JP3654792B2 - ワイヤーハーネス装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリから負荷への電流が過電流となったときに回路を遮断する過電流保護装置を備えたワイヤーハーネス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に設けられる電装システムでは、パワーウインドウ等の負荷に何らかの異常が発生したり、バッテリーと各負荷とを接続している複数の電線によって構成されたワイヤーハーネス等に何らかの異常が発生したとき、バッテリーと、ワイヤーハーネスとの間に介挿されたヒューズを溶断させて、バッテリーと、ワイヤーハーネスとの間を遮断する各種の保護装置が開発されている。
【０００３】
図９は過電流保護装置を備えたワイヤーハーネス装置の一例を示す回路図である。図９に示すワイヤーハーネス装置は、図示しない電源と負荷であるモータ１０１を接続する回路を備え、スローブローヒューズまたはヒュージブルリンクと比較して応答性の早いブレードヒューズ１０３ｂと、ＰＴＣ素子１１１とを直列に接続した回路を有する過電流保護装置１１４を設けている。また、電線Ａは、図示しない電源とモータ１０１とリレー１０２と過電流保護装置１１４とを接続している。
【０００４】
図１０に、図９のワイヤーハーネス装置の回路に対応する電流−応答時間特性を示す。図１０では、過電流保護装置１１４により得られる保護特性１１５と、電線Ａとモータ１０１の電流特性１０７及びリレー１０２の過電流特性１０８とを比較した。点Ｐはブレードヒューズ１０３ｂの保護特性とＰＴＣ素子１１１の保護特性とが交わる点を示し、この点Ｐよりも右の領域はＰＴＣ素子１１１が前記回路を保護し、点Ｐよりも左の領域はブレードヒューズ１０３ｂが前記回路を保護している。また、１０７はモータ１０１にかかる電流特性で、１０８はリレーにかかる過電流特性で、１０９は電線Ａの電流特性を示し、１１０は、電線Ａよりも導体断面積の大きい電線Ｂの電流特性である。
【０００５】
図１０からもわかるように、前記回路において電線Ｂより導体断面積の小さな電線Ａを用いても過電流保護装置１１４より得られる保護特性１１５上には交点は存在せず、リレー１０２より過電流が発生しても過電流保護装置１１４によりこの回路は保護されるため、導体断面積の小さな電線Ａを用いることができる。このため、例えば導体断面積が２ｓｑの代わりに１．２５ｓｑ電線を用いることができ、導体断面積が少なくとも１サイズ下の電線を用いることができる。
【０００６】
また、図１１に従来のワイヤーハーネス装置の他の一例を示す。図１１において、バッテリ１には１５ｓｑ電線２ａを介してヒュージブルリンクブロック３ａが接続され、このヒュージブルリンクブロック３ａには５ｓｑ電線２Ｂを介してリレー４ａ〜４ｃ及びヒューズ４ｄ〜４ｋを有するリレー・ヒューズブロック４が接続され、このリレー・ヒューズブロック４には複数の負荷５（５ａ〜５ｈ）が接続される。
【０００７】
ヒュージブルリンクブロック３ａは、ヒュージブルリンク９ａ〜９ｈを備えるとともに、３０Ａのヒュージブルリンク９ｂに接続された３ｓｑ電線２Ｅと３０Ａのヒュージブルリンク９ｃに接続された２ｓｑ電線２ｆと３０Ａのヒュージブルリンク９ｄに接続された２ｓｑ電線２ｇとで構成されるワイヤーハーネスＷ／Ｈｅを有する。さらに、ヒュージブルリンクブロック３ａは、４０Ａのヒュージブルリンク９ｅに接続された３ｓｑ電線２ｈと４０Ａのヒュージブルリンク９ｆに接続された３ｓｑ電線２ｉと４０Ａのヒュージブルリンク９ｇに接続された３ｓｑ電線２ｊと６０Ａのヒュージブルリンク９ｈに接続された５ｓｑ電線２Ｂとで構成されるワイヤーハーネスＷ／Ｈｆを有して構成される。
【０００８】
１００Ａのヒュージブルリンク９ａは、バッテリ１と１５ｓｑ電線２ａ，１５ｓｑ電線２ｄを介するオルタネータ８との間の回路を保護するとともに、ワイヤーハーネスＷ／Ｈｅの下流の例えば、パワーウィンドウＰ／ＷＤＷ，サンルーフＳＵＮ ＲＯＯＦ、ファン（１）（２）等の負荷を保護する。バッテリ１は、１５ｓｑ電線２ａを介して直接ワイヤーハーネスＷ／Ｈｆに接続され、ワイヤーハーネスＷ／Ｈｆの下流の複数の負荷に電源を供給する。バッテリ１は、２０ｓｑ電線２ｃを介してモータ６に電源を供給する。
【０００９】
以上図１１で説明したワイヤーハーネス装置において、ヒュージブルリンク９ａ〜９ｈの下流の電線２Ｂ，２ｄ，２Ｅ，２ｆ〜２ｊのサイズは、以下のような方法で決定していた。
【００１０】
（１）まず、下流負荷の総和に余裕率（１１０％から１２０％）を乗算した値に近いヒュージブルリンクを選出する。例えば、下流負荷の電流が３５Ａである場合には、３５Ａ×１．１＝３８．５Ａとなるため、４０Ａのヒュージブルリンクを使用する。
【００１１】
（２）次に、図６にヒュージブルリンク溶断特性及び電線発煙特性を示す。図６において、横軸は、電流値であり、縦軸は、時間である。実線は各定格電流でのヒュージブルリンクの溶断特性を示し、点線は、各電線の発煙特性を示している。各電線は導体断面積（例えば、２ｍｍ2、３ｍｍ2）で区別している。
【００１２】
図６において、ヒュージブルリンクの溶断特性に交わらず、且つ溶断特性の外側に位置する発煙特性を持つ電線の中から電線サイズを決定する。例えば、図１１のヒュージブルリンク９ｅ〜９ｇのように、４０Ａのヒュージブルリンクを使用した場合には、図６において、４０Ａのヒュージブルリンクの溶断特性に交わらず、且つ溶断特性の外側に位置する発煙特性を持つ電線の中から電線サイズを決定すると、３ｍｍ2となり、３ｓｑ電線２ｈ〜２ｊが決定される。ここで、負荷の要求特性上、電圧降下を考慮して電線サイズを大きく取ることもあるが、通常では、ヒュージブルリンクの溶断特性に近いサイズ（最小サイズ）を使用する。
【００１３】
また、一般的にヒュージブルリンクによる保護回路は、下流負荷のロック電流、突入電流は、考慮されていない。ヒュージブルリンクの溶断時間（ＪＡＳＯ Ｄ６１４：大電流ヒューズ）は、定格電流の１１０％で４時間以上、２００％で５秒から１００秒、３５０％で０．２秒から７秒、６００％で０．０４秒から１秒と規定されている。このことは、定格電流の１１０％では、ヒュージブルリンクが切れないこと、２００％で溶断することもあるとも理解でき、溶断性能が曖昧であることを示している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示す従来の過電流保護装置１１４にあっては、ブレードヒューズ１０３ｂとＰＴＣ素子１１１とを設けており、回路が複雑でしかも回路が高価なものとなっていた。また、過電流保護装置１１４は各負荷毎に設けなければならず、複数の過電流保護装置１１４を収納する収納ケースが大きくなるという問題もあった。
【００１５】
また、図１１に示す従来のワイヤーハーネス装置にあっては、各負荷、ブロック毎にヒュージブルリンクが設定されているため、ワイヤーハーネス装置が高価になるという問題があった。さらに、図６に示すヒュージブルリンク溶断特性及び電線発煙特性を考慮して、電線サイズが設定されているため、電線サイズが充分余裕をもって大きく設定されている。このため、複数の電線で構成されるワイヤーハーネス全体では、かなりの重量となっていた。
【００１６】
本発明は、ヒュージブルリンク等を設けることなく、しかもワイヤーハーネス線径を小径化及び軽量化することにより、安価で簡単な構成からなる過電流保護装置を備えたワイヤーハーネス装置を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、以下の構成とした。請求項１の発明のワイヤーハーネス装置は、電源と負荷との間に設けられ且つ前記電源から電線を構成するワイヤーハーネスを介して前記負荷に流れる過電流を検出して前記電源及び前記負荷間を遮断する過電流保護装置を備えたワイヤーハーネス装置であって、前記過電流保護装置は、前記電源から前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電線が完全短絡したときにおける完全短絡電流値をしきい電流値に設定し、前記電流検出手段で検出された電流の値が前記しきい電流値以上になったかどうかを判定する判定手段と、前記電流検出手段で検出された電流の値が前記しきい電流値以上になった場合に前記負荷への前記電源の供給を遮断する遮断装置とを備え、かつこの遮断装置は、前記電源側に接続された第１の接続端子と前記負荷側に接続された第２の接続端子との間に配置され、前記第１の接続端子及び前記第２の接続端子に接触し、加熱剤を充填した導電性を有する加熱部と、この加熱部に収納され、前記電流検出手段で検出された電流の値が前記短絡電流値以上になった場合に前記加熱部に充填された加熱剤に着火する着火部と、前記加熱部に接触して配置され且つ前記加熱部を押圧する伸縮自在な弾性部材と、この弾性部材、前記着火部及び前記加熱部を収納する外容器と、この外容器に形成され且つ前記弾性部材による前記加熱部への押圧力を阻止する樹脂部材からなる突起部と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１の発明によれば、電流検出手段が電源から負荷に流れる電流を検出すると、判定手段は、電線が完全短絡したときにおける完全短絡電流値をしきい電流値に設定し、電流検出手段で検出された電流の値がしきい電流値以上になったかどうかを判定し、遮断装置は、電流検出手段で検出された電流の値がしきい電流値以上になった場合に負荷への前記電源の供給を遮断する。
