(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易に実現できると共に、効率的に過熱及び過電流を検知できる過熱及び過電流検知素子を提供する。【解決手段】過熱及び過電流検知素子１０は、絶縁性基板１の上に設けた抵抗体２と、絶縁層４により抵抗体２と電気的に絶縁して、絶縁性基板１の上に抵抗体２と隣接して配置され、温度に応じて抵抗値が変化する感温素子５と、を備える。【選択図】図１
2016092210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板の上に設けた抵抗体と、
前記抵抗体と電気的に絶縁して、前記絶縁性基板の上に前記抵抗体と隣接して配置され、温度に応じて抵抗値が変化する感温素子と、
を備えた、過熱及び過電流検知素子。
【請求項２】
前記感温素子は、絶縁体を介して前記抵抗体の上に配置されている、請求項１に記載の過熱及び過電流検知素子。
【請求項３】
前記感温素子は、前記絶縁性基板の上に前記抵抗体と並置されている、請求項１に記載の過熱及び過電流検知素子。
【請求項４】
前記感温素子は、前記絶縁性基板を挟んで前記抵抗体と対向して配置されている、請求項１に記載の過熱及び過電流検知素子。
【請求項５】
前記感温素子と前記抵抗体との最近接距離は、５μｍ〜４００μｍの範囲である、請求項１から４のいずれか一項に記載の過熱及び過電流検知素子。
【請求項６】
前記感温素子は、ＰＴＣサーミスタである、請求項１から５のいずれか一項に記載の過熱及び過電流検知素子。
【請求項７】
前記感温素子は、ＮＴＣサーミスタである、請求項１から５のいずれか一項に記載の過熱及び過電流検知素子。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の前記過熱及び過電流検知素子と、
負荷を含む回路に設けられ、前記過熱及び過電流検知素子の前記感温素子による電圧信号に基づいて、前記負荷を含む回路をスイッチングするスイッチング素子と、
を備えた、スイッチング回路。
【請求項９】
前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタである、請求項８に記載のスイッチング回路。
【請求項１０】
前記スイッチング素子は、バイポーラトランジスタである、請求項８に記載のスイッチング回路。
【請求項１１】
前記スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタである、請求項８に記載のスイッチング回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過熱及び過電流検知素子、特に、サーミスタを用いた過熱及び過電流検知素子及び該素子を用いたスイッチング回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体部品は、周囲温度が高い場合、それに流すことができる電流値が小さくなる。そこで、半導体部品を含む回路中に流れる電流が半導体部品にとって過電流とならないように過電流検知回路が設けられる場合がある。例えば、回路中にシャント抵抗を接続して過電流を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−１５５３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シャント抵抗を用いて過電流を検出する場合、周囲温度の変化を考慮できないため、周囲温度が高い状態に合わせ、過電流と判定する電流値を設定する場合がある。このため、常温付近であっても過電流と見なされる電流値が小さくなり、常温付近で十分な電流を流すことができなくなるという問題があった。
【０００５】
また、半導体部品は、過電流が流れなくても、長時間の連続使用などで温度上昇してしまうことがある。半導体部品の異常を検知するためには、過電流だけでなく、過熱についても検知する必要があるが、シャント抵抗には過電流を検知する機能しかない。このため、過電流を検出するためのシャント抵抗以外に、温度を検出するための温度検知部品を半導体部品の近傍に配置して、その過熱を検知する必要がある。
【０００６】
しかし、過熱と過電流とをそれぞれ検出する素子を別々に設けて、過熱及び過電流のそれぞれを検出する回路を個別に構成すると、検出回路の構成が複雑になると共に、それぞれの検出が非効率的になるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、簡易に実現できると共に、効率的に過熱及び過電流を検知できる過熱及び過電流検知素子及び該素子を用いたスイッチング回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る過熱及び過電流検知素子は、絶縁性基板の上に設けた抵抗体と、
