(57)【要約】【課題】ヒューズ溶断時において、そのケーシングにひび割れ、破裂等の発生を解消又は抑制し、また、合成樹脂製ケーシングの炭化による発火を防止し得るヒューズを提供する。【解決手段】本発明は、溶断部２の両側に端子部３を有するヒューズエレメント１と、前記溶断部２を包囲するケーシング５とを備え、このケーシング５の内部にエレメント溶断時に発生するアークを消弧する消弧剤６が充填されて成るヒューズ１０であって、その特徴は、前記ケーシング５が通気性材料で形成されており、全体として非導電体にしたことにある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶断部の両側に端子部を有するヒューズエレメントと、前記溶断部を包囲するケーシングとを備え、該ケーシングの内部に、前記エレメント溶断時に発生するアークを消弧する消弧剤が充填されて成るヒューズであって、
前記ケーシングが、通気性材料で形成されており、全体として非導電体であることを特徴とするヒューズ。
【請求項２】
通気性材料は、セラミックス若しくは焼結金属、耐熱性合成樹脂又はこれらの混合体から成るものであることを特徴とする請求項１記載のヒューズ。
【請求項３】
ケーシングは、エレメントの溶断部の周囲を包囲する筒体、又は／及び、端子部を外部に露出した状態で前記筒体の両端部を閉塞するキャップ体から成ることを特徴とする請求項１又は２記載のヒューズ。
【請求項４】
ケーシングは、エレメントの両端子部を外部に露出した状態で溶断部の周囲を粉体又は粒体で固めたものから成ることを特徴とする請求項１又は２記載のヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車分野で用いられるヒューズに関し、詳しくは、例えば高圧ヒューズ等のケーシング内部に消弧剤が充填される型式のヒューズにおいて、溶断時にケーシングの割れ、破裂等の発生を解消又は抑制し得るヒューズに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車分野で用いられるヒューズとしては、種々の形式のものがある。例えば外部に発煙、発火等を発生させることなく、短絡電流等の過電流を遮断する高圧ヒューズがある。
【０００３】
この高圧ヒューズの構造は、周知のように、狭小断面の溶断部を形成するヒューズエレメント（以下、単にエレメントと称する場合がある。）を絶縁筒内に組み込み、そのヒューズエレメント周囲の空間に消弧剤を充填し、絶縁筒を密閉したものである。
【０００４】
ヒューズエレメント溶断時には消弧剤は、エレメント周囲にあってエレメントの溶断部から発生するアークを消弧するとともに、溶断に至るまでの過程でヒューズエレメントから発生するジュール熱を吸収し、溶断時間の遅延機能を果たすものである。
【０００５】
しかしながら、この高圧ヒューズは、エレメント溶断時に大量の高温、かつ、高圧の溶断ガスが溶断部から発生するため、ケーシング内部の圧力が上昇する。このガスの圧力が上昇するとケーシングの機密性が高いため、このガスをケーシング内部で保持しきれず、その結果、ケーシングにひび割れ、破裂等が生じる問題があった。
【０００６】
また、この場合、溶断ガスは高温、高圧であるため、その体積膨張が大きいうえ、消弧剤も膨張するが、ケーシング内の空間は消弧剤で占められているため、内部圧力を緩和することができず、上記ひび割れ、破裂等の発生を助長させる。
【０００７】
さらに、ケーシング材質が樹脂製の場合、溶断時にエレメントから発生するジュール熱或はアーク熱によりケーシング内壁面が炭化され、当該面にリーク電流が流れ続ける結果、発火に至るという問題もあった。
【０００８】
このようなケーシングの問題に対処せんとする従来技術としては、特許文献１および特許文献２に記載の技術が見られる。
【０００９】
しかしながら、これら技術は、いずれもケーシングの損傷防止やその冷却の必要性には触れてはいるものの、その主目的はそれぞれ、金属端子部をセラミックスシートで被覆することにより金属端子部の短絡防止を図ること、同様手段により高電圧下での確実な電流遮断を図ることにあり、いずれもケーシング素材に着目したものではなく、根本的解決に至るものではなかった。
【特許文献１】特開平１１−１８５５９６号公報（請求項１、段落００３２、図１）
