JPH10125504A - 有機質正特性サーミスタとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電極と抵抗体とが強固に密着して両者間の界面
抵抗を小さく、かつ界面抵抗を電極面全面について均一
にすることができ、もって抵抗値が小さく、オンーオフ
繰り返し性が優れた有機質正特性サーミスタとその製造
方法を提供する。 【解決手段】有機ポリマー１に導電粒子２を分散させて
なる組成物をシート状に成形して抵抗体３とする。抵抗
体３の表裏面に、有機ポリマー１内に一部を埋込んで電
極のアンカー用導電粒子４を被着する。アンカー用導電
粒子４を被着した抵抗体３の表裏面に金属をメッキ等に
より成膜して電極５を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機ポリマーに導
電粒子を分散させてなる組成物をシート状に成形して抵
抗体とし、該抵抗体の表裏面に電極を形成してなる有機
質正特性サーミスタとその製造方法に係り、特に電極の
構造とその形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機質正特性サーミスタにおいて、シー
ト状抵抗体の表裏面に電極を形成するため、シート状抵
抗体の表裏面に金属箔を加熱圧着したもの（米国特許第
４４２６６３３号）や、有機ポリマー内に導電粒子を分
散させてなるシート状抵抗体の表裏面をエッチングする
ことによって導電粒子を表裏面に露出させ、電気メッキ
または化学メッキ等により電極層を形成したもの（特公
平４−４４４０１号）等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、米国特許第４
４２６６３３号に記載のように、シート状抵抗体の表裏
面に金属箔を加熱圧着したサーミスタは、抵抗体表面と
金属箔でなる電極との間の界面の接触抵抗が大きく、ま
た、接触抵抗が不均一であるため、高抵抗層を形成し、
オン−オフの繰り返しによりこの界面部が発熱し、電極
部と界面の熱膨張差から抵抗値が上昇していくという問
題点があり、信頼性上の問題があった。

【０００４】また、特公平４−４４４０１号に記載のよ
うに、抵抗体の表裏面にエッチングにより導電粒子を露
出させて電極をメッキしたものは、エッチングにより抵
抗体表裏面の導電粒子と電極との接触は増えるが、サー
ミスタの特性を確保するため、抵抗体内の導電粒子の含
有率は２０体積％〜３０体積％程度の低い密度に制限さ
れるので、電極のアンカー効果を得るための十分な密着
強度が得られないという問題点があった。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑み、電極と抵抗
体とが強固に密着して両者間の界面抵抗を小さく、かつ
界面抵抗を電極面全面について均一にすることができ、
もって抵抗値が小さく、オンーオフ繰り返し性が優れた
有機質正特性サーミスタとその製造方法を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の有機質正特性サーミスタは、有機ポリマー
に導電粒子を分散させてなる組成物をシート状に成形し
て抵抗体とし、該抵抗体の両面に電極を形成してなる有
機質正特性サーミスタにおいて、前記抵抗体の表裏面
に、有機ポリマー内に一部を埋込んで電極のアンカー用
導電粒子を被着し、該アンカー用導電粒子を被着した抵
抗体の表裏面に金属層を成膜して電極を形成したことを
特徴とする（請求項１）。

【０００７】有機ポリマーとしては、結晶性ポリマーで
あれば特に制限なく用いることができ、例えばポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩
化ビニル、ポリ酢酸ビニル、アイオノマー樹脂またはこ
れらの共重合体が一般的には用いられるが、同様の特性
が得られれば他の有機ポリマーを用いてもよい。また、
これらの有機ポリマーに分散させる導電粒子としては、
カーボンブラック、グラファイト、またはニッケル等の
金属粉、あるいはチタンカーバイト、タングステンカー
バイト等の導電性セラミック粉等を用いることができる
が、要求される導電性や耐熱性等を満たすものであれば
他の導電粒子を用いてもよい。

【０００８】有機ポリマーに導電粒子を分散させてなる
有機質正特性サーミスタ組成物は、バンバリミキサ、ミ
キシングロール等の混練機により加熱混練して作製され
る。このとき、抗酸化剤や分散剤等の混練助剤を添加し
てもよい。さらに、押出機または熱プレスによりシート
またはフィルム状に成形する。この場合、必ずしも必要
ではないが、架橋効率を高めるために、電子線の照射
や、架橋助剤を添加した電子線架橋や化学架橋を行った
り、シラン化合物を遊離基発生剤の存在下でポリマーに
グラフトさせた後、シラノール縮合触媒の存在下に水あ
るいは水性媒体と接触させて行う水架橋を行う等の方法
により、ＰＴＣ発現後の重合体の流動性を抑制し抵抗値
の安定化を図ることができる。

