(57)【要約】 【課題】  コイル端末部のからげ・半田付け後の接合部には外的ストレスを与えることなく、半田接合部の接合品質を確保した電流センサを提供する。【解決手段】  電流センサは、Ｌ字形端子５を有し、該Ｌ字形端子５は実装部として外装ケース４に貫通する長手側端子５ｂと、コイル両端末部をからげて半田接合する短手側端子５ｃとを各々を分離・独立形成することで、該半田接合部への外的ストレスを回避する。更に、該長手側端子５ｂには、貫通ストッパ用の潰し部５ａを形成して、コイルに接触して線材を損傷することを防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高透磁率材料のコアと、前記コアを収納するコアケースと、前記コアケースに巻回されたコイルと、前記コイルの端末部を電気的に接続する端子と、外装ケースで構成してなる電流センサであって、前記端子は、Ｌ字形を成し、前記Ｌ字形の屈曲する２辺の一辺を前記外装ケースに貫通してなることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記Ｌ字形の屈曲する２辺の一辺には、潰し部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
【請求項３】
前記Ｌ字形の屈曲する２辺の一辺の外装ケースへの貫通方向は、前記外装ケースの底面に対し垂直あるいは水平な方向の何れでもよいことを特徴とする請求項１ないし２記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器や漏電ブレーカ等に搭載される、スルーホール型の電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電流センサは、電子機器内を流れる電流を検知し、異常電流による機器の破壊、誤動作を防止するために用いられる部品で、配線回路上の電線ケーブル等を電流センサの中央開穴部に貫通させ、該電源ケーブルに流れる異常電流によって誘起される磁界をコアに巻回されたコイルで検出し、電圧信号に変換され帰還制御系に伝達される。
【０００３】
図１３〜図１６は、従来の電流センサを説明する図である。電流センサは、コア１と、コアケース２と、コアケース２に巻回された電流検出用のコイル３と、コイル３の端末部を電気的に接合するＩ字形端子８と、中央開穴部４ａを有する外装ケース４と、外装ケース４に充填したモールド樹脂６とで構成されている。また、コア１は、材質が高透磁率のパーマロイ材などが用いられ、環状に打ち抜いた薄板状コアを複数重ねた積層構造を成して、コアケース２に収納される。
【０００４】
図１３（ａ）はコアの積層外観図を、図１３（ｂ）はコアケースの外観図を、図１３（ｃ）はコイルの外観図で、コアをコアケースに収納し、その上に全周のほぼ均等にコイルを巻線した状態を、図１３（ｄ）はＩ字形端子の外観図を、図１３（ｅ）、図１３（ｆ）は外装ケースの断面図と正面図で、Ｉ字形端子を中央開穴部４ａを有する外装ケース４に挿入した状態をそれぞれ示す。
図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、コイル収納後の外装ケースの断面図と正面図で、コアを収納したコアケースの上に全周ほぼ均等に巻線したコイルを外装ケースに収納し、該コイルの両端末部を、外装ケースにあらかじめ貫通されたＩ字形端子の片側端部にからげて半田付けした状態をそれぞれ示す。
図１５（ａ）は、端子押し曲げ時の外装ケースの断面図で、上記のＩ字形端子の半田付け部８ａに、押曲げ治具７を用いて略Ｌ字形に押し曲げする状態を、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）は、端子押し曲げ後の外装ケースの断面図と正面図で、Ｉ字形端子を略Ｌ字形に押し曲げて外装ケースの高さ以内に収めた状態をそれぞれ示す。
