JPH1197208A - Ptc element - Google Patents

Ptc element

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Publication number
JPH1197208A
JPH1197208A JP25818697A JP25818697A JPH1197208A JP H1197208 A JPH1197208 A JP H1197208A JP 25818697 A JP25818697 A JP 25818697A JP 25818697 A JP25818697 A JP 25818697A JP H1197208 A JPH1197208 A JP H1197208A
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JP
Japan
Prior art keywords
specific resistance
ptc element
less
temperature
melting point
Prior art date
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Pending
Application number
JP25818697A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kajimaru
弘 梶丸
Akira Ito
顕 伊藤
Isao Tomioka
功 富岡
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Unitika Ltd
Original Assignee
Unitika Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH1197208A publication Critical patent/JPH1197208A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a PTC element, wherein it represents a very low specific resistance at 20 deg.C while being high at peak time, the specific resistance abruptly rises within a narrow temperature range, and withstand voltage is high. SOLUTION: In a PTC element, wherein a metal plate electrode is provided on either surface of a conductive sheet comprising crystalline polyorefine matrix and conductive filler, the conductive filler is granular glassy carbon of average particle size of 10 μm or less, and the PTC element has following characteristics: (1) a thickness including an electrode is 0.35 mm or less, (2) a specific resistance ρ20 at 20 deg.C is 1.8 Ω.cm or less, while that at peak time is 2.0×10<6> Ω.cm or above, (3) [Ta( deg.C)-Tb ( deg.C)] is 10 deg.C or less, where Ta ( deg.C) is such temperature at which specific resistance is 10<6> times of specific resistance ρ20 at 20 deg.C and Tb ( deg.C) is a temperature at which specific resistance is 10 times that of the specific resistance ρ20 at 20 deg.C, and (4) a withstand voltage is 50 V or higher.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、PTC(Positiv
e,Temperature,Coefficient、正温度係数)素子に関す
るものである。
[0001] The present invention relates to a PTC (Positiv
e, Temperature, Coefficient, positive temperature coefficient).

【0002】[0002]

【従来の技術】PTC素子としては、従来、チタン酸バ
リウム系のものが最もよく知られている。しかし、最近
では小形で低抵抗化ができるということから、高分子物
質中に導電性粒子を均一に分散させた導電性シートを用
いたPTC素子が開発されている。例えば、特開昭61
−218117号公報、特開昭62−167358号公
報、特開平9−35906号公報、特開平9−6941
6号公報、特公昭64−3322号公報、特公平4−2
8743号公報には、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニ
リデン等の結晶性高分子と、カーボンブラックや導電性
ニッケル粒子等の導電性粒子から成る導電性シートと電
極から構成されるPTC素子が開示されており、前記公
報に開示されているPTC素子は、いずれの場合にも、
室温においては低い比抵抗を示し、ピーク時においては
高い比抵抗を示す。しかし、低い比抵抗値から高い比抵
抗値までに変化する温度の範囲が広いので、過電流保護
素子として用いる場合、比較的低い電流値で素子が高抵
抗状態に移行することになる。そのため、大電流の流れ
る回路に適用することが難しく、使用範囲が狭いという
欠点を有していた。
2. Description of the Related Art As a PTC element, a barium titanate-based element has hitherto been best known. However, recently, a PTC element using a conductive sheet in which conductive particles are uniformly dispersed in a polymer substance has been developed because of its small size and low resistance. For example, JP-A-61
JP-A-218117, JP-A-62-167358, JP-A-9-35906, JP-A-9-6941
No. 6, Japanese Patent Publication No. 64-3322, Japanese Patent Publication No. 4-2
No. 8743 discloses a PTC element composed of a polyolefin, a crystalline polymer such as polyvinylidene fluoride, and a conductive sheet and an electrode made of conductive particles such as carbon black and conductive nickel particles. In any case, the PTC element disclosed in the above publication is
It shows low specific resistance at room temperature and high specific resistance at the peak. However, since the temperature range from a low specific resistance value to a high specific resistance value is wide, when used as an overcurrent protection element, the element transitions to a high resistance state at a relatively low current value. Therefore, it is difficult to apply the present invention to a circuit through which a large current flows, and has a drawback that the range of use is narrow.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】この課題を解決するP
TC素子として、本発明者らは特開平8−298201
号公報において20℃における比抵抗ρ20が1.8Ω・
cm以下であり、ピーク時の比抵抗ρP が2.0×10
6 Ω・cm以上であり、比抵抗が20℃における比抵抗
ρ20の106 倍になる温度Ta (℃)と20℃における
比抵抗ρ20の10倍になる温度Tb (℃)との差[Ta
(℃)−Tb (℃)]が10℃以下であるPTC素子を
提案した。このようなPTC素子は20℃における比抵
抗が極めて低く、ピーク時の比抵抗が大きく、狭い温度
範囲で比抵抗が急激に上昇するので、大電流の流れる回
路にも好適に使用できる。
SUMMARY OF THE INVENTION
As a TC element, the present inventors have disclosed in JP-A-8-298201.
In the publication, the specific resistance ρ 20 at 20 ° C. is 1.8Ω ·
cm or less, and the peak specific resistance ρ P is 2.0 × 10
Is a 6 Omega · cm or more, the specific resistance becomes 10 6 times the electrical resistivity [rho 20 at 20 ° C. temperature T a becomes 10 times the electrical resistivity [rho 20 at (℃) and 20 ° C. temperature T b (℃) Difference [ Ta
(° C.) − T b (° C.)] is 10 ° C. or less. Such a PTC element has a very low specific resistance at 20 ° C., a high specific resistance at the peak, and a sharp increase in the specific resistance in a narrow temperature range, so that it can be suitably used in a circuit in which a large current flows.

