(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と負荷とを接続する導電路に配されて、前記導電路に流れる過電流を遮断する過電流遮断装置に用いられる過電流検出用素子であって、
前記導電路に直列に接続される金属製の第１板部と、前記第１板部と隣り合って配された金属製の第２板部と、前記第１板部に接続された第１電極及び前記第２板部に接続された第２電極を有すると共に通電時における前記第１板部の温度に応じた特性を有すると共に前記温度に応じた信号を生成する感熱部と、を備え、
前記第２板部は１つの角部を有し、前記角部は所定の間隔に設定されたギャップ部を介して前記第１板部の側縁と対向しており、
前記第２板部の側縁のうち前記角部を形成する２つの側縁と、前記角部と対向する前記第１板部の側縁とによって、前記ギャップ部の両側には、前記ギャップ部に近づくに従って幅狭形状になるＶ字状をなす２つの幅狭部が形成されており、
前記感熱部は、２つの前記幅狭部の一方を跨ぐように配されている過電流検出用素子。
【請求項２】
前記第１板部のうち前記第１電極が接続された部分は通電時に発熱する発熱部とされ、前記発熱部と前記感熱部とは合成樹脂部によって一体に覆われている請求項１に記載の過電流検出用素子。
【請求項３】
前記発熱部は前記第１板部の他の部分に比べて幅狭に形成されている請求項２に記載の過電流検出用素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電流検出用素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源と負荷との間を接続する導電路に配されて、この導電路に流れる過電流を遮断する過電流遮断装置としては、可溶体のヒューズが用いられていた。しかしながら、ヒューズは溶融による交換が必要となるため、メンテナンスフリー等を目的として、ヒューズを用いない過電流遮断装置が提案されている。この種の過電流遮断装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
上記の過電流遮断装置においては、過電流を検出する構造は感温手段に回路導体が巻き付けられて形成されており、この感温手段は、信号線に接続されている。過電流が流れて回路導体の温度が上昇すると、感温手段の温度が上昇する。すると、感温手段の抵抗値が変化して感温手段の両端の電圧（感温手段を流れる電流）が変化するため、この電圧（電流）に基づいて回路を遮断することで過電流の発生を防止するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１０８３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記の構成によると、回路導体に過電流が流れることにより回路導体が発熱し、この熱が感温手段に伝達されて感温手段の温度が上昇し、感温手段の両端の電圧が変化する。このため、極めて短時間に大電流が流れると、回路導体で発生した熱が感温手段に伝達されるまでの間に時間遅れが発生し、この時間遅れにより、適切なタイミングで過電流遮断を実行できないことが懸念される。
【０００６】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、精度の高い過電流遮断を実行できる過電流検出用素子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】
本発明は、電源と負荷とを接続する導電路に配されて、前記導電路に流れる過電流を遮断する過電流遮断装置に用いられる過電流検出用素子であって、前記導電路に直列に接続される金属製の第１板部と、前記第１板部と隣り合って配された金属製の第２板部と、前記第１板部に接続された第１電極及び前記第２板部に接続された第２電極を有すると共に通電時における前記第１板部の温度に応じた特性を有すると共に前記温度に応じた信号を生成する感熱部と、を備え、前記第２板部は１つの角部を有し、前記角部は所定の間隔に設定されたギャップ部を介して前記第１板部の側縁と対向しており、前記第２板部の側縁のうち前記角部を形成する２つの側縁と、前記角部と対向する前記第１板部の側縁とによって、前記ギャップ部の両側には、前記ギャップ部に近づくに従って幅狭形状になるＶ字状をなす２つの幅狭部が形成されており、前記感熱部は、２つの前記幅狭部の一方を跨ぐように配されている。
【０００８】
