JPS63138701A - Ｐｔｃ素子の製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気素子の製造法に関し、より詳細には、温
度上昇に伴って比較的狭い温度領域で電気抵抗が急増す
る性質（ＰＴＣ特性ＣＰｏ５ｔ口ｖｅｔｅｍｐｅｒａｔ
ｕｒｅ　ｃｏｅｆ’ｆ’１ｃｉｅｎｔ　）　）を有する
素子、すなわち、ＰＴＣ素子の製造法に関する。

〔従来の技術〕

ＰＴＣ組成物は、一定の温度に上昇すると発熱が止まる
ヒータ、正特性サーミスタ（ＰＴＣＴＨＥＲＭＩＳＴＥ
Ｉ？）　、感熱センサ、電池などを含む回路が短絡した
ときジュール熱に基づく自己発熱により抵抗値が増大し
て過電流を所定の電流以下に制限し他方その短絡が取除
かれたとき回路が復帰する回路保護素子などに利用する
ことができる。ＰＴＣ組酸物として、現在種々の物質が
開発され、例えば、ポリエチレン、エチレン−アクリル
酸共重合体など少なくとも１種の重合体の樹脂にカーボ
ンブラックなどの導電性粒子が均一に分散されたものが
ある。

従来、ＰＴＣ組成物の調製は、一般的に、重合体として
用いる１種またはそれ以上の樹脂に必要量のカーボンブ
ラックを添加し、例えば、ニーグーおよび／または２本
ロールで混練して製造されている。このＰＴＣ組成物か
らＰＴＣ素子が、例えば、次の様に製造されている。こ
のＰＴＣ組成物をフィルム状に成形し、フィルムの上下
に金属箔の電極を熱圧着して積層体を形成し、この積層
体を所望の寸法に切断し、電極表面のリードを電気的に
接続して製造されている。

［発明が解決しようとする問題点］ ＰＴＣ素子として、また、ＰＴｃ組成物として好ましい
特性は、高温で抵抗値（ピーク抵抗）が゛　　大きいこ
とと共に、室温で１００　ｍΩ以下の低い抵抗値（室温
抵抗）を有すること、すなわち、ビーク抵抗／室温抵抗
の高い比を得ることである。

しかしながら、従来のＰＴＣ素子の製造法では、必ずし
も低い室温抵抗値が得られず、しかも、製造ロフトごと
に室温抵抗が大きく異なるという問題点がある。

本発明は、上述の背景に基づいてなされたものであり、
その目的とするところは、１００　ｍΩ以下の低い室温
抵抗を有すると共に、製造ロフトごとの室温抵抗のバラ
ツキがないＰＴＣ素子を製造することのできる方法を提
供することである。　　　″〔問題点を解決するための
手段〕 本発明者は、上述の目的達成のために種々の試験・研究
の結果、混練から得られた混線物を加熱及び急冷却の熱
履歴に付すことにより良好なＰＴＣ特性を有する素子が
得られるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のＰＴＣ素子の製造法は、少なくとも
２枚の金属電極と、その電極に接合されたＰＴＣ組成物
とからなるＰＴＣ素子を製造する方法であって、該ＰＴ
Ｃ，［酸物が少なくとも１種の重合体およびカーボンブ
ラックなどの導電性粒子を混練し該重合体中に該粒子を
均一に分散してなるものであり、ＰＴＣ組成物を、混線
に用いる重合体のうち融点の低い重合体の融点近傍の温
度に加熱し更にこの加熱混線物を零度以下の温度に急冷
却する加熱および急冷却工程に付すことを特徴とするも
のである。

この発明の好ましい態様において、融点の低い重合体の
融点近傍の温度を融点の低い重合体の融点±２０℃にす
ることができる。

この発明の好ましい態様として、急冷却をマイナス２０
〜６０℃に冷却して行うことができる。

この発明の好ましい態様として、加熱および急冷却工程
の熱履歴を繰返すことができる。

以下、この発明を、より詳細に説明する。

重合体 この発明に於いて用いる重合体として、ポリエチレン、
ポリエチレンオキシド、ｔ−４−ポリブタジェン、ポリ
エチレンアクリレート、エチレン−エチルアクリレート
共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、ポリエステ
ル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカプロラクタム、
フッ素化エチレン−プロピレン共重合体、塩素化ポリエ
チレン、クロロスルホン化エチレン、エチレン−酢酸ビ
ニル共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、スチレ
ン−アクリロニトリル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ
カーボネート、ポリアセタール、ポリアルキレンオキシ
ド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、フッ素樹
脂、およびこれ等のうちから選ばれた少なくとも２種の
ブレンドポリマー等がある。この発明のおいて、重合体
の種類、組成比などは、所望の性能、用途などに応じて
適宜選択することができる。

