JP2000260603A - 抵抗素子 - Google Patents

抵抗素子

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JP2000260603A
JP2000260603A JP11058083A JP5808399A JP2000260603A JP 2000260603 A JP2000260603 A JP 2000260603A JP 11058083 A JP11058083 A JP 11058083A JP 5808399 A JP5808399 A JP 5808399A JP 2000260603 A JP2000260603 A JP 2000260603A
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resistance
powder
ptc
conductive
polymer
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JP11058083A
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Shinobu Anpo
忍 安保
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Tokin Corp
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Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 PTC素子において、剥離がおきにくい電極
を有し、安価で且つ低抵抗であるPTC素子を提供する
こと。 【解決手段】 抵抗素子であるPTC素子10は、誘電
体媒質であるポリマー部1中に導電性粉末2が分散され
てなり、電気抵抗を有する素子本体3の表面領域に金属
繊維が埋め込まれ、この金属繊維の少なくとも一部が素
子表面上に露出して表面電極層4を形成している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体媒質中に導
電性粉末が分散されてなり電気抵抗を有する素子本体上
に、外部回路に接続するための電極を備えた抵抗素子に
関し、特に、その電極構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来この種の抵抗素子の典型的なものと
しては、ある特定の温度(スイッチング温度とする)領
域に達したときに急激に抵抗が上昇する正温度特性いわ
ゆるPTC(Positive Temperature Coefficient)特性
を有するPTC素子がある。
【0003】この様なPTC素子は、他の電気装置を通
電流から守る過電流保護素子として利用されており、電
子機器やリチウム2次電池等に使用されている。この様
なPTC素子は、ポリエチレン、ポリプロピレン等の有
機ポリマーに、カーボンブラック、グラフアイト等の導
電性粉末を混練し,得られる導電性ポリマーを素子本体
とするものである。
【0004】ところで、このようなPTC素子では、外
部回路との接続のためにその導電性ポリマー素子本体の
表面に電極を形成している。すなわち、何らかの電極を
形成しないと、接触抵抗が大きく、外部とのオーミック
な接触が得られない。
【0005】一般的には、ニッケルなどの金属箔や金属
板を導電性素子本体の表面に融着することによって電極
を形成することが行われている。
【0006】図4及び5は従来のPTC素子の例を夫々
示す図である。図5を参照して、ポリマー1部分の内部
に導電粉末2を分散させた導電性ポリマー素子本体の表
裏面にニッケル(Ni)箔が溶着され表面電極層6が形
成されている。
【0007】しかしながら、この様に金属箔と導電性ポ
リマーからなる素子本体の表面上に融着させる方法で
は、金属箔と導電性ポリマーとの電気的接触が不十分で
あり、また、密着性が非常に弱いため、表面電極層6の
剥離が起こりやすいとの欠点があった。
【0008】これを解決するために、図4に示すよう
に、金属箔の表裏面に、この表裏面に接触する面を粗面
化したニッケル(Ni)箔を接合して表面電極層7を構
成している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示すように、粗面化処理を施した金属箔は、それ自体の
製造コストが高く、安価に大量生産するには不適当であ
