(57)【要約】【課題】  限流動作後における通電性能の低下を抑制することができる限流器およびそれを用いた限流遮断装置を得る。【解決手段】  ＰＴＣポリマー１とＰＴＣポリマーを挟んで対向配置されＰＴＣポリマーにそれぞれ融着された一対の融着電極2a,2bとからなるＰＴＣ素子、一対の融着電極のＰＴＣポリマー配置側と反対側にそれぞれ配置され、一対の融着電極にそれぞれ隣接する一対の端子電極3a,3b、および一対の端子電極をＰＴＣ素子側に押圧する加圧手段33,34,35a,35bを備え、一対の融着電極のうち少なくとも一方の融着電極は、貫通孔20が形成されている、または複数に分割されて島状に配置されていることにより、ＰＴＣポリマーの融着電極との融着面の面積に対する融着電極のＰＴＣポリマーとの融着面の面積の割合である電極面積率が１よりも小さく、かつ電極面積率が１よりも小さい融着電極に隣接する端子電極の融着電極隣接側の面は粗面化されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＴＣポリマーと該ＰＴＣポリマーを挟んで対向配置され上記ＰＴＣポリマーにそれぞれ融着された一対の融着電極とからなるＰＴＣ素子、上記一対の融着電極のＰＴＣポリマー配置側と反対側にそれぞれ配置され、上記一対の融着電極にそれぞれ隣接する一対の端子電極、および上記一対の端子電極を上記ＰＴＣ素子側に押圧する加圧手段を備え、上記一対の融着電極のうち少なくとも一方の融着電極は、貫通孔が形成されている、または複数に分割されて島状に配置されていることにより、上記ＰＴＣポリマーの融着電極との融着面の面積に対する上記融着電極のＰＴＣポリマーとの融着面の面積の割合である電極面積率が１よりも小さく、かつ上記電極面積率が１よりも小さい融着電極に隣接する端子電極の融着電極隣接側の面は粗面化されていることを特徴とする限流器。
【請求項２】
電極面積率が１よりも小さい融着電極の融着面は粗面化されていることを特徴とする請求項１記載の限流器。
【請求項３】
電極面積率が１よりも小さい融着電極に隣接する端子電極は、上記融着電極に隣接し融着電極隣接側の面が粗面化された金属箔と、該金属箔の融着電極隣接側と反対側に配置された導電板とで構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の限流器。
【請求項４】
一対の融着電極は、電極面積率が互いに異なることを特徴とする請求項１または２記載の限流器。
【請求項５】
電極面積率が大きい方の融着電極に隣接する端子電極の融着電極隣接側の面は、粗面化されていないことを特徴とする請求項４記載の限流器。
【請求項６】
電極面積率が小さい方の融着電極に隣接する端子電極は、上記融着電極に隣接し融着電極隣接側の面が粗面化された金属箔と、該金属箔の融着電極隣接側と反対側に配置された導電板とで構成されていることを特徴とする請求項４記載の限流器。
【請求項７】
電極面積率が大きい方の融着電極の電極面積率は、５０％以上かつ９０％以下であることを特徴とする請求項４記載の限流器。
【請求項８】
上記請求項４〜６のいずれかに記載の電極面積率が互いに異なる一対の融着電極を有する限流器と、電路を開閉する開閉器とが直列接続された限流遮断装置であって、上記限流器における電極面積率が大きい方の融着電極に隣接する端子電極が上記開閉器と接続されたことを特徴とする限流遮断装置。
【請求項９】
上記請求項１〜６のいずれかに記載の限流器と、電路を開閉する開閉器とが直列接続された限流遮断装置であって、上記限流器が上記開閉器に内蔵されたことを特徴とする限流遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正の抵抗温度特性を有するＰＴＣ（positive temperature coefficient）ポリマーと該ＰＴＣポリマーに融着された一対の電極からなるＰＴＣ素子を備えており、短絡電流を限流するために用いられる限流器およびそれを用いた限流遮断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の限流器においては、ポリマーと、該ポリマー中に混入された導電性物質とからなる正の抵抗温度特性を有するＰＴＣポリマー部、および該ＰＴＣポリマー部に融着された一対の電極（融着電極）からなるＰＴＣ素子を備えてなる限流器であって、前記電極に少なくとも１つの孔が形成されており、該電極に、前記ＰＴＣポリマー部の表面に対して垂直な方向に圧力が加えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３１２９１１号公報（第４−８頁、第１−１４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の限流器は上記のように構成されており、限流中にＰＴＣポリマー部と融着電極との間でアークが発生し、このアークの熱によってＰＴＣポリマー部の表面が荒れるため、ＰＴＣポリマー部と融着電極との間の接触抵抗（電気抵抗）が大幅に増大し、限流器の通電性能が大幅に低下するという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、限流動作後における通電性能の低下を抑制することができる限流器およびそれを用いた限流遮断装置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】
