(57)【要約】【課題】負荷を駆動、制御する負荷制御回路において、低コストで形成できる簡素な構成により、高確度に過電流状態を検知し、解消できる負荷制御回路を提供すること。【解決手段】負荷制御回路は、負荷へ駆動電源を供給する電源部と、負荷にそれぞれ直列接続される電流調整抵抗と過電流保護部とを有する。過電流保護部は、中途部位に破断部を有する金属線よりなる基部と、金属線より低い融点を有する低融点金属よりなり、基部の破断部の両端を架橋する感熱部とを有する。過電流保護部は、電流調整抵抗に過電流が流れた際の電流調整抵抗の発熱によって、感熱部が低融点金属の融点以上に加熱される部位に配置されている。【選択図】図２
2015002031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷へ駆動電源を供給する電源部と、前記負荷にそれぞれ直列接続される電流調整抵抗と過電流保護部とを有し、
前記過電流保護部は、中途部位に破断部を有する金属線よりなる基部と、前記金属線より低い融点を有する低融点金属よりなり、前記基部の破断部の両端を架橋する感熱部とを有し、
前記過電流保護部は、前記電流調整抵抗に過電流が流れた際の前記電流調整抵抗の発熱によって、前記感熱部が前記低融点金属の融点以上に加熱される部位に配置されていることを特徴とする負荷制御回路。
【請求項２】
前記低融点金属は、はんだであることを特徴とする請求項１に記載の負荷制御回路。
【請求項３】
前記基部は、前記破断部の両端に、前記金属線が重力方向下方に傾斜した傾斜部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の負荷制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷制御回路に関し、さらに詳しくは、モータ、ヒータ等の負荷を制御する負荷制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータやヒータ等の負荷を駆動、制御する負荷制御回路においては、負荷のショート故障、レアショート故障、負荷接続部における短絡、その他の回路構成部品の短絡等の要因によって、回路内に過電流が流れる場合があるが、この種の負荷制御回路においては、過電流に対する保護機能が備えられることが多い。例えば、電流ヒューズ、温度ヒューズ等のヒューズや、ポリスイッチに代表される電流制限素子のような保護素子を、負荷に電源を供給するラインに挿入するという方法がとられる。すると、過電流状態が発生した際に、負荷への電源供給が遮断されたり、あるいは負荷に流れる電流が低減されたりして、過電流状態が解消される。
【０００３】
別の過電流対策法としては、図６に示すように、マイクロコンピュータ（マイコン）等の制御手段を使用したフェールセーフ制御によるものが挙げられる。つまり、温度検知素子、電流検知素子等の異常検出素子Ｄを負荷Ｌに接続または負荷Ｌの近傍に設置し、異常検出素子Ｄの出力部をマイコンＭのポートＰ１に接続しておく。そして、負荷への電圧供給ラインには、駆動素子（図６ではトランジスタ）Ｓを挿入し、その駆動部（トランジスタの場合にはベース端子）をマイコンＭのポートＰ２に接続しておく。正常運転時には、ポートＰ２から電圧信号が出力されることにより、駆動素子Ｓに導通が形成された状態（オン状態）が保たれ、負荷Ｌに電源電圧ＶＣＣが供給される。異常検出素子Ｄが異常の発生を検知して異常検出信号をマイコンＭのポートＰ１に入力すると、マイコンＭはポートＰ２への電圧信号の出力を停止する。すると、駆動素子Ｓが遮断状態（オフ状態）となり、負荷Ｌへの電源供給が停止される。
【０００４】
また、汎用的な保護素子とは異なる温度の異常上昇に対する保護素子として、特許文献１には、絶縁基板上に近接して形成された二つの電極と、それらの一方に接触して形成された低融点合金とを有する保護素子が記載されている。この保護素子は、常開型であり、低融点合金の溶融温度以上になると回路が閉成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９３３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
