JP3828238B2 - 限流器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、短絡電流および過電流を限流するために用いられる限流器に関する。さらに詳しくは、互いに常温電気抵抗率が異なる複数のＰＴＣ（positive temperature coefficient) ポリマー層からなるＰＴＣポリマー部の表面に、一対の電極が融着されてなるＰＴＣ素子を備えてなる限流器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の限流器はＰＴＣ素子を備えてなる。該ＰＴＣ素子は、面状発熱体、温度センサ、短絡電流保護素子または過電流保護素子などとして用いられる。また、前記ＰＴＣ素子は、ＰＴＣポリマー部と、該ＰＴＣポリマー部に電流を流すためにＰＴＣポリマー部に接触する一対の電極とからなる。前記ＰＴＣポリマー部の「ＰＴＣ」とは、抵抗の温度係数が正であることを意味する。すなわち、ＰＴＣポリマー部は、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。
【０００３】
図９は、ＰＴＣ素子のＰＴＣ特性を示すグラフである。図９において、縦軸は電気抵抗率（Ω・ｃｍ）、横軸は温度（℃）を示す。図中で符号Ｔｃを用いて示される温度は、電気抵抗率が急激に変化し始める温度であり、転移温度という。
【０００４】
前記ＰＴＣポリマー部は、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。前記ポリマーは、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはナイロンなどであり、前記粒子状の導電性物質は、カーボンブラックまたは金属粒子である。かかるばあい、ＰＴＣ特性は、発熱などの温度上昇により、ＰＴＣポリマー部の温度がポリマーの溶融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。
【０００５】
短絡電流および過電流から電気回路を保護するために、前記ＰＴＣ素子を電気回路に適用した例が、特開平４−２６６００１号公報に開示されている。
【０００６】
事故による短絡電流や過電流ではなく、通常の負荷電流がＰＴＣ素子に流れている状態（以下、「負荷電流通電状態」という）においては、ＰＴＣ素子の電気抵抗はたとえば数ｍΩ程度である。また、負荷電流が連続的に流れるとジュール熱により、ＰＴＣポリマー部の温度が上昇するが、温度上昇が少ないのでＰＴＣ素子の電気抵抗の上昇はわずかである。もし、事故が発生し、電気回路に短絡電流または過電流が流れると、ＰＴＣポリマー部の温度が急激に上昇し、特定の温度（転移温度Ｔｃ）を超えると、ＰＴＣポリマー部は低抵抗状態から高抵抗状態へと変化する。
【０００７】
ＰＴＣポリマー部の一例として、ポリエチレンに粒子状の導電性物質であるカーボンブラックが混練され分散されてなるＰＴＣポリマー部がある。当該ＰＴＣポリマー部では、ポリエチレンの温度が１３５℃を超えるあたりで、ポリエチレンが大きく膨脹する。したがって、ポリエチレンの非晶質部分（結晶粒界部分）に存在していたカーボンブラックの粒子間隔が急激に広がり、ＰＴＣポリマー部の状態が低抵抗状態から高抵抗状態へ急激に転移する。その結果、高抵抗状態になったＰＴＣ素子の電気抵抗は、低抵抗状態のときの１０００倍以上になる。
【０００８】
前述のように、短絡電流や過電流がＰＴＣ素子に流れ込むと、ＰＴＣポリマー部の抵抗が急激に上昇し、短絡電流および過電流を抑制することができる。ＰＴＣ素子によって抑制された電流の波高値は、限流波高値とよばれる。ＰＴＣ素子により抑制された電流は、電気回路に設置された開閉器などで遮断される。電流が遮断されるとＰＴＣ素子にはジュール熱が発生しなくなると同時に、ＰＴＣ素子の内部の熱が外部に方散されるので、ＰＴＣポリマー部の温度が低下する。ＰＴＣ素子の温度が転移温度Ｔｃ以下に低下すると、負荷電流の再通電が可能となる。このように、短絡電流および過電流が流れた際に、ＰＴＣ素子の電気抵抗の大幅な増大により、電気回路を保護することができる。
【０００９】
大きな負荷電流を通電するための（大電流通電用の）ＰＴＣ素子は、常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー部を選定して形成される。しかし、常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー部を用いて限流器を形成すると、常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー部を用いて限流器を形成したばあいに較べて、短絡電流または過電流が流れたときのＰＴＣポリマー部の温度上昇が緩やかで、電気抵抗の増大に要する時間が長くなるので、限流波高値（限流動作中に電気回路に流れた電流の最大値）が高くなるという問題がある。
【００１０】
かかる問題を解決するために、ＰＴＣポリマー部の常温電気抵抗率を高くしてＰＴＣ素子が形成されたばあい、ＰＴＣ素子自身の抵抗値が高くなり、連続して通電できる負荷電流の値が小さくなるという問題がある。
【００１１】
かかる問題を解決するために、連続して通電できる負荷電流の値の低下を抑制しつつ限流波高値を下げうるＰＴＣ素子が、特開平９−６９４１２号公報に開示されている。当該ＰＴＣ素子は、互いに常温電気抵抗率が異なる複数のＰＴＣポリマー層からなる多層構造のＰＴＣポリマー部と、前記複数のＰＴＣポリマー層のうちの最上層のＰＴＣポリマー層の外側表面上および前記複数のＰＴＣポリマー層のうちの最下層のＰＴＣポリマー層の外側表面上に融着された少なくとも一対の電極とからなる。前記ＰＴＣポリマー層は、単層構造のＰＴＣポリマー部と同様に、ポリエチレンに粒子状の導電性物質が混練され分散されてなる。
【００１２】
図１０は、ＰＴＣポリマー部が複数のＰＴＣポリマー層からなる従来の限流器の一例を示す説明図である。図１０において、１１はＰＴＣポリマー部、１２は、一対の電極である２つの電極、１３はＰＴＣ素子、３０は、電極２０に電気的に接続された導電板、３１は導電板３０を介して電極２０に電流を供給するための電流導入端子、３２は絶縁枠、３３は、ＰＴＣ素子１０に圧力をかけるためのばね状の弾性体、３４は、ＰＴＣ素子１０を保護するための絶縁容器、３５ａはボルト、３５ｂはナット、３６は、絶縁容器３４の内側の高さを一定に保つためのスペーサーを示す。なお、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ポリマー部１１の周辺部に設けられる。
【００１３】
図１０に示される限流器のＰＴＣポリマー部１１は、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなる。一方のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率が、他方のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率に較べて高くなっている。なお、本明細書において、常温電気抵抗率の高いまたは低いは、相対的なものである。ＰＴＣポリマー層を構成するポリマーの材質、ＰＴＣポリマー層により混練された粒子状の導電性物質の材質および粒径、導電性物質をＰＴＣポリマー層に混ぜる割合、およびＰＴＣポリマー層の製造条件などを変更することにより、所定の常温電気抵抗率を有するＰＴＣポリマー層をうることができる。
【００１４】
前述のように限流器を、互いに常温電気抵抗率が異なる複数のＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を用いて形成することにより、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れたとき、ジュール熱によるＰＴＣポリマー部の発熱が、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層に集中し、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層の温度上昇を大きくすることができる。したがって、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層の電気抵抗が急激に増大し、短絡電流および過電流を抑制することができる。
【００１５】
かかる従来の限流器によれば、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層の発熱を促進することによって、限流動作までの時間を短縮し、限流波高値を低減することができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の限流器は、前述のように、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層を用いて多層構造のＰＴＣポリマー部が形成されている。したがって、短絡電流および過電流が流れたときのＰＴＣ素子の発熱を常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層に集中させることによって、限流動作までの時間を短縮し、限流波高値を低減することができる。しかし、ある特定のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率を単に高くするだけでは、発熱を常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層に効率よく集中させることは難しい。
【００１７】
さらに、ある特定のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率を単に高くするだけでは、ＰＴＣ素子自身の電気抵抗が高くなり、当該ＰＴＣ素子を含んでいる限流器が接続された電気回路の連続通電性能が大きく損なわれる。そこで、連続通電性能が損なわれないように、ＰＴＣ素子と電極との接触界面の面積を大きくすることにより、ＰＴＣ素子全体の電気抵抗を下げるばあいがある。しかし、面積を大きくすると、短絡電流および過電流が流れた際の限流波高値が大きくなってしまうという問題がある。
【００１８】
また、ＰＴＣ素子の発熱が常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層に集中すると、ＰＴＣポリマー部の温度がポリマーが溶融する温度をはるかに超えてポリマーの分解温度に達し、電極と常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層とのあいだでアークが発生する。したがって、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層が消耗し、ＰＴＣポリマー部が多層構造であることによりえられる効果がなくなってしまう。とくに、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層を有する多層構造のＰＴＣポリマー部においては、連続通電電流を低下させないように、ＰＴＣ素子全体の抵抗を下げる必要がある。そこで、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層の厚さを薄くし、ＰＴＣ素子全体の抵抗を下げるばあいがある。しかし、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層の厚さを極端に薄くすると、一回の限流動作で常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層が蒸発してしまい、繰り返し限流動作を行うことができないという問題がある。
【００１９】
本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、多層構造を有するＰＴＣポリマー部を含んでなる限流器において、連続通電性能を大きく損なうことなく、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層の限流動作時の発熱を促進し、限流波高値を低下させるとともに、限流動作の可能な回数を増加し、優れた限流性能を有する限流器を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の限流器は、互いに常温電気抵抗率が異なる複数のＰＴＣポリマー層からなる多層構造のＰＴＣポリマー部と、前記複数のＰＴＣポリマー層のうちの最上層のＰＴＣポリマー層の外側表面上および前記複数のＰＴＣポリマー層のうちの最下層のＰＴＣポリマー層の外側表面上に融着された少なくとも一対の電極とからなるＰＴＣ素子を備えてなる限流器であって、前記電極がＰＴＣポリマー部に押しつけられるように、該電極に圧力が加えられ、さらに、常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率をρL1とし、常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率をρL2とし、前記複数のＰＴＣポリマー層からなる多層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子を備えてなる限流器に短絡電流および過電流が流れ込んだ際に、ＰＴＣ素子によって抑制される電流の波高値をＩｐとし、常温電気抵抗率がρL2であるＰＴＣポリマー層のみからなる単層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子を備えてなる限流器に短絡電流および過電流が流れ込んだ際に、ＰＴＣ素子によって抑制される電流の波高値をＩｐ′とするとき、Ｉｐ＜Ｉｐ′の関係を満たすものである。
【００２１】
さらに、前記常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH1とし、前記常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH2とするとき、ρH1＞ρH2の関係を満たすものである。
【００２２】