【０００６】
本発明に係る限流器は、ＰＴＣポリマーと該ＰＴＣポリマーを挟んで対向配置され上記ＰＴＣポリマーにそれぞれ融着された一対の融着電極とからなるＰＴＣ素子、上記一対の融着電極のＰＴＣポリマー配置側と反対側にそれぞれ配置され、上記一対の融着電極にそれぞれ隣接する一対の端子電極、および上記一対の端子電極を上記ＰＴＣ素子側に押圧する加圧手段を備え、上記一対の融着電極のうち少なくとも一方の融着電極は、貫通孔が形成されている、または複数に分割されて島状に配置されていることにより、上記ＰＴＣポリマーの融着電極との融着面の面積に対する上記融着電極のＰＴＣポリマーとの融着面の面積の割合である電極面積率が１よりも小さく、かつ上記電極面積率が１よりも小さい融着電極に隣接する端子電極の融着電極隣接側の面は粗面化されているものである。
【０００７】
本発明に係る限流遮断装置は、電極面積率が互いに異なる一対の融着電極を有する限流器と、電路を開閉する開閉器とが直列接続された限流遮断装置であって、上記限流器における電極面積率が大きい方の融着電極に隣接する端子電極が上記開閉器と接続されたものである。
【０００８】
また、限流器と、電路を開閉する開閉器とが直列接続された限流遮断装置であって、上記限流器が上記開閉器に内蔵されたものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明によれば、ＰＴＣポリマーと該ＰＴＣポリマーを挟んで対向配置され上記ＰＴＣポリマーにそれぞれ融着された一対の融着電極とからなるＰＴＣ素子、上記一対の融着電極のＰＴＣポリマー配置側と反対側にそれぞれ配置され、上記一対の融着電極にそれぞれ隣接する一対の端子電極、および上記一対の端子電極を上記ＰＴＣ素子側に押圧する加圧手段を備え、上記一対の融着電極のうち少なくとも一方の融着電極は、貫通孔が形成されている、または複数に分割されて島状に配置されていることにより、上記ＰＴＣポリマーの融着電極との融着面の面積に対する上記融着電極のＰＴＣポリマーとの融着面の面積の割合である電極面積率が１よりも小さく、かつ上記電極面積率が１よりも小さい融着電極に隣接する端子電極の融着電極隣接側の面は粗面化されているので、限流動作後における通電性能の低下を抑制することができる。
【００１０】
また、限流器における電極面積率が大きい方の融着電極に隣接する端子電極が開閉器と接続されたので、限流器の高い通電性能を得ることができる。
【００１１】
また、限流器と、電路を開閉する開閉器とが直列接続された限流遮断装置であって、上記限流器が上記開閉器に内蔵されたので、限流遮断装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１〜図３は本発明の実施の形態１による限流器を説明するための図であり、より具体的には、図１は初期状態での（すなわち、一度も限流動作を行っていない）限流器の全体構成を示す断面説明図、図２はＰＴＣ素子の構成を示す平面図、図３は限流動作後の（すなわち、少なくとも一度は限流動作を行った）限流器の要部の構成を示す断面説明図である。
【００１３】
２つの平行な主面を有する板状のＰＴＣポリマー１と、ＰＴＣポリマー１の主面にそれぞれ融着（熱融着）された一対の融着電極２ａ，２ｂ（以下、２で代表することもある。）とで、ＰＴＣ素子が構成されている。
一対の端子電極３ａ，３ｂ（以下、３で代表することもある。）が、一対の融着電極２ａ，２ｂのＰＴＣポリマー１配置側と反対側にそれぞれ配置され、一対の融着電極２ａ，２ｂにそれぞれ隣接している。
【００１４】
ＰＴＣポリマー１は、常温での電気抵抗率（常温電気抵抗率）が低く、高温になると急激に電気抵抗率が上昇する特性（正の抵抗温度特性）を示す。この特性をＰＴＣ特性という。ＰＴＣポリマー１は、電気絶縁性を有するポリマーに粒子状の導電性物質が混練された複合材料からなる。ポリマーは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはナイロンなどの樹脂であり、粒子状の導電性物質は、カーボンブラックまたは例えばタングステンなどの金属粒子である。かかる場合、ＰＴＣ特性は、発熱などの温度上昇により、ＰＴＣポリマー１の温度がポリマーの溶融温度（遷移温度）を超えたときに、ポリマーが体積膨脹し、ポリマーの非晶質部分（結晶粒界部分）に存在していた粒子状の導電性物質が互いに離れることにより発現すると考えられている。具体的には、例えば、ポリマーがポリエチレンである場合には、遷移温度は１３０℃程度であり、この温度を超えると、例えば、導電性物質がカーボンブラックである場合には電気抵抗率が１００倍程度に増加し、導電性物質がタングステンである場合には電気抵抗率が１万倍程度以上に増加する。
