JP3628075B2

JP3628075B2 - PTC element

Info

Publication number: JP3628075B2
Application number: JP22349195A
Authority: JP
Inventors: 貞次郎森; 龍也林; 英夫堀邊; 逸雄西山; 健一仁科; 雅廣石川; 修長谷川; 士郎村田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2015-08-31
Also published as: JPH0969412A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＰＴＣ（ｐｏｓｉｔｉｖｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子に関する。さらに詳しくは、短絡電流や過電流を限流するために用いられるＰＴＣ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、特開平４−２６６００１号公報に開示された従来のＰＴＣ素子を示す断面図である。図７において、２１はＰＴＣ特性を有するポリマー層であり、２２は一対の板状の電極である。ポリマー層２１と電極２２とは融着されているかまたは図示しないバネにより圧接されている。図８は、ポリマー層２１の温度−抵抗率特性を示し、ポリマー層２１の抵抗率は図８に示されるように温度Ｔ_１までは低く、温度Ｔ_１を超えると急激に増加し、温度Ｔ_２を超えると緩やかに増加する。ＰＴＣポリマーの一例では、Ｔ_１は１２０℃、Ｔ_２は１３０℃であり、温度Ｔ_２における抵抗率はＴ_１における抵抗率の１０００倍程度である。
【０００３】
つぎにＰＴＣ素子の動作について説明する。負荷電流が流れるとジュール熱によりポリマー層２１の温度が上昇するが、通電電流が小さいのでポリマー層２１の温度はＴ_１より低い。短絡電流または過電流が流れて、ポリマー層２１の温度上昇が大きくなると、ポリマー層２１の温度がＴ_２より高くなるので、ポリマー層２１の抵抗率が高くなる。したがって、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。電流が遮断されるとＰＴＣ素子においてジュール熱が発生しなくなり、ＰＴＣ素子内の熱が外部に放散されるので、ポリマー層２１の温度が低下する。したがって、ＰＴＣ素子の温度は低下して初期状態に戻り、負荷電流の再通電が可能となる。なお、ＰＴＣ素子によって抑制された電流の波高値は限流波高値と呼ばれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＰＴＣ素子は上記のように動作するが、連続通電できる電流を大きくするため、常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマーが用いられる。そのため、短絡時におけるＰＴＣポリマーの温度上昇がゆるやかとなるので、限流波高値が高いという問題がある。なお、限流波高値を下げるためＰＴＣポリマーの常温電気抵抗率を高くする方法があるが、ＰＴＣ素子の抵抗が高くなるので連続して通電できる電流が小さくなるという問題がある。また、ＰＴＣポリマー層と電極層が圧接されたばあいと、ＰＴＣポリマー層と他のＰＴＣポリマー層が圧接されているばあい、圧接による接触抵抗が高いので連続して流せる負荷電流が小さいという問題点がある。
【０００５】
本発明は連続して通電できる電流の低下を極力抑制しつつ限流波高値を下げられるＰＴＣ素子をうることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかわるＰＴＣ素子は、ＰＴＣ特性を有する複数のＰＴＣポリマー層からなる多層構造のＰＴＣポリマー層と、多層構造の最上層の外側表面上と最下層の外側面上にそれぞれ形成された少なくとも一対の電極層を備え、前記複数のＰＴＣポリマー層のそれぞれの常温電気抵抗率が異なり、かつそれぞれのＰＴＣポリマー層が隣合うＰＴＣポリマー層または電極層と融着せしめられたＰＴＣ素子であって、前記常温抵抗率の異なる各ＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性発現温度領域Ｔ₁〜Ｔ₂がすべてのＰＴＣポリマー層について等しいことを特徴とする。
【０００７】
また、前記複数のＰＴＣポリマー層のうち、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層が前記一対の電極層の少なくとも一方に融着して設けられている。
【０００８】
また、前記複数のＰＴＣポリマー層のうち、常温電気抵抗率が他より高いＰＴＣポリマー層を、常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー層２層のあいだに挟んで設けられている。
【０００９】
また、前記複数のＰＴＣポリマー層のうち、常温電気抵抗率が他より高いＰＴＣポリマー層を複数層設けられている。
【００１０】
また、前記複数のＰＴＣポリマー層のうち、常温電気抵抗率が他より高いＰＴＣポリマー層を前記電極層の少なくとも一方と接し、かつ常温電気抵抗率が他より低いＰＴＣポリマー層のあいだに設けられている。
【００１１】
また、最も常温電気抵抗率が低い層の常温電気抵抗率より常温電気抵抗率が高い層の総厚さが、最も常温電気抵抗率が低い層の総厚さより小さくなるよう構成されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＰＴＣ素子の一実施例を図を参照しながら説明する。
【００１３】
［実施例１］
