(57)【要約】【課題】雷サージ電流では溶断せず、異常電流では確実に溶断するヒューズを実現することが可能な耐雷ヒューズを提供すること。【解決手段】  入力端子部１０ａと、出力端子部１０ｂと、前記入力端子部１０ａと出力端子部１０ｂとの間に介在したヒューズエレメント１０ｃと、少なくとも前記ヒューズエレメント１０ｃを被覆する絶縁カバー部１０ｄと、少なくとも前記絶縁カバー部１０ｄを被覆する導電性材料のメッキ処理部１０ｅと、を備える。【選択図】図１
2019003889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子部と、
出力端子部と、
少なくとも前記入力端子部と出力端子部との間に介在したヒューズエレメントと、
少なくとも前記ヒューズエレメントを被覆する絶縁カバー部と、
前記絶縁カバー部を被覆する導電性材料のメッキ処理部と、
を備える耐雷ヒューズ。
【請求項２】
前記絶縁カバー部は、
前記ヒューズエレメントと接合される前記入力端子部および前記出力端子部の接合部を跨ぎつつ、前記ヒューズエレメントの全部、ならびに前記入力端子部および前記出力端子部の一部を被覆する、請求項１に記載の耐雷ヒューズ。
【請求項３】
前記メッキ処理部は、
前記絶縁カバー部、ならびにその外側の前記入力端子部および前記出力端子部の少なくとも一部まで被覆する、請求項１または２に記載の耐雷ヒューズ。
【請求項４】
前記絶縁カバー部は、絶縁体、誘電体、および磁性体のいずれかの材質であり、
前記絶縁カバー部は、前記メッキ処理部に流れる電流に応じて前記メッキ処理部と前記ヒューズエレメントの間に発生する電気的な結合を軽減する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の耐雷ヒューズ。
【請求項５】
入力端子部と、
出力端子部と、
前記入力端子部と出力端子部との間に介在したヒューズエレメントと、
少なくとも前記ヒューズエレメントを被覆する導電性材料のメッキ処理部と、
を備える耐雷ヒューズ。
【請求項６】
前記メッキ処理部は、
前記ヒューズエレメントと接合される前記入力端子部および前記出力端子部の接合部を跨ぎつつ、前記ヒューズエレメントの全部、ならびに前記入力端子部および前記出力端子部の一部を被覆する、請求項５に記載の耐雷ヒューズ。
【請求項７】
前記メッキ処理部の厚さは、
前記メッキ処理部に雷サージ電流の全ての周波数成分が流れるように、当該メッキ処理部の電気抵抗率、絶対透磁率、および前記雷サージ電流の角周波数に基づき表皮効果の理論式により計算された表皮深さを元に決定される請求項１乃至６のいずれか一項に記載の耐雷ヒューズ。
【請求項８】
前記メッキ処理部の異常電流に対する抵抗値よりも、前記ヒューズエレメントの異常電流に対する抵抗値が低くなるように、当該ヒューズエレメントの長さを決定する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の耐雷ヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気・電子機器を雷サージ電流では溶断しない耐雷ヒューズに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気・電子機器を雷サージから保護するため、その電気・電子機器の前段に避雷素子（ＳＰＤ：Ｓｕｒｇｅ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）を配置して、ケーブルに侵入した雷サージ電流を接地線や他のケーブルにバイパスさせ、当該電気・電子機器を保護する方法が知られている。
【０００３】
また、電気・電子機器の漏電や短絡事故により、ケーブルに異常電流（漏電電流や地絡電流等）が流れた場合の電気安全対策として、機器の内部回路にヒューズを実装し、当該電気・電子機器の発火や感電を防止する方法が知られている。
【０００４】
これらの方法により、電気・電子機器が雷サージ電流や異常電流に対して故障せず、安全に使用することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１６３５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
