WO2009128535A1

WO2009128535A1 - 回路保護デバイス

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Publication number: WO2009128535A1
Application number: PCT/JP2009/057774
Authority: WO
Inventors: 克彰鈴木
Original assignee: タイコエレクトロニクスレイケム株式会社
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2009-10-22
Also published as: JP5300840B2; CN102007561A; CA2721512C; CN102007561B; EP2287878A1; US20110140827A1; CA2721512A1; EP2287878A4; JPWO2009128535A1; EP2287878B1; KR20110005879A

Abstract

　回路を保護できる可能性を一層向上させた回路保護デバイスを提供する。　回路開閉要素としてのバイメタル素子および可動端子を有して成る回路開閉素子、ならびにＰＴＣ素子を有して成る回路保護デバイスにおいて、　（１）ＰＴＣ素子と可動端子とは電気的に並列に接続され、　（２）回路開閉素子は、バイメタル素子の動作温度（Ｔｏｐ）における動作によって、電流を流すように位置する可動端子を移動させて回路開閉素子を流れる電流を遮断でき、バイメタル素子の復帰温度（Ｔｃｌ）における復帰によって、電流を遮断するように位置する可動端子を移動させて回路開閉素子に電流を流すことができ、　（３）バイメタル素子の動作温度（Ｔｏｐ）は復帰温度（Ｔｃｌ）より少なくとも２０°C高く、　（４）ＰＴＣ素子のトリップ温度（Ｔｔｒ）は、バイメタル素子の動作温度より少なくとも１０°C高く、　（５）バイメタル素子は、ＰＴＣ素子と可動端子との間に配置されている。

Description

回路保護デバイス

　本発明は、回路保護デバイス（または回路保護素子）、詳しくは、バイメタル素子および可動端子を有して成る回路開閉素子ならびにＰＴＣ素子を有して成る回路保護デバイス、更には、そのような保護デバイスを有する電気回路（または電気装置）に関する。そのような回路保護デバイスは、例えば、電気自動車、コードレスクリーナー、電動工具、無線基地局等において用いられる種々の高電圧（好ましくは１２Ｖ以上、例えば２４Ｖ以上の電圧）または高電流（好ましくは１５Ａ以上、例えば３０Ａ以上の電流）のバッテリーを使用する電気回路において保護素子として使用することができる。尚、上述のような高電圧および高電流は、本発明の回路保護デバイスを使用する電気装置（バッテリーを含む、種々の電気装置）が問題なく動作している時の通常電流および通常電圧を意味する。

　種々の電気回路において、定格電圧より大きい電圧が印加された場合および／または定格電流より大きい電流が流れた場合、回路に組み込まれた電気・電子装置および／または電気・電子部品を保護するために回路保護デバイスが回路に組み込まれている。

　そのような回路保護デバイスとして、回路開閉素子としてのバイメタル素子とＰＴＣ素子とを並列に接続して用いることが提案されている（下記特許文献参照）。そのような回路保護デバイスでは、通常の運転条件では、即ち、定格電圧以下の電圧および定格電流以下の電流の条件下では、回路を流れる電流は、その実質的に全てが回路開閉素子の接触状態にある接点間を流れるが、例えば過電流条件となった時に、回路開閉素子のバイメタル素子が高温となって作動し、その接点が対応する固定端子から離間して開き、電流がＰＴＣ素子に分流するように構成されている。その結果、ＰＴＣ素子は過電流によって高温・高抵抗状態にトリップしてＰＴＣ素子を流れる電流を実質的に遮断する。この時、ＰＴＣ素子の高温がバイメタル部分を高温に維持し、それによって回路開閉素子が開いた状態を維持する、即ち、回路開閉素子のラッチ状態を維持する。このような回路保護デバイスでは、電流を切り替える必要がないので、回路開閉素子の接点でアークが生じないと言われている。

