CN1855339B - 热敏颗粒型温度熔断器 - Google Patents

Abstract

提供了在工作温度下的开关响应速度快的热敏颗粒型温度熔断器，该热敏颗粒型温度熔断器是具有外壳(12)、在端部形成第1电极的第1引线部件(14)、在外壳内壁面形成第2电极的第2引线部件(16)以及具有推压热敏颗粒(10)的弹簧体(24，26)和可动导体(20)的开关功能构件，在工作温度下，通过热敏颗粒(10)的软化·熔融，开关第1电极和第2电极之间的电通路的热敏颗粒型温度熔断器，其特征在于，对热敏颗粒(10)实施提高在工作温度下的开关响应速度的动作促进化处理。

Description

热敏颗粒型温度熔断器

技术领域

本发明涉及在热敏材料中使用热塑性树脂的热敏颗粒(pellet)型温度熔断器，特别涉及将热敏材料改良成在规定的工作温度下迅速开关工作的热敏型温度熔断器。

背景技术

根据热敏材料，温度熔断器可大致分为两类，即，使用非导电性热敏物质的热敏颗粒型温度熔断器和使用导电性的低熔点合金的可熔合金型温度熔断器。它们均是在周围温度上升时，在规定的温度下工作，切断仪器以及装置的电流或者形成电通路来保护装置·仪器类的所谓的非复原型温度开关。其中，对于热敏颗粒型温度熔断器，在日本专利特开昭60-138819号公报中公开了，在颗粒材料中使用作为纯化学品(与有机化合物的意思相同)的4-甲基伞形酮。另外，如日本专利特开2002-163966号公报以及日本专利特开昭62-246217号公报中所述，使用混合已知的2种或者2种以上的有机化合物而得的具有新熔点的混合物。另一方面，在日本专利特开2003-317589号公报中提出了在热敏颗粒中使用热塑性树脂，可在广范围内任意设定恒定的工作温度的热敏颗粒型温度熔断器。

发明内容

与以往的使用化学品的热敏颗粒型温度熔断器相比可知，使用热塑性树脂的热敏颗粒的热敏颗粒型温度熔断器在颗粒的软化、变形、升华以及潮解性等方面的劣化较少，不易受到环境条件的影响，在制造上的处理工序以及制成后的保管条件等方面优势多，有利于实用化。但是，在颗粒软化或者熔融时的工作温度下，开关响应速度有延长的倾向，对此进行改进就被作为一项课题。对于热敏颗粒型温度熔断器，希望在设定的工作温度下可靠且迅速地工作，因此，需要改良热敏颗粒的热塑性树脂材料的选择、弹簧构件的弹簧的推压力以及可动接点部的滑动性等。

另外，很难说热敏颗粒的热稳定性充分，受到环境的影响，在制造过程中易发生破裂或破损，除了要解决该缺点外，还需要具有伴随软化·熔融的在工作温度下的工作特性，即，即时响应性。特别是使用热塑性树脂的温度熔断器由于将热塑性树脂软化·熔融和弹簧的弹簧压力组合设定工作温度，因此与单纯利用热敏材料的熔点的温度熔断器相比，动作时易发生时间滞后等，因而要求进一步提高在工作温度下的响应速度。

因此，为了消除上述缺点，本发明着眼于使用软化·熔融的热塑性树脂的热敏颗粒的工作温度下的响应特性，为了迅速且正确反应，提供了响应速度迅速的新型改良热敏颗粒型温度熔断器。即，提供了具有响应速度不逊于以往的使用纯化学物质的热敏颗粒的响应特性的热敏颗粒型温度熔断器。另外，还提供了抑制在工作温度的熔点附近的升华，可在高温使用的热稳定热敏颗粒型温度熔断器，提供了可抑制对水和醇的潮解，强度提高，减少破裂破损问题的热敏颗粒型温度熔断器。还提供了在高温下的耐电压性和响应速度均提高的热敏颗粒型温度熔断器。另外，本发明公开了覆盖宽广温度范围、热稳定且适于批量生产的热敏颗粒，提供了成本低廉且有利于实用的热敏颗粒型温度熔断器。

