JPH10241907A

JPH10241907A - 回路保護装置

Info

Publication number: JPH10241907A
Application number: JP4568497A
Authority: JP
Inventors: Hideo Horibe; 英夫堀邊; Itsuo Nishiyama; 逸雄西山; Osamu Hiroi; 治廣井; Tatsuya Hayashi; 龍也林; Tomoe Takahashi; 知恵高橋; Sadajiro Mori; 貞次郎森; Shiro Murata; 士郎村田; Kenichi Nishina; 健一仁科; Manabu Sogabe; 学曽我部; Masahiro Ishikawa; 雅廣石川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 1998-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】通常の通電時は低抵抗で導電性が良好で、し
かも限流性能に優れ、繰り返し安定に動作する安全性、
信頼性の高い回路保護装置を得る。【解決手段】有機重合体１に融点が２０００℃以上の
導電粒子、タングステン粒子２を分散させてＰＴＣ素子
を形成し、これに少なくとも２つの電極を圧接により電
気的に接続して設ける。導電粒子としては平均粒径が
０．０１〜５０μｍのものを、組成物に対して５０〜９
９ｗｔ％含ませる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度上昇に伴って
比較的狭い温度領域で電気抵抗が急増する性質［ＰＴＣ
特性（Positive Temperature Coefficient）］を有する
ＰＴＣ素子を用いた遮断器等に利用される回路保護装置
に係わるものであって、特に限流性能の向上、繰り返し
安定性の改善を図るものである。

【０００２】

【従来の技術】回路保護装置は、前述のＰＴＣ特性を有
するＰＴＣ素子に少なくとも２つの電極を電気的に接続
して構成され、一般に、ヒータ、正特性サーミスタ、感
熱センサ、電池などを含む回路が短絡したとき回路の電
流を制限し、他方その短絡の原因が取り除かれたとき回
路を復帰させる遮断器として利用されている。この回路
保護装置における過電流保護メカニズムは下記のとおり
である。回路保護装置を構成するＰＴＣ素子の常温時の
抵抗率（ρ_L ）は十分に低いため、通常は回路に電流が
流れる。ところが、短絡事故等により回路に高電流が流
れた場合、その高電流によりＰＴＣ素子にジュール熱が
発生し、素子の温度が上昇し、抵抗率が上昇するため
（ＰＴＣ特性の発現）、素子に電流が流れなくなり回路
が保護される（これを限流性能とよぶ）。このように回
路保護装置の特性は、そのＰＴＣ素子の特性に大きく影
響される。従って、このＰＴＣ素子は、高電圧下におい
ても、繰り返し使用可能な限流性能を有することが必要
である。また、初期抵抗率（ρ_L ）を充分に低下させ、
かつ有効なＰＴＣ特性（ρ_H／ρ_Lが大）を有し、限流性
能を向上させることが必要である。ρ_H はＰＴＣ曲線に
おける高温時のピーク抵抗率である。

【０００３】ＰＴＣ素子としては、種々の物質が開発さ
れており、その一つとして、ＢａＴｉＯ₃ に１価または
３価の金属酸化物を添加したものが従来から知られてい
る。ところが、これにはＰＴＣ特性が発現した直後にＮ
ＴＣ特性を発現するため１ｍｓｅｃ．以下で電流が流れ
てしまうという問題点があった。このため、ポリエチレ
ン（ＰＥと略記する），ポリプロピレンあるいはエチレ
ン−アクリル酸共重合体などの有機重合体に、カーボン
ブラック（ＣＢと略記する），カーボンファイバー，グ
ラファイトあるいは金属微粒子などの導電粒子を分散さ
せたものが開発された。このＰＴＣ素子は、一般的に、
有機重合体として用いる１種またはそれ以上の樹脂に、
必要量の導電粒子を添加して混練した組成物を成形する
ことにより製造される。導電粒子として、ＣＢ，カーボ
ンファイバーあるいはグラファイトを用いた場合は、導
電粒子を有機重合体に最密充填を行ってもＰＴＣ素子の
ρ_L は０．１Ωｃｍ以下には低下せず、また、ＰＴＣ素
子のρ_L が０．１Ωｃｍと最も低下したときには、ρ_H
／ρ_Lが小さくなり約１００くらいしか示さない。よっ
て十分に限流性能を向上させることができない。一方、
金属粒子自身の抵抗率は１０^-6Ωｃｍのオーダで、ＣＢ
自身の０．０５Ωｃｍに比較して非常に低い。このた
め、Ｃｕ，Ｎｉなどの金属粒子を用いることにより、Ｐ
ＴＣ素子のρ_L の低下が予想されるにも関わらず、従来
より、ＰＴＣ素子用の導電粒子として、金属粒子はＣＢ
ほどには使用されていない。その大きな理由の一つは、
従来の既知の金属粒子を含有するＰＴＣ素子は大電流・
高電圧下で使用すると、内部アーク現象（導電粒子間に
微小アークが発生する）を起こし、素子が電気破壊を起
こすためである。内部アーク現象が起こると、ＰＴＣ素
子中の金属粒子が溶融して金属粒子同士が結合し、局部
的に導電回路が形成され、大電流が素子の一部に集中し
て素子が破壊に至るためである。また、素子と電極界面
の微小空隙部分に放電が起りやすく、放電部分の樹脂が
劣化・分解し、それがために劣化が早くなり、時には爆
発を起こすという不具合があった。特に数十ボルト以上
の電圧では顕著であった。そのため、自己復帰型過電流
保護素子用の回路保護装置には使用されていない。ま
た、導電粒子としてＣＢと金属粒子とをともに含むＰＴ
Ｃ素子が、特開昭６４−５３５０３号公報に開示されて
いる。金属粒子を含有させているのはＰＴＣ素子の熱伝
導性を向上させるためである。

