JP2008091505A - Ｐｔｃ素子および電池保護システム - Google Patents

Abstract

【課題】ハンダ付け、溶接等により、電極板を電池用電極端子に接合する際に、電極板と素子本体との間における剥離の発生を有効に防止しながら、電池用電極端子に対して良好に接合可能なＰＴＣ素子を提供すること。
【解決手段】所定の温度領域において温度上昇に伴い抵抗値が増加する素子本体４と、前記素子本体４の表裏面に接合された一対の第１電極板１０および第２電極板１２と、を有するＰＴＣ素子であって、前記電極板のうち少なくとも一方の第１電極板１０が、前記素子本体４に対して接合する第１素子接合片１０ａと、前記第１素子接合片１０ａに対して一体に成形してあり、前記第１素子接合片１０ａから素子本体４の外側に向かって延出する第１端子接合片１０ｂと、を有し、前記第１端子接合片１０ｂが、二種類以上の材質の板材が積層してあるクラッド板１８に接合されているＰＴＣ素子。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池や電子回路を過電流から保護すること等を目的として使用されるＰＴＣ素子と、そのＰＴＣ素子を有する電池保護システムとに関する。

ＰＴＣ（positive temperature coefficient）素子は、所定の温度領域において、素子の温度が上昇すると、素子の抵抗値が増加する特性を有する。このような性質はＰＴＣ特性と呼ばれる。

ＰＴＣ素子は、電子機器等の電気回路に組み込まれる。電子機器の使用中に、何らかの理由によって回路に過剰電流が流れた場合、電子機器の温度が上昇し、それに伴いＰＴＣ素子自体の温度も上昇する。そして、ＰＴＣ素子の温度がポリマーの融解温度に達すると、ＰＴＣ素子の抵抗値が急激に増加する。その結果、電気回路において、ＰＴＣ素子が過剰電流を遮断し、これにより、電気機器が過剰電流によって故障することを未然に防止することができる。

このように、ＰＴＣ素子は、過熱、過剰電流に対する安全保護装置として使用される。具体的には、ＰＴＣ素子は、携帯電話の電源である二次電池を過電流から保護するための回路（保護回路）に組み込まれたりする。二次電池の充電中または放電中に過剰電流が流れた場合、ＰＴＣ素子は電流を遮断して二次電池を保護する。

このようなＰＴＣ素子の一例として、ポリマー材料（結晶性重合体）に導電性粒子を分散させた素子本体（重合体正温度係数抵抗体）を、電極板（あるいは金属箔）で挟んだ構造を有するポリマーＰＴＣ素子が知られている（特許文献１参照）。

このようなポリマーＰＴＣ素子は、通常、以下のような方法によって製造される。まず、金属粒子、カーボンブラック等の導電性フィラーを含む高分子（高密度ポリエチレン等）を押出成形し、素子本体を形成する。そして、素子本体の表裏面に、電極板を熱圧着することによって、ポリマーＰＴＣ素子が完成する。

このポリマーＰＴＣ素子を所定の保護回路に組み込む際は、素子本体に熱圧着した一方の電極板を、保護回路と電気的に接続された端子板へ接合するとともに、他方の電極板を、電池用電極端子へ接合する。この接合は、ハンダ付け、溶接等により実施される。

ここで、ポリマーＰＴＣ素子の電極板に接合される電池用電極端子（特に、リチウム二次電池用の電極端子）は、通常、アルミニウム材で形成されている。そのため、電池用電極端子に接合される電極板として、ポリマーＰＴＣ素子に熱圧着させる側となるニッケルまたはニッケル合金と、電池用電極端子に接合する側となるアルミニウム材とを接合したクラッド板が用いられることがあった。電極板としてこのようなクラッド板を用いることにより、確かに、ポリマーＰＴＣ素子および電池用電極端子の双方に対する接合を良好なものとすることが可能となる。

このようなクラッド板と電池用電極端子とを接合する際にハンダ付け、溶接等を行う場合、クラッド板および電池用電極端子を高温に加熱する必要がある。しかしながら、クラッド板は、ニッケル（またはニッケル合金）と、アルミニウムと、の異種合金から構成されるため、ハンダ付け、溶接等を行うと、熱により歪みが生じてしまい、結果として、素子本体とクラッド板（電極板）との間で剥離が生じてしまう。そして、素子本体とクラッド板（電極板）との間での剥離が原因となり、ポリマーＰＴＣ素子自体の抵抗が上昇してしまう。その結果、携帯電話などの小型機器に搭載する場合に、電池の短寿命化などの問題につながっていた。
国際公開第２００４／０２３４９９号パンフレット

