JPH0636677A

JPH0636677A - 過電流保護素子

Info

Publication number: JPH0636677A
Application number: JP4213293A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Kobayashi; 信夫小林
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1992-07-17
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: JP3321200B2

Abstract

(57)【要約】【構成】ドーパント含有導電性高分子と、該導電性高
分子よりも単位体積当たりの熱容量が大きい物質とから
なる過電流保護素子。【効果】過大な電圧印加によるより過大な電流が流れ
ても、火災の危険が少なく、安全性及び信頼性が高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ドーパント含有導電性
高分子を利用する過電流保護素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドーパント含有導電性高分子を利用する
過電流保護素子は、ある一定以上の過電流により前記導
電性高分子が自己発熱して温度が上昇し、その結果導電
性が失われることを利用している。然しながら、より過
大な電圧印加によるより過大な電流が流れた場合、該過
電流保護素子の特に中心部付近は、ドーパント含有導電
性高分子の熱分解温度以上の温度に達することとなり、
該導電性高分子が炭化して導通状態となり、過電流保護
素子として動作せず、更に大電流が流れたり、放電が発
生し、火災などの重大な事故を引き起こす原因となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、過大
な電圧印加によるより過大な電流が流れても、火災の危
険が少なく、安全性及び信頼性が高い過電流保護素子を
提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、ドーパント含有導電性高分子と、該導電
性高分子よりも単位体積当たりの熱容量が大きい物質と
からなる過電流保護素子を提供するものである。本発明
は、ドーパント含有導電性高分子からなる過電流保護素
子に、ドーパント含有導電性高分子よりも単位体積当た
りの熱容量が大きい物質を含有させ、過剰な熱を吸収さ
せることにより、前記導電性高分子の過剰な温度上昇を
抑制するものである。

【０００５】ドーパント含有導電性高分子本発明の過電流保護素子の素材であるドーパント含有導
電性高分子は、従来公知のものを使用することができ
る。本発明の過電流保護素子に利用する導電性高分子と
しては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリア
セチレン等が挙げられ、好ましくは、ポリアニリンであ
る。また、ドーパントとしては、例えば、プロトン酸、
ルイス酸、ハロゲン等の電子吸引性の強い物質が挙げら
れ、具体的には、塩酸、硫酸、ホウフッ化水素酸、過塩
素酸、カンファーβスルホン酸、パラトルエンスルホン
酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸等のスルホ
ン酸、クエン酸、マレイン酸、マロン酸、シュウ酸等の
カルボン酸等が例示される。また、ポリアニリンについ
ては、好ましくは、カンファーβスルホン酸を使用す
る。スルホン酸をドープしたポリアニリンは、抵抗値の
経時変化が小さく、更に、カンファーβスルホン酸をド
ープしたポリアニリンは、加熱による抵抗値上昇が大き
く（図１参照）、電流を確実に遮断することができる。
ドーパントのドーピング量は、通常、導電性高分子を構
成する単量体単位１モル当たり、 0.3〜0.5 モルでよ
い。ドーピングの方法は、特に制限されず、例えば、化
学ドーピング法、電気化学的方法等が挙げられる。

【０００６】ドーパント含有導電性高分子よりも単位体
積当たりの熱容量が大きい物質本発明の過電流保護素子は、上記のドーパント含有導電
性高分子の単位体積当たりの熱容量よりも大きい熱容量
を有する物質（以下、大熱容量物質という）を含有する
ことにより、該導電性高分子の過剰の温度上昇を抑制す
ることができる。大熱容量物質としては、好ましくは、
ドーパント含有導電性高分子の体積当たりの熱容量の
1.5〜５倍の熱容量を有するものを使用する。上記の大
熱容量物質としては、例えば、Al₂O ₃ 、AlN 、 TiO
₂ 、TiC 、TiB₂、Si₃N ₄、BN等の絶縁物質が挙げら
る。これらの中で好ましいものは、Al₂O ₃である。上
記の絶縁物質の混合量は、目的とする過電流保護素子の
抵抗値、使用するドーパント含有導電性高分子の種類及
び混合量並びに絶縁物質の種類により異なるが、ドーパ
ント含有導電性高分子と混合後の混合物において、上記
の絶縁物質の混合量が、通常、10〜70体積％であり、好
ましくは、30〜70体積％である。

【０００７】また、上記の大熱容量物質として、カーボ
ンブラック、グラファイト、WC、ZrC 、TaC 、TaN 等の
導電性物質を使用することも可能である。これらの中で
好ましいものは、WC及びZrC である。上記の導電性物質
の混合量は、目的とする過電流保護素子の抵抗値、使用
するドーパント含有導電性高分子の種類及び含有量並び
に導電性物質の種類により異なるが、ドーパント含有導
電性高分子と混合後の混合物において、上記の絶縁物質
の混合量が、通常、10〜70体積％であり、好ましくは、
30〜70体積％である。

