JP4497142B2 - 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素子の温度が素子本体を構成する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素子の温度が素子本体を構成する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。

ハンダ付け、溶接等を行う場合、電極板および端子板の少なくとも一部分を高温に加熱する必要がある。ポリマーＰＴＣ素子の電極板（あるいは金属箔）は非常に薄いため、ハンダ付け、溶接の際に電極板へ加わる熱が、直ちに素子本体に伝導する。その結果、素子本体が高温となり、熱劣化（軟化または溶融）することがある。素子本体が軟化または溶融すると、ポリマー中の導電性粒子の分散性が不均一となる。このような熱履歴を経たポリマーＰＴＣ素子においては、室温での抵抗値（室温抵抗値）がこの熱履歴前に比べて大きく増大してしまう。

また、素子本体が大気に直接曝されると、素子本体が大気中の酸素によって酸化されることが問題となる。素子本体が酸化されると、室温におけるポリマーＰＴＣ素子の室温抵抗値が、素子本体の酸化前に比べて大きく増大してしまう。また、上述のハンダ付け、溶接等による加熱によって、素子本体の酸化が促進されてしまう。

さらには、素子本体が熱劣化あるいは酸化したポリマーＰＴＣ素子に対して、温度の上昇、下降を繰り返すと、ポリマーＰＴＣ素子の室温抵抗値がますます高くなってしまう。このように室温抵抗値の高くなったポリマーＰＴＣ素子においては、消費電力が増加してしまう。

このように、ポリマーＰＴＣ素子の室温抵抗値の増大は、携帯電話などの小型機器に搭載する場合に、電力の浪費、あるいは電池の短寿命化などの問題につながる。

素子本体の酸化、およびそれに伴うポリマーＰＴＣ素子の室温抵抗値の増大を防止する方法として、電極板で覆われていない素子本体の露出面に保護膜を形成することが挙げられる。保護膜は、酸素を遮蔽する機能を有する樹脂を素子本体の露出面に塗布することによって形成される。

このような従来の保護膜形成法においては、樹脂を素子本体の露出面に塗布する際に、素子本体に接合された電極板の表面（本来樹脂が塗布されてはならない部分）まで樹脂が塗布され、保護膜で覆われてしまうことが問題となる。電極板の表面に保護膜が形成されると、そこに段差が形成される。電極板に端子板を接合する際には、この段差のため（電極板と端子板との間に保護膜が介在するため）、接合不良が発生してしまう。また、本来素子本体に塗布されるべき樹脂が、電極板表面にまで塗布されると、素子本体の露出面における樹脂の被覆厚さが低下する恐れがある。その結果、素子本体の酸化を充分に防止できない恐れがある。
国際公開 ＷＯ２００４／０２３４９９

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、素子本体の酸化を防止することができ、また、電極板と端子板とを溶接等によって接合する際に、素子本体が熱劣化することを防止できると共に、電極板の表面に保護膜が誤って形成されることを防止できるＰＴＣ素子を提供することである。また、本発明の別の目的は、過剰な電流が流れた場合に、電池を有効に保護することができる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電極板とを有するＰＴＣ素子であって、
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面には、保護膜が形成され、
前記第１および第２電極板のうち少なくとも前記第１電極板が、前記素子本体との素子接合面から外方に飛び出している突出部を有する。なお、好ましくは、突出部は、素子接合面と同一平面内において、素子接合面から外方に飛び出す。

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素子では、素子本体の露出面に保護膜を形成することによって、素子本体が大気中の酸素によって酸化されることを防止できる。また、素子本体の酸化を防止することにより、室温におけるポリマーＰＴＣ素子の室温抵抗値の増加を防止することができる。また、保護膜によって、素子本体を外部からの衝撃から保護することができる。すなわち、保護膜によって素子本体の機械的強度を向上させることができる。

