(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＴＣ素子板と、当該ＰＴＣ素子板の外縁周面を包むように内周面が断面コ字状に形成された絶縁枠とを備えた限流素子において、
ＰＴＣ素子板と前記絶縁枠の内周面との間に間隙を設けて構成したことを特徴とする限流素子。
【請求項２】
間隙はＰＴＣ素子板を支承するよう絶縁枠に形成された複数の支承部により断面コ字状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の限流素子。
【請求項３】
間隙の幅は最大でＰＴＣ素子板の板厚の１／２であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の限流素子。
【請求項４】
ＰＴＣ素子板の外縁周面を包むように配置された内周面が断面コ字状の絶縁枠は、内周面が断面Ｌ字状に形成された一対の枠構成部材を向かい合わせに合致させた構成としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の限流素子。
【請求項５】
ＰＴＣ素子板の外縁周面を包むように配置された内周面が断面コ字状の絶縁枠は、内周面が断面Ｌ字状に形成された一対の枠構成部材の一辺側を屈曲自在に連結し、当該屈曲軸を中心にして向かい合わせに閉じあわせた構成としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の限流素子。
【請求項６】
ＰＴＣ素子板の外縁周面を包むように配置された内周面が断面コ字状の絶縁枠は、ＰＴＣ素子板を当該絶縁枠の一辺に形成された差入口から差し込んだ後、差入口が絶縁素材で封鎖された構成としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の限流素子。
【請求項７】
ＰＴＣ素子板はＰＴＣ特性を有するＰＴＣポリマー板であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の限流素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば過電流保護回路に用いられ、短絡電流又は大電流（以下、両電流を総称して短絡電流という）の限流を行う限流素子に関し、特にその電極間の絶縁破壊を防止する絶縁枠に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、例えば特開平４−２６６００１号公報に示された従来の限流素子を示す側断面図である。図中の符号１はＰＴＣ特性を有するＰＴＣ素子板としてのＰＴＣポリマー板である。このＰＴＣポリマー板１は、ポリマー材料とポリマー材料中に分散させた導電性の粉末材料とを含んだ正の抵抗温度係数を持つ導電性のポリマーコンパウンドで形成されており、２つの平行な主平面１ａ、１ｂを有する板状に形成されている。符号２及び３はＰＴＣポリマー板１に電流を流すために、ＰＴＣポリマー板１の２つの平行な主平面１ａと主平面１ｂとに接触するように配設された電極である。
符号４及び５は絶縁部材であり、例えばガラス繊維によって強化された樹脂で形成され、ＰＴＣポリマー板１を中央にして挟持する２つの電極２、３を更に加圧して挟持する。尚、符号６は絶縁部材４、５の端部に形成された貫通孔４ａ、５ａに挿入されたボルト、７は止めナット、８は弾性部材としてのバネであり、絶縁部材４、５を締め付けることにより、ＰＴＣポリマー板１の主平面１ａ、１ｂと電極２、３との接触面に対して垂直方向の圧力を加えて、ＰＴＣポリマー板１と２つの電極２、３との接触抵抗を低減させるように構成されている。
符号９は絶縁枠である。絶縁枠９は、ＰＴＣポリマー板１の外縁周面に取り付けられ、後述の導電性ガスによる電極２、３間の絶縁破壊を防止するためのものである。
【０００３】
このような限流素子は、例えば過電流保護回路等に用いられる。ＰＴＣポリマー板１の抵抗値は、ＰＴＣポリマー板１の動作温度１３５℃以下においては例えば数ｍΩである。
過電流保護回路に短絡電流が流れると、ＰＴＣポリマー板１と電極２、３とのそれぞれの接触面に電磁反発力が発生し、それによってＰＴＣポリマー板１と電極２、３との接触点が減少する。これは、残っている接触点への短絡電流の集中につながり、ジュール熱が発生し、このジュール熱によって接触点でのＰＴＣポリマー板１の温度を上昇させる。
