(57)【要約】【課題】低融点導体の溶断時に発生するアーク放電を素早く消弧する温度ヒューズを提供する。【解決手段】電極１，２及び低融点導体４を用いたヒューズ導体と、ヒューズ導体の溶断のための絶縁体ヒータ６を備え、電極間に絶縁体ヒータを配置し、絶縁体ヒータの両側に低融点導体を電極間の導体として配置した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置された一対の電極と、
上記一対の電極に挟まれかつ上記電極に対して突出する絶縁体と、
上記電極の融点よりも低い融点を有する導体にてなり、それぞれの上記電極に接続され上記電極間で上記絶縁体に接触しながら上記絶縁体を乗り越えて形成され、溶融してそれぞれの上記電極側へ流動して上記電極間の導通を遮断する低融点導体と、
を備えたことを特徴とする温度ヒューズ。
【請求項２】
上記絶縁体は、上記低融点導体を溶融させる発熱体を内蔵した絶縁体ヒータである、請求項１記載の温度ヒューズ。
【請求項３】
上記絶縁体は、上記電極に対して鉛直方向に沿って突出する、請求項１又は２記載の温度ヒューズ。
【請求項４】
上記絶縁体は、溶融した上記低融点導体をそれぞれの上記電極側へ流動させ分断する高さを有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の温度ヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械の回路ショートや回路部品の故障などに起因する過電流によって生じる機器の発熱を感知し、回路を遮断する温度ヒューズ、又、通電などにより自己発熱し回路を遮断する温度ヒューズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の温度ヒューズでは、セラミック基板の一方の面に低融点合金体が配置され、他方の面には低融点合金体に対向して発熱抵抗体が配置される。低融点合金体は、平板状であり、その両端に電極が接続されている。発熱抵抗体も平板状であり、その両端に電極が接続されている。
このような構成において、発熱抵抗体に通電して発熱抵抗体が加熱され、発熱抵抗体の発熱によりセラミック基板を介して低融点合金体が加熱され溶融する。低融点合金体の溶断により回路遮断が行われる。
【０００３】
【特許文献１】特許第３５５２５３９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような従来の温度ヒューズにあっては、低融点合金体に接続された一対の電極は、同一平面上で分離して配置されている。よって、低融点合金体が溶融し回路遮断が発生しても、高電圧が印加されている場合には、溶融し分断された低融点合金体間でアーク放電が生じ、確実な回路遮断が困難である。したがって、絶縁距離として問題となる沿面放電距離を大きく確保する必要があり、装置全体が大型化するという問題がある。又、セラミック基板を介しての伝熱であるため、発熱抵抗体から低融点合金体への伝熱効率も高くない。よって、絶縁距離が確保できるまでの時間を自由に設定できないという問題もある。
【０００５】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、低融点合金体が溶融し回路遮断動作が起こったときに発生したアーク放電を素早く消弧する機構を最小限の大きさで形成可能な温度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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様における温度ヒューズは、対向して配置された一対の電極と、上記一対の電極に挟まれかつ上記電極に対して突出する絶縁体と、上記電極の融点よりも低い融点を有する導体にてなり、それぞれの上記電極に接続され上記電極間で上記絶縁体に接触しながら上記絶縁体を乗り越えて形成され、溶融してそれぞれの上記電極側へ流動して上記電極間の導通を遮断する低融点導体と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の第１態様における温度ヒューズによれば、一対の電極間に絶縁体を配置し、その絶縁体を乗り越えて上記電極間に低融点導体を形成した。よって、低融点導体が溶融したときには、絶縁体にて低融点導体が分断され、分断された各低融点導体は、電極間の距離よりも大きい距離にて離れる。したがって、絶縁距離を速やかに確保でき、導体溶断時に発生するアーク放電を素早く消弧することが可能となる。