JPH02145659A - Ｐｔｃ組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、そのＰＴＣ特性を利用して自己復帰形過電流
保護素子として用いられるη電性高分子物質よりなるＰ
ＴＣ組成物に関する。

（従来の技術） 従来の比表面積を高めたカーボンブラックとしては、特
開昭５６−２４４５５号公報に記載されているように、
その製造時にカーボンブラックの生成と同時に得られる
増大した比面積を右するカーボンブラックがある。これ
を樹脂と混合すると高１９電性の組成物が得られること
は知られている。

また、特公昭４８−３５６９６号公報に記載されている
ように、炭化水素を水蒸気の存在下で１ｍによって部分
酸化して、水素および一酸化炭素に富む混合ガスを得る
際に、副生づる表面積の大さい微粉炭素と樹脂とからな
るｙ９電性樹脂組成物が知られている。

さらに表１に示すような比表面積の高い力一ボンブラッ
クを樹脂に配合し導電性組成物をｔ７ることも知られて
いる。

（以下次頁） 表１ （発明が解決しようとする課題） 上述の特開昭５６−２４４５５号公報に記載の高導電性
カーボンブラックは、樹脂に混練りした時の体積抵抗率
ρが低くさらに温度によるρの変化が小さいことを特徴
としている。したがって、湿度変化に対応してρが大幅
に変化するＰＴＣ特性を利用した自己復帰形過電流保護
Ａ・１子の尋電材として用いるには不適当である。

また特公昭４８−３５６９６号公報に記載のＳ電性樹脂
組成物は比表面積の大きいカーボンブラックを用いてい
るがその目的は少鼾のカーボンブラックの配合で導電性
を向上させた機械的強度の高い導電性樹脂組成物を得る
ことである。

また表１に示す比表面積の大きいカーボンブラックを夫
々含有給を変化さ魁て樹脂（ポリエチレン）に配合した
とき、これらの成形物は何れも第１７図に示すように比
較的低いカーボンブラックの含有間で優れた導電性を備
えている。その反面式６に示すようにＰＴＣ特性値すな
わら、樹脂の融点附近で発現する抵抗値の急激な上界率
が低いという問題点がある。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み導電性に優れるとと
もにＰＴＣ特性値が高く、自己復帰形過電流保′ｌ！を
索子として使用した場合に望ましいＰＴＣ組成物を提供
するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明のＰＴＣ組成物は、原料カーボンブラックを気相
エツチング法により多孔質化してその比表面積を高めた
生成物（ポーラスブラック）を、結晶性高分子物質に分
散させてなるものである。

また、ポーラスブラックはその比表面積が原料カーボン
ブラックの１．５倍以上に高められているものである。

さらに、原料カーボンブラックとしては、Ａイルファー
ネスブラック、またはランプブラックが使用されるもの
である。

また、組成物の２０℃におりる体積抵抗率が０．４Ωａ
〜１５００儒の範囲にあるものである。

（作用） 本発明のポーラスブラックを生成する気相エッヂフグ法
は、原料カーボンブラックを高温下にＪ３いて炭酸ガス
、水蒸気等により、その低結晶領域を優先的かつ選択的
に反応（エツチング）させ−で多孔質化し、比表面積を
増大させる方法で、原料カーボンブラックの粒子径やス
トラクチＶ−をあまり変化させることがなくその比表面
積を増大させるものである。

第１図、第２図は、倍率５００．０００と倍率２５，０
００に拡大した原料カーボンブラック（比表面積：４５
ｍ／ｇ）の電子顕微鏡写真、第３図、第４図は同様（拡
大したポーラスブラック（比表面積＝９８３尻／ｇ）の
写真であるが、夫々の写真から観察づると、処理前接に
おいて外観があまり変化していないことがわかる。

気相エツチング処理に炭酸ガスを用いた場合の反応式は
、 Ｃ＋ＣＯ２２２ＣＯ で示され、その標準自由エネルギー（ΔＧ”　）が△Ｇ
°＝０となる温度は、約７０６℃である。

この温度以上になると、上式の反応は右辺に進む。

第５図には、炭酸ガス気流中で気相エツヂレグ法により
多孔質化した原料カーボンブラックの湿度と比表面積と
の関係を示す。第５図から明らかζ！ように７００℃を
越えると反応温度が上背す。

