JP7470998B2 - 基板表面実装ヒューズ、及び基板表面実装ヒューズの製造方法 - Google Patents

Description

本願発明は、主に自動車用電気回路等に用いられるヒューズに関し、特に、基板表面に実装される基板表面実装ヒューズ、及び基板表面実装ヒューズの製造方法に関する。

従来から、ヒューズは、自動車等に搭載されている電気回路や、電気回路に接続されている各種電装品を保護するために用いられてきた。詳しくは、電気回路中に意図しない過電流が流れた場合に、ヒューズに内蔵されたヒューズエレメントの溶断部が過電流による発熱により溶断して、各種電装品に過度な電流が流れないように保護している。

そして、このヒューズは様々な種類があり、例えば、特許文献１に示すような、基板に取り付けられるヒューズが知られている。このヒューズは溶断部と端子部とを備えており、当該端子部を、基板に設けられた音叉端子に差し込むように取り付けている。ただ、ヒューズを基板に取り付けて両者を中継するために、音叉端子を利用しているため、その分、部品点数が増加し、重量の増加と全体の高さが高くなるという問題があった。

特開２０１５－１８５２４３号

そこで、本願発明は、部品点数を削減し、構成全体の軽量化及び低背化が可能な基板表面実装ヒューズ、及び基板表面実装ヒューズの製造方法を提供する。

本願発明の基板表面実装ヒューズは、ハウジングと、当該ハウジング内に配置される溶断部と、当該溶断部の両端に連結される端子部とを備えた、基板の表面に実装される基板表面実装ヒューズであって、前記基板に接続される中継端子を備え、前記中継端子は、前記端子部と接続される接続部を備え、前記接続部には、凹部が形成されており、前記凹部内に、前記端子部の一部が入り込んで接合していることを特徴とする。

上記特徴によれば、中継端子が基板表面実装ヒューズに一体に設けられているため、従来の音叉端子のような中継部材を別途、基板に設ける必要がなく、部品点数の削減に寄与し、基板表面実装ヒューズ及び基板を含めた構成全体（例えば、基板を備えるヒューズボックスなど）の軽量化及び低背化が可能となる。さらに、溶断部の端子部の一部を凹部に入り込ませるように接合しているため、両者の接続固定が確実に実現できるのである。

本願発明の基板表面実装ヒューズは、前記中継端子の接続部を構成する金属の融点が、前記端子部を構成する金属の融点よりも高いことを特徴とする。

端子部を溶融させた際に、端子部の一部が凹部によく入り込んで接合し、両者の接続固定がより確実に実現できるのである。

本願発明の基板表面実装ヒューズは、前記端子部を構成する金属は、亜鉛合金であり、前記中継端子の前記接続部を構成する金属は、銅合金であることを特徴とする。

上記特徴によれば、所望の溶断特性が発揮できると共に、基板や外部端子との電気的接続の信頼性を担保できる。

本願発明の基板表面実装ヒューズの製造方法は、前記端子部の一部を加圧しながら加熱することで、前記凹部内に接合させることを特徴とする。

上記特徴によれば、端子部の一部を加圧しながら加熱することで、溶融した端子部の一部が、中継端子の凹部に確実に流れ込むので、より強固に接合ができるのである。

上記のように、本願発明の基板表面実装ヒューズ及び基板表面実装ヒューズの製造方法によれば、部品点数を削減し、軽量化及び低背化が可能である。

本願発明の基板表面実装ヒューズを分解した全体斜視図である。 （ａ）は、本願発明の基板表面実装ヒューズの中継端子の平面図、（ｂ）は、中継端子の正面図である。 （ａ）は、基板表面実装ヒューズの端子部を中継端子に取り付けた状態の平面図、（ｂ）は、基板表面実装ヒューズの端子部を中継端子に取り付けた状態の正面図である。 各部品を組付けた状態の基板表面実装ヒューズの全体斜視図である。 基板表面実装ヒューズを基板に取り付ける前の状態の全体斜視図である。 基板表面実装ヒューズを基板に取り付けた状態の全体斜視図である。

１００ 基板表面実装ヒューズ
１１０ ハウジング
１２０ 溶断部
１３０ 端子部
１４０ 中継端子
１４１ 接続部
１４６ 凹部
１５０ 中継端子
１５１ 接続部
１５６ 凹部
３００ 基板

