(57)【要約】【課題】抵抗値のバラツキが少ないＰＴＣ素子を提供すること。【解決手段】第１および第２電極板１０および１２で覆われていない素子本体４の外周面に、幅が０．０２mm以上で深さが０．０５mm以上の凹部４ａを、少なくとも一つ以上形成してあるポリマーＰＴＣ素子。【選択図】図２
2010092933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度上昇に伴い抵抗値が増加する素子本体と、
前記素子本体の表裏面に接合された一対の第１および第２電極板とを有するＰＴＣ素子であって、
前記第１および第２電極板で覆われていない前記素子本体の外周面には、幅が０．０２mm以上で深さが０．０５mm以上の凹部が、少なくとも一つ以上形成してあることを特徴とするＰＴＣ素子。
【請求項２】
前記素子本体が、正の温度係数を持つ導電性ポリマーである請求項１に記載のＰＴＣ素子。
【請求項３】
前記素子本体の外周面に形成してある凹部の幅は０．５mm以下であり、凹部の深さは１．０mm以下である請求項１または２に記載のＰＴＣ素子。
【請求項４】
前記素子本体の外周面に形成してある凹部は、前記第１電極板と第２電極板との間で、これらの電極板に対して略垂直方向に延び、周方向に沿って０．０２〜０．５mmの間隔で複数形成してある請求項１〜３のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
【請求項５】
前記凹部が形成してある前記素子本体の外周面が、保護膜により被覆してある請求項１〜４のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
【請求項６】
前記第１および第２電極板における前記素子本体との接触面には、微小凹凸が形成してある請求項１〜５のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
【請求項７】
前記素子本体の表裏面には、金属箔が接合してあり、各金属箔に対して、前記第１および第２電極板が接合してある請求項１〜６のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
【請求項８】
温度上昇に伴い抵抗値が増加する素子本体を準備する工程と、
前記素子本体の表裏面に、それぞれ第１電極板および第２電極板を接触させ、前記素子本体を加熱しながら加圧し、前記第１および第２電極板で覆われていない前記素子本体の外周面に、幅が０．０２mm以上で深さが０．０５mm以上の凹部が、少なくとも一つ以上形成する工程と、を有するＰＴＣ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池や電子回路を過電流から保護すること等を目的として使用されるＰＴＣ素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＴＣ（positive temperature coefficient）素子は、所定の温度領域において、素子の温度が上昇すると、素子の抵抗値が増加する特性を有する。特に、ＰＴＣ素子の温度が素子本体を構成するポリマーの融解温度に達すると、ＰＴＣ素子の抵抗が急激に増加する。このような性質はＰＴＣ特性と呼ばれる。
【０００３】
ＰＴＣ素子は、電子機器等の電気回路に組み込まれる。電子機器の使用中に、何らかの理由によって回路に過剰電流が流れた場合、電子機器の温度が上昇し、それに伴いＰＴＣ素子自体の温度も上昇する。そして、ＰＴＣ素子の温度が素子本体を構成するポリマーの融解温度に達すると、ＰＴＣ素子の抵抗値が急激に増加する。その結果、電気回路において、ＰＴＣ素子が過剰電流を遮断する。よって、電気機器が過剰電流によって故障することを未然に防止できる。
【０００４】
このように、ＰＴＣ素子は、過熱、過剰電流に対する安全保護装置として使用される。具体的には、ＰＴＣ素子は、携帯電話の電源である二次電池を過電流から保護するための回路（保護回路）に組み込まれたりする。二次電池の充電中または放電中に過剰電流が流れた場合、ＰＴＣ素子は電流を遮断して二次電池を保護する。