【特許文献２】特開平１１−１９１３５５号公報（請求項１、段落０００４、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解消すべくなされたもので、ヒューズ溶断時において、そのケーシングにひび割れ、破裂等が生じることを解消又は抑制すること、およびヒューズのケーシングの炭化による発火を防止し得るヒューズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、溶断部の両側に端子部を有するヒューズエレメントと、前記溶断部を包囲するケーシングとを備え、該ケーシングの内部に、前記エレメント溶断時に発生するアークを消弧する消弧剤が充填されて成るヒューズであって、前記ケーシングが、通気性材料で形成されており、全体として非導電体であることを特徴とする。  
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のヒューズにおいて、通気性材料が、セラミックス若しくは焼結金属又はこれらの混合体から成るものであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のヒューズにおいて、ケーシングが、エレメントの溶断部の周囲を包囲する筒体、又は／及び、端子部を外部に露出した状態で前記筒体の両端部を閉塞するキャップ体から成ることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載のヒューズにおいて、ケーシングが、エレメントの両端子部を外部に露出した状態で溶断部の周囲を粉体又は粒体で固めたものから成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載のヒューズによれば、溶断部を包囲するケーシングが通気性材料で形成されているので、ケーシング内部に消弧剤が充填されることにより、ガスの温度上昇及び、溶断前の内圧上昇を抑制でき、上述したケーシングのひび割れ、破裂等の問題を解消又は抑制できる。
【００１６】
また、ヒューズは、全体として非導電体であり、さらにヒューズの通常使用時において、ケーシング内雰囲気がケーシングを通じて外気と常時、通気状態乃至は呼吸状態下にあるので、ヒューズエレメントの発熱に対する適度な冷却効果を奏する。
【００１７】
請求項２記載のヒューズによれば、請求項１の効果に加え、通気性材料がセラミックス、焼結金属若しくは耐熱性合成樹脂又はこれらの混合体から成るもので形成されているので、耐熱性、機械的強度等のヒューズとしての所要の強度を有するうえ、これら通気性材料による加工も容易にできる。
【００１８】
また、通気性材料として、セラミックス又は焼結金属材料を使用することにより、ケーシングの炭化による発火問題を効果的に解消することができる。
【００１９】
請求項３記載のヒューズによれば、請求項１又は２記載のヒューズの効果に加え、ケーシングが、エレメントの溶断部の周囲を包囲する筒体、又は／及び、端子部を外部に露出した状態で前記筒体の両端部を閉塞するキャップ体から成り、これら部材は通気性を有するので、かかるヒューズに対してもケーシング内の内圧の上昇を抑制できる。
【００２０】
請求項４記載のヒューズによれば、請求項１又は２記載のヒューズの効果に加え、ケーシングがエレメントの両端子部を外部に露出した状態で溶断部の周囲を粉体又は粒体で固めたものから成るので、分割されたケーシングを一体化するリングや、筒体の両端部を閉塞するキャップ体が不要となる。また、前記ヒューズ同様、ケーシングの内圧上昇を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係るヒューズの最良の実施形態を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１（ａ）は、本発明のヒューズ１０の第１実施例に係る一部破断部を有する全体斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のケーシングＡのＰ部拡大図、図２は、図１のヒューズ１０に用いられているヒューズエレメント１の全体斜視図である。
【００２３】
図１（ａ）において、本発明のヒューズ１０は、溶断部２の両側に端子部３、３を有するヒューズエレメント１と、溶断部２を包囲するケーシング５と、ケーシング５の内部全体に充填された消弧剤６とで構成されている。
【００２４】
図１（ａ）のヒューズエレメント１は、その詳細図である図２に示すように、中央の溶断部２が狭幅に形成されるとともに、両端部が溶断部２よりはやや広幅に形成された、例えば銅を主体とし、これに微量の錫、鉛、亜鉛等を添加物成分として含む金属或は前記金属を半田層として積層した薄板を折り曲げて２つの端子部３が形成された一体タイプのものである。また、溶断部２には、当該部分に所定の過電流が流れたときに所定時間以内で溶断するように、エレメント１の長手方向と直交する方向に切り欠き２ａや、複数の小孔２ｂが設けられ、端子部３には相手機器への取付孔４が形成されている。
