(57)【要約】【課題】  過負荷に基づく発熱や周囲の温度上昇等が生じても、シート体と金属体の密着を確保できる温度に依存して電気抵抗が変化する素子を提供する。【解決手段】  高分子系の導電性組成物からなるシート１の表裏両面に、金属片１０の一部１１をそれぞれ重ねて接着し、接着された各金属片１０の一部１１に複数の排気孔２０を穿孔する。複数の排気孔２０がシート１と金属片１０の間にガスが充満するのを抑制防止したり、シート１と金属片１０の膨張係数の相違を緩和するので、過負荷に基づく発熱、又は周囲の温度上昇により、シート１の表裏両面と金属片１０の間に空隙や剥離が生じるのを防止できる。よって、シート１と金属片１０の密着を確保することができ、これにより、通電部と非通電部とにギャップが生じ、遮断機能の低下を招いたり、深刻な事態を惹起するおそれを排除できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子系の導電性組成物からなるシート体に、複数の金属体を取り付けた温度に依存して電気抵抗が変化する素子であって、
金属体に排気孔を設けたことを特徴とする温度に依存して電気抵抗が変化する素子。
【請求項２】
シート体の両面に金属体の一部をそれぞれ重ねて接着し、各金属体の残部を回路接続用のリードとし、各金属体の一部に複数の排気孔を設けた請求項１記載の温度に依存して電気抵抗が変化する素子。
【請求項３】
複数の排気孔を、シート体に重ねて接着される金属体の一部の表面積当たり１〜２０％設けた請求項２記載の温度に依存して電気抵抗が変化する素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度に依存して電気抵抗が変化する素子に関し、より詳しくは、温度に依存して電気抵抗が増加するＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）特性、あるいは温度に依存して電気抵抗が減少するＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）特性を有する素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度に依存して電気抵抗が変化する素子、例えばＰＴＣ素子は、モータや電池等を保護する目的で使用され、セラミック系と高分子系とに分類される。高分子系のＰＴＣ素子は、図４や図５に示すように、高分子材料に導電性微粒子が分散した高分子系の導電性組成物からなるシート１を備え、このＰＴＣ特性を有するシート１の表裏両面に、ニッケル等からなる金属片１０の一部１１がそれぞれ貼着され、各金属片１０の残部がリード１２を形成しており、このリード１２がハンダや抵抗溶接等の手段により回路に接合される（特許文献１、２参照）。
【０００３】
このようなＰＴＣ素子は、電流が正常に給電されている場合には、低抵抗であるが、過電流が突発的に給電された場合には、高抵抗となって通電を遮断し、回路を保護するよう機能する。また、回路が長時間使用されると、回路等から発生する熱が電池を暖め、これに起因して電池の破裂が考えられるが、ＰＴＣ素子を活用すれば、電池の耐久性が限界に達する前に通電を遮断し、電池を保護することができる。
【０００４】
なお、上記過負荷に基づく発熱、あるいは周囲の温度上昇により、ＰＴＣ素子の高分子が軟化点、又は融点に達すると、ＰＴＣ素子の体積が急激に膨張して一対のリード１２間の距離が大きくなり、ＰＴＣ素子は抵抗値を急激に上昇させる。この抵抗値の急激な上昇を一般にトリップというが、このトリップは、（１）開始温度、（２）抵抗上昇のこうばい、（３）最終的に達する抵抗値（最大０抵抗値という）を要素とし、これらの要素が回路の要求特性等により設定される。
【特許文献１】特開２００２−３４３６０６号公報
【特許文献２】特開２００２−３６７８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
