JPWO2005038826A1 - Ｐｔｃ素子および蛍光灯用スタータ回路 - Google Patents

Abstract

蛍光灯用スタータ回路に用いるのに適する新規な構造を有するＰＴＣ素子を提供する。ポリマーＰＴＣ材料から成るシート状本体（１）と、シート状本体（１）の表面に、例えば同一のシート面上に隔間して形成された第１および第２の電極（第１の電極３ａ、３ｂおよび第２の電極４ａ、４ｂ）とを含んで成るポリマーＰＴＣ素子（１０）において、シート状本体（１）を厚さ方向に少なくとも部分的に横断する空間として、スルーホール（７ａ、７ｂ）の内壁面と端子（５ａ、５ｂ）との間に隙間を設ける。

Description

本発明はＰＴＣ素子およびＰＴＣ素子を組み込んだ蛍光灯用スタータ回路に関する。

尚、「ＰＴＣ素子」とは、電気／電子回路技術の分野において知られているように、正の温度係数（Positive Temperature Coefficient）を有するサーミスタを言う。ＰＴＣ素子は、比較的低い温度条件下（例えば常温時）ではその電気抵抗（またはインピーダンス）は低いが、ある温度（以下、トリップ温度と言う）を超えると電気抵抗が急激に増加する。本明細書において、ＰＴＣ素子の前者の状態をロー状態、後者の状態をハイ状態とも言うものとする。

現在、インバータ式蛍光灯用スタータ回路においては、セラミックＰＴＣ素子およびコンデンサが蛍光灯とそれぞれ並列に接続されて用いられている（例えば特許文献１を参照のこと）。

インバータ式蛍光灯装置の代表的な電気回路図（従来のスタータ回路を含む）を図５に示す。図示するように、従来のスタータ回路６０（図５中、点線で囲まれた部分を言う）は、ＰＴＣ素子６１およびスタート用コンデンサ６３が蛍光灯６５とそれぞれ並列に接続するように構成される。また、蛍光灯６５はインバータ回路（詳細は省略する）７０にコイル６７およびコンデンサ６９を介して接続される。

このようなインバータ式蛍光灯装置は以下のようにして点灯する。まず、交流電源（図示せず）をオンにして、図５に示す電気回路に高周波電流を流す。ＰＴＣ素子６１は最初ロー状態にあり、低いインピーダンスを有するため、蛍光灯６５のフィラメントを流れる電流はその大部分がＰＴＣ素子６１を通って流れ、蛍光灯６５のフィラメントおよびＰＴＣ素子６１はそのジュール熱によって加熱される。やがて、ＰＴＣ素子６１が自身のジュール熱によってハイ状態にトリップすると、ＰＴＣ素子６１のインピーダンスが顕著に増加する。その結果、蛍光灯の両端に大電圧が印加され、加熱されていたフィラメントから熱電子が放出されて、蛍光灯が点灯する。ＰＴＣ素子６１は、以上のようにスタータ回路として機能した後も、蛍光灯が点灯している間に亘って引き続きハイ状態のまま維持される。

特開平７−１６１４８３号公報

上記のような従来の蛍光灯用スタータ回路６０においてはセラミックＰＴＣ素子６１が用いられている。セラミックＰＴＣ素子（ＣＰＴＣ素子）は、一般的には、例えばチタン酸バリウムを主成分とする酸化物半導体などのセラミック材料から成る本体を電極で挟んで構成される。セラミックＰＴＣ素子は、その構成上、素子自体に容量成分があるため、交流電流を流す電気特性が変化することは従来から知られている。このため、交流電源を用いる装置において、意図した電気特性が得られないという問題がある。

セラミックＰＴＣ素子の電気特性の変化を防止するため、インバータ式蛍光灯装置のスタータ回路に整流回路を用いてセラミックＰＴＣ素子に直流電流を流すことも提案されている（例えば、特許文献１を参照のこと）。しかしながら、このような構成は整流素子などの追加の部品を要するため、製造費用の増加および占有空間の拡張という不利点がある。

本発明の１つの目的は、上記のような問題が解決される新規な蛍光灯用スタータ回路を提供することにある。また、本発明のもう１つの目的は、そのような蛍光灯用スタータ回路に用いるのに適する、新規な構造を有するＰＴＣ素子を提供することにある。

