(57)【要約】  定格電圧および定格電流が大きく、動作時のアークの発生を十分に抑制でき、かつ回路を完全に開くことができる保護デバイスを提供すること。  （ｉ）第１温度ヒューズと抵抗体とを含んで成り、異常時に抵抗体に通電することによって抵抗体が発熱し、この熱により第１温度ヒューズが動作して、電流を遮断する保護素子と、  （ｉｉ）ＰＴＣ素子と、  （ｉｉｉ）第２温度ヒューズとを含んで成り、  第２温度ヒューズが、ＰＴＣ素子に対して電気的に直列に接続されており、  保護素子の第１温度ヒューズが、ＰＴＣ素子および第２温度ヒューズに対して電気的に並列に接続されており、  異常時に、保護素子を動作させることによってＰＴＣ素子がトリップして発熱し、この熱により第２温度ヒューズが溶断されることを特徴とする保護デバイス。
2015002187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）第１温度ヒューズと抵抗体とを含んで成り、異常時に抵抗体に通電することによって抵抗体が発熱し、この熱により第１温度ヒューズが動作して、電流を遮断する保護素子と、
（ｉｉ）ＰＴＣ素子と、
（ｉｉｉ）第２温度ヒューズ
とを含んで成り、
第２温度ヒューズが、ＰＴＣ素子に対して電気的に直列に接続されており、
保護素子の第１温度ヒューズが、ＰＴＣ素子および第２温度ヒューズに対して電気的に並列に接続されており、
異常時に、保護素子を動作させることによって、ＰＴＣ素子がトリップして発熱し、この熱により第２温度ヒューズが溶断されること
を特徴とする保護デバイス。
【請求項２】
保護素子がヒュージングレジスタであることを特徴とする、請求項１記載の保護デバイス。
【請求項３】
ヒュージングレジスタが、一対のリード固定電極を有し、これらのリード固定電極にガイド軸が並設され、可動電極がガイド軸に挿通された状態で前記リード固定電極間にまたがって配設され、各リード固定電極の先端と可動電極との間および前記ガイド軸と可動電極との間が低融点合金で接合され、前記可動電極に前記リード固定電極より離隔させる方向の力を作用させる圧縮バネが設けられ、前記低融点合金の溶融で可動電極が圧縮バネで付勢されて前記リード固定電極より離隔されることを特徴とする、請求項２記載の保護デバイス。
【請求項４】
ヒュージングレジスタにおいて、抵抗体の両端にリード導体が取付けられてなる抵抗器の一方のリード導体がガイド軸として使用され、圧縮バネにコイルバネが使用され、該コイルバネが抵抗体と可動電極との間において前記一方のリード導体に挿通され、抵抗器の一方のリード導体と両リード固定電極の何れかとの間に抵抗器通電発熱回路が接続されることを特徴とする、請求項３記載の保護デバイス。
【請求項５】
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１〜４のいずれかに記載の保護デバイス。
【請求項６】
使用温度でのＰＴＣ素子の抵抗値が、保護素子の定格電圧／異常電流以下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】
ポリマーＰＴＣ素子のポリマー材料の軟化点より１０℃低い温度でのＰＴＣ素子の抵抗値が、保護素子の定格電圧／異常電流以下であることを特徴とする、請求項５に記載の保護デバイス。
【請求項８】
ＰＴＣ素子の動作時間が、第１温度ヒューズのヒューズエレメントの絶縁時間よりも長いことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の保護デバイス。
【請求項９】
ＰＴＣ素子の動作時間が、３ミリ秒以上であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の保護デバイス。
【請求項１０】
