JPS6140360A - 導電性樹脂組成物および該組成物を用いた電流制限素子 - Google Patents

導電性樹脂組成物および該組成物を用いた電流制限素子

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JPS6140360A
JPS6140360A JP16216084A JP16216084A JPS6140360A JP S6140360 A JPS6140360 A JP S6140360A JP 16216084 A JP16216084 A JP 16216084A JP 16216084 A JP16216084 A JP 16216084A JP S6140360 A JPS6140360 A JP S6140360A
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JP
Japan
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graphite
current limiting
limiting element
composition
carbon black
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JP16216084A
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English (en)
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Akio Yamaguchi
山口 章夫
Koji Suzuki
弘二 鈴木
Yozo Nagai
陽三 長井
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Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/02Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
    • H01C7/027Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient consisting of conducting or semi-conducting material dispersed in a non-conductive organic material

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  • Electromagnetism (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
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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) 本発明は正の抵抗温度係数を有する(所謂「PTC特性
」)導電性樹脂組成物および該組成物の有するPTC特
性を利用する電流制限素子に関する。
(従来の技術) 従来、電気回路の保護には過電流による溶断作用を利用
する電流ヒユーズが多用されているが、このヒユーズは
再度使用することができない欠点がある。
又、近年、チタン酸バリウムを主成分とする磁気系PT
Cサーミスタが市販されるようになったが、この磁気系
サーミスタは初期抵抗値が高く(通常、20℃の抵抗値
が10000Ω−mより高い)、また小型のものが得ら
れないため、小型化を指向している電子回路の保護用と
しては不向きである。
一方、s可m性樹脂にニッケル、タングステン、モリブ
デンのような金属粒子gよびカーボンプラツクを配合し
た組成物が特開昭156−161464号公報に開示さ
れている。この組成物によシ得られるサーミスタは実用
温度範囲における抵抗上昇が大きく、電気回路、電子回
路の電流制限素子として用いた場合、雰囲気温度や自己
発熱によシ抵抗値が変動し易いので、回路設計に支障が
あった。
(発明が解決しようとする問題点) 電気・電子回路保護用の電流制限素子は、被保護回路と
直列に接続され、通常状態では、被保護回路の抵抗に応
じた電流(1)が該素子にも流れ、素子(抵抗値R)に
I”Hのジーール熱が発生する。
素子の温度は雰囲気温度等の環境条件と放熱条件とこの
ジーール熱とが平衡し、一定温度に保たれる。
−1、素子は正の抵抗温度特性を有しているため、平衡
温度時の固有抵抗値は、初期抵抗値に比して増加してい
るが、平衡温度時の抵抗値が初期抵抗値に比べて大きく
なりすぎると被保護回路への電流値が減少してしまい通
常状態で限流状態におちいることがしばしばあった。
他方、初期抵抗値を低くした場合には上記の欠点は無く
なるが、被保護回路の電流値(即ち素子の電流)が限流
しない範囲が存在する。しかし、短絡等で異常電流が流
れた場合電流制限素子がジーール熱を利用する以上、抵
抗値の大きさに発熱量が依存するため、被保護回路に適
した抵抗温度特性を有する組成物が必要であった。しか
るに、一方で実際の被保護回路の抵抗値、電流制限素子
に作用する電圧はまちまちであ如、かような種々の条件
に適応し得る電流制限素子の出現が待望されている。
(問題点を解決するための手段) 本発明者達は上記現状に鑑み鋭意検討の結果、熱可塑性
樹脂に対し特定量の導電性粒子を混合するに際し、導電
性粒子として特定範囲の表面積を有するカーボンブラッ
クと特定数値以下の平均粒子径を有するグラフ1イトを
用いること、および導電性粒子合計量中に占めるグラフ
ァイトの割合を特定範囲とすることによシ、初期抵抗値