本发明的热敏颗粒型温度熔断器是设置有具有结晶性的热塑性树脂的热敏颗粒、收纳热敏颗粒的金属制外壳、固接在金属外壳的一端的并在其端部形成第1电极的第1引线部件、固接在外壳的另一端的在外壳内壁面形成第2电极的第2引线部件以及具有在外壳内推压热敏颗粒的弹簧体和可动导体的开关功能构件，通过在工作温度下的热敏颗粒的软化·熔融而开关第1电极和第2电极间的电通路的温度熔断器，其特征在于，对热敏颗粒实施旨在提高在工作温度下的开关响应速度的动作促进化处理。

作为动作促进化处理，较好通过在热敏颗粒形成气泡、凹陷或者中空等空心部来对热敏颗粒进行轻质化处理，或者较好为使用异种热塑性树脂材料进行热敏颗粒的多层化处理或混存化处理。在热敏颗粒中形成空心部分轻质化的情况时，空心率较好为在25vol％以下。在此，空心率是对于同一重量的颗粒，计算没有空心部分的颗粒的容积/空心形成后的颗粒的表观容积，以百分率表示。当采用多层化或者混存化进行动作促进化处理时，较好为层叠异种树脂材料的多层化处理，或者混合异种树脂材料的混存化处理。异种的热塑性树脂较好为含有决定工作温度的第1树脂材料和熔点低于第1树脂材料的第2树脂材料。

热敏颗粒的制造工序包括将熔融状态的热塑性树脂挤出成形的线材加工工序和将线材切断至规定长度的颗粒加工工序，较好为在线材加工工序中，进行动作促进化处理，用于轻质化的形成空心部分、用于多层化的异种树脂材料的叠层或者用于混存化的异种树脂材料的混合。通过在线材加工工序中，对热敏颗粒实施动作促进化处理，适宜于批量生产，有助于在制造作业面的效率化。另外，本发明涉及的热敏颗粒的动作促进化处理，容易使由形成空心部分而产生的热敏颗粒的轻质化和异种树脂材料的多层化及/或混存化并存，由此可以使热敏颗粒的强度提高，耐湿而防止潮解，抑制高温时的升华。多层化是在热敏颗粒的直径方向或长边方向上层叠树脂材料，相对于第1树脂材料，第2树脂材料的体积占有率较好在30vol％以下。此外，在混存化中，相对于第1树脂材料，第2树脂材料的体积占有率较好为30vol％以下，例如，作为第2树脂材料，可使用着色添加剂。

上述动作促进化处理为热敏颗粒的轻质化、多层化以及混存化时，较好为将轻质化的空心率或者在多层化以及混存化中相对于第1树脂材料的第2树脂材料的体积占有率调整在特定的范围内。使用的树脂材料，适宜为乙烯、丙烯、丁二烯、异戊二烯等烯烃或二烯烃等的聚合物或共聚物的聚烯烃。聚烯烃称为烯烃树脂或烯烃的聚合物，是分子中具有2个或2个以上双键的脂肪族不饱和烃的总称。在聚烯烃中，较好为含有一般名称的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)的，并调整了与软化·熔融时的流动性相关的熔体流动速度(MFR：Melt flow rate)的聚烯烃。另外，通过在热敏材料的基础材料中混合各种添加剂、强化材料以及填充材料，或者在选择主材料之外进行树脂材料的聚合、共聚、塑化或者混合，以及改变在合成·精制树脂时的催化剂，可以改善各种物理特性·电特性，可强化颗粒，减少由破裂破损引起的不良。

通过本发明，由热塑性树脂形成的热敏颗粒，通过形成空心部分引起的轻质化，或者由异种树脂材料形成的多层化或混存化，可提高开关响应速度，消除在工作温度下的反应滞后，减少制品的差异，低廉地提供高可信性的热敏颗粒型温度熔断器。另一方面，在以往使用的热敏材料中，即使熔点相同也存在硬材和软材的不同，还存在在缓慢上升温度时动作温度的差异很大，急剧升温时出现响应时间的差别的缺点，然而，通过本发明的动作促进化处理，消除了工作温度的波动以及响应时间差的影响，可提供始终具有稳定的即时响应性的热敏颗粒型温度熔断器。

