ＰＴＣ素子および電池保護システム
【課題】素子本体の酸化を防止することができ、また、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り、さらには、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。
【解決手段】本発明に係るＰＴＣ素子２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４と、素子本体４の表裏面に接合された一対の第１電極板１０および第２電極板１２とを有するＰＴＣ素子２である。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。素子本体４が、第１電極板１０との素子接合面から外方に飛び出している突出部７を有する。
【解決手段】本発明に係るＰＴＣ素子２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４と、素子本体４の表裏面に接合された一対の第１電極板１０および第２電極板１２とを有するＰＴＣ素子２である。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。素子本体４が、第１電極板１０との素子接合面から外方に飛び出している突出部７を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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、溶接等に伴う素子本体の熱劣化は、素子本体の酸化によって促進されてしまう。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
素子本体の酸化、熱劣化、およびこれらに起因するポリマー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。
【００１３】
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。
【特許文献１】国際公開 ＷＯ２００４／０２３４９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、
前記素子本体が、前記第１電極板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方向において、素子接合面側から外方に飛び出す。
【００１６】
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。
【００１７】
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、ポリマーＰＴＣ素子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。
【００１８】
また、本発明に係るＰＴＣ素子では、素子本体が、第１電極板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。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、樹脂が素子本体の露出面から第１電極板側へ回り込んだとしても、樹脂は、第１電極板表面と突出部表面との段差を乗り越えることができない。その結果、樹脂は、第１電極板表面上へは回り込めず、突出部表面にのみ保持される。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が防止される。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ない。よって、第１電極板と端子板とを、保護膜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。
【００１９】
また、突出部によって、第１電極板の表面（端子板が接合される側）に保護膜が形成されることが防止されるため、第１電極板と端子板との接合位置（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。また、ＰＴＣ素子全体の幅や厚みの寸法不良を防止することができる。
【００２０】
また、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。
【００２１】
また、本発明に係るＰＴＣ素子では、素子本体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、第１電極板における素子接合面側（素子本体側）の表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。
【００２２】
上述のように、本発明に係るＰＴＣ素子においては、素子本体の酸化を防止することができる。その結果、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。
【００２３】
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、該端子接合部の近傍に前記突出部が位置する。より好ましくは、前記突出部が、前記素子本体の全周に位置する。
【００２４】
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、樹脂は、端子接合部近傍に位置する突出部表面に保持され、端子接合部までには至ることができない。すなわち、第１電極板表面上には、樹脂が塗布されず、保護膜は形成されない。その結果、端子接合部において、第１電極板と端子板とを、保護膜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。
【００２５】
また、突出部が素子本体の全周（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（端子接合部側の表面）へ回り込むことを確実に防止できる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。また、前記保護膜が、前記素子本体の前記突出部に位置する前記金属箔の少なくとも一部を覆っていてもよい。
【００３１】
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。
【００３２】
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、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
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ポリマー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に示すポリマーＰＴＣ素子の断面図、
図３は、図２に示すＩＩＩ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５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、素子本体の素子接合面（第１面）に対して第１電極板を接合（熱圧着）する方法、および突出部の形成方法を示す概略図、
図６Ａ、図６Ｂ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７は、本発明の他の実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の製造工程において、素子本体の素子接合面（第１面）に対して第１電極板を接合（熱圧着）する方法、および突出部の形成方法を示す概略図、
図８は、本発明の他の実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の断面図である。
