JP5975895B2 - プリント基板実装端子台 - Google Patents

Description

本発明は、電源電線の接続工事を伴う電機機器において、電線接続部の異常発熱時の機器停止を構成する方法として、電線接続用端子台を構成する端子金具の発熱をプリント基板上において低コストで検出する方法と、端子金具の周囲に設置する絶縁沿面距離確保用絶縁物を安価に得る技術に関する。

パワー半導体機器においては、電源入力部の電源電線接続工事や、装置出力の電線接続工事など、機器に応じた入出力電圧・電流の電線接続工事が必要であり、一般には樹脂性ブロックに端子金具を設けたネジ締め端子台や、速結端子台及びコネクタ接続する構成が用いられている。これら端子台構成において、例えば、インバータ等のパワー半導体機器は使用する入出力電圧・電力が数百・数ｋＷの製品も多く、取り扱う電流が大きいことから、入出力電線はネジ締め端子台を用い、電源と機器間及び機器と負荷間の連結電線工事をすることが一般的に行われている。

しかし、電線の接続工事は適切な電線用端子及び指定工具を使用し、熟練した技能が必要であり、またネジ端子台においてはネジ締めトルク管理とともに工事点検等が要求されるが、市場においては接続工事部の接触不良による端子台発熱による経年使用劣化が発生している。これらの発熱・発煙事故に対し、安全な自己停止方法が機器メーカにも要望されてきた。

このような電線接続端子台の接続部安全対策構造としては、例えば端子台に温度ヒューズを搭載した樹脂成形端子台などが提案されている。特許文献１には、電線と電線を接続する端子金具及び温度ヒューズが樹脂製ブロックに組み込まれ、温度ヒューズに伝熱させる構成が開示されている。

特許第３６７６２５６号公報

特許文献１に開示される構成では、端子ネジが緩んだ状態で電流が流れた場合には、電線と端子金具間の抵抗が増大していることから、端子金具が発熱し、温度ヒューズに伝熱し、異常検出する。しかしながら、同構成は本体構造が樹脂性であることからも高価であり、また各種機能の性能・機能に応じた分岐配線の要求や、複数端子台の併設や取付構造の多様性要求に改造が困難なこと、及び温度ヒューズ組み込みも複雑なことから安価に提供することが困難であった。

このように温度検知素子を端子台に備えた電線接続端子台構成は、使用機能が簡単であることから、端子台単独での機能設計が容易でもあり、注文生産品や安全性が要求される機器に部分的に用いることはできてきた。しかしながら、この構成は、複数端子が並列上に複数必要な場合の端子台構造や、使用される用途として、各種の電圧・電流・使用周囲温度状況に応じて設計するには、耐電圧沿面距離の確保や端子台接続部電流容量に応じた端子台径の変更が必要なこともあり、汎用電線接続台として各用途向けに製品種類を多数用意することは少量生産による高コスト化が課題となっていた。

また、発火等を防ぐための温度と、使用周囲温度や使用電流による高温化での誤作動を防ぐ温度とを、検出動作温度として確認が必要なために、温度ヒューズを温度検知素子に変更し、電子回路により周囲温度に対応した設定を実施する方法もあるが、複数の端子台に同方法を用いることは、温度検知素子の配線が必要になるなど、価格的に非常に高価となる問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電線接続用端子台を構成する端子金具の発熱をプリント基板上において低コストで検出できるプリント基板実装端子台を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電線が取り付けられる電線接続部を複数有する桁部と、桁部を支持する脚部とを備える端子金具と、脚部がはんだ付けされる第１の導体パターンを有するプリント基板と、を含み、プリント基板に実装された端子金具の電線接続部に取り付けられた電線同士を電気的に接続するプリント基板実装端子台であって、プリント基板に、第１の導体パターンとの絶縁沿面距離を確保して配置された第２の導体パターンと、第２の導体パターンにはんだ付けされてプリント基板に実装された温度検知素子と、温度検知素子の測定結果を外部へ出力するためにプリント基板に実装されたコネクタとを備え、電線接続部での接触不良によって発生し、脚部、第１の導体パターン、プリント基板及び第２の導体パターンを通じて温度検知素子に伝わった熱による温度変化を、温度検知素子が検出することを特徴とする。

