JP2003092202A - Polymer ptc element and manufacturing method thereof - Google Patents

Polymer ptc element and manufacturing method thereof

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JP2003092202A
JP2003092202A JP2001285486A JP2001285486A JP2003092202A JP 2003092202 A JP2003092202 A JP 2003092202A JP 2001285486 A JP2001285486 A JP 2001285486A JP 2001285486 A JP2001285486 A JP 2001285486A JP 2003092202 A JP2003092202 A JP 2003092202A
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polymer ptc
ptc element
polymer
conductor
electrode
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JP2001285486A
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Japanese (ja)
Inventor
Okikuni Takahata
興邦 高畑
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Tokin Corp
Original Assignee
NEC Tokin Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the adhesiveness of each electrode of a polymer PTC element having a structure with its electrodes formed on both the surfaces of the sheet-form compact of a polymer PTC composition made of conductive powder and a crystalline polymer compound, and to suppress the room- temperature resistivity of the polymer PTC element as values which are not larger than 2 Ω/cm after its initial time and after its repeated switching operations. SOLUTION: The manufacturing method of the polymer PTC element has a process for using a metal carbide as its conductive powder; a process for setting in the range of 45-60% the volumetric filling factor of the conductive powder to reduce its resistivity; a process for subjecting the surfaces of a polymer PTC composition compact to plasma processing to improve its adhesiveness with respect to metals, etc.; a process for forming each electrode by embedding each electrode in the polymer PTC composition compact to expose a portion of the conductor of each electrode to the surface of the compact; and a process for subjecting further the exposed surface of the portion of the conductor of each electrode to plating processing.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、特定の温度領域に
達した際に、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素子に関し、特に結晶性高分子に導電性
粉末を充填した組成物からなる成形体に、電極を設けた
構造で、成形体と電極の接触抵抗が低減され、良好なオ
ーミック特性を発現する高分子PTC素子に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a PTC element having a positive temperature characteristic in which the resistance rapidly rises when reaching a specific temperature range, that is, a so-called PTC (Positive Temperature Coefficient) characteristic, and particularly to a crystalline polymer. The present invention relates to a polymer PTC element which has a structure in which an electrode is provided on a molded body made of a composition in which conductive powder is filled, and in which the contact resistance between the molded body and the electrode is reduced and which exhibits good ohmic characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】特定の温度領域において、電気抵抗が急
激に増大する正の温度特性を示すPTC素子は、自動的
に温度を制御するヒータや、自己復帰型の過電流保護素
子などとして多用されている。そして、PTC素子に用
いる組成物としては、酸化イットリウム(Y)を
微量添加したチタン酸バリウム(BaTiO)などの
セラミックス系PTC組成物、カーボンブラックなどの
導電性粒子を結晶性高分子中に分散した高分子PTC組
成物が知られている。
2. Description of the Related Art A PTC element showing a positive temperature characteristic in which electric resistance rapidly increases in a specific temperature range is often used as a heater for automatically controlling the temperature, a self-reset type overcurrent protection element, or the like. ing. As the composition used for the PTC element, a ceramic-based PTC composition such as barium titanate (BaTiO 3 ) to which a small amount of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is added, conductive particles such as carbon black, and a crystalline polymer are used. Polymeric PTC compositions dispersed therein are known.

【0003】セラミックス系PTC組成物を用いたPT
C素子では、キュリー点での急激な抵抗率上昇を利用し
ているが、定常状態における抵抗率が、約〜100Ω・
cmと高いために、数A程度の比較的大きな電流を流す
ことができない。このことは、セラミック系PTC組成
物を用いたPTC素子が、過電流保護素子として利用す
るのが困難であることを意味している。また、セラミッ
ク系PTC組成物は、所望の形状に成形、加工するのに
多くの工程を要し、耐衝撃性に劣るという問題がある。
PT using a ceramic PTC composition
The C element uses a rapid increase in resistivity at the Curie point, but the resistivity in the steady state is about -100Ω
Since it is as high as cm, a relatively large current of about several amperes cannot flow. This means that the PTC element using the ceramic PTC composition is difficult to use as an overcurrent protection element. Further, the ceramic-based PTC composition has a problem that it requires many steps for molding and processing into a desired shape and is inferior in impact resistance.

【0004】これに対し、高分子PTC組成物を用いた
高分子PTC素子では、室温での抵抗率が低いために、
過電流保護素子に適していて、耐衝撃性が優れ、成形、
加工が容易である。
On the other hand, the polymer PTC element using the polymer PTC composition has a low resistivity at room temperature,
Suitable for overcurrent protection element, excellent in impact resistance, molding,
Easy to process.

【0005】高分子PTC素子の動作原理は、結晶性高
分子の結晶融点での大きな熱膨張を利用して、室温でネ
ットワークを形成している導電性粒子を切り離すことに
よるものである。このために、規定値以上の電流により
過度に発熱した際に、結晶融点近傍の温度で、抵抗率が
急激に上昇し、室温に戻ると、導電性粒子のネットワー
クが再形成され、抵抗率も低下する。
The operating principle of the polymer PTC element is to separate the conductive particles forming the network at room temperature by utilizing the large thermal expansion of the crystalline polymer at the crystal melting point. For this reason, when excessive heat is generated by a current of a specified value or more, the resistivity rapidly rises at a temperature near the crystal melting point, and when the temperature returns to room temperature, the network of conductive particles is reformed, and the resistivity also increases. descend.