【０００５】
このようなＰＴＣ素子の一例としては、ポリマー材料（結晶性重合体）に導電性粒子を分散させた素子本体（重合体正温度係数抵抗体）を、電極板（あるいは金属箔）で挟んだ構造を有するポリマーＰＴＣ素子が知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
ポリマーＰＴＣ素子は、従来、以下のような方法によって製造される。まず、金属粒子、カーボンブラック等の導電性フィラーを含む高分子（高密度ポリエチレン等）を押出成形し、素子本体を形成する。次に、素子本体の表裏面に、一対の電極板を所定温度で熱圧着することによって、ポリマーＰＴＣ素子が完成する。
【０００７】
従来のＰＴＣ素子では、素子本体の表裏面に、一対の電極板を所定温度で熱圧着すると、素子本体の外周面は滑らかになることが一般的であった。また、素子本体における多少の抵抗値のバラツキは、仕方がないものと考えられていた。
【特許文献１】特開２００２−８３７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、抵抗値のバラツキが少ないＰＴＣ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、抵抗値のバラツキが少ないＰＴＣ素子について鋭意検討した結果、第１および第２電極板で覆われていない前記素子本体の外周面に、幅が０．０２mm以上で深さが０．０５mm以上の凹部を、少なくとも一つ以上形成することで、抵抗値のバラツキが少なくなることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明に係るＰＴＣ素子は、
温度上昇に伴い抵抗値が増加する素子本体と、
前記素子本体の表裏面に接合された一対の第１および第２電極板とを有するＰＴＣ素子であって、
前記第１および第２電極板で覆われていない前記素子本体の外周面には、幅が０．０２mm以上で深さが０．０５mm以上の凹部が、少なくとも一つ以上形成してあることを特徴とするＰＴＣ素子。
【００１１】
本発明に係るＰＴＣ素子の製造方法は、
温度上昇に伴い抵抗値が増加する素子本体を準備する工程と、
前記素子本体の表裏面に、それぞれ第１電極板および第２電極板を接触させ、前記素子本体を加熱しながら加圧し、前記第１および第２電極板で覆われていない前記素子本体の外周面に、幅が０．０２mm以上で深さが０．０５mm以上の凹部が、少なくとも一つ以上形成する工程と、を有する。
【００１２】
本発明者等は、第１および第２電極板で覆われていない前記素子本体の外周面に、所定幅および所定深さの凹部を、少なくとも一つ以上、好ましくは複数形成することで、抵抗値のバラツキが少なくなることを見出した。また、本発明では、このような特定の凹部を形成することで、電極板と素子本体との接合強度が向上すると共に、素子本体からの放熱性も向上する。
【００１３】
好ましくは、前記素子本体が、正の温度係数を持つ導電性ポリマーである。また、好ましくは、前記素子本体の外周面に形成してある凹部の幅は０．５mm以下であり、凹部の深さは１．０mm以下である。また、好ましくは、前記素子本体の外周面に形成してある凹部は、前記第１電極板と第２電極板との間で、これらの電極板に対して略垂直方向に延び、周方向に沿って０．０２〜０．５mmの間隔で複数形成してある。このような凹部を形成することで、ＰＴＣ素子の抵抗値のバラツキを低減することができる。
【００１４】
好ましくは、前記凹部が形成してある前記素子本体の外周面が、保護膜により被覆してある。素子本体の露出面である外周面に保護膜を形成することによって、素子本体が大気中の酸素によって酸化されることを防止できる。また、素子本体の酸化を防止することにより、ポリマーＰＴＣ素子の室温抵抗値の上昇を防止することができる。また、保護膜によって、素子本体を外部からの衝撃から保護することができる。すなわち、保護膜によって素子本体の機械的強度を向上させることができる。
【００１５】
