(57)【要約】【課題】小型電流ヒューズにおいて、可溶体ワイヤを架設した内部空間に、消孤材を容易に且つ高い作業性で形成することができる電流ヒューズの製造方法を提供する。【解決手段】セラミックケース１１と、該ケース内部に架設した可溶体ワイヤ１６と、該可溶体ワイヤを包むように前記ケース内部に形成したシリコーン樹脂Ｙ’と、前記ケースの両端に配置した金属製キャップ１８と、を具備した小型電流ヒューズの製造方法であって、前記ケース内部に粘稠性を有する紫外線硬化性シリコーン樹脂Ｙを充填し、前記ケース１１の外部から紫外線を照射することで、前記樹脂を硬化する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックケースと、該ケース内部に架設した可溶体ワイヤと、該ワイヤを包むように前記ケース内部に形成したシリコーン樹脂と、前記ケースの両端に配置した金属製キャップと、を具備した小型電流ヒューズの製造方法であって、
前記ケース内部に粘稠性を有する紫外線硬化性シリコーン樹脂を充填し、前記ケース外部から紫外線を照射することで、前記樹脂を硬化することを特徴とする小型電流ヒューズの製造方法。
【請求項２】
前記ケースは、嵌め合わされて内部が中空で、外部が直方体形状をなしたセラミックケース本体と蓋体により構成されることを特徴とする請求項１に記載の小型電流ヒューズの製造方法。
【請求項３】
前記ケースは、内部が円筒内側の中空で、外部が直方体形状をなしたセラミックケースであることを特徴とする請求項１に記載の小型電流ヒューズの製造方法。
【請求項４】
前記ケースは、光透過率の高い、ステアタイトまたはフォルステライトであることを特徴とする請求項１に記載の小型電流ヒューズの製造方法。
【請求項５】
前記樹脂が、前記セラミックケース本体と、前記蓋体との接着を行っていることを特徴とする請求項２に記載の小型電流ヒューズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等の基板に表面実装して用いるのに好適な、ごく小型の電流ヒューズの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板等へ実装が可能な電流ヒューズとしては、従来から様々な形式のものが提案されている。その中でも、異常電流印加時のヒューズの遮断を確実にするために、可溶体ワイヤ溶断時に発生するアークを短時間で確実に消弧するものとして、可溶体ワイヤの周りにアークの熱を吸収し速やかに温度を低下させる熱吸収部材、もしくは、電極間を遮断するために充填される充填部材を用いるものが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ヒューズ筒体に内側と外側の２つのキャップを設け、ヒューズ筒体と内側と外側の２つのキャップの間に消弧砂を充填することで、ヒューズ溶断時のアーク熱による爆発や遮断の失敗を防止できるヒューズが提案されている。すなわち、ヒューズ筒体内部に無機の消弧砂を充填することで、溶断時の遮断特性を向上させることができる。
【０００４】
また、特許文献２には、絶縁物からなる中空のヒューズ筒体の両端に導電性端子を密着させ、この端子間に可溶体ワイヤを架設後、本体内に炭素の含有が1 7重量パーセント以下の液状シリコーン樹脂を充填して密閉したヒューズが提案されている。そして、このヒューズによれば、可溶体ワイヤ溶断後に発生する高温のアークエネルギーを液状シリコーン樹脂で吸収し、その結果端子間の電気的絶縁耐力をすばやく向上させることが出来、アーク電流をマイクロ秒オーダーの時間で、正確に遮断できることが記載されている。
【０００５】