特别是，通过在热敏材料中使用结晶度在20％以上的聚烯烃，容易进行颗粒成形加工，改善了颗粒的强度，即使置于高湿度以及有害气体的气氛中，也可减少温度熔断器的经时变化，可防止腐蚀或绝缘程度的劣化。因此，能够提供具体如下优点的温度熔断器，所述优点是：不仅在保管中而且在使用中，也防止了包括电性能在内的性能的降低，抑制了经时变化，始终在规定的工作温度下正确地工作，稳定性和可靠性高，实用效果大。另外，在颗粒的制造中，为了有利于批量生产，通过将熔融状态的热塑性树脂挤出成形来线材化后，再将其切断，这样使作业性和处理容易，可减少制造成本。另外，可提供在工作温度的响应速度快的低廉的热敏颗粒型温度熔断器。

本发明，通过对热敏颗粒实施动作促进化处理，提供了在规定的工作温度下的开关响应速度快的热敏颗粒型温度熔断器，工作温度通过所使用的树脂材料的热变形温度和弹簧体的推压力来设定。在此，作为热塑性树脂的软化或熔融温度的表示，利用以JIS K7121的规定为基准的外推熔解起始温度(Tim)和外推熔解终止温度(Tem)以及以JIS K7210的规定为基准的流动特性的熔体流动速度(MFR)，通过参考这样的JIS标准用语来表示工作温度，可表示差异小、高精度且迅速的工作特性。

附图说明

图1是本发明的热敏颗粒型温度熔断器的工作前的截面图。

图2是本发明的热敏颗粒型温度熔断器的工作后的截面图

图3是表示本发明的热敏颗粒的空心率、工作温度和响应速度之间关系的图。

图4是表示本发明的热敏颗粒中异种树脂材料的占有率、工作温度和响应速度的关系的图。

图5A～图5G是显示在本发明的温度熔断器中使用的热敏颗粒的变形例的斜视图。

具体实施方式

本发明的热敏颗粒型温度熔断器设置有收纳热塑性树脂的热敏颗粒的金属制外壳，第1引线部件隔着绝缘套管使用密封材料安装在金属外壳的一端，在该金属外壳的另一端通过铆接固定第2引线部件，在外壳内收置具有弹簧体、可动导体、实施了在工作温度下的动作促进化处理的热敏颗粒的开关功能构件，通过推压热敏颗粒的弹簧体的压缩或者弹力以及由加热加温引起的热敏颗粒的热变形来移动可动导体，由此将由第1以及第2引线部件形成的电路切换成切断或导通状态。在此，热敏颗粒较好使用选自热塑性树脂的聚烯烃，在其外推熔解起始温度(Tim)和熔解峰温度(Tpm)之间设定动作温度。

加快开关响应速度的动作促进化处理，较好为通过在颗粒中形成空心部分以轻质化，或者由异种树脂材料进行的热敏颗粒的多层化或混存化。作为热塑性树脂，较好为结晶度在20％以上的聚烯烃，将其形成熔融状态，通过挤出成形工序进行线材加工，加工成具有规定大小直径的棒线材，再切断成规定的长度进行颗粒化。这种情况时，如果线材是管状则形成在中央有中空部分的颗粒，可轻质化颗粒的单位重量。在此，颗粒的单位重量是指对颗粒的表观体积相对的重量。

本发明是通过发现了热敏颗粒的轻质化，或者通过使用异种树脂材料多层化或混存化是提高在规定的工作温度下的响应速度的动作促进化处理而被创造出的。具体的轻质化方法是热敏材料使用热塑性树脂，形成中央中空的管状线材，或者在树脂材料中形成气泡等空心部分。或者，在热敏颗粒的周边形成凹陷部分，达到单位颗粒的轻质化。作为颗粒的单位重量的减小程度求得空心率，该值较好为在25％以下。制造各种空心率的试样，进行试验测定，得到空心率、工作温度和响应速度之间的关系的结果。这种情况的响应速度是将空心率不同的试样浸泽在高温油浴中，施加规定的推压力，所测得的变形至规定量所需的时间。

