(57)【要約】  本発明は、突入電流値が大きく、ばらつきがある場合でも、確実に電子・電気機器を保護することができ、かつ、復帰性を有する保護デバイスを提供する。本発明の保護デバイスは、ＰＴＣ素子、抵抗素子、ならびに第１端子および第２端子を含んで成り、第１端子、ＰＴＣ素子、抵抗素子および第２端子が、この順番で電気的に直列に接続されていることを特徴とする、保護デバイス。
2015046258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＴＣ素子、
抵抗素子、ならびに
第１端子および第２端子
を含んで成る保護デバイスであって、第１端子、ＰＴＣ素子、抵抗素子および第２端子が、この順番で電気的に直列に接続されていることを特徴とする、保護デバイス。
【請求項２】
抵抗素子の抵抗値が、室温でのＰＴＣ素子の抵抗値の１０倍以上であることを特徴とする、請求項１に記載の保護デバイス。
【請求項３】
抵抗素子の抵抗値が、１〜６５０Ωであることを特徴とする、請求項１または２に記載の保護デバイス。
【請求項４】
抵抗素子が巻線抵抗またはセメント抵抗であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の保護デバイス。
【請求項５】
ＰＴＣ素子の保持電流が、０．１〜５Ａであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の保護デバイス。
【請求項６】
ＰＴＣ素子の耐電圧が、１００Ｖａｃ以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の保護デバイス。
【請求項７】
ＰＴＣ素子がポリマーＰＴＣ素子であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の保護デバイス。
【請求項８】
ＰＴＣ素子が、抵抗素子の熱影響下にあることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の保護デバイス。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の保護デバイスを含む、保護回路。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載の保護デバイス、または請求項９に記載の保護回路を有して成る電気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＴＣ素子および抵抗素子を有して成る保護デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子・電気機器において、電源を投入した直後に流れ得る過渡的な過電流（以下、「突入電流」ともいう）および何らかの異常、例えば短絡により生じる連続的な過電流（以下、単に「過電流」ともいう）のような種々の異常に大きい電流、即ち、異常電流から、電気要素または回路を保護するために、種々の保護デバイスまたは保護回路が用いられている。【０００３】
このような保護デバイスとして、特許文献１には、温度ヒューズ付き抵抗デバイスが開示されている。この温度ヒューズ付き抵抗デバイスでは、抵抗素子と温度ヒューズ素子とが電気的に直列に接続されており、突入電流または過電流が温度ヒューズ付き抵抗素子を流れた場合、抵抗素子においてジュール熱が生じ、この熱により温度ヒューズ素子が溶断し、突入電流または過電流が遮断され、電子・電気機器が保護されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４１６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、特に家電等の電気機器は、ＡＣ電源用平滑コンデンサの容量を増大させ、リップル含有率を小さくする傾向にある。リップル含有率を小さくすることは、平滑コンデンサの構造上、誘電体の温度上昇を抑制する。また、リップル電流／電圧の挙動は、平滑コンデンサに対する充放電とみなすことができ、リップル含有率を小さくすることは、平滑コンデンサの寿命信頼性を向上させることができる。また、電気機器に用いる回路も複雑になっている。これに伴い、生じうる突入電流も増大し、突入電流の電流値のばらつきも大きくなっている。このように突入電流が増大し、突入電流値のばらつきが大きくなると、特許文献１に記載のような従来の保護素子では、抵抗素子の発熱による温度ヒューズ素子の溶断が頻繁に生じ、その度にデバイスの交換が必要となり、修理の手間がかかると共に、使用不能期間が長くなるという問題が生じる。また、このような温度ヒューズ付き抵抗デバイスは、通常、それが設置された基板全体を交換する必要があるので、コスト面の負担も大きい。【０００６】
