JP2003257704A - Ptc composite material - Google Patents

Ptc composite material

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JP2003257704A
JP2003257704A JP2002051019A JP2002051019A JP2003257704A JP 2003257704 A JP2003257704 A JP 2003257704A JP 2002051019 A JP2002051019 A JP 2002051019A JP 2002051019 A JP2002051019 A JP 2002051019A JP 2003257704 A JP2003257704 A JP 2003257704A
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composite material
filler
ptc
resin
conductive filler
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JP2002051019A
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Japanese (ja)
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Akimasa Ichikawa
明昌 市川
Yoshimasa Kobayashi
義政 小林
Toru Hayase
徹 早瀬
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/02Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a PTC composite material which is suitably used for forming a current-limiting device or the like that restrains an accidental current, practically satisfiable enough in heat resistance, resistance-returning properties, withstand voltage properties, and initial (room temperature) resistance. <P>SOLUTION: This PTC composite material contains a conductive filler 1, an insulating filler 2, and a thermosetting resin 3. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は、PTC複合材料
に関する。さらに詳しくは、事故電流を抑制する限流素
子等に好適に用いられる、実用上十分に満足し得る、耐
熱性、抵抗復帰性、耐電圧性及び初期(室温)抵抗値を
具備したPTC複合材料に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a PTC composite material. More specifically, a PTC composite material having heat resistance, resistance recovery, withstand voltage, and initial (room temperature) resistance that is suitable for practical use, such as a current limiting element that suppresses fault current, and is sufficiently satisfactory for practical use. Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】 PTCR(positive tem
perature coefficient of r
esistance)材料(以下、「PTC材料」とい
う)は、特定温度において急激に電気抵抗値が増加する
性質を有するため、例えば、ブレーカーにおいて事故電
流を抑制する限流素子に利用されている。従来、このよ
うなPTC材料としては、キュリー点で電気的特性が変
化するチタン酸バリウム系セラミックスが最もよく知ら
れているが、初期(室温)抵抗率が高いために通電損失
が大きいことや製造コストが高いことにより、他の物質
からなるPTC材料が求められていた。
2. Description of the Related Art PTCR (Positive tem)
performance coefficient of r
Esistence) materials (hereinafter referred to as “PTC materials”) have the property of rapidly increasing the electrical resistance value at a specific temperature, and therefore are used as current limiting devices for suppressing fault current in breakers, for example. Conventionally, as such a PTC material, barium titanate-based ceramics whose electric characteristics change at the Curie point is best known. However, since the initial (room temperature) resistivity is high, conduction loss is large and manufacturing is difficult. Due to the high cost, PTC materials made of other substances have been sought.

【0003】 その結果、ポリマーを母材とし、導電性
物質を添加剤とした複合材料にチタン酸バリウム系セラ
ミックスと同様のPTC特性が見い出された。例えば、
絶縁体であるポリエチレン等の結晶性ポリマーに、カー
ボン等の導電性粒子を混合していくと、特定の混合比に
おいてポリマーマトリックス中に導電パスが形成される
ため、電気抵抗が急激に減少して絶縁体−導電体転移が
引き起こされる。
As a result, a PTC characteristic similar to that of barium titanate-based ceramics was found in a composite material including a polymer as a base material and a conductive material as an additive. For example,
When conductive particles such as carbon are mixed with crystalline polymer such as polyethylene, which is an insulator, a conductive path is formed in the polymer matrix at a specific mixing ratio, resulting in a sharp decrease in electrical resistance. An insulator-conductor transition is triggered.

【0004】 このような混合比で製造された複合材料
は、それを構成する結晶性ポリマーの熱膨張が導電性粒
子のそれよりもはるかに大きいため、温度が上昇して結
晶性ポリマーの溶解温度付近に達すると、急激に膨張す
ることになる。この膨張によって、結晶性ポリマー中で
導電パスを形成していた導電性粒子は互いに引き離され
ることになり、その結果、導電パスが切断されて、電気
抵抗が急激に上昇するPTC特性が発現することにな
る。
In the composite material produced with such a mixing ratio, the thermal expansion of the crystalline polymer constituting the composite material is much larger than that of the conductive particles, so that the temperature rises and the melting temperature of the crystalline polymer increases. When it reaches the vicinity, it will expand rapidly. Due to this expansion, the conductive particles forming the conductive path in the crystalline polymer are separated from each other, and as a result, the conductive path is cut and the PTC characteristic in which the electric resistance sharply increases is exhibited. become.

【0005】 しかしながら、ポリマーのような有機材
料を母材とした場合、耐熱性が低いために、事故電流に
よる高温状態が長時間継続すると動作が保持できないと
いう問題があった。
However, when an organic material such as a polymer is used as a base material, there is a problem that the operation cannot be maintained if the high temperature state due to the accident current continues for a long time because the heat resistance is low.

