JP4666760B2 - 導電性ポリマーを用いた電気デバイス - Google Patents
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Description
【０００１】
（技術分野）
本発明は導電性ポリマーを含んで成る電気デバイス、およびそのようなデバイスを有して成る電気回路に関する。
【０００２】
（背景技術）
ＰＴＣ（抵抗の正の温度係数）（positive temperature coefficient of resistance）挙動を示す導電性ポリマー組成物は、回路保護デバイスおよび加熱器のような電気デバイスにおける使用に関して既知である。低い抵抗率を有するそのような組成物を、周囲温度および／または電流条件の変化に反応する回路保護デバイスに使用するのが望ましい。通常条件下に、回路保護デバイスは、電気回路における負荷との直列において、低温、低抵抗状態を維持する。しかし、過電流または過温度条件に暴露される場合に、デバイスが抵抗を増加させ、回路における負荷への電流を停止する。
【０００３】
多くの用途において、デバイスができる限り低い抵抗を有して、通常操作の間の電気回路の抵抗への影響を最少限にすることが好ましい。さらに、低い抵抗は、より高い保持電流、即ち、特定の周囲条件において、デバイスを高抵抗状態へ「トリップ」させずに回路保護デバイスに通すことができる最大定常状態電流、をデバイスが有することも可能する。寸法を変えることによって、例えば、電極間の距離を非常に小さくするかまたはデバイス領域を非常に多きくすることによって、低抵抗デバイスを所定の組成物から製造することができるが、小さいデバイスが好ましい。そのようなデバイスは回路板においてより小さいスペースを占め、一般に望ましい熱特性を有する。小さいデバイスを得る最も一般的な方法は、低抵抗率を有する組成物を使用することである。
【０００４】
簡単な回路保護デバイスは、２つの金属箔電極に挟まれた抵抗要素を有して成る。そのようなデバイスは、ある種の用途、例えば、電池端子（battery terminal）上に、またはモーター上のスプリングクリップ（spring clips）間に、挿入される用途に有用であるが、殆どの用途に関しては、回路板上にまたは回路中に挿入することができる電気リード線を、例えばハンダ付けまたは溶接によって、電極に接合する必要がある。さらに、抵抗要素および電極を、例えば封入剤または他の絶縁材料によって、電気的に絶縁する必要がある場合が多い。リード線接合および／または封入剤を伴う処理工程は、デバイスにおける抵抗増加、ならびに、高温、特にポリマーの融点より高い温度への暴露の結果としての導電性ポリマーの膨脹および収縮による電極の剥離を生じる場合がある。
【０００５】
（発明の開示）
抵抗要素厚みおよび金属箔電極厚みの特定の組み合わせによって、剥離、または抵抗の顕著な増加を生じずに、良好な電気性能を有するデバイスが得られることを我々は見い出した。従って、第一の要旨において、本発明は、
（１） （ａ） ＰＴＣ挙動を示し、
（ｂ） フルオロポリマー、およびその中に分散される粒状導電性充填剤を含んで成る導電性ポリマー組成物から成り、
（ｃ） 第一主表面および第二主表面を有する平面形状を有し、および
（ｄ） 多くとも０.６４９ｍｍの厚みを有する、
抵抗要素；および
（２） （ａ） 該第一主表面および該第二主表面に付着して、抵抗要素を挟み、および
（ｂ） それの少なくとも１つが少なくとも０.０５５ｍｍの厚みを有する、
第一金属箔電極および第二金属箔電極；
を有して成る電気デバイスであって、該デバイスが、
（１） 多くとも５Ω・ｃｍの２０℃における抵抗率、
（２） 多くとも５Ωの２０℃における抵抗、および
（３） １：１〜１６：１の要素厚み／電極厚みの比、
を有するデバイスを提供する。
【０００６】
本発明のデバイスは電気回路に使用するのに適している。従って、第二の要旨において、本発明は、
（１） 電源、
（２） 負荷抵抗、および
（３） 電源および負荷抵抗に直列に連結される本発明の第一の要旨によるデバイス、
を有して成る電気回路を提供する。
【０００７】
本発明の電気デバイスは、導電性ポリマー組成物から成る抵抗要素、ならびに抵抗要素に接合され、抵抗要素を挟む第一金属箔電極および第二金属箔電極を有して成る。導電性ポリマー組成物は、ポリマー成分、およびその中に分散される粒状導電性充填剤を含んで成る。ポリマー成分は、１種またはそれ以上のポリマーを含んで成り、その中の１種類が、それの非充填状態において示差走査熱量計によって測定される場合に少なくとも２０％の結晶度を有する結晶性ポリマーであるのが好ましい。
【０００８】
好適な結晶性ポリマーは、１種またはそれ以上のオレフィンのポリマー、特に高密度ポリエチレンのようなポリエチレン；少なくとも１種類のオレフィンおよびそれと共重合し得る少なくとも１種類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／エチルアクリレート、エチレン／ビニルアセテート、およびエチレン／ブチルアクリレートコポリマー；溶融成形可能なフルオロポリマー、例えば、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）およびエチレン／テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ、ターポリマーを包含する）；および２種またはそれ以上のそのようなポリマーのブレンドを包含する。ある種の用途に関しては、１種類の結晶性ポリマーを他のポリマー、例えば、エラストマーまたは非晶質熱可塑性ポリマーとブレンドして、特定の物理特性または熱特性、例えば、可撓性または最大暴露温度を得るのが望ましい場合がある。ポリマー成分は一般に、組成物の合計容量の４０〜９０容量％、好ましくは４５〜８０容量％、特に５０〜７５容量％を占める。
【０００９】
デバイスが低温、例えば−４０℃に暴露され、次に、まだ低温にある間に高抵抗状態にトリップされる用途にデバイスが使用される場合に、ポリマー成分のガラス転移温度Ｔgが、特定の暴露温度より僅かに低い、例えば少なくとも２℃低いのが好ましい。これは、デバイスがトリップし、Ｔgを通過する際に膨脹効果を最少限にし、および、その低温における操作の間のデバイスの電気安定性を増加させる。従って、多くの自動車用途に関して、ポリマー組成物が、フルオロポリマー、例えばＰＶＤＦ、または２種類のフルオロポリマーの混合物、例えばＰＶＤＦおよびＥＴＦＥ、またはエチレン、テトラフルオロエチレン、および第三モノマー、例えば過弗素化ブチルエチレンのターポリマーを含んで成るのが好ましい。