図１は、本発明の一実施例のＰＴＣ素子を示す断面図である。図１において、１はＰＴＣ特性を有し、常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー層であり、２は一対の電極層であり、３はＰＴＣ特性を有し、常温電気抵抗率がＰＴＣポリマー層１よりも高いＰＴＣポリマー層である。常温電気抵抗率の高い、低いは相対的なものであり、ＰＴＣポリマー層３の常温電気抵抗率がＰＴＣポリマー層１のそれよりも高くなる（図６の曲線Ｂが常に曲線Ａよりも上にある方が望ましいが、Ｔ_２以上の温度域ではＰＴＣポリマー層３の抵抗率はＰＴＣポリマー層１のそれよりも低くてよい）ようにＰＴＣポリマー層３の材料を選べばよい。たとえば、ＰＴＣポリマー層１が高密度ポリエチレンに粒径０．０９μｍのカーボンブラックを５５重量％混入したものならば、ＰＴＣポリマー層３はたとえば、高密度ポリエチレンに粒径０．０４μｍのカーボンブラックを３０重量％混入したものなどが選ばれうる。また、ＰＴＣポリマー層１は０．６ｍｍ程度の厚さに形成され、電極層２は５０μｍ程度の厚さに形成される。なお、電極層の表面は粗面化され、ＰＴＣポリマー層３と電極層２とは融着されている。ＰＴＣポリマー層１の抵抗率は、前述のように図６の曲線Ａに示されるように温度Ｔ_１までは低く、温度Ｔ_１を超えると急激に増加し、温度Ｔ_２を超えると緩やかに増加する。ＰＴＣポリマー層３の抵抗率は図６の曲線Ｂに示されるように温度Ｔ_１までは低く、温度Ｔ_１を超えると急激に増加し、温度Ｔ_２を超えると緩やかに増加する。ＰＴＣポリマーの一例ではＴ_１は１２０℃、Ｔ_２は１３０℃であり、温度Ｔ_２における抵抗率は温度Ｔ_１における抵抗率の１０００倍程度である。
【００１４】
つぎに本発明の一実施例であるＰＴＣ素子の動作について説明する。負荷電流が流れるとジュール熱の発生によりＰＴＣポリマー層１、３の温度が上昇するが、通電電流が小さいので、ＰＴＣポリマー層１、３の温度はともにＴ_１より低い。短絡電流または過電流が流れると、ＰＴＣポリマー層３の温度上昇が大きくなり、ＰＴＣポリマー層３の温度がＴ_２より高くなるので、図６の曲線Ｂに示されるようにＰＴＣポリマー層３の抵抗率が高くなる。また、ＰＴＣポリマー層１は電流が流れることによって自身で発熱すると共にＰＴＣポリマー層３によっても加熱される。したがって、温度上昇が大きくなり、ＰＴＣポリマー層１の抵抗率が高くなる。したがって、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。電流が遮断されるとＰＴＣ素子において熱が発生しなくなるので、放熱によりＰＴＣポリマー層１、３の温度が低下し、ポリマー層は初期状態に戻り負荷電流の再通電が可能となる。
【００１５】
本発明では常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層３が設けられているので、従来のＰＴＣ素子と比べ、限流波高値を低減することができる。
【００１６】
本実施例では、常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層３が設けられているが、その層の厚さは、たとえば０．２ｍｍ程度であり小さいので、ＰＴＣ素子の上下の電極層間の合成抵抗の増加はわずかである。したがって、通電性能の低下はわずかで、限流波高値を低減することができる。このように常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層３の総厚さを常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー層１の総厚さより小さくすれば、電極層間の合成抵抗の増加がわずかとなり、より大きい負荷電流を連続して通電することができる。なお、常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層３を単相とすれば合成抵抗の増加をよりわずかにすることができる。
【００１７】
本実施例では、常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層３が電極層に接するように設けられているので、常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層３に発生する熱は内部に蓄積されることなく、容易に外部に放散される。したがって、通電性能の低下はわずかで、限流波高値を低減することができる。
【００１８】
［実施例２］
図２は、本発明の第２の実施例であるＰＴＣ素子の断面図である。
【００１９】
図２に示されるように、本実施例２では常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー層１１ａと１１ｂに挟まれるサンドイッチ構造になるように常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層１３が形成されている。常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー層１１ａ、１１ｂとしては、たとえば、高密度ポリエチレンに粒径０．０９μｍ程度のカーボンブラックを５５重量％程度配合して厚さ０．６ｍｍ程度で抵抗率が０．１７Ω・ｃｍ程度のＰＴＣポリマーが用いられ、常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー層１１よりも常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層１３たとえば、高密度ポリエチレンに粒径０．０４μｍ程度のカーボンブラックを３０重量％程度配合して厚さ０．２ｍｍ程度で抵抗率が１Ω・ｃｍ程度のＰＴＣポリマーが用いられている。本実施例では常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層は、電極と比べ熱伝導率が劣る常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー層にはさまれている。したがって、短絡事故時、常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層１３に発生するジュール熱は電極層に放散されにくい。したがって常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層１３の抵抗上昇が速くなる。したがって、限流波高値がより低減される。
