JP4462271B2

JP4462271B2 - Ｐｔｃ素子

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Publication number: JP4462271B2
Application number: JP2007004978A
Authority: JP
Inventors: 勤畠山; 司金; 秋男阿部; 徳明平野
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2027-01-12
Also published as: JP2007294860A

Description

本発明は、ＰＴＣ素子に関する。

従来のＰＴＣ素子として、例えば特許文献１に記載されているように、高分子系導電性組成物のシート体（ＰＴＣ素体）の表裏に、金属部材（電極）を接着したものが知られている。
特開２００５−１１８４７号公報

しかし、従来のＰＴＣ素子は、製造後に長期間経過した後に熱履歴を受けると、ＰＴＣ素体が劣化して室温抵抗値が大きく増大してしまうという問題があった。室温抵抗値が大きくなると非動作時と動作時との抵抗変化率が小さくなるため、ＰＴＣ素子として正常に機能しない状態となり得る。従来のＰＴＣ素子においては、製造後に長期間経過すると、ＰＴＣ素体中に周囲から酸素が侵入すると考えられる。そして、その状態でＰＴＣ素子が熱履歴を受けると、ＰＴＣ素体中の樹脂や導電性粒子が侵入した酸素によって酸化され、この酸化によってＰＴＣ素体が劣化して室温抵抗値の増大が引き起こされると考えられる。

そこで、本発明は、製造してから長期間経過後に熱履歴を受けたときのＰＴＣ素体の劣化が十分に抑制されたＰＴＣ素子を提供することを目的とする。

本発明に係るＰＴＣ素子は、高分子マトリックスおよび導電性粒子を含むＰＴＣ素体と、ＰＴＣ素体と接合する第１の主面と、当該第１の主面に対向する第２の主面とを有する電極と、ＰＴＣ素体の外面のうち電極の第１の主面と接合する第１の外面を除く第２の外面を覆う保護層と、を備え、保護層が、電極の第２の主面までわたっており、且つ、当該第２の主面のうち第２の外面近傍の周縁部分のみを覆うことを特徴とする。

本発明のＰＴＣ素子では、保護層がＰＴＣ素体の第２の外面、すなわちＰＴＣ素体の露出面、を覆っている。ＰＴＣ素体の露出面は保護層に覆われることにより、外気に触れることがなくなる。保護層は電極の第２の主面までわたっているため、ＰＴＣ素体の露出面と電極の第２の主面との間に位置する、ＰＴＣ素体と電極との界面も、保護層に覆われることとなる。よって、ＰＴＣ素体と電極との界面も外気に触れることがなくなる。

保護層は、電極の第２の主面のうちＰＴＣ素体の露出面近傍の周縁部分のみを覆う。このように比較的狭い範囲に形成された保護層は、表面張力の効果により盛り上がっている。したがって、第２の主面の周縁部分は、十分な厚さの保護層で覆われることとなる。第２の主面の周縁部分を十分な厚さの保護層で覆った場合には、第２の主面の周縁部分の近傍、すなわち電極とＰＴＣ素体との界面付近もまた、十分な厚さの保護層で覆われることとなる。よって、電極とＰＴＣ素体との界面周辺が外気に触れる可能性を顕著に抑制できる。

露出面だけでなく、電極との界面付近も外気と接触しないようになっているＰＴＣ素体は、ガスバリア性が極めて良好であり、酸化しにくいものとなる。ＰＴＣ素体を酸化しにくいものとすることにより、製造してから長期間経過後に熱履歴を受けたときのＰＴＣ素体の劣化を、十分に抑制することができる。また、電極の第２の主面にまでわたるよう保護層を形成することにより、保護層と電極との密着性を向上させることができる。その結果、保護層は剥離しにくいものとなり、ＰＴＣ素体を確実に保護することが可能となる。

本発明のＰＴＣ素子では、電極の第２の主面側からみたときに、当該第２の主面上に位置する保護層の端部からＰＴＣ素体の最も張り出した部分までの最短距離が１mm未満であることが好ましい。この場合、電極とＰＴＣ素体との界面付近は、保護層によっていっそう確実に保護されることとなる。その結果、ＰＴＣ素体はより酸化されにくくなるため、製造してから長期間経過後に熱履歴を受けたときのＰＴＣ素体の劣化を更に抑制することができる。

