(57)【要約】【課題】予め設定した温度で確実に電気回路を遮断することが可能であり、かつ、簡易な構成で容易に製造可能な電力ヒューズを提供する。【解決手段】電力ヒューズ１０は、芯材１１およびこの芯材１１を取り巻くように形成された導電部１２からなるヒューズ体１３と、このヒューズ体１３を覆う被覆部１４と、を備えている。ヒューズ体１３は、例えば、全体が細長い線状に形成される。導電部１２は、中空のチューブ状に形成され、この導電部１２の中空部分を埋めるように芯材１１が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂からなる芯材と、
導電性の低融点金属からなり、前記芯材を取り巻くように形成された導電部と、
該導電部を覆う絶縁性の被覆部と、
を備えたことを特徴とする電力ヒューズ。
【請求項２】
前記導電部の融点は、前記芯材の融点よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の電力ヒューズ。
【請求項３】
前記導電部の融点と、前記芯材の融点との温度差は、１０℃以上、１５０℃以下であることを特徴とする請求項２に記載の電力ヒューズ。
【請求項４】
前記導電部の体積／前記芯材の体積が、０．２５〜７の範囲内とされていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項に記載の電力ヒューズ。
【請求項５】
前記芯材は、同一圧力下において、固体状態よりも溶融状態のほうが体積が大きいことを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載の電力ヒューズ。
【請求項６】
前記導電部は中空チューブ状に形成され、前記芯材は、前記導電部の中空部分を充填する線状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項に記載の電力ヒューズ。
【請求項７】
前記芯材の長手方向に対して直角な断面における直径は、０．３５ｍｍ以上、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の電力ヒューズ。
【請求項８】
前記導電部の長手方向に対して直角な断面における厚みは、０．０５ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６または７に記載の電力ヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気回路の一部が所定の温度を超えた際に、導電体の一部を溶断させて回路を開く電力ヒューズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気回路の一部が過電流などによって所定の温度を超えた際に、電気回路を構成する電気部品等を保護するための温度式の電力ヒューズが広く用いられている。こうした電力ヒューズは、電気回路の一部に挿入され、回路の一部を成す低融点金属が所定の温度を超えると溶断することで、電気部品を過剰なジュール熱等から保護する。
【０００３】
従来、こうした温度式の電力ヒューズの一例として、線状の低融点金属を中空のガラス管の内部に封入したものが一般的に知られている。
また、導電体となる低融点金属をシリコンゴムなどの絶縁体で被覆することで、溶断時の発熱を減らした電力ヒューズも知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−５７６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般的なガラス管タイプの電力ヒューズでは、樹脂モールドした電子部品の内部に搭載する場合、ガラス管の両端を封止しており、内部に空間があるため、樹脂モールド形成時にガラス管外部より圧力が加わり、ガラス管を破損させることがある。そのため、溶断した低融点金属（ヒューズとなる導電体）が再び繋がり、電気回路を導通させてしまう虞がある。
一方、特許文献１に記載された電力ヒューズでは、低融点金属を覆うシリコンゴムの熱伝導性が低いため、周囲が既定の温度以上になってもシリコンゴムの断熱性によって低融点金属が溶融温度に達せず、結果として既定の温度に達しても電流を遮断できない虞がある。
【０００６】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、予め設定した温度で確実に電気回路を遮断することが可能であり、かつ、簡易な構成で容易に製造可能な樹脂モールド内部に搭載することができる電力ヒューズを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の電力ヒューズは、熱可塑性樹脂からなる芯材と、導電性の低融点金属からなり、前記芯材を取り巻くように形成された導電部と、該導電部を覆う絶縁性の被覆部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の電力ヒューズによれば、樹脂モールド内に搭載された発熱部品からの熱は、樹脂モールドを伝わり、まず、低融点金属からなる導電部に加えられ、その後、中心にある芯材に伝搬される。これにより、例えば低融点金属の周囲を熱可塑性樹脂によって覆った構成と比較して、導電部に熱が確実に加わり、導電部を確実に溶融することができる。よって、電力ヒューズが所定の温度まで昇温すると、電気回路の通電を確実に遮断することが可能になる。
【０００９】
前記導電部の融点は、前記芯材の融点よりも高いことを特徴とする。
これにより、導電部の内部に形成された芯材を、導電部と同時か、それよりも早く溶融させることができる。これによって、導電部が溶融した時には芯材も溶融した状態となり、導電部を構成する低融点金属を、溶融した熱可塑性樹脂の中で表面張力によって球状や楕円球状にして、導電部の導通を確実に遮断することができる。
