JPH04115501A - 正抵抗温度係数材料 - 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】 「産業上の利用分野Ｊ この発明は正の抵抗温度係数を有し、面状発熱体、正温
度係数サーミスタなどに使用される正抵抗温度係数材料
に関する。

「従来の技術」 従来、面状発熱体として、ポリエチレンなどの結晶性熱
可塑性プラスチ、りの母材（マトリックス）に、アセチ
レンツ゛う・ンクやファーネスフ゛ランクなどの単独の
粒子となっている通常のカーボンブラックを分散させた
ものが使用されている。これは電流を流すと発熱し、そ
の温度が母材の融点付近になると、電気抵抗が急激に上
昇して電流を制限して温度上昇を抑圧する自己温度制御
作用があり、便利である。

しかし、従来のこの面状発熱体の比抵抗−温度特性は例
えば第５図に示すように、温度の上昇に対し、抵抗が象
、激に上昇している部分の傾斜が比較的緩やかであり、
しかも抵抗値の変化範囲も狭く、１桁にみたない。従っ
て、母材の融点付近で電流を急に、かつ大きく制限する
ことができず、つまり十分な自己温度制御作用が得られ
ず、面状発熱体を損傷するおそれがあった。また抵抗値
を低くするため、カーボンブラックの混入量を増加する
と加工性が悪いものとなる欠点もあった。

一方、温度の検出や、電気回路における温度変化による
特性劣化を補償するためなどに、正温度係数サーミスタ
が用いられている。この正温度係数サーミスタとして市
販されているものは、一般にチタン酸バリウム系のセラ
ミックが使用されている。このチタン酸バリウム系のサ
ーミスタはサーミスタ定数Ｂが例えば約４０００程度で
あり比較的小さいものであった。サーミスタ定数Ｂはす
−ミスタの抵抗値の温度に対する敏感性を示し、次式で
与えられる。

Ｔｚ　　Ｔ＋　　　　　　ＲＺ Ｒ＋　、Ｒｚはそれぞれ温度Ｔ、、Ｔ、におけるサーミ
スタの抵抗値である。サーミスタ定数Ｂと、サーミスタ
の抵抗温度係数αとの間には次の関係がある。

ｌ 従来のサーミスタはサーミスタ定数Ｂが比較的小さく、
温度変化に対する感度が低いものであった。

「課題を解決するための手段」 この発明の正抵抗温度係数材料は金属イオンにより分子
が架橋されている熱可塑性プラスチック、いわゆるアイ
オノマーに、高次構造をもつカーボンブラックが混入さ
れて構成される。

アイオノマーはオレフィン（共有結合）を主成分とし、
長鎖間にイオン結合（架橋）を導入して得られる熱可Ｗ
性樹脂で密度が小さく、透明度が高く、靭性としジリエ
ンスが大きく、耐脂性、耐溶剤性に優れている。このア
イオノマーの特性の大部分は鎖間の静電力（イオン結合
力）が非常に大きいことにより得られる。加工温度を二
次転移点（軟化点）以上にすることにより、イオン結合
が消失され、容易に加工できる。イオン架橋部の陰イオ
ン部としてはカルボキシル基が用いられ、陽イオン部と
してはＮ、、に、Ｍ、、Ｚ、１などの金属イオンが用い
られる。高次構造をもつカーボンブラックは微粒子が鎖
状に連結した構造のカーボンブラックであり、高い導電
率を示す。

「作　用Ｊ このように、この発明では高次構造のカーボンブラック
が用いられているため、アイオノマーとの親和性がよく
、粒子が単独となっている通常のカーボンブラックを用
いる場合よりも少ない量で同一の比抵抗が得られ、カー
ボンブラックの量が少ないので加工性がよく、また従来
よりもカーボンブラックの混入量を大幅に変更すること
ができ、各種の抵抗値のものとすることができる６温度
が上昇し、アイオノマーのイオン結合が消失すると、分
子間が緩むため体積が膨張し、つまり比容積が増加し、
カーボンブラックの粒子間距離が大きくなるため、電気
抵抗値が急激に高くなり、その抵抗値の変化範囲も大き
い。

「実施例」 第１図にこの発明の正抵抗温度係数材料の各挿引を示す
、各試料番号に対するアイオノマーの品番（三井デュポ
ン、ポリケミカル社製）、アイオノマーに含まれている
金属イオンの種類、カーボンブラックの含有量、サーミ
スタ定数Ｂ、３００’Ｋにおける抵抗の温度係数αを示
している。

