正温度系数导电聚合物器件 本发明涉及正温度系数聚合物导电器件。
在特定的电路保护器件中，许多电子器包括两个薄片电极，中间夹着一个呈现PTC(正温度系数)行为的薄片电阻元件。PTC电阻元件可由导电的聚合物(此术语用于表示包含聚合物的化合物，其中散布或分布有导电的填充物小颗粒)或陶瓷如渗杂钛酸钡。当采用导电聚合物时，通常是通过从两层金属薄片之间的导电聚合物板冲压(或剪切)许多这样的器件来制备这种器件的。当采用陶瓷时，通常是通过将液态的电极材料涂在预先成形的薄片电阻元件的主要表面上，然后使液态的电极材料固化来制备这种器件。
有的时候，这种器件被安装在两个隔开的弹性保持部件之间，这些部件挤压在该器件的相反面上。通常，两个金属保持部件直接彼此相对并挤压在电极的外表面上。在美国专利Nos.4,924,204(Uchida)和5,451,921(Crawford等)中的实例描述了更加具体的安装。安装时必须小心，以确保在保持部件和PTC器件之间产生并维持适当的压力。
一些已知的安装有一个缺点，即保持部件是以一定地方式固定在一个较大的结构，如电机壳上，使其难以实现和/或允许保持部件彼此作相对移动，从而改变施加在PTC器件上的压力。在其它安装中，保持部件以端子(可以阴阳端子)的形式从PTC元件中伸出来，这些端子与固定在电路板或其它刚性基底上的互补连接器相连。
现在我们已经发现了改进的PTC器件，它们可以非常简单，因此制造既廉价又容易，但却提供了其它重要的优点。本发明的器件特别适合用于在两根末端没有约束(或者因为电线被剪成一定的长度，使PTC能够被插进去，或者因为要将不同来源的两个电缆接在一起)，同时提供过流保护的电线之间提供连接。我们已经发现，该器件特别有利于防止扬声器的电流过量。
在一个优选的方面，本发明提供了一种PTC器件，它包括
(1)由电绝缘材料构成的壳体；
(2)第一金属部件，此部件
(a)固定在壳体上，且
(b)包括
(ⅰ)位于壳体外面的第一端子元件，以及
(ⅱ)弹性变形的第一保持元件，且至少有一部分位于壳体内部并与壳体隔开；(3)第二金属部件，该部件
(a)固定在壳体上，且
(b)包括
(ⅰ)位于壳体外面的第二端子元件，以及
(ⅱ)弹性变形的第二保持元件，且至少有一部分位于壳体内部并与壳体隔开；以及(4)一个PTC元件，该元件
(a)包括
(ⅰ)第一个薄层金属电极，
(ⅱ)与第一个电极平行的第二薄层金属电极，以及
(ⅲ)由PTC导电聚合物构成并夹在第一和第二电极之间的薄片电阻元件，
(b)位于第一和第二保持元件之间，其中第一电极与第一保持元件存在物理上和电气上的接触，且第二电极与第二保持元件存在物理上和电气上的接触，且
(c)利用第一和第二保持元件施加在第一和第二电极上的弹性恢复力移可动地保持在第一和第二保持元件之间的位置上。
在第二个优选的方面，本发明提供了一种包括第一和第二电线的电子组件，每根线都有一个固定在其上的阴连接器，并提供了根据本发明的第一方面的PTC器件，其中端子元件为安装在阴连接器上的阳端子元件。
壳体可以为任何合适的形状，但优选为开口盒，以便轻易地插入和取走PTC元件。壳体优选包括(ⅰ)一个底座，其第一和第二通孔相隔一定距离，以及(ⅱ)从底板延伸的侧壁；第一金属部件穿过第一个孔，第二金属部件穿过第二个孔。底座优选为矩形，且侧壁与底座构成直角。侧壁为保持部件和PTC元件提供了物理保护。因此，这些侧壁优选高于PTC元件和保持元件。
壳体底座中的孔可以穿过壳体本身，但每个孔优选为槽形，其一边由侧壁决定。金属部件和侧壁和/或底座可能具有协同的部件，帮助在金属部件和壳体之间提供牢靠的配合。
每个第一和第二金属部件优选为一片适当形状的金属。必须将各个金属部件固定在壳体上的一个位置，优选地用金属部件和底板之间的安全接头，如该部件穿过的底板孔区域。这些部件优选不固定在壳体上。然而，在这些部件和壳体之间可以滑动接触，从而改变了部件的弹性变形，进而改变了施加在PTC元件上的力。
