JPH10162703A - 電気回路保護用素子 - Google Patents
電気回路保護用素子Info
- Publication number
- JPH10162703A JPH10162703A JP33155596A JP33155596A JPH10162703A JP H10162703 A JPH10162703 A JP H10162703A JP 33155596 A JP33155596 A JP 33155596A JP 33155596 A JP33155596 A JP 33155596A JP H10162703 A JPH10162703 A JP H10162703A
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- JP
- Japan
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- electric circuit
- shape memory
- memory alloy
- tipd
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H37/00—Thermally-actuated switches
- H01H37/02—Details
- H01H37/32—Thermally-sensitive members
- H01H37/323—Thermally-sensitive members making use of shape memory materials
Landscapes
- Thermistors And Varistors (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Thermally Actuated Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 定常状態での抵抗値が低く、耐熱性が高く、
更に、動作毎の素子の交換の必要がない電気回路保護用
素子を提供すること。 【解決手段】 ＴｉＮｉ系、あるいはＴｉＰｄ系形状記
憶合金を用いて回路保護素子を構成することにより、室
温〜５３０℃まで幅広いスイッチング温度が選択可能な
電気回路保護用形状記憶合金素子１，２である。
更に、動作毎の素子の交換の必要がない電気回路保護用
素子を提供すること。 【解決手段】 ＴｉＮｉ系、あるいはＴｉＰｄ系形状記
憶合金を用いて回路保護素子を構成することにより、室
温〜５３０℃まで幅広いスイッチング温度が選択可能な
電気回路保護用形状記憶合金素子１，２である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、形状記憶合金を用
いた電気回路保護用素子に関するものである。本発明の
電気回路保護用素子は、軽量の二次電池を使用した携帯
電話機をはじめ、小型の通信機器、電子機器に用いら
れ、これらの機器における異常発生時に流れる過電流を
防止するものである。
いた電気回路保護用素子に関するものである。本発明の
電気回路保護用素子は、軽量の二次電池を使用した携帯
電話機をはじめ、小型の通信機器、電子機器に用いら
れ、これらの機器における異常発生時に流れる過電流を
防止するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術は、次の通りである。
【０００３】半導体材料は、通常、温度上昇と共に抵抗
が小さくなるので、異常発生時、過電流が流れ易くな
る。
が小さくなるので、異常発生時、過電流が流れ易くな
る。
【０００４】従って、電気回路保護用素子としては、室
温で低抵抗であり、温度上昇と共に抵抗が増大、もしく
は回路を切断して電流を制限する素子が用いられる。ま
た、所望のスイッチング温度（抵抗が急激に増大する温
度）で急激に抵抗が大きくなるＰＴＣ（Positive Temp
erature Coefficent）特性を示すＰＴＣ導電性素子
や、スイッチング温度で電気的な導通を切断する温度ヒ
ューズ等の素子である。
温で低抵抗であり、温度上昇と共に抵抗が増大、もしく
は回路を切断して電流を制限する素子が用いられる。ま
た、所望のスイッチング温度（抵抗が急激に増大する温
度）で急激に抵抗が大きくなるＰＴＣ（Positive Temp
erature Coefficent）特性を示すＰＴＣ導電性素子
や、スイッチング温度で電気的な導通を切断する温度ヒ
ューズ等の素子である。
【０００５】ＰＴＣ導電性素子として一般的なものは、
ＢａＴｉＯ3等を用いたセラミックＰＴＣ素子や熱可塑
