JP2004079307A - 抵抗回路基板の温度ヒューズ - Google Patents

Abstract

【課題】大電流が流れた異常時に、ヒューズはんだが基板から滑り落ちてヒューズ機能を失うことを防止する。
【解決手段】ホーロー基板１上に設けるヒューズベースを、ヒューズベース長手方向の一端側の片側側縁から他端側の反対側側縁に抜ける溝２０によって分割して、電流の流れ難い半島状部分１６ｃが生じるようにする。ヒューズベース１６を覆うようにはんだヒューズ７を設置して温度ヒューズ１４を構成する。例えばモータロック等の異常時に抵抗回路に大電流が流れて、ヒューズベース１６の電流の流れ易い広面積部分１６ｄが大きく発熱しはんだの当該広面積部分１６ｄと接する面が溶融した場合でも、電流の流れ難い半島状部分１６ｃは、電流の流れ易い広面積部分１６ｄと比べて温度上昇が遅れるので、はんだ７を引き留める作用を果たし、基板から滑り落ちることを防止する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明に属する技術分野】
この発明は、ホーロー基板等の基板に抵抗回路を形成した抵抗回路基板の抵抗回路の途中に設ける温度ヒューズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車空調用の抵抗回路基板として、ホーロー基板上に抵抗回路を形成した抵抗回路基板を用いる場合がある。この種の抵抗回路基板は通常、抵抗回路の途中に温度ヒューズを設けるが、この種の温度ヒューズとして、従来、図８（イ）に示すように、ホーロー基板１上の抵抗回路２の途中に導電ペーストによるヒューズベース６（断面ではないがハッチングで示した）を形成し、このヒューズベース６の上に図８（ロ）に示すようにヒューズはんだ（断面ではないが交差ハッチングで示した）７を設置することが行われている。ヒューズベース６は、溶融したはんだの中に溶け込み易い金属すなわちはんだ溶食現象を生じ易い金属のペーストで形成する。こうして構成された従来の温度ヒューズを４で示す。なお、抵抗回路２およびヒューズベース６は、ホーロー基板１上に抵抗としての導電ペースト（抵抗ペースト）またはヒューズベースとしての導電ペーストをパターンとしてスクリーン印刷し焼成して形成する。ヒューズベース６を形成する導電ペーストは、抵抗回路２を形成する導電ペースト（抵抗ペースト）と同じ導電ペーストを用いることも、異なる導電ペーストを用いることも可能である。なお、図８では省略したが、実際には、抵抗回路基板の表面は、はんだ７の領域を除き、抵抗回路保護用の保護ガラスで被覆されている。
また、図示のヒューズベース６の形状は、基板温度が高温になった異常時に確実なヒューズ作動を得るために、はんだ（ヒューズはんだ）７とヒューズベース６の接合面を大きくした左右の幅広部６ａとそれをつなぐ細い幅狭部６ｂとを形成したものであり、この種のヒューズベースとして一般的なパターンである。
【０００３】
上記温度ヒューズ４の作動原理について説明すると、何らかの異常で基板１の温度が上昇して一定温度以上になった場合、その熱でヒューズはんだ（以下、はんだと略す）７が溶融する。ヒューズベース６は溶融したはんだ７によって溶食され（はんだ溶食現象が生じ）、ある時間経過した時、溶融はんだがヒューズベース６の特に幅狭部６ｂを溶かし込んで消失させるとともに、溶融はんだが左右の抵抗回路２との境界部側（図示例では幅広部６ａ側）に、表面張力ないし界面張力でそれぞれ丸まった状態となって２つに分かれ、こうして抵抗回路が遮断される。この温度ヒューズ４は、一定の条件で作動して回路を遮断するように設計される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の通り温度ヒューズは基板１の熱ではんだが溶融して回路遮断機能を果たすものであるが、上記従来の温度ヒューズ４では、例えば、エンジン駆動時にモータロック等の異常が起きて、抵抗回路２に大電流が流れた場合、基板１の熱による回路遮断機能を果たす前にはんだ７が脱落して、本来のヒューズ機能を失う可能性がある。