JP3140054B2 - 導電性ポリマーデバイス - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の利用分野 この発明は、導電性ポリマー組成物、および該組成物
を含んでなるストリップヒーター、特にPTC挙動を示す
導電性ポリマー組成物を含んでなる、細長い心部に埋め
込まれた一対の長い金属電極を有してなる自己制御スト
リップヒーターに関する。
を含んでなるストリップヒーター、特にPTC挙動を示す
導電性ポリマー組成物を含んでなる、細長い心部に埋め
込まれた一対の長い金属電極を有してなる自己制御スト
リップヒーターに関する。
発明への導入 導電性ポリマー組成物よりなる自己制御ストリップヒ
ーターはよく知られている。導電性ポリマー組成物はポ
リマー成分、およびその中に分散するかあるいは分布し
た粒状の導電性フィラーを含んでなる。たいていの用途
には、そのようなストリップヒーターはその中に埋め込
まれた細長い電極を有する導電性ポリマーよりなる抵抗
素子を含んでなる。一般に抵抗素子は電気的絶縁および
環境の保護を得るため絶縁ジャケットにより取り囲まれ
ている。作動においてはこれ等のヒーターは基材、例え
ばパイプまたはタンクに包まれまたは付着され、熱的な
環境の変化に応答して様々なレベルの熱を提供する。正
常な作動条件下では、この自己制御特性はヒーターが達
成する最高温度を制限するのに役立ち、かくして安全性
と信頼性が得られる。しかしながら、電極が外的損傷や
絶縁不良にさらされた場合、およびヒーターに通電され
た電解質にさらされた時には、ある環境下ではアークが
電極間に生じる。ヒーターが通電されたままであるな
ら、アークは、ある環境下では“伝播（propagat
e）”、すなわち、ストリップの長さ方向に進行し、燃
焼を長びかせる。
ーターはよく知られている。導電性ポリマー組成物はポ
リマー成分、およびその中に分散するかあるいは分布し
た粒状の導電性フィラーを含んでなる。たいていの用途
には、そのようなストリップヒーターはその中に埋め込
まれた細長い電極を有する導電性ポリマーよりなる抵抗
素子を含んでなる。一般に抵抗素子は電気的絶縁および
環境の保護を得るため絶縁ジャケットにより取り囲まれ
ている。作動においてはこれ等のヒーターは基材、例え
ばパイプまたはタンクに包まれまたは付着され、熱的な
環境の変化に応答して様々なレベルの熱を提供する。正
常な作動条件下では、この自己制御特性はヒーターが達
成する最高温度を制限するのに役立ち、かくして安全性
と信頼性が得られる。しかしながら、電極が外的損傷や
絶縁不良にさらされた場合、およびヒーターに通電され
た電解質にさらされた時には、ある環境下ではアークが
電極間に生じる。ヒーターが通電されたままであるな
ら、アークは、ある環境下では“伝播（propagat
e）”、すなわち、ストリップの長さ方向に進行し、燃
焼を長びかせる。
この問題への様々な解決法が提案されており、それに
は自分自身難燃性であるポリマーの使用、難燃剤添加物
を含む導電性ポリマー組成物の使用、およびアークの場
合回路から電気を除く回路保護デバイスの使用がある。
1990年９月10日に出願され、1991年３月21日にWO 91/0
3822として公開された国際特許出願PCT/US 90/05102号
は導電性ポリマー組成物中にSb2O3のような非導電性フ
ィラーの使用を開示する。1991年５月７日に出願された
国際出願PCT/SU 91/03123はヒーターの燃焼性を減少さ
せるために抵抗素子上に更なる絶縁ジャケットを用いる
ことを開示する。
は自分自身難燃性であるポリマーの使用、難燃剤添加物
を含む導電性ポリマー組成物の使用、およびアークの場
合回路から電気を除く回路保護デバイスの使用がある。
1990年９月10日に出願され、1991年３月21日にWO 91/0
3822として公開された国際特許出願PCT/US 90/05102号
は導電性ポリマー組成物中にSb2O3のような非導電性フ
ィラーの使用を開示する。1991年５月７日に出願された
国際出願PCT/SU 91/03123はヒーターの燃焼性を減少さ
せるために抵抗素子上に更なる絶縁ジャケットを用いる
ことを開示する。
発明の概要 導電性ポリマー組成物が非導電性フィラーと難燃剤の
混合物を含む場合、その組成物はアークを伝播する傾向
の少ないヒーターを作るのに用いることができることを
我々は今発見した。第１の要旨において本発明は、 （１）ポリマー （２）粒状の導電性フィラー （３）粒状の非導電性フィラー、および （４）難燃剤 を含んでなる溶融押出可能な導電性ポリマー組成物に関
し、該組成物はそれが以下に定義する標準的なストリッ
プヒーターに作られ、そのヒーターが以下に定義する標
準的なアーク伝播試験で試験された時アークが伝播しな
いようなものである。
混合物を含む場合、その組成物はアークを伝播する傾向
の少ないヒーターを作るのに用いることができることを
我々は今発見した。第１の要旨において本発明は、 （１）ポリマー （２）粒状の導電性フィラー （３）粒状の非導電性フィラー、および （４）難燃剤 を含んでなる溶融押出可能な導電性ポリマー組成物に関
し、該組成物はそれが以下に定義する標準的なストリッ
プヒーターに作られ、そのヒーターが以下に定義する標
準的なアーク伝播試験で試験された時アークが伝播しな
いようなものである。
第２の要旨では、本発明は、 （１）第１の要旨で定義した導電性ポリマー組成物より
なる抵抗素子、および （２）電源に接続され、抵抗素子に電流を流す２つの電
