JPH11144906A - Ｐｔｃ組成物 - Google Patents
Ｐｔｃ組成物Info
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- JPH11144906A JPH11144906A JP31225497A JP31225497A JPH11144906A JP H11144906 A JPH11144906 A JP H11144906A JP 31225497 A JP31225497 A JP 31225497A JP 31225497 A JP31225497 A JP 31225497A JP H11144906 A JPH11144906 A JP H11144906A
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- polymer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温で十分な保型性を持ち，定常状態（室
温）での抵抗値が十分低く，電流を流したときに発火せ
ず，高温動作毎の抵抗上昇が少ないＰＴＣ組成物を安価
に提供すること。 【解決手段】 ＰＴＣ組成物は，ポリマー成分及び金属
炭化物粉末を主成分とする電気抵抗が正の温度特性（Ｐ
ＴＣ）を示す複合組成物である。このＰＴＣ組成物にお
いて，前記金属炭化物粉末の成分比が前記複合組成物全
体の１０〜６０ｖｏｌ％である。また，ＰＴＣ組成物
は，前記ポリマー成分に対して有機過酸化物架橋剤を
０．０１〜３０ｗｔ％含む。
温）での抵抗値が十分低く，電流を流したときに発火せ
ず，高温動作毎の抵抗上昇が少ないＰＴＣ組成物を安価
に提供すること。 【解決手段】 ＰＴＣ組成物は，ポリマー成分及び金属
炭化物粉末を主成分とする電気抵抗が正の温度特性（Ｐ
ＴＣ）を示す複合組成物である。このＰＴＣ組成物にお
いて，前記金属炭化物粉末の成分比が前記複合組成物全
体の１０〜６０ｖｏｌ％である。また，ＰＴＣ組成物
は，前記ポリマー成分に対して有機過酸化物架橋剤を
０．０１〜３０ｗｔ％含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，ＰＴＣ（Positive
Temperature Coefficient：正温度係数）を有する導電
性組成物（以下，ＰＴＣ組成物と呼ぶ）を用いた導電性
樹脂組成物に関し，詳しくは，面状発熱体，電池，及び
電子機器等の異常発生時に流れる過電流を防止する過電
流保護素子に用いられるＰＴＣ組成物に関するものであ
る。
Temperature Coefficient：正温度係数）を有する導電
性組成物（以下，ＰＴＣ組成物と呼ぶ）を用いた導電性
樹脂組成物に関し，詳しくは，面状発熱体，電池，及び
電子機器等の異常発生時に流れる過電流を防止する過電
流保護素子に用いられるＰＴＣ組成物に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来からＰＴＣ特性を有するものとし
て，Ｙ2 Ｏ3 を微量添加したＢａＴｉＯ3 等の無機導電
性組成物（以下，セラミックＰＴＣ組成物と呼ぶ）や，
ポリエチレンのような結晶性高分子に導電性をもつカー
ボンブラック等の粉末を混練した有機導電性組成物（以
下，高分子ＰＴＣ組成物と呼ぶ）等が知られている。こ
こで，ＰＴＣ組成物とは，材料固有の抵抗値Ｒと素子に
流された電流値Ｉとで，いわゆるジュール熱加熱（Ｉ2
Ｒ加熱）により発熱し，そのため，ＰＴＣ組成物に比較
的大きな電流が流れると発熱が起こり，抵抗率が上昇す
るものを呼んでいる。
て，Ｙ2 Ｏ3 を微量添加したＢａＴｉＯ3 等の無機導電
性組成物（以下，セラミックＰＴＣ組成物と呼ぶ）や，
ポリエチレンのような結晶性高分子に導電性をもつカー
ボンブラック等の粉末を混練した有機導電性組成物（以
下，高分子ＰＴＣ組成物と呼ぶ）等が知られている。こ
こで，ＰＴＣ組成物とは，材料固有の抵抗値Ｒと素子に
流された電流値Ｉとで，いわゆるジュール熱加熱（Ｉ2
Ｒ加熱）により発熱し，そのため，ＰＴＣ組成物に比較
的大きな電流が流れると発熱が起こり，抵抗率が上昇す
るものを呼んでいる。
【０００３】上記ＰＴＣ組成物の内で，セラミックＰＴ
Ｃ組成物は，定常状態での抵抗率が１００Ω・ｃｍ程度
と高いために数Ａ程度の比較的大きな電流を流すことが
できない。このことは，セラミックＰＴＣ組成物が電池
や電子機器の異常発生時に流れる過電流を防止する過電
流保護素子には，用いることが出来ないことを意味して
いる。
Ｃ組成物は，定常状態での抵抗率が１００Ω・ｃｍ程度
と高いために数Ａ程度の比較的大きな電流を流すことが
できない。このことは，セラミックＰＴＣ組成物が電池
や電子機器の異常発生時に流れる過電流を防止する過電
流保護素子には，用いることが出来ないことを意味して
いる。
【０００４】一方，半導体材料は，通常温度上昇と共に
抵抗が小さくなるので，異常発生時には，過電流が流れ
易くなる。回路に過電流が流れた場合，環境温度は更に
