KR101170574B1

KR101170574B1 - 서미스터

Info

Publication number: KR101170574B1
Application number: KR1020067007005A
Authority: KR
Inventors: 히로유끼 고야마; 다까시 사또
Original assignee: 타이코 일렉트로닉스 레이켐 케이. 케이.
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2012-08-01
Also published as: EP1677319A4; US7609142B2; JPWO2005029513A1; KR20060129173A; WO2005029513A2; CN1856845B; US20080068125A1; JP5079237B2; CN1856845A; EP1677319A2

Abstract

본 서미스터는 제1, 제2 전극 중 어느 하나에도 접하지 않고 설치된 제3 전극과, 상기 가변 저항부와 동일한 재료에 의해 일체로 형성되어 상기 제3 전극에 접하고, 상기 제3 전극과 상기 제1, 제2 전극 중 어느 한쪽 사이에 통전됨으로써 발열하여 상기 가변 저항부의 저항치를 변화시키는 발열부를 구비한다.

전극, 도전성 폴리머, 발열부, 가변 저항부, 간극

Description

서미스터{THERMISTOR}

본 발명은 온도의 변화에 따라 전극 사이의 저항치를 변화시킴으로써 임의로 상기 전극 사이의 통전량을 극단적으로 감소시키는 서미스터에 관한 것이다.

본원은 2003년 9월 22일에 출원된 일본 특허 출원 제2003-330707호에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

과전류 보호 소자로서의 폴리머 PTC 서미스터는 열팽창함으로써 도전성을 저하시키는 도전성 폴리머의 플러스의 저항 온도 특성(PTC ; Positive Temperature Coefficient)을 이용하여 통전을 단속하는 소자이다. 종래의 폴리머 PTC 서미스터는 2개의 전극 사이에 도전성 폴리머를 개재시킨 구조로 되어 있고, 2개의 전극 사이에 도전성 폴리머를 열팽창시키는 데 필요한 전류가 흐른 경우, 또는 소정의 온도 환경 하에 놓인 경우에 전극 사이의 통전량을 극단적으로 감소시키는 동작을 한다.

또한, 상기 구조의 폴리머 PTC 서미스터를 베이스로 하여, 도전성 폴리머에 어떠한 동작에 따라서 발열하는 열원을 열전달 가능한 상태로 부가한 구조인 것도 있다. 이 폴리머 PTC 서미스터는 원하는 타이밍으로 열원을 작동시키고 도전성 폴리머를 가열하여 열팽창시킴으로써 전극 사이의 통전량을 극단적으로 감소시키는 것이 가능하다.

이에 관련되는 기술로서, 예를 들어 일본 특허 공개 소56-38617호 공보에는 입력 전극(2, 3)과 출력 전극(6) 사이에 형성한 플러스 특성 자기층(1B)으로부터의 방열을 이용하여 전압을 제어하는 정전압 소자에 대해 기재되어 있다.

그런데, 원하는 타이밍으로 통전을 단속할 수 있는 후자의 폴리머 PTC 서미스터에 있어서는, 전자의 폴리머 PTC 서미스터에다가 열원이나 상기 열원을 작동시키는 기기가 별개로 필요해져 구조가 복잡해지고 제조 비용이 커지는 문제가 되고 있다. 또한, 부품수가 많기 때문에 모듈이 대형인 것도 문제가 되고 있다.

본 발명은 상기한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 구조가 단순하며 소형 이고, 또한 저렴하게 공급하는 것이 가능한 서미스터를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 제1, 제2의 2개의 전극 사이에 온도의 변화에 따라 저항치가 변화되는 가변 저항부를 개재시키고, 상기 가변 저항부의 저항치의 변화에 따라서 상기 제1, 제2 전극 사이의 통전을 단속하는 서미스터이며,

상기 제1, 제2 전극 중 어느 하나에도 접하지 않고 설치된 제3 전극과, 상기 가변 저항부와 동일한 재료에 의해 일체로 형성되어 상기 제3 전극에 접하고, 상기 제3 전극과 상기 제1, 제2 전극 중 어느 한쪽 사이에 통전됨으로써 발열하여 상기 가변 저항부의 저항치를 변화시키는 발열부를 구비하는 서미스터를 제공한다.