また、前記常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層の抵抗をＲ１とし、前記常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層の抵抗をＲ２とするとき、Ｒ１＞Ｒ２の関係を満たすものである。
【００２３】
なお、ＰＴＣポリマー層の抵抗Ｒは、式（１）により表される。
【００２４】
【数１】
【００２５】
式（１）において、ρはＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率、ＳはＰＴＣポリマー層と融着電極との１つの界面の面積（以下、単に「電極面積」という）、ＬはＰＴＣポリマー層の厚さを示す。
【００２６】
また、前記常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性における転移温度をＴC1とし、前記常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性における転移温度をＴC2とするとき、ＴC1＜ＴC2の関係を満たすものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の限流器の実施の形態について説明する。
【００３１】
実施の形態１．
図面を参照しながら、本発明の限流器の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の限流器の一実施の形態を示す断面説明図である。図１において、１ａは第１のＰＴＣポリマー層、１ｂは第２のＰＴＣポリマー層、２は、第１のＰＴＣポリマー層１ａおよび第２のＰＴＣポリマー層１ｂに融着される電極（以下、「融着電極」という）、３は、第１のＰＴＣポリマー層１ａと第２のＰＴＣポリマー層１ｂとからなるＰＴＣポリマー部、および融着電極２を備えてなるＰＴＣ素子を示す。さらに、図１０と同一の部分は同じ符号を用いて示す。
【００３２】
第１のＰＴＣポリマー層１ａおよび第２のＰＴＣポリマー層１ｂは、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層であり、２層構造のＰＴＣポリマー部を構成している。融着電極２は、銅板に銀またはニッケルなどによるメッキが施されたものである。融着電極２は、ＰＴＣポリマー部に熱融着されることによりＰＴＣポリマー部に融着される。熱融着法の具体例としては、ＰＴＣポリマー部に融着電極２を押しつけた状態で、ＰＴＣポリマー部および融着電極２を加熱することにより、ＰＴＣポリマー部が軟化し融着電極２がＰＴＣポリマー部に融着する。
【００３３】
融着電極２は、限流動作後の融着電極２とＰＴＣポリマー部（第１のＰＴＣポリマー層１ａおよび第２のＰＴＣポリマー層１ｂ）との電気的な接続状態がわるくなることを防ぐために孔が設けられる。当該孔は、限流動作時に、融着電極２とＰＴＣポリマー部とのあいだで発生するアークにより生成される導電性のガス（ＰＴＣポリマー部を構成するポリマーの分解ガス）を外部に逃がすために設けられる。孔により、融着電極２とＰＴＣポリマー部との電気的な接続状態がわるくなること、および融着電極２がＰＴＣポリマー部から剥がれることを防止できる。孔は、融着電極２とＰＴＣポリマー部との界面に対して垂直な方向に設けられる。融着電極２とＰＴＣポリマー部との界面に対して平行な孔の断面の形状は、円状であっても、角状であっても、非対称な鍵穴状であってもよい。なお、孔内部の少なくとも一部には、融着電極２をＰＴＣポリマー部に融着する際にＰＴＣポリマー部の一部が突出せしめられる。図１に示される融着電極２の各孔内部には、半分程度までＰＴＣポリマー部の一部が突出せしめられている。さらに、孔の代わりに融着電極２に多数の溝を設けてもよい。なお、前記溝内部の少なくとも一部には、融着電極２とＰＴＣポリマー部とを融着する際に、軟化したＰＴＣポリマー部が突出せしめられる。
【００３４】
導電板３０は、電流導入端子３１から入力された電流を融着電極２０に供給する。導電板３０および電流導入端子３１は、銅板に銀やニッケルなどのメッキが施されたものである。融着電極２、導電板３０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３０は電流導入端子３１と一体化されていてもよい。また、導電板３０は、融着電極２と一体化され、ＰＴＣポリマー部に融着されていてもよい。
【００３５】
第１のＰＴＣポリマー層１ａの常温電気抵抗率は、第２のＰＴＣポリマー層１ｂの常温電気抵抗率よりも比較的高い。互いに常温電気抵抗率の異なる第１のＰＴＣポリマー層１ａおよび第２のＰＴＣポリマー層１ｂの常温電気抵抗率は、ＰＴＣポリマー層を構成するポリマーの材質、ＰＴＣポリマー層により混練された粒子状の導電性物質の材質および粒径、導電性物質をＰＴＣポリマー層に混ぜる割合、およびＰＴＣポリマー層の製造条件などを変更することにより異ならせることができる。
【００３６】
たとえば、常温電気抵抗率が高い第１のＰＴＣポリマー層１ａは、厚さが０．２ｍｍ程度であり、常温電気抵抗率が０．６Ω・ｃｍであり、常温電気抵抗率が低い第２のＰＴＣポリマー層１ｂは、厚さが０．９ｍｍ程度であり、常温電気抵抗率が０．１Ω・ｃｍである。
【００３７】
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、２つの電流導入端子３１間で短絡が生じるのを防止するために、ＰＴＣポリマー部の周辺部に設けられる。絶縁容器３４は、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。弾性体３３は、たとえば板ばねであり、電流導入端子３１と絶縁容器３４とのあいだに配置される。弾性体３３は、ＰＴＣポリマー部の表面に対して垂直な方向において、融着電極２およびＰＴＣポリマー部からなるＰＴＣ素子３と、導電板３０と、電流導入端子３１とに弾性的な圧力を及ぼす。その結果、限流動作時に発生するアークによるＰＴＣポリマー部からの融着電極２の剥離を防止し、ＰＴＣ素子３、導電板３０および電流導入端子３１相互間の接触状態がよくなる。
【００３８】
短絡電流または過電流が流れると、ＰＴＣポリマー部自身の発熱（ジュール熱の発生）に加えて、ＰＴＣポリマー部と融着電極２との界面の接触抵抗による発熱（ジュール熱の発生）が加わり、該ジュール熱によりＰＴＣポリマー部の温度が上昇する。ＰＴＣポリマー部の温度が転移温度を超えると、ＰＴＣポリマー部と融着電極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ポリマー部は低抵抗状態から高抵抗状態へと変化する。このとき、ＰＴＣポリマー部のうち、融着電極２との界面の近傍部分は、転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。発生したアークにより生成される導電性ガスは、ＰＴＣポリマー部と融着電極２とのあいだに残留することなく融着電極２に設けられた貫通孔から放出される。また、融着電極２を弾性体３３によりＰＴＣポリマー部に押しつける（圧力を加える）ことで、アークにより融着電極が素子から剥離するのを防ぐことができる。
【００３９】
前述のように、融着電極２に貫通孔を設けるとともに、融着電極２をＰＴＣポリマー部に押しつけうるように形成することにより、導電性ガスによりＰＴＣポリマー部と融着電極２との接触状態がわるくなることがなく、限流動作前後でのＰＴＣ素子の抵抗の変化を小さくすることができる。
【００４０】
本実施の形態においては、多層構造を有するＰＴＣポリマー部の一例として、互いに常温電気抵抗率が異なる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部が示されている。図２は、図１の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性曲線を示すグラフである。図２において、縦軸は電気抵抗率（Ω・ｃｍ）、横軸は温度（℃）を示す。第１のＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性曲線は実線を用いて示され、第２のＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性曲線は一点鎖線を用いて示される。なお、常温電気抵抗率が高い第１のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率をρL1とし、常温電気抵抗率が低い第２のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率をρL2とする。さらに、第１のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH1とし、第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH2とする。また、第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の性質によっては、図２に示されるρH1とρH2との大小関係が逆転することもある。
【００４１】
さらに、第１のＰＴＣポリマー層１ａと第２のＰＴＣポリマー層１ｂとの接触抵抗が大きければ、第１のＰＴＣポリマー層１ａと第２のＰＴＣポリマー層ｂ１との界面で発熱が起こり、第１のＰＴＣポリマー層１ａのみに発熱を発生させることが阻害される。したがって、第１のＰＴＣポリマー層１ａと第２のＰＴＣポリマー層１ｂとの接触抵抗を小さくするために、一般的に、第１のＰＴＣポリマー層１ａと第２のＰＴＣポリマー層１ｂとは熱融着されている。
【００４２】
短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れ込むと、ＰＴＣポリマー部の電気抵抗が増大し、短絡電流および過電流を限流することができる。もし、ＰＴＣポリマー部が１つのＰＴＣポリマー層のみからなるならば、ＰＴＣ素子全体で発熱し限流動作を行う。これに対し、ＰＴＣポリマー部が互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるばあい、限流動作は第１のＰＴＣポリマー層（常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層）で発現する。すなわち、第１のＰＴＣポリマー層の方が、第２のＰＴＣポリマー層よりも発熱しやすいので、第２のＰＴＣポリマー層に較べ急激に温度が上昇する。したがって、第１のＰＴＣポリマー層の方が先に転移温度に達し、電気抵抗が増大する。
【００４３】
一方、ＰＴＣポリマー部を２層構造にすることにより連続通電性能を損なうことがないようにするためには、ＰＴＣ素子の電気抵抗を、単層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子の電気抵抗とほぼ同程度の大きさにする必要がある。
【００４４】
図３および図４は、限流器に含まれるＰＴＣ素子の一般的な電気的特性を示すグラフである。図３（ａ）は、限流器に含まれるＰＴＣ素子の電気抵抗（ＰＴＣ素子抵抗）と限流波高値との一般的な関係を示すグラフである。図３（ａ）において、縦軸は限流波高値Ｉｐ（Ａ）、横軸はＰＴＣ素子抵抗Ｒ（ｍΩ）を示す。図３（ａ）のグラフは、短絡試験用の回路を用いて試験を行うことによりえられる。図３（ｂ）は、限流器に含まれるＰＴＣ素子の電極面積と限流波高値との一般的な関係を示すグラフである。図３（ｂ）において、縦軸は限流波高値Ｉｐ（Ａ）、横軸は電極面積Ｓ（ｃｍ2）を示す。図３（ｂ）のグラフは、２層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子中の各ＰＴＣポリマー層の厚さおよび常温電気抵抗率を一定の値とし、図３（ａ）のグラフから読み取られた値と式（１）とをもちいてえられる。図４（ａ）は、限流器に含まれるＰＴＣ素子の常温電気抵抗率と電極面積との一般的な関係を示すグラフである。図４（ａ）において、縦軸は電極面積Ｓ（ｃｍ2）、横軸は常温電気抵抗率ρＬ（Ω・ｃｍ）を示す。図４（ａ）のグラフは、ＰＴＣ素子抵抗を任意の値としたばあいに、計算により求められた限流波高値に対する常温電気抵抗率と、図３（ｂ）のグラフから読み取られた限流波高値に対する電極面積とをもちいてえられる。図４（ｂ）は、限流器に含まれるＰＴＣ素子の推定限流波高値と常温電気抵抗率との一般的な関係を示すグラフである。図４（ｂ）において、縦軸は推定限流波高値Ｉｐ（Ａ）、横軸は常温電気抵抗率ρＬ（Ω・ｃｍ）を示す。図４（ｂ）のグラフは、ＰＴＣ素子抵抗を任意の値とし、２層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子中の各ＰＴＣポリマー層の厚さを一定の厚さとしたばあいに、図３（ｂ）および図４（ａ）のグラフから読み取られた値および式（１）を用いてえられる。なお、図４（ｂ）のグラフの縦軸の値は、図３（ａ）のグラフの縦軸の限流波高値のように実際の短絡試験などでえられた値ではなく、計算などによりえられた値である。図４（ｂ）においては、図３（ａ）の縦軸の限流波高値と区別するために、限流波高値を推定限流波高値として示す。
【００４５】
一般的に、ＰＴＣ素子の限流波高値Ｉｐは、ＰＴＣ素子の常温電気抵抗率ρＬにより決まる。ＰＴＣポリマー部が２層構造であるばあい、ＰＴＣ素子の限流波高値Ｉｐは、第１のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率に依存する。また、ＰＴＣポリマー部を構成する第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率が同じであるならば、すなわち、ρL1＝ρL2であるならば、２層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子の限流波高値は、単層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子の限流波高値と等しくなる。ここで、互いに常温電気抵抗率が異なる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層からなる２層構造のＰＴＣポリマー部の限流波高値をＩｐとし、常温電気抵抗率がρL2である単層構造のＰＴＣポリマー部の限流波高値をＩｐ′とする。前記ＩｐとＩｐ′との関係が式（２）を満たすように、ＰＴＣポリマー部を形成することにより、連続通電性能を損なうことなく、限流波高値を小さくすることができる。