【００２５】
このように図のヒューズエレメント１は、端子部３が溶断部２と一体になった一体タイプのものを示したが、例えば特開平９−６３４４８号公報の図２に記載されている如く、端子部３が溶断部２に対して別部材で構成され、両部材がボルト、ナット、ビス等の適当な締結部材で結合された分離タイプのものであっても勿論良い。本発明のヒューズ１０に用いられるエレメント１として、いずれのタイプのものを用いるかは、その用途、定格電流等により適宜選択することができる。
【００２６】
再び図１（ａ）に戻り、消弧剤６は、エレメント１の溶断時に発生するアークを消弧するもので、例えば珪砂、アルミナ等の公知のものである。
【００２７】
ケーシング５は、図に示すように、両端部が壁面で封止された全体形状が円筒タイプのもので、組み立ての容易化のために円筒軸方向に沿って、ケーシングＡと、ケーシングＢとから成る二つ割りタイプにされている。また、ケーシングＢの外周面の一端部には、消弧剤６の充填孔７が形成されている。
【００２８】
また、ケーシング５は、図１（ｂ）のＰ部拡大図に示すように、通気性材料で形成されているとともに、ケーシング５が全体として非導電体に形成されている。
【００２９】
ここで、「通気性材料」とは、エレメント１の溶断時に発生する高温、高圧の溶断ガスをケーシング５の外に逃がすことができる多孔質の材料を指し、ケーシング５内に多数の通気孔８の連結によってケーシング５外に連通する流路が形成されているものをいう。そのような具体的材料としては、例えばセラミックス（ガラス、陶器類を含む）、焼結金属、耐熱性合成樹脂等が挙げられる。
【００３０】
なお、このような通気性材料は、市販されている素材を活用することができる。例えば、多孔質アルミナを気孔の平均気孔径が５〜４０ｍμで、かつ、気孔容積が素材全体容積に占める割合である気孔率を４５〜５２％もの高率のポーラス状に成形したアルミナセラミックスが市販されている（型式:ＡＺＰ−５０、ＡＺＰ−７０、メーカ：アスザック株式会社製）。この素材は、上記通気特性の他、低熱伝導率、所定の曲げ強度等の本発明のヒューズ１０のケーシング５が必要な材料特性をも有する。
【００３１】
このように、市販されているケーシング素材を適宜選択して、或はその製造条件を適宜変更することにより、本発明のヒューズ１０が目的とする通気特性を容易に確保することができる。
【００３２】
なお、上記通気孔のケーシング５の軸方向の配設密度、すなわち、ケーシング５上の例えば溶断部２近傍に通気孔を集中させて配設してもよいが、ケース内圧力は、エレメント１に電流を流した場合、ヒューズ溶断に至るまでの消弧剤６の温度上昇に伴い、ケーシング内圧力も徐々に上昇するため、ケーシング軸方向及び内壁半径方向ともにほぼ均一な圧力分布となる。
【００３３】
したがって、ケーシング５内の通気孔８の分布もケーシング軸方向において均一なものでよい。
【００３４】
次に、本発明でいうケーシング５が「全体として非導電体であること」とは、ケーシング５中の一部に、前述した焼結金属等の通気性の導電体を使用することは構わないが、ケーシング５を組み立て一体化したときに、ケーシングの両端部間で短絡が発生することを防止するため、ケーシング全体としては導電性がなく、所定の耐電圧を有することを指す。
【００３５】
また、エレメント１の溶断時には、ほぼ密閉されたケーシング５に対し、溶断部２から発生する溶断ガスが瞬時に膨張してケーシング５内に充満するから、ケーシング５内雰囲気は高圧化する。したがって、ケーシング５の素材は、当該素材に作用する引っ張り、曲げ等の外力に抗する所定の機械的強度を有するものが好ましい。
【００３６】
その他、本発明のヒューズ１０の用途は特に限定されるものではないが、例えば自動車等の車載用途においては、本発明のヒューズ１０の取付箇所が外気に近い環境の場合もあるので、耐候性等の特性をも有することが好ましい。
【００３７】
ケーシング５の厚みとしては、特に限定するものではなく、ケース材料の強度により適宜の厚さを採用することができる。
【００３８】
また、本実施例では、ケーシング５の断面は円形のものであるが、その他の形状であっても良いことは勿論である。
【００３９】
以上の本発明のヒューズ１０の構成部材を組み立てるには、まず、ケーシングＡの両端部に位置するヒューズ受け部９にエレメント１を両端で支えるようにして載置し、次にエレメント１の両端部の位置決め溝４ａをケーシングＡの両端部に嵌め込む。これでヒューズエレメント１のケーシングＡに対するセットが完了した。