これまで、セラミックＰＴＣ素子に交流電流を流した場合、特に商用周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）に比べて相当高い周波数（例えば６０ｋＨｚ）の交流電流が流れるインバータ式蛍光灯装置において、セラミックＰＴＣ素子の電気特性がどの程度変化するのかは具体的に知られていなかった。そこで本発明者らは、セラミックＰＴＣ素子の電気特性として、特に高周波数の交流電流を用いる場合のインピーダンス−温度特性について調べた。

他方、電気／電子回路技術の分野において、セラミックＰＴＣ素子（ＣＰＴＣ素子）の他、ポリマーＰＴＣ素子（ＰＰＴＣ素子）もまたＰＴＣ素子の１つとして知られている。本発明者らはポリマーＰＴＣ素子に着目し、ポリマーＰＴＣ素子の電気特性についても同様にして調べた。

その結果、セラミックＰＴＣ素子では、直流電流を流した場合と著しく異なる電気特性を示し、更に、交流電流の周波数によっても電気特性が変化することが確認された。これに対し、ポリマーＰＴＣ素子ではセラミックＰＴＣ素子程の電気特性の変化は見られなかった。例えば、セラミックＰＴＣ素子では、ハイ状態のインピーダンスが１×１０^４Ω以下に著しく低下しているのに対し、ポリマーＰＴＣ素子では１×１０^５Ω以上の高いインピーダンスが得られることが確認された（周波数：約７０ｋＨｚにて）。これは、セラミックＰＴＣ素子が容量成分を有するのに対し、ポリマーＰＴＣ素子は容量成分を殆ど有しないことに起因すると考えられる。

以上の知見に基づいて本発明の蛍光灯用スタータ回路を完成するに至った。本発明の１つの要旨によれば、ポリマーＰＴＣ素子を含む蛍光灯用スタータ回路（より詳細にはインバータ式蛍光灯用スタータ回路）が提供される。このようなスタータ回路は、例えば、ポリマーＰＴＣ素子およびコンデンサが蛍光灯とそれぞれ並列に接続されるようにして構成され得る。

本発明の蛍光灯用スタータ回路においては、ポリマーＰＴＣ素子を用いているため、セラミックＰＴＣ素子を用いる従来のスタータ回路に比べて、電気特性（より詳細にはインピーダンス−温度特性）の周波数依存性が低く、ハイ状態でより高いインピーダンスが得られる。この結果、点灯状態（蛍光灯が実際に点灯している間を意味し、電源をオンにしてから蛍光灯が点灯するまでの初期状態を含まないものとする）におけるスタータ回路による消費電力を低減することができる。このような本発明の蛍光灯用スタータ回路は、整流素子などの追加の部品を要さず、占有空間の拡張を実質的に招かず、既存の蛍光灯の製造設備および方法に適用可能である。

更に、本発明者らは、このような蛍光灯用スタータ回路に用いるのに適するポリマーＰＴＣ素子の構造について更に鋭意研究を重ね、本発明のＰＴＣ素子を完成するに至った。本発明のもう１つの要旨によれば、ポリマーＰＴＣ材料から成るシート状本体と、シート状本体の表面に形成された第１および第２の電極とを含んで成るポリマーＰＴＣ素子であって、シート状本体を厚さ方向に少なくとも部分的に横断する空間が設けられていることを特徴とするＰＴＣ素子（より詳細にはポリマーＰＴＣ素子）が提供される。

本発明のポリマーＰＴＣ素子によれば、シート状本体を縦方向（厚さ方向）に横断する空間（または空洞）が設けられているので、熱膨張を該空間に吸収して熱ストレスを緩和できる。この結果、本発明のポリマーＰＴＣ素子によれば、従来のポリマーＰＴＣ素子に比べて耐電圧特性を向上させることができる。あるいは、より小型の素子で従来と同程度の耐電圧特性を実現することができる。尚、一般的に「耐電圧特性」とは、電源をオンにして維持した場合にＰＴＣ素子が故障するまでの時間、または電源のオン／オフを繰り返した場合にＰＴＣ素子が故障するまでの繰り返し回数を言う。蛍光灯用途では、前者の耐電圧特性は、ＰＴＣ素子を蛍光灯装置に組み込んだ状態で電源オンにして蛍光灯を点灯させ、例えば１ｋＶをピーク電圧とし、その後約５０〜１５０Ｖの電圧がＰＴＣ素子に加わるような電圧条件下にて維持した場合にオンにしてからＰＴＣ素子が故障するまでの時間を言う。また、後者の耐電圧特性は、ＰＴＣ素子を蛍光灯装置に組み込んだ状態で電源を所定時間オン／オフして上記と同様の電圧条件にて蛍光灯を点灯／消灯させ、これを１サイクルとして繰り返した場合にＰＴＣ素子が故障するまでの繰り返しサイクルを言う。

