JPS60247902A - 限流抵抗素子 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は過大電流を限流する限流抵抗素子に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

電気回路、特に大容量受電設備回路においては、事故時
の過大電流から電気回路を保護するために、電流しゃ断
のための限流器及び電圧しゃ断器が直列にそう人されて
いる。

自己回復型の限流抵抗素子としては、一般に正温度係数
を有する抵抗体、いわゆるＰＴＯ材料が用いられている
。これらＰＴＯ材料としては、ナトリウム、カリウムな
どのアルカリ金属及びこれらの合金、鉛、すす、水銀、
純鉄及び半導体化したチタン酸バリウム等のセラミック
材料などがある。

鉛、すすは過大電流による発熱・温度上昇によって金属
が融解する時に比抵抗が約２倍となる。

この比抵抗の上昇を利用するものである。

アルカリ金属及び水銀は、これら金属の沸点が低いため
、自己発熱によシ気化した時の比抵抗の急上昇を利用し
たものである。

純鉄は、比抵抗の温度係数が比較的大きいことを利用す
るものである。

半導体化したチタン酸バリウムは、キー−り一点近傍か
ら比抵抗が急上昇するいわゆるＰＴＯ効果を示す。この
現象を限流素子として利用しようとするものである。

しかし、鉛、すすでは比抵抗の変化が上述のように約２
倍と小さく、純鉄でも高々１０倍と限流素子として不十
分な変化しか得られないという欠点があった。

アルカリ金属及び水銀は、気化による比抵抗の上昇を用
いるため比抵抗の変化としては十分であるが、これら金
属はよく知られているように非常に活性が高く、限流素
子を製造する際に完全な不活性雰囲気中で作業しなけれ
ばならないことや、限流素子の気密性を高めるなど取扱
が困難であるという欠点があった。

半導体化したチタン酸ノ（リウムでは、約１２０℃付近
のキー　ＩＪ一点近傍から比抵抗が約５桁変化し、限流
素子として十分な変化が得られているが、セラミックス
であるため過大電流印加による熱衝撃に弱く、素子が破
壊するという欠点があった。

この破壊は層状破壊であり、本発明者らは素子内の電流
軸方向に大きな温度分布を生じるため、このような層状
破壊がおこるということをみいだした。

〔発明の目的〕

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、耐熱衝撃
性に優れた限流抵抗素子を提供することを目的とする。

。 〔発明の概要〕 本発明者らは、セラミックスＰＴＯ素子の通電による自
己発熱で生ずる温度分布など熱的動特性を検討した結果
、セラミックス部分を薄くシ、金属による放熱効果を加
味して交互に積層して素子を形成することが有効である
ことを見い出した。

すなわち本発明は、正温度係数を有するセラミック抵抗
体層（セラミックスＰＴＯ素子〕と金属層とを交互に積
層して形成することを特徴とする限流抵抗素子である。

このような構成をとることによシ、素子全体がほぼ均一
な温度状態に保たれ、前述のような通電時の層状破壊が
防止される。

又、一般にセラミックスＰＴＯ材料は、抵抗値が１００
Ω・α程度と高く、シゃ断器として用いた場合、７プト
ロスが大きくなってしまうが、このように金属層を介入
させたことによシ、素子としての抵抗値がさがり、ワッ
トロスも少なくなる。

本発明における正温度係数を有するセラミックス抵抗体
層に用いられるセラミックスＰＴＯ材料としては、チタ
ン酸バリウム（ＢａＴｉＯａ）を主成分とし、Ｌａ１０
３　＊　０１０２　＋　Ｇ　ｄ＠　０１　Ｔ　ＮＪ　Ｏ
ｓ　＋Ｖ、Ｏ，等を添加して半導体化したもの、すなわ
ち組成で、 （Ｂａ、−ｘＸｘ）（Ｔｉ１　、Ｙｙ）Ｏ，＋ｚ−Ｚ（
Ｘ＝Ｌａ、Ｏｅ、Ｓｒ、、Ｐｂ、Ｇｄ、Ｏｓ　Ｙ＝８ｎ
、Ｚｒ。