【０００４】また、回路保護装置においては、最良の電
気的接触を実現してコンタクト抵抗を最小にするように
ＰＴＣ素子と電極とは一般に熱融着により接合されてい
る（この電極を融着電極方式と呼ぶ）。例えばＰＴＣ素
子に銅箔を熱融着したものがある。ＰＴＣ素子と電極と
の接触抵抗が少なくなり、全体としての抵抗が少なくな
るという長所があるが、過電流遮断時のピーク電流（限
流波高値：Ｉ_p ）を充分に小さくできず、限流性能が不
十分であった。また何度も短絡電流が流れた場合、初期
と同じ条件で遮断できない、繰り返し安定性に欠けると
いう欠点があった。これに対して、特開平４−２６６０
０１号公報に、ＰＴＣ素子に単に両側から圧力をかけて
電極を接触させ電気的に接続したものが開示されている
（この電極を圧接電極方式と呼ぶ）。この圧接電極方式
の回路保護装置は、限流波高値（Ｉ_p ）を小さくでき、
優れた限流性能を有し、しかも繰り返し安定に動作する
という優れた長所を有している。ところが、融着電極方
式のものと比較すると、ＰＴＣ素子と電極との接触抵抗
が大きく、通常の抵抗が大きくなり、導電性が少し劣る
という欠点があった。通常の導電性を損なわず、良好な
導電性を得るためには、常温時の抵抗率（ρ_L ）が充分
に小さいＰＴＣ素子が必要となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、ＰＴＣ
素子に圧接電極方式で電極を設けた回路保護装置は、限
流性能に優れ、繰り返し安定に動作するが、通常の抵抗
が大きくなり、導電性が少し劣る。その導電性を改善す
るために常温時の抵抗率が充分に小さいＰＴＣ素子が必
要となる。一方、ＰＴＣ素子の導電粒子として、金属粒
子自体はＣＢに比べると抵抗率が非常に低く、ＰＴＣ素
子の常温時の抵抗率（ρ_L ）を低下させることができ、
通常は良好な導電性を発現すると予想されるが、従来の
既知の金属粒子を含有するＰＴＣ素子は、大電流・高電
圧下で使用すると、内部アーク現象を起こし、金属粒子
が溶融して局部的に導電回路が形成され、ＰＴＣ素子が
破壊に至る等、安全性、信頼性に欠け、過電流から回路
を繰り返し良好に保護できないという欠点があった。

【０００６】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、通常の通電時には低抵抗で導電性
が良好で、しかも限流性能に優れ、繰り返し安定に動作
する回路保護装置を得ることを目的とする。即ち、通常
の通電時には低抵抗で導電性が良好で、しかも大電流・
高電圧下でも局部的に導電回路が形成されたりせず、Ｐ
ＴＣ特性の発現により抵抗が上昇し、過電流から回路を
保護でき、自己復帰型過電流保護素子として良好に動作
するＰＴＣ素子を用いるとともに、圧接電極方式で電極
を設け、通常は導電性が良好で、しかも限流性能に優
れ、繰り返し安定に動作する安全性、信頼性の高い回路
保護装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の回路保護装置の
第１の構成は、有機重合体に融点が２０００℃以上の導
電粒子を分散させてなるＰＴＣ素子と、このＰＴＣ素子
に圧接され、これと電気的に接続する少なくとも２つの
電極とを備えるものである。

【０００８】本発明の回路保護装置の第２の構成は、第
１の構成において、平均粒径が０．０１〜５０μｍの導
電粒子を用いるものである。

【０００９】本発明の回路保護装置の第３の構成は、第
１または第２の構成において、導電粒子を組成物に対し
て５０〜９９ｗｔ％含ませるものである。

【００１０】本発明の回路保護装置の第４の構成は、第
１ないし第３のいずれかの構成において、導電粒子とし
て、金属、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ素化
物、および金属窒化物の少なくともいずれか１種以上を
含む粒子を用いるものである。

