JPH1116704A - 限流素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＰＴＣサーミスタ素子と電極との接触抵抗を
下げるためにＰＴＣサーミスタ素子の主平面に貼着けた
導電膜に対し、熱的ストレスをかけないで電極間短絡防
止用の絶縁枠を設置する。 【解決手段】 板状の両面を主平面になされたＰＴＣサ
ーミスタ素子１と、導電性の箔あるいは細線網で形成さ
れ両主平面に貼着けされた導電膜１２，１３と、ＰＴＣ
サーミスタ素子１の両主平面１ａ，１ｂに双方向から嵌
め合わされ、かつ、それぞれの主平面１ａ，１ｂの外周
縁に当接する段部１４ａ，１５ａを設けた一対の額縁状
絶縁枠１４と、両主平面１ａ，１ｂの導電膜１２，１３
の上にそれぞれ配設された電極２，３と、この電極２，
３を導電膜１２，１３を介してＰＴＣサーミスタ素子１
に圧接させる締付具４，５を備えて構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば過電流保
護回路に用いられ、短絡電流あるいは大電流（以下、両
電流を総称して短絡電流という）の限流を行う限流素子
に関し、特にその電極構造と電極間の短絡を防止するた
めに取付けられている絶縁枠に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、例えば特開平４−２６６００１
号公報に示された従来の限流素子を示す側断面図であ
る。図において、１はＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅ
ｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミ
スタ素子であり、ポリマー材料とポリマー材料中に分散
させた導電性の粉末材料とを含んだ正の抵抗温度係数を
持つ導電性のポリマーコンパウンドにより板状に形成さ
れており、両面は平行な主平面１ａ，１ｂになされてい
る。２及び３はＰＴＣサーミスタ素子１に電流を流すた
めに、ＰＴＣサーミスタ素子１の平行な両主平面１ａ，
１ｂと接触するように配設された電極であり、それぞれ
一端は外部に引き出されている。４及び５は締付部材で
あり、例えばガラス繊維によって強化された合成樹脂材
で形成され、後述のようにＰＴＣサーミスタ素子１に電
極２，３を圧接させるものである。６は締付部材４，５
の端部に形成された貫通孔４ａ，５ａに挿入されたボル
ト、７は止めナット、８は弾性部材としてのコイルばね
であり、これらの部品で締付部材４，５を締付ける。こ
の締付けにより、ＰＴＣサーミスタ素子１の主平面１
ａ，１ｂと電極２，３との接触面に対して垂直方向の圧
力を加え、ＰＴＣサーミスタ素子１と両面の電極２，３
との電気的接続を向上させるように構成されている。９
は絶縁枠であり、ＰＴＣサーミスタ素子１の外周縁に取
り付けられ、後述のように導電性ガスを阻止するための
ものである。

【０００３】このような従来の限流素子は、例えば過電
流保護回路あるいは保護装置等に用いられる。この種の
ＰＴＣサーミスタ素子１の抵抗値は、ＰＴＣサーミスタ
素子１の動作温度（抵抗値が急変する温度で例えば１３
５°Ｃ）以下においては数ｍΩである。ＰＴＣサーミス
タ素子１を用いた過電流保護回路に短絡電流が流れる
と、ＰＴＣサーミスタ素子１と電極２，３の接触面に電
磁反発力が発生し、それによってＰＴＣサーミスタ素子
１と電極２，３の接触点が減少する。これは、残ってい
る接触点への短絡電流の集中につながり、ジュール熱が
発生し、このジュール熱によって接触点でのＰＴＣサー
ミスタ素子１の温度を上昇させる。この温度がＰＴＣサ
ーミスタ素子１の動作温度を越えると、ＰＴＣサーミス
タ素子１は低抵抗値状態から高抵抗値状態へと連鎖的に
変化し、その抵抗値は例えば数Ωになる。そして、この
抵抗値の増加によって短絡電流は限流される。

【０００４】上記のような限流素子では、ＰＴＣサーミ
スタ素子１に短絡電流が流れたときに、ＰＴＣサーミス
タ素子１と電極２，３との接触点の更に微小領域におい
ては、ＰＴＣサーミスタ素子１の動作温度をはるかに超
えてポリマー材料の気化温度に達し、ガスが発生する。
このガスにはＰＴＣサーミスタ素子１に含まれた導電性
の粉末材料を含むため導電性を有している。ＰＴＣサー
ミスタ素子１の主平面１ａ，１ｂから放出された上記の
高温の導電性ガスは、ＰＴＣサーミスタ素子１の周辺部
に流れて、電極２，３間の短絡の原因になることがあ
る。この短絡を防止するために、一般にＰＴＣサーミス
タ素子１の外周縁に絶縁枠９を設けて、導電性ガスの流
れを抑制するようになされている。