【００１５】
融着電極２ａ，２ｂは、例えば、銅やニッケルなどの金属箔（例えば厚さ２０〜７０μｍ程度）や、銅板（例えば厚さ１５０μｍ程度以上）にニッケルや銀などのメッキが施されたものなどが用いられ、融着電極２ａ，２ｂの主面がＰＴＣポリマー１の主面に融着されている。また、融着電極２には、例えば図２に示すような形状の貫通孔２０が形成されており、このように、融着電極２ａ，２ｂに貫通孔２０が形成されることにより、ＰＴＣポリマー１の融着電極２との融着面（以下、単に、ＰＴＣポリマー１の融着面と言うこともある。）の面積に対する、融着電極２ａ，２ｂのＰＴＣポリマー１との融着面（以下、単に、融着電極２ａ，２ｂの融着面と言うこともある。）の面積の割合である、電極面積率が、１よりも小さく構成されている。なお、本実施の形態では、ＰＴＣポリマー１の主面は融着電極２の主面よりも大きく形成されているが、本発明では、ＰＴＣポリマー１の融着面の面積とは、ＰＴＣポリマー１の主面の全面積ではなく、融着電極２ａ，２ｂの主面に対向するＰＴＣポリマー１の融着面の部分（図２にハッチングを施した部分）の面積のことを言う。また、本発明で言う融着電極２ａ，２ｂの融着面の面積とは、ＰＴＣポリマー１の主面に対向する融着電極２ａ，２ｂの融着面の部分（図２にハッチングを施した部分）のうち、貫通孔２０の面積を含まない実際に融着される面の面積を指す。
【００１６】
さらに、電極面積率が１よりも小さい融着電極２（本実施の形態では両方の融着電極２ａ，２ｂ）の融着面は、例えばメッキやブラスト加工により平均粗さが例えば５〜３０μｍの凹凸を有するように粗面を形成しており、すなわち粗面化されており、融着電極２ａ，２ｂとＰＴＣポリマー１との間の電気的な接触抵抗は低く保たれている。ここで、平均粗さとは、日本機械学会発行の機械工学便覧（ＪＳＭＥ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｆｏｒ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）改訂第６版のｐ．１７−１９０に記載された十点平均粗さを言う。
【００１７】
端子電極３、および端子電極３を介して融着電極２に電流を供給するための電流導入端子３１は、例えば、銅板に銀やスズなどのメッキが施されたものであり、それぞれの厚さは例えば１．５ｍｍおよび２ｍｍ程度である。電極面積率が１よりも小さい融着電極２に隣接する端子電極３（本実施の形態では両方の端子電極３ａ，３ｂ）の融着電極２隣接側の面は、例えばブラスト加工により平均粗さが例えば５〜２０μｍの凹凸を有するように粗面を形成している、すなわち粗面化されている。融着電極２、端子電極３および電流導入端子３１は互いに電気的に接続されている。なお、端子電極３は電流導入端子３１と一体化されていてもよい。
【００１８】
なお、本実施の形態では、端子電極３の融着電極２隣接側の面が粗面化されていることにより接触点の数が増えるので、端子電極３と融着電極２との間の電気的な接触抵抗は粗面化されていない（平面である）場合に比べて減少する。その結果、通電性能が高められる。
【００１９】
絶縁枠３２は、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れ、限流動作が起こったときにＰＴＣポリマー１と融着電極との間で発生するアークによって生成された導電性のガスにより、電流導入端子３１間で短絡が生じるのを防止するために、ＰＴＣポリマー１の周辺部に設けられる。
ＰＴＣ素子を保護するための限流器容器である絶縁容器３４は、容器本体３４ａと容器蓋部３４ｂとで例えばロの字状に構成され、ボルト３５ａおよびナット３５ｂを締め付けることによりＰＴＣ素子を固定しうる。なお、絶縁容器３４の内側の高さを一定に保つためのスペーサ３６を備えている。
【００２０】
弾性体３３は、例えば、板ばね、皿ばね、有機弾性体などであり、電流導入端子３１と絶縁容器３４との間に配置される。本実施の形態において、弾性体３３は、ＰＴＣポリマー１の主面に対して垂直な方向において、融着電極２およびＰＴＣポリマー１からなるＰＴＣ素子と、端子電極３と、電流導入端子３１とに弾性的な圧力を及ぼす。すなわち、容器蓋部３４ｂが容器本体３４ａに一体化される過程で、弾性体３３が圧縮され、一対の電流導入端子３１および端子電極３ａ，３ｂがＰＴＣ素子側に押圧され互いに電気的に接触している。つまり、弾性体３３は、一対の端子電極３ａ，３ｂをＰＴＣ素子側に押圧する加圧手段に相当する。