【0006】 このような問題を解消するため、特に温
度上昇時の保形性の改善及びこれによる動作特性の信頼
性の向上を図るため、熱可塑性樹脂の結晶性高分子、導
電性フィラー、及び絶縁性フィラーの配合よりなること
を特徴とする有機PTC複合材料が提案されている(特
開平10−270204号公報)。
In order to solve such a problem, in particular, in order to improve the shape retention property at the time of temperature rise and the reliability of the operating characteristics, the crystalline polymer of the thermoplastic resin, the conductive filler, and An organic PTC composite material characterized by comprising an insulating filler is proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 10-270204).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】 しかし、上述の特開
平10−270204号公報に記載された有機PTC複
合材料は、導電性フィラーと絶縁性フィラーとを熱可塑
性(すなわち、熱軟化性)の結晶性高分子によって固定
しているため、耐熱性が低く、素子を結晶性高分子の融
点以上に加熱することによって初期(室温)抵抗値が増
大する(抵抗復帰性が悪い)とともに、絶縁性フィラー
の添加によって初期(室温)抵抗値が増大し、耐熱性、
抵抗復帰性、耐電圧性、初期(室温)抵抗値の面で必ず
しも十分に満足し得るものではないという問題があっ
た。
However, in the organic PTC composite material described in JP-A-10-270204, the conductive filler and the insulating filler are thermoplastic (that is, heat softening) crystals. Since it is fixed by a crystalline polymer, its heat resistance is low. By heating the device above the melting point of the crystalline polymer, the initial (room temperature) resistance value increases (resistive resistance is poor) and an insulating filler is used. The initial (room temperature) resistance value increases due to the addition of
There is a problem that they are not always sufficiently satisfactory in terms of resistance recovery, voltage resistance, and initial (room temperature) resistance value.

【0008】 本発明は、このような問題に鑑みてなさ
れたものであって、実用上十分に満足し得る、耐熱性、
抵抗復帰性、耐電圧性、初期(室温)抵抗値を具備した
PTC複合材料を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and has heat resistance that is sufficiently satisfactory for practical use.
It is an object of the present invention to provide a PTC composite material having resistance recoverability, withstand voltage property, and initial (room temperature) resistance value.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】 本発明は、上述の目的
を達成するため、以下のPTC複合材料を提供する。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides the following PTC composite material.

【0010】[1] 導電性フィラーと、絶縁性フィラ
ーと、熱硬化性樹脂とを含有してなることを特徴とする
PTC複合材料。
[1] A PTC composite material containing a conductive filler, an insulating filler, and a thermosetting resin.

【0011】[2] 前記導電性フィラーの粒径が、2
〜50μmである前記[1]に記載のPTC複合材料。
[2] The particle size of the conductive filler is 2
The PTC composite material according to [1] above, which has a thickness of about 50 μm.

【0012】[3] 前記導電性フィラーの粒径が、5
〜20μmである前記[1]に記載のPTC複合材料。
[3] The particle size of the conductive filler is 5
The PTC composite material according to [1], wherein the PTC composite material is about 20 μm.

【0013】[4] 前記導電性フィラーが、ケイ化モ
リブデン(MoSi2)、ケイ化タングステン(WS
2)、ホウ化チタン(TiB2)、ホウ化ジルコニウム
(ZrB 2)、モリブデン(Mo)、タングステン
(W)、ニッケル(Ni)、及びステンレス合金からな
る群から選ばれる少なくとも1種のフィラーである前記
[1]〜[3]のいずれかに記載のPTC複合材料。
[4] The conductive filler is silicided
Libden (MoSi2), Tungsten silicide (WS
i2), Titanium boride (TiB2), Zirconium boride
(ZrB 2), Molybdenum (Mo), tungsten
(W), nickel (Ni), and stainless alloy
The at least one filler selected from the group
The PTC composite material according to any one of [1] to [3].

【0014】[5] 前記熱硬化性樹脂が、フェノール
樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、及びウレタン樹脂から
なる群から選ばれる少なくとも1種の樹脂である前記
[1]〜[4]のいずれかに記載のPTC複合材料。
[5] Any one of the above [1] to [4], wherein the thermosetting resin is at least one resin selected from the group consisting of a phenol resin, an epoxy resin, a urea resin, and a urethane resin. The PTC composite material described.

【0015】[6] 前記絶縁性フィラーが、クリスト
バライト相SiO2、トリジマイト相SiO2、クリスト
バライト相AlPO4、及びトリジマイト相AlPO4
らなる群から選ばれる少なくとも1種のフィラーである
前記[1]〜[5]のいずれかに記載のPTC複合材
料。
[6] The insulating filler is at least one filler selected from the group consisting of cristobalite phase SiO 2 , tridymite phase SiO 2 , cristobalite phase AlPO 4 , and tridymite phase AlPO 4 . The PTC composite material according to any one of [5].