【００３４】
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。
【００３５】
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、過充電によるセル温度の異常上昇やセルの外部短絡による過電流が流れた場合、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。
【００３６】
以下では、まず、ポリマーＰＴＣ素子２の全体構成について説明する。
【００３７】
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における素子接合面１１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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
第２電極板１２は、例えば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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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の酸化を防止し、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、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を外部からの衝撃から保護することができる。
【００４５】
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。
【００４６】
図３に示す保護膜３の厚さｔ０は、特に限定されないが、好ましくは、３０〜５００μｍ、より好ましくは、５０〜１５０μｍ程度である。厚さｔ０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ｔ０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ｔ０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。
【００４７】
本実施形態においては、図１および図２に示す素子本体４が、第１電極板１０との素子接合面から外方に飛び出している突出部７を有する。なお、第１電極板１０との素子接合面とは、素子本体４の第１面６において第１電極板１０と重なる領域を意味する。また、第１電極板１０において素子本体４と重なる領域を、以下では、第１電極板側素子接合面１１と記す。
【００４８】
素子本体４が突出部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、樹脂が素子本体４の露出面から第１電極板側へ回り込んだとしても、樹脂は、第１電極板１０の表面と突出部７の表面との段差を乗り越えることができない。その結果、樹脂は、第１電極板１０の表面上へ回り込めず、突出部７の表面にのみ保持される。すなわち、第１電極板１０の表面（端子板１６が接合される側）に樹脂が塗布されない。そのため、第１電極板１０の表面（端子板１６と接合される側）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。
【００４９】
さらには、図３に示すように、樹脂が、第１電極板表面と突出部表面との段差近辺（素子本体４と第１電極板１０との境界部３１）に塗布されることによって、素子本体４と第１電極板１０との境界部３１に保護膜３を厚く形成することができる。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。
【００５０】
また、突出部７によって、第１電極板１０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結果、第１電極板１０と端子板１６との接合位置（図４に示す端子接合部９の位置）の寸法精度を向上させることができる。また、ポリマーＰＴＣ素子２の幅や厚みの寸法不良を防止することができる。
【００５１】
また、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り、素子本体４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４の酸化を有効に防止することができる。
【００５２】
また、本実施形態に係るＰＴＣ素子２では、素子本体４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、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７の寸法以下程度の位置ズレが生じたとしても、第１電極板側素子接合面１１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。
【００５３】
図３に示す突出部７の突出幅Ｗ０は、特に限定されないが、好ましくは、第１電極板１０の端部に対して、５００〜１０００μｍ程度である。
【００５４】
突出幅Ｗ０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の表面へ回り込む恐れがある。また、突出幅Ｗ０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、素子本体４と第１電極板１０との境界部３１に樹脂が充分に回り込まず、樹脂が塗布されない恐れがある。その結果、境界部３１における保護膜３を充分に厚くすることができず、素子本体４の酸化を充分に防止できない恐れがある。そこで、突出幅Ｗ０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。
【００５５】
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。より好ましくは、突出部７が素子本体４の全周に位置する。換言すれば、図１、２に示す素子本体４における第１面６の面積が、第１電極板１０における第１電極板側素子接合面１１の面積より大きいことが好ましい。すなわち、第１電極板側素子接合面１１が、素子本体４の第１面６によって完全に覆われることが好ましい。
【００５６】
図４に示すように、第１電極板１０における端子接合部９の近傍に、素子本体４の突出部７が位置することによって、素子本体４の露出面に保護膜形成用の樹脂を塗布する際に、樹脂は端子接合部９の近傍に位置する突出部７の表面に保持される。よって、樹脂は、第１電極板１０の表面上には回り込めない。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（樹脂）に介在されることなく、良好に密着、接合（スポット溶接）させることができる。
【００５７】
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の近傍にまで保護膜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。
【００５８】
また、突出部７は、第１電極板１０を取り囲むように、素子本体４の全周（長方形の４辺）に位置する。その結果、樹脂を素子本体４のいずれの側面に塗布した際、樹脂が、素子本体４の露出面から第１電極板１０の側へ回り込んだとしても、樹脂は、突出部７の表面上に保持される。よって、樹脂が、第１電極板１０の表面上へ回り込むことがなく、第１電極板１０の表面に保護膜３が形成されることを確実に防止できる。
【００５９】
また、図２に示す素子本体４の第１面６の面積が、第１電極板側素子接合面１１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、素子本体４に対して第１電極板１０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、第１電極板側素子接合面１１の一部が外部に露出する不具合を防止することができる。
