JP3677295B2 - Ｐｔｃ素子およびそれを用いた電池組立体 - Google Patents

Description

【技術分野】
本発明は、回路保護素子として使用できるＰＴＣ素子およびそれを用いた電池組立体に関する。
【背景技術】
過電流およびそれによって発生する高温から電池および／または回路を保護するためにＰＴＣ（positive temperature coefficient）組成物、即ち、抵抗正温度係数を示す組成物を利用したＰＴＣ素子を回路保護素子として使用することが、例えば米国特許第４，２５５，６９８号（サイモン（Ｓｉｍｏｎ））、同第４，９７３，９３６号（ディムポールト−ダーシィ（Ｄｉｍｐａｕｌｔ−Ｄａｒｃｙ）ら）および実用新案登録出願平成４年第７５２８７号に記載されている。
このＰＴＣ組成物とは、そのような組成物を有する素子（ＰＴＣ素子）の通常の作動条件の温度（素子を使用する回路により異なるが、例えば室温〜４０℃程度の温度）では低電気抵抗であるが、例えば短絡等により生じる異常に大きい電流あるいは過充電等により生じる高い温度（素子を使用する回路により異なるが、例えば６０〜１３０℃）にさらされると、電気抵抗が非常に大きくなるという性質を有する組成物である。従って、このようなＰＴＣ組成物を有する素子を回路に入れておくと、回路に異常電流が流れたりした場合、素子が高電気抵抗かつ高温となることにより、回路を流れる電流を減少させて、回路を構成する電気的要素や電池に接続されている部品等を保護できる。
このようなＰＴＣ組成物は周知であり、これ以上の説明を必要としないが、更に詳細には、例えば特開昭５５−７８４０６号等を参照することができ、この引用によりこれらの文献の開示内容を本明細書の開示事項に含めることができる。
ところで、複数個の電池を持つ電池パックは、カメラ、ビデオカメラ、電動工具ならびに携帯電話およびコンピューターなどの電気（または電子）機器で広く使用されている。これらの機器は、その携行可能という性質上、コンパクトである（即ち、軽量かつ嵩が小さい）ほど望ましく、従って、それに内蔵される電池パックもコンパクトであることが望ましい。
他方、このような機器においては、短絡などの事故が発生して回路に異常電流が流れることがあり、この対策のためにＰＴＣ素子を回路において使用する場合も、機器のコンパクト性を考慮して、機器内の空間を最大限に有効に利用する工夫が必要である。
このような工夫の１つとして、電池のボタン端子側にＰＴＣ素子を直接設けることが例えば米国特許第４，９７３，９３６号に記載されている。ここでは、ＰＴＣ部材をディスク形状とし、そこにリング状の絶縁部材を接着剤に用いて固定し、その中央部分はボタン端子を収容できるような開口部となっている。このようなＰＴＣ素子の場合、電池のボタン端子の先端にＰＴＣ部材が存在し、その厚み分を収容するため、さらにＰＴＣ部材の電極間の短絡を防ぐためにも十分な空間を電池長手方向に持つ電池パックが必要になるという問題点がある。
また、実用新案登録出願平成４年第７５２８７号には、電池のボタン端子を収容できるキャップ状部分を有する電極および半リング状電極ならびにこれらの電極の間に挟まれたＰＴＣ部材を有する回路保護素子としてのＰＴＣ素子が開示されている。このＰＴＣ素子では、キャップ状部分の側面と半リング状電極との距離が近いため、両者の間で短絡が生じる可能性がある。これを防ぐためには、キャップ状部分とＰＴＣ部材および他方の電極との位置関係を精密に調整する必要があり、これは、最終的にはＰＴＣ素子の製造コストを増大させることになる。
【発明の開示】
上述のようにコンパクトな電気機器のために開発されてきたこれまでの回路保護素子は必ずしも満足できるものではなく、例示したような問題点が残存するため、更に、改善された回路保護素子が必要とされている。特に、素子自体の寸法が小さいため、素子の電極間で短絡が生じたり、回路保護素子としての機能を果たさないようになる可能性が十分にある点を改善する必要性およびこれまでに提案されているような素子と少なくとも同等の有効な空間利用の双方を満足する回路保護素子が必要とされている。
従って、本発明が解決しようとする課題は、短絡発生の可能性を容易に排除しながらも空間の有効利用を確実にする回路保護素子として使用できるＰＴＣ素子を提供すること、また、そのような素子を使用した電池組立体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
