JP3132750U

JP3132750U - 電子部品

Info

Publication number: JP3132750U
Application number: JP2007002107U
Authority: JP
Inventors: 俊幸野尻
Original assignee: 石塚電子株式会社
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2017-03-28

Abstract

【課題】過電流、過電圧の影響を受ける電子機器や、電源の入り、切りが頻繁に行われる機器の過電流、過電圧の保護に用いる電子部品を提供する。
【解決手段】半導体エレメントと、該半導体エレメントと電気的に接続する引出線１３と、前記半導体エレメントの周囲を囲むヒートシンク１６と、前記半導体エレメントと前記ヒートシンクとの間を熱的に結合する充填材とから構成される。
【選択図】図１

Description

本考案は、電子機器に使用する過電流、過電圧を制限するために用いられる電子部品に関し、より詳しくは、ヒートシンクに内蔵された過電流、過電圧から電子機器を保護する電子部品に関するものである。

各種の電子機器には、電源スイッチを入れる際に発生する突入電流や外雷サージから二次側の回路部品を保護するための過電流制限用の電子部品や過電圧制限用の電子部品が使用されている。このひとつとして過電流制限用の電子部品には、図３に示すように、ディスク状のサーミスタエレメント５１と、サーミスタエレメントの両側に形成された電極５２と、はんだによって電極５２と電気的に接続された引出線５３と、エポキシ樹脂５４等によりサーミスタエレメント５１を被覆するコーティング材とから構成されているものが広く知られている。

この電子部品は、電源スイッチが入った直後はサーミスタエレメントの温度が低いため、突入電流を制限する程度の高い抵抗を維持しているが、時間が経過するに従い自己発熱によって熱エネルギーに変換され、サーミスタエレメントの温度が上昇してサーミスタエレメントの抵抗が低下する現象を利用したディスクリートの電子部品である。

ところで、従来の突入電流制限用として用いられるこの電子部品は、定常電流値が比較的小さな電子機器の突入電流制限には用いることができるが、回路の定常電流値が１０Ａを超えるような電子機器に用いると、自己発熱によりサーミスタエレメントの温度が２００℃以上となり、サーミスタエレメントと引出線とを接続しているはんだが溶融したり、あるいはサーミスタエレメントを被覆しているコーティング材が変質したり、更にはこの電子部品を実装している回路基板が変質したりするおそれがあった。そこで定常電流が大きな電子機器に使用できるように、突入電流制限用に用いられるこの電子部品は、サーミスタエレメントの直径を大きくして表面積を大きくし放熱の効率を上げたり、引出線の径を太くして引出線からの放熱量を大きくする工夫をしていた。

しかしながら、従来のサーミスタエレメントを大きくした突入電流制限用の電子部品は、短い時間で繰り返し電源を入り、切りした場合、突入電流により自己発熱したサーミスタエレメントの温度が常温まで下降せず、再び電源が入った際、突入電流を制限できない問題があった。

具体的には、コピー機の熱定着用のハロゲンヒータは、約５秒間点灯し約１５秒間消えるサイクルを繰り返すが、従来の突入電流制限用の電子部品は、熱時定数が５０秒以上もあり、突入電流により２００℃程度まで自己発熱したサーミスタエレメントが常温まで下降できずに次の突入電流が流れてきても制限できない問題があった。また、サーミスタエレメントの直径を大きくすれば表面積が大きくなって放熱効率が上がり、大容量化を達成できるが、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉなどの原材料を大量に使用することになり原材料のコスト増加と天然資源の枯渇につながる問題もあった。

第１の考案にかかる電子部品は、半導体エレメントと、該半導体エレメントと電気的に接続する引出線と、前記半導体エレメントの周囲を囲むヒートシンクと、前記半導体エレメントと前記ヒートシンクとの間を熱的に結合する充填材とから構成されたことを特徴とする電子部品である。

第２の考案にかかる電子部品は、請求項１の考案において、前記半導体エレメントが、サーミスタ、定電流ダイオード、定電圧ＩＣと抵抗器を接続した回路、バリスタの何れかから構成されたことを特徴とする電子部品である。

第３の考案にかかる電子部品は、請求項１の考案において、前記ヒートシンクが、アルミニウム、銅、亜鉛、マグネシウム、鉄のいずれかの金属又は合金であることを特徴とする電子部品である。

第４の考案にかかる電子部品は、請求項１，３の考案において、前記ヒートシンクの表面に、カーボンブラック、または無機顔料等の塗料を塗布したことを特徴とする電子部品である。