本発明によれば、製造してから長期間経過後に熱履歴を受けたときのＰＴＣ素体の劣化が十分に抑制されたＰＴＣ素子を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は本実施形態に係るＰＴＣ素子の斜視図である。図１に示されるように、ＰＴＣ素子１は、ＰＴＣ素体１０と、一対の電極１２，１４と、保護層２０とを備えている。電極１２，１４は第１の主面１２０，１４０を有しており、第１の主面１２０および第１の主面１４０の一部は対向している。第１の主面１２０，１４０の対向している部分はＰＴＣ素体１０と接合している。これにより、電極１２，１４はＰＴＣ素体１０を挟むこととなる。電極１２，１４は、第１の主面１２０，１４０に対向する第２の主面１２１，１４１と、第１の主面１２０，１４０及び第２の主面１２１，１４１の間に位置する側面１２２，１４２とを有している。

電極１２，１４は金属等の導電性材料からなり、厚み０．１mm程度に成形されている。電極１２，１４を構成する導電性材料としてはＮｉ又はＮｉ合金が好ましい。また、第１の主面１２０，１４０のうち、少なくともＰＴＣ素体１０と接する部分は粗面化されていることが好ましい。この部分が粗面化されていると、アンカー効果によってＰＴＣ素体１０に対して電極１２，１４がより強く固定されることとなる。電極１２，１４には、図示しないリードが接続される。接続されたリードを介して、電極１２，１４から外部に対して電荷を放出又は注入することが可能となる。

電極１２の第１の主面１２０と電極１４の第１の主面１４０との間には、正の抵抗温度特性を有するＰＴＣ素体１０が配置されている。ＰＴＣ素体１０は、高分子マトリックスと導電性粒子とを含んでいる。より具体的には、ＰＴＣ素体１０においては、高分子マトリックス中に導電性粒子が分散している。ここで、高分子マトリックスは熱可塑性樹脂であってもよいし、熱硬化性樹脂の硬化物であってもよいが、結晶性又は非晶性の熱可塑性樹脂であるときに本発明による効果がより顕著に得られる。なお、本明細書において、「熱可塑性樹脂」は、熱可塑性樹脂中の高分子鎖同士が架橋された状態のものも含むこととする。

ＰＴＣ素体１０が後述する低分子有機化合物を含有している場合、高分子マトリックスを構成する熱可塑性樹脂の融点又は軟化点は、低分子化合物の融点よりも高いことが好ましい。これにより、動作時の低分子有機化合物の融解による流動やＰＴＣ素体１０の変形を防止することができる。熱可塑性樹脂の融点又は軟化点は、低分子化合物の融点よりも３０℃以上高いことがより好ましく、３０℃以上１１０℃以下の範囲で高いことが更に好ましい。また、熱可塑性樹脂の融点又は軟化点は７０℃〜２００℃であることが好ましい。これにより、動作時の低分子有機化合物の流動やＰＴＣ素体１０の変形をより確実に防止することができる。

熱可塑性樹脂の分子量は、重量平均分子量Ｍｗが１万〜５００万程度であることが好ましい。また、熱可塑性樹脂のＡＳＴＭＤ１２３８で定義されるメルトフローレートは０．１〜３０ｇ／１０分であることが好ましい。

高分子マトリックスとして好適な熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン（例えばポリエチレン）、１種又は２種以上のオレフィン（例えばエチレン、プロピレン）と極性基を含有する１種又は２種以上のオレフィン性不飽和モノマーとのコポリマー（例えばエチレン−酢酸ビニルコポリマー）、ポリハロゲン化ビニル又はポリハロゲン化ビニリデン（例えばポリビニルクロライド、ポリビニリデンクロライド、ポリビニルフルオライド、ポリビニリデンフルオライド）、ポリアミド（例えば１２−ナイロン）、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、熱可塑性エラストマー、ポリエチレンオキサイド、ポリアセタール、熱可塑性変性セルロース、ポリスルホン類、ポリメチル（メタ）アクリレートなどが挙げられる。これらの中でもポリオレフィンが好ましく、ポリオレフィンの中でもポリエチレンが特に好ましい。

熱可塑性樹脂のより具体的な例としては、高密度ポリエチレン（例えば、「ハイゼックス２１００ＪＰ」（商品名、三井石油化学製）、「Ｍａｒｌｅｘ６００３」（商品名、フィリップ社製））、低密度ポリエチレン（例えば、ＬＣ５００（商品名、日本ポリケム製）、「ＤＹＮＨ−１」（商品名、ユニオンカーバイド社製））、中密度ポリエチレン（例えば、「２６０４Ｍ」（商品名、ガルフ社製））、エチレン−エチルアクリレートコポリマー（例えば、「ＤＰＤ６１６９」（商品名、ユニオンカーバイド社製））、エチレン−アクリル酸コポリマー（例えば、「ＥＡＡ４５５」（商品名、ダウケミカル社製））、ヘキサフルオロエチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー（例えば、「ＦＥＰ１００」（商品名、デュポン社製））、ポリビニリデンフルオライド（例えば、「Ｋｙｎａｒ４６１」（商品名、ペンバルト社製））が挙げられる。