過電流対策のために、ヒューズ、ポリスイッチ等の保護素子を用いる場合には、これらの保護部材に要するコストによって、負荷制御回路の製造コストが上昇してしまう。また、特許文献１のような常閉型の素子は、異常加熱発生時に負荷への電源供給を素早く遮断するのには向かず、負荷への電圧供給ラインに組み込むとすれば、回路の構築にコストを要してしまう。
【０００７】
一方、図６に示したようなフェールセーフ制御の場合には、負荷Ｌに故障やショート等が発生した際には、負荷Ｌへの電圧供給を遮断することができるものの、負荷Ｌの故障やショートに加えて、駆動素子Ｓに故障が発生すると、異常検出素子Ｄが異常を検知していても、駆動素子Ｓのオン／オフ状態の切り替えが正常に駆動されず、負荷Ｌへの電圧供給を停止することができなくなる。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、負荷を駆動、制御する負荷制御回路において、低コストで形成できる簡素な構成により、高確度に過電流状態を検知し、解消できる負荷制御回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明にかかる負荷制御回路は、負荷へ駆動電源を供給する電源部と、前記負荷にそれぞれ直列接続される電流調整抵抗と過電流保護部とを有し、前記過電流保護部は、中途部位に破断部を有する金属線よりなる基部と、前記金属線より低い融点を有する低融点金属よりなり、前記基部の破断部の両端を架橋する感熱部とを有し、前記過電流保護部は、前記電流調整抵抗に過電流が流れた際の前記電流調整抵抗の発熱によって、前記感熱部が前記低融点金属の融点以上に加熱される部位に配置されていることを要旨とする。
【００１０】
ここで、前記低融点金属は、はんだであることが好適である。
【００１１】
また、前記基部は、前記破断部の両端に、前記金属線が重力方向下方に傾斜した傾斜部を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記発明にかかる負荷制御回路においては、過電流保護部の金属線の破断部に、感熱部によって導通が形成されている。電流調整抵抗が過電流によって発熱すると、その熱が過電流保護部に伝達され、感熱部を構成する低融点金属が融点以上に加熱されて溶融する。すると、破断部両端の金属線の間の導通が遮断され、電源部から負荷への電源供給が遮断される。過電流保護部は、金属線と低融点金属よりなる簡素な構成を有するので、過電流保護部を含む負荷制御回路を安価に形成することができる。また、過電流保護部は、低融点金属の溶融という単純な原理のみを利用して、過電流状態に対する保護機能を果たすので、過電流保護部自体が故障するような事態はほぼ起こらず、高確度に過電流状態の検知と解消を行うことができる。
【００１３】
ここで、低融点金属が、はんだである場合には、汎用的で安価な材料のみを利用して、過電流保護部を容易に形成することができ、負荷制御回路の製造コストが効果的に削減される。
【００１４】
また、基部が、破断部の両端に、金属線が重力方向下方に傾斜した傾斜部を有する場合には、溶融した低融点金属が、この傾斜部を伝って下方に流れる。よって、溶融した低融点金属が意図しない箇所に流れ落ち、負荷制御回路の構成部品等に影響を与えたり、ショートを起こしたりすることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる負荷制御回路の構成を示す回路図である。
【図２】過電流保護部の例を示す側面図である。
【図３】過電流状態が発生した際の上記過電流保護部の状態を示す側面図である。
【図４】過電流保護部の別の例を示す側面図である。
【図５】過電流状態が発生した際の上記過電流保護部の状態を示す側面図である。