又、低融点導体を取り付ける絶縁体を電極に対して突出して設けたことから、アーク放電を素早く消弧する構成を最小限のスペースにて形成することができる。さらに、低融点導体を分断する絶縁体の形状、突出高さ等を工夫することで、絶縁距離を確保できるまでの時間を設定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施形態である温度ヒューズについて、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による温度ヒューズ１０１を示す斜視図であり、図２はその断面図である。温度ヒューズ１０１は、一対の電極１、２と、絶縁体３と、低融点導体４とを備える。尚、図１等では、温度ヒューズ１０１の要部のみを図示しており、例えばハウジングや支持部材等の図示は、省略している。
【００１０】
一対の電極１，２は、互いに平板状にてなり、絶縁体３を間に挟んで対向して突き合わせて配置される。
絶縁体３の材料としては、例えばセラミックや、アルミナ等が高融点で絶縁性も高いため適している。このような材料で例えば厚み１ｍｍ程度の部材が工業的に普及しており、好適である。本実施形態では、絶縁体３は平板状のものを使用するが、絶縁体３の形状は平板に限定されない。このような絶縁体３は、電極１，２の延在方向１０に対して突出して設けられる。又、絶縁体３は、電極１，２の幅寸法Ｗ１を超える幅寸法Ｗ２を有し、後述するように溶融した低融点導体４が絶縁体３の側方に流れ、電極１，２間を導通させてしまうのを防止する障壁部３ａを有する。好ましくは、電極１，２の延在方向１０は水平方向であり、よって絶縁体３は、鉛直方向に沿って配置される。尚、延在方向１０が水平方向であり、絶縁体３の突出方向が鉛直方向であることに限定するものではない。
【００１１】
低融点導体４は、電極１，２の融点よりも低い融点を有する導体にてなり、両端部分にて電極１，２に接続して、図示するように一対の電極１，２間で絶縁体３に接触しながら電極１，２間で絶縁体３を乗り越えて形成される。よって、溶断前では、低融点導体４は、絶縁体３にて分断された電極１，２を電気的に接続する。低融点導体４は、例えば金属にて形成され、例えば半田などが用いられる。
【００１２】
上述のように、延在方向１０は水平方向であり、及び絶縁体３の突出方向は鉛直方向であることに限定するものではないことから、低融点導体４は、その頂部４ａを重力向きに配向して配置してもよい。
このような低融点導体４は、絶縁体３の例えば頂部３ｂで溶融して分離可能であり、溶融後、それぞれの電極１，２側へ流動して電極１，２間の導通を遮断する。
【００１３】
以上のように構成される温度ヒューズ１０１における動作について以下に説明する。
規定値未満の電流が低融点導体４を介して電極１，２に流れているときには、低融点導体４及び電極１，２での抵抗発熱は低く、低融点導体４が溶融するまでには至らない。
一方、規定値以上の電流が低融点導体４を介して電極１，２に流れたときには、低融点導体４及び電極１，２における抵抗発熱により温度上昇が生じる。そして低融点導体４の融点以上にまで温度が上昇することで、低融点導体４は溶融し、図３に示すように、絶縁体３の頂部３ｂから電極１，２側へ流れ落ちる。これにより、電極１，２間の導通が遮断される。
【００１４】
従来のように、平面的に低融点金属および導体が配置されている場合には、低融点金属が溶融して分断しても、分断後の各低融点金属間に大きなギャップを形成することができなかった。よって、分断後に生じたギャップに対して電圧がかかる。該電圧が数百Ｖ以上の高電圧であるときには、上記ギャップを介して溶断した低融点金属間でアーク放電が発生する場合が避けられなかった。
【００１５】
これに対し本実施形態の温度ヒューズ１０１の構成によれば、低融点導体４は、溶融した後、絶縁体３により分断され、絶縁体３の頂部３ｂから電極１，２側へ低融点導体４の表面張力や電極の塗れ力によって流動する。よって、高電圧が印加されている場合であっても、従来に比べて大きな低融点導体４の絶縁距離を確保することができる。よって、回路遮断動作が起こったときに、たとえアーク放電が発生した場合であっても、アーク放電を素早く消弧することができる。このように、本実施形態の温度ヒューズ１０１では、高電圧におけるアーク遮断特性が高められている。
【００１６】
上述したように、絶縁体３の突出方向を鉛直方向に限定するものではないが、本実施形態のように絶縁体３を鉛直方向に沿って立設することで、低融点導体４が溶融したときに、重力を利用してより迅速に、低融点導体４の絶縁距離を確保することができる。よって、絶縁体３を鉛直方向に沿って立設するのが好ましい。
