JPH05504657A - 抵抗要素用接続デバイス - Google Patents

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、抵抗要素およびそれに取り付けられた接続要素を有して成る電気デバ イスに関する。

発明のイントロダクノヨン 多くの電気デバイスは、抵抗要素および少なくとも１つの接続要素を有して成り 、接続要素は、（ａ）抵抗要素に直接的に取り付けられている、例えば埋設され ている第１部分、および（ｂ）抵抗要素から外向きに延び、回路の残りの部分に 接続されている第２部分を有して成る。通常、同じ特性を有するそのような２つ の接続要素が存在する。そのようなデバイスを製造するための多くの方法が提案 されている。これらの方法は、適当な材料を連続ストリップまたはシートに成形 し、次に、ストリップまたはシートを切断して個々の要素にすることにより、抵 抗要素が製造される工程を含む。そのような方法の１つでは、抵抗材料を成形し た後、成形した抵抗材料を個々の要素に切断する前または後に、抵抗材料に接続 要素を取り付ける。もう１つの方法では、長尺予備接続要素の周囲に抵抗材料を 形成する、例えば導電性ポリマーを対のワイヤー上に押し出すことにより形成し ；押出物を個々の要素に切断し、そして、抵抗材料の一部分を除去して接続要素 を露出させる。もう１つの方法では、抵抗材料を１つまたはそれ以上の予備接続 要素に対して形成し、例えば導電性ポリマーをノートとして２つの金属箔の間で 積層し：得られたものを個々のパーツに切断し、そして、（接続要素の第２部分 となる）リードを接続要素の露出部分に取り付ける。もう１つの方法では、抵抗 材料を１つまたはそれ以上の予備接続要素に対して形成して予備接続要素が形成 した材料から外向きに延びるようにし：得られたものを個々のパーツに切断し、 抵抗材料から接続要素が延びるようにする。例えば米国特許第３，３１１，８６ ２号（リーズ（Ｒｅｅｓ）　）　、同第３．３５１．８８２号（コーラ−（Ｋｏ ｈｌｅｒ）ら）、同第３．３８７．２４８号（リーズ）、同第４．２３８．８１ ２号（ミドルマン（Ｍｉｄｄｌｅｍａｎ）ら）、同第４．２７２．４７１号（ウ ォーカー　（Ｗａｌｋｅｒ）　）　、同第４．３１７．０２７号（ミドルマンら ）、同第４．３２７，３５１号（ウォーカー）、同第４．３２９．７２６号（ミ ドルマンら）、同第４．３５２．０８３号（ミドルマンら）、同第４゜４１３． ３０１号（ミドルマンら）、同第４．４２６．６３３号（ティラー（Ｔａｙｌｏ ｒ）　）　、同第４，４４５．０２６号（ウォーカー）、同第４．４８１．４９ ８号（マツクタヴ什ンシュ（ＭｃＴａｖｉｓｈ）ら）、同第４．６８５．０２５ 号（カーロマグノ（Ｃａｒｌｏｍａｇｎｏ）　）　、同第４、６８９．４７５号 （マトヒーセン（Ｍａｔｔｈｉｅｓｅｎ）　）および同第４、８００．２５３号 （クライナー（Ｋ　１ｅｉｎｅｒ）ら）を参照できる。

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

特に重要な電気デバイスの１つのタイプは、抵抗要素が導電性ポリマーを有して 成る回路保護デバイスである。そのようなデノくイスは、正温度係数（ＰＴＣ） 挙動を示すが、電気回路における過剰電流または過剰温度の故障に対して保護を 提供するのに特に適当である。通常の条件下、デバイスは、通常の電流が回路を 流れることができる小さい抵抗を有する。しかしながら、デノくイスが高い周辺 温度にさらされたり、あるいは放置電流（例えば電圧スノ（イク）から生じるジ ュール熱を受けたりする場合、デノくイスの抵抗が増えて、電流の流れを遮断す る。故障状態が解消すると、デノくイスは冷えて抵抗が減り、通常の回路操作が 再開される。デノくイスが高抵抗状態にある場合、「スイッチされている」また は「トリ・ンブしてＩ、ｚる」と言われる。本明細書において、温度の関数とし てのデノくイスの抵抗の対数値のプロットの実質的に直線的な部分の延長部分の 交点薯こおける温度を示すものとして「スイッチング温度、Ｔｓｊを使用する。

