JP3564442B2

JP3564442B2 - 過電流保護装置

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Publication number: JP3564442B2
Application number: JP2001242988A
Authority: JP
Inventors: シャオ−チウワンデイビッド; マユン−チン; シエチュン−フイ
Original assignee: Polytronics Technology Corp
Current assignee: Polytronics Technology Corp
Priority date: 2000-12-30
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2021-08-09
Also published as: TW484146B; US20020109576A1; JP2002218647A; US6512446B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過電流保護装置、さらに詳細には、正の温度係数（ＰＴＣ）導電組成によって作製される電流感知素子を備える過電流保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、携帯電子製品（携帯電話、ノートブックコンピュータ、携帯型カメラおよび携帯情報端末機器（ＰＤＡ）等）は、より一層普及しており、携帯電子製品の過電流または過熱を防ぐ過電流保護装置は、より一層重要性を増している。
【０００３】
熱ヒューズ、バイメタルまたは正の温度係数（ＰＴＣ）過電流保護装置等の多くの種類の従来の過電流保護装置がある。今日、ＰＴＣ過電流保護装置は、再設定可能で、温度を感知し、信頼性を有する特性のため、電池（特に２次電池（ニッケル−水素電池またはリチウム電池等））を保護するために広く利用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＴＣ導電組成物は、温度に敏感な抵抗によりＰＣＴ過電流保護装置の過電流感知要素として作動する。ＰＣＴ導電組成物の抵抗は常温で非常に低く、バッテリーは正常に動作する。しかし、過電流または過熱な状態が、バッテリーの不適切な使用または他のイレギュラーな原因により発生する場合、過電流保護装置の抵抗は、速やかに（例えば１０^４Ωを超える）少なくとも１万倍に増加し、高抵抗状態になる。それゆえ過電流は、再検査され、バッテリーの回路要素を保護する目的が達成される。
【０００５】
一般には、ＰＴＣ過電流保護装置は、以下の性質を有する必要がある。
１．低い抵抗：バッテリーが、正常に放電する場合でさえ、急激かつ大電流が、電子機器の動作要件によって発生し得る。この時、ＰＴＣ過電流保護装置の抵抗が高すぎる場合、電圧降下が発生し、電子機器の動作を妨げる。従って、ＰＴＣの過電流保護装置の抵抗は、通常の状態で３０ｍΩである必要があり、好適には２０ｍΩである必要がある。
２．低いスイッチング温度：バッテリーの温度が閾値より大きい場合、ＰＴＣ過電流保護装置の抵抗は急激に上昇し、「スイッチング温度」と呼ばれる高抵抗状態になる。一般には、ＰＴＣ過電流保護装置のスイッチング温度は、バッテリーの過熱または焼けを防ぐため、１００℃未満である必要がある。
【０００６】
ＰＴＣ導電性組成物は、導電性フィラー（例としては、カーボンブラックまたは金属パウダー）と混合した結晶性ポリマーである。次に、ＰＴＣ導電性組成物は、架橋反応を行うために照射される。ＰＴＣ導電性組成物は、室温で非常に低い抵抗を有する。しかし、温度がスイッチング温度を超える場合、ＰＴＣ導電性組成物は、高抵抗状態に速やかに切り換わる。
