JP2005158681A - 感温ペレット型温度ヒューズおよび感温ペレットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】感温材に高分子物質の熱可塑性樹脂を使用した感温ペレット3を、その熱変形温度を温度設定手段により調整して外囲器の金属ケース1にスプリング部材の強圧縮ばね6と弱圧縮ばね8と共に収容して気密封着した感温ペレット型温度ヒューズ。
【選択図】 図1
Description
LDPE :密度0.910〜0.935 融点105〜110℃
HDPE :密度0.941〜0.965 融点130〜135℃
また、これ以外のPEとしては、120〜130℃に融点を持つLLDPEや135〜138℃に融点を持つ超高分子量PEがあり、同一材料の場合にその密度から温度換算することが可能である。しかし、熱変形温度の選択は、重合度のみではなく、LDPEとHDPEあるいは、LLDPE等を混ぜ合わせることによっても調整できる。また、結晶性を有する高分子物質や熱可塑性樹脂に可塑剤を添加することでも熱変形温度を下げることが可能となる。
1・LDPEまたはLLDPE(商品名:ジェイレクスLDPE−JM910NまたはジェイレックスLLDPE−AM830A、日本ポリオレフィン株式会社製、カタログ融点108℃または122℃)
2・POM(商品名:ユピタールF20−54、三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製、カタログ融点166℃)
3・PP(商品名:グランドポリプロJ557F、グランドポリマー株式会社製、カタログ融点170℃)
4・HDPE(商品名:ハイゼックスHDPE−1300J、三井化学株式会社製、カタログ融点1134℃)
5・PMP(商品名:TPX−RT18、三井化学株式会社製、カタログ融点237℃)
6・FEP(商品名:ネオフロンNP−101、ダイキン工業株式会社製、カタログ融点270℃)
7・PBT(商品名:バロックス310、日本GEプラスチック株式会社製、カタログ融点227℃)
8・RET(エチレン−アクリル酸エステル−酸無水基含有モノマー3元共重合体で商品名:レクスパールET182、日本ポリオレフィン株式会社製、カタログ融点99℃)
ここでは、本発明の温度ヒューズに使用する感温ペレット3について、本発明に係る9種類の熱可塑性樹脂と従来品に使用されている感温材料について、ペレット単体での比較試験を行ない潮解性、昇華性及び機械的強度に関する問題点に関する評価を行なった。感温材料の潮解性に伴う不具合の発生は水分に依存するのでその影響をペレット重量の減少比率で比較検討した。試験方法は、予め重量測定した感温ペレットを23℃の水中に24時間浸漬させ、その後、室温乾燥させて再度重量測定して水中浸漬処理前後のペレット重量を比較するもので、その減少比率を求める。この場合の減少率を5wt%以上、5wt%未満〜1wt%以上、1wt%未満及び潮解性の確認できないものの4区分にて良否を判断した。試験されたペレットは、本発明品に係る熱可塑性樹脂9種類と従来品の感温材として使用の3種類である。この結果、従来品では192℃品で1wt%以下の重量減少が見られ、110℃品では、1〜5wt%の範囲の重量減少が生じ、また、113℃品に至っては、5wt%以上の重量減少が見られた。特に、レゾルシンを使用した従来品のペレットでは、材料自体の固有抵抗値が高いにもかかわらず高湿下では潮解による断線の可能性が高い材料である。一方、本発明品では9種全ての材料(グレード)で潮解性を確認することはできなかった。このことから従来品と比較した場合、明らかな差異が確認され、潮解性に対する改良品として評価された。本発明品は、高湿下での断線は発生しにくいと評価された。
感温材料の昇華性に伴う不具合は、高温状態で発生し易い。ここでは、感温ペレットの昇華性を評価する方法としては、感温ペレットを高温下におきその重量減少率で評価を行った。試験に用いた試料は潮解性の場合と同様に9種類の本発明品と3種類の従来品であり、試験方法は株式会社島津製作所製TGA-50を用いて、ペレット単体を昇温速度10℃/minで窒素ガス流量10cc/minの試験条件で熱重量測定(TG)した。各ペレット単体の測定結果は、動作温度における重量減少率が5wt%以下、
動作温度から50℃高い温度での重量減少率が1wt%以下、および 動作温度から50℃高い温度での重量減少率が1wt%以下の3区分に分け判定した。この時の評価基準として使用している重量減少率とは、初期重量に対しての重量減少をwt%で表したものである。表4に示される結果から明らかなように、動作温度までの重量減少で見れば、従来品の110℃品と192℃品は1wt%以下の重量減少率であるが、113℃品では6.21wt%の重量減少が見られた。また、動作温度より50℃高い温度においては、従来品の3品種すべてにおいて1wt%以上の重量減少が確認できた。これに対して本発明品は全ての種類および測定区分において重量減少率が1wt%以下であった。