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、ハンダ付け、溶接等により、電極板を電池用電極端子に接合する際に、電極板と素子本体との間における剥離の発生を有効に防止しながら、電池用電極端子に対して良好に接合可能なＰＴＣ素子を提供することである。また、本発明の別の目的は、過剰な電流が流れた場合に、電池を有効に保護することができる電池保護システムを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明によれば、
所定の温度領域において温度上昇に伴い抵抗値が増加する素子本体と、
前記素子本体の表裏面に接合された一対の第１および第２電極板と、を有するＰＴＣ素子であって、
前記電極板のうち少なくとも一方の第１電極板が、前記素子本体に対して接合する第１素子接合片と、前記第１素子接合片に対して一体に成形してあり、前記第１素子接合片から素子本体の外側に向かって延出する第１端子接合片と、を有し、
前記第１端子接合片が、二種類以上の材質の板材が積層してあるクラッド板からなる端子板に接合されているＰＴＣ素子が提供される。

好ましくは、前記素子本体が、正の温度係数を持つ導電性ポリマーである。

本発明のＰＴＣ素子においては、第１電極板が、素子本体に対して接合する第１素子接合片と、第１素子接合片から素子本体外側に向かって延出する第１端子接合片と、を有する構成となっている。そして、この第１端子接合片が、二種類以上の材質の板材が積層してあるクラッド板からなる端子板に対して、スポット溶接で接合されるようになっており、さらには、クラッド板からなる端子板を介して、電池用電極端子に接合できるようになっている。そのため、第１電極板をクラッド板ではなく単板で形成できるため、溶接時における加熱により、第１電極板が歪むこともなく、結果として、第１電極板の歪みに起因する、第１電極板と素子本体との間の剥離を有効に防止することができる。

そして、本発明のＰＴＣ素子によれば、第１電極板と素子本体との間の剥離を防止することができるため、通常使用時においては、消費電力の低減を図ることができると共に、必要な場合には、電流を遮断して電子機器を保護するという本来の機能を十分に発揮することができる。

なお、本発明においては、前記第１電極板を、クラッド板と接合され、電池用電極端子に対して電気的に接続されるための電極板とし、前記第２電極板を、保護回路に接続された端子板と接合され、保護回路に対して電気的に接続されるための電極板とすることが好ましい。

本発明のＰＴＣ素子において、好ましくは、前記素子本体の厚み方向から見た場合に、前記第１端子接合片と、クラッド板からなる前記端子板とが、前記素子本体と重ならない部分において、一部重複しており、該重複している部分において前記第１端子接合片と前記端子板とが接合されている。

好ましくは、前記第２電極板は、前記素子本体に対して接合する第２素子接合片と、前記第２素子接合片に対して一体に成形してあり、前記第２素子接合片から素子本体外側に向かって延出する第２端子接合片と、を有する。

第２電極板を、第２素子接合片と第２端子接合片とを有する構成とし、第２端子接合片を、第２素子接合片から素子本体外側に向かって延出させ、延出させた第２端子接合片において、スポット溶接により端子板と接合することにより、スポット溶接する際の熱を、素子本体にまで伝わり難くすることができる。その結果、素子本体の熱劣化を有効に防止することができる。

好ましくは、前記第１電極板の前記第１端子接合片と、前記第２電極板の前記第２端子接合片とが、前記素子本体の厚み方向から見た場合に、同一方向に延出している。このような構成を採用することにより、素子全体をコンパクトな形状とすることができる。

あるいは、好ましくは、前記第２電極板が、前記素子本体の厚み方向から見た場合に、前記素子本体と重複する部分に、端子板と接合するための一対の接合部であって、前記第２電極板表面から突出した一対の端子接合部を有しており、一対の前記端子接合部は、その突出表面が平坦になっている。

前記第２電極板表面に、端子板と接合するための一対の端子接合部を設けることにより、スポット溶接する際に流れる電流を一対の端子接合部近辺に集中させることができる。そのため、溶接による発熱を接合部付近のみに抑えることができ、スポット溶接により発生する熱に起因する、素子本体の熱劣化を有効に防止することができる。さらに、端子接合部の表面を平坦化することにより、接合部と端子板とを密着させることができるため、溶接効率を向上させることができ、その結果、溶接しやすくなる。

好ましくは、前記第１および第２電極板で覆われていない前記素子本体の露出面には、保護膜が形成してある。保護膜は、酸素バリア性を有することが好ましい。保護膜を構成することで、素子本体の劣化を防止することができる。

