KR20060127854A

KR20060127854A - Ｐｔｃ 소자 및 형광등용 스타터 회로

Info

Publication number: KR20060127854A
Application number: KR1020067009774A
Authority: KR
Inventors: 다까시 사또오; 히로유끼 고야마; 아라따 다나까
Original assignee: 타이코 일렉트로닉스 레이켐 케이. 케이.
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2006-12-13
Also published as: US20070170831A1; CN1871669A; WO2005038826A1; TW200520627A; JPWO2005038826A1; EP1686596A4; EP1686596A1

Abstract

형광등용 스타터 회로에 이용하는 데 적합한 새로운 구조를 갖는 PTC 소자를 제공한다. 폴리머 PTC 재료로 이루어지는 시트 형상 본체(1)와, 시트 형상 본체(1)의 표면에 예를 들어 동일한 시트면 상에 이격되어 형성된 제1 및 제2 전극[제1 전극(3a, 3b) 및 제2 전극(4a, 4b)]을 포함하여 이루어지는 폴리머 PTC 소자(10)에 있어서, 시트 형상 본체(1)를 두께 방향으로 적어도 부분적으로 횡단하는 공간으로서 스루홀(7a, 7b)의 내벽면과 단자(5a, 5b) 사이에 간극을 마련한다.

폴리머 PTC, 스루홀, 스타터 회로, 콘덴서, 인버터 회로

Description

ＰＴＣ 소자 및 형광등용 스타터 회로{PTC ELEMENT AND FLUORESCENT LAMP STARTER CIRCUIT}

본 발명은 PTC 소자 및 PTC 소자를 조립한 형광등용 스타터 회로에 관한 것이다.

또,「PTC 소자」라 함은, 전기/전자 회로 기술의 분야에 있어서 알려져 있는 바와 같이, 양의 온도 계수(Positive Temperature Coefficient)를 갖는 서미스터를 말한다. PTC 소자는 비교적 낮은 온도 조건하(예를 들어 상온시)에서는 그 전기 저항(또는 임피던스)은 낮지만, 일정 온도(이하, 트립 온도라 함)를 넘으면 전기 저항이 급격히 증가한다. 본 명세서에 있어서, PTC 소자의 전자의 상태를 로우(low) 상태, 후자의 상태를 하이(high) 상태라고도 말하는 것으로 한다.

현재, 인버터식 형광등용 스타터 회로에 있어서는, 세라믹 PTC 소자 및 콘덴서가 형광등과 각각 병렬로 접속되어 이용되고 있다(예를 들어 특허문헌 1을 참조).

인버터식 형광등 장치의 대표적인 전기 회로도(종래의 스타터 회로를 포함함)를 도5에 나타낸다. 도시한 바와 같이, 종래의 스타터 회로(60)(도5 중, 점선으로 둘러싸인 부분을 말함)는 PTC 소자(61) 및 스타트용 콘덴서(63)가 형광등(65) 과 각각 병렬로 접속하도록 구성된다. 또한, 형광등(65)은 인버터 회로(상세한 것은 생략함)(70)에 코일(67) 및 콘덴서(69)를 거쳐서 접속된다.

이와 같은 인버터식 형광등 장치는 이하와 같이 하여 점등한다. 우선, 교류 전원(도시하지 않음)을 온(ON)으로 하여 도5에 도시하는 전기 회로에 고주파 전류를 흐르게 한다. PTC 소자(61)는 최초 로우 상태에 있고, 낮은 임피던스를 가지므로, 형광등(65)의 필라멘트를 흐르는 전류는 그 대부분이 PTC 소자(61)를 통해 흐르고, 형광등(65)의 필라멘트 및 PTC 소자(61)는 그 주울열에 의해 가열된다. 이어서, PTC 소자(61)가 자신의 주울열에 의해 하이 상태로 트립하면, PTC 소자(61)의 임피던스가 현저히 증가한다. 그 결과, 형광등의 양단부에 대전압이 인가되어, 가열되고 있던 필라멘트로부터 열전자가 방출되어 형광등이 점등한다. PTC 소자(61)는 이상과 같이 스타터 회로로서 기능한 후에도, 형광등이 점등하고 있는 동안에 걸쳐서 계속 하이 상태 그대로 유지된다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평7-161483호 공보

상기한 바와 같은 종래의 형광등용 스타터 회로(60)에 있어서는 세라믹 PTC 소자(61)가 이용되고 있다. 세라믹 PTC 소자(CPTC 소자)는, 일반적으로는 예를 들어 티탄산바륨을 주성분으로 하는 산화물 반도체 등의 세라믹 재료로 이루어지는 본체를 전극 사이에 끼워 구성된다. 세라믹 PTC 소자는 그 구성상 소자 자체에 용량 성분이 있으므로, 교류 전류를 흐르게 하는 전기 특성이 변화하는 것은 종래부터 알려져 있다. 이로 인해, 교류 전원을 이용하는 장치에 있어서, 의도한 전기 특성을 얻을 수 없게 되는 문제가 있다.

세라믹 PTC 소자의 전기 특성의 변화를 방지하기 위해, 인버터식 형광등 장치의 스타터 회로에 정류 회로를 이용하여 세라믹 PTC 소자에 직류 전류를 흐르게 하는 것도 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조). 그러나, 이와 같은 구성은 정류 소자 등의 추가 부품을 필요로 하므로, 제조 비용의 증가 및 점유 공간의 확장이라는 불리한 점이 있다.

