TWI384499B - PTC device - Google Patents

Description

PTC裝置

本發明係關於一種具有具正溫度特性之PTC元件的PTC裝置。

以往，在一定溫度範圍內具有電阻值與溫度急速增加之正溫度特性的熱敏電阻(Positive Temperature Coefficient Thermistor：正溫度係數熱敏電阻)元件(以下，稱為「PTC元件」)，係被利用作為暖氣器具等之發熱體。

由於PTC元件係在正溫度特性區域中，若溫度上升則使電阻值變大以限制電流來抑制發熱，反之若溫度下降則使電阻值降低以增加電流來促進發熱，藉此在發熱時保持於大致一定之溫度，因此易於利用作為發熱體。

然而，由於在較正溫度特性區域更高溫區域中，具有負溫度特性，因此在負溫度特性區域中，溫度愈上升則會使電阻值愈小，導致增加更多電流來促進發熱，而變成所謂熱失控狀態。

因此，在使用PTC元件之PTC裝置，係於將電流供應於PTC元件之端子板，局部形成橫截面之截面積較小的截面積減少部，在異常大電流(以下，稱為「異常過電流」)流動之情況下，以使截面積減少部選擇性發熱而熔斷，而具有保險絲功能的方式所構成(例如，參照專利文獻1)。

專利文獻1：日本實開昭52－171738號公報

例如在暖風加熱器，如圖1(a)之俯視圖、圖1(b)之前視圖、圖1(c)之仰視圖所示，於一對端子板4,6之間，挾持將外部電極2b,2c形成於PTC元件2a之端子板4,6側表面的複數個PTC元件2，並於其外側，如圖2之截面圖所示，透過絕緣板8組裝於配置有散熱片5的PTC裝置1，使散熱片5受風，以將PTC元件2所產生之熱從散熱片5取出

如圖1所示，端子板4,6係於挾持PTC元件2之主要部4a,6a與連接於電源之抽出端部4c,6c之間，形成有寬度(橫截面)局部較狹窄的截面積減少部4b,6b。在異常過電流流過抽出端部4c,6c之間時，由於截面積減少部4b,6b之電阻值大於其他部分，因此截面積減少部4b,6b會選擇性發熱、熔化、最後熔斷。藉此以阻斷異常過電流。

然而，PTC元件在從常溫(例如25℃)至達到發熱穩定之溫度(例如100℃左右)為止之期間，具有電阻值會暫時降低之溫度－電阻特性。因此，於截面積減少部4b,6b在剛開始運轉後會暫時性產生較發熱穩定時更大之電流(突入電流)。例如以100V、1200W額定運轉之PTC裝置的情況下，會產生最大為20A之突入電流。由於對PTC裝置之截面積減少部係要求不可因突入電流而熔斷，因此截面積減少部之容許電流係設定為例如25A。

如圖3所示，如此將截面積減少部之容許電流為25A 之PTC裝置94組裝於暖風加熱器組92的情況下，於暖風加熱器組92所連接之100V系統的配電盤90，係設置有20A之斷路器，暖風加熱器組92內亦設有20A之玻璃管保險絲96。

因此，即使異常過電流流至PTC裝置94，玻璃管保險絲96或配電盤90之斷路器，會在PTC裝置94之截面積減少部之前阻斷電流，PTC裝置94之截面積減少部並無發揮功能之機會。換言之，暖風加熱器組92係在20A以上之大電流流動之前無法檢測出異常而予以停止。

若將複數個額定值較小之PTC裝置加以組合運用時，雖可避免此種問題，但如此會產生因增加零件數量而使構造變得複雜等問題。

本發明有鑑於此實情，而欲提供一種PTC裝置，可降低因異常過電流而熔斷之截面積減少部之容許電流。

本發明，為解決上述問題，提供如下構成之PTC裝置。

PTC裝置有一種具有彼此相對向之一對端子板；及複數個PTC元件，沿該一對端子板排列成一列，並挾持於該一對端子板間且於該一對端子板間形成電氣並聯；該一對端子板之抽出端部分別連接於電源。該一對端子板係於相鄰接之至少1組該PTC元件之間，形成有截面積局部較小的截面積減少部。

該構成中，端子板之截面積減少部，係例如在端子板形成缺口槽或貫通孔、或切削端子板之寬度方向、或切削厚度方向，以縮小端子板之寬度或厚度的部分。複數個PTC 元件，可以直線狀、曲線狀、鋸齒狀等任意形狀排成一列。

