保護デバイス

本発明は、保護デバイスに関する。

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

そのような保護デバイスとして、温度ヒューズと抵抗体とを含んで成り、異常時に抵抗体に通電することにより抵抗体を発熱させ、その熱で温度ヒューズを動作せしめる保護デバイス、いわゆるヒュージングレジスタが知られている(特許文献1)。

また、他の保護デバイスとして、バイメタルスイッチとPTC(positive temperature coefficient)素子とを並列に接続して用いることが提案されている(特許文献2)。このような保護デバイスでは、過電流条件となった時に、バイメタルスイッチのバイメタル部分が高温となってその接点が離間して開き、電流がPTC素子に転流される。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。

特開2009−295567号公報

国際公開第2008/114650号

特許文献1に記載のような保護デバイスにより、多くの場合において、十分な保護を達成することができるが、高電圧もしくは高電流の電池または電源を使用する電気装置においては、このような保護デバイスの定格電圧および定格電流では必ずしも十分でない場合があり、より大きな定格電圧および定格電流が求められている。

また、特許文献1に記載のような保護デバイスは、一般的に、リチウムイオン蓄電池において過充電が生じた場合に、リチウムイオン蓄電池を保護する目的で用いられている。特許文献1に記載の保護デバイスは3つの端子を有している。リチウムイオン蓄電池の充電回路にて用いられる場合、これらの端子は、それぞれ、電源、蓄電池およびスイッチ(または制御用IC等)に接続される(それぞれ、電源側端子、蓄電池側端子およびスイッチ側端子と称する)。そして、電源−電源側端子−温度ヒューズ−蓄電池側端子−蓄電池の順番で直列に接続することにより主回路を構成し、電源−スイッチ−スイッチ側端子−抵抗体−蓄電池側端子−蓄電池の順番で直列に接続することにより副回路を構成する。過充電が生じた場合、スイッチがオンになって副回路に通電され、即ち、抵抗体に通電され、そこで生じた熱によって温度ヒューズが溶断する。このようにして主回路をオープンにして、リチウムイオン蓄電池を過充電から保護している。しかしながら、このような構成は、主回路において短絡が生じた場合等に生じ得る過電流からの保護には、必ずしも適したものとは言えないことがわかった。

特許文献2に記載のような保護デバイスにより、多くの場合において、十分な保護を達成することができるが、条件によっては、特に比較的高い電圧で用いる場合には、遮断時に発生するアークを必ずしも十分に抑制できない場合があることが見出された。また、PTC素子がトリップして高抵抗状態になることによって実質的に電流の流れを遮断した場合であっても、実際には微小電流(リーク電流)が流れる。微小電流であるといえども、その流れを遮断するのが好ましい場合があることに気付いた。また、微小電流が通電され続けると、異常を取り除くまでの時間が長くなった場合に、PTC素子が動作し続けることになり不具合が生じ得る。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、定格電圧および定格電流がより大きく、動作時のアークの発生を一層抑制でき、更には、主回路の短絡などによる過電流に対してもより適切に保護することができる保護デバイスを提供することである。

第1の要旨において、本発明は、(i)第1温度ヒューズと抵抗体とを含んで成り、異常時に抵抗体に通電することによって抵抗体が発熱し、この熱により第1温度ヒューズが動作して、電流を遮断する保護素子と、 (ii)上記第1温度ヒューズに対して電気的に並列に接続され、かつ、互いに電気的に直列に接続された、PTC素子および第2温度ヒューズと、 (iii)上記第1温度ヒューズに対して電気的に直列に接続された電流ヒューズと を含んで成る保護デバイスを提供する。

第2の要旨において、本発明は、上記の保護デバイスを有する電気装置を提供する。

本発明の保護デバイスは、それが組み込まれている回路または電気装置において、何らかの異常が生じた場合、保護素子の抵抗体に通電することによって、第1温度ヒューズを動作させて回路を保護する。この時、この第1温度ヒューズを流れている電流の一部をPTC素子側の回路に転流することができるので、アークの発生を抑制することができ、その結果、保護デバイスの耐電圧が向上する。また、第1温度ヒューズが動作した後、PTC素子はトリップして高温となり、この熱により、PTC素子の熱影響下にある第2温度ヒューズを溶断することによって、回路を完全に開くことができる。さらには、短絡等により主回路を過電流が流れた場合にも、電流ヒューズが動作して電流を遮断することができるので、このような過電流に対しても適切な保護を提供することができる。