【００１０】
乳化重合によって製造されるポリマーより低い頭−頭欠陥含有量（a lower head-to-head defect content）（例えば、４.５％未満）を有し、一般により高い結晶度および／または融点を有するポリマーを製造する懸濁重合法によって製造されるＰＶＤＦが特に好ましい。好適な懸濁重合ＰＶＤＦが米国特許第５０９３８９８号（van Konynenburgら）に開示されており、および、好適なフルオロポリマー混合物が米国特許第５４５１９１９号（Chuら）に開示されており、それらに開示の内容は本発明の開示の一部を構成するものとする。
【００１１】
ポリマー成分に分散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、導電性被覆ガラスまたはセラミックビーズ、粒状導電性ポリマー、またはこれらの組み合わせを包含するどのような好適な物質であってもよい。充填剤は、粉末、ビーズ、フレーク、ファイバー、または他の好適な形態であることができる。必要とされる導電性充填剤の量は、組成物に必要とされる抵抗率、および導電性充填剤自体の抵抗率に基づく。多くの組成物に関しては、導電性充填剤が、組成物の合計容量の、１０〜６０容量％、好ましくは２０〜５５容量％を占め、低回路保護デバイスに関して使用される低抵抗率組成物に関しては特に２５〜５０容量％を占める。
【００１２】
導電性ポリマー組成物が、付加成分、例えば、酸化防止剤、不活性充填剤、非導電性充填剤、放射線架橋剤（プロラド（prorads）または架橋促進剤（crosslinking enhancers）と称される場合が多い、例えばトリアリルイソシアヌレート）、安定剤、分散剤、カップリング剤、酸掃去剤（例えば、ＣａＣＯ3）、または他の成分を含有することができる。これらの成分は一般に、合計組成物容量に対して多くとも２０容量％を占める。
【００１３】
抵抗要素に使用される組成物は、正の温度係数（ＰＴＣ）挙動を示す、即ち、比較的狭い温度範囲において温度による抵抗率の急激な増加を示す。本出願において、「ＰＴＣ」という用語は、少なくとも２.５のＲ14値、および／または少なくとも１０のＲ100値を有する組成物またはデバイスを意味し、組成物またはデバイスが少なくとも６のＲ30値を有するのが好ましく、それにおいて、Ｒ14は１４℃範囲の終わりと初めの抵抗率の比率であり、Ｒ100は１００℃範囲の終わりと初めの抵抗率の比率であり、Ｒ30は３０℃範囲の終わりと初めの抵抗率の比率である。一般に、本発明のデバイスに使用される組成物は、それらの最少値よりかなり大きい抵抗率増加を示す。
【００１４】
これらの組成物が、２０℃〜（Ｔn＋５℃）にわたる少なくとも１つの温度において、少なくとも１０4、好ましくは少なくとも１０4.5、特に少なくとも１０5、とりわけ少なくとも１０5.5のＰＴＣ特性を有する、即ち、log［（Ｔn＋５℃）における抵抗／２０℃における抵抗］が少なくとも４.０、好ましくは４.５、特に少なくとも５.０、とりわけ少なくとも５.５であるのが好ましく、それにおいて、Ｔmは示差走査熱量計（ＤＳＣ）トレースの吸熱量のピークにおいて測定されるポリマー成分の融点である（例えばポリマーの混合物におけるように、１つ以上のピークが存在する場合に、Ｔmは最も高い温度ピークの温度として定義される）。（Ｔm＋５℃）より低い温度Ｔxにおいて最大抵抗が得られる場合に、ＰＴＣ特性は、log（Ｔxにおける抵抗／２０℃における抵抗）によって求められる。
【００１５】
好適な導電性ポリマー組成物が、米国特許第４２３７４４１号（van Konynenburgら）、第４５４５９２６号（Foutsら）、第４７２４４１７号（Auら）、第４７７４０２４号（Deepら）、第４９３５１５６号（Van Konynenburgら）、第５０４９８５０号（Evansら）、第５２５０２２８号（Baigireら）、第５３７８４０７号（Chandlerら）、第５４５１９１９号（Chuら）、第５５８２７７０号（Chuら）、第５７５７１４７号（Wartenbergら）、国際公開第ＷＯ９６／２９７１１号（Raychem Corporation、１９９６年９月２６日公開）、および米国出願第０８／７０１２８５号（Chandlerら、１９９６年８月２２日出願）に開示されている。これらの特許および出願に開示されている内容は本発明の開示の一部を構成するものとする。
【００１６】
抵抗要素は、第一主表面および第二主表面を有する平面形状を有する。該要素は、長方形、正方形、円形のようなどのような形状であってもよい。抵抗要素の厚み、即ち、そこを通って電流が流れる第一主表面および第二主表面に垂直な寸法は、比較的薄く、即ち、多くとも０.８９ｍｍ（０.０３５インチ）、好ましくは多くとも０.７６ｍｍ（０.０３０インチ）、特に多くとも０.６４ｍｍ（０.０２５インチ）、特に多くとも０.５１ｍｍ（０.０２０インチ）、とりわけ多くとも０.３８ｍｍ（０.０１５インチ）、例えば、０.２５ｍｍ（０.０１０インチ）である。その厚みは一般に、少なくとも０.１３ｍｍ（０.００５インチ）である。
【００１７】
抵抗要素は、第一電極と第二電極の間に挟まれる。電極は、圧縮成形、ニップ積層、または他の適切な方法によって、第一主表面および第二主表面に付着される金属箔である。第一電極および第二電極の少なくとも１つ、好ましくは第一電極および第二電極の両方が、少なくとも０.０５５ｍｍ（０.００２１インチ）の厚みを有する。デバイスの熱特性および電気安定性を最大にするために、少なくとも１つの電極の厚みが、好ましくは少なくとも０.０６０ｍｍ（０.００２４インチ）、特に少なくとも０.０７０ｍｍ（０.００２８インチ）、特に少なくとも０.０８０ｍｍ（０.００３１インチ）、とりわけ少なくとも０.１２５ｍｍ（０.００４９インチ）である。少なくとも１つの電極が一般に、多くとも０.２５ｍｍ（０.０１０インチ）の厚みを有する。本明細書において、金属箔の厚みは平均厚みとして定義される。
【００１８】
