JP2005038974A - 高分子ptc素子及びその製造方法 - Google Patents
高分子ptc素子及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005038974A JP2005038974A JP2003198831A JP2003198831A JP2005038974A JP 2005038974 A JP2005038974 A JP 2005038974A JP 2003198831 A JP2003198831 A JP 2003198831A JP 2003198831 A JP2003198831 A JP 2003198831A JP 2005038974 A JP2005038974 A JP 2005038974A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductive powder
- ptc element
- polymer ptc
- resistivity
- carbide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Thermistors And Varistors (AREA)
Abstract
【課題】結晶性高分子に導電性粉末を充填したPTC組成物からなる成形体に、電極を設けた構造の高分子PTC素子において、スイッチング動作を繰り返したときの特性を安定化した、高分子PTC素子及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】導電性粉末として炭化チタン(TiC)を代表とする金属炭化物を用い、結合材との混練を行う前に、導電性粉末にエッチング処理を施すことにより、表面に凹凸構造を導入する。この凹凸は、結合材と導電性粉末表面の界面の接着において、アンカー効果を発現し、高分子PTC素子の抵抗率の初期値を低下させ、スイッチング動作を繰り返した際の特性の安定性を向上する。
【選択図】 なし
【解決手段】導電性粉末として炭化チタン(TiC)を代表とする金属炭化物を用い、結合材との混練を行う前に、導電性粉末にエッチング処理を施すことにより、表面に凹凸構造を導入する。この凹凸は、結合材と導電性粉末表面の界面の接着において、アンカー効果を発現し、高分子PTC素子の抵抗率の初期値を低下させ、スイッチング動作を繰り返した際の特性の安定性を向上する。
【選択図】 なし
Description
【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PTC組成物からなる成形体に、電極を設けた構造の高分子PTC素子及びその製造方法に関するものである。
【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(Y2O3)を微量添加したチタン酸バリウム(BaTiO3)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。
【0003】
セラミックス系PTC組成物を用いたPTC素子では、キュリー点での急激な抵抗値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。
【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、室温における抵抗率が低いために、過電流保護素子に適していて、しかも耐衝撃性が優れ、成形、加工が容易である。
【0005】
高分子PTC素子において、温度上昇に伴い抵抗率が急増するというスイッチング動作を起こす原理は、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。
【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。
【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粉末を分散させたペースト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。
【0008】
そして、近年の二次電池を始めとする、電気電子機器やそれらに用いられる部品の小型が進むに従い、高分子PTC素子についても、抵抗値の低減が要求され、用いる導電性粉末として、カーボン系に替えて、金属や金属炭化物が用いられていて、その中でもチタンカーバイド(TiC)のような金属炭化物が、導電性が高いことや凝集が生じ難いことなどから多用される傾向にある。
【0009】
前記のように、高分子PTC組成物には、結合材として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と記す)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、電極や導電性粉末との接着性が比較的低いため、高分子PTC素子のスイッチング動作の繰り返しにより、結合材と導電性粉末及び結合材と電極の界面に部分的な剥離が生じ、抵抗率を高くしたり、特性を低下させたりするという問題がある。
【0010】
このような問題に対処するための技術が、下記特許文献1と特許文献2に開示されている。特許文献1に開示されている技術は、高分子PTC組成物表面にプラズマ処理を施すなどの手段で、高分子PTC組成物と電極の界面の接着性を向上するとういうものである。
【0011】
