JP4479304B2 - 限流器および限流遮断装置並びに限流器の製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (8)
- 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上記PTCポリマー配置側と反対側に配置され、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、上記PTCポリマーの融着面の面積に対する上記融着電極の上記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よりも小さくなるように、複数に分割されて島状に分散配置されていることを特徴とする限流器。
- 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上記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請求項1記載の限流器。
- 一対の融着電極の電極面積率が互いに異なり、上記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上記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1または2記載の限流器。
- 一対の融着電極の電極面積率が互いに異なり、上記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1または2記載の限流器。
- 一対の融着電極の電極面積率が互いに異なり、上記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1または2記載の限流器。
- 請求項3または4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、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1乃至4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、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。
- 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上記PTCポリマー配置側と反対側に配置され、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た限流器の製造方法であって、上記一対の融着電極の少なくともどちらか一方の融着電極の製造工程として、上記融着電極を上記PTCポリマーに全面的に熱融着する工程と、エッチング法により上記融着電極の非電極部を削除することにより分割され、均一的に分散配置された微小な島状の融着電極を形成する工程とを備えたことを特徴とする限流器の製造方法。
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