JPH0998534A - 過電流保護構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 プリント配線基板２０上に抵抗２２、コ
ンデンサ２５及びツェナーダイオード２４を実装して近
接スイッチＡの電源入力部を構成する。電源入力部を構
成する配線パターン４０のうち抵抗２２と直列の関係に
ある部分を抵抗２２の下面を通過するように配線してヒ
ューズ部４７を形成する。近接スイッチＡに無負荷状態
で電源を正負逆に接続して抵抗２２に過電流が流れる
と、抵抗２２が発熱して配線パターン４０のヒューズ部
４７を溶断し、電源入力部を断路する。 【効果】 抵抗に過電流が流れてもヒューズ部が溶断す
ることによって抵抗の発火を防止することができる。簡
単で安価な構造により抵抗の発火や、周囲への延焼等を
防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品や機器等
を過電流による発火や類焼から保護するための過電流保
護構造に関する。例えば、金属体を検出する近接スイッ
チや光電スイッチなどに用いるのに好適な過電流保護構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属体の存在を非接触で磁気的に検出す
るセンサとして、一般的に高周波発振型近接センサが用
いられる。このような近接センサのうち、パチンコ玉等
の金属体が通過する毎に検出コイルで検知して電気信号
を出すようにした近接スイッチが知られている。

【０００３】このような近接スイッチ７１においては、
プリント基板上の電源入力部には、図１０に示すよう
に、ノイズ除去回路を構成する抵抗２２やコンデンサ２
５、ツェナーダイオード２４が実装されている。電源入
力部の電源接続端子７２，７３間には、通常１２〜２４
Ｖの電源７４が接続され、また、電源側には電源７４の
内部抵抗や負荷抵抗７５が含まれている。

【０００４】しかしながら、電源接続端子７２，７３間
に誤った電源７４を接続され、定格電圧以上の過大な電
圧が印加されると、図１０のイ矢印のように近接スイッ
チ７１に過電流が流れる。また、負荷抵抗のない状態
で、誤って電源７４を正負逆に取り付けられた場合に
も、図１０のロ矢印のように近接スイッチ７１に過電流
が流れる。これらの場合には、電源入力部に設けられた
抵抗２２は過電流により発熱し、当該抵抗２２が焼ける
に止まらず、近接スイッチ７１が発火し、近接スイッチ
７１を組み込まれている機器等に延焼する原因となる。

【０００５】発熱による延焼を防ぐためには、熱容量の
小さな抵抗２２を使用すれば、過電流による発熱で抵抗
２２が短時間で破損して開放状態となり、過電流を即断
することができる。しかし、熱容量の小さな抵抗２２
は、静電気やノイズ等による影響で特性に変化が生じた
り、破壊に至る場合もあるため、回路全体の性能を低下
させる問題がある。

【０００６】一方、硝子管ヒューズやチップヒューズを
使用する方法も、広く一般に用いられるが、これらのヒ
ューズは基板上に配置するために必要な実装面積が大き
くなり、コスト的にも高くなってしまい、小型で単価の
低い近接スイッチ等には適さないという問題があった。

【０００７】図１１に示すように、基板上に幅狭のパタ
ーン７７を蛇行させて形成したパターンヒューズ７６も
知られているが、基板の作製バラツキにより安定した動
作を得られないという問題があった。また、安定した動
作のパターンヒューズ７６は、コストの高い方法でなけ
れば作製することができなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、抵抗を含む回路、特に電源入力部において、ヒ
ューズ等の別途部品を用いることなく、しかも熱容量の
大きな抵抗を用いて安価に過電流による延焼や類焼の危
険を防止することができる過電流保護構造を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による請求項１に
記載の過電流保護構造は、基板上に形成された配線パタ
ーンと基板上に実装された抵抗とを含む電源入力部に流
れる過電流を遮断する過電流時の保護構造であって、前
記配線パターンの一部を、前記抵抗に過電流が流れた時
の熱で溶断するよう前記抵抗の近傍に配置したことを特
徴としている。

【００１０】本発明による請求項２に記載の過電流保護
構造は、基板上に形成された回路部分に流れる過電流を
遮断する過電流時の保護構造であって、前記回路部分の
過電流が流れる位置に抵抗を挿入し、前記回路部分の配
線パターンの一部を、前記抵抗に過電流が流れた時の熱
で溶断するよう前記抵抗の近傍に配置したことを特徴と
している。

