DE3910861C2

DE3910861C2 - Organischer PTC-Thermistor

Info

Publication number: DE3910861C2
Application number: DE3910861A
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Uchida
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1988-04-06
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2009-04-05
Also published as: JPH01257303A; JPH0616442B2; DE3910861A1; US4977309A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen organischen Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizient (PTC). Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfin dung auf einen organischen PTC-Thermistor, bei welchem ein Paar von Elektro den auf einer Hauptoberfläche einer organischen PTC-Schicht gebildet sind, wel ches von einem Isolationsfilm abgedeckt ist, und bei welchem ein Anschluß durch die Phase hindurchgepreßt wird, in welcher dieser den Isolationsfilm, jede der Elektroden und die organische PTC-Schicht organisch durchdringt.

Wenn leitende Partikel wie Ruß, Graphit, Metallpuder und dergleichen gemixt und in Harz der Polyolefinfamilie, wie Polyethylen, verteilt werden, erhält das Harz die Eigenschaften eines PTC-Thermistors. Es ist bekannt, daß es möglich ist, eine Heizplatte zu konstruieren, indem Harz mit PTC- Thermistoreigenschaften zu einer organischen PTC-Schicht ausgeformt und ein Paar von Elektroden auf einer Hauptoberfläche der organischen PTC-Schicht gebildet wird.

Aus der DE 37 07 493 A1 ist ein PTC-Bauelement mit mindestens zwei Elektro denplatten, einer zwischen den Elektrodenplatten befindlichen und an dieser elektrisch angeschlossenen PTC-Zusammensetzung und je einer mit einer Elek trodenplatte verbundenen Leiterplatte und ein Verfahren zum Herstellen eines entsprechenden PTC-Bauelements bekannt. Dabei dienen die Leiterplatten zum Anschluß der Elektrodenplatten an andere Bauelemente und werden an der von der PTC-Schicht abgewandten Seite der Elektrodenplatten durch Punktschwei ßung mit diesen verbunden. Um eine zur örtlichen Zerstörung der PTC-Schicht führende Überhitzung der Schweißstelle zu verhindern, wird gemäß dem darin offenbarten Verfahren während oder vor dem Punktschweißen mindestens ein Durchgangsloch, welches die Elektrodenplatte in der Mitte einer Schweißung durchsetzt, gebildet.

Weiterhin ist aus der US 4 857 711 eine selbstregulierende Heizvorrichtung für einen Spiegel bekannt, bei der auf einer Seite eines Substrates ein elektrisches Bus-System abgesetzt ist, das zwei Zuleitungsschienen und eine Anzahl parallel geschalteter Elektroden enthält und bei der Streifen von einem mit einem PTC- Widerstand behafteten Material senkrecht über das Bus-System gedruckt sind, um eine Anzahl von Heizzonen und freien Substratbereichen auszubilden. Der elektrische Anschluß der beiden Zuleitungsschienen der Elektroden erfolgt durch Anschlußkontaktelemente, die mit Hilfe von Ösen, die durch das Substrat und die darauf befindliche Zuleitungsschiene hindurchgepreßt sind, an dem Substrat befestigt sind. Beim Hindurchpressen der Öse durch das Substrat und die mit den Elektroden verbundenen Zuleitungsschienen besteht die Gefahr, daß es ins besondere an den Zuleitungsschienen zu nicht erkannten Beschädigungen im Randbereich des Preßsitzes kommt, woraus ein hoher Kontaktwiderstand resul tiert, in dessen Folge eine örtlich zu starke und daher unerwünschte Wärme entwicklung auftreten kann.

Weiterhin ist aus der Offenlegungsschrift des japanischen Gebrauchsmusters Nr. 56-153092 eine Flächenheizung bekannt, die in einer bevorzugten Ausführungs form einen Heizmusterbogen aus einem Metallfilm oder einer Metallfolie, die Ober- und Unterseite des Heizmusterbogens bedeckende Isolationsbögen und ein plattenförmiges Anschlußelement, das mit einer elektrischen Zuleitung verbun den und an einer vom Heizmusterbogen abgewandten Seite eines Isolationsbo gens befestigt ist, enthält. Die Befestigung des plattenförmigen Anschlußelemen tes an einem Isolationsbogen erfolgt in der Weise, daß das mit senkrecht zur Plattenebene verlaufenden Durchgangsbohrungen versehene Anschlußelement auf einem Isolationsbogen abgesetzt wird, elektrisch leitfähige Nieten von der Außenseite in die Durchgangsbohrungen eingesetzt werden und diese Nieten an schließend unter Einfluß einer Drehung und eines Druckes den Isolationsbogen durchbrechen und anschließend durch Reibschweißung mit dem darunter be findlichen Heizmusterbogen verbunden werden. In diesem Zusammenhang ist insbesondere als nachteilig anzusehen, daß in die durch Reibschweißung gebilde te Verbindungsstelle zwischen den leitfähigen Nieten und dem Heizmusterbogen zusätzlich Bruchstücke des elektrisch nicht leitenden Isolationsbogens eingebet tet sind. Diese Bruchstücke erhöhen den Kontaktwiderstand und führen daher zu einer unerwünscht hohen Wärmeentwicklung in den Befestigungsquerschnit ten der elektrisch leitfähigen Nieten.

