JP2954348B2

JP2954348B2 - 抵抗要素用接続デバイス

Info

Publication number: JP2954348B2
Application number: JP3505102A
Authority: JP
Inventors: ファン、ショウ―ミアン; ディングラ、ビジェイ・ケイ; チャン、チ―ミン; チャンドラー、ダニエル
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1990-02-14
Filing date: 1991-02-14
Publication date: 1999-09-27
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: EP0515558A4; WO1991012616A1; EP0515558A1; DE69130059T2; US5122775A; CA2076000A1; JPH05504657A; ATE170324T1; EP0515558B1; DE69130059D1

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景産業上の利用分野本発明は、抵抗要素およびそれに取り付けられた接続
要素を有して成る電気デバイスに関する。

発明のイントロダクション多くの電気デバイスは、抵抗要素および少なくとも１
つの接続要素を有して成り、接続要素は、（ａ）抵抗要
素に直接的に取り付けられている、例えば埋設されてい
る第１部分、および（ｂ）抵抗要素から外向きに延び、
回路の残りの部分に接続されている第２部分を有して成
る。通常、同じ特性を有するそのような２つの接続要素
が存在する。そのようなデバイスを製造するための多く
の方法が提案されている。これらの方法は、適当な材料
を連続ストリップまたはシートに成形し、次に、ストリ
ップまたはシートを切断して個々の要素にすることによ
り、抵抗要素が製造される工程を含む。そのような方法
の１つでは、抵抗材料を成形した後、成形した抵抗材料
を個々の要素に切断する前または後に、抵抗材料に接続
要素を取り付ける。もう１つの方法では、長尺予備接続
要素の周囲に抵抗材料を形成する、例えば導電性ポリマ
ーを対のワイヤー上に押し出すことにより形成し；押出
物を個々の要素に切断し；そして、抵抗材料の一部分を
除去して接続要素を露出させる。もう１つの方法では、
抵抗材料を１つまたはそれ以上の予備接続要素に対して
形成し、例えば導電性ポリマーをシートとして２つの金
属箔の間で積層し；得られたものを個々のパーツに切断
し、そして、（接続要素の第２部分となる）リードを接
続要素の露出部分に取り付ける。もう１つの方法では、
抵抗材料を１つまたはそれ以上の予備接続要素に対して
形成して予備接続要素が形成した材料から外向きに延び
るようにし；得られたものを個々のパーツに切断し、抵
抗材料から接続要素が延びるようにする。例えば米国特
許第3,311,862号（リーズ（Rees））、同第3,351,882号
（コーラー（Kohler）ら）、同第3,387,248号（リー
ズ）、同第4,238,812号（ミドルマン（Middleman）
ら）、同第4,272,471号（ウォーカー（Walker））、同
第4,317,027号（ミドルマンら）、同第4,327,351号（ウ
ォーカー）、同第4,329,726号（ミドルマンら）、同第
4,352,083号（ミドルマンら）、同第4,413,301号（ミド
ルマンら）、同第4,426,633号（テイラー（Taylor）、
同第4,445,026号（ウォーカー）、同第4,481,498号（マ
ックタヴィッシュ（McTavish）ら）、同第4,685,025号
（カーロマグノ（Carlomagno））、同第4,689,475号
（マトヒーセン（Matthiesen））および同第4,800,253
号（クライナー（Kleiner）ら）を参照できる。

上述のような方法は、いずれも重大な問題点、例え
ば、抵抗材料と接続要素との間で良好な接触を提供する
経済的な魅力に欠ける方法であること；リードと接続要
素の第１部分との間で良好な接触を提供する経済的な魅
力に欠けること；回路の他の部分への接続に必要な特
性、例えばプリント回路板に挿入するための適当な硬度
を有する接続要素の第２部分に欠けること；および抵抗
要素の特性に対する接続要素の望ましくない影響、例え
ばPTC導電性ポリマー抵抗要素の過度の物理的制限の１
つまたはそれ以上にわずらわされている。

特に重要な電気デバイスの１つのタイプは、抵抗要素
が導電性ポリマーを有して成る回路保護デバイスであ
る。そのようなデバイスは、生温度係数（PTC）挙動を
示すが、電気回路における過剰電流または過剰温度の故
障に対して保護を提供するのに特に適当である。通常の
条件下、デバイスは、通常の電流が回路を流れることが
できる小さい抵抗を有する。しかしながら、デバイスが
高い周辺温度にさらされたり、あるいは故障電流（例え
ば電圧スパイク）から生じるジュール熱を受けたりする
場合、デバイスの抵抗が増えて、電流の流れを遮断す
る。故障状態が解決すると、デバイスは冷えて抵抗が減
り、通常の回路操作が再開される。デバイスが高抵抗状
態にある場合、「スイッチされている」または「トリッ
プしている」と言われる。本明細書において、温度の関
数としてのデバイスの抵抗の対数値のプロットの実質的
に直接的な部分の延長部分の交点における温度を示すも
のとして「スイッチング温度、Ts」を使用する。この延
長部分は、傾きがシャープに変化する部分の両側に存在
する。

