JPH05109502A

JPH05109502A - Ｐｔｃ素子

Info

Publication number: JPH05109502A
Application number: JP27133091A
Authority: JP
Inventors: Mayumi Takada; 真弓高田
Original assignee: Daito Tsushinki KK
Current assignee: Daito Tsushinki KK
Priority date: 1991-10-18
Filing date: 1991-10-18
Publication date: 1993-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】ＰＴＣ素子が加熱冷却を繰り返した場合に生
じる素子本体からの電極の剥離を防ぐ。【構成】結晶性高分子物質に導電性粒子を均一に分散
し、加熱混練して導電性ポリマー組成物としての成形材
料を製作する。立体構造を有する発泡ポリウレタンの骨
格に金属を電気メッキした後、高分子材料を焼成除去し
て金属多孔体を形成する。金属多孔体で電極２を形成す
る。成形材料と電極２とから、温度１９０℃、圧力４６
５Kg／cm²の条件で、両端に電極２を設けた素子本体１
を成形する。電極２に端子３を取り付け、エージング処
理を行う。【効果】素子本体の熱による膨張収縮に電極が追随で
き、素子本体からの電極の剥離が防げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導電性ポリマー組成物
からなる素子本体の表面に電極を形成したＰＴＣ（Posi
tive Temperature Coefficient）素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】正の抵抗温度特性を示すＰＴＣ素子とし
ては、チタン酸バリウム系のものが良く知られている
が、最近では、例えば特開昭５５−７８４０６号公報に
記載されるように、高分子物質中に導電性粒子を均一に
分散させた導電性ポリマー組成物にて製作されたＰＴＣ
素子が、小形で低抵抗化が図れることから良く用いられ
ている。

【０００３】この種のＰＴＣ素子は、導電性ポリマー組
成物からなる素子本体の表面に、ニッケル、銅などの金
属からなる電極を圧着することにより取り付けられた構
造が採られている。そして、このＰＴＣ素子は、素子本
体を流れる電流により発熱するので、通電のオン・オフ
により加熱冷却を繰り返すと、高分子物質からなる素子
本体と金属製の電極とでは、熱膨張率が大きく異なるた
めに、加熱冷却を繰り返すと、素子本体から電極が剥離
し易くなる。

【０００４】そこで、素子本体からの電極の剥離を防ぐ
ために、例えば米国特許第４４２６６３３号明細書に
は、電極として平滑な金属箔を用い、素子本体と金属箔
とを合わせた上から十分な熱と圧力とを加えて、素子本
体を溶かして金属箔を接着した構成が記載されている。

【０００５】また、特開昭５９−２１３１０２号公報に
は、樹脂に金属粉を混ぜて導電性を持たせた導電性ペー
ストにて、素子本体の表面に電極を形成した構成が知ら
れている。

【０００６】さらに、特開昭６０−２５８９０３号公報
には、網目状金属箔を電極として、素子本体の表面にホ
ットプレス溶着などにて付着した構成が記載されてい
る。

【０００７】また、特開昭６１−１８８９０３号公報に
は、素子本体の表面をエッチング処理した後、電気メッ
キまたは化学メッキにより電極を形成した構成が記載さ
れている。

【０００８】また、特開昭６２ー９８６０１号公報に
は、電極のエレメントとの接合表面に凹凸を形成した構
成が記載されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＰＴＣ素子では、米国特許第４４２６６３３号明細
書に記載の構成では、平滑な金属箔を電極として用いて
素子本体の熱圧着した場合、ＰＴＣ素子の通電による加
熱冷却を繰り返すと、金属箔は素子本体の熱膨張に追随
できずに次第に素子本体より剥離していく。

【００１０】また、特開昭５９−２１３１０２号公報に
記載の構成では、導電性ペーストで電極を形成した場
合、ＰＴＣ素子の通電による加熱冷却を繰り返すと、電
極表面にひび割れが生じることがある。

