JP2007280758A - 回路遮断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の異常信号が入力されたとき、電気回路を短時間で遮断し、電気部品を保護することができる回路遮断装置を提供する。
【解決手段】第１および第２の導電部材と、前記第１および第２の導電部材を接合する導電性の低融点材と、電気的絶縁性を有し、前記第１および第２の導電部材を支持する少なくとも１つの支持部材と、前記第１の導電部材または第２の導電部材と前記支持部材との間に設けられ、前記第１の導電部材または第２の導電部材と前記支持部材によって動作が規制された少なくとも１つのばね材と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば車両に設けられる電装システムにおいて、異常信号が入力されたときに電気回路を短時間で遮断する回路遮断装置に関するものである。

車両に設けられる電装システムでは、パワーウインドウ等の負荷やバッテリー、電力変換装置、これらを接続している複数の電線によって構成されたワイヤーハーネス等に何らかの異常が発生したとき、バッテリーや電力変換装置と負荷との間に介挿された回路遮断装置によって回路を遮断し、過電流が継続的に流れることによってバッテリー、電力変換装置、各負荷、およびワイヤーハーネス等が焼損するのを防止する必要がある。

このような目的を達成する手段として、バッテリーや電力変換装置と負荷との間の通電経路となるバスバー間に低融点金属を用いて板ばねを接続し、短絡故障時にはこの接続部をテルミット反応による熱で加熱して低融点金属を溶融させ、板ばねの動作によって通電経路を開放して電流を遮断する回路遮断装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、このような目的を達成する他の手段として、バッテリーや電力変換装置と負荷の間の通電経路となるバスバー間を、ばね性を有する接点部材を介して導電部材で接続すると共に、この導電部材の一方をばねで押圧し、他方に樹脂製の突起を設けてばねの動作を規制する。そして、短絡故障時にはテルミット反応による熱で加熱して樹脂製の突起を溶融させ、ばねの動作によって通電経路を開放して電流を遮断する回路遮断装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−１４９７４４号公報（段落００４２〜段落００４６、図１） 特開２０００−２６０２７７号公報（段落００４８〜段落００５４、図３，図９）

しかしながら、特許文献１に開示された従来の板ばねを用いた回路遮断装置では、大電流通電に対応するためには板ばねの断面積を拡大する必要があるが、これによって板ばねの反力が増大し、低融点金属が受けるストレスが増大するため信頼性の確保が困難になる。また、低融点金属のストレスを低減するには、バスバーと板ばねの接合面積を増やすか、または板ばねの長さを長くするなどの対策が必要になり、大型化が避けられなかった。

また、特許文献２に示されるような従来の回路遮断装置では、バスバーと導通部材が、ばね性を有する接点部材との接触によって導通しており、その構造上、導通面積の拡大が困難なため、大電流には対応が困難である。また、接触による導通の場合、強い振動によって瞬間的に導通が遮断される可能性が懸念されるため、車載機器など、強い振動にさらされる環境への適用が困難である。これらの課題を解決するために、先に述べた特許文献１のように、バスバーと導通部材を低融点金属で接続することが考えられるが、この場合、導通部材を押圧するばねを圧縮した状態で固定しつつ低融点金属を溶融し、かつ固化する必要があり、組立が困難であるという問題がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、大電流の遮断が可能で小型化が容易な回路遮断装置を提供することを目的とするものである。

この発明による回路遮断装置は、第１および第２の導電部材と、前記第１および第２の導電部材を接合する導電性の低融点材と、電気的絶縁性を有し、前記第１および第２の導電部材を支持する少なくとも１つの支持部材と、前記第１の導電部材または第２の導電部材と前記支持部材との間に設けられ、前記第１の導電部材または第２の導電部材と前記支持部材によって動作が規制された少なくとも１つのばね部材と、を備えたことを特徴とするものである。

