专利名称：采用热敏材料体的热熔断器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及采用热敏材料体的热熔断器，该热熔断器利用了热敏材料在温度升高的情况下发生热变形而具有的流动性特征，使其能够在一精确的温度下起作用，具体的是，本发明涉及采用热敏材料体的热熔断器，其使用的热敏材料由在软化或熔化时能表现出流动性特征的热塑性树脂组成。
相关技术的描述通常，根据所使用的热敏材料可以将热熔断器分成2种类型。第一种类型的热熔断器采用的是由非导电热敏材料构成的热敏材料体，而另一种热熔断器采用的则是导电性热敏材料的低熔点合金。这两者都称为非重接性热开关。当周围温度上升并且达到一个指定温度时，熔断器起作用而切断或导通仪器或装置中的载电流通路从而起到保护作用。熔断器的工作温度由所使用的热敏材料确定。通常，市售产品中的热熔断器的工作温度在60℃至240℃之间，额定电流在0.5A至15A的范围内，热熔断器作为电保护器件使得在起始的普通温度下所处的起始导电或中断状态在预先一确定的温度下发生转化而成为中断或导通的状态。在上述热熔断器中，应用热敏材料体的热熔断器是由以下部件组成的一个具有两个相对末端的套筒，附着在套筒上的引入部件，和非导电热敏材料组成的材料体，一个压缩弹簧以及安装在套筒中的可移动导体。达到指定的工作温度时，材料体软化或熔化，压缩弹簧推进并且加压，因此作用于可移动导体上，使其发生移动而改变导通或中断状态或者相反。典型的热敏材料体由具有指定熔点的化学制剂形成，并且制成指定的几何形状，制粒(granulated)，制成片状，这样就制成片粒状的材料体。
应用热敏材料体的热熔断器通常采用由单一的具有已知熔点的有机化学化合物组成，要将其制成热敏材料体，需要加入粘合剂、润滑剂、颜料等等材料，这些材料的作用分别是加强其成形特性、提供均匀的密度和划分热敏材料体的类型，然后将这样得到的介质造粒成形。此单一的有机化合物包括4-甲基-7-羟基香豆素，这是一种纯的化学制剂，如在日本专利公开号S60-138819的实施例中揭示的。此外，如日本专利公开号2002-163966和日本专利号2551754所揭示的，可以将两种或更多类型的有机化合物混合在一起来制备并使用具有不同熔点的热敏材料。一般来说，共熔混合物在热稳定性和绝缘稳定性上令人满意。然而，据说如果和一种预定的化学制剂相混合，所得的熔点也会有所变动。进一步说，这些化学制剂是低分子量的化合物，而且是诸如保证试剂或其它高纯度类似试剂的化学试剂。此外，日本实用新型出版号H6-12594指出了与造粒成形相关的缺点，这些缺点有关热敏材料体熔化以及因此发生分解时热敏材料体所具有的耐绝缘性能。
日本专利公开号S50-138354和日本实用新型公开号S51-145538揭示了由石蜡或类似的热敏可熔物质或抗热、非导电、合成树脂材料构成的热敏材料。然而，这些例子都没有投入实际应用，这是因为它们都利用了热敏材料自身的熔化，因此在设定一个确定的工作温度方面有一定的问题，而且热敏材料体也会发生长期变化。此外，日本专利公开号2003-317589揭示了一种采用热敏材料体的热熔断器，其所应用的热敏材料由热塑性树脂与填料混合而成。然而，很难对热熔断器设定一个高度精确的、稳定的工作温度。
发明概述对于采用热敏材料体的热熔断器，在选择热敏材料时，需要热敏材料容易成形并且能够提供非常精确和稳定的工作温度。例如，将一种化学试剂用作热敏材料时，该材料会在温度高到和其熔点接近时由于升华而缩小，在高湿度条件下储存或使用时由于潮解而溶化并缩小。任一种情况都会导致热熔断器的错误接通或切断，从而不能保证稳定的工作温度。此外，采用热敏材料体的热熔断器会受到其环境的影响，而且，因为它是由粉末材料成形的，所以不够坚固，容易破裂或碎裂或产生类似的缺陷。这样，该熔断器在热、物理和化学方面都不够稳定，因此需要一种能够解决上述缺陷并且改善其特性的令人满意的热敏材料。