第１の要旨において、本発明は、
電池のボタン端子に取り付けるのに適当であるＰＴＣ素子であって、
（Ａ）（ｉ）外側面および中央に開口部を規定する内側面を有し、
（ii）（１）ＰＴＣ導電性ポリマー組成物で構成された層状ＰＴＣ抵抗部材（「ＰＴＣ部材」とも呼ぶ）、
（２）ＰＴＣ部材の第１表面に取り付けられた第１層状電極（「第１電極」とも呼ぶ）、および
（３）ＰＴＣ部材の第２の対向表面に取り付けられた第２層状電極（「第２電極」とも呼ぶ）
を有して成るＰＴＣ要素、
（Ｂ）（１）第１層状電極に取り付けられた第１部分、および
（２）ＰＴＣ要素の開口部を少なくとも部分的に閉じる第２部分
を有して成る第１導電性リード、
（Ｃ）（１）第２層状電極に取り付けられた第１部分、および
（２）ＰＴＣ要素の外側面から離れるように伸びる第２部分
を有して成る第２導電性リード、ならびに
（Ｄ）ＰＴＣ要素の内側面、および第２導電性リードの第１部分の少なくとも一部分を被覆する絶縁層
を有して成る素子を提供する。
本発明のＰＴＣ素子において、ＰＴＣ要素は、第１（層状）電極により形成された第１主表面、第２（層状）電極により形成された第２主表面、外側面および内側面により規定される。
従って、本発明の第１の要旨のＰＴＣ要素は、
ＰＴＣ要素、第１導電性リードおよび第２導電性リードならびに絶縁部材を有して成るＰＴＣ素子であって、
（Ａ）ＰＴＣ要素は、ＰＴＣ部材、第１電極および第２電極から成り、
（１）内側面および外側面ならびに対向する第１主表面および第２主表面により、中央部分に位置する貫通開口部を有するＰＴＣ要素が規定され、
（２）第１主表面は第１電極により、また、第２主表面は第２電極によりそれぞれ形成され、
（３）ＰＴＣ部材はＰＴＣ導電性ポリマー組成物から形成され、第１電極と第２電極との間に配置されていること、
（Ｂ）第１導電性リードは、第１導電性リード第１部分および第１導電性リード第２部分から成り、
（１）第１導電性リード第１部分は第１電極に接続され、
（２）第１導電性リード第２部分は貫通開口部を横断して延びて貫通開口部を少なくとも部分的に閉じており、電池のプラス電極のボタン端子と電気的に接続できること、
（Ｃ）第２導電性リードは、第２導電性リード第１部分および第２導電性リード第２部分から成り、
（１）第２導電性リード第１部分は第２電極に接続され、
（２）第２導電性リード第２部分はＰＴＣ要素から外向きに延び、他の電気要素に接続できること、ならびに
（Ｄ）絶縁部材は、ＰＴＣ要素の内側面、および第２導電性リード第１部分の少なくとも一部分を被覆すること
を特徴とするＰＴＣ素子であるとも言える。
更に、第２の要旨において、本発明は、上記のＰＴＣ素子および電池から成る電池組立体であって、ＰＴＣ素子が電池のボタン端子側に設けられて第１導電性リード第２部分と電気的に接続されている電池組立体を提供する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のＰＴＣ素子の模式的断面図を示す。
図２は、本発明のＰＴＣ素子に使用する、ＰＴＣ要素の模式的平面図を示す。
図３は、本発明のＰＴＣ素子に使用する、第１導電性リードを有するＰＴＣ要素の模式的平面図を示す。
図４は、本発明のＰＴＣ素子に使用する、第２導電性リード端子を配置したＰＴＣ要素の模式的平面図を示す。
図５は、本発明のＰＴＣ素子の模式的平面図を示す。
図６は、本発明のＰＴＣ素子を利用した電池組立体の模式図を示す。
図７は、本発明のＰＴＣ素子に使用するのに適した第１導電性リードの別の形態を図３と同様に模式的平面図にて示す。
図８は、第２導電性リードおよび絶縁部材が一体となった単一の要素の模式的平面図を示す（図１の上から見る方向）。
図９は、第２導電性リードおよび絶縁部材が一体となって単一の要素の模式的断面図を示す（図８の平面図に対して垂直な方向の断面）。
図１０は、本発明の別のＰＴＣ素子の、図１と同様の模式的断面図であり、絶縁部材と第２導電性リードが図８または図９に示すように単一要素を構成している。