この温度がＰＴＣポリマー板１の動作温度を越えると、ＰＴＣポリマー板１は低抵抗状態から高抵抗状態に変化し、その抵抗値は例えば数Ωになる。そして、この抵抗値の増加によって短絡電流は限流される。
【０００４】
上記のような限流素子では、ＰＴＣポリマー板１に短絡電流が流れたときに、ＰＴＣポリマー板１と電極２、３との接触点の更に微小領域においては、ＰＴＣポリマー板１の動作温度をはるかに超えてポリマー材料の気化温度を超え、アークが発生し、このアークによって加熱された多量のガスが発生する。このガスは高温度であるため電子やイオンを含み、導電性を有している。
ＰＴＣポリマー板１の主平面１ａ、１ｂの端面周辺から放出された上記の高温導電性ガスは、ＰＴＣポリマー板１の縁周辺部にて、電極２と電極３との間の絶縁破壊を防止するため、絶縁枠９を設けることが必要となる。
【０００５】
絶縁枠９を設けるには、一般に、次のように行われる。
先ず、ＰＴＣポリマー板１の形状を有する金型にてＰＴＣポリマー板１を成形し、その後、ＰＴＣポリマー板１と絶縁枠９の形状を有する金型に、ＰＴＣポリマー板１を挿入して、空間となる絶縁枠９の部分に絶縁性樹脂を注入して成形する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のＰＴＣポリマー板１による限流素子では、絶縁枠９の形成時に熱的ストレスが加わり、常温に冷却されたとき絶縁枠９が縮み限流素子が反ったり、割れたりして、電極２と電極３との間で絶縁破壊しやすいという問題があった。
又、絶縁枠９は、別途成形されて、ＰＴＣポリマー板１の外縁周面に密着されていたため、大きな短絡電流を限流すると、熱膨張によりＰＴＣポリマー板１が大きく伸びて、絶縁枠９が押されて変形し、ＰＴＣポリマー板１との間に大きな隙間が生じたり、ＰＴＣポリマー板１にストレスが加わって割れたりして、電極２と電極３との間で絶縁破壊するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決し、大きな短絡電流が流れても絶縁破壊が生じ難く、耐久性の高い限流素子の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ＰＴＣ素子板と、当該ＰＴＣ素子板の外縁周面を包むように内周面が断面コ字状に形成された絶縁枠とを備えた限流素子において、ＰＴＣ素子板と前記絶縁枠の内周面との間に間隙を設けた構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の限流素子において、間隙はＰＴＣ素子板を支承するよう絶縁枠に形成された複数の支承部により断面コ字状に形成されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の限流素子において、間隙の幅は最大でＰＴＣ素子板の板厚の１／２であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載の限流素子において、ＰＴＣ素子板の外縁周面を包むように配置された内周面が断面コ字状の絶縁枠は、内周面が断面Ｌ字状に形成された一対の枠構成部材を向かい合わせに合致させた構成としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１又は請求項２に記載の限流素子において、ＰＴＣ素子板の外縁周面を包むように配置された内周面が断面コ字状の絶縁枠は、内周面が断面Ｌ字状に形成された一対の枠構成部材の一辺側を屈曲自在に連結し、当該屈曲軸を中心にして向かい合わせに閉じあわせた構成としたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１又は請求項２に記載の限流素子において、ＰＴＣ素子板の外縁周面を包むように配置された内周面が断面コ字状の絶縁枠は、ＰＴＣ素子板を当該絶縁枠の一辺に形成された差入口から差し込んだ後、差入口が絶縁素材で封鎖された構成と−したことを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れかに記載の限流素子において、ＰＴＣ素子板はＰＴＣ特性を有するＰＴＣポリマー板であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この実施の形態１は、ＰＴＣ素子板と絶縁枠との間に隙間を設けて当該ＰＴＣ素子板を絶縁枠に保持させた構成としたもので、絶縁枠は、内周面が断面Ｌ字状で枠状に形成された一対の枠構成部材を向かい合わせに合致させることで、内周面が断面コ字状に構成され、当該断面コ字状の内周面がＰＴＣ素子板の外縁周面を包むように形成したものである。図１は限流素子の要部を示す側断面図であり、図２は分解斜視図、図３は一部断面図である。
