JP2016091722A - 短絡素子及びこれを用いた補償回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 より確実な短絡動作と短絡後の導通抵抗の安定化を実現し、確実にバイパス経路を形成することができるようにした短絡素子、およびこれを用いた補償回路を提供する。
【解決手段】 信号経路における短絡部２０を短絡するための可溶導体５と発熱部１０の通電経路におけるヒューズ部３０の可溶導体６を分離し、かつ発熱部１０の通電による加熱の作用において短絡部２０とヒューズ部３０の各可溶導体５，６間で加熱量に差を生じさせる構造を持たせ、短絡部２０の可溶導体５の溶融の動作時間がヒューズ部３０の可溶導体の溶断の動作時間より常に早くなるという関係を構造によって担保することで、短絡素子１００としての安定した短絡動作を保証する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板上に発熱抵抗体とヒューズエレメントを設けた短絡素子、及び、これを用いて電子機器内の異常部品のみを排除する補償回路に関する。

従来より、多数の発光ダイオード（LED:Light Emitting Diode）を光源として使用するＬＥＤ照明装置では、一部の発光ダイオードが故障しても、照明装置として支障なく使用できるようにするために、直列接続されたＬＥＤ素子の個々に短絡素子を並列に接続し、ＬＥＤの異常時に所定の電圧で短絡素子が短絡して、故障した発光ダイオード以外の発光ダイオードは継続して発光するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１の開示技術では、電極の間に金属層と絶縁障壁層とを交互に多数積層させてなるトンネル接合素子が短絡素子として用いられている。

また、充電して繰り返し利用することのできる二次電池の多くは、バッテリパックに加工されてユーザに提供される。特に重量エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池においては、ユーザ及び電子機器の安全を確保するために、一般的に、過充電保護、過放電保護等のいくつもの保護回路をバッテリパックに内蔵し、所定の場合にバッテリパックの出力を遮断する機能を有している。

この種の保護素子には、バッテリパックに内蔵されたＦＥＴスイッチを用いて出力のＯＮ／ＯＦＦを行うことにより、バッテリパックの過充電保護又は過放電保護動作を行うものがある。しかしながら、何らかの原因でＦＥＴスイッチが短絡破壊した場合、雷サージ等が印加されて瞬間的な大電流が流れた場合、あるいはバッテリセルの寿命によって出力電圧が異常に低下したり、逆に過大な異常電圧を出力した場合であっても、バッテリパックや電子機器は、発火等の事故から保護されなければならない。

そこで、このような想定し得るいかなる異常状態においても、バッテリセルの出力を安全に遮断するために、外部からの信号によって電流経路を遮断する機能を有するヒューズ素子からなる保護素子が用いられている。

このようなリチウムイオン二次電池等向けの保護回路の保護素子としては、電流経路上の第１の電極、発熱体引出電極、第２の電極間に亘って可溶導体を接続して電流経路の一部をなし、この電流経路上の可溶導体を、過電流による自己発熱、あるいは保護素子内部に設けた発熱体によって溶断するものがある。このような保護素子では、溶融した液体状の可溶導体を発熱体に繋がる導体層上に集めることにより電流経路を遮断する（例えば、特許文献２参照）。

また、例えば電機自動車等の駆動用電源として用いられる複数の電池セルを収納してなるバッテリパックでは、当該バッテリパック内において複数接続された電池セルを電流ライン上から切り離して、この切り離した電池セルに相当する回路部分を短絡させる際に、電流遮断素子や電池セル短絡素子が使用されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００７−１２３８１号公報 特開２０１０−００３６６５号公報 特開２００１−３５３３１号公報

ところで、本件出願人は、上記特許文献１に開示されているＬＥＤ照明装置に対応することが可能な短絡素子にとして、外部からの信号により発熱体を動作させ、可溶導体を溶融させることにより、電流経路を遮断する機能と、回路を短絡する機能を有するヒューズ素子からなる短絡素子を先に提案している（例えば、特願２０１３−２０７５６、特願２０１３−２３１７１、特願２０１３−２４６４３参照）。

上記短絡素子は、基本的に、通電により発熱する発熱体と、上記発熱体の発熱により溶融される可溶導体と、上記可溶導体の溶融により短絡される短絡部と、上記可溶導体の溶融により電流経路を遮断して上記発熱体の通電を停止させるヒューズ部を備える。

そして、この短絡素子は、異常検知機能を有する回路に搭載され、原理的に、次のように動作する。
（１）異常検知時に外部からの信号により動作し、通電により発熱体が発熱する。
（２）上記発熱体の発熱により可溶導体が溶融し、短絡部が短絡する。
（３）上記発熱体の発熱により可溶導体が溶融してヒューズ部の電流経路を遮断し、上記発熱体の通電を停止する。
（４）動作完了
このような動作を行う短絡素子では、（３）の遮断動作により発熱体の通電を停止すると、発熱体の温度は下がってしまうので、（２）の短絡動作よりも早く（３）の遮断動作が行われてしまうと、正常に（２）の短絡動作を行うことができなくなってしまう。したがって、（２）、（３）の動作順序を必ず守る必要がある。

