JP2019033172A - Organic ptc device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機PTC(Positive temperature coefficient)素子に関するものであり、より詳細には、自己制御型加熱ケーブル、過電流保護装置、接触制御素子等に使用される有機PTC素子、および、その製造方法に関するものである。 The present invention relates to an organic PTC (Positive temperature coefficient) element, and more specifically, an organic PTC element used for a self-control heating cable, an overcurrent protection device, a contact control element, and the like, and a method for manufacturing the same It is about.
有機PTC素子は電気抵抗に対して正の温度特性を有し、温度の上昇に伴い電気抵抗が上昇するという性質を有している。このような性質を利用して有機PTC素子は自己制御型加熱ケーブル、過電流保護装置等に広く用いられている。
また、電気抵抗に対して負の温度特性を有するNTCサーミスタは温度センサーとして広く用いられているが、NTCサーミスタは低温域では高抵抗であるので、自己発熱により誤差が大きいという問題を有している。一方、PTCサーミスタは低温域では低抵抗であり自己発熱が小さい。従って、PTCサーミスタを温度センサーとして用いた場合、低温域を精度よく測定できることが期待される。
従来のPTC素子のサーミスタとしては、チタン酸バリウムに微量元素をドーピングしたセラミック製PTC(特許文献1)、ポリエチレン系樹脂に導電性粒子を混ぜ込んだポリマーPTC(特許文献2、3)などが知られているが、塗布・印刷工程で簡便に枚葉状に形成できないという問題があった。
The organic PTC element has a positive temperature characteristic with respect to the electric resistance, and has a property that the electric resistance increases as the temperature increases. Utilizing such properties, organic PTC elements are widely used in self-control heating cables, overcurrent protection devices and the like.
NTC thermistors having a negative temperature characteristic with respect to electrical resistance are widely used as temperature sensors. However, NTC thermistors have high resistance at low temperatures, and have a problem that errors are large due to self-heating. Yes. On the other hand, the PTC thermistor has a low resistance in a low temperature range and a small self-heating. Therefore, when a PTC thermistor is used as a temperature sensor, it is expected that a low temperature range can be measured with high accuracy.
Known thermistors of conventional PTC elements include ceramic PTC (Patent Document 1) in which trace elements are doped in barium titanate, and polymer PTC (Patent Documents 2 and 3) in which conductive particles are mixed in a polyethylene resin. However, there has been a problem that it cannot be easily formed into a sheet in the coating / printing process.
このような問題に対し、溶剤に可溶なポリエステルやポリフッ化ビニリデン等のマトリクス樹脂に導電性粒子を分散させ、塗布工程で作製可能な有機サーミスタ素子も報告されている(特許文献4、5)。しかしながら、マトリクス樹脂の相転移温度近傍以外では電気抵抗変化が小さいため、温度センサーとして利用する場合、その測定可能温度域が狭いという点で問題があった。 In order to solve such a problem, an organic thermistor element that can be produced in a coating step by dispersing conductive particles in a matrix resin such as polyester or polyvinylidene fluoride soluble in a solvent has been reported (Patent Documents 4 and 5). . However, since the change in electrical resistance is small except near the phase transition temperature of the matrix resin, there is a problem in that the measurable temperature range is narrow when used as a temperature sensor.
本発明が解決しようとする課題は、印刷又は塗布工程で簡便に作製することができ導電性、感度に優れ、温度センサーとして使用した際にも測定可能温度域が広いPTC素子を得る事にある。 The problem to be solved by the present invention is to obtain a PTC element that can be easily produced by a printing or coating process, has excellent conductivity and sensitivity, and has a wide measurable temperature range even when used as a temperature sensor. .
本発明者らは、上記課題を達成するために鋭意検討を重ねた結果、かかる課題を解決し本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。 As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have solved the problems and completed the present invention. That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] 少なくとも一対の電極を有し、前記一対の電極間にサーミスタ層を有する有機PTC素子であって、
前記サーミスタ層は、熱可塑性樹脂架橋物、及び、導電性粒子を含み、
前記熱可塑性樹脂架橋物は、−150℃以上10℃以下のガラス転移温度を有し、
前記導電性粒子は、0.1μm以上10μm以下の平均粒径を有し、かつ、0.55以上1.0以下の円形度を有する有機PTC素子。
[2] 前記熱可塑性樹脂架橋物は、前記サーミスタ層の質量を100質量部とした時、35質量部以上65質量部以下である[1]に記載の有機PTC素子。
[3] 前記導電性粒子が炭素系粒子である[1]又は[2]に記載の有機PTC素子。
[4] 25℃から50℃にかけての5℃毎の抵抗変化率が、12%以上200%以下である[1]〜[3]のいずれかに記載の有機PTC素子。
[5] 25℃から50℃にかけてのB定数が、2500K以上10000K以下である[1]〜[4]のいずれかに記載の有機PTC素子。
[6] [1]〜[5]のいずれかに記載の有機PTC素子を用いた温度センサー。
[7] 前記サーミスタ層は印刷又は塗布乾燥により形成されることを特徴とする[1]〜[5]のいずれかに記載の有機PTC素子の製造方法。
[1] An organic PTC element having at least a pair of electrodes and having a thermistor layer between the pair of electrodes,
The thermistor layer includes a crosslinked thermoplastic resin and conductive particles,
The thermoplastic resin crosslinked product has a glass transition temperature of −150 ° C. or more and 10 ° C. or less,
The conductive particles are organic PTC elements having an average particle diameter of 0.1 μm or more and 10 μm or less and a circularity of 0.55 or more and 1.0 or less.
[2] The organic PTC element according to [1], in which the crosslinked thermoplastic resin is 35 parts by mass or more and 65 parts by mass or less when the mass of the thermistor layer is 100 parts by mass.
[3] The organic PTC element according to [1] or [2], wherein the conductive particles are carbon-based particles.
[4] The organic PTC element according to any one of [1] to [3], wherein a resistance change rate every 5 ° C. from 25 ° C. to 50 ° C. is 12% to 200%.
[5] The organic PTC device according to any one of [1] to [4], wherein a B constant from 25 ° C. to 50 ° C. is 2500 K or more and 10,000 K or less.
[6] A temperature sensor using the organic PTC element according to any one of [1] to [5].
[7] The method for producing an organic PTC element according to any one of [1] to [5], wherein the thermistor layer is formed by printing or coating and drying.
本発明が提案する有機PTC素子は、良好な導電性、感度を有する。また、この有機PTC素子は印刷工程又は塗布工程といった方法で、生産性良く製造することができる。さらに、この有機PTC素子は、インクジェットや有版印刷により容易に多様な形状で形成する事ができ、かつ、幅広い温度範囲で使用することができるため、温度センサーや回路の突入電流制御等に好適に用いることができる。 The organic PTC element proposed by the present invention has good conductivity and sensitivity. The organic PTC element can be manufactured with high productivity by a method such as a printing process or a coating process. Furthermore, this organic PTC element can be easily formed in various shapes by ink jet or plate printing, and can be used in a wide temperature range, so it is suitable for temperature sensor and inrush current control of circuits, etc. Can be used.
