(57)【要約】【課題】本発明が解決しようとする課題は小型で信頼性の高い電圧検知素子の実現を目的とする。また、電圧検知の信頼性の高い電圧検知素子の実現をも目的とする。【解決手段】一個のＰＴＣ材料２と、前記ＰＴＣ材料２を構成部分とする２つ以上の抵抗素子Ｒa，Ｒb，Ｒcと、前記抵抗素子Ｒa，Ｒb，Ｒcの両端を挟んで前記ＰＴＣ材料上に設けられた少なくとも３つの電極３Ａ，３Ｂ，３Ｃと、からなる電圧検知素子である。また、前記少なくとも３つの電極３Ａ，３Ｂ，３Ｃのうちいずれかの電極に接続されたダイオードＤからなる電圧検知素子である。【選択図】図１
2007093365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一個のＰＴＣ材料と、
前記ＰＴＣ材料を構成部分とする２つ以上の抵抗素子と、
前記抵抗素子の両端を挟んで前記ＰＴＣ材料上に設けられた少なくとも３つの電極と、
からなる電圧検知素子。
【請求項２】
前記少なくとも３つの電極のうちいずれかの電極にダイオードが接続された請求項１記載の電圧検知素子。
【請求項３】
一個のＰＴＣ材料と、
前記ＰＴＣ材料を構成部分とする３つの抵抗素子と、
前記抵抗素子の両端を挟んで前記ＰＴＣ材料上に設けられた３つの電極と、
からなる電圧検知素子を用い、
前記３つの電極のうちの一組の電極間に定電圧を加える定電圧回路とするとともに、
前記３つの電極のうちの他の一組の電極間に検知電圧を加える検知電圧回路とし、
前記３つの電極のうち一組の電極間を流れる電流の有無又は向きの正負により、前記３つの電極のうちの他の一組の電極間に加えられた検知電圧の高低を判断する電圧検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧検知素子及び電圧検知方法に係り、特に、被保護回路を過電圧や電圧低下による故障から保護するために使用される電圧検知素子及び電圧検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電圧が加えられる製品は、過電圧や電圧低下による故障を防止するために、その製品の動作中に加えられた電圧が規定された範囲内であるのかを判定する必要がある。判定する方法として、マイクロコンピューターが内蔵されたＩＣチップを用いたものや、あるいは、電圧計を使用して計測された電圧を判定装置によって判断するものがある。
【０００３】
また、特許文献１に記載されているように、一個のＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）材料とその上に設けられた少なくとも３つの電極からなり、該ＰＴＣ材料が２つ以上のＰＴＣ素子として作用することを特徴とする保護素子がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０４４００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩＣチップを用いて製品に加えられた電圧を判定する電圧検知素子では、マイクロコンピューターを使用しているゆえ電子的な構成を用いなければならず、小型で信頼性の高いものを作製することが困難である。かかる問題は判定装置を使用する場合も同様である。さらに、ＩＣチップを用いた電圧検知素子は、外部から電磁波のノイズを受けると動作が不安定になりやすいという問題がある。一方、特許文献１に記載されているような保護素子では、何らかの不具合による電圧低下を検出することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、小型で信頼性の高い電圧検知素子の実現を目的とする。また、電圧検知の信頼性の高い電圧検知素子の実現をも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電圧検知素子は、
一個のＰＴＣ材料と、
前記ＰＴＣ材料を構成部分とする２つ以上の抵抗素子と、
前記抵抗素子の両端を挟んで前記ＰＴＣ材料上に設けられた少なくとも３つの電極と、
からなる。
【０００８】
好ましくは、本発明に係る電圧検知素子は、
前記少なくとも３つの電極のうちいずれかの電極にダイオードが接続されている。
【０００９】
本発明に係る電圧検知方法は、
一個のＰＴＣ材料と、
前記ＰＴＣ材料を構成部分とする３つの抵抗素子と、
前記抵抗素子の両端を挟んで前記ＰＴＣ材料上に設けられた３つの電極と、
からなる電圧検知素子を用い、
前記３つの電極のうちの一組の電極間に定電圧を加える定電圧回路とするとともに、
前記３つの電極のうちの他の一組の電極間に検知電圧を加える検知電圧回路とし、