以下に、本願発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下で説明する実施形態における基板表面実装ヒューズの各部材の形状や材質等は、一例を示すものであって、これらに限定されるものではない。なお、本願明細書において、「上方向」とは、図６に示すように、基板表面実装ヒューズを基板の水平方向に広がる表面に固定した状態で、水平方向に対して直角に交わる方向、すなわち鉛直方向に沿った上方向のことであり、「下方向」とは、当該鉛直方向に沿った下方向のことである。

まず、本願発明に係る基板表面実装ヒューズ１００を図１から図４に示す。図１は、基板表面実装ヒューズ１００を分解した全体斜視図、図２（ａ）は基板表面実装ヒューズ１００の中継端子（１４０、１５０）の平面図、図２（ｂ）は、中継端子（１４０、１５０）の正面図、図３（ａ）は、基板表面実装ヒューズ１００の端子部１３０を中継端子（１４０、１５０）に取り付けた状態の平面図、図３（ｂ）は、基板表面実装ヒューズ１００の端子部１３０を中継端子（１４０、１５０）に取り付けた状態の正面図、図４は、各部品を組付けた状態の基板表面実装ヒューズ１００の全体斜視図である。

図１に示すように、基板表面実装ヒューズ１００は、略直方体形状のハウジング１１０と、ハウジング１１０内に配置される溶断部１２０と、当該溶断部１２０の両側のそれぞれに連結固定されている端子部１３０と、当該端子部１３０と連結される中継端子（１４０、１５０）とを備える。ハウジング１１０は、絶縁性の合成樹脂によって略直方体形状に形成されており、内部は空洞となっている。そして、ハウジング１１０は、上面壁１１１と下面壁１１２とを備えており、溶断部１２０を上下から挟み込むように覆い、内部に溶断部１２０を収容できるようになっている。

また、溶断部１２０は、亜鉛合金によって細く線状に形成されており、基板に接続された電気回路中に所定の過電流が流れた際に、溶断する特性を備える。さらに、溶断部１２０の両側のそれぞれに連結されている端子部１３０は、金属製の薄い板部材であって、溶断部１２０と電気的及び物理的に接続できるようになっている。図１に示す基板表面実装ヒューズ１００では、溶断部１２０と端子部１３０は一体形成されており、端子部１３０は、溶断部１２０と同様に、亜鉛合金によって形成されている。

なお、亜鉛合金は、合金を構成する構成元素のうち、最も多く含まれる構成元素が亜鉛（Ｚｎ）である合金のことである。また、溶断部１２０と端子部１３０は一体形成されているが、これに限定されず、溶断部１２０と端子部１３０を個別に製造しておき、両者を接合してもよい。さらに、溶断部１２０と端子部１３０は、異なる金属で構成されてもよい。

なお、溶断部１２０は、図１に示す形状及び構成に限定されず、所定の過電流が流れると溶断する特性を備えるものであれば、その他の形状及び構成であってもよい。また、端子部１３０は、溶断部１２０と電気的に接続可能で、後述するように中継端子と接合することができるのであれば、亜鉛合金以外の任意の金属によって形成してもよい。

また、図１及び図２に示すように、中継端子１４０は、銅合金によって略コ字状に形成されており、端子部１３０及び基板３００に接続可能に構成されている。具体的には、中継端子１４０は、端子部１３０と重ねられて連結固定される平坦な接続部１４１と、接続部１４１から下方へ延出する脚部１４２と、基板上に接続される固定部１４３とを備える。固定部１４３は、後述する基板の表面に、ハンダ付け等によって固定される部分であり、当該固定部１４３は平坦面となっているので、基板の表面に密着し易くなっている。さらに、中継端子１４０の接続部１４１には、下方へ凹んだ凹部１４６が形成されている。この凹部１４６は、平坦な接続部１４１において、直線状に延出する溝の態様となっている。

なお、銅合金は、合金を構成する構成元素のうち、最も多く含まれる構成元素が銅（Ｃｕ）である合金のことである。また、中継端子１４０では、接続部１４１と脚部１４２は一体形成されているが、これに限定されず、接続部１４１と脚部１４２を個別に製造しておき、両者を接合してもよい。さらに、接続部１４１と脚部１４２は、異なる金属で構成されてもよい。

