JP2548458B2

JP2548458B2 - 正特性サーミスタ装置

Info

Publication number: JP2548458B2
Application number: JP3004684A
Authority: JP
Inventors: 哲生山口
Original assignee: Sekisui Plastics Co Ltd
Current assignee: Sekisui Kasei Co Ltd
Priority date: 1991-01-18
Filing date: 1991-01-18
Publication date: 1996-10-30
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JPH04236401A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、キュリー点がそれぞれ
異なる複数の正特性サーミスタを用いて、電圧変動に対
する電流変動を小さくする素子や、消磁装置のような電
流を減衰させる素子等に応用することができる正特性サ
ーミスタ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】純度の高いチタン酸バリウムの原料に、
例えばランタンのようなランタノイド等を添加して焼成
すると、温度上昇とともに抵抗値も増大する特性、いわ
ゆるＰＴＣ（positive temperature coefficient) 特性
を有するチタン酸バリウム半導体磁器が得られること
は、従来から広く知られている。また、チタン酸バリウ
ム半導体磁器が強誘電体から常誘電体へ相転移を起こす
キュリー点近傍で、顕著なＰＴＣ特性が出現することも
よく知られている。

【０００３】このようなチタン酸バリウム半導体磁器等
のＰＴＣ特性を利用して電流を減衰させる装置として、
例えばカラーＴＶ用自動消磁装置に用いられる正特性サ
ーミスタ装置が提案されている（特開昭６１−２３３０
１）。上記の正特性サーミスタ装置では、消磁効果を増
大させるために、２個の正特性サーミスタを使用してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
正特性サーミスタ装置では、内部に組み込まれる２つの
正特性サーミスタのそれぞれに陽極・陰極の電極加工を
施す必要がある。即ち、第１の正特性サーミスタの両面
と第２の正特性サーミスタの両面との合計４面に電極加
工を施す必要がある。つまり、電極加工の工程数を一般
式で表すと、「サーミスタ数×２極×電極層数」となる
ため、製造工程が煩雑になり、コスト高を招来するとい
う問題点を有している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る正特性サー
ミスタ装置は、上記の課題を解決するために、キュリー
点がそれぞれ異なるとともに、例えば環状円盤または平
板状の平行六面体のように、それぞれ少なくとも１組の
平行に対峙し合う第１面および第２面を有する正特性サ
ーミスタの複数を一体的に組み合わせた複合体として形
成されている。

【０００６】ここで、上記複数の正特性サーミスタは、
上記第１面および第２面以外の面同士、例えば環状円盤
の円筒側面同士あるいは平行六面体の側面同士が密着し
ている。ただし、各密着面は上記第１面および上記第２
面に対して斜めになり、また、複合された第１面および
複合された第２面はそれぞれ面一状となっている。さら
に、電極は、複合された第１面および複合された第２面
のそれぞれに形成されていることを特徴としている。

【０００７】

【作用】上記の構成によれば、上記複合体は、複合され
た第１面および複合された第２面がそれぞれ面一状とな
っているので、例えばスクリーン印刷法によれば、複合
体の第１面に上記複数の正特性サーミスタに共通した電
極を形成し、複合体の第２面に各正特性サーミスタ毎に
独立した電極を形成することも容易に行うことができ
る。この場合、キュリー点が相対的に低い正特性サーミ
スタにコイルを直列に接続すれば、上記正特性サーミス
タ装置を、印加電圧に対して電流を減衰させる電流低減
素子に応用することができる。これは次の理由による。
すなわち、正特性サーミスタの温度に対する抵抗率は、
低温からキュリー点近傍までの温度範囲で減少したの
ち、キュリー点近傍から高温の温度範囲で急激に増大す
る。したがって、キュリー点が相対的に低い正特性サー
ミスタは、自らの発熱と、キュリー点が相対的に高い他
の正特性サーミスタからの熱の供給とによって、その抵
抗率が急激に増大するので、印加電圧に対して電流を急
速に減衰させることができる。

