JP2534986B2 - 回路保護デバイス - Google Patents

回路保護デバイス

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JP2534986B2
JP2534986B2 JP61058011A JP5801186A JP2534986B2 JP 2534986 B2 JP2534986 B2 JP 2534986B2 JP 61058011 A JP61058011 A JP 61058011A JP 5801186 A JP5801186 A JP 5801186A JP 2534986 B2 JP2534986 B2 JP 2534986B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、導電性ポリマー組成物から成るPTC要素を
有する回路保護デバイスに関する。
［従来の技術］ 導電性ポリマー組成物およびそれを有するデバイスは
よく知られている。PTC導電性ポリマーを含んで成る特
に有用なデバイスは、回路保護デバイスである。回路保
護デバイスは、回路通常の作動条件下でかなり低抵抗で
あるが、過剰電流または温度などの故障状態が生じる場
合に、移行する（トリップする）、即ち、高抵抗状態に
転化する。デバイスは、過剰な電流により移行する場合
に、PTC要素を流れる電流により、高抵抗状態のスイッ
チング温度Tsに自己発熱する。抵抗増加には、膨張軸に
沿ったPTC要素の膨張を伴う。そのようなデバイスおよ
びそこで使用するためのPTC導電性ポリマー組成物は、
例えば、アメリカ合衆国特許第4,237,411、4,238,812、
4,255,698、4,315,237、4,317,027、4,329,726、4,352,
083、4,413,301、4,450,496、4,475,138および4,481,49
8号、アメリカ合衆国特許出願第141,989、524,482およ
び628,945号ならびにアメリカ合衆国特許出願第711,90
9、711,907、711,908および711,910号に記載されてい
る。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明者は、PTC要素から離れており電極が通過する
剛直な壁（即ち、剛直な基材）にデバイスが設置される
またはそのような壁をデバイス自体が含むという状況に
おいて、PTC導電性ポリマー要素を含む回路保護デバイ
ス使用に関して鋭意研究した。剛直な壁とは、PTC要素
のまわりの包囲物の一部などである。鋭意研究の結果、
剛直な壁のために移動を防止させている電極が、所望PT
C効果を与えるのに必要な程度までのPTC要素の膨張を妨
げるならば、デバイスの挙動に悪影響が生じることを見
い出した。極端な場合いは、電極を剛直な壁により拘束
しないときにおいて制御されたようにかつ所定のように
デバイスをトリップさせる状態に付す場合に、これら悪
影響によってPTC要素が破壊的に損害を受ける。そのよ
うな悪影響が生じる危険性は、PTC要素と剛直な壁の間
の距離が減少する（これは、デバイスを可能な限りかさ
ばらなくするために非常に好ましい。）とともに、およ
びデバイスへの適用電圧が増加するとともに、増加する
傾向がある。
［課題を解決するための手段］ 本発明の目的は、PTC要素がトリップする場合に、電
極がPTC要素に及ぼす拘束力によって、効果的作動に必
要な程度までのPTC要素の膨張を妨害する危険性を最小
限にする新規な手段を提供することにある。
従って、本発明は、回路板または他の電気接続器具へ
の終端などのために剛直な基材上に配置するのに適した
回路保護デバイスであり、 （１）ポリマー成分、およびポリマー成分に分散する粒
状導電性充填剤を含んで成り、PTC挙動を示す導電性ポ
リマー組成物から成るPTC要素、および （２）PTC要素に電流接続されており、剛直な基材上に
配置することができ、PTC要素に電流を流すように電源
に接続可能であり、これによりPTC要素をスイッチング
温度Tsに自己発熱させ、２つの電極を通る膨張軸に沿っ
て膨張させ、よって電極に伝わる膨張力を発生させる２
つの電極 を有して成る回路保護デバイスであって、 少なくとも１つの電極、好ましくはそれぞれの電極
は、非中空金属の単一片からなり、 （ａ）他の導電性材料から成る要素を介して間接的にま
たは直接的にPTC要素と物理接触する第１部分、 （ｂ）PTC要素に接触しない内第２部分、および （ｃ）PTC要素に接触しないが、デバイスの使用時に剛
直な基材の上に配置される外第３部分 を有して成り、 内第２部分は、（ａ）第１部分と外第３部分の間に存