【００１１】

【作用】本発明の過電流保護構造によれば、電源入力部
（請求項１の場合）やそれ以外の回路部分（請求項２の
場合）に過電流が流れると、過電流によって抵抗が発熱
して抵抗近傍の配線パターンが溶断する。この結果、過
電流が遮断され、抵抗等が発火して過電流保護構造を設
けられている電子部品や装置、周囲の機器等に延焼した
り類焼したりするのを防止することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】

（貫通型近接センサの全体構成）本発明の一実施形態
を、パチンコ玉等の貫通を検出する貫通型近接スイッチ
Ａを例にとって説明する。図１は近接スイッチＡの分解
斜視図である。近接スイッチＡは、図示のように、上ケ
ース１及び下ケース２からなる平たい直方体状の筐体内
にコイル部１３と電子回路部１９と１対のシールドリン
グ３１，３２を納めて構成される。

【００１３】この筐体を構成する上下のケース１，２に
は、互いに対向するようにして略円形の貫通孔３，４が
形成されている。下ケース２の貫通孔４の周囲には、下
ケース２の内面側へ向けてリング状をした突縁９が突設
されており、突縁９の一部には下のシールドリングを位
置決めするためのボス１０が突設されている。下ケース
２内面の貫通孔４の近傍にはピン１１が立設されてい
る。さらに、下ケース２のピン１１と対向するあたりの
左右側壁には、後述する電子回路部１９の突出部３０を
保持するための凹部１２が形成されている。また、上ケ
ース１の貫通孔３の周囲にも、下ケース２と同様、リン
グ状の突縁（図示せず）が突設されており、突縁の一部
には上のシールドリング３１を位置決めするためのボス
（図示せず）が突設されている。

【００１４】また、上ケース１のコーナ部の２箇所及び
両側面には、係合爪５を有する弾性片６，７がそれぞれ
垂下されており、下ケース２には各係合爪５と対応して
突起８（コーナ部の突起は図示せず）が突設されてお
り、下ケース２の上に上ケース１を被せて係合爪５を突
起８に係合させることにより、上下のケース１，２を合
体させて筐体を構成できるようになっている。

【００１５】コイル部１３は、樹脂製のコイルスプール
１４にコイル巻線１５を巻装したものである。コイルス
プール１４は、コイル巻線１５を巻回するための巻胴部
１６の内側に金属体（すなわち、パチンコ玉）を通過さ
せるための貫通孔１７を有しており、巻胴部１６の後端
部に基板接続部１８が突出している。コイルスプール１
４の基板接続部１８には電子回路部１９の先端部が接続
一体化されている。

【００１６】電子回路部１９は、プリント配線基板２０
の上面に形成された配線パターン（銅箔パターン）４０
上にＩＣ２１や抵抗２２，２３、ツェナーダイオード２
４、コンデンサ２５，２６，２７等の部品を実装して発
振回路や検波回路、出力回路等を構成したものである。
プリント配線基板２０の下面には、図５に示すように、
ほぼ全面に静電気シールド用の銅箔２８が貼られてい
る。基板接続部１８に挿入されたプリント配線基板２０
の先端部と基板接続部１８には、下ケース２のピン１１
と対応する位置にピン挿入孔２９が穿孔されている。ま
た、プリント配線基板２０の先端部両側には突出部３０
が設けられており、コイル部１３のコイル巻線１５の両
端は当該突出部３０で電子回路部１９にハンダ付けされ
ている。

【００１７】シールドリング３１，３２は例えば銅箔板
で形成された金属製のリング状の部材であって、これら
を組み合わせてコイル部１３の外周部を覆うことによ
り、コイル部１３の磁束が外周部に漏れるのを防ぎ、周
囲金属による誤動作を防止するものである。シールドリ
ング３１，３２には、コイル巻線１５等に触れないよう
に細い切り欠き部３３が設けられており、切り欠き部３
３には突片３４が立設されている。さらに、シールドリ
ング３１，３２の内周は上下ケース１，２の突縁９の外
周とほぼ等しい寸法に形成されており、内周の一部には
切り欠き凹部３５が設けられている。

