JP4487992B2 - Ｐｔｃ素子および電池保護システム - Google Patents

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。特に、ＰＴＣ素子の温度がポリマーの融解温度に達すると、ＰＴＣ素子の抵抗が急激に増加する。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する。よって、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、携帯電話などの携帯機器の電源である２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。２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２次電池を保護する。

このようなＰＴＣ素子の一例としては、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）。

ポリマーＰＴＣ素子は、従来、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。次に、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、その電極板を、保護回路と電気的に接続された端子板へ接合する。この接合は、従来、ハンダ付け、溶接等により実施される。

上述の組み込まれたポリマーＰＴＣ素子は、大気中の酸素により徐々に劣化してしまう。ポリマーＰＴＣ素子が劣化すると、室温での抵抗値（室温抵抗値）が増加してしまう問題があった。

このような問題に対しては、ポリマーＰＴＣ素子の外部に露出している面に保護膜を形成することで、酸素による影響を低減している。しかしながら、この保護膜を形成する際には、保護膜形成用のコーティング材が回り込んでしまい、ＰＴＣ素子の外部露出面だけでなく、ポリマーＰＴＣ素子に接合されている電極板と、電池や回路等の端子とを接合する部分までもが被覆されてしまう場合があった。このような場合には、電極板と、電池や回路等の端子との接合が不十分となり、信頼性の低下を招くこともあった。

さらには、保護膜の厚みが厚くなり、ＰＴＣ素子としての設計上の寸法許容幅を超えてしまうと、ポリマーＰＴＣ素子としての寸法不良が発生し、保護回路への実装が不可能となることもあった。
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、ＰＴＣ素子の外部露出面の保護膜形成用のコーティング材が、本来、コーティング材が保持されてはならない部分にまで回り込むことを有効に防止することができるＰＴＣ素子を提供することである。また、本発明の別の目的は、上記のＰＴＣ素子を組み込むことで、信頼性に優れた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、本発明に係るＰＴＣ素子は、
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、
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部を覆う保護膜と、を有するＰＴＣ素子であって、
前記第１電極板が、前記第１電極板と前記素子本体とが直接接触している素子接合面と、前記素子接合面の延長面上に前記第１電極板と前記素子本体とが接合されていない素子非接合面と、を有し、
前記素子非接合面は、前記素子本体を挟んで互いに対向して形成され、前記保護膜を受ける保護膜受面を有している。

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。

本発明に係るＰＴＣ素子は、第１電極板と素子本体とが直接接触している素子接合面と、素子接合面の延長面上に第１電極板と素子本体とが接合されていない素子非接合面と、を有しており、この素子非接合面は、前記素子本体を挟んで互いに対向して形成され、前記保護膜を受ける保護膜受面を有している。このような保護膜受面を有することで、保護膜を形成するコーティング材が、電池、回路等の端子と、電極板との接合部に回り込む現象を防止することができる。その結果、他の端子と電極板との接着を低下させず、電池保護システム全体としての信頼性を維持することができる。

また、本発明では、形成された保護膜の厚みが厚くなりすぎず、ＰＴＣ素子としての設計上の寸法許容幅を超えることがなく、電池保護システムに実装できない寸法不良も防止することができる。さらには、保護膜が極端に薄くなることもないため、酸素による素子本体の劣化を抑制することができる。

好ましくは、前記保護膜受面が、前記素子接合面の全外周に形成してある。保護膜受面が、素子接合面の全外周に形成してあることで、上記の効果をさらに大きくすることができる。

好ましくは、前記第１電極板における前記素子非接合面が、さらに、他の端子との接合部を有している。素子非接合面が、他の端子との接合部を有しているため、スポット溶接等の接合時に生じる熱が、素子本体に伝わりにくいため、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。第１電極板が、上記のクラッド板からなることで、第１電極板を、直接、電池用の電極端子に接合することができるため、製造工程の効率化やシステム全体としての薄型化・軽量化を実現することができる。

好ましくは、前記素子本体が、前記第１電極板の長手方向の一方の端部側に配置されている。上記のような構成となっていることで、第１電極板と電池用電極端子との接合時に発生する熱が、素子本体にさらに伝わりにくくすることができる。