上記のような温度ヒューズ付抵抗デバイスの頻繁な交換を防止するために、温度ヒューズ素子の動作温度、即ち温度ヒューズエレメントを構成する材料の融点を高くすることが考えられる。しかしながら、温度ヒューズ素子の動作温度を高くすると、平滑コンデンサが短絡した際に温度ヒューズが溶断するまでの時間が長くなり、過電流のために機器が損傷する虞がある。また、温度ヒューズ素子の動作温度は、温度ヒューズエレメントを構成する材料の融点により決定されるので、動作温度として設定可能な温度が限られており、精密な温度調整が困難であるという問題もある。【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、突入電流値が大きく、その大きさにばらつきがある場合でも、より確実に電子・電気機器を保護することができ、かつ、復帰性を有する保護デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ＰＴＣ（positive temperature coefficient）素子および抵抗素子を組み合わせることにより、上記の課題が解決できることを見出し、本発明に至った。【０００９】
本発明の第１の要旨によれば、
ＰＴＣ素子、
抵抗素子、ならびに
第１端子および第２端子
を含んで成る保護デバイスであって、第１端子、ＰＴＣ素子、抵抗素子および第２端子が、この順番で電気的に直列に接続されていることを特徴とする、保護デバイスが提供される。【００１０】
本発明の第２の要旨によれば、上記の保護デバイスを含む保護回路が提供される。【００１１】
本発明の第３の要旨によれば、上記の保護デバイスまたは保護回路を含む電気装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
ＰＴＣ素子および抵抗素子を組み合わせて用い、これらを互いに電気的に直列に接続することにより、突入電流および過電流をより確実に遮断することができ、かつ、復帰性を有する保護デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の保護デバイスの１つの態様の配線図を模式的に示す（ＰＴＣ素子および抵抗素子は簡単のため図記号にて示す）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の保護デバイスは、第１端子、ＰＴＣ素子、抵抗素子および第２端子が、この順番で電気的に直列に接続されており、突入電流または異常電流が保護デバイスを流れた場合には、抵抗素子で電流の流れを抑制すると共に、ＰＴＣ素子がトリップ（即ち、動作）して高抵抗となり、その後、実質的に電流を遮断する（ただし、漏れ電流として微小電流は流れ得る）。例えば、突入電流は、主に電子機器または電子回路における容量（浮遊容量も含む）に起因して生じるので、これらの容量に電荷が蓄えられると共に減衰する。突入電流が減衰すると、保護デバイスを流れる電流が減少し、ＰＴＣ素子のトリップ状態が解除され、電子機器または電子回路を定常電流が流れるようになる。また、例えば、過電流が流れた場合、その原因が除かれるまでＰＴＣ素子はトリップし続けて回路を保護するが、過電流の原因が取り除かれると、ＰＴＣ素子のトリップ状態が解除され、再び通電が可能になる。即ち、本発明の保護デバイスは、突入電流および異常電流に対する保護を提供しながらも、復帰性を有する。
【００１５】
さらに、本発明の保護デバイスは、ＰＴＣ素子を用いていることから、異常発熱に対しても適切な保護を提供することができる。ここに、「異常発熱」とは、回路・機器またはそれらの周辺で想定していない発熱が生じ、保護デバイスの周囲温度が異常高温に達することを意味する。「周囲温度」とは、ある素子、例えばこの場合保護デバイスを取り囲む雰囲気の温度、または保護デバイスに接する他の部材の温度を意味する。「異常高温」とは、特定の温度を意味するものではなく、用途、保護すべき回路・機器等に応じて、適宜決定されるものであり、例えば機器の通常動作時に許容される温度範囲よりも所定の数値だけ高い温度、用いられる部品の定格温度を所定の数値だけ超える温度などを意味する。
【００１６】
