JPH0855705A - 回路保護デバイスの製造方法 - Google Patents

回路保護デバイスの製造方法

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JPH0855705A
JPH0855705A JP7230004A JP23000495A JPH0855705A JP H0855705 A JPH0855705 A JP H0855705A JP 7230004 A JP7230004 A JP 7230004A JP 23000495 A JP23000495 A JP 23000495A JP H0855705 A JPH0855705 A JP H0855705A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極と導電性ポリマー要素の付着性および電
気的性質の向上した回路保護デバイスの製造方法を提供
する。 【解決手段】 層状の回路保護デバイスを製造する方法
は、（１）層状ＰＴＣ導電性ポリマー要素を２つの金属
箔電極の間に積層することにより、箔積層物を調製する
工程であって、電極のそれぞれは、ミクロラフ面を有
し、この面は、（ａ）層状導電性ポリマー要素と直接物
理的に接触し、また、（ｂ）（i）０.１〜１００ミクロ
ンの距離で面から突出し、（ii）５００ミクロンを越え
ない面に平行な少なくとも１つの次元を有する凹凸から
本質的に成る工程、ならびに（２）工程（１）において
調製した積層物を複数の回路保護デバイスに分割する工
程を含んで成る。

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
を有して成る電気デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】導電性ポリマーは、周知である。導電性
ポリマーは、有機ポリマー中に分散させた、または有機
ポリマーにより支持された粒状導電性充填剤を含んで成
る。それらは、ヒーターおよび回路保護デバイスに使用
でき、ＰＴＣ(正温度係数)またはＺＴＣ(零温度係数)挙
動として知られた挙動を示すことができる。
【０００３】導電性ポリマー組成物およびデバイスに関
する文献には、例えば、以下のようなものが挙げられ
る。アメリカ合衆国特許第２,９５２,７６１、２,９７
８,６６５、３,２４３,７５３、３,３５１,８８２、３,
５７１,７７７、３,７５７,０８６、３,７９３,７１
６、３,８２３,２１７、３,８５８,１４４、３,８６１,
０２９、３,９５０,６０４、４,０１７,７１５、４,０
７２,８４８、４,０８５,２８６、４,１１７,３１２、
４,１７７,３７６、４,１７７,４４６、４,１８８,２７
６、４,２３７,４４１、４,２４２,５７３、４,２４６,
４６８、４,２５０,４００、４,２５２,６９２、４,２
５５,６９８、４,２７１,３５０、４,２７２,４７１、
４,３０４,９８７、４,３０９,５９６、４,３０９,５９
７、４,３１４,２３０、４,３１４,２３１、４,３１５,
２３７、４,３１７,０２７、４,３１８,８８１、４,３
２７,３５１、４,３３０,７０４、４,３３４,３５１、
４,３５２,０８３、４,３６１,７９９、４,３８８,６０
７、４,３９８,０８４、４,４１３,３０１、４,４２５,
３９７、４,４２６,３３９、４,４２６,６３３、４,４
２７,８７７、４,４３５,６３９、４,４２９,２１６、
４,４４２,１３９、４,４５９,４７３、４,４８１,４９
８、４,４７６,４５０、４,５０２,９２９、４,５１４,
６２０、４,５１７,４４９、４,５３４,８８９および
４,５６０,４９８号; クラソンおよびクーバット(Ｋlas
onおよびＫubat),ジャーナル・オブ・アプライド・ポリ
マー・サイエンス(Ｊ.Ａpplied Polymer Science)１９,
８１３−８１５(１９７５);ナルキス(Ｎarkis)ら,ポリ
マー・エンジニアリング・アンド・サイエンス(Ｐolyme
