JP2003217902A - Ptc抵抗体 - Google Patents
Ptc抵抗体Info
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Abstract
有し、柔軟性のあるものを提供することを目的としてい
る。 【解決手段】 導電性微粉末を含む結晶性樹脂組成物2
と、柔軟性エラストマー3と、溶剤と接着性重合体4と
からペーストを作製し、基材に塗布乾燥してなるPTC
抵抗体とすることにより、安定したPTC特性を有し、
柔軟性のあるものが得られる。
Description
や、暖房便座等に用いて、柔軟性を有し、局面形状にフ
ィットできる発熱体や、温度を検知する温度センサー
や、過電流保護素子に利用できるPTC抵抗体に関する
ものである。
ように、セラミックや絶縁処理された金属板等の柔軟性
のない固い基板20上に、先ず、電極22を印刷し、続
いて導電性インキ組成物21を印刷あるいは塗布し、任
意の厚さ及び形状の塗膜を形成することにより得られる
ものであり、従来から、特殊な形状や小型の発熱体、過
電流保護素子として使用されているものである。なお、
23は被覆材である。
キ組成物21としては、結晶性高分子からなるベースポ
リマーと、カーボンブラック、金属粉末、グラファイト
などの導電性微粉末を溶剤に分散させてなるものなどが
提案されている。
って急峻なPTC特性を示す塗膜を形成することができ
る。このPTC特性は、温度上昇による結晶性高分子の
体積膨張により導電性物質の連鎖が切断され、それに伴
って抵抗が上昇することによって発現するものである。
TC抵抗体は、柔軟性のない固い基板20上に形成され
ていることや、ベースポリマーとして柔軟性に欠ける結
晶性高分子を用いているために、カーシートヒータのよ
うな身体にフィットした用途や、便座等の曲面形状物に
装着することができないと言う課題を有していた。
ルムを基材に用いればある程度の柔軟性を有するPTC
面状発熱体にすることはできるが、荷重繰り返しや通電
(連続、間欠)試験により抵抗値が変化してしまうと言
う課題を有していた。今日まで柔軟性を有し、繰り返し
折り曲げの負荷のかかる環境下での使用に耐えるPTC
抵抗体は開発されていない。
であり、安定したPTC特性を有し、かつ柔軟性のある
PTC抵抗体を提供することを目的とするものである。
に、本発明のPTC抵抗体は、結晶性樹脂と導電性微粉
末と親和性付与剤とを混錬・熱処理してなる樹脂組成物
と、柔軟性エラストマーとを、前記樹脂組成物及びエラ
ストマーに対して親和性を有する溶剤と接着性を有する
接着性重合体とともに細分化し、分散してなるペースト
を作製し、前記ペーストを基材に塗布乾燥してなる。
粉末とを親和性付与剤で化学的及び物理的に結合した樹
脂組成物とするとともに、樹脂組成物と柔軟性エラスト
マーとの表面を溶剤で部分的に可溶化して比表面積を増
大させて両者の接触 面積を増加させるとともに、その
間を接着性重合体で結合した構造として、安定したPT
C特性を有し、かつ柔軟性のあるPTC抵抗体を抵抗で
きる。
性樹脂と導電性微粉末と親和性付与剤とを混練・熱処理
してなる樹脂組成物と、柔軟性エラストマーとを、前記
樹脂組成物及び柔軟性エラストマーに対して親和性を有
する溶剤と接着性を有する接着性重合体とともに細分化
し、分散してなるペーストを作製し、前記ペーストを基
材に塗布乾燥してなるPTC抵抗体とすることにより、
結晶性樹脂と導電性微粉末とを親和性付与剤により化学
的及び物理的に結合した樹脂組成物とするとともに、樹
脂組成物と柔軟性エラストマーとを接着性重合体で接合
した構造とすることができて、柔軟性のあるPTC抵抗
体とすることができる。
して、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン酢酸ビニ