此外，采用的热敏材料由热塑性树脂组成，并且利用其在温度上升时的软化或熔化的热熔断器还有另一个与确定工作温度方法相关的问题，也就是其工作温度有明显的变化。具体地说，对于在温度升高时发生热变形的热敏材料并不能清楚地确定其操作响应速度，这点和工作温度的精确度都是投入实际应用的障碍。而且，还不清楚什么样的热塑性树脂性质有利于成形和能够确保材料体在指定的工作温度下迅速发生热变形。因此，究竟应当选择何种热敏材料仍然是一个有待解决的困难问题。
本发明从物理和化学的角度考虑了所选择的用于热熔断器热敏材料体的热敏材料，从而确保其在指定的温度迅速起作用。更具体地，本发明考虑的采用热敏材料体的热熔断器可以对其工作温度进行调节，这样就能在其生产过程中便于成形，减少其作为成品在贮存和使用过程中的败坏，并且使其能对局限在一定变动范围内的指定工作温度迅速做出响应。
此外，本发明考虑了利用热敏材料流动性的高精确度热敏热熔断器。更具体地，该熔断器采用的热敏材料，在选择时要考虑其流动性特征，这样熔断器就能可靠地在指定温度下起作用。为了解决这一问题，在选择作为热敏材料的热塑性树脂时，要根据其在合适的成形条件下所具有的流动性以及其在操作中对热变形的迅速响应。此外，为了达到高精确度和稳定的工作温度，工作温度的变动范围必须很小，而且热敏材料体的升华和潮解也必须降至最低程度。为了达到这一目的，可以用JIS K7210所定义的流动性特征测量熔体流动速率(MFR)来确定热敏材料在接近工作温度的高温条件下的流动性，来降低产品在成形过程中的缺陷型破裂或碎裂，以及提高工作温度的精确度和响应速度，从而改善其绝缘电阻并且使其在高温下能够经受电压。
本发明的热熔断器采用的热敏材料体包括通过一个绝缘套管固定在金属圆柱套筒一端开口处的第一引入部件，弯曲而固定在套筒另一端开口处的第二引入部件，以及安装在套筒内的一个开关功能部件，该开关功能部件包括一个热敏材料体、一个与热敏材料体接触的可移动导体、和对可移动导体施压的弹簧部件。在指定的工作温度下，热敏材料体软化或熔化而将弹簧部件从负载力中释放出来，从而使得弹簧部件推动可移动导体，以此改变位于第一和第二引入部件之间电路的开关状态，热敏材料体由热敏材料形成，热敏材料的选择依据是其在软化或熔化时表现出来的流动性特征。
优选的热敏材料是具有的流动性特征至少为0.5g/10分钟的热塑性树脂，更优选的至少为1.0g/10分钟，流动性特征是用熔体流动速率表示的。优选的是，将工作温度设定在外推起始熔化温度与外推终止熔化温度之间，用弹簧部件所施加的力加以调节。合适的热塑性树脂是结晶度至少为20％的聚烯烃。这样，热熔断器的热敏材料体就能利于成形并且降低长时间使用而发生的变化，以及将产品的变化降至最低，从而获得高精确度和稳定的工作温度。
本发明的采用热敏材料体的热熔断器在另一方面包括一个含有热敏材料体的开关功能部件(对热敏材料体加热和加压时，在低于指定工作温度的条件下该热敏材料体即开始变形)，和一个与热敏材料体接触的可移动导体；一个圆柱形的套筒，在套筒内安装有开关功能部件；固定在圆柱形套筒一端开口处的第一引入部件，该部件的末端有一个第一电极；固定在圆柱形套筒另一端开口处的第二引入部件，而圆柱形套筒的内表面即为其提供第二电极。热敏材料体在指定的工作温度下发生变形，从而让弹簧部件推动可移动导体，使得可移动导体与第一电极在连通或断开的状态之间发生转换，以此控制第一和第二引入部件之间电路的导通断开状态。热敏材料体由热敏材料形成，热敏材料由所具有的以熔体流动速率表示的流动性特征至少为0.5g/10分钟的热塑性树脂组成。
