(57)【要約】【課題】  小型化、軽量化され、且つ、抵抗値の異常な低下の発生が抑制された有機ＰＴＣサーミスタ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  樹脂及びこれに分散しているフィラーを含有する有機物層の両面に電極を形成させる電極形成工程と、電極形成工程で得られた積層体を所定のサイズに裁断する裁断工程と、を備え、電極形成工程において、有機物層の少なくとも一方面上で、周囲に有機物層が露出するように電極を形成し、裁断工程において、電極の周囲に露出した有機層部分を裁断する有機ＰＴＣサーミスタの製造方法、並びにこれにより得られる有機ＰＴＣサーミスタ。【選択図】  図１
2005286030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂及びこれに分散しているフィラーを含有する有機物層の両面に電極を形成させる電極形成工程と、
前記電極形成工程で得られた積層体を所定のサイズに裁断する裁断工程と、を備える有機ＰＴＣサーミスタの製造方法であって、
前記電極形成工程において、前記有機物層の少なくとも一方面上で、周囲に前記有機物層が露出するように電極を形成し、
前記裁断工程において、前記電極の周囲に露出した前記有機物層部分を裁断する、有機ＰＴＣサーミスタの製造方法。
【請求項２】
前記電極形成工程において、前記有機物層の少なくとも一方面上で、周囲に前記有機物層が露出するように複数の電極を形成し、
前記裁断工程において、前記複数の電極の周囲に露出した前記有機物層部分を裁断する、請求項１に記載の有機ＰＴＣサーミスタの製造方法。
【請求項３】
前記電極形成工程において、前記有機物層を挟んで対向するように、前記有機物層の両面に、周囲に前記有機物層を露出させた複数の電極を形成し、
前記裁断工程において、前記複数の電極の周囲に露出した前記有機物層部分を裁断する、請求項１に記載の有機ＰＴＣサーミスタの製造方法。
【請求項４】
前記電極形成工程において、前記有機物層の両面に形成される前記電極のうち少なくとも一方を薄膜プロセスにより形成させる、請求項１〜３の何れか一項に記載の有機ＰＴＣサーミスタの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の製造方法で得られる有機ＰＴＣサーミスタ。
【請求項６】
対向する１対の電極と、
前記１対の電極の間に配置された、樹脂及びこれに分散したフィラーを含有する有機物層とを備える有機ＰＴＣサーミスタであって、
前記１対の電極の少なくとも一方の周囲に前記有機物層が露出している、有機ＰＴＣサーミスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＰＴＣサーミスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の有機材料を用いたサーミスタ素体を備える有機ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタとしては、例えば、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂に金属粉末やカーボンブラックを分散させたもの（例えば、特許文献１。）、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂に、炭素繊維、金属繊維等の繊維状導電性物質を分散させたもの（例えば、特許文献２。）、高分子材料及び導電性材料を含有する組成物中に気泡を分散させたもの（例えば、特許文献３及び４。）をサーミスタ素体として用いた例が知られている。
【特許文献１】米国特許第３５９１５２６号公報
【特許文献２】米国特許第４９６６７２９号公報
【特許文献３】特開平４−６７５０８号公報
【特許文献４】特開平１０−１２５５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
有機ＰＴＣサーミスタは、通常、対向する１対の電極と、その間にサーミスタ素体として配置された有機物層とで構成されている。このような構成を有する有機ＰＴＣサーミスタを製造する方法としては、対向する１対の金属箔からなる電極と、これに挟持された有機物層とで構成される積層体を、所定のサイズに打ち抜く方法が知られている。
【０００４】
