JP2009054528A

JP2009054528A - フューズ抵抗、燃料レベルセンサ用抵抗板、及びフューズ抵抗体の形状設定方法

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Publication number: JP2009054528A
Application number: JP2007222611A
Authority: JP
Inventors: Hisafumi Maruo; 尚史丸尾; Takahiro Miyagawa; 貴宏宮川
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2027-08-29
Also published as: JP4916402B2

Abstract

【課題】基板上に形成されるフューズ抵抗の最適パターン設計及び設計検証時間の短縮が求められている。
【解決手段】抵抗体本体３４の焼損時間である遮断時間Ｔ（ｓ）は、抵抗体本体３４における印加電力Ｐ（Ｗ）と抵抗体本体３４の抵抗面積Ｓ（ｍｍ^２）とに次の相関を有する。
Ｔ＝２５０００（Ｐ／Ｓ）^−２．７・・・（１）式
ここで、印加電力Ｐ（Ｗ）は、印加電圧Ｖ（Ｖ）、抵抗体本体３４のトリミング後の抵抗値Ｒ（Ω）で決定され、抵抗面積Ｓは、抵抗体本体３４の斜線部分の面積であり、以下の式で表される。
Ｐ＝Ｖ^２／Ｒ・・・（２）式
Ｓ＝Ｌ×Ｗ−（Ｌ×Ｗ１）／２・・・（３）式
【選択図】図３

Description

本発明は、抵抗体の回路特性に係り、特にフューズ抵抗体とそのようなフューズ抵抗体を有する燃料レベルセンサ用抵抗板、そのようなフューズ抵抗体の形状設定方法に関する。

車輌の燃料レベルセンサとして、抵抗体を基板に形成した回路基板が用いられることがある。この回路基板にあっては、過電圧印加時を想定して、基板の回路パターンとしてフーズ抵抗を配置し、回路遮断機能を持たせている。そして、そのフューズ抵抗は、過電圧が印加されたときに、短時間で焼損（又は溶断）し回路的にオープンな状態になり、回路遮断機能を作動させる。

ところで、フューズ抵抗が形成された基板が燃料レベルセンサに適用されるときには、フューズ抵抗の焼損時間（遮断時間）が非常に重要になる。つまり、過電圧が印加されたとき、もし回路基板が赤熱するなどして高温が維持する状態が生じると、燃料が発火して車両火災にいたる危険性があるため、フューズ抵抗は瞬間的に遮断することが必要である。

そのようなフューズ抵抗として、回路に印刷した抵抗体をトリミングする技術がある（特許文献１参照）。この特許文献１に開示の技術にあっては、抵抗体の抵抗値を調整するために、抵抗体のトリミングとともに導体部分のトリミングを行い、所望の調整精度を確保している。

また、印刷された抵抗体にトリミングを行い、その結果目標値に対して誤差が大きい場合には、再度別の場所にトリミングを行い、所望の抵抗値となるようにする技術がある（特許文献２参照）。

また、抵抗体の抵抗値を目標に近づけるために複数回トリミングが必要となることを回避するために、予めサンプルによる実験を行い、実験結果を統計的手法により回帰分析して、トリミングの量を決定する技術もある（特許文献３参照）。

特開平６−２０８１０号公報特開２０００−２６９０１２号公報特開平５−１３５９１１号公報

ところで、印刷等により基板上に形成される抵抗体の抵抗値を、基板上に形成後に調整する工程は、作業効率の観点から無いことが好ましい。したがって、特許文献３に開示の技術が有効になる。しかし、回路遮断特性を確認するために、その都度実験を行い目標を満足するか確認する必要があるが、このような作業はできるだけ少ない回数で行いたい。仕様や設計に変更が生じた場合に、時間的制約が厳しいときや、そのような装置を自由に使用出来ない場合もある。このようなことから、抵抗体の最適形状を早期に決定する技術が求められていた。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上記課題を解決することができるパターン設計方法を提供することを目的とする。