が低く且つ所定温度において抵抗値が急速に増加し得る
ことを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
即ち、本発明は熱可塑性樹脂100重量部に対し導電性
粒子40〜100重量部が配合されており、前記導電性
粒子は表面Wt20〜100m”、#のカーボンブラッ
クおよび平均粒子径10μ想以下のグラファイトであり
、該グラファイトは導電性粒子合計量に占める存在比が
0.1〜0.6とされていることを特徴とする導電性樹
脂組成物に係るものである。
また、本発明の他の態様は上記導電性樹脂組成物から成
る成形物の表面に互い隔離された2個以上の電極が設け
られて成るPTC電流制限素子に係るものである。
本発明に係る電流制限素子は、例えば熱可塑性樹脂、カ
ーボンブラックおよびグラファイトの所定量をミキシン
グロールで均一に混練し、この混合物をシート状、フィ
ルム状、板状等の所定形状に成形し、この成形物の表面
に互い隔離された2個以上の電極を設ける方法等によル
得ることができる。
この電流制限素子は初期抵抗値、即ち20℃における固
有抵抗値(Rや)が1〜10000Ω−口と低く、また
R(TP−20) /R,が1〜10で、且つRTp 
/R。
が少なくとも1000を示すものである。なお、TPは
電流制限素子が最大抵抗値即ち、ピーク抵抗値(RTP
 )を示す温度(℃)を、R(TP−2゜)は温度TP
(℃)よりも20℃低い温度における固有抵抗値を各々
示している。
本発明の如き、PTC特性を有する電流制限素が理想的
であるが、現実には、TPよシ低い温度から抵抗の上昇
が始まるのが通常である。PTC電流制限素子の良否を
判定する上で、TPよル低い温度(T、)での抵抗値と
、R,の比即ち、抵抗温度特性に於て20℃から(TP
−T、)の温度範囲の抵抗上昇勾配と、R,とTPO温
度時での抵抗値(RTP)の比、即ち抵抗変化倍数を示
すのか最も通常用いられる手段である。ここでLが10
℃以下では、現実的に急峻に抵抗上昇が始まる領域に入
つてしまい良否判定の基礎とするには不都合であり、ま
たT、が30℃以上では、TPで急峻に抵抗値が上昇す
る事を示す道標としては、余りにもTPと差が1>すぎ
るため、Lを20℃とした。
従って、R(TP−20)/亀は、20℃〜(TP−2
0)℃間の抵抗上昇の勾配を示し、RTP/R#は、2
0℃時の抵抗値とTP時の抵抗値の比即ち、抵抗の変化
倍数を示すものである。
R(TP−20)/I−の値が1未満の場合は、温度上
昇で抵抗値がR9に比較して小さくなり、負の抵抗温度
係数を示すことになり、PTC素子に課電した場合、#
ン賑に伴って抵抗値が下がり、電流が増加するという甚
だ不都合な結果となる。さらに10を超える場合、実用
時の素子の温度変化によシ、著るしく抵抗値が変化する
ことになシ、素子を応用した電気回路の設計が非常に困
難になる。場合によっては、素子温度を一定に保つ付滞
装置が必要になることもある。
又、RTP/R4oは出来るだけ大きい方がよいが、1
000未満では実用特電流を流した場合、自己発熱によ
シ温度域昇が生じて素子の許容温度を超えることがらシ
、また素子自体は抵抗の温度変化を利用するものであり
、抵抗変化倍数の小さいものが長くなfi、100^(
1える場合は電極が大きくなる。
次に、図面により本発明に係る電流制限素子の実例を説
明する。第1図〜第4図は電流制限素子の実例を示して
おり、第1図においては導電性樹脂組成物から成るシー
ト状の成形物1(電流制限素子本体)の表面および裏面
の全面を覆うように銅箔のような金属箔電極2.3が熱
融着、導電性接着剤による接着等の手段によシ設けられ
ている。
第2図および第3図は他の実例を示しており、第2図は
成形物1の表面の両側端に沿って帯状の電極2.3が設
けられ、第3図においては成形物1の表面および裏面に
各々帯状の電極2.3が設けられている。
第4図は更に他の実例を示しており、成形物lの表面の
両側端に沿って帯状の電極2.3が設けられると共に裏
面にはその全面を覆う電極4が設けられている。
本発明において、熱可塑性樹脂は特に制限されることな
く種々のものが使用できるが、実用上ポリエチレン、エ
チレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エ
チル共重合体等が好ましいものである。この熱可塑性樹
脂は電子線照射等によシ架橋することができる。
この熱可塑性樹脂には導電性粒子としてカーボンブラッ
クおよびグラファイト両者の合計量が、樹脂100重量
部に対し40〜100重量部になるよう配合される。導
電性粒子の配合量が少なすぎると初期抵抗値が高くなシ
、また配合量が多過ぎると樹脂組成物をシート状等の所
定形状に成形した場合、該成形物の機械的強度が小さく
なるので、いずれも好ましくない。
本発明においては、上記のように導電性粒子として、カ
ーボンブラックおよびグラファイトの両者が併用される
が、グラファイトは導電性粒子合計量中に占める存在比
が0.1〜0.6とされる。グラファイトの存在比が0
.1に満たない場合には、R。
およびR(TP−2゜)/R3が大きく、存在比が0゜
6を超えるとRTP/R,が小さくなるのでいずれも好
ましくない。なお、グラファイトの存在比は下記式によ
り算出する。
また、本発明において用いるカーボンブラックは表面積
が20〜100m/P (BET法による測定値)であ
り、グラファイトは平均粒子径が10μm以下である。
カーボンブラックの表面積が20flI/fよシも小さ
い場合には、該カーボンブラックの容量がかさばシ、樹
脂およびグラファイトとの均一混合が困難になるばか夛
でなく、この゛混合物を成形しても実用的な機械的強度
を有する成形物が得られず、100ne/lを超えると
