CN106796832A

CN106796832A - 保护元件

Info

Publication number: CN106796832A
Application number: CN201580048446.4A
Authority: CN
Inventors: 田中新; 岩井正明; 池野俊也; 龙泽刚
Original assignee: Littelfuse Lfus Japan Contract
Current assignee: Littelfuse Lfus Japan Contract; Tyco Electronics Japan GK
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2035-09-08
Also published as: EP3193342A4; US10177505B2; EP3193342A1; JPWO2016039305A1; KR20170043654A; MX2017002952A; WO2016039305A1; US20170244201A1; EP3193342B1; CN106796832B; JP6502366B2

Abstract

本发明提供一种保护元件，该保护元件包括：(i)PTC要素，所述PTC要素具有沿厚度方向贯通的开口部；以及(ii)第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极位于PTC要素的两个主表面上，所述保护元件的特征在于，第一电极从PTC要素的主表面越过其边缘并朝向所述开口部内延伸。本发明的保护元件即使在利用螺钉或铆接进行固定的情况下，也不会妨碍PTC要素膨胀。

Description

保护元件

技术领域

本发明涉及保护元件。

背景技术

当电子设备或电气设备出现异常(例如，过剩电流在这样的设备中流动或者这样的设备达到异常高温)时，使用各种保护元件例如双金属元件、温度熔丝元件及PTC(positive temperature coefficient：正温度系数)元件来作为切断在该电子设备或电气设备中流动的电流的保护元件。

近年来，电子设备和电气设备的性能和功能提高，而与其相伴地使用的功率增加，供应功率也变大。例如，车载的点烟器插座被用作电源插座的机会变多，如上述那样地电子设备和电气设备所使用的功率增加，因此其供应功率变为120W。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-074795号公报

专利文献2：日本特开2011-152895号公报

发明内容

发明所要解决的问题

以往，点烟器插座的过电流保护主要利用双金属元件(例如专利文献1)或温度熔丝元件(例如专利文献2)来进行。然而，双金属元件由于供应功率变大而频繁地动作，因该频繁的动作而导致双金属元件的接触点劣化，从而有可能变得不能发挥原有的功能。另一方面，温度熔丝元件由于供应功率变大的增加而导致容易熔断，并且温度熔丝元件的熔点高于构成点烟器插座的树脂的熔点，从而有可能导致在温度熔丝熔断之前点烟器插座周围的树脂熔化。

为了避免上述那样的问题，本发明的发明人对使用盘状的聚合物PTC元件作为点烟器插座的保护元件的情况进行了探讨。由于聚合物PTC元件不具有双金属元件那样的机械接触点，因此即使重复动作(解扣)，也难以发生功能的劣化。另外，由于能够较自由地改变电阻温度特性，因此能够以低于构成点烟器插座的树脂的熔点的温度使其动作。

然而，当利用螺钉(螺栓)或铆接将盘状的聚合物PTC元件固定于点烟器插座时，聚合物PTC元件被施加压力而妨碍PTC元件膨胀，从而存在不能发挥原有的功能或者破损等故障。

因此，本发明的目的在于提供一种即使在利用螺钉或铆接等进行固定的情况下也不会妨碍PTC要素膨胀的保护元件。

用于解决问题的方案

本发明的发明人继续进一步努力探讨的结果是发现如下情形：通过使位于PTC要素的一方的主表面上的电极延伸到不存在PTC要素的区域并将该延伸部安装于对象物(例如基板，更详细地说是点烟器插座)，从而将整个聚合物PTC元件固定于对象物，由此能够解决上述问题，并将该结果写成本发明。

在本发明的第一要点中提供了一种保护元件，该保护元件包括：

(i)PTC要素，所述PTC要素具有沿厚度方向贯通的开口部；以及

(ii)第一电极及第二电极，所述第一电极及第二电极位于PTC要素的两个主表面上，所述保护元件的特征在于，

第一电极从PTC要素的主表面越过其边缘并朝向开口部内延伸。

在本发明的第二要点中提供了一种包括所述保护元件的电气设备或电子设备的插座(例如点烟器插座那样的插座)。

发明效果

根据本发明，使位于聚合物PTC要素的一方的主表面上的电极延伸到开口部内，使得电极具有不存在聚合物PTC要素的区域，从而能够利用该延伸区域并用螺栓或铆接等来固定保护元件而不向PTC要素施加压力。如上所述，当在不存在PTC要素的区域安装保护元件时，由于由安装带来的力实质上不会作用于PTC要素，因此在解扣(trip)时不会妨碍PTC要素膨胀，PTC要素能够发挥原有的功能。

