(57)【要約】【課題】発熱状態を維持したり、あるいは長時間高温雰囲気下においた後に室温に復帰させても、破壊したり劣化することなく安定した絶縁状態を維持することができ、しかも、室温復帰時に再び低抵抗値を得ることのできる過電流保護素子を提供する。【解決手段】対向する一対の金属箔の間に高分子マトリクスを挟持させ、この高分子マトリクスに多数の導電性微粒子を含有するとともに、この高分子マトリクスに、金属酸化物と金属窒化物の少なくともいずれかを含有する。金属酸化物としては、取り扱いの容易なアルミナと酸化マグネシウムのいずれかの化合物を用いた。高分子マトリクスに金属酸化物及び又は金属窒化物が含有されるので、過電流保護素子自体を短時間で冷却できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の導電箔の間に高分子マトリクスを挟み、この高分子マトリクスに導電性微粒子を含有した過電流保護素子であって、
高分子マトリクスに、金属酸化物と金属窒化物の少なくともいずれかを含有したことを特徴とする過電流保護素子。
【請求項２】
導電箔として、ニッケルあるいは銅を用いた請求項１記載の過電流保護素子。
【請求項３】
高分子マトリクス中に結晶性樹脂を含んでなる請求項１又は２記載の過電流保護素子。
【請求項４】
高分子マトリクス中に、無水化物により変性されたエラストマーが無水マレイン酸を付加してなるエチレン−αオレフィン−ジエン共重合体、スチレン−ブタジエン系重合体で構成されたエラストマーを一種類以上含有する請求項１、２、又は３記載の過電流保護素子。
【請求項５】
金属酸化物として、アルミナと酸化マグネシウムのいずれかの化合物を用いた請求項１ないし４いずれかに記載の過電流保護素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の電気機器に内蔵された回路、電池、部品等を保護する過電流保護素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の樹脂型の過電流保護素子は、図示しない相対向する一対の金属箔の間に高分子マトリクスが挟持され、この高分子マトリクスに多数の導電性微粒子が含有されており、室温での抵抗値が十分低いこと、この室温抵抗値と動作時の抵抗値との変化率が十分大きいこと、繰り返し動作時における抵抗値の変化が小さいことが特性として求められている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
このような過電流保護素子は、高温雰囲気下あるいは高電流通電での動作時に素子自体が加熱し、高温状態になると高分子マトリクスが熱膨張し、この高分子マトリクス内に分散された導電性粒子間の個々の距離が離れ、絶縁状態を形成する。
【特許文献１】特開２０００−８０２１６号公報
【特許文献２】特開平１０−３０３００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の高分子マトリクスを用いた過電流保護素子は、ＵＬ１４３４（サーミスタ規格）中のエージングテストに見られるように、長時間過電流を流し続け、発熱状態を維持したり、あるいは長時間高温雰囲気下においた後に室温に復帰させると、素子自体の冷却に時間を要するので、抵抗値が初期状態に対して大幅に上昇してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は上記に鑑みなされたもので、発熱状態を維持したり、あるいは長時間高温雰囲気下においた後に室温に復帰させても、破壊したり劣化することなく安定した絶縁状態を維持することができ、しかも、室温復帰時に再び低抵抗値を得ることのできる過電流保護素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明においては上記課題を解決するため、対向する一対の導電箔の間に高分子マトリクスを挟み、この高分子マトリクスに導電性微粒子を含有したものであって、
高分子マトリクスに、金属酸化物と金属窒化物の少なくともいずれかを含有したことを特徴としている。
【０００７】
なお、導電箔として、ニッケルあるいは銅を用いることが好ましい。
また、高分子マトリクス中に結晶性樹脂を含むことが好ましい。
また、高分子マトリクス中に、無水化物により変性されたエラストマーが無水マレイン酸を付加してなるエチレン−αオレフィン‐ジエン共重合体、スチレン−ブタジエン系重合体で構成されたエラストマーを一種類以上含有することが好ましい。
さらに、金属酸化物として、アルミナ（酸化アルミニウム）と酸化マグネシウムのいずれかの化合物を用いることができる。
【０００８】
ここで特許請求の範囲における金属酸化物と金属窒化物とは、高分子マトリクス中に５〜２０ｗｔ％、好ましくは製造の容易化を図る観点から５〜１５ｗｔ％、より好ましくは５〜１０ｗｔ％含有されると良い。過電流保護素子の製造方法としては、高分子マトリクス、導電性粒子、及び金属酸化物又は金属窒化物を所定の温度で撹拌し、この温度を保持したまま結晶性樹脂を投入し、これらを加圧混合して混練物を製造し、混練物を所定の厚さのシートに形成するとともに、得られたシートを一対の導電箔でサンドイッチして加熱加圧して高分子マトリクスを一対の導電箔で挟んだラミネート物を形成し、このラミネート物に電子線等を照射してラミネート物の高分子配合物を架橋させれば良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発熱状態を維持したり、あるいは長時間高温雰囲気下においた後に室温に復帰させても、破壊したり劣化することなく安定した絶縁状態を維持することができるという効果がある。また、室温復帰時に再び低い抵抗値を得ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る過電流保護素子の好ましい実施形態を説明すると、本実施形態における過電流保護素子は、図示しないが、相対向する一対の金属箔の間にシート形の高分子マトリクスが挟持され、この高分子マトリクスに多数の導電性微粒子が含有されるとともに、この高分子マトリクスに、絶縁性の金属酸化物と金属窒化物の少なくともいずれかが含有されており、医療機器、高級通信機器、自動車等に内蔵されてその電子回路を過電流から保護する。