図1は、本発明の保護デバイスの1つの態様の回路図である。

図2は、本発明の保護デバイスの別の態様の回路図である。

図3は、本発明の保護デバイスの別の態様の回路図である。

図4は、本発明の保護デバイスの別の態様の回路図である。

図5は、本発明の保護デバイスの別の態様の回路図である。

以下に図面を参照して、本発明の保護デバイスを詳細に説明する。但し、本発明の保護素子は、図示する態様に限定されないことに留意されたい。

図1に、本発明の保護デバイスの一の態様に対応する回路図を示す。図1に示されるように、本発明の保護デバイス1は、保護素子2、PTC素子4、第2温度ヒューズ6および電流ヒューズ7を含んで成り、PTC素子4と第2温度ヒューズ6が互いに電気的に直列に接続され、これらに対して電気的に並列に保護素子2が接続され、さらに、PTC素子4および第2温度ヒューズ6に対して電気的に並列に、かつ、保護素子2に対して電気的に直列に電流ヒューズ7が接続されている。保護素子2は、図1において点線によって包囲した部分であり、第1温度ヒューズ8および抵抗体10を含んで成る。この保護素子2は、抵抗体10に通電がなされ、抵抗体で生じる熱により、第1温度ヒューズ8が溶断することによって動作する。さらに、保護デバイス1は、電源に接続するための端子12、保護すべき電気装置に接続するための端子14、および抵抗体10に通電するための端子16を有する。端子12−電流ヒューズ7−第1温度ヒューズ8(およびそれに電気的に並列に接続されているPTC素子4−第2温度ヒューズ6)−端子14は、電源から電気装置に電流を流すための主回路の一部を構成し、端子16−抵抗体10−端子14は、抵抗体10に通電を行うための副回路の一部を構成する。

本発明の保護デバイス1において、正常時には、第1温度ヒューズ8の抵抗値がPTC素子4の抵抗値より十分に小さいため、電流は、端子12→電流ヒューズ7→第1温度ヒューズ8→端子14の順(またはその逆)に流れ、PTC素子4および第2温度ヒューズ6には実質的に流れない。

本発明の保護デバイスは、2つの保護機構を有する。1つの保護機構は、保護素子2が動作することによる機構であり、異常時、即ち、電気回路または電気装置にとって好ましくない状況が生じた際、例えば、過電圧、異常発熱、過充電等が生じた場合には、端子16から抵抗体10に通電がなされ、これにより抵抗体10が発熱する。この熱により第1温度ヒューズ8が動作し(即ち、保護素子2が動作し)、これによって第1温度ヒューズ8を流れていた電流がPTC素子4に転流され、この転流した電流によってPTC素子4がトリップ(動作)する。次いで、トリップしたPTC素子4が生じる熱により、第2温度ヒューズ6が溶断し、回路が完全に開かれ、電気回路または電気装置が保護される。もう1つの保護機構は、電気回路または電気装置において、短絡等により過電流が生じた場合、電流ヒューズ7が溶断し、これによって電流ヒューズ7を流れていた電流がPTC素子4に転流され、上記と同様に、この転流した電流によってPTC素子4がトリップし、第2温度ヒューズ6が溶断し、主回路が開かれ、過電流から電気回路または電気装置が保護される。なお、通常、過電流は電流ヒューズ7により遮断され得るが、過電流に応答して保護素子2の抵抗体10に通電するように設計することにより、保護素子2により遮断することもできる。このように設計することでより確実な保護が可能になる。

本発明の保護デバイスに用いられる保護素子において、抵抗体および第1温度ヒューズは、熱結合するように配置される。即ち、第1温度ヒューズは、抵抗体の熱影響下にあり、抵抗体で生じる熱により溶断することによって動作する。第1温度ヒューズの設置数は、特に限定されず、1つまたは複数、例えば2つまたは3つであってもよい。第1温度ヒューズの設置箇所は、保護すべき電気回路または電気装置に対して電気的に直列に接続され、PTC素子および第2温度ヒューズに対して電気的に並列に接続され、抵抗体の熱影響下に配置される限り特に限定されず、抵抗体の接続箇所の上流および/または下流のいずれに設置してもよい。

