專利名稱：采用熱敏材料體的熱熔斷器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及采用熱敏材料體的熱熔斷器，該熱熔斷器利用了熱敏材料在溫度升高的情況下發(fā)生熱變形而具有的流動性特征，使其能夠在一精確的溫度下起作用，具體的是，本發(fā)明涉及采用熱敏材料體的熱熔斷器，其使用的熱敏材料由在軟化或熔化時能表現(xiàn)出流動性特征的熱塑性樹脂組成。
相關技術的描述通常，根據(jù)所使用的熱敏材料可以將熱熔斷器分成2種類型。第一種類型的熱熔斷器采用的是由非導電熱敏材料構成的熱敏材料體，而另一種熱熔斷器采用的則是導電性熱敏材料的低熔點合金。這兩者都稱為非重接性熱開關。當周圍溫度上升并且達到一個指定溫度時，熔斷器起作用而切斷或?qū)▋x器或裝置中的載電流通路從而起到保護作用。熔斷器的工作溫度由所使用的熱敏材料確定。通常，市售產(chǎn)品中的熱熔斷器的工作溫度在60℃至240℃之間，額定電流在0.5A至15A的范圍內(nèi)，熱熔斷器作為電保護器件使得在起始的普通溫度下所處的起始導電或中斷狀態(tài)在預先一確定的溫度下發(fā)生轉化而成為中斷或?qū)ǖ臓顟B(tài)。在上述熱熔斷器中，應用熱敏材料體的熱熔斷器是由以下部件組成的一個具有兩個相對末端的套筒，附著在套筒上的引入部件，和非導電熱敏材料組成的材料體，一個壓縮彈簧以及安裝在套筒中的可移動導體。達到指定的工作溫度時，材料體軟化或熔化，壓縮彈簧推進并且加壓，因此作用于可移動導體上，使其發(fā)生移動而改變導通或中斷狀態(tài)或者相反。典型的熱敏材料體由具有指定熔點的化學制劑形成，并且制成指定的幾何形狀，制粒(granulated)，制成片狀，這樣就制成片粒狀的材料體。
應用熱敏材料體的熱熔斷器通常采用由單一的具有已知熔點的有機化學化合物組成，要將其制成熱敏材料體，需要加入粘合劑、潤滑劑、顏料等等材料，這些材料的作用分別是加強其成形特性、提供均勻的密度和劃分熱敏材料體的類型，然后將這樣得到的介質(zhì)造粒成形。此單一的有機化合物包括4-甲基-7-羥基香豆素，這是一種純的化學制劑，如在日本專利公開號S60-138819的實施例中揭示的。此外，如日本專利公開號2002-163966和日本專利號2551754所揭示的，可以將兩種或更多類型的有機化合物混合在一起來制備并使用具有不同熔點的熱敏材料。一般來說，共熔混合物在熱穩(wěn)定性和絕緣穩(wěn)定性上令人滿意。然而，據(jù)說如果和一種預定的化學制劑相混合，所得的熔點也會有所變動。進一步說，這些化學制劑是低分子量的化合物，而且是諸如保證試劑或其它高純度類似試劑的化學試劑。此外，日本實用新型出版號H6-12594指出了與造粒成形相關的缺點，這些缺點有關熱敏材料體熔化以及因此發(fā)生分解時熱敏材料體所具有的耐絕緣性能。
日本專利公開號S50-138354和日本實用新型公開號S51-145538揭示了由石蠟或類似的熱敏可熔物質(zhì)或抗熱、非導電、合成樹脂材料構成的熱敏材料。然而，這些例子都沒有投入實際應用，這是因為它們都利用了熱敏材料自身的熔化，因此在設定一個確定的工作溫度方面有一定的問題，而且熱敏材料體也會發(fā)生長期變化。此外，日本專利公開號2003-317589揭示了一種采用熱敏材料體的熱熔斷器，其所應用的熱敏材料由熱塑性樹脂與填料混合而成。然而，很難對熱熔斷器設定一個高度精確的、穩(wěn)定的工作溫度。
發(fā)明概述對于采用熱敏材料體的熱熔斷器，在選擇熱敏材料時，需要熱敏材料容易成形并且能夠提供非常精確和穩(wěn)定的工作溫度。例如，將一種化學試劑用作熱敏材料時，該材料會在溫度高到和其熔點接近時由于升華而縮小，在高濕度條件下儲存或使用時由于潮解而溶化并縮小。任一種情況都會導致熱熔斷器的錯誤接通或切斷，從而不能保證穩(wěn)定的工作溫度。此外，采用熱敏材料體的熱熔斷器會受到其環(huán)境的影響，而且，因為它是由粉末材料成形的，所以不夠堅固，容易破裂或碎裂或產(chǎn)生類似的缺陷。這樣，該熔斷器在熱、物理和化學方面都不夠穩(wěn)定，因此需要一種能夠解決上述缺陷并且改善其特性的令人滿意的熱敏材料。