Ｎｂ、Ｖ、　ｚ＝Ａｇ、ｏ　、Ａｔ、ｏ３．８　ｉｏ、
Ｏ＜ｘ＋　ｙ　＋　ｚ　＜０．Ｏｉ　） と表わされる。一般にＰＴＯセラミックとして知られて
いるものは、いずれも用いることができる。

金属層としては、銅、鉄、アルミニウム等各種のものを
用いることができるが、放熱性、電気抵抗値を考慮する
と銅板を用いることが好ましい。

各層の厚みは適宜設定できるが、セラミックス抵抗体層
があまり厚いと金属層介入の効果があられれないため、
５００μ陽以下の厚みとすることが好ましい。又、薄い
とＰＴＯ特性に問題が生じ、５０μ島以上であることが
好ましい。

金属層は特に厚みは関係しないが、１００μ島以上程度
の厚み奄有すれば十分に効果を発揮する。

本発明における積層は何層重ねてもよいが、積層する際
、セラミックス抵抗体層と金属層との電気的接続を良好
とするために１セラミックス抵抗体層の両主面には、Ｉ
ｎ−Ｇａ、Ａｇ、Ｎｉ等の電極層を無電解メッキ法塗布
法あるいはペースト印刷法等の通常のセラミックスへの
電極取着法により形成しておくことが好ましい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、素子抵抗が小さくワットロスの小さな
限流抵抗素子を得ることができ、過大電流印加による耐
熱衝撃性を向上させることができる。

〔発明の実施例〕 以下、本発明を実施例を説明する。

まず、セラミックス正温度係数抵抗体としてチタン酸バ
リウム系の材料を作成した。基本成分であるチタン酸バ
リウムセリウム（Ｂａ　１−ｘｏｅｘ）Ｔｉｅ、になる
ように炭酸バリウム、酸化セリウム酸化チタンを秤量し
、ボールミルにより湿式混合粉砕する。次にこれらを乾
燥後１１００℃で１時間仮焼し、再びボールミルによシ
粉砕し調合粉末とする。これに有機物バインダを加え混
練し、ドクターブレード法によって焼土が９１００μ腸
になるような薄板を形成する。乾燥後この薄板を１３０
０〜１４００℃１時間焼成し、ＰＴＯ薄板を得る。この
ＰＴＯ薄板の両面にＩｎＧａ電極を塗布し、次に１００
μ簿の銅板を積層する。このＰＴＯ薄板と銅板とを例え
ば夫々１０枚、１１枚１ｎＧａをはさんで積層する。こ
こで銅板には１ｎＧａ電極を塗布していないが、銅板に
も塗布してもよい。また薄板の形成はドクターブレード
によったが、比較的厚い焼成体を研摩又は切断すること
により得てもよい。

この積層体の両端の銅板の両端面に、電極層を設は限流
抵抗素子とする。

第１図は素子断面の断面図であり、素子両端面Ａ、Ｂは
それぞれ電極として働く。薄板ＰＴＯ特性を示すセラミ
ックス抵抗層（１）は、電極層（２）を介して銅板（３
）と接合している。なお端子は、素子両端面Ａ、Ｂから
直接数９出せばよい。

こうして得られ、た限流抵抗素子の抵抗値は約０゜３Ω
で、温度変化は第１図に示す通りであった。

本限流抵抗素子に１０ＯＡの電流を投入したところ、割
れやはがれを生じることなく十分な限流効果が得られた
。一方、比較例として金属層を介さないチタン酸バリウ
ムのみのＰＴＯ素子では、約１０Ωの抵抗であり、同一
電流を投入したところ、電流軸に垂直な方向に多数の割
れを生じた。

以上のように１本発明による限流抵抗素子は常温での素
子抵抗が低く、ワットロスを小さくすることができる。

また過大電流が流れた時に１素子全体がジーール熱によ
り均一に温度上昇するため耐熱衝撃性も向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明素子の構成を示す断面図、第２図は抵抗
温度特性図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミックスＰＴＯ抵抗体層と金属層とが交互に積層さ
   れていることを特徴とする限流抵抗素子。