JPH11273904A

JPH11273904A - 正特性サーミスタ素子

Info

Publication number: JPH11273904A
Application number: JP7680698A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Nagao; 吉高長尾; Toshiharu Hirota; 俊春広田; Yasunori Namikawa; 康訓並河; Gakuo Haga; 岳夫芳賀
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】正特性サーミスタ素子の電流を制限しないフ
ラッシュ耐圧ばかりでなく電流を制限したフラッシュ耐
圧をも向上させる。【解決手段】素子本体１２の各主面の周縁部に凸部１
３を形成して、この部分での厚みを中央部における厚み
に比べて厚くするとともに、素子本体１２を外部領域１
７と内部領域１８とに区画し、外部領域１７のキュリー
点を内部領域１８のキュリー点より低くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、正特性サーミス
タ素子に関するもので、特に、フラッシュ耐圧を向上さ
せるための改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、過電流保護、消磁、モータス
タータ等の分野において、正特性サーミスタ素子が用い
られている。図５は、従来の典型的な正特性サーミスタ
素子１を斜視図で示している。図５を参照して、正特性
サーミスタ素子１は、正の温度係数を持つサーミスタ特
性を有するセラミックからなる素子本体２を備える。素
子本体２の相対向する各主面上には、それぞれ、電極３
および４が形成される。これら電極３および４は、たと
えばＩｎ−Ｇａをもって形成され、素子本体２にオーミ
ック接触するようにされる。

【０００３】また、図６に断面図で示した正特性サーミ
スタ５が用いられることもある。図６に示した正特性サ
ーミスタ素子５は、素子本体６の各主面上に形成される
電極７および８の構造において、図５に示した正特性サ
ーミスタ素子１と異なっている。すなわち、電極７およ
び８は、それぞれ、たとえばニッケルを含む下層７ａお
よび８ａと、たとえば銀を含む上層７ｂおよび８ｂとの
２層から構成される。また、下層７ａおよび８ａの周縁
にギャップを残して上層７ｂおよび８ｂが形成され、下
層７ａおよび８ａの周縁部が露出するようにされる。

【０００４】なお、図５に示した正特性サーミスタ素子
１は円板状であり、また、図６に示した正特性サーミス
タ素子５も、円板状であることを意図したものである
が、このような外形形状に関しては、その他、たとえば
角板状の正特性サーミスタ素子が用いられることもあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述したような過電流
保護、消磁、あるいはモータスタータ等の用途に向けら
れる正特性サーミスタ素子は、たとえば６００Ｖといっ
た高いフラッシュ耐圧を有していることが要求される。
また、ここで言うフラッシュ耐圧は、電流を制限しない
状態でのフラッシュ耐圧であるが、たとえば、通信機用
素子の公的規格では、正特性サーミスタ素子に対して直
列に固有抵抗を接続し、正特性サーミスタ素子に流れる
電流を制限した状態でのフラッシュ耐圧も高いことが要
求されている。たとえば、電流を２．２Ａに制限しなが
ら、６００Ｖというような高いフラッシュ耐圧を有して
いることが要求されている。

【０００６】しかしながら、前述した正特性サーミスタ
素子１または５による限り、電流を制限しないフラッシ
ュ耐圧および電流を制限したフラッシュ耐圧の双方を高
くすることは困難であった。そこで、この発明の目的
は、電流を制限しないフラッシュ耐圧ばかりでなく、電
流を制限したフラッシュ耐圧をも高レベルにすることが
可能な正特性サーミスタ素子を提供しようとすることで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、正の温度係
数を持つサーミスタ特性を有するセラミックからなる素
子本体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、素子本
体は、相対向する各主面の周縁部の少なくとも一部にお
ける厚みが中央部における厚みに比べて厚くされた形状
を有することを特徴とするとともに、素子本体は、外部
領域と内部領域とに区画され、外部領域が内部領域より
も低いキュリー点を有していることを特徴としている。

【０００８】この発明において、上述した外部領域およ
び内部領域の配置態様に関して、典型的には、内部領域
が、素子本体の厚み方向における中央部に位置され、外
部領域が、内部領域を厚み方向に挟むように素子本体の
厚み方向における両端部に位置される、第１の態様と、
内部領域が、素子本体の主面方向における中央部に位置
され、外部領域が、内部領域を周囲から取り囲むように
素子本体の主面方向における周縁部に位置される、第２
の態様とがある。