また、本発明に係るＰＴＣ素子では、第１および第２電極板のうち少なくとも第１電極板が突出部を有する。よって、素子本体の露出面に樹脂（保護膜形成用樹脂）を塗布し、保護膜を形成する際に、素子本体の露出面から第１電極板の表面へ回り込もうとする樹脂が、突出部によって妨げられる。すなわち、第１電極板の表面（端子板が接合される側）に樹脂が塗布されることを防止される。そのため、第１電極板の表面（端子板と接合される側）に保護膜が形成されず、第１電極板と端子板とを良好に接合させることができる。

さらには、本来、素子本体の露出面に塗布されるべき樹脂が、第１電極板の表面（本来、樹脂が塗布されてはならない面）に塗布されることを防止することにより、素子本体の露出面における樹脂の被覆厚さを充分なものとすることができる。その結果、素子本体の酸化を有効に防止することができる。

また、本発明に係るＰＴＣ素子では、第１電極板が突出部を有することによって、第１電極板と端子板との接合工程（はんだ付け、あるいは溶接等）に伴う熱を、突出部から大気中へ放熱させることができる。その結果、第１電極板に突出部がない場合に比べて、素子本体への熱伝導が抑制され、素子本体の熱劣化を防止することができる。

また、本発明に係るＰＴＣ素子では、第１電極板が突出部を有することによって、素子本体と第１電極板とを接合する際に、両者間の位置決めが容易となる。すなわち、位置決めの際に、突出部の寸法以下程度の位置ズレが生じたとしても、素子本体の表裏面を外部に露出させることなく、素子本体と第１電極板とを良好に接合することができる。

上述のように、素子本体の酸化および熱劣化を防止することができるため、本発明に係るＰＴＣ素子では、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、電流を遮断して電子機器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。

好ましくは、所定回路と接続するための端子板と、前記第１電極板とが、前記端子板と前記第１電極板とが重複する部分に位置する端子接合部において接合され、前記端子接合部の近傍に前記突出部が位置する。

第１電極板における端子接合部の近傍に突出部が位置することによって、素子本体の露出面に保護膜形成用の樹脂を塗布する際に、樹脂が素子本体の露出面から端子接合部周辺へ回り込めない。よって、接合部近傍に樹脂が塗布されることを防止できる。その結果、端子接合部において、第１電極板と端子板とを、樹脂（保護膜）に介在されることなく、良好に接合させることができる。

好ましくは、前記第１電極板が、長方形状であり、前記突出部が、前記第１電極板において対向する２辺（長方形において対向する２辺）に沿って位置する。より好ましくは、前記突出部が、前記第１電極板の外周に位置する。

突出部が、第１電極板において対向する２辺に沿って位置することによって、この２辺の側から素子本体の露出面に樹脂を塗布する際に、樹脂が、素子本体の露出面から、第１電極板の表面（端子接合部側）へ回り込むことを防止できる。また、第１電極板において突出部の形成されていない２辺の側から素子本体の露出面に樹脂を塗布したとしても、樹脂は、突出部の形成されていない２辺の側から、他の２辺に位置する突出部の下方（素子本体側）に回り込む。よって、樹脂が、素子本体の露出面から、第１電極板の表面（端子接合部側）へ回り込むことを防止できる。

また、突出部が第１電極板の外周（４辺）に位置することによって、樹脂を素子本体のいずれの側面（露出面）に塗布した場合であっても、樹脂が、素子本体の露出面から、第１電極板の表面（端子接合部側）へ回り込むことを確実に防止できる。

好ましくは、前記突出部の先端が、前記素子本体側へ折り曲げられている。

突出部の先端が素子本体側へ折り曲げられていることによって、素子本体の露出面に樹脂を塗布する際に、仮に樹脂が突出部上方（第１電極板の端子接合部側）に少量回り込んだ場合であっても、樹脂が、突出部の先端（折れ曲がった部分）のみに保持される。よって、樹脂が、突出部上方全面（第１電極板の端子接合部側）に回り込むことがない。そのため、樹脂が素子本体の露出面から第１電極板の表面へ回り込むことを防止できる。

