(57)【要約】【課題】  導電体間の距離を長期間安定して確保し、長時間の通電時における短絡のおそれを抑制できる過熱保護素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】  対向する一対の金属電極箔１間に絶縁性の主樹脂１０を複数挟持させ、一対の金属電極箔１同士を常温時には接触させて通電可能とし、高温時には各主樹脂１０を膨張させて離隔させる過熱保護素子であって、各金属電極箔１の接触面２にそれぞれ粗く凸凹に形成される凹凸面３と、各金属電極箔１の接触面２にそれぞれ複数凹み形成され、各主樹脂１０の一部に嵌合する滞留用の凹部４とを備える。ある程度の体積を確保する凹部４を形成して主樹脂１０の膨張幅を増大させるので、過熱保護素子自体の熱により主樹脂１０自体が軟化しても、全体的な金属電極箔１間の距離を長期間安定して確保でき、しかも、長時間の通電時に短絡の発生するおそれもない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向する複数の導電体間に絶縁性の高分子マトリクスを挟み、複数の導電体同士を常温時には接触させて通電可能とし、常温よりも温度の上昇する温度上昇時には高分子マトリクスを膨張させて離隔させる過熱保護素子であって、
導電体の接触面に形成される凹凸面と、複数の導電体の接触面にそれぞれ凹み形成され、高分子マトリクスの一部に嵌合する滞留用の凹部とを含んでなることを特徴とする過熱保護素子。
【請求項２】
導電体をニッケル、銅、あるいは複数の合金としてその接触面の粗さをＲａ０．５〜５０μｍとした請求項１記載の過熱保護素子。
【請求項３】
各導電体の凹部を接触面の２５〜８０％の面積率で形成するとともに、凹部の凹み深さを接触面から（導電体の厚さ）×（４０〜７０％）の範囲とした請求項１又は２記載の過熱保護素子。
【請求項４】
相対向する複数の導電体間に絶縁性の高分子マトリクスを挟み、複数の導電体同士を常温時には接触させて通電可能とし、常温よりも温度の上昇する温度上昇時には高分子マトリクスを膨張させて離隔させる過熱保護素子の製造方法であって、
導電体の接触面に形成される凹凸面と、複数の導電体の接触面にそれぞれ凹み形成され、高分子マトリクスの一部に嵌合する滞留用の凹部とを含むことを特徴とする過熱保護素子の製造方法。
【請求項５】
導電体をニッケル、銅、あるいは複数の合金としてその接触面の粗さをＲａ０．５〜５０μｍとする請求項４記載の過熱保護素子の製造方法。
【請求項６】
各導電体の凹部を接触面の２５〜８０％の面積率で形成するとともに、凹部の凹み深さを接触面から（導電体の厚さ）×（４０〜７０％）の範囲とする請求項４又は５記載の過熱保護素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子電気機器の電池や回路部品等を保護する過熱保護素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂に導電性粒子を分散させた過熱保護素子は、図示しないが、対向する一対の金属電極箔と、この一対の金属電極箔に挟持される導電性の樹脂とを備え、電子電気機器の分野で使用されている（特許文献１参照）。この種の過熱保護素子は、室温抵抗値が十分に低いこと、室温抵抗値と動作時の抵抗値の変化率が十分に大きいこと、繰り返し動作時における抵抗値の変化が小さいことが特性として求められる。
【０００３】
ところで、従来の過熱保護素子は、動作の繰り返しにより室温抵抗値が上昇したり、一対の金属電極箔に導電性の樹脂を挟持させる構造上、通電時に樹脂自体が回路内の抵抗になるという問題がある。
【０００４】
係る問題を解消する手段として、電極になる金属電極箔同士を直接接触させ、回路の過熱時には、熱の検知により金属電極箔同士を離隔させ、通電を遮断する方法が提案されている。
