JP4287543B2

JP4287543B2 - Electrical circuit safety device and manufacturing method thereof

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Publication number: JP4287543B2
Application number: JP17502599A
Authority: JP
Inventors: 聡石川; 修左右田; 尚史丸尾
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-06-22
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2019-06-22
Also published as: JP2000243200A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気回路の過電流による事故防止を図るための電気回路の安全装置とその製造方法に関し、特に、第一の保護手段である過電流保護素子が異常過熱した場合、第二の保護手段である温度ヒューズによって確実な事故防止を図る電気回路の安全装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車に搭載される電源ボックスなどの電気回路には、過電流による事故防止を図るための過電流保護素子が設けてある。
過電流保護素子として、例えば、ＰＴＣ（Positive Temperture Coefficient）素子やバリスタ，アルミ電解コンデンサ等が用いられており、いずれも、過電流が流れた際に発熱して抵抗を増大させ、過電流を減少又は遮断して電気回路の安全を保つものである。
【０００３】
しかし、過電流が流れ続けて過電流保護素子が異常過熱した場合、この状態を放置すれば、過電流保護素子が発火して車両火災をまねくおそれがある。
そこで、従来から過電流保護素子の異常過熱に対処する種々の措置が提案されている。
【０００４】
例えば、特開平８−２５０３０４号では、図１３に示すように、ＰＴＣ素子１１１に半田付けした一対のリード１１２，１１３の一方に、ＰＴＣ素子１１１に対する離間方向にばね性をもたせた電気回路の安全装置１１０が提案されている。
【０００５】
このような構成によれば、過電流によりＰＴＣ素子１１１が異常過熱した場合、半田が溶けて一方のリード１１２が跳ね上がり、ＰＴＣ素子１１１から離間する。これによって、電気回路に流れる過電流が遮断される。
【０００６】
また、実開平１−１２９７４４号では、図１４（ａ）に示すように、電圧依存型バリスタ（以下、ＺＮＲという）１２１を用いた電気回路の安全装置１２０が提案されている。
この電気回路の安全装置１２０は、ＺＮＲ１２１のリード１２２を直角に曲折し、該リード１２２を、回路基板上で離隔絶縁された一と他の導体パターン１２３，１２４に半田付けし、これら一と他の導体パターン１２３，１２４を電気的に接続する構成となっている。
【０００７】
このような構成によれば、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、過電流によりＺＮＲ１２１が異常過熱した場合、リード１２２を固定する半田が溶融して、ＺＮＲ１２１が自重で脱落し、一と他の導体パターン１２３，１２４の導通が遮断される。これによって、電気回路に流れる過電流も遮断される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来の各電気回路の安全装置１１０，１２０では、過電流保護素子の異常過熱による事故防止を図ることができるが、次のような問題点があった。
【０００９】
図１３に示す電気回路の安全装置１１０では、リード１１２の弾性力に抗して半田付けをしなければならず、半田付け作業に手間と時間を要し、自動半田付け装置などで容易に製造することができないという問題があった。
【００１０】
図１４に示す電気回路の安全装置１２０では、異常過熱時に自重で脱落するように、ＺＮＲ１２１を保持しながら半田付けしなければならず、上記と同様、半田付け作業に手間と時間を要し、自動半田付け装置などで容易に製造することができないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明者らが鋭意検討を行なった結果、過電流保護素子の近傍に、温度ヒューズを設け、該過電流保護素子の異常過熱を、該温度ヒューズにより検知して電気回路を遮断すればよいという技術的思想に至った。
【００１２】
ここで、一般的な温度ヒューズについて、図１５（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照しつつ説明する。
図１５（ａ）に示すように、回路基板１３１には、一の導体パターン１３２と他の導体パターン１３３が形成してあり、これら一と他の導体パターン１３２，１３３の各電極１３２ａ，１３３ａは、ギャップ（間隔）１３４をあけて絶縁してある。そして、図１５（ｂ）に示すように、これら電極１３２ａ，１３３ａを半田１３５で橋絡する（橋をかけ渡すように連結接続する）ことにより、温度ヒューズ１３０を形成した構成となっている。
【００１３】
このような構成によれば、一又は他の導体パターン１３２，１３３や、半田１３５周辺の雰囲気温度が高温となったときに、該半田１３５が完全溶融する。
すると、図１５（ｃ）に示すように、該半田１３５が、ギャップ１３４における濡れにくい基板表面にはじかれ、表面張力によって濡れやすい各電極１３２ａ，１３３ａ側にそれぞれ分離する。
この結果、一と他の導体パターン１３２，１３３の導通が遮断され、電気回路の異常過熱による事故防止が図られる。
【００１４】
ところが、上述した従来の温度ヒューズ１３０では、該温度ヒューズ１３０を形成するときに、半田１３５を完全溶融に近い状態にして各電極１３２ａ，１３３ａ間に乗せなければならないが、このときに、半田１３５が各電極１３２ａ，１３３ａに分離してしまい、完全溶融に近い状態の半田１３５を、各電極１３２ａ，１３３ａ間に乗せることが極めて困難であった。
このため、他の電気部品の半田付けと同時に、自動半田付け装置などで容易に温度ヒューズ１３０を形成することができないという問題があった。
【００１５】
このような問題は、図１５（ａ）に示すように、各電極１３２ａ，１３３ａのギャップ１３４が、図中の矢印方向に連続するため、換言すれば、図中の矢印方向に溶融した半田１３５を止める電極がないため、ギャップ１３４における基板表面上で、溶融した半田１３５が安定しにくいことが原因と考えられる。
【００１６】
ただし、溶融した半田１３５が各電極１３２ａ，１３３ａに分離しやすいという性質は、電気回路の異常過熱時におけるヒューズとしての信頼性に寄与するものなので、温度ヒューズ１３０を形成するときにだけ、溶融した半田１３５が各電極１３２ａ，１３３ａに分離しないようにする必要がある。
【００１７】
なお、上記問題点を解決すべく、特開平４−５６０２８号では、回路基板上で離隔絶縁された一と他の回路パターンの各電極を、半田粒子間の空隙が残留する多孔質の半田層で橋絡した温度ヒューズが提案されている。
【００１８】
しかし、多孔質の半田層を形成するため、回路基板上に半田クリームを印刷し、次いで、この半田クリームを半溶融させるといった特殊な工程を経なければならず、他の電気部品の半田付けと同時に、自動半田付け装置などで容易に温度ヒューズを形成することができないという問題があった。
【００１９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、第一の保護手段である過電流保護素子が異常過熱した場合、第二の保護手段である温度ヒューズによって確実な事故防止を図ることができ、また、過電流保護素子の異常加熱時に該温度ヒューズを迅速に動作させることができ、さらに、該温度ヒューズを自動半田付け装置などで容易に形成することができる電気回路の安全装置とその製造方法の提供を目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の電気回路の安全装置は、回路基板に実装され、電気回路を過電流から保護する第一の保護手段であって、電気回路に過電流が流れたときに発熱して抵抗を増大させ、過電流を減少又は遮断する過電流保護素子と、該過電流保護素子の近傍において該回路基板に設けられた第二の保護手段であって、前記過電流保護素子に接続された回路基板面上の一の導体パターンの第一電極，該第一電極とギャップにより絶縁された該回路基板面上の他の導体パターンの第二電極，これら第一及び第二電極を橋絡させ、該回路基板面上で前記過電流保護素子からの熱により溶融して、これら第一及び第二電極側に分離する半田からなる温度ヒューズとを備えた構成としてある。
【００２１】
このような構成によれば、過電流によって過電流保護素子が異常過熱した場合、その熱により温度ヒューズが動作して電気回路が遮断される。
これにより、過電流保護素子の異常過熱による車両火災などの事故を確実に防止することができる。
【００２２】
好ましくは、請求項２記載の電気回路の安全装置のように、前記過電流保護素子からの熱によって、前記温度ヒューズ周辺のレジスト膜が剥離されるようにした構成とする。
【００２３】
このような構成によれば、温度ヒューズを形成する半田が溶融すると、該半田が剥離したレジスト膜と基板表面との間に吸い込まれ、一と他の導体パターンをより速く遮断することができる。
これにより、過電流保護素子の異常過熱時に温度ヒューズを迅速に動作させ、より確実な事故防止を図ることができる。
【００２４】
好ましくは、請求項３記載の電気回路の安全装置のように、前記過電流保護素子及び前記温度ヒューズを実装した回路基板を縦に設置したとき、前記温度ヒューズが、前記過電流保護素子とほぼ同じ、又は、前記過電流保護素子より上方に位置するようにした構成とする。
【００２５】
このような構成によれば、熱源である過電流保護素子と温度ヒューズの一関係により、過電流保護素子から温度ヒューズへの熱伝導が良好となる。
すなわち、温度ヒューズを過電流保護素子とほぼ同じ位置に設けた場合は、過電流保護素子の熱が温度ヒューズに直接伝わり、また、温度ヒューズを過電流保護素子より上方に設けた場合は、低い位置の過電流保護素子の熱が、高い位置の温度ヒューズに効率よく伝わる。
また、回路基板を縦に配置したことにより、過電流保護素子の熱で溶融した半田が、自重で積極的に下方に流れる。
これにより、過電流保護素子の異常過熱時に、一と他の導体パターンをより速く遮断することができ、すなわち、温度ヒューズを迅速に動作させることができ、より確実な事故防止を図ることができる。
【００２６】
好ましくは、請求項４記載の電気回路の安全装置のように、前記温度ヒューズを形成する第一及び第二電極間のギャップに孔を穿設するとともに、該孔に電気部品のリードを挿通し、該リードとともに、前記第一及び第二電極を半田で橋絡させた構成とする。
【００２７】
このような構成によれば、第一及び第二電極を橋絡させる半田が、電気部品のリードに付着するので、これら第一及び第二電極間に半田が乗りやすくなり、通常の半田で、他の電気部品の半田付けと同時に、自動半田付け装置などで容易に温度ヒューズを形成することができる。
【００２８】
また、独立した温度ヒューズを設ける必要がなくなり、回路基板全体としての半田付け箇所が減少し、作業性及び信頼性の向上を図ることができる。
【００２９】
好ましくは、請求項５記載の電気回路の安全装置のように、前記電気部品を、前記過電流保護素子とした構成とする。
【００３０】
このような構成によれば、過電流保護素子の熱が、そのリードを伝わって直接、温度ヒューズに作用し、過電流保護素子の異常加熱時に、温度ヒューズをより迅速に動作させることができる。
【００３１】
好ましくは、請求項６記載の電気回路の安全装置のように、前記温度ヒューズを形成する前記他の導体パターンを、前記回路基板の一面に形成し、該他の導体パターンを、スルーホールを介して、前記回路基板の他面に形成したランド状の前記第二電極に連続させ、前記回路基板の他面において、前記第二電極を前記第一電極によりギャップをあけて途切れなく包囲し、これら第一及び第二電極を半田で橋絡させた構成とする。
【００３２】
このような構成によれば、途切れない第一電極の内側であれば、完全溶融に近い状態の半田を、該第一電極で止めることができるので、第一及び第二電極間のギャップ上で、完全溶融に近い状態の半田を安定させることができる。
これにより、通常の半田で、他の電気部品の半田付けと同時に、自動半田付け装置などで容易に温度ヒューズを形成することができる。
【００３３】
また、過電流保護素子の異常過熱時には、完全溶融した半田が、第一及び第二電極にそれぞれ分離して、一と他の導体パターンの導通が遮断されるので、ヒューズとしての信頼性も高い。
【００３４】
好ましくは、請求項７記載の電気回路の安全装置のように、前記温度ヒューズを形成する前記第二電極を、電気部品のリードを挿通するための孔の周縁に形成したランド状とし、該第二電極を前記第一電極によりギャップをあけて途切れなく包囲し、前記孔に挿通した前記電気部品のリードとともに、前記第一及び第二電極を半田で橋絡させた構成としてある。
【００３５】
このような構成によれば、第一及び第二電極を橋絡させる半田が、電気部品のリードに付着するので、請求項６記載の電気回路の安全装置における温度ヒューズと比較して、これら第一及び第二電極間に半田がさらに乗りやすくなる。
【００３６】
また、回路基板の両面を利用する請求項６記載の電気回路の安全装置における温度ヒューズに対して、請求項７記載の電気回路の安全装置では、回路基板の片面のみで温度ヒューズを形成することができ、回路基板の簡単化を図ることができる。
【００３７】
好ましくは、請求項８記載の電気回路の安全装置のように、前記温度ヒューズを形成する前記第一電極を、前記過電流保護素子のリードを挿通するための孔の周縁に形成したランド状とし、該第一電極を前記第二電極によりギャップをあけて途切れなく包囲し、前記孔に挿通した前記過電流保護素子のリードとともに、前記第一及び第二電極を半田で橋絡させた構成とする。
【００３８】
このような構成によれば、過電流保護素子の熱が、そのリードを伝わって直接、温度ヒューズに作用するので、請求項６及び請求項７の電気回路の安全装置における温度ヒューズと比較して、過電流保護素子の異常加熱時に、温度ヒューズをより迅速に動作させることができる。
【００３９】
好ましくは、請求項９記載の電気回路の安全装置のように、前記過電流保護素子を、ＰＴＣ素子とした構成とする。
【００４０】
ＰＴＣ素子、特に低抵抗型のＰＴＣ素子は、電気自動車に搭載される電源ボックスなどの電気回路に好適な過電流保護素子であり、該ＰＴＣ素子を、請求項１〜８いずれか記載の電気回路の安全装置を構成する過電流保護素子として利用することにより、これら本発明の電気回路の安全装置を、電気自動車に特に適したものにできる。
【００４１】
上記目的を達成するために、請求項１０記載の電気回路の安全装置の製造方法は、請求項４〜８いずれか記載の電気回路の安全装置の製造方法であって、前記過電流保護素子を含む前記回路基板上の電気部品を自動的に半田付けする装置により、これら電気部品の半田付けと同時に、前記第一及び第二電極を半田で橋絡させ、前記温度ヒューズを形成するようにしてある。
【００４２】
このような方法によれば、自動半田付け装置などにより、他の電気部品の接続と同じ半田で、かつ、他の電気部品の半田付けと同時に、温度ヒューズを容易に形成することができ、従来のような特殊な製造工程を一切必要とせず、電気回路の安全装置を安価に製造することができる。
【００４３】
また、請求項１１記載の電気回路の安全装置のように、回路基板のスルーホール内に半田が装填され、該半田が該スルーホールの一方の開口側に凹部、他方の開口側に凸部を有し、該凸部が前記第一電極と第二電極とに橋絡していることも有効である。
【００４４】
このような構成にすれば、異常高温で半田が溶融した際に、半田の凸部が凹部側に向けてスルーホール内に移動し（引き込まれ）、両電極の接続が迅速且つ確実に解除される。
【００４５】
好ましくは、請求項１２記載の電気回路の安全装置のように、前記スルーホールの内径を前記回路基板の板厚よりも大きく設定する。
このような構成にすれば、スルーホール内に半田の凸部が引き込まれる速度が増し、回路の遮断が一層迅速化する。また、製造時において溶融半田の自重で凹部と凸部が容易に且つ確実に形成される。
【００４６】
好ましくは、請求項１３記載の電気回路の安全装置のように、前記凹部側における前記回路基板の露出導体部の外径を少なくとも前記スルーホール寄りの前記第二電極の外径よりも大きく設定する。
【００４７】
このような構成にすれば、異常高温で溶融した半田が凹部側に移動した際に、濡れ性の良い露出導体部に吸引され、半田の移動速度がアップし、回路の遮断速度が高まると共に回路の遮断が一層確実化する。
好ましくは、請求項１４記載の電気回路の安全装置のように、前記回路基板を垂直に配置し、あるいは前記凸部を上にして前記回路基板を配置する。
【００４８】
回路基板を垂直に配置することで、異常時に溶融した半田がスルーホール内に確実に吸引される。また、凸部を上にして回路基板を配置することで、半田の自重で凸部が凹部側に迅速に移動し、回路の遮断速度が高まると共に回路の遮断が一層確実化する。
【００４９】
請求項１５記載の電気回路の安全装置の製造方法は、請求項１１〜１４いずれか記載の電気回路の安全装置の製造方法であって、前記回路基板を水平に位置させ、垂直方向の前記スルーホール内に溶融した半田を装填し、該半田の自重により前記凹部と凸部とを形成させることを特徴としている。
この方法によれば、半田の自重によって凹部と凸部を容易に形成することができ、温度ヒューズの製造コストが低く抑えられる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気回路の安全装置とその製造方法の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００５１】
図１は本発明の第一実施形態に係る電気回路の安全装置を示す断面図である。
図２は上記電気回路の安全装置を示すものであり、同図（ａ）は正面図，同図（ｂ）は背面図である。
図３は上記電気回路の安全装置を構成する回路基板のみの断面図である。
図４は上記回路基板のみを示すものであり、同図（ａ）は正面図，同図（ｂ）は背面図である。
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は上記電気回路の安全装置を構成する温度ヒューズの動作状態を示す正面図である。
【００５２】
図１及び図２（ａ），（ｂ）において、本実施形態の電気回路の安全装置１は、回路基板１０に近接して設けられたＰＴＣ素子（過電流保護素子）２０と温度ヒューズ３０からなっている。
【００５３】
ＰＴＣ素子２０は、電気回路を過電流から保護する第一の保護手段であり、電気回路に過電流が流れたときに発熱して抵抗を増大させ、過電流を減少又は遮断する役割を果たす。
【００５４】
このようなＰＴＣ素子２０は、回路基板１０に穿設した孔１１，１１にリード２１，２１を挿通し、各リード２１，２１を回路基板１０の裏面（他面）１０Ｂに形成した二つの導体パターン（うち一つは、後述する一の導体パターン３１）の電極にそれぞれ半田付けしてある。
【００５５】
温度ヒューズ３０は、該ＰＴＣ素子２０の近傍に設けられた第二の保護手段であり、要約すれば、ＰＴＣ素子２０に接続された前記一の導体パターン３１の第一電極３１ａと、該第一電極３１ａとギャップ３３により絶縁された他の導体パターン３２の第二電極３２ａとを、半田３４で橋絡させた構成となっている。
【００５６】
具体的には、図１と図２（ａ），（ｂ）、及び、これら図面に対応する図３と図４（ａ），（ｂ）に示すように、一の導体パターン３１は、上述のように回路基板１０の裏面１０Ｂに形成してあり、これに対する他の導体パターン３２は、回路基板１０の表面（一面）１０Ａに形成してある。
該他の導体パターン３２は、長孔状のスルーホール３２ｂを介して、回路基板１０の裏面１０Ｂに形成したランド状の第二電極３２ａに連続させてある。
【００５７】
そして、図４（ｂ）及び図５（ａ）に示すように、一の導体パターン３１の第一電極３１ａにより、第二電極３２ａをギャップ３３をあけて途切れなく包囲している。
これら第一及び第二電極３１ａ，３２ａを半田３４で橋絡させると、図１と図２（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、温度ヒューズ３０が形成される。
【００５８】
図１に戻って、回路基板１０の両面１０Ａ，１０Ｂは、第一及び第二電極３１ａ，３２ａを含む全ての電極，ランドを除いてレジスト膜４０が被覆してあり、本実施形態では、ＰＴＣ素子２０が異常過熱した場合に、該ＰＴＣ素子２０からの熱によって、温度ヒューズ３０周辺のレジスト膜４０が剥離されるようにしてある。
【００５９】
温度ヒューズ３０周辺のレジスト膜４０が剥離されるための構成として、まず、異常過熱時のＰＴＣ素子２０の熱が温度ヒューズ３０に十分伝達し得る程度に、これらＰＴＣ素子２０と温度ヒューズ３０とを近接させて設ける必要がある。
【００６０】
これに加え、レジスト膜４０が、異常過熱時のＰＴＣ素子２０の熱（一般的に約１０００℃程度）によって、剥離可能な程度の強度であることも必要である。
発明者らが実験を行なった結果、通常の回路基板に用いられているレジスト膜４０（３００℃以上の熱に対して剥離強度１／２）で十分剥離可能である。
【００６１】
また、図１において、本実施形態では、回路基板１０を縦に設置した状態で、温度ヒューズ３０がＰＴＣ素子２０より上方に位置するように、回路をレイアウトしてある。
【００６２】
ここで、本実施形態に係る電気回路の安全装置の製造方法について説明すると、電気回路の安全装置１は、図示しない自動半田付け装置により、図示しない回路基板１０上の他の電気部品の半田付けと同時に形成している。
【００６３】
すなわち、回路基板１０上にＰＴＣ素子２０を含む全ての電気部品を搭載し、例えば、噴流式の自動半田付け装置により、これら電気部品の半田付けと、温度ヒューズ３０の形成（第一及び第二電極３１ａ，３２ａの半田３４による橋絡）とを同時に行なっている。
【００６４】
次に、上記構成からなる本実施形態の電気回路の安全装置１の動作について、図１及び図５（ｂ），（ｃ）を参照しつつ説明する。
図１において、電気回路に過電流が流れると、ＰＴＣ素子２０が発熱して抵抗を増大させ、過電流を減少又は遮断する。これにより、通常は、電気回路の安全が保たれる。
【００６５】
しかし、その後も過電流が流れ続け、ＰＴＣ素子２０が異常過熱した場合、ＰＴＣ素子２０からの熱が、リード２１及び一の導体パターン３１を介して、温度ヒューズ３０側に伝達される。
このときの熱は、縦に設置した回路基板１０における低い位置のＰＴＣ素子２０から高い位置の温度ヒューズ３０側へと効率よく伝達される。
【００６６】
ＰＴＣ素子２０からの熱が、温度ヒューズ３０に伝達されると、第一及び第二電極３１ａ，３２ａを橋絡していた半田３４が完全溶融するとともに、温度ヒューズ３０周辺のレジスト膜４０が熱によって剥離される（図５（ｂ）参照）。
特に、熱源であるＰＴＣ素子２０に近い、温度ヒューズ３０下方のレジスト膜４０が顕著に剥離される。
【００６７】