【０００７】
米国特許第５，８０１，６１２号は、導電性フィラー混合ポリマーから構成されるＰＴＣ導電性組成物を有する過電流保護装置を開示する。上記の特許に適用されたポリマーは、ポリオレフィンおよびポリアクリル酸の共重合体である。ＰＴＣ導電性組成物は、２つの電極と共に積層され、架橋反応を行うように照射される。さらに詳細には、上記の特許で開示されたポリマーの融点は、１１０℃未満である必要がある。ポリマーの結晶性は、４０％未満である必要がある。ＰＴＣ導電性組成物と等価な架橋レベルは、２０Ｍｒａｄ未満である必要がある。それゆえ、上記の過電流保護装置は、電流の変化を低い温度範囲（例えば、１１０℃未満）で感知でき、これにより回路およびバッテリーを保護するために抵抗スイッチを提供する。米国特許第５、５８０、４９３号（特表平１０−５０１２９０号公報）および米国特許第５、３７８，４０７号（特表平７−５０７６５５号公報）はまた、ポリオレフィンおよびポリアクリル酸の共重合体で作製されたポリマーを有するＰＴＣ導電性組成物を開示する。しかし、ポリアクリル酸は吸湿性を有するため、アクリル修飾ポリマーを含むＰＴＣ導電性組成物の安定性は低下する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の過電流保護装置は、少なくとも１つのポリマーおよび該ポリマー中に分散した導電性フィラーを含むＰＴＣ（正の温度係数）導電性組成物から形成された電流感知素子と、該電流感知素子と重ね合わされた少なくとも２つの電極と、を含み、該ポリマーの融点が１１０℃よりも高く、該ポリマーのビカット軟化点が１１０℃よりも低く、該電流感知素子の厚さが０．０２５ｍｍ〜０．２５ｍｍであり、２０℃における該電流感知素子の抵抗率が２．０Ωｃｍより小さいことを特徴とする。
【０００９】
本発明の過電流保護装置は、前記ＰＴＣ導電性組成物が、前記ポリマー中に分散した非導電性フィラーをさらに含んでもよい。
【００１０】
本発明の過電流保護装置は、前記非導電性フィラーが無機材料または有機材料であってもよい。
【００１１】
本発明の過電流保護装置は、前記無機材料が、水酸化マグネシウム、酸化チタニウム、または炭酸カルシウムから選択されてもよい。
【００１２】
本発明の過電流保護装置は、前記有機材料が、シリサイドの誘導体、アクリル酸、アミン、スルフィド、カルボン酸、脂肪酸、エステル、およびその塩、または非晶質ポリマーから選択されてもよい。
【００１３】
本発明の過電流保護装置は、前記電流感知素子の反対側の前記電極の表面が、金属導体箔に接着されてもよい。
【００１４】
本発明の過電流保護装置は、前記ＰＴＣ導電性組成物は、照射され、少なくとも２０Ｍｒａｄと等価な架橋レベルを有してもよい。
【００１５】
本発明の過電流保護装置は、前記ＰＴＣ導電性組成物は、照射され、２５〜３５Ｍｒａｄと等価な架橋レベルを有してもよい。
【００１６】
本発明の過電流保護装置は、ポリマー、導電性フィラー、および非導電性フィラーを混合して、前記ＰＴＣ導電性組成物を形成するステップと、該ＰＴＣ導電性組成物を前記電極と重ね合わせて、ＰＴＣシートを形成するステップであって、重ね合わせ後に該ＰＴＣ導電性組成物が層状の電流感知素子となる、ステップと、該ＰＴＣシートを少なくとも２０Ｍｒａｄと等価な架橋レベルで照射するステップと、該ＰＴＣシートを切って、該過電流保護装置を形成するステップと、によって形成されてもよい。
【００１７】
本発明の過電流保護装置は、前記電流感知素子の反対側の前記電極の表面上に、２つの金属導体箔を接着するステップをさらに含んでもよい。
【００１８】
