(57)【要約】【課題】繰り返し使用することのできる良好な高分子ＰＴＣ素子を得る。【解決手段】過電流を防止する過電流保護素子を用途とする高分子ＰＴＣ素子において、前記高分子ＰＴＣ素子の樹脂組成物は、放熱材料５を前記樹脂組成物中の結晶性樹脂４に対して１から１００ｗｔ％の範囲に混入された高分子ＰＴＣ素子とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過電流を防止する過電流保護素子を用途とする樹脂組成物にて形成される高分子ＰＴＣ素子において、前記高分子ＰＴＣ素子の樹脂組成物は、放熱材料が前記樹脂組成物中の樹脂に対して１から１００ｗｔ％の範囲に混入されたことを特徴とする高分子ＰＴＣ素子。
【請求項２】
前記放熱材料として、アルミナ、酸化亜鉛、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化チタンの少なくとも１種以上が含まれたことを特徴とする請求項１に記載の高分子ＰＴＣ素子。
【請求項３】
前記樹脂組成物の少なくとも１種がポリフッ化ビニリデン樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の高分子ＰＴＣ素子。
【請求項４】
前記樹脂組成物は、フィラー対結晶性樹脂の配合重量比が、６０対４０から９８対２の範囲であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高分子ＰＴＣ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒｅｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　：　正温度係数）を有する組成物に関するものであり、より詳しくは電池や電子機器の回路等に異常発生時に流れる過電流を防止する過電流保護素子を用途とする高分子ＰＴＣ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からＰＴＣ特性を有するものとして、Ｙ２Ｏ３を微量添加したＢａＴｉＯ３等のセラミックＰＴＣ組成物とポリエチレンを代表とする結晶性高分子に導電性を有する、一般的には粒状のカーボンブラック粉末等を混練して成形した高分子ＰＴＣ組成物が知られている。しかしながら、セラミックＰＴＣ組成物は定常状態の抵抗率が〜約１００Ω・ｃｍと高いために、数Ａ程度の比較的大きな電流を流すことができない。このことは、セラミックＰＴＣ組成物が前記過電流保護素子として用いることができないことを意味している。
【０００３】
さらに、セラミックＰＴＣ組成物は、所望形状に成形、加工することが困難であり、耐衝撃性に劣る面がある。しかしながら、過電流保護素子の用途として本発明で論述する高分子ＰＴＣ組成物においては、セラミック系に比べて室温抵抗が低いことや成形・加工が容易であること、さらに、耐衝撃性が優れていること等が特徴であるがゆえに適している。高分子ＰＴＣ組成物の導電粒子として、一般的には、カーボンブラックのような比較的かさ密度が大きく、粒度の小さい安価な材料が用いられている。
【０００４】
また、その原理は、前記導電粒子がポリマー樹脂中に所定の配合量で分散されている組成物中において、室温では導電粒子のネットワークにより低い抵抗率を示すが、ポリマー樹脂の結晶融点Ｔｍを境にして相対的にポリマー樹脂の体積が増加して導電粒子相互間のネットワークが切断されていくことにより、抵抗率が急に上昇する。さらに、常温に戻ると、その導電粒子相互間のネットワークが復帰することにより、ほぼ元の低い抵抗値となる。
【０００５】
図２は、従来の高分子ＰＴＣ素子の断面図である。図２において、高分子ＰＴＣ組成物２’は結晶性樹脂４’とフィラー３’で構成され、さらに、金属電極基材１’が、前記高分子ＰＴＣ組成物２’の両面に形成されている。
【０００６】
さらに、このような高分子ＰＴＣ素子の一般的な製法としては、例えば、熱可塑性樹脂を代表とするポリオレフィン類等の樹脂、例えば高密度ポリエチレン等と良好な導電性を有するカーボンブラックや金属炭化物等のフィラーを混練して、分散処理を行う。
【０００７】
その際に、２本ロールやニーダー等を用いる場合では、展延機やロール成形や押し出し成形等でＰＴＣ樹脂組成物を作製し熱プレス機等で金属箔等や各種金属でパターン化された基板２枚に挟んで成形する等の方法でシート状に加工して、電極端子を取り付けて素子を作製する方法が挙げられる（乾式方法）。
【０００８】
