JP2018142435A - 温度ヒューズ及び電気接続箱 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡素な構造で電流を遮断することができる温度ヒューズ及び電気接続箱を提供する。
【解決手段】温度ヒューズは、環状をなし、径方向の内外に並んでいる絶縁部及び導電部を備え、該導電部は、熱可溶体により形成されている。電気接続箱は、スイッチング素子が実装された回路基板と、該回路基板を収容する収容体と、前記スイッチング素子に接続され、第1孔が貫設された導電板と、平板状をなし、第2孔が貫設されており、前記導電板に対向する端子と、前記導電板及び端子に軸方向にて挟まれた請求項1から5までのいずれか一つに記載の温度ヒューズと、該温度ヒューズ、前記第1孔及び前記第2孔に挿通される軸状の挿通体とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、温度ヒューズ及び電気接続箱に関する。
例えば車両においては、スイッチング素子及び制御素子が実装された回路基板と回路基板を収容する収容体とを備える電気接続箱が、電源と負荷とを接続する電気回路の中途に設けられていることがある。
スイッチング素子は、電源と負荷との接続を継断する。制御素子は、スイッチング素子のオンオフを制御する。スイッチング素子がオンの場合、電源からスイッチング素子を通して負荷へ電流が流れる。スイッチング素子がオフの場合、スイッチング素子に電流が流れないので、電源と負荷との接続が切断される。
ここで、通電されたスイッチング素子は発熱し、特に、過電流がスイッチング素子に流れた場合、スイッチング素子は過熱する。過熱したスイッチング素子は発火する虞がある。
したがって、電源又は負荷とスイッチング素子とを接続する導線の中途に、過電流が導線に流れた場合に熱により溶断する温度ヒューズが設けられる場合がある。温度ヒューズとして、例えば、特許文献1においては、筒状のケースに可溶体を収納し、可溶体により導線(リード線)を接続している温度ヒューズが開示されている。該温度ヒューズを用いて、電気接続箱の電気回路を構成した場合、過電流が導線に流れた場合に温度ヒューズが溶断することにより、電流を遮断し、過電流がスイッチング素子に流れることが防止される。したがって、スイッチング素子は過熱から保護される。
特開平11−339617号公報
しかしながら、特許文献1に記載の温度ヒューズでは、導線の中途に接続するため、簡素な構造として高密度での実装は難しく、実装した場合には電気接続箱が大型化する虞がある。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡素な構造で電流を遮断することができる温度ヒューズ及び電気接続箱を提供することにある。
本発明の一態様に係る温度ヒューズは、環状をなし、径方向の内外に並んでいる絶縁部及び導電部を備え、該導電部は、熱可溶体により形成されている。
本発明の一態様に係る電気接続箱は、スイッチング素子が実装された回路基板と、該回路基板を収容する収容体と、前記スイッチング素子に接続され、第1孔が貫設された導電板と、平板状をなし、第2孔が貫設されており、前記導電板に対向する端子と、前記導電板及び端子に軸方向にて挟まれた上記の温度ヒューズと、該温度ヒューズ、前記第1孔及び前記第2孔に挿通される軸状の挿通体とを備える。
上記の態様によれば、簡素な構造で電流を遮断することができる。
実施形態1における電気接続箱の模式的な外観斜視図である。 電気接続箱の内部構成を示す模式的な斜視図である。 電気接続箱の模式的な断面図である。 温度ヒューズの模式的な斜視図である。 温度ヒューズの模式的な分解斜視図である。 温度ヒューズの模式的な平面図である。 図4のVII−VII線による断面図である。 図4のVIII−VIII線による断面図である。 実施形態2に係る温度ヒューズの模式的な斜視図である。
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列挙して説明する。以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