るにつれて比表面積が箸しく増大していることがわかる
。

また本発明のＰＴＣ組成物は２０℃における体積抵抗率
ρ２ｏが０．４Ωｃｍ〜１５０ΩｃｍＵ）範囲で、一般
のヒユーズの定格電流値とほぼ同程度となる。

一般のヒユーズ定格電流ｔｃは、数十ｍＡ〜数十八がへ
く使われている。自己復帰形過電流保護素子としてこの
定格電流の範囲に設計するために、２０℃における必要
な体積抵抗率ρ２ｏはどの程度になるかを目算すると表
２の如くなる。

（以下次頁） この表２から、定格電流を０．０６Ａ〜２０Δの範囲に
設η１できる。またこの範囲は一般のヒユーズ定格電流
値とほぼ同程度である。

（実施例） 本発明の実施例を別紙表３と別紙表４によって説明する
。

（１）　　ＰＴＣ試料素子の製法 表３に示す原料カーボンブラックΔ、Ｂ、Ｃ。

Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇを９００℃〜９５０℃の高温下で炭酸ガ
スまたは水蒸気ににり反応（エツチング）させて、湿度
差によって比表面積を種々の倍率に高めたポーラスブラ
ックＡ−１、Ｂ−１，２、Ｃ−１，２，３，４，５，６
，７、Ｄ−１、Ｅ−１゜２．３、Ｆ−１，２，３、Ｇ−
１，２，３を表４に示す。（但し実施例３２〜４７は水
蒸気処理によって多孔質化させたものである。）数字は
比表面積の倍率が異なることを示す。

なお比表面積の測定は、△ＳＴＭ　　０３０３７−８８
による。

結晶性高分子物？１としては、高密度ポリエチレン（三
井石油化学工業株式会１製１３００Ｊ、融点１３１℃）
を用いた。

次に上述の各ポーラスブラックと高密度ポリエチレン（
１３００Ｊ）を表４に示すボーラスブラッーク含有ｍの
比で配合し、１３５℃に設定した試験用ミキシングロー
ルｍ＜株式会社小平製作所製１５０ａｎφＸ　２００　
ｍｍ　Ｌ　）にて混練りしその混練り物を粗粉砕ｍ＜ス
プレツクミニＦ１８０、株式会社松井製作所製）と微粉
砕機（ウィリーＷ−１００、株式会社池Ｉｌ′］ＴＩ！
化製）で約１ｍＭ位のチップ状に加工し、成形材料とし
た。その成形材料を電極となる金属箔（福ｕ１金屈箔粉
工業株式会社製）とともに加圧６５　Ｋｇ’／　ｃｔＡ
、渇Ｉｆｆ　２００℃、時間３分にて成形し、その（１
１２０℃、１時ｍｌの熱処理を行ない成形物とした。次
にこの成形物にγ線１Ｑ　Ｈｒａｄの照射を行なった後
第６図に示すようにＩｔ　＝１０ｍ、Ｊ１２＝　４．５
＃ＩＩ＋Ｉ、　ｔ　＝　　１．５酬の形状に加工し、Ｐ
ＴＣ組成物本体１０両面に金属箔２゜２を有するＰＴＣ
試料素子３を得た。

（２）ＰＴＣ特性値の測定 次に得られたＰＴＣ試利素子３を夫々恒温槽に入れ昇温
速度１℃／分で加熱していき各温度における抵抗値Ｒを
測定し、その値から下記（１）式を用いてｔｌｅｉｇｈ
ｔ　ｏｒ　ＰＴＣを算出した。その結果を表４に示す。

但し体積抵抗率ρ２０、ρＰｃａｋ＋７）算出は第６図
に示すＰＴＣ試利素子３の抵抗値Ｒから（２）式を用い
て行なった。

Ｈｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ＰＴＣ＝　ｌｏｇ　ＴＯ＝　＋＋
＋　＋・（１）ρ２０ ρ＝　Ｒ１１１２０，、１０，（２） を 次に別表５は比較例を示し、実施例と同じ原料カーボン
ブラックを気相エツチング法により多孔質化することな
く、実施例と同じ方法で高密度ポリエチレンに配合しＰ
ＴＣ試料試料素形成してその体積抵抗率と、ＰＴＣ特性
値を測定しその結果を同表に示した。

この表５の比較例と表４の実施例の体積抵抗率ρ２ｏを
比較すると、カーボンブラックの含有ら１が同一である
にもかかわらず、気相エツチング法により多孔質化した
本願の実施例のＰＴＣ試料素子の体積抵抗率が小である
。このことは、気相エツチング法により多孔質化した同
じ尋電性を得るに必要なカーボンブラックの充填ｍが比
較例の素子に比べて少φですむことを示している。

