JPH10270204A - 有機ｐｔｃ複合材料 - Google Patents
有機ｐｔｃ複合材料Info
- Publication number
- JPH10270204A JPH10270204A JP7374497A JP7374497A JPH10270204A JP H10270204 A JPH10270204 A JP H10270204A JP 7374497 A JP7374497 A JP 7374497A JP 7374497 A JP7374497 A JP 7374497A JP H10270204 A JPH10270204 A JP H10270204A
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- Japan
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- composite material
- filler
- organic ptc
- ptc composite
- ptc
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度上昇時の保形性の改善とこれによる動作
特性の信頼性を向上させることができる有機ＰＴＣ複合
材料を提供すること。 【解決手段】 有機ＰＴＣ複合材料は，熱可塑性の結晶
性高分子，導電性フィラー，及び絶縁性フィラーの配合
よりなる。この絶縁性フィラーとして高分子の融点近傍
に相転位点を有しこの温度で急激な熱膨張係数の変化を
示す物質を用いることが好ましく，さらに，クリストバ
ライト型二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）またはクリストバライ
ト型リン酸アルミニュウム（ＡｌＰＯ3 ）を用いること
がより好ましい。
特性の信頼性を向上させることができる有機ＰＴＣ複合
材料を提供すること。 【解決手段】 有機ＰＴＣ複合材料は，熱可塑性の結晶
性高分子，導電性フィラー，及び絶縁性フィラーの配合
よりなる。この絶縁性フィラーとして高分子の融点近傍
に相転位点を有しこの温度で急激な熱膨張係数の変化を
示す物質を用いることが好ましく，さらに，クリストバ
ライト型二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）またはクリストバライ
ト型リン酸アルミニュウム（ＡｌＰＯ3 ）を用いること
がより好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，電気回路内の過電
流を検知しこれを遮断する目的の過電流保護素子や，電
子蚊取り線香，床暖房，及び恒温器等に使用される発熱
作用，温度検知作用，及び電流制御作用を兼ね備えたＰ
ＴＣ発熱体に用いる有機ＰＴＣ複合材料に関する。
流を検知しこれを遮断する目的の過電流保護素子や，電
子蚊取り線香，床暖房，及び恒温器等に使用される発熱
作用，温度検知作用，及び電流制御作用を兼ね備えたＰ
ＴＣ発熱体に用いる有機ＰＴＣ複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】各種ＰＴＣ材料の応用では，ＰＴＣ材料
に接する電極から供給される電流の作用でジュール熱に
よる自己発熱が発生しこれが放射熱より大きい場合，温
度上昇し一定温度以上でＰＴＣ特性により急激に抵抗を
増大させ電流を遮断する作用を用いている。
に接する電極から供給される電流の作用でジュール熱に
よる自己発熱が発生しこれが放射熱より大きい場合，温
度上昇し一定温度以上でＰＴＣ特性により急激に抵抗を
増大させ電流を遮断する作用を用いている。
【０００３】また，回路内で一定以上の電流が流れた場
合回路保護のため，これを一時遮断し異常状態が取り除
かれた場合，再度回路を復帰させる目的で使用されるの
が，電流遮断素子であり，また流れる電流によるジュー
ル熱を利用し発熱量のコントロールをＰＴＣ特性の電流
遮断特性で行うものがＰＴＣ発熱体である。
合回路保護のため，これを一時遮断し異常状態が取り除
かれた場合，再度回路を復帰させる目的で使用されるの