第２図にアイオノマーとして品番１６５２　Ｚ。

を用い、高次構造カーボンブラックの含有量を変化させ
た時の３０℃における電気抵抗値を示す。

これよりカーボンブラックの量を約３５重置％乃至４５
重置％変化させることにより、電気抵抗値をは一′８桁
もの範囲にわたって大幅に変更させることができること
がわかる。

第１図中の試料番号をＥ１〜Ｅ４の試料についての電気
抵抗値の温度特性を第３図に示す。この第３図よりいず
れも正抵抗温度係数特性を示し、かつアイオノマーのイ
オン結合が消失する温度付近（６０°〜８０°Ｃ）で急
激に抵抗値が上昇する。

従来のものの特性を示す第５図は比抵抗値の変化特性で
あり、この縦軸のスケールは対数目盛ではないが、第３
図の縦軸のスケールは対数目盛であり、抵抗値が３〜６
桁も変化しており、従来のものよりも大幅に変化し、か
つ温度変化に対する抵抗値変化の率も急激であり、面状
発熱体として自己温度制御特性が良好なものを作ること
が可能である。

第４図に２７を含む品番１６５２のアイオノマーを用い
、高次構造カーボンブラックの含有量を変化させた時の
サーミスタ定数Ｂの変化を示す。

カーボンブラック４５重量％付近でサーミスタ定数Ｂは
約２万にもなり、これは従来のチタン酸バリウム系正温
度係数サーミスタのサーミスタ定数Ｂの約５倍であり、
温度変化に対し、抵抗値変化が従来のものよりも高感度
のサーミスタを作ることが可能である。

この発明の正抵抗温度係数材料の製造法の一例を示す。

亜鉛を含むアイオノマー（第１図中の試料番号Ｅ３に示
すもの）５６．５重量％と、高次構造カーボンブラック
４３．５重量％とを、１００°Ｃに加熱したミリングロ
ールで約１０分間混練し、その後、これを取り出し、中
枠を入れた２枚のハードクロムメツキ鋼板の間に挟み、
圧縮機で１００°Ｃ１５０ｋｇ　／　ｃ４に加熱加圧し
、その後７０°Ｃ以下に自然冷却するのを待って、金型
から取り出した。このカーボンブラックを混入したアイ
オノマーの厚さ１ｍのシートの体積固有抵抗は１００に
Ω−ＣＩＩ＋、サーミスタ定数Ｂは−１９０００であっ
た。

アイオノマーは分子鎖中に親水性のカルボキシル基を含
むため、吸湿性があり、用途によっては不向きとなる場
合がある。このような場合は疏水性であり、かつアイオ
ノマーと相溶性のある防湿材、例えばパラフィンワック
ス、ポリエチレン、ポリスチレン、含弗素樹脂などを、
アイオノマーのイオン架橋効果を阻害しない程度に添加
すれば吸湿性がないものとすることができる。

「発明の効果」 以上述べたように、この発明によればある温度に上昇す
ると、急激にかつ大幅に抵抗値が高くなるため、面状発
熱体に用いると従来のものよりも自己温度制御特性が良
好なものが得られる。またサーミスタとして用いる場合
、サーミスタ定数Ｂが従来のものよりも大きいものが得
られ、温度変化に対し、抵抗値変化の感度が高いものが
得られる。更に抵抗値が各種のものを作ることができ、
かつ同一比抵抗値の場合、従来の面状発熱体よりも少な
いカーボンブラックで済み、加工性がよいものとなる。

また高い導電率のものとすることができるから、その場
合はｔ磁波遮蔽材料、帯電防止材料などとしても使用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による材料の各挿引における成分、サ
ーミスタ定数、温度係数を示す図、第２図はこの発明材
料の抵抗値−カーポンブラック含有蓋特性の例を示す図
、第３図はこの発明材料の抵抗値−温度特性の複数例を
示す図、第４図はこの発明材料のサーミスタ定数Ｂ−カ
ーボンブラック含有量特性の例を示す図、第５図は従来
の面状発熱体の比抵抗−温度特性を示す図である。 オ　１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属イオンにより分子が架橋されている熱可塑性
   プラスチックに、高次構造をもつカーボンブラックが混
   入されてなる正抵抗温度係数材料。