フラッシュオーバー防止構造を有するＰＴＣ限流器
【課題】接触電極間のフラッシュオーバ現象の発生を防止することができるＰＴＣ限流器の提供を目的とする。
【解決手段】ＰＴＣ特性を用いて電流を制限するＰＴＣ限流器において、ＰＴＣ特性を有するＰＴＣ素子と、上記ＰＴＣ素子を挟んで対向配置された上部及び下部の接触電極とを含み、上記上部の接触電極の端からＰＴＣ素子の端までの距離をａ１（ｍｍ）、上記下部の接触電極の端からＰＴＣ素子の端までの距離をａ２（ｍｍ）、ＰＴＣ素子の厚さをｂ（ｍｍ）として、Ｌはａ１＋ａ２＋ｂ値の最小値とするとき、Ｖ／Ｌ＜１０及びＶ／Ｂ＜５０（但し、Ｖ（ボルト）はＰＴＣ限流器の定格電圧。）の条件を満たすことを特徴とするＰＴＣ限流器等を採用する。これによって、ＰＴＣ限流器における電極間のフラッシュオーバー現象の発生を効果的に防止する。
【解決手段】ＰＴＣ特性を用いて電流を制限するＰＴＣ限流器において、ＰＴＣ特性を有するＰＴＣ素子と、上記ＰＴＣ素子を挟んで対向配置された上部及び下部の接触電極とを含み、上記上部の接触電極の端からＰＴＣ素子の端までの距離をａ１（ｍｍ）、上記下部の接触電極の端からＰＴＣ素子の端までの距離をａ２（ｍｍ）、ＰＴＣ素子の厚さをｂ（ｍｍ）として、Ｌはａ１＋ａ２＋ｂ値の最小値とするとき、Ｖ／Ｌ＜１０及びＶ／Ｂ＜５０（但し、Ｖ（ボルト）はＰＴＣ限流器の定格電圧。）の条件を満たすことを特徴とするＰＴＣ限流器等を採用する。これによって、ＰＴＣ限流器における電極間のフラッシュオーバー現象の発生を効果的に防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、限流器に関するものであって、より詳しくは、ＰＴＣ素子を用いた限流器において接触電極間のフラッシュオーバーが防止できるＰＴＣ限流器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、低圧、高圧系統の短絡電流に対する対策として、遮断機が広く用いられている。しかし、従来の遮断機は遮断時間が長くかかり予想事故電流値に対する限流機能がないため事故の波及効果の持続時間が相対的に長い。また、短絡電流遮断の失敗のときは、周辺の電力機器及び電力系統に与える影響がかなり大きい。従って、短時間内に系統短絡電流を有効に制限できる限流器に対する要求が益々高くなっている。
【０００３】
限流器とは、電力系統で発生する過電流及び短絡電流を制限する機器であって、一般に、低圧、低電流領域においては、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）特性を有する物質を用いてその機能を達成する場合がある。
【０００４】
ＰＴＣ特性を有する物質は常温においては相対的に抵抗が低くて電流をよく通過させる。しかし、周囲の温度が上昇したり許容値以上の電流が流入されて自体的に発熱する場合、抵抗が数百倍或いはその以上に急激に上昇するようになるので電流を制限することができる。従って、これを用いて回路素子を構成する場合、各種の回路を過電流から保護することができる。
【０００５】
これと関連して、特許文献１（日本特許 公開平１０‐３２１４１３号公報）には、ＰＴＣを用いた限流器が開示されている。この技術を図１に模式図として示した。従来のＰＴＣを用いた限流器は、導電性粒子が混入されてＰＴＣ特性を有するＰＴＣポリマー素子１、ＰＴＣポリマー素子１の両方の表面に溶着されて配置される第１電極２、３及び第１電極２、３の表面に電気的に接続された状態で配置される第２電極４、５から構成されている。
【０００６】
このとき、上記限流器はＰＴＣポリマー素子１の表面積が第１電極２、３の表面積より大きく、第１電極２、３の表面積は第２電極４、５の表面積より大きいか同じであるという条件を有する。このような構造により上記限流器は第１電極２、３の両端において発生する内部の短絡事故を有効に防止することができる。このようなＰＴＣ限流器は、ＰＴＣ素子１の厚さによりＰＴＣ素子１の初期抵抗と素子がトリップされずに通電可能な電流密度が決定されるため、ＰＴＣ限流器を高電圧、大電流の電力系統で用いるためには、厚さが厚すぎないＰＴＣ素子１を選択すべきである。しかし、ＰＴＣ素子１の厚さが薄くなると、第１電極２、３間のフラッシュオーバーー（ｆｌａｓｈｏｖｅｒ）が起きやすくなる。従って、できる限り第１電極２、３間のフラッシュオーバーが起こらない範囲内で厚さが薄いＰＴＣ１素子を選択することが望ましい。即ち、ＰＴＣ素子１の表面積と第１電極２、３の表面積を単純比較してＰＴＣ限流器を設計するのではなく、ＰＴＣ素子１の厚さ要因まで考慮した最適の設計条件が提示される必要がある。
【０００７】
【特許文献１】公開平１０‐３２１４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するために創案されたものであって、ＰＴＣ素子と接触電極間の接触面積の要因だけでなく、ＰＴＣ素子の厚さ要因まで考慮し、ＰＴＣ限流器においての接触電極間のフラッシュオーバの発生を防止することができるＰＴＣ限流器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明によるＰＴＣ限流器は、ＰＴＣ特性を用いて電流を制限するＰＴＣ限流器において、ＰＴＣ特性を有するＰＴＣ素子と、上記ＰＴＣ素子を挟んで対向するように配置された上部及び下部の接触電極とを含み、上記上部の接触電極の端からＰＴＣ素子の端までの距離をａ１、上記下部の接触電極の端からＰＴＣ素子の端までの距離をａ２、ＰＴＣ素子の厚さをｂとして、Ｌはａ１＋ａ２＋ｂ値の最小値であると定義するとき、Ｖ／Ｌ＜１０及びＶ／ｂ＜５０を満足することを特徴とする。ここで、ＶはＰＴＣ限流器の定格電圧であり、ａ１、ａ２、ｂの単位はｍｍであり、電圧Ｖの単位はボルトである。
【００１０】
本発明に係るＰＴＣ限流器において、上記上部及び下部の接触電極とそれぞれ連結されて接触電極を系統回路と通電させる上部及び下部の電流リードをさらに含む事が好ましい。
【００１１】
本発明に係るＰＴＣ限流器における、上記ＰＴＣ素子は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、エポキシ（ＥＰＯＸＹ）、シリコーン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）及びポリビニルジフルオライド（ＰＶＤＦ）からなる群より選択される一つ以上のポリマーと、カーボン、金属及び金属酸化物からなる群より選択される一つ以上の電導性充填剤と、酸化防止剤とを含む事が好ましい。
【００１２】
更に、本発明に係るＰＴＣ限流器においては、上記ＰＴＣ素子は板状形態であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係るＰＴＣ限流器において、上記接触電極をＰＴＣ素子の方に加圧する加圧手段をさらに含ませることが好ましい。
【００１４】
そして、上記加圧手段の加圧力は大気圧（１ｂａｒ）以上とすることが好ましい。
【００１５】
本発明に係るＰＴＣ限流器における上記加圧手段は、上記ＰＴＣ素子と、接触電極及び電流リードを受容するハウジングと、上記電流リードをＰＴＣ素子側に加圧できるように上記ハウジングの内側面に支持されて付勢された弾性部材とを含むことが好ましい。
【００１６】
