JPH0461301A - 正特性サーミスタ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、正特性サーミスタ素子に関するもので、特
に、主として消磁用またはモータ起動用の正特性サーミ
スタ素子の、突入電流に対する熱破壊特性を向上させる
ための改良に関するものである。

〔従来の技術］ ＢａＴｉＯ３に微量の不純物および添加物を含有させる
ことにより、正の抵抗温度特性を示す半導体セラミック
になることが知られており、このような半導体セラミッ
クを利用して、正特性サーミスタ素子が提供されている
。

このような正特性サーミスタ素子の用途としては、温度
検知、過熱保護、温度制御、温度補償、定温発熱体、過
電流保護、雰囲気検知、モータ起動、自動消磁、などが
ある。

消磁用回路は、ＴＶブラウン管の残留磁気を消去するた
めに、まず、残留磁気より大きな交流電流を印加し、や
がて、電流を徐々に減衰させ、磁束密度を０に近づけ、
消磁を行なう。正特性サーミスタは、電流印加時に大き
な電流を流し、時間の経過とともに、半導体セラミック
からなる素子本体が発熱し、それによって抵抗が増加す
ることにより、電流が制限され減衰するという特性を有
しており、この特性を利用することにより、正特性サー
ミスタ素子単独で自動的な消磁用回路を構成することが
できる。

また、モータ起動用回路は、モータの起動を行なうため
に、まず、大きな交流電流を印加し、モータが動き出し
た後には、やがて、電流を徐々に減衰させる機能を有す
る。正特性サーミスタ素子は、電流印加時に大きな電流
を流し、時間の経過とともに、素子本体が発熱し、それ
によって抵抗が増加することにより、それ単独でモータ
起動用回路を構成することを可能にする。

［発明が解決しようとする課題］ したがって、正特性サーミスタ素子が、たとえば消磁用
またはモータ起動用に用いられる場合には、このような
正特性サーミスタ素子は、電流制限状態となる前には抵
抗が低く、また、耐電圧特性が高いことが望まれる。こ
のうち、耐電圧特性に関して、素子本体の発熱に伴ない
、素子本体の内部等で割れが生じる、といった熱破壊特
性に対して、特に優れていることが要求される。

しかしながら、従来から用いられている正特性サーミス
タ素子においては、このような熱破壊特性に関して、さ
らに改善されるべき問題があった。

第６図には、従来の典型的な正特性サーミスタ素子１が
示されている。正特性サーミスタ素子１は、正の抵抗温
度特性を示す半導体セラミックからなる素子本体２、お
よび素子本体２の相対向する面にそれぞれ形成された電
極３および４を備える。

このような正特性サーミスタ素子１に対して、電極３お
よび４を介して電圧を印加すると、素子本体２において
発熱が生じる。特に電流制限の際の発熱の様子を、サー
モピュアで見たときの等温線５で示すと、第６図に示す
ようになる。等温線５かられかるように、電流制限の際
の発熱において、素子本体２は、その内部と外部とで温
度差が生じる。

このような温度差は、外部では、外気と接触しているた
め、熱放散量が多く、温度が低くなる傾向にあるのに対
し、放熱の遅い内部では、温度が高くなる傾向があるた
めである。したがって、素子本体２の内部が、外部に比
べて、高抵抗となり内部の方が、外部に比べて、早く熱
応力破壊が生じる。特に、急激な電圧印加のときは、内
部と外部との間で、熱平衡状態の差が大きくなるため、
破壊がより起こりやすい。

それゆえに、この発明の目的は、熱破壊特性に優れた正
特性サーミスタ素子を提供しようとすることである。

［課題を解決するための手段］ この発明は、正の抵抗温度特性を示す半導体セラミック
からなる素子本体、および前記素子本体の相対向する面
にそれぞれ形成された電極を備える、正特性サーミスタ
素子に向けられるものであって、上述した技術的課題を
解決するため、次のような構成を備えることを特徴とし
ている。

すなわち、前記素子本体は、前記電極が形成された面に
界面が現われるように接合された複数の部分からなる。

これら複数の部分のうち、外側に位置するものが、内側
に位置するものに比べて低いキュリー点を有する材料か
ら構成される。

好ましくは、前記複数の部分は、一体焼成により接合さ
れた状態とされる。

［作用コ この発明によれば、素子本体の外部が、内部に比べて、
キュリー点が低いため、先に発熱する。

しかしながら、素子本体の外部は、熱放散量が多いため
、先に発熱した割には温度が上がらず、結果として、素
子本体の外部の温度は、キュリー点が高く、それゆえに
後で発熱する素子本体の内部に与えられる温度に近づけ
られることになる。