すると、図５（ｃ）に示すように、剥離されたレジスト膜４０と基板表面の間に、溶融した半田３４の一部（時には全部）が吸い込まれると同時に、ギャップ３３における濡れにくい基板表面に残りの半田３４がはじかれる。
特に、回路基板１０を縦に設置してあるので、温度ヒューズ３０下方の剥離されたレジスト膜４０と基板表面の間に、溶融した半田３４ａが自重により積極的に下方に流れ込む。
【００６８】
この結果、第一及び第二電極３１ａ，３２ａを橋絡していた半田３４が、濡れやすいこれら第一及び第二電極３１ａ，３２ａ側にそれぞれ分離した状態となり、一と他の導体パターン３１，３２の導通が遮断される。
【００６９】
このような本実施形態の電気回路の安全装置１は、次にような優れた効果を奏する。
第一に、過電流によって過電流保護素子であるＰＴＣ素子２０が異常過熱した場合でも、その熱により温度ヒューズ３０が動作して電気回路が遮断される。
これによって、ＰＴＣ素子２０の異常過熱による車両火災などの事故を確実に防止することができる。
【００７０】
第二に、ＰＴＣ素子２０と温度ヒューズ３０を互いに近接して設け、ＰＴＣ素子２０の異常過熱時に温度ヒューズ３０周辺のレジスト膜４０が剥離されるようにしたことにより、溶融した半田３４の一部又は全部が、剥離したレジスト膜４０と基板表面との間に吸い込まれ、一と他の導体パターン３１，３２を速く遮断することができる。
これによって、ＰＣＴ素子２０の異常過熱時に温度ヒューズ３０を迅速に動作させ、より確実な事故防止を図ることができる。
【００７１】
第三に、回路基板１０を縦に設置し、温度ヒューズ３０がＰＴＣ素子２０より上方に位置するようにしたことにより、熱源であるＰＴＣ素子２０から温度ヒューズ３０への熱伝導が良好となり、また、温度ヒューズ３０を形成する半田３４が溶融すると、該半田３４が自重で下方に積極的に流れ、下方のレジスト膜４０が顕著に剥離されることと相まって、一と他の導体パターン３１，３２をより速く遮断することができる。
これによって、ＰＴＣ素子２０の異常過熱時に温度ヒューズ３０をより迅速に動作させ、さらに確実な事故防止を図ることができる。
【００７２】
第四に、温度ヒューズ３０を形成する第一電極３１ａが、ギャップ３３をあけて第二電極３２ａを途切れなく包囲しているので、途切れない第一電極３１ａの内側であれば、完全溶融に近い状態の半田３４を、該第一電極３１ａで止めることができるので、第一及び第二電極３１ａ，３２ａ間のギャップ３３上で、完全溶融に近い状態の半田３４を安定させることができる。
これにより、通常の半田３４で、他の電気部品の半田付けと同時に、自動半田付け装置などで容易に温度ヒューズ３０を形成することができる。
【００７３】
また、ＰＴＣ素子２０の異常過熱時には、完全溶融した半田３４が、第一及び第二電極３１ａ，３２ａにそれぞれ分離して、一と他の導体パターン３１，３２の導通が遮断されるので、ヒューズとしての信頼性も高い。
【００７４】
一方、本実施形態に係る電気回路の安全装置の製造方法によれば、自動半田付け装置などにより、他の電気部品の接続と同じ半田３４で、かつ、他の電気部品の半田付けと同時に、温度ヒューズ３０を容易に形成することができ、従来のような特殊な製造工程を一切必要とせず、電気回路の安全装置を安価に製造することができる。
【００７５】
次に、本発明の第二実施形態に係る電気回路の安全装置について説明する。
図６は本発明の第二実施形態に係る電気回路の安全装置を示す断面図である。
図７は上記電気回路の安全装置における温度ヒューズの導体パターンを示す説明図である。
【００７６】
これら図面において、本実施形態の電気回路の安全装置２では、回路基板１０の裏面１０Ｂに、ＰＴＣ素子２０に接続された一の導体パターン５１の第一電極５１ａと、該第一電極５１ａとギャップ５３により絶縁された他の導体パターン５２の第二電極５２ａとが形成してある。
【００７７】
そして、これら第一及び第二電極５１ａ，５２ａ間のギャップ５３に孔１１を穿設するとともに、該孔１１に電気部品６０のリード６１を挿通し、該リード６１とともに、第一及び第二電極５１ａ，５２ａを半田５４で橋絡させ、温度ヒューズ５０を形成した構成としてある。
【００７８】
このような構成によれば、第一及び第二電極５１ａ，５２ａを橋絡させる半田５４が、電気部品６０のリード６１に付着するので、これら第一及び第二電極５１ａ，５２ａ間に半田５４が乗りやすくなる。
これにより、通常の半田５４で、電気部品６０の半田付けと同時に、自動半田付け装置などで容易に温度ヒューズ５０を形成することができる。
【００７９】
また、独立した温度ヒューズ（例えば、第一実施形態における温度ヒューズ３０）を設ける必要がなくなり、回路基板１０全体としての半田付け箇所が減少し、作業性及び信頼性の向上を図ることができる。
【００８０】
さらに、回路基板１０の両面１０Ａ，１０Ｂを利用する第一実施形態の電気回路の安全装置１における温度ヒューズ３０（図１参照）に対して、本実施形態のの電気回路の安全装置２では、回路基板１０の片面１０Ｂのみで温度ヒューズ５０を形成することができ、回路基板１０の簡単化を図ることができる。
【００８１】
次に、本発明の第三実施形態に係る電気回路の安全装置について説明する。
図８は本発明の第三実施形態に係る電気回路の安全装置を示す断面図である。
これら図面において、本実施形態の電気回路の安全装置３は、第一実施形態に係る電気回路の安全装置１（図１参照）、及び、第二実施形態に係る電気回路の安全装置２をさらに発展的に改良したものである。
【００８２】
要約すれば、第一実施形態における温度ヒューズ３０に類似した構成の温度ヒューズ７０を、ＰＴＣ素子２０のリード２１を挿通するための孔１１の周囲に形成したことを特徴としている。
【００８３】
具体的に、回路基板１０の裏面における孔１１の周縁には、ＰＴＣ素子２０のリード２１に接続されるランド状の第一電極７１ａ（＝一の導体パターン７１）が形成してある。
そして、該ランド状の第一電極７１ａを、他の導体パターン７２の第二電極７２ａにより、ギャップ７３をあけて途切れなく包囲した構成となっている。
なお、これら第一及び第二電極７１ａ，７２ａと孔１１の外観は、第一実施形態の図５（ａ）と全く同一である。
【００８４】
これら第一及び第二電極７１ａ，７２ａを、孔１１に挿通したＰＴＣ素子２０のリード２１とともに半田７４で橋絡させることにより、温度ヒューズ７０が形成される。
【００８５】
このような構成によれば、ＰＴＣ素子２０の熱が、そのリード２１を伝わって直接、温度ヒューズ７０に作用するので、第一及び第二実施形態の電気回路の安全装置１，２における温度ヒューズ３０，５０と比較して、ＰＴＣ素子２０の異常加熱時に、温度ヒューズ７０をより迅速に動作させることができる。
【００８６】
また、第一及び第二電極７１ａ，７２ａを橋絡させる半田７４が、ＰＴＣ素子２０のリード２１に付着するので、第一及び第二実施形態の電気回路の安全装置１，２における温度ヒューズ３０，５０と比較して、これら第一及び第二電極７１ａ，７２ａ間に半田７４がさらに乗りやすくなる。
【００８７】
さらに、第二実施形態に係る電気回路の安全装置２と同様、回路基板１０全体としての半田付け箇所を減少させ、作業性及び信頼性の向上を図ることができるとともに、回路基板１０の片面１０Ｂのみで温度ヒューズ７０を形成することが可能となり、回路基板１０の簡単化を図ることができる。
【００８８】
なお、本発明の電気回路の安全装置は、上述した各実施形態に限定されるものではない。
【００８９】
まず、第一の保護手段である過電流保護素子は、上述したＰＴＣ素子２０に限らず、電気回路に過電流が流れたときに発熱して抵抗を増大させ、過電流を減少又は遮断するものであれば、他の素子、例えば、バリスタやアルミ電解コンデンサ等であってもよい。
【００９０】
また、上述した第二実施形態に係る電気回路の安全装置２における温度ヒューズ５０（図６参照）を、そのまま第三実施形態に係る電気回路の安全装置３の温度ヒューズ７０（図８参照）に置き換えることができ、また、その逆も可能である。
【００９１】
図９〜図１０は本発明の第四実施形態に係る電気回路の安全装置を示す断面図である。前記の実施形態におけるＰＴＣ素子２０（図１）や電気部品６０（図２）等は図示を省略している。
【００９２】
この電気回路の安全装置４は、図９の如く、回路基板８０に設けたスルーホール８１内に半田８２を装填し、スルーホール８１の一方の開口８１ａ側において半田８２に凹部８３を形成し、スルーホール８１の他方の開口８１ｂ側において半田８２に凸部８４を形成して、図１０の如く、半田８２の溶融時に凸部８２側が凹部８３（図９）に向けてスルーホール８１内に流入し、凸部８４側が引くことにより、回路基板８０の第一電極８５と第二電極８６との半田接続を解除するようにした温度ヒューズ８８（図９）を備えるものである。
【００９３】
図９において、回路基板８０は部品装着面８０Ａ側を上向きにして水平に配置されている。部品とはＰＴＣ素子２０（図１）や電気部品６０（図２）等を言う。スルーホール８１は垂直に位置し、スルーホール８１内の半田８２は溶融時に重力によって下側に凸部８４を形成させ、上側に凹部８３を形成させる。凸部８４は大径な湾曲面８４ａを有し、凹部８３は小径な湾曲面８３ａを有する。各湾曲面８３ａ，８４ａは球面状のものであり、溶融時の半田８２の表面張力によって発生する。スルーホール８１内は内周側の導体部８９によって半田８２の濡れ性が良好であり、半田８２の移動性が良い。
【００９４】
スルーホール８１内の導体部８９は回路基板８０の半田面８０Ｂ側（下面側）においてスルーホール８１の開口縁の第二電極８６に続き、第二電極８６の外側に細幅のギャップ８７を介して第一電極８５が形成されている。第一電極８５は第一の導体パターン９０に続き、第二電極８６は部品装着面側の短い露出導体部９６を経て第二の導体パターン９１に続いている。各電極８５，８６とギャップ８７とは図５の実施形態で示した如く環状のものである。
【００９５】
回路基板８０の部品装着面側において第二の（他の）導体パターン９１上に半田レジスト膜９２が形成され、半田面側において第一の（一の）導体パターン９０上に半田レジスト膜９３が形成されている。部品装着面側の半田レジスト膜（以下単にレジスト膜と言う）９２はスルーホール８１の一方の開口８１ａの直近まで延長され、半田面側のレジスト膜９３はスルーホール８１の他方の開口８１ｂからやや遠く離れてギャップ８５の外側に位置している。すなわち部品装着面側のレジスト膜９２の端部９２ａよりも半田面側のレジスト膜９３の端部９３ａがスルーホール８１から径方向に遠く離れている。
【００９６】
これにより、半田８２の下側の凸部８４がギャップ８５を乗り越えて大きな径でレジスト膜９３の端部９３ａまで拡がっている。半田８２はその表面張力によって狭いギャップ８７内に侵入することがない。例え侵入しても、絶縁性の基板本体９５の表面は半田８２に対する濡れ性（接合性）が悪いから、溶融した半田８２はギャップ８７から容易に離脱する。半田８２がギャップ８７を越えて第一電極８５と第二電極８６とを接続することで温度ヒューズ８８が構成されている。半田８２の上側の凹部８３はその上端がスルーホール８１の開口端に位置しており、開口８１ａよりも高くは突出していない。
【００９７】
半田８２は例えば噴流半田付けによってスルーホール８１内に充填される。噴流半田付けとは、フロー炉内において溶融した半田８２を噴水のように吹き上げて、その中に回路基板８０を移動させつつ、溶融した半田８２に回路基板８０の表面を接触させることで、半田８２を回路基板８０の各金属導体部に付着させる方法であり、この際にスルーホール８１内の導体部８９の濡れ性でスルーホール８１内に半田が吸い上げられて充填される。噴流半田付け工程でＰＴＣ素子２０（図１）等の部品も同時に回路基板８０に半田付けされる。
【００９８】
噴流半田付けにおいて、スルーホール８１の内径Ｄ₁が回路基板８０の板厚Ｔ₁よりも小さい場合には、スルーホール内に入った半田の表面張力で図９のような凹部８３が形成されず、逆に図１０の膨出部９７のように突出してしまう。従って、スルーホール８１の内径（厳密にはスルーホール内の導体部８９の内径）Ｄは回路基板８０の板厚（厳密にはレジスト膜を含む板厚）Ｔ₁よりも大きく設定される。これは、図９の製造工程で、溶融した半田８２の表面張力に打ち勝って、半田８２の自重で上側に凹部８３、下側に凸部８４を十分に大きく形成するために必要な条件である。スルーホール８１の内径Ｄ₁が回路基板８０の板厚Ｔ₁よりも小さな場合は、半田８２の表面張力によって上側の凹部８３と下側の凸部８４とができ難くなる。この状態では、異常時の発熱により半田８２が溶融しても、回路（導体パターン９０，９１がオープンとなり難い。また、スルーホール８１の内径Ｄ₁を回路基板８０の板厚Ｔ₁よりも大きく設定することで、図１０において異常高温で溶融した半田８２がスルーホール８１内に引き込まれやすくなり、回路遮断速度がアップする。
【００９９】
図９の如く回路基板８０を水平にした状態で温度ヒューズ８８を形成し、図１０の如く回路基板８０を垂直にした状態で温度ヒューズ８８（図９）を使用する。図１０は、回路基板８０上のＰＴＣ素子２０（図１）が異常高温になって半田８２が溶融し、各導体パターン９０，９１の各電極８５，８６の接続部が開いた（各電極８５，８６の接続が解除された）状態を示すものである。
【０１００】
すなわち、図９の凹部８３と凸部８４を有する半田８２が溶融することで、凹部８３内に凸部８４側の半田８２が吸われるように流入し、図１０の如く凸部８４が小径化して、凸部８４の裾部８４ｂが第一電極８５から内向きに離れてギャップ８７を越えて第二電極８６側に移動する。これにより、半田８２が第一電極側と第二電極側に分離し、両電極８５，８６の接続が解除され、両導体パターン（回路）９０，９１がギャップ８７を介して遮断される。凹部８３（図９）は凸部８４側の半田８２の流入によって外側にやや膨出する。この膨出部９７の端部９７ａはレジスト膜９２の端部に接して停止する。
【０１０１】
なお、温度ヒューズ８８（図９）の使用状態は回路基板８０を垂直（縦置き）にした場合に限らず、例えば回路基板８０を上下反転させて、図９の半田８２の凹部８３を下側にし、凸部８４を上側にして使用することも可能である（図示せず）。
【０１０２】
この場合はスルーホール８１が垂直に位置するから、図１０の場合に較べて、溶融した半田８２が自重で凹部８３側に流入しやすく、回路の遮断が一層迅速且つ確実に行われる。上側の凸部８２側に両電極間のギャップ８７が位置することは言うまでもない。なお、回路基板８０を斜めに傾けて使用することも可能である。その場合も回路基板８０の上側に半田８２の凸部８４と両電極間のギャップ８７が位置することは言うまでもない。
【０１０３】
図１１〜図１２は本発明の第五実施形態に係る電気回路の安全装置を示す断面図である。第四実施形態と同一の構成部分には同一の符号を用いて詳細な説明を省略する。
【０１０４】
この安全装置５は、図９の第四実施形態と同様に、図１１の回路基板９８の水平状態で、半田８２の上側に凹部８３、下側に凸部８４をそれぞれ形成して温度ヒューズ８８を構成したものであるが、第四実施形態に較べて凹部８３側の回路基板９８の表面のレジスト膜９９を大きく後退させて、レジスト膜９９の端部９９ａ間の距離Ｄ₂を大きく設定し、すなわち部品装着面側の導体部１００を大きく露出させて、ランド状の露出導体部１００の外径Ｄ₂を大きく設定したことを特徴とするものである。その他の構成は第四実施形態と同様である。
【０１０５】
図１１において回路基板９８の下側の半田面側のレジスト膜９３は第四実施形態と同様にスルーホール８１から大きく離間し、上側のレジスト膜９９の端部９９ａよりもスルーホール８１の径方向に若干大きく後退している。下側のレジスト膜９３のない部分に第一電極８５とギャップ８７と第二電極８６とが環状に位置している。スルーホール８１内の導体部８９に続くランド状の第二電極８６の外径Ｄ₃に較べて前記部品装着面側の露出導体部１００の外径Ｄ₂が大きく設定されている。
【０１０６】
半田８２の凹部８３はスルーホール８１の上側の開口８１ａ内に位置し、凸部８４は下側の開口８１ｂから大きくはみ出して（突出して）半田面側のレジスト膜９３の端部９３ａに接して位置している。第四実施形態と同様にスルーホール８１の内径は回路基板９８の板厚Ｔ₂よりも大きい。
【０１０７】
図１２の如く回路基板９８を垂直に立てた状態で、異常高温により半田８２が溶融した際に、半田８２の凸部８４が図１１の凹部８３側に吸い寄せられるように移動しつつ、広いランド状の露出導体部１００に吸引されて、スルーホール８１の開口８１ａ側に半田８２が積極的に膨出する。これは、露出導体部１００が半田８２の濡れ性に優れているからに他ならない。
【０１０８】
図１０（第四実施形態）の場合は、小径な露出導体部９６に続くレジスト膜９２で半田８２が直ぐに停止してしまうが、本実施形態により、部品装着面側への半田８２の流出量が増し、両電極８５，８６の接続の解除が一層確実に行われる。第四実施形態に較べて半田８２の使用量が同じであれば、両電極間のギャップ８７の位置をスルーホール８１に一層近づけることも可能となる。また、半田８２の凸部８４を十分に大きく形成して、両電極８５，８６を大きな面積で確実に接続させることも可能となり、その場合でも迅速で確実な回路の遮断が行われる。
【０１０９】
回路基板９８の使用形態は図１１に対して上下反転させてもよく、あるいは傾斜させて用いてもよいことは第四実施形態と同様である。これら、いずれの使用形態においても、溶融した半田８２がランド状の露出導体部１００に積極的に吸引されることで、半田８２の移動速度が速くなり、一層迅速で確実な回路の遮断が可能となる。但し、図１１の凹部８３を上向きにした状態での使用は不可能であり、これは第四実施形態でも同様である。
【０１１０】
上記図９〜図１２で示した各実施形態において、回路基板８０，９８を水平にセットし、垂直方向のスルーホール８１内に溶融した半田８２を装填し、半田８２の自重で上側に凹部８３、下側に凸部８４をそれぞれ形成し、凸部８４の裾部８４ｂを、両電極間のギャップ８７を跨いで両電極８５，８６に接続させる構成は、電気回路の安全装置の製造方法としても有効である。
【０１１１】
この方法によれば、半田８２の自重を利用して、凹部８３と凸部８４を簡単且つ確実に形成できると共に、下側（半田面側）の両電極８５，８６に半田８２を積極的に吸着させて両電極８５，８６の電気的接続性を向上させることができる。
【０１１２】
図９〜図１２の第四，第五実施形態によれば、第一〜第三実施形態における請求項２記載の発明に較べて、異常高温時にレジスト膜４０（図１）が劣化して剥離することとは無関係に、半田８２の溶融が発生した時点で両電極８５，８６の接続が解除され、回路が遮断されるから、温度ヒューズ８８としての信頼性が更に向上する。すなわち、請求項２記載の発明においては、レジスト膜４０（図１）が剥離してレジスト膜４０と回路基板１０の導体部３１（図１）との間に半田３４が吸い込まれ、それにより両電極３１ａ，３２ａへの半田３４の分離が促進されたが、第四，第五実施形態によれば、レジスト膜９３の剥離を待つことなく、半田８２の溶融と同時にスルーホール８１内に半田８２が吸引されて迅速に両電極８５，８６の接続が解除される。
【０１１３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電気回路の安全装置によれば、第一の保護手段である過電流保護素子が異常過熱した場合、第二の保護手段である温度ヒューズによって確実な事故防止を図ることができ、また、過電流保護素子の異常加熱時に該温度ヒューズを迅速に動作させることができる。
一方、本発明の電気回路の安全装置の製造方法によれば、前記温度ヒューズを自動半田付け装置などで容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る電気回路の安全装置を示す断面図である。
【図２】上記電気回路の安全装置を示すものであり、同図（ａ）は正面図，同図（ｂ）は背面図である。
【図３】上記電気回路の安全装置を構成する回路基板のみの断面図である。
【図４】上記回路基板のみを示すものであり、同図（ａ）は正面図，同図（ｂ）は背面図である。
【図５】同図（ａ），（ｂ），（ｃ）は上記電気回路の安全装置を構成する温度ヒューズの動作状態を示す正面図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る電気回路の安全装置を示す断面図である。
【図７】上記電気回路の安全装置における温度ヒューズの導体パターンを示す説明図である。
【図８】本発明の第三実施形態に係る電気回路の安全装置を示す断面図である。
【図９】本発明の第四実施形態に係る電気回路の安全装置を示す断面図である。
【図１０】上記電気回路の安全装置を構成する温度ヒューズの動作状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の第五実施形態に係る電気回路の安全装置を示す断面図である。
【図１２】上記電気回路の安全装置を構成する温度ヒューズの動作状態を示す断面図である。
【図１３】従来のＰＴＣ素子を利用した電気回路の安全装置を示す外観図である。
【図１４】同図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、従来の電圧依存型バリスタを用いた電気回路の安全装置の構成及び動作を示す説明図である。
【図１５】同図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、従来の温度ヒューズの構成及び動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１，２，３，４，５電気回路の安全装置
１０，８０，９８回路基板
１０Ａ表面（一面）
１０Ｂ裏面（他面）
１１孔
２０ＰＴＣ素子（過電流保護素子）
２１，６１リード
３０，５０，７０，８８温度ヒューズ
３１，５１，７１，９０一の導体パターン
３１ａ，５１ａ，７１ａ，８５第一電極
３２，５２，７２，９１他の導体パターン
３２ａ，５２ａ，７２ａ，８６第二電極
３２ｂ，８１スルーホール
３３，５３，７３，８７ギャップ
３４，５４，７４，８２半田
４０，９２，９３，９９レジスト膜
６０電気部品
８３凹部
８４凸部
１００露出導体部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a safety device for an electric circuit for preventing an accident due to an overcurrent of the electric circuit and a method for manufacturing the same, and in particular, when an overcurrent protection element as a first protection means abnormally overheats, the second protection The present invention relates to a safety device for an electric circuit that reliably prevents accidents by means of a thermal fuse as a means, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
An electric circuit such as a power supply box mounted on an electric vehicle is provided with an overcurrent protection element for preventing accidents due to overcurrent.
