JPWO2005029513A1 - サーミスタ - Google Patents

Abstract

要約なし

Description

本発明は、温度の変化によって電極間の抵抗値を変化させることにより任意に該電極間の通電量を極端に減少させるサーミスタに関する。
本願は、２００３年９月２２日に出願された特願２００３−３３０７０７号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

過電流保護素子としてのポリマーＰＴＣサーミスタは、熱膨張することによって導電性を低下させる導電性ポリマーの正の抵抗温度特性（ＰＴＣ；Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を利用して通電を断続する素子である。従来のポリマーＰＴＣサーミスタは、２つの電極間に導電性ポリマーを介在させた構造となっていて、２つの電極間に導電性ポリマーを熱膨張させるのに必要な電流が流れた場合、または所定の温度環境下に置かれた場合に、電極間の通電量を極端に減少させる動作をする。
また、上記構造のポリマーＰＴＣサーミスタをベースにして、導電性ポリマーに、なんらかの働きかけに応じて発熱する熱源を熱伝達可能な状態に付加した構造のものもある。このポリマーＰＴＣサーミスタは、所望のタイミングで熱源を作動させ、導電性ポリマーを加熱して熱膨張させることで、電極間の通電量を極端に減少させることが可能である。
これに関連する技術として、例えば、特開昭５６−３８６１７号公報には、入力電極２，３と出力電極６との間に設けた正特性磁器層１Ｂからの放熱を利用して電圧を制御する定電圧素子について記載されている。
ところで、所望のタイミングで通電を断続することができる後者のポリマーＰＴＣサーミスタにおいては、前者のポリマーＰＴＣサーミスタに加えて熱源や該熱源を作動させる機器が別個に必要になり、構造が複雑になって製造コストが嵩むことが問題となっている。また、部品数が多いためにモジュールが大型であることも問題となっている。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、構造が単純で小型であり、かつ安価に供給することが可能なサーミスタを提供することを目的としている。

