JP5274019B2 - Ｐｔｃデバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ポリマーＰＴＣデバイスの製造方法、およびそのような製造方法によって製造されるポリマーＰＴＣデバイスに関する。
ポリマー材料およびその中に導電性フィラーを含んで成る導電性ポリマー材料が、例えば層状に、成形されたポリマーＰＴＣ要素、ならびにその両側に配置された金属電極を有して成るポリマーＰＴＣ素子が電気または電子装置において広く使用されている。
このようなポリマーＰＴＣ素子は、電子機器において例えば回路保護装置として用いられ、機器の正常な使用時においては実質的な抵抗値を有さないものの、機器が異常状態になった時に、あるいは機器の周囲の環境が異常状態になった時に、ポリマーＰＴＣ素子自体の温度が高温となって抵抗値が急激に増加して、いわゆるトリップして、機器に流れる電流を遮断することによって、機器の破壊を未然に防ぐように機能する。このようなポリマーＰＴＣ素子は、機器が正常に作動している状態では、それがあたかも存在しないかのように、その抵抗値は可及的に小さいのが好ましい。
電子機器においてポリマーＰＴＣ素子を用いるには、ポリマーＰＴＣ要素に金属電極が接続されているポリマーＰＴＣ素子を得、そのようなＰＴＣ素子の少なくとも一方の金属電極にリードを電気的に接続したＰＴＣデバイスを得、このようなＰＴＣデバイスを所定の配線または電気要素に接続し、リードを介して電子機器の所定の回路にポリマーＰＴＣ素子を挿入する。
リードを有して成るポリマーＰＴＣデバイスは、例えばシート状に押出成形した導電性ポリマー材料の表裏に金属電極としての金属箔を、例えば熱圧着によって貼り合わせた後、所定の寸法に裁断または打ち抜きし、その後、電子機器の回路に挿入すべく、種々の金属のリードを金属電極に接続することによって製造される。例えば、下記特許文献１では、リードの接続に際しては、半田接続、抵抗溶接等が用いられている。
特開２００１−１０２０３９号公報
このようなポリマーＰＴＣ素子は、機器が正常に作動している状態では、それがあたかも存在しないかのように、その抵抗値は可及的に小さいのが好ましい。ポリマーＰＴＣ素子が配置されている周囲の温度が高くなると、その抵抗値は、トリップする温度の手前まで徐々に上昇し、その後、急激に増加する。当然ながら、トリップするまでは、ポリマーＰＴＣ素子の抵抗値自体は本来的に低いのが望ましい。従って、より低い抵抗値を有するポリマーＰＴＣ素子を有するポリマーＰＴＣデバイスを提供することが望まれている。
上述の課題は、
ポリマーＰＴＣ要素およびその両側に配置された金属電極を有して成るＰＴＣ素子、ならびに
少なくとも一方の金属電極に電気的に接続されたリード
を有して成るＰＴＣデバイスの製造方法であって、
ポリマーＰＴＣ要素は、ポリマー材料およびその中で分散している導電性フィラーを含んで成る導電性ポリマー組成物によって形成され、
リードの金属電極への接続は、ポリマー材料の融点より低い温度で実施することを特徴とする、ＰＴＣデバイスの製造方法
によって解決されることが見いだされた。
ポリマーＰＴＣ要素およびその両側に配置された金属電極を有して成るＰＴＣ素子、ならびに
少なくとも一方の金属電極に電気的に接続されたリード
を有して成るＰＴＣデバイスの製造方法であって、
ポリマーＰＴＣ要素は、ポリマー材料およびその中で分散している導電性フィラーを含んで成る導電性ポリマー組成物によって形成され、
リードの金属電極への接続は、ポリマー材料の融点より低い温度で実施することを特徴とする、ＰＴＣデバイスの製造方法
によって解決されることが見いだされた。
