DE69631398T2

DE69631398T2 - Thermistor mit positiven Charakteristiken

Info

Publication number: DE69631398T2
Application number: DE69631398T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Nagaokakyo-shi Hirano; Shigeyuki Nagaokakyo-shi Kuroda; Kenji Nagaokakyo-shi Tanaka
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2016-06-29
Also published as: US5790011A; JPH0917606A; CN1081384C; DE69631398D1; EP0751539B1; EP0751539A3; JP3327444B2; TW310480B; CN1152785A; KR970003293A; EP0751539A2; KR100228295B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Thermistorbauelemente mit positiven Charakteristika, und insbesondere auf eine Technik zum Verbessern der thermischen Durchbruchcharakteristika gegen einen Stoßstrom.
Eine Halbleiterkeramik mit positiven Temperaturwiderstandscharakteristika, d. h. Temperaturwiderstandscharakteristika derart, daß sich der Widerstand bei einer Temperatur, die gleich oder höher als der Curiepunkt ist, abrupt erhöht, kann erhalten werden durch Hinzufügen einer kleinen Menge an Unreinheiten und Additiven zu Bariumtitanat. Eine solche Halbleiterkeramik wird verwendet, um Halbleiterbauelemente mit positiven Charakteristika zu liefern, die bei Anwendungen, wie z. B. einer automatischen Entmagnetisierung, der Aktivierung eines Motors, Schutz gegen Überstrom und Heizelementen, verwendet werden.
Wie es in 4 gezeigt ist, weist ein spezifisches Thermistorbauelement mit positiven Charakteristika dieses Typs im allgemeinen ein Thermistorelement 11 mit positiven Charakteristika in der Form einer Platte oder dergleichen auf, das aus einer Halbleiterkeramik mit positiven Temperaturwiderstandscharakteristika, und Elektroden 12 und 13, die auf beiden Hauptoberflächen derselben gebildet sind, hergestellt ist. Anschlußdrähte (nicht gezeigt) sind mit jeder der Elektroden 12 und 13 durch Löten oder dergleichen verbunden.
Bei dem Thermistorbauelement mit positiven Charakteristika wird Wärme in dem Thermistorelement 11 mit positiven Charakteristika erzeugt, wenn durch die Elektroden 12 und 13 eine Spannung an dasselbe angelegt wird. Die Messung einer solchen Erzeugung von Wärme in dem Thermistorelement 11 mit positiven Charakteristika unter Verwendung eines Infrarottemperaturanalysierers zeigt an, daß es eine Temperaturdif ferenz gibt zwischen einem Mittelabschnitt, d. h. einer inneren Region, des Thermistorelements 11 mit positiven Charakteristika und den Abschnitten näher zu sowohl den beiden Hauptoberflächen als auch den Umfangsoberflächen, d. h. den äußeren Regionen desselben, wie es von den isothermen Linien T offensichtlich ist, die durch imaginäre Linien dargestellt sind. Es wird davon ausgegangen, daß eine solche Temperaturdifferenz folgendem zuzuschreiben ist. Die Hauptoberflächen und die Umfangsoberflächen des Thermistorelements 11 mit positiven Charakteristika sind in Kontakt mit der Atmosphäre. Obwohl eine größere Menge an Wärmeabfuhr an den Abschnitten näher zu sowohl den Hauptoberflächen als auch den Umfangsoberflächen tendenziell zu einer niedrigeren Temperatur in diesen Abschnitten führt, weist der Mittelabschnitt tendenziell eine höhere Temperatur auf, aufgrund einer geringeren Menge an Wärmeabfuhr.
Eine solche Temperaturdifferenz führt zu einem höheren Widerstand an dem Mittelabschnitt des Thermistorelements 11 mit positiven Charakteristika als an den Abschnitten näher zu sowohl den Hauptoberflächen als auch den Umfangsoberflächen. Ferner entwickelt sich eine Wärmespannung in dem Mittelabschnitt früher als in den Abschnitten näher zu sowohl der Hauptoberfläche als auch den Umfangsoberflächen. Dies erhöht die Differenz bei den Zuständen des thermischen Gleichgewichts an diesen Abschnitten und erhöht dadurch die Möglichkeit eines Durchbruchs des Thermistorelements 11 mit positiven Charakteristika. Dies führt insbesondere zu dem Problem eines abrupten Durchbruchs des Thermistorelements 11 mit positiven Charakteristika bei Anwendungen wie z. B. automatischer Entmagnetisierung, Motoraktivierung und Schutz gegen Überstrom geführt, wobei ein relativ hoher Überstrom angelegt wird.
