JP2009283360A - 電子部品ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品から温度ヒューズへ伝達される熱量を調整でき、多様な温度ヒューズを使用可能な電子部品ユニットを提供すること。
【解決手段】通電により発熱するパワーコンデンサ（電子部品）３と、パワーコンデンサ３に異常発熱が生じたときに溶断して通電を遮断する温度ヒューズ４と、パワーコンデンサ３の近傍に温度ヒューズ４を固定すると共にパワーコンデンサ３からの熱を温度ヒューズ４に伝達する板バネ（固定部材）１０とを備え、板バネ１０は、パワーコンデンサ３から受ける受熱量が自身から発散する放熱量を上回る受熱部Ａと、放熱量が受熱量を上回る放熱部Ｂとを有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品の異常発熱による損傷を保護する温度ヒューズを電子部品近傍に固定すると共に、電子部品からの熱を温度ヒューズに伝達する固定部材を備えた電子部品ユニットに関するものである。

従来から、通電により発熱するパワートランジスタ等の電子部品に板バネを取りつけ、この板バネの端部を電子部品から突出させると共に、この突出した部分で電子部品近傍に配置した温度ヒューズを指圧固定した電子部品ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この電子部品ユニットでは、電子部品からの熱をこの板バネを介して温度ヒューズに伝達するようになっている。
特開２００２−２８０５１４号公報

ところで、上述の電子部品ユニットでは、板バネによって伝達される熱量が一定であるため、伝達される熱量によって温度ヒューズの作動温度が決まっていた。

そのため、電子部品の異常発熱で確実に溶断できる、すなわち使用可能な温度ヒューズが限定されてしまい、既存の温度ヒューズを使用できない場合があった。

そこで、この発明は、電子部品から温度ヒューズへ伝達される熱量を調整でき、多様な温度ヒューズを使用可能な電子部品ユニットを提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、この発明に係る電子部品ユニットは、通電により発熱する電子部品と、該電子部品に異常発熱が生じたときに溶断して前記通電を遮断する温度ヒューズと、前記電子部品の近傍に前記温度ヒューズを固定すると共に前記電子部品からの熱を前記温度ヒューズに伝達する固定部材とを備え、前記固定部材は、前記電子部品から受ける受熱量が自身から発散する放熱量を上回る受熱部と、前記放熱量が前記受熱量を上回る放熱部とを有していることを特徴としている。

また、前記固定部材は、前記温度ヒューズから前記電子部品の発熱中心部に向かって延在されると共に、先端部が左右に分岐して延びたものであってもよい。

さらに、前記固定部材は、前記温度ヒューズと前記発熱中心部との間が一点止めされると共に、前記発熱中心部に対向したエッジ部が、該発熱中心部を中心とした円弧状に湾曲しているものであってもよい。

温度ヒューズを固定すると共に電子部品からの熱を伝達する固定部材が、電子部品から受ける受熱量が自身から発散する放熱量を上回る受熱部と、この放熱量が受熱量を上回る放熱部とを有しているので、この受熱部と放熱部との大きさを調整することで、電子部品から温度ヒューズへと伝達される熱量を任意の大きさに調整することができる。

これにより、例えば受熱部を大きくして伝達される熱量を増加させた場合では、温度ヒューズの温度上昇率を高めることができて、作動温度が高い温度ヒューズであっても電子部品の異常発熱時に確実に溶断することができる。そのため、作動温度が高い温度ヒューズであっても使用することが可能となる。

また、放熱部を大きくして伝達される熱量を減少させた場合では、温度ヒューズの温度上昇率を抑制することができ、作動温度が小さい温度ヒューズであっても電子部品の通常運転時の熱で溶断することがなくなる。そのため、作動温度の小さい温度ヒューズであっても使用することが可能となる。

このように、電子部品から温度ヒューズへ伝達される熱量を調整することで、同一の電子部品に対して使用可能な温度ヒューズの作動温度の幅を広げることができ、多様な温度ヒューズを使用することが可能となる。

そして、固定部材が温度ヒューズから電子部品の発熱中心部に向かって延在されると共に、先端部が左右に分岐して延びたものにあっては、固定部材の受熱量と放熱量との調整を行いやすく、電子部品から温度ヒューズに伝達される熱量の調整を容易に行うことができる。

