JPH047801A

JPH047801A - Ｐｔｃ素子

Info

Publication number: JPH047801A
Application number: JP2109226A
Authority: JP
Inventors: Naoki Yamazaki; 直樹山崎
Original assignee: Daito Tsushinki KK
Current assignee: Daito Tsushinki KK
Priority date: 1990-04-25
Filing date: 1990-04-25
Publication date: 1992-01-13
Also published as: CA2040789A1; EP0454422A3; US5247276A; EP0454422A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、電気回路保護用Ｐ　Ｔ　Ｃ（Ｐｏｓｉｔｉｖ
ｅＴｅｎ＋ｐｅｒ＊１ｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
）素子に関する。

（従来の技術）（１）従来、ＰＴＣ素子に用いられるＰＴＣ組成物の多
くは、ポリマー成分としてポリエチレンが用いられてい
る。そして、電極には金属が用いられ、組成物と何らか
の方法で接続されている。しかし、ポリエチレンと金属
との間の機械的強度の大きい接合・接着は難しく、また
、更に金属との熱膨張率の違い等から、繰り返し動作で
剥離等が生じ、電極としての電気的安定性を求めるのは
困難である。

（２）　　（１）の問題を解決するために、いろいろな
方法が試みられてきた。例えば、特公昭５７−３８１６
２号公報には、金属電極がＰＴＣ組成物と接触する表面
をチタネート系カップリング剤で処理して、熱圧着する
電極部構造が記載されている。

（３）また、特開昭６０−１９６９０１号公報には、Ｐ
ＴＣ組成物と接触する金属箔の表面を粗面化して、電極
とした有機質正特性サーミスタが記載されている。

（４）また、特開昭６２−２２９６７９号公報には、樹
脂に導電性物質を混練した発熱体と同一の樹脂または熱
融合する樹脂に導電性粒子を混練して低抵抗性樹脂とし
たものを電極とするか、或いは金属やカーボン繊維の電
極にその低抵抗性樹脂をコートして電極とした抵抗体が
記載されている。

（５）また、特開昭６３−２６５４０１号公報には、炭
素繊維、または活性炭繊維を電極として用いた有機質正
特性サーミスタが記載されている。

（発明が解決しようとする課題）（１）シかしながら従来のポリエチレンをポリマー土成
分とする電気回路保護用ＰＴＣ素子本体に、金属箔から
成る電極を機械的強度の大きい接合・接着することは難
しく、また更に電気的安定性までを求めるのは困難であ
る。

また、金属電極を装着した電気回路保護用ＰＴＣ素子は
、熱衝撃試験により電極の剥離が生じてしまう。

更に、金属電極においては、電気回路保護用ＰＴＣ素子
本体に接着後、γ線による放射線架橋工程を採ると、組
成体から発生する分解ガスにより電極がふくれてしまう
ことがある。

（２）また前記特開昭６２−２２９６７９号公報に記載
のように゛導電性粒子としてカーボン系導電性粒子、ポ
リマー成分としてポリエチレンを用いている電気回路保
護用ＰＴＣ素子本体に、電極としてＰＴＣ素子本体と同
−樹脂及び導電物質よりなる有機電極を使用すれば密着
性は充分であるが、次のような問題が生ずる。同一の樹
脂を用いるとＰＴＣを発現する温度（トリップ温度）は
樹脂の融点に依存するので、ＰＴＣ素子本体部分のトリ
ップと共に、有機電極自体にＰＴＣを発現してしまい、
劣化の要因となる。また、素子本体と有機電極が同一の
導電性粒子（カーボン系導電性粒子）では、有機電極の
体積抵抗率（ρ）を所望のρまで下げることは、困難で
ある。一般に、導電性のカーボンブラックとしてケッチ
エンブラックが用いられるが、ρは１Ω■程度が限度で
、それ以上カーボンブラックの含有率を増加させても、
ρはあまり低下せず、コンパウンドが脆弱となり、電極
として著しく不具合となる。

例えば金属箔電極の場合は、金属ホルダーへの装着は可
能であるが、このような有機電極ではできなくなるとい
う問題がある。

（３）更に、ＰＴＣ素子本体の結晶性高分子物質と馴染
まないポリマーは有機電極に用いることはできないとい
う問題がある。

本発明は上記問題点に鑑み、金属箔電極を用いずにＰＴ
Ｃ素子本体との接合の機械的強度を高めるとともに、電
気的安定性を備えさらに、従来の有機電極に比べて機械
的強度を増したＰＴＣ素子を提供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明の請求項１に記載のＰＴＣ素子は結晶性高分子物
質に炭素系導電性粒子を分散させたＰＴＣ組成物よりな
るポリマー系ＰＴＣ素子本体と、前記ＰＴＣ素子本体に
一体に形成され前記結晶性高分子物質の融点よりも高い
融点を有するポリマーに金属粉末、または金属粉末と炭
素系導電性粒子の混合物を分散させた電極組成物からな
り体積抵抗率がＬＯＸＩｆｌ−’Ωの以丁である電極か
らなるものである。