しかしながら、金属電極箔同士の接触面が平面の場合には、樹脂の成形時の歪等により、周囲温度の上昇時に膨張の偏りが僅かに発生し、その結果、回路の過熱時に電流を遮断するトリップ温度が過熱保護素子毎に異なるおそれが少なくない。また、トリップ温度近辺でチャタリング等が発生するおそれもある。
【０００５】
また、上記特許文献には、一対の金属電極箔間に挟持させたエラストマーやシリコーンゴムの膨張・収縮を利用する過熱保護素子が開示され、一対の金属電極箔間に、樹脂に導電性粒子を分散させた薄いＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）樹脂（絶縁体）を挟持させており、安定性を維持するタイプが実施例に示されている。このタイプの過熱保護素子は、安定性を得ることができるものの、構造が複雑になり、これに伴い製造方法が煩雑化してコストが上昇してしまうという大きな問題が新たに生じる。
【特許文献１】特開２００４‐１０３８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
係る問題を解消する手段としては、金属電極箔の接触面を粗面化する方法が考えられるが、この方法には、全体的な金属電極箔間の距離を長期間確保すること、短絡を招くことなく長時間通電できることに問題がある。
【０００７】
すなわち、一般的にエラストマーとして使用される薄いＰＴＣ樹脂、具体的には高密度ポリエチレンの熱膨張率は常温の体積を１００％とすると、融点である１１０℃前後で急激に膨張するものの、最大でも１１０％程度である。一方、金属電極箔間の距離は、最大でもサブミクロン以下である。
これらの構成において、過熱保護素子自体の熱により薄い樹脂自体が軟化すると、全体的な金属電極箔間の距離を長期間安定して確保することが難しく、長時間の通電時には短絡の発生するおそれがある。
【０００８】
本発明は上記に鑑みなされたもので、導電体間の距離を長期間安定して確保し、長時間の通電時における短絡のおそれを抑制することのできる過熱保護素子及びその製造方法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】
【０００９】
本発明においては上記課題を解決するため、相対向する複数の導電体間に絶縁性の高分子マトリクスを挟み、複数の導電体同士を常温時には接触させて通電可能とし、常温よりも温度の上昇する温度上昇時には高分子マトリクスを膨張させて離隔（離れ隔てる）させるものであって、
導電体の接触面に形成される凹凸面と、複数の導電体の接触面にそれぞれ凹み形成され、高分子マトリクスの一部に嵌合する滞留用の凹部とを含んでなることを特徴としている。
【００１０】
なお、導電体をニッケル、銅、あるいは複数の合金としてその接触面の粗さをＲａ０．５〜５０μｍとすることが好ましい。
また、各導電体の凹部を接触面の２５〜８０％の面積率で形成するとともに、凹部の凹み深さを接触面から（導電体の厚さ）×（４０〜７０％）の範囲とすることが好ましい。
また、高分子マトリクスに、結晶性の熱可塑性ポリマーを７０ｗｔ％以上含有させることが好ましい。
【００１１】
また、本発明においては上記課題を解決するため、相対向する複数の導電体間に絶縁性の高分子マトリクスを挟み、複数の導電体同士を常温時には接触させて通電可能とし、常温よりも温度の上昇する温度上昇時には高分子マトリクスを膨張させて離隔させるものの製造方法であって、
導電体の接触面に形成される凹凸面と、複数の導電体の接触面にそれぞれ凹み形成され、高分子マトリクスの一部に嵌合する滞留用の凹部とを含むことを特徴としている。
【００１２】
なお、導電体をニッケル、銅、あるいは複数の合金としてその接触面の粗さをＲａ０．５〜５０μｍとすることが好ましい。
また、各導電体の凹部を接触面の２５〜８０％の面積率で形成するとともに、凹部の凹み深さを接触面から（導電体の厚さ）×（４０〜７０％）の範囲とすることが好ましい。
さらに、高分子マトリクスに、結晶性の熱可塑性ポリマーを７０ｗｔ％以上含有させることが好ましい。
【００１３】