以下に本発明の実施形態について詳細に説明する。但し、本発明の内容が以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the contents of the present invention are not limited to the embodiments described below.
本発明において、「X〜Y」(X,Yは任意の数字)と表現した場合、特にことわらない限り「X以上Y以下」の意と共に、「好ましくはXより大きい」及び「好ましくはYより小さい」の意を包含する。
また、本発明において、「X以上」(Xは任意の数字)と表現した場合、特にことわらない限り「好ましくはXより大きい」の意を包含し、「Y以下」(Yは任意の数字)と表現した場合、特にことわらない限り「好ましくはYより小さい」の意を包含する。
In the present invention, when expressed as “X to Y” (X and Y are arbitrary numbers), “X is preferably greater than X” and “preferably Y”, with the meaning of “X to Y” unless otherwise specified. It means “smaller”.
Further, in the present invention, when expressed as “X or more” (X is an arbitrary number), it means “preferably larger than X” unless otherwise specified, and “Y or less” (Y is an arbitrary number). ) Includes the meaning of “preferably smaller than Y” unless otherwise specified.
<有機PTC素子>
本発明の有機PTC素子は、少なくとも一対の電極を有し、前記一対の電極間にサーミスタ層を有する有機PTC素子であって、前記サーミスタ層は、熱可塑性樹脂架橋物、及び、導電性粒子を含み、前記熱可塑性樹脂架橋物は、−150℃以上10℃以下のガラス転移温度を有し、前記導電性粒子は、0.1μm以上10μm以下の平均粒径を有し、かつ、0.55以上1.0以下の円形度を有する有機PTC素子である。
<Organic PTC element>
The organic PTC element of the present invention is an organic PTC element having at least a pair of electrodes and a thermistor layer between the pair of electrodes, wherein the thermistor layer comprises a thermoplastic resin crosslinked product and conductive particles. The thermoplastic resin crosslinked product has a glass transition temperature of −150 ° C. or more and 10 ° C. or less, the conductive particles have an average particle diameter of 0.1 μm or more and 10 μm or less, and 0.55 It is an organic PTC element having a circularity of 1.0 or more and less.
本発明の有機PTC素子は、良好な導電性を有し、かつ幅広い温度域で良好な感度を有することが特徴である。一般に、このような有機PTC素子が温度に応答するメカニズムは、導電性粒子間の間隔が、介在するマトリクス樹脂の熱応答によって伸縮させられることが主な原因であると考えられている。しかし、従来の有機PTC素子はマトリクス樹脂を膨張収縮せしめるドライビングフォースとしてガラス転移や結晶融解などの相転移現象を利用しており、電気抵抗の変動が大きく優れた感度が得られる反面、相転移温度域以外の温度域では伸縮に乏しく、温度センサーとしては非常に感度が低いという問題があった。本発明の有機PTC素子は、ガラス転移温度が低い熱可塑性樹脂架橋物と分散性の高い導電性粒子を用いることで、相転移現象を用いることなく上記の特徴を付与することができる。 The organic PTC element of the present invention is characterized by having good conductivity and good sensitivity in a wide temperature range. In general, the mechanism by which such an organic PTC element responds to temperature is considered to be mainly caused by the interval between conductive particles being expanded and contracted by the thermal response of an intervening matrix resin. However, conventional organic PTC elements use phase transition phenomena such as glass transition and crystal melting as a driving force that expands and contracts the matrix resin. There was a problem that the expansion and contraction was poor in a temperature range other than the temperature range, and the sensitivity was very low as a temperature sensor. The organic PTC element of the present invention can impart the above characteristics without using a phase transition phenomenon by using a thermoplastic resin crosslinked product having a low glass transition temperature and conductive particles having high dispersibility.
本発明の有機PTC素子は、少なくとも一対の電極を有し、この一対の電極間にサーミスタ層を有する。その具体的な態様としては、2枚の平面電極間にサーミスタ層を挟み込む積層型と、同一基材面上に2枚の平面電極とサーミスタ層が並列する平面型に大別されるが、外圧の影響が小さく、より薄膜化できるという点で、平面型が好ましい。
上記平面型の場合、ポリエチレンテレフタラートやポリイミドなどの基材フィルム上に銀蒸着や銀インクを印刷、又は、銀箔や銅箔を貼付して電極を形成し、その後、電極間にサーミスタを構成する組成物を塗布する方法が簡便で好ましい。なお、本発明においては、基材フィルムとの密着性を上げる為に密着層、及び、サーミスタ層や電極を保護する為の保護層などを設けてもよい。
具体的な態様の例としては、図1に示すように、基材フィルム上に少なくとも一対の電極とその電極間に配置されたサーミスタ層を有する。その他の態様の例としては、図2に示す絶縁性基板上に設けられた一対の櫛歯状電極のパターン上にサーミスタ層を配置するものが挙げられる。
The organic PTC element of the present invention has at least a pair of electrodes, and a thermistor layer between the pair of electrodes. As its specific mode, it is roughly divided into a laminated type in which a thermistor layer is sandwiched between two planar electrodes and a planar type in which two planar electrodes and the thermistor layer are arranged in parallel on the same substrate surface. The flat type is preferable in that it has a small influence and can be made thinner.
In the case of the above flat type, silver deposition or silver ink is printed on a base film such as polyethylene terephthalate or polyimide, or an electrode is formed by pasting silver foil or copper foil, and then a thermistor is formed between the electrodes. A method of applying the composition is simple and preferred. In the present invention, an adhesion layer and a protective layer for protecting the thermistor layer and the electrode may be provided in order to improve the adhesion to the substrate film.
As an example of a specific aspect, as shown in FIG. 1, the substrate film has at least a pair of electrodes and a thermistor layer disposed between the electrodes. As an example of another aspect, there may be mentioned one in which a thermistor layer is disposed on a pair of comb-like electrode patterns provided on an insulating substrate shown in FIG.
電極は公知の導電性材料を好適に用いることができる。形態としては、塊状物、膜状物、線状物などが挙げられるが、薄膜化と導電性を両立できるという点で、膜状物が好ましい。
導電性材料としては、金、銀、銅、鉄、白金、パラジウム、スズ、鉛、亜鉛、クロム、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、炭素、インジウムスズ酸化物(ITO)、アンチモンスズ酸化物(ATO)、及び、亜鉛スズ酸化物(ZTO)等が挙げられる。この中でも導電安定性や接触抵抗の観点から、金、銀、白金、及び、炭素が好ましい。
A well-known electroconductive material can be used suitably for an electrode. Examples of the form include a lump, a film, a line, and the like, but a film is preferable from the viewpoint that both thinning and conductivity can be achieved.