好ましくは、前記第１および第２電極板における前記素子本体との接触面には、微小凹凸が形成してある。微小凹凸とは、凹凸差が０．５〜１５μｍ程度の凹凸を意味する。この凹凸を電極板における素子本体との接合面に形成することによって、素子本体表面と、電極板とが良好に接合し、両者間の接合強度を向上させることができる。
【００１６】
前記素子本体の表裏面には、金属箔を接合させても良く、各金属箔に対して、前記第１および第２電極板を接合してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の概略断面図、
図２は図１に示すII−II線に沿う要部断面図、
図３は図２の要部拡大断面図、
図４は電極板と素子本体との加熱加圧接着時の温度と時間の関係を示すグラフ、
図５は本発明の他の実施形態に係る図２と同様な断面図、
図６（Ａ）および図６（Ｂ）は本発明のさらに他の実施形態に係る図２と同様な断面図、
図７は本発明の他の実施形態に係る図１と同様な断面図、
図８は本発明の実施例に係るポリマーＰＴＣ素子の抵抗値のバラツキが低減されたことを示すグラフである。
第１実施形態
【００１８】
図１に示す本発明の一実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子２は、たとえば携帯電話の電源である二次電池セルと、その二次電池セルを過電流から保護するための保護回路との間に組み込まれる。ポリマーＰＴＣ素子２は、過充電によるセル温度の異常上昇やセルの外部短絡による過電流が流れた場合、保護回路と二次電池セルとの間の電流を遮断して二次電池セルを保護する。
【００１９】
図１に示すように、ポリマーＰＴＣ素子２は、正の抵抗温度特性（ＰＴＣ特性）を有する導電性ポリマーで構成してある素子本体４を備えている。この素子本体４は、表裏面（互いに対向する第１面６および第２面８）を有する。第１面６および第２面８には、それぞれ第１電極板１０と、第２電極板１２とが接合されている。
【００２０】
なお、素子本体４の第１面６は、第１電極板１０における素子接合面１１と接合されている。また、素子本体４の第２面８は、第２電極板１０における素子接合面１３と接合されている。このように、素子本体４は、第１電極板１０の素子接合面１１と第２電極板１２の素子接合面１３との間に挟まれるように配置される。
【００２１】
素子接合面１１および１３には、節瘤状凹凸が形成してある。節瘤状凹凸は、凹凸差が０．５〜１５μｍ程度で、頭部に対して中間部または基部がくびれている凹凸を意味し、たとえば酸による表面処理あるいはメッキ処理などで形成される。節瘤状凹凸を形成することで、素子本体４の第１および第２面６，８を、それぞれ素子接合面１１および１３に良好に接合させることができ、熱圧着における両者間の接合強度を向上させることができる。
【００２２】
素子本体４の形状は、特に限定されず、直方体型、円柱型等が例示される。素子本体４の形状が直方体の場合、素子本体４の寸法は、縦３〜５ｍｍ×横２〜５ｍｍ×厚さ０．２〜１．０ｍｍ程度である。
【００２３】
第１電極板１０および第２電極１２は、たとえばニッケルまたはニッケル合金で構成してある。第１電極板１０および第２電極１２の厚みは、特に限定されないが、通常０．８〜１．２mm程度である。
【００２４】
本実施形態においては、図１に示すように、第１電極板１０および第２電極板１２で覆われていない素子本体４の外周面である露出面には、保護膜３が形成されている。保護膜３を形成することで、大気中の酸素による素子本体４の酸化を防止し、素子本体４の劣化を防止することができる。また、素子本体の酸化を防止することにより、ポリマーＰＴＣ素子２の室温抵抗値の上昇を防止することができる。また、保護膜３によって、素子本体４を外部からの衝撃から保護することができる。
【００２５】
保護膜３の種類としては、酸素を遮蔽する機能を有するものであれば特に限定されないが、エポキシ樹脂、ＥＶＯＨ（エチレン−ビニルアルコール共重合体）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等が例示される。