端子電極３と融着電極５とは金属接触であることにより、電気的な接触抵抗が低いので、弾性体３３による加圧力は低く設定される。したがって、ＰＴＣポリマー１に高い応力が加わって破損するのを防止できる。
【００２１】
このように構成されたものにおいて、電流は一方の電流導入端子３１、一方の端子電極３ａ、ＰＴＣ素子、他方の端子電極３ｂ、他方の電流導入端子３１を経由して流れる。
負荷電流が流れる場合、通電発熱が少ないのでＰＴＣポリマー１の温度上昇が低く、ＰＴＣポリマー１の電気抵抗は低い。
【００２２】
短絡事故が発生し大電流が流れると、融着電極２とＰＴＣポリマー１との界面の電気的な接触抵抗による発熱によりＰＴＣポリマー１が加熱される。ＰＴＣポリマー部１の温度が遷移温度を超えると、ＰＴＣポリマー１と融着電極２との界面近傍に存在するポリマーが溶融し、粒子状の導電性物質間の距離が増大し、ＰＴＣポリマー１は低電気抵抗状態から高電気抵抗状態へと変化し、短絡電流が抑制される。この抑制された電流は図示しない開閉器によって遮断される。
【００２３】
限流中に、ＰＴＣポリマー１のうち、融着電極２との界面の近傍部分は、遷移温度をはるかに超えて分解温度に達し、アークが発生する。このアークの熱によって融着電極２との界面の近傍部分のＰＴＣポリマー１が軟化し、融着電極２がＰＴＣポリマー１に食い込む。その結果、融着電極２の貫通孔２０の部分がＰＴＣポリマー１で満たされる。本実施の形態では、端子電極３の融着電極２隣接側の面が粗面化されているので、ＰＴＣポリマー１の軟化に伴い、融着電極２の貫通孔２０に満たされたＰＴＣポリマー１が端子電極３の粗面化された面（粗面）の凹凸に食い込むことにより、端子電極３とＰＴＣポリマー１とが熱融着される。このように、本実施の形態では、ＰＴＣポリマー１が端子電極３の粗面化された面（粗面）の凹凸に食い込こむことにより、端子電極３とＰＴＣポリマー１とが熱融着されるので、ＰＴＣポリマー１と端子電極３との電気的な接触抵抗は顕著に低くなる。したがって、アークの熱によってＰＴＣポリマー１の表面が荒れてＰＴＣポリマー１と融着電極２との間の電気的な接触抵抗が増大しても、端子電極３とＰＴＣポリマー素子との間の電気的な抵抗増大は顕著に抑制され、限流動作前後における通電性能の低下を顕著に抑制することができる。
なお、初期状態での限流器を示す図１では、融着電極２がＰＴＣポリマー１に食い込んでいないが、融着電極２とＰＴＣポリマー１とを融着する際に融着電極２がＰＴＣポリマー１に多少食い込む場合もある。
【００２４】
なお、従来の限流器においても、限流中に、アークの熱によってＰＴＣポリマー１が軟化し、融着電極２がＰＴＣポリマー１に食い込む結果、融着電極２の貫通孔２０の部分がＰＴＣポリマー１で満たされる可能性もある。しかしながら、従来の限流器では融着電極２に隣接する端子電極３の融着電極２隣接側の面は粗面化されていないため、端子電極２がＰＴＣポリマー１に熱融着され難く、熱融着したとしてもそれらの接触抵抗は本実施の形態の場合に比べて大きい。その結果、端子電極３とＰＴＣポリマー１との間の電気抵抗増大を、本実施の形態におけるほど顕著に抑制することはできず、限流動作前後における通電性能の低下を顕著に抑制することはできない。
【００２５】
端子電極３と融着電極２とは何れも金属で形成されており金属接触であるので端子電極３と融着電極２の間の接触抵抗は極めて低く、普通は、これらの電極の接触面を粗面化するという発想は無い。
限流中に、ＰＴＣポリマー１のうち、融着電極２との界面の近傍部分で発生するアークの熱によって、融着電極２との界面の近傍部分のＰＴＣポリマー１が軟化し、融着電極２がＰＴＣポリマー１に食い込む結果、融着電極２の貫通孔２０の部分がＰＴＣポリマー１で満たされるという現象は、本発明の発明者らが初めて明らかにしたものであり、上記従来の限流器の発明当時には、まだ明らかとなっていなかった。したがって、融着電極２に隣接する端子電極３の融着電極２隣接側の面が粗面化されていると、ＰＴＣポリマー１の軟化に伴い、融着電極２の貫通孔２０に満たされたＰＴＣポリマー１が端子電極３の粗面化された面（粗面）の凹凸に食い込むことにより端子電極３とＰＴＣポリマー１とが強く熱融着されるので、ＰＴＣポリマー１と端子電極３との接触抵抗が顕著に低くなることは、上記従来の限流器の発明当時には、まだ明らかとなっていなかいばかりか、その着想も得られなかった。
【００２６】
なお、貫通孔２０の深さ方向に対して垂直な断面の形状は、円状であっても、角状であっても、非対称な鍵穴状のものであってもよい。貫通孔２０内部の一部に、融着電極２とＰＴＣポリマー１との融着の際に、軟化したＰＴＣポリマー１が突出せしめられる場合もある。