Ｉｐ＜Ｉｐ′ （２）
【００４６】
つぎに、式（２）を満たすためのＰＴＣポリマー層の構成条件について述べる。一般に、限流波高値Ｉｐは、融着電極の面積（電極面積）Ｓと、常温電気抵抗率ρＬに依存し、実験式（３）で近似的に求められる。
【００４７】
【数２】
【００４８】
なお、ｋは比例定数を示し、電気回路の条件および限流器（とくに融着電極）の形成法などにより決まる値であり、係数α、β、γは、ＰＴＣポリマー層を形成する際に使用される材料によって異なる。たとえば、ポリエチレンにカーボンブラックを混練してＰＴＣポリマー層を形成したばあいは、係数α、β、γの範囲は式（４−ａ）、式（４−ｂ）および式（４−ｃ）で示される。
−２．０＜α＜２．０ （４−ａ）
−１．５＜β＜１．５ （４−ｂ）
−０．５＜γ＜０．５ （４−ｃ）
式（３）にもとづき、式（２）はつぎの式（５）で表される。
【００４９】
【数３】
【００５０】
さらに、一般に、ＰＴＣ素子の電気抵抗をＲ、単層構造のＰＴＣポリマー部の常温電気抵抗率をρＬ、ＰＴＣポリマー部の厚さをｔ、ＰＴＣポリマー部と融着電極との接触する面の面積をＳとすると、Ｒ、ρＬ、ｔおよびＳのあいだには、式（６）の関係が成り立つ。
Ｒ＝ρＬ・ｔ／Ｓ （６）
ＰＴＣポリマー部が２層構造のばあい、ＰＴＣポリマー部の厚さをｔ、第１のＰＴＣポリマー層の厚さをｔ１、第２のＰＴＣポリマー層の厚さをｔ２とすると、ＰＴＣポリマー部の厚さは式（７）で表される。
ｔ＝ｔ１＋ｔ２ （７）
したがって、ＰＴＣポリマー部が２層構造のばあい、ＰＴＣ素子の電気抵抗Ｒは式（８）で表される。
Ｒ＝（ρL1・ｔ１＋ρL2・ｔ２）／Ｓ （８）
また、ＰＴＣポリマー部が単層構造のばあい、ＰＴＣ素子の電気抵抗Ｒは式（９）で表される。
Ｒ＝ρL2・ｔ／Ｓ （９）
したがって、式（５）は式（10）で表される。
【００５１】
【数４】
【００５２】
たとえば、ポリエチレンにカーボンブラックを混練してＰＴＣポリマー層を形成したＰＴＣ素子において、ＰＴＣ素子の電気抵抗Ｒが２．８ｍΩのとき、電源が周波数６０Ｈｚの単相交流、電源電圧が３００Ｖｒｍｓ、推定短絡電流Ｉｓが５０ｋＡｒｍｓ、投入位相が６０°の短絡試験回路で試験を行うと、α＝０．９、β＝−０．７、γ＝０．０８となる。なお、前記投入位相とは、電気回路を短絡したときの電源の電圧位相をいう。
【００５３】
本実施の形態においては、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を有する限流器について述べたが、ＰＴＣポリマー層の数は２つに限られず、さらに多くの層を設けたばあいにおいても、同様の原理にもとづき理解され、同様の効果がえられる。
【００５４】
実施の形態２．
つぎに、本発明の限流器の実施の形態２について説明する。本実施の形態における限流器の構造は、実施の形態１に示される限流器の構造と同様である。ここで、ＰＴＣ素子に短絡電流が流れたときの、常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層（第１のＰＴＣポリマー層）と常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層（第２のＰＴＣポリマー層）との平均温度の比較を行う。前記第１のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH1とし、第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH2とする。さらに、短絡電流が流れたときの、第１のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値をＴ１とし、第２のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値をＴ２とする。平均温度上昇値とは、ＰＴＣポリマー層の温度が層全体に一様に上昇したと仮定したばあいの温度上昇値をいう。
【００５５】
図５は、本発明の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率比に対する平均温度上昇値比の変化を示すグラフである。図５において、縦軸は平均温度上昇値比、横軸は高温電気抵抗率比を示す。なお、前記高温電気抵抗率比とは、第１のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率ρH1の、第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率ρH2に対する比であり、ρH1／ρH2で示される。さらに、前記平均温度上昇値比とは、第１のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値Ｔ１の、第２のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値Ｔ２に対する比であり、Ｔ１／Ｔ２で示される。
【００５６】
図５によると、第１のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率の値が第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率の値より小さい、すなわち高温電気抵抗率比ρH1／ρH2＜１のとき、平均温度上昇値比Ｔ１／Ｔ２も１より小さく、第２のＰＴＣポリマー層にも発熱が生じていることが分かる。当該第２のＰＴＣポリマー層の発熱により、本発明の目的である第１のＰＴＣポリマー層のみの発熱促進が妨げられる。その結果、ＰＴＣポリマー部の温度上昇の効率が下がり、限流動作開始までの時間が長くなり、限流波高値Ｉｐが高くなる。すなわち、限流波高値Ｉｐをより低くするためには、第１のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率ρH1が第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率ρH2よりも高いことが必要である。第１のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率ρH1が第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率ρH2よりも高く設定されることで、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができる。したがって、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【００５７】
本実施の形態においては、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を有する限流器について述べたが、ＰＴＣポリマー層の数は２つに限られず、さらに多くの層を設けたばあいにおいても、同様の原理にもとづき理解され、同様の効果がえられる。
【００５８】
実施の形態３．
つぎに、本発明の限流器の実施の形態３について説明する。本実施の形態における限流器の構造は、実施の形態１に示される限流器の構造と同様である。
【００５９】
短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れたとき、ジュール熱の発生は、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層である第１のＰＴＣポリマー層に集中することは先に述べた。しかし、第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の電気抵抗は、各ＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率だけに依存して決まるのではなく、ＰＴＣ素子の厚さまたはＰＴＣ素子の表面積などＰＴＣ素子の構造によっても決定される。したがって、ＰＴＣ素子の構造の設定を誤ると、第１のＰＴＣポリマー層での発熱促進の効果が小さくなるばあいがある。
【００６０】
ここで、ＰＴＣ素子に短絡電流が流れたときの、第１のＰＴＣポリマー層と第２のＰＴＣポリマー層との平均温度の比較を行う。前記第１のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値をＴ１とし、第２のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値をＴ２とする。さらに、第１のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗をＲ１とし、第２のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗をＲ２とする。
【００６１】
図６は、本発明の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の抵抗比に対する平均温度上昇値比の変化を示すグラフである。図６において、縦軸は平均温度上昇値比、横軸は抵抗比を示す。なお、前記抵抗比とは、第１のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗Ｒ１の、第２のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗Ｒ２に対する比であり、Ｒ１／Ｒ２で示される。
【００６２】
図６によると、第１のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗が第２のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗より低い、すなわち抵抗比Ｒ１／Ｒ２＜１のとき、平均温度上昇値比Ｔ１／Ｔ２も１より小さく、第２のＰＴＣポリマー層にも発熱が生じていることが分かる。当該第２のＰＴＣポリマー層の発熱により、本発明の目的である第１のＰＴＣポリマー層のみの発熱促進が妨げられる。その結果、ＰＴＣポリマー部の温度上昇の効率が下がり、限流動作開始までの時間が長くなり、限流波高値Ｉｐが高くなる。すなわち、限流波高値Ｉｐをより低くするためには、第１のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗Ｒ１が第２のＰＴＣポリマー層の全体の抵抗Ｒ２よりも高いことが必要である。第１のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗Ｒ１が第２のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗Ｒ２よりも高く設定されることで、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができる。したがって、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【００６３】
本実施の形態においては、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を有する限流器について述べたが、ＰＴＣポリマー層の数は２つに限られず、さらに多くの層を設けたばあいにおいても、同様の原理にもとづき理解され、同様の効果がえられる。
【００６４】
実施の形態４．
つぎに、本発明の限流器の実施の形態４について説明する。本実施の形態における限流器の構造は、実施の形態１に示される限流器の構造と同様である。
【００６５】
短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れたとき、ジュール熱の発生は、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層である第１のＰＴＣポリマー層に集中することは先に述べた。しかし、限流動作が発現する温度（第１のＰＴＣポリマー層の転移温度）の設定を誤ると、第１のＰＴＣポリマー層での発熱促進の効果が小さくなるばあいがある。ここで、ＰＴＣ素子に短絡電流が流れたときの、第１のＰＴＣポリマー層と第２のＰＴＣポリマー層との転移温度の比較を行う。前記第１のＰＴＣポリマー層の転移温度をＴC1とし、第２のＰＴＣポリマー層の転移温度をＴC2とする。
【００６６】
図７は、本発明の限流器の動作を説明するためのＰＴＣ特性曲線を示すグラフである。図７において、縦軸は電気抵抗率（Ω・ｃｍ）、横軸は温度（℃）を示す。第１のＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性曲線は実線を用いて示され、第２のＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性曲線は一点鎖線を用いて示される。図７（ａ）は、第１のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC1が第２のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC2よりも低いばあいの各ＰＴＣ特性曲線を示すグラフである。一方、図７（ｂ）は、第１のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC1が第２のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC2よりも高いばあいの各ＰＴＣ特性曲線を示すグラフである。
【００６７】
