JPH10312911A

JPH10312911A - 限流器

Info

Publication number: JPH10312911A
Application number: JP12044797A
Authority: JP
Inventors: Tomoe Takahashi; 知恵高橋; Tatsuya Hayashi; 龍也林; Sadajiro Mori; 貞次郎森; Itsuo Nishiyama; 逸雄西山; Hideo Horibe; 英夫堀邊; 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: 1997-05-12
Filing date: 1997-05-12
Publication date: 1998-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】短絡電流または過電流が流れたときに発生す
るアークによりＰＴＣ素子の抵抗が大きく増大すること
なく、電極が剥離することなく、さらに、限流動作前後
において、ＰＴＣ素子の抵抗値の変化が小さい限流器を
提供する。【解決手段】ポリマーと、該ポリマー中に混入された
導電性物質とからなる正の抵抗温度特性を有するＰＴＣ
ポリマー部、および該ＰＴＣポリマー部に融着された一
対の電極からなるＰＴＣ素子を備えてなる限流器であっ
て、前記電極に少なくとも１つの貫通孔が形成されてお
り、該電極に、前記ＰＴＣポリマー部の表面に対して垂
直な方向に圧力が加えられてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＰＴＣ素子を備え
ており、短絡電流や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、正の抵抗温度特性を
有するＰＴＣ（positive temperature coefficient）ポ
リマー部と、該ＰＴＣポリマー部に融着された一対の電
極からなるＰＴＣ素子の電極構造に関するものである。

【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１４は、ＰＴＣ素子の抵抗温度特性を示
すグラフである。図１４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Ｔ
ｃ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
の抵抗値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Ｐ
ＴＣ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、ポリマーの非晶質部分（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】ところで、ＰＴＣポリマー部に電流を供給
するために、電極をＰＴＣポリマー部に接触させるとい
う方法をとるが、単に接触させただけでは、ＰＴＣポリ
マー部と電極とのあいだの接触抵抗が大きくなってしま
う。接触抵抗が大きいということは、負荷電流通電時に
ＰＴＣポリマー部と電極との界面での発熱が大きくな
る。その結果、ＰＴＣ素子の温度上昇が増大する。通
常、当該ＰＴＣ素子は、電極とＰＴＣポリマー部との接
触抵抗を下げるために、ＰＴＣポリマー部を電極により
押すように、ＰＴＣポリマー部の表面に対して垂直な方
向にＰＴＣ素子に圧力をかけて接触状態をよくし、ＰＴ
Ｃ素子を保護するための限流器容器内にＰＴＣ素子を納
める。しかし、単にＰＴＣ素子に圧力をかけただけで
は、接触抵抗を低減するという効果を充分にうることが
できない。また、ＰＴＣポリマー部と電極とのあいだの
接触抵抗は圧力依存性が大きいため、ＰＴＣ素子の抵抗
の制御が難しいという問題がある。

【００１０】かかる問題を解決するための、ＰＴＣポリ
マー部と電極とのあいだの接触抵抗を下げる方法は、特
公平５−９９２１号公報に開示されている。該公報に
は、あらかじめＰＴＣポリマー部に接触する面が粗面化
された金属板をＰＴＣポリマー部に接合することによ
り、接合強度を上げるとともに接触抵抗を下げる方法が
開示されている。また、特公昭６３−１１７４０１号公
報には、電極をＰＴＣポリマー部に熱圧着（融着）する
ことによりＰＴＣ素子を製造する方法が開示されてい
る。かかる方法では、ＰＴＣポリマー部と電極との接触
面積を増やすことでＰＴＣポリマー部と電極とのあいだ
の接触抵抗が下げられている。このように、ＰＴＣポリ
マー部に電極を融着して製造されたＰＴＣ素子は、ＰＴ
Ｃポリマー部と電極との界面の接触抵抗が、融着してい
ないものに較べて小さく、また、ＰＴＣ素子の圧力依存
性が小さいため、安定した抵抗値をうることができる。

【００１１】また、ＰＴＣポリマー部で発生したジュー
ル熱の放散（放熱）を促進する方法の一例として、特開
平２−２８８３０３号公報に開示された方法がある。該
公報には、電極を通気性を有する材料を用いて形成し、
通気性を有する電極を通して放散を促進する方法が開示
されている。また、特開昭６３−１２８６０５号公報に
は、電極をくりぬきパターンを有する電極にする方法が
開示されている。かかる方法は、電極にどの程度くりぬ
きパターンを形成するか、すなわち電極のくりぬき率に
よって、電極の有効面積を調整し、ＰＴＣ素子の抵抗値
を調整することを目的とするものである。さらに、電極
にくりぬきパターンを形成することによって、ＰＴＣ素
子内部で発生した熱の放散を促進することもできる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来、電気回路を保護
するために用いられていたＰＴＣ素子は、さきに述べた
ように、ＰＴＣポリマー部に電極を融着することにより
接触抵抗を下げ、結果としてＰＴＣ素子の常温電気抵抗
率を下げていた。また、前述のようの電極を通気性を有
する材料によって形成したり、電極にくりぬきパターン
をもたせることで、放熱を促進する方法がとられてい
た。しかし、単に電極に通気性を有する材料によって形
成したり、くりぬきパターンをもたせるだけでは、ＰＴ
Ｃポリマー部と電極との接触面積が少なくなり、ＰＴＣ
素子としての抵抗が高くなってしまい、連続して流せる
負荷電流が小さくなるという問題がある。

