JP2004266097A

JP2004266097A - ポリマーｐｔｃ素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004266097A
Application number: JP2003054661A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Kin; 司金; Takashi Kyogoku; 考京極; Hisanao Tosaka; 久直戸坂; Koichi Sato; 広一佐藤; Akio Abe; 秋男阿部
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】ポリマーＰＴＣ素子本体と対面するリード端子の面形状（体積）を変化させることで、ポリマーＰＴＣが転移温度に達するまでの動作時間を任意に設定可能とする。
【解決手段】ポリマーＰＴＣ素子本体１にリード端子３を接合一体化したポリマーＰＴＣ素子において、前記リード端子３の前記ポリマーＰＴＣ素子本体１への対面部分に動作時間特性調整用の穴部４を設ける。穴部４の大きさを調整して動作時間特性を変化させることが可能である。前記リード端子３はＮｉ又はＮｉ合金の端子であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過電流から電池や回路を保護するため等に使用される、正の抵抗温度係数を示すポリマーＰＴＣ素子及びその製造方法に関するものであり、ポリマーＰＴＣ素子は携帯電話、ビデオカメラ、コンピュータ等の電池パックに繋がる回路を過電流や過熱から保護する為の電子部品として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来公知の技術としては、ポリマーＰＴＣ素子本体に設けられた電極とリード端子との間をはんだ付けした構造（下記特許文献１参照）、またポリマーＰＴＣ素子本体に設けられた電極とリード端子の間を溶接により接続する構造（下記特許文献２参照）が知られている。
【０００３】
更に、ポリマーＰＴＣ素子本体に設けられた電極（金属箔）については、表面に０．１〜１００μｍの凹凸のある金属電極とポリマーＰＴＣ素子本体が直接物理的に接触する構造（下記特許文献３参照）、及び前記電極の凹凸（ミクロラフ）部材質をＮｉに限定して導電性ポリマー素子（ポリマーＰＴＣ含む）と直接物理的に接触する構造（下記特許文献４参照）が提案されている。
【０００４】
また、ポリマーＰＴＣ素子本体の電極として、当該素子本体表面に接する面を粗面化した金属板の使用が開示されている（下記特許文献５参照）。
【０００５】
【特許文献１】実開平２−１４６４０１号公報
【特許文献２】特開平２−２６８４０２号公報
【特許文献３】米国特許第４，６８９，４７５号公報
【特許文献４】米国特許第４，８００，２５３号公報
【特許文献５】特公平５−９９２１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ポリマーＰＴＣの製品特性については、抵抗と温度の関係から温度が上昇するにつれて、ある一定の温度に達すると抵抗が急激に増加する。これはポリマーＰＴＣ素子本体の性質上のものであり、過電流などの自己発熱によって転移温度（動作温度）に達する場合も同様である。
【０００７】
しかし、転移温度（動作温度）に達するまでの時間（動作時間）についてはポリマーＰＴＣ素子本体の特性だけでなく、これと接合するリード端子の材質、厚み、形状によっても影響される。従来は、しかしながらリード端子に工夫はみられず、従って動作時間を変化させるために多様なポリマーＰＴＣ素子本体を用意する必要があった。また、携帯電話に使用されているリチウムイオン電池の保護素子の場合、より低抵抗で、低背なポリマーＰＴＣ素子が要求される（抵抗が高いと電池のロスになる。）。
【０００８】
本発明者は、転移温度（動作温度）に達するまでの時間（動作時間）がポリマーＰＴＣ素子本体と接合するリード端子の面形状（体積）によって決まってくる（変化する）ことに着目し、本発明をなしたものである。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑み、ポリマーＰＴＣ素子本体と対面するリード端子の面形状（体積）を変化させることで、ポリマーＰＴＣが転移温度（動作温度）に達するまでの時間（動作時間）を任意に設定可能なポリマーＰＴＣ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項１の発明に係るポリマーＰＴＣ素子は、ポリマーＰＴＣ素子本体にリード端子を接合一体化した構成であって、
