JP3122000B2 - Ptc素子及びこれを用いた保護回路、回路基板 - Google Patents
Ptc素子及びこれを用いた保護回路、回路基板Info
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Description
使用されるPTC素子に関するものであり、さらにはこ
れを用いた保護回路や回路基板に関するものである。
電性粒子と熱可塑性樹脂(例えばポリオレフィン系樹
脂)との配合からなる抵抗体素子であり、過電流状態に
陥ったとき、発熱により熱可塑性樹脂が膨張し、それに
伴って抵抗値が上昇し、回路に流れる電流を制限すると
いう機能を有する。
の導電性粒子としては、一般にカーボンブラックや金属
粉が用いられているが、この場合、次のような不都合が
生じている。
クを用いた場合、初期抵抗値を100 Ω・cm以下にし
てPTC特性を得ることは難しい。したがって、用途と
して数A通電させたい場合、素子自体を大きくしなけれ
ば、用途に見合った抵抗値は得られない。これは機器本
体の大型化を招き、好ましいものではない。
属粉の比重が大きいことから、ある程度の体積率を確保
して初期抵抗値を下げるためには、使用する金属粉の量
が非常に多くなる。したがって、製造コストの点で著し
く不利である。
への応用が考えられる。例えば、充放電可能な二次電池
等には、充電時の電池への過充電を防止するため、保護
回路が内蔵される場合がある。また、極端な過充電状態
に陥った電池は、内部ガスを発生し、爆発の危険をはら
むため、ヒューズのようなもので電池としての機能を断
つという考えがある。
作する保護素子が要求されるが、従来、保護素子として
用いられているヒューズでは、一度動作したら再生不可
能である。
利用が考えられるが、PTC素子は超過電流や超過温度
の状態に陥ったときに動作する素子であるため、単純に
ヒューズと置き換えたのでは、充電器が壊れたり誤使用
によって規定の電圧以上に充電した過電圧状態に陥った
ときには動作しない。
鑑みて提案されたものであって、初期抵抗値が十分に低
く、PTC特性に優れたPTC素子を提供することを目
的とする。また、本発明は、製造コストの点でも有利な
PTC素子を提供することを目的とする。
とし、電圧を検知して動作する新規な保護回路及び回路
基板を提供することを目的とする。
めに、本発明のPTC素子は、結晶性高分子中に導電性
粒子を分散させてなるPTC素子において、前記導電性
粒子が核粒子に金属被覆を施した平均粒径10〜40μ
mの金属被覆粒子であり、初期抵抗値が1×10-1Ω・
cm以下であることを特徴とするものである。
子と、発熱体及び検知素子からなり、1以上のPTC素
子と発熱体とが絶縁樹脂被覆層を介して接触され、発熱
体が検知素子により通電されることを特徴とするもので
ある。
路が他の回路部品とともに実装されていることを特徴と
するものである。
子に金属被覆を施した金属被覆粒子としたものである
が、ここで核粒子としては、比重3以下の粒子が好まし
く、例えば炭素材料を使用する。中でも、黒鉛質の微小
球体状炭素材料が好ましい。
μmのものを使用することが好ましい。平均粒径があま
り小さすぎても、逆に大きすぎても、PTC特性が劣化
する。
ケル等で施せばよく、被膜の厚さは任意である。
リマーであれば何れも使用可能であり、具体的に例示す
るならば、ポリエチレン、ポリカプロラクトン等が挙げ
られる。
電性粒子の割合を25〜60容量%とする。導電性粒子
の割合が25容量%未満であると、初期体積抵抗値を十
分に下げることができず、逆に60容量%を越えると、
十分なPTC特性を得ることができない。
は、100 Ω・cm以下であればよく、10-1Ω・cm
以下であることがより好ましい。
PTC素子と、発熱体及び検知素子からなり、前記PT
C素子と発熱体とが絶縁樹脂被覆層を介して接触されて
なるものであり、例えば、二次電池の過充電防止のため
に用いられるものである。
導電材を設けてなる基板上に、ヒーター電極を含む電極
パターンを形成する工程と、ヒーター電極間に絶縁樹脂
に導電材を混入してなる導電ペーストを用いて発熱体を
設ける工程と、発熱体上にこの発熱体全面を覆い、且つ
PTC素子と接続する接続電極にかからないように絶縁
樹脂被覆層を形成する工程と、前記接続電極間上にPT
C素子を接続形成する工程と、PTC素子上に外側封止
部を形成する工程とにより作成することができる。
る回路基板に形成すれば、保護回路基板として扱うこと
ができる。
ンブラックを用いると、初期体積抵抗値を十分に下げる
ことができない。また、金属粉を用いると、製造コスト
の増大を招く。
子として、金属被覆粒子を用いているので、初期体積抵
抗値が十分低いものとなる。同時に、核粒子に炭素材料
等の比重の小さな安価な材料が使用されるので、製造コ
ストも削減される。
においては、PTC素子と発熱体とが絶縁樹脂被覆層を
