JP4095080B2 - Ｐｔｃ素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＴＣ素子及びその製造方法に関する。

過電流から回路素子を保護するための素子として、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子が知られている。ＰＴＣ素子は、ある特定の温度領域に達すると抵抗値の正温度係数が急激に増大する素子である（例えば、下記特許文献１参照）。
特開平５−２１２０７号公報

上記特許文献１に記載のＰＴＣ素子は、結晶性ポリマーに導電性粒子を分散した有機質正温度特性組成物を電極に挟み込んで成形した素体を作製した後、電極に端子をスポットウェルディングやはんだ付けにて接合して作製している。このように素体の作製後に端子をはんだ付け等する場合には、はんだ付け時の熱によって素体が劣化するおそれがある。また、素体を作製した後に別途端子を取り付けているので、作業工数が増える。

そこで本発明では、素体の熱による劣化を抑制できると共により簡便に製造可能なＰＴＣ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

従来のＰＴＣ素子においては、素体を作製した後に別途端子を取り付けているために、端子を取り付ける作業において熱の影響を受けている。本発明者らはこの点に着目し、端子を一体的に製造できるＰＴＣ素子の形態及び製造方法について検討を行った。この検討の過程において、例えば端子を一体的に形成してある電極で素体を挟み込んでＰＴＣ素子を形成する場合に、ＰＴＣ素子の電気的な特性に影響を与えてしまうことが判明した。

そこで本発明者らは、素体の熱による劣化を抑制し、より簡便に製造可能であると共に、電気的な特性への影響も抑制できるＰＴＣ素子及びその製造方法を提供すべく本発明を成し得たものである。

本発明に係るＰＴＣ素子は、一対の端子電極と素体とを備えるＰＴＣ素子であって、一対の端子電極は、一部が対向するように配置され、当該配置によって互いに重なり合う第１領域と重なり合わない第２領域とがそれぞれに形成され、素体は、一対の第１領域に挟まれる位置に配置されており、当該配置されている素体の外周面は切断面となっていることを特徴とする。

本発明によれば、対向配置されている端子電極の第１領域間に素体が配置され、各端子電極の重なり合わない第２領域が素体から延びているので、素体に接する部分に後から端子を取り付ける必要がなくなる。従って、後から端子をはんだ付け等によって取り付けた素子に比較して、素体に対する熱の影響を低減できる。また、素体の外周面は切断面となっているので、素体に端子電極を取り付ける際に第１領域から延出する部分を除去したＰＴＣ素子となっている。従って、組成分布が著しく不均一な部分を除去することができ、素体の組成分布をより均一に近いものとすることができる。

本発明に係るＰＴＣ素子の製造方法は、一対の端子電極と素体とを備えるＰＴＣ素子の製造方法であって、一対の端子電極を、その一部が対向するように配置し、当該配置によって互いに重なり合う第１領域に挟まれる位置に素体となる素体素材を配する配置工程と、一対の端子電極を素体素材に向けて加圧し、加熱して一対の端子電極と素体素材とを接続する端子接続工程と、端子接続工程における加圧に応じて第１領域から延出した素体素材を切断して素体を形成し、素体の外周面を切断面とする切断工程と、を備える。

本発明によれば、一対の端子電極で素体素材を挟んで加圧・加熱によって、一対の端子電極と素体素材とを接続するので、素体となる部分に接する電極に後から端子を取り付ける必要がなくなる。従って、後から端子をはんだ付け等によって取り付けた素子に比較して、素体（素体素材）に対する熱の影響を低減できる。また、加圧に応じて延出した素体素材を切断するので、組成分布が著しく不均一な部分を除去することができ、素体となる部分の組成分布をより均一に近いものとすることができる。

本発明に係るＰＴＣ素子は、上記ＰＴＣ素子の製造方法によって得ることのできるＰＴＣ素子である。本発明によれば、素体に対する熱の影響が低減されていると共に、組成分布が著しく不均一な部分を除去したＰＴＣ素子とすることができる。