極 を有してなるヒーターに関する。
なる抵抗素子、および （２）電源に接続され、抵抗素子に電流を流す２つの電
極 を有してなるヒーターに関する。
第３の要旨において、本発明は標準的なアーク伝播試
験で試験した時アークを伝播せず、かつ （１）ポリマー、 （２）粒状の導電性フィラー、 （３）粒状の非導電性フィラー、および （４）難燃剤 よりなるストリップヒーターに関する。
験で試験した時アークを伝播せず、かつ （１）ポリマー、 （２）粒状の導電性フィラー、 （３）粒状の非導電性フィラー、および （４）難燃剤 よりなるストリップヒーターに関する。
第４の要旨では、本発明は第２または第３の要旨で定
義したヒーターと電源を有してなる回路に関する。
義したヒーターと電源を有してなる回路に関する。
図面の簡単な説明 図１は本発明の標準的なストリップヒーターの断面図
である。
である。
図２は本発明のストリップヒーターの平面図である。
図３は図２の線３−３に沿ったストリップヒーターの
断面図である。
断面図である。
図４は本発明の回路の回路図である。
発明の詳細な記述 本発明において用いる導電性ポリマー組成物は、有機
ポリマー（この語はポリシロキサンを含めて用いる）、
好ましくは結晶性有機ポリマー、非晶性熱可塑性ポリマ
ー（ポリカーボネートまたはポリスチレン等）、エラス
トマー（ポリブタジエンまたはエチレン／プロピレン／
ジエン（EPDM）ポリマー等）、またはこれらの一以上を
含む混合物を含んでなる。適切な結晶性ポリマーには一
以上のオレフィンよりなるポリマー、特にポリエチレ
ン；エチレン／アクリル酸、エチレン／エチルアクリレ
ートおよびエチレン／酢酸ビニル共重合体等の少なくと
も一つのオレフィンとそれと共重合可能な少なくとも一
つのモノマーよりなる共重合体；ポリビニリデンフルオ
ライド、エチレンとテトラフルオロエチレンおよび任意
的に一以上のコノモマーよりなる共重合体等の溶融成形
可能なフルオロポリマー；ポリエステル；ポリアミド；
並びに二以上のそのような結晶性ポリマーのブレンドが
ある。そのような結晶性ポリマーは組成物がPTC（抵抗
の正の温度係数）挙動を示すことが望まれる場合特に好
ましい。“PTC挙動”の語は、少なくとも2.5のR14値お
よび／または少なくとも10のR100値を有する組成物また
は電気デバイスを示すのに本発明では用いる。組成物が
少なくとも６のR30値を有することが特に好ましい。こ
こにR14は14℃の温度範囲の終わりと最初の抵抗の比で
あり、R100は100℃の範囲の終わりと最初の抵抗の比で
あり、R30は30℃範囲の終わりと最初の抵抗の比であ
る。適当なポリマーとそれらを含む組成物は米国特許第
4,188,276号（リオンズ等）、同第4,237,441号（バン・
コニネンバーグ等）、同第4,388,607号（トイ等）、同
第4,470,898号（ペネック等）、同第4,514,620号（チェ
ング等）、同第4,534,889号（バン・コニネンバーグ
等）、同第4,560,498号（ホースマ等）、同第4,591,700
号（ソポリー等）、同第4,658,121号（ホースマ等）、
同第4,774,024号（ディープ等）、同第4,775,778号（バ
ン・コニネンバーグ等）および同第4,980,541号（シャ
フェ等）；並びに欧州特許公開第38,713号、同第38,718
号、同第74,281号、同第197,759号および同第231,068号
に見出される。導電性ポリマー組成物よりなるヒーター
は米国特許第3,858,144号（ベダード等）、同第3,861,0
29号（スミス−ヨハンセン等）、同第4,017,715号（ホ
ワイトニィー等）、同第4,242,573号（バルティワ
ラ）、同第4,246,468号（ホースマ）、同第4,334,148号
（カンペ）、同第4,334,351号（ソポリー）、同第4,39
8,084号（ワルティ）、同第4,400,614号（ソポリー）、
同第4,425,497号（リーリィ）、同第4,426,339号（カマ
ス等）、同第4,459,473号（カマス）、同第4,547,659号
（リーリィ）、同第4,582,983号（ミジレー等）、同第
4,574,188号（ミジレー等）、同第4,659,913号（ミジレ
ー等）、同第4,661,687号（アフクハンパー等）、同第
4,673,801号（リーリィ）、同第4,689,475号（マチーセ
ン等）、同第4,719,335号（バトリワラ等）、同第4,76
4,664号（カマス等）;1990年３月13日に出願された国際
特許出願PCT/US 90/01291号（1990年９月20日公開のWO
90/11001号）、1990年９月10日出願の同PCT/US 90/0
5102号（1991年３月21日公開のWO 91/03822号）および
1991年５月７日出願の同PCT/US 91/03123号に記載され
ている。
ポリマー（この語はポリシロキサンを含めて用いる）、
好ましくは結晶性有機ポリマー、非晶性熱可塑性ポリマ
ー（ポリカーボネートまたはポリスチレン等）、エラス
トマー（ポリブタジエンまたはエチレン／プロピレン／
ジエン（EPDM）ポリマー等）、またはこれらの一以上を
含む混合物を含んでなる。適切な結晶性ポリマーには一
以上のオレフィンよりなるポリマー、特にポリエチレ
ン；エチレン／アクリル酸、エチレン／エチルアクリレ
ートおよびエチレン／酢酸ビニル共重合体等の少なくと
も一つのオレフィンとそれと共重合可能な少なくとも一
つのモノマーよりなる共重合体；ポリビニリデンフルオ