【0016】[7] 熱硬化性樹脂と、絶縁性フィラー
と、線状の導電性フィラーの複数本を同一平面上に平行
に並置してなる一組の線状導電性フィラー列の上に、上
下方向で互いに隣接する前記線状導電性フィラー列の長
手方向がそれぞれ互い違いに直交して井桁状となるよう
に前記線状導電性フィラー列の他の複数組を積層して構
成した導電性材料とを含有してなることを特徴とするP
TC複合材料。
[7] On a set of linear conductive filler rows in which a plurality of thermosetting resins, insulating fillers, and linear conductive fillers are juxtaposed in parallel on the same plane, A conductive material formed by stacking another plurality of sets of the linear conductive filler rows so that the longitudinal directions of the linear conductive filler rows adjacent to each other in the vertical direction are alternately orthogonal to each other to form a cross beam shape. P characterized by containing and
TC composite material.

【0017】[8] 前記導電性フィラーが、ケイ化モ
リブデン(MoSi2)、ケイ化タングステン(WS
2)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ニ
ッケル(Ni)、及びステンレス合金からなる群から選
ばれる少なくとも1種のフィラーである前記[7]に記
載のPTC複合材料。
[8] The conductive filler is molybdenum silicide (MoSi 2 ), tungsten silicide (WS)
i 2 ), molybdenum (Mo), tungsten (W), nickel (Ni), and the PTC composite material according to the above [7], which is at least one filler selected from the group consisting of stainless alloys.

【0018】[9] 前記線状導電性フィラーの線径
が、20〜500μmである前記[7]又は[8]に記
載のPTC複合材料。
[9] The PTC composite material according to [7] or [8], wherein the linear conductive filler has a wire diameter of 20 to 500 μm.

【0019】[10] 前記絶縁性フィラーが、クリス
トバライト相SiO2、トリジマイト相SiO2、クリス
トバライト相AlPO4、及びトリジマイト相AlPO4
からなる群から選ばれる少なくとも1種のフィラーであ
る前記[7]〜[9]のいずれかに記載のPTC複合材
料。
[10] The insulating filler is cristobalite phase SiO 2 , tridymite phase SiO 2 , cristobalite phase AlPO 4 , and tridymite phase AlPO 4.
The PTC composite material according to any one of the above [7] to [9], which is at least one filler selected from the group consisting of:

【0020】[11] 前記熱硬化性樹脂が、フェノー
ル樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、及びウレタン樹脂か
らなる群から選ばれる少なくとも1種の樹脂である前記
[7]〜[10]のいずれかに記載のPTC複合材料。
[11] In any one of the above [7] to [10], wherein the thermosetting resin is at least one resin selected from the group consisting of phenol resin, epoxy resin, urea resin, and urethane resin. The PTC composite material described.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態を図
面を参照しつつ具体的に説明する。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

【0022】 図1は、本発明のPTC複合材料の一の
実施の形態を模式的に示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing one embodiment of the PTC composite material of the present invention.

【0023】 図1に示すように、本実施の形態のPT
C複合材料は、導電性フィラー1と、絶縁性フィラー2
と、熱硬化性樹脂3とを含有してなることを特徴とす
る。
As shown in FIG. 1, the PT of the present embodiment
The C composite material includes a conductive filler 1 and an insulating filler 2.
And a thermosetting resin 3 are included.

【0024】 本実施の形態に用いられる導電性フィラ
ー1としては、例えば、ケイ化モリブデン(MoS
2)、ケイ化タングステン(WSi2)、ホウ化チタン
(TiB2)、ホウ化ジルコニウム(ZrB2)、モリブ
デン(Mo)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)
及びステンレス合金からなる群から選ばれる少なくとも
1種のフィラーを好適例として挙げることができる。中
でも、ケイ化モリブデン(MoSi2)、ケイ化タング
ステン(WSi2)等の金属ケイ化物のフィラーが好ま
しい。
As the conductive filler 1 used in the present embodiment, for example, molybdenum silicide (MoS) is used.
i 2 ), tungsten silicide (WSi 2 ), titanium boride (TiB 2 ), zirconium boride (ZrB 2 ), molybdenum (Mo), tungsten (W), nickel (Ni)
And at least one filler selected from the group consisting of stainless steel alloys can be cited as a suitable example. Of these, fillers of metal silicides such as molybdenum silicide (MoSi 2 ) and tungsten silicide (WSi 2 ) are preferable.

【0025】 導電性フィラー1は、後述する絶縁性フ
ィラー2に導電性を付与するために用いられる。
The conductive filler 1 is used to impart conductivity to the insulating filler 2 described later.

