(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーＰＴＣ材料からなる層状ＰＴＣ要素およびその片側のみに離間して配置された対の電極をそれぞれ有して成る２つのＰＴＣ素子を有して成る複合化ＰＴＣ素子であって、
一方のＰＴＣ素子の対の電極は、他方のＰＴＣ素子の対の電極に相互に対向し、これらの電極の間に端子が配置され、対向する電極およびその間の端子が電気的に接続されており、層状ＰＴＣ要素は、その厚さ方向に貫通する空隙部を有して成ることを特徴とする複合化ＰＴＣ素子。
【発明の詳細な説明】
関連出願の相互参照
本願は、日本国特許出願第２００３−１９０２８０号（出願日：２００３年７月２日、発明の名称：複合化ＰＴＣ素子）に基づくパリ条約上の優先権を主張し、ここでこの特許出願を参照することによって、この特許出願に開示された事項は、全て本明細書に組み込まれ、その一部分を構成する。
【技術分野】  本発明は、複数、例えば２つのＰＴＣ素子を組み合わせた複合化ＰＴＣ素子および自動車用保護素子としてのそのような複合化ＰＴＣ素子に関する。
尚、「ＰＴＣ素子」とは、電気・電子回路技術の分野において知られているように、正の温度係数（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を有するサーミスタをいう。ＰＴＣ素子は、比較的低い温度条件下（例えば常温時）ではその電気抵抗（又はインピーダンス）は小さいが、ある温度（以下、トリップ温度という）を超えると電気抵抗が急激に増加する性質を有する素子を意味する。本明細書において、ＰＴＣ素子の前者の状態をロー状態と、また、後者の状態をハイ状態というものとする。
【背景技術】  現在、通常のエンジンを動力源としている自動車において、自動車中に配置されている例えばラジオの操作指令、ワイパーの操作指令、窓の開閉指令、方向指示器指令、照明点灯指令といった信号伝達用の信号線には、万が一の安全のために、各々の信号線の回路内に必ずヒューズ状の安全保護素子が直列に装着されていることは良く知られている。
同様に、モーターとエンジンを動力源として併用している自動車においても安全の観点から同様の安全保護素子が装着されていてしかるべきである。しかも、モーターとエンジンを動力源として併用している自動車においては、駆動源たるべきモーターを駆動するための大電力を伝送するための配線系も装着されている。このような大電力を送る配線系においては、時折漏れ電流等が発生し、それが近接している他の配線系統へ混入することが発生する場合がある。
【発明の開示】
しかしながら、現在ではこのようなモーターとエンジンを動力源として併用している自動車において、駆動源たるべきモーターを駆動するための大電力伝送配線系において時折漏れ電流等が発生し、それが近接している他配線系統へ混入することが発生する場合があるため、通常のエンジンを動力源としている自動車において使用されている信号回路への安全保護素子と同等の素子を使用することができず、現実には信号回路への安全保護素子が装着されていない。従って、大きい電力（または電流）が流れる配線においても、ＰＴＣ素子として確実に機能できる新たなＰＴＣ素子を提供することが望まれている。
本発明は、ポリマーＰＴＣ材料からなる層状ＰＴＣ要素およびその片側に離間して配置された対の電極をそれぞれ有して成る複数のＰＴＣ素子を有して成る複合化ＰＴＣ素子を提供し、この素子では、
それぞれのＰＴＣ素子の対の一方の電極は電気的に一体に接続されると共に端子に接続され、他方、それぞれのＰＴＣ素子の対の他方の電極は電気的に一体に接続されると共に別の端子に接続されている。その結果、該端子を経て外部から複合化ＰＴＣ素子に入る電流が、該他方の端子を経て複合化ＰＴＣ素子から出るに際して、該電流は、各層状ＰＴＣ要素を流れるようになっている。
特に好ましい態様において、本発明の複合化ＰＴＣ素子は、ポリマーＰＴＣ材料からなる層状ＰＴＣ要素およびその片側に離間して配置された対の電極をそれぞれ有して成る２つのＰＴＣ素子（１０，１０’）を有して成り、一方のＰＴＣ素子（１０）の対の電極（１４，１６）は、他方のＰＴＣ素子（１０’）の対の電極（１４’，１６’）に相互に対向し、これらの対向する電極に端子が（即ち、電極１４と電極１４’に端子２０が、また、電極１６と電極１６’に端子２１が）それぞれ接続されている。好ましくはこれらの対向する電極の間に端子が（即ち、電極１４と電極１４’との間に端子２０が、また、電極１６と電極１６’との間に端子２１が）配置され、対向する電極およびその間の端子が電気的に接続されていることを特徴とする。