特許文献2に開示されている技術は、電極に発泡金属箔を用い、接着における金属箔表面の凹凸のアンカー効果を利用して、高分子PTC組成物と電極の界面の接着性を向上するというものである。これらの例のように、高分子PTC組成物と電極の界面の接着性を向上する技術は数多く開示されているが、導電性粉末と結合材の界面の接着性向上に関する技術は、未だ開示されていないのが実状である。
【0012】
【特許文献1】
特開2003−92202号公報
【特許文献2】
特開2002−367810号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、結晶性高分子に導電性粉末を充填したPTC組成物からなる成形体に、電極を設けた構造の高分子PTC素子において、高分子PTC組成物を構成する導電性粉末と結合材の界面の接着性を向上することで、スイッチング動作を繰り返したときの特性を安定化した、高分子PTC素子及びその製造方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題の解決のため、導電性粉末表面に凹凸形状を付与することで、導電性粉末と結合材の界面の接着性を向上することを検討した結果なされたものである。
【0015】
即ち、本発明は、導電性粉末と、結晶性高分子化合物を主成分とする結合材からなる、高分子PTC組成物のシート状成形体の両面に、導体からなる電極を取り付けた高分子PTC素子において、前記導電性粉末は、表面にエッチング処理が施されていることを特徴とする、高分子PTC素子である。
【0016】
また、本発明は、前記導電性粉末が、チタンカーバイド(TiC)、タングステンカーバイド(WC、W2C)、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(Mo2C)から選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする、前記の高分子PTC素子である。
【0017】
また、本発明は、前記導電性粉末の平均粒径が、0.1〜5μmであることを特徴とする、前記の高分子PTC素子である。
【0018】
また、本発明は、導電性粉末の表面にエッチング処理を施した後、結晶性高分子化合物を主成分とする結合材と混練して、高分子PTC組成物を調製し、前記高分子PTC組成物をシート状の成形体となし、前記成形体の両面に電極を形成する工程を含むことを特徴とする、前記の高分子PTC素子の製造方法である。
【0019】
本発明の高分子PTC素子に用いる高分子PTC組成物においては、結合材と混練する前の導電性粉末に、酸を用いてエッチング処理を施す。この処理によって導電性粉末の表面に微細な凹凸構造が付与され、アンカー効果を導入することができるため、導電性粉末と結合材の界面の接着性が向上する。これにより、高分子PTC素子として、スイッチング動作を繰り返した際の、抵抗値の増加などの特性劣化を抑制することができる。
【0020】
本発明に、導電性粉末として、TiCを代表とする金属炭化物を用いる理由には、前記のように、これらの粉末は、導電性が高く、凝集が生じ難いという特性がある。また、導電性粉末の平均粒径を、0.1〜5μmに限定した理由は、平均粒径が、0.1μm未満の範囲では、酸処理の段階で、粒径の小さな粒子が崩壊してしまうことがあるからであり、5μmを超える範囲では、導電性粉末の比表面積の減少による、導電性の低下が顕著になるからである。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に、具体的な例に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
【0022】
ここでは、導電性粉末として、平均粒径が3.6μmのTiC、WC、W2C、ZrC、VC、NbC、TaC、Mo2Cを準備した。また、結合材として、重合度が1500のHDPEと、結合材と導電性粉末及び電極との接着性を向上するため添加材として、エチレン−アクリル酸エチル共重合体(以下、EEAと記す)を準備した。
【0023】
次に、導電性粉末を、1モル/lの濃度に調製した硝酸水溶液に投入し、5分間攪拌し、その後直ちに水洗、乾燥するという方法でエッチング処理を施した。エッチング処理後の導電性粉末とHDPEとEEAがそれぞれ、体積比で56%、40%、4%となるように秤量し、ロールを用いて均一になるまで混練し、ロールから取り出す際の厚さを1.1mmに設定し、高分子PTC組成物のシート状予備成形体を得た。
【0024】
次に、電極用の材料として、片面に粗面化加工を施した、厚さ70μmの銅箔を2枚準備した。この銅箔の粗面化加工を施した側を対向させた状態で、前記予備成形体を挟み、全体の厚さが1.14mmになるように200℃で10分間プレスし、高分子PTC組成物と電極を接合した。この後、5mm×10mmの大きさに切断し、銅箔部にリード線を取り付け、高分子PTC素子を得た。また、比較に供するために、エッチング処理を施さないTiC粉末を用い同様にして、高分子PTC素子を調製した。
【0025】
これらの高分子PTC素子について、室温における抵抗率を測定した。また、TiCを導電性粉末として用いた高分子PTC素子について、温度上昇に伴う抵抗率の変化、つまり抵抗率の温度依存性を測定した。さらに、エッチング処理を施したTiC粉末とエッチング処理を施していないTiC粉末を用いた高分子PTC素子について、10A(50V)の電流を通電するという方法で、スイッチング動作を行い、抵抗率の変化を測定した。
【0026】
