(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの平行な平面を有し、正の温度係数の抵抗値を持つ導電性のポリマーコンパウンドからなるＰＴＣサーミスタ素子と、このＰＴＣサーミスタ素子の２つの平行な平面にそれぞれ接触する一対の電極と、この電極を上記ＰＴＣサーミスタ素子に常に所定の圧力で押圧する一対の押圧部材とを備えたＰＴＣサーミスタ素子を用いた限流装置において、弾力性に富んだ絶縁材料で構成され、上記ＰＴＣサーミスタ素子の端面周囲を覆い、上記一対の押圧部材間に挟まれるように配置された絶縁枠を備え、この絶縁枠には上記ＰＴＣサーミスタ素子の上面に通じる排気口と下面に通じる排気口とをそれぞれ形成し、上面に通じる排気口と下面に通じる排気口を異なる方向に配置したことを特徴とするＰＴＣサーミスタ素子を用いた限流装置。
【請求項２】
２つの平行な平面を有し、正の温度係数の抵抗値を持つ導電性のポリマーコンパウンドからなるＰＴＣサーミスタ素子と、このＰＴＣサーミスタ素子の２つの平行な平面にそれぞれ接触する一対の電極と、この電極を上記ＰＴＣサーミスタ素子に常に所定の圧力で押圧する一対の押圧部材とを備えたＰＴＣサーミスタ素子を用いた限流装置において、弾力性に富んだ絶縁材料で構成され、上記ＰＴＣサーミスタ素子の端面周囲を覆い、上記一対の電極間に挟まれるように配置された絶縁枠を備え、この絶縁枠には上記ＰＴＣサーミスタ素子の全周に沿って所定の間隔で設けられた上記ＰＴＣサーミスタ素子の上面に通じる排気溝と下面に通じる排気溝とをそれぞれ形成し、上面に通じる排気溝と下面に通じる排気溝とをサーミスタ平面方向に互いにずらせた位置に配置したことを特徴とするＰＴＣサーミスタ素子を用いた限流装置。
【請求項３】
２つの平行な平面を有し、正の温度係数の抵抗値を持つ導電性のポリマーコンパウンドからなるＰＴＣサーミスタ素子と、このＰＴＣサーミスタ素子の２つの平行な平面にそれぞれ接触する一対の電極と、この電極を上記ＰＴＣサーミスタ素子に常に所定の圧力で押圧する一対の押圧部材とを備えたＰＴＣサーミスタ素子を用いた限流装置において、弾力性に富んだ絶縁材料で構成され、上記ＰＴＣサーミスタ素子の端面周囲を覆い、上記一対の電極間に挟まれるように配置された絶縁枠を備え、この絶縁枠には上記ＰＴＣサーミスタ素子の上面に通じる排気口と下面に通じる排気口とをそれぞれ形成し、上面に通じる排気口と下面に通じる排気口を異なる方向に配置したことを特徴とするＰＴＣサーミスタ素子を用いた限流装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば過電流保護回路に用いられ、短絡電流または大電流（以下、両電流を総称して短絡電流という）の限流を行う、抵抗値が正の温度係数を有するＰＴＣサーミスタ素子（導電性複合素子）を用いた限流装置に関し、特にその電極間の短絡を防止するために取り付けらる絶縁枠の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、例えば特開平４−２６６００１号公報に示された従来の限流装置を示す側断面図である。図において、１はＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ    Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ    Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタ素子であり、ポリマー材料とポリマー材料中に分散させた導電性の粉末材料とを含んだ正の抵抗温度係数を持つ導電性のポリマーコンパウンドから形成されており、２つの平行な主平面１ａ、１ｂを有している。２および３はＰＴＣサーミスタ素子１に電流を流すために、ＰＴＣサーミスタ素子１の２つの平行な主平面１ａ、１ｂに当接接触するように配設された電極である。４および５は絶縁物からなる押圧部材であり、ＰＴＣサーミスタ素子１および２つの電極２、３を圧して挟持する。６は押圧部材４、５の端部に形成された貫通孔に挿入されたボルト、７は止めナット、８は弾性部材としてのバネであり、押圧部材４、５を付勢して、ＰＴＣサーミスタ素子１の主平面１ａ、１ｂと電極２、３との電気的接触を向上させるように所定の圧力を加える。