본 발명에 따르면, 제3 전극과 제1, 제2 전극 중 어느 한쪽 사이에 트립 전류 이상의 전류를 흐르게 하면, 발열부가 발열하여 가변 저항부를 가열한다. 가열된 가변 저항부는 온도의 변화에 따라 저항치를 변화시키고, 제1, 제2 전극 사이의 통전을 단속한다. 가변 저항부가 상기와 같은 플러스의 저항 온도 특성을 구비하는 경우에는 가열됨으로써 저항치가 높아지므로, 제1, 제2 전극 사이의 통전량이 극단적으로 감소하게 된다. 가변 저항부가 상기와는 반대인 마이너스의 저항 온도 특성(NTC ; Negative Temperature Coefficient), 즉 상전이함으로써 도전성을 향상시키는 특성을 구비하는 경우에는 가열됨으로써 저항치가 낮아지므로, 제1, 제2 전극 사이의 통전이 가능해진다.

본 발명에 따르면, 가변 저항부를 가열하는 요소, 즉 발열부가 가변 저항부와 동일한 재료에 의해 일체로 형성되어 있음으로써 원하는 타이밍으로 통전을 단속하는 것이 가능한 종래의 서미스터와 비교하여 부품수가 적고, 구조가 단순화되는 동시에 모듈이 소형화되므로 제조 비용을 저렴하게 억제하는 것이 가능하다. 또한, 발열부가 가변 저항부와 일체로 되어 있고, 발열부의 열을 불필요하게 잃게 되지 않고 가변 저항부에 전달되므로 스위칭 동작의 작동 속도나 작동 정밀도(작동의 확실성)가 높다.

본 발명의 서미스터에 있어서는, 상기 발열부를 상기 가변 저항부의 양측에 설치하거나, 상기 가변 저항부의 주위에 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 구조를 채용함으로써, 발열부에 의한 가변 저항부의 가열이 촉진되므로 스위칭 동작의 작동 속도나 작동 정밀도가 보다 높아진다.

본 발명의 서미스터에 있어서는, 상기 가변 저항부 및 상기 발열부가 일체로 되어 판형으로 형성되고, 상기 가변 저항부를 이루는 부분의 한쪽 측면에 상기 제1 전극이 배치되는 동시에 다른 쪽 측면에 상기 제2 전극이 배치되고, 상기 발열부를 이루는 부분 중 어느 한쪽 측면에 상기 제3 전극이 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 구조를 채용함으로써, 가변 저항부 및 발열부의 일체 형성물에 대한 각 전극의 부착 작업이 행하기 쉬워져 서미스터를 제조하는 데 있어서 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 서미스터에 따르면 가변 저항부를 가열하는 요소인 발열부가 가변 저항부와 동일한 재료에 의해 일체로 형성되어 있음으로써, 종래의 서미스터와 비교하여 부품수가 적고, 구조가 단순화되는 동시에 모듈이 소형화되므로 제조 비용을 저렴하게 억제하는 것이 가능하다. 또한, 발열부가 가변 저항부와 일체로 되어 있고, 발열부의 열을 불필요하게 잃게 되지 않고 가변 저항부에 전달되므로 스위칭 동작의 작동 속도나 작동 정밀도를 높일 수 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태를 나타내는 도면이며, 폴리머 PTC 서미스터를 경사 상방으로부터 사시한 도면이다.

도2는 동일하게 본 발명의 제1 실시 형태를 나타내는 도면이며, 폴리머 PTC 서미스터를 측방으로부터 단면으로 본 도면이다.

도3은 본 발명의 제2 실시 형태를 나타내는 도면이며, 폴리머 PTC 서미스터를 경사 상방으로부터 사시한 도면이다.

도4는 도3에 도시한 폴리머 PTC 서미스터의 Ⅳ-Ⅳ선을 따르는 화살표 단면도 이다.

도5는 도3에 도시한 폴리머 PTC 서미스터의 Ⅴ-Ⅴ선을 따르는 화살표 단면도이다.

