JPS63107104A - Ｐｔｃ組成物、その製造法およびｐｔｃ素子 - Google Patents

Ｐｔｃ組成物、その製造法およびｐｔｃ素子

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JPS63107104A
JPS63107104A JP61253490A JP25349086A JPS63107104A JP S63107104 A JPS63107104 A JP S63107104A JP 61253490 A JP61253490 A JP 61253490A JP 25349086 A JP25349086 A JP 25349086A JP S63107104 A JPS63107104 A JP S63107104A
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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、電気材料、その製造法、その用途に関し、よ
り詳細には、温度上昇に伴って比較的狭い温度領域で電
気抵抗が急増する性質［ＰＴＣ特性（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ
　ＬｅｍｐｅｒａＬｕｒｅ　ｃｏｅｒｒｉｃＩｅｎＬ　
）　］を宜する材料組成物、すなわち、ＰＴＣ組成物に
関する。
〔従来の技術〕
ＰＴＣ組成物は、一定の温度に上昇すると発熱が止まる
ヒータ、正特性サーミスタ（ＰＴＣＴｌｌＥｌ？ＭＩＳ
ＴＥＲ）　、感熱センサ、電池などを含む回路が短絡し
たときその抵抗値増大のため回路に流れる電流を所定の
電流以下に制限し、他方その短絡が取除かれたとき復帰
する回路保護素子などに利用することかできる。ＰＴＣ
組成物として現在種々の物質か開発され、従来から、例
えば、ＢａＴｉＯ３に１価または３価の金属酸化物を添
加したもの、また、ポリエチレン、エチレン−アクリル
酸共重合体などの重合体にカーボンブラックなどの導電
性粒子が均一に分散されたものがある。
このＰＴＣ組成物の製造法は、一般的に、重合体として
用いる１種またはそれ以上の樹脂に必要量のカーボンブ
ラックを添加して混練することからなる。
更に、ＰＴＣ組成物を利用するものとして、例えば、こ
の組成物を金属電極板で挟持するＰＴＣ素子がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ＰＴＣ素子などに用いるＰＴＣ組成物として好ましい特
性は、高温で抵抗値（ピーク抵抗）が大きいことと共に
、室温で低い抵抗値（室温抵抗）を宜すること、すなわ
ち、ピーク抵抗／室温抵抗の高い比を得ることである。
さらに、安全性の高い素子を得るために電極間での短絡
等を起こさないよう電極間隔を広くすることが望ましい
。
しかしながら、従来のＰＴＣ組成物、およびその製造法
では、安全性の高い素子を作成しようと電極間のＰＴＣ
組成物の厚みを大きくしても、厚みに比例して必ずしも
高いピーク抵抗値が得られず、ある厚み以上では飽和し
てしまうという問題点がある。
本発明は、上述の背景に基づいてなされたものであり、
その目的とするところは、高い信頼性を有するＰＴＣ組
成物およびそれを製造することのできる方法を提供する
ことである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者は、上述の目的達成のために種々の試験・１ｔ
ＪＦ究の結果、重合体に適量の熱伝導性粒子を混練すれ
ば、ＰＴＣ特性が良好な組成物が得られるとの知見を得
て、本発明を完成するに至った。
すなわち、この発明によるＰＴＣ組成物は、重合体と、
該重合体に分散された室温導電率１０２（Ｓ／ｍ）以−
にの導電性粒子５〜４０容量％と、該重合体に分散され
た室温導電率１０’（Ｓ／ｍ〕以下熱伝導率２０〔Ｗ／
ｍ−Ｋ〕以上の熱伝導性粒子０，２〜２０容量％とを含
むことを特徴とするものである。
この発明のＰＴＣ組成物の好ましい態様として、この熱
伝導性粒子を、シリコン、ＳｉＣ。
Ｓｉ３Ｎ４、ベリリア、セレンおよびアルミナからるも