【００１１】さらに、特開昭６０−２５８９０３号公報
に記載の構成では、網目状金属箔を電極とした場合、Ｐ
ＴＣ素子の低抵抗化の妨げとなることがある。

【００１２】また、特開昭６１−１８８９０３号公報に
記載の構成では、メッキにより形成された電極は、素子
本体の膨張収縮によってメッキ割れを生じることがあ
る。

【００１３】また、特開昭６２ー９８６０１号公報に記
載の構成では、素子成形の際、電極の凹凸部に電気が残
り、大きさの小さい素子では、接合部の不安定の影響が
大きくなる。

【００１４】本発明の目的は、上記問題点に鑑みなされ
たもので、通電による加熱冷却の繰り返しにより素子本
体より電極が剥離しない構造のＰＴＣ素子を提供するこ
とにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のＰＴＣ素
子は、結晶性高分子物質に導電性粒子が均一に分散され
た導電性ポリマー組成物にて形成された素子本体と、こ
の素子本体の表面に形成された電極とからなり、前記電
極は、多孔性金属からなるものである。

【００１６】請求項２記載のＰＴＣ素子は、請求項１記
載の構造において、前記多孔性金属は、骨格が３次元網
目構造であるものである。

【００１７】請求項３記載のＰＴＣ素子は、請求項１お
よび請求項２記載の構造において、前記多孔性金属は、
骨格の表面にメッキ処理を施したものである。

【００１８】請求項４記載のＰＴＣ素子は、請求項１お
よび請求項２記載の構造において、前記多孔性金属は、
骨格の表面に凹凸処理を施したものである。

【００１９】

【作用】請求項１記載のＰＴＣ素子は、電極を形成する
多孔性金属の空隙部に、素子本体を形成する導電性ポリ
マー組成物が充填されて、電極と素子本体との接着面積
が増大するとともに、電極の内部に素子本体を形成する
導電性ポリマー組成物が確実に強固に食い込むために、
電極は素子本体の熱による膨張収縮に追随して、素子本
体からの電極の剥離を防止する。また、電極に素子本体
が確実に強固に食い込んで、電極と素子本体との接着面
積が増大しているので、ＰＴＣ素子の抵抗値を小さくす
る。

【００２０】請求項２記載のＰＴＣ素子は、請求項１記
載において、多孔性金属の骨格は、３次元網目構造であ
るから、多孔性金属の骨格の間に形成された空隙部に素
子本体を形成する導電性ポリマー組成物が充填されて、
電極の内部に素子本体が確実に強固に食い込む。このた
め、電極は素子本体の熱による３次元方向の膨張収縮に
追随して、素子本体からの電極の剥離を防止する。ま
た、ＰＴＣ素子本体が加熱冷却を繰り返した場合、電極
のひび割れを防ぐ。

【００２１】請求項３記載のＰＴＣ素子は、請求項１お
よび請求項２記載において、多孔性金属の骨格の表面に
メッキ処理を施しているので、多孔性金属の骨格の表面
は、素子本体を形成する導電性ポリマー組成物が接着し
易くなるために、電極の内部での多孔性金属の骨格の表
面と素子本体との接着がさらに確実に強固になる。この
ため、電極は素子本体の熱による膨張収縮にさらに追随
して、素子本体からの電極の剥離を防止する。

【００２２】請求項４記載のＰＴＣ素子は、請求項１お
よび請求項２記載において、多孔性金属の骨格の表面に
凹凸処理を施しているので、素子本体と電極との接触面
積がさらに増大して、電極の内部に素子本体を形成する
導電性ポリマー組成物がさらに確実に強固に接着する。
このため、電極は素子本体の熱による膨張収縮に追随し
て、素子本体からの電極の剥離を防止する。

【００２３】

【実施例】本発明のＰＴＣ素子の実施例を図面に基づい
て説明する。

【００２４】図１において、１は素子本体で、この素子
本体１は、高分子物質に導電粒子を均一に分散させた導
電性ポリマー組成物にて形成され、素子本体１の両端面
部にそれぞれ電極２が取り付けられ、さらに端子３が取
り付けられて、ＰＴＣ素子４を形成している。