特表平１１－５１２５９８号公報

　発明者は、上述の回路保護デバイスについて検討を重ねた結果、単にＰＴＣ素子を回路開閉素子に対して並列に接続した回路保護デバイスでは、回路開閉素子が作動してバイメタル素子の接点が対応する固定端子から離間して流れている電流を瞬間的に遮断する時、回路開閉素子の接点でアークが発生して、最悪の場合では、接点が溶着して溶着部が形成されることがあることに気付いた。このような溶着部が形成されると、回路保護デバイスとして機能せず、回路に組み込まれた電気・電子装置および／または電気・電子部品を保護することができず、結果として回路を保護できない。従って、本発明が解決しようとする課題は、回路を保護できる可能性を一層向上させた、上述の回路保護デバイスを提供することである。即ち、接点間で流れている電流を瞬間的に遮断する場合、これらの接点間で溶着部が形成されるという問題がある。

　本発明は、回路開閉要素としてのバイメタル素子および可動端子を有して成る回路開閉素子、ならびにＰＴＣ素子を有して成る回路保護デバイスであって、
　（１）ＰＴＣ素子と可動端子とは電気的に並列に接続され、
　（２）回路開閉素子は、バイメタル素子の動作温度（Ｔｏｐ）における動作によって、電流を流すように位置する可動端子を移動させて回路開閉素子を流れる電流を遮断でき、また、バイメタル素子の復帰温度（Ｔｃｌ）における復帰によって、電流を通電するように位置する可動端子を移動させて回路開閉素子に電流を流すことができ、
　（３）バイメタル素子の動作温度（Ｔｏｐ）は復帰温度（Ｔｃｌ）より少なくとも２０℃高く、
　（４）ＰＴＣ素子のトリップ温度（Ｔｔｒ）は、バイメタル素子の動作温度より少なくとも１０℃高く、
　（５）バイメタル素子は、ＰＴＣ素子と可動端子との間に配置されていること
を特徴とする回路保護デバイスを提供する。本発明は、また、そのような回路保護デバイスを有して成る電気回路（電子回路をも包含する概念）を提供し、更に、そのような電気回路を有して成る電気装置（電子装置をも包含する概念）をも提供する。

　本発明の回路保護デバイスを電気回路に組み込む場合、可動端子の接点（可動接点とも呼ぶ）とそれに対応する固定端子の接点（固定接点とも呼ぶ）との間で溶着部が形成される可能性を一層減らすことができる。その結果、回路保護デバイスによる回路保護機能が更に向上する。

図１は、本発明の回路保護デバイスを組み込んだ電気装置の電気回路を模式的に示す。図２は、本発明の回路保護デバイスの１つの態様を模式的断面図にて示す。図３は、図２の本発明の回路保護デバイスの分解斜視図を模式的に示す。図４は、本発明の回路保護デバイスの１つの態様を模式的断面図にて示す。図５は、本発明の回路保護デバイスの温度ｖｓ抵抗曲線を示す。図６は、本発明の回路保護デバイスを組み込んだ電気回路において、ＤＣ３０Ｖ／５０Ａを印加した場合の時間ｖｓ電流・電圧の変化の様子を平滑化線で示す。図７は、本発明の回路保護デバイスを組み込んだ電気回路において、ＤＣ３０Ｖ／１００Ａを印加した場合の時間ｖｓ電流・電圧の変化の様子を平滑化線で示す。

　１…回路保護デバイス、３…電気回路、５…電気要素、７…電源、
　１０…ＰＴＣ素子、１２…回路開閉素子、１４…バイメタル素子、
　１６…可動端子、１８，１９…接点、２０，２１…固定端子、２２，２３…接点、
　３０…下側リード、３２…上側リード、３８…ベースプレート、
　４０…スペーサー、４２…上側プレート、４４…ピン、４６…ケーシング、
　４８…開口部、５０…絶縁材料、５２…接着剤。

