JP5681389B2 - ヒュージブルリンク - Google Patents

Description

本発明は、ヒュージブルリンクに関し、特に、レアショート域の過電流によって溶断しないヒュージブルリンクに関する。

従来、自動車のモータ負荷回路のような通電率２００％程度までの過電流が流れる電気回路の保護用ヒューズとして、ヒュージブルリンク（Ｆ／Ｌ）が用いられている。このヒュージブルリンクは、デッドショート時のような通電率２００％以上のバースト電流が発生したときに回路保護のために有効に機能するものが求められている。即ち、通電電流が定格値の２倍（通電率２００％）を境界値に、それより大電流領域をデッドショート域、低い領域をレアショート域と区分すると、こうしたデッドショート域及びレアショート域にそれぞれ有効な特性を兼備したヒューズが求められている。

ヒュージブルリンクは、デッドショート時のような大きい過電流が流れた場合には、負荷回路の破損、或いは負荷回路に接続されたリード線の溶断又は発煙等が起こる前に確実に回路が遮断される必要がある。また、例えば自動車ドアのパワーウインド開閉時の際、約１０秒程度の間に通電率２００％以下の中電流域の電流であるモータロック電流が流れるが、このモータロック電流が頻繁に流れても容易に回路が遮断されないようにする必要がある。

上記したような特性を持つヒューズとして、対向して設けられた一対の接続部と、該接続部の中間部に設けられ、金属チップを包着部により固定した可溶体部（ヒューズ部）とから構成されているヒューズが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。ここでの金属チップは、低融点金属を押し出し成形後に裁断した線材であり、可溶体部は板状の可溶金属導体からなるものである。可溶体部の材質は、母材が導電線と同じ銅合金であり、断面積を小さくして大電流の流れた際に瞬断するものである。一方、金属チップの材質は、銅（Ｃｕ）よりも融点の低いスズ（Ｓｎ）であり、通電による温度上昇で溶融して可溶体部内に拡散して合金相を形成する。よって、中乃至小電流域では、母材の銅合金より抵抗の高い合金相で溶断することになる。このように、スズ或いはスズを主成分とする合金等の低融点金属を有するヒューズは、スズの質量により通電電流に対する溶断時間が変動する。従来、この種のヒューズは、中実の金属チップを用いてそのチップの寸法を変えることで溶断特性の調整を行なっていた。

しかしながら、上記の従来のヒューズでは、通電率がレアショート域（例えば、１１０％程度の小電流域）の過電流が流れた場合、ジュール熱によりスズ拡散が進行し合金相を形成してしまい溶断しやすい状態になってしまうため、長時間（例えば、１０時間以上）溶断しないように設定することが困難である。

特開平５−１６６４５３号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、レアショート域の過電流が流れた場合に溶断しない溶断特性を実現するヒュージブルリンクを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、可溶金属導体で形成される第１抵抗部及び第２抵抗部からなり、前記第１抵抗部の前記第２抵抗部との接続部近傍に過電流による温度上昇で溶融切断する溶断部を有するヒューズ部と、前記可溶金属導体より融点が低く、過電流による温度上昇で溶融して前記溶断部に拡散して合金相を形成する低融点金属チップと、前記第１の抵抗部と前記第２の抵抗部との間で前記溶断部近傍に前記低融点金属チップを保持する保持部とを備え、前記第１抵抗部と前記第２抵抗部の抵抗値は、前記第１抵抗部の長さを前記第２の抵抗部の長さよりも長くすることで、レアショート域の過電流によって温度上昇した前記ヒューズ部の熱集中部を前記溶断部ではない前記第１抵抗部の範囲に移行させる比率に設定されており、レアショート域の過電流によって温度上昇した前記ヒューズ部の熱が、前記保持部とは反対側で前記第２抵抗部に接続され放熱機能を有する放熱部に移行するように構成されているヒュージブルリンクである。

本発明によれば、レアショート域の過電流が流れた場合に溶断しない溶断特性を実現するヒュージブルリンクを提供することができる。

本発明の実施の形態に係るヒュージブルリンクの模式的平面図（その１）である。 本発明の実施の形態に係るヒュージブルリンクの模式的平面図（その２）である。 従来のヒュージブルリンクの模式的平面図である。 本発明の実施の形態に係るヒュージブルリンクの熱集中部の移行を説明するための表である。 本発明の実施の形態に係るヒュージブルリンクと従来のヒュージブルリンクの溶断特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係るヒュージブルリンクにおける抵抗値の変化と溶断までにかかる時間との関係を示すグラフである。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係るヒュージブルリンクは、図１及び図２に示すように、可溶金属導体で形成される第１抵抗部１０及び第２抵抗部２０からなり、第１抵抗部１０の第２抵抗部２０との接続部近傍に過電流による温度上昇で溶融切断する溶断部１２を有するヒューズ部１と、可溶金属導体より融点が低く、過電流による温度上昇で溶融して溶断部１２に拡散して合金相を形成する低融点金属チップ３２と、溶断部１２近傍に低融点金属チップ３２を保持する保持部３０とを備え、第１抵抗部１０と第２抵抗部２０の抵抗値は、レアショート域の過電流によって温度上昇したヒューズ部１の熱集中部を溶断部１２ではない第１抵抗部１０の範囲（溶断外部１３）に移行させる比率に設定されている。