【0004】しかしながら、上記公報に開示されている
PTC素子は、小型化した場合、高い電圧のかかる回路
に適用することが難しいという問題があった。
However, the PTC element disclosed in the above publication has a problem that it is difficult to apply the PTC element to a circuit that requires a high voltage when the PTC element is miniaturized.

【0005】そこで、本発明の課題は、20℃における
比抵抗が極めて低く、ピーク時の比抵抗が大きく、狭い
温度範囲で比抵抗が急激に上昇するPTC素子であっ
て、かつ、耐電圧が高いPTC素子を提供することにあ
る。
Therefore, an object of the present invention is to provide a PTC element having a very low specific resistance at 20 ° C., a large specific resistance at a peak, and a sharp increase in specific resistance in a narrow temperature range, and having a withstand voltage. It is to provide a high PTC element.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意研究した結果、導電性フィラーが
平均粒径10μm以下の粒状グラッシーカーボンであ
り、かつ、比抵抗が20℃における比抵抗ρ20の106
倍になる温度Ta (℃)と比抵抗が20℃における比抵
抗ρ20の10倍になる温度Tb (℃)との差[T
a (℃)−Tb (℃)]が10℃以下であるPTC素子
が上記目的を達成できることを見い出し本発明に到達し
た。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, the conductive filler is a granular glassy carbon having an average particle diameter of 10 μm or less and a specific resistance of 20 ° C. 10 6 of the specific resistance ρ 20 at
The difference between the doubled temperature T a (° C.) and temperature resistivity is the ratio 10 times the resistance [rho 20 at 20 ℃ T b (℃) [ T
a (° C.) − T b (° C.)] is 10 ° C. or less, and it has been found that the above object can be achieved.

【0007】すなわち、本発明の要旨は、結晶性ポリオ
レフィンのマトリックスと導電性フィラーからなる導電
性シートの両面に金属板の電極が設けられたPTC素子
であって、前記導電性フィラーは平均粒径が10μm以
下の粒状グラッシーカーボンであり、前記PTC素子
は、(1) 電極を含む厚みが0.35mm以下であ
り、(2) 20℃における比抵抗ρ20が1.8Ω・c
m以下であり、ピーク時の比抵抗ρP が2.0×106
Ω・cm以上であり、(3) 比抵抗が20℃における
比抵抗ρ20の106 倍になる温度Ta (℃)と比抵抗が
20℃における比抵抗ρ20の10倍になる温度T
b (℃)との差[Ta (℃)−Tb (℃)]が10℃以
下であり、(4) 耐電圧が50V以上であることを特
徴とするPTC素子である。
That is, the gist of the present invention is a PTC element in which electrodes of a metal plate are provided on both sides of a conductive sheet comprising a matrix of a crystalline polyolefin and a conductive filler, wherein the conductive filler has an average particle size. Is a granular glassy carbon of 10 μm or less, and the PTC element has (1) a thickness including an electrode of 0.35 mm or less, and (2) a specific resistance ρ 20 at 20 ° C. of 1.8 Ω · c.
m or less, and the peak specific resistance ρ P is 2.0 × 10 6
And the Omega · cm or more, (3) specific resistance temperature resistivity and resistivity [rho 20 temperature T a becomes 10 6 times at 20 ° C. (° C.) is the ratio 10 times the resistance [rho 20 at 20 ° C. T
b (° C.) the difference between [T a (℃) -T b (℃)] is not more 10 ° C. or less, a PTC element characterized in that it is (4) withstand voltage higher than 50V.

【0008】以下、本発明を詳細に説明する。PTC素
子を電子機器に用いる場合、素子の厚みは薄い程好まし
い。したがって、本発明におけるPTC素子の電極を含
む厚みは0.35mm以下であり、好ましくは0.34
mm以下であり、より好ましくは0.33mm以下であ
る。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. When a PTC element is used in an electronic device, the thinner the element, the better. Therefore, the thickness including the electrodes of the PTC element in the present invention is 0.35 mm or less, preferably 0.34 mm or less.
mm or less, and more preferably 0.33 mm or less.

【0009】本発明におけるPTC素子の20℃におけ
る比抵抗ρ20は、1.8Ω・cm以下、好ましくは1.
5Ω・cm以下、より好ましくは1.3Ω・cm以下で
ある。ρ20は小さい程好ましいが、実用的な下限は0.
1Ω・cmである。ρ20が1.8Ω・cmより大きい場
合は、小形で低抵抗のPTC素子の作製が困難となる。
The specific resistance ρ 20 at 20 ° C. of the PTC element according to the present invention is 1.8 Ω · cm or less, preferably 1.
It is 5 Ω · cm or less, more preferably 1.3 Ω · cm or less. ρ preferably as 20 it is small, the practical lower limit 0.
It is 1 Ω · cm. If [rho 20 is greater than 1.8Ω · cm, the production of low resistance of the PTC element becomes difficult in compact.

