JPS63278303A

JPS63278303A - Ｐｔｃ素子

Info

Publication number: JPS63278303A
Application number: JP11243287A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Akatsuka; 孝寿赤塚
Original assignee: Nippon Mektron KK
Current assignee: Nippon Mektron KK
Priority date: 1987-05-11
Filing date: 1987-05-11
Publication date: 1988-11-16

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〕この発明は、電気抵抗素子に関し、より詳細には温度上
昇に伴って比較的狭い温度域で電気抵抗が急増する性質
（ＰＴＣ特性（ｐｏｓｉＮｖｅＬｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
　ｃｏｅｌ’（’１ｃｌｅｎｔ）］を有する抵抗素子、
すなわち、ＰＴＣ素子に関する。

〔従来の技術〕

ＰＴＣ特性を有する物質は、一定の温度以上にヒータが
加熱されると発熱を止める制御素子、正特性サーミスタ
（ＰＴＣｔｈｅｒｍｉｓｔｅｒ）　、感熱センサ、短絡
などにより回路に過電流が流れたときその過電流を所定
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
を復帰させる保護素子などに利用することができる。こ
のＰＴＣ特性を有する物質として、種々の物質が開発さ
れており、例えば、ＢａＴｉＯ３に１価または３価の金
属酸化物を添加したセラミック系のもの、ポリエチレン
などの重合体に導電性物質が分散されたポリマー系のも
のなどがある。

従来、ＰＴＣ素子は、第１図に示すように、主にＰＴＣ
特性を何する物質２と、これを挟持する電極板３と、電
極板に接続されたリード４とからなり、このＰＴＣ特性
を有する物質は、重合体中に導電性粒子を分散してなる
組成物である。そのＰＴＣ素子の製造法において、少な
くとも１種の重合体と導電性粒子とをその重合体の融点
以上の温度で混練してＰＴＣ特性を有する物質を調製し
、このＰＴＣ特性を有する物質をフィルム状に成形する
。このＰＴＣ特性を有する物質と電極板との接合は、Ｐ
ＴＣ特性を有する物質をその融点付近の温度で電極金属
と熱圧着して行われている。接合して得られた積層体を
所定の寸法に切断し、この積層体の電極表面にリードを
半田付けなどで溶接してＰＴＣ素子を製造している。

ＰＴＣ素子として好ましい特性は、室温で１００ミリオ
ーム以下の低い抵抗値（室温抵抗）を有すると共に、高
温で急激に大きい抵抗値（ピーク抵抗）になるシャープ
な温度抵抗特性を有することである。更に、このＰＴＣ
素子を回路中に実装するに際してその素子にコンパクト
性が要求されので寸法が小さく、かつ定格電流が大きい
という相矛盾する特性を合せ持つ必要がある。従来、そ
の様な要求する重合体成分として高密度ポリエチレン（
以下、ＨＤＰＥ）がＰＴＣ組成物に用いられていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ＨＤＰＨのビカット軟化点が殆ど１２０
℃以上であるために、回路短絡によりＰＴＣ素子の抵抗
値が上がり電流または熱制御してＰＴＣ素子が高温安定
状態になっている時、そのＰＴＣ素子の素子表面温度は
１２０℃以上になり、回路中に使用されている他の素子
や樹脂への悪影響がある。

このような悪影響を回避するために上記の高温安定状態
（以下、トリップ状態）における素子表面温度を低下す
ることのできるＰＴＣ素子の開発が望まれている。

この要請に対し、低密度ポリエチレンを使用すれば素子
表面温度（以下、Ｔｓ）を低下できることは知られてい
るが、この低密度ポリエチレン（以下、ＬＤＰＥ）の温
度抵抗特性が緩慢になり、定格電流を大きくするために
素子寸法を大きくするという不都合がある。これと同様
に低ビカット軟化点を有するポリオレフィン系のポリマ
ー、例えば、ＥＶＡＳＥＥＡ、ＥＡＡ、ＥＭＡ、ＥＭＭ
Ａ等もＬＤＰＥと同様に素子寸法を大きく必要があり、
しかも環境特性も乏しい。

