TW201721670A

TW201721670A - Ｐｔｃ元件

Info

Publication number: TW201721670A
Application number: TW105136250A
Authority: TW
Inventors: Masaaki Iwai; Tsuyoshi Takizawa
Original assignee: Littelfuse Japan G K
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2017-06-16
Also published as: JPWO2017094400A1; WO2017094400A1; JP6779228B2; KR20180088785A

Abstract

本發明提供一種PTC元件，其構成具有：具有第一主表面及第二主表面之層狀的PTC單元、位於PTC單元之第一主表面上的第一電極、及位於PTC單元之第二主表面上的第二電極，其特徵為：第一主表面之至少一部分露出，第一電極與第二電極之平面形狀不同。

Description

PTC元件

本發明係關於一種PTC元件。

電子或電器中發生異常時，例如此種機器中流入過剩電流時或此種機器異常高溫時，作為遮斷流入該電子、電器之電流的保護元件，而使用各種保護元件，例如使用雙金屬元件、溫度保險絲元件、PTC(正溫度係數(positive temperature coefficient))元件(專利文獻1)等。

【先前技術文獻】【專利文獻】

[專利文獻1]美國專利第6,051,814號

將PTC元件插入保護對象的機器時，PTC元件係藉由斂縫、螺栓、螺絲等固定。如此固定PTC元件時，會對PTC元件施加一定壓力，妨礙PTC單元的膨脹，而無法發揮原本功能，或發生破損等問題。

基於上述原因，為了降低作用於PTC元件的壓力而採取各種對策。例如，藉由在PTC元件與螺絲等固定部件之間配置樹脂製墊片，以緩和作用於PTC元件之壓力。或是藉由以彈簧等彈性部件固定PTC元件，以緩和作用於PTC元件之壓力(例如專利文獻1)。但是，此種對策雖可某種程度緩和作用於PTC元件之壓力，但是無法使PTC元件原本的功能充分發揮。具體而言，會發生在動作狀態下電阻值降低、額定電壓降低、電流遮斷反應性降低等。例如，通常PTC元件之電阻值，在高溫時(例如130℃)為室溫時的數十萬倍，而在PTC元件被加壓狀態下僅上昇數百倍程度。

因此，本發明人為了提供不損害PTC元件原本功能，可插入電子或電器之PTC元件而反覆研究。結果，本發明人發現固定PTC元件時，藉由在PTC單元之膨脹區域，亦即在電流流動區域，以不致施加固定之壓力的方式設計PTC元件，即使固定後仍可獲得PTC元件原本之功能。例如，使位於PTC單元一方主表面上之電極延伸至PTC單元不存在的區域，而在延伸部固定，或是在PTC單元之至少一方主表面設計電極不存在的部分，藉由在該電極不存在之部分固定，可獲得PTC元件原本之功能。

但是，進一步反覆研究結果注意到，由於上述之PTC元件係藉由僅按壓其一部分而固定於電子或電器，因此會有未加壓之部分無法與電子或電器充分密合的情況。例如，PTC元件係圓環狀，藉由按壓其內緣部而固定於機器時，固定之壓力不作用於PTC元件的外緣部，而成為無法與機器充分密合的浮起狀態。

因此，本發明之目的為提供一種即使僅按壓PTC元件之一部分而固定於電子或電器時，仍可與電子或電器之固定部位充分密合的PTC元件。

本發明人就上述問題積極檢討結果，發現藉由剝開PTC元件之電極的一部分使PTC單元露出，當PTC元件解脫時，PTC元件依PTC單元之露出部分的位置及形狀而變形。而且發現藉由利用該變形，將PTC元件固定於電子或電器時，可使PTC元件與電子或電器更加密合，因而完成本發明。

本發明第一要旨提供一種PTC元件，其構成具有：層狀之PTC單元，其係具有第一主表面及第二主表面；第一電極，其係位於PTC單元之第一主表面上；及第二電極，其係位於PTC單元之第二主表面上；其特徵為：第一主表面之至少一部分露出，第一電極與第二電極之平面形狀不同。

