JPH0810644B2 - 過電流保護部品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、過電流が流れた場合に回路を保護するのに
用いられる過電流保護部品に関し、特に、正特性サーミ
スタ（以下、PTC）素子を用いて構成された過電流保護
部品に関する。

〔従来の技術〕

電話器関係では、200Vの電圧が印加された際の過電流
保護を行うために、従来、溶断性金属材料よりなるヒュ
ーズやチタン酸バリウム等からなるPTC素子が過電流保
護素子として用いられてきた。

ところが、最近になり、200Vの電圧だけでなく、600V
の電圧印加時の保護についても規格に追加され、従って
600Vの電圧が印加された際の保護が求められている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の過電流保護部品のうち、ヒュー
ズでは、600V試験において溶断されて保護動作を果たす
が、200V試験においても同様に溶断する。従って、メン
テナンスが煩雑であるという問題があった。

他方、チタン酸バリウム系セラミックスを用いたPTC
素子では、200V試験における保護動作は可能であり、動
作終了後、繰り返し使用し得るという大きな利点を有す
る。しかしながら、600Vの電圧を印加した場合には、素
子の破壊が生じ、火災や機器の破損を引き起こすため、
使用することができなかった。

従って、600Vの電圧を印加した際にも確実に保護する
ことができ、かつ簡単なメンテナンスで使用することが
可能な過電流保護部品が求められている。

本発明の目的は、200V電圧印加時には過電流保護を繰
り返し行うことができ、かつ600Vの電圧印加時には確実
に保護動作を行い得る過電流保護部品を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の過電流保護部品は、PTC素子を用いて構成さ
れている。すなわち、ケース内にPTC素子が収納されて
おり、PTC素子はその両主面に電極が形成されており、
かつ少なくとも一方面の中央領域に溝が形成された構造
を有する。PTC素子の一端近傍には、該PTC素子の一方主
面側の電極にはんだにより第１のリード端子が接合され
ている。同様に、PTC素子の他端近傍において、PTC素子
の他方面側の電極にはんだにより第２のリード端子が接
合されている。第1,第２のリード端子は、共に、ケース
に対して固定されている。

従って、PTC素子は、ケースに対して固定された関係
にある第1,第２のリード端子に挟まれた状態で、該第1,
第２のリード端子にはんだにより接合されてケース内に
位置決めされている。

ケースの第１の内壁側からPTC素子の主面の中央領域
と上記第１のリード端子の接合されている部分との間の
上記一方面側の電極部分に至るように第１のばね部材が
延ばされている。第１のばね部材は、PTC素子を第１の
内壁と対向する第２の内壁側に付勢している。同様に、
ケースの第２の内壁側からPTC素子の主面の中央領域と
第２のリード端子の接合されている部分との間の上記他
方面側の電極部分に至るように第２のばね部材が延ばさ
れており、この第２のばね部材はPTC素子を第１の内壁
側に付勢している。

そして、上記第1,第２のリード端子とPTC素子との接
合に用いられているはんだは、PTC素子の発熱によりTC
素子が破壊に至る温度を第１の温度,PTC素子の発熱温度
を第２の温度としたときに、第１の温度＞第２の温度の
関係にある第1,第２の温度の間に融点を有する材料から
構成されている。

〔作用〕

本発明の過電流保護部品では、第1,第２のリード端子
から比較的低電圧の過電流が通電された場合、従来のチ
タン酸バリウムからなるPTC素子と同様に過電流保護素
子として機能する。

他方、例えば600Vのような高電圧の過電流が流れた場
合には、以下に示すように第1,第２のばね部材の作用に
より、過電流保護動作が行われる。

まず、過電流の値が小さい場合（１〜4A程度の場
合）、使用するPTC素子が破壊に至る場合の素子温度を
第１の温度,PTC素子の発熱温度を第２の温度とした場合
に、該第１の温度と該第２の温度の間に融点を有するは
んだが用いられているため、PTC素子が破壊に至らない
間にリード端子とPTC素子とを接合しているはんだが溶
融する。その結果、第1,第２のばね部材の押圧付勢力に
より、PTC素子が移動され、第1,第２のリード端子とPTC
素子との電気的な接続が解かれ、第1,第２のリード端子
間が開放状態とされる。

