JP3985800B2 - 感温型回路遮断膜とそれを用いた通電回路 - Google Patents

Description

この出願の発明は、感温型回路遮断膜とそれを用いた通電回路に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、電流量に関わらず、所定温度で高感度に作動し、回路を遮断する感温型回路遮断膜とそれを用いた通電回路に関するものである。

電流ヒューズ等の感温型回路遮断部品では、一般に、過電流が流れた場合に電気抵抗により導電材料が自己発熱し、溶融することにより回路が遮断される。そして、このような溶融性の導電材料としては、90℃程度で溶融する低融点金属が使用されている。（例えば、特許文献１）
しかし、低温で回路遮断効果を発揮するためには、鉛を多く用いる必要があり、環境負荷の面から鉛フリー材料への変更が望まれていた。また、火傷防止等の安全面を考慮すれば、より低温、すなわち60℃付近で作動することも望まれていた。さらに、従来の感温型回路遮断部品では、その構造上、小型化が困難であるという問題があった。

一方、電池や面状発熱体のように小電流で発熱する電気部品では、電気抵抗による導電材料の自己発熱・溶融を利用した回路遮断が適用できないため、高温になると回路が遮断され、冷却されると復帰して再び通電するサーモスタットやＰＴＣサーミスタが回路保護手段として用いられている。

しかしながら、このようなサーモスタットやＰＴＣサーミスタでは、材料の劣化等により異常昇温が起こった場合には、故障や火災に発展する恐れがあることから、電流量の大小に関わらず、温度上昇を感知して回路が完全に遮断される感温型回路遮断部品が望まれていたのが実情である。
特開２０００−１３８０２２

そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、６０℃前後の低温でも応答性を有し、小電流量による発熱に対しても高感度で応答する、小型化の可能な感温型回路遮断膜とそれを用いた通電回路を提供することを課題としている。

この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、基板と、基板上に設けられた少なくとも１対の電極と、該電極間に配設された樹脂フィルムと、該樹脂フィルム上に、該電極間を連通させるように形成された導電性パラフィン膜を有してなる感温型回路遮断膜において、樹脂フィルムが、所定の温度で変形する熱応答性樹脂フィルムであり、導電性パラフィン膜が、樹脂フィルムの変形温度よりも低い融点を有し、所定温度における該樹脂フィルムの変形により寸断されるものであることを特徴とする感温型回路遮断膜を提供する。

また、この出願の発明は、第２には、基板と、基板上に設けられた少なくとも１対の電極と、該電極間に配設された樹脂フィルムと、該樹脂フィルムと一体化された導電体と、電極−導電体間を連通させる導電性パラフィン部位を有してなる感温型回路遮断膜において、樹脂フィルムが、所定の温度で変形する熱応答性樹脂フィルムであり、導電性パラフィン部位が、樹脂フィルムの変形温度よりも低い融点を有し、所定温度における該樹脂フィルムの変形により寸断されるものであることを特徴とする感温型回路遮断膜を提供する。

この出願の発明は、さらに、第３には、樹脂フィルムが熱収縮フィルムである感温型回路遮断膜を、第４には、導電性パラフィンが導電性フィラーとして銀を含有するものである感温型回路遮断膜を提供する。

そして、この出願の発明は、第５には、前記いずれかの感温型回路遮断膜を有してなることを特徴とする通電回路をも提供する。

上記第１の発明の感温型回路遮断膜は、基板上に設けられた少なくとも１対の電極の間に配設された樹脂フィルムと、この樹脂フィルム上に、該電極間を連通させるように形成された導電性パラフィン膜からなるものであり、樹脂フィルムが所定の温度で変形する熱応答性樹脂フィルムであり、導電性パラフィン膜が樹脂フィルムの変形温度よりも低い融点を有し、所定温度における該樹脂フィルムの変形により寸断されるものであることを特徴とする。

このような感温型回路遮断膜では、通常、電極間が導電性パラフィン膜により連通されており、通電が可能である。しかし、感温型回路遮断膜が所定温度まで加熱されると電極間に配設された熱応答性樹脂フィルムが変形し、この変形応力により、溶融している導電性パラフィン膜が寸断され、電極間の通電が遮断される。したがって、電流量に関わらず、温度の上昇を感知して回路遮断効果を発揮できる。また、このような感温型回路遮断膜は、基板、電極、樹脂フィルム、および導電性パラフィン膜の厚さを各々1 mm以下に調整できることから小型化が可能である。

