JP3022644B2 - 有機質正特性サーミスタ - Google Patents

有機質正特性サーミスタ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有機質正特性サーミス
タに関し、より詳しくは、昇温時特定の温度領域で急激
に抵抗値が増大する特性、即ち、PTC(Positive Tem
perature Coefficient)特性を有する有機質正特性サー
ミスタに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ポリエチレン又はポリプロピレン
等の結晶性重合体に、金属微粉末やカーボンブラック等
を分散させたPTC特性を有する有機質正特性サーミス
タはこの技術分野では公知である。例えば、米国特許第
3591526号明細書及び同第3673121 号明細書などに開示
されている。
【0003】ところで、PTC特性は結晶性重合体がそ
の融点において、結晶質から非晶質に変化する際に急激
な体積膨脹を示すため、その中に分散された導電性微粉
末の粒子同士の間隔が押し広げられて粒子間の接触抵抗
が急激に増大するために生ずる。
【0004】このような有機質正特性サーミスタは、例
えば、温度検出器あるいは自己制御型ヒーター等として
利用し得るが、この有機質正特性サーミスタに要求され
る性能はPTC特性の立ち上がりが急峻で大きな抵抗値
変化を示し、しかも室温での初期抵抗値が小さいことが
必要である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の有機質
正特性サーミスタにおいては、カーボンブラックを導電
性物質として充填することが多く、この場合初期抵抗値
を小さくするためにはその充填量を大きくする必要があ
った。このような場合には抵抗変化率が小さくなりヒー
ター等への適用は困難になるという問題があった。
【0006】また、一般の金属微粉末粒子を導電性物質
として充填したものも知られているが、この場合にも、
同様に初期抵抗値を小さくするためにその充填量を大き
くする必要があり、また、このような場合に大きく変化
率が得られないため、実用化に至っていない。
【0007】そこで、本発明は、室温での初期抵抗値が
小さく、PTC特性の立ち上がりが急峻で大きな抵抗値
変化を示す有機質正特性サーミスタを提供することを目
的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の有機質正
特性サーミスタは、サーミスタ素体として結晶性重合体
に充填剤としての導電性粒子を含む有機質正特性サーミ
スタにおいて、前記導電性粒子は、多数の突起が形成さ
れた球状のNiパウダーからなることを特徴とするもの
である。
【0009】請求項2記載の有機質正特性サーミスタ
は、サーミスタ素体として結晶性重合体に充填剤として
の導電性粒子を含む有機質正特性サーミスタにおいて、
前記導電性粒子として多数の突起が形成された球状のN
iパウダーを有し、該Niパウダーは鎖状に連結されて
いることを特徴とするものである。
【0010】
【作用】請求項1記載の有機質正特性サーミスタによれ
ば、結晶性重合体に、多数の突起を有する球状Niパウ
ダー充填したものであるから、真球状の導電性粒子を
充填した場合に比べ、多数の突起を有する球状Niパウ
ダー同士では、その形状故にトンネル電流が流れやす
く、これにより、導電性が良好となって、常温での初期
抵抗値が小さく、また、導電性粒子同士の間隔が球状の
ものに比べて大きいのでPTC特性の立ち上がりが急峻
で大きな抵抗値変化を呈する。
【0011】請求項2記載の有機質正特性サーミスタに
よれば、結晶性重合体に、多数の突起を有する球状Ni
パウダーが鎖状に連結された形状の導電性物質を充填
たものであるから、真球状の導電性粒子を充填した場合
に比べ、多数の突起を有しかつ、鎖状につながっている
ので、トンネル電流がより多く流れ、これにより、導電
性が良好となって、常温での初期抵抗値が小さく、ま
た、導電性粒子同士の間隔が球状のものに比べて大き