この延長部分は、傾きがシャープに変化する部分の両側番：存在する。

回路保護デバイスへの電気的接続は、電極、即ち、導電性ポ１ツマ−を含んで成 るＰＴＣ要素に電気的に取り付けられる導電性リードまたは母線である接続要素 により形成される。回路保護デノくイスを回路板に機械挿入可能であることが望 ましい場合、電極の少な（とも一部分は、撚りワイヤーであるより中実ワイヤー であるの力（望ましい。ある直径の中実ワイヤーは、同じ直径の撚りワイヤーよ り一般的に硬く、この特徴により回路板の穴への挿入が助長される。更に、中実 ワイヤーは、不均一な撚りにより生じる不整合な寸法とならず、また、撚りがほ どけたり、「バードケージング（ｂｉｒｄｃａｇ−ｉｎｇ）　Ｊ　Ｌ、ない、即 ち、撚りワイヤーの端部に圧力カベ不均一（＝加わった場合に生じるワイヤーの ほどけが起こらない。しかしながら、中実ワイヤーは、硬過ぎてドリッピングの 間のＰＴＣ要素の導電性ポリマーの膨張が制限される場合があり、結果として、 デノくイス力（故障することになる場合がある：このワイヤーは、繰り返しの電 気的サイクル、特に高電圧、例えば１２０ボルト以上におけるサイクルに耐える ほど十分に「変形」しない場合がある。更に、撚りワイヤーと比較すると、中実 ワイヤーの表面積は、導電性ポリマーを電極に適当に接着できるほどの十分に大 きくない場合がある。従って、得られるデバイスは電極に対する乏しい接触面積 を有することになり、この接触が各サイクルにより劣化し、偶発的なデバイスの 故障米国特許第４．６８５．０２５号（カーロマグノ）に記載されている種類の 回路保護デバイスを製造する場合、対のワイヤー上にＰＴＣ導電性ポリマー連続 的に溶融押し出して、押出物を個々の長さに切断し、そして個々の長さのそれぞ れから導電性ポリマーの一部分を除去して導体を露出させることにより抵抗要素 を製造する。そのような方法を更に改良しようとする場合に、導電性ポリマーの 一部分の除去の必要性は、中空であるか、除去可能なコアを有するか、または第 ２の接続要素を導電性ポリマーに埋設された接続要素に固定できるようにする構 造、例えばキャビティ（空隙）を有するように、あるいは切断工程の後に有する ように処理できる長尺導体を常套のワイヤーの代わりに使用することにより解消 されることが見いだされた。これにより各々の切断長さから導電性ポリマーを除 去する際の廃物および労力が解消されるだけでなく、所望の性質、例えばプリン ト回路板に挿入するための性質を有する第２接続要素を使用することが可能とな る。

本発明によれば、接続要素または予備接続要素と接触して可鍛性絶縁または抵抗 材料を成形することを含む電気デバイスを製造する、広範囲の種々の他の方法に そのような接続要素を有効に採用できることが更に見いだされた。本発明は、発 明のイントロダクションにおいて説明した種類の連続方法（先に挙げた米国特許 に記載の方法を含む）において特に有用であり、説明した種々の問題を解決する か、あるいは軽減する。また、本発明は、例えば射出成形により、各デバイスが 別々に製造される方法においても有用であり、プロセスの工程および／または型 または他の装置の複雑性を簡素化する。