ル共重合体ケン化物、低密度ポリエチレン、高密度ポリ
エチレンを単独、又は組み合わせて用いてなるPTC抵
抗体とすることにより、種々の温度での抵抗変化率の大
きい異なる抵抗温度特性を有するPTC抵抗体を提供で
きる。
として、低ストラクチャーカーボンと高ストラクチャー
カーボンとを組み合わせて用いてなるPTC抵抗体とす
ることにより、同一結晶性樹脂を用いたPTC抵抗体で
あっても種々の勾配のPTC特性、すなわち、温度に対
する抵抗の変化率を調節可能なPTC抵抗体を提供でき
る。
として、化学架橋剤、カップリング剤、オレフィン接着
性ポリマーを用いてなるPTC抵抗体とすることによ
り、化学架橋剤を用いた場合には、結晶性樹脂と導電性
微粉末とを化学的に結合したり、結晶性樹脂を架橋構造
にすることができる。カップリング剤を用いた場合に
は、主として結晶性樹脂と導電性微粉末とを化学的及び
物理的に結合できる。また、オレフィン系背着性ポリマ
ーを用いた場合には、結晶性樹脂と導電性微粉末とを物
理的に結合できる。
トマーとして、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−
プロピレン−ジエンゴム、エチレン−酢酸ビニルゴム、
ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン
系熱可塑性エラストマーの少なくとも1種類を用いてな
るPTC抵抗体とすることにより、柔軟性と耐熱性を有
するPTC抵抗体を提供できる。
として、アクリルニトリル−ブタジエンゴム、カルボキ
シル化ニトリルゴム、エチレン−酢酸ビニルゴムの中か
ら少なくとも1種類を用いてなるPTC抵抗体とするこ
とにより、接着性と柔軟性をPTC抵抗体に付与でき
る。
有する2種類の結晶性樹脂からなる2つの樹脂組成物を
用いてペーストを作製し、前記ペーストを基材に塗布乾
燥してなるPTC抵抗体とすることにより、それぞれの
樹脂組成物が有するPTC特性を合成した形で適用でき
て、任意にPTC特性を調整できる。
成物に用いる導電性微粒子の種類をそれぞれ異にしてな
るPTC抵抗体とすることにより、それぞれの樹脂組成
物が有するPTC特性を合成した形で適用できて、任意
にPTC特性を調整できる。
性微粉末と親和性付与剤とを混練・熱処理してなる樹脂
組成物と、柔軟性エラストマーと導電性微粉末とを混練
してなるエラストマー組成物とを、前記樹脂組成物及び
エラストマー組成物に対して親和性を有する溶剤と接着
性を有する接着性重合体とともに細分化し、分散してな
るペーストを作製し、前記ペーストを基材に塗布乾燥し
てなるPTC抵抗体とすることにより、樹脂組成物だけ
ではなく、エラストマー組成物にも導電性を付与して、
均一な導電性を有するPTC抵抗体とすることができ
る。
及びエラストマー組成物中の導電性微粒子の種類を異に
してなるPTC抵抗体とすることにより、樹脂組成物及
びエラストマー組成物それぞれのPTC特性を合成した
形で適用できて、PTC特性を任意に調節することがで
きる。
と導電性微粉末と親和性付与剤とを混練・熱処理してな
る樹脂組成物と、柔軟性エラストマーと導電性微粉末と
を混練してなるエラストマー組成物とを、前記樹脂組成
物及びエラストマー組成物に対して親和性を有する溶剤
と接着性を有しかつ導電性微粉末が内部に分散された接
着性重合体とともに細分化し、分散してなるペーストを
作製し、前記ペーストを塗布乾燥してなるPTC抵抗体
とすることにより、樹脂組成物、エラストマー組成物、
さらに接着性重合体にも導電性を持たせて、より導電性
微粉末の分布が均一で、抵抗ムラが少なくホットライン
の発生のない信頼性の高いPTC抵抗体を提供できる。
におけるPTC抵抗体を示している。
粉末と親和性付与剤とを混練・熱処理してなる樹脂組成
物2と、柔軟性エラストマー3とを、前記樹脂組成物2
