(57)【要約】  本発明は、とりわけ自動車分野に使用するためのモジュールにおける電流を遮断するための温度ヒューズ（１）に関する。  本発明の温度ヒューズ（１）は、・接続領域を有する接続エレメント（２）と、・溶融材料からなる溶融エレメント（３）とを含み、  前記溶融エレメント（３）の端部は、該溶融エレメント（３）と前記接続エレメント（２）との間の導電接続を形成するために、前記接続領域に取り付けられており、  前記接続エレメント（２）は、溶融した前記溶融材料を収容するための拡散領域を有する、温度ヒューズ（１）において、  前記拡散領域は、拡散面（６）を有しており、  該拡散面上にて、前記溶融エレメントの溶融時に溶融した溶融材料の一部または全部が拡散し、  前記拡散面（６）は、正の曲率を有さない、ことを特徴とする温度ヒューズ（１）である。
2011527493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
とりわけ自動車分野に使用するための、モジュールにおける電流を遮断するための温度ヒューズ（１）であって、
・接続領域を有する接続エレメント（２）と、
・溶融材料からなる溶融エレメント（３）とを含み、
前記溶融エレメント（３）の端部は、該溶融エレメント（３）と前記接続エレメント（２）との間の導電接続を形成するために前記接続領域に取り付けられており、
前記接続エレメント（２）は、溶融した前記溶融材料を収容するための拡散領域を有する、
温度ヒューズ（１）において、
前記拡散領域は、拡散面（６）を有しており、
該拡散面上にて、前記溶融エレメントの溶融時に溶融した溶融材料の一部または全部が拡散し、
前記拡散面（６）は、正の曲率を有さない、
ことを特徴とする温度ヒューズ（１）。
【請求項２】
２つの接続エレメント（２）が設けられており、
これらの接続エレメント（２）の間に前記溶融エレメント（３）が配置されており、
前記溶融エレメント（３）の端部はそれぞれ対応する接続エレメント（２）に取り付けられている、
ことを特徴とする請求項１記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項３】
前記拡散面（６）は平坦な面である、
ことを特徴とする請求項１または２記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項４】
前記拡散面（６）は、前記溶融エレメント（３）が前記接続エレメントに当接する方向に対して実質的に垂直に延在する、
ことを特徴とする請求項３記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項５】
前記拡散面は、カップ形状の構造体の内面に相当し、
該カップ形状の構造体は、前記カップ形状の構造体内にある前記溶融エレメント（３）の横断面よりも大きい内径を有する、
ことを特徴とする請求項１または２記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項６】
前記カップ形状の構造体の容積は、前記溶融エレメント（３）の溶融材料の体積の少なくとも半分に相当する、
ことを特徴とする請求項５記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項７】
前記カップ形状の構造体の底面（９）は、前記溶融エレメント（３）の端部の断面積よりも大きい、
ことを特徴とする請求項５または６記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項８】
前記拡散面（６）は、漏斗形状の構造体の内面に相当する、
ことを特徴とする請求項１または２記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項９】
前記漏斗形状の構造体の尖端部は面によって平坦になっており、
前記面は、前記溶融エレメント（３）の端部の断面積よりも小さいか同じである、
ことを特徴とする請求項８記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項１０】
前記拡散面（６）は、中空球の構造体の内面に相当し、
該中空球の構造体の内径は、ある位置において前記溶融エレメント（３）の直径よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１または２記載の温度ヒューズ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、とりわけ自動車分野に使用するためのモジュールにおける電流を遮断するための温度ヒューズに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的モジュールを加熱から保護するために、不可逆性の温度ヒューズが必要とされる。温度ヒューズは周囲温度が高すぎる場合に電流を通す導体を遮断する、すなわちヒューズをトリガする。温度ヒューズは、高電流によってトリガ温度に到達してしまわないよう構成されており、高電流によってではなく専ら高い周囲温度によってトリガされ得るよう保証されている。上に述べた形式の温度ヒューズは電気的モジュールのための独立した遮断経路を提供するためにも使用され、例えば構成素子の故障、外部影響による短絡、絶縁材料の機能エラー等によってモジュール内の温度が許容できない程に高くなった場合に、電流の流れが確実に遮断される。