　回路開閉素子の接点において溶着部が形成される上述の問題について検討した結果、ＰＴＣ素子および回路開閉素子を有して成る回路保護装置において、バイメタル素子を回路開閉要素として使用して、バイメタル素子の作動（即ち、後述の動作および復帰）により可動端子を動かすことによって、回路開閉素子を流れる電流を遮断／通電する構成を採用するに際して、
　バイメタル素子が（復帰状態から）動作することによって、回路開閉素子を流れる電流を遮断でき、また、バイメタル素子が（動作状態から）復帰することによって、回路開閉素子に電流を流すことができるように構成した、バイメタル素子および可動端子を有して成る回路開閉素子を用い、更に、
　バイメタル素子をＰＴＣ素子と可動端子との間に配置する場合、
　（ａ）バイメタル素子の動作温度（Ｔｏｐ）は復帰温度（Ｔｃｌ）より少なくとも２０℃高く、また
　（ｂ）ＰＴＣ素子のトリップ温度（Ｔｔｒ）は、バイメタル素子の動作温度（Ｔｏｐ）より少なくとも１０℃高いことが、上述の溶着部の形成の問題に関して望ましいことが見出された。

　バイメタル素子の温度が上昇してある温度以上になると、バイメタル素子が動作することによってバイメタル素子の形状は別の形状になる。この動作する温度を動作温度（Ｔｏｐ）と呼ぶ。このように動作するに際して、通電状態にある可動端子（または可動ターミナル）の可動接点が対応する固定端子（または固定ターミナル）の固定接点から離れてこれらの接点が離間する動作は、マクロ的には瞬間的な動作である。この動作をミクロ的に見ると、接点が離間する連続的な微小時間にわたって徐々に離間する動作であると考えることができ、最初の微小時間においては接点間で定格電流が流れ、最後の微小時間においては接点間で電流が完全に遮断されている。換言すれば、最初の微小時間においては接点間の抵抗値が実質的にゼロの状態であり、最後の微小時間においては接点間の抵抗値が無限大に増加している。

　従って、接点が離間する前にＰＴＣ素子が既にトリップして高抵抗となっている場合には、接点間を流れていた電流のＰＴＣ素子への分流が滑らかに行われない。これを考慮すると、バイメタル素子が動作して可動端子の可動接点が対応する接点から離間する時において、ＰＴＣ素子は十分に低抵抗であることが望ましい。ＰＴＣ素子のトリップ温度（Ｔｔｒ）は、バイメタル素子の動作温度（Ｔｏｐ）より高いことが必要であり、発明者らの経験および実験的検討の結果、少なくとも３０℃高いのが好ましい、少なくとも２０℃高いのがより好ましく、少なくとも１０℃高いのが特に好ましいことが分かった。

　ＴｔｒとＴｏｐとの温度差が適切に大きい方が、バイメタル素子の動作後、速やかにＰＴＣ素子が高抵抗となるため、過剰電流を即座に遮断できる。これらを考慮して、上述の温度差が適切であるとの考えに到った。この場合、ＰＴＣ素子として後述のポリマーＰＴＣ素子を用いる場合には、セラミックＰＴＣ素子と比較して初期抵抗値（即ち、トリップする前の状態の抵抗値）が相当小さい、例えば１００分の１程度であるので、この意味で、ポリマーＰＴＣ素子を使用するのが特に好ましい。

　また、ＴｔｒとＴｏｐとの温度差（ΔＴ１）が過度に大きい場合には、ＰＴＣ素子を通じて過剰の電流が流れる時間が長くなり、このことは回路保護の観点で必ずしも好ましくない場合がある。これを考慮すると、ＰＴＣ素子のトリップ温度（Ｔｔｒ）とバイメタル素子の動作温度（Ｔｏｐ）との温度差は、好ましくは７０℃以下、より好ましくは５０℃以下、特に好ましくは４０℃以下である。従って、ΔＴ１の範囲は、例えば、好ましくは１０℃≦ΔＴ１≦７０℃、より好ましくは１０℃≦ΔＴ１≦５０、特に好ましくは１０℃≦ΔＴ１≦４０℃である。

　尚、ＰＴＣ素子のトリップ温度とは、ＰＴＣ素子の温度を上げていくと、ある温度の前後で、素子の抵抗値が急激に増大する（例えば１０^３～１０^６倍）温度を意味し、この温度については、市販のＰＴＣ素子については、その製造者または販売者により提供されている情報（例えばカタログ、仕様書等）を参照できる。例えば、タイコ　エレクトロニクス　レイケム社のカタログでは、トリップ温度として、動作温度(代表値)と呼ばれる温度が記載されている。

