JPH03233902A - Ｐｔｃ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、Ｐ　Ｔ　Ｃ（Ｐｏｓｉｔｔｖｅ　Ｔｅｍｐｅ
ｒａｔｕｒｅＣｏｅｌｌｉｃｉｅｎｌ）特性を有する組
成物よりなる成形物よりなる素子本体に電極を接合して
ＰＴＣ素子を形成するＰＴＣ素子の製造方法に関する。

（従来の技術） カーボンブラック、ポーラスブラック等の導電性粒子を
、ポリエチレン、ポリプロピレン等の結晶性ポリマーに
分散されたＰＴＣ特性を有する組成物を成形体とし、こ
の成形体に電極を接合して結晶性ポリマーの融点附近で
急峻な抵抗値の上昇が起るＰＴＣ素子を形成することは
既に知られている。そしてＰＴＣ特性をもつ成形体に、
熱圧着により電極を接合させる方法としては、次のよう
な方法が知られている。

ａ、米国特許第４４２６６３３号明細書に記載されてい
るように、ＰＴＣ特性を有する組成物を押出成形して薄
板状成形体とし、この薄板状成形体の両面に金属箔より
なる電極を数分間の温度、圧力、時間を制御することに
より電気特性を決定しながら熱圧着し、次に成形体を電
極と共に所望の形状にカットして得られたＰＴＣ導電性
ポリマーから成る電気デバイス ｂ、特開昭６２−１０６６０２号公報に記載されている
ように、ＰＴＣ特性をもつ組成物を成形しこの成形体の
上下両面に金属箔よりなる電極を当着し、先ず、組成物
を構成するポリマーの融点以下の温度で２分ずつ３回加
圧、加熱を繰返し、次にポリマーの融点よりも高い温度
で各２分ずつ３回加圧、加熱を施して成形体の両面に電
極を結合させる有機性正特性サーミスタの製造方法Ｃ０
特開昭６０−１９６９０１号公報に記載されているよう
に、結晶性ポリマーとカーボンブラックよりなる組成物
を板状に成形し、この成形体の両面に片面を粗面化した
電極を熱間プレスにより１５０℃３０分の条件で接合し
て成形物の両面に電極を結合させ、次に所定の大きさに
切断した有機質正特性サーミスタを得る方法 等である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来法は何れも電極の熱圧着に際し
、分単位で加熱して、ｐ’ｒｃＦｆｔ、形体を何れも一
旦完全に溶融している。このためＰＴＣ成形体に余分な
熱履歴が与えられその電気的特性に変化をもたらすこと
になる。したがって所望の抵抗値のＰＴＣ素子を得るた
めには、ａの米国特許第４４２６６３３号明細書に記載
されているように熱圧着時の温度、圧力、時間、冷却時
の加圧の制御が必要になる。

また、時間を節約するために広い面積での電極付けが必
要となり電極を成形体に熱圧着した後所定の形状にカッ
トしている。そのため、カットに際して電極が成形体に
喰い込む等して成形体を変形させることによっても抵抗
値が変化する。また、得られる素子の形状は板状成形体
の両面に電極を形成したサンドイッチ構造のものしか得
られないという問題がある。

さらに、電極と成形体の接合面の面積が広いため、空気
が接合面に残存し易いという問題かありこの問題を解決
するためにｂの特開昭６２−１０６６０２号公報に記載
されているように２段階の加熱圧着手段により工程を煩
雑化するという問題もある。

また、単に短時間でＰＴＣ成形体に金属箔を圧着するだ
けならば、ＰＴＣ成形体に接触させあらかしめ所望の温
度とした大きな金属熱板をコンプレッション成形機等で
数秒押しつけてから離す方法でもできるが、この場合冷
却時に圧力が加わらない。そのため、成形体と金属箔と
の接合が不安定で十分な接合力やオーミンクな接触を得
ることができないという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑み、電極の熱圧着による接合時
に、ＰＴＣ組戒組成成形物よりなる素子本体の溶融を電
極との接合界面のみにおさえることで電極付は工程での
ＰＴＣ素子本体への電気的特性その他の影響を可及的に
少なくし、素子本体の形状並に電極の取付は位置も任意
に選択でき、しかも大量生産も可能なＰＴＣ素子の製造
方法を提供するものである。

