JPH0457056B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、半導体素子を用いる電気回路用とし
て好適なマイクロヒユーズ装置に関し、特に、非
導電性材料製の容器に該容器をその内部から外部
へ貫通する一対の電極ピンを設け、該電極ピンの
前記容器内部の側の部分をヒユーズエレメントに
相互に電気的に接続し、前記容器内に消弧剤を収
容した構造のマイクロヒユーズ装置に関する。

（従来技術） 溶融可能の金属材料から成るヒユーズエレメン
トを絶縁性の容器内に収容したヒユーズ装置で
は、ヒユーズエレメントの溶断時に流れるアーク
電流によつて、容器内の温度は、瞬時ではあるが
局部的には数千度に達することから、容器内の気
体圧力の上昇によつて容器が爆発的に破壊される
ことがあり、またこの爆発にともなつて火災が発
生することがある。

このようなことから、石灰を消弧剤として容器
内に収容した大容量のヒユーズ装置がある。しか
し、石灰は、低温であれば消弧剤として機能する
が、高温であると消弧剤としての機能が著しく低
下するため、現在では消弧剤として全く使用され
ていない。

ヒユーズエレメントの溶断時における前記した
容器の爆発を防止するために、たとえば電車の電
源装置に用いられる定格電流が数百アンペアとい
う、大型大容量のヒユーズ装置では、消弧剤とし
て、シリカゲルの粒子を容器内に封入することが
試みられている。このヒユーズ装置において、ヒ
ユーズエレメントと共に、消弧剤として容器内に
収容される前記シリカゲル粒子は、該粒子がヒユ
ーズエレメントの溶断時の熱によつて部分的に溶
融されることにより、アーク熱を吸収する。

しかし、粒状の消弧剤では、粒子間に連続する
空隙を残すことから、ヒユーズエレメントが過電
流によつて溶融したとき、該ヒユーズエレメント
の溶融部分が前記粒子間に分散されずに該粒子間
の空隙に溜ることがある。このように、ヒユーズ
エレメントの溶融部分が分散されずに粒子間に溜
ると、シリカゲルの粒子から成る消弧剤は、粒子
がヒユーズエレメントの前記溶融部分と広い面積
で接触しないため、シリカゲルの粒子が充分に溶
融されず、アーク熱を効果的に吸収できない。ま
た、シリカゲル粒子間に分散されずに溜るヒユー
ズエレメントの前記溶融部分は、前記粒子間で該
粒子に溶着することにより電流短絡路を構成する
ことがあり、ヒユーズ装置としての機能が損なわ
れることがある。

また、半導体素子を用いる電気回路用のヒユー
ズ装置のように、定格電流が数アンペア以下とい
うマイクロヒユーズ装置にシリカゲルの粒子また
は他の粒状のものを消弧剤として用いることが考
えられる。この種のマイクロヒユーズ装置は、一
般に、容器のベース部に該ベース部を容器内部の
側から外部の側へ突出する一対の電極ピンを設
け、電極ピンをその容器内部の側の部分において
線状のヒユーズエレメントにより相互に電気的に
接続し、その後ベース部と容器のキヤツプ部とを
結合することにより製作される。

しかし、このようなマイクロヒユーズ装置に消
弧剤を用いると、該消弧剤をベース部とキヤツプ
部との結合前にキヤツプ部内に挿入しておくこと
になるから、ベース部とキヤツプ部との結合時
に、ヒユーズエレメントと消弧剤との間に押圧力
が作用する。その結果、粒状の消弧剤をマイクロ
ヒユーズ装置に用いると、ヒユーズエレメントが
物理力によつて切断され易い小径の線状部材から
構成されているにもかかわらず、前記押圧力がヒ
ユーズエレメントに作用するから、マイクロヒユ
ーズ装置の製造時、特にベース部とキヤツプ部と
の結合時に、粒状の消弧剤でヒユーズエレメント
に破損を与える。このため、マイクロヒユーズ装
置には、粒状の消弧剤を用いることができない。

他のヒユーズ装置の一つとして、ガラス繊維を
消弧剤として用いた大容量のヒユーズ装置があ
る。しかし、ガラス繊維は、それ自体の融点が低
いため、これを消弧剤として用いると、ヒユーズ
エレメントの溶融時のアーク熱により消弧剤全体
が瞬時に溶融および体積膨張し、その結果容器内
の圧力がより高まり、容器が爆発的に破壊しやす
い。

