(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の負荷抵抗を付与する回路に接続され、前記回路へ電気的に接続される一対の端子と、前記端子の一対の電流搬送延長部と、前記電流搬送延長部間に延びる初期に低抵抗の電流制限手段とを有する改良回路保護装置において、前記電流制限手段は、
内側端部及び外側端部を有する一対の電流供給アームであって、前記内側端部は、前記端子の前記電流搬送延長部それぞれに電気的に接続され、前記電流供給アームの前記外側端部は、片持ちされて前記アームの前記内側端部に関して可撓性の一対の電流供給アームと、
電流を制限するＰＴＣ素子であって、ＰＴＣ材料が前記電流供給アームの前記外側端部間に電流を搬送するように、前記電流供給アームの前記外側端部間でありかつ前記端部へ固定的に接続された導電性の対向側面を有するＰＴＣ材料を具備し、前記ＰＴＣ材料は、所定の比較的に低い抵抗値で所定の範囲の電流を導電し、端部間を流れる電流が所定のトリップレベルに到達する時に、前記ＰＴＣ材料が伸張して前記電流供給アームを曲げ、前記回路内で電流を制限するように前記ＰＴＣ材料が比較的に高い抵抗値を有することを許容するＰＴＣ素子とを具備し、
前記一対の電流供給アーム及び前記アームの関連端子及び電流搬送延長部が一片の金属から切られる、
改良回路保護装置。
【請求項２】
所定の負荷抵抗を付与する回路に接続され、前記回路へ電気的に接続される一対の導電性の端子と、前記端子の一対の電流搬送延長部と、前記電流搬送延長部間に延びる初期に低抵抗の電流制限手段とを有する改良保護回路装置において、前記電流制限手段は、
前記電流搬送延長部から突出している可撓性の導電性の一対の電流供給アームと、
電流を制限するＰＴＣ素子であって、その中に分散させられている導電性の粒子を有する結晶性高分子を具備し、前記導電性の電流供給アームが前記ＰＴＣ素子の特性を変更せず、前記ＰＴＣ素子が前記電流供給アーム及び前記電流搬送延長部内に流れる電流を受け入れるように、前記電流制限ＰＴＣ素子が前記電流供給アームの間に固定的に接続され、標準の電流が前記ＰＴＣを通過する時に、前記素子は比較的に低い抵抗を有し、前記装置によって制限される比較的に高いトリップ電流が前記素子を流れる時に、前記ＰＴＣ素子は伸張して前記電流供給アームが曲がり、前記素子の抵抗が、前記装置が配置される前記回路における電流流れを制限するために比較的に高い抵抗に増加するＰＴＣ素子を具備し、
前記一対の電流供給アーム及び前記アームの関連端子及び電流搬送延長部が一片の金属から切られる、
改良回路保護装置。
【請求項３】
前記電流供給アームは前記電流搬送延長部に実質的に垂直に延びる請求項１又は２に記載の回路保護装置。
【請求項４】
前記電流供給アーム間に平行に接続される前記電流制限ＰＴＣ素子の少なくとも二つが付与され、前記電流制限ＰＴＣ素子の一つよりも大きな標準の電流比を有する全体の組立体を形成する請求項１又は２に記載の回路保護装置。
【請求項５】
絶縁ハウジングと組み合わせられて、前記端子は前記ハウジングから延び、前記ハウジングは、前記電流搬送延長部及び電流制限手段を包囲する請求項１又は２に記載の回路保護装置。
【請求項６】
絶縁ハウジングと、電気回路に電気的に接続されかつ前記ハウジングから突出する導電性端子を有する導電性プラグイン本体と、前記ハウジング内において前記端子の電流搬送延長部と、前記絶縁ハウジング内の前記電流搬送延長部間に延びる電流制限手段とを具備し、前記絶縁ハウジング及び導電性プラグイン本体は、前記絶縁ハウジング内に前記導電性プラグイン本体を固定する相互連結部を有する改良プラグイン保護回路装置において、前記電流制限手段は、
片持ちされかつ、前記電流搬送延長部から反対方向に突出する可撓性の電流供給アームと、
本体であって、ＰＴＣ材料が前記端子間に流れる電流を搬送するように、ＰＴＣ材料を通って流れる電流を方向づけかつ前記電流供給アーム間でありかつ前記電流供給アームに固定的に接続される対向する導電性側面を有するＰＴＣ材料を具備し、標準の電流が前記端子間を通過する時に前記ＰＴＣ材料は比較的に低い抵抗を有し、前記端子間を通過するより高いトリップ電流の通過によって加熱される時、前記ＰＴＣ材料は拡張して前記電流供給アームを曲げ、電流流れを制限するように前記ＰＴＣ材料が比較的に高い抵抗を有することを可能とする本体とを具備する改良プラグイン回路保護装置。
【請求項７】
前記電流供給アームは、前記拡張中において前記アームが前記絶縁ハウジングの前記側壁に接触しないほど十分な距離で前記絶縁ハウジングの側壁から離間している請求項６に記載の装置。
【請求項８】
所定の負荷抵抗を付与する回路に接続され、前記回路へ電気的に接続される一対の端子と、前記端子の一対の電流搬送延長部と、前記電流搬送延長部間に延びる初期に低い抵抗の電流制限手段とを有する改良回路保護装置において、前記電流制限手段は、