Ｃ発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 本発明の請求項１に記載のＰＴＣ素子の製造方法は、導
電性粒子と結晶性ポリマーとからなるＰＴＣ特性を有す
る組成物を所望の形状と電気的特性を有するチップ状に
形成してチップ状素子本体を得、次にこの素子本体に金
属箔よりなる電極を当接し、次にこの電極をヒータチッ
プで前記素子本体に圧接するとともにこのヒータチップ
に温度制御加熱電源を介してパルス電流によるジュール
熱を発生させ前記素子本体の電極当接面を薄膜状に溶融
させ、次に前記電極の加圧状態を保持したまま素子本体
を放熱させ、電気的特性を変化させることなく素子本体
に電極を接合させるものである。

本発明の請求項２に記載のＰＴＣ素子の製造方法は、請
求項１において、加熱時間は１０秒以下であるものであ
る。

本発明の請求項３に記載のＰＴＣ素子の製造方法は、請
求項１または２において、放熱時の加圧は、素子本体に
配合された結晶性ポリマー中で最も低融点のポリマーの
融点Ｔｍ〔℃〕に対し、Ｔｍ〔℃〕−５０〔℃〕になる
まで保持されるものである。

本発明の請求項４に記載のＰＴＣ素子の製造方法は、請
求項１ないし３の何れかにおいて、温度制御加熱電源と
してサーモコントロールウェルダーが用いられるもので
ある。

（作用） 本発明のＰＴＣ素子の製造方法は、ＰＴＣ特性を有する
組成物よりなるチップ状素子本体に電極を加圧加熱によ
り接合させる場合、電極当接面のみを薄膜状に溶融して
電極を圧着させるから、成形物全体に余分な熱履歴を与
えることがない。

このため、電極の接合に際して素子本体の電気的特性を
殆んど変化させることがない。電極接合に要する加熱、
放熱時間が数秒という極く短い時間ですみ、熱圧着に要
する時間が少なく、チップ状の素子本体一個毎に電極を
取付ける時間が生産コストに影響しない。

さらに、電極接合後にカットする必要がないため、′カ
ットによる素子本体への電極の喰い込みや残留応力等の
ストレスが生じない。

またチップ状素子本体に電極を加熱圧着するため電極当
接面は小面積であり電極当接面に残存する空気は電極と
素子本体の電極当接面で薄膜状に溶融した溶融ポリマー
の流れにより容易に排除される。

電極を熱圧着後の放熱時の加圧を保持する温度はポリマ
ーの融点よりも５０℃以上低く保持させることにより、
ポリマーの完全な再凝固を行わせ、電極の接合が確実に
なる。

温度制御加熱電源としてのサーモコントロールウェルダ
ーは、パルス電流を流してジュール熱を発生させ瞬時に
熱を電極接合面に供給するとともに、ヒータチップの温
度や端子電圧を検知し電流制御を行いうるちのである。

（実施例） 本発明の実施例に用いられる装置の一例を第１図ないし
第３図によって説明する。

１はヒータチップで図示されないハンドプレスに取付け
られている。２は導電性粒子と結晶性ポリマーとからな
るＰＴＣ特性を有する組成物をチップ状に成形して成る
素子本体で、基板３上に支持されている。４は金属箔よ
りなる電極で、素子本体２上に重ね合わされ前記ヒータ
チップ１のハンドプレスによって素子本体２に圧着され
る。

