JPH07192599A

JPH07192599A - 予防ヒューズ

Info

Publication number: JPH07192599A
Application number: JP6214727A
Authority: JP
Inventors: Albert Dr Comberg; コムバークアルバート; Rainer Dr Waser; ヴァザーライナー
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 1995-07-28
Also published as: DE59410123D1; US6133819A; DE4330534A1; EP0643401B1; EP0643401A2; EP0643401A3

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】複数の相異なる負荷を監視でき、構成が単純な
ヒューズを提供する。【構成】負荷依存性の予防ヒューズ１０は、ハウジング
１１内にＴＤＲセラミック１２を備えており、ここから
接続リード１４が外へと導出されてり、監視すべき装置
に加わる少なくとも第一の型の負荷を検出しており、こ
の予防ヒューズ１０内に、セラミック材料（以降はＴＤ
Ｒセラミック１２と呼ぶ）が使用されており、この電気
絶縁状態が、前記第一の型の負荷である時間の関数とし
て、および第二の型の負荷の関数として、半導性状態へ
と変化し、この結果として、直流電圧Ｕを接続リード１
４を通してＴＤＲセラミック１２へと印加するときに、
電流の増加が予防ヒューズ１０のための活性化の基準を
形成し、この基準が予め決定可能な条件下に満足され、
所望の作動時間τを決定している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハウジング内に電子的
セラミックを備えており、ここから接続リードが外側へ
と導出されており、監視すべき装置に対して加わる少な
くとも第一の型の負荷を検出するための、負荷依存性の
予防ヒューズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気回路用のヒューズそれ自体は既知で
ある。これらは、電気回路に対して不所望な、一般的に
は予見不可能な負荷が加わり、電気回路だけでなく、電
気回路に接続された装置および機械に対して損傷を引き
起こしうる場合に、電気回路だけでなく、電気回路に接
続された装置および機械を保護するために、使用されて
いる。これらの負荷は、送電線における電圧ピーク、装
置の不適当な使用によって引き起こされたショート、高
すぎる常温または湿度の度合いが高すぎること等であり
うる。従って、ヒューズ、サーミスタまたはヒューミス
タが、別々に、または互いに組み合わせて使用されてい
る。このヒューズは、以降は、負荷ヒューズとも呼ぶ。

【０００３】電気回路の過電圧を制限するために、例え
ば、ＥＰ─Ｂ１─０１３７０４４に開示されているよう
に、バリスタを使用することができ、この中では、半導
性のチタン酸ストロンチウムセラミックの電気特性を利
用している。異なるセラミック結晶の電気特性が、例え
ば、Ｒ．ウォーサー（Waser ）の、「ペロブスカイト型
チタン酸塩の直流電気的劣化（dc Electrical Degradat
ion of Perovskite-Type Titanate ）：ＩＩ、単結晶
（Single Crystals ）」（「Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓ
ｏｃ．」７３、（６）１６５４〜６２頁、１９９０年）
と題する文献から知られている。

【０００４】しかし、非常に多くの場合において、ヒュ
ーズが作動を開始する点にまで達することはない。この
電気装置および電気回路は、むしろ、負荷が所定の動作
時間または持続時間加わった後で、選択的にスイッチオ
フされるべきであり、即ち、予防的にスイッチオフされ
るべきである。特定の負荷間隔の後に安全上の理由から
機械を手入れしなければならない場合に、これはしばし
ば生ずる。こうした機械には、例えば、車または航空機
のエンジンが挙げられる。また、近い将来にこの装置が
壊れ、装置がまだ機能している間に装置を交換すること
が、装置が不備になってから装置を交換することより
も、簡単で安い見込みであるときには、装置を予防的に
スイッチオフする必要性が促される。光源のような他の
装置においては、特定の特性、例えば輝度が、手入れの
長さに応じて減少するので、この装置を交換しなければ
ならず、この一方、電気抵抗のような他の特性は、未だ
満足できる。こうしたヒューズも、以下は、予防ヒュー
ズと呼ぶ。