【０００９】また、この発明に係る正特性サーミスタ素
子において、各主面上に電極が形成されていてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施形態に
よる正特性サーミスタ素子１１を示している。図１にお
いて、（１）は平面図であり、（２）は断面正面図であ
る。正特性サーミスタ素子１１は、全体としてたとえば
円板状をなしていて、正の温度係数を持つサーミスタ特
性を有する、たとえばＢａＴｉＯ₃を主成分とするセラ
ミックからなる素子本体１２を備えている。素子本体１
２は、相対向する主面を有し、各主面の周縁部の少なく
とも一部における厚みが中央部における厚みに比べて厚
くされた形状を有している。この実施形態では、素子本
体１２の各主面において、その周縁部全周に凸部１３が
形成されるとともに、凸部１３に囲まれた領域に凹部１
４が形成されている。

【００１１】また、素子本体１２の各主面上には、素子
本体１２にオーミック接触する、たとえばＩｎ−Ｇａか
らなる電極１５および１６が形成されている。素子本体
１２は、外部領域１７と内部領域１８とに区画されてい
る。この実施形態では、内部領域１８が、素子本体１２
の厚み方向における中央部に位置され、外部領域１７
は、内部領域１８を厚み方向に挟むように素子本体１２
の厚み方向における両端部に位置されている。

【００１２】このような構造の素子本体１２において、
特徴的構成として、外部領域１７は、内部領域１８より
も低いキュリー点を有している。このようなキュリー点
の差を外部領域１７と内部領域１８との間で生じさせる
ため、たとえば、ＢａＴｉＯ ₃を主成分とするサーミス
タ材料の組成が変えられる。図２は、この発明の第２の
実施形態による正特性サーミスタ素子２１を示してい
る。

【００１３】図２に示した正特性サーミスタ素子２１
は、上述した正特性サーミスタ素子１１に備える素子本
体１２と外形形状において同様の素子本体２２を備えて
いる。すなわち、素子本体２２は、各主面の周縁部全周
に凸部２３を形成するとともに、凸部２３に囲まれた領
域に凹部２４を形成している。また、素子本体２２の各
主面上には、それぞれ、電極２５および２６が形成され
ている。

【００１４】このような正特性サーミスタ素子２１にお
いて、素子本体２２の外部領域２７と内部領域２８との
形成態様が、前述した正特性サーミスタ素子１１の場合
と異なっている。すなわち、内部領域２８は、素子本体
２２の主面方向における中央部に位置され、キュリー点
のより低い外部領域２７は、内部領域２８を周囲から取
り囲むように素子本体２２の主面方向における周縁部に
位置されている。

【００１５】図３は、この発明の第３の実施形態による
正特性サーミスタ素子１１ａを示している。この正特性
サーミスタ素子１１ａは、図１に示した正特性サーミス
タ素子１１と共通する要素を多く備えているので、図３
において、図１に示した要素に相当する要素には同様の
参照符号を付し、重複する説明は省略する。

【００１６】図３に示した正特性サーミスタ素子１１ａ
は、電極１５および１６の形成態様に特徴がある。すな
わち、電極１５および１６は、前述の図６に示した正特
性サーミスタ素子５の場合と同様、それぞれ、たとえば
ニッケルを含む下層１５ａおよび１６ａと、たとえば銀
を含む上層１５ｂおよび１６ｂとの２層から構成され
る。そして、上層１５ｂおよび１６ｂは、下層１５ａお
よび１６ａの周縁にギャップを残して形成され、下層１
５ａおよび１６ａの周縁部が露出するようにされてい
る。

【００１７】図４は、この発明の第４の実施形態による
正特性サーミスタ素子２１ａを示している。この正特性
サーミスタ素子２１ａは、図２に示した正特性サーミス
タ素子２１と共通する多くの要素を備えているので、図
４において、図２に示した要素に相当する要素には同様
の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

