JPH10312905A - 電流制限装置 - Google Patents
電流制限装置Info
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- JPH10312905A JPH10312905A JP35027697A JP35027697A JPH10312905A JP H10312905 A JPH10312905 A JP H10312905A JP 35027697 A JP35027697 A JP 35027697A JP 35027697 A JP35027697 A JP 35027697A JP H10312905 A JPH10312905 A JP H10312905A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 迅速で単純で再使用可能でしかも安価に製造
できる電流制限装置の提供。 【解決手段】 不均一抵抗分布が存在するように電極間
に配置された導電性複合材料からなる電流制限装置にお
いて、該複合材料を（Ａ）熱分解又は気化温度が８００
℃未満のバインダーと（Ｂ）有機導体のような低熱分解
温度材料を含んでなる導電性充填材とで構成することに
より、電流の実質的割合が該低熱分解温度材料を伝って
流れるようにする。上記不均一抵抗分布は典型的には、
電流制限装置の少なくとも１つの選ばれた薄層が電流制
限装置の残りの部分よりも格段に高い抵抗をもつように
選ばれる。本装置では、複合材料に対して圧力が典型的
には上記薄層と垂直の方向に加えられる。
できる電流制限装置の提供。 【解決手段】 不均一抵抗分布が存在するように電極間
に配置された導電性複合材料からなる電流制限装置にお
いて、該複合材料を（Ａ）熱分解又は気化温度が８００
℃未満のバインダーと（Ｂ）有機導体のような低熱分解
温度材料を含んでなる導電性充填材とで構成することに
より、電流の実質的割合が該低熱分解温度材料を伝って
流れるようにする。上記不均一抵抗分布は典型的には、
電流制限装置の少なくとも１つの選ばれた薄層が電流制
限装置の残りの部分よりも格段に高い抵抗をもつように
選ばれる。本装置では、複合材料に対して圧力が典型的
には上記薄層と垂直の方向に加えられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概括的には、配電
や電動機制御用途を始めとする全体回路保護のための装
置に関する。より具体的には、本発明は、不均一抵抗構
造と導電性材料を含んでなり、電流の実質的割合が熱分
解又はアブレーション温度の低い導体を伝って流れる電
流制限装置に関する。該導体は有機導体とし得る。
や電動機制御用途を始めとする全体回路保護のための装
置に関する。より具体的には、本発明は、不均一抵抗構
造と導電性材料を含んでなり、電流の実質的割合が熱分
解又はアブレーション温度の低い導体を伝って流れる電
流制限装置に関する。該導体は有機導体とし得る。
【０００２】
【従来の技術】短絡発生時に回路に流れる電流を制限す
ることのできる装置は多数存在する。ある公知の電流制
限装置には、一般にＰＴＣＲ（positive-temperature c
oefficient of resistance；抵抗の正の温度係数）又は
ＰＴＣ効果と呼ばれる効果を呈する充填材配合ポリマー
材料が含まれている。ＰＴＣＲ又はＰＴＣ効果のユニー
クな属性は、ある特定のスイッチング温度においてＰＴ
ＣＲ材料が導電性の材料から抵抗性の材料へと転移する
ことである。このような先行技術の電流制限装置の中に
は、ＰＴＣＲ材料（通例カーボンブラック充填ポリエチ
レン）を加圧接触電極間に配置しているものがある。
ることのできる装置は多数存在する。ある公知の電流制
限装置には、一般にＰＴＣＲ（positive-temperature c
oefficient of resistance；抵抗の正の温度係数）又は
ＰＴＣ効果と呼ばれる効果を呈する充填材配合ポリマー
材料が含まれている。ＰＴＣＲ又はＰＴＣ効果のユニー
クな属性は、ある特定のスイッチング温度においてＰＴ
ＣＲ材料が導電性の材料から抵抗性の材料へと転移する
ことである。このような先行技術の電流制限装置の中に
は、ＰＴＣＲ材料（通例カーボンブラック充填ポリエチ
レン）を加圧接触電極間に配置しているものがある。
【０００３】電流制限装置は高故障電流から電気回路の
鋭敏な部品を保護するための数多くの用途に使用され
る。電流制限装置の用途には、高い故障電流から電気回
路の鋭敏な部品を保護するための用途がある。用途は低
電圧／電流電気回路から高電圧／電流配電システムに及
ぶ。多くの用途で重要な要件は、ピーク故障電流の発生
を最小限に抑制するための迅速な電流制限レスポンスで
ある。
鋭敏な部品を保護するための数多くの用途に使用され
る。電流制限装置の用途には、高い故障電流から電気回
路の鋭敏な部品を保護するための用途がある。用途は低
電圧／電流電気回路から高電圧／電流配電システムに及
ぶ。多くの用途で重要な要件は、ピーク故障電流の発生
を最小限に抑制するための迅速な電流制限レスポンスで