在し、（ｂ）PTC要素の膨張軸に平行な外第３部分の曲
げ抵抗性よりも小さいPTC要素の膨張軸に平行な曲げ抵
抗性を有し、 内第２部分の曲げ抵抗性は、 （ｉ）内第２部分の１つの末端を固定し、 （ii）内第２部分の他の末端に力を適用し、なお、力は
PTC要素の膨張軸に平行な方向にあり、 （iii）0.05mm（0.002インチ）の距離で内第２部分の他
の末端を歪曲するのに必要である力F1の大きさを求め、 （iv）PTC要素の膨張軸に平行であり内第２部分の固定
末端を通る第１直線と、PTC要素の膨張軸に平行であり
内第２部分の他の末端を通る第２直線との間の距離D1を
求め、 （ｖ）内第２部分の曲げ抵抗性F1/D1を計算する ことからなる試験によって求め、 外第３部分の曲げ抵抗性は、 （ｉ）外第３部分の１つの末端を固定し、 （ii）外第３部分の他の末端に力を適用し、なお、力は
PTC要素の膨張軸に平行な方向にあり、 （iii）0.05mm（0.002インチ）の距離で外第３部分の他
の末端を歪曲するのに必要である力F2の大きさを求め、 （iv）PTC要素の膨張軸に平行であり外第３部分の固定
末端を通る第１直線と、PTC要素の膨張軸に平行であり
外第３部分の他の末端を通る第２直線との間の距離D2を
求め、 （ｖ）内第３部分の曲げ抵抗性F2/D2を計算する ことからなる試験によって求める回路保護デバイスを提
供する。
電極のそれぞれは、必要な電流保持および熱消散特性
を有するとともに、最終用途条件（例えば、回路板また
は他の物理的および／または電気的持続デバイスへの終
端）に合致する外第３部分を有することが好ましい。
本発明のデバイスにおいて、内第２部分は、PTC要素
の膨張軸に平行な力がかかる場合に、外第３部分の曲げ
抵抗性よりも小さい曲げ抵抗性を有する。内第２部分の
曲げ抵抗性は、外第３部分の曲げ抵抗性の0.9倍よりも
小さい、特に0.75よりも小さい、例えば0.5倍よりも小
さいことが好ましい。本明細書において「曲げ抵抗性」
なる語句は、量F/D［ここで、Ｆは、PTC要素の膨張軸に
平行な方向において或る部分の一末端を0.05mm（２ミ
ル）の距離で移動するのに要する力であり（部分は弾性
的に変形され、部分の他末端は一定位置に固定されてい
る。）、Ｄは、膨張軸に平行であって部分の一末端を通
過する第１直線と、膨張軸に平行であって部分の他末端
を通過する第２直線との距離である。］ を意味する。
２つの電極は金属からできているのが通常であり、実
質的に同様であることが好ましい。電極の第１部分はPT
C要素に直接に物理接触していてよいが、あるいは他の
導電性材料、例えばZTC導電性ポリマーの層によりPTC要
素から分離していてもよい。電極の第１部分は、いずれ
の形状あってもよく、例えば、一表面のみでPTC要素に
接触する平面状シート電極、またはPTC要素により包囲
される柱状電極、特に円柱線または薄い金属ストリップ
であってもよい。
好ましくは、それぞれの電極は、その長さ方向に沿っ
た１つまたはそれ以上の領域において成形されており、
より大きな可撓性の第２部分を与える非中空金属の単一
片から成る。特に、熱消散要件に原因して、そのような
電極は実質的に一定の断面積を有することが好ましい。
PTC要素の膨張軸に平行な電面寸法が、PTC要素の膨張軸
に平行な外第３部分の平均断面寸法0.9倍よりも小さ
い、好ましくは0.8倍よりも小さい、例えば0.75倍より
も小さい、特に0.5倍よりも小さい１つまたはそれ以上
の領域により第２部分が与えられることが好ましい場合
に特に、電極は実質的に真直でありかつ相互に平行であ
ってよい。あるいはまたは加えて、より大きな可撓性の
第２部分は実質的に湾曲した形状、例えばＳ字型により
与えられてよい。
電極の内第２部分のより大きな可撓性は、PTC要素か
ら離れており、電極の１つがそれぞれ通過する２つの出
口を有する壁であって、１つまたはそれ以上のPTC要素
を封入するエンクロージャー基部などの剛直な壁を有し
て成るデバイスにおいて特に有用である。内第２部分は
壁とPTC要素の間に存在し、外第３部分は壁の外側に存
在する。
本発明のデバイスは、かなりの高圧、例えば交流200V
またはそれ以上、特に少なくとも交流350V、特別に少な
くとも交流500V、例えば交流600Vで作動する、または通
常状態において低圧、例えば直流20〜60Vで作動する回
路において特に有用である。しかし、回路は、例えば上
記のように、故障時に更に高圧に付してもよい。従っ
て、本発明は、通信システムにおける加入者系インター
フェース回路における過渡電流および電圧スパイクに対
する２次保護として使用するPTCデバイスにおいて非常