好ましくは、突出部における前記素子本体側の表面に、凹部が形成してある。

突出部における素子本体側の表面に、凹部が形成してあることによって、素子本体の露出面に樹脂を塗布する際に、樹脂が凹部内部にくい込み、保持される。換言すれば、凹部は、樹脂が第１電極板表面へ回り込むことを抑止するアンカーの役割を果たす。このように、凹部によって、樹脂が素子本体の露出面から第１電極板の表面へ回り込むことを防止できる。

好ましくは、前記突出部における前記素子本体側の表面に、保護膜密着用凹凸部が形成してある。

突出部における素子本体側の表面に、保護膜密着用凹凸部を形成することによって、素子本体の露出面に樹脂を塗布する際に、樹脂が保護膜密着用凹凸部にくい込み、保持される。よって、樹脂が、素子本体の露出面から第１電極板の表面へ回り込むことを防止できる。

好ましくは、前記第１電極部における前記素子接合面に素子接合用凹凸部が形成され、該素子接合用凹凸部が前記保護膜用凹凸部と連続している。

第１電極板における素子接合面に素子接合用凹凸部を形成することで、第１電極板と素子本体との接合強度が向上する。また、第１電極板の素子接合面が素子本体の表面に直接に接触することで、ロー付けなどの作業が不要になり、製造コストの低減を図ることもできる。また、素子接合用凹凸部と、保護膜用凹凸部とを同様の工程で同時に形成することによって、素子接合用凹凸部が保護膜用凹凸部と連続する。このようにして製造コストを低減させることができる。

好ましくは、前記端子板が、ニッケルを主として含むニッケル端子板で構成される。

ニッケルを主成分とする端子板を用いることによって、ニッケルを主成分とする第１電極板との接合（スポット溶接）の強度を向上させることができる。

好ましくは、前記第２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に接合してある。

第２電極板が、電池の電極と異なる材質で構成してある場合に、第２電極板と、電池の電極との間にクラッド板を介在させる。スポット溶接により、第２電極板と、クラッド板において第２電極板と同じ材質を有する側面とを接合し、クラッド板において電池の電極と同じ材質を有する側面と、電池の電極とを接合する。その結果、クラッド板を用いない場合に比べて、第２電極板と、電池の電極との接続が容易になる。

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良い。

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保護回路と、
前記ＰＴＣ素子の第２電極板に電気的に接続される電池とを有する。

本発明に係る電池保護システムでは、過剰な電流が流れたとしても、電池を有効に保護することができる。また、電池保護システムが、熱劣化がなく室温抵抗値の小さいＰＴＣ素子を有することによって、電池保護システム、および電池保護システムを有する電子機器全体の消費電力を減少させることができる。

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は本発明の一実施形態に係るＰＴＣ素子の使用状態（電池保護システム）を示す要部断面図、
図２は図１に示すＰＴＣ素子の断面図、
図３は図２に示すＩＩ部分の拡大図であって、突出部の詳細を示す要部断面図、
図４は本発明の一実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子を、図２のＩＶ方向に見た外観図であって、第１電極板、端子接合部、保護膜、および素子本体の位置関係を示す概略図、
図５Ａ、図５Ｂは、本発明の一実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の製造工程において、素子本体の露出面に保護膜形成用の樹脂を塗布する方法を示す概略図、
図６は本発明の他の実施形態に係るＰＴＣ素子の突出部の折れ曲がった先端を示す断面図、
図７は本発明の他の実施形態に係るＰＴＣ素子の突出部における素子本体側の表面に形成された凹部を示す断面図、
図８は本発明の他の実施形態に係るＰＴＣ素子の突出部における素子本体側の表面に形成された保護膜密着用凹凸部および素子接合用凹凸部を示す断面図、
図９は本発明の他の実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子における第１電極板、端子接合部、保護膜形成用樹脂、および素子本体の位置関係を示す概略図、
図１０は本発明の他の実施形態に係るＰＴＣ素子の断面図である。