また、図１及び図２に示すように、中継端子１５０は、銅合金によって略Ｌ字状に形成されており、端子部１３０及び基板３００に接続可能に構成されている。具体的には、中継端子１５０は、端子部１３０と重ねられて連結固定される平坦な接続部１５１と、接続部１５１から下方へ延出する脚部１５２とを備える。脚部１５２は、後述する基板の挿通孔に挿入されて固定され、外部端子に接続可能に構成されている。さらに、中継端子１５０の接続部１５１には、下方へ凹んだ凹部１５６が形成されている。この凹部１５６は、平坦な接続部１５１において、直線状に延出する溝の態様となっている。また、中継端子１５０では、接続部１５１と脚部１５２は一体形成されているが、これに限定されず、接続部１５１と脚部１５２は個別に製造しておき、両者を接合してもよい。さらに、接続部１５１と脚部１５２は、異なる金属で構成されてもよい。

なお、中継端子（１４０、１５０）は、基板や外部端子等との電気的な接続信頼性を担保するために、電気伝導性や耐食性が良好な銅合金から構成されているが、これに限定されず、電気的な接続信頼性を担保できるのであれば、その他の任意の金属から構成してもよい。また、正面視で、一方の中継端子１４０は略コ字形状、他方の中継端子１５０は略Ｌ字形状に形成されているが、これに限定されず、中継端子（１４０、１５０）は、基板や外部端子等と電気的に接続できるのであれば、任意の形状であってもよい。また、凹部（１４６、１５６）は、直線状に延出する溝の態様となっているが、これに限定されず、凹部（１４６、１５６）は、下方へ凹んでおり、後述するように溶融した端子部１３０の一部が内部に入り込んで接合できるのであれば、任意の形状であってもよい。

では次に、図３を参照して、溶断部１２０に連結された端子部１３０を、中継端子（１４０、１５０）に連結固定する方法について説明する。また、端子部１３０を、中継端子（１４０、１５０）に連結固定する方法は、基板表面実装ヒューズ１００の各部材を組み付けて製造する方法の一部を構成している。

図３に示すように、両側の端子部１３０のそれぞれを、一方の中継端子１４０の接続部１４１上に、及び他方の中継端子１５０の接続部１５１上に重ねる。端子部１３０の裏面は平坦面であり、接続部１４１及び接続部１５１も平坦面となっているので、両者は密着した状態で重ね合わせられる。次に、端子部１３０の上から、加熱された押圧板等の押圧手段を押しあて、端子部１３０に下方への押圧力Ｆを加える。すると、各端子部１３０は加熱されながら、中継端子１４０の接続部１４１及び中継端子１５０の接続部１５１へ向けて押圧されることになる。

ここで、端子部１３０は亜鉛合金によって形成されているため、端子部１３０の融点は約４２０度であり、中継端子（１４０、１５０）は銅合金によって形成されているため、中継端子（１４０、１５０）の融点は約１０８５度となっている。つまり、端子部１３０は、中継端子（１４０、１５０）よりも融点の低い金属から構成されている。そして、押圧板等によって端子部１３０を加熱しながら押圧する際に、加熱温度を、端子部１３０の融点以上で、中継端子（１４０、１５０）の融点よりも低い温度（例えば、６００度）に設定することで、端子部１３０は溶融するが、中継端子（１４０、１５０）は溶融しないことになる。すると、溶融した端子部１３０の一部が、中継端子１４０の凹部１４６及び中継端子１５０の凹部１５６に流れ込む。その後、加熱を止めることで、中継端子１４０の凹部１４６及び中継端子１５０の凹部１５６に流れ込んだ端子部１３０の一部が固化し、端子部１３０の一部が各凹部（１４６、１５６）と接合することになる。このように、端子部１３０の一部が、各凹部（１４６、１５６）周辺の凹凸部分に回り込むように入り込んで固化することで、両者が強く接合して、しっかりと固定されるのである。