上記第２の発明の感温型回路遮断膜は、基板上に設けられた少なくとも１対の電極の間に配設された樹脂フィルムと、この樹脂フィルムと一体化された導電体と、電極−導電体間を連通させる導電性パラフィン部位を有してなるものであり、樹脂フィルムが所定の温度で変形する熱応答性樹脂フィルムで、導電性パラフィン部位が樹脂フィルムの変形温度よりも低い融点を有し、所定温度における該樹脂フィルムの変形により寸断されるものであることを特徴とする。

このような感温型回路遮断膜では、通常、電極間に配設された導電体、および該導電体と電極を連通させる導電性パラフィン部位により通電が可能である。しかし、感温型回路遮断膜が所定温度まで加熱されると、電極間に配設された熱応答性樹脂フィルムが変形し、この変形応力により熱応答性樹脂フィルムと一体化された導電体も変形する。また特定温度においては、電極と導電体を連通させる導電性パラフィン部位が既に溶融していることから、変形応力により導電性パラフィン部位が寸断され、電極間の通電が遮断される。したがって、電流量に関わらず、温度上昇を感知して回路遮断効果を発揮できる。また、このような感温型回路遮断膜は、基板、電極、樹脂フィルム、導電体、および導電性パラフィン部位の厚さを各々1 mm以下に調整できることから、小型化が可能である。

上記第３の発明の感温型回路遮断膜では、熱応答性樹脂フィルムとして特定温度で収縮する熱収縮フィルムを用いる。したがって、特定温度に達した場合には、樹脂フィルムが収縮し、電極間に形成された導電性パラフィン膜または電極−導電体間を連通させる導電性パラフィン部位が寸断され、通電が遮断される。

さらに、上記第４の感温型回路遮断膜では、導電性パラフィンにおける導電性フィラーを銀とすることにより、高い導電性が得られるとともに、環境に配慮した鉛フリーの感温型回路遮断膜が得られる。

そして、上記第５の通電回路では、前記の感温型回路遮断膜が用いられることから、電流量が小さい場合でも、温度が所定の温度以上に上昇した場合には、感度高く、確実に通電回路が遮断される。したがって、火傷、装置の故障、火災等が防止される。

この出願の発明の感温型回路遮断膜の一例を図１に示した。すなわち、この出願の発明の感温型回路遮断膜は、基板（1）と、基板（1）上に設けられた少なくとも１対の電極（2a, 2b）の間に配設された樹脂フィルム（3）と、この樹脂フィルム（3）上に、電極（2a, 2b）間を連通させるように形成された導電性パラフィン膜（4）からなるものである。このような感温型回路遮断膜において、樹脂フィルム（3）は、所定の温度で変形する熱応答性樹脂フィルムであり、導電性パラフィン膜（4）は、前記の樹脂フィルム（3）の変形温度よりも低い融点を有するものである。

この出願の発明の感温型回路遮断膜は、電極（2a, 2b）にリード線（5）等を配線することにより通電回路に組み込まれる。そして、電極（2a, 2b）間を連通する導電性パラフィン膜（4）を介して通電される（図１ａ）。

しかし、感温型回路遮断膜が加熱され、所定温度、すなわち樹脂フィルム（3）の変形温度を超えると、樹脂フィルム（3）の変形が始まる。このとき、導電性パラフィン膜（4）は、樹脂フィルム（3）の変形温度より低い融点を有することから、軟化している。そのため、樹脂フィルム（3）の変形応力により、電極（2a, 2b）間を連通させていた導電性パラフィン膜（4）は寸断（4'）され、回路が遮断される（図１ｂ）。

この出願の発明の感温型回路遮断膜において、基板（1）はどのようなものであってもよく、その材質、形状、大きさ等はとくに限定されない。好ましくは、ガラス製、樹脂製、セラミックス製等の絶縁性のものが例示される。

また、基板（1）上に配設される電極（2a, 2b）は、高い導電性を示す材質のものであればよく、とくに限定されないが、例えば金、銅、白金、銀、アルミニウムの単独、合金、これらの組み合わせが適用できる。このような電極（2a, 2b）は、湿式塗布、真空蒸着、リソグラフィー、融着、メッキ、金属箔張り、リードフレーム配線等の方法により基板（1）上に形成できる。