본 발명의 하나의 목적은, 상기한 바와 같은 문제가 해결되는 새로운 형광등용 스타터 회로를 제공하는 데 있다. 또한, 본 발명의 또 하나의 목적은, 그와 같은 형광등용 스타터 회로에 이용하는 데 적합한 새로운 구조를 갖는 PTC 소자를 제공하는 데 있다.

지금까지, 세라믹 PTC 소자에 교류 전류를 흐르게 한 경우, 특히 상용 주파수(50 ㎐/60 ㎐)에 비해 매우 높은 주파수(예를 들어 60 ㎑)의 교류 전류가 흐르는 인버터식 형광등 장치에 있어서, 세라믹 PTC 소자의 전기 특성이 어느 정도 변화되는지는 구체적으로 알려져 있지 않았다. 그래서 본 발명자들은 세라믹 PTC 소자의 전기 특성으로서, 특히 고주파수의 교류 전류를 이용하는 경우의 임피던스-온도 특성에 대해 조사하였다.

한편, 전기/전자 회로 기술의 분야에 있어서, 세라믹 PTC 소자(CPTC 소자) 외에, 폴리머 PTC 소자(PPTC 소자)도 또한 PTC 소자의 하나로서 알려져 있다. 본 발명자들은 폴리머 PTC 소자에 착안하여, 폴리머 PTC 소자의 전기 특성에 대해서도 마찬가지로 하여 조사하였다.

그 결과, 세라믹 PTC 소자에서는 직류 전류를 흐르게 한 경우와 현저히 다른 전기 특성을 나타내고, 또한 교류 전류의 주파수에 따라서도 전기 특성이 변화되는 것이 확인되었다. 이에 반해, 폴리머 PTC 소자에서는 세라믹 PTC 소자 정도의 전기 특성의 변화는 보이지 않았다. 예를 들어, 세라믹 PTC 소자에서는 하이 상태의 임피던스가 1 × 10⁴ Ω 이하로 현저히 저하되어 있는 데 반해, 폴리머 PTC 소자에서는 1 × 10⁵ Ω 이상의 높은 임피던스를 얻을 수 있는 것이 확인되었다(주파수 : 약 70 ㎑로). 이는, 세라믹 PTC 소자가 용량 성분을 갖는 데 반해, 폴리머 PTC 소자는 용량 성분을 거의 갖지 않는 것에 기인한다고 생각된다.

이상의 지견을 기초로 하여 본 발명의 형광등용 스타터 회로를 완성하는 데 이르렀다. 본 발명의 하나의 요지에 따르면, 폴리머 PTC 소자를 포함하는 형광등용 스타터 회로(보다 상세하게는 인버터식 형광등용 스타터 회로)가 제공된다. 이와 같은 스타터 회로는, 예를 들어 폴리머 PTC 소자 및 콘덴서가 형광등과 각각 병렬로 접속되도록 하여 구성될 수 있다.

본 발명의 형광등용 스타터 회로에 있어서는, 폴리머 PTC 소자를 이용하고 있으므로, 세라믹 PTC 소자를 이용하는 종래의 스타터 회로에 비해, 전기 특성(보다 상세하게는 임피던스-온도 특성)의 주파수 의존성이 낮아 하이 상태에서 보다 높은 임피던스를 얻을 수 있다. 이 결과, 점등 상태(형광등이 실제로 점등되어 있는 동안을 의미하고, 전원을 온으로 한 후 형광등이 점등하기까지의 초기 상태를 포함하지 않는 것으로 함)에 있어서의 스타터 회로에 의한 소비 전력을 저감시킬 수 있다. 이와 같은 본 발명의 형광등용 스타터 회로는 정류 소자 등의 추가 부품을 필요로 하지 않아 점유 공간의 확장을 실질적으로 초래하지 않고, 기존의 형광등의 제조 설비 및 방법에 적용 가능하다.

또한, 본 발명자들은 이와 같은 형광등용 스타터 회로에 이용하는 데 적합한 폴리머 PTC 소자의 구조에 대해 더욱 예의 연구를 거듭하여 본 발명의 PTC 소자를 완성되는 데 이르렀다. 본 발명의 또 하나의 요지에 따르면, 폴리머 PTC 재료로 이루어지는 시트 형상 본체와, 시트 형상 본체의 표면에 형성된 제1 및 제2 전극을 포함하여 이루어지는 폴리머 PTC 소자이며, 시트 형상 본체를 두께 방향으로 적어도 부분적으로 횡단하는 공간이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 PTC 소자(더욱 상세하게는 폴리머 PTC 소자)가 제공된다.