【0010】本発明におけるPTC素子のピーク時の比
抵抗ρP は、2.0×106 Ω・cm以上、好ましくは
5.0×106 Ω・cm以上、より好ましくは1.0×
107 Ω・cm以上である。ρP は大きい程好ましい
が、実用的な上限は1×1010Ω・cmである。ρP
2.0×106 Ω・cm未満の場合は、高い電圧のかか
る回路に使用することが難しい。
The peak specific resistance ρ P of the PTC element of the present invention is 2.0 × 10 6 Ω · cm or more, preferably 5.0 × 10 6 Ω · cm or more, more preferably 1.0 × 10 6 Ω · cm or more.
10 7 Ω · cm or more. The larger the value of ρ P , the better, but the practical upper limit is 1 × 10 10 Ω · cm. When ρ P is less than 2.0 × 10 6 Ω · cm, it is difficult to use the circuit in a circuit that requires a high voltage.

【0011】本発明においては、比抵抗が20℃におけ
る比抵抗ρ20の106 倍になる温度Ta (℃)と比抵抗
が20℃における比抵抗ρ20の10倍になる温度T
b (℃)との差[Ta (℃)−Tb (℃)]は10℃以
下である。この温度差は8℃以下が好ましく、6℃以下
がより好ましい。この温度差は小さい程好ましいが、実
用的な下限は1℃である。[Ta (℃)−Tb (℃)]
が10℃より大きい場合は、大電流の流れる回路に適用
することが難しくなる。
[0011] In the present invention, temperature resistivity and resistivity is 10 6 times the electrical resistivity [rho 20 at 20 ° C. temperature T a (° C.) is the ratio 10 times the resistance [rho 20 at 20 ° C. T
The difference from b (° C.) [T a (° C.) − T b (° C.)] is 10 ° C. or less. This temperature difference is preferably 8 ° C. or less, more preferably 6 ° C. or less. The smaller the temperature difference, the better, but the practical lower limit is 1 ° C. [T a (℃) -T b (℃)]
Is larger than 10 ° C., it is difficult to apply to a circuit in which a large current flows.

【0012】本発明におけるPTC素子は、結晶性ポリ
オレフィンのマトリックスと導電性フィラーとからなる
導電性シートの両面に金属板の電極が設けられたもので
ある。ここで、結晶性ポリオレフィンは示差走査熱量解
析(DSC)により測定して少なくとも10%、好まし
くは30%以上、さらに好ましくは50%以上の結晶化
度を有する。かかる結晶性ポリオレフィンとしては、低
密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエ
チレン、ポリプロピレン、エチレンとプロピレンのコポ
リマー等のポリオレフィンが挙げられ、その1種又はそ
れ以上の結晶性ポリオレフィンを使用できるが、ポリエ
チレンが好ましく、高密度ポリエチレンがより好まし
い。
The PTC element in the present invention is one in which electrodes of a metal plate are provided on both sides of a conductive sheet comprising a matrix of a crystalline polyolefin and a conductive filler. Here, the crystalline polyolefin has a crystallinity of at least 10%, preferably at least 30%, more preferably at least 50%, as measured by differential scanning calorimetry (DSC). Such crystalline polyolefins include low-density polyethylene, medium-density polyethylene, high-density polyethylene, polypropylene, polyolefins such as copolymers of ethylene and propylene, and one or more crystalline polyolefins can be used. Preferably, high density polyethylene is more preferred.

【0013】本発明で用いるポリオレフィンのメルトフ
ローレートは0.01〜15が好ましく、0.1〜12
がより好ましく、0.5〜8がさらに好ましい。メルト
フローレートが15を超える場合は、[Ta (℃)−T
b (℃)]が10℃より大きくなる傾向にあり、大電流
の流れる回路に適用することが難しくなる。メルトフロ
ーレートが0.01未満の場合には、導電性シートの成
形性が低下し易くなる。
The melt flow rate of the polyolefin used in the present invention is preferably from 0.01 to 15, and from 0.1 to 12
Is more preferable, and 0.5 to 8 is further preferable. If the melt flow rate is more than 15, [T a (℃) -T
b (° C.)] tends to be higher than 10 ° C., which makes it difficult to apply to a circuit through which a large current flows. When the melt flow rate is less than 0.01, the moldability of the conductive sheet tends to decrease.

【0014】本発明においてメルトフローレートとは、
特定の試験条件のもとで、一定の時間内に押し出される
ポリオレフィンの重量(g)のことであり、JIS K
7210に規定されている方法で測定されたものであ
る。本発明においてポリエチレンの場合は、JIS K
7210の試験条件(試験温度190℃、試験荷重
2.16Kgf[21.18N])、ポリプロピレンの
場合は、JIS K 7210の試験条件(試験温度2
30℃、試験荷重2.16Kgf[21.18N])を
採用して測定する。
In the present invention, the melt flow rate is
It is the weight (g) of polyolefin extruded within a certain time under specific test conditions.
It is measured by the method specified in 7210. In the present invention, in the case of polyethylene, JIS K
7210 test conditions (test temperature 190 ° C., test load 2.16 kgf [21.18N]), and in the case of polypropylene, JIS K 7210 test conditions (test temperature 2
The measurement is performed at 30 ° C. under a test load of 2.16 kgf [21.18 N].

【0015】導電性シートを製造するために使用する結
晶性ポリオレフィンの形状については、粒子状、ペレッ
ト状等特に制限はされない。
The shape of the crystalline polyolefin used for producing the conductive sheet is not particularly limited, such as a particle shape and a pellet shape.