此外，采用的熱敏材料由熱塑性樹脂組成，并且利用其在溫度上升時的軟化或熔化的熱熔斷器還有另一個與確定工作溫度方法相關的問題，也就是其工作溫度有明顯的變化。具體地說，對于在溫度升高時發(fā)生熱變形的熱敏材料并不能清楚地確定其操作響應速度，這點和工作溫度的精確度都是投入實際應用的障礙。而且，還不清楚什么樣的熱塑性樹脂性質(zhì)有利于成形和能夠確保材料體在指定的工作溫度下迅速發(fā)生熱變形。因此，究竟應當選擇何種熱敏材料仍然是一個有待解決的困難問題。
本發(fā)明從物理和化學的角度考慮了所選擇的用于熱熔斷器熱敏材料體的熱敏材料，從而確保其在指定的溫度迅速起作用。更具體地，本發(fā)明考慮的采用熱敏材料體的熱熔斷器可以對其工作溫度進行調(diào)節(jié)，這樣就能在其生產(chǎn)過程中便于成形，減少其作為成品在貯存和使用過程中的敗壞，并且使其能對局限在一定變動范圍內(nèi)的指定工作溫度迅速做出響應。
此外，本發(fā)明考慮了利用熱敏材料流動性的高精確度熱敏熱熔斷器。更具體地，該熔斷器采用的熱敏材料，在選擇時要考慮其流動性特征，這樣熔斷器就能可靠地在指定溫度下起作用。為了解決這一問題，在選擇作為熱敏材料的熱塑性樹脂時，要根據(jù)其在合適的成形條件下所具有的流動性以及其在操作中對熱變形的迅速響應。此外，為了達到高精確度和穩(wěn)定的工作溫度，工作溫度的變動范圍必須很小，而且熱敏材料體的升華和潮解也必須降至最低程度。為了達到這一目的，可以用JIS K7210所定義的流動性特征測量熔體流動速率(MFR)來確定熱敏材料在接近工作溫度的高溫條件下的流動性，來降低產(chǎn)品在成形過程中的缺陷型破裂或碎裂，以及提高工作溫度的精確度和響應速度，從而改善其絕緣電阻并且使其在高溫下能夠經(jīng)受電壓。
本發(fā)明的熱熔斷器采用的熱敏材料體包括通過一個絕緣套管固定在金屬圓柱套筒一端開口處的第一引入部件，彎曲而固定在套筒另一端開口處的第二引入部件，以及安裝在套筒內(nèi)的一個開關功能部件，該開關功能部件包括一個熱敏材料體、一個與熱敏材料體接觸的可移動導體、和對可移動導體施壓的彈簧部件。在指定的工作溫度下，熱敏材料體軟化或熔化而將彈簧部件從負載力中釋放出來，從而使得彈簧部件推動可移動導體，以此改變位于第一和第二引入部件之間電路的開關狀態(tài)，熱敏材料體由熱敏材料形成，熱敏材料的選擇依據(jù)是其在軟化或熔化時表現(xiàn)出來的流動性特征。
優(yōu)選的熱敏材料是具有的流動性特征至少為0.5g/10分鐘的熱塑性樹脂，更優(yōu)選的至少為1.0g/10分鐘，流動性特征是用熔體流動速率表示的。優(yōu)選的是，將工作溫度設定在外推起始熔化溫度與外推終止熔化溫度之間，用彈簧部件所施加的力加以調(diào)節(jié)。合適的熱塑性樹脂是結晶度至少為20％的聚烯烴。這樣，熱熔斷器的熱敏材料體就能利于成形并且降低長時間使用而發(fā)生的變化，以及將產(chǎn)品的變化降至最低，從而獲得高精確度和穩(wěn)定的工作溫度。
本發(fā)明的采用熱敏材料體的熱熔斷器在另一方面包括一個含有熱敏材料體的開關功能部件(對熱敏材料體加熱和加壓時，在低于指定工作溫度的條件下該熱敏材料體即開始變形)，和一個與熱敏材料體接觸的可移動導體；一個圓柱形的套筒，在套筒內(nèi)安裝有開關功能部件；固定在圓柱形套筒一端開口處的第一引入部件，該部件的末端有一個第一電極；固定在圓柱形套筒另一端開口處的第二引入部件，而圓柱形套筒的內(nèi)表面即為其提供第二電極。熱敏材料體在指定的工作溫度下發(fā)生變形，從而讓彈簧部件推動可移動導體，使得可移動導體與第一電極在連通或斷開的狀態(tài)之間發(fā)生轉換，以此控制第一和第二引入部件之間電路的導通斷開狀態(tài)。熱敏材料體由熱敏材料形成，熱敏材料由所具有的以熔體流動速率表示的流動性特征至少為0.5g/10分鐘的熱塑性樹脂組成。
