JP2005347480A - Overcurrent protection element - Google Patents

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Masamitsu Hasegawa
正光 長谷川
Tsutomu Saga
努 佐賀
Hiroshi Obara
広 小原
Masayuki Takahashi
正幸 高橋
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Shin Etsu Polymer Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an overcurrent protection element which can sufficeintly increase an adhesive quality with a metal foil such as a rolling foil or the like which has no need of a lead terminal or the like, and a conductive composition, in particular, which indicates an abrupt resistance rise from the end point of a stable region of a low resistance and shows a sufficient resistance rise corresponding to a durability temperature, and in which even if an overcurrent flows, a return resistance value after that can be suppressed in a practical range. <P>SOLUTION: In the overcurrent protection element in which the metal foils are provided on both surfaces of the sheet-shaped conductive composition, the metal foil is a rolling foil and its surface is roughened by a chemical treatment using a chemical solution of at least one or more of phosphoric acid, chromic acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrogen peroxide, and fluoric acid. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高分子系材料を用いた導電性組成物からなる過電流保護素子に関するものであり、より詳細には、温度に依存して電気抵抗が増加する導電性組成物の両面に金属箔を設けてなる過電流保護素子に関するものである。   The present invention relates to an overcurrent protection element comprising a conductive composition using a polymer material, and more specifically, a metal foil on both surfaces of a conductive composition whose electrical resistance increases depending on temperature. The present invention relates to an overcurrent protection device provided with

過電流保護素子は、突発的な過電流の発生時等に、特に温度に依存して電気抵抗が増加する特性(以下、PTC特性という。)を有する素子であり、通常、セラミック系と高分子系に大別される。後者の高分子系材料を用いてなる素子は、高分子樹脂を構成成分とする100〜300μmのシート状物の表裏に、銅やニッケルなどの金属箔が貼られているといった形態である。そして、このシート状物を構成する組成物は、高分子組成物に導電性微粒子を分散してなる、導電性を有する組成物(以下、導電性組成物という。)であって、正常な電流が供給されているときには低抵抗でいて、突発的な過電流の発生時には高抵抗になって導通を遮断することで回路を保護するといった機能を呈する。   An overcurrent protection element is an element having a characteristic (hereinafter referred to as a PTC characteristic) in which an electrical resistance increases depending on a temperature particularly when a sudden overcurrent is generated. Broadly divided into systems. The element using the latter polymer material has a form in which a metal foil such as copper or nickel is pasted on the front and back of a sheet-like material having a polymer resin as a constituent component and having a thickness of 100 to 300 μm. And the composition which comprises this sheet-like material is a composition (henceforth an electroconductive composition) which has electroconductivity formed by disperse | distributing electroconductive fine particles in a polymer composition, Comprising: Normal electric current Is supplied with a low resistance, and when a sudden overcurrent occurs, the resistance becomes high and the circuit is protected by interrupting conduction.

この遮断機能を高めるために、導電性組成物に高密度ポリエチレンなどといった結晶化度の高い高分子が使用されている。結晶化度の高い高分子が用いられる理由は、過負荷により発熱し、ポリエチレンの融点に達すると、該高分子の結晶が溶融して体積が急激に膨張し、個々の導電性微粒子同士の距離が大きくなるので抵抗値が上昇する(以下、トリップという。)ことにある。   In order to enhance this blocking function, a polymer having a high degree of crystallinity such as high-density polyethylene is used for the conductive composition. The reason why a polymer with a high degree of crystallinity is used is that heat is generated due to overload, and when the melting point of polyethylene is reached, the polymer crystal melts and the volume rapidly expands, and the distance between the individual conductive fine particles The resistance value increases (hereinafter referred to as trip).

ところで、過電流保護素子は過電流が発生したときに高抵抗となって導通を遮断するが、再度正常な電流が供給された場合、その過電流保護素子には過電流が発生する前の状態と同等の低抵抗状態に復帰することが求められる。しかしながら、その理由は不明であるが、復帰抵抗値は一般に元の抵抗値より高くなる傾向にある。復帰抵抗値が、過電流が発生する前の状態よりかなり高い抵抗のとき、本来あるべき回路への供給電流値が小さくなり、回路等に不具合を生じさせる場合がある。このため、復帰抵抗値の上昇をできるだけ抑え、過電流が発生する前の抵抗値より高くなるにしても、実用上問題のない範囲内に復帰抵抗値が納まることが望まれる。   By the way, when an overcurrent occurs, the overcurrent protection element becomes a high resistance and cuts off conduction. However, when a normal current is supplied again, the overcurrent protection element is in a state before the overcurrent occurs. It is required to return to a low resistance state equivalent to However, although the reason is unknown, the return resistance value generally tends to be higher than the original resistance value. When the return resistance value is considerably higher than the state before the overcurrent occurs, the supply current value to the circuit that should be originally reduced becomes small, which may cause problems in the circuit and the like. For this reason, it is desired that the return resistance value be within a practically acceptable range even if the rise of the return resistance value is suppressed as much as possible and becomes higher than the resistance value before the occurrence of overcurrent.

従来、このような復帰抵抗値の上昇を抑える方法としては、導電性組成物と金属箔との密着性等を高めること、導電性組成物の構成を改良すること等が考えられている。
例えば、結晶性ポリマー成分に金属炭化物の導電性粉末充填材45〜60体積%を混練した組成物シートと、結晶性ポリマー成分に金属の導電性粉末充填材を混練し、片面にメッキ処理を施したPTC素子が提案され、繰り返し動作安定性に優れ、かつPTC組成物と金属との間の密着性を高めた提案がなされている(例えば、特許文献1を参照。)。
Conventionally, as a method for suppressing such an increase in the return resistance value, it has been considered to improve the adhesion between the conductive composition and the metal foil, to improve the configuration of the conductive composition, or the like.
For example, a composition sheet in which 45 to 60% by volume of a metal carbide conductive powder filler is kneaded with a crystalline polymer component, and a metal conductive powder filler is kneaded with a crystalline polymer component, and one side is plated. Proposed PTC elements have been proposed, which have excellent repeated operation stability and improved adhesion between the PTC composition and the metal (see, for example, Patent Document 1).

またポリマー及びこのポリマーに分散的に混入された導電性物質により構成されるポリマーPTC素子の本体部分の上下両面に通電用の電極箔がそれぞれ設けられ、これら一対の電極箔の素子本体への貼り付け面となる素子本体との対向面が、粗面化された表面とされるだけでなく、Auフラッシュメッキがこの対向面に施される過電流保護素子が提案されている(例えば、特許文献2を参照。)。そして、素子本体と電極との間の接続部分の電気抵抗が十分に低く、環境や経時変化等に対しても電気抵抗が上昇すること無く安定した電気的特性を持つようにしている。   In addition, electrode foils for energization are respectively provided on the upper and lower surfaces of the main body portion of the polymer PTC element composed of a polymer and a conductive material dispersedly mixed in the polymer, and the pair of electrode foils are attached to the element main body. An overcurrent protection element is proposed in which not only the surface facing the element body serving as the attachment surface is a roughened surface but also Au flash plating is applied to the facing surface (for example, Patent Documents). 2). And the electrical resistance of the connection part between an element main body and an electrode is low enough, and it has stable electrical characteristics, without an electrical resistance rising with respect to an environment, a time-dependent change, etc.

