WO2013047122A1

WO2013047122A1 - 有機ｐｔｃ素子の製造方法

Info

Publication number: WO2013047122A1
Application number: PCT/JP2012/072564
Authority: WO
Inventors: 雅紀河西; 勇二岸田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2013-04-04
Anticipated expiration: 2014-03-30

Abstract

　薄膜化による低抵抗化ができる有機ＰＴＣ素子の製造方法を提供する。　導電性粉末と樹脂と溶剤とを混合してスラリーを作成する工程Ｓ１と、スラリーをシート状に成形してＰＴＣシートを作成する工程Ｓ２と、ＰＴＣシートを金属箔で挟み込んで圧着する工程Ｓ３，Ｓ４と、を備えている。ＰＴＣシートを作成する工程は、金属箔の上にスラリーを塗布してシート状に成形してＰＴＣシートを作成する。導電性粉末の含有量は、導電性粉末と樹脂との合計量に対して４０ｖｏｌ％以下である。あるいは、導電性粉末の含有量は、導電性粉末と樹脂との合計量に対して３０ｖｏｌ％以上である。導電性粉末はカーボンブラックであり、樹脂はポリカプロラクトン樹脂である。

Description

有機ＰＴＣ素子の製造方法

　本発明は、例えば、過電流保護素子として用いられる有機ＰＴＣ素子の製造方法に関する。

　有機ＰＴＣ素子の製造方法としては、導電性材料と樹脂とを混錬する工程と、導電性材料と樹脂との混錬物をシート状に成形する工程と、成形されたＰＴＣシートの表面に薄膜電極を成膜する工程と、を有する方法が知られている（特許文献１および特許文献２参照）。ここで、ＰＴＣシートは、より具体的には、金属フィラーと熱可塑性樹脂とを溶融混練してなる混練物をロールで圧延する方法により成形されている。

特開２００２－２８０２０３号公報特開２００４－３６３４６９号公報

　ところで、有機ＰＴＣ素子の抵抗値（比抵抗）を低くするためには、有機ＰＴＣ素子を薄膜化することが有効である。しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の、金属フィラーと熱可塑性樹脂とを溶融混練してなる混錬物をロールで圧延することによりＰＴＣシートを成形する製造方法（溶剤を用いない無溶剤系工法であり、以下、溶融混練工法と称する）では、有機ＰＴＣ素子の薄膜化に限界があった。このため、従来の有機ＰＴＣ素子は、抵抗値（比抵抗）が高いという問題があった。

　それゆえに、本発明の目的は、薄膜化による低抵抗化ができる有機ＰＴＣ素子の製造方法を提供することである。

　本発明は、
　導電性粉末と樹脂と溶剤とを混合してスラリーを作成する工程と、
　スラリーをシート状に成形してＰＴＣシートを作成する工程と、
　ＰＴＣシートを金属箔で挟みこんで圧着する工程と、
　を備えていること、を特徴とする、有機ＰＴＣ素子の製造方法である。

　本発明では、導電性粉末と樹脂と溶剤とを混合して作成したスラリーを用いてＰＴＣシート成形する工法（溶剤系工法）を採用するため、有機ＰＴＣ素子の薄膜化が可能となり、抵抗値（比抵抗）の低い有機ＰＴＣ素子が得られる。

　また、本発明は、ＰＴＣシートを作成する工程は、金属箔の上にスラリーを塗布してシート状に成形してＰＴＣシートを作成すること、を特徴とする、有機ＰＴＣ素子の製造方法である。これにより、ＰＴＣシートと金属箔との密着性が高い有機ＰＴＣ素子が得られ、有機ＰＴＣ素子の初期抵抗値の低減に寄与する。

　また、本発明は、導電性粉末の含有量は、導電性粉末と樹脂との合計量に対して４０ｖｏｌ％以下であること、を特徴とする、有機ＰＴＣ素子の製造方法である。これにより、温度特性の優れた有機ＰＴＣ素子が得られる。