优选的是，可移动导体含有一个能与第一电极接触或分离的触片和一个通常以滑动的方式与第二电极及弹簧部件接触的触片，弹簧部件包括一个弱压缩的弹簧和一个强压缩弹簧，位于两者之间的是可移动导体，强压缩弹簧位于可移动导体的对面，而有相应的压力板位于其间。优选的是，热敏材料是结晶的热塑性树脂，其熔体流动速率(MFR)至少为1.0g/10分钟，其结晶度至少为20％，优选使用的是称作烯烃聚合物的烯烃树脂或聚烯烃。聚烯烃通常指的是乙烯、丙烯、丁烯、戊烯或类似的烯烃或二烯烃，或者是类似的其中含有双键分子的脂肪族不饱和碳氢化合物的聚合物或共聚物。聚烯烃包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基戊烯(PMP)等等，其在软化或熔化时具有流动性，与之相关的熔体流动速率(MFR)落在一个特定的范围内，使得工作温度局限在一定的变动范围中，并因此显著地改善精确度。
可以通过将主要材料与一系列添加剂、增强材料和填料混合来调节热敏材料，并使其具有所期望的操作特性。此外，除了选择主要材料之外，也可以通过聚合、共聚合、塑化或混合树脂材料、或用另一种催化剂合成或纯化热塑性树脂来调节工作温度，这样就能降低与潮解和升华相关的热敏材料体的重量损失，改善抗电压特性，并且提高材料体的强度从而减少由破裂、碎裂和/或其它情况引起的缺陷。这样，就可以用挤压或注射的成形方法来生产材料体，从而提高热熔断器的加工性能和操作性能。这样的热熔断器可以廉价地生产并且迅速地做出响应。
以熔体流动速率作为其流动性特征的指标来选择热敏材料体所采用的热敏材料。如此提供的热熔断器，各产品之间的设定工作温度差异就是有限的，因此产品高度可靠。与此不同，对于传统的热敏材料，尽管它们可能具有相同的熔点，但是它们可能是硬性或软性的材料，如果缓慢地提高温度，它们各自的工作温度会有明显的差异。而且，如果快速提高温度，则会表现出响应时间差异这一缺点。恰恰相反，本发明热敏材料的选择根据的是其在软化或熔化时表现出来的流动性特征，因此所提供的热熔断器所具有的工作温度差异很小，而且所得的响应时间差异也很小，这样就能始终表现出稳定的操作特征。
具体地说，采用结晶度至少为20％的聚烯烃能便于成形，并改善所提供的材料体强度。此外，如果将热熔断器置于高湿度气氛或有害气体中，伴随着时间推移，该热熔断器可以保持稳定，而且腐蚀较少，这样可以避免其绝缘性能的削弱。因此，不仅在储存时，在使用时也一样，该熔断器可以避免电学特性或其它特性的变差、降低长时间使用时发生的变化、在指定的工作温度下精确地起作用、并且有助于提高稳定性和可靠性以及提供其它类似的实用效果。
可以通过改变热敏材料发生热变形的温度和弹簧部件(弹簧部件由一个强压缩的弹簧和一个弱压缩的弹簧组合在一起形成)所施加的压力调节本发明的热熔断器的工作温度。更具体地，如果热敏材料是热塑性的，那么对于热塑性材料在软化或熔化时表现出来的流动性特征，则采用如JIS K7210所定义的“一种测试塑性-熔体流动(MFR)和熔体体积流动率(MVR)的方法”中的熔体流动速率作为指标来选择材料。具体地，如果热塑性树脂是聚乙烯(PE)，那么就采用JIS K7121中所述的“用于成形和挤压塑性-聚乙烯(PE)的材料——第二部分如何制备测试样片并且获得一系列特性”中的熔体流动速率(MFR)指标。此外，对于术语，诸如用以指示热塑性树脂软化或熔化的指标——外推起始熔化温度，所使用的是根据JIS K7121定义的“外推起始熔化温度(Tim)和外推终止熔化温度(Tem)”。如此，本发明中使用的这些术语由JIS标准的定义来解释。本发明提供的采用热材料体的热熔断器允许将其工作温度设定在一个很宽的范围内，仅有有限的变动，其操作精确度高而且操作迅速。
前述的和其它的本发明的目的、特征、方面和优点将会在结合附图的情况下在本发明的详细描述中变得更加明显。
附图简要说明
图1A和1B分别是本发明的采用热敏材料体的热熔断器在操作前和操作后的剖面图。