【００１８】しかして、近接センサＡの組立に当たって
は、下ケース２の突縁９の周囲に下のシールドリング３
２を置くと、突縁９によってシールドリング３２が位置
決めされると共にシールドリング３２の切り欠き凹部３
５が下ケース２のボス１０に嵌合して回り止めされる。
ついで、コイル部１３の基板接続部１８とプリント配線
基板２０のピン挿入孔２９に下ケース２のピン１１を圧
入させるようにしてコイル部１３と電子回路部１９を下
ケース２内に納めると、プリント配線基板２０の突出部
３０が下ケース２の凹部１２に収容されて位置決め保持
される。コイル部１３の上に上のシールドリング３１を
被せた後、この上から上ケース１を被せると、上ケース
１の突縁が上のシールドリング３１の内周にはまり込ん
でシールドリング３１を位置決めし、上のシールドリン
グ３１の切り欠き凹部３５が上ケース１のボスに嵌合し
てシールドリング３１が回り止めされる。さらに、上ケ
ース１を下ケース２に押し付けると、上ケース１の弾性
片６，７に設けられた係合爪５が下ケース２の突起８に
係合し、上下のケース１，２が一体化されて筐体が構成
され、コイル部１３と電子回路部１９が筐体内に収納さ
れる。こうして組立られた近接センサＡにあっては、上
ケース１、コイルスプール１４及び下ケース２の各貫通
孔３，１７，４が一体となって金属体の通過する貫通部
が構成される。

【００１９】また、上下のシールドリング３１，３２と
コイル部１３及び電子回路部１９を上下ケース１，２内
に納めると、下のシールドリング３２に突設されている
突片３４がプリント配線基板２０下面の銅箔２８に圧接
して下のシールドリング３２がアースされる。さらに、
上のシールドリング３１が下のシールドリング３２に接
触することにより、上のシールドリング３１もアースさ
れる。この結果、コイル部１３は、アースされた上下シ
ールドリング３１，３２によって外周部を覆われ、コイ
ル部１３から磁束が外周部に漏れて誤動作することを防
止される。

【００２０】（電子回路部の構成）図２は直流２線式の
貫通型近接スイッチＡの回路構成を示す回路図、図３は
当該回路の機能ブロック図である。並列に接続されたコ
イル部１３（コイル巻線１５）とコンデンサ２７とによ
ってＬＣ発振回路３６が構成されている。２１は貫通型
近接スイッチ用のカスタムＩＣであって、ＬＣ及びＲＶ
は発振信号用の端子、ＲＥは帰還電流等を調整するため
の調整抵抗２３を接続するための端子、ＩＮＴは積分用
コンデンサ２６を接続する端子である。しかして、ＩＣ
２１、調整抵抗２３及び積分用コンデンサ２６によって
検波回路３７及び出力回路３８が構成されている。ま
た、電源は、抵抗２２、コンデンサ２５及びツェナーダ
イオード２４によって構成されるノイズ除去回路３９を
通して、ＩＣ２１の電源端子Ｖ_CC及びアース端子ＧＮＤ
に接続されている。

【００２１】発振回路３６は一定の周波数で発振し、そ
の出力は検波回路３７に伝えられる。コイル部１３に金
属体が接近した場合には、コイル部１３のコンダクタン
スが増加し、発振回路３６の発振条件が変化して振幅が
低下し、または発振レベルが所定のしきい値以下とな
る。この振幅もしくは発振レベルの低下により近接セン
サＡは金属体の接近ないし通過を検知し、出力回路３８
を介して物体検知信号を出力する。検波回路３７と出力
回路３８は、発振状態の変化に基づいて金属体の近接を
検出する信号処理部を構成している。また、ノイズ除去
回路３９は、電源電圧に乗ってＩＣ２１に侵入するノイ
ズを除去している。