すなわち、抵抗回路２に大電流が流れた場合、その大電流はヒューズベース６およびはんだ７を通って流れるが、ヒューズベース６として例えば銀を使用している場合には、その体積抵抗率ははんだ７と比べて著しく小さいので、ヒューズベース６に電流が集中して流れてヒューズベース６が発熱し、このためはんだ７のヒューズベース６面に接する部分の融けるのが早く、エンジンの振動と相俟って、はんだ７が基板上を滑り落ちる可能性が考えられ、その場合には、温度ヒューズ４が本来の機能を果たせなくなる。
【０００５】
本発明は上記従来の欠点を解消するためになされたもので、抵抗回路基板の抵抗回路の途中に設ける温度ヒューズが本来の機能を失わないように、温度ヒューズを構成するヒューズはんだのヒューズベースへの固定性を高めて、ヒューズはんだがみだりに滑り落ちることのない温度ヒューズを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、基板上の抵抗回路の途中に導電ペーストによるヒューズベースを形成し、このヒューズベース上にヒューズはんだを設置して構成した抵抗回路基板の温度ヒューズにおいて、
前記ヒューズベースを、ヒューズベース長手方向の一端側の片側側縁から他端側の反対側側縁に抜ける溝によって分割したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２は、請求項１の抵抗回路基板の温度ヒューズにおけるヒューズベースを、ヒューズベース長手方向の一端側の片側側縁から入りベース幅方向中央をヒューズベース長手方向に延びて他端側の反対側側縁に抜ける溝によって、分割したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３は、請求項１または２の抵抗回路基板の温度ヒューズにおいて、ヒューズベースの輪郭が、ヒューズはんだとの接合面積を広くした幅広部とそれをつなぐ細い幅狭部とを持つ形状であり、前記溝が、一方の幅広部の片側側縁から幅狭部の幅方向中央を通ってヒューズベース長手方向に延び他方の幅広部の反対側側縁に抜ける形状であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態の温度ヒューズ１４を説明する図であり、（イ）はヒューズはんだを設置する前の平面図、（ロ）はヒューズはんだを設置して温度ヒューズ１４を構成した状態の平面図である。図２は図１（ロ）の拡大したＡ−Ａ断面図、図３（イ）は図１（ロ）の拡大したＢ−Ｂ断面図、図３（ロ）は当該温度ヒューズ１４が正しく作動して抵抗回路が遮断された状態での同じくＢ−Ｂ断面図である。図２、図３において、１は金属基板１ａにホーロー層１ｂを被覆したホーロー基板を示す。
図７は前記温度ヒューズ１４を設けた例えば自動車空調用等の抵抗回路基板３の簡略化して示した平面図で、ホーロー基板１上に抵抗回路（単純化している）２を形成し、端子５を設けた構成であり、図示のように、抵抗回路２の途中に温度ヒューズ１４を設けている。
【００１０】
この温度ヒューズ１４は、抵抗回路２の途中に導電ペーストによるヒューズベース１６を形成し、このヒューズベース１６の上に図１（ロ）および図２、図３に示すようにヒューズはんだ（以下、単にはんだという）７を設置した構造である。ヒューズベース１６は、溶融したはんだの中に溶け込み易い金属すなわちはんだ溶食現象を生じ易い金属のペーストで形成する。はんだ溶食現象を生じ易い金属として、銀（Ａｇ）、銀合金（例えばＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ）等が用いられる。
【００１１】
