CN1187901A - 电器件及其组件 - Google Patents

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Abstract

一种改进的带状组件,其用以将电器件输送到加工位置,以便于安装该器件。每个器件包括片状电气元件,其夹在两个片状金属部件(21,31)之间,并且其最好是PTC电路保护器件。在组件中,电气元件是分离元件,但它们通过片状金属部件(32)而相互连接在一起,在将组件分成分离器件以后,其提供有引线,它可连接电气元件并由该元件向外伸出。最好是,金属部件通过切割成型单根金属带而制备。最好是,组件无任何纵向连续的载带,其必须在器件已经相互分离之后去掉。最好是,组件具有足够的柔软性,以便可绕在轴上,并且在加工位置上不缠绕。

Description

电器件及其组件
本发明涉及电器件，并涉及由许多电器件组成的柔软带状组件，其可以被输送到加工位置，在该位置上可以将元件进行分离和安装。本发明特别适用于PTC电路保护元件。
许多公知的电器件包括片状电气元件，其可以夹在两个片状金属部件之间。该器件包括，如，电阻，压敏电阻，加热器和电容。该类型特别适用的器件是PTC电路保护器件。PTC(正温度系数)材料是众所周知的，其包含导电聚合物(其通常包括结晶有机聚合物，其中分散或分布有导电填充物，最好是碳黑)，和导电陶瓷。
公知有许多可用于安装电器件。在一些方法中，可以将器件或用以制造器件的元件以软带组件的形式提供给加工位置，其组件包括许多器件或固定于带状载体上的元件；在工作位置上，可以将器件或元件进行分离和安装，并且可将带状载体除去。例如，美国专利号US 5,148,596，4,889,277和4,832,622，可以在此结合作为参考，其公开的内容可以实现所有的目的。
我们已经发现，根据本发明，改进的带状组件包括许多电器件，每个器件包括夹于两层金属部件之间的片状电气元件。在这些改进组件中，电气元件是分离的元件，但它们通过片状金属部件相接并相互连接在一起，在将组件分成分离元件以后，其可提供引线，用以连接并远离电气元件延伸。组件最好是无任何轴向的连续载体带，其在器件已经相互分离以后必须去除(或其没有合适的用途)。最好是，其组件具有足够的柔软度，以便可将其绕在线轴上，并且在加工位置上展开。
按第一优选方面，本发明提供一种伸长的带状组件，其可以横向分成许多电器件，每个器件包括：
(1)片状电气元件，其具有第一面和第二面；
(2)第一片状金属引线，其包括：
(i)连接部分，其可连接片状电气元件的第一面，和
(ii)伸长部分，其不与片状电气元件连接；和
(3)第二片状金属引线，其包括：
(i)连接部分，其可连接片状电气元件的第一面，和
(ii)伸长部分，其不与片状电气元件连接；
所述组件包括：
(A)许多片状金属引线形成部件，其沿组件的长度相互间隔，所述每个引线形成部件包括(i)第一引线部分，其对应于一个元件的第一引线，和(ii)第二引线部分，其对应于相邻元件的第二引线；和
(B)许多片状电气元件，其沿组件的长度相互间隔，并且其中每个组件均固定于一引线形成部件的第一引线部分和相邻引线形成部件的第二引线部分之间。
片状金属引线形成部件最好是通过将单个金属带切割成型而获得。
按第二优选方面，本发明提供一种伸长的带状组件，其可以横向分成许多电器件，每个器件包括：
(1)片状电气元件，其具有第一面和第二面；
(2)第一片状金属引线，其包括：
(i)连接部分，其可连接片状电气元件的第一面，和
(ii)伸长部分，其不与片状电气元件连接；和
(3)第二片状金属引线，其包括：
(i)连接部分，其可连接片状电气元件的第一面，和
(ii)伸长部分，其不与片状电气元件连接；
