特開 2022-78965 モジュール式高電圧ヒューズ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022078965

(43)【公開日】2022-05-25

(54)【発明の名称】モジュール式高電圧ヒューズ

(51)【国際特許分類】

   H01H 85/08 20060101AFI20220518BHJP

【ＦＩ】

H01H85/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021183406

(22)【出願日】2021-11-10

(31)【優先権主張番号】63/113,342

(32)【優先日】2020-11-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/510,742

(32)【優先日】2021-10-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】519226506

【氏名又は名称】リテルフューズ、インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】エンゲルバート ヘッツマンシダー

【テーマコード（参考）】

5G502

【Ｆターム（参考）】

5G502AA01

5G502AA09

5G502BA04

5G502BA05

5G502BB14

5G502BC01

5G502BD06

5G502BD08

5G502BD20

5G502FF10

5G502KK10

(57)【要約】      （修正有）

【課題】小型軽量であり、様々な用途に適合するよう容易に改造できるモジュール式高電圧ヒューズを提供する。
【解決手段】絶縁材料で形成された本体部２２を含むヒューズ体１２と、上記本体部の中に形成された複数のアークチャンバ２６であって、上記複数のアークチャンバは行列形態に配列される、複数のアークチャンバと、上記本体部を通って延在し且つ上記複数のアークチャンバを横切る導体であって、上記導体は上記複数のアークチャンバの中に配置されたブリッジ部２８を有し、上記ブリッジ部は上記導体の他の部分よりも機械的に弱く且つ上記ヒューズに過電流状態が発生すると溶断して分離するように構成される、導体２０とを含むヒューズ１０である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヒューズであって、
絶縁材料で形成された本体部を含むヒューズ体と、
前記本体部の中に形成された複数のアークチャンバであって、前記複数のアークチャンバは行列形態に配列される、複数のアークチャンバと、
前記本体部を通って延在し且つ前記複数のアークチャンバを横切る導体であって、前記導体は前記複数のアークチャンバの中に配置されたブリッジ部を有し、前記ブリッジ部は前記導体の他の部分よりも機械的に弱く且つ前記ヒューズに過電流状態が発生すると溶断して分離するように構成される、導体と
を備えるヒューズ。

【請求項2】

前記導体が、その中に少なくとも２つの湾曲部が形成された蛇行形状を画定する、請求項１に記載のヒューズ。

【請求項3】

前記本体部が硬い外郭の中に入れられている、請求項１または２に記載のヒューズ。

【請求項4】

前記ヒューズがさらに、隣接するアークチャンバ同士の間に配置され且つ前記導体を横切るアークバリアを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のヒューズ。

【請求項5】

前記アークバリアが、前記導体に対して垂直な向きに配置されたプレートである、請求項４に記載のヒューズ。

【請求項6】

前記アークバリアが、前記導体が前記アークバリアを通り抜けできるようにするために、中に溝穴または隙間が形成されている金属プレートで形成される、請求項４または５に記載のヒューズ。

【請求項7】

前記導体が、前記ヒューズ体から延在する第１端子および第２端子を画定する対向端部を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のヒューズ。

【請求項8】

前記本体部の前記絶縁材料が、メラミン、シリコン、およびポリアミドからなる群から選択される、請求項１から７のいずれか一項に記載のヒューズ。

【請求項9】

前記複数のアークチャンバが前記本体部の材料の中に形成された空洞である、請求項１から８のいずれか一項に記載のヒューズ。

【請求項10】

前記複数のアークチャンバが２次元行列を画定する、請求項１から９のいずれか一項に記載のヒューズ。

【請求項11】

前記ヒューズ体の長さが１０ミリメートル～１００ミリメートルの範囲にあり、幅が１０ミリメートル～５０ミリメートルの範囲にあり、高さが５ミリメートル～２５ミリメートルの範囲にある、請求項１から１０のいずれか一項に記載のヒューズ。

【請求項12】

前記ブリッジ部には、その中に穴、刻み目、および溝穴のうちの少なくとも１つが形成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のヒューズ。

