(57)【要約】【課題】大過電流にも小過電流にも対応可能であり、かつ、大過電流により溶断部が溶断した後には電流を完全に遮断する。【解決手段】過電流が流れた場合に溶断するヒューズエレメント２であって、銅棒又は銅線に、断面積が他部位より大きい少なくとも２つの大断面積部３０ａ、３０ｂを、当該銅棒又は銅線の長さ方向の中央位置に関して対称となるように設け、前記銅棒又は銅線の大断面積部３０ａと３０ｂの間の部位のうち少なくとも何れかの部位の表面に、前記中央に関して対称な配置となるように錫を接合してなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過電流が流れた場合に溶断するヒューズエレメントであって、
銅棒又は銅線に、断面積が他部位より大きい少なくとも２つの大断面積部を、前記ヒューズエレメントの長さ方向の中央位置に関して対称となるように設け、前記銅棒又は銅線の前記大断面積部の間の部位のうち少なくとも何れかの部位の表面に、前記中央に関して対称な配置となるように錫を接合してなることを特徴とするヒューズエレメント。
【請求項２】
前記大断面積部の両側における前記銅棒又は銅線は、湾曲していることを特徴とする請求項１に記載のヒューズエレメント。
【請求項３】
前記ヒューズエレメントは、一体の前記銅棒又は銅線を切削することにより前記大断面積部を構成してなることを特徴とする請求項１又は２記載のヒューズエレメント。
【請求項４】
請求項１〜３のうち何れかに記載のヒューズエレメントが容器に収納されてなることを特徴とするヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
過電流が流れた場合に溶断するヒューズエレメント及びこのヒューズエレメントを備えたヒューズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、所定の規定値を大幅に上回る電流（大過電流）が流れた場合に、この大過電流により溶断部が瞬間的に発熱して溶けることで溶断する大過電流用ヒューズがある。
【０００３】
また、所定の規定値を小幅に上回る電流（小過電流）が所定の時間、継続的に流れた場合に溶断する小過電流用ヒューズがある。この小過電流用ヒューズでは、小過電流が流れることによって溶断部が比較的緩やかに発熱し、その溶断部に接合された低融点の金属（錫等）が溶けて導線の銅と合金化することにより、導線が細くなる。そうすると、溶断部の電気抵抗は増し、溶断部がさらに発熱して溶断に至る。
【０００４】
以上のような大過電流用ヒューズと小過電流用ヒューズを組合せると、大過電流にも小過電流にも対応可能なヒューズとなる。例えば、特許文献１に記載のヒューズは、上述の大過電流用ヒューズと小過電流用ヒューズを１つずつ組合せたものである。
【特許文献１】特開昭６０−８５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載されたヒューズでは、大過電流によって溶断する溶断部が一箇所であるため、溶断後に放電等によって再接続が起こり、大過電流を確実に遮断できないおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような課題に対して、大過電流にも小過電流にも対応可能であり、かつ、大過電流により溶断した後には電流を完全に遮断することが可能なヒューズエレメント及びこのヒューズエレメントを備えた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】
【０００７】
第１の発明は、過電流が流れた場合に溶断するヒューズエレメントであって、
銅棒又は銅線に、断面積が他部位より大きい少なくとも２つの大断面積部を、前記ヒューズエレメントの長さ方向の中央位置に関して対称となるように設け、前記銅棒又は銅線の前記大断面積部の間の部位のうち少なくとも何れかの部位の表面に、前記中央に関して対称な配置となるように錫を接合してなることを特徴とするヒューズエレメントである。
【０００８】
第２の発明は、前記大断面積部の両側における前記銅棒又は銅線が、湾曲していることを特徴とする第１の発明に記載のヒューズエレメントである。
【０００９】
第３の発明は、前記ヒューズエレメントが、一体の前記銅棒又は銅線を切削することにより前記大断面積部を構成してなることを特徴とする第１又は第２の発明に記載のヒューズエレメントである。
【００１０】
第４の発明は、第１〜３の発明のうち何れかに記載のヒューズエレメントが容器に収納されてなることを特徴とするヒューズである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、大過電流にも小過電流にも対応可能であり、かつ、大過電流により溶断部が溶断した後には電流を完全に遮断することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態であるヒューズ１の構成を示す断面図である。同図に示すように、ヒューズ１は、ヒューズエレメント２、接続部４０（左接続部４０ａ、右接続部４０ｂ）、ガラス管４１、透明ケース４２、断熱材４３、接続用スリーブ４４、端子カバー４５等により構成される。また、ヒューズエレメント２は、銅線又は銅棒により構成され、この銅線又は銅棒に設けられた小過電流溶断部１０、大過電流溶断部２０（左溶断部２０ａ、右溶断部２０ｂ）、及び大断面積部３０（左大断面積部３０ａ、右大断面積部３０ｂ）を備える。なお、以下の説明では、ヒューズエレメント２が銅棒３により構成されるものとして説明する。
