JPH02152204A - 電気的オーバーストレス・パルス保護用組成 - Google Patents

電気的オーバーストレス・パルス保護用組成

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JPH02152204A
JPH02152204A JP1155946A JP15594689A JPH02152204A JP H02152204 A JPH02152204 A JP H02152204A JP 1155946 A JP1155946 A JP 1155946A JP 15594689 A JP15594689 A JP 15594689A JP H02152204 A JPH02152204 A JP H02152204A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気回路および電子回路を損傷したり、破壊
する可能性があり、永久的にもしくは一時的に回路を機
能しなくするおそれのある高エネルギーの電気的オーバ
ーストレス（ｏｖｅｒｓ　ｔｒｅｓｓ）パルスに対する
電気回路および電子回路の保護に関する。特に本発明は
、電気回路に接続することができ、または電気回路の一
部として取り入れることができ、かつ低い、すなわち’
ｒＭ常の作動電圧を印加された時に高い電気抵抗値を示
すが、過大の、すなわちオーバーストレス電圧パルスを
受けると、低いインピーダンス値に本質的に瞬間的に切
替ることによって過大な電圧、すなわちオーバーストレ
ス・パルスを接地に分流することを特徴とする材ＩＪの
組成と作成に関する。
本発明によるこれらの材料と回路素子は、オーバースト
レス電圧パルスの前縁に対して実質的に瞬間的に応答し
、その電気特性を変え、このパルスを接地へ分流するこ
とによって、パルスの伝送電圧を非常に低い値まで下げ
、さらにパルスの存続期間のあいだ電圧をその低い値に
クランプするようになされている。この材料は、オーバ
ーストレス・パルスが終った時、元の高い抵抗値に実質
的に瞬間的に回復することができ、かつ繰返し与えられ
るオーバーストレス・パルスに繰返し応答することがで
きる。例えば、本発明の材料は、１０■からｔｏｏｖ以
上までの範囲内の低い印加電圧が存在している時、メグ
オームの範囲の抵抗を示すよう設計することができる。
しかし、例えば４０００Ｖの急激なオーバーストレス・
パルスが印力ｎされると、本発明による材料と回路素子
は、木質的に瞬間的に抵抗が低下し、パルスの前縁から
１〜２ナノ秒内に、低インピーダンス分流状態に切替り
、パルスの存Ｖｔ！ｔｌＩ間のあいだオーバーストレス
・パルスを２００〜３００ｖ以下の範囲の値に低下させ
、パルスの存続期間のあいだ、電圧をその低い値にクラ
ンプする。本明細書中、高い抵抗状態を「オフ状態」と
呼び、低い抵抗状態を「オン状態」と呼ぶ。
−ａに、これらの材料は、電気的絶縁性のバインダまた
はマトリクス中において、互いに固定した離間関係をも
って支持された１００ミクロン・レンジ、ミクロン・レ
ンジおよびサブミクロン・レンジの導電性および半導電
性の粒子の密に詰った均質な混合物および均一な分散体
を構成する。
現在理解されているように、これらの粒子は、導電性粒
子と半導電性粒子として特徴づけられることが好ましい
ような、固有の導電性が相当に異る粒子を均質に分散し
た混合物を形成するであろう。
さらに、現在理解されているよ・）に１、：れらの粒子
の界面間隔は２０〜２００オングストロ一ム程度であろ
う。この間隔を達成するには、１００オングストローム
・レンジの少量の絶縁性のある粒子をスペーサとして働
かせるため、導電性粒子と半導電性材料の混合物に分散
することが好ましい。
したがって、粒子状材料よりなるこの複合材を密に押し
固めた場合、ミクロン・レンジの粒子は、密に押し固め
た１００ミクロン・レンジの粒子が残した大きな空隙に
入り込む傾向があり、サブミクロン・レンジの粒子は密
に押し固めたミクロン・レンジの粒子が残したさらに小