ライド、エチレンとテトラフルオロエチレンおよび任意
的に一以上のコノモマーよりなる共重合体等の溶融成形
可能なフルオロポリマー；ポリエステル；ポリアミド；
並びに二以上のそのような結晶性ポリマーのブレンドが
ある。そのような結晶性ポリマーは組成物がPTC（抵抗
の正の温度係数）挙動を示すことが望まれる場合特に好
ましい。“PTC挙動”の語は、少なくとも2.5のR14値お
よび／または少なくとも10のR100値を有する組成物また
は電気デバイスを示すのに本発明では用いる。組成物が
少なくとも６のR30値を有することが特に好ましい。こ
こにR14は14℃の温度範囲の終わりと最初の抵抗の比で
あり、R100は100℃の範囲の終わりと最初の抵抗の比で
あり、R30は30℃範囲の終わりと最初の抵抗の比であ
る。適当なポリマーとそれらを含む組成物は米国特許第
4,188,276号（リオンズ等）、同第4,237,441号（バン・
コニネンバーグ等）、同第4,388,607号（トイ等）、同
第4,470,898号（ペネック等）、同第4,514,620号（チェ
ング等）、同第4,534,889号（バン・コニネンバーグ
等）、同第4,560,498号（ホースマ等）、同第4,591,700
号（ソポリー等）、同第4,658,121号（ホースマ等）、
同第4,774,024号（ディープ等）、同第4,775,778号（バ
ン・コニネンバーグ等）および同第4,980,541号（シャ
フェ等）；並びに欧州特許公開第38,713号、同第38,718
号、同第74,281号、同第197,759号および同第231,068号
に見出される。導電性ポリマー組成物よりなるヒーター
は米国特許第3,858,144号（ベダード等）、同第3,861,0
29号（スミス−ヨハンセン等）、同第4,017,715号（ホ
ワイトニィー等）、同第4,242,573号（バルティワ
ラ）、同第4,246,468号（ホースマ）、同第4,334,148号
（カンペ）、同第4,334,351号（ソポリー）、同第4,39
8,084号（ワルティ）、同第4,400,614号（ソポリー）、
同第4,425,497号（リーリィ）、同第4,426,339号（カマ
ス等）、同第4,459,473号（カマス）、同第4,547,659号
（リーリィ）、同第4,582,983号（ミジレー等）、同第
4,574,188号（ミジレー等）、同第4,659,913号（ミジレ
ー等）、同第4,661,687号（アフクハンパー等）、同第
4,673,801号（リーリィ）、同第4,689,475号（マチーセ
ン等）、同第4,719,335号（バトリワラ等）、同第4,76
4,664号（カマス等）;1990年３月13日に出願された国際
特許出願PCT/US 90/01291号（1990年９月20日公開のWO
90/11001号）、1990年９月10日出願の同PCT/US 90/0
5102号（1991年３月21日公開のWO 91/03822号）および
1991年５月７日出願の同PCT/US 91/03123号に記載され
ている。
本組成物はポリマー中に分散した、あるいは他の形態
で分布した粒状の導電性フィラーを含む。粒状の導電性
フィラーは、例えばカーボンブラック、グラファイト、
金属、金属酸化物、粒状の導電性ポリマー、またはこれ
らの組合せである。粒状の導電性フィラーは望ましい用
途に必要な抵抗を与えるのに適した量、組成物中に存在
する。多くの用途には、特に好ましい粒状の導電性フィ
ラーはカーボンブラックである。組成物をストリップヒ
ーターに用いる場合には、カーボンブラックは通常組成
物の５〜50重量％、好ましくは10〜40重量％、特に15〜
30重量％含む。より多量のカーボンブラックが、より低
い抵抗を要する用途での使用、例えば回路保護デバイス
に必要とされる。
で分布した粒状の導電性フィラーを含む。粒状の導電性
フィラーは、例えばカーボンブラック、グラファイト、
金属、金属酸化物、粒状の導電性ポリマー、またはこれ
らの組合せである。粒状の導電性フィラーは望ましい用
途に必要な抵抗を与えるのに適した量、組成物中に存在
する。多くの用途には、特に好ましい粒状の導電性フィ
ラーはカーボンブラックである。組成物をストリップヒ
ーターに用いる場合には、カーボンブラックは通常組成
物の５〜50重量％、好ましくは10〜40重量％、特に15〜
30重量％含む。より多量のカーボンブラックが、より低
い抵抗を要する用途での使用、例えば回路保護デバイス
に必要とされる。
粒状の非導電性フィラーは、電気絶縁性で好ましくは
１×109オーム−cm以上の抵抗を有する物質よりなる。
好ましくは、非導電性フィラーは1000℃以下の融点を有
する。適当な物質には、容易に還元される金属酸化物、
例えばSb2O3、Sb2O5、PbO2、MoO3、Bi2O3およびNaSbO3
がある。本明細書においては、容易に還元されるとは物
質が＋0.5ボルト以下の、好ましくは＋0.4ボルト以下
の、特に＋0.375ボルト以下の還元電位を有することを
意味する。ポリマーマトリックス中への分散を容易にす
るため0.01〜50μｍ、特に0.05〜50μｍ、特別に0.10〜
10μｍの粒径を有する粒子の形であるのが好ましい。非
導電性フィラーは単一物質であってもよく、２以上の物
質、例えば金属酸化物の混合物または金属酸化物と他の
粒状のフィラーの混合物よりなってもよい。特に好まし
い非導電性フィラーはSb2O3である。特に有効な組成物
はカーボンブラックとSb2O3を含んでなり、量（ｙ）／
（ｘ＋ｙ）が少なくとも0.01、好ましくは少なくとも0.