雷サージからの保護や電気安全対策のため、前記電気・電子機器の内部回路（特にケーブルが接続されるポート部分）には、雷サージから保護するための前記ＳＰＤや電気安全のためのヒューズが実装される。
【０００７】
このヒューズに溶断電流量を超える電流が流れた場合、ヒューズ内部が溶断し、異常電流の侵入を遮断するものである。
【０００８】
しかしながら、ケーブルから内部回路に侵入した雷サージ電流は、前記ＳＰＤを通過すると同時にヒューズも通過する。この際、雷サージ電流によってヒューズが溶断する場合がある。
【０００９】
多雷地域では、雷サージの侵入が多発するため、その度にヒューズが溶断し、電気・電子機器が頻繁に使用不可能になるという課題がある。
【００１０】
そこで、雷サージ電流によってヒューズが溶断しないように当該ヒューズの溶断電流量を上げることが考えられるが、異常電流に対しても溶断しにくくなるというデメリットがある。
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、雷サージ電流では溶断せず、異常電流では確実に溶断するヒューズを実現することが可能な耐雷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】
【００１２】
本発明に係る耐雷ヒューズは、ヒューズエレメントの表面にメッキ処理を施すことで、雷サージ電流をメッキ処理部分に流し、当該雷サージ電流に対してはヒューズエレメントが溶断されず、異常電流に対しては確実にヒューズエレメントを溶断可能な構成とする。
【００１３】
すなわち、本発明に係る耐雷ヒューズは、入力端子部と、出力端子部と、前記入力端子部と出力端子部との間に介在したヒューズエレメントと、少なくとも前記ヒューズエレメントを被覆する絶縁カバー部と、少なくとも前記絶縁カバー部を被覆する導電製材料のメッキ処理部と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ヒューズエレメントの表面を金属等の導電性材料を用いてメッキ処理することで、例えば、異常電流より高い周波成分からなる雷サージ電流については、ヒューズエレメント部分には侵入させずに、メッキ処理部分のみに流すことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る耐雷ヒューズ１０の製造工程を概念的に示す図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る耐雷ヒューズ２０の製造工程を概念的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る耐雷ヒューズについて図面を参照して説明する。
【００１７】
［第１の実施形態］  
図１は、第１の実施形態に係る耐雷ヒューズ１０（１０Ａ〜１０Ｃ）の製造工程を概念的に示す図である。
【００１８】
図１（ａ）に示すヒューズ１０Ａは、一般的なヒューズの構成を示している。  
ヒューズ１０Ａは、入力端子部１０ａ、出力端子部１０ｂ、およびヒューズエレメント１０ｃから構成されており、規定値を超える電流Ｉａｂ（以下、異常電流Ｉａｂと呼ぶ）が流れた場合、前記ヒューズエレメント１０ｃが溶断し、入力端子部１０ａ側と出力端子部１０ｂ側とが物理的に切り離され、前記異常電流Ｉａｂを遮断するという仕組みである。
【００１９】
図１（ｂ）のヒューズ１０Ｂは、本発明に係る耐雷ヒューズ１０Ｃを製造するための事前処理を示した図であり、前記図１（ａ）に示すヒューズ１０Ａのヒューズエレメント１０ｃの部分を、導体以外の材質（例えば、絶縁体、誘電体、磁性体等）からなる絶縁カバー部１０ｄで被覆したものである。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、この絶縁カバー部１０ｄは、入力端子部１０ａとヒューズエレメント１０ｃの接合部１０ｃ１および出力端子部１０ｂとヒューズエレメント１０ｃの接合部１０ｃ２を含め、当該入力端子部１０ａと出力端子部１０ｂとの一部も一緒に被覆する構造とする。