上記保護素子に用いられる抵抗体は、発熱体として用いることができる抵抗体であれば、特に限定されない。

上記保護素子に用いられる第1温度ヒューズとしては、一般的に温度ヒューズとして用いられる材料を使用したものを使用することができ、例えば、市販の温度ヒューズに加え、はんだ等の低融点金属(低融点合金も包含する)を第1温度ヒューズに用いることができる。好ましい低融点金属としては、特に限定されるものではないが、例えば、Sn−3.0Ag−0.5Cu、Sn−58Biが挙げられる。当業者であれば、本明細書の内容に基づいて、目的の機能を発揮できるように適切な温度ヒューズを第1温度ヒューズとして選択することができる。

上記第1温度ヒューズは、一般的な溶断により、即ち、ヒューズエレメントが溶融し、その表面張力によりエレメント両端の電極に引き寄せられて分裂することにより動作してもよく、あるいは、機械的な補助機構、例えばバネ、磁石などを利用して、ヒューズエレメントが接続している電極同士を物理的に引き離し、絶縁距離を確保することにより動作してもよい。

好ましい態様において、上記保護素子は、第1温度ヒューズの動作を、機械的に補助する機構を有する。この態様において、第1温度ヒューズの電極は、一方が可動電極であり、他方が固定電極であってもよく、または、両方が可動電極であってもよい。このような機械的な補助機構を用いることにより、瞬時に絶縁距離を確保できるので、アークの発生をより抑制することができる。

上記保護素子の例としては、ヒュージングレジスタが挙げられる。ヒュージングレジスタとは、抵抗体およびこの抵抗体に通電することにより生じた熱により溶融する低融点金属(温度ヒューズとして機能する)を有する、抵抗体付き温度ヒューズである。

好ましくは、一対のリード固定電極を有し、これらのリード固定電極にガイド軸が並設され、可動電極がガイド軸に挿通された状態で前記リード固定電極間にまたがって配設され、各リード固定電極の先端と可動電極との間および前記ガイド軸と可動電極との間が低融点合金で接合され、前記可動電極に前記リード固定電極より離隔させる方向の力を作用させる圧縮バネが設けられ、前記低融点合金の溶融で可動電極が圧縮バネで付勢されて前記リード固定電極より離隔されることを特徴とするヒュージングレジスタが用いられる。

さらに好ましくは、上記ヒュージングレジスタにおいて、抵抗体の両端にリード導体が取付けられてなる抵抗器の一方のリード導体がガイド軸として使用され、圧縮バネにコイルバネが使用され、該コイルバネが抵抗体と可動電極との間において前記一方のリード導体に挿通され、抵抗器の一方のリード導体と両リード固定電極の何れかとの間に抵抗器通電発熱回路が接続されることを特徴とするヒュージングレジスタが用いられる。

上記ヒュージングレジスタは、例えば、特許第4630403号公報、特許第4757931号公報、特許第4630404号公報、特許第4757895号公報、特許第4757898号公報、特許第4943359号公報、および特許第4943360号公報に記載されている。これらの文献は、参照により全体を本明細書に組み入れる。

なお、図1において、第1温度ヒューズは1つのみであるが、これに限定されず、複数個、例えば2個またはそれ以上の第1温度ヒューズを用いてもよい。また、保護素子は、上記ヒュージングレジスタのように一の電子部品である必要はなく、抵抗体および第1温度ヒューズが、異常時に抵抗体に通電することによって抵抗体が発熱し、この熱により第1温度ヒューズが切断するように配置されていればよい。