前記抵抗体と電気的に絶縁して、前記絶縁性基板の上に前記抵抗体と隣接して配置され、温度に応じて抵抗値が変化する感温素子と、
を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る過熱及び過電流検知素子によれば、熱結合された抵抗体と感温素子とを備える。抵抗体は、過電流を検出したい回路に接続され、感温素子は、過熱を検出したい部材の近傍に置かれる。これによって感温素子で部材の過熱を検出することができる。また、抵抗体と感温素子とは熱結合しているので、抵抗体に過電流が流れて過熱されると、その熱を熱結合している感温素子で受けることができる。これによって回路の過電流も熱に変換して検出できる。
以上のように、この過熱及び過電流検知素子によれば、簡易に実現できると共に、効率的に過熱及び過電流を検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は、実施の形態１に係る過熱及び過電流検知素子の構成を示す概略図であり、（ｂ）は、その配線関係と熱結合の関係を示す概略図である。
【図２】感温素子であるＰＴＣサーミスタの温度と抵抗との関係を示すグラフである。
【図３】感温素子であるＮＴＣサーミスタの温度と抵抗との関係を示すグラフである。
【図４】実施の形態１に係る過熱及び過電流検知素子を含むスイッチング回路の一例を示す回路図である。
【図５】抵抗体を流れる電流値と温度との関係を示すグラフである。
【図６】図４のスイッチング回路に用いる感温素子であるＰＴＣサーミスタの温度と抵抗との関係を示すグラフである。
【図７】変形例１として、感温素子としてＮＴＣサーミスタを用いた過熱及び過電流検知素子を含むスイッチング回路の一例を示す回路図である。
【図８】（ａ）は、実施の形態１に係る過熱及び過電流検知素子の製造方法において、絶縁性基板の表面に導体パターン１及び導体パターン２を設けた状態を示す平面図であり、（ｂ）は、側面図であり、（ｃ）は、底面図であり、（ｄ）は、正面図である。
【図９】図８（ａ）の絶縁性基板の表面の導体パターン１の上に絶縁層を設けた状態を示す概略図である。
【図１０】絶縁層の上に感温素子を設けて、実施の形態１に係る過熱及び過電流検知素子を構成した状態を示す概略図である。
【図１１】図１０の過熱及び過電流検知素子に保護用のキャップを設けた概略図である。
【図１２】図１０の過熱及び過電流検知素子に保護用のポッティングを設けた概略図である。
【図１３】実施の形態２に係る過熱及び過電流検知素子の構成を示す概略図である。
【図１４】（ａ）は、実施の形態３に係る過熱及び過電流検知素子の製造方法において、絶縁性基板の表面に導体パターン１及び導体パターン２を設けた状態を示す平面図であり、（ｂ）は、側面図であり、（ｃ）は、底面図であり、（ｄ）は、正面図である。
【図１５】図１４（ａ）の絶縁性基板の表面の導体パターン１の上に絶縁層を設けた状態を示す概略図である。
【図１６】絶縁層の上に感温素子を設けて、実施の形態２に係る過熱及び過電流検知素子を構成した状態を示す概略図である。
【図１７】図１６の過熱及び過電流検知素子に保護用のキャップを設けた概略図である。
【図１８】（ａ）は、実施の形態４に係る過熱及び過電流検知素子の製造方法において、絶縁性基板の表面に導体パターン２を設けた状態を示す平面図であり、（ｂ）は、側面図であり、（ｃ）は、絶縁性基板の裏面に導体パターン１を設けた状態を示す底面図であり、（ｄ）は、正面図である。
【図１９】感温素子を設けて、実施の形態３に係る過熱及び過電流検知素子を構成した状態を示す概略図である。
【図２０】図１９の過熱及び過電流検知素子に保護用のキャップを設けた概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の態様に係る過熱及び過電流検知素子は、絶縁性基板の上に設けた抵抗体と、
前記抵抗体と電気的に絶縁して、前記絶縁性基板の上に前記抵抗体と隣接して配置され、温度に応じて抵抗値が変化する感温素子と、
を備える。
【００１２】
第２の態様に係る過熱及び過電流検知素子は、上記第１の態様において、前記感温素子は、絶縁体を介して前記抵抗体の上に配置されていてもよい。
【００１３】
第３の態様に係る過熱及び過電流検知素子は、上記第１の態様において、前記感温素子は、前記絶縁性基板の上に前記抵抗体と並置されていてもよい。
【００１４】
第４の態様に係る過熱及び過電流検知素子は、上記第１の態様において、前記感温素子は、前記絶縁性基板を挟んで前記抵抗体と対向して配置されていてもよい。
【００１５】
第５の態様に係る過熱及び過電流検知素子は、上記第１から第４のいずれかの態様において、前記感温素子と前記抵抗体との最近接距離は、５μｍ〜４００μｍの範囲であってもよい。
【００１６】
第６の態様に係る過熱及び過電流検知素子は、上記第１から第５のいずれかの態様において、前記感温素子は、ＰＴＣサーミスタであってもよい。
【００１７】