【００２６】
図１に示す保護膜３の厚さは、特に限定されないが、好ましくは３０μｍ以上である。保護膜３の厚さが薄過ぎると、保護膜３が、素子本体４の酸化防止効果が小さくなり、厚過ぎると、保護膜３を形成するたの樹脂が、第１電極板１０や第２電極板１２の表面に塗布されて他の電極とのハンダ接続を阻害するおそれがある。
【００２７】
本実施形態においては、図１〜図３に示すように、第１および第２電極板１０，１２で覆われていない素子本体４の外周面に、幅Ｗが０．０２〜０．５mmで、深さＤが０．０５〜１．０mmの凹部４ａが形成してある。凹部４ａは、第１電極板１０と第２電極板１２との間で、これらの電極板１０および１２の平面に対して略垂直方向に延び、周方向に沿って、好ましくは０．０２〜０．５mmの間隔で複数形成してある。
【００２８】
このような凹部４ａは、後述するように、素子本体４の表裏面に、それぞれ第１電極板１０および第２電極板１２を接触させ、特定の条件で、素子本体４を加熱しながら第１電極板１０および第２電極板１２間で加圧することで自動的に形成される。
【００２９】
次に、図１に示すポリマーＰＴＣ素子２の製造方法について説明する。素子本体４は、通常、主成分である重合体（熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の高分子化合物）および導電性粒子を含む樹脂組成物（導電性ポリマー）から構成される。なお、素子本体４は、重合体として、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との両方を含んでもよい。
【００３０】
まず、高分子化合物（熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等）、導電性粒子（金属粉、カーボンブラック等）、低分子有機化合物および、高分子化合物同士を架橋反応させるための反応開始剤等を秤量、混練し、ＰＴＣ組成物を調整する。混練の方法としては、特に限定されないが、ニーダ、押出機、ミル等が例示される。また、ＰＴＣ組成物に含有させる導電性粒子としては、ふるい機等によって所定の粒径をもつ導電性粒子のみを分級し、これを用いる。次に、このＰＴＣ組成物を成形し、素子本体４（図１）を得る。
【００３１】
熱硬化性樹脂としては、特に限定されないが、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン樹脂及びフェノール樹脂等が挙げられる。好ましくは、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる。エポキシ樹脂を用いることによって、ポリマーＰＴＣ素子が、十分な抵抗変化量及び耐熱性を有することができる。熱硬化性樹脂の分子量は、通常、重量平均分子量Ｍｗが３００〜１００００程度である。上記の熱硬化性樹脂は単独で用いてもよく、また複数種の樹脂を用いてもよい。また、異なる種類の熱硬化性樹脂同士が架橋された構造を有する化合物を用いてもよい。
【００３２】
熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、好ましくは、結晶性ポリマーを用いる。熱可塑性樹脂の融点は、特に限定されないが、好ましくは、７０〜２００℃程度である。融点がこの範囲にある樹脂を用いることによって、ポリマーＰＴＣ素子動作時における熱可塑性樹脂の融解、流動、素子本体４の変形を防止することができる。
【００３３】
熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、ポリエチレン等のポリオレフィン、エチレン−酢酸ビニルコポリマー等のコポリマー、ポリビニルクロライド、ポリビニルフルオライド、ポリビニリデンフルオライド等のハロゲン化ビニルおよびビニリデンポリマー、１２−ナイロン等のポリアミド、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、熱可塑性エラストマー、ポリエチレンオキサイド、ポリアセタール、熱可塑性変性セルロース、ポリスルホン類、ポリメチル（メタ）アクリレート等が挙げられる。