本発明では、前記素子本体の表裏面には、金属箔が積層してあり、各金属箔に対して、前記第１および第２電極板が接合してあっても良い。

本発明に係る電池保護システムは、
上記のいずれかに記載のＰＴＣ素子と、
前記ＰＴＣ素子の第１電極板に電気的に接続される電池と、
前記ＰＴＣ素子の第２電極板に電気的に接続される保護回路と、を有する。

本発明に係る電池保護システムでは、過剰な電流が流れた場合や、衝撃や圧力が作用したとしても、電池を有効に保護することができる。

本発明によれば、ハンダ付け、溶接等により、電極板を電池用電極端子に接合する際に、電極板と素子本体との間における剥離の発生を有効に防止しながら、電池用電極端子に対して良好に接合可能なＰＴＣ素子を提供することができる。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るＰＴＣ素子の使用状態を示す要部断面図、
図２、図３は本発明の他の実施形態に係るＰＴＣ素子の使用状態を示す要部断面図、
図４（Ａ）は図３のIVａ−IVａ線に沿うＰＴＣ素子の要部断面図、図４（Ｂ）は図３に示す実施形態に係るＰＴＣ素子のスポット溶接の詳細を示す要部断面図、
図５は本発明の他の実施形態に係るＰＴＣ素子の断面図である。

第１実施形態
ポリマーＰＴＣ素子の全体構成
まず、本発明に係るＰＴＣ素子の一実施形態として、携帯電話の電源として用いられる二次電池セルを保護するためのポリマーＰＴＣ素子について説明する。

図１に示すポリマーＰＴＣ素子２は、携帯電話の電源である二次電池セル３２と、その二次電池セル３２を過電流から保護するための保護回路３０との間に組み込まれる。ポリマーＰＴＣ素子２は、保護回路３０によっても制御しきれない過電流が二次電池セル３２の充電中または放電中に流れた場合、保護回路３０と二次電池セル３２との間の電流を遮断して二次電池セル３２を保護する。
以下では、まず、ポリマーＰＴＣ素子の全体構成について説明する。

図１に示すポリマーＰＴＣ素子２は、正の抵抗温度特性（ＰＴＣ特性）を有する導電性ポリマーで構成してある素子本体４を備えている。この素子本体４は、表裏面（互いに対向する第１面６および第２面８）を有する。第１面６および第２面８には、それぞれ第１電極板１０と、第２電極板１２とが接合されている。その結果、素子本体４は、第１電極板１０と第２電極板１２との間に挟まれるように配置される。

第１電極板１０は、素子本体４に対して接合する第１素子接合片１０ａと、この第１素子接合片１０ａに対して一体に成形してあり、第１素子接合片１０ａと同一平面上に位置する第１端子接合片１０ｂと、を有する。第１端子接合片１０ｂは、第１素子接合片１０ａから素子本体４の外側に向かって延出する構成となっている。そして、素子本体４の厚み方向から見た場合に、この第１端子接合片１０ｂは、ニッケル層２０とアルミニウム層２２との積層板で構成してあるクラッド板１８と重複する重複部分を有しており、この重複部分において、第１端子接合片１０ｂは、クラッド板１８のニッケル層２０側の面に対して、スポット溶接される。なお、ポリマーＰＴＣ素子２は、二次電池セル３２に設置してあるスペーサ３６上に配置される。

素子本体４の厚み方向から見た場合における、第１端子接合片１０ｂと、クラッド板１８と、の重複部分の長さＬ１は、製品のサイズに応じて適宜決定すれば良く、特に限定されないが、好ましくは１．０〜５．０ｍｍの範囲、より好ましくは２．０〜３．０ｍｍの範囲である。重複部分の長さＬ１が小さすぎると、第１電極板１０とクラッド板１８との間の接合が不十分となるおそれがある。一方、重複部分の長さＬ１が大きすぎると、コスト高となると共に、素子全体のコンパクト化の要請に反する。

また、第１端子接合片１０ｂの幅（素子本体４の厚み方向から見た場合における幅）は、第１素子接合片１０ａの幅と同じとしても良いが、本実施形態では、第１素子接合片１０ａの幅よりも小さいものとすることが好ましい。

本実施形態では、第１電極板１０における第１素子接合片１０ａの素子接合面１０ｃが素子本体４の第１面６に直接に接触しており、素子接合面１０ｃには凹凸が形成してある。また、第１端子接合片１０ｂにおける端子接合面１０ｄは、素子接合面１０ｃよりも平坦面にしてある。