Die Patentzusammenfassungen von Japan, Band 014, Nr. 082 (E-0889), 15. Februar 1990, und JP 01293502 A beziehen sich auf einen Thermistor mit positiven Charakteristika, bei dem ein poröses Teil zwischen zwei Teilen von Keramik mit geringer Qualität angeordnet sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Thermistorbauelement mit hervorragenden thermischen Durchbruchcharakteristika und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Thermistorbauelements zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Thermistorbauelement gemäß einem der Ansprüche 1, 6 oder 10 und ein Verfahren zum Herstellen eines Thermistorbauelements gemäß Anspruch 12 gelöst.
Gemäß der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die äußere Region des Thermistorelements mit positiven Charakteristika eine Porositätsbelegungsrate aufweist, die höher ist als diejenige der inneren Region desselben, haben Abschnitte näher zu sowohl den Hauptoberflächen als auch den Umfangsoberflächen, die äußeren Regionen sind, eine höhere Temperatur als diejenigen eines Mittelabschnitts, d. h. einer inneren Region, weil diese Abschnitte weniger Wärmeableitungswege und daher einen höheren spezifischen Widerstand aufweisen als der Mittelabschnitt. Dies reduziert die Temperaturdifferenz zwischen dem Mittelabschnitt des Thermistorelements mit positiven Charakteristika und den Abschnitten näher zu sowohl den Hauptoberflächen als auch den Umfangsoberflächen, wodurch die Differenz bei den Zuständen des thermischen Gleichgewichts derselben reduziert wird. Ferner absorbieren in diesem Fall die Poren, die durch das gesamte Thermistorelement mit positiven Charakteristika verteilt sind, eine Wärmespannung, die in demselben erzeugt wird, was die Möglichkeit des thermischen Durchbruchs des Thermistorelements mit positiven Charakteristika reduziert.
1 ist eine Seitenschnittansicht, die die Struktur eines Thermistorbauelements mit positiven Charakteristika gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Seitenschnittansicht, die die Struktur eines Thermistorbauelements mit positiven Charakteristika gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Seitenschnittansicht, die die Struktur eines Thermistorbauelements mit positiven Charakteristika gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine Seitenschnittansicht, die die Struktur eines Thermistorbauelements mit positiven Charakteristika gemäß dem Stand der Technik zeigt.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Seitenschnittansicht, die die Struktur eines Thermistorbauelements mit positiven Charakteristika gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieses Thermistorbauelement mit positiven Charakteristika umfaßt ein Thermistorelement 1 mit positiven Charakteristika, das aus einer Halbleiterkeramik hergestellt ist, die positive Temperaturwiderstandscharakteristika aufweist, in der Form einer Platte, z. B. in der Form einer Scheibe, deren äußere Oberfläche sowohl durch Hauptoberflächen als auch Umfangsoberflächen gebildet ist und Elektroden 2 und 3 umfaßt, die auf den jeweiligen Hauptoberflächen gebildet sind. Anschlußdrähte (nicht gezeigt) sind durch Löten oder dergleichen mit jeder der Elektroden 2 und 3 verbunden.
Das Thermistorelement 1 mit positiven Charakteristika weist eine flache oder planare innere Region 4 auf, d. h. den Mittelabschnitt desselben, und flache oder planare äußere Regionen 5 und 6, d. h. Abschnitte näher zu beiden Haupt- Oberflächen desselben, die in der Dickerichtung derselben geteilt sind. Die Porositätsbelegungsrate der äußeren Regionen 5 und 6 ist höher eingestellt als diejenigen der inneren Region 4. Genauer gesagt, das Thermistorelement 1 mit positiven Charakteristika umfaßt eine innere Region 4 mit einer vorbestimmten Porositätsbelegungsrate, z. B. 11 bis 13%, und äußere Regionen 5 und 6, die eine höhere Porositätsbelegungsrate von etwa 14 bis 15% aufweisen, die zwischen den Elektroden 2 und 3 und der inneren Region 4 vorgesehen sind.