本發明第二要旨提供一種電子或電器，其特徵為：具有上述PTC元件而構成。

採用本發明時，可提供藉由使PTC單元之一部分露出，即使僅加壓PTC元件之一部分而固定PTC元件時，仍可藉由電子或電器之固定部位密合的PTC元件。

1a~1k‧‧‧PTC元件

2‧‧‧第一主表面

4‧‧‧第二主表面

6‧‧‧PTC單元

8‧‧‧第一電極

10‧‧‧第二電極

12‧‧‧縫隙

14‧‧‧露出部分

16‧‧‧電單元

18‧‧‧螺絲

20‧‧‧第一電極

21‧‧‧第一電極

22‧‧‧露出部分

24‧‧‧露出部分

第一圖係示意顯示從第一電極8側觀看本發明一種實施形態之PTC元件1a的俯視圖。

第二圖係示意顯示沿著直線x-x之PTC元件1a在厚度方向的剖面圖。

第三圖係示意顯示使第一圖所示之PTC元件1a暫時解脫後的剖面圖。

第四圖顯示將第三圖所示之PTC元件1a固定於電單元的狀態。

第五圖係示意顯示本發明一種實施形態之PTC元件1b的剖面圖。

第六圖係示意顯示本發明另外實施形態之PTC元件1c的剖面圖。

第七圖係示意顯示本發明另外實施形態之PTC元件1d的剖面圖。

第八圖係示意顯示本發明另外實施形態之PTC元件1e的剖面圖。

第九圖係示意顯示本發明另外實施形態之PTC元件1f的剖面圖。

第十圖係示意顯示本發明另外實施形態之PTC元件1g的剖面圖。

第十一圖係示意顯示本發明另外實施形態之PTC元件1h的剖面圖。

第十二圖係示意顯示本發明另外實施形態之PTC元件1i的剖面圖。

第十三圖係示意顯示本發明另外實施形態之PTC元件1j的剖面圖。

第十四圖係示意顯示本發明另外實施形態之PTC元件1k的剖面圖。

第十五圖顯示實施例中之PTC元件昇溫時的溫度-電阻特性之測定結果。

第十六圖顯示實施例中之PTC元件降溫時的溫度-電阻特性之測定結果。

就本發明之PTC元件，參照圖式詳細說明。

本發明一種實施形態之PTC元件1a，如第一圖及第二圖所示具有：具有第一主表面2及第二主表面4之層狀的PTC單元6、位於PTC單元6之第一主表面2上的第一電極8、及位於PTC單元6之第二主表面4上的第二電極10。

本發明使用之PTC單元係聚合物PTC單元。上述聚合物PTC單元可使用習知者，一般而言係藉由擠壓包含導電性填充劑(例如炭黑、鎳合金等)分散之聚合物(例如聚乙烯、聚偏氟乙烯等)而構成的導電性組合物，分割成指定尺寸而獲得。1個態樣係PTC單元亦可係其主表面之至少一方具有薄層狀電極(例如箔電極)的所謂聚合物PTC元件。聚合物PTC單元達到高溫狀態而膨脹時，分散於內部之導電性填充劑的相互間距離增大，且電阻值增加。

上述PTC單元之厚度並無特別限定，例如可為0.01mm~5.0mm，並宜為0.05mm~3.0mm，更宜為0.1mm~1.0mm。

構成本發明使用之第一電極及第二電極的材料亦可相同，亦可不同。構成第一電極及第二電極之材料並無特別限定，只要是導電性材料即可，例如係導電性金屬材料，具體而言可採用鎳、不銹鋼、鐵、銅、鋁、錫、鈦、或此等金屬之合金。此外，本發明中，第一電極及第二電極例如亦可由兩層以上之導電性材料層，例如由導電性金屬層構成。

上述第一電極及第二電極之厚度並無特別限定，例如可為0.01~1.0mm，並宜為0.03~0.3mm。

如第一圖及第二圖所示，在第一電極8中，沿著圓環之直徑方向有2個縫隙12，PTC單元6之第一主表面2從該縫隙部分露出。亦即，第一主表面2具有露出部分14。第二電極10覆蓋PTC單元6之整個第二主表面4。第一電極8與第二電極10具有彼此不同之平面形狀，第一電極8位於隔著PTC單元6而與第二電極10之一部分相對。另外，本發明中，PTC單元之露出部分14只須未被第一電極8覆蓋即可，亦可藉由其他材料，例如藉由保護塗層等絕緣性物質覆蓋。

藉由具有上述構造，PTC元件1a解脫發熱然後返回常溫時，藉由PTC單元與第一電極之熱膨脹率不同而變形，其一部分或整體彎曲。亦即，本發明之PTC元件藉由暫時解脫而具有彎曲部。例如第三圖所示，PTC 元件1a成為盤型形狀。藉由PTC元件1a如此彎曲而將PTC元件1a固定於設置部位時，可提高設置部位與PTC元件1a之第一電極的密合性。例如第四圖所示，以第一電極8接觸於電單元16之方式配置如第三圖變形的PTC元件1a，從第二電極10側藉由螺絲18按壓而固定時，朝向電單元之(朝向圖式下方向之)應力在PTC元件1a的外緣部起作用。由於PTC元件1a之外緣部藉由該應力而按壓於電單元16，因此，PTC元件1a與電單元16可在整個PTC元件上高度密合。另外，彎曲之位置及程度可藉由變更PTC單元、第一電極及第二電極之厚度、形狀等來調整。