【００２１】
換言すれば、前記絶縁カバー部１０ｄは、前記ヒューズエレメント１０ｃと接合される前記入力端子部１０ａおよび前記出力端子部１０ｂの接合部（１０ｃ１、１０ｃ２）を跨ぎつつ、前記ヒューズエレメント１０ｃの全部、前記入力端子部１０ａおよび前記出力端子部１０ｂの一部を被覆する。尚、この構造に限定されない。
【００２２】
図１（ｃ）に耐雷ヒューズ１０Ｃを示す。この耐雷ヒューズ１０Ｃは、図１（ｂ）の絶縁カバー部１０ｄ全体の他、この絶縁カバー部１０ｄによって被覆されていない表面が露出した前記入力端子部１０ａおよび出力端子部１０ｂの領域をもメッキ処理部１０ｅで被覆した構造を有する。前記メッキ処理部１０ｅは、金属等の材料でメッキ処理を施すことで得られる。
【００２３】
なお、前記絶縁カバー部１０ｄの前記材質により、前記メッキ処理部１０ｅに流れる雷サージ電流Ｉｓに応じてメッキ処理部１０ｅとヒューズエレメント１０ｃとの間で発生する電気的な結合の軽減度合いが異なる。
【００２４】
また、図１（ｃ）に示す構造を採用することで、ヒューズエレメント１０ｃ内に電気力線が侵入できない、いわゆるファラデーケージ効果により、例えば、数ｋＨｚよりも高い周波数を有する雷サージ電流（以下、雷サージ電流Ｉｓと呼ぶ）はヒューズエレメント１０ｃには流れず、メッキ処理部１０ｅの表面だけを流れる。
【００２５】
これに対し、前記異常電流Ｉａｂは、ヒューズエレメント１０ｃとメッキ処理部１０ｅとの両方を流れる。これは、前記数ｋＨｚより高い周波数にて前記ファラデーケージ効果が有効となるため、前記雷サージ電流Ｉｓよりも低い周波数（５０〜６０Ｈｚ程度）を有する前記異常電流Ｉａｂについては、前記ヒューズエレメント１０ｃとメッキ処理部１０ｅとの両方を流れることとなる。この際、ヒューズエレメント１０ｃを流れた異常電流Ｉａｂがヒューズエレメント１０ｃを溶断させることによって、その溶断時の衝撃により、絶縁カバー部１０ｄとメッキ処理部１０ｅとが破壊され、入力端子部１０ａ側と出力端子部１０ｂ側とが物理的に切り離され、異常電流Ｉａｂを遮断することができる。
【００２６】
このように、雷サージ電流Ｉｓはヒューズエレメント１０ｃには流れ込まないため、前記異常電流Ｉａｂが発生したときのみ前記ヒューズエレメント１０ｃが溶断するという機構を実現できる。
【００２７】
ここで、絶縁カバー部１０ｄを被覆するメッキ処理部１０ｅの厚さｄは、異常電流（直流や、５０Ｈｚ、６０Ｈｚの周波数）Ｉａｂより高い周波成分を有する前記雷サージ電流Ｉｓの全ての周波数成分が十分に流せるように、表皮効果の理論式を用いて計算した表皮深さ（以下、深さｄｍと呼ぶ）を基準に決定することが望ましい。
【００２８】
メッキ処理部１０ｅの電気抵抗率をρｍ、メッキ処理部１０ｅの絶対透磁率をμｍ、雷サージ電流Ｉｓの角周波数をωlightningとすると、メッキ処理部１０ｅの表皮深さｄｍは、下記式（１）で表される。
【００２９】
【数１】
2019003889.tif 000003
【００３０】
ここで、前記雷サージ電流Ｉｓの角周波数ωは、当該雷サージ電流Ｉｓの全ての周波数帯域を十分に流すため、低周波側の周波数を角周波数ωlightningとすることが望ましい。
【００３１】
ただし、前記式（１）で導出される表皮深さｄｍは、表面電流の１／ｅ（約０．３７、ｅ：自然対数）になる表皮深さを示す。そこで、十分な雷サージ電流Ｉｓを流すために、前記表皮深さｄｍを１／ｅで補正した補正表皮深さｄzeroをメッキ処理部１０ｅの厚さとしてもよい。
【００３２】
雷サージ電流Ｉｓの全ての周波数成分を流すことのできる前記補正表皮深さｄzeroは下記式（２）にて表される。
【００３３】
【数２】
2019003889.tif 000004
【００３４】
さらに、メッキ処理部１０ｅには、試験的に、雷サージ電流波形（ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｋ．４４参照）を印加し、当該メッキ処理部１０ｅに劣化が生じないようにその表面積を大きくする事が望ましい。
【００３５】