特に、非導電性材料製の容器に該容器をその内
部から外部へ貫通する一対の電極ピンを設け、該
電極ピンの前記容器内部の側の部分をヒユーズエ
レメントに相互に電気的に接続した構造のマイク
ロヒユーズ装置にガラス繊維を消弧剤として用い
ると、この種のマイクロヒユーズ装置では、大容
量のヒユーズ装置に比べて前記電極ピンの間隔が
狭いため、ヒユーズエレメントの溶融により前記
電極ピン間にアーク放電が生じ、その結果ヒユー
ズエレメントおよび消弧剤の溶融に起因して容器
内がより高温、高圧になること、および、前記電
極ピンが細いことと相まつて、電極ピンの一部が
溶融しやすい。

このように、電極ピンが溶融されると、該電極
ピンの溶融により容器内の温度がより上昇すると
共に容器内のヒユーズエレメントおよび消弧剤が
より体積膨張し、その結果容器内の圧力がさらに
高まり、容器がより爆発的に破壊しやすくなる。
また、たとえヒユーズ装置が破壊されなくても、
電極ピンが溶融されると、その溶融物およびヒユ
ーズエレメントの溶融物により電極ピンが電気的
に短絡されるため、荷電流を遮断することができ
ず、ヒユーズ装置としての機能を喪失してしま
う。さらに、前記アークの発生を防止すべく、前
記電極ピンの間隔を大きくすると、電気回路基板
上におけるヒユーズ装置の実装スペースが大きく
なる。

上記のような構造のマイクロヒユーズ装置で
は、電極ピンの間隔が狭く、製造時にヒユーズエ
レメントの破損を招かず、ヒユーズエレメントの
溶断時に電極ピンを溶解させないようにアーク熱
を効果的に吸収し、それにより容器の破損を確実
に防止すると共に過剰電流を確実に遮断する構造
とすることが望まれているが、これを効果的に解
決する手段が見出されていない。このため、この
種のマイクロヒユーズ装置では、電極ピン間の間
隔を大きくすることによりヒユーズエレメントの
溶融時のアーク放電を防止しているにすぎず、今
なお消弧剤を用いていない。

（目的） 従つて、本発明の目的は、製造時にヒユーズエ
レメントの破損を招くことなく、ヒユーズエレメ
ントの溶断時に電極ピンを溶解させないようにア
ーク熱を効果的に吸収して容器の破損を確実に防
止すると共に過剰電流を確実に遮断することによ
り、安全性および作動の信頼性に優れ、電極ピン
の間隔を狭くすることができるマイクロヒユーズ
装置を提供することにある。

（構成） 本発明のマイクロヒユーズ装置は、ベース部お
よび該ベース部と協働してチヤンバを規定するキ
ヤツプ部を有する非導電材料製の容器と、前記ベ
ース部を貫通して前記容器の内部から外部へ突出
する一対の電極ピンと、前記容器内に配置され、
前記電極ピンの前記容器内部の側の部分を相互に
電気的に接続する線状のヒユーズエレメントと、
前記容器内に収納された消弧剤とを含み、前記消
弧剤は、珪素を主成分とするセラミツクとアルミ
ナとの混合材料を溶融して得た繊維状の非導電性
材料を用いたことを特徴とする。

（作用，効果） 繊維状の消弧剤は、それ自体充分な変形性を有
するから、ヒユーズ装置の製造時、特にベース部
とキヤツプ部との結合時に繊維状の消弧剤とヒユ
ーズエレメントとの間に作用する押圧力を繊維状
の消弧剤の変形により吸収する。このため、物理
力により切断され易い小径の線状部材から成るヒ
ユーズエレメントであつても、繊維状の消弧剤は
ヒユーズエレメントに損傷を与えることがなく、
これにより、マイクロヒユーズ装置の製造時にお
ける前記消弧剤による前記ヒユーズエレメントの
損傷を防止することができる。

また、繊維状の非導電性材料から成る消弧剤
は、荷電流によつてヒユーズエレメントが溶融し
たとき、該ヒユーズエレメントの溶融部分によつ
て短絡路が形成されることのないように該溶融部
分の充分な分散を許し、かつ粒状の消弧剤を用い
た場合に比べ、溶融部分と広い面積で接触して確
実に溶融され、その結果アーク熱を溶融熱として
効果的に吸収し、容器内温度の上昇を効果的に抑
制することにより、該容器内圧力の上昇を確実に
防止する。

