(57)【要約】【課題】架橋のための電子線照射条件を最適化し、抵抗値変化が小さく、スイッチング温度が高く、機械的特性にも優れた有機ＰＴＣシート素子を効率良く製造し得る方法を提供する。【解決手段】導電性材料が分散されＰＴＣ特性を発現する有機樹脂材料からなる有機ＰＴＣシートを一対の金属電極で挟持してなる有機ＰＴＣ素子の製造方法であって、有機ＰＴＣシートに金属電極を形成した後、電子線を照射速度１００〜３００ｋＧｙ／分、照射線量１０〜１００ｋＧｙにて照射して樹脂を架橋させることを特徴とする有機ＰＴＣ素子の製造方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料が分散されＰＴＣ特性を発現する有機樹脂材料からなる有機ＰＴＣシートを一対の金属電極で挟持してなる有機ＰＴＣ素子の製造方法であって、
有機ＰＴＣシートに金属電極を形成した後、電子線を照射速度１００〜３００ｋＧｙ／分、照射線量１０〜１００ｋＧｙにて照射して樹脂を架橋させることを特徴とする有機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、導電性材料が分散されＰＴＣ特性を発現する有機樹脂材料からなる有機ＰＴＣシートを一対の金属電極で挟持してなる有機ＰＴＣ素子の製造方法に関し、より詳細には樹脂の架橋方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、有機ＰＴＣ素子は、樹脂中にカーボンブラック等の導電性材料の粉末を分散させた有機ＰＴＣシートを、一対の薄膜電極で挟持して構成されており、通電電流がある程度以上多くなると、自己発熱によって電気抵抗値が急激に上昇し、通電電流を制限する、所謂ＰＴＣ特性を有している。この有機ＰＴＣ素子は、従来から、ヒューズに代わるデバイス（例えば、過電流保護素子）等として用いられている。また、発熱量の上限が制限されることから、一定量の発熱を行わせたいヒータ素子としても用いられている。
【０００３】
しかし、有機ＰＴＣ素子では、樹脂の融点まで温度が上昇すると有機ＰＴＣ素子全体が変形するため、樹脂を架橋して耐熱性を向上させる必要があり、通常は化学架橋を行なったり、電子線（例えは特許文献１参照）あるいはγ線を照射することが行われている。
【特許文献１】
特許第３１８１２６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電子線照射は、照射速度として３０ｋＧｙ／分以下で行われており、架橋に要する時間が長くなり、生産性を高める上で大きな問題となっている。また、照射線量も２００ｋＧｙ以上が一般的であることから、得られる有機ＰＴＣ素子はトリップによる抵抗値変化が大きくなり、元の抵抗値に戻りにくくなったり、スイッチング温度が低くなったり、有機ＰＴＣシートが脆くなる等の問題が起っている。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、架橋のための電子線照射条件を最適化し、抵抗値変化が小さく、スイッチング温度が高く、機械的特性にも優れた有機ＰＴＣシート素子を効率良く製造し得る方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決すべく、本発明者らは照射速度を高めることを試みたが、照射速度がある一定以上に速すぎると樹脂が分解してガスを発生し、このガスが有機ＰＴＣシートと金属電極との間に滞留して気泡を生じ、接触抵抗を高めることが判明し、最適な照射速度を見出した。それともに、最適な照射速度に対応して、最適な照射量を見出した。本発明は、このような知見に基づくものである。
【０００７】
即ち、本発明は、上記の目的を達成するために、導電性材料が分散されＰＴＣ特性を発現する有機樹脂材料からなる有機ＰＴＣシートを一対の金属電極で挟持してなる有機ＰＴＣ素子の製造方法であって、
有機ＰＴＣシートに金属電極を形成した後、電子線を照射速度１００〜３００ｋＧｙ／分、照射線量１０〜１００ｋＧｙにて照射して樹脂を架橋させることを特徴とする有機ＰＴＣ素子の製造方法を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【０００９】
本発明において有機ＰＴＣ素子を得るには、先ず、従来と同様にして有機ＰＴＣシートの両面に金属電極を形成する。即ち、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン等の樹脂と、カーボンブラック、黒鉛、金属粉等の導電性材料とを混練して混練物を得、この混練物をロールで引き延ばしてシート状とし、有機ＰＴＣシートを得る。
【００１０】
次いで、好ましくは、有機ＰＴＣシートと金属電極との密着性を高めるために、有機ＰＴＣシートの両面を粗面化する。粗面化の方法に制限はないが、エッチングや凹凸面を有機ＰＴＣシートに押し付ける等の有機ＰＴＣシートの表面を直接粗面化する方法、あるいは有機ＰＴＣシートに粗面化した金属箔を熱圧着した後に金属箔を引き剥がす方法等を採ることができる。金属箔を引き剥がす場合、金属箔としては電解銅箔が安価であることから好ましく、熱圧着は例えば、５×１０６〜３００×１０６Ｐａ、１５０〜１９０℃で１０秒〜１０分間程度行うことにより、有機ＰＴＣシートに電解銅箔を十分に密着させることができる。
【００１１】