介して接触され、発熱体が検知素子により通電される構
造としているので、任意の電圧条件で発熱体が発熱し、
それに伴いPTC素子が動作して抵抗が上昇する。すな
わち、前記構造とすることで、本来過電流保護素子とし
て機能するPTC素子が、過電圧時に通電を遮断すると
いう機能を発揮し、例えば二次電池の過充電防止用保護
素子として動作する。
体的な実験結果を参照しながら詳細に説明する。
成し、その初期体積抵抗値、PTC特性を調べた。各サ
ンプルにおける配合及び測定値を表1に示す。
性高分子は、高密度ポリエチレン(HDPE:三井石油
化学社製、商品名ハイゼックス5000H)及びエチレ
ン−エチルアクリレートコポリマー(EEA:日本ユニ
カー社製、商品名NUC6170)である。また、導電
性粒子Aは、比重1.37の微小球体状炭素材料に銀メ
ッキを施したもの(平均粒径10μm:日本カーボン社
製、商品名MSB−10A)、導電性粒子Bは、比重
1.37の微小球体状炭素材料に銀メッキを施したもの
(平均粒径30μm:日本カーボン社製、商品名MSB
−30A)、導電性粒子Cは、比重1.35の粒子(日
本触媒社製、商品名エポスター、平均粒子4.6μm)
に無電解メッキ(Ni−Au)を施したものである。比
較例で使用した導電性粒子Dは、粒径0.42μmのカ
ーボンブラック(デンカ社製、商品名デンカブラック)
であり、導電性粒子Eは、粒径10μmのカーボンブラ
ック被覆カーボンブラック(日本カーボン社製、商品名
PC−1020)、導電性粒子FH、微小球体状炭素材
料に銀メッキを施したもの(平均粒径50μm:日本カ
ーボン社製、商品名MSB50A)である。
ものを、加圧ニーダを用いて190℃で混練後、ホット
プレス(190℃、5kg/cm2 、20秒)で厚さ3
00μmのフィルム状にし、さらにNi箔で挟んでホッ
トプレス(190℃、5kg/cm2 、20秒)し、2
00μmの厚さに成型した。
を図1〜図3に示す。
プル1や比較サンプル2のように、導電性粒子としてカ
ーボンブラックを使用した場合には、カーボンブラック
の添加量をかなり多くしても、初期体積抵抗値は100
Ω・cm以下にはならない。
ように、金属被覆粒子の粒径が大きくなりすぎても、P
TC特性の点で不満が残る。
ンプルでは、初期体積抵抗値は10-3〜10-1Ω・cm
であり、なおかつ十分なPTC特性を示す。
は、図4及び図5に示す通りである。
るためのPTC電極2a、2bや、ヒータ電極3a、3
b、発熱体とPTC素子を絶縁するための絶縁樹脂被覆
層4、発熱体5、前記PTC電極2a,2b上にそれぞ
れ載置される一対のPTC素子6、一対のPTC素子6
を接続する金属箔9、さらにはこのPTC素子6を保護
するための外側封止部7を順次形成してなるものであ
る。
ム、セラミック基板、ガラスエポキシ基板等が使用可能
である。
るいは銅の上にニッケルメッキや金メッキ、半田メッキ
を施したもの等が使用される。ヒータ電極3a、3bも
同様である。
子6とを絶縁するためのもので、エポキシ系、アクリル
系、ポリエステル系等の様々な有機物、さらにはガラス
等の無機物が使用できる。また、この絶縁樹脂被覆層4
中に熱伝導性の高い無機粉末を分散させることにより、
発熱体5の発熱時の熱を効率的にPTC素子6に伝える
ことができ、PTC素子6を動作させるための発熱体5
の消費電力を低下させることが可能である。
ためのもので、耐熱性高分子等が使用できる。この外側
封止部7を設けることで、保護回路の信頼性が向上す
る。
明する。
板1とし、この上にPTC電極2a、2b及びヒータ電
極3a、3bを図4に示すようなパターンにエッチング
形成した。
ペースト(フェノール樹脂系:藤倉化成社製、FC−4
03R)をスクリーン印刷し、150℃で30分硬化し
て発熱体5を得た。このときの抵抗値は11Ωであっ
た。
体を覆い、且つPTC電極2a、2bにかからないよう
にエポキシ系絶縁ペーストをスクリーン印刷により塗布
し、150℃で30分間硬化させ、絶縁樹脂被覆層4を
形成した。このとき用いたエポキシ系絶縁ペーストの配
合は下記の通りである。
し、エポキシ系絶縁ペーストとした。
ける実施例サンプル1と同じであり、その形成方法も先
の実施例1と同じである。そして、Ni箔で挟んだPT
C素子6を1mm×1mm×0.25mmに切断し、P
TC電極2a,2bに載置して半田により接続した。2
つのPTC素子6の間は金属箔9で接続した。
7)には、液晶ポリマー(日本石油化学社製)を8mm
×4mm×0.7mmに切断し、さらに内側を0.1m
m削ってキャップ状にしたものを接着した。
目について行った。
6871E(アドバンテスト社製)にて測定した。
の抵抗を上記と同様に測定した。
(YHP社製、6033A)を用いて0.1A/秒の速
度で電流を流し、電流値が激減したときの値を読み取っ
た。
bよりリード線を引き出し、これをヒータ電極3aと直
流電源に接続し、PTC素子部の抵抗値が急上昇したと