抵抗回路２およびヒューズベース１６は、ホーロー基板１上に抵抗としての導電ペースト（抵抗ペースト）またはヒューズベースとしての導電ペーストをそれぞれパターンとしてスクリーン印刷し焼成して形成する。ヒューズベース１６を形成する導電ペーストは、抵抗回路２を形成する導電ペースト（抵抗ペースト）と同じ導電ペーストを用いることも、異なる導電ペーストを用いることも可能である。同じ導電ペーストを用いる場合は、抵抗回路２のパターン形成時にこれと同時にヒューズベース１６を形成する。異なる導電ペーストを用いる場合は、抵抗回路２に不連続部を形成し、その不連続部に異なる導電ペーストでヒューズベース１６を形成する。
【００１２】
本発明では、図４（イ）、（ロ）の拡大した平面図および断面図にも示すように、前記ヒューズベース１６を、ヒューズベース長手方向の一端側（図４で左側）の片側側縁（図４で上側の側縁）から他端側（図４で右側）の反対側側縁（図４で下側の側縁）に抜ける溝２０によって、２つの領域１７、１８に分割している。
この実施形態のヒューズベース１６の輪郭は、図８の従来の温度ヒューズ４におけるヒューズベース６と同じパターンで、はんだとの接合面積を広くした左右の幅広部１６ａとそれをつなぐ細い幅狭部１６ｂとを持つ形状であり、図示例では、前記溝２０を、図４で左側の幅広部１６ａの上側側縁から入り、幅狭部１６ｂの幅方向中央をヒューズベース長手方向に延びて、右側の幅広部１６ａの下側の側縁に抜けるように形成している。この溝２０によってヒューズベース１６が一方の領域１７と他方の領域１８とに２分割されている。
実施形態のヒューズベース１６の各部の寸法の一例を記載すると、図４において、幅広部１６ａの幅ａが１．７ｍｍ、長さｆが１．７５ｍｍ、幅狭部１６ｂの幅ｄが０．８ｍｍ、長さｇが２．０ｍｍ、溝２０の幅（隙間）ｃが０．２ｍｍである。また、溝２０の開口位置と幅広部先端との距離ｅが１．０ｍｍである。また、図４で溝２０のカーブしている部分の内側半径Ｒ_１が０．３ｍｍ、外側半径Ｒ_２が０．５ｍｍである。
抵抗回路基板３の表面には、抵抗回路２を保護するための保護ガラス１９を被覆するが、温度ヒューズ１４を設置する箇所は、開口１９ａとしてあけている。
前記はんだ７は、ヒューズベース１６の全体を覆うように設置する。
【００１３】
上記抵抗回路基板３を搭載した自動車において、温度ヒューズ１４が正常に作動する場合について説明すると、何らかの異常で基板１の温度が上昇して一定温度以上になった場合、その熱ではんだ７が溶融する。ヒューズベース１６は溶融したはんだ７によって溶食されるが、ある時間経過した時、図３（ロ）に示すように、溶融はんだがヒューズベース１６の特に幅狭部１６ｂを溶かし込んで消失させるとともに、溶融はんだが左右の抵抗回路２との境界部側（幅広部１６ａ側）に、表面張力ないし界面張力でそれぞれ丸まった状態となって２つに分かれ、こうして抵抗回路が遮断される。
しかし、例えばエンジン駆動時にモータロック等の異常が起きて、抵抗回路２に大電流が流れた場合、その大電流はヒューズベース１６およびはんだ７を通って流れるが、本発明のヒューズベース１６は溝２０で分割されているので、電流の流れ難い部分が生じる。実施形態の場合、ヒューズベース１６がヒューズベース長手方向から見て概ねＳ字形の溝２０で分割されているが、Ｓ字形の湾曲部で囲まれた２箇所の部分（半島状部分１６ｃ（図４のハッチング部分））は、その横の広面積部分１６ｄと比べて電流が流れ難い。したがって、広面積部分１６ｄの発熱は大きいが、半島状部分１６ｃの発熱は小さい。このため、はんだ７の、電流の流れ易い広面積部分１６ｄに接する部分（および幅狭部１６ｂ（幅狭部１６ｂも広面積部分１６ｄと同様に発熱し易い））が早く融けたとしても、半島状部分１６ｃの温度上昇は遅れ、これに接する部分のはんだが溶けるのが遅れるので、この半島状部分１６ｃがはんだ７を引き留める作用を果たし、エンジンの振動によっても、はんだ７が基板１上から滑り落ちることを防止することができる。このようにヒューズベース１６を例えばヒューズベース長手方向の概ねＳ字形の溝２０で分割することで、はんだの滑り落ちを防止できることが、本願発明者らの種々の実験の結果、確認されている。
