JP2005026666A - Current limiting device and cut-off current interrupting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正の抵抗温度特性を有するPTC(positive temperature coefficient)ポリマーと該PTCポリマーに融着された一対の電極からなるPTC素子を備えており、短絡電流を限流するために用いられる限流器およびそれを用いた限流遮断装置に関するものである。 The present invention includes a PTC element having a positive temperature coefficient (PTC) polymer having a positive resistance temperature characteristic and a pair of electrodes fused to the PTC polymer, and is used for limiting a short-circuit current. The present invention relates to a flow device and a current-limiting circuit breaker using the same.
従来の限流器においては、ポリマーと、該ポリマー中に混入された導電性物質とからなる正の抵抗温度特性を有するPTCポリマー部、および該PTCポリマー部に融着された一対の電極(融着電極)からなるPTC素子を備えてなる限流器であって、前記電極に少なくとも1つの孔が形成されており、該電極に、前記PTCポリマー部の表面に対して垂直な方向に圧力が加えられている(例えば、特許文献1参照)。 In a conventional current limiter, a PTC polymer portion having a positive resistance temperature characteristic composed of a polymer and a conductive substance mixed in the polymer, and a pair of electrodes (fused to the PTC polymer portion) A current limiting device comprising a PTC element comprising at least one electrode), wherein at least one hole is formed in the electrode, and pressure is applied to the electrode in a direction perpendicular to the surface of the PTC polymer portion. (For example, refer to Patent Document 1).
従来の限流器は上記のように構成されており、限流中にPTCポリマー部と融着電極との間でアークが発生し、このアークの熱によってPTCポリマー部の表面が荒れるため、PTCポリマー部と融着電極との間の接触抵抗(電気抵抗)が大幅に増大し、限流器の通電性能が大幅に低下するという問題点があった。 The conventional current limiter is configured as described above, and an arc is generated between the PTC polymer part and the fusion electrode during the current limit, and the surface of the PTC polymer part is roughened by the heat of the arc. There has been a problem that the contact resistance (electrical resistance) between the polymer portion and the fused electrode is greatly increased, and the current-carrying performance of the current limiter is greatly reduced.
本発明は、上記のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、限流動作後における通電性能の低下を抑制することができる限流器およびそれを用いた限流遮断装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the prior art, and is a current limiter capable of suppressing a decrease in energization performance after a current limiting operation, and a current limiting interruption using the current limiter. An object is to provide an apparatus.
本発明に係る限流器は、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PTCポリマー配置側と反対側にそれぞれ配置され、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、貫通孔が形成されている、または複数に分割されて島状に配置されていることにより、上記PTCポリマーの融着電極との融着面の面積に対する上記融着電極の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、かつ上記電極面積率が1よりも小さい融着電極に隣接する端子電極の融着電極隣接側の面は粗面化されているものである。 The current limiting device according to the present invention includes a PTC element comprising a PTC polymer and a pair of fusion electrodes which are arranged opposite to each other with the PTC polymer interposed therebetween and fused to the PTC polymer, and the PTC polymer of the pair of fusion electrodes. A pair of terminal electrodes respectively disposed on the opposite side of the arrangement side and adjacent to the pair of fusion electrodes, and a pressing means for pressing the pair of terminal electrodes to the PTC element side, and the pair of fusion electrodes At least one fusion electrode among the electrodes has a through hole or is divided into a plurality of islands and arranged in an island shape, so that the area of the fusion surface with the fusion electrode of the PTC polymer is reduced. The electrode area ratio, which is the ratio of the area of the fused surface with the PTC polymer of the fused electrode, is smaller than 1 and the terminal electrode adjacent to the fused electrode with the electrode area ratio smaller than 1 is fused. Surface of the electrode adjacent side is what is roughened.
本発明に係る限流遮断装置は、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た限流遮断装置であって、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ものである。 A current limiting interrupter according to the present invention is a current limiting interrupter in which a current limiter having a pair of fused electrodes having different electrode area ratios and a switch for opening and closing an electric circuit are connected in series, A terminal electrode adjacent to the fused electrode having a larger electrode area ratio in the flow device is connected to the switch.