が，電流遮断素子であり，また流れる電流によるジュー
ル熱を利用し発熱量のコントロールをＰＴＣ特性の電流
遮断特性で行うものがＰＴＣ発熱体である。
【０００４】このＰＴＣ発熱体に用いられるＰＴＣ材料
としては，チタン酸バリウム系の半導体の持つＰＴＣ特
性を利用したセラミック系のものと，有機物と導電性フ
ィラーの混合物を用いた有機物系のＰＴＣ材料の二系統
が現在実用化されている。
としては，チタン酸バリウム系の半導体の持つＰＴＣ特
性を利用したセラミック系のものと，有機物と導電性フ
ィラーの混合物を用いた有機物系のＰＴＣ材料の二系統
が現在実用化されている。
【０００５】この有機物系のＰＴＣ材料の利点は，配合
によって抵抗率やＰＴＣ特性発現の温度が調整できる点
で，抵抗率はセラミック系よりはるかに小さいものが得
られることにある。
によって抵抗率やＰＴＣ特性発現の温度が調整できる点
で，抵抗率はセラミック系よりはるかに小さいものが得
られることにある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，有機物
系は，動作過程で樹脂の融点近傍まで温度が上昇し，こ
のときに材料に応力が作用している場合は容易に変形す
るという欠点を有している。一旦変形すると特性が変化
し信頼性の面で使用上の問題が生ずる。そこで，ＰＴＣ
材料の昇温時の保形性の改善や，材料の支持構造につい
ては種々の工夫が必要となる。
系は，動作過程で樹脂の融点近傍まで温度が上昇し，こ
のときに材料に応力が作用している場合は容易に変形す
るという欠点を有している。一旦変形すると特性が変化
し信頼性の面で使用上の問題が生ずる。そこで，ＰＴＣ
材料の昇温時の保形性の改善や，材料の支持構造につい
ては種々の工夫が必要となる。
【０００７】本発明の技術的課題は，温度上昇時の保形
性の改善とこれによる動作特性の信頼性を向上させるこ
とができる有機ＰＴＣ複合材料を提供することにある。
性の改善とこれによる動作特性の信頼性を向上させるこ
とができる有機ＰＴＣ複合材料を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば，熱可塑
性の結晶性高分子，導電性フィラー及び絶縁性フィラー
の配合よりなることを特徴とする有機ＰＴＣ複合材料が
得られる。
性の結晶性高分子，導電性フィラー及び絶縁性フィラー
の配合よりなることを特徴とする有機ＰＴＣ複合材料が
得られる。
【０００９】また，本発明によれば，前記有機ＰＴＣ複
合材料において，前記絶縁性フィラーとして高分子の融
点近傍に相転位点を有しこの温度で急激な熱膨張係数の
変化を示す物質を用いることを特徴とする有機ＰＴＣ複
合材料が得られる。
合材料において，前記絶縁性フィラーとして高分子の融
点近傍に相転位点を有しこの温度で急激な熱膨張係数の
変化を示す物質を用いることを特徴とする有機ＰＴＣ複
合材料が得られる。
【００１０】また，本発明によれば，前記有機ＰＴＣ複
合材料において，前記絶縁性フィラーとしてクリストバ
ライト型二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）またはクリストバライ
ト型リン酸アルミニュウム（ＡｌＰＯ3 ）を用いたこと
を特徴とする有機ＰＴＣ複合材料が得られる。
合材料において，前記絶縁性フィラーとしてクリストバ
ライト型二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）またはクリストバライ
ト型リン酸アルミニュウム（ＡｌＰＯ3 ）を用いたこと
を特徴とする有機ＰＴＣ複合材料が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下，本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【００１２】まず，本発明による有機ＰＴＣ複合材料
は，熱可塑性の結晶性高分子，導電性フィラー及び絶縁
性フィラーの配合よりなる。ここで，導電性フイラーと
しては，通常カーボンブラックが使用される。これは適
度の導電率と粒子形状が高分子内で分散したときネット