【００２０】
［実施例３］
図３は、本発明の第３の実施例であるＰＴＣ素子の断面図である。
【００２１】
図３に示されるように、本実施例３では常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー層１１ａと１１ｂに挟まれるようにして常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層１３ａが設けられ、常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー層１１ｂと１１ｃのあいだに挟まれるようにして常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層１３ｂが設けられている。すなわち、図２における常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層１３が１層であるのに対して、本実施例では常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層を１３ａと１３ｂの２層にわけて設けてあるので、実施例２のばあいと比べ、常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層１３ａと１３ｂの抵抗上昇がいっそう速くなる。したがって、限流波高値がいっそう低減される。
【００２２】
常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層は、２層より多い複数層でもよい。常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層を複数にすることによって、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層の抵抗上昇がいっそう速くなる。また、前記複数の常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率は、常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー層１１よりも高い常温電気抵抗率を有する材料であればよく、異なっていてもよい。
【００２３】
［実施例４］
図４および図５は、本発明の第４の実施例であるＰＴＣ素子の断面図である。
【００２４】
図４に示されるように、本実施例４ではそれぞれの電極層２に接する常温電気抵抗率がたとえば、１Ω・ｃｍと高いＰＴＣポリマー層１４ａ、１４ｂと、常温電気抵抗率がたとえば０．２Ω・ｃｍと低いＰＴＣポリマー層１１ａ、１１ｂのあいだに常温電気抵抗率がたとえば２Ω・ｃｍと高いＰＴＣポリマー層１３が設けられている。この実施例では常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層の数が多いので、常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層の抵抗上昇がいっそう速くなる。したがって、限流波高値がいっそう低減される。なお、常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー層１１ａ、１１ｂに融着によって挟まれるようにして形成された常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層１３は複数層設けられてもよい。
【００２５】
また、常温電気抵抗率が高い複数のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率は同一（たとえば１Ω・ｃｍ）であってもよいし、たとえば１Ω・ｃｍ、１．２Ω・ｃｍ、０．８Ω・ｃｍなどのように互いに異っていてもよい。
【００２６】
さらに、本実施例では、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層１４ａと１４ｂの両方が電極層２に接するように設けられている例について説明したが、少なくとも一方の電極層に常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層に常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層が融着されていればよい。
【００２７】
本発明において用いられるＰＴＣポリマーは結晶性ポリマー中に導電性粒子を分散させたものである。結晶性ポリマーとしては、前述のように、その融点において結晶が融解する際に急激な体積膨脹を起こし、この結晶性ポリマー中に分散させた導電性粒子の間隔を広げる作用を有するものであれば特に限定されない。結晶化度は２０％以上が好ましく、４０％以上がより好ましい。具体例としては、たとえば特公昭６４−３３２２号公報、特公平４−２８７４４号公報、特公平５−６６００１号公報などに開示されるような結晶性ポリマーがあげられ、それらのうち、より好ましい例としてたとえば高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレンなどのポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−ブテン−１、ポリメチルペンチン（ＴＰＸ）、エチレンプロピレンゴムなどのポリオレフィン類；ポリビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレンなどのフルオロカーボンポリマー類；ポリアミド、ポリアセタール、シンジオクタチック−ポリスチレン、飽和ポリエステルなどの他の結晶性高分子などの１種または２種以上の混合物があげられる。これらの中で結晶化度が高いことにより、高い抵抗増加率がえられるという観点からポリエレフィン類の中のポリエチレンが好ましい。導電性粒子としては、粒径が０．０２〜２００μｍ程度のたとえば、カーボンブラック、グラファイト、金属繊維、カーボンファイバー、金属粒子などを、結晶性ポリマー中に４０〜８０重量％混入することが常温電気抵抗率を０．５Ω・ｃｍ程度以下に保つために好ましい。さらに、実用面およびコスト面のバランスからは、粒径０．０３〜０．２μｍ程度のカーボンブラックを、結晶性ポリマー中に５０〜７０重量％混入することがより好ましい。