根據該構成，截面積減少部係異常過電流流動即熔斷，而具有保險絲之功能。僅流至配置於截面積減少部其中一側之PTC元件的電流才會流至設於相鄰接之PTC元件間之端子板的截面積減少部，僅流過PTC裝置之全部電流中之一部分，才會流至設於相鄰接之PTC元件間之端子板的截面積減少部。因此，與流過PTC裝置之全部電流皆流過截面積減少部之情形相較，可降低容許電流。

較佳為，該一對端子板係於抽出端部與位於最靠近抽出端部側之PTC元件之間、及複數個PTC元件間之中，於2處以上形成有該截面積減少部。又，愈遠離該抽出端部之位置的截面積減少部，該截面積愈小。

此時，藉由形成複數個截面積減少部，由於即使將截面積減少部之容許電流設定為較小，亦可充分承受突入電流，因此可將截面積減少部之截面積設計成更小。因此，不論在任何PTC元件產生異常過電流時，便能以更小之電流使截面積減少部熔斷。

較佳為，該一對端子板係分別於該抽出端部與位於最靠近該抽出端部側之PTC元件之間、及所有複數個PTC元件之間，形成有截面積減少部。又，愈遠離該抽出端部之位置的截面積減少部，該截面積愈小。

此時，針對每一個PTC元件若異常過電流流過時，便可使與該PTC元件相鄰接之任一截面積減少部熔斷。相較於針對複數個PTC元件一併設置截面積減少部之情形，由 於可以較小電流使截面積減少部熔斷，且熔斷之部分亦增加，因此可進一步提升安全性。

較佳為，於相鄰接之至少1組該PTC元件之間，配置有將該PTC元件自該端子板之該截面積減少部隔開的間隔件。

此時，可使端子板之截面積減少部避免與PTC元件接觸。藉此，可防止端子板之截面積減少部之功能因端子板之截面積減少部與PTC元件接觸而降低。又，端子板之截面積減少部熔斷時，能以間隔件來防止該影響擴及PTC元件，而可將損害盡量減小。

較佳為，該端子板之該截面積減少部的容許電流，係小於連接在該端子板之該抽出端部與該電源間之過電流保護零件的額定電流。

PTC裝置在透過抑制過電流之保險絲或斷路器等過電流保護零件連接於電源時，藉由使端子板之截面積減少部的容許電流小於過電流保護零件之額定電流，便能以截面積減少部阻斷較過電流保護零件之額定電流小的異常過電流。藉此，即可抑制小於過電流保護零件之額定電流的異常過電流，以進一步提升安全性。

根據本發明，可降低因異常過電流而熔斷之截面積減少部的容許電流。

以下，針對本發明之實施形態參照圖4~圖10作說明。

<實施例1>針對實施例1之PTC裝置參照圖4~圖7作說明。圖4係截面圖，圖5(a)係沿圖4之線A－A觀察的俯視圖，圖5(b)係沿圖4之線B－B觀察的俯視圖，圖6係要部構成圖，圖7係沿圖4之線C－C切斷的橫截面圖。

如圖4所示，PTC裝置10係於一對端子板20,22之間，挾持複數個(圖中為4個)PTC元件11，並於其外側透過絕緣板24,25設置具有散熱片30之外殼構件12,14。此外，如圖5及圖6所示，PTC元件11係於例如由BaTiO₃ 系半導體陶瓷構成之PTC元件11a之端子板側的整體表面，形成例如由Ni等構成之第1外部電極11b，並進一步於其上形成具有較PTC元件11周緣小一圈之周緣之例如由Ag等構成的第2外部電極11c。

如圖5及圖6所示，沿端子板20,22之主要部20a,22a係配置PTC元件11，PTC元件11之第2外部電極11c則分別抵接於端子板20,22之主要部20a,22a，形成電氣並聯。

端子板20,22係使用不銹鋼、銅合金、鋁等形成。於端子板20,22之主要部20a,22a與抽出端部20b,22b之間，形成有寬度(亦即橫截面)局部較小的截面積減少部20c,22c。於端子板20,22之主要部20a,22a之中間位置，亦形成有寬度(亦即橫截面)局部較小的截面積減少部20d,22d。主要部20a,22a之中間位置的截面積減少部20d,22d係較抽出端部20b,22b側之截面積減少部20c,22c 寬度(亦即橫截面)更小，