도6은 본 발명의 제3 실시 형태를 나타내는 도면이며, 폴리머 PTC 서미스터를 경사 상방으로부터 사시한 도면이다.

도7은 도6에 도시한 폴리머 PTC 서미스터의 Ⅶ-Ⅶ선을 따르는 화살표 단면도이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 적절한 실시 형태에 대해 설명한다.

[제1 실시 형태]

본 발명의 제1 실시 형태를 도1 및 도2의 각 도면에 나타내어 설명한다.

도1 및 도2의 각 도면에는 과전류 보호 소자로서의 폴리머 PTC 서미스터를 도시하고 있다. 이 폴리머 PTC 서미스터는 2개의 전극(제1, 제2 전극)(1, 2)과, 이들 2개의 전극(1, 2) 사이에 개재 장착되고, 온도의 변화에 따라 저항치가 변화되는 가변 저항부(3)와, 전극(1, 2) 중 어느 하나에도 접하지 않고 설치된 전극(제3 전극)(4)과, 가변 저항부(3)와 동일한 재료에 의해 일체로 형성되어 전극(4)에 접하고, 전극(4)과 전극(2) 사이에 트립 전류 이상의 전류를 흐르게 함으로써 발열하여 가변 저항부(3)의 저항치를 변화시키는 발열부(5)를 구비하고 있다. 가변 저항부(3) 및 발열부(5)는 판형으로 형성된 도전성 폴리머(6)의 중복되는 일이 없는 2개의 부분에 해당한다.

도전성 폴리머(6)는 평면으로 보면 장방형으로 두께가 균일한 판형이고, 예를 들어 폴리에틸렌과 카본블랙을 혼련한 후, 방사선에 의해 가교함으로써 구성된 고분자 수지체이다. 도전성 폴리머(6)의 내부에는 상온의 환경 하에서는 카본블랙의 입자가 연결되어 존재하기 때문에 전류가 흐르는 다수의 도전 패스가 형성되어 양호한 도전성이 발휘된다. 그런데, 도전 패스를 흐르는 전류의 초과에 의해 도전성 폴리머(6)가 열팽창하면, 카본블랙의 입자 사이 거리가 확대되어 도전 패스가 끊어져 저항치가 급격히 증대된다. 이것이 상기한 플러스의 저항 온도 특성(PTC)이다.

전극(1)은 도전성 폴리머(6)의 가변 저항부(3)를 이루는 부분의 한쪽 측면(도1에서는 상면측)에 배치되고, 전극(2)은 가변 저항부(3)를 이루는 부분의 다른 쪽 측면(도1에서는 하면측)에 배치되어 있다. 전극(1)은 직사각형의 금속편(1a)과, 금속편(1a)과 도전성 폴리머(6) 사이에 협지되어 개재하는 니켈박(1b) 등으로 구성되어 있다. 전극(2)도 전극(1)과 동일 구조 및 동일 형상이고, 도전성 폴리머(6)의 측모서리에 구비하여 커트된 직사각형의 금속편(2a)과, 금속편(2a)과 도전성 폴리머(6) 사이에 협지되어 개재하는 니켈박(2b) 등으로 구성되어 있다.

전극(4)은 도전성 폴리머(6)의 발열부(5)를 이루는 부분의 다른 쪽 측면에 배치되어 있다. 전극(4)도 전극(1, 2)과 동일한 구조이고, 도전성 폴리머(6)의 측모서리에 구비하여 커트된 직사각형의 금속편(4a)과, 금속편(4a)과 도전성 폴리머(6) 사이에 협지되어 개재하는 니켈박(4b) 등으로 구성되어 있다. 전극(2)과 전극(4) 사이에는 평행한 간극(7)이 마련되어 있고, 이 간극(7)으로부터는 도전성 폴 리머(6)의 다른 쪽 측면이 노출되어 있다.