この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、トリップ状態での素子表面温
度Ｔｓが低くかつ素子寸法を小さくできるＰＴＣ素子を
提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によればこの課題は、少なくとも２の金属電極と
、それらの電極面に電気的に接続されたＰＴＣ特性を有
する物質とからなるＰＴＣ素子であって、このＰＴＣ特
性を有する物質が重合体中に導電性粒子を分散してなる
組成物であり、少なくとも１の重合体として、好ましく
はメルトインデックス（以下、Ｍ、１．）４以下の直鎖
状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）を含むことをこと
を特徴とするＰＴＣ素子によって達成される。

この発明ＱＱ子ましい態様において、比表面積１００ｒ
ｒｒ／ｇ　（Ｎ２、ＢＥＴ法）以下および吸油Ｗ１３０
ｍｌ／１００ｇ以下のカーボングラツクを、導電性粒子
として用いて、ＰＴＣ組成物中に３０〜５０重量％含有
させることができる。

以下、この発明を、より詳細に説明する。

この発明において用いられるＰＴＣ素子は、通常、少な
くとも２種の電極と、その電極間に配設されたＰＴＣ特
性を有する物質とからなるものである。このＰＴＣ特性
を有する物質は、重合体中に導電性粒子が分散された組
成物である。

この発明に於いて用いることのできる重合体として、Ｌ
ＬＤＰＥと、そのＬＬＤＰＥ以外のポリエチレン、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、フッ素樹脂等
のうちから選ばれた少なくとも１種のポリマーとＬＬＤ
ＰＥとのブレンドポリマーがある。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。

この発明において用いられるＬＬＤＰＥは、そのＭ、Ｉ
、が４以下であることが望ましい。これは、導電性粒子
と重合体との混線に際し、導電性粒子の分散を均一にす
ることができ、しかも、室温抵抗に対するトリップ状態
の抵抗の比を１０３以上に確保でき、環境安定性を良好
にすることができるからである。

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。

この発明において用いられる導電性粒子は好ましくは、
比表面積１００イ／ｇ（Ｎ２、ＢＥＴ法）以下および１
吸油量１３０＋ｎｌ／１００ｇ以下のカーボンブラック
である。これは、比表面積および吸油量の上限を超える
と室温時の素子抵抗に対するトリップ時の抵抗の比（以
下、トリップ比）が１０３以下になり、ＰＴＣ素子の信
頼性が低くなるからである。

導電性粒子の配合量は、所望のＰＴＣ素子特性により適
宜選択することができるが、例えば、上記カーボンブラ
ックでは、３０〜５０重二％である。

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。この発明に
おいてこの添加剤は、導電性粒子と同様に水分含量が制
限されたものであることが好ましい。

この発明においてＰＴＣ組成物は、その原材料、重合体
、導電性粒子、その油添加剤を所定の割合いで配合・混
練して調製される。この混練は、ニーダ−１２本ロール
、バンバリーミキサ−で行うことができる。

なお、混練後、ＰＴＣ組成物を成形する前あるいは成形
後に架橋をおこなることができる。架橋は様々の手段に
より行うことができ、例えば有機パーオキサイドなどの
架橋剤を加えて行う方法、オゾンを用いる方法、電子線
などの活性エネルギー線を照射する方法などを挙げるこ
とができる。

ここで有機パーオキサイドとしては、ベンゾイルパーオ
キサイド、ｔ−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオ
キサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、ｔ−ブチ
ルパーオキシベンゾエート、２．５−ジメチル−２，５
−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３などを例示
することができる。この有機パーオキサイドを架橋剤と
して用いる場合、重合体１００重量部に対して０．０５
〜３　ｉ１？、置部添加する。