回路保護デバイスへの電気的接続は、電極、即ち、導
電性ポリマーを含んで成るPTC要素に電気的に取り付け
られる導電性リードまたは母線である接続要素により形
成される。回路保護デバイスを回路板に機械挿入可能で
あることが望ましい場合、電極の少なくとも一部分は、
撚りワイヤーであるより中実ワイヤーであるのが望まし
い。ある直径の中実ワイヤーは、同じ直径の撚りワイヤ
ーより一般的に硬く、この特徴により回路板の穴への挿
入が助長される。更に、中実ワイヤーは、不均一な撚り
により生じる不整合な寸法とならず、また、撚りがほど
けたり、「バードケージング（birdcaging）」しない、
即ち、撚りワイヤーの端部に圧力が不均一に加わった場
合に生じるワイヤーのほどけが起こらない。しかしなが
ら、中実ワイヤーは、硬過ぎてトリッピングの間のPTC
要素の導電性ポリマーの膨張が制限される場合があり、
結果として、デバイスが故障することになる場合があ
る；このワイヤーは、繰り返しの電気的サイクル、特に
高電圧、例えば120ボルト以上におけるサイクルに耐え
るほど十分に「変形」しない場合がある。更に、撚りワ
イヤーと比較すると、中実ワイヤーの表面積は、導電性
ポリマーを電極に適当に接着できるほどの十分に大きく
ない場合がある。従って、得られるデバイスは電極に対
する乏しい接触面積を有することになり、この接触が各
サイクルにより劣化し、偶発的なデバイスの故障とな
る。

発明の要約米国特許第4,685,025号（カーロマグノ）に記載され
ている種類の回路保護デバイスを製造する場合、対のワ
イヤー上にPTC導電性ポリマーを連続的に溶融押し出し
て、押出物を個々の長さに切断し、そして個々の長さの
それぞれから導電性ポリマーの一部分を除去して導体を
露出させることにより抵抗要素を製造する。そのような
方法を更に改良しようとする場合に、導電性ポリマーの
一部分の除去の必要性は、中空であるか、除去可能なコ
アを有するか、または第２の接続要素を導電性ポリマー
に埋設された接続要素に固定できるようにする構造、例
えばキャビティ（空隙）を有するように、あるいは切断
工程の後に有するように処理できる長尺導体を常套のワ
イヤーの代わりに使用することにより解消されることが
見いだされた。これにより各々の切断長さから導電性ポ
リマーを除去する際の廃物および労力が解消されるだけ
でなく、所望の性質、例えばプリント回路板に挿入する
ための性質を有する第２接続要素を使用することが可能
となる。

本発明によれば、接続要素または予備接続要素と接触
して可鍛性絶縁または抵抗材料を成形することを含む電
気デバイスを製造する、広範囲の種々の他の方法にその
ような接続要素を有効に採用できることが更に見いださ
れた。本発明は、発明のイントロダクションにおいて説
明した種類の連続方法（先に挙げた米国特許に記載の方
法を含む）において特に有用であり、説明した種々の問
題を解決するか、あるいは軽減する。また、本発明は、
例えば射出成形により、各デバイスが別々に製造される
方法においても有用であり、プロセスの工程および／ま
たは型または他の装置の複雑性を簡素化する。本発明
は、第１接続要素が抵抗要素と接触しているデバイスに
特に有用であり、本明細書では、本発明をこのデバイス
を主として参照して説明する。「抵抗要素」なる用語
は、抵抗を有するが、実質的にリアクタンスを有さない
要素、ならびに抵抗およびリアクタンスの双方を有する
要素を含むものとして本明細書において使用する。しか
しながら、本発明は、リアクタンスを有するが、実質的
に抵抗を有さないデバイス、例えばコンデンサーおよび
誘電子にも有用である。

第１の要旨において、本発明は電気デバイスを提供
し、このデバイスは、（１）23℃において10^-3〜10⁹オーム−cmの抵抗率を有
する第１材料から作られた抵抗要素、および（２）相互に間隔を隔てて離れている２つの第１接続要
素を有して成り、それぞれの第１接続要素は、（ａ）23℃において10^-3オーム−cm以下の抵抗率を有す
る第２材料から作られ、（ｂ）空である場合、第２接続要素を挿入できるキャビ
ティ（空隙）を規定し、その結果、第２接続要素が
（ｉ）部分的にキャビティ内に存在し、（ii）第１接続
要素と物理的かつ電気的に接触し、また、（iii）キャ
ビティから突出し、（ｃ）抵抗要素と電気的に接触し、また、（ｂ）抵抗要素内に埋設されている。

「キャビティを規定する」なる用語は、単独、あるい
は抵抗要素と組み合わせて、もしくは抵抗要素および／
またはもう１つの要素、例えば非導電性要素と組み合わ
せて、第１接続要素が開放または閉止断面構造を規定す
ることを意味するものとして本明細書においては使用
し、第２接続要素はこの断面と相互作用して、第１接続
要素と所望の物理的および電気的関係を提供できる。

本明細書において、キャビティは「キャビティが空で
ある時に」第２接続要素を挿入できるものであると言う
場合、これは、第２接続要素を実際に挿入する時にキャ
ビティは必ず空であることを意味するものではない。例
えば、後で更に説明するように、本発明は、第２接続要
素を固体材料を含む（必ずしも、それにより満たされて
いるとは限らない）キャビティに押し込むか、ねじ込む
か、あるいは挿入し、そのようにして固体材料の少なく
とも一部分を移動する方法を含む。更に、本発明は、第
２接続要素を挿入することなく固体材料を除去すること
により、空であるが何らか変化し、例えば断面が変化し
ているキャビティが生じるそのような方法も含み、それ
により第２接続要素を挿入することが不可能となる。