r Ｅngineering and Ｓcience)１８,６４９−６５３(１
９７８); ヨーロッパ特許出願第３８,７１３、３８,７
１４、３８,７１８; ７４,２８１、９２,４０６、１１
９,８０７、１３３,７４８、１３４,１４５、１４４,１
８７、１５７,６４０、１５８,４１０、１７５,５５０
および１７６,２８４号。
【０００４】
【発明の構成】導電性ポリマーと共に使用されてきた電
極には、単線および撚線、金属箔ならびにエキスパンデ
ッドメタルシートおよび穿孔金属シートが包含される。
発明者らは、導電性ポリマーと直接物理的に、かつ電気
的に接触するミクロラフ(microrough)表面を有する電極
を使用することにより、向上した物理的および電気的性
質が得られることを見出だした。「ミクロラフ（microro
ugh）」 なる語は、(a)少なくとも０.０３ミクロン、好
ましくは少なくとも０.１ミクロン、特に０.１〜１００
ミクロンの距離だけ表面から突出し、(b)(i)５００ミク
ロンを越えない、好ましくは１００ミクロンを越えな
い、特に１０ミクロンを越えない、また、(ii)好ましく
は少なくとも０.０３ミクロン、特に少なくとも０.１ミ
クロンである表面に平行な少なくとも１つの次元（dime
nsion）を有する凹凸を有して成る表面を意味するもの
として本明細書では使用している。凹凸は、電着により
形成された形状、例えば、一般に表面から突出する球状
の瘤であってよく、あるいは別の形状であってもよい。
従って、１つの要旨において、本発明は、(１)導電性ポ
リマーから成る要素、および(２)導電性ポリマー要素と
直接物理的に接触するミクロラフ表面を有する少なくと
も１つの金属電極を有して成る電極デバイスを提供す
る。
【０００５】ミクロラフ表面を作り出す好ましい方法は
電着による方法であり、電解液にさらされる表面がミク
ロラフ表面になる。例えば、電着箔および同一または異
なる金属の層を電着により上に形成した箔(特に、電着
銅ニッケル箔)は、積層電極が必要である場合、非常に
有用である。同一または異なる金属の層を電着により上
に形成した単線または撚線(特に、ニッケル被覆を電着
により上に形成した銅線)は、円柱状電極が必要である
場合、非常に有用である。また、他の方法、例えばエッ
チングもしくは例えば滑らかな表面との化学反応により
滑らかな表面から物質を除去する方法、または例えば電
気メッキもしくは平滑表面への同一または異なる物質の
層の付着によりミクロラフ表面を形成することも可能で
ある。要すれば、ミクロラフ表面は、化学的性質を変え
るために処理することができる。例えば、電着金属箔
は、適当な処理、例えば水安定性酸化物の被膜を与える
処理、特に電着銅箔の亜鉛−ニッケルまたはニッケル処
理により不動態化する(即ち、不活性にまたは化学的反
応性がほとんどないように変える)ことができる。この
ような処理は、例えば、金属が導電性ポリマーの分解の
触媒となるような場合に望ましい。また、このような処
理は、導電性ポリマーとの適当な酸−塩基相互作用を提
供するために行うことができる。
【０００６】電極上のミクロラフ表面の使用により、使
用できる導電性ポリマーの範囲が増加する。例えば、従
来の金属箔を使用する場合、金属箔に向上した付着性を
提供する極性ポリマーまたは他のポリマー成分を導電性
ポリマーが含む必要がしばしばあったが、その存在によ
り所定の電気的性質が低下していた。そのような成分
は、ミクロラフ電極を使用する場合、必要ではない。従
って、本発明は、特に、曲げ、膨張係数の違い、例えば
軽油のような溶剤への露出、または熱的もしくは電気的
衝撃の結果としての電極と導電性ポリマーの分離が問題
であると考えられるような状況で、より広範囲の導電性
ポリマーを使用することを可能にする。適当な導電性ポ
リマーは、参考文献に記載されているものである。好ま
しい導電性ポリマーには、ポリオレフィン系のもの、特
に高密度ポリエチレン、およびフルオロポリマー系のも
の、特にポリビニリデンフルオリドが包含される。向上
した付着性の利点には、箔積層物から非常に小さい部分