本発明は、第１接続要素が抵抗要素と接触しているデバイスに特に有用であり、 本明細書では、本発明をこのデバイスを主として参照して説明する。「抵抗要素 」なる用語は、抵抗を有するが、実質的にリアクタンスを有さない要素、ならび に抵抗およびリアクタンスの双方を有する要素を含むものとして本明細書におい て使用する。

しかしながら、本発明は、リアクタンスを有するが、実質的に抵抗を有さないデ バイス、例えばコンデンサーおよび誘導子にも有用である。

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

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

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

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

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

第３の要旨において、本発明は、電気デバイスを製造する方法を提供し、該方法 は、 （Ａ）第１接続要素が、空であるか、２３℃において固体である第３材料を含む キャビティを規定する、本発明の第１の要旨による電気デバイスを供給する工程 、および （Ｂ）第２接続要素を空のキャビティに部分的に挿入するか、あるいはキャビテ ィから第３材料の少なくとも一部分を除去する工程を含んで成る。

第４の要旨において、本発明は （Ａ）回路板、および （Ｂ）（１）回路板に取り付けられ、 （２）２つの第２接続要素を更に含んで成る本発明の第１の要旨の電気デバイス を有して成るアッセンブリであって、 それぞれの第２接続要素は、 （ａ）第１接続要素と物理的かつ電気的に接触し、（ｂ）２３℃において１０− ３オーム−〇ＩＯ以下の抵抗率を有する第４材料から作られ、 （Ｃ）第１接続要素の１つにより規定されたキャビティ内に部分的に位置し、ま た （ｄ）該キャビティから突出している アッセンブリを提供する。

図面の簡単な説明 本発明を添付図面に示す。

第１図は、本発明の電気デバイスの斜視図である。

第２図は、本発明のもう１つの電気デバイスの断面図である。

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

第４図は、製造時の本発明の電気デバイスの斜視図である。

第５図は、本発明のもう１つの態様の断面図である。

第６図は、本発明のアッセンブリの斜視図である。

発明の詳細な説明 電気デバイスは、好ましくは第１材料から作られた抵抗要素を有して成る。第１ 材料は導電性材料、即ち、ｌＸｌ０−３〜ｌＸｌ０”オーム−ｃｍの抵抗率を有 する材料である。第１材料は、型成形できる可鍛性材料であるのが特に好ましい 。適当な材料には、ポリマー、金属酸化物およびセラミックスが含まれる。本発 明の好ましい態様では、第１材料は、導電性ポリマー組成物、即ち、ポリマー成 分およびポリマー成分中に分散または他の方法で分布している粒状導電性充填剤 から構成される組成物を含んで成る。ポリマー成分は、好ましくは結晶有機ポリ マーである。適当な結晶ポリマーには、１種またはそれ以上のオレフィンのポリ マー、特にポリエチレン：少なくとも１種のオレフィンおよびそれと共重合可能 な少なくとも１種のモノマーのコポリマー、例えばエチレン／アクリル酸、エチ レン／アクリル酸エチル、エチレン／酢酸ビニルコポリマー；溶融成形可能フッ 素ポリマー、例えばポリビニリデンフルオライドおよびエチレン／テトラフロオ ロエチレンコポリマー（ターポリマーを含む）；およびそのようなポリマーの２ 種またはそれ以上のブレンドが包含される。ある用途の場合、１種の結晶ポリマ ーともう１つのポリマー、例えばエラストマーまたは非結晶熱可塑性ポリマーを ブレンドすることが望ましいことがあり、特定の物理的または熱的性質、例えば 可撓性または最大暴露温度が達成される。