優(yōu)選的是，可移動導體含有一個能與第一電極接觸或分離的觸片和一個通常以滑動的方式與第二電極及彈簧部件接觸的觸片，彈簧部件包括一個弱壓縮的彈簧和一個強壓縮彈簧，位于兩者之間的是可移動導體，強壓縮彈簧位于可移動導體的對面，而有相應的壓力板位于其間。優(yōu)選的是，熱敏材料是結晶的熱塑性樹脂，其熔體流動速率(MFR)至少為1.0g/10分鐘，其結晶度至少為20％，優(yōu)選使用的是稱作烯烴聚合物的烯烴樹脂或聚烯烴。聚烯烴通常指的是乙烯、丙烯、丁烯、戊烯或類似的烯烴或二烯烴，或者是類似的其中含有雙鍵分子的脂肪族不飽和碳氫化合物的聚合物或共聚物。聚烯烴包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基戊烯(PMP)等等，其在軟化或熔化時具有流動性，與之相關的熔體流動速率(MFR)落在一個特定的范圍內(nèi)，使得工作溫度局限在一定的變動范圍中，并因此顯著地改善精確度。
可以通過將主要材料與一系列添加劑、增強材料和填料混合來調(diào)節(jié)熱敏材料，并使其具有所期望的操作特性。此外，除了選擇主要材料之外，也可以通過聚合、共聚合、塑化或混合樹脂材料、或用另一種催化劑合成或純化熱塑性樹脂來調(diào)節(jié)工作溫度，這樣就能降低與潮解和升華相關的熱敏材料體的重量損失，改善抗電壓特性，并且提高材料體的強度從而減少由破裂、碎裂和/或其它情況引起的缺陷。這樣，就可以用擠壓或注射的成形方法來生產(chǎn)材料體，從而提高熱熔斷器的加工性能和操作性能。這樣的熱熔斷器可以廉價地生產(chǎn)并且迅速地做出響應。
以熔體流動速率作為其流動性特征的指標來選擇熱敏材料體所采用的熱敏材料。如此提供的熱熔斷器，各產(chǎn)品之間的設定工作溫度差異就是有限的，因此產(chǎn)品高度可靠。與此不同，對于傳統(tǒng)的熱敏材料，盡管它們可能具有相同的熔點，但是它們可能是硬性或軟性的材料，如果緩慢地提高溫度，它們各自的工作溫度會有明顯的差異。而且，如果快速提高溫度，則會表現(xiàn)出響應時間差異這一缺點。恰恰相反，本發(fā)明熱敏材料的選擇根據(jù)的是其在軟化或熔化時表現(xiàn)出來的流動性特征，因此所提供的熱熔斷器所具有的工作溫度差異很小，而且所得的響應時間差異也很小，這樣就能始終表現(xiàn)出穩(wěn)定的操作特征。
具體地說，采用結晶度至少為20％的聚烯烴能便于成形，并改善所提供的材料體強度。此外，如果將熱熔斷器置于高濕度氣氛或有害氣體中，伴隨著時間推移，該熱熔斷器可以保持穩(wěn)定，而且腐蝕較少，這樣可以避免其絕緣性能的削弱。因此，不僅在儲存時，在使用時也一樣，該熔斷器可以避免電學特性或其它特性的變差、降低長時間使用時發(fā)生的變化、在指定的工作溫度下精確地起作用、并且有助于提高穩(wěn)定性和可靠性以及提供其它類似的實用效果。
可以通過改變熱敏材料發(fā)生熱變形的溫度和彈簧部件(彈簧部件由一個強壓縮的彈簧和一個弱壓縮的彈簧組合在一起形成)所施加的壓力調(diào)節(jié)本發(fā)明的熱熔斷器的工作溫度。更具體地，如果熱敏材料是熱塑性的，那么對于熱塑性材料在軟化或熔化時表現(xiàn)出來的流動性特征，則采用如JIS K7210所定義的“一種測試塑性-熔體流動(MFR)和熔體體積流動率(MVR)的方法”中的熔體流動速率作為指標來選擇材料。具體地，如果熱塑性樹脂是聚乙烯(PE)，那么就采用JIS K7121中所述的“用于成形和擠壓塑性-聚乙烯(PE)的材料——第二部分如何制備測試樣片并且獲得一系列特性”中的熔體流動速率(MFR)指標。此外，對于術語，諸如用以指示熱塑性樹脂軟化或熔化的指標——外推起始熔化溫度，所使用的是根據(jù)JIS K7121定義的“外推起始熔化溫度(Tim)和外推終止熔化溫度(Tem)”。如此，本發(fā)明中使用的這些術語由JIS標準的定義來解釋。本發(fā)明提供的采用熱材料體的熱熔斷器允許將其工作溫度設定在一個很寬的范圍內(nèi)，僅有有限的變動，其操作精確度高而且操作迅速。
前述的和其它的本發(fā)明的目的、特征、方面和優(yōu)點將會在結合附圖的情況下在本發(fā)明的詳細描述中變得更加明顯。
附圖簡要說明

圖1A和1B分別是本發(fā)明的采用熱敏材料體的熱熔斷器在操作前和操作后的剖面圖。
圖2表示本發(fā)明熱熔斷器所使用的熱敏材料的流動性特征和其工作溫度之間的關系。