さらに、固定部材の温度ヒューズと電子部品の発熱中心部との間が一点止めされると共に、この発熱中心部に対向したエッジ部が、発熱中心部を中心とした円弧状に湾曲しているものにあっては、この固定部材の取り付け公差による伝達熱量の変化を抑制することが可能になる。

本発明に係る電子部品ユニットの最良の実施の形態について、図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示す本発明に係る電子部品ユニットＡは、アルミニウム製の冷却フィン１と、この冷却フィン１に取り付けられた樹脂製の枠部材２と、この枠部材２の内側に配設されたパワートランジスタ（電子部品）３と、このパワートランジスタ３近傍に配設された温度ヒューズ４とを備えている。

冷却フィン１は、ほぼ平板形状の基板部１ａと、この基板部１ａの下面に一体的に突出形成された短冊状の複数のフィン部１ｂ，…とを有している。ここで、基板部１ａは中央部分が厚肉に形成されており、この厚肉になった中央部分にパワートランジスタ３が載置されるようになっている。

そして、この基板部１ａの上面中央部には、パワートランジスタ３を貫通して取り付けるネジ５が螺合するネジ穴（図示せず）が形成されている。なお、このネジ穴は基板部１ａを貫通しないいわゆるめくら穴となっている。

さらに、この基板部１ａの上面には、温度ヒューズ４が収容される溝部１ｃが形成されている。この溝部１ｃは、枠部材２の後述する開口部２ｂに臨むと共に、この開口部２ｂの端部に沿うように位置している。なおここでは、この溝部１ｃは、温度ヒューズ４の後述する感温部４ａの外周面に沿うように、下方に向かって円弧状に湾曲した底面を有している。

枠部材２は、冷却フィン１の基板部１ａの上面を覆うと共に、この基板部１ａが固定されるほぼ平板形状の枠基板２ａと、この枠基板２ａのほぼ中央に形成されたほぼ矩形状の開口部２ｂを取り囲む枠壁２ｃとを有している。さらに、この枠壁２ｃの内側には、複数の位置決め凸部２ｄ，…と溝部１ｃに沿って立設する位置決め壁部２ｅとが形成されている。これにより、溝部１ｃは、枠壁２ｃと位置決め壁部２ｅとの間に位置することとなる。

パワートランジスタ３は、断熱材により形成された筐体３ａと、この筐体３ａに内蔵された図示しないトランジスタ素子と、このトランジスタ素子に接続されて筐体３ａの外側に延在された複数の端子３ｂ，…とを有している。

筐体３ａは、枠部材２の枠壁２ｃの内側に形成された複数の位置決め凸部２ｄ，…及び位置決め壁部２ｅに当接する大きさを有するほぼ長方体形状を呈しており、内部に樹脂が充填されている。また、この筐体３ａには、内蔵されたトランジスタ素子に干渉しない位置にネジ５が貫通するネジ穴３ｃが貫通形成されている。

トランジスタ素子は、通電によって発熱する電子素子であり、そのほぼ中心がパワートランジスタ３の発熱中心部Ｈ（図２参照）となる。

各端子３ｂは、温度ヒューズ４と干渉しない方向に向かって突出しており、それぞれ図示しないリード線が突設される。

温度ヒューズ４は、所定の温度に達すると溶断する可溶体を内蔵した円筒状の感温部４ａと、この感温部４ａの両端部から延びると共にＬ字状に屈曲した一対のリード線４ｂ，４ｂとを有している。

感温部４ａ及びリード線４ｂ，４ｂは、基板部１ａに形成された溝部１ｃ内に収容される。

そして、冷却フィン１の基板部１ａ上に載置されたパワートランジスタ３の筐体３ａと、基板部１ａの溝部１ｃに収容された温度ヒューズ４の感温部４ａとは、ネジ５により締め付け固定される板バネ１０によって固定されている。

板バネ１０は、伝熱性を有する金属等により形成され、感温部４ａを覆う第一押え部１１と、筐体３ａの上面に位置する第二押え部１２と、この第二押え部１２に形成されたネジ貫通孔１３とを有している。

