JP3181263B2 - Method for manufacturing electrical device - Google Patents

Method for manufacturing electrical device

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JP3181263B2
JP3181263B2 JP21085998A JP21085998A JP3181263B2 JP 3181263 B2 JP3181263 B2 JP 3181263B2 JP 21085998 A JP21085998 A JP 21085998A JP 21085998 A JP21085998 A JP 21085998A JP 3181263 B2 JP3181263 B2 JP 3181263B2
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    • HELECTRICITY
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    • H05B3/146Conductive polymers, e.g. polyethylene, thermoplastics

Abstract

Circuit protection systems which comprise a PTC resistor (1) and a second resistor (6), e.g. a thick film resistor (6), which is thermally and electrically connected to the PTC resistor have a break current IB and a hold current IH such that the ratio IB/IH is at most 20. Suitable PTC resistors (1) are conductive polymer devices which comprise a PTC element (10) which has been radiation crosslinked under conditions such that the average dose rate is at most 3.0 Mrad/minute or during which no part of the PTC element (10) which is in contact with the electrodes (2, 3) reaches a temperature greater than (Tm-60) DEG C, where Tm is the melting point of the polymeric component of the conductive polymer (10).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気的デバイスに
関し、特にPTC導電性重合体構成を含む回路保護デバ
イスの作製方法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to electrical devices and, more particularly, to a method for fabricating a circuit protection device including a PTC conductive polymer configuration.

【0002】[0002]

【発明への序論】PTC(正温度係数)の特性を呈する導
電性重合体構成及びこれらを含む電気的デバイスは、広
く知られている。これに関する明細書が作成されてお
り、例えば、米国では、特許番号、3,243,753;3,351,882;
3,861,029;4,177,376;4,237,441;4,238,812;4,255,698;
4,286,376;4,315,237;4,317,027;4,329,726;4,330,703;
4,352,083;4,413,301;4,426,633;4,450,496;4,475,138;
4,481,498;4,534,889;4,543,474;4,562,313;4,647,894;
4,647,896;4,685,025;4,654,511;4,689,475;4,724,417;
4,761,541;及び4,774,024;フランス特許明細書第76237
07(Moyer);欧州特許明細書第158,410及び、欧州特許
第38,713として提出されたシリアル番号141,989(MP07
15,Evans);欧州特許第63,440として提出された656,04
6(MP0762,Jacobsその他);欧州特許第231,068として
提出された818,846及び75,929(MP1100,Barma);83,09
3(MP1090,Kleiner);102,989(MP1220,Fangその
他);103,077(MP1222,Fangその他);115,089(MP090
6,Fangその他);124,696(MP0906,Fangその他),150,0
05(MP0906,Faheyその他);及び219,416(MP1266,Ho
rsmaその他)がある。
Introduction to the Invention Conductive polymer compositions exhibiting PTC (positive temperature coefficient) properties and electrical devices containing them are well known. A specification has been prepared in this regard, for example, in the United States, Patent Numbers: 3,243,753; 3,351,882;
3,861,029; 4,177,376; 4,237,441; 4,238,812; 4,255,698;
4,286,376; 4,315,237; 4,317,027; 4,329,726; 4,330,703;
4,352,083; 4,413,301; 4,426,633; 4,450,496; 4,475,138;
4,481,498; 4,534,889; 4,543,474; 4,562,313; 4,647,894;
4,647,896; 4,685,025; 4,654,511; 4,689,475; 4,724,417;
4,761,541; and 4,774,024; French Patent Specification No. 76237
07 (Moyer); European Patent Specification No. 158,410 and serial number 141,989 (MP07
15, Evans); 656,04 filed as EP 63,440
6 (MP0762, Jacobs et al.); 818,846 and 75,929 filed as EP 231,068 (MP1100, Barma); 83,09
3 (MP1090, Kleiner); 102,989 (MP1220, Fang and others); 103,077 (MP1222, Fang and others); 115,089 (MP090
6, Fang other); 124,696 (MP0906, Fang other), 150,0
05 (MP0906, Fahey and others); and 219,416 (MP1266, Ho
rsma and others).

【0003】特に、PTC導電性重合体を含む有用なデ
バイスは、回路保護デバイスである。このようなデバイ
スは、通常の動作状態においては比較的に低い抵抗値を
有するが、故障状態、例えば過度の電流あるいは温度が
生じたとき、前記デバイスは、“トリップ”される、つ
まり、高抵抗状態に移行される。デバイスが過大電流に
よりトリップされたとき、PTC素子を通過する電流が
PTC素子を自己加熱させ、高抵抗状態となる温度に上
昇させる。回路保護デバイスが"トリップ"されたとき、
熱的勾配が作り出される。電流が流れたときと同一方向
における熱的勾配が流れる箇所にて、熱的勾配のピーク
温度を確かめるための測定を行うことができる。つま
り、“ホットライン”や“ホットゾーン”が電極の近く
で形成されないためである。このような予防的な測定
は、米国特許第4,317,027及び4,352,083
に開示されており、これらの開示を参照してここで述べ
る。
[0003] In particular, useful devices that include PTC conductive polymers are circuit protection devices. Such devices have a relatively low resistance under normal operating conditions, but when a fault condition occurs, such as excessive current or temperature, the device is "tripped", i.e., has a high resistance. State. When the device is tripped due to excessive current, the current passing through the PTC element causes the PTC element to self-heat and rise to a temperature at which it becomes a high resistance state. When a circuit protection device is "tripped"
A thermal gradient is created. At the point where the thermal gradient flows in the same direction as when the current flows, measurement can be performed to confirm the peak temperature of the thermal gradient. That is, "hot lines" and "hot zones" are not formed near the electrodes. Such prophylactic measurements are described in U.S. Patent Nos. 4,317,027 and 4,352,083.
And described herein with reference to these disclosures.

【0004】米国特許第4,467,310(Jacab)を参
考としてここで述べるが、この特許は、厚膜抵抗及び円
盤形状のPTC抵抗を含む、電池により給電される抵抗
を述べている。厚膜抵抗及びPTC抵抗は、電気的に直
列に接続され、そして、両抵抗間で密着した熱的結合を
達成させる目的のために、厚膜抵抗を担うセラミック基
板の一方の面上に、互いに対向するようにして装着され
るか、あるいは別の絶縁層の各々の側に装着される。こ
の構成の目的は、厚膜抵抗に印加される電力ラインの電
圧に故障が発生し、厚膜抵抗が過熱されることにより、
この厚膜抵抗が火災の危険にさらされるのを防止するた
めである。もしこのような故障が生じると、厚膜抵抗の
初期温度の上昇がPTC抵抗を加熱し、これにより、厚
膜抵抗が過熱される前に、急速に抵抗を増大させ、電流
を安全レベルに減じる。その結果、PTC抵抗は、電流
を微弱な電流に減じることにより、(厚膜抵抗及び回路
の他の部品の双方に対して)保護を与える。Jacabによる
すべてのデバイスにおいて、PTC抵抗は、セラミック
材料で構成され、そして、このセラミック材料と厚膜抵
抗とにおいて可能な限りに密着した熱的結合が与えられ
るように装着される。
[0004] Reference is made to US Patent No. 4,467,310 (Jacab), which describes resistors powered by batteries, including thick film resistors and disc-shaped PTC resistors. The thick-film resistor and the PTC resistor are electrically connected in series and, for the purpose of achieving a close thermal coupling between the two resistors, are placed on one side of the ceramic substrate that carries the thick-film resistor, and It is mounted face-to-face or on each side of another insulating layer. The purpose of this configuration is that a failure occurs in the voltage of the power line applied to the thick film resistor, and the thick film resistor is overheated.
This is to prevent this thick film resistor from being exposed to fire. If such a failure occurs, an increase in the initial temperature of the thick film resistor will heat the PTC resistor, thereby rapidly increasing the resistance and reducing the current to a safe level before the thick film resistor is overheated. . As a result, PTC resistors provide protection (both for thick film resistors and other components of the circuit) by reducing the current to a weaker current. In all devices according to Jacab, the PTC resistor is composed of a ceramic material and is mounted in such a way as to provide as close a thermal connection as possible between the ceramic material and the thick film resistor.

【0005】優れた物理的な特性及び優れた電気的な性
能を有する回路保護デバイスは、デバイスを含む導電性
重合体の組織が架橋結合されたときに得られる。このよ
うな架橋結合は、化学的な架橋剤あるいはガンマ線ある
いは電子照射あるいはこれらの複合使用により達成され
得る。電子ビームで発生されたイオン照射が架橋させる
のに最も迅速でコスト効果のある手段であるということ
がしばしば真実である。
[0005] Circuit protection devices having excellent physical properties and excellent electrical performance are obtained when the conductive polymer tissue containing the device is cross-linked. Such cross-linking can be achieved by a chemical cross-linking agent or gamma ray or electron irradiation, or a combination thereof. It is often true that electron beam generated ion irradiation is the fastest and most cost-effective means of crosslinking.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】適した回路保護性能を
得るために、PTC素子に電子ビーム照射による架橋を
行なおうとすれば、ガス発生により、PTC素子に形成
されていた電極が剥離する。
If an attempt is made to crosslink the PTC element by electron beam irradiation in order to obtain a suitable circuit protection performance, the gas formed will cause the electrodes formed on the PTC element to peel off.

【0007】[0007]

【発明の概要】過大電流(及びこのような電流を生じさ
せる電圧)に対する優れた回路保護が、PTCデバイス
(“PTCデバイス”及び“PTC抵抗”の語は同義的
に用いられる)と、保護が必要とされる少なくともある
故障状況下において、故障状態に対するPTCデバイス
の応答を所望の程度に加減する第2の電気的要素とを含
む複合保護デバイスの使用によって得られるということ
を発見した。例えば、第2の要素は、故障状態で熱を発
生させる抵抗であってもよく、この熱がPTCデバイス
に印加され、その結果、デバイスの“トリップ時間”、
つまり、回路電流が安全なレベルに低減されるように、
PTCデバイスが高抵抗状態,高温度状態に変換される
のに要する時間を減じる。第2の要素は、トリップ時間
のみを実質的に減じるために機能させてもよいが、好ま
しくは、回路保護システムの一部となる。PTCデバイ
スによる電流の低減が、第2の要素を保護するため、お
よび/又は、回路の他の要素を保護するために役立てて
もよい。
SUMMARY OF THE INVENTION A good circuit protection against excessive currents (and the voltages that cause such currents) is a PTC device.
(The terms “PTC device” and “PTC resistor” are used interchangeably) and a second that modifies the PTC device's response to a fault condition to a desired degree, at least under certain fault conditions where protection is required. And the use of a composite protective device comprising the electrical components of the present invention. For example, the second element may be a resistor that generates heat in a fault condition, and this heat is applied to the PTC device so that the "trip time" of the device,
In other words, so that the circuit current is reduced to a safe level,
The time required for the PTC device to be converted to a high resistance state and a high temperature state is reduced. The second element may function to substantially reduce trip time only, but is preferably part of a circuit protection system. The reduction in current by the PTC device may help protect the second element and / or protect other elements of the circuit.

【0008】この発明によれば、PTC抵抗及び、この
PTC抵抗と直列に接続され、オープン回路状態になる
ことのない、第2の抵抗を備える回路保護構成では、二
つの重要な保護機構が存在するということも発見した。
第1の機構は、比較的に低い電圧が保護構成に加わり、
そしてPCT抵抗が抵抗値を増大させて電流を安全レベ
ルに減じることにより保護が与えられるというものであ
る。第2の機構は、比較的高い電圧が保護機構に与えら
れ、そして第2の抵抗がオープン回路とならないことに
より、保護が与えられるというものである。この発明に
よれば、PTC抵抗と第2の抵抗との間の熱的結合の程
度が、これらの保護機構を特定の電圧によって機能させ
ることに深い影響を持つということを更に発見した。抵
抗の間での熱的結合がより良好であればある程、第1の
機構に優先して第2の機構を生じさせるためにより高い
電圧が必要とされる。
According to the present invention, in the circuit protection configuration including the PTC resistor and the second resistor which is connected in series with the PTC resistor and does not enter an open circuit state, two important protection mechanisms exist. I also discovered that
The first mechanism is that a relatively low voltage is added to the protection configuration,
Protection is provided by the PCT resistor increasing the resistance and reducing the current to a safe level. The second mechanism is that a relatively high voltage is applied to the protection mechanism and protection is provided by the second resistor not being an open circuit. According to the present invention, it has further been discovered that the degree of thermal coupling between the PTC resistor and the second resistor has a profound effect on making these protection mechanisms work with a particular voltage. The better the thermal coupling between the resistors, the higher the voltage required to cause the second mechanism to take precedence over the first mechanism.