本発明によれば、素体に対する熱の影響が低減されていると共に、組成分布が著しく不均一な部分を除去したＰＴＣ素子を提供することができる。従って、素体の熱による劣化を抑制できるのみならず、より簡便に製造可能であり、電気的な特性への影響も抑制できるＰＴＣ素子を提供することができる。

本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

本発明の実施形態であるＰＴＣ素子について図１を参照しながら説明する。図１は、ＰＴＣ素子１の斜視図である。ＰＴＣ素子１は、ポリマーＰＴＣ素子であり、一対の端子電極１０，２０と、素体３０とを備えている。

一対の端子電極１０，２０は、厚みが０．１ｍｍ程度のＮｉ又はＮｉ合金である。一対の端子電極１０，２０は、それぞれの一部が対向するように配置されている。従って、一対の端子電極１０，２０にはそれぞれ、互いに重なり合う第１領域１０１，２０１と、互いに重なり合わない第２領域１０２，２０２とが形成されている。

素体３０は、導電性フィラーを含む熱可塑性樹脂によって形成されている。導電性フィラーとしてはＮｉ粉が、熱可塑性樹脂としてはポリエチレン樹脂がそれぞれ好適に用いられる。素体３０は、一対の端子電極１０，２０それぞれの第１領域１０１，２０１に挟まれる位置に配置されている。後述するように、素体３０は一対の端子電極１０，２０に加圧・加熱して圧着されている。

素体３０が一対の端子電極１０，２０と接していない外周面は切断面となっている。より具体的には、外周面を構成する側面３０１，３０２，３０３，３０４の全てが切断面となっている。後述するように、素体３０が一対の端子電極１０，２０に圧着される際に、第１領域１０１，２０１で挟まれている領域から延出する素体３０を切断して、側面３０１，３０２，３０３，３０４を形成している。

側面３０１は、端子電極１０の一端から端子電極２０の第１領域２０１及び第２領域２０２の境界に至るように形成されている。側面３０３は、端子電極２０の一端から端子電極１０の第１領域１０１及び第２領域１０２の境界に至るように形成されている。側面３０２，３０４は、側面３０１及び側面３０３に隣り合うようにそれぞれ形成されている。

引き続いて、上述したＰＴＣ素子１の製造方法について図１〜図３を参照しながら説明する。図２は、ＰＴＣ素子１の製造方法の手順を示した図である。図３は、各製造工程におけるＰＴＣ素子１の状対を示す図である。ＰＴＣ素子１の製造方法は、素体作製工程（Ｓ０１）と、配置工程（Ｓ０２）と、端子接続工程（Ｓ０３）と、切断工程（Ｓ０４）とを備えている。

素体作製工程（Ｓ０１）は、素体３０（図１参照）となる素体素材Ｍを作製する工程である。まず、導電性フィラーとなるＮｉ粉と、母材樹脂となるポリエチレンとを混錬してブロックを形成する。このブロックを円盤状にプレスし、素体３０の体積よりも大きな堆積となるようにカットして素体素材Ｍを得る。素体素材Ｍは、体積は素体３０よりも大きいけれども、投影面積は素体３０よりも小さくなるように形成する。

続いて、配置工程（Ｓ０２）では、一対の端子電極１０，２０及び素体素材Ｍを準備する。その後、端子電極１０の第１領域１０１と端子電極２０の第１領域２０１とがそれぞれ対向すると共に、端子電極１０の第２領域１０２と端子電極２０の第２領域２０２とがそれぞれ反対側に延びるように配置する。この際、第１領域１０１と第１領域２０１との間に素体素材Ｍを配置する（図３の（ａ）参照）。

続いて、端子接続工程（Ｓ０３）では、図３の（ａ）に示した状態から、一対の端子電極１０，２０を素体素材Ｍに向けて加圧し、加熱して一対の端子電極１０，２０を素体素材Ｍに接続する。図３の（ｂ）に示すように、素体素材Ｍは圧縮されることで第１領域１０１，２０１から延出する。尚、加熱しながら加圧してもよく、加熱後に加圧してもよい。