【０００５】この予防ヒューズの重要な部品は、消費時
間計、キロ路程計または流量計である。一般には、計り
の読み取りを利用して光学的または音響的な警告信号を
活性化させ、これによって装置を、手作業でまたは制御
ユニットを使用して、スイッチオフすることができる。
活性化が消費時間のみに依存する予防ヒューズを、以降
は、時間依存性予防ヒューズと呼ぶ。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、多くの場合
に、予防ヒューズの活性化の引き金が、測定した物理的
パラメーターの組み合わせまたは特定の配列によって引
かれるものが、有利である。これらの場合においては、
論理的に相互接続された予防ヒューズを使用する。しば
しば、この作動時間だけでなく、この作動時間の間の機
械の蓄積された負荷をも、メンテナンス間隔の基準とし
て、利用しなければならない。例えば、これは、車のエ
ンジンにあてはまる。このメンテナンス間隔を決定する
ためには、一般的には、キロ路程の読みのみを監視する
だけでは、不十分である。一時的に蓄積されたエンジン
の負荷も、記録しなければならない。交通渋滞の結果と
して長時間にわたってエンジンを作動させながら、この
間走行距離の読みが変化しないままであることが、考え
られる。

【０００７】これらのエンジンに対して加わる負荷は、
しばしば、エンジンの作動温度に対して直接に比例す
る。即ち、エンジンの温度が高ければ高いほど、エンジ
ンに加わる負荷が高くなる。この理由から、この作動時
間、一時的に蓄積される作動温度および従って一時的に
蓄積される作動負荷を、活性化の基準として、同時に監
視する予防ヒューズが有利である。この種の予防ヒュー
ズも、以降は、「負荷制御予防ヒューズ」と呼ぶ。技術
の現状によれば、こうした問題は、温度と時間とに対し
て別々のメーターを設けた予防ヒューズによって解決さ
れている。しかし、別々の各メーターによっては、予防
ヒューズに対して取り付けるのに失敗するおそれがあ
る。この結果、組み立てられた予防ヒューズが失敗する
危険性は、それぞれの個別の部材が失敗する危険性より
も、高くなる。更に、こうした組み立て体を設置するコ
ストは、各部材を設置するコストよりも高い。

【０００８】本発明の目的は、単一の部材として、複数
の相異なる負荷を監視することができ、その構成が単純
であり、従って、取り付けに失敗する危険性と設置コス
トとが最小限となっている、負荷依存性予防ヒューズを
提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明においては、この
目的が、電気絶縁状態が、第一の型の負荷である時間の
関数として、および第二の型の負荷の関数として、半導
性状態へと変化するセラミック材料（以降はＴＤＲセラ
ミック（１２）と呼ぶ）が使用されており、この結果と
して、直流電圧Ｕを接続リード（１４）を通してＴＤＲ
セラミック（１２）へと印加するときに、電流の増加が
前記ヒューズのための活性化の基準を形成しており、こ
の基準が予め決定可能な条件下に満足され、所望の作動
時間τを決定することを特徴とする予防ヒューズによっ
て、達成される。

【００１０】本発明の更なる有利な態様を、サブクレー
ムに続けて示した。

【００１１】本発明による予防ヒューズは、電極を備え
た電子的セラミックを備えており、これはハウジング内
に装備されており、これらの電極用の接続リードを備え
ている。また、本発明によるこの電子的セラミックは、
以降はＴＤＲ（Time Dependent Resistor ：時間依存性
抵抗体）セラミックと呼ぶことにするが、時間に依存す
る抵抗体であり、これは、時間の関数として、準絶縁状
態から半導性状態へと移行し、この移行が活性化の基準
を構成している。本発明による予防ヒューズが作動して
いる間は、このＴＤＲセラミックに対して、接続リード
を通して、直流（ｄｃ）電圧が印加されるものであり、
作動時間の終わりには、この電流の上昇が、記録され、
評価されるものである。

【００１２】監視すべき装置の温度が一定である場合に
は、本予防ヒューズは、本発明に従って、予め決定でき
る作動時間数の後に、作動状態に入ることができる。

【００１３】本発明によって、ＴＤＲセラミックの作動
時間τを、温度Ｔおよび印加された直流電圧Ｕおよびこ
のＴＤＲセラミックの上または中にある各電極の間隔ｄ
の双方によって、規定の方法で制御することができる。
驚くべきことに、次の法則が適用されることを発見し
た。

【００１４】

【数２】 τ＝Ａ（Ｕ／Ｕ₀）ⁿ¹（ｄ／ｄ₀）ⁿ²ｅｘｐ（Ｅ_A／ｋＴ）

【００１５】この等式において、係数Ａ、乗数ｎ１およ
びｎ２、更には活性化エネルギーＥ _Aは、物質依存定数
である。Ｕ₀およびｄ₀は、それぞれ、単位電圧および
単位長さを示す。セラミック材料を変更することによっ
て、特に、係数Ａを幾つかのオーダーの大きさで変更す
ることができ、正確に調整することができる。