Die äußeren Regionen 5 und 6 sind auf beiden Hauptoberflächen dieses Thermistorelements mit positiven Charakteristika 1 freigelegt, und die Grenzen zwischen der inneren Region 4 und den äußeren Regionen 5 und 6 sind bei diesem Ausführungsbeispiel auf den Umfangsoberflächen desselben freigelegt. Die Porositätsbelegungsrate der inneren Region 4 und der äußeren Regionen 5 und 6 ist nicht auf die oben erwähnten Werte begrenzt, und die Porositätsbelegungsrate der äußeren Regionen 5 und 6 kann beispielsweise etwa 19% betragen. Kurz gesagt, die Größe und Anzahl der Poren in dem Thermistorelement 1 mit positiven Charakteristika kann beliebig eingestellt werden, vorausgesetzt, daß die Porositätsbelegungsrate der äußeren Regionen 5 und 6 höher ist als die Porositätsbelegungsrate der inneren Region 4.
Es folgt eine Beschreibung der Schritte zum Herstellen des Thermistorelements 1 mit positiven Charakteristika mit der oben beschriebenen Konfiguration. Der erste Schritt ist es, ein erstes Thermistormaterial X, z. B. (Ba·Sr·Pb·Ca·Y·Mn)TiO₃ + SiO₂ und ein zweites Thermistormaterial Y vorzubereiten, das erhalten wird durch Hinzufügen von etwa 2 Gewichtsprozent von kugelförmigen Harzkügelchen von einem Durchmesser von etwa 10–30 μm, die hauptsächlich aus PMMA (Polymethylmethacrylat) bestehen, zu dem ersten Thermistormaterial X. Es ist nicht wesentlich, daß die Harzkügelchen, die oben beschriebenen Bedingungen erfüllen, und dieselben müssen nur die Anforderung erfüllen, daß die Hauptkomponente derselben als Folge des Brennens verschwindet, und daß die Form und der Durchmesser derselben die Bildung von Poren ermöglichen, die größer sind als die Poren, die ursprünglich in der Halbleiterkeramik enthalten sind. Ferner kann die Menge der Harzkügelchen, die hinzugefügt werden, gemäß den gewünschten Charakteristika geeignet eingestellt werden. Beispielsweise können etwa 1 Gewichtsprozent Harzkügelchen zu dem ersten Thermistormaterial X hinzugefügt werden, während etwa 2 Gewichtsprozent Harzkügelchen zu dem zweiten Thermistormaterial Y hinzugefügt werden können.
Nachfolgend wurden das erste und das zweite Thermistormaterial X und Y unter Verwendung einer Trockenpreßmaschine geformt. Genauer gesagt, ein geformtes Element wurde wie folgt erhalten.

(1) Zunächst wurde eine vorbestimmte Menge, d. h. etwa 0,62 g, des zweiten Thermistormaterials Y in eine Metallform gefüllt, die einen Teil der Trockenpreßmaschine bildet, und wurde dann bei einem Druck unter Druck gesetzt, der so niedrig war wie etwa 40 MPa, um ein Teil zu bilden, das der äußeren Region 5 des Thermistorelements 1 mit positiven Charakteristika entspricht.
(2) Dann wurde eine vorbestimmte Menge, d. h. etwa 0,62 g, des ersten Thermistormaterials X auf das Teil, das der äußeren Region 5 entspricht, in der Metallform gefüllt, und dann bei einem Druck, der so niedrig war wie etwa 40 Mpa, unter Druck gesetzt, um ein Teil zu bilden, das der inneren Region 4 des Thermistorelements 1 mit positiven Charakteristika entspricht.
(3) Ferner wurde eine vorbestimmte Menge, d. h. etwa 0,62 g des zweiten Thermistormaterials Y auf das Teil, das der inneren Region 4 entspricht, in der Metallform gefüllt, und dann bei einem Druck, der so hoch war wie etwa 120 Mpa, unter Druck gesetzt, um ein Teil zu bilden, das der äußeren Region 6 des Thermistorelements 1 mit positiven Charakteristika entspricht. Gleichzeitig wurde an diesen Teilen eine Komprimierung als Ganzes durchgeführt, um ein geformtes Element zu erhalten.