以上のような熱可塑性樹脂は１種で又は２種以上を組み合わせて用いられる。また、高分子マトリックスは熱可塑性樹脂のみで構成されることが好ましいが、場合によってはエラストマー、熱硬化性樹脂の硬化物又はそれらの混合物を含んでいてもよい。

ＰＴＣ素体１０に含まれる導電性粒子は、高分子マトリックスと組み合わせたときにＰＴＣ特性が発現するようなものであれば特に制限はないが、その材質としては、Ｎｉが特に好ましい。導電性粒子としてＮｉ粒子を用いた場合、酸化によってＰＴＣ素体１０の劣化が生じ易くなるため、保護層２０が特に有用となる。

導電性粒子は、その表面にスパイク状の突起が複数（通常１０〜５００個）形成されていることが好ましい。この場合、スパイク状の突起の高さは、典型的には粒径の１／３〜１／５０程度であることが好ましい。

導電性粒子は、一次粒子が個別に存在する粉体であってもよいが、一次粒子が１０〜１０００個程度連なった鎖状の二次粒子を形成していることが好ましい。前者の例としては、スパイク状の突起をもつ球状のＮｉ粒子である「ＩＮＣＯＴｙｐｅ１２３ニッケルパウダ」（商品名、インコ社製）がある。このＮｉ粒子の平均粒径は３〜７μｍ程度、見かけの密度は１．８〜２．７ｇ／ｃｍ３程度、比表面積は０．３４〜０．４４ｍ２／ｇ程度である。鎖状の二次粒子を形成している導電性粒子の例としては、フィラメント状Ｎｉ粒子である「ＩＮＣＯＴｙｐｅ２５５ニッケルパウダ」、「ＩＮＣＯＴｙｐｅ２７０ニッケルパウダ」、「ＩＮＣＯＴｙｐｅ２８７ニッケルパウダ」又は「ＩＮＣＯＴｙｐｅ２１０ニッケルパウダ」（以上商品名、インコ社製）があるが、特にＩＮＣＯＴｙｐｅ２５５、２７０及び２８７が好ましい。これらフィラメント状Ｎｉ粒子の見かけの密度は０．３〜１．０ｇ／ｃｍ３程度であり、比表面積は０．４〜２．５ｍ２／ｇ程度である。

フィラメント状Ｎｉ粒子を構成する一次粒子の平均粒径（フィッシュー・サブシーブ法で測定される値）は、０．１μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上４．０μｍ以下がより好ましく、１．０μｍ以上４．０μｍ以下が更に好ましい。更に、平均粒径が１．０μｍ以上４．０μｍ以下の一次粒子が連なってなるフィラメント状Ｎｉ粒子に、平均粒径が０．１μｍ以上１．０μｍ未満の一次粒子が連なってなるフィラメント状Ｎｉ粒子を導電性粒子全体の５０質量％以下の割合で組み合わせてもよい。

ＰＴＣ素体１０における導電性粒子の含有割合は、ＰＴＣ特性が発現するように適宜決めることができる。具体的には、この導電性粒子の含有割合はＰＴＣ素体１０の全体体積に対して２０〜５０体積％であることが好ましい。

ＰＴＣ素体１０は、高分子マトリックス及び導電性粒子に加えて、低分子有機化合物を更に含有していることが好ましい。この場合の低分子有機化合物としては、分子量１０００以下の結晶性化合物が好ましく用いられる。この低分子有機化合物は、常温（２５℃程度）で固体であることが好ましい。また、低分子有機化合物は融点（ｍｐ）が４０〜１００℃であることが好ましい。

低分子有機化合物の好適な具体例としては、炭化水素（例えば、炭素数２２以上のアルカン系の直鎖炭化水素）、脂肪酸（例えば、炭素数２２以上のアルカン系の直鎖炭化水素の脂肪酸）、脂肪酸エステル（例えば、炭素数２０以上の飽和脂肪酸とメチルアルコール等の低級アルコールとから得られる飽和脂肪酸のメチルエステル）、脂肪酸アミド（例えば、炭素数１０以下の飽和脂肪酸第１アミドやオレイン酸アミド、エルカ酸アミドなどの不飽和脂肪酸アミド）、脂肪族アミン（例えば、炭素数１６以上の脂肪族第１アミン）、高級アルコール（具体的には、炭素数１６以上のｎ−アルキルアルコール）が挙げられる。低分子有機化合物は、動作温度等に応じて１種で２種以上を適宜組み合わせて用いられる。