ワークを形成しやすい構造のため安定したＰＴＣ特性を
発現できるからである。このカーボンブラックは，高分
子内に分散させるのに必要な量は体積比で２０％以下で
あり，これ以上混入すると通電時に発火し易くなり実用
上好ましくない。
は，熱可塑性の結晶性高分子，導電性フィラー及び絶縁
性フィラーの配合よりなる。ここで，導電性フイラーと
しては，通常カーボンブラックが使用される。これは適
度の導電率と粒子形状が高分子内で分散したときネット
ワークを形成しやすい構造のため安定したＰＴＣ特性を
発現できるからである。このカーボンブラックは，高分
子内に分散させるのに必要な量は体積比で２０％以下で
あり，これ以上混入すると通電時に発火し易くなり実用
上好ましくない。
【００１３】一方，このフィラーが体積比で２０％以下
の場合，昇温時の保形性に問題がある。具体的に，例え
ば，電極間に１００ｇ／ｃｍ2 程度以上の圧力が作用し
ていると樹脂が変形し構成によっては，電極端部で外に
樹脂がはみ出す場合もあり保持の条件が大きく制限され
ることになる。
の場合，昇温時の保形性に問題がある。具体的に，例え
ば，電極間に１００ｇ／ｃｍ2 程度以上の圧力が作用し
ていると樹脂が変形し構成によっては，電極端部で外に
樹脂がはみ出す場合もあり保持の条件が大きく制限され
ることになる。
【００１４】そこで，この対策として本発明者らは，無
機質の絶縁性のフィラーをこれに追加して複合体の保形
性を改善できないか否かを検討した。無機質の絶縁性フ
ィラーとして酸化アルミニュウム粉末を，これに追加し
混入する場合，フィラー分の体積比で５０％程度まで混
入が可能でありこの場合の特性を評価した。この場合，
特徴は以下の（イ）〜（ハ）の通りである。
機質の絶縁性のフィラーをこれに追加して複合体の保形
性を改善できないか否かを検討した。無機質の絶縁性フ
ィラーとして酸化アルミニュウム粉末を，これに追加し
混入する場合，フィラー分の体積比で５０％程度まで混
入が可能でありこの場合の特性を評価した。この場合，
特徴は以下の（イ）〜（ハ）の通りである。
【００１５】（イ）常温抵抗は若干上昇する。 （ロ）ＰＴＣ特性は発現するがその場合の抵抗比（常温
時の抵抗と抵抗上昇時の比）は一桁ほど低下する。 （ハ）温度上昇時の保形性は大幅に改善され，＞３００
ｇ／ｃｍ2 の圧力でも変形は大幅に改善され樹脂のはみ
出しはみられない。
時の抵抗と抵抗上昇時の比）は一桁ほど低下する。 （ハ）温度上昇時の保形性は大幅に改善され，＞３００
ｇ／ｃｍ2 の圧力でも変形は大幅に改善され樹脂のはみ
出しはみられない。
【００１６】従つて，保形性の改善に対しては絶縁性フ
ィラーの混入は有効な手段であることが認められた。常
温抵抗の若干の上昇と抵抗比の低下は用途によつては特
に問題となるものではない。
ィラーの混入は有効な手段であることが認められた。常
温抵抗の若干の上昇と抵抗比の低下は用途によつては特
に問題となるものではない。
【００１７】しかしながら，特定の用途に対しては抵抗
比の低下は受け入れられず，保形性の改善とＰＴＣ特性
の抵抗比の両立できる手段について更に本発明者らは，
検討した。
比の低下は受け入れられず，保形性の改善とＰＴＣ特性
の抵抗比の両立できる手段について更に本発明者らは，
検討した。
【００１８】その結果，抵抗比の低下は，絶縁性フィラ
ーが混入した為高分子の融点で全体としての体積膨張が
緩和したためであると考えられた。そこで，絶縁性フィ
ラーとして，高分子の融点近傍に相転移を有し，この温
度で急激な熱膨張係数の変化を示す物質を用いることを
検討した。
ーが混入した為高分子の融点で全体としての体積膨張が
緩和したためであると考えられた。そこで，絶縁性フィ
ラーとして，高分子の融点近傍に相転移を有し，この温
度で急激な熱膨張係数の変化を示す物質を用いることを
検討した。
【００１９】この場合，ＰＴＣが発現する高分子の融点
近傍で絶縁性フィラーも体積膨張を生ずるために全体と
しての体積膨張に低下はなく導電性フィラーのネットワ
ークの遮断に有効に作用することが考えられる。
近傍で絶縁性フィラーも体積膨張を生ずるために全体と
しての体積膨張に低下はなく導電性フィラーのネットワ