　更に、ＰＴＣ素子が高抵抗になって発熱し、その熱をバイメタル素子に与え、バイメタル素子が動作状態となっているのを維持するためには、バイメタル素子をＰＴＣ素子に空間を隔てて隣接させる（従って、これらの素子は空間を隔てて対向している）のが好ましいとの知見に到り、具体的には、バイメタル素子をＰＴＣ素子と可動端子との間に配置するのが好ましいことが見出された。

　また、動作状態にあるバイメタル素子は、その温度が下がり、ある温度以下になると、もとの形状に向かって復帰し、その結果、離間していた接点が接触状態に戻る。この温度を復帰温度（Ｔｃｌ）と呼ぶ。この復帰温度が、上述の動作温度と大差ない場合、回路保護デバイスの周囲の温度が十分に下がっていない状態で、即ち、回路に生じた異常状態が解消されない状態で、再び過電流が流れることになり得、再び、バイメタル素子が動作してしまうことになるとの知見に到った。そこで、更に検討を加えた結果、バイメタル素子の動作温度（Ｔｏｐ）は復帰温度（Ｔｃｌ）よりも好ましくは少なくとも２０℃高い、より好ましくは少なくとも３０℃高いことが望ましいことが見出された。尚、動作温度および復帰温度については、市販のバイメタル素子については、その製造者により提供されている情報（例えばカタログデータ、仕様書等）を参照できる。

　本発明の回路保護デバイスに於いて、回路開閉素子は、回路開閉要素としてのバイメタル素子および可動端子を有して成る。バイメタル素子は、バイメタルを用いた駆動部材であり、本発明の回路保護デバイスでは、バイメタル素子により駆動される可動端子（または、それに接点が設けられている場合、その接点（即ち、可動接点）の間）を流れる電流が所定の電流値を越えて過剰になる時に、生じる熱の作用によって、ある形状（後述の第１形状と呼ぶ）から別の形状（後述の第２状態と呼ぶ）に変化し、その結果、相互に接触している可動端子（またはその接点）がそれと接触している端子（例えば固定端子またはその接点（即ち、固定接点））から離間する、あるいは離間している端子または接点が相互に接触するように構成されている１種のスイッチとして機能する。バイメタル素子自体は、周知のものを使用できる。尚、そのような接触は、端子間の接触、それに設けられた接点間の接触、および端子と接点と間の接触のいずれであってもよい。

　このようなバイメタル素子に関して、より低い温度における形状を第１形状と呼び、その状態から素子の温度を上げていき、ある温度を上回ると、バイメタル素子は第２形状に移る。また、第２形状にあるバイメタル素子の温度を下げて、ある温度を下回ると、バイメタル素子は第１形状に戻る。本明細書では、第１形状から第２形状に変化する場合を便宜的に「動作」すると呼び、第２形状から第１形状に変化する場合を便宜的に「復帰」と呼ぶ。このような形状の変化を利用して、接触している状態にある可動端子（またはそれに設けた接点）を固定端子（またはそれに設けた接点）から離間させ、あるいは、離間した状態にある可動端子（またはそれに設けた接点）を固定端子（またはそれに設けた接点）に接触させる。即ち、バイメタル素子の形状変化を駆動力として利用して、固定端子（またはそれに設けた接点）に対する可動端子（またはそれに設けた接点）の位置を変える。

　バイメタル素子が第１形状から第２形状に変化する温度を「動作温度（Ｔｏｐ）」と呼び、第２形状から第１形状に変化する温度を「復帰温度（Ｔｃｌ）」と呼ぶ。通常、ＴｏｐがＴｃｌより高い。復帰温度が動作温度に過度に近い場合には、機器の異常状態において接点の開閉を繰り返してしまうチャタリングとなってしまい、過剰電流に対して回路保護デバイスが正常に機能しないことになる。本発明の回路保護デバイスでは、ＴｏｐがＴｃｌより少なくとも２０℃高く、好ましくは少なくとも３０℃高く、より好ましくは少なくとも４０℃高い、例えば４５℃高い。