【００１９】
このため、過電流保護装置の下流にはヒュージブルリンク等を設けないで済むようになり、簡単で安価なワイヤーハーネス装置を提供でき、また、ヒュージブルリンク等を設けないから、電線径を負荷容量に合わせて最適に選択することができ、これによって、過電流保護装置の下流のワイヤーハーネス線径の小径化及び軽量化を図ることができる。
また、外部からの異常信号により着火部が着火すると、加熱部に充填された加熱剤が発熱し、その熱により外容器に形成された樹脂部材からなる突起部が溶融する。すると、弾性部材が伸張して加熱部を押し上げ、加熱部と第１の接続端子及び第２の接続端子との電気的接続が切断される。このため、第１の接続端子及び第２の接続端子の電気的接続が遮断されるから、回路を短時間で且つ確実に遮断して、電気部品を保護することができる。
【００２０】
請求項２の発明の前記しきい電流値は、車両に配索される複数の電線の内の最小径を有する基準長の電線が完全短絡したときにおける電流値であることを特徴とする。
【００２１】
請求項２の発明によれば、しきい電流値は、車両に配索される複数の電線の内の最小径を有する基準長の電線が完全短絡したときにおける電流値であるため、より小さい完全短絡電流値により回路を遮断することができる。
【００２２】
請求項３の発明の前記判定手段は、前記しきい電流値を前記完全短絡電流値の略３０％から略７０％までの範囲内の値に設定することを特徴とする。
【００２３】
請求項３の発明によれば、判定手段は、しきい電流値を完全短絡電流値の略３０％から略７０％までの範囲内の値に設定するため、回路をより迅速に遮断することができる。
【００２４】
請求項４の発明は、前記過電流保護装置と前記負荷との間にヒューズを設けたことを特徴とする。
【００２５】
請求項４の発明によれば、過電流保護装置と負荷との間に設けられたヒューズは、負荷に異常電流が流れたときには溶断するため、回路を遮断することができる。
【００２６】
請求項５の発明は、前記電源と第２の負荷との間にヒュージブルリンクを設けたことを特徴とする。
【００２７】
請求項５の発明によれば、電源と第２の負荷との間に設けられたヒュージブルリンクは、第２の負荷に異常電流が流れたときには溶断するため、回路を遮断することができ、過電流保護装置の保護を受けない回路に用いることができる。
【００３０】
請求項６の発明は、前記加熱部の端部には側壁部が形成され、前記第１の接続端子及び前記第２の接続端子のそれぞれと前記側壁部とを低融点材により接合したことを特徴とする。
【００３１】
請求項６の発明によれば、第１の接続端子及び第２の接続端子のそれぞれと側壁部とを低融点材により接合したため、加熱剤の発熱により樹脂部材及び低融点材が溶融すると、加熱部が跳ね上がり、第１の接続端子及び第２の接続端子の電気的接続が遮断されるから、回路を短時間で且つ確実に遮断して、電気部品を保護することができる。また、第１の接続端子及び第２の接続端子と加熱部との接合部である低融点材にバネ力が加わらないため、接合部の信頼性を向上することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のワイヤーハーネス装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。実施の形態のワイヤーハーネス装置は、過電流保護装置を備えて構成される。
【００３３】
図１は実施の形態の過電流保護装置の回路構成図である。図２は実施の形態の過電流保護装置を備えたワイヤーハーネス装置を示す回路構成図である。図３は実施の形態の過電流保護装置に設けられた遮断装置の遮断前後のＡ−Ａ間の断面図である。図４は実施の形態の過電流保護装置に設けられた遮断装置の上面図である。図５は実施の形態の過電流保護装置に設けられた遮断装置の遮断前のＢ−Ｂ間の断面図である。
【００３４】
まず、実施の形態のワイヤーハーネス装置では、以下の点に着目して、過電流保護装置の下流のワイヤーハーネス線径の小型化、及び軽量化を図った。
【００３５】
（１）まず、ヒュージブルリンクの保護範囲は、図６に示す溶断性能からもわかるように、完全短絡（デッドショート）のみカバーしている。完全短絡とは、電線が完全に車体に触れて短絡することである。
【００３６】
（２）ヒュージブルリンク溶断性能の余裕が大きいため、図６に示すように、６０Ａのヒュージブルリンクは、約９０Ａ（時間が１０００秒における電流値）まで通電可能である。１００Ａのヒュージブルリンクは、約１５０Ａ（時間が１０００秒における電流値）まで通電可能であり、電線の選定が大きくなりすぎている。
【００３７】
（３）（２）より必要以上に電線径が大きくなるため、電線径を抑えるためにヒュージブルリンクの数が多くなる。また、電線径が大きくなると、ワイヤーハーネス製造時、回路のジョイント・端子の取り付け等が制約される。
【００３８】
完全短絡時の電流値は、バッテリの充電状態、バッテリの容量・接続電線径によっても違うが、５００Ａ以上放電する。この完全短絡時の電流値は、通常使用状態の値とは大きく違うため、判定しやすい。
【００３９】
従って、完全短絡時の電流値をしきい電流値として判定して、回路を遮断する過電流保護装置を設定すれば、（ａ）過電流保護装置の下流にはヒュージブルリンクを必要としない。（ｂ）また、電線径は、負荷容量に合わせた最適径を選択することができる。
【００４０】
そこで、以上の点を考慮して図２に示すようなワイヤーハーネス装置を構成した。図２において、バッテリ１には１５ｓｑ電線２ａを介してヒュージブルリンクブロック３が接続され、このヒュージブルリンクブロック３には３ｓｑ電線２ｂを介してリレー４ａ〜４ｃ及びヒューズ４ｄ〜４ｋを有するリレー・ヒューズブロック４が接続され、このリレー・ヒューズブロック４には複数の負荷５（５ａ〜５ｈ）が接続される。
【００４１】
ヒュージブルリンクブロック３は、バッテリ１から負荷５，オルタネータ８等の負荷に流れる電流が完全短絡時の電流値となったときにバッテリ１から負荷への電流供給を遮断して回路を保護する過電流保護装置７ａ，７ｂと、ヒュージブルリンク９とを備える。
【００４２】
また、ヒュージブルリンクブロック３は、２ｓｑ電線２ｅ，２ｓｑ電線２ｆ，２ｓｑ電線２ｇで構成されるワイヤーハーネスＷ／Ｈａと、４０Ａのヒュージブルリンク９を介する３ｓｑ電線２ｈで構成されるワイヤーハーネスＷ／Ｈｂと、３ｓｑ電線２ｉ，３ｓｑ電線２ｊ，３ｓｑ電線２ｂで構成されるワイヤーハーネスＷ／Ｈｃとを備えて構成される。
【００４３】
過電流保護装置７ａは、１５ｓｑ電線２ａとオルタネータ８に接続された１５ｓｑ電線２ｄとの間に設けられ、回路が完全短絡した時にバッテリ１とオルタネータ８との間の回路を遮断して保護する。
【００４４】
過電流保護装置７ｂは、回路が完全短絡したときに回路を遮断して、ワイヤーハーネスＷ／Ｈａの下流の例えば、パワーウィンドウＰ／ＷＤＷ，サンルーフＳＵＮ ＲＯＯＦ、ファン（１）（２）等の負荷を保護するとともに、ワイヤーハーネスＷ／Ｈｃの下流の例えば、ＡＢＳ ＵＮＩＴ、リレー・ヒューズブロック４を保護する。
【００４５】
ここで、過電流保護装置７ｂは、リレー・ヒューズブロック４よりも右側の回路、すなわち、複数の負荷５ａ〜５ｈを保護しない。複数の負荷５ａ〜５ｈは、過電流が流れたときにヒューズ４ｄ〜４ｋの溶断によって保護される。バッテリ１は、２０ｓｑ電線２ｃを介してモータ６に電源を供給する。
【００４６】
なお、過電流保護装置の保護を受けない回路には、ヒュージブルリンク９を設け、ヒュージブルリンク９を介する３ｓｑ電線２ｈにメーデー回路等の重要な回路を接続している。メーデ回路とは、船舶、航空機が発する無線による救難信号の意味を持ち、この場合には、ハザードランプやホーン、自動車電話等の回路をいう。
【００４７】
次に、過電流保護装置７ａ，７ｂの構成を図１に従って説明する。ここでは、過電流保護装置７ａ，７ｂを過電流保護装置７とした。過電流保護装置７は、図１に示すように、バッテリ１と負荷５との間に設けられており、電源７１、電流検出部７３、判定回路７５、駆動回路７７、ヒータ７９、及び第１のバスバー１１と第２のバスバー１９との電気的な接続を遮断する遮断部８１を備えて構成される。
【００４８】