ある。
【０００４】実施に際して、電流制限装置は保護すべき
回路内に置かれる。正常な回路条件下では、電流制限装
置は高導電性状態にある。短絡が起こると、ＰＴＣＲ材
料が抵抗加熱により発熱して温度がスイッチング温度を
超える。この時点で、ＰＴＣＲ材料の抵抗値が高抵抗状
態に変化して短絡電流が制限される。短絡が解消する
と、電流制限装置の熱が冷めて、ある程度時間が経つと
スイッチング温度未満に下がり、高導電性状態に戻る。
高導電性状態において、電流制限装置は将来の短絡発生
に応答して高抵抗状態に再度切り替わる能力を有してい
る。
回路内に置かれる。正常な回路条件下では、電流制限装
置は高導電性状態にある。短絡が起こると、ＰＴＣＲ材
料が抵抗加熱により発熱して温度がスイッチング温度を
超える。この時点で、ＰＴＣＲ材料の抵抗値が高抵抗状
態に変化して短絡電流が制限される。短絡が解消する
と、電流制限装置の熱が冷めて、ある程度時間が経つと
スイッチング温度未満に下がり、高導電性状態に戻る。
高導電性状態において、電流制限装置は将来の短絡発生
に応答して高抵抗状態に再度切り替わる能力を有してい
る。
【０００５】米国特許第５３８２９３８号には、正の温
度係数の抵抗率を有する導電性ポリマー組成物からなり
平行な両端面を画定するボデーと、該ボデーを通して電
流を流すために上記端面と接触状態に配置された２つの
電極とを含んでなるＰＴＣ素子が記載されている。ボデ
ーのポリマー組成物には、ポリマー材料と、該ポリマー
材料中に分散した導電性粉末材料が含まれる。ＰＴＣ素
子という用語は、米国特許第５３８２９３８号の図１に
みられるように、スイッチング温度で正の温度係数の抵
抗を示す素子に関する用語として認められている。ボデ
ーの平行な両面の少なくとも一方は電極或いは導電性ポ
リマー組成物の別のボデーの平行面と自由接触状態にあ
る。加圧装置が、１以上のボデーの平行面に垂直な方向
の圧力を電極に加える。加圧装置は、反発弾性能力をも
つ圧力印加装置を備えているのが好ましい。ＰＴＣ素子
は低抵抗状態から高抵抗状態に変化した後初期抵抗値に
戻るので、短絡電流を受けた後も再使用できる。ポリマ
ー組成物の１以上のボデーの平行面は同心でもよい。Ｐ
ＴＣ素子は電気回路において過電流からの保護手段とし
て使用される。
度係数の抵抗率を有する導電性ポリマー組成物からなり
平行な両端面を画定するボデーと、該ボデーを通して電
流を流すために上記端面と接触状態に配置された２つの
電極とを含んでなるＰＴＣ素子が記載されている。ボデ
ーのポリマー組成物には、ポリマー材料と、該ポリマー
材料中に分散した導電性粉末材料が含まれる。ＰＴＣ素
子という用語は、米国特許第５３８２９３８号の図１に
みられるように、スイッチング温度で正の温度係数の抵
抗を示す素子に関する用語として認められている。ボデ
ーの平行な両面の少なくとも一方は電極或いは導電性ポ
リマー組成物の別のボデーの平行面と自由接触状態にあ
る。加圧装置が、１以上のボデーの平行面に垂直な方向
の圧力を電極に加える。加圧装置は、反発弾性能力をも
つ圧力印加装置を備えているのが好ましい。ＰＴＣ素子
は低抵抗状態から高抵抗状態に変化した後初期抵抗値に
戻るので、短絡電流を受けた後も再使用できる。ポリマ
ー組成物の１以上のボデーの平行面は同心でもよい。Ｐ
ＴＣ素子は電気回路において過電流からの保護手段とし
て使用される。
【０００６】米国特許第５３１３１８４号には、２つの
接触端子間に抵抗体ボデーを配置してなる電気抵抗器が
記載されている。抵抗体コアには、ＰＴＣ挙動を示す素
子が含まれていて、材料に特有の温度未満で上記の２つ
の接触端子間を流れる導電経路を形成する。この抵抗器
は単純かつ安価なものにできるが、それでも局部的過電
圧及び全体的過電圧から保護された高定格の電流容量を
有する。これは抵抗体コアがバリスター挙動を有する材
料をさらに含んでいることで達成される。このバリスタ
ー材料は導電経路の１以上のサブセクションと並列に接
続され、１以上のバリスターを形成するとともに、上記
１以上のサブセクションを形成するＰＴＣ材料部分と緊
密な電気的接触関係におかれる。ＰＴＣ挙動を示す素子
とバリスターとの並列接続は微視的構成によっても巨視
的配置によっても実現できる。
接触端子間に抵抗体ボデーを配置してなる電気抵抗器が
記載されている。抵抗体コアには、ＰＴＣ挙動を示す素
子が含まれていて、材料に特有の温度未満で上記の２つ
の接触端子間を流れる導電経路を形成する。この抵抗器
は単純かつ安価なものにできるが、それでも局部的過電
圧及び全体的過電圧から保護された高定格の電流容量を
有する。これは抵抗体コアがバリスター挙動を有する材
料をさらに含んでいることで達成される。このバリスタ
ー材料は導電経路の１以上のサブセクションと並列に接
続され、１以上のバリスターを形成するとともに、上記
１以上のサブセクションを形成するＰＴＣ材料部分と緊
密な電気的接触関係におかれる。ＰＴＣ挙動を示す素子
とバリスターとの並列接続は微視的構成によっても巨視
的配置によっても実現できる。
【０００７】欧州特許出願第０６４０９９５号公報（Ａ