【００２８】
本発明の電極層としては、銀が用いられてよいが低コストの点からニッケルメッキ銅、銀、銀メッキ銅、銅などが好ましい。
【００２９】
本発明において好ましい一例としては、高密度ポリエチレンに粒径０．０９μｍ程度のカーボンブラックを５５重量％程度配合して厚さ０．６ｍｍ程度のＰＴＣポリマー層とし、該ＰＴＣポリマー層の両表面に高密度ポリエチレンに粒径０．０４μｍ程度のカーボンブラックを３０重量％配合して厚さ０．２ｍｍ程度の該ＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率よりも高いＰＴＣポリマー層とし、粗面化された銅を電極とし、後者のＰＴＣポリマー層を融着したものがあげられる。このように構成された素子では、優れた限流特性がえられることが実験により確認されている。
【００３０】
【発明の効果】
本発明にかかわるＰＴＣ素子によれば、複数のＰＴＣポリマー層を常温電気抵抗率が異なるＰＴＣポリマー層が隣合うＰＴＣポリマー層または電極層と融着されていることにより限流波高値を低減できる。
【００３１】
また、常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層が電極層の少なくとも一方に融着して設けたことにより限流波高値を低減できる。
【００３２】
また、常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層を、常温電気抵抗率が他より低いＰＴＣポリマー層２層のあいだに挟んで設けたことにより限流波高値を低減できる。
【００３３】
また、常温電気抵抗率が他より高いＰＴＣポリマー層を複数設けたことにより限流波高値を低減できる。
【００３４】
また、常温電気抵抗率が他より高いＰＴＣポリマー層を、電極層の少なくとも一方と接し、かつ常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー層のあいだに設けたことにより限流波高値を低減できる。
【００３５】
また、常温電気抵抗率が低い層の常温電気抵抗率より常温電気抵抗率が高い層の総厚さが、最も常温電気抵抗率が低い層の総厚さより小さくなるよう構成されたことにより電極層間の合成抵抗を極力小さくでき、限流波高値を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるＰＴＣ素子を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施例であるＰＴＣ素子を示す断面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施例であるＰＴＣ素子を示す断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施例であるＰＴＣ素子を示す断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例であるＰＴＣ素子を示す断面図である。
【図６】ＰＴＣ素子の温度−電気抵抗率の関係説明図である。
【図７】従来のＰＴＣ素子を示す断面図である。
【図８】ＰＴＣ素子の温度−電気抵抗率の関係説明図である。
【符号の説明】
１ＰＴＣポリマー層、２電極層、３ＰＴＣポリマー層、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー層、１３、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー層。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a positive temperature coefficient (PTC) element. More specifically, the present invention relates to a PTC element used for limiting a short-circuit current or an overcurrent.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional PTC element disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-266001. In FIG. 7, 21 is a polymer layer having PTC characteristics, and 22 is a pair of plate-like electrodes. The polymer layer 21 and the electrode 22 are fused or pressed by a spring (not shown). 8, the temperature of the polymer layer 21 - shows the resistivity properties, the resistivity of the polymer layer 21 until temperatures T _1, as shown in FIG. 8 is low, rapidly increases when exceeding temperatures T _1, the temperature T _When it exceeds ₂ , it increases slowly. In one example of the PTC polymer, T ₁ is 120 ° C., T ₂ is 130 ° C., and the resistivity at temperature T ₂ is about 1000 times the resistivity at T ₁ .