【０００３】
図８は上記図７のものを改良した従来の限流装置の側断面図である。図において、１乃至８は上記図７と同一のものである。９は絶縁枠であり、ＰＴＣサーミスタ素子１の外縁周を覆うように取り付けられ、後述の導電性ガスを阻止するためのものである。この絶縁枠９は、ＰＴＣサーミスタ素子１との形状合せや、製造の容易さなどから樹脂の成形品が用いられている。
【０００４】
ＰＴＣサーミスタ素子１の抵抗値は、例えばＰＴＣサーミスタ素子１の動作温度１３５℃以下においては数ｍΩである。このような限流装置を用いた過電流保護回路に短絡電流が流れると、ジュール熱が発生し、このジュール熱によって接触点でのＰＴＣサーミスタ素子１の温度を上昇させる。この温度がＰＴＣサーミスタ素子１の動作温度を超えると、ＰＴＣサーミスタ素子１は低抵抗状態から高抵抗状態へと連鎖的に変化し、抵抗値は数Ωに急増し短絡電流が限流される。
【０００５】
ＰＴＣサーミスタ素子１に短絡電流が流れたときに、ＰＴＣサーミスタ素子１と電極２、３との接触点の微小領域の温度は、ＰＴＣサーミスタ素子１の動作温度をはるかに超えてポリマー材料の気化温度に達しているため、この領域からガスが発生する。このガスにはＰＴＣサーミスタ素子１に含まれた導電性の粉末材料を含むため導電性を有している。このため、ＰＴＣサーミスタ素子１の主平面１ａ、１ｂの端面周辺から放出された高温の導電性ガスが、ＰＴＣサーミスタ素子１の縁周辺部にて、電極２、３間の短絡を引き起こす。これを防止するため絶縁枠９を設けることが必要となる。
【０００６】
ＰＴＣサーミスタ素子１は短絡電流が流れることによりポリマー材料の一部がガス化して放出されるので、短絡電流が流れる毎にＰＴＣサーミスタ素子１は痩せて薄くなる。薄くなったＰＴＣサーミスタ素子１に電極２、３の圧接をバネ８が追随させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような限流装置においては、押圧部材４、５と絶縁枠９の間隙が少ない所があると、ＰＴＣサーミスタ素子１の痩せ細りにより絶縁枠９と押圧部材４、５が当たってしまい、電極２、３とＰＴＣサーミスタ素子１の主平面１ａ、１ｂの接触が阻害され導通不良を起こす。また、絶縁枠９が薄いと絶縁枠９の外で両面の導電性ガスが交わり短絡を起こす可能性が残る。
【０００８】
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、ＰＴＣサーミスタ素子１の痩せ細りに対処し、絶縁枠の絶縁効果を確実にし、信頼性の高い限流装置を得ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るＰＴＣサーミスタ素子を用いた限流装置は、２つの平行な平面を有し、正の温度係数の抵抗値を持つ導電性のポリマーコンパウンドからなるＰＴＣサーミスタ素子と、このＰＴＣサーミスタ素子の２つの平行な平面にそれぞれ接触する一対の電極と、この電極を上記ＰＴＣサーミスタ素子に常に所定の圧力で押圧する一対の押圧部材とを備えたものにおいて、弾力性に富んだ絶縁材料で構成され、上記ＰＴＣサーミスタ素子の端面周囲を覆い、上記一対の押圧部材間に挟まれるように配置された絶縁枠を備え、この絶縁枠には上記ＰＴＣサーミスタ素子の上面に通じる排気口と下面に通じる排気口とをそれぞれ形成し、上面に通じる排気口と下面に通じる排気口を異なる方向に配置したものである。
【００１０】
