(57)【要約】  本発明は、異常時に機器を保護するための保護素子を有する機器であって、該保護素子がポリマーＰＴＣ素子であり、該ポリマーＰＴＣ素子がポリマーＰＴＣ要素を有し、該ポリマーＰＴＣ要素を構成するポリマー組成物が、ポリフッ化ビニリデンを主成分とすることを特徴とする機器を提供する。
2018131588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異常時に機器を保護するための保護素子を有する機器であって、該保護素子がポリマーＰＴＣ素子であり、該ポリマーＰＴＣ素子がポリマーＰＴＣ要素を有し、該ポリマーＰＴＣ要素を構成するポリマー組成物が、ポリフッ化ビニリデンを主成分とすることを特徴とする、機器。
【請求項２】
機器が産業用ロボットであって、保護素子が制御コントローラまたはモータードライバに設置されている、請求項１に記載の機器。
【請求項３】
切削加工に用いられる、請求項１または２に記載の機器。
【請求項４】
過電流または異常発熱により引き起こされる機器の不良の防止方法であって、機器に、保護素子として、ポリフッ化ビニリデンを主成分とするポリマー組成物から構成されるポリマーＰＴＣ要素を有するポリマーＰＴＣ素子を組み入れることを特徴とする、機器の不良の防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子を含む保護回路を有する機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種機器、例えば電子または電気機器に異常が生じた場合、例えば、そのような機器に過電流が流れた場合またはそのような機器が異常高温になった場合、その機器の回路に流れる電流を遮断する保護素子として、種々の保護素子、例えば、ヒューズ素子、ＰＴＣ（positive temperature coefficient）素子（特許文献１）等が用いられている。【０００３】
保護素子としてヒューズ素子を用いた場合、ヒューズ素子が一度動作して溶断すると、新しいヒューズ素子に交換する必要がある。このため、ヒューズ素子が動作した場合には、部品交換のための費用と時間が必要になる。従って、動作後、異常が取り除かれた場合に、動作前の状態に復帰し得るリセッタブル素子であるＰＴＣ素子が、好ましく用いられている。【０００４】
上記ＰＴＣ素子には、ポリマーＰＴＣ素子およびセラミックＰＴＣ素子があるが、製造が容易であり、素子自体の抵抗値が低く、一定以上の温度になっても自己破壊が生じにくいという点で、ポリマーＰＴＣ素子が好ましく用いられている。中でも、結晶性が高く、トリップ時の抵抗値変化が大きなポリエチレンを用いたポリマーＰＴＣ素子が、好ましく用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−７７７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、種々の機器において、ポリエチレンのポリマーＰＴＣ素子が用いられている。しかしながら、本発明者らは、機器の長期使用において、ポリマーＰＴＣ素子の正常時における抵抗値が上昇し、機器の稼働に不具合が生じる場合があることに気付いた。この原因を調査した結果、ポリマーＰＴＣ素子のポリマーＰＴＣ組成物中に、その露出部から油脂などが浸透し、これによりポリマーＰＴＣ組成物が膨潤した結果、ポリマーＰＴＣ素子の抵抗値が上昇することに原因があることに気付いた。【０００７】
従って、本発明の目的は、周囲に油脂等が存在し得る環境下で使用した場合であっても、ポリマーＰＴＣ素子の抵抗値の上昇による異常が生じにくい機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の問題について鋭意検討した結果、ポリマーＰＴＣ素子のポリマーＰＴＣ要素において、ポリマー組成物として、ポリエチレンの代わりに、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を主成分とするポリマー組成物を用いることにより、油脂などの浸透を防ぎ、抵抗値の上昇を抑制できることを見出し、本発明に至った。【０００９】