本発明の保護デバイスに用いられるPTC素子は、特に限定されるものではなく、従来用いられているPTC素子、例えばポリマーPTC素子またはセラミックPTC素子を用いることができる。好ましいPTC素子は、ポリマーPTC素子である。PTC素子の設置数は、特に限定されず、1つまたは複数、例えば2つまたは3つであってもよい。PTC素子の設置箇所は、保護すべき電気回路または電気装置および第2温度ヒューズに対して電気的に直列に接続され、第1温度ヒューズに対して電気的に並列に接続される限り特に限定されない。

上記ポリマーPTC素子とは、導電性充填剤(例えば、カーボンブラック、ニッケル合金等)が分散しているポリマー(例えば、ポリエチレン、ポリビニリデンフルオライド等)を含んで成る導電性組成物を押出することによって得られる層状のPTC要素およびその両側に配置された電極(例えば金属箔)を有して成る。ただし、PTC要素に直接リードなどの他の要素を接続してもよく、その場合電極は省略できる。

好ましい態様において、PTC素子は、使用温度において、保護素子の定格電圧/異常電流以下の抵抗値を有する。即ち、この態様において、第1温度ヒューズの動作時、保護素子にその定格電圧よりも高い電圧がかからないように、第1温度ヒューズを流れていた電流がPTC素子に転流する。

ここに、本明細書において「定格電流」および「定格電圧」とは、温度ヒューズ、電流ヒューズ、PTC素子、保護素子、保護デバイス等の各電気要素に設定され、定常的にその電流および電圧を加えた場合に各素子が所定の機能を発揮し得、かつ安全に使用することができる最大電流および最大電圧をそれぞれ意味する。

保護素子(具体的には、第1温度ヒューズ)に印加される電圧は、保護デバイスに印加される電圧(図1において端子12−端子14間の電圧)となる。したがって、保護デバイスの両端電圧が、第1温度ヒューズ5の動作時に、保護素子の定格電圧を上回らなければよい。即ち、 E_d’≦E_r ・・・(1) [式中、E_d’=第1温度ヒューズの動作時(異常時)の保護デバイスの両端電圧、 E_r=保護素子の定格電圧] を満たせばよい。

保護デバイスの両端電圧は、 E_d=I_c×R_d ・・・(2) [式中、E_d=保護デバイスの両端電圧、 I_c=回路電流、 R_d=保護デバイス全体の抵抗] となる。

ここで、R_dは、保護素子(第1温度ヒューズ)、PTC素子および第2温度ヒューズの合成抵抗となるので、 R_d=1/(1/R₁+1/(R_p+R₂)) [式中、R₁=保護素子(第1温度ヒューズ)の抵抗、 R_p=PTC素子の抵抗、 R₂=第2温度ヒューズの抵抗] となる。

R_pは、R₂よりも十分に大きいので、R₂は無視することができ、 R_d=1/(1/R₁+1/R_p) ・・・(3) となる。

さらに、異常が生じて第1温度ヒューズが動作する時は、第1温度ヒューズの抵抗値は∞とみなすことができるので、1/R₁は無視することができる。即ち、第1温度ヒューズの動作時の保護デバイス全体の抵抗(R_d’)は、 R_d’=1/(1/R_p)=R_p ・・・(3’) となる。

式(1)、(2)および(3’)から異常時の回路電流(本明細書において、異常電流ともいう)、例えば異常が短絡である場合は短絡電流をI_c’とすると、 I_c’×R_p≦E_r 変形して、 R_p≦E_r/I_c’ [式中、R_p=PTC素子の抵抗、 E_r=保護素子の定格電圧、 I_c’=異常電流] となる。

このように、PTC素子の抵抗値を、定格電圧/異常電流以下とすることにより、動作時に保護素子に印加される電圧を定格電圧以下とすることができる。即ち、PTC素子の抵抗値を可及的に小さくすることにより、異常時に許容できる電流が大きくなる。

なお、上記の使用温度とは、本発明の保護デバイスが正常状態で用いられる環境の温度であり、保護デバイスの用途、設置場所等に応じて決定される。使用温度は、典型的には室温(約20〜25℃)であるが、これに限定されるものではなく、例えばより高温、具体的には、約25〜100℃、例えば約30〜60℃の範囲にあってもよい。また、上記の異常電流とは、異常が生じた際に、例えば短絡時に保護デバイスを流れる電流値を意味する。