图2表示本发明热熔断器所使用的热敏材料的流动性特征和其工作温度之间的关系。
优选实施例描述本发明的采用热敏材料体的热熔断器的一个优选实施例，如图1A和1B为例所示，包括用一个树脂密封件19通过绝缘套管17固定在金属圆柱套筒12一端开口处的第一引入部件14，弯曲并固定在套筒12另一端开口处的第二引入部件16，以及安装在套筒12内的一个开关功能部件。该开关功能部件包括一个热敏材料体10、一个与热敏材料体10接合的可移动导体20、和压缩可移动导体20的弹簧部件24和26。在本发明的热熔断器中，在指定的工作温度下，热敏材料体10软化或熔化而将弹簧部件24和26从负载力中释放出来，从而推动可移动导体20，以此导通或中断位于第一和第二引入部件14和16之间的电路。
在热敏材料体变形后，弹簧部件的压力和张力推动可移动导体而断开或导通电流，并因此开关电路。热敏材料体10由热敏材料组成，该热敏材料的特征是依据其在软化或熔化时表现出来的流动性特征进行选择。这就能使应用热敏材料体的热熔断器具有高度可靠的工作温度和很高的实用价值。从这种观点来看，以熔体流动速率表示的流动性特征，优选的是至少为0.5g/10分钟，更优选的是至少为1.0g/10分钟。对于热敏材料，优选使用热塑性树脂。特别优选聚烯烃，在各种聚烯烃中，更优选的是结晶度至少为20％的聚烯烃。优选地，将工作温度设定在热塑性树脂的外推起始熔化温度(Tim)和外推终止熔化温度(Tem)之间，并通过弹簧部件所施加的力进行调节。
在本发明中，热敏材料或热塑性树脂的流动性特征由熔体流动速率(MFR)表示，在JIS K7210中，MFR定义为一种测试热塑性树脂的方法，而该测试的条件、温度等等根据感兴趣的塑性材料加以确定。例如，如果该材料用于JISK6922聚乙烯(PE)的成形和挤压，那么测试温度设定为190℃。对于成膜，采用的是MFR大约为0.01至0.1的材料，尽管这样的材料流动性较差，而对于用来挤压或注射成形的热敏材料，优选MFR至少为0.1的树脂。例如，如JISK7210所定义的，使用的测试仪器为装有加热器的圆筒，圆筒的长度在115mm至18mm之间，其内径为9.55±0.025mm，该圆筒装有样品，并且有一个活塞，在活塞的上端加上一个砝码。砝码的重量设定为3.19N，测定在指定的测试温度下，10分钟之内挤压出来的材料数量(以克计)。
此外，用作结晶热塑性树脂的聚烯烃中，聚乙烯(PE)包括低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量聚乙烯(超高分子量PE)、极低密度聚乙烯(VLDPE)。作为共聚物，可以使用乙烯及丙烯酸的共聚物(EAA)、乙烯和丙烯酸乙酯的共聚物(EEA)、乙烯和丙烯酸甲酯的共聚物(EMA)、乙烯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物(GMA)、乙烯、丙烯酸甲酯和马来酸酐的共聚物，等等。此外，相同的HDPE还根据应用方法(它们如何成形等等)进一步进行分类，并且根据成形如挤压、注射、拉制、制管、制膜等等加以区别。而且，也有出售分别用于不同应用方面的具有不同MFR的材料。例如，如果高密度聚乙烯注射成形材料体，优选使用MFR在5至50g/10分钟的PE。
通常，具有MFR在5至50g/10分钟用于例如制膜的材料，其流动性较差，将这样的材料用作热敏材料就会使工作温度变动很显著，因而很难开发用作实际应用。此外，采用热敏材料体的热熔断器可以利用弹簧的压力来设定所期望的工作温度，而且也可以根据需要调节所需的工作温度，调节的方法是对热塑性树脂的熔点、外推起始熔化温度(Tim)和外推终止熔化温度加以选择。通常，对于低分子量的化合物，其峰值熔化温度(Tpm)和其外推终止熔化温度(Tem)之间的差异越小，该化合物就越适合用作热熔断器热敏材料体的材料。然而，采用的外推起始熔化温度(Tim)和峰值熔化温度(Tpm)在一定程度上有一个范围(或者说温度差异至少为5℃)，并通过调节压制热敏材料体用的压力负载力来设定工作温度可以给所设定的工作温度提供更大的自由度。从这种观点看，采用的热敏材料体要在低于指定工作温度的条件下就开始熔化或发生类似的变形。