【０００５】上記絶縁枠９を設ける方法としては、例え
ば、ＰＴＣサーミスタ素子１の成型用金型にて板状のＰ
ＴＣサーミスタ素子１を成型し、その成型されたＰＴＣ
サーミスタ素子１の外周縁に、別の成型用金型を用いた
二次成型法により絶縁枠９を設ける手段が用いられてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のＰ
ＴＣサーミスタ素子１による限流素子では、ＰＴＣサー
ミスタ素子１と電極２，３間の接触抵抗が高く、短絡電
流が流れたときには高温の導電性ガスを発生し易い。従
って、接触抵抗を低くする手段が必要になるが、この手
段としては、通常適切な接触抵抗が得られる通電面積を
確保することによってなされる。このことは所要通電面
積を確保するためにＰＴＣサーミスタ素子の小形化を図
る際の限界を生じさせていた。

【０００７】そこで、ＰＴＣサーミスタ素子１の小形化
を図る方策として、電極２，３との接触抵抗を下げ、単
位面積当たりの通電能力を向上させるために、ＰＴＣサ
ーミスタ素子１の主平面１ａ，１ｂと電極２，３の間に
導電性が優れた導電膜を介在させることが考えられる。
この導電膜としては良導電性の箔または細線網からなる
導電膜を主平面１ａ，１ｂに貼着けることになるが、上
記箔または細線網からなる導電膜を貼着けし、かつ、絶
縁枠９を取り付けたものにおいては、絶縁枠９を設ける
手段によっては安定した接触抵抗を得ることができない
場合がある。即ち、上記のように成型用金型を用いた二
次成型法により絶縁枠９を設ける場合、導電膜に熱的ス
トレスが加わり、ＰＴＣサーミスタ素子１と導電膜の貼
着け部の不均一あるいは熱変形による凹凸を生じること
があった。このため絶縁枠９に起因して安定した接触抵
抗を得ることが困難になっており、ＰＴＣサーミスタ素
子の小形化を図ることの障害にもなっていた。

【０００８】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、ＰＴＣサーミスタ素子の小形化
をはかるために主平面１ａ，１ｂに導電膜を貼着けるも
のにおいて、貼着けた導電膜に熱的ストレスを与えるこ
となく、ＰＴＣサーミスタ素子１の外周縁に絶縁枠９を
設置した限流素子を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る限流素子
においては、板状の両面を主平面になされたＰＴＣサー
ミスタ素子と、導電性の箔あるいは細線網で形成され両
主平面に貼着けられた導電膜と、ＰＴＣサーミスタ素子
の両主平面に双方向から嵌め合わされ、かつ、それぞれ
の主平面の外周縁に当接する段部を有する一対の額縁状
絶縁枠と、両主平面の周縁膜の上にそれぞれ配設された
電極と、この電極を導電膜を介してＰＴＣサーミスタ素
子に圧接させる締付具とを備えたものである。

【００１０】また、一対の額縁状絶縁枠は、中間に薄肉
の折曲部を設けて接合することにより一体に形成したも
のである。

【００１１】さらに、額縁状絶縁枠の段部に、ＰＴＣサ
ーミスタ素子の周縁側端面と当接する突起を設けたもの
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１及び図２はこの発明の実施の形態１
である限流素子を示すもので、図１は側断面図、図２
は、図１のうち、ＰＴＣサーミスタ素子、及び、額縁状
絶縁枠などを抽出して示す分解斜視図である。図におい
て、１は板状の両面が平行な主平面１ａ，１ｂになされ
たＰＣＴサーミスタ素子、２及び３は電極で、それぞれ
一端は外部に引き出され端子部２ａ，３ａになってい
る。４及び５は締付部材、６はボルト、７は止めナット
で、これらは上記の従来の技術において説明したものと
同様のものである。１０，１１は波形に形成された板ば
ねであり、例えば、ばね用ステンレス鋼板で形成され、
電極２，３と締付部材４，５との間に配設されている。
１２，１３は良導電性の箔または細線網から成る導電膜
であり、ＰＴＣサーミスタ素子１の主平面１ａ，１ｂ上
に熱融着等により貼着けられている。

【００１３】上記の構成において、締付部材４及び５、
ボルト６、止めナット７などの締付具により、電極２，
３は導電膜１２，１３を介してＰＴＣサーミスタ素子１
に圧接される。この圧接において、板ばね１０，１１は
従来の技術において説明したコイルばね８に相当するも
のであるが、上記の電極２，３を均等に圧接させるため
には、コイルばね８よりも板ばね１０，１１のほうが優
れている。