02、特に少なくとも0.05、特別に少なくとも0.10、例え
ば0.20〜0.50（式中、ｘは全組成物の重量を基準にした
カーボンブラックの重量％であり、ｙはSb2O3の重量％
である）であるものである。ポリマーが中密度ポリエチ
レンとエチレン／エチルアクリレートの混合物よりなる
組成物については、Sb2O3は少なくとも５％、好ましく
は少なくとも７％、特には少なくとも８％存在する。％
は全組成物の重量による。
１×109オーム−cm以上の抵抗を有する物質よりなる。
好ましくは、非導電性フィラーは1000℃以下の融点を有
する。適当な物質には、容易に還元される金属酸化物、
例えばSb2O3、Sb2O5、PbO2、MoO3、Bi2O3およびNaSbO3
がある。本明細書においては、容易に還元されるとは物
質が＋0.5ボルト以下の、好ましくは＋0.4ボルト以下
の、特に＋0.375ボルト以下の還元電位を有することを
意味する。ポリマーマトリックス中への分散を容易にす
るため0.01〜50μｍ、特に0.05〜50μｍ、特別に0.10〜
10μｍの粒径を有する粒子の形であるのが好ましい。非
導電性フィラーは単一物質であってもよく、２以上の物
質、例えば金属酸化物の混合物または金属酸化物と他の
粒状のフィラーの混合物よりなってもよい。特に好まし
い非導電性フィラーはSb2O3である。特に有効な組成物
はカーボンブラックとSb2O3を含んでなり、量（ｙ）／
（ｘ＋ｙ）が少なくとも0.01、好ましくは少なくとも0.
02、特に少なくとも0.05、特別に少なくとも0.10、例え
ば0.20〜0.50（式中、ｘは全組成物の重量を基準にした
カーボンブラックの重量％であり、ｙはSb2O3の重量％
である）であるものである。ポリマーが中密度ポリエチ
レンとエチレン／エチルアクリレートの混合物よりなる
組成物については、Sb2O3は少なくとも５％、好ましく
は少なくとも７％、特には少なくとも８％存在する。％
は全組成物の重量による。
本発明で用いる組成物は難燃剤をも含み、難燃剤は組
成物に任意の適当な形、例えば粒状のフィラーまたは液
体で加える。難燃剤は好ましくはハロゲン化物である。
デカブロモジフェニルオキサイド（デカブロモジフェニ
ルエーテルとしても知られている。本明細書中ではDBDP
Oと呼ぶ）が特に好ましい。特に有効である組成物はDBD
POとSb2O3を含み、量（ｙ）／（ｙ＋ｚ）が少なくとも
0.10、好ましくは少なくとも0.15、特に少なくとも0.2
0、例えば0.25〜0.35（式中、ｚは全組成物の重量を基
準にしたDBDPOの重量％である）のものである。
成物に任意の適当な形、例えば粒状のフィラーまたは液
体で加える。難燃剤は好ましくはハロゲン化物である。
デカブロモジフェニルオキサイド（デカブロモジフェニ
ルエーテルとしても知られている。本明細書中ではDBDP
Oと呼ぶ）が特に好ましい。特に有効である組成物はDBD
POとSb2O3を含み、量（ｙ）／（ｙ＋ｚ）が少なくとも
0.10、好ましくは少なくとも0.15、特に少なくとも0.2
0、例えば0.25〜0.35（式中、ｚは全組成物の重量を基
準にしたDBDPOの重量％である）のものである。
導電性ポリマー組成物は、不活性フィラー、酸化防止
剤、化学的架橋剤、放射線架橋促進添加剤（プロラ
ド）、安定剤、分散剤、または他の成分を含んでもよ
い。混合は溶融加工、例えば溶融押出し、またはバンバ
リーまたは他の密閉式混合機による加工により好ましく
は行われる。次の加工工程には押出し、成形、焼結また
は組成物に賦形するための他の操作がある。組成物は、
例えば照射または化学的手段により架橋してもよい。
剤、化学的架橋剤、放射線架橋促進添加剤（プロラ
ド）、安定剤、分散剤、または他の成分を含んでもよ
い。混合は溶融加工、例えば溶融押出し、またはバンバ
リーまたは他の密閉式混合機による加工により好ましく
は行われる。次の加工工程には押出し、成形、焼結また
は組成物に賦形するための他の操作がある。組成物は、
例えば照射または化学的手段により架橋してもよい。
導電性ポリマー組成物は、電流を流すすべての電気デ
バイス、例えば回路保護デバイス、センサーまたは最も
一般的にはヒーターに用いられる。ヒーターは抵抗素子
が本発明の組成物よりなるストリップまたは積層シート
の形であってよい。ストリップヒーターはどんな断面、
例えば長方形、楕円形、またはダンベル（“犬の骨”）
であってもよい。電源に接続するに適した適当な電極を
電気デバイスの形に応じて選択する。電極は、例えば導
電性ポリマーに付けるため、または埋め込むために細長
い金属ワイヤまたはブレードを有してなってもよく、金
属シート、金属メッシュ、導電塗料（例えば、金属また
はカーボンを充填したもの）、または他の適当な物質を
有してなってもよい。
バイス、例えば回路保護デバイス、センサーまたは最も
一般的にはヒーターに用いられる。ヒーターは抵抗素子
が本発明の組成物よりなるストリップまたは積層シート
の形であってよい。ストリップヒーターはどんな断面、
例えば長方形、楕円形、またはダンベル（“犬の骨”）
であってもよい。電源に接続するに適した適当な電極を
電気デバイスの形に応じて選択する。電極は、例えば導
電性ポリマーに付けるため、または埋め込むために細長
い金属ワイヤまたはブレードを有してなってもよく、金
属シート、金属メッシュ、導電塗料（例えば、金属また
はカーボンを充填したもの）、または他の適当な物質を
有してなってもよい。
本発明のストリップヒーターは、ストリップヒーター
と電源を有してなるストリップヒーター回路で一般的に
用いられる。電源は任意の適切な電源であってよく、ポ