　尚、復帰温度が過度に低い場合には、バイメタル素子によって回路保護デバイスがラッチされている時間が長くなり、このことは、回路保護デバイスとして元の正常な状態に戻るまでの時間が長くなり、回路保護デバイスを組み込んだ電気装置を使用する利便性の観点で必ずしも好ましくない場合がある。例えば、高負荷による過剰電流のために停止した電気装置（例えば電動ドリル）の再使用までに時間を要することがある。これを考慮すると、バイメタル素子の動作温度（Ｔｏｐ）と復帰温度（Ｔｃｌ）との温度差（ΔＴ２）は、例えば、好ましくは６０℃以下、より好ましくは５５℃以下、特に好ましくは５０℃以下である。従って、ΔＴ２の範囲は、例えば、好ましくは２０℃≦ΔＴ２≦６０℃、より好ましくは３０℃≦ΔＴ２≦５５℃、特に好ましくは４０℃≦ΔＴ２≦５０℃である。

　上述のような回路開閉素子の可動端子に関して、本発明の回路保護デバイスに用いるのが特に好ましいものは、例えばその接点の材料として白金、金、銀、銅、カーボン、ニッケル、錫、鉛、およびこれらの金属の合金（例えば錫－鉛合金、銀－ニッケル合金等）を用いているものを挙げることができる。中でも、銀または銀合金（例えば銀－ニッケル合金）を接点の材料として用いた可動端子が特に好ましい。もちろん、可動接点を構成する材料についても、可動端子の上述の説明が当て嵌まる。尚、可動端子と固定端子との間の間隙、あるいは可動接点と固定接点との間の間隙が比較的狭いもの、好ましくは０．５～４ｍｍのもの、特に２ｍｍ以下のもの、より好ましくは０．７～２ｍｍのもの、特に好ましくは０．８～１．５ｍｍのもの、例えば１ｍｍ程度のものを本発明の回路保護デバイスに好適に使用できる。

　本発明の回路保護デバイスにおいて、バイメタル素子に用いるのが特に好ましいものは、例えばニッケル、銅、マンガン、鉄、クローム、亜鉛、モリブデン及びこれらの金属の合金（例えばニッケル－銅やニッケル－鉄）を用いているものを挙げることができる。中でも、ニッケル－銅－マンガン、ニッケル－鉄等を材料として用いたバイメタル素子が特に好ましい。

　本発明の回路保護デバイスに於いて、回路開閉素子に対して並列に接続されるＰＴＣ素子は、回路保護デバイスとして自体用いられている常套のＰＴＣ素子であればよく、導電性要素がセラミックでできていても、あるいはポリマー材料でできていてもよい。特に好ましいＰＴＣ素子は、ポリマーＰＴＣ素子と呼ばれるものであり、ポリマー材料（例えばポリエチレン、ポリビニリデンフルオライド等）中に導電性フィラー（例えばカーボン、ニッケル、ニッケル－コバルトフィラー等）が分散している導電性ポリマー要素を有して成るＰＴＣ素子を好適に使用できる。

　本発明の回路保護デバイスを所定の電気回路に組み込んだ電気装置が意図した機能を正常に果たす場合、回路を流れる電流はその実質的に全部が回路開閉素子を通過する。従って、本発明の回路保護デバイスにおいて、ＰＴＣ素子の抵抗値（トリップ前の抵抗値、通常、室温における抵抗値）は、可動端子が本来有する電気抵抗値（またはそれに設けた接点の間の抵抗値、これらの抵抗値は、通常は０．５～２０ミリオーム）の少なくとも１０倍、好ましくは少なくとも５０倍、より好ましくは少なくとも１００倍、特に好ましくは少なくとも３００倍の抵抗値を有する。

