(57)【要約】【課題】従来に比べて製造コストを低減した高分子ＰＴＣ素子およびその製造方法を得る。【解決手段】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素子において、前記高分子ＰＴＣ素子を構成する高分子ＰＴＣ組成物が、金属電極箔に間欠塗工されて形成された高分子ＰＴＣ素子とする。【選択図】　図１
2004047793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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高分子ＰＴＣ素子において、前記高分子ＰＴＣ素子を構成する高分子ＰＴＣ組成物が、金属電極箔に間欠塗工されて形成されたことを特徴とする高分子ＰＴＣ素子。
【請求項２】
前記金属電極箔が電極リードとさ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】
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高分子ＰＴＣ素子の製造方法において、前記高分子ＰＴＣ素子を構成する高分子ＰＴＣ組成物を、金属電極箔に間欠塗工することを特徴とする高分子ＰＴＣ素子の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の高分子ＰＴＣ素子の製造方法において、塗工ラインにカレンダーロールを取り付けて、高分子ＰＴＣ組成物を塗工した２つの原反の塗工面同士を張り合わせることを特徴とする高分子ＰＴＣ素子の製造方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の高分子ＰＴＣ素子の製造方法において、金属電極箔を、電極リードとすることを特徴とする高分子ＰＴＣ素子の製造方法。
【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　：　正温度係数の略）を有する高分子ＰＴＣ組成物に関するものであり、詳細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素子およびその製造方法に関する。
【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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
また、その原理は、前記導電粒子が結晶性高分子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、結晶性高分子結晶融点Ｔｍを境にして相対的に結晶性高分子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、抵抗率が急に上昇していく。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元の低い抵抗値となる。
【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、結晶性を有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導電粒子を混練（混合）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高分子ＰＴＣ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、電極端子を取りつけて素子を作製する方法が挙げられる（乾式方法）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一方、３本ロール、遊星ミル、サンドミル等で代表される湿式混合、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℃以上の高い融点を有する結晶性高分子を用いる場合、常温で溶解可能な有機溶剤はほとんどなく、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一部可能であるが、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、すなわち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】
そこで、従来より塗工で用いられる高分子ＰＴＣ組成物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高分子ＰＴＣ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、本発明ではこの系統の樹脂を多く用いる。しかしながら、従来のように、塗工後に塗工面同志を熱プレス等で張り合わせてから素子形状に打抜き、その後、本発明のような用途で用いられるようなリード板を備えた高分子ＰＴＣ素子においてはリフロー等のはんだ付けを行うことによる加工、検査工程が複数必要になり、また、はんだ不良による素子の歩留低下等により工数が増えるために素子の製造費用が高くなる問題が発生する。
【００１１】
本発明の目的は、前記高分子ＰＴＣ素子の高分子ＰＴＣ組成物を間欠塗工することにより、従来に比べて製造コストを低減した高分子ＰＴＣ素子およびその製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
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高分子ＰＴＣ組成物を塗工して、高分子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。