ータブル電源およびメイン電源を含む。抵抗体、サーモ
スタット、回路保護デバイスおよび指示ライト等の他の
要素も回路中に存在してもよい。例えば回路にはヒュー
ズ、例えばスローブローヒューズ、例えばクーパーイン
ダストリーのバスマンディビジョンからバスマン（商
標）312の名前で入手でき、250ボルト/10アンペアの定
格を有するもののような、標準的なガラスに封入された
ヒューズを導入してもよい。ヒューズは回路中で独立の
要素であってもよく、ヒューズ付プラグアセンブリー、
すなわち、ヒューズがストリップヒーターを電源、例え
ばアウトレットまたはパワーサプライに接続するプラグ
の一部であるアセンブリーにあってもよい。このタイプ
のヒューズ付プラグの例は、米国特許第5,002,501号
（タッカー、1991年３月26日特許）および同第5,004,43
2号（タッカー、1991年４月２日特許）に見出される。
と電源を有してなるストリップヒーター回路で一般的に
用いられる。電源は任意の適切な電源であってよく、ポ
ータブル電源およびメイン電源を含む。抵抗体、サーモ
スタット、回路保護デバイスおよび指示ライト等の他の
要素も回路中に存在してもよい。例えば回路にはヒュー
ズ、例えばスローブローヒューズ、例えばクーパーイン
ダストリーのバスマンディビジョンからバスマン（商
標）312の名前で入手でき、250ボルト/10アンペアの定
格を有するもののような、標準的なガラスに封入された
ヒューズを導入してもよい。ヒューズは回路中で独立の
要素であってもよく、ヒューズ付プラグアセンブリー、
すなわち、ヒューズがストリップヒーターを電源、例え
ばアウトレットまたはパワーサプライに接続するプラグ
の一部であるアセンブリーにあってもよい。このタイプ
のヒューズ付プラグの例は、米国特許第5,002,501号
（タッカー、1991年３月26日特許）および同第5,004,43
2号（タッカー、1991年４月２日特許）に見出される。
本明細書において、“標準ストリップヒーター”は試
験目的で定義される。“標準ストリップヒーター”は導
電性ポリマー組成物が２つの22AWGストランド化ニッケ
ル／銅ワイヤの周囲に溶融押出され、図１に示すような
平たい楕円形のストリップヒーターを作るヒーターであ
る。その標準ヒーターは一つの電極の中心から第２の電
極の中心まで0.10インチ（0.25cm）の電極間隔を有す
る。電極の間で中央部を占める点での標準ヒーターの厚
みは0.07インチ（0.18cm）である。標準ヒーターは0.03
0インチ（0.076cm）の、実施例１で被覆材料に用いる難
燃組成物で被覆されている。
験目的で定義される。“標準ストリップヒーター”は導
電性ポリマー組成物が２つの22AWGストランド化ニッケ
ル／銅ワイヤの周囲に溶融押出され、図１に示すような
平たい楕円形のストリップヒーターを作るヒーターであ
る。その標準ヒーターは一つの電極の中心から第２の電
極の中心まで0.10インチ（0.25cm）の電極間隔を有す
る。電極の間で中央部を占める点での標準ヒーターの厚
みは0.07インチ（0.18cm）である。標準ヒーターは0.03
0インチ（0.076cm）の、実施例１で被覆材料に用いる難
燃組成物で被覆されている。
本明細書においては、下に記載する標準アーク伝播試
験でアークが消失する、すなわち、アークが開始時から
20秒以内に消えるなら、あるいはアークのアーク開始点
を超えて0.25インチ（0.64cm）以下、好ましくは0.125
インチ（0.32cm）以下の距離を伝播するなら、アークは
“非伝播的”であると定義する。実施例１に十分に記載
した“標準的アーク伝播試験”においては、ストリップ
ヒーターは回路中で電源に接続され、開始されるアーク
の挙動を目視によりあるいは回路を横切って接続したチ
ャートレコーダーによって電気的に観測する。電解質を
多数加えるにもかかわらずアークが開始しない場合、あ
るいはアークがアーク開始時から20秒以内に消える場
合、ヒーターは非伝播的であると決定する。電解質では
なく、外的な炎によりアークを開始した時、我々は同様
な結果を得た。
験でアークが消失する、すなわち、アークが開始時から
20秒以内に消えるなら、あるいはアークのアーク開始点
を超えて0.25インチ（0.64cm）以下、好ましくは0.125
インチ（0.32cm）以下の距離を伝播するなら、アークは
“非伝播的”であると定義する。実施例１に十分に記載
した“標準的アーク伝播試験”においては、ストリップ
ヒーターは回路中で電源に接続され、開始されるアーク
の挙動を目視によりあるいは回路を横切って接続したチ
ャートレコーダーによって電気的に観測する。電解質を
多数加えるにもかかわらずアークが開始しない場合、あ
るいはアークがアーク開始時から20秒以内に消える場
合、ヒーターは非伝播的であると決定する。電解質では
なく、外的な炎によりアークを開始した時、我々は同様
な結果を得た。
我々は本発明のヒーターの作用を説明するために、い
かなる個々の理論に拘束されることを望まないが、実験
データは次の機序と一致する。Sb2O3は導電性ポリマー
中でカーボンブラックを酸化する触媒として働き、CO2
を発生させるカーボントラッキングパスを失くす。同時
にSb2O3は、導電性であり、ポリマーを通る低抵抗の通
路を作るアンチモン金属に還元される。さらにDBDPOはS
b2O3と相乗的に働き、より多くのカーボンを遊離しより
多くのカーボントラックを生じる炎を消す。
かなる個々の理論に拘束されることを望まないが、実験
データは次の機序と一致する。Sb2O3は導電性ポリマー