尚、本明細書において、「複合化」なる用語は、本発明のＰＴＣ素子が、既知のＰＴＣ素子を複数上述のように電気的に接続して形成されることを明確化する意味で使用している。
このように複数のＰＴＣ素子の対の電極の一方同士を一体に接続すると共に端子（またはリード）に接続し、同様に、対の電極の他方同士を一体に接続すると共に別の端子（またはリード）に接続することによって、ＰＴＣ要素を通過する複数の電流パスを並列接続で確保でき、その結果、大きい電力（または電流）を伝送する回路においても、大きい電力（または電流）を各電流パスに確実に分割することができ、その結果、複合ＰＴＣ素子全体としては、これまでより大きい電力（または電流）が伝送される回路に使用できる。例えば、本発明の複合化ＰＴＣ素子は、直流２４０Ｖ以上（例えば６００Ｖ）での使用に耐えうる自動車用保護素子として使用できる。従って、本発明は、上述の複合化ＰＴＣ素子を有して成る自動車用保護素子をも提供する。
本発明の複合化ＰＴＣ素子を構成するＰＴＣ素子は、周知であり、通常、ポリマーＰＴＣ要素（カーボンブラックのような導電性フィラーが分散しているポリマー、例えばポリエチレンから形成された要素）、好ましくは層またはシート状の要素およびその片側に離間して配置された対の電極、好ましくは電極箔を有して成る。ＰＴＣ要素は、トリップ時の熱膨張による体積増加を少なくとも部分的に吸収して生じる応力を緩和するために空隙部を有するのが好ましい。この空隙部は、表面に電極が配置される、ポリマーＰＴＣ要素の領域、およびそれに隣接する領域（本明細書においてこれらの領域を電極周縁領域と呼ぶ）から選択される少なくとも１つの箇所に存在するのが好ましい。
この空隙部は、ポリマーＰＴＣ要素の厚さ方向に延在するのが好ましく、特に好ましいのはポリマーＰＴＣ要素を厚さ方向に貫通するものである。特に、電極周縁領域、とりわけ電極が配置される、ポリマーＰＴＣ要素の領域の厚さ方向に１またはそれ以上の空隙が延在する、例えば貫通して延在するのが好ましい。貫通する場合には、空隙部の端面は、電極周縁領域内に位置する。
本発明は、ポリマーＰＴＣ材料からなる層状ＰＴＣ要素およびその片側に離間して配置された対の電極をそれぞれ有して成る複数のＰＴＣ素子を有して成る複合化ＰＴＣ素子の製造方法をも提供し、
それぞれのＰＴＣ素子の対の電極の一方同士を電気的に一体に接続すると共に端子に電気的に接続し、他方、それぞれのＰＴＣ素子の対の電極の他方同士を電気的に一体に接続すると共に別の端子に電気的に接続することを特徴とする。このように接続することにより、該端子を経て外部から複合化ＰＴＣ素子に入る電流が、該他方の端子を経て複合化ＰＴＣ素子から出るに際して、該電流は、各層状ＰＴＣ要素を流れるようになる。
特に好ましい態様では、本発明の複合化ＰＴＣ素子の製造方法では、ポリマーＰＴＣ材料からなる層状ＰＴＣ要素およびその片側に離間して配置された対の電極をそれぞれ有して成る２つのＰＴＣ素子（１０、１０’）を準備し、一方のＰＴＣ素子の対の電極のそれぞれ（１４，１６）と、他方のＰＴＣ素子の対の電極のそれぞれ（１４’，１６’）との間に各端子を配置し、対向する電極およびその間の端子を電気的に接続することを特徴とする。
本発明の複合化ＰＴＣ素子は、直流２４０Ｖ以上、例えば直流６００Ｖという高電圧通電環境下における使用にも耐える。また、各ＰＴＣ素子において、電極がＰＴＣ要素の片側に配置されているので、たとえ、高電流、高電圧印加時に素子が破壊に至ったとしても、短絡が生じる危険性が小さく、安全を確保し易い素子である。
また、ポリマーＰＴＣ要素に空隙部を設ける場合、繰り返しのトリップによる熱膨張を経験するとしても、それによって素子が破壊に到るまでのトリップ回数（即ち、ロー状態からハイ状態に移る回数）が大きくなる。即ち、素子の高電圧に対する耐久性が向上し、素子抵抗値を低抵抗に維持することが可能である。また、万が一、複合化ＰＴＣ素子を構成するＰＴＣ素子の１つが破壊に至ったとしても、複合化ＰＴＣ素子内で並列回路が構成されているため、他のＰＴＣ素子にて動作状態を維持することができるため、本発明の複合化ＰＴＣ素子は信頼度が高い自動車用保護素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の複合化ＰＴＣ素子の製造方法を示し、図１（ａ）は、模式的側面図であり、図１（ｂ）はその模式的平面図である。
