JPH0969413A - Ptc素子 - Google Patents

Ptc素子

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JPH0969413A
JPH0969413A JP7223492A JP22349295A JPH0969413A JP H0969413 A JPH0969413 A JP H0969413A JP 7223492 A JP7223492 A JP 7223492A JP 22349295 A JP22349295 A JP 22349295A JP H0969413 A JPH0969413 A JP H0969413A
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JP
Japan
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ptc
polymer layer
metal film
ptc polymer
ptc element
Prior art date
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Pending
Application number
JP7223492A
Other languages
English (en)
Inventor
Sadajiro Mori
貞次郎 森
Tatsuya Hayashi
龍也 林
Hideo Horibe
英夫 堀邊
Itsuo Nishiyama
逸雄 西山
Kenichi Nishina
健一 仁科
Masahiro Ishikawa
雅廣 石川
Osamu Hasegawa
修 長谷川
Shiro Murata
士郎 村田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな負荷電流を通電できるPTC素子をう
ることを目的とする。 【解決手段】 PTC特性を有するPTCポリマー層1
と、該PTCポリマー層の両表面のそれぞれに圧接され
た一対の電極層2とからなるPTC素子において、前記
PTCポリマー層の表面に金属膜3を形成したものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は短絡電流や過電流を
限流するために用いられるPTC(positive temperatu
re coefficient以下、単にPTCという)素子に関す
る。さらに詳しくは、PTCポリマー層と電極層が圧接
されてなるPTC素子に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、特開平4−266001号公報
に開示された従来のPTC素子を示す断面図である。図
3において、1はPTC特性を有するPTCポリマー
層、2は一対の電極層であり、PTCポリマー層1と電
極層2とは図示しないバネにより圧接されている。PT
Cポリマー層1の表面と電極層2の表面には微小な凹凸
があるので、全面で接触しているのではない。その様子
が図3のA部を拡大した、図4に示されている。図4に
示すようにPTCポリマー層1と電極層2とは部分的に
接触している。なお、PTCポリマー層1の電気抵抗率
は図5に示されるように温度T1までは低く、温度T1
超えると急激に増加し、温度T2を超えると緩やかに増
加する。PTCポリマー層の一例では、T1は120
℃、T2は130℃であり、温度T2における抵抗率は温
度T1における抵抗率の1000倍程度である。
【0003】つぎにPTC素子の動作について説明す
る。負荷電流は図4の矢印で示すようにPTCポリマー
層1内を流れる。負荷電流が流れるとジュール熱により
PTCポリマー層1の温度が上昇するが、通電電流が小
さいのでPTCポリマー層1の温度はT1より低い。短
絡電流または過電流が流れると、PTCのポリマー層1
の温度上昇が大きくなり、PTCポリマー層1の温度が
2より高くなるので、PTCポリマー層1の抵抗率が
高くなる。したがって、短絡電流または過電流が抑制さ
れる。抑制された電流は図示しない開閉器で遮断され
る。電流が遮断されるとPTC素子においてジュール熱
が発生しなくなり、PTC素子内の熱が外部に放散され
るので、PTCポリマー層1の温度が低下し、負荷電流
の再通電が可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のPTC素子は前
述のように動作するが、PTCポリマー層1と電極層2
とのあいだの接触抵抗が高いので、大きな負荷電流を流
すと、図4の電流の流線が密になる部分で大きな熱を発
生し、図5のT1を超えるため、大きな負荷電流を通電
できないという問題がある。本発明は大きな負荷電流を
通電できるPTC素子をうることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるPTC素
子は、PTC特性を有するPTCポリマー層と、該PT
Cポリマー層の両表面のそれぞれに圧接された一対の電
極層とからなるPTC素子であって、前記PTCポリマ
ー層の表面にあらかじめ金属膜が形成されている。
【0006】本発明にかかるPTC素子は、前記金属膜
が蒸着またはメッキにより形成されている。
【0007】本発明にかかるPTC素子は、前記金属膜
が溶射により形成されている。
【0008】本発明にかかるPTC素子は、前記金属膜
の金属材料が金、銀および銅の群から選ばれたものであ
る。
【0009】本発明にかかるPTC素子は、前記金属膜
の金属材料がインジウム、錫および鉛の群から選ばれた
ものである。
【0010】本発明にかかるPTC素子は、前記電極層
が銀メッキされてなるものである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。
【0012】[実施例1]図1は、本発明のPTC素子
の一実施例を示す断面図であり、図2は図1のA部の拡
大図である。図1において、1はPTC特性を有するP
TCポリマー層であり、2は一対の板状の電極層であ
り、3はPTCポリマー層1の表面に形成された金属膜
である。PTCポリマー層はたとえば0.5〜2mm程
度の厚さのものを用いその電気抵抗率はたとえば0.2
Ω・cmであり、金属膜3は、たとえば銀、銅などの金
属原子または金属粒子からなり、たとえば0.05〜2
μm程度の厚さのものを用い、その電気抵抗率はたとえ
ば2μΩ・cm程度である。電極層2は、たとえば0.
