(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電経路の過電流によって遮断すべき複数箇所を、導体ワイヤでそれぞれ構成するとともに、樹脂封止し、前記複数箇所の少なくとも一箇所の導体ワイヤは、第１の樹脂と、該第１の樹脂とは熱膨張率が異なる他の樹脂とを用いて、前記両樹脂の境界層がほぼ直線状に前記導体ワイヤを横切るように封止し、各箇所における遮断特性を異ならせたことを特徴とする過電流遮断構造。
【請求項２】
前記各箇所における前記導体ワイヤの材質、線径、および本数の少なくともいずれか一つを異ならせた請求項１記載の過電流遮断構造。
【請求項３】
前記遮断すべき複数箇所は、一対の導電体間を、前記導体ワイヤで接続してなり、前記各箇所における導電体の熱容量を異ならせた請求項１または２に記載の過電流遮断構造。
【請求項４】
前記遮断すべき複数箇所は、一対の導電体間を、前記導体ワイヤで接続してなり、前記複数箇所の少なくとも一箇所の導電体には、熱伝導体が設けられる請求項１〜３のいずれか記載の過電流遮断構造。
【請求項５】
前記熱伝導体が、金属ブロックである請求項４記載の過電流遮断構造。
【請求項６】
前記熱伝導体が、導電ペーストである請求項４記載の過電流遮断構造。
【請求項７】
遮断すべき前記複数箇所が、直列に接続されている請求項１〜６のいずれかに記載の過電流遮断構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷短絡時等の過電流に対して通電経路を遮断して回路や機器等の故障や破壊を防止するのに好適な過電流遮断構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、負荷短絡などによる過電流から回路、電子部品あるいは電子機器などの故障や破壊を防止するために、ヒューズなどを用いて通電経路を遮断し、保護を行っていた。
【０００３】
しかしながら、筒形ヒューズや管形ヒューズは、ヒューズホルダーを必要とするために、電子機器に内蔵する場合には、専有スペースが大きくなるといった問題がある。
【０００４】
そこで、かかる問題を解決するために、本件出願人は、特願平１０−１６９２２５号（特開平１１−３４５５５３号）「過電流遮断構造」において、導電ワイヤを用いた過電流遮断構造を提案して専有スペースを小さくできるようにした。
【０００５】
図２４は、上記出願で提案した過電流遮断構造の一例を示す斜視図である。同図において、１，２は各々一対の導電体をなす接続端子、３は金等からなる導体ワイヤ、４は樹脂層、５は薄肉被覆層である。この薄肉被覆層５は、樹脂層４を形成する際に、同時に導体ワイヤ３の経路付近を円形に窪ませて形成したものであり、凹部となっている。
【０００６】
かかる過電流遮断構造では、過電流が導体ワイヤ３を流れると、導体ワイヤ３の周囲の樹脂が炭化する前に、該導体ワイヤ３の急激な温度上昇に起因する熱応力によって、導体ワイヤ３の近傍の構造的に弱い薄肉被覆層５の部分に応力が集中し、この部分にクラックが生じ、あるいは、クラックが生じて一部の樹脂が弾き飛ばされ、これによって、溶融した導体ワイヤ３の逃げ場を形成して、あるいは、溶融した導体ワイヤ３の一部も弾き飛ばされて導体ワイヤ３による通電経路が遮断されるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる過電流遮断構造では、そのヒューズとしての溶断特性は、導体ワイヤ３と封止樹脂層４とに依存することになり、多種多様な回路との保護協調を行う上で、その細かな遮断特性の調整には、改善の余地があった。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであって、多様な遮断特性を実現できる過電流遮断構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００１０】
