JP5203278B2 - Method for manufacturing positive temperature coefficient thermistor device - Google Patents
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Description
本発明は、直方体や円柱などの所定の形状を有する正特性サーミスタの電極面を露出した状態で、耐熱樹脂によってモールド加工した正特性サーミスタ装置の製造方法に関する。
The present invention, in a state in which the exposed electrode surface of the PTC thermistor having a predetermined shape such as a rectangular parallelepiped or a cylinder, a method of manufacturing a PTC thermistor equipment was molded processed by a heat-resistant resin.
正特性サーミスタは、チタン酸バリウム系半導体磁器からなり、常温では比抵抗が低く、キュリー温度を超えると急激に比抵抗が上昇するという正の抵抗温度特性を有する。正特性サーミスタは、このような特性を活かして、従来からヒータ用、過電流保護用、温度検知用等の用途に幅広く用いられている。特に、ヒータ用の正特性サーミスタは、自己温度制御に基づく定温発熱機能によって実現される安全性能を備えているため、取扱いが容易で安全なヒータとして広く使用されている。 The positive temperature coefficient thermistor is composed of a barium titanate semiconductor ceramic, and has a positive resistance temperature characteristic in which the specific resistance is low at room temperature and the specific resistance rapidly increases when the Curie temperature is exceeded. Positive characteristic thermistors have been used widely for applications such as heaters, overcurrent protection, and temperature detection, taking advantage of these characteristics. In particular, the positive temperature coefficient thermistor for heaters is widely used as a safe heater that is easy to handle because it has safety performance realized by a constant temperature heating function based on self-temperature control.
正特性サーミスタのユニットとしては、衣類・布団乾燥機、ハンドドライヤーなどの家庭用ヒータのほかに、自動車関係の車載ヒータなどもある。正特性サーミスタ素子が、ヒータのコアとして使用される場合には、熱伝導性の良好なアルミニウム、または銅などで製作された放熱フィンおよび導電端子に正特性サーミスタ素子を接触させることが望ましい。そこで、例えば、接着剤を用いて放熱フィンと正特性サーミスタ素子とを接着することによって、両者の位置関係を固定にするとともに、導電性の接着剤を用いて両者の導通を確保する方法が一般に知られている。 Positive characteristic thermistor units include automotive heaters in addition to household heaters such as clothes / futon dryers and hand dryers. When the positive temperature coefficient thermistor element is used as the core of the heater, it is desirable to bring the positive temperature coefficient thermistor element into contact with a heat radiating fin and a conductive terminal made of aluminum or copper having good thermal conductivity. Therefore, for example, a method of fixing the positional relationship between the two by fixing the heat dissipating fin and the positive temperature coefficient thermistor element by using an adhesive and securing the conduction between the two by using a conductive adhesive is generally used. Are known.
しかしながら、上述した方法は、正特性サーミスタ素子の電極に何らかの処理を加える必要があった。さらに、正特性サーミスタ自体の形状を複雑にせざるを得ない場合もあった。また、放熱用のフィンと正特性サーミスタ素子とを、導電性の高い接着剤によって固定する場合であっても、正特性サーミスタ素子の発熱部が放熱フィンに全面で接するようにすることは困難であり、熱効率の低下が予測された。さらに、車載用にいたっては、有機成分を含む接着剤を放熱部に用いていたため、長期間の使用では異臭の発生が懸念された。 However, in the above-described method, it is necessary to add some processing to the electrode of the positive temperature coefficient thermistor element. Further, the shape of the positive temperature coefficient thermistor itself has to be complicated. In addition, even when the fin for heat dissipation and the positive temperature coefficient thermistor element are fixed with a highly conductive adhesive, it is difficult for the heat generating part of the positive temperature coefficient thermistor element to be in contact with the heat dissipation fin over the entire surface. There was a predicted decrease in thermal efficiency. Furthermore, since the adhesive containing an organic component was used for the heat radiation part for in-vehicle use, there was a concern about the generation of a strange odor during long-term use.
また、上述した問題から、固定バネによる圧接方法も提案されている。しかし、このような方法でも、接着剤などで位置の固定を行っており、上述した問題を解決する手段とはならなかった。さらに、絶縁樹脂成形体を用いた位置固定スペーサを使用することも考えられるが、スペーサを組むという工数が余分にかかるため、生産性に問題があった。 Also, due to the above-described problems, a pressure contact method using a fixed spring has been proposed. However, even with such a method, the position is fixed with an adhesive or the like, and it has not been a means for solving the above-described problems. Further, although it is conceivable to use a position fixing spacer using an insulating resin molded body, there is a problem in productivity because it takes an extra man-hour for assembling the spacer.