本発明の過電流保護装置は、電流感知素子および２つの電極を含み、該電流感知素子が、ＰＴＣ導電性組成物から形成され、該導電性組成物は、少なくとも１つのポリマーであって、該ポリマーの融点が１１０℃よりも高く、ビカット軟化点が１１０℃よりも低い、ポリマーと、該ポリマー中に分散した導電性フィラーとを含む。
【００１９】
本発明の過電流保護装置は、前記ポリマーの重量比が２０％〜８０％であってもよい。
【００２０】
本発明の過電流保護装置は、前記ポリマーの重量比が、好適には３０％〜７０％であってもよい。
【００２１】
本発明の過電流保護装置は、前記導電性フィラーが、カーボンブラック、メタルパウダー、またはセラミックパウダーから作製されてもよい。
【００２２】
本発明の過電流保護装置は、前記導電性フィラーの重量比が２０％〜９０％であってもよい。
【００２３】
本発明の過電流保護装置は、前記導電性フィラーの重量比が、好適には３０％〜７０％であってもよい。
【００２４】
本発明の過電流保護装置は、前記ＰＴＣ導電性組成物が、前記ポリマー中に分散した非導電性フィラーをさらに含んでもよい。
【００２５】
本発明の過電流保護装置は、前記非導電性フィラーの重量比が０．１％〜１０％であってもよい。
【００２６】
本発明の過電流保護装置は、前記非導電性フィラーの重量比が、好適には０．５％〜５％であってもよい。
【００２７】
本発明の過電流保護装置は、前記非導電性フィラーが、無機材料または有機材料で作製されてもよい。
【００２８】
本発明の過電流保護装置は、前記無機非導電性フィラーが、水酸化マグネシウム、酸化チタニウム、および炭酸カルシウムからなる群より選択されてもよい。
【００２９】
本発明の過電流保護装置は、前記有機非導電性フィラーが、シリサイド、アクリル酸、アミン、スルフィド、カルボン酸、脂肪酸、エステル、およびその塩、ならびに非晶質ポリマーの誘導体からなる群より選択されてもよい。
【００３０】
本発明の過電流保護装置は、前記ＰＴＣ導電性組成物が、物理的性質を向上させる添加物をさらに含んでもよい。
【００３１】
本発明の過電流保護装置は、前記添加物は、光重合開始剤、架橋剤、カップリング剤、分散剤、安定剤、および抗酸化剤からなる群より選択されてもよい。
【００３２】
本発明の主な目的は、バッテリーの温度が通常である場合には抵抗が低い状態である電流感知素子を有する過電流保護装置を提供することである。しかし、バッテリーの温度が切り替え温度まで上昇する場合、電流感知素子の抵抗は、直ちに、高抵抗状態になって、バッテリーの過電流または高すぎる温度に対処する。
【００３３】
本発明の他の目的は、安定した、温度を感知する過電流保護装置を、速やかに、大量に製造する方法を提供することである。
【００３４】
上記の目的を達成し、従来技術による問題点を避けるため、本発明は、電流感知素子、および少なくとも２つの電極を備える過電流保護装置を開示する。電流感知素子は、少なくとも１つのポリマー、導電性フィラー、および非導電性フィラーを含む、正の温度係数（ＰＴＣ）導電性組成物で構成され、ポリマーの融点を１１０℃より高く、ビカット軟化点を１１０℃より低くすることで、過電流保護装置の導電性および温度に対する感度を向上させていることを特徴とする。
【００３５】
本発明は、さらに、過電流保護装置を製造する方法を開示する。この方法は、工程（ａ）から工程（ｄ）を包含する。工程（ａ）において、少なくとも１つのポリマー、導電性フィラー、および非導電性フィラーは、充分に混合され、ＰＴＣ導電性組成物を形成する。工程（ｂ）において、ＰＴＣ導電性組成物は、２つの電極で積層されて、ＰＴＣシートを形成する。工程（ｃ）において、ＰＴＣシートは、照射され、少なくとも２０Ｍｒａｄの等価な架橋レベルを有し、そのことにより、ＰＴＣ導電性組成物は、より高い程度の架橋反応を行う。工程（ｄ）において、ＰＴＣシートは、切断されて、それによって、過電流保護装置が形成される。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の上記および他の目的および利点、ならびにこれらが達成される様態を、添付の図面を参照しながら、明白に、以下の詳細な説明に示す。