本発明によれば、感熱部は、第１電極を介して第１板部に接続されると共に、第２電極を介して第２板部に接続されている。このため、導電路に過電流が流れると、導電路に直列に接続された第１板部に過電流が流れる。すると、この過電流により第１板部で発生した熱は、この第１板部に接続された第１電極から感熱部に直接に伝達される。この結果、感熱部は温度に応じた信号を適切なタイミングで生成し、第２電極から第２板部を経由して制御部へと直接伝達することができるから、極めて短時間に大電流が導電路に流れた場合でも、適切なタイミングで過電流遮断を実行できる。
【０００９】
更に、感熱部を小型化して感熱部の熱容量を小さくすると、感熱部の温度が上昇しやすくなるので、更に精度よく過電流遮断を実行できると考えられる。感熱部を小型化するためには、第１板部及び第２板部を精度よく加工し、小さな感熱部を配置可能な程度の、小さな隙間を形成することが必要となる。しかしながら、第１板部の側縁と第２板部の側縁とを、比較的に広い範囲に亘って、比較的に小さな隙間を形成しつつプレス加工することは、プレス加工の精度から見て難しい。
【００１０】
本発明によれば、第１板部の側縁と第２板部の１つの角部とは、所定の間隔に設定されたギャップ部を介して隣り合って配されている。ギャップ部の両側には、Ｖ字状をなす２つの幅狭部が形成されている。この結果、Ｖ字状をなす２つの幅狭部をプレス加工によって形成することにより、容易に、比較的に小さな間隔に設定されたギャップ部を形成できる。本発明においては、幅狭部のうちギャップ部の近傍についてのみ、比較的に小さな隙間になるように制御すればよいので、容易にプレス加工することができるのである。このギャップ部の両側に形成された幅狭部の一方に感熱部を配することにより、比較的に小さな感熱部を、第１板部及び第２板部に接続できる。これにより、更に精度よく過電流遮断を実行できる。
【００１１】
本発明の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記第１板部のうち前記第１電極が接続された部分は通電時に発熱する発熱部とされ、前記発熱部と前記感熱部とは合成樹脂部によって一体に覆われていることが好ましい。
【００１２】
過電流遮断をする必要があるのは、短時間に大電流が流れる場合だけではない。例えば電線については、いわゆる突入電流のように過電流が短時間のみ流れる場合には、発煙温度に達しないために電線は発煙しないが、過電流の流れる時間が長くなるに従って発煙温度に達して電線は発煙しやすくなる。
【００１３】
本態様によれば、第１板部に流れる過電流によって第１板部の発熱部で発生した熱は、直接感熱部に伝達されるだけでなく、合成樹脂部を介しても感熱部に伝達される。このため、感熱部によって取得される温度−時間特性の熱時定数を合成樹脂部によって調整することが可能となる。これにより、精度の高い過電流遮断を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、精度の高い過電流遮断を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１に係る過電流遮断装置の電気的構成を示す図
【図２】過電流検出用素子を示す平面図
【図３】過電流検出用素子を示す側面図
【図４】金属板材にプレス加工を実行する工程を示す平面図
【図５】第２幅狭部を形成するプレス工程を示す平面図
【図６】感熱部を接続する工程を示す平面図
【図７】板部側タイバーを切断する工程を示す平面図
【図８】合成樹脂部を形成する工程を示す平面図
【図９】実施形態２に係る過電流検出用素子を示す平面図
【図１０】実施形態３に係る過電流検出用素子を示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜実施形態１＞
本発明に係る過電流検出用素子２０を過電流遮断装置１０に適用した実施形態１を図１ないし図８を参照しつつ説明する。この過電流遮断装置１０は、車両（図示せず）に搭載された電源Ｂと、負荷Ｍとを接続する導電路１１に配される。負荷Ｍとしては、モータ、ヒータ等、必要に応じて任意の負荷Ｍを採用しうる。上記の導電路１１は、電線、端子金具、バスバー、回路基板１２にプリント配線技術により形成された導体パターン等、任意の導電路１１を含む。
【００１７】
（過電流遮断装置１０）
図１に示すように、過電流遮断装置１０は、電源Ｂから負荷Ｍに至る経路に接続される導電路１１を有する回路基板１２と、回路基板１２に実装される過電流検出用素子２０と、導電路１１に通電又は断電するスイッチング素子１３と、スイッチング素子１３のオンオフを制御する制御部１４と、を備える。制御部１４としては、例えば、図示しないメモリに記憶された所定のプログラムを実行するＣＰＵを用いてもよく、また、回路により制御部１４を構成してもよい。
【００１８】
