JP2013251095A - ヒューズ及びヒューズの設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】制御ユニットの回路基板に設けられたバイパスコンデンサが塩害等で短絡することで発生する発熱事故を、従来技術より少ない部品点数で防止する。
【解決手段】車両の制御に用いられる制御ユニットの回路基板は、当該制御ユニット又は該制御ユニットにより制御されるモータ及びソレノイドに電源からの電力を供給するための電源ライン３と、グランド４と、電源の電圧変動を減少させるため電源ライン３とグランド４との間に設けられたバイパスコンデンサ２とを備える。ヒューズ１は、パイパスコンデンサ２とグランド４との間の所定の長さ以上を有するラインとして形成され、該ラインは、所定の電流値以上の電流が流れるとき抵抗熱により切断されるように、所定のライン幅以下へと細く形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイパスコンデンサ短絡時の過電流による発熱を防止するためのヒューズ及び該ヒューズの設置方法に関し、特に、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）や横滑り防止装置（ＥＳＣ）などを制御するＥＣＵへの給電システムに設置されるバイパスコンデンサのためのヒューズに関する。

アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）や横滑り防止装置（ＥＳＣ）などを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）への給電システムでは、電源電圧の急激な変動を防ぐため、ＥＣＵの電源ラインとグランド（ＧＮＤ）との間にバイパスコンデンサが設置されている。ＥＣＵが正常に動作する場合、バイパスコンデンサに常時過度の電流が流れることはないと考えられていたため、従来では、バイパスコンデンサに至るラインの電流容量は特に考慮されていなかった。このバイパスコンデンサは電源ラインとＧＮＤとの間に設置されるため、何らかの原因によってコンデンサの両端子間が短絡すると大電流が流れ発熱事故（ＴＩ、Thermal Incident：発火、発煙等、発熱による事故）に至るおそれがある。この発熱事故を防止するため、バイパスコンデンサとしては積層直列コンデンサ（Multilayer series capacitor; MLSC）が採用されている。この積層直列コンデンサの使用は、機械的ストレスによりクラックが発生し、コンデンサが短絡するという故障モードに対して有効である。

しかし、機械的ストレスから発生するコンデンサの短絡による発熱事故は、積層直列コンデンサの採用によって対策されているが、塩害による短絡については対策されていない。例えばＥＣＵハウジングの経年劣化やコネクタのシーリング不良により、ＥＣＵハウジング内に塩分を含んだ水が入り込み、ＰＣＢ上で塩分の結晶が形成されることがある。このようにバイパスコンデンサの端子付近で塩分の結晶が形成されると端子間が短絡し、過電流から発熱事故に至る可能性がある。

下記に示す特許文献１には、複数の通信装置のそれぞれに電力を供給する電流分配装置の出力部に、電源電圧安定化のためのコンデンサ収容箱を接続する技術が開示されている。特許文献１の技術によれば、コンデンサ収容箱の中に、ヒューズ端子台と該端子台に挿入されたヒューズとを備えることにより、電気的短絡を防止している。

しかし、特許文献１の技術では、ヒューズ端子台に挿入されたヒューズを用いているため、上述のようにパッド間距離が非常に小さいＥＣＵ等への給電システムへの適用は困難であり、また、部品点数が多くなるという問題がある。

特開２００７−３１２４６１号公報

本発明は、上記事実に鑑みなされたもので、制御ユニットの回路基板に設けられたバイパスコンデンサの短絡時に発生する過電流による発熱事故を未然に防止することを可能にした、部品点数のより少ない、ヒューズ及びヒューズの設置方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、車両の制御に用いられる制御ユニットの回路基板に設置されたヒューズであって、前記回路基板は、前記制御ユニット又は該制御ユニットにより制御されるモータ及びソレノイドに電源からの電力を供給するための電源ラインと、グランドと、前記電源の電圧変動を減少させるため前記電源ラインと前記グランドとの間に設けられたバイパスコンデンサとを備え、前記ヒューズは、前記パイパスコンデンサと前記グランドとの間の所定の長さ以上を有するラインとして形成され、該ラインは、所定の電流値以上の電流が流れるとき抵抗熱により切断されるように、所定のライン幅以下へと細く形成されるようにしたものである。

本発明の第２の態様は、車両の制御に用いられる制御ユニットの回路基板にヒューズを設置する方法であって、前記回路基板は、前記制御ユニット又は該制御ユニットにより制御されるモータに電源からの電力を供給するための電源ラインと、グランドと、を備え、前記方法は、前記電源の電圧変動を減少させるため、前記電源ラインと前記グランドとの間にバイパスコンデンサを設け、前記パイパスコンデンサと前記グランドとの間の所定の長さ以上を有するラインを、所定の電流値以上の電流が流れるとき抵抗熱により切断されるように、所定のライン幅以下へと細くすることにより前記ラインをヒューズとして形成する、各工程を備えて構成したものである。