前記リード端子の前記ポリマーＰＴＣ素子本体への対面部分に動作時間特性調整用の穴部又は切欠部を設けたことを特徴とする
【００１２】
本願請求項２の発明に係るポリマーＰＴＣ素子の製造方法は、ポリマーＰＴＣ素子本体にリード端子を接合一体化する場合に、
前記リード端子の前記ポリマーＰＴＣ素子本体への対面部分に形成される穴部又は切欠部の大きさを調整して動作時間特性を変化させることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポリマーＰＴＣ素子及びその製造方法の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１４】
図１及び図２は本発明に係るポリマーＰＴＣ素子及びその製造方法の第１の実施の形態を示し、図１は完成状態のポリマーＰＴＣ素子、図２は製造方法を示す。
【００１５】
これらの図において、１はポリマーＰＴＣ素子本体、３はポリマーＰＴＣ素子本体の両面にそれぞれ接合すべきリード端子である。
【００１６】
ここで、前記リード端子３は厚み０．１ｍｍ程度であってＮｉ或いはＮｉ合金等であり、リード端子３のポリマーＰＴＣ素子本体１に対面する部分に円形穴部４が複数個所（図示の例では３個）形成されている。該穴部４は透孔であり、リード端子３のポリマーＰＴＣ素子本体１に対面する部分の体積を減少させる意味があり、後述するが動作時間特性調整用として機能するものである。また、ポリマーＰＴＣ素子のリード端子は、一般的にＮｉ又はＮｉ合金の端子がスポット溶接され機器に接続されるため、ポリマーＰＴＣ素子のリード端子材質もＮｉ又はＮｉ合金が使用される。また、バッテリーパックに内蔵されるため保護素子及び端子の形状は限定される。
【００１７】
まず、製造手順で説明すると、図２のように、リード端子３の電極部５に穴部４を予めあけておく。次に、リード端子３の電極部５（装着面）を、ポリマーＰＴＣ素子本体１の両面にそれぞれ対接させ、熱プレス等により接合する。これにより、ポリマーＰＴＣ素子本体１の両面にリード端子３をそれぞれ接合した図１の外観のポリマーＰＴＣ素子が得られる。
【００１８】
図１のポリマーＰＴＣ素子において、リード端子３のポリマーＰＴＣ素子本体１への対面部分に穴部４を形成した場合の動作時間特性に及ぼす影響を見いだすために、図３のように、ポリマーＰＴＣ素子本体１は同じものとして、（Ａ）リード端子３が穴無しの試料＃Ａ、（Ｂ）リード端子３に小径の穴部４が形成された試料＃Ｂ、（Ｃ）リード端子３に大径の穴部４が形成された試料＃Ｃを用意し（但し、リード端子の材質及び厚みは各試料について同じ）、動作時間特性を各試料＃Ａ〜＃Ｃについてそれぞれ測定した。その測定結果は図４の通りとなった。ここで、動作時間（トリップ時間とも言う）の定義は、図５のように、「直流（ＤＣ）６．０Ｖ、２０Ａ（リミッタをかけて２０Ａ定電流に設定したもの）を通電（印加）したときに、製品に流れる電流が１／２に減衰する時間」である。
【００１９】
図４の測定結果によると、穴無しの試料＃Ａが最も動作時間が長く、試料＃Ａよりも小径の穴部が形成された試料＃Ｂが動作時間が短くなり、さらに大径の穴部が形成された試料＃Ｃが最も動作時が短いことが判る。
【００２０】
本発明者は、図４の測定結果から、転移温度（動作温度）に達するまでの時間、すなわち動作時間がポリマーＰＴＣ素子本体と接合するリード端子の面形状（体積）によって変化することを見いだした。
【００２１】
ポリマーＰＴＣ素子の室温抵抗：Ｒ_０（Ω）、流す電流：ｉ（Ａ）、ポリマーＰＴＣ素子の動作時間：ｔ_０（秒）、ポリマーＰＴＣ素子の重量ｗ（ｋｇ）、ポリマーＰＴＣ素子の比熱：ｃ（Ｊ／ｋｇ．Ｋ）、周囲温度：Ｔ_０（℃）、ポリマーＰＴＣ素子の動作時表面温度Ｔ_１（℃）としたとき、
ｉ×ｉ×Ｒ_０×ｔ_０＝ｗｃ（Ｔ_１−Ｔ_０） …（１）
の関係式が成り立ち、ポリマーＰＴＣ素子はポリマーＰＴＣ素子本体にリード端子を一体化したものであることから、リード端子の材質や形状を変えることで、前記比熱ｃが変化し、測定温度、電流条件が同じでも動作時間ｔ_０は変動する。本実施の形態では、リード端子３の穴部４に起因して当該リード端子の面形状（体積）が変わることによって動作時間が変化すると考えられる。ここで、リード端子３の材質及び厚さが同じであれば、穴部４の大きさが大きい程、リード端子の吸熱部材としての機能は低下するから動作時間は短縮される（応答時間が速くなる）ことになり、図４の測定結果と一致する。