第一押え部１１は、感温部４ａの上面に沿うように上方に向かって円弧状に膨出している（図３参照）。

第二押え部１２は、温度ヒューズ４を覆う第一押え部１１からパワートランジスタ３の発熱中心部Ｈに向かって延在されると共に、先端部１２ａが左右（第二押え部１２の延在方向に対してほぼ直交する方向）に分岐して延びている。これにより、この板バネ１０は上面視した際にＴ字状を呈している（図２参照）。

また、この第二押え部１２は、発熱中心部Ｈに対向したエッジ部１４が、この発熱中心部Ｈを中心とした円弧状に湾曲している。

ここで、第一押え部１１と第二押え部１２とは同一直線状に沿って一体的に連続しており、この延び方向は、パワートランジスタ３の筐体３ａの長軸方向と一致している。

ネジ貫通孔１３は、筐体３ａに形成されたネジ穴３ｃに対向する位置に貫通形成されている。

ネジ５は、板バネ１０のネジ貫通孔１３と筐体３ａのネジ穴３ｃを貫通すると共に、冷却フィン１の基板部１ａに形成されたネジ穴（図示せず）に螺合する。これにより、板バネ１０は、ネジ５によってパワートランジスタ３と共に締め付け固定されると同時に、温度ヒューズ４の感温部４ａを指圧固定する。ここで、ネジ穴３ｃは第二押え部１２に一つ形成されているので、板バネ１０は、温度ヒューズ４と発熱中心部Ｈの間において一つのネジ５によって一点止めされることとなる。

さらに、この板バネ１０は、パワートランジスタ３から受ける受熱量が自身から発散する放熱量を上回る受熱部Ａと、この放熱量が受熱量を上回る放熱部Ｂとを有している。図２に示す状態では、第二押え部１２のうち、発熱中心部Ｈの近傍に位置する先端部１２ａの中央部が受熱部Ａとなり、左右に分岐した両端部がそれぞれ放熱部Ｂ，Ｂとなっている。

なお、この受熱部Ａと放熱部Ｂとは、それぞれ受熱量と放熱量との比（割合）によって適宜決まるものである。

次に、本発明に係る電子部品ユニットの作用について説明する。

この電子部品ユニットＡのパワートランジスタ３に通電すると、図示しないトランジスタ素子が発熱し、発熱中心部Ｈを中心にしてパワートランジスタ３の温度が上昇する。

この熱は、筐体３ａの上面に位置する板バネ１０の第二押え部１２から第一押え部１１へと伝達され、この第一押え部１１によって覆われた温度ヒューズ４の感温部４ａに伝達される。

そして、パワートランジスタ３に不具合等が生じて異常発熱すると、板バネ１０を介して伝達される熱量が多くなり、温度ヒューズ４が高温になって感温部４ａ内の可溶体が溶断してトランジスタ素子への通電が遮断される。

このとき、板バネ１０が受熱部Ａと放熱部Ｂとを有しているので、この受熱部Ａと放熱部Ｂとの大きさを調整することで、パワートランジスタ３から伝達される熱量を任意の大きさに調整することができる。そして、同一のパワートランジスタ３に対して使用することができる温度ヒューズ４の作動温度の幅を広げることができ、多様な温度ヒューズ４を使用することが可能となる。

ここで、図４（ａ）に示すグラフに基づいて説明する。

図４（ａ）に示すグラフは、第一押え部１１から第二押え部１２の先端部１２ａまでの全長（直線長さ）が１４ｍｍの板バネ１０を用いてパワートランジスタ３及び温度ヒューズ４を固定したときの温度ヒューズ４の感温部４ａの温度を基準（温度上昇代０℃）とし、同一のパワートランジスタ３に対して板バネ１０の全長を１４ｍｍから２５ｍｍまで段階的に長くした場合の温度ヒューズ４の感温部４ａの温度上昇代を示したものである。

なお、このときの板バネ１０は、図４（ｂ）に示すように、第二押え部１２が第一押え部１１から直線状に延びており、先端部１２ａが二股に分岐していないものである。また、板バネ１０の全長とは、図４（ｂ）においてＸで示す長さである。