Danach wurde das resultierende geformte Element bei einer Temperatur von etwa 1340°C gebrannt, um das Thermistorelement 1 mit positiven Charakteristika zu erhalten. Während dem Brennen verschwinden die Harzkügelchen, die zu dem zweiten Thermistormaterial Y hinzugefügt wurden und hinterlassen Poren an den Stellen, die dieselben besetzt hatten. Somit ist die Porositätsbelegungsrate der äußeren Regionen 5 und 6 des Thermistorelements 1 mit positiven Charakteristika höher eingestellt als diejenige der inneren Region 4. Genauer gesagt, falls dem zweiten Thermistormaterial Y 2% Gewichtsprozent Harzkügelchen mit einem Durchmesser von 20 μm hinzugefügt werden, beträgt die Porositätsbelegungsrate der äußeren Regionen 5 und 6, die aus dem zweiten Thermistormaterial Y hergestellt sind, 14–15%. Andererseits beträgt die Porositätsbelegungsrate für die innere Region, die aus dem ersten Thermistormaterial X hergestellt ist, dem keine Harzkügelchen hinzugefügt werden, 11–13%. Es ist selbstverständlich, daß die Porosität erhöht werden kann durch Erhöhen der Menge an hinzugefügten Harzkügelchen, und verringert werden kann durch Verringern der Menge an hinzugefügten Harzkügelchen.
Falls das Brennen ferner durchgeführt wird, nachdem eine leitfähige Paste auf beide Hauptoberflächen des Thermistorelements 1 mit positiven Charakteristika aufgebracht wurde, wird ein Thermistorbauelement mit positiven Charakteristika erhalten, mit Elektroden 2 und 3, die aus Ni-Ag oder dergleichen bestehen, die auf denselben gebildet sind. Ein Thermistorbauelement mit positiven Charakteristika, das durch solche Schritte hergestellt wird, weist einen Durchmesser von etwa 14 mm und eine Dicke von etwa 2 mm auf.
Die Erfinder haben dann die Blitzhaltespannung (V), d. h. die Haltespannung gegen einen Stoßstrom, eines Thermistorelements 1 mit positiven Charakteristika mit der in 1 gezeigten Struktur gemessen, die durch die Schritte gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels erzeugt wird, und den Widerstand (Ω) und thermische Durchbruchcharakteristika desselben darstellt. Tabelle 1 zeigt das Ergebnis dieser Messung. Tabelle 1 zeigt auch den Widerstand (Ω) und die Blitzhaltespannung V eines Thermistorbauelements mit positiven Charakteristika, das ein positives Thermistorelement umfaßt, das als Beispiel für einen Vergleich nur aus dem Thermistormaterial X hergestellt ist. Die gezeigten Blitzhaltespannungen wurden wie folgt erhalten. Eine Spannung von 100 V wurde für 5 Sekunden angelegt und danach wurde der Widerstand des Thermistorelements 1 mit positiven Charakteristika gemessen, nachdem die Temperatur desselben auf eine normale Temperatur verringert wurde. Falls der gemessene Widerstand gleich war wie der Anfangswiderstand wurde die gleiche Messung bei erhöhten Spannungen wiederholt, um eine Spannung zu finden, bei der eine Änderung bei dem gemessenen Widerstand aufgetreten ist.
Tabelle 1
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß das Thermistorbauelement mit positiven Charakteristika des vorliegenden Ausführungsbeispiels verbessert wurde, um eine Blitzhaltespannung von 500 V aufzuweisen, die 1,8 mal die Blitzhaltespannung 280 V des Thermistorelements mit positiven Charakteristika als ein Vergleichsbeispiel ist. Insbesondere weist das Thermistorelement 1 mit positiven Charakteristika, das das Thermistorelement mit positiven Charakteristika des Ausführungsbeispiels bildet, eine innere Region 4 auf, d. h. den Mittelabschnitt desselben, und äußere Regionen 5 und 6, d. h. die Abschnitte näher zu beiden Hauptoberflächen desselben, die in der Dickerichtung desselben geteilt sind, und die Porositätsbelegungsrate der äußeren Regionen 5 und 6 ist höher eingestellt als diejenige der inneren Region 4. Als Folge haben die Abschnitte näher zu den Hauptoberflächen des Thermistorelements 1 mit positiven Charakteristika weniger Wärmeableitungswege und daher einen höheren spezifischen Widerstand im Vergleich zu dem Mittelabschnitt. Dies führt zu einer Erhöhung bei der Temperatur dieser Abschnitte und einer entsprechenden Verringerung bei der Temperaturdifferenz zwischen dem Mittelabschnitt und den Abschnitten näher zu beiden Hauptoberflächen, wodurch die Differenz bei den Zuständen des thermischen Gleichgewichts derselben reduziert wird. Gleichzeitig absorbieren oder entspannen die Poren, die in dem Thermistorelement 1 mit positiven Charakteristika verteilt sind, die Wärmespannung, die in demselben erzeugt wird. Die Verbesserung der Blitzhaltespannung wird der oben beschriebenen Anordnung zugeschrieben.
