JPH10208908A - 限流素子およびその製造方法 - Google Patents
限流素子およびその製造方法Info
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- JPH10208908A JPH10208908A JP603997A JP603997A JPH10208908A JP H10208908 A JPH10208908 A JP H10208908A JP 603997 A JP603997 A JP 603997A JP 603997 A JP603997 A JP 603997A JP H10208908 A JPH10208908 A JP H10208908A
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- limiting element
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Abstract
(57)【要約】
【課題】酸化バナジウム系セラミツクスからなる円柱状
の抵抗体の両端に電極をろう材を介してろう付け接合
し、抵抗体表面に低融点ガラスの酸化防止膜を被着して
なる限流素子において、ガラスコートの欠陥を無くし、
長期信頼性に優れる限流素子およびその製造方法を提供
する。 【解決手段】電極３の直径をＶ2 Ｏ3 抵抗体１のそれよ
りも大きくとることにより、電極３とＶ2 Ｏ3 抵抗体１
との接合部の外周をろう溜まりとして、フイレットを形
成し、界面の濡れ不良を改善し、ガラスコートの空孔や
クラックを防止する。また、電極外周の接合面側にテー
パーを設けたテーパ付き電極６を用いることにより、同
様の効果が得られる。ろう材を電極、Ｖ2 Ｏ3 抵抗体１
の端面に形成しておいてもよい。
の抵抗体の両端に電極をろう材を介してろう付け接合
し、抵抗体表面に低融点ガラスの酸化防止膜を被着して
なる限流素子において、ガラスコートの欠陥を無くし、
長期信頼性に優れる限流素子およびその製造方法を提供
する。 【解決手段】電極３の直径をＶ2 Ｏ3 抵抗体１のそれよ
りも大きくとることにより、電極３とＶ2 Ｏ3 抵抗体１
との接合部の外周をろう溜まりとして、フイレットを形
成し、界面の濡れ不良を改善し、ガラスコートの空孔や
クラックを防止する。また、電極外周の接合面側にテー
パーを設けたテーパ付き電極６を用いることにより、同
様の効果が得られる。ろう材を電極、Ｖ2 Ｏ3 抵抗体１
の端面に形成しておいてもよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、正の抵抗温度係数を
持つ（ＰＴＣ）抵抗体を用いる限流素子に係り、特に長
期にわたる信頼性に優れる限流素子およびその製造方法
に関する。
持つ（ＰＴＣ）抵抗体を用いる限流素子に係り、特に長
期にわたる信頼性に優れる限流素子およびその製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、低圧配電系統においても大容量化
が進展し、それに伴い負荷が短絡した際に流れる過電流
も大電流化しており、ブレーカーについても高遮断容量
化が望まれている。このような技術動向に対応して、大
電流、大電力用の過電流保護素子として酸化バナジウム
（以下Ｖ2 Ｏ3 と記す）系セラミックスを主成分とする
ＰＴＣ抵抗体を用いる限流素子の利用が期待されてい
る。
が進展し、それに伴い負荷が短絡した際に流れる過電流
も大電流化しており、ブレーカーについても高遮断容量
化が望まれている。このような技術動向に対応して、大
電流、大電力用の過電流保護素子として酸化バナジウム
（以下Ｖ2 Ｏ3 と記す）系セラミックスを主成分とする
ＰＴＣ抵抗体を用いる限流素子の利用が期待されてい