【００６０】
また、本実施形態においては、図１に示す第２電極板１２が、素子本体４との素子接合面から外方に飛び出している電極板突出部７７を有する。
【００６１】
電極板突出部７７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２電極板１２の表面（クラッド板１８が接合される側）へ回り込みもうとする樹脂が、電極板突出部７７によって妨げられる。すなわち、第２電極板１２の表面に樹脂が塗布されることを防止できる。よって、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（及びスペーサー３６）とを良好に密着、接合させることができる。
【００６２】
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。
【００６３】
（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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
（第１電極板１０および第２電極板１２の形成）
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。
【００７５】
次に、素子本体４における表裏面のうち第２面８に対して、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１×１０６〜２０×１０６Ｐａ程度である。
【００７６】
（突出部７の形成）
次に、あるいは、その前後に、素子本体４における表裏面のうち第１面６に対して、第１電極板１０を、熱プレス機等により、熱圧着する。図５に示すように、第１電極板１０を、素子本体４の第１面６に対して、圧力Ｐで熱圧着すると、加圧により素子本体４が厚み方向に多少潰れて、第１電極板１０の側方に多少はみ出す。このはみ出した部分が突出部７となる。突出部７は、熱圧着前の素子本体４に対して、側方に突出幅Ｗ０だけはみ出すように調整する。
【００７７】
第１電極板１０を素子本体４の第１面６に対して熱圧着する時の加熱温度は、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Ｐは、好ましくは１×１０６〜２０×１０６Ｐａ程度である。なお、熱圧着時の加熱温度、および圧力Ｐなどの工程条件を上記範囲内で適宜調整することによって、突出部７の突出幅Ｗ０ が、５００〜１０００μｍの範囲内となるように制御される。
【００７８】
（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。
【００７９】
まず、樹脂で満たされた液溜め（図示省略）に、図６Ａ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。
【００８０】
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。
【００８１】
次に、図６Ｂ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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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、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。
【００９０】
また、本実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子２は、素子本体４が、第１電極板１０との素子接合面から外方に飛び出している突出部７を有する。よって、図６Ａ、６Ｂに示すように、素子本体７の露出面に樹脂３ａ（保護膜形成用樹脂）を塗布し、保護膜３を形成する際に、樹脂が素子本体４の露出面から第１電極板１０の側へ回り込んだとしても、樹脂３ａは、第１電極板表面と突出部表面との段差を乗り越えることができない。その結果、樹脂３ａは、第１電極板表面上へ回り込めず、突出部７の表面にのみ保持される。すなわち、第１電極板１０の表面（端子板が接合される側）には樹脂３ａが塗布されない。そのため、第１電極板１０の表面（端子板と接合される側）に保護膜３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とを良好に密着、接合させることができる。
【００９１】
さらには、図３に示すように、樹脂３ａが、第１電極板表面と突出部表面との段差近辺（素子本体４と第１電極板１０の端部との境界部３１）に塗布されることによって、素子本体４と第１電極板１０との境界部３１に保護膜３を厚く形成することができる。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。
【００９２】
また、突出部７によって、第１電極板１０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１電極板１０と端子板１６との接合位置（図４に示す端子接合部９の位置）法精度を向上させることができる。また、ポリマーＰＴＣ素子全体の幅、厚さの寸法不良を防止することができる。
【００９３】
また、本来、素子本体４の露出面に塗布されるべき樹脂３ａが、第１電極板１０の表面（本来、樹脂３ａ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４の露出面における樹脂３ａ（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。
【００９４】
また、素子本体４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、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７の寸法以下程度の位置ズレが生じたとしても、第１電極板側素子接合面１１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。
【００９５】
上述のように、本実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子２においては、素子本体４の酸化を防止することができる。その結果、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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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、および第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。
【０１００】
上述した実施形態では、図５に示すように、素子本体４へ第１電極板１０を熱圧着する際に、素子本体４を第１電極板１０の側方へはみ出させることによって突出部７を形成する。突出部７の形成方法はこれに限られず、例えば、図７に示すように、素子本体４の第１面６に対して、第１面６よりも面積の小さい第１電極側素子接合面１１を熱圧着し、熱圧着によりはみ出した余剰はみ出し部７２を除去してもよい。その結果、突出部７が形成される。なお、突出部７の形成の際は、突出部７の突出幅Ｗ０ が５００〜１０００μｍの範囲内となるように、余剰はみ出し部７２を除去する。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。
【０１０１】