さな空隙に入り込む傾向がある。１００オングストロー
ム・レンジの絶縁性粒子は、上記の粒子の多くを互いに
切り離している。これらの粒子の間の残りの空隙は、電
気絶縁性のバインダまたはマトリクス、好ましくは熱硬
化性樹脂によって充満される。ただし、その他の絶縁性
のある樹脂、ゴム、その他の材料を使用することができ
る。
上記の複合材料では、所望の電気特性を達成するために
重要な点は、上記粒子状配合物を、できるだけ空隙をな
くし、上述したように、上記のスペーサ粒子によって可
能なだけ、できるだけ密な形状に押し固めた密で蹄った
塊に形成することである。粒子と素地を含めた全体の複
合組成物の密度は、使用される材料の理論的密度の数％
以内、好ましくは約１〜３％以内が最適であり、それに
より、複合体の全容積において上述した粒子どうしの固
まり方および間隔を達成することができる。
現在理解されているように、低い印加電圧における複合
材の高いオーム抵抗は間隔をおいた導電性粒子と半導電
性粒子との間の導電不連続またはギャップによって得ら
れ、高電圧オーバーストレス・パルスに応答する複合材
の低抵抗導電性は、隣接したｉｔ性または（および）半
導電性粒子間の同じオングストローム・レンジのギャッ
プをへだてた電子の量子力学上のトンネル現象によって
主に得ることができる。複合材のはたらきに関するこの
解釈に従えば、絶縁性スペーサ粒子と絶縁性樹脂の素地
の役割は、高抵抗材料を供給することではなく、単に導
電性粒子と半導電性粒子との間の不導電スペースをもう
け、複合材を結合させてコヒレントな素材をつくるため
である。本発明の理解に従えば、複合材中の絶縁性スペ
ーサ粒子と絶縁性樹脂の体積比は、最適には、それぞれ
が所要の間隔を得ることができ、複合材に組織の結合性
を得ることができる最小量となる。同様に、本発明の理
解によれば、導電性粒子と半導電性の粒子はそれぞれの
表面に絶縁性酸化物が比較的に存在しないことが望まし
く、かつ恐らくこの発明を適切にはたらかせるためにも
重要である。その理由は、粒子の導電性材料と半導電性
材料の間の界面間隔を最小にすることが必要な場合これ
らの絶縁性酸化物はこの間隔を大きくするだけであり、
同時に量子力学上のトンネル現象を不必要に妨げるから
である。
本発明の教えるところを使用し、最大の効果をあげて実
施すれば、一方では最大１ｏｏｖ程度のオーダーの印加
低電圧電流に対して高い（メグオーム・レンジ）抵抗値
を与え、またもう一方では、数千ボルト以上のオーダー
のオーバーストレス電圧パルスの前縁に木質的に瞬間的
に応答する電気的オーバーストレス・パルス反応材料を
得ることができる。この場合の反応の仕方は、具体的に
は電子的に導通状態になり、上記の電圧パルスを数ナノ
秒以内に数百ポルト程度の最大値にクランプし、オーバ
ーストレス・パルスの持続時間中そのクランプを維持し
、オーバーストレス・パルスが終了すると直ちに高い抵
抗値に回復するものである。複合材の組成を適切に調整
し、望ましいオフ状態抵抗および望ましいオン状態クラ
ンプ電圧を、ある特定の使用目的ないしは環境に望まし
い値に選択することができる。
本発明は、電気的オーバーストレス複合材料、その組成
と作成を提供するものである。特定の環境におけるその
使用における物理的構造は、本発明の一部分を構成する
ものではなく、かつそれは技術上周知であり、特定の使
用環境用に容易に適応させ、設計することができる。粒
状電気抵抗材料として、調整された複合材は、このよう
な抵抗体に対して従来から行われているように、細長い
ケースに入れて圧縮成形により成形し、導電性の端末キ
ャップを取付けることができることは明らかである。さ
もなければ、調整された複合材を中心の４体のまわりに
普通の押出し成形により成形し、導電性シースまたはス
リーブ内に入れることができる。こうすることにより、
中心の導体に加わるオーバーストレス・パルスは複合材
を通して、使用時には接地される外側シースへ分流され
る。
また、この複合材は、コネクタ、プラグ等の構造回路素
子に使用することもできる。