［発明の効果コ したがって、この発明によれば、電流制限の際の発熱に
おいて、素子本体の内部と外部との間での温度差が小さ
くなることから、熱応力破壊が生じにくくなり、熱破壊
特性の向上を図ることができる。

また、このように熱応力破壊が生じにくくなるため、機
械的な破壊をより生じやすくする傾向がある素子の小型
化をより容易に行なうことができるようになり、それゆ
えに、このような正特性サーミスタ素子を用いた電気機
器の小型化を図ることができる。

［実施例］ 第１図には、この発明の一実施例による正特性サーミス
タ素子１１が示されている。

正特性サーミスタ素子１１は、概略的には、正の抵抗温
度特性を示す半導体セラミックからなる素子本体１２、
および素子本体１２の相対向する面にそれぞれ形成され
た電極１３および１４を備える。

より詳細には、素子本体１２は、電極１３および１４が
形成された面に界面が現われるように接合された複数た
とえば３つの部分１５，１６．１５からなる。これらの
部分１５，１６．１５のうち、外側に位置する部分１５
．１５は、内側に位置する部分１６に比べて、低いキュ
リー点を有する材料から構成される。

このような正特性サーミスタ素子１１は、たとえば、第
２図ないし第４図に示すような製造工程を経て製造され
ることができる。

まず、低キュリー点ＰＴＣ材料および高キュリー点ＰＴ
Ｃ材料が用意され、これらの材料に対して、乾式成形ま
たはシート成形等をそれぞれ適用することにより、第２
図に示すような低キユリー点材料グリーン体１５ａ、１
５ａおよび高キュリー点材料グリーン体１６ａが製造さ
れる。

次に、同じく第２図に示すように、低キュリー点材料グ
リーン体１５ａ１高キユリー点材料グリーン体１６ａお
よび低キユリー点材料グリーン体１５ａを、この順序で
積重ね、矢印１７および１８で示すように、これらグリ
ーン体１５ａ、１６ａ、１５ａを熱圧着する。

次に、第３図に示すように、圧着されたグリーン体１５
ａ、１６ａ、１５ａは、スライスされる。

第３図において、両方向矢印１９は、スライシングの方
向および位置を示している。

上述のようにしてスライシングされることによって得ら
れた個々の成形体２０は、次いで焼成される。このよう
に焼成された成形体２０は、第１図に示した素子本体１
２となる。なお、素子本体１２のスライシング面を、必
要に応じて、ラップ処理してもよい。

次に、第４図に示すように、素子本体１２のスライシン
グ面に、電極１３および１４がそれぞれ形成され、第１
図に示すような正特性サーミスタ素子が得られる。

以下に、この発明による効果を確認するため、具体的に
行なった実験例について説明する。

低キユリー点材料グリーン体を得るため、７４ｍｏ１％
のチタン酸バリウム、および２４．９５ｍｏ１％のチタ
ン酸ストロンチウムを含有するものに対して、半導体化
剤としての酸化イツトリウムを０．０５ｍｏ１％、鉱化
剤としての５ｉ０２を０，５ｗｔ％、および特性改善剤
としてのＭｎＯ□を０，２ｗｔ％添加し、これを、１１
００℃で２時間仮焼した。次に、このように仮焼された
ものにポリビニルアルコール系バインダを加えた造粒粉
に乾式成形を適用して、３０ｍｍｘ　３０ｍｍＸ６ｍｍ
の角板状の低キユリー点材料グリーン体を形成した。

他方、高キュリー点材料グリーン体を得るため、９７ｍ
ｏ１％のチタン酸バリウム、および２．９５ｍｏ　１％
のチタン酸ストロンチウムを含有するものに対して、半
導体化剤としての酸化イツトリウムを０．０５ｍｏ１％
、鉱化剤としてのＳｉＯ２を０，３ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３
を０．２ｗｔ％、および特性改善剤としてのＭｎＯ□を
０．２ｗｔ％添加して混合粉砕した後、１１００℃で２
時間仮焼した。次いで、このように仮焼されたものにポ
リビニルアルコール系バインダを加えた造粒粉に乾式成
形を適用して、３０ｍｍＸ３０ｍｍｘ６ｍｍの角板状の
高キュリー点材料グリーン体を形成した。

次に、上述のようにして得られた低キユリー点材料グリ
ーン体１５ａおよび高キュリー点材料グリーン体１６ａ
を、第２図に示すように積重ね、２０００ｋｇｆ／ｃｍ
２および６０秒の温間等方プレスを適用して、熱圧着し
た後、３０ｍｍの辺を、第３図に示すように、５分割し
、１８ｍｍｘ１８ｍｍｘ６ｍｍの５個の成形体２０を作
製した。