そして、上記加圧手段の異なる方法としては、上記ＰＴＣ素子、接触電極及び電流リードを間に介在して配置された一対のプレートと、上記一対のプレートを相互締結して固定させる締結部材とを用いることが好ましい。より望ましくは、上記加圧手段は、上記電流リードをＰＴＣ素子側に加圧できるように上記プレートの内側面に支持されて付勢された弾性部材を用いる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるＰＴＣ限流器は、ＰＴＣ素子と接触電極との間の接触界面面積を十分に確保した上で、接触電極の端部がＰＴＣ素子の端部から内側に位置するものとして、厚さ等の要因を考慮して所定の条件を満たすように設計することで、過電流等の流れた場合のフラッシュオーバ現象の発生を有効に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付した図面を参照しつつ、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。以下に説明を行うにあたり、本明細書及び請求範囲に用いられる用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されるものではなく、発明者は自分の発明を最も最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に基づいて本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されるべきである。従って、本明細書に記載された実施例と図面とに示された構成は本発明の最も望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解すべきである。
【００１９】
第１実施形態： 図２は、本発明の望ましい実施例によるＰＴＣ限流器を示す斜示図であり、図３は、図２のＰＴＣ限流器の断面図である。この図２及び図３を参照すると、本実施例によるＰＴＣ限流器は、ＰＴＣ素子１１０、ＰＴＣ素子１１０を間に介在して配置された一対の接触電極１２１、１３１とを含むことが理解できる。ここで言うＰＴＣ素子１１０は、上述したように、周囲温度の上昇につれて特定温度値で電気抵抗が急激に上昇して電力系統で過電流を抑制する素子である。
【００２０】
このＰＴＣ素子１１０は、制限（遮断）しようとする電流値によって、物性の異なる構成素材から選択して用いるが、本実施例においては、２５℃で比抵抗が１００Ωｍ以下であり、電流供給によるジュール（Ｊｏｕｌｅ）熱が発生するスイッチング温度においての比抵抗は上記２５℃比抵抗の１０５倍以上に上昇することが望ましい。また、ＰＴＣ素子１１０は、電気的及び熱的安定性を保ちながら交流１００Ｖ以上の電圧に耐えられ、１ｃｍ当り３０ｋＶ以上の過電圧を印加するとき、フラッシュオーバーが発生しないように調節される必要がある。同時に、ＰＴＣ素子１１０が、回路内に配されたとき、常時電流、例えば、１Ａ前後の電流の通電が可能なことが要求される。従って、１Ａ前後の電流の通電によってトリップしないようＰＴＣ素子材料を選択すべきである。また、正常運転電流の１０倍以上の過電流が、通電時の１／２サイクル（周波数が６０Ｈｚである場合、１サイクルは１６．７ｍｓ）以内に抵抗の上昇が起こり過電流を制限し短絡電流の大きさが大きくなるほど動作時間が速くなる特徴を有し、上記過電流の制限動作以後の数分以内に以前の状態に還元できるように作製されることが望ましい。
【００２１】
そして、図２に示すように上記ＰＴＣ素子１１０は板状構造であることが好ましく、板状である限り、円形、楕円形、または多角形等の状態で使用可能である。但し、本発明がこれに限定して解釈されるものでないことを明記しておく。また、その面積と厚さとは、ＰＴＣ素子１１０の使用条件、即ち、常時電流と制限しようとする過電流、動作時間などの要因を考慮した設計が行われるので、これに対する詳細な説明は後述する。
【００２２】
本実施例によると、ＰＴＣ素子１１０は、ＰＴＣ特性を有するポリマーから構成されることが望ましい。より具体的に言えば、ＰＴＣ素子１１０は、ポリマーに電導性粒子を分散含有させた構造を有する。
【００２３】
上記ポリマーは、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、エポキシ（ＥＰＯＸＹ）、シリコーン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）及びポリビニルジフルオライド（ＰＶＤＦ）からなる群より選択された何れか１種以上のポリマーを用いることが好ましい。また、上記電導性粒子は、カーボン、金属及び金属酸化物からなる群より選択される１以上の材料で構成されたものであることが好ましい。更に、当該ＰＴＣポリマーの酸化を防止するために酸化防止剤をさらに追加添加することも好ましい。
【００２４】
さらに望ましくは、上記ＰＴＣポリマーに、無機添加剤をさらに追加添加して常温での低抵抗特性及び高温での高抵抗特性をより向上させることも好ましい。
【００２５】
そして、上記接触電極１２１、１３１は、ＰＴＣ素子１１０の上下の接触面に設けられ、上部の接触電極１２１及び下部の接触電極１３１から構成され、接触抵抗を最小化するためにできる限りＰＴＣ素子１１０に密着されて設けられる。
【００２６】
当該接触電極１２１、１３１は、銅箔またはその他の金属系列素子を用いて構成することが可能である。また、接触電極１２１、１３１は、例えば、ラミネーションまたはフリーコンタクト（ｆｒｅｅ ｃｏｎｔａｃｔ）方式などのなるべく接触抵抗を減らす形態で設けられることが望ましい。
【００２７】
短絡事故のとき、電子反発力によって、ＰＴＣ素子１１０と接触電極１２１、１３１間の界面が分離し、アーク及び異音が発生する場合もある。このようにアークが発生すると、ＰＴＣ素子１１０が一部気化されて導電路を形成し両端の接触電極１２１、１３１間にフラッシュオーバーが起こる可能性がある。これを防止するためにＰＴＣ素子１１０の表面積、接触電極１２１、１３１の表面積及びＰＴＣ素子１１０の厚さと定格電圧との関係を考慮する製品設計が必要である。以下、これに関して詳しく説明する。
【００２８】
まず、接触電極１２１、１３１の表面積は、ＰＴＣ素子１１０の表面積より小さく設計する事が好ましい。これによって、接触電極１２１と接触電極１３１との両端の絶縁距離を長くしてフラッシュオーバーを防止することができる。
【００２９】
また、本発明によるＰＴＣ限流器は、上記のような条件の他に、Ｖ／Ｌ＜１０（以下、単に「数１」と称する。）及びＶ／Ｂ＜５０（以下、単に「数２」と称する。）の条件を満たすことを特徴とする設計を行う。但し、ここでＶ（ボルト）は、ＰＴＣ限流器の定格電圧を意味する。
【００３０】
上記数１及び数２で用いた符号の意味は、図３に示したように、Ｌは、上部の接触電極１２１の端からＰＴＣ素子１１０の端までの距離であるａ１（単位：ｍｍ）、下部の接触電極１３１の端からＰＴＣ素子１１０の端までの距離であるａ２（単位：ｍｍ）、及びＰＴＣ素子１１０の厚さであるｂ（単位：ｍｍ）の総合の最小値を意味する。即ち、現実に測定したａ１、ａ２、ｂの各測定値には、一定のバラツキがあるのが通常であり、この測定値の最小値を合計した値をＬとして用いるという意味、又は、ＰＴＣ素子の層が楕円形状で、接触電極が円形状をしている場合等は、ＰＴＣ素子の端部と接触電極の端部との距離が測定位置による異なるため、この測定値の最小値を合計した値をＬとして用いるという意味の双方を含むのである。また、ＶはＰＴＣ限流器の定格電圧（単位：ボルト）を意味する。