そこで、このような課題に対応して、正特性サーミスタ素子に、位置固定スペーサとして機能する絶縁樹脂成形体をモールド加工する方法が考案されている（例えば、特許文献１参照）。 Accordingly, in response to such a problem, a method has been devised in which an insulating resin molding functioning as a position fixing spacer is molded on the positive temperature coefficient thermistor element (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上述したような方法によっても、熱可塑性樹脂によりモールド加工（インサート成形）する際には、クランプ部を正特性サーミスタ素子自体に形成する必要があり、正特性サーミスタ素子の形状を樹脂に固定し易い形状にする必要があった。この場合、周辺部の熱応力に対する強度が中心部より低くなる傾向にあり、熱破壊へと繋がる危険性があった。 However, even with the method described above, when molding (insert molding) with a thermoplastic resin, it is necessary to form the clamp portion on the positive temperature coefficient thermistor element itself, and the shape of the positive temperature coefficient thermistor element is fixed to the resin. It was necessary to make the shape easy to do. In this case, the strength against thermal stress in the peripheral portion tends to be lower than that in the central portion, and there is a risk of leading to thermal destruction.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、正特性サーミスタ素子の形状を複雑にすることなく、正特性サーミスタ素子を容易かつ安全に固定できるとともに、組立時の生産性を向上させることができる正特性サーミスタ装置の製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to easily and safely fix the positive temperature coefficient thermistor element without complicating the shape of the positive temperature coefficient thermistor element and to assemble it. and to provide a positive characteristic thermistor equipment manufacturing method which can improve the productivity of time.
本発明にかかる正特性サーミスタ装置の製造方法は、複数の素子面のうちの一部の素子面に電極を形成した正特性サーミスタ素子と、正特性サーミスタ素子を収容する貫通穴が設けられた枠体とを有する正特性サーミスタ装置の製造方法であって、正特性サーミスタ素子を構成する素子面のうちの電極面を除く非電極面に熱硬化性絶縁樹脂をモールド加工して付着させる第１ステップと、熱硬化性絶縁樹脂が付着した正特性サーミスタ素子を枠体に形成された貫通穴に収容する第２ステップとからなることを特徴とする。
A method of manufacturing a positive temperature coefficient thermistor device according to the present invention includes a positive temperature coefficient thermistor element in which an electrode is formed on a part of a plurality of element surfaces, and a frame provided with a through hole that accommodates the positive temperature coefficient thermistor element. A method of manufacturing a positive temperature coefficient thermistor device having a body, wherein a thermosetting insulating resin is molded and attached to a non-electrode surface excluding an electrode surface of an element surface constituting a positive temperature coefficient thermistor element And a second step of accommodating the positive temperature coefficient thermistor element to which the thermosetting insulating resin is adhered in a through hole formed in the frame.
このような方法によれば、電極面を露出させながらも、正特性サーミスタ素子の形状を複雑にすることなく、正特性サーミスタ素子を容易かつ安全に固定できるとともに、組立時の生産性を向上させることができる。 According to such a method, while the electrode surface is exposed, the positive temperature coefficient thermistor element can be fixed easily and safely without complicating the shape of the positive temperature coefficient thermistor element, and productivity during assembly can be improved. be able to.
さらに、第２ステップの後、貫通穴の内壁面と正特性サーミスタ素子の非電極面との隙間を熱硬化性絶縁樹脂とは異なる成分からなる第２の絶縁樹脂で埋める第３ステップを実行することで、正特性サーミスタ素子を枠体に確実に固定することができる。第２の絶縁樹脂としては、先に形成された熱硬化性絶縁樹脂が劣化するのを防止する観点から、熱可塑性絶縁樹脂を用いることが好ましい。 Further, after the second step, a third step is performed in which the gap between the inner wall surface of the through hole and the non-electrode surface of the positive temperature coefficient thermistor element is filled with a second insulating resin made of a component different from the thermosetting insulating resin. Thus, the positive temperature coefficient thermistor element can be securely fixed to the frame. As the second insulating resin, it is preferable to use a thermoplastic insulating resin from the viewpoint of preventing deterioration of the previously formed thermosetting insulating resin.