表1は、スイッチング動作を行う前の、室温における抵抗率の測定値をまとめて示したものである。表1から明らかなように、導電性粉末の材質やエッチング処理の有無に関わらず、いずれの高分子PTC素子についても、抵抗率は1Ω・cm以下であり、十分に低い数値であった。
【0027】
【表1】
【0028】
また、図1は、エッチング処理を施したTiC粉末と、エッチング処理を施していないTiC粉末を用いた高分子PTC素子について、抵抗率の温度依存性を測定した結果を示した図である。図1において、実線はエッチング処理あり、破線はエッチング処理なしの結果である。図1によれば、いずれの高分子PTC素子においても、温度が120℃を超えた領域で、抵抗率の急峻な立ち上がりが見られ、室温における抵抗率の1010倍以上の抵抗率を示し、PTC素子として十分な特性を発現していることが明らかである。
【0029】
さらに、ヒートサイクルに対する信頼性を検証するため、エッチング処理を施したTiC粉末と、エッチング処理を施していないTiC粉末を用いた高分子PTC素子について、−40℃に1時間保持し、昇温速度60℃/時間で、80℃まで温度を上げ、1時間保持し、降温速度60℃/時間で、温度を−40まで下げるという条件で、ヒートサイクル試験を行った。表2はその結果を示したものである。
【0030】
【表2】
【0031】
表2に示した結果から明らかなように、100サイクルまで試験を行うと、両者の抵抗率には顕著な差が現れ、エッチング処理によって、結合材と導電性粉末表面の界面における接着性が向上した効果が顕在化している。
【0032】
図2は、スイッチング動作回数と抵抗率の関係を示す図である。図2によれば、エッチングを施したTiC粉末を用いた高分子PTC素子では、スイッチング回数が1000回に及んでも、抵抗率の上昇は、0.4Ω・cmに過ぎないの対し、エッチングを施していないTiC粉末を用いた方は、抵抗率の増加が著しく、スイッチング動作を500回行ったところで、初期値の約20倍となっている。
【0033】
次に、導電性粉末の平均粒径の適正範囲を検証するために、平均粒径が0.05μm、0.1μm、1μm、5μm、10μmのTiC粉末を準備し、前記と同様にして高分子PTC素子を調製した。これらの高分子PTC素子についても、抵抗率の初期値とスイッチング動作を繰り返したときの、抵抗率の変化を求めた。
【0034】
図3は、導電性粉末の平均粒径と、抵抗率の初期値及びスイッチング動作に伴う変化の測定結果を、まとめて示した図である。これらの結果によれば、平均粒径が0.1〜5μmの導電性粉末を用いた高分子PTC素子においては、抵抗率の初期値がいずれも1Ω・cm以下であり、スイッチング動作を1000回繰り返しても、抵抗率が2Ω・cmを超えることはなく、安定した特性を発現することが分かる。
【0035】
しかし、平均粒径が0.05μm及び10μmの導電性粉末を用いた場合は、抵抗率の初期値が高く、スイッチング動作後の抵抗率の増加が著しくなっている。これは、平均粒径が小さい場合は、酸処理による導電性粉末粒子の崩壊により、導電性粉末粒子の導電路の形成が妨げられ、平均粒径が大きい場合は、比表面積の減少により、導電性粉末粒子間の接触抵抗が増加したしたためと解される。
【0036】
従って、導電性粉末の平均粒径を、0.1〜5μmの範囲とすることで、優れた特性を有する高分子PTC素子が得られることが分かる。
【0037】
また、本実施の形態では、高分子PTC組成物における導電性粉末が占める体積比を56%としたが、体積比の適正範囲を検証するために、平均粒径が3.6μmのTiC粉末を用い、体積比を42〜60%とした他は、前記と同様にして、高分子PTC素子を調製し、抵抗率を測定した。
【0038】
図4は、導電性粉末の体積比と抵抗率の関係を示した図である。この結果によると、体積比の増加に伴う抵抗率の低下が認められ、体積比が54%以上の範囲では、抵抗率の変化が殆ど見られなくなる。また、過度に導電性粉末の体積比を大きくすると、相対的に結合材の量が減少し、高分子PTC素子の機械的強度が低下する。従って、導電性粉末の体積比の適正な範囲は、おおよそ50〜60%であることが分かる。
【0039】
なお、以上に説明した実施の形態においては、導電性粉末としてTiCを用いた例を示したが、他の金属炭化物、及びそれらの混合物を用いても、同様の結果が得られた。
【0040】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明による、金属炭化物を導電性粉末として用いた高分子PTC素子においては、導電性粉末に予めエッチング処理を施し、表面に凹凸構造を付与することで、優れた特性を発現することができる。しかも、この処理は、導電性粉末を、酸を含む水溶液に浸漬するだけなので、製造コストを大幅に増加させることがなく、コストパフォーマンスの面で極めて優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】抵抗率の温度依存性を測定した結果を示した図。
【図2】スイッチング動作回数と抵抗率の関係を示す図。
【図3】導電性粉末の平均粒径と、抵抗率の初期値及びスイッチング動作に伴う変化の測定結果を、まとめて示した図。
【図4】導電性粉末の体積比と抵抗率の関係を示した図。
【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PTC組成物からなる成形体に、電極を設けた構造の高分子PTC素子及びその製造方法に関するものである。
