(57)【要約】【課題】  小型化、軽量化され、且つ、室温抵抗値の低い有機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たフィラーを含有し、凹凸表面を有する有機物層を形成させる層形成工程と、有機物層を挟んで対向するように１対の電極を形成させる電極形成工程とを備える有機ＰＴＣサーミスタの製造方法、並びにこの製造方法により得られる有機ＰＴＣサーミスタ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂及びこれに分散したフィラーを含有し、凹凸表面を有する有機物層を形成させる層形成工程と、
前記有機物層を挟んで対向するように、１対の電極を形成させる電極形成工程とを備える有機ＰＴＣサーミスタの製造方法。
【請求項２】
前記凹凸表面は、平坦な有機物層の表面に、複数の孔及び／又は溝が形成されて成るものである、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】
前記凹凸表面は、表面粗さＲａが１〜１００μｍの凹凸表面である、請求項１又は２に記載の有機ＰＴＣサーミスタの製造方法。
【請求項４】
前記１対の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の何れか一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、
前記有機物層が凹凸表面を有する、有機ＰＴＣサーミスタ。
【請求項７】
前記凹凸表面は、平坦な有機物層の表面に、複数の孔及び／又は溝が形成されて成るものである、請求項６に記載の有機ＰＴＣサーミスタ。
【請求項８】
前記凹凸表面は、表面粗さＲａが１〜１００μｍの凹凸表面である、請求項６又は７に記載の有機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。そして、有機ＰＴＣサーミスタのさらなる小型化、軽量化のためには、電極の厚みを薄くすることが有効と考えられる。厚みの薄い電極（薄膜）は、めっき、蒸着、スパッタリング等の薄膜プロセスによって、効率的に形成させることができる。
【０００４】
しかしながら、薄膜プロセスのように、有機物層の表面に電極を形成させるプロセスを採用する場合、従来のように、金属箔等からなる電極の表面に有機物層を形成させるプロセスを経て製造される場合と比較して、その室温抵抗値が異常に高くなってしまう現象が起こりやすくなる傾向があることが、本発明者の検討により明らかとなった。室温抵抗値が高いことは、有機ＰＴＣサーミスタを過電流保護素子等として用いる場合に、実用上大きな問題となり得る。
【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、室温抵抗値の低い有機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】
上記課題を解決するため、本発明の有機ＰＴＣサーミスタの製造方法は、、樹脂及びこれに分散したフィラーを含有し、凹凸表面を有する有機物層を形成させる層形成工程と、有機物層を挟んで対向するように、１対の電極を形成させる電極形成工程とを備えることを特徴とする。
【０００７】
有機物層が凹凸表面を有することによって、薄膜プロセス等の方法で電極を形成させた場合においても、室温抵抗値を十分に低く保つことができる。このような効果が得られたメカニズムは必ずしも明らかでないが、例えば、有機物層の表面積が比較的大きくなったことや、有機物層と電極との密着性が改善されたこと等に起因すると考えられる。
【０００８】
有機物層の凹凸表面は、平坦な有機物層の表面に、複数の孔及び／又は溝が形成されて成るものであることが好ましい。このような形状の凹凸は、微小なパターンの凹凸を形成させることが比較的容易であり、電極との密着性にも優れる。また、有機物層の凹凸表面の表面粗さＲａは、１〜１００μｍであることが好ましい。このような特定範囲のＲａとすることで、室温抵抗値の上昇を抑制する効果がより顕著に得られる。
【０００９】
電極形成工程においては、１対の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、有機ＰＴＣサーミスタの小型化、軽量化の点から好ましい。
【００１０】
本発明の有機ＰＴＣサーミスタは、対向する１対の電極と、これら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、この有機物層が凹凸表面を有することを特徴とする。このような有機ＰＴＣサーミスタは、例えば、上記本発明の製造方法を採用することによって好適に得られる。このような構成とすることにより、小型、軽量でありながら、室温抵抗値も十分に低い有機ＰＴＣサーミスタが得られる。
【００１１】
本発明の有機ＰＴＣサーミスタが備える有機物層の凹凸表面は、有機物層と電極との密着性の点や、形成させることが容易である点等から、平坦な有機物層の表面に、複数の孔及び／又は溝が形成されて成るものであることが好ましい。また、その表面粗さＲａは１〜１００μｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、小型化、軽量化され、且つ、室温抵抗値の低い有機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】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
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。
【００１５】