電源７１は、例えば５Ｖであり、バッテリ１の両端電圧を入力してこの電圧を電流検出部７３、判定回路７５、及び駆動回路７７に供給する。電流検出部７３は、バッテリ１から負荷５に流れる電流を検出するもので、例えば、電流センサ等である。電流検出部７３は、バッテリ１と負荷５との間に直列にシャント抵抗を介挿入してシャント抵抗の両端電圧を検出してもよい。
【００４９】
判定回路７５は、電流検出部７３で検出された電流の値が予め定められた電流値、例えば、電線が完全短絡したときの完全短絡電流値以上になったかどうかを判定する。駆動回路７７は、判定回路７５により電流検出部７３で検出された電流の値が完全短絡電流値以上になったと判定された場合にヒータ７９に電流を流すことにより遮断部８１を駆動させる。
【００５０】
遮断部８１は、ヒータ７９の熱により動作して、第１のバスバー１１と第２のバスバー１９との電気的な接続を遮断して、バッテリ１から負荷５への電源の供給を遮断する。
【００５１】
以上の構成によれば、ワイヤーハーネス装置において、１箇所以上の過電流保護装置７ａ，７ｂを設け、過電流保護装置７ｂにおいて、電流検出部７３が、バッテリ１から負荷５に流れる電流を検出する。
【００５２】
そして、判定回路７５が、電流検出部７３で検出された電流の値が電線が完全短絡したときの完全短絡電流値以上になったかどうかを判定し、検出された電流の値が完全短絡電流値以上になったと判定された場合にヒータ７９に電流が流れて、遮断部８１がバッテリ１から負荷５への電源の供給を遮断する。
【００５３】
従って、過電流保護装置の下流にはサーキットブレーカやヒュージブルリンク等の保護部材を設けないで済むようになり、簡単で安価なワイヤーハーネス装置を提供することができる。
【００５４】
また、ヒュージブルリンク等を設けないから、電線径を負荷容量に合わせて最適に選択することができる。例えば、従来では、図１１に示すように６０Ａのヒュージブルリンクの下流に５ｓｑ電線２Ｂを用いていたが、実施の形態では、図６に示すように、ヒュージブルリンクの溶断特性に関係なく、電線の発煙特性のみを考慮すればよい。
【００５５】
電線の発煙特性において、時間が１０００秒で約７０Ａ（６０Ａの１．１倍を満たす。）通電可能な電線径である３ｍｍ2（３ｓｑ電線２ｂ）を選択することができる。すなわち、従来の電線径よりも電線径を小径化できる。従って、過電流保護装置の下流のワイヤーハーネス線径の小径化及び軽量化を図ることができる。さらに、過電流保護装置の収納ケースを簡素化することができる。
【００５６】
なお、しきい電流値である完全短絡電流値を、車両に配索される複数の電線の内の最小径を有する基準長の電線が完全短絡したときにおける電流値としてもよい。電線が細いほど、より小さい電流が流れるため、より小さい完全短絡電流値により回路を遮断することができる。
【００５７】
基準長は、例えば、１ｍである。電線の長さにより抵抗値が変化し、この抵抗値の変化により完全短絡電流値も変化する。このため、完全短絡電流値を決定するために電線長を例えば、基準長とした。
【００５８】
図２に示すワイヤーハーネス装置では、２ｓｑ電線２ｅ，２ｆ，２ｇが、車両に配索される複数の電線（２０ｓｑ電線２ｃ、１５ｓｑ電線２ａ，２ｄ、３ｓｑ電線２ｂ，２ｈ，２ｉ，２ｊ、２ｓｑ電線２ｅ，２ｆ，２ｇ等）の内の最小径を有する電線であり、この２ｓｑ電線２ｅ，２ｆ，２ｇが例えば、１ｍ長で完全短絡したときにおける電流値に設定すればよい。
【００５９】
また、前述した実施の形態では、しきい電流値を完全短絡電流値としたが、判定回路７５が、しきい電流値を完全短絡電流値の略３０％から略７０％までの範囲内の値に設定してもよい。望ましくは、完全短絡電流値の５０％とする。このようにすれば、しきい電流値が完全短絡電流値よりも小さいため、回路をより迅速に遮断することができ、安全性を向上することができる。
【００６０】
次に、完全短絡電流値を実際に測定したときにおける試験データを２つ上げて説明する。図７は第１の試料としての電線の完全短絡電流特性を示す図である。図８は第２の試料としての電線の完全短絡電流特性を示す図である。図７及び図８では、電圧の時間的な変化を示している。電圧が急峻に立ち下がったタイミングが電線の完全短絡時である。図７及び図８において、時間軸方向の１目盛は、２００ｍｓである。
【００６１】
（１）まず、第１の試料は、電線径が２ｍｍ2（２ｓｑ電線）で、電線長が０．５ｍであり、電線抵抗が４．４ｍΩである。なお、試験装置取付時には電線抵抗は、ｒ１＝４．８ｍΩであった。完全短絡時の電圧Ｖａは、３．４３Ｖであった。このため、完全短絡電流値Ｉａは、
なお、電線長が１ｍである場合には、完全短絡電流値は、約５９０Ａである。このため、しきい電流値は、
５９０×０．５＝２９５
となり、約２９５Ａとなる。すなわち、完全短絡電流値の５０％をしきい電流値に設定する。
【００６２】
（２）次に、第２の試料は、電線径が２ｍｍ2（２ｓｑ電線）で、電線長が０．５ｍで、電線抵抗が４．４ｍΩである。なお、試験装置取付時には電線抵抗は、ｒ１＝５．０８ｍΩであった。完全短絡時の電圧Ｖａは３．７７Ｖであった。このため、完全短絡電流値Ｉａは、
電線長が１ｍである場合には、完全短絡電流値は、約６１０Ａである。このため、しきい電流値は、
５９０×０．５＝３０５
となり、約３０５Ａとなる。すなわち、完全短絡電流値の５０％をしきい電流値に設定する。
【００６３】
次に、過電流保護装置７に設けられた遮断部８１、すなわち、遮断装置について説明する。図３に示す遮断装置において、板状の長い第１のバスバー１１は、例えば、銅または銅合金からなり、この第１のバスバー１１にはバッテリ等に接続される丸穴部１２が形成されている。第１のバスバー１１は、下方に略直角に曲げられている。
【００６４】
また、板状の長い第２のバスバー１９も、例えば、銅または銅合金からなり、この第２のバスバー１９には負荷等に接続される丸穴部２０が形成されている。第２のバスバー１９も下方に略直角に曲げられている。
【００６５】
第１のバスバー１１と第２のバスバー１９との間には上側ケース１４ａと下側ケース１４ｂとが配置されており、上側ケース１４ａと下側ケース１４ｂとは、外容器を構成し、樹脂（熱可塑性樹脂）等の絶縁材料の容器からなる。
【００６６】
下側ケース１４ｂ内には銅、銅合金等からなるテルミットケース２６が収納されており、このテルミットケース２６には加熱剤２７が充填されているとともに、着火部２９が収納されている。
【００６７】
着火部２９は、着火剤を有し、車両の衝突事故等の車両の異常時にリード線５１に流れる電流によって発生する発熱により着火剤を点火して加熱剤２７にテルミット反応熱を発生させるようになっている。
【００６８】
また、テルミットケース２６に形成された左側壁部は、第１のバスバー１１の折曲部８にハンダ（例えば、融点が２００℃〜３００℃）等の低融点材としての低融点金属２３により接合され、テルミットケース２６に形成された右側壁部は、第２のバスバー１９の折曲部１０に低融点金属２３により接合されている。このため、低融点金属２３及びテルミットケース２６を介して第１のバスバー１１と第２のバスバー１９とが電気的に接続可能となっている。
【００６９】
なお、低融点金属２３としては、例えば、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ａｌ及びＣｕから選ばれる少なくとも１種の金属からなる。
【００７０】
加熱剤２７は、例えば、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）等の金属酸化物の粉末、アルミニウムの粉末とによって構成され、リード線５１の発熱によりテルミット反応を起こして高熱を発生するテルミット剤である。なお、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を用いる代わりに、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、酸化マンガン（ＭｎＯ2）などを用いても良い。
【００７１】
また、加熱剤２７としては、Ｂ、Ｓｎ、ＦｅＳｉ、Ｚｒ、Ｔｉ及びＡｌの中から選ばれる少なくとも１種の金属粉末と、ＣｕＯ、ＭｎＯ2、Ｐｂ3Ｏ4、ＰｂＯ2、Ｆｅ3Ｏ4およびＦｅ2Ｏ3の中から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物と、アルミナ、ベントナイト、タルク等からなる添加剤の少なくとも１種の混合物を用いても良い。このような加熱剤によれば、着火部２９により容易に着火され、低融点金属２３を短時間で溶融することができる。
【００７２】
また、テルミットケース２６と下側ケース１４ｂとの間には伸縮自在な弾性部材としての圧縮バネ３４が配置されており、この圧縮バネ３４がテルミットケース２６を上方へ押圧している。
【００７３】
