾向があった。

この問題を克服するための試みが米国特許出願第７１５
，７９９号及び第８５２，６０５号に開示されている。

これらの特許出願は２つの端子と、セラミックコーティ
ング内に包まれたセラミック基質に支持される端子間の
可溶性素子とからなる超小型ヒユーズを開示する。この
ヒユーズは良好に作用することが見出されたが、問題点
はヒユーズが最早短絡に起因する圧力を抑制できないア
ンベヤ量に達することに及ぶ。これは特に２５０■また
はそれ以上の電圧にとっては正しい。

皿 本発明の目的は、超小型ヒユーズの短絡性能を増大する
こと、従って達成できる最大アンペア定格を増大するこ
とにある。

構成 本発明により、第１には回路基板に及び他方では電子部
材のためのスペースが限定されている通用部分に使用す
るための超小型電気ヒユーズが明らかにされる。端子素
子の指部はセラミック５ｇを支持する。基質は両端が金
属処理され、前記指部の中に挿入され、そして２つの端
子を電気的に連結する可溶性ワイヤを支持する。前記指
部と前記基質はフラックスと共にまたはフラックス無し
に部材をはんだづけするために加熱される組体を形成す
る。咳組体は硝酸ホウ素のような高電気絶縁耐力を存す
る第２材料でコーティングされるセラミック粘着材ｆ１
に包まれる。

尖膳貫 本発明は多くの異なる形式の実施例が可能であるが、こ
こでは、いくつかの好ましい実施例を図面に示し、詳細
に説明する。しかし、この内容は本発明の原理の例示と
して考慮されるべきであり、本発明を図示された特別の
実施例に限定することを意図するものでないことを理解
すべきである。

図面第１図〜第３図において、本発明の対象である超小
型ヒユーズ１０の実施例を示す。ヒユーズ１０は第ｉ◇
：ｉ子２０と、第２端子３０と、緯経手段又は基質８０
と、可溶性導体１３０と、セラミンクコーティング１８
０と、第２コーティング２００と、包囲体１９０とを包
含する。アンペア定格１９１と、カタログ記号１９２と
、電圧定格１９３と、製造者商標１９４とは示される個
々のヒユーズを見分けるために役立つ。

２つの端子２０と３０は夫々上部４０と下部５０とから
なる。端子２０と３０の下部５０は、プリント回路（Ｐ
Ｃ）基板のはんだづけされる場所に、又はＰＣ基板に配
置されたヒユーズソケットに、差し込まれるように適用
され、基本的には平坦である。平坦形状は好ましいが、
本発明は円形横断面の導体材料を使用する場合のような
他の形状にも等しく採用可能である。

端子２０と３０は銅合金により、錫、はんだ、又は他の
適当な合金でめっきをされることができる導体台の偏平
片から打抜きにより作られる。燐青銅とベリリウム青銅
のような他の材ｒ）及び導電性材料の他の合金もまた適
当している。抗張力は銅の抗張力よりは好ましく高く、
ステンレス鋼よりは低い。

端子２０と３０の上部４０は、はんだ再流結合（ｒｅｆ
ｌｏｗ　ｊｏｉｎｔ）を形成するように、錫はんだ又は
錫鉛合成物でコーティングされることができる。

第４図に示す好ましい実施例は指部７０を打抜きする前
に片側に熱圧延された錫又は錫鉛合成物を示す。このプ
ロセスは偏平導体台の片側のみをめっきすることにより
錫又は錫鉛合成物の量を少なくすることができる。コー
ティングされた導体材料ははんだ被覆金属板と呼ばれる
。