好ましくは、前記第１電極板における前記素子接合面には凹凸が形成してあり、前記凹凸が、前記素子接合面から前記素子接合面の外周部にまで連続して形成されている。素子接合面に凹凸が形成されていることで、素子本体と、第１電極板との接着をより強固にすることができる。さらには、素子接合面の外周部、すなわち、保護膜受面にも凹凸が形成されている。そのため、保護膜と第１電極版との密着性を向上させることができる。

本発明では、前記第１電極板の表面に、前記保護膜形成用のコーティング材が保持されるように凹部が形成されていてもよい。第１電極板の表面に凹部が形成されていることにより、コーティング材が過剰に供給された場合であっても、コーティング材の回り込みを有効に防止することができる。

また、本発明では、前記第１電極板の表面に、前記素子本体の位置決め用の凹部または凸部が形成されていてもよい。位置決め用の凹部または凸部が形成されていることで、素子本体と第１電極板との接合時における位置ズレを防止することができる。

さらに、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よい。

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、上記のＰＴＣ素子を組み込むことで、信頼性に優れた電池保護システムを実現できる。

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、
図２（Ａ）は、図１に示すポリマーＰＴＣ素子の平面図、図２（Ｂ）は、図１に示すポリマーＰＴＣ素子の断面図、
図３（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子に接合された第１電極板（クラッド板）における素子接合面に形成された凹凸（節瘤）を、第１電極板表面に対して垂直上方から観察した電子顕微鏡写真、
図３（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子に接合された第１電極板（クラッド板）における素子接合面に形成された凹凸（節瘤）を、第１電極板表面に対して水平方向から観察した電子顕微鏡写真、
図４（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の第１電極板（クラッド板）における凸部位置決め部を示す要部断面図、
図４（Ｂ）は、本発明の第２実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の第１電極板（クラッド板）における凹部位置決め部を示す要部断面図、
図５は、本発明の第３実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の第１電極板（クラッド板）における、保護膜形成用のコーティング材を保持する凹部を示す要部断面図、
図６は、本発明の第４実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の要部断面図、
図７は、本発明の他の実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の平面図である。

（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、携帯電話などの携帯機器の電源として用いられる２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２次電池セル３２と、その２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２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２次電池セル３２との間の電流を遮断して２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および図２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と第２電極板１２とで覆われていない素子本体４の露出部は、保護膜３により覆われている。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の酸化を防止し、素子本体４の劣化を防止することができる。その結果、ポリマーＰＴＣ素子２の室温抵抗値の上昇を防止することができる。また、保護膜３によって、素子本体４の機械的強度も向上させることができる。

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。

本実施形態では、第１電極板１０は、ニッケル層２０とアルミニウム層２２との２種類の板材が積層してあるクラッド板で構成してある。クラッド板の厚さは、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。

図１に示すように、第１電極板１０は、電池用電極端子３４に対し接合される。具体的には、第１電極板１０はクラッド板で構成されているため、クラッド板におけるアルミニウム層２２と電極端子３４とがスポット溶接により接合される。２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、クラッド板におけるアルミニウム層２２に対して接合されやすい。

なお、第１電極板１０がクラッド板で構成されていない場合、たとえば、第１電極板１０がニッケルまたはニッケル合金のみから構成されている場合には、第１電極板１０の厚みは、好ましくは１００〜５００μｍ、さらに好ましくは１５０〜３００μｍである。

また、第１電極板１０は、ニッケル層２０と素子本体４の第１面６とが直接接触している素子接合面１００と、素子接合面１００の延長面上においてニッケル層２０と素子本体４の第１面６とが直接接触していない素子非接合面１０１とを有している。したがって、素子本体４の第１面６の面積は、少なくともニッケル層２０の面積よりも小さい構成となっている。

素子非接合面１０１は、保護膜受面１０２を有する。保護膜受面１０２は、図２（Ａ）に示すように、第１電極板１０の短手方向に素子本体４を挟んで互いに対向して形成されている保護膜受面１０２ａおよび保護膜受面１０２ｂと、第１電極板１０の長手方向に素子本体４を挟んで互いに対向して形成されている保護膜受面１０２ｃおよび保護膜受面１０２ｄと、を有している。