【００２７】
また、図１では、容器蓋部３４ｂはボルト３５ａおよびナット３５ｂを締め付けることにより容器本体３４ａと一体化されたが、接着剤により容器本体３４ａと一体化されてもよい。また、絶縁容器３４はあらかじめ一体化されたものを用いてもよいが、この場合、治具により弾性体３３をあらかじめ圧縮し、ＰＴＣ素子、端子電極３および電流導入端子３１も一括して絶縁容器３４に挿入する。
なお、塵埃の侵入を防止するため、絶縁容器３４は箱状として密閉状に形成されてもよい。
【００２８】
実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２による限流器を説明するための図であり、より具体的には、初期状態における限流器の要部の構成を示す断面説明図である。
本実施の形態による限流器では、電極面積率が１よりも小さい融着電極２（本実施の形態では両方の融着電極２ａ，２ｂ）に隣接する端子電極３（本実施の形態では両方の端子電極３ａ，３ｂ）は、融着電極２ａ，２ｂに隣接し融着電極２ａ，２ｂ隣接側の面が粗面化された金属箔３０１ａ，３０１ｂ（以下、３０１で代表することもある。）と、金属箔３０１ａ，３０１ｂの融着電極隣接側と反対側に配置された導電板３０２ａ，３０２ｂ（以下、３０２で代表することもある。）とで構成されている。その他の構成は実施の形態１の構成と同様であるので、以下では主に実施の形態１と異なる点について説明する。
【００２９】
金属箔３０１は、例えば銀やニッケルで形成され、厚さは例えば３０〜１００μｍ程度である。また、金属箔３０１の融着電極隣接側の面は、例えばメッキやブラスト加工により平均粗さが例えば５〜２０μｍの凹凸を有するように粗面を形成している、すなわち粗面化されている。
導電板３０２は、例えば、銅板に銀やニッケルなどのメッキが施されたものであり、厚さは例えば５〜１０μｍ程度である。融着電極２、金属箔３０１、導電板３０２および電流導入端子３１は互いに電気的に接続されている。なお、導電板３０２は電流導入端子３１と一体化されていてもよい。
【００３０】
このように構成されたものにおいて、短絡事故が発生し大電流が流れると、実施の形態１の場合と同様に、融着電極２とＰＴＣポリマー１との界面の電気的な接触抵抗の増大による発熱によりＰＴＣポリマー１が加熱され、ＰＴＣポリマー１は低電気抵抗状態から高電気抵抗状態へと変化し、短絡電流が抑制される。
また、限流中に融着電極と金属箔の間で発生するアークの熱によって融着電極２との界面近傍部分のＰＴＣポリマー１が軟化し、融着電極２がＰＴＣポリマー１に食い込む結果、融着電極２の貫通孔２０の部分がＰＴＣポリマー１で満たされる。本実施の形態では、金属箔３０１の融着電極２隣接側の面が粗面化されているので、ＰＴＣポリマー１の軟化に伴い、融着電極２の貫通孔２０に満たされたＰＴＣポリマー１が金属箔３０１の粗面化された面（粗面）の凹凸に食い込むことにより、金属箔３０１とＰＴＣポリマー１と。このように、本実施の形態では、ＰＴＣポリマー１が金属箔３０１の粗面化された面（粗面）の凹凸に食い込むことにより、金属箔３０１とＰＴＣポリマー１とが熱融着されるので、ＰＴＣポリマー１と金属箔３０１との接触抵抗は顕著に低くなる。また、金属箔３０１と導電板３０２とは何れも金属で形成されており金属接触であるので、電気的な接触抵抗は低い。
したがって、アークの熱によってＰＴＣポリマー１の表面が荒れてＰＴＣポリマー１と融着電極２との間の接触抵抗が増大しても、金属箔３０１とＰＴＣポリマー素子との間の抵抗増大は顕著に抑制され、限流動作前後における通電性能の低下を顕著に抑制することができる。
【００３１】
さらに、本実施の形態では、金属箔３０１と導電板３０２との間には熱的な接触抵抗があるため、限流動作に伴い金属箔３０１とＰＴＣポリマー１の間に発生するアークからの熱が金属箔３０１から導電板３０２に伝達しにくくなるので、金属箔３０１の温度上昇が大きくなる。その結果、金属箔３０１はＰＴＣポリマー１に非常に強く熱融着され、金属箔３０１とＰＴＣポリマー１との間の電気的な接触抵抗の増大が顕著に抑制され、通電性能、過電流通電性能の低下をいっそう顕著に抑制することができる。
【００３２】
なお、金属箔３０１の厚さは、薄すぎると限流中に融着電極と金属箔の間で発生するアークの熱によって金属箔が蒸発し、厚すぎると金属箔３０１の温度上昇があまり大きくならないため、２０〜１００μｍ程度が望ましい。
【００３３】
実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３による限流器を説明するための図であり、より具体的には、初期状態における限流器の要部の構成を示す断面説明図である。