図１６（ａ）、図１６（ｂ）は、樹脂モールド後の外装ケースの断面図と正面図で、各構成部品間の絶縁補強と固着のためにモールド樹脂６を外装ケース４にほぼ満杯となるよう充填した状態をそれぞれ示す。
このような、電流センサは、例えば特許文献１の従来技術として開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１２１２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電流センサにおいて、コイル３の端末部をＩ字形端子８にからげて半田付けした後、該Ｉ字形端子８を押曲げ治具７等を用いて押し曲げることにより、半田付け部８ａにストレスがかかり、半田付け部８ａの線材や半田に亀裂・キズ等が発生して接合部の品質を損なっていた。
【０００７】
また、折曲げ治具７等が、コイル３の線材に接触したり、押し付けられてストレスが与えられることで、線材の絶縁皮膜が傷付いてレアショート不良を発生したり、最悪の場合は線材の導体が傷付いて断線不良を発生させていた。
【０００８】
更には、近年の鉛フリー化による無鉛半田では、従来の有鉛半田に比べて硬度が増し、脆くなる為、外的ストレスによって溶接半田部が亀裂を起こし易くなるという懸念があった。
【０００９】
また、上記の半田付け部の亀裂や損傷等の接合具合を、工程内検査で確認・判定することは非常に困難であるため、市場での実動作時に初めて不具合として発見される場合が多かった。従って、半田接合品質の確保・維持するためには、半田付け部にストレスを与えないような方策が不可欠である。
【００１０】
従って、本発明は、コイル端末部のからげ・半田付け後の接合部に外的ストレスを与えることなく、半田接合部の接合品質を確保した電流センサ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】
【００１１】
本発明は、これらの問題を解決するため、端子をＬ字形状とし、屈曲する２辺の一辺を実装部として外装ケースに貫通し、他方をコイルの端末部を電気的に結合するための半田接合部として各々を分離・独立させ、該半田接合部への外的ストレスを回避する。なお、Ｌ字形端子の屈曲する２辺の長さは、実装部を半田接合部に比べ長くする。従って、以下、実装部を長手側端子、半田接合部を短手側端子とも呼ぶ。外装ケースに貫通した該Ｌ字形端子は、該半田接合部に触れないよう、２辺の屈曲部付近を指圧や簡易冶具等で挟んで、コイルに接触・押し付けることなく、外装ケース内の収納位置まで回転させて押し込むことができるので、外的ストレスによる溶接半田部の亀裂等の不具合を回避することができる。更に、上記のＬ字形端子の長手側端子には、端子押し込み時の挿入ストッパーの役目を果たす、潰し部を形成することで、コイルへの接触・押し付けを確実に防止することができる。また、外装ケースにモールド樹脂を充填することにより、Ｌ字形端子は固着される。
【００１２】
このように構成することで、からげ・半田付けする短手側端子への外的ストレスを軽減して半田接合部の品質を確保すると共に、コイルへの接触・押し付けストレスをなくして線傷・断線等の不良も削減することができ、電流センサの品質向上を図ることができる。
【００１３】
本発明によれば、高透磁率材料のコアと、前記コアを収納するコアケースと、前記コアケースに巻回されたコイルと、前記コイルの端末部を電気的に接続する端子と、外装ケースで構成してなる電流センサであって、前記端子は、Ｌ字形を成し、前記Ｌ字形の屈曲する２辺の一辺を前記外装ケースに貫通してなることを特徴とする電流センサが得られる。
【００１４】
本発明によれば、前記Ｌ字形の屈曲する２辺の一辺には、潰し部が形成されていることを特徴とする電流センサが得られる。
【００１５】