【００３１】
ＰＴＣ素子１１０及び接触電極１２１、１３１が、上記数１及び数２を満足するように設計すると、後述する実験例を通じてわかるように、ＰＴＣ限流器が電極間フラッシュオーバーを発生することなく、効果的に限流作用を発揮する。
【００３２】
より望ましくは、上記ＰＴＣ限流器は、接触電極１２１、１３１を電力系統と通電させるための電流リード１２２、１３２をさらに含む。そして、電流リード１２２、１３２は、その一端が接触電極に電気的に連結され、他端は外部回路と連結されるように延長形成される。また、電流リード１２２、１３２は、金属系物質を用いて作製され、系統電流の通電容量に合う面積及び厚さを有することが望ましい。
【００３３】
また、さらに望ましくは、上記限流器は、接触電極１２１、１３１と電流リード１２２、１３２間に介在する連結電極（図示を省略）が設けられる。上記連結電極は、相対的に電気抵抗が小さい金属から構成され、電力系統から限流器への通電がより円滑になるように機能する。
【００３４】
第２実施形態： 図４には、本発明に係るＰＴＣ限流器の他の実施形態を示している。図４におけるＰＴＣ限流器の構成部材で、図２等の他の図面と同一の符号を用いた部材は、同一の機能をする部材であるので、上述の説明と重複した説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
【００３５】
ここで、図４を参照すると、当該ＰＴＣ限流器は、接触電極１２１、１３１をＰＴＣ素子１１０側に向けて加圧密着させる加圧手段をさらに含む。そして、上記加圧手段はハウジング４４０、及び弾性部材４５１、４５２を含む。
【００３６】
ここで言うハウジング１６０は、ＰＴＣ素子１１０、接触電極１２１、１３１の全部と、電流リード１２２、１３２の一部とを収容するためのものである。従って、電流リード１２２、１３２の一部は、ハウジング４４０を貫通して外部に延長されて電力系統と連結される。
【００３７】
そして、弾性部材４５１、４５２は、上記ハウジング４４０の内側面によって支持され、電流リード１２２、１３２の外周部を包むように配され、電流リード１２２、１３２を接触電極１２１、１３１側に向けて加圧する。これによって、接触電極１２１、１３１が、ＰＴＣ素子１１０側に加圧され密着性（接触性）が向上する。図４では、２つの弾性部材４５１、４５２を用いているが、一対の電流リード１２２、１３２の内、少なくとも一方の電流リードに設ければよい。
【００３８】
一方、弾性部材４５１、４５２の加圧力は、短絡事故のときに発生する電子反発力によるＰＴＣ素子１１０と接触電極１２１、１３１との界面分離を防止するため、１ｂａｒ以上での接触圧を得られるようにすることが望ましい。また、持続的な限流作用により、ＰＴＣ素子１１０の厚さが１／２に減少したときにも前記界面分離を防止するため１ｂａｒ以上の加圧力を保つことができるようにすることが望ましい。
【００３９】
そして、弾性部材４５１、４５２には、例えば、電流リード（１２２及び／または１３２）の外周面を包む事の可能なスプリングコイルを採用することが好ましい。しかし、本発明に係るＰＴＣ限流器では、この弾性部材は、スプリングコイルに限定されて解釈されるものではなく、本発明の目的を達成するための範囲内で当業者により多様に変形した手段を採用することも可能である。
【００４０】
第３実施形態： 図５には、本発明に係るＰＴＣ限流器の他の実施形態を示している。図５におけるＰＴＣ限流器の構成部材で、図２等の他の図面と同一の符号を用いた部材は、同一の機能をする部材であるので、上述の説明と重複した説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
【００４１】
図５を参照すると、本発明に係るＰＴＣ限流器の加圧手段は、上部プレート５７１及び下部プレート５７２と、上部プレート５７１及び下部プレート５７２を締結する締結部材とを含む。上部プレート５７１と下部プレート５７２と間には、ＰＴＣ素子１１０、接触電極１２１、１３１及び電流リード１２２、１３２が配置されて、電流リード１２２、１３２が外部回路と連結されるように、その中心部に貫通孔５７５を備える。
【００４２】
上部プレート５７１及び下部プレート５７２の周辺には、締結孔５７３、５７４が備えられて締結部材が、締結孔５７３、５７４を通して上部プレート５７１と下部プレート５７２を相互固定させる。より具体的に言えば、締結孔５７３、５７４には、ボルト５８１を貫通させ、ナット５８２を用いてボルト５８１により上部プレート５７１と下部プレート５７２とを連結させ相互固定する。
【００４３】
そして、上記加圧手段として、電流リード１２２、１３２の周囲に弾性部材４５１、４５２をさらに配することが好ましい。この弾性部材４５１、４５２は、上記プレート５７１、５７２の内側面に支持され、電流リード１２２、１３２の外周面に沿って長さ方向に圧縮して付勢する。これによって、接触電極１２１、１３１が、ＰＴＣ素子１１０に対し加圧され密着性が向上し、電子反発力によるＰＴＣ素子１１０と接触電極１２１、１３１との界面分離を防止する。このときの弾性部材４５１、４５２の加圧力は、上述の第２実施形態と同様である。
【００４４】
なお、図５において、弾性部材４５１、４５２は、両電流リード１２２、１３２の両方に配置されているが、少なくとも一方の電流リードにのみ配置される場合もあることを明記しておく。
【００４５】
上述した第３実施形態において、加圧手段の構成が具体的に開示されたが、本発明に係るＰＴＣ限流器では、この加圧手段は、この実施形態に記載の内容に限定されて解釈されるものではなく、結果的にＰＴＣ素子１１０と接触電極１２１、１３１との間に付勢力を付加できる手段であれば良い。従って、本発明の目的を達成するための範囲内で当業者により変形した他の等価の手段を採用することも可能である。
【００４６】
［実験例］
以下、本発明の理解を助けるために具体的な実験例を挙げて説明する。ＰＴＣ素子１１０の直径、ＰＴＣ素子１１０の厚さ、接触電極１２１、１３１の直径を多様に変化させてＰＴＣ限流器を製造し、試験電圧を１００Ｖ〜５００Ｖに変化させた。本実験例の具体的な条件は下記表１に表した。なお、ＰＴＣ素子としては、ポリエチレン樹脂１００重量部に対して１１０重量部のカーボンブラック粒子を分散含有させたＰＴＣシートを用いた。そして、接触電極は、通常の防錆処理を施した銅箔をＰＴＣシートにラミネートした後、当該銅箔上にエッチングレジスト層を設け、接触電極を形成するためのエッチングレジストパターンを形成し、エッチング処理してレジスト剥離することにより形成したものである。
【００４７】
【表１】
【００４８】
そして、以下の表２には、上記各々の実験例の限流器が数１及び数２を満足するか否かとともに、上記表１と同じ条件で製造されたＰＴＣ限流器を作動させたときにフラッシュオーバーが発生するか否かを調べた結果を掲載した。
【００４９】
【表２】
【００５０】
上記表２から分かるように、数１及び数２を満足する場合にのみ電極間フラッシュオーバーが発生していないことが分かる。