更に、分子末端が無水マレイン酸で変性された高密度ポリエチレン100重量部に対して、粒径20〜30nm、比表面積100〜1000m2/gのカーボンブラックAと粒径50〜100nm、比表面積10〜50m2/gのカーボンブラックBとを合計で60〜120重量部配合してなる半導電性混和物からなるフィルムの両面に電極を設けた過電流素子が提案されている(例えば、特許文献3を参照。)。このようなPTC素子は、半導電性混和物フィルムと電極との接着性が高く、両者間の接触抵抗が低く、しかも常温時の抵抗が低く、常温時と高温時の抵抗値変化が104以上とされている。 Furthermore, with respect to 100 parts by weight of high-density polyethylene whose molecular ends are modified with maleic anhydride, carbon black A having a particle size of 20 to 30 nm, a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / g, a particle size of 50 to 100 nm, and a specific surface area of 10 An overcurrent device has been proposed in which electrodes are provided on both sides of a film made of a semiconductive mixture obtained by blending 60 to 120 parts by weight of carbon black B of ˜50 m 2 / g (for example, Patent Literature 3). Such a PTC element has high adhesiveness between the semiconductive admixture film and the electrode, low contact resistance between them, low resistance at room temperature, and 10 4 resistance change at normal temperature and high temperature. That's it.

ところで、金属箔と導電性組成物との接着性を高めるには、上述の金属箔のメッキ処理方法等の他に物理的、化学的な金属箔の表面粗面化が挙げられる。また表面が粗面となっている電解箔をそのまま使用することなども考えられている。しかしながら、物理的な表面粗面化では大量生産における一定した条件の設定にバラツキを生じやすく、微妙な条件での粗面化が困難であり好ましくない。また、金属箔のメッキ処理或いは電解箔などにあっては時間がかかり、特に、電解箔にあってはその表面に好ましい粗面化が達成できるものの、電解処理のコストを考えると電解箔の厚みは50μmを超えることができない。このため、素子には、これを支持するリード端子或いはベース端子を必要とし、製品自体の値段を引き上げるている。   By the way, in order to improve the adhesiveness between the metal foil and the conductive composition, physical and chemical surface roughening of the metal foil may be mentioned in addition to the above-described metal foil plating method and the like. It is also conceivable to use an electrolytic foil having a rough surface as it is. However, physical surface roughening is not preferable because it tends to cause variation in setting of constant conditions in mass production, and roughening under delicate conditions is difficult. In addition, it takes time in the case of metal foil plating or electrolytic foil, and in particular, in the case of electrolytic foil, the surface can be preferably roughened. Cannot exceed 50 μm. For this reason, the element requires a lead terminal or a base terminal for supporting it, which increases the price of the product itself.

また、過電流保護素子にあっては、その素子に過電流が発生する前の抵抗を初期抵抗値R0とし、その後、復帰したときの抵抗を復帰抵抗値Rrとした場合、初期抵抗値R0に対する復帰抵抗値Rrの百分率割合として復帰率{(Rr/R0)100%}を表すとすると、過電流保護素子の復帰率が500%以下、より望ましくは300%以下であることが実用的である。   In the overcurrent protection element, when the resistance before the overcurrent occurs in the element is the initial resistance value R0, and the resistance after the recovery is the recovery resistance value Rr, the resistance against the initial resistance value R0 When the recovery rate {(Rr / R0) 100%} is expressed as a percentage of the recovery resistance value Rr, it is practical that the recovery rate of the overcurrent protection element is 500% or less, more preferably 300% or less. .

更に、カーボン粒子を用いて低抵抗をうるためには、1.粒径が小さい(表面積が大きい)、2.多孔性である(細孔がある)、3.ストラクチャーが長い、及び4.表面官能基や残留重合縮合炭化水素が少ない、という要素が挙げられる。ストラクチャーの発達によりカーボン間で電気的なバイパスを形成して充填量の少ない段階でパーコレーション限界を迎えるためである。このようなストラクチャーの長さを測る指標としてDBP吸油量がある。一般にDBP吸油量の大きいものほどストラクチャーが長いとされる。しかしながら、過電流保護素子にストラクチャーの長いカーボンを用いると樹脂の軟化点においてカーボンブラックのストラクチャーが絡み合い、電気的なバイパスが生じてトリップしないという問題がある。このため、ストラクチャーの発達していないカーボン粒子を高充填させて低抵抗とさせている。これは、保護素子の硬度を高め、耐衝撃性を劣らせ、また抵抗調整を非常に難しくして、安定した過電流保護素子の製造を困難にするものである。
特開2001−110603号公報 特開2002−313604号公報 特開2002−241554号公報
Further, in order to obtain low resistance using carbon particles, 1. 1. Small particle size (large surface area) 2. porous (having pores); 3. Structure is long, and The element that there are few surface functional groups and residual polymerization condensation hydrocarbon is mentioned. This is because an electrical bypass is formed between the carbons due to the development of the structure, and the percolation limit is reached at a stage where the filling amount is small. As an index for measuring the length of such a structure, there is DBP oil absorption. Generally, the larger the DBP oil absorption, the longer the structure. However, when carbon having a long structure is used for the overcurrent protection element, there is a problem that the structure of carbon black is entangled at the softening point of the resin, causing an electrical bypass and not tripping. For this reason, carbon particles having no developed structure are highly filled to reduce resistance. This increases the hardness of the protection element, deteriorates the impact resistance, and makes resistance adjustment very difficult, making it difficult to manufacture a stable overcurrent protection element.
JP 2001-110603 A JP 2002-313604 A JP 2002-241554 A

従って、本発明は上記の課題に鑑み、リード端子などを必要としない圧延箔等の金属箔と導電性組成物、特に低抵抗の安定域の終点から急激な抵抗上昇を呈して、耐久温度に見合った十分な抵抗上昇を示す導電性組成物との接着性を十分に高め、過電流が流れたとしてもその後の復帰抵抗値が実用的な範囲に抑えることができる過電流保護素子を提供することにある。   Therefore, in view of the above problems, the present invention presents a sudden increase in resistance from a metal foil such as a rolled foil that does not require a lead terminal and the like, and a conductive composition, in particular, an end point of a stable region of low resistance, to a durable temperature. Provided is an overcurrent protection element that sufficiently enhances the adhesion to a conductive composition exhibiting a sufficient increase in resistance, and can suppress the subsequent return resistance value to a practical range even when an overcurrent flows. There is.

本発明者等は、高分子組成物からなる導電性組成物と金属箔との接着に注目し、金属箔の表面状態、即ち種々の粗面処理と復帰抵抗値との関係を調べたところ、金属箔の化学的な粗面処理によって過電流保護素子の復帰率を低く抑えることができること、また、その表面の粗面化も物理的な方法よりも薬品などの化学的処理が電解箔と同様な好ましい粗面環境を金属箔面に確実に形成することを見出し、厚み等に左右されないリード端子を必要としない過電流保護素子を成すに至ったものである。
また、本発明者等は、導電性組成物に使用されるカーボン粉末量を所定量とし、カーボン粉末のDBP吸油量、平均粒径、窒素比表面積などを所定の値の範囲に設定することにより、その過電流保護素子が安定域の終点から急激な抵抗上昇を呈して、耐久温度に見合った十分な抵抗上昇を示すことを見出し、本発明に至ったものである。
即ち、本発明の過電流保護素子は、以下の構成或いは構造を特徴とするものである。
The present inventors paid attention to the adhesion between the conductive composition comprising the polymer composition and the metal foil, and investigated the surface state of the metal foil, that is, the relationship between various rough surface treatments and the return resistance value. It is possible to keep the recovery rate of the overcurrent protection element low by chemically roughing the metal foil, and the surface roughening is similar to the chemical foil, such as chemicals, than the physical method. It has been found that such a preferable rough surface environment is surely formed on the surface of the metal foil, and an overcurrent protection element which does not require a lead terminal which is not affected by the thickness or the like has been achieved.
In addition, the inventors set the amount of carbon powder used in the conductive composition as a predetermined amount, and by setting the DBP oil absorption amount, average particle diameter, nitrogen specific surface area, etc. of the carbon powder within a predetermined value range. The present inventors have found that the overcurrent protection element exhibits a rapid increase in resistance from the end point of the stable region, and exhibits a sufficient increase in resistance commensurate with the endurance temperature, leading to the present invention.
That is, the overcurrent protection element of the present invention is characterized by the following configuration or structure.