【００１６】上記の等式に従うと、本発明による予防ヒ
ューズは、監視すべき装置の温度によっても影響を受け
る。従って、本発明によって、監視すべき装置の作動温
度および時間の双方によって影響を受け、双方の測定値
の組み合わせを準自動的に活性化基準として使用する、
非常に単純な負荷依存性予防ヒューズを提供する。

【００１７】しかし、監視すべき装置の温度が、適当な
活性化基準を構成していないこともまた、考えられる。
この場合には、ＴＤＲセラミックを、固有の加熱部材と
共に、本発明による単純な方法で設けるものであり、固
有の加熱部材は、正の温度係数を有する抵抗体によって
形成することができ、以降はＰＴＣ素子と呼ぶ。

【００１８】本発明においては、直流電圧を印加したと
きに、その電気抵抗が時間に依存する挙動を示すよう
な、あらゆる既知の電子的セラミックを使用することが
できる。こうしたＴＤＲセラミックは、例えば、「Ｊ．
Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．７３（６）１６５４〜６２
頁、１９９０年」から既知であり、この文献を本明細書
中に引用する。本発明の範囲内においては、ＣａＴｉＯ
₃、ＳｒＴｉＯ₃またはＢａＴｉＯ₃のような、ペロブ
スカイト型の、ドープされたまたはドープされていない
アルカリ土類チタン酸塩を使用することが好ましい。こ
のアルカリ土類金属イオンを、ナトリウムイオンまたは
カリウムイオンのようなアルカリイオン０．９〜１．１
ａｔｍ％で置換することによって、ドーピングを実施す
ることができる。他の可能なドーピングとしては、上記
した第一の可能なドーピンの代わりに使用することがで
き、または組み合わせて使用することができるが、０．
１〜３ａｔｍ％の量で、マグネシウム、アルミニウム、
バナジウム、クロム、マンガン、鉄、ニッケルまたはコ
バルトのような受容体イオンによって、チタンをドーピ
ングすることである。

【００１９】このＴＤＲセラミックを、例えば、炭酸ス
トロンチウム、二酸化チタンおよびニッケルヒドロキシ
カーボネートから製造する事ができ、この組成は、

【化２】ＳｒＴｉ_1.01Ｎｉ_0.001Ｏ₃ である。この出発粉末を、最初に粉砕し、９５０℃〜１
１００℃の範囲内の温度で仮焼し、再度粉砕し、プレス
し、酸素中１４８０℃で２時間焼成した。続いて、この
ＴＤＲセラミックを切断して、最大数ミリメートルの厚
さを有する円板とし、真空蒸着または焼成によって適当
な金属ペーストを付着させることによって、この両側に
電極を設けた。この金属としては、銀、金、白金、パラ
ジウムまたは他の貴金属またはこれらの合金を使用する
ことが適当である。純粋に時間制御の予防ヒューズを得
るためには、電極を備えたこのセラミック円板の一方の
側面または両方の側面を、

【化３】ＳｒＴｉ_1.01Ｎｉ_0.001Ｏ₃ から製造したＰＴＣ素子と熱的に接触させることができ
る。

【００２０】このＰＴＣ素子は、既知のＰＴＣセラミッ
クからなっていてよい。これらには、例えば、純粋なＢ
ａＴｉＯ₃、または「０ａｔｍ％＜」で「＜５０ａｔｍ
％」のＰｂＴｉＯ₃および／または「０ａｔｍ％＜」で
「＜５０ａｔｍ％」のＳｒＴｉＯ₃を含有しているＢａ
ＴｉＯ₃の固溶体が挙げられる。ＰＴＣ素子は、例え
ば、７０ａｔｍ％のＢａＴｉＯ₃と３０ａｔｍ％のＰｂ
ＴｉＯ₃からなっていてよく、これによって、約２６０
℃のキュリー温度を有している。ＢａＴｉＯ₃をベース
とした、他のＰＴＣセラミックには、０．１〜０．３ａ
ｔｍ％のランタン、イットリウム、ビスマス、アンチモ
ン、タンナルまたはニオブがドープされている。前記の
熱的な接触は、薄いＡｌ₂Ｏ₃またはＡｌＮ円板によっ
て行うことができ、または薄いマイカ板によって行うこ
とができ、これに対してセラミック部材が耐温度性接着
剤によって接着されている。また、このＰＴＣ素子の電
極は、ハウジングから突出している他のリードと共に、
ハウジングから外に導出されており、これらは、電気的
に分離しつつ、または、マイカ板を省略したときには、
共通の接地接点と共に、外側へと導出することができ
る。作動時には、直流電圧を印加することによって、Ｐ
ＴＣ素子をほぼキュリー温度にまで加熱する。このＰＴ
Ｃ素子の耐温度特性によって、既知の方法で温度の自己
安定化がもたらされる。上記の等式に従うと、このＴＤ
Ｒセラミックの作動時間τは、ここでは電圧に依存して
いる。