Bei den oben beschriebenen Schritten zum Erzeugen eines Thermistorelements mit positiven Charakteristika gemäß dem Ausführungsbeispiel wird ein geformtes Element als das Thermistorelement 1 mit positiven Charakteristika unter Verwendung einer Trockenpreßmaschine hergestellt. Alternativ kann das geformte Element hergestellt werden durch Bilden einer Mehrzahl von Keramikgrünschichten, denen unterschiedlichen Mengen an Harzkügelchen hinzugefügt werden, unter Verwendung eines bekannten Extrusionsverfahrens, Skalpellklingenverfahrens oder dergleichen und dann Laminieren und Kontaktbonden dieser Keramikgrünschichten. Obwohl dies nicht gezeigt ist, liefert die Herstellung des geformten Elements durch solche Schritte einen Vorteil, da ein Thermistorelement mit positiven Charakteristika, das aus einer Mehrzahl von Schichten besteht, die in der Dickerichtung geteilt, gebildet werden kann, und die Porositätsbelegungsrate eingestellt werden kann, um sich fortlaufend zu erhöhen, so daß eine Schicht eine Porositätsbelegungsrate aufweist, die höher ist als diejenige einer weiter innen liegenden Schicht.
2 ist eine Seitenschnittansicht, die die Struktur eines Thermistorbauelements mit positiven Charakteristika gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie das erste Ausführungsbeispiel umfaßt das Thermistorbauelement mit positiven Charakteristika dieses Ausführungsbeispiels ein Thermistorelement 1 mit positiven Charakteristika in der Form einer Platte oder dergleichen, die aus einer Halbleiterkeramik hergestellt ist, die positive Temperaturwiderstandscharakteristika aufweist und Elektroden 2 und 3 umfaßt, die auf beiden Hauptoberflächen gebildet sind, mit denen Anschlußdrähte (nicht gezeigt) verbunden werden sollen. Die Teile in 2, die identisch mit denjenigen in 1 sind oder denselben entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und sind hierin nicht näher beschrieben.
Das Thermistorelement mit positiven Charakteristika, das das Thermistorbauelement mit positiven Charakteristika dieses Ausführungsbeispiels bildet, umfaßt eine innere Region 7, die ein zylindrischer Mittelabschnitt ist, der in der Mitte desselben in der Ausdehnungsrichtung von beiden Hauptoberflächen vorgesehen ist, und ringförmige äußere Regionen 8 umfaßt, die Abschnitte sind, die näher zu den Umfangsoberflächen desselben sind, die vorgesehen sind, um die Seiten der inneren Region 7 zu umgeben. Die Porositätsbelegungsrate der äußeren Regionen 8 ist höher eingestellt als diejenige der inneren Region 7. Die Grenzen zwischen der inneren Region 7 und den äußeren Regionen 8 sind auf beiden Hauptoberflächen dieses Thermistorelements 1 mit po sitiven Charakteristika freigelegt, und die äußeren Regionen 8 sind an den Umfangsoberflächen desselben freigelegt. Die Porositätsbelegungsrate der inneren Region 7 beträgt etwa 11–13%, und die Porositätsbelegungsrate der äußeren Regionen 8 beträgt etwa 14–15%.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Thermistorelement 1 mit positiven Charakteristika durch die innere Region 7, d. h. den Mittelabschnitt derselben, und die äußeren Regionen 8, d. h. die Abschnitte näher zu den Umfangsoberflächen derselben, gebildet, und die Porositätsbelegungsrate der äußeren Regionen 8 ist höher eingestellt als diejenige der inneren Region 7. Als Folge haben die Abschnitte näher zu den Umfangsoberflächen des Thermistorelements 1 mit positiven Charakteristika weniger Wärmeableitungswege und daher einen höheren spezifischen Widerstand im Vergleich zu dem Mittelabschnitt. Dies führt zu einer Erhöhung der Temperatur dieser Abschnitte und einer entsprechenden Verringerung der Temperaturdifferenz zwischen dem Mittelabschnitt und den Abschnitten näher zu beiden Hauptoberflächen, wodurch die Differenz bei den Zuständen des thermischen Gleichgewichts derselben reduziert wird. Außerdem absorbieren oder entspannen die Poren, die durch das Thermistorelement 1 mit positiven Charakteristika verteilt sind, die Wärmebelastung, die in demselben erzeugt wird. Als Folge sind die thermischen Durchbruchcharakteristika verbessert.