　図１に本発明の回路保護デバイス１（破線で囲む部分）を組み込んだ電気回路３を示す。回路３は、所定の電気要素（例えば電気／電子装置または部品等）５を有し、それに対して直列に回路保護デバイス１および電源７が接続されている。電気要素５は、１つの要素として図示しているが、これは、１つの電気要素、または回路３に含まれる複数の電気要素の集合体を意味する。

　本発明の回路保護デバイス１は、ＰＴＣ素子１０および回路開閉素子１２を有して成り、回路開閉要素１２は、バイメタル素子１４および可動端子１６を有して成り、可動端子１６は、その端部付近に可動接点１８、１９を有する。可動端子１６は、バイメタル素子１４の作動によって矢印で示すように移動し、それに対向する固定端子２０、２１に設けた固定接点２２、２３に接触し、あるいはそれから離間する。

　図示した態様は、固定端子２０の接点２２に接触していた可動端子の接点１８、および固定端子２１の接点２３に接触していた可動端子の接点１９が、バイメタル素子１４の温度が上昇することによって動作し、その結果、可動端子１６が上向きに移動することによって端子２０および２１から離間した状態になっている。この状態では、回路３を流れる電流の全てはＰＴＣ素子１０を流れ、その結果、ＰＴＣ素子は発熱し、その熱によってバイメタル素子の動作状態が維持される。

　逆に、図１に示す状態から、バイメタル素子１４の温度が低下してバイメタル素子１４が復帰することによって、可動端子１６が移動して接点１８と２２および接点１９と２３が相互に接触する。この状態では、回路３を流れる電流の実質的に全部が可動端子１６側を流れ、ＰＴＣ素子１０側に殆ど流れない。

　このように、バイメタル素子が動作した場合には、接点１８と２２および接点１９と２３とが接触した状態から離間し、逆に、バイメタル素子が復帰した場合には、離間状態にある接点１８と２２および接点１９と２３が相互に接触するようになる。このように接触した状態では、ＰＴＣ素子１０および回路開閉素子１２が電気的に並列に接続されているか、あるいは電気的に直接的に並列に接続されていない場合には、並列に接続できるように構成されている。

　尚、電気要素５が正常に機能し、電気回路３には所定の電流が流れている正常な状態では、接点１８と２２および接点１９と２３は相互に接触し、その状態から、過剰電流が流れた場合に、バイメタル素子１４が動作して図１に示す状態となる。

　本発明の回路保護デバイス１のより具体的な形態の例を模式的断面図にて図２に、また、模式的分解斜視図にて図３に示す。図示した本発明の回路保護デバイス１において、ＰＴＣ素子１０の下側および上側に、下側リード３０および上側リード３２がそれぞれ配置されている。これらは、例えばハンダ接合によって電気的に接続されている。更に、これらのリード３０および３２には、それぞれ固定端子２１および２０が、例えば抵抗溶接接合、超音波溶接接合によってそれぞれ電気的に接続されている。固定端子２０および２１は所定の電気回路の端子等に接続され、本発明の回路保護デバイスが電気回路に直列に配置される。

　また、ＰＴＣ素子１０上にベースプレート３８も配置されている。図示した態様では、ベースプレート３８は上向きに突出した部分３９を有し、その部分３９の上にバイメタル素子１４、スペーサー４０、可動端子１６および上側プレート４２がこの順で配置され、これらは、図２に示すように、ピン４４によるかしめによって一体化されている。尚、ベースプレート３８とＰＴＣ素子１０との接続は、何れの適当な方法で実施してもよく、例えばハンダ接続によって実施してよい。

　図２に示した態様では、バイメタル素子１４は復帰した状態にあり（即ち、電気回路が正常に機能している状態にあり）、バイメタル素子１４の先端部１５は、可動端子１６から離間している。その結果、可動端子の先端部に配置された接点１８および１９が、固定端子２０ならびに２１の接点２２および２３に接触している。従って、このような状態の回路保護デバイスが電気回路（図示せず）に配置されて、回路に電流が流れる場合、その電流は、固定端子２０→接点２２→接点１８→（可動端子の先端部）→接点１９→接点２３→固定端子２１と順に流れる。