第７の態様に係る過熱及び過電流検知素子は、上記第１から第５のいずれかの態様において、前記感温素子は、ＮＴＣサーミスタであってもよい。
【００１８】
第８の態様に係るスイッチング回路は、上記第１から第７のいずれかの態様に係る前記過熱及び過電流検知素子と、
負荷を含む回路に設けられ、前記過熱及び過電流検知素子の前記感温素子による電圧信号に基づいて、前記負荷を含む回路をスイッチングするスイッチング素子と、
を備える。
【００１９】
第９の態様に係るスイッチング回路は、上記第８の態様において、前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタであってもよい。
【００２０】
第１０の態様に係るスイッチング回路は、上記第８の態様において、前記スイッチング素子は、バイポーラトランジスタであってもよい。
【００２１】
第１１の態様に係るスイッチング回路は、上記第８の態様において、前記スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタであってもよい。
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態における過熱及び過電流検知素子及びスイッチング回路について詳細に説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
【００２３】
（実施の形態１）
図１（ａ）は、実施の形態１に係る過熱及び過電流検知素子１０の構成を示す概略図であり、（ｂ）は、過熱及び過電流検知素子１０の抵抗体２と感温素子５との配線関係と、抵抗体２と感温素子５との熱結合の関係を示す概略図である。図２は、感温素子であるＰＴＣサーミスタの温度と抵抗との関係を示すグラフである。図３は、感温素子であるＮＴＣサーミスタの温度と抵抗との関係を示すグラフである。
実施の形態１に係る過熱及び過電流検知素子１０は、絶縁性基板１の上に設けた抵抗体２と、抵抗体２と電気的に絶縁して、絶縁性基板１の上に抵抗体２と隣接して配置され、温度に応じて抵抗値が変化する感温素子５と、を備える。この抵抗体２と感温素子５とは、絶縁層４を介して隣接して配置されており、熱結合している。この「熱結合」とは、抵抗体２から感温素子５への熱伝導が良好であることを意味している。「熱結合」は、例えば、抵抗体２と感温素子５とが、絶縁層４又は絶縁性基板１を介して重なって配置されている場合、並置されている場合、等によってを実現できる。感温素子５は、例えば、ＰＴＣサーミスタ、あるいは、ＮＴＣサーミスタを用いることができる。
【００２４】
この過熱及び過電流検知素子１０によれば、抵抗体２が過電流を検出したい回路に接続される。感温素子５は、過熱を検出したい部材の近傍に置かれる。これによって感温素子５で過熱を検出することができる。また、上記のように、抵抗体２と感温素子５とは熱結合しているので、抵抗体２を過電流が流れると抵抗体２が過熱され、その熱を熱結合している感温素子５で受けることができる。これによって過電流も熱に変換して検出できる。
以上のように、この過熱及び過電流検知素子１０によれば、簡易に実現できると共に、効率的に過熱及び過電流を検知できる。
【００２５】
以下に、この過熱及び過電流検知素子１０を構成する部材について説明する。
【００２６】
＜絶縁性基板＞
絶縁性基板１としては、アルミナ等のセラミック材料を用いたセラミック基板、ガラス基板、ガラスエポキシ基板、等の電気絶縁性基板を用いることができる。
【００２７】
＜抵抗体（導体パターン１）＞
抵抗体２は、絶縁性基板１の上に設けられた導体パターン１からなる。抵抗体２を構成する導体パターン１としては、例えば、Ａｇペースト、Ｃｕペースト等の導電性ペーストを焼き付けたもの、ＲｕＯ２、Ａｇ／Ｐｄ合金からなる抵抗ペーストを焼き付けたもの、あるいは、Ｃｕ箔を用いることができる。また、抵抗体２は、例えば、Ａｇ又はＣｕの厚膜又は厚膜抵抗体であってもよい。さらに、表面にＮｉめっき、Ｓｎめっき、Ａｕめっきを形成してもよい。この導体パターン１の厚み、幅、長さを調整することで、容易に抵抗体２における抵抗値を所望の値に設定でき、発熱量を変えることができる。
この抵抗体２は、過電流を検出したい回路に接続される。回路に流れる電流が増加すると、抵抗体２を流れる電流も増加し、電流値の２乗に比例して発熱量が変化する。
【００２８】
＜導体パターン２、スルーホール電極、端子電極＞
感温素子５を実装する実装部３として、絶縁性基板１の上に導体パターン２が設けられる。導体パターン２としては、例えば、Ａｇペースト、Ｃｕペーストを焼き付けたもの、あるいは、Ｃｕ箔を用いることができる。さらに、表面にＮｉめっき、Ｓｎめっき、Ａｕめっきを形成してもよい。また、導体パターン２は、絶縁性基板１の表面と裏面とをつなげるスルーホール内にも設けられ、裏面側の端子電極８と接続するスルーホール電極７となる。
なお、導体パターン２は、導体パターン１と同じ材料で構成してもよく、あるいは異なる材料で構成してもよい。
【００２９】
