CN110366762A - 被ptc元件保护的机器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器，其特征在于，其是具有用于在异常时保护机器的保护元件的机器，该保护元件为聚合物PTC元件，该聚合物PTC元件具有聚合物PTC要素，构成该聚合物PTC要素的聚合物组合物以聚偏二氟乙烯作为主成分。

Description

被PTC元件保护的机器
技术领域
本发明涉及具备包含聚合物PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)元件的保护电路的机器。
背景技术
在各种机器、例如电子或电气机器发生异常的情况下，例如，在这种机器中流通过电流的情况或这种机器达到异常高温的情况下，作为阻断该机器的电路中流通的电流的保护元件，使用各种保护元件、例如保险丝元件、PTC(positive temperature coefficient)元件(专利文献1)等。
作为保护元件而使用保险丝元件时，一旦保险丝元件工作而发生熔断，则需要更换成新的保险丝元件。因此，在保险丝元件已经工作的情况下，需要用于更换部件的费用和时间。因此，优选使用在工作后消除了异常的情况下能够恢复至工作前状态的可复位元件、即PTC元件。
上述PTC元件有聚合物PTC元件和陶瓷PTC元件，但从容易制造、元件自身的电阻值低、即使达到规定以上的温度也不易发生自我破坏的方面出发，优选使用聚合物PTC元件。其中，优选使用采用了结晶性高、跳闸时的电阻值变化大的聚乙烯的聚合物PTC元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-77705号公报
发明内容
发明要解决的课题
如上所述，在各种机器中使用聚乙烯的聚合物PTC元件。然而，本发明人等注意到：在机器的长期使用中，存在聚合物PTC元件在正常时的电阻值上升，机器运转中产生不良现象的情况。针对其原因进行了调查，结果注意到其原因在于：油脂等从露出部浸透至聚合物PTC元件的聚合物PTC组合物中，由此使聚合物PTC组合物发生溶胀，结果导致聚合物PTC元件的电阻值上升。
因此，本发明的目的在于，提供即使在周围可能存在油脂等的环境下使用的情况下，也不易发生由聚合物PTC元件的电阻值上升导致的异常的机器。
用于解决课题的方案
本发明人等针对上述问题进行了深入研究，结果发现：在聚合物PTC元件的聚合物PTC要素中，作为聚合物组合物，通过使用以聚偏二氟乙烯(PVDF)代替聚乙烯作为主成分的聚合物组合物，能够防止油脂等的浸透，抑制电阻值的上升，从而完成了本发明。
在本发明的第一主旨中，提供一种机器，其特征在于，其是具有用于在异常时保护机器的保护元件的机器，该保护元件为聚合物PTC元件，该聚合物PTC元件具有聚合物PTC要素，构成该聚合物PTC要素的聚合物组合物以聚偏二氟乙烯作为主成分。
在本发明的第二主旨中，提供一种防止机器不良的方法，其特征在于，其是防止因过电流或异常发热而引起的机器不良的方法，在机器中安装作为保护元件的聚合物PTC元件，所述聚合物PTC元件具有聚合物PTC要素，所述聚合物PTC要素包含以聚偏二氟乙烯作为主成分的聚合物组合物。
发明效果
根据本发明，作为机器的保护元件，通过采用使用了以聚偏二氟乙烯作为主成分的聚合物组合物的聚合物PTC元件，能够提供即使在长时间的使用中也可正常地持续运转的机器。
附图说明
图1为实施例中使用的PTC元件A1、A2和B的平面图。
图2为实施例中使用的PTC元件A1和B的X-X截面图。
图3为实施例中使用的PTC元件A2的X-X截面图。
具体实施方式
以下，针对本发明进行详细说明。
本发明的机器具有用于在异常时、尤其在产生过电流或异常高温时保护机器的保护元件。典型而言，在下述产业机器的控制器、驱动器等、例如产业机器人的控制器、电机驱动器等的电路内具有保护元件。