第５の考案にかかる電子部品は、請求項１，３の考案において、前記ヒートシンクの表面に、陽極酸化処理、またはアルマイト処理を行ったことを特徴とする電子部品である。

第６の考案にかかる電子部品は、請求項１の考案において、前記引出線が、銅、鉄、ニッケルのいずれかの金属又は合金であることを特徴とする電子部品である。

第７の考案にかかる電子部品は、請求項１の考案において、前記半導体エレメントが、複数個の直列接続、並列接続、直並列接続した回路としたことを特徴とする電子部品である。

本考案における電子部品は、半導体エレメントが、ヒートシンクに四方囲まれているために、過電流や過電圧により自己発熱した半導体エレメントの熱を効率よく放熱できるので、許容電力の大容量化が可能である。

また、本考案における電子部品は、繰り返し電源を投入しても、半導体エレメントが、ヒートシンクに四方囲まれているために、過電流、過電圧により自己発熱した半導体エレメントの熱を効率よく放熱できるので、短時間で半導体エレメントの温度が常温に戻り、繰り返し過電流流れたり、過電圧が印加されても制限できる。

以下、図面を参照し、本考案の実施例を説明することにより、本考案を明らかにする。一実施例として、本考案における電子部品のひとつである過電流制限用サーミスタの実施例を示す。図１に示すように、突入電流制限用サーミスタは、サーミスタエレメント１１と、サーミスタエレメント１１に焼き付けられた電極１２と、サーミスタエレメント１１と電気的に接続された引出線１３と、電極１２と引出線１３を電気的に接続するはんだ１４と、サーミスタエレメント１１を被覆するコーティング材１５と、サーミスタエレメント１１の周囲を囲むヒートシンク１６と、サーミスタエレメント１１とヒートシンク１６との間を熱的に結合する充填材１７とから構成されている。

次に、本考案における突入電流制限用サーミスタの製造方法について説明する。まず始めに、図２（ａ）に示すように、Ｍｎ、Ｎｉ系などの遷移金属の酸化物粉体を混合してディスク状に成形し、高温で焼成し、直径１３ｍｍのサーミスタエレメント１１を製造する。サーミスタエレメントには、銀ペーストなどの電極となる材料をスクリーン印刷などの方法で印刷し、高温で焼き付けることにより電極１２を形成する。次に図２（ｂ）に示すように、高温はんだ１４を用いて熱伝導率が約１００Ｗ／ｍＫの鉄系の材料の引出線１３を電気的に接続する。引出線１３をはんだ付け後、図２（ｃ）に示すように、絶縁性のコーティング材１５を塗布し硬化させる。

次に、図１（ａ），（ｂ）に示すように、サーミスタエレメント１１は、熱伝導率が約２００Ｗ／ｍＫのアルミ製のヒートシンク１６の貫通孔１６ａの中に配置させ、熱伝導率が１．５Ｗ／ｍＫのエポキシ樹脂からなる充填材１７で封入させて固定される。ヒートシンク１６には、放熱フィン１６ｂが設けられ、放熱させるために表面積大きくしている。以上の工程を経て本考案の突入電流制限用サーミスタが完成する。

次に、本考案における過電流制限用サーミスタと従来の過電流制限用サーミスタの熱時定数の比較結果を開示する。本考案における図１に示した構造の過電流制限用サーミスタと、ヒートシンクを取り付けていない従来形状（図３）の過電流制限用サーミスタを用意した。どちらも、エレメント、引出線、コーティング材は同じ材質、寸法形状である。熱時定数の測定方法は、日本工業規格ＪＩＳＣ２５７０−１：２００６４．１２「自己発熱からの冷却による熱時定数」に準拠して行った（室温２５℃の雰囲気中で電源を入れ、サーミスタエレメントが２００℃になるように自己発熱させ、電源を切る。算出式により時定数を計算する）。

本考案における過電流制限用サーミスタの熱時定数は５秒であるのに対し、比較用の従来の過電流制限用サーミスタの時定数は５４秒であった。この結果は、本考案における過電流制限用サーミスタが、前述したコピー機の熱定着用のハロゲンヒータの約５秒間点灯、約１５秒消えるサイクルに対し、使用を可能とするものである。

また、本考案における過電流制限用サーミスタは、サーミスタエレメントが、ヒートシンクに四方囲まれていることにより効率よく熱を放熱できるので、許容電力の大容量化が可能である。従来の過電流制限用サーミスタは許容電力が３．８Ｗであったのに対し、本考案の過電流制限用サーミスタに使用すると許容電力が２０Ｗとなり、許容電流が３０Ａの大電流に対しても使用が可能となる。