【００３７】
図１は、本発明の好適な実施形態の過電流保護装置１０の断面図である。過電流保護装置１０は、電流感知素子１３、２つの電極１１および１２、ならびに２つの金属導電性箔１４および１５を備える。電流感知素子１３は、ＰＴＣ導電性組成物から製造される。ＰＴＣ導電性組成物は、ポリマーおよび導電性フィラーを含む。電極１１および１２は、バッテリーのアノードおよびカソードに電気的に接続するために、電流感知素子１３の表面に接着される。２つの金属導電性箔１４および１５は、プリント回路基板およびバッテリーに接触させるために、電流感知素子の反対に、２つの電極１１および１２の表面に接着される。しかし、金属導電性箔１４および１５は、本発明による、過電流保護装置に欠くことができない素子ではない。
【００３８】
図２は、本発明の過電流保護装置１０の他の好適な実施形態の断面図である。しかし、金属導電性箔１４および１５は、反対方向に延長される。
【００３９】
ＰＴＣ導電性組成物のポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびポリオクテンのような、少なくとも１つのポリオレフィンで構成される。さらに、ポリマーの融点は、結晶性を改良し、導電性組成物のＰＴＣ性質を向上させるため、１１０℃を越える。ポリマーのビカット軟化点は、低い温度で装置１０の過電流保護機能を提供するため、１１０℃に満たない。上記のビカット軟化点は、ＡＳＴＭ、Ｄ１５２５に従って、測定される。さらに、本発明の導電性フィラーは、カーボンブラック、金属パウダー、およびセラミックパウダーから選択される。金属パウダーは、ニッケル、銀、またはそれらの混合物である。セラミックパウダーは、炭化チタン（ＴｉＣ）、または、炭化タングステン（ＷＣ）などである。
【００４０】
さらに、ＰＴＣ導電性組成物は、電流感知素子の靱性、導電性、および温度に対する感度を向上させるために、非導電性フィラーを含む。非導電性フィラーは、無機または有機材料であるが、本発明を限定するものではない。無機非導電性フィラーは、水酸化マグネシウム、酸化チタン、または、炭化カルシウムなどである。有機導電性フィラーは、ケイ化物、アクリル酸、アミン、硫化物、カルボン酸、脂肪酸、エステルおよびその塩もしくはそのアモルファスポリマーの誘導体から選択される。本発明の好適な実施形態の１つにおいて、有機導電性フィラーは、ステアリン酸亜鉛である。さらに、ＰＴＣ導電性組成物は、物理特性を向上させる添加剤をさらに含む。添加剤は、光重合開始剤、架橋剤、カップリング剤、分散剤、安定剤、または酸化防止剤を含む。
【００４１】
本発明の好適な実施形態において、ポリマー、導電性フィラー、非導電性フィラー、および添加剤は、混合され、粉砕される。ポリマーの重量比は、２０％〜８０％であり、好適には、３０％〜７０％である。導電性フィラーの重量比は、２０％〜９０％であり、好適には、３０％〜７０％である。非導電性フィラーの重量比は、０．１％〜１０％であり、好適には、０．５％〜５％である。上記の混合物は、１４０℃〜２５０℃の高温で、好適には、１８０℃〜２３０℃で混ぜ合わせられる。
【００４２】
ＰＴＣ導電性組成物は、２つの金属箔が積層されて、ＰＴＣシートを形成する。積層の後、ＰＴＣ導電性組成物は、２つの金属箔が接着された、層状の電流感知素子になる。金属箔の材料は、ニッケル、銅、または合金であり、金属箔は、本発明の電極として役割を果たす。層状の電流感知素子は、溶解したＰＴＣ導電性組成物を、２つの金属箔間の空間に注入すること、または導電性組成物に２つの金属箔を熱的に積層することによって形成される。