これらの図面において、１，１’はＰＴＣ素子、３はＰＴＣ要素、５は外側面、７は内側面、９はＰＴＣ部材、１１は第１電極、１３は第２電極、１５は第１導電性リード、１６はその第１部分、１７は第２部分、１８は第２導電性リード、１９はその第１部分、２１，２１’は第２部分、２３は絶縁部材、２５は第１導電性リードの開口部、２７，（２７’）はＰＴＣ要素の開口部、２８は電池組立体、２９は電池、３１はボタン端子、３３は電池、３５はボタン端子、４１は第２主表面、４３は第１主表面、４５，４７はマイナス電極、５１、５３は位置決めタブ、６１は単一要素、６３は単一要素の外周部、６５は単一要素の内周部、６７は絶縁部材２３の立ち上がりリムを示す。
［発明の詳細な説明］
本発明のＰＴＣ素子において、「ボタン端子（button terminal）」とは、実質的に「電池のプラス電極の突出部分」を意味する。例えば、電池のプラス電極とは、例えば市販されている乾電池のプラス側の電極を意味し、そのプラス端子とは、プラス電極の端子を意味し、通常は突出部分を意味すると考えてよい。「第２導電性リード第２部分がＰＴＣ要素から外向きに延びる」とは第２部分がＰＴＣ要素の外側面端部から外向きに（即ち、ＰＴＣ要素から離れる向きに）延びることを意味する。更に、「電気的に接続する」とは、電流が流れることができるように接続することを意味する。
本発明のＰＴＣ要素において、絶縁部材がＰＴＣ要素の内側面を被覆することにより、電池のボタン端子とＰＴＣ要素の内側面を形成するＰＴＣ部材との間で短絡が形成されることを防止する。また、場合により、第２電極がＰＴＣ要素の内側面の一部分を形成している場合（即ち、例えば図１に示すように、第２電極の内縁が内側面の上端部分を構成するようにＰＴＣ部材上に配置されている場合）は、ボタン端子と第２電極との間および第１電極と第２電極との間で短絡が形成されることを防止する。
また、好ましい態様では、絶縁部材が第２主表面の第２導電性リードが配置されていない部分の少なくとも一部分を被覆し、その結果、第２主表面上が少なくとも部分的い絶縁部材により被覆されることになり、電池のボタン端子を貫通開口部に配置して第１電極と電気的に接続した場合に、電池のプラス電極のボタン端子以外の部分が、第２主表面に電気的に接触しないことが確保され、従って、プラス電極と第２主表面との間での短絡の形成が防止される。即ち、部分的に存在する被覆は、電池のプラス電極と第２主表面との間である距離を空間的に隔てるためのスペーサーとして機能する。
更に、絶縁部材は、好ましくは第２導電性リード第１部分を被覆し、その結果、電池のプラス電極と第２導電性リード第１部分との間で短絡が形成されるのが防止される。また、電池のボタン端子と第２導電性リード第１部分との間の関係については、たとえ、第２導電性リード第１部分がＰＴＣ要素の内側面に隣接して（即ち、第１部分の縁部が内側面まで延びている）その縁部がボタン端子に対向している場合であっても、絶縁部材の内側面における被覆がスペーサーとして機能するので、両者の間で電気的な接触は起こらない。
本発明のＰＴＣ素子の１つの好ましい態様において、絶縁部材が被覆する第２主表面の第２導電性リードが配置されていない部分の少なくとも一部分は、ＰＴＣ要素の内側面に隣接する第２主表面の一部分、また、より好ましくは内側面の全周にわたって隣接する第２主表面の部分（従ってリング状部分）であり、第２導電性リード第１部分はＰＴＣ要素の外側面に隣接または近接する。ここで、「隣接」するとは、被覆されている第２主表面または第２導電性リード第１部分が内側面または外側面と接触していることを意味し、また、「近接」するとは、第２導電性リード第１部分が外側面と接触していないが、外側面の近傍に位置することを意味する。このような態様では、絶縁部材が第２主表面の内側および外側の双方に存在することになり、電池のプラス電極と第２主表面との間の電気的接触の防止がより確実となる。
本発明の別の好ましい態様では、絶縁部材が被覆する第２主表面の第２導電性リードが配置されていない部分の少なくとも一部分は、第２主表面の第２導電性リードが配置されていない部分全体である。これにより、電池のプラス電極と第２主表面との間の電気的接触が完全に防止される。
本発明の更に別の好ましい態様では、絶縁部材は、ＰＴＣ要素の外側面を更に被覆する。これにより、第２導電性リード第２部分とＰＴＣ要素との間の電気的接触が防止される。