【００４０】
次に、ケーシングＢの両端部を、エレメント１両端部の位置決め溝４ａに一致させた後、ケーシングＢの凹状溝５ｂを、ケーシングＡの凸状部５ａに押し込んで嵌め込み、両ケーシングＡ、Ｂを一体化した後、ケーシングの消弧剤充填孔７から所定量の消弧剤６を注入する。
【００４１】
次に、一体化されたケーシングＡ、Ｂの外周面に形成されている２つの溝部５ｃに、図示しないスナップリングを装着し、スナップリングの内周側を加圧してケーシングの溝部５ｃ内へ変形させ、ケーシングＡとケーシングＢとを強固に結合することで組み立てが完了する。
【００４２】
次に、かくして得られた本発明のヒューズ１０の作用及び効果を説明する。
【００４３】
図１（ａ）において、エレメント１の端子部３から通電され、溶断部２がヒューズエレメント材料の融点温度に達すると、溶断部２からアークが発生すると共に大量の高温の溶断ガスが発生し、エレメント１の溶断部２が溶断する。
【００４４】
このときの溶断電流とその溶断に要する時間との関係を、前者を横軸に、後者を縦軸にとって、車載用ヒューズと産業用一般ヒューズとについて示したのが図３のグラフである。
【００４５】
図中、曲線Ｐが本発明のヒューズ１０が含まれる車載用ヒューズのものであり、また、曲線Ｑは、曲線Ｐとの対比上、示した産業用一般ヒューズのものである。曲線Ｒは樹脂被覆電線の発煙特性曲線である。
【００４６】
図に示すように、曲線Ｐ、Ｑのヒューズともにその要求特性上、曲線Ｒよりも上に位置する特性を有するものは使用しないが、本発明の車載用ヒューズの曲線Ｐは、曲線Ｑに対してなだらかに傾斜する曲線であり、この曲線上のいずれかの位置まで過電流が流れ続けると溶断する。
【００４７】
再び図１（ａ）に戻り、エレメント１周囲の多数の充填剤６は、アークを消弧するが、膨張して高圧化した溶断ガスは、図１（ｂ）に示すように、ケーシング５の素材が通気性材料で形成されているので、図の矢印の如く溶断ガスをケーシング５内の通気流路を経てケーシング５外に排出させる。
【００４８】
したがって、本実施例のヒューズ１０によれば、エレメント１の溶断時に発生する高温、高圧の溶断ガスを効果的にケーシング５外に逃がすことができ、ケーシング５のひび割れ、破裂等の問題を解消又は抑制できる。
【００４９】
また、本発明のヒューズ１０は、全体として非導電体であり、さらにケーシング５内の通気孔の存在により、通常の使用時において、ケーシング５内の雰囲気がケーシング５を通じて外気と常時、通気と呼吸が可能な状態下にある。よって、常時、ケーシング５に対して適度な冷却効果が作用し、上述した材質が樹脂からなるケーシング５の炭化による発火問題をも解消することができる。
【００５０】
以上に述べた本実施例のヒューズ１０は、ヒューズ１０のケーシング５が二つ割りタイプの筒状のヒューズ１０について説明したが、その他の適宜の分割タイプとしてもよいことは勿論である。
【実施例２】
【００５１】
図４は、本発明のヒューズ２０の第２実施例に係る一部破断部を有する全体斜視図である。
【００５２】
本実施例の説明においては、実施例１のヒューズ１０と異なる点のみを説明し、その他の点については実施例１の場合と全く同様であるので記載を省略する。
【００５３】
すなわち、前述の実施例１のヒューズ１０は、そのケーシング５が二つ割りタイプのものであったが、本実施例のヒューズ２０は、そのケーシング２１が筒体２２の両側からキャップ体２３を装着したタイプのものである（図では右側のキャップ体２３は内部構造の説明上、図示を省略している。）。
【００５４】
本実施例のヒューズ２０は、次のように構成されたものである。
【００５５】
ヒューズエレメント１Ａは、実施例１のヒューズエレメント１とほぼ同様構成のものである。
【００５６】
筒体２２は、両端部開口の円筒状のもので、両端部近傍のそれぞれの外周面上には後述するキャップ体２３の抜け止めのため、テーパ状の抜け止め突起２２ａが形成されている。
【００５７】
キャップ体２３は、筒体２２のそれぞれの両端部に装着されるもので、その端面には、端子部２４の挿通孔２３ａが、また、その外周面上には、このキャップ体２３を筒体２２に装着した場合に上記抜け止め突起２２ａと係合する抜け止め孔２３ｂが形成されている。
【００５８】
本実施例のヒューズ２０の組み立て方は、まず、図示省略の右側のキャップ体２３を、筒体２２の右側端部にエレメント１Ａの端子部２４が挿通孔２３ａから露出するように差し込む。
【００５９】
