[发明专利]PTC电路保护装置及其制造过程

说明书

本发明涉及聚合物PTC电路保护装置及其制造方法。

众所周知，许多导电材料的电阻率随温度而变。正温度系数(PTC)导电材料的电阻率随材料温度的升高而增大。许多通过在其中散布导电填充物使之导电的晶体聚合物呈现这种PTC效应。这些聚合物一般包括聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯和乙烯/丙烯共聚物。在低于一定值的温度下，即在临界或突变(trip)温度下，聚合物呈现相当低的恒定电阻率。然而，当聚合物的温度升高到超过这一点时，聚合物的电阻率急剧增大。呈现PTC特性的装置已经被用作各电路中的过流保护，这些电路包括电源和附加的串联电气元件。在电路中的正常工作条件下，负载和PTC装置的电阻是这样的，从而使相当小的电流流经PTC装置。这样，装置的温度(由I²R加热造成的)保持低于临界或突变温度。如果负载短路或电路经受电源波动，则流经PTC装置的电流增大，并且其温度(由I²R加热造成的)迅速升高到其临界温度。结果，PTC装置的电阻大大地增加。这时，大量的功率消耗在PTC装置中。这一功率消耗仅发生在一段很短的时间内(几分之一秒)，然而，因为功率消耗将把PTC装置的温度升高到一个值，在该温度值下，PTC装置的电阻已经变得如此之高，从而把原始电流限制到一个可忽视的值。这一新的电流值足以把PTC装置保持在一个新的、高温度/高电阻平衡点。这一可忽视的或很小的电流值不会损坏与PTC装置串联联接的电气元件。这样，PTC装置起一种形式的保险丝作用，当把PTC装置加热到临界温度范围内时，就把流经短路负载的电流降到一个安全的、很小的值。当中断电路中的电流，或除去造成短路的条件(或电源波动)时，PTC装置将冷却到低于其临界温度，到达其正常工作的低电阻状态。该效应是一种可复原的电路保护装置。

在工业中众所周知的是聚合物PTC电路保护装置。常规的聚合物PTC电气装置包括插入在一对电极之间的PTC元件。电极能连接到电源上，这样使电流流经PTC元件。PTC元件一般包括散布在有机聚合物中的一种特殊导电填充物。以前用于电极的材料包括金属丝网或网屏、固态的和多股绞的合金属丝、光滑的和微粗糙的金属箔、打孔的金属板、金属网、和多孔金属。

例如，美国专利No.3,351,882(Kohler等)公开了一种包括其中散布有导电颗粒的聚合物、和在聚合物中嵌入的网状结构电极的电阻元件。Kohler等公开的网状结构电极具有间隔小的金属丝、金属网或金属网屏、和打孔的金属板的形式。一般地说，这种类型的电极导致PTC装置具有很高的初始电阻，即使当导电聚合物的电阻率很低时也是如此。此外，使用网状电极的聚合物PTC装置易于形成电气应力集中，即热点，这能导致电气性能降低，甚至装置的失效。而且，又连接到使电流流经该装置的电源上的导电端子，难以连接到象Kohler等公开的那样的网状电极上。

日本Kokai No.5-109502公开了一种电路保护装置，该电路保护装置包括一个聚合物PTC元件和多孔金属材料电极。然而，当把导电端子连接到多孔电极上时，这种类型的电极也有困难，导致高初始电阻的装置。

因而，本发明的一个目的在于，提供一种电极与PTC元件之间的接触有改进而不损失装置电气性能的电气装置。

本发明的目的还在于，提供一种能连接到导电端子上的电气装置，而不产生具有很高初始电阻的电气装置。

在一个方面，本发明提供一种包括一个PTC元件的电气装置，该PTC元件包括一种其中散布有导电颗粒的聚合物。PTC元件带有相对的第一和第二表面，使一个导电层与PTC元件的相对第一和第二表面相接触。一对电极固定到PTC元件的相对表面上，每一个所述电极具有一个内表面和一个多孔隙的外表面。每一个电极的外表面能连接到一个电源上，使电流流经PTC元件。

在第二方面，本发明提供一种包括一个PTC元件的电气装置，该PTC元件包括一种其中散布有导电颗粒的聚合物。PTC元件带有相对的第一和第二表面，使一个导电层与PTC元件的相对第一和第二表面相接触。一对电极固定到PTC元件的相对第一和第二表面上，每个所述电极具有一种其特征在于有一个内边界和一个外边界的、三维的、初始疏松的网状结构。每个所述电极的外边界能连接到一个电源上，使电流流经所述PTC元件。