この発明による回路遮断装置は、通電経路となる導電部材とばね部材を別体としているので、従来の板ばねを導通経路として用いる回路遮断装置のように導通経路のばね性を確保するために大型化する必要がなく、小型で大電流を通電および遮断できる回路遮断装置を実現することが可能となる。

また、第１および第２の導電部材を導電性の低融点材であらかじめ接合してからばね部材とともに支持部材に組み付けることができるので、組立が容易である。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る回路遮断装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態１．
図１および図２はこの発明に係る回路遮断装置の実施の形態１を示す断面図である。まず、この実施の形態に係る回路遮断装置の構成について説明する。この実施の形態に係る回路遮断装置は、図１に示すように、たとえば板状の導通部材１の一端と、同じく板状の導通部材２の一端とを突き合わせるように配置し、この突き合わせ部分を導電性の低融点材３で接合して一連の導通経路を形成したものである。

導通部材１および導通部材２としては、たとえば銅、銅合金、あるいはアルミなどの導電性がよく、比較的弾性率の低い板状の金属を用いるのが好ましい。また、低融点材３としては、たとえばハンダ、錫、あるいは鉛などの低融点金属や、熱可塑性樹脂をベースとする導電性接着剤などを用いるのが望ましく、特に、導電部材１と導電部材２を銅または銅合金とし、低融点材３をハンダとした場合、銅または銅合金とハンダは濡れ性がよく組立が容易となる利点がある。

また、導通部材１および導通部材２は、低融点材３で接合されていない部分で、たとえば樹脂やセラミックなどの電気絶縁性の材質からなる支持部材４の支持部４１および４２にねじ５により固定されている。なお、この実施の形態では導通部材１および導通部材２をねじ５により、支持部材４へ固定する構造としているが、固定手段はこれに限定されるものではなく、他の手段で実現してもよい。

また、支持部材４に、樹脂やセラミックなどの電気絶縁性の材質を用いているが、支持部材４の支持部４１および支持部４２が電気的に絶縁されていれば構成として問題なく、この実施の形態の構成に限定されるものではない。

以下の説明において、導通部材１および導通部材２のうち、支持部材４の支持部４１および支持部４２の間に位置する部分（低融点材３を含む）を回路遮断部６と称することにする。

回路遮断部６を形成する導通部材１と支持部材４の間にはばね部材７が設けられている。ばね部材７はたとえばコイルばねで構成され、導通部材１と支持部材４によって圧縮された状態で挟み込まれており、導通部材１とばね部材７がピン８を介して接触する構成としている。なお、ばね部材７をコイルばねで構成する場合には、小形で大きなばね力が得られるので、回路遮断装置の小型化が可能となる。

導通部材１とばね部材７が直接接触する構成にしてもよいが、図２に示すように、回路遮断装置が動作した場合、導通部材１がばね部材７の伸長方向に対して直角ではなくなり、片当たりしてばね部材７が変形するなど、ばね部材７の反発力を効率よく導通部材１に伝えられなくなることが考えられる。従って、この実施の形態では、ピン８の導通部材１に接触する部分を球形あるいは半円形とし、支持部材４に設けた突起４３のピンガイド穴９でピン８の傾きを規制する構造としている。なお、突起４３はばね部材７の位置決めとしての機能も有している。

実施の形態１による回路遮断装置は上記のように構成されており、次にその動作について説明する。
負荷やバッテリー、あるいは電力変換装置、およびこれらの機器を接続している複数の電線によって構成されたワイヤーハーネス等に何らかの異常が発生して過電流が流れた場合、この実施の形態に係る回路遮断装置では、導通部材１および導通部材２と低融点材３が発熱し、導通部材１と導通部材２を接合している低融点材３の温度が融点に達するか、または温度上昇によって軟化する。

導通部材１と支持部材４によって圧縮された状態で挟み込まれているばね部材７が元の形状に復元しようとするばね力は、低融点材３が溶融あるいは軟化していない状態では、導通部材１を含む回路遮断部６が両端固定状態の梁として支持しているが、低融点材３が溶融あるいは軟化した状態では、導通部材１は支持部材４のみで支持された片持ち梁の状態となり、ばね部材７が元の形状に復元しようとするばね力によって図２に示す状態に変形し、導通部材２と引き離されることにより回路が遮断される。