ークの遮断に有効に作用することが考えられる。
【００２０】そこで，本発明者らは，絶縁性フィラーと
してクリストバライト型二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）及びク
リストバライト型リン酸アルミニュウム（ＡｌＰＯ3 ）
を検討した。これらは変態温度が２７０℃と２２００℃
にあり，これらの変態温度近辺に融点を持つ高分子を用
いて検討した結果，保形性がよく抵抗比の低下なしにＰ
ＴＣ特性が発現できる有機ＰＴＣ材料が得られた。
してクリストバライト型二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）及びク
リストバライト型リン酸アルミニュウム（ＡｌＰＯ3 ）
を検討した。これらは変態温度が２７０℃と２２００℃
にあり，これらの変態温度近辺に融点を持つ高分子を用
いて検討した結果，保形性がよく抵抗比の低下なしにＰ
ＴＣ特性が発現できる有機ＰＴＣ材料が得られた。
【００２１】以下，本発明の実施の形態による有機ＰＴ
Ｃ複合材料の製造例について，さらに具体的に説明す
る。
Ｃ複合材料の製造例について，さらに具体的に説明す
る。
【００２２】（第１の実施の形態）高分子材料として融
点１３０℃の高密度ポリエチレン，導電性フィラーとし
てカーボンブラック，また絶縁性フィラーとして平均粒
径１μｍの酸化アルミニュウム粉末を選び，下記表１に
示す体積比で配合し，１５０℃の熱間ロールを用いてフ
ィラーの分散を行った。得られた混合体を１００ｃｍ□
×５０μｍのニッケル箔２枚の間に適量はさみスペーサ
ーを介して加熱プレスで１００℃で２０分間１０ｋｇ／
ｃｍ2 の圧力で接合し全体の厚み２５０μｍ，複合材料
厚み１５０μｍの積層体を得て，これを１０ｍｍ□に打
ち抜き評価用試料を得た。
点１３０℃の高密度ポリエチレン，導電性フィラーとし
てカーボンブラック，また絶縁性フィラーとして平均粒
径１μｍの酸化アルミニュウム粉末を選び，下記表１に
示す体積比で配合し，１５０℃の熱間ロールを用いてフ
ィラーの分散を行った。得られた混合体を１００ｃｍ□
×５０μｍのニッケル箔２枚の間に適量はさみスペーサ
ーを介して加熱プレスで１００℃で２０分間１０ｋｇ／
ｃｍ2 の圧力で接合し全体の厚み２５０μｍ，複合材料
厚み１５０μｍの積層体を得て，これを１０ｍｍ□に打
ち抜き評価用試料を得た。
【００２３】評価は抵抗と温度の関係について５℃／ｍ
ｉｎの昇温速度で２０℃から２００℃まで温度を上げて
試料抵抗を４端子法で測定した。
ｉｎの昇温速度で２０℃から２００℃まで温度を上げて
試料抵抗を４端子法で測定した。
【００２４】また，保形性の評価として試料に１００ｇ
の荷重を載せて１８０℃で３０分保持したときの端部の
樹脂の状態と厚みの変化を調べた。抵抗と温度の関係は
図１に保形性の評価結果を下記表２に示した。尚，図１
において，曲線１〜５と表１及び表２の試料Ａ−１〜５
が夫々対応している。
の荷重を載せて１８０℃で３０分保持したときの端部の
樹脂の状態と厚みの変化を調べた。抵抗と温度の関係は
図１に保形性の評価結果を下記表２に示した。尚，図１
において，曲線１〜５と表１及び表２の試料Ａ−１〜５
が夫々対応している。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】図１から分かるように，ＰＴＣ特性の高温
側の抵抗値は絶縁性フィラーの体積比の増大につれて徐
々に低下するが，表２の保形性の評価結果から絶縁性フ
ィラーの比率の増大とともに熱変形しにくくなることが
確認された。
側の抵抗値は絶縁性フィラーの体積比の増大につれて徐
々に低下するが，表２の保形性の評価結果から絶縁性フ
ィラーの比率の増大とともに熱変形しにくくなることが
確認された。
【００２８】また，トータルのフイラーの体積比が５０
％を越えるとフィラーの分散が困難になり実用性がない
ことが確認された。
％を越えるとフィラーの分散が困難になり実用性がない
ことが確認された。
【００２９】（第２の実施の形態）高分子材料として，
ポリ塩化ビニル（融点２１０℃），導電性フィラーとし
てカーボンブラック絶縁性フィラーとしてクリストバラ
