(57)【要約】【課題】  新たなＰＴＣ素子を提供する。【解決手段】  ＰＴＣ素子１０は、  （１）ＰＴＣ要素１２、  （２）ＰＴＣ要素の両側の主表面に配置された金属箔１４、および  （３）箔電極の少なくとも一方に配置された導電性金属シート要素１６を有し、ＰＴＣ素子の少なくとも１つ、好ましくは双方の露出表面を形成する、導電性金属シート要素の表面は、耐食性金属により構成されている。【選択図】  図１
2005033108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）ＰＴＣ要素、
（２）ＰＴＣ要素の両側の主表面に配置された金属箔、および
（３）箔電極の少なくとも一方に配置された導電性金属シート要素
を有して成るＰＴＣ素子であって、ＰＴＣ素子の少なくとも１つ、好ましくは双方の露出表面を形成する、導電性金属シート要素の表面は、耐食性金属により構成されていることを特徴とするＰＴＣ素子。
【請求項２】
ＰＴＣ要素は、導電性ポリマーでできている請求項１に記載のＰＴＣ素子。
【請求項３】
耐腐食性金属は、ニッケル、クロム、金または亜鉛である請求項１または２に記載のＰＴＣ素子。
【請求項４】
導電性金属シート要素は耐腐食性金属によりメッキされている請求項３に記載のＰＴＣ素子。
【請求項５】
導電性金属シート要素は、異なる金属材料の少なくとも２つの層により構成されたクラッド材で形成され、ＰＴＣ素子の露出表面を形成する層が耐腐食性金属でできている請求項３に記載のＰＴＣ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子、特にポリマーＰＴＣ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
導電性ポリマー材料から成る要素が２枚の金属箔電極の間に挟まれているポリマーＰＴＣ素子（以下、この素子を単に「ＰＰＴＣ素子」とも呼ぶ）は広く知られ、種々の分野で使用されている。この素子は、所定温度以上になると、その電気抵抗値が急激に増加し、電流の流れを実質的に遮断できるという特性を有する。この特性を利用して、具体的には、所定の回路において過電流が流れて素子の温度が上昇すると抵抗が大きくなって電流の流れを遮断できる性質を利用することによって回路を保護する目的でＰＰＴＣ素子が使用されている。過電流が流れ得る回路にＰＰＴＣ素子を配置する場合、例えば回路の２つの端子（または電極）の間にＰＰＴＣ素子が配置される。この場合、２つの端子が素子に向かって押圧することによってＰＰＴＣ素子が保持される。
【０００３】
ＰＰＴＣ素子は、上述のように素子の温度上昇によってその抵抗値が急激に増加するが、ＰＰＴＣ素子が配置されている回路の機能によっては、ＰＰＴＣ素子の温度上昇が過度に速いために予期しない回路の遮断が生じる場合がある。そのような不測の遮断を防止するために、ＰＰＴＣ素子の放熱を促進してＰＰＴＣ素子の速過ぎる温度上昇を防止することを意図して、金属箔電極上に銅メッキした鉄でできたヒートシンク（heat sink）要素（通常は、シート状要素）が配置されている。この要素は、素子と比較して大きな熱容量を有する（従って、熱溜めとして作用できる）ので、ＰＰＴＣ素子内で生じるジュール熱による素子の温度上昇を抑制する共に、素子の外部に熱を放出する機能を果たす。
【特許文献１】実開平２−４１６６３号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
回路内において、上述のようにヒートシンク要素を有するＰＰＴＣ素子を端子の間で挟んで使用する場合、素子を長期間使用すると回路の抵抗が増加し、その結果、ＰＰＣＴ素子が動作するまでの時間が短くなり過ぎるという問題が生じることに気付いた。この問題について、発明者が詳細に検討したところ、素子を挟むように対向する２つの端子は、素子を挟む方向に力が作用するようにバイアスされており、また、そのような端子の間に素子を容易に配置できるように、それぞれの端子は相互に向かって突出する突起部を有し、この突起部の間に素子が配置されるようになっており、端子のそのような突起と素子との間において腐食が生じ易く、その結果、これらの間の接触抵抗が増加し易いことを見出した。
【０００５】
上述の知見に基づいて、本発明は、