所述组件包括：
(A)第一片状金属引线形成部件，其(i)沿组件的长度连续伸展，和(ii)包括许多第一引线部分，其对应于元件的第一引线；和
或(a)第二片状金属引线形成部分，其(i)沿组件的长度连续伸展，和(ii)包括许多第二引线部分，其对应于元件的第二引线；
或(b)许多第二片状金属引线形成部分，其沿组件的长度相互间隔，并且其每个包括第二引线部分，其对应于元件之一的第二引线，
和
(B)许多片状电气元件，其沿组件的长度相互间隔，并且其中每个元件均固定于第一引线部分和第二引线部分之间；
第一和第二引线形成部件已经通过将单个金属带切割成型而获得。
按第三优选方面，本发明提供一种如本发明第一优选方面所限定组件的制造方法，其方法包括：
(1)切割形成连续的金属带，用以提供
(a)许多引线形成部件，每个所述引线形成部件包括
(i)第一引线部分，和(ii)第二引线部分，一
引线形成部件的第一引线部分纵向叠置在相邻引线
形成部件的第二引线部分上，由此移位以形成电气元
件的保持架，和
(b)多个连接部件，其每个将一引线形成部件连接于
相邻引线形成部件的中间部分；
(2)将片状电气元件放置在每个保持架上。
按第四优选方面，本发明提供一种制作许多制品的方法，其中每个制品均包括电器件，该器件包括一片状电气元件夹在两个片状金属部件中间，该方法包括：
(A)按在本发明第一和第二优选方面中所限定的，将伸长的带状组件提供给加工位置；
(B)将带状组件的一端放置在加工位置的所需位置上；
(C)将组件切割，使得带状组件端部上的末端电器件与组件的剩余部分分离；和
(D)在步骤(C)之前或之后，将末端电器件固定到制品的另一元件上；
并且重复所述步骤(A)至(D)以制备多个制品。
当按本发明第一优选方面所限定的将组件分开时，所得分离器件是新的产品，此时，最好是引线形成部件已经通过切割成型单个金属带而获得。同样地，当当按本发明第二优选方面所限定的将组件分开时，所得分离器件也是新的产品。这些新的元件形成本发明的部分。因此，本发明第五优选方面是提供一种电器件，其包括：
(1)片状电气元件，其具有第一面和第二面；
(2)第一片状金属引线，其具有：
(i)连接部分，其只连接片状电气元件第二面的一
   部分，和
(ii)伸长部分，其不与片状电气元件相接；和
(3)第二片状金属引线，其具有：
(i)连接部分，其只连接片状电气元件第二面的一
   部分，和
(ii)伸长部分，其不与片状电气元件相接；
第一和第二金属引线已经通过切割成型单一金属带而获得。
片状电气元件
用于本发明的片状电气元件可以是任何类型。该元件通常包括两层相对导电材料的外层，其最好是金属，其实际上提供了等电位表面，并且功能非金属电气元件夹于两金属外层中间。功能电气元件通常为具有一定厚度和均匀组分的单一平面层。但其还可以为，例如，单层，其厚度和组分由面到面和/或侧到侧(包括由两个或多个并排元件组成的层)规则地或不规则地变化，或两层或多层，其具有相同或不同的组分并具有相同或不同的厚度(其可以是恒定的或变化的)。
例如，功能电气元件可以由电气绝缘材料(其中器件为电容)，常用电阻材料(器件可以是电阻)，与电压有关的电阻材料(器件可以是压敏电阻)或正温度系数(PTC)电阻材料(器件可以是电路保护元件或自动调节加热器)。通常在每个器件中均具有单一电气元件，并且所有元件将是相同的。然而，每个器件可以以串联或并联或(当具有三个或以上元件时)串联/并联组合方式包含两个或以上电气元件。
本发明特别适用于PTC保护器件，尤其是那些由PTC导电聚合物组成的PTC元件，其中PTC导电聚合物包括(a)聚合成分，其由结晶有机聚合物组成，和(b)分散或分布于聚合成分中的至少一种颗粒状导电填充物，最好是碳黑。含有PTC导电聚合物的片状电气元件通常包括：