従って、素体素材Ｍは、第１領域１０１，２０１間に存在する部分３０ａと、第１領域１０１，２０１から延出する部分３０ｂ，３０ｃとを有するようになる。尚、図３の（ｂ）においては、図示の都合上、端子電極２０の第２領域２０２に延出する部分３０ｂと、端子電極１０の第２領域１０２に延出する部分３０ｃとを図示しているけれども、素体素材Ｍはそのほかの方向にも延出している。

続いて、切断工程（Ｓ０４）では、図３の（ｂ）に示した状態から、第１領域１０１，２０１から延出した素体素材Ｍを切断する。図３の（ｃ）に示すように、端子電極１０の一端から端子電極２０の第１領域２０１と第２領域２０２との境界に至る切断線Ｌ１に沿って、素体素材Ｍの部分３０ｂを切断して切断面を形成し側面３０１とする。また、端子電極２０の一端から端子電極１０の第１領域１０１と第２領域１０２との境界に至る切断線Ｌ２に沿って、素体素材Ｍの部分３０ｃを切断して切断面を形成し側面３０３とする。また、図示しない方向（図３の紙面に垂直な方向）に延出する素体素材Ｍを切断して切断面を形成し側面３０２，３０４とする。尚、本実施形態では素体素材Ｍのみを切断しているけれども、端子電極１０，２０の一部と共に切断するようにしてもよい。

本実施形態の効果を説明するために、上述したような切断面を形成しないＰＴＣ素子２と比較する。ＰＴＣ素子２の製造方法を図４を参照しながら説明する。図４の（ａ）に示すように、端子電極１０，２０の間に素体素材Ｍ１を配置する。続いて、図４の（ｂ）に示すように、端子電極１０，２０を素体素材Ｍ１に向けて加圧し、加熱して素体素材Ｍ１を端子電極１０，２０に接続して素体３５とする。素体３５は素体素材Ｍ１と同体積あり、加圧しても端子電極１０，２０が重なり合う領域から外に延出することはない。

本実施形態のＰＴＣ素子１では、電気耐圧性にも特に問題は発生しないが、比較例のＰＴＣ素子２で加圧条件や加熱条件等の製造条件を変更した場合に電気耐圧性に問題が発生する場合がある。より具体的には電気耐圧試験（２０Ｖ、２０Ａ通電を２〜３回）を行うと、ＰＴＣ素子２の素体３５の周辺に近い部分において破壊が生じる。

本発明者らはこの原因を究明するために、ＰＴＣ素子２の端子電極１０を剥がしてプローブで抵抗値を測定した。その測定結果によれば、図４において示した位置Ａにおいて著しく抵抗値が増大していることが判明した。一方、本実施形態のＰＴＣ素子１について同様に抵抗値を測定しても著しい変動は確認されなかった。

この結果から考察すると、比較例としたＰＴＣ素子２の素体３５における導電性フィラーの分布に偏りが生じているのではないかと考えられる。図５にこの偏りの概念図を示す。図５は、素体３５を構成する樹脂Ｒ及び導電性フィラーＦの分布の様子を概念的に示したものであり、実際の分布の様子を忠実に示したものではない。

素体素材Ｍ１を端子電極１０，２０によって加圧して圧縮すると、素体素材Ｍ１は外側に向けて延伸していく。そうすると、素体素材Ｍ１を構成する樹脂Ｒは流動性が高いため、導電性フィラーＦを置き去りにする形で広がっていく。従って、図５に示すように、位置Ａでは導電性フィラーＦが比較的希薄になって抵抗値が増大する。一方、位置Ａよりも内側の位置Ｂでは置き去りにされた導電性フィラーＦが残留して導電性のギャップ領域が形成されると考えられる。従って、位置Ｂにおいて電流のパスが形成され、この位置の前後において破壊が生じると考えられる。