上記空間はシート状本体を貫通するスルーホールの内壁面によって少なくとも部分的に規定され得る。例えば、スルーホール内に何も存在しない場合には上記空間はスルーホール全体であってよく、あるいは、スルーホール内に端子などの内挿物が存在する場合には上記空間はスルーホールの内壁面と内挿物との間に規定される隙間であってよい。また、上記空間はシート状本体の途中まで設けられた凹部であってもよい。この空間の位置、形状および大きさなどは、後述するように電極および端子との関係を考慮して、好ましくはＰＴＣ素子の電気特性に実質的に影響を及ぼさないように適当に選択され得る。空間の数は特に限定されず、少なくとも１個あればよいが、熱膨張／熱ストレスを効率的に吸収し得るように好ましくは２個またはそれ以上設けられる。

１つの態様において、ＰＴＣ素子の第１および第２の電極はシート状本体の同一のシート面上に隔間して形成される。このような構成によれば、万一故障するとしても、短絡せずにオープンモードで故障し、フェイルセーフを実現できるので、安全性が向上する。これは、熱ストレスの繰り返しによる疲労が電極の外縁近傍に位置するシート状本体の部分に集中するため、故障する場合にはその部分で素子が破壊され易くなるためであると考えられる。これら第１および第２の電極の隔間距離はシート状本体の厚さ以上であることが好ましい。このように隔間距離をとることによって、万一故障する場合には、オープンモードがより優先され得る。

もう１つの態様において、ＰＴＣ素子の第１および第２の電極は、縦方向（シート状本体の厚さ方向）に投射して見たときに互いに重ならないようにして、シート状本体の１対の対向するシート面上にそれぞれ形成される。このような態様によっても、上記態様と同様の効果が得られ、同様の理由から、これら第１および第２の電極を投射して見たときの隔間距離はシート状本体の厚さ以上であることが好ましい。

しかしながら、本発明はこれに限定されず、ＰＴＣ素子の第１および第２の電極は任意の適当な関係で配置され得る。また、第１および第２の電極は２種の異なる電位の電極が存在すればよく、第１の電極が複数個存在していてもよく、第２の電極も同様である。また、電位の異なる少なくとも２種の電極が存在すればよく、３種またはそれ以上設けられていてもよい。例えば第１〜第３またそれ以上の電極がＰＴＣ素子の同一のシート面に隔間して並列に設けられ得、あるいは、ＰＴＣ素子の対向するシート面に互い違いに並列に設けられ得る。電極には、例えばはんだ付けなどによって端子がそれぞれ固定され得る。

上記の空間と電極との関係については、空間は縦方向（シート状本体の厚さ方向）に投射して見たときに電極の外縁で囲まれた領域の内側、好ましくは動作部に近い位置に設けられ得る。この場合、当然ながら、空間の横方向断面は電極の外縁で囲まれた領域よりも小さい。複数個の空間が存在する場合には、例えば、ＰＴＣ素子の各電極につき１個または複数個の空間が上記のように設けられ得る。空間は電極を貫通するように設けられていてよい。

上記の空間と端子との関係については、特に限定されるものではないが、例えば縦方向から見たときに、空間を規定する壁面の輪郭が端子の断面よりも大きい場合、該輪郭と端子との間に隙間が残されるようにして端子が空間を貫通して、または空間の途中まで挿入されていてよい。また例えば、空間を規定する壁面の輪郭が端子の断面よりも小さい場合、端子の端部で空間の開口部が閉じられるように、空間と端子とが互いに隣接していてもよい。また例えば、端子の横方向断面が漸近的に変化する場合、空間を規定する壁面の輪郭が端子の横方向断面と同程度となる位置まで、空間を規定する壁面内に端子が嵌め込まれていてよい。