上述した成形体２０を、１３５０℃で２時間焼成し、１
５ｍｍＸ１５ｍｍｘ５ｍｍの素子本体１２を得た。この
素子本体１２に、第１図に示すように、Ｉｎ−Ｇａから
なる電極１３および１４を形成して、この発明の実施例
による正特性サーミスタ素子１１を得た。

他方、比較例１として、前述した低キユリー点材料グリ
ーン体と同様の組成および方法を用い、また、比較例２
として、前述した高キュリー点材料グリーン体と同様の
組成および方法を用いて、それぞれ、１８ｍｍＸ１８ｍ
ｍＸ６ｍｍの角板状のグリーン体を形成した。これら角
板状グリーン体を、上記実施例と同様、１３５０℃で２
時間焼成し、１５ｍｍＸ１５ｍｍＸ５ｍｍの素子本体を
得た。これら素子本体の各々に、Ｉｎ−Ｇａからなる電
極を形成し、比較例１および２としての正特性サーミス
タ素子を得た。

これら実施例ならびに比較例１および２の特性なお、表
において、「静耐圧」は、正特性サーミスタ素子が破壊
に耐えられる電圧値を示すもので、具体的には、まず、
１００ｖの電圧を３分間印加した後、素子が破壊するま
で、同じサイクルで電圧値を上げていき、破壊が起こっ
たときの電圧値を示している。

また、「Ｆ耐圧」は、突入電流に対する耐電圧のことで
あり、具体的には、まず、１００ｖの電圧を５秒間印加
し、その後、常温まで素子の温度を下げて抵抗値を測定
し、このとき測定した抵抗値が初期の抵抗値と比較して
変化がない場合には、電圧を上げて同様の測定を繰返し
、測定した抵抗値が初期の抵抗値と比較して変化が起き
たときの電圧値を示している。

上記表かられかるように、この発明の実施例は、比較例
１および２に比べて、特に「置設耐電圧」が向上されて
おり、突入電流に対する熱破壊特性の優れたものが得ら
れていると理解できる。

なお、第１図に示した実施例では、素子本体１２は、低
キユリー点部分１５と高キュリー点部分１６とが電極１
３および１４の延びる方向に積重ねられた層構造を有し
ているが、第５図に示すように、素子本体２１が、リン
グ状の低キユリー点部分２２およびそれによって取囲ま
れる高キュリー点部分２３によって構成されるようにし
てもよい。なお、第５図に示すような素子本体２１は、
押出し成形を行なうことによって容易に得ることができ
る。

第５図に示した実施例によれば、高キュリー点部分２３
が、すべて、低キユリー点部分２２によって取囲まれる
ので、この発明による効果をさらに期待することができ
る。

また、上述した各実施例では、所定の断面上で見たとき
、高キュリー点部分１６または２３が中心にあり、その
両側に低キユリー点部分１５または２２がそれぞれ１つ
ずつ位置してしたが、キュリー点の異なる３種類以上の
材料を用い、さらに多段階にキュリー点の異なる部分を
組合わせるようにしてもよい。

また、たとえば低キユリー点部分１５と高キュリー点部
分１６とを接合した状態とするため、前述した実施例で
は、一体焼成を行なったが、別々に焼成して、後で接合
する方法を採用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例による正特性サーミスタ
素子１１を示す正面図である。 第２図ないし第４図は、第１図に示した正特性サーミス
タ素子１１を得るための製造工程を順次示す。 第５図は、この発明の他の実施例に含まれる素子本体２
１を示す斜視図である。 第６図は、従来の正特性サーミスタ素子１を示す正面図
である。 図において、１１は正特性サーミスタ素子、１２．２１
は素子本体、１３．１４は電極、１５゜２２は低キユリ
ー点部分、１６．２３は高キュリー点部分である。 合一、８

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）正の抵抗温度特性を示す半導体セラミックからな
   る素子本体、および前記素子本体の相対向する面にそれ
   ぞれ形成された電極を備える、正特性サーミスタ素子に
   おいて、 前記素子本体は、前記電極が形成された面に界面が現わ
   れるように接合された複数の部分からなり、前記複数の
   部分のうち、外側に位置するものが内側に位置するもの
   に比べて低いキュリー点を有する材料から構成されたこ
   とを特徴とする、正特性サーミスタ素子。
2. （２）前記複数の部分は、一体焼成により接合された状
   態とされる、請求項１に記載の正特性サーミスタ素子。