Examples of conductive materials include gold, silver, copper, iron, platinum, palladium, tin, lead, zinc, chromium, nickel, aluminum, magnesium, carbon, indium tin oxide (ITO), antimony tin oxide (ATO), And zinc tin oxide (ZTO) etc. are mentioned. Among these, gold, silver, platinum, and carbon are preferable from the viewpoint of conductive stability and contact resistance.
なお、電極の厚みは、特に限定するものではないが、剛性の観点から特に0.01μm〜40μmが好ましく、形状は櫛歯状、ジグザグ状、渦巻き状など電極の対向部が長い形状が断線防止や素子のばらつき低減の観点から好ましい。 The thickness of the electrode is not particularly limited, but is preferably 0.01 μm to 40 μm from the viewpoint of rigidity, and the shape is comb-shaped, zigzag, spiral, etc. And from the viewpoint of reducing variation in elements.
本発明においては、サーミスタ層と電極が同一基材上に形成されてなることが好ましい。基材としては、ポリエチレンテレフタラートやポリエチレンナフタレートなどのポリエステル樹脂フィルム、ポリエーテルイミドやポリイミドなどのイミド系樹脂フィルム、薄膜ガラスなどが好適に用いられる。
一方、本発明においては、基材を使用せずに電極間に直接サーミスタ層を形成させることもできる。
In the present invention, the thermistor layer and the electrode are preferably formed on the same substrate. As the substrate, a polyester resin film such as polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate, an imide resin film such as polyetherimide or polyimide, a thin glass, or the like is preferably used.
On the other hand, in the present invention, the thermistor layer can be formed directly between the electrodes without using a substrate.
なお、基材の厚みは、特に限定するものではないが、剛性の観点から、20μm〜400μm、特に50μm〜200μmとするのが好ましい。 The thickness of the substrate is not particularly limited, but is preferably 20 μm to 400 μm, particularly 50 μm to 200 μm from the viewpoint of rigidity.
本発明において、有機PTC素子の形態は特に限定するものではなく、板状、シート状、フィルム状その他の形態を包含する。 In the present invention, the form of the organic PTC element is not particularly limited, and includes a plate form, a sheet form, a film form, and other forms.
一般的に「フィルム」とは、長さ及び幅に比べて厚みが極めて小さく、最大厚みが任意に限定されている薄い平らな製品で、通常、ロールの形で供給されるものをいい(日本工業規格JIS K6900)、一般的に「シート」とは、JISにおける定義上、薄く、一般にその厚みが長さと幅のわりには小さく平らな製品をいう。しかし、シートとフィルムの境界は定かでなく、本発明において文言上両者を区別する必要がないので、本発明においては、「フィルム」と称する場合でも「シート」を含むものとし、「シート」と称する場合でも「フィルム」を含むものとする。 In general, "film" refers to a thin flat product that is extremely small compared to its length and width and whose maximum thickness is arbitrarily limited, and is usually supplied in the form of a roll (Japan) (Industrial standard JIS K6900), “sheet” generally refers to a product that is thin by definition in JIS and generally has a thickness that is small instead of length and width. However, since the boundary between the sheet and the film is not clear and it is not necessary to distinguish the two in terms of the present invention, in the present invention, even when the term “film” is used, the term “sheet” is included and the term “sheet” is used. In some cases, “film” is included.
本発明の有機PTC素子について、室温(25℃)における電気抵抗は10Ω以上1000kΩ以下であることが好ましい。10Ω以上であることで、温度センサーとして組み込んだ際に充分な精度が得られる。一方で、1000kΩ以下であることで素子の発熱を低減できるという効果がある。 About the organic PTC element of this invention, it is preferable that the electrical resistance in room temperature (25 degreeC) is 10 ohms or more and 1000 kohms or less. When it is 10Ω or more, sufficient accuracy can be obtained when it is incorporated as a temperature sensor. On the other hand, the heat generation of the element can be reduced by being 1000 kΩ or less.
本発明の有機PTC素子は、25℃から50℃にかけての5℃毎の抵抗変化率が12%以上であることが好ましく、15%以上であることがより好ましい。12%以上であることで、例えば温度センサーとして用いた場合、温度測定が可能となる。一方、上限については200%以下であることが好ましく、100%以下であることがより好ましい。200%以下であることで例えば温度センサーとして用いた場合、精密な測定が可能となる。
ここで5℃毎の抵抗変化率は以下の下記の式にて算出する。
抵抗変化率(%)=((T+5)℃の電気抵抗/(T)℃の電気抵抗 −1)×100
In the organic PTC element of the present invention, the rate of change in resistance every 5 ° C. from 25 ° C. to 50 ° C. is preferably 12% or more, and more preferably 15% or more. When it is 12% or more, for example, when used as a temperature sensor, temperature measurement becomes possible. On the other hand, the upper limit is preferably 200% or less, and more preferably 100% or less. When it is 200% or less, for example, when used as a temperature sensor, precise measurement is possible.
Here, the resistance change rate every 5 ° C. is calculated by the following equation.
Resistance change rate (%) = (Electric resistance at (T + 5) ° C./Electric resistance at (T) ° C.−1) × 100
本発明の有機PTC素子は、25℃から50℃にかけてのB定数が2500K以上10000K以下であり、好ましくは2800K以上8000K以下、さらに好ましくは3000K以上6000K以下である。B定数が2500K以上であることで、温度センサーとして組み込んだ際に充分な精度を発現することができる。一方、10000K以下であることで、電子回路に組み込んだ際の急激な電流変動を抑えられる。
ここで、25℃から50℃のB定数は下記の式にて算出する。
B定数(K)=|{ln(R25)−ln(R50)}/{(1/298.15)−(1/323.15)}|
R25:25℃における電気抵抗
R50:50℃における電気抵抗
In the organic PTC element of the present invention, the B constant from 25 ° C. to 50 ° C. is 2500 K or more and 10,000 K or less, preferably 2800 K or more and 8000 K or less, more preferably 3000 K or more and 6000 K or less. When the B constant is 2500 K or more, sufficient accuracy can be exhibited when the B constant is incorporated as a temperature sensor. On the other hand, when it is 10,000 K or less, rapid current fluctuation when incorporated in an electronic circuit can be suppressed.
Here, the B constant from 25 ° C. to 50 ° C. is calculated by the following equation.
B constant (K) = | {ln (R 25 ) −ln (R 50 )} / {(1 / 2298.15) − (1 / 323.15)} |
R 25 : Electric resistance at 25 ° C. R 50 : Electric resistance at 50 ° C.
上記の抵抗変化率及びB定数を得るための電気抵抗は以下の方法により得られる。
ホットプレート(アズワン社製;ND−2)上に有機PTC素子を設置し、25℃から50℃まで5℃ごとに昇温し、それぞれの温度域で安定した際の有機PTC素子の電極間の電気抵抗を2点法で測定しプロットする。
The electrical resistance for obtaining the resistance change rate and the B constant is obtained by the following method.