さらに、珪素を主成分とするセラミツクと、ア
ルミナとの混合材料を溶融して得た非導電性材料
から成る消弧剤は、それが高融点を有するため、
ヒユーズエレメントの溶融によりその一部が溶融
するだけであつて全体が溶融することがなく、従
つて電極ピンが溶融することを防止する。

このように本発明によれば、細い一対の電極ピ
ンの先端部を物理力により切断されやすい線状の
ヒユーズエレメントで電気的に接続したマイクロ
ヒユーズ装置であるにもかかわらず、マイクロヒ
ユーズ装置の製造時、特にベース部とキヤツプ部
との結合時にヒユーズエレメントに破損を与える
ことがなく、またヒユーズエレメントの溶断時に
アーク熱が効果的に吸収されて、電極ピンが溶解
することがなく、従つて容器の破損を確実に防止
することができると共に過剰電流を確実に遮断す
ることができ、安全性および作動の信頼性が向上
し、電極ピンの間隔を狭くすることができるとい
う効果を生じる。

（実施例） 本発明が特徴とするところは、図示の実施例に
ついての以下の説明により、さらに明らかになろ
う。

第１図に示されるマイクロヒユーズ装置１０
は、容器１２と、該容器内に収容される線状のヒ
ユーズエレメント１４と、容器１２内に収容され
る消弧剤１６と含む。このヒユーズ装置１０は、
図示の例では、たとえば定格電圧125V、定格電
流63mAないし5A、遮断電流50A程度の小型のも
のである。

容器１２は、従来よく知られた耐熱性を有する
高強度の非導電性合成樹脂材料で形成することが
でき、該容器をたとえばポリカーボネートおよび
ガラスから成る自己消火力を有する材料で形成す
ることが望ましい。容器１２は、図示の例では、
一対の電極ピン１８の貫通を許す円形のベース部
１２ａと、該ベース部と協働して密閉チヤンバ２
０を規定する円筒状のキヤツプ部１２ｂとを備え
る密閉容器である。

一対の電極ピン１８の前記チヤンバ２０内に突
出する部分は、先端へ向けて互いに間隔を漸増す
る。前記ヒユーズエレメント１４は、前記チヤン
バ２０の内壁から間隔をおいて該チヤンバ内に配
置されており、両端を一対の電極ピン１８の先端
部にそれぞれ溶着されている。

消弧剤１６は、前記チヤンバ２０内にヒユーズ
エレメント１４を取り巻いて配置されている。消
弧剤１６は、珪素を主成分とするセラミツクとア
ルミナとの混合材料から得られた繊維状の非導電
材料から成る。このような混合材料を用いる繊維
状の非導電材料は、珪素を主成分とするセラミツ
クと、アルミナとの混合材料を溶媒を用いて溶融
し、あるいは前記混合材料を過熱により直接溶融
し、この溶融された混合材料を繊維状に硬化する
ことにより、得ることができる。

このようにして得られた消弧剤１６は、前記セ
ラミツクの珪素の溶融温度は約1740度Ｃであり、
またアルミナはこれよりも高い約2040度Ｃの溶融
温度を有することから、セラミツクのみで繊維状
とされた消弧剤に比べ、高融点である。繊維状の
消弧剤１６を得るとき、セラミツクの重量％より
もアルミナの重量％を大きくすることが望まし
く、また消弧剤１６を結晶構造とすることが望ま
しい。

マイクロヒユーズ装置１０の組立時、たとえ
ば、所定量の消弧剤１６が容器１２のキヤツプ部
１２ｂ内に配置された後、一対の電極ピン１８を
介してヒユーズエレメント１４が結合されたベー
ス部１２ａが、ヒユーズエレメント１４を消弧剤
１６内に位置させるように、キヤツプ部１２ｂの
開口部に気密的に固定される。

キヤツプ部１２ｂに配置される消弧剤１６をキ
ヤツプ部１２ｂの底部へ向けて一時的に押圧する
ことにより、繊維状の消弧剤１６の一部を粉状と
することができる。

マイクロヒユーズ装置１０の組立時、特にベー
ス部１２ａとキヤツプ部１２ｂとを結合させると
き、電極ピン１８に接続されたヒユーズエレメン
ト１４と、キヤツプ部１２ｂ内に配置された消弧
剤１６との間に押圧力が作用する。このため、粒
状の消弧剤をマイクロヒユーズ装置に用いると、
ベース部１２ａとキヤツプ部１２ｂとを結合させ
るときに、前記押圧力によりヒユーズエレメント
１４に損傷を与えてしまう。