及び柔軟性エラストマー3に対して親和性を有する溶剤
と接着性を有する接着性重合体4とともに細分化し、分
散してなるペーストを作製し、前記ペーストを基材6に
塗布乾燥してなるものである。
ニル共重合体(融点73℃)28重量部と、導電性微粉
末としてダイアブラックG(三菱化成)37.5%とデ
ンカアセチレンブラック(電気化学)62.5%との割
合で60重量部とを熱ロールで混練して結晶性樹脂に導
電性微粉末を分散させ、終了間際に親和性付与剤として
化学架橋剤0.5重量部を投入・混練して得た混練物
を、160℃で1時間熱処理し架橋反応を終了して樹脂
組成物2を作製した。
性エラストマー3としてポリオレフィン系熱可塑性エラ
ストマー「ミラストマー」(三井化学)12重量部とを
混練して得た混練物の21重量部と接着性重合体4とし
てニトリルゴム系接着剤(ニトリルゴム30%、芳香族
系溶剤70%)8重量部と溶剤として高沸点芳香族溶剤
71重量部とを3本ロールで細分化し、分散させてペー
ストを作製した。そして、銀ペーストを塗布乾燥して櫛
形電極5(電極間隔3mm、電極長さ30mm、繰り返
し数12)を作製した不織布(原材料:ポリエステル繊
維)を基材6として、これに前記ペーストを塗布乾燥し
てPTC抵抗体1を得た。なお、7は柔軟性被覆材であ
る。
抵抗値(R20)25Ω(面積抵抗値3kΩ/□)、2
0℃の抵抗値に対する50℃の抵抗値の比(R50/R
20)は3で、無負荷開放時の発熱温度は20℃で45
℃であった。また、80℃雰囲気下での通電試験におい
て5000時間以上抵抗値に変化が見られなかった。さ
らに、人の膝頭を想定した半円球を50mmストローク
で繰り返し荷重を与える加振評価試験において10万回
以上、抵抗値に変化が見られなった。こうして、PTC
抵抗体1が、例えば、カーシート用面状発熱体として最
適なPTC特性と柔軟性を有することを確認した。
末と親和性付与剤とを結晶性樹脂のみに加えた場合を示
したが、結晶性樹脂と柔軟性エラストマーと親和性付与
剤とを同時に混練・熱処理しても柔軟性を付与する目的
では良いことは言うまでもない。また、基材6に電極5
とペーストを塗布乾燥してPTC抵抗体としたものにつ
いて説明したが、実用の際には図2に示したように、基
材6には、ペーストが付着しやすいように、その表面が
多少の多孔質性(凹凸性)と、抵抗体や電極を下部外気
雰囲気から遮蔽するためのガスバリアー性と、スクリー
ン印刷可能とするペースト不通過性(基材バキューム固
定時にペーストが吸引されないこと)が要求されるとと
もに、上部外気雰囲気から抵抗体や電極を遮蔽し外部と
の接触による損傷を防ぐための柔軟性被覆材7が必要で
あることは言うまでもない。さらに、電極を介してPT
C抵抗体に給電するための端子部も必要であるが省略し
ている。
いて説明する。実施例1では、樹脂組成物2の結晶性樹
脂としてエチレン酢酸ビニル共重合体を用いたが、それ
以外にエチレン酢酸ビニル共重合体鹸化物、低密度ポリ
エチレン、高密度ポリエチレンを単独、又は組み合わせ
て用いて、種々の発熱温度を有するPTC抵抗体とする
ことができる。
用いた場合には約60℃から90℃、エチレン酢酸ビニ
ル共重合体鹸化物の場合には約90℃から100℃、低
密度ポリエチレンの場合には約90℃から110℃、高
密度ポリエチレンの場合には約110℃から120℃の
急峻な温度に対する抵抗上昇域(スイッチング温度)を
有し、60℃から120℃までの温度領域をカバーでき
るPTC抵抗体を提供できる。なお、前述した温度は保
温負荷時の発熱温度に相当するもので、無負荷時の発熱
温度はそれよりも約20〜30℃低い(室温20℃)。
いて説明する。この実施例では、樹脂組成物2の導電性
微粉末として、ダイアブラックG(三菱化学(株)製、
粒子径80nm、DBP吸油量85ml/100g)等