(1)本発明の一態様に係る温度ヒューズは、環状をなし、径方向の内外に並んでいる絶縁部及び導電部を備え、該導電部は、熱可溶体により形成されている。
(2)本発明の一態様に係る温度ヒューズは、前記絶縁部は、2つあり、前記導電部は、前記2つの絶縁部に挟まれている。
(3)本発明の一態様に係る温度ヒューズは、一部が欠落した環状である。
(4)本発明の一態様に係る温度ヒューズは、前記絶縁部及び導電部を軸方向において挟み、貫通孔が設けられた2枚の電極板を備える。
(5)本発明の一態様に係る温度ヒューズは、前記電極板又は前記絶縁部には、孔が貫設されている。
(6)本発明の一態様に係る電気接続箱は、スイッチング素子が実装された回路基板と、該回路基板を収容する収容体と、前記スイッチング素子に接続され、第1孔が貫設された導電板と、平板状をなし、第2孔が貫設されており、前記導電板に対向する端子と、前記導電板及び端子に軸方向にて挟まれた上記の温度ヒューズと、該温度ヒューズ、前記第1孔及び前記第2孔に挿通される軸状の挿通体とを備える。
本発明の一態様に係る温度ヒューズにあっては、環状をなし、径方向の内外に並んでいる絶縁部及び導電部を備え、該導電部は、熱可溶体により形成されている。したがって、該温度ヒューズは、ボルト等の軸状部材により2つの導電部材を接続する場合において、温度ヒューズを軸状部材に挿通させて2つの導電部材間に配することができ、容易に取り付けることができる。これにより、省スペース化が実現される。
また、温度ヒューズを取り付けた場合に過電流が前記2つの導電部材に流れたとき、導電部が溶融し、また、絶縁部により2つの導電部材の間隔が保たれるので、2つの導電部材は絶縁される。したがって、簡素な構造で電流を遮断することができる。
本発明の一態様に係る温度ヒューズにあっては、前記絶縁部は2つあり、前記導電部は、前記2つの絶縁部に挟まれているので、より確実に絶縁された状態を保つことができる。
本発明の一態様に係る温度ヒューズにあっては、一部が欠落した環状であるので、ボルト等の軸状部材に容易に取り付けることができる。
本発明の一態様に係る温度ヒューズにあっては、前記絶縁部及び導電部を軸方向において挟み、貫通孔が設けられた2枚の電極板を備えるので、該電極板に導電部材を接続することができ、温度ヒューズを介した電気的な接続を確保しやすい。
本発明の一態様に係る温度ヒューズにあっては、前記電極板又は前記絶縁部には、孔が貫設されているので、導電部が溶融した場合に、孔から溶融した熱可溶体を流し出すことができる。
本発明の一態様に係る電気接続箱にあっては、温度ヒューズは、挿通体に挿通させるだけで容易に取り付けることができ、省スペース化を実現できる。これにより、電気接続箱を小型化できる。また、端子及び導電体に過電流が流れた場合に、温度ヒューズにより端子及び導電体を絶縁することができる。したがって、簡素な構造で電流を遮断することができる。
[本発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係る温度ヒューズ及び電気接続箱の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
(実施形態1)
図1は、実施形態1における電気接続箱の模式的な外観斜視図である。
図中1は電気接続箱である。電気接続箱1は車載される。電気接続箱1は、電源(例えばメインバッテリ。不図示)と第1の負荷(例えばヘッドランプ又はワイパ。不図示)とを接続する電気回路の中途に設けられる。電源には、第2の負荷(例えばスタータ。不図示)が直接的に接続されている。電気接続箱1は、電源から第2の負荷に大きな電流が流れる場合に電源と第1の負荷との接続を遮断することによって、第1の負荷を大きな電流の悪影響から保護する。
電気接続箱1は、収容体2を備える。収容体2は、枠体21及び蓋体22を有する。図2は、電気接続箱の内部構成を示す模式的な斜視図である。図3は、電気接続箱の模式的な断面図である。図2は、電気接続箱1が備える枠体21から蓋体22を取り外した状態を示す。
枠体21は矩形短筒状をなす。枠体21の軸長方向は、図中上下方向である。
蓋体22は矩形皿状をなす。蓋体22が枠体21の一方の開口(図中上側の開口)を閉塞することによって、収容体2が形成される。