3〜2mm程度の厚さに形成されている。PTCポリマ
ー層1と電極層2とは金属膜3を介して、図示しないバ
ネにより圧接されている。PTCポリマー層1の表面と
電極層2の表面には小さな凹凸が存在するが、本実施例
ではPTCポリマー層1の表面に金属膜3が設けられて
いるので、抵抗が小さい金属膜3に電流が流れこむ。そ
の電流の流れる様子が図2の図中矢印で示されている。
【0013】つぎに図2を用いて本実施例のPTC素子
の動作について説明する。負荷電流が流れるとジュール
熱によりPTCポリマー層1の温度が上昇するが、通電
電流が小さいのでPTCポリマー層1の温度はT1より
低い。短絡電流または過電流が流れると、PTCポリマ
ー層1の温度上昇が大きくなり、PTCポリマー板1の
温度がT2より高くなるので、PTCポリマー層1の抵
抗率が高くなる。したがって、短絡電流または過電流が
抑制される。抑制された電流は図示しない開閉器で遮断
される。電流が遮断されるとPTC素子においてジュー
ル熱が発生しなくなり、PTC素子内の熱が外部に放散
されるので、PTCポリマー層1の温度が低下し、初期
状態になり負荷電流の再通電が可能となる。
【0014】本発明ではPTCポリマー層1の表面に、
PTCポリマー層の電気抵抗率より低い電気抵抗率を有
する金属膜3が形成されているので、図1のA部を拡大
した図2の矢印で示すように、PTCポリマー層の電気
抵抗率より低い電気抵抗率を有する金属膜3を経由して
電流が流れる。したがって、電極層2とPTCポリマー
層1のあいだの接触抵抗を低減することができる。ま
た、本実施例では、PTC特性を有する材料としてPT
Cポリマーが用いられている。PTCポリマーは、PT
C磁器と比べ弾性係数が大きく、硬度が低い。その結
果、図示しないバネで圧接されたばあい、PTCポリマ
ー層が電極層の凹凸に応じて容易に変形し、電極層2と
金属膜3との接触面積が増大するので、電極層2とPT
Cポリマー層1のあいだの接触抵抗をいっそう低減する
ことができる。したがって、大きな負荷電流を連続して
流すことができる。
【0015】[実施例2]つぎに実施例2について実施
例1と同様図1に基づいて説明する。実施例2の金属膜
3がたとえば蒸着または無電界メッキなどのメッキによ
りPTCポリマー層1の表面に形成されたものである。
なお、金属膜3の厚さは大きいほうが好ましく、たとえ
ば0.1μmである。蒸着やメッキの方法は通常用いら
れる方法と同様に実施することができる。本実施例2で
は金属膜3が蒸着またはメッキによりPTCポリマー層
1の表面に形成されたことにより、金属膜3がPTCポ
リマー層1の微小な凹部を覆って形成されるので、電極
層2とPTCポリマー層1のあいだの接触抵抗を顕著に
低減することができた。したがって、大きな負荷電流を
連続して流すことができる。
【0016】[実施例3]実施例3は実施例1の金属膜
3が溶射によりPTCポリマー層1の表面に形成された
ものである。本実施例3では金属膜3が溶射によりPT
Cポリマー層1の表面に形成されたことにより、金属膜
3を容易に厚く形成することができるので、電極層2と
PTCポリマー層1のあいだの接触抵抗を顕著に低減す
ることができる。したがって、大きな負荷電流を連続し
て流すことができる。なお、金属膜3は蒸着またはメッ
キにより形成されたのち、溶射により再形成されてもよ
い。この処理により電極層2とPTCポリマー層1のあ
いだの接触抵抗をいっそう顕著に低減することができ
る。したがって、いっそう大きな負荷電流を連続して流
すことができる。
【0017】[実施例4]実施例4は実施例1の金属膜
3の材質を電気抵抗率が低い金、銀または銅としたもの
である。本実施例4では、金属膜3の材質を電気抵抗率
が低い金、銀または銅としたので、電極2とPTCポリ
マー層1のあいだの接触抵抗をいっそう顕著に低減する
ことができる。したがって、いっそう大きな負荷電流を
