JPH1167408A - 磁性粒子を含む電気部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで制御可能かつ信頼度の高い電気部
品を提供すること。 【解決手段】 磁性粒子を含む電気部品は、複合品部品
の一端領域が繊維形成されたブラシ構造を有し、電気接
触表面に密に分配されたフィラメントコンタクトを提供
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気部品を少なく
とも一つ含む他の構成部品及び電気デバイスに対し、電
流を導くための電気接点を有する電気部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気接点及び電気装置を使用する典型的
なタイプの機械は、静電写真プリントマシーンである。
現在、幅広く使用されている静電写真プリント装置で
は、光導電性絶縁部材は均一な電位まで帯電された後、
複写されるべき原稿の光画像に露光されるのが一般的で
ある。この露光により、光導電性絶縁表面上の露光領域
あるいは背景領域からの放電が発生し、原稿に含まれた
画像に対応する静電潜像が部材上に生成される。あるい
は、光ビームは変調されて、帯電した光導電性表面の一
部を選択的に放電し、そこに所望の情報を記録するのに
利用することもできる。そのようなシステムは、レーザ
ー光線を採用するのが一般的である。続いて光導電性絶
縁表面上の静電潜像は、従来技術ではトナーと称され
る、現像パウダーによる現像をおこなうことで可視像化
される。ほとんどの現像システムでは、帯電キャリア粒
子と、キャリア粒子に摩擦電気的に付着した帯電トナー
粒子との両方を含む現像剤を採用している。現像の最中
には、トナー粒子はキャリア粒子から離れ、光導電性絶
縁領域にある画像領域の帯電パターンに引き寄せられ
て、光導電性領域上にパウダーイメージを形成する。次
に、このトナー画像は、例えばコピー紙などの支持表面
に加熱または圧力の適用により転写され、永久的に定着
される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】商業用途におけるこの
ようなプリントマシンでは、マシン内部の様々なサイト
へパワー及び、またはロジック信号を分配することが必
要である。これには一般的な慣行として、自動化された
マシン内の様々な機能要素にパワーとロジック信号を分
配するための、従来のワイヤ及びワイヤ配線が各マシン
において求められた。このような分散型システムでは、
ワイヤと構成要素の間を繋ぐ電気的コネクタが必要であ
った。さらに、例えばコピー紙、文書、その他の位置を
感知するためのセンサー及びスイッチも必要であった。
同様に、他の電気デバイス、例えばインターロック及び
それに似たものも機能を作動及び停止させるために提供
された。これらの電気デバイスは、通常は５ボルトまで
の電気信号電位及びミリアンペア領域の電流で作動する
低パワー作動型である。さらに、商業用途ではその多く
が１−１００アンペア領域の電流及び５ボルトを超える
領域の電圧を採用するハイパワー用途での使用を要する
電気接点構成要素及び関連デバイスを採用している。本
発明は、信号レベルの電流や低電位用途だけに限定され
るものではなく、より大きな電流輸送容量を必要とする
より高いパワー領域での用途をも含むものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】従来の電気デバイスは、
電気接触要素の開閉の際の相対的運動の提供には、例え
ばバネ、ロッカ、カム、及びピボットレバー等を含む機
械的な動作機構を採用している。これらの機構が、しば
しばデバイス全体の信頼度低下に寄与する主要な失敗要
素となっている。現在、このような電気機械デバイスの
一般的な動作寿命は、動作回数およそ１千万回から１億
回よりも少ない。将来の静電プリントマシンでは、その
ようなデバイスは１億回を超え、より好ましくは２億回
を上回り、おそらくは５億回をも超える動作寿命が必要
とされるであろう。本発明は、従来の機械的な機構の全
てではなくとも、その多くを排除し、動作寿命が１億回
をはるかに超える動作回数まで可能とする、デバイスの
信頼度を大幅に改善する手段を提供するものである。

【０００５】さらに従来の電気装置は、金属あるいは追
加的な金属または金属合金で覆われたベースメタルによ
り作成された電気接点の対の組み合わせを採用してい
る。上記した機械的バネその他の長期の消耗に対してだ
けでなく、摩耗、消耗、潰れ、変形及びそのようなもの
による接触表面の機械的な及び摩擦による劣化に対して
も貢献するこれらの金属コンタクト（接触）システムに
は、例えば１００グラムから５００グラム程度の高いコ
ンタクトロード（接触負荷）が通常は必要である。本発
明は、信頼できる作動のために必要な接触圧を、だいた
い１００グラム未満、さらにはだいたい５０グラム未満
のレベルにまで実質的に削減させることを可能とし、こ
れら軽目の負荷を、機械的負荷機構を用いては不可能あ
るいは大変高価になるような精度の範囲内に制御する手
段を提供する。

【０００６】本発明は、電気接点を低コスト、制御可能
かつ信頼度の高い方法で動作させる、各電気接触要素に
作用する磁力の利用を可能とする。

【０００７】従来の電気接点はサイズが小さいため、認
識マーキングまたはその他の情報をそこにプリントした
りスタンプする以外に、そこに固定できるデータ容量に
は、永久的あるいは半永久的なデータのどちらについて
も空間上の制約がある。さらに、プリンティング及びス
タンピング作業は、破壊や汚染の源となり得る伝統的な
金属接点への接触を必要とする。本発明は電気接点への
情報の当てはめ、より正確には符号化をおこなう新たな
方法を可能とするものである。

【０００８】一般的な電気部品については、米国特許第
５，５９９，６１５号（発明者：スウィフト（Swif
t)）、米国特許第５，２７０，１０６号（発明者：オル
ロウスキー（Orlowski))、米国特許第５，２５０，７５
６号（発明者：スウィフト（Swift)）、米国特許第５，
１３９，８６２号（発明者：スウィフト（Swift)）、及
びゼロックス開示ジャーナル（XEROX DISCLOSURE JOU
RNAL) 第１０号、番号２、ページ１０９−１１０（１９
８５年３・４月）の「静電エリミネータブラシ構造」
（発明者：スウィフト（Swift)) に開示されている。

【０００９】さらに、磁気を帯びた鍵及びクレジットカ
ードには、情報のコード化のための磁気テープがその一
方の面にラミネートされている。

【００１０】本発明は、軸方向及び他の部品との電気接
合をおこなうための２端を有する電気部品であって、複
数の導電性繊維をマトリクス中に含み、該複数の導電性
繊維を軸方向と実質的に平行な方向に向けて該マトリク
ス中に配向し、該導電性繊維はそれぞれの端において複
数の電気接触を提供するために一端からもう一つの端ま
で連続し、さらに電気部品が磁性粒子を含む、電気部品
を提供する態様により達成される。