前記ＰＴＣ素子に電気的に並列に接続され、かつ、第２温度ヒューズに電気的に直列に接続されている１つまたはそれ以上の別のＰＴＣ素子を含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の保護デバイス。
【請求項１１】
第２温度ヒューズの動作温度が、ＰＴＣ素子のトリップ温度よりも低いことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の保護デバイス。
【請求項１２】
異常電流での第２温度ヒューズの溶断時間が、ＰＴＣ素子のトリップ時間よりも長いことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の保護デバイス。
【請求項１３】
第２温度ヒューズは、ＰＴＣ素子がトリップ状態にある場合のリーク電流において、異常電圧以上の耐電圧性を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の保護デバイス。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の保護デバイスを有する電気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の電気回路において、定格電流より大きい電流が流れた場合および／または定格電圧より大きい電圧が印加された場合、回路に組み込まれた電気・電子装置および／または電気・電子部品、あるいは電気・電子回路を保護するために保護デバイスが回路に組み込まれている。【０００３】
そのような保護デバイスとして、温度ヒューズと抵抗体とを含んで成り、異常時に抵抗体に通電することにより抵抗体を発熱させ、その熱で温度ヒューズを動作せしめる保護デバイス、いわゆるヒュージングレジスタが知られている（特許文献１）。【０００４】
また、他の保護デバイスとして、バイメタルスイッチとＰＴＣ（positive temperature coefficient）素子とを並列に接続して用いることが提案されている（特許文献２）。そのような保護デバイスでは、過電流条件となった時に、バイメタルスイッチのバイメタル部分が高温となってその接点が離間して開き、電流がＰＴＣ素子に転流される。その結果、ＰＴＣ素子は過電流によって高温・高抵抗状態にトリップしてＰＴＣ素子を流れる電流を実質的に遮断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２９５５６７号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／１１４６５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のような保護デバイスにより、多くの場合において、十分な保護を達成することができるが、高電圧もしくは高電流の電池または電源を使用する電気装置においては、このような保護デバイスの定格電圧および定格電流では必ずしも十分でない場合がある。【０００７】
特許文献２に記載のような保護デバイスにより、多くの場合において、十分な保護を達成することができるが、条件によっては、遮断時に発生するアークを必ずしも十分に抑制できない場合があることが見出された。また、ＰＴＣ素子がトリップして高抵抗状態になることによって実質的に電流の流れを遮断した場合であっても、微小電流（リーク電流）が流れており、微小電流であるといえども、その流れを防止するのが好ましい場合があることに気付いた。また、微小電流が通電され続けると、異常を取り除くまでの時間が長くなった場合に、ＰＴＣ素子が動作し続けることになり不具合が生じ得る。【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、定格電圧および定格電流が大きく、動作時のアークの発生を十分に抑制でき、かつ回路を完全に開くことができ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】