さらにまた、相対向する複数の導電体間に絶縁性の高分子マトリクスを挟み、複数の導電体同士を常温時には接触させて通電可能とし、高温時には高分子マトリクスを膨張させて離隔させるものであって、
複数の導電体の接触面にそれぞれ凹み形成され、高分子マトリクスの一部に嵌合する滞留用の凹部を含んでなることを特徴としても良い。
【００１４】
ここで、特許請求の範囲における高分子マトリクスは、導電材料を含有しないものであれば、一種類、複数種類、単数複数を特に問うものではない。また、凹凸面は、複数の導電体の接触面にそれぞれ形成することもできるし、少なくとも一の導電体の接触面に形成することもできる。凹部は、各導電体に単数複数形成することができる。さらに、過熱保護素子は、少なくとも一次電池、二次電池、自動車のモータ、スピーカ、携帯電話の充電電池、コンピュータ回路の保護等にヒューズとして利用することができる。
【００１５】
本発明によれば、過熱保護素子の導電体に加工された凹部が嵌まり合う高分子マトリクスの体積を確保してその膨張に資する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、導電体間の距離を長期間安定して確保し、長時間の通電時における短絡のおそれを抑制することができるという効果がある。
また、導電体をニッケル、銅、及び又は複数の合金としてその接触面の粗さをＲａ０．５〜５０μｍとすれば、優れた導電性を比較的安価に得ることができ、しかも、導通状態と絶縁状態が交互するチャタリングを防ぐこともできる。
【００１７】
さらに、各導電体の凹部を接触面の２５〜８０％の面積率で形成するとともに、凹部の凹み深さを接触面から（導電体の厚さ）×（４０〜７０％）の範囲とすれば、高分子マトリクスの膨張に支障を来たしたり、初期抵抗値が当初から高くなるのを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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過熱保護素子及びその製造方法は、図１や図２に示すように、相対向する一対の金属電極箔１間に導電材料を含有しない絶縁性の主樹脂１０を複数接着挟持させ、一対の金属電極箔１同士を常温時には接触させて通電可能とし、回路の発熱等で常温よりも温度の上昇する温度上昇時（高温時）には複数の主樹脂１０を膨張させて離隔させるようにしている。
【００１９】
各金属電極箔１は、例えば圧延された安価なニッケル、銅、あるいは複数の合金を使用して矩形の薄い板形に形成され、コンピュータ回路等の電極となるリード端子として利用される。この金属電極箔１の対向する他の金属電極箔１に接触する接触面２には、凹凸面３と、この凹凸面３よりも大きく形成される主樹脂滞留用の一対の凹部４とがそれぞれ配設される。凹凸面３は、金属電極箔１の接触面２の一部が粗くランダムな凸凹にされることにより形成され、導電性を向上させる観点から粗さがＲａ＝０．５〜５０μｍの範囲に設定される。
【００２０】
一対の凹部４は、接触面２の残部にエッチング法等により間隔をおき並べて凹み形成され、主樹脂１０に嵌合してその膨張を増大させるよう機能する。各凹部４は、接触面２の２５〜８０％の面積率で形成され、断面略Ｕ字形の凹み深さが接触面２から（金属電極箔１の厚さ）×（４０〜７０％）の範囲とされる。これは、係る条件未満の場合には、主樹脂１０の膨張に支障を来たし、逆に条件を超える場合には、初期抵抗値が当初から高く、実用に耐えないからである。
【００２１】
各主樹脂１０は、例えば高密度ポリエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなる結晶性の熱可塑性ポリマーが７０ｗｔ％（重量％）以上含有されるとともに、マレイン酸変性ＥＰＲが１ｗｔ％以上配合される。このような主樹脂１０は、矩形の薄いシートあるいはフィルムに成形され、一対の凹部４にそれぞれ挟持される。
【００２２】
