JP2001327068A - 車両用配線系統の保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の電気負荷１への配線系統Ｗに保護装置
Ａを配設し、異常電流が流れたときには該配線系統Ｗに
ダメージが生じる前に電流を遮断するようにする場合
に、安全性及び信頼性を十分に確保しながら、保護装置
Ａの維持管理の容易化を図り、併せてコストの増大を抑
制する。 【解決手段】 配線３の途中に、異常な大電流が流れた
ときに該配線３にダメージが生じる前に溶断するオート
ヒューズ４を配設する。前記配線３にオートヒューズ４
と直列にＰＴＣ素子５を配設する。ＰＴＣ素子５は、異
常電流が流れて抵抗値が急増したときに、遅くともオー
トヒューズ４が溶断する以前に、電流を絞るような特性
のものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の配線に過大
な電流が流れたときに、そのことによるダメージから配
線系統を保護するための配線系統保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、一般に、車両の電気負荷に電
力を供給するための配線系統には、短絡の発生や電気負
荷の故障等に起因して異常な過大電流が流れたときに、
そのことによって自ら溶断して、配線系統にダメージが
生じる前に電流を遮断するように、配線系統毎にヒュー
ズが配設されている。これらのヒューズは、通常、端子
やコネクタ等と共にワイヤハーネスに取り付けられたヒ
ューズブロックに装着されており、また、そのヒューズ
ブロックは、ヒューズの交換作業を行い易いように、車
両の運転席の周辺に配置されている。

【０００３】ところで、近年、安全装備の搭載やエンジ
ンの排気公害対策に伴い車両の配線数は激増し、ヒュー
ズの個数も大幅に増加している。このため、多数のヒュ
ーズを収容するヒューズブロックも大型化し、日常的に
使用するものではないにも拘わらず運転席周辺のスペー
スを占有し、車載機器のレイアウト上の大きな障害にな
っているという実状がある。また、そのようにヒューズ
の数が増えてくると、多数のヒューズの中から溶断した
ものを見つけだして、交換するだけでも手間がかかると
いう不具合がある。

【０００４】このような不具合を解消するために、例え
ば、特開平１１−１３６８４６号公報に開示される異常
電流遮断装置では、車両の電気的負荷への配線の途中に
電流検出抵抗と半導体素子とを設け、前記電流検出抵抗
により検出した電流値に基づいて異常と判定されるとき
に、半導体素子により電流を遮断するようにしている。
つまり、半導体素子等からなる異常電流遮断装置により
ヒューズの機能を代替させるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、一般に、半
導体素子には常時、導通状態になってしまういわゆるシ
ョートモード故障の可能性が内在する。このため、前記
従来例のような異常電流遮断装置によりヒューズの機能
を代替させた場合、半導体素子がショートモード故障を
起こすと、配線系統で短絡が生じたとしても電流を遮断
できなくなり、過大な電流が流れ続けて車両の火災発生
にまで至る虞れがある。

【０００６】また、前記従来例の装置は、トランジスタ
等の種々の半導体素子を用いた回路からなり、ヒューズ
に比べてコストが高くなることは避けられず、さらに、
電流値に基づいて異常と判定されるときに電流を遮断す
るようにしているので、その際の応答性が不十分なもの
になりやすい。

【０００７】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、半導体素子及びヒュ
ーズのそれぞれの特性に着目し、安全性及び信頼性を十
分に確保しながら、保護装置の維持管理の容易化を図
り、併せてコストの増大を抑制することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の解決手段では、車両用配線系統における配
線の途中に、ヒューズに加えてこれと直列にＰＴＣ素子
を配設し、このＰＴＣ素子によりヒューズが溶断する前
に電流を遮断できるようにした。

【０００９】具体的に、請求項１の発明では、車両の電
気負荷へ電力を供給する配線の途中に、異常電流が流れ
たときに該配線にダメージが生じる前に溶断して、電流
を遮断するヒューズを配設するとともに、前記配線にヒ
ューズと直列にＰＴＣ素子を配設し、かつこのＰＴＣ素
子は、異常電流が流れて抵抗値が急増したときに、遅く
とも前記ヒューズが溶断する以前に電流を絞るという特
性を有するものとする。

【００１０】前記の構成により、例えば配線系統に短絡
が生じたり、電気負荷に故障が起きたりして、配線に異
常な大電流が流れると、そのことによりＰＴＣ素子の発
熱量が大きくなって温度が上昇し、その温度が抵抗変態
点を超えると、該ＰＴＣ素子の電気抵抗が急激に増大し
て、配線を流れる電流が応答性良く絞られることにな
る。

【００１１】すなわち、前記ＰＴＣ素子により、遅くと
もヒューズの溶断する以前に電流を略遮断することがで
きるので、配線系統に何らかの異常が生じてもヒューズ
が溶断することは極めて希になる。このため、従来まで
のように溶断したヒューズを見つけだして交換すること
は殆どなくなり、修理のための時間及び労力が大幅に軽
減される。