【００３４】
熱可塑性樹脂の重量平均分子量Ｍｗは、特に限定されないが、好ましくは、１００００〜５００００００である。これらの熱可塑性樹脂は単独で用いてもよく、また複数種の樹脂を用いてもよい。また、異なる種類の熱可塑性樹脂同士が架橋された構造を有する化合物を用いてもよい。
【００３５】
素子本体４に含まれる導電性粒子としては、特に限定されないが、金属粉、カーボンブラック等が例示される。好ましくは、導電性粒子として金属粉を用いる。この金属粉としては、好ましくは、ニッケルを主成分とするものを用いる。金属粉の平均粒径は、好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは０．５〜４．０μｍ程度である。
【００３６】
素子本体４において、樹脂組成物中の導電性粒子の含有量は、樹脂組成物全体に対して、好ましくは、２０〜８０質量％である。導電性粒子の含有量をこの範囲内とすることによって、非動作時の室温抵抗値を十分に低くすることができ、また、大きな抵抗変化量を得ることができる。さらには、素子抵抗のバラツキを十分に減少させることができる。
【００３７】
素子本体４を構成する樹脂組成物は、上記の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、および導電性粒子以外に、例えば、ワックス、油脂、脂肪酸、高級アルコール等の低分子有機化合物を更に含んでもよい。その結果、素子本体４の温度上昇に伴う抵抗変化量を増大させることができる。
【００３８】
素子本体４は、内部に空隙を有し、この空隙に上記樹脂組成物を充填することが可能な基材を含んでもよい。このような基材としては、上記の役割を果たすことが可能なものであれば特に制限されず、織布、不織布、連続多孔質体等が例示される。
【００３９】
素子本体４には、必要に応じて、電子線照射を行う。この電子線照射によって、反応開始剤が機能し、高分子同士の架橋反応が促進される。架橋反応のエネルギー源としては、電子線に限定されず、ガンマ線、紫外線、熱等も用いられる。照射する電子線の加速電圧及び電子線照射量は、素子本体４に含まれる高分子化合物の種類、あるいは素子本体の寸法等に応じて、適宜調整すればよい。なお、電子線照射は、電極板１０および１２の接合後であっても良い。
【００４０】
第１電極板１０および第２電極板１２は、所定厚みのニッケル金属板あるいはニッケル合金板を打ち抜き成型して形成される。
【００４１】
次に、素子本体４における第１面６および第２面８に、それぞれ第１電極板１０の素子接合面１１および第２電極板１２の素子接合面１３を接触させ、熱プレス機等により、熱圧着する。熱圧着時の素子本体４の加熱温度は、素子本体４の材質にもよるが、好ましくは、８０〜２５０°Ｃ、さらに好ましくは９０°Ｃ以上１８０°Ｃ未満である。
【００４２】
特に本実施形態では、図４に示すように、素子本体４のビカット軟化点温度より高く、融点より低い温度Ｔ１から、第１電極板１０と素子本体４と第２電極板１２との熱圧着を開始する。熱圧着開始温度Ｔ１前の加圧力は、０〜１５ＭＰａであり、温度Ｔ１以降の熱圧着時の加圧力は、好ましくは１５〜５０ＭＰａである。
【００４３】
最終加熱温度Ｔ２は、素子本体４に含まれる熱可塑性樹脂の融点よりも高い。熱圧着開始温度Ｔ１は、好ましくは、素子本体４のビカット軟化点と融点の間である。最終加熱温度Ｔ２は、素子本体４の融点に対して、５〜１００°Ｃ高い温度である。
【００４４】
また、熱圧着開始温度Ｔ１から開始する熱圧着処理時間ｔｐは、素子本体４の体積にもよるが、好ましくは０.５〜５分である。
【００４５】
なお、ビカット軟化点温度とは、所定の形状、寸法の試験片の中央部に、１ｋｇの荷重を有する直径１mmの先端が平坦な針を乗せ、６０分あたり５０°Ｃの速度で温度を上昇させ試験片が軟化して針が１mm進入したときの温度を示すもので、低荷重で短時間での耐熱性に対する目安となるものである。
【００４６】