【００１３】しかし、前述のＰＴＣ素子は、大きな負荷
電流を流す必要がある電力分野に使われることは少な
い。なぜなら、前述のＰＴＣ素子に事故などによる短絡
電流が流れ込むと、ＰＴＣポリマー部が急激に分解温度
に達し、電極とＰＴＣポリマー部との界面からアークが
発生するからである。該発生したアークによって、ＰＴ
Ｃポリマー部で分解ガスが生成され、ガス圧力により電
極がＰＴＣポリマー部から剥離してしまい、再通電がで
きなくなるという問題がある。なお、前記分解温度と
は、ＰＴＣポリマー部に含まれるポリマーが、より構造
の簡単な化合物に変わりつつ、溶融しかつ気化する温度
をいう。なお、前記電力分野での使用の例としては、配
電系統でのブレーカーなどと組み合わせた使用がある。

【００１４】電力分野への応用のためには、ばね状の弾
性体などで、電極をＰＴＣポリマー部に押しつける必要
がある。図１５は、従来の限流器の一例を示す説明図で
あり、ＰＴＣポリマー部に電極が融着され、該電極がば
ね状の弾性体でＰＴＣポリマー部に押しつけられてい
る。図１５において、１０はＰＴＣポリマー部、２０
は、ＰＴＣポリマー部１０に融着された２つの電極（以
下、「融着電極」ともいう）、３０は、融着電極２０に
電気的に接続された導電板、３１は、導電板３０を介し
て融着電極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素子に圧力をかけるため
のばね状の弾性体、３４は、ＰＴＣ素子を保護するため
の限流器容器である絶縁容器、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。

【００１５】たとえば、特開平４−２６６００１号公報
には、電極がＰＴＣポリマー部に融着されておらず単に
接触しているＰＴＣ素子が開示されている。さらに、該
ＰＴＣ素子は、電極がＰＴＣポリマー部にばね状の弾性
体などで押しつけられている。かかるＰＴＣ素子では、
アークによって生成された炭化物がＰＴＣポリマー部と
電極との界面に付着し、ＰＴＣポリマー部と電極との接
触状態がよくなる。その結果、ＰＴＣポリマー部および
電極間の接触抵抗を下げることができ、電気回路復旧
後、通電を再開しても発熱が増加するなどの問題は生じ
ない。

【００１６】しかし、図１５に示されるような限流器で
は、ＰＴＣポリマー部と融着電極との界面からアークが
発生し、アークによってＰＴＣポリマー部で分解ガスが
発生し、分解ガスが融着電極とＰＴＣポリマー部とのあ
いだに残留し、限流器を動作させた後、ＰＴＣポリマー
部と融着電極との接触状態がわるくなる。しかし、ＰＴ
Ｃ素子に圧力を加えていなければ、融着電極がＰＴＣポ
リマー部から剥がれてしまう。ＰＴＣポリマー部と融着
電極との接触状態がわるくなると、限流器を動作させた
後（限流動作後）のＰＴＣ素子の抵抗値は、ＰＴＣポリ
マー部と融着電極との接触抵抗が増大するので、限流器
を動作させる前（限流動作前）の抵抗値よりも大きくな
ってしまう。

【００１７】さらに、抵抗が増大したＰＴＣ素子に、電
気回路復旧後、負荷電流の再通電を行うと、通常流れる
大きさの負荷電流でＰＴＣ素子の発熱が増大する。ＰＴ
Ｃ素子は温度が上昇すると抵抗が増大するので、抵抗が
増大するとますます発熱が増すことになる。その結果、
通常の大きさの負荷電流を通電している状態でも、加速
度的にＰＴＣ素子の抵抗の大幅な増大が引き起こされ、
短絡電流および過電流が流れたときのみ電流を抑制する
という本来の機能を果たせなくなるという問題が生じ
る。