この場合、板バネ１０の全長が約１８ｍｍのときには感温部４ａの温度上昇代は約１℃であり、全長が約２０ｍｍのときには温度上昇代が約３．５℃であり、全長が２０．５ｍｍのときには温度上昇代が５℃である。

さらに、板バネ１０の全長が約２２ｍｍのときに温度上昇代が約８℃で最高になり、その後板バネ１０の全長が長くなるにつれて感温部４ａの温度上昇代は急速に低下し、全長２５ｍｍのときの温度上昇代は約１．５℃である。

すなわち、板バネ１０の全長が長くなるにしたがって、第二押え部１２の先端部１２ａが発熱中心部Ｈに次第に近接する（図４（ｂ）において一点鎖線で示す）。これにより、パワートランジスタ３から受ける受熱量が自身から発散する放熱量を上回る受熱部Ａの範囲が次第に多くなる。

そのため、この板バネ１０によって伝達される熱量が増加し、同一のパワートランジスタ３であっても、感温部４ａがより加熱されてこの温度ヒューズ４の温度上昇率が高まる。

また、板バネ１０の全長が発熱中心部Ｈを越えてさらに長くなった場合では、第二押え部１２の先端部１２ａが発熱中心部Ｈから次第に離間する（図４（ｂ）において二点鎖線で示す）。これにより、板バネ１０自身から発散する放熱量がパワートランジスタ３から受ける受熱量を上回る放熱部Ｂの範囲が次第に多くなる。

そのため、この板バネ１０によって伝達される熱量が抑制され、同一のパワートランジスタ３であっても、感温部４ａが比較的加熱されず、温度ヒューズ４の温度上昇率が低下する。

つまり、例えば、板バネ１０の全長が１４ｍｍのときに温度ヒューズ４の温度を１３６℃まで上昇させるパワートランジスタ３に対して、全長が２０．５ｍｍの板バネ１０を適用した場合では、同じパワートランジスタ３であっても温度上昇代が５℃であるために、温度ヒューズ４の温度を１４１℃まで上昇させることができる。

これにより、例えば１４１℃にて溶断するような作動温度が高い温度ヒューズ４であっても的確に溶断可能となって使用することができ、温度ヒューズ４の作動温度の範囲を広げることができる。

一方、図２に示す板バネ１０のように、第二押え部１２の先端部１２ａが分岐していて放熱部Ｂの範囲が大きいものであれば、全長が１４ｍｍの板バネ１０を用いてパワートランジスタ３及び温度ヒューズ４を固定した場合の温度ヒューズ４の感温部４ａの温度と比較して、温度ヒューズ４の温度は低くなり、温度ヒューズ４の温度上昇代がマイナス方向に増加することとなる。つまり、温度ヒューズ４の温度上昇が比較的抑制される。

これにより、例えば１２５℃で溶断するような作動温度が低い温度ヒューズ４であっても、パワートランジスタ３の通常運転時の発熱で溶断することがなくなり、使用することができる。そのため、温度ヒューズ４の作動温度の範囲を広げることができる。

そして、図２に示す電子部品ユニットＡでは、板バネ１０が温度ヒューズ４からパワートランジスタ３の発熱中心部Ｈに向かって延在されると共に、第二押え部１２の先端部１２ａが左右に分岐して延びているので、この第二押え部１２がパワートランジスタ３の長さ方向及び幅方向に広がっている。

そのため、板バネ１０の受熱量と放熱量との調整を行いやすく、パワートランジスタ３から温度ヒューズ４に伝達される熱量の調整を容易に行うことができる。

さらに、図２に示す電子部品ユニットＡでは、板バネ１０は、温度ヒューズ４と発熱中心部Ｈとの間がネジ５により一点止めされると共に、発熱中心部Ｈに対向したエッジ部１４が、この発熱中心部Ｈを中心とした円弧状に湾曲している。

そのため、例えば図５に示すように、板バネ１０がネジ５によって締め付けた際に、ネジ５の回転に伴ってネジ貫通穴１３を中心に回転し、板バネ１０の取り付け公差が生じても、この板バネ１０の取り付け公差による伝達熱量の変化を抑制することが可能になる。