【0026】 導電性フィラー1の粒径は、2〜50μ
mであることが好ましく、5〜20μmであることがさ
らに好ましい。50μmを超えると、耐電圧性が低下
し、さらには、複合体中に、均一に導電性フィラーを分
散させることが困難となることがあり、2μm未満であ
ると、PTC特性を十分確保することができないことが
ある。すなわち、通常、PTC材料はその特性として、
ジャンプ率(動作後の抵抗値/初期(室温)抵抗値
(倍))が大きいことが要求され、このようなジャンプ
率を大きくするためには、絶縁性フィラー2の含有量に
対し、導電性フィラー1の含有量を減らしたり、導電性
フィラー1の粒径を大きくすればよいが、導電性フィラ
ー1の含有量を減らすと初期(室温)抵抗値が上昇し、
通電損失が増加することになる。導電性フィラー1の粒
径を、上述のように、好ましくは2μm以上に特定する
ことによって、初期(室温)抵抗値が低いままでPTC
特性を十分確保することができる。その結果、接触抵抗
を低下させることができ、初期(室温)抵抗値の上昇を
防止しつつジャンプ率を向上させることができる。
The particle size of the conductive filler 1 is 2 to 50 μm.
The thickness is preferably m, more preferably 5 to 20 μm. When it is more than 50 μm, the withstand voltage is lowered, and it may be difficult to uniformly disperse the conductive filler in the composite, and when it is less than 2 μm, sufficient PTC characteristics should be ensured. You may not be able to That is, the PTC material usually has the following characteristics.
It is required that the jump rate (resistance value after operation / initial (room temperature) resistance value (times)) is large. The content of the filler 1 may be reduced or the particle size of the conductive filler 1 may be increased, but when the content of the conductive filler 1 is reduced, the initial (room temperature) resistance value increases,
The conduction loss will increase. By specifying the particle size of the conductive filler 1 to be 2 μm or more as described above, the PTC can be maintained at a low initial (room temperature) resistance value.
The characteristics can be sufficiently secured. As a result, the contact resistance can be reduced, and the jump rate can be improved while preventing the initial (room temperature) resistance value from increasing.

【0027】 本実施の形態のPTC複合材料に用いら
れる導電性フィラー1の含有量は、10〜50体積%で
あることが好ましく、20〜35体積%であることがさ
らに好ましい。50体積%を超えると、PTC特性を十
分確保することができないことがあり、10体積%未満
であると、小さい初期(室温)抵抗値を得ることができ
ないことがある。
The content of the conductive filler 1 used in the PTC composite material of the present embodiment is preferably 10 to 50% by volume, more preferably 20 to 35% by volume. If it exceeds 50% by volume, sufficient PTC characteristics may not be ensured, and if it is less than 10% by volume, a small initial (room temperature) resistance value may not be obtained.

【0028】 また、本実施の形態に用いられる絶縁性
フィラー2としては、例えば、クリストバライト相Si
2、トリジマイト相SiO2、クリストバライト相Al
PO4、及びトリジマイト相AlPO4からなる群から選
ばれる少なくとも1種のフィラーを好適例として挙げる
ことができる。中でも、クリストバライト相SiO2
好ましい。
Further, as the insulating filler 2 used in the present embodiment, for example, cristobalite phase Si
O 2 , tridymite phase SiO 2 , cristobalite phase Al
Preferable examples include at least one kind of filler selected from the group consisting of PO 4 and tridymite phase AlPO 4 . Of these, cristobalite phase SiO 2 is preferable.

【0029】 ここで、クリストバライトとは、石英、
トリディマイト(鱗珪石)とともにSiO2鉱物の多形
の一種で、230℃前後で結晶構造がアルファ型(正方
晶形)からベータ型(立方晶形)に変化することに伴い
急激に膨張する性質を有する高熱膨張材料を意味する。
従って、クリストバライト自体は絶縁体であるが、導電
性材料を所定の比率で混合して絶縁体−導電体転移をさ
せた材料については、温度上昇に伴いクリストバライト
が熱膨張すると、形成されていた導電パスが切断され、
PTC特性を発現することができる。
Here, the cristobalite is quartz,
A type of polymorph of SiO 2 mineral with tridymite (scaly silica), which has a property of rapidly expanding as the crystal structure changes from alpha (tetragonal) to beta (cubic) around 230 ° C. Inflatable material.
Therefore, although cristobalite itself is an insulator, for a material in which a conductive material is mixed at a predetermined ratio to cause an insulator-conductor transition, when cristobalite thermally expands as the temperature rises, the formed conductivity is increased. The path was cut,
PTC characteristics can be expressed.

【0030】 また、クリストバライトは、融点が17
30℃と高く、有機材料であるポリマーに比して耐熱性
に優れ、長時間高温に曝された場合でも溶融等による損
傷がないため、PTC複合材料の母材として好適であ
る。クリストバライトは、石英を高温で仮焼することに
より得られるが、クリストバライトを安定化させるアル
カリ金属やアルカリ土類金属の存在下では、より低温の
仮焼によって得ることができる。本発明においては、特
開2001−237104公報に開示されているような
転移温度を低温化させたクリストバライト結晶構造又は
トリジマイト結晶構造を母材として用いることでPTC
特性の発現温度を所望の温度に制御することができる。
Cristobalite has a melting point of 17
It is as high as 30 ° C., has excellent heat resistance as compared with a polymer which is an organic material, and is not damaged by melting or the like even when exposed to a high temperature for a long time, and therefore, it is suitable as a base material of a PTC composite material. Cristobalite can be obtained by calcining quartz at a high temperature, but can be obtained by calcining at a lower temperature in the presence of an alkali metal or an alkaline earth metal that stabilizes cristobalite. In the present invention, PTC can be obtained by using a cristobalite crystal structure or a tridymite crystal structure with a low transition temperature as disclosed in JP 2001-237104 A as a base material.
The temperature at which the characteristic develops can be controlled to a desired temperature.