中でカーボンブラックを酸化する触媒として働き、CO2
を発生させるカーボントラッキングパスを失くす。同時
にSb2O3は、導電性であり、ポリマーを通る低抵抗の通
路を作るアンチモン金属に還元される。さらにDBDPOはS
b2O3と相乗的に働き、より多くのカーボンを遊離しより
多くのカーボントラックを生じる炎を消す。
本発明を図面により説明する。図１は標準的なストリ
ップヒーター１の断面を示す。電極5,7は、抵抗素子を
提供する導電性ポリマー組成物３に埋め込まれている。
ポリマーのジャケット９がヒーターの心部を取り囲む。
図２は下に記載するアーク伝播試験用に作ったストリッ
プヒーター１の平面図を示す。Ｖ字形のノッチ11が、電
極５および７を露出するために、ヒーターの一つの表面
でポリマージャケット９および導電性ポリマー組成物３
を通って切られている。線３−３に沿った作られたヒー
ターの断面図を図３に示す。電極5,7は導電性ポリマー
３中に部分的に埋め込まれたままである。
ップヒーター１の断面を示す。電極5,7は、抵抗素子を
提供する導電性ポリマー組成物３に埋め込まれている。
ポリマーのジャケット９がヒーターの心部を取り囲む。
図２は下に記載するアーク伝播試験用に作ったストリッ
プヒーター１の平面図を示す。Ｖ字形のノッチ11が、電
極５および７を露出するために、ヒーターの一つの表面
でポリマージャケット９および導電性ポリマー組成物３
を通って切られている。線３−３に沿った作られたヒー
ターの断面図を図３に示す。電極5,7は導電性ポリマー
３中に部分的に埋め込まれたままである。
図４は以下に定義する標準アーク伝播試験回路と同じ
である本発明の回路を示す。ストリップヒーター１は、
電源13、コンタクトリレー15、および分路抵抗17と直列
に電気的に接続されている。チャートレコーダー19は分
路抵抗17に並列に接続されており、コンタクトリレー15
が閉じ、電圧が回路を流れる時の電圧降下を測定するた
めに使用される 本発明を次の実施例によって説明する。
である本発明の回路を示す。ストリップヒーター１は、
電源13、コンタクトリレー15、および分路抵抗17と直列
に電気的に接続されている。チャートレコーダー19は分
路抵抗17に並列に接続されており、コンタクトリレー15
が閉じ、電圧が回路を流れる時の電圧降下を測定するた
めに使用される 本発明を次の実施例によって説明する。
実施例１（比較例） 表１で組成物Ａとして掲げた成分をプレブレンドし、
次に共回転二軸スクリュ押出機中で混合し、ペレットを
作った。ペレット化した組成物を1.5インチ（3.8cm）押
出機で２本の22AWGストランド化ニッケル−銅ワイヤの
周囲に押出して比較的フラットな楕円断面を有するスト
リップヒーターを作った。そのヒーターはワイヤ中心か
らワイヤ中心まで0.106インチ（0.269cm）の電極間隔、
ワイヤ間の中心点で0.067インチ（0.170cm）の厚み、お
よび約0.172インチ（0.437cm）の全幅を有する。ヒータ
ーを、10％のエチレン／酢酸ビニル共重合体（EVA）、3
6.8％の中密度ポリエチレン、10.3％のエチレン／プロ
ピレンゴム、23.4％のデカブロモフェニレンオキサイ
ド、8.5％の酸化アンチモン、9.4％のタルク、1.0％の
酸化マグネシウム、および0.7％の酸化防止剤を含む組
成物よりなる0.030インチ（0.076cm）の層で被覆した。
全てのパーセントは全組成物のうちの重量による。
次に共回転二軸スクリュ押出機中で混合し、ペレットを
作った。ペレット化した組成物を1.5インチ（3.8cm）押
出機で２本の22AWGストランド化ニッケル−銅ワイヤの
周囲に押出して比較的フラットな楕円断面を有するスト
リップヒーターを作った。そのヒーターはワイヤ中心か
らワイヤ中心まで0.106インチ（0.269cm）の電極間隔、
ワイヤ間の中心点で0.067インチ（0.170cm）の厚み、お
よび約0.172インチ（0.437cm）の全幅を有する。ヒータ
ーを、10％のエチレン／酢酸ビニル共重合体（EVA）、3
6.8％の中密度ポリエチレン、10.3％のエチレン／プロ
ピレンゴム、23.4％のデカブロモフェニレンオキサイ
ド、8.5％の酸化アンチモン、9.4％のタルク、1.0％の
酸化マグネシウム、および0.7％の酸化防止剤を含む組
成物よりなる0.030インチ（0.076cm）の層で被覆した。
全てのパーセントは全組成物のうちの重量による。
そのヒーターを下に記す標準アーク伝播試験を用いて
試験した。結果を表２に示す。100フィート（30.5m）の
ヒーター長（導電性ポリマーを電極の端からはいだ後）
を有するか、または60〜120ボルト範囲の電圧で通電し
たいくつかのサンプルについて行った更なる試験の結果
も示した。標準アーク伝播試験の結果に似た情報、例え
ばアーク伝播の距離、電流スパイクの数および強度が記
録された。
試験した。結果を表２に示す。100フィート（30.5m）の
ヒーター長（導電性ポリマーを電極の端からはいだ後）
を有するか、または60〜120ボルト範囲の電圧で通電し
たいくつかのサンプルについて行った更なる試験の結果
も示した。標準アーク伝播試験の結果に似た情報、例え
ばアーク伝播の距離、電流スパイクの数および強度が記
録された。
標準アーク伝播試験 25インチ（64cm）の長さを有する標準の、被覆したス
トリップヒーターを、２つの電極を露出するため１イン
チ（2.5cm）のジャケットおよび導電性ポリマー物質を
第１の末端からはがすことにより製造した。横断的なＶ
字形ノッチを第２の末端から２インチ（5.1cm）、ヒー
ター２の厚みの中途まで切り、ジャケットと導電性ポリ