用密度对聚乙烯(PEs)分类如下，根据它们各自的密度，聚乙烯具有不同的熔点，其提供的MFR大约为0.01至50g/10分钟。
LDPE密度0.910-0.935，熔点105-110℃HDPE密度0.941-0.965，熔点130-135℃除此之外，有的LLDPE的熔点在120-130℃，而超高分子量PE的熔点为135-138℃，对于相同的材料，可以将其密度转换成温度从而得到它们的熔点。然而，值得注意的是，热变形温度不仅可以用聚合程度加以调节，也可以通过LDPE、HDPE、LLDPE等的相互混合进行调节，又可通过加入增塑剂降低热变形温度。
此外，还有用于树脂的辅助材料，分为三种类型添加剂、增强材料、和填料。添加剂通常包括抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、成核剂、增容剂、着色剂、抗微生物制剂、抗真菌剂、润滑剂、和发泡剂。其中，比较主要的是抗氧化剂、热稳定剂和成核剂(因为成核剂能够提高结晶度)和着色剂(因为它可确定温度范围)。增强材料包括云母、碳酸钙、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维等等，这些可以在，例如，共聚物或弹性体中的热敏材料体的软化程度超过所需或需要在高温条件下仍然保持热敏材料体的物理尺寸稳定性的情况下加入。填料包括滑石、粘土、碳酸钙和类似的填充剂。注意，将填充剂加入树脂中是为了降低树脂原材料的成本。此外还有阻燃剂，使树脂的可燃性降低，以及抗静电制剂，能防止树脂积聚电荷。这些辅助材料可以用合适的方式混合加入。
第一个实施例本实施例中制造了如图1A和1B所示的应用热敏材料体的热熔断器。图1A是操作前该熔断器在室温通常条件下的剖面图，而图1B是操作以后该熔断器在升高的温度异常条件下的剖面图。作为热敏材料，使用的是高密度聚乙烯(具有的熔点大约是132℃)，一种聚烯烃。将该材料成形为热敏材料体10，并且将其安装在金属圆柱形套筒12中，该套筒的一端开口处固定着第一引入部件14，而其另一端开口处弯曲固定着第二引入部件16。第一引入部件14通过绝缘套管17固定，与套筒12之间绝缘，并伸入其中，该引入部件的一个末端装有第一电极15。此外，第一引入部件14具有一个外部导向部分，该部分通过一个保护用的绝缘套管用树脂密封件19固定在套筒12的一个开口处。第二引入部件直接弯曲而与套筒12固定连接，而套筒12的一个内表面则作为第二电极12a。
套筒12内还安装了一个开关功能部件，该部件包括热敏材料体10、可移动导体20、和弹簧部件24和26。可移动导体20有一个能与第一电极15接触和分离的触片，和一个通常可滑动地导通第二电极12a的触片。优选的是，与第一电极连接和分离的触片是一个用于导通电流提高稳定性的中央触片。此外，与套筒12内表面的第二电极12a点接触的移动导体20，优选是一个星形的部件，这样它就能平稳地滑动而确保可靠的电流导通。弹簧部件包括强压缩的弹簧24和弱压缩的弹簧26。在室温下，如图1A的例子所示，强压缩的弹簧24比弱压缩的弹簧26的弹力要大，弹簧24对可移动导体20施加压力，并使其和第一电极15接触。具体而言，优选的是强压缩的弹簧24、可移动导体20和热敏材料体10分别把压力板28和29夹在中间，因为这样的排列便于装配，也使弹簧能够稳定地工作。