【００１４】なお、良導電性の箔または細線網から成る
導電膜１２，１３が貼付けられたＰＴＣサーミスタ素子
１の製造手順は、まず、ＰＴＣサーミスタ素子１の成型
用金型にて板状のＰＴＣサーミスタ素子１を成型し、そ
の後、箔または細線網から成る導電膜１２，１３をＰＴ
Ｃサーミスタ素子１の両面に熱融着などの手段で貼着け
るようになされる。

【００１５】次に、１４はＰＴＣサーミスタ素子１の主
平面１ａ，１ｂにそれぞれ嵌め合わされた一対の額縁状
絶縁枠である。この額縁状絶縁枠１４は、ポリエチレン
あるいはポリプロピレンのように比較的耐熱性を有する
合成樹脂材料で形成される。この場合、図２に示すよう
に、ＰＴＣサーミスタ素子１の主平面１ａ，１ｂの外周
縁に当接する段部１４ａと、電極２，３を主平面１ａ，
１ｂに配設するための窓部１４ｂが設けられている。段
部１４ａの段差寸法Ａは、一対の額縁状絶縁枠１４の双
方の段差寸法Ａを合わせるとＰＴＣサーミスタ素子１の
厚さと等しくなるように設定されている。１４ｃは係止
突起、１４ｄは係止穴であり、係止突起１４ｃを係止穴
１４ｄに嵌めることにより、一対の額縁状絶縁枠１４を
ＰＴＣサーミスタ素子１に嵌め合わせた状態を維持する
ように構成されている。

【００１６】この額縁状絶縁枠１４は、前記の従来の技
術において示した絶縁枠９に相当するものであり、従来
の技術において説明したように、高温の導電性ガスがＰ
ＴＣサーミスタ素子１の周辺部に流れて、電極２，３間
の短絡の原因になるのを抑制する。

【００１７】なお、額縁状絶縁枠１４は、図２に示すご
とく、ＰＴＣサーミスタ素子１の双方向から嵌め合わせ
るよう構成されている。従って、ＰＴＣサーミスタ素子
１に箔または細線から成る導電膜１２，１３を貼付けた
後熱融着などの手段を用いることなく額縁状絶縁枠１４
の取付けが可能である。上記のように、導電膜１２，１
３に熱的ストレスが加わることがないので、導電膜１
２，１３とＰＴＣサーミスタ素子１との間で安定した接
触抵抗を得ることができる。この種の限流素子におい
て、通電部の接触面積が従来と同一のとき、箔または細
線網から成る導電膜１２，１３により、電極２，３間の
抵抗が下がることは知られており、かつ、抵抗が安定す
ることにより、単位面積当たりの通電能力が向上したこ
とになる。よって、電極２，３間の抵抗を同一とする
と、限流素子の小形化が図れる。

【００１８】実施の形態２．図３は、この発明の実施の
形態２を示すもので、ＰＴＣサーミスタ素子１及び額縁
状絶縁枠１５の部分の分解斜視図である。図において、
ＰＴＣサーミスタ素子１と導電膜１２，１３は上記実施
の形態１で説明のものと同一である。１５は額縁状絶縁
枠であり、実施の形態１における一対の額縁状絶縁枠１
４の中間に薄肉の折曲部を設けて接合することにより一
体に形成したものである。即ち、１５ａはＰＴＣサーミ
スタ素子１の主平面１ａ，１ｂの外周縁に当接する段
部、１５ｂは電極の２，３を主平面１ａ，１ｂに配設す
るための窓部、１５ｃ係止突起、１５ｄは係止穴であ
る。１５ｆは薄肉の折曲部である。

【００１９】この額縁状絶縁枠１５は、ＰＴＣサーミス
タ素子１の双方向から嵌め合わせる構成は実施の形態１
で説明のものと同様である。嵌め合わせた状態は係止突
起１５ｃ及び係止穴１５ｄにより維持される。この嵌め
合わせは、両額縁状絶縁枠１５を一体にして折り曲げる
だけの構造になされているので、組立ての作業性の向上
がはかれる。

【００２０】実施の形態３．上記のようにＰＴＣサーミ
スタ素子１を額縁状絶縁枠１４または１５へ嵌め合わせ
て構成するものにおいては、ＰＴＣサーミスタ素子１の
熱膨張により、例えば図４に示すように、絶縁枠１４の
コーナ部に亀裂を生じることがある。即ち、ＰＴＣサー
ミスタ素子１は通電により加熱され、熱膨張を生ずる。
このため、長方形のＰＴＣサーミスタ素子１の辺方向の
熱膨張は、絶縁枠１４を拡張する方向に力が加わり、図
４に示すように、額縁状絶縁枠１４のコーナ部に亀裂を
生じさせ、この亀裂部で電極２及び３（図示省略）の間
での短絡を生じさぜることがある。この実施の形態３に
おける発明は上記のような課題を解決するためになされ
たものである。