【0031】 本実施の形態のPTC複合材料に用いら
れる熱硬化性樹脂3に対する絶縁性フィラー2の含有量
は、体積比(絶縁性フィラー:熱硬化性樹脂)で50:
50〜95:5であることが好ましい。絶縁性フィラー
2の体積比が50:50より少ないと熱膨張量が減少し
てジャンプ率が小さくなることがあり、95:5より多
いと熱硬化性樹脂3による導電性フィラー1と絶縁性フ
ィラー2との接着力が弱くなり抵抗復帰性が悪化するこ
とがある。
The content of the insulating filler 2 with respect to the thermosetting resin 3 used in the PTC composite material of the present embodiment is 50: by volume ratio (insulating filler: thermosetting resin).
It is preferably 50 to 95: 5. If the volume ratio of the insulating filler 2 is less than 50:50, the thermal expansion amount may decrease and the jump rate may decrease, and if it exceeds 95: 5, the conductive filler 1 and the insulating filler formed by the thermosetting resin 3 may be used. The adhesive force with 2 may be weakened and the resistance to resistance may deteriorate.

【0032】 本実施の形態に用いられる熱硬化性樹脂
3としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、
尿素樹脂、及びウレタン樹脂からなる群から選ばれる少
なくとも1種の樹脂を挙げることができる。中でも、高
い耐熱性を持つことからフェノール樹脂が好ましい。
As the thermosetting resin 3 used in the present embodiment, for example, phenol resin, epoxy resin,
At least one resin selected from the group consisting of urea resins and urethane resins can be mentioned. Of these, a phenol resin is preferable because it has high heat resistance.

【0033】 このように構成することによって、実用
上、十分に満足し得る耐熱性、抵抗復帰性、耐電圧性、
及び初期(室温)抵抗値を具備するとともに、3桁のジ
ャンプ率を確保することができる。
With such a configuration, the heat resistance, the resistance recovery property, the withstand voltage property, which are sufficiently satisfactory in practical use,
In addition to having an initial (room temperature) resistance value, it is possible to secure a jump rate of three digits.

【0034】 図2は、本発明のPTC複合材料の他の
実施の形態を模式的に示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing another embodiment of the PTC composite material of the present invention.

【0035】 図2に示すように、本実施の形態のPT
C複合材料は、熱硬化性樹脂4と、絶縁性フィラー8
と、線状の導電性フィラー5の複数本を同一平面上に平
行に並置してなる一組の線状導電性フィラー列6の上
に、上下方向で互いに隣接する線状導電性フィラー列6
の長手方向がそれぞれ互い違いに直交して井桁状となる
ように線状導電性フィラー列6の他の複数組を積層して
構成した導電性材料7とを含有してなることを特徴とす
る。
As shown in FIG. 2, the PT of the present embodiment
The C composite material is a thermosetting resin 4 and an insulating filler 8
And a plurality of linear conductive fillers 5 arranged in parallel on the same plane on a set of linear conductive filler rows 6 that are adjacent to each other in the vertical direction.
And a conductive material 7 constituted by laminating a plurality of other sets of the linear conductive filler rows 6 so that the longitudinal directions thereof are alternately crossed to form a cross shape.

【0036】 ここで、本実施の形態のPTC複合材料
における熱硬化性樹脂4、絶縁性フィラー8及び線状の
導電性フィラー5としては、図1に示す実施の形態で用
いたものとそれぞれ同じものを用いることができる。
Here, the thermosetting resin 4, the insulating filler 8 and the linear conductive filler 5 in the PTC composite material of the present embodiment are the same as those used in the embodiment shown in FIG. 1, respectively. Any thing can be used.

【0037】 また、線状の導電性フィラー5の線径
は、20〜500μmであることが好ましい。20μm
未満であると、線の強度が弱く容易に切断されてしまう
ため製造が困難となることがあり、500μmを超える
と、十分な耐電圧が得られないことがある。
The wire diameter of the linear conductive filler 5 is preferably 20 to 500 μm. 20 μm
When it is less than 500 μm, the strength of the wire is weak and the wire is easily cut, which may make the manufacturing difficult. When it exceeds 500 μm, sufficient withstand voltage may not be obtained.

【0038】 このように構成することによって、実用
上十分に満足し得る、耐熱性、抵抗復帰性、耐電圧性及
び初期(室温)抵抗値を具備するとともに、3桁のジャ
ンプ率を確保することができる。
With this configuration, it is possible to ensure heat resistance, resistance recovery, withstand voltage, and initial (room temperature) resistance that are sufficiently satisfactory for practical use, and to secure a jump rate of three digits. You can

【0039】 以下、本実施の形態のPTC材料を製造
する方法について説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing the PTC material of this embodiment will be described.