本発明によれば、前記Ｌ字形の屈曲する２辺の一辺の外装ケースへの貫通方向は、前記外装ケースの底面に対し垂直あるいは水平な方向の何れでもよいことを特徴とする電流センサが得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、半田接合品質を確保すると共に、電流センサの機能を損なう代表的要因のレアショート不良や断線不良を低減し、製品の品質と歩留りを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
図１〜図８は、本発明の電流センサを説明する図で、Ｌ字形端子を外装ケースの底面４ｃに対して垂直方向に貫通した場合を示す。
図１（ａ）は、Ｌ字形端子の外観図で、短手側端子５ｃと、長手側端子５ｂと、長手側端子５ｂ上に形成した潰し部５ａとで構成されていることを示す。図１（ｂ）、図１（ｃ）は、外装ケースの断面図と正面図で、Ｌ字形端子５の長手側端子５ｂを中央開穴部４ａを有する外装ケース４に貫通した状態をそれぞれ示す。
図２（ａ）、図２（ｂ）は、コイルを収納・半田付け後の外装ケースの断面図と正面図で、コア１を収納したコアケース２の上に全周ほぼ均等に巻線したコイル３を外装ケース４に収納し、該コイル３の両端末部を、外装ケース４に貫通されたＬ字形端子５の短手側端子５ｃの先端部にからげて半田付けした直後の状態をそれぞれ示す。
図３（ａ）、図３（ｂ）は、Ｌ字形端子を回転後の外装ケースの断面図と正面図で、Ｌ字形端子５の長手側端子５ｂを回転軸として、短手側端子５ｃを外装ケース４の内側に約９０度だけ回転させた状態をそれぞれ示す。
図４（ａ）、図４（ｂ）は、Ｌ字形端子を更に押し込み後の外装ケースの断面図と正面図でＬ字形端子５の長手側端子５ｂを更に押込み、短手側端子５ｃを外装ケース内に収納させた状態をそれぞれ示す。
図５（ａ）、図５（ｂ）は、外装ケース内に樹脂をモールドした状態の外装ケースの断面図と正面図をそれぞれ示す。
図６（ａ）、図６（ｂ）は、Ｌ字形端子を回転後の外装ケースの断面図と正面図で、Ｌ字形端子５の長手側端子５ｂを回転軸として、短手側端子５ｃを外装ケース４の内側に約１８０度だけ回転させた状態をそれぞれ示す。
図７（ａ）、図７（ｂ）は、Ｌ字形端子を更に押し込み後の外装ケースの断面図と正面図でＬ字形端子５の長手側端子５ｂを更に押込み、短手側端子５ｃを外装ケース内に収納させた状態をそれぞれ示す。
図８（ａ）、図８（ｂ）は、外装ケース内に樹脂をモールドした状態の外装ケースの断面図と正面図をそれぞれ示す。
【００１９】
図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すように、Ｌ字形端子５は、短手側端子５ｃの先端部が外装ケース４の外側に位置し、かつ短手側端子５ｃが外装ケース４の外壁部上面４ｂに接触して挿入が止まった状態で、長手側端子５ｂが外装ケース４の底面４ｃに垂直方向に貫通されている。
その後、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、コア１を収納したコアケース２の上に全周ほぼ均等に巻線したコイル３を該外装ケース４に収納した後、コイル３の両端末部をＬ字形端子５の短手側端子５ｃの先端部にからげて半田付けする。
その後、以下の段落で詳細説明するように、Ｌ字形端子５を回転させ、押し込むが、その際、短手側端子５ｃまたは半田付け部に接触せずに行うことができるよう、図１または図２で示すようなＬ字形端子５が挿入された段階で、長手側端子５ｂの先端部を更にＬ字形に曲げて、この部分を押さえながら回転させ、引き込んでもよい。しかし、このＬ字先端部は、基板実装用の端子部なので後に再度切断し、ストレート状にする。
【００２０】
その後、図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、Ｌ字形端子５の短手側端子５ｃが、コイル３に接触することなく外装ケース４内へ収まるように、指圧もしくは治具等により所定の位置まで回転させる。図３（ａ）、図３（ｂ）は約９０度内側に回転させた場合で、図６（ａ）、図６（ｂ）は約１８０度内側に回転させた場合である。
【００２１】