【００５１】
ここで図６には、フラッシュオーバーが発生した場合のＰＴＣ限流器の動作波形を表したグラフを掲載し、図７には、フラッシュオーバーが発生しなかった場合のＰＴＣ限流器の動作波形を表したグラフを掲載した。
【００５２】
ここで、図６を参照すると、事故発生以後のＰＴＣ素子がトリップ動作をして事故電流が瞬時に減少し、その後急激に増加することがわかる。このような現象は、ＰＴＣ素子の両端に発生した過度電圧によって、二つの電極間でフラッシュオーバーが発生し、大部分の事故電流が、このフラッシュオーバーを媒介として流れるために発生するものである。このようにフラッシュオーバーが発生すれば、瞬時に減少した事故電流が、その後急激に増加するため限流作用を良好に発揮しない。
【００５３】
次に、図７を参照すると、事故が発生した一定時間以後に、ＰＴＣ素子がトリップ動作をして事故電流を制限し、両電極間の絶縁が確保されているため、電極間フラッシュオーバーが発生せず、図６に見られた事故発生以降の電流の急激な上昇現象が起こらないことがわかる。従って、ＰＴＣ素子の限流動作が有効に持続でき、事故電流を非常に小さい値に制限することができる。
【００５４】
上述した実験例を通じて数１及び数２を満足するようにＰＴＣ限流器を設計すれば、接触電極間のフラッシュオーバーが防止され、ＰＴＣ素子の限流作用が正常に動作する事になるのである。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上での説明のように、本発明によるＰＴＣ限流器は、ＰＴＣ素子と接触電極との間の接触界面面積の要因だけでなく、ＰＴＣ素子の厚さ等の要因まで考慮し、高電圧、大電流の電力系統における現実のフラッシュオーバ現象が発生することを防止できる。このため送配電系統等の電路に流れる短絡電流、過負荷電流等の過電流の流れるのを効果的に防止して、送配電系統等の電路内に配置した各種機器が損傷を受けることもなくなる。即ち、限流器としての信頼性が向上することで、本発明に係るＰＴＣ限流器を用いた送配電系統等の使用信頼性も向上する
【００５６】
なお、本発明は、限定された実施形態、図面、実験例とによって説明したが、これらによって本発明は限定を受けるものではなく、本発明の属する技術分野において通常の知識を有した者によって、本発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なことを明記しておく。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来技術によるＰＴＣ限流器を示す断面図である。
【図２】本発明に係るＰＴＣ限流器（第１実施形態）を示す斜示図である。
【図３】図２のＰＴＣ限流器の断面図である。
【図４】本発明に係るＰＴＣ限流器（第２実施形態）を示す斜示図である。
【図５】本発明に係るＰＴＣ限流器（第３実施形態）を示す斜示図である。
【図６】限流作用が良好に動作しない場合のＰＴＣ限流器の動作波形を示すグラフである。
【図７】限流作用が良好に動作した場合のＰＴＣ限流器（本発明によるＰＴＣ限流器）の動作波形を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１１０ ＰＴＣ素子
１２１、１３１ 接触電極
１２２、１３２ 電流リード
４４０ ハウジング
４５１、４５２ 弾性部材
５７１、５７２ プレート
５８１、５８２ 締結部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、限流器に関するものであって、より詳しくは、ＰＴＣ素子を用いた限流器において接触電極間のフラッシュオーバーが防止できるＰＴＣ限流器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、低圧、高圧系統の短絡電流に対する対策として、遮断機が広く用いられている。しかし、従来の遮断機は遮断時間が長くかかり予想事故電流値に対する限流機能がないため事故の波及効果の持続時間が相対的に長い。また、短絡電流遮断の失敗のときは、周辺の電力機器及び電力系統に与える影響がかなり大きい。従って、短時間内に系統短絡電流を有効に制限できる限流器に対する要求が益々高くなっている。
【０００３】
限流器とは、電力系統で発生する過電流及び短絡電流を制限する機器であって、一般に、低圧、低電流領域においては、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）特性を有する物質を用いてその機能を達成する場合がある。
【０００４】
ＰＴＣ特性を有する物質は常温においては相対的に抵抗が低くて電流をよく通過させる。しかし、周囲の温度が上昇したり許容値以上の電流が流入されて自体的に発熱する場合、抵抗が数百倍或いはその以上に急激に上昇するようになるので電流を制限することができる。従って、これを用いて回路素子を構成する場合、各種の回路を過電流から保護することができる。
【０００５】
これと関連して、特許文献１（日本特許 公開平１０‐３２１４１３号公報）には、ＰＴＣを用いた限流器が開示されている。この技術を図１に模式図として示した。従来のＰＴＣを用いた限流器は、導電性粒子が混入されてＰＴＣ特性を有するＰＴＣポリマー素子１、ＰＴＣポリマー素子１の両方の表面に溶着されて配置される第１電極２、３及び第１電極２、３の表面に電気的に接続された状態で配置される第２電極４、５から構成されている。
【０００６】
このとき、上記限流器はＰＴＣポリマー素子１の表面積が第１電極２、３の表面積より大きく、第１電極２、３の表面積は第２電極４、５の表面積より大きいか同じであるという条件を有する。このような構造により上記限流器は第１電極２、３の両端において発生する内部の短絡事故を有効に防止することができる。このようなＰＴＣ限流器は、ＰＴＣ素子１の厚さによりＰＴＣ素子１の初期抵抗と素子がトリップされずに通電可能な電流密度が決定されるため、ＰＴＣ限流器を高電圧、大電流の電力系統で用いるためには、厚さが厚すぎないＰＴＣ素子１を選択すべきである。しかし、ＰＴＣ素子１の厚さが薄くなると、第１電極２、３間のフラッシュオーバーー（ｆｌａｓｈｏｖｅｒ）が起きやすくなる。従って、できる限り第１電極２、３間のフラッシュオーバーが起こらない範囲内で厚さが薄いＰＴＣ１素子を選択することが望ましい。即ち、ＰＴＣ素子１の表面積と第１電極２、３の表面積を単純比較してＰＴＣ限流器を設計するのではなく、ＰＴＣ素子１の厚さ要因まで考慮した最適の設計条件が提示される必要がある。
【０００７】
【特許文献１】公開平１０‐３２１４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するために創案されたものであって、ＰＴＣ素子と接触電極間の接触面積の要因だけでなく、ＰＴＣ素子の厚さ要因まで考慮し、ＰＴＣ限流器においての接触電極間のフラッシュオーバの発生を防止することができるＰＴＣ限流器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明によるＰＴＣ限流器は、ＰＴＣ特性を用いて電流を制限するＰＴＣ限流器において、ＰＴＣ特性を有するＰＴＣ素子と、上記ＰＴＣ素子を挟んで対向するように配置された上部及び下部の接触電極とを含み、上記上部の接触電極の端からＰＴＣ素子の端までの距離をａ１、上記下部の接触電極の端からＰＴＣ素子の端までの距離をａ２、ＰＴＣ素子の厚さをｂとして、Ｌはａ１＋ａ２＋ｂ値の最小値であると定義するとき、Ｖ／Ｌ＜１０及びＶ／ｂ＜５０を満足することを特徴とする。ここで、ＶはＰＴＣ限流器の定格電圧であり、ａ１、ａ２、ｂの単位はｍｍであり、電圧Ｖの単位はボルトである。