【００１８】図４に示した正特性サーミスタ素子２１ａ
も、図３に示した正特性サーミスタ素子１１ａの場合と
同様、電極２５および２６が２層構造を有している。す
なわち、電極２５および２６は、それぞれ、たとえばニ
ッケルを含む下層２５ａおよび２６ａと、たとえば銀を
含む上層２５ｂおよび２６ｂとの２層から構成され、下
層２５ａおよび２６ａの周縁にギャップを残して上層２
５ｂおよび２６ｂが形成され、下層２５ａおよび２６ａ
の周縁部が露出するようにされている。

【００１９】以上述べた各実施形態に係る正特性サーミ
スタ素子１１、１１ａ、２１および２１ａにおいて、素
子本体１２または２２の各主面の周縁部に設けられた凸
部１３または２３の存在、ならびに、素子本体１２また
は２２における外部領域１７または２７のキュリー点が
内部領域１８または２８のキュリー点より低くされてい
ることが、電流を制限しないフラッシュ耐圧および電流
を制限したフラッシュ耐圧の双方の向上に寄与してい
る。このような両フラッシュ耐圧の向上を確認するため
に実施した実験例について以下に記載する。

【００２０】

【実験例１】実験例１では、この発明の実施例として、
図１に示す正特性サーミスタ素子１１（実施例１）、お
よび図２に示した正特性サーミスタ素子２１（実施例
２）を採用した。また、比較例として、図５に示した正
特性サーミスタ素子１（比較例１）、図７に示した正特
性サーミスタ素子３１（比較例２）、および図９に示し
た正特性サーミスタ素子４１（比較例３）を採用した。

【００２１】なお、図７に示した正特性サーミスタ素子
３１は、素子本体３２ならびに素子本体３２の各主面上
にそれぞれ形成された電極３３および３４を備える。こ
の素子本体３２には、各主面の周縁部に凸部が形成され
ないが、素子本体３２は、外部領域３５と内部領域３６
とに区画され、内部領域３６は、素子本体３２の厚み方
向における中央部に位置され、外部領域３５は、内部領
域３６を厚み方向に挟むように素子本体３２の厚み方向
における両端部に位置される。そして、外部領域３５
は、内部領域３６よりも低いキュリー点を有している。

【００２２】また、図９に示した正特性サーミスタ素子
４１は、素子本体４２ならびに素子本体４２の各主面上
にそれぞれ形成される電極４３および４４を備えてい
る。素子本体４２は、外部領域と内部領域とに区画され
ることなく、一様な材料から構成されるが、素子本体４
２の各主面の周縁部には凸部４５が形成されるととも
に、凸部４５に囲まれた領域に凹部４６が形成されてい
る。

【００２３】これら実施例１および２ならびに比較例１
ないし３において、素子本体を構成する正の温度係数を
持つサーミスタ特性を有するセラミック材料として、Ｂ
ａＴｉＯ₃を主成分とするものを用い、比較例１および
３のように、素子本体が一様な材料から構成される試料
については、キュリー点が１００℃となるようにし、実
施例１および２ならびに比較例２のように、素子本体が
外部領域と内部領域とに区画される試料については、外
部領域のキュリー点を１００℃、内部領域のキュリー点
を１０５℃として、外部領域におけるキュリー点を内部
領域のキュリー点より低くなるようにした。また、電極
は、Ｉｎ−Ｇａをもって形成した。

【００２４】また、図１（２）、図２（２）、図５、図
７および図９にそれぞれ表示した各部の寸法について
は、ａを８．２ｍｍ、ｂを１ｍｍ、ｃを３．５ｍｍ、ｄ
を１ｍｍ、ｅを１ｍｍ、ｆを１ｍｍ、ｇを８．２ｍｍ、
ｈを１ｍｍ、ｉを３．５ｍｍ、ｊを３ｍｍ、ｋを８．２
ｍｍ、ｍを３ｍｍ、ｎを８．２ｍｍ、ｐを１ｍｍ、ｑを
１ｍｍ、ｒを１ｍｍ、ｓを８．２ｍｍ、ｔを１ｍｍ、ｕ
を３．５ｍｍ、ｖを３ｍｍにそれぞれ設定し、常温にお
ける抵抗値が２３Ωとなるようにした。