導通部材１の変形は弾性変形であっても塑性変形であってもよいが、大電流を通電するためには導通部材１の断面積を大きくする必要があり、これを弾性変形の範囲内で変形させるとすると、導通部材１の変形量を微小に設定するか、導通部材１の支持部材４で固定された部分から低融点材３で接合される部分までの距離を長くする必要がある。

導通部材１の変形量を微小に設定した場合、大電流通電時には導通部材２との間にアークが生じて通電が継続され、回路に接続された機器が破損する恐れがある。また、アークの高温によって周辺の部材に引火する恐れがある。従って、導通部材１の変形量は、アークを確実に消孤することのできる変形量を確保する必要がある。

弾性変形の範囲内の変形でアークを確実に消孤することのできる変形量を確保するためには、導通部材１の支持部材４で固定された部分から低融点材３で接合される部分までの距離を長くする必要があるが、回路遮断装置として大型化する問題がある。

従って、この実施の形態のような大電流対応の回路遮断装置では、導通部材１を塑性変形させることを前提に、導通部材１の材質および形状やばね部材７の選定を行うのが望ましい。

以上のように、実施の形態１の回路遮断装置によれば、導電部材とばね部材を別にすることで、導電部材のばね性を確保する必要がなくなり、導電部材の長さを短縮し、小型化を図ることができる。

実施の形態２．
図３および４はこの発明に係る回路遮断装置の実施の形態２を示す断面図である。この実施の形態において、先に述べた実施の形態１と異なる点は、導通部材１および導通部材２の端部を突き合わせるのではなく、導通部材１および導通部材２を部分的に重ね合わせるように配置し、この重ね合わせた部分を低融点材３で接合している点である。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。

この実施の形態の場合には、先に述べた実施の形態１よりも低融点材３による接合面積を大きくすることができる。

この実施の形態および先に述べた実施の形態１では、低融点材３が溶融あるいは軟化していない状態では、ばね部材７が元の形状に復元しようとするばね力は、導通部材１を介して常に低融点材３に作用している。過電流が流れていない通常時には、低融点材３として、このばね力によって破断しないだけの強度が必要である。

この実施の形態では、先に述べた実施の形態１よりも低融点材３による接合面積を大きくすることができるので、低融点材３による接合部強度を向上させることができ、回路遮断装置としての寿命や信頼性を向上させることができる。

また、導通部材１および導通部材２として銅を、また、低融点材３としてハンダを用いる場合、ハンダは銅と比較して導電性が低いため、接合面積が小さいと導通抵抗が大きくなる。この実施の形態では接合面積を大きくすることができるので、導通抵抗を小さくすることが可能となる。

実施の形態３．
図５および６はこの発明に係る回路遮断装置の実施の形態３を示す断面図である。この実施の形態において、先に述べた実施の形態２と異なる点は、支持部材４の支持部４１の近傍で、導通部材１にＶ形の溝５０を設けたことである。なお、その他の構成については、実施の形態２と同様であり、その説明を省略する。

この発明に係る回路遮断装置は、ばね部材７が元の形状に復元しようとするばね力で導通部材１を変形させる構成であるため、導通部材１の曲げ剛性が高いと、ばね部材７も反発力の強い大きなものが必要となる。また、支持部材４も、このばね力に耐える剛性が必要となり、小型化が困難になる。

この実施の形態においては、支持部材４の支持部４１の近傍で、導通部材１にＶ形の溝５０を設けたことにより、低融点材３が溶融あるいは軟化したときには、導通部材１に働く曲げ応力はこのＶ形の溝５０に集中し、ばね部材７の反発力が小さくても導通部材１を変形させることができる。