好適な金属箔は、ニッケル、銅、黄銅、アルミニウム、モリブデン、および合金、あるいは同じかまたは異なる層の中に２種またはそれ以上のこれらの物質を含んで成る箔を包含する。特に好適な金属箔は、電着された少なくとも１つの表面、好ましくは電着ニッケルまたは銅を有し、この電着表面が、直接に、あるいはタイ（tie）または接着層によって、抵抗要素の主表面の１つに物理接触している。適切な金属箔が、米国特許第４６８９４７５号（Matthiesen）および第４８００２５３号（Kleinerら）に開示されており、それらに開示されている内容は本発明の開示の一部を構成するものとする。特に好ましい金属箔は、国際公開第ＷＯ９５／３４０８１号（Raychem Corporation、１９９５年１２月１４日公開）に開示されているような金属箔であり、それに開示されている内容は本発明の開示の一部を構成するものとする。
【００１９】
それらの金属箔は、（ａ）第一金属、例えば銅を含んで成る基層：（ｂ）第二金属、例えばニッケルを含んで成り、少なくとも１.３の中心線平均粗さＲａ、および少なくとも０.６０の反射密度Ｒdを有する表面層、および（ｃ）基層と表面層の間に位置し、第一金属と異なる金属を含んで成る中間金属層；を有して成る。Ｒａは、半径５ミクロンの針（stylus）を有するプロフィロメーター（profilometer）を使用して測定した場合の、表面の平均線（mean line）または中心線からの粗さプロフィールの絶対値の算術平均偏差として定義される。従って、Ｒａは、金属箔の表面からの突起の高さのゲージ（gauge）である。反射密度Ｒdは、可視範囲（即ち２００〜７００ｎｍ）の光を表面に向けた場合のlog（１／％反射光）として定義される。
【００２０】
抵抗要素の厚み／電極の厚みの比は、１：１〜１６：１である。多くのデバイスに関して、その比が６：１〜１０：１であるのが好ましく、そのような比は、特にポリマー成分がＰＶＤＦを含んで成るデバイスに関して、減少した剥離および増加した電気安定性を生じる。第一電極および第二電極が異なる厚みを有する場合に、より厚い電極の厚みがその比を計算するために使用される。タイ層が存在する場合に、それは抵抗要素の厚みの一部と見なされる。
【００２１】
２０℃におけるデバイスの抵抗率ρ20は、低いのが好ましく、即ち、多くとも５Ω・ｃｍ、好ましくは多くとも２Ω・ｃｍ、特に多くとも１Ω・ｃｍである。２０℃におけるデバイスの抵抗Ｒ20も低く、即ち、多くとも５Ω、好ましくは多くとも１Ω、特に多くとも０.５０Ω、とりわけ多くとも０.１０Ωである。
【００２２】
本発明のデバイスは一般に、第一電極および第二電極に電気的および物理的にそれぞれ接合されている第一電気リード線および第二電気リード線を有する。ワイヤー、リボン、または他の好適な形態のそのようなリード線が一般に、ハンダ、溶接、または導電性接着剤によって、電極に付着される。リード線は、電気回路へのデバイスの連結を可能にする。
【００２３】
電気的および環境的絶縁を付与するために、抵抗要素ならびに第一電極および第二電極の少なくとも一部、好ましくは全部を囲む絶縁層が存在し得る。絶縁層は、好適な手段によって、例えば後に硬化されるテープまたは粉末の形態において、適用し得るポリマー、例えば、シリコーン、セラミック、または被覆金属である。粉末または液体の形態で適用し、次に硬化することができるエポキシが特に好ましい。デバイスが高抵抗状態にトリップする際に、抵抗要素の膨脹が実質的に抑制されるほど絶縁層が硬質でないことが重要である。一般に絶縁層が電気リード線の少なくとも一部を被っている。
【００２４】
導電性ポリマー組成物の製造、電極の付着、およびデバイスの製造は、好適な方法によって行うことができる。デバイスの電気安定性を最大にするために、加工工程、例えば、熱処理および／または架橋が行われる場合が多い。熱処理は種々の方法で行うことができ、デバイスが高温、好ましくはＴｍより高い温度に暴露され、および／またはそのような温度に維持されるハンダ浸漬または封入のようなある種の方法が、熱処理の役割をする。架橋は、化学手段または放射線によって、例えば、電子ビームまたはＣｏ60γ放射線源を使用して行うことができる。架橋レベルは、デバイスに要求される用途に依存するが、一般に２００Mrad未満であり、低電圧（即ち、６０ボルト未満）用途に関しては、かなり低いのが好ましく、即ち、１〜２０Mrad、好ましくは１〜１５Mrad、特に２〜１０Mradである。デバイスが架橋される処理工程は、デバイスの抵抗に影響を与えることができる。例えば、架橋の前にまたは後に、Ｔmより高い温度においてデバイスを熱処理にかけることができる。
【００２５】
負荷抵抗および電源、例えば電気供給体または電池、と直列にデバイスが連結される電気回路において、本発明のデバイスを使用することができる。本発明のデバイスは、回路における電圧（電源によって供給される）が６０ボルト未満、例えば１６ボルトまたは３０ボルトＤＣである用途に特に有用である。そのような用途は、「アンダーフード」（under hood）自動車用途、例えば、米国特許第５６４５７４６号（Walsh）に開示されているワイヤーハーネス保護（wire harness protection）を包含する。
【００２６】
本発明の電気デバイス１を示す図面によって、本発明を説明する。導電性ポリマー組成物から成る抵抗要素３が、第一および第二金属箔電極５、７の間に挟まれている。第一および第二電気リード線９、１１が、第一および第二電極５、７にそれぞれ接合されている。
【００２７】
本発明を下記例によって説明する。例１は比較例である。
【００２８】
積層物の製造
組成物ＡおよびＢのそれぞれに関して、表Ｉに示される全組成物重量に基づく重量％で示した下記成分を、HenschelTMミキサーで混合した：ＰＶＤＦ（ＫＦＴＭ 1000W、約１７７℃の融点を有する粉末形態のポリビニリデンフルオリド、Kurehaから入手可能）、ＥＴＦＥ（TefzelTM HT2163、約２３５℃の融点を有するエチレン／テトラフルオロエチレン／過弗素化ブチルエチレンターポリマー、DuPontから入手可能）、ＣＢ（RavenTM ４３０、カーボンブラック、Columbian Chemicalsから入手可能）、ＴＡＩＣ（トリアリルイソシアヌレート）、およびＣａＣＯ3（AtomiteTM 粉末、炭酸カルシウム、John K.Bice Co.から入手可能）。
【００２９】