しかしながら、１つの発熱体により短絡部とヒューズ部が同じように加熱されるので、短絡部とヒューズ部の可溶導体が同時に溶融してしまい、遮断動作と短絡動作に時間的な差が少ないために、短絡後の導通抵抗が不安定になる等、（２）の短絡動作に失敗する虞がある。

また、上記特許文献３の開示技術では、遮断動作と短絡動作を一つの電源を用いてスイッチで２つのヒーターを同時に通電して行っている。各動作が完了するまでの時間的な差について言及されていないが、２つのヒーターは動作完了後も電流は流れるままとなり、別の検出回路で動作の完了を検出してスイッチを改めて切る必要がある。

そこで、本発明の目的は、上述の如き実状に鑑み、より確実な短絡動作と短絡後の導通抵抗の安定化を実現し、確実にバイパス経路を形成することができるようにした短絡素子、およびこれを用いた補償回路を提供することにある。

本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。

本発明では、信号経路における短絡部を短絡するための可溶導体とヒーター経路におけるヒューズ部の可溶導体を分離する構造とし、かつヒーター通電による加熱の作用において短絡部とヒューズ部の各可溶導体間で加熱量に差を生じさせる構造を持たせ、短絡部の可溶導体の溶融の動作時間がヒューズ部の可溶導体の溶断の動作時間より常に早くなるという関係を構造によって担保することで、短絡素子としての安定した短絡動作を保証する。

すなわち、ヒーター通電時に、短絡部、ヒューズ部それぞれの可溶導体溶融の事象を独立にし、かつ短絡部の可溶導体が溶融してからヒューズ部の可溶導体が溶融するまでの時間差、すなわち短絡動作とヒューズ溶断動作の時間差を常に一定に確保することにより、短絡と溶断の機能発現（短絡後ヒーター切断）が安定化し、短絡素子としての確実な短絡動作を実現する。

本発明は、短絡素子であって、絶縁基板と、上記絶縁基板に設けられた発熱抵抗体からなる発熱部と、上記絶縁基板に互いに隣接して設けられた第１の電極および第２の電極と、上記発熱抵抗体の発熱により加熱されることによって溶融して上記第１の電極と上記第２の電極とを短絡する第１の可溶導体とからなる短絡部と、上記絶縁基板に上記第１の電極と隣接して設けられるとともに、上記発熱抵抗体に電気的に接続された第３の電極と、上記第１の電極と上記第３の電極の間に上記発熱抵抗体と直列接続された状態で設けられることにより上記発熱抵抗体に流す電流の電流経路を構成し、上記発熱抵抗体の発熱により加熱されることによって溶融して上記電流経路を遮断する第２の可溶導体とからなるヒューズ部とを備え、上記発熱部は、上記発熱抵抗体の発熱により、上記第１の可溶導体を上記第２の可溶導体よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせた構造を有することを特徴とする。

本発明に係る短絡素子において、上記発熱部は、例えば、発熱量の異なる２つの発熱抵抗体を用いて上記加熱量に差を持たせた構造を有するものとすることができる。

例えば、上記発熱部は、互いに抵抗値が異なる２つの発熱抵抗体を用いることにより、上記第１の可溶導体を上記第２の可溶導体よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせた構造とすることができる。上記互いに抵抗値が異なる２つの発熱抵抗体は、異なるパターン幅にすることにより形成することができる。また、上記発熱量の異なる２つの発熱抵抗体は、比抵抗が異なる抵抗材料で形成することができる。

また、本発明に係る短絡素子において、上記発熱部は、例えば、上記加熱量の異なる短絡部用発熱領域とヒューズ部用発熱領域を有する１つの発熱抵抗体を用いて上記加熱量に差を持たせた構造を有するものとすることができる。

例えば、上記発熱抵抗体は、上記短絡部用発熱領域と上記ヒューズ部用発熱領域の発熱量が異なるものとすることができる。例えば、上記発熱抵抗体は、上記短絡部用発熱領域は上記短絡部の直下に配置され、上記ヒューズ部用発熱領域は上記ヒューズ部の直下からずらして配置されることにより、上記加熱量に差を持たせた構造とすることができる。また、上記発熱抵抗体は、上記短絡部用発熱領域から上記短絡部までの距離を上記ヒューズ部用発熱領域から上記ヒューズ部までの距離よりも短くすることにより上記加熱量に差を持たせた構造とすることができる。

また、本発明に係る短絡素子において、上記発熱部は、例えば、上記短絡部に近接して設けられた１つの発熱抵抗体からなり、上記発熱抵抗体に近接している上記短絡部の上記第１の可溶導体を上記第２の可溶導体よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせた構造を有するものとすることができる。

さらに、本発明に係る短絡素子において、上記第１の電極と上記第２の電極とを短絡する上記第１の可溶導体は、上記第１の電極と上記第２の電極の少なくとも一方の電極上に設けられているものとすることができる。