特に、加熱しながら押圧することで、溶融した端子部１３０の一部が、中継端子１４０の凹部１４６及び中継端子１５０の凹部１５６に確実に流れ込むので、より強固に接合ができるのである。また、加熱しながら押圧する箇所を、端子部１３０のみに限定する、つまり、端子部１３０側のみに直接、熱や圧力を加え、接続部（１４１、１５１）側には直接、熱や圧力を加えないことで、効率的に接合作業を行える。また、端子部１３０の裏面は平坦面であり、接続部１４１及び接続部１５１も平坦面となっているので、その平坦面から下方へ窪んだ凹部（１４６、１５６）に、溶融した端子部１３０の一部が流れ込みやすい。

なお、図３では、押圧板等によって端子部１３０を加熱しながら押圧していたが、これに限定されない。例えば、端子部１３０に超音波や温風等をあてて加熱するなど、任意の加熱手段によって加熱してもよい。そして、加熱手段とは別に、端子部１３０を押圧する押圧出段を備えてもよい。なお、押圧出段を備えない場合は、端子部１３０自体の自重によって下方へ押圧して、溶融した端子部１３０の一部を、中継端子１４０の凹部１４６及び中継端子１５０の凹部１５６に流れ込ませて接合させてもよい。

また、加熱温度を、端子部１３０の融点以上で、中継端子（１４０、１５０）の融点よりも低い温度に設定することで、端子部１３０を中継端子（１４０、１５０）に確実に接合させることができる。仮に、加熱温度を、端子部１３０の融点以上で、尚且つ、中継端子（１４０、１５０）の融点以上に設定して、両者を溶接しようとする場合、亜鉛合金の端子部１３０の融点は約４２０度であり、銅合金の中継端子（１４０、１５０）の融点は約１０８５度となっているので、銅合金の中継端子（１４０、１５０）が融点に達する前に、中継端子（１４０、１５０）に比べて融点が大きく低い亜鉛合金の端子部１３０が先に気化してしまう。そのため、融点が大きく異なる亜鉛合金の端子部１３０と、銅合金の中継端子（１４０、１５０）とは、互いに溶接することは難しい。

なお、端子部１３０を亜鉛合金で構成し、中継端子（１４０、１５０）を銅合金で構成しているが、これに限定されず、中継端子（１４０、１５０）を構成する金属の融点が、端子部１３０を構成する金属の融点よりも高いのであれば、端子部１３０と中継端子（１４０、１５０）はそれぞれ任意の素材から構成してもよい。

次に、溶断部１２０を備えた端子部１３０と、中継端子（１４０、１５０）とを、接合させて固定した後に、図４に示すように、ハウジング１１０を取り付けて、基板表面実装ヒューズ１００の組み立てを完成させる。図４に示すように、基板表面実装ヒューズ１００のハウジング１１０は、溶断部１２０と端子部１３０を内部に収容しており、端子部１３０に連結固定された中継端子（１４０、１５０）は、ハウジング１１０から下方へ延出している。このように、組み立てられて製造された基板表面実装ヒューズ１００では、ハウジング１１０内に収容された溶断部１２０、端子部１３０、中継端子（１４０、１５０）が、一体となっている。

次に、図５及び図６に、組み立てられて製造された基板表面実装ヒューズ１００を、基板３００に取り付けて実装した状態を示す。なお、図５は、基板表面実装ヒューズ１００を基板３００に取り付ける前の状態の全体斜視図、図６は、基板表面実装ヒューズ１００を基板３００に取り付けた状態の全体斜視図である。

図５に示すように、基板３００は、ヒューズボックス等の一部に設けられており、自動車等に搭載されている電気回路に電気的に接続されている。そして、当該電気回路に接続された複数の電極３１０が、基板３００の表面上に設けられている。また、外部端子と接続するために、基板表面実装ヒューズ１００の中継端子１５０の脚部１５２が挿通可能な挿通孔３２０が、電極３１０と相対する位置に設けられている。そして、基板表面実装ヒューズ１００を基板３００に取り付けて実装する際は、基板表面実装ヒューズ１００の一方の中継端子１４０の平坦な固定部１４３を電極３１０の表面に密着させ、当該密着部分をハンダ付け等の方法で固定する。また、基板表面実装ヒューズ１００の他方の中継端子１５０の脚部１５２を基板３００の挿通孔３２０へ挿通させ、中継端子１５０の脚部１５２が基板３００の裏面へと突出するように取り付ける。すると、図６に示すように、基板表面実装ヒューズ１００が基板３００に取り付けられて実装された状態となる。