性等の樹脂を使用したポリマー系のＰＴＣ素子である。
ＢａＴｉＯ3等を用いたセラミックＰＴＣ素子や熱可塑
性等の樹脂を使用したポリマー系のＰＴＣ素子である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、セラミック系
のＰＴＣ素子は、定常状態での抵抗値が、数Ω〜１０Ω
と高いために、数アンペア程度の比較的大きな電流を流
すことができない。又、ポリマー系ＰＴＣ素子は、熱可
塑性樹脂を使用していることから、耐熱性に限界があ
り、繰り返し使用に耐えない。
のＰＴＣ素子は、定常状態での抵抗値が、数Ω〜１０Ω
と高いために、数アンペア程度の比較的大きな電流を流
すことができない。又、ポリマー系ＰＴＣ素子は、熱可
塑性樹脂を使用していることから、耐熱性に限界があ
り、繰り返し使用に耐えない。
【０００７】更に、温度ヒューズ素子は、素子自体の溶
融により回路がオープンになるため、動作毎の素子の交
換が必要となる。
融により回路がオープンになるため、動作毎の素子の交
換が必要となる。
【０００８】本発明の技術課題は、定常状態での抵抗値
が低く、耐熱性が高く、更に、動作毎の素子の交換の必
要がない電気回路保護用素子を提供することにある。
が低く、耐熱性が高く、更に、動作毎の素子の交換の必
要がない電気回路保護用素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】以上の問題を解決するた
めに、本発明者らは、種々検討を行った結果、回路保護
用素子にＴｉＮｉ系又はＴｉＰｄ系の形状記憶合金を用
いることが有効であることを見い出した。
めに、本発明者らは、種々検討を行った結果、回路保護
用素子にＴｉＮｉ系又はＴｉＰｄ系の形状記憶合金を用
いることが有効であることを見い出した。
【００１０】形状記憶合金の比抵抗は、ＴｉＮｉ系合金
でρが約５０〜９０μΩ・ｃｍ、ＴｉＰｄ系合金でρが
約９０〜１３０μΩ・ｃｍ程度と低い。又、一般的に、
耐熱性が良い。
でρが約５０〜９０μΩ・ｃｍ、ＴｉＰｄ系合金でρが
約９０〜１３０μΩ・ｃｍ程度と低い。又、一般的に、
耐熱性が良い。
【００１１】更に、ＴｉＮｉ系、ＴｉＰｄ系の形状記憶
合金を、３００〜６００℃程度の温度で数十時間、時効
処理を施し、２方向形状記憶合金とすることで、例え
ば、スイッチング特性を示す電気回路保護用素子とする
ことができる。即ち、上述したＴｉＮｉ系、ＴｉＰｄ系
の形状記憶合金からなる電気回路保護用素子を用いるこ
とにより、常温で回路をＯＮ、スイッチング温度以上で
回路をＯＦＦにするスイッチ機能を持たせて使用でき
る。
合金を、３００〜６００℃程度の温度で数十時間、時効
処理を施し、２方向形状記憶合金とすることで、例え
ば、スイッチング特性を示す電気回路保護用素子とする
ことができる。即ち、上述したＴｉＮｉ系、ＴｉＰｄ系
の形状記憶合金からなる電気回路保護用素子を用いるこ
とにより、常温で回路をＯＮ、スイッチング温度以上で
回路をＯＦＦにするスイッチ機能を持たせて使用でき
る。
【００１２】電気回路保護用素子に形状記憶合金を用い
れば、定常状態での抵抗値が低く、耐熱性が高く、更
に、動作毎の素子の交換の必要がない素子が得られる。
れば、定常状態での抵抗値が低く、耐熱性が高く、更
に、動作毎の素子の交換の必要がない素子が得られる。
【００１３】ところで、最も一般的な形状記憶材料であ
るＴｉＮｉ系合金は、形状回復温度が、最高で１２０℃
であり、形状記憶特性の利用範囲も、この温度以下であ
る。
るＴｉＮｉ系合金は、形状回復温度が、最高で１２０℃
であり、形状記憶特性の利用範囲も、この温度以下であ
る。
【００１４】これに対して、ＴｉＰｄ系合金は、５３０
℃付近の高温において、熱弾性型マルテンサイト変態の
逆変態に付随して、顕著な形状記憶効果を示す。
℃付近の高温において、熱弾性型マルテンサイト変態の
逆変態に付随して、顕著な形状記憶効果を示す。
【００１５】又、ＴｉＰｄ系合金のＰｄの一部を、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｖ，Ｍｎ，Ｗからなる少なくと
も一種選択した金属で置換した合金は、その形状回復温
度が低下することが知られている。
ｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｖ，Ｍｎ，Ｗからなる少なくと
も一種選択した金属で置換した合金は、その形状回復温
度が低下することが知られている。
【００１６】このことは、ＴｉＰｄ系合金の形状回復温
度を用途に応じて、−５０℃〜５３０℃まで、様々に設
定できることを示している。このように、ＴｉＰｄ系合
金は、比較的低温から高温までの幅広い温度範囲に適応