素子接合面１０ｃに形成してある凹凸は、素子本体４との熱圧着を強固にするためのものであり、その形成方法は、特に限定されないが、たとえばメッキ膜形成による粗面化処理が好ましい。メッキ膜形成による粗面化処理により、第１素子接合片１０ａの素子接合面１０ｃには、節瘤状の突起が多数形成できる。この節瘤状の突起は、凹凸差が５〜１５μｍ程度で頭部に対して中間部または基部がくびれている凸部であり、素子本体４と素子接合片１０ａの素子接合面１０ｃとの熱圧着強度を向上させることができる。

なお、素子接合面１０ｃに形成してある凹凸の形成方法としては、メッキ膜形成による粗面化処理以外に、酸による表面処理、エッチング処理、ブラスト処理、切削などの機械加工による粗面化処理、その他の処理が例示される。第１電極板１０における端子接合面１０ｄは、第１電極板１０の片面全面に対して凹凸を形成した後に、プレス加工などにより平坦化処理することにより形成しても良い。あるいは、素子接合面１０ｃ以外の部分をマスクして、素子接合面１０ｃのみに凹凸を形成しても良い。

本実施形態では、第１電極板１０は、ニッケルまたはニッケル合金で構成してあり、そのため、クラッド板１８のニッケル層２０に対して、スポット溶接により接合しやすい構成となっている。第１電極板の厚みは、特に限定されないが、好ましくは５０〜１５０μｍである。

そして、クラッド板１８は、ニッケル層２０において、第１電極板１０と接合されるとともに、アルミニウム層２２において、二次電池セル３２の電極端子３４と接触させ、スポット溶接などで接合される。二次電池セル３２の電極端子３４は、一般的には、アルミニウム材で構成してあり、クラッド板１８におけるアルミニウム層２２に対して接合されやすい。クラッド板１８の厚さは、特に限定されないが、通常、１００〜３００μｍ程度である。クラッド板１８の長さは、特に限定されず、用途に応じて自由に設計される。

第２電極板１２は、素子本体４に対して接合する第２素子接合片１２ａと、この第２素子接合片１２ａに対して一体に成形してあり、第２素子接合片１２ａと同一平面上に位置する第２端子接合片１２ｂと、を有する。第２端子接合片１２ｂは、第２素子接合片１２ａから素子本体４の外側に向かって延出する構成となっている。そして、第２素子接合片１２ａは、素子接合面１２ｃにより素子本体４の第２面８に直接に接触している。一方、第２端子接合片１２ｂは、端子接合面１２ｄにおいて、端子板１６と接合され、これによりポリマーＰＴＣ素子２は、保護回路３０と電気的に接続されている。

すなわち、図１に示すように、本実施形態では、素子本体４の厚み方向から見て、素子本体４と重複しない部分に延出した第２端子接合片１２ｂの端子接合面１２ｄにおいて、端子板１６と接合されている。本実施形態では、第２端子接合片１２ｂと、端子板１６との接合は、スポット溶接により行われる。

また、図１に示すように、本実施形態では、第２端子接合片１２ｂの延出方向と、第１端子接合片１０ｂの延出方向と、が同一となっている。このような構成とすることにより、素子２全体をコンパクトな形状とすることができる。また、第２端子接合片１２ｂの幅（素子本体４の厚み方向から見た場合における幅）は、第２素子接合片１２ａの幅と同じとなっていても良いし、あるいは、第２素子接合片１２ａの幅よりも小さいものとなっていても良い。

第２電極板１２の厚みは、特に限定されないが、好ましくは５０〜１５０μｍである。

本実施形態では、第２電極板１２は、ニッケルまたはニッケル合金で構成してあり、保護回路３０と接続されている端子板１６も、第２電極板１２とスポット溶接により接合しやすいニッケル板で構成してある。

図１に示すように、素子本体４の表面のうち、電極板１０および１２で囲まれていない側面には、必要に応じて保護膜３が形成されている。保護膜３を形成することで、大気中の酸素による素子本体４の酸化を抑制し、素子本体４の劣化を防止することができる。保護膜３の種類としては、酸素を遮蔽する機能を有するものであれば特に限定されないが、エポキシ樹脂、ＥＶＯＨ（エチレン−ビニルアルコール共重合体）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等が例示される。

素子本体４の形状は、特に限定されず、直方体型、円柱型等が例示される。素子本体４の形状が直方体の場合、素子本体４の寸法は、縦３〜５ｍｍ×横２〜５ｍｍ×厚さ０．５〜１．０ｍｍ程度である。