以下の説明では、図中の上下方向を電気接続箱1の上下方向とする。
枠体21の上端面には、2つのスタッドボルト11が上向きに突設されている。2つのスタッドボルト11は、枠体21の上側の開口を挟んで向かい合う位置に配されている。
各スタッドボルト11には、バスバー12が取り付けられる。
バスバー12は導電性を有する。バスバー12は、例えばZ型に折り曲げられた1枚の金属板である。バスバー12は、3つの矩形平板121〜123を有する。矩形平板121,122は、矩形平板123の互いに対向する2辺部に垂直に突設されている。矩形平板121,122夫々の突出方向は、互いに逆向きである。
矩形平板121には孔12aが貫設されている。矩形平板121は枠体21の上端面に載置され、矩形平板121の孔12aにはスタッドボルト11が挿通される。矩形平板123は、枠体21の内周面に沿う。矩形平板122は、枠体21の下側の開口を部分的に閉塞するようにして、枠体21の下端面に面一に配される。
電気接続箱1は、更に2つの環状の温度ヒューズ4,4と、2つの接続端子5,5と、ナット14,14とを備える。2つの接続端子5,5夫々には、2本の電線6,6が接続されている。
図4は、温度ヒューズ4の模式的な斜視図である。図5は、温度ヒューズ4の模式的な分解斜視図である。図6は、温度ヒューズ4の模式的な平面図である。図7は、図4のVII−VII線による断面図である。また、図8は、図4のVIII−VIII線による断面図である。温度ヒューズ4は、環状をなしており、2枚の電極板40,41と、軸方向において該2枚の電極板40,41に挟まれ、径方向の内外に並んでいる2つの円筒状の絶縁部42,43及び円筒状の導電部44とを備える。
電極板40,41は、円板状をなし、中央に軸方向に貫通する貫通孔40a、41aが設けられている。電極板40,41は、一面同士が対向している。電極板40,41は、例えば、銅又は銅合金製であり、表面がニッケル又はスズ等のメッキが施されている。
電極板40,41の対向面間において、径方向の内側に導電部44が配され、径方向の外側に絶縁部42が配されている。導電部44は、熱可溶体としての可溶合金で形成され、外周面は、フラックス440に覆われている。可溶合金は、例えば、スズ及びビスマスが主成分の低融点合金である。フラックス440は、成分として有機酸又は活性剤等を含み、可溶合金の酸化防止及び溶融時の流動性を向上する。
電極板40,41の内周面と、導電部44の内周面とは、連なっており、同一面を形成している。また、電極板40,41の外周面と、絶縁部42の外周面とは、連なっており、同一面を形成している。更に絶縁部43は、電極板40,41の孔40a,41a及び導電部44を挿通している。
絶縁部42,43は、ポリエチレンテレフタラート又はポリフェニレンサルファイド等の高耐熱性の樹脂性である。
電極板40,41は複数の円形の溶接部44a(図5の斜線部分で、円上に等間隔に12箇所)において導電部44に溶接され、電気的に接続されている。電極板40には、複数の孔40b(図では円上に等間隔に4個)が貫設されている。また、電極板40の下面には、複数の円形の孔40bと同数の溝40cが設けられている。各溝40cは、前記下面から反対側に凹んでおり、一端が各孔40bに連なり、他端が電極板40の外周面に連なっている。
なお、溶接部44a及び孔40bの個数は、図示の個数に限られない。また、溶接部44a及び孔40bの配置は、図示の配置に限られない。更に、孔40b、溝40cの形状は図示の形状に限られない。
温度ヒューズ4は、例えば、絶縁部42,43に対して電極板40をインサート成形により取り付けて、円筒形のケース状とし、導電部44を絶縁部42,43間に配した後電極板41を取り付けることにより、作成される。電極板41を取り付けた後、電極板40,41において、溶接部44aに対応する箇所にレーザー照射を行うことにより、電極板40,41及び導電部44をスポット溶接し、電気的に接続する。
接続端子5は、図1に示すように、いわゆる丸形の端子であって、板状の接続部50と、該接続部50に連設された筒状のバレル部51とを有する。接続部50には、厚さ方向に貫通する孔50aが設けられている。
