JP2000505594A - Ｐｔｃ導電性ポリマーデバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ハウジング（１）；弾性的に変形された保持要素（２２，３２）をハウジングの中に、ターミナル要素（２１、３１）をハウジングの外側に含む二つの金属部材（２、３）；および（３）保持要素の弾性回復力によってハウジング内で取り外し可能なように保持されているＰＴＣ要素（４）を含むＰＴＣデバイス。ＰＴＣ要素は、ＰＴＣ導電性ポリマーから成る層状抵抗要素（４３）、およびそれぞれが保持要素の一つと接触している二つの電極（４１、４２）を含む。ＰＴＣデバイスは、例えばスピーカーアセンブリーにおいて二本のワイヤの間で、過電流からの保護に伴って、結合部を提供するのに特に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 ＰＴＣ導電性ポリマーデバイス 本発明は、ＰＴＣ導電性ポリマーデバイスに関する。 多くの電気デバイス、特に回路保護デバイスは、２つの層状電極、およびそれ らの間に挟まれたＰＴＣ（positive temperature coefficient：正抵抗温度係数 ）挙動を示す層状の抵抗要素を含む。ＰＴＣ抵抗要素は、導電性ポリマー（この 用語は、ポリマー、およびその中に分散もしくは分布した粒子状の導電性フィラ ーを含む組成物を意味するものとして用いる）、もしくは例えばドープされたチ タン酸バリウムであるセラミックから作ることができる。導電性ポリマーが用い られる場合、そのデバイスは一般に、２枚の金属ホイルの間に導電性ポリマーの シートが挟まれた積層体から、複数のデバイスを打ち抜く（もしくは切断する） ことによって製造される。セラミックが用いられる場合、そのデバイスは通常、 予備的に形成された層状抵抗要素の主面に液体の電極材料を塗布し、液体の電極 材料を固化することによって製造される。 この種のデバイスは、２つの独立した弾性を有する保持部材の間に取り付けら れる場合がある。これらの保持部材はデバイスの向かい合っている面を圧迫する 。一般に、２つの金属製保持部材が設けられ、それらは互いに直接対向して電極 の外側の面を圧迫している。より特殊な取付け方式は、例えば米国特許第４，９ ２４，２０４号（Uchida）および第５，４５１，９２１号（Crawfordら）の明細 書に記載されている。適当な圧力が保持部材とＰＴＣデバイスとの間で生じ、か つ維持されることを確実にするために、配慮が必要とされる。 いくつかの公知である取付け方式の一つの短所は、保持部材が、例えばモータ ーハウジングのようなより大きな構造物に、保持部材を互いに相対的に動かすこ とが許容されない、および／または困難であるような方法で取付けられ、その結 果、保持部材によりＰＴＣデバイスに加わる圧力が変化するということである。 他の取付け方式においては、保持部材は末端部（またはターミナル）要素の形態 （それは雄もしくは雌型の形態であってよい）でＰＴＣ要素から延びており、こ れらの末端部は回路基板もしくは他の硬い基板に固定された相補的なコネクター に連結される。 我々は、非常に簡単であり、したがって低コストでかつ容易に製造可能である にもかかわらず、他の重要な利点を呈する、改良されたＰＴＣデバイスを発明す るに至った。本発明のデバイスは、（ワイヤ（または電線）がＰＴＣデバイスを 挿入させることが可能であるような長さに切断されているか、あるいは異なるソ ースからの二本のワイヤを一体に接続することになっているかのいずれかの理由 により）端部が自由である２本のワイヤの間で、過電流からの保護を伴って、結 合部（コネクション）を提供するのに特に適したものである。我々は、このデバ イスがスピーカーを過剰な電流から保護するのに特に有用であることを見出した 。 