【0009】PTC抵抗は、いずれのタイプであっても
よく、例えば、セラミックあるいは導電性重合体で構成
され得る。しかしながら、この発明は、PTC材料、特
に導電性重合体に対して特定の値を持ち、これにより、
もしこれらが過度の電気的な負担(つまり、通常の予想
される故障状態に含まれるものよりも大きい負担)を被
ったとき、危険性な状況を低減できる。このような危険
的な状況は、本発明によれば、PTC抵抗を第2の抵抗
と結びつけることにより、避けることができる。即ち、
同様な過度のストレス(または、PTC抵抗に電気的な
ストレスにある特定の方法で関係する電気的なストレ
ス)を被ったとき、PTC材料が危険的な劣化を被るこ
とのない十分に短い時間内に、(オープン回路状態に)な
らないようにする。そのような構成とすることにより、
過度の電気的ストレスの影響下において、PTC抵抗お
よび第2の抵抗を含む保護的構成で先に作用したルール
の逆が起きる。即ち、第2の抵抗がPTC抵抗を保護す
るよりも(前に)PTC抵抗が第2の抵抗を保護する。
[0009] The PTC resistor may be of any type, for example, a ceramic or a conductive polymer. However, the present invention has specific values for PTC materials, especially conductive polymers,
Dangerous situations can be reduced if they are subject to excessive electrical strain (ie, greater than those involved in normal expected fault conditions). Such a dangerous situation can be avoided according to the invention by coupling the PTC resistor with the second resistor. That is,
When subjected to similar excessive stresses (or electrical stresses related to electrical stress in a certain way to the PTC resistance), the PTC material is not subjected to dangerous degradation for a sufficiently short period of time. In the open circuit state. With such a configuration,
Under the influence of excessive electrical stress, the reversal of the rule previously performed in the protective configuration including the PTC resistor and the second resistor occurs. That is, the PTC resistor protects the second resistor before (before) the second resistor protects the PTC resistor.

【0010】第2の抵抗は、いずれの種類であってもよ
いが、好ましくは、ZTC抵抗であり、そして、オープ
ン回路状態をなくせる能力は、いずれかの方法により達
成される。この発明は、セラミック基板により支援され
る厚膜あるいは他の抵抗に対する特定の値に関する。こ
のような厚膜抵抗は、過度の電気的ストレス下におい
て、抵抗及び基板、及び/又は基板の異なった部分、及
び/又は抵抗の分離に導く、抵抗の異なった部分、及び
/又は、基板上に位置する抵抗への一つあるいは多数の
接続体の膨張の差異の結果として、オープン回路状態を
なくす。その結果、このようなオープン回路状態をなく
せる状態は、基板の寸法及び構成に大きく依存し、例え
ば、使用時に存在する熱的勾配を受けることによって割
れを生じる弱い面(例えばレーザーあるいはダイヤモン
ドで描かれた、くびれの部分あるいは溝)に形成でき
る。このような熱的勾配は、例えば、電気的リード線の
手段により、および/又は電流が流れない(基板から延
在する)金属の面あるいは帯の手段により、及び/又は
例えばくさび形状のような不規則な形状の抵抗の使用に
より、基板に浸透する熱の差異に影響され得る。
[0010] The second resistor may be of any type, but is preferably a ZTC resistor, and the ability to eliminate open circuit conditions is achieved in any manner. The present invention relates to specific values for thick films or other resistors supported by a ceramic substrate. Such a thick film resistor may have different resistances and / or different parts of the substrate and / or on the substrate which, under excessive electrical stress, can lead to different parts of the resistance and / or the substrate and / or separation of the resistance. The open circuit condition is eliminated as a result of the difference in the expansion of one or more connections to the resistor located at. As a result, conditions that can eliminate such open circuit conditions are highly dependent on the dimensions and configuration of the substrate, e.g., weak surfaces (e.g., drawn with a laser or diamond) that can crack due to thermal gradients that exist during use. (A constricted portion or groove). Such thermal gradients may be created, for example, by means of electrical leads and / or by means of metal surfaces or bands through which current does not flow (extending from the substrate), and / or by, for example, wedge-shaped The use of irregularly shaped resistors can be affected by differences in heat penetrating the substrate.

【0011】このPTC抵抗及び第2の抵抗は、好まし
くは、一つの複合デバイスの一部である。PTC抵抗は
多数存在し、このようなPTC抵抗は、同一あるいは異
なるもので、互いに直列あるいは並列に接続され、及び
/又、第2の抵抗は多数存在し、このような抵抗は、同
一あるいは異なるもので、直列あるいは並列に接続され
る。
The PTC resistor and the second resistor are preferably part of one composite device. There may be many PTC resistors, such PTC resistors may be the same or different, connected in series or parallel to each other, and / or there may be many second resistors, such resistors may be the same or different. And are connected in series or in parallel.

【0012】従って、その第1の態様において、この発
明は、PTC抵抗及びこのPTC抵抗と直列に接続さ
れ、かつPTC抵抗と熱的に接触している第2の抵抗を
備える回路保護システムを提供し、このシステムは、
(後述するごとく測定された)遮断電流IB、及び(後述す
ごとく測定された)保持電流IH、及び多くて20、好ま
しくは多くて15、特に好ましくは多くて10のIB
H比を有する。
Accordingly, in its first aspect, the present invention provides a circuit protection system comprising a PTC resistor and a second resistor connected in series with the PTC resistor and in thermal contact with the PTC resistor. And this system
The breaking current I B (measured as described below) and the holding current I H (measured as described below), and at most 20, preferably at most 15, and particularly preferably at most 10 I B /
It has an IH ratio.

【0013】PTC抵抗が抵抗でない第2の要素に接続
される複合デバイスも又、この発明により提供される。
従って、第2の態様においては、この発明は、電気的装
置を提供し、この装置は、 (1)少なくとも1枚の薄板状の基板と; (2)少なくとも一つの第1の電気的要素であって、(i)
少なくとも上記の基板の一つに物理的に接近し、(ii)抵
抗R1を有し、そして(iii)(a)スイッチング温度TsでP
TC特性を呈する導電性重合体で構成された薄板状のP
TC素子、及び(b)PTC素子を通して電極間で電流が
流れるように、電源に接続された少なくとも2枚の薄板
状の電極を有する第1の電気的要素と; (3)(a)少なくとも上記基板の一つに物理的に接近し、
(b)少なくとも第1の要素の一つに良好な熱的接触状態
にあり、(c)少なくとも第1の要素に電気的に接続さ
れ、(d)電圧の関数として変化する抵抗R2を有する、
少なくとも一つの第2の電気的要素と; (4)少なくとも第1の要素の一つと電気的に接続され、
少なくとも一つの第2の要素と熱的に接触している電気
的コネクターと;を含む。
A composite device in which the PTC resistor is connected to a second element that is not a resistor is also provided by the present invention.
Accordingly, in a second aspect, the present invention provides an electrical device comprising: (1) at least one sheet-like substrate; and (2) at least one first electrical element. (I)
Physically approaching at least one of the above substrates, (ii) having a resistance R 1 , and (iii) (a) P at switching temperature Ts
Thin P made of conductive polymer exhibiting TC characteristics
A TC element, and (b) a first electrical element having at least two thin plate-like electrodes connected to a power supply such that current flows between the electrodes through the PTC element; (3) (a) at least Physically approaching one of the substrates,
(b) there is at least good thermal contact with the one of the first element is electrically connected to at least a first element (c), has a resistance R 2 which changes as a function of (d) Voltage ,
At least one second electrical element; (4) electrically connected to at least one of the first elements;
An electrical connector in thermal contact with at least one second element.

【0014】複合デバイスにおいて薄板状のPTCデバ
イスの使用は、PTCデバイスと第2の要素との間で十
分な接触と、迅速な熱伝達を達成するのに有利であり、
そして、特に複合デバイスがプリント回路基板上の使用
のために設計されたとき、利用可能な空間の最適利用を
提供する。ほとんどの応用に対しては、PTCデバイス
が照射されるのが望ましく、そして、印加される電圧が
交流60Vあいるはこれ以上の多くの応用に対しては、
例えば50Mradより大きい、高い照射が役に立つ。電子
ビーム照射における一つの困難は、これらに対する高照
射の結果、導電性重合体における急速な温度上昇があ
る。付加的な問題は、これらの状況下において、架橋処
理の間に、消費されるより以上により急速にガスが発生
することである。その結果、ガス発生による金属箔電極
の層分離を避けるために、高電圧状態下の使用のために
設計されたデバイスは、薄板状導電性重合体素子の表面
に取り付けられた、要素薄板状の金属箔あるいは網の電
極で形成されるよりもむしろ、導電性重合体のマトリッ
クスに拡散された並列の柱状電極で形成される。例え
ば、欧州特許出願第63,440として提出された、米
国番号第656,046は、薄板状電極が装置を形成す
るために取り付けられる前に、薄板状導電性重合体素子
に照射することが必要である。拡散された柱状電極を含
むデバイスに対しては、照射の間の急速な加熱及びガス
発生が、重合体/電極の境界で空間を形成する結果とな
り、接触抵抗を生じ、そして、高電圧での動作の間にお
ける電気的故障に対して位置を占める。
[0014] The use of a sheet-like PTC device in a composite device is advantageous for achieving sufficient contact and rapid heat transfer between the PTC device and the second element;
And it provides optimal utilization of the available space, especially when the composite device is designed for use on a printed circuit board. For most applications, it is desirable that the PTC device be illuminated, and for many applications where the applied voltage is 60 VAC or higher,
High irradiation, for example greater than 50 Mrad, is useful. One difficulty with electron beam irradiation is that there is a rapid rise in temperature in the conductive polymer as a result of high irradiation to them. An additional problem is that under these circumstances, during the crosslinking process, gas is generated more rapidly than is consumed. As a result, devices designed for use under high voltage conditions, in order to avoid layer separation of the metal foil electrodes due to gas generation, have a device-like, sheet-like element attached to the surface of a sheet-like conductive polymer element. Rather than being formed by metal foil or mesh electrodes, they are formed by parallel columnar electrodes diffused in a matrix of conductive polymer. For example, U.S. Pat. No. 656,046, filed as European Patent Application No. 63,440, requires that a sheet-like conductive polymer element be irradiated before a sheet-like electrode is mounted to form a device. It is. For devices that include diffused columnar electrodes, rapid heating and gassing during irradiation results in the formation of a space at the polymer / electrode interface, resulting in contact resistance and high voltage application. Occupies a position for electrical failure during operation.

【0015】薄板状デバイスを効率的にかつ安価に作製
するため、薄板状金属箔電極が照射の前に取り付けら
れ、そして、柱状電極を有する上記デバイスが、重合体
/電極の境界で急速なガス放出の結果として空間の形成
を被らないようにすることが望ましい。又、薄板状電極
を積層化することなく、薄板状装置が比較的に高い電圧
及び電流に耐えることができことが望ましい。もし、導
電性重合体素子が照射の間に低温度に保たれるならば、
優れた性能を有する電気的デバイスを製造できるという
ことを発見した。
In order to efficiently and inexpensively fabricate sheet-like devices, sheet-metal foil electrodes are attached prior to irradiation, and the device with columnar electrodes is a rapid gas at the polymer / electrode interface. It is desirable not to suffer from the formation of spaces as a result of the release. It is also desirable that the sheet-like device can withstand relatively high voltages and currents without laminating the sheet-like electrodes. If the conductive polymer element is kept at a low temperature during irradiation,
It has been discovered that electrical devices with excellent performance can be manufactured.