【０００９】
第１の要旨において、（ｉ）第１温度ヒューズと抵抗体とを含んで成り、異常時に抵抗体に通電することによって抵抗体が発熱し、この熱により第１温度ヒューズが動作して、電流を遮断する保護素子と、
（ｉｉ）ＰＴＣ素子と、
（ｉｉｉ）第２温度ヒューズ
とを含んで成り、
第２温度ヒューズが、ＰＴＣ素子に対して電気的に直列に接続されており、
保護素子の第１温度ヒューズが、ＰＴＣ素子および第２温度ヒューズに対して電気的に並列に接続されており、
異常時に、保護素子を動作させることによって、ＰＴＣ素子がトリップして発熱し、この熱により第２温度ヒューズが溶断されること
を特徴とする保護デバイスを提供する。【００１０】
第２の要旨において、上記の保護デバイスを有する電気装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の保護デバイスは、当該保護デバイスが組み込まれている回路または電気装置において、何らかの異常が生じた場合、保護素子の抵抗体に通電することによって、第１温度ヒューズを動作させて回路を保護するが、動作時に、この第１温度ヒューズを流れている電流の一部をＰＴＣ素子側の回路に転流することができるので、アークの発生を抑制することができ、その結果、保護デバイスの耐電圧が向上する。また、第１温度ヒューズが動作した後、ＰＴＣ素子はトリップして高温となり、この熱により第２温度ヒューズを溶断することによって、回路を完全に開くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の保護デバイスの１つの態様の回路図である。
【図２】図２は、本発明の保護デバイスの別の態様の回路図である。
【図３】図３は、本発明の保護デバイスの更に別の態様の回路図である。
【図４】図４は、実施例における本発明の保護デバイスの回路図である。
【図５】図５は、溶断試験の試験回路の回路図である。
【図６】図６は、溶断試験における保護デバイスの両端電圧と、回路電流を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に図面を参照して、本発明の保護デバイスを詳細に説明する。但し、本発明の保護素子は、図示する態様に限定されないことに留意されたい。
【００１４】
図１に、本発明の保護デバイスの一の態様に対応する回路図を示す。図１に示されるように、本発明の保護デバイス１は、保護素子２、ＰＴＣ素子４、および第２温度ヒューズ６を含んで成り、ＰＴＣ素子４と第２温度ヒューズ６が互いに電気的に直列に接続され、これらに対して電気的に並列に保護素子２が接続されている。保護素子２は、図１において点線によって包囲した部分であり、第１温度ヒューズ８および抵抗体１０を含んで成る。この保護素子２は、抵抗体１０に通電がなされ、抵抗体で生じる熱により、第１温度ヒューズ８が動作することによって動作する。さらに、保護デバイス１は、保護すべき電気回路または電気装置に接続するための端子１２および１４を有し、抵抗体１０に通電するための端子１６を有する。
【００１５】
本発明の保護デバイス１において、正常時には、第１温度ヒューズの抵抗値がＰＴＣ素子４の抵抗値より十分に小さいため、電流は、端子１２→第１温度ヒューズ８→端子１４の順（またはその逆）に流れ、ＰＴＣ素子４および第２温度ヒューズ６には実質的に流れない。
【００１６】
異常時、例えば、電気回路または電気装置において、短絡、過電流、過電圧、異常発熱等が生じた場合には、端子１６から抵抗体１０に通電がなされ、これにより抵抗体１０が発熱する。この熱により第１温度ヒューズ８が動作し（即ち、保護素子２が動作し）、これによって第１温度ヒューズ８を流れていた電流がＰＴＣ素子４に転流され、この転流した電流によってＰＴＣ素子４がトリップ（動作）する。ついで、トリップしたＰＴＣ素子４が生じる熱により、第２温度ヒューズ６が溶断し、回路が完全に開かれ、電気回路または電気装置が保護される。