【００２１】上記したように、このＰＴＣ素子がないと
きは、得られるヒューズは、時間依存性および温度依存
性の予防ヒューズである。このＰＴＣ素子は、例えば、
金属ブラケット等によって置き換えることができる。こ
の場合には、この予防ヒューズの作動時間は、電圧Ｕお
よび厚さｄによって支配されるだけでなく、監視すべき
装置の接触領域における、全体の温度変化によっても支
配される。

【００２２】ＰＴＣ素子を備えている上記の予防ヒュー
ズの作動時間を、現在の値である数時間から数百時間へ
と増大させるためには、

【化４】ＳｒＴｉ_1.01Ｎｉ_0.001Ｏ₃ からなるＴＤＲセラミックを、１３４０℃で６時間焼成
させ、つづいて、アルゴン下に２００バールの圧力およ
び１２８０℃の温度でホットプレスし、続いて８００℃
で８時間、後焼きもどし（ポストテンパー）処理をしな
ければならない。

【００２３】更に、この作動時間τは、仮焼され、粉砕
された出発粉末に対して、１ｍｏｌ％のチタン酸バリウ
ムシリケート（Ｂａ₂Ｓｉ₂ＴｉＯ₈）を添加すること
によって、焼成温度によって顕著に変更することができ
る。

【００２４】また、このＴＤＲセラミックは、多層構造
体として構成し、その内部電極の間の間隔ｄを数十から
数百μｍとすることができ、このヒューズを極度に低い
電圧で作動させることができる。この場合には、乗数ｎ
２の値が、１と１．１との間で変動する。

【００２５】

【実施例】実施例によって、添付図面を参照しつつ、本
発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明に係る予防
ヒューズ１０を示す平面図である。この予防ヒューズ１
０が備えているハウジング１１は、ＴＤＲセラミック１
２および、必要に応じて、ＰＴＣ素子を完全に包囲して
いる。このＴＤＲセラミック１２またはＰＴＣ素子１３
の電極１７に導く接続リード１４は、ハウジング１１の
外に導出されている。これらは、電源および／または評
価ユニットに接続されている。監視すべき装置の上への
このハウジング１１の装着を可能とするためには、貫通
口２６を備えているビルトオンされた接続面１５を設け
ることができ、またこの面は、ハウジング１１の低い方
の末端プレートの延長部分を形成するように構成するこ
とができる。このハウジング１１は、あらゆる所望の材
料から構成することができるが、しかし、好ましくは、
銅から製造されている。これは、特に接続面１５に関連
している。このハウジング１１それ自体は、立方体また
は直方体の形状であってよい。ＴＤＲセラミック１２
は、このハウジングの内側に存在しており、必要に応じ
て存在するＰＴＣ素子１３は、円形のベースを備えた円
筒形状であるので、このハウジング１１内に残る空間に
は、グラスウール１６が充填されている。更に、図１
は、ＴＤＲセラミック１２の電極１７を示す。

【００２６】図２は、本発明のＴＤＲセラミック１２の
絶縁抵抗Ｒが、時間ｔと共にどのように変化するかを示
している。

【００２７】

【化５】ＳｒＴｉ_1.01Ｎｉ_0.001Ｏ₃ について示した曲線１８の傾きは、２６０℃の一定温度
Ｔ、８０Ｖの電圧Ｕおよび０．５ｍｍの間隔ｄでの傾き
にほぼ対応しており、この絶縁抵抗１９は、最初は１０
⁸Ωにのぼっているが、しかし、約２時間後には、領域
２０での約１０⁵Ωの値にまで減少する。この依存性、
即ち、作動時間τが、温度、印加電圧およびＴＤＲセラ
ミックの上または中の電極１７間の間隔ｄによって、規
定状態で制御されるという事実は、驚くべきことに、次
の、上記した経験則に対応している。