本発明によれば、電線接続用端子台を構成する端子金具の発熱をプリント基板上において低コストで検出できるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかるプリント基板実装端子台の実施の形態の構成を示す図である。 図２は、端子台周囲に使用する絶縁沿面距離確保用絶縁物の一例を示す図である。

以下に、本発明にかかるプリント基板実装端子台の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかるプリント基板実装端子台の実施の形態の構成を示す図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＩｂ−Ｉｂ線に沿った断面図である。端子金具１は、電気伝導体（黄銅等）をプレス成形するなどして、桁部１ｄと脚部１ｃとを備えるように形成される。桁部１ｄは、電線接続部１ｂを二つ有しており、電線接続部１ｂの各々には、端子固定ネジ１ａをねじ止めするためのネジ穴が二つ設けられている。端子金具１は、脚部１ｃがプリント基板９上の取付穴のはんだ付け部銅箔パターン（第１の導体パターン）２にはんだ付けされることにより、プリント基板９に固定される。プリント基板９上には、はんだ付け部銅箔パターン２の温度を検出するために、はんだ付け部銅箔パターン２と絶縁沿面距離を確保して温度検知素子実装用銅箔パターン（第２の導体パターン）３が設置され、温度検知素子実装用銅箔パターン３上に温度検知素子４（例えばサーミスタ）がはんだ付けにて実装されている。プリント基板９には、温度検知素子４から外部への出力用にコネクタ５が配置されている。

電線接続部１ｂにおいて発生した熱は、脚部１ｃを通じてはんだ付け部銅箔パターン２へ伝わり、プリント基板９及び温度検知素子実装用銅箔パターン３を通じて温度検知素子４へと伝わるため、プリント基板９上で温度検知素子４が温度を測定することにより、温度検知素子４は電線接続工事不良に起因する端子金具１の異常温度を検知する手段として機能する。図１（ｂ）に示すように、はんだ付け部銅箔パターン２を桁部１ｄと重ならない側に拡大して、拡大した部分の裏に温度検知素子実装用銅箔パターン３を配置することにより、はんだ付け部銅箔パターン２と温度検知素子実装用銅箔パターン３との絶縁沿面距離を確保しつつ、両者を近接させることができ、温度検知素子４によって端子金具１の異常温度を検知する精度を高めることができる。

温度検知素子４には、プリント基板実装端子台が適用される機器を制御する電子回路がコネクタ５を通じて接続される。機器を制御する電子回路は、温度検知素子４が測定した温度と各種の制御状態情報から、電線接続端子台の異常発熱を判断する手段を備え、異常発熱と判断した場合には、プリント基板実装端子台に流れる電流を遮断し、異常を表示することで、プリント基板実装端子台の異常発熱検出機能を低コストで実現し、安全性を確保する。桁部１ｄの温度と温度検知素子４が測定する温度との相関関係を予め調べて記録しておき、温度検知素子４で測定した温度に基づいて電子回路が電流を遮断する制御を行うことで、温度検知素子４が端子金具１自体の温度を測定しなくても、電線接続部１ｂでの異常発熱を検出する機能を実現できる。

すなわち、本実施の形態にかかるプリント基板実装端子台は、プリント基板９上の端子取付用穴部のはんだ付け部銅箔パターン２にはんだ付けした端子金具１を温度検出用伝熱体とし、はんだ付け部銅箔パターン２に近接した部分に温度検知素子４を併設することで、電線接続部での接触不良等に起因する異常加熱を検知する構造を実現しており、電線接続端子台の異常加熱時の温度検出機能を低コストで向上させることが可能となっている。