【０００３】
従来の温度ヒューズは大抵、トリガされた場合に弾性力によってコンタクトを開放するはんだ付けされた板ばねのような、固定的なばねを基礎としている。この際トリガされていない場合にも接続箇所に対して機械的な力が持続的に作用し、このことは特に使用時間が長い場合、例えば自動車分野において作動時間が長い場合には質の問題をもたらし得る。とりわけある程度の時間が経過すると、はんだ付け箇所の損傷が生じ得る。
【０００４】
温度ヒューズの択一的実施形態では、溶融材料からなる導電性の溶融エレメントが使用される。溶融エレメントはトリガ温度において溶融し始め、これによって導電接続が遮断される。このような溶融エレメントは基本的には２つの接続領域の間に配置されており、溶融エレメントの溶融後には、溶融エレメントの溶融した材料が表面張力によってこれら２つの接続領域に集結する。これら接続領域同士の間に溶融材料からなる導電性のブリッジが残存することなく１つまたは２つの接続領域に溶融材料のコーティングないし滴が形成された場合には、分離は成功であった。
【０００５】
以下のような接続領域を用いた実験、すなわち溶融エレメントに完全に当接している接続領域の端面が、溶融エレメントの当接面の横断面と同じ大きさであるような接続領域、乃至は、接続領域の端部が溶融エレメントを完全に包囲しているようなカップ形状の接続領域を用いた実験では、これらの接続領域が必ずしも確実にトリガしないことが観察された。なぜならこれらの接続領域におけるコーティングないし滴の間に溶融材料からなる導電性のブリッジが残存しているからである。
【０００６】
したがって本発明の課題は、冒頭に述べた形式の温度ヒューズであって、確実にトリガする温度ヒューズを提供することである。
【０００７】
この課題は、請求項１に記載した温度ヒューズによって解決される。
【０００８】
本発明の有利な実施形態は従属請求項に示されている。
【０００９】
本発明によれば、温度ヒューズは、とりわけ自動車分野に使用するためのモジュールにおける電流を遮断するためのものである。温度ヒューズは、接続領域を備える接続エレメントと、溶融材料からなる溶融エレメントとを含む。溶融エレメントの端部は、溶融エレメントと接続領域との間の導電性接続を形成するために接続領域に取り付けられている。接続エレメントは、溶融した溶融材料を収容するための拡散領域を有する。拡散領域は拡散面を有しており、この拡散面上にて、溶融エレメントの溶融時に溶融した溶融材料の一部または全部が拡散する。この際、拡散面は正の曲率を有しない。
【００１０】
上記の温度ヒューズにおける技術思想は、溶融した溶融材料を収容するための拡散領域を、トリガ時に溶融した溶融材料の表面張力を利用することによって溶融エレメントを介した電流路の分離を支持するように構成することにある。とりわけ接続エレメントは拡散領域において平面構造を有しており、この平面構造において、とりわけ溶融した溶融材料の拡散に関するエネルギ障壁が回避される。このことはとりわけ、表面エネルギを低減するために拡散面が０または正の曲率しか有さないようにし、とりわけ負の曲率を回避することによって達成することができる。これによって、温度ヒューズの接続領域同士間に溶融材料からなるブリッジが残存する危険性を最小限にすることができる。
【００１１】
さらに温度ヒューズは、間に溶融エレメントが収容された２つの接続エレメントを有することができ、溶融エレメントの端部はそれぞれ対応する接続エレメントに取り付けられている。
【００１２】
１つの実施形態によれば、拡散面は平坦な面とすることができる。とりわけ拡散面は、溶融エレメントが接続エレメントに当接する方向に対して実質的に垂直に延在することができる。
【００１３】
別の１つの実施形態によれば、拡散面は、カップ形状の構造体の内面に相当することができ、このカップ形状の構造体は、カップ形状の構造体内にある溶融エレメントの横断面よりも大きい内径を有する。とりわけカップ形状の構造体の容積は、溶融エレメントの溶融材料の体積の少なくとも半分に相当することができる。
【００１４】
さらにカップ形状の構造体の底面は、溶融エレメントの端部の断面積よりも大きいものとすることができる。
【００１５】