【００２８】

【数３】 τ＝Ａ（Ｕ／Ｕ₀）ⁿ¹（ｄ／ｄ₀）ⁿ²ｅｘｐ（Ｅ_A／ｋＴ）

【００２９】この等式において、係数Ａ、乗数ｎ１、ｎ
２および活性化エネルギーＥ_Aは、物質に依存する定数
である。Ｕ₀およびｄ₀は、それぞれ、単位電圧および
単位長さを示している。セラミック材料の変更によっ
て、特に、係数Ａを幾つかのオーダーの大きさで変更
し、正確に調整することができ、これによって、図２に
おける曲線１８の下降部分２１を、時間スケールの上
で、右側または左側へと移動させることができる。

【００３０】図３は、本発明に係る予防ヒューズ１０の
断面図であり、予防ヒューズ１０は、ＰＴＣ素子１３お
よび接地接点２２を備えており、接地接点２２がＴＤＲ
セラミック１２から分離されており、ＴＤＲセラミック
１２もまた図示されている。絶縁マイカ板２３が、加熱
ＰＴＣ素子１３とＴＤＲセラミック１２との間に設けら
れている。接続リード１４は、ＴＤＲセラミック１２お
よびＰＴＣ素子１３の電極１７に接続されており、これ
らの分極の方向は、図３において、頂部から底部へと見
て、＋−＋−である。ハウジング１１およびＰＴＣ素子
１３およびＴＤＲセラミック１２の間の空間に、グラス
ウール１６を充填する。上述したように、ＰＴＣ素子１
３の代わりに、ハウジング１１の底部に接続面１５を設
けることができ、接続面１５は、図３には示していない
が、ＴＤＲセラミック１２の下方で直接にハウジング１
１をシールし、このＴＤＲセラミックに対して熱的に接
触している。

【００３１】図４は、本発明に係る予防ヒューズ１０の
断面図であり、ＰＴＣ素子１３と、共通接地接点２４を
備えたＴＤＲセラミック１２とを備えており、従って、
３つの接続リード１４のみが外側に導出されており、こ
の結果分極の方向は＋−＋である。更に、図４に示す予
防ヒューズ１０は、図３に示されたものに対応してい
る。この対応する部分に関しては、図３に関する記載を
参照する。

【００３２】ＴＤＲセラミック１２については、これが
複数の電極１７を備えていてもよく、いまだ積層構造体
からなっていてよいことを注意する。

【００３３】上記した従来技術からそれ自体は既知であ
る、セラミック材料の製造または組成については、次の
製造例を示す。図３に示すような予防ヒューズ１０は、
ＴＤＲセラミック１２として、受容体をドープしたアル
カリ土類金属チタン酸塩、例えば、ニッケルをドープし
たチタン酸ストロンチウムセラミックスと、ドープされ
たチタン酸バリウムまたはチタン酸バリウム／鉛または
チタン酸バリウム／ストロンチウムをベースにした通常
のＰＴＣセラミック１３とによって構成されており、こ
れらは熱的に近く結合されているが、しかし、互いに電
気的に絶縁することができる。

【００３４】このＴＤＲセラミック１３は、例えば、

【化６】ＳｒＴｉ_1.01Ｎｉ_0.001Ｏ₃ の組成を有するセラミック材料をもたらす、炭酸ストロ
ンチウム、二酸化チタンおよびニッケルヒドロキソカー
ボネートの混合物から製造する。これらの出発粉末を、
９５０℃〜１１００℃の範囲内の温度で粉砕し、仮焼
し、再び粉砕し、プレスし、酸素流の中で２時間１４８
０℃で焼成する。続いて、このＴＤＲセラミック１２を
切断して、厚さｄを有する円板を得る（ｄは、０．１〜
２ｍｍの間で変化する。）。この電極１７を、真空蒸着
または焼成によって、適当な金属ペーストを付着させる
ことで、両側に設ける。好適に使用できる金属には、
銀、金、白金、パラジウムまたは他の貴金属またはこれ
らの合金が挙げられる。電極を備えているセラミック円
板の一方の側面または両側面を、ＰＴＣ素子１３と熱的
に接触させ、ＰＴＣ素子１３は、例えば、７０％のＢａ
ＴｉＯ₃および３０％のＰｂＴｉＯ₃からなり、約２６
０℃のキュリー温度Ｔｃをもたらす。この熱的な接触
は、薄いＡｌ₂Ｏ₃またはＡｌＮ円板またはマイカ板２
３によって行うことができ、この上に、セラミック部材
１２、１３が、耐温度性接着剤２５によって固定されて
いる。