尚、本発明において「シート状」とは、略矩形断面を有するシートおよび／または層などの形態を言うものとする。「シート状本体」は、略矩形断面の１対の対向する辺がもう１対の対向する辺よりも相当大きい物であってよく、または、そのような物から切り出された物であってよい。後者の場合、「シート状本体」の略矩形断面において、１対の対向する辺はもう１対の対向する辺よりも必ずしも相当大きくなくてよい。また、「シート面」とはシート状本体の略矩形断面のより長い辺を含む表面を言うものとする。本明細書を通じて、「縦方向」はシート状本体の厚さ方向を意味し、「横方向」はシート面に沿った方向を意味するものとする。

以上のような本発明のＰＴＣ素子は、ロー状態とハイ状態との間を頻繁にトリップし、熱による膨張・収縮が繰り返される用途に適する。よって、本発明のＰＴＣ素子は、本発明の蛍光灯用スタータ回路、より詳細にはインバータ式蛍光灯用スタータ回路に好適に組み込まれ得る。また、蛍光灯用スタータ回路の他、例えば、交流電源と接続され、立ち上がり時にのみ大電流を要するような起動用回路にも好適に用いられ得る。しかし、これに限定されず、本発明のＰＴＣ素子は熱による膨張・収縮が問題となるような他の用途にも用い得る点に留意されるべきである。

本発明によれば、より効率的で新規な蛍光灯用スタータ回路が提供される。本発明の蛍光灯用スタータ回路はポリマーＰＴＣ素子を用いているので、セラミックＰＴＣ素子を用いる場合に比べて、電気特性の周波数依存性が低く、蛍光灯の点灯状態におけるＰＴＣ素子による消費電力を低減することができる。

また、本発明によれば、蛍光灯用スタータ回路に用いるのに適するＰＴＣ素子が提供される。本発明のＰＴＣ素子によれば、シート状本体を厚さ方向に少なくとも部分的に横断する空間が設けられているので、シート状本体に生じる熱膨張および／または熱ストレスを吸収でき、よって、従来構造のポリマーＰＴＣ素子に比べて耐電圧特性を向上させることができる。

本発明の１つの態様におけるポリマーＰＴＣ素子を模式的に説明する図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）に対応する故障時の断面図である。 図２（ａ）および（ｂ）は本発明の種々の態様におけるポリマーＰＴＣ素子の模式的な断面図である。 ＰＴＣ素子の抵抗−温度特性（直流）を示すグラフであり、図３（ａ）はポリマーＰＴＣ素子の場合、図３（ｂ）はセラミックＰＴＣ素子の場合を示す。 ＰＴＣ素子のインピーダンス−温度特性（交流）を示すグラフであり、図４（ａ）はポリマーＰＴＣ素子の場合、図４（ｂ）はセラミックＰＴＣ素子の場合を示す。 インバータ式蛍光灯装置の従来のスタータ回路を含む電気回路図である。 従来の１つのタイプのポリマーＰＴＣ素子を模式的に説明する図であり、図６（ａ）は断面図、図６（ｂ）は上面図である。 従来の別のタイプのポリマーＰＴＣ素子を模式的に説明する図であり、図７（ａ）は断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）に対応する故障時の断面図である。

符号の説明

１、８１、９１ シート状本体
３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、８３ａ、８３ｂ、９３ａ、９３ｂ 電極（金属部）
５ａ、５ｂ、８５ａ、８５ｂ、９５ａ、９５ｂ 端子
７ａ、７ｂ スルーホール
９ａ、９ｂ、８９ａ、８９ｂ はんだ接合部
１０、８０、９０ ポリマーＰＴＣ素子
６０ スタータ回路
６１ ＰＴＣ素子
６３ スタート用コンデンサ
６５ 蛍光灯
６７ コイル
６９ コンデンサ
７０ インバータ回路