第２の要旨において、本発明、先に規定したような電
気デバイスを製造する方法を規定し、この方法は、（Ａ）第２材料から作られ、キャビティを規定する予備
接触要素と可鍛性材料を物理的かつ電気的に接触させる
処理に可鍛性材料を付す工程であって、可鍛性材料は、
該処理に付した後に第１材料でする工程、および、（Ｂ）工程（Ａ）で得られたものを切断して、キャビテ
ィが空である場合、第２接続要素をキャビティに挿入で
きるようにキャビティをアクセス可能にする工程を含んで成る。

「予備接続要素」なる用語は、少なくとも一部分が、
切断後、第１接続要素となる要素を意味する。

第３の要旨において、本発明は、電気デバイスを製造
する方法を提供し、該方法は、（Ａ）第１接続要素が、空であるか、23℃において固体
である第３材料を含むキャビティを規定する、本発明の
第１の要旨による電気デバイスを供給する工程、および（Ｂ）第２接続要素を空のキャビティに部分的に挿入す
るか、あるいはキャビティから第３材料の少なくとも一
部分を除去する工程を含んで成る。

第４の要旨において、本発明は（Ａ）回路板、および（Ｂ）（１）に回路板に取り付けられ、（２）２つの第２接続要素を更に含んで成る本発明の第１の要旨の電気デバイスを有して成るアッセンブリであって、それぞれの第２接続要素は、（ａ）第１接続要素と物理的かつ電気的に接触し、（ｂ）23℃において10^-3オーム−cm以下の抵抗率を有す
る第４材料から作られ、（ｃ）第１接続要素の１つにより規定されたキャビティ
内に部分的に位置し、また（ｄ）該キャビティから突出しているアッセンブリを提供する。

図面の簡単な説明本発明を添付図面に示す。

第１図は、本発明の電気デバイスの斜視図である。

第２図は、本発明のもう１つの電気デバイスの断面図
である。

第３図は、本発明の方法により第２接続要素を挿入し
た後の第２図の電気デバイスの斜視図である。

第４図は、製造時に本発明の電気デバイスの斜視図で
ある。

第５図は、本発明のもう１つの態様の断面図である。

第６図は、本発明のアッセンブリの斜視図である。

発明の詳細な説明電気デバイスは、好ましくは第１材料から作られた抵
抗要素を有して成る。第１材料は導電性材料、即ち、１
×10^-3〜１×10⁹オーム−cmの抵抗率を有する材料であ
る。第１材料は、型成形できる可鍛性材料であるのが特
に好ましい。適当な材料には、ポリマ−、金属酸化物お
よびセラミックスが含まれる。本発明の好ましい態様で
は、第１材料は、導電性ポリマー組成物、即ち、ポリマ
ー成分およびポリマー成分中に分散または他の方法で分
布している粒状導電性充填剤から構成される組成物を含
んで成る。ポリマー成分は、好ましくは結晶有機ポリマ
ーである。適当な結晶ポリマーには、１種またはそれ以
上のオレフィンのポリマー、特にポリエチレン；少なく
とも１種のオレフィンおよびそれと共重合可能な少なく
とも１種のモノマーのコポリマー、例えばエチレン／ア
クリル酸、エチレン／アクリル酸エチル、エチレン／酢
酸ビニルコポリマー；溶融成形可能フッ素ポリマー、例
えばポリビニリデンフルオライドおよびエチレン／テト
ラフロオロエチレンコポリマー（ターポリマーを含
む）；およびそのようなポリマーの２種またはそれ以上
のブレンドが包含される。ある用途の場合、１種の結晶
ポリマーともう１つのポリマー、例えばエラストマーま
たは非結晶熱可塑性ポリマーをブレンドすることが望ま
しいことがあり、特定の物理的または熱的性質、例えば
可撓性または最大暴露温度が達成される。

粒状導電性充填剤は、カーボンブラック、グラファイ
ト、金属、金属酸化物、これらの組み合わせ、あるいは
いずれかの他の適当な導電性充填剤であってよい。ある
用途では、粒状充填剤が中で分散しているポリマーマト
リックスか粒状充填剤を自体作ってよい。この種の導電
性ポリマー組成物の例は、ヨーロッパ特許第231,068号
（1987年８月５日公告）に記載されている。

導電性ポリマー組成物は、酸化防止剤、不活性充填
剤、放射線架橋剤（しばしば、プロラド（prorad）と呼
ばれる。）、安定剤、分散剤または他の成分を含んで成
ってよい。導電性充填剤および他の成分の分散は、溶融
処理、溶媒混合または他のいずれかの適当な方法により
行うことができる。適当な導電性ポリマー組成物は、米
国特許第4,188,276号（ライオンズ（Lyons）ら）、同第
4,237,441号（ヴァン・コニネンバーグ（van Konynenbu
rg）ら）、同第4,388,607号（トイ（Toy）ら）、同第4,
514,620号（チェン（Cheng）ら）、同第4,545,926号
（ファウツ（Fouts）ら）、同第4,560,498号（ホームサ
（Hormsa）ら）、同第4,624,990号（ランク（Lunk）
ら）、同第4,774,024号（ディープ（Deep）ら）、同第
4,935,136号（ヴァン・コニテンバーグら）および同第
4,980,541号（シェイフ（Shafe）ら）；ヨーロッパ特許
公告第38,713号（1981年10月28日公告）および同第197,
759号（1986年10月15日公告）；ならびに国際公開第WO8
900755号（1989年１月26日公開）に記載されている。