【００２２】図４及び図５は上記プリント配線基板２０
の表面側及び裏面側の配線パターン４０とシールド用の
銅箔２８のパターンを示す図である。図４及び図５にお
いて、斜線を施した領域は高電位側となる領域、梨地の
領域はアース電位となる領域である。突出部３０の表裏
に設けられているアース電位用のパッド４１及び４２
は、突出部３０にコイル巻線１５を巻いてハンダ付けす
ることによって互いに電気的に接続される。４３，４４
はコイル巻線１５をハンダ付けするための高電位側の電
極パッド及びダミーパッドである。また、４５，４６は
高電位側及びアース側の電源接続用パッドである。この
表面側の配線パターン４０には、図４に２点鎖線で示す
位置にＩＣ２１が実装され、図４にシンボルで示すよう
に抵抗２２，２３やコンデンサ２５，２６，２７、ツエ
ナーダイオード２４が実装されている。ここで、電源入
力部における配線パターン４０の一部（抵抗２２と直列
の関係にある部分）は、図６に示すように配線パターン
４０にハンダ付けしてプリント配線基板２０上に実装さ
れた抵抗（炭素被膜抵抗）２２の下面を通過するように
配線されていてヒューズ部４７となっている。このヒュ
ーズ部４７の幅は抵抗２２の熱によって溶断し易いよう
に、線幅を細くなっている（例えば、０.２ｍｍ程度の
線幅）。

【００２３】この貫通型近接スイッチＡの電源接続用パ
ッド４５，４６間に誤って無負荷ないし軽負荷の状態で
電源が正負逆向きに接続された場合には、配線パターン
４０には図７に矢印で示すように過電流が流れる。この
過電流によって電源入力部の抵抗２２が発熱する。抵抗
２２が発熱すると、その下のヒューズ部４７が溶断す
る。ヒューズ部４７が溶断すると、電源入力部が断線し
て開くので、抵抗２２に電流が流れなくなり、抵抗２２
が発火するのを防止することができる。従って、近接ス
イッチＡから発火して、近接スイッチＡが組み込まれて
いる例えばパチンコ台等が延焼したり類焼したりするの
を防止することができる。

【００２４】同様に、定格以上の過大な電圧の電源を接
続された場合にも、抵抗２２の発熱によってヒューズ部
４７が溶断するので、抵抗２２からの発火を防止するこ
とができる。なお、ヒューズ部４７は抵抗２２のもっと
も発熱し易い位置、例えば抵抗２２の中央部下面を通過
させることが好ましい。

【００２５】（実測結果）電源入力部の抵抗２２として
１００Ωの炭素被膜抵抗を用い、抵抗２２の下面に配線
されたヒューズ部４７の幅を０.２ｍｍ（設計値）と
し、２４Ｖの直流電源を正負逆向きに接続し、電源をオ
ンにしてからヒューズ部４７が断線するまでの時間を測
定した。１７個のサンプルについて、電源容量の条件と
ヒューズ部４７が断線して電源入力部が断路するまでの
時間を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】サンプルNo.１〜１０では、いずれも抵抗
２２には当初２４０ｍＡの電流が流れるので、数秒〜１
０数秒で電源入力部は断路している。これに対し、サン
プルNo.１１〜１７では、電源容量が小さいために抵抗
２２には２４０ｍＡよりも小さな電流しか流せないの
で、電源入力部を断路するまでの時間が長くなったり、
発火したりしている。しかし、サンプルNo.１１〜１７
のような電源容量の条件の場合でも、抵抗２２の値を変
えたり、ヒューズ部４７の線幅を変えたりすることによ
り、サンプルNo.１〜１０と同様な時間で断路するよう
にもできる。

【００２８】図８に示すものは本発明の別な実施形態で
あって、直流３線式の近接スイッチＢの場合を示してい
る。この近接スイッチＢにあっては、電源入力端子４８
及びアース端子４９間に接続された直流電源は、抵抗２
２及びツェナーダイオード２４からなる電源入力部でノ
イズ除去された後、ダイオード５０及び抵抗５１を通
り、定電圧回路５２で定電圧化されてセンサ回路５３に
供給され、コイル部１３を発振させている。尚、定電圧
回路５２は、ＮＰＮトランジスタ５４、抵抗５５、コン
デンサ５９及びツエナーダイオード５６から構成されて
いる。また、金属体が検出されていない場合には、検出
信号出力端子５７はＨ（ハイ）となっているが、コイル
部１３が金属体の通過を検出すると、センサ回路５３が
出力トランジスタ５８をオンにして検出信号出力端子５
７からＬ（ロー）の信号を出力する。