保護膜受面１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄは、少なくとも、互いに対向して形成された１組（１０２ａ、１０２ｂあるいは１０２ｃ、１０２ｄ）が形成されていればよいが、素子接合面１００の全外周部に保護膜受面１０２が形成されていることが好ましい。このような保護膜受面１０２が形成されていることで、保護膜３を形成するコーティング材が、保護膜受面１０２により受け止められ、コーティング材の回り込みを防止することができる。

また、保護膜受面１０２ｄの延長面上には、図１および図２に示すように、端子接合部１０３が形成されており、２次電池用電極端子３４と接合されている。なお、端子接合部１０３は、保護膜受面１０２ｄに対して幅が狭く形成されていてもよい。端子接合部１０３と２次電池用電極端子３４との接合を、素子本体４から離れて行うことができるため、接合をスポット溶接等で行った際に生じる熱は、素子本体４に伝わりにくく、素子本体４の熱劣化を防止することができる。

保護膜受面１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄの幅は、それぞれ、異なっていてもよいが、ポリマーＰＴＣ素子２の設計上の寸法許容幅が、第１電極板１０の幅Ｗ０である場合には、保護膜受面１０２ａおよび１０２ｂの幅は、保護膜受面１０２ｃおよび１０２ｄの幅よりも大きいことが好ましく、保護膜受面１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄの幅は同じ値（Ｗ１）であることが特に好ましい。保護膜受面１０２の幅Ｗ１は、好ましくは、２０〜５００μｍ、より好ましくは、３０〜１００μｍである。

一方、保護膜３の厚みＴ１は、保護膜受面１０２の幅Ｗ１よりも小さいことが要求され、好ましくは、５０〜２００μｍ程度である。厚みＴ１が薄過ぎると、保護膜３が、素子本体４の酸化を充分に防止することができない。

本実施形態では、保護膜３の厚みが多少ばらついたとしても、保護膜３の外周が第１電極板１０の外縁から外側にはみ出すことはない。そのため、ポリマーＰＴＣ素子２の設計上の寸法許容幅を超えることがなく、ポリマーＰＴＣ素子２の寸法不良を防止することができる。

本実施形態では、図１および図２に示すように、第１電極板１０における素子接合面１００には凹凸が形成され、さらに、この凹凸は、素子接合面１００から、素子接合面１００の外周部、つまり、保護膜受面１０２ａ〜１０２ｄにまで連続して形成されている。

素子接合面１００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、保護膜受面１０２に形成してある凹凸は、保護膜３との密着性を強固にするためのものである。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電極板１０の素子接合面１００および保護膜受面１０２には、節瘤状の突起が多数形成される。

素子本体４と、素子接合面１００とを熱圧着させる場合には、素子本体４の表面（第２面８）に、素子接合面１００に形成された凹凸１３が喰い込んで噛み合い、両者の接着を強固にすることができる。また、保護膜３形成用のコーティング材が、保護膜受面１０２に保持された場合には、コーティング材と保護膜受面１０２に形成された凹凸１３とが噛み合い、密着性を向上させることができる。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、凹凸１３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節瘤であることが好ましい。

なお、素子接合面１００および保護膜受面１０２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。また、第１電極板１０の片面全面に対して凹凸を形成した後に、第１電極板１０の片面の一部をプレス加工などにより平坦化処理し、第１電極板１０における端子接合部１０３を形成しても良い。あるいは、素子接合面１００以外の部分をマスクして、素子接合面１００のみに凹凸を形成しても良い。

第２電極板１２は、特に限定されないが、本実施形態では、図１および図２に示すように、第２電極板１２の面積と素子本体４の第２面８の面積とが同じである。したがって、第２電極板１２と素子本体４の第２面とが直接接触している素子接合面１２０の面積も、第２電極板１２および素子本体４の第２面８の面積と同じである。また、第２電極板１２における素子接合面１２０には、第１電極板１０の素子接合面１００と同様に、凹凸が形成されている。第２電極板１２において素子接合面１２０に凹凸を形成するための方法は、第１電極板１０において凹凸を形成するための方法と同様である。