【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(Y2O3)を微量添加したチタン酸バリウム(BaTiO3)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。
【0003】
セラミックス系PTC組成物を用いたPTC素子では、キュリー点での急激な抵抗値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。
【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、室温における抵抗率が低いために、過電流保護素子に適していて、しかも耐衝撃性が優れ、成形、加工が容易である。
【0005】
高分子PTC素子において、温度上昇に伴い抵抗率が急増するというスイッチング動作を起こす原理は、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。
【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。
【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粉末を分散させたペースト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。
【0008】
そして、近年の二次電池を始めとする、電気電子機器やそれらに用いられる部品の小型が進むに従い、高分子PTC素子についても、抵抗値の低減が要求され、用いる導電性粉末として、カーボン系に替えて、金属や金属炭化物が用いられていて、その中でもチタンカーバイド(TiC)のような金属炭化物が、導電性が高いことや凝集が生じ難いことなどから多用される傾向にある。
【0009】
前記のように、高分子PTC組成物には、結合材として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と記す)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、電極や導電性粉末との接着性が比較的低いため、高分子PTC素子のスイッチング動作の繰り返しにより、結合材と導電性粉末及び結合材と電極の界面に部分的な剥離が生じ、抵抗率を高くしたり、特性を低下させたりするという問題がある。
【0010】
このような問題に対処するための技術が、下記特許文献1と特許文献2に開示されている。特許文献1に開示されている技術は、高分子PTC組成物表面にプラズマ処理を施すなどの手段で、高分子PTC組成物と電極の界面の接着性を向上するとういうものである。
【0011】
特許文献2に開示されている技術は、電極に発泡金属箔を用い、接着における金属箔表面の凹凸のアンカー効果を利用して、高分子PTC組成物と電極の界面の接着性を向上するというものである。これらの例のように、高分子PTC組成物と電極の界面の接着性を向上する技術は数多く開示されているが、導電性粉末と結合材の界面の接着性向上に関する技術は、未だ開示されていないのが実状である。
【0012】
【特許文献1】
特開2003−92202号公報
【特許文献2】
特開2002−367810号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、結晶性高分子に導電性粉末を充填したPTC組成物からなる成形体に、電極を設けた構造の高分子PTC素子において、高分子PTC組成物を構成する導電性粉末と結合材の界面の接着性を向上することで、スイッチング動作を繰り返したときの特性を安定化した、高分子PTC素子及びその製造方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題の解決のため、導電性粉末表面に凹凸形状を付与することで、導電性粉末と結合材の界面の接着性を向上することを検討した結果なされたものである。
【0015】
即ち、本発明は、導電性粉末と、結晶性高分子化合物を主成分とする結合材からなる、高分子PTC組成物のシート状成形体の両面に、導体からなる電極を取り付けた高分子PTC素子において、前記導電性粉末は、表面にエッチング処理が施されていることを特徴とする、高分子PTC素子である。
【0016】
また、本発明は、前記導電性粉末が、チタンカーバイド(TiC)、タングステンカーバイド(WC、W2C)、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(Mo2C)から選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする、前記の高分子PTC素子である。
【0017】
また、本発明は、前記導電性粉末の平均粒径が、0.1〜5μmであることを特徴とする、前記の高分子PTC素子である。
【0018】
また、本発明は、導電性粉末の表面にエッチング処理を施した後、結晶性高分子化合物を主成分とする結合材と混練して、高分子PTC組成物を調製し、前記高分子PTC組成物をシート状の成形体となし、前記成形体の両面に電極を形成する工程を含むことを特徴とする、前記の高分子PTC素子の製造方法である。
【0019】
本発明の高分子PTC素子に用いる高分子PTC組成物においては、結合材と混練する前の導電性粉末に、酸を用いてエッチング処理を施す。この処理によって導電性粉末の表面に微細な凹凸構造が付与され、アンカー効果を導入することができるため、導電性粉末と結合材の界面の接着性が向上する。これにより、高分子PTC素子として、スイッチング動作を繰り返した際の、抵抗値の増加などの特性劣化を抑制することができる。