本発明は、異常検知機能を有する回路に搭載された電子部品の異常時に上記電子部品を迂回するバイパス電流経路を短絡素子により形成する補償回路であって、上記短絡素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板に設けられた発熱抵抗体からなる発熱部と、上記絶縁基板に互いに隣接して設けられた第１、第２の電極と、上記発熱抵抗体の発熱により加熱されることによって溶融して上記第１の電極と上記第２の電極とを短絡する第１の可溶導体とからなる短絡部と、上記絶縁基板に上記第１の電極と隣接して設けられるとともに、上記発熱抵抗体に電気的に接続された第３の電極と、上記第１の電極と上記第３の電極の間に上記発熱抵抗体と直列接続された状態で設けられることにより上記発熱抵抗体に流す電流の電流経路を構成し、上記発熱抵抗体の発熱により加熱されることによって溶融して上記電流経路を遮断する第２の可溶導体とからなるヒューズ部とを備え、上記発熱部は、上記発熱抵抗体の発熱により、上記第１の可溶導体を上記第２の可溶導体よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせた構造を有し、上記電子部品に上記短絡部が並列接続されていることを特徴とする。

本発明に係る補償回路において、上記バイパス電流経路は、上記短絡素子に直列接続された上記電子部品の内部抵抗相当のバイパス抵抗と上記短絡素子にて形成されるものとすることができる。

本発明では、信号経路における短絡部を短絡するための可溶導体とヒーター経路におけるヒューズ部の可溶導体を分離する構造とし、かつヒーター通電による加熱の作用において短絡部とヒューズ部の各可溶導体間で加熱量に差を生じさせる構造を持たせることにより、短絡部の可溶導体の溶融の動作時間がヒューズ部の可溶導体の溶断の動作時間より常に早くなるという関係を構造によって担保し、短絡素子としての安定した短絡動作を保証することができる。

したがって、本発明によれば、より確実な短絡動作と短絡後の導通抵抗の安定化を実現し、確実にバイパス経路を形成することができるようにした短絡素子、およびこれを用いた補償回路を提供することができる。

本発明を適用した短絡素子の構造を示す図であり、（Ａ）は短絡素子の平面図、（Ｂ）は（Ａ）における短絡素子のＡ−Ａ線断面矢視図である。 上記短絡素子の等価的な回路構成を示す回路図であり、（Ａ）は短絡素子の非作動時における回路状態を示し、（Ｂ）は短絡素子の作動時における回路状態を示す。 発熱抵抗体として発熱量の異なる２つの発熱抵抗体を用いた発熱部を備える短絡素子の平面図である。 上記短絡素子の動作状態を示す平面図であり、（Ａ）は短絡部の第１の可溶導体の溶融により第１の電極と第２の電極とが短絡された状態を示し、（Ｂ）はヒューズ部の第２の可溶導体が溶融して発熱部に通電する電流経路が遮断された状態を示す。 上記短絡素子における発熱部の他の構成例を示す図であり、（Ａ）は異なるパターン幅で形成された２つの発熱抵抗体により構成した発熱部の要部断面図、（Ｂ）は発熱部の回路構成を示す等価回路図である。 上記短絡素子における発熱部の他の構成例を示す図であり、（Ａ）は比抵抗が異なる抵抗材料で形成された２つの発熱抵抗体により構成した発熱部の要部断面図、（Ｂ）は発熱部の回路構成を示す等価回路図である。 上記短絡素子における発熱部の他の構成例を示す図であり、（Ａ）は１つの発熱抵抗体を台形状のパターンに形成した発熱部の平面図、（Ｂ）は１つの発熱抵抗体をＴ字形状のパターンに形成した発熱部の平面図、（Ｃ）は１つの発熱抵抗体をＬ字形状のパターンに形成した発熱部の平面図である。 上記短絡素子における発熱部の他の構成例を示す図であり、（Ａ）は短絡部用発熱領域と第１の可溶導体との間隔をヒューズ部用発熱領域と第２の可溶導体との間隔よりも狭くした段差を有する構造の発熱部を備える短絡素子の断面図、（Ｂ）は第１の可溶導体を溶融させるための発熱抵抗体を絶縁基板の上面に配置し、第２の可溶導体を溶融させるための発熱抵抗体を絶縁基板の下面に配置した構造の発熱部を備える短絡素子の断面図である。 上記短絡素子における発熱部の他の構成例を示す図であり、上記短絡部に近接して設けられた１つの発熱抵抗体からなる発熱部を備える短絡素子の平面図である。 本発明に係る短絡素子を組み込んで補償回路を構成したＬＥＤ照明装置の回路図である。 上記ＬＥＤ照明装置における補償回路の動作を示す回路図であり、（Ａ）は発光ダイオードが正常に作動している正常時における電流の流れを示し、（Ｂ）は発光ダイオードが電気的に開放された異常時における電流の流れを示し、（Ｃ）は短絡素子が動作してバイパス電流経路が形成された状態における電流の流れを示す。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることはもちろんである。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

