JP3815026B2

JP3815026B2 - 限流器

Info

Publication number: JP3815026B2
Application number: JP04524598A
Authority: JP
Inventors: 貞次郎森; 龍也林; 知恵高橋; 逸雄西山; 英夫堀邊; 健一仁科; 士郎村田; 学曽我部; 雅廣石川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2018-02-26
Also published as: JPH11243002A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、正の温度係数の抵抗値を持つ導電性のポリマー（以下ＰＴＣポリマーと称する）を用いて、例えば短絡電流や過電流を限流するために用いられる限流器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、例えば特願平８−２２３９４５号に示された従来の限流器を示す側面図である。図６において、１はＰＴＣ（正の温度抵抗係数）特性を有する板状のＰＴＣポリマー、２と３は一対の板状の電極で、ＰＴＣポリマー１と電極２、３とは電気的に接触されている。ＰＴＣポリマー１の抵抗率は図７に示すように遷移開始温度Ｔ１までは低く、遷移開始温度Ｔ１を越えると急激に増加する。遷移終了温度Ｔ２を越えると緩やかに増加するが、緩やかに減少するＰＴＣポリマーもある。ＰＴＣポリマーの一例では、Ｔ１は１２５℃、Ｔ２は１３５℃であり、Ｔ２における抵抗率はＴ１における抵抗率の１０００倍である。
【０００３】
図６における電極２、３の平面図を図８に示す。また、図８のＡ−Ａ線に沿った断面を図９に示す。電極２とＰＴＣポリマー１の斜視図を図１０に示す。
【０００４】
電極２、３の外側に一対の端子板６、７が設けられており、端子板６、７がそれぞれ外部電線１３、１４と接続される。端子板６、７は電極２、３と一体化されてもよいし、端子板６、７は電極２、３を兼ねてもよい。８は弾性体で、例えば板バネ、皿バネなどが用いられる。弾性体８は端子板６、７と、電極２、３と、ＰＴＣポリマー１を押圧している。９と１０は一対の絶縁板で、絶縁板９、１０にはそれぞれ穴９ａ、１０ａが設けられ、穴９ａ、１０ａにはネジ１１が貫通して設けられ、ネジ１１はナット１２で締め付けられ、弾性体８が圧縮される。ＰＴＣポリマー１と電極２、３は、弾性体８により加圧されることによって、導電性接着材や熱融着の手段を用いることなく電気的に接触している。
【０００５】
電流は一方の電線１３、一方の端子板６、一方の電極２、ＰＴＣポリマー１、他方の電極３、他方の端子板７、他方の電線１４を経由して流れる。
【０００６】
次に動作について説明する。負荷電流は電極２、３を介してＰＴＣポリマー１に流れる。負荷電流が流れると、ジュール加熱によりＰＴＣポリマー１の温度が上昇するが、通電電流が小さいのでＰＴＣポリマー１の温度は遷移開始温度Ｔ１より低い。短絡電流または過電流が流れると、ＰＴＣポリマー１と電極２、３間の接触抵抗による発熱の影響を強く受けるＰＴＣポリマー１の電極近傍部の温度上昇が大きくなり、ＰＴＣポリマー１の温度が遷移開始温度Ｔ１より高くなり、ＰＴＣポリマー１の抵抗率が急増する。従って、短絡電流または過電流が抑制される。抑制された電流は図示しない開閉器で遮断される。電流が遮断され、限流器への熱入力がなくなり、ＰＴＣポリマー１の温度が遷移開始温度Ｔ１以下になると、負荷電流の再通電が可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＴＣポリマー１と電極２、３の表面には、小さな凹凸が形成されているので、ＰＴＣポリマー１と電極２、３とは全面で接触しているのではなく、部分的に接触している。ＰＴＣポリマー１と電極２、３の接触面積が小さいので、接触抵抗が高くなり連続して通電できる電流が小さい。このように従来の限流器では、大きな電流を連続して通電ができないという問題点があった。