先行の技術は、本発明の目的と同様な目的のための電気
抵抗複合材について教示するものもあるが、それらは本
発明のそれとは異っており、同じ結果を達成することが
できない。
米国特許第２２７３７０４号は、非線形電圧電流特性を
有する粒状複合材を開示している。この特許は、薄い絶
縁性膜（金属酸化物等）を被覆された導電性粒子と半導
電性粒子であって、それらの粒子間に安定して、密な、
永久的な接触を達成するため素地内で圧縮し、互いに結
合させたこれら粒子の混合物を開示している。
米国特許第４０９７８３４号は、誘電体にかこまれ、半
導体基板に被覆された導電性粒子からなる薄膜非線形抵
抗体の形をした電子回路保３１！装置を開示している。
米国特許第２７９６５０５号は、絶縁性酸化物被膜を有
し、マトリクス状に接着された導電性粒子からなる非線
形精密電圧調整素子を開示している。これらの粒子は形
状は不揃いで、互いに点で相接しており、すなわちこれ
らの粒子は互いに点接触している。
米国特許第４７２６９９１号は、全表面を絶縁性酸化膜
で覆われた粒子が好ましくは互いに点接触で接触してい
る導電性粒子および半導電性粒子の混合物からなる電気
的オーバーストレス保護材料を開示している。
この−船釣なタイプの非線形抵抗体に関する従来技術を
示すこの他の特許としては、米国特許第２１５０１６７
号、米国特許第２２０６７９２号、米国特許第３８６４
６５８号がある。
従来技術の、特に上記米国特許第４７２６９９１号にお
ける教示には、数千ポルトの電気的オーバーストレス・
パルスに実質的に瞬間的に応答でき、かつパルスの電圧
を数百ポルトの比較的低い値にクランプすることができ
る複合材料を作成する能力が含まれる。しかし、上記の
米国特許第４７２６９９１号教示に従ってその目的を達
成するためには、オフ状態においてわずか数百オームま
たは数千オームの非常に低い抵抗を示すように複合材料
を設計することが必要である。このようなデバイスは、
非常に限られた使用方法しかないであろう。上記の米国
特許第４７２６９９］号に従って、オフ状態抵抗をメグ
オーム・レンジまで高くするように複合材組成を変えれ
ば、電気的オーバーストレス・パルスに応答するオン状
態のクランプ電圧は実質的に１００ＯＶ以上に増加する
。
結果におけるこの矛盾は、高いオフ状態抵抗は複合材中
食まれる絶縁材料の高い割合の関数であるという上記特
許に示された理解から生じるものである。しかし、高い
割合の絶縁材料はオン状態の低いクランプ電圧特性を決
定する量子力学的トンネル効果の妨げとなる。
本発明によれば、オフ状態高抵抗とオン状態低クランプ
電圧との調和効果が得られることが判明している。現在
理解されているように、これらの調和効果を得るために
肝心なのは、複合材の中に１００オングストローム・レ
ンジのスペーサ粒子と結合剤を含む絶縁材を最小量と、
導電性粒子と半導電性粒子が大きな割合で存在し、複合
材中に導電性成分と半導電性成分が密に押し固められ、
−様に、本質的に均質に分布しており、複合材全体の密
度が使用した材料の理論上の密度に近いことである。こ
うした状況下で調和した結果が得られると現在信しられ
ている。その理由は、一方では、相接した導電性粒子と
半導電性粒子が長い導電性の連鎖を形成するのを制匝し
または回避し、高いオフ状態抵抗を得るため、導電性粒
子および半導電性粒子は大部分が一様に分布した絶縁性
スペーサ粒子によって互いに分離されており、他方では
、−様に分布した絶縁性スペーサ粒子と結合剤を最小量
含むため密に押し固めた導電性粒子並びに半導電性粒子
が一様に接近した間隔をへだてて互いに分離される結果
となり、したがって電気的オーバーストレス・パルスが
発生すると複合材の全域にわたって能率よく量子力学的
なトンネル現象が生ずるからである。
したがって、本発明のひとつの目的は、電気回路および
デバイスを保護するため、電気的オーバーストレス・パ
ルスに応答する複合材料を提供することである。
本発明のもうひとつの目的は、通常の電圧値に対して大
きなオーム抵抗を示し、しかし電気的オーバーストレス