５は温度制御加熱電源（サーモコンドロールウニルダー
、ＴＣＷ）で、日本アビオニクス株式会社製ＴＣＷ−１
１５が用いられ、導体６．７によって前記ヒータチップ
１と接続されている。導体６゜７の電気抵抗は極めて小
さいため、温度制御加熱電源５のパルス電流による発熱
はヒータチップ１に集中し、ヒータチップ１には熱電対
８が取付けられており、この熱電対８の熱起電力は、温
度制御加熱電源５で検知される。そしてこれによって、
温度制御加熱電源５はヒータチップ１の温度を所定の値
に保つように電流を制御するようになっている。

ヒータチップエは、第２図、第３図に示すように、厚さ
２ｍｍのモリブデン製の板を上向に開口したコ字形に屈
曲し下面を電極圧着面９とした構造で、電極４を圧着す
る時の加圧に耐えうる構造的強度を有し放熱の効率を高
める構造となっている。。

このヒータチップ１の電極圧着面９の面積は、ＩＩ、Ｘ
ｌ２＝２２叫×２２閣、高さｚ３＝２０關である。

０ ヒータチップ１は、短時間で加熱、冷却を可能にするた
めに熱容量を小さくすることが必要であり、このために
体積を小さくすることが望ましいが、電極圧着面９の面
積は電極４の面積と等しいかより大きくする必要がある
。

ヒータチップ１の加熱電源としての温度制御加熱電源５
はパルス電流をヒータチップ１に流し発生するジュール
熱でヒータチップ１を瞬時に加熱し、ヒータチップ１の
温度をヒータチップ１に溶接した熱電対８で検知して、
ヒータチップ１を所定の温度に保つために電流を調整で
きる電源である。また所定の温度での加熱時間も熱電対
８の熱起電力を帰還することにより制御できる。

ヒータチップ１の放熱時間を短縮するための手段として
は、圧縮空気を吹き付ける方法がある。

そのためには、放熱効率の高い形状例えば、第２図、第
３図に示すように金属板を上向きのコ字形に屈曲して放
熱面積を広くした構造にする。

次に上記装置を用いた本発明の製造工程を説明する。

１ ■、カーボンブラック等の導電性粒子と結晶性ポリマー
から成るＰＴＣ特性を有する組成物は圧縮成形、射出成
形、カレンダー成形等の成形法により成形されチップ状
素子本体２が得られる。

この成形時に製品として得られるＰＴＣ素子の体積抵抗
率、形状等の基本的な性質が決定される。

この素子本体２は電極４が取付けていないので、必要に
応じてフライス盤などの加工機械により任意の形状にす
ることができる。

２、素子本体２に電極４を当接し、この電極４に加熱し
てないヒータチップ１の電極圧着面９をハンドプレスの
操作によって押しつけて所定の圧力を与える。

３、電源５に接続したヒータチップ１にパルス電流を流
すことにより加熱を行い電極４が当接された素子本体２
の電極当接面を薄膜状に溶融する。同時にヒータチップ
１に取付けられた熱電対８の熱起電力を検知してヒータ
チップ１の過熱を防止する。

圧着のためのヒータチップｔの加熱温度を１２ ５０℃とすると、１５０℃に昇温するのに要する時間は
３秒である。

４、放熱は、ヒータチップ１を加熱するための電流をオ
フにし、圧縮空気をヒータチップ１に吹きつけることに
より行う。放熱によって素子本体２の薄膜状に溶融した
ポリマーが再凝固し、電極４が素子本体２に完全に接合
される。

ヒータチップ１を１５０℃から８０℃まで温度低下する
のに要する時間は３秒程度である。

素子本体２を構成する結晶性ポリマーの融点を１３２℃
とすると、電極４の圧着のために必要な温度はこの融点
よりも当然高くなる。

冷却時に加圧を保ち続ける温度は、融点より５０℃以上
低く設定されているが、この理由は、融点以下ぎりぎり
の温度であると、ポリマーの完全な再凝固が行われない
ため、接合が不十分になるためである。素子本体２に一
対の電極４が取付けられる面は、互に平行な面でなくて
もよい。例えば、素子本体２の形状に従って、一対の電
極４゜４が互に直交する方向でも、６０’に傾斜した方
３ 向でも接合することができる。また、必要に応じて、３
枚以上の電極４を任意の位置に接合することもできる。