図６に示すように、基板表面実装ヒューズ１００の中継端子１５０の脚部１５２には、外部端子４００が取り付けられる。外部端子４００は、中継端子１５０の脚部１５２を挿入して電気的に接続可能な接続孔４２０と、外部の各種電装品に電気的に接続された接続線４１０とを備えている。そして、電気回路と外部の各種電装品は、電気回路に接続された電極３１０と、基板表面実装ヒューズ１００と、外部端子４００とを介して電気的に接続された状態となる。電極３１０に接続された電気回路に異常な過電流が流れると、基板表面実装ヒューズ１００の溶断部１２０が溶断して電気回路を遮断し、基板表面実装ヒューズ１００と外部端子４００を介して接続された各種電装品を保護している。なお、図６に示す基板表面実装ヒューズ１００では、一方の中継端子１４０が基板３００の電極３１０に接続され、他方の中継端子１５０が外部端子４００に接続されているが、これに限定されず、両方の中継端子（１４０、１５０）が、基板３００の相対する電極３１０に接続されるなど、任意の接続態様であってもよい。

このように、本願発明の基板表面実装ヒューズ１００によれば、中継端子（１４０、１５０）が基板表面実装ヒューズ１００に一体に設けられており、その中継端子（１４０、１５０）を、基板３００に直接取り付けることができる。そのため、従来のように、基板表面実装ヒューズと基板との間を中継して接続させるために、基板に音叉端子等を別途設ける必要がない。したがって、本願発明の基板表面実装ヒューズ１００によれば、音叉端子のような中継部材を別途用意する必要がなく、部品点数の削減に寄与し、基板表面実装ヒューズ１００及び基板３００を含めた構成全体（例えば、基板３００を備えるヒューズボックスなど）の軽量化及び低背化が可能となる。

また、基板表面実装ヒューズ１００の溶断部１２０側を構成する素材には、溶断部１２０の所望の溶断特性が発揮できる金属が採用され、基板表面実装ヒューズ１００の中継端子（１４０、１５０）側を構成する素材には、基板３００や外部端子４００との電気的接続の信頼性を担保できる金属が採用されている。そのため、溶断部１２０側を構成する金属と中継端子（１４０、１５０）側を構成する金属とが、互いに異なる金属から構成されているため、異なる金属間での接続固定が難しい場合がある。例えば、上述したように、それぞれの金属の融点が大きく異なる場合は、溶接して互いに接続固定するのが難しい場合ある。そこで、本願発明の基板表面実装ヒューズ１００では、中継端子（１４０、１５０）に凹部（１４６、１５６）を設け、溶断部１２０側の端子部１３０の一部を凹部（１４６、１５６）に入り込ませるように接合している。そのため、溶断部１２０側の端子部１３０と中継端子（１４０、１５０）とが異なる金属から構成されていても、両者の接続固定が確実に実現できるのである。

なお、本願発明の基板表面実装ヒューズ、及び、基板表面実装ヒューズの製造方法は、上記の実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲、実施形態の範囲で、種々の変形例、組み合わせが可能であり、これらの変形例、組み合わせもその権利範囲に含むものである。

Claims (4)

1. ハウジングと、当該ハウジング内に配置される溶断部と、当該溶断部の両端に連結される端子部とを備えた、基板の表面に実装される基板表面実装ヒューズであって、
   前記基板に接続される中継端子を備え、
   前記中継端子は、前記端子部と接続される接続部を備え、
   前記接続部には、凹部が形成されており、
   前記凹部内に、前記端子部の一部が入り込んで接合していることを特徴とする、基板表面実装ヒューズ。
   
2. 前記中継端子の接続部を構成する金属の融点が、前記端子部を構成する金属の融点よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の基板表面実装ヒューズ。
   
3. 前記端子部を構成する金属は、亜鉛合金であり、
   前記中継端子の前記接続部を構成する金属は、銅合金であることを特徴とする、請求項２に記載の基板表面実装ヒューズ。
   
4. 請求項１から３のいずれかに記載の基板表面実装ヒューズの製造方法であって、
   前記端子部の一部を加圧しながら加熱することで、前記凹部内に接合させることを特徴とする基板表面実装ヒューズの製造方法。

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