本実施の形態による限流器は、一対の融着電極２ａ，２ｂは、電極面積率が互いに異なり、しかも、電極面積率が大きい方の融着電極２ｂに隣接する端子電極３ｂの融着電極２ｂ隣接側の面は、粗面化されていない。
【００３４】
上記各実施の形態では、ＰＴＣポリマー１の両主面に融着電極２ａ，２ｂが熱融着されている。一方の融着電極２ａの融着面をＡ面、他方の融着電極２ｂの融着面をＢ面と呼ぶことにする。実施の形態１および２では、Ａ面の電極面積率（ＰＴＣポリマー１の融着電極２ａとの融着面の面積に対する、融着電極２ａのＰＴＣポリマー１との融着面の面積の割合）とＢ面の電極面積率（ＰＴＣポリマー１の融着電極２ｂとの融着面の面積に対する、融着電極２ｂのＰＴＣポリマー１との融着面の面積の割合）とを同一としていた。
【００３５】
実験の結果、上記のようにＡ面の電極面積率とＢ面の電極面積率を同一としても、Ａ面のＰＴＣポリマー１との接続部（以下、Ａ面接続部と言うこともある。）の電気的な接触抵抗と、Ｂ面のＰＴＣポリマー１との接続部（以下、Ｂ面接続部と言うこともある。）の電気的な接触抵抗とは、厳密には同一ではなく少しの相違があるため、短絡電流が流れた時、Ａ面接続部とＢ面接続部とでは、アーク発生に時間差があることが分かった。そして、限流波高値の時点はＡ面とＢ面の内、先にアークが発生した面のアーク発生時点にほぼ一致することが分かった。限流波高値の時点以後、限流波高値の数分の１以下の大きさのアーク電流が流れる。この結果から、アーク発生面を１面に限っても限流波高値はほぼ同じになることが分かった。
【００３６】
そこで、本実施の形態では、Ｂ面（融着電極２ｂの融着面）の電極面積率がＡ面（融着電極２ａの融着面）の電極面積率より大きくなるように構成されている。
このように構成されたものにおいて、短絡事故が発生して大電流が流れると、融着電極２とＰＴＣポリマー１との界面の接触抵抗による発熱によりＰＴＣポリマー１が加熱され、ＰＴＣポリマー１のうち電極面積率が小さい方のＡ面接続部の近傍部分は低抵抗状態から高抵抗状態へと変化し、短絡電流が抑制される。なお、ＰＴＣポリマー１のうち電極面積率が大きい方のＢ面接続部の近傍部分は電流密度が小さいため温度上昇は低い。
また、限流中に、ＰＴＣポリマー１のうち、電極面積率が小さい方のＡ面接続部の近傍部分は、遷移温度をはるかに超えて分解温度に達し、アークが発生する。このアークの熱によってＡ面接続部の近傍部分のＰＴＣポリマー１が軟化し、上記各実施の形態の場合と同様に、ＰＴＣポリマー１の軟化に伴い、融着電極２ａの貫通孔２０に満たされたＰＴＣポリマー１が端子電極３ａの粗面化された面（粗面）の凹凸に食い込むことにより、端子電極３ａとＰＴＣポリマー１とが熱融着される。限流波高値はＰＴＣポリマー１のうち電極面積率が小さい方のＡ面接続部の近傍部分で低抵抗状態から高抵抗状態へと変化した時点の電流値であるので、限流波高値が高くなることはほとんどない。
なお、ＰＴＣポリマー１のうち、電極面積率が大きい方のＢ面接続部の近傍部分は、電流密度が低いのでアークは発生しない。限流波高値はＰＴＣポリマー１のうち電極面積率が小さい方のＡ面接続部の近傍部分で低抵抗状態から高抵抗状態へと変化した時点の電流値であるので、限流波高値が高くなることはほとんどない。
【００３７】
このように、本実施の形態によれば、ＰＴＣポリマー１のうち、電極面積率が大きい方のＢ面接続部の抵抗を低減できるため限流器の初期抵抗を低減でき、ＰＴＣポリマー１のうち、電極面積率が小さい方のＡ面で限流波高値が決まる。その結果、限流波高値が増大することなく、限流器の初期抵抗を低減できるので、通電性能を高めることができる。また、限流動作に伴うアーク発生が一方の面（電極面積率が小さい面）に限定されるので、限流動作後の限流器抵抗の増大、すなわち、限流動作前後における通電性能の低下を顕著に抑制できる。これらの結果、初期状態での通電性能が高く、しかも、限流動作後の通電性能が高い限流器を得ることができる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、一対の融着電極２は、電極面積率が互いに異なるので、限流動作に伴うアーク発生がＰＴＣポリマー１の一方の面（電極面積率が小さい面）に限定され、電極面積率が小さい方の融着電極２ａに隣接する端子電極３ａとＰＴＣポリマー１とが熱融着される。したがって、電極面積率が大きい方の融着電極２ｂに隣接し、ＰＴＣポリマー１と熱融着されない、端子電極３ｂの融着電極２ｂ隣接側の面は、粗面化されていなくてもよく、製作工程を簡素化できるという効果がある。
【００３９】
また、電極面積率が１よりも小さい融着電極２（例えば２ａ）に隣接する端子電極３(例えば３ａ)の融着電極２ａ隣接側の面は、粗面化されているが、電極面積率が１である融着電極２（例えば２ｂ）に隣接する端子電極３(例えば３ｂ)の融着電極２ｂ隣接側の面は、粗面化されていなくてもよい。
【００４０】