於排列成一列之PTC元件11的中央，配置有間隔件28。間隔件28係與設於端子板20,22之主要部20a,22a之中間位置的截面積減少部20d,22d相對向，與截面積減少部20d,22d相對向以防止配置PTC元件11。於間隔件28形成有貫通孔29，截面積減少部20d,22d係露出於貫通孔29。間隔件28係藉由將屬耐熱性較高且難燃性材料之雲母沖切加工而形成。

由於設於端子板20,22之主要部20a,22a的截面積減少部20d,22d，並未與PTC元件11接觸而露出於間隔件28之貫通孔29，因此由於異常過電流流動而發熱時熱並不會傳導至PTC元件11，因此可迅速且確實熔斷。又，截面積減少部20d,22d係在間隔件28內熔斷，間隔件28可防止熔斷後之截面積減少部20d,22d飛散至他處。此外，雖亦可設成未設間隔件28之構成，但在該情況下亦不使PTC元件11與端子板20,22之截面積減少部20d,22d接觸。若PTC元件11接觸及端子板20,22之截面積減少部20d,22d，則形成於PTC元件表面之第1外部電極11b便會與截面積減少部20d,22d重疊，實質上即透過PTC元件之第1外部電極11b而導通，截面積減少部20d,22d之區域即減少，效果則會變小。

如圖4所示，挾持PTC元件11之端子板20,22之主要部20a,22a，係配置於外殼構件12,14之間且將絕緣板24,25包夾於與外殼構件12,14之間。端子板20,22之抽 出端部20b,22b，係從外殼構件12,14向外側，且彼此往相反側突出。絕緣板24,25係容易傳導熱之絕緣性板，例如為氧化鋁板。

如虛線所示，於端子板20,22之抽出端部20b,22b，係固定用以供應電源之端子構件34。在PTC裝置10組裝於加熱器系統時，例如與圖3同樣地，端子構件34係透過屬過電流保護零件之保險絲或斷路器連接於電源。又，於端子構件34與外殼構件12,14之間，係配置嵌合於外殼構件12,14之抽出端部的保護蓋32。於保護蓋32內側設有突起(未圖示)，以該突起按壓沿端子板20,22排列之PTC元件11及間隔件28之列的兩側來定位。保護蓋32係使用樹脂或橡膠等具有彈性之絕緣材料而形成。

如圖7所示，外殼構件12,14係設有散熱片30之基部12a,14a彼此相對向配置，於基部12a,14a之間，第1片12b,14b及第2片12c,14c分別從基部12a,14a以截面L字狀延伸，透過彈簧構件16卡合。亦即，外殼構件12,14之第2片12c,14c係彼此相對向，於第2片12c,14c之間配置有彈簧構件16。彈簧構件16，係於軸方向形成有縫隙之筒狀彈性構件，往彼此分開之方向按壓外殼構件12,14之第2片12c,14c，藉此使外殼構件12,14之基部12a,14a彼此接近，以保持將PTC元件11及間隔件28、端子板20,22、及絕緣板24,25挾持於外殼構件12,14之基部12a,14a的狀態。

如圖7所示，絕緣板24,25係寬度較端子板20,22寬， 於端子板20,22、PTC元件11及間隔件28之兩側，配置有絕緣構件26,27。絕緣構件26,27係使用例如雲母而形成。於絕緣板24,25及絕緣構件26,27之側面，外殼構件12,14之第1片12b,14b係相對向。絕緣板24,25及絕緣構件26,27，係覆蓋端子板20,22、PTC元件11及間隔件28之周圍，使端子板20,22與外殼構件12,14絕緣。

在組裝PTC裝置10時，首先於外殼構件12,14之第2片12c,14c與基部12a,14a之間，以使另一外殼構件12,14之第2片12c,14c進入的方式，組裝外殼構件12,14。接著，於藉由外殼構件12,14之基部12a,14a及第1片12b,14b所形成之截面為矩形之空間，從外殼構件12,14之端部以適當順序插入PTC元件11及間隔件28、端子板20,22、絕緣板24,25、及絕緣構件26,27，以配置於既定位置後，於外殼構件12,14之第2片12c,14c之間插入彈簧構件16，藉由彈簧構件16彈推使外殼構件12,14之基部12a,14a彼此接近。接著，將保護蓋32蓋在外殼構件12,14之端部，再藉由點焊等將端子構件34固定於端子板20,22之抽出端部20b,22b。