に有用である。
以下に添付図面を参照して本発明を具体的に説明す
る。
添付図面を参照すれば、第１図および第２図は、本発
明のデバイス10の断面図である。デバイス10は、PTC挙
動を示す導電性ポリマー組成物から成るPTC要素12、お
よびPTC要素12に電気接続されている２つの電極14およ
び16を含む。２つの電極14および16のそれぞれは、PTC
要素12に物理的に接触する第１部分18、PTC要素に接触
しない内第２部分20、およびPTC要素に接続しない外第
３部分22を有する。PTC要素から離れており、電極の１
つがそれぞれ通過する２つの出口を有する剛直な壁24も
図示されている。PTC要素12の膨張軸は線26に沿ってい
る。電極の内第２部分20は円柱形であり、２重ディンプ
ル形状に変形されることにより更に可撓性にされてい
る。したがって、モジェラスが減少された領域が形成さ
れる。
第３図は、第１図および第２図と同様であるが、Ｓ字
形に形成された電極の内第２部分20を示す。第４図も、
第１図および第２図と同様であるが、ループ状でありデ
ィンプルが設けられた電極の内第２部分20を示す。
第５図および第６図は、電極の内第２部分および外第
３部分の曲げ抵抗性の求め方を示す図である。
試験電極の１つの末端は固定されている。試験電極の
固定末端から距離Ｄで離れている試験電極の地点Ｐに垂
直の力Ｆを適用する。予定量の横方向歪曲Ｙ（２ミル
（0.05mm））が得られるように充分な力Ｆを適用する。
ＦおよびＤを測定し、ＦをＤで割った値を求める。これ
は、一般的な試験法である。本発明の電極を試験するた
め、電極の内第２部分について一般的な試験を行い（第
５図）、F1D1で割った値を求める。次いで、電極の外第
３部分について一般的な試験を行い（第６図）、F2をD2
で割った値を求める。最後に、F1/D1とF2/D2とを比較す
ると、F1/D1とF2/D2よりも小さい。F1/D1＜F2/D2とは、
内第２部分が外第３部分よりも歪曲しやすいことを意味
する。
第７図は、電源32、回路保護デバイス10およびこれら
と直列の電気負荷34を有する本発明のデバイスを使用し
た回路を示す。
第８図は、環状のZTC導電性ポリマー要素15および17
がPTCが導電性ポリマー要素12から第１部分18を分離し
ていること以外は、第３図と同様である。
［発明の効果］ 本発明によれば、PTC要素と剛直な壁（即ち、剛直な
基材）との間の距離が小さい場合にも、PTC要素に接続
する電極によって、PTC要素に悪影響が及ぼされること
がない。電極が可撓性であるので、電極が剛直な壁を通
過していても、PTC要素の膨張が妨げられることがない
からである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、円柱形電極が、減少したモジュラスを有する
領域を誘導する２重ディンプル形状に変形することによ
り更に可撓性にされている本発明のデバイスの断面図、 第２図は、第１図の２−２線における断面図、 第３図は、円柱形電極が、Ｓ字形状を加えることにより
更に可撓性にされている本発明の別のデバイスの断面
図、 第４図は、円柱形電極が、ループおよびディンプルの両
方を有することにより更に可撓性にされている本発明の
他のデバイスの断面図、 第５図および第６図は、電極の内第２部分および外第３
部分の曲げ抵抗性の求め方を示す図、 第７図は、本発明のデバイスを使用した回路の回路図、 第８図は、電極がPTC要素から離れているデバイスの断
面図である。 10……デバイス、12……PTC要素、14,16……電極、 15,17……ZTC要素、18……第１部分、20……内第２部
分、 22……外第３部分、24……壁、32……電源、34……電気
負荷、 Ｐ……地点、F1,F2……力、D1,D2……距離、Ｙ……歪
曲。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−98801（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−190230（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−160004（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−131093（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（１）ポリマー成分、およびポリマー成分
    に分散する粒状導電性充填剤を含んで成り、PTC挙動を