由于空心率如大于一定的程度，则在规定的推压力下会不限于软化·熔融温度而变形，因此存在工作温度的设定问题。热敏颗粒型温度熔断器是在工作温度下热敏颗粒发生热变形，切断或导通第1及第2电极间而开关的，所希望的工作温度的调整除了通常通过选定的热塑性树脂材料的熔点、外推熔解起始温度(Tim)和外推熔解终止温度(Tem)来任意进行调整之外，还通过弹簧产生的推压力来进行。通常，对低分子化合物而言，熔解峰温度(Tpm)与外推熔解终止温度(Tem)的差越小越适宜作为温度熔断器的热敏颗粒材料，工作温度的设定可通过以下方法来进行，即，使外推熔解起始温度(Tim)和熔解峰温度(Tpm)具有一定程度的距离(温度差较好为在5℃以上)，任意设定向热敏颗粒施加的推压负荷值。

下面，以作为树脂材料的聚乙烯(PE)作为示例，说明由在热敏颗粒中形成空心部分而产生的轻质化。空心部分是在热敏颗粒中作为气泡、凹陷或者中空部分而形成的。当没有空心部分时，空心率为0％，用于温度熔断器的最佳范围。另外，在制造具有空心部分的热敏颗粒时，首先，将热塑性树脂形成熔融状态，通过挤出成形形成棒状线材，再将该线材切断成规定长度的大小，这样在作业性方面是有利的。另一方面，通过多层化或者混存化异种的树脂材料可提高工作温度的响应速度。这种情况时，异种树脂材料之间的熔点不同，将所希望的工作温度的树脂材料作为第1树脂材料时，较好为其它的第2树脂材料具有较第1树脂材料低的熔点。例如，PE可按照密度进行以下的分类，根据密度有明显不同的熔点，可将这些作为异种树脂材料使用。

低密度聚乙烯(LDPE)：密度0.910～0.935熔点105～110℃

高密度聚乙烯(HDPE)：密度0.941～0.965熔点130～135℃

另外，PE中有低密度聚乙烯(LDPE)、直链状低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量聚乙烯(超高分子量PE)以及超低密度聚乙烯(VLDPE)，作为共聚物包括乙烯·丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯·丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯·丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯·甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(GMA)以及乙烯·丙烯酸甲酯·马来酸酐共聚物等。另外，有分成添加剂、强化材料以及填充材料3类的树脂用辅材，可以利用这些来调整工作温度。

实施例1

图1是本发明的热敏颗粒型温度熔断器的工作前的截面图，图2是本发明的热敏颗粒型温度熔断器的工作后的截面图。本发明涉及的热敏颗粒。如后述可通过各种方法来实施动作促进化处理。本实施例中，混合作为聚烯烃的高密度聚乙烯HDPE(熔点135℃)和低密度聚乙烯LDPE(熔点110℃)这两种树脂材料来使用，使用通过混存化来实施了动作促进化处理的热敏颗粒10。在实施例中，如图1所示，在圆筒形的金属外壳12中，作为开关功能构件的一个组成，收置了在HDPE的第1树脂材料中混合LDPE的第2树脂材料而成的热塑性树脂的热敏颗粒10。

金属外壳12中，在其一端的开口侧固接第1引线部件14，在另一开口侧铆接固定第2引线部件16。第1引线部件14穿过绝缘套管17与金属外壳绝缘，伸入向内部，在其前端形成第1电极15。在第1引线部件14的外部导出部配置保护用绝缘瓷管18，通过密封外壳开口的密封树脂19固接。另一方面，第2引线部件16通过直接铆接与金属制外壳12紧密固接，利用外壳12自身的内壁面作为第2电极。在收置于金属制外壳12中的开关功能构件中，具有上述热敏颗粒10、具有中央接点部和星形周边接点部的可动导体20以及包含强压缩弹簧24和弱压缩弹簧26的弹簧体。

强弱压缩弹簧的弹簧体在常温下如图1所示，强压缩弹簧24抵抗弱压缩弹簧26的弹力，使可动导体20与第1电极15推压接触。特别是，将强压缩弹簧24以在其两侧介于推压板28以及29配置在热敏颗粒10以及可动导体20之间，，达到组装的容易化和弹簧工作的稳定化。在伴随加温的异常时，如图2所示，热敏颗粒11通过在工作温度下的软化或者熔融而变形，弱压缩弹簧26的推压力起作用使可动导体20移动。此时强压缩弹簧24从该冲程范围释放，弱压缩弹簧26在冲程范围内，通过推压力推压可动导体20在外壳内面的第2电极上滑动。通过该可动导体的移动，将可动导体20和第1电极15分离，第1电极和第2电极之间的电通路成为OFF状态。另外，图示中的实施例构成了平时为ON-异常时为OFF的热敏颗粒型温度熔断器，然而也可通过弹簧体的配置构成，形成平时为OFF-异常时为ON的逆动作的热敏颗粒型温度熔断器。