別の感温ペレットの問題点として特に組み込み前の振動、落下及び感温ペレット同士の接触等によって生じる割れ・欠け等がある。ここでは、感温ペレットを本発明から9種そして従来品より3種を用いてそれぞれ各100pcsのペレットの落下(地上1m)試験を行い、それぞれの割れ欠け発生数の比較を行った。なお、落下試験の繰り返し回数は10回とした。得られた試験結果を表5にまとめる。この試験結果より明らかなように、従来品の3種は、その半数以上の割れかけが発生したのに対して本発明品からの発生は0であった。このため、本発明の感温ペレットは、機械的強度に優れ、割れ欠けが生じにくい改良されたペレットであることがわかる。
ET182……カタログ融点99℃ 密度0.937
ET184M…カタログ融点86℃ 密度0.945
ここでモノマー比を調整することで融点の調整が可能となっており、これらを実際に感温ペレット型温度ヒューズに組込んで動作温度を測定したところ、表8に示すように、感温ペレット型温度ヒューズではペレット単体に比べ多少高目になる傾向があるがバラツキは小さいことがわかる。参考としての従来の化学薬品は、試薬メーカーによって約4℃程度の幅を持たせて表示している。このため感温ペレット融点と感温ペレット型温度ヒューズとの相関が取れれば十分に感温ペレット型温度ヒューズとして機能する。
図5;ホモPP(三井化学株式会社製)
図6;ランダム共重合PP(三井化学株式会社製)
図10;152℃品(SEFUSE:登録商標)
図11;169℃品(SEFUSE:登録商標)
2…第1電極(第1リード部材)
3…感温ペレット、30、32、34、36、38、40…円柱状ペレット
31…窪み、33…中空部(空洞部)、35…保護層(フィルム)、37…保護層(パイプ外周部)、39…保護層(全面)
4、5…押圧板
6…強圧縮ばね(スプリング部材)
7…可動接点体(可動導電部材)
8…弱圧縮ばね(スプリング部材)
9…絶縁ブッシング
10…第2電極(第2リード部材)
11…固定接点
12…封止樹脂
13…絶縁碍管
A…常温時状態の感温ペレット型温度ヒューズ
B…異常温度上昇状態の感温ペレット型
Claims (23)
- 加熱過程で熱変形する感温材をペレット状に成形した感温ペレットが収容される筒型外囲器と、前記外囲器の一端開口側に取付けた第1電極を形成する第1リード部材と、前記外囲器の他端開口側に取付けた第2電極を形成する第2リード部材と、前記外囲器に収容して前記感温ペレットに係留する可動導電部材と、前記外囲器に収容して前記可動導電部材に押圧力を作用させるスプリング部材とを具備し、前記感温材は加温により可塑性を有する高分子物質からなり、前記スプリング部材の押圧力が付与される前記感温ペレットは加熱時に所望する動作温度で軟化または融解して熱的変形を生じさせ、前記所望する動作温度は熱的変形の度合いを調整するための温度設定手段が利用され、それにより前記感温ペレットが前記所望する動作温度に加熱された際に、前記第1電極および前記第2電極間の電気回路を切換えることを特徴とする感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記高分子物質は非晶性の熱可塑性樹脂であり、前記温度設定手段が前記熱可塑性樹脂の軟化点(Tg)温度よりも高温域における動作温度の調整であることを特徴とする請求項1に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記高分子物質は結晶性の熱可塑性樹脂であり、前記温度設定手段が前記熱可塑性樹脂の有する補外融解開始温度(Tim)と融解ピーク温度(Tpm)との温度差を利用した熱変形温度の調整であることを特徴とする請求項1に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記温度設定手段が前記温度差を利用して動作温度のばらつきを適正値に選定することを特徴とする請求項3に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記温度設定手段が前記熱可塑性樹脂の結晶化度を選定し、それにより動作精度を高めるようにしたことを特徴とする請求項3または4に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記温度設定手段がアニール処理および/または造核剤の添加によることを特徴とする請求項4に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記高分子物質はスチレン系、オレフィン系、ポリアミド系、ウレタン系およびポリエステル系の樹脂群から選ばれることを特徴とする請求項1または3に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記オレフィン系高分子物質がポリオレフィン樹脂であることを特徴とする請求項7に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記高分子物質は熱可塑性樹脂であり、前記温度設定手段が重合または共重合を利用する熱変形温度の調整であることを特徴とする請求項1に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記高分子物質は熱可塑性樹脂であり、前記温度設定手段が前記熱可