次に、キャップ体２３の抜け止め孔２３ｂを、筒体２２の抜け止め突起２２ａに嵌め込み、エレメント１Ａ、筒体２２及びキャップ体２３間を接着剤による接着、ビス等による締結又は適当な公差による嵌合等の結合手段により一体化する。
【００６０】
次に、筒体２２の左側開口部が上になるように全体を立て、その開口部から消弧剤６を所定量充填する。充填が完了したら、左側のキャップ体２３を前述と同様にして装着し、筒体２２の抜け止め突起２２ａにキャップ体２３の抜け止め孔２３ｂを嵌め込み、同様に接着剤等で両部材間を一体化する。
【００６１】
この場合、本実施例のケーシング２１においても、全体として非導電体であることを条件として、上記筒体２２又は／及びキャップ体２３が実施例１で前述した通気性材料で形成される。図のものは、筒体２２を通気性材料で形成し、キャップ体２３を例えばセラミックス等の非導電性材料で形成することにより、全体として非導電体に形成したものである。
【００６２】
本実施例のヒューズ２０は、かかる形式のヒューズに対しても効果的に適用でき、図の矢印で示すように、エレメント１Ａが溶断時に発生した溶断ガスを効果的にケーシング２１内からケーシング外に排気することができ、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。  
【実施例３】
【００６３】
図５は、本発明のヒューズ３０の第３実施例に係る一部破断部を有する全体斜視図である。
【００６４】
本実施例の説明においても実施例１のヒューズ１０と異なる点のみを説明する。
【００６５】
本実施例のヒューズ３０は、エレメント１Ｂの両端子部３１、３１を外部に露出させた状態で溶断部３２の周囲を粉体又は粒体で図のような直方体状又はその他の形状に固めたものをケーシング３３として、一体化したものである。
【００６６】
すなわち、ケーシング３３は、加熱処理に伴って凝固する耐熱性の粉流体を接着剤と共に、例えば実施例１で前述した如くの気孔率等が確保できるように混合し、これらを焼結硬化したものである。
【００６７】
このように本実施例のケーシング３３は、通常、ケーシング３３の全体が一様に通気性材料で形成されるため、ここで用いる通気性材料としては、例えば通気性のあるセラミックス等の非導電性材料が好ましい。
【００６８】
本実施例のヒューズ３０は、かかるケーシング形式のヒューズに対しても支障なく適用でき、図の矢印で示したように、エレメント１Ｂが溶断した場合の溶断ガスを効果的にケーシング３３内からケーシング３３外に効果的に排気することができる。    
【００６９】
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は当然に上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることはいうまでもない。例えば、本発明は、主として車載用途のものについて説明したが、その他、産業用の高圧ヒューズ等の消弧剤入りヒューズに対しても好ましく適用することができ、これら用途のものも本発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係るヒューズの第１実施例の図面で、このうち図１（ａ）は、一部破断部を有する全体斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＰ部の部分拡大図である。
【図２】図１のヒューズに用いられているヒューズエレメントの全体斜視図である。
【図３】図１のヒューズの溶断電流−時間の関係を示す図である。
【図４】本発明に係るヒューズの第２実施例の一部破断部を有する全体斜視図である。
【図５】本発明に係るヒューズの第３実施例の一部破断部を有する全体斜視図である。
【符号の説明】
【００７１】
１、１Ａ、１Ｂ    ヒューズエレメント
２    溶断部
３    端子部
４    取付孔    
５、２１、３３    ケーシング
６    消弧剤    
７    消弧剤充填孔
８    通気孔
９    ヒューズ受け部
１０    ヒューズ(本発明)
２０    ヒューズ(本発明)
２２    筒体
２２ａ  抜け止め突起 
２３    キャップ体
２３ａ  挿通孔
２３ｂ  抜け止め孔
３０    ヒューズ(本発明)
【図１】
2010015715.tif 000003
【図２】
2010015715.tif 000004
【図３】
2010015715.tif 000005
【図４】
2010015715.tif 000006
【図５】
2010015715.tif 000007