【００１２】しかも、そのようにヒューズの交換を行う
ことが殆どなくなるので、大型化したヒューズボックス
を運転席の周辺に配置しなくても済み、このため、運転
席周辺における車載機器の設置スペースを大幅に拡大で
きる。また、ヒューズボックスの配置場所が限定されな
くなる結果、配線のレイアウトにおける自由度も飛躍的
に向上し、これにより、省線化や配線の短尺化が図られ
る。

【００１３】さらに、前記ＰＴＣ素子が常時導通状態に
なるショートモード故障を起こした場合、前記のように
短絡等に起因して異常な大電流が流れても、ＰＴＣ素子
によってその電流を絞ることはできないが、このときに
は該ＰＴＣ素子と直列に設けられたヒューズが溶断し
て、電流が確実に遮断されることになるので、安全性及
び信頼性は十分に確保できる。加えて、ヒューズとＰＴ
Ｃ素子とを直列に配設するという簡単な構成なので、コ
ストの増大は最小限に抑えられる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。

【００１５】図１(a)は、本発明の実施形態に係る車両
用配線系統の保護装置Ａを示し、この保護装置Ａは、例
えば車両のワイパーモータやパワーウインドウの駆動モ
ータ等の電気負荷１に対して、バッテリ２から電力を供
給する配線系統Ｗに設けられていて、この配線系統Ｗに
おける配線３に異常な大電流が流れたときに、該配線３
の芯材や被覆材等にダメージが生じる前に電流を略遮断
するようにしたものである。具体的に、前記配線３の途
中には図示しないスイッチやリレーの他に、オートヒュ
ーズ４とＰＴＣ素子５とが直列に配設されている。尚、
同図の符号ＦＬは、ヒュージブルリンクを示している。

【００１６】前記オートヒューズ４は、例えば定格１０
アンペアのものであれば、１０アンペア以上の異常な大
電流が所定時間以上流れたときにジュール熱により溶断
して、電流を確実に遮断するものであり、この際、電流
値が大きいほど短時間で溶断する。また、前記ＰＴＣ素
子５は、例えば高純度チタン酸バリウムからなる基材に
希土類元素を添加したもので、特定の温度（抵抗変態
点）で急激に抵抗値が増大するという特性を有する。

【００１７】例えば、前記ＰＴＣ素子５の抵抗−温度特
性は、図２のグラフに示すように材料組成によって大き
く変化し、抵抗変態点も約０°Ｃ〜約３００°Ｃといっ
た広い範囲に亘って移動させることができる。また、同
図においてグラフの傾きとして表される抵抗温度係数や
常温での固有抵抗値も材料組成の変更によって調節可能
となっている。

【００１８】また、前記ＰＴＣ素子５の電流−時間特性
は、図３に一例を示すようになる。すなわち、ＰＴＣ素
子５は、それ自体を流れる電流が正常な値であれば、発
熱量と放熱量とが均衡して、抵抗変態点以下の温度状態
に維持される。一方、異常な大電流が流れて（ｔ＝ｔ
0）、発熱量が放熱量を上回るようになると、ＰＴＣ素
子４の温度は時間経過とともに上昇し、この温度が抵抗
変態点を超えると抵抗値が急増して、電流を速やかに減
少させるようになる。この際、図に示すように、異常電
流が大きいほどＰＴＣ素子５は早く発熱し、電流が短時
間で減少するようになる。

【００１９】図４は、そのようなＰＴＣ素子５による電
流遮断特性を、オートヒューズ４と対比して示したもの
である。同図によれば、ＰＴＣ素子５もオートヒューズ
４も同じように、異常電流の値が大きくて発熱量が大き
いほど、相対的に短い時間で電流を遮断するようになっ
ているが、ＰＴＣ素子５による電流の遮断特性はオート
ヒューズ４よりも安全側（図の左下側）にあり、かつ２
つの特性グラフが互いに交わらないように設定されてい
る。言い換えると、ＰＴＣ素子５は、その組成材料の調
整により抵抗変態点が所定温度（例えば１００°Ｃ）以
下になるように設定され、遅くともオートヒューズ４が
溶断する以前に電流を略遮断するような特性を有するも
のとなっている。

【００２０】尚、前記図４における発煙特性とは、配線
３の被覆に含まれている有機物が異常電流に起因する発
熱によって気化して、煙を上げるような状態に対応する
異常電流及び通電時間の関係を示したもので、配線３が
ダメージを受けたことの目安となるものである。

【００２１】したがって、この実施形態に係る車両用配
線系統の保護装置Ａによれば、まず、図１に示すように
ＰＴＣ素子５が故障していない状態において、例えば配
線３の被覆に剥離等が生じて、車両のボディアースとの
間で短絡が発生したり、或いは、例えばワイパーに異物
が挟まってモータに過大な負荷が加わったりして、配線
３に異常な大電流が流れると（同図(b)）、ＰＴＣ素子
５の抵抗値が急増することにより、電流を応答性良く略
遮断することができる（同図(c)）。

