JPH09246012A - 導電性ポリマおよびこれを用いた過電流保護素子 - Google Patents

導電性ポリマおよびこれを用いた過電流保護素子

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JPH09246012A
JPH09246012A JP5125996A JP5125996A JPH09246012A JP H09246012 A JPH09246012 A JP H09246012A JP 5125996 A JP5125996 A JP 5125996A JP 5125996 A JP5125996 A JP 5125996A JP H09246012 A JPH09246012 A JP H09246012A
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conductive
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Koichi Morimoto
光一 森本
Toshiyuki Iwao
敏之 岩尾
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 過電流保護素子として各種電気電子機器の短
絡等による過電流に対する回路保護に使用する、導電性
ポリマ組成物の素子において、従来より大きい過電流を
遮断できる安全回路を提供することを目的とする。 【解決手段】 表面処理剤の混合重量が導電性粒子の混
合重量比率に対して導電性粒子の表面積(m2/g)の
値の1/20倍以上を占めるため、導電性粒子の混合量
が従来と同一量でも抵抗上昇桁数が向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子機器の過
電流に対する回路保護のためのPTC(Positiv
e Temperature Coefficient
=正の温度係数をもつ)特性を有する導電性ポリマとこ
れを用いた過電流保護素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】PTC特性を有する導電性ポリマ(以
下、「ポリマPTC」と記す。)は、ある温度で急激に
抵抗値が増大する特性を示し、その構成は、結晶化度が
少なくとも10%である結晶性ポリマに、比表面積の小
さいカーボンブラック等の導電性粒子が分散されている
混合物であり、PTC特性を有する原因として、結晶性
ポリマの融点における急激な熱膨脹により、充填されて
いる導電性粒子間の導電パスが切断され、抵抗上昇桁数
が大きいPTC特性が得られるものである。
【0003】従来のポリマPTCおよびこれを用いた過
電流保護素子の製造方法としては、特公平1−3322
号のものが知られている。
【0004】まず、従来のポリマPTCは、結晶化度7
0〜90%の高密度ポリエチレンと、平均粒径D(n
m)が20〜150nmで表面積S(m2/g)との比
S/Dが10以下の表面積を有するカーボンブラック
を、ヒータで150℃に加熱した2本ロールにて20分
間混合して混合物を得る。
【0005】次に、前工程で得られた混合物を2本ロー
ルからシート状で取り出して冷却した後、150×15
0mmのシートに切断する。
【0006】次に前工程で得られたシートの小片を電極
となる25μm厚のニッケル電解箔で両側からはさみ、
190℃、70kg/cm2で3分間加熱加圧成形し
て、厚み0.25mmの電極付き平板に加工する。
【0007】次に、この試料を電子線照射装置内で一方
から10Mrad照射し、ついで、他方から10Mra
d照射し、高密度ポリエチレンに放射線架橋を施した
後、5×5mmの試料に切り出す。
【0008】最後に、前工程で得られた試料の各電極の
ニッケル箔にリード端子をはんだ接合し、過電流保護素
子を得ていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成におい
ては、PTC特性の抵抗上昇桁数を大きくするには、カ
ーボンブラックの混合量を大きく減量することで実現で
きるが、ポリマPTCの比抵抗値が大きくなってしま
い、すなわち、カーボンブラックの減量をし抵抗上昇桁
数を上げても、常温での抵抗値が大きくなるという課題
を有していた。
【0010】本発明は上記課題を解決するもので、導電
性粒子の混合量を増すことなく、すなわちポリマPTC
の常温での抵抗値を大幅に大きくすることなく、PTC