【００２５】このようにして得られた実施例１および２
ならびに比較例１ないし３に係る正特性サーミスタ素子
の電流を制限しないフラッシュ耐圧および電流を２．２
Ａに制限したフラッシュ耐圧をそれぞれ測定した。これ
らの測定結果が以下の表１に示されている。

【００２６】

【表１】

【００２７】なお、電流を制限しないフラッシュ耐圧
は、８１０Ｖまで測定し、この８１０Ｖまで耐えた試料
があるものについては、上記表１において「以上」と表
示した。また、電流を制限したフラッシュ耐圧について
は、６５８Ｖまで測定し、上記表１において「６５８Ｖ
以上」と表示したものは、すべての試料について６５８
Ｖに耐えたことを意味している。

【００２８】表１からわかるように、実施例１および２
については、電流を制限しないフラッシュ耐圧および電
流を制限したフラッシュ耐圧の双方について、著しい向
上が図られている。なお、電流を制限しないフラッシュ
耐圧については、比較例１に比べて、比較例２がより優
れ、比較例３がさらに優れ、比較例３の場合には、実施
例１および２とほぼ同等の結果が得られている。しかし
ながら、電流を制限したフラッシュ耐圧について見る
と、比較例１ないし３のいずれについても、実施例１お
よび２に比べると劣っている。

【００２９】

【実験例２】実験例２では、この発明の実施例として、
図３に示した正特性サーミスタ素子１１ａ（実施例３）
および図４に示した正特性サーミスタ素子２１ａ（実施
例４）を採用し、また、比較例として、図６に示した正
特性サーミスタ素子５（比較例４）、図８に示した正特
性サーミスタ素子３１ａ（比較例５）および図１０に示
した正特性サーミスタ素子４１ａ（比較例６）を採用し
た。

【００３０】図８に示した正特性サーミスタ素子３１ａ
は、図７に示した正特性サーミスタ素子３１と比較し
て、電極３３および３４が、それぞれ、下層３３ａおよ
び３４ａと、上層３３ｂおよび３４ｂとの２層から構成
されるとともに、下層３３ａおよび３４ａの周縁にギャ
ップを残して上層３３ｂおよび３４ｂが形成されている
点において異なっているだけである。

【００３１】また、図１０に示した正特性サーミスタ素
子４１ａにあっても、図９に示した正特性サーミスタ素
子４１と比較して、電極４３および４４が、それぞれ、
下層４３ａおよび４４ａと、上層４３ｂおよび４４ｂと
の２層から構成されるとともに、下層４３ａおよび４４
ａの周縁にギャップを残して上層４３ｂおよび４４ｂが
形成されている点において異なっているだけである。

【００３２】これら実施例３および４ならびに比較例４
ないし６の各々において、電極の下層としてニッケルを
用いるとともに、上層として銀を用い、上層を下層の周
縁に対して１ｍｍのギャップを残して形成した点を除い
て、上述した実験例１と同様の材料および寸法をもっ
て、常温における抵抗値が２３Ωの各試料に係る正特性
サーミスタ素子を作製した。

【００３３】なお、キュリー点について繰り返すと、比
較例４および６のように、素子本体が一様な材料から構
成される試料については、キュリー点が１００℃となる
ようにし、実施例３および４ならびに比較例５のよう
に、素子本体が外部領域と内部領域とに区画される試料
については、外部領域のキュリー点を１００℃、内部領
域のキュリー点を１０５℃として、外部領域におけるキ
ュリー点を内部領域のキュリー点より低くなるようにし
た。

【００３４】得られた各正特性サーミスタ素子につい
て、実験例１と同様の方法により、電流を制限しないフ
ラッシュ耐圧および電流を２．２Ａに制限したフラッシ
ュ耐圧を測定した。これらの測定結果が以下の表２に示
されている。