【０００８】一方、上記スクリーン印刷法によって、上
記第１面および第２面のそれぞれに共通電極を形成し、
各正特性サーミスタを例えば並列に接続すれば、上記正
特性サーミスタ装置を、電圧変動に対する電流変動を小
さくする電流安定化素子に応用することができる。これ
は次の理由による。すなわち、温度に対する抵抗率が上
記のように変化する結果として、正特性サーミスタを流
れる電流は印加電圧に対して所定の値まで単調増加した
のち、所定の値以上では単調減少するように推移する
（なお、電流のピーク値に対応する電圧の所定値は、キ
ュリー点が高い正特性サーミスタほど大きくなる）。そ
こで、キュリー点がそれぞれ異なる複数の正特性サーミ
スタを並列に接続し、１つの素子を形成した場合、この
素子の電流−電圧特性は、あたかも各正特性サーミスタ
の電流−電圧特性のピーク部分を単純に連続させたよう
になるという事実を発明者らは究明した。この結果、異
なる特性の正特性サーミスタを複数組み合わせることに
よって、電圧変動に対する電流安定化領域の幅、および
電流の変動率を最適に設定した電流安定化素子を得るこ
とができる。このような電流安定化素子は、電圧が変動
し易い地域で使用される機器の保護、および電圧が不所
望に変動する事故に対する機器の保護等の用途がある。

【０００９】このように、本発明に係る正特性サーミス
タ装置では、複数の正特性サーミスタを用いながら、１
素子同様の工程によって簡単に電極を形成することがで
きる。

【００１０】なお、本発明に係る正特性サーミスタ装置
は、複数の正特性サーミスタの密着面が上記第１面およ
び第２面に対して斜めになるように加工されているの
で、複数の正特性サーミスタ同士の嵌め込みが容易にな
る。また、複数の正特性サーミスタ同士の接触面積が大
きくなるので、正特性サーミスタ相互の熱伝導効率が接
触面積に比例して高くなる。その結果、キュリー点が高
い正特性サーミスタのＰＴＣヒータとしての役割が効率
的になり、正特性サーミスタ装置を上記電流低減素子に
応用する場合、その特性を向上させることができる。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図１６
に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

【００１２】まず、図４および図６に示すように、形状
および特性の異なる２種類の正特性サーミスタａ・ｂを
作成した。正特性サーミスタａは、チタン酸バリウム半
導体磁器をテーパ状に焼成したものであり、正特性サー
ミスタｂは、円盤状に焼成したチタン酸バリウム半導体
磁器を、さらに超音波加工によってテーパ状にくり抜い
て環状に成形した。正特性サーミスタａ・ｂの形状およ
び特性に関する数値を以下の第１表に示す。

【００１３】

【表１】

【００１４】表１において、Ｔｃとはチタン酸バリウム
半導体磁器が強誘電体から常誘電体へ相転移を起こす温
度のことであって、いわゆるキュリー点と称されてい
る。また、図２に示すように、正特性サーミスタａを正
特性サーミスタｂの中空部に嵌合させ、電流低減素子と
して使用する複合体１５を形成するために、正特性サー
ミスタａの大径Ｒ₁および小径Ｒ₂の精度は、１２−0.
０５＜Ｒ₁＜１２＋０および１０−0.０５＜Ｒ₂＜１０
＋０とし、正特性サーミスタｂの中空部の大径Ｒ₄およ
び小径Ｒ₅の精度は、それぞれ１２−０＜Ｒ₄＜１２＋
0.０５、１０−０＜Ｒ₅＜１０＋0.０５に設定した。

【００１５】図３に示すように、テーパ状の正特性サー
ミスタａにおいて、第１の円盤面および第１の円盤面に
平行に対峙する第２の円盤面のそれぞれに電極１および
リード線２を設け、抵抗−温度特性および電流−電圧特
性を測定した。正特性サーミスタｂも同様に、図５に示
すように、互いに平行に対峙し合う両側の環状面のそれ
ぞれに電極３およびリード線４を設けて測定した。正特
性サーミスタａの抵抗−温度特性を図１１に、正特性サ
ーミスタｂの抵抗−温度特性を図１２に示す。