のである。
選ばれた少なくとも一種の物質からなるものとすること
ができる。
この発明のＰＴＣ組成物の好ましい態様として、この熱
伝導性粒子を、１〜２００μｍの平均粒径を有するもの
とすることができる。
この発明の別の態様として、このＰＴＣ組成物の製造法
は、重合体に室温導電率１０２　〔Ｓ／ｍ〕以上の導電
性粒子５〜４５容量％と室温導電率１０’　（Ｓ／ｍ）
以下熱伝導性２０〔Ｗ／ｍ−Ｋ〕以上の熱伝導性粒子０
．２〜２０容量％とを配合して、混練する重合体の中で
最も高い融点Ｔｍから（Ｔｍ＋８０℃）までの温度範囲
で混練することをことを特徴とするものである。
この発明の別の態様として、このＰＴＣ組成物のを用い
たＰＴＣ素子は、電極間に配設されたＰＴＣ特性を何す
る物質からなる素子であって、該物質が、重合体と、該
重合体に分散された室温導電率１０２　〔Ｓ／ｍ〕以上
の導電性粒子５〜４５容ゴ％と、該重合体に分散された
室温導電率１０−３〔Ｓ／ｍ）以下で２０　（Ｗ／ｍ　
−Ｋ）以上の熱伝導性を有する熱伝導性粒子０．２〜２
０容量％とを含むＰＴＣ組成物であることを特徴とする
ものである。
以下、この発明を、より詳細に説明する。
重合体 この発明に於いて用いる重合体として、ポリエチレン、
ポリエチレンオキシド、ｔ−４−ポリブタジェン、ポリ
エチレンアクリレート、エチレン−エチルアクリレート
共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、ポリエステ
ル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカプロラクタム、
フッ素化エチレン−プロピレン共重合体、塩素化ポリエ
チレン、クロロスルホン化エチレン、エチレン−酢酸ビ
ニル共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、スチレ
ン−アクリロニトリル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ
カーボネート、ポリアセクール、ポリアルキレンオキシ
ド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、フッ素樹
脂、およびこれ等のうちから選ばれた少なくとも２種の
ブレンドポリマー等がある。この発明のおいて、重合体
の種類、組成比などは、所望の性能、用途などに応じて
適宜選択することができる。
導電性粒子 重合体に分散される導電性又は半導電性粒子（以下、導
電性粒子という）は、室温導電率１０２　〔Ｓ／ｍ〕以
上の電気伝導性を持つ物質からなり、その様なものとし
て、カーボンブラック、銀粉、金粉、カーボン粉、グラ
ファイト、銅粉、カーボン繊維、ニッケル粉、銀めっき
微粒子などの導電性物質の粒子を用いることができる。
この導電性粒子の粒径、比面積などは、ＰＴＣ組成物の
用途、所望の特性に応じて種々のものを適宜選択するこ
とが望ましい。
熱伝導性粒子 この発明において、重合体に分散される熱伝導性粒子は
、室温導電率１０−１〔Ｓ／ｍｌ以下、好ましくは１０
’（Ｓ／ｍ〕以下の電気伝導性を持つ物質からなり、そ
の様なものとして、例えば、シリコン、５ｉＣ１Ｓｉ３
Ｎ４、Ｂｅ０５ＡΩ２０３、セレンから選ばれた少なく
とも一種の物質などの半導体および絶縁材料、その他こ
れらの混合系などがある。この熱伝導性粒子の粒径、比
面積などは、ＰＴＣ組成物の用途、所望の特性に応じて
種々のものを適宜選択することができ、例えば、１〜２
００μの平均粒径を持つものがある。
ＰＴＣ組成物 ＰＴＣ組成物の調製に際して、上記の重合体、導電性粒
子、熱伝導性粒子以外に、必要に応じて種々の添加剤を
混合することができる。そのような添加剤として、例え
ば、アンチモン化合物、リン化合物、塩素化化合物、臭
素化化合物などの難燃剤、酸化防止剤、安定剤などがあ
る。
この発明においてＰＴＣ組代物は、その原材料、重合体
、ｊ９７ｕ性粒子、熱伝導性粒子その他添加剤を所定の
割合いで配合・混練して調製される。
この発明において、重合体に導電性粒子次いで熱伝導性
粒子、若しくは熱伝導性粒子次いで導電性粒子、または