【0006】そして、高分子PTC素子の一般的な製造
方法には、ロールなどを用いて結晶性高分子に導電性粒
子を分散させて高分子PTC組成物を得、これを加熱プ
レスやロールなどでシート成形し、金属箔などからなる
電極を圧着した後、所要の形状に打ち抜くという、乾式
法がある。
In a general method for producing a polymer PTC element, a roll or the like is used to disperse conductive particles in a crystalline polymer to obtain a polymer PTC composition, which is then heated and rolled. There is a dry method in which a sheet is formed into a sheet, an electrode made of a metal foil or the like is pressure-bonded, and then punched into a desired shape.

【0007】また、高分子PTC組成物のシートを得る
方法として、結晶性高分子の溶液に導電性フィラーを分
散させたスラリーを用いて成膜する湿式法もあり、この
場合は、電極を構成する金属箔の上に成膜して、成膜し
た側を対向させて一体化するという方法もある。
Further, as a method of obtaining a sheet of a polymer PTC composition, there is a wet method of forming a film by using a slurry in which a conductive filler is dispersed in a solution of a crystalline polymer, and in this case, an electrode is constituted. There is also a method in which a film is formed on the metal foil, and the film-formed sides are made to face each other and integrated.

【0008】前記のように、高分子PTC組成物には、
結晶性高分子が用いられ、その代表的なものに、高密度
ポリエチレン(以下、HDPE)がある。HDPEは価
格や成形性の面で優れていて、高分子PTC組成物にも
多用されているが、電極や導電性フィラーとの接着性が
比較的低いため、定常状態における抵抗率を高くした
り、高分子PTC素子の繰り返し動作特性を低下させた
りするという問題がある。
As mentioned above, the polymer PTC composition includes
A crystalline polymer is used, and a typical example thereof is high-density polyethylene (hereinafter, HDPE). HDPE is excellent in terms of price and moldability, and is often used in polymer PTC compositions, but since it has relatively low adhesiveness with electrodes and conductive fillers, it has a high resistivity in the steady state. However, there is a problem that the repeated operation characteristics of the polymer PTC element are deteriorated.

【0009】この対策として、電極の高分子PTC組成
物と接する側の表面に、物理的、化学的な処理を施し、
電極表面を粗面化する方法や、高分子PTC組成物の成
形体へ、直接金属メッキを施す方法などが行なわれてき
た。
As a countermeasure against this, the surface of the electrode which is in contact with the polymer PTC composition is subjected to physical or chemical treatment,
A method of roughening the surface of the electrode and a method of directly metal-plating a molded body of the polymer PTC composition have been used.

【0010】しかしながら、電極板の高分子PTC素子
に接する側を粗面化した場合、接触抵抗が比較的低下
し、高分子PTC組成物と電極板との間の密着性も向上
するが、高分子PTC組成物と電極板との間において、
良好なオーミック接触が得られないという問題が残る。
However, when the surface of the electrode plate which is in contact with the polymer PTC element is roughened, the contact resistance is relatively lowered and the adhesion between the polymer PTC composition and the electrode plate is improved, but Between the molecular PTC composition and the electrode plate,
The problem remains that good ohmic contact cannot be obtained.

【0011】特に、高分子PTC素子の室温抵抗の低
減、繰り返し動作に対する安定性向上を目的として、高
分子PTC組成物に分散する導電性粉末の体積充填率
を、45%以上に増加させた場合、室温抵抗率をある一
定値以下とすることの困難さ、繰り返し動作毎の抵抗率
上昇を完全には抑制できないという問題が残る。
In particular, when the volume filling rate of the conductive powder dispersed in the polymer PTC composition is increased to 45% or more for the purpose of reducing the room temperature resistance of the polymer PTC element and improving the stability against repeated operation. However, there are problems that it is difficult to keep the room temperature resistivity below a certain value and that the increase in the resistivity after each repeated operation cannot be completely suppressed.

【0012】一方、高分子PTC組成物の成形体の表面
に直接金属メッキを施し、これを電極とした場合では、
高分子PTC組成物とメッキ被膜との間に十分な密着強
度を付与するのが困難で、やはり高分子PTC組成物と
メッキ被膜との間の接触抵抗が高く、繰り返し動作によ
る抵抗率増加という問題が生じる。
On the other hand, in the case where the surface of the molded product of the polymer PTC composition is directly metal-plated and this is used as an electrode,
It is difficult to provide sufficient adhesion strength between the polymer PTC composition and the plating film, and the contact resistance between the polymer PTC composition and the plating film is high, and the resistivity increases due to repeated operation. Occurs.