【0016】従って、第3の態様では、この発明は、
(1)PTC特性を呈し、かつ重合体要素を含み、そして
重合体要素内に分散された導電性充填剤の粒子を含む架
橋導電性重合体からなるPTC素子と;そして、(2)P
TC素子に電気的に接続され、該PTC素子を通して電
流を生じさせるために電源に接続可能とした2つの電極
とを含む、電気的デバイスの作製方法を提供し、本方法
は、PTC素子に放射線架橋を行い、その架橋は電子ビ
ームの使用により行われ、そして、次の条件、 (a)平均照射速度は速くて3.0Mrad/分であり; (b)PTC素子の各々の電流−供給部分で吸収される照
射量は少なくとも50Mradであり、そして、架橋反応
において、電極に接触しているPTC素子のいずれの部
分も(Tm-60)℃より高温に達せず、ここでTmは、重
合体要素において最低融点を持つ重合体の示す差動走査
熱量計による吸熱曲線のピークで測定された温度であ
る;の内の一つを満たす。
Therefore, in a third aspect, the present invention provides:
(1) a PTC element comprising a crosslinked conductive polymer exhibiting PTC properties and comprising a polymer element, and comprising particles of a conductive filler dispersed within the polymer element; and (2) a PTC element.
Providing a method of making an electrical device comprising: two electrodes electrically connected to a TC element and connectable to a power supply to generate a current through the PTC element. Cross-linking is carried out, the cross-linking being carried out by using an electron beam, and the following conditions: (a) the average irradiation rate is as fast as 3.0 Mrad / min; (b) each current-supply part of the PTC element Is at least 50 Mrad, and in the crosslinking reaction, no part of the PTC element in contact with the electrodes reaches a temperature above (Tm-60) ° C., where Tm is the polymer The temperature measured at the peak of the endothermic curve by the differential scanning calorimeter of the polymer having the lowest melting point in the element.

【0017】この発明は、電源,負荷及び回路保護装置
あるいは上述したデバイスを備える電気的回路を更に含
む。このような回路では、第1及び第2の電気的要素
は、回路の通常の動作状態及び故障状態下(例えば第2
の要素が電話機の回路におけるサージ抵抗のとき)で
は、双方が直列に接続され、あるいは、第2の要素は、
通常の動作状態ではこれに電流が流れないが、故障状態
(例えば第2の要素が電話機回路におけるクランプ手段
を与えるために大地に接続されるVDRであるとき)で
は第1の要素と直列に位置する。
The present invention further includes a power supply, a load and a circuit protection device or an electrical circuit including the above-described device. In such a circuit, the first and second electrical components are under normal operating and fault conditions of the circuit (eg, the second
Is the surge resistance in the telephone circuit), both are connected in series, or the second element is
No current flows through this under normal operating conditions, but a fault condition
(Eg, when the second element is a VDR connected to ground to provide clamping means in the telephone circuit), it is in series with the first element.

【0018】 〔発明の詳細な説明〕この発明の回路保護デバイスは、
PTC特性を呈する。この“PTC”という語は、この
明細書では、少なくとも2.5のR14値あるいは少なく
とも10のR100値を有し、そして好ましくは双方の値
を有し、そして特に好ましくは、少なくとも6のR30
を有する、デバイス(例えばPTC抵抗)あるいは構成を
意味するために用いられ、ここで、R14とは、14℃の
範囲における終わりと始めとの抵抗率の比であり、R30
とは、30℃の範囲における終わりと始めとの抵抗率の
比であり、R100とは、100℃の範囲における終わり
と始めとの抵抗率の比である。“ZTC特性”は、ヒー
ターの動作範囲内のいずれかの30℃の温度範囲で抵抗
率が6倍、好ましくは2倍以上に増大するデバイスある
いは構成を意味するために用いられる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The circuit protection device of the present invention
It exhibits PTC characteristics. Term the "PTC", in this specification, has at least 2.5 of the R 14 value or at least 10 of the R 100 value, and preferably have both values, and particularly preferably at least 6 having a R 30 value, is used to mean a device (e.g., PTC resistor) or structure, where the R 14, the ratio of the resistivity of the beginning and end of the range of 14 ° C., R 30
Is the ratio of the end-to-start resistivity in the 30 ° C. range, and R 100 is the end-to-start resistivity ratio in the 100 ° C. range. "ZTC characteristics" is used to mean a device or configuration whose resistivity increases by a factor of 6, preferably 2 or more over any temperature range of 30 ° C within the operating range of the heater.

【0019】ここで述べられた発明は、導電性重合体素
子を含む電気的デバイス、及びこのようなデバイスを作
製するための製法に関する。この導電性重合体素子は、
重合性要素と、この重合性要素に分散された、粒子状の
導電性充填剤とで構成される。この重合性要素は、好ま
しくは、結晶性組織の重合体あるいは、少なくとも一つ
の結晶性組織の重合体を含む混合物であり、このような
語は、シロキサンを包含して用いられる。重合体要素
は、差動走査熱量計により発生された吸熱曲線でのピー
ク温度として定義される融点を有する。もし、重合体要
素が重合体の混合物であるならば、その融点は、最低の
融点の重合性要素の融点として定義される。導電性充填
剤は、グラファイト、カーボンブラック、金属、金属酸
化物、それ自身が有機重合体及び粒子状の導電性充填剤
を含む、粒子状の導電性重合体あるいはこれらの物の複
合であってもよい。この導電性重合体素子は、又、非酸
化物,不活性の充填剤,プロラッド(prorads),安定化剤,
分散用作用剤,あるいは他の要素であってもよい。導電
性充填剤及び他の要素の分散は、乾式混合,溶融処理ある
いは拡散により行われてもよい。導電性重合体の抵抗率
は、23℃(つまり室温)で測定される。
[0019] The invention described herein relates to electrical devices that include conductive polymer elements, and to a method of making such devices. This conductive polymer element is
It comprises a polymerizable element and a particulate conductive filler dispersed in the polymerizable element. The polymerizable element is preferably a polymer of crystalline structure or a mixture comprising at least one polymer of crystalline structure, such terms being used to include siloxane. The polymer element has a melting point defined as the peak temperature in the endothermic curve generated by the differential scanning calorimeter. If the polymer element is a mixture of polymers, its melting point is defined as the melting point of the lowest melting polymerizable element. The conductive filler is graphite, carbon black, a metal, a metal oxide, itself containing an organic polymer and a particulate conductive filler, a particulate conductive polymer or a composite of these. Is also good. The conductive polymer element also contains non-oxides, inert fillers, prorads, stabilizers,
It may be a dispersing agent or other element. Dispersion of the conductive filler and other elements may be accomplished by dry mixing, melt processing or diffusion. The resistivity of the conductive polymer is measured at 23 ° C. (ie, room temperature).

【0020】導電性重合体素子は、スイッチング温度T
sでPTC特性を呈し、この温度は、抵抗率対温度の対
数曲線における比較的にフラットな部分に対する接線
と、曲線の急峻な部分との交点として定義される。適し
た構成及び、構成を含むPTCデバイスは、米国特許番
号4,237,411;4,238,812;4,255,698;4,315,237;4,317,02
7;4,329,726;4,452,083;4,413,301;4,450,496;4,475,13
8;4,481,498;4,534,889;4,562,313;4,647,894;4,647,89
6;4,685,025;4,724,417;4,774,024;及び米国特許出願番
号141,989(MP0715)に開示されており、これらの開示
を参考としてここで述べる。もし、PTC素子が、一つ
以上の層を含み、そして、PTC特性を示さない層の一
つあるいはより多くが重合性構成から作製されるなら
ば、複合層の素子は、PTC特性を呈するに違いない。
導電性重合体は、Tsから(Ts+20)℃、好ましくはT
sから(Ts+40)℃、特に好ましくはTsから(Ts+7
5)℃の範囲で減少しない抵抗率を有すべきである。
The conductive polymer element has a switching temperature T
s exhibits a PTC characteristic, which is defined as the intersection of the tangent to the relatively flat portion of the logarithmic curve of resistivity versus temperature and the steep portion of the curve. Suitable configurations and PTC devices including configurations are disclosed in U.S. Patent Nos. 4,237,411; 4,238,812; 4,255,698; 4,315,237; 4,317,02
7; 4,329,726; 4,452,083; 4,413,301; 4,450,496; 4,475,13
8; 4,481,498; 4,534,889; 4,562,313; 4,647,894; 4,647,89
6; 4,685,025; 4,724,417; 4,774,024; and U.S. Patent Application No. 141,989 (MP0715), the disclosures of which are incorporated herein by reference. If the PTC element includes one or more layers and one or more of the layers that do not exhibit PTC properties are made from a polymerizable configuration, the composite layer element may exhibit PTC properties. Must.
The conductive polymer has a temperature of Ts to (Ts + 20) ° C., preferably T
s to (Ts + 40) ° C., particularly preferably Ts to (Ts + 7)
5) Should have a resistivity that does not decrease in the range of ° C.

【0021】PTC素子に取り付けられた二つの電極
は、このPTC素子内に電流を生じさせるために、電源
に接続できるようになっている。この電極は、導電性重
合体内な埋め込まれた平行の柱状電極であってもよく、
あるいは、PTC素子の表面に取り付けられた、硬質あ
るいは穴をあけた金属あるいは金属網を含む薄板状電極
であってもよい。特に好ましいのは、電着による微視的
な表面粗さを有するニッケルあるいは銅の金属箔による
電極である。
The two electrodes attached to the PTC element are adapted to be connected to a power supply in order to generate a current in the PTC element. The electrode may be an embedded parallel columnar electrode in a conductive polymer,
Alternatively, it may be a thin plate-like electrode including a hard or perforated metal or metal net attached to the surface of the PTC element. Particularly preferred is an electrode made of a metal foil of nickel or copper having a microscopic surface roughness by electrodeposition.

【0022】電気的デバイスは、化学的架橋剤あるい
は、コバルト源または電子ビームのようなイオン化放射
源の使用によって架橋結合されてもよい。電子ビーム
は、照射の効率,速度及びコストに対して特に好まし
い。このデバイスは、いかなるレベルで照射されてもよ
いが、高電圧印加の使用を目的としたデバイスに対して
は、50ないし100Mradあるいはこれ以上(例えば1
50Mrad)の照射が好ましい。この照射は、1段階ある
いはより多い段階で行われてもよく、各々の照射は、P
TC素子が重合体要素の融点を上回る温度に加熱され、
そして重合体要素を結晶化させるために冷却される、熱
処理段階によって分けられてもよい。架橋結合処理は、
PTC素子に取り付けられた電極を用いて、あるいは用
いずに行われる。放射線の照射は、PTC素子の各々の
電流を伝える部分によって吸収される放射線照射の最小
量として定義される。電流が薄板状電極に面に対する法
線の向きに(つまりPTC素子の厚さ方向に)電流が流れ
る薄板状電極の場合、PTC素子全体が最小の照射量に
照射されなければならない。円柱状電極が埋設されたデ
バイスに対しては、電極の間でかつ電極に対して平行に
なっているPTC素子の中央部が、最小の照射量に照射
されるべきである。
The electrical device may be cross-linked by use of a chemical cross-linking agent or an ionizing radiation source such as a cobalt source or an electron beam. Electron beams are particularly preferred for efficiency, speed and cost of irradiation. The device may be irradiated at any level, but for devices intended for use with high voltage application, 50 to 100 Mrad or more (e.g.
Irradiation at 50 Mrad) is preferred. This irradiation may be performed in one or more stages, each irradiation being performed in P
The TC element is heated to a temperature above the melting point of the polymer element;
It may then be separated by a heat treatment step, which is cooled to crystallize the polymer element. The cross-linking treatment is
This is done with or without electrodes attached to the PTC element. Irradiation is defined as the minimum amount of radiation absorbed by each current-carrying portion of the PTC element. In the case of a laminar electrode where current flows in the laminar electrode in a direction normal to the surface (i.e., in the thickness direction of the PTC element), the entire PTC element must be irradiated to a minimum dose. For devices with embedded columnar electrodes, the central portion of the PTC element between and parallel to the electrodes should be illuminated with a minimum dose.