その後、粗面化された有機ＰＴＣシートの両面に薄膜電極を形成する。電極材料としては、ニッケル、銅、金等の金属が一般的であり、メッキ法、あるいはスパッリング等の蒸着法により容易に金属電極を形成することができる。中でも、ニッケルメッキ電極は、ＰＴＣシートを形成する樹脂との密着性が高く、しかも低コストで得られることから好ましい。
【００１２】
本発明では、金属電極を形成した後、電子線を照射して有機ＰＴＣシートの樹脂を架橋する。架橋条件は、照射速度が１００〜３００ｋＧｙ／分、好ましくは２００ｋＧｙ／分で、照射線量が１０〜１００ｋＧｙ、好ましくは３０〜５０ｋＧｙである。照射速度が３００ｋＧｙ／分よりも大きくなると、樹脂が分解してガスを発生し、このガスが有機ＰＴＣシートと金属電極との間に滞留して電極に脹れを生じ、接触抵抗が高まる。また、照射速度が１００ｋＧｙ／分よりも小さいと、架橋速度が遅く生産性に劣るようになる。一方、照射量が１００ｋＧｙより多いと、抵抗値変化が大きくなり、元の抵抗値に戻りにくくなったり、スイッチング温度が低くなったり、有機ＰＴＣシートが脆くなる。また、照射量が１０ｋＧｙより少ないと、架橋不足を招いて耐熱性に劣るようになる。
【００１３】
電子線照射装置等には制限がなく、従来の電子線照射装置を適宜選択して用いることができる。
【００１４】
上記により、本発明の有機ＰＴＣ素子が得られるが、架橋のための電子線照射条件を最適化したため、抵抗値変化が小さく、スイッチング温度が高く、機械的特性にも優れたものとなり、しかも効率良く製造できる。
【００１５】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００１６】
ポリエチレン粒子４７質量％と、カーボンブラック（平均粒径０．０４μｍ）５３質量％とを混練して得た混練物をロールプレス機で延伸し、厚さ０．３ｍのシート状として有機ＰＴＣシートを得た。次に、１００ｍｍ×１００ｍｍのシート片を切り出し、粗面化した電解銅箔で挟み込んで熱圧着し、次いでこの電解銅箔を引き剥がし、シート両面に電解ニッケル層３０μｍを形成した。そして、印加電圧７５０ｋＶ、照射速度を２００ｋＧｙ／分とし、照射線量を２０ｋＧｙ、５０ｋＧｙまたは２００ｋＧｙとして電子線を照射して試験片とした。また、比較のために、市販の有機ＰＴＣ素子を２種類（市販品Ａ、市販品Ｂ）用意した。そして、各試験片及び市販品Ａ、市販品Ｂを下記の各試験または測定に供した。
【００１７】
（トリップサイクル試験）
市販品Ａ、市販Ｂ及び各試験片から４．５ｍｍ×３．２ｍｍの表面実装タイプの素子に作製し、評価用プリント基板に最大２３０℃でリード線を半田付けして測定用試料とした。そして、各測定用試料について、−２０℃において、６Ｖ、６秒ＯＮ、５４秒ＯＦＦのトリップサイクル試験を行った。その際、抵抗値はＨＥＷＬＥＴＴ  ＰＡＣＫＡＲＤ社製デジタルマルチメータ「３０５７Ａ」を用いて測定し、通電回数による抵抗値の変化を測定した。尚、試験前（通電回数０）の測定用試料の抵抗値（初期抵抗値）も測定した。
【００１８】
結果を図１に示すが、電子線未照射の測定用試料は初期抵抗値が高く、７０回程度の通電で抵抗値が大きく上昇している。また、市販品Ａ及び市販品Ｂはともに通電回数が１００回を超えると抵抗値が大きく上昇する。これに対して照射線量が４０ｋＧｙ及び１００ｋＧｙの測定用試料は、通電回数が２０００回程度まで安定して作動させることが可能になる。また、照射線量が４００ｋＧｙになると、通電回数の向上は見られるものの初期の抵抗値が大きく、好ましくないといえる。
【００１９】
（半田付け試験）
トリップサイクル試験における測定用試料の作製に際し、半田付け前後の抵抗値を測定した。結果を図２に示すが、照射線量が４０ｋＧｙ及び１００ｋＧｙの測定用試料は、市販品Ａに比べても半田付けによる抵抗値の上昇が小さくなっている。
【００２０】
（Ｔ−Ｒ特性の測定）
トリップサイクル試験と同様にして測定用試料を作製し、熱電対とともに電気炉に入れ、１℃／分で昇温し、ＫＥＩＴＨＬＹ社製デジタルメータ「ＭＯＤＥＬ２０００」を用いて抵抗値と熱電対で測定した温度とを１分毎に読み取った。結果を図３に示すが、照射線量４０ｋＧｙの測定用試料が、初期抵抗が低く、抵抗値のジャンプ幅が最も大きく良好な結果を示した。照射線量１００ｋＧｙの測定用試料は、抵抗値のジャンプ幅が照射線量４０ｋＧｙの測定用試料に比べると小さいものの、市販品Ａと同等であり、しかも初期抵抗は市販品Ａよりも小さい。また、照射線量が４００ｋＧｙの測定用試料は抵抗値のジャンプ幅が小さいことに加えてスイッチング温度が低温側にシフトしている。
【００２１】
以上の結果から、電子線を照射速度１００〜３００ｋＧｙ／分で、照射線量１０〜１００ｋＧｙにて電子線を照射して樹脂を架橋させることにより、各種特性に優れる有機ＰＴＣ素子が得られることがわかる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、架橋のための電子線照射条件を最適化したことにより、抵抗値変化が小さく、スイッチング温度が高く、機械的特性にも優れた有機ＰＴＣシート素子を効率良く製造することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トラップサイクル試験の結果を示すグラフである。
【図２】半田付け試験の結果を示すグラフである。
【図３】Ｔ−Ｒ特性の測定結果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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