一方、この出願の発明の感温型回路遮断膜において、樹脂フィルム（3）は、回路遮断を起こしたい所定の温度で変形するものを適宜選択すればよく、その材質等はとくに限定されない。このような樹脂フィルム（3）としては、熱収縮フィルムや形状記憶樹脂フィルムが例示される。具体的には、１軸延伸または２軸延伸されたポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリエチレンテレフタレート系、ポリオレフィン系等の熱収縮フィルムやポリウレタン系等の形状記憶樹脂フィルムが挙げられる。例えば、ポリスチレン系の熱収縮フィルムでは、通常、60〜70℃で30〜60 %の収縮が見られる。したがって、このような熱収縮フィルムを樹脂フィルム（3）として採用すれば、60〜70℃で樹脂フィルム（3）の収縮が起こり、前記の機構により感度高く回路が遮断される。

なお、樹脂フィルム（3）の幅は、図２に示されるように導電性パラフィン膜（4）の幅と同じであっても、図３に示されるように導電性パラフィン膜（4）の幅よりも大きくてもよい。樹脂フィルム（3）の幅が、導電性パラフィン膜（4）のそれよりも大きい場合には、はみ出している分の樹脂フィルムがフリーに変形し易いため、回路の遮断が起こりやすくなる。

また、樹脂フィルム（3）については、図３に示されるように、切り込み部（31）等を形成し、変形時に、この切り込み部（31）を起点として樹脂フィルム（3）上に形成された導電性パラフィン膜（4）が寸断されるようにしてもよい。

さらに、樹脂フィルム（3）は、電極（2a, 2b）の間に配設され、その所定温度における変形により、導電性パラフィン膜（4）を寸断できるものであればよく、図１（ａ）に示されるように電極（2a, 2b）に接していてもよいし、図３に示されるように、電極（2a, 2b）そのものには接していなくてもよい。

次に、この出願の発明の感温型回路遮断膜において、導電性パラフィン膜（4）は、感温型回路遮断膜の使用温度範囲では固体であり、回路遮断を起こしたい温度、すなわち、前記の樹脂フィルム（3）の変形温度より低い温度で軟化、溶融する導電性パラフィンを塗布して薄膜化させたものとすることができる。

樹脂フィルム（3）の変形温度より低い温度で軟化、溶融する導電性パラフィンとしては、パラフィンに適当な導電性フィラーを添加したものが適用できる。このとき、パラフィンの分子量や構造、粘度、組成等はとくに限定されない。導電性フィラーとしては、金、銀、銅などの単独、合金、これらの組み合わせからなる金属を用いることができる。中でも銀が好ましい。導電性パラフィンにおける導電性フィラーの添加量は、前記金属の粒子間の接触が十分に起こり、通電が可能となる範囲、例えば、11〜62 vol%とすることができる。もちろん、この添加量は、前記金属の粒子の形状や粒径、導電性パラフィンの粘度等に応じて適宜変更できる。例えば、銀フィラーをフレーク状のものとすれば銀粒子間の十分な接触が確保され、高い導電性が得られるが、導電性パラフィンの粘度が上昇しやすくなるため、粒状の銀フィラーとフレーク状の銀フィラーを併用することが望ましい。

さらに、導電性パラフィン膜（4）は、電極（2a, 2b）間が十分に連通され、かつ、前記の樹脂フィルム（3）の変形により確実に寸断される厚さのものであればよい。したがって、前記のとおりの導電性パラフィンの塗布量は、導電性パラフィン膜（4）の膜厚、導電性パラフィンの粘度等を考慮して決定すればよい。また、導電性パラフィン膜（4）は、前記の樹脂フィルム（3）を完全に覆うように形成されていてもよいし、図４に示されるように、樹脂フィルム（3）の中央部に、電極（2a, 2b）を連通させるように形成されていてもよい。

このような導電性パラフィン膜（4）は、前記のとおり、樹脂フィルム（3）の変形温度より低い温度で軟化し、所定温度における樹脂フィルム（3）の変形に伴い寸断（4'）される。したがって、通電回路が遮断され、異常昇温による火傷、装置故障、火災等が未然に防止される。

この出願の発明は、さらに、図５に示されるような感温型回路遮断膜をも提供する。このような感温型回路遮断膜では、基板（1）と、基板（1）上に設けられた少なくとも１対の電極（2a, 2b）の間に配設された樹脂フィルム（3）と、この樹脂フィルム（3）と一体化された導電体（6）と、電極（2a, 2b）−導電体（6）間を連通させる導電性パラフィン部位（7）を有してなる。

このような感温型回路遮断膜は、電極（2a, 2b）にリード線（5）等を配線することにより通電回路に組み込まれ、電極（2a, 2b）と導電体（6）の間を連通する導電性パラフィン部位（7）により通電される（図５ａ）。