また、限流器と、電路を開閉する開閉器とが直列接続された限流遮断装置であって、上記限流器が上記開閉器に内蔵されたものである。 Further, the current limiting device is a current limiting interrupter in which a current limiting device and a switch for opening and closing an electric circuit are connected in series, and the current limiting device is built in the switch.
以上のように、本発明によれば、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PTCポリマー配置側と反対側にそれぞれ配置され、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、貫通孔が形成されている、または複数に分割されて島状に配置されていることにより、上記PTCポリマーの融着電極との融着面の面積に対する上記融着電極の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、かつ上記電極面積率が1よりも小さい融着電極に隣接する端子電極の融着電極隣接側の面は粗面化されているので、限流動作後における通電性能の低下を抑制することができる。 As described above, according to the present invention, a PTC element comprising a PTC polymer and a pair of fusion electrodes that are opposed to each other with the PTC polymer interposed therebetween and fused to the PTC polymer, and the pair of fusion electrodes. A pair of terminal electrodes respectively disposed on the opposite side of the PTC polymer arrangement side and adjacent to the pair of fusion electrodes, and a pressing means for pressing the pair of terminal electrodes toward the PTC element side, At least one fusion electrode among the fusion electrodes has a through-hole formed therein or is divided into a plurality of islands and arranged in an island shape, so that the fusion surface of the fusion electrode with the PTC polymer fusion electrode is formed. A terminal adjacent to the fused electrode having an electrode area ratio, which is a ratio of the area of the fused surface with the PTC polymer of the fused electrode to the area, smaller than 1, and the electrode area ratio is smaller than 1. Since the surface of the adhesive metal adjacent the side of the electrode is roughened, it is possible to suppress a decrease in power performance after current limiting.
また、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開閉器と接続されたので、限流器の高い通電性能を得ることができる。 In addition, since the terminal electrode adjacent to the fusion electrode having the larger electrode area ratio in the current limiter is connected to the switch, high current-carrying performance of the current limiter can be obtained.
また、限流器と、電路を開閉する開閉器とが直列接続された限流遮断装置であって、上記限流器が上記開閉器に内蔵されたので、限流遮断装置を小型化することができる。 In addition, the current limiting device is a current limiting breaker in which a current limiting device and a switch for opening and closing an electric circuit are connected in series, and the current limiting device is built in the switch, so that the current limiting interrupting device can be miniaturized. Can do.
実施の形態1.
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。
1 to 3 are diagrams for explaining the current limiter according to the first embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 1 is an initial state (that is, the current limiting operation has been performed once). FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the PTC element, and FIG. 3 is a current limiter after the current limiting operation (that is, the current limiting operation is performed at least once). It is sectional explanatory drawing which shows the structure of the principal part.