如圖6中虛線所示，電流便從一側之端子板20的抽出端部20b，透過PTC元件11流至另一側之端子板22的抽出端部22b。圖中，若以由左依序分別流至PTC元件11之電流為i₁ 、i₂ 、i₃ 、i₄ 時，於一側之端子板20之截面積減少部20d，僅有分別流至圖中截面積減少部20d右側之2個PTC元件11之電流i₃ 、i₄ 的合計電流i₃ 、i₄ 流動。於 另一側之端子板22之截面積減少部22d，僅有分別流至圖中截面積減少部22d左側之2個PTC元件11之電流i₁ 、i₂ 的合計電流i₁ 、i₂ 流動。於端子板20,22之抽出端部20b,22b所設之截面積減少部20c,22c，則有所有流至PTC元件11之電流i₁ 、i₂ 、i₃ 、i₄ 的合計電流i₁ 、i₂ 、i₃ 、i₄ 流動。

例如，在居里溫度為260℃、電阻值為100Ω之4個PTC元件11沿端子板20,22之主要部20a,22a排列，額定1200W(額定電流12A)之PTC裝置10中，當最大為20A之突入電流流動時，即使將設於端子板20,22之抽出端部20b,22b側之截面積減少部20c,22c的容許電流設定成30A，亦可將設於端子板20,22之主要部20a,22a之截面積減少部20d,22d的容許電流設定成其一半之15A。

在將組裝有此種PTC裝置10之機器，連接於設置有20A之斷路器的100V系統配電盤時，如以往僅以設於端子板20,22之抽出端部20b,22b側之截面積減少部20c,22c(容許電流30A)，在異常過電流流至PTC裝置10時，20A之斷路器或設於機器之20A玻璃管保險絲會先阻斷異常過電流，但藉由將截面積減少部20d,22d設於端子板20,22之主要部20a,22a，在異常過電流流至PTC裝置10時，截面積減少部20d,22d會較20A之斷路器或設於機器之20A玻璃管保險絲先阻斷異常過電流。藉此，由於能以更小之電流阻斷，因此可更安全阻斷異常過電流。

<實施例2>截面積減少部只要是在相鄰接之PTC元件之間，則無論設在何處皆可降低容許電流。例如，如圖 8所示，沿端子板40排列之PTC元件11中，在將截面積減少部40x形成於圖中左側相鄰接之PTC元件11X,11Y之間時，則僅藉由流過圖中最左側之PTC元件11X之電流，即可決定截面積減少部40x之容許電流。亦即，相對於實施例1中針對分別流至2個PTC元件之電流的合計來檢測阻斷異常過電流，實施例2可針對流至1個PTC元件11X之電流來檢測阻斷異常過電流。因此，可進一步提高安全性。

<實施例3>如圖9之俯視圖所示，挾持PTC元件11A~11D之一對端子板50,52，與習知例同樣地除了主要部50a,52a與抽出端部50b,52b間之截面積減少部50c,52c以外，於所有鄰接之PTC元件11A,11B,11C,11D之間，設有截面積減少部50d,50e,50f；52d,52e,52f。端子板50；52之截面積減少部50c,50d,50e,50f；52c,52d,52e,52f,係形成為離抽出端部50b,52b愈遠則寬度(橫截面)愈小，以使容許電流變小。例如，依從抽出端部50b,52b起之順序，將截面積減少部50c,52c之容許電流設為24A，將截面積減少部50d,52d之容許電流設為18A，將截面積減少部50e,52e之容許電流設為12A，將截面積減少部50f,52f之容許電流設為6A。

藉此，針對PTC元件11A在異常過電流流過時，截面積減少部50f即熔斷，針對PTC元件11B在異常過電流流過時，截面積減少部52d或50e即熔斷，針對PTC元件11C在異常過電流流過時，截面積減少部52e或50d即熔斷， 針對PTC元件11D在異常過電流流過時，截面積減少部50f即熔斷。

由於熔斷之部分增加，能以更小之電流使截面積減少部熔斷，因此可更進一步提高安全性。

<實驗例>如圖10之俯視圖所示，準備具有主要部80a,82a與抽出端部80b,82b之不鏽鋼端子板80,82。如圖10(a)所示，以於抽出端部80b側設有容許電流為25A之截面積減少部80x的端子板80為試樣1。如圖10(b)所示，以於主要部82a之中央設有容許電流為12A之截面積減少部82x的端子板82為試樣2。

針對試樣1、2分別沿端子板80,82之主要部80a,82a排列4個PTC元件11A~11D並予以挾持，以構成100V用、額定電流為12A之PTC裝置。針對試樣1、2分別使附斜線之一個PTC元件11C短路，以調查截面積減少部80x,82x在10秒以內熔斷之電流的大小。測量結果如以下表1。