導電性粒子および添加物 重合体に分散される導電性粒子としては、カーボンブラ
ック、黒鉛、スズ、銀、金、銅などの導電性物質の粒子
、および銀めっき粒子などを用いることができる。

ＰＴＣ組成物の調製に際して、上記の重合体、導電性粒
子以外に、必要に応じて種々の添加剤を混合することが
できる。そのような添加剤として、例えば、アンチモン
化合物、リン化合物、塩素化化合物、臭素化化合物など
の難燃剤、酸化防止剤、安定剤などがある。

このＰＴＣ組成物は、その原材料、重合体、導電性粒子
、その他添加剤を所定の割合いで配合・混練して調製さ
れる。

混練 この発明において、重合体と導電性粒子との混線に際し
、例えば、ニーダ−および／または２本ロールで重合体
中に導電性粒子を取込ませ、更に、重合体中に導電性粒
子を均一に分散させる。この発明において一段階で混練
することもできるが、二段階に分けて混練することもで
きる。

この発明において、この二段階混練を、予備混線と本混
線とにわけて行う場合、用いる重合体を少なくとも２種
とし、その重合体と導電性粒子との混線を、各重合体毎
に、その重合体と導電性粒子と予備混練し、次いで各予
備混練物を所定の割合いで本混練することもできる。こ
の発明において予備混練および本混練は、各重合体毎に
、その重合体と導電性粒子とを混練して行われる。重合
体と粒子との配合割合は、目的組成物の粒子含量、重合
体の種類、ニーダ−または２本ロールなどの混線機の種
類などに応じて適宜選択することができる。この発明に
おいて、予備混練および本混練前に粉砕、加熱、混合な
どの前処理をしてもよい。

混線に際する温度は、混練する重合体の融点より高い温
度の温度範囲である。これは、その範囲で、混練する重
合体がゲル化して導電性粒子を均一に分散させることが
できるからである。

混線前に重合体の加熱の前処理をする場合、重合体をそ
の融点より高い温度範囲に予め加熱し軟化させた後、導
電性粒子を添加して混練することが好ましい。

この発明において、一段階で混練する場合、混線前に、
前混合、加熱、添加物混入などの前処理を行うことがで
きる。この混練に用いられる装置は、ニーダ−および２
本ロール等の混練機である。

この混練に際する温度は、任意であるが、好ましくは、
用いる重合体の融点より高い温度範囲である。したがっ
て、用いる重合体の種類によってその温度範囲が異なる
。混練に際し予め加熱・軟化させる態様では、用いる重
合体の融点のうち最も高い融点高い温度で混練すること
が好ましい。

添加剤をＰＴＣ組成物に混入させる場合、この添加剤を
混線の前後に、または、混練と同時に添加してもよい。

ＰＴＣ素子の調製 この発明においてＰＴＣ組成物と電極とを接合してＰＴ
Ｃ素子を製造する方法は、通常の方法で行うことができ
る。例えば、ＰＴＣ組成物をフィルム状に成形し、フィ
ルムの上下に金属箔の電極を熱圧着して積層体を形成し
、この積層体を所定の寸法に切断し、電極表面にリード
線を半田付け、スポット溶接法などで接合してＰＴＣ素
子を製造することができる。

熱履歴 この発明の特徴は、混線により得られたＰＴＣ組成物を
熱履歴に付すことである。

この発明において熱履歴は、加熱および急冷却の工程か
らなり、この熱履歴を一回若しくは複数回繰返してもよ
い。熱履歴の加熱は、混線に用いる重合体のうち融点の
低い重合体の融点近傍の温度に加熱して行われる。好ま
しい加熱温度は、混純に用いる重合体のうち融点の低い
重合体の融点の±２０℃の温度範囲である。この温度範
囲に維持、放置する時間は、用いる重合体の種類、組成
などに応じて適宜変更することができるが、例えば、２
〜２０分、好ましくは、５〜１０分間である。

熱履歴の急冷却は、零度以下の温度に、好ましくは、マ
イナス２０〜６０℃に急激に冷却して行う。この低温状
態に維持する時間は、用いる重合体の種類、組成などに
応じて適宜変更することができるが、例えば、２〜２０
分、好ましくは、５〜１０分間である。この急冷却は、
例えば、液体窒素、ドライアイス、液体酸素、液体ヘリ
ウムなどを用いて行うことができる。

上記の説明において、この発明の熱履歴は、ＰＴＣ素子
の調製後に引続いて実施されたが、この発明にお１１゛
では、前記のＰＴＣ素子の調製前、また・・は１製中に
熱履歴を行うこともできる。