温度に依存して電気抵抗が増減する従来の素子は、以上のように構成され、シート１の表裏両面が一対の金属片１０によりそれぞれ被覆されるが、過負荷に基づく発熱、又は周囲の温度上昇により、シート１の表裏両面と金属片１０との間に空隙や剥離が生じ、シート１と金属片１０との密着を確保できないことがある。この場合には、通電部と非通電部とにギャップが発生し、通電部に電流が通常よりも多く流れることとなり、遮断機能の低下を招いたり、さらに深刻な事態を惹起するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みなされたもので、過負荷に基づく発熱や周囲の温度上昇等が生じても、シート体と金属体との密着を確保することのできる温度に依存して電気抵抗が変化する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】
【０００７】
本発明者等は、上記課題を鋭意検討した結果、シートと金属片との密着を確保できなくなるのは、加熱冷却サイクル等に基づく温度上昇により、シート体から各種のガス等が発生し、シート体と金属体との間に剥離が発生することが原因であるのを確認した。これを解決するには、シート体から発生するガス用の排気孔を確保し、この排気孔により、シート体と金属体との間にガスが充満するのを防ぐとともに、シート体と金属体との膨張係数の相違を緩和すれば良いのを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
本発明においては、上記課題を解決するため、高分子系の導電性組成物からなるシート体に、複数の金属体を取り付けた温度に依存して電気抵抗が変化するものであって、
金属体に排気孔を設けたことを特徴としている。
なお、シート体の両面に金属体の一部をそれぞれ重ねて接着し、各金属体の残部を回路接続用のリードとし、各金属体の一部に複数の排気孔を設けることができる。
また、複数の排気孔を、シート体に重ねて接着される金属体の一部の表面積当たり１〜２０％設けることができる。
【０００９】
ここで、特許請求の範囲におけるシート体や金属体は、矩形が主ではあるが、多角形や楕円形等でも良い。「温度に依存して電気抵抗が変化する」とは、温度に依存して電気抵抗が増加すること、あるいは温度に依存して電気抵抗が減少することをいう。「温度に依存して電気抵抗が変化する素子」には、ＰＴＣ素子とＮＴＣ素子のいずれもが含まれる。また、排気孔は、全ての金属体に設けることもできるし、任意の金属体だけに設けることもできる。この排気孔は、円形、楕円形、矩形、多角形等の形状に形成することができ、金属体の他、シート体をも貫通していても良い。複数の排気孔は、金属体の一部の表面積当たり、１〜２０％穿孔すると良い。さらに、この複数の排気孔は、金属体の一部に局部的な配置ではなく、均一な配置態様で穿孔すると良い。
【００１０】
本発明によれば、シート体から発生する気体を排気孔により外部に排出することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、例え過負荷に基づく発熱や周囲の温度上昇等が生じても、シート体と金属体とを良好に密着させ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】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明すると、本実施形態における温度に依存して電気抵抗が変化する素子は、図１や図２に示すように、矩形を呈したシート１の表裏両面に、電極板である金属片１０の一部１１が部分的に接着され、接着された各金属片１０の一部１１に複数の排気孔２０が均一に貫通して穿孔されており、自動車のモータ、電池、スピーカ、コンピュータ回路等を保護するＰＴＣ素子として利用される。
【００１３】
シート１は、高分子材料にカーボン等の導電性微粒子が所定量分散した高分子系の導電性組成物からなり、長方形等に形成される。このシート１の材料としては、例えばエチレン−酢酸ビニルを代表とするカルボン酸ビニルとエチレン、エチレン−メチルアクリレート、エチレン−エチルアクリレート、及びエチレン−ブチルアクリレート等のアクリル酸エステルとエチレンとの共重合体、エチレン−メチルメタクリレートやエチレン−エチルメタクリレート等のメタクリ酸エステルとエチレンとの共重合体があげられる。
【００１４】