本発明は、例えば、図１の（Ａ）、（Ｂ）に示すような構造の短絡素子１００に適用される。図１の（Ａ）は、短絡素子１００の平面図を示し、図１の（Ｂ）は、（Ａ）における短絡素子１００のＡ−Ａ線断面矢視図を示す。

この短絡素子１００は、異常検知機能を有する回路に搭載される短絡素子であって、異常検知時に外部から通電されることにより発熱する発熱部１０と、上記発熱部１０の発熱により可溶導体が溶融してバイパス電流経路を形成する短絡部２０と、上記発熱部１０の発熱により可溶導体が溶融して上記発熱部１０の電流経路を遮断するヒューズ部３０を備える。

上記発熱部１０は、絶縁基板１上に設けられた発熱抵抗体２からなる。

上記絶縁基板１は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材を用いて略方形状に形成されている。絶縁基板１は、その他にも、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよいが、ヒューズ溶断時の温度に留意する必要がある。

上記発熱抵抗体２は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばＷ、Ｍｏ、Ｒｕ等からなる。これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板１上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって上記発熱抵抗体２は形成される。 上記発熱抵抗体２は、上記絶縁基板１上において絶縁層３により被覆されている。上記絶縁層３は、発熱抵抗体２の熱を効率よく伝える例えばガラス層からなる。

また、上記短絡部２０は、上記絶縁層３上に互いに隣接して設けられた第１の電極４Ａおよび第２の電極４Ｂと、上記発熱部１０の発熱により加熱されることによって溶融して上記第１の電極４Ａと上記第２の電極４Ｂとを短絡する第１の可溶導体５とからなる。

さらに、上記ヒューズ部３０は、上記絶縁基板１上に設けられ、上記第２の電極４Ｂと所定の間隔をもって形成された第３の電極４Ｃと上記第２の電極４Ｂとの間を電気的に接続しており、上記第２の電極４Ｂと第４の電極４Ｄの間に上記発熱抵抗体２と直列接続された状態で設けられることにより上記発熱抵抗体２に流す電流の電流経路を構成し、上記発熱抵抗体２の発熱により加熱されることによって溶融して上記電流経路を遮断する第２の可溶導体６からなる。

第１、第２の可溶導体５，６は、発熱抵抗体２の発熱により速やかに溶融される低融点金属からなり、例えばＳｎを主成分とするＰｂフリーハンダを好適に用いることができる。また、第１、第２の可溶導体５，６は、低融点金属と、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金等の高融点金属との積層体であってもよい。高融点金属と低融点金属とを積層することによって、リフロー実装する場合に、リフロー温度が低融点金属層の溶融温度を超えて、低融点金属が溶融しても、可溶導体が溶断するに至らない。かかる可溶導体は、低融点金属に高融点金属をメッキ技術を用いて成膜することによって形成してもよく、他の周知の積層技術、膜形成技術を用いることによって形成してもよい。

なお、第１、第２の可溶導体５，６の酸化防止、及び第１、第２の可溶導体５，６の溶融時における濡れ性を向上させるために、第１、第２の可溶導体５，６の上にはフラックス７が塗布されている。この短絡素子１００では、上記短絡部２０の第１の電極４Ａと上記第２の電極４Ｂとを短絡するための上記第１の可溶導体５は、２分割された可溶導体５Ａ、５Ｂとして上記第１の電極４Ａと第２の電極４Ｂの両電極上に設けられているが、上記第１の電極４Ａと上記第２の電極４Ｂの少なくとも一方の電極上に設けられていればよい。

以上のように、この短絡素子１００は、上記絶縁基板１上に設けられた上記発熱部１０、短絡部２０及びヒューズ部３０を備える。

そして、この短絡素子１００における上記発熱部１０は、上記発熱抵抗体２に電流を流すことにより発生するジュール熱によって、上記第１の可溶導体５を上記第２の可溶導体６よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせる構造を有している。

上記発熱部１０、短絡部２０及びヒューズ部３０は、図２の（Ａ）、（Ｂ）の回路図に示すように、上記短絡部２０の第２の電極４Ｂと上記ヒューズ部３０の第３の電極４Ｃの間に上記ヒューズ部３０の第２の可溶導体６が接続され、第２の電極４Ｂと第４の電極４Ｄの間に上記第２の可溶導体６と上記発熱抵抗体２が直列接続された短絡素子１００を構成している。上記第１の電極４Ａには第１の外部接続端子Ｔ１が設けられ、上記第２の電極４Ｂには第２の外部接続端子Ｔ２が設けられ、上記第４の電極４Ｄには第３の外部接続端子Ｔ３が設けられており、上記第１の外部接続端子Ｔ１と第２の電極４Ｂに上記短絡部２０が接続され、上記第２の外部接続端子Ｔ２と第３の外部接続端子Ｔ３に上記発熱抵抗体２と上記ヒューズ部３０の第１の可溶導体５とが直列接続されている。

