過電流保護素子の実装構造
【課題】ＰＴＣサーミスタの熱がベタパターンに逃げることを防止し、負荷を過電流から確実に保護することができる過電流保護素子の実装構造を提供する。
【解決手段】基板の上に電源ベタパターン３と導電体パターン４が形成され、電源ベタパターン３と導電体パターン４の端部とＰＴＣサーミスタ１が接続されている。導電体パターン４側には、スルーホール８が形成され、このスルーホール８にはコネクタのピンが挿入されてはんだ付固定され、負荷に接続される。そして、電源ベタパターン３にはＰＴＣサーミスタ１側に突出した、幅の狭い伝熱規制パターン９が形成されているので、ＰＴＣサーミスタ１から電源ベタパターン３への熱の拡散を少なくし、過電流時に温度を確実に上昇させることができる。
【解決手段】基板の上に電源ベタパターン３と導電体パターン４が形成され、電源ベタパターン３と導電体パターン４の端部とＰＴＣサーミスタ１が接続されている。導電体パターン４側には、スルーホール８が形成され、このスルーホール８にはコネクタのピンが挿入されてはんだ付固定され、負荷に接続される。そして、電源ベタパターン３にはＰＴＣサーミスタ１側に突出した、幅の狭い伝熱規制パターン９が形成されているので、ＰＴＣサーミスタ１から電源ベタパターン３への熱の拡散を少なくし、過電流時に温度を確実に上昇させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電流保護素子の実装構造、特に、正温度係数サーミスタの基板への実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル複合機やファクシミリ等の端末機器にはファンモータやトナー搬送用モータ、用紙搬送用モータ等多数のモータが使用されているが、これらのモータに何らかの異常によって定格以上の電流が流れた場合、モータ巻線のレイヤショートによる破損、モータ駆動回路の過温度上昇による破損などを起こす可能性があるので、モータに流れる電流が基準電流を超えた場合にモータへの給電を停止することが行われていた。
【０００３】
しかし、このような構成では、回路が複雑化してしまうので、温度ヒューズ、または電流ヒューズなどを用いて異常負荷時に電流を遮断することも行われている。しかしながら、このようにヒューズを使用すると、ヒューズに定格電流以上の電流が流れると切断され、ヒューズが切断されるたびにヒューズを交換しなければならず、手間が係るという問題が生じる。
このため、保護素子として、温度の上昇にともなって抵抗値が増加するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient Resistor）特性を持つポリマ系のＰＴＣサーミスタ（正温度係数サーミスタ）を使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−１６７８８１号公報
【０００４】
ＰＴＣサーミスタは図６の温度−抵抗特性図に示すように、温度が低いときは、非常に低い抵抗値を有し、過熱され、ある温度を超えると、高抵抗に変化（トリップ）する特性を有している。
このようなＰＴＣサーミスタを用いて過電流保護を行う場合、ＰＴＣサーミスタ自体を負荷に接近させ、負荷からの熱がＰＴＣサーミスタに伝達されやすくする場合と、ＰＴＣサーミスタを負荷とは離れた位置の基板、特に面実装型の基板に実装し、ＰＴＣサーミスタ自体の温度上昇によって負荷を保護する場合とがある。
【０００５】
一方、一般にプリント配線板では、半導体チップ等の電子部品に電源供給を行うために、電源層および接地層が形成されている。電源層および接地層には、配線層をそれぞれ一層ずつ割り当て、多層基板にすることが望ましいが、高密度化の要求が厳しいことから、その他の信号のための配線を同一層の配線層に混在させることがおこなわれている。しかし、一層ずつ割り当てないまでも、電源、接地の電位を安定させることが求められていることから、電源のアースラインのパターンは、広い面積で形成した、いわゆるベタパターンとすることが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＰＴＣサーミスタを負荷とは離れた位置の基板に実装し、ＰＴＣサーミスタ自体の温度上昇によって負荷を保護する構成の場合、従来、図７に示すように、電源ベタパターン１１とスルーホール１２が設けられた導電パターン１３との間にＰＴＣサーミスタ１４を配置している。
【０００７】