るという問題がある。また、そのような処理を施して
も、なお、PTC組成物の接触抵抗の低減は十分とはな
っていない、という問題があった。
【0010】また、導電性ポリマーからなる素子本体の
表面上に直接メッキ処理などの金属コーティングをして
電極を形成する方法では、電極と導電性粉末との電気的
接触が小さいため、PTC素子の抵抗が大きくなってし
まうという問題がある。
【0011】そこで、本発明の一般的な技術的課題は、
誘電体媒質中に導電性粉末が分散されてなり電気抵抗を
有する素子本体の表面に、剥離がおきにくく、接触抵抗
が小さく、かつ形成容易な電極を有する抵抗素子とその
製造方法を提供することである。
【0012】また、本発明の特別な技術的課題は、PT
C素子において、剥離がおきにくい電極を有し、安価で
且つ低抵抗であるPTC素子を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、誘電体
媒質中に導電性粉末が分散されてなり電気抵抗を有する
素子本体の表面領域に電極用として金属繊維が埋め込ま
れてなる表面電極層を備え、前記金属繊維の少なくとも
一部が素子表面上に露出して電極表面を形成しているこ
とを特徴とする抵抗素子が得られる。
【0014】本発明において,前記素子本体が前記誘電
体媒質としての有機ポリマー中に導電性粉末を分散した
正の抵抗温度特性を有する導電性ポリマーであることが
好ましい。
【0015】本発明における導電性ポリマーとしては、
有機ポリマーは、高密度ポリエチレン、或いは熱硬化型
のエポキシ樹脂を用いることができる。
【0016】また、本発明における導電性ポリマーにお
いては、導電性粉末は、カーボンブラック粉末、TiC
粉末、銀粉末、ニッケル粉末、タングステン粉末、又は
グラファイト粉末を用いることができる。
【0017】また、本発明においては、前記抵抗素子の
製造方法として、誘電体媒質中に導電性粉末を分散させ
て電気抵抗を有する素子本体を準備する。別に、素子本
体表面上に金属繊維層を形成し、表面領域上の金属繊維
層の上から加熱プレスし、この金属繊維を前記素子本体
中に埋め込み、この予め定められた表面領域に埋め込ま
れた金属繊維からなる表面電極層を形成することを特徴
としている。
【0018】ここで、本発明において、金属繊維層を形
成する際、任意に結着剤を用いても良い。
【0019】また、本発明によれば、前記抵抗素子から
なり、この抵抗素子を他の電気装置に接続し、この電気
装置に過電流が流れることを阻止するために用いられる
ことを特徴とする過電流保護素子が得られる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
抵抗素子として、導電性ポリマーを用いたPTC素子に
ついて説明する。
【0021】図1は本発明の実施の形態によるPTC素
子を示す図である。図2は図1のPTC素子の電極部分
の拡大図である。図1を参照して、PTC素子10は、
誘電体媒質としての有機ポリマーからなるポリマー部1
中に導電性粉末2が分散されてなり、電気抵抗を有する
素子本体3の表面上に金属繊維又は糸状の金属繊維が埋
め込まれた表面電極層4を備えている。この表面電極層
4の各々においては、ポリマー1中の金属繊維又は糸状
金属繊維の少なくとも一部が素子表面上に部分的に露出
して電極表面を形成している。
【0022】このような表面電極層4を有するPTC素
子を製造するには、誘電体媒質である有機ポリマー中に
導電性粉末を分散させて電気抵抗を有する素子本体3を
準備し、別に、金属繊維を予め定められた表面領域上に
配置して金属繊維層を形成し、加熱プレスによって、該
金属繊維を前記素子本体中に埋め込み、該予め定められ
た表面領域に埋め込まれた金属繊維層からなる表面電極
層4を形成することによって行われる。
【0023】尚、金属繊維層を形成する際に、任意に結
着剤を用いても良い。また、導電性ポリマーを構成する
有機ポリマーとしては、この種のPTC素子において公
知の材料が用いられるが、好ましくは、高密度ポリエチ
レン、或いは、熱硬化型エポキシ樹脂が挙げられる。
【0024】また、有機ポリマー内に分散される導電性
粉末(PTCフィラー)としては、公知のカーボンブラ
ックや、グラファイトの他に、ニッケル粉末、タングス
テン粉末、銀粉末、チタンカーバイド粉末などが用いら
れる。
【0025】以下、本発明の実施の形態によるPTCの
具体的な製造例について説明する。