また、２つの平行な平面を有し、正の温度係数の抵抗値を持つ導電性のポリマーコンパウンドからなるＰＴＣサーミスタ素子と、このＰＴＣサーミスタ素子の２つの平行な平面にそれぞれ接触する一対の電極と、この電極を上記ＰＴＣサーミスタ素子に常に所定の圧力で押圧する一対の押圧部材とを備えたものにおいて、弾力性に富んだ絶縁材料で構成され、上記ＰＴＣサーミスタ素子の端面周囲を覆い、上記一対の電極間に挟まれるように配置された絶縁枠を備え、この絶縁枠には上記ＰＴＣサーミスタ素子の全周に沿って所定の間隔で設けられた上記ＰＴＣサーミスタ素子の上面に通じる排気溝と下面に通じる排気溝とをそれぞれ形成し、上面に通じる排気溝と下面に通じる排気溝とをサーミスタ平面方向に互いにずらせた位置に配置したものである。
【００１１】
また、２つの平行な平面を有し、正の温度係数の抵抗値を持つ導電性のポリマーコンパウンドからなるＰＴＣサーミスタ素子と、このＰＴＣサーミスタ素子の２つの平行な平面にそれぞれ接触する一対の電極と、この電極を上記ＰＴＣサーミスタ素子に常に所定の圧力で押圧する一対の押圧部材とを備えたものにおいて、弾力性に富んだ絶縁材料で構成され、上記ＰＴＣサーミスタ素子の端面周囲を覆い、上記一対の電極間に挟まれるように配置された絶縁枠を備え、この絶縁枠には上記ＰＴＣサーミスタ素子の上面に通じる排気口と下面に通じる排気口とをそれぞれ形成し、上面に通じる排気口と下面に通じる排気口を異なる方向に配置したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る限流装置を示す側断面図、図２はＰＴＣサーミスタ素子に絶縁枠を形成したものの斜視図である。これらの図において、１はＰＴＣサーミスタ素子であり、ポリマー材料とポリマー材料中に分散させた導電性の粉末材料とを含んだ正の抵抗温度係数を持つ導電性のポリマーコンパウンドから形成されており、２つの平行な主平面１ａ、１ｂを有している。２および３はＰＴＣサーミスタ素子１に電流を流すために、ＰＴＣサーミスタ素子１の２つの平行な主平面１ａ、１ｂに当接接触するように配設された電極である。４および５は絶縁物からなる押圧部材であり、ＰＴＣサーミスタ素子１および２つの電極２、３を圧して挟持する。なお、押圧部材４、５の端部に形成された貫通孔に挿入されたボルト６、止めナット７、弾性部材としてのバネ８は図示を省略している。
【００１３】
１０は絶縁枠であり、弾力性に富んだ材料、例えばゴムやゴムと樹脂をブレンドしたエラストマーなどで形成され、板状四辺形のＰＴＣサーミスタ素子１端面の周囲に設けられている。１０ａは絶縁枠１０に形成された防壁であり、ＰＴＣサーミスタ素子１の一方の面側の対向する２辺に設けられる。すなわち、ＰＴＣサーミスタ素子１の上面側に形成された一対の防壁とＰＴＣサーミスタ素子１の下面側に形成された一対の防壁とは９０度位置がずれている。１０ｂは排気口であり、防壁１０ａが形成されていない上下のそれぞれ２辺に設けられている。この絶縁枠１０は押圧部材４、５間に狭持されている。
【００１４】
このＰＴＣサーミスタ素子１の主平面１ａ、１ｂに電極２、３を当接させ、さらに、電極２、３を押圧部材４、５により図示しないバネ８にて押圧してＰＴＣサーミスタ素子１と電極２、３を通電可能に接触させている。この状態で、防壁１０ａの頂辺は押圧部材４、５に当接し、その弾性で押圧部材４、５との隙間は閉塞される。また、排気口１０ｂは押圧部材４、５の間に空隙を作る。
【００１５】
このように構成された限流装置では、短絡電流が流れたときに発生する導電性ガスは防壁１０ａに遮られ排気口１０ｂから図中矢印Ａ方向にのみ放出される。この導電性ガスはＰＴＣサーミスタ素子１の上面側と下面側とで直交する方向に放出されるので、両方のガスが交わることがなく、導電性ガスによる短絡を防止することができる。そして、短絡電流によるＰＴＣサーミスタ素子１の痩せ細りに対しては、バネ８の力により絶縁枠１０が弾性変形縮減して痩せ細りに追随し、ＰＴＣサーミスタ素子１の主平面１ａ、１ｂと電極２、３の接触圧力を阻害しないので導通不良にならない。
【００１６】
絶縁枠１０はインサート成形と一般に呼ばれる方法でＰＴＣサーミスタ素子１に成形される。インサート成形は予め用意した部品を金型に入れ、金型と部品の空間に樹脂を射出成形して一体化するものである。元の部品と新しく成形した部分は隙間無く接合される。また樹脂同士の特殊な応用例として、１つの金型内でそれぞれを連続して成形する２色成形と呼ばれる方法もあり、出来上がりは同様である。