【００１３】
大断面積部３０は、断面積が他部位よりも大きい部位であって、銅棒３に少なくとも２つ（本実施形態では２つ；以下、「大断面積部３０ａ、３０ｂ」とする）設けられる。２つの大断面積部３０ａ、３０ｂは、それらの長さ及び断面積が互いに等しくなるように構成されており、ヒューズエレメント２の長さ方向中央位置に関して対称に設けられている。
【００１４】
小過電流溶断部１０は、大断面積部３０ａ及び３０ｂの間の部位の周囲に錫を接合されて構成される。なお、本出願における「錫」とは、純粋な錫のみならず、錫を主成分として、少量の銀や銅等の他の金属を含有した合金も含まれるものとする。錫は、大断面積部３０ａ及び３０ｂの間の全長に亘って接合してもよいし、あるいは、大断面積部３０ａ及び３０ｂの間に部分的に接合してもよい。部分的に接合する場合は、錫の接合部を、ヒューズエレメント２の長さ方向中央部に関して対称な配置となるように設けるものとする。
【００１５】
小過電流溶断部１０に、継続的な小過電流（例えば１，０００Ａ未満）が流れると、この電流による発熱によって錫が溶けて銅線の銅と合金化することにより、銅線の銅の部分が細くなる。そうすると、小過電流溶断部１０の電気抵抗は増し、小過電流溶断部１０がさらに発熱する。加えて、銅の融点は約１，１００℃であるが、銅が溶けた錫（融点は約２３０℃）と合金化すると融点が数百℃低下するので、さらに溶けやすくなる。すなわち、銅線が細くなり電気抵抗が増加することによる発熱量増加と、銅が錫と合金化することによる融点低下とにより小過電流溶断部１０は溶断する。なお、小過電流溶断部１０は、例えば、１００Ａの電流が１０分以上流れた場合、１６０Ａの電流が４０秒以上流れた場合、あるいは、４００Ａの電流が６秒以上流れた場合等に溶断するように設計される。
【００１６】
大過電流溶断部２０は、大断面積部３０ａ、３０ｂの、銅棒３の端部側に接続された２つの部位（以下、それぞれ「左溶断部２０ａ」及び「右溶断部２０ｂ」とする）である。大過電流溶断部２０に、定格電流を大きく上回る大過電流（例えば、３，０００Ａ以上）が流れた場合に、銅線が急激に発熱することにより瞬間的に溶断する。左溶断部２０ａと右溶断部２０ｂは、大過電流が流れたときに同時に溶断されるように、同じ長さかつ同じ断面積に構成されている。なお、大過電流溶断部２０（左溶断部２０ａ、右溶断部２０ｂ）は、直線状であってもよいが、発熱による熱膨張を吸収してヒューズエレメント２に過大な応力が作用するのを防止し、また、ヒューズエレメント２の全長を小さくしてヒューズ１を小型化するために、湾曲した形状を有することが好ましい。
【００１７】
接続部４０（４０ａ、４０ｂ）は、ヒューズエレメント２の両端に接続されると共に、接続スリーブ４４によって電線１００に接続している。より具体的には、接続部４０ａは、左溶断部２０ａの図１中左側に設けられ、接続部４０ｂは、右溶断部２０ｂの図１中右側に設けられる。また、接続部４０ａ、４０ｂは、導電性の接続用スリーブ４４によって外部導線１００に接続され、この接続用スリーブ４４の周囲は、端子カバー４５によって覆われている。
【００１８】
ヒューズエレメント２は、筒状のガラス管４１に収納され、ガラス管４１は透明ケース４２によって保護される。また、ガラス管４１の両端は断熱材４３によって封止されている。
【００１９】
なお、小過電流溶断部１０、大過電流溶断部２０、大断面積部３０を備えるヒューズエレメント２及び接続部４０は、銅棒３を切削することによって製作された一体の部材であることが好ましい。すなわち、例えば、大面積部３０の断面と同じあるいは少し大きい断面の銅棒３を用いて、大小過電流溶断部１０と大過電流溶断部２０に相当する箇所において銅棒３の周囲を切削することにより小過電流溶断部１０と大過電流溶断部２０を構成し、大断面積部３０及び接続部４０に相当する部位においては、切削せず、または、少しだけ切削することで大断面積部３０及び接続部４０を構成する。この場合、小過電流溶断部１０には、切削した後に、錫を接合させる。このように、ヒューズエレメント２及び接続部４０を切削により製作することで、銅棒３の接合箇所がなくなり、接合部における接触不良等による性能劣化や耐久性の低下等の不具合を防止できる。ただし、本発明はこれに限らず、小過電流溶断部１０、大断面積部３０（３０ａ、３０ｂ）、及び大過電流溶断部２０（２０ａ、２０ｂ）を別部材で構成し、それらを圧着等により接合して製作してもよい。
【００２０】
次に大過電流及び小過電流がそれぞれ流れたときのヒューズエレメント２の作用について説明する。
【００２１】