の低ストラクチャーカーボンブラックと、MA600
(三菱化学(株)製、粒子径20nm、DBP吸油量1
20ml/100g)等の高ストラクチャーカーボンブ
ラックとを用いたPTC抵抗体とした。
クとは、粒子径が約50以上で比較的大きく、DBP吸
油量が約50から100の間のもので、高ストラクチャ
ーカーボンブラックとは、粒子径が50nm以下で、D
BP吸油量が約100以上のものを意味する。
ラクチャーカーボンブラックは大きい抵抗温度特性、す
なわち、所定の温度(用いた結晶性樹脂の融点近傍)で
の抵抗の急峻な立ち上がりの度合いが大きい特性を有す
るのに対して、高ストラクチャーカーボンは低い抵抗温
度特性を有し、一方、抵抗の安定性(温度履歴繰り返し
による抵抗値の安定性)は高ストラクチャーカーボンブ
ラックの方が低ストラクチャーカーボンブラックより大
きいという知見をもとに、この両者のカーボンを、用い
る結晶性樹脂に応じて任意の割合で組み合わせて用いる
ことで、所定の抵抗温度特性を有し、かつ抵抗安定に優
れたPTC抵抗体を提供できる。
ーボンブラックについて述べたが、これに限定するもの
でないことは言うまでもない。低ストラクチャーカーボ
ンブラックとして、#5(三菱化学(株)製、粒子径7
6nm,DBP吸油量70ml/100g)、高ストラ
クチャーカーボンブラックとしては、MA600(三菱
化学(株)製、粒子径20nm,DBP吸油量120m
l/100g)、PrintexL(デグサ社製、粒子
径23nm,DBP吸油量115ml/100g)等を
用いても良い。
いて説明する。この実施例は、樹脂組成物2の親和性付
与剤として、化学架橋剤、カップリング剤、オレフィン
接着性ポリマーを単独、又は組み合わせて用いるもので
ある。
ド等の化学架橋剤を、結晶性樹脂と導電性微粉末とを混
練終了間際に添加して混練物を得、この混合物を160
℃で1時間熱処理して架橋反応を終了し樹脂組成物2を
得た。この組成物をもとにPTC抵抗体1を作製した。
剤の場合には、前記化学架橋剤と同様な使用方法で、ま
たは、予め導電性微粉末をカップリング剤で処理した後
に結晶性樹脂と混練して樹脂組成物とする。
は、少量添加することで、それが有する官能基の分子間
力で結晶性樹脂と導電性微粉末とを緩く結合するもので
ある。
脂内に3次元的な分子ネットワークを形成することで、
結晶性を幾分阻害するものの耐熱性を付与することがで
きる。また、導電性微粒子と結晶性樹脂とを結合する作
用を有して、信頼性向上に寄与できる。カップリング剤
は、主として導電性微粒子と結晶性樹脂とを結合する作
用を有して、化学架橋剤同様、信頼性向上に寄与でき
る。また、オレフィン接着性ポリマー、結晶性樹脂と導
電性微粉末とをその分子間力で緩く結合するとともに、
基材との接着力を増すことで、抵抗温度特性に影響を与
えることができる。これら親和性付与剤を単独で、又は
組み合わせて用いることで、所定の抵抗温度特性と信頼
性の高いPTC抵抗体を提供できる。
いて説明する。この実施例は、柔軟性エラストマー3と
して、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレ
ン−ジエンゴム、エチレン−酢酸ビニルゴム、ポリスチ
レン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑
性エラストマーを用いてなる。
結晶性樹脂と親和性を有しするとともに、結晶性樹脂よ
りも耐熱性と柔軟性を有しており、柔軟性と安定した抵
抗温度特性を有するPTC抵抗体を提供できる。
いて説明する。この実施例は、接着性重合体4として、
アクリルニトリル−ブタジエンゴム、カルボキシル化ニ
トリルゴム、エチレン−酢酸ビニルゴムの中から少なく
とも1種類を用いてなる。
性と柔軟性を有するPTC抵抗体を提供できる。
いて説明する。この実施例は、異なる融点を有する2つ
