專利名稱：Ptc器件和使用它的電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能用作電路保護(hù)器的PTC器件和使用這種器件的電池組(或組件)。
背景技術(shù)：
使用PTC(正溫度系數(shù)電阻器)器件作為電路保護(hù)器以防電池和/或電路過電流狀態(tài)和由此引起的過溫狀態(tài)在例如，美國專利No.4,255,698(Simon)和4,973,936(Dimpault-Darcy等人)、和日本實(shí)用新型申請No.4-75287)中公開，PTC器件包括具有“電阻正溫度系數(shù)”特性的PTC成分。
PTC成分使包含該成分的器件(即，PTC器件)具有以下特征器件在正常操作期間的溫度下是在低電阻狀態(tài)(取決于器件使用時的電路情況，例如從室溫到40℃)；當(dāng)由于例如由短路或過充電的形成導(dǎo)致的異常大電流而受到高溫作用(取決于器件使用時的電路情況，例如從60到130℃)時，器件轉(zhuǎn)換成極高電阻狀態(tài)。因此，當(dāng)電路中包含這種器件，并且異常大電流通過該電路時，該器件變成更高溫度狀態(tài)并且轉(zhuǎn)變到更大電阻狀態(tài)，以便降低通過該電路的電流，從而保護(hù)形成電路的電構(gòu)件、連接到電池的部件等。
這種PTC成分是公知的，不需要附加描述。詳細(xì)描述參見例如日本專利公開公報No.55-78406。在此引用此專利公報的內(nèi)容供參考。
含有多個電池的電池組通常用于電(或電子)裝置，如照機(jī)機(jī)、攝像機(jī)、工具、便攜式電話和便攜式計(jì)算機(jī)。從可攜帶的觀點(diǎn)希望使這些裝置盡可能小型化(即，輕而小)。因此，裝在裝置中的電池組最好小型。
由于如形成短路這樣的缺陷出現(xiàn)，異常大電流可能通過這種裝置中的電路。當(dāng)PTC器件用于保護(hù)電路避免受到損壞時，從小型裝置的觀點(diǎn)要求裝置中器件的有效的空間占有。
為使裝置小型化，美國專利No.4,973,936公開了把PTC器件直接放在電池的鈕扣端子上。在PTC器件中，PTC元件呈盤形，利用粘合劑把環(huán)形絕緣構(gòu)件粘結(jié)到盤上，并且環(huán)形絕緣構(gòu)件的中間部分是能容納電池鈕扣端子的孔。對于這種PTC器件，因?yàn)镻TC元件位于電池鈕扣端子的頂部，在電池組中需要能容納PTC元件厚度的空間。而且，要防止在PTC元件的電極之間形成短路。因此，要求電池組沿電池的縱向有足夠的空間。
日本實(shí)用新型申請No.4-75287公開了用作電路保護(hù)器件的PTC器件，包括具有能容納電池鈕扣端子的蓋帽形部分的電極，半環(huán)形電極和夾在電極之間的PTC構(gòu)件。利用這種PTC器件，因?yàn)殡姌O的蓋帽形部分一側(cè)和半環(huán)形電極之間的距離小，短路可能形成在電極之間。為防止這種短路形成，應(yīng)當(dāng)精確調(diào)節(jié)蓋帽部分和PTC構(gòu)件之間以及蓋帽部分和另一電極之間的位置關(guān)系。這種調(diào)節(jié)最終導(dǎo)致增加PTC器件的制造成本。
發(fā)明公開如上所述，迄今已研制的電路保護(hù)器未必令人滿意，仍有上述例示的問題。因此，需要進(jìn)一步改進(jìn)的電路保護(hù)器。特別是需要滿足下面所述要求的電路保護(hù)器在電極之間短路形成和由于器件自身的小尺寸而引起器件自身的損壞可能性方面的改進(jìn)；及同迄今提出的器件是至少同樣的有效的空間占有。
因此，本發(fā)明目的是提供一種PTC器件，該P(yáng)TC器件能用作電路保護(hù)器，且能容易地排除可能的短路形成，同時確保有效的空間占有；以及提供一種使用此器件的電池組。
發(fā)明目的解決第一方面，本發(fā)明提供適合于固定到電池的鈕扣端子的PCT器件，所述器件包括(A)PTC元件，(i)具有外緣周和在PTC元件的中心限定一孔的內(nèi)緣周，和(ii)包括(1)由PTC導(dǎo)電聚合物成分組成的層狀PTC電阻構(gòu)件(也稱“PTC構(gòu)件”)，(2)附著在PTC電阻構(gòu)件的第一表面的第一層狀電極(也稱“第一電極”)，及(3)附著在PTC電阻構(gòu)件的第二相對表面的第二層狀電極(也稱“第二電極”)；(B)第一導(dǎo)電引線，包括