連続して流すことができる。なお、金属膜3の材質を化
学的に安定な金または銀とすれば、長期間、負荷電流を
通電しても電極層2とPTCポリマー層1のあいだの接
触抵抗が低く維持されるので、信頼性が高いPTC素子
をうることができる。
【0018】[実施例5]実施例5は実施例1の金属膜
3の材質がインジウム、鉛または錫としたものである。
本実施例5では、金属膜3の材質を、硬度が低いインジ
ウム、鉛または錫としたので、図示しないバネ材で加圧
されると金属膜3が容易に変形する。その結果、電極層
2と金属膜3の接触面積が大きくなるので、電極層2と
PTCポリマー層1のあいだの接触抵抗をいっそう顕著
に低減することができる。したがって、いっそう大きな
負荷電流を連続して流すことができる。
【0019】[実施例6]実施例6は実施例1のものに
おいて電極層を核となる金属をあらかじめ付着させ、無
電界メッキにより銀メッキしたものである。電極層の材
料としては通常、銅または黄銅が用いられる。本実施例
6では電極材料の電気抵抗率より低い電気抵抗率をもつ
銀で電極層がメッキされたので、電極層2とPTCポリ
マー層1のあいだの接触抵抗をいっそう顕著に低減する
ことができる。したがって、いっそう大きな負荷電流を
連続して流すことができる。
【0020】本発明において用いられるPTCポリマー
は結晶性ポリマー中に導電性粒子を分散させたものであ
る。結晶性ポリマーとしては、前述のように、その融点
において結晶が融解する際に急激な体積膨脹を起こし、
この結晶性ポリマー中に分散させた導電性粒子の間隔を
広げる作用を有するものであれば特に限定されない。結
晶化度は20%以上が好ましく、特に40%以上がより
好ましい。具体例としては、たとえば特公昭64−33
22号公報、特公平4−28744号公報、特公平5−
66001号公報などに開示されるような結晶性ポリマ
ーがあげられ、それらのうち、たとえば高密度ポリエチ
レン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレンなどの
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−ブテン−1、ポ
リメチルペンチン(TPX)、エチレンプロピレンゴム
などのポリオレフィン類;ポリビニリデンフルオライ
ド、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレ
ン共重合体、テトラフルオロエチレン、ポリクロロトリ
フルオロエチレンなどのフルオロカーボンポリマー類;
ポリアミド、ポリアセタール、シンジオクタチック−ポ
リスチレン、飽和ポリエステルなどの他の結晶性高分子
などの1種または2種以上の混合物が好ましい。これら
の中でより好ましいものは、結晶化度が高いことによ
り、高い抵抗増加率がえられる観点からポリオレフィン
類の中のポリエチレンである。導電性粒子としては、粒
径が0.02〜200μm程度のたとえば、カーボンブ
ラック、グラファイト、金属繊維、カーボンファイバ、
金属粒子などを、結晶性ポリマー中に40〜80重量%
の密度混入することが常温抵抗率を0.5Ω・cm程度
以下に保つために好ましい。さらに、実用面およびコス
ト面のバランスからは、粒径0.03〜0.2μm程度
のカーボンブラックを、結晶性ポリマー中に50〜70
重量%混入することが最も好ましい。
【0021】また、本発明の金属膜に用いられる金属と
しては、メッキしやすいものあるいは蒸着しやすいもの
であれば、とくに限定されないが、電気抵抗率が低い点
から、たとえば銀、金、銅などがあげられる。
【0022】本発明の電極層としては、高導電性の点か
ら銅、黄銅、銀などが好ましい。
【0023】本発明において好ましい一例としては、高
密度ポリエチレンに粒径0.09μm程度のカーボンブ
ラックを55重量%程度配合して厚さ1mm程度のPT
Cポリマーとし、該PTCポリマーの両表面に銀を0.