しかしながら、長さが数ｍｍ程度のごく小型のヒューズに上記技術を適用するのは困難である。まず、特許文献１では、粉体状の消弧砂をヒューズ筒体へ充填するには、軽いため静電気や気流により外部に飛散する問題があり、またケースと電極の間に挟まってしまう等の問題があり、充填が難しい。そして、顆粒状の消弧砂を用いると、重いため充填は可能であるが、砂状の固形物が可溶体ワイヤに接触するため、振動の多い場所での使用では、擦り傷による溶断特性の変化や機械的強度の低下等による信頼性の低下の問題がある。
【０００６】
また、特許文献２では、ヒューズ筒体内部に炭素の含有が1 7重量パーセント以下の液状のシリコーン樹脂を充填し、溶断時にもシリコーン樹脂が液状であり遮断特性を向上させることが記載されている。しかしながら、ヒューズ筒体内部に可溶体ワイヤを架設し、液状のシリコーン樹脂を充填し、蓋を被せて液状のシリコーン樹脂を密封することは、小型の電流ヒューズでは難しい。例えば、大型の円筒ヒューズではネジ加工が可能で内部に液体を容易に密封できるが、長さが数ｍｍ程度で外形が角形状の面実装型のヒューズにはネジ加工は困難である。また、ヒューズ筒体の両端に電極を固定する際に、その部分に液状シリコーン樹脂が付着すると、電極の接合性を阻害するという問題がある。また、電極を接着材で筒体端部に固定する場合には、接着面に内部の液体が浸透し、電極が剥がれやすくなり、信頼性を損ねるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２６９７２５７号公報
【特許文献２】特開２００５−１３５８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、小型電流ヒューズにおいて、可溶体ワイヤを架設した内部空間に、消孤材を容易に且つ高い作業性で形成することができる小型電流ヒューズの製造方法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】
【０００９】
本発明の小形電流ヒューズの製造方法は、セラミックケースと、該ケース内部に架設した可溶体ワイヤと、該可溶体ワイヤを包むように前記ケース内部に形成したシリコーン樹脂と、前記ケースの両端に配置した金属製のキャップと、を具備した小型電流ヒューズの製造方法であって、前記ケース内部に粘稠性を有する紫外線硬化性シリコーン樹脂を充填し、前記ケース外部から紫外線を照射することで、前記樹脂を硬化することを特徴とする。
【００１０】
これにより、粘稠性を有する紫外線硬化性シリコーン樹脂は、適度の粘性を有する液体状である故、粉体状の消弧材と異なり、小型のセラミックケースの内部空間にスポイト等により容易に注入できる。そして、ケース外部から紫外線を照射することで、ごく短時間で硬化が可能であるので、消弧材の充填を高い生産性で行うことができる。固化した樹脂は液体状の樹脂と異なり、液密に封止する必要がないので、セラミックケースの構造を簡素なものとすることができ、低コストで高性能の小型電流ヒューズを高い生産性で製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施例の小型電流ヒューズ（樹脂充填前）の分解斜視図である。
【図２Ａ】セラミック本体（左図）にワイヤを架設し、樹脂を注入した段階の断面図（右図）である。
【図２Ｂ】セラミック本体に蓋体を被せ、樹脂を硬化した段階の斜視図（左図）と断面図（右図）である。
【図２Ｃ】セラミックケースの両端に金属のキャップを固定した段階の斜視図（左図）と断面図（右図）である。
【図３】本発明の第２実施例の小型電流ヒューズの断面図である。
【図４Ａ】セラミックケースにハトメを設けた段階の断面図である。
【図４Ｂ】セラミックケースにワイヤとガイドを通す段階の断面図である。