優(yōu)選實施例描述本發(fā)明的采用熱敏材料體的熱熔斷器的一個優(yōu)選實施例，如圖1A和1B為例所示，包括用一個樹脂密封件19通過絕緣套管17固定在金屬圓柱套筒12一端開口處的第一引入部件14，彎曲并固定在套筒12另一端開口處的第二引入部件16，以及安裝在套筒12內(nèi)的一個開關功能部件。該開關功能部件包括一個熱敏材料體10、一個與熱敏材料體10接合的可移動導體20、和壓縮可移動導體20的彈簧部件24和26。在本發(fā)明的熱熔斷器中，在指定的工作溫度下，熱敏材料體10軟化或熔化而將彈簧部件24和26從負載力中釋放出來，從而推動可移動導體20，以此導通或中斷位于第一和第二引入部件14和16之間的電路。
在熱敏材料體變形后，彈簧部件的壓力和張力推動可移動導體而斷開或?qū)娏?，并因此開關電路。熱敏材料體10由熱敏材料組成，該熱敏材料的特征是依據(jù)其在軟化或熔化時表現(xiàn)出來的流動性特征進行選擇。這就能使應用熱敏材料體的熱熔斷器具有高度可靠的工作溫度和很高的實用價值。從這種觀點來看，以熔體流動速率表示的流動性特征，優(yōu)選的是至少為0.5g/10分鐘，更優(yōu)選的是至少為1.0g/10分鐘。對于熱敏材料，優(yōu)選使用熱塑性樹脂。特別優(yōu)選聚烯烴，在各種聚烯烴中，更優(yōu)選的是結晶度至少為20％的聚烯烴。優(yōu)選地，將工作溫度設定在熱塑性樹脂的外推起始熔化溫度(Tim)和外推終止熔化溫度(Tem)之間，并通過彈簧部件所施加的力進行調(diào)節(jié)。
在本發(fā)明中，熱敏材料或熱塑性樹脂的流動性特征由熔體流動速率(MFR)表示，在JIS K7210中，MFR定義為一種測試熱塑性樹脂的方法，而該測試的條件、溫度等等根據(jù)感興趣的塑性材料加以確定。例如，如果該材料用于JISK6922聚乙烯(PE)的成形和擠壓，那么測試溫度設定為190℃。對于成膜，采用的是MFR大約為0.01至0.1的材料，盡管這樣的材料流動性較差，而對于用來擠壓或注射成形的熱敏材料，優(yōu)選MFR至少為0.1的樹脂。例如，如JISK7210所定義的，使用的測試儀器為裝有加熱器的圓筒，圓筒的長度在115mm至18mm之間，其內(nèi)徑為9.55±0.025mm，該圓筒裝有樣品，并且有一個活塞，在活塞的上端加上一個砝碼。砝碼的重量設定為3.19N，測定在指定的測試溫度下，10分鐘之內(nèi)擠壓出來的材料數(shù)量(以克計)。
此外，用作結晶熱塑性樹脂的聚烯烴中，聚乙烯(PE)包括低密度聚乙烯(LDPE)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量聚乙烯(超高分子量PE)、極低密度聚乙烯(VLDPE)。作為共聚物，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)、乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯的共聚物(GMA)、乙烯、丙烯酸甲酯和馬來酸酐的共聚物，等等。此外，相同的HDPE還根據(jù)應用方法(它們?nèi)绾纬尚蔚鹊?進一步進行分類，并且根據(jù)成形如擠壓、注射、拉制、制管、制膜等等加以區(qū)別。而且，也有出售分別用于不同應用方面的具有不同MFR的材料。例如，如果高密度聚乙烯注射成形材料體，優(yōu)選使用MFR在5至50g/10分鐘的PE。
通常，具有MFR在5至50g/10分鐘用于例如制膜的材料，其流動性較差，將這樣的材料用作熱敏材料就會使工作溫度變動很顯著，因而很難開發(fā)用作實際應用。此外，采用熱敏材料體的熱熔斷器可以利用彈簧的壓力來設定所期望的工作溫度，而且也可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)所需的工作溫度，調(diào)節(jié)的方法是對熱塑性樹脂的熔點、外推起始熔化溫度(Tim)和外推終止熔化溫度加以選擇。通常，對于低分子量的化合物，其峰值熔化溫度(Tpm)和其外推終止熔化溫度(Tem)之間的差異越小，該化合物就越適合用作熱熔斷器熱敏材料體的材料。然而，采用的外推起始熔化溫度(Tim)和峰值熔化溫度(Tpm)在一定程度上有一個范圍(或者說溫度差異至少為5℃)，并通過調(diào)節(jié)壓制熱敏材料體用的壓力負載力來設定工作溫度可以給所設定的工作溫度提供更大的自由度。從這種觀點看，采用的熱敏材料體要在低于指定工作溫度的條件下就開始熔化或發(fā)生類似的變形。