An organic PTC element is installed on a hot plate (manufactured by ASONE; ND-2), heated from 25 ° C. to 50 ° C. every 5 ° C., and between the electrodes of the organic PTC element when stabilized in each temperature range The electrical resistance is measured and plotted by the two-point method.
本発明の有機PTC素子を用いて温度センサーを作成することができる。
本発明の温度センサーを作成するには、有機PTC素子の電極部にリード線、リードタブなどの導線部を設け、更には保護層、絶縁層などの付属層を設け、必要に応じてこれらを複数アレイ化することで達成される。
これらの他に、AD変換回路や増幅回路などの付属回路が組み込まれていても良い。
A temperature sensor can be produced using the organic PTC element of the present invention.
In order to produce the temperature sensor of the present invention, lead portions such as lead wires and lead tabs are provided on the electrode portion of the organic PTC element, and additional layers such as a protective layer and an insulating layer are further provided. This is achieved by arraying.
In addition to these, attached circuits such as an AD conversion circuit and an amplifier circuit may be incorporated.
<サーミスタ層>
以下、サーミスタ層について説明する。
本発明のサーミスタ層は、熱可塑性樹脂架橋物、及び、導電性粒子を含む。
<Thermistor layer>
Hereinafter, the thermistor layer will be described.
The thermistor layer of the present invention includes a thermoplastic resin crosslinked product and conductive particles.
サーミスタ層中の熱可塑性樹脂架橋物は、架橋構造を有することが重要である。架橋した熱可塑性樹脂は形状を物理的に保持するという効果を有する。さらに導電性粒子を固定化する働きもあるので、温度を変化させた際に昇温降温サイクル下における電気抵抗の再現性(リターン性)が向上する。そのため本発明のPTC素子は温度センサーとして好適に用いることができる。
本発明において、熱可塑性樹脂架橋物は架橋構造を有しておれば特に制限はされないが、好ましくは25℃におけるせん断貯蔵弾性率G’が1kPa以上であることが、上記性質の点より好ましい。
It is important that the crosslinked thermoplastic resin in the thermistor layer has a crosslinked structure. The crosslinked thermoplastic resin has an effect of physically retaining the shape. Furthermore, since there is also a function of fixing the conductive particles, the reproducibility (returnability) of the electrical resistance under the temperature rising / falling cycle is improved when the temperature is changed. Therefore, the PTC element of the present invention can be suitably used as a temperature sensor.
In the present invention, the thermoplastic resin cross-linked product is not particularly limited as long as it has a cross-linked structure. Preferably, the shear storage elastic modulus G ′ at 25 ° C. is 1 kPa or more from the viewpoint of the above properties.
サーミスタ層中の熱可塑性樹脂架橋物は、−150℃以上10℃以下のガラス転移温度を有する。より好ましくは、−150℃以上0℃以下であり、さらに好ましくは−150℃以下−10℃以下である。ガラス転移温度を−150℃以上に有することで、昇温降温サイクル下における有機PTC素子の電気抵抗の再現性(リターン性)が向上する。一方、ガラス転移温度が10℃以下であることで、良好な感度を有するPTC素子となる。ガラス転移温度はJIS K 7121−1987に準じた手法により測定できる。 The thermoplastic resin crosslinked product in the thermistor layer has a glass transition temperature of −150 ° C. or higher and 10 ° C. or lower. More preferably, it is -150 degreeC or more and 0 degreeC or less, More preferably, it is -150 degreeC or less -10 degreeC or less. By having the glass transition temperature at −150 ° C. or higher, the reproducibility (returnability) of the electrical resistance of the organic PTC element under the temperature rising / falling cycle is improved. On the other hand, when the glass transition temperature is 10 ° C. or lower, a PTC element having good sensitivity is obtained. The glass transition temperature can be measured by a technique according to JIS K 7121-1987.
熱可塑性樹脂架橋物の前駆体である熱可塑性樹脂としては、サーミスタ層とした際に樹脂が膨張しやすく感度が向上する、サーミスタ層製造時に溶剤に溶けやすい等の理由から、ポリアクリル酸エステル、ポリ脂肪酸ビニル、ポリジメチルシロキサン、ポリビニルアルコール、ポリブタジエン、ポリブテン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、及び、ポリフッ化ビニル等が用いられ、これらの樹脂のうちから2種類以上を用いてもよい。上記に挙げた樹脂の中でも、架橋構造を容易に得ることができることから、ポリアクリル酸エステル、ポリジメチルシロキサン、及び、ポリブタジエンが好適に用いられる。 As a thermoplastic resin that is a precursor of a crosslinked thermoplastic resin, the resin easily expands when it is used as a thermistor layer, the sensitivity is improved, and it is easy to dissolve in a solvent during the production of the thermistor layer. Poly fatty acid vinyl, polydimethylsiloxane, polyvinyl alcohol, polybutadiene, polybutene, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, and the like are used, and two or more of these resins may be used. Among the resins listed above, polyacrylic acid ester, polydimethylsiloxane, and polybutadiene are preferably used because a crosslinked structure can be easily obtained.
熱可塑性樹脂架橋物は、前記サーミスタ層の質量を100質量部とした時、35質量部以上65質量部以下であることが好ましく、38質量部以上63質量部以下がより好ましく、40質量部以上60質量部以下が更に好ましい。35質量部以上であることで、サーミスタ層の力学特性を保持される。一方、65質量部以下であることで、良好な導電性を保持することができる。 When the mass of the thermistor layer is 100 parts by mass, the thermoplastic resin crosslinked product is preferably 35 parts by mass or more and 65 parts by mass or less, more preferably 38 parts by mass or more and 63 parts by mass or less, and more preferably 40 parts by mass or more. 60 mass parts or less are still more preferable. By being 35 parts by mass or more, the mechanical characteristics of the thermistor layer are maintained. On the other hand, favorable electroconductivity can be hold | maintained because it is 65 mass parts or less.
本発明で用いる導電性粒子は、導電性を有する粒子であれば特に制限はない。入手が容易である点より、黒鉛、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン等の炭素系粒子;ニッケル粉末、銅粉、銀粉などの金属系粒子を好適に用いることができる。この中でもペースト状にした際に沈殿しにくいことから、炭素系粒子であることが好ましい。さらに炭素系粒子の中でも、分散性が良い球状物を得やすいという点より、黒鉛であることが好ましい。 The conductive particles used in the present invention are not particularly limited as long as they are conductive particles. From the viewpoint of easy availability, carbon-based particles such as graphite, carbon black, carbon nanotube, and graphene; metal-based particles such as nickel powder, copper powder, and silver powder can be preferably used. Among these, carbon particles are preferred because they are difficult to precipitate when made into a paste. Further, among the carbon-based particles, graphite is preferable because it is easy to obtain a spherical material with good dispersibility.