上昇して発火を引き起こし，最悪の場合，火災に発展す
る恐れがある。
抵抗が小さくなるので，異常発生時には，過電流が流れ
易くなる。回路に過電流が流れた場合，環境温度は更に
上昇して発火を引き起こし，最悪の場合，火災に発展す
る恐れがある。
【０００５】従って，過電流保護素子としては，室温で
低抵抗であり，温度上昇と共に抵抗が増大して電流を制
限する特性が要求される。
低抵抗であり，温度上昇と共に抵抗が増大して電流を制
限する特性が要求される。
【０００６】また，セラミックＰＴＣ組成物は，所望形
状に加工成型することが困難であり，更に，耐衝撃性に
も問題があるため，一般的に面状発熱体や携帯機器用の
過電流保護素子には，用いられない。
状に加工成型することが困難であり，更に，耐衝撃性に
も問題があるため，一般的に面状発熱体や携帯機器用の
過電流保護素子には，用いられない。
【０００７】これに対して，結晶性高分子に導電性粉末
を混練した高分子ＰＴＣ組成物は，室温抵抗を低く設定
できること，加工，成型が容易であること，耐衝撃性に
優れていることから，過電流保護素子や面状発熱体等に
広く用いられている。
を混練した高分子ＰＴＣ組成物は，室温抵抗を低く設定
できること，加工，成型が容易であること，耐衝撃性に
優れていることから，過電流保護素子や面状発熱体等に
広く用いられている。
【０００８】ところで，過電流保護素子には，室温で概
ね２Ω・ｃｍ以下程度の十分小さな抵抗率であるという
特性が要求される。
ね２Ω・ｃｍ以下程度の十分小さな抵抗率であるという
特性が要求される。
【０００９】また，面状発熱体においても，室温抵抗が
高い場合，急激な発熱による取り扱い上の危険が生じ
る。
高い場合，急激な発熱による取り扱い上の危険が生じ
る。
【００１０】最も一般的な導電性粉末であるカーボンブ
ラック等の比較的粒径の小さな導電性粉末を用いた高分
子ＰＴＣ組成物においては，ポリマーマトリックスの結
晶融点より低い温度にある間は，導電性粒子はポリマー
マトリックスの非晶質領域にのみ存在し，導電性粒子相
互に接続されたネットワークを通って移動する電子によ
り低い抵抗率を示す。しかし，温度上昇によってポリマ
ーマトリックスが融解し始めると，ポリマーマトリック
スの粘度を保ったまま，非結晶相の体積が相対的に増加
し，更に，結晶相の融解で非晶質にのみ存在した導電粒
子がマトリックス全体に拡散するため，導電性粒間のネ
ットワークが切断され，抵抗率が急激に上昇する（正温
度特性）。その後，ＰＴＣ組成物の温度が常に戻ると，
導電性粒子は，ポリマーマトリックスの非晶質域に再び
集中し粒子間ネットワークが再編成されるため，低い抵
抗率を示す。
ラック等の比較的粒径の小さな導電性粉末を用いた高分
子ＰＴＣ組成物においては，ポリマーマトリックスの結
晶融点より低い温度にある間は，導電性粒子はポリマー
マトリックスの非晶質領域にのみ存在し，導電性粒子相
互に接続されたネットワークを通って移動する電子によ
り低い抵抗率を示す。しかし，温度上昇によってポリマ
ーマトリックスが融解し始めると，ポリマーマトリック
スの粘度を保ったまま，非結晶相の体積が相対的に増加
し，更に，結晶相の融解で非晶質にのみ存在した導電粒
子がマトリックス全体に拡散するため，導電性粒間のネ
ットワークが切断され，抵抗率が急激に上昇する（正温
度特性）。その後，ＰＴＣ組成物の温度が常に戻ると，
導電性粒子は，ポリマーマトリックスの非晶質域に再び
集中し粒子間ネットワークが再編成されるため，低い抵
抗率を示す。
【００１１】このような高分子ＰＴＣ組成物において
は，室温抵抗率を低下させるためには，ＰＴＣ組成物分
散させる導電性粉末分散量を増加させる必要がある。
は，室温抵抗率を低下させるためには，ＰＴＣ組成物分
散させる導電性粉末分散量を増加させる必要がある。
【００１２】しかし，室温抵抗率を低下させるために
は，高分子ＰＴＣ組成物において，カーボンブラック等
の比較的粒径の小さな導電性粉末の分散量を増加させる
と，ポリマーマトリックスの非晶質領域での部分的な導
電性粉末の凝集が起こり，そのため，部分的な導電経路
が形成される。そこへ正温度特性を生じさせるため比較
的大きな電流が流れると，以下に示す様なプロセスで，
高分子ＰＴＣ組成物の発火が生じる。
は，高分子ＰＴＣ組成物において，カーボンブラック等
の比較的粒径の小さな導電性粉末の分散量を増加させる
と，ポリマーマトリックスの非晶質領域での部分的な導
電性粉末の凝集が起こり，そのため，部分的な導電経路
が形成される。そこへ正温度特性を生じさせるため比較
的大きな電流が流れると，以下に示す様なプロセスで，
高分子ＰＴＣ組成物の発火が生じる。
【００１３】まず，高分子ＰＴＣ組成物の温度上昇す
る。次に，高分子ＰＴＣ組成物の平均抵抗率が上昇す
る。続いて，部分的導電経路（導電性粉末凝集部）への
電流の集中，或いは凝集部での絶縁破壊が発生する。結
局，部分的な異常発熱〜発火となる。
る。次に，高分子ＰＴＣ組成物の平均抵抗率が上昇す
る。続いて，部分的導電経路（導電性粉末凝集部）への
