JP2846530B2

JP2846530B2 - 温度ヒューズ特性高分子半導体

Info

Publication number: JP2846530B2
Application number: JP4185825A
Authority: JP
Inventors: 憲親武部
Original assignee: DAIKYO DENSHI DENSEN KK
Current assignee: DAIKYO DENSHI DENSEN KK
Priority date: 1992-06-18
Filing date: 1992-06-18
Publication date: 1999-01-13
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: JPH065175A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度ヒューズ特性高分
子半導体に関する。

【０００２】

【従来の技術】温度によって比抵抗が（敏感に）変化す
る抵抗素子を「サーミスタ」と呼び、サーミスタ機能を
有する高分子化合物を「高分子半導体」と呼ぶ。なお、
高分子半導体を「高分子サーミスタ」と呼ぶ場合もあ
る。

【０００３】また、高分子半導体は、一般には、高分子
基剤に導電キャリヤ（carrier ）をドーピングして造
る。

【０００４】そして、サーミスタは、ＰＴＣ（Positive
Temperature Coefficient Thermistor ）（正特性温度
係数サーミスタ）と、ＮＴＣ（Negative Temperature C
oefficient Thermistor ）（負特性温度係数サーミス
タ）と、の相反する性質によって２つに分類することが
できる。

【０００５】即ち、ＰＴＣは一般に「ポジスタ」と呼
び、図８に示すように、常温（標準20℃）では導体とし
て機能し、温度上昇に同調して抵抗（インピーダンス）
が大きくなり、最後には絶縁体に変化して電流が流れな
くなる。

【０００６】ＮＴＣは、一般に「ネガスタ」と呼び、図
９に示すように、常温（標準20℃）においては絶縁体と
して機能し、温度上昇に同調して抵抗（インピーダン
ス）が低下し、予め設定した温度に達すれば導体として
機能する。

【０００７】しかして、本発明に係る高分子半導体は、
ＮＴＣである。

【０００８】ところで、ＮＴＣの高分子半導体は、一般
には、図10に示すような回路に使用される。

【０００９】即ち、電極ａからサーミスタｃを通過して
電極ｂに漏洩電流が流れ、リレーｄを作動させてヒータ
ｅの電流を切る。ヒータｅの温度が下がれば、サーミス
タｃは絶縁体にかわり、サーミスタｃ内に流れていた漏
洩電流はストップし、リレースイッチは閉じて電源は
「入り」の状態となる。この繰り返しによって一定の温
度を保持する。

【００１０】しかして、電気カーペット等においては、
一本の電熱線で発熱と検知の両機能を備えた１線式電熱
線、又は、発熱線と検知線とを密着して配置した２線式
電熱線が使用される。

【００１１】即ち、２線式電熱線は、発熱線のヒータで
ある内部導体が通電されれば発熱し、その温度は併設す
る検知線に熱伝導する。

【００１２】この場合の検知線は、ベース材に内部導体
を巻設し、その上に高分子半導体を被覆し、さらに、こ
の高分子半導体に外部導体を巻設すると共に、その上に
セパレータを介して外装絶縁体を被覆してなる。

【００１３】従って、仮に、所定温度（例えば、60℃）
で温度制御するように設定すれば、常温において絶縁体
である高分子半導体が、発熱線からの熱伝導により上記
所定温度になれば、導体に変身し、内部導体から外部導
体へと漏洩電流が流れ、接続されたリレースイッチを切
ってヒータの通電を停止する。ヒータが切れると検知線
の高分子半導体の温度が下がり、該高分子半導体は絶縁
体に復元して漏洩電流を遮断する。そこで、リレースイ
ッチが作動して、ヒータは入電となり温度上昇となる。
このＯＮ−ＯＦＦの繰り返しによって一定の温度を保持
する。

【００１４】また、発熱線においては、内部導体（ヒー
タ）と外部導体（信号線）との間にポリアミドからなる
溶融体を介在している。

【００１５】これは、コントローラその他のトラブルで
温度制御機能が喪失したときに、（常温では絶縁体であ
る）溶融体が170 ℃の高温で溶融し、内部導体から外部
導体へ短絡電流が流れて、接続されている電源ヒューズ
を切るといった安全装置機能を具備させるためである。

【００１６】また、１線式電熱線は、２線式電熱線の検
知線とほぼ同一の構造であり、内部導体の電線をヒータ
としている。

【００１７】従って、１線式電熱線は、２線式電熱線と
同様に、温度調整を行なうことができ、所定の温度に保
持することができる。

【００１８】ところが、この場合の高分子半導体は、ポ
リビニルクロライドであるため、高温で溶融することが
なく、１線式電熱線は、安全装置機能を具備していない
ことになる。