複数のＰＴＣ素子であって、内側端部及び外側端部を有する一対の可撓性かつ片持ちされた電流供給アーム間に形成された二つの外側ＰＴＣ素子を有し、前記電流供給アームの内側端部それぞれは、前記対の電流搬送延長部へ電気的に接続され、前記ＰＴＣ素子の少なくとも二つが互いに平行に電気的に接続され、前記ＰＴＣ素子の各々は、前記ＰＴＣ素子を通過する電流流れが所定のトリップレベルに到達する時に前記ＰＴＣ素子が伸張して前記電流供給アームを曲げるように、結晶性高分子の中に分散させられる導電性の粒子を有する結晶性高分子を具備する複数のＰＴＣ素子を具備する改良回路保護装置。
【請求項９】
前記電流供給アームの一つと電気的導電及び熱的導電の両方の関係で、ヒートシンク形成体が、前記複数のＰＴＣ素子間に配置される請求項８に記載の回路保護装置。
【請求項１０】
各前記電流供給アームは一平面においてほぼＺ形状の部材を形成し、各前記部材は、中間部と、前記中間部の両端部において反対方向に延びる外側部とを有し、前記Ｚ形状部材の各々の前記外側端部の一つは、前記外側ＰＴＣ素子の一つに沿って延びかつ前記外側ＰＴＣ素子の一つへ固定的に接続されており、前記他方のＺ形状部材の前記外側端部の一つは、前記他方の外側ＰＴＣ素子に沿って延びかつ前記他方の外側ＰＴＣ素子へ固定的に接続されている請求項８又は９に記載の回路保護装置。
【請求項１１】
所定の負荷抵抗を付与する電気回路に接続され、前記電気回路へ電気的に接続される一対の端子と、一対の可撓性の薄く切られた電極と、前記可撓性の薄く切られた電極間に延びる初期に低い抵抗の電流制限手段とを有し、前記端子は、一対の電流搬送延長部を有する改良回路保護装置において、前記電流制限手段は、
内側端部及び外側端部を有する前記可撓性の薄く切られた電極であって、前記内側端部は、前記端子の前記電流搬送延長部と一体であり、前記可撓性の薄く切られた電極の前記外側端部は、片持ちされ、前記内側端部に関して可撓性のある電極と、
ＰＴＣ素子が前記可撓性の薄く切られた電極の外側端部間に電流を搬送するように、前記ＰＴＣ素子が、前記可撓性の薄く切られた電極の前記外側端部間に挟まれかつ前記外側端部と固定的に接触し、前記ＰＴＣ素子は、所定の比較的に低い抵抗値を付与する所定の範囲の電流を導電し、前記端部間の電流流れが所定のトリップレベルに到達する時に、ＰＴＣ素子は前記薄く切られた電極を曲げ、前記ＰＴＣ素子の抵抗は、前記電気回路内の電流を制限するように比較的に高い抵抗値に増加するＰＴＣ素子とを具備する改良回路保護装置。
【請求項１２】
前記可撓性の薄く切られた電極は、微小の溝の付けられた内面を有する請求項１１に記載の回路保護装置。
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は、正の温度係数（ＰＴＣ）の材料のような可変抵抗材料の独特な利用方法であり、好適には自動回路保護装置に対する利用方法である。しかしながら、本発明の様相の中にはより幅広い利用方法を有しているものもある。
溶融可能なヒューズ結合部を一般に有しておりこれらのヒューズ結合部が切れると交換を要する現在の自動ヒューズとは異なり、本発明の装置はヒューズ結合部と見なされることもあるであろう可変抵抗を有した素子を有している。この抵抗は、危険性を有した長時間持続する過負荷電流又は短絡電流がヒューズ結合部を流れると、低い抵抗の状態からリセット可能な高い抵抗の状態へと変化する。これらの装置は、長時間持続した過負荷条件又は短絡条件が緩和されたときに、自動的に通常の低い抵抗状態へと戻ることが好ましいが、これは必ずしも必要なことではない。いずれにしても、これらの装置は、保護することを目的とする回路において、装置が再利用可能となるためにリセットされることが可能になっている。
表現「ヒューズ結合部」は、本願中でより狭い意味で定義されていないかぎり、回路保護装置における装置の主要端子間又は端子の導電延長部の間に設けられた部分を意味する。この部分は、潜在的な危険性を有する長時間持続した過負荷電流又は短絡電流が流れと、含まれる回路及び導電素子に対して高い抵抗を示す塊状又は層状の材料を備えており、上記導電素子は上記塊又は層に対して電流を直接的にやりとりする。
発明の背景
自動式ヒューズは一般に、合成プラスチック製ハウジングを具備していて、このハウジングは、比較的堅固な端子用ブレードを形成するために融解可能なヒューズ金属（meltable fuse metal）からなるストリップより打ち抜かれた全てが金属製の部材（all metal piece）を含んでいる。自動式ヒューズが絶縁性ハウジング内に組み入れられると、これら端子用ブレードは、同一平面内においてハウジングの底部から突出する。ハウジング内に位置する端子用ブレードの電流搬送用延長部分は、比較的脆い（fragile）ヒューズリンクによってハウジング内に相互接続されており、危険な長期に亙る過付加もしくは短絡の状況ではこのヒューズリンクは融解して回路を開放する。そのようなヒューズは、１９８７年１月６日に付与された米国特許第４６３５０２３号明細書に開示されている。本発明の好ましい形態は、この特許の明細書に開示されているのと同様なハウジングと端子用ブレードの延長部分とを利用している。そのような場合には、本出願のヒューズは、端子用ブレードの電流搬送用延長部分の間に延びる融解可能であるよりはむしろリセット可能であるヒューズリンクを有している。本発明の好ましい形態においては、リセット可能なヒューズリンクは、正の温度係数（positive temperature coefficient（PTC））の材料である。