本発明で用いられる導電性粒子の平均粒径は0.1μm以上10μm以下であることが重要である。平均粒径は0.1μm以上であることで、前記熱可塑性樹脂架橋物中に均一に分散し、有機PTC素子の感度が向上するという効果がある。一方で10μm以下であることで、塗布工程の際の液詰まりや塗布ムラを防止する効果がある。
ここで、平均粒径はSEM観察により任意の導電性粒子100個の長径の平均値により求められるものである。
It is important that the average particle size of the conductive particles used in the present invention is 0.1 μm or more and 10 μm or less. When the average particle size is 0.1 μm or more, there is an effect that the dispersion of the thermoplastic resin is uniformly dispersed in the crosslinked thermoplastic resin, and the sensitivity of the organic PTC element is improved. On the other hand, when the thickness is 10 μm or less, there is an effect of preventing liquid clogging and coating unevenness during the coating process.
Here, the average particle diameter is determined by the average value of the long diameters of 100 arbitrary conductive particles by SEM observation.
本発明で用いられる導電性粒子の平均円形度は0.55以上1.0以下であることが重要である。平均円形度が0.55以上であることで、均一に前記熱可塑性樹脂架橋物中に分散し、有機PTCを作成した際の感度が向上するという効果がある。上限については特に制限は無いが、実質的に1.0以下が好ましい。
ここで円形度は、SEM観察により任意の導電性粒子100個を画像解析して求められるものである。なお、円形度の算出は下記の通りである。
粒子の円形度 = 4π ×(粒子の投影面積)/(粒子の投影周長)2
It is important that the average circularity of the conductive particles used in the present invention is 0.55 or more and 1.0 or less. When the average circularity is 0.55 or more, there is an effect that the sensitivity when the organic PTC is produced is uniformly dispersed in the crosslinked thermoplastic resin and the organic PTC is produced. Although there is no restriction | limiting in particular about an upper limit, 1.0 or less is preferable substantially.
Here, the circularity is obtained by image analysis of 100 arbitrary conductive particles by SEM observation. The circularity is calculated as follows.
Particle circularity = 4π × (particle projected area) / (particle projected circumference) 2
導電性粒子は、サーミスタ層の質量を100質量部とした時、30質量部以上60質量部以下であることが好ましく、33質量部以上55質量部以下がより好ましく、35質量部以上50質量部以下が更に好ましい。サーミスタ層に占める導電性粒子の割合が30質量部以上であることで、サーミスタ層の導電性が発現する。一方、60質量部以下であることで、PTC素子として感度が向上する。 The conductive particles are preferably 30 parts by mass or more and 60 parts by mass or less, more preferably 33 parts by mass or more and 55 parts by mass or less, and more preferably 35 parts by mass or more and 50 parts by mass when the mass of the thermistor layer is 100 parts by mass. The following is more preferable. The electroconductivity of a thermistor layer expresses because the ratio of the electroconductive particle which occupies for a thermistor layer is 30 mass parts or more. On the other hand, when the amount is 60 parts by mass or less, the sensitivity of the PTC element is improved.
本発明のサーミスタ層については、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で安定性や成型性、導電性の観点から、導電性粒子と熱可塑性樹脂架橋物以外に分散剤、架橋剤、熱安定剤、酸化防止剤、界面活性剤、導電性賦与剤などの第3成分をサーミスタの構成成分として添加しても構わない。 About the thermistor layer of the present invention, from the viewpoint of stability, moldability, and conductivity within the scope not departing from the technical idea of the present invention, in addition to the conductive particles and the crosslinked thermoplastic resin, a dispersant, a crosslinking agent, a thermal You may add 3rd components, such as a stabilizer, antioxidant, surfactant, and electroconductive imparting agent, as a component of the thermistor.
本発明のサーミスタ層は印刷又は塗布乾燥により形成されることができる。以下、本発明のサーミスタ層の形成方法について詳しく説明する。 The thermistor layer of the present invention can be formed by printing or coating and drying. Hereinafter, the formation method of the thermistor layer of this invention is demonstrated in detail.
本発明におけるサーミスタ層の形成方法としては、容易に薄膜の有機PTC素子が得られることから、上記の熱可塑性樹脂又はその前駆体と、導電性粒子、および、必要に応じて溶剤・可塑剤等を加えたペースト状物を塗布あるいは印刷後乾燥し、架橋固定化せしめる方法が選択される。 As a method for forming the thermistor layer in the present invention, since a thin organic PTC element can be easily obtained, the above thermoplastic resin or precursor thereof, conductive particles, and, if necessary, a solvent / plasticizer, etc. A method is selected in which a paste-like material to which is added is applied or printed and then dried and crosslinked and fixed.
前記ペースト状物に添加する溶剤としては、トルエン、シクロヘキサン等の炭化水素溶剤、酢酸エチル、γ−ブチロラクトン等のエステル系溶剤、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、N−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶剤、ジクロロメタン、クロロホルム等の塩素系溶剤が挙げられ、使用する熱可塑性樹脂の溶解性に合わせて好適なものが選択される。
また、前記ペースト状物の粘度が十分に低い場合は溶剤を加えなくても良い。
Solvents added to the paste-like material include hydrocarbon solvents such as toluene and cyclohexane, ester solvents such as ethyl acetate and γ-butyrolactone, ketone solvents such as methyl ethyl ketone and cyclohexanone, N-methylpyrrolidone and dimethylacetamide. Examples include amide solvents, chlorinated solvents such as dichloromethane and chloroform, and suitable ones are selected according to the solubility of the thermoplastic resin used.
Moreover, when the viscosity of the said paste-form thing is low enough, it is not necessary to add a solvent.
前記ペースト状物を調製する工程において、例えば、ボールミル、ビーズミル、遊星ミル、振動ボールミル、サンドミル、コロイドミル、アトライター、ロールミル、高速インペラー分散、ディスパーザー、ホモジナイザー、高速衝撃ミル、超音波分散、撹拌羽根等による機械撹拌法等が挙げられるが、高粘度下でも充分に混練・分散できることから遊星ミルを選択することが好ましい。 In the step of preparing the paste, for example, ball mill, bead mill, planetary mill, vibrating ball mill, sand mill, colloid mill, attritor, roll mill, high-speed impeller dispersion, disperser, homogenizer, high-speed impact mill, ultrasonic dispersion, stirring A mechanical stirring method using blades and the like can be mentioned, but it is preferable to select a planetary mill because it can be sufficiently kneaded and dispersed even under high viscosity.