(1)シート状の導電性組成物の両面に金属箔を設けてなる過電流保護素子において、該金属箔が圧延箔であって、その表面を化学的処理により粗面化したものである過電流保護素子。
(2)上記の化学的処理が、リン酸、クロム酸、硫酸、硝酸、塩酸、過酸化水素、フッ酸の少なくとも1以上の薬液による処理である上記の(1)記載の過電流保護素子。
(3)上記の粗面化による表面粗さRa(中心線平均粗さ)を0.5μm以上とする上記の(1)又は(2)記載の過電流保護素子。
(4)上記の金属箔がリード端子として兼用されうる上記の(1)〜(3)の何れかに記載の過電流保護素子。
(5)上記の導電性組成物は、60〜75体積%の範囲で含む高分子組成物と、25〜40体積%の範囲で含むカーボン粉末と、からなることを特徴とする上記の(1)〜(4)の何れかに記載の過電流保護素子。
(6)上記の導電性組成物に使用するカーボン粉末はDBP吸油量が120cm3/100gの範囲で、平均粒径が50〜200nmの範囲で、窒素比表面積が50m2/g以下である上記の(5)の何れかに記載の過電流保護素子。
(1) In an overcurrent protection element in which metal foil is provided on both surfaces of a sheet-like conductive composition, the metal foil is a rolled foil, and the surface is roughened by chemical treatment. Current protection element.
(2) The overcurrent protection element according to (1) above, wherein the chemical treatment is treatment with at least one chemical solution of phosphoric acid, chromic acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrogen peroxide, and hydrofluoric acid.
(3) The overcurrent protection element according to the above (1) or (2), wherein the surface roughness Ra (centerline average roughness) by the roughening is 0.5 μm or more.
(4) The overcurrent protection element according to any one of (1) to (3), wherein the metal foil can be used as a lead terminal.
(5) The conductive composition is composed of a polymer composition contained in a range of 60 to 75% by volume and a carbon powder contained in a range of 25 to 40% by volume. ) To (4).
(6) carbon powder used in the above conductive composition is in the range DBP oil absorption amount of 120 cm 3/100 g, in the range of average particle size of 50 to 200 nm, said nitrogen specific surface area is less than 50 m 2 / g The overcurrent protection element according to any one of (5).

本発明に係る過電流保護素子によれば、薬品により金属箔の表面が粗面化処理され、金属箔と導電性組成物との間には、復帰抵抗値の関係上最適な密着性を示すものとなる。
通常、表面粗さの小さい比較的平坦な金属箔は、導電性組成物との接着力が弱い密着状態にある。室温時、導電性組成物は固まっているため金属箔面と弱いながら接着しているが、過電流が流れて融点以上の温度に晒されると、導電性組成物は、溶融し体積膨張し金属箔とは接着或いは密着しなくなる。このため、導電性組成物と金属箔との界面でミクロな状態のずれ、剥がれ等が無数に起きることが予測される。このようなずれ、剥がれが起きた状態で冷却固化してしまうと、復帰したときの抵抗値は、過電流が発生する前の初期の抵抗値の値と同程度、或いは実用的な状態にまで復帰できなくなる。
According to the overcurrent protection element of the present invention, the surface of the metal foil is roughened by a chemical, and optimal adhesion is exhibited between the metal foil and the conductive composition in terms of the return resistance value. It will be a thing.
Usually, a relatively flat metal foil having a small surface roughness is in a close contact state with a weak adhesive force with the conductive composition. At room temperature, since the conductive composition is hardened, it is weakly bonded to the metal foil surface. However, when an overcurrent flows and is exposed to a temperature higher than the melting point, the conductive composition melts and expands in volume. It will not adhere or adhere to the foil. For this reason, it is predicted that innumerable microscopic shifts and peeling occur at the interface between the conductive composition and the metal foil. If the cooling and solidification occurs in such a state where such deviation or peeling occurs, the resistance value at the time of recovery is about the same as the initial resistance value before the occurrence of overcurrent, or even to a practical state. Cannot return.

本発明のように金属箔に化学的な処理を施して表面を粗面化すると、金属箔と導電性組成物とを加熱加圧して接着させる際に、金属箔表面の細かい凹凸の中に高分子組成物が入り込み、アンカー効果が生じて両者が強固に接着する。このような状態で過電流が導電性組成物に流れ融点以上の温度になって導電性組成物が溶融してもアンカー効果が働き、その動きが制約を受ける。導電性組成物と金属箔との界面はミクロな状態のずれ、剥がれが抑えられる。従って、その後冷却させて復帰させても、過電流保護素子の前後での抵抗値に大きな変化が生じなくなる。   When the metal foil is chemically treated to roughen the surface as in the present invention, when the metal foil and the conductive composition are bonded by heating and pressing, the metal foil surface has a high degree of unevenness. The molecular composition enters and an anchor effect is generated, and both are firmly bonded. In such a state, even if an overcurrent flows into the conductive composition and reaches a temperature equal to or higher than the melting point, and the conductive composition melts, the anchor effect works and the movement is restricted. The interface between the conductive composition and the metal foil can be prevented from shifting and peeling in a microscopic state. Therefore, even if it is cooled and then restored, the resistance value before and after the overcurrent protection element does not change greatly.

以下、図面を参照しながら本発明に係る過電流保護素子の実施の形態を詳しく説明する。尚、本発明に係る過電流保護素子は以下の実施の形態に限るものではない。
図1は、過電保護流素子の温度に対する抵抗値の変化を示したグラフ図である。図2は、過電流保護素子の変曲点付近での温度に対する抵抗値の変化を示したグラブ図である。
本発明の過電流保護素子は、シート状の導電性組成物の両面に金属箔を設けてなる。
過電流保護素子の金属箔は圧延箔であることを特徴するものである。即ち、圧延箔は電解箔のように厚み加工に製造上の制限を受けることなく自由に設定することができる。特に、過電流保護素子において、金属箔をリード線の端子として兼用させる場合には、その金属箔の厚みは50〜200μmの範囲、特に100〜150μmの範囲であることが好ましく、このような厚み加工が簡単にできる。厚みが50μm未満では取扱が困難となりリード端子としての兼用が難しくなる。
Hereinafter, embodiments of an overcurrent protection element according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The overcurrent protection element according to the present invention is not limited to the following embodiment.
FIG. 1 is a graph showing a change in resistance value with respect to the temperature of the overcurrent protection current element. FIG. 2 is a graph showing the change in resistance value with respect to temperature near the inflection point of the overcurrent protection element.
The overcurrent protection element of the present invention is formed by providing metal foil on both surfaces of a sheet-like conductive composition.
The metal foil of the overcurrent protection element is a rolled foil. That is, the rolled foil can be freely set without being restricted in manufacturing by thickness processing like the electrolytic foil. In particular, in the overcurrent protection element, when the metal foil is also used as a lead wire terminal, the thickness of the metal foil is preferably in the range of 50 to 200 μm, particularly in the range of 100 to 150 μm. Easy to process. If the thickness is less than 50 μm, it becomes difficult to handle and it is difficult to use as a lead terminal.

電解箔はそれ自体の表面が粗面化している点で過電流保護素子の金属箔に使用することは好ましい。電解箔は金属表面に非常に細かい凹凸を多数有しており、上述の復帰抵抗値の変化を抑えることには極めて有効であると期待できる。しかし、電解箔は電解液に電気を通電して金属を析出させながら形成するため、厚みの薄い物しか実用的には製造できず価格も高価となる。電解箔にあっては50μm以上の厚みのものの製造は困難である。   The electrolytic foil is preferably used for the metal foil of the overcurrent protection element in that the surface of the electrolytic foil itself is roughened. The electrolytic foil has a lot of very fine irregularities on the metal surface, and can be expected to be extremely effective in suppressing the above-described change in the return resistance value. However, since the electrolytic foil is formed by applying electricity to the electrolytic solution to deposit the metal, only a thin product can be practically manufactured and the cost is high. It is difficult to manufacture an electrolytic foil having a thickness of 50 μm or more.