本实施例中动作促进化处理是通过使用异种树脂材料作为用于热敏颗粒的热塑性树脂来进行的混存化处理。使用的热塑性树脂均是结晶性聚烯烃，作为异种树脂材料，相对于决定工作温度的软化·熔融的第1树脂材料，使用具有较该第1树脂材料低的熔点的第2树脂材料，两者的熔点的温度差较好在20℃以上。另一方面，由后述的实验可以确定，动作促进化处理通过热敏颗粒的多层化或者混存化来进行时，第2树脂材料相对于第1树脂材料的体积占有率，即，第2树脂材料的体积/第1树脂材料的体积百分率较好在30％以下。本实施例的热敏颗粒10，使用了在结晶度在20％以上、熔点为135℃的HDPE中混合了熔点为110℃的LDPE的树脂材料，将其进行线材化，切断至规定的长度进行加工处理。

对于使用了这种异种树脂材料的热敏颗粒，为了确定异种树脂材料的体积占有率的效果，事先制造体积占有率不同的9种热敏颗粒作为实验用试样，试验测定它们的响应速度和工作温度。异种树脂材料的占有率、响应速度以及工作温度的测定值如表1所示，异种树脂材料的占有率、响应速度和工作温度的关系示于图4。如表1和图4所示，从加快响应速度、得到稳定的工作温度的方面来看，混存化中较好为第2树脂材料相对于第1树脂材料的体积占有率在30％以下，例如，当第2树脂材料为颗粒识别用着色添加剂时，即使相对于第1树脂材料的体积占有率为2％左右，也具有提高响应速度的效果。

表1

实施例2

图5A～图5G是显示温度熔断器中使用的热敏颗粒的变形例的斜视图，均是在本发明的温度熔断器中使用的热敏颗粒。图示的7种变形例均起到加速开关响应速度的效果。由于图5A的热敏颗粒是混合异种树脂材料后颗粒化的颗粒，因此是实施例1所示的混合第1树脂材料和第2树脂材料形成的热敏颗粒10。即，动作促进化处理是采用混存化处理来进行的，是直径近似等于外壳内径的混合树脂圆柱形颗粒100。

图5B～图5E的4种变形例中，在颗粒的某一部分具有空心，使其单位重量变轻。图5B的颗粒是在热敏颗粒中形成了气泡101、具有空心部分的轻质圆柱形的颗粒102。图5C的颗粒是在中央形成了中空凹陷103的轻质圆柱形颗粒104。图5D的颗粒是在中央具有贯通孔105的轻质圆柱形颗粒106。图5E的颗粒是在外周的一部分形成凹陷107的轻质圆柱形颗粒108。

另一方面，图5F和图5G的颗粒中，动作促进化处理是通过多层化处理来进行的，图5F的颗粒中，在直径方向的内侧配置了第1树脂材料109，在外侧配置了第2树脂材料110，它是热敏颗粒在直径方向上多层化的示例，图5G的颗粒是在热敏颗粒的长边方向上层叠第1树脂材料112和第2树脂材料111的多层化的示例。

实施例3

下面，对动作促进化处理是通过形成空心部分来进行轻质化的热敏颗粒进行详述。该轻质化方法是为轻质化颗粒的单位重量而形成空心部分，可提高开关时的响应速度，作为这种情况的指标，将轻质化的比例用空心率(vol％)来表示。空心率、响应速度和工作温度的测定值示于表2。另外，空心率、响应速度与工作温度之间的关系示于图3。在本实施例中，制造空心率分别不同的热敏颗粒的试样，分别浸渍在油浴中升温，测定产生热变形的工作温度、作为响应速度测定达到规定量的变形所需要的时间，与实施例1相同。准备了8种空心率不同的试样作为热敏颗粒，用没有空心部分(空心率0％)的试样作为比较用，进行试验测定。由表2和表3可知，空心部分的形成对加快响应速度是有效的，可确定，从加快响应速度、稳定工作温度的方面来看，空心率较好为在15％以上、25％以下。

