JPH08148306A - 過電流保護素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は小型で安価でパルス状雑音電流やサー
ジ電流での誤動作がなく、抵抗値が一定であるため電流
検出用素子としての役割をも兼用できる新たな保護素子
を提供することを目的とする。 【構成】少なくとも一方が絶縁基板上に設けられた対を
なす電極間にドーパント含有導電性高分子化合物を主成
分とする導電材を配しその上を防湿材で覆うような構造
をもち更に一定の電流を流すことにより抵抗値の調整を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は過電流保護素子に関する
ものであり、特に電子回路のプリント基板上に実装され
て当該電子回路を過電流による破壊から防止保護する素
子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、過電流による発熱の危険から電子
機器をまもるための保護素子としてはヒューズはよく知
られた存在である。ヒューズには周囲温度の上昇により
溶断する温度ヒューズという種類があり、アルミナ基板
上に低融点金属やＰＴＣサーミスタをプリント印刷する
ことによって構成される。温度ヒューズは周囲温度だけ
でなく電流によるジュール熱によっても動作するため、
過電流保護素子としても使用することができることは周
知のことである。

【０００３】しかしながら、低融点金属を用いたもの
は、定格に近い電流値や、温度で使用するとパルス状の
雑音電流やサージ電流で溶断する場合がある。また、こ
れらの誤動作を防止するため雑音電流やサージ電流に余
裕をとりすぎると主目的である過電流や周囲温度にたい
する感度が鈍くなってしまう。一方ＰＴＣサーミスタを
用いたものは、温度にたいして応答があるので、周囲温
度と電流による自己発熱によって定まる素子温度に対応
する抵抗値での電流が常に残留し完全な電流遮断ができ
ず安全性が保証しきれない。

【０００４】これらの問題を解決するため、１００〜３
００℃で導電性を失われるドーパント含有導電性高分子
化合物による過電流保護素子が提案されている（特開平
０６ー２６１４４６）が、過電流保護素子としての特性
には大きな優位性を示すにもかかわらず、経時変化が大
きく、また体積抵抗率が大きいため抵抗値が大きくなる
等の欠点があり、実用化には問題を残していた。また、
電流値に対する特性は規定されているが抵抗値のばらつ
きはかなり大きいのが通常であり電子回路には不可欠な
電流検出用回路には使用できない等の欠点があり、機器
の小型化・高信頼性化への妨げとなっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術は安全性が
確保されないばかりでなく、一般に形状も大型かつ高価
であり近年機器の小型化にともない多用されている小型
ＤＣ／ＤＣコンバータの安全対策等には非力であった。

【０００６】本発明は、従来のこのような欠点を除去し
小型で安価でパルス状雑音電流やサージ電流での誤動作
がなく、抵抗値が一定であるため電流検出用素子として
の役割をも兼用できる新たな保護素子を提供し、小型化
の著しい最近の電子機器の安全性に大きく貢献しようと
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にかかる保護素子は、少なくとも一方が絶縁基
板上に設けられた対をなす電極間にドーパント含有導電
性高分子化合物を主成分とする導電材を配すことによっ
て達成する。

【０００８】更に本発明にかかる保護素子は、少なくと
も一方が絶縁基板上に設けられた対をなす電極間にドー
パント含有導電性高分子化合物を主成分とする導電材を
配しその上を防湿材で覆うことによって達成する。

【０００９】また、更に本発明にかかる保護素子は、少
なくとも一方が絶縁基板上に設けられた対をなす電極間
にドーパント含有導電性高分子化合物を主成分とする導
電材を配した保護素子において絶縁基板と電極の間に断
熱層を設けたことによって達成する。

【００１０】更に本発明にかかる保護素子は、上記保護
素子に電流を流しその保護素子の抵抗値が所定の値とな
るよう調整したことによって達成する。

【００１１】

【作用】図１（ａ）にドーパント含有導電性高分子化合
物の温度ー抵抗特性を図１（ｂ）にＰＴＣサーミスタの
温度ー抵抗特性を示す。この図からわかるようにドーパ
ント含有導電性高分子化合物は温度が下がっても増大し
た抵抗はそのまま保持される。それに対してＰＴＣサー
ミスタは温度に対して応答性があるので温度の低下とと
もに抵抗値が下がってしまう。

【００１２】図２にドーパント含有導電性高分子化合物
及び定融点金属の耐パルス電流特性を示す。ドーパント
含有導電性高分子化合物は定融点金属に比してパルス状
雑音電流やサージ電流に対し安定であることがわかる。