在异常条件下，即当温度达到指定的工作温度时，如图1B例子所示，热敏材料体软化或熔化，并且发生变形从而将弹簧部件从负载力中释放出来，这样弹簧26就施加压力并因此推动可移动导体20。强压缩弹簧24的释放程度则超过其冲程。因此，弱压缩弹簧26在其冲程范围内推动可移动导体20，而可移动导体在位于套筒12内表面的第二电极12上滑动。这样移动的可移动导体20就和第一电极15分离而关掉位于第一和第二引入部件14和16之间的电路。注意，尽管图1A和1B以例子的形式显示了采用热敏材料体的热熔断器在通常情况下导通和在异常情况下断开的情况，对于某些弹簧部件的排列和配置方式，也有可能所提供的采用热敏材料体的热熔断器的工作情况正相反，也就是，在通常情况下断开而在异常情况下导通，这种采用热敏材料体的热熔断器也包括在本发明的技术范围内。
在本实施例中，热敏材料体10是由购自日本聚乙烯公司的高密度聚乙烯(HDPE)热敏材料构成的，该材料的熔体流动速率(MFR)为2.0g/10分钟，其熔点约为132℃。此外，根据不同的应用，该HDPE有用于制膜、注射成形、挤压成形等等的类型，一系列类型由其制成的产品也有出售。从这些HDPE，可以选择熔体流动速率(MFR)不同的HDPE用来制造热熔断器。更具体地，选择了6种类型的HDPE，其MFR分别为0.05g/10分钟、0.14g/10分钟、0.5g/10分钟、1.0g/10分钟、2.0g/10分钟、和40g/10分钟，用来制成6组采用不同热敏材料体的热熔断器的原型(prototype)。然后，对每个组测定10个工作温度不同的原型产品而获得最大工作温度max，最小工作温度min，平均工作温度x和变动范围R，如表1所示。此外，图2代表了根据所得的测量值得出的热敏材料的流动性特征和工作温度之间的关系。
表1
一般地可以说，如果变动范围R在4℃(±2℃)的范围内，则工作温度是满意可靠的。如此，对于工作温度大约为132℃的情况，4种类型的MFR，0.5g/10分钟、1.0g/10分钟、2.0g/10分钟、和40g/10分钟落在实际应用范围内。从该结果同样显而易见的是，对于HDPE，优选与流动性相关的MFR至少为0.5g/10分钟的，更优选的是MFR至少为1.0g/10分钟。此外，以不同的速度，即1℃/分钟和2℃/分钟提升温度，类似地试验并测定工作温度。这样所得的测量值并不造成显著的差异。
从表1和图2中显然可以看出，具有的MFR低于0.5g/10分钟也就是MFR为0.14g/10分钟和0.05g/10分钟的热敏材料高密度聚乙烯(HDPE)，所得的工作温度平均值x迅速提高，变动范围R也有所提高，超过了实际应用的极限，即R±2℃至R±3℃。更具体地，已经发现对于所示熔点为132℃的HDPE，采用热敏材料体的热熔断器所使用的热敏材料的MFR，如果低于0.5g/10分钟，实际应用时会产生问题。与此不同，具有的MFR为0.5g/10分钟或更高的4种类型能够获得稳定的工作温度和较小的变动范围R，发现这些能够使采用热敏材料体的热熔断器以高精确度进行操作。具体是，已经发现MFR为1.0g/10分钟或更高能够使操作精确度达到大约1℃(±0.5℃)，使得操作稳定高度可靠并因此具有明显的实用价值。
当热塑性材料由结晶热塑性树脂组成时，可以合适地使用聚烯烃，这些聚烯烃选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基戊烯(PMP)等等。此外，可以采用结晶热塑性树脂、使用在指定温度下熔化或软化的材料作为主要材料、并对主要材料添加一系列添加剂、增强材料或填料来调节热敏材料，从而获得所需的操作特征。例如，除了选择主要材料外，也可以用聚合、共聚合、塑化或混合树脂材料，或用另一种催化剂合成或纯化热塑性树脂的方法来调节工作温度，这样就能降低与潮解和升华相关的热敏材料体的重量损失，改善承受电压特性，并且提高材料体的强度从而减少由破裂、碎裂等等其他类似。此外，可以用注射或挤压成形的方法来生产材料体，从而提高热熔断器的加工性能和操作性能，并且廉价地生产出响应速度显著提高的热熔断器。