なお、低分子有機化合物は、これらを成分として含むワックス又は油脂の状態で用いることができる。これら低分子有機化合物を含むワックスとしては、パラフィンワックスやマイクロクリスタリンワックス等の石油系ワックスをはじめとする植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックスのような天然ワックスが挙げられる。また、これら低分子有機化合物を含む油脂としては、脂肪又は固体脂と称されるものが挙げられる。

低分子有機化合物又はこれらを含むワックスや油脂は、市販品として入手することが可能である。パラフィンワックスの市販品としては、例えば、「テトラコサンＣ２４Ｈ５０」（ｍｐ４９〜５２℃）、「ヘキサトリアコンタンＣ３６Ｈ７４」（ｍｐ７３℃）、「ＨＮＰ−１０」（商品名、日本精蝋社製、ｍｐ７５℃）、「ＨＮＰ−３」（商品名、日本精蝋社製、ｍｐ６６℃））がある。マイクロクリスタリンワックスの市販品としては、例えば、「Ｈｉ−Ｍｉｃ−１０８０」（商品名、日本精蝋社製、ｍｐ８３℃）、「Ｈｉ−Ｍｉｃ−１０４５」（商品名、日本精蝋社製、ｍｐ７０℃）、「Ｈｉ−Ｍｉｃ２０４５」（商品名、日本精蝋社製）、ｍｐ６４℃）、「Ｈｉ−Ｍｉｃ３０９０」（商品名、日本精蝋社製、ｍｐ８９℃）、「セラッタ１０４」（商品名、日本石油精製社製、ｍｐ９６℃）、「１５５マイクロワックス」（商品名、日本石油精製社製、ｍｐ７０℃）がある。脂肪酸の市販品としては、例えば、ベヘン酸（日本精化製、ｍｐ８１℃）、ステアリン酸（日本精化製、ｍｐ７２℃）、パルミチン酸（日本精化製、ｍｐ６４℃）がある。脂肪酸エステルの市販品としては、例えば、アラキン酸メチルエステル（東京化成製、ｍｐ４８℃）がある。脂肪酸アミドの市販品としては、例えば、オレイン酸アミド（日本精化製、ｍｐ７６℃）がある。

ＰＴＣ素子１は、保護層２０を備えている。保護層２０は、ＰＴＣ素体１０の露出面（第２の外面）１００を覆っている。ＰＴＣ素体１０の露出面１００とは、ＰＴＣ素体１０の外面のうち、電極１２，１４の第１の主面１２０，１４０と接合する面（第１の外面）を除く部分を指す。

保護層２０は、電極１２，１４の第２の主面１２１，１４１までわたっている。より具体的にいうと、保護層２０は、ＰＴＣ素体１０の露出面１００だけでなく、電極１２，１４の側面１２２，１４２および第１の主面１２０，１４０を覆い、且つ、電極１２，１４の第２の主面１２１，１４１に伸びている。ただし、電極１２，１４の側面１２２，１４２および第１の主面１２０，１４０において保護層２０に覆われるのは、ＰＴＣ素体１０の露出面１００の周辺に位置する部分である。また、電極１２，１４の第２の主面１２１，１４１において保護層２０に覆われるのは、ＰＴＣ素体１０の露出面１００近傍の周縁部分のみとなっている。

図２は、ＰＴＣ素子１を電極１２の第２の主面１２１側からみたときの側面図である。図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ったＰＴＣ素子１の断面図であり、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線に沿ったＰＴＣ素子１の断面図である。保護層２０は、図３に示されるように、電極１２の第２の主面１２１の周縁部分から電極１４の第１の主面１４０にわたり、且つ、電極１４の第２の主面１４１の周縁部分から電極１２の第１の主面１２０にわたっている。また、図４に示されるように、電極１２の第２の主面１２１の周縁部分から電極１４の第２の主面１４１の周縁部分にわたっている。