【０００９】こうして得られた成形体でなる抵抗体の表
面に、アンカー用導電粒子をちりばめて被着する。ここ
で、抵抗体表面に被着するアンカー用導電粒子は有機ポ
リマー内に分散させる導電粒子と異種のものとしてもよ
い（請求項５）。アンカー用導電粒子として、好ましく
は、抵抗体と電極との界面抵抗を小さくする目的から、
金属粉を用いることが好ましく、特に耐熱性（耐酸化
性）に優れたニッケル粉を用いることが好ましい。ま
た、耐熱性が優れていることから、導電性セラミックも
用いることができる。

【００１０】アンカー用導電粒子の形状には特に制限は
なく、球状、針状、リン片状、表面に突起のあるスパイ
ク状、スパイク状の微粒子が連なったフィラメント状等
があげられる。また、アンカー用導電粒子の平均粒径
は、抵抗体への密着（アンカー効果）や、抵抗体内の導
電粒子との接触を得るためには１μｍ以上とし、またサ
ーミスタの薄型化を図る上で５０μｍ以下とする（請求
項３）ことが好ましい。有機質正特性サーミスタにおい
ては、有機ポリマー内に分散させる導電粒子として金属
粉またはセラミック粉を用いた場合には、これらの導電
粒子として５μｍ未満の平均粒径のものが用いられる
が、アンカー用導電粒子としては、前記有機ポリマーに
分散させた導電粒子より、平均粒径を大とする（請求項
２）ことが好ましい。また、近年、二次電池や自動車用
小型モータ等に組み込むためのサーミスタの用途におい
て、さらなるサーミスタの薄型化が要求されており、サ
ーミスタの厚みを例えば３００μｍ程度に抑制するため
には、電極層の下地となるアンカー用導電粒子の粒径は
あまり大きくすることはできず、これらの要求に応える
ことと、優れたアンカー効果を得る上で、アンカー用導
電粒子の平均粒径は、さらに好ましくは、５μｍ以上、
１５μｍ以下である。

【００１１】また、本発明のサーミスタにおいて、前記
有機ポリマーに分散させた導電粒子と、前記アンカー用
導電粒子の材質は必ずしも同じである必要はなく、この
材質を異ならせたものとする構造（請求項４）も採用さ
れる。

【００１２】また、本発明のサーミスタにおいて、前記
電極の成膜は、メッキによることが好ましく、特に、ニ
ッケルメッキ、クロムメッキ、あるいはニッケルメッキ
上に半田メッキによることが好ましい（請求項５）。

【００１３】本発明のサーミスタの製造方法は、有機ポ
リマーに導電粒子を分散させてなる組成物をシート状に
成形して抵抗体とし、前記抵抗体の表裏面に、電極のア
ンカー用導電粒子を被着し、該アンカー用導電粒子の一
部を抵抗体に埋め込み、該アンカー用導電粒子を被着し
た抵抗体の表裏面に金属層をメッキして電極を形成する
ことを特徴とする（請求項６）。

【００１４】本発明の方法を実施する場合、アンカー用
導電粒子を抵抗体表裏面に被着する前に、抵抗体表裏面
をサンドペーパーやサンドブラスト等により機械的にエ
ッチングするか、あるいは化学的にエッチング処理する
ことにより、予め粗面化しておいてもよい。アンカー用
導電粒子を抵抗体表裏面に被着する方法についても特に
制限はないが、例えば成形体に熱を加え、表裏面を軟化
させた状態で直接吹付けたり、導電粒子が例えば４０体
積％〜７０体積％の含有率で高充填されたペーストを作
製し、ドクターブレード法等により抵抗体表裏面に印刷
し乾燥させる方法、複写機のトナーの定着やサンドペー
パーの製法と同じように静電塗装法により抵抗体表裏面
に導電粒子を吸着させる方法、抵抗体に超音波により振
動を与える融着法を用い、振動によって導電粒子を抵抗
体表裏面にすり込ませる方法等があげられる。なお、メ
ッキ法としては、化学メッキ、電気メッキ以外に、スパ
ッタリングや真空蒸着等の気相メッキ法が用いられる。

【００１５】

【作用】請求項１においては、抵抗体の表裏面にアンカ
ー用導電粒子の一部を埋め込み、該導電粒子により表裏
面をあたかも粗面化したような状態で電極となる金属を
成膜したので、電極の固着強度が大となり、また、アン
カー用導電粒子の抵抗体表裏面密度を均一化することに
より、電極と抵抗体との間の界面抵抗を抵抗体全面につ
いて均一化できる。また、電極のアンカーとして、抵抗
体内の導電粒子を利用するのではなく、抵抗体とは別個
に設ける導電粒子をアンカーとして利用するため、アン
カー用導電粒子の抵抗体表裏面における密度は抵抗体内
の導電粒子の密度に拘束されず、好適なより大きい密度
に設定できるため、電極の固着強度が増大し、前記粗面
化効果と相まって界面抵抗がさらに低下する。