さらに接合される電極４も任意の形状を選ぶことができ
る。

実施例１ 表　　１ 表１に示すＰＴＣ特性を有する組成物を加熱混練したの
ち、径２ｍｍ以下に粉砕したものについて圧縮成形を行
った。成形は上記粉砕品を金型に入れ、４６５ｋｇ１／
ｃａｒの押し金型による圧力を与えながら、５分で室温
から２００℃まで昇温し、２００℃に３分保ったのち、
１１６ｋｇ１／ｃａｒの圧力を加えながら５０℃まで９
分で冷却したのち、金型４ から取り出すことで行い、第４図に示す１４Ｘ７！　５
ＸＡ’　６　＝Ｉ３ｍｍＸ１３ｍｍＸ３．５　ｍｍの素
子本体２を得た。

この素子本体２の上下両面に、粗面電解ニッケル箔（福
田金属箔粉工業■製）よりなる厚さ２５μｍで面積がヒ
ータチップ１の電極圧着面９の面積と等しい電極４を次
の方法によって接合した。

第１段階：素子本体の表面に電極４を密着させ、その上
からヒータチップ１の 圧着面９で加圧する。加圧力は４ Ｑｋｇｌ／ｃｉである。

第２段階：ヒータチップ１を所望の温度（１５０°Ｃ）
に３秒間で昇温させ、そ の温度に３秒間保つ。この過程で 第１１段階での加圧は保ち続けられ る。

第３段階：加圧を保ったままヒータチップ１を８０℃以
下まで圧縮空気を吹き つけることにより放熱させる。お よそ３秒で放熱は完了する。更に ５ 加圧を１０秒程度保つ。

この３段階の過程で電極４は素子本体２の表面にしっか
り接合される。要する時間は２０秒程度である。

次に素子本体２を裏返して同様の操作をくり返し素子本
体２の裏面にも電極４を接合する。

上述のようにして、素子本体２の表裏面に電極４．４が
接合されたＰＴＣ素子の抵抗値を測定し体積抵抗率を計
算した。

また、比較例として、同じ方法で得られた素子本体の上
下両面に銀ペースト（■徳力化学研究所製；商品名シル
ベスト）を塗布して体積抵抗率を変化させることなく電
極を形成したＰＴＣ素子の抵抗値を測定し、体積抵抗率
を計算した。

結果を表２に示す。

（以下次頁） ６ 表 表２に示したように実施例１の方法で得られたＰＴＣ素
子の体積抵抗率は電極の形成によって体積抵抗率に変化
を示さない比較例１の体積抵抗率と略等しくなり、体積
抵抗率を変化させることなく電極付けを行えることがわ
かる。密着時に電極の周囲に少量のＰＴＣ組成物のパリ
がでるが、厚さの減少は、いずれも２％以下であり、成
形体の形状に変化を与えることなく電極付けを行えるこ
とがわかる。

７ 実施例２ 表３に示した配合の導電性粒子と結晶性ポリマーとを加
熱混練したのち径２　ｍｍ以下に粉砕したものについて
、実施例１と同様に圧縮成形して素子本体２を得た。こ
の素子本体２の形状も実施例１と同様である。

表　　３ （注）ポーラスブラックとは、カーボンブラックを気相
エツチング法により多孔質化したものである。

この素子本体２の上下両面に実施例１で用いた粗面電解
ニッケル箔よりなる電極４．４を実施例１と同じ方法で
接合させてＰＴＣ素子を得た。

得られたＰＴＣ素子を１００℃で２時間熱エージ８ ングしたのち、γ線を照射して架橋させてた。照射量は
１０Ｍｒａｄと６０Ｍｒａｄの二水準である。このもの
についてビール試験を行い、引き剥がし強度を測定した
。比較例２として、この実施例２と同じ条件での圧縮成
形をするときに、素子本体２を、はさみこむようにＮｉ
箔よりなる電極を上下面に配置することにより、成形と
同時に電極付けを行い比較例２とした。この比較例２に
同様の熱エージングとγ線照射を行い、これをビール試
験にかけた。結果を表４に示す。