【0040】 導電性フィラー、絶縁性フィラー及び熱
硬化性樹脂をそれぞれ秤量し、自転公転ミルで十分に混
合した後、加熱プレスにより所望の厚さになるように電
極と一体成形する。得られた成形体から所望の形状を切
り出してPTC素子とする。また、線状の導電性フィラ
ーを用いる場合は、まずこれらを交差するように交互に
積層しておき、この状態を保ったまま、自転公転ミルで
十分に混合した絶縁性フィラーと熱硬化性樹脂との混合
物を線状の導電性フィラーの周りに流し込んで加熱プレ
スしてPTC素子を作製する。この場合、加熱プレス時
に電極と一体成形してもよく、最上段と最下段の金属線
を電極としてもよい。成形後に再度熱処理を行うと樹脂
がより十分に硬化して抵抗復帰性を改善することができ
る。
The conductive filler, the insulating filler, and the thermosetting resin are weighed and sufficiently mixed in a revolving orbital mill, and then integrally molded with an electrode by a hot press to a desired thickness. A desired shape is cut out from the obtained molded body to obtain a PTC element. Further, when using a linear conductive filler, they are first laminated alternately so that they cross each other, and while keeping this state, the insulating filler and the thermosetting resin that are sufficiently mixed in a rotation revolution mill. A mixture of and is poured around a linear conductive filler and hot pressed to produce a PTC element. In this case, the electrode may be integrally formed with the electrode at the time of hot pressing, or the uppermost metal wire and the lowermost metal wire may be used as the electrode. When the heat treatment is performed again after the molding, the resin is more sufficiently cured and the resistance recoverability can be improved.

【0041】[0041]

【実施例】 以下、本発明を実施例によりさらに具体的
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0042】実施例1〜48 平均粒径が1〜55μmのMoSi2と、平均粒径が
0.8μmのクリストバライトと、フェノール樹脂(熱
硬化性樹脂)とをそれぞれ体積%で表1に示すように秤
量し、自転公転ミルで混合した後、加熱プレスにより厚
さが0.5mmになるようにNi箔の電極と一体成形し
た。クリストバライトとフェノール樹脂との体積比は8
0:20とした。得られたペレットから3mm角のPT
C素子を切り出し、25℃、300℃での抵抗値及び通
電自己発熱による耐電圧を測定した。その結果を表1及
び表2に示す。
Examples 1 to 48 MoSi 2 having an average particle size of 1 to 55 μm, cristobalite having an average particle size of 0.8 μm, and a phenol resin (thermosetting resin) in volume% are shown in Table 1. After being weighed and mixed in a revolving orbital mill, it was integrally molded with a Ni foil electrode so as to have a thickness of 0.5 mm by a hot press. The volume ratio of cristobalite and phenolic resin is 8
It was set to 0:20. 3mm square PT from the obtained pellets
The C element was cut out, and the resistance value at 25 ° C. and 300 ° C. and the withstand voltage due to self-heating by energization were measured. The results are shown in Tables 1 and 2.

【0043】比較例 実施例23において、MoSi2とクリストバライトと
を固定する樹脂として熱可塑性のポリエチレンを用いて
加熱成形によりPTC素子を作製した。得られたペレッ
トから3mm角のPTC素子を切り出し、25℃、30
0℃での抵抗値及び300℃で5分間保持した後の抵抗
復帰率を測定した。その結果を表3に示す。
Comparative Example In Example 23, a PTC element was produced by thermoforming using thermoplastic polyethylene as a resin for fixing MoSi 2 and cristobalite. A PTC element of 3 mm square was cut out from the obtained pellet, and the temperature was kept at 25 ° C for 30
The resistance value at 0 ° C. and the resistance recovery rate after holding at 300 ° C. for 5 minutes were measured. The results are shown in Table 3.

【0044】[0044]

【表1】 [Table 1]

【0045】[0045]

【表2】 [Table 2]

【0046】[0046]

【表3】 [Table 3]

【0047】 表1及び表2から、実施例43〜48の
ように導電性フィラー(MoSi2)の粒径が1μmと
小さくなると、抵抗ジャンプ(ジャンプ率)は小さくな
る傾向があり、逆に、実施例1〜5のように、大きくな
ると、抵抗ジャンプは大きいが耐電圧は小さくなる傾向
があることがわかる。また、表3から、熱硬化性のフェ
ノール樹脂ではなく、熱可塑性のポリエチレンを用いた
比較例では、熱サイクル後の抵抗復帰率が上昇すること
がわかり、従って、熱硬化性樹脂を用いることで耐熱性
が向上することがわかる。
From Table 1 and Table 2, when the particle size of the conductive filler (MoSi 2 ) is as small as 1 μm as in Examples 43 to 48, the resistance jump (jump rate) tends to be small, and conversely, As in Examples 1 to 5, it can be seen that as the resistance increases, the resistance jump increases but the withstand voltage decreases. In addition, from Table 3, it can be seen that the resistance recovery rate after the thermal cycle is increased in the comparative example using the thermoplastic polyethylene instead of the thermosetting phenol resin. Therefore, by using the thermosetting resin, It can be seen that the heat resistance is improved.

