JP5766505B2 - 二重巻き可溶体及び関連のヒューズ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回路保護装置の分野に関する。さらに、詳しくは、本願発明は、誘導及び容量性負荷に関連する高いサージ電流に耐えるように構成された二重巻き可溶体を採用するヒューズに関する。

ヒューズは、典型的には、回路保護装置として使用され、保護されるべき回路中のコンポーネントと電気的な接続を生ずる。ヒューズは、回路又は回路コンポーネントを、回路中の意図的な弱いリンクとすることにより保護するように設計されている。ある１つの種類のヒューズは、プラスチックベースとプラスチックキャップからなるハウジングを含み、ベースを通じて延在し且つハウジング内の端子の間のブリッジを形成する可溶体を経由して接続される一対の導体又は端子を備える。端子をハウジングのベース部分内に固定するために、各端子及び／又はベースの一部が、端子周りのベースを挟むために変形させられており、それによりそれぞれの端子周りのベースをクランプ固定する。可溶体は、ベースの上に突出する２つの導体のそれぞれの端部に取り付けられている。可溶体は、典型的には、２つの端子の端部に半田付けされた伝導性ワイヤである。ヒューズは、保護されるべき回路に配置されることで、異常なオーバーロード条件が発生した場合に、可溶体が溶ける。

ある回路保護応用（例えば、モーター等）において、サージ電流又は短期間電流オーバーロード状態は、典型的には、装置が定常状態に到達するまで、発生しうる。これらの種類の回路で採用されるヒューズは、可溶体を融かすことなしに、この短期間サージがヒューズを通過することを許すように設計されなければならない。この高サージ状態は、電流及び時間を単位として（Ｉ^２ｔ）で定義されており、それは、電流がヒューズの定格電流の特定のパーセントを超えることがない場合に、回路を開放することを避けることが望ましい。

これらの応用に使用されるある１つの種類のヒューズは、らせん巻きヒューズ体を採用する。特に、ヒューズ体は、らせんパターンでコア周りに巻かれるヒューズワイヤを備える撚糸繊維のコアを具備する。コアを含むその糸は、典型的にはセラミック材料であり、ヒューズがとんだときに導電性になることができるような任意の材料をもたない。その巻かれたワイヤは、例えば、スローブロー又は時間−遅延ヒューズであることを示す熱吸収の増加を提供するように構成された複数のワイヤ撚り線を含むことができる。

回路オーバーロードに直面したとき、ヒューズ体を通る余分な電流の通路は、熱を発生し、それによりヒューズワイヤの温度を上昇させる。言い換えると、コアは、この熱をヒューズワイヤから引き離すためにヒートシンクとして作用することにより、ヒューズワイヤの温度を低下させる。この方法において、ヒューズワイヤからコアまでの熱伝導は、ヒューズワイヤ溶融温度に達するまでに必要とする時間を長くする。より高い電流定格のヒューズには高い電流がそのワイヤを通過するので、高い温度に耐えるためにより長い直径のヒューズワイヤが使用される。しかしながら、巻かれたヒューズワイヤは寸法が制限されているので、巻かれたワイヤ及びコアの間の熱伝導の量と同様にワイヤが耐えられることができる余分な電流量が制限される。

したがって、巻かれた可溶ワイヤ体を利用するヒューズ及び、同じものを採用するヒューズであって、特定の種類の回路コンポーネント及び関連する回路を保護するために誘導及び容量性負荷に関連づけられる高いサージ電流に耐えるヒューズ体のＩ２ｔ特性を提供するように構成されたヒューズの必要性がある。

本願発明の例示的実施形態は、誘導及び容量性負荷に関連する高いサージ電流に耐えるように構成された二重巻き可溶体を有する回路保護装置内で使用するために改善された可溶体を対象とする。例示的な実施形態において、可溶体は、長手方向軸を有する絶縁されたコア；コアの長手方向軸に沿ってコアの周りに巻かれた第１ワイヤ、及び可溶体が溶けることなしに複数の過電流パルスに耐えられるように構成されるように第１ワイヤの長手方向軸の周りに実質的に垂直に巻かれた第２ワイヤを含む。

