JPS6242402A - 電流制限素子 - Google Patents

電流制限素子

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JPS6242402A
JPS6242402A JP18820986A JP18820986A JPS6242402A JP S6242402 A JPS6242402 A JP S6242402A JP 18820986 A JP18820986 A JP 18820986A JP 18820986 A JP18820986 A JP 18820986A JP S6242402 A JPS6242402 A JP S6242402A
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JP
Japan
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temperature
current limiting
resistance value
graphite
limiting element
Prior art date
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Pending
Application number
JP18820986A
Other languages
English (en)
Inventor
山口 章夫
弘二 鈴木
陽三 長井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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
」・ルミ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、かめる。
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−儂より高い)。
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、熱可塑性樹脂にニッケル、タングステン、モリブ
デンのような金属粒子およびカーボンブラックを配合し
た組成物が特開昭56−161464号公報に開示され
ている。この組成物により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
発熱により抵、抗値が変動し易いので1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#!I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(I)が該素子にも流れ、素子(抵抗値R
)にIHのジュール熱が発生する。
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
ジュール熱とが平衝し、一定温度に保たれる。
一方、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4、 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、電流制限素子がジュール熱を利用する以と、
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り、かような撞々の条
件に適応し得る電流制限素子の出現が待望されでいる。
(問題点と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ァイトを
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り、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【至ったものである。
即ち1本発明は熱DJ塑性樹脂11) 0重址部に対し
導電性粒子40〜100瓜量部が配合されており、前記
導電性粒子は表面積20〜100rr//、Fのカーボ
ンブラックおよび平均粒子径toALm以下のグラファ
イトであシ、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に隔離
された2個以上の電極が設けられて成るm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
に互いに隔離された2個以上の!極を設ける方法等によ
り得ることができる。
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(R2O)が1〜10000Ω−口と低く、ま
たR (TP−2o )/R2Gが1〜10で、且ツR
TP/R20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CC)を、R(TP −20
)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子におけ
る抵抗温度特性は、TP未満の温度では、抵抗変化が無
く、TPで急峻に抵抗が上昇するものが理想的であるが
、現実には、TPより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よりT。
低い温度(TP4’o)での抵抗値と、RzoO比即ち
抵抗温度特性に於て20℃から(TP−To)の温度範
囲の抵抗上昇勾配と、R20とTPO温度時での抵抗値
(FTP )の比、即ち抵抗変化倍数を示すのが最も通
常用いられる手段である。ここでToが10℃以下では
、現実的に急峻に抵抗と昇が始まる領域に入ってしまい
良否判定の基礎とするには不都合であり、またToが3
0℃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と差がありすぎるため、T
oを20℃とした。
従って、R(TP −20)/R20は、20℃〜(T
P−20)℃間の抵抗と昇の勾配を示し、RTP/R2
0は、20℃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)/R2Gの値が1未満の場合は、温
度上昇で抵抗値がR20に比較して小さくなシ、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、昇温に伴って抵抗値が下がシ、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り、著るしく抵抗値が変化
することになり、素子を応用した電気回路の設計が非常
に困難になる。
場合によりでは、素子温度会一定に保つ付滞装置が必要
になることもある。
又% Rrp/ R20は出来るだけ大きい方がよいが
、1000禾調では実用時電流を流した場合、自己発熱
により温度過昇が生じて素子の許容温度を超えることが
あり、また素子自体は抵抗の温度変化を利用するもので
6D、抵抗変化倍数の小さいものは用途が限定されるた
めである。
R20を1〜10000Ω−儂にした理由は、実用時の
設計に係るものであり、素子の形状に係る問題により限
定される。即ち、1Ω−口未虜の場合は電極間の距離が
長くなり、10000Ω−αを超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11流制限素子本体)の表面および裏面の
全面ヲ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り設けられて
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10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
チル共爪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り
、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、と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、 R20およびR(TP−2
0)/ R20が大きく、存在比が0.6を超えるとR
TP/R20が小さくなるのでいずれも好ましくない。
なお、グラフディトの存在比は下記式により算出する。
また1本発明において用いるカーボンブラックは表面積
が20〜100rrl/i (J3ET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20d/jiよpも
小さい場合には、該カーボンブラックの谷すよがかさば
)、樹脂pよびグラファイトとの均一混合が困難になる
ばかりでなく、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、1oOyr//gを超
えるとRT))/R20が小さくなるのでいずれも好ま
しくない、、また、グラファイトの平均粒子径が10μ
鴨よりも大きいと、R(TP−xo ) /R20が小
さくなるので好ましくない。
(実施例) 以下、実施例により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ベレット(三井石油化学社製、商品
名H2−5300E)100部に対し、表面積45rl
/j9のカーボンブラック40部2よび平均粒子径4μ
mのグラファイト30部を温度165℃のミキシングロ
ールにより30分間混111fル(ポリエチレンを溶融
せしめると共に三者を均一に混合する)。
次に、この混合物を電熱式プレス機により温度165℃
、圧力5 kP/c14の条件で30分加熱加圧する。
その後、圧力5kfi’/cAに保持したまま室温まで
冷却し、厚さQ、5ms+、縦および横が各々20(m
のシート状成形物を得る。
このシート状物に10Mrad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0.5mm、;
縦および横が各々20CrILの銅箔を配置し、温度1
65℃、圧力5kl//cA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1、
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1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。
これら電流制限素子におけるR20 % R(TP−2
0)、RTPおよびTPの測定データ、これらデータに
基いて算出したR (TP−20)/ R20,RTP
/ R20の値を第1表に示す0なお、 R2(l s
 R(TP−20)およびRTPけ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fk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
20)が低いはかシでなく 、 R(TP−20)/R
z。
が小さく且つRTp / R20が大きく、顕著なPT
C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 (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 熱可塑性樹脂100重量部に対し導電性粒子40〜10
    0重量部が配合されており、前記導電性粒子は表面積2
    0〜100m^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に隔離された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。
JP18820986A 1986-08-11 1986-08-11 電流制限素子 Pending JPS6242402A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01110702A (ja) * 1987-07-24 1989-04-27 Daito Tsushinki Kk グラフト化法による自己復帰形過電流保護素子の製造方法
JP2008235943A (ja) * 1993-09-15 2008-10-02 Raychem Corp 電気的なアッセンブリ

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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
JPS56150802A (en) * 1980-04-23 1981-11-21 Tdk Electronics Co Ltd Chip type ptc thermistor and method of manufacturing same
JPS5982701A (ja) * 1982-11-04 1984-05-12 株式会社日立製作所 限流素子およびその製造方法

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