ポリマーＰＴＣ素子２の製造方法
次に、ポリマーＰＴＣ素子２の製造方法について説明する。

素子本体４
素子本体４は、通常、主成分である重合体（熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の高分子化合物）および導電性粒子を含む樹脂組成物（導電性ポリマー）から構成される。なお、素子本体４は、重合体として、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との両方を含んでもよい。

まず、高分子化合物（熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等）、導電性粒子（金属粉、カーボンブラック等）、低分子有機化合物、および高分子化合物同士を架橋反応させるための反応開始剤等を秤量、混練し、ＰＴＣ組成物を調整する。混練の方法としては、特に限定されないが、ニーダ、押出機、ミル等が例示される。また、ＰＴＣ組成物に含有させる導電性粒子としては、ふるい機等によって所定の粒径をもつ導電性粒子のみを分級し、これを用いる。次に、このＰＴＣ組成物を成形し、素子本体４（図１）を得る。

熱硬化性樹脂としては、特に限定されないが、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン樹脂およびフェノール樹脂等が挙げられる。好ましくは、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる。エポキシ樹脂を用いることによって、ポリマーＰＴＣ素子が、十分な抵抗変化量および耐熱性を有することができる。熱硬化性樹脂の分子量は、通常、重量平均分子量Ｍｗが３００〜１０，０００程度である。上記の熱硬化性樹脂は単独で用いてもよく、また複数種の樹脂を用いてもよい。また、異なる種類の熱硬化性樹脂同士が架橋された構造を有する化合物を用いてもよい。

熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、好ましくは、結晶性ポリマーを用いる。熱可塑性樹脂の融点は、特に限定されないが、好ましくは、７０〜２００℃程度である。融点がこの範囲にある樹脂を用いることによって、ポリマーＰＴＣ素子動作時における熱可塑性樹脂の融解、流動、素子本体の変形を防止することができる。

熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、ポリエチレン等のポリオレフィン、エチレン−酢酸ビニルコポリマ−等のコポリマー、ポリビニルクロライド、ポリビニルフルオライド、ポリビニリデンフルオライド等のハロゲン化ビニルおよびビニリデンポリマー、１２−ナイロン等のポリアミド、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、熱可塑性エラストマー、ポリエチレンオキサイド、ポリアセタ−ル、熱可塑性変性セルロ−ス、ポリスルホン類、ポリメチル（メタ）アクリレ−ト等が挙げられる。

熱可塑性樹脂の重量平均分子量Ｍｗは、特に限定されないが、好ましくは、１０，０００〜５，０００，０００である。これらの熱可塑性樹脂は単独で用いてもよく、また複数種の樹脂を用いてもよい。また、異なる種類の熱可塑性樹脂同士が架橋された構造を有する化合物を用いてもよい。

素子本体４に含まれる導電性粒子としては、特に限定されないが、金属粉、カーボンブラック等が例示される。好ましくは、導電性粒子として金属粉を用いる。この金属粉としては、好ましくは、ニッケルを主成分とするものを用いる。金属粉の平均粒径は、好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは０．５〜４．０μｍ程度である。

素子本体４において、樹脂組成物中の導電性粒子の含有量は、樹脂組成物全体に対して、好ましくは、２０〜８０質量％である。導電性粒子の含有量をこの範囲内とすることによって、非動作時の室温抵抗値を十分に低くすることができ、また、大きな抵抗変化量を得ることができる。さらには、素子抵抗のバラツキを十分に減少させることができる。

素子本体４を構成する樹脂組成物は、上記の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、および導電性粒子以外に、例えば、ワックス、油脂、脂肪酸、高級アルコ−ル等の低分子有機化合物を更に含んでもよい。その結果、素子本体４の温度上昇に伴う抵抗変化量を増大させることができる。

素子本体４は、内部に空隙を有し、この空隙に上記樹脂組成物を充填することが可能な基材を含んでもよい。このような基材としては、上記の役割を果たすことが可能なものであれば特に制限されず、織布、不織布、連続多孔質体等が例示される。

素子本体４には、必要に応じて、電子線照射を行う。この電子線照射によって、反応開始剤が機能し、高分子同士の架橋反応が促進される。架橋反応のエネルギー源としては、電子線に限定されず、ガンマ線、紫外線、熱等も用いられる。照射する電子線の加速電圧および電子線照射量は、素子本体４に含まれる高分子化合物の種類、あるいは素子本体の寸法等に応じて、適宜調整すればよい。なお、電子線照射は、電極板１０および１２の接合後であっても良い。

