JP2004087467A - 抵抗回路基板の温度ヒューズ - Google Patents

Abstract

【課題】大電流が流れ急激に抵抗回路が発熱した異常時に、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上にヒューズベース１６として、抵抗回路２の橋渡しをするベース本体１７を設けるが、これとは別に、はんだ設置領域の例えば四隅に、電流の流れない非通電ベース１８を設ける。ベース本体１７および非通電ベース１８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。モータロック等の異常時に大電流が流れ抵抗回路とともにベース本体１７が急激に発熱して、はんだのベース本体１７との接触面が融ける場合でも、電流の流れない非通電ベース１８は、電流の流れるベース本体１７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６（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６（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６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が、さらに、図７（イ）に示すように幅広部６ａを２つ設けた形状、図７（ロ）のように幅広部６ａを長くした形状とする場合もある。
【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として、抵抗回路の橋渡しをするベース本体とともに、このベース本体の近傍に、ベース本体および抵抗回路のいずれからも離隔した非通電ベースを形成したことを特徴とする。
なお、前記非通電ベースには、はんだヒューズを介して電流が流れるが、ベース本体のように抵抗回路を橋渡しをして直接流れる電流ではないので、非通電ベースと称している。
【０００７】
請求項２は、請求項１の温度ヒューズにおけるベース本体が、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ることを特徴とする。
【０００８】
請求項３は、請求項１または２の温度ヒューズにおける非通電ベースを、はんだ設置領域の四隅に、ベース本体に近接して沿う細長いパターンで形成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項４は、請求項３の温度ヒューズにおいて、非通電ベースの幅ｂを０．０５〜１．０ｍｍ、ベース本体と非通電ベースとの間の隙間ｃを０．０５〜１．０ｍｍとしたことを特徴とする。
【００１０】
【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（イ）の拡大したＡ−Ａ断面図、図３は図１（イ）の拡大したＢ−Ｂ断面図である。
図５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もので、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。
【００１１】
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。
【００１２】
本発明では、前記ヒューズベース１６として、抵抗回路２の橋渡しをするベース本体１７とともに、このベース本体１７の近傍に、ベース本体１７および抵抗回路２のいずれからも離隔した非通電ベース１８を形成している。この実施形態のベース本体１７は、従来の温度ヒューズ４におけるヒューズベース６と同じパターンであり、はんだとの接合面積を広くした幅広部１７ａとそれをつなぐ細い幅狭部１７ｂとを持つ形状である。
この実施形態では、非通電ベース１８として、はんだ設置領域の四隅に、すなわち、ベース本体１７の２箇所の幅広部１７ａのそれぞれ両側の合計４箇所に、幅広部１７ａに近接して沿う細長いパターンで形成している。非通電ベース１８は、後述するように、その幅ｂ（図２参照）を０．０５〜１．０ｍｍ、ベース本体１７との間の隙間ｃを０．０５〜１．０ｍｍとするのが、はんだ落下防止の作用を有効に生じさせるために適切である。ベース本体１７の幅ａは種々であるが、例えば１．５ｍｍ等である。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。
【００１３】
前記はんだ７は、ベース本体１７および非通電ベース１８を覆うように設置する。この場合、通常、保護ガラス１９の前記開口１９ａ内ではんだを溶かしてベース本体１７および非通電ベース１８を覆うようにするが、ベース本体１７と４箇所の非通電ベース１８を覆っていれば、その大きさはヒューズベース１６（１７、１８）からのはみ出しが極力少ない方が望ましい。なお、非通電ベース１８の一部がはんだ７から露出していてもよい。
【００１４】
ヒューズベース１６（ベース本体１７および非通電ベース１８）を形成する導電ペーストは、はんだ溶食現象を生じ易い金属、例えば銀（Ａｇ）、銀合金（例えばＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ）等が用いられる。抵抗回路２もやはり導電ペースト（抵抗ペースト）で形成するが、ヒューズベースは抵抗回路の導電ペースト（抵抗ペースト）と同じ材料でも異なる材料でもよい。ヒューズベース１６は、抵抗回路２に不連続部を形成しその不連続部にヒューズベース１６を形成するという方法によって形成してもよいが、抵抗回路２を形成する際に、同時にかつ同じ導電ペーストで抵抗回路２と一体連続のヒューズベース１６を形成してもよい。導電ペーストはスクリーン印刷してパターンを形成し、焼成する。また、図２、図３において、１ａはホーロー基板１の金属基板、１ｂはホーロー層を示す。
【００１５】