図２に示されるように、ＰＴＣ素子１を電極１２，１４の第２の主面１２１，１４１側からみたときに、第２の主面１２１，１４１上に位置する保護層２０の端部２００からＰＴＣ素体１０の最も張り出した部分までの最短距離Ｗは、１mm未満であることが好ましい。以下、Ｗについてより具体的に述べる。図３および図４に示されるようにＰＴＣ素体１０の露出面１００が電極１２，１４の側面１２２，１４２と揃っている場合、第２の主面１４１上に位置する保護層２０の端部２００からＰＴＣ素体１０の側面１２２，１４２までの最短距離が、Ｗに相当する。一方、図５に示されるようにＰＴＣ素体１０の露出面１００が第１の主面１２０，１４０からはみ出ている場合には、第２の主面１２１，１４１上に位置する保護層２０の端部２００からＰＴＣ素体１０の露出面１００のうち最もはみ出ている所までの最短距離が、Ｗに相当する。

保護層２０は、エポキシ樹脂及びチオール系硬化剤を含有するエポキシ樹脂組成物の硬化物で形成されている。保護層２０の硬化物を形成しているエポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂としては、一段法、二段法、酸化法等の方法で得られるもの等を、特に制限なく用いることができるが、芳香族アミンのグリシジルエーテルや、極性基を有するか又は硬化時に極性基を生成するものが好ましい。好適なエポキシ樹脂の具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂や、テトラグリシジルｍ−キシレンジアミンのような脂肪族アミンのグリリジル化物、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンのような芳香族アミンのグリリジ化物、アミノフェノール型エポキシ樹脂がある。

チオール系硬化剤としては、チオール基を２個以上有しているチオール化合物であれば、特に制限なく用いることができる。好適なチオール系硬化剤の具体例としては、ペンタエリストールテトラチオグリコレート及びトリメチロールプロパントリスチオプロピオートのような脂肪族ポリチオエステルや、脂肪族ポリチオエーテル、芳香環含有ポリチオエーテルがある。エポキシ樹脂組成物中のチオール系硬化剤の量は、当業者には理解されるように、エポキシ樹脂との当量比等を考慮して適宜決定される。

エポキシ樹脂組成物は、２級アミノ基又は３級アミノ基を有するアミン化合物を更に含有することが好ましい。このアミン化合物としては、芳香族アミン及び脂肪族アミン、アミンーエポキシアダクト、イミダゾール、イミダゾールアダクト等が好ましく用いられる。

エポキシ樹脂組成物は、上記の成分の他、シリカ、マイカ、タルク粒子等のフィラーや、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の無機塩、カルボン酸及びフェノール等の他の硬化剤又は硬化促進剤、樹脂組成物の粘度調整を目的とした溶剤を更に含有していてもよい。

続いて、上述した構成を有するＰＴＣ素子１の製造方法について説明する。

ＰＴＣ素体１０中の高分子マトリックスが熱可塑性樹脂を含むものである場合、ＰＴＣ素子１は、例えば、熱可塑性樹脂及び導電性粒子を含有する混合物を混練してこれらを含有する混練物を得る工程と、混練物をシート状に成形して熱可塑性樹脂を含む高分子マトリックス中に導電性粒子が分散しているＰＴＣ素体１０を形成させる工程と、ＰＴＣ素体１０に対して１対の電極１２，１４を熱圧着により固定する工程と、ＰＴＣ素体１０の露出面および電極１２，１４において露出面１００の周辺に位置する部分を一体的に覆う保護層２０を形成させる工程とを備える製造方法により、得ることができる。

混練物を得る工程は、各成分を混合した混合物を、熱可塑性樹脂の融点又は軟化点以上の温度（好ましくは融点又は軟化点よりも５〜４０℃高い温度）に加熱しながら行うことができる。あるいは、熱可塑性樹脂を溶解する溶剤を加えて混合物を低粘度化した状態で混練することにより、加熱することなく熱可塑性樹脂中に導電性粒子を分散させることもできる。混練は、ミル、加圧ニーダ、二軸押出機等の公知の方法で行うことができる。

得られた混練物を熱プレス等の方法によってシート状に成形することにより、ＰＴＣ素体１０として形成される。この段階で打ち抜き等によりＰＴＣ素体１０を所定のサイズに切り出してもよい。

ＰＴＣ素体１０を１対の電極１２，１４の間に挟んだ挟持体を熱プレスすることにより、ＰＴＣ素体１０に対して１対の電極１２，１４が固定される。電極１２，１４を固定した後、放射線照射等によって高分子マトリックス中の熱可塑性樹脂を架橋させることが好ましい。この架橋によりＰＴＣ素子１の熱に対する安定性がより良好になる。