【００１７】
本発明の保護デバイスに用いられる保護素子において、抵抗体および第１温度ヒューズは、熱結合するように配置される。即ち、第１温度ヒューズは、抵抗体の熱影響下にあり、抵抗体で生じる熱により動作する。第１温度ヒューズの設置数は、特に限定されず、１つまたは複数、例えば２つまたは３つであってもよい。第１温度ヒューズの設置箇所は、保護すべき電気回路または電気装置に対して電気的に直列に接続され、ＰＴＣ素子および第２温度ヒューズに対して電気的に並列に接続され、抵抗体の熱影響下に配置される限り特に限定されず、抵抗体の上流および／または下流のいずれに設置してもよい。
【００１８】
上記保護素子に用いられる抵抗体は、発熱体として用いることができる抵抗体であれば、特に限定されない。
【００１９】
上記保護素子に用いられる第１温度ヒューズとしては、一般的に温度ヒューズとして用いられる材料を使用したものを使用することができ、例えば、市販の温度ヒューズに加え、はんだ等の低融点金属（低融点合金も包含する）を第１温度ヒューズに用いることができる。好ましい低融点金属としては、特に限定されるものではないが、例えば、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−５８Ｂｉが挙げられる。当業者であれば、本明細書の内容に基づいて、目的の機能を発揮できるように適切な温度ヒューズを第１温度ヒューズとして選択することができる。
【００２０】
上記第１温度ヒューズは、一般的な溶断により、即ち、ヒューズエレメントが溶融し、その表面張力によりエレメント両端の電極に引き寄せられて分裂することにより動作してもよく、あるいは、機械的な補助機構、例えばバネ、磁石などを利用して、ヒューズエレメントが接続している電極同士を物理的に引き離し、絶縁距離を確保することにより動作してもよい。
【００２１】
好ましい態様において、上記保護素子は、第１温度ヒューズの動作を、機械的に補助する機構を有する。この態様において、第１温度ヒューズの電極は、一方が可動電極であり、他方が固定電極であってもよく、または、両方が可動電極であってもよい。このような機械的な補助機構を用いることにより、瞬時に絶縁距離を確保できるので、アークの発生をより抑制することができる。
【００２２】
上記保護素子の例としては、ヒュージングレジスタが挙げられる。ヒュージングレジスタとは、抵抗体およびこの抵抗体に通電することにより生じた熱により溶融する低融点金属（温度ヒューズとして機能する）を有する、抵抗体付き温度ヒューズである。
【００２３】
好ましくは、一対のリード固定電極を有し、これらのリード固定電極にガイド軸が並設され、可動電極がガイド軸に挿通された状態で前記リード固定電極間にまたがって配設され、各リード固定電極の先端と可動電極との間および前記ガイド軸と可動電極との間が低融点合金で接合され、前記可動電極に前記リード固定電極より離隔させる方向の力を作用させる圧縮バネが設けられ、前記低融点合金の溶融で可動電極が圧縮バネで付勢されて前記リード固定電極より離隔されることを特徴とするヒュージングレジスタが用いられる。
【００２４】
さらに好ましくは、上記ヒュージングレジスタにおいて、抵抗体の両端にリード導体が取付けられてなる抵抗器の一方のリード導体がガイド軸として使用され、圧縮バネにコイルバネが使用され、該コイルバネが抵抗体と可動電極との間において前記一方のリード導体に挿通され、抵抗器の一方のリード導体と両リード固定電極の何れかとの間に抵抗器通電発熱回路が接続されることを特徴とするヒュージングレジスタが用いられる。
【００２５】
上記ヒュージングレジスタは、例えば、特許第４６３０４０３号公報、特許第４７５７９３１号公報、特許第４６３０４０４号公報、特許第４７５７８９５号公報、特許第４７５７８９８号公報、特許第４９４３３５９号公報、および特許第４９４３３６０号公報に記載されている。これらの文献は、参照により全体を本明細書に組み入れる。
