JPH0145964B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は小形で警報機能を具備した自己復帰形
過電流保護素子に関するものである。

警報機能（具体的には警報接点）を有する過電
流保護装置として、従来から警報用ヒユーズと警
報接点付サーキツトブレーカが市販されていて、
よく知られている。警報用ヒユーズはヒユーズ溶
断後の再使用に当つてはヒユーズ線の張替が必要
であり、または新品と取替えなければならない。
さらにその形状寸法が比較的大きく、一般の抵抗
器やコンデンサ等と並べてプリント配線板に取付
使用するには不適当であつた。警報接点付サーキ
ツトブレーカは警報用ヒユーズに較べて動作後の
復帰操作は容易であるが、小形化はかえつて困難
である。従つて小形で自己復帰形であり、かつ警
報機能付きとなると、両者ともほとんど不可能で
あつて全く新しい着想が必要とされていた。本発
明は上記の問題を解決するために行つたもので、
以下詳細に説明する。

非線形で正の抵抗温度係数を有するサーミスタ
（PTCサーミスタと呼ぶ）は、自己復帰形過電流
保護素子として知られているが、近年素材の開
発、改良によつてヒユーズに代替できる程初期抵
抗の低い安定なものが実現できるようになつてい
る。第１図はこのような特性をもつPTCサーミ
スタの構成例図である。図中の１はカーボンブラ
ツクグラフトポリマ（Ｃ・Ｇ抵抗体）と呼ばれる
高分子複合抵抗材料をガラス繊維布に塗布乾燥し
たもので、たとえば１cm×１cm、厚さ0.17mmであ
る。２ａと２ｂは１の両側面に密着させた厚膜電
極で、リード端子または線３ａ，３ｂがこれから
引出されている。

第２図は第１図のような保護素子すなわち
PTCサーミスタを用いた回路例図で、Ｒは負荷
抵抗である。この回路において電源の電圧Ｅを零
から徐々に上げてゆくと、回路に流れる電流の大
きさＩとPTCサーミスタの両端の電圧Ｖは第３
図のように変化する。すなわち電流Ｉと電圧Ｖと
は比例せず、過電流が流れるように電圧Ｅが高く
なつても、保護素子PTCサーミスタの抵抗が増
大して電流を制限していることがわかる。この保
護素子の抵抗の増大は、素子のジユール熱による
自己発熱（Ｉ×Ｖ）によつて発生する。従つて発
熱がなくなれば自己復帰するもので、第３図にお
いてはＰ点を頂点として電流を制限していること
がわかる。第４図は第３図より算出したもので、
自己発熱量と電流の関係を示すものである。この
特性においてたとえば定常状態Ａと過電流保護状
態Ｂの電流はいずれも0.2アンペア(A)であるが、
電圧Ｖはそれぞれ0.3ボルトと3.5ボルト（Ｖ）で
あるので、自己発熱量は0.06Wと0.7Wとなり保
護素子の抵抗値は第３図より算出した第５図に示
すように1.5Ωと17.5Ωで11.7倍程の変化がある。

いま第１図の素子を２個用い、第６図のように
熱伝導の良い絶縁薄膜（たとえばアルミナの蒸着
膜）１５を介して貼り合せるものとする。第７図
はこの等電気回路図である。第６図において１１
ａと１１ｂは第１図の１と同じＣ・Ｇ抵抗体、１
２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは２ａ，２ｂ同様
の厚膜電極、１３ａと１３ｂおよび１４ａと１４
ｂはリード線である。このリード線１３ａ，１３
ｂを主要電気回路に接続して、過電流保護素子と
して動作させ、他方のリード線１４ａ，１４ｂを
もつ保護素子２２は常時は低抵抗であるが、保護
素子２１が過電流保護時に発熱すると、絶縁物１
５を通して加熱され抵抗値が上昇する。また過電
流保護動作が終了し、素子２１が冷却し自己復帰
すると素子２２の抵抗値も下降するという抵抗値
の変化を利用してリード端子１４ａ，１４ｂ間を
組込んだ警報発生回路を構成することができる。
すなわち第６図の素子は警報機能付過電流保護素
子として動作する。