【図６】従来一般のフェールセーフ制御を行う負荷制御回路の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態にかかる負荷制御回路について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
本発明の一実施形態にかかる負荷制御回路１は、モータ、ヒータ等よりなる負荷Ｌを駆動、制御する電源回路である。図１に示すように、負荷制御回路１は、電源ＰＳと、電流調整抵抗Ｒと、過電流保護部Ｐを有してなる。さらに、負荷制御回路１は、駆動素子Ｓを有する。電流調整抵抗Ｒ、過電流保護部Ｐ、駆動素子Ｓは回路基板１０に実装されている。
【００１８】
電源ＰＳは、その出力部より、電源電圧ＶＣＣを出力する。負荷Ｌは、電源電圧ＶＣＣの出力部とグラウンド電位の間に接続され、電源電圧ＶＣＣによって駆動される。
【００１９】
電流調整抵抗（電流制限抵抗）Ｒは、負荷Ｌとグラウンド電位の間に、負荷Ｌと直列に接続され、負荷Ｌに流れる電流量を調整する役割を果たす。このような電流調整抵抗Ｒは、一般の負荷制御回路に汎用的に備えられるものである。電流調整抵抗Ｒの抵抗値によって負荷Ｌの出力（例えば負荷Ｌがモータの場合はその回転数）が調整される。負荷Ｌの出力を多段階に調整したい場合には、電流調整抵抗Ｒを可変抵抗としたり、電流調整抵抗Ｒの挿入／不挿入の選択、あるいは複数設けた抵抗値の異なる電流調整抵抗Ｒの選択を、適当なスイッチ手段を用いて行えるようにしたりすればよい。
【００２０】
過電流保護部Ｐは、電流調整抵抗Ｒに過電流が流れる過電流状態を感知し、解消するためのものである。過電流保護部Ｐは、負荷Ｌとグラウンド電位の間に、負荷Ｌおよび電流調整抵抗Ｒに直列に接続されている。過電流保護部Ｐの詳細な構成については後述する。
【００２１】
駆動素子Ｓは、駆動素子Ｓへの電源電圧ＶＣＣの入力および遮断を制御するものである。駆動素子Ｓは、例えばトランジスタよりなり、コレクタ−エミッタ間が、負荷Ｌに直列接続されている。ベース端子は、適宜入力抵抗を介して、マイコン等よりなる制御手段（不図示）の出力ポートに接続されている。制御手段がベース端子に信号を出力している間は、駆動素子Ｓがオン状態となり、負荷Ｌとグラウンド電位の間が接続されて負荷Ｌに電源電圧ＶＣＣが供給される。制御手段がベース端子に信号を出力していない間は、駆動素子Ｓがオフ状態となり、負荷Ｌとグラウンド電位の間が遮断されて負荷Ｌに電源電圧ＶＣＣが供給されない。ここで、駆動素子Ｓは、負荷Ｌを必要な時のみ運転するというように、負荷Ｌに対する意図された制御に用いられるものであり、過電流状態に対する保護に用いられるものではない。後述するように、過電流状態に対する保護は、過電流保護部Ｐによって行われる。
【００２２】
次に、過電流保護部Ｐの構成について説明する。図２に示すように、過電流保護部Ｐは、２本のリード線（電気配線用の導線）２２，２２よりなる基部２１と、はんだよりなる感熱部２４とを有してなり、基板１０に固定されている。基板１０は、実装面を略水平にして保持される。
【００２３】
各リード線２２は、中途に屈曲部が形成され、立ち上がり部２２ａと傾斜部２２ｂを有する。立ち上がり部２２ａは、端部近傍を基板１０に固定され、基板１０から略垂直な方向、つまり重力に対して上向きの方向に立ち上がっている。そして、傾斜部２２ｂは、端部２２ｃから立ち上がり部２２ａの方向に向かって、重力方向下方に斜めに下降している。２つのリード線２２，２２の傾斜部端部２２ｃ，２２ｃの間は、相互に隔てられており、それらの間に、リード線が存在しない破断部２３が形成されている。図１の回路図と対応して、２つのリード線２２，２２の立ち上がり部２２ａ，２２ａは、それぞれ負荷Ｌのグラウンド側端子と電流調整抵抗Ｒに接続される（図２では配線不図示）。
【００２４】
感熱部２４は、破断部２３の両端、つまり２つの傾斜部端部２２ｃ，２２ｃを架橋して、２本のリード線２２，２２の間に設けられている。感熱部２４は、リード線２２，２２の傾斜部端部２２ｃ，２２ｃにそれぞれ、はんだが点接続されて形成されている。つまり、２本のリード線２２，２２の間には、はんだによって構成された感熱部２４を介してのみ電流が流れる。