　また、本発明は、導電性粉末の含有量は、導電性粉末と樹脂との合計量に対して３０ｖｏｌ％以上であること、を特徴とする、有機ＰＴＣ素子の製造方法である。これにより、初期抵抗値の低い有機ＰＴＣ素子が得られる。

　また、本発明は、導電性粉末はカーボンブラックであり、樹脂はポリカプロラクトン樹脂であること、を特徴とする、有機ＰＴＣ素子の製造方法である。これにより、導電性粉末として、高価な金属粉を使用することなく、低抵抗の有機ＰＴＣ素子が得られる。

　本発明によれば、導電性粉末と樹脂と溶剤とを混合して作成したスラリーを用いてＰＴＣシート成形する工法（溶剤系工法）を採用するので、有機ＰＴＣ素子を薄膜化でき、抵抗値（比抵抗）の低い有機ＰＴＣ素子を得ることができる。

　この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。

本発明に係る有機ＰＴＣ素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。有機ＰＴＣ素子の製造方法を説明するための斜視図である。図２に続く有機ＰＴＣ素子の製造方法を説明するための斜視図である。図３に続く有機ＰＴＣ素子の製造方法を説明するための概略図である。図３に続く有機ＰＴＣ素子の製造方法を説明するための概略図である。

　（有機ＰＴＣ素子の製造方法）
　図１は、本発明に係る有機ＰＴＣ素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１で、樹脂としてのポリカプロラクトン樹脂（以下、ＰＣＬとも称する）と、導電性フィラーとしての＃４５００のカーボンブラック粉（以下、ＣＢとも称する）とが、出発原料として準備され、これらは表１（後出）に示した含有率で調合される。この調合原料は、溶剤としてのトルエンと共に混合され、スラリーとされる。

　次に、ステップＳ２で、このスラリーは、ドクターブレード法により、図２に示すように、Ｎｉ箔１２上にシート状に成形される。成形されたＮｉ箔１２上のＰＴＣシート１４は、図３に示すように、Ｎｉ箔１２と共にカット線Ｃに沿って所定のサイズ（本実施形態の場合は２４×３６ｍｍ）に切り出される。

　次に、ステップＳ３で、所定のサイズに切り出されたＮｉ箔１２付きＰＴＣシート１４の一対は、図４（Ａ）に示すように、７０℃に加熱された金型に、ＰＴＣシート１４が対向するように（ＰＴＣシート１４がＮｉ箔１２で挟まれるように）セットされる。

　次に、ステップＳ４で、金型にセットされた一対のＰＴＣシート１４は、常温にて約２０ＭＰａでプレス圧着される。こうして、図４（Ｂ）に示すように、ＰＴＣシート１４の表裏面に電極としての機能を有するＮｉ箔１２を設けた有機ＰＴＣ素子１６が得られる。

　このようにして得られた有機ＰＴＣ素子１６は、ポリカプロラクトン樹脂（ＰＣＬ）とカーボンブラック粉（ＣＢ）とをトルエン溶剤に溶かしてシート成形するので、有機ＰＴＣ素子１６の薄膜化による低抵抗化が可能となる。また、本発明は、Ｎｉ箔１２の上にスラリーを塗布してシート状に成形してＰＴＣシート１４を作成するので、粗面化された箔にスラリーが浸み込み易く、ＰＴＣシート１４とＮｉ箔１２との密着性が高い有機ＰＴＣ素子１６が得られる。

　また、従来の溶融混練工法では、有機ＰＴＣ素子の薄膜化に限界があるため、導電性粉末として金属フィラー（Ｎｉ粉）などの低抵抗材料を使用しなければ、有機ＰＴＣ素子の低抵抗化は困難であった。しかし、本発明の製造方法によれば、有機ＰＴＣ素子を薄膜化して低抵抗化できるので、高価なＮｉ粉を使用しないで、安価なカーボンブラック粉（ＣＢ）でも、有機ＰＴＣ素子の低抵抗化ができ、製造コストを低減できる。また、本発明の製造方法は、従来の溶融混練工法と比較して、連続して製造することができる。