一方、３本ロール、遊星ミル、サンドミル等を用いて湿式混合、分散した後に塗布する方法においては、基本的に本発明で用いられる高密度ポリエチレン樹脂等のような１００℃以上の高い樹脂融点を有する結晶性樹脂を用いる場合、常温で溶解可能な有機溶剤がほとんどなく、約１００℃の熱をかけながら樹脂をシクロヘキサンやデカリン等の高沸点溶剤を用いて溶解することは困難である。仮に溶けても、その溶解量は微量であり、さらに樹脂の結晶化度や分子量に関して、その数値が大きければ大きいほど溶けなくなり、一般的に分子量が３万を超えるような高密度ポリエチレン樹脂であれば、溶ける有機溶剤がなく、従って、樹脂を溶解して導電粒子と混合させて塗料化して、金属箔上に塗工してＰＴＣを有する基板を作製することは、ほぼ不可能である。また、前記樹脂を溶剤に膨潤させて同様に塗料化したものを塗工するという方法では量産性に乏しい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来より塗工で用いられるＰＴＣ素子に適した樹脂においては、低い結晶化度すなわち低融点であり、汎用溶剤への良好な溶解性を示す樹脂、例えばポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等が挙げられ、トルエン等の汎用溶剤に良溶解性であるが、これらの樹脂は結晶性が低いため熱膨張が小さく、本発明で用いられるＰＴＣ素子用の樹脂組成物としては不適であり、さらに、結晶性を高くすると、汎用溶剤に対して難溶解性を示すものが多い。
【００１０】
これらの樹脂のうち結晶性が比較的高く、汎用溶剤に対して良好な溶解性を示すものとして、ポリフッ化ビニリデン樹脂が挙げられるが、単に、この樹脂を導電フィラーに分散させた従来のＰＴＣ樹脂組成物の系においては、トリップ後の抵抗値が大きく、またトリップ回数の増加に比例して抵抗値が増大していく問題があり、繰り返し使えることが利点であるＰＴＣ素子としては不適である。
【００１１】
従って、本発明の目的は、繰り返し使用することのできる良好な高分子ＰＴＣ素子を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、過電流を防止する過電流保護素子を用途とする高分子ＰＴＣ素子において、前記高分子ＰＴＣ素子の樹脂組成物は、放熱材料を前記樹脂組成物中の樹脂に対して１から１００ｗｔ％の範囲に混入された高分子ＰＴＣ素子である。
【００１３】
また、本発明は、前記放熱材料が、アルミナ、酸化亜鉛、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化チタンの少なくとも１種以上が含まれた高分子ＰＴＣ素子である。
【００１４】
また、本発明は、前記高分子ＰＴＣ素子において、樹脂組成物の少なくとも１種をポフッ化ビニリデン樹脂とする高分子ＰＴＣ素子である。
【００１５】
また、本発明は、前記高分子ＰＴＣ素子において、樹脂組成物は、フィラー対結晶性樹脂の配合重量比を、６０対４０から９８対２の範囲とする高分子ＰＴＣ素子である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による高分子ＰＴＣ素子について、以下に説明する。
【００１７】
本発明の実施の形態による高分子ＰＴＣ素子は、その樹脂組成物について、この樹脂組成物中の樹脂に対して放熱材料を１から１００ｗｔ％の範囲混入し、また前記放熱材料がアルミナ、酸化亜鉛、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化チタンの少なくとも１種以上から選択されて混入しており、また前記樹脂の少なくとも１種がポリフッ化ビニリデン樹脂を用いる高分子ＰＴＣ素子を提供する。
【００１８】
詳しくは、本発明のように、例えばＮｉ箔等の金属電極の表面にＰＴＣ樹脂組成物を塗工してＰＴＣ素子を作製する場合は、溶媒（一般的なケトン類、トルエン等の有機溶剤または水）に溶けやすい樹脂、かつ融点が１００〜２００℃を有する樹脂を選定することが望ましく、本発明においてはポリフッ化ビニリデン樹脂を用いることが好ましい。
【００１９】
また、放熱材料を入れる理由としては、比較的大きい電流が流れたときに、一般的に、素子にはＩ２Ｒの熱が発生して、樹脂融点以上で導電パスが絶たれてトリップ状態になるが、樹脂組成物に導電フィラーの凝集物が存在する等の局所的に熱負荷がかかる場所が存在する場合には、熱分布が偏在状態になり、トリップ前の抵抗値には戻らない、すなわち繰り返しトリップを行う毎に素子自身が劣化（抵抗値増大）していき、最悪の場合には素子の破損や破裂等といった問題が発生し、危険である。
【００２０】
この問題を改善するために、すなわち熱分布を拡散させる効果を目的に放熱材料を混入して、その混入量は、樹脂に対して１〜１００ｗｔ％として、具体的には、アルミナ、酸化亜鉛、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化チタンの少なくとも１種以上が本発明では用いられる。混入量は、樹脂に対して１ｗｔ％未満だと前記効果が期待できず、１００ｗｔ％を超えると樹脂が少なく、ＰＴＣ効果が得られない。