第１及び第２の態様において、例えば、前記所定の電流値は３Ａであり、前記所定の長さは２．４ｍｍであり、前記所定のライン幅は１５５μｍである。また、前記制御ユニットは、ＡＢＳ又はＥＣＵのための制御ユニットであってもよい。

本発明によれば、バイパスコンデンサとグランドとの間を接続するラインを細く形成するようにしたので、コンデンサが短絡し過電流が発生した場合においても、抵抗熱によりライン自体が切断され、発熱事故を未然に防止することが可能となる。また、従来技術のように回路上にヒューズ素子を追加するよりも部品点数をより少なくして安価に発熱事故防止を実現することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るヒューズが適用される回路の概念図である。 図２は、従来のヒューズ無しのバイパスコンデンサの配置構成と、本発明の一実施形態に係るヒューズを備えたバイパスコンデンサの配置構成との比較を示す図であって、（ａ）は従来技術に関し、（ｂ）は本発明の一実施形態に関する。 図３は、本発明の一実施形態に係るヒューズが適用される、ＡＢＳ用ＥＣＵの回路基板の平面図である。 図４は、図３のＡＢＳ用ＥＣＵの回路基板における、本発明の一実施形態に係るヒューズを備えたバイパスコンデンサの簡単な回路図である。 図５は、本発明の一実施例に係るヒューズを備えたバイパスコンデンサの図であって、（ａ）は回路概念図であり、（ｂ）は、より具体化した配置構成を示す図である。

図１に、本発明の一実施形態に係るヒューズが適用される回路の概念図が示されている。
図１に示すように、この回路には、電源からの電力を供給するための電源ライン３とグランド４（ＧＮＤ）との間に、電源の電圧変動を減少させるためのバイパスコンデンサ２が設けられている。本発明のヒューズ１は、パイパスコンデンサ２とグランド４との間のラインとして形成され、該ラインは、所定の電流値以上の電流が流れるとき発熱により切断される抵抗を有するように、所定のライン幅へと細く形成されている。

次に、図２を用いてヒューズ１の作用効果を説明する。
図２（ａ）は、従来技術のバイパスコンデンサ２の配置構成を示している。バイパスコンデンサ２の一方の端子は電源ライン３に接続され、他方の端子はグランド４に接続されている。従来技術の場合、バイパスコンデンサの端子付近で塩分の結晶が形成されると端子間が短絡することにより過電流が流れ、発熱事故に至る可能性がある。

これに対して、本願発明では、図２（ｂ）に示されるように、バイパスコンデンサ２の一端子とグランド４との間のラインを細く形成することによって通常のラインの抵抗よりも大きな抵抗を有するラインであるヒューズ１が形成されている。このため、本願発明では、バイパスコンデンサ２の両端子間が塩結晶により短絡され、ヒューズ１に所定値以上の電流（過電流）が流れたとき、ヒューズ１で発生する抵抗熱によりラインが焼き切れ、これにより過電流は流れなくなり、発熱事故を未然に防止することができる。なお、１ａはＧＮＤ側パッド部である。

次に、ヒューズ１が適用される回路を図３及び図４を用いて説明する。
図３には、一例として小型自動車に用いられるＡＢＳ用ＥＣＵの回路基板５が示されている。回路基板５は、ＣＰＵ６と、ヒューズ１を備えるバイパスコンデンサ７と、ヒューズ１を備えるバイパスコンデンサ８と、を備えている。回路基板５は、図示しないＥＣＵハウジングによって覆われ、外部との信号のやりとりを、ＥＣＵに接続された図示しないコネクタを介して実行する。このコネクタの位置が参照番号９によって示されている。

図４には、回路基板５における、バイパスコンデンサ７、８の周辺回路の概略が示されている。バイパスコンデンサ７は、ＥＣＵに電力を供給するためのＥＣＵ電源１０から延びた電源ライン１１とグランド４ａとの間に設けられ、バイパスコンデンサ８は、ＡＢＳ用モータ（図示せず）に電力を供給するモータ電源１２から延びたモータ電源ライン１３とグランド４ｂとの間に設けられている。バイパスコンデンサ７、８のいずれも、グランドとの接続ラインが本発明のヒューズ１として形成されている。なお、ＥＣＵによって制御されるソレノイド（図示せず）に関しても、上記と同様にヒューズ１を備えるバイパスコンデンサ（図示せず）が用意される。ソレノイドは、ＥＣＵ電源１０から電力が供給されるため、当該ソレノイドに関連するバイパスコンデンサは、ＥＣＵ電源１０から延びた電源ライン１１とグランド４ａとの間に設けられる。