本発明のＰＴＣ要素の別の態様では、絶縁部材と第２導電性リードが単一の要素を構成するように絶縁部材が第２導電性リードの少なくとも一部分を被覆している。このような単一の要素を用いると、部品点数を減らすので素子の組立てが容易になるという利点がある。この態様では、第２導電性リード第１部分はＰＴＣ要素と実質的に同じ形状となっていてよい。第２導電性リード第１部分は第２電極を完全に覆っていてもよいし、あるいは第２電極の一部が絶縁部材と接触するようにして、第２導電性リード第１部分は第２電極より若干小さいか、または絶縁部材で部分的に覆われていてもよい。この態様で、好ましくは第２電極と接触していない第２導電性リード第１部分の全表面を絶縁部材は実質的に被覆する。
さらに、ＰＴＣ要素の内側面に接触して絶縁することになる第２導電性リード第１部分の内側面においてリム（ｒｉｍ、突出部）を形成するように絶縁部材が第２導電性リード第１部分の側面を覆うことができる。リムの厚み（または高さ）はＰＴＣ要素の厚みと同じであることが好ましい。その結果、ＰＴＣ要素と第２導電性リードを含む単一要素が組み付けられた際、絶縁部材、第２導電性リード該第１部分およびＰＴＣ要素を足した全厚さがＰＴＣ素子断面のどこをとっても一定になる（図１０参照）。
絶縁部材と第２導電性リードが一体となっている要素の利用の別な利点は、ＰＴＣ要素のうち内側面のような危険な領域が絶縁されるという点であるが、ＰＴＣ要素は全て絶縁部材で覆われている必要は必ずしもない。例えば、ＰＴＣ要素の外側面は絶縁部材で覆われていなくてもよい。これにより、ＰＴＣ要素が動作した場合、絶縁部材で完全に覆われている場合よりたやすく膨張することができる。
もう１つの好ましい態様において、本発明のＰＴＣ素子では、例えば後述するように電池組立体の形成のために、ＰＴＣ素子を電池に配置した場合、ＰＴＣ要素は電池のプラス電極から外側に突出しないような寸法である。
このような本発明のＰＴＣ素子は、種々の電気回路や電池パックの回路保護素子として使用することができる。
第２の要旨において、本発明は、上述の第１の要旨において説明したＰＴＣ素子および電池から成る電池組立体であって、ＰＴＣ素子の貫通開口部に電池のボタン端子が収容されて第１導電性リード第２部分と電気的に接続されている電池組立体を提供する。
本発明の電池組立体において、電池の数は、１またはそれ以上であってよく、複数の電池を有して成る場合は、これらを直列または並列に接続した電池組立体を提供することができる。この場合、これらの電池間の電気的な接続が本発明のＰＴＣ素子により実施され、電池のマイナス電極とＰＴＣ素子は第２導電性リード第２部分を介して電気的に接続される。また、第２導電性リード第２部分は、電池のマイナス電極に接続する代わりに回路を構成する他の電気要素に接続することもできる。
本発明によれば、絶縁部材が電池のボタン端子を包囲するので、ボタン端子が第２電極およびＰＴＣ部材に電気的に接触することが防止され、また、ＰＴＣ要素の第２主表面および第２導電性リードと電池のボタン端子が電気的に接触することが防止されるので、短絡が形成されない。また、ＰＴＣ素子の開口部が電池のボタン端子を収容するので、電池のボタン端子が突出することにより生じる空間を有効に利用できる。従って、本発明のＰＴＣ素子を使用して電池組立体を形成することにより組立体の体積を最小限にできる。
【発明の実施の形態】
図１〜１０を参照して、本発明の回路保護素子（ＰＴＣ素子）の好ましい態様を説明することにより本発明をより詳細に説明する。
図１は、本発明のＰＴＣ素子の好ましい一態様の模式的断面図であり、ＰＴＣ素子１は、ＰＴＣ要素３、第１導電性リード１５および第２導電性リード１８ならびに絶縁部材２３を有して成る。図示した態様では、絶縁部材２３は、内側面７、第２導電性リード第１部分１９、外側面５および第２主表面の第２導電性リード１８が配置されていない部分全部を被覆している。ＰＴＣ要素３は、第１電極１１および第２電極１３およびこれらに挟まれたＰＴＣ部材９を有して成る。図示した態様では、双方の電極がＰＴＣ要素３の対向する第１主表面４３および第２主表面４１を形成している。
図２は、本発明のＰＴＣ素子１を構成するＰＴＣ要素３のみの模式的平面図（図１の上方または下方から見た図）である。図１および図２から判るように、ＰＴＣ要素３は主表面４１および４３、外側面５および内側面７により規定され、中央に貫通開口部２７を有するディスク形状（従って、要素全体としては平坦なリング形状）であり、開口部２７は内側面７により規定される。ディスク形状というのは必ずしも円形であることを必要とするものではなく、図示するように、外側面５の断面形状が円形でなくてもよく、例えば矩形や多角形であったり、あるいは円形、矩形および多角形の適当な組合せであってもよい。内側面７の断面形状についても同様である。しかしながら、１つの好ましい態様では、少なくとも内側面７の断面は円形である。