電流の集中，或いは凝集部での絶縁破壊が発生する。結
局，部分的な異常発熱〜発火となる。
【００１４】また，室温抵抗率を低下させるための他の
方法としては，高分子ＰＴＣ組成物に分散させる導電性
粉末を抵抗率の低い粉末に置き換えることも考えられ
る。例えば，金属粉末の抵抗率は，カーボンブラックの
約１／１０００程度である。しかし，ＰＴＣ組成物に導
電性粉末としてカーボンブラックの代わりに金属粉末を
分散させた場合，金属粉末自体の凝集により，前述と同
様な理由で，ＰＴＣ組成物に比較的大きな電流が流れた
場合に発火が生じる。また，金属導電性粉末を分散させ
たＰＴＣ組成物は，繰り返し動作毎に室温抵抗率が上昇
するという問題がある。このことは，金属導電性粉末を
分散させた高分子ＰＴＣ組成物が，繰り返しの使用に耐
えないことを意味している。
方法としては，高分子ＰＴＣ組成物に分散させる導電性
粉末を抵抗率の低い粉末に置き換えることも考えられ
る。例えば，金属粉末の抵抗率は，カーボンブラックの
約１／１０００程度である。しかし，ＰＴＣ組成物に導
電性粉末としてカーボンブラックの代わりに金属粉末を
分散させた場合，金属粉末自体の凝集により，前述と同
様な理由で，ＰＴＣ組成物に比較的大きな電流が流れた
場合に発火が生じる。また，金属導電性粉末を分散させ
たＰＴＣ組成物は，繰り返し動作毎に室温抵抗率が上昇
するという問題がある。このことは，金属導電性粉末を
分散させた高分子ＰＴＣ組成物が，繰り返しの使用に耐
えないことを意味している。
【００１５】更に，高分子ＰＴＣ組成物の抵抗率が急激
に立ち上がる温度（動作温度）は，一般的に高分子マト
リックスの融点によって決定される。即ち，高分子ＰＴ
Ｃ組成物の動作温度を変えるには，高分子マトリックス
自体を変えなければならない。このことは，高分子ＰＴ
Ｃ組成物の動作温度を任意に設定することが事実上不可
能なことを意味している。
に立ち上がる温度（動作温度）は，一般的に高分子マト
リックスの融点によって決定される。即ち，高分子ＰＴ
Ｃ組成物の動作温度を変えるには，高分子マトリックス
自体を変えなければならない。このことは，高分子ＰＴ
Ｃ組成物の動作温度を任意に設定することが事実上不可
能なことを意味している。
【００１６】以上からＰＴＣ組成物に要求される項目
は，定常状態（室温）での抵抗値が十分低く，電流を流
したときに発火せず，動作毎の抵抗上昇が少なく，動作
温度を任意に設定可能なことである。
は，定常状態（室温）での抵抗値が十分低く，電流を流
したときに発火せず，動作毎の抵抗上昇が少なく，動作
温度を任意に設定可能なことである。
【００１７】これに対して，本発明者らは，ポリマー成
分に導電性粉末として，金属炭化物粉末を分散させるこ
とが有効であることを見出し，すでに特許出願を行って
いる｛特願平９−１７９２０２号（以下，従来技術１と
呼ぶ），参照｝。
分に導電性粉末として，金属炭化物粉末を分散させるこ
とが有効であることを見出し，すでに特許出願を行って
いる｛特願平９−１７９２０２号（以下，従来技術１と
呼ぶ），参照｝。
【００１８】従来技術１には，次の発明が開示されてい
る。まず，金属炭化物粉末を分散させても，カーボンブ
ラックを分散させた場合と同等のＰＴＣ特性が得られ
る。また金属炭化物粉末を分散させた場合，金属炭化物
粉末がポリマーマトリックスの非晶質領域に集中せず，
また金属炭化物粉末自体の凝集も生じないため，室温抵
抗率を低下させるためトータルの導電性粉末分散量を増
加させても，部分的な導電経路が形成されず，電流を長
した際の発火が生じない。また，金属炭化物粉末を分散
させた高分子ＰＴＣ組成物は，繰り返し動作させても室
温抵抗率の顕著な上昇が観られない。
る。まず，金属炭化物粉末を分散させても，カーボンブ
ラックを分散させた場合と同等のＰＴＣ特性が得られ
る。また金属炭化物粉末を分散させた場合，金属炭化物
粉末がポリマーマトリックスの非晶質領域に集中せず，
また金属炭化物粉末自体の凝集も生じないため，室温抵
抗率を低下させるためトータルの導電性粉末分散量を増
加させても，部分的な導電経路が形成されず，電流を長
した際の発火が生じない。また，金属炭化物粉末を分散
させた高分子ＰＴＣ組成物は，繰り返し動作させても室
温抵抗率の顕著な上昇が観られない。
【００１９】また，高分子ＰＴＣ組成物のポリマー成分
として，融点が１００℃以上のポリエチエレンと，融点
が１００℃未満のコポリマーとを複合させ，金属炭化物
粉末を分散させた場合，ポリエチレンとコポリマーとの
複合比に応じて動作温度を２０〜１３０℃程度の範囲で
自由に設定可能である。
として，融点が１００℃以上のポリエチエレンと，融点
が１００℃未満のコポリマーとを複合させ，金属炭化物
粉末を分散させた場合，ポリエチレンとコポリマーとの
複合比に応じて動作温度を２０〜１３０℃程度の範囲で
自由に設定可能である。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】一般に，ＰＴＣ組成物