【００１１】以下の用語及びフレーズは後述の意味を示
す。「電気部品」は、低、中及び高電流デバイスを含
み、「マトリクス」は、バインダ材を称し、「繊維形成
（fibrillation 及び fibrillated)」は、電気部品に
繊維を入れるためのマトリクスの選択的排除の過程を称
する。接触領域を含む繊維豊富な表面を形成するため
に、例えば電気部品の端領域から熱、溶剤あるいは摩擦
の利用によりマトリクスの実質的な部分、好ましくはマ
トリクスの全て、が排除される。このように本発明の態
様では、繊維豊富なブラシ構造を形成するために電気部
品の端部領域は少なくとも実質的に、好ましくは完全に
マトリクスから解放される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明では電気部品が提供され、
また、信頼性が大幅に改善され、低コストで容易に製造
され、幅広い種類の回路において低コンタクトの負荷
（low contactload）での信頼できる動作が可能な、ス
イッチ、センサー、コネクタ、インターロックその他な
ど、電流を導く多種類の電気デバイスが提供される。こ
れらのデバイスは、ミリボルトからキロボルトまでの範
囲の電圧および、例えば数百アンペアから数千アンペア
のハイパワー用途と対比するとマイクロアンペアから数
百ミリアンペアまでの範囲の電流を使用する、典型的な
低エネルギーデバイスである。本発明は、一アンペアか
ら数十アンペアまでの領域での一定の用途に使用され得
るが、最高の結果は、回路上の主要なデバイスに起因す
るパワーロスが許容し得る、高抵抗回路の場合に得られ
ることが知られている。さらに、これらのデバイスは、
非常に高い、例えば過度の発熱を生じないかあるいは発
熱を許容レベルに制御できる１万ボルトを超える電圧領
域での一定の用途に使用し得ることが知られている。こ
れらのデバイスは、概して電気デバイスの一般的な分野
に属する本質的に電気的なものであり、つまりこれらデ
バイスの原理の適用は、エネルギーレベルおよびシグナ
ルレベルが低めから適度なレベルまでの回路に対してお
こなわれる。さらに、電気機能を有する他に、これら電
気デバイスは、コラムビーム、レバーアーム、リーフま
たは他のタイプのバネ、窪み（recess) 、溝（groove)
、スライド、スナップフィット及びこれらと似た機械
的あるいは構造的機能を提供することが可能である。上
記の利点は、引き出し成形及び引き出し成形された少な
くとも一端の領域の繊維形成として一般的に知られる製
造プロセスを経て実現される。

【００１３】本発明では、電気部品は引き出し成形また
は他の適当な技術により作製され、端領域は、一端にお
いて豊富な繊維構造を生成するために繊維形成され、密
に分配されたフィラメントコンタクトを提供する。フィ
ラメントコンタクトは、分離可能なインターフェースを
横切る別の構成要素との電気結合（electrical matin
g) に非常に適している。この「密に分配されたフィラ
メントコンタクト」とは、接触構成要素が１平方ミリメ
ートル当たり１０００を超える独立した導電繊維を有
し、別の接触面との電気接触を補償する、極度に高い接
触冗長度の規定を意図したものである。好適な実施の形
態では、レーザー使用の場合、例えば工業用５００ワッ
ト二酸化炭素レーザーを使用した場合には、引き出し成
形された部材は個々のセグメントに切断され、１ステッ
プのプロセスで加熱繊維形成される。レーザー切断及び
繊維形成過程は、軟質で弾性があり、繊維豊富な電気接
点を生成するための、迅速で清潔かつプログラム可能な
プロセスを提供する。この電気接点は低価格で信頼性が
高く、寿命が長い。同様に、このプロセスは電気ノイズ
の発生が小さく、抜け落ちることなく、他の固体材料の
ように機械加工することができるにも係わらず摩耗まで
の期間が長く、交換が容易で、汚染されない導電コンタ
クトを作製する。第二の好適な実施の形態では、細い高
圧の水噴射が高速度の水流を用いた研摩アクションによ
り引き出し成形部材を加熱することなく切断する。この
プロセスは、繊維の先端をマトリクス樹脂と等しい面に
揃えて結果的に比較的強固で弾性のない繊維豊富な接触
表面を生成する。

【００１４】一方でレーザープロセスは、切断及び引き
出し成形材料に根深く繊維形成するための調整が為され
ると、ブラシ構造体のフィラメントの長さがフィラメン
ト自体の直径の幾倍もの長さを有し、軟質で弾性的に柔
軟なブラシを有する電気接点を生成する能力を有する。
このブラシは変形されると弾性的に反応することで多数
のフィラメント、所望レベルの冗長度及び高い弾力性、
長寿命のための柔軟性、信頼性の高い電気接点を提供す
る。他方、水噴射プロセス及びレーザープロセスの他の
変形プロセスでは、接触表面の繊維の長さは繊維自体の
直径の５倍をかなり下回り、比較的硬い、強固な接触表
面を提供するミクロ様（micro-like) の構造を生成する
ことができる。本発明の実施の形態では、マトリクス材
料が構成要素の端側に向けて延出する電気部品のどちら
かの端領域から排除されるマトリクスは皆無または僅か
である。

【００１５】引き出し加工プロセスは一般に、レジン浴
または含浸装置を経由する連続長繊維の引っ張り工程を
含み、次いで、幾何学的横断面が創られる予め形成され
た固定器具を経て過剰な液体または粉末レジン及び空気
が排除され、次いで段階的に加熱される型に入れられて
断面形状は継続的に硬化される。一般的に、このプロセ
スは引き出し加工された形状を有する繊維強化プラスチ
ックを作成するために使用される。１９８５年にニュー
ヨークのチャップマンアンドホール（Chapman＆ Hall)
社より初版が出版された著者レイモンド・Ｗ・メイヤ
ー（RaymondW. Meyer ）による「引き出し加工技術ハ
ンドブック（Handbook of Pultrusion Technolog
y）」では、引き出し加工技術についての詳細な記述が
提供されており、その開示内容は本明細書にも参照とし
て完全に組み入れてある。本発明の実施では、導電カー
ボン繊維が液体ポリマー浴に浸漬され、適当な形状を持
った型の開口部を通して高温で引き出され、液体ポリマ
ーと架橋結合され、型の寸法と形状とを有する固体片を
生成し、それが所望の電気部品に切断、成形、機械加工
される。この引き出し加工プロセスの結果、数千もの導
電繊維要素がポリマーマトリクスの中に具備され、上記
のレーザー及び水噴射切断方法を利用することでポリマ
ーマトリクスの端部は電気接触表面を提供するために露
出される。電気接点が独立して機能するためのこの高い
冗長度及び有用性は、これらデバイスの信頼性の大幅な
改善を可能にする。小直径の複数の導電繊維は、複数フ
ィラメントカーボンファイバ短線形状であるため、連続
長としてポリマー浴及び加熱された型を通して引き出さ
れ、成形された構成部品は、構成部品の一端から別の端
まで連続した繊維で形成され、かつレジンマトリクス中
に構成要素の軸方向と実質的に平行な方向に配向され
る。「軸方向」とは、引き出し成形プロセスが生み出す
構造の主要な軸に沿う縦方向または長さ方向の規定を意
図したものである。したがって、引き出し成形された複
合品は、引き出し成形プロセスでのコンフィグレーショ
ンの連続長で形成することが可能であり、適当などのよ
うな寸法にも切断することができる。複数のロケーショ
ンにかなり多数の電気接点を提供する。これら引き出し
成形された複合構成要素は、片方あるいは両方の端が実
質的に繊維形成されている。

【００１６】マトリクス、繊維、繊維へのオプショナル
な被膜、引き出し成形でのオプショナルな被膜、または
以下の準備技術を用いるこれらの組み合わせに磁性粒子
を合体（incorporate)させることができる。好適な実施
形態では、本発明はレジンプレポリマー（resin prepol
ymer) に対して直接投入する、小型粒子サイズの磁気充
填剤の高せん断混合ミキシング（high shear blend mi
xing) の利用を含む。粒子が例えば１ナノメートルから
１０マイクロメートルまでのサイズを有するソフトフェ
ライトやハードフェライト（例えばストロンチウム、
鉛、バリウムなど）、ネオジミウム鉄ホウ化物、ニッケ
ル、コバルト合金、などの適当な磁性粒子のどのような
ものも、さらに形状が球状、丸みを帯びている、あるい
は円筒状であるもの、または様々なサイズと形状をもっ
た混合物も最終的な複合物に所望の磁性特性を付与する
ために利用され得る。レジン重量に基づく0.01パーセン
トから５００パーセントまでの磁性粒子濃度が使用され
るが、最適な比率については、磁性効果、複合物の機械
的強度の喪失、複合物の密度の増加、及びコスト間の兼
ね合いが考慮される。このように、好適な実施形態で
は、例えばポリマーとの重量比２００パーセント未満ま
たは好ましくは５０パーセント未満である、磁性粒子充
填剤の最低量を採用している。これらの装填は、複合品
産業界では慣行であるが、最初のポリマー重量に基づい
ている。重要なことは、ポリマーが繊維及び最終複合物
の他の構成要素と一度複合化されてしまうと、これらの
濃度は総荷重の低位のものと等しくなることである。前
記したように、磁気材料を含有するレジン混合物に連続
炭素繊維を含浸し、固形複合品構造に形成する一般的な
引き出し成形プロセスでは、磁性粒子、液体架橋ポリマ
ーレジン、及び適当な触媒の混合物がレジン浴として使
用され、次いで適当な分配フィラメントコンタクトに加
工される。

