保护元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及构成为具有PTC元件以及温度熔断器部件的保护元件，更详细而言涉及使电气装置例如二次电池组从过剩电流以及/或者过剩电压中得以保护的保护元件。此夕卜，本发明涉及包括这种保护元件的保护电路。
【背景技术】
[0002]以往，为使电气装置从过剩电流中得以保护，使用的是温度熔断器元件、电流熔断器元件、聚合物PTC元件等。然而，在可充放电的二次电池组等中，有时不仅要求从过剩电流中得以保护，而且为了防止过充电还要求从过剩电压中得以保护。
[0003]作为使二次电池等电气装置从这种过剩电流以及/或者过剩电压中得以保护的保护元件，例如提出如下的保护元件，即，在基板上具有低熔点金属部件(相当于温度熔断器部件)以及发热体，由检测到电压异常的检测元件给发热体通电，通过由发热体产生的热来熔断温度熔断器部件，以使电路切断(参照专利文献I)。
[0004]然而，在上述这样的保护元件中，虽然在陶瓷基板上配置了电阻体(发热体)和处于其热影响下的温度熔断器，但根据该构造而在元件内并列配置多个温度熔断器却变得困难，因而存在无法增大电流的额定容量的问题(例如，在现有的保护元件中额定电流为15A程度)。因而，为了应对电动工具等的需要大电流的设备，利用单一的元件是无法应对的，必须以并列的方式使用多个例如4个保护元件，从而产生电路变得复杂、且小型化变得困难的问题。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开7-153367号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]为此，本发明要解决的课题在于提供一种保护元件，该保护元件能够提供针对过剩电流以及/或者过剩电压的保护，且即便在流过较大电流例如30A或者其以上的电流的电气电路中也能够利用单一的元件来适当地保护电气电路。
[0010]用于解决课题的手段
[0011]在第I方面，本发明提供一种保护元件，构成为具有:
[0012]PTC元件，其具有层状PTC单元、位于该层状PTC单元的一个主表面上的第I导电性金属层和位于该层状PTC单元的另一个主表面上的第2导电性金属层；
[0013]绝缘层，其位于上述PTC元件的第2导电性金属层上；
[0014]温度熔断器部件，其位于上述绝缘层上；以及
[0015]与上述温度熔断器部件的一端连接的第I引线和与上述温度熔断器部件的另一端连接的第2引线，
[0016]在此，第2引线的一部分与上述第2导电性金属层电连接。
[0017]本发明的保护元件其特征在于，根据过剩电压以及/或者过剩电流而使电流从开关元件流向PTC元件，由此使PTC元件变为高温/高阻状态，也就是使PTC元件进行动作，从而通过由该PTC元件所产生的焦耳热而使温度熔断器部件熔断。即，在本发明的保护元件中，温度熔断器部件处于处在动作状态的PTC元件的热影响下。
[0018]本发明的保护元件构成为具有:PTC元件，其具有层状PTC单元、位于该层状PTC单元的一个主表面上的第I导电性金属层、和位于该层状PTC单元的另一个主表面上的第2导电性金属层。在本发明的保护元件中，PTC元件并不特别限定，优选为所谓的聚合物PTC元件。聚合物PTC元件能够如下获得，S卩，挤压例如包含聚合物(例如聚乙烯、聚偏二氟乙烯等)以及在该聚合物中分散的导电性填充剂(例如镍填料、碳填料等)的导电性聚合物组成物，获得作为层状PTC单元的挤压物，并在其两个主表面热压接导电性金属，由此来获得。如果为本领域的技术人员，则能够根据本发明的保护元件的特征以及用途来选择适当的PTC元件。
[0019]本发明的PTC元件具有根据过剩电压以及/或者过剩电流而动作至高温/高阻状态由此作为发热体的功能。此外，本发明的PTC元件除了作为发热体的功能之外，还具有作为用于保持温度熔断器部件等的基板的功能。通过将聚合物PTC元件作为基板来使用，从而较之于使用陶瓷基板的情况，切断等加工变得容易，此外保护元件的构造变得简单。进而，无需在基板上配置作为发热体的电阻体，基板(即PTC元件)整体实质上均匀地发热，因此可以在基板上配置多个温度熔断器部件。
[0020]本发明的保护元件构成为具有位于上述PTC元件的第2导电性金属层上的绝缘层。该绝缘层将第I引线和PTC元件的第2导电性金属层进行电绝缘。通过采用这种构造，从而在温度熔断器部件熔断之后，能够使电流从第I引线经由PTC元件流向第2引线的流路切断。
[0021]上述绝缘层由绝缘性材料形成。作为绝缘性材料，并不特别限定，但优选列举出树月旨、陶瓷、硅酮、绝缘油、纸等。特别是，优选导热性优异的绝缘性材料。通过采用导热性优异的绝缘性材料，从而能够将由PTC元件所产生的焦耳热效率更良好地传导至温度熔断器部件。作为这种导热性优异的绝缘性材料，并不特别限定，但列举了陶瓷、硅酮等。