【0013】また、高分子PTC素子を繰り返し動作し
た場合、通電による高分子PTC組成物自体の劣化によ
っても室温抵抗率が増加するという問題がある。この原
因としては、繰り返し動作毎の熱履歴により、結晶性高
分子が劣化することが考えられる。
Further, when the polymer PTC element is repeatedly operated, there is a problem that the room temperature resistivity increases due to deterioration of the polymer PTC composition itself due to energization. It is conceivable that the cause of this is that the crystalline polymer deteriorates due to the thermal history of each repeated operation.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の技術
的な課題は、繰り返し動作安定性に優れ、かつ、高分子
PTC組成物と電極間の密着性が高く、高分子PTC組
成物と電極との接触抵抗が低い高分子PTC素子を提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the technical problem of the present invention is that the stability of repeated operation is high and the adhesion between the polymer PTC composition and the electrode is high, and the polymer PTC composition and the electrode are high. It is to provide a polymer PTC element having a low contact resistance with.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の課
題を解決するため、使用する導電性粉末の種類、高分子
PTC組成物の表面処理、電極の形成方法などを検討し
た結果、導電性粉末として各種金属炭化物を用いること
で、結合材の量を減少して繰り返し動作による結晶性高
分子の劣化の影響を低減し得ること、高分子PTC組成
物表面にプラズマ処理を施すことと、高分子PTC組成
物成形体表面に一部が露出するように導電体を埋設し
て、さらに表面にメッキ処理を施すという電極形成方法
で、高分子PTC組成物と電極の密着性を向上して接触
抵抗を低減し得ることを見出したものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have studied the kind of conductive powder to be used, the surface treatment of a polymer PTC composition, the method for forming an electrode, etc. By using various metal carbides as the conductive powder, it is possible to reduce the amount of the binder to reduce the influence of the deterioration of the crystalline polymer due to the repeated operation, and to perform the plasma treatment on the surface of the polymer PTC composition. In order to improve the adhesion between the polymer PTC composition and the electrode, an electrode forming method in which a conductor is embedded so that a part of the polymer PTC composition molded body is exposed, and the surface is further plated It has been found that the contact resistance can be reduced.

【0016】即ち、本発明は、結晶性高分子を含む結合
材に導電性粉末を分散した組成物からなり表面をプラズ
マ処理してなる成形体と、少なくとも一部が前記成形体
表面に露出するように前記成形体に埋設されてなる導電
体と、前記導電体が埋設された成形体の表面に形成され
たメッキ層からなることを特徴とする高分子PTC素子
である。
That is, according to the present invention, a molded body made of a composition in which a conductive powder is dispersed in a binder containing a crystalline polymer, the surface of which is subjected to plasma treatment, and at least a part of which is exposed on the surface of the molded body. A polymer PTC element comprising a conductor embedded in the molded body as described above and a plating layer formed on the surface of the molded body in which the conductor is embedded.

【0017】また、本発明は、前記の高分子PTC素子
において、前記導電性粉末は、チタンカーバイド(Ti
C)、タングステンカーバイド(WC、WC)、ジル
コニウムカーバイド(ZrC)、バナジウムカーバイド
(VC)、ニオブカーバイド(NbC)、タンタルカー
バイド(TaC)、モリブデンカーバイド(MoC)
から選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする高
分子PTC素子である。
In the polymer PTC element according to the present invention, the conductive powder is titanium carbide (Ti).
C), Tungsten Carbide (WC, W 2 C), Zirconium Carbide (ZrC), Vanadium Carbide (VC), Niobium Carbide (NbC), Tantalum Carbide (TaC), Molybdenum Carbide (Mo 2 C).
It is a polymer PTC element characterized by containing at least one selected from the following.

【0018】また、本発明は、前記の高分子PTC素子
において、前記導電性粉末の体積充填率は、45〜60
%であることを特徴とする高分子PTC素子である。
In the polymer PTC element according to the present invention, the conductive powder has a volume filling rate of 45 to 60.
% Is a polymer PTC element.

【0019】また、本発明は、結晶性高分子を含む結合
材に導電性粉末を混練して高分子PTC組成物を得、前
記高分子PTC組成物を所要の形状に成形して表面にプ
ラズマ処理を施した後、一部が前記成形体の表面に露出
するように導電体を圧着し、導電体の一部が露出した前
記成形体の表面にメッキ処理を施すことを特徴とする、
前記の高分子PTC素子の製造方法である。
Further, according to the present invention, a conductive polymer powder is kneaded with a binder containing a crystalline polymer to obtain a polymer PTC composition, the polymer PTC composition is molded into a desired shape, and a plasma is formed on the surface thereof. After the treatment, the conductor is pressure-bonded so that a part of the conductor is exposed on the surface of the molded body, and a plating treatment is applied to the surface of the molded body where a part of the conductor is exposed.
It is a method for producing the polymer PTC element.

【0020】また、本発明は、前記の高分子PTC素子
の製造方法において、前記導電体の圧着は、導電体粉
末、結合材、溶媒からなる導電体ペーストを、前記成形
体表面に塗付して乾燥した後に、加圧によって行なうこ
とを特徴とする高分子PTC素子の製造方法である。
Further, in the present invention, in the method for producing a polymer PTC element, the conductor is pressure-bonded by applying a conductor paste comprising a conductor powder, a binder and a solvent onto the surface of the molded body. The method for producing a polymer PTC element is characterized in that it is dried and dried, and then pressure is applied.