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、その二次電池セル３２を過電流から保護するための保護回路３０（所定回路）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と二次電池セル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。なお、素子本体４の第１面６は、第１電極板１０の素子接合面５と接合されている。このように、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。

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。

第１電極板１０は、端子板１６と第１電極板１０とが重複する部分に位置する端子接合部９（図４参照）において、端子板１６に対してスポット溶接される。端子板１６は、保護回路３０に対して電気的に接続される。第１電極板１０は、ニッケルまたはニッケル合金で構成してあり、端子板１６も、第１電極板１０とのスポット溶接において接合しやすいニッケル端子板（ニッケルを主として含む板）で構成してある。第１電極板１０の厚みは、特に限定されないが、通常１００〜３００μｍ程度である。端子板１６の厚みも、特に限定されないが、通常１００〜３００μｍ程度である。

第２電極板１２は、二種類以上の材質の板材が積層してあるクラッド板１８に対してスポット溶接される。第２電極板１２は、ニッケル金属あるいはニッケル合金で構成してある。第２電極板１２の厚みは、特に限定されないが、通常１００〜３００μｍ程度である。第２電極板１２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。

クラッド板１８は、ニッケル層２０とアルミニウム層２２との積層板で構成してある。クラッド板１８におけるニッケル層２０は、ニッケル金属あるいはニッケル合金で構成してある第２電極板１２にスポット溶接などで接合される。また、クラッド板１８におけるアルミニウム層２２は、２次電池セル３２の電極端子３４と接触してスポット溶接などで接合される。

クラッド板１８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１８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。

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１８におけるアルミニウム層２２に対して接合されやすい。

本実施形態においては、図１、２に示すように、第１電極板１０および第２電極板１２で覆われていない素子本体４の露出面には、保護膜３が形成されている。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の酸化を抑制し、素子本体４の劣化を防止することができる。また、素子本体の酸化を防止することにより、室温におけるポリマーＰＴＣ素子の室温抵抗値の増加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を外部からの衝撃から保護することができる。

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。

図３に示す保護膜３の厚さｔ_０は、特に限定されないが、１０〜２００μｍ程度である。厚さｔ_０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できない。また、厚さｔ_０が厚過ぎると、保護膜３を形成するたの樹脂が、第１電極板１０の表面（端子板１６が接合される側）に塗布される恐れがある。そこで、厚さｔ_０を上記範囲内とすることによって、これらの不具合を防止できる。

本実施形態においては、図１および２に示す第１電極板１０および第２電極板１２のうち少なくとも第１電極板１０が、素子本体４との素子接合面５から外方に飛び出している突出部７を有する。

突出部７を有することによって、素子本体４の露出面に樹脂を塗布し、保護膜３を形成する際に、素子本体４の露出面から第１電極板１０の表面（端子板１６が接合される側）へ回り込もうとする樹脂が、突出部７によって妨げられる。すなわち、第１電極板１０の表面に樹脂が塗布されることを防止できる。よって、第１電極板１０の表面に保護膜３が形成されず、第１電極板１０と端子板１６とを良好に密着、接合させることができる。

図３に示す突出部７の突出高さＷ_０は、特に限定されないが、好ましくは、素子接合面５の端部（素子本体４の表面）に対して、２０〜５００μｍ程度である。

突出高さＷ_０が小さ過ぎると、樹脂が素子本体４の露出面から第１電極板１０の表面へ回り込むことを充分に防止できない。また、突出高さＷ_０が大き過ぎると、保護膜３を、素子本体４の露出面に形成する際に、露出面と、保護膜（用樹脂）との間に空気が取り込まれる恐れがある。このように空気が取り込まれると、保護膜によって素子本体４の酸化を防止できない。そこで、突出高さＷ_０を上記の範囲内とすることによって、これらの不具合を防止できる。