マーを２つの電極のそれぞれの一部を露出させるために
ヒーターの上半分から除去した。第１の末端にある電極
を回路中で120V/100A電源、コンタクターリレーおよび
0.1オーム/100ワット分路抵抗と直列に接続した。チャ
ートレコーダーを電圧降下を測定するために分路抵抗に
並列に接続した。リレーを閉じた時、サンプルは120ボ
ルトの電圧で電力供給された。十分な量の10〜20％の食
塩水をアーク欠陥を開始するために露出したＶノッチに
かけた。アークが消えるまでチャートレコーダーをモニ
ターした。ストリップヒーター上のアーク障害伝播の距
離、およびアーク欠陥中に存在する電流スパイクの数お
よび強度を測定した。
トリップヒーターを、２つの電極を露出するため１イン
チ（2.5cm）のジャケットおよび導電性ポリマー物質を
第１の末端からはがすことにより製造した。横断的なＶ
字形ノッチを第２の末端から２インチ（5.1cm）、ヒー
ター２の厚みの中途まで切り、ジャケットと導電性ポリ
マーを２つの電極のそれぞれの一部を露出させるために
ヒーターの上半分から除去した。第１の末端にある電極
を回路中で120V/100A電源、コンタクターリレーおよび
0.1オーム/100ワット分路抵抗と直列に接続した。チャ
ートレコーダーを電圧降下を測定するために分路抵抗に
並列に接続した。リレーを閉じた時、サンプルは120ボ
ルトの電圧で電力供給された。十分な量の10〜20％の食
塩水をアーク欠陥を開始するために露出したＶノッチに
かけた。アークが消えるまでチャートレコーダーをモニ
ターした。ストリップヒーター上のアーク障害伝播の距
離、およびアーク欠陥中に存在する電流スパイクの数お
よび強度を測定した。
実施例２ 実施例１の手順に従って、表１に組成物Ｂとして示し
た成分を混合し、押出し、被覆し、実施例１と同じ寸法
を有するストリップヒーターを得た。アーク伝播につい
ての試験の結果を表２に示す。
た成分を混合し、押出し、被覆し、実施例１と同じ寸法
を有するストリップヒーターを得た。アーク伝播につい
ての試験の結果を表２に示す。
実施例３ 実施例１の手順に従って調製した組成物Ａのペレット
を、26.9重量％のSb2O3および73.1重量％のデカブロモ
ジフェニルオキサイド（DBDPO）の混合物とプレブレン
ドし、表１の組成物Ｃと同じ配合を有するブレンドを得
た。そのブレンドを共回転二軸スクリュー押出機で混合
し、ペレットを作り、次に、押出し、被覆して実施例１
におけるのと同じ寸法を有するヒーターを作った。試験
の結果を表２に示す。
を、26.9重量％のSb2O3および73.1重量％のデカブロモ
ジフェニルオキサイド（DBDPO）の混合物とプレブレン
ドし、表１の組成物Ｃと同じ配合を有するブレンドを得
た。そのブレンドを共回転二軸スクリュー押出機で混合
し、ペレットを作り、次に、押出し、被覆して実施例１
におけるのと同じ寸法を有するヒーターを作った。試験
の結果を表２に示す。
実施例４ 実施例１の手順に従って調製した組成物Ａのペレット
68ポンド（30.9kg）を、実施例３に記載したSb2O3およ
びDBDPOの混合物32ポンド（14.5kg）とプレブレンド
し、表１の成分Ｄと同じ配合を有するブレンドを得た。
そのブレンドを混合し、押出し、ヒーターを実施例３に
おけるように被覆した。試験結果は表２にある。
68ポンド（30.9kg）を、実施例３に記載したSb2O3およ
びDBDPOの混合物32ポンド（14.5kg）とプレブレンド
し、表１の成分Ｄと同じ配合を有するブレンドを得た。
そのブレンドを混合し、押出し、ヒーターを実施例３に
おけるように被覆した。試験結果は表２にある。
実施例５〜７ 実施例１の手順に従って調製した組成物Ａのペレット
をSb2O3とプレブレンドし、表１にそれぞれ組成物Ｅ、
ＦおよびＧとして示した配合を有するブレンドを得た。
ヒーターを作り、実施例４におけるように試験した。
をSb2O3とプレブレンドし、表１にそれぞれ組成物Ｅ、
ＦおよびＧとして示した配合を有するブレンドを得た。
ヒーターを作り、実施例４におけるように試験した。
実施例８ 実施例１の手順に従って調製した組成物Ａのペレット
をDBDPOとプレブレンドし、表１で組成物Ｈとして示し
たブレンドを得た。ヒーターを作り、実施例４における
ように試験した。
をDBDPOとプレブレンドし、表１で組成物Ｈとして示し
たブレンドを得た。ヒーターを作り、実施例４における
ように試験した。
実施例９ 実施例１の手順に従って調製した組成物Ａのペレット
をアルミナ三水和物とプレブレンドし、表１で組成物Ｉ
として示したブレンドを得た。ヒーターを作り、実施例
４におけるように試験した。
をアルミナ三水和物とプレブレンドし、表１で組成物Ｉ
として示したブレンドを得た。ヒーターを作り、実施例
４におけるように試験した。
実施例10 実施例２の組成物（組成物Ｂ）を1.5インチ（3.8cm）
押出機で２本の22AWGストランド化ニッケル−銅ワイヤ
の周囲に押出し、“犬の骨”の断面を有するストリップ
ヒーターを作った。そのヒーターはワイヤ中心からワイ
ヤ中心まで0.108インチ（0.274cm）の電極間隔、ワイヤ
間の中心点で約0.040インチ（0.102cm）の“ウェブ”厚
みおよび0.154インチ（0.391cm）の全幅を有していた。
そのヒーターは実施例１におけるように被覆した。試験
結果を表２に示す。
押出機で２本の22AWGストランド化ニッケル−銅ワイヤ
の周囲に押出し、“犬の骨”の断面を有するストリップ
ヒーターを作った。そのヒーターはワイヤ中心からワイ
ヤ中心まで0.108インチ（0.274cm）の電極間隔、ワイヤ
