JPH1197208A - Ｐｔｃ素子 - Google Patents
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Landscapes
- Thermistors And Varistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２０℃においては極めて低い比抵抗を示し、
ピーク時には比抵抗が大きく、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ＰＴＣ素子を提供す
る。 【解決手段】 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ＰＴＣ素子。
ピーク時には比抵抗が大きく、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ＰＴＣ素子を提供す
る。 【解決手段】 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ＰＴＣ素子。
Description
【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。
e,Temperature,Coefficient、正温度係数）素子に関す
るものである。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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 が
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。
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 が
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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 よ
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。
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 よ
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
た。
【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）
【００２８】したがって、２０℃における比抵抗ρ20は
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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００３５】
【表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。
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。
【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。
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。
Claims (1)
- 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25818697A JPH1197208A (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | Ｐｔｃ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25818697A JPH1197208A (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | Ｐｔｃ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1197208A true JPH1197208A (ja) | 1999-04-09 |
Family
ID=17316718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25818697A Pending JPH1197208A (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | Ｐｔｃ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1197208A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001004916A1 (fr) * | 1999-07-13 | 2001-01-18 | Unitika Ltd. | Dispositif ptc |
-
1997
- 1997-09-24 JP JP25818697A patent/JPH1197208A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001004916A1 (fr) * | 1999-07-13 | 2001-01-18 | Unitika Ltd. | Dispositif ptc |
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