すなわち、本発明の過電流遮断構造は、通電経路の過電流によって遮断すべき複数箇所を、導体ワイヤでそれぞれ構成するとともに、樹脂封止し、前記複数箇所の少なくとも一箇所の導体ワイヤは、第１の樹脂と、該第１の樹脂とは熱膨張率が異なる他の樹脂とを用いて、前記両樹脂の境界層がほぼ直線状に前記導体ワイヤを横切るように封止し、各箇所における遮断特性を異ならせている。他の箇所の導体ワイヤは、単一の樹脂で封止してもよい。
【００１３】
本発明によると、少なくとも一箇所の導体ワイヤを封止する二つの樹脂の熱膨張率が異なるので、温度の上昇によって前記境界層に熱応力が発生してずれが生じ、境界層に位置する導体ワイヤが破断して通電経路を遮断できることになり、温度ヒューズとして使用することもできる。
他の箇所の導体ワイヤが単一の樹脂で封止されている場合は、その導体ワイヤに過電流が流れて、導体ワイヤの周囲の樹脂が炭化する前に、該導体ワイヤの急激な温度上昇による膨張によって発生する熱応力によって、導体ワイヤの近傍の構造的に弱い被覆層の部分（例えば、薄肉の部分）に応力が集中し、この部分にクラックが生じ、あるいは、クラックが生じて一部の樹脂が弾き飛ばされ、これによって、溶融した導体ワイヤの逃げ場が形成され、あるいは、溶融した導体ワイヤの一部も弾き飛ばされて導体ワイヤによる通電経路が遮断されるものである。しかも、遮断すべき複数箇所の遮断特性を異ならせているので、多種多様な回路との保護協調を行う上で有効である。
【００１４】
本発明の他の実施態様においては、前記各箇所における前記導体ワイヤの材質、線径、および本数の少なくともいずれか一つを異ならせている。
【００１５】
本発明によると、遮断すべき複数箇所の導体ワイヤの材質、線径、および本数の少なくともいずれか一つを異ならせて遮断特性を異ならせるので、これらの組み合わせによって、多様な遮断特性を実現できる。
【００１９】
本発明の他の実施態様においては、前記遮断すべき複数箇所は、一対の導電体間を、前記導体ワイヤで接続してなり、前記各箇所における導電体の熱容量を異ならせている。
【００２０】
ここで、熱容量を異ならせるとは、例えば、導電体の材質を異ならせたり、導体ワイヤが接続される部分の幅や厚みなどを異ならせて体積を異ならせればよい。
【００２１】
本発明によると、過電流によって発熱してその熱応力を利用して過電流を遮断する導体ワイヤにおける発熱が、該導体ワイヤが接続されている導電体の熱容量を変えることで導体ワイヤから導電体への熱伝導の度合が変わることになり、これによって、遮断特性を異ならせることができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施態様においては、前記遮断すべき複数箇所は、一対の導電体間を、前記導体ワイヤで接続してなり、前記複数箇所の少なくとも一箇所の導電体には、熱伝導体が設けられるものである。
【００２３】
本発明によると、過電流によって発熱してその熱応力を利用して過電流を遮断する導体ワイヤにおける発熱が、該導体ワイヤが接続されている導電体に熱伝導体を設けることで導電体に伝導しやすくなり、これによって、遮断特性を異ならせることができる。
【００２４】
この熱伝導体として、例えば、金属ブロックや導電ペーストを用いることができ、金属ブロックの材質や大きさ、導電ペーストの量などを変えることで、遮断特性を異ならせることができる。
【００２５】
本発明の好ましい実施態様においては、遮断すべき前記複数箇所が、直列に接続されている。
【００２６】
本発明によると、遮断特性の異なる複数の箇所が直列に接続されているので、異なる特性を組み合わせた遮断特性となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る過電流遮断構造の外観斜視図であり、この実施の形態の過電流遮断構造は、一対の表面実装用の導電体としての接続端子１1，２1；１2，２2を二組有するとともに、各一対の接続端子１1，２1；１2，２2間をそれぞれ接続する金などからなる導体ワイヤ３1，３2を有しており、エポキシ樹脂等の樹脂４で封止されている。なお、図１においては、樹脂４部分を破線で示している。
【００３１】