【0020】
本発明に、導電性粉末として、TiCを代表とする金属炭化物を用いる理由には、前記のように、これらの粉末は、導電性が高く、凝集が生じ難いという特性がある。また、導電性粉末の平均粒径を、0.1〜5μmに限定した理由は、平均粒径が、0.1μm未満の範囲では、酸処理の段階で、粒径の小さな粒子が崩壊してしまうことがあるからであり、5μmを超える範囲では、導電性粉末の比表面積の減少による、導電性の低下が顕著になるからである。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に、具体的な例に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
【0022】
ここでは、導電性粉末として、平均粒径が3.6μmのTiC、WC、W2C、ZrC、VC、NbC、TaC、Mo2Cを準備した。また、結合材として、重合度が1500のHDPEと、結合材と導電性粉末及び電極との接着性を向上するため添加材として、エチレン−アクリル酸エチル共重合体(以下、EEAと記す)を準備した。
【0023】
次に、導電性粉末を、1モル/lの濃度に調製した硝酸水溶液に投入し、5分間攪拌し、その後直ちに水洗、乾燥するという方法でエッチング処理を施した。エッチング処理後の導電性粉末とHDPEとEEAがそれぞれ、体積比で56%、40%、4%となるように秤量し、ロールを用いて均一になるまで混練し、ロールから取り出す際の厚さを1.1mmに設定し、高分子PTC組成物のシート状予備成形体を得た。
【0024】
次に、電極用の材料として、片面に粗面化加工を施した、厚さ70μmの銅箔を2枚準備した。この銅箔の粗面化加工を施した側を対向させた状態で、前記予備成形体を挟み、全体の厚さが1.14mmになるように200℃で10分間プレスし、高分子PTC組成物と電極を接合した。この後、5mm×10mmの大きさに切断し、銅箔部にリード線を取り付け、高分子PTC素子を得た。また、比較に供するために、エッチング処理を施さないTiC粉末を用い同様にして、高分子PTC素子を調製した。
【0025】
これらの高分子PTC素子について、室温における抵抗率を測定した。また、TiCを導電性粉末として用いた高分子PTC素子について、温度上昇に伴う抵抗率の変化、つまり抵抗率の温度依存性を測定した。さらに、エッチング処理を施したTiC粉末とエッチング処理を施していないTiC粉末を用いた高分子PTC素子について、10A(50V)の電流を通電するという方法で、スイッチング動作を行い、抵抗率の変化を測定した。
【0026】
表1は、スイッチング動作を行う前の、室温における抵抗率の測定値をまとめて示したものである。表1から明らかなように、導電性粉末の材質やエッチング処理の有無に関わらず、いずれの高分子PTC素子についても、抵抗率は1Ω・cm以下であり、十分に低い数値であった。
【0027】
【表1】
【0028】
また、図1は、エッチング処理を施したTiC粉末と、エッチング処理を施していないTiC粉末を用いた高分子PTC素子について、抵抗率の温度依存性を測定した結果を示した図である。図1において、実線はエッチング処理あり、破線はエッチング処理なしの結果である。図1によれば、いずれの高分子PTC素子においても、温度が120℃を超えた領域で、抵抗率の急峻な立ち上がりが見られ、室温における抵抗率の1010倍以上の抵抗率を示し、PTC素子として十分な特性を発現していることが明らかである。
【0029】
さらに、ヒートサイクルに対する信頼性を検証するため、エッチング処理を施したTiC粉末と、エッチング処理を施していないTiC粉末を用いた高分子PTC素子について、−40℃に1時間保持し、昇温速度60℃/時間で、80℃まで温度を上げ、1時間保持し、降温速度60℃/時間で、温度を−40まで下げるという条件で、ヒートサイクル試験を行った。表2はその結果を示したものである。
【0030】
【表2】
【0031】
表2に示した結果から明らかなように、100サイクルまで試験を行うと、両者の抵抗率には顕著な差が現れ、エッチング処理によって、結合材と導電性粉末表面の界面における接着性が向上した効果が顕在化している。
【0032】
図2は、スイッチング動作回数と抵抗率の関係を示す図である。図2によれば、エッチングを施したTiC粉末を用いた高分子PTC素子では、スイッチング回数が1000回に及んでも、抵抗率の上昇は、0.4Ω・cmに過ぎないの対し、エッチングを施していないTiC粉末を用いた方は、抵抗率の増加が著しく、スイッチング動作を500回行ったところで、初期値の約20倍となっている。
【0033】
次に、導電性粉末の平均粒径の適正範囲を検証するために、平均粒径が0.05μm、0.1μm、1μm、5μm、10μmのTiC粉末を準備し、前記と同様にして高分子PTC素子を調製した。これらの高分子PTC素子についても、抵抗率の初期値とスイッチング動作を繰り返したときの、抵抗率の変化を求めた。
【0034】
図3は、導電性粉末の平均粒径と、抵抗率の初期値及びスイッチング動作に伴う変化の測定結果を、まとめて示した図である。これらの結果によれば、平均粒径が0.1〜5μmの導電性粉末を用いた高分子PTC素子においては、抵抗率の初期値がいずれも1Ω・cm以下であり、スイッチング動作を1000回繰り返しても、抵抗率が2Ω・cmを超えることはなく、安定した特性を発現することが分かる。
【0035】