別の１つの実施形態によれば、拡散面は、漏斗形状の構造体の内面に相当することができる。とりわけこの漏斗形状の構造体の尖端部は面によって平坦にすることができ、この面は、溶融エレメントの端部の断面積よりも小さいか同じである。
【００１６】
さらに拡散面は、中空球の構造体の内面を含むことができ、この中空球の構造体の内径は、ある位置においては溶融エレメントの直径よりも大きい。
【００１７】
以下、有利な実施形態を添付図面に基づいてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１ａおよび１ｂは、従来の温度ヒューズを、トリガされていない状態ないしトリガされた状態にて図示している。
【図２】図２は、カップ形状の接続領域を備えた従来の温度ヒューズを図示している。
【図３】図３ａおよび３ｂは、拡張された接続領域を備えた温度ヒューズを、トリガされていない状態ないしトリガされた状態にて図示している。
【図４】図４ａおよび４ｂは、別の温度ヒューズを、トリガされていない状態ないしトリガされた状態にて図示している。
【図５】図５ａおよび５ｂは、別の温度ヒューズを、トリガされていない状態ないしトリガされた状態にて図示している。
【実施例】
【００１９】
以下の説明において、同じ参照記号は、同じまたは類似した機能を有するエレメントを表している。
【００２０】
図１ａおよび１ｂには、２つの接続エレメント２を有する従来の温度ヒューズ１が図示されており、これら２つの接続エレメント２の間には導電性の溶融エレメント３が配置されている。溶融エレメント３の両端はそれぞれ接続線路２の接続領域４に固定されており、例えばはんだ付けされている。溶融エレメント３とのコンタクト箇所における接続エレメント２の断面と、溶融エレメント３の端部の断面は実質的に同じであり、したがって接続エレメントの表面は、実質的に同一面上に溶融エレメント３に移行している。
【００２１】
温度ヒューズ１の周囲温度が閾値を上回ると、溶融エレメント３の溶融材料が溶融する。溶融エレメントの溶融材料は、有利には例えば溶融した状態において高い表面エネルギ、つまり表面張力を有するはんだのような低温で溶融する金属ないし合金である。溶融エレメント３の表面上または内部にフラックス材料５を設けることができ、溶融時にはこの酸化被膜が破れて濡れないし表面張力が高まる。
【００２２】
溶融した溶融材料の表面張力に基づいて、液状の溶融材料は、接続エレメント２の接続領域４を超えて該接続領域４が位置する接続エレメント２の拡散面６に亘ってクリープする。これによってかつては露出していた接続エレメント２の表面に付加的な溶融材料が分布することとなり、この液状の溶融材料は、かつては接続エレメント２同士間の導電接続を形成していた溶融エレメント３の中心から消え去る。このことは溶融エレメント２が接続エレメント２における２つの溶融材料部分に完全に分かれるまで行われ、これら２つの溶融材料部分は滴またはコーティングとしてそれぞれの接続エレメント２の拡散面６に集まる。これによって接続エレメント２同士間の導電接続が遮断される。
【００２３】
この種の温度ヒューズの実験において、温度ヒューズが必ずしも確実にトリガされるわけではないということが判明した。なぜなら、溶融材料が溶融しても接続エレメント２同士間に溶融材料の導電性のブリッジが残存するからである。この理由は明らかに溶融材料の表面張力が小さすぎること、すなわち接続エレメント２の拡散面６、つまり拡散領域に分布する溶融した溶融材料の親和力が、接続エレメント２同士間の溶融材料を完全に分離するためには十分ではないということにある。
【００２４】
この現象を理解するためには表面自由エネルギの分析が意義深い。表面張力は、接続エレメント２の表面の表面自由エネルギと液状の溶融材料の表面の表面自由エネルギとの差に相当する。表面エネルギは一般的なギブス・トムソンの関係によれば、材料に依存した一定の成分と、溶融した材料が分布すべき表面の曲率に依存した成分とから合成されている。
Ｅ＝Ｅ０＋Ｅ１／ｒｋ
なお、Ｅは全体の表面エネルギ、Ｅ０は材料に依存した一定の表面エネルギの成分、Ｅ１／ｒｋは曲率に依存した表面エネルギの成分（ただしｒｋ＝曲率半径）に相当する。
【００２５】
温度ヒューズが図１ａおよび１ｂのように構成されている場合には曲率半径ｒｋ＝∞であるので、曲率に依存した表面エネルギはＥ１／ｒｋ＝０である。
【００２６】
接続エレメント２のカップ形状の接続領域４が溶融エレメント３の端部を完全に包囲している図２の温度ヒューズの場合には、表面自由エネルギの曲率に依存した成分はむしろ正である。なぜならカップ形状の接続領域４の縁部は正の曲率であるからである。この正の曲率は、溶融した溶融材料が接続エレメント２上の拡散領域６に亘って拡散することに対抗するエネルギ障壁であり、ひいては以下のような危険性、すなわち拡散領域６ないし接続エレメント２の表面に吸引される材料が少なすぎることにより接続エレメント２同士間に溶融材料からなる導電ブリッジが残ってしまうという危険性を高めるものである。