弹簧部件，或强压缩弹簧24和弱压缩弹簧26，在热敏材料体10加热至其热变形温度时，通过对弹簧施加改变过的负载力来对热敏材料体10加压即可实现对工作温度的调节。例如，如果弹簧部件施加三种不同的负载力，分别是2.25N、2.88N和3.04N，那么负载力越大，工作温度就越低。对样品进行的测试结果表明，尽管工作温度依赖于所选择的MFR和采用的升温速率，但是对于MFR为2.0g/10分钟、采用的升温速率为1℃/分钟的热敏材料，将负载力从2.25N改变到3.04N能够在大约1℃的范围内降低工作温度。因此，改变施加在热敏材料体上的负载力可以调节工作温度。注意，热敏材料体是由强压缩弹簧24，而弱压缩弹簧26是由可移动导体20进行加压的。在本实施例中，除了热敏材料体是由所选择的热敏材料制成之外，评估试验所用的是具有类似SEFUSE结构的样品，购自NEC SCHOTT Components Co.的采用热敏材料体的热熔断器。
由铜、黄铜或类似的合适热导材料形成的金属圆柱形套筒12在相反两端各具有一个开口，这两个开口上分别连接了第一和第二引入部件14和16。金属圆柱形套筒12安装有一个开关功能组件，该开关功能组件包括一个热敏材料体、由银合金形成的可移动导体20(在该可移动导体的中央及边缘部分都装有触片)、和弹簧部件24和26(包括强和弱压缩弹簧)。热敏材料体主要由能够在弹簧部件压缩条件下，在特定温度发生热变形的热塑性树脂组成，该材料体经过成形和调节而提供所需的指定工作温度。根据熔体流动速率(MFR)来选择在指定工作温度发生热变形的热敏材料，采用的是MFR为0.5g/10分钟或更大的热敏材料。根据试验所得的结果来确定MFR，使用MFR不同的聚乙烯(PE)获得有关热敏材料的流动性特征和工作温度之间关系的测量结果。
对于热塑性树脂设定工作温度时，发现即使是外推起始熔化温度(Tim)和峰值熔化温度(Tpm)之间温度差异ΔT很大的热敏材料也不会影响精确度，而较大的ΔT有利于设定工作温度。此外，也可以通过选择代表热敏材料流动性的MFR值以及选择弹簧部件的弹性压力来设定工作温度。这样，就将工作温度设定在作为热敏材料的热塑性树脂的外推起始熔化温度(Tim)和峰值熔化温度(Tpm)之间，同时可以根据与流动性相关的MFR值和弹簧部件的弹性力来调节工作温度。优选这种方法，是因为它能够在设定工作温度时提供更大的自由度。
然后，研究了结晶热塑性树脂的结晶度是如何影响工作温度的。所使用的结晶热塑性树脂是MFR为2.0g/10分钟的聚乙烯(PE)。使用7种类型的结晶度从10％到80％的热敏材料作为样品，并装入SEFUSE中，如前文所述，用购自NEC SCHOT Components Co.的采用热敏材料体的热熔断器来测定工作温度。对于每一种类型，都测定10种样品，从中得到它们各自最大和最小工作温度之间的差异，并在工作温度项中用差异值(R)进行比较。得到的结果列于表2。从表2中明显看出，热敏材料的结晶度优选地至少为20％，更优选地至少为40％，因为这样能够降低工作温度的差异值。
表2
这样，作为本发明的一个优选实施例，例如图1A和1B所示，提供了一种采用热敏材料体的热熔断器，包括一个开关功能部件，该开关功能部件含有热敏材料体10的(该热敏材料体在受热和受压时，在低于指定的工作温度时即开始变形)，还含有与热敏材料体接触的可移动导体20，以及对可移动导体10施压的弹簧部件24和26；一个圆柱形套筒12，该套筒中安装了开关功能部件；固定在圆柱形套筒12一端开口处的第一引入部件14，在其一个末端装有第一电极15；和固定在圆柱形套筒12另一端开口处的第二引入部件16，圆柱形套筒12的内表面为其提供第二电极12a，其中热敏材料体10在指定的工作温度下发生变形，从而允许弹簧部件24和26推动可移动导体20，使得可移动导体20和第一电极15之间在导通和断开的状态下发生转换，来导通第一和第二电极15和12a之间的电路，而热敏材料体10由热敏材料形成，该热敏材料由热塑性树脂组成，其以用熔体流动速率表示的流动性特征至少为0.5g/10分钟。