本発明の請求項２に記載のＰＴＣ素子は、電極組成物の
ポリマーが、ポリオレフィン系樹脂に、官能基をグラフ
ト重合してなるものである。

本発明の請求項３に記載のＰＴＣ素子は、電極組成物の
金属粉末が、ニッケルであるものである。

本発明の請求項４に記載のＰＴＣ素子は、ＰＴＣ組成物
と電極組成物とが放射線または有機過酸化物により、架
橋されているものである。

本発明の請求項５に記載のＰＴＣ素子は、ＰＴＣ素子本
体と電極とで自己復帰形過電流保護素子を形成している
ものである。

本発明の請求項６に記載のＰＴＣ素子は、金属ターミナ
ルを有するホルダーにＰＴＣ素子本体が電極を直接挿入
されて自己復帰形過電流保護素子を形成しているもので
ある。

（作用）本発明のＰＴＣ素子は、ポリマーに金属粉末、またはポ
リマーに金属粉末と炭素系導電性粒子の混合物を分散さ
せた組成物よりなる電極がＰＴＣ素子本体との機械的強
度の大きい接着力を有する。

また電極の体積抵抗率を４．０×１０−’Ω国以下とし
たから、ＰＴＣ素子が数百ｇの接触荷重で抵抗値を電圧
降下として安定して捉えられる。

さらに、電極組成物のポリマーの融点はＰＴＣ組成物の
結晶性高分子物質の融点よりも高いものを用いて電極自
体にＰＴＣ効果が発現するのを防止する。

電極組成物としてのポリマーは、例えば「アトマー」　
（三井石油化学工業株式会社製）や「デユラン」と云う
商標で市販されているポリプロピレン、ポリエチレン、
或いはエチレン−酢酸ビニル共重合体に、官能基として
アクリル酸、或いは無水マレイン酸をグラフト重合した
ポリマーで、ＰＴＣ素子本体の結晶性高分子物質と良く
馴染む。

電極組成物の金属粉末としてニッケルを用いることによ
り、ポリマーとの混線中の酸化等による体積抵抗率の増
加がない。

電極組成物として、金属粉末を混合したことにより、こ
の電極を介して金属ターミナルを有するホルダーにＰＴ
Ｃ素子本体を直接挿入して過電流保護素子として使用し
、安定した電気信号を得ることができる。

また、電気回路保護素子のＰＴＣ−ａｎｏｒｎ＋ｘ１７
が発現したときに、電気的回路保護素子としてＰＴＣ素
子本体を電極を介して金属ホルダーに接続しておけば、
スイッチにより電流をＯＦＦにしなくても、単に素子を
抜き取るだけで、素子を冷却することになるのでＰＴＣ
−ｘｎｏｒｍ１１７を解除できる。

さらに、電気回路保護用ＰＴＣ組成物は、導電性粒子成
分であるカーボンブラック及びポーラスブラック等や、
ポリマー成分であるポリエチレンなどにより構成されて
いるので、電極中のポリマーとの相溶性が良い。また、
金属ターミナルを有するホルダーとは、電極中の金属粉
末と馴染み易い。更に、電極中にカーボン系導電性粒子
をさらに加えれば、電気回路保護用ＰＴＣ組成物中のカ
ーボンブラック及びポーラスブラックと馴染み易い。

（実施例）実施例１表１に示す組成にて、ミキシングロールを用い、２００
℃３０分間混練して得られた電極組成物を、表２に示す
ＰＴＣ組成物よりなるＰＴＣ素子本体（γ線５　Ｑ　Ｍ
ｒｘｄにより放射線架橋処理を施しである）の表面にコ
ンプレッション成形により電極を形成し、ＰＴＣ素子サ
ンプルとした。

表１　電極の組成＊１；三井石油化学工業株式会社製接着ポリオレフィンＱＦ５５１；融点１３５℃ ＱＦ５５０．融点１６５℃ ＱＢ５４０；融点１５０℃ ＊２；福田金属箔粉工業株式会社製ＩＮｃｏ　Ｔｙｐｅ２８７　　ニッケルパウダ＊３；福
田金属箔粉工業株式会社製Ｃｕ−８（３Ｌ３）＊４；キャボット社製ＢＬＡＣＫＰＥＡＲＬＳ　２０００比表面積　１４７５　（ｊ／ｇ　）平均粒子径　　　１５（ｎｎ＋）サンプルの形状を第１図に示す。１は素子本体、（１，
ｘｎ　２ｘｉ　ｓ　＝Ｉ３ｍｍＸＩ３ｍｍＸ２　ｍ）、
２は電極である。また、電極２の体積抵抗率及び実施例
１で得られたＰＴＣ素子の抵抗値及び電解ニッケル箔を
電極としまた比較例としてのＰＴＣ素子の抵抗値を表３
及び第２図、第３図に示す。