また、低融点材３が溶融あるいは軟化したときには、導通部材１は支持部材４のみで支持された片持ち梁の状態となる。片持ち梁で応力が最大になるのは固定点付近、つまり支持部材４の支持部４１の近傍であり、支持部４１の近傍にＶ形の溝５０を設けることで、導通部材１を変形させるために必要な力を最小にすることができる。従って、ばね部材７として反発力の小さい小型のものを選定することができる。

また、先に述べたように、ばね部材７の反発力を小さくすることにより、支持部材４に必要な剛性も小さくなり、ひいては回路遮断装置の小型化を図ることができる。

なお、実施の形態３に係る回路遮断装置においては、支持部材４の支持部４１の近傍で、導通部材１にＶ形の溝５０を設けた実施の形態について図示説明したが、導通部材１にＵ形の溝、あるいはコ字形の溝など、導電部材１の一部の厚みを、他の部分より薄くする構成により同等の効果を奏することは勿論であって、この実施の形態の構成に限定されるものではない。

実施の形態４．
図７および８はこの発明に係る回路遮断装置の実施の形態４を示す断面図である。この実施の形態において、先に述べた実施の形態２と異なる点は、導通部材１と導通部材２を柔軟性のある平編銅線７０で接続し、この平編銅線７０をばね部材７で押し上げる構成としている点である。なお、その他の構成については、実施の形態２と同様であり、その説明を省略する。

導通部材１と平編銅線７０の接合部７１は、低融点材で接合してもよいが、必ずしも低融点材で接合する必要はなく、ロウ付け、溶接、超音波接合、圧着など、電気的接続が確保されて平編銅線７０が固定されていればよい。導通部材２と平編銅線７０は低融点材で接合され、温度上昇時にはばね部材７によって接合部が開放される。

ばね部材７で押し上げて変形させる部分に、リジッドな金属板よりも柔軟性がある平編銅線７０を使用することにより、ばね部材７に必要な力を小さくすることができる。従って、先に述べた実施の形態３と同様に、反発力の小さいばねを適用でき、かつ支持部材４の剛性を小さくできるので、回路遮断装置の小型化を図ることができる。

実施の形態５．
図９および図１０はこの発明に係る回路遮断装置の実施の形態５を示す断面図である。この実施の形態において、先に述べた実施の形態３と異なる点は、ばね部材９０としてコイルばねではなく板ばねを用いる点である。

先に述べた実施の形態３のように、導通部材１の支持部４１の近傍に溝５０を設けることで、導通部材１を変形させるために必要な力を最小にすることができ、ばね部材９０として反発力の小さい小型のものを選定することができるので、ばね部材９０としてコイルばねではなく、反発力の小さい板ばねを適用することが可能となる。このばね部材９０は図１０に示されるように、後述する理由によって２つの直線部分のうち、支持部材４に固定される側が導通部材１を押し上げる側よりも短い構成とされている。なお、その他の構成については、実施の形態３と同様であり、その説明を省略する。

板ばねはコイルばねと比較して形状が簡単なためコストが低く、また組み立てる際にも取り扱いが容易である。従って、ばね部材９０として板ばねを適用することにより、回路遮断装置の低コスト化を図ることができる。

なお、この実施の形態では、ばね部材９０としてＶ形の板ばねを用いているが、特にＶ形である必要はない。但し、Ｖ形の板ばねであれば、ばねの形状が簡単で低コストであり、小型化が可能となる。

また、この実施の形態では、ばね部材９０の２つの直線部分の長さが異なる構成としている。具体的には、ばね部材９０の２つの直線部分のうち、支持部材４に固定される側が、導通部材１を押し上げる側よりも短い構成となっている。これは、導通部材２とばね部材９０の絶縁距離を確保しつつ、導通部材１を押し上げる位置を溝５０からできるだけ遠くすることで、必要なばね力を最小限に抑えるためである。