次に、混合乾燥成分を約５０：５０の比において別々のフィーダーから供給して組成物Ｃを製造し、この組成物を、同時回転モードにおいて使用される４０：１のＬ：Ｄ比を有するスクリューを有する二軸スクリュー押出機（ＺＳＥ−２７、Leistritzから入手可能）に導入した。この押出機に、ギヤーポンプ（Pep II、Zenithから入手可能）、およびドッグボーン形（dogbone-shaped）開口を有するリボンダイを取り付けた。溶融材料を、ダイから押し出し、ダイから約２５ｍｍ（１インチ）に位置するロールスタック（roll stack）に供給した。
【００３０】
ロールスタックを使用して、材料を約０.２５０ｍｍ（０.０１０インチ）の厚みおよび約１１４〜１５２ｍｍ（４.５〜６.０インチ）の幅を有するシートにカレンダリングし、カレンダリングされたシートの両面に金属箔電極を付着させて積層物を形成した。使用された金属箔電極は、Fukudaから入手可能な、国際公開第ＷＯ９５／３４０８１号にType 31として記載されているタイプの電着ニッケル／銅であった。例１に使用された金属箔は、約０.０４４ｍｍ＋／−０.００６ｍｍの厚み、および約０.０３５ｍｍの銅基層を有する１オンス金属箔であった。例２および３に使用された金属箔は、約０.０８０ｍｍ＋／−０.０１０ｍｍの厚み、および約０.０７０ｍｍの銅基層を有する２オンス金属箔であった。
【００３１】
【表１】
表Ｉ
【００３２】
デバイスの製造
例１〜３に関して、Ｃｏ60γ放射線源を使用して、積層物を合計７.５Mradに照射した。次に、積層物を、９６／４ Ｓｎ／Ａｇハンダ（約２５５〜２６０℃のハンダ温度を使用）を使用して連続法で被覆し、２０.３×２４.５ｍｍ（０.８×１.０インチ）の寸法を有するデバイスを積層物から打ち抜いた。約２５ｍｍ（１インチ）の長さを有する２つの２０ＡＷＧ錫被覆銅リード線を、９６／４ Ｓｎ／Ａｇハンダによって各デバイスに接合し、次に、１５０℃で１時間で硬化したHysolTM DK-29粉末エポキシに浸漬することによってデバイスを封入した。次に、デバイスを熱サイクルに６回かけ、各サイクルは５℃／分の速度において４０℃〜１６０℃〜４０℃であり、温度限界（temperature extremes）において３０分間の停止時間を有した。
【００３３】
例４に関しては、前記寸法を有するデバイスを、前記連続法においてハンダ被覆された積層物から打抜いた。リード線を接合し、デバイスを封入し、前記のように温度サイクルにかけた。
【００３４】
サイクル寿命、トリップ耐久性、およびプロセスジャンプ（process jump）に関して、デバイスを試験した。
【００３５】
サイクル寿命
スイッチ、１６ボルトのＤＣ電源、および初期電流を１００Ａに制限した固定抵抗体に直列のデバイスから成る回路において、デバイスを試験した。−４０℃に維持した環境室に、５個〜１０個のデバイスを配置した。各サイクルは、回路に電力を６秒間供給してデバイスを高抵抗状態にトリップさせ、次に１２０秒間電源を切ることから構成された。インターバルにおいて（例えばサイクルｘ後）、電圧を除去し、デバイスを１時間冷却し、２０℃における抵抗を測定した。標準化抵抗Ｒn、即ち（サイクルｘ後に測定される２０℃における抵抗Ｒx／２０℃における初期抵抗Ｒi）、を記録した。表IIに示されるように、より厚い金属箔を有するデバイスは、１００サイクル後に実質的により低いＲn値を有し、３００サイクル後に、２オンス金属箔を有するどのデバイスも、焼け（burning）によって試験に不合格にならなかった。
【００３６】
トリップ耐久性
スイッチ、１６ボルトのＤＣ電源、および初期電流を４０Ａに制限した固定抵抗体と直列のデバイスから成る回路において、デバイスを試験した。デバイスを高抵抗状態にトリップさせ、高抵抗状態に２４時間維持した。次に、電力を除去し、デバイスを１時間にわたって冷却し、２０℃における抵抗を測定した。標準化抵抗Ｒnを求めた。表IIに示されるように、より厚い金属箔を有するデバイスは、実質的により低いＲn値を有した。
【００３７】
プロセスジャンプ
押出−積層手順の間に、直径６.４ｍｍ（０.２５インチ）を有するサンプルを、積層物から打抜いた。これらのサンプルの２０℃における抵抗Ｒ0を、サンプルを打抜いてから５分後に測定し、抵抗率ρ0を計算した。例１、３、および４のデバイスに関する全ての処理の後、２０℃における抵抗Ｒfを測定し、抵抗率ρfを計算した。Ｒf／Ｒ0の比を計算して、抵抗における処理の効果を評価した。表IIに示されるように、より厚い金属箔を有するデバイスは、処理後に抵抗におけるより少ない増加を示し、例４によって示されるように、ハンダ被覆および打抜き後に照射されたデバイスは、有意な抵抗減少を示し、より低い抵抗を有するデバイスの製造を可能にした。
【００３８】
ＰＴＣ特性
約３°／分の速度において２０℃〜２００℃にわたって温度が上昇される炉に、デバイスを入れた。各デバイスの抵抗をインターバルにおいて測定した。ＰＴＣ特性（デケイド）を、（約１７５℃における抵抗／２０℃における抵抗）として求めた。
【００３９】
【表２】
表II
* 比較例を示す。
【００４０】
前記の本発明の詳細な説明は、本発明の特定の部分または要旨に主としてまたは専ら関係する部分を含む。これは簡潔および便宜のためであり、特定の特徴はそれが開示されている部分以外にも関係し、および、本明細書における開示は、種々の部分に見い出される情報の全ての適切な組み合わせを包含するものであると理解すべきものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の電気デバイスを示す図である。
（技術分野）
本発明は導電性ポリマーを含んで成る電気デバイス、およびそのようなデバイスを有して成る電気回路に関する。
【０００２】
（背景技術）
ＰＴＣ（抵抗の正の温度係数）（positive temperature coefficient of resistance）挙動を示す導電性ポリマー組成物は、回路保護デバイスおよび加熱器のような電気デバイスにおける使用に関して既知である。低い抵抗率を有するそのような組成物を、周囲温度および／または電流条件の変化に反応する回路保護デバイスに使用するのが望ましい。通常条件下に、回路保護デバイスは、電気回路における負荷との直列において、低温、低抵抗状態を維持する。しかし、過電流または過温度条件に暴露される場合に、デバイスが抵抗を増加させ、回路における負荷への電流を停止する。
【０００３】