상기 구조의 폴리머 PTC 서미스터는 도전성 폴리머(6)의 플러스의 저항 온도 특성을 사용하여, 전극(2, 4) 사이로의 통전을 트리거로 하는 스위치로서 기능한다. 폴리머 PTC 서미스터는 전기 제품 중 주요한 회로의 일부에 조립되어 있고, 전극(1, 2) 사이에 흐르는 소정의 크기의 전류 이하이면 트립하는 정도의 열팽창은 하지 않지만, 전극(2, 4) 사이에 흐르는 트리거 전류에 의해 소정의 부분[후술하는 열 영역(thermal area)]이 발열함으로써 가열되어 열팽창하는 특성이 부여되어 있다.

상기 구조의 폴리머 PTC 서미스터에 있어서는, 주요한 회로에 규정된 크기의 홀드 전류가 흐르는 한에 있어서 전극(1, 2) 사이의 통전이 지장 없이 행해지는 상태를 유지한다. 그런데, 이상시에 주요한 회로에 홀드 전류보다도 과잉으로 큰 전류가 흐르지 않는 경우, 혹은 임의로 주요 회로의 통전량을 극단적으로 감소시키는 경우, 과전류 보호 회로에 트리거 전류가 흐르면 전극(2, 4) 사이에 개재하는 도전성 폴리머(6)가 열팽창하고, 저항치를 증대시켜 발열한다. 발열부(5) 전체가 발열할 뿐만 아니라, 가변 저항부(3)와 인접하는 부분에서 간극(7)이 형성됨으로써 도전성 폴리머(6)가 노출된 부분[도2의 열 영역(thermal area)]이 국소적으로 발열한다. 발열부(5)가 발열하면 일체로 형성된 가변 저항부(3)가 가열되어 열팽창하고, 내부의 도전 패스가 끊어져 저항치가 대폭으로 증대하여 전극(1, 2) 사이의 통전량이 극단적으로 감소한다.

상기 구조의 폴리머 PTC 서미스터에 따르면, 가변 저항부(3)와 이것을 가열 하는 역할을 담당하는 발열부(5)가 1매의 도전성 폴리머(6)에 의해 일체로 형성되어 있음으로써 별개로 열원을 부가하는 종래의 서미스터와 비교하여 부품수가 적고, 구조가 단순화되는 동시에 모듈이 소형화되므로 제조 비용을 저렴하게 억제하는 것이 가능하다. 또한, 발열부(5)의 열을 불필요하게 잃게 되지 않고 가변 저항부(3)에 전달되므로 스위칭 동작의 작동 속도나 작동 정밀도가 높다.

또한, 가변 저항부(3) 및 발열부(5)가 일체로 되어 판형으로 형성되고, 가변 저항부(3)를 이루는 부분의 한쪽 측면에 전극(1)이 다른 쪽 측면에 전극(2)이 배치되고, 발열부(5)를 이루는 부분의 다른 쪽 측면에는 전극(4)이 배치된 구조를 채용함으로써, 가변 저항부(3) 및 발열부(5)의 일체 형성물에 대한 각 전극(1, 2, 4)의 부착 작업이 행하기 쉬워져 폴리머 PTC 서미스터를 제조하는 데 있어서 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 본 발명의 서미스터를 폴리머 PTC 서미스터, 즉 도전성 폴리머(6)의 플러스의 저항 온도 특성을 이용하여 전극(1, 2) 사이의 통전량을 극단적으로 감소시키는 소자에 대해 설명하였지만, 본 발명의 서미스터는 도전성 폴리머(6)에 상당하는 부분에 마이너스의 저항 온도 특성을 구비하는 부재(세라믹 반도체 등)를 사용하고, 통전량이 극단적으로 감소한 상태에 있는 전극(1, 2) 사이의 통전을 가능하게 하는 소자, 말하자면 NTC 서미스터에도 적용 가능하다.

[제2 실시 형태]

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태를 도3 내지 도5의 각 도면에 나타내어 설명한다. 또한, 상기 실시 형태에 있어서 이미 설명한 구성 요소에는 동일 부호를 붙여 설명은 생략한다.