【００１０】
前記導電部の融点と、前記芯材の融点との温度差は、１０℃以上、１５０℃以下であることを特徴とする。
これにより、導電部の内部に形成された芯材を、導電部と同時か、それよりも早く溶融させ導電部が溶融した時には芯材も溶融した状態とすることができる。
【００１１】
前記導電部の体積／前記芯材の体積が、０．２５〜７の範囲内とされていることを特徴とする。
これにより、芯材を構成する溶融した熱可塑性樹脂によって、導電部を構成する溶融した低融点金属を球状に分割して周囲を包み込み、冷却後に導電部が繋がって再導通することを確実に防止することができる。
【００１２】
前記芯材は、同一圧力下において、固体状態よりも溶融状態のほうが体積が大きいことを特徴とする。
これにより、芯材１１が溶融した時点で体積の膨張によって、その周囲を覆う導電部を破壊し、導電部の導通を確実に遮断することができる。
【００１３】
前記導電部は中空チューブ状に形成され、前記芯材は、前記導電部の中空部分を充填する線状に形成されていることを特徴とする。
これにより、中空チューブ状の低融点金属の中空部分に熱可塑性樹脂を充填するだけで、容易に、かつ低コストに電力ヒューズを製造することが可能になる。
【００１４】
前記芯材の長手方向に対して直角な断面における直径は、０．３５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする。
これによって、中空部分の形成が容易に製造可能とすることができる。
【００１５】
前記導電部の長手方向に対して直角な断面における厚みは、０．０５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることを特徴とする。
これによって、中空部分の形成が容易に製造可能とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、予め設定した温度で確実に電気回路を遮断することが可能であり、かつ、簡易な構成で容易に製造可能な、樹脂モールド内部に搭載することができる電力ヒューズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の電力ヒューズの一例を示す断面図である。
【図２】溶断後の電力ヒューズを示す断面図である。
【図３】本発明の電力ヒューズを適用した抵抗器の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の電力ヒューズについて説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１９】
図１は、本発明の電力ヒューズの一例を示す断面図である。
電力ヒューズ１０は、芯材１１およびこの芯材１１を取り巻くように形成された導電部１２からなるヒューズ体１３と、このヒューズ体１３を覆う被覆部１４（例えば樹脂モールド）と、を備えている。
ヒューズ体１３は、例えば、全体が細長い線状に形成される。導電部１２は、中空のチューブ状に形成され、この導電部１２の中空部分を埋めるように芯材１１が形成されている。
【００２０】
芯材１１は、熱可塑性樹脂によって構成され、特に低融点の樹脂が選択される。こうした熱可塑性樹脂は、例えば、７０℃〜２５０℃の範囲に融点をもつ熱可塑性樹脂が選択される。具体的には、ロジン、ポリスチレン、ポリプロピレン、PET樹脂等が挙げられる。また、芯材１１は、長手方向に対して直角な断面における直径ｒが０．３５ｍｍ以上２ｍｍ以下となるように形成される。
こうした芯材１１を構成する熱可塑性樹脂は、同一圧力下において、固体状態よりも溶融状態のほうが体積が増大するものを選択することが好ましい。
【００２１】
導電部１２は、導電性の低融点金属によって構成される。こうした低融点金属は、電力ヒューズ１０の回路遮断を行いたい温度と同じか、それに近い温度の融点を持つものが選択され、例えば１５０〜３３０℃の範囲に融点をもつ単体金属や合金が選択される。具体的には、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｐｂの単体金属やＰｂ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｉｎ、Ｐｂ−Ａｇ、Ｐｂ−Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｚｎ−Ａｌ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等の合金が挙げられる。
【００２２】
導電部１２を構成する低融点金属の融点は、芯材１１を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも高いものを選択することが好ましい。例えば、導電部１２の融点と、芯材１１の融点との温度差が１０℃以上、１５０℃以下の範囲となるような、導電部１２を構成する低融点金属と、芯材１１を構成する熱可塑性樹脂とを選択することが好ましい。
こうした導電部１２は、長手方向に対して直角な断面における厚みｔが０．０５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下となるように形成される。
【００２３】
線状のヒューズ体１３は、導電部１２の体積／芯材１１の体積が、０．２５〜７の範囲内となるように形成されることが好ましい。例えば、ヒューズ体１３全体の体積が１０ｍｍ３である場合、中空チューブ状の導電部１２の体積を７．５ｍｍ３、この中空部分を埋める芯材１１の体積を２．５ｍｍ３とすることなどが挙げられる。
【００２４】
