TWI680473B - 機器及防止機器不良的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種機器，其係具有用以在異常時保護機器之保護元件的機器，其特徵為：該保護元件為高分子PTC元件，該高分子PTC元件具有高分子PTC要件，構成該高分子PTC要件的高分子組成物係以聚偏二氟乙烯為主成分。

Description

機器及防止機器不良的方法
本發明係關於一種具有包含高分子PTC(Positive temperature Coefficient，正溫度係數)元件之保護電路的機器。
各種機器，例如電子或電力機器發生異常的情況，例如，過電流流入這種機器的情況或這種機器異常高溫的情況，使用各種保護元件，例如熔絲元件、PTC(Positive temperature Coefficient)元件(專利文獻1)作為將流入該機器之電路的電流阻斷的保護元件。
使用熔絲元件作為保護元件的情況，若熔絲元件運作一次則熔斷，則必須更換新的熔絲元件。因此，熔絲元件運作的情況下，必須花費時間與費用來更換零件。因此，較佳係使用PTC元件，其係在運作後排除異常的情況下可恢復運作前之狀態的可回復元件。
上述PTC元件中，雖係有高分子PTC元件及陶瓷PTC元件，就「容易製造、元件本身的電阻值低，即使到達一定溫度以上亦不易發生自我破壞」這幾點，宜使用高分子PTC元件。其中，宜使用其中使用結晶性高、在跳閘時的電阻值變化大之聚乙烯的高分子PTC元件。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2003-77705號公報
如上所述，在各種機器中，使用聚乙烯的高分子PTC元件。然而，本案發明人注意到，在機器長期使用下，高分子PTC元件在正常時的電阻值上升，而有導致機器的工作發生故障的情況。調查該原因的結果，注意到具有「高分子PTC元件的高分子PTC組成物中，油脂等從其露出部滲透，因而導致高分子PTC組成物膨潤，結果造成高分子PTC元件的電阻值上升」這樣的原因。
因此，本發明的目的係提供一種機器，即使在周圍存在油脂等的環境下使用，亦不易發生因高分子PTC元件之電阻值上升所造成的異常。
本案發明人，針對上述問題詳盡討論的結果發現，藉由在高分子PTC元件的高分子PTC要件中，使用以聚偏二氟乙烯(PVDF)為主成分的高分子組成物代替聚乙烯以作為高分子組成物，能防止油脂等的滲透，抑制電阻值的上升，達到本發明。
本發明的第一主旨係提供一種機器，其係具有用以在異常時保護機器之保護元件的機器，其特徵為：該保護元件為高分子PTC元件，該高分子PTC元件具有高分子PTC要件，構成該高分子PTC要件的高分子組成物係以聚偏二氟乙烯為主成分。
本發明的第二主旨係提供一種防止機器不良的方法，其係防止因過電流或異常發熱所引起之機器不良的方法，其特徵為：在機器設置高分子PTC元件以作為保護元件，該高分子PTC元件，具有由以聚偏二氟乙烯為主成分之高分子組成物所構成的高分子PTC要件。
若根據本發明，以「使用以聚偏二氟乙烯為主成分的高分子組成物的高分子PTC元件」作為機器的保護元件，藉此可提供一種即使長期使用亦可持續正常運轉的機器。
11‧‧‧PTC組成物
12‧‧‧銅箔
13‧‧‧鍍銅
14‧‧‧鍍鎳
15‧‧‧鍍錫
16‧‧‧阻焊
17‧‧‧預浸體
第一圖係實施例中所使用之PTC元件A1、A2及B的俯視圖。
第二圖係實施例中所使用之PTC元件A1及B的X-X剖面圖。
第三圖係實施例中所使用之PTC元件A2的X-X剖面圖。
以下詳細說明本發明。
本發明之機器具有保護元件，其係用以在異常時、特別是產生過電流或異常高溫時保護機器。一般而言，下述產業機器的控制器、驅動器等，例如產業機器人的控制器、馬達驅動器等的電路內具有保護元件。