【００１１】
一対の金属箔は、例えば圧延された薄い銅、アルミニウム、亜鉛、チタン、金、銀、ニッケル、あるいは合金等を使用して平面略矩形の板形に形成され、電子回路にリード線を介し接続される。この導電箔である金属箔の材料は、特に限定されるものではないが、導電性に優れる安価なニッケルの使用が最適である。
【００１２】
高分子マトリクスは、例えば高密度のポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン等からなる結晶性樹脂を備え、無水化物により変性されたエラストマーが無水マレイン酸を付加してなるエチレン−αオレフィン−ジエン共重合体、スチレン−ブタジエン系重合体で構成されたエラストマー５〜２０ｗｔ％を一種類以上含有する。また、導電性微粒子としては、特に限定されるものではないが、例えばカーボン、グラファイト、膨張黒鉛、金、銀、ポリアニリン等の粒子が使用される。これらの中でも、耐候性等に優れる安価なカーボン粒子の使用が最適である。
【００１３】
金属酸化物としては、例えば高分子マトリクスに対する練り込みや取り扱いの容易な硬質のアルミナ、酸化マグネシウムいずれかの化合物が含まれる。さらに、金属窒化物としては、例えば窒化アルミニウムや窒化マグネシウムいずれかの化合物が含まれる。
【００１４】
上記において、過電流保護素子を製造する場合には、先ず、高分子マトリクス、導電性粒子、及び金属酸化物又は金属窒化物を所定の温度に調整された加圧ニーダー等で撹拌し、温度調整を保持したまま、ここにポリエチレン等の結晶性樹脂を投入して加圧混合して混練物を製造する。
【００１５】
次いで、混練物をカレンダー加工機等にセットしてシーティングし、所定の厚さのシートを形成するとともに、得られたシートを一対の金属箔でサンドイッチしてプレス成形機にセットし、加熱加圧して高分子マトリクスを一対の金属箔で挟持したラミネート物を製造する。そして、得られたラミネート物に電子線等を照射し、ラミネート物の高分子配合物を架橋させ、その後、所定の形状に加工すれば、過電流保護素子を製造することができる。
【００１６】
上記構成によれば、高分子マトリクスに金属酸化物及び又は金属窒化物が含有されるので、過電流保護素子に長時間過電流を流し続け、発熱状態を維持したり、あるいは長時間高温雰囲気下においた後に室温に復帰させても、素子自体を短い時間で冷却することができる。したがって、抵抗値が初期状態に対して大幅に上昇してしまうのを抑制防止することができる。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明に係る過電流保護素子の実施例を比較例と共に説明するが、本発明に係る過電流保護素子は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
実施例１〜１４
先ず、表１に示す配合によりＥＰＤＭ、導電性粒子、及びアルミナ又は酸化マグネシウムを１８０℃に温度調整された加圧ニーダーで３０分間撹拌し、１８０℃の温度調整を保持したまま、ここにポリエチレンを投入して１５分間加圧混合して混練物を得た。
【００１８】
次いで、混練物をカレンダー加工機にセットしてシーティングし、１５０μｍ厚のシートを形成した。こうしてシートを形成したら、得られたシートの両面を金属箔（東洋製箔製：ニッケル箔２０μｍ）でサンドイッチしてプレス成形機にセットし、加熱（２５０℃）、加圧(１０ｋｇｆ/ｃｍ2)して高分子マトリクスを２５μｍ厚の金属箔で挟み込んだ総厚２００μｍのラミネート物を得た。そして、ラミネート物に電子線架橋装置で１０Ｍｒａｄの電子線を照射し、高分子配合物を架橋させた後、５×１２ｍｍの形状に打ち抜いて過電流保護素子を製造した。
【００１９】
比較例
表１に示す配合によりＥＰＤＭと導電性粒子とを１８０℃に温度調整された加圧ニーダーで３０分間撹拌し、１８０℃の温度調整を保持したまま、ここにポリエチレンを投入して１５分間加圧混合して混練物を得た。その他の部分については、実施例１〜１４と同様とした。
【００２０】
以上のようにして過電流保護素子を製造したら、得られた過電流保護素子の特性を測定した。
すなわち、過電流保護素子に抵抗測定器を接続し、１６０℃の雰囲気下に置いてＰＴＣ降下による絶縁状態を保持した状態を観察した。この際、抵抗値の絶縁状態を維持できない場合には、その時点で測定を中止し、無事の場合には、１０００時間に達するまで観察した（ＵＬ１４３４のエージングテスト相当）。その後、問題の生じなかった過電流保護素子に関し、室温に１時間以上放置した後、Ｒ−Ｔ特性（抵抗−温度特性）を測定した。
【００２１】
Ｒ−Ｔ特性は以下のようにして測定した。先ず、２０℃から１５分毎に順次１０℃昇温して、その都度抵抗値を測定し、１６０℃まで昇温した。１６０℃に達したら、温度を順次１０℃ごとに降温して２０℃まで測定を続け、２０℃に戻った時の抵抗値を緩和抵抗値として記録し、初期抵抗値との比率を緩和抵抗率とした。表１、２、３に実施例と比較例のテスト時における抵抗値の状態を示してまとめた。
【００２２】
【表１】
2008251769.tif 000002
【００２３】
【表２】
2008251769.tif 000003
【００２４】
【表３】
2008251769.tif 000004
【００２５】
実施例１〜１４の場合には、良好な緩和状態を示し、１０００時間後の緩和抵抗率も良好な値を示した。本実施例によれば、長時間のトリップ状態後でも安定した緩和抵抗状態を得ることができた。
これに対し、比較例の場合には、緩和抵抗率が２００％と高い値となった。