Ein Ausführungsbeispiel eines herkömmlichen und hinsichtlich des gewählten Anschlusses der Offenlegungsschrift der japanischen Gebrauchsmusteranmel dung Nr. 56-153092 und der US 4 857 711 entsprechenden PTC-Thermistors, bei welchem eine organische PTC-Schicht verwendet wird, ist in Fig. 1 gezeigt. Im Detail ist auf der organischen PTC-Schicht 1 eine Elektrode 2 gebildet und beide durch den Isolationsfilm 3 und 4 abgedeckt. Anschließend wird ein Anschluß 5 durch den Isolationsfilm 3, die Elektrode 2, das organische PTC-Thermistorblatt 1 und den Isolationsfilm 4 hindurchgepreßt.

In einem herkömmlichen, wie in Fig. 1 gezeigten PTC-Thermistor wird der or ganische PTC-Thermistor 1 beim Hindurchpressen des Anschlusses 5 deformiert. Dabei wird, da die Elektrode 2 durch Aufdrucken einer leitfähigen Paste herge stellt wird und keine Elastizität aufweist, diese in der Umgehung des Bereiches, wo der Anschluß hindurchgepreßt wird, zerstört. Damit wird der Kontakt zwi schen dem Anschluß 5 und der Elektrode 2 instabil und somit der Kontaktwider stand groß. Wird dieser organische PTC-Thermistor verwendet, tritt in Folge des hohen Kontaktwiderstandes starke Wärmeentwicklung auf, und der PTC- Thermistor wird somit thermisch zerstört.

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen organischen PTC-Thermistor bereitzustellen, bei welchem im Kontaktbereich eines Anschlus ses und einer Elektrode keine großen Kontaktwiderstände auftreten und damit keine starke Wärmeentwicklung stattfindet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches 1 gelöst.

Ein erfindungsgemäßer organischer PTC-Thermistor umfaßt eine organische PTC-Schicht; ein Paar von Elektroden, welche auf einer Hauptoberfläche der organischen PTC-Schicht gebildet sind; leitende Lagen, welche jede auf einen Bereich einer jeden Elektrode des Elektrodenpaares aufgelegt sind; ein Isolati onsfilm, welcher wenigstens die leitenden Lagen und die Elektroden abdeckt; und Anschlüsse, welche jede so eingesetzt sind, daß sie den Isolationsfilm, jede der leitenden Lagen, jede der Elektroden und die organische PTC-Schicht durch dringen und hindurchgepreßt sind.

Bei einem erfindungsgemäßen PTC-Thermistor findet, da die leitende Lage zwi schen der Elektrode und dem Isolationsfilm in einem Anschlußbefestigungsbe reich eingelegt ist, auch wenn beim Hindurchpressen des Anschlusses im An schlußbefestigungsbereich der Elektrode Preßdruck auftritt, keine Zerstörung der Elektrode statt. Auch wenn beim Hindurchpressen des Anschlusses im An schlußbefestigungsbereich der Elektrode ein kleiner Riß auftritt, wird der elek trische Kontaktstatus zwischen dem Anschluß und der Elektrode nicht instabil, da die leitende Lage und die Elektrode auf einer Fläche miteinander in Kontakt stehen, welche größer ist als der Riß. Somit findet auch keine starke Wärmeent wicklung in Folge eines erhöhten Kontaktwiderstandes und somit keine thermi sche Zerstörung des organischen PTC-Thermistors statt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen be schrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines herkömmlichen organischen PTC- Thermistors,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel im Sinne der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III gem. Fig. 2, und

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht des Hauptbereiches gem. Fig. 2.

Gemäß Fig. 2 bis 4 umfaßt ein erfindungsgemäßer organischer PTC-Thermistor 10 eine organische PTC-Schicht 12, die aus einem Material besteht, welches durch Mixen und Verteilen leitfähiger Partikel wie Ruß, Graphit, Metallpuder oder dergleichen in Harz der Polyolefinfamilie, wie Polyethylen, erhalten wird. Auf einer Hauptoberfläche der organischen PTC-Schicht 12 ist ein Paar kamm förmiger Elektroden 14 und 16 gebildet. Die Elektroden 14 und 16 werden gebil det, indem beispielsweise leitfähige Paste, wie Silberpaste, aufgedruckt wird. Die Form einer jeden der Elektroden 14 und 16 kann willkürlich geändert werden.

Wie insbesondere in Fig. 4 zu ersehen ist, ist auf die Elektrode 14 (16) die leitfä hige Lage 18, wie Kupferfolie, mittels leitfähiger Klebstoffe in einem Anschlußbe festigungsbereich aufgeklebt. Als leitfähige Lage 18 kann auch Folie eines gut leitfähigen Metalls wie Nickel, Aluminium oder dergleichen verwendet werden.