他方、突入印加電流が大きい場合には、PTC素子の発
熱は急激に生じる。その結果、PTC素子内外で温度差が
生じ、上記はんだの溶融前に素子が破壊する。しかしな
がら、本発明のPTC素子では、素子中央領域に溝が形成
されている。しかも、PTC素子の溝を挟んだ両側におい
て異なる主面側から第1,第２のばね部材がPTC素子を付
勢するように配置されている。従って、PTC素子はこの
上記溝が形成されている部分で分断されることになり、
それによって第1,第２のリード端子間が開放状態とされ
る。

すなわち、本発明の過電流保護部品は、200Vのような
比較的低電圧が印加された場合には、従来のPTC素子と
同様の過電流保護素子として機能し、600Vのような比較
的高電圧が印加された場合には、回路を開放状態として
過電流保護動作を行う。

〔実施例の説明〕

第１図及び第２図に、本発明の一実施例にかかる過電
流保護部品の平面断面図及び正面図を示す。

過電流保護部品１は、プラスチック等の絶縁性材料よ
りなるケース２内にPTC素子３を収納した構造を有す
る。

PTC素子３は、第３図に斜視図で示すように、チタン
酸バリウム等の正特性サーミスタとして機能する材料よ
りなる板状のPTC素体４の両主面に電極5a,5bを形成した
構造を有する。なお、PTC素子３の両主面中央領域に
は、断面Ｖ字状の溝6a,6bが形成されている。溝6a,6b
は、後述するように高電圧が印加され、かつPTC素子３
が破壊される場合に、PTC素子３が分断する部分を該溝6
a,6bが設けられている部分とするために設けられてい
る。溝6a,6bの断面形状は、図示のＶ字状のものに限ら
ず、Ｕ字状等の適宜の形状としてもよい。

なお、電極5a,5bは、それぞれ、上記溝6a,6b内にも至
るように形成されている。

第３図に示すように、PTC素子３の両主面に電極5a,5b
が、それぞれ、第1,第２のリード端子7a,7bがはんだ８
により接合されている。第１のリード端子7aは、PTC素
子３の一方主面側において該PTC素子の一端近傍に接合
されている。他方、第２のリード端子7bは、PTC素子３
の他端側において他方主面上の電極に接合されている。

第１図及び第２図に戻り、第1,第２のリード端子7a,7
bは、共にケース２の下方に引き出されているが、該ケ
ース２に対して固定されている。従って、PTC素子３
は、第1,第２のリード端子7a,7bにはんだ８により接合
されることにより、ケース２内に固定されている。

他方、ケース２の第１の内壁2aと、PTC素子３の一方
主面側の電極5aとの間には、第１のばね部材9aが配置さ
れている。すなわち、第１のばね部材9aは、第１の内壁
2a側に幅の広い取り付け部91を有し、この取り付け部91
は、第１の内壁2aから内側に突出形成された一対の突出
部2c,2dと第１の内壁2aとの間の隙間に係合された状態
で収納されている。第１のばね部材9aは、この第１の内
壁2aからPTC素子３の主面中央領域と第１のリード端子7
aとの間の電極5aの部分に至るように配置されており、
かつPTC素子３を第２の内壁2b側に付勢するように設け
られている。

同様に、第１の内壁と対向している第２の内壁2b側に
は、第２のばね部材9bが配置されている。第２のばね部
材9bは、PTC素子の主面中央領域と第２のリード端子と
の間の他方主面側の電極5bの部分に至るように延ばされ
ており、かつPTC素子３を第１の内壁2a側に付勢するよ
うに配置されている。