本発明の保護デバイスに用いられるＰＴＣ素子は、特に限定されず、セラミックＰＴＣ素子またはポリマーＰＴＣ素子のいずれを用いてもよい。ポリマーＰＴＣ素子は、セラミックＰＴＣ素子と比較して、一定以上の温度になっても自己破壊が生じにくく、また、セラミックＰＴＣ素子はインダクタンス成分を持ち浮遊容量が大きいので突入電流が大きくなることから、ポリマーＰＴＣ素子を使用するのが好ましい。
【００１７】
一般的に、上記ポリマーＰＴＣ素子は、導電性充填剤（例えばカーボンブラック、ニッケル合金等）が分散しているポリマー（例えばポリエチレン、ポリビニリデンフルオライド等）を含んで成る導電性組成物を押出することによって得られる層状のＰＴＣ要素およびその両側に配置された電極（例えば金属箔）を有して成る。
【００１８】
上記ＰＴＣ素子の保持電流は、特に限定されず、想定される突入電流の大きさに応じて適宜選択することができる。ＰＴＣ素子の保持電流は、保持電流が小さ過ぎると定常電流に対しても動作してしまい、大き過ぎると突入電流が流入した場合にも動作しないので、例えば０．１〜５Ａ、好ましくは０．１〜２Ａ、より好ましくは０．１〜０．５５Ａの範囲にある。なお、本明細書において、「保持電流」とは、ＰＴＣ素子が、室温（具体的には、２５℃）において、動作することなく流すことができる最大電流を意味する。「定常電流」とは、電子機器または電子回路に流れる電流値がほぼ一定になった状態の電流であり、即ち、異常無く電子機器または電子回路が動作している時に、そこを流れる電流を意味する。
【００１９】
上記ＰＴＣ素子の耐電圧は、特に限定されず、例えば一般的な家庭用電源の交流電圧以上であればよく、具体的には１００Ｖａｃ以上、好ましくは１４０Ｖａｃ以上、より好ましくは２４０Ｖａｃ以上、さらにより好ましくは３００Ｖａｃ以上である。また、用いる変圧器に応じて、ＰＴＣ素子の耐電圧は、例えば５００Ｖａｃ以上、特に５３０Ｖａｃ以上とすることが好ましい。なお、本明細書において、「耐電圧」とは、ＰＴＣ素子が正常に動作し得る電圧の最大値を意味する。具体的には、以下のように求められる。ＰＴＣ素子に電圧を印加すると、ＰＴＣ素子はその電圧に応じて自己発熱し、ＰＴＣ素子自体の抵抗値が決まる。耐電圧とは、ＰＴＣ素子に電圧を印加した場合に、この電圧に対応するＰＴＣ素子の抵抗値が、ＰＴＣ素子の基準抵抗値（即ち、２５℃での抵抗値）の１０００倍の７０％となる電圧を意味する。
【００２０】
ＰＴＣ素子の室温（具体的には、２５℃）での抵抗値は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択できる。例えば、ポリマーＰＴＣ素子が２６５Ｖ印加でトリップした状態を維持するように、ポリマーＰＴＣ素子の抵抗値を０．０５Ω以上とすることができる。更に、ポリマーＰＴＣ素子の２６５Ｖ印加でのトリップ状態時の漏れ電流を０．０３Ａ以下とするために、ポリマーＰＴＣ素子の抵抗値を０．４５Ω以上とすることができる。また、ポリマーＰＴＣ素子の抵抗値を６５Ω以下とすることにより、その製造に際して、抵抗値のバラツキを小さくするのが容易になる。好ましくは、ポリマーＰＴＣ素子の室温での抵抗値は、０．０５〜６５Ωであり、０．３０〜１０Ωであるのがより好ましく、０．４５〜２．４Ωであるのがさらにより好ましい。
【００２１】
尚、本明細書において、ポリマーＰＴＣ素子の抵抗値とは、ポリマーを含んで成る導電性組成物を押し出して得られるＰＴＣ要素の両側に電極（好ましくはニッケル箔）を圧着して得られるポリマーＰＴＣ素子の両電極間に２５℃にて６．５ｍＶ（直流）の電圧を印可した状態で測定される電流値および印可電圧から算出される抵抗値（４端子法による測定、抵抗測定器の測定レンジの印可電流：１００ｍＡ）を意味する。尚、電極の抵抗値はＰＴＣ要素の抵抗値と比較した場合、無視できるほどに小さいので、ＰＴＣ素子の抵抗値は、ＰＴＣ要素の抵抗値に実質的に等しい。
【００２２】
本発明の保護デバイスに用いられる抵抗素子は、特に限定されず、一般的な抵抗素子を使用でき、例えば巻線抵抗、セメント抵抗、チップ抵抗、炭素被膜抵抗、金属皮膜抵抗、酸化金属皮膜抵抗等が挙げられる。中でも、突入電流および過電流をより効果的に抑制することができることから、巻線抵抗またはセメント抵抗を用いることが好ましい。
【００２３】
本発明において、抵抗素子は、保護すべき回路に流れる突入電流および過電流の流れを抑制する。また、ＰＴＣ素子がトリップ後復帰して、ＰＴＣ素子の抵抗値がトリップ前と変化した場合に、その抵抗変化が、保護すべき回路に流れる電流に与える影響を緩和する機能も有する。例えば、仮に抵抗素子がない場合、トリップ前と復帰後でＰＴＣ素子の抵抗値が２倍になった場合、回路に流れる電流はトリップ前の５０％に減少する。一方、例えばＰＴＣ素子の抵抗値の１０倍の抵抗値を有する抵抗素子を設置することにより、ＰＴＣ素子の抵抗値が４倍になった場合でも、回路に流れる電流はトリップ前の約８０％を維持することができる。