【００１０】
本発明に係るＰＴＣ限流器において、上記上部及び下部の接触電極とそれぞれ連結されて接触電極を系統回路と通電させる上部及び下部の電流リードをさらに含む事が好ましい。
【００１１】
本発明に係るＰＴＣ限流器における、上記ＰＴＣ素子は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、エポキシ（ＥＰＯＸＹ）、シリコーン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）及びポリビニルジフルオライド（ＰＶＤＦ）からなる群より選択される一つ以上のポリマーと、カーボン、金属及び金属酸化物からなる群より選択される一つ以上の電導性充填剤と、酸化防止剤とを含む事が好ましい。
【００１２】
更に、本発明に係るＰＴＣ限流器においては、上記ＰＴＣ素子は板状形態であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係るＰＴＣ限流器において、上記接触電極をＰＴＣ素子の方に加圧する加圧手段をさらに含ませることが好ましい。
【００１４】
そして、上記加圧手段の加圧力は大気圧（１ｂａｒ）以上とすることが好ましい。
【００１５】
本発明に係るＰＴＣ限流器における上記加圧手段は、上記ＰＴＣ素子と、接触電極及び電流リードを受容するハウジングと、上記電流リードをＰＴＣ素子側に加圧できるように上記ハウジングの内側面に支持されて付勢された弾性部材とを含むことが好ましい。
【００１６】
そして、上記加圧手段の異なる方法としては、上記ＰＴＣ素子、接触電極及び電流リードを間に介在して配置された一対のプレートと、上記一対のプレートを相互締結して固定させる締結部材とを用いることが好ましい。より望ましくは、上記加圧手段は、上記電流リードをＰＴＣ素子側に加圧できるように上記プレートの内側面に支持されて付勢された弾性部材を用いる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるＰＴＣ限流器は、ＰＴＣ素子と接触電極との間の接触界面面積を十分に確保した上で、接触電極の端部がＰＴＣ素子の端部から内側に位置するものとして、厚さ等の要因を考慮して所定の条件を満たすように設計することで、過電流等の流れた場合のフラッシュオーバ現象の発生を有効に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付した図面を参照しつつ、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。以下に説明を行うにあたり、本明細書及び請求範囲に用いられる用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されるものではなく、発明者は自分の発明を最も最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に基づいて本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されるべきである。従って、本明細書に記載された実施例と図面とに示された構成は本発明の最も望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解すべきである。
【００１９】
第１実施形態： 図２は、本発明の望ましい実施例によるＰＴＣ限流器を示す斜示図であり、図３は、図２のＰＴＣ限流器の断面図である。この図２及び図３を参照すると、本実施例によるＰＴＣ限流器は、ＰＴＣ素子１１０、ＰＴＣ素子１１０を間に介在して配置された一対の接触電極１２１、１３１とを含むことが理解できる。ここで言うＰＴＣ素子１１０は、上述したように、周囲温度の上昇につれて特定温度値で電気抵抗が急激に上昇して電力系統で過電流を抑制する素子である。
【００２０】
このＰＴＣ素子１１０は、制限（遮断）しようとする電流値によって、物性の異なる構成素材から選択して用いるが、本実施例においては、２５℃で比抵抗が１００Ωｍ以下であり、電流供給によるジュール（Ｊｏｕｌｅ）熱が発生するスイッチング温度においての比抵抗は上記２５℃比抵抗の１０５倍以上に上昇することが望ましい。また、ＰＴＣ素子１１０は、電気的及び熱的安定性を保ちながら交流１００Ｖ以上の電圧に耐えられ、１ｃｍ当り３０ｋＶ以上の過電圧を印加するとき、フラッシュオーバーが発生しないように調節される必要がある。同時に、ＰＴＣ素子１１０が、回路内に配されたとき、常時電流、例えば、１Ａ前後の電流の通電が可能なことが要求される。従って、１Ａ前後の電流の通電によってトリップしないようＰＴＣ素子材料を選択すべきである。また、正常運転電流の１０倍以上の過電流が、通電時の１／２サイクル（周波数が６０Ｈｚである場合、１サイクルは１６．７ｍｓ）以内に抵抗の上昇が起こり過電流を制限し短絡電流の大きさが大きくなるほど動作時間が速くなる特徴を有し、上記過電流の制限動作以後の数分以内に以前の状態に還元できるように作製されることが望ましい。
【００２１】
そして、図２に示すように上記ＰＴＣ素子１１０は板状構造であることが好ましく、板状である限り、円形、楕円形、または多角形等の状態で使用可能である。但し、本発明がこれに限定して解釈されるものでないことを明記しておく。また、その面積と厚さとは、ＰＴＣ素子１１０の使用条件、即ち、常時電流と制限しようとする過電流、動作時間などの要因を考慮した設計が行われるので、これに対する詳細な説明は後述する。
【００２２】
本実施例によると、ＰＴＣ素子１１０は、ＰＴＣ特性を有するポリマーから構成されることが望ましい。より具体的に言えば、ＰＴＣ素子１１０は、ポリマーに電導性粒子を分散含有させた構造を有する。
【００２３】
上記ポリマーは、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、エポキシ（ＥＰＯＸＹ）、シリコーン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）及びポリビニルジフルオライド（ＰＶＤＦ）からなる群より選択された何れか１種以上のポリマーを用いることが好ましい。また、上記電導性粒子は、カーボン、金属及び金属酸化物からなる群より選択される１以上の材料で構成されたものであることが好ましい。更に、当該ＰＴＣポリマーの酸化を防止するために酸化防止剤をさらに追加添加することも好ましい。
【００２４】
さらに望ましくは、上記ＰＴＣポリマーに、無機添加剤をさらに追加添加して常温での低抵抗特性及び高温での高抵抗特性をより向上させることも好ましい。
【００２５】
そして、上記接触電極１２１、１３１は、ＰＴＣ素子１１０の上下の接触面に設けられ、上部の接触電極１２１及び下部の接触電極１３１から構成され、接触抵抗を最小化するためにできる限りＰＴＣ素子１１０に密着されて設けられる。
【００２６】