【００２５】
図２の例では、過電流保護部Ｐは、基板１０上において、電流調整抵抗Ｒに隣接して固定されている。過電流保護部Ｐと基板１０の間の距離は、負荷Ｌに許容値を上回る過電流が流れる過電流状態が発生した際に、過電流による電流調整抵抗Ｒの発熱によって、感熱部２４がはんだの融点以上に加熱されるように定められている。はんだの融点は、合金組成に依存するが、１８０〜３００℃程度である。近年主流として用いられている鉛フリーはんだの場合、融点は通常２２０℃以上である。
【００２６】
あるいは、図４の例では、電流調整抵抗Ｒの上方に感熱部２４が位置するように、過電流保護部Ｐが電流調整抵抗Ｒを跨いで配置されている。この場合にも、過電流状態が発生した際に、過電流による電流調整抵抗Ｒの発熱によって、感熱部２４がはんだの融点以上に加熱される。
【００２７】
負荷制御回路１においては、負荷Ｌが正常に駆動されている間は、過電流保護部Ｐの破断部２３に感熱部２４を介して導通が形成され、負荷Ｌに電源電圧ＶＣＣが供給され続ける。しかし、負荷Ｌのショート、レアショート等の故障が発生し、所定の許容値以上の過電流が流れる過電流状態が発生すると、その過電流によって電流調整抵抗Ｒが発熱する。すると、その電流調整抵抗Ｒの熱が、主に基板１０およびリード線２２，２２を介した熱伝導によって過電流保護部Ｐの感熱部２４に伝達され、感熱部２４が加熱される。感熱部２４がはんだの融点以上に加熱されると、図３および図５のようにはんだが溶融し、感熱部２４が中途部位で途切れる。すると、破断部２３におけるリード線２２，２２間の導通が遮断される。そして、これにより、負荷Ｌへの電圧供給ラインが遮断され、負荷Ｌへの電源電圧ＶＣＣの供給が停止される。すると、過電流状態が解消され、電流調整抵抗Ｒの発熱が解消される。溶融したはんだ２４’は、ぬれ現象によって、基部２１を形成するリード線２２，２２の傾斜部２２ｂ，２２ｂを伝って重力方向斜め下方に流れ、さらに立ち上がり部２２ａ，２２ａを伝って重力方向下方に流れる。そして、はんだ２４’は、基板１０上の立ち上がり部２２ａ，２２ａが固定されている部位の近傍、またはリード線２２ａ，２２ａ上で、再凝固する。
【００２８】
本負荷制御回路１においては、このように、リード線２２，２２とはんだよりなる簡素な過電流保護部Ｐにより、過電流状態に対する保護が図られている。リード線およびはんだは、ともに非常に汎用的で安価な材料である。そして、適当な長さに切りだした２本のリード線２２，２２に屈曲部を形成して基板１０に固定し、それらの間の破断部２３をはんだで架橋するだけで過電流保護部Ｐを形成することができる。このように、過電流保護部Ｐは、容易にかつ低コストで回路内に導入することができる。特殊な部材や、基板１０上にパターニングを施す等の煩雑でコストを要する工程は不要である。また、過電流保護部Ｐによる過電流保護機能は、はんだの溶融という非常に単純な原理のみによって発揮されるので、過電流保護部Ｐに故障や誤動作が発生することはほとんどなく、高確度で過電流状態を検知し、さらに解消することができる。
【００２９】
図２に示したような、過電流保護部Ｐを電流調整抵抗Ｒに隣接させて設ける構成の場合には、電流調整抵抗Ｒの抵抗値を調整するとともに、電流調整抵抗Ｒと過電流保護部Ｐの間の距離を調整することにより、感熱部２４のはんだを溶融させ、電源電圧ＶＣＣの供給を遮断させる過電流の閾値を規定することができる。
【００３０】
一方、図４に示したような、過電流保護部Ｐの感熱部２４を電流調整抵抗Ｒの上方に設ける構成の場合、基部２１の基板１０への接続部と電流調整抵抗Ｒとの間の距離をきわめて近くすることができ、基板１０を介した熱伝導の効率が高くなる。また、感熱部２４が電流調整抵抗Ｒのすぐ近くに配置されているため、対流および輻射による電流調整抵抗Ｒから感熱部２４への直接の熱伝達も、感熱部２４の溶融に寄与しやすくなる。よって、このような構成によると、電流調整抵抗Ｒの発熱に対する感熱部２４の感度が向上し、軽度の過電流状態による電流調整抵抗Ｒの発熱でも、過電流保護機能を発動させることができる。