【００１１】本発明の回路保護装置の第５の構成は、第
４の構成における金属としてタングステンを用いるもの
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の回路保護装置は、有機重
合体に融点が２０００℃以上の導電粒子を分散させてな
るＰＴＣ素子に、少なくとも２つの電極を圧接により電
気的に接続して設けたものである。ＰＴＣ素子と電極と
を圧接電極方式で電気的に接続しているので、上述のよ
うに限流波高値（Ｉ_p ）を小さくでき、優れた限流性能
を有し、しかも繰り返し安定に動作する。また、このＰ
ＴＣ素子は、大電流・高電圧下で使用し、内部アークが
発生した場合にも、含まれる導電粒子が２０００℃以上
の高い融点を有しているため溶融しないので、従来の金
属粒子を用いた場合のように、素子本体に局部的に導電
回路が形成されることがなく、電気破壊に至ることがな
い。而して、大電流が流れるとＰＴＣ素子の温度が上昇
し、抵抗が上昇するので過電流から回路を保護できる。
さらに、常温時の抵抗率（ρ_L ）が低く、素子の初期抵
抗を充分に小さくできる。即ち、大電流・高電圧下でも
導電粒子が溶融して局部的に導電回路が形成されること
がなく、しかも常温時の抵抗率（ρ_L ）を充分に小さく
でき、通常の通電時には良好な導電性を示すとともに、
高温時のピーク抵抗率（ρ_H ）を大きく、即ちρ_H／ρ_L
を大きくでき、大電流が流れたときに確実に電流を遮断
でき、回路を保護できる。優れた限流性能を有し、安全
で信頼性が高く、自己復帰型過電流保護素子として良好
に機能する。従って、本発明の回路保護装置は、通常の
通電時には低抵抗で導電性が良好で、しかも限流波高値
（Ｉ_p ）を小さくでき、限流性能に優れ、繰り返し安定
に動作する。なお、抵抗率が低くＰＴＣ素子のρ_L を低
下させ得るが、内部アーク現象を起こし、不具合を生じ
させるおそれののある金属粒子ではあるが、その融点が
２０００℃以上と高いものを導電粒子として用いること
により、内部アーク現象を起こさずに、ρ_H を大きくで
き、過電流保護素子になりうる優れたＰＴＣ素子が得ら
れるという知見は、本発明者らが鋭意検討し、種々実験
の結果明らかにされたものである。また、ＣＢは融点を
持たない昇華性の物質であり、本発明の導電粒子の範疇
には含まない。

【００１３】また、導電粒子としては平均粒径が０．０
１〜５０μｍの粒子を用いるのが好ましく、０．１〜３
０μｍの粒子を用いるのがより望ましい。平均粒径が小
さい導電粒子は有機重合体に充填するとき、粒子分布が
小さく嵩高くなるため充填量を多くできず、ＰＴＣ素子
の常温抵抗率が増加する。また、平均粒径が大きいもの
は、重合体への充填量が同じ場合にはＰＴＣ素子の常温
抵抗率が増加する。図１はＰＴＣ素子に含まれるタング
ステンの粒径とＰＴＣ素子の常温抵抗率との関係を示す
特性図であり、●（黒丸）はタングステンの充填量が９
０ｗｔ％の場合、○（中ぬき丸）はタングステンの充填
量が９５ｗｔ％の場合を示しており、平均粒径が大きく
なるにつれＰＴＣ素子の常温抵抗率が増加していること
がわかる。上記平均粒径の導電粒子を用いることによ
り、常温抵抗率の小さいＰＴＣ素子が得られる。ＰＴＣ
素子の用途、所望の特性に応じて種々の粒径のものを適
宜選択することができる。

【００１４】また、導電粒子の含有量はＰＴＣ素子に対
して５０〜９９ｗｔ％にするのが好ましく、７０〜９７
ｗｔ％とするのがより望ましい。導電粒子の含有量が少
なくなると常温抵抗率が高くなる。また、導電粒子の含
有量が多くなると、有機重合体との混練時の混練トルク
が高くなり混練が不可能になる、あるいはたとえ可能で
あってもＰＴＣ素子の弾性が低く耐衝撃性の弱い素子と
なり、実用化が困難になる。図２はタングステンの充填
量とＰＴＣ素子の常温抵抗率との関係を示す特性図で、
タングステンの充填量が少なくなるにつれ、ＰＴＣ素子
の常温抵抗率が増加していることがわかる。図３はタン
グステンの充填量と混練時のトルクとの関係を示す特性
図で、タングステンの充填量の増加とともに混練時のト
ルクが増加していることがわかる。測定はラボプラスト
ミル装置を用い、２００℃，５０ｒｐｍの混練条件で行
った。