粒状導電性充填剤は、カーボンブラック、グラファイト、金属、金属酸化物、こ れらの組み合わせ、あるいはいずれかの他の適当な導電性充填剤であってよい。

ある用途では、粒状充填剤が中で分散しているポリマーマトリックスから粒状充 填剤を自体作ってよい。

この種の導電性ポリマー組成物の例は、ヨーロッパ特許第２３１゜０６８号（１ ９８７年８月５日公告）に記載されている。

導電性ポリマー組成物は、酸化防止剤、不活性充填剤、放射線架橋剤（しばしば 、プロラド（ｐｒｏｒａｄ）と呼ばれる。）、安定剤、分散剤または他の成分を 含んで成ってよい。導電性充填剤および他の成分の分散は、溶融処理、溶媒混合 または他のいずれかの適当な方法により行うことができる。適当な導電性ポリマ ー組成物は、米国特許第４，１８８．２７６号（ライオンズ（Ｌ　ｙｏｎｓ）ら ）、同第４゜２３７．４４１号（ヴアン・コニネンバーグ（ｖａｎ　Ｋｏｎｙｎ ｅｎｂｕｒｇ）ら）、同第４．３８８．６０７号（トイ（Ｔ　ａｙ）ら）、同第 ４．５１４、６２０号（チェノ（Ｃｈｅｎｇ）ら）、同第４，５４５，９２６号 （ファウツ（Ｆｏｕｔｓ）ら）、同第４．５６０．４９８号（ホームサ（）（□ ｒｍｓａ）ら）、同第４．６２４．９９０号（ランク（Ｌ　ｕｎｋ）ら）、同第 ４．７７４．０２４号（ディープ（Ｄ　ｅｅｐ）ら）、同第４．９３５゜１３６ 号（ヴアン・コニネンバーグら）および同第４．９８０．５４１号（シエイフ（ Ｓ　ｈａｆｅ）ら）；ヨーロッパ特許公告第３８．７１３号（１９８１年１０月 ２８日公告）および同第１９７，７５９号（１９８６年１０月１５日公告）：な らびに国際公開第ＷＯ３９００７５５号（１９８９年１月２６日公開）に記載さ れている。

もう１つの態様では、第１材料は、セラミック材料、例えばＢａＴｉＯ２または Ｚｎ○のような無機材料を含んで成る。セラミック材料は、無機粉末を配合して セラミック前駆物を製造し、次に、これを加熱して導電性セラミック、即ち、１ ０９０オーム−Ｃｍ以下の抵抗率を有するセラミック組成物を生成することによ り製造することができる。いずれの常套の製造方法を使用してもよい。

多くの用途の場合、第１材料は、電源に接続された場合、目的とする温度範囲で ＰＴＣ挙動を示す、即ち、比較的小さい温度範囲で温度と共に抵抗率が急激に増 加する。本明細書において、ｒＰＴｃＪなる用語は、少なくとも２５のＲ＋４値 および／または少なくとも１０のＲ，、、値を有する材料またはデバイス、特に 好ましくは少なくとも６のＲ３０値を有するものを意味するものとして使用して いる。

ここで、Ｒ１４は、１４℃範囲の最後と最初の抵抗率の割合であり、Ｒ，。、は １００℃範囲の最後と最初の抵抗率の割合であり、Ｒ２Ｏは、３０℃範囲の最後 と最初の抵抗率の割合である。ある種の導電性ポリマー組成物およびある種のセ ラミックス、例えばＢａＴｉＯ２のような一般的なｒＰＴＣ材料」は、本明細書 で示した最小値より遥かに大きい抵抗率の増加を示す。

抵抗要素はいずれの好都合な形状に形成してもよい。

また、デバイスは、抵抗要素に加えて、少なくとも１つの第１接続要素を有して 成る。この第１接続要素は、一般的にｌＸｌ０−３オーム−ｃｍの抵抗率を有し 、いずれの場合でも第１材料の抵抗率より小さい第２材料から作られ、デバイス を電気回路に組み込んだ場合、これを通って抵抗要素に電気が流れる。多くの用 途では、第２材料は金属または合金、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、鋼、 真鍮もしくはこれらの組み合わせであるが、他の材料、例えばグラファイト繊維 または金属被覆ガラス繊維を使用してよい。ある場合では、抵抗要素に隣接する 第１接続要素の表面をハンダにより被覆することが望ましい。