＜絶縁層＞
抵抗体２の上に絶縁層４が設けられる。絶縁層４としては、例えば、ガラスペーストを焼き付けたもの、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂膜等を用いることができる。
なお、絶縁層４は、抵抗体２と感温素子５とを電気的に絶縁するために設けられる。そのため、抵抗体２と感温素子５とを並置する場合（図１３）や、絶縁性基板１を挟んで抵抗体２と感温素子５とを互いに対向して配置する場合（図１９）には絶縁層は設けないでもよい。
【００３０】
＜感温素子＞
感温素子５は、抵抗体２と電気的に絶縁して、絶縁性基板１の上に抵抗体２と隣接して配置される。具体的には、絶縁層４の上に感温素子５が設けられる。感温素子５は、接合部６を介して実装部３と接続される。感温素子５としては、温度に応じて抵抗値が変化するものであれば利用できる。例えば、所定温度で急激に抵抗値が上昇する抵抗値特性を有するＰＴＣサーミスタ（図２）、あるいは、所定温度付近で比較的緩やかに抵抗値が減少する抵抗値特性を有するＮＴＣサーミスタ（図３）を用いることができる。
なお、感温素子５は、例えば、０．５ｍｍ×０．２ｍｍ程度から１．０ｍｍ×０．５ｍｍ程度の大きさのものを使用できる。なお、上記大きさは一例であって、より小さいもの、あるいはより大きなものであってもよい。
感温素子５は、抵抗体２と電気的に絶縁して、抵抗体２と隣接して配置される。図１（ａ）の場合には、感温素子５は、絶縁層４を介して抵抗体２の上に配置される。なお、感温素子５は、抵抗体２と電気的に絶縁していればよく、図１の場合に限られず、例えば、抵抗体２と並置（図１３）、あるいは、絶縁性基板１を挟んで抵抗体と対向して配置（図１９）されていてもよい。感温素子５と抵抗体２との最近接距離は、５μｍ〜４００μｍの範囲であることが好ましい。これによって、抵抗体２と感温素子５との熱結合を良好なものとすることができる。
感温素子５は、過熱を検出したい部材の近傍に置かれる。これによって感温素子５で部材の過熱を検出することができる。
また、感温素子５は、抵抗体２と隣接して配置されているので、抵抗体２と熱結合している。感温素子５と抵抗体２とが良好な熱結合をするには、これらが重なるように配置することが好ましい。また、これらの間には電気的な絶縁を確保できるように樹脂やガラス厚膜などを設けてもよい。さらに、熱結合を良好にするためにポッティング９ｂ（図１２）したり、感温素子５と抵抗体２との間にシリコーングリスを塗布してもよい。
感温素子５と抵抗体２とが熱結合しているので、抵抗体２を過電流が流れると抵抗体２が過熱され、その熱を熱結合している感温素子５で受けることができる。これによって回路中の過電流も熱に変換して検出できる。
【００３１】
＜キャップ、ポッティング＞
この過熱及び過電流検知素子は、感温素子５が隠れるようにキャップ９ａ（図１１）を被せたり、樹脂でポッティング９ｂ（図１２）してもよい。
【００３２】
＜スイッチング回路＞
図４は、実施の形態１に係る過熱及び過電流検知素子１０を含むスイッチング回路２０の一例を示す回路図である。
このスイッチング回路２０は、過熱及び過電流検知素子１０と、スイッチング素子１２とを備える。スイッチング素子１２は、負荷１８を含む回路に設けられ、過熱及び過電流検知素子１０の感温素子５による電圧信号に基づいて、負荷を含む回路をスイッチングする。ここではスイッチング素子１２として、ｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴを用いている。
【００３３】
＜スイッチング素子＞
スイッチング素子１２としては、例えば、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等を用いることができる。電界効果トランジスタとしては、ＭＯＳ  ＦＥＴがあり、ｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴ、ｐチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴを含む。バイポーラトランジスタとしては、ＮＰＮトランジスタ、ＰＮＰトランジスタを含む。
なお、スイッチング素子としてＭＯＳ  ＦＥＴを用いる場合には、ＯＮ抵抗の比較的低いｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴを用いることが好ましい。また、バイポーラトランジスタを用いる場合には、スイッチング特性が比較的良好なＮＰＮトランジスタを用いることが好ましい。
【００３４】
図４では、各部品は以下のように接続する。
１）スイッチング素子であるｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴ１２のゲートとドレインとの間には、過熱及び過電流検知素子１０のＰＴＣサーミスタ５を接続する。