イト型リン酸アルミニュウム（変態温度２２０℃）を選
び，下記表３の配合で試料を作成した。フィラーの分散
は，熱間ロール２３０℃で行った。
ポリ塩化ビニル（融点２１０℃），導電性フィラーとし
てカーボンブラック絶縁性フィラーとしてクリストバラ
イト型リン酸アルミニュウム（変態温度２２０℃）を選
び，下記表３の配合で試料を作成した。フィラーの分散
は，熱間ロール２３０℃で行った。
【００３０】
【表３】
【００３１】以下の試料作成手順及び評価内容は，第１
の実施の形態と同じである。但し熱プレスは１８０℃で
行った。図２に抵抗の温度依存性の測定結果を，下記表
４に保形性の評価結果を示す。尚，図２の曲線１１〜１
５と表３及び表４の試料Ｂ−１〜５は夫々対応してい
る。
の実施の形態と同じである。但し熱プレスは１８０℃で
行った。図２に抵抗の温度依存性の測定結果を，下記表
４に保形性の評価結果を示す。尚，図２の曲線１１〜１
５と表３及び表４の試料Ｂ−１〜５は夫々対応してい
る。
【００３２】図２及び下記表４から明らかなように，絶
縁性フィラーの混入が増大しても高温側の抵抗値に低下
がみられないこと，さらに保形性が改善されていること
が確認できた。
縁性フィラーの混入が増大しても高温側の抵抗値に低下
がみられないこと，さらに保形性が改善されていること
が確認できた。
【００３３】
【表４】
【００３４】（第３の実施の形態）高分子材料として，
ポリエチレンテレフタレート（融点２８０℃），導電性
フィラーとしてカーボンブラック絶縁性フィラーとして
クリストバライト型二酸化珪素（変態温度２７０℃）を
選び，下記表５の配合で試料を作成した。フィラーの分
散は熱間ロール２８０℃で行った。
ポリエチレンテレフタレート（融点２８０℃），導電性
フィラーとしてカーボンブラック絶縁性フィラーとして
クリストバライト型二酸化珪素（変態温度２７０℃）を
選び，下記表５の配合で試料を作成した。フィラーの分
散は熱間ロール２８０℃で行った。
【００３５】
【表５】
【００３６】以下の試料作成手順及び評価内容は，第１
の実施の形態と同じである。但し熱プレスは２３０℃で
行った。
の実施の形態と同じである。但し熱プレスは２３０℃で
行った。
【００３７】図３に抵抗の温度依存性の測定結果を，下
記表６に保形性の評価結果を示す。尚，図３の曲線２１
〜２５と表５及び表６の試料Ｃ−１〜５は夫々対応して
いる。
記表６に保形性の評価結果を示す。尚，図３の曲線２１
〜２５と表５及び表６の試料Ｃ−１〜５は夫々対応して
いる。
【００３８】図３及び下記表６から明らかなように，絶
縁性フィラーの混入が増大しても抵抗比に低下がみられ
ないこと，さらに保形性が改善されていることが確認で
きた。
縁性フィラーの混入が増大しても抵抗比に低下がみられ
ないこと，さらに保形性が改善されていることが確認で
きた。
【００３９】
【表６】
【００４０】
【発明の効果】以上の説明の通り，本発明により昇温時
に保形性の良い有機ＰＴＣ複合材料及び，保形性並びに
抵抗比の大きい有機ＰＴＣ複合材料が提供できるように
なった。
に保形性の良い有機ＰＴＣ複合材料及び，保形性並びに
抵抗比の大きい有機ＰＴＣ複合材料が提供できるように
なった。
【図１】本発明の第１の実施の形態による有機ＰＴＣ複
合材料として高密度ポリエチレン，カーボンブラック，
アルミナ粉末の複合によるＰＴＣ特性の比較を示す図で
ある。
合材料として高密度ポリエチレン，カーボンブラック，
アルミナ粉末の複合によるＰＴＣ特性の比較を示す図で
ある。
【図２】本発明の第２の実施の形態による有機ＰＴＣ複
合材料として，ポリ塩化ビニル，カーボンブラック，リ
ン酸アルミニュウムの複合によるＰＴＣ特性の比較を示
す図である。
合材料として，ポリ塩化ビニル，カーボンブラック，リ
ン酸アルミニュウムの複合によるＰＴＣ特性の比較を示
す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態による有機ＰＴＣ複
合材料として，ポリエチレンテレフタレート，カーボン
ブラック，クリストバライトの複合によるＰＴＣ特性の
比較を示す図である。
合材料として，ポリエチレンテレフタレート，カーボン