【0023】照射段階の間では、電極と接した状態にあ
るPTC素子のいずれの部分においても温度が(Tm-6
0)℃、好ましくは(Tm-80)℃より高温にならないこ
とが好ましい。およそ130℃のTmを有する、高濃度
のポリエチレンで構成されたデバイスの場合、温度は6
0℃以下、好ましくは50℃以下、特に好ましくは40
℃以下に留めることが肝要である。電子ビームの場合、
ファンあるいはガスを使用して、あるいは熱−吸収容量
の大きい対象物に隣接させてデバイスを設置してデバイ
スを冷却することにより、照射が行われる。これとは別
に、平均照射速度が速くても3.0Mrad/分とした低電
子ビーム電流の使用により低温度に維持して行われても
よい。この値は、電子ビームの強度及びビーム経路をデ
バイスが通過する速度に基づき、ビーム経路におけるデ
バイスの位置の関数としてプロットされた瞬時の照射速
度のベル曲線における半分の高さの値をとることによ
り、計算される。もしデバイスが照射過程で冷たく保た
れるならば、ガス(つまり、架橋結合段階からの水素)の
発生速度は、デバイスからのガスの拡散速度と平衡し、
たとえガス発生があっても、PTC素子と電極との間の
境界でほとんど気泡は観察されない。その結果、薄板状
デバイスの場合では、薄板状電極は、層分離に至らず、
そして、円柱状の電極が埋設されている場合、重合体/
電極の境界で気泡及び空隙の個数が制限される。このこ
とは、電流が印加される間の電気的性能が改善されたこ
とになる。
During the irradiation phase, the temperature of any part of the PTC element that is in contact with the electrodes is (Tm-6
0 ° C., preferably (Tm−80). For devices composed of high concentration polyethylene having a Tm of approximately 130 ° C., the temperature is 6
0 ° C. or lower, preferably 50 ° C. or lower, particularly preferably 40 ° C.
It is important to keep the temperature below ° C. For an electron beam,
Irradiation is performed using a fan or gas, or by placing the device adjacent to an object having a large heat-absorbing capacity and cooling the device. Alternatively, the temperature may be maintained at a low temperature by using a low electron beam current of 3.0 Mrad / min at a high average irradiation speed. This value is based on the intensity of the electron beam and the speed at which the device passes through the beam path, taking the half height value in the instantaneous irradiation rate bell curve plotted as a function of the position of the device in the beam path. Is calculated. If the device is kept cool during the irradiation process, the rate of evolution of gas (i.e., hydrogen from the crosslinking step) will be balanced with the rate of diffusion of the gas from the device,
Almost no gas bubbles are observed at the boundary between the PTC element and the electrode, even if there is gas generation. As a result, in the case of a thin plate device, the thin plate electrode does not lead to layer separation,
When the cylindrical electrode is embedded, the polymer /
The number of bubbles and voids is limited at the electrode boundaries. This results in improved electrical performance while the current is being applied.

【0024】この発明の薄板状の電気的デバイスは、3
層あるいはより多くの層の導電性重合体を含むPTC素
子を含んでもよい。この層は、同一あるいは異なった重
合性要素、あるいは同一あるいは異なった導電性充填剤
を有してもよい。特に第1,第2及び第3の層を備え、
電極間のすべての電流経路が連続的に第1,第2及び第
3の層を通る構成のデバイスが好ましい。第1と第3の
層で挟まれる第2の層は、デバイスが電流に曝されたと
きに形成されるホットラインの所に位置するのが望まし
い。この構成は、室温の抵抗率が第1及び第3の双方の
ものよりもより大きい第2の層の使用により達成され
る。動作の間、I2Rの加熱を通して、最大の抵抗率の
箇所で熱が発生し、この作用は、デバイスの(第1ある
いは第3の層)の上部あるいは底部に対して、(第2の
層)の中央領域の限定された熱発散により強められる。
もし、ホットラインがデバイスの中央で制御されるなら
ば、ホットラインは電極で形成されず、薄板状デバイス
に共通する、失敗の一つの機構を排除させる。
The thin plate-shaped electric device of the present invention
It may include a PTC element that includes one or more layers of conductive polymer. This layer may have the same or different polymerizable elements, or the same or different conductive fillers. In particular, it comprises first, second and third layers,
Devices are preferred in which all current paths between the electrodes pass continuously through the first, second and third layers. The second layer, sandwiched between the first and third layers, is preferably located at a hot line formed when the device is exposed to current. This configuration is achieved through the use of a second layer having a greater room temperature resistivity than both the first and third. During operation, heat is generated at the point of maximum resistivity through the heating of the I 2 R, and this action is applied to the top or bottom of the (first or third layer) of the device by the (second Enhanced by the limited heat dissipation of the central region of the layer.
If the hot line is controlled in the center of the device, the hot line is not formed with electrodes, eliminating one mechanism of failure common to laminar devices.

【0025】3層の抵抗率は、幾つかの方法により変化
させることができる。層の重合性要素は、同一である
が、導電性充填剤の充填量が第2の層に対して異なる。
ほとんどの場合、第1の層の充填剤よりもより低い導電
率である導電性充填剤の充填量をより少なくするか、あ
るいは同量とすることにより、より高い抵抗率が達成さ
れる。ある場合には、同一量の導電性充填剤であるがよ
り少ない非導電性充填剤の使用により、より高い抵抗率
が達成され得る。導電性充填剤がカーボンブラックであ
るとき、重合性要素が層に対して同じであるが、第2の
層へのカーボンブラックの充填量は、第1及び第3の層
に対する量よりも少なく、少なくとも2、好ましくは少
なくとも3、特に好ましくは少なくとも4%体積である
時、有用な構成が達成されるということが見いだされ
た。第2の層の抵抗率は、第1及び第3の抵抗率より
も、好ましくは少なくとも20%、特に少なくとも2
倍、特に好ましくは少なくとも5倍高い。3層で形成さ
れたPTC素子は、50オーム・cm以下の抵抗率、あ
るいは100オーム以下の抵抗を有する第2の層を備え
てもよい。別の実施例では、第1の層及び第3の層の抵
抗率は、第2の層の抵抗率の0.1倍である。
The resistivity of the three layers can be varied in several ways. The polymerizable elements of the layers are the same, but the loading of the conductive filler is different for the second layer.
In most cases, higher resistivity is achieved by lowering or equaling the loading of conductive filler, which has a lower conductivity than the filler of the first layer. In some cases, higher resistivity may be achieved by using the same amount of conductive filler but less non-conductive filler. When the conductive filler is carbon black, the polymerizable element is the same for the layers, but the loading of carbon black in the second layer is less than in the first and third layers, It has been found that a useful configuration is achieved when the volume is at least 2, preferably at least 3, particularly preferably at least 4% by volume. The resistivity of the second layer is preferably at least 20%, in particular at least 2%, higher than the first and third resistivity.
Times, particularly preferably at least 5 times higher. The PTC element formed with three layers may include a second layer having a resistivity of 50 ohm-cm or less, or a resistance of 100 ohm or less. In another embodiment, the resistivity of the first and third layers is 0.1 times the resistivity of the second layer.

【0026】積層されたデバイスは、抵抗率が少なくと
も一桁違うPTC及びZTC材料の形成に対する箇所で
述べられている。もし、各々の層のスイッチング温度T
sが第2の層のスイッチング温度の15℃内ならば、3
層すべてがPTC性質を呈するときに有効な薄板状デバ
イスを形成できるということが見いだされている。上記
Tsをすべての3層に対して同一にすることが好まし
く、このことは、各々の層に対して導電性重合体構成に
おいて同一の重合性要素の使用により達成され得る。
The stacked devices are described in the section for the formation of PTC and ZTC materials that differ in resistivity by at least an order of magnitude. If the switching temperature T of each layer
If s is within 15 ° C. of the switching temperature of the second layer, 3
It has been found that effective lamellar devices can be formed when all of the layers exhibit PTC properties. It is preferred that the Ts be the same for all three layers, which can be achieved by using the same polymerizable element in the conductive polymer configuration for each layer.

【0027】第2の層が、第1、第2及び第3の層のト
ータルの厚さの1/4以下、特に1/5以下の厚さである
とき、ホットラインが制御される、積層された有用な薄
板状デバイスも又、形成される。好ましいデバイスは、
少なくとも0.060インチ、特に少なくとも0.10
0インチのトータルの厚さを有する。それらは100オ
ーム以下の抵抗を有する。このようなデバイスは、印加
電圧が120Vあるいはこれ以上で特に、50Mrad以
上のレベルの照射に曝されるとき、回路保護の適用に対
して有利である。特にこのような適用に対しては、少な
くとも第2の層、好ましくは第1及び第3の層が同様に
無機のフィルターを含む構成を持つデバイスが好まし
い。特に好ましいのは、これらの無機のフィルターが、
アークを制御する手段として役立ち、そして空気の存在
しない状態で加熱されたとき、分解して水、炭酸ガスあ
るいは窒素を与えるのが好ましい。アルミナ三酸化物及
びマグネシウム水酸化物を含む適した材料に関する参考
文献としては、米国特許番号第4,774,024号およ
び出願番号第141,989号に開示されている。
When the second layer has a thickness of 1/4 or less, especially 1/5 or less of the total thickness of the first, second and third layers, the hot line is controlled. Useful sheet-like devices have also been formed. Preferred devices are
At least 0.060 inches, especially at least 0.10
It has a total thickness of 0 inches. They have a resistance of less than 100 ohms. Such devices are advantageous for circuit protection applications, especially when exposed to irradiation at applied voltages of 120 V or higher, especially at levels of 50 Mrad or higher. Particularly for such applications, preference is given to devices in which at least the second layer, preferably the first and the third layer, likewise comprise an inorganic filter. Particularly preferred are those inorganic filters,
It preferably serves as a means of controlling the arc and, when heated in the absence of air, decomposes to provide water, carbon dioxide or nitrogen. References regarding suitable materials, including alumina trioxide and magnesium hydroxide, are disclosed in U.S. Patent No. 4,774,024 and Application No. 141,989.

【0028】この発明の電気的装置の態様は、しばしば
薄板状のPTC抵抗である少なくとも一つの第1の要
素、少なくとも一つの第2の要素、薄板状の基板、及び
電気的リード線を含む。第2の要素は、通常、抵抗であ
り、その抵抗値は、比較的に電圧と無関係であるが、こ
の発明の一つの態様では、第2の要素は、電圧の関数と
して変化する抵抗値を有するのが好ましい。このような
要素は、バリスタ,トランジスタあるいは他の電気的要
素のような電圧−依存抵抗(VDR)を含む。これとは別
に、第2の要素は、例えば、厚膜抵抗、薄膜抵抗、金属
フィルム抵抗カーボン抵抗、金属ワイヤーあるいは、例
えば溶解成型(溶解押出,移動成型及び射出成型を含
む)、溶解成型(印刷法及び鋳造法を含む)、シンタリン
グあるいは他のいずれかの適した技術により形成された
導電性重合体抵抗であってもよい。これらのある技術に
より形成された抵抗の抵抗値は、レーザートリミングの
技術により変化可能である。23℃での抵抗の抵抗値
は、23℃でのPTC素子の抵抗と比較して、好ましく
は、少なくとも2倍、特に好ましくは少なくとも5倍、
特別には少なくとも10倍あるいは更に高く、例えば少
なくとも20倍である。抵抗の抵抗値は、好ましくは温
度により実質的に増加しない。例えばおよそ200V以
上の高電圧印加のためには、抵抗の抵抗値は、23℃で
のPTC素子の抵抗と比較して、一般に少なくとも20
倍、好ましくは少なくとも40倍、特に好ましくは少な
くとも60倍、あるいは更に高く、例えば少なくとも1
00倍である。23℃での第1及び第2の要素を合わせ
た合計の好ましい抵抗は、使用目的に依存し、例えば、
3ないし2000オーム、例えば5ないし1500オー
ムであってもよいが、一般には、5ないし200オーム
であり、PTC素子の抵抗値は例えば1ないし100オ
ームであり、一般には1ないし5オームである。
[0028] Aspects of the electrical device of the present invention include at least one first element, at least one second element, often a laminar PTC resistor, a laminar substrate, and electrical leads. The second element is typically a resistor, whose resistance is relatively independent of voltage, but in one aspect of the invention, the second element has a resistance that varies as a function of voltage. It is preferred to have. Such elements include voltage-dependent resistance (VDR) such as varistors, transistors or other electrical elements. Separately, the second element may be, for example, a thick film resistor, a thin film resistor, a metal film resistor, a carbon resistor, a metal wire or, for example, melt molding (including melt extrusion, transfer molding and injection molding), melt molding (printing). , Sintering, or any other suitable technique. The resistance value of a resistor formed by one of these techniques can be changed by a laser trimming technique. The resistance value of the resistor at 23 ° C. is preferably at least twice, particularly preferably at least 5 times, compared to the resistance of the PTC element at 23 ° C.
In particular it is at least 10 times or even higher, for example at least 20 times. The resistance of the resistor preferably does not substantially increase with temperature. For example, for a high voltage application of about 200 V or more, the resistance of the resistor is generally at least 20
Times, preferably at least 40 times, particularly preferably at least 60 times, or even higher, for example at least 1
It is 00 times. The combined preferred resistance of the first and second components at 23 ° C. depends on the intended use, for example:
It may be 3 to 2000 ohms, for example 5 to 1500 ohms, but is generally 5 to 200 ohms, and the resistance value of the PTC element is for example 1 to 100 ohms, generally 1 to 5 ohms.