１個、２個、又は多数個の指部７０は基質８０を受は入
れるソケットを形成する。第５図に示されるように、各
指部７０は夫々Ｓ字状形状を形成する２個の曲線部９０
と１００を包含する。指部７０は一端が、互いに向いあ
う各指部の曲線部９０と１００により、連結される。全
形伏はフォーク状であり、機械的に保持する基質８０に
最も接近する点でばね圧縮力を形成する。各指部７０の
先端１２０は基質８０に対し鋭角で配置されている。こ
の角度は可）容性素子１３０を先端１２０と基’ｆｆ８
０の間にぴったりはめこむことができるに十分な大きさ
に作られている。このことは可溶性素子１３０が端子指
部７０と基質８０との間を最小の応力で引かれるのを許
容する。可溶性素子１３０が好ましい実施例では非常に
小さい直径の細いワイヤであるという事実により、破壊
を防ぐためにワイヤに如何なる潜在的応力も減少又は除
去することが必要である。

基［８０は２つの上部４０を所定位置に機械的に連接す
るために使用される。第５図と第６図に示される基質８
０は偏平であり、長方形であり、普通には箱型形状であ
る。端子２０と３０との間の基質の最小長さは予め定め
られたシステム電圧と過剰電流により発生されるアーク
を遮断するために必要なスパークギャンプにより決定さ
れる。

しかし、長さは製造工程の間の取扱を容易にするために
増大することができる。

アーク遮断サイクルの間ヒユーズハウジング内の温度は
４００″′Ｆ以上に達する可能性がある。

基質は端子２０と３０を機械的に連接し、そして必要な
ユパークギャップを維持することが必要であるので、基
質８０は遮断サイクルの間破壊しないことが重要である
。基質の斯かる破壊はヒユーズの異常な不具合を引き起
こす可能性がある。又電気的導体を支持するので、高温
で炭化しない材料を使用するのが重要である。この理由
から耐高温能力のある材料が使用されなければならない
。

好ましい実施例では基ｌ？ｔ８０はアルミナシリカオキ
サイドのようなセラミック多結晶材料からなる。

しかし、ガラス、ベリリアセラミック、マイカ及び打機
繊維のような色々な他のセラミック系多結晶材料が適当
している。

基質８０を選択する際の他の重要な考慮点は、良好な電
気絶縁特性を有することである。電気絶縁性に劣る材料
は遮断中でも基質８０を横切っての導電を許容するであ
ろう、このことは、遮断時間が増大し、従ってヒユーズ
１０の異常な不具合を生じる結果となる可能性がある。

セラミック多結晶材料は良好な熱絶縁性と同様に優秀な
電気絶縁性強さを有し、そこで基質８０のための材料と
して使用するのに適している。基質８ｏは以下により詳
細に説明するように１個又は多数の穴ｌ・１０を有する
。

基質８０の各端部１６０は端子２０と３０及び可溶性導
体のための連結手段を形成するため金属処理される。好
ましい実施例では、金属処理は銀または銀合金により行
われる。良好な導電体であることに加えて、基質の上に
蒸着等（ｄｅｐｏｓｉｔ　）された導体材料が非常に高
い密度を持ち、又比較的容易に処理されることが好まし
い、窒素の存在の下で焼結されなければならない銅の様
ではなく、銀は空気中で燃やされ又は焼結されるので、
銀は好ましい、金のような他の導体材料は基質のための
導体材料として等しく適している。しかし、価格の要因
から銀が好ましい。

銀が基質端部１６０の上にデポジットされ、そして燃や
されて後、咳端部は錫スは錫鉛浴の中に浸漬されること
ができる。これは酸化を戎らし、はんだ再流結合を形成
する。

端子２０と３０にデポジットされたはんだ再流成分（例
えば錫鉛）は基質端部１６２が浸漬されるはんだ再流成
分と同し融点を有するのが好ましい、融点が同じかそれ
に近いとき、はんだ結合は端子２０と３０を基質端部１
６２と接触して置くことにより、そして単に熱を、そし
て必要なときはフラックスを加えるのみでなされること
ができる。如何なる付加的なはんだをも加えることなし
に、端子２０及び３０と基質端部１６２の上のはんだ再
流成分が融点に達し、十分に冷却することが許される時
、はんだ結合が作り出される。端子２０と３０の接触点
は基ｆｆ８０の端部１６２と同様に完全にはんだ再流成
分により覆われるので、もし外部はんだ材料が結合部を
形成するために加えられるとした場合よりも良好なはん
だ結合が形成される。