上述機器，雖未特別限定，但較佳係可在存在油脂、溶劑等的環境下、特別是油脂、溶劑等以蒸氣(亦即氣體)存在或以微粒子飛散的環境下使用的機器。
作為上述機器，產業機器，例如工作機器，可舉例如：車床、銑床、砂輪機、鑽床、切齒機、裁斷機等的切削機器，或加工用、組裝用、塗裝用或運送用的產業機器人等。
較佳的態樣中，上述機器，可為包含車床、銑床、砂輪機、鑽床、切齒機、裁斷機等的切削機器的機器。
上述油脂可為一般用於各種機器中的油脂，可舉例如：機械油、潤滑油、切削油等。
作為上述切削油，雖未特別限定，但可列舉：對高分子滲透性高的油類。此外，切削油，較佳係包含礦物油的切削油，該礦物油相當於以直鏈或支鏈之碳數10~23的烴為主成分的燈油、輕油、B重油。
上述切削油，可舉例如：YUSHIRO CHEMICAL INDUSTRY股份有限公司製的EC50、synthetic#880、FGE355、YUSHIROKEN FGE350；BPJAPAN股份有限公司製的Alusol B；JXTG NIPPON OIL & ENERGY股份有限公司製的UNISOLUBLE EM-B、UNISOLUBLE EM-B等。特別是，切削油較佳為EC50、FGE355、YUSHIROKEN FGE350、Alusol B、UNISOLUBLE EM-B或UNISOLUBLE EM-B，更佳為FGE355、YUSHIROKEN FGE350、Alusol B、UNISOLUBLE EM-B或UNISOLUBLE EM-B，特佳為FGE355、YUSHIROKEN FGE350或Alusol B。本發明的機器即使對於該等切削油亦不易發生不良。亦即，本發明的機器係使用上述切削油的切削加工用的機器。
上述溶劑可為一般用於各種機器中的溶劑，例如，洗淨用的溶劑，可舉例如烴、有機酸、醇、氯化烴等。又，溶劑亦可為機器所處理之對象所包含的溶劑。
上述保護元件為高分子PTC元件。本發明中所使用的高分子PTC元件具有高分子PTC要件。該高分子PTC元件中，在上述高分子PTC要件的至少1個主表面上亦可具有電極。
上述高分子PTC要件，係由在高分子組成物中分散有導電性填充物的高分子PTC組成物所構成。
上述高分子組成物係以聚偏二氟乙烯為主成分的高分子組成物。上述主成分，意思是在高分子組成物中包含最多的成分。上述高分子組成物中，聚偏二氟乙烯，雖未特別限定，但可包含例如55質量%以上，較佳為60質量%以上，更佳為70質量%以上，再佳為75質量%以上。
上述聚偏二氟乙烯的重量平均分子量雖未特別限定，但較佳為例如5×103~1×106，更佳為1×104~2×105。此外，聚偏二氟乙烯的結晶度，較佳為例如30~60%，再佳為50~60%。
高分子組成物中所包含的其他高分子成分並無特別限定，亦可為聚乙烯、丙烯酸高分子、甲基丙烯酸高分子、氟系高分子等，但較佳為對於油脂及溶劑具有耐性的高分子，可為例如氟系高分子等。此情況中，聚偏二氟乙烯以外的氟系高分子在組成物中的含量小於45%，較佳為5~30質量%，更佳為10~20質量%。此外，高分子組成物中，亦可包含各種添加劑，例如氯、交聯助劑等。
作為上述導電性填充物，可列舉：碳黑、石墨(或黑鉛)、其他的碳質材料、金屬、導電性金屬氧化物、導電性陶瓷、導電性高分子及該等的組合。導電性填充物通常為粉末狀態。
作為上述碳質材料的例子，除了碳黑、石墨以外，可列舉：碳纖維、奈米碳管、玻璃碳及碳珠。作為上述金屬的例子，可列舉：金、銀、銅、鎳、鋁、鎢及該等的合金。作為上述金屬氧化物的例子，可列舉：ITO(氧化銦錫)、鋰-錳複合氧化物、五氧化釩、氧化錫、氧化鋅及鈦酸鉀。作為上述導電性陶瓷的例子，可列舉：碳化物(例如，碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭及該等的複合物(或錯合物))、硼酸鈦、鈦氮化物、矽化鈦、矽化鋯、矽化鈮、矽化鉬、矽化鉭及矽化 鎢。作為上述導電性高分子的例子，可列舉：聚乙炔、聚芘、聚苯胺、聚伸苯(polyphenylene)及聚并苯(polyacene)。