【００３５】図３および４に示すように、電気的リード
１４を、電気的に分離して、または、マイカ板２３を省
略したときには、共通の接地接点２４と共に、外側に導
出することができる。作動時には、直流電圧を印加する
ことによって、ＰＴＣ素子１３をほぼＴｃまで加熱す
る。このＰＴＣ素子１３の耐温度特性が、既知の機構に
よって、温度の自己安定化をもたらす。活性化の瞬間、
即ち、ＴＤＲセラミック１２の作動時間τは、上記の等
式に従って、電圧Ｕ、約−２の値を有する、ここで使用
したＴＤＲセラミック１２についての乗数ｎ₁に依存し
ている。図２は、ｄ＝０．５ｍｍの厚さと、約２００ｍ
ｍ²の電極表面積を有するセラミック円板１２の抵抗を
示す。Ｔ＝２６０℃の温度では、８０Ｖの電圧でτ＝２
時間の予防ヒューズの所望の作動時間が達成されてい
る。

【００３６】ＰＴＣ加熱部材１３を備えていない予防ヒ
ューズを、上記したのと同様の方法で製造する。ＰＴＣ
セラミック１３の代わりに接続ブラケット１５を設け
（図１を参照）、接続ブラケット１５によって、このヒ
ューズを、監視すべき装置に近接して熱的に接触させる
ことができる。

【００３７】このヒューズ１０の作動時間は、電圧Ｕお
よび厚さｄに依存するだけでなく、監視すべき装置の接
触領域内における全体の温度変化にも依存している。

【００３８】予防ヒューズは、ＰＴＣ加熱部材１３を備
えていても、備えていなくとも、上記と同様の方法によ
って製造することができる。しかし、この焼成プロセス
を変更することによって、ＴＤＲセラミック１２を、１
３４０℃で６時間焼成する。続いて、このセラミック１
２を、アルゴン中で、２００バールの圧力下で、１２８
０℃でホットプレスし、酸素中で８００℃で８時間、後
焼き戻しする。

【００３９】このセラミック１２の材料の微構造におけ
る変化の結果として、この予防ヒューズ１０の作動時間
τが、パラメーターを変化させないで、約千倍長くな
る。このセラミック円板１２の厚さがｄ＝０．５ｍｍ
で、Ｔ＝２００℃の温度で、および８０Ｖの電圧で、２
０００時間の予防ヒューズの作動時間が達成されてい
る。

【００４０】予防ヒューズ１０は、ＰＴＣ素子１３を備
えていても、備えていなくとも、上記のように製造する
ことができる。１ｍｏｌ％の量のチタン酸ケイ酸バリウ
ム（Ｂａ₂Ｓｉ₂ＴｉＯ₈）を、仮焼および粉砕された
出発粉末に対して添加することができる。この作用によ
って、このヒューズ１０の作動時間τを、この焼成温度
の助けによって顕著に変更することができる。３６０℃
の温度、１２５Ｖの電圧および１ｍｍの円板厚さで、例
えば、１３４０℃で６時間の焼成プロセスによって、作
動時間τ＝１４０時間がもたらされ、１３８０℃で６時
間の焼成プロセスによって、作動時間τ＝２８時間がも
たらされ、１４６０℃で２時間の焼成プロセスによっ
て、作動時間τ＝１１時間がもたらされる。

【００４１】予防ヒューズ１０は、ＰＴＣ素子１３を備
えていても、備えていなくとも、上記したように製造す
ることができ、もしも出発粉末を変更したとすると、前
の節において記載したようにして、製造できる。このＴ
ＤＲセラミック１２は、内側電極の間で１５〜１００μ
ｍの範囲内の間隔ｄを有する、多層構造体として構成さ
れている。これによって、上記の等式に従って、小さな
電圧で作動する装置が可能になる。この乗数ｎ₂は、約
１．０〜１．１である。

【００４２】本発明の特徴は、上記の記載、図１、２、
３、４および請求の範囲において開示するように、個別
にまたはあらゆる組み合わせにおいて、本発明の種々の
態様を実現するのに不可欠である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る予防ヒューズの平面図である。