長い連続ワイヤの形の可溶性導体１３０は電流通路を形
成するため２つの端子間に結合される。

導体の横断面は、使用される特定の導体材料と、ヒユー
ズｌＯを通過する正常な電流と、所望の過剰電流溶融値
とにより決定される。可溶性導体はワイヤ、厚いフィル
ム、薄いフィルム、又は産業界で有りふれた任意の他の
形状の導体とすることができる。

ヒユーズは保護されるべき装置と直列に置かれるので、
擬似的不通の発生無しにヒユーズが正常な電流を通すこ
とが必要である。そこで、導体は溶融すること無しに正
常な電流を通すように寸法を決められなければならない
、又、特定の導体材料の抵抗が考慮されなければならな
い。比較的低い抵抗を有する導体は、高抵抗を有する回
し寸法の導体よりも多くの電流を熔融することなしに通
すことができる０例えば、ニッケルは銅よりは高抵抗を
有し、そこで若しニッケルが導体材料として使用される
と、銅導体より大きな横断面のニッケルが同じ電流を通
すために必要である。

導体１３０は、基質端部１６２と端子１旨部７０との間
に該導体を置くことにより、２つの端子２０と３０の間
に連結される。端子指部７０と基質端部１６２との内側
にはんだを被覆することにより、導体１３０は端子指部
７０と基質端部１６２とに、接触点を加熱すること及び
それを冷却することを許すことにより、しっかり定着さ
れ、斯くしてはんだ再流方法によるはんだ結合を形成す
る。

この工程は又基質端部１６２に錫または他の適当するコ
ーティング無しに達成されることができる。

端子２０及び３０と、基質８０と、導体１３０とが組体
６０を形成する。若し導体１３０が可溶性ワイヤ、細片
等であると、次の段階は素子組体間の過剰材料を除去す
ることである。

第８図はセラミック粘着剤に浸漬さた後の組体６０を示
す。他の適当する絶縁コーティングは、それに限定され
るものではないが、高温セラミックコーティング、石砂
、水、ガラス又は他の粘着充填剤を包含する。ｗＡ縁コ
コ−ティングプラズマを吸収し、その温度を低減する。

セラミックコーティングはヒユーズ組体６０を被覆し、
そこで、コーティングは十分に空気不足にさせる。より
重要なことには、可溶性導体の気化により作り出される
セラミック内の開放溝が加圧を受ける小さな容積を有す
る。開放溝が十分に小さいので、その中の圧力は増大し
、斯くしてヒユーズ特性を改善する結果となる。セラミ
ックコーティングは又アーク冷却によるアーク抵抗の増
大によりヒユーズ特性を改善する。

セラミックコーティング１８０は又遮断の間の金属蒸気
を吸収する作用をし、斯くしてアークプラズマ温度を低
減する。絶縁コーティングの内部の固体はほんの瞬間の
間だけ円筒状室又は容積が加圧されるのを許容する。こ
の容積は気化する前の可溶性導体１３０が占める容積に
より定められる。アークにより作り出されるガスは斯か
る小さな領域に含まれなければならないので、このこと
は空気充填ハウジング内よりアーク溝内の局部圧力がず
っと高くなるという結果になる。斯くして、しっかりし
た清浄回路（ｃｌｅａｒｉｎｇｃｉｒｃｕｉＤ遮断が得
られる。更に、セラミック１８０は又ハウジング１９０
と連通しているので、プラスチックハウジング１９０を
高温のアークから絶縁するのに作用する。このことは、
アークを打ち直す（ｒｅｓＬｒｉｋｅ）結果となる可能
性があるプラスチックの炭化を排除する。遮断中にヒユ
ーズハウジング内の温度は約２０４．４°Ｃ（４００’
　Ｆ）以上に上がる可能性があるので、セラミック基質
は好ましくは約１０９３．３°Ｃ（約２０００ｍＦ）に
耐えることができるのが好ましい。