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。なお、有機物層１の厚さは、１０〜２０００μｍであることが好ましい。
【００１６】
有機物層１は、その両面において、平坦な有機物層の表面に、複数の溝５が凹部として形成されて成る凹凸表面を有し、電極２及び３がこの凹凸表面の形状に沿うように形成されている。なお、有機ＰＴＣサーミスタ１０のように、両面に凹凸表面を有することが好ましいが、場合によっては片面のみに凹凸表面を有していてもよい。また、電極２又は３が形成されている有機物層１の面全体に対して、それぞれ５０〜１００面積％を凹凸表面が占めていることが好ましい。
【００１７】
このような、平坦な有機物層の表面に、複数の孔及び／又は溝が形成されて成る凹凸表面としては、例えば、以下に述べるようなドット状、グリッド状、ライン状等の形状のものが挙げられる。
【００１８】
図２は、ドット状の凹凸表面を有する有機物層の一実施形態を模式的に示す斜視図である。図２に示す有機物層１ａは、平坦な表面に、開口部が円形状の複数の孔６が形成されることにより、平坦部４が設けられている凹凸表面を有する。孔６は規則的な間隔、形状、大きさで形成されていてもよいし、ランダムな間隔、形状、大きさで形成されていてもよい。孔６の形状は任意であり、平面、曲面、並びに平面及び曲面からなる形状の何れであってもよい。密着性等の点からは、孔６の開口部の幅は２〜２００μｍであることが好ましく、孔６の深さは１〜１００μｍであることが好ましい。ただし、孔６の深さの有機物層１の厚みに対する比率は、１０％以内であることが好ましい。この比率が１０％を超えると、有機ＰＴＣサーミスタ１０の抵抗値が不安定になる傾向にある。ここで、有機物層１の厚みは、最大厚みを意味し、図１におけるＡで示されるものである（以下、同様とする。）。
【００１９】
ドット状の凹凸表面を有する有機物層１ａは、例えば、レーザーによる描画、プラズマによるエッチング処理等の方法で形成させることができる。レーザーによる描画は、ＹＡＧレーザー、ＣＯ２レーザー等を用いて、好ましくは大気雰囲気等の酸化性雰囲気下で行うことで、効率的に孔６を形成させることができる。プラズマによるエッチング処理は、孔６の開口部に対応する貫通孔が設けられた、ステンレス等からなるメタルマスクを有機物層１の表面に載置した状態で、プラズマにより貫通孔近傍の有機物層１を除去することにより、行うことができる。このとき、酸素、アルゴン、窒素及びこれらの混合物の何れかを励起して発生させたプラズマを好適に用いることができる。
【００２０】
図３は、グリッド状の凹凸表面を有する有機物層の一実施形態を模式的に示す斜視図である。図３に示す有機物層１ｂは、平坦な有機物層の表面に、一の方向及びこれと略直行する方向に複数の溝５ａが形成されることにより、矩形の平坦部４がグリッド状に配列している凹凸表面を有する。溝５ａの断面形状は任意であり、例えば、矩形、Ｖ字状、Ｕ字状、丸状等が挙げられる。密着性等の点からは、溝５ａの幅は１〜１００μｍであることが好ましく、深さは１〜１００μｍであることが好ましい。ただし、溝５ａの深さの有機物層１の厚みに対する比率は、１０％以内であることが好ましい。この比率が１０％を超えると、有機ＰＴＣサーミスタ１０の抵抗値が不安定になる傾向にある。
【００２１】
グリッド状の凹凸表面を有する有機物層１ｂは、上記の有機物層１ａの場合と同様の方法により、効率的に形成させることができる。
【００２２】
図４は、ライン状の凹凸表面を有する有機物層の一実施形態を模式的に示す斜視図である。図４に示す有機物層１ｃは、平坦な有機物層の表面に、一方向に配列した複数の溝５ｂが形成されることにより、平坦部４がライン状に配列している凹凸表面を有する。溝５ｂは規則的な間隔（一定の間隔、規則的に変化する間隔等）で形成されていてもよいし、不規則な間隔で形成されていてもよい。溝５ｂの断面形状は任意であり、例えば、矩形、Ｖ字状、Ｕ字状、丸状等が挙げられる。また。その幅、深さは、溝５ａに関する説明で述べたものと同様の範囲内にあることが好ましい。
【００２３】
ライン状の凹凸表面を有する有機物層１ｃを形成させる方法としては、有機物層１ａの凹凸表面の場合と同様の方法の他、ダイシングソーによって所定の間隔で溝５ｂを形成させる方法等を採用することができる。
【００２４】
図５は、ライン状の凹凸表面を有する有機物層の他の実施形態を模式的に示す斜視図である。図５に示す有機物層１ｄは、平坦な有機物層の表面に、ランダム（未配列）な方向に複数の溝５ｃが形成されることにより、形状が互いに異なる平坦部４が複数設けられている凹凸表面を有する。溝５ｃの断面形状、幅、深さ等は一定でもよいし、これらが互いに異なるものが混在していてもよい。溝５ｃの断面形状は任意であり、また、その幅、深さは、溝５ａに関する説明で述べたものと同様の範囲にあることが好ましい。
【００２５】
ライン状の凹凸表面を有する有機物層１ｄは、例えば、平坦な有機物層の表面をエメリーペーパー（好ましくは＃３００〜＃１２００）で研磨することにより、容易かつ効率的に形成させることができる。
【００２６】
有機物層１の凹凸表面の表面粗さＲａは、１〜１００μｍであることが好ましく、２０〜１００μｍであることがより好ましい。表面粗さＲａが１００μｍを超えると、有機物層１と電極２及び３との密着性が低下する傾向にあり、２０μｍ未満であると、２０μｍ以上の場合と比較して室温抵抗値の上昇を抑制する効果が得られ難くなる傾向にある。例えば、上記有機物層１ａ〜１ｄの凹凸表面の場合、表面粗さＲａが上記の範囲内となるように孔及び／又は溝が形成されていることが好ましい。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、ニッケル等の金属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。