正特性サーミスタ素子の形状を複雑にすることなく、正特性サーミスタ素子を容易かつ安全に固定できるとともに、組立時の生産性を向上させることができる。 Without complicating the shape of the positive temperature coefficient thermistor element, the positive temperature coefficient thermistor element can be fixed easily and safely, and productivity during assembly can be improved.
図１は、 直方体の形状を有する正特性サーミスタ素子２の例（ａ）と、円柱の形状を有する正特性サーミスタ素子２の例（ｂ）とを示す斜視図である。この正特性サーミスタ素子２は、以下のようにして作製される。
FIG. 1 is a perspective view showing an example (a) of a positive temperature coefficient
正特性サーミスタ素子２の主成分となる炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、酸化鉛、酸化チタン、半導体化剤である酸化イットリウム、添加剤である炭酸マンガン、酸化ケイ素を所定量配合・混合し、仮焼、粉砕し、造粒後、平面サイズ：４１ｍｍ×７．８ｍｍ、厚み：３．０ｍｍとなるように成形、焼成した。
Barium carbonate, strontium carbonate, lead oxide, titanium oxide, yttrium oxide as a semiconducting agent, manganese carbonate as an additive, silicon oxide as a main component of the positive temperature coefficient
次に、表面研削によって、厚み：２．０ｍｍ、平面度：５０μｍ以下になるように加工した後、超音波洗浄を行ない、その後、得られた正特性サーミスタ素子２の研削面にスクリーン印刷によって、Ｚｎ、Ｚｎ−Ａｇ、またはＮｉ合金からなる第１電極を形成し、さらに第１電極上に、ＡｇまたはＰｄからなる第２電極を形成した。このようにして、図１に示すような構造の正特性サーミスタ素子２を４個作製した。
Next, by surface grinding, the thickness is 2.0 mm and the flatness is 50 μm or less, and then ultrasonic cleaning is performed. Thereafter, the ground surface of the obtained positive temperature coefficient
なお、図１に示すように、上面と下面との双方に電極１が形成されており、正特性サーミスタ素子２は、上面の電極１と下面の電極１とを有する。上述した第１電極と第２電極とによって、上面の電極１と下面の電極１とが構成される。
As shown in FIG. 1, the
このように、正特性サーミスタ素子２の上面と下面のみが、電極面となっているので、正特性サーミスタ素子２の側面は、電極が形成されていない非電極面となる。例えば、図１（ａ）に示した直方体の形状を有する正特性サーミスタ素子２の場合には、各々が長方形の形状を有する４つの側面が非電極面となる。また、図１（ｂ）に示した円柱の形状を有する正特性サーミスタ素子２の場合には、円筒状の形状を有する側面が非電極面となる。
Thus, since only the upper surface and the lower surface of the positive temperature coefficient
作製した４個の正特性サーミスタ素子２のうちの２個は、処理を加えずに比較試料とした。
Two of the four positive-characteristics
これに対して、残りの２個の正特性サーミスタ素子２には、図２に示すように、正特性サーミスタ素子２の非電極面である側面にシリコン樹脂(本発明の「熱硬化性絶縁樹脂」に相当)を塗布して固着させた。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the remaining two positive temperature coefficient
なお、図２に示した例は、図１（ａ）に示した直方体の形状を有する正特性サーミスタ素子２に処理を加えた場合である。この場合には、上述したように、各々が長方形の形状を有する４つの側面が非電極面である。この４つの側面の全てにシリコン樹脂を塗布して固着させた。これにより、非電極面である４つの側面を周回するように、シリコン樹脂を４つの側面の周りに沿って環状に形成することができる（図２（ｃ）参照）。
The example shown in FIG. 2 is a case where processing is applied to the positive temperature coefficient
また、図１（ｂ）に示した円柱の形状を有する正特性サーミスタ素子２の場合も同様に、その側面にシリコン樹脂を塗布して固着させることができる。この場合には、上述したように、円筒状の側面が非電極面である。この円筒状の側面の全周に亘ってシリコン樹脂を塗布して固着させる。このようにすることで、非電極面である円筒状の側面を周回するように、円環状にシリコン樹脂を円筒側面に沿って形成することができる。
Similarly, in the case of the positive temperature coefficient