【００１５】また、導電粒子としては、融点が２０００
℃以上のもので、ＰＴＣ素子として良好な電気伝導性、
熱伝導性および微小アークに対する耐溶融性を有し、優
れたＰＴＣ特性を提供することができるものが望まし
い。金属、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ素化
物、および金属窒化物の粒子が用いられる。ＰＴＣ素子
の用途、所望の特性に応じて、単独，２種以上を組み合
わせた混合物等、適宜選択して用いることができる。例
えば、金属粒子としてはタングステン（Ｗ）がある。金
属炭化物としては、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＶＣ，ＮｂＣ，Ｔ
ａＣ，Ｍｏ₂Ｃ，ＷＣがある。金属窒化物としては、Ｔ
ｉＮ，ＺｒＮ，ＶＮ，ＮｂＮ，ＴａＮ，Ｃｒ₂Ｎがあ
る。金属ケイ素化物としては、ＴａＳｉ₂，ＭｏＳｉ₂，
ＷＳｉ₂ がある。金属ホウ化物としては、ＴｉＢ₂，Ｚ
ｒＢ₂，ＮｂＢ₂，ＴａＢ₂，ＣｒＢ，ＭｏＢ，ＷＢがあ
る。（Ｔｉ：チタン、Ｚｒ：ジルコニウム、Ｖ：バナジ
ウム、Ｎｂ：ニオブ、Ｔａ：タンタル、Ｍｏ：モリブデ
ン、Ｃｒ：クロム）

【００１６】特に、タングステン、およびタングステン
の炭化物，ホウ化物，ケイ素化物，窒化物の粒子を用い
るのが好ましい。タングステンは金属粒子の中で最も融
点が高い金属（３４１０℃）であり、しかもタングステ
ンおよびタングステン化合物は所望の粒径のものが安定
に供給されており、入手し易いためである。

【００１７】本発明に係る有機重合体としては、ポリエ
チレン，ポリエチレンオキサイド，ポリブタジエン，ポ
リエチレンアクリレート，エチレン−エチルアクリレー
ト共重合体，エチレン−アクリル酸共重合体，ポリエス
テル，ポリアミド，ポリエーテル，ポリカプロラクタ
ム，フッ素化エチレン−プロピレン共重合体，塩素化ポ
リエチレン，クロロスルホン化エチレン，エチレン−酢
酸ビニル共重合体，ポリプロピレン，ポリスチレン，ス
チレン−アクリロニトリル共重合体，ポリ塩化ビニル，
ポリカーボネート，ポリアセタール，ポリアルキレンオ
キシド，ポリフェニレンオキシド，ポリスルホン，フッ
素樹脂が用いられ、これらが単独で、あるいはこれらの
うちから選ばれた少なくとも２種以上を混合したブレン
ドポリマーが用いられる。有機重合体の種類、組成比な
どは、所望の性能、用途などに応じて適宜選択するとよ
い。

【００１８】ＰＴＣ素子を形成する組成物の調製に際し
ては、上記の有機重合体、導電粒子以外に、必要に応じ
て種々の添加剤を混合してもよい。添加剤としては、例
えば、アンチモン化合物，リン化合物，塩素化合物，臭
素化合物などの難燃剤，酸化防止剤，安定剤などがあ
る。ＰＴＣ組成物は、有機重合体，導電粒子，その他添
加剤を所定の割合で配合・混練して調製される。有機重
合体に導電粒子、または同時に両者を配合・混練して調
製してもよい。有機重合体と導電粒子との配合割合は、
目的組成物の導電粒子含有量、有機重合体の種類、およ
びバンバリーミキサー，加圧ニーダー，ロールミルなど
の混練機の種類に応じて適宜選択することができるが、
導電粒子の充填量は、このＰＴＣ組成物中の５０〜９９
重量％の範囲を越えてはならない。

【００１９】

【実施例】以下、実施例を示し本発明の回路保護装置を
具体的に説明するが、勿論これらにより本発明が限定さ
れるものではない。実施例１．有機重合体として高密度ポリエチレン（ＨＤ
ＰＥと略す。三菱化学製ＨＪ５６０）１０重量部、導電
粒子としてタングステン（日本新金属製Ｗ−１、平均粒
径０．８８μｍ、融点３４１０℃）９０重量部およびフ
ェノール系酸化防止剤（チバガイギー社製、イルガノッ
クス１０１０）２部をラボプラストミル装置（東洋精機
製）にて２００℃で、１５分間混練してＰＴＣ組成物を
調製した。このＰＴＣ組成物を熱プレスで４０×６０×
１ｍｍ厚の板状に成形しＰＴＣ素子を作製した。遮断時
の絶縁を行うため、このＰＴＣ素子の周囲２０ｍｍにポ
リエチレンの枠を射出成形により作製した。次に枠を形
成したＰＴＣ素子を電極で挟み両側から圧力をかけて素
子と電極を電気的に接続し（圧接電極方式）回路保護装
置本体を作製し、得られた回路保護装置本体の過電流遮
断試験を行った。図４の特性図に、この回路保護装置本
体の温度と抵抗率との関係を表すＰＴＣ曲線を示す。常
温抵抗率（ρ_L ）は０．０１Ωｃｍ、ピーク抵抗率（ρ
_H ）は１０⁵Ωｃｍ、ρ_H／ρ_Lは１０⁷であった。また、
その初期抵抗が１．２ｍΩの場合、３００Ｖ，５０ｋＡ
の過電流に対する遮断電流は７．５ｋＡ、３．５ｍΩの
場合、４ｋＡと非常に良い特性を示した。ＰＴＣ素子の
サイズを変え、初期抵抗を変えて、ＰＴＣ素子の抵抗と
回路保護装置本体の過電流遮断時のピーク電流（限流波
高値：Ｉ_p ）との関係を調べた。その結果を図５の特性
図の特性線ａに示す。後記の比較例の融着電極方式、導
電粒子としてＣＢを用いたものの結果もともに示す。図
５において、初期抵抗が小さいときにＩ_p が小さくなる
（図５では線が左下に向かう）ほど、限流性能が優れて
いることになる。この図からも本実施例１の回路保護装
置の限流性能が優れていることがわかる。また、図６は
この回路保護装置を構成するＰＴＣ素子の導電粒子であ
るタングステン粒子の分散状態を示す光学顕微鏡写真の
模式図で、同図（ａ）は遮断（限流）試験前、（ｂ）は
遮断試験後を示している。遮断試験後も試験前と変化は
なく、タングステン粒子２は同様に有機重合体１中に均
一に分散していることがわかる。