　図示した態様において、電気回路に異常が生じ、過剰電流が流れる場合、可動端子１６の先端部付近が高温となり、可動端子１６の温度が上昇すると共に、その熱がバイメタル素子１４に伝わり、バイメタル素子１４が動作する。その結果、バイメタル素子１４が反転して、その先端部１５が上向きに曲がり、可動端子１６を持ち上げ、可動端子の接点と固定端子の接点との接触状態が解除され、即ち、接点２２と接点１８との間の電気的接続、および接点１９と接点２３との間の電気的接続が断たれる。この時、ＰＴＣ素子１０は未だトリップした状態では無く、（即ち、ΔＴ１が少なくとも１０℃であるので）十分に低抵抗であるので、固定端子２０→上側リード３２→ＰＴＣ素子１０→下側リード３０→固定端子２１と順に電流が流れ、分流されることになる。

　電気回路の異常に変化が無い場合、過剰電流は、ＰＴＣ素子１０を流れるので、その後、ＰＴＣ素子１０はトリップし、その結果、電気回路を流れる電流は実質的に遮断され、電気回路を保護できる。尚、先の説明から容易に理解できるように、本発明の回路保護デバイスにおいて、回路開閉素子は、電流が可動端子および／またはそれに設けた可動接点を流れ、バイメタル素子自体には電流が流れることが無い、無通電タイプの回路開閉素子である。

　本発明の回路保護デバイスでは、ΔＴ２が少なくとも２０℃であるので、バイメタル素子１４の温度がその動作温度より２０℃またはそれ以上低い温度まで低下すると、動作した状態から図２に示す復帰した状態に戻り、その結果、離間していた接点１８および１９と接点２２および２３とが再び接触状態に戻り、その結果、回路を流れる電流は、固定端子２０→ＰＴＣ素子１０→固定端子２２と流れていた状態から、正常時のように固定端子２０→可動端子１６→固定端子２２と流れる。

　図２および図３に示すように、上述の本発明の回路保護デバイスは、ケーシング４６の開口部４８から内部に挿入され、開口部は、絶縁性樹脂５０および接着剤５２によって封止されている。

　図４に、別の態様の本発明の回路保護デバイスを、図２と同様に模式的断面図にて示す。図示した態様では、可動端子１６はその下面にフック５４を有し、バイメタル素子１４の先端部１５がフック５４に係合するように構成されている。このようにフックを設けると、バイメタル素子１４の動作・復帰によって生じる力をより確実に可動端子１６に伝達することができる。また、接点付近で生じる熱をバイメタル素子１４により速く伝えることになり、本発明の回路保護デバイスの感度が向上する。

　下記の市販のポリマーＰＴＣ素子１０、バイメタル素子１４、可動端子１６および電気要素５（抵抗器、抵抗値Ｒｆ＝０．１７Ω）を用いて、図２に示す本発明の回路保護デバイス１を組み込んだ図１に示す電気回路３を構成した。
　ＰＴＣ素子１０：タイコ　エレクトロニクス　レイケム社製、商品名：ＲＸＥ１３５（タイコ　エレクトロニクス　レイケム社内プラック型番ＰＬＱ－６ＮＸＥＣ１２０Ａ）、トリップ温度（Ｔｔｒ）：１２５℃
　回路開閉素子１２（可動端子１６とバイメタル素子１４により構成されるバイメタルスイッチ）：センサータ・テクノロジーズ社製、商品名：サーマルプロテクタ９７００Ｋ２１－２１５、可動接点と固定接点との間隙：１ｍｍ、可動接点間の抵抗値：１１．６ｍΩ、動作温度（Ｔｏｐ）：１１０℃、復帰温度（Ｔｃｌ）：６０℃、固定接点：Ａｇ－Ｎｉ＋Silver Cadmium oxide、可動接点：Steel－Copper＋Silver Cadmium oxide