【０００８】
連続通電電流を大きくするため、ＰＴＣポリマーの面積を大きくする方法があるが、限流器の容積が大きくなるという問題点がある。また、弾性体８による加圧力を強くして、ＰＴＣポリマー１と電極２、３の接触抵抗を低減する方法もあるが、ＰＴＣポリマー１が受ける応力が大きくなり、ＰＴＣポリマー１が破損しやすくなると共に、弾性体８の外形寸法が大きくなるという問題点がある。また、ＰＴＣポリマー１の表面を鏡面研磨するのは量産性が無くコストが高くなる。
【０００９】
さらに、ＰＴＣポリマー１と電極２、３の間の接触抵抗を低減して連続通電電流を大きくするため、ＰＴＣポリマー１と電極２、３を熱融着する方法もあるが、接触抵抗が低下し過ぎるため、限流波高値が大きくなると共に、限流波高値が大きくなることにより、限流動作時のＰＴＣポリマー１へのエネルギー入力が大きくなり、ＰＴＣポリマー１が破損しやすくなるという問題点がある。
【００１０】
本発明の目的は、限流器の容積を大きくすることなく、限流波高値の増大を抑制しつつ、ＰＴＣポリマーが破損しにくい状態を保ちつつ、ＰＴＣポリマーと電極の接触抵抗を低くして限流器の連続通電電流を大きくすることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる限流器は、ＰＴＣポリマーと、このＰＴＣポリマーに接触する１対の電極と、電極とＰＴＣポリマーを加圧する手段とを有する限流器において、電極の面積よりも大きい面積の金属箔を電極とＰＴＣポリマーの間に挟んだものである。
【００１３】
この発明にかかる限流器は、金属箔の材質を耐腐食性が高いものとしたものでも良い。
【００１４】
この発明にかかる限流器は、金属箔の材質を銅とし、その表面に耐腐食性が高い金属でメッキしたものでも良い。
【００１５】
この発明にかかる限流器は、金属箔に軟化処理を施したものでも良い。
【００１６】
この発明にかかる限流器は、金属箔として、多数の孔が設けられたものを用いても良い。
【００１７】
この発明にかかる限流器は、ＰＴＣポリマーに網状の金属が熱融着された限流器において、抵抗率がＰＴＣポリマーの抵抗率より低い金属箔を電極とＰＴＣポリマーの間に挟んだものであっても良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の限流器の一実施の形態を図について説明する。図１において、１はＰＴＣ特性を有する板状のＰＴＣポリマー、２と３は一対の板状の電極で、ＰＴＣポリマー１と電極２、３の間に金属箔４Ａ、４Ｂが挟まれている。金属箔４Ａ、４Ｂはその抵抗率がＰＴＣポリマーの常温抵抗率より低いものが一般的に用いられる。ＰＴＣポリマー１の抵抗率は図７に示すように遷移開始温度Ｔ１までは低く、遷移開始温度Ｔ１を越えると急激に増加する。遷移終了温度Ｔ２を越えると緩やかに増加するが、緩やかに減少するＰＴＣポリマーもある。ＰＴＣポリマーの一例では、Ｔ１は１２５℃、Ｔ２は１３５℃であり、Ｔ２における抵抗率はＴ１における抵抗率の１０００倍である。
【００１９】
ＰＴＣポリマー１は、金属箔４Ａ，４Ｂを介して電極２、３に圧接されている。電極２、３の外側に一対の端子板６、７が設けられており、端子板６、７がそれぞれ外部電線１３、１４と接続される。端子板６、７は電極２、３と一体化されてもよいし、端子板６、７は電極２、３を兼ねてもよい。８は弾性体で、例えば板バネ、皿バネなどが用いられる。弾性体８は端子板６、７、電極２、３、ＰＴＣポリマー１を押圧している。９と１０は一対の絶縁板で、絶縁板９、１０にはそれぞれ穴９ａ、１０ａが設けられ、穴９ａ、１０ａにはネジ１１が貫通して設けられ、ネジ１１はナット１２で締め付けられ、弾性体８が圧縮される。