もう１つの様態では、第１材料は、セラミック材料、
例えばBaTiO₃またはZnOのような無機材料を含んで成
る。セラミック材料は、無機粉末を配合してセラミック
前駆物を製造し、次に、これを加熱して導電性セラミッ
ク、即ち、10⁹0オーム−cm以下の抵抗率を有するセラミ
ック組成物を生成することにより製造することができ
る。いずれの常套の製造方法を使用してもよい。

多くの用途の場合、第１材料は、電源に接続された場
合、目的とする温度範囲でPTC挙動を示す、即ち、比較
的小さい温度範囲で温度と共に抵抗率が急激に増加す
る。本明細書において、「PTC」なる用語は、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
する材料またはデバイス、特に好ましくは少なくとも６
のR₃₀値を有するものを意味するものとして使用してい
る。ここで、R₁₄は、14℃範囲の最後と最初の抵抗率の
割合であり、R₁₀₀は100℃範囲の最後と最初の抵抗率の
割合であり、R₃₀は、30℃範囲の最後と最初の抵抗率の
割合である。ある種の導電性ポリマー組成物およびある
種のセラミックス、例えばBaTiO₃のような一般的な「PT
C材料」は、本明細書で示した最小値より遥かに大きい
抵抗率の増加を示す。

抵抗要素はいずれの好都合な形状に形成してもよい。

また、デバイスは、抵抗要素に加えて、少なくとも１
つの第１接続要素を有して成る。この第１接続要素は、
一般的に１×10^-3オーム−cmの抵抗率を有し、いずれの
場合でも第１材料の抵抗率より小さい第２材料から作ら
れ、デバイスを電気回路に組み込んだ場合、これを通っ
て抵抗要素に電気が流れる。多くの用途では、第２材料
は金属または合金、例えば銅、ニッケル、アルミニウ
ム、鋼、直鍮もしくはこれらの組み合わせであるが、他
の材料、例えばグラファイト繊維または金属被覆ガラス
繊維を使用してよい。ある場合では、抵抗要素に隣接す
る第１接続要素の表面をハンダにより被覆することが望
ましい。

第１接続要素は、抵抗要素と電気的に接触している。
多くの用途では、第１接続要素は、抵抗要素の第１材料
と直接物理的に接触しているが、導電性接着剤のような
介在層または他の導電性接続層（tie layer）層により
第１材料から離されていてよい。第１接続要素は、抵抗
要素に埋設されているか、あるいはその表面に取り付け
られていてよい。大部分のデバイスでは、第１接続要素
は、抵抗要素の長さで延び、従って、要素を通過するキ
ャビティまたはチャンネルを規定し、他方、抵抗要素に
部分的にだけ埋設または接触し、および／またはその長
さの一部分だけを通って延びるキャビティを有してもよ
い。電気デバイスの用途および性質に応じて、１つもし
くは２つまたはそれ以上の第１接続要素が存在してよ
く、これらは相互に同じでも、あるいは先に説明したよ
うに相互に異なってもよく、１つもしくは２つまたはそ
れ以上の他のもう１つの種類、例えば従来の接続要素で
あってもよい。第１接続要素は、中実材料から作ってよ
く、あるいは穿孔されていてよく、例えばメッシュまた
は開口部付きスリーブの形態であってもよく、その結
果、第１材料は少なくとも部分的に開口に入ることがで
き、抵抗要素に促進した接着を提供できる。１つの好ま
しい態様では、抵抗要素に接触する第１接続要素の表面
の少なくとも一部分は、微視的に粗い（マイクロラフ）
面、例えば少なくとも0.03ミクロンの距離で表面から突
出し、500ミクロンを越えない表面に平行な少なくとも
１つのディメンジョンを有するような不規則性を有す
る。このような種類の面は、しばしば銅、ニッケル、ニ
ッケル被覆銅であり、選択した金属の基材、例えば金属
箔または中空金属チューブへの電着によりしばしば調製
される。しばしば球状瘤の形態であるマイクロラフによ
りポリマー基材への接着が促進される。そのような材料
は、米国特許第4,689,475号（マトヒーセン）および同
第4,800,253号（クライナーら）に記載されている。

第１接続要素の好ましい形状および構造は、第１接続
要素または抵抗要素またはもう１つの他の要素、例えば
絶縁要素との組み合わせた第１接続要素が、空である場
合に、第２接続要素を挿入できるキャビティを規定する
限り、特定の用途およびデバイスを製造する方法により
依存する。第１接続要素の断面は、例えば、円形、矩形
または正方形であってよい。いずれの形状のキャビティ
を規定してもよいが、多くの場合、キャビティの形状
は、第１接続要素の形状に類似している。好ましい態様
では、第１接続要素は、それにより規定されたキャビテ
ィに存在し、キャビティから取り外すことができる除去
可能要素を有して成る。例えば除去可能要素を押すか、
あるいは突き出すことにより、第１接続要素から除去可
能要素を容易に取り外すために、除去可能要素は、好ま
しくは、23℃において固体材料である第３材料から作ら
れている。特に好ましい第１接続要素は、内側の取り外
し可能コアに対して配置された外側ストランドを有して
成る撚りワイヤーを有して成る。コアは、それが好まし
い場合は、単一の中実ワイヤーであってよく、あるいは
複数のストランドであってよい。外側ストランドは、抵
抗要素の第１材料に良好な接着を提供し、コアは、後で
第２接続要素により少なくとも部分的に充填され得るキ
ャビティを残すように除去できる。ある用途の場合、第
１接続要素を形成する撚りワイヤーのストランドの少な
くとも内側表面を、好ましくはこれらの内側表面ストラ
ンドおよび第２接続要素の外側表面の双方を、ハンダに
より被覆するのが望ましい。加熱時、ハンダは溶融して
挿入された第２接続要素を容易に湿らして良好な物理的
かつ電気的な結合を形成する。コアは、通常の撚りワイ
ヤーの外側ストランドと同じ材料を有して成ってよく、
あるいは除去を容易にするために異なる材料であっても
よい。従って、コアはより硬質または安価な材料であっ
てよく、あるいはポリテトラフルオロエチレン（PTFE）
またはPTFE被覆ワイヤーのような材料であってよく、こ
れは容易に除去できる。別法では、第１接続要素または
コアは、高温ハンダ、即ち、デバイスの通常の作動温度
またはスイッチング温度Ts以上で溶融するものを有して
成ってよい。このようなデバイスの場合、第２接続要素
は、予備加熱ピンを有して成ってよく、これは、挿入さ
れた場合、ハンダを溶融して移動させて良好な電気的接
続を形成する。