附图说明

图1示意地示出了从第二电极6侧看本发明的一实施方式的保护元件1的俯视图。

图2示意地示出了沿图1的保护元件1的直线x-x的保护元件的厚度方向上的剖视图。

图3(a)示意地示出了将图1的保护元件1固定于其他电气要素14的状态下的剖视图，图3(b)及图3(c)示意地示出了利用其他方法固定的状态下的剖视图。

图4(a)至图4(c)分别示意地示出了具有切口部的PTC要素的形态的俯视图。

图5示意地示出了本发明的一实施方式的插座31的立体图。

图6示意地示出了当将图5的插座31暂时分解为构成其的要素时得到的分解立体图。

图7示意地示出了当从斜下方看图5的插座31的绝缘性间隔件44时的立体图。

具体实施方式

参照附图对本发明的保护元件的一实施方式详细地进行说明。

作为本发明的一实施方式的保护元件1大体上具有图1及2所示的这样的构造。具体而言，保护元件1具有PTC要素2、第一电极4及第二电极6，它们为层状且为圆环状即该保护元件1具有在厚度方向上贯通的开口部，第一电极4及第二电极6的圆形的开口部的中心以位于PTC要素2的开口部的中心轴上的方式按照第一电极4、PTC要素2、第二电极6的顺序重叠。换言之，在图1中，三个圆形开口部形成为同心圆状。

第一电极4的内径比PTC要素2及第二电极6的内径小(需要说明的是，内径指的是圆环内侧的圆形开口部的直径)。因此，在保护元件1中，第一电极4具有越过PTC要素2的主表面的边缘而朝向PTC要素2的开口部8内延伸的区域(延伸部)10。另外，第二电极6没有越过PTC要素的边缘而朝向开口部8内延伸。其结果是，如图1所示，当从第二电极6侧看保护元件1时，能够在PTC要素2的开口部内看到第一电极4的延伸部10。

如图3(a)所示，保护元件1能够利用例如螺钉(或螺栓)12这样的固定部件固定于作为对象物的其他部件(例如基板、电气要素14)。在该情况下，螺钉12与PTC要素2的内壁面及第二电极6中的任一个均不以经由螺钉而电连接的方式进行固定并且以螺钉12与PTC要素2及第二电极6不接触的方式进行固定。因此，第一电极的内径大于螺钉的直径并且小于螺钉头部的直径，另外，PTC要素2和第二电极6的内径大于螺钉头部的直径。另外，也可以通过使用由绝缘性材料(例如树脂)构成的螺钉，从而防止第一电极4与PTC要素2的内壁面及第二电极6之间电连接。通过按这种方式进行固定，从而由固定产生的压力仅作用于第一电极4而不会作用于PTC要素2。

作为另一方法，如图3(b)所示，将圆筒状的绝缘要素16作为绝缘性间隔件(具有供螺钉贯通的开口部)设置于PTC要素2及第二电极6的开口部，并且经由绝缘要素16对保护元件1进行固定，由此能够防止第一电极4与PTC要素2的内壁面及第二电极6之间电连接，并且能够对PTC元件1进行固定。在按这种方式进行固定时，由固定产生的压力也仅作用于第一电极4而不作用于PTC要素2。

作为又一方法，如图3(c)所示，也可以利用从其他电气要素14侧插入的螺栓(螺钉)12和设置于PTC要素2及第二电极6的开口部的螺母20来进行固定。在该情况下，与图3(a)的形态同样地，为了防止第一电极4与PTC要素2的内壁面及第二电极6之间的经由螺母20的电连接，以与PTC要素2及第二电极6不接触的方式设置螺母20或者使用由绝缘性材料构成的螺母。另外，与图3(b)的形态同样地，也可以经由绝缘性间隔件进行固定。当按照这种方式进行固定时，由固定产生的压力仅作用于第一电极4而不作用于PTC要素2。

作为在本发明中使用的PTC要素，可以是陶瓷PTC要素和聚合物PTC要素中的任一个，但优选使用聚合物PTC要素。与陶瓷PTC要素相比，聚合物PTC要素因容易加工、元件自身的阻值低、且即使达到一定温度以上也难以自毁这些优点而有优势。

上述聚合物PTC要素能够使用公知的结构，通常通过对包含导电性填充剂(例如碳黑、镍合金等)分散的聚合物(聚乙烯、聚偏二氟乙烯等)而构成的导电性组成物进行挤压并分割成规定的大小而得到。在一个形态中，PTC要素可以是在其主表面的至少一方具有薄层状电极(例如箔电极)的所谓聚合物PTC元件。