【００１７】別の実施形態では、磁性粒子と適当なポリ
マー及び溶剤との混合物を使用する。液体混合物はスプ
レー、浸液、または液浸を被膜したファイバーを引き出
し成形プロセスに挿入する前に乾燥させる方法がある。
別の選択肢では、引き出し成形プロセスが生成した固体
引き出し成形構造に、ポリマー、溶剤、及び磁気充填剤
の混合物の被膜を伴う。この選択肢では、溶剤が乾燥し
て排除される前に、被膜を磁界に適用するよう変更を加
えることができる。磁界はこの場合、微細な磁性粒子材
料の構造的配列及び方位に、例えば多粒子柱状構造を生
み出すのに役立つ。多粒子柱状構造では、磁気的に配列
した粒子材料の各コラム（column) が別の同様なコラム
とかなり近接して平行かつ固体引き出し成形物に対して
垂直に配向する。一般的なコラムの寸法は、例えば直径
２ナノメートルからだいたい５０ナノメートル及び高さ
約１ミクロンから約５０ミクロンである。被膜が乾燥す
ると、配列コラムのアレイは、固体オーバーコート形成
のために保存することができる。最小粒子サイズの充填
剤の使用、すなわち２ナノメートルの充填剤を説明した
方法で配列させたものは、明らかに磁気配列充填剤の極
めて高い充填密度の被膜を生成する。理論的には、結果
的な符号化された情報が極めて高密度である充填密度一
平方ミリメートル当たり粒子数約３×１０⁶ に近づける
ことができる。この方法で得られた密度は、磁気材料を
含有したラミネートテープを用いた既存の磁気キー及び
クレジットカードに使用されたものよりも実質的に高
い。またコラム密度及び方位は、充填剤のサイズ及び形
状ならびに被膜乾燥中の磁界の調整により制御可能であ
る。

【００１８】オプションではさらに、静電気スプレーま
たは磁気粒子状材料のドライパウダー被膜アプリケーシ
ョンを利用している。磁気粒子状材料のドライパウダー
被膜アプリケーションは、引き出し成形プロセスへ投入
する直前に微細固形パウダーを繊維へ直接適用する形を
とる。同様に、磁気粒子状充填剤を炭素繊維の元である
ポリマーに対して、炭素繊維が形成される前の段階で直
接投入すると適当な磁気特性を有する繊維が提供され
る。この場合、繊維が炭化する際に加わる温度に耐えら
れる熱的安定性を有する磁気充填剤を選択するよう考慮
しなければならない。さらに別のオプションでは、一般
的にオーディオカセット及びビデオレコーダーで使用さ
れているような連続長の薄型磁気記録テープのストリッ
プを使用し、引き出し成形製造プロセスの最中に磁気ス
トリップ材料と共に炭素繊維充填剤を一緒に引き出し成
形する。これらオプションを組み合わせることも可能で
あり、あるケースでは望ましくもある。例えば、最終的
な引き出し成形製品に最大の量の磁気充填剤が求められ
る場合には、被膜されるばかりでなく繊維構造の中に充
填剤を含ませるため炭素繊維製造中に磁気充填剤が加え
られる。ここでは磁気粒子状材料は引き出し成形レジン
の中で混合され、全体的な成分にさらに追加して磁気充
填剤の増大をもたらすために、最後に引き出し成形物に
被膜される。

【００１９】本発明の実践では、適した繊維であればい
かなるものであっても使用される。一般的に導電繊維
は、非金属で直流体積抵抗率（DC volume resistivit
y ）約１×１０^-5から約１×１０¹¹Ω−ｃｍであるが、
抵抗ロスを最小化してＲＦＩを抑制するため約１×１０
^-4から約１０Ω−ｃｍが好ましい。例えば各繊維が平行
な個別の抵抗として働き、電流の導通を可能としている
引き出し成形部品の全体的な抵抗を減少させている、極
めて高い繊維密度を含む特殊な用途の場合には、１×１
０^-5Ω−ｃｍまでの高めの抵抗率範囲が利用できる。し
かしながら大部分の用途では、電流の導通を可能とする
ためには上述した好適な範囲内の抵抗率をもつ繊維が求
められる。「非金属（nonmetallic)」は、一般的な金属
繊維と区別するために使われる言葉であり、金属導電率
が１×１０^-6Ω−ｃｍの抵抗率を示し、非金属でありな
がら導電性及び磁気作用を有し、金属に似た性質の提供
または近づけるための処理方法がある繊維クラスを規定
する。関連する電気回路のインピーダンスが十分に高け
れば、高抵抗率材料が使用される。さらに、各導電繊維
の横断面は通常、円状で直径約４マイクロメータから５
０マイクロメータであり、小さな横断面領域にかなり高
い度合いの冗長性を提供する７マイクロメータから１０
マイクロメータまでが好ましい。一般的に繊維は柔軟
で、マトリクスへの適合性がある。一般的な繊維には、
炭素繊維及び炭素／グラファイト繊維が含まれるが、さ
らに金属粒子充填または金属メッキが施されたガラス、
セラミック及び有機質繊維も含まれる。

【００２０】使用するのに特に好まれる繊維は、ポリア
クリロニトリル（ＰＡＮ）前駆繊維の完全または部分的
な炭化を産出するための、管理された熱処理プロセッシ
ングから得られる繊維である。そのような繊維では、炭
化温度を注意深く一定限度内に管理することで、炭化さ
れた炭素繊維の正確な電気抵抗率が得られることが見出
された。ポリアクリロニトリル前駆繊維から得られる炭
素繊維は、商業用にはグラフィル・インク（Graphil,In
c.）、アモコ・パフォーマンス・プロダクツ・インク
（Amoco Performance Products, Inc.）、その他より、
市場では「トウ（Tow)」と称される１０００から１６
０，０００フィラメントの紡績束として商業生産されて
いる。金属メッキ炭素繊維は、ノバメット・スペシャル
ティ（Novamet Specialty)より入手可能である。トウ
は、一般的には２段階のプロセスを経て炭化される。第
一の段階では、「プレオックス（preox)」ポリアクリロ
ニトリル繊維（"preox" は、第一段階でのプロセッシン
グの結果として生成される中間繊維であり、黒色で直径
は比較的大きく非導電性である）生成のため、溶解した
束の安定化及び酸素環境下での温度３００℃でおこなわ
れるポリアクリロニトリル繊維の引き抜き加工、及びそ
れに引き続く不活性（窒素）環境下での高温での炭化を
含む。最終的な繊維の直流電気抵抗率（DC electrical
resistivity ）は炭化温度の選択により調整される。
例えば、直流電気抵抗率１０^-2から約１０^-6Ω−ｃｍを
有する炭素繊維は、処理温度１８００℃から２０００℃
で処理された結果である。これら炭化された繊維の生成
に利用されるさらなるプロセスの参照は、発明者ユーイ
ング（Ewing et al.)による米国特許第4,761,709 号及
びその第８コラムに引用された文献に注目されたい。一
般的に、これら炭素繊維は１平方インチ当たりモジュラ
ス数が約３千万から６千万または２０５−４１１GPa で
あり、数多くのスチールよりも高いために極めて強い引
き出し成形部品を可能としている。ポリアクリロニトリ
ル繊維の一般的な高温変換温度は、結果的に不活性で酸
化にも強い約99.99 ％の炭素成分をもたらす。もちろ
ん、オプションとして前述したように繊維中に直接投入
する微細な磁性粒子状充填剤の添加によりこれらの特性
は変えることができる。例えば、フェライトが充填剤と
して使用されている場合には、最終的な炭素密度の減少
分は、主に鉄及び酸素である充填剤の量と等しくなる。
もちろん充填剤の選択には、最終物の生成のために経由
されるプロセスの温度を考慮しなければならない。最高
温度を経由する場合、例えば最高度の伝導性を有する炭
素繊維を生成する場合には、プロセス条件に対する耐性
のなさ及び炭素繊維の最終的な強度に対する逆効果を及
ぼしかねないフェライトよりも、ニッケルまたはストロ
ンチウムが酸素成分の選択肢としては勝っている。繊維
としては、Ｔ３００登録商標及びＴ６５０登録商標ポリ
アクリロニトリル（PAN)などのアモコ社ソーネル（Amoc
o THORNEL 登録商標）炭素繊維がある。