別の例示的実施形態において、ヒューズは、その中の空洞を規定するハウジング、ハウジングの第１端部に取り付けられた第１端部キャップ、ハウジングの第２端部に取り付けられた第２端部キャップ及び空洞に配置された可溶体を含む。可溶体は第１端部キャップに電気的に接続された第１端部及び第２端部キャップに電気的に接続された第２端部を有する。可溶体は、長手方向軸を有する絶縁されたコア、コアの長手方向軸に沿ったコアの周りに巻かれた第１ワイヤ、第１ワイヤの長手方向軸周りに実質的に垂直に巻かれた第２ワイヤを備える。

別の例示的実施形態において、ヒューズはその中の空洞を規定するハウジング、ハウジングの第１端部に取り付けられた第１端部キャップ、ハウジングの第２端部に取り付けられた第２端部キャップ及び空洞に配置された可溶体を含む。可溶体は第１端部キャップに電気的に接続された第１端部及び第２端部キャップに電気的に接続された第２端部を有する。可溶体は、長手方向軸を有する絶縁されたコア、コアの長手方向軸に沿ったコアの周りに巻かれた第１ワイヤ、第１ワイヤの長手方向軸周りに実質的に垂直に巻かれた第２ワイヤを備える。

本願開示の実施形態に沿った例示的ヒューズを示す図である。 本願開示の実施形態に沿った可溶体の斜視図である。 本願開示の実施形態に沿った図２の可溶体の長手方向軸に沿ってとられた断面図である。 本願開示の実施形態に沿った二重巻き可溶体を形成するための例示的工程を示す図である。 本願開示の実施形態に沿った二重巻き可溶体を形成するための例示的工程を示す図である。 本願開示の実施形態に沿った可溶体を利用する例示的ヒューズを示す図である。

本願発明は、添付図面を参照してより完全にこの後記載され、本発明の好ましい実施形態が示される。この発明は、しかしながら、多くの異なる形態で具体化されることができ、ここに記載された実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。それよりも、これらの実施形態は、この開示が徹底的で完全になり、当該技術における当業者に本発明の範囲を完全に理解させるように提供されている。図面においては、全体にわたって、類似の番号は類似要素を参照する。

図１は、ベース１５及びキャップ１８により規定されるハウジング１０を含むヒューズ５を図示する。ハウジング１０は、その中に可溶体３０が配置される空洞を形成する。ハウジングは、プラスチックから形成されるか、又はヒューズがとんだときに発生する熱に耐えることができる電気的に絶縁された材料からなることができる。ベース及びキャップは、また、プラスチック又は他の適した材料から作られることができる。１対の導電体又は端子２０，２５は、ベース１５を通過し、且つハウジング１０内に配置された可溶体３０を経由して電気的に接続される。端子２０及び２５の上端部は、例えば、端子のそれぞれの端部と接触して可溶体３０の端部を保持するクリップを含むことができる。はんだ部分３５及び４０は、可溶体３０の端部を導体２０及び２５にそれぞれ接続するために使用される。可溶体３０は、ベース１５の長手方向面に平行な関係で且つ導体２０及び２５のそれぞれの長手方向軸に垂直に構成されるものとして示される。特定の過電流又はサージ電流状態の発生が起こるとき、可溶体３０は、融けるか又は他に回路経路を妨害して、保護される電気コンポーネント又は回路を損傷から隔離するために開く。さらに、アーク消去材料４５は、また、ハウジング１０内に含まれることができ、例えば、過電流状態の後可溶体３０が融ける場合に発生するアーク効果を吸収する。

図２は、まさに、本願開示の実施形態による可溶体３０の斜視図である。可溶体３０は例えば、ガラス糸のような電気的に絶縁する材料から形成されるコア５０を具備する。二重巻きワイヤがコア５０の周りに配置される。特に、二重巻きワイヤが、コア５０の周りに長手方向的に第１端部から第２端部まで巻かれる第１ワイヤ体６０、及びワイヤ体６０の長手方向軸の周りに実質的に垂直に巻かれる第２ワイヤ体７０により規定される。言い換えると、ワイヤ体６０は、コア５０に関するその位置に対応する長手方向軸を有し、第２ワイヤ体７０は、ワイヤ体６０のその長手方向軸に垂直に配置される。ワイヤ体６０及び７０の組み合わせは、複数回転又は巻きでコア５０の周りに巻かれる。二重巻き可溶体３０を形成するために使用されるワイヤ体６０及び７０は、あらかじめ定められた温度（すなわち定格電流）で、オーバーロード事象中の電気回路を遮断するために、融けるように構成された電気的伝導材料を具備する。ワイヤ体６０上に巻かれたワイヤ７０は、電流カットオフ閾値になった場合に、ヒューズ体３０を融かすのに必要な熱エネルギーに影響することなく、関連する抵抗を減少させる。