【００１３】また、上記のように構成された保護素子
は、少なくとも一方が絶縁基板上に設けられた対をなす
電極の間にドーパント含有導電性高分子化合物を主成分
とする導電材を配しているため、絶縁基板上の電極の位
置・大きさに自由度があり電極間の距離・対向長が自由
にできる。従って、電極間に配されるドーパント含有導
電性高分子化合物を主成分とする導電材の体積抵抗率が
比較的大きくとも抵抗値を小さく設定することが可能と
なる。更に、電極の構成には従来から基板のパターン構
成に用いられている汎用技術を使うことが可能であり、
ドーパント含有導電性高分子化合物を主成分とする導電
材の配し方も汎用的に用いられている塗布法を使うこと
ができるので、容易に小型化することができる。

【００１４】また、ドーパント含有導電性高分子化合物
は吸湿性がある場合があり湿度によって抵抗値の経時変
化があるため、抵抗値の変化を嫌う用途にはドーパント
含有導電性高分子化合物を主成分とする導電材の上を防
湿材で覆うことによりこのような用途にも使用可能とな
る。

【００１５】また更に、絶縁基板と電極の間に断熱層を
入れることにより電流によって発生するジュール熱を基
板から外部に逃げることを防止するため、より感度の高
い保護素子を提供することができる。

【００１６】これらの保護素子は、一般的に厚膜工程で
製造されるため、抵抗値のばらつきが比較的大きい。本
発明にかかる保護素子に使用されるドーパント含有導電
性高分子化合物の温度ー抵抗特性は、温度がある値を越
えると急激に増大し温度が下がっても増大した抵抗値は
そのまま保持されるという特性を持つ。この性質を利用
して、保護素子の抵抗値がある目的とする値になるよう
電流を事前に流して調整することによって抵抗値の定ま
った保護素子を提供することが可能となり、電子回路に
用いられる電流検出回路等に応用することができる。

【００１７】

【実施例】次に、本発明を実施例に基づき図面を用いて
詳細に説明する。

【００１８】保護素子に用いられる導電性高分子の素材
としては、特開平０６ー２６１４４６において公開され
ているように、例えばポリアニリン・ポリピロール・ポ
リアセチレン・ポリ（１．６ーヘプタジイン）・ポリ
（フェニルアセチレン）・ポリジアセチレン・ポリパラ
フェニリン・ポリナフタレン・ポリアントラセン・ポリ
ピレン・ポリアズレン・ポリフラン・ポリチオフェン・
ポリセレノフェン・ポリイソチアナフテン・ポリ（３ー
アルキルチオフェン）・ポリ（３ーチオフェンーβーエ
タンスルホン酸）・ポリ（パラフェニレンスルフィド）
・ポリ（パラフェニレンオキサイド）・ポリピリレンス
ルフィド・ポリパラフェニレンピニレン・ポリチオフェ
ンピニレン・ポリフェニレンビニレン及びこれらの重合
体に含まれる単量体の２種以上からなる共重合体並びに
誘電体からなる群から選ばれる少なくとも１種である。
また、ドーパントとしてはハロゲン・ルイス酸・プロト
ン酸・アルカリ金属などの電子吸引性、電子供与性の強
い物質が選ばれドーパント含有導電性高分子化合物を構
成する。

【００１９】図３は、本発明にかかる第１の実施例であ
り（ａ）に平面図を（ｂ）に断面図を示す。

【００２０】ドーパント含有導電性高分子化合物は、そ
れ自体に加えることができる温度に制限があるため、端
子用電極を焼き付けで構成することができず外部との接
続が困難になる。また、体積抵抗がやや大きいため、低
抵抗の保護素子を作ろうとすると必然的に断面積が大き
くなる。

【００２１】そこで、本発明は図３に示すように絶縁基
板１上に設けられた対をなす電極（２ａ、２ｂ）の上に
ドーパント含有導電性高分子化合物を主成分とする導電
材３を塗布して厚膜を形成し、その上を必要に応じて防
湿材４で覆う。絶縁基板１は基材として湿度透過性のな
いものが好ましく、通常の絶縁基板に防湿処理を施した
ものでもよい。アルミナ等のセラミック基板が好ましい
材料である。これらの湿度透過性のない絶縁基板を使用
することによって基板背面からの湿度の侵入は防止でき
る。さらに、ドーパント含有導電性高分子化合物を主成
分とする導電材３の上部を防湿材４で保護すればドーパ
ント含有導電性高分子化合物を主成分とする導電材は湿
度の影響を受けることがなく湿度による経時変化防止す
ることができる。防湿材には、エポキシ樹脂が好まし
い。

