JPH10144502A - 有機質正特性サーミスタの製造方法および有機質正特性サーミスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】抵抗体に対して電極が強固に密着し、もって抵
抗値を小さくすることができ、かつオンーオフ繰り返し
性が優れ、しかも製品価格を低減できる有機質正特性サ
ーミスタの製造方法および有機質正特性サーミスタを提
供する。 【解決手段】有機ポリマーに導電粒子を分散させてなる
組成物をシート状に成形して抵抗体２を形成する。表面
に微細な多数の突起１ａを有する膜材１を前記抵抗体２
の両主面に加熱圧着する。エッチングにより前記膜材１
を溶解除去する。該膜材１を除去した両主面に金属電極
３を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機ポリマーに導
電粒子を分散させてなる組成物をシート状に成形して抵
抗体とし、該抵抗体の両主面に電極を形成してなる有機
質正特性サーミスの製造方法および有機質正特性サーミ
スタに係り、特に電極の形成方法と構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機質正特性サーミスタにおいて、図２
（Ａ）に示すように、有機ポリマーに導電粒子を分散さ
せてなるシート状抵抗体１０の両主面に電極１１を設け
る場合、従来は一般に、抵抗体１０の両主面に金属箔を
加熱圧着して接合している。しかしながら、単なる金属
箔の加熱圧着では接合力が弱く、密着性に欠けるため、
サーミスタの室温における抵抗を小さくすることができ
ないばかりか、サーミスタの発熱による熱膨張収縮の繰
り返しによって抵抗体１０から電極１１が剥離してしま
う。

【０００３】このような電極の剥離の問題を解決し、ア
ンカー効果による接合力の向上を図るべく、種々の試み
がなされてきた。例えば、図２（Ｂ）に示すように金属
箔でなる電極１１の表面１１ａをサンドブラストにより
粗面化したり、特公平５−９９２１号に開示されている
ように、電解質により金属箔を粗面化して抵抗体に加熱
圧着する。また、米国特許第４６８９４７５号において
は、図２（Ｃ）に示すように、金属箔でなる電極１１に
電解析出により多数の微細突起１１ｂを形成して粗面と
し、該粗面側を抵抗体１０の両主面に加熱圧着すること
が開示されている。また、特公平４−４４４０１号にお
いては、抵抗体の両主面をエッチングすることによって
導電粒子を露出させ、その導体露出面に電気メッキまた
は化学メッキ等により電極層を形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、金属箔をサン
ドブラストにより粗面化した場合には、微粒子の衝突に
よって形成された突起が後で衝突する微粒子によって摩
耗することが繰り返されるため、図２（Ｂ）に示すよう
に、なだらかな突起１１ａが形成された粗面しか得られ
ず、十分なアンカー効果が得られない。電解質により粗
面化した場合（特公平５−９９２１号）にも粗面化の面
で不十分であり、やはり十分なアンカー効果が得られ
ず、電極１１の接合力が弱いという問題点がある。ま
た、エッチングにより抵抗体の両主面を粗面化する方法
（特公平４−４４４０１号）によれば、電極１１の接合
力が弱いという問題点がある。

【０００５】一方、図２（Ｃ）に示すように、電解析出
により電極１１の接合面に微細突起１１ｂを形成する方
法（米国特許第４６８９４７５号）によれば、サンドブ
ラスト等に比較してより深い凹凸が得ることができ、熱
膨張収縮の繰り返しにおける収縮過程において、ポリマ
ーの収縮応力によりコブ状の突起１１ｂがポリマーに包
み込まれ、良好なアンカーとなる。