【００２６】
本発明の保護デバイスに用いられるＰＴＣ素子は、特に限定されるものではなく、従来用いられているＰＴＣ素子、例えばポリマーＰＴＣ素子またはセラミックＰＴＣ素子を用いることができる。好ましいＰＴＣ素子は、ポリマーＰＴＣ素子である。ＰＴＣ素子の設置数は、特に限定されず、１つまたは複数、例えば２つまたは３つであってもよい。ＰＴＣ素子の設置箇所は、保護すべき電気回路または電気装置および第２温度ヒューズに対して電気的に直列に接続され、第１温度ヒューズに対して電気的に並列に接続される限り特に限定されない。
【００２７】
上記ポリマーＰＴＣ素子とは、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。ただし、ＰＴＣ要素に直接リードなどの他の要素を接続してもよく、その場合電極は省略できる。
【００２８】
好ましい態様において、ＰＴＣ素子は、使用温度において、保護素子の定格電圧／異常電流以下の抵抗値を有する。即ち、この態様において、第１温度ヒューズの動作時、保護素子にその定格電圧よりも高い電圧がかからないように、第１温度ヒューズを流れていた電流がＰＴＣ素子に転流する。
【００２９】
保護素子（具体的には、第１温度ヒューズ）に印加される電圧は、保護デバイスに印加される電圧（図１において端子１２−端子１４間の電圧）となる。したがって、保護デバイスの両端電圧が、第１温度ヒューズ５の動作時に、保護素子の定格電圧を上回らなければよい。即ち、
Ｅｄ’≦Ｅｒ    ・・・（１）
［式中、Ｅｄ’＝第１温度ヒューズの動作時（異常時）の保護デバイスの両端電圧、
Ｅｒ＝保護素子の定格電圧］
を満たせばよい。
【００３０】
保護デバイスの両端電圧は、
Ｅｄ＝Ｉｃ×Ｒｄ    ・・・（２）
［式中、Ｅｄ＝保護デバイスの両端電圧、
Ｉｃ＝回路電流、
Ｒｄ＝保護デバイス全体の抵抗］
となる。
【００３１】
ここで、Ｒｄは、保護素子（第１温度ヒューズ）、ＰＴＣ素子および第２温度ヒューズの合成抵抗となるので、
Ｒｄ＝１／（１／Ｒ１＋１／（Ｒｐ＋Ｒ２））
［式中、Ｒ１＝保護素子（第１温度ヒューズ）の抵抗、
Ｒｐ＝ＰＴＣ素子の抵抗、
Ｒ２＝第２温度ヒューズの抵抗］
となる。
【００３２】
Ｒｐは、Ｒ２よりも十分に大きいので、Ｒ２は無視することができ、
Ｒｄ＝１／（１／Ｒ１＋１／Ｒｐ）    ・・・（３）
となる。
【００３３】
さらに、異常が生じて第１温度ヒューズが動作する時は、第１温度ヒューズの抵抗値は∞とみなすことができるので、１／Ｒ１は無視することができる。即ち、第１温度ヒューズの動作時の保護デバイス全体の抵抗（Ｒｄ’）は、
Ｒｄ’＝１／（１／Ｒｐ）＝Ｒｐ    ・・・（３’）
となる。
【００３４】
式（１）、（２）および（３’）から異常時の回路電流（本明細書において、異常電流ともいう）、例えば異常が短絡である場合は短絡電流をＩｃ’とすると、
Ｉｃ’×Ｒｐ≦Ｅｒ
変形して、
Ｒｐ≦Ｅｒ／Ｉｃ’
［式中、Ｒｐ＝ＰＴＣ素子の抵抗、
Ｅｒ＝保護素子の定格電圧、
Ｉｃ’＝異常電流］
となる。
【００３５】
このように、ＰＴＣ素子の抵抗値を、定格電圧／異常電流以下とすることにより、動作時に保護素子に印加される電圧を定格電圧以下とすることができる。即ち、ＰＴＣ素子の抵抗値を可及的に小さくすることにより、異常時に許容できる電流が大きくなる。
【００３６】
なお、上記の使用温度とは、本発明の保護デバイスが正常状態で用いられる環境の温度であり、保護デバイスの用途、設置場所等に応じて決定される。使用温度は、典型的には室温（約２０〜２５℃）であるが、これに限定されるものではなく、例えばより高温、具体的には、約２５〜１００℃、例えば約３０〜６０℃の範囲にあってもよい。また、上記の異常電流とは、異常が生じた際に、例えば短絡時に保護デバイスを流れる電流値を意味する。
【００３７】