【００４３】
次に、ＰＴＣシートは、ＰＴＣ導電性組成物に、架橋反応を行わせて、装置の熱的安定性および電気特性を向上させるために、照射される。等価な架橋レベルは、少なくとも、２０Ｍｒａｄであり、好適には、２５〜３５Ｍｒａｄである。
【００４４】
ＰＴＣ導電性組成物の架橋反応を行った後、ＰＴＣシートは、切断されて、複数の過電流保護装置を形成する。本発明の寸法は、１２０ｍｍ^２より小さく、好適には、４０ｍｍ^２〜８０ｍｍ^２である。電流感知素子の両面上の金属箔は、ＰＴＣシートが切断された後、過電流保護装置の電極１１および１２になる。その後、２つの金属導電性箔１４および１５は、電極１１および１２の表面にそれぞれ接着され、バッテリーのアノードまたはカソードのいずれかへの直列の電気接続として役割を果たす。本発明の好適な実施形態の１つにおいて、金属導電性箔１４および１５は、ニッケルから製造される。
【００４５】
本発明の電流感知素子の抵抗率は、２０℃で２．０Ωｃｍより低く、電流感知素子の厚さは、０．０２５ｍｍ〜０．２５ｍｍである。
【００４６】
図３に、本発明の過電流保護装置に異なる、等価な架橋レベルで照射する場合の抵抗対温度図を示す。曲線３１は、１０Ｍｒａｄと等価な架橋レベルまで照射される効果を表す。曲線３２は、２０Ｍｒａｄと等価な架橋レベルまで照射される効果を表す。曲線３３は、３０Ｍｒａｄと等価な架橋レベルまで照射される効果を表す。照射の量が増えるにつれて、架橋レベルも高くなり、ＰＴＣ導電性組成物の増加した抵抗も高くなる。
【００４７】
（実施例１）
ポリエチレンおよびポリオクテンの５１％のコポリマー（ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ社製のＥｌｉｔｅ５４００、融点は１２２．５℃、ビカット軟化点は１０２℃）と、４８％のカーボンブラック（ＣｈｉｎａＳｙｎｔｈｅｔｉｃＲｕｂｂｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＮ５５０）と、１％の水酸化マグネシウム（ＵｂｅＭａｔｅｒｉａｌＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ製のＭＧＯＨ−６５０）とを、粉砕器中で３分間混合した。次いで、粉砕した混合物を、配合器（Ｈａａｋｅ−６００）中で２００℃で１５分間配合し、これにより、ＰＴＣ導電性組成物を形成した。原材料を配合器中に供給する際、配合器の速度は４０ｒｐｍに保持した。原材料を配合器中に供給した後、配合器の速度を７０ｒｐｍに上げた。次いで、ＰＴＣ導電性組成物を排出し、スライスした。スライスしたＰＴＣ導電性組成物を、厚さが０．０５ｍｍのニッケルめっきされた２枚の銅箔間の空間に配置した。ＰＴＣ導電性組成物を、ニッケルめっき銅箔の粗面に対向させた。上述したニッケルめっき銅箔を、厚さ５ｍｍの２枚のテフロン（登録商標）プレート間に配置した。最後に、上述したテフロン（登録商標）プレートを、厚さが１ｍｍの２枚のステンレスプレート間に配置し、多層構造を形成した。上述した多層構造を、１８０℃で２０分間予備加熱したホットプレス機器中で押圧した。押圧開始時のホットプレス機器の圧力は５０ｋｇ／ｃｍ^２であった。押圧開始から５分経過後、圧力を１５０ｋｇ／ｃｍ^２に上昇させ、１５０ｋｇ／ｃｍ^２で１０分間保持した。次いで、テフロン（登録商標）プレートおよびステンレスプレートを除去し、ＰＴＣシートを形成した。ＰＴＣ導電性組成物のＰＴＣシートは、ニッケルめっき銅箔に付着した、厚さが０．１３ｍｍの層状の電流感知素子になる。
【００４８】