【００２０】実施例２．有機重合体としてＨＤＰＥ（三
菱化学製ＨＪ５６０）５重量部とポリプロピレン（三菱
化学製ＭＡ０３）５重量部を混合し、導電粒子として金
属炭化物のＷＣ（日本新金属製ＷＣ−１０、平均粒径
０．７μｍ、融点２７８５℃）９０重量部およびフェノ
ール系酸化防止剤（チバガイギー社製、イルガノックス
１０１０）２部をラボプラストミル装置（東洋精機製）
にて２００℃で、１５分間混練してＰＴＣ組成物を調製
した。このＰＴＣ組成物を熱プレスで４０×６０×１ｍ
ｍ厚の板状に成形しＰＴＣ素子を作製した。このＰＴＣ
素子の周囲２０ｍｍに遮断時の絶縁を行うためにポリエ
チレンの枠を射出成形により作製した。次に枠を形成し
たＰＴＣ素子を電極に挟んで両側から押圧して（圧接電
極方式）回路保護装置を作製し、実施例１と同様にして
過電流遮断試験を行った。この回路保護装置本体の初期
抵抗が１．５ｍΩの場合、３００Ｖ，５０ｋＡに対する
遮断電流は８ｋＡを示した。

【００２１】実施例３．有機重合体としてエチレン酢酸
ビニル共重合体１０重量部、導電粒子として金属窒化物
のＺｒＮ（日本新金属製ＺｒＮ、平均粒径１μｍ、融点
２９８０℃）９０重量部およびフェノール系酸化防止剤
（チバガイギー社製，イルガノックス１０１０）２部を
ラボプラストミル装置（東洋精機製）にて２００℃で、
１５分間混練しＰＴＣ組成物を調製した。このＰＴＣ組
成物を熱プレスで４０×６０×１ｍｍ厚の板状に成形し
ＰＴＣ素子を作製した。このＰＴＣ素子の周囲２０ｍｍ
に遮断時の絶縁を行うためにポリエチレンの枠を射出成
形により作製した。次に枠を形成したＰＴＣ素子を電極
に挟んで両側から押圧して（圧接電極方式）回路保護装
置を作製し、実施例１と同様にして過電流遮断試験を行
った。この回路保護装置本体の初期抵抗が１．１ｍΩの
場合、３００Ｖ，５０ｋＡに対する遮断電流は８．５ｋ
Ａを示した。

【００２２】実施例４．ＨＤＰＥ（三菱化学製ＨＪ５６
０）１０重量部、導電粒子として金属ケイ素化物のＷＳ
ｉ₂（日本新金属製ＷＳｉ₂、平均粒径１μｍ、融点２１
６０℃）９０重量部およびフェノール系酸化防止剤（チ
バガイギー社製、イルガノックス１０１０）２部をラボ
プラストミル装置（東洋精機製）にて２００℃で、１５
分間混練してＰＴＣ組成物を調製した。このＰＴＣ組成
物を熱プレスで４０×６０×１ｍｍ厚の板状に成形しＰ
ＴＣ素子を作製した。このＰＴＣ素子の周囲２０ｍｍに
遮断時の絶縁を行うためにポリエチレンの枠を射出成形
により作製した。次に枠を形成したＰＴＣ素子を電極に
挟んで両側から押圧して（圧接電極方式）回路保護装置
を作製し、実施例１と同様にして過電流遮断試験を行っ
た。この回路保護装置本体の初期抵抗が１．３ｍΩの場
合、３００Ｖ，５０ｋＡに対する遮断電流は８ｋＡを示
した。