【００１９】従って、電気カーペットに使用する１線式
電熱線としては、温度を制御する「サーミスタ機能」と
指定した制限温度で溶融して短絡電流を発生させて電源
ヒューズを切る「温度ヒューズ機能」とを具備する必要
がある。

【００２０】そこで、本発明では、電気カーペットの１
線式電熱線に用いれば、上述の「サーミスタ機能」と
「温度ヒューズ機能」とを発揮する高分子半導体を提供
することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明に係る温度ヒューズ特性高分子半導体は、ポ
リアミドからなる基剤に、ポリエチレンオキサイド過塩
素酸リチウムとポリグリセリン脂肪酸エステルとの混合
物又はポリエチレンオキサイド過塩素酸リチウムとフッ
素化アルコール・エチレンオキシドとの混合物からなる
導電キャリヤと、芳香族アミドからなる軟化剤と、焼成
クレー又は珪酸カルシウムからなる耐熱・耐水性充填剤
と、ヒンダードフェノール系とチオエーテル系との混合
物からなる耐熱性酸化防止剤と、を配合したものであ
る。

【００２２】

【作用】基剤に使用するポリアミドは、高温（170 ℃以
上）で溶融するので、高温溶融体となる。

【００２３】また、ＮＴＣ特性をも具備し、サーミスタ
機能も発揮する。

【００２４】導電キャリヤに使用するポリエチレンオキ
サイド過塩素酸リチウム（ＰＥＯ・ＬｉＣｌＯ₄）は、
従来から使用されている界面活性剤に比べ温度依存性が
小さくしかもイオン伝導性に優れたキャリヤとなる。

【００２５】しかも、このポリエチレンオキサイド過塩
素酸リチウムに、ポリグリセリン脂肪酸エステル又はフ
ッ素化アルコール・エチレンオキシドとを併用すれば、
相乗効果を高めることになる。

【００２６】軟化剤に使用する芳香族アミドは、他剤と
の相溶性を円滑にする効果がある。

【００２７】耐熱・耐水性充填剤に使用する焼成クレー
又は珪酸カルシウムは、基剤に使用するポリアミドの耐
熱性の向上と耐水性の向上に寄与する。

【００２８】ヒンダードフェノール系は一次酸化防止剤
として、また、チオエーテル系は二次酸化防止剤として
用いることができ、熱老化防止に効果があると共に耐水
性を向上させる。

【００２９】従って、上述の如き各種の剤を、配合する
ことにより、耐熱性及び耐水性に優れた高分子半導体と
なる。

【００３０】

【実施例】以下、実施例を示す図面に基づいて本発明を
詳説する。

【００３１】図１は本発明に係る温度ヒューズ特性高分
子半導体１を示し、チューブ状に形成している。

【００３２】即ち、この高分子半導体１は、その内径側
と外径側とに、夫々、電極とする導体を配置して使用す
る。

【００３３】具体的には、図２に示すように、電気カー
ペットの１線式電熱線２に使用される。

【００３４】この電熱線２は、内部導体３（ヒータ）が
巻設されたベース４を、チューブ状の高分子半導体１内
に内嵌させ、かつ、高分子半導体１の外周に外部導体５
（信号線）を巻設すると共に、この外部導体５上にセパ
レータ６を介して外装絶縁体７を被覆してなる。

【００３５】しかして、高分子半導体１は、ポリアミド
（ＰＡ）を基剤として、この基剤に、導電キャリヤと、
電子伝導性キャリヤと、軟化剤と、耐熱・耐水充填剤
と、耐熱性酸化防止剤と、を配合したものである。

【００３６】基剤に使用するポリアミドとしては、耐水
性に優れた「ＰＡ１２」を使用する。

【００３７】導電キャリヤは、ポリエチレンオキサイド
過塩素酸リチウム（ＰＥＯ・ＬｉＣｌＯ₄）（以下、Ｐ
ＥＯ過塩素酸リチウムという）とポリグリセリン脂肪酸
エステルとの混合物、又は、ＰＥＯ過塩素酸リチウムと
フッ素化アルコール・エチレンオキシドとの混合物から
なる。

【００３８】ＰＥＯ過塩素リチウムは、従来から使用さ
れている界面活性剤に比べて温度依存性が小さくしかも
イオン伝導性に優れたキャリヤである。

【００３９】そして、このＰＥＯ過塩素リチウムに、ポ
リグリセリン脂肪酸エステル又はフッ素化アルコール・
エチレンオキシドとを混合させれば、一層温度依存性が
小さくしかもイオン伝導性に優れたものとなる。