また、上側ケース１４ａには四角形状の溝部３７が形成され、この溝部３７に、下側ケース１４ｂに形成された第１の突起部３９が係合している。下側ケース１４ｂには樹脂部材からなる第２の突起部４１が形成されており、この第２の突起部４１は、テルミットケース２６の上面を押圧し、圧縮バネ３４のバネ力によるテルミットケース２６の上方への移動を阻止するようになっている。
【００７４】
さらに、着火部２９にリード線５１から電流を供給するためのターミナル５０を有するコネクタ４５が着火部２９に接続可能に取り付けられている。
【００７５】
次に、このように構成された実施の形態の遮断装置の動作を図面を参照して説明する。まず、通常では、第１のバスバー１１と第２のバスバー１９とは、低融点金属２３及びテルミットケース２６を介して電気的に接続され、バッテリ１から負荷５に電流が供給される。
【００７６】
次に、バッテリ１と負荷５との間の回路にが異常が発生して、完全短絡電流が流れたときには、駆動回路７７からリード線５１を通ってコネクタ４５に電圧が印加される。そして、コネクタ４５に印加された電圧により着火部２９内のヒータ７９へ電流が流れる。
【００７７】
すると、電流によるヒータ７９の発熱により着火部２９が発火するため、テルミット剤である加熱剤２７が以下の反応式によりテルミット反応熱を発生する。
【００７８】
Ｆｅ2Ｏ3＋２ＡＬ→ＡＬ2Ｏ3＋２Ｆｅ＋３８６．２Ｋｃａｌ
このテルミット反応熱によりテルミットケース２６が加熱され、加熱剤２７の発熱とテルミットケース２６の熱により、折曲部８とテルミットケース２６の左側壁部とを接合している低融点金属２３、折曲部１０とテルミットケース２６の右側壁部とを接合している低融点金属２３が加熱されて、溶融する。また、これと同時に、下側ケース１４ｂに形成された樹脂部材からなる第２の突起部４１が前記熱によって溶融する。
【００７９】
すると、圧縮されていた圧縮バネ３４が伸張し、着火部２９を収納したテルミットケース２６が上方に跳ね上がる（図１において、２６′は、上方へ移動後のテルミットケースを示す。）。
【００８０】
このため、テルミットケース２６と、第１のバスバー１１及び第２のバスバー１９との電気的接続が切断される。すなわち、第１のバスバー１１と第２のバスバー１９とが電気的に遮断されて、回路が遮断されることになる。
【００８１】
このように、実施の形態の遮断装置によれば、車両内のバッテリ１と負荷との間の回路を短時間で且つ確実に遮断することができ、電気部品を保護することができる。さらに、加熱剤２７のテルミット反応熱を利用するため、簡単な構造の遮断装置を提供することができる。
【００８２】
また、下側ケース１４ｂに形成された第２の突起部４１が圧縮バネ３４の上方への伸張力を阻止するため、第１のバスバー１１及び第２のバスバー１９とテルミットケース２６との接合部である低融点金属２３にバネ力が加わらないため、接合部の信頼性を向上することができる。さらに、接合部が半田等の低融点金属による接合のときには、低融点金属部に応力が加わらないため、クラック発生がなくなる。
【００８３】
なお、本発明は、前述した実施の形態のワイヤーハーネス装置に限定されるものではなく、このほか本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能であるのは勿論である。
【００８４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、電流検出手段が電源から負荷に流れる電流を検出すると、判定手段は、電線が完全短絡したときにおける完全短絡電流値をしきい電流値に設定し、電流検出手段で検出された電流の値がしきい電流値以上になったかどうかを判定し、遮断装置は、電流検出手段で検出された電流の値がしきい電流値以上になった場合に負荷への前記電源の供給を遮断する。
【００８５】
このため、過電流保護装置の下流にはヒュージブルリンク等を設けないで済むようになり、簡単で安価なワイヤーハーネス装置を提供でき、また、ヒュージブルリンク等を設けないから、電線径を負荷容量に合わせて最適に選択することができ、これによって、過電流保護装置の下流のワイヤーハーネス線径の小径化及び軽量化を図ることができる。
また、外部からの異常信号により着火部が着火すると、加熱部に充填された加熱剤が発熱し、その熱により外容器に形成された樹脂部材からなる突起部が溶融する。すると、弾性部材が伸張して加熱部を押し上げ、加熱部と第１の接続端子及び第２の接続端子との電気的接続が切断される。このため、第１の接続端子及び第２の接続端子の電気的接続が遮断されるから、回路を短時間で且つ確実に遮断して、電気部品を保護することができる。
【００８６】
請求項２の発明によれば、しきい電流値は、車両に配索される複数の電線の内の最小径を有する基準長の電線が完全短絡したときにおける電流値であるため、より小さい完全短絡電流値により回路を遮断することができる。
【００８７】
請求項３の発明によれば、判定手段は、しきい電流値を完全短絡電流値の略３０％から略７０％までの範囲内の値に設定するため、回路をより迅速に遮断することができる。
【００８８】
請求項４の発明によれば、過電流保護装置と負荷との間に設けられたヒューズは、負荷に異常電流が流れたときには溶断するため、回路を遮断することができる。
【００８９】
請求項５の発明によれば、電源と第２の負荷との間に設けられたヒュージブルリンクは、第２の負荷に異常電流が流れたときには溶断するため、回路を遮断することができ、過電流保護装置の保護を受けない回路に用いることができる。
【００９１】
請求項６の発明によれば、第１の接続端子及び第２の接続端子のそれぞれと側壁部とを低融点材により接合したため、加熱剤の発熱により樹脂部材及び低融点材が溶融すると、加熱部が跳ね上がり、第１の接続端子及び第２の接続端子の電気的接続が遮断されるから、回路を短時間で且つ確実に遮断して、電気部品を保護することができる。また、第１の接続端子及び第２の接続端子と加熱部との接合部である低融点材にバネ力が加わらないため、接合部の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の過電流保護装置の回路構成図である。
【図２】実施の形態の過電流保護装置を備えたワイヤーハーネス装置を示す回路構成図である。
【図３】実施の形態の過電流保護装置に設けられた遮断装置の遮断前後のＡ−Ａ間の断面図である。
【図４】実施の形態の過電流保護装置に設けられた遮断装置の上面図である。
【図５】実施の形態の過電流保護装置に設けられた遮断装置の遮断前のＢ−Ｂ間の断面図である。
【図６】ヒュージブルリンク溶断特性及び電線発煙特性を示す図である。
【図７】第１の試料としての電線の完全短絡電流特性を示す図である。
【図８】第２の試料としての電線の完全短絡電流特性を示す図である。
【図９】従来の過電流保護装置を備えたワイヤーハーネス装置の一例を示す回路図である。
【図１０】図９のワイヤーハーネス装置の回路に対応する電流−応答時間特性を示す図である。
【図１１】従来のワイヤーハーネス装置の他の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ バッテリ
２ａ〜２ｊ 電線
３ ヒュージブルリンクブロック
４ リレー・ヒューズブロック
４ａ〜４ｃ リレー
４ｄ〜４ｋ ヒューズ
５ 負荷
６ モータ
７，７ａ，７ｂ 過電流保護装置
８ オールタネータ
９，９ａ〜９ｈ ヒュージブルリンク
１１ 第１のバスバー
１３，２１ バスバー先端部
１４ａ 上側ケース
１４ｂ 下側ケース
１９ 第２のバスバー
２３ 低融点金属
２６ テルミットケース
２７ 加熱剤
２８ ボルト
２８ａ 上蓋
２９ 着火部
３４ 圧縮バネ
３７ 溝部
３９ 第１の突起部
４１ 第２の突起部
４５ コネクタ
５０ ターミナル
５１ リード線
７１ 電源
７３ 電流検出部
７５ 判定回路
７７ 駆動回路
７９ ヒータ
８１ 遮断部
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリから負荷への電流が過電流となったときに回路を遮断する過電流保護装置を備えたワイヤーハーネス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に設けられる電装システムでは、パワーウインドウ等の負荷に何らかの異常が発生したり、バッテリーと各負荷とを接続している複数の電線によって構成されたワイヤーハーネス等に何らかの異常が発生したとき、バッテリーと、ワイヤーハーネスとの間に介挿されたヒューズを溶断させて、バッテリーと、ワイヤーハーネスとの間を遮断する各種の保護装置が開発されている。
【０００３】
図９は過電流保護装置を備えたワイヤーハーネス装置の一例を示す回路図である。図９に示すワイヤーハーネス装置は、図示しない電源と負荷であるモータ１０１を接続する回路を備え、スローブローヒューズまたはヒュージブルリンクと比較して応答性の早いブレードヒューズ１０３ｂと、ＰＴＣ素子１１１とを直列に接続した回路を有する過電流保護装置１１４を設けている。また、電線Ａは、図示しない電源とモータ１０１とリレー１０２と過電流保護装置１１４とを接続している。