【００１６】請求項２においては、前記有機ポリマーに
分散させた導電粒子より、前記アンカー用導電粒子の平
均粒径を大とすること、すなわち、一般に抵抗体内に分
散される導電粒子とアンカー用導電粒子の平均粒径を異
ならせ、アンカー用導電粒子の平均粒径を大きくするこ
とにより、優れたアンカー効果が得られる。

【００１７】請求項３においては、前記アンカー用導電
粒子の平均粒径を１μｍ以上としているので、導電粒子
の抵抗体への埋め込みと抵抗体の粗面化の目的が達成で
きる。また、アンカー用導電粒子の平均粒径を５０μｍ
以下とすることにより、サーミスタの薄型化の要求に応
えることができる。

【００１８】請求項４においては、抵抗体内の導電粒子
と抵抗体表面のアンカー用導電粒子の材質を異ならせる
ことにより、これらの導電粒子として、用途に適合した
特性のものを用いることが可能となる。

【００１９】請求項５においては、電極が、ニッケルメ
ッキ、クロムメッキ、あるいはニッケルメッキ上に半田
メッキした金属層により構成されるため、比較的耐熱性
（耐酸化性）に優れた電極が得られ、かつリードの半田
付けも可能である。

【００２０】請求項６のサーミスタの製造方法において
は、抵抗体表面にアンカー用導電粒子を被着した後、ア
ンカー用導電粒子の一部を抵抗体内部に埋め込むことに
より、アンカー用導電粒子が抵抗体に強固に固着される
と共に、アンカー用導電粒子が抵抗体内の導電粒子とも
接触して電気的導通がなされ、さらに、アンカー用導電
粒子により粗面化された抵抗体表面に金属等の電極をメ
ッキして電極とすることにより、電極層が抵抗体に強固
に固着される。

【００２１】

【発明の実施の形態】

（実施例）ポリフッ化ビニリデンに導電粒子としてタン
グステンカーバイト粉を３０体積％の割合で混合し、ミ
ルにより２００℃、３０分の条件で混練後、図２（Ａ）
に示すように、熱プレスで厚み０．３ｍｍのシート状成
形体（抵抗体）３を得た。このシート状成形体３を１７
０℃のホットプレート上に置き、加熱した状態で平均粒
径１２μｍのニッケル粒子をエアガンでシート状成形体
の表面に吹き付けた。同様にシート状成形体の裏面にも
ニッケル粒子を吹き付けた。この状態は図２（Ｂ）に示
す通り、アンカー用導電粒子となるニッケル粒子４は、
殆どの導電粒子がシート状成形体３の表裏面に単に付着
しているだけの状態なので、再度熱プレスによりシート
状成形体に導電粒子の一部を図２（Ｃ）に示すように埋
め込ませた。

【００２２】その後、約２０μｍ厚のニッケルメッキに
より図２（Ｄ）に示す電極５を形成した。このニッケル
メッキは、ニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）系の無電解メッ
キ液（リン濃度約１０％）にて１μｍ程度の無電解メッ
キを施した後、ワット浴（硫酸ニッケル、塩化ニッケ
ル、ホウ酸の混合液）にて電気メッキを行い、トータル
２０μｍ厚のニッケルメッキを施した。

【００２３】（比較例）実施例と同じシート状成形体の
表裏面を＃３２０のサンドペーパーでエッチング処理し
た後、前記と同様の工程によりニッケルメッキを２０μ
ｍの厚みに形成した。

【００２４】上記実施例と比較例のシート状成形体を１
０ｍｍの直径の円形に打ち抜き、有機質正特性サーミス
タサンプルを得た。図１（Ａ）は本発明の実施例の断面
図、図１（Ｂ）はその部分拡大図、図１（Ｃ）は（Ａ）
の縮小平面図である。図１（Ｂ）から分かるように、有
機ポリマー（ポリフッ化ビニリデン）１に導電粒子（タ
ングステンカーバイト粉）２が混合されて抵抗体３が形
成され、抵抗体３の表裏面にアンカー用導電粒子（ニッ
ケル粒子）４が一部埋め込まれて被着され、その上に電
極（ニッケルメッキ層）５が形成される。

【００２５】これらのサンプルについて、初期抵抗
（Ω）と、オン−オフサイクル試験（ＤＣ１６Ｖ、１５
Ａで１５秒オン、１６５秒オフを１００回繰り返す試
験）後の抵抗、および抵抗変化率（前記サイクル試験後
の抵抗／初期抵抗）を求めた。その結果は表１に示す通
りである。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１から明らかなように、本発明の実施例
による場合、比較例に比較し、初期抵抗が小さくなり、
かつサイクル試験による抵抗変化率が大幅に小さくな
る。