表３　素子抵抗表２＊；融点１３１℃ ＊＊；カーボンブラックの比表面積を気相エツチング法
により処理して高めたもの。

優れたＰＴＣ特性を維持しながら、実使用温度での温度依存が小さくなる。

抵抗値の測定は、第４図に示すようにケース体３中の金
属ターミナルを有する上下のホルダー４．５間にサンプ
ルＰを挿入し、上のホルダー４とケース体３間に介在さ
せた接触荷重８００ｇのばね６、または、ばね６を用い
ないときは上のホルダー４に重錘７をのせて荷重を加え
、４端子による電圧降下法で行なった。但し、銅粉末を
用いたものについては、混練中において、銅粉末表面の
酸化が激しく、体積抵抗率が著しく大きくなった。従っ
て、銅粉末単独での使用は好ましくなく、耐蝕性のある
表面処理を施して用いる必要がある。

実施例２表１に示す電極組成物のうちＡＳＦ及び表２に示すＰＴ
Ｃ組成物よりなるＰＴＣ素子本体（γ線５３Ｍ＋ａｄに
より放射線架橋を施しである）を用い、実施例１と同様
にサンプルを作成した。このサンプルを第４図に示す金
属ターミナルを有するホルダー４．５間に挿入し、接触
荷重を変えながら、その抵抗値を測定した。結果を第５
図に示す。

比較例としての電極Ａは、そのρが４．２５×１０Ω国
と４．　ＯＸ　１０−’Ｑａｍよりも大きいので、数ｋ
ｇの接触荷重では、ｌ）　Ｔ　Ｃ素子の抵抗値を、電圧
降Ｆとして安定して捉えることはできない。しかし、実
施例の電極Ｆでは、そのρが９．　Ｌ６Ｘ　１０−”Ω
印と４．０ＸｌＯ’Ω印よりも小さいので、数百ｇの接
触荷重でＰＴＣ素子の抵抗値を、電圧降下としで安定し
て捉えられる１、実施例３表１に示す実施例の電極のＢ、Ｄ、Ｇ及１ブ比較例とし
ての電解ニッケル箔電極と、表４に示ずＰＴＣ組成物よ
りなるＰＴＣ素子本体を用い、実施例１と同様にサンプ
ルを作成した。

表４＊：融点１００から１−１（）℃ 更に、γ線により６０Ｍ「ａｄ放射線架橋処理を施した
。このサンプルを、１サイクルが一７５℃、３０秒、１
２５℃、３０秒のサイクルの熱衝撃試験を２０回、３０
回、１００回と繰返し実施した。

結果を表５に示す。

表５　熱衝撃試験実施例４実施例３と同様の素子を、γ線により１３０Ｍｒａｄ放
射線架橋処放射線架橋工程電極自体にガスを透過する性
質があるため、電極のフクレには至らなかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電極が金属箔でなくポリマーと金属粉
末または金属粉末混合炭素系導電性粒子とよりなるため
、ＰＴＣ素子本体との接合強度が大であり、熱衝撃試験
で剥離を生ずることがなく、また電極自体がガス透過性
を有するため放射線架橋工程によって電極にフクレを生
ずるようなことがない。

また電極の体積抵抗率を４．０×１０−’以下としたか
ら、ＰＴＣ素子の抵抗値を数百ｇの接触荷重で電圧降下
として安定して捉えることができる。

さらに、金属ターミナルを有するホルダーとの機械的接
触で安定した電気的信号が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＰＴＣ素子の斜視図、第２図は電極の
導電性粒子量一体積抵抗率特性図、第３図は電極の導電
性粒子量−ＰＴＣ素子の抵抗値特性図、第４図はＰＴＣ
素子をホルダーに保持させた正面図、第５図はＰＴＣ素
子に加わる接触荷重−抵抗値特性図である。１・・ＰＴＣ素子本体、２・・電極、４．５・ホルダー雪ｊ捌」雪Ｕ」梵極１畳柑膚

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　結晶性高分子物質に炭素系導電性粒子を分散さ
せたＰＴＣ組成物よりなるポリマー系ＰＴＣ素子本体と
、前記ＰＴＣ素子本体に一体に形成され前記結晶性高分
子物質の融点よりも高い融点を有するポリマーに金属粉
末、または金属粉末と炭素系導電性粒子の混合物を分散
させた電極組成物からなり体積抵抗率が４．０×１０＾
−＾１Ωｃｍ以下である電極からなるＰＴＣ素子。
（２）　電極組成物のポリマーが、ポリオレフィン系樹
脂に、官能基をグラフト重合してなる請求項１に記載の
ＰＴＣ素子。
（３）　電極組成物の金属粉末が、ニッケルであること
を特徴とする請求項１または２に記載のＰＴＣ素子。
（４）ＰＴＣ組成物と電極組成物とが放射線または有機
過酸化物により、架橋されていることを特徴とする請求
項１ないし３の何れかに記載のＰＴＣ素子。
（５）ＰＴＣ素子本体と電極とで自己復帰形過電流保護
素子を形成していることを特徴とする請求項１ないし４
の何れかに記載のＰＴＣ素子。
（６）　金属ターミナルを有するホルダーにＰＴＣ素子
本体が電極を直接挿入されて自己復帰形過電流保護素子
を形成していることを特徴とする請求項１ないし５の何
れかに記載のＰＴＣ素子。