【図４Ｃ】ガイドを引き抜く段階の断面図である。
【図４Ｄ】樹脂ガイドを挿入し、液状樹脂を注入する段階の断面図である。
【図４Ｅ】ワイヤをセラミックケースの中央に戻した段階の断面図である。
【図４Ｆ】ワイヤ張架ステージに移した段階の断面図である。
【図４Ｇ】ワイヤをケース内で斜めに張る段階の断面図である。
【図４Ｈ】ワイヤを固定し、樹脂を硬化する段階の断面図である。
【図５】樹脂注入方法の変形例の断面図である。
【図６Ａ】本発明の小型電流ヒューズの溶断時の波形図である。
【図６Ｂ】比較例として、従来の小型電流ヒューズの溶断時の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の第１および第２実施例について、図１乃至図６Ｂを参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。
【００１３】
図１は本発明の第１実施例の小型電流ヒューズ（樹脂充填前）の分解図である。可溶体ワイヤ１は、セラミックケース本体２と蓋体３とが嵌着されて形成される直方体形状をなしたケースの中空空間内に架設される。可溶体ワイヤ１は、ケース本体２のくぼみ部５に落とし込まれ、蓋体３の両端部下側端面６により挟み込まれる。セラミックケース本体２及び蓋体３は、嵌着されて外形が直方体形状をなし、その両端には金属キャップ７，７が被せられる。このケースは長さが数ｍｍ程度のごく小型のもので、金属キャップ７，７が電極となり、面実装に好適な構造を備えている。
【００１４】
可溶体ワイヤ１の両端は、ケース本体２のくぼみ部５に接着剤Ａで仮止めされる。図２Ａに示すように、セラミックケース本体２の内部空間には適度の粘稠性を有する（液状の）紫外線硬化性シリコーン樹脂Ｘがスポイト等により充填される。シリコーン樹脂Ｘはセラミックケースの内部空間を隙間無く充填する必要はなく、内部空間で可溶体ワイヤ１を包んでいれば、空間に隙間があっても問題ない。なお、接着剤Ａを紫外線硬化型のものを用いることで、紫外線照射により硬化させることができる。
【００１５】
図２Ｂに示すように、セラミックケースの蓋体３がケース本体２に嵌着され、蓋体３の底面が粘稠性を有する樹脂Ｘに接触する。そして、紫外線照射器により発生した紫外線を光ファイバー等により導き、蓋体３が嵌着したケース本体２を照射する。すると、ケース内部の樹脂Ｘはごく短時間で（３秒程度で）硬化し、ゴム弾性体状の硬化物Ｘ’となる。同時に蓋体３はケース本体２に硬化物Ｘ’を介して接着される。
【００１６】
金属キャップ７は、例えばＣｕ材又はＣｕ合金材にハンダめっきがなされたもので、ケース本体２の端面２Ａと対面する内端面７Ｃには予備ハンダ９が被着されている。図２Ｃに示すように、ケース本体２に蓋体３が嵌着されて直方体形状をなしたケースの両側端部に金属キャップ７を嵌着し、加熱すると予備ハンダ９が可溶体ワイヤの折り曲げ部分１Ｄと融着する。これにより金属キャップ７がセラミックケース及び可溶体ワイヤ１の折り曲げ部１Ｄ，１Ｄに固着される。シリコーン樹脂Ｘでの本体２と蓋体３の嵌着と密閉をより完全にするために、直方体形状のケースの蓋体３と金属キャップの嵌着部分に粘度の低い紫外線硬化性液状シリコーン樹脂を少量滴下し紫外線照射で硬化させても良い。これによりヒューズの製造工程を終了し、電気的特性の測定検査等を経て本実施例のヒューズが完成する。
【００１７】
なお、一般的に液状シリコーン樹脂を熱硬化させる場合に、熱による硬化には１５０℃から２００℃で３０分以上かかり、硬化に時間がかかり過ぎてしまう。このため、硬化時間のロスや、硬化工程に移送する取り扱いが煩雑になり、コスト面で不利となる。さらに、硬化時間を短縮させるために硬化温度を上げることも考えられるが、その場合回路との接合の役割を持つ外部電極が酸化してしまい、ハンダ濡れ性が低下してしまうという問題がある。また、製造ライン内に熱硬化工程を組み入れると設備が大掛かりになってしまうという問題もある。紫外線硬化によれば、常温でごく短時間に硬化が可能であるので、これらの熱硬化による弊害は一切生じない。