同時に両者を配合・混練して調製してもよい。更に、２
種以上の重合体を用いる場合、重合体と導電性粒子およ
び熱伝導性粒子との混練を、各重合体毎に、その重合体
と導電性粒子および熱伝導性粒子と予備混練し、次いで
各予備混練物を所定の割合いで本混練することもできる
。
この混練は、その重合体と導電性粒子および熱伝導性粒
子とを混練して行われる。重合体と粒子との配合割合は
、目的組成物の粒子含量、重合体の種類、ミキサー、ニ
ーダ−の種類などに応じて適宜選択することができるが
、この発明において、配合割合は、導電性粒子が５〜４
５容ｒ：Ｌ９６、好ましくは２３〜３８容瓜％、熱伝導
性粒子が０，２〜２０容二％、好ましくは０．２〜５容
量％である。この発明において、混練前に粉砕、加熱、
混合などの前処理をしてもよい。混練に際する温度は、
混練する重合体の融点からその融点より８０℃、好まし
くは、５０℃高い温度の温度範囲である。これは、その
範囲で、混練する重合体がゲル化して導電性粒子を均一
に分散させることができるからである。
添加剤をＰＴＣ組成物に混入させる場合、この添加剤を
予備混合の前後、混練の前後のいずれかに、または、予
備混合若しくは混練と同時に添加してもよい。
この発明によって得られたＰＴＣ組成物は、種々の用途
に用いることができ、電極間に配設されたこのＰＴＣ組
成物を有するＰＴＣ素子とすることができる。ＰＴＣ素
子に用いるとき、このＰＴＣ組成物をフィルム状に成形
し、フィルムの上下に金属箔の電極を熱圧上して積層体
を形成し、この積層体を所定の寸法に切断し、電極表面
にリード線を半田付けなどで溶接してＰＴＣ素子を製造
することができる。
〔作　用〕
この発明が上記のように構成されているので、下記のよ
うに作用する。
ポリエチレンなどの重合体中にカーボンブラックなどの
導電性粒子が分散されたＰＴＣ組成物では、ポリエチレ
ンが３．４　（ｗ／ｍ−ｋ）の低い熱伝導率を持ち、ま
た、カーボンブラックも１５、　５　（ｗ／ｍ−ｋ）の
低い熱伝導率を持つことから、ＰＴＣ組成物の熱伝導性
が悪く、等電位面と鉛直方向に熱分布を生じる。この熱
分布によりＰＴＣ特性を示して高抵抗となるのは一部だ
けであり、そのためにＰＴＣ組成物の厚みを増してもピ
ーク抵抗はその厚みに比例して増大せず、ある厚み以上
でピーク抵抗が飽和すると考えられる。
また、面方向での熱分布も存在しこれによって一部分の
み高温となり、素子の破壊が生じたり、また部分的に抵
抗値の高い所と低い所が生じ、ピーク抵抗が素子の本来
持っている値より小さくなっていると考えられる。この
発明において更に熱伝導性粒子が重合体に分散されてい
るので、ＰＴＣ組成物の熱伝導性が改善され、ＰＴＣ組
成物中の熱分布を緩和し、一部だけの高抵抗化をなくし
てピーク抵抗の飽和をなくす。しかも、この熱伝導性粒
子は低い電気伝導性を有しているのでピーク抵抗を低下
させることがない。
〔実施例〕
この発明を例示によって具体的に説明する。
実施例１ 高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥと略す、東洋四速製、ニ
ポンハード５１［１０）　１７．０部、エチレン−アク
リル酸共重合体（ＥＡＡと略す、三菱油化、Ａ２ｏ　１
ｋ）１７．０部およびカーボンブラック（キャボット社
製、スターリング５ｏ）２８部にＳｔ粉（和光紬薬製、
Ｎｏ、１９１ｉ−０５４５５）　６部を添加し、１８０
℃で二軸ロールミルを用いて混練した。得られたＰ　Ｔ
　ＣＪ、Ｉｔ成物の厚みは０．２５ｍＩＩＩであった。
得られたＰＴＣ素子について通電により自己発熱させて
ピーク抵抗を測定した。その結果、ピーク抵抗は、６　
（”、ｏｂｍ　）であった。また、室温抵抗は１２０（
ミＩＪＯＩＩＩ１１）であった。
Ｓｉ粉の瓜を変えたこと以外、同様にして、ＰＴＣ素子
を調製し、ピーク抵抗（％ｏｈｍ　）および室温抵抗（
’すｏｈｍ）を測定した。その結果を第１図に示す。こ
の図からＳｉ粉の冷加量を増すことによりピーク抵抗が
上昇することがわかる。
ＰＴＣ組成物の厚みを変えたこと以外、同様にして、Ｐ
ＴＣ素子を調製し、ピーク抵抗（”ｏｏｈｍ　）および
