JP2691342B2 - 導電性ポリマーptc抵抗素子及びその製造方法 - Google Patents

導電性ポリマーptc抵抗素子及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、温度制御技術の分野で広く用いられる抵抗
素子、特に、昇温時に特定の温度領域において急激に抵
抗が増大する特性(以下、PTC特性という)を有する導
電性ポリマーPTC抵抗素子の改良に関するものである。 (従来の技術) 導電性ポリマーPTC抵抗素子は、例えばポリエチレ
ン、ポリプロピレン等のポリマーにカーボン等の導電性
粉末を分散的に混入させたものであって、或る特定の温
度に達すると抵抗が増大する正の抵抗温度特性を有する
素子として知られている。そして、この種の技術につい
ては、例えば米国特許第3,591,526号明細書や同第3,67
3,121号明細書等に記載されていて、この種技術が既に
公知であることを示している。 さて、このようなポリマーPTC抵抗素子に付設される
電極としては、素子本体に網状金属を埋込んで電極とす
る方式のものや、例えばニッケルやステンレス等の金属
板を素子本体の表面に接合して電極とする方式のものが
知られているが、前者方式の電極にあっては、素子本体
の比抵抗の割りには抵抗素子全体としての抵抗が高くな
るということが欠点となり、後者方式の場合には、電極
としての金属板と素子本体とを平面的に接続している関
係でその密着性が悪く、その結果、繰返し試験を行なう
時にはその抵抗値が大幅に増大し、且つ、熱的応力等の
僅かな外力によっても金属板が剥離するという欠点が指
摘されている。 (発明が解決しようとする問題点) そのため、これらの欠点を解決する一つの方法とし
て、第5図に示すような電極形成方式が提案されてい
る。これは、素子本体の表裏面を台形断面の環状凸部群
を有する面として形成すると共に、その表面に金属箔の
電極層を形成すると云うものである。そして、この方式
で作られたポリマーPTC抵抗素子では、水素ガス等の気
泡が熱膨張する際に生じる内圧に基く剥離力を、この台
形凸部の構造によって軽減することが出来、また、両者
の接触面積を台形凸部群のある分だけ平面の場合よりも
広く出来るから、その面積増加分だけ密着作用を高め得
ると云うものである。 しかし乍ら、複数の台形凸部を有する素子面といえど
もミクロ的に見れば平面であるので、その電極層との密
着作用については平面(平板)の場合とさほど変わら
ず、そのため、電極層の剥離現象を確実に抑止すること
が出来ない。 本発明は、この事情に鑑みてなされたもので、素子本
体の表裏面と電極層との密着性を極めて良好なものにな
した新規な導電性ポリマーPTC抵抗素子及びその製造方
法を提供することを目的とする。 [発明の構成] (問題点を解決するための手段) この目的を達成するための本発明の第1構成は、ポリ
マーと該ポリマーに分散的に混入された導電性物質とか
ら成り且つ正の抵抗温度特性を有する導電性ポリマーPT
C抵抗素子において、その素子本体の表裏面が凹凸状の
粗面として形成され、該粗面は、各凹凸部における凹部
空間が開口の狭い変形空間として形成され、該粗面上に
電極層を設けたことにある。 また、その第2の構成は、正の抵抗温度特性を有する
導電性ポリマーPTC抵抗素子の製造方法において、先ず
ポリマーと該ポリマーに分散的に混入された導電性物質
とから成る組成の材料をもって板状の素子本体を形成す
ると共にその表裏面に凹凸粗面が形成し、次の工程によ
り、該凹凸粗面の凸部先端を潰して凹部空間の開口が狭
められた変形凹凸粗面と成し、該面に分子遊離移動式の
金属層形成工法をもって所定厚の電極層を形成したこと
にある。 (作用) この構成に基く本発明の作用は、導電性ポリマーPTC
抵抗素子本体の表裏面と電極層との接触界面を凹凸粗面
化して、かつ、その粗面を変形凹凸粗面てすることによ
って両者間の接合力を高めるようになしたことにある。 (実施例) 以下、図示の一実施例に基いて本発明を詳細に説明す
る。第1図(A)は本発明の前提に係る導電性ポリマー
PTC抵抗素子の一実施例を示す断面図であり、同図
(B)はそのC部分の拡大断面図で、図中、全体を1で
示すものは本発明の前提に係る導電性ポリマーPTC抵抗
素子である。 2は該抵抗素子1の本体で、例えば、ポリエチレンや
ポリプロピレン等のポリマーから成る樹脂材に、例えば
カーボンブラック等の導電性物質を分散的に混入した正
の抵抗温度特性を有する導電性ポリマー組成物として構
成され、素子本体の構造は以下に示すような方法で製造
される。 先ず、前記導電性ポリマー組成物を例えば200〜500μ
の厚みの板状に形成して素子本体2の板素材2aを作る。
次に、周面に適宜の凹凸歯型(例えばサイクロイド歯
型)を持つ歯付きローラR1を用いて素子本体2の表裏面
を圧延して、第2図に示すような凹部底面が曲面となる
波形形状の粗面2bを作る。この場合、粗面2bの粗さは約
30μm以下のものが良好であり、好ましくは10μm以下
のものが最適であって、例えばメッキ層に用いる金属材
料や層形成工法等の条件を考慮して適宜に設定するもの
とする。 3は前記表裏面の波形粗面2dにそれぞれ設けられた電
極層で、例えば無電解メッキ法・スパッタリング法・溶
射法等で代表される適宜の層形成工法を用いて、Au・Cu
・Al等の材料から成る所定厚の良導電性層として形成さ
れる。この場合、電極層13の最終的な厚さは、前記波形
粗面2bを導電的に有効に覆い得る値であって、且つ、外