ＰＴＣシートをＣｏ^６０で照射して、架橋反応を行った。等価な架橋レベルは約３０Ｍｒａｄであった。架橋したＰＴＣシートを切断して、５×１２×０．１３ｍｍの寸法の過電流保護装置を複数形成した。ニッケルめっき銅箔は、過電流保護装置の電極として機能する。
【００４９】
寸法が４×１６×０．１２７ｍｍの２枚のニッケルめっき銅箔を、高温（＞２４０℃）のチャンバにおいて少なくとも３分間加熱された錫ペーストを用いて、過電流保護装置の２つの電極表面にそれぞれ付着させた。付着したニッケルめっき銅箔の端子は、外側に向かって５ｍｍだけ伸びている。最後に、上述した装置を８５℃で熱処理し、−４５℃でアニーリングすると、抵抗が０．０２６Ωに低減する。
【００５０】
次いで、上記装置を温度制御されたオーブン中に配置し、抵抗と温度との関係を検出した。１１０℃（Ｒ_１１０）での抵抗およびトリップ表面（ｔｒｉｐｓｕｒｆａｃｅ）温度を表１に示す。トリップ表面温度は、１２Ｖ／１０Ａで過電流保護装置をオフにし、赤外線温度計で表面温度を測定することにより得た。
【００５１】
（実施例２）
ポリエチレンおよびポリオクテンの４７％のコポリマー（ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ社製のＥｌｉｔｅ５４００、融点は１２２．５℃、ビカット軟化点は１０２℃）と、５０％のカーボンブラック（ＣｈｉｎａＳｙｎｔｈｅｔｉｃＲｕｂｂｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＮ６６０）と、３％のステアリン酸亜鉛（ＡｌｄｒｉｃｈＣｈｅｍｉｃａｌ製）とを、粉砕器中で３分間混合した。次いで、粉砕した混合物を、配合器（Ｈａａｋｅ−６００）中で２００℃で１５分間配合し、これにより、ＰＴＣ導電性組成物を形成した。原材料を配合器中に供給する際、配合器の速度は４０ｒｐｍに保持した。原材料を配合器中に供給した後、配合器の速度を７０ｒｐｍに上げた。次いで、２枚のニッケルめっき銅箔で、上部スチール箔および下部スチール箔をそれぞれ包んだ。銅箔の粗面を外向きに配置した。スチール箔の温度は２２０℃であり、圧力は１００ｋｇ／ｃｍ^２であった。ＰＴＣ導電性組成物を押出成形機で押し出し、上部スチール箔と下部スチール箔との間の隙間から連続的に流した。スチール箔を巻く際、ＰＴＣ導電性組成物を積層化して、２枚のニッケルめっき銅箔に付着した層状の電流感知素子にした。これにより、ＰＴＣシートを形成した。
【００５２】
次いで、ＰＴＣシートをＣｏ^６０で照射して、架橋反応を起こした。等価な架橋レベルは約３０Ｍｒａｄであった。架橋したＰＴＣシートを切断して、５×１２×０．１３ｍｍの寸法の過電流保護装置を複数形成した。ニッケルめっき銅箔は、過電流保護装置の電極として機能する。
【００５３】
寸法が４×１６×０．１２７ｍｍの２枚のニッケル箔を、高温（＞２４０℃）のチャンバにおいて少なくとも３分間加熱された錫ペーストを用いて、過電流保護装置の２つの電極表面にそれぞれ付着させた。付着したニッケル箔の端子は、外側に向かって５ｍｍだけ伸びている。最後に、上述した装置を８５℃で熱処理し、−４５℃でアニーリングすると、抵抗が０．０２３Ωに低減する。
【００５４】
次いで、上記装置を温度制御されたオーブン中に配置し、抵抗と温度との関係を検出した。１１０℃（Ｒ_１１０）での抵抗およびトリップ表面（ｔｒｉｐｓｕｒｆａｃｅ）温度を表１に示す。１２Ｖ／１０Ａで過電流保護装置をオフにし、赤外線温度計で表面温度を測定することにより、トリップ表面温度を得た。
【００５５】
（比較例１）
比較例１と実施例１とのプロセスは同じであるが、ソースＣｏ^６０の照射線量と等価な架橋レベルは約１０Ｍｒａｄであった。
【００５６】