第２接続要素は、好ましくは23℃において10^-3オーム
−cm以下の抵抗率を有する第４材料から作られている。
この第２接続要素は、第１接続要素により規定されるキ
ャビティに挿入される。第２接続要素は、第１接続要素
により少なくとも部分的に包囲される除去可能中実コア
を除去する手段で自体あってもよい。挿入した場合、第
２接続要素はキャビティ内に少なくとも部分的に存在
し、直接または中間層、例えば導電性接着剤またはハン
ダを介して第１接続要素と物理的かつ電気的に接触す
る。大部分のデバイスの場合、もう１つの電気要素また
は回路板に接続するために、第２接続要素はキャビティ
から突出する。第２接続要素がキャビティを完全に充填
する必要は必ずしもないが、デバイスへの最大限の物理
的な接着を達成するために、しばしばそうなっている。
キャビティがトンネルの形態であり、デバイスの全長に
わたって延びている場合、第２接続要素は、キャビティ
の両端から突出してよく、あるいはキャビティの一端か
ら少しまたは実質的に引っ込んでいてよい。この場合、
キャビティの残りの部分は、もう１つの材料、例えばア
ーク抑制剤、ハンダ、ハンダペーストもしくはエポキシ
のような非導電性材料または絶縁ポリマーロッドにより
充填してよい。

別の態様では、第１接続要素から除去可能要素を部分
的に押し出すことにより第２接続要素を形成してよい。
除去可能要素が導電性材料、例えば金属ワイヤーである
場合、もう１つの要素または回路板への電気的接続を形
成するためにこれを直接使用できる。この方法により、
第２接続要素がキャビティから突出する長さを容易にコ
ントロールできる。

第２接続要素の形状は、第１接続要素により形成され
るキャビティの形状に適合でき、例えば丸い第２接続要
素は丸いキャビティに挿入され、あるいは、異なっても
よい、例えば正方形の第２接続要素が丸いキャビティに
挿入される。第１接続要素が撚りワイヤーを有して成る
場合、例えばダイヤモンドまたは正方形の形状を有する
第２接続要素を使用するのが望ましい場合があり、隣接
するワイヤーのストランドの間に容易に挿入できる。例
えば第１接続要素と第２接続要素との間、あるいは第１
接続要素と抵抗要素との間の電気的接触を改善するため
に、第１接続要素を変形する第２接続要素を使用するの
が望ましい場合がある。機械挿入性、基材からの「分離
（stand−off）」または他の電気的接続もしくは物理的
構造の要件に合うように、第２接続要素は、２以上のそ
れぞれが異なる形状を有する部分を有して成ってよい。
ある用途では、例えば電気デバイスの表面取り付けのた
めに、回路に接続される、例えば回路板に挿入される第
２接続要素の部分は、ある断面形状、例えば正方形また
は矩形を有するのが望ましいが、抵抗要素に対する第２
接続要素の必要な電気的または物理的接続、例えば引っ
張り強度は、異なる断面形状、例えば円形と結合するこ
とによってより良くなる。この場合、キャビティに挿入
する第１部分がある断面、例えば丸形状を有し、回路板
に接続される。例えば挿入される第２部分が異なる断面
形状、例えば正方形形状を有するように、第２接続要素
を打ち抜くまたは他の方法で形成できる。正確な距離の
挿入を確保するために追加の配置マークまたはインジケ
ーター、例えばより幅の広い領域が存在してもよい。