しかし、このような従来の方法で有機ＰＴＣサーミスタを製造した場合、得られた有機ＰＴＣサーミスタにおいて、特にその高温領域における抵抗値が異常に低下する現象が起こる場合があった。そして、本発明者による検討によって、特に小型の有機ＰＴＣサーミスタの場合にそのような現象が生じ易くなる傾向があることが明かとなった。したがって、有機ＰＴＣサーミスタをさらに小型化、軽量化するにあたっては、この問題を解決することがますます重要になると考えられる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型化、軽量化され、且つ、抵抗値の異常な低下の発生が抑制された有機ＰＴＣサーミスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記のような欠陥が生じる原因を探るべく、有機ＰＴＣサーミスタの状態について詳細に調べた結果、従来の製法により得られる有機ＰＴＣサーミスタにおいては、その端部が潰れるように変形し、その変形した箇所において、電極同士が短絡してしまう場合があることを見出した。経験上、電極同士が短絡するほどまでに端部が大きく変形することは、通常起こりにくいと考えられるが、例えば、有機物層に気泡が混入した場所等、局所的に強度が低下している部分において、裁断される際にかかるせん断応力に耐えられずに潰れてしまう場合があると本発明者は推察している。また、有機ＰＴＣサーミスタが小型化され、その厚みが薄くなってきたことによって、従来はほとんど問題視されることがなかったこのような現象が起こりやすくなったものと考えられる。本発明者らは、この知見に基づいてさらに検討を重ね、本発明の完成に至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、樹脂及びこれに分散しているフィラーを含有する有機物層の両面に電極を形成させる電極形成工程と、電極形成工程で得られた積層体を所定のサイズに裁断する裁断工程と、を備える有機ＰＴＣサーミスタの製造方法であって、電極形成工程において、有機物層の少なくとも一方面上で、周囲に有機物層が露出するように電極を形成し、裁断工程において、電極の周囲に露出した有機物層部分を裁断することを特徴とするものである。
【０００８】
上記のような本発明の製造方法においては、積層体を裁断するときに、電極が形成されていない部分を裁断する。これにより、従来のように電極が形成されている部分を裁断する場合と比較して、得られる有機ＰＴＣサーミスタにおける、抵抗値の異常な低下のような欠陥を生じることが格段に少なくなる。
【０００９】
電極形成工程においては、有機物層の少なくとも一方面上で、周囲に有機物層が露出するように複数の電極を形成し、裁断工程において、この複数の電極の周囲に露出した有機層部分を裁断することが好ましい。これにより、より高い生産効率で有機ＰＴＣサーミスタを得ることができる。さらに、有機物層を挟んで対向するように、有機物層の両面に、周囲に有機物層を露出させた複数の電極を形成し、裁断工程において、複数の電極の周囲に露出した有機層部分を裁断することが、電極同士の短絡をより効果的に防止できる点で、好ましい。
【００１０】
電極形成工程においては、有機物層の両面に形成される電極のうち少なくとも一方を薄膜プロセスにより形成させることが、上記のように電極の周囲に有機物層が露出するように形成させることが容易である点や、電極の薄膜化によって有機ＰＴＣサーミスタを小型化、軽量化できる点から好ましい。
【００１１】
本発明の有機ＰＴＣサーミスタは、対向する１対の電極と、その間に配置された、樹脂及びこれに分散したフィラーを含有する有機物層とを備え、１対の電極の少なくとも一方の周囲に有機物層が露出していることを特徴とする。
【００１２】
従来の有機ＰＴＣサーミスタにおいては、電極が有機物層の最端部にも存在し、ときには電極が有機物層の面からはみ出している場合があった。このような状態の有機ＰＴＣサーミスタの場合、実装過程で何らかの外力が加わったときに電極が剥離し易いという問題があった。特に、サーミスタ素体が有機系材料からなる有機ＰＴＣサーミスタの場合、有機物層と電極との界面における残留応力が比較的大きく、このような剥離が起こりやすい傾向があった。これに対し、本発明の有機ＰＴＣサーミスタにおいては、剥離の起点となりやすい有機物層の最端部には電極が形成されておらず、電極の剥離を効果的に防止することができる。また、このような構成の有機ＰＴＣサーミスタは、上記のような端部における電極同士の短絡が生じ難いという効果も有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の製造方法によれば、小型化、軽量化され、且つ、抵抗値の異常な低下の発生が抑制され、さらには電極の剥離も起こりにくい有機ＰＴＣサーミスタ及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る有機ＰＴＣサーミスタの基本構成を示す模式断面図である。図１に示す有機ＰＴＣサーミスタ１０は、互いに対向する１対の電極２及び３と、これら電極の間に配置された、サーミスタ素体である有機物層１とから構成されている。そして、電極２及び３の周囲には、有機物層１が露出している露出面５が設けられている。この露出面５が設けられていることにより、電極２及び３が短絡したり、有機物層１から剥離したりすることが十分に防止される。