（１）ＰＴＣ要素、好ましくはシート状のＰＴＣ要素、
（２）ＰＴＣ要素の両側の主表面に配置された金属箔、および
（３）箔電極の少なくとも一方に配置された導電性金属シート要素
を有して成るＰＴＣ素子であって、ＰＴＣ素子の少なくとも１つ、好ましくは双方の露出表面を形成する、導電性金属シート要素の表面は、耐食性金属により構成されていることを特徴とするＰＴＣ素子を提供する。本発明のＰＴＣ素子は、所定の回路に配置して回路保護素子として使用できる。
【０００６】
導電性金属シート要素は、先に説明したようなヒートシンク要素として作用してＰＴＣ素子の熱容量を増加させるとともに、ＰＴＣ素子を回路に配置した場合、平常時の回路の作動に際して実質的に悪影響を与えないほどの小さい電気抵抗値（即ち、導電性）を有する。一般的に、導電性金属シート要素はその全体が金属製であればよい。
【０００７】
導電性金属シート要素の該表面（即ち、ＰＴＣ素子の露出表面を形成する、導電性金属シートの表面）を構成する耐食性金属は、例えばニッケル、クロム、金、亜鉛およびアルミニウムから選択される少なくとも１種（以下、「耐食性金属」とも呼ぶ）により構成されている。耐食性金属は、単一の金属であっても、合金であってもよい。導電性金属シート要素の該表面以外の部分は、導電性であれば特に限定されるものではなく、該表面と同じ材料であっても、あるいは異なる材料（即ち、複合材料）であってもよい。
【０００８】
同じ材料である場合、この導電性金属シート要素は、１種の耐食性金属のシートであり、例えば無垢の耐食性金属材料のシートから形成されていてよい。異なる材料である場合、導電性金属シート要素は、例えばクラッド材料またはメッキされた材料で構成されていてよい。クラッド材料である場合、該表面を構成する側の金属部分が耐食性金属であり、他の部分が別の金属でできている。また、メッキされた材料である場合、該表面を構成する側が耐食性金属のメッキ層で形成され、メッキ層を上に形成する部分は別の金属でできていてよい。メッキの代わりに耐食性金属の薄層を貼り合わせたものであってもよい。そのような種々の形態で使用する別の金属としては、例えば鉄、銅、ニッケル、クロム、金、亜鉛、アルミニウム、ステンレススチール（SUS）等を例示できる。明らかなように、別の金属は、耐食性金属であってもよい。
【０００９】
導電性金属シート要素は、シート形状である。即ち、要素の二次元的な広がり（長さ、幅等）に比べてその厚さ（二次元に対して垂直な方向のディメンション）が小さいものである。導電性金属シート要素の厚さは、特に限定されるものではなく、目的とする回路におけるＰＴＣ素子の機能に応じて適当に選択できる。
【００１０】
耐食性なる用語は、ＰＴＣ素子を使用する雰囲気において、ＰＴＣ素子の露出表面を構成する材料としての耐食性金属が、Ｃｕより耐腐食性であることを意味する。具体的には、露出表面が銅となるように導電性金属シート要素を有するＰＴＣ素子（「基準ＰＴＣ素子」とも呼ぶ、後述の比較例１において製造したもの）と、本発明のＰＴＣ素子とをそれぞれ銅製端子間に配置して、同じ条件で所定期間保存した場合において、端子とＰＴＣ素子との間の接触抵抗の増加割合（初期接触抵抗値に対する２６４時間後の接触抵抗値）が、本発明のＰＴＣ素子については基準ＰＴＣ素子より小さいことを意味する。特に好ましい態様では、相対湿度８５％、温度８５℃の雰囲気において２６４時間保存した後における接触抵抗の増加割合が、本発明のＰＴＣ素子については基準ＰＴＣ素子の１／２倍以下、好ましくは１／３倍以下である。尚、接触抵抗値の測定については、素子の個体差に起因するバラツキがあるので、無作為に抽出した少なくとも１０個の素子について測定を実施し、その算術平均値に基づいて、増加割合を求める。また、本発明のＰＴＣ素子自体の接触抵抗の増加割合（２６４時間後ｖｓ．保存開始前）が好ましくは約３倍以下、より好ましく約２倍以下、最も好ましくは約１．５倍以下、例えば約１．２倍以下である。
【００１１】
本発明のＰＴＣ素子において、ＰＴＣ要素はＰＴＣ特性を示す材料（例えばセラミックス材料）で構成され、特に好ましい態様では、ＰＴＣ要素は、導電性ポリマーにより形成されている。即ち、本発明の特に好ましいＰＴＣ素子は、ＰＰＴＣ素子である。ＰＴＣ特性を示す導電性ポリマーは周知であり、そのような周知の導電性ポリマーのいずれを使用してもよい。例えば特開昭５５−７８４０６号公報に記載されている。そのような導電性ポリマーは、例えばカーボンブラックのような導電性フィラーが分散している結晶性ポリエチレンであってよい。