は，環境温度，もしくはジュール熱（Ｉ2 Ｒ）による自
己発熱により温度上昇し高抵抗率となる。
は，環境温度，もしくはジュール熱（Ｉ2 Ｒ）による自
己発熱により温度上昇し高抵抗率となる。
【００２１】従来技術１による高分子ＰＴＣ組成物は，
ポリマー成分を用いている。このよに，ポリマー成分を
用いたＰＴＣ組成物は，温度がポリマー成分の軟化点を
超えた場合に高抵抗率となる。そのため，高分子ＰＴＣ
組成物が高抵抗率となった場合，ポリマー成分の軟化を
伴う。ここで，ポリマー成分が軟化することは，即ち，
高分子ＰＴＣ組成物が容易に変形し，外部応力に対する
保型性を維持出来なくなることを意味する。このよう
に，高分子ＰＴＣ組成物が変形を生じた場合，当然その
抵抗率が変化するため安定した電気的特性が得られなく
なる。最悪の場合，高分子ＰＴＣ組成物に用いた外部電
極間の短絡が生じ，高分子ＰＴＣ組成物が実質的に機能
しなくなる。
ポリマー成分を用いている。このよに，ポリマー成分を
用いたＰＴＣ組成物は，温度がポリマー成分の軟化点を
超えた場合に高抵抗率となる。そのため，高分子ＰＴＣ
組成物が高抵抗率となった場合，ポリマー成分の軟化を
伴う。ここで，ポリマー成分が軟化することは，即ち，
高分子ＰＴＣ組成物が容易に変形し，外部応力に対する
保型性を維持出来なくなることを意味する。このよう
に，高分子ＰＴＣ組成物が変形を生じた場合，当然その
抵抗率が変化するため安定した電気的特性が得られなく
なる。最悪の場合，高分子ＰＴＣ組成物に用いた外部電
極間の短絡が生じ，高分子ＰＴＣ組成物が実質的に機能
しなくなる。
【００２２】それに対して，高分子ＰＴＣ組成物の外部
応力に対する保型性を向上させるために，架橋処理をす
ることが一般的に行われている。ここで，架橋処理と
は，直鎖状の高分子を化学的，物理的に結合させて三次
元化することを呼び，これｒｎいよって，高分子の高温
保型性，耐熱性，耐薬品性，及び耐ストレス性等が改善
される。
応力に対する保型性を向上させるために，架橋処理をす
ることが一般的に行われている。ここで，架橋処理と
は，直鎖状の高分子を化学的，物理的に結合させて三次
元化することを呼び，これｒｎいよって，高分子の高温
保型性，耐熱性，耐薬品性，及び耐ストレス性等が改善
される。
【００２３】現在，広く用いられている架橋処理するた
めの方法は，放射線架橋である。放射線架橋は，放射線
（電子線，γ線）のエネルギーにより励起されたラジカ
ルの再結合によるものであり，製品状態の樹脂に対して
架橋処理を行える製造上の利点がある。
めの方法は，放射線架橋である。放射線架橋は，放射線
（電子線，γ線）のエネルギーにより励起されたラジカ
ルの再結合によるものであり，製品状態の樹脂に対して
架橋処理を行える製造上の利点がある。
【００２４】しかし，放射線架橋は，電子線，γ線等を
用いて行うため，当然設備費は膨大なものとなり，コス
ト上の問題が生じる。
用いて行うため，当然設備費は膨大なものとなり，コス
ト上の問題が生じる。
【００２５】そこで，本発明の技術的課題は，高温で十
分な保型性を持ち，定常状態（室温）での抵抗値が十分
低く，電流を流したときに発火せず，高温動作毎の抵抗
上昇が少ないＰＴＣ組成物を安価に提供することにあ
る。
分な保型性を持ち，定常状態（室温）での抵抗値が十分
低く，電流を流したときに発火せず，高温動作毎の抵抗
上昇が少ないＰＴＣ組成物を安価に提供することにあ
る。
【００２６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，本発明者らは種々検討を行った結果，ポリマー成分
に導電性粉末として金属炭化物粉末を分散させ，有機過
酸化物架橋剤によって架橋処理することが有効であるこ
とを見出し，本発明を為すに至ったものである。
に，本発明者らは種々検討を行った結果，ポリマー成分
に導電性粉末として金属炭化物粉末を分散させ，有機過
酸化物架橋剤によって架橋処理することが有効であるこ
とを見出し，本発明を為すに至ったものである。
【００２７】即ち，本発明によれば，ポリマー成分及び
金属炭化物粉末を主成分とする電気抵抗が正の温度特性
（ＰＴＣ）を示す複合組成物であって，前記金属炭化物
粉末の成分比が前記複合組成物全体の１０〜６０ｖｏｌ
％であり，前記ポリマー成分に対して有機過酸化物架橋
剤を０．０１〜３０ｗｔ％含むことを特徴とするＰＴＣ
組成物が得られる。
金属炭化物粉末を主成分とする電気抵抗が正の温度特性
（ＰＴＣ）を示す複合組成物であって，前記金属炭化物
粉末の成分比が前記複合組成物全体の１０〜６０ｖｏｌ
％であり，前記ポリマー成分に対して有機過酸化物架橋
剤を０．０１〜３０ｗｔ％含むことを特徴とするＰＴＣ
組成物が得られる。
【００２８】また，本発明によれば，前記ＰＴＣ組成物
において，前記金属炭化物粉末は，ＴｉＣ，ＷＣ，Ｗ2
Ｃ，ＺｒＣ，ＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，Ｍｏ2 Ｃの内の少