２）ｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴ１２のソースとゲートとの間には、固定抵抗１４を接続する。
３）ｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴ１２のソースから電源を介してドレインに至る回路中に、過熱及び過電流検知素子１０の抵抗体２と、負荷１８と、を接続する。これによって過電流を検出しようとする回路中に抵抗体２を接続できる。なお、抵抗体２は、電源１６の正極側に接続する場合に限られず、電源１６の負極側に接続してもよい。
４）過熱及び過電流検知素子１０のＰＴＣサーミスタ５を過熱を検出したい部材の箇所に配置する。
なお、この回路では、抵抗体２の一端と感温素子５の一端が電気的に接続されている。
【００３５】
＜作用について＞
図５は、抵抗体２を厚膜Ａｇで形成し、幅１．０ｍｍ、厚さ１５μｍとした時の抵抗体２を流れる電流値と抵抗体２の表面温度との関係を示すグラフである。この時の抵抗体２の抵抗値は３ｍΩである。
図６は、図４のスイッチング回路２０に用いる感温素子５であるＰＴＣサーミスタの温度と抵抗値との関係を示すグラフである。
回路に接続された抵抗体２の抵抗値をＲ（Ω）とし、回路電流をＩ（Ａ）とすると、抵抗体２は、Ｉ２Ｒ（Ｊ）の発熱を生じる。この発熱は、電流Ｉの２乗に比例するため、正常電流時の発熱に対して過大な電流が流れた時に非常に大きな発熱を生じることになる。
抵抗体２で発生した熱が感温素子５に伝わり、感温素子５の温度が上昇し、感温素子５の抵抗値を変化させる。例えば、感温素子５であるＰＴＣサーミスタのキュリー温度を８５℃とした場合、２５℃で１．２ｋΩであった抵抗値は、上述の抵抗体２に１２Ａ流すことで１００ｋΩを超える抵抗値に変化する。この感温素子５における抵抗値変化を利用して部材の過熱だけでなく回路中の過電流も検知することができる。
【００３６】
具体的には、以下のように動作する。
まず、過熱により部材の温度が上昇すると、ＰＴＣサーミスタ５の抵抗値が増加してゲート電圧がしきい値電圧より低下すると、スイッチング素子であるｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴ１２によって回路がＯＦＦされ、その結果、負荷１８への通電が遮断される。
また、抵抗体２に過電流が流れると抵抗体２が自己発熱し、抵抗体と熱結合している感温素子５の抵抗値が増加して、ゲート電圧がしきい値電圧より低下すると、スイッチング素子であるｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴ１２によって回路がＯＦＦされ、その結果、負荷１８への通電が遮断される。
これによって、部材の過熱だけでなく回路中の過電流を検出して、回路遮断（スイッチング）を行うことができる。
【００３７】
一方、従来のように過熱検知と過電流検知とを別々の検知素子で実現する場合、検出・遮断回路がそれぞれに必要になる。
上記のように、実施の形態１に係るスイッチング回路２０では、過熱及び過電流検知素子１０の一つの感温素子５の抵抗値変化による電圧信号に基づいて部材の過熱と回路の過電流とを両方とも検出して回路をスイッチングできるため、上記のように検出・遮断回路も１つでよい。
【００３８】
＜スイッチング素子の過電流からの保護について＞
また、ｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴ等のスイッチング素子を過電流から保護するのは、そのｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴを構成する半導体ペレットが過熱して熱暴走したり、半導体ペレットのはんだ付け部分が溶融することを防止するためである。本実施の形態１に係るスイッチング回路２０によれば、ｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴ等のスイッチング素子を過電流から防止するために有効である。
【００３９】
例えば、ｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴのＯＮ抵抗をＲｏｎとすると、ｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴの発熱は、Ｉ２Ｒｏｎとなり、上記抵抗体２と同様に電流の２乗に比例する。このためｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴと直列に抵抗体２を接続すると抵抗体２もｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴ内部の発熱状態と同じ傾向を示す。このため、ｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴから離れた場所でもｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴの電流による過熱を検知して回路をスイッチングすることができる。