第１接続要素は、抵抗要素と電気的に接触している。多くの用途では、第１接続 要素は、抵抗要素の第１材料と直接物理的に接触しているが、導電性接着剤のよ うな介在層または他の導電性接続層（ｔｉｅ　１ａｙｅｒ）層により第１材料か ら離されていてよい。第１接続要素は、抵抗要素に埋設されているか、あるいは その表面に取り付けられていてよい。大部分のデバイスでは、第１接続要素は、 抵抗要素の長さで延び、従って、要素を通過するキャビティまたはチャンネルを 規定し、他方、抵抗要素に部分的にだけ埋設または接触し、および７／またはそ の長さの一部分だけを通って延びるキャビティを有してもよい。電気デバイスの 用途および性質に応じて、１つもしくは２つまたはそれ以上の第１接続要素が存 在してよく、これらは相互に同じでも、あるいは先に説明したように相互に異な ってもよく、１つもしくは２つまたはそれ以上の他のもう１つの種類、例えば従 来の接続要素であってもよい。第１接続要素は、中実材料から作ってよく、ある いは穿孔されていてよく、例えばメッシュまたは開口部付きスリーブの形態であ ってもよく、その結果、第１材料は少なくとも部分的に開口に入ることができ、 抵抗要素に促進した接着を提供できる。１つの好ましい態様では、抵抗要素に接 触する第１接続要素の表面の少なくとも一部分は、微視的に粗い（マイクロラフ ）面、例えば少なくとも０．０３ミクロンの距離で表面から突出し、５００ミク ロンを越えない表面に平行な少なくとも１つのディメンジョンを有するような不 規則性を有する。このような種類の面は、しばしば銅、ニッケル、ニッケル被覆 銅であり、選択した金属の基材、例えば金属箔または中空金属チューブへの電着 によりしばしば調製される。しばしば球状瘤の形態であるマイクロラフによりポ リマー基材への接着が促進される。そのような材料は、米国特許第４．６８９． ４７５号（マトヒーセン）および同第４．８００．２５３号（クライナーら）に 記載されている。

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

このようなデバイスの場合、第２接続要素は、予備加熱ピンを有して成ってよ（ 、これは、挿入された場合、ハンダを溶融して移動させて良好な電気的接続を形 成する。

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

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

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

正確な距離の挿入を確保するために追加の配置マークまたはインジケーター、例 えばより幅の広い領域が存在してもよい。

挿入した第２接続要素は、適当な引っ張り強度を有する、即ち、室温または通常 の使用条件下、例えば回路保護デバイスの場合、Ｔｓにおいて容易に抜けないよ うにキャビティに十分に緊密に嵌まるのが好ましい。多くの用途では、２３℃に おいて測定した場合、少なくとも１００ｇ、好ましくは少なくとも２５０ｇ、特 に少なくとも５００　ｇ、例えば１０００ｇの最小引っ張り強度が適当である。

この引っ張り強度は、デバイスを静的に挟んで保持し、キャビティから第２接続 要素を引くのに必要な力（グラム数）を記録することにより測定する。デバイス は、２３℃において測定した場合、少なくとも１７５ｇ／直線キャビティ長さｃ ｍ、特に少なくとも４００ｇ／直線キャビティ長さｃｍ、より特に少なくとも８ ５０　ｇ／直線キャビティ長さＣｌ１１１例えば１５００　ｇ／直線キャビティ 長さａｍの引っ張り強度を有するのが好ましい。いずれの寸法の第２接続要素も 使用できるが、適当な引っ張り強度を有するデバイスを製造する１つの方法は、 キャビティの対応するディメンジョンよりわずかに大きい少な（とも１つの断面 ディメンジョンを有する第２接続要素を挿入する方法である。従って、挿入する 第２接続要素の部分の断面の最も大きいディメンジョンは、キャビティの断面も 最も大きいディメンジョンより、少なくとも０．０００５インチ（０，ＯＯ１２ ７ｃｎ＋）大きい、特に０．００１０インチ（０，ＯＯ２５４ｃｍ）大きい、よ り特に少なくとも０．００１５インチ（０，ＯＯ３８ｌａｍ）大きいのが好まし い。例えば、有用なデバイスは、直径が０．０２６５インチ（０，０６７３ｃｍ ）の丸い第２接続要素を直径が約０．０２５インチ（０，０６３５ｃｍ）の丸い キャビティに挿入する場合に得られる。