尽管已经对本发明进行描述并做了详细说明，很容易理解的是，这样的描述和说明仅仅用作说明和实例，而不能理解成对本发明的限制，本发明的精神实质和范围只由附加的权利要求所限制。
权利要求
1.一种采用热敏材料体的热熔断器，其特征在于，该熔断器包括通过一个绝缘套管固定在金属圆柱形套筒一端开口处的第一引入部件，弯曲而固定在套筒另一端开口处的第二引入部件，以及安装在套筒内的一个开关功能部件，该开关功能部件包括一个热敏材料体、一个与热敏材料体接触的可移动导体、和对可移动导体施压的弹簧部件，在指定的工作温度下，热敏材料体软化或熔化而从负荷条件下释放出弹簧部件，从而使得弹簧部件推动可移动导体，以此导通或中断位于第一和第二引入部件之间的电路，其中，所述的热敏材料体由热敏材料构成，热敏材料的选择依据是其在软化或熔化时表现出来的流动性特征。
2.根据权利要求1所述的热熔断器，其特征在于，其中所述的热敏材料是以熔体流动速率表示的流动性特征至少为0.5g/10分钟的热塑性树脂。
3.根据权利要求2所述的热熔断器，其特征在于，其中所述的工作温度设定在所述热塑性树脂的外推起始熔化温度和外推终止熔化温度之间，而且由所述弹簧部件施加的力来进行调节。
4.根据权利要求2所述的热熔断器，其特征在于，所述的热塑性树脂是结晶度至少为20％的聚烯烃。
5.一种采用热敏材料体所述的热熔断器，其特征在于，该熔断器包括一个开关功能部件，该开关功能部件含有热敏材料体，该热敏材料体在受到加热和加压时，在低于指定的工作温度时即开始变形，该开关功能部件还含有与热敏材料体接触的可移动导体，以及对可移动导体施压的弹簧部件；一个圆柱形套筒，该套筒中安装了所述的开关功能部件；固定在所述圆柱形套筒一端开口处的第一引入部件，并且在第一引入部件一个末端装有第一电极；和固定在所述圆柱形套筒另一端开口处的第二引入部件，所述圆柱形套筒的内表面为其提供第二电极，其中所述热敏材料体在指定的工作温度下发生变形，从而允许所述弹簧部件推动所述可移动导体，使得可移动导体和第一电极之间在导通和断开的状态下发生转换，来控制所述第一和第二电极之间电路的开关状态，而所述热敏材料体由热敏材料形成，该热敏材料由热塑性树脂组成，其用熔体流动速率表示的流动性特征至少为0.5g/10分钟。
6.根据权利要求5所述的热熔断器，其特征在于，其中所述的可移动导体含有一个能与第一电极接触或分离的触片和一个通常以滑动的方式与所述第二电极及所述弹簧部件相接触的触片，该弹簧部件包括一个弱压缩弹簧和一个强压缩弹簧，位于弱压缩弹簧和强压缩弹簧之间的是所述可移动导体，所述强压缩弹簧位于所述可移动导体的对面，而具有对应的压力板的热敏材料体则位于两者之间。
全文摘要
本发明提供了一种采用热敏材料体的热熔断器，该热熔断器所提供的工作温度仅有有限的变化，而且其操作的精确度很高，因此高度可靠。为了达到该目的，采用热敏材料体的热熔断器包括一个开关功能部件，该部件包括一个热敏材料体、一个可移动导体和一个弹簧部件。在指定的工作温度下，热敏材料体软化或熔化从而将弹簧部件从负载力中释放出来，而使弹簧部件外推可移动导体，从而改变位于第一电极和第二电极之间电路的开关状态。热敏材料体由热敏材料形成，根据其软化或熔化时表现出来的流动性特征加以选择。
文档编号H01H37/32GK1835161SQ20051009593
公开日2006年9月20日 申请日期2005年8月23日 优先权日2005年3月17日
发明者吉川時弘 申请人:恩益禧肖特电子零件有限公司