【００１７】
インサート成形でＰＴＣサーミスタ素子１の周囲に絶縁枠１０を成形する場合、絶縁枠１０の樹脂素材は溶融した状態で金型内に射出された後に冷却されて固まる。ところが大半の樹脂は冷却中に数パーセント程度の収縮率を持つので、固形物のＰＴＣサーミスタ素子１を締め付けるように力が加わり、場合によってはこの応力はＰＴＣサーミスタ素子１を変形、破壊させたり、逆に枠が切断する事態を招いていた。
【００１８】
この発明では、絶縁枠１０を弾力性に富んだ材料、代表的なものとしてゴムやゴムと樹脂をブレンドしたエラストマーで構成しているので、絶縁枠１０の成形時の収縮によるＰＴＣサーミスタ素子１の応力を一般の樹脂に比べ大幅に緩和し、絶縁枠１０をインサート成形する場合でも信頼性の高い限流装置を得ることができるという効果もある。
【００１９】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る限流装置を示す側断面図、図４はＰＴＣサーミスタ素子に絶縁枠を取り付けたものの斜視図である。図において、１乃至４は上記実施の形態１の説明と同様である。１１は絶縁枠であり、弾力性に富んだ材料、例えばゴムやゴムと樹脂をブレンドしたエラストマーなどで別体に形成されており、板状四辺形のＰＴＣサーミスタ素子１端面周囲に密着して取り付けられ、電極２、３により狭持されている。１１ａは排気溝であり、絶縁枠１１の四辺の上下両平面に放射状に設けら、両平面の排気溝１１ａは互いに位置をずらせて配置され、外辺の排気溝１１ａの出口間隔を隔離している。
【００２０】
絶縁枠１１の内四辺寸法はＰＴＣサーミスタ素子１の外四辺寸法より若干小さく形成して、その弾力でＰＴＣサーミスタ素子１端面の周囲に密着するように取り付けられる。そして、絶縁枠１１の厚さはＰＴＣサーミスタ素子１の厚さより若干厚くしてあり、ＰＴＣサーミスタ素子１の外形より一回り広い電極２、３に挟んで押圧した際には絶縁枠１１が圧縮されて、ＰＴＣサーミスタ素子１と絶縁枠１１の接触面を気密にする。
【００２１】
上記ように構成された限流装置では、ＰＴＣサーミスタ素子１の全面積に電極２、３が接触するので、実施の形態１のものに比べ同一面積のＰＴＣサーミスタ素子１で電流容量の大きい限流装置が得られる。そして、短絡電流が流れたときに発生する導電性ガスは排気溝１１ａから放出される。この導電性ガスは絶縁枠１１の表裏で離れた位置に放出されるので両方のガスによる短絡をなくすることができる。そして、短絡電流によるＰＴＣサーミスタ素子１の痩せ細りに対しては、バネ８の力により絶縁枠１１が弾性変形縮減して痩せ細りに追随し、ＰＴＣサーミスタ素子１の主平面１ａ、１ｂと電極２、３の接触圧力を阻害せず導通不良にならない。
【００２２】
もし、この実施の形態２のものにおいて、排気溝１１ａが設けられていない場合は、短絡電流により発生する導電性ガスの逃げ場がなく、ＰＴＣサーミスタ素子１と絶縁枠１１の接触面に入り込み、その圧力で絶縁枠１１を膨張変形させるだけでなくその隙間でガスによる短絡が起きる。これの防止に排気溝１１ａは大きな効果がある。
【００２３】
前述の実施の形態１のように、電極２、３の面積がＰＴＣサーミスタ素子１よりも小さいものでは、ＰＴＣサーミスタ素子１の面上で電極２、３の端部を境界にし加圧される部分とされない部分ができる。このため、大電流の発生時、電極２、３との境界部にてＰＴＣサーミスタ素子１が溶融気化することで消耗し、ＰＴＣサーミスタ素子１に電極２、３が食い込んでくるので、電極の境界部にストレスがかかりやすく、ＰＴＣサーミスタ素子１厚が薄い場合や大電流の抑制回数が多くなるとＰＴＣサーミスタ素子１が破壊されることがあった。ところが、電極２、３の面積がＰＴＣサーミスタ素子１よりも一回り広い状態で構成される本実施の形態２の構成例では、ＰＴＣサーミスタ素子１は均一に加圧、消耗が行われるので、上記の問題点は解消される。