本発明の過電流保護素子の金属箔はその表面を化学的処理により粗面化したものである。化学的処理としては、金属箔を薬品溶液中に浸して金属の化学的な溶解作用を利用して箔表面を粗面化するものである。薬液としては、リン酸、クロム酸、硫酸、硝酸、塩酸、過酸化水素、フッ酸等を挙げることができる。薬液は1以上の薬液を組み合わせても使用することができる。金属箔を薬液に浸す時間は金属の材料に応じて適宜設定でき、通常、5〜60分間で粗面化処理が完了する。また、浸す温度についても室温でも良く、必要により加温して処理をしても良い。   The metal foil of the overcurrent protection element of the present invention has its surface roughened by chemical treatment. In the chemical treatment, a metal foil is immersed in a chemical solution, and the foil surface is roughened by utilizing the chemical dissolution action of the metal. Examples of the chemical solution include phosphoric acid, chromic acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrogen peroxide, and hydrofluoric acid. The chemical solution can be used by combining one or more chemical solutions. The time for immersing the metal foil in the chemical solution can be appropriately set according to the metal material, and the roughening treatment is usually completed in 5 to 60 minutes. Also, the immersion temperature may be room temperature, and the treatment may be performed by heating if necessary.

例えば、金属箔がニッケル圧延箔である場合、その処理する薬液としては硝酸、塩酸、過酸化水素水等が単独又は混合薬液として使用され、10〜90質量%、温度20〜60℃の範囲で管理された薬液に5〜30分間程度浸して粗面化が成される。また、金属箔をそのまま薬液に浸すと両面が粗面化され、両面粗面化を嫌う場合には、箔の片面にマスキングフィルムを附着して片面のみ粗面化を実施することができる。
尚、金属箔の粗面化には物理的処理も可能であるが、金属箔に衝突させるビーズの硬さ、大きさにバラツキが生じ易く、大量生産におけるバラツキが激しく好ましくない。また、ビーズが#400以上のものでは粗面化が十分に達成されず、金属箔の処理を片面にのみ施す場合には、金属箔がカールする傾向が出て、物理的処理は金属箔に悪影響を与える。
For example, when the metal foil is a nickel rolled foil, nitric acid, hydrochloric acid, hydrogen peroxide solution or the like is used alone or as a mixed chemical solution as the chemical solution to be processed, and in the range of 10 to 90% by mass and temperature of 20 to 60 ° C. Surface roughening is achieved by immersing in a controlled chemical for about 5 to 30 minutes. Further, when the metal foil is immersed in a chemical solution as it is, both surfaces are roughened, and when the double-sided roughening is disliked, a masking film can be attached to one side of the foil to roughen only one side.
The roughening of the metal foil can be performed by physical treatment, but the hardness and size of the beads that collide with the metal foil are likely to vary, and the variation in mass production is severely undesirable. In addition, when the beads are # 400 or more, roughening is not sufficiently achieved, and when the metal foil is processed only on one side, the metal foil tends to curl and the physical treatment is applied to the metal foil. Adversely affected.

本発明の過電流素子の金属箔の粗面化による表面粗さは、JIS B0601の規定に準拠した方法によって測定されるRa(中心線平均粗さ)、Ry(最大高さ)、及びRz(十点平均粗さ)を指標とすることが好ましく、これらは上述の復帰率の関係との間に相関が見られる。特に、Ra値と復帰率との相関が良くみられる。
上記の粗面化処理された金属箔の表面粗さRaは0.5μm以上が好ましく、特に、0.9〜2.0の範囲にあることが好ましい。金属箔の表面粗さRyは5.0μm以上が好ましく、特に、10〜20の範囲にあることが好ましい。金属箔の表面粗さRzは1.5μm以上が好ましく、特に、3.5〜7.5の範囲にあることが好ましい。
表面粗さRaが上記の範囲未満であれば、後述する図2に見られるように、良好な復帰率が見られない。また、上記の範囲を超えてくると、金属箔の処理面全体の表面粗さにバラツキが生じてくる。
The surface roughness due to the roughening of the metal foil of the overcurrent element of the present invention is determined by Ra (center line average roughness), Ry (maximum height), and Rz (measured by a method in accordance with JIS B0601. The ten-point average roughness) is preferably used as an index, and these are correlated with the above-described relationship of the return rate. In particular, the correlation between the Ra value and the return rate is often observed.
The surface roughness Ra of the roughened metal foil is preferably 0.5 μm or more, and particularly preferably in the range of 0.9 to 2.0. The surface roughness Ry of the metal foil is preferably 5.0 μm or more, and particularly preferably in the range of 10-20. The surface roughness Rz of the metal foil is preferably 1.5 μm or more, and particularly preferably in the range of 3.5 to 7.5.
If the surface roughness Ra is less than the above range, a good return rate is not seen as seen in FIG. When the above range is exceeded, the surface roughness of the entire treated surface of the metal foil varies.

上記の金属箔の材料としては、銅、アルミニウム、亜鉛、チタン、ステンレス、鉄、銀、金、ニッケルなどを挙げることができるが、これらに限る必要はない。
但し、アルミニウム、亜鉛、チタンなどは、不導体皮膜が形成されやすく、それが堅牢で除去が困難であるのに対して、金、銀、銅、ニッケル、鉄は堅牢な不導体皮膜が形成されないので、本素子としては適している。しかし、銅、鉄は酸化されやすく、それに伴い抵抗値が経時変化して適しない。ステンレスは素材としての導電性が低い。金、銀は高価で本素子としての使用は敬遠される傾向にある。従って、ニッケルが過電流保護素子の材料として適している。
Examples of the metal foil material include, but are not limited to, copper, aluminum, zinc, titanium, stainless steel, iron, silver, gold, and nickel.
However, aluminum, zinc, titanium, etc. tend to form a non-conductive film, which is robust and difficult to remove, whereas gold, silver, copper, nickel, and iron do not form a strong non-conductive film. Therefore, it is suitable as this element. However, copper and iron are apt to be oxidized, and accordingly the resistance value changes with time and is not suitable. Stainless steel has low conductivity as a material. Gold and silver are expensive, and their use as this element tends to be avoided. Therefore, nickel is suitable as a material for the overcurrent protection element.

本発明の過電流保護素子における導電性組成物は、高分子組成物と導電性粒子とからなる。特に、導電性粒子はカーボン粉末であることが好ましい。導電性粒子は、カーボン、グラファイト、膨張黒鉛などの炭素系微粉末、金や銀などの金属微粒子、金属の酸化物もしくは他の原子によってドープされた酸化金属の微粒子、ポリアニリンやポリアセチレンなどの導電性ポリマーの微粒子が挙げられる。そして、平均粒径については特に限定がないが、1000nmより大きいと、バインダーとなる高分子への保持が困難である。粒径の下限はなく、10〜200nmの範囲が望ましい。また、本発明において、何種類かの導電性粒子を複合してもかまわない。   The conductive composition in the overcurrent protection element of the present invention comprises a polymer composition and conductive particles. In particular, the conductive particles are preferably carbon powder. Conductive particles include carbon-based fine powders such as carbon, graphite and expanded graphite, metal fine particles such as gold and silver, metal oxide or metal oxide fine particles doped with other atoms, and conductive such as polyaniline and polyacetylene. Polymer fine particles may be mentioned. The average particle size is not particularly limited, but if it is larger than 1000 nm, it is difficult to hold the polymer in the polymer as a binder. There is no lower limit of the particle size, and a range of 10 to 200 nm is desirable. In the present invention, several kinds of conductive particles may be combined.