このような熱圧着により、第１電極板１０と素子本体４と第２電極板１２とが一体化されると、図２および図３に示すように、第１および第２電極板１０および１２で覆われていない素子本体４の外周面には、幅Ｗが０．０２〜０．５mmで深さＤが０．５〜１．０mmの凹部４ａが多数形成される。なお、図２に示すように、第２電極板１２の長手方向側端部１２ａに沿って素子本体４の外周面に凹部４ａが形成されないのは、凹部４ａが形成された部分が、側端部１２ａからはみ出しているために、熱圧着後に除去されているからである。
【００４７】
凹部４ａは、第１電極板１０と第２電極板１２との間で、これらの電極板１０および１２に対して略垂直方向に延び、周方向に沿って０．０２〜０．５mmの間隔で複数形成してある。このような凹部４ａを形成することで、ＰＴＣ素子２の抵抗値のバラツキを低減することができる。また、このような特定の凹部４ａを形成することで、電極板１０および１２と素子本体４との接合強度が向上すると共に、素子本体４からの放熱性も向上する。
【００４８】
本実施形態では、次に、第１電極板１０および第２電極板１２で覆われていない素子本体４の露出面に、図１に示すように、保護膜３を形成する。素子本体４の露出面に保護膜３を形成することによって、素子本体４が大気中の酸素によって酸化されることを防止できる。また、素子本体４の酸化を防止することにより、ポリマーＰＴＣ素子２の室温抵抗値の上昇を防止することができる。また、保護膜３によって素子本体４の機械的強度を向上させることができる。
第２実施形態
【００４９】
図５に示すように、本実施形態に係るＰＴＣ素子２ａでは、全体として長方形状の素子本体４の長辺側にのみ、前述した凹部４ａが形成してあり、短辺側には、凹部４ａが形成されていない以外は、前述した第１実施形態と同様であり、同様な作用効果を奏する。
【００５０】
図５に示すように、素子本体４の長辺側にのみ凹部４ａを形成するには、熱圧着前には、第２電極板１２の側端部１２ａ間の幅よりも狭い幅の素子本体４を、第１電極板１０および第２電極板１２の間に挟んで熱圧着すればよい。そして、素子本体４の短辺側の凹部４ａが形成された部分を必要に応じて除去すればよい。
第３実施形態
【００５１】
図６（Ａ）に示すように、本実施形態に係るＰＴＣ素子２ｂでは、全体として円形状の素子本体４の周方向の全周にわたり、前述した凹部４ａが形成してある以外は、前述した第１実施形態と同様であり、同様な作用効果を奏する。
【００５２】
図６（Ａ）に示すように、素子本体４の全周に凹部４ａを形成するには、熱圧着前には、第２電極板１２の側端部１２ａ間の幅よりも狭い直径の円形状素子本体４を、第１電極板１０および第２電極板１２の間に挟んで熱圧着すればよい。
第４実施形態
【００５３】
図６（Ｂ）に示すように、本実施形態に係るＰＴＣ素子２ｃでは、第２電極板１２の全体形状を特殊形状に変更すると共に、第１電極板（図示省略）の形状を第２電極板１２の形状と同じ形状にしてある以外は、前述した第３実施形態と同様であり、同様な作用効果を奏する。
第５実施形態
【００５４】
図７に示すように、本実施形態に係るＰＴＣ素子２ｄでは、素子本体４の表裏面に、金属箔２０が形成されていてもよい。この素子本体４は、例えば、シート状のポリマー層の両面に金属箔２０を、第１実施形態に記載の条件で熱プレスした後に、これを所定の寸法に打ち抜くことによって形成することができる。そのため、この実施形態では、熱圧着の過程で形成される凹部４ａは、全て除去されることになる。
【００５５】
第１電極板１０と、金属箔２０とは、たとえばハンダ付けなどで接合されている。また、第２電極板１２と金属箔２０も、たとえばハンダ付けなどで接合されている。金属箔２０の厚みは、第１電極板１０または第２電極板２０の厚みよりも薄く、一般的には、２５〜３０μｍ程度である。
【００５６】
この場合においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。ただし、この実施形態では、製造過程で形成された素子本体４の凹部４ａが全て除去されているので、素子本体４の放熱性や電極板１０または２０との接合強度の点で、第１〜第４実施形態の方が優れている。