【図２】本発明のＴＤＲセラミックの絶縁抵抗の経時的
な量の変化を示す。

【図３】ＰＴＣ素子および別体の接地接点を備えた、本
発明に係る予防ヒューズの断面図である。

【図４】ＰＴＣ素子および共通の接地接点を備えた、本
発明に係る予防ヒューズの断面図である。

【符号の説明】

１０予防ヒューズ１１ハウジング１２ＴＤＲセラミック１３ＰＴＣ素子１４接続リード１５接続面１６グラスウール１７電極２２接地接点２３絶縁マイカ板２６貫通口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ライナーヴァザードイツ連邦共和国 52076 アーヘンアムシャーフベーク９アー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジング内に電子的セラミックを備え
ており、ここから接続リードが外側へと導出されてお
り、監視すべき装置に対して加わる少なくとも第一の型
の負荷を検出するための、負荷依存性の予防ヒューズで
あって、電気絶縁状態が、前記第一の型の負荷である時
間の関数として、および第二の型の負荷の関数として、
半導性状態へと変化するセラミック材料（以降はＴＤＲ
セラミック（１２）と呼ぶ）が使用されており、この結
果として、直流電圧Ｕを接続リード（１４）を通してＴ
ＤＲセラミック（１２）へと印加するときに、電流の増
加が前記ヒューズのための活性化の基準を形成してお
り、この基準が予め決定可能な条件下に満足され、所望
の作動時間τを決定することを特徴とする予防ヒュー
ズ。
【請求項２】前記作動時間τ、即ち、前記活性化基準
の満足が、印加される直流電圧Ｕの前記第一および第二
の型の負荷によって支配されており、前記ＴＤＲセラミ
ック（１２）の上または中の電極（１７）の間の間隔ｄ
によって支配されていることを特徴とする、請求項１記
載の予防ヒューズ。
【請求項３】前記セラミック材料にもとづいて、前記
第一の型の負荷が、時間への依存を生じており、前記第
二の型の負荷が、温度への依存を生じており、時間への
依存と温度への依存との関係を、次の経験則によって表
現することができることを特徴とする、請求項２記載の
予防ヒューズ。【数１】 τ＝Ａ（Ｕ／Ｕ₀）ⁿ¹（ｄ／ｄ₀）ⁿ²ｅｘｐ（Ｅ_A／ｋＴ）（ここで、係数Ａ、乗数ｎ１およびｎ２、および活性化
エネルギーＥ_Aは、物質依存定数であり、Ｕ₀およびｄ
₀は、それぞれ、単位電圧および単位長さを示す。）
【請求項４】前記ハウジング（１１）がＴＤＲセラミ
ック１２を装備しており、ＴＤＲセラミック１２に電極
（１７）が設けられており、ＴＤＲセラミック（１２）
がグラスウール（１６）中に埋設されており、このセラ
ミック材料の電気的接続リード（１６）が外側に導出さ
れており、この円形断面領域の少なくとも一つが、この
各々が電極（１７）を備えているが、熱的に影響を受け
うることを特徴とする、請求項３記載の予防ヒューズ。
【請求項５】接続面（１５）を備えている適当に配列
された末端プレートによって前記熱的影響が得られ、こ
の末端プレートを通して、前記予防ヒューズ（１０）
が、監視すべき装置に対して機械的および熱的に結合さ
れていることを特徴とする、請求項４記載の予防ヒュー
ズ。
【請求項６】前記ハウジング（１１）が、ＴＤＲセラ
ミック（１２）の前記部分の中に固有加熱部材を備えて
おり、ＴＤＲセラミック（１２）が熱的に影響を受ける
ことができ、この固有加熱部材もまた外側に延びる接続
リード（１４）を備えており、所定の温度設定を可能と
していることを特徴とする、請求項４記載の予防ヒュー
ズ。
【請求項７】前記固有加熱部材が、冷間伝導性結晶に
よって構成されており、ＰＴＣ素子（１３）と呼ぶが、
ＰＴＣ素子が、ドープされたチタン酸バリウムおよび／
またはチタン酸バリウム／鉛および／またはチタン酸バ
リウム／ストロンチウムをベースにしており、例えば、
７０％ＢａＴｉＯ₃および３０％ＰｂＴｉＯ₃であり、
ＰＴＣ素子が、ＴＤＲセラミック（１２）の一方の面以