この実施の形態では、先に述べた実施の形態３と同様に、導通部材１の支持部４１の近傍に溝５０を設けることで、導通部材１を変形させるために必要な力を最小にする構成としたが、実施の形態４のように平編銅線を用いる構成であっても、ばね部材９０を板ばねとし、同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態６．
図１１および１２はこの発明に係る回路遮断装置の実施の形態６を示す断面図である。この実施の形態において、先に述べた実施の形態５と異なる点は、ばね部材９０として板ばねを用い、且つ、ばね部材９０と導通部材２を、導通部材１と導通部材２を接合する低融点材３とは別の低融点材１１０で接合する点である。

この実施の形態においては、ばね部材９０の材質をベリリウム銅またはリン青銅とし、導電部材１または導電部材２とばね部材９０を接合する低融点材１１０をハンダとしたものである。この構成によれば、ベリリウム銅またはリン青銅とハンダは濡れ性がよいので、組立が容易となる利点がある。なお、その他の構成については、実施の形態５と同様であり、その説明を省略する。

先に述べた実施の形態１から実施の形態５の構成においては、ばね部材７あるいは９０の反発力は通常動作時でも常に低融点材３に作用しており、実施の形態２で述べたように、低融点材３は通常動作時にばね部材７あるいは９０の反発力だけで破断しないだけの強度が必要である。

しかし、この実施の形態では、ばね部材９０として板ばねを用い、かつ、ばね部材９０と導通部材２を、導通部材１および導通部材２を接合する低融点材３とは別の低融点材１１０で接合するので、導通を担当する低融点材３には、通常動作時にはばね部材９０の反発力は作用しない。従って、通常動作時の信頼性が向上する。

この実施の形態では、先に述べた実施の形態３と同様に、導通部材１の支持部４１の近傍に溝５０を設けることで、導通部材１を変形させるために必要な力を最小にする構成としたが、実施の形態４のように平編銅線を用いても同様の構成が可能であり、同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態７．
図１３および１４はこの発明に係る回路遮断装置の実施の形態７を示す断面図である。この実施の形態は、先に述べた実施の形態６とほぼ同様であるが、異なる点は、導通部材１と導通部材２の外側端部を端子形状とし、他の配線や機器とねじ締め接続できるように穴１３０および１３１を設けたことである。

導通部材１と導通部材２の外側端部を端子形状としたことにより、回路遮断装置単体として組立ができ、生産性が向上する。

この実施の形態では、先に述べた実施の形態６とほぼ同様の構成としたが、実施の形態１から実施の形態５のいずれの構成であっても、この実施の形態のように導通部材１と導通部材２の外側端部を端子形状にすることが可能であり、同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態８．
図１５および１６はこの発明に係る回路遮断装置の実施の形態８を示す断面図である。この実施の形態は、先に述べた実施の形態７とほぼ同様であるが、異なる点はカバー１５０により回路遮断部６を覆っている点である。

この実施の形態では、カバー１５０は、支持部材４に対して導通部材１および導通部材２と共締めされ、固定される構成としている。ただし、カバー１５０の固定方法はこれに限るものではない。

回路遮断装置では、大電流を遮断する際に高温のアークが発生する。回路遮断部６が露出していると、回路遮断装置の近傍にある他の機器や配線などが、この高温のアークによって損傷する可能性がある。この実施の形態では、カバー１５０によって回路遮断部６を覆っているので、アークによって回路遮断装置の近傍にある他の機器や配線に損傷を与えることがない。

この実施の形態では、先に述べた実施の形態７とほぼ同様の構成としたが、実施の形態１から６のいずれの構成であっても、この実施の形態のようにカバー１５０によって回路遮断部６を覆う構成が可能であり、この実施の形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。

この発明による回路遮断装置は、車両に設けられる電装システムにおいて、異常信号が入力されたとき、回路を短時間で、且つ、確実に遮断して電気部品を保護する回路遮断装置への利用可能性が大きい。