【0021】[0021]

【作用】高分子PTC組成物に結合材として多用されて
いる高密度ポリエチレンなどは、極性基を持たないた
め、極性基を持つ結合材などや金属との接着性が極めて
小さい。このためには、高分子PTC組成物の表面、即
ち接着界面に極性基を導入するのが有効であり、より具
体的には、酸化によりカルボニル基を生成させるのが有
効である。
The high-density polyethylene, which is often used as a binder in the polymer PTC composition, does not have a polar group, and therefore has very little adhesion to a binder having a polar group or a metal. For this purpose, it is effective to introduce a polar group into the surface of the polymer PTC composition, that is, the adhesive interface, and more specifically, it is effective to generate a carbonyl group by oxidation.

【0022】これには、酸処理、火炎処理、プラズマ処
理などの方法が適用できる。そして、検討の結果、酸処
理は、基本的に湿式の処理であるため工程が煩雑化する
こと、火炎処理は、対象が可燃性の高分子化合物である
ため酸化の程度の制御が困難であることから、これらの
欠点が少ないプラズマ処理が最も有用であった。
A method such as acid treatment, flame treatment, plasma treatment or the like can be applied to this. As a result of the examination, the acid treatment is basically a wet treatment, which complicates the process, and the flame treatment is difficult to control the degree of oxidation because the target is a combustible polymer compound. Therefore, the plasma treatment, which has few of these drawbacks, was most useful.

【0023】また、高分子PTC組成物との密着性の高
く、界面における接触抵抗が低い電極の形成方法として
は、導電体粉末、結合材、溶媒からなる導電体ペースト
を、高分子PTC組成物の表面に塗布し、乾燥した後に
加圧することで、導電体粉末の一部を高分子PTC組成
物の表面に露出させ、さらに当該表面にメッキ処理を施
すという方法が有用であることが見出された。これは、
高分子PTC組成物と電極との間に、このような構成を
付与することにより、接触面積が非常に大きくなるため
と解される。
As a method for forming an electrode having high adhesion to the polymer PTC composition and low contact resistance at the interface, a conductor paste composed of a conductor powder, a binder and a solvent is used as the polymer PTC composition. It has been found that a method is useful in which a part of the conductor powder is exposed on the surface of the polymer PTC composition by applying it to the surface of the polymer, drying it and then applying pressure, and further subjecting the surface to a plating treatment. Was done. this is,
It is considered that the contact area becomes very large by providing such a structure between the polymer PTC composition and the electrode.

【0024】また、導電性粉末として金属炭化物を用い
たのは、金属粉末を用いた場合、粉末自体の凝集によ
り、高分子PTC組成物の中に部分的な導電路が形成さ
れ、耐電圧特性が低下するためであり、カーボンブラッ
ク、黒鉛などのカーボン系粉末を用いた場合、粉末自体
の抵抗率が金属炭化物よりも高く、スイッチング動作を
行なう前の室温抵抗率が、金属炭化物を用いた場合より
も高くなってしまうからである。
Further, the metal carbide is used as the conductive powder, because when the metal powder is used, a partial conductive path is formed in the polymer PTC composition due to the aggregation of the powder itself, and the withstand voltage characteristic. When carbon-based powders such as carbon black and graphite are used, the resistivity of the powder itself is higher than that of the metal carbide, and the room temperature resistivity before performing the switching operation is the case of using the metal carbide. Because it will be higher than.

【0025】さらに、導電性粉末の体積充填率を45〜
60%の範囲に限定した理由は、この範囲以下では、ス
イッチング動作を繰り返した後の室温における抵抗率
が、PTC素子として必要な数値である2Ω・cmを超
えてしまうからであり、この範囲以上では、導電性粉末
と結合材の混練作業が困難となり、実質的に素子の製作
が不可能となるからである。
Further, the volume filling rate of the conductive powder is 45 to.
The reason for limiting the range to 60% is that below this range, the resistivity at room temperature after repeated switching operation exceeds 2Ω · cm, which is a numerical value required for a PTC element. Then, it becomes difficult to knead the conductive powder and the binder, and it becomes substantially impossible to manufacture the device.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、具体的な例を挙げ、詳しく説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to specific examples.

【0027】ここでは、結合材として軟化点130℃の
HDPEを用い、導電性粉末との混練は、温度を140
℃に設定したロールを用いて行なった。この際のロール
温度は、200℃以上とすると、HDPEの粘性が著し
く低下し、作業性が低下するので、200℃以下とする
ことが望ましい。
Here, HDPE having a softening point of 130 ° C. is used as a binder, and a temperature of 140 is used for kneading with conductive powder.
It was carried out using a roll set at ° C. If the roll temperature at this time is 200 ° C. or higher, the viscosity of HDPE is significantly lowered and the workability is lowered, so it is desirable to set the roll temperature to 200 ° C. or lower.