【００２３】実施例５．ＨＤＰＥ（三菱化学製ＨＪ５６
０）１０重量部、導電粒子として金属ホウ化物のＷＢ
（日本新金属製ＷＢ、平均粒径１μｍ、融点３７００
℃）９０重量部およびフェノール系酸化防止剤（チバガ
イギー社製，イルガノックス１０１０）２部をラボプラ
ストミル装置（東洋精機製）にて２００℃で、１５分間
混練しＰＴＣ組成物を調製した。このＰＴＣ組成物を熱
プレスで４０×６０×１ｍｍ厚の板状に成形しＰＴＣ素
子を作製した。このＰＴＣ素子の周囲２０ｍｍに遮断時
の絶縁を行うためにポリエチレンの枠を射出成形により
作製した。次に枠を形成したＰＴＣ素子を電極に挟んで
両側から押圧して（圧接電極方式）回路保護装置を作製
し、実施例１と同様にして過電流遮断試験を行った。こ
の回路保護装置本体の初期抵抗が１．２ｍΩの場合、３
００Ｖ，５０ｋＡに対する遮断電流は８ｋＡを示した。

【００２４】実施例６．有機重合体としてポリプロピレ
ン（三菱化学製ＭＡ０３）１０重量部、導電粒子として
タングステン（日本新金属製Ｗ−１、平均粒径０．８８
μｍ、融点３４１０℃）９０重量部およびフェノール系
酸化防止剤（チバガイギー社製、イルガノックス１０１
０）２部をラボプラストミル装置（東洋精機製）にて２
００℃で、１５分間混練しＰＴＣ組成物を調製した。こ
のＰＴＣ組成物を熱プレスで４０×６０×１ｍｍ厚の板
状に成形しＰＴＣ素子を作製した。このＰＴＣ素子の周
囲２０ｍｍに遮断時の絶縁を行うためにポリエチレンの
枠を射出成形により作製した。次に枠を形成したＰＴＣ
素子を電極に挟んで両側から押圧して（圧接電極方式）
回路保護装置を作製し、実施例１と同様にして過電流遮
断試験を行った。この回路保護装置本体のＰＴＣ特性
は、常温抵抗率（ρ_L ）が０．０１Ωｃｍ、ピーク抵抗
率（ρ_H ）が１０⁵Ωｃｍ、ρ_H／ρ_Lは１０⁷であった。
また、その初期抵抗が１．２ｍΩの場合、３００Ｖ，５
０ｋＡの過電流に対する遮断電流は７．５ｋＡを示し
た。

【００２５】比較例１．ＨＤＰＥ（三菱化学製ＨＪ５６
０）４０重量部、導電粒子としてＣＢ（デグサ製ランプ
ブラック１０１、平均粒径０．０９５μｍ）を６０重量
部およびフェノール系酸化防止剤（チバガイギー製、イ
ルガノックス１０１０）２部を混練してＰＴＣ組成物を
調製した。この有機ＰＴＣ組成物を３５μｍ厚のニッケ
ルメッキ銅箔で挟み、熱プレス（１４０℃、１分間）で
４０×６０×総厚１ｍｍに熱圧着し（融着電極方式）、
さらにこのＰＴＣ素子の周囲２０ｍｍに遮断時の絶縁を
行うためにポリエチレンの枠を射出成形により作製し、
回路保護装置を作製した。実施例と同様に、得られた回
路保護装置を試験用電極に挟んで過電流遮断試験を行っ
た。ＰＴＣ素子のサイズを変え、初期抵抗を変えて、Ｐ
ＴＣ素子の抵抗（Ｒ）と回路保護装置本体の過電流遮断
時のピーク電流（限流波高値：Ｉ_p ）との関係を調べ
た。その結果を図５の特性図の特性線ｂに示す。限流性
能がかなり劣っていることがわかる。また、この回路保
護装置本体の室温抵抗が１．２ｍΩの場合、３００Ｖ，
５０ｋＡに対する遮断電流は２８ｋＡとなり、室温抵抗
が２．８ｍΩでは９ｋＡとなり、タングステンを含有し
たＰＴＣ素子を用いた実施例１に比較し非常に悪い特性
を示した。

【００２６】比較例２．ＨＤＰＥ（三菱化学製ＨＪ５６
０）４０重量部、導電粒子としてＣＢ（デグサ製ランプ
ブラック１０１、平均粒径０．０９５μｍ）を６０重量
部およびフェノール系酸化防止剤（チバガイギー製、イ
ルガノックス１０１０）２部を混練してＰＴＣ組成物を
調製した。この有機ＰＴＣ組成物を熱プレスで４０×６
０×総厚１ｍｍ板状に成形しＰＴＣ素子を作製し、ＰＴ
Ｃ素子の周囲２０ｍｍに遮断時の絶縁を行うためにポリ
エチレンの枠を射出成形により作製した。さらに上記実
施例と同様にＰＴＣ素子の両側に電極を圧接して（圧接
電極方式）回路保護装置を作製し、これの過電流遮断試
験を行った。ＰＴＣ素子のサイズを変え、初期抵抗を変
えて、ＰＴＣ素子の抵抗と回路保護装置本体の過電流遮
断時のピーク電流（Ｉ_p ）との関係を調べた。その結果
を図５の特性図の特性線ｃに示す。また、この回路保護
装置本体の室温抵抗が１．３ｍΩの場合、３００Ｖ，５
０ｋＡに対する遮断電流は１５ｋＡとなり、室温抵抗が
２．３ｍΩでは９ｋＡとなり、室温抵抗が３．８ｍΩで
は７ｋＡとなり、タングステンを含有したＰＴＣ素子を
用いた実施例１に比較し悪い特性を示した。