図１は、機器出力の端子としての使用例を示しており、機器メーカは、機器の出力電線端子を端子金具１に接続して出荷する。設置工事において、端子金具１には同様に負荷電線端子が接続される。プリント基板９上の端子金具１の実装用のはんだ付け部銅箔パターン２が短絡していないため、機器の出力電流は、機器の出力電線端子から端子金具１を経由して負荷電線端子に流れ、プリント基板９上のはんだ接続部２ａには電流が流れない。換言すると、はんだ付け部銅箔パターン２がプリント基板９上で他の配線（他の導体パターン）と繋がっておらず、独立しているため、プリント基板９上のはんだ接続部２ａには電流が流れない。

プリント基板９上のはんだ接続部２ａには電流が流れないことにより、端子金具１に電線端子類を取り付ける際に端子固定用ネジ１ａをネジ締めするトルクによって、端子金具１の実装用のはんだ接続部２ａに機械的応力が加わり、はんだ接続部２ａにおいてはんだに破断が生じた場合でも、端子接続部接触不良の異常発熱発生時にはんだ破断部に放電が発生することを防ぐことができる。端子金具１のみに電流が流れることで、耐熱性・耐発火性が低い安価な基板をプリント基板９として用いることが可能となる。

複数の電線接続部１ｂを持つ端子金具１をプリント基板９上にはんだ付けにて固定しているが、プリント基板９上の配線パターンには電流を流さないことで、はんだ接続部２ａのはんだ破断時の発火を防ぐことが可能である。これにより、例えば、片面導体パターンなどのはんだ付け強度が低い安価な基板をプリント基板９として用いることが可能となる。

なお、図１では、電線接続部１ｂを二つ有する端子金具１を例として示しているが、端子金具１に端子固定ネジ１ａのねじ止め用のネジ穴を３以上設けることで容易に分岐端子金具化することもできる。また、温度検知素子４の異常温度としてプリント基板９の連続耐熱温度に設定する方法や、機器の安全性要求レベルや周囲温度によって温度検知素子４の検出方法を変更して用いることが可能であることは言うまでもない。さらに、電線接続端子台に流れる電流の通電情報を利用し電流増減時の温度変化を異常検出のパラメータとして使用することで、相対温度比較での自己検証も構成することも容易である。例えば、端子金具１を流れる電流が１０Ａである場合に温度検知素子４での測定結果を基に５℃の温度上昇を検出した場合には異常無しと判断し、１０℃の温度上昇を検出した場合には異常ありと判断するような使い方が可能である。また、端子金具１及び温度検知素子４をプリント基板９上に複数組並べ、温度検知素子４のいずれかが異常温度検出レベルに達した場合に機器停止をするように、複数の温度検知素子４の電力出力の最大値のみを検出する回路形式をとるなど、制御回路の各種方式を容易に展開できることは言うまでもない。

また、図１では、脚部１ｃを二つ有する形状の端子金具１を図示したが、端子金具１は、脚部１ｃを四つ有する形状（展開図で桁部１ｄの四方に脚部１ｃが位置する形状）であっても良い。

図２は、端子台周囲に使用する絶縁沿面距離確保用絶縁物の一例を示す図であり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は側面図である。端子金具１をプリント基板９上にはんだ付けにて固定する構成において、端子台周囲に使用する絶縁沿面距離確保用絶縁物６に端子金具１を仮固定したのち、端子金具１をプリント基板９に固定することで、絶縁沿面距離確保用絶縁物６が端子台とプリント基板９との間に固定される構造をとることで絶縁沿面距離確保用絶縁物６を端子周囲に装着することができる。図２において、端子金具１は、絶縁沿面距離確保用絶縁物６の天板部６ａに脚部１ｃを貫通させた状態で載置され、絶縁沿面距離確保用絶縁物６の端子金具仮固定用爪部７によって天板部６ａとの間に挟まれた状態で仮固定されている。絶縁沿面距離確保用絶縁物６は、仕切壁６ｂを有しており、仕切壁６ｂによって端子金具１同士の絶縁沿面距離が確保される。端子金具１は、仮固定状態でプリント基板９に部品実装され、プリント基板９にはんだ付けされる。このはんだ付けにより、端子金具１とプリント基板９との間に絶縁沿面距離確保用絶縁物６が最終的に固定されることとなり、絶縁沿面距離確保用絶縁物６の脱落を防ぐことができる。