（実施形態１）
本実施形態はポリマーＰＴＣ素子に関する。図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態のポリマーＰＴＣ素子１０には、ポリマーＰＴＣ材料から成るシート状本体１の対向する一対のシート面の片面に金属部３ａおよび３ｂが形成され、もう片面に金属部４ａおよび４ｂが形成されている。これら金属部３ａおよび３ｂは同一のシート面上にて、好ましくはシート状本体１の厚さ以上の距離を置いて隔間して配置されており、金属部４ａおよび４ｂも同様である。また、スルーホール７ａがシート状本体１と金属部３ａおよび４ａを貫通して設けられており、スルーホール７ｂもシート状本体１と金属部３ｂおよび４ｂを貫通して設けられている。端子５ａおよび５ｂとスルーホール７ａおよび７ｂの内壁面との間には空間（または隙間）が残されている。

本実施形態において、端子５ａおよび５ｂはシート状本体１の一方のシート面側からスルーホール７ａおよび７ｂの内部を通って縦方向に延び、対向するシート面側から突出している。また、端子５ａは金属部３ａおよび４ａにはんだ接合部９ａおよび９ａ’によってそれぞれ固定され、端子５ｂは金属部３ｂおよび４ｂにはんだ接合部９ｂおよび９ｂ’によってそれぞれ固定されている。金属部３ａおよび４ａが同電位の第１の電極として機能し、金属部３ｂおよび４ｂが同電位の第２の電極として機能する。

例えば、シート状本体１は縦約３ｍｍ×横約１１ｍｍ×厚さ約１ｍｍの直方体形状を有し、金属部３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂは縦約３ｍｍ×横約３ｍｍ×厚さ約０．０３ｍｍの直方体形状を有し得る。また、スルーホール７ａ、７ｂは直径約０．８ｍｍの円筒形状を有し、端子５ａ、５ｂは直径約０．７ｍｍの円筒形状を有し得る。図示する態様では、スルーホール７ａおよび７ｂは、縦方向から見て、金属部３ａおよび４ａならびに３ｂおよび３ｂの外縁で囲まれた領域の中央部に位置するが、動作部（本実施形態ではシート状本体１の中央部付近）に近い方が好ましいと考えられる。しかしながら、これらは例示にすぎず、各部材の寸法および形状等は当業者により適切に選択され得るであろう。

このポリマーＰＴＣ素子１０は以下のようにして作製できる。まず、シート状のポリマーＰＴＣ材料を準備する。ポリマーＰＴＣ材料は、例えばカーボンブラックなどの導電性粒子がポリエチレンなどのポリマー材料に分散して成るものを用い得る。この１対のシート面の双方にＣｕ箔などの金属箔を施し、必要に応じて該金属箔をＮｉなどでメッキする。これにより得られたシートをドリルで切削してスルーホール７ａおよび７ｂを形成する。ドリリングは、素子の機械的強度が向上するのでエッチング前に行うことが好ましい。その後、（場合によりメッキ付きの）金属箔を所定のパターンでエッチングして金属部３ａ、３ｂおよび４ａ、４ｂを形成し、所定の大きさのチップにカットする。そして、Ｃｕなどの金属から成る（メッキ付きでもよい）ような一般的な端子５ａおよび５ｂを、例えばはんだ付けなどによって金属部３ａおよび３ｂにそれぞれ固定して接続する。これにより、ポリマーＰＴＣ素子１０が得られる。ポリマーＰＴＣ素子１０は、一般的には例えばシリコーン樹脂などで被覆され得る。

従来の１つのタイプのポリマーＰＴＣ素子として、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、ポリマーＰＴＣ材料から成るシート状本体８１の一方のシート面に電極８３ａおよび８３ｂが隔間して配置され、はんだ接合部８９ａおよび８９ｂで固定された端子８５ａおよび８５ｂが電極８３ａおよび８３ｂのそれぞれから横方向に並行に延びているポリマーＰＴＣ素子８０が知られている。このような従来のポリマーＰＴＣ素子８０を耐電圧試験に付すと熱サイクルにより膨張・収縮（図６（ａ）中、膨張方向の例を矢印にて模式的に示す）を繰り返し、熱ストレスによって疲労して最終的には故障に至る。

これに対して本実施形態のポリマーＰＴＣ素子１０によれば、シート状本体１に設けられたスルーホール７ａ、７ｂの内壁面と端子５ａ、５ｂとの間の空間により熱膨張（図１（ａ）中、理解を容易にする目的で膨張方向の例を矢印にて模式的に示す）を吸収し、熱ストレスを緩和できるので、上記のような従来のポリマーＰＴＣ素子８０に比べて故障に至るまでの寿命を長くでき、耐電圧特性が向上する。