このように、電源のベタパターン１１にＰＴＣサーミスタ１４が接近していると、ＰＴＣサーミスタ１４の熱がベタパターン１１に逃げ、過電流が発生していても、ＰＴＣサーミスタの温度上昇が遅れ、通常のトリップ遷移電流状態またはトリップ遷移熱状態にならない場合もあり、負荷を過電流から完全に保護できない場合があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、ＰＴＣサーミスタの熱がベタパターンに逃げることを防止し、負荷を過電流から確実に保護することができる過電流保護素子の実装構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、請求項１に係る発明の過電流保護素子の実装構造は、ベタパターンに過電流保護素子を近接して実装する過電流保護素子の実装構造において、ベタパターンと過電流保護素子との間に伝熱規制パターンを設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に係る発明の過電流保護素子の実装構造は、請求項１に記載された過電流保護素子の実装構造において、上記伝熱規制パターンはベタパターンより突出した形状であり、その先端に過電流保護素子の一端子が接続されることを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項３に係る発明の過電流保護素子の実装構造は、請求項１または請求項２に記載された過電流保護素子の実装構造において、上記過電流保護素子が正温度係数サーミスタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１または請求項２に係る発明の過電流保護素子の実装構造によれば、ベタパターンと過電流保護素子との間に伝熱規制パターンを設けているので、過電流保護素子の熱がベタパターンに拡散することを防止でき、過電流が発生した場合には、直ちに所定の温度まで過電流保護素子の温度が上昇するので、負荷を確実に保護することができる。
なお、この場合ベタパターンは複雑な形状ではないので、基板のパターン配置等に支障をきたすことはない。
【００１３】
また、請求項３に係る発明の過電流保護素子の実装構造のように、過電流保護素子としてＰＴＣサーミスタを使用すれば、温度が下がれば抵抗値が復帰するので、素子の交換の手間がかからないようにすることが可能である。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明の過電流保護素子の実装構造の実施例について、図面を用いて説明する。
図１は本発明の過電流保護素子の実装構造を適用する保護回路の一例を示す図であり、モータ（Ｍ）等の負荷とＰＴＣサーミスタ１の直列回路が電源Ｖｃｃと駆動トランジスタＴｒとの間に挿入されている。トランジスタＴｒには抵抗Ｒを介して制御信号が入力され、制御信号がＯＮになると、トランジスタＴｒが導通して、モータＭが駆動される。なお、ダイオードＤは過電圧保護用のダイオードである。
【００１５】
このように、ＰＴＣサーミスタ１をモータＭに直列に接続することにより、モータＭに過電流が流れた場合、この過電流によりＰＴＣサーミスタ１が自己発熱する。自己発熱による素子の内部温度は、モータＭの駆動電流とＰＴＣサーミスタ１の放熱特性で定まるが、ＰＴＣサーミスタ１の放熱特性が一定であるとき、モータ駆動電流の大小によって変化する。したがって、モータＭの電流が増大すると、ＰＴＣサーミスタ１の温度も上昇し、モータＭの電流が一定値を超え、例えば、ＰＴＣサーミスタ１の温度が８０℃を超えると、ＰＴＣサーミスタ１が高抵抗となって、負荷電流を下げ、モータＭの破損を防止することができる。
【００１６】
そして、ＰＴＣサーミスタ１が高抵抗になった後も小電流が流れ続けるので、モータＭに電圧が印加されている限り、発熱は継続され、ＰＴＣサーミスタ１が低抵抗に戻ることはない。
一方、制御信号がオフとなり、電源が遮断されると、冷却によってＰＴＣサーミスタ１の抵抗値が高抵抗から徐々に基準抵抗値まで復帰するので、トリップしても温度が下がれれば正常な状態に復帰する。したがって、部品の交換や、マニュアルでのリセットの必要がなく、手間のかからない、安定した制御が可能である。
【００１７】
図２、図３は上記のＰＴＣサーミスタ１を基板に実装した、本発明の実装構造を示す断面図及び平面図であり、図２に示すように、基板２の上に電源ベタパターン３と導電体パターン４が形成され、その上にソルダレジスト層５が形成されている。そして、このソルダレジスタ層５の上にＰＴＣサーミスタ１が配置され、電源ベタパターン３と導電体パターン４の端部のソルダレジスト層５の開口部においてフローはんだ（又はリフローはんだ）６によりＰＴＣサーミスタ１の端子７と電源ベタパターン３及び導電体パターン４との導通が図られている。なお、導電体パターン４側には、スルーホール８が形成され、このスルーホール８には図示しないコネクタのピンが挿入されてはんだ付固定され、モータＭに接続される。
【００１８】
一方、電源ベタパターン３は図３の平面図に示すように、ＰＴＣサーミスタ１側に突出した、幅の狭い伝熱規制パターン９が形成されており、ソルダレジスト層５の開口部にはこの伝熱規制パターン９の部分のみが位置するので、ＰＴＣサーミスタ１から電源ベタパターン３への熱の伝達を少なくし、放熱を抑えることができる。
【００１９】
以上のように、ベタパターンとＰＴＣサーミスタとの間に伝熱規制パターンを設けることにより、ＰＴＣサーミスタの熱がベタパターンに拡散することを防止でき、過電流が発生した場合には、直ちに所定の温度まで過電流保護素子の温度が上昇するので、負荷を確実に保護することができる。