の打ち抜きができること、および高電圧下にさらされた
場合にでも有する実質的に向上した電気的安定性が包含
される。
【０００７】本発明は、上述の特許および特許出願に記
載されているデバイスのいずれにでも使用でき、それに
は、特に、例えば１００オーム以下、特に２５オーム以
下、より特に１オーム以下の抵抗を有する回路保護デバ
イスが包含される。０.２インチ以下、例えば０.１５イ
ンチ以下であるような、また０.１インチ以下のような
更に小さい少なくとも１つの層状寸法を有する非常に小
さい層状デバイスを、箔積層物の打ち抜きにより製造で
きる。他の有用なデバイスには、自己制限ヒーター、特
に全表面積が少なくとも１.０（インチ）2、例えば少な
くとも５（インチ）2である可撓性シートヒーターが包
含される。
【０００８】本発明は、ＰＴＣ導電性ポリマーに埋設し
た円柱状電極、例えば、単線または撚線を有して成る回
路保護デバイスに特に重要であることが見出だされた。
そのような多くのデバイスにおいて、従来のワイヤーを
使用する場合、十分に安定したデバイスを得るには、ワ
イヤーを溶融導電性ポリマーと接触させる前にグラファ
イト含有組成物でワイヤーを被覆することが望ましいこ
とが見出だされた。ミクロラフ表面を有する電極を使用
することにより、そのような被覆を使用しなくても同等
またはより良い安定性を有するデバイスを作り出すこと
ができる。
【０００９】また、本発明は、層状の回路保護デバイス
を製造する方法であって、 （１）層状ＰＴＣ導電性ポリマー要素を２つの金属箔電
極の間に積層することにより、箔積層物を調製する工程
であって、電極のそれぞれは、ミクロラフ表面を有し、
この表面は、 （ａ）層状導電性ポリマー要素と直接物理的に接触し、
また、 （ｂ）（i）０.１〜１００ミクロンの距離で表面から突
出し、（ii）５００ミクロンを越えない表面に平行な少
なくとも１つの次元を有する凹凸から本質的に成る工
程、ならびに （２）工程（１）において調製した積層物を複数の回路
保護デバイスに分割する工程を含んで成る方法を提供す
る。本発明を次の実施例により説明する。
【００１０】
【実施例】実施例１ 高密度ポリエチレン(マーレックス(Ｍarlex)６００３、
フィリップス・ペトローリアム(Ｐhillips Ｐetroleum)
製)６２００g、カーボンブラック(スタテックス(Ｓtate
x)Ｇ、コロンビアン・ケミカルズ(Ｃolumbian Ｃhemic
als)製)５３１０g、酸化チタン(ティピュア(ＴiＰure)
Ｒ１０１、デュポン(du Ｐont)製)７９５５gおよび酸
化防止剤２０５gを混転し、バンバリー(Ｂanbury)ミキ
サーで混合し、水浴中に溶融押出し、ペレットにした。
乾燥後、ペレットを幅８.２５インチ(２１.０cm)、厚さ
０.０３０インチ(０.０７６cm)のシートに押し出し、６
インチ(１５.３cm)平方のサンプルをシートから切り取
った。
【００１１】２６０℃の加熱プレスを使用して、圧力４
０００ポンド２分間、次いで圧力７０００ポンド３分間
で２枚の金属箔(６×６×０.００１４インチ)間に各サ
ンプルを積層した。金属箔は、サンプルに隣接する表面
をニッケルおよび亜鉛で不動態化した電着銅箔であっ
た。この箔は、エイツ・インダストリーズ(Ｙates Ｉn
dustries)からテックス(ＴＥＸ)−１という商品名で市
販されている。
【００１２】直径が０.１２５インチ(０．３１８cm)の
ディスク形状デバイスをこの積層物から打ち抜いた。２
４ＡＷＧのニッケルメッキ鋼リード線を各デバイスの各
金属箔に取り付けた。次いで、エポキシ樹脂によりデバ
イスを封入し、１１０℃３時間で硬化させた。
【００１３】実施例２ 実施例１に使用した手順により、マーレックス６００３
(８０９２g)、スタテックスＧ(８０７１g)および酸化防
止剤２７６gをペレットにし、次いで、このペレットか
らディスク形状デバイスを製造した。
【００１４】実施例３ ポリビニリデンフルオリド(ＫＦ１０００、クレハ(Ｋur
eha)製)１５７０１g、カーボンブラック(バルカン(Ｖul