【０００６】ところで、正特性サーミスタの用途のほと
んどが過電流防止であり、過電流によりサーミスタ自身
の抵抗によりジュール熱が発生し、電極１１も温度が上
昇するため、酸化が起こり易い状態となるため、電極１
１として酸化しにくいニッケルが使用されている。従っ
て、図２（Ｃ）に示す微細突起１１ｂを有する電解析出
箔にもニッケル箔（クロム箔でもよい）を使用するが、
このニッケル等でなる電解析出箔は非常に高価なもので
あり、このため、サーミスタのコストアップを招くとい
う問題点がある。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑み、抵抗体に対
して電極が強固に密着し、もって抵抗値を小さくするこ
とができ、かつオンーオフ繰り返し性が優れ、しかも製
品価格を低減できる有機質正特性サーミスタの製造方法
および有機質正特性サーミスタを提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の有機質正特性サーミスタの製造方法は、有
機ポリマーに導電粒子を分散させてなる組成物をシート
状に成形して抵抗体を形成し、図１（Ａ）とその拡大断
面図である図１（Ｂ）に示すように、表面に多数の微細
突起１ａを有する膜材１を前記抵抗体２の両主面に加熱
圧着し、その後、図１（Ｃ）に示すようにエッチングに
より前記膜材１を溶解除去し、これにより抵抗体２の両
主面に前記微細突起１ａに対応した凹部２ａを形成し、
該膜材１を除去した両主面に図１（Ｄ）に示すように金
属電極３を形成することを特徴とする（請求項１）。

【０００９】なお電極としてはさらに半田メッキを施し
たものを用いてもよい。また、本発明において、微細突
起１ａの深さおよび微細突起１ａ間の平均間隔は、１μ
ｍ〜２０μｍ程度であることが好ましく、さらに好まし
くは、５μｍ〜１０μｍ程度である。微細突起１ａの平
均間隔および深さが１μｍ未満であると、アンカー効果
が得にくくなり、また２０μｍを超えると微細突起１ａ
の形成は困難であり、また、抵抗体２の厚みを必要以上
に厚くすることになる。

【００１０】また、本発明による他の製造方法は、前記
膜材１が金属箔でなり、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すよう
に抵抗体２に微細突起１ａを有する膜材１を加熱圧着し
た後、図１（Ｅ）に示すように、両主面の凹部２ａ内の
一部または全部の金属１ｂを残してエッチングにより他
の金属箔を溶解除去し、該金属箔を除去した両主面に、
図１（Ｆ）に示すように、金属電極３を形成することを
特徴とする（請求項２）。

【００１１】また、本発明の製造方法は、前記金属電極
３を形成した後、有機ポリマーの融点よりも高い温度で
抵抗体を加圧処理することを特徴とする（請求項３）。

【００１２】また、本発明において、ニッケルまたはク
ロムを金属電極３に用い（請求項７）、該金属電極３を
化学メッキおよび電気メッキにより形成する（請求項
４）ことが好ましい。

【００１３】また、本発明の製造方法に用いる膜材とし
ては、ニッケルに比較して安価な銅、アルミニウム、
錫、鉄、真偸、亜鉛を用いることが好ましく、中でも、
印刷基板用の素材として汎用されている微細突起形成銅
箔を用いる（請求項５）ことが好ましい。

【００１４】また、本発明の製造方法を実施する場合、
膜材として、金属箔以外に、微細突起を形成し、かつ溶
剤により溶解可能なプラスチックを用いることができ
る。また、両主面に電極をメッキするに当たり、メッキ
濡れ性を確保するため、膜材を溶解除去した後の両主面
に、コロナ放電あるいはプラズマ放電処理等の表面処理
を施してもよい。電極形成後は、シート状に形成されて
いる素材を所望の形状に打ち抜きまたはカットし、有機
質正特性サーミスタを得、必要な場合にはリード電極を
付け、さらに保護膜で被覆する場合もある。

【００１５】本発明の有機質正特性サーミスタは、図１
（Ｆ）に示すように、有機ポリマーに導電粒子を分散さ
せてなる組成物をシート状に成形して抵抗体２を形成
し、該抵抗体の両主面に粗面を形成し、該粗面の凹部２
ａに金属１ｂを充填し、該金属１ｂを凹部２ａに充填し
た抵抗体２の両主面にメッキにより金属電極３を形成し
てなることを特徴とする（請求項６）。