用密度對聚乙烯(PEs)分類如下，根據(jù)它們各自的密度，聚乙烯具有不同的熔點，其提供的MFR大約為0.01至50g/10分鐘。
LDPE密度0.910-0.935，熔點105-110℃HDPE密度0.941-0.965，熔點130-135℃除此之外，有的LLDPE的熔點在120-130℃，而超高分子量PE的熔點為135-138℃，對于相同的材料，可以將其密度轉換成溫度從而得到它們的熔點。然而，值得注意的是，熱變形溫度不僅可以用聚合程度加以調(diào)節(jié)，也可以通過LDPE、HDPE、LLDPE等的相互混合進行調(diào)節(jié)，又可通過加入增塑劑降低熱變形溫度。
此外，還有用于樹脂的輔助材料，分為三種類型添加劑、增強材料、和填料。添加劑通常包括抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、成核劑、增容劑、著色劑、抗微生物制劑、抗真菌劑、潤滑劑、和發(fā)泡劑。其中，比較主要的是抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑和成核劑(因為成核劑能夠提高結晶度)和著色劑(因為它可確定溫度范圍)。增強材料包括云母、碳酸鈣、玻璃纖維、芳香族聚酰胺纖維等等，這些可以在，例如，共聚物或彈性體中的熱敏材料體的軟化程度超過所需或需要在高溫條件下仍然保持熱敏材料體的物理尺寸穩(wěn)定性的情況下加入。填料包括滑石、粘土、碳酸鈣和類似的填充劑。注意，將填充劑加入樹脂中是為了降低樹脂原材料的成本。此外還有阻燃劑，使樹脂的可燃性降低，以及抗靜電制劑，能防止樹脂積聚電荷。這些輔助材料可以用合適的方式混合加入。
第一個實施例本實施例中制造了如圖1A和1B所示的應用熱敏材料體的熱熔斷器。圖1A是操作前該熔斷器在室溫通常條件下的剖面圖，而圖1B是操作以后該熔斷器在升高的溫度異常條件下的剖面圖。作為熱敏材料，使用的是高密度聚乙烯(具有的熔點大約是132℃)，一種聚烯烴。將該材料成形為熱敏材料體10，并且將其安裝在金屬圓柱形套筒12中，該套筒的一端開口處固定著第一引入部件14，而其另一端開口處彎曲固定著第二引入部件16。第一引入部件14通過絕緣套管17固定，與套筒12之間絕緣，并伸入其中，該引入部件的一個末端裝有第一電極15。此外，第一引入部件14具有一個外部導向部分，該部分通過一個保護用的絕緣套管用樹脂密封件19固定在套筒12的一個開口處。第二引入部件直接彎曲而與套筒12固定連接，而套筒12的一個內(nèi)表面則作為第二電極12a。
套筒12內(nèi)還安裝了一個開關功能部件，該部件包括熱敏材料體10、可移動導體20、和彈簧部件24和26。可移動導體20有一個能與第一電極15接觸和分離的觸片，和一個通?？苫瑒拥貙ǖ诙姌O12a的觸片。優(yōu)選的是，與第一電極連接和分離的觸片是一個用于導通電流提高穩(wěn)定性的中央觸片。此外，與套筒12內(nèi)表面的第二電極12a點接觸的移動導體20，優(yōu)選是一個星形的部件，這樣它就能平穩(wěn)地滑動而確?？煽康碾娏鲗?。彈簧部件包括強壓縮的彈簧24和弱壓縮的彈簧26。在室溫下，如圖1A的例子所示，強壓縮的彈簧24比弱壓縮的彈簧26的彈力要大，彈簧24對可移動導體20施加壓力，并使其和第一電極15接觸。具體而言，優(yōu)選的是強壓縮的彈簧24、可移動導體20和熱敏材料體10分別把壓力板28和29夾在中間，因為這樣的排列便于裝配，也使彈簧能夠穩(wěn)定地工作。