なくとも一種からなることを特徴とするＰＴＣ組成物が
得られる。
において，前記金属炭化物粉末は，ＴｉＣ，ＷＣ，Ｗ2
Ｃ，ＺｒＣ，ＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，Ｍｏ2 Ｃの内の少
なくとも一種からなることを特徴とするＰＴＣ組成物が
得られる。
【００２９】さらに，本発明によれば，前記ＰＴＣ組成
物において，前記有機過酸化物架橋剤は，２，５−ジメ
チル−２，５−ジ−ｔ−ブチルパーオキシヘキサン（2,
5-dimetyl-2,5-di-t-butyl peroxy hexane) 及び２，５
−ジメチル−２，５−ｔ−ブチル−パーオキシルヘキサ
ン−３(2,5-dimetyl-2,5-t-butyl peroxyl hexane-3)の
内のいずれか一方を含むことを特徴とするＰＴＣ組成物
が得られる。
物において，前記有機過酸化物架橋剤は，２，５−ジメ
チル−２，５−ジ−ｔ−ブチルパーオキシヘキサン（2,
5-dimetyl-2,5-di-t-butyl peroxy hexane) 及び２，５
−ジメチル−２，５−ｔ−ブチル−パーオキシルヘキサ
ン−３(2,5-dimetyl-2,5-t-butyl peroxyl hexane-3)の
内のいずれか一方を含むことを特徴とするＰＴＣ組成物
が得られる。
【００３０】ここで，上記ポリマー成分及び金属炭化物
粉末を主成分とする電気抵抗が正の温度特性（ＰＴＣ）
を示す複合組成物への有機過酸化物架橋剤のＰＴＣ特性
への影響について述べれば，有機過酸化物架橋剤による
架橋処理を行っても，架橋処理を行わなくても，従来の
放射線架橋処理を行った場合と同等の特性が得られる。
粉末を主成分とする電気抵抗が正の温度特性（ＰＴＣ）
を示す複合組成物への有機過酸化物架橋剤のＰＴＣ特性
への影響について述べれば，有機過酸化物架橋剤による
架橋処理を行っても，架橋処理を行わなくても，従来の
放射線架橋処理を行った場合と同等の特性が得られる。
【００３１】しかし，本発明において，有機過酸化物架
橋剤による架橋処理を行った高分子ＰＴＣ組成物は，ポ
リマー成分の軟化点以上で外部応力による変形がなく，
繰り返し動作させても室温抵抗率の顕著な上昇が観られ
ない。また，有機過酸化物架橋剤による架橋処理を行っ
ているため，混練，成型装置以外の設備を必要とせず安
価に製造可能である。
橋剤による架橋処理を行った高分子ＰＴＣ組成物は，ポ
リマー成分の軟化点以上で外部応力による変形がなく，
繰り返し動作させても室温抵抗率の顕著な上昇が観られ
ない。また，有機過酸化物架橋剤による架橋処理を行っ
ているため，混練，成型装置以外の設備を必要とせず安
価に製造可能である。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下，本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【００３３】本発明の実施の形態によるＰＴＣ組成物か
らなるＰＴＣ素子は以下のように製造されている。
らなるＰＴＣ素子は以下のように製造されている。
【００３４】まず，ポリマー成分として融点が１３０℃
程度の結晶性高密度ポリエチレンに，融点が７０℃程度
のエチレン系コポリマーを，ポリエチレンに対する体積
比が０〜８０ｖｏｌ％となるようにロールミル上で１３
０〜２００℃程度の温度で加熱混練し複合した。得られ
たポリマー成分に，金属炭化物粉末をポリマー成分に対
して１０〜６０ｖｏｌ％となるようにロールミル上で加
熱混練し，ポリマー組成体を得た。ここで，金属炭化物
粉末としては，各々粒径が１〜５μｍ程度のＴｉＣ，Ｗ
Ｃ，Ｗ2 Ｃ，ＺｒＣ，ＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，Ｍｏ2 Ｃ
を夫々用いた。
程度の結晶性高密度ポリエチレンに，融点が７０℃程度
のエチレン系コポリマーを，ポリエチレンに対する体積
比が０〜８０ｖｏｌ％となるようにロールミル上で１３
０〜２００℃程度の温度で加熱混練し複合した。得られ
たポリマー成分に，金属炭化物粉末をポリマー成分に対
して１０〜６０ｖｏｌ％となるようにロールミル上で加
熱混練し，ポリマー組成体を得た。ここで，金属炭化物
粉末としては，各々粒径が１〜５μｍ程度のＴｉＣ，Ｗ
Ｃ，Ｗ2 Ｃ，ＺｒＣ，ＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，Ｍｏ2 Ｃ
を夫々用いた。
【００３５】次に，得られたポリマー組成体の混練物
に，有機過酸化物架橋剤を０．０１〜３０ｗｔ％の割合
で配合し，１３０〜１８０℃程度の温度で混練した。こ
こで，有機過酸化物としては，（ｉ）日本油脂（株）
製，パーヘキサ２５Ｂ（2,5-dimetyl-2,5-di-t-butyl p
eroxy hexane) ，(ii)日本油脂（株）製，パーヘキシン
２５Ｂ（2,5-dimetyl-2,5-di-t-butyl peroxyl hexane-
3)の２種類を用いた。