ヒューズ部１は、可溶金属導体を板状に成型して、第１抵抗部１０及び第２抵抗部２０を形成する。ヒューズ部１の材質は、母材が導電線と同じ銅（Ｃｕ）の合金である。第１抵抗部１０に設けられた溶断部１２は、断面積が第１抵抗部１０の配線の断面積よりも小さくなっており、低融点金属チップ３２が過電流による温度上昇で溶融して可溶金属導体内に拡散して合金相を形成する個所である。溶断部１２に形成される合金相は、ヒューズ部１のＣｕ合金より抵抗が高くなり、通電電流が定格値の２倍である通電率２００％程度までの中乃至小電流域のレアショート域の過電流が流れた際に溶断される。

低融点金属チップ３２は、過電流による温度上昇で溶融して可溶金属導体内に拡散して合金相を形成するチップである。低融点金属チップ３２の材質は、可溶金属導体であるＣｕ等よりも融点の低いスズ（Ｓｎ）等である。低融点金属チップ３２は、ヒューズ部１より熱伝導度が大きく、過電流によりヒューズ部１で発生した熱を吸収する。

保持部３０は、低融点金属チップ３２を、両側から円筒状に巻いて加締めることによって、ヒューズ部１に保持する。保持部３０は、低融点金属チップ３２を加締めることで接触面を形成し、この接触面を介して電流及び熱が低融点金属チップ３２に伝導される。保持部３０の材質は、ヒューズ部１と同じ材質を採用することができる。保持部３０は、ヒューズ部１と同じ材質である場合、ヒューズ部１と一体成型することが可能である。

以下に、本発明の実施の形態に係るヒュージブルリンクにおけるレアショート域の過電流が流れた場合の溶断特性について説明する。

本発明の実施の形態に係るヒュージブルリンクは、第１抵抗部１０と第２抵抗部２０の抵抗値が、レアショート域の過電流によって温度上昇したヒューズ部１の熱集中部を溶断部１２ではない第１抵抗部１０の範囲（溶断外部１３）に移行させる比率に設定されている。熱集中部を溶断部１２ではない第１抵抗部１０の範囲に移行させる抵抗の比率としては、第１抵抗部１０の抵抗値が第２抵抗部２０の抵抗値より大きい場合、例えば、第１抵抗部１０と第２抵抗部２０の抵抗値の比率を２：１〜５：１となるように設定する。第１抵抗部１０と第２抵抗部２０の抵抗値の比率を２：１〜５：１となるように設定することによって、図２に示すように、低融点金属チップ３２を配置する近傍であるＢ範囲の熱を、第２抵抗部２０と接続された放熱機能を有する放熱部４０に移行させることができる。したがって、低融点金属チップ３２を配置する近傍は、温度が低下して、低融点金属チップ３２の融点以下にすることができる。

具体例として、通電率が１１０％であるときの、図３に示す従来の抵抗値の比率を設定していないヒュージブルリンクの低融点金属チップ３２を配置する近傍であるＡ範囲の温度と、実施の形態に係るヒュージブルリンクの低融点金属チップ３２を配置する近傍であるＢ範囲の温度を比較した結果を図４に示す。

図４に示す表より、従来のヒュージブルリンクのＡ範囲の温度は２４０℃であり、低融点金属チップ３２がＳｎである場合、拡散促進温度である２２０℃を超えてしまう。一方、実施の形態に係るヒュージブルリンクのＢ範囲の温度は１８０℃であり、低融点金属チップ３２の拡散促進温度に達していない。但し、実施の形態に係るヒュージブルリンクにおいては、溶断部１２ではない第１抵抗部１０の範囲であるＣ範囲の温度が２４０℃となっており、熱集中部がＢ範囲からＣ範囲に移行したということである。つまり、熱集中部が溶断部１２から、溶断部１２ではない第１抵抗部１０の範囲に移行したということである。

次に、本願の実施の形態に係るヒュージブルリンクと従来のヒュージブルリンクとの溶断特性を比較した結果を図５に示す。図５の実線が本願の実施の形態に係るヒュージブルリンクの溶断特性を示すグラフであり、破線が従来のヒュージブルリンクとの溶断特性を示すグラフである。

図５に示すグラフより、通電率が１１０％であるとき、本願の実施の形態に係るヒュージブルリンクは溶断するまでに１００００００秒程度かかるのに対して、従来のヒュージブルリンクは１００００秒程度で溶断してしまう。一方、２００％以上のデッドショート域の過電流が流れた場合では、本願の実施の形態に係るヒュージブルリンクは、従来のヒュージブルリンクより溶断時間が短くなっており、クイックブロー特性の設定をすることが可能であることが示されている。