本実施形態においては、スイッチング素子１３は半導体リレーが用いられている。具体的にはＮ型のＭＯＳＦＥＴが用いられている。この場合、負荷Ｍに電力を供給する導電路１１にソース−ドレイン間を接続し、制御部１４からゲートに信号を与えることにより、負荷Ｍへの電力の供給を遮断することができる。
【００１９】
スイッチング素子１３には導電路１１を介して過電流検出用素子２０が接続されている。過電流検出用素子２０は、導電路１１に直列に接続されて、負荷Ｍと接続されている。過電流検出用素子２０は、導電路１１から分岐して接続された感熱部２４を有する。詳細には図示しないが、過電流検出用素子２０は、回路基板１２の導電路１１に、半田付け等の公知の手法により接続されている。
【００２０】
過電流検出用素子２０の感熱部２４は、回路基板１２に実装された抵抗Ｒを介して接地されている。感熱部２４は、温度に応じた特性を有すると共に温度に応じた信号を生成する。本実施形態においては、感熱部２４は温度に応じて電圧を変化させる。制御部１４は、感熱部２４から出力される電圧を取得し、この電圧を所定の閾値と比較し、電圧が所定の閾値を超えた場合にはスイッチング素子１３をオフさせる。
【００２１】
（過電流検出用素子２０）
図２に示すように、過電流検出用素子２０は、導電路１１に直列に接続される金属製の第１板部３０と、第１板部３０の側方に隣り合って配された金属製の第２板部３１と、第１板部３０及び第２板部３１に跨って接続されて通電時における第１板部３０の温度に応じた特性を有すると共にこの温度に応じた信号を生成する感熱部２４と、を有する。
【００２２】
第１板部３０及び第２板部３１は金属板材を所定の形状にプレス加工してなる。第１板部３０は、細長い板状をなしており、長手方向（図２における左右方向）の中央付近で屈曲した形状をなしている。また、第２板部３１も細長い長方形状をなしている。第２板部３１の長さ寸法は、第１板部３０よりも短く設定されている。第２板部３１は４つの角部３２を有する。この角部３２のうち、１つの角部３２Ａは、第１板部３０の側縁と対向して配されている。この角部３２Ａと、第１板部３０との間は、所定の間隔に設定されたギャップ部３３とされる。第１板部３０及び第２板部３１は、上方から見て概ねＹ字状に配置されている。
【００２３】
第２板部３１の角部３２Ａを形成する２つの側縁と、上記の角部３２Ａと対向する第１板部３０の側縁とによって、ギャップ部３３の両側（図２における左右方向の両側）には、ギャップ部３３に近づくに従って幅狭形状になるＶ字状をなす第１幅狭部３４、及び第２幅狭部３５が形成されている。
【００２４】
幅狭部のうち図２における左側に位置する第１幅狭部３４には、感熱部２４が配されている。本実施形態においては、感熱部２４はＮＴＣサーミスタが用いられている。ＮＴＣサーミスタは、温度の上昇に対して抵抗が減少するサーミスタであって、内部電極を有する直方体状のサーミスタ素地の長手方向の端部をＰｂ等からなる金属メッキで覆ってなる。感熱部２４は、第１板部３０に接続される第１電極３６と、第２板部３１に接続される第２電極３７と、を備える。第１板部３０と第１電極３６との間、及び第２板部３１と第２電極３７との間は、公知のろう付け（本実施形態においては、はんだ付け）により接続されている。感熱部２４は、第１幅狭部３４を跨ぐようにして配されている。
【００２５】
第１板部３０のうち、感熱部２４の第１電極３６が接続された領域は、通電時に発熱する発熱部３８とされる。この発熱部３８と感熱部２４とは、合成樹脂部３９によって一体に覆われている。図２及び図３に示すように、合成樹脂部３９は直方体形状をなしている。合成樹脂部３９は、発熱部３８及び感熱部２４と隙間なく密着している。合成樹脂部３９を構成する合成樹脂としては、熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂等）や、熱可塑性樹脂（ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル等）等の種々の、公知の材料を用いることができる。
【００２６】
第１板部３０のうち合成樹脂部３９から突出した部分は、はんだ付け等の公知の手法により、回路基板１２の導電路１１に接続される。また、第２板部３１のうち合成樹脂部３９から突出した部分は、制御部１４に電気的に接続される。
【００２７】
（製造方法）