続いて、図４（ａ）、図４（ｂ）、及び図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、Ｌ字形端子５の直角部に押込み冶具等を当てて、長手側端子５ｂを外装ケース４に更に押し込む。その際、長手側端子５ｂ上の潰し部５ａにより押し込みが阻止され、押し込み過ぎによる短手側端子５ｃのコイル３への接触・押し付けでコイル３の線材を傷つけることを構造的に防止することができる。
【００２２】
更に、図５（ａ）、図５（ｂ）、及び図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、絶縁及び固着のためのモールド樹脂６を外装ケース４内に注入・充填する。また、モールド樹脂６は、上記の絶縁及び固着目的であると同時に、短手側端子５ｃ上の半田付け部の外部ストレス緩衝材の役割も果たしている。
なお、Ｌ字形端子５の長手側端子５ｂの外装ケース４から突き出した長さは、後工程で端子切断冶具等により一定の長さになるよう、適宜調整してもよい。
【００２３】
図９〜図１２は、本発明の電流センサを説明する図で、Ｌ字形端子５は外装ケース４の底面４ｃに対して水平方向に貫通した場合を示す。
図９（ａ）は、Ｌ字形端子の外観図で、短手側端子５ｃと、長手側端子５ｂと、長手側端子５ｂ上に形成した潰し部５ａとで構成されていることを示す。図９（ｂ）、図９（ｃ）は、外装ケースの断面図と正面図で、Ｌ字形端子５の長手側端子５ｂを中央開穴部４ａを有する外装ケース４に貫通した状態をそれぞれ示す。
図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、コイルを収納・半田付け後の外装ケースの断面図と正面図で、コア１を収納したコアケース２の上に全周ほぼ均等に巻線したコイル３を外装ケース４に収納し、該コイル３の両端末部を、外装ケース４に貫通されたＬ字形端子５の短手側端子５ｃの先端部にからげて半田付けした直後の状態をそれぞれ示す。
図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、Ｌ字形端子を回転後の外装ケースの断面図と正面図で、Ｌ字形端子５の長手側端子５ｂを回転軸として、短手側端子５ｃを回転させ、外装ケース４内に収納した状態をそれぞれ示す。
図１２（ａ）、図１２（ｂ）は、樹脂モールド後の外装ケースの断面図と正面図で、外装ケース４に樹脂モールドした状態をそれぞれ示す。
【００２４】
上記コア１は、材質が高透磁率材のパーマロイを用いているが、その他、フェライト、アモルファス等の合金でもよい。また、形状が環状の薄板コアを複数積層した形態としており、板厚、層数は要求させる特性条件により、適宜、調整するのが好ましい。
【００２５】
上記コアケース２は、エポキシ系の熱硬化性樹脂としているが、コア１を絶縁的に覆うものであればどんな材質・形態でもよく、ナイロン系の熱可塑性樹脂でもよい。また、上記成型体に限らず、コア１の周囲に絶縁紙などをある厚みまで多数巻き付けたような絶縁形態でもよい。
【００２６】
上記コイル３は、導体に天然樹脂または合成樹脂塗料を焼き付けたエナメル皮膜銅線を上記コアケース２の全周にほぼ均等に巻線されている。コイルの線径や巻回数は、検出する電流の大きさや製品の要求サイズにより適宜設計・調整する。
【００２７】
上記外装ケース４は、材質がフェノール系の熱硬化性樹脂としているが、コア、コイルを収納できるものであればどんな材質の樹脂でもよく、ナイロン系の熱可塑性樹脂でもよい。
また樹脂成型体に限らず、コイル３の上に絶縁テープや絶縁紙などを均一にある厚みまで巻き付けて、その後ワニス処理して固着した形態でもよい。
また、中央開穴部４ａは、検出する電流の大きさに応じた導体断面積または導体径をもつケーブルが、開穴部の内壁面に激しく擦れることなく貫通できる大きさであればよく、一般的にはφ１０ｍｍ以下が望ましい。なお、穴形状は円形に限らず、方形、多角形等どんな形状でもよい。
【００２８】