なお、上記はんだ８は、PTC素子３に200Vの電流を通
電した場合の発熱温度と、600Vの電圧を印加し発熱によ
りPTC素子が破壊に至る温度との間に融点を有する材料
で構成されている。この200V通電時の発熱温度及び600V
通電時の発熱によりPTC素子が破壊に至る温度は、PTC素
子３を構成する材料及びPTC素子の形状等により変動す
るため、一義的には決定され得ない。また、本実施例の
過電流保護部品は、200Vの電圧が印加された場合に過電
流保護素子として機能し、600Vが印加された場合には両
端子7a,7b間を開放状態とするように機能させるもので
あるため、上記はんだ８の融点が200V印加時の発熱温度
と600V印加時の発熱温度との間に設定されているが、20
0V及び600Vの組合わせ以外の他の２種の電圧が印加され
た場合に同様に機能させることも可能である。従って、
本発明においては、はんだの融点は、PTC素子としての
過電流保護動作を行わさせる場合のPTC素子の発熱温度
（第２の温度）と、PTC素子が発熱によりPTC素子が破壊
に至る温度（第１の温度）との間の融点を有するものが
選択される。

次に、上記実施例の過電流保護部品の動作を説明す
る。

200Vの電圧が印加された場合の回路保護動作 200Vの電圧の突入電流が通電された場合、PTC素子３
は、従来の電話器関係で用いられているPTC素子と同様
に動作し、回路保護動作を果たす。すなわち、突入電流
の通電によりPTC素子３が発熱し、保護動作を行う。

600Vの突入電流が印加された場合の保護動作 600Vの電圧の突入電流が通電された場合、この電流値
が小さい場合（１〜4A程度）と、大きい場合（最大40A
程度までの電流値）で動作が異なる。

まず、突入印加時の電流が小さい場合には、PTC素子
３の発熱にある程度の時間を要し、素子全体が発熱す
る。この素子発熱温度が一定温度を超えると、抵抗が減
少するようになり、発熱量がさらに増加する。この場
合、はんだ８がPTC素子３の破壊に至る発熱温度よりも
低い融点を有するため、はんだ８が溶融する。その結
果、第４図に断面図で示すように、第1,第２のばね部材
9a,9bの付勢力によりPTC素子３が第1,第２のリード端子
7a,7bから分離される。従って、第1,第２のリード端子7
a,7b間が開放状態とされる。

これに対して、突入印加電流が大きい値の場合には、
PTC素子３の発熱は急激に生じ、素子内外で温度差が生
じ、はんだ８の溶融前にPTC素子３の破壊が生じる。し
かしながら、本実施例の構造では、PTC素子両主面中央
に溝6a,6bが形成されており、さらに第1,第２のばね部
材9a,9bによりPTC素子３が付勢されているため、破壊は
溝6a,6b間で生じ、第５図に示すようにPTC素子３が分断
される。その結果、第1,第２のリード端子7a,7b間が開
放状態とされる。

上記のように、本実施例の過電流保護部品では、600V
の過電流が通電された場合には、意図的に予め選択した
部分でPTC素子３を破壊し、それによって第1,第２のリ
ード端子7a,7b間が開放状態とされて回路保護動作を果
たす。よって、素子の破壊による火災等が生じる前にPT
C素子３が分断されるため、従来のヒューズ素子と同様
に安全に回路保護を行う。

次に、具体的な実験例につき説明する。

BaTiO₃系セラミックスからなる幅5mm、長さ16mm及び
厚み2.0mmのPTC素体４を用意し、両主面中央領域に長さ
0.2mmの断面Ｖ字状の溝6a,6bを形成し、さらに両主面に
Ag電極を形成した。次に、4/6共晶はんだ（JISZ3202に
おいてH60Aとされているはんだ）を用いて0.8mm径のCu
線を第1,第２のリード端子7a,7bとして接合し、第３図
に示す状態とした。次に、第１図に示すように、上記PT
C素子をケース２に封入し、第1,第２のばね部材をケー
ス２の上方から挿入して、第１図に示す過電流保護部品
１を得た。