尚、本発明のＰＴＣデバイスの製造方法において、ＰＴＣ素子を構成するＰＴＣ要素の各部材および金属電極、ならびにリードは常套のＰＴＣデバイスにおいて使用されているものと同じものであってよく、これらについては公知であるので、これらの詳細な説明は省略する。
ポリマーＰＴＣ要素を構成するポリマー材料は、好ましくは結晶性ポリマーであるか、あるいは結晶性ポリマーを含むポリマー組成物である。そのような結晶性ポリマーとしては、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、エチレン・アクリル酸ブチルコポリマー（ＥＢＡ）、エチレン・酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）等のポリマー材料を例示することができる。尚、このようなポリマー材料中に分散している導電性フィラーとしては、例えばカーボンブラック、ニッケルフィラー、ニッケル合金（例えばニッケル−コバルト合金）フィラー等を使用できる。
また、ＰＴＣ素子の金属電極は、金属箔、特にニッケル箔である。更に別の好ましい態様では、ＰＴＣ素子に接続するリードは、ニッケル製である。
尚、本明細書において、ポリマーＰＴＣ素子を構成するポリマーの融点とは、プラスチックの結晶転移温度の測定に準用するＪＩＳ Ｋ ７１２１（プラスチックの転移温度測定方法）に基づいてＤＳＣによって測定される温度（ピークの頂点の温度）を意味する。尚、主要な測定条件は以下の通りである。
温度条件：２０〜１８０℃
昇温速度：１０℃／ｍｉｎ
測定雰囲気：窒素
装置：セイコー・インスツルメンツ（SEIKO INSTRUMENTS INC.）EXSTAR6000/6200
温度条件：２０〜１８０℃
昇温速度：１０℃／ｍｉｎ
測定雰囲気：窒素
装置：セイコー・インスツルメンツ（SEIKO INSTRUMENTS INC.）EXSTAR6000/6200
本発明の製造方法では、リードの金属電極への接続は、ポリマー材料の融点より低い温度で実施することを特徴とする。この接続は、具体的には導電性接着剤による接続、半田ペーストによる接続、半田材料による接続（必要に応じてフラックス等を用いる、いわゆる半田付け）等で実施することができ、この接続に際して、ＰＴＣ素子、特にその導電性ポリマー要素が、それを構成するポリマーの融点以上の温度にさらされることがなければよい。
ポリマーの融点以上の温度にさらされるか否かについては、接続するに際して適用する温度、導電性接着剤または半田ペーストの場合には、これらに含まれている硬化性樹脂を硬化させるために必要な温度を、半田付けの場合には、半田材料を溶融するために必要な温度（半田材料の融点）を目安にする。即ち、接続に際しては、そのような必要な温度以上に加熱する必要があるので、必要な温度がポリマーの融点より低くなるように、好ましくは少なくとも１０℃、より好ましくは少なくとも２０℃、特に好ましくは少なくとも３０℃低くなるように、ポリマーおよび導電性接着剤、半田ペーストまたは半田材料を選択する。
本発明の製造方法は、ＰＴＣ素子の抵抗（即ち、トリップしていない正常時）がより小さいＰＴＣデバイスを提供する。従って、そのような方法によって製造されるＰＴＣデバイスは、従来のＰＴＣデバイスと比較して、より有用である。また、従来のＰＴＣデバイスの製造方法では、ポリマー材料の融点より高い温度にてリードをＰＴＣ素子に接続するため、ＰＴＣ素子の抵抗が高くなるので、接続後、例えば０℃と１６０℃との間でＰＴＣデバイスを加熱・冷却する熱サイクルに付して抵抗安定化処理を実施して、ＰＴＣデバイスのＰＴＣ素子の抵抗を下げて安定化させる必要があった。しかしながら、本発明の製造方法では、リードの接続に際して抵抗値が実質的に増えないので、そのような抵抗安定化処理を省略できる。