電線6は、導体部の周囲が絶縁被覆で覆われた被覆電線である。導体部は例えば、多数の金属細線が撚り合わされた撚線である。電線6の一端部は、絶縁被覆が剥がされており、露出した導体部は、接続端子5のバレル部51に挿通されて圧着されている。これにより、各接続端子5は、電線6の一端部に接続されている。
一のスタッドボルト11には、下側から一のバスバー12の孔12a、一の温度ヒューズ4、一の接続端子5の貫通孔50a、一のナット14が挿通される。一の接続端子5に接続された一の電線6を介して電源が接続される。他のスタッドボルト11には、下側から他のバスバー12の孔12a、他の温度ヒューズ4、他の接続端子5の貫通孔50a、他のナット14が挿通される。他の接続端子に接続された他の電線6を介して第1の負荷が接続される。
スタッドボルト11及びナット14により枠体21に共締めすることにより、接続端子5及びバスバー12は、夫々電極板40,41に接した状態で固定され、温度ヒューズ4を介して電気的に接続される。
各バスバー12の矩形平板122の下面には、ヒートシンク13が取り付けられる。
ヒートシンク13は熱伝導性が高く、例えば金属製である。ヒートシンク13は矩形平板状をなす。バスバー12の矩形平板122の下面とヒートシンク13の上面とは、例えば熱硬化性を有する合成樹脂製の接着剤(不図示)によって接着される。この接着剤が硬化することによって、バスバー12とヒートシンク13との間に接着層(不図示)が形成される。この接着層は、電気絶縁性を有し、バスバー12からヒートシンク13への熱伝導を妨げない。
2つのバスバー12に取り付けられたヒートシンク13は、枠体21の下端面を覆い、枠体21の下側の開口を閉塞する。これにより、枠体21及びヒートシンク13は、枠体21を周壁とし、ヒートシンク13を底壁とする箱体を形成する。
なお、ヒートシンク13の下面に放熱フィンが設けられてもよい。
電気接続箱1は、回路基板31を更に備える。回路基板31は、一面を下向きにして、各バスバー12の矩形平板122の上面に取り付けられる。
回路基板31の上面には、6つのスイッチング素子32と制御素子(不図示)とが実装されている。6つのスイッチング素子32夫々は、例えばFET(Field Effect Transistor )である。6つのスイッチング素子32は2つ1組である。1組のスイッチング素子32は、例えばソース端子同士が接続される。この場合、1組のスイッチング素子32夫々のドレイン端子は、互いに異なるバスバー12に接続される。各スイッチング素子32のゲート端子は、制御素子33に接続される。
1組のスイッチング素子32は、2つのスタッドボルト11が向かい合う一方向に配され、3組のスイッチング素子32は、前記一方向の垂直方向に配される。
全てのスイッチング素子32がオンである場合、2つのバスバー12が互いに接続される。このとき、電源から3組のスイッチング素子32を通して第1の負荷へ電流が流れる。1組のスイッチング素子32に流れる電流は、バスバー12に流れる電流の1/3である。即ち、3組のスイッチング素子32を用いることによって、各スイッチング素子32に流れる電流を小さくすることができる。
全てのスイッチング素子32がオフである場合、各スイッチング素子32に電流が流れないので、2つのバスバー12の接続が切断される。このとき、電源と第1の負荷との接続が切断される。電源と第1の負荷との接続が切断されている場合、第1の負荷は、第1の負荷に直接的に接続されている補助電源(例えばサブバッテリ。不図示)から給電される。
1組のスイッチング素子32において、一方のスイッチング素子32が有する寄生ダイオードの順方向と、他方のスイッチング素子32が有する寄生ダイオードの順方向とは互いに逆である。故に、全てのスイッチング素子32がオフである場合に、6つのスイッチング素子32夫々が有する寄生ダイオードを通して2つのバスバー12が接続されることはない。
なお、スイッチング素子32はFETに限定されない。また、スイッチング素子32は、6個には限定されず、任意の複数個でよい。また、スイッチング素子32は2個1組に限定されない。2つのバスバー12間には、少なくとも1個のスイッチング素子32が介在していればよい。