上述導電性填充物較佳為碳黑、奈米碳管、碳化鈦、碳化鎢或鎳粉末，更佳碳黑、碳化鎢或鎳粉末。
高分子PTC組成物中的導電性填充物的比例，只要可確保作為PTC組成物的功能，則未特別限定，相對於高分子PTC組成物整體，可為20vol%以上，例如30~60vol%，較佳為30~50vol%，例如35~45vol%。另外，從所使用之高分子及導電性填充物的重量與密度，算出該等的體積，藉此可得到導電性填充物的體積%(vol%)。藉由形成這樣的比例，可提升室溫電阻率、電阻變化率等的PTC特性。
藉由使上述高分子PTC組成物形成層狀，例如藉由擠製成形、射出成形或熱壓，可得到上述高分子PTC要件。
上述高分子PTC要件的厚度，雖未特別限定，但可為例如，0.01mm~5mm，較佳為0.05mm~3mm，更佳為0.1mm~1mm。
上述高分子PTC元件，亦可在高分子PTC要件的至少1個主表面上具有電極。一個態樣中，上述電極僅存在於一邊的主表面上。另一態樣中，上述電極亦可存在於兩個主表面上。較佳的態樣中，上述電極亦可存在於兩個主表面上。
電極通常係以具有導電性金屬的薄層(例如，厚度0.1μm~100μm左右)所形成。金屬薄層亦可存在1層或多層。作為形成電極的金屬材料，可舉例如：銅、鎳、鋁、金等的金屬。
上述高分子PTC元件可藉由下述方法製造：將構成高分子PTC要件的高分子PTC組成物與構成電極的金屬片(或金屬箔)一起同時擠出，藉此得到在金屬片(或金屬箔)之間夾有高分子PTC組成物之狀態的擠製物。另一態樣中，例如，藉由擠製得到高分子PTC組成物之層狀物，再將該層狀物夾在金屬片(或金屬箔)之間，再將該等熱壓接成一體而得到壓接物，藉此亦可進行製造。這樣的擠製物(或壓接物)，係為兩側的主表面上具有電極的高分子PTC要件多個鄰接而集合的狀態，以既定形狀、尺寸裁切出擠製物(或壓接物)，可得到單一的高分子PTC元件。
另一態樣中，亦可藉由對高分子PTC要件實施導電性金屬的鍍覆，而在兩側的主表面上形成電極。此情況中，較佳係在得到如上所述之集合狀態後，分割為個別的高分子PTC元件。
一態樣中，亦可以薄膜等保護高分子PTC元件。藉由對於上述高分子PTC元件設置薄膜等的保護構件，更可提升環境耐性。
另一態樣中，高分子PTC元件不具有薄膜等的保護構件。亦即，高分子PTC要件系呈現露出的態樣。上述高分子PTC元件，因為具有充分的環境耐性，故即使無上述的保護構件，亦具有優良的耐久性。
如上述之高分子PTC元件，即使在存在油脂、溶劑等的環境下，亦不易發生因油脂、溶劑所造成的高分子PTC要件劣化，例如膨潤。亦即，不易發生平常時的電阻值上升。因此，上述高分子PTC元件，較佳地可使用於在存在有油脂、溶劑等的環境，特別是該等容易變為蒸氣或容易飛散的環境下所使用的機器。上述高分子PTC元件，如上所述因為對於油脂及溶劑具有高耐性，亦即具有高環境耐性，故在本發明之機器中，高分子PTC元件之設置處的自由度高，此外， 本發明之機器本體之設置處所的自由度高，此點係為有利。例如，可將保護元件設於機器的露出部分(亦即，暴露於油脂、溶劑等的地方)。另外，可不需要採取用以保護高分子PTC元件不受油脂及溶劑影響的措施，此點亦為有利。
如上所述本發明之機器中所使用的高分子PTC元件，環境耐性高，即使長期使用的情況下，亦不會讓機器發生不良(故障)。因此，本發明亦提供一種防止機器不良的方法，其係防止因異常、特別是過電流或異常發熱引起之機器不良的方法，其特徵為：在機器中設置高分子PTC元件作為保護元件，該高分子PTC元件，具有由以聚偏二氟乙烯為主成分之高分子組成物所構成之高分子PTC要件。
上述的本發明的方法，可較佳地使用於存在油脂、溶劑等的環境，特別是該等容易成為蒸氣或容易飛散的環境。