【００５７】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【００５８】
たとえば、本発明に係るポリマーＰＴＣ素子２は、２次電池セルの過電流保護素子としてのみならず、自己制御型発熱体、温度センサー、限流素子、過電流保護素子等としても使用されることが可能である。
【実施例】
【００５９】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
実施例１
【００６０】
まず、素子本体４を準備した。素子本体４を製造するために、まず、高分子化合物（熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等）、導電性粒子（金属粉、カーボンブラック等）、低分子有機化合物および、高分子化合物同士を架橋反応させるための反応開始剤等を秤量、混練し、ＰＴＣ組成物を調整した。ＰＴＣ組成物に含有させる導電性粒子としては、ふるい機等によって所定の粒径をもつ導電性粒子のみを分級したものを用いた。
【００６１】
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂を用いた。熱可塑性樹脂としては、結晶性ポリマーを用いた。熱可塑性樹脂の融点は、１３０°Ｃのものを用いた。素子本体４に含まれる導電性粒子としては、ニッケルを主成分とするものを用いた。金属粉の平均粒径は、０．５〜４．０μｍであった。素子本体４において、樹脂組成物中の導電性粒子の含有量は、樹脂組成物全体に対して、８０質量％であった。
【００６２】
次に、第１電極板１０および第２電極板１２を準備した。これらの第１電極板１０および第２電極板１２としては、所定厚みのニッケル金属板を打ち抜き成型して形成されたものを用いた。
【００６３】
次に、素子本体４における第１面６および第２面８に、それぞれ第１電極板１０の素子接合面１１および第２電極板１２の素子接合面１３を接触させ、熱プレス機等により、熱圧着した。熱圧着時の素子本体４の加熱温度は、熱圧着開始温度Ｔ１が１２０°Ｃであり、最終加熱温度Ｔ２は１８０°Ｃ近くであった。また、熱圧着処理時間ｔｐは約４分であった。なお、素子本体４のビカット軟化点温度は、１２０°Ｃであった。
【００６４】
本実施例では、図４に示すように、素子本体４のビカット軟化点温度よりも低い温度Ｔ１から、第１電極板１０と素子本体４と第２電極板１２との熱圧着を開始した。温度Ｔ１前の加圧力は、１５ＭＰａであり、温度Ｔ１以降の熱圧着時の加圧力は、好ましくは４０ＭＰａである。
【００６５】
このような熱圧着により、第１電極板１０と素子本体４と第２電極板１２とが一体化されると、図２および図３に示すように、第１および第２電極板１０および１２で覆われていない素子本体４の外周面には、幅Ｗが０．０２〜０．５mmで深さＤが０．５〜１．０mmの凹部４ａが多数形成された。なお、図２に示すように、第２電極板１２の長手方向側端部１２ａに沿って素子本体４の外周面に凹部４ａが形成されないのは、凹部４ａが形成された部分が、側端部１２ａからはみ出しているために、熱圧着後に除去されていたからである。
【００６６】
凹部４ａは、第１電極板１０と第２電極板１２との間で、これらの電極板１０および１２に対して略垂直方向に延び、周方向に沿って０．０２〜０．５mmの間隔で複数形成された。
【００６７】
この実施例１に係るＰＴＣ素子２を５００個準備し、これらのＰＴＣ素子２の電極板１０および１２間に、４．２Ｖの電圧で２０Ａの電流を流し、その後に、抵抗値を測定した。図８に示すように、抵抗値のバラツキを示すσは、０．１４１であり、抵抗値のバラツキが小さいことが確認された。また、この実施例１に係るＰＴＣ素子２について、表１に示す電圧を印加し、電流、消費電力、表面温度および放熱係数を調べた結果を表１に示す。なお、放熱係数は、表１に示すように、放熱係数＝（電圧×電流）／（表面温度−周囲温度）で計算される。周囲温度は、室温２５°Ｃとして計算した。放熱係数の値が大きいほど、放熱性に優れている。