上記短絡部２０は、この短絡素子１００の非作動時における回路状態を図２の（Ａ）に示すように、第１の外部接続端子Ｔ１と第２の外部接続端子Ｔ２の間、すなわち、第１の電極４Ａと第２の電極４Ｂの間が通常は絶縁状態になっており、また、この短絡素子１００の作動時における回路状態を図２の（Ｂ）に示すように、第３の外部接続端子Ｔ３から通電されて発熱部１０の発熱抵抗体２が発熱することにより、まず、第１の可溶導体５が加熱されて溶融し、上記第１の電極４Ａと上記第２の電極４Ｂの間、すなわち、第１の外部接続端子Ｔ１と第２の外部接続端子Ｔ２の間が短絡されるようになっている。

そして、上記ヒューズ部３０は、図２の（Ａ）に示すように、この短絡素子１００の非作動時には、発熱抵抗体２と直列接続された第２の可溶導体６を介して上記発熱抵抗体２に流す電流の電流経路を第２の外部接続端子Ｔ２と第３の外部接続端子Ｔ３の間、すなわち、上記第２の電極４Ｂと上記第４の電極４Ｄの間に構成しており、図２の（Ｂ）に示すように、この短絡素子１００の作動時に、上記発熱部１０の発熱抵抗体２が発熱することにより、上記第１の可溶導体５よりも遅れて加熱されて第２の可溶導体６が溶融し、上記電流経路を遮断するようになっている。

ここで、上記第１の可溶導体５を上記第２の可溶導体６よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせる構造は、例えば、図３に示すように、上記発熱抵抗体２として発熱量の異なる２つの発熱抵抗体２Ａ，２Ｂを用いて構築することができる。

すなわち、上記短絡部１０の第１の可溶導体５（５Ａ，５Ｂ）の直下に設けられる発熱抵抗体２Ａは、上記ヒューズ部３０の第２の可溶導体６の直下に設けられる発熱抵抗体２Ｂよりも大きな発熱量としておくことにより、上記２つの発熱抵抗体２Ａ，２Ｂを同時に通電して発熱させても、上記発熱抵抗体２Ｂよりも発熱量の大きな発熱抵抗体２Ａが直下に設けられた上記短絡部２０の第１の可溶導体５（５Ａ，５Ｂ）は、上記発熱抵抗体２Ｂが直下に設けられた上記ヒューズ部３０の第２の可溶導体６よりも早く溶融され、図４の（Ａ）に示すように、上記短絡部２０の第１の可溶導体５（５Ａ，５Ｂ）の溶融により上記第１の電極４Ａと上記第２の電極４Ｂとが短絡されてから、図４の（Ｂ）に示すように、上記ヒューズ部３０の第２の可溶導体６が溶融して上記電流経路を遮断することになる。

上記２つの発熱抵抗体２Ａ，２Ｂは、印加電圧が一定、すなわち、並列接続された状態では、抵抗値に発熱量が反比例するので、互いに抵抗値が異なるものとことするにより、発熱量の異なるものとすることができる。

そして、同じ抵抗材料で上記２つの発熱抵抗体２Ａ，２Ｂを形成する場合、抵抗値は、発熱抵抗体のパターンの断面積が一定であれば長さに比例し、また、長さが一定であれば断面積に反比例するので、発熱抵抗体のパターンの断面積又は長さを異なることなるものとすることにより、発熱抵抗体２Ａ，２Ｂは、互いに抵抗値が異なるものとすることができる。

例えば、図５の（Ａ）に示すように、発熱抵抗体２Ａ，２Ｂは、異なるパターン幅で形成され、発熱抵抗体２Ａのパタ−ン幅を発熱抵抗体２Ｂのパタ−ン幅よりも広くしておくことにより、図５の（Ｂ）の等価回路図に示すように、発熱抵抗体２Ａの抵抗値Ｒ１を発熱抵抗体２Ｂの抵抗値Ｒ２よりも小さくした並列接続回路を構成し、発熱抵抗体２Ａの発熱量を発熱抵抗体２Ｂの発熱量よりも大きくすることができる。

ここで、図５の（Ａ），（Ｂ）に示す異なるパターン幅で形成された発熱抵抗体２Ａ，２Ｂを備える発熱部１０を設けた短絡素子１００の実施例サンプルと従来構造の発熱部を設けた短絡素子の従来例サンプルについて、発熱部の印加電力は同じにしてそれぞれの短絡時間とヒューズ切断時間を測定した結果を、次の表１に示す。

この表１より、実施例サンプルは、従来例サンプルよりも短絡時間とヒューズ切断時間との時間差が大きく、平均で４．５倍ほど長くなっており、短絡素子としての動作が安定していることがわかる。

また、上記２つの発熱抵抗体２Ａ，２Ｂは、比抵抗の異なる抵抗材料で形成することにより互いに抵抗値が異なるものとすることもできる。例えば、銀を含有させることにより抵抗材料の比抵抗を調整することができる。