【００２２】次に、電極（２ａ、２ｂ）は端子用電極５
に接続されている。端子用電極は、ドーパント含有導電
性高分子化合物を主成分とする導電材を塗布する前に構
成されるので、通常の基板作成と同等の方法で、端子用
電極を構成できる。さらに、電極（２ａ、２ｂ）間の距
離及び対向長は設計の自由度が大きいため体積抵抗の大
きなドーパント含有導電性高分子化合物を主成分とする
導電材の抵抗値を小さく設定することが可能となる。電
極は、導電性の金属であれば良いが、銀ーパラジウム合
金が好ましい材料である。

【００２３】また、以上のように構成された保護素子
に、端子用電極５の上側から側部に向かい基板下部へ回
り込むように構成された外部接続用電極７を取付けれ
ば、ドーパント含有導電性高分子化合物を主成分とする
導電材を用いた実用的な保護素子が提供できる。

【００２４】図４は、本発明にかかる第２の実施例であ
り（ａ）に平面図を（ｂ）に断面図を示す。

【００２５】絶縁基板１の上部にガラスの断熱層６を設
けその上に電極（２ａ、２ｂ）及び外部電極を設けてい
る。断熱層６は、保護素子を電流によるジュール熱で動
作させる場合発生した熱が、基板を通して外部に逃げる
ことを防止する。これらにより、より電流感度の高い保
護素子を提供することができる。

【００２６】図５にドーパント含有導電性高分子化合物
を主成分とする導電材の一種である導電性ポリアニリン
の温度抵抗曲線を示す。

【００２７】電流によるジュール熱によって導電性ポリ
アニリンの抵抗値は、Ｐ点に移動する。導電性ポリアニ
リン等のドーパント含有導電性高分子化合物は、その後
温度を下げても抵抗値を保持する特性を持つので、この
性質を利用し、保護素子に適度な電流を流すことによっ
て抵抗値を所定の値に調整することが可能となる。本発
明にかかる保護素子は厚膜工程で製造されるため、抵抗
値のばらつきが、比較的大きく電流検出回路には使用で
きなかった。しかし、本発明によって抵抗値の調整され
た保護素子は、抵抗値が一定のため電流検出回路にも使
用できる。本発明にかかる保護素子は高精度の抵抗器の
用途を兼ね備えているので、コスト的にも専有面積的に
も優れた保護素子の提供を可能とならしめた。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に示すような効果が得られる。

【００２９】本発明にかかる保護素子は、絶縁基板の上
に電極を構成し、その上にドーパント含有導電性高分子
化合物を主成分とする導電材を配しているため、低抵抗
値で安価な小型保護素子を提供することができる。ま
た、耐湿処理がなされているため湿度による経時変化が
小さく、さらに断熱層を設けることにより感度の高い保
護素子を提供することができる。

【００３０】さらに、定抵抗値の保護素子を提供するこ
とができるためコスト的にも専有面積的にも優れた保護
素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、ドーパント含有導電性高分子化合物及びＰ
ＴＣサーミスタの代表的な温度ー抵抗値特性図

【図２】は、ドーパント含有導電性高分子化合物及び定
融点金属の代表的な耐パルス電流特性図

【図３】は、本発明にかかる保護素子の構造概念図

【図４】は、本発明にかかる保護素子の更なる実施例に
関する構造概念図

【図５】は、抵抗値調整方法の説明図

【符号の説明】

１．絶縁基板 ２ａ ２ｂ．絶縁基板上の１対に構成された電極 ３．ドーパント含有導電性高分子化合物 ４．防湿材 ５．端子用電極 ６．断熱層 ７．外部接続端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚原啓二 東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティー ディーケイ株式会社内 (72)発明者 石橋武友 東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティー ディーケイ株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方が絶縁基板上に設けられた
   対をなす電極間にドーパント含有導電性高分子化合物を
   主成分とする導電材を配した保護素子
2. 【請求項２】少なくとも一方が絶縁基板上に設けられた
   対をなす電極間にドーパント含有導電性高分子化合物を
   主成分とする導電材を配しその上を防湿材で覆うことを
   特徴とする保護素子
3. 【請求項３】少なくとも一方が絶縁基板上に設けられた
   対をなす電極間にドーパント含有導電性高分子化合物を
   主成分とする導電材を配した保護素子において絶縁基板
   と電極の間に断熱層を設けたことを特徴とする保護素子
4. 【請求項４】保護素子に電流を流しその抵抗値が所定の
   値となるよう調整したことを特徴とする請求項１、２又
   は３のいづれかに記載の保護素子