保護層２０は、上述のエポキシ樹脂組成物をＰＴＣ素体１０の露出面１００および第１の主面１２０，１４０、第２の主面１２１，１４１、側面１２２，１４２に付着し、付着しているエポキシ樹脂組成物を加熱してその硬化反応を進行させることにより形成される。エポキシ樹脂組成物を付着させる方法は特に制限されず、例えば、治具を用いてＰＴＣ素体１０および電極１２，１４の表面にエポキシ樹脂組成物を転写させる方法や、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、ディスペンサー印刷法等を用いることができる。なお、エポキシ樹脂組成物を溶媒に溶解又は分散した状態でＰＴＣ素体１０等に付着させてから乾燥により溶媒を除去してもよい。この場合、乾燥及び硬化を同時に又は連続的に行うこともできる。

エポキシ樹脂組成物の硬化の条件は、チオール系硬化剤の種類やこれに組み合わせる硬化促進剤（３級アミン等）等に応じて適宜決定すればよいが、ＰＴＣ素子１の動作温度以下に加熱して保護層２０を形成させることが好ましい。動作温度を超える温度での加熱による保護層２０を形成させると、常温に戻したときのＰＴＣ素子１の抵抗値が、エポキシ樹脂を硬化する前のＰＴＣ素子１の抵抗値よりも上がってしまう場合がある。ここで、動作温度は、ＰＴＣ素子１を２℃／分の昇温速度で昇温したときの抵抗値の変化を示す抵抗−温度曲線において、ＰＴＣ特性を示す領域よりも低い温度領域で抵抗値がほぼ一定である部分の接線と、抵抗値が温度上昇とともに急激に立ち上がる部分の接線との交点の温度のことをいう。具体的には、チオール系硬化剤を用いているエポキシ樹脂組成物の場合、５０〜９０℃に加熱して保護層２０を形成することが好ましい。この場合、加熱時間は５〜１２０分が好ましい。

このようにして製造されたＰＴＣ素子１では、ＰＴＣ素体１０の露出面１００を保護層２０が覆っている。そのため、ＰＴＣ素体１０の露出面１００は外気にさらされることがなくなる。保護層２０は、ＰＴＣ素体１０の露出面１００と共に、電極１２，１４の側面１２２，１４２および第１の主面１２０，１４０の一部分を覆っている。かかる一部分とは、ＰＴＣ素体１０の露出面１００の周辺に位置する部分である。そのため、電極１２，１４とＰＴＣ素体１０との界面は保護層２０で覆われることとなり、外気にさらされることがなくなる。

保護層２０は電極１２，１４の第２の主面１２１，１４１にわたっている。ただし第２の主面１２１，１４１のうち、保護層２０に覆われるのは、ＰＴＣ素体１０の露出面１００近傍の周縁部分のみである。このように比較的狭い範囲に形成された保護層２０は、表面張力の効果によって盛り上がり、十分な厚さとなる。第２の主面１２１，１４１の周縁部分にて十分な厚さを有する保護層２０は、この周縁部分の近傍、すなわち電極１２，１４とＰＴＣ素体１０との界面付近、においても、十分な厚さを有することとなる。その結果、ＰＴＣ素体１０と電極１２，１４との界面付近が外気にさらされる可能性を、更に抑制できる。

このように、保護層２０によって外気との接触を極力抑制されたＰＴＣ素体１０は、ガスバリア性が極めて良好であり、酸化しにくいものとなる。ＰＴＣ素体１０を酸化しにくいものとすることにより、製造してから長期間経過後に熱履歴を受けたときのＰＴＣ素体の劣化を、十分に抑制することができる。

また、電極１２，１４の第２の主面１２１，１４１にわたるよう保護層２０を形成することにより、保護層２０と電極１２，１４との密着性を向上させることができる。その結果、保護層２０の剥離が生じにくくなるため、ＰＴＣ素体１０を保護層２０によって確実に保護することが可能となる。また、第２の主面１２１，１４１のうち、周縁部分以外の部分、すなわち第２の主面１２１，１４１の中央部は、保護層２０に覆われていない。そのため、第２の主面１２１，１４１の中央部にレーザーマーキング等を施すことが容易となる。この部分に施したレーザーマーキングは、保護層２０に隠れることがないので、外観から容易に判別できる。

更に、第２の主面１２１，１４１上に位置する保護層２０の端部２００からＰＴＣ素体１０の最も張り出した部分までの最短距離Ｗは、１mm未満であることが好ましい。最短距離Ｗを１mm未満とした場合、電極１２，１４とＰＴＣ素体１０との界面付近は、保護層２０によって確実に保護されることとなる。その結果、ＰＴＣ素体１０はいっそう酸化されにくくなるため、製造してから長期間経過後に熱履歴を受けたときのＰＴＣ素体１０の劣化を更に抑制することができる。