する形状記憶材料である。
度を用途に応じて、−５０℃〜５３０℃まで、様々に設
定できることを示している。このように、ＴｉＰｄ系合
金は、比較的低温から高温までの幅広い温度範囲に適応
する形状記憶材料である。
【００１７】又、前述のように、形状記憶合金の比抵抗
は、ＴｉＮｉ系合金でρが約５０〜９０μΩ・ｃｍ、Ｔ
ｉＰｄ系合金でρが約９０〜１３０μΩ・ｃｍ程度であ
る。
は、ＴｉＮｉ系合金でρが約５０〜９０μΩ・ｃｍ、Ｔ
ｉＰｄ系合金でρが約９０〜１３０μΩ・ｃｍ程度であ
る。
【００１８】これは、ニクロムの比抵抗（約１００μΩ
・ｃｍ）と同程度であり、電気回路の導体に主として使
用されるＣｕ（約２μΩ・ｃｍ）と比較して高い。
・ｃｍ）と同程度であり、電気回路の導体に主として使
用されるＣｕ（約２μΩ・ｃｍ）と比較して高い。
【００１９】このことは、電気回路に過電流が流れた場
合、ジュール発熱により形状記憶合金素子が、他の回路
と比較して集中的に温度上昇することを示している。
合、ジュール発熱により形状記憶合金素子が、他の回路
と比較して集中的に温度上昇することを示している。
【００２０】又、ＴｉＮｉ、ＴｉＰｄ系形状記憶合金
は、形状を回復する、即ち、マルテンサイト逆変態を引
き起こすためには、約３００ｃａｌ／ｍｏｌの熱量が必
要であり、その前後での比熱は、Ｃｐが約２０ｃａｌ／
ｍｏｌ・ｄｅｇのピーク値を持つことが実験的に確かめ
られている。
は、形状を回復する、即ち、マルテンサイト逆変態を引
き起こすためには、約３００ｃａｌ／ｍｏｌの熱量が必
要であり、その前後での比熱は、Ｃｐが約２０ｃａｌ／
ｍｏｌ・ｄｅｇのピーク値を持つことが実験的に確かめ
られている。
【００２１】このことは、断面積が１ｍｍ2、長さが１
０ｍｍ程度のＴｉＮｉ、ＴｉＰｄ系形状記憶合金は、１
〜１０Ａ以上の電流を流すと、形状回復が起こることを
示している。
０ｍｍ程度のＴｉＮｉ、ＴｉＰｄ系形状記憶合金は、１
〜１０Ａ以上の電流を流すと、形状回復が起こることを
示している。
【００２２】１〜１０Ａより低い電流値の場合、形状記
憶合金素子からの単位時間あたりの放熱量が、発熱量を
上回るため、形状回復は起こらない。
憶合金素子からの単位時間あたりの放熱量が、発熱量を
上回るため、形状回復は起こらない。
【００２３】以上から、ＴｉＮｉ、ＴｉＰｄ系形状記憶
合金素子に、電気回路異常時の１〜２０Ａの電流が流れ
ると、自己発熱によって素子が動作し、回路を切断する
ことが可能である。
合金素子に、電気回路異常時の１〜２０Ａの電流が流れ
ると、自己発熱によって素子が動作し、回路を切断する
ことが可能である。
【００２４】このように、ＴｉＮｉ系、あるいはＴｉＰ
ｄ系形状記憶合金を用いて回路保護素子を構成すること
により、室温〜５３０℃まで幅広いスイッチング温度が
選択可能な電気回路保護用形状記憶合金素子が得られ
る。
ｄ系形状記憶合金を用いて回路保護素子を構成すること
により、室温〜５３０℃まで幅広いスイッチング温度が
選択可能な電気回路保護用形状記憶合金素子が得られ
る。
【００２５】本発明によれば、電気回路保護素子に形状
記憶合金を用いれば、定常状態での抵抗値が低く、耐熱
性が高く、動作毎の素子の交換の必要がなく、更に、室
温〜５３０℃まで幅広いスイッチング温度が選択可能な
電気回路保護用形状記憶合金素子が得られる。
記憶合金を用いれば、定常状態での抵抗値が低く、耐熱
性が高く、動作毎の素子の交換の必要がなく、更に、室
温〜５３０℃まで幅広いスイッチング温度が選択可能な
電気回路保護用形状記憶合金素子が得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、図面等を用いて、本発明の
実施の形態を説明する。
実施の形態を説明する。
【００２７】表１に、今回作製したＴｉＮｉ、あるいは
ＴｉＰｄ系合金を用いた電気回路保護用形状記憶合金素
子の形状回復温度（Ａｆ）と組成の関係を示した。
ＴｉＰｄ系合金を用いた電気回路保護用形状記憶合金素
子の形状回復温度（Ａｆ）と組成の関係を示した。
【００２８】ここで、Ｔｉ50Ｐｄ50合金は、形状回復温
度が約５３０℃と、高温である。
度が約５３０℃と、高温である。
【００２９】そのため、今回作製したＴｉＰｄ系電気回
路保護用形状記憶合金素子の合金系は、Ｔｉ50Ｐｄ50合
金のＰｄの一部を置換したＴｉＰｄＸ合金（Ｘは、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｖ，Ｍｎ，Ｗからなる少なくと
も一種）の形状回復温度を表１の値とした。
路保護用形状記憶合金素子の合金系は、Ｔｉ50Ｐｄ50合