【0016】本発明で用いる導電性フィラーは、フルフ
リルアルコール樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂
を不活性雰囲気中又は真空中で炭素化して得られるグラ
ッシーカーボンであり、その中でも特に、球状フェノー
ル樹脂を不活性雰囲気中又は真空中、1000℃以上の
温度で焼成して得られる粒状グラッシーカーボンが好ま
しい。球状フェノール樹脂の製造方法は特公平5−72
924号公報に開示されており、市販品も入手すること
ができる。本発明で用いる粒状グラッシーカーボンの平
均粒径は10μm以下であり、8μm以下が好ましく、
5μm以下がより好ましい。平均粒径が10μmより大
きい場合は耐電圧が低くなる傾向にある。本発明におい
て平均粒径とは100個以上の粒状グラッシーカーボン
を視野内にスケールを有する倍率200倍の顕微鏡で観
察し、その内の100個の平均粒径をいう。
The conductive filler used in the present invention is a glassy carbon obtained by carbonizing a thermosetting resin such as a furfuryl alcohol resin or a phenol resin in an inert atmosphere or in a vacuum. Granular glassy carbon obtained by baking the resin at a temperature of 1000 ° C. or more in an inert atmosphere or vacuum is preferable. The method for producing the spherical phenol resin is described in Japanese Patent Publication 5-72.
No. 924, and a commercial product is also available. The average particle size of the granular glassy carbon used in the present invention is 10 μm or less, preferably 8 μm or less,
5 μm or less is more preferable. When the average particle size is larger than 10 μm, the withstand voltage tends to decrease. In the present invention, the average particle size refers to an average particle size of 100 or more particles of 100 or more granular glassy carbons observed with a microscope having a scale of 200 in the visual field and a magnification of 200 times.

【0017】電極としては銅、アルミニウム、ニッケ
ル、ステンレス、鉄、鉄合金、銅合金等の金属板が使用
できるが、この中でも特に、銅、アルミニウム、ニッケ
ル、ステンレス等の電解箔又は圧延箔、及びこれらの金
属箔に異種金属をメッキしたものが好ましく、加熱加圧
成形時における酸化により抵抗が上昇しにくいニッケル
箔又はニッケルメッキ箔を使用することが好ましい。ま
た、粗面化処理を施してある金属箔も使用できる。な
お、金、銀等も使用可能であるがコストが高くなる。
As the electrode, a metal plate of copper, aluminum, nickel, stainless steel, iron, iron alloy, copper alloy or the like can be used. Among them, electrolytic foil or rolled foil of copper, aluminum, nickel, stainless steel or the like, It is preferable that these metal foils are plated with a different kind of metal, and it is preferable to use a nickel foil or a nickel-plated foil whose resistance hardly increases due to oxidation at the time of heat and pressure molding. Further, a metal foil subjected to a surface roughening treatment can also be used. Note that gold, silver and the like can be used, but the cost increases.

【0018】結晶性ポリオレフィンと導電性フィラーの
混合比は、重量比で20:80〜80:20が好まし
く、30:70〜70:30がより好ましい。結晶性ポ
リオフィンが20重量%未満では、導電性シートの強度
が弱くなる傾向にあり、80重量%を超えると十分な導
電性が得られ難いこともある。また、導電性シートに
は、本発明の効果を損なわない範囲(10重量%以下)
で、アルミナ、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、
ケイ酸マグネシウム、タルク、ガラスビーズ等の無機フ
ィラー及び酸化防止剤等を添加することもできる。
The mixing ratio of the crystalline polyolefin and the conductive filler is preferably from 20:80 to 80:20 by weight, more preferably from 30:70 to 70:30. If the crystalline polyolefin is less than 20% by weight, the strength of the conductive sheet tends to be weak, and if it exceeds 80% by weight, sufficient conductivity may not be easily obtained. In addition, the conductive sheet has a range that does not impair the effects of the present invention (10% by weight or less).
With alumina, aluminum hydroxide, calcium carbonate,
Inorganic fillers such as magnesium silicate, talc and glass beads, and antioxidants can also be added.

【0019】本発明のPTC素子は、所定量の結晶性ポ
リオレフィンと導電性フィラーからなる導電性シートの
両面に加熱加圧成形により金属板の電極を形成した後、
結晶性ポリオレフィンの融点−5℃より低い温度に加熱
し、次いで該加熱温度より低い温度に冷却する加熱・冷
却処理を繰り返し施すことにより製造することができ
る。本発明において、融点とは示差走査熱量解析(DS
C)により形成される曲線のピークを示す温度のことで
ある。2種類以上の結晶性ポリオレフィンをマトリック
スとして用いた場合には、融点はピークの最小から取
る。
The PTC element of the present invention is obtained by forming a metal plate electrode on both surfaces of a conductive sheet comprising a predetermined amount of crystalline polyolefin and a conductive filler by heating and pressing.
It can be manufactured by repeatedly heating and cooling the crystalline polyolefin to a temperature lower than the melting point of -5 ° C, and then cooling to a temperature lower than the heating temperature. In the present invention, melting point is defined as differential scanning calorimetry (DS).
This is the temperature at which the peak of the curve formed by C) appears. When two or more crystalline polyolefins are used as the matrix, the melting point is taken from the minimum of the peak.