図３のコネクタ位置９に示されるように、塩分を含んだ外部の空気は、コネクタの接続部分を通ってＥＣＵハウジング内部に侵入し得るため、コネクタ位置９に近い位置に配置されたバイパスコンデンサ７及び８は、塩害による短絡を起こしやすくなる。本発明によれば、バイパスコンデンサ７，８の両端子間を塩結晶が短絡したとしても、ヒューズ１が抵抗熱によって焼き切れるため、発熱事故を未然に防止することができる。

以上が本発明の実施形態であるが、本発明は上記例に限定されるものではなく、本発明の請求の範囲に記載された本発明の範囲内において任意好適に変更可能である。例えば、上記例では、ＡＢＳ用のＥＣＵを用いたが、ＡＢＳに限定するものではなく、車両用のＥＣＵであれば、ＥＳＣなど他の任意の制御ユニットに適用可能である。

本発明の具体的な実施例を図５（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
図５（ａ）、（ｂ）の実施例では、バイパスコンデンサ８として、サイズ０６０３のチップ型の積層セラミックコンデンサ（幅０．８ｍｍ）を用い、モータ電源１２として１５Ｖ電圧電源を用いている。この場合、バイパスコンデンサ８の絶縁抵抗は、１０ＭΩ以上となるため、通常的にヒューズ１に流れる電流は１５[V]/10[MΩ]=１[μA]以下ということになる。

銅厚０．０３５ｍｍのプリント回路基板（ＰＷＢ）を用い、３Ａ以上の電流が流れた場合にヒューズ１が切断されるように設計すると、図５（ｂ）に示すように、ヒューズ１のラインは、長さ２．４ｍｍ、幅１５５μｍとなる。

１ ヒューズ
１ａ ＧＮＤ側パッド部
２ バイパスコンデンサ
３ 電源ライン
４、４ａ、４ｂ グランド（ＧＮＤ）
５ ＡＢＳ用制御ユニット（ＥＣＵ）の回路基板
６ 小型自動車用ＡＢＳ用ＣＰＵ
７ ＥＣＵ電源ラインのバイパスコンデンサ
８ モータ電源ラインのバイパスコンデンサ
９ コネクタ位置
１０ ＥＣＵ電源
１１ ＥＣＵ電源ライン
１２ モータ電源
１３ モータ電源ライン

Claims (6)

1. 車両の制御に用いられる制御ユニットの回路基板に設置されたヒューズであって、
   前記回路基板は、前記制御ユニット又は該制御ユニットにより制御されるモータ及びソレノイドに電源からの電力を供給するための電源ラインと、グランドと、前記電源の電圧変動を減少させるため前記電源ラインと前記グランドとの間に設けられたバイパスコンデンサとを備え、
   前記ヒューズは、前記パイパスコンデンサと前記グランドとの間の所定の長さ以上を有するラインとして形成され、該ラインは、所定の電流値以上の電流が流れるとき抵抗熱により切断されるように、所定のライン幅以下へと細く形成されている、ヒューズ。
2. 前記所定の電流値は３Ａであり、前記所定の長さは２．４ｍｍであり、前記所定のライン幅は１５５μｍである、請求項１に記載のヒューズ。
3. 前記制御ユニットは、ＡＢＳ又はＥＣＵのための制御ユニットである、請求項１又は２に記載のヒューズ。
4. 車両の制御に用いられる制御ユニットの回路基板にヒューズを設置する方法であって、
   前記回路基板は、前記制御ユニット又は該制御ユニットにより制御されるモータ及びソレノイドに電源からの電力を供給するための電源ラインと、グランドと、を備え、
   前記方法は、
   前記電源の電圧変動を減少させるため、前記電源ラインと前記グランドとの間にバイパスコンデンサを設け、
   前記パイパスコンデンサと前記グランドとの間の所定の長さ以上を有するラインを、所定の電流値以上の電流が流れるとき抵抗熱により切断されるように、所定のライン幅以下へと細くすることにより前記ラインをヒューズとして形成する、各工程を備える、方法。
5. 前記所定の電流値は３Ａであり、前記所定の長さは２．４ｍｍであり、前記所定のライン幅は１５５μｍである、請求項４に記載の方法。
6. 前記制御ユニットは、ＡＢＳ又はＥＣＵのための制御ユニットである、請求項４又は５に記載の方法。

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