ＰＴＣのヒューズリンクを有するリセット可能な回路保護装置は現在、市場で入手可能である。これらの回路保護装置は異なる種々の構成をなして販売されているが、本発明のＰＴＣのヒューズリンクの類似物は存在していない。これら先行技術のリセット可能な回路保護装置には板状の外観であってＰＴＣ材料からなる薄層を具備するＰＴＣ素子を有しているものもあって、このＰＴＣ材料から成る薄層は、ＰＴＣの薄層の両面に端子と電極とを形成している金属から成る一対の薄い被覆物を有している。一対の細いワイヤ導線がハンダ付けによってＰＴＣの薄層の導電性の両面に電気的に固定されている。
開示されるようなＰＴＣ素子の変更例はリセット可能なヒューズとして参照されていて、カリフォルニア州メンロパーク（Menlo Park）のライセム社（Raychem Corporation）によるポリスイッチ（Polyswitch）（登録商標）として販売されている。ＰＴＣ素子を２０℃において低抵抗状態から高抵抗状態に切り換えさせることのないこれらポリスイッチ（登録商標）のヒューズの、「保持電流」として参照される、危険のない最大の直流は、約０．９アンペアから９．０アンペアの電流範囲に亙っている。登録商標ポリスイッチのヒューズを、２０度において回路を保護する高抵抗状態に切り換えさせるかもしくはトリップさせる最小の直流であるトリップ電流（trip current）の範囲は、約１．８アンペアから１８アンペアまでで変化している。高抵抗で回路を保護するこの状態は自己加熱式の小電流によって維持される。そのような装置が損傷することなく干渉できる最大の障害電極電流は約５０から１００アンペアまで変化する。これら回路保護装置の初期の最小抵抗は約０．０２オームから約０．２０オームまで変化する。
これら登録商標ポリスイッチのヒューズに使用されるべきと考えられるＰＴＣ材料は、米国特許第４２３７４４１号明細書および同第４５４５９２６号明細書に開示されている。ＰＴＣ材料のこれら形式は、有機的結晶性高分子の混合物を有しており、この有機的結晶性高分子の混合物にはカーボンブラックを含みうる導電性粒子が分配されている。そのような材料によって、電流の流れが次第に増大するので、これら材料は、電流がトリップ電流のレベルに達するまで次第に加熱される。このレベルにおいては、材料が突然に膨張することにより、抵抗が概ね高いレベルに突然に増大する。この膨張作用は長い距離に亙って導電性粒子を分離させ、粒子を介して抵抗を大きく増大させる。
それゆえ、市場で入することのできるこれらリセット可能なＰＴＣのヒューズの装置の構成を自動式ヒューズに適用することは適切ではない。
発明の概要
本発明の好ましい形態は板状のＰＴＣ素子、例えば、１９９５年５月１０日に出願された係属中の出願第０８／４３７９６６号および米国特許第４２３７４４１号、同第４５４５９２６号、同第４６８９４７５号、同第４８００２５３号明細書に開示されているＰＴＣ素子を利用している。これらＰＴＣ素子は単独で使用されうるか、もしくは最も高い電流レートのために、特別に配置されたそのようなＰＴＣ素子のサンドイッチ内で、これらＰＴＣ素子は可撓性の電流供給用アームの間に取り付けられ得る。これらアームは、米国特許第４６３５０２３号明細書に示すように、同一平面の差込（プラグイン）型端子用ブレードの延長部分に導電可能に接続されている。可撓性アームと、可撓性アーム間に取り付けられた一つもしくはより多数のＰＴＣ素子とは、請求される回路保護装置のヒューズリンクとしてしばしば参照される。
本発明の単一のＰＴＣ素子の好ましい実施態様においては、可撓性の電流供給用アームは片持ちにされていて、端子ブレードの電流供給用延長部分が直面している間隔を空けた縁部（margine）から反対方向に突出している。本発明の回路保護装置を低費用にして大量生産することを目的として、端子用ブレードと、端子用ブレードの電流搬送用延長部分と、片持ちにされた電流供給用アームとが同一の金属製シートから最初に打ち抜かれるのが好ましい。そのような場合には、打ち抜きされた電流供給用アームの端部は最初は同一面内にあるが離間されている。次いでアームは板状ＰＴＣ素子を挿入するのを可能とするために屈曲され、ＰＴＣ素子の導電性の両面が屈曲された電流供給用アームの間に弾性的に挟まれる。電流供給用アームの要求される可撓性を確保するために、アームを金属製シートの削られた部分もしくは薄くされた部分から打ち抜くことができる。差込型端子用ブレードおよび電流搬送用延長部分は金属製シートのさらに厚い部分から打ち抜かれ、それにより装置の堅固な差込部分を形成するようになる。