多くの用途において、デバイスができる限り低い抵抗を有して、通常操作の間の電気回路の抵抗への影響を最少限にすることが好ましい。さらに、低い抵抗は、より高い保持電流、即ち、特定の周囲条件において、デバイスを高抵抗状態へ「トリップ」させずに回路保護デバイスに通すことができる最大定常状態電流、をデバイスが有することも可能する。寸法を変えることによって、例えば、電極間の距離を非常に小さくするかまたはデバイス領域を非常に多きくすることによって、低抵抗デバイスを所定の組成物から製造することができるが、小さいデバイスが好ましい。そのようなデバイスは回路板においてより小さいスペースを占め、一般に望ましい熱特性を有する。小さいデバイスを得る最も一般的な方法は、低抵抗率を有する組成物を使用することである。
【０００４】
簡単な回路保護デバイスは、２つの金属箔電極に挟まれた抵抗要素を有して成る。そのようなデバイスは、ある種の用途、例えば、電池端子（battery terminal）上に、またはモーター上のスプリングクリップ（spring clips）間に、挿入される用途に有用であるが、殆どの用途に関しては、回路板上にまたは回路中に挿入することができる電気リード線を、例えばハンダ付けまたは溶接によって、電極に接合する必要がある。さらに、抵抗要素および電極を、例えば封入剤または他の絶縁材料によって、電気的に絶縁する必要がある場合が多い。リード線接合および／または封入剤を伴う処理工程は、デバイスにおける抵抗増加、ならびに、高温、特にポリマーの融点より高い温度への暴露の結果としての導電性ポリマーの膨脹および収縮による電極の剥離を生じる場合がある。
【０００５】
（発明の開示）
抵抗要素厚みおよび金属箔電極厚みの特定の組み合わせによって、剥離、または抵抗の顕著な増加を生じずに、良好な電気性能を有するデバイスが得られることを我々は見い出した。従って、第一の要旨において、本発明は、
（１） （ａ） ＰＴＣ挙動を示し、
（ｂ） フルオロポリマー、およびその中に分散される粒状導電性充填剤を含んで成る導電性ポリマー組成物から成り、
（ｃ） 第一主表面および第二主表面を有する平面形状を有し、および
（ｄ） 多くとも０.６４９ｍｍの厚みを有する、
抵抗要素；および
（２） （ａ） 該第一主表面および該第二主表面に付着して、抵抗要素を挟み、および
（ｂ） それの少なくとも１つが少なくとも０.０５５ｍｍの厚みを有する、
第一金属箔電極および第二金属箔電極；
を有して成る電気デバイスであって、該デバイスが、
（１） 多くとも５Ω・ｃｍの２０℃における抵抗率、
（２） 多くとも５Ωの２０℃における抵抗、および
（３） １：１〜１６：１の要素厚み／電極厚みの比、
を有するデバイスを提供する。
【０００６】
本発明のデバイスは電気回路に使用するのに適している。従って、第二の要旨において、本発明は、
（１） 電源、
（２） 負荷抵抗、および
（３） 電源および負荷抵抗に直列に連結される本発明の第一の要旨によるデバイス、
を有して成る電気回路を提供する。
【０００７】
本発明の電気デバイスは、導電性ポリマー組成物から成る抵抗要素、ならびに抵抗要素に接合され、抵抗要素を挟む第一金属箔電極および第二金属箔電極を有して成る。導電性ポリマー組成物は、ポリマー成分、およびその中に分散される粒状導電性充填剤を含んで成る。ポリマー成分は、１種またはそれ以上のポリマーを含んで成り、その中の１種類が、それの非充填状態において示差走査熱量計によって測定される場合に少なくとも２０％の結晶度を有する結晶性ポリマーであるのが好ましい。
【０００８】
好適な結晶性ポリマーは、１種またはそれ以上のオレフィンのポリマー、特に高密度ポリエチレンのようなポリエチレン；少なくとも１種類のオレフィンおよびそれと共重合し得る少なくとも１種類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／エチルアクリレート、エチレン／ビニルアセテート、およびエチレン／ブチルアクリレートコポリマー；溶融成形可能なフルオロポリマー、例えば、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）およびエチレン／テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ、ターポリマーを包含する）；および２種またはそれ以上のそのようなポリマーのブレンドを包含する。ある種の用途に関しては、１種類の結晶性ポリマーを他のポリマー、例えば、エラストマーまたは非晶質熱可塑性ポリマーとブレンドして、特定の物理特性または熱特性、例えば、可撓性または最大暴露温度を得るのが望ましい場合がある。ポリマー成分は一般に、組成物の合計容量の４０〜９０容量％、好ましくは４５〜８０容量％、特に５０〜７５容量％を占める。
【０００９】
デバイスが低温、例えば−４０℃に暴露され、次に、まだ低温にある間に高抵抗状態にトリップされる用途にデバイスが使用される場合に、ポリマー成分のガラス転移温度Ｔgが、特定の暴露温度より僅かに低い、例えば少なくとも２℃低いのが好ましい。これは、デバイスがトリップし、Ｔgを通過する際に膨脹効果を最少限にし、および、その低温における操作の間のデバイスの電気安定性を増加させる。従って、多くの自動車用途に関して、ポリマー組成物が、フルオロポリマー、例えばＰＶＤＦ、または２種類のフルオロポリマーの混合物、例えばＰＶＤＦおよびＥＴＦＥ、またはエチレン、テトラフルオロエチレン、および第三モノマー、例えば過弗素化ブチルエチレンのターポリマーを含んで成るのが好ましい。
【００１０】
乳化重合によって製造されるポリマーより低い頭−頭欠陥含有量（a lower head-to-head defect content）（例えば、４.５％未満）を有し、一般により高い結晶度および／または融点を有するポリマーを製造する懸濁重合法によって製造されるＰＶＤＦが特に好ましい。好適な懸濁重合ＰＶＤＦが米国特許第５０９３８９８号（van Konynenburgら）に開示されており、および、好適なフルオロポリマー混合物が米国特許第５４５１９１９号（Chuら）に開示されており、それらに開示の内容は本発明の開示の一部を構成するものとする。
【００１１】
ポリマー成分に分散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、導電性被覆ガラスまたはセラミックビーズ、粒状導電性ポリマー、またはこれらの組み合わせを包含するどのような好適な物質であってもよい。充填剤は、粉末、ビーズ、フレーク、ファイバー、または他の好適な形態であることができる。必要とされる導電性充填剤の量は、組成物に必要とされる抵抗率、および導電性充填剤自体の抵抗率に基づく。多くの組成物に関しては、導電性充填剤が、組成物の合計容量の、１０〜６０容量％、好ましくは２０〜５５容量％を占め、低回路保護デバイスに関して使用される低抵抗率組成物に関しては特に２５〜５０容量％を占める。