る。
【０００３】Ｖ2 Ｏ3 系セラミックスは１００℃〜２０
０℃の間で金属から絶縁物に転移する性質を有してお
り、室温付近では比抵抗が１０-3Ω・ｃｍと小さいが、
１００〜１５０℃にかけて緩やかに増大し、１５０℃付
近で二桁程急激に増大し（この急増する温度を転移温度
と称する）、１５０〜２００℃においてピークとなり、
それ以上の温度では低下する性質を有する。
０℃の間で金属から絶縁物に転移する性質を有してお
り、室温付近では比抵抗が１０-3Ω・ｃｍと小さいが、
１００〜１５０℃にかけて緩やかに増大し、１５０℃付
近で二桁程急激に増大し（この急増する温度を転移温度
と称する）、１５０〜２００℃においてピークとなり、
それ以上の温度では低下する性質を有する。
【０００４】このような性質を有するＶ2 Ｏ3 抵抗体は
過電流が流れた際のジュール熱によって温度が上昇し、
抵抗値が増大することを利用して、その抵抗増大により
過電流を限流することができる。そして、電極を接合し
た限流素子として用いられている。しかし、ＰＴＣ特性
を有する三酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ3 ）は、大気中では
不安定相であるため、正常電流が流れている通常状態に
おける通電による若干の発熱でも容易に酸化が進行し
て、例えばＶＯ2 のようなＶ2 Ｏ3 の過酸化物に変質
し、ＰＴＣ特性が劣化する。ＰＴＣ特性の劣化は、過電
流保護素子としての機能を著しく低下させるため、Ｖ2
Ｏ3 の酸化を防止することが重要である。
過電流が流れた際のジュール熱によって温度が上昇し、
抵抗値が増大することを利用して、その抵抗増大により
過電流を限流することができる。そして、電極を接合し
た限流素子として用いられている。しかし、ＰＴＣ特性
を有する三酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ3 ）は、大気中では
不安定相であるため、正常電流が流れている通常状態に
おける通電による若干の発熱でも容易に酸化が進行し
て、例えばＶＯ2 のようなＶ2 Ｏ3 の過酸化物に変質
し、ＰＴＣ特性が劣化する。ＰＴＣ特性の劣化は、過電
流保護素子としての機能を著しく低下させるため、Ｖ2
Ｏ3 の酸化を防止することが重要である。
【０００５】先に発明者のグループは限流素子の非電極
部表面に酸化防止膜として、亜鉛ガラス等の低融点ガラ
ス粉末のペーストを塗布し、窒素中など中性の雰囲気中
で熱処理して、ガラスを溶融、固化した、ガラスコート
が適当であることを見いだし、提案した。［特許願平８
−１２８８８９号（平成８年５月２４日出願）］
部表面に酸化防止膜として、亜鉛ガラス等の低融点ガラ
ス粉末のペーストを塗布し、窒素中など中性の雰囲気中
で熱処理して、ガラスを溶融、固化した、ガラスコート
が適当であることを見いだし、提案した。［特許願平８
−１２８８８９号（平成８年５月２４日出願）］
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、限流素
子製造を重ねるうち、不良発生の幾分かを酸化防止用の
ガラスコートが不完全なものが占めることがわかった。
図３（ａ）ないし（ｃ）は、その機構の一例を説明する
ための製造工程順に示した断面図である。従来Ｖ2 Ｏ3
抵抗体１の径と、電極３の径とは同じであったが、その
場合、Ｖ2 Ｏ3 抵抗体１の径と、電極３とを接合するろ
う箔２の位置ずれ［図３（ａ）］等により、電極３の側
面に融けたろう２ａが流れ出し、接合界面に部分的な濡
れ不良が発生することがある［同図（ｂ）］。このため
に前述のガラスペーストの熱処理時の固化に伴うガラス
の収縮により、ガラスコート４の凹んだ部分に空孔８や