第７図ないし第１４図は、実施例のＰＴＣ試料素子と比
較例のＰＴＣ試ａ素子との高密度ポリエチレンに対する
カーボンブラックの含有量と２０℃にお番ノる体積抵抗
率ρ２０との関係を示ず図表である。第７図は、原料カ
ーボンブラック八とポーラスブラックＡ−１を夫々ｎ密
度ポリエチレンに含有Ｍを変化させて配合した場合の体
積抵抗率ρ２ｏの比較図表、第８図は原料カーボンブラ
ックＢとポーラスブラックＢ−１、Ｂ−２を夫々ｎ密度
ポリエチレンに含有扮を変化さＩて配合した場合の体積
抵抗率のρ２０の比較図表、第９図は原料カーボンブラ
ックＣとポーラスブラックＣ−１、Ｃ−２、Ｃ−３、Ｃ
−４を夫々高密度ポリエチレンに含有口を変化させて配
合した場合の体積抵抗率ρ２０の比較図表、第１０図は
原料カーボンブラックＣと水蒸気処理により多孔質化し
たポーラスブラックＣ−５、Ｃ−６、Ｃ−７を夫々高密
度ポリエチレンに含有Ｍを変化させて配合した場合の体
積抵抗率ρ２ｏの比較図表、第１１図は原料カーボンブ
ラックＤとポーラスブラックＤ−１を夫々高密度ポリエ
チレンに含有量を変化させて配合した場合の体積抵抗率
ρ２ｏの比較図表、第１２図は原料カーボンブラックＥ
とポーラスブラックＥ−１、Ｅ−２、Ｅ−３を夫々高密
度ポリエチレンに含有聞を変化させて配合した場合の体
積抵抗率ρ２ｏの比較図表、第１３図は、原料カーボン
ブラックＦとポーラスブラックＦ−１、Ｆ−２、Ｆ−３
を夫々高密度ポリエチレンに含有！１１を変化させて配
合した場合の体積抵抗率ρ２ｏの比較図表、第１４図は
原料カーボンブラックＧとポーラスブラックＧ−１、Ｇ
−２、Ｇ−３を夫々高密度ポリエチレンに含有量を変化
させて配合した場合の体積抵抗率ρ２ｏの比較図表であ
り、何れの場合も原料カーボンブラックをそのまま配合
した比較例のＰＴＣ試料素子に比べて実施例の試料素子
の方が同じ含有量で体ｖ４抵抗率ρ２ｏが低くなってい
ることがわかる。

次に別紙表６は従来のカーボンブラック（表１）を含有
量を変化させてそのまま実施例と同じ方法で高密度ポリ
エチレンに配合し、実施例と同様にＰＴＣ試利免了を形
成し、ぞの体積抵抗率ρ２ｏとＰＴＣ特性値を測定した
結果を示している。

この従来例の表６と実施例の表４を比較すると、従来例
のＰ　Ｔ　ＣＲ性°値は従来例４と従来例９を除いて１
桁以下であり実施例のＰＴＣ特性値は悉く１桁以上であ
る。

ＰＴＣ狛竹を第１５図の抵抗−温度特性図、第１６図の
電流−電圧特性図によって説明すると、ＰＴＣ特竹値は
、 ｏｇ　　（Ｒｐｅａｋ　／Ｒｏ） で示される。第１５図、第１６図における（２）での抵
抗値は、 Ｒｏ＝　Ｖｐ／　Ｉｐ で０での抵抗値は、 Ｒｐｅａｋ　＝Ｖｒ／Ｉｒ である。また、 Ｖｐｘ　Ｉｐ＝　Ｖｒｘ　Ｉｒ であるから、 ＰＴＣ特性値−ｎ　＝　ｔｏ（＋　　（Ｒｐｅａｋ　／
Ｒｏ）＝２１ｏａ　（Ｖｒ／ＶＰ） である。ｖｐを自己復帰形過電流保護素子用としてのＰ
ＴＣ素子の電圧降下、Ｖｒを回路電圧とづれば、一般に
はＶｐはＶｒの２０％以下でなければならない。