【００１７】
図１乃至図３において、図中の符号１は、ＰＴＣ素子板としてのＰＴＣポリマー板で、ポリマー材料とポリマー材料中に分散させた導電性の粉末材料とを含んだ正の抵抗温度係数を持つ導電性のポリマーコンパウンドから形成されており、主平面１ａと主平面１ｂとの２つの主平面を有する板状に形成されている。符号２及び３はＰＴＣポリマー板１に電流を流すために、ＰＴＣポリマー板１の２つの主平面１ａ、１ｂとにそれぞれ両側から接触するように配設された電極である。
【００１８】
符号４及び５は、更に電極２、３のそれぞれの背後から電極２、３及びＰＴＣポリマー板１を挟圧する絶縁部材であり、例えばガラス繊維によって強化された樹脂で形成され、ＰＴＣポリマー板１及び２つの電極２、３を加圧して挟持している。符号６は絶縁部材４、５の端部に形成された貫通孔４ａ、５ａに挿入されたボルト、７は止めナット、８は弾性部材としてのバネで、２つの絶縁部材４、５を締め付けることにより、ＰＴＣポリマー板１の主平面１ａ、１ｂと電極２、３との接触面に対して垂直方向の圧力を加えて、ＰＴＣポリマー板１と２つの電極２、３との接触抵抗を低減させるように構成されている。
【００１９】
さて、符号１４は絶縁枠であり、ＰＴＣポリマー板１の外縁周面に、当該ＰＴＣポリマー板１の２つの主平面１ａ、１ｂに向かう方向から当該ＰＴＣポリマー板１を嵌め込むように２分割された枠状の枠構成部材１４ｘ、１４ｙを一対として構成されている。この例では内周面が断面Ｌ字状に形成された同一形状の２個の枠構成部材１４ｘ、１４ｙを向かい合わせに合体、即ち組み合わせることで断面コ字状の内周面を持つ絶縁枠１４を構成している。
絶縁枠１４を構成する２つの枠構成部材１４ｘ、１４ｙは、それぞれ、ＰＴＣポリマー板１の四つの端面を巡る外縁周面に沿う内枠１４ａと、ＰＴＣポリマー板１の主平面１ａ、１ｂの一方の平面を縁取るように四辺を巡り覆う外枠１４ｂとを有する断面Ｌ型をなし、同一形状のこの２つの枠構成部材１４ｘ、１４ｙを向かい合わせ合体させることで、断面がコ字状の内周面が形成されている。
図中の符号１４ｃは係止突起、１４ｄは係止穴であり一対の枠構成部材１４ｘ、１４ｙの合体、即ち組み合わせを維持する。尚、一対の枠構成部材１４ｘと１４ｙとの合体面は、ＰＴＣポリマー板１の厚さ内に位置することになって、ＰＴＣポリマー板１の主平面１ａ、１ｂからは直接見通せないため、ＰＴＣポリマー板１の作動時に発生するガスがこの合体面の面と面との間隙を通過することはほとんど無く、通過による絶縁枠１４の破損の虞はない。
【００２０】
合体された２つの内枠１４ａ、１４ａを合わせた枠溝幅、即ちコ字状の内部空間における縦方向の幅は、ＰＴＣポリマー板１の板厚より大きくなるよう予め設定している。
この例では、
枠溝幅≦ＰＴＣポリマー板の板厚＋ＰＴＣポリマー板の板厚×１／２としている。
又、内枠１４ａの縦方向の差渡し長さについては、
縦差渡長≦ＰＴＣポリマー板の縦の差渡し長さ＋ＰＴＣポリマー板の板厚×１／２
内枠１４ａの横の差渡し長さについても、同様に、
横差渡長≦ＰＴＣポリマー板の横の差渡し長さ＋ＰＴＣポリマー板の板厚×１／２
としている。
【００２１】
次に、図１において、上記の絶縁枠１４がＰＴＣポリマー板１を保持している状態における絶縁枠１４とＰＴＣポリマー板１との間隙について説明する。
図中の符号ＡはＰＴＣポリマー板１の厚さ、ＣはＰＴＣポリマー板１の長さ、Ｂは絶縁枠１４の開口部高さ即ち上記の枠溝幅、Ｄは絶縁枠１４の内枠１４ａの内側の長さ即ち縦又は横の差渡し長さで、Ｂ−Ａ≦Ａ／２、Ｄ−Ｃ≦Ａ／２の関係となっている。
このため、絶縁枠１４でＰＴＣポリマー板１を保持したとき、ＰＴＣポリマー板１にはストレスがかからない状態となる。
【００２２】
ＰＴＣポリマー板１の厚みを１ｍｍとし、ＰＴＣポリマー板１と断面コ字状の絶縁枠１４の内周面との間隙を、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍとする試料を製作して限流試験を行った。その結果、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍの隙間では、３回の限流動作に成功した。