そして、例えば、図６の（Ａ）に示すように、発熱抵抗体２Ａ，２Ｂは、同形状のものであっても、発熱抵抗体２Ａを発熱抵抗体２Ｂより比抵抗が小さい抵抗材料で形成することにより、図６の（Ｂ）の等価回路図に示すように、発熱抵抗体２Ａの抵抗値Ｒ１を発熱抵抗体２Ｂの抵抗値Ｒ２よりも小さくした並列接続回路を構成し、発熱抵抗体２Ａの発熱量を発熱抵抗体２Ｂの発熱量よりも大きくすることができる。

このように、上記発熱抵抗体２として発熱量の異なる２つの発熱抵抗体２Ａ，２Ｂを用いて、上記第１の可溶導体５を上記第２の可溶導体６よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせる構造を構築することにより、短絡素子１００は、短絡時間とヒューズ切断時間に確実に時間差を設けることができ、より確実な短絡動作を実現させることができる。

以上の説明では、上記２つの発熱抵抗体２Ａ，２Ｂは、印加電圧が一定、すなわち、並列接続されるものとして説明したが、直列接続され一定電流が流されるものであってもよい。すなわち、一定電流が流される構成の場合には発熱抵抗体の抵抗値が大きい程、発熱量が多くなるので、発熱抵抗体２Ａの抵抗値を大きくすることにより、上記第１の可溶導体５を上記第２の可溶導体６よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせる構造を構築することができる。

ここで、上記発熱部１０は、上記加熱量の異なる上記短絡部用発熱領域と上記ヒューズ部用発熱領域を有する１つの発熱抵抗体を用いて上記加熱量に差を持たせた構造を有するものとすることもできる。

すなわち、上記発熱部１０は、例えば図７の（Ａ）に示すように、上記第１の可溶導体５を溶融させるための加熱を行う短絡部用発熱領域２Ｃと、上記第２の可溶導体６を溶融させるための加熱を行うヒューズ部用発熱領域２Ｄを有する１つの発熱抵抗体２を台形状のパターンに形成し、上記ヒューズ部用発熱領域２Ｄよりも短絡部用発熱領域２Ｃの抵抗値を小さくして、上記短絡部用発熱領域２Ｃ側に多くの電流を流すようにすることによって、上記第１の可溶導体５を上記第２の可溶導体６よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせる構造とすることができる。

また、例えば図７の（Ｂ）に示すように、上記第１の可溶導体５を溶融させるための加熱を行う短絡部用発熱領域２Ｃと、上記第２の可溶導体６を溶融させるための加熱を行うヒューズ部用発熱領域２Ｄを有する１つの発熱抵抗体２をＴ字形状のパターンを形成し、上記ヒューズ部用発熱領域２Ｄよりも短絡部用発熱領域２Ｃの長さを短くすることにより抵抗値を小さくして、上記短絡部用発熱領域２Ｃ側に多くの電流を流すようにすることによって、上記第１の可溶導体５を上記第２の可溶導体６よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせる構造とすることができる。

さらに、例えば図７の（Ｃ）に示すように、上記第１の可溶導体５を溶融させるための加熱を行う短絡部用発熱領域２Ｃと、上記第２の可溶導体６を溶融させるための加熱を行うヒューズ部用発熱領域２Ｄを有する１つの発熱抵抗体２をＬ字形状のパターンを形成し、上記短絡部用発熱領域２Ｃは上記短絡部２０の直下に配置され、上記ヒューズ部用発熱領域２Ｄは上記ヒューズ部３０の直下からずらして配置されることによって、上記第１の可溶導体５を上記第２の可溶導体６よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせる構造とすることができる。

また、上記発熱部１０は、例えば図８の（Ａ）に示すように、短絡部用発熱領域２Ｃと第１の可溶導体５との間隔をヒューズ部用発熱領域２Ｄを第２の可溶導体６との間隔よりも狭くした段差を有する絶縁層３の構造を採用することにより、上記第１の可溶導体５を上記第２の可溶導体６よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせる構造とすることもできる。

また、上記発熱部１０は、例えば図８の（Ｂ）に示すように、第１の可溶導体５を溶融させるための発熱抵抗体２Ａを絶縁基板１の上面に配置し、第２の可溶導体６を溶融させるための発熱抵抗体２Ｂを絶縁基板１の下面に配置した構造とすることにより、上記第１の可溶導体５を上記第２の可溶導体６よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせる構造とすることができる。

さらに、上記発熱部１０は、例えば図９に示すように、上記短絡部２０に近接して設けられた１つの発熱抵抗体２からなり、上記発熱抵抗体２に近接している上記短絡部２０の上記第１の可溶導体５を上記ヒューズ部３０の第２の可溶導体６よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせた構造を有するものとすることもできる。

上述の如き構成の短絡素子１００では、上記発熱抵抗体２の発熱により、上記第１の可溶導体５を上記第２の可溶導体６よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせた構造を上記発熱部１０が有しているので、短絡時間とヒューズ切断時間に確実に時間差を設けることができ、より確実な短絡動作を実現させることができる。