【００４０】電子伝導性キャリヤは、電子伝導性を必要
とする場合に配合するものであり、ＴＣＮＱ（７，７，
８，８−テトラシアノキノジメタン）塩、ポリピロー
ル、クロラニル（Ｎ−ｎブチルイソキノリニウムクロラ
ニル）塩の何れか一つを添加する。従って、電子伝導性
を必要としない場合（イオン伝導性の場合）には、電子
伝導性キャリヤを配合する必要がない。

【００４１】軟化剤は、芳香族アミドからなり、この芳
香族アミドは、他剤との相溶性を円滑にする作用効果が
ある。

【００４２】耐熱・耐水性充填剤は、焼成クレー又は珪
酸カルシウムからなる。焼成クレーと珪酸カルシウムと
は、ＰＡの耐熱性の向上と耐水性の向上に寄与する。

【００４３】耐熱性酸化防止剤は、ヒンダードフェノー
ル系とチオエーテル系の混合物からなる。ヒンダードフ
ェノール系は一次酸化防止剤として用い、チオエーテル
系は二次酸化防止剤として用いる。

【００４４】即ち、この耐熱性酸化防止剤は、熱老化防
止に効果があると共に耐水性を向上させることができ
る。

【００４５】従って、上述の如く、基剤に各種の剤を配
合してなる高分子半導体は、高温（170 ℃）で溶融する
と共に、ＮＴＣ特性をも具備し、さらには、耐熱性及び
耐水性に優れたものとなる。

【００４６】次に、実験例を示す。

【００４７】即ち、表１に示す配合のイ，ロ，ハ，ニ，
ホの５種類の試料を形成し、耐熱性試験と耐水性試験と
を行なった。

【００４８】

【表１】

【００４９】耐熱性試験の結果を図３のグラフ図に示
し、耐水性試験の結果を図４のグラフ図に示した。

【００５０】耐熱性試験とは、試料を100 ℃に保持しつ
つ、交流100 ボルトを通電したまま通過電流（サーミス
タ電流）が経時的に低減する状態を調べる試験をいう。

【００５１】図３に示すように、イ，ロ，ハ，ニ，ホの
各試料は、何れも1000時間経過しても何ら変化がなかっ
た。

【００５２】なお、図３中、ヘのグラフは、従来の技術
の欄において記載した従来の１線式電熱線の高分子半導
体を用いて行なった耐熱性試験を示している。

【００５３】即ち、ヘの高分子半導体は、順次、通過電
流が減少している。

【００５４】また、耐水性試験とは、温度60℃の温水中
に試料を１時間浸漬した後、電気抵抗値（インピーダン
ス値）を測定し、その後24時間ごとにインピーダンス値
を測定する試験をいう。

【００５５】図４に示すように、イ，ロ，ハ，ニ，ホの
各試料は、50時間でやや低下したが、その後は安定し、
品質規格の許容差±20％の範囲に納まっている。

【００５６】図４中、ヘのグラフは、従来の技術の欄に
おいて記載した従来の１線式電熱線の高分子半導体を用
いて行なった耐水性試験を示している。

【００５７】即ち、従来の高分子半導体はヘのグラフに
示すように、インピーダンス値が50時間で25ｋΩから２
ｋΩに低下し、吸水によって電気抵抗が低下することを
示している。

【００５８】従って、上述の如く構成されたイ，ロ，
ハ，ニ，ホの各試料の高分子半導体を用いて電気カーペ
ット用の１線式電熱線２を形成すれば、確実に温度制御
を行なうことができると共に、温度制御機能が喪失した
ときには、短絡電流を発生させて電源ヒューズを切る温
度ヒューズ機能を発揮する。

【００５９】しかして、電気カーペットは、図５に示す
ように、電熱線２を、前後または左右にジグザグに配線
し、これをニードルパンチ等のカーペット基盤９に接着
して、形成される。

【００６０】図５において、10は温度制御器を示し、11
は電源コードを示している。

【００６１】従って、電熱線２には、Ｕターン部12が複
数箇所形成されることになり、このＵターン部12が溶融
短絡の重要なポイントとなる。

【００６２】即ち、Ｕターン部12は、図６に示す断面形
状となる。この場合、電熱線２は、張力をかけてやや引
っ張り気味に配線してカーペット基盤９に張り付けられ
ている。

【００６３】従って、温度制御器10（コントローラ）等
の故障にて温度制御機能が喪失して、電熱線２が高温状
態（170 ℃）になれば、高分子半導体１が溶融して水の
ように流動するものとなる。

【００６４】高分子半導体１が溶融すれば、空洞が生
じ、図７に示すように、内部導体３が矢印の如く引張ら
れ、外部導体５側へ引き寄せられ、外部導体５に接触
し、短絡する。

【００６５】これに対して、ポリビニルクロライド（Ｐ
ＶＣ）からなる高分子半導体では、170 ℃の温度ではＰ
ＶＣが可塑化して粘土状になるにとどまり、液状に溶融
して流動することはない。