クラック９が発生する［同図（ｃ）］。このような欠陥
を生じた限流素子は、長期の使用中にＶ2 Ｏ3 の酸化が
進み、特性が劣化することになる。
子製造を重ねるうち、不良発生の幾分かを酸化防止用の
ガラスコートが不完全なものが占めることがわかった。
図３（ａ）ないし（ｃ）は、その機構の一例を説明する
ための製造工程順に示した断面図である。従来Ｖ2 Ｏ3
抵抗体１の径と、電極３の径とは同じであったが、その
場合、Ｖ2 Ｏ3 抵抗体１の径と、電極３とを接合するろ
う箔２の位置ずれ［図３（ａ）］等により、電極３の側
面に融けたろう２ａが流れ出し、接合界面に部分的な濡
れ不良が発生することがある［同図（ｂ）］。このため
に前述のガラスペーストの熱処理時の固化に伴うガラス
の収縮により、ガラスコート４の凹んだ部分に空孔８や
クラック９が発生する［同図（ｃ）］。このような欠陥
を生じた限流素子は、長期の使用中にＶ2 Ｏ3 の酸化が
進み、特性が劣化することになる。
【０００７】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされ、その目的は、Ｖ2 Ｏ3 抵抗体を覆うガラスコー
トの欠陥を無くし、長期信頼性に優れる限流素子および
その製造方法を提供することにある。
なされ、その目的は、Ｖ2 Ｏ3 抵抗体を覆うガラスコー
トの欠陥を無くし、長期信頼性に優れる限流素子および
その製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題解決のため本発
明は、Ｖ2 Ｏ3 系セラミツクスからなる円柱状のＶ2Ｏ
3 抵抗体の両端に電極をろう材を介して真空ろう付け接
合し、Ｖ2 Ｏ3 抵抗体表面に低融点ガラスの酸化防止膜
を被着してなる限流素子において、電極の径が、Ｖ2 Ｏ
3 抵抗体の径よりも大きいものとする。
明は、Ｖ2 Ｏ3 系セラミツクスからなる円柱状のＶ2Ｏ
3 抵抗体の両端に電極をろう材を介して真空ろう付け接
合し、Ｖ2 Ｏ3 抵抗体表面に低融点ガラスの酸化防止膜
を被着してなる限流素子において、電極の径が、Ｖ2 Ｏ
3 抵抗体の径よりも大きいものとする。
【０００９】そのような電極を用いた限流素子とすれ
ば、接合界面の外周に、底角が９０度のろう溜まりがで
きる、電極側への流れ出しによる接合界面の濡れ不良が
無くなる。また、溜まったろうの表面がテーパー状（フ
ィレツト）となり、連続的な表面となるため、ガラスコ
ートのクラック等が防止できる。電極外周の接合面側の
少なくとも一部に接合面側が小さいテーパーを設けても
よい。
ば、接合界面の外周に、底角が９０度のろう溜まりがで
きる、電極側への流れ出しによる接合界面の濡れ不良が
無くなる。また、溜まったろうの表面がテーパー状（フ
ィレツト）となり、連続的な表面となるため、ガラスコ
ートのクラック等が防止できる。電極外周の接合面側の
少なくとも一部に接合面側が小さいテーパーを設けても
よい。
【００１０】電極外周の接合面側にテーパーをつけて
も、上述と同様の効果が得られる。本発明の限流素子の
製造方法としては、径がＶ2 Ｏ3 抵抗体の径よりも大き
く、厚さ５〜５００μｍのろう箔を用いてろう付け接合
するものとする。そのようにすれば、ろう材の位置ずれ
が防止できる。厚さ５μｍ以下では接合不十分となり、
５００μｍ以上では、ろう材が流れ出る。
も、上述と同様の効果が得られる。本発明の限流素子の
製造方法としては、径がＶ2 Ｏ3 抵抗体の径よりも大き
く、厚さ５〜５００μｍのろう箔を用いてろう付け接合
するものとする。そのようにすれば、ろう材の位置ずれ
が防止できる。厚さ５μｍ以下では接合不十分となり、
５００μｍ以上では、ろう材が流れ出る。
【００１１】また、接合するＶ2 Ｏ3 抵抗体および電極
の端面の少なくとも一方にろう材を１〜１０μｍの厚さ