【００１８】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、電極がＰＴＣポリマー部に融着された
ＰＴＣ素子を用いた限流器において、短絡電流または過
電流が流れたときに発生するアークにより、ＰＴＣポリ
マー部と電極との接触状態がわるくなり、ＰＴＣ素子の
抵抗が大きく増大するという問題と、電極が剥離すると
いう問題とを解決し、限流動作前後において、ＰＴＣ素
子の抵抗値の変化が小さい限流器を提供することを目的
とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の限流器は、ポリ
マーと、該ポリマー中に混入された導電性物質とからな
る正の抵抗温度特性を有するＰＴＣポリマー部、および
該ＰＴＣポリマー部に融着された一対の電極からなるＰ
ＴＣ素子を備えてなる限流器であって、前記電極に少な
くとも１つの孔が形成されており、該電極に、前記ＰＴ
Ｃポリマー部の表面に対して垂直な方向に圧力が加えら
れてなるものである。

【００２０】また、前記孔が形成されていないばあいの
電極とＰＴＣポリマー部材との融着面積に対する、前記
電極の孔の総断面積の割合を示す開口率が、開口率
（％）＝総断面積／融着面積×１００≦７０となるよう
に、前記電極に孔が形成されるものである。

【００２１】さらに、前記電極の各孔内にＰＴＣポリマ
ー部を突出せしめるように、前記ＰＴＣポリマー部に対
し前記電極が押圧されるものである。

【００２２】さらに、前記電極の各孔内にＰＴＣポリマ
ー部を突出せしめるように、前記ＰＴＣポリマー部に対
し前記電極が押圧され、該電極の露出した面と当該電極
周辺のＰＴＣポリマー部の面とが同一面にある。

【００２３】また、前記電極の孔の等価直径および電極
間距離が、等価直径／電極間距離＜３の関係を満たすよ
うに、孔の等価直径および電極間距離が設定されるもの
である。

【００２４】また、前記一対の電極が２つの電極からな
り、一方の電極が孔を有し、他方の電極が孔を有してい
ないものである。

【００２５】また、前記ＰＴＣポリマー部が、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
多層構造体であり、最も外側に設けられた２つのＰＴＣ
ポリマー層のうち、相対的に常温電気抵抗率が高い方の
ＰＴＣポリマー層に、孔を有する電極が融着され、相対
的に常温電気抵抗率が低い方のＰＴＣポリマー層に、孔
を有していない電極が融着されるものである。

【００２６】また、前記電極が伸縮性のある金属を用い
て形成されるものである。

【００２７】さらに、前記伸縮性のある金属がエキスパ
ンドメタルである。

【００２８】また、前記電極の材料がニッケルである。

【００２９】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の限流器の実施の
形態をについて説明する。

【００３０】実施の形態１．図面を参照しつつ、本発明
の限流器の実施の形態１について説明する。

【００３１】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、１はＰＴＣポリマ
ー部、２は、ＰＴＣポリマー部１に融着された電極（融
着電極）を示す。さらに、図１５と同一の部分は同じ符
号を用いて示した。

【００３２】前記融着電極２は、孔を設けた銅板に銀や
ニッケルなどのメッキが施されたものであり、図１にお
いては、貫通孔が設けられている。

【００３３】。導電板３０および電流導入端子３１は、
たとえば、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１に融着されていてもよい。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１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３５
ｂ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。本実施の形態
においても弾性体３３は、ＰＴＣポリマー部１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１からなるＰＴＣ素子と、導電板３０と、電流
導入端子３１とに弾性的な圧力を及ぼす。

【００３４】短絡電流または過電流が流れると、ＰＴＣ
ポリマー部１自身の発熱（ジュール熱の発生）に加え
て、ＰＴＣポリマー部１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１の温度が上昇する。ＰＴ
Ｃポリマー部１の温度が転移温度を超えると、ＰＴＣポ
リマー部１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、Ｐ
ＴＣポリマー部１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１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１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
られた貫通孔を介して、アークによって発生した融着電
極２と導電板３０とのあいだの間隙から放出される。ま
た、融着電極２を弾性体３３によりＰＴＣポリマー部１
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。

【００３５】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１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Ｐ
ＴＣポリマー部１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。

【００３６】また、貫通孔を設けることにより、ＰＴＣ
ポリマー部１と融着電極２との融着面積（融着面積）を
Ｓ、限流動作時の限流波高値のピークをＩｐとしたと
き、限流性能を示す単位融着面積あたりの電流密度Ｉｐ
／Ｓを大きくでき、限流波高値を下げることができる。
したがって、限流性能のすぐれたＰＴＣ素子をうること
ができる。

【００３７】さらに、孔の深さ方向に対して垂直な断面
の形状は、円状であっても、角状であっても、非対称な
鍵穴状のものであってもよい。前記孔内部の少なくとも
一部には、融着電極とＰＴＣポリマー部との融着の際
に、軟化したＰＴＣポリマー部が突出せしめられる。