　さらに、通常、有機ＰＴＣ素子の製造方法は、粗面化されたＮｉ箔１２にＰＴＣシート１４を挟み込み、熱圧着して有機ＰＴＣ素子を作成する。このとき、従来の溶融混練工法では、ポリカプロラクトン樹脂（ＰＣＬ）に導電性粉末を充填してシート成形するので、ＰＴＣシートが脆くなり、Ｎｉ箔とＰＴＣシートとの接触抵抗が増加するという問題があった。しかし、本発明の製造方法によれば、ポリカプロラクトン樹脂（ＰＣＬ）と導電性粉末（ＣＢ）とをトルエン溶剤に溶かしてシート成形するので、ＰＴＣシート１４が柔軟となり、Ｎｉ箔１２とＰＴＣシート１４との接触抵抗を低くできる。そして、トルエン溶剤を添加したシート成形工法を採用したことで、導電性粉末の高充填も可能になる。

　（有機ＰＴＣ素子の評価）
　次に、得られた有機ＰＴＣ素子１６の初期抵抗値（比抵抗）、温度特性および薄膜化を評価した。表１は評価結果を示す。

　ここで、初期抵抗値（比抵抗）は、デジタルソースメーター（ＫＥＩＴＨＬＥＹ製、２４００ソースメーター）を用いて、４端子法で測定した。また、測定した初期抵抗値から、以下の（１）式を用いて比抵抗の算出を行った。そして、比抵抗が１Ω・ｃｍ以下の場合、その試料は「○」（「合格」）と評価した。
　比抵抗（Ω・ｃｍ）＝抵抗（Ω）×面積（ｃｍ²）÷厚さ（ｃｍ）・・・・（１）

　また、温度特性（測定温度と抵抗値との関係を示す特性）は、ＲＴＣ装置を用いて、４端子法により２０℃から１００℃まで、１０℃毎に測定した。測定電圧は０．０１Ｖとし、各温度（１０℃毎の測定温度）での保持時間は１８０秒とした。そして、２０℃における抵抗値と１００℃における抵抗値とが、１桁以上異なる場合、その試料は「○」（「合格」）と評価した。

　さらに、薄膜化は、膜厚が３００μｍ未満の取り扱い易いＰＴＣシート１４を作成できる場合、その試料は「○」（「合格」）と評価した。

　なお、表１には、比較例として、溶融混練工法によって作成した有機ＰＴＣ素子（試料番号６～試料番号８）の評価結果も併せて記載している。すなわち、試料番号６～試料番号８の有機ＰＴＣ素子の作成方法は、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）とカーボンブラック粉（ＣＢ）とがラボプラストミルにより溶融混練された後、７０℃に加熱された金型にセットされ、常温にて約２０ＭＰａでプレスされて平板状ＰＴＣシートとされる。その後、平板状ＰＴＣシートは２枚のＮｉ箔で挟み込まれ、常温にて約２０ＭＰａでプレスされて有機ＰＴＣ素子が作成される。

　表１から、試料番号１～試料番号５に示すように、導電性粉末（ＣＢ）と樹脂（ＰＣＬ）と溶剤（トルエン）とを混合して作成したスラリーを用いてＰＴＣシート成形する工法（溶剤系工法）を採用した場合、膜厚が３００μｍ未満の取り扱いし易いＰＴＣシート１４が作成でき、有機ＰＴＣ素子１６が薄膜化されることが認められる。