別の好ましい態様において、ポリマーＰＴＣ素子は、ポリマーＰＴＣ素子のポリマー材料の軟化点より１０℃低い温度、好ましくは５℃低い温度で、保護素子の定格電圧／異常電流以下の抵抗値を有する。
【００３８】
上記ポリマーＰＴＣ素子のポリマー材料の軟化点は、例えば、ＪＩＳ  Ｋ７２０６に従って測定することにより得ることができる。ポリマーＰＴＣ素子の温度が、この軟化点よりも高い温度になると、ＰＴＣ素子の抵抗値の上昇率が急激に大きくなり、例えば、抵抗値−温度曲線の接線の傾きが、２５℃での傾きの５倍以上となる。
【００３９】
一般的にポリマーＰＴＣ素子のポリマー材料の軟化点は、使用温度よりも数十℃高く設定される。したがって、軟化点よりも少し低い温度、例えば１０℃低い温度、好ましくは５℃低い温度で、ポリマーＰＴＣ素子が保護素子の定格電圧／異常電流以下の抵抗値を有することにより、何らかの理由によりＰＴＣ素子の周囲の温度が、想定した使用温度以上となった場合であっても、第１温度ヒューズの動作時に、アークの発生を抑制することができる。
【００４０】
さらにもう一つの好ましい態様において、ＰＴＣ素子は、第１温度ヒューズの絶縁時間よりも長い動作時間を有する。
【００４１】
本明細書において、上記ＰＴＣ素子の動作時間とは、保護素子が動作して転流された電流がＰＴＣ素子に通電されてから、ＰＴＣ素子の両端（電極）間の電圧が保護素子の定格電圧に達するまでの時間を意味する。
【００４２】
本明細書において、上記第１温度ヒューズの絶縁時間とは、第１温度ヒューズが動作してから、その絶縁が確保されるまでの時間を意味する。例えば、第１温度ヒューズの動作が一般的な溶断による場合、ヒューズエレメントが溶断を開始してから、即ちヒューズエレメントが溶融して細くなりその抵抗値が上昇し始めた時点から、溶断後ヒューズエレメントが凝固するまでの時間を意味する。また、第１温度ヒューズが機械的な補助機構により動作する場合、第１温度ヒューズの電極間を接続するヒューズエレメント（低融点金属）が溶融し、電極同士が離れ始めてから絶縁距離を確実に保持できる状態になるまでの時間を意味する。
【００４３】
上記ＰＴＣ素子の動作時間は、第１温度ヒューズの動作が、一般的な溶断による場合、３０ミリ秒以上が好ましく、４０ミリ秒以上がより好ましい。
【００４４】
また、上記ＰＴＣ素子の動作時間は、第１温度ヒューズの動作が機械的に補助される場合、３ミリ秒以上が好ましく、５ミリ秒以上がより好ましい。
【００４５】
第１温度ヒューズは、抵抗体で生じるジュール熱によりヒューズエレメントが溶融し、溶融したヒューズエレメントが溶断され、あるいは機械的な補助機構により分断され、分断されたヒューズエレメント間（電極間）の距離が絶縁距離以上となることにより安全に電流を遮断する。溶断または分断されたエレメント間（電極間）の距離が絶縁距離未満の状態では、アークが生じ得るが、絶縁距離以上になると、アークは消弧する。しかしながら、第１温度ヒューズが一般的な溶断により動作する場合、溶断直後のエレメントは、完全に凝固しておらず流動性があるので、変形して、分断したエレメント間の距離が絶縁距離未満となる場合がある。また、第１温度ヒューズが機械的な補助機構、例えばバネにより分断される場合、分断後一定の時間、可動電極が振動する為、他方の電極との距離が定まらず、絶縁距離未満となる場合がある。この時に、保護素子に印加される電圧が、保護素子の定格電圧を超えていると、アークが激しく発生し、保護すべき機器に損傷を与えるなど大きな不具合を生じる。上記のように、ＰＴＣ素子の動作時間を、第１温度ヒューズのエレメントの絶縁時間よりも長くすることにより、上記のような問題を回避することができ、より安全に電流を遮断することができる。
【００４６】
本発明のＰＴＣデバイスに用いられる第２温度ヒューズは、特に限定されず、市販の温度ヒューズに加え、一般的に温度ヒューズとして用いられるものを用いることができる。第２温度ヒューズの設置数は、特に限定されず、１つまたは複数、例えば２つまたは３つであってもよい。第２温度ヒューズの設置箇所は、ＰＴＣ素子の熱影響下にあり、保護すべき電気回路または電気装置およびＰＴＣ素子に対して電気的に直列に接続される限り特に限定されない。