第８図は第６図の変形で、図に示すようにＣ・
Ｇ抵抗体の上下の厚膜電極１２ａ，１２ｂ，１２
ｃ，１２ｄ等をＣ・Ｇ抵抗体上で分割した厚膜電
極としたものである。

第９図はプリント基板上の印刷回路に本発明の
保護素子を構成した一例の製作手順の説明図で、
(A)→(E)は製作の順を示したものである。

(A)はプリントパターンで２３は主回路、２４は警
報回路を示すものとする。

(B)は(A)のパターン２３の上面にＣ・Ｇ２５を塗布
し乾燥させた状態。

(C)はＣ・Ｇ抵抗体の表面に１５（第６図参照）に
相当する絶縁被膜２６を塗布し乾燥させた状
態。

(D)は２６の上に警報回路用Ｃ・Ｇ抵抗体２７を塗
布し乾燥させた状態。

(E)はＣ・Ｇ抵抗体２７の上に警報回路用２分割導
電膜（厚膜電極）２８ａ，２８ｂを塗布し乾燥
させた状態であるが、導電膜２８の一端は警報
回路のパターン２４上に延びている。この順列
は第８図と対比すれば理解し易い。

第９図の例では主回路２３も警報回路２４もプ
リント基板の片面に構成しているが、薄板状のプ
リント基板であれば基板片面に主回路、もう１つ
の片面には警報回路をそれぞれ構成することもで
きる。

第１０図はその応用回路例を示したもので、２
９は主電源、３０は負荷、３１は警報電源、３２
は発光ダイオードである。この回路では主回路の
過電流保護動作時に警報回路の発光ダイオードが
点灯する。

さらに警報回路用の素子（第６図の２２）に一
般にはサーミスタと呼ばれる負の抵抗温度係数
（NTC）を有する材料を用いてもよく、その場合
には過電流制限時の警報端子間の抵抗値は定常状
態と比較して非線形に低下するから定常状態では
たとえば動作しないリレーを主回路の過電流制限
時には動作させて警報を発生させることができ
る。また第１１図のように主回路の過電流制限時
に警報回路の発光ダイオードを点灯させることも
できる。警報回路の素子２２等にPTC材を用い
るか、NTC材を用いるわは用途によつて使いわ
けることになる。

上記のように本発明保護素子の構成は、薄膜技
術を用いれば任意の配線基板上に任意の寸法で実
現可能であつて、種々な容量の保護素子と警報回
路素子が得られることは明らかである。従つて本
発明の第１の目的である小形、軽量で安価な警報
機能付過電流保護素子が得られ、これらの素子は
実用上著しい効果が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図はPTCサーミスタの構成例斜視図、第
２図はPTCサーミスタの使用例回路図、第３図
は第２図の回路における電流Ｉと保護素子PTC
サーミスタ両端の電圧Ｖの関係特性例図、第４図
は第３図より求めた自己発熱量と電流の関係図、
第５図は第３図より求めた発熱量と保護素子の抵
抗間の特性図、第６図および第８図は本発明によ
る警報機能付過電流保護素子の構成例図、第７図
は等価回路図、第９図はプリント基板上に警報機
能付過電流保護素子を構成した一例の作製順説明
図、第１０図、第１１図は警報機能付過電流保護
素子の警報部にそれぞれPTCサーミスタ、NTC
サーミスタを用いたときの回路例図である。 PTC……正の抵抗温度係数、１……Ｃ・Ｇ（カ
ーボンブラツクグラフトポリマ）をガラス繊維布
に塗布乾燥したもの、単にＣ・Ｇとも呼ぶ、２
ａ，２ｂ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ……
厚膜電極、３ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４
ａ，１４ｂ……リード線またはリード端子、１１
ａ，１１ｂ，２５，２７……Ｃ・Ｇ抵抗体、１
５，２６……絶縁膜、２３，２４……プリント配
線パターン、２８ａ，２８ｂ……導電膜、２９…
…主電源、３１……警報電源、３２……発光ダイ
オード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ カーボンブラツクグラフトポリマを塗布した
   絶縁体に、分割２電極を付した過電流保護の主回
   路素子と、これに熱伝導良好な絶縁体を介して取
   付けられた非直線性抵抗温度係数の材料に、分割
   ２電極を付した上記主回路の過電流警報回路用素
   子とより構成されたことを特徴とする過電流保護
   素子。