当該接触電極１２１、１３１は、銅箔またはその他の金属系列素子を用いて構成することが可能である。また、接触電極１２１、１３１は、例えば、ラミネーションまたはフリーコンタクト（ｆｒｅｅ ｃｏｎｔａｃｔ）方式などのなるべく接触抵抗を減らす形態で設けられることが望ましい。
【００２７】
短絡事故のとき、電子反発力によって、ＰＴＣ素子１１０と接触電極１２１、１３１間の界面が分離し、アーク及び異音が発生する場合もある。このようにアークが発生すると、ＰＴＣ素子１１０が一部気化されて導電路を形成し両端の接触電極１２１、１３１間にフラッシュオーバーが起こる可能性がある。これを防止するためにＰＴＣ素子１１０の表面積、接触電極１２１、１３１の表面積及びＰＴＣ素子１１０の厚さと定格電圧との関係を考慮する製品設計が必要である。以下、これに関して詳しく説明する。
【００２８】
まず、接触電極１２１、１３１の表面積は、ＰＴＣ素子１１０の表面積より小さく設計する事が好ましい。これによって、接触電極１２１と接触電極１３１との両端の絶縁距離を長くしてフラッシュオーバーを防止することができる。
【００２９】
また、本発明によるＰＴＣ限流器は、上記のような条件の他に、Ｖ／Ｌ＜１０（以下、単に「数１」と称する。）及びＶ／Ｂ＜５０（以下、単に「数２」と称する。）の条件を満たすことを特徴とする設計を行う。但し、ここでＶ（ボルト）は、ＰＴＣ限流器の定格電圧を意味する。
【００３０】
上記数１及び数２で用いた符号の意味は、図３に示したように、Ｌは、上部の接触電極１２１の端からＰＴＣ素子１１０の端までの距離であるａ１（単位：ｍｍ）、下部の接触電極１３１の端からＰＴＣ素子１１０の端までの距離であるａ２（単位：ｍｍ）、及びＰＴＣ素子１１０の厚さであるｂ（単位：ｍｍ）の総合の最小値を意味する。即ち、現実に測定したａ１、ａ２、ｂの各測定値には、一定のバラツキがあるのが通常であり、この測定値の最小値を合計した値をＬとして用いるという意味、又は、ＰＴＣ素子の層が楕円形状で、接触電極が円形状をしている場合等は、ＰＴＣ素子の端部と接触電極の端部との距離が測定位置による異なるため、この測定値の最小値を合計した値をＬとして用いるという意味の双方を含むのである。また、ＶはＰＴＣ限流器の定格電圧（単位：ボルト）を意味する。
【００３１】
ＰＴＣ素子１１０及び接触電極１２１、１３１が、上記数１及び数２を満足するように設計すると、後述する実験例を通じてわかるように、ＰＴＣ限流器が電極間フラッシュオーバーを発生することなく、効果的に限流作用を発揮する。
【００３２】
より望ましくは、上記ＰＴＣ限流器は、接触電極１２１、１３１を電力系統と通電させるための電流リード１２２、１３２をさらに含む。そして、電流リード１２２、１３２は、その一端が接触電極に電気的に連結され、他端は外部回路と連結されるように延長形成される。また、電流リード１２２、１３２は、金属系物質を用いて作製され、系統電流の通電容量に合う面積及び厚さを有することが望ましい。
【００３３】
また、さらに望ましくは、上記限流器は、接触電極１２１、１３１と電流リード１２２、１３２間に介在する連結電極（図示を省略）が設けられる。上記連結電極は、相対的に電気抵抗が小さい金属から構成され、電力系統から限流器への通電がより円滑になるように機能する。
【００３４】
第２実施形態： 図４には、本発明に係るＰＴＣ限流器の他の実施形態を示している。図４におけるＰＴＣ限流器の構成部材で、図２等の他の図面と同一の符号を用いた部材は、同一の機能をする部材であるので、上述の説明と重複した説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
【００３５】
ここで、図４を参照すると、当該ＰＴＣ限流器は、接触電極１２１、１３１をＰＴＣ素子１１０側に向けて加圧密着させる加圧手段をさらに含む。そして、上記加圧手段はハウジング４４０、及び弾性部材４５１、４５２を含む。
【００３６】
ここで言うハウジング１６０は、ＰＴＣ素子１１０、接触電極１２１、１３１の全部と、電流リード１２２、１３２の一部とを収容するためのものである。従って、電流リード１２２、１３２の一部は、ハウジング４４０を貫通して外部に延長されて電力系統と連結される。
【００３７】
そして、弾性部材４５１、４５２は、上記ハウジング４４０の内側面によって支持され、電流リード１２２、１３２の外周部を包むように配され、電流リード１２２、１３２を接触電極１２１、１３１側に向けて加圧する。これによって、接触電極１２１、１３１が、ＰＴＣ素子１１０側に加圧され密着性（接触性）が向上する。図４では、２つの弾性部材４５１、４５２を用いているが、一対の電流リード１２２、１３２の内、少なくとも一方の電流リードに設ければよい。
【００３８】
一方、弾性部材４５１、４５２の加圧力は、短絡事故のときに発生する電子反発力によるＰＴＣ素子１１０と接触電極１２１、１３１との界面分離を防止するため、１ｂａｒ以上での接触圧を得られるようにすることが望ましい。また、持続的な限流作用により、ＰＴＣ素子１１０の厚さが１／２に減少したときにも前記界面分離を防止するため１ｂａｒ以上の加圧力を保つことができるようにすることが望ましい。
【００３９】
そして、弾性部材４５１、４５２には、例えば、電流リード（１２２及び／または１３２）の外周面を包む事の可能なスプリングコイルを採用することが好ましい。しかし、本発明に係るＰＴＣ限流器では、この弾性部材は、スプリングコイルに限定されて解釈されるものではなく、本発明の目的を達成するための範囲内で当業者により多様に変形した手段を採用することも可能である。
【００４０】
第３実施形態： 図５には、本発明に係るＰＴＣ限流器の他の実施形態を示している。図５におけるＰＴＣ限流器の構成部材で、図２等の他の図面と同一の符号を用いた部材は、同一の機能をする部材であるので、上述の説明と重複した説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
【００４１】
図５を参照すると、本発明に係るＰＴＣ限流器の加圧手段は、上部プレート５７１及び下部プレート５７２と、上部プレート５７１及び下部プレート５７２を締結する締結部材とを含む。上部プレート５７１と下部プレート５７２と間には、ＰＴＣ素子１１０、接触電極１２１、１３１及び電流リード１２２、１３２が配置されて、電流リード１２２、１３２が外部回路と連結されるように、その中心部に貫通孔５７５を備える。
【００４２】
上部プレート５７１及び下部プレート５７２の周辺には、締結孔５７３、５７４が備えられて締結部材が、締結孔５７３、５７４を通して上部プレート５７１と下部プレート５７２を相互固定させる。より具体的に言えば、締結孔５７３、５７４には、ボルト５８１を貫通させ、ナット５８２を用いてボルト５８１により上部プレート５７１と下部プレート５７２とを連結させ相互固定する。
【００４３】
そして、上記加圧手段として、電流リード１２２、１３２の周囲に弾性部材４５１、４５２をさらに配することが好ましい。この弾性部材４５１、４５２は、上記プレート５７１、５７２の内側面に支持され、電流リード１２２、１３２の外周面に沿って長さ方向に圧縮して付勢する。これによって、接触電極１２１、１３１が、ＰＴＣ素子１１０に対し加圧され密着性が向上し、電子反発力によるＰＴＣ素子１１０と接触電極１２１、１３１との界面分離を防止する。このときの弾性部材４５１、４５２の加圧力は、上述の第２実施形態と同様である。