以下透過實施例更進一步說明本發明，但本發明不限於該等實施例。
[實施例]
‧油品耐久試驗
實施例1
將以將聚偏二氟乙烯(PVDF)及乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)為基礎的高分子PTC元件A1、A2及以高密度聚乙烯(HDPE)為基礎的高分子PTC元件B回焊安裝於基板，以進行油品耐久試驗。油品耐久試驗，係以在將回焊安裝後的PTC元件浸漬於其中放入油品(EC50)的容器的狀態下，將其保持在恆溫槽(溫度：85℃)的方式進行。在既定的時間後，於室溫(25℃)靜置1小時，接著測定25℃下的電阻值。使回焊後的電阻值為1.00，算出試驗後的電阻值的比例。結果顯示於表1。
高分子PTC元件A1(第一圖及第二圖)：尺寸：7.5×5.5mm
初始電阻值：185mΩ
˙高分子PTC部(PTC組成物11+銅箔12)
PTC高分子：PVDF(58質量%)、ETFE(10質量%)
導電性填充物：碳黑(32質量%)
厚度：0.34mm
˙鍍銅13
厚度：0.025mm
˙鍍鎳14
厚度：0.005mm
˙鍍錫15
厚度：0.045mm
˙阻焊(Solder resist)16
厚度：0.02mm
高分子PTC元件A2(第一圖及第三圖)：尺寸：7.5×5.5mm
初始電阻值：180mΩ
˙高分子PTC部兩個(PTC組成物11+銅箔12)
PTC高分子：PVDF(56質量%)、ETFE(10質量%)
導電性填充物：碳黑(34質量%)
厚度：0.34mm
˙鍍銅13
厚度：0.03mm
˙鍍鎳14
厚度：0.005mm
˙鍍錫15
厚度：0.05mm
˙預浸體17
厚度：0.06mm
高分子PTC元件B(第一圖及第二圖)：尺寸：4.5×3.2mm
初始電阻值：115mΩ
˙高分子PTC部(PTC組成物11+銅箔12)
PTC高分子：HDPE(43質量%)
導電性填充物：碳黑(57質量%)
厚度：0.26mm
˙鍍銅13
厚度：0.025mm
˙鍍鎳14
厚度：0.005mm
˙鍍錫15
厚度：0.045mm
˙阻焊16
厚度：0.02mm
如表1所示，以PVDF為基礎的高分子PTC元件A1及A2，即使浸漬於油品中200小時，亦未觀察到電阻值的增加。另一方面，以HDPE為基礎的高分子PTC元件B，浸漬於油品中200小時的情況，電阻值增加約2倍。從以上的結果來看，確認本發明的PTC元件A1及A2，其環境耐性高於以往的PTC元件B。
實施例2
將使用之油品從EC50(油品1)變更為下表所示之油品2~9，除此之外，以與實施例1相同的方式，進行油品耐久性試驗。表2中顯示以氣相層析質量分析法所得之各油品的特徴，表3中顯示浸漬200小時後的油品耐久試驗的結果。
本發明的機器，因為使用環境耐性高的高分子PTC元件，故設置處及用途不設限，可在廣泛的領域中使用。

Claims (4)

  1. 一種機器，其係具有用以在異常時保護機器之保護元件的機器，其特徵為：該保護元件為高分子PTC元件，該高分子PTC元件具有高分子PTC要件，構成該高分子PTC要件的高分子組成物係包含：聚偏二氟乙烯為主成分；以及該聚偏二氟乙烯以外的氟系高分子。
  2. 如申請專利範圍第1項之機器，其中，該機器為產業用機器人，保護元件設置於控制器或馬達驅動器。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之機器，其用於切削加工。
  4. 一種防止機器不良的方法，其係防止因過電流或異常發熱所引起之機器不良的方法，其特徵為：在機器中設置高分子PTC元件作為保護元件，該高分子PTC元件係由高分子組成物所構成，該高分子組成物係包含：聚偏二氟乙烯為主成分；以及該聚偏二氟乙烯以外的氟系高分子。
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