また、ヒューズベース１６が溝２０で分割されて抵抗が大きくなることで、抵抗回路２に大電流が流れた時に、ヒューズベース１６を流れる電流自体が少なくなり、ヒューズベース１６が急激には発熱しにくいという面もある。この場合、大電流で抵抗回路２が発熱することによる基板温度の上昇と比べて、ヒューズベース１６の温度上昇が遅れ、したがって、はんだ７のヒューズベース１６との接触面が先に融けてしまう恐れは少なくなる。このような面からも、はんだ７が基板１上から滑り落ちることを防止できる。
【００１４】
また、この抵抗回路基板３は変動する熱環境に置かれるので、ヒートサイクルによりヒューズベース上のはんだに応力が発生するが、ヒューズベース１６の分割が概ねヒューズベース長手方向に延びる溝によって行われているので、ヒューズベース幅方向に直角に横断する溝で分割した場合と比較して、ヒートサイクルではんだに発生する応力が分散され、ヒューズベース１６上のはんだに亀裂が入ることを防止できる。
【００１５】
ヒューズベース１６を分割する溝の形状は、上記実施形態のものに限らず、種々変形可能である。例えば図５（イ）に示したヒューズベース１６の溝２０Ａのように、溝２０Ａの幅狭部１６ｂを通る部分が、ヒューズベース長手方向と平行でなく角度を持つものでもよい。また、溝２０Ａの幅広部１６ａ側縁に開口する部分も、図示のように、ベース幅方向に対して傾斜していてもよい。また、溝２０Ａの幅狭部１６ｂの部分と幅広部１６ａの部分とが、図示のように、直線部どうしで連続（円弧部なしに連続）していてもよい。また、分割されたヒューズベース１６の一方の領域１７と他方の領域１８とが、図示のように、非対称であってもよい。
また、図５（ロ）に示したヒューズベース１６の溝２０Ｂのように、左側の幅広部１６ａの片側側縁から右側の幅広部１６ａの反対側側縁に直線的に延びる傾斜した直線状の溝であってもよい。この場合、図示のように、幅狭部１６’ｂもヒューズベース長手方向に対して傾斜させてもよい。
上述のように、ヒューズベース１６を分割する溝として種々のパターンを採用することができるが、要するに、ヒューズベース１６を分割して、半島状部分等のような電流の流れ難い部分が生じるものであればよい。
【００１６】
ヒューズベースの外形は、上記実施形態のものに限らず、種々のパターンを採用することができる。例えば、図６（イ）に示したヒューズベース２６のように、２つの幅広部２６ａ間に短い幅狭部２６ｂを設け、抵抗回路２２との間にも狭部２６ｂを設けた形状、あるいは図６（ロ）に示したヒューズベース３６のように、抵抗回路３２との間に幅狭部３６ｂを設けた１つの長い幅広部３６ａを持つ形状とすることができる。
前者（図６（イ））のヒューズベース２６に設けた溝２０Ｃは、中央の幅狭部２６ｂを通って左右の幅広部２６ａに延びる形状であり、概ね図１〜図４の実施形態の溝２０と同じである。後者（図６（ロ））のヒューズベース３６に設けた溝２０Ｄは、１つの長い幅広部３６ａ内で片側側縁から反対側側縁に延びる形状である。
また、分割したヒューズベース１６のそれぞれの領域は、通常は同じ厚みでよいが、必ずしも同じである必要はない。
また、本発明において、抵抗回路基板の基板自体は必ずしもホーロー基板に限るものでなく、例えば、セラミック基板でもよい。
また、抵抗回路は、必ずしも導電ペーストによる回路に限定されない。
また、実施形態では自動車空調用の抵抗回路基板の例で説明したが、これに限らず、種々の用途の抵抗回路基板の温度ヒューズに適用できる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の温度ヒューズによれば、ヒューズはんだを設置するためのヒューズベースを、ヒューズベース長手方向の一端側の片側側縁から他端側の反対側側縁に抜ける溝によって分割して、例えば半島状部分等のごとき電流の流れ難い部分が生じるようにしているので、例えばモータロック等の異常時に抵抗回路に大電流が流れて、ヒューズベースの電流の流れ易い面積の広い部分（広面積部分）が大きく発熱しはんだの当該広面積部分と接する面が溶融した場合でも、電流の流れ難い半島状等の部分は、電流の流れ易い広面積部分と比べて温度上昇が遅れて、はんだを引き留める作用を果たし、はんだが基板から滑り落ちることを防止することができ、これにより温度ヒューズとしての機能が維持される。