【０００４】
図１０に、図９のワイヤーハーネス装置の回路に対応する電流−応答時間特性を示す。図１０では、過電流保護装置１１４により得られる保護特性１１５と、電線Ａとモータ１０１の電流特性１０７及びリレー１０２の過電流特性１０８とを比較した。点Ｐはブレードヒューズ１０３ｂの保護特性とＰＴＣ素子１１１の保護特性とが交わる点を示し、この点Ｐよりも右の領域はＰＴＣ素子１１１が前記回路を保護し、点Ｐよりも左の領域はブレードヒューズ１０３ｂが前記回路を保護している。また、１０７はモータ１０１にかかる電流特性で、１０８はリレーにかかる過電流特性で、１０９は電線Ａの電流特性を示し、１１０は、電線Ａよりも導体断面積の大きい電線Ｂの電流特性である。
【０００５】
図１０からもわかるように、前記回路において電線Ｂより導体断面積の小さな電線Ａを用いても過電流保護装置１１４より得られる保護特性１１５上には交点は存在せず、リレー１０２より過電流が発生しても過電流保護装置１１４によりこの回路は保護されるため、導体断面積の小さな電線Ａを用いることができる。このため、例えば導体断面積が２ｓｑの代わりに１．２５ｓｑ電線を用いることができ、導体断面積が少なくとも１サイズ下の電線を用いることができる。
【０００６】
また、図１１に従来のワイヤーハーネス装置の他の一例を示す。図１１において、バッテリ１には１５ｓｑ電線２ａを介してヒュージブルリンクブロック３ａが接続され、このヒュージブルリンクブロック３ａには５ｓｑ電線２Ｂを介してリレー４ａ〜４ｃ及びヒューズ４ｄ〜４ｋを有するリレー・ヒューズブロック４が接続され、このリレー・ヒューズブロック４には複数の負荷５（５ａ〜５ｈ）が接続される。
【０００７】
ヒュージブルリンクブロック３ａは、ヒュージブルリンク９ａ〜９ｈを備えるとともに、３０Ａのヒュージブルリンク９ｂに接続された３ｓｑ電線２Ｅと３０Ａのヒュージブルリンク９ｃに接続された２ｓｑ電線２ｆと３０Ａのヒュージブルリンク９ｄに接続された２ｓｑ電線２ｇとで構成されるワイヤーハーネスＷ／Ｈｅを有する。さらに、ヒュージブルリンクブロック３ａは、４０Ａのヒュージブルリンク９ｅに接続された３ｓｑ電線２ｈと４０Ａのヒュージブルリンク９ｆに接続された３ｓｑ電線２ｉと４０Ａのヒュージブルリンク９ｇに接続された３ｓｑ電線２ｊと６０Ａのヒュージブルリンク９ｈに接続された５ｓｑ電線２Ｂとで構成されるワイヤーハーネスＷ／Ｈｆを有して構成される。
【０００８】
１００Ａのヒュージブルリンク９ａは、バッテリ１と１５ｓｑ電線２ａ，１５ｓｑ電線２ｄを介するオルタネータ８との間の回路を保護するとともに、ワイヤーハーネスＷ／Ｈｅの下流の例えば、パワーウィンドウＰ／ＷＤＷ，サンルーフＳＵＮ ＲＯＯＦ、ファン（１）（２）等の負荷を保護する。バッテリ１は、１５ｓｑ電線２ａを介して直接ワイヤーハーネスＷ／Ｈｆに接続され、ワイヤーハーネスＷ／Ｈｆの下流の複数の負荷に電源を供給する。バッテリ１は、２０ｓｑ電線２ｃを介してモータ６に電源を供給する。
【０００９】
以上図１１で説明したワイヤーハーネス装置において、ヒュージブルリンク９ａ〜９ｈの下流の電線２Ｂ，２ｄ，２Ｅ，２ｆ〜２ｊのサイズは、以下のような方法で決定していた。
【００１０】
（１）まず、下流負荷の総和に余裕率（１１０％から１２０％）を乗算した値に近いヒュージブルリンクを選出する。例えば、下流負荷の電流が３５Ａである場合には、３５Ａ×１．１＝３８．５Ａとなるため、４０Ａのヒュージブルリンクを使用する。
【００１１】
（２）次に、図６にヒュージブルリンク溶断特性及び電線発煙特性を示す。図６において、横軸は、電流値であり、縦軸は、時間である。実線は各定格電流でのヒュージブルリンクの溶断特性を示し、点線は、各電線の発煙特性を示している。各電線は導体断面積（例えば、２ｍｍ2、３ｍｍ2）で区別している。
【００１２】
図６において、ヒュージブルリンクの溶断特性に交わらず、且つ溶断特性の外側に位置する発煙特性を持つ電線の中から電線サイズを決定する。例えば、図１１のヒュージブルリンク９ｅ〜９ｇのように、４０Ａのヒュージブルリンクを使用した場合には、図６において、４０Ａのヒュージブルリンクの溶断特性に交わらず、且つ溶断特性の外側に位置する発煙特性を持つ電線の中から電線サイズを決定すると、３ｍｍ2となり、３ｓｑ電線２ｈ〜２ｊが決定される。ここで、負荷の要求特性上、電圧降下を考慮して電線サイズを大きく取ることもあるが、通常では、ヒュージブルリンクの溶断特性に近いサイズ（最小サイズ）を使用する。
【００１３】
また、一般的にヒュージブルリンクによる保護回路は、下流負荷のロック電流、突入電流は、考慮されていない。ヒュージブルリンクの溶断時間（ＪＡＳＯ Ｄ６１４：大電流ヒューズ）は、定格電流の１１０％で４時間以上、２００％で５秒から１００秒、３５０％で０．２秒から７秒、６００％で０．０４秒から１秒と規定されている。このことは、定格電流の１１０％では、ヒュージブルリンクが切れないこと、２００％で溶断することもあるとも理解でき、溶断性能が曖昧であることを示している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示す従来の過電流保護装置１１４にあっては、ブレードヒューズ１０３ｂとＰＴＣ素子１１１とを設けており、回路が複雑でしかも回路が高価なものとなっていた。また、過電流保護装置１１４は各負荷毎に設けなければならず、複数の過電流保護装置１１４を収納する収納ケースが大きくなるという問題もあった。
【００１５】
また、図１１に示す従来のワイヤーハーネス装置にあっては、各負荷、ブロック毎にヒュージブルリンクが設定されているため、ワイヤーハーネス装置が高価になるという問題があった。さらに、図６に示すヒュージブルリンク溶断特性及び電線発煙特性を考慮して、電線サイズが設定されているため、電線サイズが充分余裕をもって大きく設定されている。このため、複数の電線で構成されるワイヤーハーネス全体では、かなりの重量となっていた。
【００１６】
本発明は、ヒュージブルリンク等を設けることなく、しかもワイヤーハーネス線径を小径化及び軽量化することにより、安価で簡単な構成からなる過電流保護装置を備えたワイヤーハーネス装置を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、以下の構成とした。請求項１の発明のワイヤーハーネス装置は、電源と負荷との間に設けられ且つ前記電源から電線を構成するワイヤーハーネスを介して前記負荷に流れる過電流を検出して前記電源及び前記負荷間を遮断する過電流保護装置を備えたワイヤーハーネス装置であって、前記過電流保護装置は、前記電源から前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電線が完全短絡したときにおける完全短絡電流値をしきい電流値に設定し、前記電流検出手段で検出された電流の値が前記しきい電流値以上になったかどうかを判定する判定手段と、前記電流検出手段で検出された電流の値が前記しきい電流値以上になった場合に前記負荷への前記電源の供給を遮断する遮断装置とを備え、かつこの遮断装置は、前記電源側に接続された第１の接続端子と前記負荷側に接続された第２の接続端子との間に配置され、前記第１の接続端子及び前記第２の接続端子に接触し、加熱剤を充填した導電性を有する加熱部と、この加熱部に収納され、前記電流検出手段で検出された電流の値が前記短絡電流値以上になった場合に前記加熱部に充填された加熱剤に着火する着火部と、前記加熱部に接触して配置され且つ前記加熱部を押圧する伸縮自在な弾性部材と、この弾性部材、前記着火部及び前記加熱部を収納する外容器と、この外容器に形成され且つ前記弾性部材による前記加熱部への押圧力を阻止する樹脂部材からなる突起部と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１の発明によれば、電流検出手段が電源から負荷に流れる電流を検出すると、判定手段は、電線が完全短絡したときにおける完全短絡電流値をしきい電流値に設定し、電流検出手段で検出された電流の値がしきい電流値以上になったかどうかを判定し、遮断装置は、電流検出手段で検出された電流の値がしきい電流値以上になった場合に負荷への前記電源の供給を遮断する。
【００１９】
このため、過電流保護装置の下流にはヒュージブルリンク等を設けないで済むようになり、簡単で安価なワイヤーハーネス装置を提供でき、また、ヒュージブルリンク等を設けないから、電線径を負荷容量に合わせて最適に選択することができ、これによって、過電流保護装置の下流のワイヤーハーネス線径の小径化及び軽量化を図ることができる。
また、外部からの異常信号により着火部が着火すると、加熱部に充填された加熱剤が発熱し、その熱により外容器に形成された樹脂部材からなる突起部が溶融する。すると、弾性部材が伸張して加熱部を押し上げ、加熱部と第１の接続端子及び第２の接続端子との電気的接続が切断される。このため、第１の接続端子及び第２の接続端子の電気的接続が遮断されるから、回路を短時間で且つ確実に遮断して、電気部品を保護することができる。