いのでPTC特性の立ち上がりが急峻で大きな抵抗値変
化を呈する。
【0012】
【実施例】以下に本発明の実施例を詳細に説明する。
【0013】第1の実施例の有機質正特性サーミスタ
は、結晶性重合体と、この結晶性重合体に導電性物質と
して混練した多数の突起を有する所定量の球状Niパウ
ダーからなるものである。この有機質正特性サーミスタ
の顕微鏡写真を図1に示す。
【0014】図1に示す写真から明らかなように、本実
施例の有機質正特性サーミスタによれば、多数の導電性
粒子のスパイク状の突起があるが故にトンネル電流が流
れやすく、これにより、導電性が良好となって、常温で
の初期抵抗値が小さく、導電性粒子同士の間隔が球状の
ものに比べて大きいので接触点が容易に切れてPTC特
性の立ち上がりが急峻で大きな抵抗値変化を得ることが
できる。
【0015】前記結晶性重合体としては、ポリフッ化ビ
ニリデンを用いる。
【0016】結晶性重合体としては、ポリフッ化ビニリ
デンの他、ポリエチレン,ポリエチレンオキシド、t−
4−ポリプタジエン,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,ポリカブロラクタム,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,ポリアセター
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,フッ素樹脂等がある。
【0017】結晶性重合体の種類は所望の性能,用途等
に応じて適宜選択することができる。
【0018】前記スパイク状の突起を有する導電性粒子
としては、多数の突起を有する球状Niパウダー(イン
コ・リミテッド製)を用いる。
【0019】このNiパウダーは、例えばカーボニル法
により製造されるものであり、99.99%の純度のニ
ッケルカーボニルに対し下記化学式に示す変換を行った
ものである。
【0020】Ni(CO)4 →Ni+4CO その平均粒径は3乃至7μm(フィッシュー・サブシー
ブ法で測定)、見掛け密度は1.8乃至2.7(g/c
c)、比表面積は0.34乃至0.44(m2 /g)の
各物理的特性を有する。
【0021】次に、第2の実施例について説明する。
【0022】第2の実施例の有機質正特性サーミスタ
は、結晶性重合体と、この結晶性重合体に、導電性物質
として多数の突起を有する球状Niパウダーが連結した
形状をのものを充填して得られるものである。
【0023】この有機質正特性サーミスタの顕微鏡写真
を図2に示す。
【0024】図2に示す写真から明らかなように、本実
施例の有機質正特性サーミスタによれば、導電性物質の
各々のスパイク状の突起がトンネル電流を流し易くし、
これにより、導電性が良好となって、常温での初期抵抗
値が小さく、導電性粒子同士の間隔が大きいので、容易
に導電経路が寸断されるのでPTC特性の立ち上がりが
急峻で大きな抵抗値変化を得ることができる。
【0025】前記結晶性重合体としては、ポリフッ化ビ
ニリデンを用いることは第1の実施例の場合と同様であ
る。
【0026】前記各導電性物質としては、フィラメント
状鎖状Niパウダー(インコ・リミテッド製)を用い
る。
【0027】このフィラメント状鎖状Niパウダーの平
均粒径は2.2乃至2.8μm(フィッシュー・サブシ
ーブ法で測定)、見掛け密度は0.5乃至0.95(g
/cc)、比表面積は0.58乃至0.63(m2
g)の各物理的特性を有する。
【0028】以下、さらに詳細に説明する。
【0029】実施例1 結晶性重合体としてポリフッ化ビニリデンを用い、導電
性物質として多数の突起を有する球状Niパウダー(平
均粒径3.0乃至7.0μm、インコ・リミテッド製)
を用い、該ポリフッ化ビニリデンに対して前記Niパウ
ダーを30重量部の割合で加え、ラボプラストミル(東
洋精機製作所製)で混練後、厚さ0.7mmのシートに
プレス成形し、その後架橋処理を施した。
【0030】さらに、この成形品の両面に電極としてN
i箔を圧着し直径10mmの円板状に打ち抜いてサンプ
ルとした。