なお、ヒートシンク１６の表面にアルマイト処理、陽極酸化処理、またはカーボンブラックや無機顔料を塗布して、輻射による放熱効率を向上させても良い。無機顔料を塗布することで表面の放射率が０．９６程度となり、輻射放熱による放熱量が大きくなる。その結果、サーミスタエレメント１１の温度上昇が抑えられて許容電力が大きくなり、許容電力が約３０％向上し許容電流は約１５％程度向上した。また、ヒートシンク１６の表面にアルマイト処理を行うことで、表面の放射率が０．９程度となり、輻射放熱による放熱量が大きくなり、サーミスタエレメント１１の温度上昇が抑えられて許容電力が大きくなる。

なお、ヒートシンク１６の材質は、アルミニウムのみならず、銅、亜鉛、鉄のいずれかの金属又は合金であっても同様の効果が得られる。さらに、充填材１７は、エポキシ樹脂に限らず、ＡＢＳ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂の何れかであってもよい。なお、引出線１３は、熱伝導が良い材料を用いるとリード線からの放熱効率が上がり、サーミスタエレメントの温度上昇が抑えられて許容電力が大きくなる。本考案の実施例では、引出線１３に熱伝導が１００Ｗ／ｍＫの鉄線（ＣＰ線）を用いたが、熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫの銅線を引出線１３に使用すると約３０％程度、許容電力が大きくなることを確認した。

また、上述した実施例は、過電流制限用のサーミスタを用いた電子部品の実施を開示したが、これに限定するものではなく、半導体エレメントに定電流ダイオードを用いて電流容量を増加させた電流制限用の電子部品を製作することも可能である。

さらに、半導体エレメントに定電圧ＩＣと固定抵抗器を接続したものを適用して電流容量を増加させる電子部品の製作も可能である。また、本考案は、過電流制限だけでなく、使用する半導体エレメントにバリスタを適用した場合は、過電圧制限の電子部品となり、大きな電力を負担することができるようになる。一例として、許容電力１Ｗのシリコン系のバリスタをヒートシンクの中に入れた場合、その許容電力は１０Ｗになり許容電力を拡大することが可能となる。

また、複数の半導体エレメントをヒートシンクの中に入れることで許容電力を大きくすることもできる。実施例のひとつとしては、1つの定電流ダイオードでは１５ｍＡで定格電力２５Ｖの許容電力０．３Ｗのものを５つ直列に接続した定電流ダイオードをヒートシンクに入れる。この定電流ダイオードを５つ直列接続した電子部品は、１５ｍＡで２５０Ｖの許容電力が３．７５Ｗになった。また、他の実施例としては、1つの定電流ダイオードの特性が５．６ｍＡで定格電力１００Ｖの製品を５つ並列に接続した回路をヒートシンクの中に入れた製品は２８ｍＡで許容電圧１５０Ｖの許容電力が４．２Ｗになった。また他の実施例としては、1つの定電流ダイオードの特性が５．６ｍＡで定格電力１００Ｖの製品２つを直列したものを３つ並列に接続した直並列回路をヒートシンクの中に入れた製品は１６．８ｍＡで許容電圧３００Ｖの許容電力が５．０４Ｗになった。

本考案における電子部品は、過電流、過電圧の影響をうける電子機器や、電源の入り、切りが頻繁に行われる機器、例えばコピー機の熱定着用のハロゲンヒータの突入電流制限用に用いる過電流制限用の電子部品を提供することができる。

図１は本考案の電子部品の一実施例である過電流制限用サーミスタの斜視図である。図２は本考案の電子部品の一実施例である過電流制限用サーミスタの組み立て図である。図３は従来の電子部品のひとつである過電流制限用サーミスタの斜視図である。

符号の説明

１１サーミスタエレメント
１２電極
１３引出線
１４はんだ
１５外装材
１６ヒートシンク
１７充填材

Claims

半導体エレメントと、該半導体エレメントと電気的に接続する引出線と、前記半導体エレメントの周囲を囲むヒートシンクと、前記半導体エレメントと前記ヒートシンクとの間を熱的に結合する充填材とから構成されたことを特徴とする電子部品。
前記半導体エレメントが、負の温度係数を有するサーミスタ、定電流ダイオード、定電圧ＩＣと固定抵抗器を接続した回路、バリスタの何れかであることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
前記ヒートシンクが、アルミニウム、銅、亜鉛、マグネシウム、鉄のいずれかの金属又は合金であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
前記ヒートシンクの表面に、カーボンブラック、または無機顔料等の塗料を塗布したことを特徴とする請求項１，３に記載の電子部品。
前記ヒートシンクの表面に、陽極酸化処理、またはアルマイト処理を行ったことを特徴とする請求項１、３に記載の電子部品。
前記引出線が、銅、鉄、ニッケルのいずれかの金属又は合金であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
前記半導体エレメントが、複数個の直列接続、並列接続、直並列接続した回路としたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品。