この樹脂４は、図２の断面図に示されるように、各導体ワイヤ３1，３2の経路近傍を円形に窪ませて薄肉として凹部５1，５2を形成したものであり、基本的には、本件出願人が先に提案した上述の過電流遮断構造を二組組み合わせた構成となっている。
【００３２】
したがって、基本的には、過電流が導体ワイヤ３1，３2を流れて、導体ワイヤ３1，３2の周囲の樹脂４が炭化する前に、該導体ワイヤ３1，３2の急激な温度上昇による膨張によって発生する熱応力によって、導体ワイヤ３1，３2の近傍の構造的に弱い薄肉の樹脂被覆層の部分に応力が集中し、この部分にクラックが生じ、あるいは、クラックが生じて一部の樹脂４が弾き飛ばされ、これによって、溶融した導体ワイヤ３1，３2の逃げ場が形成され、あるいは、溶融した導体ワイヤ３1，３2の一部も弾き飛ばされて導体ワイヤ３1，３2による各通電経路が遮断されるという動作は、上述の過電流遮断構造と同様である。
【００３３】
この実施の形態では、異なる二つの遮断特性を実現するために、リードフレームからなる二組の接続端子１1，２1；１2，２2における導体ワイヤ３1，３2の接続部近傍の熱容量を異ならせるものであり、このために、一方の組の接続端子１1，２1の幅Ｗ１は、図１に示されるように、他方の組の接続端子１2，２2の幅Ｗ２に比べて小さくして体積を小さくしている。
【００３４】
このように導体ワイヤ３1，３2がそれぞれ接続されるリードフレームからなる接続端子１1，２1；１2，２2の熱容量を異ならせているので、過電流が流れたときの発熱体となる導体ワイヤ３1，３2の熱の接続端子１1，２1；１2，２2への伝導の度合いが異なることになり、導体ワイヤ３1，３2の温度上昇の度合いが相違して遮断特性が異なることになる。
【００３５】
図３は、この実施の形態における遮断（溶断）特性を示す図であり、実線は、一方の組の接続端子１1，２1側の導体ワイヤ３1の遮断特性を示し、破線は、他方の組の接続端子１2，２2側の導体ワイヤ３2の遮断特性を示している。
【００３６】
一方の組の接続端子１1，２1は、導体ワイヤ３1の接続部における体積を小さくして他方の組の接続端子１2，２2に比べて熱容量を小さくしている。このため、過電流が流れた場合に、導体ワイヤ３1で発生する熱の一方の組の接続端子１1，２1への伝導が、導体ワイヤ３2で発生する熱の他方の組の接続端子１2，２2への伝導に比べてしにくくなり、これによって、導体ワイヤ３1の方が、温度上昇し易くなり、他方の接続端子１2，２2の組の導体ワイヤ３2に比べて通電経路を遮断し易くなる。
【００３７】
この実施の形態では、接続端子１1，２1；１2，２2の体積を異ならせて遮断特性を異ならせたけれども、本発明の他の実施の形態として、図４に示されるように、例えば、一方の組の接続端子１1，２1の導体ワイヤ３1の近傍に、熱伝導体として金属ブロック６を追加してもよい。これによって、図５に示されるように、金属ブロック６を追加することで、一方の組の接続端子１1，２1の熱容量が増加することになる。このため、過電流が流れた場合に、導体ワイヤ３1で発生する熱の一方の組の接続端子１1，２1への伝導が、導体ワイヤ３2で発生する熱の他方の組の接続端子１2，２2への伝導に比べてし易くなり、これによって、導体ワイヤ３1の方が、温度上昇しにくくなり、他方の接続端子１2，２2の組の導体ワイヤ３2の方が通電経路を遮断し易くなる。
【００３８】
他の実施の形態として、金属ブロック６に代えて、図６に示されるように、熱伝導体として導電ペースト７を塗布して接続端子１1，２1；１2，２2の熱容量を異ならせるようにしてもよい。
【００３９】
なお、接続端子１1，２1；１2，２2、金属ブロック６および導電ペースト７の種類、体積や位置を調整することによって、遮断特性を細かく調整することができる。
【００４０】
また、上述の実施の形態では、一方の組の接続端子１1，２1のみに金属ブロック６や導電ペースト７を設けたけれども、他方の組の接続端子１2，２2にも設けるようにしてもよい。
【００４１】