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、溶融はんだが特にベース本体１７の幅狭部１７ｂ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１７ａ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に大電流が流れる場合、銀ペースト等で形成されたベース本体１７の体積抵抗率ははんだ７のそれと比べて著しく小さいので、その大電流は主としてベース本体１７を通って流れる。したがって、はんだ７が温度上昇して溶融するより先に、ベース本体１７が急激に発熱する。一方、非通電ベース１８にもはんだ７を介して電流が流れるが、その電流は小さいので、非通電ベース１８の発熱は小さい。したがって、はんだ７の、電流が直接に流れるベース本体１７に接する部分が早く融けたとしても、電流が直接には流れない（はんだを介してしか流れない）非通電ベース１８の温度上昇は遅れ、この非通電ベース１８に接する部分のはんだが溶けるのが遅れるので、この非通電ベース１８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。
【００１６】
上記のように非通電ベース１８がはんだの滑り落ちを防止する役割を果たすことが、実験の結果、確認されている。実験はＡ、Ｂ２種の試料（抵抗回路基板）について行なった。２種の試料Ａ、Ｂにおける各温度ヒューズのヒューズベース形状寸法は、図４に示した通りである。また、試料Ａのヒューズベース面積は６．４５ｍｍ^２、試料Ｂのヒューズベース面積は７．３５ｍｍ^２である。また、はんだ付着量は種々変化させた。
実験は、試料（抵抗回路基板３）を振動試験装置で、図５のように端子５を横向きにした垂直な姿勢で端子５を保持して、ランダム加振し、このランダム振動条件下で模擬モータロック試験を行った。模擬モータロック試験として、モータの代わりに０．１６Ωの抵抗を接続し、１４Ｖの電圧を印加した。なお、ランダム振動条件の詳細数値は省略するが、トラックの車室内の振動程度のランダム加振を行なった。
この２種の試料Ａ、Ｂについて上記の実験を行なった結果、試料Ａの場合、はんだ付着量が１６〜２２ｍｇの範囲で、はんだが落下しないことが確認された。また、試料Ｂの場合、はんだ付着量が１９〜２５ｍｇの範囲ではんだが落下しないことが確認された。なお、上記はんだ付着量は、ヒューズベース面積１ｍｍ^２当たりのはんだ付着量で言えば、概ね２．５〜３．４ｍｇ／ｍｍ^２である。
また、上述の実験以外にも種々の試料を作製して実験を行なった結果、非通電ベース１８の幅ｂを０．０５〜１．０ｍｍ、ベース本体１７と非通電ベース１８との間の隙間ｃを０．０５〜１．０ｍｍとすると、はんだ落下防止のために有効であることが確認された。
また、加熱劣化後のヒューズ作動性の変化がなく、また、通電繰り返し試験によるヒューズ断線もないことから、従来品と同等の耐久性があると判断できる。
【００１７】
なお、ベース本体の形状は、上記実施形態のものに限らず、図７（イ）、（ロ）で示したようなパターンを初め、種々のパターンを採用することができる。
また、非通電ベースも、実施形態のパターンに限らず、種々のパターンを採用することができる。要するに、パターンに電流が直接流れず温度上昇が遅れて、はんだを引き留める作用を果たすために有効な形状であればよい。
また、非通電ベースの高さについては特に言及しなかったが、通常はベース本体１７と同じ高さでよいが、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。
【００１８】
【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として、通電部であるベース本体とは別に、電流が直接には流れない非通電ベースを設けたので、例えばモータロック等の異常時に大電流が流れ抵抗回路とともにベース本体が急激に発熱して、はんだのベース本体との接触面が融ける場合でも、電流が直接には流れない非通電ベースは、電流が直接流れるベース本体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。
【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（イ）の拡大したＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１（イ）の拡大したＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の温度ヒューズの効果を確認する実験に用いたＡ、Ｂの２種の試料（抵抗回路基板）における温度ヒューズのヒューズベースの形状寸法を示した図である。
【図５】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６】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）。
【図７】（イ）、（ロ）はそれぞれ、従来の温度ヒューズにおけるヒューズベースの形状の他の例を示す図である。
【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　ヒューズベース
１７　ベース本体
１７ａ　幅広部
１７ｂ　幅狭部
１８　非通電ベース
１９　保護ガラス
１９ａ　開口

Claims (4)

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として、抵抗回路の橋渡しをするベース本体とともに、このベース本体の近傍に、ベース本体および抵抗回路のいずれからも離隔した非通電ベースを形成したことを特徴とする抵抗回路基板の温度ヒューズ。
2. 前記ベース本体が、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る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. 前記非通電ベースを、はんだ設置領域の四隅に、ベース本体に近接して沿う細長いパターンで形成した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。
4. 前記非通電ベースの幅ｂを０．０５〜１．０ｍｍ、ベース本体と非通電ベースとの間の隙間ｃを０．０５〜１．０ｍｍとしたことを特徴とする請求項３記載の抵抗回路基板の温度ヒューズ。

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