前記３つの電極のうち一組の電極間を流れる電流の有無又は流れる向きの正負により、前記３つの電極のうちの他の一組の電極間に加えられた検知電圧の高低を判断する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電圧検知素子又は電圧検知方法では、一個のみのＰＴＣ材料を使用しているので、部品点数が極端に少ない構成となっている。そのため、小型で信頼性の高い電圧検知素子の実現が可能である。また、電圧検知の信頼性の高い電圧検知方法の実現も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る電圧検知素子及び電圧検知方法について図１及び図３を参照して説明する。
図１は、電圧検知素子１を示したものである。図１に示した電圧検知素子１は、１個のＰＴＣ材料２とそのＰＴＣ材料２上に設けられた少なくとも３つの電極３Ａ，３Ｂ，３Ｃから構成されている。また、ＰＴＣ材料２の構成部分は２つ以上の抵抗素子Ｒa，Ｒb，Ｒcとなっている。そして、各抵抗素子Ｒa，Ｒb，Ｒcの両端はそれぞれ、電極３Ｂと３Ｃ，電極３Ａと３Ｃ，電極３Ａと３Ｂによって挟まれ、電気的に接続している。
【００１２】
各抵抗素子Ｒa，Ｒb，ＲcはＰＴＣ材料２によって構成されている。ここで、図２に示したように、ＰＴＣ材料２は、所定温度以上になると電気抵抗が急激に増大する。すなわち、ＰＴＣ材料２に電流が大量に流れようとするとジュール熱の作用によりその温度が上昇していく。ＰＴＣ材料２からなる抵抗素子の抵抗値は急激に増大する。このような場合、印加する電圧を大きくしていったとしても、抵抗素子に流れる電流は増加していかない。この状態を抵抗素子を構成するＰＴＣ材料２がトリップしたという。
【００１３】
図３は図１で示した電圧検知素子１を使用して電圧検知を行う方法を示す図である。その電圧検知を行うためにはまず、電圧検知素子１の３つの電極３Ａ，３Ｂ，３Ｃのうち、一組の電極３Ｂと３Ｃの間に抵抗素子Ｒaを構成するＰＴＣ材料２がトリップするような一定の定電圧Ｖ2を加え定電圧回路を構成する。
そして、３つの電極３Ａ，３Ｂ，３Ｃのうち、他の一組の電極３Ａと電極３Ｃの間に検知すべき電圧Ｖ1を加え検知電圧回路を構成する。なお、図３では電極３Ａにおける電位を基準電位としている。この場合に、検知すべき電圧Ｖ1をＶ2を起点にして徐々に増加させていったとき、ＰＴＣ材料２の外部を経由して、一組の電極３Ｂと３Ｃの間を流れる信号電流ｉを考える。
【００１４】
まず、Ｖ1の値が十分に小さい場合を考える。このときは、電極３Ｂと電極３Ｃの間にはＶ2が加わっており、抵抗素子Ｒaを構成するＰＴＣ材料２がトリップしているため、その抵抗素子Ｒaに流れる電流は小さい。そのため、電極３Ａと電極３Ｂの間に加わる電圧が十分に小さければ、たとえ電極３Ａと電極３Ｂの間の抵抗素子Ｒcを構成するＰＴＣ材料２がトリップしていなくても、その抵抗素子Ｒaに流れる電流は極めて小さいものとなる。したがって、抵抗素子Ｒcに流れる電流は抵抗素子Ｒaに流れる電流よりも小さい。その結果、図４に示した電圧Ｖ1／信号電流ｉの特性はキルヒホッフの法則より、信号電流ｉが流れる向きは正となる。
【００１５】
さらにＶ1の値が大きくなっていくと、電極３Ａと電極３Ｂの間の抵抗素子Ｒcに流れる電流が大きくなり、その電流の大きさは電極３Ｂと電極３Ｃの間の抵抗素子Ｒaに流れる電流よりも大きくなる。その結果、電圧Ｖ1／信号電流ｉの特性はキルヒホッフの法則より、図４に示したように信号電流ｉの値が減少しはじめ、その流れる向きは負となる。
【００１６】
そしてさらにＶ1の値が大きくなっていくと、電極３Ａと電極３Ｂの間に加わる電圧が大きくなっていく。そうすると、これらの電極の間のＰＴＣ材料２からなる抵抗素子Ｒcには大量の電流が流れようとするため、抵抗素子Ｒcを構成するＰＴＣ材料２のトリップが始まり抵抗素子Ｒcに流れる電流は急激に減少し始める。その結果、電圧Ｖ1／信号電流ｉの特性はキルヒホッフの法則より、図４に示したように信号電流ｉが流れる向きは再び負から正へと逆転する。
【００１７】
以上のように、一組の電極３Ｂと３Ｃの間に加えられた電圧Ｖ2は一定の値であるため、Ｖ1がＶ2から上昇していくと、図４の電圧Ｖ1／信号電流ｉの特性に示したように信号電流ｉが流れる向きは正から負、負から正へと変化する。この際の信号電流ｉが流れる向きの正負を検出することにより、電極３Ａと３Ｃの間に加えられた電圧Ｖ1の高低を判断することができる。
【００１８】
また図４に示した電圧Ｖ1／信号電流ｉの特性は、Ｖ1を上昇させていった場合、Ｖ1が低い状態では信号電流ｉが流れる向きは正であり、さらにＶ1を上昇させていくと信号電流ｉが流れる向きは負となり、そしてさらにＶ1を上昇させていくと信号電流ｉが流れる向きは再び正になる。ここで、信号電流ｉが流れる向きが負になる領域に幅が生じている。