本発明は、第１、第２の２つの電極間に、温度の変化によって抵抗値が変化する可変抵抗部を介在させ、該可変抵抗部の抵抗値の変化に応じて前記第１、第２の電極間の通電を断続するサーミスタであって、
前記第１、第２の電極のいずれにも接することなく設けられた第３の電極と；前記可変抵抗部と同一の材料により一体に形成されて前記第３の電極に接し、該第３の電極と前記第１、第２の電極のいずれか一方との間に通電されることで発熱して前記可変抵抗部の抵抗値を変化させる発熱部と；を備えるサーミスタを提供する。
本発明によれば、第３の電極と第１、第２の電極のいずれか一方との間にトリップ電流以上の電流を流すと、発熱部が発熱して可変抵抗部を加熱する。加熱された可変抵抗部は、温度の変化によって抵抗値を変化させ、第１、第２の電極間の通電を断続する。可変抵抗部が上記のような正の抵抗温度特性を備える場合は、加熱されることで抵抗値が高まるので、第１、第２の電極間の通電量が極端に減少することになる。可変抵抗部が上記とは逆の負の抵抗温度特性（ＮＴＣ；Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、つまり相転移することによって導電性を向上させる特性を備える場合は、加熱されることで抵抗値が低まるので、第１、第２の電極間の通電が可能になる。
本発明によれば、可変抵抗部を加熱する要素、すなわち発熱部が、可変抵抗部と同一の材料により一体に形成されていることにより、所望のタイミングで通電を断続することが可能な従来のサーミスタと比較して部品数が少なく、構造が単純化されるとともにモジュールが小型化されるので、製造コストを安価に抑えることが可能である。また、発熱部が可変抵抗部と一体となっており、発熱部の熱が無駄に失われることなく可変抵抗部に伝達されるので、スイッチング動作の作動速度や作動精度（作動の確実性）が高い。
本発明のサーミスタにおいては、前記発熱部を、前記可変抵抗部の両側に設けたり、前記可変抵抗部の周囲に設けたりすることが望ましい。このような構造を採用することにより、発熱部による可変抵抗部の加熱が促されるのでスイッチング動作の作動速度や作動精度がより高くなる。
本発明のサーミスタにおいては、前記可変抵抗部および前記発熱部が一体となって板状に形成され；前記可変抵抗部をなす部分の一方の側面に前記第１の電極が配設されるとともに他方の側面に前記第２の電極が配設され；前記発熱部をなす部分のいずれか一方の側面に前記第３の電極が配設されることが望ましい。このような構造を採用することにより、可変抵抗部および発熱部の一体形成物に対する各電極の取り付け作業が行い易くなり、サーミスタを製造するにあたって生産性の向上が図れる。
以上説明したように、本発明のサーミスタによれば、可変抵抗部を加熱する要素である発熱部が、可変抵抗部と同一の材料により一体に形成されていることにより、従来のサーミスタと比較して部品数が少なく、構造が単純化されるとともにモジュールが小型化されるので、製造コストを安価に抑えることが可能である。また、発熱部が可変抵抗部と一体となっており、発熱部の熱が無駄に失われることなく可変抵抗部に伝達されるので、スイッチング動作の作動速度や作動精度を高めることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態を示す図であって、ポリマーＰＴＣサーミスタを斜め上方から斜視した図である。
図２は、同じく本発明の第１の実施形態を示す図であって、ポリマーＰＴＣサーミスタを側方から断面視した図である。
図３は、本発明の第２の実施形態を示す図であって、ポリマーＰＴＣサーミスタを斜め上方から斜視した図である。
図４は、図３に示したポリマーＰＴＣサーミスタのＩＶ−ＩＶ線に沿う矢視断面図である。
図５は、図３に示したポリマーＰＴＣサーミスタのＶ−Ｖ線に沿う矢視断面図である。
図６は、本発明の第３の実施形態を示す図であって、ポリマーＰＴＣサーミスタを斜め上方から斜視した図である。
図７は、図６に示したポリマーＰＴＣサーミスタのＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う矢視断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態を図１から図２の各図に示して説明する。
図１から図２の各図には、過電流保護素子としてのポリマーＰＴＣサーミスタを示している。このポリマーＰＴＣサーミスタは、２つの電極（第１、第２の電極）１，２と、これら２つの電極１，２間に介装され、温度の変化によって抵抗値が変化する可変抵抗部３と、電極１，２のいずれにも接することなく設けられた電極（第３の電極）４と、可変抵抗部３と同一の材料により一体に形成されて電極４に接し、電極４と電極２との間にトリップ電流以上の電流を流すことで発熱して可変抵抗部３の抵抗値を変化させる発熱部５とを備えている。可変抵抗部３および発熱部５は、板状に形成された導電性ポリマー６の重複することのない２つの部分に当たる。