次いで、上記装置を温度制御されたオーブン中に配置し、抵抗と温度との関係を検出した。１１０℃（Ｒ_１１０）での抵抗およびトリップ表面温度を表１に示す。１２Ｖ／１０Ａで過電流保護装置をオフにし、赤外線温度計で表面温度を測定することにより、トリップ表面温度を得た。
【００５７】
（比較例２）
比較例１と実施例１とのプロセスは同じであるが、照射線量と等価な架橋レベルは約２０Ｍｒａｄであった。
【００５８】
次いで、上記装置を温度制御されたオーブン中に配置し、抵抗と温度との関係を検出した。１１０℃（Ｒ_１１０）での抵抗およびトリップ表面（ｔｒｉｐｓｕｒｆａｃｅ）温度を表１に示す。１２Ｖ／１０Ａで過電流保護装置をオフにし、赤外線温度計で表面温度を測定することにより、トリップ表面温度を得た。
【００５９】
（比較例３）
比較例１と実施例１とのプロセスは同じであるが、ＰＴＣ導電性組成物のポリマーは、高密度のポリエチレン（ＦｏｒｍｏｓａＰｅｔｒｏＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，製の８０５０、融点は１３６℃、ビカット軟化点は１２７℃）を用いている。
【００６０】
次いで、上記装置を温度制御されたオーブン中に配置し、抵抗と温度との関係を検出した。１１０℃（Ｒ_１１０）での抵抗およびトリップ表面（ｔｒｉｐｓｕｒｆａｃｅ）温度を表１に示す。１２Ｖ／１０Ａで過電流保護装置をオフにし、赤外線温度計で表面温度を測定することにより、トリップ表面温度を得た。
【００６１】
【表１】

表１に示すように、過電流保護装置の高温抵抗（Ｒ_１１０）は、照射対応レベルが増加するにつれて増加している。等価な架橋レベルのみが、少なくとも２０Ｍｒａｄであり、過電流保護装置の低温（＜１１０℃）特性を得た。比較例３において用いられるポリマーのビカット軟化点が１１０℃を越えると、過電流保護装置の抵抗は低減した。従って、本発明の過電流保護装置のポリマーの融点は、１１０℃を越える必要があり、そのビカット軟化点は、１１０℃未満でなければならない。さらに、架橋反応を起こすための対応レベルは、少なくとも２０Ｍｒａｄである。
【００６２】
本発明の方法および機能について、上記の実施例および記載において十分に説明してきた。本発明の保護されるべき範囲は、本発明の精神から逸脱しない本発明のあらゆる改変または変更を含むものと意図されていることが理解されるべきである。
【００６３】
本発明は、電流感知素子および少なくとも２つの電極を含む過電流保護装置を開示する。上記電流感知素子は、ＰＴＣ（正の温度係数）導電性組成物で形成され、この組成物は、少なくとも１つのポリマー、導電性フィラー、および非導電性フィラーを含む。上記過電流保護装置の導電性および熱的安定性を向上させるために、上記ポリマーの融点は１１０℃よりも高く、ビカット軟化点は１１０℃よりも低い。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の過電流保護装置によって、大電流、過熱等の条件においても安定した導電性および温度に対する高感度を維持できるような電流感知素子を備える装置構成およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の過電流保護装置の好適な実施形態の断面図である。
【図２】図２は、本発明の過電流保護装置の他の好適な実施形態の断面図である。
【図３】図３は、本発明の過電流保護回路に、異なる、等価な架橋レベルで照射する場合の抵抗対温度図である。
【符号の説明】
１０過電流保護装置
１１電極
１２電極
１３電流感知素子
１４金属導電性箔
１５金属導電性箔

Claims

少なくとも１つのポリマーおよび該ポリマー中に分散した導電性フィラーを含むＰＴＣ（正の温度係数）導電性組成物から形成された電流感知素子と、