【００２７】
１つまたは複数の接続エレメント２の拡散領域６の幾何学形状を適切に選択することによって、トリガ中およびトリガ後における表面エネルギの曲率に依存した成分が負になるよう、ひいては溶融した溶融材料部分７の接続領域への集結が支持されるよう保証することができる。
【００２８】
図３ａおよび３ｂ、図４ａおよび４ｂ、図５ａおよび５ｂは温度ヒューズ１の複数の実施形態を図示しており、これらの温度ヒューズ１は溶融後にも、相応する拡散領域６内の溶融した溶融材料部分７にゼロの曲率または負の曲率を提供する。このようにして表面自由エネルギが低減され、これによって溶融した溶融材料の拡散が支持される。これによって接続エレメント２同士間に溶融材料からなるブリッジが残存する危険性が低下する。
【００２９】
図３ａおよび３ｂの実施形態では、拡散領域６が接続エレメント２の表面部分として構成されている。拡散領域６は、接続エレメント２の接続領域４を含んだ平坦な面を含む。換言すると接続領域４の面は、溶融エレメント３が溶融前に当接している接続領域４と、溶融した溶融材料が拡散する拡散面６とが１つの平坦な面に位置するように延在している。
【００３０】
有利には拡散面６は、接続エレメント２同士間に導電性ブリッジが確実に残存しなくなる量の溶融した溶融材料を収容するのに十分なサイズに形成されている。全体の面積は、とりわけ溶融材料の表面張力（材料特性）および溶融材料３の体積に依存している。しかしながら有利にはこの面積は、溶融エレメント３の溶融材料の半量の滴のために接続エレメント２の平坦な拡散面６上にスペースが確保されるサイズに選択されている。このサイズは例えば実験によって見つけることができる。
【００３１】
図４ａおよび４ｂの実施形態においては、拡散面６は、カップ縁部８とカップ底部９を備えるカップ形状に形成されている。カップ底部９は有利には平坦であり、溶融エレメント３の接続領域４よりも大きい面積を有している。拡散面６のカップ縁部８はカップ底部９から垂直に突出しているか、または、対向する接続エレメント２の方向または溶融エレメント３の方向に内側または外側に突出している。カップ底部９とカップ縁部８の間の角度は負の曲率を形成し、負の曲率は、溶融した溶融材料がカップ形状の拡散面６に亘って拡散するのを支持する。
【００３２】
カップ形状の拡散面６の容積、つまりカップ底部９に対向するカップ縁部８の縁によって画定される容積は、溶融した溶融材料部分７を収容するために、有利には溶融エレメント３の溶融材料の少なくとも半分の体積に相当するサイズを有する。図４ｂには、溶融した溶融材料のカップ形状の拡散面６への分布が図示されている。
【００３３】
図５ａおよび５ｂには、拡散面６が漏斗形状に形成されている別の１つの温度ヒューズ１が図示されている。このために図５の温度ヒューズは拡散領域として接続漏斗１０を有しており、接続漏斗１１は、接続エレメント２の接続領域４の面１１の周囲に配置されている。面１１と漏斗形状の拡散領域１０との間にも同じく負の曲率が存在し、この負の曲率が接続漏斗１０内における溶融した溶融材料の分布および拡散を支持する。図４ａおよび４ｂと同様にして、接続漏斗１０によって形成される容積は、溶融エレメント３の溶融材料の体積の少なくとも半分に相当するようになっている。
【００３４】
溶融材料は、全ての実施形態において低温で溶融するはんだとして構成することができる。はんだには有利には例えば溶融エレメント３の内部のフラックスコアのようなフラックスが設けられているか、または、はんだは溶融エレメント３の表面コーティングとして構成されている。
【００３５】
例えば対向する接続領域に向かって開かれた中空球などのような別の実施形態を設けることも可能であり、この中空球の内面も同様に負の曲率を有する。溶融した溶融材料が分布する領域のサイズは、溶融エレメントの体積、および、対応する接続エレメント３に堆積する溶融材料部分に依存している。温度ヒューズ１を完全に分離するために、溶融エレメント３の溶融時に、溶融した溶融材料が拡散領域の境界を超える必要がないようにすべきである。
【００３６】
図示した実施形態においては、対向し合う接続エレメント２同士は同一に構成されている。対向し合う接続エレメント同士を異なるように構成することも可能であり、これによってとりわけ溶融時に堆積する溶融材料部分の分布を変化させることができる。
【図１ａ】
2011527493.tif 000003
【図１ｂ】
2011527493.tif 000004
【図２】
2011527493.tif 000005
【図３ａ】
2011527493.tif 000006
【図３ｂ】
2011527493.tif 000007
【図４ａ】