本発明の第１の要旨において、異常時に機器を保護するための保護素子を有する機器であって、該保護素子がポリマーＰＴＣ素子であり、該ポリマーＰＴＣ素子がポリマーＰＴＣ要素を有し、該ポリマーＰＴＣ要素を構成するポリマー組成物が、ポリフッ化ビニリデンを主成分とすることを特徴とする、機器が提供される。【００１０】
本発明の第２の要旨において、過電流または異常発熱により引き起こされる機器の不良の防止方法であって、機器に、保護素子として、ポリフッ化ビニリデンを主成分とするポリマー組成物から構成されるポリマーＰＴＣ要素を有するポリマーＰＴＣ素子を組み入れることを特徴とする、機器の不良の防止方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、機器の保護素子として、ポリフッ化ビニリデンを主成分とするポリマー組成物を用いたポリマーＰＴＣ素子を用いることにより、長期間の使用においても、正常に稼働し続けることができる機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例で用いたＰＴＣ素子Ａ１、Ａ２およびＢの平面図である。
【図２】図２は、実施例で用いたＰＴＣ素子Ａ１およびＢのＸ−Ｘ断面図である。
【図３】図３は、実施例で用いたＰＴＣ素子Ａ２のＸ−Ｘ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について、詳細に説明する。
【００１４】
本発明の機器は、異常時、特に過電流または異常高温が生じた時に、機器を保護するための保護素子を有する。典型的には、下記産業機器のコントローラ、ドライバ等、例えば産業ロボットの制御コントローラ、モータードライバ等の回路内に保護素子を有する。
【００１５】
上記機器は、特に限定されないが、好ましくは、油脂、溶剤などが存在する環境下、特に油脂、溶剤などが蒸気（即ち気体）として存在する、あるいは、微粒子として飛散する環境下で用いられる機器であり得る。
【００１６】
上記機器としては、産業機器、例えば、工作機器、例えば旋盤、フライス盤、グラインダー、ボール盤、歯切り盤、裁断機等の切削機器、あるいは、加工用、組立用、塗装用または搬送用の産業ロボット等が挙げられる。
【００１７】
好ましい態様において、上記機器は、旋盤、フライス盤、グラインダー、ボール盤、歯切り盤、裁断機等の切削機器を含む機器であり得る。
【００１８】
上記油脂は、種々の機器において一般的に用いられる油脂であり得、例えば、機械油、グリース、切削油などが挙げられる。
【００１９】
上記切削油としては、特に限定されないが、ポリマーへの浸透性が高い油類が挙げられる。また、切削油は、直鎖または分枝鎖の炭素数１０〜２３の炭化水素を主成分とする灯油、軽油、Ｂ重油に相当する鉱物油を含む切削油が好ましい。
【００２０】
上記切削油は、例えば、ユシロ化学工業株式会社製のＥＣ５０、シンセティック ＃８８０、ＦＧＥ３５５、ユシローケン ＦＧＥ３５０；ＢＰジャパン株式会社製のアルソール Ｂ；ＪＸエネルギー株式会社製のユニソブルＥＭ−Ｂ、ユニソブルＥＭ−Ｂ等が挙げられる。特に、切削油は、ＥＣ５０、ＦＧＥ３５５、ユシローケン ＦＧＥ３５０、アルソール Ｂ、ユニソブルＥＭ−Ｂ、またはユニソブルＥＭ−Ｂが好ましく、ＦＧＥ３５５、ユシローケン ＦＧＥ３５０、アルソール Ｂ、ユニソブルＥＭ−Ｂ、またはユニソブルＥＭ−Ｂがより好ましく、ＦＧＥ３５５、ユシローケン ＦＧＥ３５０、またはアルソール Ｂが特に好ましい。これらの切削油に対しても、本発明の機器は、不良を生じにくい。即ち、本発明の機器は、上記の切削油を用いる切削加工用の機器であり得る。
【００２１】
上記溶剤は、種々の機器において一般的に用いられる溶剤であり得、例えば、洗浄用の溶剤、例えば炭化水素、有機酸、アルコール、塩素系炭化水素等などが挙げられる。また、溶剤は、機器が処理する対象に含まれる溶剤であってもよい。
【００２２】
上記保護素子は、ポリマーＰＴＣ素子である。本発明において用いられるポリマーＰＴＣ素子は、ポリマーＰＴＣ要素を有する。該ポリマーＰＴＣ素子は、上記ポリマーＰＴＣ要素の少なくとも１つの主表面上に電極を有していてもよい。
【００２３】
上記ポリマーＰＴＣ要素は、ポリマー組成物中に導電性フィラーが分散したポリマーＰＴＣ組成物から構成される。
【００２４】