しかし、マイクロヒユーズ装置１０では、繊維
状の消弧剤１６を用いるから、消弧剤自体が充分
な変形性を有し、従つて切断され易い小径の線状
部材から成るヒユーズエレメント１４であつて
も、ヒユーズエレメント１４と消弧剤１６とに作
用する前記押圧力は消弧剤１６自体の変形により
吸収され、その結果消弧剤１６がヒユーズエレメ
ント１４に従来のような損傷を与えることはな
く、マイクロヒユーズ装置の製造時に消弧剤１６
による前記ヒユーズエレメント１４の損傷を防止
することができる。

繊維状の消弧剤１６は、ヒユーズエレメント１
４の周りに複雑に入り込んだ空隙を規定するよう
に該ヒユーズエレメントを取り囲むことから、荷
電流によつてヒユーズエレメント１４が溶融した
とき、該ヒユーズエレメントの溶融部分は消弧剤
１６間に確実に分散される。そのため、ヒユーズ
エレメント１４の前記溶融部分が一対の電極ピン
１８間で従来のような電流短絡路を構成すること
はない。

繊維状の消弧剤１６間に分散するヒユーズエレ
メント１４の前記溶融部分は、従来に比較して広
い面積で前記消弧剤に接触し、しかも消弧剤１６
は粒体に比較して溶け易い繊維状であることか
ら、消弧剤１４の前記溶融部分に接触する部分が
確実に溶融される。そのため、ヒユーズエレメン
ト１４の溶断時のアーク電流によつて発生するア
ーク熱の一部は、消弧剤１６の溶融熱として効果
的に吸収される。その結果、アーク熱による容器
１２内の温度上昇を効果的に抑制することがで
き、容器１２の過熱、爆発および容器１２の爆発
による火災の発生を確実に防止することができ
る。

珪素を主成分とするセラミツクと、アルミナと
の混合材料を溶融して得た非導電性材料から成る
消弧剤１６は、それが高融点を有するため、ヒユ
ーズエレメント１４の前記溶融部分が従来に比較
して広い面積で前記消弧剤に接触し、しかも消弧
剤１６が粒体に比較して溶け易い繊維状であるに
もかかわらず、ヒユーズエレメント１４の溶断時
にその一部が溶融するだけであつて全体が溶融す
ることがなく、また電極ピン１８の間隔が狭くて
も、ヒユーズエレメントの溶融時に電極ピン間に
アークが発生せず、容器１２の過熱、爆発および
容器１２の爆発による火災の発生を確実に防止す
ることができる。

このように、アーク熱を効果的に吸収し、電極
ピンが溶融されることを防止することができるマ
イクロヒユーズ装置は、これが非導電性材料製の
容器に該容器をその内部から外部へ貫通する一対
の電極ピンを設け、該電極ピンの前記容器内部の
側の部分をヒユーズエレメントに相互に電気的に
接続した構造を有することと相まつて、電極ピン
の間隔を狭くすることができる。

前記したところでは、密閉容器を備えるマイク
ロヒユーズの例について説明したが、前記容器と
して密閉容器以外の容器を用いるマイクロヒユー
ズ装置に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るマイクロヒユーズ装置の
一実施例を示す縦断面図である。 １０……マイクロヒユーズ装置、１２……容
器、１４……ヒユーズエレメント、１６……消弧
剤、１８……電極ピン、１２ａ……ベース部、１
２ｂ……キヤツプ部、２０……チヤンバ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ベース部および該ベース部と協働してチヤン
   バを規定するキヤツプ部を有する非導電性材料製
   の容器と、前記ベース部を貫通して前記容器の内
   部から外部へ突出する一対の電極ピンと、前記容
   器内に配置され、前記電極ピンの前記容器内部の
   側の部分を相互に電気的に接続する線状のヒユー
   ズエレメントと、前記容器内に収容された消弧剤
   とを含み、前記消弧剤は、珪素を主成分とするセ
   ラミツクとアルミナとの混合材料を溶融して得た
   繊維状の非導電性材料である、マイクロヒユーズ
   装置。 ２ 前記セラミツクの重量％は前記アルミナのそ
   れよりも小である、特許請求の範囲第１項に記載
   のマイクロヒユーズ装置。