【００１２】
ＰＴＣ要素は、いずれの適当な形態であってもよいが、層状またはシート状であるのが好ましい。シートまたは層の寸法は特に限定されるものではなく、目的する素子の性能を発揮するように選択される。例えば３〜１０ｍｍ×６〜８ｍｍ×０．２〜１ｍｍのシート状のポリマーＰＴＣ要素を使用できる。
【００１３】
そのようなＰＴＣ要素の両主表面に金属箔が配置されている。この金属箔は、ＰＴＣ素子の本来の電極として機能する。そのような金属箔は、ＰＴＣ素子に通常用いられている金属の箔であってよい。具体的には、銅箔、ニッケルメッキした銅箔等であってよい。金属箔電極の配置は、例えば、溶融押出によって形成した導電性ポリマー要素の両側に金属箔電極を配置して熱圧着することによって実施してよい。
【００１４】
本発明のＰＴＣ素子において、上述のような金属箔電極の少なくとも一方、好ましくは両方の上に導電性金属シート要素が配置されており、導電性金属シートの露出表面がＰＴＣ素子の露出表面を構成する。
【００１５】
尚、ＰＴＣ要素上への金属箔の配置および金属箔上への導電性金属シートの配置は、これらの材料の性質に応じていずれの適当な方法で実施してもよい。例えばＰＴＣ要素が導電性ポリマーでできている場合、金属箔の配置は、要素上に金属箔を載せて熱圧着することによって実施できる。金属箔上への導電性金属シートの配置はハンダ付けによって実施してよい。別法では、レーザー溶接または抵抗溶接することによって、これらの配置を実施してよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＰＴＣ素子では、その露出表面が耐食性金属でできているので、それを配置する端子との間における腐食が抑制され、接触抵抗が増加するのが有効に防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明のＰＴＣ素子の１つの好ましい形態を断面図にて模式的に示す。本発明のＰＴＣ素子１０では、２つの金属箔１４の間にＰＴＣ要素（例えば導電性ポリマーでできた要素）１２が配置され、金属箔１４の上に導電性金属シート要素１６が配置されている。導電性金属シートは耐腐食性金属でできている。本発明のＰＴＣ素子では、素子１０の露出表面１８の少なくとも一方、好ましくは、図示するように、双方が耐食性金属により構成されている。
【００１８】
好ましい態様では、導電性金属シート要素１６は、素子の外側表面を構成する材料は耐食性金属であり、金属箔電極と接する側は、金属箔電極との接続、例えばハンダ接続に適した金属で構成される。例えば、２層構造のクラッド材料を使用する場合、素子の外側表面を構成する層を亜鉛から形成し、金属箔電極と接する層をニッケルから形成したものを使用できる。
【００１９】
本発明の素子は、例えば図２に示すように端子２０間に配置する。この端子は弾性材料で形成され、素子１０を保持するために矢印で示すように配置された素子１０に向かって力が自動的に作用するようにバイアスされている。また、端子には、端子同士の面接触を避けて素子を端子間に容易に配置できるように突起部２２が設けられている。尚、突起部の数は、複数であってもよい。このように突起部２２と素子１０の露出表面との間での接触に際して、本発明の素子では露出面が耐食性金属でできているので、接触抵抗の増加が極力抑制できる。
【実施例１】
【００２０】
（比較例１）
粉末状カーボンブラック（登録商標Ｒaven  ４３０Ｕ、コロンビアケミカル製）５４質量部および高密度ポリエチレン（商標登録Ｐetrothene  ＬＢ８３２、ミレニウム製：「ＨＤＰＥ」）４６質量部をヘンシェルミキサーによって予備混練して、その後、ニーダーで混合し、ペレット状に押し出すことにより第１のコンパウンドを調製した。また、同様にカーボンブラック５１.４質量部とＨＤＰＥ４８.６質量部とを同一の方法で混合してペレットとし、第２のコンパウンドを調製した。第１及び第２のコンパウンドのペレットをが混合して、５カーボンブラック２.７質量部とＨＦＰＥ４７.３質量部とを含む最終的なコンパウンドを得た。