도3 내지 도5의 각 도면에는 제1 실시 형태와 동일하게 과전류 보호 소자로서의 폴리머 PTC 서미스터를 도시하고 있다. 이 폴리머 PTC 서미스터는 상기 제1 실시 형태와 동일하게 장방형으로 판형의 도전성 폴리머(6)를 구비하지만, 본 실시 형태에서는 가변 저항부(3)가 중앙에 배치되고, 2개의 발열부(5A, 5B)가 그 양측에 각각 설치되어 있고, 각 발열부(5A, 5B)에 제3 전극으로서의 전극(4A, 4B)이 각각 설치되어 있다.

전극(1)은 도전성 폴리머(6)의 가변 저항부(3)를 이루는 중앙 부분의 한쪽 측면(도3에서는 상면측)에 그 대부분이 배치되어 있고, 일부를 다른 쪽 측면에 권취시켜 배치되어 있다. 전극(2)은 가변 저항부(3)를 이루는 중앙 부분의 다른 쪽 측면(도3에서는 하면측)에 그 대부분이 배치되어 있고, 전극(1)과 마찬가지로 일부를 한쪽 측면에 권취시켜 배치되어 있다.

전극(4A)은 도전성 폴리머(6)의 한쪽의 발열부(5A)를 이루는 부분(도3에서는 좌측 단부)의 다른 쪽 측면에 배치되어 있고, 전극(4B)은 도전성 폴리머(6)의 다른 쪽의 발열부(5B)를 이루는 부분(도3에서는 우측 단부)의 다른 쪽 측면에 배치되어 있다. 전극(2)과 전극(4A, 4B) 사이에는 각각 평행한 간극(7)이 마련되어 있고, 이 간극(7)으로부터는 도전성 폴리머(6)의 다른 쪽 측면이 노출되어 있다.

상기 구조의 폴리머 PTC 서미스터에 있어서는, 작동의 계기에 대해서는 상기 제1 실시 형태와 바뀌는 부분은 없다. 그러나, 상기 구조의 폴리머 PTC 서미스터에 따르면 발열부(5A, 5B)가 가변 저항부(3)의 양측에 설치되어 있고, 양측으로부 터 동시에 가열됨으로써 가변 저항부(3)의 가열이 촉진되므로 스위칭 동작의 작동 속도나 작동 정밀도가 보다 높아진다. 또한, 가령 어느 한쪽의 발열부에 트리거 전류가 정상으로 통전되지 않아도, 정상으로 통전된 다른 쪽의 발열부에 의해 가변 저항부가 가열되고, 오작동 없이 통전량이 감소하므로 작동의 확실성이 높여진다.

[제3 실시 형태]

다음에, 본 발명의 제3 실시 형태를 도6 또는 도7의 각 도면에 나타내어 설명한다. 또한, 상기 실시 형태에 있어서 이미 설명한 구성 요소에는 동일 부호를 붙여 설명은 생략한다.

도6 또는 도7의 각 도면에는 제1, 제2 실시 형태와 동일하게 과전류 보호 소자로서의 폴리머 PTC 서미스터를 도시하고 있다. 이 폴리머 PTC 서미스터는, 상기한 각 실시 형태와는 달리 원형으로 판형의 도전성 폴리머(6)를 구비하고, 그 중앙에 가변 저항부(3)가 배치되어 그 주위를 둘러싸도록 발열부(5C)가 설치되어 있고, 발열부(5C)의 한쪽 측면에 제3 전극으로서의 전극(4C)이 각각 설치되어 있다.

전극(1)은 도전성 폴리머(6)의 가변 저항부(3)를 이루는 중앙 부분의 한쪽 측면(도6에서는 상면측)에 배치되어 있고, 전극(2)은 가변 저항부(3)를 이루는 중앙 부분의 다른 쪽 측면(도6에서는 하면측)에 배치되어 있다. 전극(4C)은 도전성 폴리머(6)의 발열부(5C)를 이루는 주연 부분의 다른 쪽 측면에 배치되어 있다. 전극(2)과 전극(4C) 사이에는 링형의 간극(8)이 마련되어 있고, 이 간극(8)으로부터는 도전성 폴리머(6)의 다른 쪽 측면이 노출되어 있다.