【００１２】
導電性ポリマー組成物が、付加成分、例えば、酸化防止剤、不活性充填剤、非導電性充填剤、放射線架橋剤（プロラド（prorads）または架橋促進剤（crosslinking enhancers）と称される場合が多い、例えばトリアリルイソシアヌレート）、安定剤、分散剤、カップリング剤、酸掃去剤（例えば、ＣａＣＯ3）、または他の成分を含有することができる。これらの成分は一般に、合計組成物容量に対して多くとも２０容量％を占める。
【００１３】
抵抗要素に使用される組成物は、正の温度係数（ＰＴＣ）挙動を示す、即ち、比較的狭い温度範囲において温度による抵抗率の急激な増加を示す。本出願において、「ＰＴＣ」という用語は、少なくとも２.５のＲ14値、および／または少なくとも１０のＲ100値を有する組成物またはデバイスを意味し、組成物またはデバイスが少なくとも６のＲ30値を有するのが好ましく、それにおいて、Ｒ14は１４℃範囲の終わりと初めの抵抗率の比率であり、Ｒ100は１００℃範囲の終わりと初めの抵抗率の比率であり、Ｒ30は３０℃範囲の終わりと初めの抵抗率の比率である。一般に、本発明のデバイスに使用される組成物は、それらの最少値よりかなり大きい抵抗率増加を示す。
【００１４】
これらの組成物が、２０℃〜（Ｔn＋５℃）にわたる少なくとも１つの温度において、少なくとも１０4、好ましくは少なくとも１０4.5、特に少なくとも１０5、とりわけ少なくとも１０5.5のＰＴＣ特性を有する、即ち、log［（Ｔn＋５℃）における抵抗／２０℃における抵抗］が少なくとも４.０、好ましくは４.５、特に少なくとも５.０、とりわけ少なくとも５.５であるのが好ましく、それにおいて、Ｔmは示差走査熱量計（ＤＳＣ）トレースの吸熱量のピークにおいて測定されるポリマー成分の融点である（例えばポリマーの混合物におけるように、１つ以上のピークが存在する場合に、Ｔmは最も高い温度ピークの温度として定義される）。（Ｔm＋５℃）より低い温度Ｔxにおいて最大抵抗が得られる場合に、ＰＴＣ特性は、log（Ｔxにおける抵抗／２０℃における抵抗）によって求められる。
【００１５】
好適な導電性ポリマー組成物が、米国特許第４２３７４４１号（van Konynenburgら）、第４５４５９２６号（Foutsら）、第４７２４４１７号（Auら）、第４７７４０２４号（Deepら）、第４９３５１５６号（Van Konynenburgら）、第５０４９８５０号（Evansら）、第５２５０２２８号（Baigireら）、第５３７８４０７号（Chandlerら）、第５４５１９１９号（Chuら）、第５５８２７７０号（Chuら）、第５７５７１４７号（Wartenbergら）、国際公開第ＷＯ９６／２９７１１号（Raychem Corporation、１９９６年９月２６日公開）、および米国出願第０８／７０１２８５号（Chandlerら、１９９６年８月２２日出願）に開示されている。これらの特許および出願に開示されている内容は本発明の開示の一部を構成するものとする。
【００１６】
抵抗要素は、第一主表面および第二主表面を有する平面形状を有する。該要素は、長方形、正方形、円形のようなどのような形状であってもよい。抵抗要素の厚み、即ち、そこを通って電流が流れる第一主表面および第二主表面に垂直な寸法は、比較的薄く、即ち、多くとも０.８９ｍｍ（０.０３５インチ）、好ましくは多くとも０.７６ｍｍ（０.０３０インチ）、特に多くとも０.６４ｍｍ（０.０２５インチ）、特に多くとも０.５１ｍｍ（０.０２０インチ）、とりわけ多くとも０.３８ｍｍ（０.０１５インチ）、例えば、０.２５ｍｍ（０.０１０インチ）である。その厚みは一般に、少なくとも０.１３ｍｍ（０.００５インチ）である。
【００１７】
抵抗要素は、第一電極と第二電極の間に挟まれる。電極は、圧縮成形、ニップ積層、または他の適切な方法によって、第一主表面および第二主表面に付着される金属箔である。第一電極および第二電極の少なくとも１つ、好ましくは第一電極および第二電極の両方が、少なくとも０.０５５ｍｍ（０.００２１インチ）の厚みを有する。デバイスの熱特性および電気安定性を最大にするために、少なくとも１つの電極の厚みが、好ましくは少なくとも０.０６０ｍｍ（０.００２４インチ）、特に少なくとも０.０７０ｍｍ（０.００２８インチ）、特に少なくとも０.０８０ｍｍ（０.００３１インチ）、とりわけ少なくとも０.１２５ｍｍ（０.００４９インチ）である。少なくとも１つの電極が一般に、多くとも０.２５ｍｍ（０.０１０インチ）の厚みを有する。本明細書において、金属箔の厚みは平均厚みとして定義される。
【００１８】
好適な金属箔は、ニッケル、銅、黄銅、アルミニウム、モリブデン、および合金、あるいは同じかまたは異なる層の中に２種またはそれ以上のこれらの物質を含んで成る箔を包含する。特に好適な金属箔は、電着された少なくとも１つの表面、好ましくは電着ニッケルまたは銅を有し、この電着表面が、直接に、あるいはタイ（tie）または接着層によって、抵抗要素の主表面の１つに物理接触している。適切な金属箔が、米国特許第４６８９４７５号（Matthiesen）および第４８００２５３号（Kleinerら）に開示されており、それらに開示されている内容は本発明の開示の一部を構成するものとする。特に好ましい金属箔は、国際公開第ＷＯ９５／３４０８１号（Raychem Corporation、１９９５年１２月１４日公開）に開示されているような金属箔であり、それに開示されている内容は本発明の開示の一部を構成するものとする。
【００１９】
それらの金属箔は、（ａ）第一金属、例えば銅を含んで成る基層：（ｂ）第二金属、例えばニッケルを含んで成り、少なくとも１.３の中心線平均粗さＲａ、および少なくとも０.６０の反射密度Ｒdを有する表面層、および（ｃ）基層と表面層の間に位置し、第一金属と異なる金属を含んで成る中間金属層；を有して成る。Ｒａは、半径５ミクロンの針（stylus）を有するプロフィロメーター（profilometer）を使用して測定した場合の、表面の平均線（mean line）または中心線からの粗さプロフィールの絶対値の算術平均偏差として定義される。従って、Ｒａは、金属箔の表面からの突起の高さのゲージ（gauge）である。反射密度Ｒdは、可視範囲（即ち２００〜７００ｎｍ）の光を表面に向けた場合のlog（１／％反射光）として定義される。