よって、 ｎ　＝　２１ｏｏ　（Ｖｒ／　ｖｐ） ＝２１０！Ｊ（１／　０．２） −１，３９ したがって、ＰＴＣ特性値は、少くとも１槍は必要にな
る。

よって従来例のＰＴＣ特性値では自己復帰形過電流保護
素子としては不適当であり、実施例のＰＴＣ特性値は全
て１桁以上を示しているから自己復帰形過電流保護素子
として望ましいＰＴＣ特性値を備えているものであるこ
とがわかる。

次に別紙表７および表８は、実施例および比較例と同方
法で夫々カーボンブラック、ポーラスブラックを高密度
ポリエチレンに配合し成形物とし、その７０℃にＪ３け
る素子の抵抗値変化率を一例として示している。抵抗値
変化率の算出は（３）式を用いて行なった。

ここで７０℃の温度とは電気装置の一般的な最高使用環
境温度である。

自己復帰形過電流保護素子が使用される環境湿度が変化
した場合、素子抵抗が変化し、装置の電気回路上で電圧
障子の変動が発生し問題となることがあり、素子抵抗の
温度に対する変化率は小ざいことが重要である。表７に
示す実施例の抵抗値変化率は、表８に示す比較例の抵抗
値変化率に比べて低くなっているものであることがわか
る。

なお、実施例においては、結晶性高分子物質として高密
度ポリエチレンを用いたが、他に、低密度ポリエチレン
、中密度ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂、
ポリエチレンテレフタレート等を用いることができ、さ
らにこれらの混用も可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原料カーボンブラックを気相エツチン
グ法により比表面積を拡大した生成物のポーラスブラッ
クは、その粒子径やストラクヂャーが殆んど変化するこ
となく、かつ多孔質になっているので結晶性高分子物質
に配合して同じ体積抵抗率を得るための配合醇を少くす
ることができる。また原料カーボンブラックを気相エツ
チング法により多孔質化させてポーラスブラックを得る
ため、原料カーボンブラックとしてＰＴＣ特性の優れた
ファーネスブラックやランプブラック等を任意に選択す
ることができる。そのためカーボンブラックの生成と同
時に多孔質化さ仕て得た従来の高導電性カーボンブラッ
ク（表１）に比して高いＰＴＣ特性値を得ることができ
る。

また、７０℃における抵抗値変化率が低いので、定常電
流値以下での自己復帰形過電流保護素子の環境温度に対
する電圧降下を安定にすることができる。

さらに、２０℃にお【ノる体積抵抗率を０．４ΩＣｔＳ
〜１５０Ωｃｍの範囲としたため、一般のヒユーズの定
格電流値とほぼ同程度の０．０６Δ〜２０Ａに設計、す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は原料カーボンブラックの電子顕微鏡写
真、第３図、第４図はポーラスブラックの電子顕微鏡写
真、第５図は本発明の気相エツチング処邪の温度と得ら
れるポーラスブラックの比表面積を示ず図表、第６図は
本発明の一実施例を示すＰＴＣ試料系子の斜視図、第７
図ないし第１４図は原料カーボンブラック及びポーラス
ブラックの含有量とＰＴＣ試利素了の体積抵抗率を示す
図表、第１５図は抵抗−温度特性図、第１６図は電流−
電圧特性図、第１７図は従来の導電性カーボンブラック
をポリエチレンに配合したときのカーボンブラックの含
有量と体積抵抗率を示す図表である。 裏７ 却 」薇Ｌ」 竿 邦／す」 含有呈ＣαメＪ 等几亘 を育！（ｗｔ力 手続補正書 （方式） ％式％ 事件の表示 昭和６３年特許願第３００２２２号 ２゜ 発明の名称 ＰＴＣ組成物 ３゜ 補正をする者 事件との関係

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　原料カーボンブラックを気相エッチング法によ
   り多孔質化してその比表面積を高めた生成物（以下ポー
   ラスブラックと略称する）を、結晶性高分子物質に分散
   させてなることを特徴とするＰＴＣ組成物。
2. （２）　ポーラスブラックは原料カーボンブラックの比
   表面積を１．５倍以上に高めてなることを特徴とする請
   求項１に記載のＰＴＣ組成物。
3. （３）　原料カーボンブラックは、オイルフアーネスブ
   ラックまたは、ランプブラックであることを特徴する請
   求項１または２に記載のＰＴＣ組成物。
4. （４）　２０℃における体積抵抗率が０．４Ωｃｍ〜１
   ５０Ωｃｍであることを特徴とする請求項１ないし３の
   何れかに記載のＰＴＣ組成物。