【００２０】
電流は一方の電線１３、一方の端子板６、一方の電極２、ＰＴＣポリマー１、他方の電極３、他方の端子板７、他方の電線１４を経由して流れる。
【００２１】
次に動作について説明する。負荷電流は電極２、３を介してＰＴＣポリマー１に流れる。負荷電流が流れると、ジュール加熱によりＰＴＣポリマー１の温度が上昇するが、通電電流が小さいのでＰＴＣポリマー１の温度は遷移開始温度Ｔ１より低い。短絡電流または過電流が流れると、ＰＴＣポリマー１と電極２、３の間の接触抵抗の発熱の影響を強く受けるＰＴＣポリマー１の電極２、３の近傍部の温度上昇が大きくなり、ＰＴＣポリマー１の電極２、３の近傍部の温度が遷移開始温度Ｔ１より高くなり、ＰＴＣポリマー１の電極２、３の近傍部の抵抗率が急増する。従って、短絡電流または過電流が抑制される。
【００２２】
抑制された電流は図示しない開閉器で遮断される。電流が遮断され、限流器への熱入力がなくなり、ＰＴＣポリマー１の温度が遷移開始温度Ｔ１以下になると、負荷電流の再通電が可能となる。
【００２３】
なお、ＰＴＣポリマー１の外周は、図２に示すように沿面閃絡防止用の絶縁物１ａが設けられていてもよい。
【００２４】
ＰＴＣポリマー１と電極２、３の表面には、小さな凹凸が形成されているが、この実施の形態では、ＰＴＣポリマー１と電極２、３の間に変形しやすい金属箔４Ａ、４Ｂが挟まれているので、金属箔が変形して凹凸を埋めることにより、ＰＴＣポリマー１と電極２、３の接触面積が大きくなる。その結果、接触抵抗が低くなるので、連続して通電できる電流を大きくすることができる。
【００２５】
この実施の形態は、金属箔４をＰＴＣポリマー１と電極２、３との間に挟んだので、ＰＴＣポリマーの面積を大きくすることなく、弾性体８による加圧力を極端に強くすることなく、ＰＴＣポリマー１と電極２、３を熱融着することなく、ＰＴＣポリマーと電極との接触抵抗を低下させ、限流器の連続通電電流を大きくできる。従って、限流器の容積を大きくすることなく、限流波高値の増大を抑制しつつ、ＰＴＣポリマーが破損しにくい状態を保ちつつ、限流器の連続通電電流を大きくすることができる。
【００２６】
実施の形態２．
この実施の形態では、図３に示すように、金属箔４Ａ、４Ｂの面積が電極２、３の面積より大きいので、実施の形態１の場合と比べ、電極間抵抗を低減できる。従って、連続して通電できる電流をいっそう大きくすることができる。
また、電極２、３のエッジの鋭利な部分がＰＴＣポリマー１に直接的に当接せず、金属箔がクッションの役割を果すので組立時にＰＴＣポリマー１を破損しにくくできる。短絡時に電極２、３間に働く電磁力がＰＴＣポリマー１に作用してＰＴＣポリマー１が破損し易い問題も、金属箔４が設けられクッションの役割を果すことで破損しにくくできる。
【００２７】
実施の形態３．
限流器は、負荷電流を連続して通電すると、通常、数十℃の高温状態になる。その結果、金属箔４Ａ、４Ｂが変質劣化して、接触抵抗が増大する。
この実施の形態では、金属箔４Ａ、４Ｂの材質を例えばニッケルや金のような耐腐食性が高く導電性が高いものとすることにより、ＰＴＣポリマー１と電極２、３の間の接触抵抗が低減する。従って、連続して通電できる電流をいっそう大きくすることができる。また、腐食による接触抵抗増加を防止できるので、長期間に渡り連続して通電できる電流を大きく保つことができる。
【００２８】
実施の形態４．