上記過電流保護部品１に、AC200V・4Aの電流を通電し
たところ、PTC素子３の温度は150℃となり、正常に保護
動作が行われた。

次に、AC600V・4Aの電流を通電したところ、PTC素子
３の破壊に至る前にはんだ８が溶融し、第３図に示す状
態が実現され、第1,第２のリード端子7a,7b間が開放状
態とされた。

また、AC600V・10Aの電流を通電した場合には、はん
だ８の溶融による開放状態と、PTC素子３の溝6a,6b部分
間の分断の両方の現象が生じたが、何れの場合において
も第1,第２のリード端子7a,7b間が開放状態となった。

AC600V・40Aの電流を通電した場合には、はんだ８の
溶融に先立って、素子の破壊が生じ、溝6a,6b間でPTC素
子３が分断し、第４図に示すように第1,第２のリード端
子7a,7b間が開放状態となった。

以上の結果から明らかなように、本実施例の過電流保
護部品では、600V印加時の電流条件が異なっている場合
であっても、安全にヒューズ機能を果たすことが可能と
されている。

なお、上記実施例では、PTC素子３が意図的に分断状
態とするために、PTC素子の両主面に溝6a,6bが設けられ
ていたが、該溝は一方主面側においてのみ形成されてい
てもよい。

〔発明の効果〕 本発明によれば、200V印加時のようにPTC素子本来の
回路保護動作を行わせる場合には、PTC素子の該回路保
護動作特性を利用して回路を保護することができ、従っ
て繰り返し使用することができる。すなわち、煩雑なメ
ンテナンスの必要がない。

他方、600V印加時のように比較的高電圧の突入電流が
通電された場合には、PTC素子が中央領域に形成された
溝の部分で意図的に分断されるため、第1,第２のリード
端子間が確実に開放状態とされる。すなわち、ヒューズ
素子と同様に安全に回路保護動作を果たす。

よって、本発明によれば、例えば200Vの過電流保護だ
けでなく、600Vの過電流保護も要求される電話器関係の
規格のように、比較的低電圧印加時及び高電圧印加時の
双方において回路保護動作が要求される用途に最適な過
電流保護部品を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる過電流保護部品の平
面断面図、第２図は第１図実施例の正面図、第３図はPT
C素子に第1,第２のリード端子を接合した状態を示す斜
視図、第４図ははんだが溶融してPTC素子が第1,第２の
ばね部材により移動された状態を示す平面断面図、第５
図はPTC素子が破壊し分断された状態を示す平面断面図
である。 図において、１は過電流保護部品、２はケース、2aは第
１の内壁、2bは第２の内壁、３はPTC素子、４はPTC素
体、5a,5bは電極、6a,6bは溝、7a,7bは第1,第２のリー
ド端子、８ははんだ、9a,9bは第1,第２のばね部材を示
す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケースと、 前記ケース内に収納されており、両主面に電極が形成さ
   れており、かつ少なくとも一方主面の中央領域に溝が形
   成されたPTC素子と、 前記PTC素子の一端近傍において該PTC素子の一方面側の
   電極にはんだにより接合されており、かつケースに対し
   て固定された第１のリード端子と、PTC素子の他端近傍
   においてPTC素子の他方面側の電極にはんだにより接合
   されており、かつケースに対して固定された第２のリー
   ド端子と、 前記ケースの第１の内壁側からPTC素子の主面の中央領
   域と前記第１のリード端子との間の前記一方面側の電極
   部分に至るように延ばされており、かつPTC素子を第１
   の内壁と対向する第２の内壁側に付勢している第１のば
   ね部材と、 前記ケースの第２の内壁側からPTC素子の主面中央領域
   と前記第２のリード端子との間の他方面側の電極部分に
   至るように延ばされており、かつPTC素子を第１の内壁
   側に付勢している第２のばね部材とを備え、 前記はんだが、PTC素子の発熱によりPTC素子が破壊に至
   る温度を第１の温度,PTC素子の発熱温度を第２の温度と
   したときに、第１の温度＞第２の温度の関係にある第1,
   第２の温度の間に融点を有する材料からなることを特徴
   とする、過電流保護部品。