(1)附著在第一層狀電極上的第一部分，和(2)至少部分閉合PTC元件的孔的第二部分；(C)第二導(dǎo)電引線，包括(1)附著在第二層狀電極上的第一部分，和(2)從PTC元件的外緣周延伸出的第二部分；及(D)一絕緣層，它覆蓋PTC元件的內(nèi)緣周和第二導(dǎo)電引線的第一部分中的至少一部分。
根據(jù)本發(fā)明的PTC器件中，由第一(層狀)電極形成的第一主表面、第二(層狀)電極形成的第二主表面、外緣周和內(nèi)緣周限定PTC元件。
因此，根據(jù)本發(fā)明第一方面的PTC器件也當(dāng)成是包含PTC元件、第一導(dǎo)電引線和第二導(dǎo)電引線的PTC器件，該器件特征在于(A)PTC元件包括PTC構(gòu)件、第一電極和第二電極，其中(1)有位于中心的通孔的PTC元件由內(nèi)緣周、外緣周、和相互相對的第一主表面和第二主表面限定，(2)第一主表面由第一電極形成，以及第二主表面由第二電極形成，和(3)PTC構(gòu)件由PTC導(dǎo)電聚合物構(gòu)成并且位于第一電極和第二電極之間，(B)第一導(dǎo)電引線包括第一部分和第二部分，其中(1)第一部分連接至第一電極，和(2)第二部分延伸穿過通孔的開口，從而至少部分閉合開口，并能與電池的正極鈕扣端子電連接，(C)第二導(dǎo)電引線包括第一部分和第二部分，其中(1)第一部分連接至第二電極，和(2)第二部分從PTC元件延伸出，并能與其它電元件電連接，和(D)絕緣構(gòu)件覆蓋PTC元件的內(nèi)緣周和第二導(dǎo)電引線的第一部分中的至少一部分。
第二方面，本發(fā)明還提供一電池組(或組件)，它包括上述PTC器件和一電池，其中PTC器件位于電池的鈕扣端子側(cè)，使端子連接至第一導(dǎo)電引線的第二部分。
附圖描述

圖1是本發(fā)明的PTC器件的示意橫截面圖；圖2是用于本發(fā)明的PTC器件的PTC元件的示意平面圖；圖3是用于本發(fā)明的PTC器件的包含第一導(dǎo)電引線的PTC元件示意平面圖；圖4是用于本發(fā)明的PTC器件的包含第二導(dǎo)電引線的PTC元件的示意平面圖；圖5是本發(fā)明的PTC器件的示意平面圖；圖6是使用本發(fā)明的PTC器件的電池組示意圖；圖7是如圖3所示的適用于本發(fā)明的PTC器件的第一導(dǎo)電引線的另一實(shí)施例的示意平面圖；圖8是其中第二導(dǎo)電引線和絕緣構(gòu)件成一體的單個元件的示意平面圖(從圖1的頂部看)；圖9是其中第二導(dǎo)電引線和絕緣構(gòu)件成一體的單個元件的示意截面圖(沿與圖8的平面圖垂直的方向看)；及圖10是類似于圖1的本發(fā)明PTC器件的另一實(shí)施例的示意橫截面圖，其中絕緣構(gòu)件和第二導(dǎo)電引線形成如圖8或9的單個元件在上面圖中，參考數(shù)字表示如下1，1’PTC器件 3PTC元件5外緣周 7內(nèi)緣周9PTC構(gòu)件11第一電極13第二電極 15第一導(dǎo)電引線16第一導(dǎo)電引線的第一部分17第一導(dǎo)電引線的第二部分18第二導(dǎo)電引線19第二導(dǎo)電引線的第一部分21，21’第二導(dǎo)電引線的第二部分23絕緣構(gòu)件25第一導(dǎo)電引線中的孔27，27’PTC元件中的孔 28電池組件29電池 31鈕扣端子33電池 35鈕扣端子41第二主表面43第一主表面
45，47負(fù)極 51，53定位銷61一體化元件65一體化元件的內(nèi)緣周67絕緣構(gòu)件23的上升凸緣發(fā)明詳述在本發(fā)明中，“鈕扣端子”實(shí)際上指“電池正側(cè)電極的凸出部分”。例如，電池的正側(cè)電極指可買到的干電池的正側(cè)上的電極，而那電池的正端子是正側(cè)電極的端子，通常是正側(cè)電極的凸出部分?！暗诙?dǎo)電引線的第二部分從PTC元件伸出”指第二部分從PTC元件的外緣周的側(cè)面(或邊緣)向外延伸(即，從PTC元件延伸出)。而且，“電連接”指進(jìn)行連接使電流通過連接能流過。