【００２１】導電性炭素繊維を使用する一つの利点は、
負の熱伝導係数を有することである。例えば高い電流サ
ージの通過により高温になるに従い各繊維の導電性は上
昇する。金属はこれとまったく逆の方法で作用するた
め、金属コンタクトは溶着、焼損、または自滅する傾向
があり、この点で導電性炭素繊維は金属コンタクトに対
して有利である。炭素繊維はさらに表面が本質的に粗く
多孔性であるため、マトリクスへの優れた粘着力をもた
らす点でも有利である。さらに不活性な炭素材料は、大
多数の金属と比較すると、抗腐食力が比較的高い接触表
面を生み出す。

【００２２】本発明の実施には、適切なマトリクスのい
かなるものでも用いることができる。本出願にも開示内
容を完全に組み入れた米国特許第5,599,615 号に説明さ
れた発明者スィフト（Swift et al）による金属マトリ
クスも使用することができる。またマトリクスは絶縁性
あるいは導電性のどちらでもかまわない。引き出し成形
物の縁部に沿って横方向（cross directional)の導電性
が望まれる場合には、導電ポリマーが使用される。逆
に、引き出し成形物の縁部に沿って絶縁特性が望まれる
場合には、絶縁ポリマーの厚膜あるいは引き出し成形構
造の円周に絶縁繊維を使用しつつ、導電繊維は縁部から
離れたところに配置することができる。

【００２３】一般的にマトリクスは熱可塑材及び熱硬化
性レジンのグループから選択される。ポリエステル、エ
ポキシ、ビニルエステル、ポリエチルエチルケトン、ポ
リエチルイミド、ポリエチルサルフォン、ポリプロプレ
ン及びナイロンは一般的にエポキシ、ポリエステル及び
ビニルエステルに適しており、その硬化時間の短さ、相
対的化学的不活性度、磁性充填剤との適合性、水噴射及
びレーザープロセッシングでの安定性が好まれている。
エラストマーマトリクスが所望された場合には、シリコ
ン、フッ素シリコンまたはポリウレタンエラストマーが
ポリマーマトリクスとして使用される。一般的な特殊材
料には、Oshland Oil Inc.より入手可能なHETRON 613
登録商標、HETRON 980 登録商標、ARPOL 7030登録商
標、及びARPOL 7362登録商標、Koppers Company,Inc.よ
り入手可能なDION ISO 6315登録商標、そしてVestron
Corporation から入手可能なSILMAR S-7956登録商標
がある。その他のマトリクスレジンには、ビスフェノー
ルＡエポキシレジンの改変型EPON 9405登録商標／9470
登録商標（Shell Chemical Company ）、改変エポキ
シであるRSL-2384登録商標（Shell Chemical Compan
y)、ウレタン改変ビスフェノールビニルエステルATLAC
580 登録商標（Reichhold Chemical Inc.)、及びエ
ポキシビニルエステルであるDERAKANE 411 登録商標、
441-400 登録商標、470 登録商標、510 登録商標、8084
登録商標（Dow Chemical Company)がある。適切なレジ
ンに関する追加的情報は、著者Meyer による上記ハンド
ブックの第４章を参照されたい。潤滑、耐腐食、接着促
進、あるいは難燃など所望の特性に応じてこれら特性を
有する他の材料もマトリクス浴に加えることができる。
さらにポリマー浴には、任意の色、テクスチャーを提供
するためにカルシウム炭酸塩、アルミナ、シリカまたは
顔料などの充填剤、また、例えば滑り接触の摩擦削減の
ための潤滑剤を含めることもできる。さらに粘度、表面
張力を変更するための添加物または架橋結合、引き出し
成形物を他の材料に結合するための支援も追加すること
ができる。繊維にサイジング処理が適用されている場合
には、適合するポリマーを選択すべきである。例えば、
エポキシレジンが使用されている場合には、レジンと繊
維との接着を促進させるため、繊維にエポキシサイジン
グ処理をおこなうことが適当である。

【００２４】ポリマーマトリクス中の繊維のタイプ及び
装荷は、所望される導電性だけでなく最終的な構造体の
断面積及び他の力学的、物理的、磁性的特質に依存す
る。一般的に、マトリクスの比重は1.1 から1.5 程度で
ある一方、繊維の比重は1.7 から2.2 程度である。一般
的に極めて高い繊維密度（コンセントレーション）、例
えば重量で５０％超、しばしば７５％を超えるのが引き
出し成形プロセスの特性であり、このプロセスでは引き
出し成形された構成要素の形状、サイズ及び複雑さ、ポ
リマーのタイプ、粘度、ダイス型、プロセス粘度及び温
度等の要素により決定される最低限度の総繊維荷重を必
要とする。複合物の導電性を規定低レベル、例えば１×
１０^-1Ω−ｃｍに制御するために、引き出し成形コンポ
ーネントの重量の１％から５％までの少量の炭素繊維が
含まれる一方、ガラス繊維など他の繊維は、引き出し成
形プロセスが必要とする最低限度の量を加えなければな
らない。一般に、導電率の高い引き出し成形複合品の提
供のためには炭素繊維装填度の高い引き出し成形が好ま
れる。

【００２５】本発明の実施例では、導電構成要素にはAm
oco UC-309登録商標レジン及びこれとサイズを合わせて
作られたAmoco T300登録商標炭素繊維、マトリクスとし
てICI より入手可能なMODAR 826 HT登録商標（アクリル
改変ポリエステルを含有すると信じられている）、さら
にポリエチレンワックスなどの適切な潤滑剤およびNour
y PERCADOX 16N 登録商標のような加硫剤が少量含まれ
る。本発明の他の実施例では、導電構成要素としてAmoc
o UC-309登録商標レジン及びこれとサイズを合わせて作
られたAmoco T300登録商標炭素繊維、マトリクスとして
Georgia Pacific より入手可能なGP442D35 RESI-SET登
録商標（フェノール化合物を含有すると信じられてい
る）を含み、外部触媒は使用せず、ポリエチレンワック
ス等の適切な潤滑剤を少量含む。