3 ist eine Seitenschnittansicht, die die Struktur eines Thermistorbauelements mit positiven Charakteristika gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel umfaßt das Thermistorbauelement mit positiven Charakteristika dieses Ausführungsbeispiels ein Thermistorelement 1 mit positiven Charakteristika in der Form einer Scheibe, z. B. einer Platte, dessen äußere Oberfläche durch sowohl Hauptoberflächen als auch Umfangsoberflächen desselben gebildet ist, das aus einer Halbleiterkeramik mit positiven Temperaturwiderstandscharakteristika hergestellt ist und Elektroden 2 und 3 umfaßt, die auf beiden Hauptoberflächen gebildet sind, mit denen Anschlußdrähte (nicht gezeigt) verbunden werden sollen. Die Teile in 3, die identisch sind mit denjenigen in 1 und 2 oder denselben entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden hierin nicht näher beschrieben.
Das Thermistorelement 1 mit positiven Charakteristika umfaßt eine innere Region 9, die ein Mittelabschnitt ist, der in der Mitte desselben in der Dickerichtung und in der Ausdehnungsrichtung von beiden Hauptoberflächen vorgesehen ist, und umfaßt eine äußere Region 10, die ein Abschnitt ist, der die innere Region 9 umhüllt, d. h. auf sowohl den Hauptoberflächen als auch den Umfangsoberflächen gebildet ist, die vorgesehen sind, um die innere Region 9 zu umgeben. Die Porositätsbelegungsrate der äußeren Region 10 ist höher eingestellt als diejenige der inneren Region 9. Genauer gesagt, das Thermistorelement 1 mit positiven Charakteristika des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist durch eine innere Region 9, die eine Porositätsbelegungsrate von etwa 11–13% aufweist, und eine äußere Region 10 aufgebaut, die eine Porositätsbelegungsrate von etwa 14–15% aufweist, die vorgesehen ist, um den gesamten Umfang der inneren Region 10 zu umgeben. Nur die äußere Region 10 ist auf sowohl den Hauptoberflächen als auch den Umfangsoberflächen dieses Thermistorelements 1 mit positiven Charakteristika freigelegt.
Da das Thermistorelement 1 mit positiven Charakteristika dieses Ausführungsbeispiels die äußere Region 10 umfaßt, die eine Porositätsbelegungsrate aufweist, die höher eingestellt ist als diejenige der inneren Region 9, haben die Abschnitte, die näher zu sowohl den Hauptoberflächen als auch und den Umfangsoberflächen sind, die die äußere Region 10 bilden, weniger Wärmeableitungswege und daher einen höheren spezifischen Widerstand im Vergleich zu dem Mittelabschnitt, der die innere Region 9 ist. Dies führt zu einer Erhöhung der Temperatur dieser Abschnitte und einer ent sprechenden Verringerung der Temperaturdifferenz zwischen diesen Regionen und dem Mittelabschnitt, wodurch die Differenz bei den Zuständen des thermischen Gleichgewichts derselben reduziert wird. Außerdem wird eine erzeugte Wärmespannung durch die Poren absorbiert oder entspannt. Als Folge sind die thermischen Durchbruchcharakteristika wie bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel verbessert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das oben speziell beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt, und es ist selbstverständlich, daß verschiedene Anwendungen und Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs des Prinzips dieser Erfindung möglich sind. Beispielsweise können zwei oder mehr äußere Regionen außerhalb einer inneren Region vorgesehen sein, die ein Thermistorelement mit positiven Charakteristika bildet. Diese Anordnung kann an das erste Ausführungsbeispiel angelegt werden, um eine Konfiguration zu liefern, bei der jede der äußeren Regionen 5 bzw. 6, die zwischen den Elektroden vorgesehen sind, und der inneren Region 4, aus zwei oder mehr äußeren Regionen besteht, die eine unterschiedliche Porositätsbelegungsrate aufweisen. Wenn eine solche Konfiguration verwendet wird, wird es bevorzugt, daß sich die Porositätsbelegungsrate erhöht, wenn sich der Abstand von der inneren Region 4 erhöht. Obwohl ferner sowohl die innere als auch die äußere Region aus Thermistormaterialien hergestellt sind, die im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung bei den obigen Ausführungsbeispielen aufweisen, ist es selbstverständlich, daß dieselben aus Thermistormaterialien hergestellt sein können, die unterschiedliche Zusammensetzungen und unterschiedliche Prozesse aufweisen.