の結晶性樹脂からなる2つの樹脂組成物2を作製し、こ
の2つの樹脂組成物を用いてPTC抵抗体としたもので
ある。
して、融点73℃のエチレン酢酸ビニル共重合体と、結
晶性樹脂Bとして、融点130℃の高密度ポリエチレン
からそれぞれ樹脂組成物8及び9を作製し、両者を等量
用いてPTC抵抗体とした場合には、両者の融点間の温
度で抵抗値が増大する新規な抵抗温度特性を有するPT
C抵抗体を提供できる。エチレン酢酸ビニルのように結
晶性の低い樹脂の場合には、温度とともに徐々に立ち上
がる抵抗温度特性を有するが、その場合には速熱性に欠
けるという欠点を有する。一方、高密度ポリエチレンの
ように結晶性の高い樹脂の場合には、融点近傍まではほ
ぼ一定の抵抗値で、融点近傍で急激に抵抗値が増大する
抵抗温度特性を有するが、速熱性には優れるが低い温度
での発熱温度設定には不適合という欠点を有する。一
方、塗膜の性状としては、結晶性の低いエチレン酢酸ビ
ニル共重合体の方が高密度ポリエチレンよりも良好であ
る。こうした特性を有する2つの樹脂組成物8、9を同
時に用いると、図4から明らかなように、その中間の抵
抗温度特性を示し、速熱性と発熱温度の両方をほぼ満足
するとともに、塗膜性状の良いPTC抵抗体を提供でき
る。
成物8,9を混合してペーストとしたが、単独にペース
トを作製して、ペースト同士を混合しても同様の効果を
有することは言うまでもない。
いて説明する。この実施例は、実施例7における2つの
樹脂組成物8、9に用いる導電性微粒子の種類を異にす
るものである。例えば、一つ目の樹脂組成物に低ストラ
クチャーカーボンブラックを主として、二つ目の樹脂組
成物に高ストラクチャーカーボンブラックを主として用
いるなど、異なるPTC特性を有する樹脂組成物を作製
し、これを組み合わせて任意のPTC特性を有するPT
C抵抗体を作製することが可能で、商品の設計に幅を持
たせることができる。
いて説明する。この実施例は、図5に示すように、柔軟
性エラストマー3に導電性微粉末を混練してなるエラス
トマー組成物10を用いてPTC抵抗体としたものであ
る。
基本的に樹脂組成物2内にのみ介在させた構成としてい
たが、本実施例においては、樹脂組成物2内の導電性微
粉末の一部、または異なる種類の導電性微粉末を柔軟性
エラストマー3中に分散させて得たエラストマー組成物
10を用いたものである。
性微粉末の分布の均一化を図ることができる。よって、
電圧集中によるホットラインの発生を防止して安全性の
高いPTC抵抗体を提供できる。また、樹脂組成物2だ
けではなく、柔軟性エラストマー3の抵抗温度特性を利
用して新規な抵抗温度特性を有するPTC抵抗体を提供
できる。
ストマー3と導電性微粉末とを単に混練した場合を記載
したが、結晶性樹脂同様、親和性付与剤を用いて両者を
化学的・物理的に結合して用いても良いことは言うまで
もない。
について説明する。この実施例は、前記実施例におい
て、樹脂組成物2及びエラストマー組成物10内の導電
性微粒子を異にするものである。
トマー組成物10のPTC特性を組み合わせて利用する
ことができる。
について説明する。この実施例は、図6に示すように接
着性重合体11中にも導電性微粉末を分散して用いたも
のである。
性微粉末分布の均一化をさらに図ることができる。よっ
て、電圧集中によるホットラインの発生を確実に防止し
て安全性の高いPTC抵抗体を提供できる。また、樹脂
組成物2、エラストマー組成物10はもとより、接着性
重合体11の抵抗温度特性を利用して新規な抵抗温度特
性を有するPTC抵抗体を提供できる。
必要性は発熱温度が上昇するほど高くなるものである。
発熱温度に応じて、導電性微粉末の欽一性のレベルを選
択することは言うまでもない。また、接着性重合体11
においても導電性微粉末と親和性付与剤を用いても良い
ことは言うまでもない。