部からの衝撃力が加えられた場合でも面電極としての機
能を保持し得る強度が得られるような値に設定するもの
とする。 このようにして得られた第1図(B)のような構成で
も前記目的を達成するための一応の効果は得られるが、
本発明では前記電極形成前の次のような処理を行うこと
としている。 つまり、前述の方法により形成された波形粗面2bを有
する素子本体2(第2図)を用意し、次に、第4図に示
すように、その各粗面凸部の先端2cを平面ローラR2によ
り所定の圧延量をもって押し潰し、その部分12aが波形
粗面2bの凹部側に広がって、各々の凹部の開口W1が凹部
空間の最大巾W2よりも狭い形状の変形空間12bになるよ
うに形成して、本実施例の素子本体12を作る。この場
合、押し潰し量の具体的な値は、前実施例の場合と同
様、メッキ層に用いる金属材料や層形成工法等の条件を
考慮して適宜に決定するものとする。 そして、この素子本体12の変形凹凸面に沿って電極層
13を形成するが、該電極層13の形成は、前記同様、Au・
Cu・Al等の良導電性材料を使用し、例えば無電解メッキ
法・スパッタリング法・溶射法等で代表される適宜の層
形成工法を用いて形成するものとする。 今、この工法による層形成の例を無電解メッキ法を例
にして説明する。適宜ののメッキ装置に例えばAuから成
るメッキ材料と素子本体12とをセットし、それ自体公知
である方法をもってメッキを行なう。すると、遊離した
Au分子が前記押し潰し部分12aの上と変形凹部空間12b内
とに進入して素子本体12の表面の各部分に満遍となく付
着し、時間の経過に伴って金属層(電極層)13が形成さ
れて行くことになる。この場合の電極層13の最終的な厚
さは、前記押し潰し部分12aと変形凹部空間12bとから成
る凹凸粗面を導電的に有効に覆い得る値であって、且
つ、外部からの衝撃力が加えられた場合でも面電極とし
ての機能を保持し得る強度が得られるような値に設定さ
れる。 尚、前記各層形成工法における使用装置は公知構成の
装置を利用し、また、その層形成条件については、本発
明の目的に合致するように適宜設定するものとする。 このようにして第3図に示すような導電性ポリマーPT
C抵抗素子が得られる。 この構成から成る導電性ポリマーPTC抵抗素子11で
は、前記変形凹部空間12bの開口が押し潰し部分12aによ
り狭ばめられるため、素子本体11と電極層13との接触界
面における接合力が極めて強く、外力に対して強靱な電
極層が得られる。 以上実施例について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、その要旨を変更せざる範囲内で種
々に変形実施することが可能である。例えば波形粗面を
構成する凹凸形状は、次段工程において凹部空間の開口
が狭ばめられる形状であれば波形・角形・インボリュー
ト形等の適宜の形状を選択することが出来、また、波形
粗面または変形凹凸粗面の形状方法は、歯付きローラに
よる圧延方法以外の各種方法、例えば一体成型工法によ
るものであってもよい。 [発明の効果] 以上述べた通り本発明を用いる時は、素子本体の表裏
面と電極層との密着性を極めて良好になし得た新規な導
電性ポリマーPTC抵抗素子及びその製造方法を実現する
ことが出来る。
【図面の簡単な説明】 第1図(A)は本発明に係る導電性ポリマーPTC抵抗素
子の製造工程の一形態を示す断面図、同図(B)はその
C部分の拡大断面図、第2図は本発明に係る凹凸粗面の
形成方法を示す説明図、第3図は本発明の抵抗素子を示
す一部拡大断面図、第4図は第3図に係る変形凹凸粗面
の形成方法を示す説明図、第5図は台形凸部付き素子本
体と金属箔電極層とから構成された従来方式の導電性ポ
リマーPTC抵抗素子の説明図である。 1・11……導電性ポリマーPTC抵抗素子、2・12……素
子本体、2a……板素材、2b……波形粗面、2c……凸部先
端、3・13……電極層、12a……押し潰し部分、12b……
変形凹部空間、R1……歯付きローラ、R2……平面ローラ

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.ポリマーと該ポリマーに分散的に混入された導電性
    物質とから成り且つ正の抵抗温度特性を有する導電性ポ
    リマーPTC抵抗素子において、その素子本体の表裏面が
    凹凸状の粗面として形成され、該粗面は、各凹凸部にお
    ける凹部空間が開口の狭い変形空間として形成され、該
    粗面上に電極層を設けてなることを特徴とする導電性ポ
    リマーPTC抵抗素子。 2.正の抵抗温度特性を有する導電性ポリマーPTC抵抗
    素子の製造方法において、先ずポリマーと該ポリマーに
    分散的に混入された導電性物質とから成る組成の材料を
    もって板状の素子本体を形成すると共にその表裏面に凹
    凸粗面を形成し、次の工程により、該凹凸粗面の凸部先
    端を潰して凹部空間の開口が狭められた変形凹凸粗面と
    成し、該面に分子遊離移動式の金属層形成工法をもって
    所定厚の電極層を形成することを特徴とする導電性ポリ
    マーPTC抵抗素子の製造方法。 3.前記変形凹凸粗面は、前記凹凸粗面における凸部先
    端を平面ローラにより押し潰して得るものである特許請
    求の範囲第2項に記載の導電性ポリマーPTC抵抗素子の
    製造方法。
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