図４に示すように、好ましくは、端子接合部９の近傍に突出部７が位置する。

第１電極板１０における端子接合部９の近傍に突出部７が位置することによって、素子本体の露出面４ａに保護膜３を形成するための樹脂を塗布する際に、樹脂が素子本体の露出面４ａから端子接合部９の周辺へ回り込まない。つまり、端子接合部９近傍に樹脂が塗布されることを防止できる。その結果、端子接合部９において、第１電極板１０と端子板１６とを、保護膜３に妨げられることなく、良好に密着、接合（スポット溶接）させることができる。

端子接合部９の近傍に突出部７がない場合、端子接合部９の近傍に保護膜３が形成され、保護膜３と第１電極板１０の表面との間に段差が生じる。この段差のある部分において、第１電極板１０と端子板１６とを接合しようとすると、段差によって両者が密着することができず、接合不良が生じる。そこで、端子接合部９の近傍に突出部７を位置させることによって、この不具合を防止できる。

また、好ましくは、突出部７が第１電極板１０の外周に位置する。換言すれば、第１電極板１０の面積が、素子本体の第１面の面積より大きく、素子本体の第１面が、第１電極板１０によって完全に覆われることが好ましい。

突出部７が、第１電極板１０の外周（長方形の４辺）に位置することによって、樹脂を素子本体４のいずれの側面に塗布した場合であっても、樹脂が、素子本体４の露出面４ａから、第１電極板１０の表面へ回り込むことを確実に防止できる。

また、第１電極板１０の面積が、素子本体４の第１面の面積より大きいため、素子本体４と第１電極板１０との接合の際、第１電極板１０に対して素子本体４の位置決めを行い易い。すなわち、仮に、接合の際に素子本体４と第１電極板１０との位置決めに多少のズレが生じてた場合であっても、素子本体４の第１面の一部が外部に露出するといった不具合を防止することができる。

ポリマーＰＴＣ素子２の製造方法
次に、図１、２に示すポリマー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４の変形を防止することができる。

熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、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金属板１０および第２金属板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。

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、第１電極板１０および第２電極板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、第１電極板１０および第２電極板１２で覆われていない素子本体４の露出面に、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、例えば、以下に示すように、前述した樹脂を塗布して乾燥させる方法が例示される。

まず、樹脂で満たされた液溜め（図示省略）に、図５Ａに示すプレート５０を浸す。次に、プレート５０を液溜めから引き上げることによって、プレート５０の表面に、保護膜形成用の樹脂３ａが付着する。

次に、塗布棒５２の先端をプレート５０の表面に付着した樹脂３ａに押し当てる。その結果、塗布棒５２の先端に樹脂３ａが付着する。

次に、図５Ｂに示すように、樹脂３ａが付着した塗布棒５２の先端を、素子本体４の露出面に対して押し当てる。この押し当て作業を素子本体４の露出面全体に対して行うことによって、素子本体４の露出面全体に樹脂３ａが塗布される。次に、素子本体４の露出面に塗布された樹脂３ａを乾燥させることによって、図１、２に示す保護膜３が形成される。

なお、素子本体４への押し当てられる塗布棒５２の先端の寸法は、好ましくは、素子本体４の露出面（側面）の寸法以下である。塗布棒５２の先端の寸法が大き過ぎると、第１電極板１０の表面にまで樹脂３ａが塗布される恐れがある。そこで、塗布棒５２の先端の寸法を、素子本体４の露出面（側面）の寸法以下とすることによって、このような不具合を防止できる。

このようにして、図１、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２電極板１２を、クラッド板１８のニッケル層２０側に対してスポット溶接する。

次に、あるいは、その前後に、クラッド板１８におけるアルミニウム層２２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。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、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１金属板１０に対して、保護回路３０に接続してある端子板１６を、端子接合部９（図４参照）において、スポット溶接し、接合する。