(a)片状电阻元件，其中(i)它是由具有PTC特性的导电聚合物组成，和(ii)其具有第一表面和第二表面；
(b)第一片状金属电极，其具有(i)内表面，其连接于电阻元件的第一表面，和(ii)外表面，其连接于第一金属引线；和
(c)第二片状金属电极，其具有(i)内表面，其连接于电阻元件的第二表面，和(ii)外表面，其连接于第二金属引线。
该元件的电阻通常小于1欧姆，并且可以小于0.1欧姆。在该元件中的金属电极最好为金属箔，特别是，该箔具有粗糙的、最好是电镀的表面，其可连接导电聚合物。例如，金属箔可以由铜或镍组成，或在至少与导电聚合物相接的表面上镀有镍或其它材料的铜组成，其中镍或其它材料至少部分地防止铜与导电聚合物接触。适用于本发明中的金属箔包括在美国专利号4,689,475和4,800,253，以及待审的美国申请系列号08/255,584(待审号MP1505)中所公开的，其公开的内容在这里可作为参考，并且应参考其详细的内容。
在美国专利号4,237,441，4,238,812，4,315,237，4,317,027，4,545,926，4,724,417，4,774,024，4,780,598，4,845,838，4,859,836，4,907,340，4,924,074，4,935,156，4,967,176，5,049,850，5,089,801和5,378,407，和加拿大专利号1,280,241中详细地描述了适用于本发明中的PTC导电聚合物，由PTC导电聚合物组成的片状PTC元件，和由该PTC元件组成的片状电气元件，其公开的内容在这里可作为参考，并且应参考其详细的内容。
例如，片状电气元件可具有平均厚度为0.05-6.4mm(0.002-0.25英寸)，最好为0.1-2.54mm(0.004-0.1英寸)，如，0.15-1.27mm(0.006-0.050英寸)，并且其可具有任何适当的形状，如，圆形，正方形或矩形，其面积(与元件的平面成直角所示)为19-322mm2(0.03-0.5英寸2)，如，32-161mm2(0.05-0.25英寸2)。
片状金属引线
片状金属引线可以是任何适当的金属并具有适当的厚度，例如，具有0.5-2.54mm(0.02-0.100英寸)厚度的镍箔。当然，引线应具有足够的载流量能力用于器件预计目的，至少在PTC器件的情况下，它们能从PTC元件上除去热的量也是非常重要的。引线的连接部分应当与片状电气元件足够大部分相接，以便提供适当的物理和电气连接，如其面积的至少10％，最好为至少25％。当(最好是)引线是通过切割单一金属带而制成时，那么第一和第二引线的连接部分将通常不会在组件(或器件)以平面表示时相互搭接，并且每个部分最好与电气元件的面积的10-70％相接，如，40-60％。
第一和第二引线的伸长部分将通常会以相反方向由片状电气元件向外延伸。它们可以为直的，并且具有简单的矩形。在器件已经与组件分开之前或以后，它们还可以具有较复杂的形状和/或是弯曲的，以便提供引线，该引线可以很容易地进行安装，并且其具有安装之后的某些所需特性。例如，一根或多根引线可具有变窄部分，其可起着可熔熔丝的作用，或可具有通道或通孔，以帮助在组装过程中使器件定位，或可成型，以便保证使引线不会将不需要的力传递给电气元件，如，压力，其将会阻止PTC元件的膨胀(适用于该目的的方法公开在如美国专利号4,685,025中，其公开内容在这里可结合作参考)。
片状金属引线形成部件