上述の各実施の形態では、導体ワイヤ３1，３2が接続される接続端子１1，２1；１2，２2の熱容量を異ならせて遮断特性を異ならせたけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、ＡｕやＡｌといった導体ワイヤ３1，３2の材質、本数および線径の少なくともいずれか一つを異ならせることによって、遮断特性を異ならせてもよい。
【００４２】
さらに、導体ワイヤ３1，３2を封止する樹脂被覆層の厚み、すなわち、凹部の形状を異ならせて遮断特性を異ならせるようにしてもよい。
【００４３】
（実施の形態２）
図７は、本発明の他の実施の形態に係る過電流遮断構造の平面図であり、図８は、その切断面線Ａ−Ａから見た断面図であり、図９は、その切断面線Ｂ−Ｂから見た断面図であり、上述の実施の形態に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００４４】
この実施の形態の過電流遮断構造は、一対の表面実装用の導電体としての接続端子１1，２1；１2，２2を二組有するとともに、各一対の接続端子１1，２1；１2，２2間を接続する金などからなる導体ワイヤ３1，３2を有しており、エポキシ樹脂等の樹脂４および後述のゲル状のシリコーン樹脂８で封止されている。
【００４５】
樹脂４は、一方の組の接続端子１1，２1の導体ワイヤ３1を封止するとともに、
図８に示されるように、その経路近傍を、円形に窪ませて上述の実施の形態と同様に、薄肉の凹部５1を形成したものである。この樹脂４は、図９に示されるように、他方の導体ワイヤ３2は封止しておらず、この導体ワイヤ３2は、前記樹脂４とは異なる材料、この実施の形態では、ゲル状のシリコーン樹脂８を充填して封止しており、薄肉被覆層は、形成されていない。
【００４６】
この他方の導体ワイヤ３2は、過電流によって封止樹脂にクラック等を生じさせるのではなく、溶断して通電経路を遮断するものであり、その周囲は、ゲル状のシリコーン樹脂８で覆われているので、炭化してバイパス経路が形成されることもない。
【００４７】
これに対して、一方の導体ワイヤ３1は、上述の各実施の形態と同様に、過電流が導体ワイヤ３1を流れて、導体ワイヤ３1の周囲の樹脂４が炭化する前に、該導体ワイヤ３1の急激な温度上昇による膨張によって発生する熱応力によって、導体ワイヤ３1の近傍の構造的に弱い薄肉の樹脂４の被覆層の部分に応力が集中し、この部分にクラックが生じ、あるいは、クラックが生じて一部の樹脂４が弾き飛ばされ、これによって、溶融した導体ワイヤ３1の逃げ場が形成され、あるいは、溶融した導体ワイヤ３1の一部も弾き飛ばされて導体ワイヤ３1による通電経路が遮断されるものである。
【００４８】
図１０は、この二組の接続端子１1，２1；１2，２2間の各導体ワイヤ３1，３2の遮断特性を示しており、他方の導体ワイヤ３2は、一方の導体ワイヤ３1のように周囲の樹脂にクラックを生じさせて遮断するものではなく、溶融によって通電経路を遮断するので、破線で示される一方の導体ワイヤ３1に比べてより低い電流値で遮断されることになる。
【００４９】
したがって、負荷短絡時の過電流は、一方の導体ワイヤ３1で遮断し、定常動作時の定格を越えるような過電流（異常電流）は、他方の導体ワイヤ３2で遮断するといったことが可能となる。
【００５０】
この実施の形態では、並列な二組の接続端子１1，２1；１2，２2間の各通電経路を遮断する場合について説明したけれども、本発明の他の実施の形態として、図１１の平面図に示されるように、各組の一方の接続端子２1，２2が連結された直列な接続端子１1，１2；２3間の通電経路を遮断するようにしてもよい。この場合には、上述の図１０の２種類の遮断特性を組み合わせた遮断特性が得られることになる。
【００５１】
（実施の形態３）
図１２は、本発明のさらに他の実施の形態に係る過電流遮断構造の外観斜視図であり、図１３は、その切断面線Ａ−Ａから見た断面図であり、図１４は、その切断面線Ｂ−Ｂから見た断面図であり、上述の実施の形態に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００５２】