このようにして、図１に示すように、ポリマーＰＴＣ素子２と、保護回路３０と、２次電池セル３２とを有する電池保護システム１が完成する。

本実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子２においては、図１、２に示すように、第１電極板１０および第２電極板１２で覆われていない素子本体４の露出面に保護膜３が形成される。

素子本体４の露出面に保護膜３を形成することによって、素子本体４が大気中の酸素によって酸化されることを防止できる。また、素子本体４の酸化を防止することにより、室温におけるポリマーＰＴＣ素子２の室温抵抗値の増加を防止することができる。

また、本実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子２は、第１電極板１０および第２電極板１２のうち少なくとも第１電極板１０が突出部７を有する。よって、図５Ａ、５Ｂに示すように、素子本体４の露出面に樹脂３ａを塗布し、保護膜を形成する際に、素子本体４の露出面から第１電極板１０の表面へ回り込もうとする樹脂３ａを突出部７が妨げる。よって、第１電極板１０の表面（端子板が接合される側）に樹脂３ａが塗布されることを防止できる。その結果、第１電極板１０の表面に保護膜が形成されず、図１に示すように、第１電極板１０と端子板１６とを良好に接合させることができる。

さらには、本来、素子本体４の露出面に塗布されるべき樹脂が、第１電極板１０の表面（本来、樹脂が塗布されてはならない面）に塗布されることを防止することによって、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。その結果、素子本体４の酸化を有効に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を外部からの衝撃から保護することができる。

また、第１電極板１０が突出部７を有することによって、第１電極板１０と端子板１６との接合工程（はんだ付け、あるいは溶接等）に伴う熱を、突出部７から大気中へ放熱させることができる。その結果、第１電極板１０に突出部７がない場合に比べて、素子本体４への熱伝導が抑制され、素子本体４の熱劣化を防止することができる。

また、第１電極板１０が突出部７を有することによって、素子本体４と第１電極板１０とを接合する際に、位置決めが容易となる。すなわち、位置決めの際に、突出部７の寸法以下程度の位置ズレが生じたとしても、素子本体４の第１面６を外部に露出させることなく、素子本体４と第１電極板１０とを良好に接合することができる。

上述のように、素子本体４の酸化、熱劣化を防止することができるため、本実施形態に係る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、電流を遮断して電子機器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。

また、本実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子２と、保護回路３０と、２次電池セル３２とを有する電池保護システム１では、過剰な電流が流れた場合や、衝撃や圧力が作用したとしても、電池を有効に保護することができる。

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。

例えば、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１０、第２電極板１２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１０および第２電極板１２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。

また、図６に示すように、突出部７の先端が素子本体側へ折り曲げられていてもい。この場合においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

突出部７の先端が、素子本体側へ折り曲げられていることによって、素子本体４の露出面に樹脂を塗布する際に、仮に樹脂が突出部７の上方（第１電極板１０において端子板が接合される側）に少量回り込んだ場合であっても、樹脂が、突出部７の先端（折れ曲がった部分）のみに保持される。よって、樹脂が、突出部上方全面および第１電極板１０の端子接合部近傍に回り込むことがない。

また、図７に示すように、突出部７における素子本体側の表面に、凹部７２が形成してあってもよい。この場合においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

突出部７における素子本体側の表面に、凹部７２が形成してあることによって、素子本体４の露出面に樹脂を塗布する際に、樹脂（保護膜３）が凹部７２にくい込み、保持される。換言すれば、凹部７２は、樹脂が第１電極板１０の表面へ回り込むことを抑止するアンカーの役割を果たす。すなわち、凹部７２によって、樹脂が素子本体４の露出面から第１電極板１０の表面へ回り込むことを防止できる。

また、図８に示すように、突出部７における素子本体側の表面に、保護膜密着用凹凸部８２が形成してあってもよい。この場合においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