図２は、本発明の複合化ＰＴＣ素子を示し、図２（ａ）は、本発明の複合化ＰＴＣ素子の模式的断面図であり、図２（ｂ）はその模式的平面図である。
尚、図面において、参照番号は以下の要素を示す：
１０，１０’…ＰＴＣ素子、１２，１２’…ＰＴＣ要素、１４，１４’…電極、
１６，１６’…電極、１８，１８’…空隙部、２０，２１…端子、
２２…ハンダ接続部。
発明を実施するための形態
以下、本発明の実施の形態の一例について説明する。
図１に、本発明の複合化ＰＴＣ素子の製造方法を示す。図１（ａ）は、ＰＴＣ素子の側面図であり、図１（ｂ）は、ＰＴＣ素子の平面図である。尚、上側の側面図と平面図が対応関係にあり、下側の側面図と平面図が対応関係にある。
シート状ＰＴＣ要素１２の片側に離隔して配置された２つの電極１４および１６を有するＰＴＣ素子１０を準備する。同様のＰＴＣ素子１０’も準備する。このようなＰＴＣ素子自体は既知である。
ＰＴＣ素子１０および１０’は、ＰＴＣ要素１２および１２’内部に空隙部、好ましくはＰＴＣ素子の厚さ方向に貫通する空隙１８および１８’を有する。ＰＴＣ素子がトリップする時にＰＴＣ要素が熱膨張するが、その時の膨張の少なくとも一部分を空隙が吸収でき、その結果、熱応力を緩和できる。尚、空隙の数および形状は特に限定されるものではなく、熱膨張の少なくとも一部分を吸収できるものであればよく、空隙は、図示するように、電極を貫通していてもよい。
このようなＰＴＣ素子１０および１０’を、図１（ａ）に示すように、それぞれの電極が対向するように（電極１４と電極１４’が対向するように、また、電極１６と電極１６’とが対向するように）配置し、電極の間に、端子（またはリード）２０および２１が位置するようにして、これらを電気的に接続して図２に示す複合化ＰＴＣ素子を得る。この接続は、いずれの適当な方法で実施してよい。図示した態様では、ＰＴＣ素子の電極を配した面同士を向かい合わせにし、その向かい合わせになった電極の間に端子を挟む状態で端子と電極とをハンダ付けにて電気的に接合している。
このように２つのＰＴＣ素子を複合化して１つのＰＴＣ素子とすることによって、ＰＴＣ素子を並列に接続することができ、その結果、複合ＰＴＣ素子の全体としての抵抗値を小さくすることができる。また、万が一、片方のＰＴＣ素子が破壊に至ったとしても、他片のＰＴＣ素子にて導通状態を維持することができるため、信頼度が高い素子を構成することができる。
具体的には、図示した態様では、縦×横×厚さが８ｍｍ×１１ｍｍ×１ｍｍのＰＴＣ要素の片側両端部に各々３ｍｍずつにわたって電極箔を配する。電極箔およびＰＴＣ要素を貫通する直径１ｍｍのスルーホールを複数（図示した態様では各電極箔側に１つ）形成する。このＰＴＣ素子（１０および１０’）を２つ用意し、鉛フリーハンダにより幅２．７ｍｍ×長さ１５ｍｍ×厚さ０．８ｍｍの端子（２０，２１）を電極箔（１４と１４’、１６と１６’）の間に取り付ける。
端子の材料は、銅、鉄、ニッケル、真鍮等の電気伝導が可能なものなら材質は問わない。また、そのような端子は、スズ、ニッケルによる表面処理（例えばメッキ）が施されているのが好ましい場合がある。
完成した本発明の複合化ＰＴＣ素子を図２に示す。尚、図２（ａ）は、複合化ＰＴＣ素子の断面図（図２（ｂ）の線Ａ−Ａ’に沿った断面）であり、図２（ｂ）は平面図である。理解し易いように、図２（ａ）において、ハンダ接続部２２が電極箔と端子との間に位置する様子を、誇張して示している。
このような本発明の複合ＰＴＣ素子の外形は、例えば、通常のエンジンを動力源としている自動車において、自動車中に配置されている例えばラジオの操作指令、ワイパーの操作指令、窓の開閉指令、方向指示器指令、照明点灯指令といった信号伝達用の信号回路に設けられている安全のためのヒューズ状の安全保護素子の外形寸法と同等のものであり、安全保護素子の端子と同じものを端子２０および２１として使用するのが好ましい。その場合、現在使用されているヒューズに代えて複合ＰＴＣ素子を使用できる。
【図１】
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【図２】
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