【００１３】
さらに、本発明に用いる高分子ＰＴＣ組成物として、導電粒子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、抵抗が低く、熱伝導率が高いＴｉＣ等の金属炭化物を多く用いる。
【００１４】
本発明は、金属電極の表面に高分子ＰＴＣ組成物を間欠塗工した後に、塗工面を貼り合わせて、高分子ＰＴＣ素子を得るものであり、詳しくは塗工部分がＰＴＣ特性の役割を担う箇所であり、未塗工部分がリードの部分に相当する。前記塗工したシートを所定の大きさにスリットした後、塗工面が対向するようにカレンダーロールによりプレスされて製品ができる構成にすることにより、従来のリード加工に必要であったリフロー等のはんだ付工程が省略され、製造コストが低減される。
【００１５】
本発明に用いられる高分子ＰＴＣ組成物における導電粒子／結晶性高分子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、導電粒子量が少ないために低抵抗な素子が得られず、また、９８対２を超えれば、樹脂量が少ないために電極への接着力が弱くなり、さらに良好なＰＴＣ特性が得られない。
【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素子およびその製造方法について、以下に説明する。
【００１７】
本発明の実施の形態の高分子ＰＴＣ素子は、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素子であって、前記高分子ＰＴＣ素子を構成する高分子ＰＴＣ組成物が、金属電極箔に間欠塗工されて形成された高分子ＰＴＣ素子である。ここで、前記金属電極箔が、電極リードとされた高分子ＰＴＣ素子である。
【００１８】
本発明の実施の形態の高分子ＰＴＣ素子の製造方法は、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高分子ＰＴＣ素子の製造方法であって、前記ＰＴＣ素子を構成する高分子ＰＴＣ組成物を、金属電極箔に間欠塗工する高分子ＰＴＣ素子の製造方法である。
【００１９】
また、本発明の実施の形態による高分子ＰＴＣ素子の製造方法は、塗工ラインにカレンダーロールを取り付けて、塗工した２つの原反の塗工面同士を張り合わせる高分子ＰＴＣ素子の製造方法である。
【００２０】
図３は、本発明の高分子ＰＴＣ素子の製造工程と、従来の高分子ＰＴＣ素子の製造工程との比較図である。
【００２１】
（実施例）
本発明の実施例による高分子ＰＴＣ素子およびその製造方法について、以下に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施例による高分子ＰＴＣ素子の断面図である。図１にて、２は高分子ＰＴＣ組成物であり、前記高分子ＰＴＣ組成物２は、結晶性高分子４と導電粒子３にて形成され、高分子ＰＴＣ組成物２の両面には、はんだ接着層６が形成され、さらに、はんだ接着層６には、電極リード板７が形成されている。
【００２３】
ここで、導電粒子３としてＴｉＣ、および結晶性高分子であるポリフッ化ビニリデンを８０／２０重量％の割合で混合して、溶媒としてＮ−メチルピロドリンを用いて７０００〜８０００ＣＰＳに粘度調整を行う。その塗料を厚み３０μｍのＮｉ箔上に間欠塗工して、所定の幅にスリットを形成した。
【００２４】
次に、２つのスリットが形成された原反（塗工されたシート）を所定の位置でカレンダロールでプレスを行った後、切断して５ｍｍ角の素子とした。ここで、リード長は１ｍｍとした。
【００２５】
（比較例）
前記同様に、塗料を３０μｍのＮｉ箔上に塗工して、スリットおよびシート切断工程を経て、２枚のシートを熱プレスして、そのプレス体を実施例１と同様の素子形状に打ち抜き、前記素子上にＮｉリード板をはんだで取り付けた。以上の実施例および比較例の素子において、各々１００個について、初期抵抗値を測定して、その平均値とばらつきを調査した。その結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
2004047793.tif 000003
【００２７】
表１より、本発明の高分子ＰＴＣ素子は、比較例に比べて初期抵抗値は低く、測定値のばらつきが小さい傾向が得られた。このことは、はんだ付け時に、素子に約２００℃の熱負荷がかかることによる接着不良、または、はんだ不良による抵抗のばらつき、および増大が原因と推定される。以上の記述で明らかなように、従来と比べて、本発明の製造方法によれば、素子特性の向上および工数、製造時間の短縮が可能となり、結果的に高分子ＰＴＣ素子の製造費用が低減される。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明における高分子ＰＴＣ素子の製造方法によれば、前記高分子ＰＴＣ素子を構成する高分子ＰＴＣ組成物を間欠塗工することにより高分子ＰＴＣ素子を製造すること、および前記塗工ラインにカレンダーロールを取り付けて、塗工した２つの原反の塗工面同士を張り合わせることにより、従来に比べて工数が減少することにより製造コストを低減することができる。
【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。
【図３】本発明の高分子ＰＴＣ素子の製造工程と従来の高分子ＰＴＣ素子の製造工程との比較図。
【符号の説明】
１　　金属電極基材（金属箔）兼電極リード板
２　　高分子ＰＴＣ組成物
３　　導電粒子
４　　結晶性高分子
５　　金属箔
６　　はんだ接着層
７　　電極リード板
【図１】
2004047793.tif 000004
【図２】
2004047793.tif 000005
【図３】
2004047793.tif 000006