突出部７における素子本体側の表面に、保護膜密着用凹凸部８２を形成することによって、素子本体４の露出面に樹脂を塗布する際に、樹脂（保護膜３）が保護膜密着用凹凸部８２にくい込み、保持される。よって、樹脂が、素子本体４の露出面から第１電極板１０の表面へ回り込むことを防止できる。

好ましくは、第１電極部１０における素子接合面に素子接合用凹凸部８２ａが形成され、素子接合用凹凸部８２ａが保護膜用凹凸部８２と連続している。

第１電極板１０における素子接合面５に素子接合用凹凸部８２ａを形成することで、第１電極板１０と素子本体４との接合強度（熱圧着強度）が向上する。また、第１電極板１０の素子接合面５が素子本体４の表面に直接に接触することで、ロー付けなどの作業が不要になり、製造コストの低減を図ることもできる。また、素子接合用凹凸部８２ａと保護膜用凹凸部８２とを同様の工程で同時に形成することによって、素子接合用凹凸部８２ａと保護膜用凹凸部８２とが連続する。この場合も製造コストを低減させることができる。

なお、保護膜用凹凸部８２および素子接合用凹凸部８２ａ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、プレス処理、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、上述した実施形態では、図４に示すように、突出部７が、長方形状の第１電極板１０における外周に位置したが、図９に示すように、突出部７が、第１電極板１０において対向する２辺（辺９２、９４）に沿って位置してもよい。この場合においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

突出部７が、辺９２、９４に沿って位置することによって、この辺９２、９４の側から素子本体４の露出面に樹脂を塗布する際に、樹脂が、素子本体４の露出面から、第１電極板１０の表面へ回り込むことを防止できる。また、第１電極板１０において突出部７の形成されていない２辺（辺９６、９８）の側から素子本体４の露出面に樹脂を塗布したとしても、樹脂３ａは、突出部７の形成されていない辺９６、９８の側から、辺９２、９４に沿って位置する突出部７の下方（素子本体４の側）に回り込む。よって、樹脂３ａが、素子本体４の露出面から、第１電極板１０の表面（端子板接合部９の近傍）へ回り込むことを防止できる。

また、図１、２の第２電極板１２が、第２電極板１２と素子本体４との素子接合面から外方に飛び出している突出部を有していてもよい。この場合においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

すなわち、素子本体４の露出面から第２電極板１２の表面へ回り込もうとする樹脂が、突出部によって妨げられる。よって、第２電極板１０の表面（クラッド板１８が接合される側）に樹脂が塗布されることを防止できる。その結果、第２電極板１２の表面に保護膜３が形成されず、第２電極板１２とクラッド板１８とを良好に密着、接合させることができる。

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。その結果、素子本体４の酸化を有効に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を外部からの衝撃から保護することができる。

さらには、第２電極板１２とクラッド板１８とのスポット溶接において、素子本体４への熱伝導が抑制され、素子本体４の熱劣化を防止することができる。

また、第２電極板１２が突出部を有することによって、素子本体４と第２電極板１２とを接合する際に、位置決めが容易となる。

また、図１０に示すように、ポリマーＰＴＣ素子２において、第２電極板１２の全面と、クラッド板１８とが重なっていてもよい。この場合においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、第２電極板１２とクラッド板１８との接合方法としては、特に限定されないが、スポット溶接等が例示される。

また、図１０に示すように、素子本体４（導電性ポリマー単独から成るポリマー層）の表裏面に、金属箔６０が形成されていてもよい。この素子本体４は、例えば、シート状のポリマー層の両面に金属箔６０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形成することができる。第１電極板１０と、金属箔６０とは、はんだ層６２を介して接合されている。また、クラッド板１８のニッケル層２０と、金属箔６０とは、はんだ層６２を介して接合されている。つまり、図１０においては、クラッド板１８が第２電極板として機能している。この場合においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。金属箔６０の厚みは、第１電極板１０の厚みよりも薄く、一般的には、２５〜３０μｍ程度である。