に，有機過酸化物架橋剤を０．０１〜３０ｗｔ％の割合
で配合し，１３０〜１８０℃程度の温度で混練した。こ
こで，有機過酸化物としては，（ｉ）日本油脂（株）
製，パーヘキサ２５Ｂ（2,5-dimetyl-2,5-di-t-butyl p
eroxy hexane) ，(ii)日本油脂（株）製，パーヘキシン
２５Ｂ（2,5-dimetyl-2,5-di-t-butyl peroxyl hexane-
3)の２種類を用いた。
【００３６】得られた組成体を粉末化した後，Ｎｉ箔の
間に挟んだ状態で有機過酸化物架橋剤の反応温度〜２５
０℃程度の温度で加熱圧縮成形することによって，厚さ
１ｍｍの成型体を得，外径１５ｍｍ，内径１０．６ｍｍ
のリング状に打ち抜き，高分子ＰＴＣ素子を得た。
間に挟んだ状態で有機過酸化物架橋剤の反応温度〜２５
０℃程度の温度で加熱圧縮成形することによって，厚さ
１ｍｍの成型体を得，外径１５ｍｍ，内径１０．６ｍｍ
のリング状に打ち抜き，高分子ＰＴＣ素子を得た。
【００３７】ここで，高分子ＰＴＣ素子の目標特性は，
室温抵抗が前述の様に２Ω・ｃｍ以下であること，抵抗
率が急激に上昇した後（スイッチング後）の抵抗率と室
温での抵抗率の比（スイッチング後Ｒ／室温Ｒ）が，過
電流保護素子として十分動作し，かつ，面状発熱対とし
て十分使用可能である１０4 以上であることとした。ま
た，高温保型性については，高分子ＰＴＣ素子をポリマ
ー成分の融点以上の温度とし，５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を
かけた場合，ポリマー成分の変形によるＰＴＣ組成物面
積（変形後面積／変形前面積）が，実質的にＰＴＣとし
ての機能を保ち得る０．５％以下であることとした。ま
た，高分子ＰＴＣ素子を繰り返しスイッチングさせた際
の室温抵抗率目標値は，５００回スイッチング後にも２
Ω・ｃｍを上回らないこととした。
室温抵抗が前述の様に２Ω・ｃｍ以下であること，抵抗
率が急激に上昇した後（スイッチング後）の抵抗率と室
温での抵抗率の比（スイッチング後Ｒ／室温Ｒ）が，過
電流保護素子として十分動作し，かつ，面状発熱対とし
て十分使用可能である１０4 以上であることとした。ま
た，高温保型性については，高分子ＰＴＣ素子をポリマ
ー成分の融点以上の温度とし，５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を
かけた場合，ポリマー成分の変形によるＰＴＣ組成物面
積（変形後面積／変形前面積）が，実質的にＰＴＣとし
ての機能を保ち得る０．５％以下であることとした。ま
た，高分子ＰＴＣ素子を繰り返しスイッチングさせた際
の室温抵抗率目標値は，５００回スイッチング後にも２
Ω・ｃｍを上回らないこととした。
【００３８】図１は上記高分子ＰＴＣ素子の温度と抵抗
率の測定結果を示す図で，併せて比較例による高分子Ｐ
ＴＣ素子の温度と抵抗率の測定結果も示している。測定
はオイルバス中４短針法で行い，抵抗率測定にはティジ
タルマルチメータを用いている。
率の測定結果を示す図で，併せて比較例による高分子Ｐ
ＴＣ素子の温度と抵抗率の測定結果も示している。測定
はオイルバス中４短針法で行い，抵抗率測定にはティジ
タルマルチメータを用いている。
【００３９】図１から分かるように，曲線２〜４（３及
び５は本発明例，２及び４は比較例）に示される高密度
ポリエチレンに金属炭化物粉末を分散させた高分子ＰＴ
Ｃ素子は，有機過酸化物架橋剤による架橋処理の有無に
関わらず室温での抵抗率が＜２Ω・ｃｍと目標を下回
り，かつ温度−抵抗曲線の挙動は，曲線１（比較例）に
示されるカーボンブラックのみを分散させた素子とほぼ
同等で，抵抗率の比はスイッチング後Ｒ／室温Ｒ＞１０
8 と目標を大きく上回っている。
び５は本発明例，２及び４は比較例）に示される高密度
ポリエチレンに金属炭化物粉末を分散させた高分子ＰＴ
Ｃ素子は，有機過酸化物架橋剤による架橋処理の有無に
関わらず室温での抵抗率が＜２Ω・ｃｍと目標を下回
り，かつ温度−抵抗曲線の挙動は，曲線１（比較例）に
示されるカーボンブラックのみを分散させた素子とほぼ
同等で，抵抗率の比はスイッチング後Ｒ／室温Ｒ＞１０
8 と目標を大きく上回っている。
【００４０】図２は上記ＰＴＣ素子に１０Ａ（５０Ｖ）
の電流を繰り返し通電した際の素子動作後の抵抗率の変
化を示す図で，併せて比較例も示している。図２から分
かるように，カーボンブラックのみを２０ｖｏｌ％分散
させた素子（曲線６，比較例）は，繰り返し通電後の抵
抗率の変化は少ないが，初期の室温抵抗が目標値より高
い。また，カーボンブラックのみを３０ｖｏｌ％分散さ
せた素子（曲線７，比較例）は，初期の室温抵抗は，２
Ω・ｃｍ以下であるが１回目の通電で発火した。
の電流を繰り返し通電した際の素子動作後の抵抗率の変
化を示す図で，併せて比較例も示している。図２から分
かるように，カーボンブラックのみを２０ｖｏｌ％分散
させた素子（曲線６，比較例）は，繰り返し通電後の抵
抗率の変化は少ないが，初期の室温抵抗が目標値より高