図７（ｂ）によると、第１のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC1が第２のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC2よりも高いと、短絡電流または過電流が流れＰＴＣ素子全体の温度が上昇したばあい、第２のＰＴＣポリマー層の発熱が促進されるばあいがある。かかるばあい、本発明の目的である第１のＰＴＣポリマー層での発熱促進が妨げられる。その結果、ＰＴＣポリマー部の温度上昇の効率が下がり、限流動作開始までの時間が長くなり、限流波高値Ｉｐが高くなる。すなわち、限流波高値Ｉｐをより低くするためには、図７（ａ）に示されるように、第１のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC1が第２のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC2よりも低い（ＴC1＜ＴC2）ことが必要である。第１のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC1が第２のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC2よりも低く設定されることで、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができる。したがって、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【００６８】
本実施の形態においては、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を有する限流器について述べたが、ＰＴＣポリマー層の数は２つに限られず、さらに多くの層を設けたばあいにおいても、同様の原理にもとづき理解され、同様の効果がえられる。
【００６９】
実施の形態５．
つぎに、本発明の限流器の実施の形態５について説明する。本実施の形態における限流器の構造は、実施の形態１に示される限流器の構造と同様である。
【００７０】
ここで、第１のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値をＴ１とし、第２のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値をＴ２とする。図８は、本発明の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率比に対する平均温度上昇値比の変化を示すグラフである。図８において、縦軸は平均温度上昇値比、横軸は常温電気抵抗率比を示す。なお、前記常温電気抵抗率比とは、第１のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率ρL1の、第２のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率ρL2に対する比であり、ρL1／ρL2で示される。
【００７１】
図８によると、少なくとも第１のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率ρL1が第２のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率ρL2の２倍程度になるとき、第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層間の常温電気抵抗率比が急激に増大する。すなわち、常温電気抵抗率比を２よりも大きく（ρL1／ρL2＞２）することで、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができる。したがって、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【００７２】
本実施の形態においては、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を有する限流器について述べたが、ＰＴＣポリマー層の数は２つに限られず、さらに多くの層を設けたばあいにおいても、同様の原理にもとづき理解され、同様の効果がえられる。
【００７３】
実施の形態６．
つぎに、本発明の限流器の実施の形態６について説明する。本実施の形態における限流器の構造は、実施の形態１に示される限流器の構造と同様である。
【００７４】
短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れたとき、ジュール熱の発生は、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層である第１のＰＴＣポリマー層に集中することは先に述べた。当該ＰＴＣ素子において、連続して通電できる電流を大きくするため、および、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進するために、第１のＰＴＣポリマー層の厚さが極力薄く設定される。
【００７５】
しかし、短絡電流または過電流が流れると、第１のＰＴＣポリマー層と融着電極との間でアークが発生し、第１のＰＴＣポリマー層に含まれるポリマーが分解し、分解ガス（アークドガス）が発生し、第１のＰＴＣポリマー層が消耗してしまう。したがって、第１のＰＴＣポリマー層の厚さをあまり薄く設定することができない。第１のＰＴＣポリマー層の厚さがあまりにも薄いと、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れた際に、第１のＰＴＣポリマー層が蒸発し、消耗しつくされてしまう。そのため、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進することにより限流波高値Ｉｐを低くした状態で、繰り返し限流動作を行うことはできない。
【００７６】
通常の負荷電流の１００倍以上の大きさの電流がＰＴＣ素子に流れ込むような短絡事故が発生した際には、ＰＴＣ素子が動作し、少なくとも２回の短絡事故に耐えることが必要である。少なくとも２回の短絡事故に耐えるためには、第１のＰＴＣポリマー層の厚さを１０μｍ以上に設定する必要がある。かかる設定により、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進して、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間を短縮させつつ、繰り返し限流動作が可能な限流器を提供することができる。
【００７７】
本実施の形態においては、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を有する限流器について述べたが、ＰＴＣポリマー層の数は２つに限られず、さらに多くの層を設けたばあいにおいても、同様の原理にもとづき理解され、同様の効果がえられる。
【００７８】
実施の形態７．
つぎに、本発明の限流器の実施の形態７について説明する。
【００７９】
短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れたとき、ジュール熱の発生は、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層である第１のＰＴＣポリマー層に集中することは先に述べた。しかし、第１のＰＴＣポリマー層と第２のＰＴＣポリマー層との接触界面に大きな接触抵抗が存在すると、該接触界面で発熱が生じてしまい、第１のＰＴＣポリマー層での発熱促進という効果が小さくなるばあいがある。
【００８０】
かかる問題を解決するために、第１のＰＴＣポリマー層と第２のＰＴＣポリマー層との互いの接触界面に凹凸を設け、第１のＰＴＣポリマー層と第２のＰＴＣポリマー層との接触面積を増やすことで、第１のＰＴＣポリマー層と第２のＰＴＣポリマー層との接触抵抗を無視できる程度に下げることができる。したがって、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができる。その結果、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【００８１】
本実施の形態においては、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を有する限流器について述べたが、ＰＴＣポリマー層の数は２つに限られず、さらに多くの層を設けたばあいにおいても、同様の原理にもとづき理解され、同様の効果がえられる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明の限流器によれば、互いに常温電気抵抗率が異なる複数のＰＴＣポリマー層からなる多層構造のＰＴＣポリマー部と、前記複数のＰＴＣポリマー層のうちの最上層のＰＴＣポリマー層の外側表面上および前記複数のＰＴＣポリマー層のうちの最下層のＰＴＣポリマー層の外側表面上に融着された少なくとも一対の電極とからなるＰＴＣ素子を備えてなる限流器であって、前記電極がＰＴＣポリマー部に押しつけられるように、該電極に圧力が加えられ、さらに、常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率をρL1とし、常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率をρL2とし、前記複数のＰＴＣポリマー層からなる多層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子を備えてなる限流器に短絡電流および過電流が流れ込んだ際に、ＰＴＣ素子によって抑制される電流の波高値をＩｐとし、常温電気抵抗率がρL2であるＰＴＣポリマー層のみからなる単層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子を備えてなる限流器に短絡電流および過電流が流れ込んだ際に、ＰＴＣ素子によって抑制される電流の波高値をＩｐ′とするとき、Ｉｐ＜Ｉｐ′の関係を満たすものであるので、連続通電性能を損なうことなく限流波高値を低減でき、高限流化が可能となる。
【００８３】
さらに、前記常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH1とし、前記常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH2とするとき、ρH1＞ρH2の関係を満たすものであるばあい、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができ、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【００８４】
また、前記常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層の抵抗をＲ１とし、前記常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層の抵抗をＲ２とするとき、Ｒ１＞Ｒ２の関係を満たすものであるばあい、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができ、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【００８５】
また、前記常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性における転移温度をＴC1とし、前記常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性における転移温度をＴC2とするとき、ＴC1＜ＴC2の関係を満たすものであるばあい、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができ、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の限流器の一実施の形態を示す断面説明図である。
【図２】 図１の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性曲線を示すグラフである。
【図３】 限流器に含まれるＰＴＣ素子の一般的な電気的特性を示すグラフである。
【図４】 限流器に含まれるＰＴＣ素子の一般的な電気的特性を示すグラフである。
【図５】 本発明の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率比に対する平均温度上昇値比の変化を示すグラフである。
【図６】 本発明の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の抵抗比に対する平均温度上昇値比の変化を示すグラフである。
【図７】 本発明の限流器の動作を説明するためのＰＴＣ特性曲線を示すグラフである。
【図８】 本発明の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率比に対する平均温度上昇値比の変化を示すグラフである。
【図９】 ＰＴＣ素子のＰＴＣ特性を示すグラフである。
【図１０】 ＰＴＣポリマー部が複数のＰＴＣポリマー層からなる従来の限流器の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ａ 第１のＰＴＣポリマー層、１ｂ 第２のＰＴＣポリマー層、２ 融着電極、３ ＰＴＣ素子、３０ 導電板、３１ 電流導入端子、３２ 素子枠、 ３３ 弾性体、３４ 絶縁容器、３５ａ ボルト、３５ｂ ナット、３６ スペーサー。
【発明の属する技術分野】
本発明は、短絡電流および過電流を限流するために用いられる限流器に関する。さらに詳しくは、互いに常温電気抵抗率が異なる複数のＰＴＣ（positive temperature coefficient) ポリマー層からなるＰＴＣポリマー部の表面に、一対の電極が融着されてなるＰＴＣ素子を備えてなる限流器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の限流器はＰＴＣ素子を備えてなる。該ＰＴＣ素子は、面状発熱体、温度センサ、短絡電流保護素子または過電流保護素子などとして用いられる。また、前記ＰＴＣ素子は、ＰＴＣポリマー部と、該ＰＴＣポリマー部に電流を流すためにＰＴＣポリマー部に接触する一対の電極とからなる。前記ＰＴＣポリマー部の「ＰＴＣ」とは、抵抗の温度係数が正であることを意味する。すなわち、ＰＴＣポリマー部は、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。
【０００３】