導電性ポリマー６は、平面視すると長方形で厚さが均一な板状で、例えばポリエチレンとカーボンブラックとを混練した後、放射線によって架橋することで構成された高分子樹脂体である。導電性ポリマー６の内部には、常温の環境下ではカーボンブラックの粒子が繋がって存在するために電流が流れる多数の導電パスが形成され、良好な導電性が発揮される。ところが、導電パスを流れる電流の超過によって導電性ポリマー６が熱膨張すると、カーボンブラックの粒子間距離が拡大して導電パスが切られ、抵抗値が急激に増大してしまう。これが上記の正の抵抗温度特性（ＰＴＣ）である。
電極１は、導電性ポリマー６の可変抵抗部３をなす部分の一方の側面（図１では上面側）に配設され、電極２は、可変抵抗部３をなす部分の他方の側面（図１では下面側）に配設されている。電極１は、矩形の金属片１ａと、金属片１ａと導電性ポリマー６との間に挟まれて介在するニッケル箔１ｂ等とから構成されている。電極２も電極１と同構造、同形状であり、導電性ポリマー６の側縁に揃えてカットされた矩形の金属片２ａと、金属片２ａと導電性ポリマー６との間に挟まれて介在するニッケル箔２ｂ等とから構成されている。
電極４は、導電性ポリマー６の発熱部５をなす部分の他方の側面に配設されている。電極４も電極１，２と同構造であり、導電性ポリマー６の側縁に揃えてカットされた矩形の金属片４ａと、金属片４ａと導電性ポリマー６との間に挟まれて介在するニッケル箔４ｂ等とから構成されている。電極２と電極４との間には平行な隙間７が設けられており、この隙間７からは導電性ポリマー６の他方の側面が露出している。
上記構造のポリマーＰＴＣサーミスタは、導電性ポリマー６の正の抵抗温度特性を使用して、電極２，４間への通電をトリガとするスイッチとして機能する。ポリマーＰＴＣサーミスタは、電気製品の中の主要な回路の一部に組み込まれていて、電極１，２間に流される所定の大きさの電流以下であればトリップする程の熱膨張はしないが、電極２，４間に流されるトリガ電流によって所定の部分（後述するｔｈｅｒｍａｌ ａｒｅａ）が発熱することで加熱されて熱膨張する特性が与えられている。
上記構造のポリマーＰＴＣサーミスタにおいては、主要な回路に規定の大きさのホールド電流が流れる限りにおいて、電極１，２間の通電が支障なく行われる状態を保つ。ところが、異常時に主要な回路にホールド電流よりも過剰に大きな電流が流れない場合、もしくは任意に主要回路の通電量を極端に減少させる場合、過電流保護回路にトリガ電流が流れると、電極２，４間に介在する導線性ポリマー６が熱膨張し、抵抗値を増大させて発熱する。発熱部５全体が発熱するのではなく、可変抵抗部３と隣接する部分で、隙間７が形成されることで導電性ポリマー６が露出した部分（図２のｔｈｅｒｍａｌ ａｒｅａ）が局所的に発熱する。発熱部５が発熱すると、一体に形成された可変抵抗部３が加熱されて熱膨張し、内部の導電パスが切られて抵抗値が大幅に増大し、電極１，２間の通電量が極端に減少する。
上記構造のポリマーＰＴＣサーミスタによれば、可変抵抗部３とこれを加熱する役割を担う発熱部５とが、一枚の導電性ポリマー６によって一体に形成されていることにより、別個に熱源を付加する従来のサーミスタと比較して部品数が少なく、構造が単純化されるとともにモジュールが小型化されるので、製造コストを安価に抑えることが可能である。また、発熱部５の熱が無駄に失われることなく可変抵抗部３に伝達されるので、スイッチング動作の作動速度や作動精度が高い。
さらに、可変抵抗部３および発熱部４が一体となって板状に形成され、可変抵抗部３をなす部分の一方の側面に電極１が、他方の側面に電極２が配設され、発熱部５をなす部分の他方の側面には電極４が配設された構造を採用したことにより、可変抵抗部３および発熱部５の一体形成物に対する各電極１，２，４の取り付け作業が行い易くなり、ポリマーＰＴＣサーミスタを製造するにあたって生産性の向上が図れる。
本実施形態においては、本発明のサーミスタをポリマーＰＴＣサーミスタ、つまり導電性ポリマー６の正の抵抗温度特性を利用して電極１，２間の通電量を極端に減少させる素子について説明したが、本発明のサーミスタは、導電性ポリマー６に相当する部分に負の抵抗温度特性を備える部材（セラミック半導体等）を使用し、通電量が極端に減少した状態にある電極１，２間の通電を可能にする素子、いわばＮＴＣサーミスタにも適用可能である。
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態を図３から図５の各図に示して説明する。なお、上記実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
図３から図５の各図には、第１の実施形態と同じく過電流保護素子としてのポリマーＰＴＣサーミスタを示している。このポリマーＰＴＣサーミスタは、上記第１の実施形態と同じく長方形で板状の導電性ポリマー６を備えるが、本実施形態では、可変抵抗部３が中央に配され、２つの発熱部５Ａ，５Ｂがその両側にそれぞれ設けられており、各発熱部５Ａ、５Ｂに、第３の電極としての電極４Ａ，４Ｂがそれぞれ設けられている。