【請求項13】

前記複数のアークチャンバが矩形である、請求項１から１２のいずれか一項に記載のヒューズ。

【請求項14】

ヒューズであって、
絶縁材料で形成された本体部を含むヒューズ体と、
前記本体部の中に形成された複数のアークチャンバであって、前記複数のアークチャンバは行列形態に配列される、複数のアークチャンバと、
前記本体部を通って延在し且つ前記複数のアークチャンバを横切る導体であって、前記導体は前記複数のアークチャンバの中に配置されたブリッジ部を有し、前記ブリッジ部は前記導体の他の部分よりも機械的に弱く且つ前記ヒューズに過電流状態が発生すると溶断して分離するように構成される、導体と、
隣接するアークチャンバ同士の間に配置され且つ前記導体を横切るアークバリアと
を備えるヒューズ。

【請求項15】

前記導体が、その中に少なくとも２つの湾曲部が形成された蛇行形状を画定する、請求項１４に記載のヒューズ。

【請求項16】

前記アークバリアが、前記導体に対して垂直な向きに配置されたプレートである、請求項１４または１５に記載のヒューズ。

【請求項17】

前記アークバリアが、前記導体が前記アークバリアを通り抜けできるようにするために、中に溝穴または隙間が形成されている金属プレートで形成される、請求項１４から１６のいずれか一項に記載のヒューズ。

【請求項18】

前記導体が、前記ヒューズ体から延在する第１端子および第２端子を画定する対向端部を有する、請求項１４から１７のいずれか一項に記載のヒューズ。

【請求項19】

前記本体部が、メラミン、シリコン、およびポリアミドからなる群から選択される絶縁材料で形成される、請求項１４から１８のいずれか一項に記載のヒューズ。

【請求項20】

前記ブリッジ部には、その中に穴、刻み目、および溝穴のうちの少なくとも１つが形成される、請求項１４から１９のいずれか一項に記載のヒューズ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本願は、２０２０年１１月１３日に出願された米国仮特許出願第６３／１１３，３４２号に基づく利益を主張し、当該仮特許出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は概して、回路保護素子の分野に関する。より具体的には、本開示は小型軽量であり、様々な用途に適合するよう容易に改造できるモジュール式高電圧ヒューズに関する。

【背景技術】

【0003】

ヒューズは一般に回路保護素子として用いられ、通常は電源と電気回路内の負荷との間に設置される。従来のヒューズは、中空の電気的に絶縁したヒューズ体の中に配置された可溶素子を含む。過電流状態などの故障状態が発生すると、可溶素子は溶断するか、または別の方法で分離して、ヒューズを通る電流の流れを遮断する。これにより負荷は電気的に絶縁されるため、負荷に与える損傷が防止されるか、または少なくとも緩和される。

【0004】

場合によっては、ヒューズの可溶素子が溶断した後に、可溶素子の分離した端部同士の間の空隙に電気アークが広がることがある。アークは、消滅しない場合、大きな後続電流がヒューズを流れることを可能にし、負荷に損傷を与える且つ／または危険な状態を招く可能性があり得る。電気アークの悪影響を最小限に抑えるために、ヒューズは多くの場合、可溶素子を取り囲む通称「ヒューズフィラー」材料で充填される。ヒューズフィラーとして一般に用いられる材料は砂である。砂は、電気アークが発生する熱にさらされて、砂の相が固相から液相に変化するときに熱を吸収する。こうして、電気アークから熱を引き抜くことにより、砂は速やかにアークを冷やして、これを消滅させる。

【0005】

砂などのヒューズフィラー材料を用いることに関連した１つの問題は、これらの材料が一般に重いということである。このことは、非常に不都合になり得る。特に、部品の軽量化が第一要件である最近の電気的用途（例えば、自動車の中で１００Ｖを超える電圧で動作する電気系統）ではそうである。砂などのヒューズフィラー材料のさらなる問題は、これらの材料を取り扱うのが難しいため、製造工程の複雑さが増しコストが上がることである。こうした検討要件および他の検討要件に関しては、本開示で説明される改善が有益になるであろう。