電圧パルスを受けると実質的に瞬時的に低いインピーダ
ンスに切替るような複合材料を提供することである。
この発明のさらにもうひとつの目的は、大地に接続され
た時、パルスを大地に分流し、オーバーストレス電圧パ
ルスを低い値にクランプするような複合材料を提供する
ことである。
この発明のもうひとつの目的は、オーバーストレス電圧
パルスが耕るとすみやかに元の状態に戻り、繰返し加え
られるオーバーストレス電圧パルスに繰返し同じ様に反
応するような複合材料を提供することである。
以下図面を参照して本発明の実施例につき説明しよう。
本発明の実施において複合材の重要な電気的成分は、容
量百分率で約５５％から約８０％、好ましくは約６０％
から約７８％までを占める導電性粒子および半導電性粒
子の混合物である。内訳としては、導電性粒子は容量百
分率で約２０％から約６０％まで、望ましくは約２５％
から約４０％までを占めてよく、半導電性粒子は容量百
分率で約１０％から約６５％まで、望ましくは約２０％
から約５０％までを占めてよい。複合材の絶縁成分、す
なわち結合剤と絶縁性の分離用粒子は、容量百分率で約
２０％から約４５％まで、好ましくは約３０％から約４
０％までを占めてもよい。絶縁性の分離用粒子は、容量
百分率で最も望ましくは約１％である。ただし、数％で
もよく、また特別な目的のためには最大で約５％でよい
。これらの複合４Ａ組成パラメータは、第１図の３座標
３角グラフに示されている。
以上説明したように、この発明の最大の利益は、導電性
粒子および半導電性粒子の所望のオンゲスＩ・ローム・
レンジの分離を可能にし、複合材を安定したコヒレント
な物体とすることができる絶縁性粒子と素地結合剤の最
小の含存率を用いることによって得ることができると考
えられる。約３０容量％の結合剤と１容量％の　１００
オングストローム・レンジの絶縁性粒子を使用すること
によって現在量も良い結果が得られている。
この発明の実施において使用される現在好ましいとされ
る導電性粒状はニッケル粉末と炭化硼素粉末である。大
部分の複合材には、２つの異った形のニッケル、大部分
が約２〜３ミクロンのきわめて組織がはっきりした（す
なわち、不規則な角度形状）最小粒子までボールミルに
よって粉砕したカルボニル・ニッケルと大きさが４０〜
１５０ミクロンの範囲の球状ニッケルとを使用すること
が望ましい。使用されるカルボニル・ニッケルはアトラ
ンティック・イクイップメント・エンジアズによりＮｉ
　２２８として市販されているものであり、大きなニッ
ケル粒子は同社によりＮｔ　２２７として市販されてい
るものである。使用される炭化硼素はファスコ・アブレ
イシブによって販売されている粒径中央値が０．９ミク
ロンのものである。
前述の好ましい材料とともに、またはこれらに代えて数
多くの他の導電性粒子材料を使用できることは明白であ
る。しかし、上述した粒子の密な組織を得るためには複
合材中に適切な粒径分布を行うことが最善の結果を得る
ために望ましく、かつ重要である。使用し得る導電性材
料にはタンタル、チタン、タングステンおよびジルコニ
ウムの炭化物、カーボンブランク、黒鉛、銅、アルミニ
ウム、モリブデン、銀、金、亜鉛、黄銅、カドミウム、
青銅、鉄、スズ、ベリリウム、鉛である。
上述したように、これらの導電性粒子は、本発明の目的
のためには、絶縁性または高抵抗表面酸化物等が存在し
ないことが重要である。したがって、さらに反応性の強
い材料のいくつかのものについては、特に酸化物コーテ
ィングを特に除去し、複合材に配合されるまで粒子を保
護性雰囲気内に維持することが必要であろう。
本発明の実施において利用される現在望ましい半導電性
の粒子材料は、炭化珪素である。さらに、炭化珪素の代
りに、酸化ビスマスと組合せて酸化亜鉛が使用されてい
る。本発明の実施に使用される炭化珪素はファスコ・ア
ブレイシブから市販されているシカ・グレードの多面体
または「ブロッキー状」をしており、粒径が約１〜３ミ
クロンのものである。酸化亜鉛と酸化ビスマスはツート