【0048】実施例49〜73 Ni線を交差するように交互に積層した後、線の周りを
自転公転ミルで十分に混合したクリストバライトとフェ
ノール樹脂との混合物で埋め、加熱プレス成形してPT
C素子を作製した。クリストバライトとフェノール樹脂
との体積比は80:20とした。最上段と最下段の金属
線を電極として通電自己発熱による耐電圧評価を行っ
た。線径、線材質、積層数及び並列数と、初期(室温)
抵抗、厚さ及び耐電圧とのそれぞれの関係を表4に示
す。本実施例ではNi線を積層したが、W線を積層した
ものであってもよい。
Examples 49 to 73 After alternately laminating Ni wires so as to cross each other, the wires were filled with a mixture of cristobalite and phenol resin, which were sufficiently mixed in a rotation orbital mill, and heat-press molded to obtain PT.
A C element was produced. The volume ratio of cristobalite to phenol resin was 80:20. The withstand voltage was evaluated by the self-heating of electricity when the uppermost and lowermost metal wires were used as electrodes. Initial diameter (room temperature) with wire diameter, wire material, number of layers and parallel
Table 4 shows the relationships among the resistance, the thickness, and the withstand voltage. In this embodiment, Ni wires are laminated, but W wires may be laminated.

【0049】[0049]

【表4】 [Table 4]

【0050】 表4から、線状の導電性フィラーを規則
正しく積層したものは、導電性フィラー粒子をランダム
に分散させたもの(実施例1〜48)よりも低い初期
(室温)抵抗が得られることがわかる。これは、積層し
た線状の導電性フィラー同士が確実に接触することで、
すべての導電性フィラーが通電するからである。また、
表4から、線径が大きくなると耐電圧が小さくなる傾向
があることがわかる。これは、線径が大きいと、通電発
熱時の素子内部の温度差が大きくなり、各線状の導電性
フィラー接触点の切断に時間差が生じて、個々の切断点
に集中的に電圧がかかり全体的に分担されないため、ア
ーク放電が発生しやすくなることに起因する。また、実
施例72、73のように、導電性フィラー材質としてN
iよりWを用いたほうが耐電圧が高くなることがわか
る。これは、Niより高融点のWを用いることでアーク
放電の発生を抑えることができるためである。
From Table 4, it can be seen that the one in which the linear conductive fillers are regularly laminated has a lower initial (room temperature) resistance than the one in which the conductive filler particles are randomly dispersed (Examples 1 to 48). I understand. This is because the laminated linear conductive fillers surely contact each other,
This is because all the conductive fillers conduct electricity. Also,
From Table 4, it can be seen that as the wire diameter increases, the withstand voltage tends to decrease. This is because when the wire diameter is large, the temperature difference inside the element during heat generation by energization becomes large, and there is a time lag in cutting the conductive filler contact points of each wire, and a voltage is intensively applied to each cutting point. This is because arc discharge is likely to occur because they are not shared. In addition, as in Examples 72 and 73, N is used as the conductive filler material.
It can be seen that the withstand voltage becomes higher when W is used than when i is used. This is because the use of W having a melting point higher than that of Ni can suppress the occurrence of arc discharge.

【0051】[0051]

【発明の効果】 以上説明したように、本発明によっ
て、事故電流を抑制する限流素子等に好適に用いられ
る、実用上十分に満足し得る、耐熱性、抵抗復帰性、耐
電圧性及び初期(室温)抵抗値を具備したPTC複合材
料を提供することができる。
As described above, according to the present invention, the heat resistance, the resistance recoverability, the withstand voltage, and the initial resistance, which are suitable for use in the current limiting element for suppressing the fault current, can be sufficiently satisfied in practical use. A PTC composite material having a (room temperature) resistance value can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明のPTC複合材料の一の実施の形態を
模式的に示す説明図及びその一部拡大図である。
FIG. 1 is an explanatory view and a partially enlarged view schematically showing an embodiment of a PTC composite material of the present invention.

【図2】 本発明のPTC複合材料の他の実施の形態を
模式的に示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing another embodiment of the PTC composite material of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…導電性フィラー、2…絶縁性フィラー、3…熱硬化
性樹脂、4…熱硬化性樹脂、5…線状の導電性フィラ
ー、6…線状導電性フィラー列、7…導電性材料、8…
絶縁性フィラー。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Conductive filler, 2 ... Insulating filler, 3 ... Thermosetting resin, 4 ... Thermosetting resin, 5 ... Linear conductive filler, 6 ... Linear conductive filler row, 7 ... Conductive material, 8 ...
Insulating filler.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早瀬 徹 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 Fターム(参考) 5E034 AA07 AB01 AC10 AC18 AC19   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Toru Hayase             2-56, Sudacho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi             Inside Hon insulator Co., Ltd. F-term (reference) 5E034 AA07 AB01 AC10 AC18 AC19