本発明のより好ましくない形態では、電流供給用アームは可撓性ワイヤもしくは類似物と別個であってもよく、このアームは端子用ブレードの電流搬送用延長部分にハンダ付けされるかもしくは溶接されている。本発明のこの形態においては、これら電流搬送用ワイヤの端部は重なり合う関係にあるならば異なる平面にあってもよい。
開示した本回路保護装置の形態の両方においては、ＰＴＣ素子のＰＴＣ材料からなる層がトリップ電流によって加熱されるときに膨張する必要があるタイプの場合には、電流供給用アームの可撓性には、分散された導電性粒子がトリップ状況においてＰＴＣ素子を要求される高抵抗状況にするようさらに分離されうるように膨張するのを可能とする必要がある。
前述したように、本発明の他の特別の特徴は、１９９５年５月１０日に出願された係属中の特許出願第０８／４３７９６６号明細書および米国特許第４２３７４４１号、同第４５４５９２６号、同第４６８９４７５号、同第４８００２５３号明細書に開示されるような多数の板状ＰＴＣ素子からなるサンドイッチもしくは堆積物を利用することである。これらＰＴＣ素子は平行に電気的に接続されている。これにより、接続される素子の数に応じて回路保護装置の電流レートが増大する。そのようなＰＴＣ素子の三つからなる堆積物が存在するときに、中心の素子の導電性面の一方の面と外部の素子の一つの導電性内面とが、一緒にかつ他の外部の素子の導電性外面に接続されている。中心の素子の他方の導電性面と中心の素子の導電性内面とが一緒にかつ最初に前述した外部の素子の導電性外面に接続されている。これら素子の全ては、板状ＰＴＣ素子の導電性面が平行な平面であって、従って増大した電流流れのもとで素子の膨張が同一方向になるように、同様な向きにされる。次いで最遠の素子の導電性外面は可撓性の電流搬送用アームの間に挟まれる。これにより平行に接続された三つのＰＴＣ素子からなるパッケージが形成される。
本発明の実施態様のこの平行な配置の他の特徴によれば、銅製板でありうるヒートシンクは、外部ＰＴＣ素子の導電性内面と中心の素子の導電性隣接面のそれぞれの間にそれぞれ配置される。これらはまた、ＰＴＣ素子を平行に接続する導電性経路を形成している。
本発明の本質的な開示は、本発明が効果的であるべきためにはＰＴＣ素子が膨張するのを許容する必要があるということである。そのような膨張は可能である。
本発明の前述した特徴および他の特徴が、明細書、請求の範囲、および図面を参照することで明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の好適な再配置可能な自動回路保護装置の斜視図であり、この自動回路保護装置は対面したプラグイン端子を備え且つ一つのＰＴＣ素子を使用している。
図２は図３の装置を通った垂直断面図である。
図３は切断線３−３に沿って得られた図２の装置を通った水平断面図である。
図４は図３の板状のＰＴＣ素子を通った部分拡大断面図である。
図５は図２に示したヒューズの様々な製造工程を示す。
図６は対面したプラグイン端子を有するあまり好ましくない、一つのＰＴＣ素子がある本発明の自動回路保護装置の垂直断面図である。
図７は対面したプラグイン端子を有する拡大した一つのＰＴＣ素子がある本発明の自動回路保護装置を通った垂直断面図である。
図８は対面したプラグイン端子を有するさらに拡大した一つのＰＴＣ素子がある本発明の自動回路保護装置を通った垂直断面図である。
図９は他の拡大した一つのＰＴＣ素子がある本発明の自動回路保護装置を通った垂直断面図であり、プラグイン端子はハウジングの両側から長手方向に延びる。
図１０は図９の切断線１０−１０に沿って得られた、図９を通った垂直横断面図である。
図１１は図９の切断線１１−１１に沿って得られた図９を通った水平断面図である。
図１２は本発明の三つのＰＴＣ素子のある自動回路保護装置の垂直断面図であり、図１３の切断線１２−１２に沿って得られた。
図１３は切断線１３−１３に沿って得られた図１２を通った水平断面図である。
図１４は図１２の切断線１４−１４に沿って得られた図１２を通った垂直平面図である。
図１５は図１２の切断線１５−１５に沿って得られた図１２に示した回路保護装置の金属部分を通った拡大水平断面図であり、金属部分が絶縁基部に包まれる前である。
図１６は図１２〜図１５の装置が挿入される自動回路である。
図１７は本発明の自動回路保護装置の別の実施例の拡大部分斜視図であり、最終的な組立体になる前である。
図１８は切断線１８−１８に沿って得られた図１７に示した一つの自動回路保護装置の水平断面図である。
図１９は図１８に示した一つの自動保護装置の垂直断面図である。
図２０は板状のＰＴＣ素子と図１８に示した一つの自動回路保護装置の端子との界面の拡大部分図である。
発明を実施するための最良の形態
図１〜図５に示した発明の形状の例