Die leitfähige Lage 18, die Elektrode 14 (16) und die organische PTC-Schicht 12 werden durch die isolierenden Filme 20 und 22, beispielsweise Polyesterfilme, abgedeckt. Die Isolationsfilme 20 und 22 werden durch thermisches Verschmel zen auf den Oberflächen des organischen PTC-Thermistorblattes 12 befestigt. Anstelle einer Abdeckung mit dem Isolationsfilm durch thermisches Verschmel zen kann auch eine Abdeckung durch Aufkleben eines isolierenden Klebebandes verwendet werden.

Anschließend werden die Anschlüsse 24 und 26 an den Anschlußbefestigungsbe reichen hindurchgepreßt. Insbesondere wird der Anschluß 24 (26) eingesetzt, so daß er den Isolationsfilm 20, die leitfähige Lage 18, die Elektrode 14 (16), die or ganische PTC-Schicht 12 und den Isolationsfilm 22 durchdringt und dann ge preßt wird. Zusätzlich können die Formen der hindurchgepreßten Anschlüsse 24 und 26 beliebig verändert werden.

Zur Durchführung eines Experiments wurde zunächst ein PTC-Thermistorharz bei 190°C und 128 kg/cm² für 10 Minuten gepreßt, um ein organisches PTC- Thermistorblatt mit einer Dicke von 0,5 mm zu bilden. Dieses Blatt wird ausge schnitten, um eine organische PTC-Schicht von 50 × 100 mm zu erhalten, und ein Paar von Elektroden mit einer jeweils vorbestimmten und wie in Fig. 2 ge zeigten Form werden auf der organischen PTC-Schicht durch den Siebdruck von Silberpaste gebildet. Weiterhin wird Kupferfolie von 5 × 5 mm und einer Dicke von 35 µm auf jede der Elektroden im Anschlußbefestigungsbereich aufgeklebt. Dann werden beide Oberflächen der organischen PTC-Schicht durch einen Poly esterfilm abgedeckt. Zum Schluß werden die Anschlüsse in dem Anschlußbefesti gungsbereich hindurchgepreßt.

Auf diese Art werden zehn charakteristische Beispielstücke zur Vermessung und Auswertung hergestellt. Im Gegensatz dazu werden zehn Vergleichsstücke her gestellt, bei welchen keine leitfähige Lage 18, d. h. Kupferfolie, auflaminiert ist. Dann wird der Widerstandswert zwischen den Anschlüssen 24 und 26 (Fig. 2) eines jeden Beispielstückes gemessen. In den Vergleichsstücken trat eine sehr große Streuung von 8.3-150 Ω auf; in den erfindungsgemäßen Stücken lagen die Widerstandswerte zwischen den Anschlüssen 24 und 26 zwischen 5.3 bis 7.6 Ω. Somit wird durch die vorliegende Erfindung der Widerstandswert zwischen den Anschlüssen klein und dessen Verteilung beschränkt. Weiterhin traten in den Vergleichsstücken nach Anlegen einer Gleichspannung von 16 V an den An schlüssen 24 und 26 starke Wärmeentwicklung und Funken in den Anschlußbe festigungsbereichen auf, jedoch konnten solche Phänomene nicht bei den erfin dungsgemäßen Beispielsstücken beobachtet werden.

Somit kann im Sinne der vorliegenden Erfindung der Kontaktwiderstand im Kontaktbereich zwischen den Anschlüssen und der Elektrode klein gehalten und dessen Streuung verhindert werden, wodurch in dem Fall, wo eine organische PTC-Schicht als Heizplatte verwendet wird, starke Wärmeentwicklung oder Funkenbildung im Anschlußbefestigungsbereich verhindert wird und es somit möglich ist, die gesamte Oberfläche der organischen PTC-Schicht einheitlich zu erwärmen. Zusätzlich ist es möglich, in dem Fall, wo der organische PTC- Thermistor als Temperatursensor verwendet wird, eine Temperatur sehr stabil und präzise zu ermitteln, da die Verteilung des Kontaktwiderstandes im An schlußbefestigungsbereich klein ist.

Claims

1. Organischer PTC-Thermistor (10), der
eine organische PTC-Schicht (12),
ein Paar von Elektroden (14, 16) aus Leitpaste, welche auf einer Oberfläche der PTC-Schicht gebildet sind,
isolierende Abdeckungen (20, 22), die mindestens die Elektroden abdecken, und
hindurchgepreßte Anschlüsse (24, 26), welche jeweils die isolierende Abdec kung, jede der Elektroden und die organische PTC-Schicht durchdringen, um faßt,
dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche leitende Lagen (18) in Form einer Metallfolie mit guter Leitfähigkeit zwischen isolierender Abdeckung und den Elektroden im Anschlußbereich vorgesehen sind.