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導電性フィラーと、絶縁性フィラーと、
熱硬化性樹脂とを含有してなることを特徴とするPTC
複合材料。
1. A conductive filler and an insulating filler,
PTC containing a thermosetting resin
Composite material.
【請求項2】 前記導電性フィラーの粒径が、2〜50
μmである請求項1に記載のPTC複合材料。
2. The particle size of the conductive filler is 2 to 50.
The PTC composite material according to claim 1, which has a thickness of μm.
【請求項3】 前記導電性フィラーの粒径が、5〜20
μmである請求項1に記載のPTC複合材料。
3. The particle size of the conductive filler is 5 to 20.
The PTC composite material according to claim 1, which has a thickness of μm.
【請求項4】 前記導電性フィラーが、ケイ化モリブデ
ン(MoSi2)、ケイ化タングステン(WSi2)、ホ
ウ化チタン(TiB2)、ホウ化ジルコニウム(Zr
2)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ニ
ッケル(Ni)、及びステンレス合金からなる群から選
ばれる少なくとも1種のフィラーである請求項1〜3の
いずれかに記載のPTC複合材料。
4. The conductive filler is molybdenum silicide (MoSi 2 ), tungsten silicide (WSi 2 ), titanium boride (TiB 2 ), zirconium boride (Zr).
B 2 ), molybdenum (Mo), tungsten (W), nickel (Ni), and at least one filler selected from the group consisting of stainless alloys.
【請求項5】 前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、
エポキシ樹脂、尿素樹脂、及びウレタン樹脂からなる群
から選ばれる少なくとも1種の樹脂である請求項1〜4
のいずれかに記載のPTC複合材料。
5. The thermosetting resin is a phenol resin,
5. At least one resin selected from the group consisting of epoxy resins, urea resins, and urethane resins.
7. The PTC composite material according to any one of 1.
【請求項6】 前記絶縁性フィラーが、クリストバライ
ト相SiO2、トリジマイト相SiO2、クリストバライ
ト相AlPO4、及びトリジマイト相AlPO4からなる
群から選ばれる少なくとも1種のフィラーである請求項
1〜5のいずれかに記載のPTC複合材料。
6. The insulating filler is at least one filler selected from the group consisting of cristobalite phase SiO 2 , tridymite phase SiO 2 , cristobalite phase AlPO 4 , and tridymite phase AlPO 4 . PTC composite material in any one.
【請求項7】 熱硬化性樹脂と、絶縁性フィラーと、線
状の導電性フィラーの複数本を同一平面上に平行に並置
してなる一組の線状導電性フィラー列の上に、上下方向
で互いに隣接する前記線状導電性フィラー列の長手方向
がそれぞれ互い違いに直交して井桁状となるように前記
線状導電性フィラー列の他の複数組を積層して構成した
導電性材料とを含有してなることを特徴とするPTC複
合材料。
7. A set of linear conductive fillers formed by arranging a plurality of thermosetting resins, insulating fillers, and linear conductive fillers in parallel on the same plane. And a conductive material formed by laminating another plurality of sets of the linear conductive filler rows so that the longitudinal directions of the linear conductive filler rows that are adjacent to each other are alternately orthogonal to each other in a cross beam shape. A PTC composite material comprising:
【請求項8】 前記導電性フィラーが、ケイ化モリブデ
ン(MoSi2)、ケイ化タングステン(WSi2)、モ
リブデン(Mo)、タングステン(W)、ニッケル(N
i)、及びステンレス合金からなる群から選ばれる少な
くとも1種のフィラーである請求項7に記載のPTC複
合材料。
8. The conductive filler is molybdenum silicide (MoSi 2 ), tungsten silicide (WSi 2 ), molybdenum (Mo), tungsten (W), nickel (N).
The PTC composite material according to claim 7, which is at least one filler selected from the group consisting of i) and a stainless alloy.
【請求項9】 前記線状導電性フィラーの線径が、20
〜500μmである請求項7又は8に記載のPTC複合
材料。
9. The wire diameter of the linear conductive filler is 20.
The PTC composite material according to claim 7 or 8, which has a thickness of ˜500 μm.
【請求項10】 前記絶縁性フィラーが、クリストバラ
イト相SiO2、トリジマイト相SiO2、クリストバラ
イト相AlPO4、及びトリジマイト相AlPO 4からな
る群から選ばれる少なくとも1種のフィラーである請求
項7〜9のいずれかに記載のPTC複合材料。
10. The insulating filler is cristobalite.
Ito phase SiO2, Tridymite phase SiO2, Cristoborough
Ito phase AlPOFour, And tridymite phase AlPO FourEmpty
At least one filler selected from the group
Item 10. A PTC composite material according to any one of items 7 to 9.
【請求項11】 前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹
脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、及びウレタン樹脂からな
る群から選ばれる少なくとも1種の樹脂である請求項7
〜10のいずれかに記載のPTC複合材料。
11. The thermosetting resin is at least one resin selected from the group consisting of a phenol resin, an epoxy resin, a urea resin, and a urethane resin.
10. The PTC composite material according to any one of 10 to 10.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1996513B (en) * 2006-12-27 2011-03-30 上海长园维安电子线路保护股份有限公司 A thermal concretion PTC thermal resistor and its making method
EP2996118A4 (en) * 2013-05-09 2017-01-18 National University Corporation Nagoya University Ptc thermistor member

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