この発明のＰＴＣ素子は、上述のＰＴＣ特性を有する物
質と、それと接触する少なくとも２の電極とからなる。

ここで用いることのできる電極材料の種類としては、通
常の電極として用いることのできる金属であり、その様
なものとして、例えば、ニッケル、コバルト、アルミニ
ウム、クロム、スズ、銅、銀、鉄（ステンレス鋼などの
鉄合金を含む）、亜鉛、金、鉛、白金などがある。電極
の形状、寸法などはＰＴＣ素子の用途などに応じて適宜
選択することが望ましい。この発明において電極金属と
して、電解析出により得られた金属材料を用いることが
でき、例えば、この電解箔は、陽極の鏡面研磨ステンレ
ス板に電極金属を電解析出させて調製することができる
。この電極の表面は、電解析出処理によって粗面化され
微細な多数の突起を有する。また、この発明において電
極金属として、圧延金属箔、その圧延箔を焼鈍した金属
材料などがある。

次いで、この発明のＰＴＣ素子の製造法の一例を説明す
る。得られたＰＴＣ組成物を、例えば、フィルム状に成
形し、金属電極をフィルムの上下に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などで溶接してＰＴＣ素子を製造す
ることができる。

この発明においてＰＴＣ素子の表面に必要に応じて樹脂
膜を形成することができる。その様な樹脂の種類として
、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、
ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、アクリル樹脂
、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂
、ポリアセタール樹脂、ポリアルキレノキシド、飽和ポ
リエステル樹脂、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホ
ン、ポリ−ｐ−キシレン、ポリイミド、ポリアミドイミ
ド、ポリエステルイミド、ポリベンゾイミダシル、ポリ
フェニレンスルフィド、ケイ素樹脂、尿素樹脂、メラミ
ン樹脂、フラン樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリウレタン樹脂、
これらのブレンドポリマー、化学試薬との反応、放射線
架橋、共重合などによる改質された上記樹脂などがある
。

これらの樹脂のなかで好ましい樹脂はエポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂である。これら樹脂には、種々の添加剤を
、例えば、可塑剤、硬化剤、架橋剤、酸化防止剤、充填
剤、帯電防止剤、難燃剤、などを添加してもよい。この
発明において用いる樹脂は少なくとも絶縁性を有してお
り、ＰＴＣ素子表面に対して回前性を有している。樹脂
の′Ｉｋ覆法は、特に限定されず、例えば、噴霧、塗付
け、浸漬などで行うことができる。さらに、樹脂塗布後
の硬化は、化学処理、加熱、放射線照射など樹脂の種類
に応じて行うことができる。

〔作　用〕

この発明が上記のように構成されているので、下記の作
用を存する。

ＰＴＣ特性を有するＰＴＣ素子では、室温で出来るだけ
低い抵抗値（室温抵抗）を示し、高温で出来るだけ高い
抵抗値（ピーク抵抗）を示す素子であり、さらに、高温
安定状態（トリップ状態）の素子表面温度Ｔｓが低いも
のである。

従来のＰＴＣ素子において、低ビカット軟化点を有する
としてＬＬＤＰＥが重合体としての使用は全く考慮され
ず、シャープな温度抵抗特性が得られないと考えられて
いた。理論的には、必ずしも明らかではないが、本発明
者により、低ビカット軟化点と高い結晶性とを有する重
合体が、高温安定状態（トリップ状態）での低い素子表
面温度Ｔｓとシャープな温度抵抗特性に寄与することを
見出した。この発明において用いられるＬＬＤＰＥは、
低ビカット軟化点と高い結晶性とを存するために、高温
安定状態（トリップ状態）での低い素子表面温度Ｔｓと
シャープな温度抵抗特性とが得られる。