図２Ａは、可溶体３０の一部の長手方向軸に沿った断面図である。ワイヤ体７０は、コア５０の周りに巻かれて可溶体を規定するワイヤ体６０の周りに巻かれる。この図面では、ワイヤ体７０は、コア５０と接触しているように図示しているが、１つの実施形態において、ワイヤ体７０の巻きの間の中のワイヤ体６０の一部は、コア５０の回りのワイヤ体６０及び７０の組み合わせを巻くときに、採用された張力に応じて、コア５０上に圧縮されることができる。

図３Ａ及び３Ｂは、二重巻き可溶体３０を形成するための例示的な工程を図示する。特に、図３Ａは、ワイヤ体６０周りにワイヤ体７０を複数巻きに巻くことを図示する。ワイヤ体６０周りのワイヤ体７０の巻きは、それぞれの巻きの間にそれぞれ隙間６５を形成する。ワイヤ体６０の周りのワイヤ体７０の巻きの周波数及び、結果的にそれらの間の隙間６５の数は、ヒューズの所望の定格に応じて変えることができる。図３Ｂは、コア５０の周りのワイヤ体６０及び７０の組み合わせの巻きを図示する。コア５０の周りのワイヤ体６０及び７０の組み合わせの巻きは、それらの巻きの間に複数の隙間５５を形成する。コア５０の周りのワイヤ体６０及び７０の接触は、ワイヤからコアへの熱伝導をもたらす。さらに、この二重巻き構成を利用することにより、可溶体３０の量は増加して、顕著にＩ^２ｔ値が増加する。

以上に簡単に述べたように、Ｉ^２ｔ値は、ヒューズ体３０をとばすために必要なエネルギーの大きさであり、保護される装置又は回路上の過電流状態の損傷効果の大きさに対応する。特に、Ｉ^２ｔは、ヒューズがどのくらいの過電流パルスに耐えることができるかの見積もりである。これは、パルスとヒューズとのＩ^２ｔの比較でなされて、「相対的な」Ｉ^２ｔとして参照される。コア周りの二重巻き可溶性ワイヤ（６０、７０）構成を採用することにより、可溶体３０の量が増大する。この増加された量で、過電流状態により可溶体３０が発生する熱の量が増加する。テストに基づいて、本願開示による二重巻き構成を使用するＩ^２ｔ値は、単一の巻き構成（すなわち、ワイヤ体６０を採用するのみ）と比較して約２５０％−３００％増加される。

図４は、図２を参照して示される二重巻き可溶体３０を採用する代替的なヒューズ１００の斜視図（縮尺比に従って描かれていない）である。特に、ヒューズ１００は、チューブ又はカートリッジとして参照されることができるハウジング１１０を含む。ハウジング１１０は、セラミック又は類似の材料から作られることができる。電気的伝導性端部キャップ１２０、１２５のペアのそれぞれは、ハウジング１１０のそれぞれの端部で配置されて、そこに可溶体３０を含む。さらに、可溶体１３０のそれぞれの端部は、電気的に端部キャップ１２０及び１２５に通常半田付けにより接続される。上述されているように、可溶体３０は、ワイヤ体１６０の長手方向軸周りに垂直に巻かれたワイヤ体１７０を具備し、ワイヤ体１６０及び１７０の組み合わせは、コア１５０の周りで巻かれて複数の回転又は巻きになっている。二重巻き可溶体１３０を形成するために使用されるワイヤ体１６０及び１７０は、あらかじめ定められた温度で融けるように構成されて、長引く過負荷状態の際に電気的回路を遮断するように構成された電気的伝導材料を具備する。

本願発明は、ある実施形態を参照して開示されている一方、添付した請求項で規定されているように、本願発明の領域及び範囲から離れることなく、記載された実施形態に対する多くの修正、変更及び変化が可能である。従って、本願発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、以下の請求項の用語で規定された完全な範囲とそれらの均等物を有することが意図されている。

５ ヒューズ
１５ ベース
１８ キャップ
１０ ハウジング
２０ 導体、端子
２５ 導体、端子
３０ 可溶体
３５ はんだ部分
４０ はんだ部分
５０ コア
６０ 第１ワイヤ体
７０ 第２ワイヤ体
１００ ヒューズ
１１０ ハウジング
１２０ 端部キャップ
１２５ 端部キャップ
１６０ ワイヤ体
１７０ ワイヤ体