間の中心点で約0.040インチ（0.102cm）の“ウェブ”厚
みおよび0.154インチ（0.391cm）の全幅を有していた。
そのヒーターは実施例１におけるように被覆した。試験
結果を表２に示す。
実施例11 実施例４の組成物（組成物Ｄ）を用いて、実施例10と
同じ形状寸法を有するヒーターを作った。試験の結果を
表２に示す。
同じ形状寸法を有するヒーターを作った。試験の結果を
表２に示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｂ 1/24 Ｈ０１Ｂ 1/24 Ｚ Ｈ０１Ｃ 7/02 Ｈ０１Ｃ 7/02 Ｈ０５Ｂ 3/14 Ｈ０５Ｂ 3/14 Ａ (72)発明者 ラーキン、ブライアン・エス アメリカ合衆国 94083 カリフォルニ ア、モス・ギーチ、シエラ・ストリート 554番 (56)参考文献 特開 昭62−98601（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−107104（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−160189（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−78406（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05B 3/56 C08K 3/04 C08K 3/20 C08L 23/08 C08L 101/00 H01B 1/24 H01C 7/02 H05B 3/14
Claims (9)
- 【請求項１】（１）結晶性有機ポリマー、 （２）全組成物を基準にしてｘ重量％の量のカーボンブ
ラックを含んでなる粒状の導電性フィラー（ここで、ｘ
重量％は５〜50重量％である。）、 （３）全組成物を基準にしてｙ重量％の量の無機酸化物
を含んでなる粒状の非導電性フィラー、および （４）全組成物を基準にしてｚ重量％の量のハロゲン化
物を含んでなる難燃剤（ここで、量（ｙ）／（ｘ＋ｙ）
は少なくとも0.01であり、量（ｙ）／（ｙ＋ｚ）は少な
くとも0.10である。） を含んでなる溶融押出し可能な導電性ポリマー組成物で
あって、 該組成物は組成物が標準的なストリップヒーターに作ら
れ、ヒーターを標準アーク伝播試験で試験した時、アー
クが伝播しない組成物。 - 【請求項２】結晶性ポリマーが中密度ポリエチレンおよ
びエチレン／エチルアクリレートを含んでなる請求の範
囲第１項に記載の組成物。 - 【請求項３】無機酸化物がSb2O3を含んでなる請求の範
囲第１項に記載の組成物。 - 【請求項４】難燃剤がデカブロモジフェニルオキサイド
を含んでなる請求の範囲第１項に記載の組成物。 - 【請求項５】Sb2O3が全組成物の重量を基準にして少な
くとも５重量％である請求の範囲第３項に記載の組成
物。 - 【請求項６】（１）請求の範囲第１〜５項のいずれかに
記載の導電性ポリマー組成物よりなる抵抗素子、および （２）電源に接続して抵抗素子に電流を流せる２個の電
極 を有してなるヒーターであって、該導電性ポリマー組成
物は、その組成物を標準的なストリップヒーターに作
り、その標準アーク伝播試験で試験した場合にアークが
伝播しないようなものであるヒーター。 - 【請求項７】ストリップヒーターの形をし、PTC挙動を
示すヒーターであって、 （１）ポリマーは中密度ポリエチレンおよびエチレン／
エチルアクリレートを含んでなり、 （２）量（ｙ）／（ｘ＋ｙ）は少なくとも0.20で、量
（ｙ）／（ｙ＋ｚ）は少なくとも0.20であり、 （３）電極は、抵抗素子中に埋め込まれた細長いワイヤ
の形態をしている、 請求の範囲第７項に記載のヒーター。 - 【請求項８】（１）請求の範囲第１項に記載の導電性ポ
リマー組成物よりなる抵抗素子、および （２）電源に接続されて抵抗素子に電流を流せる２個の
電極、 を有してなり、標準アーク伝播試験で試験した場合、ア
ークが伝播しないストリップヒーター。 - 【請求項９】（Ａ）請求の範囲第６項または第８項に記
載のストリップヒーター、および （Ｂ）電源、 を有してなるストリップヒーター回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US57975790A | 1990-09-10 | 1990-09-10 | |
| US579,757 | 1990-09-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06500662A JPH06500662A (ja) | 1994-01-20 |
| JP3140054B2 true JP3140054B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=24318235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03515183A Expired - Fee Related JP3140054B2 (ja) | 1990-09-10 | 1991-09-10 | 導電性ポリマーデバイス |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0548162B1 (ja) |
| JP (1) | JP3140054B2 (ja) |
| AT (1) | ATE211296T1 (ja) |
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