（以下次頁） 表 表４から明らかなように同じγ線量を照射したもの同志
では、実施例２による電極４の密着強度は、比較例２よ
り大きい値を示す。この比較例２は完全に溶融したＰＴ
Ｃ組成物に圧力を与えながら接合を行うので従来の熱圧
着工法と同様の接合強度となる ０ 実施例２が大きい接合強度を示す理由は、比較例２では
冷却に時間がかかったため、ポリマーが再凝固する時の
結晶化度が高くなり、電極の金属箔の粗面に喰い込んだ
ＰＴＣ組成物の収縮が進み、電極４の金属箔の粗面への
しっかりとした喰い込みが維持できなかったのに対して
、実施例２では、冷却速度が非常に大きいため、電極４
の金属箔の粗面に喰い込んだポリマーの結晶化度が低く
なり、収縮が少なかったため、粗面への喰い込みが維持
され接合強度が大になったと考えられる。

実施例３ 実施例２と同様に製作した試料と比較例２による試料の
何れもγ線６０Ｍｒａｄ照射品を実施例３、比較例３と
した。そして、実施例３と比較例３に何れも電圧を繰り
返し印加した。印加条件は３０Ｖを５回、１００Ｖを４
回、１５０Ｖを２回、２００Ｖを２回、２５０Ｖを４回
で、印加時間は、それぞれ２分間であり、次の印加を行
うまで、２０分以上の間隔をおいた。なお、双方の試料
の初期抵抗値と厚さは同じにしである。印加を繰り返１ していくに従い、実施例３、比較例３共に抵抗値の上昇
がみられた。この上昇度合は、双方共、はぼ同じであっ
た。前述した印加終了後に抵抗値変化率が双方共６５％
アップになったので印加試験を打ち切り、実施例３、比
較例３についてそれぞれビール試験を行った。実施例３
は一面が０．６２ｋｇｊ／ｃｎで反対面が０．７３ｋｇ
　＋／（１）であった。それに対して比較例３では一面
が０．５２ｋｇｆ／ａｎで反対面が０．５７ｋｇ＋／ａ
ｎであった。このことにより、実施例３による電極付け
ではＰＴＣ素子に、繰り返しＰＴＣ動作を行ったのちで
も、比較例３の熱圧着工法によるものより、強固に電極
４が素子本体２に密着していることがわかる。

実施例４ 実施例２と同様のＰＴＣ組成物を圧縮成形したのち、グ
ラインダーで角をけずり、第５図に示す形状に加工して
Ａｌ７＝１３閣、ｌＳ＝＋ａ恥、ＩＩ　９　＝　１０．
５ｗｎ、Ｉ　Ｉｏ＝５１ｒｒｍ、Ａｚ＝１１ｍｍの素子
本体２を得た。互いに直交方向となるＡ、Ｂ面に夫々の
Ａ、Ｂ面と同じ面積を持つ電極４．４を実施２ 例１と同様な方法により密着接合させた。電極４゜４と
接合の条件は実施例１と同様である。この両面について
ビール試験を行った。また、比較例４として比較例２と
同様に、素子本体の成形と同時に平行に向きあった面に
一対の電極を密着させたものを形成しこれについてのビ
ール試験を行った。