表2

空心率(vo1％)	响应速度(秒)	工作温度(℃)
			0	23	134.2
5	21	134.2
			10	20	134.1
15	17	133.8
			20	15	133.6
25	14	133.1
			30	13	131.9
35	13	130.3
			40	13	129.8

另一方面，当动作促进化处理是用于热敏颗粒的热塑性树脂的多层化或者混存化的情况时，可通过软化·熔融的第1树脂材料的选定来设定工作温度，通过组合具有较第1树脂材料低的熔点的第2树脂材料，可形成热敏颗粒用的热塑性树脂。如图5F和图5G所示，从加快响应速度、稳定化工作温度、制造的容易性方面来看，热敏颗粒的多层化较好为在颗粒的直径方向配置层叠的方式和在颗粒的长边方向配置层压的方式。另外热敏颗粒多层化以及混存化的情况时，如表1和图4的结果可知，从提高响应速度和工作温度的稳定化的方面来看，第2树脂材料相对于第1树脂材料的体积占有率较好在30vol％以下。

因此，如在热敏材料中选择了结晶度在20％以上的烯烃、第1树脂材料中选择了熔点为135℃的HDPE时，第2树脂材料可选择熔点为110℃的LDPE或者熔点为115℃的LLDPE使用。另外，相对于熔点为170℃的均聚PP，也可从PP嵌段聚合物或者与无规PP等相同PP系中选择第1以及第2树脂材料。将制造的热敏颗粒多层化时，与表1以及图4所示的混存化的热敏颗粒相同，从提高响应速度、稳定工作温度的方面来看，第2树脂材料相对于第1树脂材料的体积占有率较好在30vol％以下。

热敏颗粒的动作促进化处理，从制造作业的效率化的角度来看，较好为，在将熔融状态的热塑性树脂挤出成形的线材加工工序(拉丝工序)中，为了轻质化形成空心部分、为了多层化用异种树脂材料形成叠层、或者为了混存化混合异种树脂材料的方式。另外，即使将热敏颗粒的空心部分的形成以及异种树脂材料的多层化或者混存化兼用也是有效的，可以提高热敏颗粒在规定的工作温度下的开关响应速度。

Claims (5)

1.热敏颗粒型温度熔断器，其中，具有收置热塑性树脂的热敏颗粒(10)的金属外壳(12)、固接在该外壳(12)的一端的在端部形成有第1电极的第1引线部件(14)、固接在上述外壳(12)的另一端的在外壳内壁面形成有第2电极的第2引线部件(16)、在上述外壳(12)内具有推压上述热敏颗粒(10)的弹簧体(24，26)以及可动导体(20)的开关功能构件，在工作温度下，通过上述热敏颗粒(10)的软化融来开关上述第1电极以及上述第2电极之间的电通路，对上述热敏颗粒(10)实施提高上述工作温度下的开关响应速度的动作促进化处理，上述动作促进化处理是采用异种树脂材料的上述热敏颗粒(10)的多层化处理或者混存化处理。

2.如权利要求1所述的热敏颗粒型温度熔断器，其特征还在于，上述动作促进化处理是在线材加工工序中的通过异种树脂材料形成叠层而进行的多层化处理，或者在线材加工工序中的通过混合异种树脂材料而进行的混存化处理。

3.如权利要求1所述的热敏颗粒型温度熔断器，其特征还在于，上述异种树脂材料含有决定上述工作温度的第1树脂材料和具有较第1树脂材料低的熔点的第2树脂材料。

4.如权利要求3所述的热敏颗粒型温度熔断器，其特征还在于，上述多层化处理是在上述热敏颗粒(10)的直径方向或者长边方向上层叠树脂材料，上述第2树脂材料相对于上述第1树脂材料的体积占有率在30vol％以下。

5.如权利要求3所述的热敏颗粒型温度熔断器，其特征还在于，上述混存化处理中上述第2树脂材料相对于上述第1树脂材料的体积占有率在30vol％以下。

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