好ましい実施例でのセラミック粘着剤は粉末４〜７分と
水１分の混合物から作られる。使用されるセラミック粉
末は酸化マグネシウムであり、コトロニックス　コーポ
レーション（ｃｏｔｒｏｎｉｃｓ　Ｃ。

ｒｐｏｒａ　ｔ　ｔｏｎ）から得られ、コト口二ノクス
（ｃｏｔｒｏｎｉｃｓ）　Ｎ　ｏ　、　９１９として知
られている。これは１ｃｍ当り１０００オームの抵抗と
、１鴫当り２７０ボルトの電気絶縁耐力を有する。セラ
ミック粉末は水（！：混合する前に５０〜１００メツシ
ユのスクリーンで篩にかけられる。

セラミックコーティング１８０が、しばしば次々に続く
取扱の間に基質８０から割れたり、破壊することが、多
聞生産のための超小型ヒユーズの準備の過程の間に見出
された。セラミック粘着剤１８０に穴１４０を貫通させ
、そしてセラミンク粘着剤を組体６０の両面に接着する
ことにより、セラミックは組体６０に良好に接着する。

、穴１４０へのセラミック１８０の硬化した詰め物はセ
ラミックを組体６０の両面に一緒に保持するリベットと
して作用することが信じられている。

製造の間に、セラミック粘着剤１８０を小さい穴１４０
に完全に充填させることは困難であった。

好ましい製造方法ではセラミックはチップの片側に施さ
れ、穴を通して振動され、ついで浸漬されることができ
る。別な製造方法では、組体６０はセラミック粘着剤１
８０に浸漬された後重力流が粘性セラミンク接着剤を穴
１４０に完全に貫通させることを許容するような地面に
対し水平な位置に保持する。

穴１４０をセラミック粘着剤１８０が完全に貫通す゛る
のを確実にする上記の方法は最も効果的と判明したが、
他の方法が又適当であると判った。

例えば、組体６０をセラミンク粘着剤に浸漬する前に、
セラミック粘着剤ＩＥＩＯはノズル又は他の手段により
穴１４０に直接注入されることができセラミック被覆さ
れた組体６０は高い電気絶縁強さを有する材料の層で次
に被覆される。単一セラミックコーティングを有するヒ
ユーズの最大短絡能力はこの第２コーティングの付加に
より十分に改善された。単層被覆されたヒユーズは、電
圧と電流の組合せが、結果としてのアークがセラミック
コーティングを貫通することができそこでプラスチック
ハウジングに達するレベルに達するとき、欠陥となった
り破壊をしたりする。この状態はアークを長くして結局
本体の破壊を生じることになる。優れた電気絶縁強さを
有する第２コーティングは障壁として作用し、プラスチ
ックにアークが達するのを防ぐことにより、ヒユーズの
短絡性能を改善する。

この第２コーティング使用に特に適していると見出され
た材料は硝酸ホウ素である。この第２コーティングのた
めに適した他の材料は、硝酸ホウ素、酸化ホウ素又は硝
酸ホウ素と同じか又はより大きい電気絶縁強さを存する
他の任意の材料からなる一群から選）尺される。

硝酸ホウ素の液体に組体６０を浸漬し、各層を次の層を
付ける前に固化することを許容することが硝酸ホウ素の
層を形成するのに好ましいと判明したが、硝酸ホウ素又
は第２コーティング２００は単一層で使用されることが
できる。好ましい実施例では３層又はそれ以上の層の電
気絶縁性材料２００が最上の結果を作り出すことが見出
された。