[0022]上述绝缘层未必覆盖PTC元件的第2导电性金属层的整体，只要在温度熔断器部件熔断后能够使经由PTC元件的第2导电性金属层流动于温度熔断器部件的两端的引线(下述的第I引线以及第2引线)间的电流切断即可，其形状以及配置并不特别限定，例如绝缘层能够配置为第2导电性金属层的一部分露出。这样使第2导电性金属层的一部分露出，从而能够使第2导电性金属层和第2引线的电连接变得容易。
[0023]上述绝缘层的厚度并不特别限定，但可以为10?100 μπι，优选为30?60 μπι。绝缘层越薄则越能够使由PTC元件所产生的焦耳热效率更良好地传导至温度熔断器部件，因此优选为60 μπι以下。此外，为使温度熔断器部件和第2导电性金属层的电绝缘变得更可靠，优选为30 μm以上。
[0024]本发明的保护元件构成为具有位于上述绝缘层上的温度熔断器部件。优选的是，该温度熔断器部件在其两端连接有作为端子(电极)的引线(以下分别称作第I引线以及第2引线)。该熔断器部件由具有给定熔点的金属材料例如Sn、B1、Pb、Cd、In、Ga、Zn等形成。如果为本领域的技术人员，则能够考虑PTC元件的动作时的温度等，根据期望的特性来适当选择，获得或制作这种温度熔断器部件。
[0025]上述温度熔断器部件能够在PTC元件上分别并联地配置多个，例如2?10个，优选为2?4个。通过并联地增加温度熔断器部件的数量，从而能够使本发明的保护元件的电流的额定容量增加。
[0026]上述温度熔断器部件被配置为处于PTC元件的热影响下。即，被配置为通过由进行动作的PTC元件所产生的焦耳热而温度熔断器部件熔断。优选的是，温度熔断器部件整体被配置在绝缘层上。通过如此配置，从而在检测到过剩电压以及/或者过剩电流、PTC元件被接通电流、PTC元件进行动作的情况下，因由该PTC元件所产生的焦耳热而温度熔断器部件被熔断，能够确保电流的切断。此外，与温度熔断器部件的一端连接的第I引线，被配置为不会接触到PTC元件的第2导电性金属层，优选配置为熔断器部件和第I引线的连接部位于绝缘层上。另一方面，与温度熔断器部件的一端连接的第2引线，其一部分与PTC元件的第2导电性金属层电连接。通过如此配置，由于经由PTC元件的第2导电性金属层的从第I引线向第2引线的路径被绝缘层切断，因此在温度熔断器部件被熔断后，能够可靠地防止在第I以及第2引线间流动电流，并且能够确保流经PTC元件的电流。
[0027]在其他实施方式中，本发明的保护元件还具有与PTC元件串联连接的第2温度熔断器部件。第2温度熔断器部件相对于第I温度熔断器部件既可以串联连接也可以并联连接，但优选串联连接。
[0028]上述第2温度熔断器部件处于PTC元件的热影响下，在检测到过剩电压以及/或者过剩电流、PTC元件被接通电流、从而PTC元件进行动作的情况下，上述第2温度熔断器部件因由PTC元件所产生的焦耳热而被熔断。通过配置这种第2温度熔断器部件，从而可以使PTC元件上的温度熔断器部件(以下也称作第I温度熔断器部件)被熔断后还从开关元件经由PTC元件流入电路的微小电流(泄漏电流)切断，以使电路变为完全开路。作为该第2温度熔断器部件，列举与上述第I温度熔断器部件所采用的相同。
[0029]上述第2温度熔断器部件既可以与第I温度熔断器部件相同也可以不同。在第2温度熔断器部件与第I温度熔断器部件相同的情况下，优选该第2温度熔断器部件与第I温度熔断器部件也串联连接，或者调节设置条件例如与PTC元件的距离等而配置使得在第I温度熔断器部件之后被切断。此外，在第2温度熔断器部件与第I温度熔断器部件不同的情况下，优选该第2温度熔断器部件具有在第I温度熔断器部件之后被熔断的特性。如果为本领域的技术人员，则能够根据期望的特性来适当地选择该第2温度熔断器部件的种类以及配置。
[0030]在进一步其他的方式中，本发明的保护元件具有与第I温度熔断器部件串联连接的电流熔断器部件。该电流熔断器部件在电路中流动过剩电流的情况下熔断。即，通过配置这种电流熔断器部件，由此能够使电路从过剩电流中的保护变得更为迅速且可靠。如果为本领域的技术人员，则能够根据期望的特性来适当地选择所用的电流熔断器部件。
[0031]在进一步另外的方式中，本发明的保护元件具有第2PTC元件、以及与该第2PTC元件串联连接且处于第2PTC元件的热影响下的第3温度熔断器部件，它们与上述第I温度熔断器部件(以及在存在的情况下为上述电流熔断器部件以及第2温度熔断器部件)并联连接。通过采用这种构成，从而在上述第I温度熔断器部件(以及在存在的情况下为上述电流熔断器部件以及第2温度熔断器部件)熔断时，其中流动的电流换向为上述第2PTC元件侧的电路，能够抑制与上述熔断器部件熔断相伴的电弧的产生。即，能够提升本发明的保护元件的耐电压性。进而，在上述第I温度熔断器部件(以及在存在的情况下为上述电流熔断器部件以及第2温度熔断器部件)熔断后，因由换向的电流而动作的第2PTC元件所产生的焦耳热，上述第3温度熔断器部件被熔断，通过第2PTC元件的微小电流也能够完全切断。该第3温度熔断器部件熔断时，在电路中仅流动微量电流，因此能够安全切断。
[0032]在第2方面中，本发明提供一种保护电路，构成为具有:
[0033]上述的本发明的保护元件；以及
[0034]开关元件，其用于根据过