上記の導電性粒子としは、本発明において高性能で且つ安価なカーボン粉末を選択することが好ましい。以下に導電性粒子として好適なカーボン粒子の集合体、すなわち、カーボン粉末について説明をする。
上記のカーボン粉末は、平均粒径50〜200nmの範囲で、DBP吸油量が120cm3/100g以上で、窒素比表面積が50m2/g以下であることが好ましい。
上記カーボン粉末は、平均粒径が10〜200nm程度のカーボン粒子(一次粒子)の集合体であって、一次粒子の平均粒径や凝集してなる塊状粒子(二次粒子)の粒径、PHなど粒子の表面における化学的特性などが異なる多種のグレードがある。通常、過電流保護素子の用途におけるカーボン粉末は、平均粒径が10〜200nm程度のカーボン粒子(一次粒子)の集合体を使用しているが、本発明においても上記の粒径のものを使用して、カーボン粉末の平均粒径は50nm以上であることが好ましい。また、本発明において、粒子の表面におけるPHなど特に限定は無く、任意に選択することができるが、窒素比表面積は50m2/g以下であることが好ましい。
上記のカーボン粉末における平均粒径が50nm未満では、保護素子の温度に対する抵抗値上昇の変曲点以降の立ち上がりが悪くなる。窒素比表面積においても上記範囲を超えてくると、過電流保護素子の立ち上がりが悪くなる。
As said electroconductive particle, it is preferable to select the carbon powder which is high performance and cheap in this invention. Hereinafter, an aggregate of carbon particles suitable as conductive particles, that is, carbon powder will be described.
The above carbon powder is in the range of an average particle diameter of 50 to 200 nm, with a DBP oil absorption 120 cm 3/100 g or more, and a nitrogen specific surface area is less than 50 m 2 / g.
The carbon powder is an aggregate of carbon particles (primary particles) having an average particle size of about 10 to 200 nm, and the average particle size of primary particles and the particle size of aggregated particles (secondary particles), PH There are many different grades with different chemical properties on the particle surface. Usually, the carbon powder in the application of the overcurrent protection element uses an aggregate of carbon particles (primary particles) having an average particle diameter of about 10 to 200 nm. The average particle size of the carbon powder is preferably 50 nm or more. Further, in the present invention, there is no particular limitation such as PH on the surface of the particle and it can be arbitrarily selected, but the nitrogen specific surface area is preferably 50 m 2 / g or less.
When the average particle diameter in the carbon powder is less than 50 nm, the rise after the inflection point of the resistance value increase with respect to the temperature of the protective element becomes worse. If the nitrogen specific surface area also exceeds the above range, the overcurrent protection element will not rise properly.

ASTM D2414−93の測定法に定めるカーボン粉末のDBP吸油量は120cm3/100g以上が好ましく、特に、135〜145cm3/100gが好ましい。カーボン粉末のDBP吸油量が120cm3/100g以上であると、過電流保護素子における20〜60℃における抵抗値のベース値を低く抑えることができる。 DBP oil absorption of the carbon powder is provided for in the measurement method of ASTM D2414-93 is preferably at least 120 cm 3/100 g, in particular, 135~145cm 3 / 100g is preferred. When DBP oil absorption amount of the carbon powder is 120 cm 3/100 g or more, it is possible to suppress the base value of the resistance value at 20 to 60 ° C. in the overcurrent protection device low.

上記の導電性組成物にあっては、高分子組成物を60〜75体積%の範囲で含むと共にカーボン粉末を25〜40体積%の範囲で含むことが好ましい。カーボン粉末が40体積%を超えると、室温域(温度20℃±5℃)における導電性組成物の抵抗値が15mΩ以上にならないため、トリップ挙動を十分に期待することができない。また、カーボン粉末の配合量が25体積%未満では、室温域の導電性組成物の抵抗値が高すぎて、過電流保護素子として使用できない。   In the conductive composition, it is preferable that the polymer composition is contained in a range of 60 to 75% by volume and the carbon powder is contained in a range of 25 to 40% by volume. When the carbon powder exceeds 40% by volume, the resistance value of the conductive composition in the room temperature region (temperature 20 ° C. ± 5 ° C.) does not become 15 mΩ or more, so that the trip behavior cannot be expected sufficiently. On the other hand, when the blending amount of the carbon powder is less than 25% by volume, the resistance value of the conductive composition in the room temperature region is too high to be used as an overcurrent protection element.

次いで、本発明の過電流保護素子に使用する高分子組成物について説明をする。
上記の導電性組成物は、結晶化度40%以上である高分子組成物と上記のカーボン粉末より構成されていることが好ましい。結晶化度40%以上である高分子組成物とは、常温において成分のうち40%以上の質量が高分子の結晶で占められている組成物を指す。
上記高分子組成物における結晶化度が40%未満では、過電流保護素子として不充分なトリップ特性となり、結晶化度についての上限はないが、高いほうが望ましい。実用性を考慮すれば、結晶化度が50%を上回ればトリップ時に1,000〜10,000倍の抵抗値上昇を呈すので、特に結晶化度が50%以上あれば良い。
上記高分子組成物は、結晶化度40%以上の高分子の単体、複数の結晶化度40%以上の高分子からなる混合物、上記高分子および混合物に、その他の高分子やオリゴマーもしくはフィラーや安定剤もしくはその他の添加物質との混合物、といった構成になっていてもよい。
Next, the polymer composition used for the overcurrent protection device of the present invention will be described.
The conductive composition is preferably composed of a polymer composition having a crystallinity of 40% or more and the carbon powder. The polymer composition having a crystallinity of 40% or more refers to a composition in which a mass of 40% or more of the components is occupied by polymer crystals at room temperature.
When the crystallinity in the polymer composition is less than 40%, the trip characteristics are insufficient as an overcurrent protection element, and there is no upper limit on the crystallinity, but a higher one is desirable. Considering practicality, if the crystallinity exceeds 50%, the resistance value increases by 1,000 to 10,000 times at the time of trip, so that the crystallinity is particularly preferably 50% or more.
The polymer composition includes a single polymer having a crystallinity of 40% or more, a mixture of a plurality of polymers having a crystallinity of 40% or more, the polymer and the mixture, other polymers, oligomers, fillers, The composition may be a mixture with a stabilizer or other additive substance.

高分子組成物に用いる結晶性高分子を例に挙げると、α−オレフィン類、例えば、密度が0.94以上のポリエチレン、ホモタイプのポリプロピレン等、また密度が1.95以上のポリフッ化ビニリデン、ポリフェニリデンエーテルなどの液晶性ポリマーが挙げられ、本発明においては任意に選択することができる。そして、本発明における結晶性高分子は、上記の高分子であれば、分子量、短鎖や長鎖の分岐の状態、シンジオタックチックやアイソタックチックもしくはアタックチックなど分子のコーホメーションなどの分子構造的特徴にも限定はなく任意である。   Examples of the crystalline polymer used in the polymer composition include α-olefins such as polyethylene having a density of 0.94 or more, homotype polypropylene, and polyvinylidene fluoride having a density of 1.95 or more. Examples thereof include liquid crystalline polymers such as phenylidene ether, and can be arbitrarily selected in the present invention. If the crystalline polymer in the present invention is the above-mentioned polymer, the molecular weight, the state of branching of short chains and long chains, molecules such as the conformation of molecules such as syndiotactic, isotactic or attack tic The structural features are not limited and are arbitrary.