상기 구조의 폴리머 PTC 서미스터에 있어서도, 작동의 계기에 대해서는 상기 제1 실시 형태와 바뀌는 부분은 없다. 그러나, 상기 구조의 폴리머 PTC 서미스터에 따르면, 발열부(5C)가 가변 저항부(3)의 주위에 설치되어 있고, 주위로부터 가열됨으로써 가변 저항부(3)의 가열이 촉진되므로 스위칭 동작의 작동 속도나 작동 정밀도가 보다 높아진다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 일은 없다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 부가, 생략, 치환 및 그 밖의 변경이 가능하다. 본 발명은 전술한 설명에 따라 한정되는 일 없이, 첨부한 청구 범위에 의해서만 한정된다.

본 발명은 제1, 제2의 2개의 전극 사이에 온도의 변화에 따라 저항치가 변화되는 가변 저항부를 개재시키고, 상기 가변 저항부의 저항치의 변화에 따라서 상기 제1, 제2 전극 사이의 통전을 단속하는 서미스터이며, 상기 제1, 제2 전극 중 어느 하나에도 접하지 않고 설치된 제3 전극과, 상기 가변 저항부와 동일한 재료에 의해 일체로 형성되어 상기 제3 전극에 접하고, 상기 제3 전극과 상기 제1, 제2 전극의 어느 한쪽 사이에 통전됨으로써 발열하여 상기 가변 저항부의 저항치를 변화시키는 발열부를 구비하는 서미스터에 관한 것이다. 본 발명의 서미스터에 따르면, 가변 저항부를 가열하는 요소인 발열부가 가변 저항부와 동일한 재료에 의해 일체로 형성되어 있음으로써, 종래의 서미스터와 비교하여 부품수가 적고, 구조가 단순화되는 동시에 모듈이 소형화되므로 제조 비용을 저렴하게 억제하는 것이 가능하다.

Claims

제1, 제2의 2개의 전극 사이에 온도의 변화에 따라 저항치가 변화되는 가변 저항부를 개재시키고, 상기 가변 저항부의 저항치의 변화에 따라서 상기 제1, 제2 전극 사이의 통전을 단속하는 서미스터이며,

상기 제1, 제2 전극 중 어느 하나에도 접하지 않고 설치된 제3 전극과,

상기 가변 저항부와 동일한 재료에 의해 일체로 형성되어 상기 제3 전극에 접하는 발열부를 구비하고,

상기 발열부 및 상기 가변 저항부는 중복부가 없는(non-overlapping) 단면을 형성하고,

상기 제3 전극과 상기 제1, 제2 전극 중 어느 한쪽 사이의 통전에 의해 상기 가변 저항부에 인접한 가열부의 부분이 국소적으로 발열하여 상기 가변 저항부의 저항치를 변화시키며,

상기 발열부가 상기 가변 저항부의 양측에 설치되어 있는 서미스터.
삭제
제1, 제2의 2개의 전극 사이에 온도의 변화에 따라 저항치가 변화되는 가변 저항부를 개재시키고, 상기 가변 저항부의 저항치의 변화에 따라서 상기 제1, 제2 전극 사이의 통전을 단속하는 서미스터이며,

상기 제1, 제2 전극 중 어느 하나에도 접하지 않고 설치된 제3 전극과,

상기 가변 저항부와 동일한 재료에 의해 일체로 형성되어 상기 제3 전극에 접하는 발열부를 구비하고,

상기 발열부 및 상기 가변 저항부는 중복부가 없는(non-overlapping) 단면을 형성하고,

상기 제3 전극과 상기 제1, 제2 전극 중 어느 한쪽 사이의 통전에 의해 상기 가변 저항부에 인접한 가열부의 부분이 국소적으로 발열하여 상기 가변 저항부의 저항치를 변화시키며,

상기 발열부가 상기 가변 저항부의 주위에 설치되어 있는 서미스터.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 가변 저항부 및 상기 발열부가 일체로 되어 판형으로 형성되고,

상기 가변 저항부를 이루는 부분의 한쪽 측면에 상기 제1 전극이 배치되는 동시에 다른 쪽 측면에 상기 제2 전극이 배치되고,

상기 발열부를 이루는 부분 중 어느 한쪽 측면에 상기 제3 전극이 배치되어 있는 서미스터.