본 발명의 폴리머 PTC 소자에 따르면, 시트 형상 본체를 종방향(두께 방향)으로 횡단하는 공간(또는 구멍)이 마련되어 있으므로, 열팽창을 상기 공간에 흡수하여 열응력을 완화시킬 수 있다. 이 결과, 본 발명의 폴리머 PTC 소자에 따르면, 종래의 폴리머 PTC 소자에 비해 내전압 특성을 향상시킬 수 있다. 혹은, 보다 소형의 소자로 종래와 동일한 정도의 내전압 특성을 실현시킬 수 있다. 한편, 일반적으로「내전압 특성」이라 함은, 전원을 온으로 하여 유지한 경우에 PTC 소자가 고장나기까지의 시간, 또는 전원의 온/오프(ON/OFF)를 반복한 경우에 PTC 소자가 고장나기까지의 반복 횟수를 말한다. 형광등 용도에서는, 전자의 내전압 특성은 PTC 소자를 형광등 장치에 조립한 상태에서 전원 온으로 하여 형광등을 점등시켜, 예를 들어 1 ㎸를 피크 전압으로 하고, 그 후 약 50 내지 150 V의 전압이 PTC 소자에 가해지는 전압 조건하로 유지한 경우에 온으로 한 후 PTC 소자가 고장나기까지의 시간을 말한다. 또한, 후자의 내전압 특성은 PTC 소자를 형광등 장치에 조립한 상태에서 전원을 소정 시간 온/오프하여 상기와 같은 전압 조건으로 형광등을 점등/소등시키고, 이를 1 사이클로서 반복한 경우에 PTC 소자가 고장나기까지의 반복 사이클을 말한다.

상기 공간은 시트 형상 본체를 관통하는 스루홀(through hole)의 내벽면에 의해 적어도 부분적으로 규정될 수 있다. 예를 들어, 스루홀 내에 아무것도 존재하지 않는 경우에는 상기 공간은 스루홀 전체이면 되고, 혹은 스루홀 내에 단자 등의 내삽물이 존재하는 경우에는 상기 공간은 스루홀의 내벽면과 내삽물 사이에 규정되는 간극이면 된다. 또한, 상기 공간은 시트 형상 본체의 도중까지 마련된 오목부라도 좋다. 이 공간의 위치, 형상 및 크기 등은 후술한 바와 같이 전극 및 단자와의 관계를 고려하여, 바람직하게는 PTC 소자의 전기 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않도록 적당하게 선택될 수 있다. 공간의 수는 특별히 한정되지 않고, 적어도 1개 있으면 되지만, 열팽창/열응력을 효율적으로 흡수할 수 있도록 바람직하게는 2개 또는 그 이상 마련된다.

하나의 태양에 있어서, PTC 소자의 제1 및 제2 전극은 시트 형상 본체의 동일한 시트면 상에 이격되어 형성된다. 이와 같은 구성에 따르면, 만일 고장난다고 해도 단락되지 않고 오픈 모드에서 고장나 페일 세이프(fail safe)를 실현할 수 있으므로, 안전성이 향상된다. 이는 열응력의 반복에 의한 피로가 전극의 외연 근방에 위치하는 시트 형상 본체의 부분에 집중하므로, 고장날 경우에는 그 부분에서 소자가 파괴되기 쉬워지기 때문이라 생각된다. 이들 제1 및 제2 전극의 이격 거리는 시트 형상 본체의 두께 이상인 것이 바람직하다. 이와 같이 이격 거리를 취함으로써, 만일 고장나는 경우에는 오픈 모드가 보다 우선이 될 수 있다.

또 하나의 태양에 있어서, PTC 소자의 제1 및 제2 전극은 종방향(시트 형상 본체의 두께 방향)으로 투사하여 보았을 때에 서로 중첩되지 않도록 하여, 시트 형상 본체의 한 쌍의 대향하는 시트면 상에 각각 형성된다. 이와 같은 태양에 의해서도 상기 태양과 같은 효과를 얻을 수 있고, 같은 이유로부터 이들 제1 및 제2 전극을 투사하여 보았을 때의 이격 거리는 시트 형상 본체의 두께 이상인 것이 바람직하다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, PTC 소자의 제1 및 제2 전극은 임의의 적당한 관계로 배치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전극은 2종의 다른 전위의 전극이 존재하면 되고, 제1 전극이 복수개 존재하고 있어도 되고, 제2 전극도 마찬가지이다. 또한, 전위가 다른 적어도 2종의 전극이 존재하면 되고, 3종 또는 그 이상 설치되어 있어도 좋다. 예를 들어 제1 내지 제3 또는 그 이상의 전극이 PTC 소자의 동일한 시트면에 이격되어 병렬로 설치될 수 있고, 혹은 PTC 소자의 대향하는 시트면에 번갈아 병렬로 설치될 수 있다. 전극에는 예를 들어 납땜 등에 의해 단자가 각각 고정될 수 있다.

상기의 공간과 전극과의 관계에 대해서는, 공간은 종방향(시트 형상 본체의 두께 방향)으로 투사해 보았을 때에 전극의 외연으로 둘러싸인 영역의 내측, 바람직하게는 동작부에 가까운 위치에 설치될 수 있다. 이 경우, 당연하지만, 공간의 횡방향 단면은 전극의 외연으로 둘러싸인 영역보다도 작다. 복수개의 공간이 존재하는 경우에는, 예를 들어 PTC 소자의 각 전극에 대해 1개 또는 복수개의 공간이 상기한 바와 같이 마련될 수 있다. 공간은 전극을 관통하도록 마련되어 있어도 좋다.