しかし、平均粒径が0.05μm及び10μmの導電性粉末を用いた場合は、抵抗率の初期値が高く、スイッチング動作後の抵抗率の増加が著しくなっている。これは、平均粒径が小さい場合は、酸処理による導電性粉末粒子の崩壊により、導電性粉末粒子の導電路の形成が妨げられ、平均粒径が大きい場合は、比表面積の減少により、導電性粉末粒子間の接触抵抗が増加したしたためと解される。
【0036】
従って、導電性粉末の平均粒径を、0.1〜5μmの範囲とすることで、優れた特性を有する高分子PTC素子が得られることが分かる。
【0037】
また、本実施の形態では、高分子PTC組成物における導電性粉末が占める体積比を56%としたが、体積比の適正範囲を検証するために、平均粒径が3.6μmのTiC粉末を用い、体積比を42〜60%とした他は、前記と同様にして、高分子PTC素子を調製し、抵抗率を測定した。
【0038】
図4は、導電性粉末の体積比と抵抗率の関係を示した図である。この結果によると、体積比の増加に伴う抵抗率の低下が認められ、体積比が54%以上の範囲では、抵抗率の変化が殆ど見られなくなる。また、過度に導電性粉末の体積比を大きくすると、相対的に結合材の量が減少し、高分子PTC素子の機械的強度が低下する。従って、導電性粉末の体積比の適正な範囲は、おおよそ50〜60%であることが分かる。
【0039】
なお、以上に説明した実施の形態においては、導電性粉末としてTiCを用いた例を示したが、他の金属炭化物、及びそれらの混合物を用いても、同様の結果が得られた。
【0040】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明による、金属炭化物を導電性粉末として用いた高分子PTC素子においては、導電性粉末に予めエッチング処理を施し、表面に凹凸構造を付与することで、優れた特性を発現することができる。しかも、この処理は、導電性粉末を、酸を含む水溶液に浸漬するだけなので、製造コストを大幅に増加させることがなく、コストパフォーマンスの面で極めて優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】抵抗率の温度依存性を測定した結果を示した図。
【図2】スイッチング動作回数と抵抗率の関係を示す図。
【図3】導電性粉末の平均粒径と、抵抗率の初期値及びスイッチング動作に伴う変化の測定結果を、まとめて示した図。
【図4】導電性粉末の体積比と抵抗率の関係を示した図。
Claims (4)
- 導電性粉末と、結晶性高分子化合物を主成分とする結合材からなる、高分子PTC組成物のシート状成形体の両面に、導体からなる電極を取り付けた高分子PTC素子において、前記導電性粉末は、表面にエッチング処理が施されていることを特徴とする、高分子PTC素子。
- 前記導電性粉末は、チタンカーバイド(TiC)、タングステンカーバイド(WC、W2C)、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(Mo2C)から選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする、請求項1に記載の高分子PTC素子。
- 前記導電性粉末の平均粒径は、0.1〜5μmであることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の高分子PTC素子。
- 導電性粉末の表面にエッチング処理を施すことで、凹凸を付与し、結晶性高分子化合物を主成分とする結合材と混練して、高分子PTC組成物を調製し、前記高分子PTC組成物をシート状の成形体となし、前記成形体の両面に電極を形成する工程を含むことを特徴とする、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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003198831A JP2005038974A (ja) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | 高分子ptc素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003198831A JP2005038974A (ja) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | 高分子ptc素子及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005038974A true JP2005038974A (ja) | 2005-02-10 |
Family
ID=34208459
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003198831A Withdrawn JP2005038974A (ja) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | 高分子ptc素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005038974A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100769787B1 (ko) * | 2003-11-27 | 2007-10-24 | 후지츠 히다찌 플라즈마 디스플레이 리미티드 | 플라즈마 디스플레이 장치 |