また、別のタイプの従来のポリマーＰＴＣ素子として、図７（ａ）に示すように、ポリマーＰＴＣ材料から成るシート状本体９１が電極９３ａおよび９３ｂで挟まれ、電極９３ａおよび９３ｂのそれぞれから端子９５ａおよび９５ｂが横方向に互いに反対方向に延びているポリマーＰＴＣ素子９０が知られている。このような従来のポリマーＰＴＣ素子９０は、偶発的な外的要因（例えば機械的な接触）などによって万一故障する場合には、図７（ｂ）に示すようなモードが起こり得る。

これに対して本実施形態のポリマーＰＴＣ素子１０は、万一故障するとしても、図１（ｃ）に示すように電極近傍でクラックが発生することによりオープンモードで故障し、短絡が回避されるので、上記のような従来のポリマーＰＴＣ素子９０に比べて安全性が向上する。これは、いずれの理論によっても拘束されるものではないが、シート状本体１の内部の熱分布や放熱量の差、シート状本体１と金属材料から成る金属部３ａ、４ａ、３ｂ、４ｂとの間の熱膨張率の差などの種々の要因が複合して関与した結果、特に金属部３ａ、４ａ、３ｂ、４ｂの素子中央部側の外縁Ｂの近傍に位置するシート状本体１の部分に熱ストレスによる疲労が集中し、万一故障する場合にはその部分から亀裂が走って素子が破壊されるのが優先されることによると考えられる。

また、オープンモードがより優先されるように、金属部３ａ、３ｂ、４ａおよび４ｂの少なくとも１つにつき、素子中央側の外縁近傍に位置するシート状本体の部分にノッチを形成してもよい。

以上、１つの実施形態における本発明のＰＴＣ素子について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の概念を逸脱しない範囲で種々の改変がなされ得ることは当業者に容易に理解されるであろう。例えば、本実施形態においては金属部４ａおよび４ｂを設け、はんだ接合部９ａ’および９ｂ’で端子５ａおよび５ｂに接合することとしたが、金属部４ａおよび４ｂならびにはんだ接合部９ａ’および９ｂ’は省略してもよい。

また、本実施形態においては端子５ａおよび５ｂをスルーホール７ａおよび７ｂに通してシート状本体１に貫通させたが、図２（ａ）に示すように、スルーホール７ａおよび７ｂの途中まで挿入するようにしてもよい。

更に、図２（ｂ）に示すように、端子５ａおよび５ｂをそれぞれ金属部４ａおよび３ｂに接続してもよい。この場合、金属部４ａおよび３ｂが電極として機能する。これら金属部４ａおよび３ｂは、縦方向に投射して見たときに互いに重ならないようにして、シート状本体１の対向するシート面上にそれぞれ形成されている。

本実施形態においては空間をスルーホールと端子との間の隙間の形態で設けたが、スルーホールに端子が挿入されておらず、スルーホール全体が空間であってもよい。また、シート状本体の途中まで達する凹部の形態として空間を設けても熱膨張を吸収し得るであろう。

（実施形態２）
本実施形態はポリマーＰＴＣ素子を用いる蛍光灯用スタータ回路に関する。本実施形態の蛍光灯用スタータ回路（図示せず）は、図５に示すインバータ式蛍光灯装置の従来のスタータ回路において、セラミックＰＴＣ素子６１に代えて、実施形態１のポリマーＰＴＣ素子１０を用いて構成される。

このようにして得られる本実施形態の蛍光灯用スタータ回路は、セラミックＰＴＣ素子６１を用いる従来の蛍光灯用スタータ回路に比べて、電気特性の周波数依存性が低く、点灯状態におけるスタータ回路による消費電力を低減することができる。

特に、本実施形態においては実施形態１のポリマーＰＴＣ素子を用いているので、実施形態１にて上述したように、従来の蛍光灯用スタータ回路において、セラミックＰＴＣ素子に代えて他の既知のポリマーＰＴＣ素子を適用する場合に比べて高い耐電圧特性および高い安全性が得られるという利点がある。