別の好ましい態様において、ポリマーPTC素子は、ポリマーPTC素子のポリマー材料の軟化点より10℃低い温度、好ましくは5℃低い温度で、保護素子の定格電圧/異常電流以下の抵抗値を有する。

上記ポリマーPTC素子のポリマー材料の軟化点は、例えば、JIS K7206に従って測定することにより得ることができる。ポリマーPTC素子の温度が、この軟化点よりも高い温度になると、PTC素子の抵抗値の上昇率が急激に大きくなり、例えば、抵抗値−温度曲線の接線の傾きが、25℃での傾きの5倍以上となる。

一般的にポリマーPTC素子のポリマー材料の軟化点は、使用温度よりも数十℃高く設定される。したがって、軟化点よりも少し低い温度、例えば10℃低い温度、好ましくは5℃低い温度で、ポリマーPTC素子が保護素子の定格電圧/異常電流以下の抵抗値を有することにより、何らかの理由によりPTC素子の周囲の温度が、想定した使用温度以上となった場合であっても、第1温度ヒューズの動作時に、アークの発生を抑制することができる。

さらにもう一つの好ましい態様において、PTC素子は、第1温度ヒューズの絶縁時間よりも長い動作時間を有する。

本明細書において、上記PTC素子の動作時間とは、保護素子が動作して転流された電流がPTC素子に通電されてから、PTC素子の両端(電極)間の電圧が保護素子の定格電圧に達するまでの時間を意味する。

本明細書において、上記第1温度ヒューズの絶縁時間とは、第1温度ヒューズが動作してから、その絶縁が確保されるまでの時間を意味する。例えば、第1温度ヒューズの動作が一般的な溶断による場合、ヒューズエレメントが溶断を開始してから、即ちヒューズエレメントが溶融して細くなりその抵抗値が上昇し始めた時点から、溶断後ヒューズエレメントが凝固するまでの時間を意味する。また、第1温度ヒューズが機械的な補助機構により動作する場合、第1温度ヒューズの電極間を接続するヒューズエレメント(低融点金属)が溶融し、電極同士が離れ始めてから絶縁距離を確実に保持できる状態になるまでの時間を意味する。

上記PTC素子の動作時間は、第1温度ヒューズの動作が、一般的な溶断による場合、30ミリ秒以上が好ましく、40ミリ秒以上がより好ましい。

また、上記PTC素子の動作時間は、第1温度ヒューズの動作が機械的に補助される場合、3ミリ秒以上が好ましく、5ミリ秒以上がより好ましい。

なお、図1において、PCT素子は1つのみであるが、これに限定されず、複数個、例えば2個またはそれ以上のPCT素子を用いてもよい。

第1温度ヒューズは、抵抗体で生じるジュール熱によりヒューズエレメントが溶融し、溶融したヒューズエレメントが溶断され、あるいは機械的な補助機構により分断され、分断されたヒューズエレメント間(電極間)の距離が絶縁距離以上となることにより安全に電流を遮断する。溶断または分断されたエレメント間(電極間)の距離が絶縁距離未満の状態では、アークが生じ得るが、絶縁距離以上になると、アークは消弧する。しかしながら、第1温度ヒューズが一般的な溶断により動作する場合、溶断直後のエレメントは、完全に凝固しておらず流動性があるので、変形して、分断したエレメント間の距離が絶縁距離未満となる場合がある。また、第1温度ヒューズが機械的な補助機構、例えばバネにより分断される場合、分断後一定の時間、可動電極が振動する為、他方の電極との距離が定まらず、絶縁距離未満となる場合がある。この時に、保護素子に印加される電圧が、保護素子の定格電圧を超えていると、アークが激しく発生し、保護すべき機器に損傷を与えるなど大きな不具合を生じ得る。上記のように、PTC素子の動作時間を、第1温度ヒューズのエレメントの絶縁時間よりも長くすることにより、上記のような問題を回避することができ、安全に電流を遮断することができる。