重要であるのは、絶縁部材による被覆後においてＰＴＣ要素が電池のボタン端子側に容易に設置されて、第２導電性リード第２部分を除いて電池の横断面から外側にはみ出ないような形状をしていることであり、また、絶縁部材による被覆後において、開口部２７はその中に電池のボタン端子を収容できるということであり、この要件を満足するのであれば、ＰＴＣ要素３は他のいずれの形状であってもよい。例えば、ＰＴＣ要素３は閉じたリング状である必要はなく、例えばリングが切れている形状（即ち、半径方向にスリットを含む形状）であってもよい。
ＰＴＣ要素３において、第１電極１１および第２電極１３が取り付けられているＰＴＣ部材９は、導電性ポリマー組成物から成る。ＰＴＣ要素３は、電極としての２枚の金属箔にはさまれたＰＴＣ導電性組成物部材の積層体から形成するのが好ましい。
この導電性ポリマー組成物として使用できるものは、当業者には周知の組成物である。具体的には、従来の技術の欄において参照した文献等に記載されているものであり、ポリマー材料とその中に分散された、例えば粒子状の導電性のフィラーから成る。ポリマー材料としては、結晶性の有機ポリマー材料が好ましく、ポリエチレンやエチレン共重合体のようなポリオレフィン、ポリ弗化ビニリデンのような弗化ポリマー、あるいはこれらのポリマーのブレンドが好ましい。粒子状の導電性フィラーとしてはカーボンブラック、グラファイト、金属、金属酸化物、導電性材料でコートされたガラス材、あるいはこれらの混合物が好ましい。この導電性ポリマー組成物は、必要に応じてその他の添加剤、例えば抗酸化剤、不活性剤または安定剤などを含んでよく、また、適当な方法（例えば放射線照射）により架橋してもよい。
導電性ポリマー組成物の比抵抗については、ＰＴＣ素子を用いる機器に応じて、使用する導電性フィラーの種類および量ならびにポリマー材料の種類および量を適当に組み合わせて、機器の通常作動時の比抵抗および異常時の比抵抗を所望のように適当に設定することができる。しかしながら、大部分の用途において、導電性ポリマー組成物は、２０℃で、一般的には比抵抗が１０オーム−ｃｍ以下、好ましくは５オーム−ｃｍ以下、より好ましくは２オーム−ｃｍ以下、例えば１オーム−ｃｍのように小さいほどよい。
ＰＴＣ部材９は、適当な方法、例えば導電性ポリマー組成物を押出成形して、その後、切断して、電極を取り付けシート状にすることにより形成する。第１電極１１および第２電極１３は、共に導電性材料、好ましくは箔状または薄層の金属であり、素子の嵩を小さくするのに有効である。金属としては、例えば、ニッケル、銅、鉄または真鍮、ステンレススチールのような合金であるのが好ましい。
金属箔の代わりに、あるいは金属箔に加えて、電極は、一方あるいは双方が導電性ペイントあるいはグラファイト層を含んで成っていてもよい。電極として金属箔を使用する場合、金属の電解箔を使用するのが特に好ましく、電極とＰＴＣ要素との間の良好な結合が達成される。電極とＰＴＣ導電性ポリマー組成物部材との結合は、いずれの適当な方法により実施してもよく、例えば導電性接着剤の使用、ポリマー組成物の溶融時の電極の適用、圧着等により実施できる。
本発明のＰＴＣ素子１において、ＰＴＣ要素３の第１電極１１が第１導電性リード（またはリード端子）１５に、また、第２電極１３が第２導電性リード（またはリード端子）１８に電気的に接続されている。この接続は、いずれの適当な方法で実施してもよく、例えば、半田、溶接、導電性接着剤等の方法で行ってよい。１つの好ましい態様では、適切な電極板と導電性リード端子間を単に圧接により当接させるだけでもよい。
図３は、図１の下方から見た場合の、第１導電性リード１５を結合したＰＴＣ要素３を模式的に示す。第１導電性リード１５は、第１電極板１１に接続された第１部分（第１導電性リード第１部分）１６およびＰＴＣ要素３の開口部２７下にある第２部分（第１導電性リード第２部分）１７から成る。第１部分１６は、第１電極１１の表面の少なくとも一部分、好ましくは図示するように、実質的に全体を覆う。第１導電性リード１５の第２部分１７（ＰＴＣ要素３側）は、その一部分が適当な方法、例えば半田付け、圧力あるいは溶接により直接電気的に電池のボタン端子に接続できる。