2つの平行な主面を有する板状のPTCポリマー1と、PTCポリマー1の主面にそれぞれ融着(熱融着)された一対の融着電極2a,2b(以下、2で代表することもある。)とで、PTC素子が構成されている。
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。
A plate-
A pair of
PTCポリマー1は、常温での電気抵抗率(常温電気抵抗率)が低く、高温になると急激に電気抵抗率が上昇する特性(正の抵抗温度特性)を示す。この特性をPTC特性という。PTCポリマー1は、電気絶縁性を有するポリマーに粒子状の導電性物質が混練された複合材料からなる。ポリマーは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはナイロンなどの樹脂であり、粒子状の導電性物質は、カーボンブラックまたは例えばタングステンなどの金属粒子である。かかる場合、PTC特性は、発熱などの温度上昇により、PTCポリマー1の温度がポリマーの溶融温度(遷移温度)を超えたときに、ポリマーが体積膨脹し、ポリマーの非晶質部分(結晶粒界部分)に存在していた粒子状の導電性物質が互いに離れることにより発現すると考えられている。具体的には、例えば、ポリマーがポリエチレンである場合には、遷移温度は130℃程度であり、この温度を超えると、例えば、導電性物質がカーボンブラックである場合には電気抵抗率が100倍程度に増加し、導電性物質がタングステンである場合には電気抵抗率が1万倍程度以上に増加する。
The
融着電極2a,2bは、例えば、銅やニッケルなどの金属箔(例えば厚さ20〜70μm程度)や、銅板(例えば厚さ150μm程度以上)にニッケルや銀などのメッキが施されたものなどが用いられ、融着電極2a,2bの主面がPTCポリマー1の主面に融着されている。また、融着電極2には、例えば図2に示すような形状の貫通孔20が形成されており、このように、融着電極2a,2bに貫通孔20が形成されることにより、PTCポリマー1の融着電極2との融着面(以下、単に、PTCポリマー1の融着面と言うこともある。)の面積に対する、融着電極2a,2bのPTCポリマー1との融着面(以下、単に、融着電極2a,2bの融着面と言うこともある。)の面積の割合である、電極面積率が、1よりも小さく構成されている。なお、本実施の形態では、PTCポリマー1の主面は融着電極2の主面よりも大きく形成されているが、本発明では、PTCポリマー1の融着面の面積とは、PTCポリマー1の主面の全面積ではなく、融着電極2a,2bの主面に対向するPTCポリマー1の融着面の部分(図2にハッチングを施した部分)の面積のことを言う。また、本発明で言う融着電極2a,2bの融着面の面積とは、PTCポリマー1の主面に対向する融着電極2a,2bの融着面の部分(図2にハッチングを施した部分)のうち、貫通孔20の面積を含まない実際に融着される面の面積を指す。
The
さらに、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)の融着面は、例えばメッキやブラスト加工により平均粗さが例えば5〜30μmの凹凸を有するように粗面を形成しており、すなわち粗面化されており、融着電極2a,2bとPTCポリマー1との間の電気的な接触抵抗は低く保たれている。ここで、平均粗さとは、日本機械学会発行の機械工学便覧(JSME Handbook for Mechanical Engineers)改訂第6版のp.17−190に記載された十点平均粗さを言う。
Further, the fused surface of the fused electrode 2 (both fused
端子電極3、および端子電極3を介して融着電極2に電流を供給するための電流導入端子31は、例えば、銅板に銀やスズなどのメッキが施されたものであり、それぞれの厚さは例えば1.5mmおよび2mm程度である。電極面積率が1よりも小さい融着電極2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)の融着電極2隣接側の面は、例えばブラスト加工により平均粗さが例えば5〜20μmの凹凸を有するように粗面を形成している、すなわち粗面化されている。融着電極2、端子電極3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、端子電極3は電流導入端子31と一体化されていてもよい。
The terminal electrode 3 and the
なお、本実施の形態では、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ことにより接触点の数が増えるので、端子電極3と融着電極2との間の電気的な接触抵抗は粗面化されていない(平面である)場合に比べて減少する。その結果、通電性能が高められる。
In the present embodiment, since the number of contact points increases because the surface of the terminal electrode 3 adjacent to the
絶縁枠32は、短絡電流または過電流がPTC素子に流れ、限流動作が起こったときにPTCポリマー1と融着電極との間で発生するアークによって生成された導電性のガスにより、電流導入端子31間で短絡が生じるのを防止するために、PTCポリマー1の周辺部に設けられる。
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。
The
An
弾性体33は、例えば、板ばね、皿ばね、有機弾性体などであり、電流導入端子31と絶縁容器34との間に配置される。本実施の形態において、弾性体33は、PTCポリマー1の主面に対して垂直な方向において、融着電極2およびPTCポリマー1からなるPTC素子と、端子電極3と、電流導入端子31とに弾性的な圧力を及ぼす。すなわち、容器蓋部34bが容器本体34aに一体化される過程で、弾性体33が圧縮され、一対の電流導入端子31および端子電極3a,3bがPTC素子側に押圧され互いに電気的に接触している。つまり、弾性体33は、一対の端子電極3a,3bをPTC素子側に押圧する加圧手段に相当する。
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。
The
Since the terminal electrode 3 and the fused electrode 5 are in metal contact, the electrical contact resistance is low, so the pressure applied by the
このように構成されたものにおいて、電流は一方の電流導入端子31、一方の端子電極3a、PTC素子、他方の端子電極3b、他方の電流導入端子31を経由して流れる。