【0029】二つあるいはそれ以上の第2の電気的要素
を設けることができ、各要素は同一あるいは別のもので
あってもよい。第2の電気的要素の一方が厚膜抵抗を含
み、他方の第2の電気的要素が電圧制限用デバイスを含
むといった、2重の混成された保護として作用するのが
好ましい。もし、二つあるいはより多くの第2の電気的
要素を設けたとき、1個のPTC素子と直列に接続され
る第2の電気的要素の合成された抵抗値は、抵抗(ある
いは他の第2の要素)の抵抗値対PTC素子の抵抗値と
の所望の比率を決定するときに用いられる抵抗である。
もし、電気的装置が、複数のPTC素子及び複数の第2
の要素を備えるとき、装置の抵抗値は、各々個々のPT
C素子の抵抗値及び結合された第2の要素の抵抗(つま
り、PTC素子と直列に接続されているこれらの第2の
要素)として決定される。このような装置のために、P
TC素子及び第2の要素を備える、各々の"ユニット"の
抵抗は、好ましくは同一である。複数の第1及び/又は
第2の要素及び基板を備える電気的装置は、小形の装置
を提供できる点で有利である。このような装置は、回路
基板上により少ないスペースを要求し、より小さいカプ
セル化あるいは絶縁容器を要求し、そして、要素間のよ
り良好な熱的接触に基づき、電気的故障状態により迅速
に応答する。これとは別に、複数の要素の使用は、複数
の機能に対して電圧を与える。
[0029] Two or more second electrical elements may be provided, each of which may be the same or different. Preferably, one of the second electrical components comprises a thick film resistor and the other second electrical component comprises a double hybrid protection, such as comprising a voltage limiting device. If two or more second electrical elements are provided, the combined resistance of the second electrical element connected in series with one PTC element will be the resistance (or other second electrical element). (Element 2) to the desired ratio of the resistance of the PTC element to the resistance of the PTC element.
If the electrical device comprises a plurality of PTC elements and a plurality of second
Device, the resistance of the device is
It is determined as the resistance of the C element and the resistance of the coupled second element (ie, those second elements connected in series with the PTC element). For such a device, P
The resistance of each "unit" comprising the TC element and the second element is preferably the same. An electrical device comprising a plurality of first and / or second components and a substrate is advantageous in that it can provide a compact device. Such devices require less space on circuit boards, require smaller encapsulation or insulating containers, and respond more quickly to electrical fault conditions based on better thermal contact between elements. . Alternatively, the use of multiple elements provides voltage for multiple functions.

【0030】要素間の電気的な接続は、ワイヤー、イン
クによるコネクターパッド、クリップあるいは他の適し
た手段によって行われる。要素が基板の反対面に位置す
るときは、基板を通して穴あけされた箇所を金属化する
ことにより接続手段としてもよい。
The electrical connection between the elements is made by wire, ink connector pads, clips or other suitable means. When the element is located on the opposite side of the substrate, the connection means may be formed by metallizing a portion drilled through the substrate.

【0031】好ましい基板は、電気的に絶縁するもので
あるが、例えばアルミナあるいはベリリア(berylia)の
ごとく、いくらかの熱導電率を有する。このような基板
は、ワイヤー,スクリーン印刷のインキ,スパッタートレ
ースあるいは他の適した材料の手段により、プリント印
刷基板に容易に装着可能である。回路基板上の装置のサ
イズを最小にするために、アルミナ(あるいは他の)基板
が厚さ0.100インチ、幅1.5インチ、そして高さ
0.400インチの最大寸法を有するのが好ましい。こ
のように構成すれば、装置は、一般に多くの回路基板で
の最大の拘束高さである12mm(0.47インチ)を下回
ることを可能にする。
Preferred substrates are electrically insulating, but have some thermal conductivity, such as, for example, alumina or berylia. Such a substrate can be easily mounted on a printed circuit board by means of wires, screen printing inks, sputter traces or other suitable materials. To minimize the size of the device on the circuit board, it is preferred that the alumina (or other) substrate have a maximum dimension of 0.100 inch thick, 1.5 inch wide, and 0.400 inch high . With this configuration, the device generally allows the maximum restraint height on many circuit boards to be less than 12 mm (0.47 inches).

【0032】要素の相対的な位置は、装置の電気的応答
を決定するのに重要となる。ある具体例では、第1及び
第2の電気的要素は、好ましくは、PTC素子に生じる
熱勾配がPTC素子内の電流の方向と直角になるように
構成される。このことは重要であり、その理由は、熱の
流れは、そうしなければ、電極の一つに接近した、望ま
しくないホットゾーンの形成を強めるからである。薄板
状PTCデバイスが用いられたとき、薄板状基盤に対し
てより良い熱的接触を与え、他の比較し得る抵抗による
構成のPTC素子よりもより小さくできる。このような
薄板状PTCデバイスは又、柔軟性を示す。このPTC
デバイスは、薄板状素子あるいは第2の要素の表面に直
接に設けられてもよく、あるいは基板の反対側に装着さ
れてもよい。回路保護のシステムに対しては、保持電流
(システムを流れる電流が、PTCデバイスが高抵抗の"
トリップ"状態に生じさせない最大の電流)及び遮断電流
(つまりシステムを開回路に至らしめる最小電流)の双方
は、PTCデバイスの内外への熱放散の速度に影響され
る。熱移動は、PTCデバイス及び第2の要素間の距離
に影響される。ある適用に対しては、PTCデバイス
は、第2の要素のオフセットである位置を有することが
好ましい。このことは、第2の要素が、もし熱勾配が余
りにも過酷ならば、割れを呈する厚膜抵抗を含むとき、
特に重要である。これにより、多くのシステムに対し
て、システムを第2の要素の面と直角に眺めたとき、少
なくともPTC装置の一部が、第2の要素に重ならない
ことが望ましい。PTC素子及び厚膜抵抗が実質的に互
いに平行にあったとき、(厚膜抵抗の面と直角に眺めた
とき、)厚膜抵抗に重なるPTC素子の部分は、好まし
くは多くて50%、特に多くて25%、特別には0%で
ある。
The relative positions of the elements are important in determining the electrical response of the device. In certain embodiments, the first and second electrical elements are preferably configured such that the thermal gradient created in the PTC element is perpendicular to the direction of the current in the PTC element. This is important because the heat flow would otherwise create an undesirable hot zone close to one of the electrodes. When a laminar PTC device is used, it provides better thermal contact to the laminar substrate and can be smaller than other comparable resistance configured PTC elements. Such sheet PTC devices also exhibit flexibility. This PTC
The device may be provided directly on the surface of the laminar element or the second element, or may be mounted on the opposite side of the substrate. For systems with circuit protection, the holding current
(The current flowing through the system is high when the PTC device has high resistance.)
The maximum current that does not cause a "trip" condition) and the breaking current
Both (ie, the minimum current that causes the system to open circuit) are affected by the rate of heat dissipation into and out of the PTC device. Heat transfer is affected by the distance between the PTC device and the second element. For some applications, the PTC device preferably has a position that is an offset of the second element. This means that when the second element includes a thick film resistor that exhibits cracking if the thermal gradient is too severe,
Of particular importance. Thus, for many systems, it is desirable that at least a portion of the PTC device not overlap the second element when the system is viewed at right angles to the plane of the second element. When the PTC element and the thick film resistor are substantially parallel to each other, the portion of the PTC element that overlaps the thick film resistor (when viewed perpendicular to the plane of the thick film resistor) is preferably at most 50%, especially At most 25%, especially 0%.

【0033】ある場合には、この発明の装置は、厚膜抵
抗あるいは他の第2の電気的要素を、高温に曝されるこ
とにより生じる劣化から保護するために使用されてもよ
い。これらの状況下では、抵抗に劣化を生じさせる以下
の温度で高抵抗状態に変化されるように、PTCデバイ
スが選択される。
In some cases, the devices of the present invention may be used to protect thick film resistors or other second electrical components from degradation caused by exposure to high temperatures. Under these circumstances, the PTC device is selected to be changed to a high resistance state at a temperature below which the resistance will degrade.

【0034】保持電流IH及び遮断電流IBは、PTCデ
バイス及び第2の要素を含む電気的装置を二つの試験回
路で試験して決定され得る。第1図に示された、第1の
回路において、複合デバイスR1は、可変抵抗R2、直流
電源VDC、及び電流計Aと直列に接続される。R2の値
(試験中は固定される)は、電圧が0Vから70Vに変化
されたとき、電流計で測定される電流が0から100m
Aに変化するように選択される。複合デバイスは、空気
の流れ及び温度が制御され、かつ、23℃に安定化され
たチャンバー内に設置される。その後、電圧が増大さ
れ、回路における電流がモニターされる。電流が0に降
下したとき(あるいは測定された最大電流の10%にほ
ぼ等しくなったとき)の電圧がVHとして記録される。保
持電流は次式から計算される。 IH=VH/(R1+R
The holding current I H and the breaking current I B can be determined by testing the electrical device including the PTC device and the second element with two test circuits. In the first circuit shown in FIG. 1, the composite device R 1 is connected in series with a variable resistor R 2 , a DC power supply VDC , and an ammeter A. R 2 value
(Fixed during the test) means that when the voltage is changed from 0 V to 70 V, the current measured by the ammeter is 0 to 100 m
A is selected to change to A. The composite device is installed in a chamber where the air flow and temperature are controlled and stabilized at 23 ° C. Thereafter, the voltage is increased and the current in the circuit is monitored. The voltage at which the current drops to zero (or approximately equals 10% of the maximum measured current) is recorded as VH . The holding current is calculated from the following equation. I H = V H / (R 1 + R 2 )

【0035】遮断電流は、第2図に示した回路を用いて
決定される。抵抗Rを有する複合デバイスは、可変抵
抗R3及び交流電源VACと直列に接続される。23℃で
のデバイスの抵抗が測定されてR0が得られ、そして、
可変抵抗R3が1000オームに調節される。110V
の交流電源が1秒間印加される。そのデバイスは、その
後、1時間の間、23℃に冷却され、そして抵抗が測定
される。もし、複合デバイスが試験の間に十分に高抵抗
状態にトリップしたならば、抵抗は、0.5R0ないし
1.5R0に等しくなる。これらの状況下で、R3を減少
して試験が繰り返される。この試験は、冷却状態で抵抗
が高くなるように、つまりデバイスが開状態となるよう
に、この試験は、R3が十分に小さくなるまで繰り返さ
れる。この遮断電流は、次式から計算される。 IB=V/(R1f+R3f)
The cutoff current is determined using the circuit shown in FIG. Composite device with a resistance R 1 is connected to a variable resistor R 3 and the AC power supply V AC series. The resistance of the device at 23 ° C. is measured to obtain R 0 , and
Variable resistor R 3 is adjusted to 1000 ohms. 110V
AC power is applied for one second. The device is then cooled to 23 ° C. for one hour and the resistance is measured. If the composite device has tripped sufficiently high resistance state during the test, the resistance is equal to 0.5 R 0 not to 1.5R 0. Under these circumstances, the test reduced the R 3 are repeated. This test, as resistance increases in cooled state, i.e. the device to the open state, the test is repeated until R 3 is sufficiently small. This interruption current is calculated from the following equation. I B = V / (R 1 f + R 3 f)

【0036】ここで、R1fは、最後の“遮断”サイクルの
前に測定されたデバイスの抵抗であり、R3fは、最後の
“遮断”サイクルでの可変抵抗の抵抗である。これらの
二つの状況の下で試験されたとき、PTC抵抗、及びこ
のPTC抵抗と直列に接続され、かつ、PTC抵抗と熱
的に接触した、第2の抵抗を含むこの発明のデバイス
は、遮断電流IB及び保持電流IHを有し、そのIB/IH
比は多くて20、好ましくは多くて15、特に好ましく
は多くて10である。IB/IH比は又、少なくとも3、
好ましくは少なくとも5、特に好ましくは少なくとも7
であることが好ましい。
Where R 1 f is the resistance of the device measured before the last “cut-off” cycle, and R 3 f is the resistance of the variable resistor in the last “cut-off” cycle. When tested under these two circumstances, the device of the present invention, including a PTC resistor and a second resistor connected in series with the PTC resistor and in thermal contact with the PTC resistor, has Current I B and holding current I H , and I B / I H
The ratio is at most 20, preferably at most 15, and particularly preferably at most 10. I B / I H ratio is also at least 3,
Preferably at least 5, particularly preferably at least 7
It is preferred that

【0037】第3図は、PTC素子10に装着された2
枚の薄板状金属電極2,3を有する回路保護デバイス(つ
まりPTCデバイス)1を示している。このPTC素子
は第1の導電性重合体層11及び、第2の導電性重合体
層13を挟む第3の重合体層12より構成される。
FIG. 3 is a view showing the state of the 2
1 shows a circuit protection device (that is, a PTC device) 1 having a plurality of sheet metal electrodes 2 and 3. This PTC element includes a first conductive polymer layer 11 and a third polymer layer 12 sandwiching a second conductive polymer layer 13.