この発明の実施の形態１に係る回路遮断装置の通常時を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回路遮断装置の動作時を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る回路遮断装置の通常時を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る回路遮断装置の動作時を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係る回路遮断装置の通常時を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係る回路遮断装置の動作時を示す断面図である。 この発明の実施の形態４に係る回路遮断装置の通常時を示す断面図である。 この発明の実施の形態４に係る回路遮断装置の動作時を示す断面図である。 この発明の実施の形態５に係る回路遮断装置の通常時を示す断面図である。 この発明の実施の形態５に係る回路遮断装置の動作時を示す断面図である。 この発明の実施の形態６に係る回路遮断装置の通常時を示す断面図である。 この発明の実施の形態６に係る回路遮断装置の動作時を示す断面図である。 この発明の実施の形態７に係る回路遮断装置の通常時を示す断面図である。 この発明の実施の形態７に係る回路遮断装置の動作時を示す断面図である。 この発明の実施の形態８に係る回路遮断装置の通常時を示す断面図である。 この発明の実施の形態８に係る回路遮断装置の動作時を示す断面図である。

符号の説明

１，２ 導通部材 ３，１１０ 低融点材
４ 支持部材 ５ ねじ
６ 回路遮断部 ７，９０ ばね部材
８ ピン ９ ピンガイド穴
１１ 溝 ４１，４２ 支持部
４３ 突起 ５０ 溝
７０ 平編銅線 ７１ 接合部
１３０，１３１ 穴 １５０ カバー

Claims (14)

1. 第１および第２の導電部材と、
   前記第１および第２の導電部材を接合する導電性の低融点材と、
   電気的絶縁性を有し、前記第１および第２の導電部材を支持する少なくとも１つの支持部材と、
   前記第１の導電部材または第２の導電部材と前記支持部材との間に設けられ、前記第１の導電部材または第２の導電部材と前記支持部材によって動作が規制されたばね部材と、
   を備えたことを特徴とする回路遮断装置。
2. 前記第１および第２の導電部材が銅または銅合金であり、前記低融点材がハンダであることを特徴とする請求項１記載の回路遮断装置。
3. 前記第１および第２の導電部材が板状の金属であり、前記低融点材で接合される部分が重なるように配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回路遮断装置。
4. 前記第１および第２の導電部材が板状の金属であり、前記第１または第２の導電部材の一部の厚みを、他の部分より薄くしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の回路遮断装置。
5. 前記ばね部材をコイルばねで構成したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の回路遮断装置。
6. 前記ばね部材が板ばねであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の回路遮断装置。
7. 前記板ばねが、前記低融点材とは別の低融点材によって前記第１または第２の導電部材に接合されていることを特徴とする請求項６記載の回路遮断装置。
8. 前記板ばねの材質がベリリウム銅またはリン青銅であり、前記第１または第２の導電部材と前記板ばねを接合する前記低融点材がハンダであることを特徴とする請求項７記載の回路遮断装置。
9. 第１および第２の導電部材と、
   前記第１および第２の導電部材間に接合されると共に、前記第１の導電部材と前記第２の導電部材の少なくとも一方に接合される部分が導電性の低融点材で接合される平編銅線と、
   電気的絶縁性を有し、前記第１および第２の導電部材を支持する少なくとも１つの支持部材と、
   前記平編銅線と前記支持部材との間に設けられ、前記平編銅線と前記支持部材によって動作が規制されたばね部材と、
   を備えたことを特徴とする回路遮断装置。
10. 前記低融点材がハンダであることを特徴とする請求項９記載の回路遮断装置。
11. 前記ばね部材をコイルばね、もしくは板ばねで構成したことを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の回路遮断装置。
12. 前記第１および第２の導電部材が板状の金属であり、前記低融点材で接合される部分が重なるように配置されていることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれかに記載の回路遮断装置。
13. 前記第１および第２の導電部材の端部を端子形状にしたことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の回路遮断装置。
14. 少なくとも前記第１および第２の導電部材の接合部が、支持部材とカバーによって覆われていることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の回路遮断装置。

Images