【００１６】本発明において、有機ポリマーとしては、
結晶性ポリマーであれば特に制限なく用いることがで
き、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化
ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、アイオ
ノマー樹脂またはこれらの共重合体が一般的には用いら
れるが、同様の特性が得られれば他の有機ポリマーを用
いてもよい。また、これらの有機ポリマーに分散させる
導電粒子としては、カーボンブラック、グラファイト、
またはニッケル等の金属粉、あるいはチタンカーバイ
ド、タングステンカーバイド等の導電性セラミック粉等
を用いることができるが、要求される導電性や耐熱性等
を満たすものであれば他の導電粒子を用いてもよい。

【００１７】有機ポリマーに導電粒子を分散させてなる
有機質正特性サーミスタ組成物は、バンバリミキサ、ミ
キシングロール等の混練機により加熱混練して作製され
る。このとき、抗酸化剤や分散剤等の混練助剤を添加し
てもよい。さらに、押出機または熱プレスによりシート
またはフィルム状に成形する。この場合、必ずしも必要
ではないが、架橋効率を高めるために、電子線の照射
や、架橋助剤を添加した電子線架橋や化学架橋を行った
り、シラン化合物を遊離基発生剤の存在下でポリマーに
グラフトさせた後、シラノール縮合触媒の存在下に水あ
るいは水性媒体と接触させて行う水架橋を行う等の方法
により、ＰＴＣ発現後の重合体の流動性を抑制し抵抗値
の安定化を図ることができる。

【００１８】

【作用】請求項１においては、抵抗体の両主面に微細突
起を有する膜材を加熱圧着した後、その膜材を溶解除去
するので、抵抗体の両主面に微細突起に対応した形状の
凹部が形成される。この凹部を含めた両主面に金属電極
を形成することにより、電極の優れたアンカー効果が得
られる。微細突起を有する膜材としては、電解析出によ
り微細突起を形成した高価なニッケルを用いる必要がな
く、安価に実施できる。

【００１９】請求項２においては、膜材として用いる金
属箔の微細突起の一部または全部が抵抗体の凹部に残留
するように金属箔を溶解した後、金属電極を施すため、
例えばメッキにより金属電極を形成する場合、凹部内に
おけるメッキによる電極析出形成が不十分となることは
ない。

【００２０】請求項３においては、有機ポリマーの融点
よりも高い温度で抵抗体を加圧処理するため、金属電極
と抵抗体との接合がより強固に行われる。

【００２１】請求項５のように、膜材として、印刷基板
用の素材として汎用されている微細突起形成銅箔を用い
れば、従来より使用されているニッケル箔に比較し、銅
箔は約１５分の１〜２０分の１程度で材料費が済むた
め、より安価にサーミスタを得ることができる。

【００２２】請求項６においては、金属を凹部に残留さ
せた抵抗体の両主面にメッキにより電極としての金属電
極を形成してなるため、電極のアンカー効果が大とな
り、電極の接合力が大となる。

【００２３】請求項４、７においては、金属電極として
ニッケルまたはクロムを用いているので耐熱性やオン−
オフ繰り返し性等の信頼性の優れたサーミスタを得るこ
とができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】

（実施例）有機ポリマーとして融点が１６５℃のポリフ
ッ化ビニリデン（以下ＰＶＤＦと称す）、導電粒子とし
てタングステンカーバイト（以下ＷＣと称す）粉を準備
し、ＰＶＤＦに対し、ＷＣが３０体積％となるようにＷ
Ｃ粉を加えてドライ混合した。これを加圧ニーダで２０
０℃の温度、２５ｒｐｍの速度で約３０分溶融混練し、
有機質正特性サーミスタ組成物を得た。

【００２５】この組成物をペレット状にした後、２００
℃で熱プレスを行い、約０．３５ｍｍの厚さのシート
（抵抗体２）を作製し、さらにこのシートの両主面に、
片面のみに突起間の平均間隔が５μｍ、微細突起１ａの
形成深さが３〜８μｍの微細突起１ａを形成した１８μ
ｍ厚の電解析出銅箔を２００℃で熱プレスにより加熱圧
着した。