[0003]
Next, the operation of the PTC element will be described. The temperature of the load current flows through the polymer layer 21 by Joule heat increases, the temperature of the polymer layer 21 so energizing current is small less than T _1. When a short circuit current or an overcurrent flows and the temperature rise of the polymer layer 21 becomes large, the temperature of the polymer layer 21 becomes higher than T ₂ , so that the resistivity of the polymer layer 21 becomes high. Therefore, a short circuit current or an overcurrent is suppressed. The suppressed current is interrupted by a switch (not shown). When the current is interrupted, Joule heat is not generated in the PTC element, and the heat in the PTC element is dissipated to the outside, so that the temperature of the polymer layer 21 decreases. Therefore, the temperature of the PTC element is lowered to return to the initial state, and the load current can be re-energized. Note that the peak value of the current suppressed by the PTC element is called a current-limiting peak value.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Although the conventional PTC element operates as described above, a PTC polymer having a low room temperature electrical resistivity is used in order to increase a current that can be continuously energized. Therefore, since the temperature rise of the PTC polymer at the time of a short circuit becomes moderate, there exists a problem that a current-limiting wave high value is high. Although there is a method of increasing the room temperature electrical resistivity of the PTC polymer in order to lower the current limiting peak value, there is a problem that the current that can be continuously energized decreases because the resistance of the PTC element increases. Further, in the case the PTC polymer layer and the electrode layers are pressed, if the P TC polymer layer and another PTC polymer layer is pressed against, that the load current can flow in succession because of the high contact resistance due to pressing is less There is a problem.
[0005]
It is an object of the present invention to obtain a PTC element that can reduce the current-crest peak value while suppressing a decrease in current that can be continuously energized as much as possible.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A PTC element according to the present invention includes a PTC polymer layer having a multilayer structure composed of a plurality of PTC polymer layers having PTC characteristics, and at least a pair formed on an outer surface of the uppermost layer and an outer surface of the lowermost layer of the multilayer structure. A plurality of PTC polymer layers having different electrical resistivity at room temperature, and each PTC polymer layer being fused with an adjacent PTC polymer layer or electrode layer, The PTC characteristic expression temperature regions T _{1 to} T ₂ of the PTC polymer layers having different room temperature resistivities are equal for all the PTC polymer layers.
[0007]
Also, among the pre-Symbol plurality of PTC polymer layer, it provided high PTC polymer layer of the normal temperature electrical resistivity is fused to at least one of the pair of electrode layers.
[0008]
Further , among the plurality of PTC polymer layers, a PTC polymer layer having a higher room temperature electrical resistivity than other layers is provided between two PTC polymer layers having a lower room temperature electrical resistivity.
[0009]
Further , among the plurality of PTC polymer layers, a plurality of PTC polymer layers having higher room temperature electrical resistivity than the others are provided.
[0010]
Further , among the plurality of PTC polymer layers, a PTC polymer layer having a higher room temperature electrical resistivity than the other is in contact with at least one of the electrode layers and provided between the PTC polymer layers having a lower room temperature electrical resistivity than the other. Yes.
[0011]
In addition , the total thickness of the layer having a room temperature electrical resistivity higher than the room temperature electrical resistivity of the layer having the lowest room temperature electrical resistivity is configured to be smaller than the total thickness of the layer having the lowest room temperature electrical resistivity.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the PTC element of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0013]
[Example 1]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a PTC element according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a PTC polymer layer having PTC characteristics and low room temperature electrical resistivity, 2 is a pair of electrode layers, 3 is PTC characteristics, and room temperature electrical resistivity is PTC polymer layer 1 Higher PTC polymer layer. High and low room temperature electrical resistivity are relative, and the room temperature electrical resistivity of the PTC polymer layer 3 is higher than that of the PTC polymer layer 1 (the curve B in FIG. 6 is always above the curve A). there is desirable, the resistivity of the PTC polymer layer 3 is T ₂ above temperature range may be selected lower or) material of the PTC polymer layer 3 as than that of the PTC polymer layer 1. For example, if the PTC polymer layer 1 is a high-density polyethylene in which 55% by weight of carbon black having a particle size of 0.09 μm is mixed, the PTC polymer layer 3 may be, for example, 30% carbon black having a particle size of 0.04 μm. Those mixed with weight% can be selected. The PTC polymer layer 1 is formed with a thickness of about 0.6 mm, and the electrode layer 2 is formed with a thickness of about 50 μm. The surface of the electrode layer is roughened, and the PTC polymer layer 3 and the electrode layer 2 are fused. As described above, the resistivity of the PTC polymer layer 1 is low up to the temperature T ₁ as shown by the curve A in FIG. 6, increases rapidly when the temperature exceeds T ₁ , and increases slowly when the temperature exceeds T _2. To do. The resistivity of the PTC polymer layer 3 is low up to the temperature T ₁ as shown by the curve B in FIG. 6, increases rapidly when the temperature exceeds T ₁ , and increases slowly when the temperature exceeds T ₂ . In an example of the PTC polymer, T ₁ is 120 ° C., T ₂ is 130 ° C., and the resistivity at the temperature T ₂ is about 1000 times the resistivity at the temperature T ₁ .