また、少なくとも電極面積率が小さい方の融着電極２（例えば２ａ）に隣接する端子電極３（例えば３ａ）は、融着電極２に隣接し融着電極２隣接側の面が粗面化された金属箔３０１（例えば３０１ａ）と、この金属箔３０１（例えば３０１ａ）の融着電極２（例えば２ａ）隣接側と反対側に配置された導電板３０２（例えば３０２ａ）とで構成されていてもよく、上記実施の形態３と同様の効果が得られる。
【００４１】
なお、本実施の形態のように、一対の融着電極２ａ，２ｂの電極面積率が互いに異なる場合、電極面積率が大きい方の融着電極２ｂの電極面積率が９０％を超えると、ＰＴＣポリマー１と融着電極２ａ，２ｂとの熱融着時に、融着電極２ｂと融着電極２ａとの熱収縮の度合の違いにより、ＰＴＣポリマー１が大きく反る。これを弾性体３３で加圧すると、ＰＴＣポリマー１の内部応力が大きくなり、限流動作時にＰＴＣポリマー１が破損しやすい。
【００４２】
そこで、電極面積率が大きい方の融着電極２ｂの電極面積率を９０％以下とすることにより、ＰＴＣポリマー１に作用する初期応力を抑制できるので、限流動作時のＰＴＣポリマー１の破損を抑制できる。その結果、限流動作回数が多い限流器を得ることができる。
【００４３】
なお、限流器の電気抵抗は電極面積率の増大に連れ大きく減少するが、電極面積率が５０％以上になるとその減少の度合は小さくなる。したがって、上記を考慮すると、融着電極２ａ，２ｂの電極面積率が互いに異なる場合、電極面積率が大きい方の融着電極２ｂの電極面積率を５０％以上かつ９０％以下に設定すると、ＰＴＣポリマー１の反りを抑制でき、しかも限流器の電気抵抗を低く設定できる。
【００４４】
実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４による限流器を説明するための図であり、より具体的には、ＰＴＣ素子の構成を示す斜視図である。
本実施の形態では、融着電極２を複数に分割し、微小な融着電極部２１を島状に均一的に分散配置している点を除いて上記各実施の形態と同じであるので、以下では、上記各実施の形態と異なる点について主に説明する。
【００４５】
上記各実施の形態では、融着電極２に貫通孔２０が形成されていることにより、ＰＴＣポリマー１の融着電極２との融着面の面積に対する融着電極２のＰＴＣポリマー１との融着面の面積の割合である電極面積率が１よりも小さく構成されていた。このように、融着電極２に貫通孔２０を形成した場合、電極面積率を小さくしようとすると、隣接する貫通孔２０間の距離、すなわち、融着電極２の非孔部の幅、を小さくすることが必要になる。しかし、加工上、融着電極２の非孔部の幅を小さくするのには限界がある。そのため電極面積率を小さくするのに限界がある。また、融着電極２の非孔部の幅を極限まで小さくすると、アークの発生が融着電極２の幅が狭い非孔部に局所化されるようになるため、ＰＴＣポリマー１に発生する局所的な熱応力が大きくなり、ＰＴＣポリマー１が破損しやすくなる。
【００４６】
そこで、本実施の形態では、図６に示すように、融着電極２を複数に分割し、微小な融着電極部２１を島状に均一的に分散配置している。
このような構成により、電極面積率を小さくした場合にも、アークを均一的に分散発生できるので、ＰＴＣポリマー１に発生する熱応力が分散され、局所的な熱応力が小さくなり、ＰＴＣポリマー１の破損を起こしにくくすることができる。
また、負荷電流通電時、ＰＴＣポリマー１に流れる電流を均一的に分散化できるので、通電性能を高めることもできる。
【００４７】
しかしながら、上記のような複数に分割された微小な融着電極部２１のそれぞれをＰＴＣポリマー１に熱融着し、島状に均一的に分散配置するのは至難である。
そこで、本実施の形態では、下記のように製造する。
まず、複数に分割される前の大きな融着電極２をＰＴＣポリマー１に全面的に熱融着する。次に、エッチング法により非電極部を削除する。
このような加工方法によれば、例えば融着電極部２１が図６に示すように角柱状である場合には、１辺０．２ｍｍ程度まで容易に小さく形成でき、融着電極部２１の分散性を高めることができる。
【００４８】
なお、融着電極部２１の形状は角柱状に限られるものではなく、例えば円柱状のような他の形状であってもよい。
【００４９】
実施の形態５．
図７は本発明の実施の形態５による限流遮断装置を説明するための図であり、より具体的には、限流遮断装置の構成を示す断面図である。
本実施の形態による限流遮断装置は主に実施の形態３で説明した電極面積率が互いに異なる一対の融着電極を有する限流器１００と開閉器２００とで構成されている。開閉器２００には電路を開閉する開閉部２０１を有する。基本的には、この開閉部２０１は固定接点２０１ａと可動接点２０１ｂで構成されている。電路の開閉に関しては、手動でまたは図示しない機構で過大電流を検出して自動で、可動接点２０１ｂの開閉操作が行われるが、自己消弧型半導体デバイスで開閉が行われてもよい。