図１は本発明の一実施形態に係るＰＴＣ素子の使用状態（電池保護システム）を示す要部断面図である。 図２は図１に示すＰＴＣ素子の断面図である。 図３は図２に示すＩＩ部分の拡大図であって、突出部の詳細を示す要部断面図である。 図４は本発明の一実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子を、図２のＩＶ方向に見た外観図であって、第１電極板、端子接合部、保護膜、および素子本体の位置関係を示す概略図である。 図５Ａは本発明の一実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の製造工程において、素子本体の露出面に保護膜形成用の樹脂を塗布する方法を示す概略図である。 図５Ｂは本発明の一実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の製造工程において、素子本体の露出面に保護膜形成用の樹脂を塗布する方法を示す概略図である。 図６は本発明の他の実施形態に係るＰＴＣ素子の突出部の折れ曲がった先端を示す断面図である。 図７は本発明の他の実施形態に係るＰＴＣ素子の突出部における素子本体側の表面に形成された凹部を示す断面図である。 図８は本発明の他の実施形態に係るＰＴＣ素子の突出部における素子本体側の表面に形成された保護膜密着用凹凸部および素子接合用凹凸部を示す断面図である。 図９は本発明の他の実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子における第１電極板、端子接合部、保護膜形成用樹脂、および素子本体の位置関係を示す概略図である。 図１０は本発明の他の実施形態に係るＰＴＣ素子の断面図である。

１… 電池保護システム
２… ポリマーＰＴＣ素子
３… 保護膜
４… 素子本体
５… 素子接合面
７… 突出部
１０… 第１電極板
１２… 第２電極板
１６… 端子板
１８… クラッド板
３０… 保護回路
３２… ２次電池セル
３４… 電極端子
６０… 金属箔
６２… ハンダ層

Claims (12)

1. 厚さ０．５〜１．０ｍｍのサイズを有し、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電極板とを有するＰＴＣ素子であって、
   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面には、保護膜が１０〜２００μｍの厚さで形成され、
   前記第１および第２電極板のうち少なくとも前記第１電極板が、前記素子本体との素子接合面から、外周に沿って外方に飛び出している突出部を有し、前記突出部の突出高さは、前記素子接合面の端部に対して、２０〜５００μｍであることを特徴とするＰＴＣ素子。
2. 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に記載のＰＴＣ素子。
3. 所定回路と接続するための端子板と、前記第１電極板とが、前記端子板と前記第１電極板とが重複する部分に位置する端子接合部において接合され、
   前記素子本体の前記露出面から前記第１電極板の表面へ回り込もうとする前記保護膜が、前記突出部によって妨げられ、
   該端子接合部の近傍に前記突出部が位置することを特徴とする請求項１または２に記載のＰＴＣ素子。
4. 前記第１電極板が、長方形状であり、
   前記突出部が、前記第１電極板において対向する２辺に沿って位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
5. 前記突出部の先端が、前記素子本体側へ折り曲げられており、前記保護膜の前記厚さが、前記突出部の前記突出高さに比較して大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
6. 前記突出部における前記素子本体側の表面に、凹部が形成してあり、前記凹部に前記保護膜がくい込み、保持されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
7. 前記突出部における前記素子本体側の表面に、保護膜密着用凹凸部が形成してあることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
8. 前記第１電極板における前記素子接合面に素子接合用凹凸部が形成され、
   該素子接合用凹凸部が前記保護膜用凹凸部と連続していることを特徴とする請求項７に記載のＰＴＣ素子。
9. 前記端子板が、ニッケルを主として含むニッケル端子板で構成される請求項３〜８のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
10. 前記第２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に接合してある請求項１〜９のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
11. 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１〜１０のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
12. 請求項１〜１１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保護回路と、
    前記ＰＴＣ素子の第２電極板に電気的に接続される電池とを有する電池保護システム。

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