在本發(fā)明中，絕緣構(gòu)件覆蓋PTC元件的內(nèi)緣周，從而防止在電池的鈕扣端子和形成PTC元件的內(nèi)緣周的PTC構(gòu)件之間形成短路。任選地，當(dāng)?shù)诙姌O形成PTC元件的一部分內(nèi)緣周時(換句話說，例如，當(dāng)?shù)诙姌O位于PTC構(gòu)件上使第二電極的內(nèi)緣形成內(nèi)緣周的上部分時，如圖1所示)，絕緣構(gòu)件防止在鈕扣端子和第二電極之間以及第一電極和第二電極之間短路的形成。
在優(yōu)選實(shí)施例中，絕緣構(gòu)件覆蓋第二主表面的至少部分區(qū)域，在該區(qū)域上沒有安放第二導(dǎo)電引線，從而絕緣構(gòu)件部分覆蓋第二主表面。因此，當(dāng)電池的鈕扣端子位于通孔內(nèi)并電連接到第一電極時，確保了除了鈕扣端子以外沒有電池正極的其它部分電接觸第二主表面，從而防止在正極和第二主表面之間的短路形成。也就是說，絕緣構(gòu)件的部分覆蓋起作墊片的作用，從空間上把電池的正極與第二主表面分開一定距離。
另外，絕緣構(gòu)件最好覆蓋第二導(dǎo)電引線的第一部分，這樣短路不會形成在電池的正端子和第二導(dǎo)電引線的第一部分之間。關(guān)于電池的鈕扣端子和第二導(dǎo)電引線的第一部分之間的關(guān)系，即使第二導(dǎo)電引線的第一部分通過面對鈕扣端子的第一部分的邊緣位于剛好鄰接PTC元件的內(nèi)緣周(即，第一部分的邊緣延伸直到內(nèi)緣周)，因?yàn)閮?nèi)緣周上絕緣構(gòu)件的覆蓋起作墊片的作用，所以在鈕扣端子和第一部分之間也沒有電接觸形成。
根據(jù)本發(fā)明的PTC器件的一個優(yōu)選實(shí)施例，在其上沒有第二導(dǎo)電引線但有絕緣構(gòu)件的覆蓋的第二主表面的至少部分區(qū)域是相鄰于PTC元件的內(nèi)緣周的一部分第二主表面(更優(yōu)選地，相鄰于整個內(nèi)緣周的一部分第二主表面，因此該部分呈環(huán)形)，并且第二導(dǎo)電引線的第一部分相鄰或靠近PTC元件的外緣周。“相鄰”指絕緣的第二主表面或第二導(dǎo)電引線的第一部分分別接觸到內(nèi)緣周或外緣周?！翱拷敝傅诙?dǎo)電引線的第一部分沒接觸到外緣周，但延伸到外緣周的附近。在本實(shí)施例中，因?yàn)榻^緣構(gòu)件覆蓋第二主表面的內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，可更加確保防止第二至表面和電池的正端子之間的接觸。
在根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，在其上沒有設(shè)置第二導(dǎo)電引線但配置了絕緣構(gòu)件的第二主表面的至少部分區(qū)域是上面沒有設(shè)置第二導(dǎo)電引線的第二主表面的全部區(qū)域。因此，完全防止第二主表面和電池正端子之間的電連接。
在另一優(yōu)選實(shí)施例中，絕緣構(gòu)件進(jìn)一步覆蓋PTC元件的外緣周。因此避免第二導(dǎo)電引線的第二部分和PTC元件之間的電接觸。
在本發(fā)明的PTC元件的另一實(shí)施例中，絕緣構(gòu)件覆蓋至少部分第二導(dǎo)電引線，使絕緣構(gòu)件和第二導(dǎo)電引線形成單個元件，此單個元件的使用使器件的裝配簡單，這是由于減少了要裝配的部件數(shù)。在本實(shí)施例中，第二導(dǎo)電引線的第一部分可有基本上與PTC元件相同的幾何形狀。第二導(dǎo)電引線的第一部分可完全覆蓋第二電極。另一方面，第二導(dǎo)電引線的第一部分可稍微小于第二電極或被絕緣構(gòu)件部分覆蓋，從而第二電極的一部件與絕緣構(gòu)件接觸。在本實(shí)施例中，絕緣構(gòu)件最好基本全部覆蓋未與第二電極接觸的第二導(dǎo)電引線的第一部分的表面。