尚、安定化処理は、通常ＰＴＣ素子を構成するポリマーの融点を越えない温度まで加熱し、その後、通常室温付近またはそれよりも低い温度に冷却し、再び加熱・冷却するという、いわゆる熱サイクルに付して、ＰＴＣデバイス（厳密には、ＰＴＣ素子）の抵抗値を安定化させる処理である。このような安定化処理には、後述するインパルス処理（短時間の電圧の印加によってＰＴＣ素子をトリップさせる処理）を含めてもよい。
１００ ＰＴＣデバイス
１０２ ＰＴＣ素子
１０４ 金属電極
１０６ リード
１０８ 接続部
１１０ ポリマーＰＴＣ要素
１１２ ポリマーＰＴＣ要素の主表面
１０２ ＰＴＣ素子
１０４ 金属電極
１０６ リード
１０８ 接続部
１１０ ポリマーＰＴＣ要素
１１２ ポリマーＰＴＣ要素の主表面
図１に本発明のポリマーＰＴＣデバイスを、それを構成する部材が理解できるように、側方断面図にて模式的に示す。図示したＰＴＣデバイス１００は、ＰＴＣ素子１０２、およびその金属電極１０４に接続されたリード１０６を有して成る。金属電極１０４には、接続部１０８を介して、リード１０６が電気的に接続されている。図示した態様では、金属電極１０４とリード１０６との間にこれらを電気的に接続する接続部１０８が存在する。この接続部１０８は、ポリマー材料の融点より低い温度にて硬化した導電性接着剤（一般的には、硬化性樹脂、特に熱硬化性樹脂と金属フィラーとの混合物）によって構成されている。導電性接着剤の代わりに、半田ペースト（一般的には、硬化性樹脂、特に熱硬化性樹脂と半田粒子との混合物）を使用することができる。
尚、ＰＴＣ素子１０２は、ポリマーＰＴＣ要素１１０、ならびにその少なくとも１つの表面、例えば図示するように層状のポリマーＰＴＣ要素１１０の両側の主表面１１２に配置された金属電極１０４を有して成る。ポリマーＰＴＣ要素は、ポリマー材料およびその中に分散している導電性フィラーから構成されている。
本発明のＰＴＣデバイスの製造方法では、ポリマーＰＴＣ素子１０２へのリード１０６の電気的接続をポリマー材料の融点より低い温度で実施する。より具体的には、接続を導電性接着剤または半田ペーストを用いて実施する場合、その中に含まれる硬化性樹脂の硬化温度がポリマー材料の融点より低い導電性接着剤または半田ペーストを選択する。そのような硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂、湿気硬化性樹脂、放射線（例えば紫外線）硬化性樹脂等を例示できる。
硬化性樹脂が熱硬化性樹脂である場合、選択した導電性接着剤または半田ペーストをＰＴＣ素子の電極上に供給し、その上に、リードを載せて、そのまま加熱する。この加熱には、オーブンのような加熱炉を使用できる。このような供給は、例えば、導電性接着剤または半田ペーストを塗布することによって、あるいは導電性接着剤または半田ペーストの塊をディスペンサーで配置することによって実施できる。
局所的にリードのみを加熱する態様も可能であるが、ＰＴＣ素子およびその上に載せたリードを全体として加熱するのが好ましい。尚、硬化性樹脂が熱以外の作用によって硬化する場合、通常、常温または少々の加熱の温度条件で硬化するので、ポリマー材料の融点より低い温度で電気的接続を実施できる。
上述のように、本発明の製造方法によって得られるＰＴＣデバイスのＰＴＣ素子の抵抗値は、従来の製造方法によって製造されるＰＴＣデバイスのＰＴＣ素子の抵抗値より小さく、その結果、上述のように抵抗安定化処理工程を省略できる。従って、本発明は、新たなＰＴＣデバイスの製造方法を提供し、上述の発明の方法によってリードをＰＴＣ素子の金属電極に接続してＰＴＣデバイスを製造した後に、抵抗安定化処理工程を実施することを必要としない。よって、上述のＰＴＣデバイスの製造方法によってリードを接続した後に、製品としてのＰＴＣデバイスができていることになる。