For example, PTC (Positive Temperture Coefficient) elements, varistors, aluminum electrolytic capacitors, etc. are used as overcurrent protection elements, all of which generate heat when overcurrent flows, increasing resistance and reducing overcurrent. Or it is cut off to keep the electrical circuit safe.
[0003]
However, if the overcurrent continues to flow and the overcurrent protection element overheats abnormally, if this state is left as it is, the overcurrent protection element may ignite and cause a vehicle fire.
In view of this, various measures have conventionally been proposed to cope with abnormal overheating of the overcurrent protection element.
[0004]
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 8-250304, as shown in FIG. 13, the safety of an electric circuit in which one of a pair of leads 112 and 113 soldered to a PTC element 111 is provided with a spring property in a direction away from the PTC element 111. An apparatus 110 has been proposed.
[0005]
According to such a configuration, when the PTC element 111 is abnormally overheated due to overcurrent, the solder melts and one lead 112 jumps up and separates from the PTC element 111. Thereby, the overcurrent flowing through the electric circuit is interrupted.
[0006]
In Japanese Utility Model Laid-Open No. 1-129744, as shown in FIG. 14A, an electric circuit safety device 120 using a voltage-dependent varistor (hereinafter referred to as ZNR) 121 is proposed.
The electrical circuit safety device 120 bends the lead 122 of the ZNR 121 at a right angle, and solders the lead 122 to one and other conductor patterns 123 and 124 that are separated and insulated on the circuit board. The conductor patterns 123 and 124 are electrically connected.
[0007]
According to such a configuration, as shown in FIGS. 14A to 14C, when the ZNR 121 is abnormally overheated due to overcurrent, the solder for fixing the lead 122 is melted, and the ZNR 121 falls off by its own weight, The conduction between one and the other conductor patterns 123 and 124 is cut off. Thereby, the overcurrent flowing through the electric circuit is also cut off.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional safety devices 110 and 120 for each electric circuit described above can prevent accidents due to abnormal overheating of the overcurrent protection elements, but have the following problems.
[0009]
The electric circuit safety device 110 shown in FIG. 13 must be soldered against the elastic force of the leads 112, requiring time and labor for the soldering operation, and easily manufactured by an automatic soldering device or the like. There was a problem that could not be done.
[0010]
In the electrical circuit safety device 120 shown in FIG. 14, the ZNR 121 must be soldered so as to fall off due to its own weight in the event of abnormal overheating, and similarly to the above, the soldering work takes time and effort, There is a problem that it cannot be easily manufactured by an automatic soldering apparatus or the like.
[0011]
Therefore, as a result of intensive studies by the present inventors, a thermal fuse is provided in the vicinity of the overcurrent protection element, and abnormal electrical overheating of the overcurrent protection element is detected by the thermal fuse and the electric circuit is shut off. It came to the technical idea of good.
[0012]
Here, a general thermal fuse will be described with reference to FIGS. 15 (a), 15 (b), and 15 (c).
As shown in FIG. 15A, the circuit board 131 is formed with one conductor pattern 132 and another conductor pattern 133. The electrodes 132a and 133a of these one and other conductor patterns 132 and 133 are Insulating with a gap (interval) 134. Then, as shown in FIG. 15B, these electrodes 132a and 133a are bridged with solder 135 (connected and connected so as to bridge the bridge) to form a thermal fuse 130.
[0013]
According to such a configuration, when the ambient temperature around one or other conductor patterns 132 and 133 and the solder 135 becomes high, the solder 135 is completely melted.
Then, as shown in FIG. 15C, the solder 135 is repelled by the surface of the substrate that is difficult to get wet in the gap 134, and is separated to the respective electrodes 132a and 133a that are easily wetted by the surface tension.
As a result, the conduction between one and the other conductor patterns 132 and 133 is interrupted, and an accident due to abnormal overheating of the electric circuit is prevented.
[0014]
However, in the above-described conventional thermal fuse 130, when forming the thermal fuse 130, it is necessary to place the solder 135 in a state close to complete melting and place it between the electrodes 132a and 133a. However, it is very difficult to place the solder 135 in a state close to complete melting between the electrodes 132a and 133a.
For this reason, there has been a problem that the thermal fuse 130 cannot be easily formed by an automatic soldering apparatus or the like simultaneously with soldering of other electrical components.
[0015]
As shown in FIG. 15A, such a problem is caused because the gap 134 between the electrodes 132a and 133a continues in the direction of the arrow in the drawing. In other words, the solder 135 melted in the direction of the arrow in the drawing. This is probably because the melted solder 135 is difficult to stabilize on the substrate surface in the gap 134 because there is no electrode for stopping the solder.
[0016]
However, the property that the melted solder 135 is easily separated into the electrodes 132a and 133a contributes to reliability as a fuse when the electric circuit is abnormally overheated. Therefore, the melted solder 135 is melted only when the temperature fuse 130 is formed. It is necessary to prevent the solder 135 from being separated into the electrodes 132a and 133a.
[0017]
In order to solve the above-mentioned problem, Japanese Patent Laid-Open No. 4-56028 discloses a porous solder layer in which gaps between solder particles remain between electrodes of one and other circuit patterns that are separated and insulated on a circuit board. A thermal fuse that has been bridged in is proposed.
[0018]
However, in order to form a porous solder layer, a special process such as printing a solder cream on the circuit board and then semi-melting the solder cream must be performed. At the same time, there is a problem that a thermal fuse cannot be easily formed by an automatic soldering apparatus or the like.
[0019]
The present invention has been made in view of the above problems, and when the overcurrent protection element as the first protection means abnormally overheats, the accident prevention is surely prevented by the temperature fuse as the second protection means. And an electrical circuit safety device that can quickly operate the thermal fuse during abnormal heating of the overcurrent protection element, and that can be easily formed by an automatic soldering device or the like. It aims at providing the manufacturing method.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a safety device for an electric circuit according to claim 1 comprises: Mounted on a circuit board, An overcurrent protection element that protects an electric circuit from an overcurrent, and that generates heat when the overcurrent flows through the electric circuit to increase resistance and reduce or cut off the overcurrent; Near current protection element In the circuit board A second protection means provided, connected to the overcurrent protection element; On circuit board surface The first electrode of one conductor pattern, insulated from the first electrode by a gap On the circuit board surface Bridge the second electrode of the other conductor pattern, these first and second electrodes, On the circuit board surface A temperature fuse made of solder that is melted by heat from the overcurrent protection element and separated into the first and second electrode sides is provided.
[0021]
According to such a configuration, when the overcurrent protection element is abnormally overheated due to overcurrent, the thermal fuse is operated by the heat and the electric circuit is interrupted.
Thereby, accidents such as a vehicle fire due to abnormal overheating of the overcurrent protection element can be reliably prevented.
[0022]
Preferably, the resist film around the thermal fuse is peeled off by heat from the overcurrent protection element as in the electrical circuit safety device according to claim 2.
[0023]
According to such a configuration, when the solder forming the thermal fuse is melted, the solder is sucked between the peeled resist film and the substrate surface, and one and the other conductor patterns can be cut off more quickly.
As a result, the thermal fuse can be quickly operated when the overcurrent protection element is abnormally overheated, and more reliable accident prevention can be achieved.
[0024]
Preferably, when the circuit board on which the overcurrent protection element and the thermal fuse are mounted is installed vertically as in the electrical circuit safety device according to claim 3, the thermal fuse is substantially the same as the overcurrent protection element. It is the same or the structure made to be located above the said overcurrent protection element.
[0025]
According to such a configuration, the heat conduction from the overcurrent protection element to the thermal fuse is good due to the relationship between the overcurrent protection element as a heat source and the thermal fuse.
That is, when the thermal fuse is provided at almost the same position as the overcurrent protection element, the heat of the overcurrent protection element is directly transmitted to the thermal fuse, and when the thermal fuse is provided above the overcurrent protection element, it is low. The heat of the overcurrent protection element at the position is efficiently transferred to the thermal fuse at the high position.
Further, by arranging the circuit boards vertically, the solder melted by the heat of the overcurrent protection element actively flows downward under its own weight.