【００３８】図２は、図１の限流器に含まれる融着電極
の他の例を示す説明図である。図２において、図１と同
一の部分は同じ符号を用いて示した。

【００３９】融着電極２には、図２（ａ）に示されるよ
うに孔の代わりに溝が設けられていてもよい。さらに、
溝内部の少なくとも一部には、融着電極とＰＴＣポリマ
ー部との融着の際に、軟化したＰＴＣポリマー部の突出
せしめられ、図２（ｂ）に示されるように、溝内部のう
ち半分程度までＰＴＣポリマー部が突出せしめられてい
てもよい。

【００４０】実施の形態２．つぎに、本発明の限流器の
実施の形態２について図面を参照しつつ説明する。な
お、融着電極中の１つの孔の深さ方向に対して垂直な断
面の面積に孔の数を掛けた値、すなわち総断面積をＳ
Ｈ、孔が設けられていない融着電極とＰＴＣポリマー部
との融着面積をＳＡとするとき、融着面積の開口率は式
（１）で表すことができる。

【００４１】開口率（％）＝ＳＨ／ＳＡ×１００（１）本実施の形態においては、開口率を考慮して形成された
限流器について説明する。図３は、限流動作前の本発明
のＰＴＣ素子の開口率と電気抵抗との関係を示すグラフ
である。図３において、縦軸は電気抵抗（ｍΩ）、横軸
は開口率（％）を示す。開口率が０％のとき、融着電極
には孔は設けられていないものとし、孔の断面積が大き
くなる（または孔の数が増える）につれ開口率は大きく
なる。常温における限流器中のＰＴＣ素子の抵抗は、開
口率が大きいほど、ＰＴＣポリマー部と融着電極との接
触面積が小さくなり、接触抵抗を含むＰＴＣ素子の電気
抵抗は増大する。

【００４２】図３に示されるように、融着電極の開口率
が７０％以下であれば、ＰＴＣ素子の電気抵抗は大きく
変らないが、開口率が７０％を超えるとＰＴＣ素子の電
気抵抗は急激に増大しはじめる。すなわち、開口率が７
０％を超えると、ＰＴＣポリマー部と融着電極との界面
の接触抵抗が急激に増大し、ＰＴＣ素子の電気抵抗を低
くすることができず、連続して流せる負荷電流が小さく
なってしまう。

【００４３】また、短絡電流または過電流がＰＴＣポリ
マー部に流れ、限流動作したのちのＰＴＣ素子の電気抵
抗は、開口率が大きいほど、限流時にＰＴＣポリマー部
と融着電極との界面で発生するアークによって生成され
る分解ガスを孔を通して外部に放出しやすくなる。すな
わち、ガス抜き効果が大きくなる。また、分解ガスを外
部に放出することで、ＰＴＣポリマー部と融着電極との
接触状態がわるくなることを防ぐことができる。また、
ＰＴＣポリマー部が分解およびガス化され、ＰＴＣポリ
マー部の厚さが減少するので、ＰＴＣ素子の電気抵抗が
減少し、限流動作後のＰＴＣ素子の電気抵抗の増大を防
ぐことができる。

【００４４】したがって、融着電極の開口率を７０％以
下に設定することで、限流時に発生するアークによる分
解ガスを抜く効果をうるとともに、ＰＴＣ素子の電気抵
抗を下げ、負荷電流通電時の発熱を抑えることができ
る。

【００４５】実施の形態３．つぎに、本発明の限流器の
実施の形態３について図面を参照しつつ説明する。図４
は、本発明の限流器の他の実施の形態を示す部分断面図
である。図４には、限流器のうちのみが示されている。

【００４６】本実施の形態においては、融着電極２の各
孔内にＰＴＣポリマー部１を突出せしめるように、ＰＴ
Ｃポリマー部１に対し融着電極２が押圧されている。融
着電極２の各孔内にＰＴＣポリマー部１を突出せしめる
ことにより、ＰＴＣポリマー部１と融着電極２との接触
面積が大きくなり、ＰＴＣ素子の電気抵抗を下げること
ができる。したがって、負荷電流通電時の発熱を抑える
ことができる。

【００４７】実施の形態４．つぎに、本発明の限流器の
実施の形態４について図面を参照しつつ説明する。図５
は、本発明の限流器のさらに他の実施の形態を示す部分
説明図である。図５には、限流器のうち、ＰＴＣポリマ
ー部１、融着電極２および絶縁枠３２のみが示されてい
る。

【００４８】本実施の形態においては、融着電極２の各
孔内にＰＴＣポリマー部を突出せしめるように、ＰＴＣ
ポリマー部１に対し融着電極２が押圧され、その結果、
融着電極２の露出した面と当該融着電極２周辺のＰＴＣ
ポリマー部１の面とが、同一面になる。したがって、前
述の実施の形態３と比較して、ＰＴＣポリマー部１と融
着電極２との接触面積がより大きくなり、負荷電流通電
時の発熱をさらに抑えることができる。