上述係先使PTC元件1a變形，然後固定於電單元16，不過亦可先將PTC元件1a固定於電單元16，然後使PTC元件1a解脫而變形。如此藉由在固定後使其變形，可將PTC元件1a之形狀形成對應於電單元16之固定部位形狀的形狀，可更加提高密合性。

本發明不限定於上述之實施形態，可作各種改變。

例如上述態樣中PTC單元、第一電極(無縫隙時)及第二電極係圓環狀，不過本發明使用之PTC單元、第一電極及第二電極不限定於圓環狀，只要可達成本發明之目的亦可為任何形狀。例如上述態樣中，PTC單元之外側輪廓及內側輪廓(即開口部)的形狀係圓狀，不過此等亦可為其他形狀，例如可為三角形、四方形、五角形等多角形、橢圓、或組合此等之形狀。此外，PTC單元之開口部未必需要存在於PTC單元的中心部，例如亦可在PTC單元之周緣部。此外，亦可不存在開口部。再者，第一電極及第二電極各個並不需要整體存在於PTC單元的第一主表面及第二主表面上，亦可一部分越過PTC單元邊緣而延伸。

第一電極之縫隙(或切口)的形狀並無特別限定，依目的可形成各種形狀。亦即，PTC單元之露出部分的形狀可為各種形狀。PTC單元可具有直線狀、曲線狀、圓狀、圓環狀或多角形狀等、或組合此等之形狀的露出部分。

一種態樣中，PTC單元可具有1個或1個以上之圓環狀露出部分。圓環之大小、寬度、位置、數量等並無特別限定，可依PTC單元之形狀、大小、或PTC單元變形後的形狀等而適當選擇。

適合之態樣中，露出部分之圓環寬度可為0.5~5.0mm，更宜為1.0~4.0mm，進一步宜為1.5~3.0mm。PTC單元係圓環狀時，PTC單元對圓環寬度可為5~50%，更宜為10~40%，進一步宜為15~35%。另外，圓環之寬度亦可全周一定，亦可不同。而圓環之寬度宜一定。

一種態樣中，PTC單元可具有1個或1個以上之直線狀露出部分。直線之大小、寬度、位置、數量等並無特別限定，可依PTC單元之形狀、大小、或PTC單元變形後的形狀等而適當選擇。

適合之態樣中，上述露出部分之直線寬度可為0.3~3.0mm，更宜為0.5~2.0mm，進一步宜為0.8~1.5mm。另外，直線之寬度亦可一定，亦可不同。例如直線之寬度亦可為逐漸擴大之形狀。而直線寬度宜為一定。

適合之態樣中，上述露出部分之直線長度，在從PTC單元中心朝向外周的方向，係完全穿過第一電極的長度。

一種態樣中，PTC單元可具有1個或1個以上之直線狀露出部分及1個或1個以上的圓環狀露出部分。圓環及直線的大小、寬度、位置、數量等並無特別限定，可依PTC單元之形狀、大小、或PTC單元變形後的形狀等而適當選擇。

如PTC元件1a，將第一電極分割成複數個部分時，此等宜具有相同形狀，並對PTC單元之中心部均等配置。如此藉由均等配置，可使流經PTC單元之電流均勻化，可使PTC單元的動作更穩定化。

第二電極之形狀只要與第一電極形狀不同即可，並無特別限定，此外，其設置位置亦不限定。第二電極亦可完全覆蓋或僅覆蓋一部分PTC單元之第二主表面。

如上述，本發明之PTC元件中，由於第一電極與第二電極之形狀不同，因此PTC單元中存在未被第一電極與第二電極夾著的部分。亦即，第一主表面及第二主表面之至少一方存在露出的部分。電流實質地不流入此種部分之PTC單元。因此，將本發明之PTC元件固定於機器時，例如藉由斂縫或藉由螺絲固定第一主表面及第二主表面之至少一方露出的部分即可固定。在固定部位壓力係以將PTC單元在厚度方向壓縮的方式作用，但是PTC單元被第一電極與第二電極夾著的部分，亦即在電流流動的部分不致施加此種壓力。因此，PTC元件解脫時，不妨礙PTC單元之膨脹，PTC元件可發揮原本之功能。