【0028】混練によって得られた高分子PTC組成物
は、ロールでシート状に予備成形し、温度を160℃に
設定した熱プレスを用い、厚さ250μmのシートとし
た。この際の温度は、140℃以下では、HDPEの粘
性が高く成形性を損ない、200℃以上の温度では、前
記と同様の理由で作業性が低下するので、140〜20
0℃の範囲が望ましい。
The polymer PTC composition obtained by kneading was preformed into a sheet with a roll, and a sheet having a thickness of 250 μm was formed by using a hot press set at a temperature of 160 ° C. If the temperature at this time is 140 ° C. or lower, the viscosity of HDPE is high and the moldability is impaired, and at a temperature of 200 ° C. or higher, the workability is lowered for the same reason as above, so that the temperature is 140-20
A range of 0 ° C is desirable.

【0029】次に、前記高分子PTC組成物シートの両
面プラズマ処理を施した。処理条件は、酸素雰囲気で、
雰囲気圧を30Pa、照射電力を100Wとした。その
後、平均粒径が5μmのニッケル粉末が100重量部、
ポリビニルブチラールが8重量部、メチルエチルケトン
とシクロヘキサノンを1対1の重量比で混合した溶媒が
30重量部、という組成で調製した導電体ペーストを、
プラズマ処理を施した高分子PTC組成物シートの両面
に塗付した。
Next, the polymer PTC composition sheet was subjected to double-sided plasma treatment. The processing conditions are oxygen atmosphere,
The atmospheric pressure was 30 Pa and the irradiation power was 100 W. Then, 100 parts by weight of nickel powder having an average particle size of 5 μm,
A conductive paste prepared by the composition of 8 parts by weight of polyvinyl butyral and 30 parts by weight of a solvent obtained by mixing methyl ethyl ketone and cyclohexanone in a weight ratio of 1: 1,
It was applied to both sides of a polymer PTC composition sheet that had been plasma treated.

【0030】導電体ペーストを塗付した後、室温で5時
間乾燥処理を行ない、160℃の温度で10分間熱プレ
スを行ない、ニッケル粉末の圧着処理を行なった。これ
によって、ニッケル粉末の大部分がシート中に埋設さ
れ、一部がシート表面に露出した状態の高分子PTC組
成物のシートが得られた。さらに、前記シートの表面
に、ニッケルを用いて無電解メッキ及び電解メッキを施
し、電極を形成した。
After the conductor paste was applied, it was dried at room temperature for 5 hours and hot pressed at a temperature of 160 ° C. for 10 minutes to press-bond nickel powder. As a result, a sheet of the polymer PTC composition in which most of the nickel powder was embedded in the sheet and a part of which was exposed on the surface of the sheet was obtained. Further, the surface of the sheet was subjected to electroless plating and electrolytic plating using nickel to form electrodes.

【0031】以上のようにして得られたシートを、1辺
が10mmの正方形に打ち抜き評価用試料とした。評価
項目は、抵抗率の温度依存性、初期及び500回スイッ
チング動作後の抵抗率、電極の接合強度である。高温に
おける抵抗率測定は、試料をオイルバスに浸漬して行な
った。抵抗率の測定には、直流4探針によるディジタル
マルチメータを用いた。
The sheet obtained as described above was punched out into a square having a side of 10 mm to obtain a sample for evaluation. The evaluation items are the temperature dependence of the resistivity, the resistivity at the initial stage and after 500 switching operations, and the bonding strength of the electrodes. The resistivity measurement at high temperature was performed by immersing the sample in an oil bath. A digital multimeter with a DC 4 probe was used to measure the resistivity.

【0032】接合強度の測定は、電極にリード線をハン
ダ付けし、さらに周囲をエポキシ樹脂で被覆して補強
し、リード線を引っ張るという方法でおこなった。これ
には、引張試験機を用い、引張速度を50mm/分とし
て、電極が剥離したときの応力を接合強度とした。
The bonding strength was measured by soldering a lead wire to the electrode, coating the periphery with an epoxy resin for reinforcement, and pulling the lead wire. For this, a tensile tester was used, the tensile speed was set to 50 mm / min, and the stress when the electrodes were peeled off was taken as the bonding strength.

【0033】[0033]

【実施例】次に、具体的な実施例について説明する。EXAMPLES Next, specific examples will be described.

【0034】(実施例)平均粒径が3μmの、TiC、
WC、WC、ZrC、VC、NbC、TaC、Mo
Cを、体積充填率が52%となるように、それぞれ秤量
し、HDPEと混練して、高分子PTC組成物とし、そ
の後は前記の操作に従って、高分子PTC素子の試料と
した。これら8種類の試料について、前記の項目につい
て測定を行なった。
(Example) TiC having an average particle size of 3 μm,
WC, W 2 C, ZrC, VC, NbC, TaC, Mo 2
C was weighed so that the volume filling rate was 52%, kneaded with HDPE to prepare a polymer PTC composition, and thereafter, a polymer PTC element sample was obtained according to the above operation. Measurements were performed on the above items for these eight types of samples.