しかし、感温型回路遮断膜が加熱され、所定温度、すなわち樹脂フィルム（3）の変形温度を超えると、樹脂フィルム（3）の変形が始まる。このとき、導電性パラフィン部位（7）は、樹脂フィルム（3）の変形温度より低い融点を有するため、軟化している。したがって、樹脂フィルム（3）の変形応力により、電極（2a, 2b）と導電体（6）の間を連通させていた導電性パラフィン部位（7）は電極（2aおよび／または2b）から離れ、回路が遮断される（図５ｂ）。

このような感温型回路遮断膜において、樹脂フィルム（3）は、前記のとおりのものである。一方、このような樹脂フィルム（3）に一体化される導電体（6）は、高い導電性を示し、樹脂フィルム（3）との一体化が可能な材質のものであればよく、とくに限定されないが、例えば金、銅、白金、銀、アルミニウム等の単独、合金、これらの組み合わせの箔が例示される。

この導電体（6）は、樹脂フィルム（3）の変形を妨げないために、強度の弱いものとすることが望ましい。例えば、導電体（6）として銅箔を用いた場合には、銅箔の厚みを100μｍ以下とすることにより、強度を適度に抑えることができる。もちろん、導電体（6）の厚さは、樹脂フィルム（3）の変形量や幅に応じて適宜変更できるものであり、限定されない。

このような導電体（6）は、真空蒸着、リソグラフィー、融着、メッキ、金属箔張り等の方法により樹脂フィルム（3）と一体化できる。もちろん、樹脂フィルム（3）と導電体（6）の間に、これらを密着させるための接着層（61）を設けてもよい。接着層（61）としては、アクリル樹脂、ブチラール樹脂等が適用できる。

さらに、この出願の発明の感温型回路遮断膜において、導電性パラフィン部位（7）は、感温型回路遮断膜の使用温度範囲では固体であり、回路遮断を起こしたい温度、すなわち、前記の樹脂フィルム（3）の変形温度より低い温度で軟化、溶融する導電性パラフィンを塗布して電極（2a, 2b）−導電体（6）間を連通させたものとすることができる。

樹脂フィルム（3）の変形温度より低い温度で軟化、溶融する導電性パラフィンとしては、前記のとおり、パラフィンに適当な導電性フィラーを添加したものが適用できる。このような導電性パラフィンを、電極（2a）−導電体（6）間および導電体（6）−電極（2b）間に、通電可能となる量施すことにより、導電性パラフィン部位（7）が形成される。

このような導電性パラフィン部位（7）は、前記のとおり、樹脂フィルム（3）の変形温度より低い温度で軟化し、所定温度における樹脂フィルム（3）の変形に伴い寸断（7'）される。したがって、通電回路が遮断され、異常昇温による火傷、装置故障、火災等を未然に防ぐことができる。

以下、実施例を示し、この出願の発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この出願の発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。

＜実施例１＞
ガラス基材エポキシ樹脂銅張り積層板の銅回路を部分的に金メッキして得た金電極（10×10 mm）を１対形成し、二つの電極の間に60℃で収縮を開始する熱収縮フィルム（１軸延伸PETフィルム、収縮率60 %、20×5 mm、厚さ50 μm）を配設した。このとき、熱収縮フィルムは、基板の電極間の線方向と同じ方向で収縮するようにカットし、配設した。

次に、融点47℃のパラフィンに、銀フィラーを30 vol%添加し、50℃に加熱しながら混合して導電性パラフィンを調製した。なお、銀フィラーは、銀フィラー全量の50 vol%を大きさ5μm程度のフレーク状のものとし、残りを平均粒径3.5μmの粒子状のものとした。

電極間の熱収縮フィルムを被覆し、かつ電極間を連通させるように導電性パラフィンを塗布して導電性パラフィン膜（30×5 mm、厚さ100μm）を形成し、感温型回路遮断膜とした。
＜実施例２＞
熱収縮フィルムを、70℃で収縮を開始するものとした以外は、実施例１と同様の方法により感温型回路遮断膜を作製した。
＜実施例３＞
熱収縮フィルムを、60℃で収縮を開始する２軸延伸タイプのものとした以外は、実施例１と同様の方法により感温型回路遮断膜を作製した。
＜実施例４＞
パラフィンの融点を36℃とした以外は、実施例１と同様の方法により感温型回路遮断膜を作製した。
＜実施例５＞
導電性フィラーにおける銀フィラーの含有率を62 vol%とした以外は、実施例１と同様の方法により感温型回路遮断膜を作製した。
＜実施例６＞
導電性フィラーにおける銀フィラー中のフレーク形状の比率を70 vol%とした以外は、実施例１と同様の方法により感温型回路遮断膜を作製した。
＜実施例７＞
導電性フィラーにおける銀フィラーの含有率を11 vol%とした以外は、実施例１と同様の方法により感温型回路遮断膜を作成した。
＜実施例８＞
導電性パラフィン中の銀フィラーの含有率を8 vol%とした以外は、比較例１と同様の方法により感温型回路遮断膜を作製した。