【発明の概要】

【0006】

本概要は、選抜した概念を簡略化した形で紹介するために提供されている。本概要は、請求される主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを目的とするものでもなく、本概要は、請求される主題の範囲を決定する際の補助になることを目的とするものでもない。

【0007】

本開示の非限定的な一実施形態によるヒューズでは、絶縁材料で形成された本体部を含むヒューズ体と、本体部の中に形成された複数のアークチャンバであって、これらのアークチャンバは行列形態に配列される、複数のアークチャンバと、本体部を通って延在し且つアークチャンバを横切る導体であって、導体はアークチャンバの中に配置されたブリッジ部を有し、ブリッジ部は導体の他の部分よりも機械的に弱く且つヒューズに過電流状態が発生すると溶断して分離するように構成される、導体とが含まれてよい。

【0008】

本開示の非限定的な一実施形態による別のヒューズでは、絶縁材料で形成された本体部を含むヒューズ体と、本体部の中に形成された複数のアークチャンバであって、これらのアークチャンバは行列形態に配列される、複数のアークチャンバと、本体部を通って延在し且つアークチャンバを横切る導体であって、導体はアークチャンバの中に配置されたブリッジ部を有し、ブリッジ部は導体の他の部分よりも機械的に弱く且つヒューズに過電流状態が発生すると溶断して分離するように構成される、導体と、隣接するアークチャンバ同士の間に配置され且つ導体を横切る複数のアークバリアとが含まれてよい。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の例示的な一実施形態によるモジュール式高電圧ヒューズを示した斜視図である。

【0010】

【図2】図１に示すモジュール式高電圧ヒューズを示した正面図である。

【0011】

【図3】図１に示すモジュール式高電圧ヒューズを図２の平面Ａ－Ａに沿って示した断面図である。

【0012】

【図4】図１に示すモジュール式高電圧ヒューズを図２の平面Ｂ－Ｂに沿って示した断面図である。

【0013】

【図5】本開示の例示的な一実施形態による別のモジュール式高電圧ヒューズを示した断面図である。

【0014】

【図6】本開示の例示的な一実施形態による別のモジュール式高電圧ヒューズを示した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本開示によるモジュール式高電圧ヒューズの例示的な一実施形態が、これから添付図面を参照して以下により詳細に説明される。しかしながら、このモジュール式高電圧ヒューズは、多くの異なる形で具現化されてよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、こうした実施形態は、本開示がモジュール式高電圧ヒューズの特定の例示的な態様を当業者に伝えるように提供されている。

【0016】

図１を参照すると、本開示の例示的な一実施形態によるモジュール式高電圧ヒューズ１０（以後、「ヒューズ１０」とする）を示した斜視図が示されている。便宜のために且つ分かりやすくするために、本明細書では「前方」、「後方」、「上部」、「下部」、「上に」、「下に」、「上方」、「下方」などといった用語を用いて、ヒューズ１０の様々な構成要素の相対的な配置および向きを、それぞれ図１に示されているヒューズ１０の幾何学的配列および向きに対して説明してよい。上記用語には、具体的に言及された単語、その派生語、および同義語が含まれてよい。

【0017】

図１および図２を参照すると、ヒューズ１０は絶縁性のヒューズ体１２を含んでよく、その前面から導電性の第１端子１４ａおよび第２端子１４ｂが突出している。ヒューズ体１２は概して、直方体形状または円筒形状であってよく、第１端子１４ａおよび第２端子１４ｂは、ヒューズ体１２から平行して離間した関係で延在する実質的に平面の突起物であってよい。前述の説明は限定を意図するものではなく、ヒューズ体１２ならびに第１端子１４ａおよび第２端子１４ｂは、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な異なる形状および形態で実装されてよい。端子１４ａ、１４ｂは、さらに後述されるように、ヒューズ体１２の内部を通って延在する単一導体２０（図３および図４を参照）の両端部であってよい。