【００１７】
尚、絶縁体３の頂部３ｂを反重力方向に向けて電極１，２に対して絶縁体３を突出させる構成において、電極１，２からの絶縁体３の突出高さが十分でない場合や、低融点導体４の量が過剰である場合、あるいはこれら両方が組み合わさった場合には、低融点導体４が溶融しても低融点導体４が分離されず、回路遮断がなされない事態が発生する。よって、このような事態を避けるため、電極１，２からの絶縁体３の突出高さ、及び、絶縁体３に取り付けられる低融点導体４の量は、低融点導体４が溶融したときには、電極１，２間の導通が確実に遮断されるものであるように設定される。即ち、絶縁体３は、溶融した低融点導体４をそれぞれの電極１，２側へ流動させ分断する高さを有する。具体的には、絶縁体３の厚みの概ね２倍程度以上突出していれば、数百Ｖ程度の電圧においてアーク放電を素早く消弧可能であることがわかっている。更に好ましくは５倍以上あると良い。又、低融点導体４は、溶融したときには、電極１，２間の導通を遮断する量を有する。
【００１８】
又、絶縁体３の形状は、本実施形態におけるような平板に限定されるものではない。即ち、絶縁体３は、低融点導体４が溶融したときに、分断した低融点導体４間にて生じるアーク放電を素早く消弧させる形状であればよい。例えば、図７に示すような三角形の断面を有する絶縁体３１や、図８に示すような円形状の断面を有する絶縁体３２、等であってもよい。要するに、溶融し分断した低融点導体４が重力方向に流動可能な形状であればよく、好ましくは、分断された低融点導体４が滞留することなく、特に絶縁体の頂部に滞留することなく、素速く電極１，２側へ流動可能な形状が良い。
【００１９】
実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２による温度ヒューズ１０２を示す断面図である。尚、図４等では、温度ヒューズ１０２の要部のみを図示しており、例えばハウジングや支持部材等の図示は、省略している。
上述した実施形態１における温度ヒューズ１０１との相違点は、絶縁体３に代えて絶縁体ヒータ６を設けた点である。絶縁体ヒータ６は、シース部分６ａと、シース部分６ａ内に収納される発熱体６ｃと、発熱体６ｃに接続され電力供給を行うリード線７とを備える。絶縁体ヒータ６の形状つまりシース部分６ａの形状は、本実施形態２では、上述した絶縁体３と同様に平板状であるが、上述したように、溶融し分断した低融点導体４が重力方向に流動可能な形状であればよく、好ましくは、分断された低融点導体４が滞留することなく、特に絶縁体の頂部に滞留することなく、素速く電極１，２側へ流動可能な形状を採ることができる。又、絶縁体ヒータ６のシース部分６ａの絶縁体材料としては、例えばセラミックや、アルミナ等が高融点で絶縁性も高いため適している。
【００２０】
又、絶縁体ヒータ６においても、上記障壁部３ａに相当する部分が備わる。しかしながら本実施形態２では、シース部分６ａ内に収納されている発熱体６ｃは、上記障壁部３ａに相当する部分には配置していない。即ち、絶縁体ヒータ６に取り付けられる低融点導体４の領域に対応して、発熱体６ｃは配置されている。勿論、当該構成に限定するものではなく、上記障壁部３ａに相当する部分にまで、発熱体６ｃを配置することもできる。
【００２１】
又、温度ヒューズ１０２では、電極１、２と絶縁体ヒータ６との間に低融点導体４を介在させているが、実施形態１のように、電極１，２を絶縁体ヒータ６に直接接触させて配置してもよい。
その他の構成及び変形例に関する説明は、温度ヒューズ１０１の場合に同じである。
【００２２】
このように構成された温度ヒューズ１０２における動作について以下に説明する。
温度ヒューズ１０２では、リード線７からの通電により絶縁体ヒータ６を加熱することで、低融点導体４を加熱し、溶断することが可能となる。温度ヒューズ１０２においても温度ヒューズ１０１の場合と同様に、低融点導体４は、溶融した後、絶縁体ヒータ６により分断され、図５に示すように、絶縁体ヒータ６の頂部６ｂから電極１，２側へ重力に従い流れ落ちる。よって、絶縁体ヒータ６を電極１，２の間に設けない場合に比較して、高電圧が印加されている低融点導体４の絶縁距離を大きく確保することが可能となる。このように、回路遮断動作が起こったときに発生したアーク放電を素早く消弧することができ、高電圧におけるアーク遮断特性が高められている。さらに温度ヒューズ１０２においては、低融点導体４に印加されている電圧に関係なく低融点導体４を溶断することが可能であり、又、絶縁体ヒータ６の発熱量を調節することで、低融点導体４が溶断するまでの時間をある程度任意に設定することが可能になるという効果を得ることができる。