上述机器没有特别限定，优选可以为在存在油脂、溶剂等的环境下、尤其在油脂、溶剂等以蒸气(即气体)的形式存在或者以微粒的形式飞散的环境下使用的机器。
作为上述机器，可列举出产业机器、例如工作机器、例如车床、铣床、磨床、钻床、齿轮机床、剪断机等切削机器；或者加工用、组装用、涂装用或搬运用的产业机器人等。
在优选的方式中，上述机器可以是包括车床、铣床、磨床、钻床、齿轮机床、剪断机等切削机器的机器。
上述油脂可以是在各种机器中通常使用的油脂，可列举出例如机油、润滑脂、切削油等。
作为上述切削油，没有特别限定，可列举出在聚合物中的浸透性高的油类。此外，切削油优选为包含以直链或支链的碳数10～23的烃作为主成分且与煤油、轻油、B重油相当的矿物油的切削油。
上述切削油可列举出例如YUSHIRO化学工业公司制的EC50、Synthetic#880、FGE355、YUSHIROKEN FGE350；BP日本公司制的ALUSOL B；JX能源公司制的UNISOLUBLE EM-B、UNISOLUBLE EM-B等。尤其是，切削油优选为EC50、FGE355、YUSHIROKEN FGE350、ALUSOLB、UNISOLUBLE EM-B或UNISOLUBLE EM-B，更优选为FGE355、YUSHIROKEN FGE350、ALUSOL B、UNISOLUBLE EM-B或UNISOLUBLE EM-B，特别优选为FGE355、YUSHIROKEN FGE350或ALUSOLB。本发明的机器相对于这些切削油也难以发生不良。即，本发明的机器可以是使用上述切削油的切削加工用机器。
上述溶剂可以是各种机器中通常使用的溶剂，可列举出例如清洗用溶剂、例如烃、有机酸、醇、氯系烃等等。此外，溶剂可以为机器要处理的对象中所含的溶剂。
上述保护元件是聚合物PTC元件。本发明中使用的聚合物PTC元件具有聚合物PTC要素。该聚合物PTC元件可以在上述聚合物PTC要素的至少1个主表面上具有电极。
上述聚合物PTC要素包含在聚合物组合物中分散有导电性填料的聚合物PTC组合物。
上述聚合物组合物是以聚偏二氟乙烯作为主成分的聚合物组合物。上述主成分是指聚合物组合物中含量最多的成分。上述聚合物组合物中，聚偏二氟乙烯没有特别限定，例如包含55质量％以上、优选包含60质量％以上、更优选包含70质量％以上、进一步优选包含75质量％以上。
上述聚偏二氟乙烯的重均分子量没有特别限定，例如优选为5×103～1×106，更优选为1×104～2×105。此外，聚偏二氟乙烯的结晶度例如优选为30％～60％、进一步优选为50％～60％。
聚合物组合物所含的其它聚合物成分没有特别限定，可以为聚乙烯、丙烯酸类聚合物、甲基丙烯酸类聚合物、氟聚合物等，优选为具有耐油脂和耐溶剂性的聚合物、例如可以为氟聚合物等。此时，除了聚偏二氟乙烯之外的氟聚合物在组合物中的含量小于45％，优选为5～30质量％、更优选为10～20质量％。此外，聚合物组合物可以包含各种添加剂、例如盐、交联助剂等。
作为上述导电性填料，可列举出炭黑、石墨(或石墨)、其它碳质材料、金属、导电性金属氧化物、导电性陶瓷、导电性聚合物和它们的组合。导电性填料通常为粉末状态。
作为上述碳质材料的例子，在炭黑、石墨的基础上，可列举出碳纤维、碳纳米管、玻璃状碳和碳珠。作为上述金属的例子，可列举出金、银、铜、镍、铝、钨和它们的合金。作为上述金属氧化物的例子，可列举出ITO(氧化铟锡)、锂-锰复合氧化物、五氧化二钒、氧化锡、氧化锌和钛酸钾。作为上述导电性陶瓷的例子，可列举出碳化物(例如碳化钨、碳化钛、碳化钽和它们的复合体(或络合物))、硼酸钛、氮化钛、硅化钛、硅化锆、硅化铌、硅化钼、硅化钽和硅化钨。作为上述导电性聚合物的例子，可列举出聚乙炔、聚芘、聚苯胺、聚苯和聚并苯。