金のＰｄの一部を置換したＴｉＰｄＸ合金（Ｘは、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｖ，Ｍｎ，Ｗからなる少なくと
も一種）の形状回復温度を表１の値とした。
【００３０】
【００３１】図１は、今回作製したＴｉＮｉ、あるいは
ＴｉＰｄ系合金を用いた電気回路保護用形状記憶合金素
子の外観図である。
ＴｉＰｄ系合金を用いた電気回路保護用形状記憶合金素
子の外観図である。
【００３２】図１で、一つの素子サイズは、２×０.５
×１０ｍｍとし、又、素子接点の面積は、素子断面と同
様、１ｍｍ2である。
×１０ｍｍとし、又、素子接点の面積は、素子断面と同
様、１ｍｍ2である。
【００３３】なお、図１に示したＴｉＮｉ、あるいはＴ
ｉＰｄ系合金の表面は、Ｎｉめっきを施し、合金表面を
平滑にすると共に、接触抵抗を低減した。
ｉＰｄ系合金の表面は、Ｎｉめっきを施し、合金表面を
平滑にすると共に、接触抵抗を低減した。
【００３４】又、めっきは、Ｎｉめっきの他、Ａｕ，Ａ
ｇ，Ｐｔ，Ｃｕめっき等が有効である。
ｇ，Ｐｔ，Ｃｕめっき等が有効である。
【００３５】又、図１の形状の電気回路保護用形状記憶
合金素子は、基板上への表面実装が可能であり、回路の
省スペースにも寄与する。
合金素子は、基板上への表面実装が可能であり、回路の
省スペースにも寄与する。
【００３６】図２は、図１に示したＴｉＮｉ、あるいは
ＴｉＰｄ系合金を用いた電気回路保護用形状記憶合金素
子の動作状態を示す図である。
ＴｉＰｄ系合金を用いた電気回路保護用形状記憶合金素
子の動作状態を示す図である。
【００３７】室温で図２（ａ）の状態である電気回路保
護用形状記憶合金素子は、電気回路に対して直列に挿入
した。
護用形状記憶合金素子は、電気回路に対して直列に挿入
した。
【００３８】その後、環境温度を表１に示したＴｉＮ
ｉ、あるいはＴｉＰｄ系合金それぞれの形状回復温度
（Ａｆ）以上とすると、図２（ｂ）のように、高温で形
状を回復し、それぞれ電気回路を切断した。
ｉ、あるいはＴｉＰｄ系合金それぞれの形状回復温度
（Ａｆ）以上とすると、図２（ｂ）のように、高温で形
状を回復し、それぞれ電気回路を切断した。
【００３９】環境温度が低下し、形状回復温度（Ａｆ）
以下となると、図２（ａ）の低温時の形状となり、電気
回路が導通した。
以下となると、図２（ａ）の低温時の形状となり、電気
回路が導通した。
【００４０】表２に、表１に示した組成で、図１に示し
た形状である形状記憶合金素子に、それぞれ１５Ａの電
流を流した場合の回路切断動作の有無と、動作までの反
応時間を示した。
た形状である形状記憶合金素子に、それぞれ１５Ａの電
流を流した場合の回路切断動作の有無と、動作までの反
応時間を示した。
【００４１】
【００４２】表２からわかるように、○印は表１の組成
の素子が、図２（ｂ）のように、回路切断動作を行った
ことを示している。又、動作までの時間は、１秒以下〜
１.２秒程度であった。
の素子が、図２（ｂ）のように、回路切断動作を行った
ことを示している。又、動作までの時間は、１秒以下〜
１.２秒程度であった。
【００４３】なお、全ての組成の素子共、電流供給を停
止すると、温度が低下し、図２（ａ）の形状となり、導
通状態を回復した。
止すると、温度が低下し、図２（ａ）の形状となり、導
通状態を回復した。
【００４４】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、電気回路保護素子に、ＴｉＮｉ、あるいはＴｉＰｄ
系形状記憶合金を用いれば、定常状態での抵抗値が低
く、耐熱性が高く、動作毎の素子の交換の必要がなく、
更に、環境温度、過電流のそれぞれに反応して動作する
電気回路保護用形状記憶合金素子が得られる。又、スイ
ッチング温度は、室温〜５３０℃まで幅広い範囲で選択
可能であり、工業的利用価値は大である。
ば、電気回路保護素子に、ＴｉＮｉ、あるいはＴｉＰｄ
系形状記憶合金を用いれば、定常状態での抵抗値が低
く、耐熱性が高く、動作毎の素子の交換の必要がなく、
更に、環境温度、過電流のそれぞれに反応して動作する
電気回路保護用形状記憶合金素子が得られる。又、スイ
ッチング温度は、室温〜５３０℃まで幅広い範囲で選択
可能であり、工業的利用価値は大である。
【図１】本発明の実施例に関わる電気回路保護用形状記
憶合金素子の概略形状を示す斜視図。
憶合金素子の概略形状を示す斜視図。
【図２】図１に示した電気回路保護用形状記憶合金素子
の回復挙動を表す説明図。図２（ａ）は、素子の室温で
の状態を示す図。図２（ｂ）は、形状回復温度以上で動
作し、電気回路を切断した状態を示す図。
の回復挙動を表す説明図。図２（ａ）は、素子の室温で
