特許 7590379 ヒューズ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-18

(45)【発行日】2024-11-26

(54)【発明の名称】ヒューズ

(51)【国際特許分類】

   H01H 85/10 20060101AFI20241119BHJP

【ＦＩ】

H01H85/10

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022114958

(22)【出願日】2022-07-19

(65)【公開番号】P2024013050

(43)【公開日】2024-01-31

【審査請求日】2024-01-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000204044

【氏名又は名称】太平洋精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】秋山 清和

(72)【発明者】

【氏名】湯浅 克己

(72)【発明者】

【氏名】大野 了平

(72)【発明者】

【氏名】長田 健司

(72)【発明者】

【氏名】片岡 修也

【審査官】関 信之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１５４２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０１０６２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ８５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶断の起点となる複数の狭小部を有するエレメントと、
前記エレメントで接続された一対の端子と、
前記エレメントを収容するケースと、
を備えるヒューズであって、
前記エレメントは、曲面を有しており、かつ筒状に配置され、
前記エレメントは、複数の筒においてエレメント間の隙間が少なくとも一方向で揃うよう配置される、
ヒューズ。

【請求項2】

溶断の起点となる複数の狭小部を有するエレメントと、
前記エレメントで接続された一対の端子と、
前記エレメントを収容するケースと、
を備えるヒューズであって、
前記エレメントは、曲面を有しており、かつ筒状に配置され、
前記エレメントは、エレメントごとに前記狭小部を設置する面をずらして配置される、
ヒューズ。

【請求項3】

前記エレメントは、円筒または楕円筒の一部形状からなる複数枚で構成され、それぞれ同じ数の前記狭小部を有する、
請求項１または請求項２に記載のヒューズ。

【請求項4】

前記エレメントは、径の異なる複数の筒を重ねた形状に配置される、
請求項１または請求項２に記載のヒューズ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ヒューズに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ＢＥＶ（Battery Electric Vehicle、電気自動車）やＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle、プライグインハイブリッド車）等の電池（バッテリ）の大容量化、高電圧化に伴い、故障時の短絡電流も増大する傾向にある。例えばＢＥＶ向けの大容量ヒューズでは、定格電流が数１００Ａとなるため、距離を確保した複数の板状のエレメントが必要となり、大型化やコスト上昇の要因となる。

【0003】

例えば特許文献１では、円筒状のケース内部に、一枚の金属板をＬ字に屈曲させたエレメントを複数配置することにより、大電流に対応し、かつ製造も容易なヒューズの構造を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２０－１０７５３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１で開示された技術では、高電圧遮断時において、溶断時に発生するアークのエネルギーが大きいため、銅製のエレメントの溶融、気化による内部圧力上昇に耐えうるケース（材料、サイズ）が必要となる。そのため、体格や製造コストが増加する。

【0006】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化および低コスト化を実現することができるヒューズを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係るヒューズは、溶断の起点となる複数の狭小部を有するエレメントと、前記エレメントで接続された一対の端子と、前記エレメントを収容するケースと、を備えるヒューズであって、前記エレメントが、前記エレメントは曲面を有しており、かつ筒状に配置される。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、アークを分散して小さくすることにより消弧を促進させ、圧力上昇を抑制することができるため、小型化および低コスト化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態に係るヒューズの概略的な構成を示す正面図である。

【図2】図２は、実施形態に係るヒューズを、図１のＡ－Ａ線で切断した状態を示す断面図である。

【図3】図３は、実施形態に係るヒューズにおいて、一対のプレートにエレメントを組み付ける様子を示す図である。

【図4】図４は、実施形態に係るヒューズにおいて、図３のプレートを側面から見た図であり、プレートにエレメントを組み付けた後に、エレメントの隙間から仮固定用シャフトを抜き取る様子を示す図である。

【図5】図５は、実施形態に係るヒューズにおいて、エレメントごとに、狭小部を設置する面を揃えて配置した場合の一例を示す断面図である。

【図6】図６は、実施形態に係るヒューズを、図５のＢ－Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。

【図7】図７は、実施形態に係るヒューズにおいて、エレメントごとに、狭小部を設置する面をずらした構成の一例を示す断面図である。

【図8】図８は、実施形態に係るヒューズを、図７のＣ－Ｃ線で切断した状態を示す断面図である。

【図9】図９は、実施形態に係るヒューズを、図７のＤ－Ｄ線で切断した状態を示す断面図である。

【図10】図１０は、実施形態に係るヒューズにおいて、エレメント内の複数の狭小部の設置位置を揃えた場合の一例を示す図である。

【図11】図１１は、実施形態に係るヒューズにおいて、エレメント内の複数の狭小部の設置位置を互い違いにした場合の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示の実施形態に係るヒューズについて、図面を参照しながら説明する。なお、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