上記ポリマー組成物は、ポリフッ化ビニリデンを主成分とするポリマー組成物である。上記主成分とは、ポリマー組成物中、最も多く含まれる成分を意味する。上記ポリマー組成物中、ポリフッ化ビニリデンは、特に限定されないが、例えば５５質量％以上、好ましくは６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、さらに好ましくは７５質量％以上含まれる。
【００２５】
上記ポリフッ化ビニリデンの重量平均分子量は、特に限定されないが、例えば、５×１０３〜１×１０６が好ましく、１×１０４〜２×１０５がより好ましい。また、ポリフッ化ビニリデンの結晶化度は、例えば、３０〜６０％であることが好ましく、５０〜６０％であることがさらに好ましい。
【００２６】
ポリマー組成物に含まれる他のポリマー成分は、特に限定されず、ポリエチレン、アクリルポリマー、メタクリルポリマー、フッ素ポリマーなどであってもよいが、好ましくは油脂および溶剤に耐性を有するポリマー、例えばフッ素ポリマー等であり得る。この場合、ポリフッ化ビニリデン以外のフッ素ポリマーの組成物中の含有量は４５％未満であり、好ましくは５〜３０質量％、より好ましくは１０〜２０質量％である。また、ポリマー組成物には、各種添加剤、例えば塩、架橋助剤等を含んでいてもよい。
【００２７】
上記導電性フィラーとしては、カーボンブラック、グラファイト（または黒鉛）、他の炭素質材料、金属、導電性金属酸化物、導電性セラミック、導電性ポリマー、およびそれらの組合せが挙げられる。導電性フィラーは、通常、粉末状態である。
【００２８】
上記炭素質材料の例としては、カーボンブラック、グラファイトに加え、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、ガラス状炭素および炭素ビーズが挙げられる。上記金属の例としては、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、タングステンおよびそれらの合金が挙げられる。上記金属酸化物の例としては、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、リチウム−マンガン複合酸化物、五酸化バナジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、およびチタン酸カリウムが挙げられる。上記導電性セラミックの例としては、カーバイド（例えば、炭化タングステン、炭化チタン、炭化タンタルおよびそれらの複合体（または錯体化合物））、ホウ酸チタン、チタン窒化物、ケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケイ化二オブ、ケイ化モリブデン、ケイ化タンタル、およびケイ化タングステンが挙げられる。上記導電性ポリマーの例としては、ポリアセチレン、ポリピレン、ポリアニリン、ポリフェニレン、およびポリアセンが挙げられる。
【００２９】
好ましくは、上記導電性フィラーは、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、炭化チタン、炭化タングステンまたはニッケル粉末であり、より好ましくはカーボンブラック、炭化タングステンまたはニッケル粉末である。
【００３０】
ポリマーＰＴＣ組成物中の導電性フィラーの割合は、ＰＴＣ組成物としての機能を確保し得る割合であれば特に限定されず、ポリマーＰＴＣ組成物全体に対して、２０ｖｏｌ％以上、例えば３０〜６０ｖｏｌ％、好ましくは３０〜５０ｖｏｌ％、例えば３５〜４５ｖｏｌ％であり得る。なお、導電性フィラーの体積％（ｖｏｌ％）は、用いるポリマーおよび導電性フィラーの重量と密度から、それらの体積を算出することにより得ることができる。このような割合とすることにより、室温抵抗率、抵抗変化率等のＰＴＣ特性を向上させることができる。
【００３１】
上記ポリマーＰＴＣ要素は、上記ポリマーＰＴＣ組成物を層状に成形することによって、例えば押出成形、射出成形またはホットプレスすることによって得られる。
【００３２】
上記ポリマーＰＴＣ要素の厚みは、特に限定されないが、例えば、０．０１ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは０．０５ｍｍ〜３ｍｍ、より好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍであり得る。