上記によれば、金属電極箔１に、ある程度の主樹脂１０の体積を確保する凹部４を形成して過熱保護素子の高温時に主樹脂１０の膨張幅を増大させるので、例え過熱保護素子自体の熱により薄い主樹脂１０自体が軟化しても、全体的な金属電極箔１間の距離を長期間安定して確保することができ、しかも、長時間の通電時に接近して短絡の発生するおそれもない。また、平坦な金属電極箔１を単に用いるのではなく、適度に粗面化した金属電極箔１を使用するので、安定した初期抵抗値を得ることができ、急峻なトリップ特性をも得ることができる。
【００２３】
さらに、金属電極箔１をニッケル、銅、及び又は複数の合金としてその接触面２の粗さをＲａ０．５〜５０μｍの範囲とするので、優れた導電性を安価に得ることができる。さらにまた、導通状態と絶縁状態が交互するチャタリングを招くこともない。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明に係る過熱保護素子及びその製造方法の実施例を比較例と共に説明する。
実施例１
先ず、結晶性ポリマーであるポリエチレン〔出光石油化学製：商品名５４８Ｂ〕９３ｗｔ％、及びマレイン酸変性ＥＰＲ〔三井デュポン・ポリケミカル製：商品名ＮＯ９０３ＨＣ〕７ｗｔ％を原料としたペレットをジェットミルにより１６〜１００ｍｅｓｈの粒度に調製し、この原料をスーパーミキサー〔カワタ製〕により混合撹拌し、１８０℃の温度に調整された加圧ニーダーで混練して混練物を得た。こうして混練物を得たら、この混練物をカレンダー加工機にセットしてシーティングし、厚さ５０μｍのシートを成形した。
【００２５】
次いで、成形したシートをＲａ＝２．０μｍに粗面化した一対の金属電極箔に挟んでプレス成形機にセットし、加熱（２５０℃）、加圧(１０ｋｇｆ／ｃｍ2、なお、１０ｋｇｆ／ｃｍ2＝０．９８ＭＰａ)して総厚２５０μｍのラミネート物を得た。金属電極箔は、粗面化した厚さ１２５μｍのニッケル箔とし、図２に示す複数の凹部を形成して各寸法を表１のようにした。そして、得られたラミネート物に３０ＭＲａｄの電子線を電子線架橋装置により照射して高分子配合物を架橋させ、過熱保護素子を製造した。
【００２６】
実施例２
基本的には実施例１と同様であるが、図２に示す金属電極箔の各寸法を表１のように調整した。
実施例３
基本的には実施例１と同様であるが、図２に示す金属電極箔の各寸法を表１のように調整した。
【００２７】
実施例４
基本的には実施例１と同様だが、図２に示す金属電極箔の各寸法を表１のように調整することとした。
実施例５
基本的には実施例１と同様だが、図２に示す金属電極箔の各寸法を表１のように調整することとした。
【００２８】
比較例
先ず、結晶性ポリマーであるポリエチレン〔出光石油化学製：商品名５４８Ｂ〕９３ｗｔ％、及びマレイン酸変性ＥＰＲ〔三井デュポン・ポリケミカル製：商品名ＮＯ９０３ＨＣ〕７ｗｔ％を原料としたペレットをジェットミルにより１６〜１００ｍｅｓｈの粒度に調製し、この原料をスーパーミキサー〔カワタ製〕により混合撹拌し、１８０℃の温度に調整された加圧ニーダーで混練して混練物を得た。こうして混練物を得たら、この混練物をカレンダー加工機にセットしてシーティングし、厚さ５０μｍのシートを成形した。
【００２９】
次いで、成形したシートを平坦な一対の金属電極箔に挟んでプレス成形機にセットし、加熱（２５０℃）、加圧(１０ｋｇｆ／ｃｍ2、なお、１０ｋｇｆ／ｃｍ2＝０．９８ＭＰａ)して総厚２５０μｍのラミネート物を得た。金属電極箔は、粗面化処理や凹部を形成していない厚さ１２５μｍのニッケル箔とし、その粗さをＲａ＝０．２μｍとした。そして、得られたラミネート物に３０ＭＲａｄの電子線を電子線架橋装置により照射して高分子配合物を架橋させ、過熱保護素子を製造した。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
過熱保護素子の特性の測定
実施例、比較例の過熱保護素子をそれぞれ製造したら、各過熱保護素子のＰＴＣ特性等を測定した。具体的には、過熱保護素子に電線の一端部を接合して他方の他端部を抵抗測定器に接続し、この過熱保護素子をオーブンに入れて抵抗値の測定を開始した。