【００２７】比較例３．ＨＤＰＥ（三菱化学製ＨＪ５６
０）１０重量部、導電粒子としてタングステン（日本新
金属製Ｗ−１、平均粒径０．８８μｍ、融点３４１０
℃）９０重量部およびフェノール系酸化防止剤（チバガ
イギー社製、イルガノックス１０１０）２部をラボプラ
ストミル装置（東洋精機製）にて２００℃で、１５分間
混練しＰＴＣ組成物を調製した。このＰＴＣ組成物を３
５μｍ厚のニッケルメッキ銅箔で挟み、熱プレス（１４
０℃、１分間）で４０×６０×総厚１ｍｍに熱圧着し
（融着電極方式）回路保護装置を作製した。この装置本
体の周囲２０ｍｍに遮断時の絶縁を行うためにポリエチ
レンの枠を射出成形により作製し、これを試験用電極に
挟んで過電流遮断試験を行った。この回路保護装置本体
の初期抵抗が０．９ｍΩの場合、３００Ｖ，５０ｋＡの
過電流に対する遮断電流は１３ｋＡ、また、室温抵抗が
２．２ｍΩでは８ｋＡとなった。この値はＣＢを含有し
たＰＴＣ素子を用いた場合に比べると良いが、タングス
テンを含有したＰＴＣ素子を用いた圧接電極方式の実施
例１，６に比較すると悪い特性を示した。また、ＰＴＣ
素子のサイズを変え、初期抵抗を変えたときの、ＰＴＣ
素子の抵抗と回路保護装置本体の過電流遮断時のピーク
電流（Ｉ_p ）との関係を図５の特性線ｄに示した。

【００２８】比較例４．導電粒子として銀粒子（ノバメ
ット社Ａｇ、融点９６０．５℃）を９０重量部、ＨＤＰ
Ｅ１０重量部およびフェノール系酸化防止剤（チバガイ
ギー社製、イルガノックス１０１０）２部をラボプラス
トミル装置（東洋精機製）にて２００℃で、１５分間混
練しＰＴＣ組成物を調製した。このＰＴＣ組成物を熱プ
レスで４０×６０×１ｍｍ厚の板状に成形しＰＴＣ素子
を作製し、このＰＴＣ素子の周囲２０ｍｍに遮断時の絶
縁を行うためにポリエチレンの枠を射出成形により作製
した。次に枠を形成したＰＴＣ素子を電極で挟み両側か
ら圧力をかけて素子と電極を電気的に接続し（圧接電極
方式）回路保護装置本体を作製し、これの過電流遮断試
験を行った。この回路保護装置本体の室温抵抗が１ｍΩ
の場合は、３００Ｖ，５０ｋＡの高電圧、大電流に対し
て限流作用が発現せず、電流を遮断できなかった。遮断
が不可能であった理由は、この比較例４を構成するＰＴ
Ｃ素子には、低融点の銀粒子が充填されており、大電流
・高電圧下で使用した際に、内部アーク現象（導電粒子
間に微小アークが発生する）を起こし、ＰＴＣ素子が電
気破壊を起こしたためと考えられる。内部アーク現象が
起こるとその熱で、ＰＴＣ素子中の銀粒子が溶融し、次
に銀粒子同士が結合し、結合した部分に大電流が流れ、
組成物が電気破壊に至ったと考えられる。

【００２９】比較例５．導電粒子として銅（融点１０８
３℃、福田金属泊工業製Ｃｕ、平均粒径１．０μｍ）を
８５重量部、ＨＤＰＥ１５重量部およびフェノール系酸
化防止剤（チバガイギー社製、イルガノックス１０１
０）２部をラボプラストミル装置（東洋精機製）にて２
００℃、１５分間混練しＰＴＣ組成物を調製した。この
ＰＴＣ組成物を用いて、比較例４と同様にして回路保護
装置を作製し、過電流遮断試験を行った。この回路保護
装置本体の室温抵抗が３ｍΩの場合は、３００Ｖ，５０
ｋＡの高電圧、大電流に対して限流作用が発現せず、電
流を遮断できなかった。