【００２１】
好ましくは、比較的安価な窒化アルミニウム等を樹脂重量に対して３０ｗｔ％程度添加する。また、前記材料は、特に上述したものに限定される訳ではなく、ベリリア、酸化カルシウム、マグネシア、炭化ホウ素、炭化タンタル等を各種用いることもできる。
【００２２】
さらに、本発明の高分子ＰＴＣ組成物として、フィラーは、金属ニッケル等の金属粒子やカーボンブラック等の導電性炭素材料やＴｉＣ、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＺｒＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＭｏＣ等の金属炭化物を１種以上を混合して用いる。好ましくは、材料固有抵抗の低い熱伝導率の良好なＴｉＣ等の金属炭化物を多く用いる。
【００２３】
本発明のＰＴＣ樹脂組成物におけるフィラー／結晶性樹脂の配合重量比において、６０対４０から９８対２の範囲で用いられる。６０対４０未満であれば、フィラー量が少ないために低抵抗な素子が得られず、また９８対２を超えると樹脂量が少ないために電極への接着力が弱くなり、良好なＰＴＣ特性が得られない。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例による高分子ＰＴＣ素子について説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施例による高分子ＰＴＣ素子の説明図である。図１にて、本発明の高分子ＰＴＣ素子は、高分子ＰＴＣ組成物２が結晶性樹脂４とフィラー３、および放熱材料５にて構成され、さらに、金属電極基材（金属箔）１が、前記高分子ＰＴＣ組成物２の両面に形成されている。
【００２６】
ここで、　以下の表１に示した混合重量比で実施例および比較例の各塗料を作製した。
【００２７】
【表１】
2004047792.tif 000003
【００２８】
表１に示したように、各塗料をダイノーミルで混合・分散して塗料化した高分子ＰＴＣ組成物を厚さ５０μｍのＮｉ箔上に塗布し、１５０℃×５分間の乾燥処理を行い、所定の大きさにシートカットした。このときの膜厚は、何れの例とも２００μｍとした。前記のカットされたシート２枚を塗布面を対向させて２００℃−２００ｋｇｆ／ｃｍ２×１５分間の条件下で熱プレスを行い、４ｍｍ角の大きさに加工して、高分子ＰＴＣ素子とした（素子厚みは何れの例とも３００μｍであった）。
【００２９】
また、比較例１では、樹脂に対して放熱材料（本実施例では窒化アルミニウム）を２００ｗｔ％混入したために、ＰＴＣ素子がトリップせずに抵抗値が変化しなかったことを示している。また、比較例２では、従来のように前記放熱材料を混入しなかったため、抵抗値がトリップのサイクル回数が増えるにつれ上昇していく傾向となり、このようなＰＴＣ素子は、繰り返し使用できるとはいえない。
【００３０】
実施例、比較例で作製した高分子ＰＴＣ素子について、室温（２５℃、４０ＲＨ％）の抵抗値Ｒ１、素子に１０Ａ定電流を１０秒流して素子をトリップさせた１時間後の抵抗値Ｒ２、さらに、これを１０回繰り返したサイクル１０回後の抵抗値Ｒ３を表２に示した。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
表２より、本発明で述べた樹脂組成物に所定量を混合した実施例１においては、抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３間で、ほとんど変化がなく、良好なＰＴＣ素子が得られた。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明のＰＴＣ素子の樹脂組成物においては、この樹脂組成物中の樹脂に対して放熱材料を１〜１００ｗｔ％混入し、またこの放熱材料がアルミナ、酸化亜鉛、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化チタンの少なくとも１種以上から選択されて混入しており、また前記樹脂の少なくとも１種がポリフッ化ビニリデン樹脂を用いることにより、繰り返し使用することのできる良好な高分子ＰＴＣ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による高分子ＰＴＣ素子の断面図。
【図２】従来の高分子ＰＴＣ素子の断面図。
【符号の説明】
１，１’　　金属電極基材（金属箔）
２，２’　　高分子ＰＴＣ組成物
３，３’　　フィラー
４，４’　　結晶性樹脂
５　　放熱材料
【図１】
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【図２】
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