As a result, when the overcurrent protection element is abnormally overheated, one and the other conductor patterns can be cut off more quickly, that is, the temperature fuse can be operated quickly, and more reliable accident prevention can be achieved. .
[0026]
Preferably, as in the electrical circuit safety device according to claim 4, a hole is formed in the gap between the first and second electrodes forming the thermal fuse, and a lead of the electrical component is inserted into the hole. The first and second electrodes are bridged with solder together with the lead.
[0027]
According to such a configuration, the solder for bridging the first and second electrodes adheres to the lead of the electrical component, so that it is easy to get the solder between these first and second electrodes, Simultaneously with soldering of other electrical components, a thermal fuse can be easily formed by an automatic soldering apparatus or the like.
[0028]
In addition, it is not necessary to provide an independent temperature fuse, the number of soldering points as the entire circuit board is reduced, and workability and reliability can be improved.
[0029]
Preferably, as in the electrical circuit safety device according to claim 5, the electrical component is configured to be the overcurrent protection element.
[0030]
According to such a configuration, the heat of the overcurrent protection element is directly transmitted to the lead and acts on the temperature fuse, so that the temperature fuse can be operated more quickly when the overcurrent protection element is abnormally heated.
[0031]
Preferably, as in the electrical circuit safety device according to claim 6, the other conductor pattern forming the thermal fuse is formed on one surface of the circuit board, and the other conductor pattern is passed through the through hole. The second electrode in a land shape formed on the other surface of the circuit board, and the second surface of the circuit board is surrounded by the first electrode without gaps, The first and second electrodes are configured to be bridged with solder.
[0032]
According to such a configuration, if the inner side of the first electrode is not interrupted, the solder in a state close to complete melting can be stopped by the first electrode, and therefore, on the gap between the first and second electrodes. The solder in a state close to complete melting can be stabilized.
As a result, the thermal fuse can be easily formed with an automatic soldering apparatus or the like simultaneously with the soldering of other electrical components with normal solder.
[0033]
In addition, when the overcurrent protection element is abnormally overheated, the completely melted solder is separated into the first and second electrodes, and the conduction between one and the other conductor pattern is cut off, so the reliability as a fuse is high. .
[0034]
Preferably, as in the safety device for an electric circuit according to claim 7, the second electrode forming the thermal fuse is formed in a land shape formed on a peripheral edge of a hole for inserting a lead of an electric component, and The two electrodes are surrounded by the first electrode without gaps, and the first and second electrodes are bridged with solder together with the lead of the electrical component inserted through the hole.
[0035]
According to such a configuration, the solder for bridging the first and second electrodes adheres to the lead of the electrical component. Therefore, compared with the thermal fuse in the safety device for the electrical circuit according to claim 6, It becomes easier to get solder between the first and second electrodes.
[0036]
Further, in the electrical circuit safety device according to claim 7, in the electrical circuit safety device according to claim 7, the thermal fuse is formed only on one side of the circuit board. The circuit board can be simplified.
[0037]
Preferably, as in the safety device for an electric circuit according to claim 8, the first electrode forming the thermal fuse is formed in a land shape formed on a peripheral edge of a hole for inserting the lead of the overcurrent protection element. The first electrode is surrounded by the second electrode without gaps, and the first and second electrodes are bridged with solder together with the lead of the overcurrent protection element inserted through the hole, and To do.
[0038]
According to such a configuration, since the heat of the overcurrent protection element is directly transmitted to the thermal fuse through the lead, it is compared with the thermal fuse in the electrical circuit safety device according to claims 6 and 7. When the overcurrent protection element is abnormally heated, the thermal fuse can be operated more quickly.
[0039]
Preferably, the overcurrent protection element is a PTC element as in the electrical circuit safety device according to claim 9.
[0040]
A PTC element, particularly a low resistance type PTC element, is an overcurrent protection element suitable for an electric circuit such as a power supply box mounted on an electric vehicle, and the PTC element is an electric circuit according to any one of claims 1 to 8. The safety device for an electric circuit according to the present invention can be made particularly suitable for an electric vehicle by using it as an overcurrent protection element constituting the safety device.
[0041]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a safety device for an electric circuit according to claim 10 is the method for manufacturing a safety device for an electric circuit according to any one of claims 4 to 8, wherein the overcurrent protection element is provided. Including a device for automatically soldering the electrical components on the circuit board including the soldering of the electrical components, and simultaneously bridging the first and second electrodes with solder to form the thermal fuse. is there.
[0042]
According to such a method, an automatic soldering apparatus or the like can easily form a thermal fuse with the same solder as the connection of other electrical components and simultaneously with the soldering of other electrical components. No special manufacturing process such as that described above is required, and a safety device for an electric circuit can be manufactured at low cost.
[0043]
Further, as in the electrical circuit safety device according to claim 11, solder is loaded into the through hole of the circuit board, and the solder has a concave portion on one opening side of the through hole and a convex portion on the other opening side. It is also effective that the convex portion bridges the first electrode and the second electrode.
[0044]
With this configuration, when the solder melts at an abnormally high temperature, the convex portion of the solder moves (withdrawn) into the through hole toward the concave portion, and the connection between both electrodes is quickly and reliably released. The
[0045]
Preferably, the inner diameter of the through hole is set larger than the plate thickness of the circuit board.
With such a configuration, the speed at which the solder protrusion is drawn into the through hole is increased, and the circuit can be cut off more quickly. Further, at the time of manufacture, the concave portion and the convex portion are easily and reliably formed by the weight of the molten solder.
[0046]
Preferably, as in the electrical circuit safety device according to claim 13, the outer diameter of the exposed conductor portion of the circuit board on the recess side is set to be larger than at least the outer diameter of the second electrode near the through hole. .
[0047]
With such a configuration, when the solder melted at an abnormally high temperature moves to the concave side, it is attracted to the exposed conductor portion with good wettability, and the moving speed of the solder is increased, the circuit breaking speed is increased, and the circuit The shut-off is further ensured.
Preferably, as in the safety device for an electric circuit according to claim 14, the circuit board is arranged vertically, or the circuit board is arranged with the convex portion facing up.
[0048]
By arranging the circuit board vertically, the solder melted at the time of abnormality is reliably sucked into the through hole. In addition, by arranging the circuit board with the convex part up, the convex part is quickly moved to the concave part side by the weight of the solder, the circuit interruption speed is increased and the circuit interruption is further ensured.
[0049]
The method for manufacturing an electrical circuit safety device according to claim 15 is the method for manufacturing an electrical circuit safety device according to any one of claims 11 to 14, wherein the circuit board is positioned horizontally, and the through-hole in the vertical direction is formed. A feature is that molten solder is loaded into the hole, and the concave portion and the convex portion are formed by the weight of the solder.
According to this method, the concave portion and the convex portion can be easily formed by the weight of the solder, and the manufacturing cost of the thermal fuse can be kept low.
[0050]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an electrical circuit safety device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0051]
FIG. 1 is a sectional view showing a safety device for an electric circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a safety device for the electric circuit, wherein FIG. 2 (a) is a front view and FIG. 2 (b) is a rear view.
FIG. 3 is a sectional view of only the circuit board constituting the safety device for the electric circuit.
FIG. 4 shows only the circuit board. FIG. 4A is a front view and FIG. 4B is a rear view.
FIGS. 5A, 5B, and 5C are front views showing the operating state of the thermal fuse constituting the safety device for the electric circuit.
[0052]
1 and FIGS. 2A and 2B, an electrical circuit safety device 1 according to this embodiment includes a PTC element (overcurrent protection element) 20 and a thermal fuse 30 provided close to a circuit board 10. It has become.
[0053]
The PTC element 20 is a first protection means for protecting the electric circuit from overcurrent, and plays a role of generating heat when the overcurrent flows through the electric circuit to increase resistance and reducing or blocking the overcurrent.