CN106893254A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-06-27 | 德阳九鼎智远知识产权运营有限公司 | 一种新能源汽车电池用正温度系数导电复合材料 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02145659A (ja) * | 1988-11-28 | 1990-06-05 | Daito Tsushinki Kk | Ptc組成物 |
JPH11176610A (ja) * | 1997-10-07 | 1999-07-02 | Sony Chem Corp | Ptc素子、保護装置および回路基板 |
JP2001102202A (ja) * | 1999-10-01 | 2001-04-13 | Showa Denko Kk | 感温抵抗体及びその製造方法 |
-
2003
- 2003-07-18 JP JP2003198831A patent/JP2005038974A/ja not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02145659A (ja) * | 1988-11-28 | 1990-06-05 | Daito Tsushinki Kk | Ptc組成物 |
JPH11176610A (ja) * | 1997-10-07 | 1999-07-02 | Sony Chem Corp | Ptc素子、保護装置および回路基板 |
JP2001102202A (ja) * | 1999-10-01 | 2001-04-13 | Showa Denko Kk | 感温抵抗体及びその製造方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100769787B1 (ko) * | 2003-11-27 | 2007-10-24 | 후지츠 히다찌 플라즈마 디스플레이 리미티드 | 플라즈마 디스플레이 장치 |
CN106893254A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-06-27 | 德阳九鼎智远知识产权运营有限公司 | 一种新能源汽车电池用正温度系数导电复合材料 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2012003661A1 (zh) | 具有电阻正温度系数的导电复合材料及过电流保护元件 | |
JP2005038974A (ja) | 高分子ptc素子及びその製造方法 | |
JP6179845B2 (ja) | Ptc組成物 | |
JP2000331804A (ja) | Ptc組成物 | |
JP2810351B2 (ja) | 有機質正特性サーミスタ | |
JP2003178903A (ja) | 高分子ptc素子及びその製造方法 | |
KR20090103491A (ko) | 저저항 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법 | |
JP3214546B2 (ja) | 有機質正特性サーミスタの製造方法および有機質正特性サーミスタ | |
JP2003282307A (ja) | 高分子ptc組成物それを用いた高分子ptc素子 | |
JP4459438B2 (ja) | 電気デバイスを製造する方法及びバッテリ組立体を製造する方法 | |
JP2003318008A (ja) | 高分子ptc組成物及び高分子ptc素子 | |
JP2005079411A (ja) | 高分子ptc素子及びその製造方法 | |
JP2002367810A (ja) | 高分子ptc素子及びその製造方法 | |
WO2001006521A1 (fr) | Dispositif a coefficient de temperature positif et son procede de fabrication | |
JP2002343606A (ja) | 高分子ptc組成物及び高分子ptc素子 | |
JP2003100503A (ja) | 高分子ptc組成物及び高分子ptc素子 | |
JP2003092202A (ja) | 高分子ptc素子及びその製造方法 | |
JPH1187106A (ja) | Ptc素子の製造方法 | |
JP2003318006A (ja) | 高分子ptc組成物及び高分子ptc素子 | |
JP2936057B2 (ja) | 有機質ptcサーミスタ | |
JP2002208504A (ja) | 高分子ptc素子及びその製造方法 | |
JP2004047555A (ja) | 高分子ptc組成物及び高分子ptc素子 | |
JP2003100504A (ja) | 高分子ptc組成物及び高分子ptc素子 | |
KR100985965B1 (ko) | 복귀특성이 우수한 폴리머 피티씨 소자 제조방법 | |
JP2004023055A (ja) | 高分子ptc素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050824 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051025 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20051201 |