また、角型リチウムイオン電池等に使用する過電流保護素子にあっては、温度80〜90℃付近でトリップを呈することが要求されるが、この場合、エチレン−酢酸ビニルを代表とするカルボン酸ビニルとエチレンとの共重合体、エチレン−メチルアクリレートやエチレン−エチルアクリレートおよびエチレン−ブチルアクリレートなどのアクリル酸エステルとエチレンとの共重合体、エチレン−メチルメタクリレートやエチレン−エチルメタクリルレートなどのメタクリル酸エステルとエチレンの共重合体などのエラストマーとポリエチレンやポリプロピレン等の結晶性高分子との混合物とすると良い。   In addition, in an overcurrent protection element used for a prismatic lithium ion battery or the like, it is required to exhibit a trip near a temperature of 80 to 90 ° C. In this case, a carboxylic acid typified by ethylene-vinyl acetate is used. Copolymers of vinyl and ethylene, copolymers of acrylic esters and ethylene such as ethylene-methyl acrylate, ethylene-ethyl acrylate and ethylene-butyl acrylate, methacrylic acid such as ethylene-methyl methacrylate and ethylene-ethyl methacrylate A mixture of an elastomer such as a copolymer of ester and ethylene and a crystalline polymer such as polyethylene or polypropylene is preferable.

本発明の導電性組成物にあっては、金属箔との接着性を更に高めるために、金属との接着性を有するエラストマーを高分子組成物に配合することが好適である。このようなエラストマーとしては、エチレン‐プロピレン共重合体(EPR)、エチレン‐プロピレン‐ジエン共重合体(EPDM)等のエチレン‐α−オレフィン‐ジエン共重合体、スチレン‐エチレン‐ブタジエン共重合体等のスチレン系ゴム、ポリエステル系ゴム、アクリル系ゴム、ブタジエン系ゴム、イソプレン系ゴム、天然ゴム等の未架橋のゴムに、カルボン酸又はその無水化物等の酸性を有する官能基、水酸基やエポキシ基等の金属との親和性を有する官能基をもつエラストマー等が挙げられる。これらのエラストマーは、ムーニー粘度、分子内の分岐、分子量分布等の分子構造的特性が任意であり、本発明においても特に限定はない。また、数種類かの混合物でも良い。
上記の未架橋のゴム若しくは非架橋性ゴムに、パラフィンオイルなどの可塑剤の添加により流動性について改質したもの、また他の高分子やフィラー等によって補強されたものであっても良い。
粗面化した金属箔との接着性を有するエラストマーとして、最も好ましいのは、エチレン−α−オレフィン共重合体及びエチレン−α−オレフィン−ジエン共重合体に無水マレイン酸を付加させたものである。製造方法は、パーオキサイドを用いて行うのが主流であるが、架橋剤あるいは架橋補助剤を併用する等、任意に選択することができる。
In the conductive composition of the present invention, in order to further improve the adhesiveness to the metal foil, it is preferable to blend an elastomer having an adhesiveness to the metal into the polymer composition. Examples of such elastomers include ethylene-propylene copolymers (EPR), ethylene-propylene-diene copolymers (EPDM) and other ethylene-α-olefin-diene copolymers, styrene-ethylene-butadiene copolymers, etc. Styrene rubber, polyester rubber, acrylic rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, uncrosslinked rubber such as natural rubber, acid functional group such as carboxylic acid or anhydride, hydroxyl group, epoxy group, etc. And elastomers having a functional group having an affinity for other metals. These elastomers have arbitrary molecular structural properties such as Mooney viscosity, intramolecular branching, and molecular weight distribution, and are not particularly limited in the present invention. Also, several kinds of mixtures may be used.
The above-mentioned uncrosslinked rubber or non-crosslinkable rubber may be modified by adding a plasticizer such as paraffin oil or reinforced with other polymer or filler.
As the elastomer having adhesiveness to the roughened metal foil, the most preferable one is an addition of maleic anhydride to an ethylene-α-olefin copolymer and an ethylene-α-olefin-diene copolymer. . The production method is mainly performed using peroxide, but can be arbitrarily selected such as using a crosslinking agent or a crosslinking aid in combination.

過電流素子は耐熱性を付与するために、放射線や電子線が照射により架橋を施しているが、上記の接着成分は、放射線や電子線の照射により、金属との接着強度(剥離強度)が 50〜500%程度にまで向上させることができる。   The overcurrent element is cross-linked by irradiation with radiation or an electron beam in order to impart heat resistance. However, the adhesive component described above has an adhesive strength (peeling strength) with a metal by irradiation with the radiation or electron beam. It can be improved to about 50 to 500%.

次に、本発明の過電流保護素子の製造方法を簡単に説明する。
上記の導電性組成物は、加圧ニーダーやバンバリーおよび二本ロールもしくは押出機などの混練装置によって混合がなされ、押出機やカレンダー装置によってシーティングされ、金属箔との積層を経てから、任意の形状に打ち抜かれるが、本発明においても、製法や装置の選択については任意である。また、一般にPTC特性を高めるために、放射線や電子線照射により架橋が施されたり、数から数十の回数でトリップさせることにより導電粒子の偏在を発達させるなどの後処理が行われているが、本発明においても上記の処理を行うほうが望ましい。
Next, a method for manufacturing the overcurrent protection element of the present invention will be briefly described.
The conductive composition is mixed in a kneader such as a pressure kneader, a banbury and a two-roll or an extruder, seated by an extruder or a calendar device, laminated with a metal foil, and then in an arbitrary shape. However, also in the present invention, the selection of the manufacturing method and the apparatus is arbitrary. In general, in order to improve the PTC characteristics, post-treatment such as crosslinking by radiation or electron beam irradiation or development of uneven distribution of conductive particles by tripping several to several tens of times is performed. In the present invention, it is preferable to perform the above-described processing.

本発明において、放射線の照射量は30〜200KGry程度が望ましい。なお、特願2000−351288号に従い上述した接着成分を配合した場合、放射線や電子線が照射により、金属との接着強度(剥離強度)50〜500%程度にまで向上するといった観測がある。
また、市販化されている過電流保護素子には、全面あるいは一部にハンダを積層させていることがあるが、本発明においても、同様の形態に処理することができる。
In the present invention, the radiation dose is preferably about 30 to 200 KGry. In addition, when the adhesive component mentioned above is mix | blended according to Japanese Patent Application No. 2000-351288, there exists observation that radiation and an electron beam improve to about 50-500% of adhesive strength (peeling strength) with a metal.
In addition, a commercially available overcurrent protection element may have solder laminated on the entire surface or a part thereof, but in the present invention, it can be processed in the same manner.

そして、本発明の過電流保護素子は、打ち抜きされた形状や、ハンダの積層方法により、Disc,Terminal device,Strap,SMD などの形態をとり、一次電池や二次電池の保護、自動車などのモーターの保護、スピーカーの保護、携帯電話などでの充電電池の保護、コンピューター回路の保護、などの用途で使用される。   The overcurrent protection element of the present invention takes a form such as Disc, Terminal device, Strap, SMD, etc., depending on the punched shape or solder lamination method, and protects primary batteries and secondary batteries, motors such as automobiles. It is used in applications such as protection of speakers, protection of speakers, protection of rechargeable batteries in mobile phones, and protection of computer circuits.

本発明に係る過電流保護素子を実施例により更に具体的に説明する。尚、本発明に係る過電流保護素子は以下の実施例に限るものではない。
(実施例1〜3及び比較例1、2)
厚みが125μmのNi圧延箔(100mm×100mm)に粗面化処理を施した。化学的処理として、40質量%の硝酸溶液、過酸化水素:塩酸=1:1の20質量%混合溶液A、及び40質量%混合溶液Aに浸漬して粗面化処理(両面)し、また物理的処理として、ガラスビーズ#400でサンドブラストを実施し粗面化処理(両面)した。
The overcurrent protection device according to the present invention will be described more specifically with reference to examples. The overcurrent protection device according to the present invention is not limited to the following examples.
(Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2)
A roughening treatment was applied to a Ni rolled foil (100 mm × 100 mm) having a thickness of 125 μm. As a chemical treatment, a 40 mass% nitric acid solution, a 20 mass% mixed solution A of hydrogen peroxide: hydrochloric acid = 1: 1, and a 40 mass% mixed solution A are dipped to roughen the surface (both sides). As a physical treatment, sandblasting was performed with glass beads # 400 to roughen the surface (both sides).