また、図８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。クラッド板１８と金属箔６０も、はんだ層６２を介して接合されている。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。なお、図８においては、クラッド板１８が、第２電極板としての機能も有している。このクラッド板１８は、素子本体４との素子接合面から外方に飛び出しているクラッド板突出部８８を有する。また、図８に示すように、保護膜３は、素子本体４の突出部７に位置する金属箔６０の少なくとも一部を覆っている。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】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】図２は、図１に示すＰＴＣ素子の断面図である。
【図３】図３は、図２に示すＩＩＩ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】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５】図５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、素子本体の素子接合面（第１面）に対して第１電極板を接合（熱圧着）する方法、および突出部の形成方法を示す概略図である。
【図６Ａ】図６Ａ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６Ｂ】図６Ｂ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７】図７は本発明の他の実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の製造工程において、素子本体の素子接合面（第１面）に対して第１電極板を接合（熱圧着）する方法、および突出部の形成方法を示す概略図である。
【図８】図８は本発明の他の実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の断面図であるである。
【符号の説明】
【０１０３】
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
６… 第１面
８… 第２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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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、溶接等に伴う素子本体の熱劣化は、素子本体の酸化によって促進されてしまう。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
素子本体の酸化、熱劣化、およびこれらに起因するポリマー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。
【００１３】
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。
【特許文献１】国際公開 ＷＯ２００４／０２３４９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、
前記素子本体が、前記第１電極板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方向において、素子接合面側から外方に飛び出す。
【００１６】
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。
【００１７】
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、ポリマーＰＴＣ素子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。
【００１８】
また、本発明に係るＰＴＣ素子では、素子本体が、第１電極板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。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、樹脂が素子本体の露出面から第１電極板側へ回り込んだとしても、樹脂は、第１電極板表面と突出部表面との段差を乗り越えることができない。その結果、樹脂は、第１電極板表面上へは回り込めず、突出部表面にのみ保持される。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が防止される。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ない。よって、第１電極板と端子板とを、保護膜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。
【００１９】
また、突出部によって、第１電極板の表面（端子板が接合される側）に保護膜が形成されることが防止されるため、第１電極板と端子板との接合位置（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。また、ＰＴＣ素子全体の幅や厚みの寸法不良を防止することができる。
【００２０】
また、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。
【００２１】
また、本発明に係るＰＴＣ素子では、素子本体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、第１電極板における素子接合面側（素子本体側）の表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。
【００２２】
上述のように、本発明に係るＰＴＣ素子においては、素子本体の酸化を防止することができる。その結果、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。
【００２３】
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、該端子接合部の近傍に前記突出部が位置する。より好ましくは、前記突出部が、前記素子本体の全周に位置する。
【００２４】
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、樹脂は、端子接合部近傍に位置する突出部表面に保持され、端子接合部までには至ることができない。すなわち、第１電極板表面上には、樹脂が塗布されず、保護膜は形成されない。その結果、端子接合部において、第１電極板と端子板とを、保護膜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。
【００２５】
また、突出部が素子本体の全周（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（端子接合部側の表面）へ回り込むことを確実に防止できる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。また、前記保護膜が、前記素子本体の前記突出部に位置する前記金属箔の少なくとも一部を覆っていてもよい。
【００３１】
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。
【００３２】
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、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
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ポリマー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に示すポリマーＰＴＣ素子の断面図、