【００２６】続いて、このシートを３０℃のエッチング
液（塩化第２鉄溶液）に２〜３分浸漬してシートに圧着
した銅を溶解させ、シートを洗浄、脱脂および乾燥処理
した。なお、本実施例においては、エッチング時間を２
〜３分としたため、銅は完全には溶解されず、特に粗面
の底部を中心に部分的に銅が残った状態であった。

【００２７】その後、このシートに、ニッケルーリン系
無電解ニッケルメッキを粗面部表面から１μｍ程度施し
た後、ワット液（硫酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸
の混合液）を用いて電解ニッケルメッキを施し、シート
の粗面部表面からのトータルのメッキ厚みｔ（図１
（Ｄ）参照）を約２０μｍとした。

【００２８】最後に熱プレスで２００℃の温度、１０ｋ
ｇｆ／ｃｍ²の圧力で５分間熱処理を行い、徐冷した
後、直径１０ｍｍの円形に打ち抜いてサンプルを作製し
た。

【００２９】（比較例）実施例との比較のため、シート
の組成と厚みを全く同じにして作製したシートの表面を
サンドブラストによって機械的に粗面化し、洗浄、乾燥
後、無電解ニッケルメッキおよび電解ニッケルメッキを
施したサンプルを作製した。メッキ条件および熱処理、
打ち抜き条件は実施例と全く同じにした。

【００３０】実施例と比較例について、直流電圧１６Ｖ
−１５Ａで１５秒オン、１６５秒オフのオン−オフサイ
クル試験を行い、試験前、９６回サイクル後、２４０回
サイクル後、５００サイクル後の常温抵抗値を測定し
た。その結果を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１に示されるように、本発明によれば、
複雑に入り込んだ粗面が電極と抵抗体界面に形成されて
いるので、オン−オフによる抵抗値の上昇度合いが小さ
く、信頼性が高い。一方、比較例のように、ブラスト等
機械的な粗面化方法では複雑に入り込んだ粗面を得るこ
とができず、オン−オフサイクル数の増大とともに界面
応力により抵抗値が上昇する。

【００３３】本発明を実施する場合、銅等の残留金属は
エッチング時間を長くしたり、エッチング液温を高くす
ることにより、完全に除去することができるが、上記実
施例のように、抵抗体２の凹部２ａに銅が残留した状態
でメッキを行うことにより、メッキの際に、凹部２ａに
メッキの不完全による空洞が生じるおそれがない。本実
施例のように銅を凹部２ａに残留させる場合、酸化が問
題となるが、表面にニッケルをメッキするため、空気に
触れて酸化するおそれがあるのはサーミスタの周面部の
みであるから、サーミスタを完成した後にエッチング等
により周面部の銅を除く処理を行うようにしてもよい。

【００３４】凹部２ａに銅を残すのではなく、電解析出
箔として、銅からなる電解析出箔の表面にニッケルをコ
ーティングした箔を使用することもできる。この場合、
電解析出銅箔よりもコストはアップするが、それでもニ
ッケル箔を用いるよりは安価となる。また、ニッケルコ
ーティングした銅箔を用いれば、銅のみをエッチングに
より溶解除去し、ニッケルのみを凹部２ａ内に残すよう
にすることができるため、耐熱的に優れた電極を形成す
ることが可能となる。

【００３５】

【発明の効果】請求項１によれば、表面に微細な多数の
突起を有する膜材を前記抵抗体の両主面に加熱圧着し、
エッチングにより前記膜材を溶解除去し、該膜材を除去
した両主面に金属電極を形成することによりサーミスタ
を得るようにしたので、電極を抵抗体に固定する場合の
優れたアンカー効果が得られ、抵抗体に対して電極が強
固に密着し、もって抵抗値が小さくすることができ、か
つオンーオフ繰り返し性が優れたサーミスタが提供でき
る。また、抵抗体に加熱圧着する膜材としてニッケルを
用いる必要がなく、安価な材料を用いることができるた
め、製品価格を低減できる。

【００３６】請求項２によれば、前記膜材が金属箔でな
り、抵抗体の粗面化された両主面の凹部内の一部または
全部の金属を残してエッチングにより金属箔を溶解除去
し、該金属箔を除去した両主面に金属電極を形成するた
め、例えばメッキにより金属電極を形成する場合、抵抗
体の凹部内におけるメッキが不完全になるおそれがな
く、アンカー効果が優れた電極を有するサーミスタが得
られる。