塑性樹脂のエラストマーまたはポリマーブレンドによる熱変形温度の調整であることを特徴とする請求項1に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記高分子物質は熱可塑性樹脂であり、前記温度設定手段が前記熱可塑性樹脂に添加する可塑材または充填材による熱変形温度の調整であることを特徴とする請求項1に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記高分子物質は熱可塑性樹脂であり、前記温度設定手段が前記感温ペレットの物理的ディメンションによる熱変形温度の調整であることを特徴とする請求項1に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 所定の温度で融解または軟化する結晶性を有する高分子物質の感温ペレットと、この感温ペレットを収容する筒型外囲器と、前記外囲器の一端開口側に取付けた第1電極を形成する第1リード部材と、前記外囲器の他端開口側に取付けた第2電極を形成する第2リード部材と、前記外囲器に収容して前記感温ペレットに係留させた可動導電部材と、前記外囲器に収容して前記可動導電部材に押圧作用させるスプリング部材とを具備し、前記感温ペレットが所望する動作温度で熱変形して前記第1電極および前記第2電極間の電気回路を切換える感温ペレット型温度ヒューズにおいて、前記感温ペレットはペレット単体の潮解または昇華作用に依存する重量減少度合いに応じて選別することを特徴とする感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記感温ペレットは、ペレット単体を所定温度の水に所定時間浸漬処理し、処理前後の重量減少率が5wt%以下のものを選別して潮解作用に伴う不具合発生を阻止することを特徴とする請求項13に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記感温ペレットは、ペレット単体を所定の昇温速度で所定の温度に加熱処理し、熱重量測定(TG)における処理前後の重量減少率に応じて選別して昇華作用に伴う不具合発生を阻止することを特徴とする請求項13に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記所定の温度が動作温度である場合に重量減少率が5wt%以下のものを選別したことを特徴とする請求項15に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記所定の温度が動作温度より50℃以上高くした場合に重量減少率が1wt%以下のものを選別したことを特徴とする請求項15に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記感温ペレットは、ペレット単体の潮解性に依存する重量減少率が5wt%以下で、昇華性に依存する動作温度における重量減少率が5wt%以下に選別されたものであり、かつこの選別された感温ペレットを組み込んだ温度ヒューズの絶縁抵抗値がその動作温度より50℃以上高い温度で測定した際に、少なくとも1分間に亘り0.2MΩ以上であることを特徴とする請求項14または15に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 前記感温ペレットは動作温度より高い温度において、その絶縁抵抗が少なくとも1分間に亘り0.2MΩ以上であることを特徴とする請求項13に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
- 所定の温度で熱変形する高分子物質の感温ペレットと、この感温ペレットを収容する筒型外囲器と、前記外囲器の一端開口側に取付けた第1電極を形成する第1リード部材と、前記外囲器の他端開口側に取付けた第2電極を形成する第2リード部材と、前記外囲器に収容して前記感温ペレットに係留する可動導電部材と、前記外囲器に収容して前記可動導電部材に押圧作用させるスプリング部材とを具備し、前記感温ペレットが所望する動作温度で熱変形して前記第1電極および前記第2電極間の電気回路を切換える感温ペレット型温度ヒューズにおいて、前記感温ペレットは射出成形、押出し成形、シート打ち抜き成形または再溶融成形により成形加工することを特徴とする感温ペレットの製造方法。
- 前記感温ペレットはほぼ円柱体、ほぼ中空空洞を形成したほぼパイプ体、あるいは平面部に窪みを形成したほぼ円柱体に成形加工することを特徴とする請求項20に記載の感温ペレットの製造方法。
- 前記感温ペレットは、異なる2種以上の熱可塑性樹脂部からなり、そのうち少なくとも1種の熱可塑性樹脂により動作温度を調整し、他の1種以上の熱可塑性樹脂により前記動作温度に寄与する熱可塑性樹脂の一部もしくは全面を覆うようにしたことを特徴とする請求項20または21に記載の感温ペレットの製造方法。
- 前記感温ペレットはその成形後にアニール処理をすることを特徴とする請求項20、21または22に記載の感温ペレットの製造方法。
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