在分离器件上的金属引线对应于组件上全部或部分引线形成部件。按本发明第一优选方面，每个引线形成部件包括：(i)第一引线部分，其对应于(即在组件已经分开之后)一器件的第一引线，和(ii)第二引线部分，其对应于相邻器件的第二引线。由此，引线会在组件上纵向延伸。通常一引线形成部件的第一引线部分将与相邻引线形成部分的第二引线部分在纵向上相互搭接，并且相互位移，以便形成保持夹，使得可以将电气元件固定于其内，最好是借助于焊接。在准备用于安装工艺中的组件上，引线形成部件最好是只通过片状电气元件相互连接，使得器件可以仅通过引线形成部件的中部切割而从组件的端部上取下。在通过单片金属制备这种组件的过程中，通常将会有中间组件，其中会有与引线形成部件形成一体的金属连接部件，并且其每个部件将一引线形成部件的端部连接于相邻[wangl]引线形成部件的中间组件上。这些金属连接部件必须在器件使用之前除去。最好是，在将组件卷在轴上之前将金属连接部件切掉，以备在需要时使用。还可以将它们在安装时切掉。
按本发明第二优选方面，至少引线形成部件之一连续地沿组件的长度延伸(由此提供了具有纵向整体性的组件)，并且其包括许多第一引线部分，其对应于器件的第一引线并横跨组件延伸。第二引线是通过另一个也是沿组件的长度连续延伸的引线形成部件提供的，或是通过许多分离引线形成部件提供的，其每个部件对应于第二引线之一。
制备组件的方法
用于本发明中的组件可以采用任何适用的方式来制备，但最好是通过将单条金属带切割成型来制备，使得其可提供所需结构的引线形成部件，如，该结构可包括将电气元件插入的保持夹。例如，第一引线部分可以是具有两臂的叉形，并且相邻引线形成部件的第二引线部分可以是指形，其位于叉形臂中间但相互错开。指和叉的臂可以相向弹性偏压，由此形成夹子，其可将电气元件可取下地固定在适当位置上，至少到引线部分永久地固定到电气元件上为止，如可通过焊接。
在将电气元件插入保持夹，并且将连接部件除去以后，可将组件整个地或部分地覆盖上绝缘材料。在储存和使用过程中，绝缘材料还可以增加组件结构的稳定性，并且还可在其安装以后增加器件的结构稳定性。例如，绝缘材料可以借助于绕带、模铸或粉末涂层来提供。
现参照附图，图1是按照本发明第一方面用以制造组件的可插入片状电气元件的金属带的透视图。可将金属带切割成型，使得其可提供许多同样的纵向间隔的片状金属引线形成部件。图1表示全部引线形成部件中的一个并只表示出相邻引线形成部件的一部分。整体示出的引线形成部件包括第一引线部分2B和第二引线部分3B。第一引线部分2B包括叉形连接部分21B和伸长部分22B。第二引线部分3B包括指形连接部分31B和伸长部分32B。叉形连接部分21B的端部通过连接部件4连接于相邻引线形成部件的指形连接部分31A和伸长部分32A的接点上。在带上还形成有定位孔5。
图2是按照本发明第一方面组件的透视图，其是通过图1所示金属带制成的，它是将片状电气元件插入由连接部分21B和31A所形成的保持夹中；将连接部分焊接(或其它固定方式)在片状电气元件上；并且除去连接部件4。可将图2所示组件在伸长部分22B和32B等之间分开，以提供图3所示电器件。图3的电器件可以通过进行两次横向切割以切掉定位孔5而制备，但还可以通过孔5进行一次横向切割而制备。
图4类似于图3，但其还示出了伸长部分，其具有定位凹槽221和321，用以辅助安装。
图5(其使用了与图1相同的参考标号表示相同的部分)表示在将电气元件放置在由连接部分21和31所形成的保持夹上时的金属承载带，其是按本发明第二优选方面所限定的组件。
图6表示通过横向切割图5的组件所获得的器件。
图7表示本发明的另一器件，其包括电气元件11和12，其使用中是相互平行进行电气连接的。在伸长部分32A和22之间的区域已纵向分成两部分，每部分均具有指形连接部分(311，312)和叉形连接部分(211，212)，以便为电气元件提供分离保持夹。