【0031】次に、このサンプルについてPTC特性を
測定した。この測定に当たっては、前記サンプルを恒温
槽内で温度上昇及び下降を行い、各所定温度における抵
抗値を測定し、温度と抵抗値の関係を求めた。この測定
結果を図3に示す。
【0032】図3に示す測定結果から、常温での抵抗値
は0.6Ωと非常に低い値でありながら、転移温度では
抵抗値が急激に上昇して、最大抵抗値は3×107 Ωに
なり、変化率は108 以上の高い値になっていることが
分かる。
【0033】また、最大抵抗値を呈する176℃以上の
温度においても抵抗値の低下はなく、サンプルの熱によ
る変形は生じなかった。
【0034】このように本実施例の有機質正特性サーミ
スタは、常温での抵抗値が低く、かつ、急峻なPTC特
性を持つものである。
【0035】実施例2多数の 突起を有する球状Niパウダーの含有量を20重
量部とした他は、実施例1と同様にして円板状のサンプ
ルを形成した。
【0036】このサンプルに対し、実施例1と同様にし
てPTC特性を測定し、図4に示す測定結果を得た。図
4から明らかなように、常温での抵抗値は1.4Ωと低
い値でありながら、転移温度では抵抗値が急激に上昇し
て、最大抵抗値は5×107 Ωになり、変化率は107
以上の高い値になった。
【0037】実施例3多数の 突起を有する球状Niパウダーの含有量を60重
量部とした他は、実施例1と同様にして円板状のサンプ
ルを形成した。
【0038】このサンプルに対し、実施例1と同様にし
てPTC特性を測定し、図5に示す測定結果を得た。図
5から明らかなように、常温での抵抗値は0.07Ωと
非常に低い値でありながら、転移温度では抵抗値が急激
に上昇して、最大抵抗値は3×106 Ω・cmになり、
その変化率は108 以上の高い値になった。
【0039】実施例4 結晶性重合体としてポリフッ化ビニリデンを用い、導電
性物質としてフェラメント状鎖状Niパウダー(平均粒
径2.2乃至2.8μm、インコ・リミテッド製)を用
い、該ポリフッ化ビニリデンに対してフィラメント状鎖
状Niパウダーを30重量部の割合で加え、ラボプラス
トミルで混練後、厚さ0.7mmのシートにプレス成形
し、その後架橋処理を施した。
【0040】さらに、この成形品の両面に電極としてN
i箔を圧着し直径10mmの円板状に打ち抜いてサンプ
ルとした。
【0041】次に、このサンプルについてPTC特性を
測定した。この測定に当たっては、前記サンプルを恒温
槽内で温度上昇及び下降を行い、各所定温度における抵
抗値を測定し、温度と抵抗値の関係を求めた。この測定
結果を図6に示す。
【0042】図6に示す測定結果から、常温での抵抗値
は0.5Ωと非常に低い値でありながら、転移温度では
抵抗値が急激に上昇して、最大抵抗値は2×107 Ωに
なり、抵抗変化率は108 以上の高い値になっているこ
とが分かる。
【0043】また、最大抵抗値を呈する176℃以上の
温度においても抵抗値の低下はなく、サンプルの熱によ
る変形は生じなかった。
【0044】このように本実施例の有機質正特性サーミ
スタは、常温での抵抗値が低く、かつ、急峻なPTC特
性を持つものである。
【0045】実施例5 フェラメント状鎖状Niパウダーの含有量を20重量部
とした他は、実施例4と同様にして円板状のサンプルを
形成した。
【0046】このサンプルに対し、実施例1と同様にし
てPTC特性を測定し、図7に示す測定結果を得た。図
7から明らかなように、常温での抵抗値は1.2Ωと低
い値でありながら、転移温度では抵抗値が急激に上昇し
て、最大抵抗値は4×107 Ωになり、変化率は107
以上の高い値になった。
【0047】実施例6 フェラメント状鎖状Niパウダーの含有量を60重量部
とした他は、実施例4と同様にして円板状のサンプルを
形成した。
【0048】このサンプルに対し、実施例1と同様にし
てPTC特性を測定し、図8に示す測定結果を得た。図
8から明らかなように、常温での抵抗値は0.05Ωと
非常に低い値でありながら、転移温度では抵抗値が急激
に上昇して、最大抵抗値は2×106 Ω・cmになり、
その変化率は108 以上の高い値になった。