第２部分１７は、ＰＴＣ要素３の開口部２７の開口を少なくとも部分的に閉じる。場合により、第２部分１７は、１またはそれ以上の開口部２５を有してよい。図２および図３を比較すると容易に理解できるように、第１導電性リード１５の外側の形状は、ＰＴＣ要素３の外側の形状と実質的に同じ形状であってよい。
図４は、第２導電性リード（またはリード端子）１８をＰＴＣ要素３に取り付けた状態を図１の上方から見た様子を模式的平面図にて示す。第２導電性リード１８は、第１部分（第２導電性リード第１部分）１９および第２部分（第２導電性リード第２部分）２１から成り、第１部分１９は、第２電極１３の少なくとも一部分上に取り付けられる部分であり、第２電極１３の全部を覆うように取り付けてもよいが、通常は、例えば図示するように、一部分で十分であり、素子の製造が容易になる。その取り付けに好ましい第１部分の形状は、例えば図示するような平坦リングの一部分の形状（即ち、弧状）やＵ字形状であってよい。
第２導電性リード１８の第２部分２１はＰＴＣ要素３の外側面５から外方向に延びる部分を含んで成る。第２部分２１は、別の電池あるいは他の電子部品に電気的に接続するための部分であり、必要に応じて図１のように折り曲げることもできる。
第１導電性リード１５および第２導電性リード１８には、ニッケル、ステンレススチール、銅、真鍮、鉄もしくはブロンズのような金属または合金等の適当な材料を用いることができる。第２導電性リード１８には、製造工程でリードフレームを使用してもよい。
図５は、図１のＰＴＣ素子1を上から見た場合の平面図、即ち、図４の状態に絶縁部材２３を適用した後の状態を模式的に示す。本発明のＰＴＣ素子１において、絶縁部材２３がＰＴＣ要素３の内側面７、第２電極１３の露出部分（即ち、第２導電性リードに覆われていない部分）の少なくとも一部分および第２導電性リード１８の第１部分１９を被覆する。このようにすることにより、電池のプラス電極のボタン端子を開口部２７’内に配置した場合に、電池のプラス電極と第２主表面および第２導電性リード第１部分との間の電気的接触ならびにボタン端子とＰＴＣ要素との間の電気的接触が防止され、これらの間での短絡の形成を防止できる。
好ましい態様では、図に示するように、絶縁部材２３はＰＴＣ要素３の内側面７、第２電極１３の露出部分の実質的に全部および第２導電性リード１８の第１部分１９の実質的に全部を被覆し、より好ましい態様では、これらに加えて、第１部分１９に隣接する第２部分１８の少なくとも一部分を被覆している。更に、別の態様では、このより好ましい態様に加えて、絶縁部材２３は第１導電性リード上のＰＴＣ部材９と第２導電性リード１８の第２部分２１が接触しないように外側面５を完全に囲んでもよい。このようにすることにより、電池のボタン端子と第２電極との短絡を確実に防止できる。
絶縁部材２３の被覆の厚さは、素子の通常の使用により遭遇する摩擦に対して絶縁部材２３が実質的な耐性を有する（特に、電池のボタン端子とＰＴＣ部材９または第２電極との間で短絡が絶対に起きない）ように、他方、ボタン端子側に取り付けられる時に必要な空間を最小限にするように薄くなければならない。尚、ＰＴＣ素子全体としての寸法は、電池のボタン端子側に素子を確実に取り付けられるように決めることができる。
絶縁部材２３は絶縁材料から成り、使用できる絶縁材料としては、好ましくはポリアミド、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエステル、ポリエチレン、ポリ弗化ビニリデンまたはエポキシ樹脂のようなポリマーが好ましい。絶縁部材が熱可塑性材料である場合、ＰＴＣ素子が動作してその温度が上昇した場合でも絶縁部材の実質的な変形が起こらないことを確保するため導電性ポリマー組成物の融点（従って、組成物を構成するポリマーの融点、Ｔｍ）より高い融点を熱可塑性材料は有する。
一般的に、ＰＴＣ素子の通常の使用時に必要な硬さを得るためには、絶縁部材は１３０℃より高い温度で軟化するのが好ましい。更に、絶縁部材の熱膨張係数は導電性ポリマー組成物の熱膨張係数と大差が無い、好ましくは実質的に同等であることが望ましい。
このような絶縁部材は、射出成形、スプレーコーティング、あるいはディッピングにより図４の状態のＰＴＣ要素３に適用することができ、また、別の態様では押出成形により予め絶縁部材の成形品を形成し、適当な方法（例えば接着剤の使用や溶着）により成形品を図４の状態のＰＴＣ要素３に適用してよく、更に、必要に応じて熱、放射線照射、紫外線照射などの適切な方法でポリマーを硬化するなどの工程を組み込んでよい。このような形成方法は、操作が非常に容易であり、確実に絶縁部材を配置できるので非常に有効であり、コスト的にも有利である。更に、ＰＴＣ部材の導電性ポリマー組成物への熱の影響が小さい方法、例えば射出成形が好ましい。