第１電極板１０および第２電極板１２の形成および熱圧着
第１電極板１０および第２電極板１２は、所定厚みのニッケル金属板あるいはニッケル合金板を打ち抜き成型して形成される。第１電極板１０における素子接合面１０ｃと、第２電極板１２における素子接合面１２ｃには、前述した方法により、素子本体４との熱圧着を強固にするための凹凸が形成してある。

次に、素子本体４の表裏面（第１面６および第２面８）それぞれに、第１電極板１０および第２電極板１２を、熱プレス機等により、熱圧着する。熱圧着時の加熱温度は、素子本体４の材質にもよるが、好ましくは、１３０〜１８０℃程度である。また、熱圧着時の圧力は、好ましくは１×１０^６〜３×１０^６Ｐａ程度である。

なお、熱圧着時には、圧力により素子本体４が厚み方向に多少潰れて、電極板１０および１２の側方に多少はみ出すこともあるが、不要部分は、容易に除去することができる。

保護膜３の形成
次に、素子本体４の表面のうち、電極板１０および１２で囲まれていない露出側面に、必要に応じて保護膜３を形成する。保護膜３の形成方法としては、特に限定されないが、たとえば、前述した樹脂を塗布して乾燥させる方法が例示される。
このようにして、図１に示すように、本実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子２が完成する。

ポリマーＰＴＣ素子２の組み付け方法
ポリマーＰＴＣ素子２は、図１に示すように、二次電池セル３２と、保護回路３０との間に組み込まれる。ポリマーＰＴＣ素子２を、図１に示すように接続するために、たとえば、まず、素子２における第１電極板１０に接合されたクラッド板１８のアルミニウム層２２側を、二次電池セル３２の電極端子３４と接触させてスポット溶接する。素子２と二次電池セル３２との間に隙間が形成される場合には、スペーサ３６などを、素子２と二次電池セル３２との間に配置させる。なお、クラッド板１８と端子電極３４とを接合し、その後、第１電極板１０とクラッド板１８とを接合しても良い。

次いで、第２電極板１２の端子接合面１２ｄに対して、保護回路３０に接続してある端子板１６をスポット溶接により接合する。なお、第２電極板１２と端子板１６との接合は、クラッド板１８と端子電極３４との接合および／または第１電極板１０とクラッド板１８との接合よりも前に行っても良い。

本実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子２では、第１電極板１０が、素子本体４に対して接合する第１素子接合片１０ａと、第１素子接合片１０ａから素子本体４の外側に向かって延出する第１端子接合片１０ｂと、を有する構成となっている。そして、この第１端子接合片１０ｂが、ニッケル層２０とアルミニウム層２２との積層板で構成してあるクラッド板１８に、スポット溶接で接合されており、さらには、クラッド板１８が、電池用電極端子３４に接合される構成となっている。そのため、第１電極板１０を、複数層からなるクラッド板ではなく、ニッケルまたはニッケル合金からなる単板で形成でき、その結果、溶接時における加熱により、第１電極板１０が歪むこともなく、第１電極板１０の歪みに起因する、第１電極板１０と素子本体４との間の剥離を有効に防止することができる。

また、本実施形態においては、素子本体４の厚み方向から見た場合に、第１端子接合片１０ｂとクラッド板１８とを、素子本体４と重ならない部分において、一部重複するような構成としており、しかも、この重複している部分において第１端子接合片１０ｂとクラッド板１８とを、スポット溶接により接合している。すなわち、素子本体４から離れた位置で、第１端子接合片１０ｂとクラッド板１８とを接合している。そのため、第１端子接合片１０ｂとクラッド板１８とをスポット溶接する際に発生する熱を、素子本体４にまで伝わり難くすることができ、素子本体４の熱劣化を防止することができる。

そして、このような本実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子２によれば、スポット溶接時の際に発生する熱による、第１電極板１０と素子本体４との間の剥離、および素子本体４の熱劣化を防止することができるため、通常使用時においては、消費電力の低減を図ることができると共に、必要な場合には、電流を遮断して電子機器を保護するという本来の機能を十分に発揮することができる。

さらに、本実施形態では、第２電極板１２に対して、端子板１６をスポット溶接などで接合する際に、第２素子接合片１２ａから素子本体４の外側に向かって延出した第２端子接合片１２ｂにおいて、接合を行う。すなわち、素子本体４から離れた位置で、第２端子接合片１２ｂと端子板１６とを接合する。そのため、第２電極板１２と端子板１６とをスポット溶接する際の熱についても、素子本体４にまで伝わり難くすることができ、素子本体４の熱劣化の更なる防止を図ることができる。