【0038】第4図ないし第12図は、回路保護デバイ
ス1が硬質の薄板状絶縁基板に接近している、この発明
の変形である。各々の変形例では、PTCデバイス1と
第2の電気的要素との間に接続を作るのに適したパター
ン内に、スクリーン印刷あるいは他の手段により、銀あ
るいは他の導電ペーストが設けられる。
FIGS. 4 to 12 show a modification of the present invention in which the circuit protection device 1 is close to a hard thin insulating substrate. In each variation, silver or other conductive paste is provided by screen printing or other means in a pattern suitable for making a connection between the PTC device 1 and the second electrical element.

【0039】第4図は、PTCデバイス1及び第2の電
気的要素、厚膜抵抗6が基板5の同じ面側に配された装
置を示している。第4図のA−Aラインにおける断面図
である第5図に示されたように、PTC素子1は、薄板
状であり、そして、第3図で示されたようなPTC素子
を含む。この装置を回路に接続するためのリード線2
1,22は、厚膜抵抗下の銀の導電性パッド9の一つの
端部と、PTCデバイスの頂部電極2とに設けられる。
FIG. 4 shows an apparatus in which the PTC device 1, the second electric element, and the thick film resistor 6 are arranged on the same side of the substrate 5. As shown in FIG. 5, which is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 4, the PTC element 1 is thin and includes a PTC element as shown in FIG. Lead 2 for connecting this device to the circuit
1, 22 are provided at one end of the silver conductive pad 9 under thick film resistance and the top electrode 2 of the PTC device.

【0040】第6図及び第7図(第4図のB−Bライン
における断面図)は、この発明の別の変形を示してお
り、厚膜抵抗6及びPTCデバイス1が、アルミナ基板
5の相対する面にそれぞれ配されている。リード線2
1,22は、示されたように、プリント基板30に挿通
するのに適している。
FIGS. 6 and 7 (cross-sectional views taken along the line BB in FIG. 4) show another modification of the present invention, in which the thick film resistor 6 and the PTC device 1 They are arranged on opposing surfaces. Lead wire 2
1, 22 are suitable for insertion into the printed circuit board 30, as shown.

【0041】第8図は、第6図に示された型のデバイス
を2個含む装置の断面図であり、回路基板上に要求され
る空間を最小するためにパッケージ化されたものであ
る。
FIG. 8 is a cross-sectional view of an apparatus including two devices of the type shown in FIG. 6, packaged to minimize the space required on a circuit board.

【0042】第9図及び第10図は、3つの電極要素を
含むこの発明の変形例に使用されたアルミナ基板5のそ
れぞれの面を示している。二つの厚膜抵抗6,6'は、基
板の一方の側に互いに接近するようにしてスクリーン印
刷される。基板の他方の側には、二つのPTCデバイス
1,1'が電圧制限用デバイス30に接近して設けられ
る。PTCデバイス1と厚膜抵抗6との間、及びPTC
デバイス1'と厚膜抵抗6'との間の電気的接続は、半田
ペーストあるいは半田リード線4,4'の手段により独立
して行われる。PTCデバイス1と電圧制限用デバイス
30との接続は、リード線41の手段により行われる。
同様に、PTC素子1'への接続はリード線41'の手段
により行われる。リード線21,22及び23,24は、
デバイスを回路に接続するために用いられる。接地リー
ド線25は、電圧制限用デバイス30に取り付けられ
る。
FIGS. 9 and 10 show the respective surfaces of the alumina substrate 5 used in the modification of the present invention including three electrode elements. The two thick film resistors 6, 6 'are screen printed on one side of the substrate so as to approach each other. On the other side of the substrate, two PTC devices 1, 1 'are provided close to the voltage limiting device 30. Between the PTC device 1 and the thick film resistor 6, and the PTC
The electrical connection between the device 1 'and the thick film resistor 6' is made independently by means of solder paste or solder leads 4, 4 '. The connection between the PTC device 1 and the voltage limiting device 30 is made by means of a lead wire 41.
Similarly, the connection to the PTC element 1 'is made by means of a lead wire 41'. Lead wires 21,22 and 23,24
Used to connect devices to circuits. The ground lead 25 is attached to the voltage limiting device 30.

【0043】第11図は、離れているアルミナ基板5,
5'上にそれぞれ印刷された、二つのルテニウム酸化物
6,6'の間にPTC1が積層された装置を示す。このP
TCデバイスは、電極形成された箔電極2,3と抵抗6,
6'の間の半田層40の手段により、基板に取り付けら
れる。ワイヤーリード線21,22は、導体パッド91,
91'に装着され、第1の抵抗6、PTCデバイス1及
び第2の抵抗6'を通してリード線から電流が流れるの
を可能にする。
FIG. 11 shows an alumina substrate 5,
Shown is a device with PTC1 stacked between two ruthenium oxides 6,6 ', each printed on 5'. This P
The TC device has foil electrodes 2 and 3 formed with electrodes and resistors 6 and
It is attached to the substrate by means of the solder layer 40 between 6 '. The wire leads 21 and 22 are connected to the conductor pads 91 and
Mounted at 91 ', it allows current to flow from the lead through the first resistor 6, the PTC device 1 and the second resistor 6'.

【0044】第12図は、複数の要素を含む装置を示し
ている。二つのPTCデバイス1,1'は、層40の手段
により、薄板状基板5"のそれぞれの面に印刷された抵
抗61,61'の上に半田つけされる。2枚の付加的な基
板5,5'がPTC要素の残りの面に取り付けられる。ワ
イヤーリード線21,22,21',22'は、個々に対し
て電力が印加される二つの分離したユニットを与えるた
めに、導体パッド91,91'に取り付けられる。
FIG. 12 shows an apparatus including a plurality of elements. The two PTC devices 1, 1 'are soldered by means of a layer 40 onto resistors 61, 61' printed on the respective side of the laminar substrate 5 ". Two additional substrates 5 , 5 'are attached to the remaining faces of the PTC element, and wire leads 21, 22, 21', 22 'are provided with conductor pads 91, to provide two separate units to which power is applied individually. , 91 '.

【0045】第13図ないし第18図は、PTC抵抗を
含む複合デバイスに対する可能な設計を示し、このPT
C抵抗は、第2の抵抗、および/又は、IB及びIH間の
関係に影響を与える手段から隔てられ、その手段として
は、例えば、付加的なリード線(第15図)、熱−収縮性
チップ(第14図)、不定形(例えば次第に狭くなる)抵抗
(第16図)、カットあるいは切り出し基板(個々に第1
7図及び第18図)の使用がある。
FIGS. 13-18 show possible designs for a composite device including a PTC resistor.
C resistance, a second resistance, and / or, separated from the means for influencing the relationship between I B and I H, as its means, for example, an additional lead wire (FIG. 15), the heat - Shrinkable tip (Fig. 14), irregular (eg narrowing) resistance
(FIG. 16), cut or cut substrates (individually
7 and 18).

【0046】例1 表1に掲げられた導電性化合物A及びBはバンブリイ
(Banbury)ミキサーを用いて、微細化され、そしてシー
トに押し出されることにより準備された。各々が厚さ
0.025インチ(0.064cm)の2枚の化合物のAのシ
ートを、0.020インチ(0.051cm)厚の化合物のB
シートの各々の面上に積層することにより、厚さ0.1
20インチ(0.304cm)の薄板状化された板が作製さ
れた。フクダ社市販の厚さ0.0014インチ(0.00
36cm)の電着されたニッケル箔の電極は、前記の板の
各々の面に装着された。PTCデバイスは、板から0.
3×0.3インチ(0.76×0.76cm)のチップに切断
されることにより、準備された。これらのチップは、1
50℃で1時間加熱され、5mAで1.5MeVの電子ビ
ームを用いて25Mradの照射値にて照射され、2時間
加熱され、5mAで1.5MeVの電子ビームを用いて5
0Mradの照射値にて照射され、そして3時間加熱され
ることにより、処理された。デバイスの電気的性能は、
二つの回路で試験することにより決定された。リード線
は、半田により電極に取り付けられた。デバイスの電気
的性能は、二つの回路で試験することにより行われた。
最初の試験では、デバイスに交流260V、10Aの電
力が5秒間印加され、第2の試験では、デバイスに交流
600V、1Aの電力が5秒間印加された。火炎、スパ
ーク、あるいは電極の層剥離なく、試験に耐えたデバイ
スの個数が各々のサイクル後に決定された。
Example 1 The conductive compounds A and B listed in Table 1
Prepared by micronizing and extruding into sheets using a (Banbury) mixer. Two 0.025 inch (0.064 cm) thick Compound A sheets are each combined with a 0.020 inch (0.051 cm) thick Compound B sheet.
By laminating on each side of the sheet, a thickness of 0.1
A 20 inch (0.304 cm) thinned plate was made. 0.0014 inch (0.00
A 36 cm) electrodeposited nickel foil electrode was mounted on each side of the plate. The PTC device is placed at 0.
It was prepared by cutting into 3 x 0.3 inch (0.76 x 0.76 cm) chips. These chips are 1
It was heated at 50 ° C. for 1 hour, irradiated at 5 mA with an electron beam of 1.5 MeV at an irradiation value of 25 Mrad, heated for 2 hours, and irradiated at 5 mA with an electron beam of 1.5 MeV.
The treatment was carried out by irradiating at an irradiation value of 0 Mrad and heating for 3 hours. The electrical performance of the device is
It was determined by testing on two circuits. The leads were attached to the electrodes by solder. The electrical performance of the device was performed by testing on two circuits.
In the first test, 260V AC, 10A power was applied to the device for 5 seconds, and in the second test, 600V AC, 1A power was applied to the device for 5 seconds. The number of devices that survived the test without flame, spark, or electrode delamination was determined after each cycle.

【0047】例2 体積比40%の化合物Cと体積比60%の化合物Dとが
混合され、その混合物が0.010インチ(0.025cm)
の厚さのシートに押し出されることによって化合物Eが
準備された。5枚の化合物Eのシートは、1層の化合物
Bのシートの両面に積層され、0.130インチ(0.3
30cm)の厚さの面に形成された。ニッケル電極を取り
付けた後、デバイスは切断処理され、そして、例1で述
べたごとく試験された。その結果は表2に示されてい
る。3枚の層すべてに非有機フィルターを備えたデバイ
スは、中央の層にのみフィルターを有するものと比較し
てより良好に機能することがわかる。
Example 2 Compound C at 40% by volume and Compound D at 60% by volume are mixed and the mixture is 0.010 inch (0.025 cm).
Compound E was prepared by extruding into a sheet of thickness. Five Compound E sheets were laminated on both sides of a single layer of Compound B sheet, and 0.130 inches (0.3).
30 cm). After attaching the nickel electrode, the device was cut and tested as described in Example 1. The results are shown in Table 2. It can be seen that devices with non-organic filters in all three layers perform better than those with filters in the middle layer only.