１）には、圧力の加えられた２つの平面平行電極間に配
置されたＰＴＣ特性を有する抵抗材料を含む電気抵抗素
子が記載されている。抵抗材料はポリマー母材と導電性
粒子からなる２種類の充填材成分とからなり、２種類の
充填材成分はポリマー母材中に埋め込まれている。短絡
電流発生時には、抵抗材料の電極に接していて２種類の
充填材成分の少なくとも第一成分を含有する表層におい
て、抵抗材料の抵抗率が限界温度値以上で階段状に変化
する。２種類の充填材成分の第二成分は、少なくともポ
リマー母材と第二充填材成分とを含む複合材料が上記表
層と比較して１桁以上高い階段特性をもつＰＴＣ特性を
示すように選択される。同時に、この複合材料は、ポリ
マー母材と第一充填材成分から形成される複合材料より
も１桁以上低い抵抗率を有する。
１）には、圧力の加えられた２つの平面平行電極間に配
置されたＰＴＣ特性を有する抵抗材料を含む電気抵抗素
子が記載されている。抵抗材料はポリマー母材と導電性
粒子からなる２種類の充填材成分とからなり、２種類の
充填材成分はポリマー母材中に埋め込まれている。短絡
電流発生時には、抵抗材料の電極に接していて２種類の
充填材成分の少なくとも第一成分を含有する表層におい
て、抵抗材料の抵抗率が限界温度値以上で階段状に変化
する。２種類の充填材成分の第二成分は、少なくともポ
リマー母材と第二充填材成分とを含む複合材料が上記表
層と比較して１桁以上高い階段特性をもつＰＴＣ特性を
示すように選択される。同時に、この複合材料は、ポリ
マー母材と第一充填材成分から形成される複合材料より
も１桁以上低い抵抗率を有する。
【０００８】１９９５年８月１１日出願の米国特許出願
第０８／５１４０７６号には、電流制限装置が開示され
ている。この電流制限装置は複合材料及び抵抗構造の不
均一分布によるものである。公知の電流制限装置は、熱
分解又は気化温度の低いバインダーと導電性充填材を含
んでなる複合材料を不均一な抵抗構造分布と組み合わせ
て利用したものである。こうした装置のスイッチング作
用は、複合材料の抵抗の比較的高い部分における導電性
材料のジュール加熱がバインダー材料の熱分解又は気化
を引き起こすのに十分な熱を発生するときに起こる。し
かし、スイッチング時間は、導電性充填材から周囲のバ
インダー材料へと熱が拡散するのに要する時間によって
制限される。そのため、公知の電流制限装置では迅速な
スイッチングは容易には得られない。
第０８／５１４０７６号には、電流制限装置が開示され
ている。この電流制限装置は複合材料及び抵抗構造の不
均一分布によるものである。公知の電流制限装置は、熱
分解又は気化温度の低いバインダーと導電性充填材を含
んでなる複合材料を不均一な抵抗構造分布と組み合わせ
て利用したものである。こうした装置のスイッチング作
用は、複合材料の抵抗の比較的高い部分における導電性
材料のジュール加熱がバインダー材料の熱分解又は気化
を引き起こすのに十分な熱を発生するときに起こる。し
かし、スイッチング時間は、導電性充填材から周囲のバ
インダー材料へと熱が拡散するのに要する時間によって
制限される。そのため、公知の電流制限装置では迅速な
スイッチングは容易には得られない。
【０００９】より単純でより耐久性に優れた電流制限装
置を提供すべく上述のごとき数々の努力がなされてきた
にもかかわらず、数々の用途に適合するように仕立てる
ことのできる、配電及び電動機制御用途における全体回
路保護用の、より単純かつ迅速で、より耐久性に優れ、
再使用可能で安価に製造できる電流制限装置に対するニ
ーズが依然として存在する。さらに、時間的遅れによる
回路構成への悪影響を避けるため、スイッチング作用は
比較的迅速であるべきである。
置を提供すべく上述のごとき数々の努力がなされてきた
にもかかわらず、数々の用途に適合するように仕立てる
ことのできる、配電及び電動機制御用途における全体回
路保護用の、より単純かつ迅速で、より耐久性に優れ、
再使用可能で安価に製造できる電流制限装置に対するニ
ーズが依然として存在する。さらに、時間的遅れによる
回路構成への悪影響を避けるため、スイッチング作用は
比較的迅速であるべきである。
【００１０】
【発明の概要】電流制限装置は高故障電流から電気回路
の鋭敏な部品を保護するため数多くの用途に使用され
る。その用途は低電圧／電流電気回路から高電圧／電流
配電システムに及ぶ。本発明は、比較的迅速で、単純
で、再使用可能でしかも安価に製造でき、数々の用途に
適合するように仕立てることのできる電流制限装置を提
供する。
の鋭敏な部品を保護するため数多くの用途に使用され
る。その用途は低電圧／電流電気回路から高電圧／電流
配電システムに及ぶ。本発明は、比較的迅速で、単純
で、再使用可能でしかも安価に製造でき、数々の用途に
適合するように仕立てることのできる電流制限装置を提
供する。
【００１１】したがって、本発明の目的は、迅速で単純
で再使用可能でしかも安価に製造できる電流制限装置を
提供し、従来技術の上記その他の問題点を解決すること
である。本発明のさらなる目的は、電流の実質的割合が
有機導体のような低熱分解温度材料を伝って流れるよう