ＰＴＣデバイス１の製造
以下のＰＴＣ素子、リード、導電性接着剤を用い、導電性接着剤によってＰＴＣ素子にリードを電気的に接続することによってＰＴＣデバイスを製造した。
以下のＰＴＣ素子、リード、導電性接着剤を用い、導電性接着剤によってＰＴＣ素子にリードを電気的に接続することによってＰＴＣデバイスを製造した。
・ＰＴＣ素子：
ＬＲ４−２６０用ＰＴＣチップ（タイコエレクトロニクスレイケム社製、サイズ：５×１２ｍｍ；ポリマー材料：高密度ポリエチレン（融点：約１３７℃）；導電性フィラー：カーボンブラック；金属電極：ニッケル箔、露出面を金メッキ）
但し、このチップは、後述するインパルス処理および抵抗安定化処理を施していない。
・リード：
金メッキしたニッケルリード
・導電性接着剤（藤倉化成株式会社製；商品名：ドータイト（DOTITE）ＸＡ−９１０）：
導電性フィラー／銀粒子；バインダー／１液型エポキシ樹脂；硬化条件：１００℃、６０分
ＬＲ４−２６０用ＰＴＣチップ（タイコエレクトロニクスレイケム社製、サイズ：５×１２ｍｍ；ポリマー材料：高密度ポリエチレン（融点：約１３７℃）；導電性フィラー：カーボンブラック；金属電極：ニッケル箔、露出面を金メッキ）
但し、このチップは、後述するインパルス処理および抵抗安定化処理を施していない。
・リード：
金メッキしたニッケルリード
・導電性接着剤（藤倉化成株式会社製；商品名：ドータイト（DOTITE）ＸＡ−９１０）：
導電性フィラー／銀粒子；バインダー／１液型エポキシ樹脂；硬化条件：１００℃、６０分
ＰＴＣ素子の一方の金属電極上に、導電性接着剤をディスペンサーで供給し、その上にリードを配置し、これらを１００℃に温度設定した恒温槽内で６０分間保持し、その後、恒温槽から取り出して冷却して、ＰＴＣ素子にリードを電気的に接続したＰＴＣデバイス１を製造した。比較のため、導電性接着剤の代わりに半田ペーストを用い、リフロー炉（２５０〜２６０℃）による半田付けによってリードをＰＴＣ素子に接着した比較ＰＴＣデバイス１を比較例１として製造した。
ＰＴＣデバイス２の製造
以下のＰＴＣ素子、リード、導電性接着剤を用い、導電性接着剤によってＰＴＣ素子にリードを電気的に接続することによってＰＴＣデバイスを製造した。
以下のＰＴＣ素子、リード、導電性接着剤を用い、導電性接着剤によってＰＴＣ素子にリードを電気的に接続することによってＰＴＣデバイスを製造した。
・ＰＴＣ素子：
ＴＤ１１２０−Ｂ１４−０用ＰＴＣチップ（タイコエレクトロニクスレイケム社製、サイズ：１１ｍｍ×２０ｍｍ；ポリマー材料：高密度ポリエチレン（融点：約１３７℃）；導電性フィラー：カーボンブラック；金属電極：ニッケル箔、露出面を銅メッキ）
但し、このチップは、後述するインパルス処理および抵抗安定化処理を施していない。
・リード：
真鍮リード
・導電性接着剤（藤倉化成株式会社製、商品名：ドータイト（DOTITE）ＸＡ−９１０）：
導電性フィラー／銀粒子、バインダー／１液型エポキシ樹脂、硬化条件：１００℃、６０分
ＴＤ１１２０−Ｂ１４−０用ＰＴＣチップ（タイコエレクトロニクスレイケム社製、サイズ：１１ｍｍ×２０ｍｍ；ポリマー材料：高密度ポリエチレン（融点：約１３７℃）；導電性フィラー：カーボンブラック；金属電極：ニッケル箔、露出面を銅メッキ）
但し、このチップは、後述するインパルス処理および抵抗安定化処理を施していない。
・リード：
真鍮リード