次に、過電流検出用素子２０の製造方法の一例について、図４ないし図８を参照しつつ説明する。まず、図４に示すように、金属板材をプレス加工することにより、枠体５０と、この枠体５０に対して枠側タイバー５１で連結された第１板部３０と、枠体５０に対して枠側タイバー５１で連結されると共に第１板部３０に対して板部側タイバー５２で連結された第２板部３１と、を形成する。なお、この段階においては、第１板部３０と第２板部３１との間には第１幅狭部３４が形成されているが、第２幅狭部３５についてはまだ形成されていない。このため、ギャップ部３３もまだ形成されていない。また、第１板部３０と第２板部３１とは、第１幅狭部３４を跨ぐような形状をなす板部側タイバー５２によって連結されている。図４においては、枠対５０には複数の第１板部３０及び第２板部５２が連結されている。なお、符号は、図４における最上部に記載された第１板部３０及び第２板部５２に対して付し、他のものについては省略した。以下、図５ないし図８についても同様である。
【００２８】
続いて、図５に示すように、更にプレス加工を施すことにより、第１板部３０と第２板部３１との間に第２幅狭部３５を形成する。これにより、第１板部３０と第２板部３１との間に、所定の間隔を空けたギャップ部３３が形成される。
【００２９】
次に、第１板部３０及び第２板部３１の所定の位置にはんだを印刷する。次いで、図６に示すように、第１幅狭部３４を跨ぐようにして、第１板部３０及び第２板部３１の間に感熱部２４を配し、リフローはんだ付けを行う。
【００３０】
続いて、図７に示すように、更にプレス加工することにより板部側タイバー５２を切断する。
【００３１】
その後、発熱部３８及び感熱部２４を図示しない金型内に配し、合成樹脂を金型のキャビティ内に注入し、固化させる。これにより、発熱部３８及び感熱部２４を一体に覆う合成樹脂部３９を形成する。
【００３２】
続いて、枠側タイバー５１をプレス加工により切断する。これにより過電流検出用素子２０が完成する。
【００３３】
（作用、効果）
続いて、本実施形態の作用、効果について説明する。本実施形態によれば、感熱部２４は、第１電極３６を介して第１板部３０に接続されると共に、第２電極３７を介して第２板部３１に接続されている。このため、導電路１１に過電流が流れると、導電路１１に直列に接続された第１板部３０に過電流が流れる。すると、この過電流により第１板部３０で発生した熱は、この第１板部３０に接続された第１電極３６から感熱部２４に直接に伝達される。この結果、感熱部２４は温度に応じた信号を適切なタイミングで生成し、第２電極３７から第２板部３１を経由して制御部１４へと直接伝達することができるから、極めて短時間に大電流が導電路１１に流れた場合でも、適切なタイミングで過電流遮断を実行できる。
【００３４】
更に、感熱部２４を小型化して感熱部２４の熱容量を小さくすると、感熱部２４の温度が上昇しやすくなるので、更に精度よく過電流遮断を実行できると考えられる。感熱部２４を小型化するためには、第１板部３０及び第２板部３１を精度よく加工し、小さな感熱部２４を配置可能な程度の、小さな隙間を形成することが必要となる。しかしながら、第１板部３０の側縁と第２板部３１の側縁とを、比較的に広い範囲に亘って、比較的に小さな隙間を形成しつつプレス加工することは、プレス加工の精度から見て難しい。
【００３５】
本実施形態によれば、第１板部３０の側縁と第２板部３１の１つの角部３２とは、所定の間隔に設定されたギャップ部３３を介して隣り合って配されている。ギャップ部３３の両側には、Ｖ字状をなす２つの幅狭部が形成されている。この結果、Ｖ字状をなす２つの幅狭部をプレス加工によって形成することにより、容易に、比較的に小さな間隔に設定されたギャップ部３３を形成できる。本発明においては、幅狭部のうちギャップ部３３の近傍についてのみ、比較的に小さな隙間になるように制御すればよいので、容易にプレス加工することができるのである。このギャップ部３３の両側に形成された幅狭部の一方に感熱部２４を配することにより、比較的に小さな感熱部２４を、第１板部３０及び第２板部３１に接続できる。これにより、更に精度よく過電流遮断を実行できる。
【００３６】
また、過電流遮断をする必要があるのは、短時間に大電流が流れる場合だけではない。例えば電線については、いわゆる突入電流のように過電流が短時間のみ流れる場合には、発煙温度に達しないために電線は発煙しないが、過電流の流れる時間が長くなるに従って発煙温度に達して電線は発煙しやすくなる。
【００３７】
このため、導電路１１に過電流が流れることにより発生した熱で、すぐに感熱部２４が熱せられて抵抗値が変化する過電流検出用素子２０の場合には、電線については発煙温度にまだ余裕があるにもかかわらず、回路が遮断されてしまうことが懸念される。
【００３８】