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、図１に示す端子板１６に対してスポット溶接される。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り、端子板１６は、保護回路３０に対して電気的に接続される。第２電極板１２の厚みは、通常、１００〜３００μｍ程度であり、端子板１６の厚みも、通常１００〜３００μｍ程度である。なお、第２電極板１２における素子接合面１２０の延長面上に、端子板１６との接合部を有していてもよい。

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、ポリウレタン樹脂及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、十分な抵抗変化量及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３００〜１００００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。

具体的な熱可塑性樹脂としては、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−、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−、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−、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、１００００〜５００００００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及び電子線照射量は、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を構成するクラッド板の製造方法は、特に限定されないが、所定厚みのニッケル金属板あるいはニッケル合金板と、所定厚みのアルミニウム金属板あるいはアルミニウム合金板とを、圧延成形して形成される。また、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におけるニッケル層２０の素子接合面１００および保護膜受面１０２と、第２電極板１２における素子接合面１２０には、前述した方法により、素子本体４または保護膜３との接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°Ｃ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、前述したエポキシ樹脂等を塗布して乾燥させる方法が例示される。保護膜３の形成時に、余分なコーティング材が第１電極板１０における保護膜受面１０２で保持される。そのため、第１電極板１０における他の端子との接合面（本来、コーティング材が保持されてはならない面）に回り込むことを防止することができ、接合不良となることはない。さらには、保護膜３の厚みが多少ばらついたとしても、保護膜３の外周が第１電極板１０の外縁から外側にはみ出すことはない。そのため、ポリマーＰＴＣ素子２の設計上の寸法許容幅を超えることがなく、ポリマーＰＴＣ素子２の寸法不良を防止することができる。
このようにして、図２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、２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（クラッド板）の端子接合面１０３のアルミニウム層２２側を、２次電池セル３２の電極端子３４と接触してスポット溶接する。ＰＴＣ素子２と２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、ＰＴＣ素子２と２次電池セル３２との間に配置させる。

次に、あるいは、その前後に、第２電極板１２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。

本実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子２では、第１電極板１０が端子接合面１０３を有しているため、端子接合面１０３と２次電池セル３２の電極端子３４とをスポット溶接する際の熱は、素子本体４にまで伝わりにくく、素子本体４の熱劣化を防止することができる。

素子本体４の熱劣化を防止することができるため、本実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子２では、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２次電池セル３２を保護すると言う本来の機能を有効に発揮することができる。

なお、本発明は、上述した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。

（第２実施形態）
たとえば、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、本発明では、第１電極板１０（クラッド板）における素子本体４の接合位置を固定するための位置決め部を有してもよい。以下では、第２実施形態と第１実施形態との相違点について述べ、両者の共通事項に関する説明は省略する。

図４（Ａ）に示すポリマーＰＴＣ素子２においては、第１電極板１０（クラッド板）のニッケル層２０の側に、一組の凸状の位置決め部４１ａが形成されており、位置決め部４１ａの上面は、保護膜受面１０２となっている。素子本体４は、この一組の凸状の位置決め部４１ａの内側に設置、接合される。すなわち、位置決め部４１ａで区画された内側の面は、素子接合面１００である。このようにすることで、素子本体４を設置することによって、素子本体４と第１電極板１０（クラッド板）との接合の際の位置ズレを防止することができる。

また、位置決め部４１ａで区画された素子接合面１００および位置決め部４１ａの上部には、凹凸１３が形成してある。その結果、素子本体４と第１電極板１０（クラッド板）との熱圧着時において、素子本体４と第１電極板１０（クラッド板）との接合強度を向上させることができ、さらに、保護膜３と保護膜受面１０２との密着性をも向上させることができる。

図４（Ｂ）に示すポリマーＰＴＣ素子２においては、第１電極板１０（クラッド板）のニッケル層２０の側に凹状の位置決め部４１ｂが形成されている。素子本体４は、この位置決め部４１ｂの内部に設置、接合される。すなわち、位置決め部４１ｂが形成されている面は、素子接合面１００である。このようにすることで、素子本体４と第１電極板１０（クラッド板）との接合の際の位置ズレを防止することができる。