【００２６】引き出し成形される複合品構成要素は、例
えばMeyer による「引き出し成形技術のハンドブック
（Handbook of Pultrusion Technology) 」に記述さ
れているような引き出し成形技術に従って準備される。
一般に、前すすぎ浴中での導電性炭素繊維の連続マルチ
フィラメント撚り線の前すすぎ後に、粒子状磁気充填剤
を含む液体ポリマーまたはポリマー湯の連続混合槽を通
して連続撚り線を引き出し、レジンの加硫温度またはそ
れ以上に加熱された型を経由させた上で、切断または巻
き取り位置での必要に基づき乾燥器に導入するステップ
を含む。プロセスのより完全な詳細についてはMeyer を
参照されたい。引き出し成形された複合品構成要素の所
望される最終的な形状は、型により提供された形状とな
る。一般に、引き出し成形物の断面は円形、楕円形、正
方形、矩形、三角形、その他である。いくつかのアプリ
ケーションでは、断面が不規則であったり前記の形状を
有する円型あるいはチューブ状に中空になる場合があ
る。他の構造には導電性及び非導電性繊維の混在が許容
されていたり、あるいは磁気的及び非磁気的充填剤の混
在する領域を設けることも可能である。引き出し成形
は、標準的な機械工場でおこなわれている方法に従い、
一般的な炭化物のツール（carbide tool) による機械加
工が可能である。一般的な機械加工技術により、引き出
し成形された複合品構成要素に孔、スロット、リッジ、
溝、凸面、凹んだ接触領域、ねじ山、を形成することが
できる。あるいは引き出し成形プロセスを改変し、引き
出し成形物を型から取り出した当初は柔軟（pliable)で
折り曲げ可能とするか、または形造られた後に加硫をさ
らにおこなうことで強固な構造部材とすることもでき
る。あるいは引き出し成形用レジンが熱可塑性プラスチ
ックであれば、部品は熱いまま型からはずされ、形造ら
れた後に凝固させるために冷却するようにプロセスを調
整することができる。

【００２７】一般に繊維は、例えばヤーン当たり1000、
３000 、６000 、12000 、あるいは160000までの数のフ
ィラメントを有する連続フィラメントヤーンとして供給
される。形成された引き出し成形部品において繊維は、
だいたい１×１０³ （名目直径10-12 マイクロメートル
の繊維の引き出し成形による70-75 ％の重量荷重）から
だいたい１×１０⁷ （名目直径４マイクロメートルの繊
維の引き出し成形による90％の重量荷重）の一平方セン
チメートル当たり接触ポイント数を提供する。

【００２８】個々に活性的である繊維を含む電気接触表
面の高い冗長度を有する電気部品は、さまざまな適した
技術を利用して繊維形成される。引き出し成形部品を繊
維形成する一般的な技術には、引き出し成形部品の端部
のポリマーマトリクスを溶剤及び熱により排除する方法
が含まれる。本発明の好適な実施例では、繊維形成はレ
ーザービームの照射によりおこなわれる。排除プロセス
では、ポリマーマトリクスは繊維と比較して大幅に低い
融点あるいは分解点を有していなければならない。同じ
ように溶剤の排除プロセスでは、溶剤はポリマーマトリ
クスだけを排除し、繊維に対する溶剤であってはならな
い。どちらの場合であっても、排除は、かなりの量の残
留物が残らない状態で実質的に完了しなければならな
い。一般に引き出し成形部材は連続長で供給され、より
小さい面を有する繊維形成されたコンタクトに形造られ
る。つまりレーザーの利用により、長い状態のものを部
品毎に切断すると同時に、切断した両端を繊維形成して
冗長度の高い繊維接触を提供する。下流側の優れた引き
出し成形部品及び上流側の２番目の引き出し成形部品に
冗長度の高い繊維接触を提供する。一般に、ポリマーマ
トリクスが吸収し揮発するレーザーが利用される。これ
らはまた安全で、急速な切断のためハイパワーを有し、
パルス化または継続した出力のいずれかをおこない、作
動が比較的簡単でなければならない。特殊なレーザーに
は、二酸化炭素レーザー、一酸化炭素レーザー、ＹＡＧ
レーザーまたはアルゴンイオンレーザーが含まれるが、
信頼性が高く、ポリマーマトリクス吸収及び製造環境に
最適であり、また最も経済的である二酸化炭素レーザー
が好まれる。本発明は、以下の例示により説明される。

【００２９】１平方ミリメートル当たり密度10,000繊維
を超えるビニルエステルレジンマトリクスに提供され
る、0.001 から0.1 オームセンチメートルの抵抗率を有
し、直径８マイクロメートルから１０マイクロメートル
の炭素繊維で作成された直径2.5 ミリメートルのロッド
形状の引き出し成形物が、ロッド軸の周りを秒当たり１
回転の緩やかな速度で回転しながら６ワット連続波によ
る0.5 ミリスポットに収束された（Adkin モデルＬＰＳ
−５０）レーザーにより照射される。照射後１００秒程
経過すると、１つのステップではレーザーは引き出し成
形物をクリーンに切断し、フィラメント端（両方の端）
から数ミリになるまでビニルエステル結着レジンを均一
に揮発させ、図１に示すように強固な引き出し成形物に
接合された「絵画用ブラシ」の穂先部分を残す。さら
に、好適な実施形態はワンステップのレーザー切断及び
繊維形成プロセスの参照により説明されているが、切断
及び繊維形成プロセスは個別かつ連続しておこなうこと
ができる。

【００３０】３００ワットの継続波で作動する、より大
きな二酸化炭素レーザー（干渉型一般モデルEverlase54
8 ）を利用し、同じ材料で作成された直径１ミリメート
ルの引き出し成形物を分当たり約7.5 センチメートルで
走査すれば、１秒未満で切断及び繊維形成することがで
きる。

【００３１】本発明による電気部品の好適な実施例を図
示した図２及び図３を参照されたい。この電気部品は、
複合品部品の一端領域が繊維形成されたブラシ構造を有
し、電気接触表面に密に分配されたフィラメントコンタ
クトを提供している。前述した複合品部品では、電気接
触の高度な冗長性を提供するために繊維密度が少なくと
も平方センチメートル当たり1000繊維のブラシ構造であ
ることが理解されよう。そのようなレベルの繊維密度
は、図２及び図３では正確には描写できないことが理解
されよう。しかしながら図１では、ブラシ構造の繊維は
実質的に均一な繊維長を有し、ブラシ構造とマトリクス
を含む複合品部品の部分との間の境界が明確に規定され
ている。これはレーザー、水噴射または酸を使用したエ
ッチングプロセスの精密な制御により可能とされ、端領
域からマトリクスを選択的に排除することができる。

【００３２】図１、図２及び図３は繊維直径の５倍を大
幅に上回る長さを有するブラシ構造の繊維を有する電気
部品を図示した。したがって変形された場合には、集合
として弾力的に反応しつつ概して弾性的に柔軟である。
このタイプの電気部品は、すり接触や整流子ブラシのよ
うに、弾性的に柔軟である繊維の接触が所望される用途
において利用が見込まれる。これらのコンタクトでは、
各繊維はかなり微細かつ弾性的であるため別の接触表面
との接触を保つため、結果として僅か５グラムから５０
グラム程度の低い接触負荷においてさえも低い接触抵抗
を保つ点に注目されたい。したがって、従来の金属接触
で頻発したような電気接触の途絶を引き起こさないで上
下振動を経験することができる。そのため、上下振動や
バイブレーションのような物理的環境面での軽度の途絶
が発生した場合でも、これらは機能し続ける。このタイ
プのマクロ繊維形成は、よりミクロな繊維形成とは区別
されるべきである。ミクロな繊維形成では、マトリクス
レジンを超えて延出する繊維の長さが最小であり、また
ブラシ構造中の繊維の長さがその繊維自体の直径の約５
倍よりも短く、末端が比較的強固かつ変形しにくい接触
表面を提供する。この部品では個々の繊維のたわみは最
小であるため、この構造はスィッチ、センサー及びコネ
クタ等の、固定または非滑動のかみ合わせの良いコンタ
クトを要する用途での利用が適している。それにもかか
わらずミクロの実施形態は、接触表面を規定する個々の
繊維が大きな冗長性を有するために高い信頼性を提供し
ている。このミクロの実施形態では、クリーンでレジン
混入のないコンタクト及び他の表面とのかみ合わせを提
供するために、マトリクス部分とブラシ構造との間の適
切な境界ゾーンが維持されることが特に重要である。