[0054]
Such a PTC element 20 has two conductors in which the leads 21 and 21 are inserted into the holes 11 and 11 formed in the circuit board 10 and the leads 21 and 21 are formed on the back surface (other surface) 10B of the circuit board 10. Each is soldered to an electrode of a pattern (one of which is a conductor pattern 31 described later).
[0055]
The thermal fuse 30 is a second protection means provided in the vicinity of the PTC element 20. In summary, the first fuse 31 of the one conductor pattern 31 connected to the PTC element 20 and the first The electrode 31 a and the second electrode 32 a of another conductor pattern 32 insulated by the gap 33 are bridged by a solder 34.
[0056]
Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2 (a), 2 (b), and FIGS. 3 and 4 (a) and 4 (b) corresponding to these drawings, one conductor pattern 31 has the above-described structure. The other conductive pattern 32 corresponding to this is formed on the front surface (one surface) 10 </ b> A of the circuit board 10.
The other conductor pattern 32 is connected to a land-like second electrode 32a formed on the back surface 10B of the circuit board 10 through a long hole-like through hole 32b.
[0057]
As shown in FIGS. 4B and 5A, the first electrode 31a of one conductor pattern 31 surrounds the second electrode 32a with a gap 33 therebetween.
When these first and second electrodes 31a and 32a are bridged with solder 34, a thermal fuse 30 is formed as shown in FIGS. 1, 2 (b) and 5 (b).
[0058]
Returning to FIG. 1, both surfaces 10A and 10B of the circuit board 10 are covered with a resist film 40 except for all the electrodes and lands including the first and second electrodes 31a and 32a. When the element 20 is abnormally overheated, the resist film 40 around the thermal fuse 30 is peeled off by the heat from the PTC element 20.
[0059]
As a configuration for removing the resist film 40 around the thermal fuse 30, first, the PTC element 20 and the thermal fuse 30 are connected to such an extent that the heat of the PTC element 20 at the time of abnormal overheating can be sufficiently transferred to the thermal fuse 30. It is necessary to provide them close to each other.
[0060]
In addition to this, it is necessary that the resist film 40 has such a strength that it can be peeled off by the heat of the PTC element 20 (generally about 1000 ° C.) during abnormal overheating.
As a result of experiments conducted by the inventors, the resist film 40 (peeling strength 1/2 with respect to heat of 300 ° C. or higher) used for a normal circuit board can be sufficiently peeled off.
[0061]
In FIG. 1, in this embodiment, the circuit is laid out so that the thermal fuse 30 is positioned above the PTC element 20 with the circuit board 10 installed vertically.
[0062]
Here, the manufacturing method of the electrical circuit safety device according to the present embodiment will be described. The electrical circuit safety device 1 is soldered to other electrical components on the circuit board 10 (not shown) by an automatic soldering device (not shown). At the same time forming.
[0063]
That is, all the electrical components including the PTC element 20 are mounted on the circuit board 10, and soldering of these electrical components and formation of the thermal fuse 30 (first and second) by, for example, a jet type automatic soldering apparatus. The electrodes 31a and 32a are bridged by the solder 34) at the same time.
[0064]
Next, the operation of the electrical circuit safety device 1 of the present embodiment having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. 1 and 5B and 5C.
In FIG. 1, when an overcurrent flows in the electric circuit, the PTC element 20 generates heat and increases the resistance, thereby reducing or blocking the overcurrent. As a result, the safety of the electric circuit is usually maintained.
[0065]
However, if overcurrent continues to flow thereafter and the PTC element 20 abnormally overheats, the heat from the PTC element 20 is transmitted to the temperature fuse 30 side via the lead 21 and the one conductor pattern 31.
The heat at this time is efficiently transferred from the PTC element 20 at the lower position on the circuit board 10 installed vertically to the temperature fuse 30 side at the higher position.
[0066]
When the heat from the PTC element 20 is transmitted to the thermal fuse 30, the solder 34 bridging the first and second electrodes 31a and 32a is completely melted and the resist film 40 around the thermal fuse 30 is heated. (See FIG. 5B).
In particular, the resist film 40 below the thermal fuse 30 near the PTC element 20 that is a heat source is remarkably peeled off.
[0067]
Then, as shown in FIG. 5C, a part (sometimes all) of the melted solder 34 is sucked between the peeled resist film 40 and the substrate surface, and at the same time, the substrate surface hardly wets in the gap 33. The remaining solder 34 is repelled.
In particular, since the circuit board 10 is installed vertically, the molten solder 34a actively flows downward due to its own weight between the resist film 40 peeled below the thermal fuse 30 and the substrate surface.
[0068]
As a result, the solder 34 bridging the first and second electrodes 31a and 32a is separated into the first and second electrodes 31a and 32a which are easily wetted. 32 conduction is interrupted.
[0069]
Such an electrical circuit safety device 1 of the present embodiment has the following excellent effects.
First, even when the PTC element 20 that is an overcurrent protection element is abnormally overheated due to overcurrent, the thermal fuse 30 is operated by the heat and the electric circuit is interrupted.
As a result, accidents such as a vehicle fire due to abnormal overheating of the PTC element 20 can be reliably prevented.
[0070]
Second, the PTC element 20 and the thermal fuse 30 are provided close to each other so that the resist film 40 around the thermal fuse 30 is peeled off when the PTC element 20 is abnormally overheated. Alternatively, the whole is sucked between the peeled resist film 40 and the substrate surface, so that one and the other conductor patterns 31 and 32 can be quickly cut off.
As a result, the thermal fuse 30 can be operated quickly when the PCT element 20 is abnormally overheated, and more reliable accident prevention can be achieved.
[0071]
Third, since the circuit board 10 is installed vertically and the thermal fuse 30 is positioned above the PTC element 20, heat conduction from the PTC element 20 as a heat source to the thermal fuse 30 is improved, and When the solder 34 forming the thermal fuse 30 is melted, the solder 34 actively flows downward by its own weight, and the lower resist film 40 is remarkably peeled. Can be cut off faster.
As a result, the thermal fuse 30 can be operated more quickly when the PTC element 20 is abnormally overheated, thereby further preventing accidents.
[0072]
Fourth, since the first electrode 31a forming the thermal fuse 30 surrounds the second electrode 32a with a gap 33 therebetween, if it is inside the uninterrupted first electrode 31a, it is close to complete melting. Since the solder 34 in a state can be stopped by the first electrode 31a, the solder 34 in a state close to complete melting can be stabilized on the gap 33 between the first and second electrodes 31a and 32a.
As a result, the thermal fuse 30 can be easily formed with an automatic soldering apparatus or the like simultaneously with the soldering of other electrical components with the normal solder 34.
[0073]
Further, when the PTC element 20 is abnormally overheated, the completely melted solder 34 is separated into the first and second electrodes 31a and 32a, and the conduction between the one and the other conductor patterns 31 and 32 is cut off. High reliability as well.
[0074]
On the other hand, according to the method for manufacturing a safety device for an electric circuit according to the present embodiment, the automatic soldering apparatus or the like uses the same solder 34 as the connection of other electric components and simultaneously with the soldering of other electric components, The thermal fuse 30 can be easily formed, no special manufacturing process as in the prior art is required, and a safety device for an electric circuit can be manufactured at low cost.
[0075]
Next, an electrical circuit safety device according to a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a sectional view showing a safety device for an electric circuit according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory view showing a conductor pattern of a thermal fuse in the safety device for the electric circuit.
[0076]
In these drawings, in the electrical circuit safety device 2 of the present embodiment, the first electrode 51a of one conductor pattern 51 connected to the PTC element 20 on the back surface 10B of the circuit board 10, and the first electrode 51a and the gap A second electrode 52 a of another conductor pattern 52 insulated by 53 is formed.
[0077]
Then, the hole 11 is formed in the gap 53 between the first and second electrodes 51 a and 52 a, and the lead 61 of the electric component 60 is inserted into the hole 11, together with the lead 61, the first and second electrodes The thermal fuse 50 is formed by bridging 51 a and 52 a with solder 54.
[0078]
According to such a configuration, the solder 54 that bridges the first and second electrodes 51a and 52a adheres to the lead 61 of the electrical component 60, and therefore, the solder 54 is interposed between the first and second electrodes 51a and 52a. Is easier to ride.
Accordingly, the thermal fuse 50 can be easily formed by the automatic soldering apparatus or the like simultaneously with the soldering of the electrical component 60 with the normal solder 54.
[0079]
Further, it is not necessary to provide an independent thermal fuse (for example, the thermal fuse 30 in the first embodiment), the number of soldering locations as the entire circuit board 10 is reduced, and workability and reliability can be improved.
[0080]
Furthermore, with respect to the thermal fuse 30 (see FIG. 1) in the electrical circuit safety device 1 of the first embodiment that uses both surfaces 10A and 10B of the circuit board 10, the electrical circuit safety device 2 of the present embodiment The thermal fuse 50 can be formed by only one side 10B of the circuit board 10, and the circuit board 10 can be simplified.