2011527493.tif 000008
【図４ｂ】
2011527493.tif 000009
【図５ａ】
2011527493.tif 000010
【図５ｂ】
2011527493.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月1日(2011.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュールにおける電流を遮断するための温度ヒューズ（１）であって、
・接続領域を有する接続エレメント（２）と、
・溶融材料からなる溶融エレメント（３）とを含み、
前記溶融エレメント（３）の端部は、該溶融エレメント（３）と前記接続エレメント（２）との間の導電接続を形成するために前記接続領域に取り付けられており、
前記接続エレメント（２）は、溶融した前記溶融材料を収容するための拡散領域を有する、
温度ヒューズ（１）において、
前記拡散領域は、拡散面（６）を有しており、
該拡散面上にて、前記溶融エレメントの溶融時に溶融した溶融材料の一部または全部が拡散し、
前記拡散面（６）は、正の曲率を有さない、
ことを特徴とする温度ヒューズ（１）。
【請求項２】
２つの接続エレメント（２）が設けられており、
これらの接続エレメント（２）の間に前記溶融エレメント（３）が配置されており、
前記溶融エレメント（３）の端部はそれぞれ対応する接続エレメント（２）に取り付けられている、
ことを特徴とする請求項１記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項３】
前記拡散面（６）は平坦な面である、
ことを特徴とする請求項１または２記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項４】
前記拡散面（６）は、前記溶融エレメント（３）が前記接続エレメントに当接する方向に対して垂直に延在する、
ことを特徴とする請求項３記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項５】
前記拡散面は、カップ形状の構造体の内面に相当し、
該カップ形状の構造体は、前記カップ形状の構造体内にある前記溶融エレメント（３）の横断面よりも大きい内径を有する、
ことを特徴とする請求項１または２記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項６】
前記カップ形状の構造体の容積は、前記溶融エレメント（３）の溶融材料の体積の少なくとも半分に相当する、
ことを特徴とする請求項５記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項７】
前記カップ形状の構造体の底面（９）は、前記溶融エレメント（３）の端部の断面積よりも大きい、
ことを特徴とする請求項５または６記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項８】
前記拡散面（６）は、漏斗形状の構造体の内面に相当する、
ことを特徴とする請求項１または２記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項９】
前記漏斗形状の構造体の尖端部は面によって平坦になっており、
前記面は、前記溶融エレメント（３）の端部の断面積よりも小さいか同じである、
ことを特徴とする請求項８記載の温度ヒューズ（１）。
【請求項１０】
前記拡散面（６）は、中空球の構造体の内面に相当し、
該中空球の構造体の内径は、ある位置において前記溶融エレメント（３）の直径よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１または２記載の温度ヒューズ（１）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記の温度ヒューズにおける技術思想は、溶融した溶融材料を収容するための拡散領域を、トリガ時に溶融した溶融材料の表面張力を利用することによって溶融エレメントを介した電流路の分離を支持するように構成することにある。とりわけ接続エレメントは拡散領域において平面構造を有しており、この平面構造において、とりわけ溶融した溶融材料の拡散に関するエネルギ障壁が回避される。このことはとりわけ、表面エネルギを低減するために拡散面が０または負の曲率しか有さないようにし、とりわけ正の曲率を回避することによって達成することができる。これによって、温度ヒューズの接続領域同士間に溶融材料からなるブリッジが残存する危険性を最小限にすることができる。
【国際調査報告】
2011527493.tif 000012
2011527493.tif 000013
2011527493.tif 000014
2011527493.tif 000015