【００２０】
請求項２の発明の前記しきい電流値は、車両に配索される複数の電線の内の最小径を有する基準長の電線が完全短絡したときにおける電流値であることを特徴とする。
【００２１】
請求項２の発明によれば、しきい電流値は、車両に配索される複数の電線の内の最小径を有する基準長の電線が完全短絡したときにおける電流値であるため、より小さい完全短絡電流値により回路を遮断することができる。
【００２２】
請求項３の発明の前記判定手段は、前記しきい電流値を前記完全短絡電流値の略３０％から略７０％までの範囲内の値に設定することを特徴とする。
【００２３】
請求項３の発明によれば、判定手段は、しきい電流値を完全短絡電流値の略３０％から略７０％までの範囲内の値に設定するため、回路をより迅速に遮断することができる。
【００２４】
請求項４の発明は、前記過電流保護装置と前記負荷との間にヒューズを設けたことを特徴とする。
【００２５】
請求項４の発明によれば、過電流保護装置と負荷との間に設けられたヒューズは、負荷に異常電流が流れたときには溶断するため、回路を遮断することができる。
【００２６】
請求項５の発明は、前記電源と第２の負荷との間にヒュージブルリンクを設けたことを特徴とする。
【００２７】
請求項５の発明によれば、電源と第２の負荷との間に設けられたヒュージブルリンクは、第２の負荷に異常電流が流れたときには溶断するため、回路を遮断することができ、過電流保護装置の保護を受けない回路に用いることができる。
【００３０】
請求項６の発明は、前記加熱部の端部には側壁部が形成され、前記第１の接続端子及び前記第２の接続端子のそれぞれと前記側壁部とを低融点材により接合したことを特徴とする。
【００３１】
請求項６の発明によれば、第１の接続端子及び第２の接続端子のそれぞれと側壁部とを低融点材により接合したため、加熱剤の発熱により樹脂部材及び低融点材が溶融すると、加熱部が跳ね上がり、第１の接続端子及び第２の接続端子の電気的接続が遮断されるから、回路を短時間で且つ確実に遮断して、電気部品を保護することができる。また、第１の接続端子及び第２の接続端子と加熱部との接合部である低融点材にバネ力が加わらないため、接合部の信頼性を向上することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のワイヤーハーネス装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。実施の形態のワイヤーハーネス装置は、過電流保護装置を備えて構成される。
【００３３】
図１は実施の形態の過電流保護装置の回路構成図である。図２は実施の形態の過電流保護装置を備えたワイヤーハーネス装置を示す回路構成図である。図３は実施の形態の過電流保護装置に設けられた遮断装置の遮断前後のＡ−Ａ間の断面図である。図４は実施の形態の過電流保護装置に設けられた遮断装置の上面図である。図５は実施の形態の過電流保護装置に設けられた遮断装置の遮断前のＢ−Ｂ間の断面図である。
【００３４】
まず、実施の形態のワイヤーハーネス装置では、以下の点に着目して、過電流保護装置の下流のワイヤーハーネス線径の小型化、及び軽量化を図った。
【００３５】
（１）まず、ヒュージブルリンクの保護範囲は、図６に示す溶断性能からもわかるように、完全短絡（デッドショート）のみカバーしている。完全短絡とは、電線が完全に車体に触れて短絡することである。
【００３６】
（２）ヒュージブルリンク溶断性能の余裕が大きいため、図６に示すように、６０Ａのヒュージブルリンクは、約９０Ａ（時間が１０００秒における電流値）まで通電可能である。１００Ａのヒュージブルリンクは、約１５０Ａ（時間が１０００秒における電流値）まで通電可能であり、電線の選定が大きくなりすぎている。
【００３７】
（３）（２）より必要以上に電線径が大きくなるため、電線径を抑えるためにヒュージブルリンクの数が多くなる。また、電線径が大きくなると、ワイヤーハーネス製造時、回路のジョイント・端子の取り付け等が制約される。
【００３８】
完全短絡時の電流値は、バッテリの充電状態、バッテリの容量・接続電線径によっても違うが、５００Ａ以上放電する。この完全短絡時の電流値は、通常使用状態の値とは大きく違うため、判定しやすい。
【００３９】
従って、完全短絡時の電流値をしきい電流値として判定して、回路を遮断する過電流保護装置を設定すれば、（ａ）過電流保護装置の下流にはヒュージブルリンクを必要としない。（ｂ）また、電線径は、負荷容量に合わせた最適径を選択することができる。
【００４０】
そこで、以上の点を考慮して図２に示すようなワイヤーハーネス装置を構成した。図２において、バッテリ１には１５ｓｑ電線２ａを介してヒュージブルリンクブロック３が接続され、このヒュージブルリンクブロック３には３ｓｑ電線２ｂを介してリレー４ａ〜４ｃ及びヒューズ４ｄ〜４ｋを有するリレー・ヒューズブロック４が接続され、このリレー・ヒューズブロック４には複数の負荷５（５ａ〜５ｈ）が接続される。
【００４１】
ヒュージブルリンクブロック３は、バッテリ１から負荷５，オルタネータ８等の負荷に流れる電流が完全短絡時の電流値となったときにバッテリ１から負荷への電流供給を遮断して回路を保護する過電流保護装置７ａ，７ｂと、ヒュージブルリンク９とを備える。
【００４２】
また、ヒュージブルリンクブロック３は、２ｓｑ電線２ｅ，２ｓｑ電線２ｆ，２ｓｑ電線２ｇで構成されるワイヤーハーネスＷ／Ｈａと、４０Ａのヒュージブルリンク９を介する３ｓｑ電線２ｈで構成されるワイヤーハーネスＷ／Ｈｂと、３ｓｑ電線２ｉ，３ｓｑ電線２ｊ，３ｓｑ電線２ｂで構成されるワイヤーハーネスＷ／Ｈｃとを備えて構成される。
【００４３】
過電流保護装置７ａは、１５ｓｑ電線２ａとオルタネータ８に接続された１５ｓｑ電線２ｄとの間に設けられ、回路が完全短絡した時にバッテリ１とオルタネータ８との間の回路を遮断して保護する。
【００４４】
過電流保護装置７ｂは、回路が完全短絡したときに回路を遮断して、ワイヤーハーネスＷ／Ｈａの下流の例えば、パワーウィンドウＰ／ＷＤＷ，サンルーフＳＵＮ ＲＯＯＦ、ファン（１）（２）等の負荷を保護するとともに、ワイヤーハーネスＷ／Ｈｃの下流の例えば、ＡＢＳ ＵＮＩＴ、リレー・ヒューズブロック４を保護する。
【００４５】
ここで、過電流保護装置７ｂは、リレー・ヒューズブロック４よりも右側の回路、すなわち、複数の負荷５ａ〜５ｈを保護しない。複数の負荷５ａ〜５ｈは、過電流が流れたときにヒューズ４ｄ〜４ｋの溶断によって保護される。バッテリ１は、２０ｓｑ電線２ｃを介してモータ６に電源を供給する。
【００４６】
なお、過電流保護装置の保護を受けない回路には、ヒュージブルリンク９を設け、ヒュージブルリンク９を介する３ｓｑ電線２ｈにメーデー回路等の重要な回路を接続している。メーデ回路とは、船舶、航空機が発する無線による救難信号の意味を持ち、この場合には、ハザードランプやホーン、自動車電話等の回路をいう。
【００４７】
次に、過電流保護装置７ａ，７ｂの構成を図１に従って説明する。ここでは、過電流保護装置７ａ，７ｂを過電流保護装置７とした。過電流保護装置７は、図１に示すように、バッテリ１と負荷５との間に設けられており、電源７１、電流検出部７３、判定回路７５、駆動回路７７、ヒータ７９、及び第１のバスバー１１と第２のバスバー１９との電気的な接続を遮断する遮断部８１を備えて構成される。
【００４８】
電源７１は、例えば５Ｖであり、バッテリ１の両端電圧を入力してこの電圧を電流検出部７３、判定回路７５、及び駆動回路７７に供給する。電流検出部７３は、バッテリ１から負荷５に流れる電流を検出するもので、例えば、電流センサ等である。電流検出部７３は、バッテリ１と負荷５との間に直列にシャント抵抗を介挿入してシャント抵抗の両端電圧を検出してもよい。
【００４９】
判定回路７５は、電流検出部７３で検出された電流の値が予め定められた電流値、例えば、電線が完全短絡したときの完全短絡電流値以上になったかどうかを判定する。駆動回路７７は、判定回路７５により電流検出部７３で検出された電流の値が完全短絡電流値以上になったと判定された場合にヒータ７９に電流を流すことにより遮断部８１を駆動させる。
【００５０】
遮断部８１は、ヒータ７９の熱により動作して、第１のバスバー１１と第２のバスバー１９との電気的な接続を遮断して、バッテリ１から負荷５への電源の供給を遮断する。
【００５１】
以上の構成によれば、ワイヤーハーネス装置において、１箇所以上の過電流保護装置７ａ，７ｂを設け、過電流保護装置７ｂにおいて、電流検出部７３が、バッテリ１から負荷５に流れる電流を検出する。
【００５２】