【００１６】
有機ＰＴＣサーミスタ１０のように、露出面５は有機物層１の両面に設けられていることが好ましいが、片面のみに設けられていてもよい。また、電極の周囲全体に露出面５が設けられていることが好ましいが、本発明の効果を実質的に損なわない程度に、有機物層１の最端部にまで電極２又は３が形成されている部分があってもよい。具体的には、電極の全周のうち、８０〜１００％の部分が露出面５と接していることが好ましい。また、露出面５の幅（有機物層１の最端部と、電極２又は３の最端部との最短距離（図１においてＡで示される長さ））は、１００〜１５００μｍであることが好ましい。あるいは、露出面５の幅は有機物層１全体の幅（最長幅（図１においてＢで示される長さ））に対して５〜４０％であることが好ましい。露出面５の幅がこれら範囲内にある場合と比較して、その下限未満であると、電極２及び３が短絡しやすく、また、電極が裁断の際等に剥離しやすくなる傾向にあり、その上限を超えた場合は、電極の対向面積が小さくなるため、高分子材料の選択によっては電気特性が製品ごとにばらつきやすくなる傾向にある。
【００１７】
有機物層１は、樹脂及びこれに分散したフィラーを含有しており、一定の温度範囲において、その電気抵抗値（以下、「抵抗値」という場合がある。）が温度の上昇とともに急激に増大する、いわゆる「正の抵抗−温度特性」を有する。したがって、電極２及び３を用いて有機物層１の抵抗値の変化を検出することによって、有機ＰＴＣサーミスタ１０を、自己制御型発熱体、温度センサ、限流素子または過電流防止素子等として機能させることができる。有機ＰＴＣサーミスタのサイズ（幅、厚み等）は、用途等に応じて適宜決定されるが、幅（最長幅）は２〜１５０ｍｍ、厚さは０．１〜２ｍｍであることが好ましい。また、その主面の形状は任意であり、例えば、矩形状、円状等が挙げられる。
【００１８】
有機物層１の厚さは、１０〜２０００μｍであることが好ましい。また、有機物層１は、平坦な有機物層１の表面に、凹部として複数の孔及び溝が形成された凹凸表面を少なくとも一方の面に有していることが好ましい。このような凹凸表面を有することによって、有機ＰＴＣサーミスタ１０の室温抵抗値の安定性が改善される。
【００１９】
有機物層１を構成する樹脂は、主として熱硬化性樹脂の硬化物や、熱可塑性樹脂等であるが、特に、熱硬化性樹脂の硬化物からなることが好ましい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂及びフェノール樹脂等が挙げられるが、これらの中でも、エポキシ樹脂及びその硬化剤を含有する熱硬化性樹脂が好ましい。
【００２０】
樹脂に分散させるフィラーとしては、金属、カーボンブラック、グラファイト、セラミック系導電性材料等からなる粒子等の、導電性フィラーを好適に用いることができる。
【００２１】
これらの中でも、特に、過電流保護素子のように、低い室温抵抗値及び高い抵抗変化率の双方が求められる用途の場合、導電性金属粒子を用いることが好ましい。好適な導電性金属粒子としては、銅、アルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、銀、亜鉛及びコバルトからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなる粒子が挙げられるが、特に、ニッケル粒子を用いることが好ましい。フィラーの形状としては、球状、フレーク状若しくは棒状等が挙げられる。ニッケル粒子の場合、表面にスパイク状の突起を有するものが特に好ましい。
【００２２】
フィラーは、樹脂中において均一に分散していることが、動作の安定性の点で好ましい。また、有機物層１が含有するフィラーの量は、有機物層の質量基準で６０〜７５質量％であることが好ましい。フィラーの量が６０質量％未満であると、室温での抵抗値が高くなりすぎる傾向にあり、７５質量％を超えると、分散性が低下して抵抗値のバラツキが大きくなる傾向にある。
【００２３】