【００２３】
又、絶縁体ヒータ６の両面に低融点導体４を接触させることによって、絶縁体ヒータ６の熱を効率的に低融点導体４に伝導することが可能となる。さらに、電極１、２と絶縁体ヒータ６との間に、低融点導体４が存在する方が、絶縁体ヒータ６から低融点導体４への熱伝導がより効率的に行われるため好ましい。これによって、絶縁体ヒータ６の温度上昇を抑制しながら、効率的に低融点導体４を加熱することが可能となる。よって、加熱開始から短時間で低融点導体４を溶断することが可能となる。
【００２４】
即ち、発熱体６ｃが関与する絶縁体ヒータ６の表面と低融点導体４との接触面積が小さいと、絶縁体ヒータ６から低融点導体４への熱伝導において大きな温度勾配が生じてしまう。また、上記接触面積が小さいと、熱伝導効率が悪くなることから、低融点導体４を溶融させるために絶縁体ヒータ６に大きな発熱量を与えねばならない。当然ながら、絶縁体ヒータ６にも使用温度の上限が存在することから、絶縁体ヒータ６を破損しないために、安全に使用できる発熱量には限界があった。
したがって、絶縁体ヒータ６から低融点導体４への熱抵抗を抑制することが、絶縁体ヒータ６の発熱量を大きくし、速やかに低融点導体４を溶断するのに有効である。
【００２５】
本実施形態２では、絶縁体ヒータ６の、厚み方向における両面に接触して低融点導体４を配置している。よって、伝熱面積が従来例に比して、少なくとも２倍多く得ることができ、飛躍的に絶縁体ヒータ６の発熱密度を高めることが可能となっている。したがって、低融点導体４を広範囲に渡り迅速に溶融させることができ、かつ電極１，２に対して垂直に絶縁体ヒータ６を配置していることから、溶断後における低融点導体４間のギャップを急速に広げることができる。よって、回路遮断動作が起こったときに発生したアーク放電を素早く消弧することができ、高電圧におけるアーク遮断特性を高めている。
【００２６】
又、本実施形態２では、上述したように、絶縁体ヒータ６において発熱体６ｃは、低融点導体４に対応した領域部分にのみ配置している。よって、さらに絶縁体ヒータ６と低融点導体４との間の温度勾配を小さくでき、絶縁体ヒータ６の発熱密度を高めることが可能となっている。
【００２７】
上述した温度ヒューズ１０１、１０２は、図６に示すような製造治具８を用いることによって製作可能である。尚、図６では、温度ヒューズ１０２の場合を例に採り図示している。
製造治具８は、絶縁体ヒータ６に対して低融点導体４を形成するため、低融点導体４に対応したＵ字型の凹部８ａを形成した金型８ｂを備える。
【００２８】
このような金型８ｂに対して、電極１，２を配置するとともに、凹部８ａの中央部に絶縁体ヒータ６を規定深さに配置する。ここで、所定深さとは、絶縁体ヒータ６の頂部６ｂを覆って低融点導体４を形成するような深さである。又、温度ヒューズ１０１を製造する場合には、絶縁体ヒータ６に代えて絶縁体３を凹部８ａに配置すればよい。
【００２９】
次に、凹部８ａ内に、低融点導体４である半田を溶融させて流し込む。これにより、図４又は図１に示すような温度ヒューズ１０２、１０１を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１による温度ヒューズの要部を示す斜視図である。
【図２】図１に示す温度ヒューズの断面図である。
【図３】図１に示す温度ヒューズにおいて電極間の導通が遮断された状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２による温度ヒューズの要部を示す断面図である。
【図５】図４に示す温度ヒューズにおいて電極間の導通が遮断された状態を示す断面図である。
【図６】図１及び図４に示す温度ヒューズの製造方法を説明するための図である。
【図７】図１及び図４に示す温度ヒューズに備わる絶縁体の変形例を示す図である。
【図８】図１及び図４に示す温度ヒューズに備わる絶縁体の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１、２  電極、  ３  絶縁体、  ４  低融点導体、  ６  絶縁体ヒータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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