制御素子は、例えばMPU(Micro Processing Unit )等であり、各スイッチング素子32のオン/オフを切り替える。該制御素子は回路基板31の周縁部に設けてあるコネクタ34に接続されている。コネクタ34に接続された信号線(不図示)を介して、制御素子に電気接続箱1の外部から制御信号が入力される。
制御素子に入力された制御信号に応じて、各スイッチング素子32のオン/オフが切り替えられる。例えばスタータが作動を開始することを示す制御信号が入力された場合、制御素子は、全てのスイッチング素子32をオフに切り替える。スタータによるエンジンの始動後、制御素子は、全てのスイッチング素子32をオンに切り替える。
電気接続箱1は、図示しない温度センサを更に備える。温度センサは、6つのスイッチング素子32の温度を検出する。温度センサによる温度の検出結果は、制御素子に与えられ、所定の上限温度を上回った場合に、全てのスイッチング素子32をオフに切り替えることにより、6つのスイッチング素子32を過熱から保護する。所定の上限温度とは、過熱時の6つのスイッチング素子32の温度より低い温度である。また、制御素子は、少なくとも6つのスイッチング素子32の温度が所定の安全温度を下回るまでは、6つのスイッチング素子32をオフのままにしておく。所定の安全温度とは、所定の上限温度よりも十分に低い温度である。
なお、電気接続箱1には電流センサが備えられてもよい。電流センサは、スイッチング素子32に流れる電流を検出する。制御素子は、例えば過電流より小さい上限値を上回る電流がスイッチング素子32に流れた場合に、スイッチング素子32をオフに切り替える。即ち、制御素子は、6つのスイッチング素子32を過電流から保護することによって、6つのスイッチング素子32を過熱から保護する。
蓋体22の周壁には切り欠き状の凹部が設けられており、この凹部と枠体21とを用いて形成される開口から、コネクタ34の一部(具体的には、コネクタ34に前述の信号線を接続する部分)が収容体2の外部に露出する。2つのスタッドボルト11、各バスバー12の矩形平板121、及びヒートシンク13は収容体2の外部に露出する。
以上のような電気接続箱1において、通電されたスイッチング素子32は発熱する。スイッチング素子32が発した熱は、回路基板31、バスバー12、及びヒートシンク13に伝達され、ヒートシンク13から電気接続箱1の外部へ放出される。非過熱時は、スイッチング素子32の温度は低い。
ここで、過熱時について説明する。スイッチング素子32の過熱は、例えば、制御素子に不具合が生じて制御素子によるスイッチング素子32の過熱保護が行なわれなくなるような、万が一の非常事態に起こり得る。過熱時は、スイッチング素子32の温度は高い。スイッチング素子32が発する熱は、バスバー12を介して、温度ヒューズ4に伝わる。
このとき、電線6に過電流が流れるが、温度ヒューズ4に熱が伝わることにより、導電部44が溶融する。溶融した可溶合金は、孔40bから外部に流れ出す。ここで、絶縁部42,43により電極板40,41は所定距離離隔しているので、絶縁されることとなる。したがって、バスバー12及び接続端子5が絶縁され、電流が遮断される。したがって、電源及び負荷は過電流から保護される。
以上の構成によれば、温度ヒューズ4は、スタッドボルト11に挿通させて接続端子5及びバスバー12間に配することにより、容易に取り付けることができ、省スペース化が実現される。これにより、電気接続箱1を小型化できる。また、過電流が接続端子5及びバスバー12間に流れたとき、導電部44が溶融し、また、絶縁部42,43により間隔が保たれるので、接続端子5及びバスバー12は絶縁される。したがって、温度ヒューズ4は、簡素な構造で電流を遮断することができる。
導電部44は、2つの絶縁部42,43に挟まれているので、接続端子5及びバスバー12間は、導電部44が溶融した場合に、より確実に絶縁された状態を保つことができる。絶縁部42,43及び導電部44を軸方向において挟み、貫通孔40a、41aが設けられた2枚の電極板40,41を備えるので、該電極板40,41に接続端子5及びバスバー12を接続することができ、温度ヒューズ4を介した電気的な接続を確保しやすい。
電極板40には、孔40bが貫設されているので、導電部44が溶融した場合に、孔40bから溶融した熱可溶体を流し出すことができる。