にスパッタリングし、そのろう材でろう付け接合するこ
ともできる。上述と同様の効果があり、更に取扱が容易
になる。厚さ１μｍ以下では接合不十分となり、１０μ
ｍ以上では、スパッタに時間を要し、量産に適さない。
の端面の少なくとも一方にろう材を１〜１０μｍの厚さ
にスパッタリングし、そのろう材でろう付け接合するこ
ともできる。上述と同様の効果があり、更に取扱が容易
になる。厚さ１μｍ以下では接合不十分となり、１０μ
ｍ以上では、スパッタに時間を要し、量産に適さない。
【００１２】
【発明の実施の形態】次にこの発明の実施例を図面に基
づいて説明する。 ［実施例１］図１（ｃ）は、本発明第一の実施例にかか
る限流素子の断面図であり、図１（ａ）および（ｂ）は
その製造工程途中の断面図である。
づいて説明する。 ［実施例１］図１（ｃ）は、本発明第一の実施例にかか
る限流素子の断面図であり、図１（ａ）および（ｂ）は
その製造工程途中の断面図である。
【００１３】図１（ａ）において１は、Ｖ2 Ｏ5 または
Ｖ2 Ｏ3 と、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｆｅ2 Ｏ 3 を原料とし、湿式
ボールミルで１２時間混合粉砕し、乾燥した粉末を成形
した後、水素気流中で１５００℃、１時間焼成したＶ2
Ｏ3 抵抗体であり、組成は、例えば（Ｖ0.9965Ｃｒ
0.0035）2 Ｏ3 ＋Ｆｅ５ｗｔ％となるものであり、寸法
はφ１２×２０ｍｍである。
Ｖ2 Ｏ3 と、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｆｅ2 Ｏ 3 を原料とし、湿式
ボールミルで１２時間混合粉砕し、乾燥した粉末を成形
した後、水素気流中で１５００℃、１時間焼成したＶ2
Ｏ3 抵抗体であり、組成は、例えば（Ｖ0.9965Ｃｒ
0.0035）2 Ｏ3 ＋Ｆｅ５ｗｔ％となるものであり、寸法
はφ１２×２０ｍｍである。
【００１４】２はＡｇ−Ｃｕ共晶ろう箔であり、寸法は
φ１２×５０μｍである。３はφ１５×５ｍｍのＭｏ電
極である。Ｃｕ電極でもよい。Ｖ2 Ｏ3 抵抗体１、Ａｇ
−Ｃｕ共晶のろう箔２、Ｍｏ電極３を長さ方向に積み重
ね、［図１（ａ）］、真空中で７５０℃×５分間焼成
し、電極付けした［図１（ｂ）］。接合界面の濡れ不良
がなく、溶融固化したろう２ａにより全周にわたり綺麗
にフィレツトが形成された。
φ１２×５０μｍである。３はφ１５×５ｍｍのＭｏ電
極である。Ｃｕ電極でもよい。Ｖ2 Ｏ3 抵抗体１、Ａｇ
−Ｃｕ共晶のろう箔２、Ｍｏ電極３を長さ方向に積み重
ね、［図１（ａ）］、真空中で７５０℃×５分間焼成
し、電極付けした［図１（ｂ）］。接合界面の濡れ不良
がなく、溶融固化したろう２ａにより全周にわたり綺麗
にフィレツトが形成された。
【００１５】その後、ＺｎＯを主成分とする低融点ガラ
スペーストを塗布し、窒素中で７００℃×１０分間焼成
してガラスコート４を形成した［図１（ｃ）］。ガラス
コート４には、目視だけでなく、顕微鏡的にも空孔やク
ラツク等が、観察されなくなった。その結果、ガラスコ
ートの欠陥による不良率は従来の約１／１０以下に減少
した。これは、Ｍｏ電極３の径をＶ2 Ｏ3 抵抗体１のそ
れより大きくし、ろう溜まりを作って接合界面の濡れ不
良やろう流れを無くしたことによる。
スペーストを塗布し、窒素中で７００℃×１０分間焼成
してガラスコート４を形成した［図１（ｃ）］。ガラス
コート４には、目視だけでなく、顕微鏡的にも空孔やク
ラツク等が、観察されなくなった。その結果、ガラスコ
ートの欠陥による不良率は従来の約１／１０以下に減少
した。これは、Ｍｏ電極３の径をＶ2 Ｏ3 抵抗体１のそ
れより大きくし、ろう溜まりを作って接合界面の濡れ不
良やろう流れを無くしたことによる。
【００１６】［実施例２］図２（ｃ）は、本発明第二の