本発明のＰＴＣ素子１は、例えば次のような方法で製造できる。２枚の金属箔（１１および１３）に挟まれた導電性ポリマー組成物９の積層体を形成し、この積層体を切断して打ち抜くことによりＰＴＣ要素３をリング状にする。次に、第１導電性リード１５および第２導電性リード１８を取り付ける。１つの好ましい態様では、この取り付けは、第１電極１１と第１導電性リード１５の第１部分１６との間、また、第２電極１３と第２導電性リードの第１部分１９との間に半田ペーストを適用し、その後、ホットエアにより、あるいはリフローオーブン中で半田ペーストを溶融させた後に再度固化させることにより行う。最後に、絶縁部材２３を射出成形により適用する。尚、絶縁部材２３を適用した後に形成される開口部２７’は、元の開口部２７より径が小さくなっているが、本発明のＰＴＣ素子１の使用に際して、電池のボタン端子が開口部２７’内に収容されて、端子が第１導電性リード１５の第２部分に接触できるようになっている（図６参照）。
ＰＴＣ素子の抵抗値は、上述のように、所定の目的に応じて、即ち、素子を用いる機器に応じて、選択して設定することができるが、一般的には２０℃で１オーム以下、好ましくは０．５オーム以下、より好ましくは０．２５オーム以下、例えば、０．０５〜０．１５オームであるのが好ましい。
本発明のＰＴＣ素子１は図６に模式的に示すような電池組立体２８を形成するために使用するのが特に好ましい。この電池組立体２８は、図示するように、本発明のＰＴＣ回路保護素子１および１’ならびにボタン端子３１を有する電池２９およびボタン端子３５を有する電池３３を有して成る。
ＰＴＣ素子１は、第１導電性リード１５の第２部分１７がボタン端子３１と電気的に接触するように開口部２７’内にプラス端子３１が収容され、また、第２導電性リード端子１８の第２部分、好ましくはその端部が隣接する電池３３のマイナス電極４５に接している。本発明のもう１つのＰＴＣ素子１’の第２導電性リード２１’は電池（図示せず）のマイナス電極面または回路の電気部品（図示せず）に接続できる。電池２９のマイナス電極４７は、回路内の電気要素に接続できる。
図１および図６から理解できるように、本発明の回路保護素子を利用する場合、電池パック内の空間を最大限有効に利用できる。即ち、ＰＴＣ素子１は、ボタン端子３１の高さ方向に第１導電性リード１５の厚み分だけ電池パックが占める長さを拡大するに過ぎない。尚、いずれの図面においても、理解を容易にするために、特に厚さ方向については誇張して描いている。（特に、図６では、電池の長手（高さ）方向の長さが相当大きくなるようにも見えるが、図１から理解できるように、ＰＴＣ素子のリード端子１５の外側面とプラス端子３１の先端との距離は、リード端子１５の厚さに実質的に等しくなる。）
本発明の素子を使用できる電池２９は、１次電池、２次電池を問わず、いずれのタイプの電池であってもよく、例えばニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池、アルカリ電池あるいはリチウム電池を例として挙げることができる。とりわけ、本発明のＰＴＣ素子は、「ＡＡＡ」サイズの電池に使用することが特に好ましい。
図７に本発明のＰＴＣ素子に使用するのに適した第１導電性リードの別の形態を、図３と同様に模式的平面図にて示すが、このような態様では、１または複数（図示した態様では２つ）の位置決めタブ５１および５３が、例えば自動組立装置を使用する場合など、正確かつ効率良く組み立られるように第１導電性リード１５の外周部に設けられている。同様の位置決めタブを第２導電性リードにも設けることができる。
図８および図９は、第２導電性リード１８および絶縁部材２３が一体となって単一の要素６１の模式的平面図を示す（図１の下から見る方向）。この場合、第２導電性リード第１部分１９は、外方向に延びている第２部分２１の持つディスクの形態１９である。絶縁部材２３は、外周部６３および内周部６５を有し、第１部分１９の１表面を実質的に全て覆う。内周部６５はＰＴＣ要素３の内側面７に完全に接するように設計された絶縁部材の立ち上がりリム部６７を持つ。