電極２及び３は、有機物層１に通電させることが可能な導電性の材料で形成されればよいが、ニッケル、銀、金、アルミニウム等の金属や、炭素からなることが好ましい。また、その厚さは１〜１００μｍであることが好ましく、さらなる軽量化の点からは、１〜５０μｍであることがより好ましい。
【００２４】
有機ＰＴＣサーミスタ１０は、例えば、以下に述べるような、樹脂及びこれに分散しているフィラーを含有する有機物層の両面に電極を形成させる電極形成工程と、電極形成工程で得られた積層体を所定のサイズに裁断する裁断工程と、を備え、電極形成工程において、有機物層の両面で、周囲に有機物層が露出するように電極を形成し、裁断工程において、電極の周囲に露出した有機層部分を裁断する方法により、得ることができる。なお、用いる材料やその形状等は、上記の有機ＰＴＣサーミスタ１０についての説明において述べたものと同様とすることが好ましい。
【００２５】
有機物層１は、例えば、有機バインダ及びこれに分散したフィラーを含有する混合物からなるシート状の混合物層を、テフロン（登録商標）製のシート（以下、「離型シート」という。）等の離型性の基板上等に形成させて得られる。有機バインダは、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等からなる有機系材料であるが、これが主として熱硬化性樹脂からなる場合には、この混合物層を硬化させて有機物層１とする。一方、有機バインダが主として熱可塑性樹脂からなる場合には、混合物層をそのまま有機物層１とすることができる。
【００２６】
このとき用いる混合物は、有機バインダ及びフィラーを、ホモミキサー、ホモジナイザー、ビーズミル分散機、ボールミル分散機、ニーダー、押出機等を用いて混錬することにより好適に得ることができる。これらの中でも、有機バインダが熱硬化性樹脂である場合には、分散性や作業性に優れるホモジナイザーが好ましい。フィラーを十分に分散させるためには、混錬する時間は通常１５〜６０分の範囲内であればよい。また、混合物中には、この他にも、ワックス、油脂、脂肪酸、高級アルコール等の低分子有機化合物等を、必要に応じてさらに混合することもできる。
【００２７】
この混合物を、離型性の基板上に塗布すること等により、混合物層を形成させる。塗布は、印刷法、平型ノズルを用いたノズル塗布法等の方法により行うことができるが、有機バインダが熱硬化性樹脂である場合には、その粘度特性等の点から、好ましくは減圧下、印刷法で塗布することが好ましい。
【００２８】
このようにして得られる有機物層１に、電極形成工程において、有機物層１の両面に、有機物層１を挟んで対向する１対の電極を１つ又は複数形成させる。電極の形成は、めっき、蒸着、スパッタリング等の薄膜プロセスや、銀粒子等の導電性粒子を分散させたペーストを塗布し、分散媒を除去して成膜するペースト塗布法等により、行うことができる。小型化、軽量化の点からは、１対の電極のうち少なくとも一方を、より好ましくは１対の電極の双方を薄膜プロセスで形成させるのがよい。また、薄膜プロセスとしては、蒸着が特に好ましい。
【００２９】
ここで、１対の電極のうち少なくとも一方は、周囲に有機物層１が露出するように形成させて、例えば図２に示すような積層体２０を得る。図２は、本発明における積層体の一実施形態を示す斜視図である。図２に示す積層体２０においては、有機物層１の一方面に、複数の電極２が、それぞれの周囲に有機物層１が露出するように形成されることにより、全体として格子状をなす露出面５が設けられている。積層体２０の他方面（図示していない）においても同様に、電極２と対をなす複数の電極３が、周囲に有機物層１が露出するように形成されている。
【００３０】
この積層体２０は、電極２の形状に対応したパターンの開口部が設けられたメタルマスクを有機物層１の表面に載置することにより、露出面５に対応する部分をマスクした状態で、上記ペースト塗布法、又は、スパッタリング、蒸着若しくはめっきのような薄膜プロセスによって導電性材料を成膜して電極２を形成させることにより、得ることができる。このとき用いるメタルマスクは、クロム−ニッケル系ステンレス等からなるものを用いることが好ましく、その厚みは０．１〜０．５ｍｍであることが好ましい。
【００３１】
スパッタリングにより成膜する場合、例えば、１×１０−５〜１×１０−６Ｐａの雰囲気下、高周波放電により成膜することができる。蒸着による場合、例えば、３×１０−４Ｐａ前後の雰囲気下、抵抗加熱型蒸着装置や、電子ビーム加熱型蒸着装置等を用いて導電性材料を堆積させて成膜することができる。また、めっき法による場合、例えば、メタルマスクを用いたスパッタリングで膜厚０．２〜０．３μｍのシードレイヤーを形成させておき、このシードレイヤー上に無電解めっき等で成膜して電極を形成させることができる。