本発明のある態様は、フューズ抵抗体に関する。このフューズ抵抗は、絶縁基板上に形成された電極間に矩形に形成され、回路遮断回路として機能するフューズ抵抗体であって、前記矩形の抵抗体の長さ方向の一辺から幅方向に形成されるトリミング領域を有し、
前記抵抗体の焼損時間Ｔ（ｓ）が、前記抵抗体の長さをＬ（ｍｍ）、幅をＷ（ｍｍ）、トリミング領域の長さをＷ１としたときに、前記矩形の面積（Ｗ×Ｌ）から、前記抵抗体の長さＬを底辺としてトリミングの長さＷ１を高さとする三角形の面積（Ｌ×Ｗ１×１／２）を除いた抵抗面積Ｓ（ｍｍ^２）と、前記抵抗体に印加される過電圧Ｖと抵抗体の抵抗値Ｒとから導かれる電力Ｐ（Ｗ）とが、
Ｔ＝２５０００×（Ｐ／Ｓ）^−２．７
の関係式を満足する。
本発明の別の態様は燃料レベルセンサ用抵抗板に関する。この燃料レベルセンサ用抵抗板は、上述のフューズ抵抗体を備える。
本発明のさらに別の態様はフューズ抵抗体の形状設定方法に関する。この方法は、絶縁基板上に形成された電極間に矩形に形成され、回路遮断回路として機能するフューズ抵抗体の形状設定方法であって、前記矩形の抵抗体の長さ方向の一辺から幅方向にトリミング領域を形成するトリミング工程を有し、当該トリミング工程は、前記抵抗体の焼損時間Ｔ（ｓ）が、前記抵抗体の長さをＬ（ｍｍ）、幅をＷ（ｍｍ）、トリミング領域の長さをＷ１（ｍｍ）としたときに、前記矩形の面積（Ｗ×Ｌ）から、前記抵抗体の長さＬを底辺としてトリミングの長さＷ１を高さとする三角形の面積（Ｌ×Ｗ１×１／２）を除いた抵抗面積Ｓ（ｍｍ２）と、前記抵抗体に印加される過電圧Ｖと抵抗体の抵抗値Ｒとから導かれる電力Ｐ（Ｗ）とが、
Ｔ＝２５０００×（Ｐ／Ｓ）^−２．７
の関係式を満足するように前記抵抗体の長さＬと前記幅Ｗとを設定する。

本発明によれば、想定する印加過電圧及び設定抵抗値から、実抵抗体面積、更には抵抗体の最適形状が予測可能であり、フューズ抵抗体のパターン設計検証時間の短縮が図られ、設計の効率化を実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）を図面に基づき説明する。本実施形態では、車輌などの燃料タンク内に燃料レベルセンサ（残量計）として設置される抵抗板における、遮断回路であるフューズ抵抗について説明する。

図１は、本実施形態に係る抵抗板１０の外観を示す平面図である。この抵抗板１０は、燃料タンク（図示せず）内に設置される。そして、抵抗板１０は、基板１１上に、本図において中央左側の領域に上から、抵抗体１２と、第１の検知用導体１３と、第２の検知用導体１４とが薄膜で形成されている。第１の検知用導体１３と第２の検知用導体１４は、それぞれ複数の短冊状の形状で配置され形成されている。そして、抵抗体１２には第１の引出導体２２が、第１の検知用導体１３には第２の引出導体２４が、更にフューズ抵抗体３０を介して第２のフューズ抵抗引出導体２２が形成されており、そして第２の検知用導体１４には第３の引出導体２６が薄膜形成されている。

そして、燃料タンク内の燃料液面に浮かぶフロート（図示せず）に連動する指針１９に併設されている接点が、第１の検知用導体１３と第２の検知用導体１４に接触し、電気的に回路形成されることで、フロート位置に応じた抵抗値信号を出力する。つまり、抵抗板１０及び指針１９で可変抵抗として機能する。この抵抗値を見ることで、燃料の残量が判別される。

さらに、抵抗板１０は、回路に過電流が流れたとき回路を電気的に遮断するために、フューズ抵抗体３０を有する。フューズ抵抗体３０は、第１の引出導体２２と第２の引出導体２４との間に形成されている。

図２は、フューズ抵抗体３０を模式的に示した図である。本図は、図１のフューズ抵抗体３０を時計回転方向に９０度回転させた状態を示している。

フューズ抵抗体３０は、平行に所定距離離間して設けられた第１及び第２のフューズ取付導体３１，３２と、第１及び第２のフューズ取付導体３１，３２に取り付けられそれらの間に設けられた抵抗体本体３４とを有している。そして、第１のフューズ取付導体３１は第２の引出導体２４の一部であり、第２のフューズ取付導体３２は第１の引出導体２２の一部である。

ここで、抵抗体本体３４は、外形が矩形の形状となっており、本図で横方向の長さＬ（以下、「「抵抗体長Ｌ」という）、縦方向の長さがＷ（以下、「抵抗体幅Ｗ」）である。したがって、第１及び第２のフューズ取付導体３１，３２の距離は、抵抗体長Ｌと一致する。

そして、抵抗体本体３４には、フューズ抵抗体３０が所望の抵抗値となるようにトリミングが施され、抵抗体が取り除かれたトリミング領域４０が形成されている。具体的には、抵抗体本体３４の本図下側の底辺の略中央部分において上辺に向かって、トリミング領域４０が長さＷ１（以下、「トリミング長Ｗ１」という）で形成されている。