【0011】

昨今、ＢＥＶ、ＰＨＥＶ向けの電池システムは大容量、高電圧化が進んでおり、例えば事故や故障により電池短絡が生じると、１万アンペアを超える短絡電流が流れる場合もある。ヒューズは、その短絡電流によるジュール熱で内部のエレメントが溶融することにより、電流経路を遮断する。ヒューズの内部には、消弧砂が充填されており、エレメントの溶融時に発生したアークの消弧を促進する効果がある。

【0012】

上記のような短絡電流の増加に伴って、溶断時のアークも大きくなるため、その熱や圧力上昇に対応すべく、ヒューズの体格の大型化やケース材料の高コスト化が問題となっている。例えばヒューズのケースを、樹脂製からセラミック製に変更すると、コストが大きく増加する。そこで、本発明では、アークを分散して小さくすることより消弧を促進させ、圧力上昇を抑制することにより、小型化および低コスト化を実現する。

【0013】

一般的に、大電流用のヒューズでは、板状のエレメントが用いられるが、溶断特性を調整するため、エレメントには、電流経路が細くなり電流が集中する狭小部が設けられている。溶断時には、この狭小部を起点としてアークが発生する。また、アークの熱により、エレメントだけではなく、周囲の消弧砂も一部溶融、気化する。

【0014】

ヒューズ内部の圧力上昇の主要因は、エレメントの気化であり、アークの消弧を促進することで圧力上昇を抑制できる。そこで、アークを分散して消弧砂との接触を増やすことにより、消弧を促進させる。このとき、複数のアークが結合して大きくなると消弧が促進されないため、アークが結合しないように狭小部を配置することが重要である。ヒューズのケースは、耐圧を考慮して円筒状または楕円筒状とすることが一般的である。本発明では、曲面を持った板状のエレメントを筒状に設置することにより、内部の空間において互いに距離を保ちつつ、狭小部を数多く配置することとした。

【0015】

実施形態に係るヒューズの具体的構成について、図１～図１１を参照しながら説明する。ヒューズ１は、図１～図３に示すように、ケース２と、キャップ３と、一対の端子４と、エレメント５と、一対のプレート８と、を備えている。

【0016】

ケース２は、複数のエレメント等を収容するためのものである。このケース２は、例えば樹脂製であり、円筒状または楕円筒状に形成されている。また、ケース２内部には、消弧を促進するための消弧砂が充填されている。

【0017】

キャップ３は、ケース２の両側（両端部）に取り付けられている。一対の端子４は、ケース２内部のエレメント５によって接続されている。

【0018】

エレメント５は、例えば事故や故障により電池短絡が生じた際に溶融し、電流経路を遮断するためのものである。このエレメント５は、例えば銅製であり、円筒または楕円筒の一部形状からなる複数枚で構成される。また、各エレメント５は、複数の狭小部６を有している。この狭小部６は、エレメント５において、他の部分よりも幅が狭く構成された部分（例えば後記する図１０参照）であり、溶断の際の起点となる。

【0019】

ここで、図２では、曲面を有する（曲面状に形成された）エレメント５を、筒状かつ二重に重ねて配置することにより、同一断面上において、２４個の狭小部６を配置した例を示している。各エレメント５は、それぞれ同じ数（同図では３つ）の狭小部６を有している。このように、各エレメント５の狭小部６の数を同一とし、導体抵抗を揃えることにより、定常時および短絡電流通電時の電流の偏りがなくなるため、定常時の発熱や短絡時の遮断特性が安定する。なお、これらの条件を満たせば、エレメント５の枚数や狭小部６の数は、図２の構成に限定されない。

【0020】

エレメント５の両端には、例えば溶接や導電性接着等により、金属性のプレート８（図３および図４参照）が固定されている。そして、一対のプレート８に複数のエレメント５が固定された状態で、ケース２に挿入され、消弧砂が充填される。その後、一対のプレート８の外側から、一対のキャップ３および一対の端子４を圧着させて接続する。