プリント基板実装端子台が温度検知素子４を有するため、絶縁沿面距離確保用絶縁物６には、耐熱性の比較的低い熱可塑性材料を使用することも可能であり、絶縁沿面距離確保用絶縁物６を連結した状態で製造し、使用端子数に応じて分割切断して用いる方法をとることも容易にできる。図２における絶縁沿面距離確保用絶縁物切断面８がこの切断部を示している。

また、端子金具１を複数使用する場合などは、端子金具１間の絶縁距離を確保するための絶縁沿面距離確保用絶縁物６を端子金具１に仮固定できる形状とし、端子金具１をプリント基板９にはんだ付けして絶縁沿面距離確保用絶縁物６をプリント基板９に固定することで、プリント基板９にはんだ付けする前であれば、端子金具１は容易に着脱可能となる。

本実施の形態によれば、電線接続部１ｂを複数有する端子金具１のプリント基板９上での取付部近傍に温度検知素子４を設置することで、複数の電線配線においても端子金具１の異常発熱の検出機能を低コストで設置することが可能である。また、プリント基板９上に複数の端子金具１を高密度で配置するために、容易に装着できる絶縁沿面距離確保用絶縁物６を端子金具１に装着し、端子金具１をプリント基板９にはんだ付けすることで最終的に固定する構成においては、温度検知素子４を備えるため、絶縁沿面距離確保用絶縁物６の材料として耐熱性の比較的低い安価な熱可塑性樹脂を用いることが可能になる。

以上のように、本発明にかかるプリント基板実装端子台は、端子金具の異常発熱の検出機能を低コストで実現できる点で有用である。

１ 端子金具、１ａ 端子固定用ネジ、１ｂ 電線接続部、１ｃ 脚部、１ｄ 桁部、２ はんだ付け部銅箔パターン、２ａ はんだ接続部、３ 温度検知素子実装用銅箔パターン、４ 温度検知素子、５ コネクタ、６ 絶縁沿面距離確保用絶縁物、６ａ 天板部、６ｂ 仕切壁、７ 端子金具仮固定用爪部、８ 絶縁沿面距離確保用絶縁物切断面、９ プリント基板。

Claims (4)

1. 電線が取り付けられる電線接続部を複数有する桁部と、該桁部を支持する脚部とを備える端子金具と、
   前記脚部がはんだ付けされる第１の導体パターンを有するプリント基板と、を含み、
   前記プリント基板に実装された前記端子金具の前記電線接続部に取り付けられた電線同士を電気的に接続するプリント基板実装端子台であって、
   前記プリント基板に、前記第１の導体パターンとの絶縁沿面距離を確保して配置された第２の導体パターンと、
   前記第２の導体パターンにはんだ付けされて前記プリント基板に実装された温度検知素子と、
   前記温度検知素子の測定結果を外部へ出力するために前記プリント基板に実装されたコネクタとを備え、
   前記電線接続部での接触不良によって発生し、前記脚部、前記第１の導体パターン、前記プリント基板及び前記第２の導体パターンを通じて前記温度検知素子に伝わった熱による温度変化を、該温度検知素子が検出することを特徴とするプリント基板実装端子台。
2. 前記第１の導体パターンは、前記プリント基板の他の導体パターンと分離されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板実装端子台。
3. 前記第１の導体パターンを前記桁部と重ならない側に拡大し、該拡大した部分の裏に前記第２の導体パターンを配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント基板実装端子台。
4. 前記プリント基板にはんだ付け実装される複数の前記端子金具同士の絶縁沿面距離を確保するための絶縁沿面距離確保用絶縁物を有し、
   前記絶縁沿面距離確保用絶縁物は、前記脚部を貫通させて前記電線接続部を載置する天面部と、該天面部との間に前記端子金属を挟んで保持する端子金具仮固定用爪部とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプリント基板実装端子台。

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