상기의 공간과 단자와의 관계에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 종방향으로부터 보았을 때에, 공간을 규정하는 벽면의 윤곽이 단자의 단면보다도 큰 경우, 상기 윤곽과 단자 사이에 간극이 마련되도록 하여 단자가 공간을 관통하고, 또는 공간의 도중까지 삽입되어 있어도 좋다. 또한 예를 들어, 공간을 규정하는 벽면의 윤곽이 단자의 단면보다도 작은 경우, 단자의 단부에서 공간의 개구부가 폐쇄되도록 공간과 단자가 서로 인접해 있어도 좋다. 또한 예를 들어, 단자의 횡방향 단면이 점근적으로 변화되는 경우, 공간을 규정하는 벽면의 윤곽이 단자의 횡방향 단면과 동일한 정도가 되는 위치까지 공간을 규정하는 벽면 내에 단자가 끼워 넣어져 있어도 좋다.

또, 본 발명에 있어서「시트 형상」이라 함은, 대략 직사각형 단면을 갖는 시트 및/또는 층 등의 형태를 말하는 것으로 한다. 「시트 형상 본체」는, 대략 직사각형 단면의 한 쌍의 대향하는 변이 다른 한 쌍의 대향하는 변보다도 매우 큰 것이라도 좋고, 또는 그와 같은 것으로부터 잘라낸 것이라도 좋다. 후자의 경우,「시트 형상 본체」의 대략 직사각형 단면에 있어서, 한 쌍의 대향하는 변은 다른 한 쌍의 대향하는 변보다도 반드시 매우 크지 않아도 좋다. 또한,「시트면」이라 함은 시트 형상 본체의 대략 직사각형 단면의 보다 긴 변을 포함하는 표면을 말하는 것으로 한다. 본 명세서를 통해,「종방향」은 시트 형상 본체의 두께 방향을 의미하고,「횡방향」은 시트면에 따른 방향을 의미하는 것으로 한다.

이상과 같은 본 발명의 PTC 소자는 로우 상태와 하이 상태 사이를 빈번하게 트립하여, 열에 의한 팽창ㆍ수축이 반복되는 용도에 적합하다. 따라서, 본 발명의 PTC 소자는 본 발명의 형광등용 스타터 회로, 보다 상세하게는 인버터식 형광등용 스타터 회로에 적합하게 조립될 수 있다. 또한, 형광등용 스타터 회로 외에, 예를 들어 교류 전원과 접속되어, 수직 상승시에만 큰 전류를 필요로 하는 기동용 회로에도 적합하게 이용될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 본 발명의 PTC 소자는 열에 의한 팽창ㆍ수축이 문제가 되는 다른 용도에도 이용할 수 있는 점에 유의해야 한다.

본 발명에 따르면, 보다 효율적이고 새로운 형광등용 스타터 회로가 제공된다. 본 발명의 형광등용 스타터 회로는 폴리머 PTC 소자를 이용하고 있으므로, 세라믹 PTC 소자를 이용하는 경우에 비해 전기 특성의 주파수 의존성이 낮아, 형광등의 점등 상태에 있어서의 PTC 소자에 의한 소비 전력을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 형광등용 스타터 회로에 이용하는 데 적합한 PTC 소자가 제공된다. 본 발명의 PTC 소자에 따르면, 시트 형상 본체를 두께 방향으로 적어도 부분적으로 횡단하는 공간이 마련되어 있으므로, 시트 형상 본체에 발생하는 열팽창 및/또는 열응력을 흡수할 수 있고, 따라서 종래 구조의 폴리머 PTC 소자에 비해 내전압 특성을 향상시킬 수 있다.

도1은 본 발명의 하나의 태양에 있어서의 폴리머 PTC 소자를 모식적으로 설명하는 도면으로, 도1의 (a)는 단면도, 도1의 (b)는 도1의 (a)의 A-A'선을 따른 단면도, 도1의 (c)는 도1의 (a)에 대응하는 고장시의 단면도이다.

도2의 (a) 및 도2의 (b)는 본 발명의 다양한 태양에 있어서의 폴리머 PTC 소자의 모식적인 단면도이다.

도3은 PTC 소자의 저항-온도 특성(직류)을 나타내는 그래프로, 도3의 (a)는 폴리머 PTC 소자의 경우, 도3의 (b)는 세라믹 PTC 소자의 경우를 나타낸다.

도4는 PTC 소자의 임피던스-온도 특성(교류)을 나타내는 그래프로, 도4의 (a)는 폴리머 PTC 소자의 경우, 도4의 (b)는 세라믹 PTC 소자의 경우를 나타낸다.

도5는 인버터식 형광등 장치의 종래의 스타터 회로를 포함하는 전기 회로도이다.

도6은 종래의 하나의 타입의 폴리머 PTC 소자를 모식적으로 설명하는 도면으로, 도6의 (a)는 단면도, 도6의 (b)는 상면도이다.

도7은 종래의 다른 타입의 폴리머 PTC 소자를 모식적으로 설명하는 도면으로, 도7의 (a)는 단면도, 도7의 (b)는 도7의 (a)에 대응하는 고장시의 단면도이다.