なお、電気接続箱1は車載されるものに限定されない。電気接続箱1は、電源の電力を複数の負荷に選択的に分配する構成でもよい。また、温度ヒューズ4は、全体として環状であればよく、三角環、四角環等の多角形環状又は楕円環状であってもよい。
また、電極板に孔40bを設けず、絶縁部42又は絶縁部43の側面に孔を貫設し、該孔から溶融した可溶合金を流出させることとしてもよい。このとき、孔を側面の下側部分(バスバー12側部分)に設けることにより、良好に、溶融した可溶合金を流出させることができる。
更に、電極板40に溝40cを設けないこととしてもよい。また、絶縁部42,43は、2つでなく、いずれか一方のみとしてもよい。更に、絶縁部42,43及び導電部43は、連続した一つの部材でなく、周方向に分離した複数の分体により形成されていてもよい。
(実施形態2)
実施形態1では、温度ヒューズ4は欠落のない環状であるが、温度ヒューズ4は、C字状等一部が欠落した環状であってもよい。
以下、実施形態2について、実施形態1と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施形態1と共通しているため、実施形態1と共通する構成部には実施形態1と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図9は、実施形態2に係る温度ヒューズの模式的な斜視図である。実施形態2における温度ヒューズ4は、C字状であり、一部が欠落した環状をなしている。温度ヒューズ4は、実施形態1と同様に、2枚の電極板40,41と、該2枚の電極板40,41に挟まれた2つの絶縁部42,43及び導電部44を備える。これらは夫々、実施形態1と同様に構成されているが、断面がC字状の筒状体である。温度ヒューズ4のC字の両端部は、例えば、絶縁膜等により覆い、保護することとしてもよい。
以上の構成によれば、温度ヒューズ4は、C字状をなしており、一部が欠落した環状であるので、スタッドボルト11に容易に取り付けることができる。また実施形態2における温度ヒューズ4は、実施形態1における温度ヒューズが奏する効果を同様に奏し、簡素な構造で電流を遮断することができる。
なお、実施形態2において、温度ヒューズ4は、U字状等であってもよく、このように構成された温度ヒューズ4であっても、同様の効果を奏する。
開示された実施形態1,2はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 電気接続箱
11 スタッドボルト(挿通体)
12 バスバー(導電板)
12a 孔(第1孔)
2 収容体
31 回路基板
32 スイッチング素子
4 温度ヒューズ
40,41 電極板
40a,41a 貫通孔
40b 孔
42,43 絶縁部
44 導電部
5 接続端子(端子)
50a 孔(第2孔)

Claims (6)

  1. 環状をなし、
    径方向の内外に並んでいる絶縁部及び導電部を備え、
    該導電部は、熱可溶体により形成されている
    温度ヒューズ。
  2. 前記絶縁部は、2つあり、
    前記導電部は、前記2つの絶縁部に挟まれている
    請求項1に記載の温度ヒューズ。
  3. 一部が欠落した環状である請求項1又は請求項2に記載の温度ヒューズ。
  4. 前記絶縁部及び導電部を軸方向において挟み、貫通孔が設けられた2枚の電極板を備える請求項1から請求項3までのいずれか一つに記載の温度ヒューズ。
  5. 前記電極板又は前記絶縁部には、孔が貫設されている請求項1から請求項4までのいずれか一つに記載の温度ヒューズ。
  6. スイッチング素子が実装された回路基板と、
    該回路基板を収容する収容体と、
    前記スイッチング素子に接続され、第1孔が貫設された導電板と、
    平板状をなし、第2孔が貫設されており、前記導電板に対向する端子と、
    前記導電板及び端子に軸方向にて挟まれた請求項1から5までのいずれか一つに記載の温度ヒューズと、
    該温度ヒューズ、前記第1孔及び前記第2孔に挿通される軸状の挿通体と
    を備える電気接続箱。
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