該電流感知素子と重ね合わされた少なくとも２つの電極とを含み、該ポリマーの融点が１１５℃よりも高く、該ポリマーのビカット軟化点が１１０℃よりも低く、該電流感知素子の厚さが０．０２５ｍｍ〜０．２５ｍｍであり、２０℃における該電流感知素子の抵抗率が２．０Ωｃｍより小さく、該ＰＴＣ導電性組成物は、コバルト６０によって少なくとも２０Ｍｒａｄで照射されることを特徴とする過電流保護装置。
前記ＰＴＣ導電性組成物が、前記ポリマー中に分散した非導電性フィラーをさらに含む、請求項１に記載の装置。
前記非導電性フィラーが無機材料または有機材料である、請求項２に記載の装置。
前記無機材料が、水酸化マグネシウム、酸化チタニウム、または炭酸カルシウムから選択される、請求項３に記載の装置。
前記有機材料が、シリサイド、アクリル酸、アミン、スルフィド、カルボン酸、脂肪酸、エステル、およびその塩、または非晶質ポリマーの誘導体から選択される、請求項３に記載の装置。
前記電流感知素子の反対側の前記電極の表面が、金属導体箔に接着される、請求項１に記載の装置。
前記ＰＴＣ導電性組成物は、コバルト６０によって２５〜３５Ｍｒａｄで照射される、請求項１に記載の装置。
ポリマー、導電性フィラー、および非導電性フィラーを混合して、前記ＰＴＣ導電性組成物を形成するステップと、
該ＰＴＣ導電性組成物を前記電極と重ね合わせて、ＰＴＣシートを形成するステップであって、重ね合わせ後に該ＰＴＣ導電性組成物が層状の電流感知素子となる、ステップと、
コバルト６０によって少なくとも２０Ｍｒａｄで該ＰＴＣシートを照射するステップと、
該ＰＴＣシートを切って、該過電流保護装置を形成するステップと、
によって形成される請求項１に記載の装置。
前記電流感知素子の反対側の前記電極の表面上に、２つの金属導体箔を接着するステップをさらに含む、請求項８に記載の装置。
電流感知素子および２つの電極を含み、該電流感知素子が、コバルト６０によって少なくとも２０Ｍｒａｄで照射されるＰＴＣ導電性組成物から形成され、該導電性組成物は、
少なくとも１つのポリマーであって、該ポリマーの融点が１１５℃よりも高く、ビカット軟化点が１１０℃よりも低い、ポリマーと、
該ポリマー中に分散した導電性フィラーと、
を含む、過電流保護装置。
前記ポリマーの重量比が２０％〜８０％である、請求項１０に記載の装置。
前記ポリマーの重量比が、３０％〜７０％である、請求項１０に記載の装置。
前記導電性フィラーが、カーボンブラック、メタルパウダー、またはセラミックパウダーから作製される、請求項１０に記載の装置。
前記導電性フィラーの重量比が２０％〜９０％である、請求項１０に記載の装置。
前記導電性フィラーの重量比が、３０％〜７０％である、請求項１０に記載の装置。
前記ＰＴＣ導電性組成物が、前記ポリマー中に分散した非導電性フィラーをさらに含む、請求項１０に記載の装置。
前記非導電性フィラーの重量比が０．１％〜１０％である、請求項１６に記載の装置。
前記非導電性フィラーの重量比が、０．５％〜５％である、請求項１６に記載の装置。
前記非導電性フィラーが、無機材料または有機材料で作製される、請求項１６に記載の装置。
前記無機非導電性フィラーが、水酸化マグネシウム、酸化チタニウム、および炭酸カルシウムからなる群より選択される、請求項１９に記載の装置。
前記有機非導電性フィラーが、シリサイド、アクリル酸、アミン、スルフィド、カルボン酸、脂肪酸、エステル、およびその塩、ならびに非晶質ポリマーの誘導体からなる群より選択される、請求項１９に記載の装置。
前記ＰＴＣ導電性組成物が、物理的性質を向上させる添加物をさらに含む、請求項１０に記載の装置。
前記添加物は、光重合開始剤、架橋剤、カップリング剤、分散剤、安定剤、および抗酸化剤からなる群より選択される、請求項２２に記載の装置。