【００３２】
生産効率の点から、積層体２０のように、１枚の有機物層に複数の電極を形成させることが好ましい。このとき、同一面上の電極間の間隔は５００〜１５００μｍであることが好ましい。電極２の形状は任意であり、用途に応じて適宜決定すればよい。また、電極２の幅（最長幅）は２００〜１５００μｍであることが好ましい。
【００３３】
以上のようにして得た積層体を、裁断工程において、露出面５が設けられている有機物層部分を裁断することによって、所定のサイズの有機ＰＴＣサーミスタ１０が得られる。裁断は、ネコプレス、ダイシング等による打ち抜き等により好適に行うことができる。
【００３４】
以上のようにして得た有機ＰＴＣサーミスタ１０には、必要に応じて電極２及び３にリード線を接続する等して、自己制御型発熱体、温度センサ、限流素子または過電流防止素子等として好適に用いることができる。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３６】
（実施例１）
エポキシ樹脂であるリカレジンＢＰＯ２０Ｅ（商品名、新日本理化社製）１００重量部、エポキシ樹脂の硬化剤であるエピクロンＢ−５７０（商品名、大日本インキ化学工業社製）５０重量部及び導電性フィラーであるニッケル粒子（日興理化社製）４５重量部を混合し、この混合物をホモジナイザーで３０分間混錬したものを、減圧下脱泡して、混合物を得た。
次に、この混合物を離型シート上に印刷法により塗布して混合物層を形成させ、これを加熱（１５０℃、１０時間）することにより、混合物を硬化させて有機物層を形成させた。そして、離型シートを剥がした有機物層の一方面に格子状のメタルマスク（ステンレス製）を載置して銀ペースト（銀／ＰＭＭＡ＝７５／１５（質量比））をローラーで伸ばして塗布し、これを２５℃に放置して銀ペーストの分散媒を除去して、幅１００μｍの格子状の露出面が設けられるように複数の電極を形成させた。さらに、有機物層の他方面にも、同様の操作で上記の電極と対となる電極を形成させ、積層体を得た。
得られた積層体を、ダイスが露出面に接触するようにしながら、有機物層の露出面の部分をプレスで裁断して、１対の電極のそれぞれの周囲に有機物層が露出されている有機ＰＴＣサーミスタを得た。得られた有機ＰＴＣサーミスタの室温抵抗値（２５℃）は０．９１ｍΩ、高温抵抗値（１８０℃）は１０．２Ωであり、電極の短絡等は認められなかった。
【００３７】
（実施例２）
１対の電極を、真空蒸着機を用いて、１．０×１０−５Ｔｏｒｒの雰囲気下、蒸着により銀を成膜（厚さ：２５μｍ）して形成させた他は、実施例１と同様にして周縁部の両面に露出面を有する有機ＰＴＣサーミスタを得た。得られた有機ＰＴＣサーミスタの室温抵抗値（２５℃）は０．８２ｍΩ、高温抵抗値（１８０℃）は９．４Ωであり、電極の短絡等は認められなかった。
【００３８】
（実施例３）
１対の電極を、電気めっき法により金を成膜（厚さ：２５μｍ）して形成させた他は、実施例１と同様にして周縁部の両面に露出面を有する有機ＰＴＣサーミスタを得た。得られた有機ＰＴＣサーミスタの室温抵抗値（２５℃）は０．８５ｍΩ、高温抵抗値（１８０℃）は９．７Ωであり、電極の短絡等は認められなかった。
【００３９】
（比較例１）
実施例１で得た混合物を、ニッケル箔上に塗布して混合物層を形成させた。そして、混合物層を形成させた２枚のニッケル箔を、互いに対向するように、混合物層を挟んで張り合わせたものを加圧した。さらに、これを１５０℃で１０時間加熱して混合物を硬化させた後、ネコプレスを用いて所定の大きさに打ち抜いて、ニッケル箔を電極とし、有機物層の両面に露出面を有しない有機ＰＴＣサーミスタを得た。得られた有機ＰＴＣサーミスタの室温抵抗値（２５℃）は０．７５ｍΩであり、実施例１〜３との大きな相違は認められなかったが、高温抵抗値（１８０℃）は１８２℃は０．８２ｍΩと著しく低い値であり、ＰＣＴ特性が全く認められなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明による有機ＰＴＣサーミスタの一実施形態を示す模式断面図である。
【図２】図２は、本発明による積層体の一実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…有機物層、２，３…電極、５…露出面、１０…有機ＰＴＣサーミスタ、２０…積層体、Ａ…露出面５の幅、Ｂ…有機物層１の幅。
【図１】
2005286030.tif 000003
【図２】
2005286030.tif 000004