图8和9表示本发明另一器件的顶视图和底视图，其也包括电气元件11和12，其在使用中也将是相互平行地进行电气连接。在伸长部分32A和22之间的区域已经切掉，以便形成中央的指形连接部分315(由点划线表示)和两个叉形连接部分316，317，其弯曲使得它们用部分315形成用于元件11和12的保持夹。
实施例
使用顺序冲压工具，将大约0.125mm(0.005英寸)厚并约5mm(0.2英寸)宽的镍带200冲压成图1所示的带。孔5之间的距离大约为21.6mm(0.85英寸)。指形部分31大约为10.2mm(0.4英寸)长并大约3mm(0.12英寸)宽，并且略成向下的角，以便产生一弹性夹以插入后面的片状电气元件。将带传递到另一机器上，其将片状电气元件插入到由部分21和31所形成的保持夹中。每个电气元件(i)为矩形，其侧面大约为12mm(0.47英寸)和大约5.1mm(0.2英寸)，(ii)具有大约0.51mm(0.02英寸)的厚度，(iii)其是由两个电沉积镍或镀镍铜箔电极组成，在箔层之间夹有PTC导电聚合物元件，在每层箔的外侧上还具有焊接层，和(iv)在21℃下具有大约70毫欧的电阻。部分21和31以及每层箔的外侧均可熔化，并且组件可加热到220℃以便焊接PTC元件到部分21和31上。可使用大约0.9×0.9mm(0.035×0.035英寸)的冲头冲压出连接部件，并且将组件用绝缘聚酯带绕包。通过横向切割组件可制备出各个器件，以便得到图3所示器件。
制备同样的组件，使其在孔5之间的距离为大约28mm(1.1英寸)，指形部分为约7.6mm((0.3英寸)长约3mm(0.12英寸)宽，片状导电聚合物元件为约11.9×5×0.25mm(0.47×0.2×0.01英寸)并在21℃下具有约40毫欧的电阻，和连接部件约为1.14×1.5mm(0.045×0.06英寸)。

Claims (15)

1、一种伸长的带状组件，其可以横向分成许多电器件，每个器件包括：
(1)片状电气元件，其具有第一表面和第二表面；
(2)第一片状金属引线，其包括：
(i)连接部分，其可连接片状电气元件的第一表面，和
(ii)伸长部分，其不与片状电气元件相接；和
(3)第二片状金属引线，其包括：
(i)连接部分，其可连接片状电气元件的第二表面，和
(ii)伸长部分，其不与片状电气元件相接；
所述组件包括：
(A)许多片状金属引线形成部件，其沿组件的长度相互间隔，每个所述引线形成部件包括(i)第一引线部分，其对应于一器件的第一引线，和(ii)第二引线部分，其对应于相邻器件的第二引线；和
(B)许多片状金属引线形成部件，其沿组件的长度相互间隔，其每个固定在一引线形成部件的第一引线部分和相邻引线形成部件的第二引线部分之间。
2、根据权利要求1的组件，其中引线形成部件是通过切割成型单条金属带获得的，并且一引线形成部件的第一引线部分纵向搭接在相邻引线形成部件的第二引线部分上。
3、按权利要求1或2所述的组件，其中引线形成部件实质上相互是相同的，每个第一引线部分为叉形，其具有两个纵向延伸的臂，并且每个第二引线部分为纵向延伸的指形，其在组件以平面示出时位于叉形臂之间，并且在从侧面看组件时其与叉形臂错开。
4、按上述权利要求中的任何一个所述的组件，其包括许多金属连接部件，其每个(a)将引线形成部件的端部连接到相邻引线形成部件的中间部分上，和(b)必须加以除去，以便将组件变成许多器件，引线形成部件和金属连接部件一起构成只纵向连续的组件部分。
5、按上述权利要求中的任何一个所述的组件，其中相邻引线形成部件只通过片状电气元件而相互连接，并且其不含任何纵向连续元件。
6、按上述权利要求中的任何一个所述的组件，其中每个片状电气元件和括：
(a)片状电阻元件，其(i)是由显示PTC特性的导电聚合物组成，和(ii)具有第一表面和第二表面；