上に対して熱的に近接して結合されており、その円形断
面領域上に電極（１７）を備えていることを特徴とす
る、請求項６記載の予防ヒューズ。
【請求項８】前記の熱的な接触が、薄いＡｌ₂Ｏ₃ま
たはＡｌＮ円板または薄いマイカ板（２３）によって行
われており、この一方の面上に、ＴＤＲセラミック（１
２）が付着しており、この他方の面上に、耐温度性接着
剤によって、ＰＴＣ素子（１３）が付着していることを
特徴とする、請求項７記載の予防ヒューズ。
【請求項９】前記ＴＤＲセラミック（１２）および前
記ＰＴＣ素子（１３）の電気的接続リード（１４）が、
電気的に分離された状態でハウジング（１１）の外側へ
と導出されており、このＰＴＣ素子（１３）が、直流電
圧を印加することによって、ほぼキュリー温度Ｔｃにま
で加熱されていることを特徴とする、請求項８記載の予
防ヒューズ。
【請求項１０】前記ＴＤＲセラミック（１２）および
前記ＰＴＣ素子（１３）が、耐温度性接着剤（２５）に
よって他方の頂部に固定されたものであり、これらの電
極が、この領域で共通の接地接点（２４）を形成してお
り、これによって三つの接続リード（１４）のみがハウ
ジングの外へと導出されており、このＰＴＣ素子（１
３）が、直流電圧を印加することによってキュリー温度
Ｔｃにまで加熱されていることを特徴とする、請求項８
記載の予防ヒューズ。
【請求項１１】前記ＴＤＲセラミック（１２）が、ペ
ロブスカイト型の、ドープされたまたはドープされてい
ないアルカリ土類チタン酸塩から製造されていることを
特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つの請求項に
記載の予防ヒューズ。
【請求項１２】前記ＴＤＲセラミック（１２）が、【化１】ＳｒＴｉ_1.01Ｎｉ_0.001Ｏ₃ の組成を有する、ニッケルがドープされたチタン酸スト
ロンチウムセラミックから製造されていることを特徴と
する、請求項１１記載の予防ヒューズ。
【請求項１３】所定の直流電圧Ｕ、−２の乗数ｎ１、
０．５ｍｍのＴＤＲセラミック（１２）の厚さｄおよび
２００ｍｍ²の電極表面積で、２６０℃の温度Ｔで、２
時間の作動時間τが８０Ｖの電圧で得られていることを
特徴とする、請求項１２記載の予防ヒューズ。
【請求項１４】前記ＴＤＲセラミック（１２）が、こ
の出発粉末を粉砕し、９５０℃〜１１００℃で仮焼し、
再度粉砕し、プレスし、１４８０℃で２時間焼成したと
きに得られる特性を備えており、この後、このセラミッ
クを切断して０．１〜２ｍｍの厚さを有する円板として
おり、真空蒸着または焼成によって貴金属またはそれら
の合金からの金属ペーストを付着させることによって電
極（１７）を設けていることを特徴とする、請求項１２
記載の予防ヒューズ。
【請求項１５】前記ＴＤＲセラミック材料が、１３４
０℃で６時間焼成されており、次いで、アルゴン下に２
００バールの圧力で１２８０℃でホットプレスされてお
り、次いで酸素中８００℃で８時間後焼きもどし処理さ
れているときに、前記ＴＤＲセラミック（１２）が、千
倍長い作動時間τを示していることを特徴とする、請求
項１４記載の予防ヒューズ。
【請求項１６】ＴＤＲセラミック（１２）の仮焼さ
れ、粉砕される出発粉末に対して、１ｍｏｌ％のチタン
酸バリウムシリケート（Ｂａ₂Ｓｉ₂ＴｉＯ₈）が添加
されており、ＴＤＲセラミック（１２）が、焼成を６時
間１３４０℃で実施したときに、３６０℃の作動温度、
１２５Ｖの電圧および１ｍｍの厚さで１４０時間の作動
時間τを有しており、焼成を１３８０℃で６時間実施し
たときに作動時間τが２８時間であり、焼成を１４６０
℃で２時間実施したときに１１時間の作動時間が得られ
ることを特徴とする、請求項１４記載の予防ヒューズ。
【請求項１７】ＴＤＲセラミック（１２）が多層構造
体として構成されており、この多層構造体が、約１５〜
１００μｍの間隔ｄを有する内部電極を備えており、こ
の結果として、約１．０〜１．１の乗数ｎ２が得られる
ことを特徴とする、請求項１５記載の予防ヒューズ。