ブラック，クリストバライトの複合によるＰＴＣ特性の
比較を示す図である。
１〜５ 曲線（試料Ａ−１〜Ａ−５） １１〜１５ 曲線（試料Ｂ−１〜Ｂ〜５） ２１〜２５ 曲線（試料Ｃ−１〜Ｃ−５）
Claims (3)
- 【請求項１】 熱可塑性の結晶性高分子，導電性フィラ
ー，及び絶縁性フィラーの配合よりなることを特徴とす
る有機ＰＴＣ複合材料。 - 【請求項２】 請求項１記載の有機ＰＴＣ複合材料にお
いて，前記絶縁性フィラーとして高分子の融点近傍に相
転位点を有しこの温度で急激な熱膨張係数の変化を示す
物質を用いることを特徴とする有機ＰＴＣ複合材料。 - 【請求項３】 請求項２記載の有機ＰＴＣ複合材料にお
いて，前記絶縁性フィラーとしてクリストバライト型二
酸化珪素（ＳｉＯ2 ）またはクリストバライト型リン酸
アルミニュウム（ＡｌＰＯ3 ）を用いたことを特徴とす
る有機ＰＴＣ複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7374497A JPH10270204A (ja) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | 有機ｐｔｃ複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7374497A JPH10270204A (ja) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | 有機ｐｔｃ複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10270204A true JPH10270204A (ja) | 1998-10-09 |
Family
ID=13527067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7374497A Withdrawn JPH10270204A (ja) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | 有機ｐｔｃ複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10270204A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1122211A1 (en) * | 2000-02-03 | 2001-08-08 | Ngk Insulators, Ltd. | PTC composite material |
| EP1253603A1 (en) * | 2000-02-01 | 2002-10-30 | Ube Industries, Ltd. | Conductive polymer composition and ptc element |
-
1997
- 1997-03-26 JP JP7374497A patent/JPH10270204A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1253603A1 (en) * | 2000-02-01 | 2002-10-30 | Ube Industries, Ltd. | Conductive polymer composition and ptc element |
| EP1253603A4 (en) * | 2000-02-01 | 2006-03-08 | Ube Industries | Conductive Polymer Composition and PTC Element |
| EP1122211A1 (en) * | 2000-02-03 | 2001-08-08 | Ngk Insulators, Ltd. | PTC composite material |
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| JPS6341731Y2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040601 |