　さらに、試料番号１～試料番号４のように、導電性粉末（ＣＢ）の含有量が、導電性粉末（ＣＢ）と樹脂（ＰＣＬ）との合計量に対して４０ｖｏｌ％以下である場合（試料番号１～試料番号４）には、ＰＴＣシート１４の薄膜化に加えて、温度特性の優れた有機ＰＴＣ素子１６が得られることが認められる。しかし、試料番号５は、導電性粉末（ＣＢ）が高充填され過ぎているため、２０℃における抵抗値と１００℃における抵抗値とが、１桁以上異ならず、有機ＰＴＣ素子１６の温度特性が劣化する。

　さらに、試料番号１～試料番号３のように、導電性粉末（ＣＢ）の含有量が、導電性粉末（ＣＢ）と樹脂（ＰＣＬ）との合計量に対して３０ｖｏｌ％以上である場合には、ＰＴＣシート１４の薄膜化および優れた温度特性に加えて、初期抵抗値の低い有機ＰＴＣ素子１６が得られることが認められる。その結果、過電流保護素子に適した有機ＰＴＣ素子１６が得られる。有機ＰＴＣ素子１６を過電流保護素子として用いる場合は、導電性粉末（ＣＢ）を高充填（３０ｖｏｌ％以上）させて、有機ＰＴＣ素子１６の抵抗値（比抵抗）を低くする必要がある。しかし、試料番号４は、導電性粉末（ＣＢ）が低充填され過ぎているため、比抵抗が１Ω・ｃｍ以上となり、有機ＰＴＣ素子１６の初期抵抗値が高くなる。

　一方、試料番号６～試料番号８のように、有機ＰＴＣ素子を溶融混錬法により作成した場合、ＰＴＣシートの材料が脆くて取り扱いし難く、また、３００μｍ未満の薄膜のＰＴＣシートを作成することができないため、不合格とした。さらに、試料番号７および試料番号８は、ＰＴＣシートとＮｉ箔との密着性が低下し、両者の界面での接触抵抗が増加するため、比抵抗が１Ω・ｃｍ以上となり、有機ＰＴＣ素子の初期抵抗値が高くなる。

　なお、この発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。例えば、図１のステップＳ３において、図５（Ａ）に示すように、所定のサイズに切り出されたＮｉ箔１２付きＰＴＣシート１４は、１枚のＮｉ箔１２が上に載置され、ＰＴＣシート１４がＮｉ箔１２で挟まれた状態で、７０℃に加熱された金型にセットされてもよい。金型にセットされたＰＴＣシート１４は、図５（Ｂ）に示すように、常温にて約２０ＭＰａでプレス圧着されて有機ＰＴＣ素子１８が作成される。

　　１２　金属箔（Ｎｉ箔）
　　１４　ＰＴＣシート
　　１６，１８　有機ＰＴＣ素子

Claims

　導電性粉末と樹脂と溶剤とを混合してスラリーを作成する工程と、
　前記スラリーをシート状に成形してＰＴＣシートを作成する工程と、
　前記ＰＴＣシートを金属箔で挟みこんで圧着する工程と、
　を備えていること、を特徴とする、有機ＰＴＣ素子の製造方法。
　前記ＰＴＣシートを作成する工程は、金属箔の上に前記スラリーを塗布してシート状に成形してＰＴＣシートを作成すること、を特徴とする、請求項１に記載の有機ＰＴＣ素子の製造方法。
　前記導電性粉末の含有量は、前記導電性粉末と前記樹脂との合計量に対して４０ｖｏｌ％以下であること、を特徴とする、請求項１または請求項２に記載の有機ＰＴＣ素子の製造方法。
　前記導電性粉末の含有量は、前記導電性粉末と前記樹脂との合計量に対して３０ｖｏｌ％以上であること、を特徴とする、請求項１～請求項３のいずれかに記載の有機ＰＴＣ素子の製造方法。
　前記導電性粉末はカーボンブラックであり、前記樹脂はポリカプロラクトン樹脂であること、を特徴とする、請求項１～請求項４のいずれかに記載の有機ＰＴＣ素子の製造方法。