【0018】

様々な非限定的で例示的な実施形態において、ヒューズ体１２は、長さＢ_Ｌが１０ミリメートル～１００ミリメートルの範囲であり、幅Ｂ_Ｗが１０ミリメートル～５０ミリメートルの範囲であり、高さＢ_Ｈが５ミリメートル～２５ミリメートルの範囲であってよい。特定の非限定的な例において、ヒューズ体１２は、長さＢ_Ｌが２５ミリメートルであり、幅Ｂ_Ｗが１８ミリメートルであり、高さＢ_Ｈが１６ミリメートルであってよい。別の非限定的な例において、ヒューズ体１２は、長さＢ_Ｌが４５ミリメートルであり、幅Ｂ_Ｗが１８ミリメートルであり、高さＢ_Ｈが２２ミリメートルであってよい。別の非限定的な例において、ヒューズ体２５は、長さＢ_Ｌが２５ミリメートルであり、幅Ｂ_Ｗが３２ミリメートルであり、高さＢ_Ｈが２２ミリメートルであってよい。

【0019】

図３および図４に示すヒューズ１０の断面図を参照すると、ヒューズ体１２は、外郭２４の中に入れられた本体部２２を含んでよい。本体部２２は、高いガス放出性、低いアークトラッキング性、およびアーク消滅特性を示し且つ成形にも適している絶縁材料で形成されてよい。そのような材料の例には、限定されないが、シリコン、メラミン、ポリアミドなどが含まれる。外郭２４は、剛性および耐久性を備えたヒューズ１０を提供するために、プラスチックなどの硬い材料（すなわち、本体部２２の材料より硬いもの）で形成されてよい。様々な実施形態において、外郭２４は、本体部２２が十分に硬く、耐久性がある材料で形成されている場合には省かれてよい。

【0020】

ヒューズ体１２の本体部２２は、複数の空洞（以後、「アークチャンバ」２６と呼ばれる）を含んでよい。アークチャンバ２６は概して、矩形であってよく、また図３の断面図に示すように複数の行および列による行列形態に配列されてよい。例えば、本体部２２は、図３に示すように合計１０個（５列×２行）のアークチャンバ２６を含んでよい。本開示は、これについて限定されない。本体部２２の中にあるアークチャンバ２６の総数およびアークチャンバ２６の配列は、さらに後述されるように、ヒューズ１０の電圧要件に適合するよう変化してよい。

【0021】

なおも図３および図４を参照すると、上述した端子１４ａ、１４ｂを画定する対向端部を有する導体２０は、ヒューズ体１２の本体部２２を通って延在してよく、つまり各アークチャンバ２６を横切り、それを通って延在してよい。様々な実施形態において、アークチャンバ２６を含む本体部２２は、従来の成形工程（例えば、オーバーモールド成形、射出成形など）を用いて導体２０の上に／周りに形成されてよく、一緒に接合（例えば、超音波溶接）され得る２つ以上の部分で形成されてよい。導体２０は、曲げることができるか、そうでなければアークチャンバ２６の形態に適合するように形作ることができる厚さＣ_Ｔで幅Ｃ_Ｗの細長く、実質的に平面の金属片（例えば、銅、スズ、ニッケルなど）で形成されてよい。例えば、導体２０は、Ｕ字形状に曲げられて、図３に示す５×２行列のアークチャンバ２６に適合してよい。本開示は、これについて限定されない。

【0022】

アークチャンバ２６を通って延在する導体２０の部分（以後、「ブリッジ部」２８と呼ばれる）は、導体２０の他の部分に比べて機械的に弱くなり得るため、ブリッジ部２８は、ヒューズ１０に過電流状態が発生すると溶断して分離する。例えば、ブリッジ部２８には、図４に示すように、穴２９が形成されてよい。本開示は、これについて限定されない。様々な実施形態において、ブリッジ部２８は刻み目が入れられても、溝穴が付けられても、そうでなければ、ヒューズ１０を流れる電流量が所定の閾値を超えた場合に分離しやすいように細く弱くなってもよい。