図９は、ＰＴＣ素子のＰＴＣ特性を示すグラフである。図９において、縦軸は電気抵抗率（Ω・ｃｍ）、横軸は温度（℃）を示す。図中で符号Ｔｃを用いて示される温度は、電気抵抗率が急激に変化し始める温度であり、転移温度という。
【０００４】
前記ＰＴＣポリマー部は、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。前記ポリマーは、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはナイロンなどであり、前記粒子状の導電性物質は、カーボンブラックまたは金属粒子である。かかるばあい、ＰＴＣ特性は、発熱などの温度上昇により、ＰＴＣポリマー部の温度がポリマーの溶融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。
【０００５】
短絡電流および過電流から電気回路を保護するために、前記ＰＴＣ素子を電気回路に適用した例が、特開平４−２６６００１号公報に開示されている。
【０００６】
事故による短絡電流や過電流ではなく、通常の負荷電流がＰＴＣ素子に流れている状態（以下、「負荷電流通電状態」という）においては、ＰＴＣ素子の電気抵抗はたとえば数ｍΩ程度である。また、負荷電流が連続的に流れるとジュール熱により、ＰＴＣポリマー部の温度が上昇するが、温度上昇が少ないのでＰＴＣ素子の電気抵抗の上昇はわずかである。もし、事故が発生し、電気回路に短絡電流または過電流が流れると、ＰＴＣポリマー部の温度が急激に上昇し、特定の温度（転移温度Ｔｃ）を超えると、ＰＴＣポリマー部は低抵抗状態から高抵抗状態へと変化する。
【０００７】
ＰＴＣポリマー部の一例として、ポリエチレンに粒子状の導電性物質であるカーボンブラックが混練され分散されてなるＰＴＣポリマー部がある。当該ＰＴＣポリマー部では、ポリエチレンの温度が１３５℃を超えるあたりで、ポリエチレンが大きく膨脹する。したがって、ポリエチレンの非晶質部分（結晶粒界部分）に存在していたカーボンブラックの粒子間隔が急激に広がり、ＰＴＣポリマー部の状態が低抵抗状態から高抵抗状態へ急激に転移する。その結果、高抵抗状態になったＰＴＣ素子の電気抵抗は、低抵抗状態のときの１０００倍以上になる。
【０００８】
前述のように、短絡電流や過電流がＰＴＣ素子に流れ込むと、ＰＴＣポリマー部の抵抗が急激に上昇し、短絡電流および過電流を抑制することができる。ＰＴＣ素子によって抑制された電流の波高値は、限流波高値とよばれる。ＰＴＣ素子により抑制された電流は、電気回路に設置された開閉器などで遮断される。電流が遮断されるとＰＴＣ素子にはジュール熱が発生しなくなると同時に、ＰＴＣ素子の内部の熱が外部に方散されるので、ＰＴＣポリマー部の温度が低下する。ＰＴＣ素子の温度が転移温度Ｔｃ以下に低下すると、負荷電流の再通電が可能となる。このように、短絡電流および過電流が流れた際に、ＰＴＣ素子の電気抵抗の大幅な増大により、電気回路を保護することができる。
【０００９】
大きな負荷電流を通電するための（大電流通電用の）ＰＴＣ素子は、常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー部を選定して形成される。しかし、常温電気抵抗率が低いＰＴＣポリマー部を用いて限流器を形成すると、常温電気抵抗率が高いＰＴＣポリマー部を用いて限流器を形成したばあいに較べて、短絡電流または過電流が流れたときのＰＴＣポリマー部の温度上昇が緩やかで、電気抵抗の増大に要する時間が長くなるので、限流波高値（限流動作中に電気回路に流れた電流の最大値）が高くなるという問題がある。
【００１０】
かかる問題を解決するために、ＰＴＣポリマー部の常温電気抵抗率を高くしてＰＴＣ素子が形成されたばあい、ＰＴＣ素子自身の抵抗値が高くなり、連続して通電できる負荷電流の値が小さくなるという問題がある。
【００１１】
かかる問題を解決するために、連続して通電できる負荷電流の値の低下を抑制しつつ限流波高値を下げうるＰＴＣ素子が、特開平９−６９４１２号公報に開示されている。当該ＰＴＣ素子は、互いに常温電気抵抗率が異なる複数のＰＴＣポリマー層からなる多層構造のＰＴＣポリマー部と、前記複数のＰＴＣポリマー層のうちの最上層のＰＴＣポリマー層の外側表面上および前記複数のＰＴＣポリマー層のうちの最下層のＰＴＣポリマー層の外側表面上に融着された少なくとも一対の電極とからなる。前記ＰＴＣポリマー層は、単層構造のＰＴＣポリマー部と同様に、ポリエチレンに粒子状の導電性物質が混練され分散されてなる。
【００１２】
図１０は、ＰＴＣポリマー部が複数のＰＴＣポリマー層からなる従来の限流器の一例を示す説明図である。図１０において、１１はＰＴＣポリマー部、１２は、一対の電極である２つの電極、１３はＰＴＣ素子、３０は、電極２０に電気的に接続された導電板、３１は導電板３０を介して電極２０に電流を供給するための電流導入端子、３２は絶縁枠、３３は、ＰＴＣ素子１０に圧力をかけるためのばね状の弾性体、３４は、ＰＴＣ素子１０を保護するための絶縁容器、３５ａはボルト、３５ｂはナット、３６は、絶縁容器３４の内側の高さを一定に保つためのスペーサーを示す。なお、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ポリマー部１１の周辺部に設けられる。
【００１３】
図１０に示される限流器のＰＴＣポリマー部１１は、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなる。一方のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率が、他方のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率に較べて高くなっている。なお、本明細書において、常温電気抵抗率の高いまたは低いは、相対的なものである。ＰＴＣポリマー層を構成するポリマーの材質、ＰＴＣポリマー層により混練された粒子状の導電性物質の材質および粒径、導電性物質をＰＴＣポリマー層に混ぜる割合、およびＰＴＣポリマー層の製造条件などを変更することにより、所定の常温電気抵抗率を有するＰＴＣポリマー層をうることができる。
【００１４】
前述のように限流器を、互いに常温電気抵抗率が異なる複数のＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を用いて形成することにより、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れたとき、ジュール熱によるＰＴＣポリマー部の発熱が、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層に集中し、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層の温度上昇を大きくすることができる。したがって、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層の電気抵抗が急激に増大し、短絡電流および過電流を抑制することができる。
【００１５】
かかる従来の限流器によれば、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層の発熱を促進することによって、限流動作までの時間を短縮し、限流波高値を低減することができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の限流器は、前述のように、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層を用いて多層構造のＰＴＣポリマー部が形成されている。したがって、短絡電流および過電流が流れたときのＰＴＣ素子の発熱を常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層に集中させることによって、限流動作までの時間を短縮し、限流波高値を低減することができる。しかし、ある特定のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率を単に高くするだけでは、発熱を常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層に効率よく集中させることは難しい。
【００１７】
さらに、ある特定のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率を単に高くするだけでは、ＰＴＣ素子自身の電気抵抗が高くなり、当該ＰＴＣ素子を含んでいる限流器が接続された電気回路の連続通電性能が大きく損なわれる。そこで、連続通電性能が損なわれないように、ＰＴＣ素子と電極との接触界面の面積を大きくすることにより、ＰＴＣ素子全体の電気抵抗を下げるばあいがある。しかし、面積を大きくすると、短絡電流および過電流が流れた際の限流波高値が大きくなってしまうという問題がある。
【００１８】
また、ＰＴＣ素子の発熱が常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層に集中すると、ＰＴＣポリマー部の温度がポリマーが溶融する温度をはるかに超えてポリマーの分解温度に達し、電極と常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層とのあいだでアークが発生する。したがって、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層が消耗し、ＰＴＣポリマー部が多層構造であることによりえられる効果がなくなってしまう。とくに、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層を有する多層構造のＰＴＣポリマー部においては、連続通電電流を低下させないように、ＰＴＣ素子全体の抵抗を下げる必要がある。そこで、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層の厚さを薄くし、ＰＴＣ素子全体の抵抗を下げるばあいがある。しかし、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層の厚さを極端に薄くすると、一回の限流動作で常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層が蒸発してしまい、繰り返し限流動作を行うことができないという問題がある。
【００１９】
本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、多層構造を有するＰＴＣポリマー部を含んでなる限流器において、連続通電性能を大きく損なうことなく、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層の限流動作時の発熱を促進し、限流波高値を低下させるとともに、限流動作の可能な回数を増加し、優れた限流性能を有する限流器を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の限流器は、互いに常温電気抵抗率が異なる複数のＰＴＣポリマー層からなる多層構造のＰＴＣポリマー部と、前記複数のＰＴＣポリマー層のうちの最上層のＰＴＣポリマー層の外側表面上および前記複数のＰＴＣポリマー層のうちの最下層のＰＴＣポリマー層の外側表面上に融着された少なくとも一対の電極とからなるＰＴＣ素子を備えてなる限流器であって、前記電極がＰＴＣポリマー部に押しつけられるように、該電極に圧力が加えられ、さらに、常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率をρL1とし、常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率をρL2とし、前記複数のＰＴＣポリマー層からなる多層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子を備えてなる限流器に短絡電流および過電流が流れ込んだ際に、ＰＴＣ素子によって抑制される電流の波高値をＩｐとし、常温電気抵抗率がρL2であるＰＴＣポリマー層のみからなる単層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子を備えてなる限流器に短絡電流および過電流が流れ込んだ際に、ＰＴＣ素子によって抑制される電流の波高値をＩｐ′とするとき、Ｉｐ＜Ｉｐ′の関係を満たすものである。
【００２１】
さらに、前記常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH1とし、前記常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH2とするとき、ρH1＞ρH2の関係を満たすものである。
【００２２】
また、前記常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層の抵抗をＲ１とし、前記常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層の抵抗をＲ２とするとき、Ｒ１＞Ｒ２の関係を満たすものである。
【００２３】
なお、ＰＴＣポリマー層の抵抗Ｒは、式（１）により表される。
【００２４】
【数１】
式（１）において、ρはＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率、ＳはＰＴＣポリマー層と融着電極との１つの界面の面積（以下、単に「電極面積」という）、ＬはＰＴＣポリマー層の厚さを示す。
【００２６】
また、前記常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性における転移温度をＴC1とし、前記常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性における転移温度をＴC2とするとき、ＴC1＜ＴC2の関係を満たすものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の限流器の実施の形態について説明する。
【００３１】
実施の形態１．