【００６６】また、170 ℃以上の高温になれば、ＰＶＣ
は、分解（脱塩酸）を起こし逆に硬くなり、短絡させる
ことができない。

【００６７】なお、ＰＶＣを使用した電熱線を使用した
場合においても、高温となった際に短絡させることも可
能である。

【００６８】即ち、カーペット組込み時に強い張力を加
えて配線しておけば、ＰＶＣが熱によって軟化したとき
内部導体の張力の復元力の強さで無理に短絡させること
ができる。

【００６９】この場合、可塑剤を多量に用いてＰＶＣの
軟化を促せば、高温時の粘土が低くなるので短絡しやす
いが、可塑剤の多用は耐熱性を低下させ好ましくない。

【００７０】従って、本願発明に係るものと相違して、
ＰＶＣをベースとした高分子半導体は次の欠点を有す
る。

【００７１】電熱線の配線時に張力を強くすれば高
温時に短絡することがあるが張力がゆるくなれば短絡し
ない。

【００７２】ＰＶＣの耐熱安定剤として用いられる
三塩基性硫酸鉛などの鉛系安定剤の多量添加やクレーの
練り込みはＰＶＣを硬くし、高温軟化時の粘度を上げる
から、短絡が容易に起こらない。

【００７３】以上のように、ＰＶＣを用いた高分子半導
体は、短絡する場合もあり短絡しない場合もあり、不安
定であり、安全性に欠ける。

【００７４】また、溶融短絡性に優れているＰＡ（ポリ
アミド）は、耐熱性及び耐水性に劣るので、従来では、
１線式電熱性には使用されなかった。

【００７５】これに対して、本願発明では、ＰＡの優れ
た溶融短絡性を保持させつつ、これに優れた耐熱性及び
耐水性をも具備させた高分子半導体を得ることができ
た。

【００７６】なお、本発明は上述の実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更自由であ
り、例えば、形成される高分子半導体の形状としても、
図１に示すものに限らず、要は、両面（例えば、表て面
と裏面）に電極を配置することができるものであればよ
い。

【００７７】

【発明の効果】本発明は上述の如く構成されているの
で、次に記載する効果を奏する。

【００７８】耐熱性、耐水性に優れ、かつ、170 ℃以上
の高温になれば、溶融し、しかも、サーミスタ機能をも
発揮する。

【００７９】この高分子半導体を電気カーペットの１線
式電熱線に用いた場合、コントローラ（温度制御器）の
故障、その他のトラブルで温度制御機能が喪失しても、
高分子半導体は170 ℃で速やかに溶融し、その短絡電流
で電源ヒューズを切り最終的安全装置が機能する。

【００８０】また、電気カーペットにお茶等をこぼした
り、この電気カーペット上に布団や重量物を置いたとし
ても、何ら支障が生じない。

【００８１】さらに、電気カーペットに、ダニ退治機能
を付加して、ダニ退治のためにヒータ温度を100 ℃に上
昇させても、この高分子半導体はその性能を低下させる
ことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る温度ヒューズ特性高分子半導体の
一実施例を示す斜視図である。

【図２】本発明に係る温度ヒューズ特性高分子半導体を
使用した電熱線の斜視図である。

【図３】耐熱性試験の結果を示すグラフ図である。

【図４】耐水性試験の結果を示すグラフ図である。

【図５】電気カーペットの簡略平面図である。

【図６】電熱線の要部拡大断面図である。

【図７】電熱線の要部拡大断面図である。

【図８】正特性温度係数サーミスタの特性を示すグラフ
図である。

【図９】負特性温度係数サーミスタの特性を示すグラフ
図である。

【図10】高分子半導体の使用例を示す回路図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０８Ｋ 5/36 Ｃ０８Ｋ 5/36 Ｃ０８Ｌ 71/02 Ｃ０８Ｌ 71/02 77/02 77/02 Ｇ０１Ｋ 7/16 Ｇ０１Ｋ 7/16 ＡＳＨ０１Ｈ 37/76 Ｈ０１Ｈ 37/76 ＡＨ０１Ｌ 37/00 Ｈ０１Ｌ 37/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリアミドからなる基剤に、ポリエチレ
ンオキサイド過塩素酸リチウムとポリグリセリン脂肪酸
エステルとの混合物又はポリエチレンオキサイド過塩素
酸リチウムとフッ素化アルコール・エチレンオキシドと
の混合物からなる導電キャリヤと、芳香族アミドからな
る軟化剤と、焼成クレー又は珪酸カルシウムからなる耐
熱・耐水性充填剤と、ヒンダードフェノール系とチオエ
ーテル系との混合物からなる耐熱性酸化防止剤と、を配
合したことを特徴とする温度ヒューズ特性高分子半導
体。