図３は、図２に示すＩＩＩ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５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、素子本体の素子接合面（第１面）に対して第１電極板を接合（熱圧着）する方法、および突出部の形成方法を示す概略図、
図６Ａ、図６Ｂ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７は、本発明の他の実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の製造工程において、素子本体の素子接合面（第１面）に対して第１電極板を接合（熱圧着）する方法、および突出部の形成方法を示す概略図、
図８は、本発明の他の実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の断面図である。
【００３４】
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。
【００３５】
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、過充電によるセル温度の異常上昇やセルの外部短絡による過電流が流れた場合、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。
【００３６】
以下では、まず、ポリマーＰＴＣ素子２の全体構成について説明する。
【００３７】
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における素子接合面１１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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
第２電極板１２は、例えば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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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の酸化を防止し、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、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を外部からの衝撃から保護することができる。
【００４５】
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。
【００４６】
図３に示す保護膜３の厚さｔ０は、特に限定されないが、好ましくは、３０〜５００μｍ、より好ましくは、５０〜１５０μｍ程度である。厚さｔ０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ｔ０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ｔ０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。
【００４７】
本実施形態においては、図１および図２に示す素子本体４が、第１電極板１０との素子接合面から外方に飛び出している突出部７を有する。なお、第１電極板１０との素子接合面とは、素子本体４の第１面６において第１電極板１０と重なる領域を意味する。また、第１電極板１０において素子本体４と重なる領域を、以下では、第１電極板側素子接合面１１と記す。
【００４８】
素子本体４が突出部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、樹脂が素子本体４の露出面から第１電極板側へ回り込んだとしても、樹脂は、第１電極板１０の表面と突出部７の表面との段差を乗り越えることができない。その結果、樹脂は、第１電極板１０の表面上へ回り込めず、突出部７の表面にのみ保持される。すなわち、第１電極板１０の表面（端子板１６が接合される側）に樹脂が塗布されない。そのため、第１電極板１０の表面（端子板１６と接合される側）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。
【００４９】
さらには、図３に示すように、樹脂が、第１電極板表面と突出部表面との段差近辺（素子本体４と第１電極板１０との境界部３１）に塗布されることによって、素子本体４と第１電極板１０との境界部３１に保護膜３を厚く形成することができる。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。
【００５０】
また、突出部７によって、第１電極板１０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結果、第１電極板１０と端子板１６との接合位置（図４に示す端子接合部９の位置）の寸法精度を向上させることができる。また、ポリマーＰＴＣ素子２の幅や厚みの寸法不良を防止することができる。
【００５１】
また、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り、素子本体４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４の酸化を有効に防止することができる。
【００５２】
また、本実施形態に係るＰＴＣ素子２では、素子本体４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、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７の寸法以下程度の位置ズレが生じたとしても、第１電極板側素子接合面１１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。
【００５３】
図３に示す突出部７の突出幅Ｗ０は、特に限定されないが、好ましくは、第１電極板１０の端部に対して、５００〜１０００μｍ程度である。
【００５４】
突出幅Ｗ０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の表面へ回り込む恐れがある。また、突出幅Ｗ０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、素子本体４と第１電極板１０との境界部３１に樹脂が充分に回り込まず、樹脂が塗布されない恐れがある。その結果、境界部３１における保護膜３を充分に厚くすることができず、素子本体４の酸化を充分に防止できない恐れがある。そこで、突出幅Ｗ０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。
【００５５】
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。より好ましくは、突出部７が素子本体４の全周に位置する。換言すれば、図１、２に示す素子本体４における第１面６の面積が、第１電極板１０における第１電極板側素子接合面１１の面積より大きいことが好ましい。すなわち、第１電極板側素子接合面１１が、素子本体４の第１面６によって完全に覆われることが好ましい。
【００５６】
図４に示すように、第１電極板１０における端子接合部９の近傍に、素子本体４の突出部７が位置することによって、素子本体４の露出面に保護膜形成用の樹脂を塗布する際に、樹脂は端子接合部９の近傍に位置する突出部７の表面に保持される。よって、樹脂は、第１電極板１０の表面上には回り込めない。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（樹脂）に介在されることなく、良好に密着、接合（スポット溶接）させることができる。
