JP2002343606A - 高分子ptc組成物及び高分子ptc素子 - Google Patents

高分子ptc組成物及び高分子ptc素子

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JP2002343606A
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polymer
ptc
polymer ptc
composition
ptc composition
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Shinichi Sakamoto
晋一 坂本
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Tokin Corp
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NEC Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶性高分子に導電性フィラーを分散した高
分子PTC組成物からなるシートの両面に、電極板を接
着した構造の高分子PTC素子の電極板と高分子PTC
組成物の接着性と、PTC特性を向上すること。 【解決手段】 結晶性高分子の一部として、金属との接
着性に優れるエチレン−アクリル酸共重合体を用い、導
電性フィラーとして、従来用いられてきたカーボンブラ
ックよりも凝集性の少ない金属炭化物を用いる。金属炭
化物として、チタンカーバイドを多く用いることで、P
TC特性がより向上する。また、エポキシ樹脂を架橋剤
として添加することで、接着性とPTC特性を一層向上
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶性高分子に導
電性フィラーを分散させた、PTC(正温度係数:Posi
tive Temperature Coefficient)特性を有する、高分
子PTC組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】特定の温度領域において、電気抵抗が急
激に増大する正の温度特性を示すPTC素子は、自動的
に温度を制御するヒータや、自己復帰型の過電流保護素
子などとして多用されている。そして、PTC素子に用
いる組成物としては、酸化イットリウム(Y)を
微量添加したチタン酸バリウム(BaTiO)などの
セラミックス系PTC組成物、カーボンブラックなどの
導電性粒子を結晶性高分子中に分散した高分子PTC組
成物が知られている。
【0003】セラミックス系PTC組成物を用いたPT
C 素子では、キュリー点での急激な抵抗値上昇を利用
しているが、定常状態における抵抗率が、約〜100Ω
・cmと高いために、数A程度の比較的大きな電流を流
すことができない。このことは、セラミック系PTC組
成物を用いたPTC素子が、過電流保護素子として利用
するのが困難であることを意味している。また、セラミ
ック系PTC組成物は、所望の形状に成形、加工するの
に多くの工程を要し、耐衝撃性に劣るという問題があ
る。
【0004】これに対し、高分子PTC組成物を用いた
PTC素子では、室温での抵抗率が低いために、過電流
保護素子に適していて、耐衝撃性が優れ、成形、加工が
容易である。
【0005】高分子PTC素子の動作原理は、結晶性高
分子の結晶融点での大きな熱膨張を利用して、室温でネ
ットワークを形成している導電性粒子を切り離すことに
よるものである。このために、結晶性高分子の結晶融点
近傍の温度で、抵抗率が急激に上昇し、室温に戻ると、
導電性粒子のネットワークが再形成され、抵抗率も低下
する。
【0006】そして、高分子PTC素子の一般的な製造
方法は、ロールなどを用いて結晶性高分子に導電性粒子
を分散させて高分子PTC組成物を得、これを加熱プレ
スやロールなどでシート成形し、金属箔などからなる電
極を圧着した後、所要の形状に打ち抜くというものであ
る。
【0007】また、高分子PTC組成物のシートを得る
方法として、結晶性高分子の溶液に導電性フィラーを分
散させたスラリーを用いて成膜する湿式法もあり、この
場合は電極を構成する金属箔の上に成膜して、成膜した
側を対向させて一体化するという方法もある。
【0008】前記のように、高分子PTC組成物には、
結晶性高分子が用いられ、その代表的なものに、高密度
ポリエチレン(以下、HDPE)がある。HDPEは価
格や成形性の面で優れていて、高分子PTC組成物にも
多用されているが、フィラーや電極との接着性が比較的