図１〜図５には一つのＰＴＣ材料を用いた本発明の回路保護装置２の最も好適な形態を示す。この回路保護装置２は最初三つの分かれた部品のみから成る。これら部品とは下部開口絶縁ハウジング４と、ＰＴＣ素子１０と、一対のシート状金属部材６−６’とを指し、これら一対のシート状金属部材６−６’はそれぞれ一対の離間された、平行な、剛性のある、対面した、同一平面上の端子板６ａ−６ａ’と電流を伝達する延長部６ｂ−６ｂ’とを形成する。さらに電流を伝達する延長部６ｂ−６ｂ’の対面した縁部から薄くて可撓性を有する片持ち梁状アーム６ｃ−６ｃ’が突出する。端子板６ａ−６ａ’と電流を伝達する延長部６ｂ−６ｂ’と片持ち梁状アーム６ｃ−６ｃ’とは最初図５に示したシート状金属の一つのストリップの部分である。ロール（図示せず）から延ばされたストリップは一連の加工台に移動せしめられる。この加工台は金属型押し台Ｓ１−Ｓ２と、ＰＴＣ素子を片持ち梁状アーム６ｃ−６ｃ’の間に挿入しこの片持ち梁状アーム６ｃ−６ｃ’にはんだ付けをする台Ｓ３と、ほぼ完全な完成状態の回路保護装置２を形成するためにストリップの端部が切断される前に下部開口ハウジング４をストリップの端部を覆うように挿入する台Ｓ４とを有する。またアーム６Ｃ−６Ｃ’の可撓性を増加させるために、ストリップ１２はその中央部が削られ、よってストリップ１２にはショルダ１２’−１２’の間に薄い領域１２”が設けられ、そしてアーム６ｃ−６ｃ’がこの領域に型押しされる。アーム６ｃ−６ｃ’は脆く且つ離間されているため、ストリップは該ストリップにある端子板６ａ−６ａ’の各区切り（セグメント）毎の間に延びる材料であるウェブ１１によりばらばらにならないように維持されている。各ウェブ１１はその後端子板６ａ−６ａ’から切り離される。
ＰＴＣ素子１０は中央層１０ｂ（図４）を具備する薄い板状の要素であり、この中央層１０ｂの両側の平らな面には薄い層または金属のコーティング１０ａ−１０ａ’が取付けられ、これら薄い層または金属のコーティング１０ａ−１０ａ’はＰＴＣ素子の電極を形成する。好ましくは、１９９５年５月１０日に出願された係続中の出願第08/437966号に開示されたＰＴＣ素子およびこのＰＴＣ素子の製造方法は本発明で使用される。特に、中央層１０ｂは高密度ポリエチレン（カンタム〔Quantum〕で取引名ペトローテン〔Petrothene〕として製造されたもの）が体積の６５％を占め、カーボンブラック（カボット〔Cabot〕で取引名BP 160-Beadsとして製造されたもの）が体積の３５％を占めてもよい。中央層１０ｂを具備する混合物はミキサ・メジャリングヘッド（Mixer-Measuring Head）を備えたC.W.ブラベンダプラスチコーダPL 2000（C.W.Brabender Plasti-Corder PL 2000）に高密度ポリエチレンを配置し、２００℃で約５分、５rpmでフラクシングすることとにより製造される。この時点では、ポリエチレンは溶融状態である。カーボンブラックは５分以上，２００℃、５rpmで溶融ポリエチレン内にゆっくり分散する。その後ブラベンダミキサの速度は８０rpmに増速せしめられ、ポリエチレンとカーボンブラックは２００℃、５分以上で完全に混合される。混合のためにエネルギを入力することで混合物の温度が２４０℃に増加する。
混合物を冷却した後、混合物はC.W.ブラベンダグラニュグリンダ（C.W.Brabender GranuGrinder）に配置され、砕かれて細かいチップにされる。このチップは押出し成形機メジャリングヘッド（Extruder Measuring Head）を備えたC.W.ブラベンダプラスチコーダPL 2000に送られる。この押出し成形機には0.05mm（0.002インチ）の開口を有するダイが取付けられ、この押出し成形機のベルト速度は２にセットされる。押出し成形機の温度は２００℃にセットされ、押出し成形機のスクリュー回転速度は５０rpmにセットされる。チップは押出し成形され、幅が約５１mm（２．０インチ）で長さが２．４ｍ（８．０フィート）のシートにされる。このシートは多数の小さいＰＴＣサンプル（好ましくは５１mm〔２．０インチ〕×５１mm〔２．０インチ〕）に切断され、また予め２００℃で圧力がかけられ厚さが０．２５mm（０．０１インチ）にされる。
厚いフィルムインクが母体であるポリマー（CB115，デュポンエレクトロニックマテリアルズ〔DuPont Electronic Materials〕で製造）がＰＴＣサンプルシートの頂面と底面とに塗られる。電極１０ａ−１０ａ’を形成する金属の薄い層またはコーティングは１９９５年５月１０日に出願された係続中の出願第08/437966の例１に開示されている銀の板状の炭素ワイヤ布、または１９９５年５月１０日に出願された係続中の出願第08/437966の例２に開示されているニッケル発泡体であってもよい。電極の物質は頂部と低部の厚いフィルムインクに覆われたＰＴＣサンプルシートに貼り付けられる。
金属電極１０ａ−１０ａ’は銀の板状の炭素ワイヤ布材料を具備する時、サンドイッチ構造（すなわち、金属電極１０ａ、中央層１０ｂ、金属電極１０ａ’）は２．８MPa（４００p.s.i.）、２３０℃でホットプレスされる。
金属電極１０ａ−１０ａ’がニッケル発泡体物質を具備する時、サンドイッチ構造（すなわち、金属電極１０ａ、中央層１０ｂ、金属電極１０ａ’）は板の温度を２３５℃にセットしたホットプレス内に配置される。薄層の温度は２２０℃に達するまで監視され、この時一分間薄層に２．１MPa（３００p.s.i.）の圧力がかけられる。その後プレスの圧力から解放される。その後板が２３５℃で維持されるながら薄層には４．３MPa（６２５p.s.i.）が５分かけられる。
