JPH10223406A - Ptc組成物およびそれを用いたptc素子 - Google Patents

Ptc組成物およびそれを用いたptc素子

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JPH10223406A
JPH10223406A JP2343397A JP2343397A JPH10223406A JP H10223406 A JPH10223406 A JP H10223406A JP 2343397 A JP2343397 A JP 2343397A JP 2343397 A JP2343397 A JP 2343397A JP H10223406 A JPH10223406 A JP H10223406A
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JP
Japan
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ptc
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powder
temperature
conductive
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JP2343397A
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Shinobu Anpo
忍 安保
Okikuni Takahata
興邦 高畑
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Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射線を照射することなく,室温での抵抗値
が低く,更にスイッチング温度後に高抵抗を安定的に保
つPTC組成物とそれを用いたPTC素子と,このPT
C素子を電気回路保護に用いた電気回路保護素子を提供
すること。 【解決手段】 PTC組成物は,ポリマー成分,半導体
粉体,及び導電性粉体を主成分とし,ある温度において
急激に抵抗が上昇する正温度特性を備えた導電性樹脂組
成物である。このPTC組成物は,前記半導体粉体と前
記導電性粉体の総量が全体の15〜60vo1%の範囲
内である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,ある特定の温度
(スイッチング温度と呼ぶ)領域に達したときに,急激
に抵抗が上昇する正温度特性,いわゆるPTC(Positi
ve Temperature Coefficient)特性を有する高分子材料
を含む導電性樹脂組成物とそれを用いた回路素子に関す
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 3 を微量添加したBaTiO3 等の無機導電
性組成物(セラミックPTC)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体
を混練した有機導電性組成物(高分子PTC)が知られ
ている。
【0003】とりわけ,従来の有機導電性組成物におい
ては,ポリマーマトリックスの結晶融点より低い温度に
ある間では,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。一方,従来の有機導電性組成物では,温度上昇によ
り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
電性粒子がマトリックス全体に拡散するため,導電性粒
子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)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】PTC組成物は,例え
ば,過電流保護素子等に用いられるが,この場合にセラ
ミック系のPTC組成物を用いると室温状態での抵抗値
が〜100Ω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。
【0005】また従来から知られている高分子PTC組
成物は高分子の融点を超えると抵抗が減少していき(負
温度特性),融点以上での安定した高抵抗が得られな
い。
【0006】この欠点を解消するために,現在のところ
PTC組成物を放射線照射し,架橋することで対策して
いる。しかし,放射線照射を行う場合,設備のコストが
大きく,又工程数が増える等の問題がある。
【0007】そこで,本発明の技術的課題は,放射線を
照射することなく,室温での抵抗値が低く,更にスイッ
チング温度後に高抵抗を安定的に保つPTC組成物とそ
れを用いた回路素子であるPTC素子とPTC素子を電
気回路保護に用いた電気回路保護素子とを提供すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに,本発明者らは種々検討を行った結果,ポリマー成
分に導電性粉体と半導体粉体とを混練した組成物が有効
であることを見いだした。
【0009】即ち,本発明によれば,ポリマー成分,半