Ｌ字形端子５の材質は、適度な剛性と導電性を有し、かつコスト性に優れた銅覆鋼線（ＣＰ線）や硬銅線が好適である。また、断面形状は、からげ・半田付け後の端子回転がスムーズな円形断面のものが好適である。また、Ｌ字形端子の外装ケースに挿入する長手側端子５ｂには、挿入停止用の潰し部５ａを形成させ、そのことで、からげ・半田付け部がコイル３に接触して線材に損傷を与えることを構造的に防止できるので、潰し部５ａを有するＬ字形端子が好適である。また更に、外装ケース４に挿入されたＬ字形端子５の長手側端子５ｂの先端部は、回転や押込み時は短手側端子５ｃに触れずに行うことができるよう、外装ケース４へ挿入後に更に先端部をＬ字状に曲げた先端部（図示せず）を形成し、この部分を冶具等で挟んで回転、引き込んでもよい。しかし、この先端部（図示せず）は、基板実装用の端子部なので後に再度切断し、ストレート状にする。
【００２９】
上記モールド樹脂６は、エポキシ系熱硬化性樹脂としているが、電流センサの耐使用環境性も考慮し、各種物性、特徴を吟味しながら、最適な封止用樹脂を選定するのが好ましい。
【実施例１】
【００３０】
コア１は、高透磁率材のパーマロイとし、板厚０．２ｍｍの薄板を、外径φ２５ｍｍ、内径φ１５ｍｍの環状に打ち抜いた薄板コアを２５枚積層した。
コアケース２は、外径φ２７ｍｍ、内径φ１３ｍｍ、高さ６ｍｍで、肉厚０．５ｍｍのＰＢＴ樹脂とし、上記コア１を収納した。
コイル３は、線径φ０．１ｍｍのポリウレタン被覆銅線を使用し、コアケース２の全周にほぼ均等に１０００ターン巻回した。
【００３１】
外装ケース４は、外径φ３５ｍｍ、内径φ８ｍｍ、高さ１５ｍｍで、肉厚０．５ｍｍのフェノール系樹脂の成形体とし、該外装ケース４にはコイル３の両端末部を電気的に接合するための２本のＬ字形端子５が、からげ・半田付けする短手側端子５ｃが外装ケース４の外側に位置し、かつ外装ケース４の外周壁上部に接触して挿入が阻止された状態で、挿入されている。
上記のＬ字形端子５は、材質がＳｎ１０％メッキ処理を施した銅覆鋼線（ＣＰ線）で、外径がφ０．８ｍｍで、長手側端子５ｂには潰し部５ａが形成されたものを用いた。
【００３２】
続いて、コイル３を上記外装ケース４に収納し、コイル３の両端末部をＬ字形端子５の短手側端子５ｃの先端部に各々からげ、糸半田Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕを半田ゴテで溶融し半田付けし、その半田付け部を外装ケース内に収まるように回転させた後、Ｌ字形端子５の直角部に冶具を当てて、潰し部５ａにより挿入が止まるまで、長手側端子５ｂを更に押し込んだ。
【００３３】
更に、モールド樹脂６は、エポキシ系熱硬化性樹脂のＳ７０（レジナス化成社製）を用い、外装ケース４に充填し、図１に示した本発明による電流センサを得た。
比較例として、上述した本発明の実施例と同様の材料を用いて、図３に示した従来の電流センサを用意した。
【００３４】
上記の要領で作製した、本発明による電流センサおよび比較例の半田接合部の強度について下記４条件の環境試験を実施し、試験前後の引っ張り強度を測定した結果を表１に示す。
１．高温放置試験（１０５℃、１０００ｈ）
２．低温放置試験（−４０℃、１０００ｈ）
３．高温高湿試験（６０℃／９５％ＲＨ、１０００ｈ）
４．熱衝撃試験（１０５℃３０分→−４０℃３０分を１サイクルとし、５００サイクル）
なお、本試験は、モールド樹脂の影響要因を排除するため、外装ケースへの樹脂モールドはしない状態で実施し、また強度測定データは試料ｎ＝１０／試験の平均値としている。
【００３５】
【表１】
2009025115.tif 000003
【００３６】
表１に示す通り、本発明による電流センサでは、従来構造に比べ、半田接合強度が約４０％前後向上し、大幅に改善していることが分かった。
【００３７】