に伝導性充填材を選択した電流制限装置を提供すること
である。したがって、スイッチングが有機導体の熱分解
によって引き起こされるので、短絡状態の際のスイッチ
ングが公知の電流制限装置におけるよりも速い。こうし
て、導体から周囲の低熱分解温度バインダー材料への熱
拡散の時間的遅れを避けることができる。
で再使用可能でしかも安価に製造できる電流制限装置を
提供し、従来技術の上記その他の問題点を解決すること
である。本発明のさらなる目的は、電流の実質的割合が
有機導体のような低熱分解温度材料を伝って流れるよう
に伝導性充填材を選択した電流制限装置を提供すること
である。したがって、スイッチングが有機導体の熱分解
によって引き起こされるので、短絡状態の際のスイッチ
ングが公知の電流制限装置におけるよりも速い。こうし
て、導体から周囲の低熱分解温度バインダー材料への熱
拡散の時間的遅れを避けることができる。
【００１２】本発明の上記その他の目的、利点及び特徴
は、本発明の好ましい実施形態の開示された以下の詳細
な説明を添付の図面と共に参照することによって明らか
となろう。
は、本発明の好ましい実施形態の開示された以下の詳細
な説明を添付の図面と共に参照することによって明らか
となろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の新規な特徴を以下の説明
で開示するに当たり、本発明の詳細な説明と共に図面を
もって本発明を説明する。ここで、図１は本発明の電流
制限装置の概略図であり、図２は本発明の分離型導電性
複合材料を有する電流制限装置の概略図である。
で開示するに当たり、本発明の詳細な説明と共に図面を
もって本発明を説明する。ここで、図１は本発明の電流
制限装置の概略図であり、図２は本発明の分離型導電性
複合材料を有する電流制限装置の概略図である。
【００１４】本発明の一つの実施形態では、電流制限装
置は導電性複合材料を用いて該装置全体に抵抗の不均一
分布が存在するように構成され、導電性充填材は電流の
実質的割合が有機導体のような低熱分解温度材料を伝っ
て流れるように選択される。再使用可能な電流制限装置
とするため、不均一な抵抗分布は、電流制限装置の少な
くとも１つの薄層が電流の方向に対して垂直に位置して
いると同時に該装置における同じ寸法及び配向の平均層
についての平均抵抗よりも格段に高い抵抗を有するよう
に配置される。加えて、電流制限装置は、この選定され
た高抵抗薄層に垂直な方向の圧縮圧の下におかれる。圧
縮圧は電流制限装置に固有のものであってもよいし、例
えばばね（ただし、これに限定されない）のような弾性
構造、アセンブリ又は装置によって印加してもよい。
置は導電性複合材料を用いて該装置全体に抵抗の不均一
分布が存在するように構成され、導電性充填材は電流の
実質的割合が有機導体のような低熱分解温度材料を伝っ
て流れるように選択される。再使用可能な電流制限装置
とするため、不均一な抵抗分布は、電流制限装置の少な
くとも１つの薄層が電流の方向に対して垂直に位置して
いると同時に該装置における同じ寸法及び配向の平均層
についての平均抵抗よりも格段に高い抵抗を有するよう
に配置される。加えて、電流制限装置は、この選定され
た高抵抗薄層に垂直な方向の圧縮圧の下におかれる。圧
縮圧は電流制限装置に固有のものであってもよいし、例
えばばね（ただし、これに限定されない）のような弾性
構造、アセンブリ又は装置によって印加してもよい。
【００１５】本発明の電流制限装置の一例では、低熱分
解温度のバインダーと導電性充填材を有する高導電性複
合材料に電極を圧接して複合材料と片方もしくは両方の
電極との間に実質的な接触抵抗が存在するようにし、電
流の実質的割合が有機導体のような低熱分解温度材料を
伝って流れるように１種類又はそれ以上の導電性充填材
を選択する。
解温度のバインダーと導電性充填材を有する高導電性複
合材料に電極を圧接して複合材料と片方もしくは両方の
電極との間に実質的な接触抵抗が存在するようにし、電
流の実質的割合が有機導体のような低熱分解温度材料を
伝って流れるように１種類又はそれ以上の導電性充填材
を選択する。
【００１６】実施に際して、電流制限装置は保護すべき
回路内に置かれる。正常動作時には、電流制限装置の抵
抗は低い（この例では、電流制限装置の抵抗は高導電性
複合材料の抵抗と電極の抵抗と接触抵抗の和に等し
い）。短絡が起こると、高電流密度の電流が装置を流れ
始める。短絡の初期段階では、装置の抵抗加熱は断熱的
であると考えられる。そのため、電流制限装置の選定さ
れた高抵抗薄層は電流制限装置の他の部分よりも格段に
速く昇温すると考えられる。薄層が適切に設計されてい
れば、薄層は極めて迅速に昇温して、薄層の熱膨張及び
／又は薄層からのガス発生により、薄層のところで電流
装置内に分離を生じると考えられる。
回路内に置かれる。正常動作時には、電流制限装置の抵
抗は低い（この例では、電流制限装置の抵抗は高導電性
複合材料の抵抗と電極の抵抗と接触抵抗の和に等し
い）。短絡が起こると、高電流密度の電流が装置を流れ
始める。短絡の初期段階では、装置の抵抗加熱は断熱的