得られた箔の表面粗さを測定した。表面粗さは表面粗さ測定器(東京精密(株)製、SURFCOM480A)で測定した。測定項目として、Ra(中心線平均粗さ)、Ry(最大高さ)、及びRz(十点平均粗さ)の3項目を測定した。測定条件として、カットオフ値:0.8mm、評価長さ:4mmとした。未処理箔、処理箔1、2、3についてその結果を表1に示した。   The surface roughness of the obtained foil was measured. The surface roughness was measured with a surface roughness measuring instrument (manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd., SURFCOM 480A). As measurement items, three items of Ra (center line average roughness), Ry (maximum height), and Rz (ten-point average roughness) were measured. The measurement conditions were cut-off value: 0.8 mm and evaluation length: 4 mm. The results of the untreated foil and treated foils 1, 2, and 3 are shown in Table 1.

Figure 2005347480
Figure 2005347480

次に、下記表2に示す配合組成の導電性組成物を温度180℃にて温度調整された加圧ニーダーで混練し混練物を得た。この混練物をカレンダー加工機にかけシーティングして200μmの厚さのシートを得た。   Next, the conductive composition having the composition shown in Table 2 below was kneaded with a pressure kneader whose temperature was adjusted at 180 ° C. to obtain a kneaded product. This kneaded product was subjected to sheeting by a calendering machine to obtain a sheet having a thickness of 200 μm.

Figure 2005347480
Figure 2005347480

得られたシートの両面に表1に示した処理金属箔を重ねてプレス成型機にかけて加熱加圧(温度250℃、5kgf/cm2)して導電性組成物と粗面化処理した金属箔を溶融接着し、ラミネート物(総厚400μm)を得た。得られたラミネート物を電子線架橋装置にて30Mradの電子線を照射し、高分子配合物を架橋させ、5mm×12mmの大きさに裁断して実施例1〜3、及び比較例1、2の過電流保護素子を得た。 The treated metal foil shown in Table 1 was overlapped on both surfaces of the obtained sheet and heated and pressed (temperature 250 ° C., 5 kgf / cm 2 ) by applying a press molding machine to the conductive composition and the roughened metal foil. Melt bonding was performed to obtain a laminate (total thickness: 400 μm). The obtained laminate was irradiated with an electron beam of 30 Mrad with an electron beam cross-linking apparatus, the polymer compound was cross-linked, and cut into a size of 5 mm × 12 mm and cut into Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. The overcurrent protection element was obtained.

得られた過電流保護素子のPTC特性を測定した。過電流保護素子に電線を接合し、電線のもう一方の端部を抵抗測定器に接続して測定値を測定する。接続した過電流保護素子をオーブンに入れて測定を昇温する。温度20℃から順次10℃毎に昇温して、160℃に達するまで測定した。素子が160℃に達したら逆に10℃毎に冷却して抵抗値を測定し、温度20℃まで冷却した。それぞれの各段階の測定温度に達したときに10分間その温度を保持しその時の抵抗値を測定した。温度20℃での抵抗測定後、更に1時間20℃に放置して1時間後の抵抗値を測定した。この抵抗値を最終的復帰抵抗値とする。表3に各素子の初期抵抗値(昇温前の温度20℃での抵抗値)、復帰抵抗値(昇温後の温度20℃での抵抗値)、及び復帰率(過電流が発生する前の抵抗を初期抵抗値R0とし、その後、復帰したときの抵抗を復帰抵抗値Rrとした場合、初期抵抗値R0に対する復帰抵抗値Rrの百分率割合として(Rr/R0)100%を表す。)を表3に示した。また、図1に温度に対する各過電流保護素子の抵抗値の初期挙動と復帰挙動を示した。   The PTC characteristic of the obtained overcurrent protection element was measured. A wire is joined to the overcurrent protection element, and the other end of the wire is connected to a resistance measuring device to measure the measured value. Put the connected overcurrent protection element in the oven and raise the measurement. The temperature was increased from 10 ° C. every 10 ° C. and measured until reaching 160 ° C. When the element reached 160 ° C., it was cooled every 10 ° C., and the resistance value was measured. When the measurement temperature at each stage was reached, the temperature was held for 10 minutes, and the resistance value at that time was measured. After measuring the resistance at a temperature of 20 ° C., the sample was further left at 20 ° C. for 1 hour, and the resistance value after 1 hour was measured. This resistance value is taken as the final return resistance value. Table 3 shows the initial resistance value (resistance value at a temperature of 20 ° C. before temperature rise), the return resistance value (resistance value at a temperature of 20 ° C. after temperature rise), and the recovery rate (before overcurrent occurs) of each element. The initial resistance value R0 is the initial resistance value R0, and the resistance after the recovery is the recovery resistance value Rr. It is shown in Table 3. FIG. 1 shows the initial behavior and return behavior of the resistance value of each overcurrent protection element with respect to temperature.

Figure 2005347480
Figure 2005347480

(実施例4〜8)
下記表4に示す5種類の配合組成からなる導電性組成物を温度160℃にて温度調整された加圧ニーダーで15分間混練し混練物の温度が220℃になったときに取り出した。直ちに混練物を温度100℃に調節した2本ロール(ロール間隔は3mm)に投入してシート状にした後、冷却した後にさいの目状にカットして4mm×4mm×3mmの5種類の導電性組成物のペレットを得た。このペレットを温度180℃に調節した押出機(L/Dが15の単軸の押出機、軸の太さは40mm)に投入して、40rpmの回転数で運転したところ、約185℃の無定形の溶融した導電性組成物が押し出された。この溶融組成物をカレンダー装置に供給して、厚み75±10μm、幅1250mm、長さ150mmの長尺シートを得た。
(Examples 4 to 8)
A conductive composition comprising five kinds of blending compositions shown in Table 4 below was kneaded for 15 minutes with a pressure kneader adjusted at a temperature of 160 ° C. and taken out when the temperature of the kneaded product reached 220 ° C. Immediately after the kneaded material was put into a two roll (roll interval is 3 mm) adjusted to a temperature of 100 ° C., it was made into a sheet shape, cooled and then cut into a dice shape, and 5 types of conductive compositions of 4 mm × 4 mm × 3 mm. A product pellet was obtained. The pellets were put into an extruder adjusted to a temperature of 180 ° C. (single screw extruder with L / D of 15 and the shaft thickness was 40 mm) and operated at a rotational speed of 40 rpm. A fixed molten conductive composition was extruded. This molten composition was supplied to a calender device to obtain a long sheet having a thickness of 75 ± 10 μm, a width of 1250 mm, and a length of 150 mm.