從表1可知，試樣2較試樣1以更小之電流熔斷。

亦即，試樣2將截面積減少部設於較試樣1更離開抽出電極部之位置，由於實質流動之電流只要滿足PTC元件11C及11D之容許電流即可，因此可縮小截面積減少部之 截面積。藉此熔斷電流本身亦可降低。

<總結>如以上說明，針對挾持PTC元件之端子板，藉由於相鄰接之PTC元件之間設置截面積減少部，即可降低因異常過電流而熔斷之截面積減少部的容許電流。

此外，本發明並不限於上述實施形態，可加上各種變形來實施。例如，雖例示一對端子板之抽出端部彼此配置於相反側之情形，但亦可設成一對端子板之抽出端部配置於相同側之構成。又，形成於PTC元件表面之外部電極，未必須為兩層，亦可使用將一層外部電極形成於PTC元件之端子板側之整體表面者。

10‧‧‧PTC裝置

11,11A~11D,11X,11Y‧‧‧PTC元件

20‧‧‧端子板

20c,20d‧‧‧截面積減少部

22‧‧‧端子板

22c,22d‧‧‧截面積減少部

40‧‧‧端子板

40x‧‧‧截面積減少部

50‧‧‧端子板

50c~50f‧‧‧截面積減少部

52‧‧‧端子板

52c~52f‧‧‧截面積減少部

80‧‧‧端子板

80x‧‧‧截面積減少部

82‧‧‧端子板

82x‧‧‧截面積減少部

圖1係表示於端子板間挾持PTC元件的狀態，(a)係俯視圖，(b)係前視圖，(c)係仰視圖。

圖2係PTC裝置的截面圖。

圖3係表示PTC裝置之使用狀態的方塊圖。

圖4係PTC裝置的截面圖。(實施例1)

圖5(a)係沿圖4之線A－A觀察的俯視圖，(b)係沿圖4之線B－B觀察的俯視圖。(實施例1)

圖6係PTC裝置的要部構成圖。(實施例1)

圖7係沿圖4之線C－C觀察的截面圖。(實施例1)

圖8係端子板的俯視圖。(實施例2)

圖9係端子板的俯視圖。(實施例3)

圖10係端子板的俯視圖。(實驗例)

11‧‧‧PTC元件

20,22‧‧‧端子板

20a,22a‧‧‧主要部

20b,22b‧‧‧抽出端部

20c,20d‧‧‧截面積減少部

22c,22d‧‧‧截面積減少部

28‧‧‧間隔件

29‧‧‧貫通孔

Claims (8)

1. 一種PTC裝置，具有：彼此相對向之一對端子板；及複數個PTC元件，沿該一對端子板排列成一列，並挾持於該一對端子板間且於該一對端子板間形成電氣並聯；該一對端子板之抽出端部分別連接於電源，其特徵在於：該一對端子板於該抽出端部與位於最靠近該抽出端部側之該PTC元件之間、及該複數個PTC元件間之中，於2處以上形成有該截面積減少部；愈遠離該抽出端部之位置的該截面積減少部，該截面積愈小。
2. 如申請專利範圍第1項之PTC裝置，其中，該一對端子板分別於該抽出端部與位於最靠近該抽出端部側之該PTC元件之間、及該所有複數個PTC元件之間，形成有該截面積減少部；愈遠離該抽出端部之位置的該截面積減少部，該截面積愈小。
3. 如申請專利範圍第1項之PTC裝置，其中，於相鄰接之至少1組該PTC元件之間，配置有將該PTC元件自該端子板之該截面積減少部隔開的間隔件。
4. 如申請專利範圍第2項之PTC裝置，其中，於相鄰接之至少1組該PTC元件之間，配置有將該PTC元件自該端子板之該截面積減少部隔開的間隔件。
5. 如申請專利範圍第1項之PTC裝置，其中，該端子板之該截面積減少部的容許電流，小於連接在該端子板之 該抽出端部與該電源間之過電流保護零件的額定電流。
6. 如申請專利範圍第2項之PTC裝置，其中，該端子板之該截面積減少部的容許電流，小於連接在該端子板之該抽出端部與該電源間之過電流保護零件的額定電流。
7. 如申請專利範圍第3項之PTC裝置，其中，該端子板之該截面積減少部的容許電流，小於連接在該端子板之該抽出端部與該電源間之過電流保護零件的額定電流。
8. 如申請專利範圍第4項之PTC裝置，其中，該端子板之該截面積減少部的容許電流，小於連接在該端子板之該抽出端部與該電源間之過電流保護零件的額定電流。