本発明のPTCデバイスに用いられる第2温度ヒューズは、特に限定されず、市販の温度ヒューズに加え、一般的に温度ヒューズとして用いられるものを用いることができる。第2温度ヒューズの設置数は、特に限定されず、1つまたは複数、例えば2つまたは3つであってもよい。第2温度ヒューズの設置箇所は、PTC素子の熱影響下にあり、保護すべき電気回路または電気装置およびPTC素子に対して電気的に直列に接続される限り特に限定されない。

好ましい態様において、第2温度ヒューズは、PTC素子のトリップ温度よりも低い動作温度を有する。第2温度ヒューズがこのような動作温度を有することにより、PTC素子のトリップ後に第2温度ヒューズを確実に溶断することができ、より確実に回路を完全に開くことが可能になる。

上記PTC素子のトリップ温度とは、PTC素子がトリップ(動作)し、高温、高抵抗状態になった状態、具体的にはPTC素子の抵抗値が、正常時の10³倍以上となった時の温度を意味する。

さらに好ましい態様において、第2温度ヒューズは、PTC素子のトリップ時間よりも長い異常電流での溶断時間を有する。第2温度ヒューズがこのような溶断時間を有することにより、第2温度ヒューズの溶断を、PTC素子がトリップした後、即ち電流が大幅に抑制された後にすることができ、第2温度ヒューズの溶断に伴うアークの発生を抑制することができる。

PTC素子のトリップ時間とは、保護素子が動作して転流された電流がPTC素子に通電されてから、PTC素子がトリップして、高温・高抵抗状態となるまで、具体的にはPTC素子の抵抗値が、正常時の10³倍以上となるまでの時間を意味する。

第2温度ヒューズの溶断時間とは、保護素子が動作して転流された電流が第2温度ヒューズに通電されてから、この電流が流れ続けた場合に、第2温度ヒューズが溶断されるまでの時間を意味する。

より好ましい態様において、第2温度ヒューズは、PTC素子がトリップ状態にある場合のリーク電流において、異常電圧以上の耐電圧性を有する。PTC素子はトリップ後も、リーク電流(微小電流)、例えば約30mAの電流を流し得る。第2温度ヒューズが、このようなリーク電流において、異常電圧(異常時、例えば短絡時に回路に印加される電圧)以上の耐電圧を有することにより、第2温度ヒューズの溶断に伴うアークの発生を抑制することができる。

なお、当然ながら、PTC素子および第2温度ヒューズは、第1温度ヒューズよりも後に動作する必要があるので、抵抗体の熱影響下には位置しない。

このように、本発明の保護デバイスは、保護素子の第1温度ヒューズが動作する際、第1温度ヒューズを流れていた電流の一部をPTC素子側の回路に分流することができ、動作時のアークの発生を抑制することができるので、保護素子の定格電圧を超える電圧および/または定格電流を超える電流が流れる電気回路または電気装置に用いても、安全に電流を遮断することができる。

本発明のPTCデバイスに用いられる電流ヒューズは、特に限定されず、市販の電流ヒューズを用いることができる。当業者であれば、所望の特性に応じて、用いる電流ヒューズを適宜選択することができる。

図1において電流ヒューズは1つであるが、2つ以上の電流ヒューズを用いてもよい。2つ以上の電流ヒューズを用いる場合、これらは、互いに電気的に直列に接続していても、並列に接続していてもよい。電流ヒューズ全体の定格電流を大きくする観点からは、2つ以上の電流ヒューズは並列で用いることが好ましい。

電流ヒューズの設置箇所は、主回路(即ち、正常時に電源から電気装置に電気を供給する回路、図1においては、端子12から第1温度ヒューズ8を介して端子14に至る回路)上に設置される限り、限定されない。

電流ヒューズは、図1に示すように、PTC素子4および第2温度ヒューズ6に対して、電気的に並列に接続されていてもよく、図2に示すように、PTC素子4および第2温度ヒューズ6に対して、電気的に直列に接続されていてもよい。

好ましくは、電流ヒューズは、図1に示されるように、PTC素子4および第2温度ヒューズ6に対して、電気的に並列に接続される。このようにPTC素子と並列に配置することにより、電流ヒューズが溶断される際、そこを流れていた電流がPTC素子側の回路に転流するので、アークの発生を抑制することができ、耐電圧が向上する。