【0035】表1は、これらの試料について、23℃に
おける抵抗率の測定結果をまとめて示したものである。
Table 1 summarizes the measurement results of the resistivity of these samples at 23 ° C.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】表1から明らかなように、本実施例の高分
子PTC素子の、23℃における抵抗率は、いずれもP
TC素子として必要な2Ω・cmという数値を下回って
いる。
As is clear from Table 1, the polymer PTC elements of this example each have a resistivity at 23 ° C. of P.
It is less than the value of 2 Ω · cm required for the TC element.

【0038】図1は、本実施例の中で、導電性粉末とし
てTiCを用いた試料の、抵抗率の温度依存性を測定し
た結果を示す図である。図1から明らかなように、室温
近傍における抵抗率は1Ω・cmを下回り、PTC素子
として必要な2Ω・cm以下という数値を満足してい
る。また、HDPEの軟化点に対応した温度では、急峻
な抵抗率の立ち上がりが認められる。
FIG. 1 is a diagram showing the results of measuring the temperature dependence of the resistivity of a sample using TiC as the conductive powder in this example. As is apparent from FIG. 1, the resistivity near room temperature is less than 1 Ω · cm and satisfies the numerical value of 2 Ω · cm or less required for the PTC element. Further, at the temperature corresponding to the softening point of HDPE, a sharp rise of the resistivity is recognized.

【0039】スイッチング後の抵抗率Rと室温におけ
る抵抗率Rの比(R/R)は、10を大きく上
回っている。これは、PTC素子として十分動作し、か
つ面状発熱体として使用するのに必要な10以上とい
う数値を満足する。なお、TiC以外の導電性粉末を用
いた試料も、図1とほぼ同一の結果を示した。従って、
前記の導電性粉末を混合して用いても、同様の結果が得
られるのは明らかである。
The ratio (R 2 / R 1 ) of the resistivity R 2 after switching to the resistivity R 1 at room temperature is much higher than 10 8 . This satisfies the numerical value of 10 4 or more, which is sufficient to operate as a PTC element and to be used as a planar heating element. Samples using conductive powders other than TiC also showed almost the same results as in FIG. Therefore,
Obviously, the same result can be obtained by mixing and using the above-mentioned conductive powder.

【0040】表2は、電極の接合強度の測定結果を示し
たものである。
Table 2 shows the measurement results of the bonding strength of the electrodes.

【0041】[0041]

【表2】 [Table 2]

【0042】この結果によれば、本実施例の高分子PT
C素子の電極接合強度は、最小値で85.2Paであ
り、PTC素子として十分な信頼性を確保するために必
要な50Paという数値を十分に上回っている。よっ
て、本発明の方法で形成された電極は、必要な密着性を
確保していることが明らかである。
According to these results, the polymer PT of this example
The minimum value of the electrode bonding strength of the C element is 85.2 Pa, which is sufficiently higher than the value of 50 Pa required to secure sufficient reliability as the PTC element. Therefore, it is clear that the electrode formed by the method of the present invention secures the necessary adhesiveness.

【0043】図2は、本実施の中で、導電性粉末として
TiCを用いた試料について、スイッチング動作後の抵
抗率の変化を測定した結果を示したものである。スイッ
チング動作は、10A(50V)の電流を通電するとい
う方法で行なった。この結果によると、1000回スイ
ッチング動作を繰り返した後でも、抵抗率は2Ω・cm
を下回っている。
FIG. 2 shows the result of measuring the change in resistivity after the switching operation for the sample using TiC as the conductive powder in the present embodiment. The switching operation was performed by applying a current of 10 A (50 V). According to this result, the resistivity is 2Ω · cm even after the switching operation is repeated 1000 times.
Is below.

【0044】ここでは、特性低下を起こさないスイッチ
ング動作回数の目標を500回に設定したが、図2の結
果は、これを十分満足する回数である。なお、TiC以
外の導電性粉末を用いた試料も、図2とほぼ同一の結果
を示した。従って、前記の導電性粉末を混合して用いて
も、同様の結果が得られるのは容易に推定できる。
Here, the target of the number of switching operations that does not cause the characteristic deterioration is set to 500, but the result of FIG. 2 is a number that sufficiently satisfies this. The samples using conductive powders other than TiC also showed almost the same results as in FIG. Therefore, it can be easily estimated that the same result can be obtained by mixing and using the conductive powder.

【0045】(比較例1)次に、電極形成方法の比較の
ため、導電性粉末としてTiCを用い、厚さ50μmの
ニッケル箔を熱プレスで圧着した他は、実施例とまった
く同一の方法で、高分子PTC素子を作製し、室温抵抗
率、スイッチング動作後の抵抗率の変化、電極の接合強
度を評価した。
(Comparative Example 1) Next, for comparison of electrode forming methods, TiC was used as a conductive powder, and a nickel foil having a thickness of 50 μm was press-bonded by hot pressing. A polymer PTC element was prepared, and room temperature resistivity, change in resistivity after switching operation, and electrode bonding strength were evaluated.