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。
In such a configuration, the current flows through one
When a load current flows, the energization heat generation is small, so the temperature rise of the
短絡事故が発生し大電流が流れると、融着電極2とPTCポリマー1との界面の電気的な接触抵抗による発熱によりPTCポリマー1が加熱される。PTCポリマー部1の温度が遷移温度を超えると、PTCポリマー1と融着電極2との界面近傍に存在するポリマーが溶融し、粒子状の導電性物質間の距離が増大し、PTCポリマー1は低電気抵抗状態から高電気抵抗状態へと変化し、短絡電流が抑制される。この抑制された電流は図示しない開閉器によって遮断される。
When a short circuit accident occurs and a large current flows, the
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。その結果、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、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とが熱融着される。このように、本実施の形態では、PTCポリマー1が端子電極3の粗面化された面(粗面)の凹凸に食い込こむことにより、端子電極3とPTCポリマー1とが熱融着されるので、PTCポリマー1と端子電極3との電気的な接触抵抗は顕著に低くなる。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との間の電気的な接触抵抗が増大しても、端子電極3とPTCポリマー素子との間の電気的な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。
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。
During the current limiting, the portion of the
In FIG. 1 showing the current limiting device in the initial state, the
なお、従来の限流器においても、限流中に、アークの熱によって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で満たされる可能性もある。しかしながら、従来の限流器では融着電極2に隣接する端子電極3の融着電極2隣接側の面は粗面化されていないため、端子電極2がPTCポリマー1に熱融着され難く、熱融着したとしてもそれらの接触抵抗は本実施の形態の場合に比べて大きい。その結果、端子電極3とPTCポリマー1との間の電気抵抗増大を、本実施の形態におけるほど顕著に抑制することはできず、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はできない。
Even in the conventional current limiter, the
端子電極3と融着電極2とは何れも金属で形成されており金属接触であるので端子電極3と融着電極2の間の接触抵抗は極めて低く、普通は、これらの電極の接触面を粗面化するという発想は無い。
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。
Since both the terminal electrode 3 and the fused
During the current limiting, the
なお、貫通孔20の深さ方向に対して垂直な断面の形状は、円状であっても、角状であっても、非対称な鍵穴状のものであってもよい。貫通孔20内部の一部に、融着電極2とPTCポリマー1との融着の際に、軟化したPTCポリマー1が突出せしめられる場合もある。
The shape of the cross section perpendicular to the depth direction of the through
また、図1では、容器蓋部34bはボルト35aおよびナット35bを締め付けることにより容器本体34aと一体化されたが、接着剤により容器本体34aと一体化されてもよい。また、絶縁容器34はあらかじめ一体化されたものを用いてもよいが、この場合、治具により弾性体33をあらかじめ圧縮し、PTC素子、端子電極3および電流導入端子31も一括して絶縁容器34に挿入する。
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。
In FIG. 1, the
In order to prevent intrusion of dust, the insulating
実施の形態2.
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。
FIG. 4 is a view for explaining a current limiter according to
In the current limiting device according to the present embodiment, the terminal electrode 3 (both in the present embodiment, both adjacent to the fused electrode 2 (both fused
金属箔301は、例えば銀やニッケルで形成され、厚さは例えば30〜100μm程度である。また、金属箔301の融着電極隣接側の面は、例えばメッキやブラスト加工により平均粗さが例えば5〜20μmの凹凸を有するように粗面を形成している、すなわち粗面化されている。
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。
The metal foil 301 is made of, for example, silver or nickel, and has a thickness of about 30 to 100 μm, for example. Further, the surface of the metal foil 301 on the side adjacent to the fusion electrode is roughened, that is, roughened by plating or blasting so as to have irregularities with an average roughness of, for example, 5 to 20 μm. .