【００２４】
上記抵抗素子の抵抗値は、例えば、ＰＴＣ素子の室温（具体的には、２５℃）での抵抗値の、少なくとも１０倍、例えば１０〜５０倍、好ましくは３０〜５０倍であり得る。抵抗素子の抵抗値をＰＴＣ素子の抵抗値の１０倍以上とすることにより、ＰＴＣ素子の抵抗値の変化が回路に流れる電流に与える影響を小さくすることができる。一方、抵抗素子の抵抗値をＰＴＣ素子の抵抗値の５０倍以下とすることにより、抵抗素子による電力の消費を小さくすることができる
【００２５】
上記抵抗素子の抵抗値は、特に限定されないが、具体的には、１〜６５０Ω、好ましくは１．５〜５００Ω、より好ましくは２〜５０Ωであり得る。
【００２６】
本発明の保護デバイスにおいて、好ましくは、ＰＴＣ素子は、抵抗素子で生じるジュール熱の影響下（以下、「熱影響下」ともいう）にあってもよい。ＰＣＴ素子が抵抗素子の熱影響下にあるとは、突入電流または過電流が生じた際に、抵抗素子で生じたジュール熱により、ＰＴＣ素子がトリップする環境を意味する。ＰＴＣ素子を抵抗素子の熱影響下に配置することにより、ＰＴＣ素子の温度が上がるため保持電流が減る。その結果、より確実により速く突入電流および過電流を遮断することができる。
【００２７】
本発明の保護デバイスは、それぞれ、ＰＴＣ素子および抵抗素子に電気的に接続された第１および第２端子を有する。これらの端子は、本発明の保護デバイスを他の電子要素に接続するための機能を提供する。
【００２８】
本発明の保護デバイスにおいて、各要素（ＰＴＣ素子、抵抗素子、第１端子および第２端子）は、直接接続されていてもよく、または、リードを介して接続されていてもよい。かかる接続は、公知の手段、例えば半田、溶接などを用いて行うことができる。
【００２９】
本発明の保護デバイスは、外装（即ち、ハウジングまたはケーシング）を有していてもよい。外装は、ＰＴＣ素子および抵抗素子を保護する機能を有し、また、保護デバイスの取り扱いを容易にする。例えば、本発明の保護デバイスにおいて、ＰＴＣ素子および抵抗素子、ならびに第１端子および第２端子の一部が外装により覆われており、第１端子および第２端子の残りの部分が外装から突出している。外装は、特に限定されず、一般的に用いられるもの、例えば樹脂製のケーシングなどであってもよい。
【００３０】
図１に、本発明の保護デバイス１の一の態様の配線図を模式的に示す（ＰＴＣ素子および抵抗素子は簡単のため図記号にて示す）。この態様において、各要素（ＰＴＣ素子２、抵抗素子４、第１端子６および第２端子８）は、リード１２を介して接続されている。ＰＴＣ素子２および抵抗素子４は、リード１２を介して、電気的に直列に接続されると共に、ＰＴＣ素子が抵抗素子の熱影響下にあるように互いに近接して配置されている。このＰＴＣ素子２および抵抗素子４に、それぞれ、第１端子６および第２端子８が、リード１２を介して、電気的に直列に接続されている。図示するように、第１端子６および第２端子８の一部以外は、ケーシング１０の内部に位置し、第１端子６および第２端子８の一部は、ケーシング１０の１つの面から突出している。この第１端子６および第２端子８の一部により本発明の保護デバイスは他の電気要素に接続される。
【００３１】
本発明の保護デバイスは、図示する態様に限定されるものではない。例えば、図１では第１端子および第２端子がケーシングの同じ面から突出しているが、それぞれがケーシングの別の面、例えば対向する面から突出してもよい。また、ケーシングの内部を、熱伝導率の高い樹脂、例えばシリコーン樹脂などにより満たし、ＰＴＣ素子が抵抗素子の熱影響を受けやすくしてもよい。その他、本発明の保護デバイスは、その機能を失わない範囲において、種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の保護デバイスは、種々の電子・電気機器の突入電流制限素子として用いることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１…保護デバイス
２…ＰＴＣ素子
４…抵抗素子
６…第１端子
８…第２端子
１０…ケーシング
１２…リード
【図１】
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【国際調査報告】
2015046258.tif 000004
2015046258.tif 000005