なお、上記短絡素子１００では、上記短絡部２０の第１の電極４Ａと上記第２の電極４Ｂとを短絡するための上記第１の可溶導体５は、上記第１の電極４Ａと第２の電極４Ｂの両電極上に設けられているが、上記第１の電極４Ａと上記第２の電極４Ｂの少なくとも一方の電極上に設けられていればよい。

このような構成の短絡素子１００は、異常検知機能を有する回路に搭載された電子部品の異常時に上記電子部品を迂回するバイパス電流経路を形成する短絡素子として用いられる。

すなわち、短絡素子１００は、例えば、図１０に示すように、ＬＥＤ照明装置２００に組み込まれ、一つの発光ダイオード２０１に異常が起きた場合にも、当該発光ダイオード２０１を迂回するバイパス電流経路を形成する補償回路２５０を構成する。

このＬＥＤ照明装置２００は、 電流経路上に直列接続された複数の発光ダイオード２０１を備え、発光ダイオード２０１と、短絡素子１００の第１の外部接続端子Ｔ１がバイパス抵抗２０２を介して発光ダイオード２０１のアノードに接続され、第２の外部接続端子Ｔ２が上記発光ダイオード２０１のカソードに接続され、第３の外部接続端子Ｔ３が上記発光ダイオード２０１のアノードに接続されることにより、発光ダイオード２０１と短絡素子１００によりＬＥＤユニット２１０を構成している。そして、このＬＥＤ照明装置２００は、複数のＬＥＤユニット２１０が直列に接続されて構成されている。

バイパス抵抗２０２は、発光ダイオード２０１の内部抵抗相当の抵抗値を有する。また、短絡素子１００の発熱部１０の発熱抵抗体２の抵抗値は、発光ダイオード２０１の内部抵抗よりも大きい。したがって、発光ダイオード２０１が正常に作動している場合、このＬＥＤ照明装置２００では、図１１の（Ａ）に示すように、電流Ｉは短絡素子１００側へは流れず、発光ダイオード２０１側に流れる。

しかし、発光ダイオード２０１に異常が現れて、電気的に開放されてしまうと、図１１（Ｂ）に示すように、このＬＥＤ照明装置２００では、電流Ｉが短絡素子１００のヒューズ部３０側へ流れる。これにより、短絡素子１００は、発熱部１０の発熱抵抗体２が発熱し、第１の可溶導体５が溶融することによって、図１１の（Ｃ）に示すように、第１の外部接続端子Ｔ１と第２の外部接続端子Ｔ２の間、すなわち、短絡部１０の両電極４Ａ、４Ｂが短絡され、バイパス電流経路が形成される。そして、上記発熱部１０の発熱抵抗体２の発熱により、上記短絡部１０の両電極４Ａ、４Ｂが短絡されてから、第２の可溶導体６が溶断することにより、発熱部１０の発熱抵抗体２への給電は停止される。

上記短絡素子１００は、上記発熱抵抗体２の発熱により、上記第１の可溶導体５を上記第２の可溶導体６よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせた構造を上記発熱部１０が有しており、短絡時間とヒューズ切断時間に確実に時間差を設け、より確実な短絡動作を行うことができ、このＬＥＤ照明装置２００において、一つの発光ダイオード２０１に異常が起きた場合にも、当該発光ダイオード２０１を迂回するバイパス電流経路を確実に形成する補償回路２５０を構成している。

この照明装置２００では、上記補償回路２５０が動作することにより、故障した発光ダイオード２０１を迂回するバイパス電流経路が形成され、他の発光ダイオード２０１に電流を流して発光を継続することができる。すなわち、バイパス抵抗２０２を介して他の発光ダイオード２０１が直列接続された状態となり、故障した発光ダイオード２０１以外の発光ダイオード２０１は継続して発光することができる。上記バイパス抵抗２０２は、発光ダイオード２０１の内部抵抗相当の抵抗値を有するので、直列接続された複数の発光ダイオード２０１の電流経路の抵抗値は、上記補償回路２５０の動作前と動作後で同じ状態を維持することになり、故障した発光ダイオード２０１以外の発光ダイオード２０１の駆動状態が変化することはない。

なお、ＬＥＤ照明装置２００において、一つの発光ダイオード２０１に異常が起きた場合にも、当該発光ダイオード２０１を迂回するバイパス電流経路を形成する補償回路２５０について説明したが、上記短絡素子１００は、ＬＥＤ照明装置２００への適用のみに限定されることなく、例えば電機自動車等の駆動用電源として用いられる複数の電池セルを収納してなるバッテリパック内において複数接続された電池セルを電流ライン上から切り離して、この切り離した電池セルに相当する回路部分を短絡させるなど、異常検知機能を有する回路に搭載された電子部品の異常時に上記電子部品を迂回するバイパス電流経路を形成する各種補償回路に適用することができる。