【００３２】
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たフィラーを含有し、凹凸表面を有する有機物層を形成させる層形成工程と、有機物層を挟んで対向する１対の電極を形成させる電極形成工程とを備える製造方法によって得ることができる。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。
【００３３】
層形成工程においては、まず、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。
【００３４】
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、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。
【００３５】
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、印刷法で塗布することが好ましい。
【００３６】
凹凸表面を有する有機物層１は、例えば、有機物層の平坦な表面の一部を、上記の凹凸表面の説明において述べた方法で複数の孔及び／又は溝が形成されるように除去して得ることができる。あるいは、他の方法として、例えば、凹凸表面を有する離型性の基板上に混合物層を形成させて、基板の凹凸表面を転写する方法等を採用することもできる。
【００３７】
層形成工程に続いて、電極形成工程において、有機物層１を挟んで対向する１対の電極を形成させる。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方法等により、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。
【００３８】
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】
【００３９】
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。
【００４０】
（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分混錬したものを、攪拌しながら減圧下脱泡して、混合物を得た。
【００４１】
次に、この混合物を離型シート上に塗布して混合物層を形成させ、これを加熱（１５０℃、１０時間）して、混合物を硬化し、有機物層を形成させた。さらに、離型シートを取り除き、有機物層の表面をエメリーペーパー（＃１２００）で研磨することによって、有機物層の両面を、複数の溝が形成された形状の凹凸表面とした。研磨後の有機物層表面は、表面粗さＲａが４５μｍの凹凸表面であった。なお、表面粗さは触針式表面粗さ計を用いて測定した。
【００４２】
そして、有機物層の両面に銀ペーストを塗布し、これを乾燥して１対の電極（厚さ：３００μｍ）を形成させたものを、ネコプレスで打ち抜いて、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であった。
【００４３】
（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であった。
【００４４】
（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：５０μｍ）して形成させた他は、実施例１と同様にして有機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であった。
【００４５】
（実施例４）
有機物層の両面を、複数の貫通孔が形成されたメタルマスクで被覆し、プラズマ処理（ＲＦ１３．５６Ｈｚ、投入電力１５０Ｗ、試料側自己バイアス電圧７５Ｖ、Ａｒ＋Ｏ２＝（５０ｃｃ／分＋２５ｃｃ／分）、処理時間２５分）することによって、複数の孔が形成されて成る凹凸表面とした他は、実施例３と同様にして有機ＰＴＣサーミスタを得た。
得られた有機ＰＴＣサーミスタの凹凸表面の表面粗さＲａは３２μｍであり、室温抵抗値（２５℃）は０．９７ｍΩであった。
【００４６】
（比較例１）
有機物層１の両面を凹凸表面としなかった他は、実施例１と同様にして有機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０．５２Ωと大きく、実用上問題となり得るものであった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【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、ドット状の凹凸表面を有する有機物層の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】図３は、グリッド状の凹凸表面を有する有機物層の一実施形態を示す斜視図である。
【図４】図４は、ライン状の凹凸表面を有する有機物層の一実施形態を示す斜視図である。
【図５】図５は、ライン状の凹凸表面を有する有機物層の他の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…有機物層、２，３…電極、４…平坦部、５，５ａ，５ｂ，５ｃ…溝、６…孔、１０…有機ＰＴＣサーミスタ、Ａ…有機物層１の厚み
【図１】
2005286035.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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