の状態を示す図。図２（ｂ）は、形状回復温度以上で動
作し、電気回路を切断した状態を示す図。
１，２，３，４ 形状記憶合金素子
Claims (5)
- 【請求項１】 電気回路異常発生時の発熱、あるいは過
電流を感知し、前記回路を遮断する電気回路保護用素子
において、前記電気回路保護用素子にＴｉＮｉ系又はＴ
ｉＰｄ系形状記憶合金のいずれかを用いたことを特徴と
する電気回路保護用素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の電気回路保護用素子であ
って、前記電気回路保護用素子は、２対を対向させた板
ばねであることを特徴とする電気回路保護用素子。 - 【請求項３】 請求項１記載の電気回路保護用素子であ
って、前記電気回路保護用形状記憶合金素子は、Ｔｉが
４９〜５１原子％で、残部が実質的にＮｉからなる組成
を有するＴｉＮｉ系形状記憶合金からなることを特徴と
する電気回路保護用素子。 - 【請求項４】 請求項１記載の電気回路保護用素子であ
って、前記電気回路保護用素子は、Ｔｉが４９〜５１原
子％で、残部が実質的にＰｄからなる組成を有するＴｉ
Ｐｄ系形状記憶合金からなることを特徴とする電気回路
保護用素子。 - 【請求項５】 請求項４記載の電気回路保護用素子であ
って、前記ＴｉＰｄ系形状記憶合金は、Ｐｄの一部を、
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｖ，Ｍｎ，Ｗから選ばれる少
なくとも一種以上で置換してなることを特徴とする電気
回路保護用素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33155596A JPH10162703A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 電気回路保護用素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33155596A JPH10162703A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 電気回路保護用素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10162703A true JPH10162703A (ja) | 1998-06-19 |
Family
ID=18244980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33155596A Pending JPH10162703A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 電気回路保護用素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10162703A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007132808A1 (ja) * | 2006-05-17 | 2007-11-22 | Tyco Electronics Raychem K.K. | 保護素子 |
| JP2017509307A (ja) * | 2013-12-20 | 2017-03-30 | 中投仙能科技（▲蘇▼州）有限公司 | リチウムイオン電池保護器 |
-
1996
- 1996-11-26 JP JP33155596A patent/JPH10162703A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007132808A1 (ja) * | 2006-05-17 | 2007-11-22 | Tyco Electronics Raychem K.K. | 保護素子 |
| JPWO2007132808A1 (ja) * | 2006-05-17 | 2009-09-24 | タイコ エレクトロニクス レイケム株式会社 | 保護素子 |
| JP2017509307A (ja) * | 2013-12-20 | 2017-03-30 | 中投仙能科技（▲蘇▼州）有限公司 | リチウムイオン電池保護器 |
| US10056769B2 (en) | 2013-12-20 | 2018-08-21 | Sinonewenergy (Suzhou) Technology Co., Ltd. | Lithium-ion battery protector |
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