【００４７】
好ましい態様において、第２温度ヒューズは、ＰＴＣ素子のトリップ温度よりも低い動作温度を有する。第２温度ヒューズがこのような動作温度を有することにより、ＰＴＣ素子のトリップ後に第２温度ヒューズを確実に溶断することができ、より確実に回路を完全に開くことが可能になる。
【００４８】
上記ＰＴＣ素子のトリップ温度とは、ＰＴＣ素子がトリップ（動作）し、高温、高抵抗状態になった状態、具体的にはＰＴＣ素子の抵抗値が、正常時の１０３倍以上となった時の温度を意味する。
【００４９】
さらに好ましい態様において、第２温度ヒューズは、ＰＴＣ素子のトリップ時間よりも長い異常電流での溶断時間を有する。第２温度ヒューズがこのような溶断時間を有することにより、第２温度ヒューズの溶断を、ＰＴＣ素子がトリップした後、即ち電流が大幅に抑制された後にすることができ、第２温度ヒューズの溶断に伴うアークの発生を抑制することができる。
【００５０】
ＰＴＣ素子のトリップ時間とは、保護素子が動作して転流された電流がＰＴＣ素子に通電されてから、ＰＴＣ素子がトリップして、高温・高抵抗状態となるまで、具体的にはＰＴＣ素子の抵抗値が、正常時の１０３倍以上となるまでの時間を意味する。
【００５１】
第２温度ヒューズの溶断時間とは、保護素子が動作して転流された電流が第２温度ヒューズに通電されてから、この電流が流れ続けた場合に、第２温度ヒューズが溶断されるまでの時間を意味する。
【００５２】
より好ましい態様において、第２温度ヒューズは、ＰＴＣ素子がトリップ状態にある場合のリーク電流において、異常電圧以上の耐電圧性を有する。ＰＴＣ素子はトリップ後も、リーク電流（微小電流）、例えば約３０ｍＡの電流を流し得る。第２温度ヒューズが、このようなリーク電流において、異常電圧（異常時、例えば短絡時に回路に印加される電圧）以上の耐電圧を有することにより、第２温度ヒューズの溶断に伴うアークの発生を抑制することができる。
【００５３】
なお、当然ながら、ＰＴＣ素子および第２温度ヒューズは、第１温度ヒューズよりも後に動作する必要があるので、抵抗体の熱影響下には位置しない。
【００５４】
本発明の保護デバイスは、保護素子の第１温度ヒューズが動作する際、第１温度ヒューズを流れていた電流の一部をＰＴＣ素子側の回路に分流することができ、動作時のアークの発生を抑制することができるので、保護素子の定格電圧を超える電圧および／または定格電流を超える電流が流れる電気回路または電気装置に用いても、安全に電流を遮断することができる。
【００５５】
以上、本発明の保護デバイスについて説明したが、本発明は種々の改変が可能である。
【００５６】
図２に、本発明の保護デバイスの別の態様の回路図を示す。
【００５７】
この態様において、本発明の保護デバイスは、さらにもう１つのＰＴＣ素子１８を含む。即ち、この態様における本発明の保護デバイスは２つのＰＴＣ素子を含む。これらのＰＴＣ素子は、互いに電気的に並列に接続され、かつ、第２温度ヒューズに電気的に直列に接続されている。その他の構成は、図１に示した態様と実質的に同じである。
【００５８】
図２においては、２つのＰＴＣ素子を用いているが、それ以上のＰＴＣ素子を用いることもできる。これらのＰＴＣ素子は、互いに電気的に並列に接続され、かつ、第２温度ヒューズに電気的に直列に接続される。
【００５９】
このように複数のＰＴＣ素子を用いる場合、上記「ＰＴＣ素子の抵抗値」は、これらの複数のＰＴＣ素子の合成抵抗値となる。したがって、このように複数のＰＴＣ素子を並列で用いることにより、「ＰＴＣ素子の抵抗値」をより小さくすることが可能になり、ＰＴＣ素子の抵抗値を、保護素子の定格電圧／異常電流以下とすることが容易になる。
【００６０】