【００１６】いづれも、温度が図中に示したキュリー点
Ｔｃを越えると、顕著なＰＴＣ特性が出現している。次
に、正特性サーミスタａの電流−電圧特性を図１３に、
正特性サーミスタｂの電流−電圧特性を図１４に示す。
正特性サーミスタａが電流低減作用を示すＰＴＣ領域
は、約３Ｖ以上の電圧範囲に相当し、正特性サーミスタ
ｂのＰＴＣ領域は、約２０Ｖ以上の電圧範囲に相当して
いる。図１１ないし図１４から明らかなように、キュリ
ー点Ｔｃの高い正特性サーミスタｂは、正特性サーミス
タａに対してＰＴＣヒータとして作用する。これによっ
て、正特性サーミスタａ自身の発熱に正特性サーミスタ
ｂの発熱が加わるので、正特性サーミスタａの電流低減
作用が増大することになる。

【００１７】なお、本実施例の正特性サーミスタ装置で
は、嵌合された正特性サーミスタａ・ｂの密着面がテー
パ状になっているので、密着面が電極１または電極３を
設けた面に対して直交するように嵌合した場合（すなわ
ち、正特性サーミスタｂがテーパ状ではなく円盤状の場
合）に比べて、嵌め込みやすくなると共に、接触面積が
増大する。正特性サーミスタａ・ｂ間の熱伝導効率は接
触面積に比例する結果、正特性サーミスタｂのＰＴＣヒ
ータとしての作用が増大し、正特性サーミスタａの電流
低減作用が向上する。

【００１８】次に、図１に示すように、正特性サーミス
タｂに正特性サーミスタａを嵌合させ、一体化した複合
体１５を作成した。複合体１５に対する電極の形成は、
スクリーン印刷法を採用して以下のように行った。ただ
し、複合体１５の第１の円盤面には、正特性サーミスタ
ａ・ｂに共通の電極を形成し、複合体１５の第２の円盤
面には、正特性サーミスタａ・ｂそれぞれに独立した電
極を形成するものとする。そのために、図７に示すよう
に、複合体１５の第１の円盤面に電極印刷するためのス
クリーンマスク５に形成された電極パターン６は、複合
体１５の円盤面全体の形状と等しくなっている。また、
図８に示すように、複合体１５の第２の円盤面に電極印
刷するためのスクリーンマスク７に形成された電極パタ
ーン８は、上記電極パターン６が正特性サーミスタａ・
ｂの境界に相当する部位で環状に分割されたようになっ
ている。すなわち、電極パターン８は正特性サーミスタ
ａに対応する内側電極パターン８ａと、正特性サーミス
タｂに対応する外側電極パターン８ｂとで構成されてい
る。

【００１９】これらのスクリーンマスク５・７を、図９
に示すように、複合体１５に載置して電極印刷を行う。
この場合、好ましくはスクリーン印刷機モデル−２４０
０（三谷電子株式会社製）を用いることにより良好な電
極印刷を行なうことができる。電極形成物質は銀ペース
トであり、スクリーン印刷機によって、スクリーンマス
ク５・７を介し複合体１５の第１の円盤面・第２の円盤
面に銀ペーストを塗布する。この後、銀ペーストに含有
されている溶剤を揮発させ、例えば電気炉中で約５８０
℃に加熱し、焼付けを行う。このようなスクリーン印刷
法によれば、電極形成のための工程を複雑にすることな
く、１つの素子と同様に簡易に処理することができる。
こうして、図１および図２に示すように、複合体１５の
第１の円盤面には共通電極１２が形成され、複合体１５
の第２の円盤面には正特性サーミスタｂに対応する第１
独立電極１３、および正特性サーミスタａに対応する第
２独立電極１４が形成される。また、共通電極１２に共
通リード線９を取り付け、第１独立電極１３に第１リー
ド線１０を、第２独立電極１４に第２リード線１１を取
り付ける。

【００２０】以上のようにして作成された複合体１５の
電流減衰特性を図１０に示す回路に基づいて測定した。
即ち、１００Ｖの交流電源を用い、キュリー点が相対的
に低い正特性サーミスタａ、電流計、およびコイルＺＬ
を直列に接続し、これらに正特性サーミスタｂを並列に
接続した。また、電流計を第２リード線１１に接続し、
第１リード線１０を交流電源の一方の端子に、共通リー
ド線９をスイッチを介して交流電源の他方の端子に接続
した。