低いため、定常状態における抵抗値を高くしたり、高分
子PTC素子の繰り返し動作特性を低下させたりすると
いう問題がある。この対策として、電極の表面に微細な
凹凸を付与するための加工を施すことなどが行われてき
た。
【0009】また、高分子PTCの導電性粒子として、
従来多用されているカーボンブラック粉末は、金属炭化
物などに比較して凝集が起こり易く、高分子PTC素子
に用いた場合、結晶融点近傍における抵抗率が低くな
り、それに伴って耐電圧が低くなるという問題がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の技術
的な課題は、高分子PTC組成物に用いられる結晶性高
分子の接着性の向上と、導電性フィラーの凝集性の低下
を図り、高分子PTC素子の特性を向上することにあ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決のため、高分子PTC組成物への使用の可否を、種々
の結晶性高分子と導電性フィラーについて検討した結果
なされたものである。
【0012】即ち、本発明は、結晶性高分子に導電性フ
ィラーを分散させた高分子PTC組成物において、前記
結晶性高分子にはエチレン−アクリル酸共重合体が含ま
れ、前記導電性フィラーにはチタンカーバイドが含まれ
ることを特徴とする高分子PTC組成物である。
【0013】また、本発明は、前記の高分子PTC組成
物において、前記導電性フィラーと前記結晶性高分子の
重量比が、70/30ないし98/2の範囲であること
を特徴とする高分子PTC組成物である。
【0014】また、本発明は、前記の高分子PTC組成
物において、前記結晶性高分子が、架橋されてなること
を特徴とする高分子PTC組成物である。
【0015】また、本発明は、前記の高分子PTC組成
物において、エポキシ基を有する化合物を、架橋剤とし
て含むことを特徴とする高分子PTC組成物である。
【0016】また、本発明は、前記の高分子PTC組成
物からなるシートの両面に、電極板が配置されてなるこ
とを特徴とする高分子PTC素子である。
【0017】
【作用】本発明に用いるエチレン−アクリル酸共重合体
(Ethylene Acrylic AcidCopolymer:以下、EAAと
称す)は、ケトン類、トルエンなどの芳香族の溶媒に可
溶であり、成膜用のスラリーを得るのが容易で、加熱に
よる可塑化成形も容易なので、高分子PTC組成物に適
している。しかも、従来使用されていたHDPEより
も、接着性に富み、高分子PTC組成物と電極板との密
着性を向上し、導電性フィラーの分散性も向上する。
【0018】更に、架橋剤を添加して結晶性高分子に架
橋構造を付与することにより、接着性やPTC特性を向
上することができる。EAAは側鎖としてカルボキシ基
を有するので、酸無水物などと反応性を有するエポキシ
基を有する化合物が、架橋剤として使用できる。
【0019】また、従来導電性フィラーとして用いられ
てきたカーボンブラックは、凝集を起こし、PTC特性
を低下させることから、本発明においては、導電性フィ
ラーとして、ニッケルなどの金属粒子、チタンカーバイ
ド、タングステンカーバイド、ジルコニウムカーバイ
ド、バナジウムカーバイド、ニオブカーバイド、タンタ
ルカーバイド、モリブデンカーバイドから選ばれる少な
くとも1種以上を混合して用いるが、これらの導電性フ
ィラーをカーボンブラックと混合して用いてもよい。ま
た、PTC素子とした場合の耐電圧特性を向上するに
は、チタンカーバイドを多く用いるのが好ましい。
【0020】また、本発明においては、導電性フィラー
と結晶性高分子の配合比を重量比で70/30〜98/
2とするが、この範囲に限定したのは、導電性フィラー
の配合比がこの範囲よりも少ないと、定常状態で低抵抗
の高分子PTC組成物が得られず、結晶性高分子の配合
比がこの範囲よりも少ないと、高分子PTC組成物の電
極板への接着力が小さく、実用に耐えるPTC特性が発
現できないためである。
【0021】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、具体例を挙げて説明する。
【0022】ここでは、湿式法で高分子PTC組成物を
成膜した。導電性フィラーとして、チタンカーバイド
(以下、TiCと記す)とカーボンブラック(以下、C
Bと記す)を用いた。EAAはアンモニア水溶液に溶解
して用いた。また、比較のため、HDPEを用いた高分
子PTC組成物も準備した。HDPEはトルエンに溶解
して用いた。また、実施例には架橋剤としてエポキシ樹
脂を添加したものも準備した。表1に、これら実施例と
比較例の秤量組成を示した。この表に記載した数値はす