・導電性接着剤（藤倉化成株式会社製、商品名：ドータイト（DOTITE）ＸＡ−９１０）：
導電性フィラー／銀粒子、バインダー／１液型エポキシ樹脂、硬化条件：１００℃、６０分
ＰＴＣ素子の一方の金属電極上に、導電性接着剤をディスペンサーで供給し、その上にリードを配置し、これらを１００℃に温度設定した恒温槽内で６０分間保持し、その後、恒温槽から取り出して冷却して、ＰＴＣ素子にリードを電気的に接続したＰＴＣデバイス２を製造した。比較のため、導電性接着剤の代わりに半田ペーストを用い、リフロー炉（２５０〜２６０℃）による半田付けによってリードをＰＴＣ素子に接着した比較ＰＴＣデバイス２を比較例２として製造した。
ＰＴＣデバイス３の製造
以下のＰＴＣ素子、リード、導電性接着剤を用い、導電性接着剤によってＰＴＣ素子にリードを電気的に接続することによってＰＴＣデバイスを製造した。
以下のＰＴＣ素子、リード、導電性接着剤を用い、導電性接着剤によってＰＴＣ素子にリードを電気的に接続することによってＰＴＣデバイスを製造した。
・ＰＴＣ素子：
ＴＤ１１１５−Ｂ３４ＸＡ−０ＰＴＣチップ（タイコエレクトロニクスレイケム社製、サイズ：１１ｍｍ×１５ｍｍ；ポリマー材料：ポリビニリデンフルオライド（融点：約１７７℃）；導電性フィラー：カーボンブラック、金属電極：ニッケルメッキ銅箔、露出面を銅メッキ）
但し、このチップは、後述するインパルス処理および抵抗安定化処理を施していない。
・リード：
真鍮リード
・導電性接着剤（藤倉化成株式会社製、商品名：ＸＡ−８７４）：
導電性フィラー／銀粒子、バインダー／１液型エポキシ樹脂、硬化条件：１５０℃、３０分
ＴＤ１１１５−Ｂ３４ＸＡ−０ＰＴＣチップ（タイコエレクトロニクスレイケム社製、サイズ：１１ｍｍ×１５ｍｍ；ポリマー材料：ポリビニリデンフルオライド（融点：約１７７℃）；導電性フィラー：カーボンブラック、金属電極：ニッケルメッキ銅箔、露出面を銅メッキ）
但し、このチップは、後述するインパルス処理および抵抗安定化処理を施していない。
・リード：
真鍮リード
・導電性接着剤（藤倉化成株式会社製、商品名：ＸＡ−８７４）：
導電性フィラー／銀粒子、バインダー／１液型エポキシ樹脂、硬化条件：１５０℃、３０分
ＰＴＣ素子の一方の金属電極上に、導電性接着剤をディスペンサーで供給し、その上にリードを配置し、これらを１５０℃に温度設定した恒温槽内で３０分間保持し、その後、恒温槽から取り出して冷却して、ＰＴＣ素子にリードを電気的に接続したＰＴＣデバイス３を製造した。比較のため、導電性接着剤の代わりに半田ペーストを用い、リフロー炉（２５０〜２６０℃）による半田付けによってリードをＰＴＣ素子に接着した比較ＰＴＣデバイス３を比較例３として製造した。尚、比較例のＰＴＣデバイスについては、リードを接着した後、インパルス処理（ＤＣ１６Ｖ、１０Ａの電流を６秒間印加する）に付し、更に、抵抗安定化処理（８０℃（１時間保持）と−４０℃（１時間保持）との間の温度サイクルに付す、温度変化割合２℃／分）に付した。
ＰＴＣデバイス４の製造
ＴＤ１１１５−Ｂ３４ＸＡ−０ＰＴＣチップ（タイコエレクトロニクスレイケム社製、サイズ：１１ｍｍ×１０ｍｍ）を用いた以外は、実施例３を繰り返した。同様にして、比較例４として比較ＰＴＣデバイス４を製造した。
ＴＤ１１１５−Ｂ３４ＸＡ−０ＰＴＣチップ（タイコエレクトロニクスレイケム社製、サイズ：１１ｍｍ×１０ｍｍ）を用いた以外は、実施例３を繰り返した。同様にして、比較例４として比較ＰＴＣデバイス４を製造した。
上述のＰＴＣデバイス１〜４および比較ＰＴＣデバイス１〜４を評価した。得られたＰＴＣデバイスの抵抗値（リードが接続されていない金属電極とリードとの間の抵抗値；リードおよび金属電極の抵抗値はＰＴＣ素子の抵抗値よりはるかに小さいので、ＰＴＣデバイスの抵抗値は、実質的にはＰＴＣ素子の抵抗値に等しい。）を測定した。その結果を表１に示す。