【００３２】
測定に際しては、２０℃から順次１０℃ごとに昇温して抵抗値を測定し、１６０℃まで昇温した。１６０℃に達したら、温度を保持して過熱保護素子の状態を観察し、絶縁状態を維持できなくなった時点で測定を中止した。絶縁状態の抵抗値は、３５００Ωを限界とした。また、約２４時間ごとにトリップ状態の抵抗値を測定し、１０００時間に達するまで観察した（ＵＬ１４３４のエージングテスト相当）。
【００３３】
過熱保護素子の抵抗値の状態を観察したら、問題の生じなかった過熱保護素子を１時間室温で放置し、Ｒ−Ｔ曲線を測定した。このＲ−Ｔ曲線の測定に際しては、２０℃から順次１０℃ごとに昇温して抵抗値を測定し、１６０℃まで昇温し、１６０℃に達したら、逆に１０℃ごとに冷却して抵抗値を測定し、２０℃（２０℃の抵抗値を緩和抵抗値という）まで冷却して測定した。
【００３４】
上記のようにして実施例、比較例の過熱保護素子の特性を測定したら、初期抵抗（テストの０Ｈにおける抵抗値）、トリップ状態の抵抗値を表２、表３、図３ないし図１０にまとめた。
【００３５】
【表２】
2007027412.tif 000004
【００３６】
【表３】
2007027412.tif 000005
【００３７】
測定の結果、実施例１〜５の過熱保護素子に関しては、良好な絶縁状態を確認し、１０００時間のエージングテストでも何ら問題がなかった。
【００３８】
これに対し、比較例の過熱保護素子に関しては、トリップ温度に到達してから絶縁状態を維持することができず、２００時間の経過時点で通電している様子を確認した（図４参照）。また、温度上昇に対する抵抗値の上昇が低く、トリップする様子が見られないことを確認した（図１０参照）。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る過熱保護素子及びその製造方法の実施形態を模式的に示す全体斜視説明図である。
【図２】本発明に係る過熱保護素子及びその製造方法の実施形態における金属電極箔を模式的に示す斜視説明図である。
【図３】本発明に係る過熱保護素子及びその製造方法の実施例における長期安定性を示すグラフである。
【図４】本発明に係る過熱保護素子及びその製造方法の比較例における長期安定性を示すグラフである。
【図５】本発明に係る過熱保護素子及びその製造方法の実施例１のＲ−Ｔ曲線を示すグラフである。
【図６】本発明に係る過熱保護素子及びその製造方法の実施例２のＲ−Ｔ曲線を示すグラフである。
【図７】本発明に係る過熱保護素子及びその製造方法の実施例３のＲ−Ｔ曲線を示すグラフである。
【図８】本発明に係る過熱保護素子及びその製造方法の実施例４のＲ−Ｔ曲線を示すグラフである。
【図９】本発明に係る過熱保護素子及びその製造方法の実施例５のＲ−Ｔ曲線を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る過熱保護素子及びその製造方法の比較例のＲ−Ｔ曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１          金属電極箔（導電体）
２          接触面
３          凹凸面
４          凹部
１０        主樹脂（高分子マトリクス）
【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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【図６】
2007027412.tif 000011
【図７】
2007027412.tif 000012
【図８】
2007027412.tif 000013
【図９】
2007027412.tif 000014
【図１０】
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