であると考えられる。そのため、電流制限装置の選定さ
れた高抵抗薄層は電流制限装置の他の部分よりも格段に
速く昇温すると考えられる。薄層が適切に設計されてい
れば、薄層は極めて迅速に昇温して、薄層の熱膨張及び
／又は薄層からのガス発生により、薄層のところで電流
装置内に分離を生じると考えられる。
【００１７】本発明は速動電流制限装置１を包含する。
図１に示す通り、電流制限装置１は電極３及び複合材料
５を含んでなるが、複合材料は熱分解又は気化温度の低
いバインダーと導電性充填材とを含んでいて、圧縮圧Ｐ
の下で抵抗構造の不均一分布７と組み合わされる。ただ
し、高抵抗が電極間のどこにあろうとすべての適当な構
造が本発明の範囲に包含される。例えば、図２に示す通
り、高抵抗は２つの複合材料５５の間にあってもよい。
これらは単に例示にすぎず、本発明を限定するものでは
ない。
図１に示す通り、電流制限装置１は電極３及び複合材料
５を含んでなるが、複合材料は熱分解又は気化温度の低
いバインダーと導電性充填材とを含んでいて、圧縮圧Ｐ
の下で抵抗構造の不均一分布７と組み合わされる。ただ
し、高抵抗が電極間のどこにあろうとすべての適当な構
造が本発明の範囲に包含される。例えば、図２に示す通
り、高抵抗は２つの複合材料５５の間にあってもよい。
これらは単に例示にすぎず、本発明を限定するものでは
ない。
【００１８】バインダーは低温（約８００℃未満）で多
量のガス発生が起きるように選択すべきである。不均一
分布構造は典型的には、電流制限装置の少なくとも１つ
の選ばれた薄層が電流制限装置の残りの部分よりも格段
に高い抵抗をもつように選ばれる。導電性充填材は、電
流の実質的割合が例えば有機導体のような低熱分解温度
材料を伝って流れるように選択される。このような構成
を採用することで、スイッチングが有機導体自体の熱分
解を引き金として起きるようにできるので、短絡状態の
際のスイッチングが従来の電流制限装置よりも迅速に起
こる。こうして、導体から周囲の低熱分解温度バインダ
ー材料への熱拡散の時間的遅れは一切解消される。
量のガス発生が起きるように選択すべきである。不均一
分布構造は典型的には、電流制限装置の少なくとも１つ
の選ばれた薄層が電流制限装置の残りの部分よりも格段
に高い抵抗をもつように選ばれる。導電性充填材は、電
流の実質的割合が例えば有機導体のような低熱分解温度
材料を伝って流れるように選択される。このような構成
を採用することで、スイッチングが有機導体自体の熱分
解を引き金として起きるようにできるので、短絡状態の
際のスイッチングが従来の電流制限装置よりも迅速に起
こる。こうして、導体から周囲の低熱分解温度バインダ
ー材料への熱拡散の時間的遅れは一切解消される。
【００１９】不均一抵抗分布は、電流の流れる方向に対
して垂直に位置する少なくとも１つの薄層が、同じ寸法
及び配向の平均層についての平均抵抗よりも少なくとも
約１０％大きい所定の抵抗を有するように配置される。
さらに、不均一抵抗分布は少なくとも一方の電極と導電
性複合材料の境界の近傍に位置する。本発明の有益な効
果が得られるのは、短絡時に、薄層の断熱抵抗加熱に続
いてバインダー材料の急激な熱膨張とガス発生が起こ
り、選択された薄層のところで電流制限装置の完全又は
部分的な物理的分離が生じて、電流の流れに対する装置
全体の抵抗が高まるためであると考えられる。こうし
て、電流制限装置は短絡電流経路を流れる電流を制限す
る。外部で短絡が解消されると、電流制限装置は電流制
限装置に組み込まれた圧縮圧によりその低抵抗状態を回
復して、電流が正常に流れるようになる。本発明の電流
制限装置は、特に個々の短絡の過酷さや期間などの要因
にもよるが、かかる短絡状態に対して何回も再使用でき
る。
して垂直に位置する少なくとも１つの薄層が、同じ寸法
及び配向の平均層についての平均抵抗よりも少なくとも
約１０％大きい所定の抵抗を有するように配置される。
さらに、不均一抵抗分布は少なくとも一方の電極と導電
性複合材料の境界の近傍に位置する。本発明の有益な効
果が得られるのは、短絡時に、薄層の断熱抵抗加熱に続
いてバインダー材料の急激な熱膨張とガス発生が起こ
り、選択された薄層のところで電流制限装置の完全又は
部分的な物理的分離が生じて、電流の流れに対する装置
全体の抵抗が高まるためであると考えられる。こうし
て、電流制限装置は短絡電流経路を流れる電流を制限す
る。外部で短絡が解消されると、電流制限装置は電流制
限装置に組み込まれた圧縮圧によりその低抵抗状態を回
復して、電流が正常に流れるようになる。本発明の電流
制限装置は、特に個々の短絡の過酷さや期間などの要因
にもよるが、かかる短絡状態に対して何回も再使用でき
る。
【００２０】本発明における低熱分解温度の導電性充填
材材料の例としては、導電性ポリマー、例えばポリチオ
フェン、ポリピロール、ポリアニリンなど（ただし、こ
れらに限定されない）、並びに有機導電性材料、例えば
テトラチアフルバレン−テトラシアノキノジメタンなど
（ただし、これらに限定されない）がある。これらの組
成物は、複合材料における唯一の導電性要素として使用