特性の抵抗上昇桁数を大きくできることを目的とするも
のである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために本発明は、表面処理剤の混合重量が導電性粒子の
混合重量比率に対して導電性粒子の表面積(m2/g)
の値の1/20倍以上を占めるものである。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、結晶性ポリマと、前記結晶性ポリマに分散された導
電性粒子および表面処理剤を混入してなる導電性ポリマ
において前記表面処理剤の混合重量が前記導電性粒子の
混合重量比率に対して前記導電性粒子の表面積(m2
g)の値の1/20倍以上を占めるものである。
【0013】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の発明の表面処理剤はアルミニウム系カップリング剤
またはチタン系カップリング剤であるものである。
【0014】また、請求項3に記載の発明は、結晶性ポ
リマと、前記結晶性ポリマに分散された導電性粒子から
なる導電性ポリマと、前記導電性ポリマと電気的に接続
する電極を有する過電流保護素子において、前記導電性
ポリマに表面処理剤としてアルミニウム系カップリング
剤またはチタン系カップリング剤を混入してなるもので
ある。
【0015】以下、本発明の一実施の形態における導電
性ポリマとこれを用いた過電流保護素子について説明す
る。
【0016】まず、高密度ポリエチレンと、カーボンブ
ラックと、アルミニウム系カップリング剤を、ヒータで
150℃に加熱した2本ロールにて20分間混合する。
【0017】次に、この混合物を2本ロールからシート
状で取り出し冷却した後、150×150mmのシート
状に切断する。
【0018】次に、このシートを電極となる25μm厚
のニッケル電解箔で両側からはさみ、190℃、70k
g/cm2の圧力で1分間加熱加圧成形して、厚み0.
25mmの電極付き平板にする。
【0019】次に、電子線照射装置内で一方から10M
rad照射し、ついで、他方から10Mrad照射し、
高密度ポリエチレンに放射線架橋を施した後、5×5m
mの試料に切り出す。
【0020】次に、電極のニッケル電解箔にリード端子
をはんだ接合し、過電流保護素子を作製するものであ
る。
【0021】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明の一実施例における導電性ポ
リマを用いた過電流保護素子について説明する。
【0022】まず、結晶化度70〜90%の高密度ポリ
エチレンを44重量%と、比表面積(ASTM241
4)24m2/gのカーボンブラックを50重量%と、
アルミニウム系カップリング剤としてアセトアルコキシ
・アルミニウム・ジイソプロピレートを6重量%を、ヒ
ータで150℃に加熱した2本ロールにて20分間混合
する。
【0023】次に、混合物を2本ロールからシート状で
取り出し冷却した後、150×150mmのシート状に
切断する。
【0024】次に、このシートを電極となる25μm厚
のニッケル電解箔で両側からはさみ、190℃、70k
g/cm2の圧力で1分間加熱加圧成形して、厚み0.
25mmの電極付き平板にする。
【0025】次に、電子線照射装置内で一方から10M
rad照射し、ついで、他方から10Mrad照射し、
高密度ポリエチレンに放射線架橋を施した後、5×5m
mの試料に切り出す。
【0026】最後に、電極のニッケル電解箔にリード端
子をはんだ接合し、過電流保護素子を作製するものであ
る。
【0027】この過電流保護素子サンプルNo.1を恒
温試験槽にて測定した抵抗温度曲線を図1に示す。ま
た、抵抗値上昇桁数を(表1)に示す。
【0028】
【表1】
【0029】次に、本実施例のサンプルNo.1を保護
素子として使用した時の動特性である、電流減衰特性を
測定した。20Aから1分間ON、5分間OFFの間隔
で20Aずつ増して200Aまで印加したが、遮断電流
印加後のポリマPTCに異常(クラックの発生あるいは
発火、常温での抵抗値が2倍以上に変化)はなかった。
【0030】(実施例2)以下、本発明の実施例2につ
いて説明する。
【0031】結晶化度70〜90%の高密度ポリエチレ
ンを53.5重量%と、比表面積24m2/gのカーボ
ンブラックを45重量%と、アルミニウム系カップリン
グ剤を1.5重量%を、前述した実施例1と同様の製造
方法で、過電流保護素子を作製した。この過電流保護素