【００２２】そして、車両の乗員が異常に気がついて、
例えばワイパの異物を排除すると、ＰＴＣ素子５は自然
放熱によって抵抗変態点以下の温度状態に戻り、再び正
常に電流の流れる状態になる。つまり、この保護装置Ａ
では、配線系統Ｗに異常な電流が流れたときに一々、オ
ートヒューズ４を交換する必要がなく、いわゆるメンテ
ナンスフリーが実現する。

【００２３】一方、図５に示すようにＰＴＣ素子５にシ
ョートモード故障が起きている状態では、同図(a)に示
すように前記と同様に配線３に異常な大電流が流れたと
きに、この大電流によってＰＴＣ素子５の発熱量は大き
くなるものの、電流を略遮断することはできない。しか
し、この場合には、同図(b)に示すように、配線系統Ｗ
がダメージを受ける前にオートヒューズ４が溶断して、
電流を確実に遮断することができ、これにより、安全性
及び信頼性を十分に確保できる。

【００２４】また、そのようにＰＴＣ素子５にショート
モード故障が起きて、オートヒューズ４が溶断したとき
には、当然ながら、オートヒューズ４及びＰＴＣ素子５
を交換しなくてはならないが、そうなるのは単にオート
ヒューズが溶断するのに比べれば極めて希なので、修理
のための時間及び労力は大幅に軽減される。

【００２５】さらに、そのようにオートヒューズ４の交
換を行うことが殆どなくなれば、オートヒューズボック
スを運転席の周辺に配置する必然性がなくなるので、運
転席周辺における車載機器の設置スペースを大幅に拡大
することができ、その上に、配線のレイアウトにおける
自由度が飛躍的に向上し、省線化や配線の短尺化が図ら
れる。加えて、この保護装置Ａは、オートヒューズ４と
ＰＴＣ素子５とを直列に配設するという極めて簡単な構
成なので、コストの増大は最小限に抑えられる。

【００２６】尚、本発明の構成は、前記実施形態の構成
に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を
包含するものである。すなわち、例えば、前記実施形態
では保護装置Ａを、車両のワイパーモータやパワーウイ
ンドウの駆動モータ等への配線系統Ｗに適用している
が、これに限らず、保護装置Ａは例えば車両の前照灯へ
の配線系統に適用してもよく、また、シガーライター等
のアクセサリへ電力を供給する配線系統に適用してもよ
い。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
係る車両用配線系統の保護装置によると、配線の途中
に、ヒューズに加えてこれと直列にＰＴＣ素子を配設し
て、何らかの理由で配線に異常な大電流が流れたときに
はＰＴＣ素子により、ヒューズが溶断する前に電流を遮
断できるようにしたので、溶断したヒューズを見つけだ
して交換することが殆どなくなり、修理のための時間及
び労力が大幅に軽減できる。また、大型化したヒューズ
ボックスを運転席の周辺に配置しなくても済むようにな
り、運転席周辺の車載機器設置スペースを大幅に拡大で
きるとともに、配線のレイアウトにおける自由度を飛躍
的に高めて、省線化や配線の短尺化が図られる。

【００２８】さらに、たとえ前記ＰＴＣ素子がショート
モード故障を起こしたとしても、ヒューズにより電流を
確実に遮断することができるので、安全性及び信頼性を
十分に確保できる。加えて、ヒューズとＰＴＣ素子とを
直列に配設するという簡単な構成により、コストの増大
を最小限に抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る配線系統保護装置の概
略構成(a)、及びその動作(b)(c)を模式的に示した説明
図である。

【図２】ＰＴＣ素子の抵抗−温度特性の一例を示すグラ
フ図である。

【図３】ＰＴＣ素子の電流−時間特性の一例を示すグラ
フ図である。

【図４】ＰＴＣ素子による電流遮断特性をヒューズと対
比して示すグラフ図である。

【図５】ＰＴＣ素子がショートモード故障を起こしたと
きの図１相当図である。

【符号の説明】

Ａ 配線系統保護装置 Ｗ 配線系統 １ 電気負荷 ３ 配線 ４ ＰＴＣ素子 ５ オートヒューズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の電気負荷へ電力を供給する配線の
   途中に、異常電流が流れたときに該配線にダメージが生
   じる前に溶断して、電流を遮断するヒューズが配設され
   ているとともに、 前記配線にヒューズと直列にＰＴＣ素子が配設されてお
   り、 前記ＰＴＣ素子は、異常電流が流れて抵抗値が急増した
   ときに、遅くとも前記ヒューズが溶断する以前に電流を
   絞るという特性を有するものであることを特徴とする車
   両用配線系統の保護装置。