【0026】(例1)図1及び図2を参照して、有機ポ
リマー成分として軟化点128℃の高密度ポリエチレン
(HDPE)に導電性粉末(PTCフィラー)2として
粒径1〜5μmのTiC粉末を体積比率でHDPE:T
iC=60:40となるように170℃の加熱ロール上
で混練し、高分子PTC組成物(導電性ポリマー)を得
た。
【0027】次に、得られた組成物に有機過酸化物架橋
剤を1.5wt%、140℃の温度で10分間混練し
た。得られた組成体を150℃、3分のプレス成型を
し、シート状に成型した。
【0028】別に電極形成用の金属繊維として線径10
μmのニッケル短繊維(Ni)を、ポリビニルブチラー
ル(PVB)を溶かした溶剤中に分散して、導電性ぺー
ストをNi:PVB=75:25になるように作製し
た。
【0029】前記の成型したシートの表裏面上に、前記
ぺ−ストを塗布し、室温で24時間乾燥処理を行い、ニ
ッケル繊維層を形成した。乾燥処理後シートを200
℃、5分の熱プレスにより架橋と同時にPTC組成物表
面にニッケル繊維を埋め込んで表面電極層4を形成し
た。表面電極層4を形成したシートを1cm四方の角片
を切り出しPTC素子10を得た。
【0030】(例2)例1と同様に、有機ポリマー成分
として軟化点128℃の高密度ポリエチレン(HDP
E)からんるポリマー部1に導電性粉末(PTCフィラ
ー)2として粒径1〜5μmのTiC粉末を体積比率で
HDPE:TiC=60:40となるように170℃の
加熱ロール上で混練し、高分子PTC組成物(導電性ポ
リマー)を得た。
【0031】次に、得られた組成物に、有機過酸化物架
橋剤を1.5wt%、140℃の温度で10分間混練し
た。得られた組成体を150℃、3分のプレス成型を
し、シート状に成型した。
【0032】さらに、図3に示すように、電極形成用の
金属繊維として糸状になつている線径10μmのニッケ
ル繊維(Ni)を、前記のPTC組成体上に格子状に配
置して、シートを200℃、5分の熱プレスにより架橋
と同時に格子状に配置したニッケル繊維を埋め込んで表
面電極層5を形成した。この表面電極層5を形成したシ
ートを1cm四方の角片を切り出しPTC素子10´を
得た。
【0033】(例3)図1を参照して、有機ポリマー成
分として熱硬化型のエポキシ樹脂カラナルポリマー部1
に、導電性粉末2として粒径1〜5μm(7)TiC粉
末を体積比率でエポキシ樹脂:TiC=60:40とな
るようにロールで混練し、高分子PTC組成体を得た。
得られたPTC組成物を常温で、3分のプレス成型を
し、シート成型した。
【0034】別に電極形成用の金属繊維としてニッケル
繊維(Ni)を、ポリビニルブチラール(PVB)を溶
かした溶剤中に分散して、導電性ぺーストをNi:PV
B=75:25になるように作製した。
【0035】上で得られたシートの両面上に、この導電
性ぺ一ストを塗布し、室温で24時間乾燥処理を行つ
た。乾燥処理後シートを200℃、5分の熱プレスによ
り樹脂の硬化と共にPTC組成物表面上にニッケル繊維
を埋め込んで表面電極層4を形成した。表面電極層4を
形成したシートを1cm四方の角片を切り出しPTC素
子10を得た。
【0036】(比較例1)比較のために図4に示す従来
技術によるPTC素子51を作製した。具体的には、ま
ず、例1と同様にして、ポリマー部1の内部に導電性粉
末2を備えた導電性ポリマーからなるシート(PTCシ
ート)を得た。
【0037】次に、このシートを、例1及び例2とは異
なる表面電極層6として片面が粗面化されたNi箔2枚
で挟み、200℃、5分の熱プレスで架橋と同時にNi
箔とPTCシートと融着させた。その後1cm四方の角
片を切り出し図4のPTC素子51を得た。
【0038】(比較例2)比較のために、図5に示す従
来技術によるPTC素子50を作製した。具体的には、
まず、表面電極層7として、粗面化処理していないNi
箔を用いたことを除いて比較例1と同様に作製し、図5
に示すPTC素子50を得た。
【0039】上記例1、例2、比較例1及び比較例2で
得られた素子の抵抗及び表面抵抗はデジタルボルトメー
ターにより、4端子法で測定した。また、密着性はセロ
テープ(登録商標)による引き剥がしの試験により剥が
れがまったく無いものを「○」、電極の剥がれが生じた
物を「×」と判定した。このように、測定された上記各
例1、2及び比較例1、2におけるPTC素子の抵抗及
び密着性試験の結果を表1に示す。
【0040】
【表1】
【0041】上記表1に示すように、本発明の例1で