上述第一主表面及第二主表面之至少一方露出的部分，於PTC元件係圓環狀時，宜沿著PTC單元之內緣部而存在。

因此，本發明一種態樣提供一種PTC元件，其構成具有：圓環狀且層狀之PTC單元，其係具有第一主表面及第二主表面；第一電極，其係位於PTC單元之第一主表面上；及第二電極，其係位於PTC單元之第二主表面上；且第一主表面之至少一部分露出，第一電極與第二電極之形狀不同，第一主表面及第二主表面之至少一方具有沿著PTC單元內緣部的圓環狀露出部分。

此外，另外態樣亦可使第一電極或第二電極越過PTC單元邊緣而延伸。如此藉由使一方電極越過PTC單元邊緣而延伸，可利用該延伸部不對PTC單元施加壓力，而藉由螺絲或斂縫等固定PTC元件。因此，PTC元件解脫時，不致妨礙PTC單元之膨脹，PTC元件可發揮原本之功能。

因此，本發明一種態樣提供一種PTC元件，其構成具有：層狀之PTC單元，其係具有第一主表面及第二主表面；第一電極，其係位於PTC單元之第一主表面上；及第二電極，其係位於PTC單元之第二主表面上；且第一主表面之至少一部分露出，第一電極與第二電極之形狀不同，PTC單元、第一電極及第二電極係圓環狀，且配置成此等之中心一致，第一電極之內徑比PTC單元的內徑小，第二電極之內徑與PTC單元的內徑相同，或比其大，或第一電極之內徑與PTC單元的內徑相同，或比其大，第二電極之內徑比PTC單元的內徑小。

另外，本說明書中，所謂第一電極及第二電極係圓環狀時，是指在假設此等不存在縫隙或切口等時係圓環狀時也是圓環狀。例如，上述實施態樣之PTC元件1a中的第一電極8係圓環狀。

上述PTC元件1a以外之本發明PTC元件的實施態樣，例如有下述之PTC元件。另外，第二電極宜以覆蓋整個PTC單元之方式存在，不過第二電極未圖示。

態樣2(第五圖)：一種PTC元件1b，係圓環狀之PTC元件，且PTC單元6具有1個沿著圓環直徑方向的直線狀露出部分22。

態樣3(第六圖)：一種PTC元件1c，係圓環狀之PTC元件，且PTC單元6具有4個沿著圓環直徑方向的直線狀露出部分22。4個露出部分對圓環中心等角度存在。

態樣4(第七圖)：一種PTC元件1d，係圓環狀之PTC元件，且PTC單元6具有1個沿著內緣部之圓環狀露出部分24。

態樣5(第八圖)：一種PTC元件1e，係圓環狀之PTC元件，且PTC單元6具有1個沿著其內緣部之圓環狀露出部分24、及沿著圓環直徑方向的直線狀露出部分22。

態樣6(第九圖)：一種PTC元件1f，係圓環狀之PTC元件，且PTC單元6具有2個沿著其內緣部之圓環狀露出部分24、及沿著圓環直徑方向的直線狀露出部分22。2個直線狀露出部分22對圓環中心等角度存在。

態樣7(第十圖)：一種PTC元件1g，係圓環狀之PTC元件，且PTC單元6具有4個沿著其內緣部之圓環狀露出部分24、及沿著圓環直徑方向的直線狀露出部分22。4個直線狀露出部分22對圓環中心等角度存在。

態樣8(第十一圖)：一種PTC元件1h，係圓環狀之PTC元件，且在PTC單元6上具有沿著其內緣部之圓環狀第一電極20，在其外側具有圓環狀之露出部分24，在其更外側具有圓環狀之第一電極21。

態樣9(第十二圖)：一種PTC元件1i，係態樣8之PTC元件，而一部分連結內側之第一電極20與外側的第一電極21。

態樣10(第十三圖)：一種PTC元件1j，係態樣9之PTC元件，而外側之第一電極21被沿著圓環直徑方向的直線狀4個露出部分22分斷。

態樣11(第十四圖)：一種PTC元件1k，係態樣10之PTC元件，而內側之第一電極20越過PTC單元6內緣而延伸於內側。虛線顯示PTC單元之內緣。

本發明之PTC元件可藉由分開製造PTC單元、第一電極及第二電極，並藉由貼合此等而製造。另外方法可藉由獲得PTC單元之兩個主表面被第一電極及第二電極完全覆蓋的元件，並藉由蝕刻處理、噴砂處理、刀具等切除對應於露出部之部位的電極來製造。