【００３７】請求項３によれば、金属電極を形成した
後、有機ポリマーの融点よりも高い温度で抵抗体を加圧
処理するため、金属電極と抵抗体との接合がより強固に
行われる。

【００３８】請求項５によれば、前記膜材が突起を電解
析出により形成した銅箔でなり、銅箔は非常に安価に入
手しやすいため、材料費が非常に安価で済み、より安価
にサーミスタを得ることができる。

【００３９】請求項６によれば、有機ポリマーに導電粒
子を分散させてなる組成物をシート状に成形して抵抗体
を形成し、該抵抗体の両主面に粗面を形成し、該粗面の
凹部に金属を充填し、該金属を凹部に充填した抵抗体の
両主面にメッキにより金属電極を形成したので、電極の
アンカー効果が大となり、電極の接合力が大となる。

【００４０】請求項４、７によれば、金属電極としてニ
ッケルまたはクロムを用いているので耐熱性やオン−オ
フ繰り返し性等の信頼性の優れたサーミスタを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による有機質正特性サーミスタの製造方
法を実施する場合の工程図であり、（Ａ）は膜材の圧着
工程を示す側面図、（Ｂ）はその部分拡大断面図、
（Ｃ）は膜材除去後の抵抗体表面の状態を示す断面図、
（Ｄ）はメッキ後の状態を示す断面図、（Ｅ）は抵抗体
の凹部に金属を残した状態を示す断面図、（Ｆ）は
（Ｅ）に示す状態から抵抗体に金属電極を形成した後の
状態を示す断面図である。

【図２】（Ａ）は一般的なサーミスタの構造を示す側面
図、（Ｂ）はサンドブラスト法により粗面化した電極を
有する従来の有機質正特性サーミスタを示す断面図、
（Ｃ）は電解析出により微細突起を形成した電極を有す
る従来の有機質正特性サーミスタを示す断面図である。

【符号の説明】

１：膜材、１ａ：微細突起、２：抵抗体、２ａ：凹部、
３：電極、４：ロール

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有機ポリマーに導電粒子を分散させてなる
   組成物をシート状に成形して抵抗体を形成し、 表面に微細な多数の突起を有する膜材を前記抵抗体の両
   主面に加熱圧着し、 エッチングにより前記膜材を溶解除去し、 該膜材を除去した両主面に金属電極を形成することを特
   徴とする有機質正特性サーミスタの製造方法。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記膜材が金属箔でなり、 膜材をエッチングにより溶解除去する際に、凹部内の一
   部または全部の金属を残し、 該凹部内に金属を残した両主面に金属電極を形成するこ
   とを特徴とする有機質正特性サーミスタの製造方法。
3. 【請求項３】請求項１または２において、 前記金属電極を形成した後、有機ポリマーの融点よりも
   高い温度で抵抗体を加圧処理することを特徴とする有機
   質正特性サーミスタの製造方法。
4. 【請求項４】請求項１から３までのいずれかにおいて、 前記金属電極をニッケルまたはクロムとし、該金属電極
   を化学メッキおよび電気メッキにより形成することを特
   徴とする有機質正特性サーミスタの製造方法。
5. 【請求項５】請求項１から４までのいずれかにおいて、 前記膜材が微細突起を電解析出により形成した銅箔でな
   ることを特徴とする有機質正特性サーミスタの製造方
   法。
6. 【請求項６】有機ポリマーに導電粒子を分散させてなる
   組成物をシート状に成形して抵抗体を形成し、 該抵抗体の両主面に粗面を形成し、 該粗面の凹部に金属を充填し、 該金属を凹部に充填した抵抗体の両主面にメッキにより
   金属電極を形成してなることを特徴とする有機質正特性
   サーミスタ。
7. 【請求項７】請求項６において、 前記金属電極がニッケルまたはクロムでなることを特徴
   とする有機質正特性サーミスタ。