The conductive plate 302 is, for example, a copper plate plated with silver or nickel, and has a thickness of about 5 to 10 μm, for example. The fused
このように構成されたものにおいて、短絡事故が発生し大電流が流れると、実施の形態1の場合と同様に、融着電極2とPTCポリマー1との界面の電気的な接触抵抗の増大による発熱によりPTCポリマー1が加熱され、PTCポリマー1は低電気抵抗状態から高電気抵抗状態へと変化し、短絡電流が抑制される。
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。
In such a configuration, when a short circuit accident occurs and a large current flows, due to an increase in electrical contact resistance at the interface between the
Further, the
Therefore, even if the surface of the
さらに、本実施の形態では、金属箔301と導電板302との間には熱的な接触抵抗があるため、限流動作に伴い金属箔301とPTCポリマー1の間に発生するアークからの熱が金属箔301から導電板302に伝達しにくくなるので、金属箔301の温度上昇が大きくなる。その結果、金属箔301はPTCポリマー1に非常に強く熱融着され、金属箔301とPTCポリマー1との間の電気的な接触抵抗の増大が顕著に抑制され、通電性能、過電流通電性能の低下をいっそう顕著に抑制することができる。
Further, in the present embodiment, since there is a thermal contact resistance between the metal foil 301 and the conductive plate 302, heat from an arc generated between the metal foil 301 and the
なお、金属箔301の厚さは、薄すぎると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金属箔が蒸発し、厚すぎると金属箔301の温度上昇があまり大きくならないため、20〜100μm程度が望ましい。 If the thickness of the metal foil 301 is too thin, the metal foil evaporates due to arc heat generated between the fusion electrode and the metal foil during current limiting. If the thickness is too thick, the temperature rise of the metal foil 301 is too large. Therefore, about 20 to 100 μm is desirable.
実施の形態3.
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。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a view for explaining a current limiting device according to Embodiment 3 of the present invention, and more specifically, a cross-sectional explanatory view showing a configuration of a main part of the current limiting device in an initial state.
In the current limiter according to the present embodiment, the pair of
上記各実施の形態では、PTCポリマー1の両主面に融着電極2a,2bが熱融着されている。一方の融着電極2aの融着面をA面、他方の融着電極2bの融着面をB面と呼ぶことにする。実施の形態1および2では、A面の電極面積率(PTCポリマー1の融着電極2aとの融着面の面積に対する、融着電極2aのPTCポリマー1との融着面の面積の割合)とB面の電極面積率(PTCポリマー1の融着電極2bとの融着面の面積に対する、融着電極2bのPTCポリマー1との融着面の面積の割合)とを同一としていた。
In each of the above embodiments, the
実験の結果、上記のようにA面の電極面積率とB面の電極面積率を同一としても、A面のPTCポリマー1との接続部(以下、A面接続部と言うこともある。)の電気的な接触抵抗と、B面のPTCポリマー1との接続部(以下、B面接続部と言うこともある。)の電気的な接触抵抗とは、厳密には同一ではなく少しの相違があるため、短絡電流が流れた時、A面接続部とB面接続部とでは、アーク発生に時間差があることが分かった。そして、限流波高値の時点はA面とB面の内、先にアークが発生した面のアーク発生時点にほぼ一致することが分かった。限流波高値の時点以後、限流波高値の数分の1以下の大きさのアーク電流が流れる。この結果から、アーク発生面を1面に限っても限流波高値はほぼ同じになることが分かった。
As a result of the experiment, even if the electrode area ratio on the A surface and the electrode area ratio on the B surface are the same as described above, the connection portion with the
そこで、本実施の形態では、B面(融着電極2bの融着面)の電極面積率がA面(融着電極2aの融着面)の電極面積率より大きくなるように構成されている。
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。