【００３１】
本負荷制御回路１における過電流保護部Ｐにおいては、破断部２３の両側に、リード線２２，２２が重力方向斜め下方に下がった傾斜部２２ｂ，２２ｂが形成されている。これにより、図３および図５に示すように、溶融したはんだ２４’がリード線２２，２２を伝って流れ落ち、基板１０上のリード線２２，２２が固定されている部位の近傍、またはリード線２２，２２上で再凝固する。このように、溶融したはんだ２４’が流れ落ちる経路がリード線２２，２２によって規定されるため、リード線２２，２２が配置されている部位の近傍に、はんだの付着によって悪影響を受けるような部材や配線を配置しないようにすればよい。このような傾斜部２２ｂ，２２ｂが形成されていない場合には、はんだが意図しない部位に落下して凝固し、その部位に配置された部材に影響を与えたり、配線に短絡を生じたりする可能性がある。特に、図４のように感熱部２４が電流調整抵抗Ｒの上部に配置される場合には、もし傾斜部２２ｂ，２２ｂが形成されていなければ、電流調整抵抗Ｒ上に直接溶融したはんだ２４’が落下してしまう可能性がある。なお、破断部２３から重力方向斜め下方に下がった傾斜部２２ｂ，２２ｂが形成され、感熱部２４が傾斜部２２ｂ，２２ｂよりも重力方向上方に形成されていれば、基部２１がどのような形状に形成されていても、類似の効果を得ることができる。例えば、立ち上がり部２２ａ，２２ａを形成せず、直線的に形成された傾斜部２２ｂ，２２ｂが直接基板１０に固定される構成を例示することができる。
【００３２】
本負荷制御回路１は、種々の機器に備えられる負荷Ｌの制御に利用することができるが、例えば、温水洗浄便座を構成するモータやヒータの制御に好適に利用することができる。この種の水回りに備えられる制御回路は、ポッティング樹脂に埋め込まれて設置されることが多いが、この場合には、過電流保護部Ｐの感熱部２４をポッティング樹脂の外側に配置しておくことが好ましい。これにより、電流調整抵抗Ｒの発熱によって、感熱部２４のはんだがポッティング樹脂による妨害を受けずに溶解し、感熱部２４が遮断される。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態においては、過電流保護部Ｐの基部２１を構成するのに、リード線２２，２２が使用されたが、基部２１としての使用に堪える強度と高融点を有するものならば、どのような金属線を使用してもよい。また、上記実施形態においては、過電流保護部Ｐの感熱部２４ははんだより形成されたが、はんだに限られず、基部２１を構成する金属線よりも低い融点を有する低融点金属を幅広く用いることができる。
【００３４】
さらに、上記実施形態においては、過電流保護部Ｐおよび電流調整抵抗Ｒがともに回路基板１０上に実装され、過電流によって電流調整抵抗Ｒに発生した熱は、主に基板１０を介した熱伝導によって過電流保護部Ｐに伝達された。しかし、電流調整抵抗Ｒの熱が、低融点金属を溶融させられるだけの効率で感熱部２４に伝達されるのであれば、過電流保護部Ｐおよび電流調整抵抗Ｒは必ずしも回路基板１０上に実装されなくてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１        負荷制御回路
１０      （回路）基板
２１      基部
２２      リード線
２２ａ    立ち上がり部
２２ｂ    傾斜部
２２ｃ    傾斜部端部
２３      破断部
２４      感熱部
２４’    （溶融した）はんだ
ＰＳ      電源
ＶＣＣ    電源電圧
Ｌ        負荷
Ｐ        過電流保護部
Ｓ        駆動素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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