【００４９】実施の形態５．つぎに、本発明の限流器の
実施の形態５について図面を参照しつつ説明する。

【００５０】なお、融着電極を有するＰＴＣ素子におい
て、ＰＴＣポリマー部の側面を除いた面の面積の２分の
１の面積（ＰＴＣポリマー部面積）をＳ、１つの融着電
極のＰＴＣポリマー部と接触する面の面積（融着電極面
積）をＳＡ、２つの融着電極間の距離をｔ、ＰＴＣ素子
の常温電気抵抗率をρＬとする。

【００５１】たとえば、融着電極に孔が設けられていな
いばあい、ＰＴＣポリマー部と融着電極との接触抵抗は
非常に小さく、また、ＰＴＣ素子に電流を供給する導電
板と融着電極との接触は金属同士の接触なので接触抵抗
は無視できるほど小さい。したがって、ＰＴＣ素子の抵
抗Ｒは近似的に式（２）で表すことができる。

【００５２】Ｒ＝ρＬ×ｔ／ＳＡ（２）図６は、本発明の限流器のさらに他の実施の形態を示す
部分説明図である。図６には、本発明の限流器のうち、
ＰＴＣポリマー部１と融着電極２のみが示されている。
図６（ａ）は、ＰＴＣポリマー部と融着電極を示す断面
説明図であり、図６（ｂ）は、ＰＴＣポリマー部と融着
電極を示す上面説明図である。

【００５３】融着電極２に孔を設けたばあい、孔の等価
直径をｄ、２つの融着電極間の距離をｔ、孔の総断面積
をＳＨとする。なお、前記等価直径とは、もし、孔の断
面が円状でないばあいも、孔の断面積にもとづき円状に
置き換え求めた直径をいう。

【００５４】図７は、本発明の限流器の電流経路を示す
説明図である。図７には、本発明の限流器のうち、ＰＴ
Ｃポリマー部１、融着電極２および電流経路４のみが示
されている。

【００５５】たとえば、孔の総断面積ＳＨが小さい、す
なわち孔の等価直径ｄが小さいばあい、図７（ａ）に示
されるように、ＰＴＣポリマー部１の、孔に挟まれた部
分にも電流経路４が広がり電流が流れ込む。したがっ
て、ＰＴＣ素子の電気抵抗は、孔を設けていないばあい
と比較して大きく変わらない。しかし、孔の等価直径ｄ
が大きく、かつ、２つの融着電極間の距離ｔが大きいば
あい、図７（ｂ）に示されるように、ＰＴＣポリマー部
１の、孔に挟まれた部分に電流が流れ込みにくい部分が
でき、ＰＴＣ素子の電気抵抗が増大する。

【００５６】図８は、本発明の限流器の等価直径／電極
間距離と電気抵抗との関係を示すグラフである。図８に
おいて、横軸は等価直径ｄ／電極間距離ｔ、縦軸はＰＴ
Ｃ素子の電気抵抗（ｍΩ）を示す。図８によると、等価
直径ｄ／電極間距離ｔが３以上になると、急激に電気抵
抗が増大する。したがって、等価直径ｄ／電極間距離ｔ
を３より小さくすることで、ＰＴＣ素子に負荷電流を通
電したとき、電流経路を確保することができ、ＰＴＣ素
子の電気抵抗を低く設定できる。同時に、ＰＴＣ素子に
短絡電流または過電流が流れたときに、ＰＴＣポリマー
部の温度上昇が場所によって極端に変化し不均一になる
ことを防ぐことができる。

【００５７】実施の形態６．つぎに、本発明の限流器の
実施の形態６について図面を参照しつつ説明する。図９
は、本発明の限流器のさらに他の実施の形態を示す部分
説明図である。図９には、本発明の限流器のうち、ＰＴ
Ｃポリマー部、融着電極および絶縁枠のみが示されてい
る。図９において、２ａは、孔が設けられた融着電極、
２ｂは、孔が設けられていない融着電極を示す。図９に
おいて、図１と同一の部分は同じ符号を用いて示す。

【００５８】本実施の形態においては、２つの融着電極
のうち一方の融着電極２ａには孔が設けられ、他方の融
着電極２ｂには孔が設けられない。したがって、孔が設
けられた融着電極２ａとＰＴＣポリマー部１との接触抵
抗が、孔が設けられない融着電極２ｂとＰＴＣポリマー
部１との接触抵抗よりも高くなる。その結果、短絡電流
または過電流が流れたとき、限流動作が接触抵抗の高い
側で集中しておこり、アークによって生成された分解ガ
スも、孔が設けられた融着電極２ａ側からの放出され
る。本実施の形態によれば、２つの融着電極のうち１つ
の融着電極に孔が設けられないことにより、限流器全体
としての電気抵抗を下げることができ、負荷通電時の発
熱が少ない限流器を提供することができる。