ただし、メッキ処理部１０ｅの表面積が大きくなり過ぎると、ヒューズエレメント１０ｃよりも当該メッキ処理部１０ｅに流れる異常電流Ｉａｂの方が多くなる。これは、ヒューズエレメント１０ｃが異常電流Ｉａｂに対して溶断しにくくなるためである。
【００３６】
よって、メッキ処理部１０ｅの表面積は、大きくしたとしても異常電流Ｉａｂに対してヒューズエレメント１０ｃが正しく溶断する程度に最低限の表面積にする必要がある。
【００３７】
また、異常電流Ｉａｂに対するメッキ処理部１０ｅの抵抗値よりもヒューズエレメント１０ｃの抵抗値を低くするため、メッキ処理部１０ｅよりヒューズエレメント１０ｃの長さを短くすることが望ましい。
【００３８】
したがって、前記構成の耐雷ヒューズ１０Ｃによれば、入力端子部１０ａと、出力端子部１０ｂと、前記入力端子部１０ａと出力端子部１０ｂとの間に介在したヒューズエレメント１０ｃと、前記ヒューズエレメント１０ｃを被覆する絶縁カバー部１０ｄと、前記絶縁カバー部１０ｄを被覆する導電性材料のメッキ処理部１０ｅと、を備える。
【００３９】
これにより、雷サージ電流Ｉｓは前記ファラデーケージ効果によりヒューズエレメント１０ｃには流れず、メッキ処理部１０ｅの表面だけを流れ、一方、異常電流Ｉａｂは、ヒューズエレメント１０ｃとメッキ処理部１０ｅとの両方を流れる。ヒューズエレメント１０ｃを流れた異常電流Ｉａｂが当該ヒューズエレメント１０ｃを溶断させることによって、その溶断時の衝撃により、絶縁カバー部１０ｄとメッキ処理部１０ｅともが破壊され、入力端子部１０ａ側と出力端子部１０ｂ側とが物理的に切り離され、異常電流Ｉａｂを遮断することができる。
【００４０】
また、メッキ処理部１０ｅの前記厚さｄは、このメッキ処理部１０ｅに雷サージ電流Ｉｓの全ての周波数成分が十分に流れるように、表皮効果の理論式（１）から計算された表皮深さｄｍをもとに決定される。
【００４１】
この際、前記雷サージ電流Ｉｓの角周波数ωは、当該雷サージ電流Ｉｓの全ての周波数帯域を十分に流すため、低周波側の周波数を角周波数ωlightningとすることが望ましい。
【００４２】
このように、表皮効果の理論式（１）を用いて計算した表皮深さｄｍを基準にメッキ処理部１０ｅの厚みｄを決定することで、雷サージ電流Ｉｓの周波数成分の全てを十分に流せるようになる。
【００４３】
［第２の実施形態］  
図２は、本発明の第２の実施形態に係る耐雷ヒューズ２０（２０Ａ、２０Ｂ）の製造工程を概念的に示す図である。
【００４４】
図２（ａ）に示すヒューズ２０Ａは、前記図１（ａ）に示したヒューズ１０Ａと同様、一般的なヒューズの構成を示している。ヒューズ２０Ａは、入力端子部２０ａ、出力端子部２０ｂ、ヒューズエレメント２０ｃを備え、規定値を超える異常電流Ｉａｂが流れた場合、当該ヒューズエレメント２０ｃが溶断し、入力端子部２０ａ側と出力端子部２０ｂ側とが切り離され、異常電流Ｉａｂを遮断するという仕組みである。
【００４５】
図２（ｂ）に耐雷ヒューズ２０Ｂを示す。この耐雷ヒューズ２０Ｂは、図２（ａ）に示すヒューズ２０Ａのヒューズエレメント２０ｃ部分にメッキ処理部２０ｄを被覆したものである。当該メッキ処理部２０ｄは、金属等の材料でメッキ処理を施すことで得られる。
【００４６】
図２（ｂ）に示すように、ヒューズエレメント２０ｃの他、前記入力端子部２０ａとヒューズエレメント２０ｃの接合部２０ｃ１、および出力端子部２０ｂとヒューズエレメント２０ｃの接合部２０ｃ２、ならびに入力端子部２０ａおよび出力端子部２０ｂのそれぞれの一部、を一緒にメッキ処理部２０ｄにより被覆する構造とする。メッキ処理部２０ｄは、メッキ処理によって得ることができる。
【００４７】
換言すれば、前記メッキ処理部２０ｄは、前記ヒューズエレメント２０ｃと接合される前記入力端子部２０ａおよび前記出力端子部２０ｂの接合部（２０ｃ１、２０ｃ２）を跨ぎつつ、前記ヒューズエレメント２０ｃの全部および前記入力端子部２０ａおよび前記出力端子部２０ｂの一部を被覆する。なお、この構造には限定されない。
【００４８】
この構造により、雷サージ電流Ｉｓがヒューズエレメント２０ｃに流れ込む量を低減させることができる。
【００４９】