第一の好ましい要旨において、本発明はＰＴＣデバイスを提供し、そのＰＴＣ デバイスは以下のものを含む： （１）電気的な絶縁材料から成るハウジング； （２）（ａ）ハウジングに取り付けられ、かつ （ｂ）（i）ハウジングの外側に位置する第一ターミナル要素、および （ii）弾性的に変形され、かつ少なくとも一部がハウジングの中 に位置してハウジングから間隔をおいて離れて配置されてい る第一保持要素 を含む第一金属部材； （３）（ａ）ハウジングに取り付けられ、かつ （ｂ）（i）ハウジングの外側に位置する第二ターミナル要素、および （ii）弾性的に変形され、かつ少なくとも一部がハウジングの中 に位置してハウジングから間隔をおいて離れて配置されてい る第二保持要素 を含む第二金属部材；ならびに （４）（ａ）（ｉ）第一層状金属電極 （ii）第一電極と平行である第二層状金属電極、および （iii）ＰＴＣ導電性ポリマーから成り、かつ第一電極と第二電極 との間で挟まれている層状抵抗要素 を有して成り、 （ｂ）第一電極が第一保持要素と物理的かつ電気的に接触し、また第二 電極が第二保持要素と物理的かつ電気的に接触するように、第一保 持要素と第二保持要素との間に配置され、 （ｃ）第一および第二保持要素によって第一および第二電極に加えられ ている弾性回復力により、第一保持要素と第二保持要素との間で所 定状態で取り外し可能なように保持されている ＰＴＣ要素。 第二の好ましい要旨において、本発明は、それぞれがそれぞれに取り付けられ た雌型のコネクターを有する第一および第二ワイヤ、ならびにターミナル要素が 雌型のコネクターに各々嵌めこまれる雄型のターミナル要素である本発明の第一 の要旨によるＰＴＣデバイスを含む電気アセンブリーを提供する。 ハウジングはいずれの適当な形状であってもよいが、好ましくはＰＴＣ要素を 容易に挿入しかつ取り出すことができるよう開いた箱であることが好ましい。好 ましくは、ハウジングは、（i）間隔をおいて設けられ貫通している第一および 第二の開口部を有するベース、および（ii）ベースから離れるように延びる側壁 を含み；そして第一金属部材は第一の開口部を通過しており、第二金属部材は第 二の開口部を通過している。好ましくは、ベースは矩形であり、側壁はベースに 対して直角である。側壁は保持部材とＰＴＣ要素を物理的に保護する。従って、 好ましくは、側壁はＰＴＣ要素および保持要素双方よりも高い。 ハウジングのベースに設けられた開口部はベースの本体を貫通してよいが、そ れぞれの開口部は、側壁によって規定される一つのエッジを有するスロットの形 態であることが好ましい。金属部材および側壁、ならびに／またはベースは、金 属部材とハウジングとの間で確実な嵌合を提供することを助長する協同（または 協働）部材を有していてもよい。 第一および第二金属部材は、好ましくはそれぞれ適当な形を有する金属の単一 のピースである。各金属部材はハウジングに取り付けられなければならず、一ヶ 所、例えばその金属部材が通過するベースの開口部の領域で、金属部材とベース との間における確実な結合により取り付けられることが好ましい。好ましくは、 金属部材はその他の方法では取り付けられない。しかしながら、部材の弾性変形 を変更し、したがってＰＴＣ要素に作用する力を変更することができるように、 部材とハウジングとの間の接触を滑動可能なものにしてもよい。 保持要素は、ＰＴＣ要素の電極に平行であり、好ましくは電極に接触する一も しくは複数の凸状部を有している、略平面である部分（略平面部）を有すること が好ましい。この凸状部は互いにずれていることが好ましい。各平面部には一つ の凸状部が存在してもよく、あるいは一方もしくは両方の平面部に二もしくはそ れ以上の凸状部があってもよく、好ましくはＰＴＣ要素に作用する力の総和が電 極の水平面に対して直角となるように配列される。平面部は、他方の保持要素に 向かって傾斜している弾性的に変形したベース部分と、他方の保持要素から離れ るように傾斜しているエントリー部分との間に位置することが好ましい。エント リー部分は、ＰＴＣ要素が保持要素の間に挿入されるときにＰＴＣ要素を所定の 状態にガイドする役割をしており、そしてエントリー部分の端部は保持要素の弾 性変形を変更（または加減）するためにハウジングの側壁を押圧してもよい。保 持要素は、凸状部以外に関しては、互いに鏡像関係（左右対称）であることが好 ましい。 ターミナル要素は好ましくは雄型ターミナルである。特にターミナル要素がそ うであるときは、ハウジングは、ターミナル要素の間にあるハウジングのベース から延び、そしてターミナル要素に取り付けられている成端ワイヤ間で電気的な 接触が生じないように確保する絶縁分離部材を含むことが好ましい。ハウジング はまた、デバイスを構造体、例えばスピーカーボックスに取り付けるための手段 を含んでもよい。 