また、スイッチング素子がバイポーラトランジスタの場合は、接合電圧Ｖｏｎとすると、接合温度はＶｏｎ×Ｉとなるため、この場合も電流と相関があるため、上記過熱及び過電流検知回路２０によって、バイポーラトランジスタの過電流による発熱を検知することができる。
以上のように、この過熱及び過電流検知素子１０では、スイッチング素子として用いるＭＯＳ  ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の半導体ペレットの発熱状態と相関が強い抵抗体２の近傍に感温素子５を配置して、抵抗体２と感温素子５とを熱結合させているため、スイッチング素子の半導体ペレットの発熱状態をきわめて早く検出して、回路をスイッチングすることが可能になる。
【００４０】
また、これらの半導体部品は周囲温度が高い場合、それに流すことができる電流値が小さくなる。従来技術のように、シャント抵抗などを使用した過電流検知回路では、周囲温度の変化を考慮できないため周囲温度が高い状態に合わせて保護電流を設定するため、常温付近であっても過電流と見なされる電流値が小さくなり、十分な電流を流すことができなかった。この場合、余裕があると思われる状態でもわずかな電流しか流せない、いわゆるオーバスペックの状態での使用を余儀なくされていた。
しかし、本発明に係る過熱及び過電流検知素子１０では、周囲温度が高い場合、過熱を検出する対象とするスイッチング素子であるＮチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴ等と同じように感温素子５の温度も高くなる。このため、許容される発熱量は小さくなるため、抵抗体２に流れる電流が比較的小さな電流であっても過熱と異常判定される抵抗値まで上昇する。一方、常温付近では感温素子５の温度も低いため、許容される発熱量は大きくなるため、周囲温度が高い場合よりも大きな電流を流すことができる。
感温素子５自体の温度は、周囲温度に応じて変化する。そこで、感温素子５の抵抗値について、異常判定する抵抗値が一定であっても、周囲温度が常温付近である場合と、高温付近である場合とで、許容される電流値が変わる。そのため、常温付近では、十分な電流を流すことが可能になる。
【００４１】
＜変形例１のスイッチング回路＞
図７は、変形例１として、感温素子としてＮＴＣサーミスタ５ａを用いた過熱及び過電流検知素子１０ａを含むスイッチング回路２０ａの一例を示す回路図である。
このスイッチング回路２０ａでは、図４のスイッチング回路２０と対比すると、感温素子としてＮＴＣサーミスタ５ａを用いている点で相違する。ＮＴＣサーミスタは、温度が上昇するにつれて抵抗値が比較的緩やかに減少する抵抗値特性を有する（図３）。また、このスイッチング回路２０ａでは、スイッチング素子としてＮＰＮトランジスタ１２ａを用いている点においても相違する。
このため、このスイッチング回路２０ａでは、以下のように各部品は接続される。
１）ＮＰＮトランジスタ１２ａのコレクタとベースとの間には、負荷１８と固定抵抗１４を接続する。
２）ＮＰＮトランジスタ１２ａのエミッタとベースとの間には、過熱及び過電流検知素子１０ａのＮＴＣサーミスタ５ａを接続する。
３）ＮＰＮトランジスタ１２ａのエミッタから電源を介してコレクタに至る回路中に、過熱及び過電流検知素子１０ａの抵抗体２と、負荷１８と、を接続する。なお、抵抗体２は、電源１６の負極側に接続する場合に限られず、電源１６の正極側に接続してもよい。
４）過熱及び過電流検知素子１０ａのＮＴＣサーミスタ５ａを過熱を検出したい部材の箇所に配置する。
なお、この回路では、抵抗体２の一端と感温素子５ａの一端が電気的に接続されている。
【００４２】
この過熱及び過電流検知回路２０ａによる動作は以下のようになる。
まず、過熱により部材の温度が上昇すると、ＮＴＣサーミスタ５ａの抵抗値が低下して感温素子５ａへの印加電圧がしきい値電圧より低下すると、ＮＰＮトランジスタ１２ａによって負荷を含む回路がＯＦＦされ、その結果、負荷１８への通電が遮断される。
また、抵抗体２に過電流が流れると抵抗体２が自己発熱し、抵抗体２と熱結合している感温素子５ａの抵抗値が低下して感温素子５ａへの印加電圧がしきい値電圧より低下すると、ＮＰＮトランジスタ１２ａによって負荷を含む回路がＯＦＦされ、その結果、負荷１８への通電が遮断される。
以上のように、変形例１に係るスイッチング回路２０ａにおいても、過熱及び過電流検知素子１０ａの一つの感温素子５ａの抵抗値変化による電圧信号に基づいて部材の過熱と回路の過電流とを両方とも検出して回路をスイッチングできる。
これによって、部材の過熱だけでなく回路中の過電流を検出して、回路遮断（スイッチング）を行うことができる。
【００４３】
＜過熱及び過電流検知素子の製造方法＞