この正特性サーミスタ素子２の側面へのシリコン樹脂の塗布は、図３に示すように、シリコン樹脂を選択的に塗布できる冶具４を用いて行った。図３（ｂ）に示すように、この冶具４は、上側の冶具と下側の冶具とで構成されている。正特性サーミスタ素子２を、上側の冶具と下側の冶具とで挟むことで、正特性サーミスタ素子２の側面に対して略垂直な方向（水平方向）に延びる間隙を形成することができる（図３（ａ）参照）。この間隙は、正特性サーミスタ素子２の側面の垂線に沿って形成され、長尺な注入用の間隙となる。
The silicon resin was applied to the side surface of the positive temperature
この注入用間隙にシリコン樹脂を流し込むことで、正特性サーミスタ素子２の側面の周りに形成された樹脂充填空間にシリコン樹脂を塗布する。次いで、シリコン樹脂を熱硬化させることで、正特性サーミスタ素子２の側面にシリコン樹脂を付着させることができる（第１ステップ）。
Silicon resin is applied to the resin filling space formed around the side surface of the positive temperature
上側の冶具と下側の冶具との間に形成される樹脂充填空間の幅によって、正特性サーミスタ素子２の側面に付着させるシリコン樹脂の太さを定めることができる。また、注入用間隙の幅によって、シリコン樹脂の単位時間当たりの注入量を調整することができる。また、樹脂充填空間の形状を適宜変更することによって、正特性サーミスタ素子２の側面に塗布するシリコン樹脂の形状も変更することができる。
The thickness of the silicon resin attached to the side surface of the positive temperature
ここで、正特性サーミスタ素子２の側面に塗布する樹脂としては、１．０×１０−４／℃〜２．５×１０−４／℃の線膨張率を有するシリコン樹脂を用いることが好ましい。このようにすることで、図２や図３に示すように、シリコン樹脂を塗布して固着した正特性サーミスタ素子２を作製することができる。
Examples of the resin to be coated on the side surface of the positive
次に、上述した方法でシリコン樹脂を付着させた正特性サーミスタ素子２の大きさに適合した貫通穴５ａが形成された枠体５を２個準備する。枠体５は、熱可塑性樹脂を成型加工して作製される。本実施例では熱可塑性樹脂として、ポリアミド樹脂を用いた。
Next, two
次いで、正特性サーミスタ素子２を、枠体５に形成されている貫通穴５ａに入れる。具体的には、正特性サーミスタ素子２の側面と貫通穴５ａの内壁面とが対向するように、正特性サーミスタ素子２を貫通穴５ａ内に収容する（第２ステップ）。
Next, the positive temperature
ここで、正特性サーミスタ素子２の側面に付着させた熱硬化性樹脂は、正特性サーミスタ素子２の側面と貫通穴５ａの内壁面との間に介装された状態となり、熱硬化性樹脂によって、正特性サーミスタ素子２を貫通穴５ａ内で保持することができる。正特性サーミスタ素子２を枠体５に収容する際には、図４に示すように、正特性サーミスタ素子２の上面の電極面が完全に露出し、かつ、枠体５の上面と、正特性サーミスタ素子２の上面の電極面との高さ位置が一致するように、いわゆる面一になるように、サーミスタ素子２を枠体５に嵌合させる。こうして、２つの評価試料を作製した。
Here, the thermosetting resin attached to the side surface of the positive temperature
本明細書では、このように、正特性サーミスタ素子２と枠体５とを用いて、正特性サーミスタ素子２を枠体５に固定したものを、正特性サーミスタ装置と称する。
In the present specification, a device in which the positive temperature
さらに、サーミスタ素子２を枠体５に嵌合させた後、貫通穴５ａの内壁面と正特性サーミスタ素子２の側面との隙間をシリコン樹脂とは異なる成分からなる絶縁樹脂、例えばポリアミド樹脂等の熱可塑性絶縁樹脂(本発明の「第２の絶縁樹脂」に相当)で埋める（第３ステップを実行する）のが好ましい。
Further, after the
正特性サーミスタ素子２の側面に付着させた熱硬化性絶縁樹脂は、貫通穴５ａの内壁面と正特性サーミスタ素子２の側面との隙間に追加的に充填される熱可塑性絶縁樹脂の硬化処理（熱可塑性絶縁樹脂を加熱により軟化した後、固化）を受けることになる。このため、追加的に充填する熱可塑性絶縁樹脂は、その硬化条件が、正特性サーミスタ素子２の側面に付着させた熱硬化性絶縁樹脂が劣化しない範囲内にあるものから選択することが好ましい。
The thermosetting insulating resin adhered to the side surface of the positive temperature
ここで、シリコン樹脂と第２の絶縁樹脂の熱膨張係数を同一となるように合わせると、異なる２つの絶縁樹脂の間で、温度変動に起因して応力が発生するのを抑制することができ、温度変動にかかわらず、正特性サーミスタ素子を枠体に安定して固定することができる。 Here, when the thermal expansion coefficients of the silicon resin and the second insulating resin are matched, it is possible to suppress the occurrence of stress due to temperature fluctuation between two different insulating resins. Regardless of temperature variation, the positive temperature coefficient thermistor element can be stably fixed to the frame.