【００２１】複合体１５の電流−時間特性を図１６に示
す。図１６の波形周期は１６．７〔ｍｓ〕、減衰振動数
は６０〔Ｈｚ〕である。通電３０秒後および１分後の各
電流値を以下の表２に示す。比較のために、単独の正特
性サーミスタａに通電した場合の電流−時間特性を図１
５に示す。図１５の波形周期は１６．７〔ｍｓ〕、減衰
振動数は６０〔Ｈｚ〕である。また、通電３０秒後およ
び１分後の各電流値を表２に示す。ただし、表２の電流
値は全てｐ−ｐ値であり、実効値の２^3/2倍の値になっ
ている。

【００２２】

【表２】

【００２３】表２から、３０秒後あるいは１分後におけ
る正特性サーミスタａの電流値と複合体１５の電流値と
を比較すると、複合体１５の電流値の方がはるかに小さ
くなっていることがわかる。これは、複合体１５の場
合、正特性サーミスタａの発熱に正特性サーミスタｂの
発熱が加わったため、正特性サーミスタａの電流低減効
果が増大したからである。さらに、本実施例のように、
キュリー点が相対的に高い正特性サーミスタｂを正特性
サーミスタａの外側に配置する方が、その逆の配置より
も正特性サーミスタａの蓄熱が効率的に行われ、電流低
減効果が増大することは容易に推察できるところであ
る。

【００２４】本発明の他の実施例について図１７ないし
図２５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

【００２５】本実施例では、抵抗値およびキュリー点が
相異する４種類のチタン酸バリウム半導体磁器を並列に
接続し、電流安定化素子として使用するための複合体を
形成する具体的な構成例を示す。

【００２６】複合体の一例として、まず、多重円盤型を
説明する。

【００２７】複合体１６は、図１７に示すように、それ
ぞれ直径および特性の異なるテーパ状ないし中空部がテ
ーパ状をなすドーナツ盤状に成形された４種類のチタン
酸バリウム半導体磁器を同心状に配置し、かつ、互いに
密着し合うように多重した構造となっている。ここで、
各密着面がテーパ状になっているので、嵌め込みが容易
になる。なお、４種類のチタン酸バリウム半導体磁器の
配列順序は、それぞれの特性によらず任意であってよ
い。

【００２８】４種類のチタン酸バリウム半導体磁器を並
列に接続するために、図１８に示すように、複合体１６
において、互いに平行に対峙し合う第１の円盤面および
第２の円盤面のそれぞれに電極板１７・１８を設ける。
電極板１７・１８の形成は、前実施例で既に説明したス
クリーン印刷法によって簡易に行うことができる。この
ように、４種類のチタン酸バリウム半導体磁器を用いな
がら、電極加工のための工程数は１素子と同様に簡素化
することができる。さらに各電極板１７・１８に端子１
９・２０を取り付け、複合体１６および電極板１７・１
８の全体を樹脂塗膜等によって被覆すると、図１９に示
すように、ラジアルタイプの電流安定化素子として用い
られる正特性サーミスタ装置２１が完成する。

【００２９】次に、複合体の他の例として、平板並列型
を説明する。

【００３０】複合体２２は、図２０に示すように、平板
状に成形された互いに特性の異なる４種類のチタン酸バ
リウム半導体磁器を１列に並べ、境界をセラミックスボ
ンド等によって接着した構造となっている。ただし、各
境界面は、図２２に示すように、密着したチタン酸バリ
ウム半導体磁器相互の熱伝導をできる限り効率的にする
ため、互いに平行に対峙し合う上面および下面に対して
斜めになるように加工されている。この場合も、４種類
のチタン酸バリウム半導体磁器の配列順序は、それぞれ
の特性によらず任意であってよい。４種類のチタン酸バ
リウム半導体磁器を並列に接続するために、図２１に示
すように、複合体２２の上面および下面のそれぞれに電
極板２３・２４を取り付ける。さらに各電極板２３・２
４に端子２５・２６を取り付け、複合体２２および電極
板２３・２４の全体を正特性サーミスタ装置２１と同様
に樹脂塗膜等によって被覆する。