線状のヒューズ体１３の製造方法としては、例えば、初めに低融点金属からなる導電部１２を押し出し法によって中空パイプ状に製造し、その中空部分に芯材となる熱可塑性樹脂を流し込み、芯材部を樹脂とした線材を製造し、その後伸線化の加工することで線状のヒューズ体１３を製造することができる。
【００２５】
ヒューズ体１３を覆う被覆部１４は、熱硬化性樹脂によって構成され、特に絶縁性で、かつ熱伝導率の良い樹脂が選択される。具体的には、エポキシ樹脂が好ましく挙げられる。
【００２６】
本発明の電力ヒューズの作用を説明する。
電力ヒューズ１０を電気回路に組み込む際には、ヒューズ体１３の端部１３ａ，１３ｂに、それぞれ電気回路を接続する。これにより、ヒューズ体１３の一方の端部１３ａと他方の端部１３ｂとの間は、低融点金属からなる導電部１２を介して電気的に接続される。
【００２７】
そして、被覆部１４を介してヒューズ体１３に伝搬する外部の熱や、ヒューズ体１３に定格以上の電流が流れることで生じるジュール熱によって、ヒューズ体１３が高温になると、図２に示すように、導電部１２および芯材１１が溶融し、例えば、導電部１２を構成する低融点金属が、芯材１１を構成する熱可塑性樹脂の中で複数の球状に分離された状態となる。これにより、ヒューズ体１３の一方の端部１３ａと他方の端部１３ｂとの間の導通ができなくなり、電気回路が確実に遮断される。
【００２８】
こうしたヒューズ体１３の溶融時において、例えば、外部から伝搬する熱は、まず、低融点金属からなる導電部１２に加えられ、その後、中心にある芯材１１に伝搬される。これにより、例えば低融点金属の周囲を熱可塑性樹脂によって覆った構成と比較して、導電部１２に熱が確実に加わり、導電部１２を確実に溶融することができる。よって、電力ヒューズ１０が所定の温度まで昇温すると、電気回路の通電を確実に遮断することが可能になる。
【００２９】
また、導電部１２の融点を芯材１１の融点よりも、例えば１０℃以上、１５０℃以下の範囲で高くすることによって、導電部１２の内部（内側）に形成された芯材１１を、導電部１２と同時か、それよりも早く溶融させることができる。これによって、導電部１２が溶融した時には芯材１１も溶融した状態となり、導電部１２を構成する低融点金属を、溶融した熱可塑性樹脂の中で張力によって球状にして、導電部１２の導通を確実に遮断する。
【００３０】
また、芯材１１を構成する熱可塑性樹脂として、固体状態よりも溶融状態のほうが体積が増大するものを選択することで、芯材１１が溶融した時点で膨張によってその周囲を覆う導電部１２が破壊され、導電部１２の導通を確実に遮断することができる。
【００３１】
また、導電部１２の体積／芯材１１の体積が、０．２５〜７の範囲となるようにヒューズ体１３を構成することで、溶融した熱可塑性樹脂によって溶融した低融点金属を球状に分割して周囲を包み込み、冷却後に導電部１２が繋がって再導通することを確実に防止することができる。
【００３２】
図３に本発明の電力ヒューズを適用した抵抗器の一例を示す。
この抵抗器２０は、ＡＩＮからなる基板２１，２２の一面側に、それぞれ抵抗体２３，２４が配されてなる。抵抗体２３，２４には、それぞれ厚膜の導体３１が接続されている。また、基板２１，２２の他面側は、４Ｎ−Ａｌからなる共通の緩衝層２５を介して、Ａｌからなる放熱板２６が接続されている。更に、基板２１，２２には、それぞれ端子２７、２８が形成されている。
【００３３】
こうした基板２１と基板２２の回路を接続するように、図１に示す電力ヒューズ１０が設けられている。なお、この抵抗器２０は、基板２１，２２や抵抗体２３，２４が絶縁性の封止樹脂２９によって封止されている。こうした封止樹脂２９は、電力ヒューズ１０のヒューズ体１３を覆う被覆部１４に相当する。
【００３４】
このような構成の抵抗器２０に電力ヒューズ１０を適用することによって、例えば、抵抗体２３，２４が過剰に発熱したとしても、封止樹脂２９が焼損する前に電力ヒューズ１０によって抵抗体２３，２４への通電を遮断し、抵抗器２０の熱による破損を未然に防ぐことができる。こうした封止樹脂２９の焼損を防止することを目的とする場合、ヒューズ体１３の導電部１２や芯材１１は、封止樹脂２９の耐熱温度以下で溶融する低融点金属、および封止樹脂２９の耐熱温度以下で溶融する熱可塑性樹脂を、それぞれ選択することが好ましい。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、ヒューズ体１３として、中空チューブ状の導電部１２の中空部分を芯材１１で埋めた、全体が線状の部材としているが、ヒューズ体１３の形状はこれに限定されるものではなく、芯材を取り巻くように導電部を形成した構成であれば、その外形形状は線状以外であってもよい。
【実施例】
【００３６】
本発明の有効性を確認するために行った確認実験について説明する。
表１に記載の被覆部（被覆部材）、芯材及び導電部（導電部材）を用い、試料１〜２０のヒューズ体１３を作製した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
得られた試料１〜２０の各電力ヒューズ１０を導電部（導電部材）の融点より１０℃高い温度まで加熱した場合と３１０℃まで加熱した場合の断線の有無を調べた。各１００個の試料について評価し、断線した確率を断線確率とした。表１において断線確率（１）は導電部（導電部材）の融点より１０℃高い温度まで加熱した場合の断線確率を、また、断線確率（２）は３１０℃に加熱した場合の断線確率を、それぞれ示す。
表１に示す結果より、本発明の電力ヒューズの有効性が確認された。
【符号の説明】
【００３９】
１０  電力ヒューズ
１１  芯材
１２  導電部
１３  ヒューズ体
１４  被覆部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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