Therefore, in the present embodiment, the electrode area ratio of the B surface (fused surface of the
In such a configuration, when a short circuit accident occurs and a large current flows, the
Further, during the current limiting, the portion of the
In addition, since the current density is low, the arc does not occur in the vicinity of the B surface connection portion having the larger electrode area ratio in the
このように、本実施の形態によれば、PTCポリマー1のうち、電極面積率が大きい方のB面接続部の抵抗を低減できるため限流器の初期抵抗を低減でき、PTCポリマー1のうち、電極面積率が小さい方のA面で限流波高値が決まる。その結果、限流波高値が増大することなく、限流器の初期抵抗を低減できるので、通電性能を高めることができる。また、限流動作に伴うアーク発生が一方の面(電極面積率が小さい面)に限定されるので、限流動作後の限流器抵抗の増大、すなわち、限流動作前後における通電性能の低下を顕著に抑制できる。これらの結果、初期状態での通電性能が高く、しかも、限流動作後の通電性能が高い限流器を得ることができる。
Thus, according to the present embodiment, among the
なお、本実施の形態では、一対の融着電極2は、電極面積率が互いに異なるので、限流動作に伴うアーク発生がPTCポリマー1の一方の面(電極面積率が小さい面)に限定され、電極面積率が小さい方の融着電極2aに隣接する端子電極3aとPTCポリマー1とが熱融着される。したがって、電極面積率が大きい方の融着電極2bに隣接し、PTCポリマー1と熱融着されない、端子電極3bの融着電極2b隣接側の面は、粗面化されていなくてもよく、製作工程を簡素化できるという効果がある。
In the present embodiment, the pair of
また、電極面積率が1よりも小さい融着電極2(例えば2a)に隣接する端子電極3(例えば3a)の融着電極2a隣接側の面は、粗面化されているが、電極面積率が1である融着電極2(例えば2b)に隣接する端子電極3(例えば3b)の融着電極2b隣接側の面は、粗面化されていなくてもよい。
Further, the surface of the terminal electrode 3 (for example, 3a) adjacent to the
また、少なくとも電極面積率が小さい方の融着電極2(例えば2a)に隣接する端子電極3(例えば3a)は、融着電極2に隣接し融着電極2隣接側の面が粗面化された金属箔301(例えば301a)と、この金属箔301(例えば301a)の融着電極2(例えば2a)隣接側と反対側に配置された導電板302(例えば302a)とで構成されていてもよく、上記実施の形態3と同様の効果が得られる。
Further, at least the terminal electrode 3 (for example, 3a) adjacent to the fusion electrode 2 (for example, 2a) having the smaller electrode area ratio is adjacent to the
なお、本実施の形態のように、一対の融着電極2a,2bの電極面積率が互いに異なる場合、電極面積率が大きい方の融着電極2bの電極面積率が90%を超えると、PTCポリマー1と融着電極2a,2bとの熱融着時に、融着電極2bと融着電極2aとの熱収縮の度合の違いにより、PTCポリマー1が大きく反る。これを弾性体33で加圧すると、PTCポリマー1の内部応力が大きくなり、限流動作時にPTCポリマー1が破損しやすい。
When the electrode area ratio of the pair of
そこで、電極面積率が大きい方の融着電極2bの電極面積率を90%以下とすることにより、PTCポリマー1に作用する初期応力を抑制できるので、限流動作時のPTCポリマー1の破損を抑制できる。その結果、限流動作回数が多い限流器を得ることができる。
Therefore, by setting the electrode area ratio of the
なお、限流器の電気抵抗は電極面積率の増大に連れ大きく減少するが、電極面積率が50%以上になるとその減少の度合は小さくなる。したがって、上記を考慮すると、融着電極2a,2bの電極面積率が互いに異なる場合、電極面積率が大きい方の融着電極2bの電極面積率を50%以上かつ90%以下に設定すると、PTCポリマー1の反りを抑制でき、しかも限流器の電気抵抗を低く設定できる。
The electric resistance of the current limiting device is greatly reduced as the electrode area ratio is increased. However, when the electrode area ratio is 50% or more, the degree of decrease is reduced. Therefore, in consideration of the above, when the electrode area ratios of the
実施の形態4.
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。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 is a view for explaining a current limiting device according to Embodiment 4 of the present invention, and more specifically, a perspective view showing a configuration of a PTC element.