ところで、上述の通り抵抗体本体３４は、過電圧が印加されたときに焼損して、回路が電気的に遮断するようになっている。したがって、トリミング領域４０は、過電圧が印加されたときに速やかに焼損させるように形成されている必要がある。

一般的には、設計の時に抵抗体長Ｌ及び抵抗体幅Ｗを様々に変えて試作品を作り、目的抵抗値を達成するに必要なトリミング長Ｗ１のトリミング加工を施した後、抵抗体本体３４が所望の時間で焼損するかを確認している。つまり、目的抵抗値などの仕様変更があると抵抗体長Ｌや抵抗体幅Ｗやトリミング長Ｗ１を変更し、改めて所望の焼損時間が得られるか確認する必要がある。近年では、開発費削減の要求が厳しく設計検証時間の短縮が求められている。

そこで本実施形態では、実験の結果、抵抗体への印加電力Ｐ、フューズ抵抗体３０の抵抗体長Ｌ、抵抗体幅Ｗ、トリミング長Ｗ１及び焼損時間の関係に於いて以下の知見が得られた。

つまり、上述の焼損時間である遮断時間Ｔ（ｓ）は、抵抗体本体３４における印加電力Ｐ（Ｗ）と抵抗体本体３４の抵抗面積Ｓ（ｍｍ^２）とに、次の（１）式に示す相関があることが得られた。
Ｔ＝２５０００（Ｐ／Ｓ）^−２．７・・・（１）式
ここで、印加電力Ｐ（Ｗ）は、印加電圧Ｖ（Ｖ）、抵抗体本体３４のトリミング後の抵抗値Ｒ（Ω）により（２）式で表され、また、抵抗面積Ｓは、図３の抵抗体本体３４の斜線部分の面積であり、Ｌ，Ｗ，Ｗ１により（３）式で表される。
Ｐ＝Ｖ^２／Ｒ・・・（２）式
Ｓ＝Ｌ×Ｗ−（Ｌ×Ｗ１）／２・・・（３）式
つまり、矩形の抵抗体本体３４の面積Ｓから、トリミング領域４０のトリミング長Ｗ１を「高さ」とし抵抗体長Ｌを「底辺」とする三角形の面積である非抵抗領域３６を除いた面積が、図中墨塗りで示す抵抗面積Ｓであり実抵抗体領域３５である。ここでは、非抵抗領域３６は、トリミング領域４０の左側の三角形部分の第１の非抵抗領域３６ａと右側の三角形部分の第２の非抵抗領域３６ｂとの二つの領域からなる。なお、シート抵抗値（抵抗体本体３４を形成する材料自体の基本抵抗値）、抵抗体本体３４の膜厚の要素については、トリミングのカット寸法に現れるため、回路遮断特性に影響する要素から除外できる。具体的には、シート抵抗体値が高いと、抵抗体本体３４の抵抗値が高くなるため、トリミング長Ｗ１は短くなる。逆に、シート抵抗体値が低いと、抵抗体本体３４の抵抗値が低くなるため、トリミング長Ｗ１は長くなる。また、抵抗体本体３４（シート抵抗体）の膜厚が厚いと、抵抗体本体３４の抵抗値は低くなるため、トリミング長Ｗ１は長くなる。逆に、抵抗体本体３４（シート抵抗体）の膜厚が薄いと、抵抗体本体３４の抵抗値は高くなるため、トリミング長Ｗ１は短くなる。一般的に、回路の遮断時間Ｔに影響する要素として、フューズ抵抗体３０の抵抗値Ｒ、長さＬ、幅Ｗ、トリミング長Ｗ１、シート抵抗値、膜厚が想定される。しかし、上述のように、シート抵抗値の変動や膜厚の変動はトリミング長Ｗ１に反映される。

図４は、（１）式について、つまり、遮断時間Ｔ（ｓ）とＰ／Ｓ（Ｗ／ｍｍ^２）の関係について測定した結果を示している。図４（ａ）は、測定結果をグラフに示したものであり、図４（ｂ）は測定結果を表で示したものである。

ここでは、抵抗体本体３４のトリミング後の抵抗値Ｒを２０Ω、印加電圧Ｖを１３．５Ｖとして、（２）式の印加電圧Ｐを９．１１Ｗに設定した。また、抵抗面積Ｓは、表に示すように、０．１６０７ｍｍ^２〜０．６２８３ｍｍ^２の７条件であり、各抵抗面積Ｓに対応するＰ／Ｓ（Ｗ／ｍｍ^２）は、５６．６８９（Ｗ／ｍｍ^２）〜１４．４９９（Ｗ／ｍｍ^２）である。