図８（ａ）は、実施の形態１に係る過熱及び過電流検知素子１０の製造方法において、絶縁性基板１の表面に導体パターン１（抵抗体２）及び導体パターン２（実装部３）を設けた状態を示す平面図であり、（ｂ）は、側面図であり、（ｃ）は、底面図であり、（ｄ）は、正面図である。図９は、図８（ａ）の絶縁性基板１の表面の導体パターン１の上に絶縁層４を設けた状態を示す概略図である。図１０は、絶縁層４の上に感温素子５を設けて、実施の形態１に係る過熱及び過電流検知素子１０を構成した状態を示す概略図である。図１１は、図１０の過熱及び過電流検知素子１０に保護用のキャップ９ａを設けた概略図である。図１２は、図１０の過熱及び過電流検知素子１０に保護用のポッティング９ｂを設けた概略図である。
【００４４】
以下に、過熱及び過電流検知素子１０の製造方法について説明する。
（１）絶縁性基板として、例えば、アルミナ基板１を用い、その上に導電性ペーストであるＡｇペーストを用いて、導体パターン１（抵抗体２）、導体パターン２（実装部３）、スルーホール電極７、端子電極８をそれぞれ印刷し、例えば、８５０℃で焼き付けする（図８（ａ）〜（ｄ））。このとき、導体パターン１は、抵抗体２を構成する。例えば、抵抗体２の厚さは２０μｍ、幅０．６ｍｍで形成する。端子電極８は、例えば、厚さ１０μｍで形成する。
（２）導体パターン１（抵抗体２）の一部の上にガラスペーストを印刷し、焼き付けして絶縁層４とする（図９）。絶縁層４は、例えば、１０μｍの厚さとする。
（３）上記のスルーホール電極７、端子電極８の上には、Ｎｉめっきを３μｍ形成した後、Ａｕめっきを厚さ１μｍ、またはＳｎめっき厚さ２μｍを形成してもよい。Ｎｉめっきは、はんだ食われを抑制し、ＳｎやＡｕめっきは、はんだぬれ性をよくすることができる。
（４）導体パターン２（実装部３）の上にはんだペーストを塗布し、感温素子であるキュリー温度１００℃のＰＴＣサーミスタ５をはんだ付けする（図１０）。
（５）液晶ポリマーからなる樹脂キャップ９ａをエポキシ系接着剤で接着する（図１１）。
（６）感温素子５は、シリコーン樹脂等でポッティング９ｂしてもよい（図１２）。
以上によって、過熱及び過電流検知素子１０を得ることができる。
【００４５】
（効果）
過熱及び過電流検知素子１０として、上述の効果に加えて、以下のそれぞれの効果が得られる。
絶縁性基板１としてアルミナ基板を用い、導体パターン１を厚膜Ａｇで形成し、絶縁層４をガラスペーストで形成しているため、導体パターン１の発熱による耐熱性が高く耐電流特性が高い。
感温素子５にＰＴＣサーミスタを用いているため温度による抵抗値の変化量が大きく、異常を検知し易い。また、感温素子５は、チップタイプのＰＴＣサーミスタを使用できるため、過熱及び過電流検知素子１０の小型低背化が容易である。さらに、感温素子５をポッティング９ｂすることで、導体パターン１と感温素子５の熱結合が良くなり、過電流検知速度が向上する。
端子電極８にスルーホールを使用しているため、１枚のアルミナ基板１上に多数のパターンを印刷焼き付けし、基板を作成した後、個片に分割できるので生産効率が高い。
導体パターン１の厚さ、幅、比抵抗を選択することで、抵抗体２の発熱特性を自由に選択することができる。
導体パターン１の代わりにＲｕＯ２やＡｇ／Ｐｄからなる厚膜抵抗体を用いて抵抗体２を構成すると、抵抗体２の抵抗値を大きくすることができる。このため、抵抗体２の発熱量Ｉ２Ｒを大きくすることができ、小さい電流でも過電流を検知可能になる。
絶縁層４を薄くすると、抵抗体２と感温素子５との間の熱抵抗を小さくすることができ、過電流検知速度を早くすることができる。
【００４６】
（実施の形態２）
図１３は、実施の形態２に係る過熱及び過電流検知素子１０ｂの構成を示す概略図である。
この過熱及び過電流検知素子１０ｂは、実施の形態１に係る過熱及び過電流検知素子１０と対比すると、絶縁性基板１の上に抵抗体２と感温素子５とを平行に配置している点で相違する。つまり、抵抗体２と感温素子５との間に絶縁層４を設けることなく、隣接して配置して熱結合を実現している。感温素子５と抵抗体２との間隔ｄは、５μｍ〜４００μｍの範囲であることが好ましい。また、感温素子５と抵抗体２との間には、電気的絶縁を維持しながら熱伝導を良好にする材料を配置してもよい。
【００４７】
（実施の形態３）
図１４（ａ）は、実施の形態３に係る過熱及び過電流検知素子１０ｃの製造方法において、絶縁性基板１ａの表面に導体パターン１（２）及び導体パターン２（３）を設けた状態を示す平面図であり、（ｂ）は、側面図であり、（ｃ）は、底面図であり、（ｄ）は、正面図である。図１５は、図１４（ａ）の絶縁性基板１ａの表面の導体パターン１（２）の上に絶縁層４を設けた状態を示す概略図である。図１６は、絶縁層４の上に感温素子５
を設けて、実施の形態２に係る過熱及び過電流検知素子１０ｃを構成した状態を示す概略図である。図１７は、図１６の過熱及び過電流検知素子１０ｃに保護用のキャップ９ａを設けた概略図である。
【００４８】