以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の電流センサにより、一般電子機器の電源ラインや漏電ブレーカなどに用いられる異常電流検出器の品質向上を図ると共に、安全性の高い過電流保護システムの構築にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の電流センサを説明する図、図１（ａ）はＬ字形端子の外観図、図１（ｂ）は外装ケースの断面図、図１（ｃ）は外装ケースの正面図。
【図２】本発明の電流センサを説明する図、図２（ａ）はコイルを収納・半田付け後の外装ケースの断面図、図２（ｂ）はコイルを収納・半田付け後の外装ケースの正面図。
【図３】本発明の電流センサを説明する図、図３（ａ）はＬ字形端子を回転後の外装ケースの断面図、図３（ｂ）はＬ字形端子を回転後の外装ケースの正面図。
【図４】本発明の電流センサを説明する図、図４（ａ）はＬ字形端子を押込み後の外装ケースの断面図、図４（ｂ）はＬ字形端子を押込み後の外装ケースの正面図。
【図５】本発明の電流センサを説明する図、図５（ａ）は樹脂モールド後の外装ケースの断面図、図５（ｂ）は樹脂モールド後の外装ケースの正面図。
【図６】本発明の電流センサを説明する図、図６（ａ）はＬ字形端子を回転後の外装ケースの断面図、図６（ｂ）はＬ字形端子を回転後の外装ケースの正面図。
【図７】本発明の電流センサを説明する図、図７（ａ）はＬ字形端子を押込み後の外装ケースの断面図、図７（ｂ）はＬ字形端子を押込み後の外装ケースの正面図。
【図８】本発明の電流センサを説明する図、図８（ａ）は樹脂モールド後の外装ケースの断面図、図８（ｂ）は樹脂モールド後の外装ケースの正面図。
【図９】本発明の電流センサを説明する図、図９（ａ）はＬ字形端子の外観図、図９（ｂ）は外装ケースの断面図、図９（ｃ）は外装ケースの正面図。
【図１０】本発明の電流センサを説明する図、図１０（ａ）はコイルを収納・半田付け後の外装ケースの断面図、図１０（ｂ）はコイルを収納・半田付け後の外装ケースの正面図。
【図１１】本発明の電流センサを説明する図、図１１（ａ）はＬ字形端子を回転後の外装ケースの断面図、図１１（ｂ）はＬ字形端子を回転後の外装ケースの正面図。
【図１２】本発明の電流センサを説明する図、図１２（ａ）は樹脂モールド後の外装ケースの断面図の断面図、図１２（ｂ）は樹脂モールド後の外装ケースの断面図の正面図。
【図１３】従来の電流センサを説明する図、図１３（ａ）はコアの積層外観図、図１３（ｂ）はコアケースの外観図、図１３（ｃ）はコイルの外観図、図１３（ｄ）はＩ字形端子の外観図、図１３（ｅ）は外装ケースの断面図、図１３（ｆ）は外装ケースの正面図。
【図１４】従来の電流センサを説明する図、図１４（ａ）はコイル収納後の外装ケースの断面図、図１４（ｂ）はコイル収納後の外装ケースの正面図。
【図１５】従来の電流センサを説明する図、図１５（ａ）は端子押し曲げ時の外装ケースの断面図、図１５（ｂ）は端子押し曲げ後の外装ケースの断面図、図１５（ｃ）は端子押し曲げ後の外装ケースの正面図。
【図１６】従来の電流センサを説明する図、図１６（ａ）は樹脂モールド後の外装ケースの断面図、図１６（ｂ）は樹脂モールド後の外装ケースの正面図。
【符号の説明】
【００４０】
１    コア
２    コアケース
３    コイル
４    外装ケース
４ａ    中央開穴部
４ｂ    外壁部上面
４ｃ    底面
５    Ｌ字形端子
５ａ    潰し部
５ｂ    長手側端子
５ｃ    短手側端子
６    モールド樹脂
７    押曲げ治具
８    Ｉ字形端子
８ａ    半田付け部
【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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【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】
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