好ましい態様において、上記電流ヒューズは、上記保護素子の定格電流の130%以上、好ましくは145%以上、より好ましくは160%以上の定格電流を有する。このような範囲の定格電流とすることにより、印加電流のばらつきをより許容することが可能になる。また、上記保護素子の定格電流の200%以下、好ましくは180%以下の定格電流を有する。このような範囲の定格電流とすることにより、より過電流に対する感度を高めることができる。なお、2つ以上の電流ヒューズを用いる場合、この定格電流は、各電流ヒューズの定格電流の合成値を意味する。

好ましい態様において、上記電流ヒューズは、上記保護素子の定格電圧の200%以上、好ましくは250%以上の定格電圧を有する。このような範囲の定格電圧とすることにより、異常時に許容できる電流が大きくなる。

好ましい態様において、上記電流ヒューズは、上記保護素子よりも20%以下、好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下の高い定格電圧を有する。

さらに好ましい態様において、上記保護素子2、PTC素子4、第2温度ヒューズ6および電流ヒューズ7は、端子12、14および16のみがケースから突出するように同一のケース内に収容してもよい。このように1つのケース内に収容することにより、保護デバイスを電気装置または電気回路に組み入れるのが容易になる。

本発明の保護デバイスは、過電圧、異常発熱、過充電等の異常時に保護素子の抵抗体に通電することにより回路をオープンにする機能に加え、主回路に過電流が流れた場合に電流ヒューズが溶断することにより回路をオープンにする機能を有することから、種々の異常に対して、適切な保護を与えることができる。

以上、本発明の保護デバイスについて説明したが、本発明は種々の改変が可能である。

図3に、本発明の保護デバイスの別の態様の回路図を示す。

この態様において、本発明の保護デバイスは、さらにもう1つのPTC素子4’を含む。即ち、この態様における本発明の保護デバイスは2つのPTC素子を含む。これらのPTC素子は、互いに電気的に並列に接続され、かつ、第2温度ヒューズに電気的に直列に接続されている。その他の構成は、図1に示した態様と実質的に同じである。

図3においては、2つのPTC素子を用いているが、それ以上のPTC素子を用いることもできる。これらのPTC素子は、互いに電気的に並列に接続され、かつ、第2温度ヒューズに電気的に直列に接続される。

このように複数のPTC素子を用いる場合、上記「PTC素子の抵抗値」は、これらの複数のPTC素子の合成抵抗値となる。したがって、このように複数のPTC素子を並列で用いることにより、「PTC素子の抵抗値」をより小さくすることが可能になり、PTC素子の抵抗値を、保護素子の定格電圧/異常電流以下とすることが容易になる。

この態様においても、電流ヒューズの設置箇所は、主回路上に設置される限り、限定されない。即ち、PTC素子および第2温度ヒューズに対して、電気的に直列に配置しても、電気的に並列に設置してもよい。

図4に、本発明の保護デバイスのさらに別の態様の回路図を示す。

この態様において、本発明の保護デバイスは、さらにもう1つの第1温度ヒューズ8’を含む。

この態様においても、電流ヒューズの設置箇所は、主回路上に設置される限り、限定されない。即ち、PTC素子および第2温度ヒューズに対して、電気的に直列に配置しても、並列に設置してもよい。また、第1温度ヒューズ8および8’の間に設定してもよい。

図5に、本発明の保護デバイスのさらに別の態様の回路図を示す。

図1に示した態様では、抵抗体は、第1温度ヒューズと同じ回路に組み入れられているが、図5では、抵抗体を別の独立した回路に組み入れている点で異なる。したがって、この態様では、本発明の保護デバイスは、4つの端子、即ち、端子12、端子14、端子20および端子22を有する。その他の構成は、図1に示した態様と実質的に同じである。

第2の要旨において、本発明は、上記の本発明の保護デバイスを有して成る電気装置をも提供する。

1…保護デバイス、2…保護素子、4…PTC素子、4’…PTC素子 6…第2温度ヒューズ、7…電流ヒューズ、8…第1温度ヒューズ 8’…第1温度ヒューズ、10…抵抗体、12…端子、14…端子 16…端子、20…端子、22…端子