【００２９】このような直流３線式の近接スイッチＢに
おいても、電源入力部の配線パターンの一部を抵抗２２
の下面を通過するように配線してヒューズ部４７を形成
してあり、抵抗２２に過電流が流れた場合には、抵抗２
２の発熱により配線パターンのヒューズ部４７を溶断さ
せて電源入力部を断路し、抵抗２２の発火を防止するこ
とができる。

【００３０】また、図９に示すものは本発明のさらに別
な実施形態であって、交流２線式の近接スイッチＣを示
している。この近接スイッチＣにあっては、交流電源６
０から供給された交流電流は整流ブリッジ回路６１によ
り全波整流された後、定電圧回路６２で定電圧化されて
センサ回路５３に供給され、コイル部１３を発振させて
いる。尚、定電圧回路５２は、ＮＰＮトランジスタ６
３、抵抗６４及びツエナーダイオード６５から構成され
ている。コイル部１３が金属体の通過を検出すると、セ
ンサ回路５３はサイリスタ６６をターンオンさせ、リレ
ー６７をオンにする。

【００３１】このような交流２線式の近接スイッチＣに
おいても、電源入力部に抵抗２２を付加し、電源入力部
の配線パターンの一部が抵抗２２の下面を通過するよう
に配線してヒューズ部４７を形成すれば、過電流が流れ
た場合には、抵抗２２の発熱により配線パターンのヒュ
ーズ部４７を溶断させて電源入力部を断路し、過電流か
ら回路を保護することができる。

【００３２】なお、上記実施例では、いずれも電源入力
部における過電流保護の場合について説明したが、本発
明の構成及び作用効果から明らかなように、本発明は電
源入力部以外の回路部分でも実施することができること
はいうまでもない。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、電源入力部その他の回
路部分に過電流が流れると、過電流によって抵抗が発熱
して抵抗近傍の配線パターンが溶断し、過電流が遮断さ
れる。

【００３４】従って、抵抗が発火して当該抵抗が組み込
まれている電子部品や装置、周囲の機器等に延焼したり
類焼したりするのを防止することができる。しかも、熱
容量の大きな抵抗を使用しても、周囲の機器等に類焼し
たり延焼したりすることを防止でき、回路の性能を低下
させることがない。また、硝子管ヒューズやチップヒュ
ーズを用いないので、基板面積を大きくする必要がな
い。さらに、配線パターンは他の配線パターンと同時に
作成することができるので、過電流保護のために余計な
コストが掛からないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による貫通型近接スイッチ
を示す分解斜視図である。

【図２】同上の貫通型近接スイッチの回路構成を示す回
路図である。

【図３】同上の回路を機能ブロック図として示すもので
ある。

【図４】同上のプリント配線基板の表面側の配線パター
ンを示す拡大図である。

【図５】同上のプリント配線基板の裏面側の銅箔のパタ
ーンを示す図である。

【図６】同上のプリント配線基板上の抵抗と配線パター
ンの関係を示す一部破断した拡大断面図である。

【図７】同上の作用説明図である。

【図８】本発明の別な実施形態を示す回路図である。

【図９】本発明のさらに別な実施形態を示す回路図であ
る。

【図１０】従来の近接スイッチの問題点を説明するため
の一部省略した回路図である。

【図１１】従来例のパターンヒューズを示す図である。

【符号の説明】

１９ 電子回路部 ２０ プリント配線基板 ２２ 抵抗 ２４ ツェナーダイオード ２５ コンデンサ ４０ 配線パターン ４７ ヒューズ部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された配線パターンと基板
   上に実装された抵抗とを含む電源入力部に流れる過電流
   を遮断する過電流時の保護構造であって、 前記配線パターンの一部を、前記抵抗に過電流が流れた
   時の熱で溶断するよう前記抵抗の近傍に配置したことを
   特徴とする過電流保護構造。
2. 【請求項２】 基板上に形成された回路部分に流れる過
   電流を遮断する過電流時の保護構造であって、 前記回路部分の過電流が流れる位置に抵抗を挿入し、前
   記回路部分の配線パターンの一部を、前記抵抗に過電流
   が流れた時の熱で溶断するよう前記抵抗の近傍に配置し
   たことを特徴とする過電流保護構造。