なお、ポリエチレン、ホモタイプのポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン等の結晶性高分子を配合すれば、トリップ挙動を調整することができる。
【００１５】
シート１には、金属片１０との接着性を確保する観点から、所定のエラストマーの配合されることが好ましい。この金属片１０との接着性に優れるエラストマーとしては、エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＲ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）等のエチレン−αオレフィン−ジエン共重合体、スチレン−エチレン−ブタジエン共重合体等のスチレン系ゴム、ポリエステル系ゴム、アクリル系ゴム、ブタジエン系ゴム、イソプレン系ゴム、天然ゴム等の未架橋ゴムに、カルボン酸又はその無水化物等の酸性を有する官能基、水酸基、エポキシ基等の金属片１０との親和性を有する官能基をもつエラストマーがあげられる。
【００１６】
なお、ＰＴＣ素子は耐熱性付与のため、放射線や電子線の照射により架橋が施されるが、上記接着成分は放射線や電子線の照射により、金属との接着強度、換言すれば、剥離強度が５０〜５００％程度まで向上する。シート１に金属片１０との接着性を付与しない場合には、電解銅箔等の微細な凹凸を有する金属箔を用い、アンカー効果により一体化物を得た後、ハンダ等の導電性接着剤を使用して金属片１０を貼着すれば良い。
【００１７】
金属片１０は、所定の金属を使用して長方形等に形成され、その一部１１が装着部としてシート１に重ねて接着されるとともに、フリーの残部がリード１２を形成しており、このリード１２がハンダや抵抗溶接等の手段により回路に接合される。この金属片１０の材料としては、特に限定されるものではないが、金、銀、チタン、パラジウム、ニッケル、鉛、亜鉛、アルミニウム、ステンレス、ジュラルミン等があげられる。
【００１８】
金属片１０は、銅箔、鉄箔、銅系合金箔、鉄系合金箔等の酸化しやすい金属の場合には、金、パラジウム、亜鉛、錫、ニッケル等から選択される金属によりメッキ処理され、表面保護層が形成される。金属片１０の厚さについては、特に限定されるものではなく、任意に選択可能である。
なお、金属片１０については、ソーダ塩類、燐酸塩類、アンモニア塩類から選択される化合物の水溶液、無機酸、有機酸から選ばれる化合物、若しくはこれらの化合物の水溶液に浸漬して酸化物と金属片１０の一部１１を溶解させる等して洗浄が可能である。
【００１９】
複数の排気孔２０は、金属片１０の一部１１において表面積当たり１〜２０％、好ましくは１〜１０％の占有率で規則的に並べて穿孔され、ガス用の排気孔としてシート１と金属片１０との間にガスが充満するのを抑制防止するとともに、シート１と金属片１０との膨張係数の相違を緩和するよう機能する。
【００２０】
排気孔２０の数が金属片１０の一部１１における表面積当たり１％以上なのは、１％未満の場合には、シート１と金属片１０との間にガスが充満するのを防ぐことができないおそれがあるからである。これに対し、２０％を超える場合には、シート１と金属片１０との接触面積が減少して抵抗値が増加し、ＰＣＴ素子としての役割を果たさなくなったり、ＰＣＴ素子の剛性が弱体化するからである。
【００２１】
ＰＴＣ素子は、一般的には数ボルトの電位差の回路で使用されるが、電池等からなる電源の異常を想定して最高５０Ｖの直流電圧に耐え得るよう設計される。また、ＰＴＣ素子のシート１は、高分子系組成物からなるので、１５０℃を超える温度に達すると、高分子が劣化し、温度が２００℃を超えると、深刻な事態を招くおそれがある。したがって、ＰＴＣ素子は、１５０℃以下、好ましくは１００℃以下、より好ましくは８０℃以下で発熱するよう設計される。
【００２２】
上記構成によれば、複数の排気孔２０がシート１と金属片１０との間にガスや気泡が充満するのを抑制防止したり、シート１と金属片１０との膨張係数の相違を緩和するので、過負荷に基づく発熱、又は周囲の温度上昇により、シート１の表裏両面と金属片１０との間に空隙や剥離が生じるのを防止することができる。したがって、シート１と金属片１０との密着を確保することができ、これにより、通電部と非通電部とにギャップが生じ、遮断機能の低下を招いたり、さらに深刻な事態を惹起するおそれを有効に排除することができる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明に係る温度に依存して電気抵抗が変化する素子の実施例について比較例と共に説明する。