【００２５】このＰＴＣ素子４は、次のようにして製作
される。

【００２６】まず、導電性粒子としてのサーマルブラッ
ク（サーマックスＮ−９００、ウルトラピュア、Cancar
b Limited 製）２００ｇを、窒素（Ｎ₂）雰囲気中、温
度１０００℃の条件下で２０時間の高温熱処理を行って
から、高分子物質としての高密度ポリエチレン（ハイゼ
ックス３０００Ｂ、三井石油化学工業株式会社製）１０
０ｇに均一に分散させ、１６０℃のロールミル上で２０
分間加熱混練した後、ペレット状に粉砕して成形材料を
製作する。

【００２７】電極２として、多孔性金属としての金属多
孔体（セルメット、＃７加工品、厚み０．３mm、材質ニ
ッケル（Ｎi ）、住友電気工業株式会社製）を用いる。
この金属多孔体は、例えば発泡ポリウレタンなど発泡性
樹脂の３次元網目構造を有する特殊な高分子材料の骨格
に、導電処理を行い、各種の金属のうち例えばニッケル
を電気メッキした後、高分子材料を焼成除去して形成さ
れたものである。従って、この金属多孔体の骨格は、３
次元網目構造を有し、この骨格の間には空隙部が形成さ
れている。

【００２８】次に、前記成形材料を電極２とともに温度
１９０℃、圧力４６５Kg／cm²の条件で、厚さを１mmに
成形する。そして、この成形品を径２mmに加工して、両
端に電極２を有する素子本体１を形成する。さらに、こ
の素子本体１の各電極２に端子３を取り付け、エージン
グ処理を行うと、ＰＴＣ素子４が完成する。

【００２９】なお、比較例として、前記金属多孔体に替
えて金属箔としての電解ニッケル箔の平滑箔（厚さ２５
μｍ、福田金属箔粉工業株式会社製）を電極として前記
実施例と同様にＰＴＣ素子を製作する。

【００３０】次に、本実施例の作用について説明する。

【００３１】電極２と素子本体１との接着状態を調べる
ために、電圧印加試験を行い、この電圧印加試験による
各ＰＴＣ素子の抵抗値の変化を表１に示す。この電圧印
加試験は、印加電圧を３２Ｖとし、１５分通電オン、１
５分通電オフを１回として、１０回繰り返すものであ
る。

【００３２】

【表１】

【００３３】また、電圧印加試験前の前記素子本体１の
抵抗率ρは、１．３Ωcmである。

【００３４】実施例のＰＴＣ素子４は、初期抵抗値が５
Ωであり、前記抵抗率から想定される抵抗値と略同じ値
を示し、１０回電圧印加後の抵抗の変化率は１０％であ
った。

【００３５】一方、比較例のＰＴＣ素子４は、初期抵抗
値が２０Ωになり、実施例のものに比較して４倍と大き
くなった。また、１回の電圧印加で素子本体１より電極
２がほとんど剥がれた状態になり、１０回電圧印加後の
抵抗の変化率は測定不可になった。

【００３６】このように上記構成によれば、電極２を金
属多孔体で形成することにより、ＰＴＣ素子４の製作時
に、素子本体１を構成する導電性ポリマー組成物が、金
属多孔体の内部に形成された空隙部に充填されて、電極
２の内部に素子本体１が確実に強固に食い込ませること
ができる。このため、電極２と素子本体１との接着面積
が大きくなり、電極２の内部に素子本体１が食い込んで
いるので、素子本体１から電極２が剥離することなく、
素子本体１の熱による膨張収縮に電極２が追随できる。
従って、ＰＴＣ素子４への通電のオン・オフにより、Ｐ
ＴＣ素子４が加熱冷却を繰り返しても、導電性ポリマー
組成物からなる素子本体１から電極２が剥離することを
防止できる。