ン・チオコール社から入手したもので、粒径は酸化亜鉛
が０．５〜２ミクロン、酸化ビスマスは約１ミクロンで
あった。
前述の好ましい材ネ」とともに、またはそれらに代って
数多（のこの他の半導電性粒子が使用できることは明白
である。しかし、上述した粒子の密な組織を得るために
は複合材料中に適切な粒径分布を行うことが最善の結果
を得るために望ましく、かつ重要である。使用し得る半
導電性粒子には、カルシウム、ニオブ、バナジウム、鉄
、チタンの酸化物、ベリリウム、硼素、バナジウムの炭
化物、鉛、カドミウム、亜鉛、銀の硫化物、アンチモン
化インジウム、セレン、テルル亜鉛、硼素、テルル、ゲ
ルマニウムがある。
好ましい絶縁性スペーサ粒子は、カボット・コーポレイ
ションからキャブ・オー・シル（ＣａｂＯ−Ｓ　ｉｌ）
として市販されているフヱームド・コロイド・シリカで
ある。キャブ・オーシルは直径が約２０〜１００オング
ストロームのきわめて組織のはっきりしたボールの連鎖
体である。
これまで使用されて来たひとつの結合剤または素地材料
は、過酸化触媒によって硬化した５Ｅ６３という名称で
ゼネラル・エレクトリンク・カンパニが市販しているシ
リコンゴムである。この他の絶縁用熱硬化樹脂および熱
可塑性樹脂が使用でき、各種のエポキシ樹脂が最も適し
ている。結合剤の抵抗率はｌ　ｃｍ当り約１０目〜約１
０′５までの範囲にあることが望ましい。
この発明の複合材は、下記のように複合し、配合するこ
とが好ましい。この点につき先に明らかにした好ましい
成分について言及しながら説明する。まず２つのニッケ
ル成分をそれぞれ２つの目的のためボールミルにより粉
砕する。第１の目的が表面から酸化膜を除去することで
あり、第２の目的がすべての凝集物を粉砕し、ニッケル
粉末を基本的に究極の粒径まで小さくすることである。
特に通常は数百ミクロンの長さの連鎖体に凝集したきわ
めてＭｉ織のはっきりしたボールとして存在するカルボ
ニル・ニッケル（Ｎｉ　２２８）の粒径を少なくする。
２１１ｉＴＴのニッケル粉末を使用する場合には、ミク
ロン・サイズの小さい方のカルボニル・ニッケル粒子を
、これよりずっと大きな（１００ミクロン・レンジ）の
二、ノケル粒子（Ｎｉ　２２７）の表面に一様に分布さ
せるため、これらのニッケル・パウダーをボールミルで
粉砕する。この粉砕プロセスで、小さい組織のニッケル
粒子は大きなニッケル粒子の表面に付着するか、その中
に埋没する傾向がある６次に、炭化硼素、コロイド・シ
リカおよび半導電性の粒状材料は、手で混ぜ合せること
によってニッケルと結合される。プレポリマー素地もし
くは結合材料は、まずミキサー、好ましくは例えば、す
べての空気を排除するため低速、直前１ｉＩｒ（１５０
０メートル・ダラムより大）混練もしくは折り曲げ式混
合動作を行うＰＬＤ３３１ミクシング・ヘッドを使用し
たツー・ダプリヱウ・ブラッドベンダ・プラステイコー
ダ・ミキサーに入れる。ミキサーを運転しながら、予備
混合した粉末または粒状装入物のすべてを少しずつ加え
る。次に、ミクシング・トルク曲線が、コンパウンドが
木質的に完全に均質になったことを示す安定したレヘル
に漸次的に低下するまでミキサーを運転する。バロノス
（Ｖ　ａｒｏｘ）またはその他の硬化触媒を次に添加し
、複合材になる才で十分に混ぜ合せる。こうして複合材
は型成形、押出し成形その他の成形を行うのに適した状
態になる。
上記の手順では、いずれの粒状成分にもコロイド・シリ
カの優先被着は行っていない。コロイド・シリカは配合
物中に単に分布しであるだけである。
粒状材料の密な組織はいくつかの要素によって生しる。
即ち、（１）バインダもしくはマトリクス材料を最小の
割合で使用すること、（２）本質的に相接している大き
な粒子の配列の間の空隙を小さな粒子で満たすのに適合
した異った粒状材の割合、（３）木質的に均質な複合材
を作るため十分に連続して行った高剪断混純によって混
合し、粒子の割合を定めた粒径分布を、それが可能であ
る最小容量内で強制的に行わせることによって生じる。
このようにして得られた複合材は、使用した成分につい