【００２２】
前記ポリマーＰＴＣ素子の動作時間を短くする方法として、▲１▼リード端子に比熱の小さな材質を使う、▲２▼リード端子体積を小さくする等が考えられるが、携帯電話の場合は材質や形状はある程度限定されてしまう。そこで、この第１の実施の形態によれば、ポリマーＰＴＣ素子本体１にリード端子３を接合一体化してポリマーＰＴＣ素子を作製する場合、リード端子３のポリマーＰＴＣ素子本体１への対面部分に円形穴部４を形成しておくことで、その円形穴部４が動作時間特性調整用として機能し、その円形穴部４の面積の総和を変化させ（円形穴部４の穴径、個数の少なくとも一方を変化させ）、ひいてはポリマーＰＴＣ素子本体１の動作時表面温度の上昇を抑制する吸熱部材としての体積を変化させることで、ポリマーＰＴＣ素子が転移温度に達するまでの動作時間を任意に設定可能となる。なお、穴部４の大きさを変化させるのに加えて、リード端子３の肉厚、材質の一方又は両方を変化させることでも前記動作時間を調整できる。
【００２３】
図６は本発明の第２の実施の形態であって、ポリマーＰＴＣ素子本体１の両面にリード端子３をそれぞれ接合一体化したポリマーＰＴＣ素子において、リード端子３のポリマーＰＴＣ素子本体１に対面する部分に方形穴部４Ａが複数個所（図示の例では３個）形成されている。その他の構成は第１の実施の形態と同様でよい。
【００２４】
この場合も方形穴部４Ａの面積の総和を変化させ（方形穴部４Ａの穴径、個数の少なくとも一方を変化させ）、ひいてはポリマーＰＴＣ素子本体１の動作時表面温度の上昇を抑制する吸熱部材としての体積を変化させることで、ポリマーＰＴＣ素子が転移温度に達するまでの動作時間を任意に設定可能となる。なお、穴部４Ａの大きさを変化させるのに加えて、リード端子３の肉厚、材質の一方又は両方を変化させることでも前記動作時間を調整できる。
【００２５】
なお、各実施の形態では、ポリマーＰＴＣ素子本体の両面に接合するリード端子が両方共に穴部を有するものとしたが、片側のみ穴部を有する構造としても前記動作時間の調整効果がある。
【００２６】
また、各実施の形態では、動作時間特性調整用に円形、方形穴部をリード端子に形成した場合を示したが、穴部形状は任意の形状が可能であり、穴部の代わりに切欠部を形成しても効果がある。但し、リード端子の強度を考慮した場合、リード端子の縁部に切れ目の無い穴部の方が好ましい。
【００２７】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ポリマーＰＴＣ素子本体にリード端子を接合一体化してポリマーＰＴＣ素子を構成する場合に、前記リード端子の前記ポリマーＰＴＣ素子本体への対面部分に動作時間特性調整用の穴部又は切欠部を設け、ポリマーＰＴＣ素子本体に対面するリード端子の面形状（体積）を変化させることで、ポリマーＰＴＣ素子本体が転移温度に達するまでの動作時間が任意に設定可能となる。この結果、目的に応じた多様な動作時間のポリマーＰＴＣ素子をリード端子部分の変更のみで提供できる。特に携帯電話に利用されているリチウムイオン電池の保護素子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であってポリマーＰＴＣ素子の完成状態を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の場合の製造過程の分解斜視図である。
【図３】リード端子が穴無しの試料＃Ａ、リード端子に小径の穴部が形成された試料＃Ｂ、及びリード端子に大径の穴部が形成された試料＃Ｃを示す斜視図である。
【図４】前記試料＃Ａ、試料＃Ｂ及び試料＃Ｃの場合の動作時間と抵抗値との関係（動作時間特性）を示すグラフである。
【図５】ポリマーＰＴＣ素子の動作時間の定義を示す説明図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ポリマーＰＴＣ素子本体
３リード端子
４円形穴部
４Ａ方形穴部
５電極部

Claims

ポリマーＰＴＣ素子本体にリード端子を接合一体化したポリマーＰＴＣ素子であって、
前記リード端子の前記ポリマーＰＴＣ素子本体への対面部分に動作時間特性調整用の穴部又は切欠部を設けたことを特徴とするポリマーＰＴＣ素子。
ポリマーＰＴＣ素子本体にリード端子を接合一体化するポリマーＰＴＣ素子の製造方法であって、
前記リード端子の前記ポリマーＰＴＣ素子本体への対面部分に形成される穴部又は切欠部の大きさを調整して動作時間特性を変化させるポリマーＰＴＣ素子の製造方法。