【００３７】また、電極２を形成する多孔性金属は、３
次元網目構造のニッケルであるから、通電のオン・オフ
によりＰＴＣ素子４が加熱冷却を繰り返した場合、電極
２のひび割れの発生を防止できる。

【００３８】さらに、電極２の素子本体１の膨張収縮に
対する追随性を良くするために、前記金属多孔体の骨格
の表面にメッキ処理を行って、金属多孔体の骨格の表面
への導電性ポリマー組成物の接着性をさらに良くするこ
とができる。このため、電極２の内部への素子本体１の
食い込みをさらに確実にすることができる。この場合、
金属多孔体の骨格の表面にメッキされる物質は、素子本
体１を構成する導電性ポリマー組成物との接着性に優れ
た物質が良い。

【００３９】また、電極２の素子本体１の膨張収縮に対
する追随性を良くするために、前記金属多孔体の骨格の
表面に凹凸処理を行って、素子本体１と接着する金属多
孔体の骨格の表面積を増大させることができる。この場
合、電極２と素子本体１との接触面積が増大するので、
電極２の内部への素子本体１の食い込みをさらに確実に
することができる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１記載のＰＴＣ素子によれば、素
子本体に形成される電極を多孔性金属で形成しているた
めに、電極と素子本体との接着面積が増大するととも
に、電極の内部に導電性ポリマー組成物からなる素子本
体を確実に強固に食い込ませて電極に素子本体を接着す
ることができるので、素子本体の熱による膨張収縮に電
極が追随でき、素子本体からの電極の剥離を防止でき
る。また、電極と素子本体との接着面積が増大している
ので、ＰＴＣ素子の抵抗値を小さくできる。

【００４１】請求項２記載のＰＴＣ素子によれば、請求
項１記載において、電極を形成する多孔性金属は、骨格
が３次元網目構造であるから、骨格の間に形成された空
隙部に導電性ポリマー組成物が充填されて、電極の内部
に素子本体を確実に強固に食い込ませることができるの
で、素子本体の熱による膨張収縮に電極が追随でき、素
子本体からの電極の剥離を防止できる。また、通電のオ
ン・オフによりＰＴＣ素子が加熱冷却を繰り返した場
合、電極のひび割れの発生を防止できる。

【００４２】請求項３記載のＰＴＣ素子によれば、請求
項１および請求項２記載において、電極を形成する多孔
性金属は、骨格の表面にメッキ処理を施しているので、
このメッキ処理により、多孔性金属の骨格の表面は、素
子本体を形成する導電性ポリマー組成物との接着性を良
くすることができる。このため、電極の内部に素子本体
を確実に強固に食い込ませることができるので、素子本
体の熱による膨張収縮に電極が追随でき、素子本体から
の電極の剥離を防止できる。

【００４３】請求項４記載のＰＴＣ素子によれば、請求
項１および請求項２記載において、電極を形成する多孔
性金属は、骨格の表面に凹凸処理を施しているので、電
極と素子本体との接触面積を増大させることができる。
このため、電極の内部に素子本体を確実に強固に食い込
ませることができるので、素子本体の熱による膨張収縮
に電極が追随でき、素子本体からの電極の剥離を防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すＰＴＣ素子の斜視図で
ある。

【符号の説明】

１素子本体２電極３端子４ＰＴＣ素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶性高分子物質に導電性粒子が均一に
分散された導電性ポリマー組成物にて形成された素子本
体と、この素子本体の表面に形成された電極とからな
り、前記電極は、多孔性金属からなることを特徴とするＰＴ
Ｃ素子。
【請求項２】前記多孔性金属は、骨格が３次元網目構
造であることを特徴とする請求項１記載のＰＴＣ素子。
【請求項３】前記多孔性金属は、骨格の表面にメッキ
処理を施したことを特徴とする請求項１および請求項２
記載のＰＴＣ素子。
【請求項４】前記多孔性金属は、骨格の表面に凹凸処
理を施したことを特徴とする請求項１および請求項２記
載のＰＴＣ素子。