ここで、上述の最短距離Ｗを１mm未満とした場合にＰＴＣ素体１０がいっそう酸化されにくくなることを確認するため、以下の実験を行った。すなわち、ＰＴＣ素子１に対して熱衝撃試験およびトリップ動作試験を行い、試験前後における室温抵抗値の変化を調べた。

まず、保護層２０の厚さＴが異なるＰＴＣ素子１を数種類用意し、熱衝撃試験を行った。なお保護層２０の厚さＴは、ＰＴＣ素体１０の露出面１００、及び、ＰＴＣ素体１と電極１２，１４との界面付近において、保護層２０が最も薄くなっているところの厚さを指す。用意した各ＰＴＣ素子１は、製造後１８０日間、空気中に放置されたものである。熱衝撃試験を行う前に、用意した各ＰＴＣ素子１の室温抵抗値を測定して初期値の確認をした。確認後、各ＰＴＣ素子１に対し、１００℃で５時間熱衝撃を与えた。熱衝撃を付与した後の各ＰＴＣ素子１の室温抵抗値を測定し、熱衝撃前と熱衝撃後における各ＰＴＣ素子１の室温抵抗値の変化を調べた。その結果を図６および図７に示す。実施例１〜１３は、保護層２０の厚さＴ（図６ではＴ＿ＭＩＮとして記載）が３μｍ以上のＰＴＣ素子１である。実施例１４〜２０は、保護層２０の厚さＴ（図６ではＴ＿ＭＩＮとして記載）が３μｍ未満のＰＴＣ素子１である。

実施例１〜１３のＰＴＣ素子１では、室温抵抗値の変化量（図６ではΔＲとして記載）が２０ｍΩ以下であった。それに対して、実施例１４〜２０のＰＴＣ素子１では、室温抵抗値の変化量が５０ｍΩ以上のものが多くみられた。熱衝撃試験では、ＰＴＣ素体１０の酸化が進むと、室温抵抗値の変化量が大きくなることが知られている。したがって、保護層２０の厚さＴを３μｍ以上とした場合には、ＰＴＣ素体１０はより酸化されにくくなることがわかった。

次に、保護層２０の厚さＴが異なるＰＴＣ素子１を数種類用意し、トリップ動作試験を行った。用意した各ＰＴＣ素子１は、製造後１８０日間、空気中に放置されたものである。トリップ動作試験を行う前に、各ＰＴＣ素子１の室温抵抗値を測定して初期値の確認をした。確認後、各ＰＴＣ素子１を電気回路（電源６Ｖ、２０Ａ）に接続してトリップ動作させた。トリップ動作後の各ＰＴＣ素子１の室温抵抗値を測定し、トリップ動作前後における各ＰＴＣ素子１の室温抵抗値の変化を調べた。その結果を図８および図９に示す。なお、実施例１〜１３は、保護層２０の厚さＴ（図８ではＴ＿ＭＩＮとして記載）が３μｍ以上のＰＴＣ素子１を示す。実施例１４〜２０は、保護層２０の厚さＴ（図８ではＴ＿ＭＩＮとして記載）が３μｍ未満のＰＴＣ素子１を示す。

実施例１〜１３のＰＴＣ素子１では、抵抗値の変化量（図８ではΔＲとして記載）が５ｍΩ以下のものが多くみられた。それに対して、実施例１４〜２０のＰＴＣ素子１では、室温抵抗値の変化量が５ｍΩ以上のものが多くみられた。熱衝撃試験と同様に、トリップ動作試験においても、ＰＴＣ素体１０の酸化に応じて室温抵抗値の変化量が大きくなることが知られている。したがって、トリップ動作試験の結果からも、保護層２０の厚さＴを３μｍ以上とした場合、ＰＴＣ素体１０はより酸化されにくくなることがわかった。

続いて、上述の最短距離Ｗが異なるＰＴＣ素子１を数種類用意した。そして、各ＰＴＣ素子１において、保護層２０の厚さＴを測定した。その結果を図１０および図１１に示す。実施例２１〜３１は、上述の最短距離Ｗが５０μｍ以上１mm未満となっているＰＴＣ素子１を示す。実施例３２〜４０は、上述の最短距離Ｗが０ｍｍであるＰＴＣ素子１および１mm以上であるＰＴＣ素子１を示す。