この実施の形態の過電流遮断構造は、一対の表面実装用の導電体としての接続端子１1，２1；１2，２2を二組有するとともに、各一対の接続端子１1，２1；１2，２2間を接続する金などからなる導体ワイヤ３1，３2を有しており、エポキシ樹脂等の樹脂４およびゲル状のシリコーン樹脂８で封止されている。
【００５３】
樹脂４は、各導体ワイヤ３1，３2の通電経路を含む中央部分を円形に窪ませて凹部５を形成したものであり、他方の導体ワイヤ３2は、その中央部分がこの凹部５内に突出し、一方の導体ワイヤ３1は、完全に封止されて凹部５の部分が薄肉被覆層となっている。なお、他の実施の形態として、各導体ワイヤ３1，３2に個別的に対応させて二つの凹部を形成してもよい。
【００５４】
この実施の形態の凹部５には、上述の実施の形態と同様に、ゲル状のシリコーン樹脂８を充填して封止しており、他方の導体ワイヤ３2の近傍には、薄肉被覆層は、形成されていない。
【００５５】
この実施の形態では、他方の導体ワイヤ３2は、過電流によって溶断して通電経路を遮断するものであり、その周囲は、ゲル状のシリコーン樹脂８で覆われているので、炭化してバイパス経路が形成されることもない。
【００５６】
一方の導体ワイヤ３1は、該ワイヤ３1に過電流が流れて、導体ワイヤ３1の近傍の構造的に弱い薄肉の樹脂被覆層の部分に応力が集中した際に、変形し易い材料であるゲル状のシリコーン樹脂８によってその変形が許容されることになり、これによって、クラックが生じ、あるいは、クラックが生じて一部の樹脂４が分離され、これによって、溶融した導体ワイヤ３1の逃げ場が形成され、溶融した導体ワイヤ３1がそこに流れ込むことにより、導体ワイヤ３1による通電経路が遮断されるものである。
【００５７】
このように、凹部５に、変形し易いゲル状のシリコーン樹脂８を充填しているので、かかる過電流遮断構造の全体を、例えば、図１５に示されるように、樹脂９で封止して電子部品や機器に内蔵させた場合にも、ゲル状のシリコーン樹脂８によってその変形が許容されるので、上述のようにして通電経路を遮断できることになる。
【００５８】
（実施の形態４）
図１６は、遮断特性の異なる遮断素子の一例を示すものであり、上述の各実施の形態の過電流遮断構造に組み合わせることができる。
【００５９】
この遮断素子１０は、一対の表面実装用の導電体としての接続端子１，２間を接続する金などからなる導体ワイヤ３を有しており、線膨張率が異なる２種類の樹脂１１，１２を用いて、図１７の断面図に示されるように、前記両樹脂１１．１２の境界層が、導体ワイヤ３を水平に横切るように封止されている。なお、他の実施の形態として、両樹脂１１，１２の境界層は、導体ワイヤ３を斜め方向や垂直方向に横切ってもよい。
【００６０】
導体ワイヤ３の接続端子１，２との接続部を封止する第１の樹脂１１は、線膨張率が小さく、また、第２の樹脂の成形に耐え得るために熱硬化性樹脂であり、この第１の樹脂１１を覆う第２の樹脂１２は、線膨張率が大きい熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂である。
【００６１】
この遮断素子１０は、加熱されると、２種類の樹脂１１，１２の熱膨張の差によって、図１８の矢符に示されるように、両樹脂１１，１２の境界層部分の導体ワイヤ３に熱応力が加わることになり、これによって、導体ワイヤ３が機械的に切断されて通電経路が遮断されるものである。
【００６２】
すなわち、温度の上昇によって通電経路を遮断する温度ヒューズとして機能することになる。
【００６３】
従来の温度ヒューズは、例えば、図１９に示されるように、低融点合金１３を特殊樹脂１４で覆った感温素子をリード線１５で支える構造となっており、図２０に示されるように、低融点合金１３の溶融によってリード線１５，１５間を遮断するものである。なお、１６は封止樹脂、１７は絶縁ケースである。
【００６４】
このような従来例の温度ヒューズでは、低融点合金１３の融点を越える加熱に対して、すぐに反応してしまうために、半田付けなどの実装工程における温度上昇で不所望に溶融してしまう場合があるといった難点がある。
【００６５】