ての理論的密度よりもわずか１〜２％低い密度を有して
いる。
第２図は、複合材＆Ｉ織の理想化した図を示す。
最も大きな粒子は、符号２１で示されており、これらは
１００ミクロン・レンジのニッケル粒子である。隣接点
は１００オングストローム・レンジのコロイド・シリカ
粒子２４によって離間されている場合がある。相接する
粒子２１の間の空隙は、次に小さい粒子である、ミクロ
ン・レンジの粒子２２、例えば、カルボニル・ニッケル
、酸化ビスマスまたは（および）炭化珪素粒子を含んで
いる。
もっと小さな空隙はサブミクロン・レンジの粒子、例え
ば符号２３で示した炭化硼素と酸化亜鉛の粒子を含んで
いる。上記の導電性粒子および半導電性の粒子の多くの
間にあって、それらを離間しているのはコロイド・シリ
カ粒子２４である。残りの空隙は素地樹脂バインダで満
たされる。−Ｆ述したように、第２図は理想化し、かつ
華純化しである。図示を容易にするため、粒子２１の間
の空隙は幾分間いたままにしてあり、ミクロン・レンジ
およびサブミクロン・レンジの粒子が入っているように
は図示されていない。また、導電性粒子および半導電性
粒子のうちのいく分かは、互いに導電接触状態にあるで
あろうということは統計的に明白である。しかし、多数
の粒子が、その粒径の割には比較的大きな容量中に入っ
ているので、絶縁性粒子による中断の頻度が高く、粒子
の導電連鎖はマクロ系全体との関係では比較的短かいで
あろうということも明白である。
この複合材の使用例が第３図に示されている。
同軸ケーブル３１の断面であり、中に含まれているのは
中心導体３２、この導体３２を囲んでいる誘電体３４、
この誘電体３４を覆っている導電性編組スリーブ３３で
ある。編組スリーブ３３は符号３５で示したように接地
されている。誘電体３４の小さな部分が本発明の複合材
でつくられたセクション３６で入れ替えられている。ま
た導体３２と複合材との間と［１被覆３３と複合材との
間に確実な電気的接触が維持されている４通常の作業条
件の下で、複合材３６ば導体３２から＆Ｊｌまで非常に
高い抵抗を示す。したがって導体３２上の信号は本質的
に影響を受けない。しかし、もし高電圧オーバーストレ
ス・パルスが導体３２上に現われれば、複合材は直ちに
オン状態に切替り、パルスは接地へ分流され、信号は低
い電圧値でクランプされる。その結果ケーブルが接続さ
れている回路またはデバイスが保護される。
本発明を説明するために、さらに以下に特定の実施例を
あげ、例示的な複合材の作成、それらの複合材の電気特
性、特にオーバーストレス・パルスに対する応答性とＪ
常の動作抵抗を示す。
濾−気一苛一汁 カルネニル・ニッケル（Ｎｉ２２８）（ミクロン・レン
ジ）ニッケル（Ｎｉ２２７）（１００ミクＵン・レンジ
）炭化珪素（ミクロン・レンジ） 炭化硼素（ミクロン以下　・　レンジ）酸化亜鉛Ｃミク
ロン以下　・　レンジ）酸化ビスマス（ミクロン・レン
ジ） コロイド・シリカ（２０〜１．００オングストローム・
レンツ）ノリコンゴム結合剤（ＳＥ６３） 実測４度 理論ｌ農度 ７．８　　９．０ ２３．５　２７．０　３６．０ ９．５ ２１．７　１０．０　　３．０ １９．６　２８．３ １３　　１．６ ４．８　　　＋、０　　１．０ ３２．６　３２．０　３０．０ ４．０５　４．９８　５．２８ ４゜０６　５．０１　５．３４ 試ネ、１の厚さ（ミル） オーバーストレス・パルス（ｖ） パルスの立上；詩らの経過時間 にｈ（１ろクランブイ直（Ｖ） ０　ナノ秒　　　　　　　４５Ｂ　　　２８０　　３８
５５００　　〃４０５　　２２８　　３５０１．０マイ
クロ秒　　　　　　４０５　　２２２　　３５０２．０
　　　　　　　　　　　　　　　４００　　　２２Ｂ　
　　　３５０３．０　　　　　　　　　　　　　　　３
９６　　　２２８　　　３４０１０Ｖｅ８＋ｉるメクｔ
−Ａ単位の１氏抗　　　　　２．２　　　　１．７　　
　３．５上記の実施例から数千ボルトのオーバーストレ
ス・パルスを本質的に瞬間的に２〜３００ｖの値にクラ
ンプし、その値に維持する電気的オーバーストレス保護