本実施形態によれば、第１板部３０に流れる過電流によって第１板部３０の発熱部３８で発生した熱は、直接感熱部２４に伝達されるだけでなく、合成樹脂部３９を介しても感熱部２４に伝達される。このため、感熱部２４によって取得される温度−時間特性の熱時定数を合成樹脂部３９によって調整することが可能となる。これにより、過電流の流れる時間が長くなるに従って発煙しやすくなる電線についても、精度の高い過電流遮断を行うことができる。
【００３９】
＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を、図９を参照しつつ説明する。本実施形態においては、感熱部２４は、実施形態１に係る感熱部２４と比べて、ギャップ部３３に近い位置に配されている。上記以外の構成については、実施形態１と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４０】
第１幅狭部３４は、ギャップ部３３に近づくに従って幅狭に形成されているので、より小さな感熱部２４を第１板部３０及び第２板部３１に配設するためには、感熱部２４をギャップ部３３に近ければよい。このように本実施形態によれば、第１板部３０及び第２板部３１の形状を変更することなく、種々の大きさの感熱部２４を配することができるから、過電流検出用素子２０について、設計の自由度を向上させることができる。また、大きさの異なる感熱部２４を選択的に使用することにより、導電路１１の特性に応じた精度の高い過電流遮断を行うことができる。
【００４１】
＜実施形態３＞  
次に、本発明の実施形態３を、図１０を参照しつつ説明する。本実施形態においては、感熱部２４の第１電極３６が接続された発熱部３８の幅寸法が、第１板部３０における他の部分に比べて幅狭に形成されている。上記以外の構成については、実施形態１と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４２】
本実施形態によれば、通電時において、発熱部３８の発熱量は、第１板部３０の他の部分よりも大きくなる。これにより、発熱部３８に過電流が流れた場合において、感熱部２４の温度が上昇しやすくなるので、一層精度の高い過電流遮断を行うことができる。
【００４３】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）本実施形態においては、感熱部２４及び発熱部３８は合成樹脂部３９によって一体に覆われる構成としたが、これに限られず、感熱部２４及び発熱部３８は露出した状態であってもよい。また、感熱部２４及び発熱部３８はガラス等の任意の材料によって一体に覆われる構成としてもよい。
（２）本実施形態においては、第１板部３０は屈曲する形態としたが、これに限られず、直線状をなす形状としてもよく、必要に応じて任意の形状とすることができる。
（３）本実施形態においては、第２板部３１は長方形状をなす形態としたが、これに限られず、三角形状、五角形状等の多角形状としてもよい。また、１つの角部３２が形成されていれば、第２板部３１は任意の形状とすることができる。
（４）本実施形態においては、第１幅狭部３４に感熱部２４が配される構成としたが、第２幅狭部３５に感熱部２４が配される構成としてもよい。
（５）本実施形態においては、スイッチング素子１３は半導体リレーが用いられていたが、これに限られず、機械式リレーでもよい。
（６）本実施形態においては、感熱部２４にはＮＴＣサーミスタを用いたが、ＰＴＣサーミスタを用いてもよい。
（７）実施形態３においては、発熱部３８の幅寸法を、第１板部３０の他の部分よりも幅狭に形成する構成としたが、これに限られず、発熱部３８の厚さ寸法を第１板部３０の他の部分よりも薄く形成する構成としてもよい。また、逆に、発熱部３８の幅寸法を、第１板部３０の他の部分よりも幅広に形成したり、発熱部３８の厚さ寸法を第１板部３０の他の部分よりも肉厚に形成したりしてもよい。このように発熱部３８の厚さ寸法及び幅寸法を調節することにより、より精度の高い過電流遮断を実行することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０…過電流遮断装置
１１…導電路
２０…過電流検出用素子
２４…感熱部
３０…第１板部
３１…第２板部
３２…角部
３３…ギャップ部
３４…第１幅狭部
３５…第２幅狭部
３６…第１電極
３７…第２電極
３８…発熱部
３９…合成樹脂部
Ｂ…電源
Ｍ…負荷
【図１】
0005573584.tif 000002
【図２】
0005573584.tif 000003
【図３】
0005573584.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0005573584.tif 000010
【図１０】
0005573584.tif 000011