また、位置決め部４１ｂおよびその外周部には、凹凸１３が形成してある。その結果、素子本体４と第１電極板１０（クラッド板）との熱圧着時において、素子本体４と第１電極板１０（クラッド板）との接合強度を向上させることができ、さらに、保護膜３と保護膜受面１０２との密着性をも向上させることができる。

（第３実施形態）
たとえば、図５に示すように、本発明では、保護膜３形成用のコーティング材を保持するための凹部を有してもよい。すなわち、その凹部が保護膜受面としての機能を有していてもよい。また、第２実施形態における位置決め用の凹部または凸部の形成と、本実施形態とを組み合わせてもよい。以下では、第３実施形態と第１実施形態との相違点について述べ、両者の共通事項に関する説明は省略する。

図５に示すポリマーＰＴＣ素子２においては、第１電極板１０（クラッド板）のニッケル層２０の側に、凹部５１が形成されている。この凹部５１の寸法は、素子本体４（第２面８）の寸法よりも大きい。そのため、素子本体４を凹部５１内部に設置し、保護膜３形成用コーティング材を塗布した場合であっても、コーティング材を凹部５１内部に保持することができる。その結果、第１電極板１０（クラッド板）表面において保護膜３が形成されてはならない領域（スポット溶接部等）にまで、コーティング材が回り込むことを防止できる。

また、凹部５１の底面には、凹凸１３が形成してある。その結果、素子本体４と第１電極板１０（クラッド板）との熱圧着時において、素子本体４と第１電極板１０（クラッド板）との接合強度を向上させることができる。さらには、コーティング材の回り込みを防止する効果がさらに大きくすることができる。

（第４実施形態）
たとえば、図６に示すように、第１電極板１０（クラッド板）に保護膜受面１０２が形成されているだけではなく、さらに、素子本体４の第２面８と、第２電極板１２とが直接接触している素子接合面６１から外方に飛び出している素子本体突出部６３を有していてもよい。このようにすることで、上述した実施形態における効果に加え、第２電極板１２へのコーティング材の回り込みを防止することができる。以下では、第４実施形態と第１実施形態との相違点について述べ、両者の共通事項に関する説明は省略する。

素子本体４が、図６に示す素子本体突出部６３を有することによって、コーティング材が、素子本体４に塗布された場合、第２電極板１２の表面と素子本体突出部６３の表面との段差を乗り越えることができなくなる。その結果、コーティング材は、第２電極板１２の表面上へは回り込めず、素子本体突出部６３の表面にのみ保持される。すなわち、第２電極板１２の表面（端子板１６が接合される側）にコーティング材が回り込むことを防止できる。その結果、第２電極板１２と端子板１６とを、保護膜３に介在されることなく良好に密着、接合させることができる。

また、素子本体突出部６３によって、第２電極板１２の表面（端子板１６が接合される側）に保護膜３が形成されることが防止されるため、第２電極板１２と端子板１６との接合位置（端子接合部の位置）の寸法精度を向上させることができる。さらに、ポリマーＰＴＣ素子２全体の幅や厚みの寸法不良を防止することができる。

さらには、上述した実施形態と同様に、本来、素子本体４の露出面のみに保持されるべきコーティング材が、第１電極板１０における他の端子との接合面（本来、コーティング材が保持されてはならない面）に回り込むことを防止することができる。また、素子本体４の露出面における保護膜３の被覆厚さを充分なものとすることができるので、素子本体４の酸化を有効に防止することができる。

なお、素子本体突出部６３は、素子本体４に第１電極板１０（クラッド板）あるいは第２電極板１２を熱圧着する際に、圧力により素子本体４が厚み方向に多少潰れて、第１電極板１０あるいは第２電極板１２の側方に多少はみ出すことによって、形成される。つまり、上述の実施形態においては、素子本体において不要部分として除去する部分が、本実施形態では除去されずに、素子本体突出部６３として機能する。つまり、本実施形態では、素子本体から不要部分を除去する工程が省略される。その結果、ポリマーＰＴＣ素子２の製造工数および製造コストを削減することができる。