なお、正特性サーミスタ素子２の側面に付着させる熱硬化性絶縁樹脂としては、シリコン樹脂のほか、アリル樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル、ポリウレタンを用いることができる。熱硬化性絶縁樹脂としては、線膨張率が、１．０×１０−４／℃〜７．０×１０−５／℃である樹脂を用いることが好ましい。
The thermosetting insulating resin to be attached to the side surface of the positive temperature
また、貫通穴５ａの内壁面と正特性サーミスタ素子２の側面との隙間に追加的に充填される熱可塑性絶縁樹脂としては、ポリアミド樹脂のほか、ＡＢＳ樹脂、アセタール樹脂、メタクリル樹脂、酢酸セルロース、塩素化ポリエーテル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂、アイオノマー、液晶プラスチック、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリブチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリ−４−メチルペンテン−１、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスルホン、酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ＡＳ樹脂を用いることができる。
Further, as the thermoplastic insulating resin additionally filled in the gap between the inner wall surface of the through
次に、図５に示すように、アタッチメント６によって正特性サーミスタ装置を固定し、正特性サーミスタ装置の上部からロードセルで押し込むことで、樹脂と正特性サーミスタ素子２との間の固着強度を確認する試験を行った。その結果を表１および図６に示す。
Next, as shown in FIG. 5, the positive temperature coefficient thermistor device is fixed by the
上記の強度試験により、正特性サーミスタ素子の側面（非電極面）にシリコン樹脂（熱硬化性絶縁樹脂）を付着させていない正特性サーミスタ装置（比較試料）に対して、正特性サーミスタ素子の側面にシリコン樹脂を付着させた正特性サーミスタ装置（評価試料）は、有意性のある強度を持つ結果となった。 By the above strength test, the side surface of the positive temperature coefficient thermistor element is compared with the positive temperature coefficient thermistor device (comparative sample) in which silicon resin (thermosetting insulating resin) is not attached to the side surface (non-electrode surface) of the positive temperature coefficient thermistor element. The positive temperature coefficient thermistor device (evaluation sample) in which the silicon resin was adhered to the result showed a significant strength.
評価試料は、さらに負荷を加えることで、強度が弱いと思われる先端加工部（外縁部）ではなく、セラミック内部(ボディ部)からの破断が見られる結果となり、評価試料は、最も強度が強く、かつ靱性があることが分かった。 When the load is further applied, the evaluation sample has the strongest strength, as a result of fracture from the inside of the ceramic (body), not the tip processed part (outer edge), which seems to be weak. And toughness.
１ 電極
２ 正特性サーミスタ素子
３ シリコン樹脂（熱硬化性樹脂）
４ 樹脂キャスティング用金型
５ 枠体
５ａ 貫通穴
６ 樹脂固定強度測定用アタッチメント（固定用）
７ 樹脂固定強度測定用ロードセル
DESCRIPTION OF
4 Mold for
7 Load cell for measuring resin fixing strength
Claims (3)
前記正特性サーミスタ素子を構成する素子面のうちの電極面を除く非電極面に熱硬化性絶縁樹脂をモールド加工して付着させる第１ステップと、
前記熱硬化性絶縁樹脂が付着した前記正特性サーミスタ素子を前記枠体に形成された貫通穴に収容する第２ステップと、からなることを特徴とする正特性サーミスタ装置の製造方法。 A method for manufacturing a positive temperature coefficient thermistor device comprising a positive temperature coefficient thermistor element having an electrode formed on a part of a plurality of element surfaces, and a frame provided with a through hole for accommodating the positive temperature coefficient thermistor element. There,
A first step of molding and adhering a thermosetting insulating resin to a non-electrode surface excluding an electrode surface of an element surface constituting the positive temperature coefficient thermistor element;
And a second step of accommodating the positive temperature coefficient thermistor element to which the thermosetting insulating resin is adhered in a through hole formed in the frame, and a method of manufacturing a positive temperature coefficient thermistor device.
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