第２接続要素は、均一な断面を有してよく、あるいは「とげつき（ｂａｒｂｅｄ ）　Ｊである、即ち、１つまたはそれ以上のより広い断面部分を有してよい。こ れらのとげつき領域は、キャビティに挿入された場合、第１接続要素との高圧接 触点を提供し、引っ張り強度が向上する。あるいは、これらは、配置用マーカー として作用でき、デバイスに挿入する適当な長さを指示できる。キャビティより 大きい寸法の第２接続要素を使用する場合、抵抗要素が少し弾性である第１材料 を有して成るか、あるいは第１接続要素または第２接続要素が弾性材料を有して 成るか、あるいは一方もしくは他方または双方が変形できる、好ましくは弾性的 に変形てきることが必要である。

特に好ましい本発明のデバイスは、それぞれが抵抗要素に埋設され相互に間隔を 隔てられ、はぼ円筒状のキャビティを規定する一般的に環状の断面をそれぞれが 有する２つの第１接続要素を有して成るものである。キャビティは、好ましくは 両端で開いている。連続製造のために弾薬帯（ｂａｎｄｏｌｉｅｒ）に取り付け られた金属第２接続要素、例えばピンまたは基材の表面から突出している電極を キャビティに挿入するのが好ましい。簡単に製造するために、また、種々の抵抗 率レベルを選択するために、これらのデバイスの第１材料は、しばしば導電性ポ リマーを含んで成る。本発明は、接続要素が先に規定したようになっているデバ イスの製造に特に有用であるが、このデバイスは他の点においては、米国特許第 ４．３５２．０８３号（ミドルマンら）、同第４．４１３．３０１号（ミドルマ ンら）、同第４゜４７５．１３８号（ミドルマンら）、同第４．４８１，４９８ 号（マツクタヴイッシュら）、同第４．５６２．３１３号（トムリンソン（Ｔｏ ｍｌｉｎｓｏｎ）ら）、同第４，６８５，０２５号（カーロマグノ）、同第４． ７２４．４１７号（オー（Ａｕ）ら）、同第４．７７４．０２４号（ディープら ）および同第４．８４５．８３８号（ヤコブス（Ｊ　ａｃｏｂｓ）ら）に記載さ れているものと類似している。

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

本発明のデバイスは、本発明の方法により容易に製造できる。第１工程において 、可鍛性（ｍａｌｌｅａｂｌｅ）材料を処理して予備接続要素と物理的かつ電気 的に接触させる。この処理は、ポリマー性第１材料の場合、溶融成形、例えば溶 融押出もしくは射出成形、溶剤被覆（ｓｏｌｖｅｎｔ−ｃｏａｔｉｎｇ）または 焼結であり、セラミックスの場合、焼結または圧縮成形であり、あるいは他のい ずれの適当な方法であってよい。一旦処理すると、例えば溶融成形または焼結す ると、可鍛性材料は篤１材料となる。予備接続要素は、第２材料から作られる。