另外，絕緣構(gòu)件能覆蓋第二導(dǎo)電引線的第一部分的側(cè)面(或邊緣)從而在第二導(dǎo)電引線的第一部分的內(nèi)緣周處產(chǎn)生凸緣(或延伸)，它接觸并使PTC元件的內(nèi)緣周絕緣。凸緣的厚度(或高度)最好與PTC元件相同，從而當(dāng)PTC元件和包含第二導(dǎo)電引線的單個元件相互固定時，絕緣元件、第二導(dǎo)電引線的第一部分和PTC元件的總厚度在PTC器件的任何橫截面內(nèi)是恒定的(見圖10)。
使用在其中絕緣構(gòu)件和第二導(dǎo)電引線為一體化的單個元件的另一優(yōu)點(diǎn)是PTC元件的臨界區(qū)域例如內(nèi)緣周是絕緣的，但是不必要求PTC元件被絕緣構(gòu)件完全覆蓋。例如，PTC元件的外緣周可不用絕緣構(gòu)件覆蓋。這意味著當(dāng)PTC器件作用時，PTC元件能比外緣周完全由絕緣構(gòu)件覆蓋時更自由地?cái)U(kuò)張。
在另一實(shí)施例中，例如，為了裝配電池組件，本發(fā)明的PTC器件具有這樣的尺寸如下所述，當(dāng)它置于電池上時，沒有徑向延伸超過電池正極的邊緣。
如上述的本發(fā)明的PTC器件可在各種電路和電池組件中用作電路保護(hù)器。
第二方面，本發(fā)明提供包含上述PTC器件和電池的電池組(或組件)。在這種組件中，鈕扣端子設(shè)置在PTC器件的通孔內(nèi)，同時端子與第一導(dǎo)電引線的第二部分電連接。
本發(fā)明的電池組可有一個或多個電池。如果電池組具有多個電池，它們可以串聯(lián)或并聯(lián)連接。這樣，通過本發(fā)明的PTC器件實(shí)現(xiàn)電池間的電連接，以及通過第二導(dǎo)電引線的第二部分實(shí)現(xiàn)電池的負(fù)極和PTC器件之間的連接。另外，第二導(dǎo)電引線的第二部分可與構(gòu)成電路的其它電元件電連接，而不用與電池的負(fù)極電連接。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榻^緣構(gòu)件圍繞電池的鈕扣端子，它防止鈕扣端子與第二電極和PTC構(gòu)件直接接觸。它也防止PTC元件的第二主表面和鈕扣端子之間以及第二導(dǎo)電引線和鈕扣端子之間的電接觸，這樣沒有短路形成，而且，因?yàn)镻TC器件的孔安放鈕扣端子，能有效利用由凸出的鈕扣端子形成的空間。因此，當(dāng)本發(fā)明的PTC器件用于制造電池組件時能使電池組件的尺寸減至最小。
發(fā)明實(shí)施例描述下面將參照圖1到10的附圖通過本發(fā)明電路保護(hù)器(PTC器件)的優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。
圖1表示本發(fā)明優(yōu)選PTC器件的一個實(shí)施例的示意橫截面圖，其中PTC器件1包括PTC元件3、第一導(dǎo)電引線15和第二導(dǎo)電引線18，及絕緣構(gòu)件23。在所示實(shí)施例中，絕緣構(gòu)件23覆蓋內(nèi)緣周7、第二導(dǎo)電引線的第一部分19、外緣周5和除其上設(shè)有第二導(dǎo)電引線的區(qū)域以外的第二主表面的全部區(qū)域。PTC元件3包括第一電極11、第二電極13和夾在這些電極之間的PTC構(gòu)件9。在圖1所示的PTC元件3中，兩個電極形成相互相對的PTC元件3的第一主表面43和第二主表面41。
圖2表示構(gòu)成本發(fā)明PTC器件1的僅PTC元件3的示意平面圖(當(dāng)從頂部或底部看圖1所示的實(shí)施例)。由圖1和2可見，由主表面41和43、外緣周5與內(nèi)緣周7限定PTC元件3。它呈盤形，在中心有通孔27(因此，整個元件呈扁平環(huán)形)。內(nèi)緣周7確定孔27。這里盤未必指圓形。如圖所示，外緣周5的橫截面可不是圓形，它可是例如矩形或多邊形，或者是圓形、矩形或多邊形的組合。這同樣適用于內(nèi)緣周7的橫截面。然而，在一優(yōu)選實(shí)施例中，至少內(nèi)緣周7具有圓形橫截面。