在異常條件下，即當溫度達到指定的工作溫度時，如圖1B例子所示，熱敏材料體軟化或熔化，并且發(fā)生變形從而將彈簧部件從負載力中釋放出來，這樣彈簧26就施加壓力并因此推動可移動導體20。強壓縮彈簧24的釋放程度則超過其沖程。因此，弱壓縮彈簧26在其沖程范圍內(nèi)推動可移動導體20，而可移動導體在位于套筒12內(nèi)表面的第二電極12上滑動。這樣移動的可移動導體20就和第一電極15分離而關掉位于第一和第二引入部件14和16之間的電路。注意，盡管圖1A和1B以例子的形式顯示了采用熱敏材料體的熱熔斷器在通常情況下導通和在異常情況下斷開的情況，對于某些彈簧部件的排列和配置方式，也有可能所提供的采用熱敏材料體的熱熔斷器的工作情況正相反，也就是，在通常情況下斷開而在異常情況下導通，這種采用熱敏材料體的熱熔斷器也包括在本發(fā)明的技術范圍內(nèi)。
在本實施例中，熱敏材料體10是由購自日本聚乙烯公司的高密度聚乙烯(HDPE)熱敏材料構成的，該材料的熔體流動速率(MFR)為2.0g/10分鐘，其熔點約為132℃。此外，根據(jù)不同的應用，該HDPE有用于制膜、注射成形、擠壓成形等等的類型，一系列類型由其制成的產(chǎn)品也有出售。從這些HDPE，可以選擇熔體流動速率(MFR)不同的HDPE用來制造熱熔斷器。更具體地，選擇了6種類型的HDPE，其MFR分別為0.05g/10分鐘、0.14g/10分鐘、0.5g/10分鐘、1.0g/10分鐘、2.0g/10分鐘、和40g/10分鐘，用來制成6組采用不同熱敏材料體的熱熔斷器的原型(prototype)。然后，對每個組測定10個工作溫度不同的原型產(chǎn)品而獲得最大工作溫度max，最小工作溫度min，平均工作溫度x和變動范圍R，如表1所示。此外，圖2代表了根據(jù)所得的測量值得出的熱敏材料的流動性特征和工作溫度之間的關系。
表1

一般地可以說，如果變動范圍R在4℃(±2℃)的范圍內(nèi)，則工作溫度是滿意可靠的。如此，對于工作溫度大約為132℃的情況，4種類型的MFR，0.5g/10分鐘、1.0g/10分鐘、2.0g/10分鐘、和40g/10分鐘落在實際應用范圍內(nèi)。從該結果同樣顯而易見的是，對于HDPE，優(yōu)選與流動性相關的MFR至少為0.5g/10分鐘的，更優(yōu)選的是MFR至少為1.0g/10分鐘。此外，以不同的速度，即1℃/分鐘和2℃/分鐘提升溫度，類似地試驗并測定工作溫度。這樣所得的測量值并不造成顯著的差異。
從表1和圖2中顯然可以看出，具有的MFR低于0.5g/10分鐘也就是MFR為0.14g/10分鐘和0.05g/10分鐘的熱敏材料高密度聚乙烯(HDPE)，所得的工作溫度平均值x迅速提高，變動范圍R也有所提高，超過了實際應用的極限，即R±2℃至R±3℃。更具體地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對于所示熔點為132℃的HDPE，采用熱敏材料體的熱熔斷器所使用的熱敏材料的MFR，如果低于0.5g/10分鐘，實際應用時會產(chǎn)生問題。與此不同，具有的MFR為0.5g/10分鐘或更高的4種類型能夠獲得穩(wěn)定的工作溫度和較小的變動范圍R，發(fā)現(xiàn)這些能夠使采用熱敏材料體的熱熔斷器以高精確度進行操作。具體是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)MFR為1.0g/10分鐘或更高能夠使操作精確度達到大約1℃(±0.5℃)，使得操作穩(wěn)定高度可靠并因此具有明顯的實用價值。
當熱塑性材料由結晶熱塑性樹脂組成時，可以合適地使用聚烯烴，這些聚烯烴選自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基戊烯(PMP)等等。此外，可以采用結晶熱塑性樹脂、使用在指定溫度下熔化或軟化的材料作為主要材料、并對主要材料添加一系列添加劑、增強材料或填料來調(diào)節(jié)熱敏材料，從而獲得所需的操作特征。例如，除了選擇主要材料外，也可以用聚合、共聚合、塑化或混合樹脂材料，或用另一種催化劑合成或純化熱塑性樹脂的方法來調(diào)節(jié)工作溫度，這樣就能降低與潮解和升華相關的熱敏材料體的重量損失，改善承受電壓特性，并且提高材料體的強度從而減少由破裂、碎裂等等其他類似。此外，可以用注射或擠壓成形的方法來生產(chǎn)材料體，從而提高熱熔斷器的加工性能和操作性能，并且廉價地生產(chǎn)出響應速度顯著提高的熱熔斷器。