どちらの実施形態においても、薄板状シートはプレスから取り除かれ、更に圧力を加えることなく冷却され得る。次いで、薄板状シートは、複数のＰＴＣ素子１０の中へせん断変形させられる、又は打込まれる。ＰＴＣ素子１０の大きさは、要素の必要とされる比（レイティング）で変化する。米国特許第４５４５９２６号、同第４６８９４７５号、同第４２３７４４１号、同第４８００２５３号には又、本発明で使用しても良いＰＴＣ素子とＰＴＣ素子の製造方法とが開示されている。
ＰＴＣ素子１０が、ＰＴＣ層１０ｂを有し、その材料が、分散した導電性粒子を有する結晶質の高分子を含んでいる場合、片持ちアーム６ｃ−６ｃ′が、端子ブレード６ａ−６ａ′の比較的堅く、より厚い部分と、アームが結合する導電性延長部６ｂ−６ｂ′とに対して柔軟であることが、特に重要である。ＰＴＣ層の１０ｂの温度が、トリップ点まで上昇し、高分子材料が突然膨張すると、片持ちアーム６ｃ−６ｃ′の柔軟性が、この膨張を可能とする。
ハウジング４は、好ましくは図示されたように構成され、一対の間隔を開けて向合っている鉛直方向の側壁４ｂ−４ｂ′と、側壁４ｂ−４ｂ′の外側の鉛直方向の縁部の間に延設されている一対の鉛直方向端部壁４ａ−４ａ′と、一対のテストプローブ受容穴４ｃ′−４ｃ′を有する頂部壁とを有する（図１）。ハウジングの側壁４ｂ−４ｂ′は、比較的幅広の間隔を開けた中央部分４ｂ−１および４ｂ−１′を有しており（図３）、この部分は全く実質的な隙間空間１９を形成し、この隙間空間内に、片持ちアーム６ｃ−６ｃ′とＰＴＣ素子１０が配置される。空間１９の大きさは、ＰＴＣ素子のＰＴＣ層１０ｂが曝される温度範囲において、導電アーム６ｃ−６ｃ′が、これらの壁から実質的に間隔が開けられるようにする。側壁部分４ｂ−１及び４ｂ−１′の外側の縁部は、窪んだ壁の部分４ｂ−２及び４ｂ−２′と組み合わされる（図３）。これらの窪んだ壁の部分は、接近して間隔を開けていて、内部の狭い取付けスロット又は溝２１−２１′を構成し、この中に導電性延長部６ｂ−６ｂ′がぴったりと閉じ込められる。導電性延長部６ｂ−６ｂ′の上端部は、取付けタブ７−７′で終わっており、頂部壁のテストプローブ受容穴４ｃ′−４ｃ′の底部において、ハウジングの頂部壁４ｃに形成された狭いスロット９−９′を初めに通過する。次いで、タブ７−７′は、ハウジング４内で、適所に端子ブレード延長部６ｂ−６ｂ′を固定するように捩じられる。
ハウジング４の端部壁４ａ−４ａ′は、内方にオフセットしている溝１３−１３′へ延設され、ハウジング端部壁４ａ−４ａ′の外側の縁部が、端子ブレード６ａ−６ａ′の外側の縁部と整合するようにする。又、１５及び１７−１７におけるそれぞれのハウジングの側壁４ｂ及び４ｂ′の側方及び上部の縁部は、共通の鉛直方向の平面上にあり、装置２が、自動フューズ取付け装置によって、マガジンからフューズブロックのソケットへ供給される時、安定して並んで積重ねることが可能であるようにする。ハウジングの端部壁４ａ−４ａ′は、同じ理由で、即ち、それらがフューズブロックソケットへ自動供給するためのマガジンにおいて、端と端を接した関係で安定して積重ねることが可能であるように、鉛直平面上にある。
端子ブレード６ａ−６ａ′は、ソケット（図示無し）へ接続され、ＰＴＣ素子１０を直列に負荷抵抗に接続する。この負荷抵抗は、回路保護装置の抵抗の１０倍以上である。通常の電流がこの装置を通って流れる場合、この低抵抗の結果として、ＰＴＣ素子の層１０ｂで発生する熱量は大きくない。しかしながら、負荷抵抗が短絡される又はかなり減少されて、望ましくない持続性の過負荷電流がＰＴＣ素子１０を通って流れる場合、電流はＰＴＣ素子１０のトリップ電流として知られるレベルに達する。このトリップ電流レベルにおいて、ＰＴＣ素子１０の抵抗は、突然大きな率で上昇する。結果として生ずるＰＴＣ素子１０のより高い抵抗は、電流の流れを安全な値に制限する。それにもかかわらず、発生されたこの制限された電流は、ＰＴＣ層１０ｂを高抵抗の条件に維持するのに十分である。負荷抵抗を通常の低い値に戻すならば、負荷自体の置換え、又は高負荷を導く条件を取り除くことの何れかによって、装置２内を流れる電流は、トリップレベルより低く減少され、フューズは自動的に、そのもとの低い抵抗の条件へリセットされる。
図６及び７の実施形態
図６、７は、本発明のやや劣った好ましい実施形態を示しており、組立てられた回路保護装置を構成するために追加的な２つの別体の部品を必要とする。図２の実施形態は、片持ちアーム６ｃ−６ｃ′を含み、このアームは、端子ブレード６ａ−６ａ′及び端子ブレード延長部６ｂ−６ｂ′の一体部分として構成される。対照的に図６、７に図示された実施形態においては、片持ちの電流供給アームは、図６の回路保護装置２Ａでは（ａ）１６−１６′、図７の回路保護装置２Ｂでは（ｂ）１８−１８′の別体の導電性のワイヤー状要素によって構成される。これらのワイヤー状要素の内側の端部は、図６においては、装置２Ａの端子ブレード延長部６ｄ−６ｄ′から突出している端子タブ６ｃ−６ｃ′へはんだ付けされる、又はさもなくば接続され、図７においては、装置２Ｂの端子ブレード延長部６ｇ−６ｇ′へはんだ付けされる、又はさもなくば接続される。これらワイヤー状要素１６−１６′及び１８−１８′の他の端部は、図６においては装置２ＡのＰＴＣ素子１０Ａの、図７においては装置２ＢのＰＴＣ素子１０Ｂの両側の導電性の面へそれぞれはんだ付けされる。