実施例２１〜３１のＰＴＣ素子１では、保護層２０の厚さＴが３．２μｍ以上であった。それに対して、実施例３２〜４０のＰＴＣ素子１では、保護層２０の厚さＴが２．８μｍ以下であった。この結果から、保護層２０の端部２００からＰＴＣ素体１０の露出面１００までの最短距離Ｗを１mm未満とすれば、保護層２０の厚さＴが３μｍ以上となることがわかる。

以上の試験結果から、第２の主面１２１，１４１上に位置する保護層２０の端部２００からＰＴＣ素体１０の露出面１００までの最短距離Ｗを１ｍｍ未満とすれば、保護層２０の厚さＴが３μｍ以上となるため、ＰＴＣ素体１０はより酸化されにくくなることが確認された。

ところで、本実施形態の第２の主面１２１，１４１をみると、保護層２０で覆われているのはＰＴＣ素体１０の露出面１００近傍の周縁部分のみとなっている。ここで、かかる周縁部分だけでなく、第２の主面１２１，１４１においてＰＴＣ素体１０と重なる領域全体を保護層２０で覆った場合について考える。ＰＴＣ素体１０と重なる領域全体を保護層２０で覆うということは、図２に示されるＰＴＣ素子１において、最短距離ＷがＰＴＣ素体１０の幅あるいは長さと同一となるように保護層２０を広げるということである。先述した試験によって、最短距離Ｗが１ｍｍ以上になるとＰＴＣ素体１０が酸化されやすくなることが確認されている。このことから、上述の場合、すなわち第２の主面１２１，１４１においてＰＴＣ素体１０と重なる領域全体を保護層２０で覆った場合には、ＰＴＣ素体１０は酸化されやすくなってしまうことが容易に理解されよう。なお、第２の主面１２１，１４１のうちＰＴＣ素体１０と重なる領域全体に保護層２０を重ね付けした場合には、保護層２０の厚さＴが厚くなるためＰＴＣ素体１と電極１２，１４との界面が露出しにくくなり、ＰＴＣ素体１０の酸化が抑制されることが考えられる。しかしながらこの場合には、第２の主面１２１，１４１に保護層２０の表面張力による凸部が形成されるため、実装時におけるＰＴＣ素子１の安定性が悪くなってしまう。また、ＰＴＣ素子１の寸法も大きくなってしまう。更に、保護層２０を重ね付けする工程が発生するため、製造コストが上昇するおそれもある。以上のことから、第２の主面１２１，１４１のうちＰＴＣ素体１０と重なる領域全体に保護層２０を重ね付けすることは、ＰＴＣ素体１０の酸化を防ぐための有効な手立てとは言いがたい。

本実施形態に係るＰＴＣ素子の斜視図である。本実施形態に係るＰＴＣ素子を電極の第２の主面側からみたときの側面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ったＰＴＣ素子の断面図である。図１のＩＶ−ＩＶ線に沿ったＰＴＣ素子の断面図である。本実施形態に係る他のＰＴＣ素子の断面図である。熱衝撃試験の結果を示す表である。熱衝撃試験の結果を示すグラフである。トリップ動作試験の結果を示す表である。トリップ動作試験の結果を示すグラフである。最短距離Ｗと厚さＴとの関係を示す表である。最短距離Ｗと厚さＴとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１・・・ＰＴＣ素子、１０・・・ＰＴＣ素体、１２，１４・・・電極、２０・・・保護層、１００・・・露出面、１２０，１４０・・・第１の主面、１２１，１４１・・・第２の主面、１２２，１４２・・・側面、２００・・・端部。

Claims

高分子マトリックスおよび導電性粒子を含むＰＴＣ素体と、
前記ＰＴＣ素体と接合する第１の主面と、当該第１の主面に対向する第２の主面とを有し、前記ＰＴＣ素体を挟むように一部で対向する一対の電極と、
前記ＰＴＣ素体の外面のうち前記電極の前記第１の主面と接合する第１の外面を除く第２の外面を覆う保護層と、を備え、
一の前記電極における前記ＰＴＣ素体を挟まない部分は一方に延び、他の前記電極における前記ＰＴＣ素体を挟まない部分は他方に延びており、
前記保護層が、前記電極の前記第２の主面までわたっており、且つ、当該第２の主面のうち前記第２の外面近傍の周縁部分のみを覆い、
前記電極の前記第２の主面側からみたときに、当該第２の主面上に位置する前記保護層の端部から前記ＰＴＣ素体の最も張り出した部分までの最短距離が５０μｍ以上、１ｍｍ未満であり、
前記ＰＴＣ素体と前記電極との界面付近において、前記保護層が最も薄くなっているところの厚さが３．２μｍ以上、２０．８μｍ以下であることを特徴とするＰＴＣ素子。