Wie es oben beschrieben wurde, weist bei einem Thermistorbauelement mit positiven Charakteristika gemäß der vorliegenden Erfindung eine äußere Region, die einen Teil desselben bildet, eine Porositätsbelegungsrate auf, die höher ist als diejenige einer inneren Region. Als Folge haben Abschnitte näher zu sowohl den Hauptoberflächen als auch den Umfangsoberflächen derselben, die die äußere Region aufweisen, weniger thermische Leitfähigkeitswege und haben daher einen höheren spezifischen Widerstand im Vergleich zu dem Mittelabschnitt desselben, der die innere Region ist. Dies führt zu einer stärkeren Erhöhung der Temperatur der Abschnitte näher zu sowohl den Hauptoberflächen als auch den Umfangsoberflächen als in dem Mittelabschnitt. Dies reduziert die Temperaturdifferenz zwischen dem Mittelabschnitt und den Abschnitten näher zu sowohl den Hauptoberflächen als auch den Umfangsoberflächen und daher die Differenz bei den Zuständen des thermischen Gleichgewichts derselben. Somit ergibt sich ein Vorteil, da die thermischen Durchbruchcharakteristika gegen einen Stoßstrom verbessert sind.
Außerdem ermöglicht es die vorliegende Erfindung, daß eine Wärmespannung, die in einem Thermistorelement mit positiven Charakteristika erzeugt wird, durch Poren absorbiert oder entspannt wird, wodurch die Möglichkeit des Durchbruchs desselben reduziert wird. Dies ermöglicht es, ein Thermistorelement mit positiven Charakteristika zu schaffen, das verbesserte thermische Durchbruchcharakteristika aufweist.

Claims

Ein Thermistorbauelement mit positiven Charakteristika, das folgende Merkmale umfaßt: ein Thermistorelement mit positiven Charakteristika (1); und Elektroden (2, 3), die auf Hauptoberflächen des Thermistorelements (1) gebildet sind, wobei das Thermistorelement (1) eine innere Region (4) und eine äußere Region (5, 6) umfaßt, und eine Porositätsbelegungsrate der äußeren Region (5, 6) höher eingestellt ist als diejenige der inneren Region (4), wobei die äußere Region (5, 6) einen Abschnitt (5) des Thermistorelements (1) zwischen der inneren Region (4) und einer (2) der Elektroden und einen anderen Abschnitt (6) des Thermistorelements (1) zwischen der inneren Region (4) und der anderen der Elektroden (3) umfaßt.
Das Bauelement gemäß Anspruch 1, bei dem die Abschnitte des Thermistorelements in der Form planarer Schichten sind.
Das Bauelement gemäß Anspruch 1, bei dem das Thermistorelement in der Richtung seiner Dicke in Abschnitte unterteilt ist, die die äußere Region (5, 6) umfassen, und einen Abschnitt, der die innere Region (4) umfaßt.
Ein Thermistorbauelement gemäß Anspruch 1, wobei jeder Abschnitt der äußeren Region eine Mehrzahl von Schichten umfaßt, wobei eine Porositätsbelegungsrate einge stellt ist, um sich fortlaufend zu erhöhen, so daß eine äußere Schicht eine höhere Porositätsbelegungsrate bezüglich der einer inneren Schicht aufweist.
Das Bauelement gemäß Anspruch 4, bei dem die Schichten flach sind.
Ein Thermistorbauelement mit positiven Charakteristika, das folgende Merkmale umfaßt: ein Thermistorelement (1) mit positiven Charakteristika; und Elektroden (2, 3), die an Hauptoberflächen des Thermistorelements (1) gebildet sind, wobei das Thermistorelement (1) eine innere Region (7) und eine äußere Region (8) umfaßt, und eine Porositätsbelegungsrate der äußeren Region (8) höher eingestellt ist als die der inneren Region (7), wobei die äußere Region (8) einen Umfangsabschnitt des Thermistorelements (1) umfaßt, und die innere Region (7) einen Mittelabschnitt des Thermistorelements (1) umfaßt.
Das Bauelement gemäß Anspruch 6, bei dem der innere Abschnitt (7) eine zylindrische Form aufweist und der äußere Abschnitt (8) eine ringförmige Form aufweist.