又、装置２Ａと２Ｂとは、装置２Ａが、図１から図４に示した装置２で使用されたのと同一のハウジング４を有している点で異なる。装置２Ａの上記ハウジング４は、テストプローブ受容開口部４ｃ−４ｃ′を含み、この開口部において、端子ブレード６ａ−６ａ′の端子ブレード延長部６ｂ−６ｂ′の捩じられた上端部が露出される。
しかしながら、図７の装置２Ｂのハウジング４Ｂは、テストプローブ受容開口部を有していない。従って、この端子ブレード６ｆ−６ｆ′は、非常に短い導電性延長部６ｇ−６ｇ′で終わっていて、非常に幅の広い空間が、端子ブレード延長部の上方に、水平方向に細長いＰＴＣ素子１０Ｂのために残されており、このＰＴＣ素子は、ハウジング４Ｂの内部の幅のほぼ一杯に延設される。
対照的に、図６に示した回路保護装置２ＡのＰＴＣ素子１０Ａは、鉛直方向に細長い要素であり、端子ブレード延長部６ｂ−６ｂ′の向合っている縁部の間の空間内に取付けられる。
図８の実施形態
図８は、回路保護装置の変形例を図示しており、ここでは、端子ブレード延長部６ｊ−６ｊ′から一対の片持ちアーム６ｉ−６ｉ′が突出し、内方及び上方へ傾斜している。１つのシート状の金属スタンピングが、アーム６ｉ又は６ｉ′、端子ブレード延長部６ｊ又は６ｊ′、及び端子ブレード６ｈ又は６ｈ′を構成するのに使用される。しかしながら、片持ちアーム６ｉ−６ｉ′の末端部は、間隔を開けて離れ、部分的に重なる関係にあることは注目すべきである。従って、両方の端子ブレード及び片持ちアームと結合するこれらの導電性延長部は、別々のスタンピングから製造される。片持ちのアーム６ｉ−６ｉ′の末端部は、示され、水平方向に細長いＰＴＣ素子１０Ｃの両側の導電性の面へはんだ付けされ、接続される。このＰＴＣ素子は図７の実施形態で示した要素１０Ｂと同じであっても良い。図８の回路保護装置２Ｃは又、前述した図７の実施形態のように、テストプローブ受容開口部を有していない。
図９から図１１の実施形態
図９から図１１に示す回路保護装置２０では、端子ブレード２４ａ−２４ａ′が、長方形のハウジング２２の両側の端部壁２２ｃ−２２ｃ′の開口部２２ｅ−２２ｅ′を通して反対方向に突出している。開口部２２ｅ−２２ｅ′は、ハウジング２２の両側の端部壁２２ｃ−２２ｃ′の中央に配置される。従って、ハウジング２２内の端子ブレード２４ａ−２４ａ′の導電性延長部２４ｂ−２４ｂ′は、オフセットされた平面に曲げられ、これらが、四角いＰＴＣ素子２６の両側の平行な導電性の面へはんだ付け可能であるようにする。
図１２〜図１６の実施形態
図１２〜図１６に示される回路保護装置３０の実施形態は、前述した装置の電流容量を大幅に増加させるために、三つの正の温度係数を有する素子（以下、ＰＴＣ素子と略称する）３５ａ、３５ｂ、及び３５ｃのサンドイッチ部２５を含んでいる。これらのＰＴＣ素子の導電面は対向して互いと平行になっており、したがって、温度上昇による膨張量は累加される。これらの図面に示される回路保護装置３０は図１〜図８の実施形態に示されるものと同じようにしてパッケージとなっている。すなわち、その端子ブレード３４ａ−３４ａ′は、離間して対向し且つ同一平面上に位置する関係で、図８に示される本発明の実施形態において使用されているハウジングと類似のハウジング３１の開口した底部を貫通して突出している。端子ブレード３４ａ−３４ａ′は導電延長部３４ｂ−３４ｂ′と接続しており、これら導電延長部３４ｂ−３４ｂ′の基部部分は反対方向に折れ曲がって離間した垂直端子タブ３４ｃ−３４ｃ′で終端している。これら垂直端子タブ３４ｃ−３４ｃ′はＺ形状の対になった金属製ＰＴＣ素子取り付けブラケット３６−３６′の端子タブ取り付けアーム３６ｃ−３６ｃ′の外側面に対してはんだ付け若しくは結合されている。これらブラケットの端子タブ取り付けアーム３６ｃ−３６ｃ′は離間した平行な平面内に延在しており、ブラケット３６−３６′の直角に延びる中央部分３６ｂ−３６ｂ′にそれぞれ接続している。Ｚ形状ブラケット３６−３６′の中央部分３６ｂ−３６ｂ′はＰＴＣ素子取り付けアーム３６ａ−３６ａ′で終端しており、これらＰＴＣ素子取り付けアーム３６ａ−３６ａ′は外側ＰＴＣ素子３５ａ−３５ｃの外側導電面すなわち端子部３５ａ−１−３５ｃ−１にそれぞれはんだ付け若しくは電気的に接続されている。ＰＴＣ素子取り付けアーム３６ａ−３６ａ′はブラケット３６ａ−３６ａ′の中央部分３６ｂ−３６ｂ′から片持ち状態になっている可撓性アームとして機能する。したがって、ＰＴＣ素子３５のサンドイッチ部のＰＴＣ層の膨張はアーム３６−３６′を撓ませることになる。中央ＰＴＣ素子３５ｂは外側ＰＴＣ素子３５ａ−３５ｃの間に配置されている。中央ＰＴＣ素子３５ｂの導電面すなわち端子部３５ｂ−１及び３５ｂ−２は、それぞれがブラケット３６−３６′の中央部分３６ｂ−３６ｂ′まで延びて電気的に接触している銅製ヒートシンク板３８及び３８′によって、外側ＰＴＣ素子３５ａ及び３５ｃの最内側導電面３５ａ−２及び３５ｃ−２にそれぞれ接続されている。こうして、ＰＴＣ素子は互いと平行に実質上接続されていることになる。