第２実施形態
図２に示す本実施形態のポリマーＰＴＣ素子２ａは、第１実施形態のポリマーＰＴＣ素子２と以下に示す以外は、同様な構成と作用を有し、その重複する説明は省略する。
本実施形態のポリマーＰＴＣ素子２ａは、第１実施形態とは異なり、第２電極板１２１の第２端子接合片１２１ｂの延出方向と、第１端子接合片１０ｂの延出方向と、が素子本体４を挟んで、それぞれ反対側に延出するような構成となっていている。

本実施形態では、第１実施形態と同様に、第２電極板１２１に対して、端子板１６をスポット溶接などで接合する際に、第２素子接合片１２１ａから素子本体４の外側に向かって延出した第２端子接合片１２１ｂにおいて、接合を行う。すなわち、素子本体４から離れた位置で、第２端子接合片１２１ｂと端子板１６とを接合する。そのため、第２電極板１２１と端子板１６とをスポット溶接する際の熱についても、素子本体４にまで伝わり難くすることができ、素子本体４の熱劣化の更なる防止を図ることができる。

第３実施形態
図３、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示す本実施形態のポリマーＰＴＣ素子２ｂは、第１実施形態のポリマーＰＴＣ素子２と以下に示す以外は、同様な構成と作用を有し、その重複する説明は省略する。なお、図４（Ａ）は、図３のIVａ−IVａ線に沿うＰＴＣ素子の要部断面図である。また、図４（Ｂ）は、本実施形態におけるスポット溶接方法を説明するための図であり、具体的には、図４（Ａ）のIVｂ−IVｂ線に沿った断面における図である。

本実施形態のポリマーＰＴＣ素子２ｂでは、第１実施形態と異なり、第２電極板１２２が、素子本体４の厚み方向から見た場合に、第２電極板１２２と素子本体４とが重複する一部分において、一対の接合部１２２ｆを有している。この接合部１２２ｆは、接合部１２２ｆ以外の表面である非接合部１２２ｈから突出した構成となっている。そして、第２電極板１２２は、一対の接合部１２２ｆの接合面１２２ｇにおいて、端子板１６と接合している。

本実施形態においては、図４（Ｂ）に示すように、第２電極板１２２と、端子板１６とをスポット溶接により接合する際には、一対のスポット溶接用電極棒５０を、端子板１６側から、一対の接合部１２２ｆの形成位置に対応するように押し当てた状態で溶接を行う。そのため、スポット溶接の際には、電流が、一方の電極棒５０からその下方にある接合部１２２ｆを通り、そして、他方の接合部１２２ｆから他方の電極棒５０へと、選択的に流れることとなる。すなわち、スポット溶接により流れる電流は、一対の接合部１２２ｆ近傍のみに流れることとなり、その結果、スポット溶接による発熱を一対の接合部１２２ｆ付近のみに抑えることができる。そのため、スポット溶接により発生する熱に起因する、素子本体４の熱劣化を有効に防止することができる。

また、本実施形態では、一対の接合部１２２ｆの接合面１２２ｇは平坦化されている。接合面１２２ｇを平坦化することにより、接合部１２２ｆと端子板１６とを密着させることができるため、溶接効率を向上させることができ、その結果、溶接しやすくなる。なお、図４（Ａ）に示す接合部１２２ｆ以外の表面である非接合部１２２ｈの表面は、粗面化処理が施されていることが好ましい。非接合部１２２ｈに粗面化処理を施すことにより、第２電極板１２２の表面積を増加させることができ、その結果、溶接時に発生する熱が拡散しやすくなる。なお、本実施形態では、第２電極板１２２に延出部分が形成されていない構成としたが、第２電極板１２２に延出部分を形成し、この延出部分に、一対の接合部１２２ｆを有するような構成としても良い。

第４実施形態
図５に示す本実施形態のポリマーＰＴＣ素子２ｃは、第１実施形態のポリマーＰＴＣ素子２と以下に示す以外は、同様な構成と作用を有し、その重複する説明は省略する。
本実施形態のポリマーＰＴＣ素子２ｃでは、図５に示すように、第１実施形態と異なり、素子本体４の表裏面には、ニッケルなどの金属箔６０が積層してあり、各金属箔６０に対して、第１電極板１０および第２電極板１２が、ハンダ層６２を介して接合してある。金属箔６０は、ニッケルなどの金属または合金で構成してあり、シート状の素子本体４の両面に金属箔を熱プレスした後に、これを所定の寸法に打ち抜くことによって、素子本体４と一体化することができる。金属箔６０の厚みは、電極板１０および１２の厚みよりも薄く、一般的には、２５〜３０μｍである。