[0014]
Next, the operation of the PTC element which is an embodiment of the present invention will be described. When the load current flows through the temperature of the PTC polymer layers 1 and 3 by the generation of Joule heat is increased, since the energizing current is small, the temperature of the PTC polymer layers 1 and 3 are both less than T _1. When a short-circuit current or an overcurrent flows, the temperature rise of the PTC polymer layer 3 becomes large and the temperature of the PTC polymer layer 3 becomes higher than T ₂ , so that the resistance of the PTC polymer layer 3 is shown as curve B in FIG. The rate is high. Moreover, the PTC polymer layer 1 generates heat by itself when a current flows, and is also heated by the PTC polymer layer 3. Therefore, the temperature rise is increased and the resistivity of the PTC polymer layer 1 is increased. Therefore, a short circuit current or an overcurrent is suppressed. The suppressed current is interrupted by a switch (not shown). When the current is cut off, heat is not generated in the PTC element, so that the temperature of the PTC polymer layers 1 and 3 decreases due to heat dissipation, the polymer layer returns to the initial state, and the load current can be re-energized.
[0015]
In the present invention, since the PTC polymer layer 3 having a high room temperature electrical resistivity is provided, the current limiting peak value can be reduced as compared with the conventional PTC element.
[0016]
In this embodiment, the PTC polymer layer 3 having a high room temperature electrical resistivity is provided, but the thickness of the layer is, for example, about 0.2 mm, so that the combined resistance between the upper and lower electrode layers of the PTC element is small. The increase is slight. Therefore, the current-carrying performance is hardly lowered, and the current-limiting peak value can be reduced. Thus, if the total thickness of the PTC polymer layer 3 having a high room temperature electrical resistivity is made smaller than the total thickness of the PTC polymer layer 1 having a low room temperature electrical resistivity, the increase in the combined resistance between the electrode layers becomes small, resulting in a larger load. It is possible to energize continuously. In addition, if the PTC polymer layer 3 having a high room temperature electrical resistivity is a single phase, the increase in the combined resistance can be further reduced.
[0017]
In this embodiment, since the PTC polymer layer 3 having a high room temperature electrical resistivity is provided in contact with the electrode layer, the heat generated in the PTC polymer layer 3 having a high room temperature electrical resistivity is not accumulated inside. Easily dissipated outside. Therefore, the current-carrying performance is hardly lowered, and the current-limiting peak value can be reduced.
[0018]
[Example 2]
FIG. 2 is a sectional view of a PTC element according to a second embodiment of the present invention.
[0019]
As shown in FIG. 2, in Example 2, the PTC polymer layer 13 having a high room temperature electrical resistivity is formed so as to have a sandwich structure sandwiched between the PTC polymer layers 11a and 11b having a low room temperature electrical resistivity. As the PTC polymer layers 11a and 11b having a low room temperature electrical resistivity, for example, about 55% by weight of carbon black having a particle size of about 0.09 μm is blended in high-density polyethylene, and the resistivity is about 0.6 mm. A PTC polymer of about 17 Ω · cm is used, and a PTC polymer layer 13 having a higher room temperature electrical resistivity than the PTC polymer layer 11 having a lower room temperature electrical resistivity. For example, 30 carbon black having a particle size of about 0.04 μm is added to high density polyethylene. A PTC polymer having a thickness of about 0.2 mm and a resistivity of about 1 Ω · cm mixed with about wt% is used. In this embodiment, the PTC polymer layer having a high room temperature electrical resistivity is sandwiched between the PTC polymer layers having a low room temperature electrical resistivity that is inferior in thermal conductivity to the electrode. Therefore, Joule heat generated in the PTC polymer layer 13 having a high normal temperature electrical resistivity at the time of a short circuit accident is not easily dissipated to the electrode layer. Therefore, the resistance increase of the PTC polymer layer 13 having a high normal temperature electrical resistivity is accelerated. Therefore, the current limiting peak value is further reduced.