RTP/R,が小さくなるのでいずれも好ましく外い。
また、グラファイトの平均粒子径が10μmよりも大き
いと、R(TP−20)/R2oが大きくなるので好ま
しくない。
(実施例) 以下、実施例によシ本発明を更に詳細に説明する。なお
、実施例中の[部]は「重量部]である。
実施例 高密度ポリエチレンペレット(三片石油化学社製、商品
名H2−5300B)100部に対し、i面m45d/
fのカーボンブラック40部および平均粒子径4μmの
グラファイト30部を温度165℃のミキシングロール
によシ30分間混練する(ポリエチレンを溶融せしめる
と共に王者を均一に混合する)。
の後、圧力51w/dに保持したまま室温まで冷却し、
厚さ0.5鶏、縦および横が各々20c+y+のシート
状成形物を得る。
このシート状物に10 Mradの電子線を照射してポ
リエチレンを架橋した後、表裏両面に厚さ0.5sm+
縦および横が各々20tMの銅箔を配置し、温度165
℃、圧力5kg/dの条件で熱融着せしめた後冷却し、
第1図と同構造の電流制限素子(試料番号1)を得た。
更に、カーボンブラックおよびグラファイトの配合量、
カーボンブラックの表面積、グラファイトの平均粒子径
を第1表に示すように設定する以外は全て試料番号lの
場合と同様に作業して、試料番号2〜7の電流制限素子
を得た。
なお、カーボンブラックおよびグラファイトは各々下記
のものを用いた。
(カーボンブラック) 平均粒子径4μm・・東洋カーボン社製、商品名  A
T宛30 平均粒子径25μm・・・東洋カーボン社製、商品名 
 AT  總lO 平均粒子径45μm・・・東洋カーボン社製、商品名 
 ATffi5 (グラファイト) 表面積 8d/l・・・コロンビアカーボン社製、商品
名 RAVEN MT−P 表面積30d/l・・・東海カーボン社製、商品名5E
AST−5 表”面積、45d/l・・・コロンビアカーボン社製、
商品名 RAVEN 14 表面積85dl?・・・東海カーボン社製、商品名5E
AST−3 表面積I40m”/f・・・キャボット社製、商品名V
ULCAN 9 表面積1400dl ?・・・キャボノト社製、商品名
BP−2000 これら電流制限素子におけるR20% R(TP−20
)、R7pgよびTPの測定データ、これらデータに基
いて算出したR(TP−2゜)/Rゎ、RTP/R21
1の値を第1表に示す。なお、島、R(TP−20)お
よびR丁PIlはディジタルマルチメーターにて測定し
た。
比較のため、カーボンブラックの平均粒子径、グラファ
イトの表面積および両者の配合量を第1表に示すように
設定する以外は、全て試料番号1と同様に作業して得た
試料番号8〜16の電流制限素子のデータを同時に示す
(発明の効果) 本発明は上記実施例からも判るように、初期抵抗値(R
ゎ)が低いばかりでなく、R(TP−2o)/ちが小さ
く且つRTP/R,が大きく、顕著なPTC特性を示す
特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図はいずれも本発明に係る電流制限素子の
実例を示す側面図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)熱可塑性樹脂100重量部に対し導電性粒子40
    〜100重量部が配合されており、前記導電性粒子は表
    面積20〜100m^2/gのカーボンブラックおよび
    平均粒子径10μm以下のグラファイトであり、該グラ
    ファイトは導電性粒子合計量に占める存在比が0.1〜
    0.6とされていることを特徴とする導電性樹脂組成物
  2. (2)熱可塑性樹脂100重量部に対し導電性粒子40
    〜100重量部が配合されており、前記導電性粒子は表
    面積20〜100m^2/gのカーボンブラックおよび
    平均粒子径10μm以下のグラファイトであル、該グラ
    ファイトは導電性粒子合計量に占める存在比が0.1〜
    0.6とされた導電性樹脂組成物が所定形状に成形され
    ており、該成形物表面に互い隔離された2個以上の電極
    が設けられていることを特徴とする電流制限素子。
JP16216084A 1984-07-31 1984-07-31 導電性樹脂組成物および該組成物を用いた電流制限素子 Pending JPS6140360A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010513685A (ja) * 2006-12-20 2010-04-30 ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレイティド ワイヤ及びケーブルを調製するための半導電体ポリマー組成物
JP2017535964A (ja) * 2014-11-17 2017-11-30 ヘンケル・アクチェンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト・アウフ・アクチェンHenkel AG & Co. KGaA 正の温度係数組成物

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS568443A (en) * 1979-07-03 1981-01-28 Hitachi Cable Ltd Electrically conductive polymer composition having positive temperature coefficient characteristic and heater employing the same

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