〔実施例〕

この発明を、例によって具体的に説明する。

実施例１下記組成のＰＴＣ組成物を調製した。

重量％重合体・・・直鎖状低密度ポリエチレン　・・・５５（
東洋曹達制御ポロンハードＰＩＧ−Ｒ、Ｍ、１．−０．
８）導電粒子・・・カーボンブラック　　　　・・・４
２（キャボット製、スターリングＳＯ１比表面積４２ｒ
ｔｆ／ｇ、吸油ｍ　１２０　ｍｌ／　１００ｇ）フェノ
ール系酸化防止剤　　　　　　・・・　２（チバガイギ
ー製、イルガノックス１０１０）これらの原料を温度１
７０℃の２本ロールで３０分間、混練してＰＴＣ組成物
を調製した。次いで、ロール成形機で厚さ１ｍｌ１の板
に成形した。

この板の上下に厚さ６０μの電解ニッケル箔電極を、重
合体の融点より高い１５０℃で熱圧着して積層体を調製
した。他方所定寸法の外部接続用リード板を準備し、こ
れを電極表面にスポット溶接した。

得られた積層体の寸法は、φ１２ｎ＋＋ｎ、厚み３７０
μｍであった。

得られたＰＴＣ素子の温度抵抗特性を第２図に示す。こ
の図から分るように、シャープな特性を示し、素子表面
温度は１００℃であり、また、最大定格電流は、２Ａ（
２５℃）であった。また、このＰＴＣ素子を８０℃、９
０％ＲＨ放置試験による室温抵抗の変化は、１００回繰
返して±５０％以内であり、良好な環境安定性を持って
いた。

比較例１重合体として従来のＬＤＰＥ　（三井石浦化学製、ミラ
シン２７）を用いたこと以外、実施例１と同様にＰＴＣ
素子を作製し、温度抵抗特性を測定した。その結果の温
度抵抗特性を第３図に示す。この図かられかるように、
緩慢な温度抵抗特性となり、素子表面温度は１００℃で
あり、また、最大定格電流は、低い１．７Ａ　（２５℃
）であった。

また、このＰＴＣ素子を８０℃、９０％ＲＨ放置試験に
よる室温抵抗の変化は、１００回繰返して＋３００％ま
でとなり、悪い環境安定性を示したに過ぎなかった。

〔発明の効果〕

この発明のＰＴＣ素子によって次の効果を得ることがで
きる。

この発明のＰＴＣ素子は、トリップ状態での素子表面温
度Ｔｓを低く押えることができ、ＰＴＣ素子の回りの他
の素子や樹脂材料などに悪影響を与えることを防ぐこと
ができる。また、実施例で実証されるようにシャープな
温度抵抗特性を示し優れたＰＴＣ素子を提供することが
できる。しかも、定格電流が大きいので、素子の寸法を
小さくすることができ、電子機器や電気機具の小型化に
適応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＰＴＣ素子の外観を示す斜視図であり、第２図
は実施例１によるＰＴＣ素子の温度抵抗特性を示す線図
であり、第３図は比較例１によるＰＴＣ素子の温度抵抗
特性を示す線図である。１・・・ＰＴＣ素子、２・・・ＰＴＣ組成物、３・・・
電極、４・・・リード。出願人代理人　　佐　　藤　　−雄悲串城堀α

Claims

【特許請求の範囲】１、少なくとも２の金属電極と、それらの電極面に電気
的に接続されたＰＴＣ特性を有する物質とからななるＰ
ＴＣ素子であつて、このＰＴＣ特性を有する物質が重合
体中に導電性粒子を分散して成る組成物であり、少なく
とも１の重合体として直鎖状低密度ポリエチレンを含む
ことを特徴とするＰＴＣ素子。２、含められた直鎖状低密度ポリエチレンが４以下のメ
ルトインデックスを有する、特許請求の範囲第１項記載
のＰＴＣ素子。３、導電性粒子が比表面積１００ｍ＾２／ｇ（Ｎ＿２、
ＢＥＴ法）以下および吸油量１３０ｍｌ／１００ｇ以下
のカーボンブラックであり、３０〜５０重量％のカーボ
ンブラックをＰＴＣ組成物中に含有する特許請求の範囲
第１項または第２項記載のＰＴＣ素子。