は、金属繊維を結着剤を用いて埋め込んだ結果PTC組
成物との良好な電気的接触が得られ、低抵抗な素子が得
られた。
【0042】また、本発明の例1では、密着性も良好で
あり、剥離試験において電極の剥がれは無かった。さら
に、本発明の例2では、結着剤を用いずに糸状の金属繊
維を直接PTC組成物上に埋め込むことでも、同様の効
果が得られることを示している。また、本発明の例3で
は、PTC組成物のポリマーが熱硬化型のポリマーにお
いても同様の効果が得られることを示している。
【0043】これに対して、比較例1の粗面化したNi
箔を表面電極層7に用いた場合には、剥離強度は良好で
あるが、素子抵抗は本発明例1〜3のものに比べて、大
きくなっていることが分かる。
【0044】また、比較例2の粗面化していないNi箔
を表面電極層6に用いた場合には、剥離強度が弱く、素
子抵抗も極めて高いことが分かる。
【0045】尚、PTC組成物に分散される導電性粉末
(PTCフィラー)としてTiCを用いた場合について
例示したが、他の上述したPTCフィラーを用いても同
種の傾向の特性が得られた。また、表面電極層としてニ
ッケル繊維を使用したが、これに限定されるものではな
く、金属繊維を用いれば同種の効果をもつ素子が得られ
る。
【0046】また、本発明の実施の形態においては、抵
抗素子としてPTC組成物を用いたものについてのみ述
べたが、一般的に、誘電体媒質中に導電性粉末が分散さ
れてなり電気抵抗を有する素子本体の表面に電極を備え
る抵抗素子に本発明を適用できることは、いうまでもな
い。
【0047】
【発明の効果】以上、説明した通り、本発明によれば、
誘電体媒質中に導電性粉末が分散されてなり、電気抵抗
を有する素子本体の表面に金属繊維を埋め込み、部分的
に金属繊維を表面から露出させ電極を形成することで、
従来の片面が粗面化された金属箔電極の素子と同等以上
の低抵抗及び密着強度を持ち、さらに低コストな抵抗素
子、特に、PTC素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の例1及び例3によるPTC素子の断面
図である。
【図2】図1の電極部分の拡大図である。
【図3】本発明の例2によるPTC素子を上から見た図
である。
【図4】従来技術によるPTC素子の一例を示す断面図
であり、比較例1として用いている。
【図5】従来技術によるPTC素子の他の例を示す断面
図であり、比較例2として用いている。
【符号の説明】
1 ポリマー部 2 導電粉末 3 素子本体 4,6,7 表面電極層 5 格子状の表面電極層 10,10´,50,51 PTC素子

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体媒質中に導電性粉末が分散されて
    なり電気抵抗を有する素子本体の表面領域に金属繊維が
    埋め込まれ、前記金属繊維の少なくとも一部が素子表面
    上に露出して電極表面を形成していることを特徴とする
    抵抗素子。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の抵抗素子において、前記
    素子本体が前記誘電体媒質としての有機ポリマー中に導
    電性粉末を分散した正の抵抗温度特性を有する導電性ポ
    リマーであることを特徴とする抵抗素子。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の抵抗素子において、前記
    有機ポリマーが、高密度ポリエチレン及び熱硬化型のエ
    ポキシ樹脂の内の一方であることを特徴とする抵抗素
    子。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の抵抗素子において、前記
    抵抗素子に分散された導電性粉末は、カーボンブラック
    粉末、TiC粉末、銀粉末、ニッケル粉末、タングステ
    ン粉末、グラファイト粉末のうちの1種であることを特
    徴とする抵抗素子。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の抵抗素子からなり、この
    抵抗素子を他の電気装置に接続し、この電気装置に過電
    流が流れることを阻止するために用いられることを特徴
    とする過電流保護素子。
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