この考察から類推すると、本実施形態のＰＴＣ素子１の素体素材Ｍ（素体３０）は、概念的に図６に示したような状態になっていると考えられる。本実施形態のＰＴＣ素子１を製造する際に、素体素材Ｍは完成品の素体３０の体積よりも大きな体積で形成され、加圧圧縮される。従って、第１領域１０１，２０１よりも外側に延出する部分３０ｂ，３０ｃが形成される。素体素材Ｍを構成する樹脂Ｒ及び導電性フィラーＦの挙動が上述した考察の通りであれば、圧縮された素体素材Ｍの周辺部で導電性フィラーＦが希薄な部分と濃厚な部分とが形成される。しかしながら本実施形態では、素体素材Ｍが第１領域１０１，２０１よりも十分はみ出すように圧縮しているので、そのように導電性フィラーＦが濃厚であったり希薄であったりする部分は、いずれ切断除去される部分３０ｂ，３０ｃに形成される。従って、実際に素体３０となる部分３０ａでは、樹脂Ｒに対する導電性フィラーＦの比率が適切に保たれ、ＰＴＣ素子１の電気的な特性に悪影響を与えないものと考えられる。

上述したように本実施形態のＰＴＣ素子１は、対向配置されている端子電極１０，２０の第１領域１０１，２０１間に素体３０が配置され、各端子電極１０，２０の重なり合わない第２領域１０２，２０２が素体３０から延びているので、素体３０に接する部分に後から端子を取り付ける必要がなくなる。従って、後から端子をはんだ付け等によって取り付けた素子に比較して、素体３０に対する熱の影響を低減できる。また、素体３０の外周面は切断面となっているので、素体３０に端子電極１０，２０を取り付ける際に第１領域１０１，２０１から延出する部分３０ｂ，３０ｃを除去したＰＴＣ素子となっている。従って、組成分布が著しく不均一な部分３０ｂ，３０ｃを除去することができ、素体３０の樹脂Ｒ及び導電性フィラーＦ等の組成分布をより均一に近いものとすることができる。

本実施形態におけるＰＴＣ素子を示す斜視図である。 本実施形態におけるＰＴＣ素子の製造方法を説明するためのフロー図である。 ＰＴＣ素子の製造方法各工程における状態を説明するための図である。 比較例としてのＰＴＣ素子の製造方法を説明するための図である。 比較例としてのＰＴＣ素子の素体の状態を説明するための図である。 本実施形態におけるＰＴＣ素子の素体の状態を説明するための図である。

符号の説明

１…ＰＴＣ素子、１０，２０…端子電極、３０…素体、１０１，２０１…第１領域、１０２，２０２…第２領域、３０１，３０２，３０３，３０４…側面。

Claims (3)

1. 一対の端子電極と、樹脂および当該樹脂に分散された導電性フィラーを含む素体と、を備えるＰＴＣ素子であって、
   前記一対の端子電極は、一部が対向するように配置され、当該配置によって互いに重なり合う第１領域と重なり合わない第２領域とがそれぞれに形成され、
   前記素体は、一対の前記第１領域に挟まれる位置に配置されており、当該配置されている素体のうち前記一対の端子電極と接していない外周面を全て切断面とすることにより、前記素体において一対の前記第１領域の間に位置する部分と比べて前記導電性フィラーの分布が不均一な部分を除去することを特徴とするＰＴＣ素子。
2. 一対の端子電極と素体とを備えるＰＴＣ素子の製造方法であって、
   導電性フィラーと樹脂とを混練して、前記素体となる素体素材を作製する素体作製工程と、
   前記一対の端子電極を、その一部が対向するように配置し、当該配置によって互いに重なり合う第１領域に挟まれる位置に前記素体素材を配する配置工程と、
   前記一対の端子電極を前記素体素材に向けて加圧し、加熱して前記一対の端子電極と前記素体素材とを接続する端子接続工程と、
   前記端子接続工程における加圧に応じて前記第１領域から延出した前記素体素材を切断して前記素体を形成し、前記素体のうち前記一対の端子電極と接していない外周面を全て切断面とすることにより、前記素体において一対の前記第１領域の間に位置する部分と比べて前記導電性フィラーの分布が不均一な部分を除去する切断工程と、
   を備えるＰＴＣ素子の製造方法。
3. 請求項２に記載のＰＴＣ素子の製造方法によって得ることのできるＰＴＣ素子。

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