そして、判定回路７５が、電流検出部７３で検出された電流の値が電線が完全短絡したときの完全短絡電流値以上になったかどうかを判定し、検出された電流の値が完全短絡電流値以上になったと判定された場合にヒータ７９に電流が流れて、遮断部８１がバッテリ１から負荷５への電源の供給を遮断する。
【００５３】
従って、過電流保護装置の下流にはサーキットブレーカやヒュージブルリンク等の保護部材を設けないで済むようになり、簡単で安価なワイヤーハーネス装置を提供することができる。
【００５４】
また、ヒュージブルリンク等を設けないから、電線径を負荷容量に合わせて最適に選択することができる。例えば、従来では、図１１に示すように６０Ａのヒュージブルリンクの下流に５ｓｑ電線２Ｂを用いていたが、実施の形態では、図６に示すように、ヒュージブルリンクの溶断特性に関係なく、電線の発煙特性のみを考慮すればよい。
【００５５】
電線の発煙特性において、時間が１０００秒で約７０Ａ（６０Ａの１．１倍を満たす。）通電可能な電線径である３ｍｍ2（３ｓｑ電線２ｂ）を選択することができる。すなわち、従来の電線径よりも電線径を小径化できる。従って、過電流保護装置の下流のワイヤーハーネス線径の小径化及び軽量化を図ることができる。さらに、過電流保護装置の収納ケースを簡素化することができる。
【００５６】
なお、しきい電流値である完全短絡電流値を、車両に配索される複数の電線の内の最小径を有する基準長の電線が完全短絡したときにおける電流値としてもよい。電線が細いほど、より小さい電流が流れるため、より小さい完全短絡電流値により回路を遮断することができる。
【００５７】
基準長は、例えば、１ｍである。電線の長さにより抵抗値が変化し、この抵抗値の変化により完全短絡電流値も変化する。このため、完全短絡電流値を決定するために電線長を例えば、基準長とした。
【００５８】
図２に示すワイヤーハーネス装置では、２ｓｑ電線２ｅ，２ｆ，２ｇが、車両に配索される複数の電線（２０ｓｑ電線２ｃ、１５ｓｑ電線２ａ，２ｄ、３ｓｑ電線２ｂ，２ｈ，２ｉ，２ｊ、２ｓｑ電線２ｅ，２ｆ，２ｇ等）の内の最小径を有する電線であり、この２ｓｑ電線２ｅ，２ｆ，２ｇが例えば、１ｍ長で完全短絡したときにおける電流値に設定すればよい。
【００５９】
また、前述した実施の形態では、しきい電流値を完全短絡電流値としたが、判定回路７５が、しきい電流値を完全短絡電流値の略３０％から略７０％までの範囲内の値に設定してもよい。望ましくは、完全短絡電流値の５０％とする。このようにすれば、しきい電流値が完全短絡電流値よりも小さいため、回路をより迅速に遮断することができ、安全性を向上することができる。
【００６０】
次に、完全短絡電流値を実際に測定したときにおける試験データを２つ上げて説明する。図７は第１の試料としての電線の完全短絡電流特性を示す図である。図８は第２の試料としての電線の完全短絡電流特性を示す図である。図７及び図８では、電圧の時間的な変化を示している。電圧が急峻に立ち下がったタイミングが電線の完全短絡時である。図７及び図８において、時間軸方向の１目盛は、２００ｍｓである。
【００６１】
（１）まず、第１の試料は、電線径が２ｍｍ2（２ｓｑ電線）で、電線長が０．５ｍであり、電線抵抗が４．４ｍΩである。なお、試験装置取付時には電線抵抗は、ｒ１＝４．８ｍΩであった。完全短絡時の電圧Ｖａは、３．４３Ｖであった。このため、完全短絡電流値Ｉａは、
５９０×０．５＝２９５
となり、約２９５Ａとなる。すなわち、完全短絡電流値の５０％をしきい電流値に設定する。
【００６２】
（２）次に、第２の試料は、電線径が２ｍｍ2（２ｓｑ電線）で、電線長が０．５ｍで、電線抵抗が４．４ｍΩである。なお、試験装置取付時には電線抵抗は、ｒ１＝５．０８ｍΩであった。完全短絡時の電圧Ｖａは３．７７Ｖであった。このため、完全短絡電流値Ｉａは、
５９０×０．５＝３０５
となり、約３０５Ａとなる。すなわち、完全短絡電流値の５０％をしきい電流値に設定する。
【００６３】
次に、過電流保護装置７に設けられた遮断部８１、すなわち、遮断装置について説明する。図３に示す遮断装置において、板状の長い第１のバスバー１１は、例えば、銅または銅合金からなり、この第１のバスバー１１にはバッテリ等に接続される丸穴部１２が形成されている。第１のバスバー１１は、下方に略直角に曲げられている。
【００６４】
また、板状の長い第２のバスバー１９も、例えば、銅または銅合金からなり、この第２のバスバー１９には負荷等に接続される丸穴部２０が形成されている。第２のバスバー１９も下方に略直角に曲げられている。
【００６５】
第１のバスバー１１と第２のバスバー１９との間には上側ケース１４ａと下側ケース１４ｂとが配置されており、上側ケース１４ａと下側ケース１４ｂとは、外容器を構成し、樹脂（熱可塑性樹脂）等の絶縁材料の容器からなる。
【００６６】
下側ケース１４ｂ内には銅、銅合金等からなるテルミットケース２６が収納されており、このテルミットケース２６には加熱剤２７が充填されているとともに、着火部２９が収納されている。
【００６７】
着火部２９は、着火剤を有し、車両の衝突事故等の車両の異常時にリード線５１に流れる電流によって発生する発熱により着火剤を点火して加熱剤２７にテルミット反応熱を発生させるようになっている。
【００６８】
また、テルミットケース２６に形成された左側壁部は、第１のバスバー１１の折曲部８にハンダ（例えば、融点が２００℃〜３００℃）等の低融点材としての低融点金属２３により接合され、テルミットケース２６に形成された右側壁部は、第２のバスバー１９の折曲部１０に低融点金属２３により接合されている。このため、低融点金属２３及びテルミットケース２６を介して第１のバスバー１１と第２のバスバー１９とが電気的に接続可能となっている。
【００６９】
なお、低融点金属２３としては、例えば、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ａｌ及びＣｕから選ばれる少なくとも１種の金属からなる。
【００７０】
加熱剤２７は、例えば、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）等の金属酸化物の粉末、アルミニウムの粉末とによって構成され、リード線５１の発熱によりテルミット反応を起こして高熱を発生するテルミット剤である。なお、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を用いる代わりに、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、酸化マンガン（ＭｎＯ2）などを用いても良い。
【００７１】
また、加熱剤２７としては、Ｂ、Ｓｎ、ＦｅＳｉ、Ｚｒ、Ｔｉ及びＡｌの中から選ばれる少なくとも１種の金属粉末と、ＣｕＯ、ＭｎＯ2、Ｐｂ3Ｏ4、ＰｂＯ2、Ｆｅ3Ｏ4およびＦｅ2Ｏ3の中から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物と、アルミナ、ベントナイト、タルク等からなる添加剤の少なくとも１種の混合物を用いても良い。このような加熱剤によれば、着火部２９により容易に着火され、低融点金属２３を短時間で溶融することができる。
【００７２】
また、テルミットケース２６と下側ケース１４ｂとの間には伸縮自在な弾性部材としての圧縮バネ３４が配置されており、この圧縮バネ３４がテルミットケース２６を上方へ押圧している。
【００７３】
また、上側ケース１４ａには四角形状の溝部３７が形成され、この溝部３７に、下側ケース１４ｂに形成された第１の突起部３９が係合している。下側ケース１４ｂには樹脂部材からなる第２の突起部４１が形成されており、この第２の突起部４１は、テルミットケース２６の上面を押圧し、圧縮バネ３４のバネ力によるテルミットケース２６の上方への移動を阻止するようになっている。
【００７４】
さらに、着火部２９にリード線５１から電流を供給するためのターミナル５０を有するコネクタ４５が着火部２９に接続可能に取り付けられている。
【００７５】
次に、このように構成された実施の形態の遮断装置の動作を図面を参照して説明する。まず、通常では、第１のバスバー１１と第２のバスバー１９とは、低融点金属２３及びテルミットケース２６を介して電気的に接続され、バッテリ１から負荷５に電流が供給される。
【００７６】
次に、バッテリ１と負荷５との間の回路にが異常が発生して、完全短絡電流が流れたときには、駆動回路７７からリード線５１を通ってコネクタ４５に電圧が印加される。そして、コネクタ４５に印加された電圧により着火部２９内のヒータ７９へ電流が流れる。
【００７７】
すると、電流によるヒータ７９の発熱により着火部２９が発火するため、テルミット剤である加熱剤２７が以下の反応式によりテルミット反応熱を発生する。
【００７８】
Ｆｅ2Ｏ3＋２ＡＬ→ＡＬ2Ｏ3＋２Ｆｅ＋３８６．２Ｋｃａｌ
このテルミット反応熱によりテルミットケース２６が加熱され、加熱剤２７の発熱とテルミットケース２６の熱により、折曲部８とテルミットケース２６の左側壁部とを接合している低融点金属２３、折曲部１０とテルミットケース２６の右側壁部とを接合している低融点金属２３が加熱されて、溶融する。また、これと同時に、下側ケース１４ｂに形成された樹脂部材からなる第２の突起部４１が前記熱によって溶融する。