【0046】これらの評価結果のそれぞれについて、前
記実施例とともに、表1、表2、図2にまとめて示し
た。これらの結果によると、抵抗率は、初期値及びスイ
ッチング動作後の両方とも100Ω・cmを上回り、P
TC素子としては使用できないことが明らかである。ま
た、電極の接合強度も、最大値で15.0Paであり、
PTC素子としての信頼性を確保できないことが明らか
である。
Each of these evaluation results is shown in Tables 1 and 2 and FIG. 2 together with the above examples. According to these results, the resistivity exceeds 100 Ω · cm both in the initial value and after the switching operation, and P
It is clear that it cannot be used as a TC element. The maximum bonding strength of the electrode is 15.0 Pa,
It is clear that the reliability as a PTC element cannot be ensured.

【0047】(比較例2)次に、やはり電極形成方法の
比較のため、ニッケル箔の高分子PTC組成物に接する
側の面を、電解質を用いて粗面化した他は、比較例1と
まったく同一の方法で高分子PTC素子を作製し、比較
例1と同様に評価した。これらの評価結果についても、
前記実施例とともに、表1、表2、図2にまとめて示し
た。
(Comparative Example 2) Next, for comparison of the electrode forming methods, the surface of the nickel foil on the side in contact with the polymer PTC composition was roughened with an electrolyte, and Comparative Example 1 was used. A polymer PTC element was prepared by the same method and evaluated in the same manner as in Comparative Example 1. Regarding these evaluation results,
The results are summarized in Tables 1 and 2 and FIG.

【0048】これらの結果から、この例では、電極に用
いるニッケル箔の粗面化の効果により、電極の接合強度
が実施例とほぼ同等の数値を示し、抵抗率の初期値も、
2Ω・cmを下回っている。しかし、スイッチング動作
を繰り返した後は、抵抗率の増加が認められ、前記実施
例に比較すると特性が劣るのが明らかである。
From these results, in this example, due to the effect of roughening the nickel foil used for the electrode, the bonding strength of the electrode showed a value almost equal to that of the example, and the initial value of the resistivity was also
It is less than 2 Ω · cm. However, after repeating the switching operation, an increase in resistivity was observed, and it is clear that the characteristics were inferior to those in the above-mentioned Examples.

【0049】(比較例3)次に、やはり電極形成方法の
比較のため、導電性粉末としてTiCを用い、電極形成
を、高分子PTC組成物シート表面を脱脂した後、ニッ
ケルの無電解メッキ及び電解メッキにより行なった他
は、実施例とまったく同一の方法で、高分子PTC素子
を作製し、比較例1と同様に評価した。これらの評価結
果についても、前記実施例とともに、表1、表2、図2
にまとめて示した。
(Comparative Example 3) Next, for comparison of electrode forming methods, TiC was used as a conductive powder, and the electrode was formed by degreasing the surface of the polymer PTC composition sheet, followed by electroless plating of nickel and nickel. A polymer PTC element was produced by the same method as in Example except that the electrolytic plating was performed, and the same evaluation as in Comparative Example 1 was performed. These evaluation results are also shown in Tables 1 and 2 and FIG.
Are summarized in.

【0050】これらの結果から、この例では、電極の接
合強度が低く、そのため、室温抵抗率が初期値及びスイ
ッチング動作後の両方とも、300Ω・cmを上回って
いて、PTC素子としては使用できないことが明らかで
ある。
From these results, in this example, the bonding strength of the electrodes is low, and therefore the room temperature resistivity is higher than 300 Ω · cm both at the initial value and after the switching operation, and it cannot be used as a PTC element. Is clear.

【0051】(比較例4)次に、導電性粉末の体積充填
率の下限値を検証するため、導電性粉末としてTiC粉
末を用い、体積充填率を43〜60%とした他は、実施
例とまったく同一の方法で高分子PTC素子を作製し、
抵抗率の初期値及びスイッチング動作後の変化を測定し
た。図3は、導電性粉末の体積充填率と抵抗率の関係を
示したものである。また、スイッチング動作後の抵抗率
の変化については、導電性粉末の体積充填率が44%の
ものについて、実施例及び他の比較例とともに、図2に
示した。
Comparative Example 4 Next, in order to verify the lower limit of the volume filling rate of the conductive powder, TiC powder was used as the conductive powder, and the volume filling rate was 43 to 60%. A polymer PTC element was manufactured by the same method as
The initial value of the resistivity and the change after the switching operation were measured. FIG. 3 shows the relationship between the volume filling rate of the conductive powder and the resistivity. The change in resistivity after the switching operation is shown in FIG. 2 together with the examples and other comparative examples when the conductive powder has a volume filling rate of 44%.