また、第１抵抗部１０と第２抵抗部２０の抵抗値の比率を１：１〜５：１となる設定範囲において、第１抵抗部１０内の溶断部１２と溶断外部１３の抵抗値の比率を変えることによっても溶断特性を設定することができる。具体例として、通電率が１１０％であるときの、第１抵抗部１０と第２抵抗部２０の抵抗値の比率を１：１〜５：１まで変動させた場合において、溶断部１２と溶断外部１３の抵抗値の比率を１：１〜５：１まで変動させた場合のそれぞれの溶断までにかかる時間についての結果を図６に示す。

図６に示すグラフより、実施の形態に係るヒュージブルリンクは、第１抵抗部１０と第２抵抗部２０の抵抗値の比率を１：１〜５：１となる設定範囲において、いずれの溶断部１２と溶断外部１３の抵抗値の比率でも、第１抵抗部１０の比率が大きくなるほどクイックブロー化する特性を有することを示す。つまり、クイックブロー化する特性を考慮すると、第１抵抗部１０と第２抵抗部２０の抵抗値の比率は、２：１〜５：１とすることが好ましい。また、溶断部１２と溶断外部１３の抵抗値の比率を１：１〜５：１まで変動させた場合では、溶断部１２の比率が小さくなるほどクイックブロー化する特性を有することを示す。

第１抵抗部１０と第２抵抗部２０の抵抗値の比率を２：１〜５：１となる設定範囲で変更するために、第１抵抗部１０をクランクさせて長くした場合、第１抵抗部１０の全長における中心箇所が熱くなるので、第１抵抗部１０の熱が溶断部１２から溶断外部１３に移動する。したがって、第１抵抗部１０と第２抵抗部２０の抵抗値の比率を変更することによって、第１抵抗部１０における熱集中を溶断部１２から溶断外部１３に移動させることができる。

本願の実施の形態に係るヒュージブルリンクによれば、レアショート域（特に、通電率が１１０％程度）の過電流によって温度上昇したヒューズ部１の熱集中部を溶断部１２ではない第１抵抗部１０の範囲に移行させることができるので、レアショート域の過電流が流れた場合において、長時間溶断しない溶断特性を実現することができる。

また、通電率が１１０％より大きい場合、特に２００％以上のデッドショート域の過電流が流れた場合、本願の実施の形態に係るヒュージブルリンクと従来のヒュージブルリンクにおいては、Ｓｎ等からなる低融点金属チップ３２の拡散の影響を受けないために、溶断に対する影響はない。但し、２００％以上のデッドショート域の過電流が流れた場合では、本願の実施の形態に係るヒュージブルリンクは、従来のヒュージブルリンクより溶断時間が短くするクイックブロー特性の設定が可能である。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

例えば、実施の形態において、第１抵抗部１０と第２抵抗部２０の抵抗値は、レアショート域の過電流によって温度上昇したヒューズ部１の熱集中部を溶断部１２ではない第１抵抗部１０の範囲に移行させる比率に設定されていると記載した。その設定方法の一例としては、第１抵抗部１０と第２抵抗部２０が同じ断面積である場合、第１抵抗部１０と第２抵抗部２０の長さを所望の比率に形成することで、所望の抵抗値比率を設定することができる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

１…ヒューズ部
１０…第１抵抗部
１２…溶断部
１３…溶断外部
２０…第２抵抗部
３０…保持部
３２…低融点金属チップ
４０…放熱部

Claims (5)

1. 可溶金属導体で形成される第１抵抗部及び第２抵抗部からなり、前記第１抵抗部の前記第２抵抗部との接続部近傍に過電流による温度上昇で溶融切断する溶断部を有するヒューズ部と、
   前記可溶金属導体より融点が低く、過電流による温度上昇で溶融して前記溶断部に拡散して合金相を形成する低融点金属チップと、
   前記第１の抵抗部と前記第２の抵抗部との間で前記溶断部近傍に前記低融点金属チップを保持する保持部とを備え、
   前記第１抵抗部と前記第２抵抗部の抵抗値は、前記第１抵抗部の長さを前記第２の抵抗部の長さよりも長くすることで、レアショート域の過電流によって温度上昇した前記ヒューズ部の熱集中部を前記溶断部ではない前記第１抵抗部の範囲に移行させる比率に設定されており、レアショート域の過電流によって温度上昇した前記ヒューズ部の熱が、前記保持部とは反対側で前記第２抵抗部に接続され放熱機能を有する放熱部に移行するように構成されていることを特徴とするヒュージブルリンク。
2. 前記第１抵抗部と前記第２抵抗部の抵抗値の比率は、２：１〜５：１であることを特徴とする請求項１に記載のヒュージブルリンク。
3. 前記レアショート域の過電流の通電率は、定格値の１１０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒュージブルリンク。
4. 前記ヒューズ部は、デッドショート域の過電流が流れた場合におけるクイックブロー特性の設定が可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒュージブルリンク。
5. 前記溶断部の断面積は、前記第１抵抗部の断面積より小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒュージブルリンク。

Images