導体粉体,及び導電性粉体を主成分とし,ある温度(ス
イッチング温度)において急激に抵抗が上昇する正温度
特性を備えた導電性樹脂組成物であって,前記半導体粉
体と前記導電性粉体の総量が全体の15〜60vo1%
の範囲内であることを特徴とするPTC組成物が得られ
る。
【0010】また,本発明によれば,前記PTC組成物
において,前記半導体粉体は,Si,Ge,SnO2
TiO2 ,及びBCの内の少なくとも一種からなり,前
記導電性粉体は,Ni,Ag,Cu,Ti,カーボンブ
ラック,黒鉛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。
【0011】また,本発明によれば,前記PTC組成物
において,前記半導体粉体の量が全体のl0〜55vo
l%の範囲内であることを特徴とするPTC組成物が得
られる。
【0012】また,本発明によれば,前記いずれかのP
TC組成物を用いたことを特徴とするPTC素子が得ら
れる。
【0013】さらに,本発明によれば,前記PTC素子
を電気回路保護に用いたことを特徴とする電気回路保護
素子が得られる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下,本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
【0015】まず,導電性樹脂組成物の目標値として室
温抵抗を10Ω・cm以下,スイッチング後の抵抗と室
温での抵抗の比(R´/R)が105 以上と設定した。
次に,高密度ポリエチレンに導電性粒子として,ニッケ
ル(Ni)粉体を10〜50vol%程度ロールミル上
で加熱混練した後,シート状に成形し第1の比較試料と
してのポリマー組成体を得た。ここで,導電性樹脂組成
物に用いることができる導電性粒子としては,Niの
他,Ag,Cu,Ti等の金属粉体,カーボンブラッ
ク,黒鉛等の炭素系導電性粉体,また球状粒子の表面を
物理的または化学的に金属,金属酸化物,カーボン等の
一種,または二種以上を沈着被覆させたものでも良い。
【0016】図1の曲線12は,上記第1の比較試料の
組成物の温度と抵抗率の測定結果を示している。図1の
測定はオイルバス中4短針法で行い,抵抗率測定にはデ
ィジタルマルチメータを用いた。図1の曲線12から分
かるように,室温での抵抗率は2Ω・cm程度であり,
スイッチング温度後にl09 倍程度以上に上昇している
が,その後,更に高温となると抵抗率が低下している。
【0017】次に,高密度ポリエチレンにフィラーとし
てシリコン(Si)粉体を10〜60vo1%程度ロー
ルミル上で加熱混練した後,シート状に成形し,第2の
比較試料としてのポリマー組成体を得た。ここで,導電
性樹脂組成物に用いることができるフィラーとしては,
シリコンの他に,SnO2 やBC等の半導体粉体でも良
い。
【0018】図1の曲線13は,第2の比較試料の組成
物の温度と抵抗率の測定結果を示している。測定法は,
前述の第1の比較試料に用いた方法と同様である。図1
の曲線13から分かるように,第2の比較試料において
は,高温側で104 倍程度に上昇し,その後も抵抗率は
下がらず安定している。しかし,室温での抵抗率が10
6 Ω・cm程度とニッケル粉体をフィラーとして用いた
場合に比較し大きくなっている。
【0019】次に,高密度ポリエチレンに,ニッケル粉
体を10〜40vol%,シリコン粉体を10〜50v
o1%程度ロールミル上で加熱混練した後,シート状に
成形した本発明の試料としてのポリマー組成体を得た。
図1の曲線11は,本発明の試料の組成物の温度と抵抗
率の測定結果を示している。測定法は前述の第1の比較
試料及び第2の比較試料に用いた方法と同様である。図
1の曲線11から分かるように室温での抵抗率は4Ω・
cm程度であり,高温側で108 倍以上に上昇し,その
後も抵抗率は下がらず安定している。またフィラー量に
ついて導電性フィラー量が5vo1%以上でないと室温
抵抗の目標値である10Ω・cm以下にならないため,
本発明の範囲から除外される。
【0020】さらに半導体成分が全体のl0vo1%以
上ない場合,高温での抵抗の安定性が得られなくなるの
で本発明の範囲から除外される。
【0021】また,フィラー総量が60vo1%を超え
るとポリマーとフィラーとの混ざりが悪くなり,作業性
が著しく悪化する。このため本発明の範囲にあるフィラ
ー総量は,全体の15vol%以上60vo1%以下と
設定される。
【0022】また,以上より本発明の範囲にある半導体
成分は,全体の10vo1% 以上,55vol%以下と
設定される。
【0023】次に,図2の曲線22は,一般的なPTC
組成物であるポリエチレンにカーボン系フィラーを混練
した第3の比較試料としての組成物のPTC特性を示
す。また,本発明の実施の形態による組成物のPTC特
性を図2の曲線11(図1の曲線11と同じ)に示す。
ただし,両方の試料ともに,放射線照射は行っていな
い。図2の曲線11に示すように,室温での抵抗は,本
発明の試料においては,曲線22に示される第3の比較
試料の組成物と同等でかつ高温での抵抗安定性が増して
いる。
【0024】また,図3の曲線32にポリマー成分に導