【００２０】
抵抗要素の厚み／電極の厚みの比は、１：１〜１６：１である。多くのデバイスに関して、その比が６：１〜１０：１であるのが好ましく、そのような比は、特にポリマー成分がＰＶＤＦを含んで成るデバイスに関して、減少した剥離および増加した電気安定性を生じる。第一電極および第二電極が異なる厚みを有する場合に、より厚い電極の厚みがその比を計算するために使用される。タイ層が存在する場合に、それは抵抗要素の厚みの一部と見なされる。
【００２１】
２０℃におけるデバイスの抵抗率ρ20は、低いのが好ましく、即ち、多くとも５Ω・ｃｍ、好ましくは多くとも２Ω・ｃｍ、特に多くとも１Ω・ｃｍである。２０℃におけるデバイスの抵抗Ｒ20も低く、即ち、多くとも５Ω、好ましくは多くとも１Ω、特に多くとも０.５０Ω、とりわけ多くとも０.１０Ωである。
【００２２】
本発明のデバイスは一般に、第一電極および第二電極に電気的および物理的にそれぞれ接合されている第一電気リード線および第二電気リード線を有する。ワイヤー、リボン、または他の好適な形態のそのようなリード線が一般に、ハンダ、溶接、または導電性接着剤によって、電極に付着される。リード線は、電気回路へのデバイスの連結を可能にする。
【００２３】
電気的および環境的絶縁を付与するために、抵抗要素ならびに第一電極および第二電極の少なくとも一部、好ましくは全部を囲む絶縁層が存在し得る。絶縁層は、好適な手段によって、例えば後に硬化されるテープまたは粉末の形態において、適用し得るポリマー、例えば、シリコーン、セラミック、または被覆金属である。粉末または液体の形態で適用し、次に硬化することができるエポキシが特に好ましい。デバイスが高抵抗状態にトリップする際に、抵抗要素の膨脹が実質的に抑制されるほど絶縁層が硬質でないことが重要である。一般に絶縁層が電気リード線の少なくとも一部を被っている。
【００２４】
導電性ポリマー組成物の製造、電極の付着、およびデバイスの製造は、好適な方法によって行うことができる。デバイスの電気安定性を最大にするために、加工工程、例えば、熱処理および／または架橋が行われる場合が多い。熱処理は種々の方法で行うことができ、デバイスが高温、好ましくはＴｍより高い温度に暴露され、および／またはそのような温度に維持されるハンダ浸漬または封入のようなある種の方法が、熱処理の役割をする。架橋は、化学手段または放射線によって、例えば、電子ビームまたはＣｏ60γ放射線源を使用して行うことができる。架橋レベルは、デバイスに要求される用途に依存するが、一般に２００Mrad未満であり、低電圧（即ち、６０ボルト未満）用途に関しては、かなり低いのが好ましく、即ち、１〜２０Mrad、好ましくは１〜１５Mrad、特に２〜１０Mradである。デバイスが架橋される処理工程は、デバイスの抵抗に影響を与えることができる。例えば、架橋の前にまたは後に、Ｔmより高い温度においてデバイスを熱処理にかけることができる。
【００２５】
負荷抵抗および電源、例えば電気供給体または電池、と直列にデバイスが連結される電気回路において、本発明のデバイスを使用することができる。本発明のデバイスは、回路における電圧（電源によって供給される）が６０ボルト未満、例えば１６ボルトまたは３０ボルトＤＣである用途に特に有用である。そのような用途は、「アンダーフード」（under hood）自動車用途、例えば、米国特許第５６４５７４６号（Walsh）に開示されているワイヤーハーネス保護（wire harness protection）を包含する。
【００２６】
本発明の電気デバイス１を示す図面によって、本発明を説明する。導電性ポリマー組成物から成る抵抗要素３が、第一および第二金属箔電極５、７の間に挟まれている。第一および第二電気リード線９、１１が、第一および第二電極５、７にそれぞれ接合されている。
【００２７】
本発明を下記例によって説明する。例１は比較例である。
【００２８】
積層物の製造
組成物ＡおよびＢのそれぞれに関して、表Ｉに示される全組成物重量に基づく重量％で示した下記成分を、HenschelTMミキサーで混合した：ＰＶＤＦ（ＫＦＴＭ 1000W、約１７７℃の融点を有する粉末形態のポリビニリデンフルオリド、Kurehaから入手可能）、ＥＴＦＥ（TefzelTM HT2163、約２３５℃の融点を有するエチレン／テトラフルオロエチレン／過弗素化ブチルエチレンターポリマー、DuPontから入手可能）、ＣＢ（RavenTM ４３０、カーボンブラック、Columbian Chemicalsから入手可能）、ＴＡＩＣ（トリアリルイソシアヌレート）、およびＣａＣＯ3（AtomiteTM 粉末、炭酸カルシウム、John K.Bice Co.から入手可能）。
【００２９】
次に、混合乾燥成分を約５０：５０の比において別々のフィーダーから供給して組成物Ｃを製造し、この組成物を、同時回転モードにおいて使用される４０：１のＬ：Ｄ比を有するスクリューを有する二軸スクリュー押出機（ＺＳＥ−２７、Leistritzから入手可能）に導入した。この押出機に、ギヤーポンプ（Pep II、Zenithから入手可能）、およびドッグボーン形（dogbone-shaped）開口を有するリボンダイを取り付けた。溶融材料を、ダイから押し出し、ダイから約２５ｍｍ（１インチ）に位置するロールスタック（roll stack）に供給した。
【００３０】
ロールスタックを使用して、材料を約０.２５０ｍｍ（０.０１０インチ）の厚みおよび約１１４〜１５２ｍｍ（４.５〜６.０インチ）の幅を有するシートにカレンダリングし、カレンダリングされたシートの両面に金属箔電極を付着させて積層物を形成した。使用された金属箔電極は、Fukudaから入手可能な、国際公開第ＷＯ９５／３４０８１号にType 31として記載されているタイプの電着ニッケル／銅であった。例１に使用された金属箔は、約０.０４４ｍｍ＋／−０.００６ｍｍの厚み、および約０.０３５ｍｍの銅基層を有する１オンス金属箔であった。例２および３に使用された金属箔は、約０.０８０ｍｍ＋／−０.０１０ｍｍの厚み、および約０.０７０ｍｍの銅基層を有する２オンス金属箔であった。
【００３１】
【表１】
表Ｉ
デバイスの製造