【0020】次に、本発明のPTC素子の製造方法につ
いてさらに詳細に説明する。まず、結晶性ポリオレフィ
ンと導電性フィラーを、ニーダー、ロールミル、バンバ
リーミキサー、プラストミル、押し出し機(単軸、多
軸)等の溶融混練装置や、ヘンシェルミキサー等のドラ
イブレンド装置を用いて予備混合し、次いで、この混合
物を加熱加圧成形、押し出し成形、射出成形等の溶融成
形法を用いて成形することにより導電性シートを作製す
る。また、上記予備混合過程を経ず、溶融成形により一
段階で導電性シートを作製することもできるが、より均
一な導電性シートを得るために、予備混合を行うことが
好ましい。溶融成形(溶融混練を含む)時の成形温度と
しては、結晶性ポリオレフィンの融点〜融点+150℃
が好ましく、融点+10℃〜融点+100℃がより好ま
しい。融点より低い温度の場合は均一な混合ができない
傾向にあり、融点+150℃より高い温度では結晶性ポ
リオレフィンが劣化する傾向にある。
Next, the method of manufacturing the PTC element of the present invention will be described in more detail. First, the crystalline polyolefin and the conductive filler are premixed using a melt-kneading device such as a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, a plast mill, an extruder (single-screw, multi-screw), or a dry-blending device such as a Henschel mixer. Next, a conductive sheet is prepared by molding the mixture using a melt molding method such as heat and pressure molding, extrusion molding, or injection molding. In addition, a conductive sheet can be produced in one step by melt molding without going through the premixing step, but it is preferable to perform premixing in order to obtain a more uniform conductive sheet. The molding temperature during melt molding (including melt kneading) is from the melting point of the crystalline polyolefin to the melting point + 150 ° C.
Is preferable, and the melting point + 10 ° C to the melting point + 100 ° C is more preferable. If the temperature is lower than the melting point, uniform mixing tends to be impossible, and if the temperature is higher than the melting point + 150 ° C., the crystalline polyolefin tends to deteriorate.

【0021】次いで、得られた導電性シートの両面を金
属板で挟み加熱加圧成形により電極を形成をする。この
際の加熱温度としては、結晶性ポリオレフィンの融点〜
融点+150℃が好ましく、融点+10℃〜融点+10
0℃がより好ましい。融点より低い温度の場合は、金属
板と導電性シートとの接着強度が十分でなく、融点+1
50℃より高い温度では、結晶性ポリオレフィンが劣化
する傾向にある。成形圧力は1〜3000Kg/cm2
が好ましく、2〜2000Kg/cm2 がより好まし
い。成形時間は、1〜3600秒間が好ましく、10〜
1800秒間がより好ましい。圧力が1Kg/cm2
り小さい場合や、成形時間が1秒間より短い場合は、金
属板と導電性シートとの接着強度が十分でない。また、
圧力が3000Kg/cm2 を超える場合や、成形時間
が3600秒間を超える場合は不経済である。
Next, an electrode is formed by sandwiching the both surfaces of the obtained conductive sheet between metal plates by heating and pressing. The heating temperature at this time is from the melting point of the crystalline polyolefin to
Melting point + 150 ° C. is preferable, and melting point + 10 ° C. to melting point + 10
0 ° C. is more preferred. When the temperature is lower than the melting point, the bonding strength between the metal plate and the conductive sheet is not sufficient, and the melting point +1
At a temperature higher than 50 ° C., the crystalline polyolefin tends to deteriorate. The molding pressure is 1 to 3000 Kg / cm 2
Is preferable, and 2 to 2000 kg / cm 2 is more preferable. The molding time is preferably 1 to 3600 seconds,
1800 seconds is more preferred. When the pressure is less than 1 kg / cm 2 or the molding time is shorter than 1 second, the adhesive strength between the metal plate and the conductive sheet is not sufficient. Also,
If the pressure exceeds 3000 Kg / cm 2 or if the molding time exceeds 3600 seconds, it is uneconomical.

【0022】次に、両面に電極が形成された導電性シー
トを、結晶性ポリオレフィンの融点−5℃より低い温度
に加熱し、次いで、該加熱温度より低い温度に冷却する
加熱・冷却処理を繰り返し施す。この加熱・冷却処理は
得られるPTC素子の抵抗値を低下させるために行われ
るものである。加熱・冷却処理は通常導電性シートを所
望の大きさに切り出して行う。加熱・冷却処理における
加熱温度は、融点−5℃より低い温度であり、融点−5
0℃〜融点−6℃が好ましく、融点−30℃〜融点−1
0℃がより好ましい。加熱時間は1秒間〜1時間が好ま
しく、5秒間〜30分間がより好ましく、10秒間〜1
0分間がさらに好ましい。加熱温度、加熱時間が上記以
外の範囲であると、充分に抵抗値が低下しない傾向にあ
る。また、冷却温度は、上記加熱温度より低い温度であ
り、加熱温度−20℃以下が好ましく、加熱温度−30
℃以下がより好ましい。冷却時間は特に制限は受けな
い。上記加熱・冷却処理の繰り返し数は、3回以上が好
ましく、5回以上がより好ましく、10回以上がさらに
好ましい。繰り返し数が3回より少ない場合は、充分に
抵抗値が低下しない傾向にある。
Next, the conductive sheet having the electrodes formed on both sides is heated to a temperature lower than the melting point of the crystalline polyolefin minus 5 ° C., and then repeatedly heated and cooled to a temperature lower than the heating temperature. Apply. This heating / cooling treatment is performed to reduce the resistance value of the obtained PTC element. The heating / cooling treatment is usually performed by cutting the conductive sheet into a desired size. The heating temperature in the heating / cooling process is a temperature lower than the melting point -5 ° C,
0 ° C to melting point -6 ° C is preferred, and melting point -30 ° C to melting point -1
0 ° C. is more preferred. The heating time is preferably 1 second to 1 hour, more preferably 5 seconds to 30 minutes, and 10 seconds to 1 hour.
0 minutes is more preferred. When the heating temperature and the heating time are in the ranges other than the above, the resistance value does not tend to decrease sufficiently. The cooling temperature is lower than the above-mentioned heating temperature, preferably a heating temperature of −20 ° C. or less, and a heating temperature of −30 ° C.
C. or lower is more preferable. The cooling time is not particularly limited. The number of repetitions of the heating / cooling treatment is preferably 3 or more, more preferably 5 or more, and even more preferably 10 or more. When the number of repetitions is less than 3, the resistance value tends to not sufficiently decrease.