この実施の形態では、金属箔４Ａ、４Ｂの材質を導電性が高い例えば銅とし、その表面に例えばニッケルや金のような耐腐食性が高く導電性が高い金属でメッキしたことにより、ＰＴＣポリマー１と電極２、３の間の接触抵抗が低減する。従って、連続して通電できる電流をいっそう大きくすることができる。また、腐食による接触抵抗増加を防止できるので、長期間に渡り連続して通電できる電流を大きく保つことができる。
【００２９】
実施の形態５．
この実施の形態では、金属箔４Ａ、４Ｂに焼鈍などの軟化処理を施したことにより金属箔が柔らかくなり、ＰＴＣポリマー１と電極２、３の接触面積が増大するので、ＰＴＣポリマー１と電極２、３の間の接触抵抗がいっそう低減する。従って、連続して通電できる電流をいっそう大きくすることができる。
【００３０】
実施の形態６．
過負荷電流が流れた場合、ＰＴＣポリマー１のＰＴＣ特性が発現するまでの時間は、負荷の過負荷耐量に応じて設計される。
この実施の形態では、図４（ａ）に示すように金属箔４Ａ、４Ｂに孔４Ｃが多数設けられている。金属箔４Ａ、４Ｂを用いたことにより、ＰＴＣポリマー１と電極２、３の間の接触抵抗が低減するので、連続通電電流を大きくすることができる。
【００３１】
金属箔４Ａ、４Ｂに多数の孔４Ｃを設けて全面積に対する孔の面積の割合を変化させることにより、ＰＴＣポリマーと電極との間の接触抵抗を変化させてＰＴＣポリマーの電流密度を変化させ、過負荷電流が流れた場合におけるＰＴＣポリマー１の動作時間が異なる限流器を得ることができる。そのため、ＰＴＣポリマー１の面積が異なるものを多数用意することなく、用途に応じた限流器を提供できる。従って、ＰＴＣポリマー成形用の金型を多数用意する必要がないという利点がある。
【００３２】
図４（ｂ）は、金属箔に多数の孔４Ｃを設けた場合にＰＴＣポリマー１に流れる電流の分布を示す断面図である。ＰＴＣポリマー表面の孔４Ｃに近い部分１Ｃには電流は流れないが、ＰＴＣポリマーの内部では電流が横方向に拡がるので孔４Ｃに対応する部分にも電流が流れる。
従って、ＰＴＣポリマーの内部抵抗は孔４Ｃによって高くはならず、定格通電電流が低下することはない。孔４Ｃによって接触抵抗は変るがＰＴＣポリマーの内部抵抗は変らないからである。
【００３３】
実施の形態７．
ＰＴＣポリマー１と電極２、３の間の接触抵抗を下げるため、網状金属などの開口性金属がＰＴＣポリマー１に熱融着されることがある。この場合も、開口性金属が熱融着されたＰＴＣポリマー１と電極２、３間に接触抵抗が発生する。
この実施の形態では、ＰＴＣポリマー１の片側に開口を有する金属１ｂが熱融着され、図５に示すように開口性金属１ｂがＰＴＣポリマー１に埋め込まれている。
【００３４】
抵抗率がＰＴＣポリマーの抵抗率より低い金属箔４Ａ、４Ｂを電極２、３とＰＴＣポリマー１の間に挟んだことに加えて、ＰＴＣポリマーに網状金属や孔を設けた金属のような開口状金属１ｂを熱融着したことにより、ＰＴＣポリマー１と電極２、３の間の接触抵抗が更に低減する。従って、連続して通電できる電流をいっそう大きくすることができる。
ＰＴＣポリマーに熱融着する金属を隙間や孔の無いものとすると、接触抵抗が低下し過ぎて限流波高値が高くなり、ＰＴＣポリマー素子が破壊し易くなるので好ましくない。
【００３５】
前記の各実施の形態では、金属箔４はＰＴＣポリマーの両面に設けられているが、片面だけに設けても良く、その場合でも、片面の接触抵抗は低減されるので、限流器の通電性能を高めることができる。
【００３７】
【発明の効果】
この発明にかかる限流器は、ＰＴＣポリマーと、このＰＴＣポリマーに接触する電極と、電極とＰＴＣポリマーを加圧する手段を有する限流器において、電極の面積よりも大きい面積の金属箔を電極とＰＴＣポリマーの間に挟んだことにより、ＰＴＣポリマーと電極の間の接触抵抗が低減するので、連続通電電流を大きくすることができる。また、金属箔がクッションの役割を果すことでＰＴＣポリマーを破損しにくくできる。