結果を表５に示す。

表　　５ 表５に示したように、実施例４によれば、対面した方向
でなくとも、十分な強度をもって、素子本体２に電極を
密着できることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、導電性粒子と結晶性ポリマーとからな
るＰＴＣ特性を有する組成物よりなる３ チップ状の素子本体に電極を熱圧着するに際し、素子本
体を全体的に溶融することなく瞬間的な加熱により電極
当接面のみを薄膜状に溶融するため、素子本体に余分な
熱履歴を与えることがなく、電極の接合によって素子本
体の電気的特性や形状等の基本的特性を変化させること
がない。したがって従来は素子本体全体を溶融させたた
め電極付けに際し、圧力、温度、時間等により素子本体
の抵抗値が変化したため電極の熱圧着に際して温度、圧
力、時間等を制御したが、そのような必要がない。

また、電極付けに際し素子本体全体を溶融しないため、
素子本体が複雑な形状であっても殆んど形状を変化させ
ることがなく任意の形状の素子本体が得られる。また熱
履歴が少ないことは、ポリマー成分の熱劣化を防ぐこと
にもなる。

さらに、電極の接合が極く短時間で行われるため、チッ
プ状の素子本体の一個ずつに電極付けを行っても時間の
無駄がな（、大量生産が可能になる。しかも、素子本体
は一個ずつに電極付けを４ 行うことより素子本体の形状の如何を問わずかつ素子本
体の任意の位置に電極付けを行うことができる。

また、従来は大量生産のために大形の素子本体に電極付
けを行った後チップ状に切断したため、切断による素子
本体への電極の喰い込みや残留応力等のストレスが発生
したが、電極付は後チップ状に切断しないためこのよう
な問題の発生も避けられる。

さらにチップ状素子本体と電極の接合面の面積が少ない
ためこの接合面に残存する空気は薄膜状に溶融したポリ
マーの流動に伴って容易に外部に排除され空気抜きの工
程を省くことができる。

また、放熱時は、素子本体を構成するポリマーの融点よ
りも５０℃以上低くなるまで加圧することより、ポリマ
ーの完全な再凝固が行われ、電極の接合が確実になる。

さらに、温度制御加熱電源としてサーモコントロールウ
ェルダーを使用することによりヒータチップにパルス電
流を流してジュール熱を発生させ瞬時に熱を電極接合面
に供５ 給することができるとともにヒータチップの温度や端子
電圧を検知し電流制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第工図は本発明のＰＴＣ素子の製造方法に用いられる装
置の説明図、第２図は同上ヒータチップの正面図、第３
図は同上平面図、第４図は電極付は前の素子本体の斜視
図、第５図は同上性の実施例を示す素子本体の斜視図で
ある。 １・・ヒータチップ、２・・素子本体、３・・基板、４
・・電極、５・・電源。 手続補正書 （自発） 平成３年０２月０６

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性粒子と結晶性ポリマーとからなるＰＴＣ特
   性を有する組成物を所望の形状と電気的特性を有するチ
   ップ状に形成してチップ状素子本体を得、 次にこの素子本体に金属箔よりなる電極を当接し、 次にこの電極をヒータチップで前記素子本体に圧接する
   とともにこのヒータチップに温度制御加熱電源を介して
   パルス電流によるジュール熱を発生させ前記素子本体の
   電極当接面を薄膜状に溶融させ、 次に前記電極の加圧状態を保持したまま素子本体を放熱
   させ、電気的特性を変化させることなく素子本体に電極
   を接合させることを特徴とするＰＴＣ素子の製造方法。
2. （２）加熱時間は１０秒以下であることを特徴とする請
   求項１に記載のＰＴＣ素子の製造方法。
3. （３）放熱時の加圧は、素子本体に配合された結晶性ポ
   リマー中で最も低融点のポリマーの融点Ｔｍ〔℃〕に対
   し、 Ｔｍ〔℃〕−５０〔℃〕 になるまで保持されることを特徴とする請求項１または
   ２に記載のＰＴＣ素子の製造方法。
4. （４）温度制御加熱電源としてサーモコントロールウェ
   ルダーが用いられることを特徴とする請求項１ないし３
   の何れかに記載のＰＴＣ素子の製造方法。