図３に、本発明の保護デバイスのさらに別の態様の回路図を示す。
【００６１】
図１に示した態様では、抵抗体は、第１温度ヒューズと同じ回路に組み入れられているが、図３では、抵抗体を別の独立した回路に組み入れている点で異なる。したがって、この態様では、本発明の保護デバイスは、４つの端子、即ち、端子１２、端子１４、端子２０および端子２２を有する。その他の構成は、図１に示した態様と実質的に同じである。
【００６２】
第２の要旨において、本発明は、上記の本発明の保護デバイスを有して成る電気装置をも提供する。
【実施例】
【００６３】
（実施例）
・保護デバイスの作成
保護素子１０２として、内橋エステック株式会社製のヒュージングレジスタ（型番：ＢＺ０５、定格電流：７５Ａ；定格電圧：６０Ｖ）、ＰＴＣ素子１０４として、TE Connectivity 社製のポリスイッチ（登録商標）（型番：ＴＲＦ６００−４００、抵抗値：１．２Ω、軟化点：８０℃）を２つ、および第２温度ヒューズ１０６として、内橋エステック株式会社製のサーモプロテクタ（型番：ＴＲ９２；公称動作温度：１１５℃；定格電流：９Ａ；定格電圧：３２Ｖ）を使用して、図４に示す回路図となるように接続して、本発明の保護デバイスを作製した。なお、図４において点線によって包囲した部分がヒュージングレジスタであり、ヒュージングレジスタは、抵抗体１１０と温度ヒューズ１０８を含む。【００６４】
・遮断試験
作製した保護デバイス１０１を用いて、図５に示す回路にて遮断試験を行った。用いた機器は下記表１に示す。なお、内側の破線によって包囲した部分がヒュージングレジスタであり、外側の破線によって包囲した部分が保護デバイスである。室温で、パワーライン直流電源１１２により、回路に１００Ａ−５００Ｖの電流を流した状態で、信号ライン直流電源１１８からヒュージングレジスタの抵抗体に通電し、ヒュージングレジスタの温度ヒューズを動作させた。保護デバイスの両端電圧と、回路電流を測定した。結果を図６に示す（ヒュージングレジスタの温度ヒューズの動作時を０秒とする）。【００６５】
【表１】
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【００６６】
・結果
ヒュージングレジスタの定格電流（７５Ａ）および定格電圧（６０Ｖ）を大きく超える電流および電圧であったにもかかわらず、保護デバイスは、不具合無く、正常に電流を遮断した。また、図６には示していないが、約４秒後に、第２温度ヒューズも不具合なく、正常に溶断し、回路は完全に開かれた状態となった。【００６７】
また、図６から、ヒュージングレジスタの温度ヒューズが動作した直後、約１０Ｖの電圧上昇が認められたが、その後は約１０ミリ秒後まで電圧の上昇が抑制されていることが確認された。これはヒュージングレジスタを流れていた電流が、ＰＴＣ素子に転流されたためである。なお、動作時の電流は約９０Ａであり、ヒュージングレジスタの定格電流を上回っているが、動作時の電圧は１０Ｖ以下であり、定格電圧を大きく下回っているので、不具合無く電流を遮断することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１…保護デバイス；２…保護素子；４…ＰＴＣ素子；
６…第２温度ヒューズ；８…第１温度ヒューズ；１０…抵抗体；
１２…端子；１４…端子；１６…端子；１８…ＰＴＣ素子；
２０…端子；２２…端子；１０１…保護デバイス；１０２…保護素子；
１０４…ＰＴＣ素子；１０６…第２温度ヒューズ；
１０８…第１温度ヒューズ；１１０…抵抗体；
１１２…パワーライン直流電源；１１４…パワーライン負荷；
１１６…スイッチ；１１８…信号ライン直流電源；１２０…スイッチ
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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