い。また，カーボンブラックのみを３０ｖｏｌ％分散さ
せた素子（曲線７，比較例）は，初期の室温抵抗は，２
Ω・ｃｍ以下であるが１回目の通電で発火した。
【００４１】これに対して，金属炭化物粉末を分散させ
た素子（曲線８〜１０，８は比較例，９及び１０は本発
明）は，有機過酸化物架橋剤による架橋処理の有無に関
わらず室温抵抗率＜２Ω・ｃｍと目標値を下回り，かつ
繰り返し通電後も，＜２Ω・ｃｍと室温抵抗目標値内を
維持した。
た素子（曲線８〜１０，８は比較例，９及び１０は本発
明）は，有機過酸化物架橋剤による架橋処理の有無に関
わらず室温抵抗率＜２Ω・ｃｍと目標値を下回り，かつ
繰り返し通電後も，＜２Ω・ｃｍと室温抵抗目標値内を
維持した。
【００４２】図１及び図２はこの高分子ＰＴＣ素子の温
度と抵抗率の測定結果，１０Ａ（５０Ｖ）の電流を繰り
返し通電した際の素子動作後の抵抗率の変化を夫々示し
ている。
度と抵抗率の測定結果，１０Ａ（５０Ｖ）の電流を繰り
返し通電した際の素子動作後の抵抗率の変化を夫々示し
ている。
【００４３】また，下記表１に，ＰＴＣ組成物における
金属炭化物粉末分散量，及びポリエチレンに対するコポ
リマー複合比を変化させた場合に，高分子ＰＴＣ素子を
スイッチング（１０Ａ（５０Ｖ）通電）させた際の特性
を示した。
金属炭化物粉末分散量，及びポリエチレンに対するコポ
リマー複合比を変化させた場合に，高分子ＰＴＣ素子を
スイッチング（１０Ａ（５０Ｖ）通電）させた際の特性
を示した。
【００４４】
【表１】
【００４５】上記表１に示すように，導電性粉末の分散
量が１０ｖｏｌ％未満の場合，室温抵抗率が目標に達せ
ず，一方，導電性粉末分散量が６０ｖｏ１％を上回る
と，室温抵抗が著しく低下し通電時の素子動作現象がみ
られなくなるため，導電性粉末の分散量が１０〜６０ｖ
ｏｌ％が好ましいことが判明した。また，コポリマー複
合比が８０ｖｏｌ％を上回ると，室温抵抗率が目標に達
しないため好ましくない。
量が１０ｖｏｌ％未満の場合，室温抵抗率が目標に達せ
ず，一方，導電性粉末分散量が６０ｖｏ１％を上回る
と，室温抵抗が著しく低下し通電時の素子動作現象がみ
られなくなるため，導電性粉末の分散量が１０〜６０ｖ
ｏｌ％が好ましいことが判明した。また，コポリマー複
合比が８０ｖｏｌ％を上回ると，室温抵抗率が目標に達
しないため好ましくない。
【００４６】下記表２にＰＴＣ組成物における架橋剤の
量と素子の特性との関係を示した。
量と素子の特性との関係を示した。
【００４７】
【表２】
【００４８】上記表２に示すように，架橋剤の量が０．
０１ｗｔ％未満の場合，十分な高温保型性が確保され
ず，高分子ＰＴＣ素子をポリマー成分の融点以上の温度
とし，５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力をかけた場合，ポリマー成
分の変形量変形後面積／変形前面積＞０．５％となり，
一方，架橋剤量が３０ｗｔ％を超えると室温抵抗率が増
加し＞２Ω・ｃｍとなるために好ましくなく，架橋剤量
が０．０１〜３０ｗｔ％の範囲が好ましいことが判明し
た。
０１ｗｔ％未満の場合，十分な高温保型性が確保され
ず，高分子ＰＴＣ素子をポリマー成分の融点以上の温度
とし，５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力をかけた場合，ポリマー成
分の変形量変形後面積／変形前面積＞０．５％となり，
一方，架橋剤量が３０ｗｔ％を超えると室温抵抗率が増
加し＞２Ω・ｃｍとなるために好ましくなく，架橋剤量
が０．０１〜３０ｗｔ％の範囲が好ましいことが判明し
た。
【００４９】下記表３に，各金属炭化物と高分子ＰＴＣ
組成物の特性の関係を示した。
組成物の特性の関係を示した。
【００５０】
【表３】
【００５１】上記表３に示すように，いずれの金属炭化
物粉末を用いても，目標を達成した高分子ＰＴＣ組成物
が得られることが判明した。
物粉末を用いても，目標を達成した高分子ＰＴＣ組成物
が得られることが判明した。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
ポリマー成分，金属炭化物粉末を主成分ＰＴＣ組成物
に，ＰＴＣ組成物のポリマー成分に対して有機過酸化物
架橋剤を０．０１〜３０ｗｔ％添加させて架橋処理を行
うことによって，高温で十分な保型性を持ち，定常状態
（室温）での抵抗値が十分低く，電流を流したときに発
火せず，高温動作毎の抵抗上昇が少なく，安価に製造可
能なＰＴＣ組成物が得られる。
ポリマー成分，金属炭化物粉末を主成分ＰＴＣ組成物
に，ＰＴＣ組成物のポリマー成分に対して有機過酸化物
架橋剤を０．０１〜３０ｗｔ％添加させて架橋処理を行
うことによって，高温で十分な保型性を持ち，定常状態
（室温）での抵抗値が十分低く，電流を流したときに発
火せず，高温動作毎の抵抗上昇が少なく，安価に製造可
能なＰＴＣ組成物が得られる。
【図１】本発明の実施に形態による高分子ＰＴＣ組成物
からなるＰＴＣ素子の温度と抵抗率の測定結果を示す図