【００２１】
このコンパウンドをシート状のダイを用いて加熱押出することにより厚さ０．３３ｍｍの導電性ポリマーのシートを得た。このシートの両側に、厚さ０．０３５ｍｍの金属箔としてのニッケルメッキした銅箔（福田金属箔粉工業製）をプレスを用いて熱融着し、その後、放射線照射し、３．６ｍｍ×７．１ｍｍ×０．４ｍｍのチップを１０個を打ち抜いた。このようにして得られたチップは、ＰＴＣ要素（１２）の両側に金属箔（１４）を有する。
【００２２】
そして、チップの両側の金属箔（１４）の上に、銅メッキした鉄でできた導電性金属シート要素（１６）（３．６ｍｍ×７．１ｍｍ×０．４ｍｍ）を半田付けにて装着して基準ＰＴＣ素子（１０）を得た。
【００２３】
得られたＰＴＣ素子を端子（２０）の間に挟んで端子を含むＰＴＣ素子の抵抗値を測定し、その後、温度８５℃、相対湿度８５％の条件の環境下で保存した。保存開始から１２０時間経過後、室温にて１時間放置し、端子を含むＰＴＣ素子の抵抗値を測定した。その後、同じ環境で保存し、保存開始から２６４時間後に同様にして端子を含むＰＴＣ素子の抵抗値を測定した。更に、保存開始から５２０時間後にも同様に抵抗値を測定した。
【００２４】
尚、抵抗値の測定には、４端子法を使用し、測定は４回実施した。そして、ＰＴＣ素子自体の抵抗値も測定し、端子を含むＰＴＣ素子の抵抗値からＰＴＣ素子の抵抗値を差し引くことによって接触抵抗の値を求めた。測定結果を、表１に示す。
尚、表において、I.D#はチップ番号を、AVGは算術平均値、STDは標準偏差を、MAXは最大値を、MINは最小値を意味する。
【００２５】
【表１】
2005033108.tif 000003
【実施例２】
【００２６】
（比較例２）
導電性金属シート要素（１６）として黄銅製のものを使用した以外は、比較例１を繰り返した。測定結果を、表２に示す。
【００２７】
【表２】
2005033108.tif 000004
【実施例３】
【００２８】
（実施例１）
導電性金属シート要素（１６）としてニッケル製のものを使用した以外は、比較例１を繰り返した。測定結果を、表３に示す。
【００２９】
【表３】
2005033108.tif 000005
【実施例４】
【００３０】
（実施例２）
導電性金属シート要素（１６）としてニッケルメッキしたステンレススチールを使用した以外は、比較例１を繰り返した。測定結果を、表４に示す。
【００３１】
【表４】
2005033108.tif 000006
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のＰＴＣ素子では、接触抵抗の増加が有効に防止されるので、例えば、金属端子またはリードによってＰＴＣ素子が挟まれた状態で使用される場合に、本発明のＰＴＣ素子を好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の素子の１つの態様の模式的断面図である。
【図２】図２は、本発明の素子を端子間に配置した様子を模式的断面図にて示す。
【符号の説明】
【００３４】
１０…ＰＴＣ素子、１２…ＰＴＣ要素、１４…金属箔、
１６導電性金属シート要素、１８…素子の露出表面、２０…端子、
２２…突起部。
【図１】
2005033108.tif 000007
【図２】
2005033108.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月15日(2003.10.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
（比較例１）
粉末状カーボンブラック（登録商標Ｒaven  ４３０Ｕ、コロンビアケミカル製）５４質量部および高密度ポリエチレン（商標登録Ｐetrothene  ＬＢ８３２、ミレニウム製：「ＨＤＰＥ」）４６質量部をヘンシェルミキサーによって予備混練して、その後、ニーダーで混合し、ペレット状に押し出すことにより第１のコンパウンドを調製した。また、同様にカーボンブラック５１.４質量部とＨＤＰＥ４８.６質量部とを同一の方法で混合してペレットとし、第２のコンパウンドを調製した。第１及び第２のコンパウンドのペレットをが混合して、カーボンブラック５２.７質量部とＨＤＰＥ４７.３質量部とを含む最終的なコンパウンドを得た。