【0023】なお、必要に応じて、導電性シートに金属
板の電極を形成した後上記加熱・冷却処理に先立って、
導電性シートと電極との密着性をより強固にし、また、
より安定したPTC特性を得るために、熱処理をするこ
とが好ましい。この際の熱処理の温度は結晶性ポリオレ
フィンの融点〜融点+100℃が好ましく、融点〜融点
+60℃がより好ましく、融点〜融点+40℃がさらに
好ましい。また、熱処理時間は、0.1〜20時間が好
ましく、0.2〜10時間がより好ましい。
If necessary, after forming a metal plate electrode on the conductive sheet, prior to the heating / cooling treatment,
Strengthening the adhesion between the conductive sheet and the electrode,
In order to obtain more stable PTC characteristics, heat treatment is preferably performed. The heat treatment temperature at this time is preferably from the melting point of the crystalline polyolefin to the melting point + 100 ° C., more preferably from the melting point to the melting point + 60 ° C., even more preferably from the melting point to the melting point + 40 ° C. The heat treatment time is preferably from 0.1 to 20 hours, more preferably from 0.2 to 10 hours.

【0024】PTC素子の大きさは、使用される機器の
回路により、あるいは過電圧や過電流により異なるが、
一般的には電極面積0.05cm2 〜10cm2 の範囲
で使用される。また、その形状も円筒状のもの、角形の
もの、ドーナツ状のものなど種々の形状にして使用され
る。本発明のPTC素子は、ノート型パソコン、携帯電
話、小型プリンタ等の電池を電源とした小型電子機器等
において、半導体メモリー、CPU(中央演算素子)等
を過電流から保護するための過電流保護素子として好適
に利用することができる。
Although the size of the PTC element differs depending on the circuit of the equipment used or overvoltage or overcurrent,
It is generally employed in a range of electrode area 0.05cm 2 ~10cm 2. In addition, various shapes such as a cylindrical shape, a square shape, and a donut shape are used. INDUSTRIAL APPLICABILITY The PTC element of the present invention is used for overcurrent protection for protecting a semiconductor memory, a CPU (central processing element) and the like from overcurrent in a small electronic device or the like powered by a battery such as a notebook personal computer, a mobile phone, and a small printer. It can be suitably used as an element.

【0025】[0025]

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明する。なお、本発明における特性については次の
方法で評価した。
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The characteristics in the present invention were evaluated by the following methods.

【0026】(1)比抵抗 比抵抗はPTC素子の抵抗値より次式を用いて算出し
た。
(1) Specific Resistance The specific resistance was calculated from the resistance value of the PTC element using the following equation.

【0027】ρ=R(A/t) ρ;PTC素子の比抵抗(Ω・cm) R;PTC素子の抵抗値(Ω) A;PTC素子の電極面積(cm2 ) t;PTC素子の電極間で電流の流れる平均行程長 (電極を含めた厚み)(cm)Ρ = R (A / t) ρ; specific resistance of PTC element (Ω · cm) R; resistance value of PTC element (Ω) A: electrode area of PTC element (cm 2 ) t; electrode of PTC element Average stroke length where current flows between (thickness including electrodes) (cm)

【0028】したがって、20℃における比抵抗ρ20
PTC素子の20℃での抵抗値から上式を用いて求めら
れる。また、PTC素子を外部加熱して20℃から1℃
おきに昇温し(昇温速度は約1℃/min)、昇温後各
温度で約3分間保持した後抵抗値を測定し、この抵抗値
と上式から、温度に対する比抵抗の値が求められ、この
結果から、ρP 、Ta 、Tb が容易に求められる。な
お、上記抵抗測定において、2万Ωまでの抵抗値はミリ
オームハイテスタ(HIOKI3220、日置電気社
製)を用いて測定し、2万Ωを超える抵抗値については
デジタル超高抵抗/微電流計(R8340、アドバンテ
スト社製)を用いて測定した。
Therefore, the specific resistance ρ 20 at 20 ° C. can be obtained from the resistance value of the PTC element at 20 ° C. using the above equation. Further, the PTC element is externally heated to 20 ° C to 1 ° C.
After heating, the temperature was held at each temperature for about 3 minutes, and then the resistance was measured. From this resistance and the above equation, the value of the specific resistance with respect to the temperature was obtained. Ρ P , T a , and T b can be easily obtained from these results. In the above resistance measurement, the resistance value up to 20,000Ω was measured using a milliohm high tester (HIOKI3220, manufactured by Hioki Electric Co., Ltd.). For the resistance value exceeding 20,000Ω, a digital ultra-high resistance / microammeter ( R8340, manufactured by Advantest Corporation).