べて重量比で、EAAとHDPEは溶液に含まれる固形
分の数値である。
【0023】
【表1】
【0024】次に、表1に示した組成で秤量した原材料
を、横型の湿式ビーズミルであるダイノーミル(株式会
社シンマルエンタープライゼス製)を用いて混合、分散
してスラリー化した。このスラリーを厚さ50μmの銅
箔の上に乾燥後の厚さが100μmとなるように塗布
し、150℃で1分間の熱処理を施した。これをPTC
組成物の面を対向させて貼り合せ、200℃の温度、2
0MPaの圧力で15分間熱プレスを行った後、1辺が
4mmの正方形に切り出し、厚さ300μmの高分子P
TC素子とした。図1は、この高分子PTC素子の断面
の概略を示した図である。
【0025】次に、前記の方法で調製した、実施例と比
較例の試料について、電極に対する接着性、室温(25
℃、40RH%)における抵抗値、耐電圧を評価した。
各試料について測定数は10とし、抵抗値は平均値を、
耐電圧は最小値を示した。また、電極に対する接着性
は、両側の電極を強制的に剥離したとき、電極と高分子
PTC組成物の界面で剥離がまったく見られなかったも
の、つまり高分子PTC組成物の層が破断したものを
「◎」、電極と高分子PTC組成物の界面で面積の半分
以下に剥離が見られたものを「○」、界面の面積の半分
以上に剥離が見られたものを「△」、接着が不可であっ
たものを「×」で示した。
【0026】
【表2】
【0027】表2に示したように、実施例1と実施例2
は、比較例3、比較例4に較べて接着性が良好である。
これはEAAが元来具備している金属への接着特性に由
来するものである。また、実施例1と実施例3の比較で
は、架橋剤の添加により、更に接着性が向上していて、
架橋剤の効果が顕著であることが分かる。
【0028】実施例1、比較例2、比較例3の比較によ
り、室温抵抗の数値は、同一の導電性フィラーを用いた
場合、充填率に依存することが分かる。また、比較例1
では、室温抵抗、耐電圧とも測定ができなかったが、H
DPEのみ使用したことと、導電性フィラーの充填率が
高過ぎて、高分子PTC組成物が電極に接着できなかっ
たためである。
【0029】なお、ここでは具体例を示さないが、HD
PEの一部をEAAに置換した場合も、HDPEに架橋
剤を添加した場合でも、高分子PTC組成物の電極への
接着性を改善できることが確認できた。
【0030】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、結晶性高分子としてEAAを用い、導電性フィラー
としてチタンカーバイドなどの各種金属炭化物を用いる
ことによって、高分子PTC組成物と電極との接着性が
改善され、安定したPTC特性を発現するPTC素子を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のPTC素子の断面の概略図。
【符号の説明】
1 電極板 2 高分子PTC組成物 3 結晶性高分子 4 導電性フィラー

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結晶性高分子に導電性フィラーを分散
    させた高分子PTC組成物において、前記結晶性高分子
    にはエチレン−アクリル酸共重合体が含まれ、前記導電
    性フィラーにはチタンカーバイドが含まれることを特徴
    とする高分子PTC組成物。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の高分子PTC組成物に
    おいて、前記導電性フィラーと前記結晶性高分子の重量
    比は、70/30ないし98/2の範囲であることを特
    徴とする高分子PTC組成物。
  3. 【請求項3】 請求項1もしくは請求項2のいずれかに
    記載の高分子PTC組成物において、前記結晶性高分子
    は、架橋されてなることを特徴とする高分子PTC組成
    物。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
    載の高分子PTC組成物において、エポキシ基を有する
    化合物を、架橋剤として含むことを特徴とする高分子P
    TC組成物。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし請求項4のいずれかに記
    載の高分子PTC組成物からなるシートの両面に、電極
    板が配置されてなることを特徴とする高分子PTC素
    子。
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