〔作　用〕

この発明が上記のように構成されているので、下記のよ
うに作用する。

この発明における熱履歴のメカニズムは、必ずしも明ら
かではないが、次のように作用するものと考えられる。

熱圧着によりＰＴＣ組成物と電極とが巨視的には一応接
合するが、微視的にはＰＴＣ組成物と電極との界面では
不均一に接合している。この発明の熱履歴によってその
不均一が解消すると考えられる。さらに、ニーダ−若し
くは２本ロールなどの混練機での混練で導電性粒子は巨
視的には重合体中にほぼ均一に分散されるが、微視的に
はカーボンブラックなどの導電性粒子と重合体との界面
において不均一に接触していると考えられる。加熱によ
って重合体が軟化して導電性粒子と重合体との接触距離
を狭め、急冷却によってマトリックスの重合体が微細に
破断し、その破断片が空隙に入って更にその接触距離を
短縮する。

この熱履歴を繰返すことにより微視的にも導電性粒子と
重合体との界面において均一に接触する。

以上の説明はこの発明のよりよい理解のためであり、こ
の発明の範囲を制限するものではない。

〔実施例〕

この発明を、例示によって具体的に説明する。

比較例 下記組成のＰＴＣ特性を有する物質を調製した。

重量％ 重合体・・・高密度ポリエチレン　　　　　・・・２６
（東洋曹達製、ＨＤＰＥ　　５１００）エチレン−アク
リル酸共重合体・・・２６（エクソン社製、ＥＡＡ５０
００） 導電性粒子・・・カーボンブラック　　　　・・・４７
（キャボット社製スターリングＶ） 酸化防止剤・・・イルガノックス１０１０　・・・　Ｉ
ＰＴＣＰＴＣ組成物を２本ロール（株式会社安田精機制
作所製、１９１−ＴＭ）に装入し、１８０℃、３０分で
混練した。得られたＰＴＣ組成物をフィルム状に成形し
、フィルムの上下に厚さ１００μｍのニッケル箔の電極
を載せ、加熱しながら圧着して電極と組成物を接触し、
圧力をがけながら冷却して接合して積層体を作製し、次
いで１０．５ａ層Ｘ１０．５厘鳳に切断して厚さ０．４
５＋ｕのＰＴＣ素子を製造した。

この様にして得られたＰＴＣ素子１８６５個について、
室温抵抗を測定した。その結果、平均室温抵抗は４８．
６７ｍΩであり、バラツキはσ−４，６４である。

実施例１ 比較例で得られたＰＴＣ素子を、加熱して８０℃で１０
分間放置し、次いでマイナス４０℃へ急冷却し、その温
度で１０分間放置し、更に加熱して８０℃で５分間放置
し、次いで室温に戻した。

得られたＰＴＣ素子について室温抵抗を測定した結果、
平均室温抵抗は５ｍΩだけ下がった。

実施例２ 実施例１で得られたＰＴＣ素子のうち室温抵抗が４６ｍ
Ω以上のＰＴＣ素子を、実施例１と同様の熱履歴に付し
た結果、室温抵抗は更に３．５ｍΩだけ下がった。次い
で、この熱履歴後のＰＴＣ素子のうち室温抵抗が４６ｍ
Ω以上のＰＴＣ素子を、実施例１と同様の熱履歴に付し
た結果、室温抵抗は更に２．ＯｍΩだけ下がった。その
結果、１７９２個のＰＴＣ素子について、平均室温抵抗
は４３．４ｍΩであり、バラツキはσ−２，６６であっ
た。

〔発明の効果〕

この発明によって次の効果を得ることができる。

実施例で実証されるように、従来法によるＰＴＣ索子に
比べて、室温抵抗の小さくかつバラツキの少ないＰＴＣ
素子を得ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも２枚の金属電極と、その電極と接合した
   ＰＴＣ組成物とからなるＰＴＣ素子の製造法であつて、
   該ＰＴＣ組成物が少なくとも１種の重合体及び導電性粒
   子を混練して該重合体中に該粒子を均一に分散してなる
   ものであり、ＰＴＣ組成物を、混練に用いる重合体のう
   ち融点の低い重合体の融点近傍の温度に加熱する工程お
   よび零度以下の温度に急冷却する工程に付することを特
   徴とするＰＴＣ素子の製造法。 ２、融点の低い重合体の融点近傍の温度が、融点の低い
   重合体の融点±２０℃である、特許請求の範囲第１項記
   載のＰＴＣ素子の製造法。 ３、マイナス２０〜６０℃に急冷却する、特許請求の範
   囲第１項または第２項記載のＰＴＣ素子の製造法。 ４、該加熱工程および該急冷却工程の熱履歴を複数回繰
   返す、特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
   載のＰＴＣ素子の製造法。