子をサンプルNo.2として抵抗値上昇桁数を(表1)
に示す。
【0032】(実施例3)以下、本発明の実施例3につ
いて説明する。
【0033】結晶化度70〜90%の高密度ポリエチレ
ンを48重量%と、比表面積65m 2/gのカーボンブ
ラックを47重量%と、アルミニウム系カップリング剤
を5重量%を、前述した実施例1と同様の製造方法で、
過電流保護素子を作製した。この過電流保護素子をサン
プルNo.3として抵抗値上昇桁数を(表1)に示す。
【0034】(実施例4)以下、本発明の実施例4につ
いて説明する。
【0035】結晶化度70〜90%の高密度ポリエチレ
ンを55重量%と、比表面積65m 2/gのカーボンブ
ラックを43重量%と、アルミニウム系カップリング剤
を2重量%を、前述した実施例1と同様の製造方法で、
過電流保護素子を作製した。この過電流保護素子をサン
プルNo.4として抵抗値上昇桁数を(表1)に示す。
【0036】(実施例5)以下、本発明の実施例5につ
いて説明する。
【0037】結晶化度70〜90%の高密度ポリエチレ
ンを17重量%と、比表面積2.5m2/gのニッケル
粒子を82重量%と、チタニウム系カップリング剤を1
重量%を、前述した実施例1と同様の製造方法で、過電
流保護素子を作製した。この過電流保護素子をサンプル
No.5として抵抗値上昇桁数を(表1)に示す。
【0038】(実施例6)以下、本発明の実施例6につ
いて説明する。
【0039】結晶化度70〜90%の高密度ポリエチレ
ンを21.7重量%と、比表面積2.5m2/gのニッ
ケル粒子を78重量%と、チタニウム系カップリング剤
を0.3重量%を、前述した実施例1と同様の製造方法
で、過電流保護素子を作製した。この過電流保護素子を
サンプルNo.6として抵抗値上昇桁数を(表1)に示
す。
【0040】(比較例1)本実施例の比較例は、実施例
の同一の導電性粒子を同一の混合量において、カップリ
ング剤を添加しなかった例とした。
【0041】以下、比較例1について説明する。結晶化
度70〜90%の高密度ポリエチレンを50重量%と、
比表面積24m 2/gのカーボンブラックを50重量%
を、前述した実施例1と同様の製造方法で、過電流保護
素子を作製した。この過電流保護素子サンプルNo.7
を恒温試験槽にて測定した抵抗温度曲線を図1に示す。
この過電流保護素子をサンプルNo.7として抵抗値上
昇桁数を(表2)に示す。
【0042】
【表2】
【0043】次に、本実施例のサンプルNo.7を過電
流保護素子として使用した時の動特性である、電流減衰
特性を測定した。20Aから1分間ON、5分間OFF
の間隔で20Aずつ増して120Aまで印加したが、1
20A印加直後にポリマPTCが発火した。
【0044】(比較例2)以下、比較例2について説明
する。
【0045】結晶化度70〜90%の高密度ポリエチレ
ンを55重量%と、比表面積24m 2/gのカーボンブ
ラックを45重量%を、前述した実施例1と同様の製造
方法で、過電流保護素子を作製した。この過電流保護素
子をサンプルNo.8として抵抗値上昇桁数を(表2)
に示す。
【0046】(比較例3)以下、比較例3について説明
する。
【0047】結晶化度70〜90%の高密度ポリエチレ
ンを53重量%と、比表面積65m 2/gのカーボンブ
ラックを47重量%を、前述した実施例1と同様の製造
方法で、過電流保護素子を作製した。この過電流保護素
子をサンプルNo.9として抵抗値上昇桁数を(表2)
に示す。
【0048】(比較例4)以下、比較例4について説明
する。
【0049】結晶化度70〜90%の高密度ポリエチレ
ンを57重量%と、比表面積65m 2/gのカーボンブ
ラックを43重量%を、前述した実施例1と同様の製造
方法で、過電流保護素子を作製した。この過電流保護素
子をサンプルNo.10として抵抗値上昇桁数を(表
2)に示す。
【0050】(比較例5)以下、比較例5について説明
する。
【0051】結晶化度70〜90%の高密度ポリエチレ
ンを18重量%と、比表面積2.5m2/gのニッケル
粒子を82重量%を、前述した実施例1と同様の製造方
法で、過電流保護素子を作製した。この過電流保護素子
をサンプルNo.11として抵抗値上昇桁数を(表2)
に示す。
【0052】(比較例6)以下、比較例6について説明
する。
【0053】結晶化度70〜90%の高密度ポリエチレ
ンを22重量%と、比表面積2.5m2/gのニッケル
粒子を78重量%を、前述した実施例1と同様の製造方
法で、過電流保護素子を作製した。この過電流保護素子