図面を参照しながら、本発明の限流器の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の限流器の一実施の形態を示す断面説明図である。図１において、１ａは第１のＰＴＣポリマー層、１ｂは第２のＰＴＣポリマー層、２は、第１のＰＴＣポリマー層１ａおよび第２のＰＴＣポリマー層１ｂに融着される電極（以下、「融着電極」という）、３は、第１のＰＴＣポリマー層１ａと第２のＰＴＣポリマー層１ｂとからなるＰＴＣポリマー部、および融着電極２を備えてなるＰＴＣ素子を示す。さらに、図１０と同一の部分は同じ符号を用いて示す。
【００３２】
第１のＰＴＣポリマー層１ａおよび第２のＰＴＣポリマー層１ｂは、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層であり、２層構造のＰＴＣポリマー部を構成している。融着電極２は、銅板に銀またはニッケルなどによるメッキが施されたものである。融着電極２は、ＰＴＣポリマー部に熱融着されることによりＰＴＣポリマー部に融着される。熱融着法の具体例としては、ＰＴＣポリマー部に融着電極２を押しつけた状態で、ＰＴＣポリマー部および融着電極２を加熱することにより、ＰＴＣポリマー部が軟化し融着電極２がＰＴＣポリマー部に融着する。
【００３３】
融着電極２は、限流動作後の融着電極２とＰＴＣポリマー部（第１のＰＴＣポリマー層１ａおよび第２のＰＴＣポリマー層１ｂ）との電気的な接続状態がわるくなることを防ぐために孔が設けられる。当該孔は、限流動作時に、融着電極２とＰＴＣポリマー部とのあいだで発生するアークにより生成される導電性のガス（ＰＴＣポリマー部を構成するポリマーの分解ガス）を外部に逃がすために設けられる。孔により、融着電極２とＰＴＣポリマー部との電気的な接続状態がわるくなること、および融着電極２がＰＴＣポリマー部から剥がれることを防止できる。孔は、融着電極２とＰＴＣポリマー部との界面に対して垂直な方向に設けられる。融着電極２とＰＴＣポリマー部との界面に対して平行な孔の断面の形状は、円状であっても、角状であっても、非対称な鍵穴状であってもよい。なお、孔内部の少なくとも一部には、融着電極２をＰＴＣポリマー部に融着する際にＰＴＣポリマー部の一部が突出せしめられる。図１に示される融着電極２の各孔内部には、半分程度までＰＴＣポリマー部の一部が突出せしめられている。さらに、孔の代わりに融着電極２に多数の溝を設けてもよい。なお、前記溝内部の少なくとも一部には、融着電極２とＰＴＣポリマー部とを融着する際に、軟化したＰＴＣポリマー部が突出せしめられる。
【００３４】
導電板３０は、電流導入端子３１から入力された電流を融着電極２０に供給する。導電板３０および電流導入端子３１は、銅板に銀やニッケルなどのメッキが施されたものである。融着電極２、導電板３０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３０は電流導入端子３１と一体化されていてもよい。また、導電板３０は、融着電極２と一体化され、ＰＴＣポリマー部に融着されていてもよい。
【００３５】
第１のＰＴＣポリマー層１ａの常温電気抵抗率は、第２のＰＴＣポリマー層１ｂの常温電気抵抗率よりも比較的高い。互いに常温電気抵抗率の異なる第１のＰＴＣポリマー層１ａおよび第２のＰＴＣポリマー層１ｂの常温電気抵抗率は、ＰＴＣポリマー層を構成するポリマーの材質、ＰＴＣポリマー層により混練された粒子状の導電性物質の材質および粒径、導電性物質をＰＴＣポリマー層に混ぜる割合、およびＰＴＣポリマー層の製造条件などを変更することにより異ならせることができる。
【００３６】
たとえば、常温電気抵抗率が高い第１のＰＴＣポリマー層１ａは、厚さが０．２ｍｍ程度であり、常温電気抵抗率が０．６Ω・ｃｍであり、常温電気抵抗率が低い第２のＰＴＣポリマー層１ｂは、厚さが０．９ｍｍ程度であり、常温電気抵抗率が０．１Ω・ｃｍである。
【００３７】
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、２つの電流導入端子３１間で短絡が生じるのを防止するために、ＰＴＣポリマー部の周辺部に設けられる。絶縁容器３４は、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。弾性体３３は、たとえば板ばねであり、電流導入端子３１と絶縁容器３４とのあいだに配置される。弾性体３３は、ＰＴＣポリマー部の表面に対して垂直な方向において、融着電極２およびＰＴＣポリマー部からなるＰＴＣ素子３と、導電板３０と、電流導入端子３１とに弾性的な圧力を及ぼす。その結果、限流動作時に発生するアークによるＰＴＣポリマー部からの融着電極２の剥離を防止し、ＰＴＣ素子３、導電板３０および電流導入端子３１相互間の接触状態がよくなる。
【００３８】
短絡電流または過電流が流れると、ＰＴＣポリマー部自身の発熱（ジュール熱の発生）に加えて、ＰＴＣポリマー部と融着電極２との界面の接触抵抗による発熱（ジュール熱の発生）が加わり、該ジュール熱によりＰＴＣポリマー部の温度が上昇する。ＰＴＣポリマー部の温度が転移温度を超えると、ＰＴＣポリマー部と融着電極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ポリマー部は低抵抗状態から高抵抗状態へと変化する。このとき、ＰＴＣポリマー部のうち、融着電極２との界面の近傍部分は、転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。発生したアークにより生成される導電性ガスは、ＰＴＣポリマー部と融着電極２とのあいだに残留することなく融着電極２に設けられた貫通孔から放出される。また、融着電極２を弾性体３３によりＰＴＣポリマー部に押しつける（圧力を加える）ことで、アークにより融着電極が素子から剥離するのを防ぐことができる。
【００３９】
前述のように、融着電極２に貫通孔を設けるとともに、融着電極２をＰＴＣポリマー部に押しつけうるように形成することにより、導電性ガスによりＰＴＣポリマー部と融着電極２との接触状態がわるくなることがなく、限流動作前後でのＰＴＣ素子の抵抗の変化を小さくすることができる。
【００４０】
本実施の形態においては、多層構造を有するＰＴＣポリマー部の一例として、互いに常温電気抵抗率が異なる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部が示されている。図２は、図１の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性曲線を示すグラフである。図２において、縦軸は電気抵抗率（Ω・ｃｍ）、横軸は温度（℃）を示す。第１のＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性曲線は実線を用いて示され、第２のＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性曲線は一点鎖線を用いて示される。なお、常温電気抵抗率が高い第１のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率をρL1とし、常温電気抵抗率が低い第２のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率をρL2とする。さらに、第１のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH1とし、第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH2とする。また、第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の性質によっては、図２に示されるρH1とρH2との大小関係が逆転することもある。
【００４１】
さらに、第１のＰＴＣポリマー層１ａと第２のＰＴＣポリマー層１ｂとの接触抵抗が大きければ、第１のＰＴＣポリマー層１ａと第２のＰＴＣポリマー層ｂ１との界面で発熱が起こり、第１のＰＴＣポリマー層１ａのみに発熱を発生させることが阻害される。したがって、第１のＰＴＣポリマー層１ａと第２のＰＴＣポリマー層１ｂとの接触抵抗を小さくするために、一般的に、第１のＰＴＣポリマー層１ａと第２のＰＴＣポリマー層１ｂとは熱融着されている。
【００４２】
短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れ込むと、ＰＴＣポリマー部の電気抵抗が増大し、短絡電流および過電流を限流することができる。もし、ＰＴＣポリマー部が１つのＰＴＣポリマー層のみからなるならば、ＰＴＣ素子全体で発熱し限流動作を行う。これに対し、ＰＴＣポリマー部が互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるばあい、限流動作は第１のＰＴＣポリマー層（常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層）で発現する。すなわち、第１のＰＴＣポリマー層の方が、第２のＰＴＣポリマー層よりも発熱しやすいので、第２のＰＴＣポリマー層に較べ急激に温度が上昇する。したがって、第１のＰＴＣポリマー層の方が先に転移温度に達し、電気抵抗が増大する。
【００４３】
一方、ＰＴＣポリマー部を２層構造にすることにより連続通電性能を損なうことがないようにするためには、ＰＴＣ素子の電気抵抗を、単層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子の電気抵抗とほぼ同程度の大きさにする必要がある。
【００４４】
図３および図４は、限流器に含まれるＰＴＣ素子の一般的な電気的特性を示すグラフである。図３（ａ）は、限流器に含まれるＰＴＣ素子の電気抵抗（ＰＴＣ素子抵抗）と限流波高値との一般的な関係を示すグラフである。図３（ａ）において、縦軸は限流波高値Ｉｐ（Ａ）、横軸はＰＴＣ素子抵抗Ｒ（ｍΩ）を示す。図３（ａ）のグラフは、短絡試験用の回路を用いて試験を行うことによりえられる。図３（ｂ）は、限流器に含まれるＰＴＣ素子の電極面積と限流波高値との一般的な関係を示すグラフである。図３（ｂ）において、縦軸は限流波高値Ｉｐ（Ａ）、横軸は電極面積Ｓ（ｃｍ2）を示す。図３（ｂ）のグラフは、２層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子中の各ＰＴＣポリマー層の厚さおよび常温電気抵抗率を一定の値とし、図３（ａ）のグラフから読み取られた値と式（１）とをもちいてえられる。図４（ａ）は、限流器に含まれるＰＴＣ素子の常温電気抵抗率と電極面積との一般的な関係を示すグラフである。図４（ａ）において、縦軸は電極面積Ｓ（ｃｍ2）、横軸は常温電気抵抗率ρＬ（Ω・ｃｍ）を示す。図４（ａ）のグラフは、ＰＴＣ素子抵抗を任意の値としたばあいに、計算により求められた限流波高値に対する常温電気抵抗率と、図３（ｂ）のグラフから読み取られた限流波高値に対する電極面積とをもちいてえられる。図４（ｂ）は、限流器に含まれるＰＴＣ素子の推定限流波高値と常温電気抵抗率との一般的な関係を示すグラフである。図４（ｂ）において、縦軸は推定限流波高値Ｉｐ（Ａ）、横軸は常温電気抵抗率ρＬ（Ω・ｃｍ）を示す。図４（ｂ）のグラフは、ＰＴＣ素子抵抗を任意の値とし、２層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子中の各ＰＴＣポリマー層の厚さを一定の厚さとしたばあいに、図３（ｂ）および図４（ａ）のグラフから読み取られた値および式（１）を用いてえられる。なお、図４（ｂ）のグラフの縦軸の値は、図３（ａ）のグラフの縦軸の限流波高値のように実際の短絡試験などでえられた値ではなく、計算などによりえられた値である。図４（ｂ）においては、図３（ａ）の縦軸の限流波高値と区別するために、限流波高値を推定限流波高値として示す。
【００４５】
一般的に、ＰＴＣ素子の限流波高値Ｉｐは、ＰＴＣ素子の常温電気抵抗率ρＬにより決まる。ＰＴＣポリマー部が２層構造であるばあい、ＰＴＣ素子の限流波高値Ｉｐは、第１のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率に依存する。また、ＰＴＣポリマー部を構成する第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率が同じであるならば、すなわち、ρL1＝ρL2であるならば、２層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子の限流波高値は、単層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子の限流波高値と等しくなる。ここで、互いに常温電気抵抗率が異なる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層からなる２層構造のＰＴＣポリマー部の限流波高値をＩｐとし、常温電気抵抗率がρL2である単層構造のＰＴＣポリマー部の限流波高値をＩｐ′とする。前記ＩｐとＩｐ′との関係が式（２）を満たすように、ＰＴＣポリマー部を形成することにより、連続通電性能を損なうことなく、限流波高値を小さくすることができる。
Ｉｐ＜Ｉｐ′ （２）
【００４６】
つぎに、式（２）を満たすためのＰＴＣポリマー層の構成条件について述べる。一般に、限流波高値Ｉｐは、融着電極の面積（電極面積）Ｓと、常温電気抵抗率ρＬに依存し、実験式（３）で近似的に求められる。
【００４７】
【数２】
なお、ｋは比例定数を示し、電気回路の条件および限流器（とくに融着電極）の形成法などにより決まる値であり、係数α、β、γは、ＰＴＣポリマー層を形成する際に使用される材料によって異なる。たとえば、ポリエチレンにカーボンブラックを混練してＰＴＣポリマー層を形成したばあいは、係数α、β、γの範囲は式（４−ａ）、式（４−ｂ）および式（４−ｃ）で示される。
−２．０＜α＜２．０ （４−ａ）
−１．５＜β＜１．５ （４−ｂ）
−０．５＜γ＜０．５ （４−ｃ）
式（３）にもとづき、式（２）はつぎの式（５）で表される。
【００４９】
【数３】
さらに、一般に、ＰＴＣ素子の電気抵抗をＲ、単層構造のＰＴＣポリマー部の常温電気抵抗率をρＬ、ＰＴＣポリマー部の厚さをｔ、ＰＴＣポリマー部と融着電極との接触する面の面積をＳとすると、Ｒ、ρＬ、ｔおよびＳのあいだには、式（６）の関係が成り立つ。