【００３１】また、図２３に示すように、上記４種類の
チタン酸バリウム半導体磁器の境界を接着せずに１列に
並置しただけのものを複合体２７とし、複合体２７の上
面および下面のそれぞれに電極板２８・２９を取り付け
た上、図２４に示すように、さらに絶縁板３０・３１で
挟持して、絶縁板３０・３１の四隅をビス３２等で固定
することにより正特性サーミスタ装置３３を構成しても
よい。

【００３２】

【発明の効果】本発明に係る正特性サーミスタ装置は、
以上のように、キュリー点がそれぞれ異なるとともに、
それぞれ少なくとも１組の平行に対峙し合う第１面およ
び第２面を有する正特性サーミスタの複数を一体的に組
み合わせた複合体として形成された正特性サーミスタ装
置であって、上記第１面および上記第２面以外の面同士
が密着し、各密着面は上記第１面および上記第２面に対
して斜めになり、複合された第１面および複合された第
２面はそれぞれ面一状をなし、電極は複合された第１面
および複合された第２面のそれぞれに形成されている構
成である。

【００３３】それゆえ、複数の正特性サーミスタを用い
ながら、１素子同様の工程によって簡単に電極を形成す
ることができる。

【００３４】また、複合された複数の正特性サーミスタ
の各密着面が上記第１面および第２面に対して斜めにな
るように加工されているので、正特性サーミスタ同士の
接触面積が大きくなる。その結果、キュリー点が高い正
特性サーミスタのＰＴＣヒータとしての役割が効率的に
なるので、その特性を向上させることができるという効
果を併せて奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る正特性サーミスタ装置を示す正面
図である。

【図２】図１に図示の正特性サーミスタ装置を示す側面
図である。

【図３】諸特性の測定に用いた正特性サーミスタを示す
正面図である。

【図４】図１に図示の正特性サーミスタ装置を構成する
正特性サーミスタを示す側面図である。

【図５】諸特性の測定に用いた他の正特性サーミスタを
示す正面図である。

【図６】図１に図示の正特性サーミスタ装置を構成する
他の正特性サーミスタを示す縦断面図である。

【図７】複合体の第１の円盤面に共通電極を形成するた
めのスクリーンマスクを示す平面図である。

【図８】複合体の第２の円盤面に独立電極を形成するた
めのスクリーンマスクを示す平面図である。

【図９】複合体に電極を形成する工程を示す説明図であ
る。

【図１０】正特性サーミスタ装置の特性を測定するため
の回路図である。

【図１１】図４に図示の正特性サーミスタの抵抗−温度
特性を示すグラフである。

【図１２】図６に図示の正特性サーミスタの抵抗−温度
特性を示すグラフである。

【図１３】図４に図示の正特性サーミスタの電流−電圧
特性を示すグラフである。

【図１４】図６に図示の正特性サーミスタの電流−電圧
特性を示すグラフである。

【図１５】図４に図示の正特性サーミスタ単独の電流減
衰特性を示す波形図である。

【図１６】正特性サーミスタ装置の電流減衰特性を示す
波形図である。

【図１７】他の複合体を示す平面図である。

【図１８】電極を形成した複合体を示す縦断面図であ
る。

【図１９】本発明に係る他の正特性サーミスタ装置を示
す正面図である。

【図２０】さらに他の複合体を示す平面図である。

【図２１】電極を形成した複合体を示す側面図である。

【図２２】図２０に図示の複合体を示す正面図である。

【図２３】さらに他の複合体を示す平面図である。

【図２４】本発明に係るさらに他の正特性サーミスタ装
置を示す側面図である。

【符号の説明】

１２共通電極１３第１独立電極１４第２独立電極１５・１６・２２・２７複合体１７・１８・２３・２４・２８・２９電極２１・３３正特性サーミスタ装置ａ・ｂ正特性サーミスタ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】キュリー点がそれぞれ異なるとともに、そ
れぞれ少なくとも１組の平行に対峙し合う第１面および
第２面を有する正特性サーミスタの複数を一体的に組み
合わせた複合体として形成された正特性サーミスタ装置
であって、上記第１面および上記第２面以外の面同士が
密着し、各密着面は上記第１面および上記第２面に対し
て斜めになり、複合された第１面および複合された第２
面はそれぞれ面一状をなし、電極は複合された第１面お
よび複合された第２面のそれぞれに形成されていること
を特徴とする正特性サーミスタ装置。