【００２０】
上記の実施例では、伝熱規制パターンを方形状としたが、図４の平面図に示すように、伝熱規制パターン９の両側を削ってさらに、面積を少なくすることにより、ＰＴＣサーミスタ１からの放熱をさらに少なくすることができる。
また、図５の平面図に示すように、伝熱規制パターン９及び電源ベタパターン３の内側に導電体を形成しない部分を設けることにより、ＰＴＣサーミスタ１からの放熱を少なくすることも可能である。
【００２１】
なお、上記の実施例では、本発明の過電流保護素子の実装構造をモータに保護素子としてＰＴＣサーミスタを設ける場合を例として説明したが、本発明は過電流保護素子をその他の負荷に接続する場合にも実施することができ、また、過電流保護素子としては、温度により急激に抵抗値が変化する素子であれば、ＰＴＣサーミスタ以外の素子を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の過電流保護素子の実装構造を適用する保護回路の一例を示す図である。
【図２】ＰＴＣサーミスタを基板に実装した、本発明の実装構造の断面図である。
【図３】ＰＴＣサーミスタを基板に実装した、本発明の実装構造の平面図である。
【図４】ＰＴＣサーミスタを基板に実装した、本発明の実装構造の他の実施例の平面図である。
【図５】ＰＴＣサーミスタを基板に実装した、本発明の実装構造のさらに他の実施例の平面図である。
【図６】ＰＴＣサーミスタの温度−抵抗特性を示す図である。
【図７】ＰＴＣサーミスタを基板に実装した従来の構造を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１ ＰＴＣサーミスタ
２ 基板
３ 電源ベタパターン
４ 導電体パターン
５ ソルダレジスト層
６ フローはんだ
７ 端子
８ スルーホール
９ 伝熱規制パターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電流保護素子の実装構造、特に、正温度係数サーミスタの基板への実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル複合機やファクシミリ等の端末機器にはファンモータやトナー搬送用モータ、用紙搬送用モータ等多数のモータが使用されているが、これらのモータに何らかの異常によって定格以上の電流が流れた場合、モータ巻線のレイヤショートによる破損、モータ駆動回路の過温度上昇による破損などを起こす可能性があるので、モータに流れる電流が基準電流を超えた場合にモータへの給電を停止することが行われていた。
【０００３】
しかし、このような構成では、回路が複雑化してしまうので、温度ヒューズ、または電流ヒューズなどを用いて異常負荷時に電流を遮断することも行われている。しかしながら、このようにヒューズを使用すると、ヒューズに定格電流以上の電流が流れると切断され、ヒューズが切断されるたびにヒューズを交換しなければならず、手間が係るという問題が生じる。
このため、保護素子として、温度の上昇にともなって抵抗値が増加するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient Resistor）特性を持つポリマ系のＰＴＣサーミスタ（正温度係数サーミスタ）を使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−１６７８８１号公報
【０００４】
ＰＴＣサーミスタは図６の温度−抵抗特性図に示すように、温度が低いときは、非常に低い抵抗値を有し、過熱され、ある温度を超えると、高抵抗に変化（トリップ）する特性を有している。
このようなＰＴＣサーミスタを用いて過電流保護を行う場合、ＰＴＣサーミスタ自体を負荷に接近させ、負荷からの熱がＰＴＣサーミスタに伝達されやすくする場合と、ＰＴＣサーミスタを負荷とは離れた位置の基板、特に面実装型の基板に実装し、ＰＴＣサーミスタ自体の温度上昇によって負荷を保護する場合とがある。
【０００５】
一方、一般にプリント配線板では、半導体チップ等の電子部品に電源供給を行うために、電源層および接地層が形成されている。電源層および接地層には、配線層をそれぞれ一層ずつ割り当て、多層基板にすることが望ましいが、高密度化の要求が厳しいことから、その他の信号のための配線を同一層の配線層に混在させることがおこなわれている。しかし、一層ずつ割り当てないまでも、電源、接地の電位を安定させることが求められていることから、電源のアースラインのパターンは、広い面積で形成した、いわゆるベタパターンとすることが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＰＴＣサーミスタを負荷とは離れた位置の基板に実装し、ＰＴＣサーミスタ自体の温度上昇によって負荷を保護する構成の場合、従来、図７に示すように、電源ベタパターン１１とスルーホール１２が設けられた導電パターン１３との間にＰＴＣサーミスタ１４を配置している。