【0052】図3からは、導電粉末の体積充填率が44
%近傍では、抵抗率が2Ω・cmを下回っているもの
の、それ以下の領域では、急激に抵抗率が増加すること
が明らかである。また、図2によれば、導電性粉末の体
積充填率が44%の試料では、スイッチング動作の繰り
返しにより、抵抗率が増加し、2Ω・cm以下の数値を
維持できなくなることが分かる。従って、導電性粉末の
体積充填率の下限値は45%である。
From FIG. 3, the volume filling ratio of the conductive powder is 44.
Although the resistivity is below 2 Ω · cm in the vicinity of%, it is clear that the resistivity sharply increases in the region below that. Further, according to FIG. 2, it can be seen that in the sample having the volume filling rate of the conductive powder of 44%, the resistivity increases due to the repetition of the switching operation, and the numerical value of 2Ω · cm or less cannot be maintained. Therefore, the lower limit value of the volume filling rate of the conductive powder is 45%.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、導電性粉末として金属炭化物を用いた高分子PTC
組成物成形体表面にプラズマ処理を施し、導電体の一部
が前記成形体の表面に露出するように圧着した後、メッ
キ被膜を形成することで、電極と高分子PTC組成物の
密着性が高く、界面の接触抵抗が低く、しかもスイッチ
ング動作を繰り返した後の抵抗率の変化が極めて少ない
高分子PTC素子が得られる。
As described above, according to the present invention, the polymer PTC using the metal carbide as the conductive powder is used.
By subjecting the surface of the composition molded body to plasma treatment and press-bonding so that a part of the conductor is exposed on the surface of the molded body, a plating film is formed to improve adhesion between the electrode and the polymer PTC composition. It is possible to obtain a polymer PTC device having a high contact resistance at the interface and a very small change in resistivity after repeated switching operations.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】導電性粉末としてTiCを用いた試料の抵抗率
の温度依存性を測定した結果を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a result of measuring temperature dependence of resistivity of a sample using TiC as a conductive powder.

【図2】スイッチング動作後の抵抗率の変化を測定した
結果を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a result of measuring a change in resistivity after a switching operation.

【図3】導電性粉末の体積充填率と抵抗率の関係を示す
図。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a volume filling rate of conductive powder and a resistivity.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

200 実施例 201 比較例1 202 比較例2 203 比較例3 204 比較例4 200 Examples 201 Comparative Example 1 202 Comparative Example 2 203 Comparative Example 3 204 Comparative Example 4

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結晶性高分子を含む結合材に導電性粉末
を分散した組成物からなり表面をプラズマ処理してなる
成形体と、少なくとも一部が前記成形体表面に露出する
ように前記成形体に埋設されてなる導電体と、前記導電
体が埋設された成形体の表面に形成されたメッキ層から
なることを特徴とする高分子PTC素子。
1. A molded body comprising a composition in which a conductive powder is dispersed in a binder containing a crystalline polymer, the surface of which is subjected to plasma treatment, and the molding so that at least a part of the molded body is exposed on the surface of the molded body. A polymer PTC element comprising a conductor embedded in a body and a plating layer formed on the surface of a molded body in which the conductor is embedded.
【請求項2】 請求項1に記載の高分子PTC素子にお
いて、前記導電性粉末は、チタンカーバイド(Ti
C)、タングステンカーバイド(WC、WC)、ジル
コニウムカーバイド(ZrC)、バナジウムカーバイド
(VC)、ニオブカーバイド(NbC)、タンタルカー
バイド(TaC)、モリブデンカーバイド(MoC)
から選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする高
分子PTC素子。
2. The polymer PTC element according to claim 1, wherein the conductive powder is titanium carbide (Ti).
C), Tungsten Carbide (WC, W 2 C), Zirconium Carbide (ZrC), Vanadium Carbide (VC), Niobium Carbide (NbC), Tantalum Carbide (TaC), Molybdenum Carbide (Mo 2 C).
1. A polymer PTC element comprising at least one selected from the group consisting of:
【請求項3】 請求項1もしくは請求項2のいずれかに
記載の高分子PTC素子において、前記導電性粉末の体
積充填率は、45〜60%であることを特徴とする高分
子PTC素子。
3. The polymer PTC element according to claim 1, wherein the volume filling rate of the conductive powder is 45 to 60%.
【請求項4】 結晶性高分子を含む結合材に導電性粉末
を混練して高分子PTC組成物を得、前記高分子PTC
組成物を所要の形状に成形して表面にプラズマ処理を施
した後、一部が前記成形体の表面に露出するように導電
体を圧着し、導電体の一部が露出した前記成形体の表面
にメッキ処理を施すことを特徴とする、請求項1ないし
請求項3のいずれかに記載の高分子PTC素子の製造方
法。
4. A polymer PTC composition is obtained by kneading a conductive powder into a binder containing a crystalline polymer, wherein the polymer PTC is obtained.
After the composition is molded into a desired shape and subjected to plasma treatment on the surface, a conductor is pressure-bonded so that a part of the conductor is exposed on the surface of the molded body, and a part of the conductor is exposed. The method for producing a polymer PTC element according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface is plated.
【請求項5】 請求項4に記載の高分子PTC素子の製
造方法において、前記導電体の圧着は、導電体粉末、結
合材、溶媒からなる導電体ペーストを、前記成形体表面
に塗付して乾燥した後に、加圧によって行なうことを特
徴とする高分子PTC素子の製造方法。
5. The method for manufacturing a polymer PTC element according to claim 4, wherein the conductor is pressure-bonded by applying a conductor paste including a conductor powder, a binder, and a solvent to the surface of the molded body. A method for producing a polymer PTC element, which comprises performing pressure drying after drying.
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