一対の電極間にサーミスタ層を形成するための前記塗布あるいは印刷工程における方式としては、必要とする層厚や塗布面積を実現できる方式であれば特に限定されない。このような方法としては、例えば、グラビアコーター法、小径グラビアコーター法、リバースロールコーター法、トランスファロールコーター法、キスコーター法、ディップコーター法、ナイフコーター法、エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、スクイズコーター法、キャストコーター法、ダイコーター法、スクリーン印刷法、スプレー塗布法、及び、インクジェット印刷法等が挙げられる。 A method in the coating or printing process for forming the thermistor layer between the pair of electrodes is not particularly limited as long as it can realize a required layer thickness and coating area. Examples of such methods include gravure coater method, small diameter gravure coater method, reverse roll coater method, transfer roll coater method, kiss coater method, dip coater method, knife coater method, air doctor coater method, blade coater method, rod coater. Method, squeeze coater method, cast coater method, die coater method, screen printing method, spray coating method, and ink jet printing method.
なお、本発明においてサーミスタ層の厚みは、特に限定するものではないが、剛性の観点から5μm〜50μmとすることが好ましい。 In the present invention, the thickness of the thermistor layer is not particularly limited, but is preferably 5 μm to 50 μm from the viewpoint of rigidity.
前記乾燥工程としては、20〜100℃にて1時間で乾燥させることが好ましい。熱架橋の場合は、この乾燥工程により熱可塑性樹脂の架橋構造が得られる。一方、UV架橋の場合は、乾燥工程の後でUV照射を行うことが好ましい。 As said drying process, it is preferable to dry at 20-100 degreeC for 1 hour. In the case of thermal crosslinking, a crosslinked structure of the thermoplastic resin is obtained by this drying step. On the other hand, in the case of UV crosslinking, it is preferable to perform UV irradiation after the drying step.
以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の応用が可能である。 The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples, and various applications are possible without departing from the technical idea of the present invention.
<測定及び評価方法>
先ずは、実施例・比較例で得たサンプルの各種物性値の測定方法及び評価方法について説明する。
<Measurement and evaluation method>
First, measurement methods and evaluation methods for various physical property values of samples obtained in Examples and Comparative Examples will be described.
(1)導電性粒子の平均粒径、円形度
平均粒径はSEM観察により任意の導電性粒子100個の長径の平均値により求めた。また、円形度は、SEM観察により任意の導電性粒子100個を画像解析して求めた。円形度の算出は下記の通りである。
粒子の円形度 = 4π ×(粒子の投影面積)/(粒子の投影周長)2
(1) Average particle diameter and circularity of conductive particles The average particle diameter was determined by the average value of the major axis of 100 arbitrary conductive particles by SEM observation. The circularity was determined by image analysis of 100 arbitrary conductive particles by SEM observation. The calculation of the circularity is as follows.
Particle circularity = 4π × (particle projected area) / (particle projected circumference) 2
(2)ガラス転移温度
(株)パーキンエルマー製の示差走査熱量計、商品名「Pyris1 DSC」を用いて、JIS K7121に準じて、サーミスタ層中の熱可塑性樹脂10mgを加熱速度10℃/分で−170℃から200℃まで昇温し、200℃で1分間保持した後、冷却速度10℃/分で−170℃まで降温し、再度、加熱速度10℃/分で200℃まで昇温した時に測定されたサーモグラムからガラス転移温度を求めた。
(2) Glass transition temperature Using a differential scanning calorimeter manufactured by PerkinElmer Co., Ltd., trade name “Pyris1 DSC”, according to JIS K7121, 10 mg of the thermoplastic resin in the thermistor layer was heated at a heating rate of 10 ° C./min. When the temperature is raised from −170 ° C. to 200 ° C. and held at 200 ° C. for 1 minute, then the temperature is lowered to −170 ° C. at a cooling rate of 10 ° C./min, and again when the temperature is raised to 200 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min. The glass transition temperature was determined from the measured thermogram.
(3)有機PTC素子の厚み
1/1000mmのダイアルゲージにて、サーミスタ成分が塗工された部分の面内を不特定に5箇所測定し、その平均値を有機PTC素子の厚みとした。
(3) Thickness of the organic PTC element With a dial gauge of 1/1000 mm, the in-plane of the portion where the thermistor component was applied was measured unspecified at five locations, and the average value was taken as the thickness of the organic PTC element.
(4)サーミスタ層の厚み
作製した有機PTCにおいて、サーミスタ成分が塗工された部分の面内を不特定に5箇所測定し、その平均値から基材の厚みを引き去ることでサーミスタ層の厚みとした。
(4) Thickness of the thermistor layer The thickness of the thermistor layer was measured by unspecifiedly measuring five in-plane areas of the coated portion of the thermistor component and subtracting the thickness of the substrate from the average value. It was.
(5)電気抵抗
有機PTC素子の電極間を25℃の室温下、2点法にて測定し電気抵抗を測定した。
(5) Electrical resistance The electrical resistance was measured by measuring the distance between the electrodes of the organic PTC element at room temperature of 25 ° C. by the two-point method.
(6)導電性
有機PTC素子の導電性を下記の基準で評価した。
○:電気抵抗が1000kΩ以下である。
×:電気抵抗が1000kΩを超える。
(6) Conductivity The conductivity of the organic PTC element was evaluated according to the following criteria.
○: Electric resistance is 1000 kΩ or less.
X: Electric resistance exceeds 1000 kΩ.
(7)電気抵抗変化、B定数
ホットプレート(アズワン社製、ND−2)上に有機PTC素子を設置し、25℃から50℃まで5℃ごとに昇温し、それぞれの温度域で安定した際の有機PTC素子の電極間の電気抵抗を2点法で測定した。
5℃毎の抵抗変化率は、以下の下記の式にて算出した。
抵抗変化率(%)=((T+5)℃の電気抵抗/(T)℃の電気抵抗 −1)×100
また、25℃から50℃のB定数は下記の式にて算出した。
B定数(K)=|{ln(R25)−ln(R50)}/{(1/298.15)−(1/323.15)}|
R25:25℃における電気抵抗
R50:50℃における電気抵抗
(7) Electrical resistance change, B constant An organic PTC element was placed on a hot plate (ND-2, manufactured by AS ONE), and the temperature was increased from 25 ° C. to 50 ° C. every 5 ° C. and stabilized in each temperature range. The electrical resistance between the electrodes of the organic PTC element was measured by a two-point method.
The rate of resistance change every 5 ° C. was calculated by the following equation.
Resistance change rate (%) = (Electric resistance at (T + 5) ° C./Electric resistance at (T) ° C.−1) × 100
The B constant from 25 ° C. to 50 ° C. was calculated by the following formula.
B constant (K) = | {ln (R 25 ) −ln (R 50 )} / {(1 / 2298.15) − (1 / 323.15)} |
R 25 : Electric resistance at 25 ° C. R 50 : Electric resistance at 50 ° C.
(8)感度
有機PTC素子の感度は以下の基準で評価した。
○:25℃から50℃におけるB定数が、2500K以上10000K以下
×:25℃から50℃におけるB定数が、2500K未満、又は10000Kを超える
(8) Sensitivity
The sensitivity of the organic PTC element was evaluated according to the following criteria.