異常電流Ｉａｂは、ヒューズエレメント２０ｃとメッキ処理部２０ｄとの両方を流れる。
【００５０】
ヒューズエレメント２０ｃを流れた異常電流Ｉａｂが当該ヒューズエレメント２０ｃを溶断させることによって、その溶断時の衝撃により、メッキ処理部２０ｄが破壊され、入力端子部２０ａ側と出力端子部２０ｂ側とが物理的に切り離され、前記異常電流Ｉａｂを遮断することができる。
【００５１】
このように、前記雷サージ電流Ｉｓは、ヒューズエレメント２０ｃには流れ込みにくい構造としたので、異常電流Ｉａｂが発生したときのみヒューズエレメント２０ｃを溶断することができる。
【００５２】
この第２の実施形態においても、前記第１の実施形態と同様にメッキ処理部２０ｄの厚さｄは、雷サージ電流Ｉｓをメッキ処理部２０ｄに十分に流せるように、前記表皮効果の理論式（１）を用いて計算した表皮深さｄｍを基準に決定することが望ましい。
【００５３】
したがって、雷サージ電流Ｉｓの全ての周波数成分を流せる前記補正表皮深さｄzeroは、前記第１の実施形態と同様に前記式（２）にて表される。
【００５４】
また、メッキ処理部２０ｄには雷サージ電流Ｉｓが流れるため、この第２の実施形態においても試験的に雷サージ電流波形（ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｋ．４４参照）を印加し、メッキ処理部２０ｄに劣化が生じないようにその表面積を大きくする事が望ましいが、大きくなり過ぎると、当該メッキ処理部２０ｄに流れる異常電流Ｉａｂが多くなるため、最低限の表面積にする必要がある。
【００５５】
したがって、前記構成の耐雷ヒューズ２０Ｂによれば、入力端子部２０ａと、出力端子部２０ｂと、前記入力端子部２０ａと出力端子部２０ｂとの間に介在したヒューズエレメント２０ｃと、前記ヒューズエレメント２０ｃを被覆する導電性材料のメッキ処理部２０ｄと、を備える。
【００５６】
これにより、ヒューズエレメント２０ｃに流れる雷サージ電流Ｉｓは低減され、一方、異常電流Ｉａｂは、ヒューズエレメント２０ｃとメッキ処理部２０ｄとの両方を流れる。ヒューズエレメント２０ｃを流れた異常電流Ｉａｂがヒューズエレメント２０ｃを溶断させることによって、その溶断時の衝撃により、メッキ処理部２０ｄも破壊され、入力端子部２０ａ側と出力端子部２０ｂ側とが物理的に切り離され、異常電流Ｉａｂを遮断することができる。
【００５７】
また、前記メッキ処理部２０ｄの厚さｄは、このメッキ処理部２０ｄに雷サージ電流Ｉｓの全ての周波数成分が十分に流れるように、表皮効果の理論式（１）から計算された表皮深さｄｍをもとに決定される。
【００５８】
このように、表皮効果の理論式を用いて計算した表皮深さｄｍを基準にメッキ処理部２０ｄの厚さｄを決定することで、雷サージ電流Ｉｓの全ての周波数成分を十分に流せるようになる。
【００５９】
また、本発明の実施形態においては、メッキの材質（金、銀、銅、ニッケル、クロム、チタン等）には触れていない。それらメッキの材質によって導電率（電気抵抗率ρｍ）が異なるが、導電率に基づく表皮深さｄｍに応じて前記メッキ処理部（１０ｅ、２０ｄ）の膜厚を適切な厚さｄにすることで所望の特性を得ることが可能であるため、特に金属の材質は限定されない。
【００６０】
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの構成要件が異なる形態にして組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。
【符号の説明】
【００６１】
１０Ａ、２０Ａ、１０Ｂ、…ヒューズ、１０Ｃ、２０Ｂ…耐雷ヒューズ、
１０ａ、２０ａ…入力端子部、１０ｂ、２０ｂ…出力端子部、
１０ｃ、２０ｃ…ヒューズエレメント、
１０ｃ１、１０ｃ２、２０ｃ１、２０ｃ２…接合部、
Ｉａｂ…異常電流、Ｉｓ…雷サージ電流、ｄ…厚さ、ｄｍ…表皮深さ
ρｍ…電気抵抗率、μｍ…絶対透磁率、ωlightning…角周波数、
ｄzero…補正表皮深さ、１０ｄ…絶縁カバー部、１０ｅ、２０ｄ…メッキ処理部。
【図１】
2019003889.tif 000005
【図２】
2019003889.tif 000006