【０００７】
このように、電源のベタパターン１１にＰＴＣサーミスタ１４が接近していると、ＰＴＣサーミスタ１４の熱がベタパターン１１に逃げ、過電流が発生していても、ＰＴＣサーミスタの温度上昇が遅れ、通常のトリップ遷移電流状態またはトリップ遷移熱状態にならない場合もあり、負荷を過電流から完全に保護できない場合があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、ＰＴＣサーミスタの熱がベタパターンに逃げることを防止し、負荷を過電流から確実に保護することができる過電流保護素子の実装構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、請求項１に係る発明の過電流保護素子の実装構造は、ベタパターンに過電流保護素子を近接して実装する過電流保護素子の実装構造において、ベタパターンと過電流保護素子との間に伝熱規制パターンを設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に係る発明の過電流保護素子の実装構造は、請求項１に記載された過電流保護素子の実装構造において、上記伝熱規制パターンはベタパターンより突出した形状であり、その先端に過電流保護素子の一端子が接続されることを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項３に係る発明の過電流保護素子の実装構造は、請求項１または請求項２に記載された過電流保護素子の実装構造において、上記過電流保護素子が正温度係数サーミスタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１または請求項２に係る発明の過電流保護素子の実装構造によれば、ベタパターンと過電流保護素子との間に伝熱規制パターンを設けているので、過電流保護素子の熱がベタパターンに拡散することを防止でき、過電流が発生した場合には、直ちに所定の温度まで過電流保護素子の温度が上昇するので、負荷を確実に保護することができる。
なお、この場合ベタパターンは複雑な形状ではないので、基板のパターン配置等に支障をきたすことはない。
【００１３】
また、請求項３に係る発明の過電流保護素子の実装構造のように、過電流保護素子としてＰＴＣサーミスタを使用すれば、温度が下がれば抵抗値が復帰するので、素子の交換の手間がかからないようにすることが可能である。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明の過電流保護素子の実装構造の実施例について、図面を用いて説明する。
図１は本発明の過電流保護素子の実装構造を適用する保護回路の一例を示す図であり、モータ（Ｍ）等の負荷とＰＴＣサーミスタ１の直列回路が電源Ｖｃｃと駆動トランジスタＴｒとの間に挿入されている。トランジスタＴｒには抵抗Ｒを介して制御信号が入力され、制御信号がＯＮになると、トランジスタＴｒが導通して、モータＭが駆動される。なお、ダイオードＤは過電圧保護用のダイオードである。
【００１５】
このように、ＰＴＣサーミスタ１をモータＭに直列に接続することにより、モータＭに過電流が流れた場合、この過電流によりＰＴＣサーミスタ１が自己発熱する。自己発熱による素子の内部温度は、モータＭの駆動電流とＰＴＣサーミスタ１の放熱特性で定まるが、ＰＴＣサーミスタ１の放熱特性が一定であるとき、モータ駆動電流の大小によって変化する。したがって、モータＭの電流が増大すると、ＰＴＣサーミスタ１の温度も上昇し、モータＭの電流が一定値を超え、例えば、ＰＴＣサーミスタ１の温度が８０℃を超えると、ＰＴＣサーミスタ１が高抵抗となって、負荷電流を下げ、モータＭの破損を防止することができる。
【００１６】
そして、ＰＴＣサーミスタ１が高抵抗になった後も小電流が流れ続けるので、モータＭに電圧が印加されている限り、発熱は継続され、ＰＴＣサーミスタ１が低抵抗に戻ることはない。
一方、制御信号がオフとなり、電源が遮断されると、冷却によってＰＴＣサーミスタ１の抵抗値が高抵抗から徐々に基準抵抗値まで復帰するので、トリップしても温度が下がれれば正常な状態に復帰する。したがって、部品の交換や、マニュアルでのリセットの必要がなく、手間のかからない、安定した制御が可能である。
【００１７】
図２、図３は上記のＰＴＣサーミスタ１を基板に実装した、本発明の実装構造を示す断面図及び平面図であり、図２に示すように、基板２の上に電源ベタパターン３と導電体パターン４が形成され、その上にソルダレジスト層５が形成されている。そして、このソルダレジスタ層５の上にＰＴＣサーミスタ１が配置され、電源ベタパターン３と導電体パターン４の端部のソルダレジスト層５の開口部においてフローはんだ（又はリフローはんだ）６によりＰＴＣサーミスタ１の端子７と電源ベタパターン３及び導電体パターン４との導通が図られている。なお、導電体パターン４側には、スルーホール８が形成され、このスルーホール８には図示しないコネクタのピンが挿入されてはんだ付固定され、モータＭに接続される。