【0049】比較例1 導電性物質をカーボンブラックとして含有量を40重量
部とした他は、実施例3と同様にして比較サンプルを作
成した。この比較サンプルの測定結果を図9に示す。図
9から明らかなように、常温での抵抗値は0.2Ω程
度、最大抵抗値は4×104 Ω・cmであり、変化率は
105 程度であった。
【0050】比較例2 導電性物質を球状Niパウダー(平均粒径3μm、イ
ンコ・リミテッド製)としたほかは、実施例1と同様に
して比較サンプルを作成した。この比較サンプルの測定
結果を図10に示す。図10から明らかなように、この
比較サンプルの常温での抵抗値は9×104 Ω程度、最
大抵抗値は4×108 Ωであり、変化率は103 程度で
あった。
【0051】以上詳述したように、本実施例の有機質正
特性サーミスタは、導電性物質としての多数の突起を有
する球状Niパウダー又はフィラメント状鎖状Niパウ
ダーの充填量が比較的少ないにもかかわらず、常温での
低い抵抗値と、急峻なPTC特性の両方を併せ持ち、ヒ
ータ等に適用して好適である。
【0052】本発明は、上述した実施例に限定されるも
のではなく、その要旨の範囲内で種々の変形が可能であ
る。
【0053】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、上述した
構成としたことにより、以下の効果を奏する。
【0054】請求項1記載の発明によれば、充填材とし
て真球状の導電性物質を用いた場合に比べ、多数の突起
を有する球状Niパウダーでは、トンネル電流が流れや
すいので導電性が良好となって、常温での初期抵抗値が
小さく、導電性粒子同士の間隔が比較的大きいので容易
に導電路が寸断されPTC特性の立ち上がりが急峻で大
きな抵抗値変化を呈する有機質正特性サーミスタを提供
することができる。
【0055】請求項2記載の発明によれば、充填材とし
て真球状の導電性物質を用いた場合に比べ、多数の突起
を有する球状Niパウダーが連結された形状の導電性物
質の場合、突起を有するのでトンネル電流が流れ易く、
導電性が良好となって、常温での初期抵抗値が小さく、
また、導電性粒子間隔が比較的大きいため、導電路が寸
断され易く、PTC特性の立ち上がりが急峻で大きな抵
抗値変化を呈する有機質正特性サーミスタを提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の有機質正特性サーミス
タの組織を示す顕微鏡写真
【図2】本発明の第2の実施例の有機質正特性サーミス
タの組織を示す顕微鏡写真
【図3】実施例1の有機質正特性サーミスタの抵抗温度
特性を示すグラフ
【図4】実施例2の有機質正特性サーミスタの抵抗温度
特性を示すグラフ
【図5】実施例3の有機質正特性サーミスタの抵抗温度
特性を示すグラフ
【図6】実施例4の有機質正特性サーミスタの抵抗温度
特性を示すグラフ
【図7】実施例5の有機質正特性サーミスタの抵抗温度
特性を示すグラフ
【図8】実施例6の有機質正特性サーミスタの抵抗温度
特性を示すグラフ
【図9】比較例1の有機質正特性サーミスタの抵抗温度
特性を示すグラフ
【図10】比較例2の有機質正特性サーミスタの抵抗温
度特性を示すグラフ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サーミスタ素体として結晶性重合体に充
    填剤としての導電性粒子を含む有機質正特性サーミスタ
    において、 前記導電性粒子は、多数の突起が形成された球状のNi
    パウダー からなることを特徴とする有機質正特性サーミ
    スタ。
  2. 【請求項2】 サーミスタ素体として結晶性重合体に充
    填剤としての導電性粒子を含む有機質正特性サーミスタ
    において、 前記導電性粒子として多数の突起が形成された球状のN
    iパウダーを有し、該Niパウダーは鎖状に連結されて
    いる ことを特徴とする有機質正特性サーミスタ。
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