每个保持元件优选有一个通常为平面的部分，该部分与PTC元件的电极平行并优选有着一个或多个与电极接触的凹陷部位。凹陷部位优选互相偏离。每个平面部分上可以有一个凹陷部位，或在一个或两个平面部分有两个或多个凹陷部位，优选将这些部位布置为使施加在PTC元件上的合力与电极平面成直角。平面部分优选位于朝着另一个保持元件倾斜的弹性变形底座部分和从另一个保持元件向外倾斜的入口部分之间。当将PTC元件插入保持元件之间时，入口部分优选用于将PTC元件导入位置，且端部可能挤压在壳体的侧壁上，从而改变了保持元件的弹性变形。除了凹陷部位以外，保持元件优选互为镜像。
端子元件优选为阳端子。特别是当它们为阳端子时，壳体优选包括从端子元件之间的壳体底座延伸的绝缘隔离部件，它确保了在固定于端子元件之间的端线之间没有电气接触。壳体可包括将该器件固定于某个结构如扬声器箱上的装置。
本发明所使用的PTC导电聚合物优选包括晶状的聚合物成分和散布于聚合物成分中的微粒状填充成分，该填充成分包括导电的填充物，如碳黑或金属。填充成分也可包含不导电的聚合物，它不仅改变了导电聚合物的电学性质，还改变了其物理性质。该化合物还可能包含一种或多种其它的成分，如抗氧化剂、交联剂、耦合剂或弹性材料，为用于电路保护器件中，PTC化合物在23℃时的阻抗优选小于50Ω-cm，尤其是小于10Ω-cm，更尤其是小于5Ω-cm。在美国专利Nos.4,237,441(van Konynenburg等人)、4,304,987(van Konynenburg)、4,388,607(Toy等人)、4,514,620(Cheng等人)、4,534,889(vanKonynenburg等人)、4,545,926(Fotus等人)、4,560,498(Horsma等人)、4,591,700(Sopory)、4,724,417(Au等人)、4,774,024(Deep等人)、4,935,156(van Konynenburg)以及5,049,850(Evans等人)中，公开了用于本发明的适当的导电聚合物的实例。
当PTC器件跳闸(trip)时，该器件上的大部分压降通常降落在该器件上称作热线、热平面或热区的较小部分上。在本发明的器件中，PTC元件可具有一项或多项特性，协助在期望的位置形成热线，这些位置通常与两个电极都隔开一定距离。在美国专利Nos.4,137,027和4,352,083(Middleman等人)以及4,907,340和4,924,072(Fang等人)中，公开了本发明中采用的这类器件的适当特性的实例。
特别适合本发明使用的PTC元件包括两个金属薄片电板，中间夹着PTC导电聚合物元件，特别是那种在23℃时的阻抗通常小于50Ω的元件，优选低于10Ω，低于5Ω更佳，尤其是低于3Ω，如低于0.1Ω。比较合适的金属薄片电极为电镀的薄镍片和镀镍的电镀薄铜片电极，尤其如美国专利Nos.4,238,812(Matthiesen)和4,800,253(K1einer等人)中公开的那样。在美国专利4,238,812(Middleman等人)、4,255,698(Simon)、4,272,471(Walker)、4,315,237(Middleman等人)、4,317,027(Middleman等人)、4,330,703(Horsma等人)、4,426,633(Taylor)、4,475,13 8(Middleman等人)、4,724,417(Au等人)、4,780,598(Fahey等人)、4,845,838(Jacobs等人)、4,907,340(Fang等人)、4,924,074(Fang等人)中，公开了可以用于本发明的各种薄片形的器件。可以调整电极以便获得期望的热效应。
现在参考附图，图1和图2显示了本发明的PTC器件侧视图，彼此成直角关系，图1是沿图2的线Ⅰ-Ⅰ截得的，而图2则是沿图1的Ⅱ-Ⅱ线截得的。在图中，绝缘壳体1上连着第一、第二金属部件2和3，每个部件都包括位于壳体1外部的端子元件21、31和位于壳体内的保持元件22、32。保持部件22、32弹性变形并被夹着包括薄片金属电极41、42和夹在电极之间的PTC导电聚合物电阻元件43的PTC元件4。保持元件22、32都包括凹陷部位221、321，分别与各自的电极41、42接触；凹陷部位被显示为直接相对但可能有偏移。壳体包括在第一和第二端子元件21、31之间从壳体底座伸展的绝缘隔离部件11。壳体的每一面上都有粘性层5，可用来将壳体固定在扬声器组件上。