以上、１つの実施形態における本発明の蛍光灯用スタータ回路について説明したが、本実施形態についても、本発明の概念を逸脱しない範囲で種々の改変がなされ得るであろう。例えば、本実施形態においては図５に示す回路配置を採用したが、これに限定されず、他の適当な蛍光灯用スタータ回路配置を採用し得る。

また、本実施形態においては実施形態１のポリマーＰＴＣ素子を用いることとしたが、他の態様の本発明のポリマーＰＴＣ素子を用いてもよい。また、当該技術分野において既知のポリマーＰＴＣ素子を用いてもよく、この場合にも、セラミックＰＴＣ素子を用いる従来の蛍光灯用スタータ回路に比べて電気特性の周波数依存性が低く、点灯状態におけるスタータ回路による消費電力を低減することができるという効果を奏し得る。

１．素子特性
本発明のポリマーＰＴＣ素子の電気特性を調べた。尚、ＰＴＣ素子の抵抗またはインピーダンスの測定はいずれも２０〜１６０℃の範囲内の所定の温度条件下にて素子を１５分維持した後に行うものとした。尚、この温度条件の値はＰＴＣ素子の周囲温度であるが、ＰＴＣ素子自体の温度と見なして差し支えない。

まず、実施形態１のポリマーＰＴＣ素子を作製した。また、比較のためにセラミックＰＴＣ素子を市販で入手した。これらポリマーＰＴＣ素子およびセラミックＰＴＣ素子について、一般的な直流抵抗計を用いて、素子単独の状態における直流の場合の抵抗値を種々の温度条件下で測定することによって、素子の抵抗−温度特性を調べた。結果を図３（ａ）および（ｂ）に示す。

図３（ａ）および（ｂ）から判るように、ロー状態の抵抗はポリマーＰＴＣ素子がセラミックＰＴＣ素子より低いものの、ハイ状態の抵抗はポリマーＰＴＣ素子とセラミックＰＴＣ素子とで殆ど変わらなかった。

次に、上記と同じポリマーＰＴＣ素子およびセラミックＰＴＣ素子について、一般的なＬＣＲメータを用いて、素子単独の状態における交流の場合のインピーダンス値を種々の温度条件下で測定することによって、素子のインピーダンス−温度特性を調べた。ここで、交流周波数は２０ｋＨｚ、５０ｋＨｚおよび７０ｋＨｚと変化させ、各周波数につき抵抗値を測定するものとした。結果を図４（ａ）および（ｂ）に示す。

セラミックＰＴＣ素子について、直流の場合の抵抗値（図３（ｂ））と交流の場合のインピーダンス値（図４（ｂ））とを比較すると、直流の場合に比べて交流の場合の方がハイ状態の値はより低くなり、ハイ状態とロー状態との値の差がより小さくなる傾向が見られた。他方、ポリマーＰＴＣ素子について、直流の場合の抵抗値（図３（ａ））と交流の場合のインピーダンス値（図４（ａ））とを比較すると同様の傾向が見られるもののセラミックＰＴＣ素子ほど著しくなかった。

交流の場合、図４（ａ）および（ｂ）を参照して、ポリマーＰＴＣ素子（図４（ａ））はセラミックＰＴＣ素子（図４ｂ）と比べてロー状態ではより低く、ハイ状態ではより高いインピーダンスを示し、より大きなインピーダンス差およびより急峻なインピーダンス変化を示した。特に、インバータ蛍光灯で使用される周波数に近い７０ｋＨｚでは、ハイ状態のインピーダンスは、セラミックＰＴＣ素子の場合には１×１０^４Ω以下であるのに対し、ポリマーＰＴＣ素子の場合には１×１０^５Ω以上であった。

以上の結果より、実施例のポリマーＰＴＣ素子によれば、比較例のセラミックＰＴＣ素子に比べてハイ状態でより高いインピーダンスが得られるので、蛍光灯用スタータ回路に用いた場合、点灯状態におけるスタータ回路による消費電力の低減が期待できる。加えて、実施例のポリマーＰＴＣ素子によれば、比較例のセラミックＰＴＣ素子に比べてロー状態でより低いインピーダンスが得られるので、蛍光灯用スタータ回路に用いた場合、蛍光灯を点灯させるためのフィラメントの加熱をより効率的に実施でき、電源をオンにしてから蛍光灯が点灯するまでに要する時間の短縮化が期待できる。