○: B constant at 25 ° C. to 50 ° C. is 2500 K or more and 10000 K or less X: B constant at 25 ° C. to 50 ° C. is less than 2500 K or exceeds 10,000 K
(9)形状安定性
有機PTC素子の形状安定性は以下の基準で評価した。
○:B定数測定後の有機PTC素子が、試験前の形状を維持している。
×:B定数測定後の有機PTC素子が、試験前の形状を維持していない。
(10)リターン性
B定数測定を5回行ない、5回目の測定したB定数(B5)を、1回目に測定したB定数(B1)で割ることで、リターン性を評価した。
○:B5/B1が0.6以上である。
×:B5/B1が0.6未満である。
(9) Shape stability
The shape stability of the organic PTC element was evaluated according to the following criteria.
○: The organic PTC element after the B constant measurement maintains the shape before the test.
X: The organic PTC element after a B constant measurement does not maintain the shape before a test.
(10) Returnability
The B constant measurement was performed five times, and the return property was evaluated by dividing the B constant (B 5 ) measured for the fifth time by the B constant (B 1 ) measured for the first time.
○: B 5 / B 1 is 0.6 or more.
X: B 5 / B 1 is less than 0.6.
<実施例1>
(サーミスタの前駆体の作製)
熱可塑性樹脂としてビニル基末端ポリジメチルシロキサン(信越化学社製、KE106F)50質量%、導電性粒子として球状黒鉛(日本黒鉛社製、CGB−5)45質量%、及び、溶剤としてメチルシクロヘキサン10質量%とを自公転式真空撹拌脱泡ミキサー(EME社製、V−mini300)にて1500rpmで10分撹拌し、室温に放冷後、硬化剤(信越化学社製、CAT−106F)5質量%を加え、自公転式真空撹拌脱泡ミキサー(EME社製、V−mini300)にて1500rpmで3分撹拌し、サーミスタの前駆体となるペースト状物を得た。
<Example 1>
(Preparation of thermistor precursor)
50 mass% vinyl group-terminated polydimethylsiloxane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., KE106F) as a thermoplastic resin, 45 mass% spherical graphite (manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., CGB-5), and 10 mass% methylcyclohexane as a solvent. Is stirred at 1500 rpm for 10 minutes with a self-revolving vacuum stirring and defoaming mixer (manufactured by EME, V-mini300), allowed to cool to room temperature, and then a curing agent (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., CAT-106F) is 5% by mass. Was added, and the mixture was stirred at 1500 rpm for 3 minutes with a self-revolving vacuum stirring and defoaming mixer (manufactured by EME, V-mini300) to obtain a paste-like material serving as a thermistor precursor.
(電極付き基材フィルムの作製)
基材として厚み50μmのポリイミドフィルム(宇部興産社製、ユーピレックス-S 50S)にポリビニルピロリドン(ナカライテスク社製、K−90)のエタノール溶液(濃度2.0質量%)を#10のバーコーターでコートしUV照射装置で架橋を行なった。
得られたフィルムの表面に、銀ナノコロイド(三菱マテリアル化成社製、H−1)をインクジェットプリンタ(セイコーエプソン社製、PX−1004)を用いて図2のような櫛歯状に印刷し、150℃で10分間乾燥させることで電極付き基材フィルムを作製した。
(Preparation of base film with electrode)
Use a # 10 bar coater with an ethanol solution (concentration 2.0 mass%) of polyvinylpyrrolidone (Nacalai Tesque, K-90) on a polyimide film (Ube Industries, Upilex-S 50S) having a thickness of 50 μm as a base material. Coated and crosslinked with a UV irradiation device.
On the surface of the obtained film, silver nanocolloid (manufactured by Mitsubishi Materials Kasei Co., Ltd., H-1) is printed in an interdigital shape as shown in FIG. 2 using an inkjet printer (manufactured by Seiko Epson Corporation, PX-1004). The base film with an electrode was produced by drying at 150 ° C. for 10 minutes.
(有機PTC素子の作製)
前述の電極付きの基材フィルムの電極間に、ブレードコートにより50μmの厚さでサーミスタの前駆体となる前記ペースト状物を流し込み、120℃1時間オーブンで熱架橋せしめることで有機PTC素子を作製した。サーミスタ層中の熱可塑性樹脂架橋物のガラス転移温度は−125℃であった。評価結果を表1に示す。
(Production of organic PTC element)
An organic PTC element is manufactured by pouring the paste-like material, which is a thermistor precursor, with a thickness of 50 μm between the electrodes of the above-mentioned base film with electrodes and thermally crosslinking in an oven at 120 ° C. for 1 hour. did. The glass transition temperature of the crosslinked thermoplastic resin in the thermistor layer was −125 ° C. The evaluation results are shown in Table 1.
<実施例2>
溶剤としてシクロヘキサノンを使用しなかった点以外は、実施例1と同様にして目的の有機PTC素子を作成した。評価結果を表1に示す。
<Example 2>
A target organic PTC element was prepared in the same manner as in Example 1 except that cyclohexanone was not used as a solvent. The evaluation results are shown in Table 1.
<実施例3>
熱可塑性樹脂前駆体としてポリエチレングリコールジアクリレート(新中村化学社製、A−400)55質量%、導電性粒子として球状黒鉛(日本黒鉛社製、CGB−5)45質量%、及び、溶剤として酢酸ブチル10質量%を自公転式真空撹拌脱泡ミキサー(EME社製、V−mini300)にて1500rpmで10分撹拌し、室温に放冷後、硬化剤(ナカライテスク社製、過酸化ベンゾイル)0.5質量%を加え、自公転式真空撹拌脱泡ミキサー(EME社製、V−mini300)にて1500rpmで3分撹拌し、サーミスタの前駆体となるペースト状物を得た。以降は実施例1と同様に電極付きの基材フィルムに塗布し、熱重合・熱架橋せしめることで有機PTC素子を作製した。サーミスタ層中の熱可塑性樹脂架橋物のガラス転移温度は−20℃であった。評価結果を表1に示す。
<Example 3>
55% by mass of polyethylene glycol diacrylate (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., A-400) as a thermoplastic resin precursor, 45% by mass of spherical graphite (manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., CGB-5), and acetic acid as a solvent 10% by mass of butyl was stirred at 1500 rpm for 10 minutes in a self-revolving vacuum stirring defoaming mixer (manufactured by EME, V-mini300), allowed to cool to room temperature, and then a curing agent (manufactured by Nacalai Tesque, benzoyl peroxide) 0 0.5 mass% was added, and it stirred at 1500 rpm for 3 minutes with the self-revolving vacuum stirring deaerator mixer (the EME company make, V-mini300), and obtained the paste-form thing used as the precursor of a thermistor. Thereafter, an organic PTC element was produced by applying to a base film with an electrode in the same manner as in Example 1 and performing thermal polymerization and thermal crosslinking. The glass transition temperature of the crosslinked thermoplastic resin in the thermistor layer was −20 ° C. The evaluation results are shown in Table 1.