実施例にかかる限流素子の断面図であり、図２（ａ）お
よび（ｂ）はその製造工程途中の断面図である。図２
（ａ）において、５はＶ2 Ｏ3 抵抗体の接合面にスパッ
タ法により１％Ｔｉ入りＡｇ−Ｃｕ共晶ろう層７を５μ
ｍ形成したＶ2 Ｏ3 抵抗体である。
実施例にかかる限流素子の断面図であり、図２（ａ）お
よび（ｂ）はその製造工程途中の断面図である。図２
（ａ）において、５はＶ2 Ｏ3 抵抗体の接合面にスパッ
タ法により１％Ｔｉ入りＡｇ−Ｃｕ共晶ろう層７を５μ
ｍ形成したＶ2 Ｏ3 抵抗体である。
【００１７】６はテーパーをつけた電極であり、接合側
の径が１２．５ｍｍ、電極面側の径が１５ｍｍである。
テーパー付き電極６の接合側の径はＶ2 Ｏ3 抵抗体１の
それより少しだけ大きい方がよい。また、テーパーの角
度としては、溶けたろうが流れ出てしまわないように接
合面に対してあまり急でなく、４５度以下がよい。５、
６を長さ方向に積み重ね［図２（ａ）］、真空中で７５
０℃×５分間焼成し、電極付けした［同図（ｂ）］。接
合界面の濡れ不良がなく、全周にわたり綺麗にフィレツ
トが形成された。しかもろう材の量が制限されるため、
接合面からのろう材のはみ出しも少なくなり、良好な表
面形状が得られる。
の径が１２．５ｍｍ、電極面側の径が１５ｍｍである。
テーパー付き電極６の接合側の径はＶ2 Ｏ3 抵抗体１の
それより少しだけ大きい方がよい。また、テーパーの角
度としては、溶けたろうが流れ出てしまわないように接
合面に対してあまり急でなく、４５度以下がよい。５、
６を長さ方向に積み重ね［図２（ａ）］、真空中で７５
０℃×５分間焼成し、電極付けした［同図（ｂ）］。接
合界面の濡れ不良がなく、全周にわたり綺麗にフィレツ
トが形成された。しかもろう材の量が制限されるため、
接合面からのろう材のはみ出しも少なくなり、良好な表
面形状が得られる。
【００１８】その後低融点ガラスペーストを塗布し、窒
素中で７００℃×１０分間焼成によりガラスコート４を
形成した［図３（ｃ）］。この例でも、ガラスコート４
に空孔やクラツク等は発生しなかった。Ａｇ−Ｃｕ共晶
のろう層７は、接合するＭｏ電極側、或いは両方にスパ
ッタ法で被着しても良い。
素中で７００℃×１０分間焼成によりガラスコート４を
形成した［図３（ｃ）］。この例でも、ガラスコート４
に空孔やクラツク等は発生しなかった。Ａｇ−Ｃｕ共晶
のろう層７は、接合するＭｏ電極側、或いは両方にスパ
ッタ法で被着しても良い。
【００１９】この例では、Ａｇ−Ｃｕ共晶ろう層を形成
したＶ2 Ｏ3 抵抗体とテーパー付き電極とを同時に使用
したが、両者が必要なわけではなく、テーパー付き電極
と、ろう箔、或いは、Ａｇ−Ｃｕ共晶ろう層を形成した
Ｖ2 Ｏ3 抵抗体とテーパー無しの電極との組み合わせで
もよい。
したＶ2 Ｏ3 抵抗体とテーパー付き電極とを同時に使用
したが、両者が必要なわけではなく、テーパー付き電極
と、ろう箔、或いは、Ａｇ−Ｃｕ共晶ろう層を形成した
Ｖ2 Ｏ3 抵抗体とテーパー無しの電極との組み合わせで
もよい。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｖ
2 Ｏ3 抵抗体径よりも電極径を大きくし、また、電極外
周の接合面側にテーパーを設けることによって、接合部
界面の濡れ不良が改善され、酸化防止膜であるガラスコ
ートの欠陥の発生が防止できるため、長期信頼性に優れ
る限流素子が得られる。
2 Ｏ3 抵抗体径よりも電極径を大きくし、また、電極外
周の接合面側にテーパーを設けることによって、接合部
界面の濡れ不良が改善され、酸化防止膜であるガラスコ
ートの欠陥の発生が防止できるため、長期信頼性に優れ
る限流素子が得られる。
【００２１】ろう材を予めＶ2 Ｏ3 抵抗体、電極のいず