can)ＸＣ−７２、カボット(Ｃabot)製)３９１５g、炭酸
カルシウム(オムヤ(Ｏmya)ＢＳＨ、オムヤ社製)６１８g
およびトリアリルイソシアヌレート１９９gを混合し、
水浴中に溶融押出し、ペレットにした。
【００１５】ペレットを押出成形して、幅１１インチ
(２７.９cm)、厚さ０.０２０インチ(０.０５１cm)のシ
ートにし、１.５ＭeＶ電子ビームを使用して２０Ｍラド
の線量で放射線照射した。６インチ(１５.３cm)平方の
サンプルをシートから切り取った。２００℃で圧力１５
００ポンド４分間、圧力２００００ポンド２分間、次い
で、冷却して水冷プレスで圧力２００００ポンドで、２
枚のポリマーシートのサンプルを２枚の(１オンスの)電
着銅箔(６×６インチ)(インターナショナル・ホイルズ
(Ｉnternational Ｆoils)製)間に積層した。得られた
シートは、厚さ０.０３５インチ(０.０８９cm)であっ
た。平らな０.００５インチ(０.０１３cm)銅リード線を
スラブから切り取ったサンプル(１インチ(２.５４cm)×
２インチ(５.０８cm))にハンダ付けした。次いで、ヒー
ターをエポキシ樹脂に封入した。
【００１６】実施例４ 高密度ポリエチレン(マーレックス６００３)７９４５
g、カーボンブラック(スタテックスＧ)７２００gおよび
酸化防止剤２６３gを混合し、水浴中に溶融押出し、ペ
レットにした。乾燥後、ペレット１２１８５gをアルミ
ナ三水和物(ハイドラル(Ｈydral)７０５、アルコア(Ａl
coa)製)４７２６gと混合し、水浴中に溶融押出し、ペレ
ットにした。乾燥後、ニッケルを公称３００〜５００マ
イクロインチ(０.７６２〜１.２７mm)の厚さで電気メッ
キした２本の２２ＡＷＧ予熱単銅線の回りにクロスヘッ
ドダイによりペレットを溶融押出成形した。得られたス
トリップ(約０.５８×０.２５cm)を１ＭeＶ電子ビーム
を使用して７５Ｍラドの線量で放射線照射した。放射線
照射したストリップを約１cmの長さに切断し、これを用
いて導電性ポリマー要素の長さが約０.７６cmであり、
電極がＰＴＣポリマー要素の片端から約０.２５cm延び
た回路保護デバイスを製造した。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 層状の回路保護デバイスを製造する方法
    であって、 （１）層状ＰＴＣ導電性ポリマー要素を２つの金属箔電
    極の間に積層することにより、箔積層物を調製する工程
    であって、電極のそれぞれは、ミクロラフ表面を有し、
    この表面は、 （ａ）層状導電性ポリマー要素と直接物理的に接触し、
    また、 （ｂ）（i）０.１〜１００ミクロンの距離で表面から突
    出し、（ii）５００ミクロンを越えない表面に平行な少
    なくとも１つの次元を有する凹凸から本質的に成る工
    程、ならびに （２）工程（１）において調製した積層物を複数の回路
    保護デバイスに分割する工程を含んで成る方法。
  2. 【請求項２】 工程（２）は、積層物を打ち抜いて複数
    のデバイスを製造する工程を含んで成り、各デバイス
    は、（i）０．２インチ（５．１ｍｍ）以下である少な
    くとも１つの層状の次元を有し、また、（ii）１Ω以下
    の抵抗を有する特許請求の範囲第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】 導電性ポリマーは、高密度ポリエチレン
    またはポリビニリデンフルオリド系である特許請求の範
    囲第１項または第２項記載の方法。
  4. 【請求項４】 各電極が、電着ニッケル箔である特許請
    求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】 各電極が、上に電着されたニッケルの被
    覆を有する銅箔である特許請求の範囲第１〜３項のいず
    れかに記載の方法。
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