重要的是PTC器件在由絕緣構(gòu)件絕緣后具有這樣的結(jié)構(gòu)它可以容易地定位在電池的鈕扣端子一側(cè)上，并且除了第二導(dǎo)電引線的第二部分外沒有向外延伸超出電池的橫截面。也很重要的是因?yàn)槠骷倪@種結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行絕緣構(gòu)件的覆蓋后孔27能容納鈕扣端子。只要能滿足這些重要性，PTC元件3可以是任何其它形狀。例如，PTC元件3未必呈閉合環(huán)形并且可是開口環(huán)形(即，具有徑向切口的環(huán)形)。
在PTC元件3中，第一層狀電極11和第二層狀電極13固定于其上的PTC構(gòu)件9由導(dǎo)電聚合物成分制成。PTC元件最好由夾在作為電極的兩金屬箔之間的PTC導(dǎo)電聚合物成分的疊片構(gòu)成。
能使用的導(dǎo)電聚合物成分是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。具體地，能使用在背景技術(shù)部分中參考的專利公報中描述的成分，這種成分包括聚合物材料和分散在聚合物材料中的導(dǎo)電填充物(例如，呈顆粒形狀)。聚合物材料最好是有機(jī)結(jié)晶聚合物，例如，如聚乙烯或乙烯共聚物等聚烯烴；如聚偏氟乙烯的含氟聚合物；及兩種或多種這些聚合物的混合物。顆粒性導(dǎo)電填充物最好是碳黑、石墨、金屬、金屬氧化物、涂敷有導(dǎo)電材料的玻璃或這些填充物的混合物。導(dǎo)電聚合物成分可包含其它添加劑，例如，抗氧化劑、惰性填充物、或穩(wěn)定劑，并可通過適當(dāng)方式(例如輻射)交聯(lián)。
至于導(dǎo)電聚合物成分的電阻率，在其中采用PTC器件的裝置的正常工作和異常工作期間的電阻率可以依據(jù)該裝置通過適當(dāng)調(diào)節(jié)要用的填充物種類和數(shù)量及要用的聚合物材料種類和數(shù)量設(shè)定成所希望的值。對于多數(shù)應(yīng)用，導(dǎo)電聚合物成分的20℃的溫度下具有的電阻率通常不大于10ohm-cm，最好不大于5ohm-cm，更好地是不大于2ohm-cm，例如，不大于1ohm-cm這樣的更低電阻率更好。
通過適當(dāng)方法，例如，擠壓導(dǎo)電聚合物成分，接著進(jìn)行切割，并且固定電極形成片狀來形成PTC構(gòu)件9。第一電極11和第二電極13兩個都包含導(dǎo)電材料，并且最好是呈箔或薄片狀的金屬，該形狀有效降低器件的體積。至于金屬，例如，可最好使用鎳、銅、或鐵或如黃銅或不銹鐵這樣的合金。
代替或除金屬箔外，電極中的任何一個或兩個可由導(dǎo)電涂料或石墨層構(gòu)成。特別優(yōu)選的是，當(dāng)金屬箔用于電極時，它們包括電解金屬箔，這在PTC構(gòu)件和電極之間實(shí)現(xiàn)很好的粘附。通過任何適當(dāng)方法，例如，通過使用導(dǎo)電粘合劑，通過當(dāng)熔化時使電極與聚合物成分接觸、或通過壓力作用就能實(shí)現(xiàn)電極和導(dǎo)電聚合物成分的PTC構(gòu)件之間的接合。
在根據(jù)本發(fā)明的PTC器件1中，PTC元件3的第一電極11電連接至第一導(dǎo)電引線(或引線端子)15，以及PTC元件3的第二電極13電連接至第二導(dǎo)電引線(或引線端子)18。可通過任何適當(dāng)方式，例如，通過焊接、熔焊、或使用導(dǎo)電粘合劑進(jìn)行連接。在一優(yōu)選實(shí)施例中，僅把合適的極板緊壓在導(dǎo)電引線端子上就足夠了。
正如從圖1的底部所見，圖3示意地表示其中已固定有第一導(dǎo)電引線15的PTC元件3。第一導(dǎo)電引線15具有固定到第一電極11的第一部分16和位于PTC元件3的通孔27下面的第二部分17。第一部分16覆蓋至少部分，最好基本覆蓋第一電極11的全部表面(圖3所示)。第一導(dǎo)電引線15的部分第二部分17通過適當(dāng)方式，例如，焊接、施加壓力或熔接在鄰接于PTC元件3的一側(cè)上，直接電連接到電池的鈕扣端子。
第二部分17閉合PTC元件3的孔27的至少部分開口。任選地，第二部分17可有一個或多個開口25。從圖2和3之間比較可見，第一導(dǎo)電引線15的外緣周形狀可與PTC元件3的基本相同。