例１〜３に関して、Ｃｏ60γ放射線源を使用して、積層物を合計７.５Mradに照射した。次に、積層物を、９６／４ Ｓｎ／Ａｇハンダ（約２５５〜２６０℃のハンダ温度を使用）を使用して連続法で被覆し、２０.３×２４.５ｍｍ（０.８×１.０インチ）の寸法を有するデバイスを積層物から打ち抜いた。約２５ｍｍ（１インチ）の長さを有する２つの２０ＡＷＧ錫被覆銅リード線を、９６／４ Ｓｎ／Ａｇハンダによって各デバイスに接合し、次に、１５０℃で１時間で硬化したHysolTM DK-29粉末エポキシに浸漬することによってデバイスを封入した。次に、デバイスを熱サイクルに６回かけ、各サイクルは５℃／分の速度において４０℃〜１６０℃〜４０℃であり、温度限界（temperature extremes）において３０分間の停止時間を有した。
【００３３】
例４に関しては、前記寸法を有するデバイスを、前記連続法においてハンダ被覆された積層物から打抜いた。リード線を接合し、デバイスを封入し、前記のように温度サイクルにかけた。
【００３４】
サイクル寿命、トリップ耐久性、およびプロセスジャンプ（process jump）に関して、デバイスを試験した。
【００３５】
サイクル寿命
スイッチ、１６ボルトのＤＣ電源、および初期電流を１００Ａに制限した固定抵抗体に直列のデバイスから成る回路において、デバイスを試験した。−４０℃に維持した環境室に、５個〜１０個のデバイスを配置した。各サイクルは、回路に電力を６秒間供給してデバイスを高抵抗状態にトリップさせ、次に１２０秒間電源を切ることから構成された。インターバルにおいて（例えばサイクルｘ後）、電圧を除去し、デバイスを１時間冷却し、２０℃における抵抗を測定した。標準化抵抗Ｒn、即ち（サイクルｘ後に測定される２０℃における抵抗Ｒx／２０℃における初期抵抗Ｒi）、を記録した。表IIに示されるように、より厚い金属箔を有するデバイスは、１００サイクル後に実質的により低いＲn値を有し、３００サイクル後に、２オンス金属箔を有するどのデバイスも、焼け（burning）によって試験に不合格にならなかった。
【００３６】
トリップ耐久性
スイッチ、１６ボルトのＤＣ電源、および初期電流を４０Ａに制限した固定抵抗体と直列のデバイスから成る回路において、デバイスを試験した。デバイスを高抵抗状態にトリップさせ、高抵抗状態に２４時間維持した。次に、電力を除去し、デバイスを１時間にわたって冷却し、２０℃における抵抗を測定した。標準化抵抗Ｒnを求めた。表IIに示されるように、より厚い金属箔を有するデバイスは、実質的により低いＲn値を有した。
【００３７】
プロセスジャンプ
押出−積層手順の間に、直径６.４ｍｍ（０.２５インチ）を有するサンプルを、積層物から打抜いた。これらのサンプルの２０℃における抵抗Ｒ0を、サンプルを打抜いてから５分後に測定し、抵抗率ρ0を計算した。例１、３、および４のデバイスに関する全ての処理の後、２０℃における抵抗Ｒfを測定し、抵抗率ρfを計算した。Ｒf／Ｒ0の比を計算して、抵抗における処理の効果を評価した。表IIに示されるように、より厚い金属箔を有するデバイスは、処理後に抵抗におけるより少ない増加を示し、例４によって示されるように、ハンダ被覆および打抜き後に照射されたデバイスは、有意な抵抗減少を示し、より低い抵抗を有するデバイスの製造を可能にした。
【００３８】
ＰＴＣ特性
約３°／分の速度において２０℃〜２００℃にわたって温度が上昇される炉に、デバイスを入れた。各デバイスの抵抗をインターバルにおいて測定した。ＰＴＣ特性（デケイド）を、（約１７５℃における抵抗／２０℃における抵抗）として求めた。
【００３９】
【表２】
表II
【００４０】
前記の本発明の詳細な説明は、本発明の特定の部分または要旨に主としてまたは専ら関係する部分を含む。これは簡潔および便宜のためであり、特定の特徴はそれが開示されている部分以外にも関係し、および、本明細書における開示は、種々の部分に見い出される情報の全ての適切な組み合わせを包含するものであると理解すべきものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の電気デバイスを示す図である。
Claims (9)
- （１）抵抗要素であって、
（ａ） ＰＴＣ挙動を示し、
（ｂ） フルオロポリマー、およびその中に分散される粒状導電性充填剤を含んで成る導電性ポリマー組成物から成り、
（ｃ） 第一主表面および第二主表面を有する平面形状を有し、および
（ｄ） 少なくとも０.１３ｍｍで多くとも０.６４ｍｍの厚みを有する、
前記抵抗要素と、
（２）第一金属箔電極および第二金属箔電極であって、
（ａ） 該第一主表面および該第二主表面に付着して、該抵抗要素を挟み、および
（ｂ） それの少なくとも１つが、少なくとも０.０５５ｍｍで多くとも０.２５ｍｍの厚みを有し、且つ
（i）第一金属を含んで成る基層、
（ii）第二金属を含んで成る表面層、および
（iii）基層と表面層の間に位置し、第一金属と異なる金属を含んで成る中間金属層、
を有する前記第一金属箔電極および前記第二金属箔電極と、
を有して成る電気デバイスであって、
該デバイスが、
（１） 多くとも５Ω・ｃｍの２０℃における抵抗率、
（２） 多くとも５Ωの２０℃における抵抗、および
（３） １：１〜１６：１の要素厚み／電極厚みの比、
を有する電気デバイス。 - 第一電極および第二電極がそれぞれ、少なくとも０.０５５ｍｍ、好ましくは少なくとも０.０６０ｍｍの厚みを有する請求項１に記載のデバイス。
- ポリマーが、ポリビニリデンフルオリド、好ましくは懸濁重合法によって製造されているポリビニリデンフルオリドを含んで成る請求項１又は２に記載のデバイス。
- ２０℃における抵抗が多くとも０.５０Ωである請求項１〜３のいずれか１つに記載のデバイス。
- 各金属箔電極が、抵抗要素の導電性ポリマーと接触する電着表面を有し、好ましくは該表面がニッケルを含んで成る請求項１〜４のいずれか１つに記載のデバイス。
- 抵抗要素ならびに第一電極および第二電極の少なくとも一部を囲む絶縁層をさらに有して成り、好ましくは該絶縁層がエポキシまたはシリコーンである請求項１〜５のいずれか１つに記載のデバイス。
- 該比が６：１〜１０：１である請求項１〜６のいずれか１つに記載のデバイス。
- 抵抗要素が架橋されている請求項１〜７のいずれか１つに記載のデバイス。
- 電気回路であって、
（１） 電源、
（２） 負荷抵抗、および
（３） 該電源および該負荷抵抗に直列に連結される、請求項１〜８のいずれか１つに記載のデバイス、
を有して成る電気回路。
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