カーボンブラックとして主として説明したが、これに限
定するものでないことは言うまでもない。グラファイト
や、金属粉末などのその他の導電性微粒子を併用しても
良い。
のPTC抵抗体は、結晶性樹脂と導電性微粉末とを親和
性付与剤により化学的及び物理的に結合した樹脂組成物
をするとともに、樹脂組成物と柔軟性エラストマーとを
接着性重合体で接合した構造とすることができて、柔軟
性のあるPTC抵抗体とすることができる。
構成概念図
した場合の構成図 (b)(a)の断面図
構成概念図
構成概念図
膜構成概念図
Claims (10)
- 【請求項1】 結晶性樹脂と導電性微粉末と親和性付与
剤とを混練・熱処理してなる樹脂組成物と、柔軟性エラ
ストマーとを、前記樹脂組成物及び柔軟性エラストマー
に対して親和性を有する溶剤と接着性を有する接着性重
合体とともに細分化し、分散してなるペーストを作製
し、前記ペーストを基材に塗布乾燥してなるPTC抵抗
体。 - 【請求項2】 結晶性樹脂として、エチレン酢酸ビニル
共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体鹸化物、低密度
ポリエチレン、高密度ポリエチレンを単独、又は組み合
わせて用いる請求項1に記載のPTC抵抗体。 - 【請求項3】 導電性微粉末として、低ストラクチャー
カーボンブラックと高ストラクチャーカーボンブラック
とを組み合わせて用いる請求項1または2に記載のPT
C抵抗体。 - 【請求項4】 親和性付与剤として、化学架橋剤、カッ
プリング剤、オレフィン接着性ポリマーを単独、又は組
み合わせて用いてなる請求項1〜3のいずれか1項に記
載のPTC抵抗体。 - 【請求項5】 柔軟性エラストマーとして、エチレン−
プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、
エチレン−酢酸ビニルゴム、ポリスチレン系熱可塑性エ
ラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーの
少なくとも1種類を用いる請求項1〜4のいずれか1項
に記載のPTC抵抗体。 - 【請求項6】 接着性重合体は、アクリルニトリル−ブ
タジエンゴム、カルボキシル化ニトリルゴム、エチレン
−酢酸ビニルゴムの中から少なくとも1種類を用いる請
求項1〜5のいずれか1項に記載のPTC抵抗体。 - 【請求項7】 異なる融点を有する2種類の結晶性樹脂
からなる2つの樹脂組成物を用いてペーストを作製し、
前記ペーストを基材に塗布乾燥してなる請求項1〜6の
いずれか1項に記載のPTC抵抗体。 - 【請求項8】 2つの樹脂組成物に用いる導電性微粒子
の種類をそれぞれ異にする請求項7に記載のPTC抵抗
体。 - 【請求項9】 結晶性樹脂と導電性微粉末と親和性付与
剤とを混練・熱処理してなる樹脂組成物と、柔軟性エラ
ストマーと導電性微粉末とを混練してなるエラストマー
組成物とを、前記樹脂組成物及びエラストマー組成物に
対して親和性を有する溶剤と接着性を有する接着性重合
体とともに細分化し、分散してなるペーストを作製し、
前記ペーストを基材に塗布乾燥してなるPTC抵抗体。 - 【請求項10】 樹脂組成物及びエラストマー組成物中
の導電性粒子の種類を異にする請求項9に記載のPTC
抵抗体。 【請求個11】 結晶性樹脂と導電性微粉末と親和性付
与剤とを混練・熱処理してなる樹脂組成物と、柔軟性エ
ラストマーと導電性微粉末とを混練してなるエラストマ
ー組成物とを、前記樹脂組成物及びエラストマー組成物
に対して親和性を有する溶剤と接着性を有しかつ導電性
微粉末が内部に分散された接着性重合体とともに細分化
し、分散してなるペーストを作製し、前記ペーストを塗
布乾燥してなるPTC抵抗体。
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