また、ヒューズベースが溝で分割されて抵抗が大きくなることで、ヒューズベースを流れる電流自体が少なくなってヒューズベースが急激には発熱しにくくなり、大電流で抵抗回路が発熱することによる基板温度の上昇と比べて、ヒューズベースの温度上昇が遅れ、これにより、はんだのヒューズベースとの接触面が先に融けてしまう恐れは少なくなり、この点でもはんだ滑り落ち防止が図られる。
【００１８】
また、ヒューズベースの分割が概ねヒューズベース長手方向に延びる溝によって行われているので、ヒューズベース幅方向に直角に横断する溝で分割した場合と比較して、ヒートサイクルではんだに発生する応力が分散され、ヒューズベース上のはんだに亀裂が入ることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の抵抗回路基板の温度ヒューズを示す平面図であり、（イ）ははんだを設置する前、（ロ）ははんだを設置した後を示す。
【図２】図１（ロ）の拡大したＡ−Ａ断面図である。
【図３】（イ）は図１（ロ）の拡大したＢ−Ｂ断面図、（ロ）は当該温度ヒューズが正しく作動して抵抗回路が遮断された状態での同じくＢ−Ｂ断面図である。
【図４】上記温度ヒューズにおけるヒューズベースを拡大して示したもので、（イ）は平面図、（ロ）は（イ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】（イ）、（ロ）はそれぞれ本発明におけるヒューズベースの他の実施形態を示す平面図である。
【図６】（イ）、（ロ）はそれぞれ本発明におけるヒューズベースのさらに他の実施形態を示す平面図である。
【図７】本発明を適用しようとする抵抗回路基板の平面図であり、本発明および従来例に共通する図である。
【図８】従来の抵抗回路基板の温度ヒューズを説明する図であり、（イ）ははんだを設置する前、（ロ）ははんだを設置した後を示す（ただし、被覆している保護ガラスは省略）。
【符号の説明】
１　ホーロー基板
２　抵抗回路
３　抵抗回路基板
７　はんだ（ヒューズはんだ）
１４　温度ヒューズ
１６、２６、３６　ヒューズベース
１６ａ、２６ａ、３６ａ　幅広部
１６ｂ、１６’ｂ、２６ｂ、３６ｂ　幅狭部
１６ｃ　半島状部分
１６ｄ　広面積部分
１７、１８　（ヒューズベースの分割された）領域
１９　保護ガラス
１９ａ　開口
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ　（ヒューズベースを分割する）溝

Claims (3)

1. 基板上の抵抗回路の途中に導電ペーストによるヒューズベースを形成し、このヒューズベース上にヒューズはんだを設置して構成した抵抗回路基板の温度ヒューズにおいて、
   前記ヒューズベースを、ヒューズベース長手方向の一端側の片側側縁から他端側の反対側側縁に抜ける溝によって分割したことを特徴とする抵抗回路基板の温度ヒューズ。
2. 前記ヒューズベースを、ヒューズベース長手方向の一端側の片側側縁から入りベース幅方向中央をヒューズベース長手方向に延びて他端側の反対側側縁に抜ける溝によって、分割したことを特徴とする請求項１記載の抵抗回路基板の温度ヒューズ。
3. 前記ヒューズベースの輪郭が、ヒューズはんだとの接合面積を広くした幅広部とそれをつなぐ細い幅狭部とを持つ形状であり、前記溝が、一方の幅広部の片側側縁から幅狭部の幅方向中央を通ってヒューズベース長手方向に延び他方の幅広部の反対側側縁に抜ける形状であることを特徴とする請求項１または２記載の抵抗回路基板の温度ヒューズ。

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