上述PTC要素2的外径没有特别限定，能够根据用途进行适当地选择，例如可以为5mm-100mm、10mm-50mm或者15mm-25mm。

上述PTC要素2的内径只要大于第一电极的内径就没有特别限定，例如可以为1mm-10mm，优选为3mm-8mm。

上述PTC要素2的厚度没有特别限定，例如可以为0.01-5mm，优选为0.05mm-3mm，更优选为0.1mm-1mm。

虽然图1及2所示的PTC要素2为圆环形，但在本发明中使用的PTC要素并不限定于圆环状，只要能够实现本发明的目的，可以是任何形状。例如，虽然在图示的形态中PTC要素的外侧轮廓及内侧轮廓(即开口部)的形状为圆形，但是它们也可以是其他形状例如三角形、四边形、五边形等多边形、椭圆形或者将它们进行组合的形状。另外，PTC要素的开口部不一定要存在于PTC要素的中心部，例如也可以处于PTC要素的周边部。

在本发明中，PTC要素的开口部作为包含切口部在内的概念进行使用。即，在其他形态中，开口部可以为切口部。切口部的形状及大小只要能够实现本发明的目的就没有特别限定。例如，切口部可以为图4(a)至(c)所示的那样的形状(图4的符号22)。在PTC要素的俯视图中，在图1所示的形态中，PTC要素具有轮廓封闭的开口部，在图4所示的形态中，PTC要素具有轮廓打开(切口部)的开口部。当开口部为切口部时，因在不完全拧下螺钉的情形下只需拧松螺钉就能进行本发明的保护元件的拆卸而有优势。

在图示的形态中，PTC要素的开口部为一个，但开口部也可以具有多个例如两个、三个或四个。

第一电极4的外径没有特别限定，例如可以为5mm-100mm、10mm-50mm或15mm-25mm。优选的是，第一电极4的外径与上述PTC要素2的外径相同。

第一电极4的内径只要小于PTC要素2的内径就没有特别限定。例如可以为0.8mm-8mm，优选为2mm-6mm。

第一电极4具有具有足以对本发明的保护元件进行固定的刚性的厚度，例如可以为板状、簧片状。第一电极4的厚度没有特别限定，例如可以为0.1-2mm，优选为0.2mm-1mm。

虽然图1及2所示的第一电极4为圆环状，但在本发明中使用的第一电极不限定于圆环状，只要能够实现本发明的目的，可以是任何形状。例如，第一电极的外侧轮廓及内侧轮廓(即开口部)的形状也可以是其他形状例如三角形、四边形、五边形等多边形、椭圆形或将它们进行组合的形状。第一电极的形状既可以与PTC要素的形状相同，也可以与PTC要素的形状不同，优选的是相同的形状(例如除了开口部或切口部小的情形以外相同的形状)。

本发明的第一电极优选完全覆盖PTC要素的主表面，但也可以仅覆盖一部分，另外也可以在PTC要素的主要面上分开地设置多个位置(例如两个、三个或四个)。另外，从PTC要素延伸出来的延伸部既可以存在于PTC要素的开口部或切口部的整个外缘部，也可以仅存在于一部分。例如，如图1所示，可以呈环状地存在于PTC要素的开口部的整个外缘部，但也可以例如呈弧状地存在。另外，延伸部可以在PTC要素的开口部存在两个以上(例如两个、三个或四个)。

上述第二电极6的外径没有特别限定，例如可以为5mm-100mm、10mm-50mm或15mm-25mm。优选的是，第二电极6的外径与PTC要素2的外径相同。

上述第二电极6的内径只要大于上述第一电极4的内径就没有特别限定。优选的是，与上述PTC要素2的内径相同例如可以为1mm-10mm，优选为3mm-8mm。

虽然图1及2所示的第二电极6为圆环状，但在本发明中使用的第二电极并不限定于圆环状，只要能够实现本发明的目的，可以是任何形状。例如，第二电极的外侧轮廓和内侧轮廓(即开口部)的形状也可以是其他形状例如三角形、四边形、五边形等多边形、椭圆形或将它们进行组合的形状。第二电极的形状既可以与PTC要素的形状相同，也可以与PTC要素的形状不同，优选的是相同的形状。