【００４４】
なお、図５において、弾性部材４５１、４５２は、両電流リード１２２、１３２の両方に配置されているが、少なくとも一方の電流リードにのみ配置される場合もあることを明記しておく。
【００４５】
上述した第３実施形態において、加圧手段の構成が具体的に開示されたが、本発明に係るＰＴＣ限流器では、この加圧手段は、この実施形態に記載の内容に限定されて解釈されるものではなく、結果的にＰＴＣ素子１１０と接触電極１２１、１３１との間に付勢力を付加できる手段であれば良い。従って、本発明の目的を達成するための範囲内で当業者により変形した他の等価の手段を採用することも可能である。
【００４６】
［実験例］
以下、本発明の理解を助けるために具体的な実験例を挙げて説明する。ＰＴＣ素子１１０の直径、ＰＴＣ素子１１０の厚さ、接触電極１２１、１３１の直径を多様に変化させてＰＴＣ限流器を製造し、試験電圧を１００Ｖ〜５００Ｖに変化させた。本実験例の具体的な条件は下記表１に表した。なお、ＰＴＣ素子としては、ポリエチレン樹脂１００重量部に対して１１０重量部のカーボンブラック粒子を分散含有させたＰＴＣシートを用いた。そして、接触電極は、通常の防錆処理を施した銅箔をＰＴＣシートにラミネートした後、当該銅箔上にエッチングレジスト層を設け、接触電極を形成するためのエッチングレジストパターンを形成し、エッチング処理してレジスト剥離することにより形成したものである。
【００４７】
【表１】
【００４８】
そして、以下の表２には、上記各々の実験例の限流器が数１及び数２を満足するか否かとともに、上記表１と同じ条件で製造されたＰＴＣ限流器を作動させたときにフラッシュオーバーが発生するか否かを調べた結果を掲載した。
【００４９】
【表２】
【００５０】
上記表２から分かるように、数１及び数２を満足する場合にのみ電極間フラッシュオーバーが発生していないことが分かる。
【００５１】
ここで図６には、フラッシュオーバーが発生した場合のＰＴＣ限流器の動作波形を表したグラフを掲載し、図７には、フラッシュオーバーが発生しなかった場合のＰＴＣ限流器の動作波形を表したグラフを掲載した。
【００５２】
ここで、図６を参照すると、事故発生以後のＰＴＣ素子がトリップ動作をして事故電流が瞬時に減少し、その後急激に増加することがわかる。このような現象は、ＰＴＣ素子の両端に発生した過度電圧によって、二つの電極間でフラッシュオーバーが発生し、大部分の事故電流が、このフラッシュオーバーを媒介として流れるために発生するものである。このようにフラッシュオーバーが発生すれば、瞬時に減少した事故電流が、その後急激に増加するため限流作用を良好に発揮しない。
【００５３】
次に、図７を参照すると、事故が発生した一定時間以後に、ＰＴＣ素子がトリップ動作をして事故電流を制限し、両電極間の絶縁が確保されているため、電極間フラッシュオーバーが発生せず、図６に見られた事故発生以降の電流の急激な上昇現象が起こらないことがわかる。従って、ＰＴＣ素子の限流動作が有効に持続でき、事故電流を非常に小さい値に制限することができる。
【００５４】
上述した実験例を通じて数１及び数２を満足するようにＰＴＣ限流器を設計すれば、接触電極間のフラッシュオーバーが防止され、ＰＴＣ素子の限流作用が正常に動作する事になるのである。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上での説明のように、本発明によるＰＴＣ限流器は、ＰＴＣ素子と接触電極との間の接触界面面積の要因だけでなく、ＰＴＣ素子の厚さ等の要因まで考慮し、高電圧、大電流の電力系統における現実のフラッシュオーバ現象が発生することを防止できる。このため送配電系統等の電路に流れる短絡電流、過負荷電流等の過電流の流れるのを効果的に防止して、送配電系統等の電路内に配置した各種機器が損傷を受けることもなくなる。即ち、限流器としての信頼性が向上することで、本発明に係るＰＴＣ限流器を用いた送配電系統等の使用信頼性も向上する
【００５６】
なお、本発明は、限定された実施形態、図面、実験例とによって説明したが、これらによって本発明は限定を受けるものではなく、本発明の属する技術分野において通常の知識を有した者によって、本発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なことを明記しておく。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来技術によるＰＴＣ限流器を示す断面図である。
【図２】本発明に係るＰＴＣ限流器（第１実施形態）を示す斜示図である。
【図３】図２のＰＴＣ限流器の断面図である。
【図４】本発明に係るＰＴＣ限流器（第２実施形態）を示す斜示図である。
【図５】本発明に係るＰＴＣ限流器（第３実施形態）を示す斜示図である。
【図６】限流作用が良好に動作しない場合のＰＴＣ限流器の動作波形を示すグラフである。
【図７】限流作用が良好に動作した場合のＰＴＣ限流器（本発明によるＰＴＣ限流器）の動作波形を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１１０ ＰＴＣ素子
１２１、１３１ 接触電極
１２２、１３２ 電流リード
４４０ ハウジング
４５１、４５２ 弾性部材
５７１、５７２ プレート
５８１、５８２ 締結部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＴＣ特性を用いて電流を制限するＰＴＣ限流器において、
ＰＴＣ特性を有するＰＴＣ素子と、
上記ＰＴＣ素子を挟んで対向するように配置された上部及び下部の接触電極とを含み、
上記上部の接触電極の端からＰＴＣ素子の端までの距離をａ１（ｍｍ）、上記下部の接触電極の端からＰＴＣ素子の端までの距離をａ２（ｍｍ）、ＰＴＣ素子の厚さをｂ（ｍｍ）として、Ｌはａ１＋ａ２＋ｂ（ｍｍ）値の最小値であると定義するとき、
Ｖ／Ｌ＜１０及びＶ／Ｂ＜５０（但し、Ｖ（ボルト）はＰＴＣ限流器の定格電圧。）の条件を満たすことを特徴とするＰＴＣ限流器等
【請求項２】
上記上部及び下部の接触電極とそれぞれ連結されて接触電極を系統回路と通電させる上部及び下部の電流リードをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＰＴＣ限流器。
【請求項３】
上記ＰＴＣ素子は、板状形態であることを特徴とする請求項１に記載のＰＴＣ限流器。
【請求項４】
上記ＰＴＣ素子は、
高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、エポキシ（ＥＰＯＸＹ）、シリコーン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）及びポリビニルジフルオライド（ＰＶＤＦ）からなる群より選択される一つ以上のポリマーと、
カーボン、金属及び金属酸化物からなる群より選択される１以上の成分で構成した電導性粒子と、
酸化防止剤とを含むことを特徴とする請求項１に記載のＰＴＣ限流器。
【請求項５】
上記接触電極を上記ＰＴＣ素子の方に加圧する加圧手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＰＴＣ限流器。
【請求項６】
上記加圧手段の加圧力は、大気圧以上であることを特徴とする請求項５に記載のＰＴＣ限流器。