【００１８】
本発明によれば、適度な粘度を持つシリコーン樹脂を用いるため、小型のセラミックケース内部に容易に注入が可能である。シリコーン樹脂の一定量をセラミックケース内部空間の中央部に注入すれば、ワイヤ接続端部には樹脂が流れ出ていかないため確実な接続ができる。実施例では、接触不具合による導通不良は無かった。そして、樹脂硬化が紫外線でごく短時間に行われるため、熱による硬化と比較して短時間（１８００秒→３秒、１／６０まで短縮）で、なおかつ省スペース省エネルギーな工程（設備のエネルギー消費を少なくできる）を形成できる。また、加熱昇温による樹脂粘度の低下でワイヤ上に流れたり、ケース隙間に流れ出る樹脂が無いため、電気的な接続が安定すると同時にヒューズ外部に樹脂がはみ出して外観を損ねたり寸法に影響を与えることがない。
【００１９】
また、紫外線硬化性樹脂が蓋を本体に接着するために、工程を簡略化できるメリットがある。紫外線硬化性シリコーン樹脂は一般にアクリル基を持ち、溶断時に炭化する可能性があるが、シリコーン樹脂の中でも側鎖部に有機官能基の少ないものを選定することで、溶断後の炭化による残留抵抗が出ないようにすることができる。さらに、選定するシリコーン樹脂は紫外線硬化だけでなく空気中の水分の加水分解脱アルコール反応で硬化が進行するものが望ましい。
【００２０】
また、本発明はアルミナセラミックスでも若干紫外線光を透過できることに着目してなされたものであり、ケースの外側から紫外線を当てることで樹脂を硬化できるメリットがある。また、セラミックケース本体もしくは蓋体をアルミナセラミックスから、Ｓｉ系セラミックスであるステアタイトまたはフォルステライトにすることで、さらに光透過率が上がり短時間で硬化させることができる。
【００２１】
図３は本発明の第２実施例の小型電流ヒューズを示す。このヒューズは、内部に円筒内側の貫通孔１２を備え、外部が直方体形状をなしたステアタイトからなるセラミックケース１１と、該ケースの両端に嵌着された電極キャップ１８と、該ケースの内部の貫通孔１２に斜めに弛みなく架設した可溶体ワイヤ１６と、ケースの内部に形成したシリコーン樹脂（硬化物）Ｙ’とを備えた小型電流ヒューズである。このヒューズも、ケースは長さが数ｍｍ程度のごく小型のもので、有底角筒状の金属電極キャップ１８を備え、面実装に好適な構造をなしている。
【００２２】
ケース１１の端面から貫通孔内周面に亘って形成されたハトメ状のハンダ１５を備え、ワイヤ１６をハンダ１５のケースの端面側に固定し、注入した粘稠性を有する紫外線硬化性シリコーン樹脂Ｙにセラミックケース１１の外部から紫外線を照射することで硬化物Ｙ’を形成し、キャップ１８を嵌着後、加熱してワイヤ１６をキャップ１８の内面にハンダで接続固定している。
【００２３】
図４Ａ乃至図４Ｈは本発明の第２実施例の小型電流ヒューズの製造方法を示す。まず、図４Ａに示すように、内部に円筒内側の貫通孔１２を備え、外部が直方体形状をなしたセラミックケース１１を準備する。そして、ケース１１を立てた状態で、ケース１１の端面上に円板状のハンダ板を配置する。そして、ハンダ板上から貫通孔１２にジグ（ポンチ）で打ち抜く。これにより、ハンダ板が変形し、ケース１１の端面の貫通孔１２の縁部（角部）にリング状のハンダ部分１５ａと、該ハンダ部分１５ａから貫通孔の内周面に延びたハンダ部分１５ｂからなる、ハトメ状のハンダ１５が形成される。ハトメ状のハンダ１５では、ケース１１の端面から内周面に亘って滑らかな曲面Ｒが形成され、図示のように、ハトメ状のハンダ１５をケース１１の両端面に形成する。