上述导电性填料优选为炭黑、碳纳米管、碳化钛、碳化钨或镍粉末，更优选为炭黑、碳化钨或镍粉末。
聚合物PTC组合物中的导电性填料的比例只要是能够确保作为PTC组合物的功能的比例，就没有特别限定，相对于聚合物PTC组合物整体，可以为20vol％以上、例如30～60vol％、优选为30～50vol％、例如为35～45vol％。需要说明的是，导电性填料的体积％(vol％)可以通过由所用的聚合物和导电性填料的重量和密度算出它们的体积来获得。通过设为这种比例，能够提高室温电阻率、电阻变化率等PTC特性。
上述聚合物PTC要素可通过将上述聚合物PTC组合物成形为层状来获得，例如通过挤出成形、注射成形或热压制来获得。
上述聚合物PTC要素的厚度没有特别限定，例如可以为0.01mm～5mm、优选为0.05mm～3mm、更优选为0.1mm～1mm。
上述聚合物PTC元件可以在聚合物PTC要素的至少1个主表面上具有电极。在一个方案中，上述电极仅存在于一个主表面上。在另一方案中，上述电极可以存在于两个主表面上。在优选的方案中，上述电极可以存在于两个主表面上。
电极通常由具有导电性的金属薄层(例如厚度为0.1μm～100μm左右)形成。金属薄层可以存在1个或多个。作为形成电极的金属材料，可列举出例如铜、镍、铝、金等金属。
上述聚合物PTC元件可通过将构成聚合物PTC要素的聚合物PTC组合物与构成电极的金属片(或金属箔)一起同时挤出，由此得到在金属片(或金属箔)之间夹有聚合物PTC组合物的状态的挤出物来制造。在另一方案中，也可以通过例如通过挤出来获得聚合物PTC组合物的层状物，并将该层状物夹在金属片(或金属箔)之间，并将它们一体地进行热压接而得到压接物来制造。这种挤出物(或压接物)是在两侧的主表面具有电极的聚合物PTC要素多个邻接并集合而成的状态，将挤出物(或压接物)切成规定的形状/尺寸，能够获得单一的聚合物PTC元件。
在另一方案中，通过对聚合物PTC要素实施导电性金属的镀敷，也可以在两侧的主表面上形成电极。在该情况下，也优选获得上述那样的集合状态的产物，并在其后分割成各个聚合物PTC元件。
在一个方案中，聚合物PTC元件可以被膜等保护。通过对上述聚合物PTC元件设置膜等保护部件，能够进一步提高耐环境性。
在另一方案中，聚合物PTC元件不具有膜等保护部件。即，聚合物PTC要素露出。上述聚合物PTC元件具有充分的耐环境性，因此，即使不具有上述那样的保护部件也具有优异的耐久性。
上述那样的聚合物PTC元件即使在可能存在油脂、溶剂等的环境下也不易发生由油脂、溶剂导致的聚合物PTC要素的劣化、例如溶胀。即，不易发生平常时的电阻值上升。因此，上述聚合物PTC元件可适合地用于在可能存在油脂、溶剂等、尤其是它们容易形成蒸气或容易飞散的环境下使用的机器。上述聚合物PTC元件如上所述对于油脂和溶剂具有高耐性、即具有高耐环境性，因此，在本发明的机器中聚合物PTC元件的设置部位的自由度高、且本发明的机器自身的设置部位的自由度高的方面是有利的。例如，可以将保护元件设置于机器的露出部分(即暴露于油脂、溶剂等的部位)。并且，在可以不采取用于保护聚合物PTC元件不受油脂和溶剂影响的措施方面也是有利的。
如上所述，本发明的机器中使用的聚合物PTC元件的耐环境性高，即使在长时间使用的情况下，也不会使机器产生不良(不良现象)。因此，本发明还提供一种防止机器不良的方法，其特征在于，其是防止因异常、尤其是过电流或异常发热而引起的机器不良的方法，向机器中安装作为保护元件的聚合物PTC元件，所述聚合物PTC元件具有聚合物PTC要素，所述聚合物PTC要素包含以聚偏二氟乙烯作为主成分的聚合物组合物。
上述本发明的方法能够在可能存在油脂、溶剂等、尤其是它们容易形成蒸气或容易飞散的环境下适合地使用。