【請求項７】
上記上部及び下部の接触電極とそれぞれ連結されて接触電極を系統回路と通電させる上部及び下部の電流リードをさらに含み、
上記加圧手段は、上記ＰＴＣ素子、上記接触電極及び上記電流リードを受容するハウジングと、
上記電流リードをＰＴＣ素子側に加圧できるように上記ハウジングの内側面に支持されて付勢された弾性部材とを含むことを特徴とする請求項５に記載のＰＴＣ限流器。
【請求項８】
上記上部及び下部の接触電極とそれぞれ連結されて接触電極を系統回路と通電させる上部及び下部の電流リードをさらに含み、
上記加圧手段は、上記ＰＴＣ素子、上記接触電極及び上記電流リードを間に介在して配置された一対のプレートと、
上記一対のプレートを相互締結して固定させる締結部材とが含まれることを特徴とする請求項５に記載のＰＴＣ限流器。
【請求項９】
上記電流リードをＰＴＣ素子側に加圧できるように上記プレートの内側面に支持されて付勢された弾性部材をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のＰＴＣ限流器。
【請求項１】
ＰＴＣ特性を用いて電流を制限するＰＴＣ限流器において、
ＰＴＣ特性を有するＰＴＣ素子と、
上記ＰＴＣ素子を挟んで対向するように配置された上部及び下部の接触電極とを含み、
上記上部の接触電極の端からＰＴＣ素子の端までの距離をａ１（ｍｍ）、上記下部の接触電極の端からＰＴＣ素子の端までの距離をａ２（ｍｍ）、ＰＴＣ素子の厚さをｂ（ｍｍ）として、Ｌはａ１＋ａ２＋ｂ（ｍｍ）値の最小値であると定義するとき、
Ｖ／Ｌ＜１０及びＶ／Ｂ＜５０（但し、Ｖ（ボルト）はＰＴＣ限流器の定格電圧。）の条件を満たすことを特徴とするＰＴＣ限流器等
【請求項２】
上記上部及び下部の接触電極とそれぞれ連結されて接触電極を系統回路と通電させる上部及び下部の電流リードをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＰＴＣ限流器。
【請求項３】
上記ＰＴＣ素子は、板状形態であることを特徴とする請求項１に記載のＰＴＣ限流器。
【請求項４】
上記ＰＴＣ素子は、
高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、エポキシ（ＥＰＯＸＹ）、シリコーン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）及びポリビニルジフルオライド（ＰＶＤＦ）からなる群より選択される一つ以上のポリマーと、
カーボン、金属及び金属酸化物からなる群より選択される１以上の成分で構成した電導性粒子と、
酸化防止剤とを含むことを特徴とする請求項１に記載のＰＴＣ限流器。
【請求項５】
上記接触電極を上記ＰＴＣ素子の方に加圧する加圧手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＰＴＣ限流器。
【請求項６】
上記加圧手段の加圧力は、大気圧以上であることを特徴とする請求項５に記載のＰＴＣ限流器。
【請求項７】
上記上部及び下部の接触電極とそれぞれ連結されて接触電極を系統回路と通電させる上部及び下部の電流リードをさらに含み、
上記加圧手段は、上記ＰＴＣ素子、上記接触電極及び上記電流リードを受容するハウジングと、
上記電流リードをＰＴＣ素子側に加圧できるように上記ハウジングの内側面に支持されて付勢された弾性部材とを含むことを特徴とする請求項５に記載のＰＴＣ限流器。
【請求項８】
上記上部及び下部の接触電極とそれぞれ連結されて接触電極を系統回路と通電させる上部及び下部の電流リードをさらに含み、
上記加圧手段は、上記ＰＴＣ素子、上記接触電極及び上記電流リードを間に介在して配置された一対のプレートと、
上記一対のプレートを相互締結して固定させる締結部材とが含まれることを特徴とする請求項５に記載のＰＴＣ限流器。
【請求項９】
上記電流リードをＰＴＣ素子側に加圧できるように上記プレートの内側面に支持されて付勢された弾性部材をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のＰＴＣ限流器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１９６９０１（Ｐ２００６−１９６９０１Ａ）
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４６８１（Ｐ２００６−４６８１）
【出願日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【出願人】（５０５２９７００２）エルエス ケーブル リミテッド (44)
【氏名又は名称原語表記】ＬＳ Ｃａｂｌｅ Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１９−２０Ｆ ＡＳＥＭ Ｔｏｗｅｒ １５９ Ｓａｍｓｕｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｇａｎｇｎａｍ−ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ １３５−０９０ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【出願人】（５０６０１３６２３）エルエス インダストリアル システム カンパニー リミテッド (3)
【氏名又は名称原語表記】ＬＳ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】８４−１１， Ｎａｍｄａｅｍｕｎｎｏ５（ｏ）−ｇａ， Ｊｕｎｇ−ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ １００−８０１ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【出願人】（５０５２９７００２）エルエス ケーブル リミテッド (44)
【氏名又は名称原語表記】ＬＳ Ｃａｂｌｅ Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１９−２０Ｆ ＡＳＥＭ Ｔｏｗｅｒ １５９ Ｓａｍｓｕｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｇａｎｇｎａｍ−ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ １３５−０９０ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【出願人】（５０６０１３６２３）エルエス インダストリアル システム カンパニー リミテッド (3)
【氏名又は名称原語表記】ＬＳ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】８４−１１， Ｎａｍｄａｅｍｕｎｎｏ５（ｏ）−ｇａ， Ｊｕｎｇ−ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ １００−８０１ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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