【００２４】
次に、図４Ｂに示すように、ワイヤ通線ステージにおいて、ハンダ１５を形成した貫通孔１２の内部に、ワイヤガイド２１に支持された可溶体ワイヤ１６を挿入する。ワイヤ１６が細いため、剛性を有するワイヤガイド２１で支持することで、良好な作業性が得られる。そして、図４Ｃに示すように、ワイヤ一時保持チャック２５でワイヤ１６の先端部を掴んで保持した後で、ワイヤガイド２１を引き抜いてワイヤ１６を貫通孔１２の内部に通線する。
【００２５】
次に、図４Ｄに示すように、ケース１１を貫通孔１２の軸線に対して垂直な方向にケース１１を移動させて、ワイヤ１６を貫通孔１２の片側に寄せ、樹脂（充填）ガイド２８を差し込み、粘稠性を有する紫外線硬化性シリコーン樹脂を適量充填する。樹脂の充填後、樹脂（充填）ガイド２８を引き抜いた後、反対側をワイヤ一時保持チャック２６で掴んで保持した後、図示しない手段でワイヤを切断する。
【００２６】
なお、ワイヤガイド２１は内部にワイヤ１６を貫通孔１２に通した状態で、図中左側の図示しない部分に移動し、樹脂（充填）ガイド２８も図中右側の図示しない部分に移動する。そして、図４Ｅに示すように、ワイヤ１６を貫通孔１２の中央の軸線部分に移動する。
【００２７】
次に、図４Ｆに示すように、ワイヤ１６が貫通孔１２の中央の軸線付近に位置するケース１１はワイヤの張力を維持したままワイヤ張架ステージへ移され、ワイヤ１６をワイヤ保持チャック２２，２３で保持する。ケース１１は回転ジグ２４の把持部２４ａ，２４ｂで保持される。把持部２４ａ，２４ｂは円盤状の回転ジグ２４に固定され、回転ジグ２４は図中破線の円で示す方向に回転可能となっている。
【００２８】
この時ケース１１とワイヤ１６は平行に配置されており、お互いに接触しない位置関係にある。またワイヤ保持チャック２２，２３は図中の矢印方向にスライド可能となるような可動軸を持って配置されており、必要な範囲内で自由に移動ができる。また、ワイヤ保持チャック２２，２３はバネ等の弾性部材により外側方向へ張架張力Ｆを持たせてあるため、セラミックケースに通した可溶体ワイヤ１６はまっすぐに張られている。これで、ケース１１の内部にワイヤ１６の通線が完了する。なお、張架張力Ｆはワイヤ１６をまっすぐに張ることができる最小限の力で充分である。
【００２９】
次に、図４Ｇに示すように、ワイヤ１６の両端部をワイヤ保持チャック２２，２３で挟んだまま、ケース１１を回転ジグ２４により９０度（上面から見て反時計回り）回転させて、ワイヤ１６をケース１１内で斜めに張る。この時、ワイヤ１６は両端を張架張力Ｆで引かれているためケース１１内に弛み無く張られる。ワイヤ保持チャック２２，２３はワイヤ１６が張架張力Ｆで引かれるのに合わせて移動し、ワイヤに張架張力Ｆ以上の力が掛かるのを防ぐ。また、ケース１１の内縁部にはハトメ状のハンダ１５が形成されているのでケース内縁部と可溶体ワイヤ１６が直接擦れないために傷を付けることがない。
【００３０】
次に、図４Ｈに示すように、ケース１１の一次側端面にヒーターチップ１７を、二次側端面にヒーターチップ２７を押し当てて、それぞれのヒーターチップ１７、２７に通電しハンダ１５を溶融させて、ワイヤ１６ａの部分で引きちぎってワイヤ１６を固定する。そして、ワイヤ１６が内部に架設され、粘稠性を有する紫外線硬化性シリコーン樹脂Ｙが充填されたケース１１の外部より、紫外線照射器からファイバーを用いて紫外線を照射し、粘稠性を有する樹脂Ｙを硬化させ、ゴム状弾性体からなる硬化物Ｙ’を形成する。紫外線照射によりごく短時間で硬化できるシリコーン樹脂を用いるため、設備のテーブル上での加工が可能となり、短時間で製造が可能で、設備を小型にすることができる。