以下に、過熱及び過電流検知素子１０ｃの製造方法を説明する。
（１）絶縁性基板として、例えば、ガラスエポキシ基板１ａを用い、その上にＣｕ箔パターンを用いて、導体パターン１（抵抗体２）、導体パターン２（実装部３）、スルーホール電極７、端子電極８をそれぞれ形成した（図１４（ａ）〜（ｄ））。それぞれの上にはＡｕめっきを形成することが好ましい。Ａｕめっきは、はんだ付け性や導電性接着剤の接着性をよくすることができる。
（２）導体パターン１（抵抗体２）の一部の上に、例えばシリコーン樹脂を塗布して硬化して、絶縁層４とする（図１５）。
（３）導体パターン２（実装部３）の上に導電性接着剤を塗布し、感温素子であるＮＴＣサーミスタ５ａを接合する（図１６）。
（４）金属製のキャップ９ａをエポキシ系接着剤で接着する（図１７）。
以上によって、過熱及び過電流検知素子１０ｃを得ることができる。
【００４９】
（効果）
この過熱及び過電流検知素子１０ｃによれば、上述の効果に加えて、絶縁性基板としてガラスエポキシ基板１ａを使用することで安価にできるという効果が得られる。
【００５０】
（実施の形態４）
図１８（ａ）は、実施の形態４に係る過熱及び過電流検知素子１０ｄの製造方法において、絶縁性基板１の表面に導体パターン２（８）を設けた状態を示す平面図であり、（ｂ）は、側面図であり、（ｃ）は、絶縁性基板１の裏面に導体パターン１（２）を設けた状態を示す底面図であり、（ｄ）は、正面図である。図１９は、感温素子５を設けて、実施の形態３に係る過熱及び過電流検知素子１０ｄを構成した状態を示す概略図である。図２０は、図１９の過熱及び過電流検知素子１０ｄに保護用のキャップ９ａを設けた概略図である。
【００５１】
以下に、過熱及び過電流検知素子１０ｃの製造方法を説明する。
（１）絶縁性基板として、例えば、アルミナ基板１を用い、その上に導電性ペーストであるＡｇペーストを用いて、導体パターン１（抵抗体２）、導体パターン２（実装部３）、スルーホール電極７、端子電極８をそれぞれ印刷し、例えば、８５０℃で焼き付けする（図１８（ａ）〜（ｄ））。なお、導体パターン１は、表面ではなく裏面に形成している。このとき、導体パターン１からなる抵抗体２は、厚み２０μｍ、幅１．０ｍｍで形成する。また、端子電極８は、厚さ１０μｍで形成する。これらのスルーホール電極７、端子電極８の上にＮｉめっきを３μｍ形成した後、Ａｕめっきを１μｍ、またはＳｎめっき２μｍを形成してもよい。Ｎｉめっきは、はんだ食われを抑制し、ＳｎやＡｕめっきは、はんだぬれ性を良くすることができる。
（２）導体パターン２（実装部３）にはんだペーストを塗布し、感温素子であるキュリー温度１００℃のＰＴＣサーミスタ５をはんだ付けする（図１９）。なお、はんだは、例えば、Ｐｂ８５ｗｔ％、残部Ｓｎの高温はんだを使用する。
（３）液晶ポリマーからなる樹脂キャップ９ａをエポキシ系接着剤で接着する（図２０）。
【００５２】
（効果）
過熱及び過電流検知素子１０として、上述の効果に加えて、導体パターン１と感温素子５とを絶縁性基板１であるアルミナ基板自体で電気絶縁するため絶縁層の形成を省くことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る過熱及び過電流検知素子によれば、熱結合された抵抗体と感温素子とを備え、感温素子で部材の過熱を検出でき、抵抗体に過電流が流れて過熱されると、その熱を熱結合している感温素子で受けることができ、回路の過電流も熱に変換して検出できる。
そこで、簡易に実現できると共に、効率的に過熱及び過電流を検知できる過熱及び過電流検知素子として利用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１  絶縁性基板
１ａ  絶縁性基板
２  抵抗体（導体パターン１）
３  導体パターン２
４  絶縁層
５  感温素子（ＰＴＣサーミスタ）
５ａ  感温素子（ＮＴＣサーミスタ）
６  接合部材
７  スルーホール電極
８  端子電極
９ａ  キャップ
９ｂ  ポッティング
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  過熱及び過電流検知素子
１２  ｎチャネル  ＭＯＳ  ＦＥＴ
１２ａ  ＮＰＮトランジスタ
１４  固定抵抗
１６  電源
１８  負荷
２０、２０ａ  スイッチング回路
【図１】
2016092210.tif 000003
【図２】
2016092210.tif 000004
【図３】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2016092210.tif 000018
【図１７】
2016092210.tif 000019
【図１８】
2016092210.tif 000020
【図１９】
2016092210.tif 000021
【図２０】
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