【0048】例3 化合物F及びGが準備され、個々に0.014インチ
(0.036cm)及び0.024インチ(0.061cm)の厚
さのシートに押し出された。2枚の化合物Fのシートを
化合物Gのシートの両面に積層されることにより、0.
082インチ(0.208cm)の厚さの板が作製され、そ
して電極が取り付けられた。デバイスは、切断され、そ
して例1のごとく、第1の段階で4.5MeV、15mA
の電子ビームを用いて25Mradに照射され、第2段階
で1.5MeV、5mAの電子ビームを用いて50Mrad
に照射された。これらのデバイスを、交流260V、1
0A及び260V、1Aで試験した結果は表2に示され
ている。
Example 3 Compounds F and G were prepared and individually 0.014 inch
(0.036 cm) and 0.024 inches (0.061 cm) thick. By laminating two sheets of compound F on both sides of the sheet of compound G, the thickness of the compound G is increased to 0.2.
A 082 inch (0.208 cm) thick plate was made and the electrodes were mounted. The device is disconnected and, as in example 1, in the first stage 4.5 MeV, 15 mA
Is irradiated to 25 Mrad using an electron beam of 1.5 MeV and 5 mA using an electron beam of 5 mA in the second stage.
Irradiated. These devices are connected to 260V AC, 1
The results tested at 0A and 260V, 1A are shown in Table 2.

【0049】例4 化合物Hが準備され、0.020インチ(0.051cm)の
厚さに押し出された。2枚の化合物Fが1層の化合物H
の両面に積層されることにより、0.080インチ(0.
203cm)の厚さの板に形成され、そして、電極取り付け
の後、デバイスは切断処理され、例3の手順に従って試
験された。表2で示されたごとく、その結果は、中央に
非有機物のフィルターを有するデバイスが、フィルター
を有しない例3と同様なデバイスよりも良好に機能する
を示している。
Example 4 Compound H was prepared and extruded to a thickness of 0.020 inches (0.051 cm). Two compounds F are combined with one layer of compound H
Are laminated on both sides of the substrate to form a 0.080 inch (0.0
(203 cm) thick, and after electrode attachment, the device was cut and tested according to the procedure of Example 3. As shown in Table 2, the results show that the device with the non-organic filter in the center performs better than a device similar to Example 3 without the filter.

【0050】[0050]

【表1】 Mariex6003はフィリップ・ペトローレウム社市販の高
濃度ポリエチレン。Raven600はコロンビア・ケミカル
社市販のカーボンブラック。Kisuma5Aはミツイ社市
販のマグネシウム水酸化物。
[Table 1] Mariex 6003 is a high-concentration polyethylene commercially available from Philippe Petroleum. Raven600 is a carbon black commercially available from Columbia Chemical Company. Kisuma 5A is a magnesium hydroxide commercially available from Mitsui.

【0051】[0051]

【表2】 [Table 2]

【0052】例5 表3で示したような導電性化合物I,J,L及びMは、
バンブリイミキサーを用い、各々が微細化されることに
より準備された。等量の化合物I及びJが混合され、厚
さ0.010インチ(0.025cm)の厚さのシートに押
し出された化合物Kが作られた。等量の化合物Lおよび
Mが混合され、厚さ0.020インチ(0.050cm)の
厚さのシートに押し出された化合物Nが作られた。1層
の化合物Nの両面に5層の化合物Kを積層し、ニッケル
箔電極を取り付けることにより、板が作られた。PTC
デバイスは、板から切り出され、例1の手順に従って処
理され、即ち、第1段階で2.5MeVの電子ビームを
用いて25Mradに照射され、そして第2段階で150
Mradに照射され、その間にデバイスは70℃の表面温
度に達する。この後に交流250V、2Aの下で電力を
印加すると、ニッケル箔はすぐに剥離した。
Example 5 The conductive compounds I, J, L and M as shown in Table 3 were:
Each was prepared by micronizing each using a Bambury mixer. Equal amounts of Compounds I and J were mixed to make Compound K extruded into a 0.010 inch (0.025 cm) thick sheet. Equal amounts of Compounds L and M were mixed to make Compound N extruded into a 0.020 inch (0.050 cm) thick sheet. A plate was made by laminating 5 layers of compound K on both sides of 1 layer of compound N and attaching nickel foil electrodes. PTC
The device is cut from the plate and processed according to the procedure of Example 1, i.e., irradiating to 25 Mrad with a 2.5 MeV electron beam in the first stage and 150 Mrad in the second stage.
Irradiation to the Mrad, during which the device reaches a surface temperature of 70 ° C. Thereafter, when electric power was applied under an alternating current of 250 V and 2 A, the nickel foil was immediately peeled off.

【0053】例6 デバイスは、第2段階の放射が2.5MeVで電子ビーム
電流2mAで行われ、デバイスがおよそ35℃の表面温
度に達する以外は、例1の手順により準備された。これ
らのデバイスのすべては、交流250V,2Aで60回
に耐え、そして、交流600V,1Aでの60回にそれ
らのデバイスの60%が耐えた。
Example 6 The device was prepared according to the procedure of Example 1, except that the second stage emission was at 2.5 MeV with an electron beam current of 2 mA and the device reached a surface temperature of approximately 35 ° C. All of these devices survived 60 cycles at 250 VAC, 2A, and 60% of the devices survived 60 cycles at 600V, 1A.

【0054】例7 例7に従って作られた電気的装置が第2図及び第3図に
示されている。厚膜の銀のインク(ESL社市販)で作ら
れた導体パッド9が、1.0×0.375×0.050イ
ンチ(2.54×0.95×0.13cm)のアルミニウム基
板5の端部にスクリーン印刷される。ルテニウム酸化物
による厚膜抵抗インク(ESL3900系の10オーム
/単位面積及び100オーム/単位面積が混合され、抵
抗20オーム/単位面積としたもの)の層6がアルミニ
ウム基板の一つの端部に、0.6×0.375インチ(1.
52×0.935cm)のパターンに印刷され、導体パッド
を橋絡させた。2.5オームの抵抗を有するPTCデバ
イス1が半田により、他の端部にて導体パッドの頂部に
取り付けられた。厚膜抵抗とPTCデバイスとはワイヤ
ー4の手段により接続された。リード線21,22は、
PTCデバイスの頂部の表面電極2と、厚膜抵抗の端部
とに取り付けられた。その結果、複合デバイスはおよそ
37.5オームの抵抗を有する。
Example 7 An electrical device made in accordance with Example 7 is shown in FIGS. A conductive pad 9 made of thick silver ink (commercially available from ESL) is mounted on a 1.0 × 0.375 × 0.050 inch (2.54 × 0.95 × 0.13 cm) aluminum substrate 5. Screen printed on the edges. A layer 6 of ruthenium oxide thick-film resistive ink (a mixture of 10 ohms / unit area and 100 ohms / unit area of the ESL3900 system and having a resistance of 20 ohms / unit area) is provided at one end of the aluminum substrate, 0.6 x 0.375 inch (1.
It was printed in a pattern of 52 × 0.935 cm) and bridged the conductor pads. A PTC device 1 having a resistance of 2.5 ohms was soldered at the other end to the top of the contact pad. The thick film resistor and the PTC device were connected by means of wire 4. Lead wires 21 and 22
Attached to the top surface electrode 2 of the PTC device and the end of the thick film resistor. As a result, the composite device has a resistance of approximately 37.5 ohms.

【0055】[0055]

【表3】 Mariex HXM50100はフィリップ・ペトローレウム社製の
高濃度ポリエチレン。Statex Gはコロンビア・ケミカ
ル社市販のカーボンブラック。Kisuma5Aはミツイ社
市販のマグネシウム水酸化物。非酸化物は、4−4'−
シィオビィス(thiobis)のオリゴマー(oli-gomer)であ
り、米国特許第3,986,981号に述べられたごとく平均の
重合程度は3−4。
[Table 3] Mariex HXM50100 is a high-density polyethylene manufactured by Philippe Petroleum. Statex G is a carbon black commercially available from Columbia Chemical Company. Kisuma 5A is a magnesium hydroxide commercially available from Mitsui. Non-oxide is 4-4'-
It is an oli-gomer of thiobis and has an average degree of polymerization of 3-4 as described in US Pat. No. 3,986,981.

【0056】例8 化合物Kの5枚のシートが、二つの電着されたニッケル
箔電極の間に積層された。PTCデバイスは板から切り
出され、例6の手順に従って処理された。この例に従っ
て準備された電気的装置は、第4図及び第5図に示され
ている。
Example 8 Five sheets of Compound K were laminated between two electrodeposited nickel foil electrodes. The PTC device was cut from the board and processed according to the procedure of Example 6. Electrical devices prepared according to this example are shown in FIGS. 4 and 5.

【0057】銀インクの導体パッド9は、0.8×0.4
×0.050インチ(2.0×1.0×0.13cm)のアルミ
ニウム基板の両面にスクリーン印刷された。ルテニウム
酸化厚膜抵抗6は、基板の一方の面上の0.8×0.3イ
ンチ(2.0×0.76cm)の長方形内にスクリーン印刷
された。PTCデバイスは他の面に半田により取り付け
られた。要素間の電気的な接続は、PTCデバイスの底
部の電極3から厚膜抵抗6の一方の端部へのスクリーン
印刷のリード線の手段によりに行われた。
The conductive pad 9 of silver ink has a size of 0.8 × 0.4.
Screen printing was performed on both sides of a .times.0.050 inch (2.0.times.1.0.times.0.13 cm) aluminum substrate. The ruthenium oxide thick film resistor 6 was screen printed in a 0.8.times.0.3 inch (2.0.times.0.76 cm) rectangle on one side of the substrate. The PTC device was soldered to the other side. Electrical connection between the elements was made by means of screen printed leads from the electrode 3 at the bottom of the PTC device to one end of the thick film resistor 6.

【0058】例9 例6の手順に従って電気的装置が作られた。二つの個別
のユニットは、第8図に示されるように、同一面内のP
TCデバイスと互いに接近して置かれる。この組み合わ
せは、二つのユニットを回路基板上の同じスペースに一
つのユニットとして適応させることを可能にする。
Example 9 An electrical device was made according to the procedure of Example 6. The two individual units, as shown in FIG.
It is placed close to the TC device and each other. This combination makes it possible to adapt the two units to the same space on the circuit board as one unit.

【0059】例10 この例に従った電気的装置は、第9図及び第8図に示さ
れている。二つのPTCデバイス1,1'は、アルミナ基
板の一方の面上に、電圧制限用デバイス30に接近して
設置される。二つのルテニウム酸化物の厚膜抵抗6,6'
は、基板の反対側に互いに接近して設けられる。抵抗6
とPTCデバイス1との間の電気的接続は、スクリーン
印刷のリード線4の手段により行われる。PTCデバイ
ス1と電圧制限用デバイス30との間の電気的接続も
又、別のスクリーン印刷のリード線41の手段により行
われる。第2の抵抗6'は、リード線4'により、第2の
PTCデバイス1'に接続される。この第2のPTCデ
バイス1'は、第1のPTC素子と同様な手段41'によ
り、電圧制限用デバイス10に接続される。
EXAMPLE 10 An electrical device according to this example is shown in FIGS. 9 and 8. The two PTC devices 1, 1 'are placed on one side of the alumina substrate, close to the voltage limiting device 30. Thick film resistance 6,6 'of two ruthenium oxides
Are provided close to each other on opposite sides of the substrate. Resistance 6
The electrical connection between the device and the PTC device 1 is made by means of screen printed leads 4. The electrical connection between the PTC device 1 and the voltage limiting device 30 is also made by means of another screen printed lead 41. The second resistor 6 'is connected to the second PTC device 1' by a lead 4 '. This second PTC device 1 'is connected to the voltage limiting device 10 by means 41' similar to the first PTC element.