通过以下的实施例进一步说明本发明，但本发明不限定于这些实施例。
实施例
·油耐久试验
实施例1
将基于聚偏二氟乙烯(PVDF)和乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的聚合物PTC元件A1、A2和基于高密度聚乙烯(HDPE)的聚合物PTC元件B回流焊安装于基板，并供于油耐久试验。油耐久试验通过制成在装有油(EC50)的容器中浸渍回流焊安装后的PTC元件的状态，并将其保持于恒温槽(温度：85℃)来进行。在规定时间后，以室温(25℃)静置1小时，接下来测定25℃的电阻值。将回流焊后的电阻值设为1.00，算出试验后的电阻值的比例。将结果示于表1。
聚合物PTC元件A1(图1和图2)：
尺寸：7.5×5.5mm
初始电阻值：185mΩ
·聚合物PTC部(PTC组合物11+铜箔12)
PTC聚合物：PVDF(58质量％)、ETFE(10质量％)
导电性填料：炭黑(32质量％)
厚度：0.34mm
·铜镀层13
厚度：0.025mm
·镍镀层14
厚度：0.005mm
·锡镀层15
厚度：0.045mm
·阻焊层16
厚度：0.02mm
聚合物PTC元件A2(图1和图3)：
尺寸：7.5×5.5mm
初始电阻值：180mΩ
·聚合物PTC部2个(PTC组合物11+铜箔12)
PTC聚合物：PVDF(56质量％)、ETFE(10质量％)
导电性填料：炭黑(34质量％)
厚度：各0.34mm
·铜镀层13
厚度：0.03mm
·镍镀层14
厚度：0.005mm
·锡镀层15
厚度：0.05mm
·预浸料17
厚度：0.06mm
聚合物PTC元件B(图1和图2)：
尺寸：4.5×3.2mm
初始电阻值：115mΩ
·聚合物PTC部(PTC组合物11+铜箔12)
PTC聚合物：HDPE(43质量％)
导电性填料：炭黑(57质量％)
厚度：0.26mm
·铜镀层13
厚度：0.025mm
·镍镀层14
厚度：0.005mm
·锡镀层15
厚度：0.045mm
·阻焊层16
厚度：0.02mm
[表1]
由表1所示，基于PVDF的聚合物PTC元件A1和A2即使在油中浸渍200小时，也观察不到电阻值的增加。另一方面，基于HDPE的聚合物PTC元件B在油中浸渍200小时的情况下，电阻值增加至约2倍。由上述结果可确认：本发明的PTC元件A1和A2与以往的PTC元件B相比，耐环境性高。
实施例2
除了将所用的油从EC50(油1)变更为下述表所示的油2～9之外，与实施例1同样进行油耐久性试验。将利用气相色谱质谱分析法得到的各油的特征示于表2，将浸渍200小时后的油耐久试验的结果示于表3。
[表2]
[表3]
[表4]
产业上的可利用性
本发明的机器使用了耐环境性高的聚合物PTC元件，因此，设置部位和用途没有限定，可以在广泛的领域中加以利用。
附图标记说明
11…PTC组合物
12…铜箔
13…铜镀层
14…镍镀层
15…锡镀层
16…阻焊层
17…预浸料

Claims (4)

1.一种机器，其特征在于，其是具有用于在异常时保护机器的保护元件的机器，该保护元件为聚合物PTC元件，该聚合物PTC元件具有聚合物PTC要素，构成该聚合物PTC要素的聚合物组合物以聚偏二氟乙烯作为主成分。
2.根据权利要求1所述的机器，其中，机器为产业用机器人，保护元件设置于控制器或电机驱动器。
3.根据权利要求1或2所述的机器，其用于切削加工。
4.一种防止机器不良的方法，其特征在于，其是防止因过电流或异常发热而引起的机器不良的方法，在机器中安装作为保护元件的聚合物PTC元件，所述聚合物PTC元件具有聚合物PTC要素，所述聚合物PTC要素包含以聚偏二氟乙烯作为主成分的聚合物组合物。
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