そして、この実験結果より、遮断時間Ｔが上述の（１）式で示されることが導き出される。したがって、フューズ抵抗体３０（抵抗体本体３４）の抵抗値Ｒ、印加電圧Ｖ、抵抗体本体３４の形状（Ｌ、Ｗ）及びトリミング長Ｗ１が分かれば、回路遮断特性である遮断時間Ｔを導くことが出来る。逆に、遮断時間Ｔから必要なＰ／Ｓの値を導くことが出来る。例えば、印加電力Ｐを９．１１Ｗとしたときに、遮断時間Ｔを１秒や１．５秒として設定して（１）式に代入すると、遮断時間Ｔが１秒のときは抵抗面積Ｓは０．２５ｍｍ^２に、遮断時間Ｔが１．５秒のときは抵抗面積Ｓは０．２１ｍｍ^２にすればよい。

以上、本実施形態によれば、抵抗板１０、より具体的にはフューズ抵抗体３０の回路遮断特性の確認試験を実施することなく、フューズ抵抗体３０の回路遮断特性（遮断時間Ｔ）を確認することができる。これによって、設計検証時間の短縮が実現できる。また、予め抵抗体本体３４の最適形状の予測が可能であり、設計効率化を図ることができる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施形態に係る、抵抗板の外観を示す平面図である。本実施形態に係る、抵抗板のフューズ抵抗体を模式的に示す図である本実施形態に係る、遮断時間を算出する際に使用する抵抗面積を示す図である。本実施形態に係る、抵抗体本体について遮断特性Ｔ、印加電圧Ｐ、抵抗面積Ｓの関係を測定した実験結果を示す図である。

符号の説明

１０抵抗板
１１基板
１２抵抗体
１３第１の検知用導体
１４第２の検知用導体
２２第１の引出導体
２４第２の引出導体
２６第３の引出導体
３０フューズ抵抗体
３１第１のフューズ取付導体
３２第２のフューズ取付導体
３４抵抗体本体
３５実抵抗領域
３６非抵抗領域
３６ａ第１の非抵抗領域
３６ｂ第２の非抵抗領域
４０トリミング領域
Ｌ抵抗体長
Ｗ抵抗体幅
Ｗ１トリミング長

Claims

絶縁基板上に形成された電極間に矩形に形成され、回路遮断回路として機能するフューズ抵抗体であって、
前記矩形の抵抗体の長さ方向の一辺から幅方向に形成されるトリミング領域を有し、
前記抵抗体の焼損時間Ｔ（ｓ）が、前記抵抗体の長さをＬ（ｍｍ）、幅をＷ（ｍｍ）、トリミング領域の長さをＷ１としたときに、前記矩形の面積（Ｗ×Ｌ）から、前記抵抗体の長さＬを底辺としてトリミングの長さＷ１を高さとする三角形の面積（Ｌ×Ｗ１×１／２）を除いた抵抗面積Ｓ（ｍｍ^２）と、前記抵抗体に印加される過電圧Ｖと抵抗体の抵抗値Ｒとから導かれる電力Ｐ（Ｗ）とが、
Ｔ＝２５０００×（Ｐ／Ｓ）^−２．７
の関係式を満足することを特徴とするフューズ抵抗体。
請求項１に記載のフューズ抵抗体を備えることを特徴とする燃料レベルセンサ用抵抗板。
絶縁基板上に形成された電極間に矩形に形成され、回路遮断回路として機能するフューズ抵抗体の長さＬと幅Ｗの設定方法であって、
前記矩形の抵抗体の長さ方向の一辺から幅方向にトリミング領域を形成するトリミング工程を有し、
当該トリミング工程は、前記抵抗体の焼損時間Ｔ（ｓ）が、前記抵抗体の長さをＬ（ｍｍ）、幅をＷ（ｍｍ）、トリミング領域の長さをＷ１（ｍｍ）としたときに、前記矩形の面積（Ｗ×Ｌ）から、前記抵抗体の長さＬを底辺としてトリミングの長さＷ１を高さとする三角形の面積（Ｌ×Ｗ１×１／２）を除いた抵抗面積Ｓ（ｍｍ^２）と、前記抵抗体に印加される過電圧Ｖと抵抗体の抵抗値Ｒとから導かれる電力Ｐ（Ｗ）とが、
Ｔ＝２５０００×（Ｐ／Ｓ）^−２．７
の関係式を満足するように前記抵抗体の長さＬと前記幅Ｗとを設定することを特徴とするフューズ抵抗体の形状設定方法。