[부호의 설명]

1, 81, 91 : 시트 형상 본체

3a, 3b, 4a, 4b, 83a, 83b, 93a, 93b : 전극(금속부)

5a, 5b, 85a, 85b, 95a, 95b : 단자

7a, 7b : 스루홀

9a, 9b, 89a, 89b : 땜납 접합부

10, 80, 90 : 폴리머 PTC 소자

60 : 스타터 회로

61 : PTC 소자

63 : 스타트용 콘덴서

65 : 형광등

67 : 코일

69 : 콘덴서

70 : 인버터 회로

(제1 실시 형태)

본 실시 형태는 폴리머 PTC 소자에 관한 것이다. 도1의 (a) 및 도1의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 폴리머 PTC 소자(10)에는 폴리머 PTC 재료로 이루어지는 시트 형상 본체(1)의 대향하는 한 쌍의 시트면의 한쪽면에 금속부(3a 및 3b)가 형성되고, 다른 한쪽면에 금속부(4a 및 4b)가 형성되어 있다. 이들 금속부(3a 및 3b)는 동일한 시트면 상에서, 바람직하게는 시트 형상 본체(1)의 두께 이상의 거리를 두고 이격되어 배치되어 있고, 금속부(4a 및 4b)도 마찬가지이다. 또한, 스루홀(7a)이 시트 형상 본체(1)와 금속부(3a 및 4a)를 관통하여 마련되어 있고, 스루홀(7b)도 시트 형상 본체(1)와 금속부(3b 및 4b)를 관통하여 마련되어 있다. 단자(5a 및 5b)와 스루홀(7a 및 7b)의 내벽면 사이에는 공간(또는 간극)이 마 련되어 있다.

본 실시 형태에 있어서, 단자(5a 및 5b)는 시트 형상 본체(1)의 한쪽의 시트면측으로부터 스루홀(7a 및 7b)의 내부를 통해 종방향으로 연장되고, 대향하는 시트면측으로부터 돌출되어 있다. 또한, 단자(5a)는 금속부(3a 및 4a)에 땜납 접합부(9a 및 9a')에 의해 각각 고정되고, 단자(5b)는 금속부(3b 및 4b)에 땜납 접합부(9b 및 9b')에 의해 각각 고정되어 있다. 금속부(3a 및 4a)가 동전위의 제1 전극으로서 기능하고, 금속부(3b 및 4b)가 동전위의 제2 전극으로서 기능한다.

예를 들어, 시트 형상 본체(1)는 세로 약 3 ㎜ × 가로 약 11 ㎜ × 두께 약 1 ㎜의 직육면체 형상을 갖고, 금속부(3a, 3b, 4a, 4b)는 세로 약 3 ㎜ × 가로 약 3 ㎜ × 두께 약 0.03 ㎜의 직육면체 형상을 가질 수 있다. 또한, 스루홀(7a, 7b)은 직경 약 0.8 ㎜의 원통 형상을 갖고, 단자(5a, 5b)는 직경 약 0.7 ㎜의 원통 형상을 가질 수 있다. 도시하는 태양에서는, 스루홀(7a 및 7b)은 종방향으로부터 보아 금속부(3a 및 4a 및 3b 및 3b)의 외연으로 둘러싸인 영역의 중앙부에 위치하지만, 동작부[본 실시 형태에서는 시트 형상 본체(1)의 중앙부 부근]에 가까운 쪽이 바람직하다고 생각된다. 그러나, 이들은 예시에 지나지 않고, 각 부재의 치수 및 형상 등은 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있을 것이다.

이 폴리머 PTC 소자(10)는 이하와 같이 하여 제작할 수 있다. 우선, 시트 형상의 폴리머 PTC 재료를 준비한다. 폴리머 PTC 재료는 예를 들어 카본블랙 등의 도전성 입자가 폴리에틸렌 등의 폴리머 재료로 분산되어 이루어지는 것을 이용할 수 있다. 이 한 쌍의 시트면의 양방에 Cu박 등의 금속박을 입히고, 필요에 따라서 상기 금속박을 Ni 등으로 도금한다. 이에 의해 얻게 된 시트를 드릴로 절삭하여 스루홀(7a 및 7b)을 형성한다. 드릴링은 소자의 기계적 강도가 향상되므로 에칭 전에 행하는 것이 바람직하다. 그 후, (경우에 따라 도금된)금속박을 소정의 패턴으로 에칭하여 금속부(3a, 3b 및 4a, 4b)를 형성하고, 소정의 크기의 칩으로 컷트한다. 그리고, Cu 등의 금속으로 이루어지는(도금되어도 좋은) 일반적인 단자(5a 및 5b)를, 예를 들어 납땜 등에 의해 금속부(3a 및 3b)에 각각 고정하여 접속한다. 이에 의해, 폴리머 PTC 소자(10)를 얻을 수 있다. 폴리머 PTC 소자(10)는, 일반적으로는 예를 들어 실리콘 수지 등으로 피복될 수 있다.

종래의 하나의 타입의 폴리머 PTC 소자로서, 도6의 (a) 및 도6의 (b)에 도시한 바와 같이 폴리머 PTC 재료로 이루어지는 시트 형상 본체(81)의 한쪽 시트면에 전극(83a 및 83b)이 이격되어 배치되고, 땜납 접합부(89a 및 89b)에서 고정된 단자(85a 및 85b)가 전극(83a 및 83b)의 각각으로부터 횡방향으로 병행하여 연장되어 있는 폴리머 PTC 소자(80)가 알려져 있다. 이와 같은 종래의 폴리머 PTC 소자(80)에 내전압 시험을 가하면 열사이클에 의해 팽창ㆍ수축[도6의 (a) 중, 팽창 방향의 예를 화살표로 모식적으로 나타냄]을 반복하고, 열응력에 의해 피로하여 최종적으로는 고장에 이른다.