【００１８】
一方、電源ベタパターン３は図３の平面図に示すように、ＰＴＣサーミスタ１側に突出した、幅の狭い伝熱規制パターン９が形成されており、ソルダレジスト層５の開口部にはこの伝熱規制パターン９の部分のみが位置するので、ＰＴＣサーミスタ１から電源ベタパターン３への熱の伝達を少なくし、放熱を抑えることができる。
【００１９】
以上のように、ベタパターンとＰＴＣサーミスタとの間に伝熱規制パターンを設けることにより、ＰＴＣサーミスタの熱がベタパターンに拡散することを防止でき、過電流が発生した場合には、直ちに所定の温度まで過電流保護素子の温度が上昇するので、負荷を確実に保護することができる。
【００２０】
上記の実施例では、伝熱規制パターンを方形状としたが、図４の平面図に示すように、伝熱規制パターン９の両側を削ってさらに、面積を少なくすることにより、ＰＴＣサーミスタ１からの放熱をさらに少なくすることができる。
また、図５の平面図に示すように、伝熱規制パターン９及び電源ベタパターン３の内側に導電体を形成しない部分を設けることにより、ＰＴＣサーミスタ１からの放熱を少なくすることも可能である。
【００２１】
なお、上記の実施例では、本発明の過電流保護素子の実装構造をモータに保護素子としてＰＴＣサーミスタを設ける場合を例として説明したが、本発明は過電流保護素子をその他の負荷に接続する場合にも実施することができ、また、過電流保護素子としては、温度により急激に抵抗値が変化する素子であれば、ＰＴＣサーミスタ以外の素子を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の過電流保護素子の実装構造を適用する保護回路の一例を示す図である。
【図２】ＰＴＣサーミスタを基板に実装した、本発明の実装構造の断面図である。
【図３】ＰＴＣサーミスタを基板に実装した、本発明の実装構造の平面図である。
【図４】ＰＴＣサーミスタを基板に実装した、本発明の実装構造の他の実施例の平面図である。
【図５】ＰＴＣサーミスタを基板に実装した、本発明の実装構造のさらに他の実施例の平面図である。
【図６】ＰＴＣサーミスタの温度−抵抗特性を示す図である。
【図７】ＰＴＣサーミスタを基板に実装した従来の構造を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１ ＰＴＣサーミスタ
２ 基板
３ 電源ベタパターン
４ 導電体パターン
５ ソルダレジスト層
６ フローはんだ
７ 端子
８ スルーホール
９ 伝熱規制パターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベタパターンに過電流保護素子を近接して実装する過電流保護素子の実装構造において、
ベタパターンと過電流保護素子との間に伝熱規制パターンを設けたことを特徴とする過電流保護素子の実装構造。
【請求項２】
請求項１に記載された過電流保護素子の実装構造において、
上記伝熱規制パターンはベタパターンより突出した形状であり、その先端に過電流保護素子の一端子が接続されることを特徴とする過電流保護素子の実装構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された過電流保護素子の実装構造において、
上記過電流保護素子が正温度係数サーミスタであることを特徴とする過電流保護素子の実装構造。
【請求項１】
ベタパターンに過電流保護素子を近接して実装する過電流保護素子の実装構造において、
ベタパターンと過電流保護素子との間に伝熱規制パターンを設けたことを特徴とする過電流保護素子の実装構造。
【請求項２】
請求項１に記載された過電流保護素子の実装構造において、
上記伝熱規制パターンはベタパターンより突出した形状であり、その先端に過電流保護素子の一端子が接続されることを特徴とする過電流保護素子の実装構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された過電流保護素子の実装構造において、
上記過電流保護素子が正温度係数サーミスタであることを特徴とする過電流保護素子の実装構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２６９４４６（Ｐ２００６−２６９４４６Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８０７７８（Ｐ２００５−８０７７８）
【出願日】平成１７年３月２２日（２００５．３．２２）
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２２日（２００５．３．２２）
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
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