【００５９】実施の形態７．つぎに、本発明の限流器の
実施の形態７について図面を参照しつつ説明する。図１
０は、本発明の限流器のさらに他の実施の形態を示す部
分説明図である。図１０には、本発明の限流器のうち、
ＰＴＣポリマー部、融着電極および絶縁枠のみが示され
ている。図１０において、図１および図９と同一の部分
は同じ符号を用いて示す。

【００６０】本実施の形態において、ＰＴＣポリマー部
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体である。図１０には、ＰＴＣポ
リマー部が３つのＰＴＣポリマー層１ａ、１ｂ、１ｃか
らなる限流器が示されている。さらに、最も外側に設け
られた２つのＰＴＣポリマー層１ａ、１ｃのうち、上側
のＰＴＣポリマー層１ａには、孔を有する融着電極１ａ
が融着され、下側のＰＴＣポリマー層１ｂには、孔を有
していない融着電極１ｂが融着されている。

【００６１】前記３つのＰＴＣポリマー層１ａ、１ｂ、
１ｃの常温電気抵抗率を、それぞれρＬａ、ρＬｂ、ρ
Ｌｃとすると、３つの常温電気抵抗率の大小関係は、式
（３）で表すことができる。

【００６２】ρＬａ＞ρＬｂ≧ρＬｃ（３）すなわち、常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層
１ａには、孔を有する融着電極１ａが融着され、常温電
気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層１ｃには、孔を有
していない融着電極１ｂが融着される。

【００６３】短絡電流または過電流がＰＴＣ素子に流れ
ると、常温電気抵抗率が最も高いＰＴＣポリマー層１ａ
が急激に発熱し、限流動作を開始しアークが発生する。
常温電気抵抗率が最も低いＰＴＣポリマー層１ｃは、Ｐ
ＴＣポリマー層１ａに較べ電気抵抗が低いので、通常、
限流動作を発現しない。もし、限流動作を発現したとし
てもアークの発生量は少ない。したがって、常温電気抵
抗率が低い側のＰＴＣポリマー層１ｃに孔を有していな
い融着電極１ｂが融着されることにより、限流器全体と
しての電気抵抗を下げることができ、負荷通電時の発熱
が少ない限流器を提供することができる。

【００６４】実施の形態８．つぎに、本発明の限流器の
実施の形態８について図面を参照しつつ説明する。図１
１は、本発明の限流器のさらに他の実施の形態を示す部
分説明図である。図１１には、本発明の限流器の融着電
極のみが示されている。本実施の形態においては、融着
電極は伸縮性のある金属２２を用いて形成され、その他
の部分については、実施の形態１に示される限流器と同
様の構造を有する。伸縮性のある金属２２の一例として
は、金網などがある。融着電極として伸縮性のある金属
２２を用いることで、限流動作時におけるＰＴＣポリマ
ー部の膨脹に融着電極が追随し、限流動作時に発生する
アークによりＰＴＣポリマー部から融着電極が剥離する
ことを防止することができる。

【００６５】実施の形態９．つぎに、本発明の限流器の
実施の形態９について図面を参照しつつ説明する。図１
２は、本発明の限流器のさらに他の実施の形態を示す部
分説明図である。図１２には、本発明の限流器の融着電
極のみが示されている。本実施の形態においては、融着
電極は、伸縮性のある金属２２としてのエキスパンドメ
タルを用いて形成され、その他の部分については、実施
の形態１に示される限流器と同様の構造を有する。

【００６６】前述の実施の形態８において示された金網
は、細い金属線を寄り合わせて作られる。これに対し、
エキスパンドメタルは、一枚の金属板、たとえば銅板に
切り込みを多数設け、さらに、該切り込みの長手方向に
対して垂直な方向に金属板を引っ張ることによりえられ
る。金網が細い金属線を寄り合わせて作られるのに対
し、エキスパンドメタルは一枚の金属板からなるため、
金網よりも電気抵抗が低く、通常通電できる負荷電流の
大きさをより大きくできる。

【００６７】また、金網は細い金属線を寄り合わせて作
られるので、端部で編み目がほどけやすく、切断加工が
難しいという問題がある。さらに、切断加工後の組み込
み作業（プレス機などを用いたＰＴＣポリマー部への融
着電極の熱融着およびＰＴＣポリマー部への絶縁枠のと
りつけなど、ＰＴＣ素子を絶縁容器内に配置するまでの
作業）中にも、端部で編み目がほどけて作業性が非常に
わるい。もし、端部で編み目がほどけると、融着電極間
で短絡事故が発生しやすくなり問題がある。