이에 대해 본 실시 형태의 폴리머 PTC 소자(10)에 따르면, 시트 형상 본체(1)에 마련된 스루홀(7a, 7b)의 내벽면과 단자(5a, 5b) 사이의 공간에 의해 열팽창[도1의 (a) 중, 이해를 쉽게 할 목적으로 팽창 방향의 예를 화살표로 모식적으로 나타냄]을 흡수하여 열응력을 완화시킬 수 있으므로, 상기한 바와 같은 종래의 폴 리머 PTC 소자(80)에 비해 고장에 이르기까지의 수명을 길게 할 수 있어, 내전압 특성이 향상된다.

또한, 다른 타입의 종래의 폴리머 PTC 소자로서, 도7의 (a)에 도시한 바와 같이, 폴리머 PTC 재료로 이루어지는 시트 형상 본체(91)가 전극(93a 및 93b) 사이에 끼워져, 전극(93a 및 93b)의 각각으로부터 단자(95a 및 95b)가 횡방향으로 서로 반대방향으로 연장되어 있는 폴리머 PTC 소자(90)가 알려져 있다. 이와 같은 종래의 폴리머 PTC 소자(90)는 우발적인 외적 요인(예를 들어 기계적인 접촉) 등에 의해 만일 고장날 경우에는, 도7의 (b)에 도시한 바와 같은 모드가 일어날 수 있다.

이에 대해 본 실시 형태의 폴리머 PTC 소자(10)는, 만일 고장난다고 해도 도1의 (c)에 도시한 바와 같이 전극 근방에서 크랙이 발생함으로써 오픈 모드에서 고장나 단락이 회피되므로, 상기와 같은 종래의 폴리머 PTC 소자(90)에 비해 안전성이 향상된다. 이는 어떠한 이론에 의해서도 구속되는 것은 아니지만, 시트 형상 본체(1) 내부의 열분포나 방열량의 차, 시트 형상 본체(1)와 금속 재료로 이루어지는 금속부(3a, 4a, 3b, 4b) 사이의 열팽창률의 차 등의 다양한 요인이 복합되어 관여한 결과, 특히 금속부(3a, 4a, 3b, 4b)의 소자 중앙부측 외연(B)의 근방에 위치하는 시트 형상 본체(1)의 부분에 열응력에 의한 피로가 집중하여, 만일 고장날 경우에는 그 부분으로부터 균열이 발생하여 소자가 파괴되는 것이 우선이 되는 것에 따른다고 생각할 수 있다.

또한, 오픈 모드가 보다 우선되도록, 금속부(3a, 3b, 4a 및 4b)의 적어도 하나에 대해, 소자 중앙측 외연 근방에 위치하는 시트 형상 본체의 부분에 노치를 형 성해도 좋다.

이상, 하나의 실시 형태에 있어서의 본 발명의 PTC 소자에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 개념을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 개량 변경이 이루어질 수 있는 것은 당업자에게 용이하게 이해될 것이다. 예를 들어, 본 실시 형태에 있어서는 금속부(4a 및 4b)를 설치하고, 땜납 접합부(9a' 및 9b')에 의해 단자(5a 및 5b)에 접합하는 것으로 하였지만, 금속부(4a 및 4b) 및 땜납 접합부(9a' 및 9b')는 생략해도 좋다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는 단자(5a 및 5b)를 스루홀(7a 및 7b)에 통과시켜 시트 형상 본체(1)에 관통시켰지만, 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 스루홀(7a 및 7b)의 도중까지 삽입하도록 해도 좋다.

또, 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 단자(5a 및 5b)를 각각 금속부(4a 및 3b)에 접속해도 좋다. 이 경우, 금속부(4a 및 3b)가 전극으로서 기능한다. 이들 금속부(4a 및 3b)는 종방향으로 투사하여 보았을 때에 서로 중첩되지 않도록 하여, 시트 형상 본체(1)의 대향하는 시트면 상에 각각 형성되어 있다.

본 실시 형태에 있어서는 공간을 스루홀과 단자 사이의 간극의 형태로 마련하였지만, 스루홀에 단자가 삽입되어 있지 않고, 스루홀 전체가 공간이라도 좋다. 또한, 시트 형상 본체의 도중까지 도달하는 오목부의 형태로서 공간을 마련해도 열팽창을 흡수할 수 있을 것이다.

(제2 실시 형태)

본 실시 형태는 폴리머 PTC 소자를 이용하는 형광등용 스타터 회로에 관한 것이다. 본 실시 형태의 형광등용 스타터 회로(도시하지 않음)는 도5에 도시하는 인버터식 형광등 장치의 종래의 스타터 회로에 있어서, 세라믹 PTC 소자(61) 대신에 제1 실시 형태의 폴리머 PTC 소자(10)를 이용하여 구성된다.

이와 같이 하여 얻게 되는 본 실시 형태의 형광등용 스타터 회로는 세라믹 PTC 소자(61)를 이용하는 종래의 형광등용 스타터 회로에 비해 전기 특성의 주파수 의존성이 낮아, 점등 상태에 있어서의 스타터 회로에 의한 소비 전력을 저감시킬 수 있다.