この結果から明らかなように、本発明のＰＴＣデバイスではＰＴＣ素子の抵抗値が減少している。更に、抵抗値のばらつきも小さくなっている。
（抵抗−温度特性の測定）
実施例２〜４のＰＴＣデバイスと比較例２〜４のＰＴＣデバイスの温度−抵抗特性を測定した。試験温度範囲は２０℃〜１５０℃までとし、ＰＴＣデバイスの周囲湿度は、60%以下であった。ＰＴＣデバイスの周囲温度を１０℃ずつ上昇させ、その温度雰囲気で１０分間保持した後、ＰＴＣデバイスの抵抗値を測定した。比較例のＰＴＣデバイスについても同様に測定した。その結果を図２および図３に示す。いずれのＰＴＣデバイスについても本質的に必要とされるＰＴＣ機能、即ち、閾温度における抵抗値の急激な増加を示すことが分かる。
実施例２〜４のＰＴＣデバイスと比較例２〜４のＰＴＣデバイスの温度−抵抗特性を測定した。試験温度範囲は２０℃〜１５０℃までとし、ＰＴＣデバイスの周囲湿度は、60%以下であった。ＰＴＣデバイスの周囲温度を１０℃ずつ上昇させ、その温度雰囲気で１０分間保持した後、ＰＴＣデバイスの抵抗値を測定した。比較例のＰＴＣデバイスについても同様に測定した。その結果を図２および図３に示す。いずれのＰＴＣデバイスについても本質的に必要とされるＰＴＣ機能、即ち、閾温度における抵抗値の急激な増加を示すことが分かる。
図２および図３から明らかなように、本発明の方法によって製造したＰＴＣデバイスの方が、周囲温度が上昇した場合の抵抗値の立ち上がり方が急峻である。このことは、本発明のＰＴＣデバイスにおいてＰＴＣ素子が、トリップする以前の抵抗値が相対的に低く維持され、トリップに際して、抵抗値が急激に増加する性質を有することを意味し、このような性質は、ＰＴＣデバイスには望ましい性質である。尚、図示しないが、実施例１のＰＴＣデバイスおよび比較例１のＰＴＣデバイスについても同様の結果を得た。
（トリップサイクル試験）
実施例２のＰＴＣデバイスと比較例２のＰＴＣデバイスについてトリップサイクル試験を実施した。即ち、室温にてＰＴＣデバイスにＤＣ１６Ｖ／５０Ａを印加して（６秒間）トリップさせ、その後、５４秒間電流を遮断して復帰させ、再び、同じ条件で６秒間電流をＯＮとしてトリップ（即ち、デバイスを動作させ）、その後、５４秒間電流をＯＦＦとして復帰させた。この電流のＯＮ／ＯＦＦのサイクルの回数によってＰＴＣデバイスの抵抗値が変化する様子を観察した。その結果を表２に示す。
実施例２のＰＴＣデバイスと比較例２のＰＴＣデバイスについてトリップサイクル試験を実施した。即ち、室温にてＰＴＣデバイスにＤＣ１６Ｖ／５０Ａを印加して（６秒間）トリップさせ、その後、５４秒間電流を遮断して復帰させ、再び、同じ条件で６秒間電流をＯＮとしてトリップ（即ち、デバイスを動作させ）、その後、５４秒間電流をＯＦＦとして復帰させた。この電流のＯＮ／ＯＦＦのサイクルの回数によってＰＴＣデバイスの抵抗値が変化する様子を観察した。その結果を表２に示す。
また、０サイクル時の抵抗値に対する割合、即ち、基準抵抗値を１とした場合の各サイクル数終了後の抵抗値の割合、即ち、抵抗変化率をサイクル数（従って、動作回数）に対して図４に示す。この結果から、本発明の方法によって製造したＰＴＣデバイスの方が、トリップを繰り返しても抵抗値の変化の割合が小さく、安定した抵抗値を有することがわかる。
また、ＰＴＣデバイスに関して、一般的には最初のトリップによって抵抗値が最も大きく増加することが知られている。１回のトリップ後に、実施例２のデバイスでは、抵抗値が約１．１９倍（９．６５／８．１０）となったのに対して、比較例２のデバイスでは、抵抗値が約１．３２倍となり、この点でも、実施例２のＰＴＣデバイスが好ましい。