【００３８】
また、この発明にかかる限流器は、金属箔の材質を耐腐食性が高いものとしたことにより、金属箔の変質劣化による接触抵抗の増加を防止できるので、長期間にわたり連続通電電流を大きくすることができ、信頼性が高い限流器を得ることができる。
【００３９】
また、この発明にかかる限流器は、前記金属箔の材質を銅箔とし、その表面に耐腐食性が高い金属をメッキしたことにより、ＰＴＣポリマーと電極の間の接触抵抗が低減するので、連続通電電流を大きくすることができる。また腐食による接触抵抗の増加を防止して長期間に渡り連続通電電流を大きく保つことができ、信頼性が高い限流器を得ることができる。
【００４０】
また、この発明にかかる限流器は、前記金属箔に軟化処理を施したことにより、ＰＴＣポリマーと電極の間の接触抵抗が低減するので、連続通電電流を大きくすることができる。
【００４１】
また、この発明にかかる限流器は、前記金属箔として、多数の孔が設けられたものを用いたことにより、ＰＴＣポリマーと電極の間の接触抵抗が低減するので、連続通電電流を大きくすることができる。また孔の面積を変えることにより、限流波高値を変えることができる。
【００４２】
また、この発明にかかる限流器は、抵抗率がＰＴＣポリマーの抵抗率より低い金属箔を電極とＰＴＣポリマーの間に挟み、更にＰＴＣポリマーに開口を有する金属を熱融着したので、ＰＴＣポリマーと電極の間の接触抵抗が更に低減するので、連続通電電流を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る限流器の一実施の形態の要部を示す断面図である。
【図２】この発明に係る限流器の他の実施の形態の要部を示す断面図である。
【図３】この発明に係る限流器の他の実施の形態の要部を示す断面図である。
【図４】この発明に係る限流器の他の実施の形態で使用する金属箔およびＰＴＣポリマーの電流を示す図である。
【図５】この発明に係る限流器の他の実施の形態の要部を示す断面図である。
【図６】従来の限流器の断面図である。
【図７】ＰＴＣポリマーのＰＴＣ特性を示す図である。
【図８】従来の限流器の電極を示す平面図である。
【図９】従来の限流器の電極の断面図である。
【図１０】従来の限流器のＰＴＣポリマーと電極の斜視図である。
【符号の説明】
１ＰＴＣポリマー、２電極、３電極、４Ａ金属箔、４Ｂ金属箔、６端子板、７端子板、８弾性体、９絶縁板、１０絶縁板、１１ネジ、１２ナット

Claims

ＰＴＣポリマーと、このＰＴＣポリマーに接触する１対の電極と、電極とＰＴＣポリマーを加圧する手段とを有する限流器において、電極の面積よりも大きい面積の金属箔を電極とＰＴＣポリマーの間に挟んだことを特徴とする限流器。
金属箔が耐腐食性が高い材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載の限流器。
金属箔の材質を銅とし、その表面に耐腐食性が高い金属をメッキしたことを特徴とする請求項２記載の限流器。
ＰＴＣポリマーと、このＰＴＣポリマーに接触する１対の電極と、電極とＰＴＣポリマーを加圧する手段とを有する限流器において、軟化処理が施されている金属箔を電極とＰＴＣポリマーの間に挟んだことを特徴とする限流器。
ＰＴＣポリマーと、このＰＴＣポリマーに接触する１対の電極と、電極とＰＴＣポリマーを加圧する手段とを有する限流器において、多数の孔が設けられている金属箔を電極とＰＴＣポリマーの間に挟んだことを特徴とする限流器。
ＰＴＣポリマーに開口を有する金属が熱融着されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の限流器。