（その他の実施形態）
また、素子本体４を円柱状とすることで、第１電極板１０および第２電極板１２として図７に示す形状を採用することができる。この場合、保護膜受面１０２は、好ましくは、幅がＲ１のドーナツ状となる。このような構成とした場合であっても、上述の実施形態で述べた構成、あるいは、それらを組み合わせた構成を適用することができる。

さらに、別の実施形態として、素子本体４の表裏面には、ニッケルなどの金属箔が積層してあり、各金属箔に対して、第１金属板１０および第２電極板１２が、ハンダ層を介して接合してあっても良い。金属箔は、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。この実施形態においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本発明に係るポリマーＰＴＣ素子２は、２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、第２電極板を、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電極板および第２電極板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、本発明の第１実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の使用状態を示す要部断面図である。 図２（Ａ）は、図１に示すポリマーＰＴＣ素子の平面図、図２（Ｂ）は、図１に示すポリマーＰＴＣ素子の断面図である。 図３（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子に接合された第１電極板（クラッド板）における素子接合面に形成された凹凸（節瘤）を、第１電極板表面に対して垂直上方から観察した電子顕微鏡写真、図３（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子に接合された第１電極板（クラッド板）における素子接合面に形成された凹凸（節瘤）を、第１電極板表面に対して水平方向から観察した電子顕微鏡写真である。 図４（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の第１電極板（クラッド板）における凸部位置決め部を示す要部断面図、図４（Ｂ）は、本発明の第２実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の第１電極板（クラッド板）における凹部位置決め部を示す要部断面図である。 図５は、本発明の第３実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の第１電極板（クラッド板）における、保護膜形成用のコーティング材を保持する凹部を示す要部断面図である。 図６は、本発明の第４実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の要部断面図である。 図７は、本発明の他の実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の平面図である。

符号の説明

２… ポリマーＰＴＣ素子
３… 保護膜
４… 素子本体
６… 第１面
８… 第２面
１０… 第１電極板
１００… 素子接合面
１０１… 素子非接合面
１０２… 保護膜受面
１０３… 端子接合部
１２… 第２電極板
１２０… 素子接合面
１３… 凹凸
１６… 端子板
２０… ニッケル層
２２… アルミニウム層
３０… 保護回路
３２… ２次電池セル
３４… 電極端子

Claims (13)

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、
   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部を覆う保護膜と、を有するＰＴＣ素子であって、
   前記第１電極板が、前記第１電極板と前記素子本体とが直接接触している第１素子接合面と、前記第１素子接合面の延長面上に前記第１電極板と前記素子本体とが接合されていない第１素子非接合面と、を有し、
   前記第１素子非接合面は、前記素子本体を挟んで互いに対向して形成され、前記保護膜を受ける保護膜受面を有し、
   前記第２電極板の面積が、前記第２電極板と前記素子本体とが直接接触している第２素子接合面の面積と同じであることを特徴とするＰＴＣ素子。
2. 前記第２電極板の外周長さが、前記第１電極板の外周長さよりも小さい請求項１に記載のＰＴＣ素子。
3. 前記素子本体が、前記第２素子接合面から外側に突出している素子本体突出部を有している請求項１または２に記載のＰＴＣ素子。
4. 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１〜３のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
5. 前記保護膜受面が、前記第１素子接合面の全外周に形成してある請求項１〜４のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
6. 前記第１電極板における前記第１素子非接合面が、さらに、他の端子との接合部を有している請求項１〜５のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
7. 前記第１電極板が、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請求項１〜６のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
8. 前記素子本体が、前記第１電極板の長手方向の一方の端部側に配置されている請求項１〜７のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
9. 前記第１電極板における前記第１素子接合面には凹凸が形成してあり、前記凹凸が、前記第１素子接合面から前記第１素子接合面の外周部にまで連続して形成されている請求項１〜８のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
10. 前記第１電極板の表面に、前記保護膜形成用のコーティング材を保持できるように凹部が形成されている請求項１〜９のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
11. 前記第１電極板の表面に、前記素子本体の位置決め用の凹部または凸部が形成されている請求項１〜１０のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
12. 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１〜１１のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
13. 請求項１〜１２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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