특히, 본 실시 형태에 있어서는 제1 실시 형태의 폴리머 PTC 소자를 이용하고 있으므로, 제1 실시 형태에서 상술한 바와 같이, 종래의 형광등용 스타터 회로에 있어서 세라믹 PTC 소자 대신에 다른 기지의 폴리머 PTC 소자를 적용하는 경우에 비해 높은 내전압 특성 및 높은 안전성을 얻을 수 있는 이점이 있다.

이상, 하나의 실시 형태에 있어서의 본 발명의 형광등용 스타터 회로에 대해 설명하였지만, 본 실시 형태에 대해서도 본 발명의 개념을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 개량 변경이 이루어질 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 실시 형태에 있어서는 도5에 도시하는 회로 배치를 채용하였지만, 이에 한정되지 않고, 다른 적당한 형광등용 스타터 회로 배치를 채용할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는 제1 실시 형태의 폴리머 PTC 소자를 이용하는 것으로 하였지만, 다른 태양의 본 발명의 폴리머 PTC 소자를 이용해도 좋다. 또한, 상기 기술 분야에 있어서 기지의 폴리머 PTC 소자를 이용해도 좋고, 이 경우에도 세라믹 PTC 소자를 이용하는 종래의 형광등용 스타터 회로에 비해 전기 특성 의 주파수 의존성이 낮아, 점등 상태에 있어서의 스타터 회로에 의한 소비 전력을 저하시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.

1. 소자 특성

본 발명의 폴리머 PTC 소자의 전기 특성을 조사하였다. 또, PTC 소자의 저항 또는 임피던스의 측정은 모두 20 내지 160 ℃의 범위 내의 소정의 온도 조건하에서 소자를 15분 유지한 후에 행하는 것으로 하였다. 또, 이 온도 조건의 값은 PTC 소자의 주위 온도이지만, PTC 소자 자체의 온도로 보아도 지장이 없다.

우선, 제1 실시 형태의 폴리머 PTC 소자를 제작하였다. 또한, 비교를 위해 세라믹 PTC 소자를 시판에서 입수하였다. 이들 폴리머 PTC 소자 및 세라믹 PTC 소자에 대해 일반적인 직류 저항계를 이용하여, 소자 단독 상태에 있어서의 직류인 경우의 저항치를 다양한 온도 조건하에서 측정함으로써, 소자의 저항-온도 특성을 조사하였다. 결과를 도3의 (a) 및 도3의 (b)에 나타낸다.

도3의 (a) 및 도3의 (b)로부터 알 수 있는 바와 같이, 로우 상태의 저항은 폴리머 PTC 소자가 세라믹 PTC 소자보다 낮지만, 하이 상태의 저항은 폴리머 PTC 소자와 세라믹 PTC 소자에서 거의 변하지 않았다.

다음에, 상기와 동일한 폴리머 PTC 소자 및 세라믹 PTC 소자에 대해, 일반적인 LCR 미터를 이용하여, 소자 단독 상태에 있어서의 교류인 경우의 임피던스치를 다양한 온도 조건하에서 측정함으로써, 소자의 임피던스-온도 특성을 조사하였다. 여기서, 교류 주파수는 20 ㎑, 50 ㎑ 및 70 ㎑로 변화시켜, 각 주파수에 대해 저항치를 측정하는 것으로 하였다. 결과를 도4의 (a) 및 도4의 (b)에 나타낸다.

세라믹 PTC 소자에 대해, 직류인 경우의 저항치[도3의 (b)]와 교류인 경우의 임피던스치[도4의 (b)]를 비교하면, 직류인 경우에 비해 교류인 경우의 쪽이 하이 상태의 값은 보다 낮아지고, 하이 상태와 로우 상태의 값의 차가 보다 작아지는 경향을 볼 수 있었다. 한편, 폴리머 PTC 소자에 대해, 직류인 경우의 저항치[도3의 (a)]와 교류인 경우의 임피던스치[도4의 (a)]를 비교하면 동일한 경향을 볼 수 있지만 세라믹 PTC 소자만큼 현저하지 않았다.

교류인 경우, 도4의 (a) 및 도4의 (b)를 참조하여, 폴리머 PTC 소자[도4의 (a)]는 세라믹 PTC 소자[도4의 (b)]에 비해 로우 상태에서는 보다 낮고, 하이 상태에서는 보다 높은 임피던스를 나타내고, 보다 큰 임피던스차 및 보다 급준한 임피던스 변화를 나타냈다. 특히, 인버터 형광등에서 사용되는 주파수에 가까운 70 ㎑에서는, 하이 상태의 임피던스는 세라믹 PTC 소자인 경우에는 1 × 10⁴ Ω 이하인 데 반해, 폴리머 PTC 소자의 경우에는 1 × 10⁵ Ω 이상이었다.

이상의 결과로부터, 실시예의 폴리머 PTC 소자에 따르면, 비교예의 세라믹 PTC 소자에 비해 하이 상태에서 보다 높은 임피던스를 얻을 수 있으므로, 형광등용 스타터 회로에 이용한 경우, 점등 상태에 있어서의 스타터 회로에 의한 소비 전력의 저감을 기대할 수 있다. 게다가, 실시예의 폴리머 PTC 소자에 따르면, 비교예의 세라믹 PTC 소자에 비해 로우 상태에서 보다 낮은 임피던스를 얻을 수 있으므로, 형광등용 스타터 회로에 이용한 경우, 형광등을 점등시키기 위한 필라멘트의 가열을 보다 효율적으로 실시할 수 있고, 전원을 온으로 한 후 형광등이 점등할 때 까지 필요한 시간의 단축화를 기대할 수 있다.