【００３３】
上記ポリマーＰＴＣ素子は、ポリマーＰＴＣ要素の少なくとも１つの主表面上に電極を有していてもよい。一の態様において、上記電極は、一方の主表面上にのみ存在する。別の態様において、上記電極は、両主表面上に存在してもよい。好ましい態様において、上記電極は、両主表面上に存在し得る。
【００３４】
電極は、通常、導電性を有する金属の薄い層（例えば、厚さが０．１μｍ〜１００μｍ程度）により形成される。金属薄層は、１つまたは複数存在してもよい。電極を形成する金属材料としては、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、金等の金属が挙げられる。
【００３５】
上記ポリマーＰＴＣ素子は、ポリマーＰＴＣ要素を構成するポリマーＰＴＣ組成物を、電極を構成する金属シート（または金属箔）と一緒に同時に押し出しすることによって、金属シート（または金属箔）の間にポリマーＰＴＣ組成物が挟まれた状態の押出物を得ることによって、製造することができる。別の態様では、ポリマーＰＴＣ組成物の層状物を例えば押出によって得、この層状物を金属シート（または金属箔）の間に挟み、これらを一体に熱圧着して圧着物を得ることによって、製造することもできる。このような押出物（または圧着物）は、電極を両側の主表面に有するポリマーＰＴＣ要素が多数隣接して集合した状態であり、押出物（または圧着物）を所定の形状・寸法に切り出して、単一のポリマーＰＴＣ素子を得ることができる。
【００３６】
別の態様において、ポリマーＰＴＣ要素に導電性金属のメッキを施すことによって、両側の主表面上に電極を形成してもよい。この場合も、上述のような集合状態のものを得、その後、個別のポリマーＰＴＣ素子に分割するのが好ましい。
【００３７】
一の態様において、ポリマーＰＴＣ素子は、フィルム等により保護されていてもよい。上記ポリマーＰＴＣ素子にフィルム等の保護部材を設けることにより、より環境耐性を向上させることができる。
【００３８】
別の態様において、ポリマーＰＴＣ素子は、フィルム等の保護部材を有しない。即ち、ポリマーＰＴＣ要素が露出している。上記ポリマーＰＴＣ素子は、十分な環境耐性を有することから、上記のような保護部材を有していなくても、優れた耐久性を有する。
【００３９】
上記のようなポリマーＰＴＣ素子は、油脂、溶剤等が存在し得る環境下であっても、油脂、溶剤によるポリマーＰＴＣ要素の劣化、例えば膨潤が生じにくい。即ち、平常時の抵抗値の上昇を生じにくい。従って、上記ポリマーＰＴＣ素子は、油脂、溶剤等が存在し得る、特にこれらが蒸気になり易い、あるいは、飛散し易い環境下で用いる機器に好適に用いることができる。上記ポリマーＰＴＣ素子は、上記したように油脂および溶剤に高い耐性を有するので、即ち高い環境耐性を有するので、本発明の機器におけるポリマーＰＴＣ素子の設置箇所の自由度が高く、また、本発明の機器自体の設置箇所の自由度が高い点で有利である。例えば、保護素子を機器の露出部分（即ち、油脂、溶剤等に曝される箇所）に設けることができる。加えて、ポリマーＰＴＣ素子を油脂および溶剤から保護するための措置を取らなくてよい点でも有利である。
【００４０】
上記のように本発明の機器に用いられるポリマーＰＴＣ素子は、環境耐性が高く、長期間使用した場合であっても、機器に不良（不具合）を生じさせない。従って、本発明は、異常、特に過電流または異常発熱により引き起こされる機器の不良の防止方法であって、機器に、保護素子として、ポリフッ化ビニリデンを主成分とするポリマー組成物から構成されるポリマーＰＴＣ要素を有するポリマーＰＴＣ素子を組み入れることを特徴とする、機器の不良の防止方法をも提供する。
【００４１】
上記の本発明の方法は、油脂、溶剤等が存在し得る、特にこれらが蒸気になり易い、あるいは、飛散し易い環境下において好適に用いることができる。
【００４２】
以下の実施例を通じて本発明をさらに説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００４３】
・オイル耐久試験
実施例１
ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）およびエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）をベースとするポリマーＰＴＣ素子Ａ１、Ａ２および高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）をベースとするポリマーＰＴＣ素子Ｂを、基板にリフロー実装し、オイル耐久試験に付した。オイル耐久試験は、オイル（ＥＣ５０）を入れた容器にリフロー実装後のＰＴＣ素子を浸漬状態とし、これを恒温槽（温度：８５℃）に保持することにより行った。所定の時間後に、室温（２５℃）で１時間静置し、次いで２５℃での抵抗値を測定した。リフロー後の抵抗値を１．００として、試験後の抵抗値の割合を算出した。結果を表１に示す。【００４４】
ポリマーＰＴＣ素子Ａ１（図１および図２）：
サイズ：７．５×５．５ｍｍ
初期抵抗値：１８５ｍΩ
・ポリマーＰＴＣ部（ＰＴＣ組成物１１＋銅箔１２）
ＰＴＣポリマー：ＰＶＤＦ（５８質量％）、ＥＴＦＥ（１０質量％）
導電性フィラー：カーボンブラック（３２質量％）
厚み：０．３４ｍｍ
・銅めっき１３
厚み：０．０２５ｍｍ
・ニッケルめっき１４
厚み：０．００５ｍｍ
・スズめっき１５
厚み：０．０４５ｍｍ
・ソルダーレジスト１６
厚み：０．０２ｍｍ
ポリマーＰＴＣ素子Ａ２（図１および図３）：
サイズ：７．５×５．５ｍｍ
初期抵抗値：１８０ｍΩ
・ポリマーＰＴＣ部２つ（ＰＴＣ組成物１１＋銅箔１２）
ＰＴＣポリマー：ＰＶＤＦ（５６質量％）、ＥＴＦＥ（１０質量％）
導電性フィラー：カーボンブラック（３４質量％）
厚み：各０．３４ｍｍ
・銅めっき１３
厚み：０．０３ｍｍ
・ニッケルめっき１４
厚み：０．００５ｍｍ
・スズめっき１５
厚み：０．０５ｍｍ
・プリプレグ１７
厚み：０．０６ｍｍ
ポリマーＰＴＣ素子Ｂ（図１および図２）：
サイズ：４．５×３．２ｍｍ
初期抵抗値：１１５ｍΩ
・ポリマーＰＴＣ部（ＰＴＣ組成物１１＋銅箔１２）
ＰＴＣポリマー：ＨＤＰＥ（４３質量％）
導電性フィラー：カーボンブラック（５７質量％）
厚み：０．２６ｍｍ
・銅めっき１３
厚み：０．０２５ｍｍ
・ニッケルめっき１４
厚み：０．００５ｍｍ
・スズめっき１５
厚み：０．０４５ｍｍ
・ソルダーレジスト１６
厚み：０．０２ｍｍ【００４５】
【表１】
2018131588.tif 000003
【００４６】
表１に示されるように、ＰＶＤＦをベースとするポリマーＰＴＣ素子Ａ１およびＡ２は、オイル中に２００時間浸漬しても、抵抗値の増加は観察されなかった。一方、ＨＤＰＥをベースとするポリマーＰＴＣ素子Ｂは、オイル中に２００時間浸漬した場合、抵抗値が約２倍に増加した。以上の結果から、本発明のＰＴＣ素子Ａ１およびＡ２は、従来のＰＴＣ素子Ｂよりも、環境耐性が高いことが確認された。【００４７】
実施例２
用いるオイルを、ＥＣ５０（オイル１）から、下記表に示すオイル２〜９に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、オイル耐久性試験を行った。ガスクロマトグラフィー質量分析法により得られた各オイルの特徴を表２に、２００時間浸漬後のオイル耐久試験の結果を表３に示す。【００４８】
【表２】
2018131588.tif 000004
【００４９】
【表３】
2018131588.tif 000005
【００５０】
【表４】
2018131588.tif 000006
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の機器は、環境耐性の高いポリマーＰＴＣ素子を用いているので、設置箇所および用途が限定されず、広範な分野において利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１１…ＰＴＣ組成物
１２…銅箔
１３…銅めっき
１４…ニッケルめっき
１５…スズめっき
１６…ソルダーレジスト
１７…プリプレグ
【図１】
2018131588.tif 000007
【図２】
2018131588.tif 000008
【図３】
2018131588.tif 000009
【国際調査報告】
2018131588.tif 000010
2018131588.tif 000011