【００３０】比較例６．導電粒子としてニッケル粒子
（融点１４５２℃、ノバメット社）を８５重量部、ＨＤ
ＰＥ１５重量部およびフェノール系酸化防止剤（チバガ
イギー社製、イルガノックス１０１０）２部をラボプラ
ストミル装置（東洋精機製）にて２００℃で、１５分間
混練してＰＴＣ組成物を調製した。このＰＴＣ組成物を
用いて、比較例４と同様にして回路保護装置を作製し、
過電流遮断試験を行った。この回路保護装置本体の室温
抵抗が１ｍΩの場合、３００Ｖ，５０ｋＡに対して限流
作用が発現せず、電流を遮断できなかった。図７はこの
比較例６を構成するＰＴＣ素子の導電粒子であるニッケ
ル粒子の分散状態を示す光学顕微鏡写真の模式図で、同
図（ａ）は遮断（限流）試験前、（ｂ）は遮断試験後の
素子が破壊した状態を示している。遮断試験前はニッケ
ル粒子３は有機重合体１中に均一に分散しているが、遮
断試験後はニッケル粒子３が溶融してニッケル粒子３同
士が結合しニッケル粒子結合部３ａが形成されている。
ＰＴＣ素子中のニッケル粒子３が溶融して、ニッケル粒
子結合部３ａ（即ち導電回路）が形成されたため、比較
例４，５と同様、過電流を遮断できず、素子が破壊に至
ったものと考えられる。

【００３１】

【発明の効果】本発明の回路保護装置の第１の構成にお
いては、有機重合体に融点が２０００℃以上の導電粒子
を分散させてなるＰＴＣ素子と、このＰＴＣ素子に圧接
され、これと電気的に接続する少なくとも２つの電極と
を備えるものとすることにより、通常は低抵抗で導電性
が良好で、しかも限流性能に優れ、繰り返し安定に動作
する安全性、信頼性の高い回路保護装置が得られる効果
がある。

【００３２】本発明の回路保護装置の第２の構成におい
ては、第１の構成において、平均粒径が０．０１〜５０
μｍの導電粒子を用いることにより、常温抵抗率の小さ
い回路保護装置が得られる効果がある。

【００３３】本発明の回路保護装置の第３の構成におい
ては、第１または第２の構成において、導電粒子を組成
物に対して５０〜９９ｗｔ％含ませることにより、常温
抵抗率が小さく、実用に適した回路保護装置が得られる
効果がある。

【００３４】本発明の回路保護装置の第４の構成におい
ては、第１ないし第３のいずれかの構成において、導電
粒子として、金属、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケ
イ素化物、および金属窒化物の少なくともいずれか１種
以上を含む粒子を用いることにより、ＰＴＣ特性、限流
性能に優れた回路保護装置が得られる効果がある。

【００３５】本発明の回路保護装置の第５の構成におい
ては、第４の構成における金属としてタングステンを用
いることにより、より安全で信頼性が高い、ＰＴＣ特
性、限流性能に優れた回路保護装置が得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる導電粒子（タングステン）の
粒径とＰＴＣ素子の常温抵抗率との関係を示す特性図で
ある。

【図２】本発明に係わる導電粒子（タングステン）の
充填量とＰＴＣ素子の常温抵抗率との関係を示す特性図
である。

【図３】本発明に係わる導電粒子（タングステン）の
充填量と混練時のトルクとの関係を示す特性図である。

【図４】本発明の実施例１に係わるＰＴＣ素子の温度
と抵抗率との関係を表すＰＴＣ曲線を示す特性図であ
る。

【図５】本発明の実施例１に係わるＰＴＣ素子の抵抗
と過電流遮断時のピーク電流（Ｉ_p ）との関係を比較例
とともに示す特性図である。

【図６】本発明の実施例１に係わるＰＴＣ素子の導電
粒子、タングステン粒子の分散状態を示す限流試験前後
の光学顕微鏡写真の模式図である。

【図７】本発明の比較例６に係わるＰＴＣ素子の導電
粒子、ニッケル粒子の分散状態を示す限流試験前後の光
学顕微鏡写真の模式図である。

【符号の説明】

１有機重合体、２タングステン粒子、３ニッケル
粒子、３ａニッケル粒子結合部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者林龍也東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者高橋知恵東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者森貞次郎東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者村田士郎東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者仁科健一東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者曽我部学東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者石川雅廣東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機重合体に融点が２０００℃以上の導
電粒子を分散させてなるＰＴＣ素子と、このＰＴＣ素子
に圧接され、これと電気的に接続する少なくとも２つの
電極とを備える回路保護装置。
【請求項２】導電粒子の平均粒径が０．０１〜５０μ
ｍである請求項１記載の回路保護装置。
【請求項３】導電粒子が組成物に対して５０〜９９ｗ
ｔ％含まれている請求項１または２記載の回路保護装
置。
【請求項４】導電粒子が金属、金属炭化物、金属ホウ
化物、金属ケイ素化物、および金属窒化物の少なくとも
いずれか１種以上を含む粒子である請求項１ないし３の
いずれかに記載の回路保護装置。
【請求項５】金属がタングステンである請求項４記載
の回路保護装置。