【００２４】
先ず、表１に示す配合組成の材料を加圧ニーダにより１５分間混練して混練物を調製し、この混練物を取り出して直ちに一対の圧延ローラに投下し、厚さ約２２０μｍのシート体を得た。加圧ニーダは予め１６０℃に温度調整しておいた。こうしてシート体を得たら、ビク歯により５×１２ｍｍの大きさのシートに加工した。
なお、無水マレイン酸変性ＥＰＲに含有される無水マレイン酸の作用により、シートには、金属との接着性を付与した。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
次いで、ニッケル板を厚さ１２５μｍに圧延して一対の金属片を作製し、金属片の一部にその表面積当たり０．５％の排気孔を穿孔したもの、１％の排気孔を穿孔したもの、１０％の排気孔を穿孔したもの、２０％の排気孔を穿孔したもの、２５％の排気孔を穿孔したもの、排気孔を穿孔しないもの（図４参照）をそれぞれ用意した。こうして６種類のタイプを用意したら、シートの表裏両面に６種類の金属片をそれぞれ重ねるようにして固定治具に１００セット分固定し、そのまま１８０℃に温度調整しておいたプレス装置にセットして１０Ｎに加圧し、５分後に加圧したままプレス装置に冷却水を循環させた。
【００２７】
冷却水を循環させたところ、１０分後に温度が５０℃に低下したので、これを取り出して金属片の一部にその表面積当たり０．５％の排気孔を備えた実施例１のＰＴＣ素子、１％の排気孔を備えた実施例２のＰＴＣ素子、１０％の排気孔を備えた実施例３のＰＴＣ素子、２０％の排気孔を備えた実施例４のＰＴＣ素子、２５％の排気孔を備えた実施例５のＰＴＣ素子、排気孔を有しない比較例のＰＴＣ素子を得た。
【００２８】
得られた６種類のＰＴＣ素子を図３の通電回路装置にセットし、１００Ｖ、５０Ｖ（直流）の設定で通電し、熱電対によりＰＴＣ素子の発熱状況を確認した。すると、実施例１のＰＴＣ素子は１２３℃、実施例２のＰＴＣ素子は７５℃、実施例３のＰＴＣ素子は５２℃、実施例４のＰＴＣ素子は４３℃、実施例５のＰＴＣ素子は４１℃、比較例のＰＴＣ素子は１７５℃であった。
【００２９】
さらに、６種類のＰＴＣ素子を図３の通電回路装置にセットし、１００Ｖ、５０Ｖ（直流）の設定で通電し、熱電対によりＰＴＣ素子の発熱状況を確認した。すると、実施例１のＰＴＣ素子は１５０℃、実施例２のＰＴＣ素子は１００℃、実施例３のＰＴＣ素子は８５℃、実施例４のＰＴＣ素子は７６℃、実施例５のＰＴＣ素子は７２℃、比較例のＰＴＣ素子は２００℃以上になり、やがて白煙の発生と共に発火した。
【００３０】
また、ＰＴＣ素子の電気抵抗を測定したところ、実施例１のＰＴＣ素子は１０Ω・ｃｍ、実施例２のＰＴＣ素子は１２Ω・ｃｍ、実施例３のＰＴＣ素子は１５Ω・ｃｍ、実施例４のＰＴＣ素子は２５Ω・ｃｍ、実施例５のＰＴＣ素子は１００Ω・ｃｍ、比較例のＰＴＣ素子は７Ω・ｃｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る温度に依存して電気抵抗が変化する素子の実施形態におけるＰＴＣ素子を示す斜視説明図である。
【図２】図１の金属片を示す斜視説明図である。
【図３】本発明に係る温度に依存して電気抵抗が変化する素子の実施例における通電回路装置を示す説明図である。
【図４】従来のＰＴＣ素子を示す斜視説明図である。
【図５】図４の断面説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１          シート（シート体）
１０        金属片（金属体）
１１        金属片の一部
１２        リード
２０        排気孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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