【0023】

一般に、ヒューズ１０の定格電圧は、本体部２２に含まれるアークチャンバ２６の総数（したがって、ブリッジ部２８の総数）で決定され、各アークチャンバ２６は、ヒューズ１０の定格電流に応じて、定格電圧に一定の電圧を寄与する。本開示は、これについて限定されない。ヒューズ１０の定格電流は、導体２０の断面サイズ（すなわち、Ｃ_Ｔ×Ｃ_Ｗ）で決定される。非限定的な例において、ヒューズ１０は（図３に示すように）合計１０個のアークチャンバ２６を含んでよく、導体２０は、厚さＣ_Ｔが１ミリメートルで幅Ｃ_Ｗが８ミリメートルであり、約５００ＶＡＣの定格電圧および約２００Ａの定格電流をヒューズ１０に提供してよい。図５を参照すると、上述したヒューズ１０の非限定的な代替実施形態を表すヒューズ１００の断面図が示されている。ヒューズ１００は、実質的にヒューズ１０と同様であってよいが、（５×４行列に配列された）合計２０個のアークチャンバ１２６を含んでよく、全てのアークチャンバ１２６を横切るように蛇行形態で曲げられ／配置された導体１２０は、厚さＣ_Ｔが１ミリメートルで幅Ｃ_Ｗが１６ミリメートル（視界外）であり、約１０００ＶＡＣの定格電圧および約４００Ａの定格電流をヒューズ１００に提供してよい。

【0024】

上述され且つ図１～図５に示されたヒューズ１０および１００の特定の形態は、ほんの一例として提供されており、アークチャンバの数および配列ならびに／または導体の幅および厚さは、本開示の範囲から逸脱することなく、特定の用途（例えば、所望の定格電圧、定格電流、およびヒューズサイズ）に適合するように増えても減ってもよいことが理解されるであろう。有利なことに、ヒューズ体１２の高さＢ_Ｈに実質的に影響を与えることなく、アークチャンバの総数および導体の寸法を変えることができる（図１を参照）。

【0025】

図６を参照すると、上述したヒューズ１０の別の非限定的な代替実施形態を表すヒューズ２００の断面図が示されている。ヒューズ２００は、ヒューズ１０と実質的に同様であり得るが、導体２２０の経路にある複数のアークチャンバ２２６のそれぞれの対向面に位置する複数のアークバリア２３０を含んでよい。アークバリア２３０は、導体２２０がアークバリア１３０を通り抜けできるようにするために、中に溝穴または隙間が形成されている金属プレートで形成されてよい。様々な実施形態において、アークバリア２３０は鋼鉄、真鍮、銅などで形成されてよく、製造時には（導体２０に関して上述したように）導体２２０と同じ方法で同時に、本体部２２２の材料でオーバーモールド成形、射出成形などにより形作られてよい。本開示は、これについて限定されない。ヒューズ２００に過電流状態が発生すると、複数のアークチャンバ２２６のうちの１つまたは複数に電気アークが形成されることがあり、アークチャンバ２２６同士の間にある本体部２２２の材料（例えば、メラミン）をすぐに溶かしてしまうことがある。本体部２２２の材料より大きい熱容量を有し得るアークバリア２３０は、アークからの熱を吸収することができるため、この溶け落ちを緩和することができる。

【0026】

上述した実施形態により、砂およびシリカなどのヒューズフィラーを使用する従来のヒューズに比べて、容易且つ低いコストで製造および改造ができる小型で軽量なモジュール式高電圧ヒューズが提供されることを、当業者であれば理解するであろう。したがって、本開示の実施形態は、自動車用途などに特によく適しているかもしれない。

【0027】

本明細書では、単数形で記載され且つ「ａ」または「ａｎ」という単語で始まる要素またはステップが、複数の要素またはステップを排除しないものと、そのような排除が明示的に記載されない限り理解されるべきである。さらに、本開示の「１つの実施形態」への言及は、記載された特徴をも組み込んだ別の実施形態の存在を排除するものと解釈されることを意図してはいない。

【0028】

本開示は特定の実施形態に言及しているが、添付した特許請求の範囲に定められているように、本開示の領域および範囲から逸脱することなく、説明した実施形態に対して多くの修正、改変、および変更があり得る。したがって、本開示は、説明した実施形態に限定されることはなく、以下の特許請求の範囲の文言およびその等価物により定められる全範囲を有することが意図されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【外国語明細書】