【0029】(2)耐電圧 任意の50個のPTC素子に所定電圧を印可した後、破
壊せずに5分間高抵抗の状態を保持できる素子の割合が
100%となる電圧値をその素子の耐電圧とした。電源
として可変直流定電位・定電流電源(PAD110−2
0L、菊水電子工業社製)を用い、所定電圧印加後の電
流推移をペンレコーダー(LR4210、横河電気社
製)を用いて計測し、高抵抗の状態を確認した。なお、
素子がスパークした場合を素子の破壊とした。
(2) Withstand Voltage After a predetermined voltage is applied to any 50 PTC elements, the voltage value at which the percentage of elements that can maintain a high resistance state for 5 minutes without destruction becomes 100% is set to 100%. Withstand voltage. Variable DC constant potential / constant current power supply (PAD110-2)
Using a pen recorder (LR4210, manufactured by Yokogawa Electric Corporation), the change in current after application of a predetermined voltage was measured using a 0 L, Kikusui Electronics Corporation, and the state of high resistance was confirmed. In addition,
When the device sparked, the device was destructed.

【0030】実施例1 メルトフローレートが0.95の高密度ポリエチレン粉
末(ケミレッツ1010、融点132℃、丸善ポリマー
社製)4.2Kg、球状フェノール樹脂を2000℃で
焼成した平均粒径3μmである粒状グラッシーカーボン
(GCP−10H、ユニチカ社製)5.8Kgをヘンシ
ェルミキサーを用いてドライブレンドした。この混合物
を二軸押し出し機(成形温度200℃)を用いてチップ
状にし、次いでTダイスの接続された二軸押し出し機
(成形温度200℃)を用いて、上記チップから厚み
0.35mmの導電性シートを作製した。このようにし
て得られた導電性シートをニッケル箔(ENi−T、厚
み25μm、福田金属箔粉工業社製)で挟み、160
℃、10Kg/cm2 で5分間熱プレスを行った後、加
圧下で冷却した。
Example 1 4.2 kg of high-density polyethylene powder having a melt flow rate of 0.95 (Chemilletz 1010, melting point: 132 ° C., manufactured by Maruzen Polymer Co., Ltd.), and a spherical phenol resin fired at 2000 ° C., having an average particle size of 3 μm. 5.8 kg of granular glassy carbon (GCP-10H, manufactured by Unitika) was dry-blended using a Henschel mixer. The mixture is formed into chips using a twin-screw extruder (forming temperature: 200 ° C.), and then a 0.35 mm-thick conductive film is formed from the chips using a twin-screw extruder (forming temperature: 200 ° C.) connected to a T-die. A functional sheet was produced. The conductive sheet thus obtained is sandwiched between nickel foils (ENi-T, thickness 25 μm, manufactured by Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd.), and
After hot-pressing at 10 Kg / cm 2 for 5 minutes, the mixture was cooled under pressure.

【0031】さらに、140℃で1時間の熱処理を施
し、導電性シートの両面に金属箔電極が形成された厚み
0.33mmのシートを得た。このシートから直径15
mmの円盤を打ち抜いた後、この円盤を110℃で3分
間加熱し、次いで50℃で10分間冷却するという加
熱、冷却処理を50回行いPTC素子を作製した。この
PTC素子の20℃における抵抗値(R20)を調べたと
ころ22.4mΩであった。この抵抗値からρ20を算出
すると1.20Ω・cmであった。このPTC素子を外
部加熱して20℃から1℃おきに昇温し測定した抵抗値
から温度に対する比抵抗の値を求めた。その結果からρ
P を示す温度(TρP )が131℃であり、ρP が2.
5×108 Ω・cmであり、Ta が129℃、Tb が1
23℃であることがわかり、[Ta −Tb ]は6℃とな
った。続いて耐電圧を測定したところ68V印加では測
定した50個全てが5分間高抵抗の状態を保持したが、
69V印加では50個中8個が5分以内に破壊した。し
たがって耐電圧は68Vとなった。表にこれらの物性値
を示す。
Further, a heat treatment was performed at 140 ° C. for 1 hour to obtain a 0.33 mm thick sheet in which metal foil electrodes were formed on both sides of the conductive sheet. From this sheet the diameter 15
After punching out a mm-sized disk, this disk was heated at 110 ° C. for 3 minutes, and then cooled at 50 ° C. for 10 minutes, and heated and cooled 50 times to produce a PTC element. When the resistance (R 20 ) of this PTC element at 20 ° C. was examined, it was 22.4 mΩ. 1.20Omu · cm at calculating the [rho 20 from the resistance value. The PTC element was externally heated and the temperature was raised from 20 ° C. every 1 ° C., and the specific resistance value with respect to the temperature was determined from the measured resistance value. From the result ρ
The temperature (Tρ P ) indicating P is 131 ° C., and ρ P is 2.
5 × a 10 8 Ω · cm, T a is 129 ° C., T b is 1
Found to be 23 ℃, [T a -T b ] it became 6 ° C.. Subsequently, when the withstand voltage was measured, all the measured 50 samples maintained a high resistance state for 5 minutes when 68 V was applied.
When 69 V was applied, 8 out of 50 pieces broke within 5 minutes. Therefore, the withstand voltage was 68V. The physical properties are shown in the table.