電性粉体のみを混練した第3の比較試料として,ポリエ
チレンに黒鉛約40vo1%を加熱混練したPTC組成
物の温度と抵抗率の測定結果を示す。図3の曲線32に
示されるように導電性粉体のみ混練したPTC組成物
は,室温では10Ω・cm程度以下の低抵抗率で,スイ
ッチング温度後で抵抗率が室温の108 〜109 倍程度
に上昇する。しかし組成物の温度を融点以上に上げる
と,抵抗率が急激に低下する傾向がある。
【0025】これに対し,ポリマー成分に半導体粉体を
加えた組成物でも,十分なPTC特性が得られ,かつ高
温側での抵抗が安定したものが得られることが以下の実
験から分かった。
【0026】例として,ポリエチレンに,SnO2 約5
0vol%を加熱混練した第4の比較試料としてのPT
C組成物の温度と抵抗率の測定結果を図3の曲線33に
示す。図示の曲線33に示すように,第4の比較試料に
おいては,スイッチング温度後の抵抗が107 倍程度ま
で上昇し,かつ高温でも抵抗は減少せず安定している。
【0027】しかしながら,室温の抵抗が非常に高く,
室温での抵抗が低い組成物を得られない。
【0028】以上,説明したように,本発明の実施の形
態においては,結晶性ポリマーに導電性粉体と半導体粉
体を併せて混練する事で室温での抵抗率が10Ω・cm
以下と小さく,高温側でも高抵抗を安定的に維持する組
成物が得られる。
【0029】
【発明の効果】以上,説明したように,本発明によれ
ば,ポリマー成分に導電性粉体と半導体粉体を混練する
事により,室温での抵抗値が低く,高温側でも高抵抗を
安定的に維持するPTC組成物を提供することができ
る。
【0030】また,本発明によれば,ポリマー成分に導
電性粉体と半導体粉体を分散させてなるPTC組成物に
より,室温での抵抗値が低く,高温での抵抗の安定性が
高いため電気回路保護素子等の信頼性が要求されるもの
に使用でき,工業的利用価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態によるPTC組成物の温度
と電気抵抗との関係を示す図であり,比較試料も併せて
示している。
【図2】本発明の実施の形態によるPTC組成物と従来
のPTC組成物の特性比較に供せられる図である。
【図3】比較の為に,ポリマーに導電性粉体のみ又はポ
リマーに半導体粉体のみを含むPTC組成物の特性を示
す図である。
【符号の説明】
11 曲線(本発明試料) 12 曲線(第1の比較試料) 13 曲線(第2の比較試料) 22,32 曲線(第3の比較試料) 33 曲線(第4の比較試料)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリマー成分,半導体粉体,及び導電性粉
    体を主成分とし,ある温度において急激に抵抗が上昇す
    る正温度特性を備えた導電性樹脂組成物であって,前記
    半導体粉体と前記導電性粉体の総量が全体の15〜60
    vo1%の範囲内であることを特徴とするPTC組成
    物。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のPTC組成物において,
    前記半導体粉体は,Si,Ge,SnO2 ,TiO2
    及びBCの内の少なくとも一種からなり,前記導電性粉
    体は,Ni,Ag,Cu,Ti,カーボンブラック,黒
    鉛の内の少なくとも一種からなることを特徴とするPT
    C組成物。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のPTC組成物において,
    前記半導体粉体の量が全体のl0〜55vol%の範囲
    内であることを特徴とするPTC組成物。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3の内のいずれかに記載の
    PTC組成物を用いたことを特徴とするPTC素子。
  5. 【請求項5】 請求項4記載のPTC素子を電気回路保
    護に用いたことを特徴とする電気回路保護素子。
JP2343397A 1997-02-06 1997-02-06 Ptc組成物およびそれを用いたptc素子 Withdrawn JPH10223406A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110143922A1 (en) * 2009-12-14 2011-06-16 Cheng-Hsien Lee Composition with catalyst particles
CN102215634A (zh) * 2010-04-02 2011-10-12 刘逸群 具有触媒颗粒的组成物
JP5073204B2 (ja) * 2003-03-07 2012-11-14 タイコエレクトロニクスジャパン合同会社 ポリマーptc素子
US8728354B2 (en) 2006-11-20 2014-05-20 Sabic Innovative Plastics Ip B.V. Electrically conducting compositions

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