挿入した第２接続要素は、適当な引っ張り強度を有す
る、即ち、室温または通常の使用条件下、例えば回路保
護デバイスの場合、Tsにおいて容易に抜けないようにキ
ャビティに十分に緊密に嵌まるのが好ましい。多くの用
途では、23℃において測定した場合、少なくとも100g、
好ましくは少なくとも250g、特に少なくとも500g、例え
ば1000gの最小引っ張り強度が適当である。この引っ張
り強度は、デバイスを静的に挟んで保持し、キャビティ
から第２接続要素を引くのに必要な力（グラム数）を記
録することにより測定する。デバイスは、23℃において
測定した場合、少なくとも175g/直線キャビティ長さc
m、特に少なくとも400g/直線キャビティ長さcm、より特
に少なくとも850g/直線キャビティ長さcm、例えば1500g
/直線キャビティ長さcmの引っ張り強度を有するのが好
ましい。いずれの寸法の第２接続要素も使用できるが、
適当な引っ張り強度を有するデバイスを製造する１つの
方法は、キャビティの対応するディメンジョンよりわず
かに大きい少なくとも１つの断面ディメンジョンを有す
る第２接続要素を挿入する方法である。従って、挿入す
る第２接続要素の部分の断面の最も大きいディメンジョ
ンは、キャビティの断面も最も大きいディメンジョンよ
り、少なくとも0.0005インチ（0.00127cm）大きい、特
に0.0010インチ（0.00254cm）大きい、より特に少なく
とも0.0015インチ（0.00381cm）大きいのが好ましい。
例えば、有用なデバイスは、直径が0.0265インチ（0.06
73cm）の丸い第２接続要素を直径が約0.025インチ（0.0
635cm）の丸いキャビティに挿入する場合に得られる。
第２接続要素は、均一な断面を有してよく、あるいは
「とげつき（barbed）」である、即ち、１つまたはそれ
以上のより広い断面部分を有してよい。これらのとげつ
き領域は、キャビティに挿入された場合は第１接続要素
との高圧接触点を提供し、引っ張り強度が向上する。あ
るいは、これらは、配置用マーカーとして作用でき、デ
バイスに挿入する適当な長さを指示できる。キャビティ
より大きい寸法の第２接続要素を使用する場合、抵抗要
素が少し弾性である第１材料を有して成るか、あるいは
第１接続要素または第２接続要素が弾性材料を有して成
るか、あるいは一方もしくは他方または双方が変形でき
る、好ましくは弾性的に変形できる構造であることが必
要である。

特に好ましい本発明のデバイスは、それぞれが抵抗要
素に埋設され相互に間隔を隔てられ、ほぼ円筒状のキャ
ビティを規定する一般的に環状の断面をそれぞれが有す
る２つの第１接続要素を有して成るものである。キャビ
ティは、好ましくは両端で開いている。連続製造のため
に金属第２接続要素、例えば弾薬帯（bandolier）に取
り付けられたピンまたは基材の表面から突出している電
極をキャビティに挿入するのが好ましい。簡単に製造す
るために、また、種々の抵抗率レベルを選択するため
に、これらのデバイスの第１材料は、しばしば導電性ポ
リマーを含んで成る。本発明は、接続要素が先に規定し
たようになっているデバイスの製造に特に有用である
が、このデバイスは他の点においては、米国特許第4,35
2,083号（ミドルマンら）、同第4,413,301号（ミドルマ
ンら）、同第4,475,138号（ミドルマンら）、同第4,48
1,498号（マックタヴィッシュら）、同第4,562,313号
（トムリンソン（Tomlinson）ら）、同第4,685,025号
（カーロマグノ）、同第4,724,417号（オー（Au）
ら）、同第4,774,024号（ディープら）および同第4,84
5,838号（ヤコブスJacobs）ら）に記載されているもの
と類似している。

別の構造では、抵抗要素は同軸構造を有してよい。こ
の態様では、第１接続要素は、好ましい場合では、内部
電極であり、あるいは外部電極であり、あるいは双方で
あってよい。

本発明のデバイスは、本発明の方法により容易に製造
できる。第１工程において、可鍛性（malleable）材料
を処理して予備接続要素と物理的かつ電気的に接触させ
る。この処理は、ポリマー性第１材料の場合、溶融成
形、例えば溶融押出もしくは射出成形、溶剤被覆（solv
ent−coating）または焼結であり、セラミックスの場
合、焼結または圧縮成形であり、あるいは他のいずれの
適当な方法であってよい。一旦処理すると、例えば溶融
成形または焼結すると、可鍛性材料は第１材料となる。
予備接続要素は、第２材料から作られる。これは長尺ワ
イヤーまたは長尺チューブであってよく、双方とも、製
造方法が連続である場合に好ましく、あるいは切断した
時にキャビティを規定する他のいずれの要素であっても
よい。第２工程において、第１工程からの処理材料を切
断して、空である場合、第２接続要素の挿入が可能とな
るようにキャビティを、アクセス可能にする。予備接続
要素がチューブを有して成る場合、処理材料は、切断し
た場合、第２接続要素をすぐに挿入できる空のキャビテ
ィを露出する。予備接続要素が、除去可能要素を有する
ワイヤーまたは他の要素、例えば撚りワイヤーである場
合、処理材料は、切断した場合、少なくとも部分的に除
去した場合にキャビティを規定する除去可能要素を露出
する。固体である第３材料により第１工程の間にキャビ
ティが充填されている場合、この方法は、切断工程の次
に行い、第３材料の少なくとも一部分を除去してキャビ
ティを形成する第３工程を含んで成ってよい。可鍛性材
料が導電性ポリマーのようなポリマーである場合、可鍛
性材料を対の平行な長尺予備接続要素上に連続的に成形
して、例えば押し出して、そのようにして予備接続要素
を押し出した材料内に埋設するのが特に好ましい。次
に、成形した物品を切断して、それぞれを電気デバイス
の製造に使用できる個々のピースとする。

第１接続要素が、少なくとも部分的に除去して空のキ
ャビティを形成する必要がある第３材料を有して成る場
合、本発明の１つの方法は、そのような第１接続要素を
含んで成る電気デバイスを供給し、その後、第３材料を
少なくとも部分的に除去することを含む。その後、第２
接続要素を挿入できる。第３材料を除去する工程および
第２接続要素を挿入する工程は、通常連続的に行うが、
好ましい方法では、第２接続要素を挿入して、同時に除
去可能要素を押し出すことができる。除去可能要素の突
出は、いずれの好都合な物理的または化学的手段、例え
ばそれを押し出すまたは突き出す、あるいは化学的にそ
れを溶解することにより行うことができる。第２接続要
素は第３材料の除去の間またはその後、所定のようにね
じ込むような構造にできる。