    示す導電性ポリマー組成物から成るPTC要素、および （２）PTC要素に電気接続されており、剛直な基材上に
    配置することができ、PTC要素に電流を流すように電源
    に接続可能であり、これによりPTC要素をスイッチング
    温度Tsに自己発熱させ、２つの電極を通る膨張軸に沿っ
    て膨張させ、よって、電極に伝わる膨張力を発生させる
    ２つの電極 を有して成り、剛直な基材上に配置するのに適した回路
    保護デバイスであって、 少なくとも１つの電極は、非中空金属の単一片からな
    り、 （ａ）他の導電性材料から成る要素を介して間接的にま
    たは直接的にPTC要素と物理接触する第１部分、 （ｂ）PTC要素に接触しない内第２部分、および （ｃ）PTC要素に接触しないが、デバイスの使用時に剛
    直な基材の上に配置される外第３部分 を有して成り、 内第２部分は、（ａ）第１部分と外第３部分の間に存在
    し、（ｂ）PTC要素の膨張軸に平行な外第３部分の曲げ
    抵抗性よりも小さいPTC要素の膨張軸に平行な曲げ抵抗
    性を有し、 内第２部分の曲げ抵抗性は、 （ｉ）内第２部分の１つの末端を固定し、 （ii）内第２部分の他の末端に力を適用し、なお、力は
    PTC要素の膨張軸に平行な方向にあり、 （iii）0.05mm（0.002インチ）の距離で内第２部分の他
    の末端を歪曲するのに必要である力F1の大きさを求め、 （iv）PTC要素の膨張軸に平行であり内第２部分の固定
    末端を通る第１直線と、PTC要素の膨張軸に平行であり
    内第２部分の他の末端を通る第２直線との間の距離D1を
    求め、 （ｖ）内第２部分の曲げ抵抗性F1/D1を計算する ことからなる試験によって求め、 外第３部分の曲げ抵抗性は、 （ｉ）外第３部分の１つの末端を固定し、 （ii）外第３部分の他の末端に力を適用し、なお、力は
    PTC要素の膨張軸に平行な方向にあり、 （iii）0.05mm（0.002インチ）の距離で外第３部分の他
    の末端を歪曲するのに必要であるF2の大きさを求め、 （iv）PTC要素の膨張軸に平行であり外第３部分の固定
    末端を通る第１直線と、PTC要素の膨張軸に平行であり
    外第３部分の他の末端を通る第２直線との間の距離D2を
    求め、 （ｖ）外第３部分の曲げ抵抗性F2/D2を計算する ことからなる試験によって求める回路保護デバイス。
  2. 【請求項２】それぞれの電極は、その長さ全体において
    同様の断面積を有する非中空金属の単一片であり、およ
    びそれぞれの電極の内第２部分が、PTC要素の膨張軸に
    平行な断面寸法がPTC要素の膨張軸に平行な外第３部分
    の平均断面寸法の0.8倍よりも小さい少なくとも１つの
    領域を有する特許請求の範囲第１項に記載のデバイス。
  3. 【請求項３】電極のそれぞれは非中空金属の単一片であ
    り、内第２部分が湾曲形状を有する特許請求の範囲第１
    項に記載のデバイス。
  4. 【請求項４】それぞれの電極の第１部分は、１つの表面
    上にのみPTC要素に接触している平面状シートの形態で
    ある特許請求の範囲第２項または第３項に記載のデバイ
    ス。
  5. 【請求項５】内第２部分は外第３部分の曲げ抵抗性の0.
    75倍以下の曲げ抵抗性を有する特許請求の範囲第１〜４
    項のいずれかに記載のデバイス。
  6. 【請求項６】電気接続器具上に配置される特許請求の範
    囲第１〜５項のいずれかに記載のデバイス。
JP61058011A 1985-03-14 1986-03-14 回路保護デバイス Expired - Lifetime JP2534986B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US06/711,790 US4685025A (en) 1985-03-14 1985-03-14 Conductive polymer circuit protection devices having improved electrodes
US711790 1991-06-07

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JPS61234502A JPS61234502A (ja) 1986-10-18
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EP (1) EP0201171B1 (ja)
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