本发明的第二电极优选完全地覆盖PTC要素的主表面，但也可以仅覆盖一部分，另外也可以在PTC要素的主要面上分开地设置多个位置(例如两个、三个或四个)。另外，对于第二电极而言，只要当从第二电极6侧看保护元件1时能够在PTC要素2的开口部内看到第一电极4的延伸部10即可，一部分也可以从PTC要素的边缘延伸出。优选的是，整个第二电极存在于PTC要素的主表面上。

在本发明中使用的第一电极和第二电极可以具有用于与其他电气要素连接的连接部(例如，引线或端子)和/或定位用的突起、凹坑或孔等。在其他形态中，第一及第二电极的至少一方还可以具有从PTC要素的外侧轮廓向外延伸的区域，该区域能够用作端子或引线。

在本发明中，构成第一电极及第二电极的材料既可以相同，也可以不同。作为构成第一电极及第二电极的材料，只要是导电性材料就没有特别限定，例如能够列举导电性金属材料(具体而言镍、不锈钢、铁、铜、铝、锡、钛或者上述金属的合金)。

另外，在本发明中，第一电极和第二电极可以由例如两层以上的导电性材料层(例如导电性金属层)构成。

PTC要素与第一电极及第二电极的连接方法没有特别限定，例如可以列举压接、借助导电性粘接材料的粘接等。另外，也可以利用压接、电镀等在PTC要素的表面上形成金属层，并且利用焊接(例如电弧焊接、电阻焊接、激光焊接等)或钎焊在该金属层上连接其他金属层，从而形成第一电极或第二电极。

本发明的保护元件能够利用螺钉或铆接安装于电子设备或电气设备。与使用焊接、焊料、粘接剂等情形相比，更容易进行安装、拆卸。另外，在连接时，由于不需要对连接部进行加热，因此也能够设置耐热性低的部件。因此，能够用作各种电子设备或电气设备例如点烟器插座、吸尘器、冰箱等的保护元件。

因此，本发明在第二形态中提供了一种包括上述本发明的保护元件的插座。

以下参照附图对本发明的插座的一实施方式详细地进行说明。

作为本发明的一实施方式的插座31大体上具有图5及6所示的那样的构造。具体而言，插座31包括：

插座主体部32；

上述本发明的保护元件38，所述保护元件38以第一电极36与外侧底面上电连接的方式配置在插座主体部32的外侧底面34上；

绝缘性间隔件44，所述绝缘性间隔件44以与第二电极42的主表面分离的方式设置在所述保护元件38的第二电极42上，并且具有突出部40；

端子46，所述端子46配置在绝缘性间隔件44上；以及

绝缘部件48，所述绝缘部件48配置在插座主体部32的内侧底面上，

这些部件由螺栓52和位于端子46侧的螺母54固定，所述螺栓52从绝缘部件48侧插入，并且以不与保护元件38接触的方式贯通到端子46侧。

在插座31中，端子46(螺母54)与螺栓52电连接，从而形成电流路径，通过将端子46与电源(未图示)的正极(或负极)电连接，从而螺栓52作为插座31的正极(或负极)发挥功能。端子46与螺栓52之间的电连接既可以直接，也可以经由螺母54。另外，第二端子42、PTC要素50、第一电极36以及插座主体部32电连接，从而形成电流路径，通过将第二电极42的端子56与电源的负极(或正极)连接，从而插座主体部32作为插座31的负极端子(或正极端子)发挥功能。对于第一电极36与插座主体部32而言，它们既可以通过直接接触而电连接，也可以经由其他导电性部件而连接。

插座主体部32的形状没有特别限定，能够根据用途进行适当地改变。

由于插座主体部32也作为端子发挥功能，因此至少一部分，优选全部由导电性材料构成。导电性材料没有特别限定，例如可以为镍、不锈钢、铁、铜、铝、锡、钛或者上述金属的合金。

第一电极36、第二电极42及PTC要素50构成保护元件38，这是上述本发明的保护元件。在本实施方式中，保护元件38的形状可以为与插座31的底面形状对应的形状即圆环状。另外，保护元件38的第一电极36可以具有用于在插座31上对保护元件38进行定位的突起。第二电极42可以具有其他电气要素例如用于与电源连接的端子56。

绝缘性间隔件44用于使保护元件38与端子46电隔离。绝缘性间隔件44在底面上具有突出部40(图7)，该突出部穿过第二电极42及PTC要素50的开口部，到达第一电极36并与第一电极36的延伸部接触。