圖4為從圖1的頂部看的示意平面圖中，圖4表示已附著有第二導(dǎo)電引線(或引線端子)18的PTC元件3。第二導(dǎo)電引線18包括第一部分19和第二部分21。第一部分19是固定到至少部分第二電極13的部分?？筛街谝徊糠?9來覆蓋全部第二電極13，但是為容易制造該器件，如圖所示第一部分19部分覆蓋第二電極13通常就足夠了。第一部分的一個優(yōu)選形狀可是所示的部分扁平環(huán)形(即，弧形)或“U”形。
第二導(dǎo)電引線18的第二部分21包括從PTC元件的外緣周5延伸出的一部分。第二部分21的功能是使與另一電池或其它電部件電接觸。并且如果需要的話，如圖1所示它可是彎曲的。
第一和第二導(dǎo)電引線15、18能由如金屬或合金(例如，鎳、不銹鋼、銅、鐵、黃銅或青銅)等任何適當(dāng)材料制成。對于第二導(dǎo)電引線18，引線框架能用于制造過程。
圖5示意性表示從圖1的頂部看器件的PTC器件1的平面圖，即表示其中絕緣構(gòu)件23應(yīng)用于圖4所示狀態(tài)的一種狀態(tài)。在根據(jù)本發(fā)明的PTC器件1中，絕緣構(gòu)件23覆蓋PTC元件3的內(nèi)緣周7、第二電極13的至少部分暴露區(qū)域(即，沒被第二導(dǎo)電引線覆蓋的區(qū)域)、和第二導(dǎo)電引線18的第一部分19。利用絕緣構(gòu)件的這種配置，當(dāng)電池正電極的鈕扣端子安放在孔27’內(nèi)時，在正電極與第二主表面和第二導(dǎo)電引線的第一部分兩者之間，以及鈕扣端子和PTC元件之間沒有形成電接觸，這樣在它們之間沒有短路形成。
在優(yōu)選實(shí)施例中，如圖所示，絕緣構(gòu)件23覆蓋PTC元件3的內(nèi)緣周7、大體上第二電極13的全部暴露區(qū)域和大體上第二導(dǎo)電引線18的全部第一部分19。除此優(yōu)選實(shí)施例外，更優(yōu)選地，絕緣構(gòu)件覆蓋相鄰于第一部分19的至少部分第二部分18。另外，在另一實(shí)施例中，除了更優(yōu)選實(shí)施例外，絕緣構(gòu)件23還可完全覆蓋外緣周5，用以防止第一導(dǎo)電引線上的PTC構(gòu)件9接觸第二導(dǎo)電引線18的第二部分21。通過這種配置，確保防止在電池的鈕扣端子和第二電極之間形成短路。
絕緣構(gòu)件23的厚度足以確保絕緣構(gòu)件23抵抗在器件的正常操作期間受到的磨損(具體地，確保不在電池的鈕扣端子和PTC元件9或第二電極之間形成短路)，但是足夠薄以使器件固定在鈕扣端子上時所需的空間減至最小。從整體上確定PTC器件的尺寸以便保證器件緊密配合在電池的鈕扣端子上。
絕緣構(gòu)件23最好包含絕緣材料。至于這種材料，可使用聚合物，例如聚酰胺、聚丁烯-對苯二酸酯(PBT)、聚酯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、或環(huán)氧樹脂。當(dāng)絕緣材料是熱塑性材料時，它的熔點(diǎn)高于導(dǎo)電聚合物成分的熔點(diǎn)Tm(因此，構(gòu)成該成分的聚合物的熔點(diǎn))，從而保證當(dāng)PTC器件作用并且溫度升高時防止絕緣構(gòu)件的實(shí)際變形。
為了提供正常使用期間所需PTC器件的剛性，通常絕緣構(gòu)件最好在大于130℃的溫度下軟化。另外，希望絕緣元件的熱膨脹系數(shù)不這樣不同于導(dǎo)電聚合物成分。優(yōu)選地，那些系數(shù)基本相同。
絕緣構(gòu)件以任何適當(dāng)方法，例如注模、噴涂或浸漬以圖4所示狀態(tài)施加于PTC元件3。在另一實(shí)施例中，通過擠壓預(yù)先形成絕緣構(gòu)件的模制制器，然后以任何適當(dāng)方式(例如，使用粘合劑或熔劑)把制品以圖4所示狀態(tài)施加于PTC元件3?？扇芜x地進(jìn)行附加步驟(例如，根據(jù)需要通過加熱、輻射或紫外光的聚合材料固化步驟)。絕緣構(gòu)件的這些制造方法的優(yōu)點(diǎn)是它們?nèi)菀讓?shí)施，絕緣構(gòu)件被可靠地布置并且成本可行。還最好使用對PTC構(gòu)件的導(dǎo)電聚合物成分產(chǎn)生很小熱效應(yīng)的方法(例如，注模)。