電極１は、導電性ポリマー６の可変抵抗部３をなす中央部分の一方の側面（図３では上面側）にその大半が配設されており、一部を他方の側面に回り込ませて配設されている。電極２は、可変抵抗部３をなす中央部分の他方の側面（図３では下面側）にその大半が配設されており、電極１と同様に一部を一方の側面に回り込ませて配設されている。
電極４Ａは、導電性ポリマー６の一方の発熱部５Ａをなす部分（図３では左側端部）の他方の側面に配設されており、電極４Ｂは、導電性ポリマー６の他方の発熱部５Ｂをなす部分（図３では右側端部）の他方の側面に配設されている。電極２と電極４Ａ，４Ｂとの間にはそれぞれ平行な隙間７が設けられており、この隙間７からは導電性ポリマー６の他方の側面が露出している。
上記構造のポリマーＰＴＣサーミスタにおいては、作動の契機については上記第１の実施形態と変わるところはない。しかしながら、上記構造のポリマーＰＴＣサーミスタによれば、発熱部５Ａ，５Ｂが可変抵抗部３の両側に設けられており、両側から同時に加熱されることで可変抵抗部３の加熱が促されるので、スイッチング動作の作動速度や作動精度がより高くなる。また、仮りにいずれ一方の発熱部にトリガ電流が正常に通電されなくても、正常に通電された他方の発熱部によって可変抵抗部が加熱され、誤作動なく通電量が減少するので、作動の確実性が高められる。
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態を図６から図７の各図に示して説明する。なお、上記実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
図６から図７の各図には、第１、第２の実施形態と同じく過電流保護素子としてのポリマーＰＴＣサーミスタを示している。このポリマーＰＴＣサーミスタは、上記の各実施形態とは異なり、円形で板状の導電性ポリマー６を備え、その中央に可変抵抗部３が配され、その周囲を取り囲むように発熱部５Ｃが設けられており、発熱部５Ｃの両側面に、第３の電極としての電極４Ｃがそれぞれ設けられている。
電極１は、導電性ポリマー６の可変抵抗部３をなす中央部分の一方の側面（図６では上面側）に配設されており、電極２は、可変抵抗部３をなす中央部分の他方の側面（図６では下面側）に配設されている。電極４Ｃは、導電性ポリマー６の発熱部５Ｃをなす周縁部分の他方の側面に配設されている。電極１，２と電極４Ｃとの間にはリング状の隙間８が設けられており、この隙間８からは導電性ポリマー６の他方の側面が露出している。
上記構造のポリマーＰＴＣサーミスタにおいても、作動の契機については上記第１の実施形態と変わるところはない。しかしながら、上記構造のポリマーＰＴＣサーミスタによれば、発熱部５Ｃが可変抵抗部３の周囲に設けられており、周囲から加熱されることで可変抵抗部３の加熱が促されるので、スイッチング動作の作動速度や作動精度がより高くなる。
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
産業上の利用の可能性
本発明は、第１、第２の２つの電極間に、温度の変化によって抵抗値が変化する可変抵抗部を介在させ、該可変抵抗部の抵抗値の変化に応じて前記第１、第２の電極間の通電を断続するサーミスタであって、前記第１、第２の電極のいずれにも接することなく設けられた第３の電極と；前記可変抵抗部と同一の材料により一体に形成されて前記第３の電極に接し、該第３の電極と前記第１、第２の電極のいずれか一方との間に通電されることで発熱して前記可変抵抗部の抵抗値を変化させる発熱部と；を備えるサーミスタに関する。本発明のサーミスタによれば、可変抵抗部を加熱する要素である発熱部が、可変抵抗部と同一の材料により一体に形成されていることにより、従来のサーミスタと比較して部品数が少なく、構造が単純化されるとともにモジュールが小型化されるので、製造コストを安価に抑えることが可能である。

Claims (4)

1. 第１、第２の２つの電極間に、温度の変化によって抵抗値が変化する可変抵抗部を介在させ、該可変抵抗部の抵抗値の変化に応じて前記第１、第２の電極間の通電を断続するサーミスタであって、
   前記第１、第２の電極のいずれにも接することなく設けられた第３の電極と；
   前記可変抵抗部と同一の材料により一体に形成されて前記第３の電極に接し、該第３の電極と前記第１、第２の電極のいずれか一方との間に通電されることで発熱して前記可変抵抗部の抵抗値を変化させる発熱部と；を備える。
2. 請求項１記載のサーミスタであって、前記発熱部が、前記可変抵抗部の両側に設けられている。
3. 請求項１記載のサーミスタであって、前記発熱部が、前記可変抵抗部の周囲に設けられている。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のサーミスタであって、前記可変抵抗部および前記発熱部が一体となって板状に形成され；
   前記可変抵抗部をなす部分の一方の側面に前記第１の電極が配設されるとともに他方の側面に前記第２の電極が配設され；
   前記発熱部をなす部分のいずれか一方の側面に前記第３の電極が配設されている。

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