　このような回路保護デバイスの周囲温度と抵抗との関係を図５に模式的グラフにて示す。具体的には、回路保護デバイスを恒温槽に入れてその温度を２０℃から１３０℃まで上げ、その後再び２０℃に戻した。このような温度変化の時の抵抗値を測定した。但し、温度を２℃ずつ上げ、上げた温度で１分間保持する条件を採用した。

　図５において、温度上昇時を実線にて示し、温度降下時を破線にて示す。温度を上昇させると、固定端子と可動端子の接点間の抵抗は少しずつ上昇し、１１０℃になると、バイメタル素子が動作するため、可動端子と固定端子の接点間の接触が解除されて、固定端子ＰＴＣ素子との間で電流が流れ、その結果、回路保護デバイスの抵抗が実質的にＰＴＣ素子の抵抗まで急激に上昇するが、その抵抗値は依然として低い。その後、温度が上昇すると、１２５℃でＰＴＣ素子の抵抗が１０００Ω程度の高抵抗になり、回路保護デバイスを流れる電流を実質的に遮断できる。

　その後、温度を下げると、破線のように抵抗値が低下していく。そして、６０℃になると、バイメタル素子が復帰する結果、抵抗値がＰＴＣ素子の抵抗値から元の可動端子と固定端子の接点間の抵抗値に急激に低下する。尚、図５のグラフにおいて、ΔＴ１およびΔＴ２を図示している。

　上述のように構成した本発明の回路保護デバイスを組み込んだ図１の回路に、ＤＣ３０Ｖ／５０Ａを印加して、その時の電流（バイメタルスイッチを流れる電流値）および電圧（回路保護デバイスの両端の電圧、即ち、回路保護デバイスにおける降下電圧、図１のＶにより測定）の波形を、図１に示す回路に組み込んだ電流計Ａおよび電圧計Ｖによって測定した。測定した電流（実線）および電圧（破線）の波形を図６に示す（但し、振動する波形を平滑化して示す）。図６のグラフにおいて、縦軸は電圧または電流値であり、印加後、１７．３秒でバイメタル素子が動作して、電流が遮断されたことが分かる。また、ＤＣ３０Ｖ／５０Ａを印加することに代えて、ＤＣ３０Ｖ／１００Ａを印加した場合の同様の電流および電圧と時間の関係を図７に、図６と同様に示す。この場合、印加後、５．４２秒でバイメタル素子が動作して、電流が遮断されたことが分かる。いずれの場合も、本発明の回路保護デバイスの回路保護機能が確認された。

Claims

　回路開閉要素としてのバイメタル素子および可動端子を有して成る回路開閉素子、ならびにＰＴＣ素子を有して成る回路保護デバイスであって、
　（１）ＰＴＣ素子と可動端子とは電気的に並列に接続され、
　（２）回路開閉素子は、バイメタル素子の動作温度（Ｔｏｐ）における動作によって、電流を流すように位置する可動端子を移動させて回路開閉素子を流れる電流を遮断でき、バイメタル素子の復帰温度（Ｔｃｌ）における復帰によって、電流を通電するように位置する可動端子を移動させて回路開閉素子に電流を流すことができ、
　（３）バイメタル素子の動作温度（Ｔｏｐ）は復帰温度（Ｔｃｌ）より少なくとも２０℃高く、
　（４）ＰＴＣ素子のトリップ温度（Ｔｔｒ）は、バイメタル素子の動作温度より少なくとも１０℃高く、
　（５）バイメタル素子は、ＰＴＣ素子と可動端子との間に配置されていること
を特徴とする回路保護デバイス。
　回路開閉素子は、電流が可動端子またはそれに設けた可動接点を流れ、バイメタル素子自体には電流が流れることが無い、無通電タイプの回路開閉素子であることを特徴とする請求項１に記載の回路保護デバイス。
　ＰＴＣ素子は、ポリマーＰＴＣ素子であることを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載の回路保護デバイス。
　ＰＴＣ素子は、回路開閉素子の抵抗値の少なくとも１０倍の抵抗値を有することを特徴とする請求項1～３のいずれかに記載の回路保護デバイス。
　請求項１～４のいずれかに記載の回路保護デバイスを有して成る電気回路。