通過例如下面方法制造的本發(fā)明的PTC器件1從由夾在兩金屬箔(11和13)之間的包含導(dǎo)電聚合物成分9的疊層中沖壓出環(huán)形的PTC元件3；然后在任選實(shí)施例中，通過在第一導(dǎo)電引線15的第一部分16和第一電極11之間以及第二導(dǎo)電引線的第一部分19和第二電極13之間施加焊膏，借助熱空氣或在爐中回流此焊膏，接著再固化此膏來把第一和第二導(dǎo)電引線(15和18)固定到PTC元件；最后通過注模施加上絕緣構(gòu)件23。施加絕緣構(gòu)件23后形成的孔27’的直徑小于初始孔27，這樣當(dāng)使用本發(fā)明的PTC器件1時，電池的鈕扣端子安放在孔27’內(nèi)并且端子與第一導(dǎo)電引線15的第二部分接觸(見圖6)。
PTC器件的電阻可依據(jù)其應(yīng)用，即依據(jù)使用該器件的裝置來進(jìn)行調(diào)節(jié)。在20℃的電阻值通常不大于1ohm，優(yōu)選地不大于0.5ohms，更優(yōu)選不大于0.25ohm，例如，0.050到0.15ohms。
本發(fā)明的PTC器件1特別適合于用在圖6示意性表示的電池組(或組件)28。電池組件28包含分別包括鈕扣端子31和35的電池29和33，以及根據(jù)本發(fā)明的PTC電路保護(hù)器1和1’，如圖6所示。
PTC器件1定位成孔27’能容納鈕扣端子31使第一導(dǎo)電引線15的第二部分17和鈕扣端子31之間電接觸，以及第二導(dǎo)電引線18的第二部分并且最好是端部連接到相鄰電池33的負(fù)端子45。在本發(fā)明的另一PTC器件1’中，第二導(dǎo)電引線21’能連接到電池的負(fù)端子(未示出)或其它電部件(未示出)。電池29的負(fù)端子47可連接至電路中的電元件。
從圖1和6可見，當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的電路保護(hù)器時，能最有效利用電池組件中的空間。也就是說，器件1使電池組件的長度沿電池鈕扣端子的高度方向稍微延長第一導(dǎo)電引線15的厚度。應(yīng)當(dāng)注意，為便于理解夸張地示出附圖中的繪制(特別在厚度方向)。(特別是，在圖6中，雖然顯然沿電池縱(或高度)向的長度相對放大，但是PTC器件的導(dǎo)線端子15的最外表面和正端子31的端面之間的距離基本上等于引線端子15的厚度。)采用本器件的電池29可是任何類型的電池，無論原電池還是二次電池，和例如能使用鎳鎘、鎳氫、堿性或鋰電池。特別是，與“AAA”型電池一同使用該器件最好。
圖7示意性表示第一導(dǎo)電引線的另一實(shí)施例，它適合用于圖3的示意平面圖中的本發(fā)明PTC器件。在本實(shí)施例中，一個或多個定位銷51和53(在所示實(shí)施例中為兩個定位銷)設(shè)置在第一導(dǎo)電引線15的外緣周，從而例如當(dāng)使用自動裝配裝置時能夠精確而有效地裝配。類似定位銷可設(shè)在第二導(dǎo)電引線上。
圖8和9以平面圖(即，從圖1的底部看)示出其中第二導(dǎo)電引線18和絕緣構(gòu)件23被整體地形成的單個元件61。在本實(shí)施例中，第二導(dǎo)電引線的第一部分19呈盤19形，具有從第一部分延伸出的第二部分21。絕緣構(gòu)件23包括外緣周63和內(nèi)緣周65，并基本覆蓋第一部分19的全部一個表面。內(nèi)緣周65具有被設(shè)計(jì)成完全接觸PTC元件3的內(nèi)緣周7的絕緣構(gòu)件上升凸緣67。
圖10以橫截面表示PTC器件1，其中絕緣元件和第二導(dǎo)電引線形成圖8或9所示的單個元件61。
發(fā)明效果從上面可見，本發(fā)明提供一PTC器件，通過絕緣構(gòu)件防止電池的鈕扣端子與例如PTC構(gòu)件、第二導(dǎo)電引線和PTC元件的第二電極之間直接接觸，該P(yáng)TC器件不會形成短路，因?yàn)楫?dāng)本發(fā)明的PTC器件用于電池組件時，該器件能最有效利用電池鈕扣端子周圍的空間，電池組件的尺寸基本沒擴(kuò)大。
當(dāng)使絕緣構(gòu)件與PTC器件一體化時，在電池組件的裝配或組裝過程期間不分解本發(fā)明的PTC器件。另外，電池組件的組裝過程簡單，例如，當(dāng)它放置在電池上時能很容易地進(jìn)行PTC器件的精確定位，使工藝簡單。