本発明を図面により説明する。第１図は、導電性ポリ
マー組成物５から作られた抵抗要素３を有して成る電気
デバイス１を示す。金属チューブを有して成る、２つの
間隔を隔てた第１接続要素７、９が抵抗要素３に埋設さ
れている。この態様では、第１接続要素７、９により規
定されているキャビティ11、13は、空である。

第２図は、２つの第１接続要素７、９により規定され
たキャビティ内の除去可能要素17、19は除去されていな
い電気デバイス１を示す。この態様では、第１接続要素
７、９は撚りワイヤーから形成されている。個々のワイ
ヤーストランド15は除去可能要素17、19を包囲し、それ
らに対して適当に配置されている。除去可能要素は、複
数の金属ワイヤーストランドから形成されていてよい
が、このデバイスでは除去可能要素は、ワイヤーの単一
の中央ストランドから成っている。

第３図は、除去可能要素17、19の除去および第２接続
要素21、23による置換を行っている第２図のデバイス１
を示す。第２接続要素は、図示するように、抵抗要素３
から突出してよい。あるいは、除去可能要素17、19を第
１接続要素から部分的に押し出すことにより第２接続要
素21、23を供給してよい。

第４図は、除去可能要素17、19が第２接続要素21、23
により第１接続要素７、９から押されている工程の間の
デバイス１を示す。この態様では、除去可能要素17、19
および第２接続要素21、23は異なる形状を有する。

第５図は、第１接続要素７、９が中実ワイヤー25、27
およびポリマーである除去可能要素17、19を有して成る
デバイス１を断面図で示す。除去可能要素17、19は押し
出されるか、あるいは別の方法で除去され、第２接続要
素は、所定のように残りのチャンネルに挿入、例えば嵌
め込むことができる。

第６図は、穴33に挿入することにより２つの電気デバ
イス１が回路板31に取り付けられているアッセンブリ29
を示す。このアッセンブリでは、第２接続要素21または
23は、第１接続要素に良好な物理的かつ電気的接続を形
成するのに適当な形状、例えば円形断面第１部分35およ
び回路板31に良好な物理的接続を形成するのに適当な形
状、例えば矩形断面を有する第２部分37を有する。

本発明を以下の実施例により説明するが、実施例１
は、従来のデバイスを示す比較実施例である。

実施例１以下の成分を乾燥ブレンドし、バンバリー（Banbur
y）ミキサーにより混合し、ペレットにした：高密度ポ
リエチレン（ユー・エス・アイ（USI）から市販されて
いるペトロテン（Petrothene）LB832）35体積％、カー
ボンブラック（カボット（Cabot）から市販されている
ブラック・パールズ（Black Pearls）280）36％、アル
ミナ三水和物（ジェイ・エム・フーバー（J.M.Huber）
から市販されているソレム（Solem）916SP）27.8％およ
び酸化防止剤（米国特許第3,986,981号に記載されてい
るような平均重合度が３〜４の4,4−チオビス（３−メ
チル−1,6−ｔ−ブチルフェノールのオリゴマー）1.2
％。ドックボーン（dogbone）形状ダイを取り付けたブ
ラベンダー（Brabender）クロスヘッド押出機を使用し
て、ペレットを約160℃の温度にて２つの20AWG（19スト
ランド/32ゲージ）ニッケル被覆銅線（予めグラファイ
ト／シリケート組成物により被覆、アキソン・コロイズ
（Acheson Colloids）から市販されているエレクトロダ
グ（Electrodag）181）の回りに溶解押し出した。押し
出し物を切断して、それぞれが0.320インチ（0.81cm）
の長さを有するピースとし、導電性ポリマーをピースの
一端から除去して、長さ0.210インチ（0.533cm）、幅約
0.310インチ（0.787cm）、中央厚さが約0.095インチ
（0.241cm）およびワイヤー中心からワイヤー中心まで
の電極間隔約0.200インチ（0.508cm）のデバイスを得
た。中実22AWGスズ被覆銅導体をそれぞれの露出撚り電
極のそれぞれに溶液した。デバイスを窒素雰囲気内で10
℃／分にて150℃まで加熱し、150℃にて１時間保持し、
10℃／分にて20℃まで冷却して加熱処理した。次に、25
Mradの線量で2.5MeVの電気ビームにより架橋し、上述の
熱処理を再度行い、第２工程において150Mradの線量で
照射し、上述の手順で３回目の熱処理を行った。次に、
それぞれのデバイスを、デバイスを包囲するが、それに
は接触しない、アルキドポリエステル熱硬化性プラスチ
ックボックスに挿入した。

次の回路を使用して試験することにより、耐電圧性能
により示されるデバイスの電気安定性を測定した。600
ボルトの交流電源、スイッチ、デバイスおよびデバイス
と直列の抵抗器から成る回路にデバイスを直列に接続し
た。デバイスは23℃にて空気中に存在し、抵抗器は、ス
イッチを閉じると初期電流が１アンペアとなるような大
きさであった。試験において、スイッチを２秒間（デバ
イスをトリッピングさせるのに十分な時間）閉じ、スイ
ッチを再度２秒間閉じる前に、デバイスを90秒間放冷し
た。デバイスが破壊する（相当な抵抗の増加、例えば40
％の増加または目視可能なアークまたは火炎により判
る）まで、あるいは60サイクルが完結するまでこのシー
ケンスを続けた。それぞれのサイクル後、冷却したデバ
イスの抵抗を（23℃にて）それぞれのデバイスについて
測定した。試験した40のデバイスについての平均抵抗お
よびデバイスの抵抗の範囲を含む結果を第１表に示す。
試験の間、４つのデバイスは高抵抗故障を生じた。アー
ク故障は生じなかった。