図２には、大過電流が流れたときのヒューズエレメント２の温度分布を温度分布曲線５１で示している。なお、上記のようにヒューズエレメント２の大過電流溶断部２０は湾曲した形状であるのが好ましいが、同図では温度分布を簡潔に示すため、大過電流溶断部２０を直線状の形状として示している。
【００２２】
小過電流溶断部１０は、周囲に錫が接合されているので熱容量が大きく、大断面積部３０も大断面積であるので熱容量が大きい。このため、瞬間的に大過電流が流れたときに大断面積部３０及び小過電流溶断部１０の温度は上昇しにくく、大断面積部３０の両側の大過電流溶断部２０ａ、２０ｂの温度が上昇し易くなる。その結果、図２に温度分布曲線５１で示すように、大過電流溶断部２０ａ、２０ｂで高温となり、これら大過電流溶断部２０ａ、２０ｂにおいて溶断が生ずる。このとき、上記のごとく、大過電流溶断部２０ａ、２０ｂの長さ及び断面積が互いに等しいので、大過電流溶断部２０ａ、２０ｂの温度上昇の度合いも同じとなり、溶断は同時に生ずることになる。すなわち、大過電流による溶断が２箇所で同時に生ずるので、溶断時の放電による再接続が生じにくく、これにより、大過電流を確実に遮断することができる。
【００２３】
また、大過電流溶断部２０と小過電流溶断部１０との間に大断面積部３０が設けられていることで、溶断時のアーク放電による高熱が小過電流溶断部１０に伝達されにくい。このため、アーク放電による高熱で錫が蒸発することを防止でき、これにより、密閉されたガラス管４１内の圧力上昇によるガラス管４１の破裂を防止できる。
【００２４】
図３には、小過電流が流れたときのヒューズエレメント２の温度分布を温度分布曲線５２で示している。なお、同図においても図２と同様の理由で大過電流溶断部２０を直線状の形状として示している。
【００２５】
小過電流が流れたときには、ヒューズエレメント２の温度上昇は緩やかに生じるので、ヒューズエレメント２の熱は接続部４０を介して、熱容量が大きい電線側へ逃げやすい。このとき、ヒューズエレメント２の両端に近いほど熱が逃げやすいので、図３に温度分布曲線５２で示すように、ヒューズエレメント２の両端に近いほど温度は低くなり、中央部の小過電流溶断部１０において温度が高くなる。このため、小過電流溶断部１０において接合された錫が溶けることにより、銅が錫と合金化して融点が下がり、銅自体も溶けて溶断する。つまり、小過電流時に小過電流溶断部１０が溶断することとなり、小過電流が一定時間、継続して流れた場合に、その小過電流を確実に遮断することができる。
【００２６】
以上の通り、本実施形態のヒューズ１は、大過電流溶断部２０を構成する左溶断部２０ａと右溶断部２０ｂとが、同じ長さで同じ断面積に構成されているので、大過電流が流れた際には、同時に２箇所で溶断することとなり、これにより、大過電流により溶断した場合に放電等による再接続を防止することができる。また、小過電流が継続的に流れた際にも小過電流溶断部１０が溶断することで、小過電流も確実に遮断することができる。
【００２７】
また、大断面積部３０により、大過電流が流れたときに大過電流溶断部２０において生じた熱が、小過電流溶断部１０に接合された錫に伝達されるのが抑制されるので、錫の蒸発を防止し、錫の蒸発に伴う圧力上昇によるガラス管４１の破裂を防止できる。
【００２８】
また、ヒューズエレメント２及び接続部４０を、単一の銅棒を切削することにより製作することで、各部１０〜４０の接続点において接触不良等が生じることがなく、耐久性等の性能に優れたものとすることができる。
【００２９】
さらに、大過電流溶断部２０を湾曲した形状に形成することで、小過電流溶断部１０や大過電流溶断部２０の発熱による熱膨張や外部から与えられる荷重等に対しても、それらを湾曲によって吸収することができると共に、その全長を短くしてヒューズ１の小型化を図ることが可能となる。
【００３０】
ところで、上記実施形態では大断面積部３０を２つ設けたが、本発明はこれに限らず、３つ以上の大断面積部３０を設けてもよい。この場合、ヒューズエレメント２の長さ方向中央部に関して対称となるように、長さ及び断面積が互いに等しい大断面積部３０を設け、錫の接合部も、銅棒３の長さ方向中央部に関して対称な配置となるように設ければよい。
【００３１】
なお、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態であるヒューズ１の構成を示す図である。
【図２】大過電流が流れたときのヒューズエレメント２の温度分布を示す図である。
【図３】小過電流が流れたときのヒューズエレメント２の温度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  ヒューズ
２  ヒューズエレメント
３  銅棒
１０  小過電流溶断部
２０  大過電流溶断部
３０  大断面積部
４０  接続部
４１  ガラス管
４２  透明ケース
４３  断熱材
４４  接続用スリーブ
４５  端子カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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