１つの厚い電気絶縁Ｎ２００を使用することは電気絶縁
層が固化されるときに割れを生じる傾向がある。

組体６０は次にフィリップス　ケミカル　カンパニー（
Ｐｈｉｌｌｉｐｓ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ、）から得
られるライドン（Ｒｙｔｏｎ）　Ｒ−１０のようなプラ
スチック状材料により作られる１片ハウジング１９０の
中に入れられる。ｉＩＩ体は型内に置かれ、プラスチッ
クが高い温度及び圧力で射出成形として知られる工程で
型内に圧入される。ピンがセラミック被覆された組体６
０を位置決めするために使用され、第３図に示されるよ
うに穴１１０を残す。材料を射出する温度と圧力と流量
は重要である。圧力カ高すぎると、セラミック粘着剤に
割れを生じヒユーズを損なう、温度が高すぎると、はん
だの再流を生じ、結果としてヒユーズが電気的に開放と
なる。

本発明は、低温、低圧、低流量で使用する点で従来のモ
ールディング技術から離れることを示唆する。公称圧力
は、普通には約３０１．７°Ｃ（５７５”Ｆ）の公称温
度で、型を充填する最も遅い実際的な流速で約１３５．
９ｋｇ　（３ｏ　ｏｒｂ）である。密封された１片のハ
ウジング１７０を使用すると、異常なヒユーズ欠陥の危
険性を減少する。導体１３０がその熔融温度に達すると
、急速に蒸発（気化）シイオンと電子を有するガス（９
通には空気）からなるプラズマを形成する。導体１３０
が気化するとき、アークが端子２０と３０の間に形成さ
れる。−度アークが生じると、ハウジング１９０内の圧
力は増大する。このハウジング１９０内の圧力増大はプ
ラズマ内の荷電粒子の運動性を制限する。アークを消す
ために必要な時間を減少するために、及び過剰Ｔ４流を
うまく遮断するために荷電粒子の運動性を低減するのが
重要である。

上記の超小型ヒユーズと該ヒユーズを製造する方法は普
通の設計実務及び自動車製造技術で急速に使用可能であ
る。更に、本発明が特定の実施例に関して説明されてい
るが、前記の説明にてらして当業界の技術者には明らか
である代替と部分変更と変形があることは明白である。

従って請求の範囲の記載の精神及び広い範囲内にある斯
かる代替、部分変更及び変形をカバーすることが１世図
されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により作られる超小型ヒユーズの斜視図
、第２図は第１の超小型ヒユーズの断面図、第３図は第
１図に示す超小型ヒユーズの側面断面図、第４図は第１
図に示す超小型ヒユーズの端子の側面図、第５図は第１
図に示す超小型ヒユーズの端子と基質の側面図、第６図
は第１図に示す超小型ヒユーズに使用される基質の平面
口１、第７図は第６図に示す基質の端面図、第８図はセ
ラミックに浸漬される総体の部分的に仮想で示すモ面図
である。図において、 １０９１．ヒユーズ、２０・・・端子、３０・・・端子
、６０・・・組体、８０・・・基質、１３０・・・可溶
性素子、１８０・・・セラミック（第１コーティング）
、１９０・・・ハウジング、２００・・・第２コーティ
ングである。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）２つの端子と、 （ｂ）該２つの端子を機械的に連接する基質と、（ｃ）
   該基質に支持され前記２つの端子を電気的に連接する可
   溶性素子と、 （ｄ）前記可溶性素子と基質と前記端子の上端とを包む
   第１コーティングと、 （ｅ）前記第１コーティングを少なくとも部分的に包む
   第２コーティングと、 （ｆ）前記第２コーティングを少なくとも部分的に包む
   ように囲むハウジングとを有する超小型ヒューズ。
2. （２）前記基質が１つの穴を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の超小型ヒューズ。
3. （３）前記第１コーティングがセラミック材料であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超小型ヒ
   ューズ。
4. （４）前記コーティングが石砂、水、ガラス又は他の粘
   着的に結合された充填剤からなる一群から選択されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超小
   型ヒューズ。
5. （５）前記第２コーティングが硝酸ホウ素であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超小型ヒュー
   ズ。
6. （６）前記第２コーティングが珪酸ホウ素、酸化ホウ素
   又は硝酸ホウ素からなる一群から選択されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の超小型ヒューズ。
7. （７）前記第２コーティングが層に形成することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の超小型ヒューズ。