きの発熱体の熱量を算出した。
護素子(PTC素子)と、加熱により保護素子(PTC
素子)の抵抗値を上昇させる発熱体を熱的に接触させた
ものである。
えばツェナーダイオード)8を組み込むことにより、例
えばツェナーダイオード8のツェナー電圧によりf、g
間の電圧が4.5V以上になると、発熱体5に電流が流
れ、PTC素子6の抵抗値を上昇させ、電流を遮断する
ことができる。
a、2bの中間にもうひとつ中間電極2cを形成し、発
熱体5をこの中間電極2cと各PTC電極2a,2b間
に分離形成するとともに、PTC素子6とPTC素子6
の間を中間電極2cを介して金属箔9で接続した例であ
る。
2と同様であるので、ここではその説明は省略する。
と同様の測定を行った。結果は下記の通りである。
ド)8を組み込んだものが、図9に示す保護回路であ
る。この場合、PTC電極2a、2bのどちらから発熱
体5に電気が供給されてもPTC素子の抵抗値が上がっ
て発熱体への通電が止まり、極めて安全である。したが
って、電池の過充電防止用保護素子として用いることが
できる。
6参照)は、中間電極を形成することなく発熱体5とP
TC素子6とを熱的に接触させ、ある一定電圧で発熱体
5に電流が流れるようにし、そのときの発熱によってP
TC素子6の抵抗値を上げようとした電圧検知システム
である。
とすると、接続部が電極a側もしくは電極b側のどちら
に接続されていたとしても、PTC素子6の抵抗値が上
昇した後も、検知素子を通じて発熱体5への通電が止ま
らず、発熱体5は発熱し続け、やがて発火する危険性が
ある。
対5への通電が電極f側、電極h側のいずれもPTC素
子6を通って中間電極2cを介して行われるため、電池
が充電器に接続されていたとしても、2ヵ所でPTC素
子6の抵抗が上昇し、発熱体5への通電を止めることが
可能である。
明によれば、初期抵抗値が十分に低く、PTC特性に優
れたPTC素子を提供することが可能である。また、本
発明のPTC素子は、製造コストの点でも有利である。
護素子とし電圧を検知して動作する新規な保護回路及び
回路基板を提供することが可能であり、例えば電池の過
充電防止回路として繰り返し使用することが可能であ
る。
温度変化)を示す特性図である。
温度変化)を示す特性図である。
温度変化)を示す特性図である。
る。
回路の回路図である。
る。
回路の回路図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 結晶性高分子中に導電性粒子を分散させ
てなるPTC素子において、 前記導電性粒子が核粒子に金属被覆を施した平均粒径1
0〜40μmの金属被覆粒子であり、 初期抵抗値が1×10 -1 Ω・cm以下であること を特徴
とするPTC素子。 - 【請求項2】 上記導電性粒子が、比重3以下の黒鉛質
の微小球体状炭素材料からなる核粒子に金属被覆を施し
た金属被覆粒子であることを特徴とする請求項1記載の
PTC素子。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載のPTC素子
と、発熱体及び検知素子からなり、1以上のPCT素子
と発熱体とが絶縁樹脂被覆層を介して接触され、発熱体
が検知素子により通電されることを特徴とする保護回
路。 - 【請求項4】 上記絶縁樹脂被覆層が絶縁性高分子中に
高熱伝導性の無機物質を分散した組成物からなることを
特徴とする請求項3記載の保護回路。 - 【請求項5】 請求項3又は請求項4記載の保護回路が
他の回路部品とともに実装されていることを特徴とする
回路基板。
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JP06313588A JP3122000B2 (ja) | 1994-12-16 | 1994-12-16 | Ptc素子及びこれを用いた保護回路、回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
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ID=18043127
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP06313588A Expired - Lifetime JP3122000B2 (ja) | 1994-12-16 | 1994-12-16 | Ptc素子及びこれを用いた保護回路、回路基板 |
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-
1994
- 1994-12-16 JP JP06313588A patent/JP3122000B2/ja not_active Expired - Lifetime
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