これに対して、図１６の遮断素子１０は、２種類の樹脂１１，１２の熱膨張率の相違を利用して導体ワイヤ３を遮断するので、動作点付近の温度であっても極短時間では、導体ワイヤ３が切断されないので、例えば、リフロー半田付け工程などの実装工程での短時間の温度上昇によって、従来例のように不所望に通電経路を遮断するようなことがない。
【００６６】
また、ワイヤボンディングと樹脂封止とによって形成されるので、従来例の温度ヒューズに比べて安価となる。
【００６７】
本発明の他の実施の形態として、２重成形後に接続端子１，２を折り曲げ加工することによって、図２１に示されるように、ディスクリートタイプの遮断素子としてもよい。
【００６８】
また、上述の実施の形態のように第１の樹脂１１を、第２の樹脂１２で完全に覆うような構成に限らず、例えば、図２２および図２３に示されるように、上下二層に構成してもよい。
【００６９】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態１〜３では、二組の接続端子間の通電経路、すなわち、２箇所の通電経路の遮断に適用して説明したけれども、本発明は、３箇所以上の通電経路の遮断にも同様に適用できるものである。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、遮断すべき複数箇所の遮断特性を異ならせているので、多種多様な回路との保護協調を行う上で有効であるとともに、過電流が導体ワイヤを流れた場合に、温度の上昇によって二つの樹脂の境界層に熱応力が発生してずれが生じ、境界層に位置する導体ワイヤが破断して、通電経路が確実に遮断されるので、従来のヒューズに比べて小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る過電流遮断構造の斜視図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】図１の過電流遮断構造の遮断特性を示す図である。
【図４】図１の変形例を示す斜視図である。
【図５】図４の遮断特性を示す図である。
【図６】図１の他の変形例を示す斜視図である。
【図７】本発明の他の実施の形態の平面図である。
【図８】図７の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。
【図９】図７の切断面線Ｂ−Ｂから見た断面図である。
【図１０】図７の遮断特性を示す図である。
【図１１】図７の変形例の平面図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施の形態の斜視図である。
【図１３】図１２の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。
【図１４】図１２の切断面線Ｂ−Ｂから見た断面図である。
【図１５】図１２の過電流遮断構造を樹脂封止した場合の断面図である。
【図１６】遮断特性の異なる遮断素子の斜視図である。
【図１７】図１６の断面図である。
【図１８】温度上昇による導体ワイヤの破断を示す断面図である。
【図１９】従来の温度ヒューズを示す図である。
【図２０】図１９の温度ヒューズが溶断した状態を示す図である。
【図２１】図１６の変形例を示す図である。
【図２２】図１６の他の変形例の断面図である。
【図２３】図２２の温度上昇による導体ワイヤの破断を示す断面図である。
【図２４】先に提案している過電流遮断構造の斜視図である。
【符号の説明】
１，１1，１2                接続端子
２，２1，２2                接続端子
３，３1，３2                導体ワイヤ
４，９，１１，１２          樹脂
６                          金属ブロック
７                          導電ペースト
８                          ゲル状のシリコーン樹脂
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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