[0020]
[Example 3]
FIG. 3 is a sectional view of a PTC element according to a third embodiment of the present invention.
[0021]
As shown in FIG. 3, in Example 3, a PTC polymer layer 13a having a high room temperature electrical resistivity is provided so as to be sandwiched between PTC polymer layers 11a and 11b having a low room temperature electrical resistivity. A PTC polymer layer 13b having a high room temperature electrical resistivity is provided so as to be sandwiched between the low PTC polymer layers 11b and 11c. That is, the PTC polymer layer 13 having a high room temperature electrical resistivity in FIG. 2 is a single layer, whereas in this embodiment, the PTC polymer layer having a high room temperature electrical resistivity is provided in two layers 13a and 13b. Therefore, the resistance increase of the PTC polymer layers 13a and 13b having a high room temperature electrical resistivity is further accelerated as compared with the case of the second embodiment. Therefore, the current limiting peak value is further reduced.
[0022]
The PTC polymer layer having a high room temperature electrical resistivity may be a multi-layer having more than two layers. By using a plurality of PTC polymer layers having a high room temperature electrical resistivity, the resistance increase of the PTC polymer layer having a high room temperature electrical resistivity is further accelerated. The room temperature electrical resistivity of the plurality of PTC polymer layers having a high room temperature electrical resistivity may be any material having a room temperature electrical resistivity higher than that of the PTC polymer layer 11 having a low room temperature electrical resistivity, and may be different. Good.
[0023]
[Example 4]
4 and 5 are sectional views of a PTC element according to a fourth embodiment of the present invention.
[0024]
As shown in FIG. 4, in Example 4, PTC polymer layers 14a and 14b having a high room temperature electrical resistivity in contact with each electrode layer 2 of, for example, 1 Ω · cm and a room temperature electrical resistivity of, for example, 0.2 Ω · A PTC polymer layer 13 having a high room temperature electrical resistivity of, for example, 2 Ω · cm is provided between the PTC polymer layers 11a and 11b having a low cm. In this embodiment, since the number of PTC polymer layers having a high room temperature electrical resistivity is large, the resistance increase of the PTC polymer layer having a high room temperature electrical resistivity is further accelerated. Therefore, the current limiting peak value is further reduced. Note that a plurality of PTC polymer layers 13 having a high room temperature electrical resistivity formed so as to be sandwiched between the PTC polymer layers 11a and 11b having a low room temperature electrical resistivity may be provided.
[0025]
Moreover, the room temperature electrical resistivity of a plurality of PTC polymer layers having a high room temperature electrical resistivity may be the same (for example, 1 Ω · cm), for example, 1 Ω · cm, 1.2 Ω · cm, 0.8 Ω · cm, etc. May be different from each other.
[0026]
Furthermore, in the present embodiment, an example in which both the PTC polymer layers 14a and 14b having a high room temperature electrical resistivity are provided so as to be in contact with the electrode layer 2 has been described, but at least one of the electrode layers has a room temperature electrical resistivity. A PTC polymer layer having a high room temperature electrical resistivity only needs to be fused to the high PTC polymer layer.