權(quán)利要求
1.一種適合于固定到電池的鈕扣端子的PTC器件，所述器件包括(A)PTC元件，(i)具有外緣周和在PTC元件的中心限定一孔的內(nèi)緣周，和(ii)包括(1)由PTC導(dǎo)電聚合物成分組成的層狀PTC電阻構(gòu)件，(2)固定到PTC電阻構(gòu)件的第一表面的第一層狀電極，和(3)固定到PTC電阻構(gòu)件的第二相對表面的第二層狀電極(B)第一導(dǎo)電引線，包括(1)連接到第一層狀電極的第一部分，和(2)至少部分閉合PTC元件的孔的第二部分；(C)第二導(dǎo)電引線，包括(1)連接到第二層狀電極的第一部分，和(2)從PTC元件的外緣周延伸出的第二部分；及(D)覆蓋PTC元件的內(nèi)緣周和第二導(dǎo)電引線的至少部分第一部分的絕緣層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中絕緣構(gòu)件覆蓋至少部分第二層狀電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的器件，其中絕緣構(gòu)件覆蓋內(nèi)外緣周和整個第二層狀電極。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一個的器件，其中至少第一導(dǎo)電引線包含至少一個定位銷。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一個的器件，第一和第二導(dǎo)電引線包括鎳、不銹鋼、銅、鐵或合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的器件，其中絕緣構(gòu)件和第二導(dǎo)電引線形成單個元件。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一個的器件，其中絕緣構(gòu)件是聚合物的，并且該器件具有至少一個下列特性。(A)絕緣聚合物由聚酰胺、聚脂、聚丁烯-對苯二酸酯、聚乙烯、聚偏氟乙烯或環(huán)氧樹脂構(gòu)成；(B)絕緣聚合物在高于130℃的溫度下軟化；及(C)導(dǎo)電聚合物成分具有熔點(diǎn)Tm并且絕緣聚合物是熔點(diǎn)高于Tm的熱塑性材料。
8.一種電池組件，包括(A)包含鈕扣端子的電池；和(B)根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一個的PTC器件，它置于鈕扣端子上，使第一導(dǎo)電引線的第二部分與鈕扣端子物理和電接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的組件，其中電池是鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰電池。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的組件，它包括至少兩個電池，其中第二導(dǎo)電引線的第二部分從一個電池延伸到另一個電池，從而實(shí)現(xiàn)電池間電連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種PTC器件,它充分實(shí)現(xiàn)有效空間利用并簡單地排除了形成短路的可能性。PTC器件包括:包含第一電極11、第二電極13和位于這些電極之間的PTC構(gòu)件9的PTC元件3,連接到第一電極并能與電池的鈕扣端子相連的第一導(dǎo)電引線15,連接到第二電極的第二導(dǎo)電引線18和絕緣構(gòu)件23。絕緣構(gòu)件23覆蓋PTC元件的內(nèi)緣周7、第二電極和部分第二電極,以及第二電極上的第二導(dǎo)電引線。
文檔編號H01M2/34GK1197534SQ96197204
公開日1998年10月28日 申請日期1996年8月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月7日
發(fā)明者北本仁孝, 蓮沼貴司, 福山省藏, 宮坂直文 申請人:株式會社雷伊化學(xué)