[0081]
Next, a safety device for an electric circuit according to a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a sectional view showing a safety device for an electric circuit according to the third embodiment of the present invention.
In these drawings, the electrical circuit safety device 3 according to the present embodiment further includes the electrical circuit safety device 1 according to the first embodiment (see FIG. 1) and the electrical circuit safety device 2 according to the second embodiment. It is a developmental improvement.
[0082]
In summary, the thermal fuse 70 having a configuration similar to the thermal fuse 30 in the first embodiment is formed around the hole 11 for inserting the lead 21 of the PTC element 20.
[0083]
Specifically, land-shaped first electrodes 71 a (= one conductor pattern 71) connected to the leads 21 of the PTC element 20 are formed on the periphery of the hole 11 on the back surface of the circuit board 10.
The land-shaped first electrode 71a is surrounded by the second electrode 72a of another conductor pattern 72 with a gap 73 therebetween.
In addition, the external appearance of these 1st and 2nd electrodes 71a and 72a and the hole 11 is completely the same as Fig.5 (a) of 1st embodiment.
[0084]
A thermal fuse 70 is formed by bridging the first and second electrodes 71 a and 72 a with the solder 74 together with the lead 21 of the PTC element 20 inserted through the hole 11.
[0085]
According to such a configuration, the heat of the PTC element 20 is transmitted to the lead 21 and directly acts on the thermal fuse 70. Therefore, the thermal fuse in the safety devices 1 and 2 of the electrical circuit according to the first and second embodiments. Compared with 30, 50, the thermal fuse 70 can be operated more quickly during abnormal heating of the PTC element 20.
[0086]
Further, since the solder 74 that bridges the first and second electrodes 71a and 72a adheres to the lead 21 of the PTC element 20, the thermal fuse 30 in the safety devices 1 and 2 of the electric circuit according to the first and second embodiments. , 50, the solder 74 is more easily placed between the first and second electrodes 71a, 72a.
[0087]
Furthermore, as with the electrical circuit safety device 2 according to the second embodiment, the number of soldered portions of the circuit board 10 as a whole can be reduced, and workability and reliability can be improved. It becomes possible to form the thermal fuse 70 only by this, and the circuit board 10 can be simplified.
[0088]
The electrical circuit safety device of the present invention is not limited to the above-described embodiments.
[0089]
First, the overcurrent protection element as the first protection means is not limited to the PTC element 20 described above, but generates heat when the overcurrent flows through the electric circuit to increase resistance and reduce or cut off the overcurrent. If so, another element such as a varistor or an aluminum electrolytic capacitor may be used.
[0090]
Further, the thermal fuse 50 (see FIG. 6) in the electrical circuit safety device 2 according to the second embodiment described above is directly used as the thermal fuse 70 (see FIG. 8) of the electrical circuit safety device 3 according to the third embodiment. It can be replaced and vice versa.
[0091]
9 to 10 are sectional views showing a safety device for an electric circuit according to a fourth embodiment of the present invention. The PTC element 20 (FIG. 1), the electrical component 60 (FIG. 2), etc. in the above embodiment are not shown.
[0092]
As shown in FIG. 9, the electrical circuit safety device 4 has a solder 82 loaded in a through hole 81 provided in a circuit board 80, and a recess 83 is formed in the solder 82 on one opening 81 a side of the through hole 81. A convex portion 84 is formed on the solder 82 on the other opening 81b side of the through hole 81, and the convex portion 82 flows into the through hole 81 toward the concave portion 83 (FIG. 9) when the solder 82 is melted as shown in FIG. Then, the temperature fuse 88 (FIG. 9) is provided so that the solder connection between the first electrode 85 and the second electrode 86 of the circuit board 80 is released by pulling the convex portion 84 side.
[0093]
In FIG. 9, the circuit board 80 is horizontally arranged with the component mounting surface 80A facing upward. The component refers to the PTC element 20 (FIG. 1), the electric component 60 (FIG. 2), and the like. The through hole 81 is positioned vertically, and the solder 82 in the through hole 81 forms a convex portion 84 on the lower side and a concave portion 83 on the upper side by gravity when melted. The convex portion 84 has a large-diameter curved surface 84a, and the concave portion 83 has a small-diameter curved surface 83a. The curved surfaces 83a and 84a are spherical and are generated by the surface tension of the solder 82 when melted. In the through hole 81, the solder portion 82 has good wettability due to the conductor portion 89 on the inner peripheral side, and the mobility of the solder 82 is good.
[0094]
The conductor portion 89 in the through hole 81 is connected to the second electrode 86 at the opening edge of the through hole 81 on the solder surface 80B side (lower surface side) of the circuit board 80, and a narrow gap 87 outside the second electrode 86. The first electrode 85 is formed. The first electrode 85 continues to the first conductor pattern 90, and the second electrode 86 continues to the second conductor pattern 91 via the short exposed conductor portion 96 on the component mounting surface side. Each of the electrodes 85 and 86 and the gap 87 are annular as shown in the embodiment of FIG.
[0095]
A solder resist film 92 is formed on the second (other) conductor pattern 91 on the component mounting surface side of the circuit board 80, and a solder resist film 93 is formed on the first (one) conductor pattern 90 on the solder surface side. Is formed. A solder resist film (hereinafter simply referred to as a resist film) 92 on the component mounting surface side is extended to a position close to one opening 81 a of the through hole 81, and a resist film 93 on the solder surface side is slightly from the other opening 81 b of the through hole 81. It is located far away from the gap 85. That is, the end portion 93a of the resist film 93 on the solder surface side is farther away from the through hole 81 in the radial direction than the end portion 92a of the resist film 92 on the component mounting surface side.
[0096]
As a result, the convex portion 84 on the lower side of the solder 82 gets over the gap 85 and extends to the end portion 93a of the resist film 93 with a large diameter. The solder 82 does not enter the narrow gap 87 due to its surface tension. Even if it enters, the surface of the insulating substrate main body 95 has poor wettability (bondability) with respect to the solder 82, so that the molten solder 82 is easily separated from the gap 87. The thermal fuse 88 is configured by the solder 82 connecting the first electrode 85 and the second electrode 86 across the gap 87. The upper end of the recess 83 on the solder 82 is positioned at the opening end of the through hole 81 and does not protrude higher than the opening 81a.
[0097]
The solder 82 is filled into the through hole 81 by jet soldering, for example. In the jet soldering, the molten solder 82 is blown up like a fountain in a flow furnace, and the surface of the circuit board 80 is brought into contact with the molten solder 82 while moving the circuit board 80 therein. 82 is attached to each metal conductor portion of the circuit board 80. At this time, the solder is sucked and filled in the through hole 81 due to the wettability of the conductor portion 89 in the through hole 81. Components such as the PTC element 20 (FIG. 1) are also soldered to the circuit board 80 at the same time in the jet soldering process.
[0098]
In jet soldering, the inner diameter D of the through hole 81 ₁ Is the thickness T of the circuit board 80 ₁ If it is smaller than that, the concave portion 83 as shown in FIG. 9 is not formed due to the surface tension of the solder that has entered the through hole, and conversely, it protrudes like the bulging portion 97 of FIG. Accordingly, the inner diameter of the through hole 81 (strictly speaking, the inner diameter of the conductor portion 89 in the through hole) D is the thickness of the circuit board 80 (strictly, the thickness including the resist film) T ₁ Is set larger than. This is a necessary condition for overcoming the surface tension of the melted solder 82 and forming the concave portion 83 on the upper side and the convex portion 84 on the lower side sufficiently large by the weight of the solder 82 in the manufacturing process of FIG. . Inside diameter D of through hole 81 ₁ Is the thickness T of the circuit board 80 ₁ If smaller than this, it becomes difficult to form the upper concave portion 83 and the lower convex portion 84 due to the surface tension of the solder 82. In this state, even if the solder 82 is melted due to heat generation at the time of abnormality, the circuit (the conductor patterns 90 and 91 are not easily opened. ₁ The thickness T of the circuit board 80 ₁ By setting it larger than this, the solder 82 melted at an abnormally high temperature in FIG. 10 is easily drawn into the through hole 81, and the circuit interruption speed is increased.
[0099]
The thermal fuse 88 is formed with the circuit board 80 horizontal as shown in FIG. 9, and the thermal fuse 88 (FIG. 9) is used with the circuit board 80 vertical as shown in FIG. 10 shows that the PTC element 20 (FIG. 1) on the circuit board 80 becomes abnormally hot and the solder 82 is melted, and the connection portions of the electrodes 85 and 86 of the conductor patterns 90 and 91 are opened (each electrode 85). , 86 is released).
[0100]