【００６８】さらに、金網は細い金属線を寄り合わせて
作られるので、金属線と金属線の交差部の厚さが厚くな
り、交差部に弾性体などによっておよぼされる圧力が集
中する。したがって、融着電極をＰＴＣポリマー部に融
着するための熱融着時において、交差部の金網がＰＴＣ
ポリマー部により大きく食い込むようになり、ＰＴＣ素
子の厚さが不均一になる。同時に、交差部の金網がＰＴ
Ｃポリマー部により大きく食い込むことにより、限流動
作時のＰＴＣ素子の損傷が大きくなり、動作回数が減少
してしまうという問題がある。

【００６９】本実施の形態で用いられたエキスパンドメ
タルは一枚の金属板からなるため、金網を用いたばあい
に生じる前述の問題を防止することができる。

【００７０】実施の形態１０．つぎに、本発明の限流器
の実施の形態１０について説明する。

【００７１】本実施の形態では、前述の実施の形態１〜
９に示される孔が設けられた融着電極の材料をニッケル
とする。したがって、空気中の酸素や、ＰＴＣポリマー
部に含まれる水分などにより、融着電極が酸化すること
を防止でき、限流器の電気抵抗の安定化、および長寿命
化が図れる。なお、たとえば、銅または黄銅のような他
の金属にニッケルを用いてメッキを施したばあいにも同
様の効果がえられる。

【００７２】実施の形態１１．つぎに、本発明の限流器
の実施の形態９について図面を参照しつつ説明する。図
１３は、本発明の限流器のさらに他の実施の形態を示す
断面説明図である。図１３において、図１と同一の部分
は同じ符号を用いて示した。

【００７３】本実施の形態においては、限流器の電流導
入端子３０に孔が設けられ、電流導入端子３０が、直
接、ＰＴＣポリマー部１に融着され、融着電極および導
電板の役割も果たしている。その結果、限流器の部品点
数を減らすことができるので、限流器を製造する際のコ
ストを削減することができる。

【００７４】

【発明の効果】本発明の限流器によれば、ポリマーと、
該ポリマー中に混入された導電性物質とからなる正の抵
抗温度特性を有するＰＴＣポリマー部、および該ＰＴＣ
ポリマー部に融着された一対の電極からなるＰＴＣ素子
を備えてなる限流器であって、前記電極に少なくとも１
つの孔が形成されており、該電極に、前記ＰＴＣポリマ
ー部の表面に対して垂直な方向に圧力が加えられてなる
ものであるので、限流動作時に発生するアークにより増
大するＰＴＣ素子の抵抗を小さくすることができ、か
つ、電極の剥離を防止することができ、したがって、限
流動作前後において、ＰＴＣ素子の抵抗値の変化を小さ
くすることができる。

【００７５】また、前記孔が形成されていないばあいの
電極とＰＴＣポリマー部材との融着面積に対する、前記
電極の孔の総断面積の割合を示す開口率が、開口率
（％）＝総断面積／融着面積×１００≦７０となるよう
に、前記電極に孔が形成されるものであるばあい、限流
時に発生するアークによる分解ガスを抜く効果をうると
ともに、ＰＴＣ素子の電気抵抗を下げ、負荷電流通電時
の発熱を抑えることができる。

【００７６】さらに、前記電極の各孔内にＰＴＣポリマ
ー部を突出せしめるように、前記ＰＴＣポリマー部に対
し前記電極が押圧されるものであるばあい、負荷電流通
電時の発熱を抑えることができる。

【００７７】さらに、前記電極の各孔内にＰＴＣポリマ
ー部を突出せしめるように、前記ＰＴＣポリマー部に対
し前記電極が押圧され、該電極の露出した面と当該電極
周辺のＰＴＣポリマー部の面とが同一面にあるばあい、
負荷電流通電時の発熱を抑えることができる。

【００７８】また、前記電極の孔の等価直径および電極
間距離が、等価直径／電極間距離＜３の関係を満たすよ
うに、孔の等価直径および電極間距離が設定されるもの
であるばあい、ＰＴＣ素子に負荷電流を通電したときの
ＰＴＣ素子の電気抵抗を低く設定でき、かつ、ＰＴＣ素
子に短絡電流または過電流が流れたときに、ＰＴＣポリ
マー部の温度上昇が場所によって極端に変化し不均一に
なることを防ぐことができる。

【００７９】また、前記一対の電極が２つの電極からな
り、一方の電極が孔を有し、他方の電極が孔を有してい
ないものであるばあい、限流器全体としての電気抵抗を
下げることができ、負荷通電時の発熱を少なくすること
ができる。