０．６ｍｍと０．８ｍｍの間隙では、１回目で絶縁破壊した。この限流試験結果より、ＰＴＣポリマー板１と断面コ字状の絶縁枠の内周面との間隙は、ＰＴＣポリマー板１の厚さの１／２以下が好ましいことが示された。
従って、２つの電極２、３間の絶縁破壊を防止できる絶縁枠１４をＰＴＣポリマー板１にストレスを与えないでこれを保持することができた。
【００２３】
上記したＰＴＣ素子板１と絶縁枠１４の内周面との間隙は、図において上下左右とも均等な間隔、即ちコ字状の間隔を維持した状態で保持されているが、これは、図４乃至図６に示すように、絶縁枠１４の内周面側に、ＰＴＣ素子板１を支承するように形成された複数の支承部１４ｚを適当に配設しているからである。しかし、本発明では、必ずしも、このように、ＰＴＣ素子板１と絶縁枠１４の内周面との間隙を均等な間隔にて、恰も、ＰＴＣ素子板１を空中に浮かせる形に保持する必要はない。従って、上記のような支承部１４ｚは必須の構成要素ではない。
即ち、上記で説明した間隔が形成される条件を与えた絶縁枠１４にＰＴＣ素子板１を単に保持させておくだけでよいのである。この場合、ＰＴＣ素子板１は絶縁枠１４に保持された状態にて多少ガタツキを生ずるが、機能上何らの支障はなく、上記した作用効果を発揮できる。
【００２４】
実施の形態２．
実施の形態２は、内周面が断面コ字状の絶縁枠は、内周面が断面Ｌ字状に形成された一対の枠構成部材の一辺側を屈曲自在に連結し、この屈曲軸を中心にして向かい合わせに閉じ合せて構成したものである。
図７はこの絶縁枠１５の斜視図である。図中の符号１はＰＴＣ素子板としてのＰＴＣポリマー板である。この絶縁枠１５は、ＰＴＣポリマー板１を挟む一対の枠構成部材１５ｘと１５ｙとの２面がその一辺において連結され屈曲自在に一体形成されて、その屈曲軸１５ｆを中心に開閉する。図中の符号１５ａはＰＴＣポリマー板１の外縁周に沿う内枠、１５ｂは、ＰＴＣポリマー板１としてのサーミスタ素子を挟む外枠である。
【００２５】
２つの内枠１５ａが合わされたときの枠溝幅は、上記実施の形態１と同様にＰＴＣポリマー板１の厚さにＰＴＣポリマー板１の１／２以下の厚さを加えた寸法となっている。又、内枠１５ａの縦及び横の差渡し長さも、ＰＴＣポリマー板１の長さより、ＰＴＣポリマー板１の厚みの１／２以下ほど長くなっている。上記の屈曲自在な屈曲軸１５ｆと絶縁枠１５の外周側の形態を除き、この実施の形態２は実質的に上記実施の形態１と基本的に同様である。従って、この形態においても、実施の形態１に示した図１と同様にＢ−Ａ≦Ａ／２、Ｄ−Ｃ≦Ａ／２の関係にある。
【００２６】
この実施の形態２では、ＰＴＣポリマー板１を挿入して屈曲部１５ｆを折り曲げることにより、ＰＴＣポリマー板１の外縁周に絶縁枠１５を取り付けることができる。そして、図に示す係止突起１５ｃと係止穴１５ｄとで、一対の枠構成部材１５ｘと１５ｙとの合体状態が維持される。
【００２７】
実施の形態２において、ＰＴＣポリマー板１の厚みを１ｍｍとし、ＰＴＣポリマー板１と内周面の断面がコ字状の絶縁枠１５との隙間を、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍとする試料を製作し限流試験を行った。その結果、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍの隙間では、３回の限流動作に成功した。０．６ｍｍと０．８ｍｍの隙間では１回目で絶縁破壊した。
この限流試結果より、ＰＴＣポリマー板１と絶縁枠１５との間隙は、ＰＴＣポリマー板１の厚さの１／２以下が好ましいことが示された。
従って、この実施の形態２においても、２つの電極２、３間の絶縁破壊を防止できる絶縁枠１５をＰＴＣポリマー板１にストレスを与えないで設けることができた。
【００２８】
実施の形態３．
実施の形態３は、内周面が断面コ字状の絶縁枠を、ＰＴＣ素子板を当該絶縁枠の一辺に形成された差入口から差し込んだ後、差入口を絶縁素材（図示せず）で封鎖した構成としたものである。
図８はこの絶縁枠１６を示す。図中の符号１６ａはＰＴＣポリマー板１を挿入する差込口である。絶縁枠１６の１辺にＰＴＣポリマー板１を挿入する開口部１６Ｃが設けられている。この開口部１６ｃは、ＰＴＣポリマー板１を挿入後、適当な絶縁部材で閉じられる。
【００２９】