装置が堤供されることがわかるであろう、さらに、オー
バーストレス応答装置の通常の動作抵抗値はメグオーム
・レンジ内の値である。
本発明の原理と概念の範囲内で複合材の成分およびその
割合を変えることによって、電気的パラメータの値を特
定の環境、システムあるいは目的のニーズに合せて変更
したり、注文に応じて設定することができる。
比較のために、前述の米国特許第４７２６９９１号にお
ける材料について言及する。その特許明細書の第９欄第
２０〜２４行に２つの特定の複合材組成が記述されてい
る。複合材の成分は重量％で指定されている。比較のた
めに、それらの成分をここでは容量％に換算して示す。
ｔＪル亀ニル・ニッケ３　　　１２ 炭化珪素　　　５６ コロイド・シリカ　　　　　　　２ エイキシ・＋ｉインダ　　　　　３０ ３．２　　　　２２．５ ４０．６　　　　４３ ２．１　　　　２．５ ５３．９　　　　３２ 先行技術の複合材は、本発明の実施において使用される
よりもはるかに大きな割合の絶縁材料（バインダおよび
コロイド・シリカ）とはるかに少ない容量％導電性粒子
を使用していることが明らかである。上記特許には述べ
られていないが、先行特許のこれらの組成は複合材の厚
さ１ミリ当り１８００Ｖを越す過大なりランプ電圧を示
す。
上記の米国特許第４７２６９９１号の第５図を参照する
と複合材における２００Ｖ以下のオーバーストレス・ク
ランプ電圧を示している。しかし、同特許に述べられて
いないことであるが、実施例４と５に示した複合材では
この結果は得られなかったし、通常の動作電圧であるＩ
ＯＶあるいは２０Ｖあるいはその程度の電圧に対する第
５図の材料の抵抗は２０，０００Ω以下であった。
本発明の・教示によれば、比較的低い動作電圧で高い抵
抗を示し、高電圧オーバーストレス・パルスに応答して
低いインピーダンスとなりオーバーストレス・パルスを
低電圧にクランプすることができるバインダ・マトリク
ス中に粒状成分を有する複合材が提供される。特定の低
電圧抵抗とオーバーストレス・クランプ電圧は１．複合
材の成分と割合を適切に選択することにより特定のニー
ズに合うよう変更し、注文に応じて設定することができ
る。したがって、本発明はこの明細書ではいくつかの特
定の実施例と特定の手順について述べであるが、これら
は単に説明のためであるのと現時点における本発明の好
ましい実施例として示したものである。様々な変更態様
が可能であることは当業者には明白であろう。特許請求
範囲の精神と範囲内で行われるそれらの変更態様は、本
発明の範囲内にあるものと看做される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の組成を示す三角三座標グラフ、第２図
は本発明による複合材の粒子関係とバインダ・マトリク
スを示す拡大され理想化された概略図、第３図は本発明
の組成の使用を示す概略図である。 ２１−・−最も大きい粒子 ２２−ミクロン・レンジの粒子 サブミクロン・レンジの粒子 コロイド・シリカ粒子 同軸ケーブル 中心導体 導電性編組スリーブ 誘電体 複合材のセクション

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. １．表面に絶縁被膜またはコーティングが存在しない導
    電性粒子と半導電性粒子との複合材を約５５から約８０
    容量％と、１００オングストローム・レンジの絶縁性粒
    子を最大で数％と複合材を固定したコヒレント体に結合
    するための十分な量の絶縁性素地材料とを含む絶縁性材
    料の複合材を約２０から４５容量％含んだ組成を有し、
    使用される材料とそれらの割合とによる理論密度から数
    ％以内の密度を有し、高電圧の電気的オーバーストレス
    ・パルスに応答して高い抵抗から実質的に瞬間的に低い
    抵抗へ切替り、上記パルスを低電圧値にクランプするは
    たらきをする電気的オーバーストレス・パルス保護用複
    合材。
  2. ２．上記の導電性粒子と半導電性粒子は、上記複合材の