ＰＴＣ素子３５ａ−３５ｃ及びＺ形状ブラケット３６−３６′のサンドイッチ部は、底部において開口している絶縁ハウジング３１の離間した主垂直側壁３１ａ−３１ａ′の対に対して離間した関係で設けられている。垂直側壁３１ａ−３１ａ′の頂部は水平頂部壁３１ｂと接続しており、その側縁部は一対の端部壁３１ｃ−３１ｃ′と接続している。ハウジング端部の底部及び側壁は方形絶縁基底４１の縁部上に延在するレッジに当接してそこに取り付けられており、この方形絶縁基底４１は端子ブレード３４ａ−３４ａ′の延長部３４ｂ−３４ｂ′のテーパ勾配を付けられた底部部分の周囲に流し込んで成形された材料からなっている。
ＰＴＣ素子３５ａ、３５ｂ又は３５ｃが各々図２に示されるＰＴＣ素子１０と同一であるとするならば、図１２〜図１５に示される回路保護装置３０の電流定格は図２に示される回路保護装置の三倍になる。これは、負荷電流が三つのＰＴＣ素子３５ａ、３５ｂ及び３５ｃの間に均等に分割されるからである。
ＰＴＣ素子に対する仕様の一例は以下の通りである。
ＰＴＣ素子  ３５ａ、３５ｂ及び３５ｃ−米国特許第４８００２５３号明細書に開示されたもの
各ＰＴＣ素子の寸法：
厚さ＝０．２９２１ｍｍ（０．０１１５″）
長さ×高さ＝１４．２２４ｍｍ×１２．７ｍｍ（０．５６０″×０．５００″）
銅製ヒートシンク寸法：
厚さ＝０．５５８８ｍｍ（０．０２２″）
長さ×高さ＝１６．００２ｍｍ×１２．７ｍｍ（０．６３０×０．５００）
図１６は、互いと並列に接続され且つ負荷抵抗として図式的に示された車両バッテリー４０及び単数又は複数の電気装置４２と直列に接続されたＰＴＣ素子３５ａ、３５ｂ及び３５ｃを示している。この装置は、負荷電流が三つの経路に均等に分割することを除いて、図１〜図５に示されるものと同じように作動する。
図１７〜図２０の実施形態
図１７〜図１９に示される回路保護装置４０の実施形態は、単一のＰＴＣ素子４１と、一対のシート状金属断片４２−４２′（元は一つの断片）とを含み、この一対のシート状金属断片４２−４２′は、それぞれ、離間して平行であり対向していて同一平面上にある一対の剛性端子ブレード４２ｂ−４２ｂ′及び導電延長部４２ｃ−４２ｃ′を形成している。薄く切られた電極、すなわち可撓性を有した片持ち状態の薄い電極４２ａ−４２ａ′が導電延長部から突出している。薄く切られた電極部分４２ａ−４２ａ′、端子ブレード４２ｂ−４２ｂ′、及び導電延長部４２ｃ−４２ｃ′が連続した単一のストリップ状シート金属から形成される。
図１７〜図１９に示されるように、薄く切られた電極４２ａ−４２ａ′は内側端部４５−４５′と外側端部４６−４６′とを有する。内側端部４５−４５′は端子ブレード４２ｂ−４２ｂ′の導電延長部４２ｃ−４２ｃ′に電気的に接続されている。薄く切られた電極４２ａ−４２ａ′の外側端部４６−４６′は内側端部４５−４５′に対して片持ち状態にされており、可撓性を有している。
図１８及び図２０と特に参照すると、ＰＴＣ素子４１は、ＰＴＣ素子４１が金属１０ａ−１０ａ′の薄い層又は被覆を含んでいないことを除いて、図１〜図５のＰＴＣ素子と類似している。その代わりに、ＰＴＣ素子４１は、単一の板状素子、好適には上記で詳述したような導電性粒子を分散させることによって導電性を備えさせられたポリマーを含んでなる。薄く切られた電極部分４２ａ−４２ａ′の内側表面は、表面積を増加させてＰＴＣ素子４１と薄く切られた電極部分４２ａ−４２ａ′との間の電気接続を向上させるために、微小な溝が設けられている。
可撓性を有した薄く切られた電極４２ａ−４２ａ′の外側端部４６−４６′の間には、ＰＴＣ素子４１がサンドイッチ状に挟持されており、外側端部４６−４６′と電気的に接触している状態にするために、そこに超音波接合されている。ＰＴＣ素子４１は所定の範囲の電流を比較的低い抵抗を示しつつ伝導する。しかしながら、そこを通る電流が所定のトリップレベルに到達すると、その抵抗が、突然、比較的高い抵抗値まで増加して回路の電流を制限するが、このことが保護するために使用される。
ここで図１９を参照すると、図１８に示されるサンドイッチ構造は図１〜図４に示される回路保護装置２によって使用された同一のハウジング４３を有している。本実施形態の回路保護装置４０の係るハウジング４３は、試験プローブ受容開口４４−４４′を備えており、端子ブレード延長部４２ｂ−４２ｂ′の上側端部がこれらの開口４４−４４′内に露出させられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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