彈簧部件，或強壓縮彈簧24和弱壓縮彈簧26，在熱敏材料體10加熱至其熱變形溫度時，通過對彈簧施加改變過的負載力來對熱敏材料體10加壓即可實現(xiàn)對工作溫度的調(diào)節(jié)。例如，如果彈簧部件施加三種不同的負載力，分別是2.25N、2.88N和3.04N，那么負載力越大，工作溫度就越低。對樣品進行的測試結果表明，盡管工作溫度依賴于所選擇的MFR和采用的升溫速率，但是對于MFR為2.0g/10分鐘、采用的升溫速率為1℃/分鐘的熱敏材料，將負載力從2.25N改變到3.04N能夠在大約1℃的范圍內(nèi)降低工作溫度。因此，改變施加在熱敏材料體上的負載力可以調(diào)節(jié)工作溫度。注意，熱敏材料體是由強壓縮彈簧24，而弱壓縮彈簧26是由可移動導體20進行加壓的。在本實施例中，除了熱敏材料體是由所選擇的熱敏材料制成之外，評估試驗所用的是具有類似SEFUSE結構的樣品，購自NEC SCHOTT Components Co.的采用熱敏材料體的熱熔斷器。
由銅、黃銅或類似的合適熱導材料形成的金屬圓柱形套筒12在相反兩端各具有一個開口，這兩個開口上分別連接了第一和第二引入部件14和16。金屬圓柱形套筒12安裝有一個開關功能組件，該開關功能組件包括一個熱敏材料體、由銀合金形成的可移動導體20(在該可移動導體的中央及邊緣部分都裝有觸片)、和彈簧部件24和26(包括強和弱壓縮彈簧)。熱敏材料體主要由能夠在彈簧部件壓縮條件下，在特定溫度發(fā)生熱變形的熱塑性樹脂組成，該材料體經(jīng)過成形和調(diào)節(jié)而提供所需的指定工作溫度。根據(jù)熔體流動速率(MFR)來選擇在指定工作溫度發(fā)生熱變形的熱敏材料，采用的是MFR為0.5g/10分鐘或更大的熱敏材料。根據(jù)試驗所得的結果來確定MFR，使用MFR不同的聚乙烯(PE)獲得有關熱敏材料的流動性特征和工作溫度之間關系的測量結果。
對于熱塑性樹脂設定工作溫度時，發(fā)現(xiàn)即使是外推起始熔化溫度(Tim)和峰值熔化溫度(Tpm)之間溫度差異ΔT很大的熱敏材料也不會影響精確度，而較大的ΔT有利于設定工作溫度。此外，也可以通過選擇代表熱敏材料流動性的MFR值以及選擇彈簧部件的彈性壓力來設定工作溫度。這樣，就將工作溫度設定在作為熱敏材料的熱塑性樹脂的外推起始熔化溫度(Tim)和峰值熔化溫度(Tpm)之間，同時可以根據(jù)與流動性相關的MFR值和彈簧部件的彈性力來調(diào)節(jié)工作溫度。優(yōu)選這種方法，是因為它能夠在設定工作溫度時提供更大的自由度。
然后，研究了結晶熱塑性樹脂的結晶度是如何影響工作溫度的。所使用的結晶熱塑性樹脂是MFR為2.0g/10分鐘的聚乙烯(PE)。使用7種類型的結晶度從10％到80％的熱敏材料作為樣品，并裝入SEFUSE中，如前文所述，用購自NEC SCHOT Components Co.的采用熱敏材料體的熱熔斷器來測定工作溫度。對于每一種類型，都測定10種樣品，從中得到它們各自最大和最小工作溫度之間的差異，并在工作溫度項中用差異值(R)進行比較。得到的結果列于表2。從表2中明顯看出，熱敏材料的結晶度優(yōu)選地至少為20％，更優(yōu)選地至少為40％，因為這樣能夠降低工作溫度的差異值。
表2

這樣，作為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，例如圖1A和1B所示，提供了一種采用熱敏材料體的熱熔斷器，包括一個開關功能部件，該開關功能部件含有熱敏材料體10的(該熱敏材料體在受熱和受壓時，在低于指定的工作溫度時即開始變形)，還含有與熱敏材料體接觸的可移動導體20，以及對可移動導體10施壓的彈簧部件24和26；一個圓柱形套筒12，該套筒中安裝了開關功能部件；固定在圓柱形套筒12一端開口處的第一引入部件14，在其一個末端裝有第一電極15；和固定在圓柱形套筒12另一端開口處的第二引入部件16，圓柱形套筒12的內(nèi)表面為其提供第二電極12a，其中熱敏材料體10在指定的工作溫度下發(fā)生變形，從而允許彈簧部件24和26推動可移動導體20，使得可移動導體20和第一電極15之間在導通和斷開的狀態(tài)下發(fā)生轉換，來導通第一和第二電極15和12a之間的電路，而熱敏材料體10由熱敏材料形成，該熱敏材料由熱塑性樹脂組成，其以用熔體流動速率表示的流動性特征至少為0.5g/10分鐘。