本發明之PTC元件即使藉由使用螺絲、斂縫等僅按壓其一部分而安裝於電子或電器時，仍可輕易使整個PTC元件與電子或電器密合。此外，由於可使位於PTC單元之一方主表面上的電極延伸至PTC單元不存在的區域，而在延伸部固定，或是在PTC單元之至少一方主表面設置電極不存在之部分，而在該電極不存在之部分固定，因此不阻礙PTC單元之膨脹，可發揮PTC元件原本之功能。因此，本發明之PTC元件可適合使用作為各種電子或電器，例如打火機插座、二次電池、二次電池室、吸塵器、冰箱、汽車零件等的保護元件。

因此，本發明第二要旨提供一種具有上述本發明之PTC元件而構成的電子或電器。

以上，係參照圖式說明本發明，不過本發明並非限定於此者，還可作各種改變。

實施例1

準備在PTC單元之整個第一主表面及第二主表面分別具有第一電極及第二電極的外徑為21mm，內徑為8.3mm之圓環狀PTC元件。以刀具切除PTC元件之第一電極的一部分，將第一電極之內徑形成14mm，進一步對圓環中心等角度(對象)地形成寬度1mm之2個縫隙，而獲得第九圖記載之PTC元件(未彎曲)。

將第一電極朝向插座側，使用螺絲(螺絲頭外徑為8.0mm)及螺栓將上述PTC元件旋緊固定(旋緊扭力：1kgf)於插座上。螺絲與插座絕緣。在該狀態下，使PTC元件解脫3次，測定昇溫時及降溫度時插座-第二電極間的溫度-電阻特性。昇溫時的結果顯示於第十五圖，降溫時的結果顯示於第十六圖。

如第十五圖及第十六圖所示，第一次昇溫時，電阻值超過10⁸。此因PTC元件之第一電極的外緣部與插座並未充分接觸。第一次降溫時電阻值急遽下降。此因PTC元件在插座側彎曲，第一電極與插座表面密合。第二次及第三次不論昇溫時或降溫時皆確認出良好之PTC特性。

【產業上之可利用性】

本發明之PTC元件可利用作為各式各樣電子或電器的保護元件。

1a‧‧‧PTC元件

8‧‧‧第一電極

12‧‧‧縫隙

14‧‧‧露出部分

Claims

一種正溫度係數(positive temperature coefficient,PTC)元件，其構成具有：層狀之PTC單元，其係具有第一主表面及第二主表面；第一電極，其係位於PTC單元之第一主表面上；及第二電極，其係位於PTC單元之第二主表面上；其特徵為：第一主表面之至少一部分露出，第一電極與第二電極之平面形狀不同。
如申請專利範圍第1項之PTC元件，其中整個第二主表面被第二電極覆蓋。
如申請專利範圍第1或2項之PTC元件，其中PTC單元、第一電極及第二電極具有開口部。
如申請專利範圍第1至3項中任一項之PTC元件，其中PTC單元、第一電極及第二電極係圓環狀，且配置成此等之中心一致。
如申請專利範圍第1至4項中任一項之PTC元件，其中第一主表面具有圓環狀之露出部分。
如申請專利範圍第1至5項中任一項之PTC元件，其中第一主表面具有1個或1個以上之直線狀露出部分。
如申請專利範圍第4至6項中任一項之PTC元件，其中第一主表面沿著圓環直徑方向具有複數個直線狀之露出部分，複數個直線狀露出部分相對圓環中心以等角度存在。
如申請專利範圍第4至7項中任一項之PTC元件，其中第一主表面沿著圓環直徑方向，相對圓環中心等角度地具有2~4個直線狀之露出部分。
如申請專利範圍第3至8項中任一項之PTC元件，其中第一電極或第二電極之其中一方從PTC單元之主表面上越過其邊緣，而朝向開口部之內延伸。
如申請專利範圍第9項之PTC元件，其中PTC單元、第一電極及第二電極係圓環狀，且配置成此等之中心一致，第一電極之內徑比PTC單元的內徑小，第二電極之內徑與PTC單元的內徑相同，或比其大。
如申請專利範圍第1至10項中任一項之PTC元件，其中具有彎曲部。
一種電子或電器，其特徵為：具有申請專利範圍第1項至第11項中任一項之正溫度係數(positive temperature coefficient,PTC)元件而構成。