<比較例1>
熱可塑性樹脂としてビニル基末端ポリジメチルシロキサン(信越化学社製、KE106F)50質量%、導電性樹脂としてアセチレンブラック(デンカ工業社製、HS−100)45質量%、及び、溶剤としてメチルシクロヘキサン50質量%とを自公転式真空撹拌脱泡ミキサー(EME社製、V−mini300)にて1500rpmで10分撹拌し、室温に放冷後、硬化剤(信越化学社製、CAT−106F)5質量%を加え、自公転式真空撹拌脱泡ミキサー(EME社製、V−mini300)にて1500rpmで3分撹拌し、サーミスタの前駆体となるペースト状物を得た。以降は実施例1と同様に電極付きの基材フィルムに塗布し、熱重合・熱架橋せしめることで有機PTC素子を作製した。評価結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
50 mass% of vinyl group-terminated polydimethylsiloxane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., KE106F) as a thermoplastic resin, 45 mass% of acetylene black (manufactured by Denka Kogyo Co., Ltd., HS-100) as a conductive resin, and 50 mass% of methylcyclohexane as a solvent. Is stirred at 1500 rpm for 10 minutes with a self-revolving vacuum stirring and defoaming mixer (manufactured by EME, V-mini300), allowed to cool to room temperature, and then a curing agent (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., CAT-106F) is 5% by mass. Was added, and the mixture was stirred at 1500 rpm for 3 minutes with a self-revolving vacuum stirring and defoaming mixer (manufactured by EME, V-mini300) to obtain a paste-like material serving as a thermistor precursor. Thereafter, an organic PTC element was produced by applying to a base film with an electrode in the same manner as in Example 1 and performing thermal polymerization and thermal crosslinking. The evaluation results are shown in Table 1.
<比較例2>
(サーミスタの前駆体の作製)
熱可塑性樹脂としてビニル基末端ポリジメチルシロキサン(信越化学社製、KE106F)72質量%、導電性樹脂としてアセチレンブラック(デンカ工業社製、HS−100)15質量%、及び、溶剤としてメチルシクロヘキサン10質量%とを自公転式真空撹拌脱泡ミキサー(EME社製、V−mini300)にて1500rpmで10分撹拌し、室温に放冷後、硬化剤(信越化学社製、CAT−106F)7質量%を加え、自公転式真空撹拌脱泡ミキサー(EME社製、V−mini300)にて1500rpmで3分撹拌し、サーミスタの前駆体となるペースト状物を得た。以降は実施例1と同様に電極付きの基材フィルムに塗布し、熱重合・熱架橋せしめることで有機PTC素子を作製した。評価結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
(Preparation of thermistor precursor)
72 mass% of vinyl group-terminated polydimethylsiloxane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KE106F) as a thermoplastic resin, 15 mass% of acetylene black (manufactured by Denka Kogyo Co., Ltd., HS-100), and 10 mass of methylcyclohexane as a solvent. Is stirred at 1500 rpm for 10 minutes in a self-revolving vacuum stirring and defoaming mixer (manufactured by EME, V-mini300), allowed to cool to room temperature, and then 7% by mass of a curing agent (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., CAT-106F). Was added, and the mixture was stirred at 1500 rpm for 3 minutes with a self-revolving vacuum stirring and defoaming mixer (manufactured by EME, V-mini300) to obtain a paste-like material serving as a thermistor precursor. Thereafter, an organic PTC element was produced by applying to a base film with an electrode in the same manner as in Example 1 and performing thermal polymerization and thermal crosslinking. The evaluation results are shown in Table 1.
<比較例3>
球状黒鉛に代えて鱗片状黒鉛(日本黒鉛社製、J−CPB)を使用した点以外は実施例1と同様にして有機PTC素子を作製した。評価結果を表1に示す。
<Comparative Example 3>
An organic PTC element was produced in the same manner as in Example 1 except that scaly graphite (manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., J-CPB) was used instead of spherical graphite. The evaluation results are shown in Table 1.
<比較例4>
架橋剤を添加しなかった点以外は実施例1と同様にして有機PTC素子を作製した。評価結果を表1に示す。
<Comparative example 4>
An organic PTC element was produced in the same manner as in Example 1 except that the crosslinking agent was not added. The evaluation results are shown in Table 1.
実施例1〜3では、優れた電気特性、感度を有するPTC素子が得られた。
一方で、比較例1、2では、導電性粒子が小さすぎるため凝集しやすく、温度センサーとして良好な感度が得られなかった。比較例3では導電性粒子の円形度が低いため凝集しやすく、温度センサーとして良好な感度が得られなかった。比較例4では、熱可塑性樹脂が架橋構造を有していない為、温度を増減させた際の形状保持が不十分であった。
In Examples 1 to 3, PTC elements having excellent electrical characteristics and sensitivity were obtained.
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, since the conductive particles were too small, they easily aggregated, and good sensitivity as a temperature sensor could not be obtained. In Comparative Example 3, since the circularity of the conductive particles was low, aggregation was likely to occur, and good sensitivity as a temperature sensor could not be obtained. In Comparative Example 4, since the thermoplastic resin does not have a cross-linked structure, shape retention when the temperature was increased or decreased was insufficient.
本発明の有機PTC素子は、PTC素子用途として従来より知られている自己制御型加熱ケーブル、過電流保護装置、接触制御素子等の用途に使用できる。さらに本発明の有機PTC素子は従来PTC素子よりも測定可能温度域が大きいので、温度センサーもしくは湿度センサーの温度補償、又は、半導体の温度補償といった用途にもその利用が大いに期待される。 The organic PTC element of the present invention can be used for applications such as a self-control heating cable, an overcurrent protection device, and a contact control element that are conventionally known as PTC element applications. Further, since the organic PTC element of the present invention has a larger measurable temperature range than the conventional PTC element, its use is greatly expected in applications such as temperature compensation of a temperature sensor or humidity sensor, or temperature compensation of a semiconductor.
11:基材
12:電極
13:サーミスタ層
11: Base material 12: Electrode 13: Thermistor layer
Claims (7)
前記サーミスタ層は、熱可塑性樹脂架橋物、及び、導電性粒子を含み、
前記熱可塑性樹脂架橋物は、−150℃以上10℃以下のガラス転移温度を有し、
前記導電性粒子は、0.1μm以上10μm以下の平均粒径を有し、かつ、0.55以上1.0以下の円形度を有する有機PTC素子。 An organic PTC element having at least a pair of electrodes and having a thermistor layer between the pair of electrodes,
The thermistor layer includes a crosslinked thermoplastic resin and conductive particles,
The thermoplastic resin crosslinked product has a glass transition temperature of −150 ° C. or more and 10 ° C. or less,
The conductive particles are organic PTC elements having an average particle diameter of 0.1 μm or more and 10 μm or less and a circularity of 0.55 or more and 1.0 or less.
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