That is, when the solder 82 having the concave portion 83 and the convex portion 84 in FIG. 9 is melted, the solder 82 on the convex portion 84 side flows into the concave portion 83 so that the diameter of the convex portion 84 is reduced as shown in FIG. Thus, the skirt portion 84 b of the convex portion 84 moves inward from the first electrode 85 and moves over the gap 87 toward the second electrode 86. As a result, the solder 82 is separated into the first electrode side and the second electrode side, the connection between both electrodes 85 and 86 is released, and both conductor patterns (circuits) 90 and 91 are cut off via the gap 87. The concave portion 83 (FIG. 9) slightly bulges outward by the inflow of the solder 82 on the convex portion 84 side. The end 97 a of the bulging portion 97 comes into contact with the end of the resist film 92 and stops.
[0101]
The use state of the thermal fuse 88 (FIG. 9) is not limited to the case where the circuit board 80 is vertical (vertically placed). For example, the circuit board 80 is turned upside down so that the concave portion 83 of the solder 82 in FIG. It is also possible to use it with the convex portion 84 on the upper side (not shown).
[0102]
In this case, since the through hole 81 is positioned vertically, the melted solder 82 tends to flow into the concave portion 83 by its own weight as compared with the case of FIG. 10, and the circuit is cut off more quickly and reliably. Needless to say, the gap 87 between the two electrodes is positioned on the upper convex portion 82 side. It is also possible to use the circuit board 80 tilted obliquely. In this case as well, it goes without saying that the convex portion 84 of the solder 82 and the gap 87 between both electrodes are located above the circuit board 80.
[0103]
FIGS. 11-12 is sectional drawing which shows the safety device of the electric circuit which concerns on 5th embodiment of this invention. The same components as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0104]
As in the fourth embodiment of FIG. 9, the safety device 5 is formed with a concave portion 83 on the upper side of the solder 82 and a convex portion 84 on the lower side of the circuit board 98 in FIG. However, compared with the fourth embodiment, the resist film 99 on the surface of the circuit board 98 on the recess 83 side is largely retreated, and the distance D between the end portions 99a of the resist film 99 is set. ₂ Is set large, that is, the conductor portion 100 on the component mounting surface side is largely exposed, and the outer diameter D of the land-like exposed conductor portion 100 is set. ₂ Is set to be large. Other configurations are the same as those of the fourth embodiment.
[0105]
In FIG. 11, the resist film 93 on the lower solder surface side of the circuit board 98 is largely separated from the through hole 81 as in the fourth embodiment, and the radial direction of the through hole 81 is more than the end 99a of the upper resist film 99. It is slightly retreated. The first electrode 85, the gap 87, and the second electrode 86 are annularly positioned in a portion where the lower resist film 93 is not present. The outer diameter D of the land-like second electrode 86 following the conductor portion 89 in the through hole 81. _Three Compared to the outer diameter D of the exposed conductor portion 100 on the component mounting surface side ₂ Is set larger.
[0106]
The concave portion 83 of the solder 82 is located in the upper opening 81 a of the through hole 81, and the convex portion 84 protrudes greatly (projects) from the lower opening 81 b and contacts the end portion 93 a of the resist film 93 on the solder surface side. positioned. As in the fourth embodiment, the inner diameter of the through hole 81 is the thickness T of the circuit board 98. ₂ Bigger than.
[0107]
When the solder 82 is melted due to an abnormally high temperature with the circuit board 98 standing vertically as shown in FIG. 12, the convex portion 84 of the solder 82 moves so as to be sucked toward the concave portion 83 in FIG. The solder 82 is positively bulged toward the opening 81 a side of the through hole 81 by being sucked by the exposed conductor portion 100. This is because the exposed conductor portion 100 is excellent in the wettability of the solder 82.
[0108]
In the case of FIG. 10 (fourth embodiment), the solder 82 immediately stops at the resist film 92 following the small-diameter exposed conductor portion 96. However, according to this embodiment, the amount of the solder 82 flowing out to the component mounting surface side. Is increased, and the connection between the electrodes 85 and 86 is more reliably released. If the amount of solder 82 used is the same as that in the fourth embodiment, the position of the gap 87 between both electrodes can be made closer to the through hole 81. Further, it is possible to make the convex portion 84 of the solder 82 sufficiently large so that the electrodes 85 and 86 can be reliably connected with a large area, and even in this case, the circuit can be quickly and surely interrupted.
[0109]
Similar to the fourth embodiment, the circuit board 98 may be used upside down with respect to FIG. 11 or may be inclined. In any of these usage forms, the molten solder 82 is positively attracted to the land-like exposed conductor portion 100, so that the moving speed of the solder 82 is increased, and the circuit can be cut off more quickly and reliably. It becomes. However, it cannot be used with the concave portion 83 of FIG. 11 facing upward, and this is the same in the fourth embodiment.
[0110]
In each of the embodiments shown in FIGS. 9 to 12, the circuit boards 80 and 98 are set horizontally, the molten solder 82 is loaded into the vertical through hole 81, and the concave portion 83 is formed on the upper side by the weight of the solder 82. The configuration in which the convex portions 84 are respectively formed on the lower side and the skirt portions 84b of the convex portions 84 are connected to both the electrodes 85 and 86 across the gap 87 between both electrodes is a method for manufacturing a safety device for an electric circuit. Is also effective.
[0111]
According to this method, by utilizing the weight of the solder 82, the concave portion 83 and the convex portion 84 can be easily and reliably formed, and the solder 82 is positively applied to the lower electrodes 85 and 86 on the lower side (solder side). The electrical connectivity of both electrodes 85 and 86 can be improved by adsorption.
[0112]
According to the fourth and fifth embodiments of FIGS. 9 to 12, the resist film 40 (FIG. 1) deteriorates and peels off at an abnormally high temperature as compared with the invention of claim 2 in the first to third embodiments. Regardless of this, since the connection between the electrodes 85 and 86 is released and the circuit is interrupted when the melting of the solder 82 occurs, the reliability of the thermal fuse 88 is further improved. That is, in the second aspect of the present invention, the resist film 40 (FIG. 1) is peeled off, and the solder 34 is sucked between the resist film 40 and the conductor portion 31 (FIG. 1) of the circuit board 10, whereby both Although the separation of the solder 34 from the electrodes 31a and 32a is promoted, according to the fourth and fifth embodiments, the solder 82 is melted in the through hole 81 simultaneously with the melting of the solder 82 without waiting for the resist film 93 to peel off. Is sucked and the electrodes 85 and 86 are quickly disconnected.
[0113]
【The invention's effect】
As described above, according to the electrical circuit safety device of the present invention, when the overcurrent protection element serving as the first protection means abnormally overheats, the temperature fuse serving as the second protection means can reliably prevent accidents. In addition, the thermal fuse can be operated quickly during abnormal heating of the overcurrent protection element.
On the other hand, according to the method for manufacturing an electrical circuit safety device of the present invention, the thermal fuse can be easily formed by an automatic soldering device or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a safety device for an electric circuit according to a first embodiment of the present invention.
2A and 2B show a safety device for the electric circuit, wherein FIG. 2A is a front view and FIG. 2B is a rear view.
FIG. 3 is a cross-sectional view of only the circuit board constituting the safety device for the electric circuit.
4A and 4B show only the circuit board, wherein FIG. 4A is a front view and FIG. 4B is a rear view.
FIGS. 5A, 5B and 5C are front views showing an operating state of a thermal fuse constituting a safety device for the electric circuit. FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a safety device for an electric circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a conductor pattern of a thermal fuse in the safety device for the electric circuit.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an electrical circuit safety device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a safety device for an electric circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view showing an operating state of a thermal fuse constituting the safety device for the electric circuit.
FIG. 11 is a sectional view showing a safety device for an electric circuit according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a sectional view showing an operating state of a thermal fuse constituting the safety device for the electric circuit.
FIG. 13 is an external view showing a safety device for an electric circuit using a conventional PTC element.
FIGS. 14A, 14B, and 14C are explanatory diagrams showing the configuration and operation of a safety device for an electric circuit using a conventional voltage-dependent varistor.
FIGS. 15A, 15B, and 15C are explanatory diagrams showing the configuration and operation of a conventional thermal fuse.
[Explanation of symbols]
1,2,3,4,5 Safety device for electric circuit
10, 80, 98 Circuit board
10A surface (one side)
10B Back side (other side)
11 holes
20 PTC element (overcurrent protection element)
21,61 lead
30, 50, 70, 88 Thermal fuse
31, 51, 71, 90 One conductor pattern
31a, 51a, 71a, 85 First electrode
32, 52, 72, 91 Other conductor patterns
32a, 52a, 72a, 86 Second electrode
32b, 81 through hole
33, 53, 73, 87 Gap
34, 54, 74, 82 Solder
40, 92, 93, 99 Resist film
60 Electrical components
83 recess
84 Convex
100 Exposed conductor