또한, 도4의 (a) 및 도4의 (b)로부터 이해된 바와 같이, 하이 상태의 임피던스는, 비교예의 세라믹 PTC 소자에서는 주파수가 증대함에 따라서 전체적으로 저하되지만, 실시예의 폴리머 PTC 소자에서는 약 110 ℃보다 높은 온도 범위에서는 주파수가 증대함에 따라 저하되지만, 약 110 ℃ 이하의 온도 범위에서는 주파수에 거의 상관없이 높은 값을 나타냈다.

이상의 결과로부터, 비교예의 세라믹 PTC 소자에서는 전기 특성은 주파수에 의존하여 변화되는 데 반해, 실시예의 폴리머 PTC 소자에서는 전기 특성은 실질적으로 주파수에 의존하지 않는 것이 확인되었다.

2. 스타터 회로 특성

게다가, 본 발명의 폴리머 PTC 소자를 이용하는 형광등용 스타터 회로의 전기 특성을 조사하였다. 또, 이용한 PTC 소자의 특성을 도시하는 안목으로서 초기 임피던스의 값을 미리 측정하였다(표1 참조). 초기 임피던스는 소자 특성을 조사하기 위해 상기에서 이용한 것과 동일한 LCR 미터를 이용하여 소자 단독의 상태[실온(약 25 ℃), 주파수 1 ㎑]에서 측정하였다.

우선, 도5 도시하는 전기 회로에 있어서 PTC 소자(61) 대신에, 상기에서 소자 특성을 조사한 실시예의 폴리머 PTC 소자를 이용하여 제2 실시 형태의 형광등용 스타터 회로를 제작하였다. 형광등에는 시판되고 있는 전구형 인버터 형광등을 이용하는 것으로 하였다. 본 실시예의 스타터 회로에 일반적인 교류 전류계를 X점에서 삽입하고, 일반적인 교류 전압계를 Y-Y'점에 접속하여 고주파수의 교류 전류를 흐르게 하고, 형광등의 점등 상태에 있어서의 PTC 소자의 전류 및 전압을 측정하였다. 또한, 상기한 비교예의 세라믹 PTC 소자를 이용하여 마찬가지로 형광등용 스타터 회로를 제작하고, 이 비교예의 스타터 회로에 대해서도 마찬가지로 시험하였다. 결과를 표1에 나타낸다. 또, 표1에 있어서의 전류 및 전압의 측정치는 실효치이다.

[표 1]

	소자 단독	스타터 회로
	초기 임피던스(Ω)	전류(㎃)	전압(V)	주파수(㎑)
실시예	796.8	8.8	57.1	62.2
비교예	3177	17.4	66.1	61.3

표1의 전류 및 전압의 측정치로부터도, 비교예의 스타터 회로에서는 형광등의 점등 상태에 있어서 세라믹 PTC 소자에 전류가 누설되고 있는 데 반해, 실시예의 스타터 회로에서는 폴리머 PTC 소자에 전류가 비교적 흐르지 않아 점등 상태에 있어서의 스타터 회로의 소비 전력을 저감시킬 수 있다고 추측된다.

게다가 또한, 이들 실시예 및 비교예의 스타터 회로의 점등 상태(15분 경과 후)에 있어서의 PTC 소자의 표면 온도를 측정한 결과, 폴리머 PTC 소자 및 세라믹 PTC 소자의 최고 온도는 대략 동일한 정도였다. 이로부터, 열적 관점으로부터, 종래의 스타터 회로 대신에 본 발명의 스타터 회로를 이용해도 문제없는 것을 알 수 있었다.

본 발명의 폴리머 PTC 소자는 전기ㆍ전자 기술의 분야에 있어서 스위칭 소자 로서 이용 가능하다. 또한, 본 발명의 형광등용 스타터 회로는 특히 인버터식의 형광등용 스타터 회로로서 적절하게 이용될 수 있다.

Claims

폴리머 PTC 재료로 이루어지는 시트 형상 본체와, 시트 형상 본체의 표면에 형성된 제1 및 제2 전극을 포함하여 이루어지는 폴리머 PTC 소자이며, 시트 형상 본체를 두께 방향으로 적어도 부분적으로 횡단하는 공간이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 PTC 소자.
제1항에 있어서, 공간은 시트 형상 본체를 관통하는 스루홀의 내벽면에 의해 적어도 부분적으로 규정되는 PTC 소자.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 및 제2 전극은 시트 형상 본체의 동일한 시트면 상에 이격되어 형성되어 있는 PTC 소자.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 및 제2 전극은 시트 형상 본체의 두께 방향에 투사하였을 때에 서로 중첩되지 않도록 하여, 시트 형상 본체의 한 쌍의 대향하는 시트면 상에 각각 형성되어 있는 PTC 소자.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 공간은 시트 형상 본체의 두께 방향으로 투사했을 때에, 전극의 외연으로 둘러싸인 영역의 내측에 위치하는 PTC 소자.
제5항에 있어서, 공간은 적어도 하나의 전극을 관통하는 PTC 소자.
폴리머 PTC 소자를 포함하는 형광등용 스타터 회로.
제7항에 있어서, 폴리머 PTC 소자로서 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 PTC 소자를 포함하는 형광등 스타터 회로.