本発明で用いられるＰＴＣ導電性ポリマーは、好ましくは結晶性ポリマー成分 、およびポリマー成分の中に分散した粒子状のフィラー成分を含む。フィラー成 分には、例えばカーボンブラックもしくは金属のような導電性フィラーが含まれ る。フィラー成分はまた非導電性のフィラーを含んでもよく、非導電性のフィラ ーは導電性ポリマーの電気的な特性だけでなく、その物理的特性をも変化させる 。その組成物はまた一もしくは複数の他の成分、例えば酸化防止剤、架橋剤、カ ップリング剤もしくはエラストマーを含んでもよい。回路の保護デバイスとして 用いる場合、ＰＴＣ組成物は、好ましくは２３℃で５０オーム−cm（Ω・cm）よ りも小さい抵抗を、特に好ましくは１０オーム−cmよりも小さい抵抗を、更に好 ましくは５オーム−cmよりも小さい抵抗を有する。本発明で用いるのに適した導 電性ポリマーは、例えば米国特許第４，２３７，４４１号（van Konynenburgら ）、第４，３０４，９８７号（van Konynenburg）、第４，３８８，６０７号（T oyら）、第４，５１４，６２０号（Chengら）、第４，５３４，８８９号（van K onynenburgら）、第４，５４５，９２６号（Foutsら）、第４，５６０，４９８ 号（Horsmaら）、第４，５９１，７００号（Sopory）、第４，７２４，４１７号 （Auら）、第４，７７４，０２４号（Deepら）、第４，９３５，１５６号（van Konynenburg）および第５，０４９，８５０号（Evansら）の明細書に開示されて いる。 ＰＴＣデバイスが始動する場合、デバイスにわたって降下する電圧のほとんど は、通常、ホットライン（hot line）、ホットプレーン（hot plane）もしくは ホットゾーン（hot zone）と呼ばれる、デバイスの比較的小さな部分にわたる降 下である。本発明のデバイスにおいて、ＰＴＣ要素は、所望の位置、通常は両方 の電極から離れた場所であるが、そこにホットラインを形成するのを促進する一 もしくは複数の特徴を有してもよい。本発明で用いるのに適したこの種の特徴は 、例えば米国特許第４，３１７，０２７号および第４，３５２，０８３号（Midd lemanら）、第４，９０７，３４０号および第４，９２４，０７２号（Fangら） の明細書に開示されている。 本発明で用いるのに特に有用なＰＴＣ要素は、二の金属ホイル電極、ならびに それらの間に挟まれたＰＴＣ導電性ポリマー要素を含む。特にそのＰＴＣ要素は 、２３℃で低い抵抗を有し、一般に５０オームより低く、好ましくは１０オーム より低く、より好ましくは５オームよりも低く、特に３オームよりも低く、例え ば０．１オームよりも低い。特に適したホイル電極は、電着ニッケルホイル、お よびニッケルめっきされた電着銅ホイル電極であり、特に米国特許第４，６８９ ，４７５号（Matthiesen）および第４，８００，２５３号（Kleinerら）に開示 されたようなものであることが好ましい。本発明で用いられ得る種々の層状デバ イスは、米国特許第４，２３８，８１２号（Middlemanら）、第４，２５５，６ ９８号（Simon）、第４，２７２，４７１号（Walker）、第４，３１５，２３７ 号（Middlemanら）、第４，３１７，０２７号（Middlemanら）、第４，３３０， ７０３号（Horsmaら）、第４，４２６，６３３号（Taylor）、第４，４７５，１ ３８号（Middlemanら）、第４，７２４，４１７号（Auら）、第４，７８０，５ ９８号（Faheyら）、第４，８４５，８３８号（Jacobsら）、第４，９０７，３ ４０号（Fangら）および第４，９２４，０７４号（Fangら）に開示されている。 電極は所望の熱効果が生じるように修正してもよい。 ここで図面について言及するに、図１および図２は本発明のＰＴＣデバイスの 側面図であって、これらの面は相互に直角をなしている。図１は、図２のＩ−Ｉ 線に沿った面の図であり、図２は図１のII−II線に沿った面の図である。これら の図においては、絶縁ハウジング（１）があり、これに第一金属部材（２）およ び第二金属部材（３）が取り付けられている。それぞれの部材は、ハウジング（ １）の外側にあるターミナル要素（２１）（３１）、ならびにハウジング（１） の内部にある保持要素（２２）（３２）を含む。