１ 絶縁基板、２ 発熱抵抗体、２Ａ，２Ｂ 発熱抵抗体、２Ｃ 短絡部用発熱領域、２Ｄ ヒューズ部用発熱領域、３ 絶縁層、４Ａ 第１の電極、４Ｂ 第２の電極、４Ｃ 第３の電極、４Ｄ 第４の電極、５ 第１の可溶導体、６ 第２の可溶導体、７ フラックス、１０ 発熱部、２０ 短絡部、３０ ヒューズ部、１００ 短絡素子、２００ ＬＥＤ照明装置、２０１ 発光ダイオード、２０２ バイパス抵抗、２５０ 補償回路、Ｔ１ 第１の外部接続端子、Ｔ２ 第２の外部接続端子、Ｔ３ 第３の外部接続端子

Claims (13)

1. 絶縁基板と、
   上記絶縁基板に設けられた発熱抵抗体からなる発熱部と、
   上記絶縁基板上に互いに隣接して設けられた第１の電極および第２の電極と、上記発熱抵抗体の発熱により加熱されることによって溶融して上記第１の電極と上記第２の電極とを短絡する第１の可溶導体とからなる短絡部と、
   上記絶縁基板に設けられ、上記発熱抵抗体に電気的に接続された第３の電極と、上記第２の電極と上記第３の電極の間に上記発熱抵抗体と直列接続された状態で設けられることにより上記発熱抵抗体に流す電流の電流経路を構成し、上記発熱抵抗体の発熱により加熱されることによって溶融して上記電流経路を遮断する第２の可溶導体とからなるヒューズ部とを備え、
   上記発熱部は、上記発熱抵抗体の発熱により、上記第１の可溶導体を上記第２の可溶導体よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせた構造を有することを特徴とする短絡素子。
2. 上記発熱部は、発熱量の異なる２つの発熱抵抗体を用いて上記加熱量に差を持たせた構造を有することを特徴とする請求項１記載の短絡素子。
3. 上記発熱量の異なる２つの発熱抵抗体は、互いに抵抗値が異なることを特徴とする請求項２記載の短絡素子。
4. 上記発熱量の異なる２つの発熱抵抗体は、異なるパターン幅で形成されていることを特徴とする請求項３記載の短絡素子。
5. 上記発熱量の異なる２つの発熱抵抗体は、比抵抗が異なる抵抗材料で形成されていることを特徴とする請求項３記載の短絡素子。
6. 上記発熱部は、上記加熱量の異なる短絡部用発熱領域とヒューズ部用発熱領域を有する１つの発熱抵抗体を用いて上記加熱量に差を持たせた構造を有することを特徴とする請求項１記載の短絡素子。
7. 上記発熱抵抗体は、上記短絡部用発熱領域と上記ヒューズ部用発熱領域の発熱量が異なることを特徴とする請求項６記載の短絡素子。
8. 上記発熱抵抗体は、上記短絡部用発熱領域は上記短絡部の直下に配置され、上記ヒューズ部用発熱領域は上記ヒューズ部の直下からずらして配置されていることを特徴とする請求項７記載の短絡素子。
9. 上記発熱抵抗体は、上記短絡部用発熱領域から上記短絡部までの距離を上記ヒューズ部用発熱領域から上記ヒューズ部までの距離よりも短くしたことを特徴とする請求項７記載の短絡素子。
10. 上記発熱部は、上記短絡部に近接して設けられた１つの発熱抵抗体からなり、上記発熱抵抗体に近接している上記短絡部の上記第１の可溶導体を上記第２の可溶導体よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせた構造を有することを特徴とする請求項１記載の短絡素子。
11. 上記第１の電極と上記第２の電極とを短絡する上記第１の可溶導体は、上記第１の電極と上記第２の電極の少なくとも一方の電極上に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載の短絡素子。
12. 異常検知機能を有する回路に搭載された電子部品の異常時に上記電子部品を迂回するバイパス電流経路を短絡素子により形成する補償回路であって、
    上記短絡素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板に設けられた発熱抵抗体からなる発熱部と、上記絶縁基板上に互いに隣接して設けられた第１の電極および第２の電極と、上記発熱抵抗体の発熱により加熱されることによって溶融して上記第１の電極と上記第２の電極とを短絡する第１の可溶導体とからなる短絡部と、上記絶縁基板に設けられ、上記発熱抵抗体に電気的に接続された第３の電極と、上記第２の電極と上記第３の電極の間に上記発熱抵抗体と直列接続された状態で設けられることにより上記発熱抵抗体に流す電流の電流経路を構成し、上記発熱抵抗体の発熱により加熱されることによって溶融して上記電流経路を遮断する第２の可溶導体とからなるヒューズ部とを備え、上記発熱部は、上記発熱抵抗体の発熱により、上記第１の可溶導体を上記第２の可溶導体よりも早く溶融させるように加熱量に差を持たせた構造を有する
    ことを特徴とする補償回路。
13. 上記バイパス電流経路は、上記短絡素子に直列接続された上記電子部品の内部抵抗相当のバイパス抵抗と上記短絡素子にて形成されることを特徴とする請求項１２記載の補償回路。