【0032】実施例2 結晶性ポリオレフィンとしてメルトフローレートが0.
95の高密度ポリエチレン粉末(ケミレッツ1010、
融点132℃、丸善ポリマー社製)4.7Kg、導電性
フィラーとして球状フェノール樹脂を2000℃で焼成
した平均粒径8μmである粒状グラッシーカーボン(G
CP−10H、ユニチカ社製)5.3Kgを使用したこ
と以外は、実施例1と同様にしてPTC素子を作製し、
物性値を測定した。その結果を表に示す。
Example 2 A crystalline polyolefin having a melt flow rate of 0.1 was used.
95 high-density polyethylene powder (Chemilets 1010,
Melting point 132 ° C, 4.7 kg of Maruzen Polymer Co., Ltd., spherical glass phenol resin as a conductive filler fired at 2000 ° C, granular glassy carbon (G
A PTC element was prepared in the same manner as in Example 1, except that 5.3 kg of CP-10H (manufactured by Unitika) was used.
Physical properties were measured. The results are shown in the table.

【0033】実施例3 結晶性ポリオレフィンとしてメルトフローレートが6.
0の高密度ポリエチレン粉末(フローセンM、融点12
7℃、住友精化社製)4.7Kg、導電性フィラーとし
て球状フェノール樹脂を2000℃で焼成した平均粒径
8μmである粒状グラッシーカーボン(GCP−10
H、ユニチカ社製)5.3Kgを使用したこと以外は、
実施例1と同様にしてPTC素子を作製し、物性値を測
定した。その結果を表に示す。
Example 3 The crystalline polyolefin has a melt flow rate of 6.
0 high-density polyethylene powder (Flosen M, melting point 12
4.7 Kg (7 ° C, manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.), a granular glassy carbon (GCP-10) having an average particle size of 8 μm obtained by calcining a spherical phenol resin as a conductive filler at 2000 ° C.
H, manufactured by Unitika Ltd.) except that 5.3 kg was used.
A PTC element was produced in the same manner as in Example 1, and the physical properties were measured. The results are shown in the table.

【0034】比較例 結晶性ポリオレフィンとしてメルトフローレートが6.
0の高密度ポリエチレン粉末(フローセンM、融点12
7℃、住友精化社製)4.7Kg、導電性フィラーとし
て球状フェノール樹脂を2000℃で焼成した平均粒径
15μmである粒状グラッシーカーボン(GCP−30
H、ユニチカ社製)5.3Kgを使用したこと以外は、
実施例1と同様にしてPTC素子を作製し、物性値を測
定した。その結果を表に示す。
Comparative Example The crystalline polyolefin had a melt flow rate of 6.
0 high-density polyethylene powder (Flosen M, melting point 12
4.7 kg of 7 ° C., manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd., a granular glassy carbon (GCP-30) having an average particle size of 15 μm obtained by calcining a spherical phenol resin as a conductive filler at 2000 ° C.
H, manufactured by Unitika Ltd.) except that 5.3 kg was used.
A PTC element was produced in the same manner as in Example 1, and the physical properties were measured. The results are shown in the table.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】表1から明らかなように本発明のPTC素
子は、20℃における比抵抗が極めて低く、ピーク時の
比抵抗が大きく、狭い温度範囲で比抵抗が急激に上昇
し、かつ、耐電圧が高いことがわかる。
As is clear from Table 1, the PTC element of the present invention has a very low specific resistance at 20 ° C., a large peak specific resistance, a sharp increase in specific resistance in a narrow temperature range, and a high withstand voltage. Is high.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明のPTC素子は、20℃における
比抵抗が極めて低く、ピーク時の比抵抗が大きく、狭い
温度範囲で比抵抗が急激に上昇し、かつ、耐電圧が高い
ものである。したがって、大電流の流れる回路及び高い
電圧のかかる回路に好適に使用できる。
The PTC element of the present invention has an extremely low specific resistance at 20 ° C., a high specific resistance at the peak, a sharp increase in the specific resistance in a narrow temperature range, and a high withstand voltage. . Therefore, it can be suitably used for a circuit in which a large current flows and a circuit in which a high voltage is applied.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結晶性ポリオレフィンのマトリックスと
導電性フィラーからなる導電性シートの両面に金属板の
電極が設けられたPTC素子であって、前記導電性フィ
ラーは平均粒径が10μm以下の粒状グラッシーカーボ
ンであり、前記PTC素子は、(1) 電極を含む厚み
が0.35mm以下であり、(2) 20℃における比
抵抗ρ20が1.8Ω・cm以下であり、ピーク時の比抵
抗ρP が2.0×106 Ω・cm以上であり、(3)
比抵抗が20℃における比抵抗ρ20の106 倍になる温
度Ta (℃)と比抵抗が20℃における比抵抗ρ20の1
0倍になる温度Tb (℃)との差[Ta (℃)−T
b (℃)]が10℃以下であり、(4) 耐電圧が50
V以上であることを特徴とするPTC素子。
1. A PTC element comprising a conductive sheet comprising a crystalline polyolefin matrix and a conductive filler, wherein a metal plate electrode is provided on both sides of the conductive sheet, wherein the conductive filler has an average particle size of 10 μm or less. Carbon, the PTC element has (1) a thickness including an electrode of 0.35 mm or less, (2) a specific resistance ρ 20 at 20 ° C. of 1.8 Ω · cm or less, and a peak specific resistance ρ P is 2.0 × 10 6 Ω · cm or more; (3)
Resistivity 1 resistivity and temperature of 10 6 times the electrical resistivity [rho 20 at 20 ℃ T a (℃) is the resistivity [rho 20 at 20 ° C.
Difference to become 0 times the temperature T b (℃) [T a (℃) -T
b (° C.)] is 10 ° C. or less, and (4) the withstand voltage is 50
A PTC element, which is not less than V.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001004916A1 (en) * 1999-07-13 2001-01-18 Unitika Ltd. Ptc device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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