【００５７】
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の近傍にまで保護膜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。
【００５８】
また、突出部７は、第１電極板１０を取り囲むように、素子本体４の全周（長方形の４辺）に位置する。その結果、樹脂を素子本体４のいずれの側面に塗布した際、樹脂が、素子本体４の露出面から第１電極板１０の側へ回り込んだとしても、樹脂は、突出部７の表面上に保持される。よって、樹脂が、第１電極板１０の表面上へ回り込むことがなく、第１電極板１０の表面に保護膜３が形成されることを確実に防止できる。
【００５９】
また、図２に示す素子本体４の第１面６の面積が、第１電極板側素子接合面１１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、素子本体４に対して第１電極板１０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、第１電極板側素子接合面１１の一部が外部に露出する不具合を防止することができる。
【００６０】
また、本実施形態においては、図１に示す第２電極板１２が、素子本体４との素子接合面から外方に飛び出している電極板突出部７７を有する。
【００６１】
電極板突出部７７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２電極板１２の表面（クラッド板１８が接合される側）へ回り込みもうとする樹脂が、電極板突出部７７によって妨げられる。すなわち、第２電極板１２の表面に樹脂が塗布されることを防止できる。よって、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（及びスペーサー３６）とを良好に密着、接合させることができる。
【００６２】
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。
【００６３】
（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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
（第１電極板１０および第２電極板１２の形成）
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。
【００７５】
次に、素子本体４における表裏面のうち第２面８に対して、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１×１０６〜２０×１０６Ｐａ程度である。
【００７６】
（突出部７の形成）
次に、あるいは、その前後に、素子本体４における表裏面のうち第１面６に対して、第１電極板１０を、熱プレス機等により、熱圧着する。図５に示すように、第１電極板１０を、素子本体４の第１面６に対して、圧力Ｐで熱圧着すると、加圧により素子本体４が厚み方向に多少潰れて、第１電極板１０の側方に多少はみ出す。このはみ出した部分が突出部７となる。突出部７は、熱圧着前の素子本体４に対して、側方に突出幅Ｗ０だけはみ出すように調整する。
【００７７】
第１電極板１０を素子本体４の第１面６に対して熱圧着する時の加熱温度は、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Ｐは、好ましくは１×１０６〜２０×１０６Ｐａ程度である。なお、熱圧着時の加熱温度、および圧力Ｐなどの工程条件を上記範囲内で適宜調整することによって、突出部７の突出幅Ｗ０ が、５００〜１０００μｍの範囲内となるように制御される。
【００７８】
（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。
【００７９】
まず、樹脂で満たされた液溜め（図示省略）に、図６Ａ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。
【００８０】
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。
【００８１】
次に、図６Ｂ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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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、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。
【００９０】
また、本実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子２は、素子本体４が、第１電極板１０との素子接合面から外方に飛び出している突出部７を有する。よって、図６Ａ、６Ｂに示すように、素子本体７の露出面に樹脂３ａ（保護膜形成用樹脂）を塗布し、保護膜３を形成する際に、樹脂が素子本体４の露出面から第１電極板１０の側へ回り込んだとしても、樹脂３ａは、第１電極板表面と突出部表面との段差を乗り越えることができない。その結果、樹脂３ａは、第１電極板表面上へ回り込めず、突出部７の表面にのみ保持される。すなわち、第１電極板１０の表面（端子板が接合される側）には樹脂３ａが塗布されない。そのため、第１電極板１０の表面（端子板と接合される側）に保護膜３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とを良好に密着、接合させることができる。
【００９１】
さらには、図３に示すように、樹脂３ａが、第１電極板表面と突出部表面との段差近辺（素子本体４と第１電極板１０の端部との境界部３１）に塗布されることによって、素子本体４と第１電極板１０との境界部３１に保護膜３を厚く形成することができる。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。
【００９２】
また、突出部７によって、第１電極板１０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１電極板１０と端子板１６との接合位置（図４に示す端子接合部９の位置）法精度を向上させることができる。また、ポリマーＰＴＣ素子全体の幅、厚さの寸法不良を防止することができる。
【００９３】
また、本来、素子本体４の露出面に塗布されるべき樹脂３ａが、第１電極板１０の表面（本来、樹脂３ａ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４の露出面における樹脂３ａ（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。
【００９４】
また、素子本体４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、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７の寸法以下程度の位置ズレが生じたとしても、第１電極板側素子接合面１１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。
【００９５】
上述のように、本実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子２においては、素子本体４の酸化を防止することができる。その結果、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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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、および第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。