Figure 2005347480
Figure 2005347480

なお、表4中の材料は、下記のとおりである。
・高密度ポリエチレン(結晶化度95%): 三井化学(株)製品 ハイゼックス5000
・エチレン−アクリレート: 日本ユニカー(株)製品 NUC−6220
・マレイン酸変性EPDM: 日本合成ゴム(株)製品 T7761P
・カーボン粉末A: コロンビアカーボン(株)製品 760
(DBP吸油量48cm3/100g、平均粒径30nm、比表面積64m2/100g)
・カーボン粉末B: コロンビアカーボン(株)製品 420
(DBP吸油量75cm3/100g、平均粒径86nm、比表面積28m2/100g)
・カーボン粉末C: 東海カーボン(株)製品 シーストSVH
(DBP吸油量140cm3/100g、平均粒径60nm、比表面積32m2/100g)
・カーボン粉末D: 東海カーボン(株)製品 シーストSO
(DBP吸油量121cm3/100g、平均粒径43nm、比表面積32m2/100g)
・カーボン粉末E: コロンビアカーボン(株)製品 420
(DBP吸油量136cm3/100g、平均粒径31nm、比表面積67m2/100g)
The materials in Table 4 are as follows.
・ High-density polyethylene (crystallinity 95%): Mitsui Chemicals Co., Ltd.
・ Ethylene-acrylate: Nippon Unicar Co., Ltd. NUC-6220
-Maleic acid-modified EPDM: Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd. product T7761P
-Carbon powder A: Columbia Carbon Co., Ltd. product 760
(DBP oil absorption of 48cm 3/100 g, average particle size 30 nm, specific surface area 64m 2/100 g)
Carbon powder B: Columbia Carbon Co., Ltd. product 420
(DBP oil absorption of 75 cm 3/100 g, average particle size 86 nm, specific surface area 28 m 2/100 g)
Carbon powder C: Tokai Carbon Co., Ltd.
(DBP oil absorption 140cm 3 / 100g, an average particle diameter of 60 nm, a specific surface area of 32m 2/100 g)
-Carbon powder D: Tokai Carbon Co., Ltd. Seast SO
(DBP oil absorption 121cm 3 / 100g, an average particle diameter of 43 nm, a specific surface area of 32m 2/100 g)
Carbon powder E: Columbia Carbon Co., Ltd. product 420
(DBP oil absorption 136cm 3 / 100g, an average particle diameter of 31 nm, a specific surface area of 67m 2/100 g)

実施例1と同様なニッケル圧延箔を、ワイヤカットによって5mm×25mmの金属部品にカットした。そして、上記のそれぞれのシートの表裏に金属部品を重ねるようにして、固定用冶具に100セット分を固定して、そのまま、温度180℃に温度調節したプレス装置に挿入して、100kgf/cm2に加圧し、5分後に加圧したままプレス装置に冷却水を循環した。10分後に温度50℃になりこれを取り出した。得られた実施例4〜8の過電流素子を、種類毎に1つの袋に入れて、電子線照射装置にて、32MRadの線量になる条件で照射した。 A nickel rolled foil similar to that in Example 1 was cut into a metal part of 5 mm × 25 mm by wire cutting. Then, the metal parts are stacked on the front and back of each of the above-mentioned sheets, and 100 sets are fixed to the fixing jig, and are inserted into a press apparatus adjusted to a temperature of 180 ° C. as it is, and 100 kgf / cm 2. The cooling water was circulated through the press apparatus while being pressurized after 5 minutes. After 10 minutes, the temperature reached 50 ° C. and was removed. The obtained overcurrent elements of Examples 4 to 8 were put in one bag for each type, and irradiated with an electron beam irradiation device under a condition of a dose of 32 MRad.

得られた5種類の過電流素子について、素子の厚み、導電性組成物の平均厚み、及び温度20℃における抵抗値を測定した(表5)。また、表6に温度20℃から温度140℃まで、温度10℃毎の各抵抗値を示した。また、図2において、温度60〜80℃の変曲点付近の各素子のトリップ挙動を調べた。   About the obtained five types of overcurrent elements, the thickness of the element, the average thickness of the conductive composition, and the resistance value at a temperature of 20 ° C. were measured (Table 5). Table 6 shows each resistance value at a temperature of 10 ° C. from a temperature of 20 ° C. to a temperature of 140 ° C. In FIG. 2, the trip behavior of each element near the inflection point at a temperature of 60 to 80 ° C. was examined.

Figure 2005347480
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Figure 2005347480
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図2に示すように、実施例4及び5に対して、DBP吸油量が120cm3/100g以上の実施例6〜8は、変曲点前の室温から60℃までの抵抗値が低く抑えられていることが判る。また、実施例7及び8に対して、カーボン粉末の平均粒径は50nm以上で、窒素比表面積が50m2/g以下である実施例6は、温度に対する抵抗値上昇の変曲点以降の立ち上がりが良好であった。 As shown in FIG. 2, for Examples 4 and 5, DBP oil absorption of 120 cm 3/100 g or more embodiments 6-8, the resistance value of up to 60 ° C. from room temperature inflection temae is suppressed low You can see that In contrast to Examples 7 and 8, Example 6 in which the average particle diameter of the carbon powder is 50 nm or more and the nitrogen specific surface area is 50 m 2 / g or less is the rise after the inflection point of the resistance value increase with respect to temperature. Was good.

本発明の過電流保護素子は、リード端子などを必要としない圧延箔等の金属箔と導電性組成物、特に低抵抗の安定域の終点から急激な抵抗上昇を呈して、耐久温度に見合った十分な抵抗上昇を示す導電性組成物との接着性を十分に高め、過電流が流れたとしてもその後の復帰抵抗値が実用的なものとなり、産業上の利用可能性が高いものである。   The overcurrent protection element of the present invention exhibited a sudden increase in resistance from a metal foil such as a rolled foil that does not require a lead terminal and the like, and a conductive composition, in particular, the end point of a stable region of low resistance, and met the endurance temperature. Adhesiveness with a conductive composition exhibiting a sufficient increase in resistance is sufficiently enhanced, and even if an overcurrent flows, the subsequent resistance value becomes practical, and the industrial applicability is high.

図1は、過電保護流素子の温度に対する抵抗値の変化を示したグラフ図である。FIG. 1 is a graph showing a change in resistance value with respect to the temperature of the overcurrent protection current element. 図2は、過電保護流素子の変曲点付近での温度に対する抵抗値の変化を示したグラブ図である。FIG. 2 is a grab diagram showing a change in resistance value with respect to temperature near the inflection point of the overcurrent protective current element.

Claims (6)

シート状の導電性組成物の両面に金属箔を設けてなる過電流保護素子において、該金属箔が圧延箔であって、その表面を化学的処理により粗面化したものである過電流保護素子。   An overcurrent protection element comprising metal foils on both sides of a sheet-like conductive composition, wherein the metal foil is a rolled foil, and the surface is roughened by chemical treatment . 上記の化学的処理が、リン酸、クロム酸、硫酸、硝酸、塩酸、過酸化水素、フッ酸の少なくとも1以上の薬液による処理である請求項1記載の過電流保護素子。   The overcurrent protection element according to claim 1, wherein the chemical treatment is treatment with at least one chemical solution of phosphoric acid, chromic acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrogen peroxide, and hydrofluoric acid. 上記の粗面化による表面粗さRa(中心線平均粗さ)を0.5μm以上とする請求項1又は2記載の過電流保護素子。   The overcurrent protection element according to claim 1 or 2, wherein the surface roughness Ra (centerline average roughness) by the roughening is 0.5 µm or more. 上記の金属箔がリード端子として兼用されうる請求項1〜3の何れかに記載の過電流保護素子。   The overcurrent protection element according to claim 1, wherein the metal foil can also be used as a lead terminal. 上記の導電性組成物は、60〜75体積%の範囲で含む高分子組成物と、25〜40体積%の範囲で含むカーボン粉末と、からなることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の過電流保護素子。   The conductive composition is composed of a polymer composition contained in a range of 60 to 75% by volume and a carbon powder contained in a range of 25 to 40% by volume. An overcurrent protection device according to claim 1. 上記の導電性組成物に使用するカーボン粉末は、DBP吸油量が120cm3/100g以上で、平均粒径が50〜200nmの範囲で、窒素比表面積が50m2/g以下である請求項5に記載の過電流保護素子。

Carbon powder used in the above conductive composition is a DBP oil absorption 120 cm 3/100 g or more, a range of average particle size of 50 to 200 nm, in claim 5 nitrogen specific surface area is less than 50 m 2 / g The overcurrent protection element as described.

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