【0060】例11 この例に従って作られた電気的装置が第11図に示され
ている。PTCデバイスは、例1の手順に従って作製さ
れた。導体パッド9,9',91,91'及び厚膜抵抗6,
6'は、例7と同じように、2枚のアルミナ基板の一方
の面にスクリーン印刷される。抵抗2オームを有するP
TCデバイス1は、各々の基板上の抵抗の間に位置し、
かつ、半田40にて取り付けられる。リード線21,2
2は、各々の基板上の導体パッド91,91'に取り付け
られ、このリード線が電源に接続されたとき、リード線
21から抵抗6、PTCデバイス1及び抵抗6'を通っ
て電流が流れる。装置の合計抵抗は、100オームであ
る。
EXAMPLE 11 An electrical device made in accordance with this example is shown in FIG. The PTC device was made according to the procedure of Example 1. Conductor pads 9, 9 ', 91, 91' and thick film resistors 6,
6 'is screen-printed on one side of two alumina substrates as in Example 7. P with resistance 2 ohms
TC device 1 is located between the resistors on each substrate,
And it is attached with solder 40. Lead wire 21,2
2 are attached to the conductor pads 91, 91 'on each substrate, and when this lead wire is connected to a power supply, a current flows from the lead wire 21 through the resistor 6, the PTC device 1, and the resistor 6'. The total resistance of the device is 100 ohms.

【0061】例12 この例の電気的装置が第12図に示されている。二つの
PTCデバイスは、例6の手順に従って作製された。2
枚の薄板状基板5,5'は、例11で述べられたごとく準
備された。第3の薄板状基板5"は、双方の薄板状基板
の表面上に導体パッド及びルテニウム酸化物を印刷する
ことにより準備された。半田を用いて、PTCデバイス
は、1層コーティングの基板5と、2層コーティングの
基板5"との間と、この2層コーティングの基板5"と1
層コーティングの基板5'との間に設けられる。4本の
ワイヤー21,22,21',22'は、4個の導体パッド
91,91'に取り付けられた。
EXAMPLE 12 The electrical device of this example is shown in FIG. Two PTC devices were made according to the procedure of Example 6. 2
The sheet-like substrates 5, 5 'were prepared as described in Example 11. A third laminar substrate 5 "was prepared by printing contact pads and ruthenium oxide on the surface of both laminar substrates. Between the two-layer coated substrate 5 "and the two-layer coated substrate 5"
It is provided between the layer coating and the substrate 5 '. The four wires 21, 22, 21 ', 22' were attached to the four conductor pads 91, 91 '.

【0062】例13 148.5オームの抵抗を有する厚膜抵抗は、アルミナ
基板の一方の表面に設けられ、そして、1.5オームの
抵抗を有するPTCデバイスは抵抗の反対側の表面中央
に設けられた。その結果による装置が試験され、23℃
でほぼ100mA(70℃では60mA)の電流が保持さ
れ、遮断電流は2Aであった。
EXAMPLE 13 A thick film resistor having a resistance of 148.5 ohms is provided on one surface of the alumina substrate, and a PTC device having a resistance of 1.5 ohms is provided in the center of the surface opposite the resistor. Was done. The resulting device was tested at 23 ° C
, A current of approximately 100 mA (60 mA at 70 ° C.) was maintained, and the cutoff current was 2 A.

【0063】例14 例13の手順によって電気的装置が準備されたが、PT
Cデバイスのどの部分もが厚膜抵抗のいずれの部分の上
に位置しないように、PTCデバイスは基板上に位置さ
れた。装置は、例13と同じ保持電流を有するが、遮断
電流は1Aであった。
Example 14 An electrical device was prepared according to the procedure of Example 13, but PT
The PTC device was placed on the substrate such that no part of the C device was located on any part of the thick film resistor. The device had the same holding current as in Example 13, but the breaking current was 1A.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による作成
方法に従うと架橋時のガス発生が抑制され、よって電極
の剥離を防止することができる。
As described above, according to the production method of the present invention, the generation of gas at the time of cross-linking is suppressed, and thus the peeling of the electrode can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 IH及びIBを決定するための回路図FIG. 1 is a circuit diagram for determining I H and I B

【図2】 IH及びIBを決定するための回路図FIG. 2 is a circuit diagram for determining I H and I B

【図3】 この発明の電気的デバイスの平面図FIG. 3 is a plan view of the electric device of the present invention.

【図4】 この発明の装置の平面図FIG. 4 is a plan view of the device of the present invention.

【図5】 図4のA−Aラインにおける断面図FIG. 5 is a sectional view taken along line AA of FIG. 4;

【図6】 この発明の別の装置の平面図FIG. 6 is a plan view of another apparatus of the present invention.

【図7】 図6のB−Bラインにおける断面図FIG. 7 is a sectional view taken along line BB of FIG. 6;

【図8】 この発明の更に別の装置の断面図FIG. 8 is a sectional view of still another apparatus of the present invention.

【図9】 この発明の付加的な装置を二つの異なった側
から見た平面図
FIG. 9 is a plan view of the additional device of the present invention from two different sides.

【図10】 この発明の付加的な装置を二つの異なった
側から見た平面図
FIG. 10 is a plan view of the additional device of the present invention from two different sides.

【図11】 この発明の選択的な装置の断面図FIG. 11 is a cross-sectional view of an optional device of the present invention.

【図12】 この発明の選択的な装置の断面図FIG. 12 is a cross-sectional view of an optional device of the present invention.

【図13】 この発明の複合デバイスに対する可能な設
計を示す図
FIG. 13 shows a possible design for the composite device of the present invention.

【図14】 この発明の複合デバイスに対する可能な設
計を示す図
FIG. 14 shows a possible design for the composite device of the present invention.

【図15】 この発明の複合デバイスに対する可能な設
計を示す図
FIG. 15 shows a possible design for the composite device of the present invention.

【図16】 この発明の複合デバイスに対する可能な設
計を示す図
FIG. 16 shows a possible design for the composite device of the present invention.

【図17】 この発明の複合デバイスに対する可能な設
計を示す図
FIG. 17 shows a possible design for the composite device of the present invention.

【図18】 この発明の複合デバイスに対する可能な設
計を示す図
FIG. 18 shows a possible design for the composite device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 回路保護デバイス 2 薄板状金属電極 3 薄板状金属電極 5 基板 6 厚膜抵抗 9 導電性パッド 10 PTC素子 11 導電性重合体層 12 第3の重合体層 13 第2の重合体層 21 リード線 22 リード線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Circuit protection device 2 Sheet metal electrode 3 Sheet metal electrode 5 Substrate 6 Thick film resistor 9 Conductive pad 10 PTC element 11 Conductive polymer layer 12 Third polymer layer 13 Second polymer layer 21 Lead wire 22 Lead wire

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ショ−ミーン・ファン アメリカ合衆国94587カリフォルニア、 ユニオン・シティ、リージェンツ・ブー ラバード32924番 (72)発明者 デイビッド・エー・ホルスマ アメリカ合衆国94301カリフォルニア、 パロアルト、パーキンソン・アヴェニュ 1141番 (72)発明者 ジローム・ペロネット アメリカ合衆国94301カリフォルニア、 パロアルト、クーパー・ストリート215 番 (72)発明者 チャールズ・エイチ・キャンプハウス アメリカ合衆国94040カリフォルニア、 マウンテンビュー、ナンバーフォー、ビ クター・ウェイ602番 (56)参考文献 特開 昭57−176605(JP,A) 特開 昭61−218117(JP,A) 特開 昭62−98601(JP,A) 特開 昭60−250601(JP,A) 特開 昭62−93902(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Sho-Mean Fan No. 94924, Regent's Boolabad, Union City, CA 94587, USA (72) Inventor David A. Horsma USA 94301 California, Palo Alto, Parkinson Avenue 1141 (72) Inventor Jirom Pelonet United States 94301 California, Palo Alto, Cooper Street 215 (72) Inventor Charles H. Camphouse United States 94040 California, Mountain View, Number Four, Victor Way 602 ( 56) References JP-A-57-176605 (JP, A) JP-A-61-218117 (JP, A) JP-A-62-98601 ( JP, A) JP-A-60-250601 (JP, A) JP-A-62-93902 (JP, A)

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 (1)PTC特性を呈し、かつ、重合体要
素を含み、そして重合体要素内に分散された導電性充填
剤の粒子を含む架橋導電性重合体からなるPTC素子
と;そして、(2)PTC素子に電気的に接続され、該P
TC素子を通じて電流を生じさせるために電源に接続可
能とした2つの電極とを含む、電気的デバイスの作製方
法であって、 本方法は、電極を取り付けた状態のPTC素子に対して
電子ビームの使用により照射架橋を行い、このときの平
均照射速度は速くて3.0Mrad/分であることを特徴と
する電気的デバイスの作製方法。
1. A PTC element exhibiting PTC properties and comprising a crosslinked conductive polymer comprising polymer elements and comprising particles of conductive filler dispersed within the polymer elements; and , (2) electrically connected to the PTC element,
A method of making an electrical device, comprising: two electrodes connectable to a power supply to generate a current through a TC element, the method comprising: applying an electron beam to a PTC element with the electrodes attached; A method for producing an electrical device, wherein irradiation and crosslinking are performed by use, and the average irradiation rate at this time is high and is 3.0 Mrad / min.
【請求項2】 重合性要素は、結晶性組織の重合体であ
る請求項1記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the polymerizable element is a polymer having a crystalline structure.
【請求項3】 粒子状の導電性充填剤はカーボンブラッ
ク、グラファイト、金属または金属酸化物を含む請求項
1記載の方法。
3. The method of claim 1, wherein the particulate conductive filler comprises carbon black, graphite, metal or metal oxide.
【請求項4】 2本の電極は金属箔を含む請求項1記載
の方法。
4. The method according to claim 1, wherein the two electrodes include a metal foil.
【請求項5】 照射架橋は1段階で行われる請求項1記
載の方法。
5. The method according to claim 1, wherein the irradiation crosslinking is performed in one step.
【請求項6】 照射架橋は2段階で行われる請求項1記
載の方法。
6. The method according to claim 1, wherein the irradiation crosslinking is performed in two stages.
【請求項7】 電気的デバイスは薄板状であり、電流は
PTC素子の厚さ方向に流れる請求項1記載の方法。
7. The method according to claim 1, wherein the electrical device is in the form of a thin plate, and the current flows in the thickness direction of the PTC element.
【請求項8】 PTC素子は一つ以上の層を含む請求項
7記載の方法。
8. The method of claim 7, wherein the PTC device includes one or more layers.
【請求項9】 重合性要素が高濃度のポリエチレンを含
み、どの部分も電極に接触しないPTC素子が架橋工程
の間に60℃よりも高い温度に達しない請求項1記載の
方法。
9. The method according to claim 1, wherein the polymerizable element comprises a high concentration of polyethylene, and the PTC element having no part in contact with the electrodes does not reach a temperature higher than 60 ° C. during the crosslinking step.
【請求項10】 (1)PTC特性を呈し、かつ、重合体
要素を含み、そして重合体要素内に分散された導電性充
填剤の粒子を含む架橋導電性重合体からなるPTC素子
と;そして、(2)PTC素子に電気的に接続され、該P
TC素子を通じて電流を生じさせるために電源に接続可
能とした2つの電極とを含む、電気的デバイスの作製方
法であって、 (a)電極を取り付けた状態のPTC素子に、電子ビーム
の使用により達成される架橋結合を行わせ、そして、 (b)PTC素子の各々の電流供給部分で吸収される照射
量は少なくとも50Mradとし、Tmを重合体要素で最低
融点を持つ重合体に対し、差動走査熱量計により測定さ
れた温度としたとき、架橋反応の間、電極に接触してい
るPTC素子のいずれの部分も(Tm−60)℃より高温
に到達しないようにした、 ことを特徴とした電気的デバイスの作製方法。
10. A PTC element exhibiting PTC properties and comprising a crosslinked conductive polymer comprising polymer elements and comprising particles of conductive filler dispersed within the polymer elements; and , (2) electrically connected to the PTC element,
A method of making an electrical device comprising: two electrodes connectable to a power source to generate a current through a TC element, comprising: (a) using an electron beam on the PTC element with the electrodes attached; (B) the dose absorbed in each current-supplying portion of the PTC element should be at least 50 Mrad, and the Tm should be different from the polymer having the lowest melting point in the polymer element. When the temperature was measured by a scanning calorimeter, any part of the PTC element in contact with the electrode was prevented from reaching a temperature higher than (Tm−60) ° C. during the crosslinking reaction. Method for manufacturing electrical device.
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