【００３３】境界ゾーンとは、マトリクスが接触領域か
ら全てまたはほとんど排除された部分と、マトリクス材
料がまったく排除されていない複合品のセクションとの
間の複合部品の部分を称する。利用されるこのマトリク
ス排除プロセスは、境界ゾーンにある残余のマトリクス
材料のグラデーションに影響を与える。上記の６ワット
及び３００ワットの二酸化炭素レーザーにより作られた
境界ゾーンでは、レーザーにより生成される光が引き起
こす熱との接触により部品の少量部分が実質的に温めら
れる。この熱は、炭素繊維の切断あるいはマトリクスレ
ジンの分解及び揮発を開始するのに十分な熱さである。
材料の熱伝導性、レーザースポットのエネルギー、及び
照射時間により、熱は接触が開始された領域から複合品
材料の冷たいバルクにまで拡散する。動的加熱処理（ダ
イナミックヒーティング）中に起きる部品の縦軸に沿う
温度変化の状態は、結果として境界領域でのマトリクス
材料の分解、揮発のグラデーションを引き起こす。ある
いは水噴射による切断プロセスでは、部品に熱を誘発さ
せることなく、木目細かな高速水流による研削アクショ
ンを利用して材料の切断を実行している。研削では部品
を切り落とすだけでなく、繊維の穂先からレジンを取り
払う傾向があり、繊維に沿った極めて短い距離に極めて
小さな境界領域を生み出す。

【００３４】自由繊維長（free fiber length ）とは、
マトリクスレジンが取り除かれた複合部品のブラシ構造
中の繊維の長さを称する。１インチまであるいはそれ以
上の長さである、適切な自由繊維長が使用される。しか
しながら、約５ミリから１０ミリよりも長い自由繊維長
では、一般的な他のブラシ構造のためのアセンブリ技術
と比較して、マトリクスの排除及び廃棄のコストがかさ
むため実用的ではなくなる。静電及び他の電気的、電子
的用途向けには約0.005 から３ミリメートルの自由繊維
長が好適である。ミクロの実施例で、例えば直径が約１
０ミクロンよりも小さい自由繊維の接触端は比較的強固
であり、部品と区別するには繊維長が短すぎるため、触
ると固体のように感じられる。しかしながら、自由繊維
長が約0.25ミリメートルよりも大きいマクロの実施例で
は、繊維形成された接触端は軟らかであるため、絵画用
のブラシあるいはファジーなベロアのような感触がす
る。

【００３５】本出願の主題である磁気特性を有する繊維
形成された部品は、電流を導くための装置の少なくとも
一つの接触部品を提供するために使用され、他の接触部
品は一般的な導体及び絶縁体から選択される。さらに／
あるいは双方のコンタクトは類似または非類似の考案さ
れた複合部品及び考案された繊維形成複合部品より作成
される。あるいは、一つのコンタクトは複合部品ではあ
るが、繊維形成されていないことも有り得る。一つのコ
ンタクトはマクロに繊維形成され、別のコンタクトはミ
クロに繊維形成され、一つまたは双方ともに本発明によ
る磁気材料を含むこともある。さらに、一つまたは双方
の電気部品が機械的または構造的機能を提供することも
ある。例えば、コネクタのために電流を導くコンダクタ
としての役割に加え、例えばブラケットあるいは他の構
造支持、または金属コネクタ上のクリンプのための機械
的留め具、または柔軟であってバネあるいはレバー部材
など、繊維形成複合部品の固体部分（マトリクスを含
む）は機械的な部材として機能し得る。複合部品の繊維
形成された部分は、磁気特性に加えて例えばガイドレー
ル、ピン、停止部材、あるいは走査ヘッドが搭載される
ためのレールを提供しながら、位置センサまたはブレー
キなど、別の（単数または複数の）部品に対して働く磁
力を提供しつつ、接地経路も同時に提供する機械的特性
を提供し得る。したがって、機能は統合され、部品は削
減され、実際に一つのピースが電気接点、磁気アクチュ
エータ、及びそれ自身のための構造支持部材、そして電
気接続として機能し得る。

【００３６】図４は、文書センサデバイス６６を経由す
る文書１６の移動経路を示す。一般に文書センサ６６
は、対抗して配置された導電コンタクトのペアを含む。
そのようなペアの一つが、ベース７６にマウントされた
導電性支持体７４が支える複合部品７２と電気接点を有
す支持体７０に支持された導電繊維６８に含まれる極め
て繊細なニッケル粒子またはニッケル金属プレートなど
の磁気材料を有する繊維形成されたブラシとして図示さ
れている。下部に位置する複合部品は、マトリクス状に
配された複数の導電性繊維７１を有し、導電性繊維７１
は図で示したとおり、磁性粒子が充填され着磁されて永
久磁石として構成されたレジン７５を含む。接触端の繊
維形成は、繊維形成ブラシ６８の繊維と接触できるよう
に繊維の一端が自由繊維先端で構成される表面７３を規
定するためにおこなわれる。また繊維形成ブラシは、シ
ート経路に対して横にマウントされ、コンタクト間の文
書の通過により屈折される。文書が提供されない時に
は、繊維形成されたブラシ繊維６８は、複合部品７２の
表面７３と閉電気回路を形成する。繊維６８と表面７３
との間に提供される磁力により、文書通過直後には繊維
を示された位置まで戻す働きがあるため、文書の後縁の
正確な位置を極めて正確に反映することを可能とし、し
かも偽性あるいは誤った信号を誘発するような接触によ
る上下振動、振動またはその他のずれ無しにおこなう。
このように、このセンサデバイスの信頼性及び精度は本
発明により改善される。

【００３７】光導電体接地ブラシ２９と共に、矢印で示
す方向に移動する光導電体１０を側面概略図で示した図
５を参照されたい。移動する光導電体ベルトは、ベルト
を横断する継目がある場合があり、継目の頂点は絶縁性
であるために、潜在的に光導電体の導電領域から接地ブ
ラシを跳ね上げて接地を途絶させることが考えられるた
め、接地ブラシのマトリクス部分にはノッチまたは
「Ｖ」が形成されている。この問題を防ぐために、この
幾何学的形状はノッチまたは「Ｖ」の空間により分離さ
れた２つの繊維形成されたブラシ構造を提供する。この
デバイスの導電性または半抵抗性の繊維は、示された方
向に向けて繊維を磁気的に分極するのに十分な磁性充填
剤を含む。永久磁石あるいは電磁石２７が各ブラシ表面
に対向する下部に位置付けられ示されるように磁気的に
分極している。移動する光導電体１０の表面に出現する
ことがある継目、または表面の凸凹を通過する際に発生
する上下振動を伴う場合であっても、各ブラシ表面には
５グラムから２５グラムまでの均一な接触負荷が与えら
れるように磁界の磁力は調整される。

【００３８】図６は、図５の部品の上面図であり、部品
の各端に沿って縦方向に延出した構造体としてのレール
２８を含めて図示している。延出面に沿う面上を、部品
が容易にスライドできるように、レールは、組み合わせ
形状のブラケット（図示せず）に対して部品を配置し位
置合わせするために供される。この配置により、図５で
示した磁力により制御される接触負荷が加えられた状況
下で、受光体表面に対して電気的ブラシ表面が垂直な配
列を保つことができ、移動する受光体の表面に対して信
頼できる滑り接触を提供している。