つまり、図２のように板バネ１０が温度ヒューズ４と発熱中心部Ｈとを結ぶ直線上に位置しているときには、先端部１２ａの中央部が受熱部Ａとなり、左右に分岐した両端部がそれぞれ放熱部Ｂ，Ｂとなっている。

これに対し、図５のように板バネ１０がネジ貫通孔１３を中心に回転し、温度ヒューズ４と発熱中心部Ｈとを結ぶ直線に対して傾くように位置しているときには、発熱中心部Ｈに近接した先端部１２ａの一方の端部が受熱部Ａとなり、他方の端部が放熱部Ｂとなる。

この場合、受熱部Ａと放熱部Ｂとの比（割合）は、板バネ１０の回転に関わらずほぼ同じである。これにより、板バネ１０の取り付け公差が生じても、伝達熱量の変化を抑制することができる。

以上、この発明にかかる実施の形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成は上述の実施の形態に限らない。この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等はこの発明に含まれる。

例えば、上述の実施の形態では、板バネ１０が先端部１２ａを左右に分岐したり、直線状に延長したものとなっているが、これに限らない。

板バネ１０の第二押え部１２が発熱中心部Ｈに向かって延在されると共にこの発熱中心部Ｈを避けるように分岐して上面視Ｙ字状を呈したもの（図６（ａ）参照）や、板バネ１０の第二押え部１２が円板形状を呈したもの（図６（ｂ）参照）や、板バネ１０の先端部１２ａが幅広の矩形形状を呈したもの（図６（ｃ）参照）や、板バネ１０の第二押え部１２の中間部が上方に屈曲して冷却フィン１との間に間隙を設けたもの（図６（ｄ）参照）であってもよい。なお、各板バネ１０における受熱部Ａと放熱部Ｂとの位置関係は、図に示す通りである。

さらに、図示しないが、板バネ１０の第二押え部１２によってパワーコンデンサ３の筐体３ａの上面全てを覆うようにしてもよい。

このように、板バネ１０の形状を任意に設定することで受熱部Ａと放熱部Ｂとの比を調整でき、温度ヒューズ４に伝達される熱量を任意に調整することが可能となる。

さらに、上述の実施の形態では、電子部品としてパワーコンデンサを例に説明したがこれに限らず、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ等であってもよい。

本発明に係る電子部品ユニットを示す一部分解斜視図である。 図１に示す電子部品ユニットを示す平面図である。 図２に示すＸ−Ｘ断面図である。 （ａ）は板バネの全長と温度ヒューズの温度上昇代との関係を示す説明図であり、（ｂ）は図４（ａ）に示した温度特性を有する板バネを備えた電子部品ユニットを示す平面図である。 図２に示す電子部品ユニットにおいて、板バネが回転した状態を示す平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、それぞれ板バネに変形例を示す説明図である。

符号の説明

Ａ 電子部品ユニット
３ パワーコンデンサ（電子部品）
４ 温度ヒューズ
１０ 板バネ（固定部材）
Ａ 受熱部
Ｂ 放熱部

Claims (3)

1. 通電により発熱する電子部品と、該電子部品に異常発熱が生じたときに溶断して前記通電を遮断する温度ヒューズと、前記電子部品の近傍に前記温度ヒューズを固定すると共に前記電子部品からの熱を前記温度ヒューズに伝達する固定部材とを備えた電子部品ユニットであって、
   前記固定部材は、前記電子部品から受ける受熱量が自身から発散する放熱量を上回る受熱部と、前記放熱量が前記受熱量を上回る放熱部とを有していることを特徴とする電子部品ユニット。
2. 前記固定部材は、前記温度ヒューズから前記電子部品の発熱中心部に向かって延在されると共に、先端部が左右に分岐して延びることを特徴とする請求項１に記載の電子部品ユニット。
3. 前記固定部材は、前記温度ヒューズと前記発熱中心部との間が一点止めされると共に、前記発熱中心部に対向したエッジ部が、該発熱中心部を中心とした円弧状に湾曲していることを特徴とする請求項２に記載の電子部品ユニット。
   

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