Claims (12)

1. ヒューズであって、
   ベースとキャップとを有するハウジングであって、前記ベースが前記ハウジング内の空洞を規定するように前記キャップ内に配置される、ハウジング；
   前記ベースの対応する開口を通じて前記空洞内に延在する第１及び第２端子;及び
   前記空洞内の前記第１端子に電気的に接続された第１端部及び前記第２端子に電気的に接続された第２端部を有する可溶体を具備し、前記可溶体は、
   長手方向軸を有する絶縁されたコア;
   前記絶縁されたコアの長手方向軸に沿った前記コアの周りに巻かれた第１ワイヤ;
   第１ワイヤの長手方向軸に対して実質的に垂直になるように前記第１ワイヤの周りに巻かれた第２ワイヤ；及び
   前記ベースの連続部分の凹部内に配置されたアーク消去材料を具備することを特徴とするヒューズ。
2. 前記ベースは、外面上に配置された複数の突出部を有し、前記キャップは、前記キャップの内壁上に配置された複数の陥凹部を有することを特徴とする請求項１に記載のヒューズ。
3. 前記突出部及び前記陥凹部は、前記ベースが前記キャップ内に配置される際に前記突出部が対応する前記陥凹部の一部にフィットするように位置付けられることを特徴とする請求項２に記載のヒューズ。
4. 前記コアがガラス糸を具備することを特徴とする請求項１に記載のヒューズ。
5. 前記コアの周りに巻かれた前記第１ワイヤが、複数の巻き及びそれらの間で規定された対応する複数の隙間を規定することを特徴とする請求項１に記載のヒューズ。
6. 前記第１ワイヤの周りに巻かれた前記第２ワイヤが、複数の巻き及びそれらの間で規定された対応する複数の隙間を規定し、前記第１ワイヤの周りの前記第２ワイヤの巻きの周波数が多くなるほど、前記ヒューズ体をとばすために必要なエネルギーは大きくなることを特徴とする請求項１に記載のヒューズ。
7. ヒューズであって、
   ベースとキャップとを有するハウジングであって、前記ベースが前記ハウジング内の空洞を規定するように前記キャップ内に配置される、ハウジング;
   前記ハウジングの第１端部に取り付けられた第１端部キャップ;
   前記ハウジングの第２端部に取り付けられた第２端部キャップ;及び
   前記空洞に配置された可溶体であって、前記可溶体は前記第１端部キャップに電気的に接続された第１端部及び前記第２端部キャップに電気的に接続された第２端部を有する、可溶体を具備し、前記可溶体は、
   長手方向軸を有する絶縁されたコア;
   前記絶縁されたコアの長手方向軸に沿ったコアの周りに巻かれた第１ワイヤ;
   前記第１ワイヤの長手方向軸に対して実質的に垂直になるように前記第１ワイヤの周りに巻かれた第２ワイヤ；及び
   前記ベースの連続部分の凹部内に配置されたアーク消去材料を具備することを特徴とするヒューズ。
8. 前記可溶体の前記第１端部は、半田を経由して前記第１端部キャップに接続され、且つ前記可溶体の前記第２端部は、半田を経由して前記第２端部キャップに接続されることを特徴とする請求項７に記載のヒューズ。
9. 前記ハウジングは、円柱形状のチューブであることを特徴とする請求項７に記載のヒューズ。
10. 前記ベースは、外面上に配置された複数の突出部を有し、前記キャップは、前記キャップの内壁上に配置された複数の陥凹部を有し、前記突出部及び前記陥凹部は、前記ベースが前記キャップ内に配置される際に前記突出部が対応する前記陥凹部の一部にフィットするように位置付けられることを特徴とする請求項７に記載のヒューズ。
11. 前記コアの周りに巻かれた前記第１ワイヤが、複数の巻き及びそれらの間で規定された対応する複数の隙間を規定することを特徴とする請求項７に記載のヒューズ。
12. 前記第１ワイヤの周りに巻かれた前記第２ワイヤが、複数の巻き及びそれらの間で規定された対応する複数の隙間を規定し、前記第１ワイヤの周りの前記第２ワイヤの巻きの周波数が多くなるほど、前記ヒューズ体をとばすために必要なエネルギーは大きくなることを特徴とする請求項７に記載のヒューズ。