これは長尺ワイヤーまたは長尺チューブであってよく、双方とも、製造方法が連 続である場合に好ましく、あるいは切断した時にキャビティを規定する他のいず れの要素であってもよい。第２工程において、第１工程からの処理材料を切断し て、空である場合、第２接続要素の挿入が可能となるようにキャビティを、アク セス可能にする。予備接続要素がチューブを有して成る場合、処理材料は、切断 した場合、第２接続要素をすぐに挿入できる空のキャビティを露出する。予備接 続要素が、除去可能要素を有するワイヤーまたは他の要素、例えば撚りワイヤー である場合、処理材料は、切断した場合、少なくとも部分的に除去した場合にキ ャビティを規定する除去可能要素を露出する。固体である第３材料により第１工 程の間にキャビティが充填されている場合、この方法は、切断工程の次に行い、 第３材料の少なくとも一部分を除去してキャビティを形成する第３工程を含んで 成ってよい。可鍛性材料が導電性ポリマーのようなポリマーである場合、可鍛性 材料を対の平行な長尺予備接続要素上に連続的に成形して、例えば押し出して、 そのようにして予備接続要素を押し出した材料内に埋設するのが特に好ましい。

次に、成形した物品を切断して、それぞれを電気デバイスの製造に使用できる個 々のピースとする。

第１接続要素が、少な（とも部分的に除去して空のキャビティを形成する必要が ある第３材料を有して成る場合、本発明の１つの方法は、そのような第１接続要 素を含んで成る電気デバイスを供給し、その後、第３材料を少なくとも部分的に 除去することを含む。その後、第２接続要素を挿入できる。第３材料を除去する 工程および第２接続要素を挿入する工程は、通常連続的に行うが、好ましい方法 では、第２接続要素を挿入して、同時に除去可能要素を押し出すことができる。

除去可能要素の突出は、いずれの好都合な物理的または化学的手段、例えばそれ を押し出すまたは突き出す、あるいは化学的にそれを溶解することにより行うこ とができる。第２接続要素は第３材料の除去の間またはその後、所定のようにね じ込むような構造にできる。

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

第２図は、２つの第１接続要素７．９により規定されたキャビティ内の除去可能 要素１７．１９は除去されていない電気デバイス１を示す。この態様では、第１ 接続要素７．９は撚りワイヤーから形成されている。個々のワイヤーストランド １５は除去可能要素１７．１９を包囲し、それらに対して適当に配置されている 。除去可能要素は、複数の金属ワイヤーストランドから形成されていてよいが、 このデバイスでは除去可能要素は、ワイヤーの単一の中央ストランドから成って いる。

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

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

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

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

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

実施例１ 以下の成分を乾燥ブレンドし、バンバリー（Ｂ　ａｎｂｕｒｙ）ミキサーにより 混合し、ベレットにした：高密度ポリエチレン（ニー・ニス・アイ（ＵＳＩ）か ら市販されティるベトロテン（Ｐ　ｅｔｒｏｔｈｅｎｅ）　ＬＢ８３２）３５体 積％、カーボンブラック（カボット（Ｃａｂｏｔ）から市販されているブラック ・バールズ（Ｂｌａｃｋ　Ｐｅａｒｌｓ）　２８０）３６％、アルミナ三水和物 （ジェイ・エム・フーハー（Ｊ、Ｍ。

Ｈｕｂｅｒ）から市販されているソレム（Ｓｏｌｅｍ）　９１６　Ｓ　Ｐ）　２ ７゜８％および酸化防止剤（米国特許第３．９８６．９　ｓ　１号に記載されて いるような平均重合度が３〜４の４．４−チオビス（３−メチル−１，６−ｔ− ブチルフェノールのオリゴマー）。ドックポーン（ｄｏｇｂｏｎｅ）形状ダイを 取り付けたブラベンダー（Ｂ　ｒａｂｅｎｄｅｒ）クロスヘッド押出機を使用し て、ペレットを約１６０℃の温度にて２つの２０ＡＷＧ（１９ストランド／３２ ゲージ）ニッケル被覆銅線（予めグラファイト／シリケート組成物により被覆、 アキソン・コロイズ（Ａｃｈｅｓｏｎ　Ｃｏ１１ｏｉｄｓ）から市販されている エレクトロダグ（Ｅ　ｌｅｃｔｒｏｄａｇ）　）の回りに溶融押し出した。押し 出し物を切断して、それぞれが０．３２０インチ（０，８１ｃｍ）の長さを有す るピースとし、導電性ポリマーをピースの一端から除去して、長さ０゜２１０イ ンチ（０，５３３ｃｍ）　、幅約０．３１０インチ（０，７８７ｃｍ）　、中央 厚さ約０．０９５インチ（０，２４１ｃｍ）およびワイヤー中心からワイヤー中 心までの電極間隔的０．２００インチ（０，５０８ｃｍ）のデバイスを得た。中 実２２ＡＷＧスズ被覆銅導体をそれぞれの露出撚り電極のそれぞれに溶接した。