実施例１〜８により得られた感温型回路遮断膜をホットプレート上に設置し、各々所定温度まで加熱した。加熱により導電性パラフィン膜が寸断され、通電が遮断されたものを◎、導電性パラフィン膜が寸断されず通電が継続されたものを×とした。

さらに、実施例１〜８において調製された導電性パラフィンを用いて40×40×3 mmの導電性パラフィン膜を形成し、４端子法のミリオームメーターにより抵抗値を測定し、比抵抗を算出した。導電性回路を形成する上では、比抵抗の値が1E-3以下のものを採用した。実施例１〜４では1×10^-4Ωcmの比抵抗が、実施例５〜６では1×10^-5Ωcmの比抵抗が得られた。
＜比較例１＞
パラフィンの融点を75℃とした以外は、実施例１と同様の方法により感温型回路遮断膜を作製した。

得られた感温型回路遮断膜をホットプレート上に設置し、60℃まで加熱し、導電性パラフィン膜の寸断の有無を確認した。
＜比較例２＞
比較例１で得られた感温型回路遮断膜をホットプレート上に設置し、40℃まで加熱した、導電性パラフィン膜の寸断の有無を確認した。

実施例１〜８および比較例１〜２の結果を表１に示した。

表１より、電極間に熱収縮フィルムを配設し、その上に該熱収縮フィルムの収縮開始温度より低い融点を有する導電性パラフィンを塗布して電極間を連通させた感温型回路遮断膜では、収縮開始温度まで加熱された場合に、導電性パラフィン膜の寸断が起こり、回路が完全に遮断されることが確認された（実施例１〜８）。

一方、導電性パラフィンの融点が熱収縮フィルムの収縮開始温度よりも高い場合には、収縮開始温度まで加熱されても、導電性パラフィン膜が寸断されず、回路遮断が起こらないことが明らかになった（比較例１〜２）。

以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、電流量の大小に関わらず、温度上昇を感知して回路が完全に遮断される、小型化可能な感温型回路遮断膜が提供される。

この出願の発明の感温型回路遮断膜の一例を示した概略模式図である。 この出願の発明の感温型回路遮断膜の一態様を例示した図である。 この出願の発明の感温型回路社段幕の別の態様を例示した図である。 この出願の発明の感温型回路遮断膜のさらに別の態様を示した概略模式図である。 この出願の発明の感温型回路遮断膜の別の一例を示した概略模式図である。

符号の説明

1 基板
2a 電極
2b 電極
3 樹脂フィルム
31 切り込み部
4 導電性パラフィン膜
4' 導電性パラフィン膜（寸断）
5 リード線
6 導電体
61 接着層
7 導電性パラフィン部位
7' 導電性パラフィン部位（寸断）

Claims (5)

1. 基板と、基板上に設けられた少なくとも１対の電極と、該電極間に配設された樹脂フィルムと、該樹脂フィルム上に、該電極間を連通させるように形成された導電性パラフィン膜を有してなる感温型回路遮断膜において、樹脂フィルムは、所定の温度で変形する熱応答性樹脂フィルムであり、導電性パラフィン膜は、樹脂フィルムの変形温度よりも低い融点を有し、所定温度における該樹脂フィルムの変形により寸断されるものであることを特徴とする感温型回路遮断膜。
2. 基板と、基板上に設けられた少なくとも１対の電極と、該電極間に配設された樹脂フィルムと、該樹脂フィルムと一体化された導電体と、電極−導電体間を連通させる導電性パラフィン部位を有してなる感温型回路遮断膜において、樹脂フィルムは、所定の温度で変形する熱応答性樹脂フィルムであり、導電性パラフィン部位は、樹脂フィルムの変形温度よりも低い融点を有し、所定温度における該樹脂フィルムの変形により寸断されるものであることを特徴とする感温型回路遮断膜。
3. 樹脂フィルムは、熱収縮フィルムである請求項１または２のいずれかの感温型回路遮断膜。
4. 導電性パラフィンは、導電性フィラーとして銀を含有するものである請求項１ないし３のいずれかの感温型回路遮断膜。
5. 請求項１ないし４のいずれかの感温型回路遮断膜を有してなることを特徴とする通電回路。

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