【００３９】図７は、ロッド形状である対の電気接触部
品（２９、２９’）及びレーザー切断プロセスにより極
めて短い自由繊維長を与えられて強固な表面が形成され
た接触表面の組み合わせ（７１，７１’）の側面概略図
を示す。図７で最も上に位置する部品は、示したように
磁気的に分極された複合品のマトリクスレジン中に磁気
充填剤を含んでいる。窪み（８０，８０’）は両方とも
周辺を切られて下に位置した部品に円形電磁石２６が永
久的に固定されるようになっており、下に位置した部品
は例えばハウジング（図示せず）などの適切な支持部材
へ強固にマウントされる。下に位置した部品は磁性充填
剤を含んでいないので、下の電気部品と電磁石との間に
磁界は存在しない。上に位置する部品の作動及び移動を
引き起こすために電磁石と上に位置する部品の窪み部分
との間には適当な磁界が形成され、上に位置する部品は
下に位置する部品との正確な位置合わせ及び密接な接触
を提供できるように外部マウント（図示せず）に含めら
れ、これにより電気回路が閉じられてインターフェース
を横断する電流のフローが可能となる。電磁石の磁界を
反転させると、電気回路が開いて部品の分離が生じる。
電磁石は、述べられた動作及び接触アクションを引き起
こす最低レベルの磁界を供給するように制御される。こ
のように、二つの接触部品を含む電気デバイスの実施形
態では、部品の一つに磁石が組み合わされることがあ
る。

【００４０】図８は、繊維形成されたブラシ構造を各部
品の一端に有する一般の電気部品の対に接触負荷が適用
された時の接触抵抗の挙動をグラフ化したものである。
ここで重要なのは、磁力により容易に提供することがで
きる僅か５グラムから１０グラムまでの負荷が与えられ
た時に、低い、安定した接触抵抗が得られることを示し
ている。本発明の実施形態では、発明された電気部品
と、同様な電気部品または異なる電気部品が生み出す接
触負荷は、例えば約１グラムから約１００グラムの範囲
にわたり、好ましくは１００グラムよりも少なく、より
好ましくは約５０グラムよりも少ない。

【００４１】図９は、平棒形状の電気部品７５及び少な
くともその一方の端に沿って設けられ、磁気充填剤を含
んだオーバーコート層８２を図示している。オーバーコ
ート層８２には、適切な磁気記録用デバイス（図示せ
ず）を使用して磁気的にコード化された情報を据えるこ
とができ、それは永久的に格納され適切な磁気読み取り
デバイス（図示せず）を経由させて取り出すことができ
る。オーバーコート層８２の結着剤は、ここで説明した
マトリクス材料を使用することができる。コーティング
層から溶剤が揮発して乾燥する以前に層内の磁性粒子を
磁界により磁化することで磁性粒子はコーティング層内
に配列した柱状に配向され、その後この粒子状配列は強
固なオーバーコーティング層内に凝固される。このよう
に実施形態では、電気部品の表面部分のコーティング内
に、今まで得られなかったほどの非常に高い密度で磁性
粒子が含められ、電気部品の極めて小さいスペースに極
めて大きな情報量をコード化している。

【００４２】このように本発明では、利用可能な接触ポ
イントの高い冗長性を提供する密集配分されたフィラメ
ント接触を有する電気部品が提供される。これは一般的
な金属同士の接触負荷よりもオーダー単位で大きいもの
である。さらに、電気抵抗の制御が可能で、汚染に強
く、有毒でなく、環境面での安定にも貢献できるように
設計された、信頼性が高くて廉価かつ長寿命な電気部品
が提供される。これは低エネルギー構成で長時間機能す
ることができハイパワー用途に使用することができる。
さらに、好適な実施形態において引き出し成形部材は個
々のコンタクトに切断することができると同時に繊維形
成されて最終的なコンタクトが提供される。プログラム
を用いた方法により、レーザーが正確に制御されて照射
されるため、最終的なコンタクトの自由繊維長は接近し
た状態に制御され、引き出し成形部分とその自由繊維と
の間の境界は明確に規定される。さらに、自動化された
ワンステップの製造が可能なことに加えて、部品には電
気機能と機械的あるいは構造的機能とを統合させること
ができる。

【００４３】磁気材料としては、異なる形状の組み合わ
せも含めて、どのような形状の粒子でも好適である。微
小な直径の導電繊維の生産のために磁性粒子は好ましく
は２０ミクロンよりも短く、より好ましくは５ミクロン
よりも短く、さらに好ましくは１ミクロンよりも短い直
径であることが好ましい。例えば磁性粒子は約１ナノメ
ートルから約１０ナノメートルの範囲の長さの直径を有
する。

【００４４】磁性粒子は磁気的には応答的であるが、電
気的にも導電性、半導性、または非導電性とすることが
できる。導電性の磁気材料、例えば鉄、コバルト、ニッ
ケル、様々な金属酸化物、フェライト及び磁気的なカー
ボンブラックが使用可能である。電気的に半導性の磁気
材料、例えば鉄の金属酸化物のあるもの及びフェライト
のあるものも必要な導電度に応じて使用できる。本発明
では、非導電性の磁気材料も直接または複合品として、
あるいは密接混合（intimate mixtures）による導電性
材料との混合、例えばコアが磁気材料で構成され外郭が
導電体で構成されたコア及び外郭構造をとる材料、など
により使用可能である。さらに、電気的に半導性または
非導電性材料を外郭に有しながら導電性の磁気的コアを
含む磁性粒子を使用することも可能である。様々な実施
例が可能であり、要求される導電度及び磁性に応じて選
択される。熱可塑性または熱硬化性であるポリマー外郭
材料、例えば熱可塑性としてはナイロン、ポリエステ
ル、アクリル、ポリプロピレン、ポリエチレン、及び似
たものが、そして熱硬化性としてはエポキシ、ビニルエ
ステル、ポリエステル、及び似たものが磁性粒子状材料
及びマトリクスレジンとの適合面から好まれて選択さ
れ、複合品及びデバイス製造作業中及び最終的な用途に
おける使用時にも安定を保つ。他の外郭材料もここに開
示する。

【００４５】磁性粒子は、最初のポリマーマトリクスと
の重量比では例えば約0.01％から約500 ％までの範囲で
提供されるが、それは電気部品の重量の約0.005 ％から
約30％の範囲の重量に等しく、電気部品の重量に応じて
重量比で約0.1 ％から約20％であることが好ましい。

【００４６】一般に、マトリクスレジンと適合する全て
の磁気材料は、コンパウンディング及びデバイス製造プ
ロセス下では安定であり、所望の温度になると磁化され
るものが使用される。これらの材料の磁力は、磁気飽和
磁化により、グラム当たり電磁単位（emu/g)として測定
されるが、その値はゼロを僅かに超える、つまり数emu/
g から、例えば室温下で磁気飽和を迎える鉄の測定値２
１０emu/g に至るまでの範囲に及ぶ。このように、この
範囲には遷移元素の塩、及び希土類元素の塩及び酸化物
としての強磁性体である鉄、コバルト、ニッケル及び金
属合金を含み、希土類元素の塩及び酸化物としての反強
磁性体（antiferromagnetic)である遷移金属酸化物のあ
るもの、塩化物、フッ化物、硫化物、クロム、αマンガ
ン、金属合金を含み、フェリ磁性体として立方体及び六
角フェライト、マグヘマイト、ガーネット及び合金を含
み、超常磁性体としてのシングルドメインのナノスケー
ルの材料及び常磁性イオンのクラスタ、そして他の種類
の磁性を示す材料、例えばメタ磁性、傾斜された（cant
ed) 強磁性体、そしてまだ言及されていないいかなるも
のも含まれる。材料の候補としては、いわゆる分子磁石
をも含む。さらに、使用されている磁気材料は磁気的に
ハード（magnetically hard) あるいはソフトである。
前者は大きな保磁度を有して材料の脱磁を困難にする一
方で、後者は極めて低い保磁度を有して材料の脱磁を容
易にする。バリウム及びストロンチウムフェライトは前
者の例であり、元素イオンは後者の例である。