図１０は、図８または９の単一部材と絶縁部材と第２導電性リードが一体要素６１となっているＰＴＣ素子１の断面図である。
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、電池のボタン端子とＰＴＣ素子のＰＴＣ部材および第２電極ならびに第２導電性リード等が直接接触することを絶縁部材が防ぐことによって短絡の発生が起こらないＰＴＣ素子が得られる。更に、本発明の素子を用いて電池パックを構成する場合、電池のプラス端子周辺の空間を最大限に利用でき、電池パックのサイズが実質的に大きくならない。
また、絶縁部材を本発明のようにＰＴＣ素子と一体に成形することにより輸送途中あるいは電池パックの組立工程で分解することのないＰＴＣ素子が得られる。加えて、ＰＴＣ素子を電池に取り付ける際の正確な位置決めがこの絶縁部材により容易にできるなど、電池パックの組立工程において、その工程を複雑化することがないという効果がある。

Claims (10)

1. 電池のボタン端子に取り付けるのに適当であるＰＴＣ素子であって、
   （Ａ）（ｉ）外側面および中央に開口部を規定する内側面を有し、
   （ii）（１）ＰＴＣ導電性ポリマー組成物で構成された層状ＰＴＣ抵抗部材、
   （２）ＰＴＣ部材の第１表面に取り付けられた第１層状電極、および
   （３）ＰＴＣ部材の第２の対向表面に取り付けられた第２層状電極
   を有して成るＰＴＣ要素、
   （Ｂ）（１）第１層状電極に取り付けられた第１部分、および
   （２）ＰＴＣ要素の開口部を少なくとも部分的に閉じる第２部分
   を有して成る第１導電性リード、
   （Ｃ）（１）第２層状電極に取り付けられた第１部分、および
   （２）ＰＴＣ要素の外側面から離れるように伸びる第２部分
   を有して成る第２導電性リード、ならびに
   （Ｄ）ＰＴＣ要素の内側面、および第２導電性リードの第１部分の少なくとも一部分を被覆する絶縁層
   を有して成る素子。
2. 絶縁部材が第２層状電極の少なくとも一部分を被覆する請求項１記載のＰＴＣ素子。
3. 絶縁部材がＰＴＣ要素の内側面および外側面ならびに第２層状電極の全体を被覆する請求項１または２記載のＰＴＣ素子。
4. 少なくとも第１導電性リードは少なくとも１つの位置決めタブを有する請求項１〜３のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
5. 第１導電性リードおよび第２導電性リードは、ニッケル、銅、ステンレススチール、鉄または合金からできている請求項１〜４のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
6. 絶縁部材と第２導電性リードが単一の要素である請求項１または２のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
7. 絶縁部材はポリマーであって、素子は少なくとも以下の性質：
   （Ａ）絶縁ポリマーは、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリ弗化ビニリデンまたはエポキシ樹脂製であること、
   （Ｂ）絶縁ポリマーは、１３０℃より高い温度で軟化すること、および
   （Ｃ）導電性ポリマー組成物の融点がＴｍであり、絶縁ポリマーはＴｍより高い融点を有する熱可塑性材料製であること
   の少なくとも１つの性質を有する請求項１〜６のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
8. （Ａ）ボタン端子を有して成る電池、および
   （Ｂ）ボタン端子に配置された請求項１〜７のいずれかに記載のＰＴＣ素子および電池から成る電池組立体であって、
   第１導電性リードの第２部分がボタン端子と物理的かつ電気的に接触する電池組立体。
9. 電池がニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池またはリチウム電池である請求項８記載の電池組立体。
10. 少なくとも２つの電池を有して成る組立体であって、第２導電性リード第２部分が１つの電池から別の電池に延びて電池が電気的に接続されている請求項８または９記載の電池組立体。

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