【００５０】
本実施の形態では、限流器１００は開閉器２００に近接して配置される。限流器１００における電極面積率が大きい方の融着電極に隣接する端子電極に接続された電流導入端子３１ａは、開閉器２００の一方の端子２０２ａに接続され、電極面積率が小さい方の融着電極に隣接する端子電極に接続された電流導入端子３１ｂは外部電線に接続される。また、開閉器の他方の端子２０２ｂは外部電線に接続される。
【００５１】
このように構成されたものにおいて、負荷電流が流れると、開閉器２００において開閉部２０１で発熱する。この発熱は主に開閉器２００の外部電線に接続された端子２０２ｂを経由し外部電線に放熱される。また、限流器１００において、電極面積率が小さい融着電極近傍と電極面積率が大きい融着電極近傍で発熱するが、その発熱量は電極面積率が小さい融着電極近傍の方が多い。また、限流器１００の主要部であるＰＴＣポリマーの主成分は上述したようにポリマーであるので、熱伝導率が非常に小さい。本実施の形態では、発熱量が多い、電極面積率が小さい方の融着電極近傍に隣接する端子電極に接続された電流導入端子３１ｂが、開閉器２００側ではなく、放熱が効率的に行われる外部電線側に接続されているので、この発熱が外部電線側に効率よく放熱される。したがって、限流器１００の高い通電性能を得ることができる。
【００５２】
実施の形態６．
図８は本発明の実施の形態６による限流遮断装置を説明するための図であり、より具体的には、限流遮断装置の構成を示す断面図である。
本実施の形態では、限流器１００は開閉器２００の収納容器内部に収納されている。このように、限流器１００を開閉器２００に内蔵することにより、収納容器を共有でき無駄なスペースを除去できるので、実施の形態５で示した図７のものと比べて小型化することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、限流器１００としては上記実施の形態１〜４で説明した何れの構成を有するものであってもよい。
ただし、上記実施の形態５と同様に、限流器１００として、電極面積率が互いに異なる一対の融着電極を有するものを用いた場合には、限流器１００における電極面積率が大きい方の融着電極に隣接する端子電極に接続された電流導入端子３１ａを、開閉器２００の一方の端子２０２ａに接続し、電極面積率が小さい方の融着電極に隣接する端子電極に接続された電流導入端子３１ｂを外部電線に接続することにより、小型でしかも高い通電性能を有する限流遮断装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１による限流器の初期状態での全体構成を示す断面説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１による限流器の要部であるＰＴＣ素子の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による限流器の限流動作後の要部の構成を示す断面説明図である。
【図４】本発明の実施の形態２による限流器の初期状態での要部の構成を示す断面説明図である。
【図５】本発明の実施の形態３による限流器の初期状態での要部の構成を示す断面説明図である。
【図６】本発明の実施の形態４による限流器の要部であるＰＴＣ素子の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態５による限流遮断装置の構成を示す断面説明図である。
【図８】本発明の実施の形態６による限流遮断装置の構成を示す断面説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  ＰＴＣポリマー、２，２ａ，２ｂ  融着電極、２０  貫通孔、２１  融着電極部、３，３ａ，３ｂ  端子電極、３０１，３０１ａ，３０１ｂ  金属箔、３０２，３０２ａ，３０２ｂ  導電板、３１，３１ａ，３１ｂ  電流導入端子、３２  絶縁枠、３３  弾性体、３４  絶縁容器、３５ａ  ボルト、３５ｂ  ナット、３６  スペーサー、１００  限流器、２００  開閉器、２０１  開閉部、２０１ａ  固定接点、２０１ｂ  可動接点、２０２ａ，２０２ｂ  端子。
【図１】
2005026666.tif 000003
【図２】
2005026666.tif 000004
【図３】
2005026666.tif 000005
【図４】
2005026666.tif 000006
【図５】
2005026666.tif 000007
【図６】
2005026666.tif 000008
【図７】
2005026666.tif 000009
【図８】
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