その他の実施形態
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
たとえば、本発明に係るポリマーＰＴＣ素子２は、二次電池セル３２の過電流保護素子としてのみならず、自己制御型発熱体、温度センサー、限流素子、過電流保護素子等としても使用されることが可能である。

また、本発明では、ポリマーＰＴＣ素子２の製造方法は、特に限定されない。たとえば上述した実施形態のように、素子本体４、第１電極板１０、第２電極板１２を、それぞれ単独の状態で互いに接合することなく、以下のようにしてポリマーＰＴＣ素子２を製造しても良い。
すなわち、切断後に素子本体４を構成するシート状素子本体と、切断後に第１電極板１０および第２電極板１２をそれぞれ構成することになる一対のシート状電極とを、熱圧着した後に、不要部分をプレスで打ち抜くことによって個別のポリマーＰＴＣ素子２を形成しても良い。その場合には、ポリマーＰＴＣ素子２を構成する部品の集合体同士を、一度に接合することによって、ポリマーＰＴＣ素子２の製造工程の効率を向上することできる。

図１は本発明の一実施形態（第１実施形態）に係るＰＴＣ素子の使用状態を示す要部断面図である。 図２は本発明の他の実施形態（第２実施形態）に係るＰＴＣ素子の使用状態を示す要部断面図である。 図３は本発明の他の実施形態（第３実施形態）に係るＰＴＣ素子の使用状態を示す要部断面図である。 図４（Ａ）は図３のIVａ−IVａ線に沿うＰＴＣ素子の要部断面図、図４（Ｂ）は図３に示す実施形態に係るＰＴＣ素子のスポット溶接の詳細を示す要部断面図である。 図５は本発明の他の実施形態（第４実施形態）に係るＰＴＣ素子の断面図である。

符号の説明

２… ポリマーＰＴＣ素子
３… 保護膜
４… 素子本体
１０… 第１電極板
１２… 第２電極板
１６… 端子板
１８… クラッド板
２０… ニッケル層
２２… アルミニウム層
３０… 保護回路
３２… 二次電池セル
３４… 電極端子

Claims (9)

1. 所定の温度領域において温度上昇に伴い抵抗値が増加する素子本体と、
   前記素子本体の表裏面に接合された一対の第１および第２電極板と、を有するＰＴＣ素子であって、
   前記電極板のうち少なくとも一方の第１電極板が、前記素子本体に対して接合する第１素子接合片と、前記第１素子接合片に対して一体に成形してあり、前記第１素子接合片から素子本体の外側に向かって延出する第１端子接合片と、を有し、
   前記第１端子接合片が、二種類以上の材質の板材が積層してあるクラッド板からなる端子板に接合されているＰＴＣ素子。
2. 前記素子本体が、正の温度係数を持つ導電性ポリマーである請求項１に記載のＰＴＣ素子。
3. 前記素子本体の厚み方向から見た場合に、前記第１端子接合片と、クラッド板からなる前記端子板とが、前記素子本体と重ならない部分において、一部重複しており、該重複している部分において前記第１端子接合片と前記端子板とが接合されている請求項１または２に記載のＰＴＣ素子。
4. 前記第２電極板は、前記素子本体に対して接合する第２素子接合片と、前記第２素子接合片に対して一体に成形してあり、前記第２素子接合片から素子本体外側に向かって延出する第２端子接合片と、を有する請求項１〜３のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
5. 前記第１電極板の前記第１端子接合片と、前記第２電極板の前記第２端子接合片とが、前記素子本体の厚み方向から見た場合に、同一方向に延出している請求項６に記載のＰＴＣ素子。
6. 前記第２電極板が、前記素子本体の厚み方向から見た場合に、前記素子本体と重複する部分に、端子板と接合するための一対の接合部であって、前記第２電極板表面から突出した一対の端子接合部を有しており、
   一対の前記端子接合部は、突出表面が平坦になっている請求項１〜３のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
7. 前記第１および第２電極板で覆われていない前記素子本体の露出面には、保護膜が形成してある請求項１〜６のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
8. 前記素子本体の表裏面には、金属箔が積層してあり、各金属箔に対して、前記第１および第２電極板が接合してある請求項１〜７のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のＰＴＣ素子と、
   前記ＰＴＣ素子の第１電極板に電気的に接続される電池と、
   前記ＰＴＣ素子の第２電極板に電気的に接続される保護回路と、を有する電池保護システム。

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