盡管已經(jīng)對本發(fā)明進行描述并做了詳細說明，很容易理解的是，這樣的描述和說明僅僅用作說明和實例，而不能理解成對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍只由附加的權利要求所限制。
權利要求
1.一種采用熱敏材料體的熱熔斷器，其特征在于，該熔斷器包括通過一個絕緣套管固定在金屬圓柱形套筒一端開口處的第一引入部件，彎曲而固定在套筒另一端開口處的第二引入部件，以及安裝在套筒內(nèi)的一個開關功能部件，該開關功能部件包括一個熱敏材料體、一個與熱敏材料體接觸的可移動導體、和對可移動導體施壓的彈簧部件，在指定的工作溫度下，熱敏材料體軟化或熔化而從負荷條件下釋放出彈簧部件，從而使得彈簧部件推動可移動導體，以此導通或中斷位于第一和第二引入部件之間的電路，其中，所述的熱敏材料體由熱敏材料構成，熱敏材料的選擇依據(jù)是其在軟化或熔化時表現(xiàn)出來的流動性特征。
2.根據(jù)權利要求1所述的熱熔斷器，其特征在于，其中所述的熱敏材料是以熔體流動速率表示的流動性特征至少為0.5g/10分鐘的熱塑性樹脂。
3.根據(jù)權利要求2所述的熱熔斷器，其特征在于，其中所述的工作溫度設定在所述熱塑性樹脂的外推起始熔化溫度和外推終止熔化溫度之間，而且由所述彈簧部件施加的力來進行調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權利要求2所述的熱熔斷器，其特征在于，所述的熱塑性樹脂是結晶度至少為20％的聚烯烴。
5.一種采用熱敏材料體所述的熱熔斷器，其特征在于，該熔斷器包括一個開關功能部件，該開關功能部件含有熱敏材料體，該熱敏材料體在受到加熱和加壓時，在低于指定的工作溫度時即開始變形，該開關功能部件還含有與熱敏材料體接觸的可移動導體，以及對可移動導體施壓的彈簧部件；一個圓柱形套筒，該套筒中安裝了所述的開關功能部件；固定在所述圓柱形套筒一端開口處的第一引入部件，并且在第一引入部件一個末端裝有第一電極；和固定在所述圓柱形套筒另一端開口處的第二引入部件，所述圓柱形套筒的內(nèi)表面為其提供第二電極，其中所述熱敏材料體在指定的工作溫度下發(fā)生變形，從而允許所述彈簧部件推動所述可移動導體，使得可移動導體和第一電極之間在導通和斷開的狀態(tài)下發(fā)生轉換，來控制所述第一和第二電極之間電路的開關狀態(tài)，而所述熱敏材料體由熱敏材料形成，該熱敏材料由熱塑性樹脂組成，其用熔體流動速率表示的流動性特征至少為0.5g/10分鐘。
6.根據(jù)權利要求5所述的熱熔斷器，其特征在于，其中所述的可移動導體含有一個能與第一電極接觸或分離的觸片和一個通常以滑動的方式與所述第二電極及所述彈簧部件相接觸的觸片，該彈簧部件包括一個弱壓縮彈簧和一個強壓縮彈簧，位于弱壓縮彈簧和強壓縮彈簧之間的是所述可移動導體，所述強壓縮彈簧位于所述可移動導體的對面，而具有對應的壓力板的熱敏材料體則位于兩者之間。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種采用熱敏材料體的熱熔斷器，該熱熔斷器所提供的工作溫度僅有有限的變化，而且其操作的精確度很高，因此高度可靠。為了達到該目的，采用熱敏材料體的熱熔斷器包括一個開關功能部件，該部件包括一個熱敏材料體、一個可移動導體和一個彈簧部件。在指定的工作溫度下，熱敏材料體軟化或熔化從而將彈簧部件從負載力中釋放出來，而使彈簧部件外推可移動導體，從而改變位于第一電極和第二電極之間電路的開關狀態(tài)。熱敏材料體由熱敏材料形成，根據(jù)其軟化或熔化時表現(xiàn)出來的流動性特征加以選擇。
文檔編號H01H37/32GK1835161SQ20051009593
公開日2006年9月20日 申請日期2005年8月23日 優(yōu)先權日2005年3月17日
發(fā)明者吉川時弘 申請人:恩益禧肖特電子零件有限公司