れか一方または両方の接合面にスパッタしておけば、取
扱も容易であり、ろう材の量が制限されるため、接合面
からのろう材のはみ出しも少なくなり、良好な接合形状
が得られる。
れか一方または両方の接合面にスパッタしておけば、取
扱も容易であり、ろう材の量が制限されるため、接合面
からのろう材のはみ出しも少なくなり、良好な接合形状
が得られる。
【図１】（ａ）および（ｂ）は本発明実施例１の限流素
子の製造工程途中の断面図、（ｃ）は工程終了後の断面
図
子の製造工程途中の断面図、（ｃ）は工程終了後の断面
図
【図２】（ａ）および（ｂ）は本発明実施例２の限流素
子の製造工程途中の断面図、（ｃ）は工程終了後の断面
図
子の製造工程途中の断面図、（ｃ）は工程終了後の断面
図
【図３】（ａ）および（ｂ）は従来の限流素子の製造工
程途中の断面図、（ｃ）は工程終了後の断面図
程途中の断面図、（ｃ）は工程終了後の断面図
１ Ｖ2 Ｏ3 抵抗体 ２ ろう箔 ２ａ 溶融、固化したろう ３ 電極 ４ ガラスコート ５ Ａｇ−Ｃｕ共晶ろう層付きのＶ2 Ｏ3 抵抗体 ６ テーパー付き電極 ７ Ａｇ−Ｃｕ共晶ろう層 ８ 空孔 ９ クラック
Claims (4)
- 【請求項１】酸化バナジウム系セラミツクスからなる円
柱状の酸化バナジウム抵抗体の両端に電極をろう付け接
合し、抵抗体表面に低融点ガラスの酸化防止膜を被着し
てなる限流素子において、電極の径が、酸化バナジウム
抵抗体の径よりも大きいことを特徴とする限流素子。 - 【請求項２】電極外周の接合面側の少なくとも一部に接
合面側が小さいテーパーを設けたことを特徴とする請求
項１記載の限流素子。 - 【請求項３】径が酸化バナジウム抵抗体の径よりも大き
く、厚さ５〜５００μｍのろう箔を用いてろう付け接合
することを特徴とする請求項１または２に記載の限流素
子の製造方法。 - 【請求項４】接合する酸化バナジウム抵抗体および電極
の端面の少なくとも一方にろう層を１〜１０μｍの厚さ
にスパッタリングし、そのろう材でろう付け接合するこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の限流素子の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP603997A JPH10208908A (ja) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | 限流素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP603997A JPH10208908A (ja) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | 限流素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10208908A true JPH10208908A (ja) | 1998-08-07 |
Family
ID=11627509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP603997A Pending JPH10208908A (ja) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | 限流素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10208908A (ja) |
-
1997
- 1997-01-17 JP JP603997A patent/JPH10208908A/ja active Pending
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