【００２１】図５は、この発明の実施の形態３の限流素
子に関するもので、実施の形態１における額縁状絶縁枠
１４に相当する部分を示す正面図である。図において、
１はＰＣＴサーミスタ素子で、実施の形態１に示すよう
に導電膜（図示省略）が貼着けされたものである。１４
は額縁状絶縁枠であり、ＰＴＣサーミスタ素子１の外周
縁に当接する段部１４ａと、電極２，３（図示省略）を
配設するための窓部１４ｂが設けられている点は実施の
形態１に示されたものと同様である。１４ｅは段部１４
ａの各辺のほぼ中央部において内側に向けて設けた突起
であり、段部１４ａの１辺に複数個設けてある。ＰＴＣ
サーミスタ素子１を額縁状絶縁枠１４に嵌め合わせする
際は、この突起１４ｅの先端を軽く潰す程度の圧入によ
り嵌め合わせする。これにより、ＰＴＣサーミスタ素子
１の端面と絶縁枠１４とは突起１４ｅと点接触で保持さ
れる。

【００２２】このように、段部１４ａの辺中央に突起１
４ｅでＰＴＣサーミスタ素子１の端面を保持しているの
で、ＰＴＣサーミスタ素子１が熱膨張した際は段部１４
ａの辺中央が矢印方向に変形するがこの部分で変形を吸
収して、額縁状絶縁枠１４のコーナにはストレスは小さ
く亀裂の発生を防ぐことができる。

【００２３】上記の説明においては、実施の形態１にお
いて示された額縁状絶縁枠１４に突起１４ｅを設けたも
のを示したが、実施の形態２において示された額縁状絶
縁枠１５においても、同様に突起１４ｅを設けてもよ
い。

【００２４】さらに、絶縁枠１４または絶縁枠１５の合
わせ面を、接着・超音波・熱による融着等で隙間なく接
合することで、上記電極２，３間の短絡を防止の効果は
さらに向上さられることは自明である。

【００２５】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。

【００２６】箔または細線網から成る導電膜により、電
極２，３間の抵抗が下がり、額縁状絶縁枠は ＰＴＣサ
ーミスタ素子の主平面の双方向から嵌め合わせることに
より設置したので、電極２，３間の抵抗が安定するの
で、限流素子の小形化が可能になる。

【００２７】一対の額縁状絶縁枠を一体にして折り曲げ
構造にしたものは、組立作業性の向上がはかれる。

【００２８】額縁状絶縁枠の段部に突起を設けてＰＴＣ
サーミスタ素子の端面を保持するものは、ＰＴＣサーミ
スタ素子が熱膨張した際、額縁状絶縁枠コーナの亀裂の
発生を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の限流素子を示す側
断面図である。

【図２】 この発明の実施の形態１のＰＴＣサーミスタ
素子、電極、絶縁枠の組み合わせを説明する分解斜視図
である。

【図３】 この発明の実施の形態２のＰＴＣサーミスタ
素子、絶縁枠の部分の分解斜視図である。

【図４】 絶縁枠のコーナ部に亀裂を生じさた状態を示
す図である。

【図５】 この発明の実施の形態３の限流素子を示す正
面図である。

【図６】 従来の限流素子を示す側断面図である。

【符号の説明】

１ ＰＴＣサーミスタ素子、１ａ，１ｂ 主平面、２，
３ 電極、１２，１３ 導電部材、１４，１５ 絶縁
枠、１４ａ，１５ａ 段部、１４ｂ、１５ｂ 窓部、１
４ｅ 突起、１５ｆ 折曲部。

───────────────────────────────────────────────────── 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 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 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 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正の抵抗温度係数を有する導電性のポリ
   マーコンパウンドを板状に形成してその両平面部を主平
   面とするＰＴＣサーミスタ素子と、導電性の箔あるいは
   細線網で形成され上記両主平面に貼着けられた導電膜
   と、上記ＰＴＣサーミスタ素子の周縁部に当接する段部
   を有する一対の額縁状絶縁枠と、上記両主平面の導電膜
   の上にそれぞれ配設された電極と、上記電極を上記導電
   膜を介して上記ＰＴＣサーミスタ素子に圧接させる締付
   具を備えたことを特徴とする限流素子。
2. 【請求項２】 一対の額縁状絶縁枠は、中間に薄肉の折
   曲部を設けて接合することにより一体に形成したもので
   あることを特徴とする請求項１記載の限流素子。
3. 【請求項３】 額縁状絶縁枠の段部に、ＰＴＣサーミス
   タ素子の周縁側端面に当接して上記ＰＴＣサーミスタ素
   子を保持するように形成された突起を設けたことを特徴
   とする請求項１または請求項２記載の限流素子。