【００２４】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係る限流装置を示す側断面図、図６はＰＴＣサーミスタ素子に絶縁枠を取り付けたものの斜視図である。図において、１乃至４は上記実施の形態１の説明と同様である。１２は絶縁枠であり、弾力性に富んだ材料、例えばゴムやゴムと樹脂をブレンドしたエラストマーなどでＰＴＣサーミスタ素子１とほぼ同じ厚さに形成され、板状四辺形のＰＴＣサーミスタ素子１端面周囲に密着して取り付けられる。１２ａは排気口であり、絶縁枠１２の厚さの一部を薄くし形成している。１２ｂは固定突起であり、排気口１２ａの任意の位置にＰＴＣサーミスタ素子１の厚さより若干厚く複数個所に設けられる。排気口１２ａはＰＴＣサーミスタ素子１の面に対して対向する辺が同じ側となるように表裏に設けられており、表裏の排気口１２ａの方向は直交している。絶縁枠１２が取り付けられたＰＴＣサーミスタ素子１をＰＴＣサーミスタ素子１の外形より一回り広い電極２、３に挟んで押圧した際には、固定突起１２ｂが圧縮されて、ＰＴＣサーミスタ素子１と絶縁枠１２の排気口１２ａでない部分の接触面を気密にする。
【００２５】
上記のように構成された限流装置では、ＰＴＣサーミスタ素子１の全面積に電極２、３が接触するので、実施の形態１のものに比べ同一面積のＰＴＣサーミスタ素子１で電流容量の大きい限流装置が得られる。そして、短絡電流が流れたときに発生する導電性ガスは排気口１２ａから放出されるが、導電性ガスはＰＴＣサーミスタ素子１の表裏で直交する方向に放出されるので、両方のガスが交わることがなく、短絡をなくすることができる。そして、短絡電流によるＰＴＣサーミスタ素子１の痩せ細りに対しては、バネ８の力により固定突起１２ｂが弾性変形縮減して痩せ細りに追随し、ＰＴＣサーミスタ素子１の主平面１ａ、１ｂと電極２、３の接触圧力を阻害せず導通不良にならない。
【００２６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、導電性ガスによる短絡を防止することができるとともに、短絡電流によるＰＴＣサーミスタ素子の痩せ細りに対しては、バネ力により絶縁枠が弾性変形縮減して痩せ細りに追随し、ＰＴＣサーミスタ素子の主平面と電極の接触を阻害しないので導通不良を起こすことが防止できる。
【００２７】
また、ＰＴＣサーミスタ素子の全面積に電極が接触するようにすることにより、同一面積のＰＴＣサーミスタ素子で電流容量の大きい限流装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る限流装置を示す側断面図である。
【図２】実施の形態１のＰＴＣサーミスタ素子および絶縁枠を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る限流装置を示す側断面図である。
【図４】実施の形態２のＰＴＣサーミスタ素子および絶縁枠を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る限流装置を示す側断面図である。
【図６】実施の形態３のＰＴＣサーミスタ素子および絶縁枠を示す斜視図である。
【図７】従来の限流装置を示す側断面図である。
【図８】従来の別の限流装置を示す側断面図である。
【符号の説明】
１    ＰＴＣサーミスタ素子、２、３    電極、４、５    押圧部材、６    ボルト、
７    止めナット、８    バネ、１０    絶縁枠、１０ａ    防壁、１０ｂ    排気口、
１１    絶縁枠、１１ａ    排気溝、１２    絶縁枠、１２ａ    排気口、
１２ｂ    固定突起。
【図１】
0003586376.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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