绝缘性间隔件44利用突出部40保持，并且绝缘性间隔件44的底面部与第二电极42分离。因此，绝缘性间隔件44的突出部40的高度大于第二电极42及PTC要素50的厚度的总和。绝缘性间隔件44的突出部40的高度与第二电极42及PTC要素50的厚度的总和之差只要大于当PTC要素50解扣时厚度的增加量即可，例如可以为10μm以上，优选为100μm以上，更优选为500μm以上。

构成绝缘性间隔件44的材料只要为绝缘性就没有特别限定，但优选绝缘性树脂。绝缘树脂没有特别限定，例如可以为热塑性树脂及热固性树脂，具体而言聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、氟系树脂、ABS(丙烯腈－丁二烯－苯乙烯)树脂、聚碳酸酯-ABS合金树脂、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)树脂以及弹性体等树脂。

端子46只要具有与其他电气要素例如电源连接的功能，可以是任何形状。在本实施方式中，端子46通过绝缘性间隔件44的凹坑被定位。

绝缘部件48用于使螺栓52与插座主体部32电隔离。

构成绝缘部件48的材料只要为绝缘性就没有特别限定，但优选绝缘性树脂。绝缘性树脂没有特别限定，例如可以为热塑性树脂及热固性树脂，具体而言聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、氟系树脂、ABS(丙烯腈－丁二烯－苯乙烯)树脂、聚碳酸酯-ABS合金树脂、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)树脂以及弹性体等树脂。

绝缘部件48的形状只要能够发挥使螺栓52与插座主体部32电隔离的功能就没有特别限定。

螺栓(螺钉)52以不与PTC元件38及插座主体部32接触的方式配置，直接或经由螺母54与端子46电连接。螺栓52也作为用于与其他电气要素连接的端子发挥功能。

由于螺栓52也作为端子发挥功能，因此由导电性材料构成。导电性材料没有特别限定，例如可以是镍、不锈钢、铁、铜、铝、锡、钛或者上述金属的合金。

构成螺母54的材料优选导电性材料，使用与螺栓52相同的材料。

以上参照附图对本发明进行了说明，但本发明不限定于此，能够有各种改变。

工业利用可能性

本发明的保护元件能够利用螺钉或铆接安装于电子设备或电气设备，能够用作各种各样的电子设备或电气设备的保护元件。

附图标记说明

1:保护元件

2:PTC要素

4:第一电极

6:第二电极

8:开口部

10:延伸部

12:螺钉

14:其他电气要素

16:绝缘要素

20:螺母

22:切口部

31:插座

32:插座主体部

34:外侧底面

36:第一电极

38:保护元件

40:突出部

42:第二电极

44:绝缘性间隔件

46:端子

48:绝缘部件

50:PTC要素

52:螺栓

54:螺母

56:端子

Claims

1.一种保护元件，该保护元件包括：

(i)PTC要素，所述PTC要素具有沿厚度方向贯通的开口部；以及

第一电极从PTC要素的主表面上越过其边缘并朝向开口部内延伸。

2.根据权利要求1所述的保护元件，其中，整个第二电极存在于PTC要素的主表面上。

3.根据权利要求1或2所述的保护元件，其中，PTC要素为聚合物PTC要素。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的保护元件，其特征在于，第一电极存在于PTC要素的开口部的整个外缘部。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的保护元件，其特征在于，PTC要素、第一电极及第二电极具有开口部。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的保护元件，其特征在于，PTC要素、第一电极及第二电极为圆环状。

7.一种保护元件，该保护元件包括：

(i)圆环状的PTC要素；以及

(ii)圆环状的第一电极及第二电极，所述第一电极及第二电极位于PTC要素的两个主表面上，所述保护元件的特征在于，

第一电极的内径小于PTC要素的内径，

第二电极的内径与PTC要素的内径相等或大于PTC要素的内径。

8.一种插座，该插座具有权利要求1-7中任一项所述的保护元件。

9.根据权利要求8所述的插座，其特征在于，包括：

插座主体部；

根据权利要求1-7中任一项所述的保护元件，所述保护元件以第一电极电连接在外侧底面上的方式配置在所述插座主体部的外侧底面上；

绝缘性间隔件，所述绝缘性间隔件以与第二电极的主表面分离的方式设置在所述保护元件的第二电极上；

端子，所述端子配置在绝缘性间隔件上；以及

绝缘部件，所述绝缘部件配置在插座主体部的内侧底面上，

这些部件由螺栓和位于端子侧的螺母固定，所述螺栓从绝缘部件侧插入，并以不与保护元件及插座主体部接触的方式贯通到端子侧。