Ｒ＝ρＬ・ｔ／Ｓ （６）
ＰＴＣポリマー部が２層構造のばあい、ＰＴＣポリマー部の厚さをｔ、第１のＰＴＣポリマー層の厚さをｔ１、第２のＰＴＣポリマー層の厚さをｔ２とすると、ＰＴＣポリマー部の厚さは式（７）で表される。
ｔ＝ｔ１＋ｔ２ （７）
したがって、ＰＴＣポリマー部が２層構造のばあい、ＰＴＣ素子の電気抵抗Ｒは式（８）で表される。
Ｒ＝（ρL1・ｔ１＋ρL2・ｔ２）／Ｓ （８）
また、ＰＴＣポリマー部が単層構造のばあい、ＰＴＣ素子の電気抵抗Ｒは式（９）で表される。
Ｒ＝ρL2・ｔ／Ｓ （９）
したがって、式（５）は式（10）で表される。
【００５１】
【数４】
たとえば、ポリエチレンにカーボンブラックを混練してＰＴＣポリマー層を形成したＰＴＣ素子において、ＰＴＣ素子の電気抵抗Ｒが２．８ｍΩのとき、電源が周波数６０Ｈｚの単相交流、電源電圧が３００Ｖｒｍｓ、推定短絡電流Ｉｓが５０ｋＡｒｍｓ、投入位相が６０°の短絡試験回路で試験を行うと、α＝０．９、β＝−０．７、γ＝０．０８となる。なお、前記投入位相とは、電気回路を短絡したときの電源の電圧位相をいう。
【００５３】
本実施の形態においては、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を有する限流器について述べたが、ＰＴＣポリマー層の数は２つに限られず、さらに多くの層を設けたばあいにおいても、同様の原理にもとづき理解され、同様の効果がえられる。
【００５４】
実施の形態２．
つぎに、本発明の限流器の実施の形態２について説明する。本実施の形態における限流器の構造は、実施の形態１に示される限流器の構造と同様である。ここで、ＰＴＣ素子に短絡電流が流れたときの、常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層（第１のＰＴＣポリマー層）と常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層（第２のＰＴＣポリマー層）との平均温度の比較を行う。前記第１のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH1とし、第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH2とする。さらに、短絡電流が流れたときの、第１のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値をＴ１とし、第２のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値をＴ２とする。平均温度上昇値とは、ＰＴＣポリマー層の温度が層全体に一様に上昇したと仮定したばあいの温度上昇値をいう。
【００５５】
図５は、本発明の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率比に対する平均温度上昇値比の変化を示すグラフである。図５において、縦軸は平均温度上昇値比、横軸は高温電気抵抗率比を示す。なお、前記高温電気抵抗率比とは、第１のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率ρH1の、第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率ρH2に対する比であり、ρH1／ρH2で示される。さらに、前記平均温度上昇値比とは、第１のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値Ｔ１の、第２のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値Ｔ２に対する比であり、Ｔ１／Ｔ２で示される。
【００５６】
図５によると、第１のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率の値が第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率の値より小さい、すなわち高温電気抵抗率比ρH1／ρH2＜１のとき、平均温度上昇値比Ｔ１／Ｔ２も１より小さく、第２のＰＴＣポリマー層にも発熱が生じていることが分かる。当該第２のＰＴＣポリマー層の発熱により、本発明の目的である第１のＰＴＣポリマー層のみの発熱促進が妨げられる。その結果、ＰＴＣポリマー部の温度上昇の効率が下がり、限流動作開始までの時間が長くなり、限流波高値Ｉｐが高くなる。すなわち、限流波高値Ｉｐをより低くするためには、第１のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率ρH1が第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率ρH2よりも高いことが必要である。第１のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率ρH1が第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率ρH2よりも高く設定されることで、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができる。したがって、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【００５７】
本実施の形態においては、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を有する限流器について述べたが、ＰＴＣポリマー層の数は２つに限られず、さらに多くの層を設けたばあいにおいても、同様の原理にもとづき理解され、同様の効果がえられる。
【００５８】
実施の形態３．
つぎに、本発明の限流器の実施の形態３について説明する。本実施の形態における限流器の構造は、実施の形態１に示される限流器の構造と同様である。
【００５９】
短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れたとき、ジュール熱の発生は、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層である第１のＰＴＣポリマー層に集中することは先に述べた。しかし、第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の電気抵抗は、各ＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率だけに依存して決まるのではなく、ＰＴＣ素子の厚さまたはＰＴＣ素子の表面積などＰＴＣ素子の構造によっても決定される。したがって、ＰＴＣ素子の構造の設定を誤ると、第１のＰＴＣポリマー層での発熱促進の効果が小さくなるばあいがある。
【００６０】
ここで、ＰＴＣ素子に短絡電流が流れたときの、第１のＰＴＣポリマー層と第２のＰＴＣポリマー層との平均温度の比較を行う。前記第１のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値をＴ１とし、第２のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値をＴ２とする。さらに、第１のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗をＲ１とし、第２のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗をＲ２とする。
【００６１】
図６は、本発明の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の抵抗比に対する平均温度上昇値比の変化を示すグラフである。図６において、縦軸は平均温度上昇値比、横軸は抵抗比を示す。なお、前記抵抗比とは、第１のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗Ｒ１の、第２のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗Ｒ２に対する比であり、Ｒ１／Ｒ２で示される。
【００６２】
図６によると、第１のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗が第２のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗より低い、すなわち抵抗比Ｒ１／Ｒ２＜１のとき、平均温度上昇値比Ｔ１／Ｔ２も１より小さく、第２のＰＴＣポリマー層にも発熱が生じていることが分かる。当該第２のＰＴＣポリマー層の発熱により、本発明の目的である第１のＰＴＣポリマー層のみの発熱促進が妨げられる。その結果、ＰＴＣポリマー部の温度上昇の効率が下がり、限流動作開始までの時間が長くなり、限流波高値Ｉｐが高くなる。すなわち、限流波高値Ｉｐをより低くするためには、第１のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗Ｒ１が第２のＰＴＣポリマー層の全体の抵抗Ｒ２よりも高いことが必要である。第１のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗Ｒ１が第２のＰＴＣポリマー層の層全体の抵抗Ｒ２よりも高く設定されることで、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができる。したがって、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【００６３】
本実施の形態においては、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を有する限流器について述べたが、ＰＴＣポリマー層の数は２つに限られず、さらに多くの層を設けたばあいにおいても、同様の原理にもとづき理解され、同様の効果がえられる。
【００６４】
実施の形態４．
つぎに、本発明の限流器の実施の形態４について説明する。本実施の形態における限流器の構造は、実施の形態１に示される限流器の構造と同様である。
【００６５】
短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れたとき、ジュール熱の発生は、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層である第１のＰＴＣポリマー層に集中することは先に述べた。しかし、限流動作が発現する温度（第１のＰＴＣポリマー層の転移温度）の設定を誤ると、第１のＰＴＣポリマー層での発熱促進の効果が小さくなるばあいがある。ここで、ＰＴＣ素子に短絡電流が流れたときの、第１のＰＴＣポリマー層と第２のＰＴＣポリマー層との転移温度の比較を行う。前記第１のＰＴＣポリマー層の転移温度をＴC1とし、第２のＰＴＣポリマー層の転移温度をＴC2とする。
【００６６】
図７は、本発明の限流器の動作を説明するためのＰＴＣ特性曲線を示すグラフである。図７において、縦軸は電気抵抗率（Ω・ｃｍ）、横軸は温度（℃）を示す。第１のＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性曲線は実線を用いて示され、第２のＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性曲線は一点鎖線を用いて示される。図７（ａ）は、第１のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC1が第２のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC2よりも低いばあいの各ＰＴＣ特性曲線を示すグラフである。一方、図７（ｂ）は、第１のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC1が第２のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC2よりも高いばあいの各ＰＴＣ特性曲線を示すグラフである。
【００６７】
図７（ｂ）によると、第１のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC1が第２のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC2よりも高いと、短絡電流または過電流が流れＰＴＣ素子全体の温度が上昇したばあい、第２のＰＴＣポリマー層の発熱が促進されるばあいがある。かかるばあい、本発明の目的である第１のＰＴＣポリマー層での発熱促進が妨げられる。その結果、ＰＴＣポリマー部の温度上昇の効率が下がり、限流動作開始までの時間が長くなり、限流波高値Ｉｐが高くなる。すなわち、限流波高値Ｉｐをより低くするためには、図７（ａ）に示されるように、第１のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC1が第２のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC2よりも低い（ＴC1＜ＴC2）ことが必要である。第１のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC1が第２のＰＴＣポリマー層の転移温度ＴC2よりも低く設定されることで、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができる。したがって、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【００６８】
本実施の形態においては、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を有する限流器について述べたが、ＰＴＣポリマー層の数は２つに限られず、さらに多くの層を設けたばあいにおいても、同様の原理にもとづき理解され、同様の効果がえられる。
【００６９】
実施の形態５．
つぎに、本発明の限流器の実施の形態５について説明する。本実施の形態における限流器の構造は、実施の形態１に示される限流器の構造と同様である。