【００３５】

【表２】

【００３６】表２からわかるように、この実験例２にお
いても、前述した実験例１と同様の傾向が見られ、実施
例３および４によれば、電流を制限しないフラッシュ耐
圧および電流を制限したフラッシュ耐圧の双方につい
て、著しい向上が図られている。なお、上述した各実験
例において規定した各部の寸法ａ，…は、得ようとする
キュリー点等によって、その最適値が変わるもので、こ
の発明に係る正特性サーミスタ素子は、言うまでもな
く、これら特定的な寸法のものに限定されるものではな
い。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、上述
した実験例からわかるように、両フラッシュ耐圧、すな
わち電流を制限しないフラッシュ耐圧および電流を制限
したフラッシュ耐圧の双方について、著しい向上を図る
ことができる。その理由は、次のように考えることがで
きる。まず、素子本体の各主面の周縁部の少なくとも一
部における厚みが中央部における厚みに比べて厚くされ
ているので、周縁部における抵抗値が中央部における抵
抗値に比べて大きくなり、その結果、特に発熱初期にお
いて、周縁部における昇温が中央部における昇温より速
く生じるようになる。また、素子本体の外部領域の方が
内部領域よりも低いキュリー点を有しているので、この
ことも、特に発熱初期において、外部領域における抵抗
値を内部領域における抵抗値よりも大きくし、外部領域
における昇温が内部領域における昇温より速く生じるよ
うに作用する。これらのことから、素子本体の周縁部ま
たは外部領域での熱放散量が多いにもかかわらず、周縁
部または外部領域と中央部または内部領域との温度差が
小さくなり、したがって、正特性サーミスタ素子の両フ
ラッシュ耐圧が向上する、と考えられる。

【００３８】この発明に係る正特性サーミスタ素子は、
その素子本体自身の各主面上に電極が形成されず、たと
えばばね性を有する端子部材を各主面上に接触させても
よいが、各主面上に電極が形成される場合には、上述し
たような凸部ならびに外部領域および内部領域を有する
素子本体の特性をより効果的に引き出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態による正特性サーミ
スタ素子１１を示すもので、（１）は平面図、（２）は
断面正面図である。

【図２】この発明の第２の実施形態による正特性サーミ
スタ素子２１を示すもので、（１）は平面図、（２）は
断面正面図である。

【図３】この発明の第３の実施形態による正特性サーミ
スタ素子１１ａを示すもので、（１）は平面図、（２）
は断面正面図である。

【図４】この発明の第４の実施形態による正特性サーミ
スタ素子２１ａを示すもので、（１）は平面図、（２）
は断面正面図である。

【図５】従来の典型的な正特性サーミスタ素子１の外観
を示す斜視図である。

【図６】従来の他の典型的な正特性サーミスタ素子５を
示す断面正面図である。

【図７】この発明の効果を確認するために実施された実
験例で採用された比較例２としての正特性サーミスタ素
子３１を示す断面正面図である。

【図８】この発明の効果を確認するために実施された実
験例で採用された比較例５としての正特性サーミスタ素
子３１ａを示す断面正面図である。

【図９】この発明の効果を確認するために実施された実
験例で採用された比較例３としての正特性サーミスタ素
子４１を示す断面正面図である。

【図１０】この発明の効果を確認するために実施された
実験例で採用された比較例６としての正特性サーミスタ
素子４１ａを示す断面正面図である。

【符号の説明】

１１，１１ａ，２１，２１ａ正特性サーミスタ素子１２，２２素子本体１３，２３凸部１５，１６，２５，２６電極１７，２７外部領域１８，２８内部領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者芳賀岳夫京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正の温度係数を持つサーミスタ特性を有
するセラミックからなるもので、相対向する主面を有
し、各前記主面の周縁部の少なくとも一部における厚み
が中央部における厚みに比べて厚くされた形状を有す
る、素子本体を備え、前記素子本体は、外部領域と内部
領域とに区画され、前記外部領域は、前記内部領域より
も低いキュリー点を有している、正特性サーミスタ素
子。
【請求項２】前記内部領域は、前記素子本体の厚み方
向における中央部に位置され、前記外部領域は、前記内
部領域を厚み方向に挟むように前記素子本体の厚み方向
における両端部に位置される、請求項１に記載の正特性
サーミスタ素子。
【請求項３】前記内部領域は、前記素子本体の主面方
向における中央部に位置され、前記外部領域は、前記内
部領域を周囲から取り囲むように前記素子本体の主面方
向における周縁部に位置される、請求項１に記載の正特
性サーミスタ素子。
【請求項４】各前記主面上に形成される電極をさらに
備える、請求項１ないし３のいずれかに記載の正特性サ
ーミスタ素子。