【００２８】

【発明の効果】請求項１によれば、抵抗体の表面に、有
機ポリマー内に一部を埋込んで電極のアンカー用導電粒
子を被着し、該アンカー用導電粒子を被着した抵抗体の
表裏面に金属層を成膜して電極を形成したので、電極と
抵抗体との間の界面抵抗を小さくかつ均一にすることが
でき、もって抵抗値が小さく、オンーオフ繰り返し性が
優れ、しかも電極と抵抗体との密着が強固な信頼性の高
い有機質正特性サーミスタが得られる。

【００２９】請求項２によれば、前記有機ポリマーに分
散させた導電粒子より、前記アンカー用導電粒子の平均
粒径を大としたので、優れたアンカー効果が得られ、請
求項１の効果が助長されると共に、平均粒径の選択の自
由度が大となる。

【００３０】請求項３によれば、前記アンカー用導電粒
子の平均粒径を１μｍ以上、５０μｍ以下としたので、
導電粒子の抵抗体への埋め込みと抵抗体の粗面化の目的
が達成でき、かつサーミスタの薄型化の要求に応えるこ
とができる。

【００３１】請求項４によれば、前記有機ポリマーに分
散させた導電粒子と、前記アンカー用導電粒子の材質を
異ならせたので、これらの導電粒子として、用途に適合
した特性のものを用いることが可能となり、かつ導電粒
子の材質の選択の自由度が得られる。

【００３２】請求項５によれば、前記電極が、ニッケル
メッキ、クロムメッキ、あるいはニッケルメッキ上に半
田メッキしたものからなるので、比較的耐熱性（耐酸化
性）に優れた電極が得られ、かつリードの半田付けも可
能である。

【００３３】請求項６によれば、有機ポリマーに導電粒
子を分散させてなる組成物をシート状に成形して抵抗体
とし、前記抵抗体の表裏面に、電極のアンカー用導電粒
子を被着し、該アンカー用導電粒子の一部を抵抗体に埋
め込み、該アンカー用導電粒子を被着した抵抗体の表裏
面に金属層をメッキして電極を形成することにより有機
質正特性サーミスタを製造するため、アンカー用導電粒
子が抵抗体に強固に固着されると共に、アンカー用導電
粒子が抵抗体内の導電粒子とも接触して電気的導通がな
され、さらに、アンカー用導電粒子により粗面化された
抵抗体表裏面に金属等の電極をメッキして電極とするこ
とにより、電極層が抵抗体に強固に固着され、抵抗値が
小さく、オンオフ繰り返し特性の優れた有機質正特性サ
ーミスタが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明によるサーミスタの一実施例を
示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図、（Ｃ）は
（Ａ）の縮小平面図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は本実施例の製造工程を示す図
である。

【符号の説明】

１：有機ポリマー、２：導電粒子、３：抵抗体、４：ア
ンカー用導電粒子、５：電極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有機ポリマーに導電粒子を分散させてなる
   組成物をシート状に成形して抵抗体とし、該抵抗体の表
   裏面に電極を形成してなる有機質正特性サーミスタにお
   いて、 前記抵抗体の表裏面に、有機ポリマー内に一部を埋込ん
   で電極のアンカー用導電粒子を被着し、 該アンカー用導電粒子を被着した抵抗体の表裏面に金属
   を成膜して電極を形成してなることを特徴とする有機質
   正特性サーミスタ。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記有機ポリマー内に分散させた導電粒子より、前記ア
   ンカー用導電粒子の平均粒径を大としたことを特徴とす
   る有機質正特性サーミスタ。
3. 【請求項３】請求項１または２において、 前記アンカー用導電粒子の平均粒径を１μｍ以上、５０
   μｍ以下としたことを特徴とする有機質正特性サーミス
   タ。
4. 【請求項４】請求項１から３までのいずれかにおいて、 前記有機ポリマーに分散させた導電粒子と、前記アンカ
   ー用導電粒子の材質を異ならせたことを特徴とする有機
   質正特性サーミスタ。
5. 【請求項５】請求項１から４までのいずれかにおいて、 前記電極が、ニッケルメッキ、クロムメッキ、あるいは
   ニッケルメッキ上に半田メッキしたものからなることを
   特徴とする有機質正特性サーミスタ。
6. 【請求項６】有機ポリマーに導電粒子を分散させてなる
   組成物をシート状に成形して抵抗体とし、 前記抵抗体の表裏面に、電極のアンカー用導電粒子を被
   着し、 該アンカー用導電粒子の一部を抵抗体に埋め込み、 該アンカー用導電粒子を被着した抵抗体の表裏面に金属
   層をメッキして電極を形成することを特徴とする有機質
   正特性サーミスタの製造方法。