【０００８】上記の大熱容量物質の形状及び大きさは、
ドーパント含有導電性高分子から効率よく熱を吸収する
形状及び大きさであれば特に制約はない。該物質の形状
としては、例えば、球状、繊維状等が挙げられる。ま
た、該物質の大きさは、例えば球状のものを使用する場
合、好ましくは 100μm 以下であり、更に好ましくは、
10μm 以下であり、特に好ましくは、１μm 以下であ
る。また、上記の大熱容量物質とドーパント含有導電性
高分子との混合方法としては、単純に混合する方法も可
能であるが、成形を容易にするという観点から、該大熱
容量物質上に、上記のドーパント含有導電性高分子を重
合させる方法が好ましい。

【０００９】過電流保護素子の製法本願発明の過電流保護素子は、上記の大熱容量物質を混
合したドーパント含有導電性高分子を、例えば、プレス
成形、キャスティング成形等の成形法により成形し、後
述する電極を形成することにより製造される。プレス成
形時においては、バインダーを混合したり、樹脂を含浸
させたり、樹脂で被覆することにより成形体の強度を高
めることも可能である。形状としては、例えば、円筒
状、円板状、角型状、シート状等が挙げられる。

【００１０】過電流保護素子は、通常、使用時には、例
えば２個の電極で挟まれた状態で使用される。この電極
材料としては、例えば金、銀、銅、ニッケル、クロム、
アルミニウム、インジウム等の各種金属、カーボン等が
挙げられ、使用する導電性高分子に対してオーミック接
触が得られるようなものを用いる。電極を取り付ける方
法としては、例えば、蒸着、メッキ等の方法が挙げられ
る。

【００１１】本発明の過電流保護素子は、製造及び販売
に際しては前記の電極は必ずしも設けられる必要はな
い。例えば、上記のように使用に際して器具に予め設け
られた所定の電極等で機械的に締めつけ挟持される場合
には電極を予め素子に設けておく必要がないからであ
る。

【００１２】また、本発明の過電流保護素子は、放電素
子、過電圧素子とユニット化して保安器とすることも可
能である。また、ハンダ付け温度にさらされても抵抗が
変化しない熱安定性の高いドーパント、例えば、有機ス
ルホン酸等がドープされた導電性高分子を使用する場合
には、チップ部品化し基盤に実装することも可能であ
る。

【００１３】

【実施例】実施例１ 300ml三角フラスコに、アニリン13.3ｇ、塩酸（36％）1
8ml及び蒸留水 150mlを添加した後、アルミナ粉体（昭
和電工製、AL−45−A ）66.5ｇを添加した。これをスタ
ーラーで攪拌しながら、ペルオキソ二硫酸アンモニウム
15.3ｇを蒸留水27mlに溶解した溶液を30分間かけて滴下
して、５時間反応を行ったところ、アルミナ粉体上を覆
うようにアニリンが重合されていた。得られたポリアニ
リン−アルミナを蒸留水で洗浄後、アンモニア水で処理
して塩酸を脱ドープした。更に水で洗浄した後、 0.5Ｍ
のカンファーβスルホン酸に浸漬して再ドープして、カ
ンファーβスルホン酸ドープポリアニリンを得た。これ
を濾別、乾燥した後、プレス成形により直径４mm、厚さ
2.5mmの成形体とし、その両面に金を真空蒸着して過電
流保護素子を作った。この過電流保護素子の抵抗値を測
定したところ、５Ωであった。図２のように、上記の過
電流保護素子１、電源２、抵抗(150Ω) ３を組み込んだ
回路を作り、過電流保護素子の性能を調べた。その結
果、過電流保護素子は、電源電圧 500Ｖで電流を遮断
し、過電流保護素子として動作した。

【００１４】比較例１アルミナを混合しなかった以外は実施例１と同様の操作
を行うことにより得られた過電流保護素子を用いて、実
施例１と同様に過電流保護素子としての性能を調べた。
その結果、過電流保護素子は、電源電圧 300Ｖで発火し
た。

【００１５】

【発明の効果】本発明のドーパント含有導電性高分子か
らなる過電流保護素子は、過大な電圧印加によるより過
大な電流が流れても、火災の危険が少なく、安全性及び
信頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】カンファーβスルホン酸をドープしたポリアニ
リンと、ベンゼンスルホン酸をドープしたポリアニリン
の抵抗値の温度による変化を示すグラフである。

【図２】実施例１及び比較例１で製造した過電流保護素
子の性能を調べるために使用した回路図である。

【符号の説明】

１過電流保護素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ドーパント含有導電性高分子と、該導電
性高分子よりも単位体積当たりの熱容量が大きい物質と
からなる過電流保護素子。
【請求項２】請求項１の過電流保護素子であって、前
記の導電性高分子よりも単位体積当たりの熱容量が大き
い物質が絶縁物質である過電流保護素子。
【請求項３】請求項１の過電流保護素子であって、前
記の導電性高分子よりも単位体積当たりの熱容量が大き
い物質が導電性物質である過電流保護素子。