Das Bauelement gemäß Anspruch 6, bei dem eine Porositätsbelegungsrate eingestellt ist, um sich fortlaufend zu erhöhen, so daß eine äußere Schicht eine höhere Porositätsbelegungsrate bezüglich der einer inneren Schicht aufweist.
Das Bauelement gemäß Anspruch 8, bei dem die Schichten zylindrische ringförmige Schichten umfassen.
Ein Thermistorbauelement mit positiven Charakteristika, das folgende Merkmale umfaßt: ein Thermistorelement (1) mit positiven Charakteristika; und Elektroden (2, 3), die auf Hauptoberflächen des Thermistorelements (1) gebildet sind, wobei das Thermistorelement (1) eine innere Region (9) und eine äußere Region (10) umfaßt, und eine Porositätsbelegungsrate der äußeren Region (10) höher eingestellt ist als die der inneren Region (9), wobei die äußere Region (10) die innere Region (9) vollständig umschließt.
Das Bauelement gemäß Anspruch 10, bei dem eine Porositätsbelegungsrate eingestellt ist, um sich fortlaufend zu erhöhen, so daß eine äußere Schicht eine höhere Porositätsbelegungsrate bezüglich der einer inneren Schicht aufweist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Thermistorelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, das folgende Schritte umfaßt: Vorbereiten eines ersten Thermistormaterials; Vorbereiten eines zweiten Thermistormaterials; Formen des ersten und zweiten Thermistormaterials, so daß das erste Thermistormaterial die innere Region (4; 7; 9) bildet, und das zweite Thermistormaterial die äußere Region (5, 6; 8; 10) bildet; und Brennen des resultierenden geformten Elements, um das Thermistorelement zu erhalten.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem der Schritt des Vorbereitens eines zweiten Thermistormaterials das Hinzufügen von Harzkügelchen zu dem ersten Thermistormaterial umfaßt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem der Schritt des Vorbereitens eines zweiten Thermistormaterials das Hinzufügen von etwa 2 Gewichtsprozent von kugelförmigen Harzkügelchen, die einen Durchmesser von etwa 10–30 μm aufweisen, und Polymethylmethacrylat umfassen, zu dem ersten Thermistormaterial umfaßt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem der Schritt des Vorbereitens eines zweiten Thermistormaterials das Hinzufügen einer Substanz zu dem ersten Thermistormaterial umfaßt, die eine Hauptkomponente aufweist, die als eine Folge des Brennschrittes verschwindet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem der Schritt des Vorbereitens eines zweiten Thermistormaterials das Hinzufügen einer Substanz zu dem ersten Thermistormaterial umfaßt, die eine Hauptkomponente aufweist, die als eine Folge des Brennschrittes verschwindet, und eine Form und einen Durchmesser aufweist, der die Bildung von Poren ermöglicht, die größer sind als die Poren, die sich in dem ersten Thermistormaterial befinden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem der Schritt des Formens folgende Schritte umfaßt: Plazieren einer vorbestimmten Menge des zweiten Thermistormaterials in einer Form, die einen Teil einer Trockenpreßmaschine bildet; Unterdrucksetzen des zweiten Thermistormaterials in der Form zum Bilden eines ersten Teils; Plazieren einer vorbestimmten Menge des ersten Thermistormaterials auf den unter Druck gesetzten ersten Teil; Unterdrucksetzen des ersten und zweiten Thermistormaterials in der Form, um einen kombinierten ersten und zweiten Teil zu bilden; Plazieren einer vorbestimmten Menge des zweiten Thermistormaterials auf den kombinierten Teil; und dann Unterdrucksetzen des ersten und zweiten Materials in der Form zum Bilden des Thermistorelements.
Das Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem der Schritt des Unterdrucksetzens des ersten und zweiten Materials in der Form zum Bilden des Thermistorelements bei einem Druck vorgeformt wird, der höher ist als die anderen Unterdrucksetzschritte.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem der Schritt des Vorbereitens eines zweiten Thermistormaterials das Hinzufügen einer Substanz zu dem ersten Thermistormaterial umfaßt, die eine Hauptkomponente aufweist, die als eine Folge des Brennschritts verschwindet, und eine Form und einen Durchmesser aufweist, der die Bildung von Poren ermöglicht, deren Anzahl höher ist, als die Anzahl von Poren, die sich in dem ersten Thermistormaterial befinden.