The present embodiment is the same as the above embodiments except that the
上記各実施の形態では、融着電極2に貫通孔20が形成されていることにより、PTCポリマー1の融着電極2との融着面の面積に対する融着電極2のPTCポリマー1との融着面の面積の割合である電極面積率が1よりも小さく構成されていた。このように、融着電極2に貫通孔20を形成した場合、電極面積率を小さくしようとすると、隣接する貫通孔20間の距離、すなわち、融着電極2の非孔部の幅、を小さくすることが必要になる。しかし、加工上、融着電極2の非孔部の幅を小さくするのには限界がある。そのため電極面積率を小さくするのに限界がある。また、融着電極2の非孔部の幅を極限まで小さくすると、アークの発生が融着電極2の幅が狭い非孔部に局所化されるようになるため、PTCポリマー1に発生する局所的な熱応力が大きくなり、PTCポリマー1が破損しやすくなる。
In each of the above-described embodiments, since the through-
そこで、本実施の形態では、図6に示すように、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。
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。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
With such a configuration, even when the electrode area ratio is reduced, the arc can be generated uniformly and distributed, so that the thermal stress generated in the
Moreover, since the current flowing through the
しかしながら、上記のような複数に分割された微小な融着電極部21のそれぞれをPTCポリマー1に熱融着し、島状に均一的に分散配置するのは至難である。
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。
However, it is extremely difficult to thermally disperse each of the minute fused
Therefore, in the present embodiment, the manufacturing is performed as follows.
First, the
According to such a processing method, for example, when the fused
なお、融着電極部21の形状は角柱状に限られるものではなく、例えば円柱状のような他の形状であってもよい。
The shape of the fused
実施の形態5.
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。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 7 is a view for explaining a current limiting interrupting device according to Embodiment 5 of the present invention, and more specifically, a cross-sectional view showing a configuration of the current limiting interrupting device.
The current limiting interrupter according to the present embodiment is mainly composed of a
本実施の形態では、限流器100は開閉器200に近接して配置される。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は、開閉器200の一方の端子202aに接続され、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は外部電線に接続される。また、開閉器の他方の端子202bは外部電線に接続される。
In the present embodiment, the
このように構成されたものにおいて、負荷電流が流れると、開閉器200において開閉部201で発熱する。この発熱は主に開閉器200の外部電線に接続された端子202bを経由し外部電線に放熱される。また、限流器100において、電極面積率が小さい融着電極近傍と電極面積率が大きい融着電極近傍で発熱するが、その発熱量は電極面積率が小さい融着電極近傍の方が多い。また、限流器100の主要部であるPTCポリマーの主成分は上述したようにポリマーであるので、熱伝導率が非常に小さい。本実施の形態では、発熱量が多い、電極面積率が小さい方の融着電極近傍に隣接する端子電極に接続された電流導入端子31bが、開閉器200側ではなく、放熱が効率的に行われる外部電線側に接続されているので、この発熱が外部電線側に効率よく放熱される。したがって、限流器100の高い通電性能を得ることができる。
In such a configuration, when a load current flows, the
実施の形態6.
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。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 8 is a view for explaining a current limiting interrupting device according to Embodiment 6 of the present invention, and more specifically, a cross-sectional view showing a configuration of the current limiting interrupting device.
In the present embodiment, the
なお、本実施の形態においては、限流器100としては上記実施の形態1〜4で説明した何れの構成を有するものであってもよい。
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。
In the present embodiment, current limiting
However, as in the fifth embodiment, when the
1 PTCポリマー、2,2a,2b 融着電極、20 貫通孔、21 融着電極部、3,3a,3b 端子電極、301,301a,301b 金属箔、302,302a,302b 導電板、31,31a,31b 電流導入端子、32 絶縁枠、33 弾性体、34 絶縁容器、35a ボルト、35b ナット、36 スペーサー、100 限流器、200 開閉器、201 開閉部、201a 固定接点、201b 可動接点、202a,202b 端子。 1 PTC polymer, 2, 2a, 2b fused electrode, 20 through hole, 21 fused electrode part, 3, 3a, 3b terminal electrode, 301, 301a, 301b metal foil, 302, 302a, 302b conductive plate, 31, 31a , 31b Current introduction terminal, 32 Insulating frame, 33 Elastic body, 34 Insulating container, 35a Bolt, 35b Nut, 36 Spacer, 100 Current limiter, 200 Switch, 201 Opening / closing part, 201a Fixed contact, 201b Movable contact, 202a, 202b terminal.
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