【００３１】
次に、ワイヤ１６が内部に架設されたケース１１の両端には、ハンダを予め装着した金属製キャップ１８が嵌着される。この時、ワイヤ端部がケースの外周部分に出ない構造であるため、キャップ嵌着時にはワイヤに嵌着による張力が掛からない。そして、嵌着したキャップの外側から短時間加熱することにより、ワイヤを固定したハトメ状のハンダとキャップ内に装着したハンダとが溶融し、一体化してワイヤとキャップが接続固定される。これにて、本実施例の電流ヒューズ（図３参照）が完成する。
【００３２】
上記製造工程は生産自動化を前提としたものである。まず、ハトメ状のハンダ１５の形成はケース１１の端面にハンダ円板を配置し、ジグ（ポンチ）で抜くので、自動化が容易である。次に、ケースに可溶体ワイヤを通すワイヤ通線工程は、ワイヤガイド２１に支持された可溶体ワイヤ１６をケース内部に挿入し、ワイヤガイド２１のみを引き抜き、ワイヤ両端をチャック２５，２６で一時保持することで行える。樹脂充填工程は、ワイヤ架設後に樹脂（充填）ガイドから適量の樹脂を注入することで行える。その後、ワイヤをケース内に斜めに張るワイヤ架設工程で、回転ジグ２４の把持部２４ａ，２４ｂでケース１１を保持し、回転ジグ２４を９０度回転させることで、一動作で行える。そして、ワイヤをケースの端部へ固定し切断するワイヤ接合工程は、ワイヤ１６に張架張力Ｆを印加しつつヒーターチップで加熱することで、ワイヤが張力を維持しつつハンダが溶融することにより弛みなく張った状態でケース端面のハンダに固定でき、張力Ｆａを印加することで破断によりワイヤをケース端面で切断できる。
【００３３】
ワイヤを斜めに架設した後は、同一ステージ上でケースの外部より紫外線を照射して、加熱を要することなく、短時間で樹脂を硬化させることが可能である。従って、上記製造工程によれば、上記ヒューズを高い生産性で量産できる。
【００３４】
図５は上記実施例の変形例を示す。この変形例では、樹脂注入をケース１１の側面部に設けた開口２９から行う。これにより、樹脂ガイドを用いることなく、ケース１１の中央部から粘稠性を有する紫外線硬化性シリコーン樹脂を注入できるので、注入効率を向上できる。また、樹脂の電極部分への付着を抑制できる。また、樹脂の硬化で開口２９を塞ぐことができるので、閉塞作業が不要である等の利点が生じる。
【００３５】
図６Ａは本発明の紫外線硬化性シリコーン樹脂の硬化物を充填した小型電流ヒューズの溶断時の遮断特性例を示し、図６Ｂは比較例としての従来の小型電流ヒューズ（上記硬化物の充填無し）の溶断時の遮断特性例を示す。図中、破線はヒューズに流れる電流を示し、実線はヒューズ両端に生じる電圧を示す。時刻Ｔ０でヒューズに電流印加を開始し、時刻Ｔ１で溶断電流に到達し、可溶体ワイヤが溶断する。ここ迄は、本発明のヒューズも従来例のヒューズも同じである。
【００３６】
ここから、ヒューズに流れる電流が完全にゼロとなる時刻Ｔ２迄の時間ｔが遮断（消弧）時間であるが、従来例では３ｍ（ミリ）秒かかっているのに対し、本発明例では０．３ｍ（ミリ）秒と格段に改善されていることが分かる。このことは、可溶体ワイヤの周りに配置した紫外線硬化性シリコーン樹脂の硬化物が消弧材として有効に効果を発揮したためと考えられる。
【００３７】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、遮断特性を向上させた小形電流ヒューズの製造に好適に利用可能である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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