【００７９】
すると、圧縮されていた圧縮バネ３４が伸張し、着火部２９を収納したテルミットケース２６が上方に跳ね上がる（図１において、２６′は、上方へ移動後のテルミットケースを示す。）。
【００８０】
このため、テルミットケース２６と、第１のバスバー１１及び第２のバスバー１９との電気的接続が切断される。すなわち、第１のバスバー１１と第２のバスバー１９とが電気的に遮断されて、回路が遮断されることになる。
【００８１】
このように、実施の形態の遮断装置によれば、車両内のバッテリ１と負荷との間の回路を短時間で且つ確実に遮断することができ、電気部品を保護することができる。さらに、加熱剤２７のテルミット反応熱を利用するため、簡単な構造の遮断装置を提供することができる。
【００８２】
また、下側ケース１４ｂに形成された第２の突起部４１が圧縮バネ３４の上方への伸張力を阻止するため、第１のバスバー１１及び第２のバスバー１９とテルミットケース２６との接合部である低融点金属２３にバネ力が加わらないため、接合部の信頼性を向上することができる。さらに、接合部が半田等の低融点金属による接合のときには、低融点金属部に応力が加わらないため、クラック発生がなくなる。
【００８３】
なお、本発明は、前述した実施の形態のワイヤーハーネス装置に限定されるものではなく、このほか本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能であるのは勿論である。
【００８４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、電流検出手段が電源から負荷に流れる電流を検出すると、判定手段は、電線が完全短絡したときにおける完全短絡電流値をしきい電流値に設定し、電流検出手段で検出された電流の値がしきい電流値以上になったかどうかを判定し、遮断装置は、電流検出手段で検出された電流の値がしきい電流値以上になった場合に負荷への前記電源の供給を遮断する。
【００８５】
このため、過電流保護装置の下流にはヒュージブルリンク等を設けないで済むようになり、簡単で安価なワイヤーハーネス装置を提供でき、また、ヒュージブルリンク等を設けないから、電線径を負荷容量に合わせて最適に選択することができ、これによって、過電流保護装置の下流のワイヤーハーネス線径の小径化及び軽量化を図ることができる。
また、外部からの異常信号により着火部が着火すると、加熱部に充填された加熱剤が発熱し、その熱により外容器に形成された樹脂部材からなる突起部が溶融する。すると、弾性部材が伸張して加熱部を押し上げ、加熱部と第１の接続端子及び第２の接続端子との電気的接続が切断される。このため、第１の接続端子及び第２の接続端子の電気的接続が遮断されるから、回路を短時間で且つ確実に遮断して、電気部品を保護することができる。
【００８６】
請求項２の発明によれば、しきい電流値は、車両に配索される複数の電線の内の最小径を有する基準長の電線が完全短絡したときにおける電流値であるため、より小さい完全短絡電流値により回路を遮断することができる。
【００８７】
請求項３の発明によれば、判定手段は、しきい電流値を完全短絡電流値の略３０％から略７０％までの範囲内の値に設定するため、回路をより迅速に遮断することができる。
【００８８】
請求項４の発明によれば、過電流保護装置と負荷との間に設けられたヒューズは、負荷に異常電流が流れたときには溶断するため、回路を遮断することができる。
【００８９】
請求項５の発明によれば、電源と第２の負荷との間に設けられたヒュージブルリンクは、第２の負荷に異常電流が流れたときには溶断するため、回路を遮断することができ、過電流保護装置の保護を受けない回路に用いることができる。
【００９１】
請求項６の発明によれば、第１の接続端子及び第２の接続端子のそれぞれと側壁部とを低融点材により接合したため、加熱剤の発熱により樹脂部材及び低融点材が溶融すると、加熱部が跳ね上がり、第１の接続端子及び第２の接続端子の電気的接続が遮断されるから、回路を短時間で且つ確実に遮断して、電気部品を保護することができる。また、第１の接続端子及び第２の接続端子と加熱部との接合部である低融点材にバネ力が加わらないため、接合部の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の過電流保護装置の回路構成図である。
【図２】実施の形態の過電流保護装置を備えたワイヤーハーネス装置を示す回路構成図である。
【図３】実施の形態の過電流保護装置に設けられた遮断装置の遮断前後のＡ−Ａ間の断面図である。
【図４】実施の形態の過電流保護装置に設けられた遮断装置の上面図である。
【図５】実施の形態の過電流保護装置に設けられた遮断装置の遮断前のＢ−Ｂ間の断面図である。
【図６】ヒュージブルリンク溶断特性及び電線発煙特性を示す図である。
【図７】第１の試料としての電線の完全短絡電流特性を示す図である。
【図８】第２の試料としての電線の完全短絡電流特性を示す図である。
【図９】従来の過電流保護装置を備えたワイヤーハーネス装置の一例を示す回路図である。
【図１０】図９のワイヤーハーネス装置の回路に対応する電流−応答時間特性を示す図である。
【図１１】従来のワイヤーハーネス装置の他の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ バッテリ
２ａ〜２ｊ 電線
３ ヒュージブルリンクブロック
４ リレー・ヒューズブロック
４ａ〜４ｃ リレー
４ｄ〜４ｋ ヒューズ
５ 負荷
６ モータ
７，７ａ，７ｂ 過電流保護装置
８ オールタネータ
９，９ａ〜９ｈ ヒュージブルリンク
１１ 第１のバスバー
１３，２１ バスバー先端部
１４ａ 上側ケース
１４ｂ 下側ケース
１９ 第２のバスバー
２３ 低融点金属
２６ テルミットケース
２７ 加熱剤
２８ ボルト
２８ａ 上蓋
２９ 着火部
３４ 圧縮バネ
３７ 溝部
３９ 第１の突起部
４１ 第２の突起部
４５ コネクタ
５０ ターミナル
５１ リード線
７１ 電源
７３ 電流検出部
７５ 判定回路
７７ 駆動回路
７９ ヒータ
８１ 遮断部
Claims (6)
- 電源と負荷との間に設けられ且つ前記電源から電線を構成するワイヤーハーネスを介して前記負荷に流れる過電流を検出して前記電源及び前記負荷間を遮断する過電流保護装置を備えたワイヤーハーネス装置であって、
前記過電流保護装置は、
前記電源から前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電線が完全短絡したときにおける完全短絡電流値をしきい電流値に設定し、前記電流検出手段で検出された電流の値が前記しきい電流値以上になったかどうかを判定する判定手段と、
前記電流検出手段で検出された電流の値が前記しきい電流値以上になった場合に前記負荷への前記電源の供給を遮断する遮断装置とを備え、かつ
この遮断装置は、
前記電源側に接続された第１の接続端子と前記負荷側に接続された第２の接続端子との間に配置され、前記第１の接続端子及び前記第２の接続端子に接触し、加熱剤を充填した導電性を有する加熱部と、
この加熱部に収納され、前記電流検出手段で検出された電流の値が前記短絡電流値以上になった場合に前記加熱部に充填された加熱剤に着火する着火部と、
前記加熱部に接触して配置され且つ前記加熱部を押圧する伸縮自在な弾性部材と、
この弾性部材、前記着火部及び前記加熱部を収納する外容器と、
この外容器に形成され且つ前記弾性部材による前記加熱部への押圧力を阻止する樹脂部材からなる突起部と、
を備えることを特徴とするワイヤーハーネス装置。 - 前記しきい電流値は、車両に配索される複数の電線の内の最小径を有する基準長の電線が完全短絡したときにおける電流値であることを特徴とする請求項１記載のワイヤーハーネス装置。
- 前記判定手段は、前記しきい電流値を前記完全短絡電流値の略３０％から略７０％までの範囲内の値に設定することを特徴とする請求項１または請求項２記載のワイヤーハーネス装置。
- 前記過電流保護装置と前記負荷との間にヒューズを設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のワイヤーハーネス装置。
- 前記電源と第２の負荷との間にヒュージブルリンクを設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のワイヤーハーネス装置。
- 前記加熱部の端部には側壁部が形成され、前記第１の接続端子及び前記第２の接続端子のそれぞれと前記側壁部とを低融点材により接合したことを特徴とする請求項１記載のワイヤーハーネス装置。
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