実施例２先に説明したブラベンダー押出機および条件を使用し
て、実施例１の組成物を、それぞれが32AWGニッケル被
覆銅導体の12本のストランドにより包囲された中央の22
AWG中実鋼線（直径0.025インチ/0.0635cm）から成る、
２本のグラファイト−シリケート被覆18AWGワイヤー上
に押し出した。鋸を使用して、押出物を長さ0.210イン
チ（0.533cm）のピースに切断した。鋼製ピンを使用し
て中央の22AWG中実ワイヤーをそれぞれのワイヤーから
押し出して、約0.0265インチ（0.067cm）の直径を有す
る中実スズ被覆直鍮ピンにより置換した。実施例１と同
様に、デバイスを熱処理し、照射し、ボックスに入れ、
試験した。試験結果を第１表に示す。60サイクルの間、
高抵抗またはアーク故障は生じなかった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者チャン、チ―ミンアメリカ合衆国 95014 カリフォルニア、クパーティノ、バーランド・コート 7676番 (72)発明者チャンドラー、ダニエルアメリカ合衆国 94306 カリフォルニア、パロ・アルト、ベンチュラ・アベニュー 255番 (56)参考文献米国特許3004234（ＵＳ，Ａ) 米国特許3111641（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01C 7/02 - 7/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）（ａ）23℃において10^-3〜10⁹オーム−cmの抵抗率を有
し、（ｂ）有機ポリマーおよびポリマー中に分散してい
る粒状導電性充填剤を含んで成る導電性ポリマーである第１材料から作られた抵抗要素、および（２）相互に間隔を隔てて離れている２つの第１接続要
素を有して成る電気デバイスであって、それぞれの第１接続要素は、（ａ）23℃において10^-3オーム−cm以下の抵抗率を有す
る第２材料から作られ、（ｂ）空である場合、第１接続要素を挿入できるキャビ
ティを規定し、その結果、第２接続要素が、（ｉ）部分
的にキャビティ内に存在し、（ii）第１接続要素と物理
的かつ電気的に接触し、また、（iii）キャビティから
突出し、（ｃ）抵抗要素と電気的に接触し、また、（ｂ）抵抗要素内に埋設されているデバイス。
【請求項２】２つの除去可能要素を更に有して成り、そ
れぞれの除去可能要素は、（ａ）23℃において固体である第３材料から作られ、（ｂ）第１接続要素の１つにより規定されるキャビティ
内に存在し、また（ｃ）該キャビティから、好ましくは押すことにより、
除去できる請求の範囲第１項記載のデバイス。
【請求項３】（ａ）それぞれの第１要素は、除去可能要
素に対して配置された複数の金属ワイヤーを有して成
り、また（ｂ）それぞれの除去可能要素は金属ワイヤーである請求の範囲第１項または第２項記載のデバイス。
【請求項４】第１接続要素が金属チューブであり、キャ
ビティが空である請求の範囲第１項記載のデバイス。
【請求項５】２つの第２接続要素を更に有して成り、そ
れぞれの第２接続要素は、（ａ）第１接続要素と物理的かつ電気的に接触し、（ｂ）23℃において10^-3オーム−cm以下の抵抗率を有す
る第４材料から作られ、（ｃ）第１接続要素の１つにより規定されるキャビティ
内に部分的に存在し、また（ｄ）該キャビティから突出している請求の範囲第１項記載のデバイス。
【請求項６】請求の範囲第１項記載の電気デバイスを製
造する方法であって、（Ａ）第２材料から作られ、キャビティを規定する予備
接続要素と可鍛性材料を物理的かつ電気的に接触させる
処理に可鍛性材料を付す工程であって、可鍛性材料は、
該処理に付した後に第１材料となる工程、および、（Ｂ）工程（Ａ）で得られたものを切断して、キャビテ
ィが空である場合、第２接続要素をキャビティに挿入で
きるようにキャビティをアクセス可能にする工程を含んで成る方法。
【請求項７】（１）工程（Ａ）において、可鍛性材料は、（ａ）連続的に、対の平行な長尺予備接続要素の周囲に
成形されて、可鍛性材料内に埋設された予備接続要素を
有して成る長尺要素を形成し、また、（ｂ）PTC挙動を示し、更に、（２）工程（Ｂ）において、長尺要素は独立した長さのものに切断される請求の範囲第６項記載の方法。
【請求項８】キャビティは、工程（Ａ）の間、その間は
固体である第３材料により充填され、工程（Ｂ）の後に
第３材料の少なくとも一部分を除去することを更に含ん
で成る請求の範囲第６項または第７項記載の方法。
【請求項９】電気デバイスを製造する方法であって、（Ａ）第１接続要素が、空であるか、23℃において固体
である第３材料を含むキャビティを規定する請求の範囲
第１項記載の電気デバイスを形成する工程、および（Ｂ）第２接続要素を空のキャビティに部分的に挿入す
るか、あるいはキャビティから第３材料の少なくとも一
部分を除去する工程を含んで成る方法。
【請求項１０】（Ａ）回路板、および（Ｂ）回路板に取り付けられた請求の範囲第５項記載の
電気デバイスを有して成るアッセンブリ。