で，併せて比較例による高分子ＰＴＣ素子の温度と抵抗
率の測定結果も示している。
からなるＰＴＣ素子の温度と抵抗率の測定結果を示す図
で，併せて比較例による高分子ＰＴＣ素子の温度と抵抗
率の測定結果も示している。
【図２】本発明の実施の形態によるＰＴＣ素子に１０Ａ
（５０Ｖ）の電流を繰り返し通電した際の素子動作後の
抵抗率の変化を示す図で，併せて比較例も示している。
（５０Ｖ）の電流を繰り返し通電した際の素子動作後の
抵抗率の変化を示す図で，併せて比較例も示している。
Claims (3)
- 【請求項１】 ポリマー成分及び金属炭化物粉末を主成
分とする電気抵抗が正の温度特性（ＰＴＣ）を示す複合
組成物であって，前記金属炭化物粉末の成分比が前記複
合組成物全体の１０〜６０ｖｏｌ％であり，前記ポリマ
ー成分に対して有機過酸化物架橋剤を０．０１〜３０ｗ
ｔ％含むことを特徴とするＰＴＣ組成物。 - 【請求項２】 請求項１記載のＰＴＣ組成物において，
前記金属炭化物粉末は，ＴｉＣ，ＷＣ，Ｗ2 Ｃ，Ｚｒ
Ｃ，ＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，Ｍｏ2 Ｃの内の少なくとも
一種からなることを特徴とするＰＴＣ組成物。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載のＰＴＣ組成物にお
いて，前記有機過酸化物架橋剤は，２，５−ジメチル−
２，５−ジ−ｔ−ブチルパーオキシヘキサン及び２，５
−ジメチル−２，５−ｔ−ブチル−パーオキシルヘキサ
ン−３の内のいずれか一方を含むことを特徴とするＰＴ
Ｃ組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31225497A JPH11144906A (ja) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | Ｐｔｃ組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31225497A JPH11144906A (ja) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | Ｐｔｃ組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11144906A true JPH11144906A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=18027031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31225497A Withdrawn JPH11144906A (ja) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | Ｐｔｃ組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11144906A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001006521A1 (fr) * | 1999-07-16 | 2001-01-25 | Kabushiki Kaisha Tokin | Dispositif a coefficient de temperature positif et son procede de fabrication |
-
1997
- 1997-11-13 JP JP31225497A patent/JPH11144906A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001006521A1 (fr) * | 1999-07-16 | 2001-01-25 | Kabushiki Kaisha Tokin | Dispositif a coefficient de temperature positif et son procede de fabrication |
| EP1126478A1 (en) * | 1999-07-16 | 2001-08-22 | Kabushiki Kaisha Tokin | Ptc device and method for producing the same |
| EP1126478A4 (en) * | 1999-07-16 | 2002-01-09 | Tokiin Corp | POSITIVE TEMPERATURE COEFFICIENT DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF |
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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: 20050201 |