することができる。別法として、これらは金属又はセラ
ミック導電性充填材と共に使用することもできる。
材材料の例としては、導電性ポリマー、例えばポリチオ
フェン、ポリピロール、ポリアニリンなど（ただし、こ
れらに限定されない）、並びに有機導電性材料、例えば
テトラチアフルバレン−テトラシアノキノジメタンなど
（ただし、これらに限定されない）がある。これらの組
成物は、複合材料における唯一の導電性要素として使用
することができる。別法として、これらは金属又はセラ
ミック導電性充填材と共に使用することもできる。
【００２１】本発明の電流制限装置においては、複合材
料の気化及び／又はアブレーションが高抵抗域（例えば
電極／複合材料境界）での部分的又は完全な物理的分離
を引き起こすと考えられる。この分離した状態におい
て、複合材料のアブレーションが起こり、電流制限装置
の分離層間でアークが発生する可能性がある。しかし、
分離状態での全体としての抵抗は非分離状態での抵抗よ
りもはるかに大きい。このような高いアーク抵抗は、複
合材料のバインダーからのガス発生による境界での高い
圧力に加えて発生したガスの脱イオン性によるものと考
えられる。いずれにせよ、本発明の電流制限装置は、短
絡により回路の他の構成要素が破壊されないように、短
絡電流を制限するのに有効である。
料の気化及び／又はアブレーションが高抵抗域（例えば
電極／複合材料境界）での部分的又は完全な物理的分離
を引き起こすと考えられる。この分離した状態におい
て、複合材料のアブレーションが起こり、電流制限装置
の分離層間でアークが発生する可能性がある。しかし、
分離状態での全体としての抵抗は非分離状態での抵抗よ
りもはるかに大きい。このような高いアーク抵抗は、複
合材料のバインダーからのガス発生による境界での高い
圧力に加えて発生したガスの脱イオン性によるものと考
えられる。いずれにせよ、本発明の電流制限装置は、短
絡により回路の他の構成要素が破壊されないように、短
絡電流を制限するのに有効である。
【００２２】短絡電流の遮断後には、本発明の電流制限
装置は、適切に設計されていれば、分離層を互いに押し
つけるように作用する圧縮圧によってその非分離状態に
戻る（或いは復元する）。電流制限装置の層がいったん
非分離状態又は低抵抗状態に戻ってしまえば、電流制限
装置は将来の他の短絡導体に応答した電流制限動作に対
して完全に動作可能な状態にある。
装置は、適切に設計されていれば、分離層を互いに押し
つけるように作用する圧縮圧によってその非分離状態に
戻る（或いは復元する）。電流制限装置の層がいったん
非分離状態又は低抵抗状態に戻ってしまえば、電流制限
装置は将来の他の短絡導体に応答した電流制限動作に対
して完全に動作可能な状態にある。
【００２３】本発明の電流制限装置の別の実施形態とし
て、抵抗体、バリスター又はその他の線形もしくは非線
形素子を含んだ並列電流経路を用いて、特定の回路にお
いて電流制限装置に印加される最大電圧を制限したり或
いは回路エネルギーの一部を通すための別経路を設けて
電流制限装置の耐用寿命が増大するように構成すること
もできる。
て、抵抗体、バリスター又はその他の線形もしくは非線
形素子を含んだ並列電流経路を用いて、特定の回路にお
いて電流制限装置に印加される最大電圧を制限したり或
いは回路エネルギーの一部を通すための別経路を設けて
電流制限装置の耐用寿命が増大するように構成すること
もできる。
【００２４】さらに、本発明によれば、第三相充填材を
電流制限装置に加えることができる。この第三相充填材
は、複合材料の特定の性質、例えば機械的特性、誘電特
性などを向上させたり或いは消弧性又は難燃性を賦与す
るのに使用できる。複合材料に第三相充填材として使用
することのできる材料としては、ヒュームドシリカのよ
うな強化用充填材、又は沈降シリカのような増量用充填
材、及びこれらの混合物がある。その他の充填材として
は、二酸化チタン、リトポン、酸化亜鉛、珪藻ケイ酸
塩、シリカエーロゲル、酸化鉄、珪藻土、炭酸カルシウ
ム、シラザン処理シリカ、シリコーン処理シリカ、ガラ
ス繊維、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化ジルコニ
ウム、α石英、焼成クレー、カーボン、グラファイト、
コルク、綿、重炭酸ナトリウム、ホウ酸、アルミナ水和
物などがある。さらに、その他の添加剤として、不意の
衝撃による割れのような電流制限装置への損傷を防止す
るための耐衝撃剤、電流制限装置内での火炎形成を予防
及び／又は防止するための難燃剤、消費者の要望に応じ
て特定の色成分を与えるための染料及び着色剤、日光そ
の他の形の紫外線による物理的性質の劣化を防止するた
めのＵＶ遮断剤などが挙げられる。
電流制限装置に加えることができる。この第三相充填材
は、複合材料の特定の性質、例えば機械的特性、誘電特
性などを向上させたり或いは消弧性又は難燃性を賦与す
るのに使用できる。複合材料に第三相充填材として使用
することのできる材料としては、ヒュームドシリカのよ
うな強化用充填材、又は沈降シリカのような増量用充填
材、及びこれらの混合物がある。その他の充填材として