(b)第一片状金属电极，其具有(i)内表面，其连接电阻元件的第一表面，和(ii)外表面，其连接第一金属引线；和
(c)第二片状金属电极，其具有(i)内表面，其连接电阻元件的第二表面，和(ii)外表面，其连接第二金属引线。
7、一种制造按权利要求1-6所限定的电气组件的方法，其包括：
(1)切割形成连续的金属带，用以提供
(a)许多片状引线形成部件，每个所述引线形成部件包括(i)第一引线部分，和(ii)第二引线部分，一引线形成部件的第一引线部分纵向搭接在相邻引线形成部件的第二引线部分上，并且相互错开以形成用于电气元件的保持夹，和
(b)许多连接部件，其每个部件将一引线形成部件的端部连接到相邻引线形成部件的中间部分上；
和
(2)将片状电气元件放置在每个保持夹上。
8.按权利要求7所述的方法，其中片状电气元件为权利要求6所限定的，并且该方法包括，在步骤(2)以后，
(3)在第一电极与第一引线部件之间和第二电极与第二引线部件之间形成焊接连接。
9、按权利要求7或8所述的方法，其中包括除去连接部件，使得相邻引线形成部件只通过片状电气元件相互连接。
10、一种制造许多制品的方法，每个所述制品包括电器件，其包括：
(1)片状电气元件，其具有第一表面和第二表面；
(2)第一片状金属引线，其具有：
(i)连接部分，其只连接片状电气元件第一表面的一部分，和
(ii)伸长部分，其由片状电气元件向外伸出；和
(3)第二片状金属引线，其具有：
(i)连接部分，其只连接片状电气元件第二表面的一部分，和
(ii)伸长部分，其由片状电气元件向外伸出；
其方法包括：
(A)将按权利要求1-6中任何一个所限定的伸长带状组件提供给加工位置；
(B)将带状组件的一端放置在加工位置的所需部位上；
(C)切割组件，使得在带状组件端部上的末端电器件与组件的剩余部分分离；和
(D)在步骤(C)之前或以后，将末端电器件固定到另一制品的部件上；
和重复所述步骤(A)-(D)，以制备多个制品。
11、一种电器件，其包括：
(1)片状电气元件，其具有第一表面和第二表面；
(2)第一片状金属引线，其具有：
(i)连接部分，其只连接片状电气元件第一表面的一部分，和
(ii)伸长部分，其不与片状电气元件连接；和
(3)第二片状金属引线，其具有：
(i)连接部分，其只连接片状电气元件第二表面的一部分，和
(ii)伸长部分，其不与片状电气元件连接；
第一和第二金属引线可通过切割成型单根金属带而获得。
12.按权利要求11所述的器件，其中片状电气元件包括：
(a)片状电阻元件，其具有第一表面和第二表面；
(b)第一片状金属电极，其具有(i)内表面，其连接电阻元件的第一表面，和(ii)外表面，其焊接到第一引线的连接部分上；和
(c)第二片状金属电极，其具有(i)内表面，其连接电阻元件的第二表面，和(ii)外表面，其焊接到第二引线的连接部分上。
13、按权利要求12所述的器件，其中电阻元件是由具有PTC特性的导电聚合物组成的。
14、按权利要求11-13中任何一个所述的器件，其包括n个具有第一表面和第二表面的片状电气元件，其中n为2或以上；第一片状金属引线，其具有：
(i)连接部分，其只连接每个片状电气元件第二表面的一部分，和
(ii)伸长部分，其不与片状电气元件的任何部分连接；
和n个第二片状金属引线，其每个具有：
(i)连接部分，其只连接片状电气元件之一的第二表面的一部分，和
(ii)伸长部分，其不与任何电气元件连接。
15、按权利要求11-14中的任何一个所述的器件，其中片状金属引线中的至少一个包括一保险丝部分，它的载流能力小于引线剩余部分的载流能力。
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