[0027]
The PTC polymer used in the present invention is obtained by dispersing conductive particles in a crystalline polymer. As described above, as long as the crystalline polymer has a function of expanding the interval between the conductive particles dispersed in the crystalline polymer as described above, the crystal rapidly melts at the melting point. There is no particular limitation. The crystallinity is preferably 20% or more, more preferably 40% or more. Specific examples include crystalline polymers as disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 64-33322, Japanese Patent Publication No. 4-28744, Japanese Patent Publication No. 5-66001, and the like. For example, polyethylenes such as high density polyethylene, medium density polyethylene, low density polyethylene, polypropylene, poly-butene-1, polymethylpentine (TPX), ethylene propylene rubber, etc .; polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene- 1 fluorocarbon polymers such as hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene, polychlorotrifluoroethylene; other crystalline polymers such as polyamide, polyacetal, syndiocta-polystyrene, saturated polyester, etc. Or a mixture of two or more thereof. Among these, polyethylene in polyelephins is preferable from the viewpoint that a high rate of increase in resistance can be obtained due to high crystallinity. As the conductive particles, for example, carbon black, graphite, metal fibers, carbon fibers, metal particles having a particle size of about 0.02 to 200 μm may be mixed in the crystalline polymer in an amount of 40 to 80 wt%. This is preferable in order to keep the resistivity below about 0.5 Ω · cm. Furthermore, it is more preferable that carbon black having a particle size of about 0.03 to 0.2 μm is mixed in the crystalline polymer in an amount of 50 to 70% by weight from the balance between practical use and cost.
[0028]
As the electrode layer of the present invention, silver may be used, but nickel-plated copper, silver, silver-plated copper, copper and the like are preferable from the viewpoint of low cost.
[0029]
As a preferred example in the present invention, about 55% by weight of carbon black having a particle size of about 0.09 μm is blended with high density polyethylene to form a PTC polymer layer having a thickness of about 0.6 mm. 30% by weight of carbon black having a particle size of about 0.04 μm is blended with density polyethylene to form a PTC polymer layer having a PTC polymer layer having a thickness higher than the room temperature electrical resistivity of the PTC polymer layer having a thickness of about 0.2 mm. Examples of the electrode include those obtained by fusing the latter PTC polymer layer. It has been experimentally confirmed that the element configured as described above has excellent current limiting characteristics.
[0030]
【The invention's effect】
According to the PTC element of the present invention , the current limiting wave height can be reduced by fusing a plurality of PTC polymer layers with adjacent PTC polymer layers or electrode layers with different PTC polymer layers having different room temperature electrical resistivity.
[0031]
Moreover , the current limiting wave height value can be reduced by providing the PTC polymer layer having a high room temperature electrical resistivity fused to at least one of the electrode layers.
[0032]
Moreover , the current limiting wave peak value can be reduced by providing a PTC polymer layer having a high room temperature electrical resistivity sandwiched between two PTC polymer layers having a room temperature electrical resistivity lower than others.
[0033]
Moreover , the current limiting wave height value can be reduced by providing a plurality of PTC polymer layers having higher room temperature electrical resistivity than others.
[0034]
Moreover , the current limiting peak value can be reduced by providing a PTC polymer layer having a higher room temperature electrical resistivity than the other in contact with at least one of the electrode layers and between the PTC polymer layers having a lower room temperature electrical resistivity.
[0035]
In addition , since the total thickness of the layer having a higher room temperature electrical resistivity than the room temperature electrical resistivity of the layer having a lower room temperature electrical resistivity is smaller than the total thickness of the layer having the lowest room temperature electrical resistivity, The combined resistance can be reduced as much as possible, and the peak current limit value can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a PTC element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a PTC element according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a PTC element according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a PTC element which is still another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a PTC element according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a relationship between temperature and electrical resistivity of a PTC element.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional PTC element.
FIG. 8 is a graph for explaining the relationship between temperature and electrical resistivity of a PTC element.
[Explanation of symbols]
1 PTC polymer layer, 2 electrode layer, 3 PTC polymer layer, 11a, 11b, 11c PTC polymer layer with low normal temperature electrical resistivity, 13, 13a, 13b, 14a, 14b PTC polymer layer with high normal temperature electrical resistivity.

Claims

A plurality of PTC polymer layers having a plurality of PTC polymer layers having PTC characteristics, and at least a pair of electrode layers respectively formed on the outermost surface of the uppermost layer and the outermost surface of the lowermost layer of the multilayer structure, Each PTC polymer layer has a different room temperature electrical resistivity, and each PTC polymer layer is fused to an adjacent PTC polymer layer or electrode layer,
The equal PTC characteristic expression temperature range T ₁ through T ₂ cold resistivity different each PTC polymer layer for all of the PTC polymer layer, a high ambient temperature electrical resistivity than the room temperature electrical resistivity of most normal temperature electrical resistivity lower layer A PTC element characterized in that the total thickness of the layers is smaller than the total thickness of the layers having the lowest room temperature electrical resistivity.