【００８０】また、前記ＰＴＣポリマー部が、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
多層構造体であり、最も外側に設けられた２つのＰＴＣ
ポリマー層のうち、相対的に常温電気抵抗率が高い方の
ＰＴＣポリマー層に、孔を有する電極が融着され、相対
的に常温電気抵抗率が低い方のＰＴＣポリマー層に、孔
を有していない電極が融着されるものであるばあい、限
流器全体としての電気抵抗を下げることができ、負荷通
電時の発熱を少なくすることができる。

【００８１】また、前記電極が伸縮性のある金属を用い
て形成されるものであるばあい、限流動作時に発生する
アークによりＰＴＣポリマー部から融着電極が剥離する
ことを防止することができる。

【００８２】さらに、前記伸縮性のある金属がエキスパ
ンドメタルであるばあい、通常通電できる負荷電流の大
きさをより大きくできる。

【００８３】また、前記電極の材料がニッケルであるば
あい、融着電極が酸化することを防止でき、限流器の電
気抵抗の安定化、および長寿命化が図れる。

【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融着電極の他の例を
示す説明図である。

【図３】限流動作前の本発明のＰＴＣ素子の開口率と
電気抵抗との関係を示すグラフである。

【図４】本発明の限流器の他の実施の形態を示す部分
断面図である。

【図５】本発明の限流器のさらに他の実施の形態を示
す部分説明図である。

【図６】本発明の限流器のさらに他の実施の形態を示
す部分説明図である。

【図７】本発明の限流器の電流経路を示す説明図であ
る。

【図８】本発明の限流器の等価直径／電極間距離と電
気抵抗との関係を示すグラフである。

【図９】本発明の限流器のさらに他の実施の形態を示
す部分説明図である。

【図１０】本発明の限流器のさらに他の実施の形態を
示す部分説明図である。

【図１１】本発明の限流器のさらに他の実施の形態を
示す部分説明図である。

【図１２】本発明の限流器のさらに他の実施の形態を
示す部分説明図である。

【図１３】本発明の限流器のさらに他の実施の形態を
示す断面説明図である。

【図１４】ＰＴＣ素子の抵抗温度特性を示すグラフで
ある。

【図１５】従来の限流器の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ＰＴＣポリマー部、２融着電極、３０導電板、
３１電流導入端子、３２絶縁枠、３３弾性体、３
４絶縁容器、３５ａボルト、３５ｂナット、３６
スペーサー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西山逸雄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)発明者堀邊英夫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】ポリマーと、該ポリマー中に混入された
導電性物質とからなる正の抵抗温度特性を有するＰＴＣ
ポリマー部、および該ＰＴＣポリマー部に融着された一
対の電極からなるＰＴＣ素子を備えてなる限流器であっ
て、前記電極に少なくとも１つの孔が形成されており、
該電極に、前記ＰＴＣポリマー部の表面に対して垂直な
方向に圧力が加えられてなる限流器。
【請求項２】前記孔が形成されていないばあいの電極と
ＰＴＣポリマー部材との融着面積に対する、前記電極の
孔の総断面積の割合を示す開口率が、開口率（％）＝総
断面積／融着面積×１００≦７０となるように、前記電
極に孔が形成される請求項１記載の限流器。
【請求項３】前記電極の各孔内にＰＴＣポリマー部を
突出せしめるように、前記ＰＴＣポリマー部に対し前記
電極が押圧される請求項１または２記載の限流器。
【請求項４】前記電極の各孔内にＰＴＣポリマー部を
突出せしめるように、前記ＰＴＣポリマー部に対し前記
電極が押圧され、該電極の露出した面と当該電極周辺の
ＰＴＣポリマー部の面とが、同一面にある請求項３記載
の限流器。
【請求項５】前記電極の孔の等価直径および電極間距
離が、等価直径／電極間距離＜３の関係を満たすよう
に、孔の等価直径および電極間距離が設定される請求項
１または２記載の限流器。
【請求項６】前記一対の電極が２つの電極からなり、
一方の電極が孔を有し、他方の電極が孔を有していない
請求項１または２記載の限流器。
【請求項７】前記ＰＴＣポリマー部が、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
構造体であり、最も外側に設けられた２つのＰＴＣポリ
マー層のうち、相対的に常温電気抵抗率が高い方のＰＴ
Ｃポリマー層に、孔を有する電極が融着され、相対的に
常温電気抵抗率が低い方のＰＴＣポリマー層に、孔を有
していない電極が融着される請求項１または２記載の限
流器。
【請求項８】前記電極が伸縮性のある金属を用いて形
成される請求項１または２記載の限流器。
【請求項９】前記伸縮性のある金属がエキスパンドメ
タルである請求項８記載の限流器。
【請求項１０】前記電極の材料がニッケルである請求
項１または２記載の限流器。