【００７０】
ここで、第１のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値をＴ１とし、第２のＰＴＣポリマー層の平均温度上昇値をＴ２とする。図８は、本発明の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率比に対する平均温度上昇値比の変化を示すグラフである。図８において、縦軸は平均温度上昇値比、横軸は常温電気抵抗率比を示す。なお、前記常温電気抵抗率比とは、第１のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率ρL1の、第２のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率ρL2に対する比であり、ρL1／ρL2で示される。
【００７１】
図８によると、少なくとも第１のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率ρL1が第２のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率ρL2の２倍程度になるとき、第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層間の常温電気抵抗率比が急激に増大する。すなわち、常温電気抵抗率比を２よりも大きく（ρL1／ρL2＞２）することで、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができる。したがって、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【００７２】
本実施の形態においては、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を有する限流器について述べたが、ＰＴＣポリマー層の数は２つに限られず、さらに多くの層を設けたばあいにおいても、同様の原理にもとづき理解され、同様の効果がえられる。
【００７３】
実施の形態６．
つぎに、本発明の限流器の実施の形態６について説明する。本実施の形態における限流器の構造は、実施の形態１に示される限流器の構造と同様である。
【００７４】
短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れたとき、ジュール熱の発生は、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層である第１のＰＴＣポリマー層に集中することは先に述べた。当該ＰＴＣ素子において、連続して通電できる電流を大きくするため、および、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進するために、第１のＰＴＣポリマー層の厚さが極力薄く設定される。
【００７５】
しかし、短絡電流または過電流が流れると、第１のＰＴＣポリマー層と融着電極との間でアークが発生し、第１のＰＴＣポリマー層に含まれるポリマーが分解し、分解ガス（アークドガス）が発生し、第１のＰＴＣポリマー層が消耗してしまう。したがって、第１のＰＴＣポリマー層の厚さをあまり薄く設定することができない。第１のＰＴＣポリマー層の厚さがあまりにも薄いと、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れた際に、第１のＰＴＣポリマー層が蒸発し、消耗しつくされてしまう。そのため、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進することにより限流波高値Ｉｐを低くした状態で、繰り返し限流動作を行うことはできない。
【００７６】
通常の負荷電流の１００倍以上の大きさの電流がＰＴＣ素子に流れ込むような短絡事故が発生した際には、ＰＴＣ素子が動作し、少なくとも２回の短絡事故に耐えることが必要である。少なくとも２回の短絡事故に耐えるためには、第１のＰＴＣポリマー層の厚さを１０μｍ以上に設定する必要がある。かかる設定により、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進して、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間を短縮させつつ、繰り返し限流動作が可能な限流器を提供することができる。
【００７７】
本実施の形態においては、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を有する限流器について述べたが、ＰＴＣポリマー層の数は２つに限られず、さらに多くの層を設けたばあいにおいても、同様の原理にもとづき理解され、同様の効果がえられる。
【００７８】
実施の形態７．
つぎに、本発明の限流器の実施の形態７について説明する。
【００７９】
短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れたとき、ジュール熱の発生は、常温電気抵抗率の高いＰＴＣポリマー層である第１のＰＴＣポリマー層に集中することは先に述べた。しかし、第１のＰＴＣポリマー層と第２のＰＴＣポリマー層との接触界面に大きな接触抵抗が存在すると、該接触界面で発熱が生じてしまい、第１のＰＴＣポリマー層での発熱促進という効果が小さくなるばあいがある。
【００８０】
かかる問題を解決するために、第１のＰＴＣポリマー層と第２のＰＴＣポリマー層との互いの接触界面に凹凸を設け、第１のＰＴＣポリマー層と第２のＰＴＣポリマー層との接触面積を増やすことで、第１のＰＴＣポリマー層と第２のＰＴＣポリマー層との接触抵抗を無視できる程度に下げることができる。したがって、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができる。その結果、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【００８１】
本実施の形態においては、互いに常温電気抵抗率が異なる２つのＰＴＣポリマー層からなるＰＴＣポリマー部を有する限流器について述べたが、ＰＴＣポリマー層の数は２つに限られず、さらに多くの層を設けたばあいにおいても、同様の原理にもとづき理解され、同様の効果がえられる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明の限流器によれば、互いに常温電気抵抗率が異なる複数のＰＴＣポリマー層からなる多層構造のＰＴＣポリマー部と、前記複数のＰＴＣポリマー層のうちの最上層のＰＴＣポリマー層の外側表面上および前記複数のＰＴＣポリマー層のうちの最下層のＰＴＣポリマー層の外側表面上に融着された少なくとも一対の電極とからなるＰＴＣ素子を備えてなる限流器であって、前記電極がＰＴＣポリマー部に押しつけられるように、該電極に圧力が加えられ、さらに、常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率をρL1とし、常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率をρL2とし、前記複数のＰＴＣポリマー層からなる多層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子を備えてなる限流器に短絡電流および過電流が流れ込んだ際に、ＰＴＣ素子によって抑制される電流の波高値をＩｐとし、常温電気抵抗率がρL2であるＰＴＣポリマー層のみからなる単層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子を備えてなる限流器に短絡電流および過電流が流れ込んだ際に、ＰＴＣ素子によって抑制される電流の波高値をＩｐ′とするとき、Ｉｐ＜Ｉｐ′の関係を満たすものであるので、連続通電性能を損なうことなく限流波高値を低減でき、高限流化が可能となる。
【００８３】
さらに、前記常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH1とし、前記常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρH2とするとき、ρH1＞ρH2の関係を満たすものであるばあい、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができ、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【００８４】
また、前記常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層の抵抗をＲ１とし、前記常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層の抵抗をＲ２とするとき、Ｒ１＞Ｒ２の関係を満たすものであるばあい、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができ、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【００８５】
また、前記常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性における転移温度をＴC1とし、前記常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性における転移温度をＴC2とするとき、ＴC1＜ＴC2の関係を満たすものであるばあい、第１のＰＴＣポリマー層での発熱を促進し続けることができ、短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れてから限流動作を開始するまでに要する時間が短縮され、限流波高値を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の限流器の一実施の形態を示す断面説明図である。
【図２】 図１の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性曲線を示すグラフである。
【図３】 限流器に含まれるＰＴＣ素子の一般的な電気的特性を示すグラフである。
【図４】 限流器に含まれるＰＴＣ素子の一般的な電気的特性を示すグラフである。
【図５】 本発明の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率比に対する平均温度上昇値比の変化を示すグラフである。
【図６】 本発明の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の抵抗比に対する平均温度上昇値比の変化を示すグラフである。
【図７】 本発明の限流器の動作を説明するためのＰＴＣ特性曲線を示すグラフである。
【図８】 本発明の限流器に含まれる第１のＰＴＣポリマー層および第２のＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率比に対する平均温度上昇値比の変化を示すグラフである。
【図９】 ＰＴＣ素子のＰＴＣ特性を示すグラフである。
【図１０】 ＰＴＣポリマー部が複数のＰＴＣポリマー層からなる従来の限流器の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ａ 第１のＰＴＣポリマー層、１ｂ 第２のＰＴＣポリマー層、２ 融着電極、３ ＰＴＣ素子、３０ 導電板、３１ 電流導入端子、３２ 素子枠、 ３３ 弾性体、３４ 絶縁容器、３５ａ ボルト、３５ｂ ナット、３６ スペーサー。
Claims (3)
- 互いに常温電気抵抗率が異なる複数のＰＴＣポリマー層からなる多層構造のＰＴＣポリマー部と、前記複数のＰＴＣポリマー層のうちの最上層のＰＴＣポリマー層の外側表面上および前記複数のＰＴＣポリマー層のうちの最下層のＰＴＣポリマー層の外側表面上に融着された少なくとも一対の電極とからなるＰＴＣ素子を備えてなる限流器であって、
前記電極がＰＴＣポリマー部に押しつけられるように、該電極に圧力が加えられ、さらに、
常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率をρL1とし、常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層の常温電気抵抗率をρL2とし、前記複数のＰＴＣポリマー層からなる多層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子を備えてなる限流器に短絡電流および過電流が流れ込んだ際に、ＰＴＣ素子によって抑制される電流の波高値をＩｐとし、常温電気抵抗率がρL2であるＰＴＣポリマー層のみからなる単層構造のＰＴＣポリマー部を有するＰＴＣ素子を備えてなる限流器に短絡電流および過電流が流れ込んだ際に、ＰＴＣ素子によって抑制される電流の波高値をＩｐ′とするとき、Ｉｐ＜Ｉｐ′の関係を満たし、前記常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層の抵抗をＲ 1 とし、前記常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層の抵抗をＲ 2 とするとき、Ｒ 1 ＞Ｒ 2 の関係を満たす限流器。 - 前記常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性における転移温度をＴC1とし、前記常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層のＰＴＣ特性における転移温度をＴC2とするとき、ＴC1＜ＴC2の関係を満たす請求項１記載の限流器。
- 前記常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρ H1 とし、前記常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層の高温電気抵抗率をρ H2 とするとき、ρ H1 ＞ρ H2 の関係を満たす請求項２記載の限流器。
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