（ＰＴＣデバイスの製造のシミュレーション）
一般的には、ＰＴＣデバイスの製造過程では、リードを取り付けた後に後述のインパルス処理および抵抗安定化処理（後述の２種の熱サイクル処理）を実施しているので、この製造過程をシミュレーションして、ＰＴＣ素子に順に所定の処置を施してＰＴＣデバイスを製造し、また、その後、ＰＴＣデバイスをトリップさせた。この間、次の抵抗値を順に測定した：
一般的には、ＰＴＣデバイスの製造過程では、リードを取り付けた後に後述のインパルス処理および抵抗安定化処理（後述の２種の熱サイクル処理）を実施しているので、この製造過程をシミュレーションして、ＰＴＣ素子に順に所定の処置を施してＰＴＣデバイスを製造し、また、その後、ＰＴＣデバイスをトリップさせた。この間、次の抵抗値を順に測定した：
・実施例３および４において用いるＰＴＣ素子の抵抗値（「chip」とグラフにて表示）、
・このＰＴＣ素子にリードを取り付けて製造される実施例３および実施例４で製造されるＰＴＣデバイスの抵抗値（「Assy」とグラフにて表示）、
・このＰＴＣデバイスをＤＣ２５Ｖ／４０Ａで６秒間印加した後の抵抗値（即ち、インパルス処理後の抵抗値）（「インパルス」とグラフにて表示）、
・１６０℃（１時間保持）と０℃（１時間保持）との間の熱サイクル処理（温度変化割合２℃／分）後の抵抗値（「１６０←→０℃」とグラフにて表示）、
・８０℃（１時間保持）と−４０℃（１時間保持）との間の熱サイクル処理（温度変化割合２℃／分）後の抵抗値（「８０←→−４０℃」とグラフにて表示）
・ＰＴＣデバイスをトリップさせた後の抵抗値（「Trip」とグラフにて表示）
・このＰＴＣ素子にリードを取り付けて製造される実施例３および実施例４で製造されるＰＴＣデバイスの抵抗値（「Assy」とグラフにて表示）、
・このＰＴＣデバイスをＤＣ２５Ｖ／４０Ａで６秒間印加した後の抵抗値（即ち、インパルス処理後の抵抗値）（「インパルス」とグラフにて表示）、
・１６０℃（１時間保持）と０℃（１時間保持）との間の熱サイクル処理（温度変化割合２℃／分）後の抵抗値（「１６０←→０℃」とグラフにて表示）、
・８０℃（１時間保持）と−４０℃（１時間保持）との間の熱サイクル処理（温度変化割合２℃／分）後の抵抗値（「８０←→−４０℃」とグラフにて表示）
・ＰＴＣデバイスをトリップさせた後の抵抗値（「Trip」とグラフにて表示）
また、比較のために比較例３および比較例４と同様に半田付けによって（リフロー炉温度：２５０〜２６０℃）リードを接続する場合（即ち、従来のＰＴＣデバイスの製造方法）についても上記抵抗値を測定した。これらの結果を図５のグラフに示す。
図４から明らかなように、本発明に基づいてリードを導電性接着剤によって取り付ける場合、ＰＴＣ素子からＰＴＣデバイスを製造する過程において、ＰＴＣデバイスの抵抗値は、元のＰＴＣ素子の抵抗値からそれほど大きく変化しない。これに対して、半田付けによってリードを取り付ける場合には、リードを取り付けると大きく抵抗値が増加し、その後のインパルス処理および抵抗安定化処理によって、ＰＴＣデバイスの抵抗値が低下して安定することが分かる。
従って、本発明の方法によってＰＴＣデバイスを製造する場合、リードを取り付けても抵抗値が増加しないので、従来のＰＴＣデバイスの製造方法において必要であった、インパルス処理および抵抗安定化処理の少なくとも一方、好ましくは双方を省略することができる。