この実施の形態３も、上記実施の形態１と同様に、ＰＴＣポリマー板１と内周面の断面がコ字状の絶縁枠１６との間隙は、ＰＴＣポリマー板１の１／２以下の厚さに構成されている。又、内枠１６ａの縦横の差渡し長さは、何れもＰＴＣポリマー板１の長さより、ＰＴＣポリマー板１の厚みの１／２以下ほど長くなっている。従って、この実施の形態３の絶縁枠１６もまた、上記実施の形態１に示した図１と同様に、Ｂ−Ａ≦Ａ／２、Ｄ−Ｃ≦Ａ／２の関係にある。
【００３０】
この実施の形態において、ＰＴＣポリマー板１の厚みを１ｍｍとし、ＰＴＣポリマー板１と内周面の断面がコ字状の絶縁枠１６との隙間を、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍとする試料を製作し限流試験を行った。その結果、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍの隙間では、３回の限流動作に成功した。０．６ｍｍの隙間では２回目で絶縁破壊した。０．８ｍｍの隙間では、１回目で絶縁破壊した。
この限流試験結果より、ＰＴＣポリマー板１と絶縁枠１６との隙間は、ＰＴＣポリマー板１の厚さの１／２以下が好ましいことが示された。
従って、この実施の形態３においても、簡易に絶縁枠を形成できるとともに、２つの電極２、３間の絶縁破壊を防止できる絶縁枠１６をＰＴＣポリマー板１にストレスを与えないで設けることができた。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１乃至請求項７の発明によれば、絶縁枠をＰＴＣ素子板と別途に成形し生産することができるので、従来のように、絶縁枠９の形成時に熱的ストレスが加わったり常温に冷却される際などに、絶縁枠が縮んで限流素子が反ったり、割れたりすることがなくなり、生産性を向上させることができる。
又、ＰＴＣ素子板と絶縁枠との間に間隙を設けているので、従来のような、絶縁枠を別途成形した後にＰＴＣポリマー板１の外縁周面に密着させた構成では、大きな短絡電流を限流すると、熱膨張によりＰＴＣポリマー板が大きく伸び、絶縁枠が押されて変形したり、ＰＴＣ素子板との間に大きな隙間が開いたり、ＰＴＣ素子板にストレスが加わって割れたりして、電極２と電極３との間で絶縁破壊するという問題が生じたが、これらの諸問題を解消することができ、大きな短絡電流が流れても絶縁破壊が生じ難く、耐久性の高い限流素子を提供することができる。
【００３２】
又、請求項１の発明によれば、ＰＴＣ素子板と絶縁枠との間に間隙を設けたことにより、絶縁枠は、絶縁破壊を防止する絶縁枠としての機能を果たしつつ、ＰＴＣ素子板にストレスを与えないでこれを保持することができ、従って、限流動作回数を増加させることができる。
【００３３】
又、請求項５の発明によれば、２つの電極間の絶縁破壊を防止できる絶縁枠をＰＴＣポリマー板にストレスを与えないで設けることができるため、限流動作回数を増加させることができ、耐久性の高い限流素子を提供することができる。
【００３４】
又、請求項６の発明によれば、簡便な絶縁枠を形成することができるとともに、２つの電極間の絶縁破壊を防止できる絶縁枠をＰＴＣポリマー板にストレスを与えないで設けることができるため、限流動作回数を増加させることができ、耐久性の高い限流素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  限流素子の要部を示す側断面図である。
【図２】  ＰＴＣ素子板と２つの電極と絶縁枠との分解斜視図である。
【図３】  図２の一部断面図である。
【図４】  支承部の設置態様を示す概念図である。
【図５】  支承部の設置態様を示す別の概念図である。
【図６】  支承部の設置態様を示す更に別の概念図である。
【図７】  実施の形態２の絶縁枠の斜視図である。
【図８】  実施の形態２の絶縁枠の斜視図である。
【図９】  従来の限流素子を示す側断面図である。
【符号の説明】
１  ＰＴＣ素子板（ＰＴＣポリマー板）、２、３  電極、４、５  絶縁部材、１４  絶縁枠、１４ａ  内枠、１４ｂ  外枠、１４ｃ  係止突起、１４ｄ  係止穴、１４ｚ  支承部、１５  絶縁枠、１５ａ  内枠、１５ｂ  外枠、１５ｃ  係止突起、１５ｄ  係止穴、１５ｆ  折曲部、１６  絶縁枠、１６ａ  内枠、１６ｃ  差込口。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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