【0021】

なお、プレート８にエレメント５を組み付ける際に、当該プレート８の位置がずれないようにエレメント５を固定する必要がある。そのため、プレート８にエレメント５を組み付ける際には、例えば図３に示すように、二枚のプレート８の中央を、仮固定用シャフト７によって固定する。そして、プレート８に形成されたスリット９（図４参照）から、エレメント５を挿入する。

【0022】

エレメント５は、例えば図４に示すように、径の異なる複数の筒を重ねた形状に配置される。また、エレメント５は、同図のＸ部に示すように、複数の筒において、エレメント５間の隙間が少なくとも一方向で揃うよう配置される。このように、筒状のエレメント５の内側、外側の両方の隙間を同じ方向に揃えることにより、プレート８にエレメント５を固定した後に、上記隙間から仮固定用シャフト７を抜き取ることができる。

【0023】

ここで、狭小部６間の距離を確保する方法として、狭小部６を配置する面を互い違いにしてもよい。例えば、図５および図６に示したヒューズ１Ａでは、図１のヒューズ１と同様に、同一断面上に２４個の狭小部６が配置されており、かつこれら２４個の狭小部６が配置された断面を、ヒューズ１Ａの長手方向に４つ有している。すなわち、ヒューズ１Ａでは、エレメント５ごとに、狭小部６を設置する面を揃えて配置している。

【0024】

これに対して、例えば図７～図９に示したヒューズ１Ｂのように、エレメント５ごとに狭小部６を設置する面を、ずらして配置してもよい。すなわち、狭小部６を分けて互い違いに別々の断面に配置してもよい。これにより、狭小部６間の距離を確保することができる。また、ヒューズ１Ｂでは、設置断面間の距離を縮小して全体を小型化したり、あるいは短絡電流の上限を大きくしたりすることができる。

【0025】

なお、図７～図９では、筒状の内側と外側のエレメント５で狭小部６を分けているが、エレメント５ごとの狭小部６の数を変更せずに距離が確保できるのであれば、図７～図９以外の分け方であってもよい。

【0026】

また、各エレメント５間で設置断面を互い違いにするだけでなく、例えば図１０に示したエレメント５内の複数の狭小部６を、例えば図１１に示すように、エレメント５内で設置位置を互い違いにすることにより、狭小部６の距離を確保してもよい。

【0027】

以上説明した実施形態に係るヒューズでは、アークを分散して小さくすることにより消弧を促進させ、圧力上昇を抑制することができるため、小型化および低コスト化を実現することができる。

【0028】

また、実施形態に係るヒューズでは、例えば図２に示すように、曲面を有するエレメント５が筒状に配置されている。このように、アークの起点となる狭小部６を増やすことにより、アークを分割し、消弧性能を向上させることができる。また、エレメント５を筒状に配置することにより、円筒状または楕円筒状のケース２内部でアークが結合しない距離を保ちつつ、狭小部６の数を最大まで増やすことができる。

【0029】

また、実施形態に係るヒューズでは、例えば図２に示すように、エレメント５が円筒または楕円筒の一部形状からなる複数枚で構成され、それぞれ同じ数（同図では３つ）の狭小部６を有している。このように、エレメント５を複数枚で構成する場合は、狭小部６の数を揃えることにより、電流の偏りを無くし、定常時の発熱と遮断時の特性を安定させることができる。

【0030】

また、実施形態に係るヒューズでは、例えば図２に示すように、エレメント５が、径の異なる複数の筒を重ねた形状に配置される。このように、筒状のエレメント５を、径方向に二重または三重に配置することにより、狭小部６の数を更に増やすことができる。

【0031】

また、実施形態に係るヒューズでは、例えば図４に示すように、複数の筒において、エレメント５間の隙間が少なくとも一方向で揃うよう配置される。これにより、エレメント５を固定した後に、組み付け時に使用する仮固定用シャフト７を、この隙間から抜き取ることができる。従って、ヒューズ１の組み付け時の作業性を向上させることができる。

【0032】

また、実施形態に係るヒューズでは、例えば図７～９に示すように、エレメント５ごとに、狭小部６を設置する面をずらして配置してもよい。これにより、狭小部６間の距離を確保して、アークの結合を抑制することができる。

【0033】

更なる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表わし、かつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。従って、添付のクレームおよびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0034】

１，１Ａ，１Ｂ ヒューズ
２ ケース
３ キャップ
４ 端子
５ エレメント
６ 狭小部
７ 仮固定用シャフト
８ プレート
９ スリット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】