をサンプルNo.12として抵抗値上昇桁数を(表2)
に示す。
【0054】(比較例7)以下、比較例7について説明
する。
【0055】結晶化度70〜90%の高密度ポリエチレ
ンを50重量%と、比表面積24m 2/gのカーボンブ
ラックを50重量%と、シラン系カップリング剤として
ビニルエトキシシランを6重量%を、前述した実施例1
と同様の製造方法で、過電流保護素子を作製した。この
過電流保護素子をサンプルNo.13として抵抗値上昇
桁数を(表2)に示す。
【0056】PTC特性の抵抗上昇桁数は、同一の導電
性粒子かつ同一の混合量のポリマPTCのカップリング
剤の添加の有無での比較において、カップリング剤を添
加したサンプルは、全て1〜3桁大きかった。カップリ
ング剤の有無による抵抗上昇桁数の上昇値を(表3)に
示す。
【0057】
【表3】
【0058】添加するカップリング剤の種類は、本実施
例において、アルミニウム系およびチタニウム系カップ
リング剤が、抵抗上昇桁数を増加させる効果があった。
【0059】結晶性ポリマは、本実施例においては全て
高密度ポリエチレンを使用したが、ポリエチレン以外の
EVAやポリプロピレン、ポリふっ化ビニリデン等の結
晶性ポリマであればかまわないが、スイッチング温度は
各々のポリマの融点となる。
【0060】
【発明の効果】以上のように本発明は、表面処理剤の混
合重量が前記導電性粒子の混合重量比率に対して導電性
粒子の表面積(m2/g)の値の1/20倍以上を占め
るため、導電性粒子の混合量が従来と同一量でも抵抗上
昇桁数が1〜3桁以上向上できるPTC特性を有する優
れた特性を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のサンプルNo.1と比較例のサンプル
No.7の抵抗温度曲線を示す図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01B 1/20 H01B 1/20 C

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結晶性ポリマと、前記結晶性ポリマに分
    散された導電性粒子および表面処理剤を混入してなる導
    電性ポリマにおいて、前記表面処理剤の混合重量が前記
    導電性粒子の混合重量比率に対して前記導電性粒子の表
    面積(m2/g)の値の1/20倍以上を占める導電性
    ポリマ。
  2. 【請求項2】 表面処理剤は、アルミニウム系カップリ
    ング剤またはチタン系カップリング剤である請求項1記
    載の導電性ポリマ。
  3. 【請求項3】 結晶性ポリマと、前記結晶性ポリマに分
    散された導電性粒子からなる導電性ポリマと、前記導電
    性ポリマと電気的に接続する電極を有する過電流保護素
    子において、前記導電性ポリマに表面処理剤としてアル
    ミニウム系カップリング剤またはチタン系カップリング
    剤を混入してなる過電流保護素子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002035557A1 (fr) * 2000-10-26 2002-05-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymère électro-conducteur, élément de protection anti-surintensité et procédés de production correspondants
JP2003109804A (ja) * 2001-09-28 2003-04-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 柔軟性ptc発熱体

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002035557A1 (fr) * 2000-10-26 2002-05-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymère électro-conducteur, élément de protection anti-surintensité et procédés de production correspondants
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