保持部材（２２）（３２）は弾 性的に変形されており、これらの間で、層状金属電極（４１）（４２）ならびに 電極の間に挟まれたＰＴＣ導電性ポリマー抵抗要素（４３）を含むＰＴＣ要素（ ４）を、取り外し可能なように保持している。各保持要素（２２）（３２）は、 それぞれ電極（４１）（４２）と接触する凸状部（２２１）（３２１）を含む； 凸状部は互いに直接的に向かいあっているが、互いにずれていてもよい。ハウジ ングは、第一ターミナル要素（２１）および第二ターミナル要素（３１）との間 でハウジングのベースから延びる絶縁分離部材（１１）を含む。ハウジングの一 方の側面には、ハウジングをスピーカーアセンブリーに取り付けるために用いら れ得る接着剤の層（５）が設けられている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ＰＴＣデバイスであって： （１）電気的な絶縁材料から成るハウジング； （２）（ａ）ハウジングに取り付けられ、かつ （ｂ）（i）ハウジングの外側に位置する第一ターミナル要素、および （ii）弾性的に変形され、かつ少なくとも一部がハウジングの中 に位置してハウジングから間隔をおいて離れて配置されてい る第一保持要素 を含む第一金属部材； （３）（ａ）ハウジングに取り付けられ、かつ （ｂ）（i）ハウジングの外側に位置する第二ターミナル要素、および （ii）弾性的に変形され、かつ少なくとも一部がハウジングの中 に位置してハウジングから間隔をおいて離れて配置されてい る第二保持要素 を含む第二金属部材；ならびに （４）（ａ）（i）第一層状金属電極 （ii）第一電極と平行である第二層状金属電極、および （iii）ＰＴＣ導電性ポリマーから成り、かつ第一電極と第二電極 との間で挟まれている層状抵抗要素 を有して成り、 （ｂ）第一電極が第一保持要素と物理的かつ電気的に接触し、また第二 電極が第二保持要素と物理的かつ電気的に接触するように、第一保 持要素と第二保持要素との間に配置され、 （ｃ）第一および第二保持要素によって第一および第二電極に加えられ ている弾性回復力により、第一保持要素と第二保持要素との間で所 定状態で取り外し可能なように保持されている ＰＴＣ要素 を含むＰＴＣデバイス。 ２．第一保持要素が、第一電極に近接しかつ平行である第一略平面部を有し、 第二保持要素が、第二電極に近接しかつ平行である第二略平面部を有する請求の 範囲１に記載のデバイス。 ３．第一略平面部が、第一電極と接触する少なくとも一つの第一凸状部を含み 、第二略平面部が第二電極と接触する少なくとも一つの第二凸状部を含む請求の 範囲２に記載のデバイス。 ４．少なくとも２つの第一凸状部を有し、第一および第二凸状部によりＰＴＣ 要素に作用する力の総和が電極の水平面に対して直角である請求の範囲３に記載 のデバイス。 ５．各保持要素が、 （ａ）他方の保持要素のベース部分に向かって傾斜している弾性的に変形さ れたベース部分、および （ｂ）他方の保持要素の遠位部から離れるように傾斜しているエントリー部 分、 を有し、各保持要素の平面部が保持要素のベース部分とエントリー部分との間に ある請求の範囲２〜４のいずれかに記載のデバイス。 ６．（ａ）ハウジングが（i）間隔をおいて設けられ貫通している第一および 第二の開口部を有するベース、および（ii）ベースから離れて延びている側壁を 含み；そして（ｂ）第一金属部材は第一の開口部を通過しており、第二金属部材 は第二の開口部を通過している請求の範囲１〜５のいずれかに記載のＰＴＣデバ イス。 ７．ハウジングが、第一および第二ターミナル要素の間でベースから延びてい る絶縁分離部材を含む請求の範囲７に記載のデバイス。 ８．第一および第二ターミナル要素の各々が雄型コネクターである請求の範囲 ８に記載のデバイス。 ９．電気アセンブリーであって、 （Ａ）取り付けられた第一雌型コネクターを有する第一ワイヤ； （Ｂ）取り付けられた第二雌型コネクターを有する第二ワイヤ；および （Ｃ）請求の範囲１〜８のいずれかに記載されたＰＴＣデバイスであって、 第一ターミナル要素が第一雌型コネクターに連結される雄型ターミナル 要素であり、第二ターミナル要素が第二雌型コネクターに連結される雄 型ターミナル要素であるもの を含むアセンブリー。 １０．スピーカー装置に取り付けられ、第一および第二ワイヤが、スピーカー アセンブリーの中に取り付けられているスピーカーに音の信号を伝送するもので ある請求の範囲９に記載のアセンブリー。