比較例１
【００６８】
熱圧着開始温度Ｔ１を１８０°Ｃとし、最終加熱温度Ｔ２も１８０°Ｃであった以外は、実施例１と同様にしてＰＴＣ素子を製作した。素子本体の外周面に形成された図３に示す凹部４ａの深さは、０．０３mm以下であり、凹部４ａの幅は０．０１mm以下であった。
【００６９】
この比較例１に係るＰＴＣ素子２を、実施例１と同じ個数で準備し、これらのＰＴＣ素子２の電極板１０および１２間に、５Ｖの電圧で１０Ａの電流を流し、その後に、抵抗値を測定した。図８に示すように、抵抗値のバラツキを示すσは、０．２１７であり、実施例１に比較して、抵抗値のバラツキが多かった。
また、この比較例１に係るＰＴＣ素子２について、表１に示す電圧を印加し、電流、消費電力、表面温度および放熱係数を調べた結果を表１に示す。
比較例２
【００７０】
熱圧着開始温度Ｔ１を１５０°Ｃとし、最終加熱温度Ｔ２を１８０°Ｃとした以外は、実施例１と同様にしてＰＴＣ素子を製作した。素子本体の外周面に形成された図３に示す凹部４ａの深さは、０．０３mm以下であり、凹部４ａの幅は０．０２〜０．５mmであった。
【００７１】
この比較例２に係るＰＴＣ素子２を、実施例１と同じ個数で準備し、これらのＰＴＣ素子２の電極板１０および１２間に、５Ｖの電圧で１０Ａの電流を流し、その後に、抵抗値を測定した。図８に示すように、抵抗値のバラツキを示すσは、０．２２４であり、実施例１に比較して、抵抗値のバラツキが多かった。
比較例３
【００７２】
熱圧着開始温度Ｔ１を１５０°Ｃとし、最終加熱温度Ｔ２を１８０°Ｃとし、温度Ｔ１前の加圧力を、３０ＭＰａであり、温度Ｔ１以降の熱圧着時の加圧力を、６０ＭＰａとした以外は、実施例１と同様にしてＰＴＣ素子を製作した。素子本体の外周面に形成された図３に示す凹部４ａの深さは、０．０５〜１．０mmであり、凹部４ａの幅は０．０１mm以下であった。
【００７３】
この比較例３に係るＰＴＣ素子２を、実施例１と同じ個数で準備し、これらのＰＴＣ素子２の電極板１０および１２間に、５Ｖの電圧で１０Ａの電流を流し、その後に、抵抗値を測定した。図８に示すように、抵抗値のバラツキを示すσは、０．２４１であり、実施例１に比較して、抵抗値のバラツキが多かった。
評価１
【００７４】
図８に示すように、実施例１では、比較例１〜３に比較して、抵抗値のバラツキが少なくなることが確認できた。また、表1に示すように、実施例１では、比較例１に比較して、放熱性も向上することが確認できた。
【表１】
2010092933.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の概略断面図である。
【図２】図２は図１に示すII−II線に沿う要部断面図である。
【図３】図３は図２の要部拡大断面図である。
【図４】図４は電極板と素子本体との加熱加圧接着時の温度と時間の関係を示すグラフである。
【図５】図５は本発明の他の実施形態に係る図２と同様な断面図である。
【図６】図６（Ａ）および図６（Ｂ）は本発明のさらに他の実施形態に係る図２と同様な断面図である。
【図７】図７は本発明の他の実施形態に係る図１と同様な断面図である。
【図８】図８は本発明の実施例に係るポリマーＰＴＣ素子の抵抗値のバラツキが低減されたことを示すグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
２，２ａ〜２ｄ…  ポリマーＰＴＣ素子
３…  保護膜
４…  素子本体
４ａ…  凹部
６…  第１面
８…  第２面
１０…  第１電極板
１２…  第２電極板
２０…  金属箔
【図１】
2010092933.tif 000004
【図２】
2010092933.tif 000005
【図３】
2010092933.tif 000006
【図４】
2010092933.tif 000007
【図５】
2010092933.tif 000008
【図６】
2010092933.tif 000009
【図７】
2010092933.tif 000010
【図８】
2010092933.tif 000011