Claims

An overcurrent that is mounted on a circuit board and protects an electrical circuit from overcurrent, and generates heat when the overcurrent flows through the electrical circuit to increase resistance and reduce or cut off the overcurrent. A protective element;
A second protection means provided on the circuit board in the vicinity of the overcurrent protection element, the first electrode of one conductor pattern on the surface of the circuit board connected to the overcurrent protection element; A second electrode of another conductor pattern on the circuit board surface insulated from the electrode by a gap is bridged between the first and second electrodes and melted by heat from the overcurrent protection element on the circuit board surface. An electrical circuit safety device comprising: a thermal fuse made of solder separated on the first and second electrode sides.

The electrical circuit safety device according to claim 1, wherein a resist film around the thermal fuse is peeled off by heat from the overcurrent protection element.

When the circuit board on which the overcurrent protection element and the thermal fuse are mounted is installed vertically, the thermal fuse is positioned substantially the same as the overcurrent protection element or above the overcurrent protection element. The safety device for an electric circuit according to claim 1 or 2.

A hole is formed in a gap between the first and second electrodes forming the thermal fuse, and a lead of an electrical component is inserted into the hole, and the first and second electrodes are bridged with solder together with the lead. The safety device for an electric circuit according to any one of claims 1 to 3.

The safety device for an electric circuit according to claim 4, wherein the electric component is the overcurrent protection element.

The other conductor pattern for forming the thermal fuse is formed on one surface of the circuit board, and the other conductor pattern is formed on the other surface of the circuit board through a through hole. The first electrode is continuous with the electrode, and the second electrode is surrounded by the first electrode without gaps on the other surface of the circuit board, and the first and second electrodes are bridged with solder. 3. The safety device for an electric circuit according to any one of 3 above.

The second electrode forming the thermal fuse is a land formed on the periphery of a hole for inserting a lead of an electrical component, and the second electrode is surrounded by the first electrode without gaps, The safety device for an electric circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein the first and second electrodes are bridged with solder together with the lead of the electric component inserted into the hole.

The first electrode forming the thermal fuse is formed in a land shape formed at the periphery of the hole for inserting the lead of the overcurrent protection element, and the first electrode is formed without gaps by the second electrode. The safety device for an electric circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein the first and second electrodes are bridged with solder together with the lead of the overcurrent protection element that is enclosed and inserted into the hole.

The electrical circuit safety device according to claim 1, wherein the overcurrent protection element is a PTC element.

A method for manufacturing a safety device for an electric circuit according to any one of claims 4 to 8,
A device for automatically soldering electrical components on the circuit board including the overcurrent protection element, and simultaneously soldering the electrical components, the first and second electrodes are bridged with solder, and the thermal fuse A method for manufacturing a safety device for an electric circuit.

Solder is loaded into the through hole of the circuit board, and the solder has a concave portion on one opening side of the through hole and a convex portion on the other opening side, and the convex portion has the first electrode and the second electrode. The electrical circuit safety device according to claim 1, wherein the electrical circuit safety device is bridged.

12. The safety device for an electric circuit according to claim 11, wherein an inner diameter of the through hole is set larger than a plate thickness of the circuit board.

13. The safety device for an electric circuit according to claim 11, wherein an outer diameter of the exposed conductor portion of the circuit board on the concave side is set to be larger than at least the outer diameter of the second electrode near the through hole. .

The safety device for an electric circuit according to any one of claims 11 to 13, wherein the circuit board is arranged vertically or the circuit board is arranged with the convex portion facing up.

A method for manufacturing a safety device for an electric circuit according to any one of claims 11 to 14,
Manufacturing of a safety device for an electric circuit, wherein the circuit board is positioned horizontally, a molten solder is loaded into the vertical through-hole, and the concave portion and the convex portion are formed by the weight of the solder. Method.