室温抵抗（”すｏｈＩＩｌ）を測定した。その結果を第
２図に示す。この図からＰＴＣ組成物の厚みを増すにつ
れてピーク抵抗も増大し、飽和しないことがわかる。
比較例１ 従来の方法により、ＰＴＣ組成物を調製した。
すなわち、ＦＡＡ２６部とＨＤＰＥ２６部とに、カーボ
ンブラック４８部を添加し混練してＰＴＣ組成物を製造
し、その特性について実施例１と同様に試験した。その
結果を第３図に示す。
実施例１との比較から明らかなように、実施例１ではピ
ーク抵抗の飽和がなくなり、本発明によるＰＴＣ組成物
は、優れた特性を有していることが分かる。
〔発明の効果〕
この発明によって次の効果を得ることができる。
実施例で実証されるように、ＰＴＣ組成物の厚みを増し
てもピーク抵抗の飽和を少なくすることができる。高抵
抗になる部分の厚みが増したためにその部分に加わる電
界強度が小さくなるために耐久性が向上する。更に、ピ
ーク抵抗と室温抵抗とのＰＴＣ特性が同じでも、厚みの
増したＰＴＣ素子を調製することができるので、素子端
子間の放電破壊を防止することかできる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明によるＰＴＣ組成物の抵抗−３ｉ添加
は特性を示す線図、第２図は本発明のＰＴＣ組成物のピ
ーク抵抗−ＰＴＣ組成物の厚み特性を示す線図、第３図
は従来のＰＴＣ組成物のピーク抵抗−ＰＴＣ組成物の厚
み特性を示す線図である。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ５さ議ａ＋＜科′ｆ、） ＊１１コ 第　２　邑 ♀１Ｃ雌１ａｂハ／７セ 杢　３ａ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. １．重合体と、該重合体に分散された室温導電率１０＾
    ２〔Ｓ／ｍ〕以上の導電性又は半導電性粒子５〜４５容
    量％と、該重合体に分散された室温導電率１０＾−＾３
    〔Ｓ／ｍ〕以下で２０〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕以上の熱伝導性を
    有する熱伝導性粒子０．２〜２０容量％とを含むことを
    特徴とするＰＴＣ組成物。
  2. ２．該熱伝導性粒子が、シリコン、ＳｉＣ、Ｓｉ＿３Ｎ
    ＿４、ベリリア、セレンおよびアルミナから選ばれた少
    なくとも一種の物質からなる、特許請求の範囲第１項記
    載のＰＴＣ組成物。
  3. ３．該熱伝導性粒子が、１〜２００μｍの平均粒径を有
    する、特許請求の範囲第１項または第２項記載のＰＴＣ
    組成物。
  4. ４．重合体に室温導電率１０＾２〔Ｓ／ｍ〕以上の導電
    性又は半導電性粒子５〜４５容量％と室温導電率１０＾
    −＾３〔Ｓ／ｍ〕以下で２０〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕以上の熱伝
    導性を有する熱伝導性粒子０．２〜２０容量％とを配合
    して、混練する重合体の中で最も高い融点ＴｍからＴｍ
    ＋８０℃までの温度範囲で混練することをことを特徴と
    するＰＴＣ組成物の製造法。
  5. ５．電極間に配設されたＰＴＣ特性を有する物質からな
    る素子であつて、該物質が、重合体と、該重合体に分散
    された室温導電率１０＾２〔Ｓ／ｍ〕以上の導電性又は
    半導電性粒子５〜４５容量％と、該重合体に分散された
    室温導電率１０＾−＾３〔Ｓ／ｍ〕以下で２０〔Ｗ／ｍ
    ・Ｋ〕以上の熱伝導性を有する熱伝導性粒子０．２〜２
    ０容量％とを含むＰＴＣ組成物であることを特徴とする
    ＰＴＣ素子。
  6. ６．該熱伝導性粒子がシリコン、ＳｉＣ、 Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ベリリア、セレンおよびアルミナから
    選ばれた少なくとも一種の物質からなる、特許請求の範
    囲第５項記載のＰＴＣ素子。
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