は、二酸化チタン、リトポン、酸化亜鉛、珪藻ケイ酸
塩、シリカエーロゲル、酸化鉄、珪藻土、炭酸カルシウ
ム、シラザン処理シリカ、シリコーン処理シリカ、ガラ
ス繊維、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化ジルコニ
ウム、α石英、焼成クレー、カーボン、グラファイト、
コルク、綿、重炭酸ナトリウム、ホウ酸、アルミナ水和
物などがある。さらに、その他の添加剤として、不意の
衝撃による割れのような電流制限装置への損傷を防止す
るための耐衝撃剤、電流制限装置内での火炎形成を予防
及び／又は防止するための難燃剤、消費者の要望に応じ
て特定の色成分を与えるための染料及び着色剤、日光そ
の他の形の紫外線による物理的性質の劣化を防止するた
めのＵＶ遮断剤などが挙げられる。
【００２５】本発明の電流制限装置は、電流の実質的割
合が有機導体のような低熱分解温度材料を伝って流れる
伝導性充填材のような導電性充填材に加えて、熱分解又
は気化温度の低い（すなわち８００℃未満）バインダー
材料、例えば熱可塑性プラスチック（例えばポリテトラ
フルオロエチレン、ポリ（エチレングリコール）、ポリ
エチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミ
ド、ポリメチルメタクリレート、ポリエステルなど）；
熱硬化性プラスチック（例えばエポキシ、ポリエステ
ル、ポリウレタン、フェノール樹脂、アルキド樹脂な
ど）；エラストマー（例えばシリコーン（すなわちポリ
オルガノシロキサン）、（ポリ）ウレタン、イソプレン
ゴム、ネオプレンなど）；有機又は無機結晶を含んでい
る。
合が有機導体のような低熱分解温度材料を伝って流れる
伝導性充填材のような導電性充填材に加えて、熱分解又
は気化温度の低い（すなわち８００℃未満）バインダー
材料、例えば熱可塑性プラスチック（例えばポリテトラ
フルオロエチレン、ポリ（エチレングリコール）、ポリ
エチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミ
ド、ポリメチルメタクリレート、ポリエステルなど）；
熱硬化性プラスチック（例えばエポキシ、ポリエステ
ル、ポリウレタン、フェノール樹脂、アルキド樹脂な
ど）；エラストマー（例えばシリコーン（すなわちポリ
オルガノシロキサン）、（ポリ）ウレタン、イソプレン
ゴム、ネオプレンなど）；有機又は無機結晶を含んでい
る。
【００２６】本発明の別の好ましい実施形態では、電流
制限装置におけるバインダーを一切なくすことができ
る。電流制限装置内において不均一な抵抗構造が維持さ
れる限り、複合材料の代わりに純粋な有機導体を利用す
ることができる。本明細書中で説明した実施形態は好ま
しいものではあるが、当業者が本発明の範囲内で様々な
構成要素の組合せ、変更又は修正を加え得ることは本明
細書から自明であろう。
制限装置におけるバインダーを一切なくすことができ
る。電流制限装置内において不均一な抵抗構造が維持さ
れる限り、複合材料の代わりに純粋な有機導体を利用す
ることができる。本明細書中で説明した実施形態は好ま
しいものではあるが、当業者が本発明の範囲内で様々な
構成要素の組合せ、変更又は修正を加え得ることは本明
細書から自明であろう。
【００２７】
【図１】 本発明の電流制限装置の概略図。
【図２】 本発明の分離型導電性複合材料を有する電流
制限装置。
制限装置。
１ 電流制限装置１ ３ 電極 ５ 複合材料 ７ 不均一抵抗分布 Ｐ 圧縮圧
Claims (10)
- 【請求項１】 少なくとも２つの電極、 該電極間に配置された導電性複合材料であって、（Ａ）
多量のガス発生の起きる熱分解又は気化温度が８００℃
未満のバインダーと（Ｂ）低熱分解温度材料を含んでな
る導電性充填材とを含んでなる該複合材料、 上記電極と複合材料との境界、 上記境界における不均一な抵抗分布であって、短絡時に
上記境界での断熱抵抗加熱によって上記バインダーの急
激な熱膨張及び気化が起こって上記境界における少なく
とも部分的な物理的分離を生じる不均一な抵抗分布、及
び上記複合材料に圧縮圧を印加するための加圧手段を含
んでなる電流制限装置。 - 【請求項２】 前記低熱分解温度の導電性充填材材料
が、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンを含
めた導電性ポリマー及び有機導電性材料からなる群から
選択される、請求項１記載の電流制限装置。 - 【請求項３】 前記低熱分解温度の導電性充填材材料
が、テトラチアフルバレン−テトラシアノキノジメタン
を含んでなる有機導電性材料である、請求項２記載の電
流制限装置。 - 【請求項４】 前記低熱分解温度の導電性充填材材料が
少なくとも１種類の金属又はセラミック導電性充填材と
共に用いられる、請求項２記載の電流制限装置。 - 【請求項５】 前記加圧手段で加えられる圧縮圧が少な
くとも１つの比較的薄い層に対して垂直方向に印加され
る、請求項１記載の電流制限装置。 - 【請求項６】 前記導電性複合材料が、ポリテトラフル