【０１００】
上述した実施形態では、図５に示すように、素子本体４へ第１電極板１０を熱圧着する際に、素子本体４を第１電極板１０の側方へはみ出させることによって突出部７を形成する。突出部７の形成方法はこれに限られず、例えば、図７に示すように、素子本体４の第１面６に対して、第１面６よりも面積の小さい第１電極側素子接合面１１を熱圧着し、熱圧着によりはみ出した余剰はみ出し部７２を除去してもよい。その結果、突出部７が形成される。なお、突出部７の形成の際は、突出部７の突出幅Ｗ０ が５００〜１０００μｍの範囲内となるように、余剰はみ出し部７２を除去する。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。
【０１０１】
また、図８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。クラッド板１８と金属箔６０も、はんだ層６２を介して接合されている。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。なお、図８においては、クラッド板１８が、第２電極板としての機能も有している。このクラッド板１８は、素子本体４との素子接合面から外方に飛び出しているクラッド板突出部８８を有する。また、図８に示すように、保護膜３は、素子本体４の突出部７に位置する金属箔６０の少なくとも一部を覆っている。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】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】図２は、図１に示すＰＴＣ素子の断面図である。
【図３】図３は、図２に示すＩＩＩ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】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５】図５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、素子本体の素子接合面（第１面）に対して第１電極板を接合（熱圧着）する方法、および突出部の形成方法を示す概略図である。
【図６Ａ】図６Ａ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６Ｂ】図６Ｂ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７】図７は本発明の他の実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の製造工程において、素子本体の素子接合面（第１面）に対して第１電極板を接合（熱圧着）する方法、および突出部の形成方法を示す概略図である。
【図８】図８は本発明の他の実施形態に係るポリマーＰＴＣ素子の断面図であるである。
【符号の説明】
【０１０３】
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
６… 第１面
８… 第２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
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記素子本体が、前記第１電極板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ことを特徴とするＰＴＣ素子。
【請求項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。
【請求項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、
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。
【請求項４】
前記突出部が、前記素子本体の全周に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。
【請求項５】
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または４に記載のＰＴＣ素子。
【請求項６】
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１〜５のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
【請求項７】
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１〜６のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
【請求項８】
前記保護膜が、前記素子本体の前記突出部に位置する前記金属箔の少なくとも一部を覆っていることを特徴とする請求項７に記載のＰＴＣ素子。
【請求項９】
請求項１〜８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。
【請求項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、
前記素子本体が、前記第１電極板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ことを特徴とするＰＴＣ素子。
【請求項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。
【請求項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、
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。
【請求項４】
前記突出部が、前記素子本体の全周に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。
【請求項５】
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または４に記載のＰＴＣ素子。
【請求項６】
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１〜５のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
【請求項７】
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１〜６のいずれかに記載のＰＴＣ素子。
【請求項８】
前記保護膜が、前記素子本体の前記突出部に位置する前記金属箔の少なくとも一部を覆っていることを特徴とする請求項７に記載のＰＴＣ素子。
【請求項９】
請求項１〜８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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−６６３４８（Ｐ２００８−６６３４８Ａ）
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３９６３２（Ｐ２００６−２３９６３２）
【出願日】平成１８年９月４日（２００６．９．４）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月４日（２００６．９．４）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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