【００１９】
したがって、検知すべき電圧Ｖ1に幅がある場合であっても、信号電流ｉが流れる向きの正負を検出するだけで電圧Ｖ2の高低を判断することができる。そのため、信号電流ｉの大きさを測るための別途の計測機器を必要することなく、電圧Ｖ1の高低を判断することができる。
【００２０】
したがって、図１に示した電圧検知素子は別途の計測機器を必要とせず、小型で信頼性の高いものとなる。また、検知すべき電圧Ｖ1に幅があったとしても信号電流ｉの大きさを測ることなく、その流れる向きの正負の判定のみで、電圧Ｖ1の検知ができるので、電圧検知の信頼性が高い。
【００２１】
ここで、一組の電極３Ｂと電極３Ｃの間に加えられた電圧Ｖ2は一定の値で抵抗素子Ｒaを構成するＰＴＣ材料２がトリップしたままの状態であるため、この区間では一定の電流が流れることになり、Ｒaの値もほぼ一定となる。したがって、本発明の効果を得るために、抵抗素子ＲaをＰＴＣ材料からなる素子ではなく一般の別途の定抵抗素子とし、２つの電極からなるＰＴＣ素子を組み合わせることも考えられるが、この場合部品点数が増加し、コストが上昇してしまう。一方で図１に示した電圧検知素子では、抵抗素子Ｒa，Ｒb，Ｒcが一つのＰＴＣ材料からなっているので、部品点数が増加することはない。
【００２２】
図５は電圧検知を行うための別の方法を示す図である。図５の方法において、図３で示した電圧検知を行うための方法と異なる点は、使用する電圧検知素子は、図１で示した電圧検知素子１にさらに、３つの電極３Ａ，３Ｂ，３Ｃのうち電極３Ｂにその側が逆方向となるようにダイオードＤが接続されたことである。
【００２３】
図３で示した電圧検知を行うための方法と同様に、図５に示した方法においても、検知すべき電圧Ｖ1をＶ2を起点にして徐々に上昇させていった場合に所定の値で信号電流ｉdの流れる向きが逆転する。しかしこの際、電極３Ｂには、その電極の側が逆方向となるようにダイオードＤが接続されているため、信号電流ｉdの値はゼロになる。したがって、信号電流ｉdの有無を検出することによって、電極３Ｂと電極３Ｃの間に加えられた電圧Ｖ2の高低を判断することができる。
【００２４】
図５における方法では、ダイオードＤが電極３Ｂに接続されているため、図３における方法の図４に示した検知すべき電圧Ｖ1／信号電流ｉの特性の信号電流ｉの流れる向きが負となる領域に相当する領域の信号電流ｉdは図６に示したようにゼロとなる。
【００２５】
さらに、図６に示したように、図４に示した信号電流ｉの流れる向きが負になる領域に幅が生じている。したがって、信号電流ｉの大きさを測るための別途の計測機器を必要とすることなく信号電流ｉdの有無の検出のみにより、幅のある検知すべき電圧Ｖ1の高低の判断が容易となる。
【００２６】
図１に示した電圧検知素子１のＰＴＣ材料２の素材は特に制限されることはない。例えば、正特性温度係数をもつセラミックＰＴＣやポリマーＰＴＣをＰＴＣ材料２の素材として選択することができる。
【００２７】
なお、図１に示した電圧検知素子１のＰＴＣ材料２を構成部分とする各抵抗素子Ｒa，Ｒb，Ｒcの所定の温度における抵抗値は、電極３Ａ，３Ｂ，３Ｃの配置位置や面積を変更することにより調整することができる。また、ＰＴＣ材料２の素材を変更してその物性値を変更することによっても、抵抗素子Ｒa，Ｒb，Ｒcの抵抗値を調整することもできる。
【００２８】
さらに、図３又は図５に示した検知すべき電圧Ｖ1の範囲は、印加電圧Ｖ2の値を変更したり、上記のように抵抗素子Ｒa，Ｒb，Ｒcの抵抗値を調整することよっても変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】電圧検知素子の断面図である。
【図２】電圧検知素子のＰＴＣ材料の温度／電気抵抗の特性である。
【図３】電圧検知素子を使用して電圧検知を行うための方法を示す図である。
【図４】検知すべき電圧／信号電流の特性である。
【図５】電圧検知素子を使用して電圧検知を行うための方法を示す図である。
【図６】検知すべき電圧／信号電流の特性である。
【符号の説明】
【００３０】
１…電圧検知素子、２…ＰＴＣ材料、３…電極
【図１】
2007093365.tif 000003
【図２】
2007093365.tif 000004
【図３】
2007093365.tif 000005
【図４】
2007093365.tif 000006
【図５】
2007093365.tif 000007
【図６】
2007093365.tif 000008