    約６０から約７０容量％を占め、上記の絶縁性材料は上
    記複合材の約３０から約４０容量％を占める請求項１の
    複合材。
  3. ３．上記導電性粒子と半導電性粒子は、導電性粒子の複
    合材を約２５から約４０容量％含み、半導電性粒子の複
    合材を約２０から約４５容量％含み、上記絶縁性材料が
    １００オングストローム・レンジの粒子の複合材を約１
    容量％含んでいる請求項２の複合材。
  4. ４．上記導電性粒子と半導電性粒子は上記導電性粒子の
    複合材を約２０から約６０％含み、上記半導電性粒子の
    上記複合材を約０から約６０容量％含み、上記絶縁性材
    料が上記絶縁性粒子の上記複合材の約１から約５容量％
    含む請求項１の複合材。
  5. ５．上記導電性粒子はニッケル粒子を含み、上記半導電
    性粒子は炭化珪素または酸化亜鉛から選択したコンパウ
    ンドを含み、上記絶縁性粒子はコロイド・シリカを含む
    請求項４の複合材。
  6. ６．上記導電性粒子はニッケルを含み、上記半導電性粒
    子は炭化珪素または酸化亜鉛から選択したコンパウンド
    を含み、上記絶縁性粒子はコロイド・シリカを含む請求
    項３の複合材。
  7. ７．上記ニッケルは、１００ミクロン・レンジの第１の
    ニッケル粒子を含み、さらに、ミクロン・レンジの極限
    粒径まで小さくしたカルボニル・ニッケルを含む請求項
    ６の複合材。
  8. ８．上記ニッケルは、１００ミクロン・レンジの第１の
    ニッケル粒子を含み、さらに、ミクロン・レンジの最小
    粒径まで小さくしたカルボニル・ニッケルを含む請求項
    ５の複合材。
  9. ９．上記導電性粒子と半導電性粒子は、全く異った固有
    の導電率を有する粒子からなる請求項１の複合材。
  10. １０．上記導電性粒子と半導電性粒子は、全く異った固
    有の導電率を有する粒子からなる請求項２の複合材。
  11. １１．上記導電性粒子と半導電性粒子は、１００ミクロ
    ン・レンジの第１の粒子とミクロン・レンジの第２の粒
    子とサブミクロン・レンジの第３の粒子を含む請求項１
    ０の複合材。
  12. １２．上記導電性粒子と半導電性粒子は、１００ミクロ
    ン・レンジの第１の粒子とミクロン・レンジの第２の粒
    子とサブミクロン・レンジの第３の粒子を含む請求項９
    の複合材。
  13. １３．上記導電性粒子と半導電性粒子は、１００ミクロ
    ン・レンジの第１の粒子とミクロン・レンジの第２の粒
    子とサブミクロン・レンジの第３の粒子を含む請求項１
    の複合材。
  14. １４．上記導電性粒子と半導電性粒子は、１００ミクロ
    ン・レンジの第１の粒子とミクロン・レンジの第２の粒
    子とサブミクロン・レンジの第３の粒子を含む請求項２
    の複合材。
  15. １５．電気的オーバーストレス・パルス保護用複合材を
    製造する方法において、 覆っている酸化膜を除去するため粒子をミルで粉砕し、
    かつ粒径を小さくすることによって導電性粒子と半導電
    性粒子の混合物をつくり、それぞれ第１、第２、第３の
    導電性粒子と半導電性粒子と絶縁性粒子を混ぜ合せ、こ
    の場合上記第１の粒子は１００ミクロン粒径レンジのも
    のであり、上記第２の粒子はミクロン粒径レンジのもの
    であり、上記第３の粒子はサブミクロンの粒径レンジの
    ものであり、上記の絶縁性粒子は１００オングストロー
    ムの粒径であり、上記のすべての粒子と、これらの粒子
    のためのバインダを高剪断の条件下で複合材が実質的に
    均質になるまで混合し、 製品を安定したコヒレントな形に成形することからなる
    電気的オーバーストレス・パルス保護用複合材の製造法
    。
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