また、図４（ａ）および（ｂ）から理解されるように、ハイ状態のインピーダンスは、比較例のセラミックＰＴＣ素子では周波数が増大するにつれて全体的に低下するが、実施例のポリマーＰＴＣ素子では約１１０℃より高い温度範囲では周波数が増大するにつれて低下するものの、約１１０℃以下の温度範囲では周波数に殆どよらずに高い値を示した。

以上の結果より、比較例のセラミックＰＴＣ素子では電気特性は周波数に依存して変化するのに対し、実施例のポリマーＰＴＣ素子では電気特性は実質的に周波数に依存しないことが確認された。

２．スタータ回路特性
加えて、本発明のポリマーＰＴＣ素子を用いる蛍光灯用スタータ回路の電気特性を調べた。尚、用いたＰＴＣ素子の特性を示す目安として初期インピーダンスの値を予め測定した（表１参照）。初期インピーダンスは、素子特性を調べるために上記で用いたものと同じＬＣＲメータを用いて素子単独の状態（室温（約２５℃）、周波数１ｋＨｚ）で測定した。

まず、図５に示す電気回路においてＰＴＣ素子６１に代えて、上記で素子特性を調べた実施例のポリマーＰＴＣ素子を用いて実施形態２の蛍光灯用スタータ回路を作製した。蛍光灯には市販の電球型インバータ蛍光灯を用いるものとした。この実施例のスタータ回路に一般的な交流電流計をＸ点にて挿入し、一般的な交流電圧計をＹ−Ｙ’点に接続して高周波数の交流電流を流し、蛍光灯の点灯状態におけるＰＴＣ素子の電流および電圧を測定した。また、上記の比較例のセラミックＰＴＣ素子を用いて同様に蛍光灯用スタータ回路を作製し、この比較例のスタータ回路についても同じく試験した。結果を表１に示す。尚、表１における電流および電圧の測定値は実効値である。

表１の電流および電圧の測定値からも、比較例のスタータ回路では、蛍光灯の点灯状態においてセラミックＰＴＣ素子に電流がリークしているのに対し、実施例のスタータ回路ではポリマーＰＴＣ素子に電流が比較的流れず、点灯状態におけるスタータ回路の消費電力を低減できると推測される。

更に加えて、これら実施例および比較例のスタータ回路の点灯状態（１５分経過後）におけるＰＴＣ素子の表面温度を測定したところ、ポリマーＰＴＣ素子およびセラミックＰＴＣ素子の最高温度はほぼ同程度であった。これより、熱的観点から、従来のスタータ回路に代えて本発明のスタータ回路を用いても問題ないことが判った。

本発明のポリマーＰＴＣ素子は電気・電子技術の分野においてスイッチング素子として利用可能である。また、本発明の蛍光灯用スタータ回路は、特にインバータ式の蛍光灯用スタータ回路として好適に用いられ得る。

Claims (8)

1. ポリマーＰＴＣ材料から成るシート状本体と、シート状本体の表面に形成された第１および第２の電極とを含んで成るポリマーＰＴＣ素子であって、シート状本体を厚さ方向に少なくとも部分的に横断する空間が設けられていることを特徴とする、ＰＴＣ素子。
2. 空間はシート状本体を貫通するスルーホールの内壁面によって少なくとも部分的に規定される、請求項１に記載のＰＴＣ素子。
3. 第１および第２の電極は、シート状本体の同一のシート面上に隔間して形成されている、請求項１または２に記載のＰＴＣ素子。
4. 第１および第２の電極は、シート状本体の厚さ方向に投射したときに互いに重ならないようにして、シート状本体の１対の対向するシート面上にそれぞれ形成されている、請求項１または２に記載のＰＴＣ素子。
5. 空間は、シート状本体の厚さ方向に投射したときに、電極の外縁で囲まれた領域の内側に位置する、請求項１〜４のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
6. 空間は少なくとも１つの電極を貫通する、請求項５に記載のＰＴＣ素子。
7. ポリマーＰＴＣ素子を含む蛍光灯用スタータ回路。
8. ポリマーＰＴＣ素子として請求項１〜６のいずれかに記載のＰＴＣ素子を含む、請求項７に記載の回路。
   

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