オロエチレン、ポリ（エチレングリコール）、ポリエチ
レン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポ
リメチルメタクリレート、ポリエステルからなる群から
選択される少なくとも１種類の熱可塑性プラスチックを
含んでなる、請求項１記載の電流制限装置。 - 【請求項７】 前記導電性複合材料が、エポキシ、ポリ
エステル、ポリウレタン、フェノール樹脂、アルキド樹
脂、及びエラストマーからなる群から選択される少なく
とも１種類の熱硬化性プラスチックを含んでなる、請求
項１記載の電流制限装置。 - 【請求項８】 前記エラストマーが、シリコーン、ポリ
ウレタン、イソプレンゴム及びネオプレンからなる群か
ら選択される少なくとも１種類のエラストマーを含んで
なる、請求項７記載の電流制限装置。 - 【請求項９】 前記導電性複合材料が、ニッケル、銀及
びアルミニウムからなる群から選択される少なくとも１
種類の金属を含んでなる、請求項１記載の電流制限装
置。 - 【請求項１０】 前記複合材料がＰＴＣ効果を全くもた
ない、請求項１記載の電流制限装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US77843497A | 1997-01-02 | 1997-01-02 | |
| US08/778434 | 1997-01-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10312905A true JPH10312905A (ja) | 1998-11-24 |
Family
ID=25113337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35027697A Withdrawn JPH10312905A (ja) | 1997-01-02 | 1997-12-19 | 電流制限装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0852385A1 (ja) |
| JP (1) | JPH10312905A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6191681B1 (en) | 1997-07-21 | 2001-02-20 | General Electric Company | Current limiting device with electrically conductive composite and method of manufacturing the electrically conductive composite |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4293452A (en) * | 1980-01-31 | 1981-10-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electrically conductive polymeric compositions |
| ATE103095T1 (de) * | 1986-01-14 | 1994-04-15 | Raychem Corp | Leitfaehige polymerzusammensetzung. |
| US5591382A (en) * | 1993-03-31 | 1997-01-07 | Hyperion Catalysis International Inc. | High strength conductive polymers |
| DE59306823D1 (de) * | 1993-08-25 | 1997-07-31 | Abb Research Ltd | Elektrisches Widerstandselement und Verwendung dieses Widerstandselementes in einem Strombegrenzer |
| DE4330607A1 (de) * | 1993-09-09 | 1995-03-16 | Siemens Ag | Limiter zur Strombegrenzung |
| US5614881A (en) * | 1995-08-11 | 1997-03-25 | General Electric Company | Current limiting device |
-
1997
- 1997-12-19 EP EP97310300A patent/EP0852385A1/en not_active Withdrawn
- 1997-12-19 JP JP35027697A patent/JPH10312905A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0852385A1 (en) | 1998-07-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050301 |