1μm程度蒸着または無電界メッキして金属膜とし、厚
さが1mmの電極としたものがあげられる。このように
構成されたPTC素子では優れた限流特性がえられるこ
とが実験で確認されている。
【0024】本発明においては、高密度ポリエチレンに
粒径0.09μm程度のカーボンブラックを55重量%
程度配合して厚さ1mm程度のPTCポリマーとし、該
PTCポリマーの両表面に銀をたとえば3μm程度溶射
して金属膜とし、該金属膜の外側に厚さが1mmの電極
層としたものがあげられる。このように構成されたPT
C素子では優れた限流特性がえられることが実験で確認
されている。
【0025】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、PTCポリマ
ー層の表面に金属膜を形成することにより、PTCポリ
マー層と電極層とのあいだの接触抵抗が低減するので、
負荷電流および通電電流を大きくすることができる。
【0026】請求項2の発明によれば、金属膜を蒸着ま
たはメッキにより形成したことにより、PTCポリマー
層と電極層とのあいだの接触抵抗が低減するので、負荷
電流および通電電流を大きくすることができる。
【0027】請求項3の発明によれば、金属膜を溶射に
より形成したことにより、PTCポリマー層と電極層と
のあいだの接触抵抗が低減するので、負荷電流および通
電電流を大きくすることができる。
【0028】請求項4の発明によれば、金属膜の金属材
料を金、銀または銅の群から選ばれたものとしたことに
より、PTCポリマー層と電極層とのあいだの接触抵抗
が低減するので、負荷電流通電電流を大きくすることが
できる。
【0029】請求項5の発明によれば、金属膜の金属材
料をインジウム、錫または鉛の群から選ばれたものとし
たことにより、PTCポリマー層と電極層とのあいだの
接触抵抗が低減するので、負荷電流および通電電流を大
きくすることができる。
【0030】請求項6の発明によれば、電極を銀メッキ
にしたことにより、PTCポリマー層1と電極層2との
間の接触抵抗が低減するので、負荷電流および通電電流
を大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例であるPTC素子を示す断
面図である。
【図2】 図1のPTC素子の一部拡大断面図である。
【図3】 従来のPTC素子の一例を示す断面図であ
る。
【図4】 図3のPTC素子の一部拡大断面図である。
【図5】 PTCポリマー層の温度−電気抵抗率の説明
図である。
【符号の説明】
1 PTCポリマー層、2 電極層、3 金属膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 逸雄 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 仁科 健一 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 石川 雅廣 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 長谷川 修 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 村田 士郎 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 PTC特性を有するPTCポリマー層
    と、該PTCポリマー層の両表面のそれぞれに圧接され
    た一対の電極層とからなるPTC素子であって、前記P
    TCポリマー層の表面に金属膜が形成されてなるPTC
    素子。
  2. 【請求項2】 前記金属膜が蒸着またはメッキにより形
    成されてなる請求項1記載のPTC素子。
  3. 【請求項3】 前記金属膜が溶射により形成されてなる
    請求項1記載のPTC素子。
  4. 【請求項4】 前記金属膜の金属材料が金、銀および銅
    の群から選ばれたものである請求項1、2または3記載
    のPTC素子。
  5. 【請求項5】 前記金属膜の金属材料がインジウム、錫
    および鉛の群から選ばれたものである請求項1、2また
    は3記載のPTC素子。
  6. 【請求項6】 前記電極層が銀メッキされてなる請求項
    1記載のPTC素子。
JP7223492A 1995-08-31 1995-08-31 Ptc素子 Pending JPH0969413A (ja)

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