デバイスを窒素雰囲気内で１０℃／分にて１５０℃まで加熱し、１５０℃にて１ 時間保持し、１０℃／分にて２０℃まで冷却して加熱処理した。次に、２５Ｍ　 ｒａｄの線量て２．５ＭｅＶの電子ビームにより架橋し、上述の熱処理を再度行 い、第２工程において１００　Ｍｒａｄの線量で照射し、上述の手順で３回目の 熱処理を行った。次に、それぞれのデバイスを、デバイスを包囲するが、それに は接触しない、アルキドポリエステル熱硬化性プラスチックボックスに挿入した 。

次の回路を使用して試験することにより、耐電正性能により示されるデバイスの 電気安定性を測定した。６００ボルトの交流電源、スイッチ、デバイスおよびデ クくイスと直列の抵抗器から成る回路にデバイスを直列に接続した。デバイスは ２３℃にて空気中に存在し、抵抗器は、スイッチを閉じると初期電流が１アンペ アとなるような大きさであった。試験において、スイッチを２秒間（デバイスを ドリッピングさせるのに十分な時間）閉じ、スイッチを再度２秒間閉じる前に、 デバイスを９０秒間放冷した。デバイスが破壊する（相当な抵抗の増加、例えば ４０％の増加または目視可能なアークまたは火炎により判る）まで、あるいは６ ０サイクルが完結するまでこのシーケンスを続けた。それぞれのサイクル後、冷 却したデバイスの抵抗を（２３℃にて）それぞれのデバイスについて測定した。

試験した４０のデバイスについての平均抵抗およびデバイスの抵抗の範囲を含む 結果を第１表に示す。試験の間、４つのデバイスは高抵抗故障を生じた。アーク 故障は生じなかった。

実施例２ 先に説明したブラベンダー押出機および条件を使用して、実施例１の組成物を、 それぞれが３２ＡＷＧニッケル被覆銅導体の１２本のストランドにより包囲され た中央の２２ＡＷＧ中実鋼線（直径０゜０２５インチ１０．０６３５ｃｍ）から 成る、２本のグラファイト−シリケート被覆１８’ＡＷＧワイヤー上に押し出し た。鋸を使用して、押出物を長さ０．２１０インチ（０，５３３ｃｍ）のピース に切断した。

鋼製ビンを使用して中央の２２ＡＷＧ中実ワイヤーをそれぞれのワイヤーから押 し出して、約０．０２６５インチ（０，０６７ｃｍ）の直径を有する中実スズ被 覆真鍮ビンにより置換した。実施例１と同様に、デバイスを熱処理し、照射し、 ボックスに入れ、試験した。試験結果を第１表に示す。６０サイクルの間、高抵 抗またはアーク故障は生じなかった。

第１表 ２３℃における抵抗（オーム） 要約書 第１接続要素（７）が抵抗要素（３）と電気的に接触している電気デバイス（１ ）。第１接触要素（７）はキャビティ（１１）を規定し、キャビティが空である 場合、そこに第２接続要素（２１）を挿入できる。第２接続要素（２１）は、電 源に接続できるが、キャビティ（１１）内に部分的に存在し、第１接続要素（７ ）と物理的かつ電気的に接触し、キャビティから突出する。そのようなデバイス （１）は本発明の方法により連続的なプロセスで製造できる。デバイスは回路板 （３１）に挿入する場合に特に適当である。

国際調査報告

Claims (10)

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