尚、実施例１、２および４のＰＴＣデバイスについて、念のためにリードと金属電極との間の接着性を、剥離強度を測定することによって確認した。剥離強度は、ＰＴＣデバイスを固定し、そして、ＰＴＣデバイスのリードの角部分をクランプで挟んで引き上げてリードを剥離する際に要した引張力を測定することによって実施した。その結果を表３に示す。
これらの結果は、いずれのＰＴＣデバイスについても、リードの接着性は、ＰＴＣデバイスの使用上問題無いことを意味する。
更に、ＪＩＳ Ｃ００４４（ＩＥＣ６８−２２）に基づき自然落下試験を実施してリードの剥離の有無を確認した。実施例のＰＴＣデバイスは、いずれもリードが剥離することは無かった。また、ＪＩＳ Ｃ００５１の端子強度試験に基づき、リードの角部分に引張力４０Ｎ±１０％の力を１０秒±１秒加えた時のリードのずれについて外観の異常の有無を観察した。いずれの実施例のＰＴＣデバイスについても外観の異常は無く、（前述のＪＩＳ規格に基づいた端子強度試験に）合格した。
本発明は、抵抗値の小さいＰＴＣデバイスを製造でき、また、その製造に際して、従来必要とされていた抵抗安定化処理を省略することができる。即ち、ＰＴＣ素子にリードを取り付ければ、その後に特別な処理を施すことなく、ＰＴＣデバイスとして使用することができる。
Claims (12)
- ポリマーＰＴＣ要素およびその両側に配置された金属電極を有して成るＰＴＣ素子、ならびに
少なくとも一方の金属電極に電気的に接続されたリード
を有して成るＰＴＣデバイスの製造方法であって、
ポリマーＰＴＣ要素は、ポリマー材料およびその中で分散している導電性フィラーを含んで成る導電性ポリマー組成物によって形成され、
リードの金属電極への接続は、ポリマー材料の融点より低い温度で実施することを特徴とする、ＰＴＣデバイスの製造方法。 - リードの金属電極への接続は、リードと金属電極との間に配置した導電性接着剤によって実施する、請求項１に記載の製造方法。
- 導電性接着剤は紫外線硬化性樹脂を含んで成り、リードと金属電極との間に配置された導電性接着剤に紫外線を照射して紫外線硬化性樹脂を硬化させることによって、リードを金属電極に接続する、請求項２に記載の製造方法。
- 導電性接着剤は、湿気硬化性樹脂を含んで成り、リードと金属電極との間に配置された導電性接着剤の周囲の湿気によって湿気硬化性樹脂を硬化させることにより、リードを金属電極に接続する、請求項２に記載の製造方法。
- 導電性接着剤は、硬化温度がポリマー材料の融点より低い熱硬化性樹脂を含んで成り、リードと金属電極との間に配置された導電性接着剤を加熱して熱硬化性樹脂を硬化させることによってリードを金属電極に接続する、請求項２に記載の製造方法。
- 熱硬化性樹脂の硬化温度は、ポリマー材料の融点より少なくとも２０℃低い請求項５に記載の製造方法。
- 熱硬化性樹脂の硬化温度は、ポリマー材料の融点より少なくとも３０℃低い請求項５に記載の製造方法。
- ポリマー材料は、高密度ポリエチレンであり、導電性接着剤は、エポキシ樹脂を含んで成る請求項５〜７のいずれかに記載の製造方法。
- ポリマー材料は、ポリビニリデンフルオライドであり、導電性接着剤は、エポキシ樹脂を含んで成る請求項５〜７のいずれかに記載の製造方法。
- リードの金属電極への接続は、リードと金属電極との間に配置した、ポリマー材料より低い融点を有する半田材料を加熱して半田材料を溶融させることによって実施する、請求項１に記載の製造方法。
- リードの金属電極への接続を完了することによって、製品としてのＰＴＣデバイスを得ることができる請求項１〜１０のいずれかに記載の製造方法。
- 請求項１〜１１のいずれかの製造方法によって製造されるポリマーＰＴＣデバイス。
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