【００４７】好適な導電性磁気材料には、例えばカーボ
ンブラックを含む鉄、また例えばニッケル、鉄、コバル
ト、その他及びその酸化物及び混合物などの金属粒子、
そして例えばパーマロイ、モリブデンパーマロイ、及び
似たものなど磁性合金のパウダーが含まれる。導電粒子
は、カーボンブラックを含有する微小直径（１ミクロン
未満）な鉄または鉄粉を含むことが最も好適である。適
切な材料及び磁性粒子のための遷移形成プロセスは、発
明者Ziolo による米国特許第4,474,866 号及び同発明者
による米国特許第4,238,558 号に開示されており、その
内容は参照として本出願にも完全に含められる。

【００４８】本発明の実施例では、磁性粒子及びこれら
の磁性粒子の提供方法は、発明者Ronald Ziolo による
米国特許出願番号第08/600,642（包袋番号D/96028 ）に
記述があり、その開示内容は本出願にも参照として援用
される。開示によると磁性微小粒子は、磁気コア及び少
なくともそのコアの一部、好ましくは全部、を覆う高分
子材料を含む。この磁気コアは、ここで説明されている
ような磁気材料、例えばγFe₂O₃ などの鉄酸化物である
ことができる。磁性微小粒子には、磁気コアが約0.001
重量パーセントから約60重量パーセントまでの範囲の量
で提供され、高分子材料が約40重量パーセントから約9
9.999重量パーセントまでの範囲の量で提供される。磁
性微小粒子はナノメートル距離範囲の直径、好ましくは
約２ナノメートルから約１００ナノメートルまでの距離
範囲で、平均直径名目値としては約８ナノメートルがよ
い。磁気コアは、まったくまたは実質的に磁気記憶はし
ない（不要）と信じられている。

【００４９】本発明は電気部品の操作、起動、移動、さ
もなければ制御のために磁力を利用する、廉価で、信頼
性が高く、効果的な方法を提供する。特に重要であり本
発明でも提供されているのは、電気接触の接触力を極め
て低いレベル、例えば１グラムから３０グラムまでの間
に制御することである。これは一般の機械的な手段、例
えばコイルまたは重ね板バネの利用では、想定されてい
ないまたは信頼できない制御レベルであった。再び図８
を参照されたい。最低レベルの接触抵抗を達成するため
の低接触負荷はフィラメント分配接触表面の特徴であ
り、コンタクトは極めて軽い接触負荷の下では長期間の
連続作業が可能である。この特徴は、コンタクトデバイ
スの失敗の一因となる機械的力が本発明の利用により最
小化されるため、コンタクトに極めて長期の実用寿命を
与えている。本発明の実施形態では、磁性粒子が磁界の
下で磁化されると、別の部品に対する電気部品の接触負
荷に貢献する。さらに、例えば製造日付コード、製造プ
ロセスコード、製造者認識、原材料の情報及び似たよう
なものである磁気記録情報の利用により直接または部品
内に情報をコード化する手段をも提供する。

【００５０】微小粒子の高分子材料は、有機または無機
結着材料の適したどのようなものであっても構わない。
例えば熱可塑性プラスチックまたは熱硬化レジン、イオ
ン交換レジン、またイオン交換金属酸化物であれば例え
ば二酸化けい素は磁性微小結晶粒子をホストすることが
できる。微小粒子の高分子材料として利用できる他のも
のとしては、イオン交換可能なポリマーレジン、例えば
硫酸化ポリスチレンレジン及びパーフロロ多硫化酸を含
むレジン、及びポリマーレジンが選択的に架橋されてい
るものが含まれる。好適なレジンは、ジビニルベンゼン
と約１％から16％架橋されたポリスチレンスルホン酸
（PSSA) イオン交換レジンである。さらに好適なのは、
２％から８％のジビニルベンゼンが架橋された硫化ポリ
スチレンである。適したイオン交換レジンには、硫化及
びカルボキシル化ポリスチレン、強酸性ポリフェノール
類、化学式R-CH₂-SO₃ ^- H ⁺ で表わされるモノマーから
生成された多硫化酸類、pH値が例えば約５から６の弱酸
性ポリアクリル、例えば化学式R-COO ^- Na⁺ で表わされ
る不飽和モノマーから生成されるポリカーボキシリック
塩が含まれる。ここで、R は炭素原子を２つから約２０
有する重合モノマー、例えば不飽和アルキル、アルキレ
ン、アリラルキレンまたはアリラルキルグループ、パー
フロロ多硫化酸、弱酸性キレートポリスチレン、及び似
たものであり、中でも強酸性硫化ポリスチレン及びパー
フロロ硫化酸塩が好ましい。さらに、DuPontより提供さ
れている陰イオン交換レジン、Baker IONAC NA-38 ^TM
Baker IONIC A-554 ^TM , Dowex SBR ^TM, AMBERLITE IR
A-400 ^TM, AMBERLYST ^TM, DowexIX8-100 ^TM, Nafion^TM
レジンも使用できる。

【００５１】磁性粒子の直径を表わす数字には、高分子
材料の厚さ、または磁性粒子の被膜は含まれず、磁気コ
アのサイズだけを示している。磁気コアのサイズを視覚
的に確認することはできるが、粒子の厚さが粒子上のど
こでも均一であるとは限らないため、高分子材料の厚さ
は容易には確認できないからである。電気部品中の磁性
粒子の重量パーセントは、磁気コア及び磁気コア上のい
かなる高分子材料をも含む。磁気粒子中では、高分子材
料の厚さは例えば約0.5 ナノメートルから約10ナノメー
トルの範囲に及ぶ。

【図面の簡単な説明】

【図１】各繊維を露出させるために一端領域からマトリ
クスの排除により形成されたブラシ構造を有する電気部
品の側面図である。露出した自由繊維長部分はその直径
と比較すると長く、変形されるとブラシ状の塊のように
動作する。

【図２】図１の電気部品の端面図である。

【図３】図２の端面図の指定部分をさらに拡大して繊維
を細密構造のアレイとして図示した拡大図である。

【図４】磁界の磁力により磁化された一対の電気部品が
対向して配置されたセンサの図である。

【図５】移動する導電体表面と接触する導電接地（グラ
ウンディング）ブラシの側面拡大図である。電気デバイ
スの繊維に対して引き付け力を提供するために磁気的に
分極された対抗する永久磁石を有する導電接地ブラシを
図示している。

【図６】両端に構造的な特徴をそれぞれ有する、図５の
導電接地ブラシの上面図である。

【図７】電磁界中に置かれたロッド形状の電気接触要素
の図示である。ここで電磁界は、電気部品内の磁気充填
剤が作用するために必要な力を提供する。

【図８】本発明の電気部品の典型的な長い自由繊維長に
対して装荷されるロードの作用としての接触抵抗を図示
している。

【図９】電気接触要素の中に情報が磁気的に記録された
別の実施形態の透視図である。

【符号の説明】

１０ 移動する導電体 １６ 文書 ２７ 永久磁石または電磁石 ２８ レール ２９ 導電接地ブラシ ６６ 文書センサ ６８ 繊維形成された導電ブラシ ７１ 導電繊維 ７２ 複合部品 ７５ 磁性粒子が充填されたレジン ８２ オーバーコーティング層

フロントページの続き (72)発明者 ロナルド エフ．ズィオロ アメリカ合衆国 14580 ニューヨーク州 ウェブスター インペリアル ドライブ 1206 (72)発明者 スタンリー ジェイ．ワラス アメリカ合衆国 14564 ニューヨーク州 ビクター トリリウム トレイル 7424

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向及び他の部品との電気接合をおこ
   なうための２端を有する電気部品であって、 複数の導電性繊維をマトリクス中に含み、 前記複数の導電性繊維を軸方向と実質的に平行な方向に
   向けて前記マトリクス中に配向し、 前記導電性繊維はそれぞれの端において複数の電気接点
   を提供するために一端からもう一つの端まで連続し、 さらに電気部品は磁性粒子を含む、 電気部品。