JP3278070B2 - 正特性サーミスタ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、正特性サーミスタ素子
をケース内に組み込んでなる正特性サーミスタ装置に関
し、特に、正特性サーミスタ素子の電極が改良された正
特性サーミスタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】単相交流誘導モーターの起動用や消磁回
路用として用いられる正特性サーミスタは、絶縁ケース
内に正特性サーミスタ素子を収納してなるケース封入型
の正特性サーミスタ装置として構成されていることが多
い。上記ケース内に組み込まれる正特性サーミスタ素子
は、例えばチタン酸バリウム系半導体磁器よりなる正特
性サーミスタ素体の両主面に電極を形成した構造を有す
る図２に、従来より上記正特性サーミスタ装置に用いら
れている正特性サーミスタ素子を示す。

【０００３】図２（ａ）の正特性サーミスタ素子１は、
例えばチタン酸バリウム系半導体磁器により構成された
板状の正特性サーミスタ素体２を用いて構成されてい
る。正特性サーミスタ素体２が半導体磁器よりなるた
め、該正特性サーミスタ素体２の表面との間で障壁を構
成しない導電性材料としてＮｉをめっきすることにより
内側電極層３ａ，４ａが形成されており、該内側電極層
３ａ，４ａの表面に、導電性を高めるためにＡｇペース
トを焼き付けることにより、外側電極層３ｂ，４ｂが形
成されている。

【０００４】他方、正特性サーミスタ素子１では、両主
面に形成された外側電極層３ｂ，４ｂ間において、Ａｇ
のサーマルマイグレーションが生じやすいという問題が
あった。そこで、図２（ｂ）に示すように、Ａｇペース
トを焼き付けることにより形成される外側電極層３ｂ，
４ｂの径を小さくし、その外側にギャップ領域ｇを形成
した正特性サーミスタ素子５も用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ケース
内に上記正特性サーミスタ素子１，５を収納してなるケ
ースタイプの正特性サーミスタ装置では、樹脂モールド
タイプの正特性サーミスタ装置に比べて密封性が若干劣
り、従って、湿気や塩素等のガスが内部に侵入しやすい
という問題があった。さらに、正特性サーミスタ素子
１，５は使用に際して自己発熱によりその素子温度が高
くなるため、上記のような湿気や塩素ガス等が侵入した
状態でが外側電極層３ｂ，４ｂ間においてサーマルマイ
グレーションが生じやすく、従って電極３，４間の短絡
を起こし易かった。

【０００６】本発明の目的は、高湿度状態や塩素ガス等
が存在する環境の下におかれた場合においても、電極間
マイグレーションに起因する短絡事故や特性の変動を効
果的に防止し得る構造を備えたケース封入タイプの正特
性サーミスタ装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁性材料よ
りなるケースと、前記ケース内に収納されており、かつ
正特性サーミスタ素体の両主面に電極を形成してなり、
前記電極の少なくとも最外層がＡｌ−Ｓｉペーストによ
り構成されている正特性サーミスタ素子と、前記ケース
内において正特性サーミスタ素子を両側から弾力挟持す
るように配置されており、かつ前記電極に電気的に接続
された第１，第２のバネ端子とを備えることを特徴とす
る正特性サーミスタ装置である。上記Ａｌ−Ｓｉペース
トとしては、アルミニウムを４８〜９６重量％に対して
ケイ素を４〜５２重量％で含有するＡｌ−Ｓｉペースト
が用いられる。

【０００８】

【作用】本発明では、Ａｌ−Ｓｉペーストを用いて正特
性サーミスタ素子の電極が構成されているため、両主面
の電極間におけるマイグレーションが生じず、かつ電極
の経時による劣化も生じ難い。すなわち、本願出願人が
先に提出した特願平２−３４０８６０号に開示されてい
るように、Ａｌ−Ｓｉペーストは、耐湿特性に優れてお
り、かつＡｇ電極と異なり電極間マイグレーションを生
じさせない。しかも、Ａｌ及びＳｉを上記特定の割合で
含有するＡｌ−Ｓｉペーストは、半導体磁器との間で障
壁を形成しないため、正特性サーミスタ素体の両主面に
直接Ａｌ−Ｓｉペースト層を形成することにより電極と
して用いることができる。よって、高湿度環境下やＨＣ
ｌ雰囲気下等のマイグレーションが発生しやすい雰囲気
中においても、電極間マイグレーションが発生しないた
め、ケース封入タイプの正特性サーミスタ装置の信頼性
を高めることができる。

【０００９】

【実施例の説明】図１は、本発明の一実施例にかかる正
特性サーミスタ装置の断面図であり、図６は該正特性サ
ーミスタ装置の分解斜視図である。図１及び図６を参照
して、正特性サーミスタ装置（以下、ＰＴＣ装置と略
す）１１は、絶縁性材料としての合成樹脂よりなるケー
ス１２を用いて構成されている。ケース１２は、図６か
ら明らかなように、ケース本体１２ａと、蓋材１２ｂと
からなる。ケース本体１２ａの上方及び下方には、図１
に示すように貫通口１３ａ，１３ｂがされている。他
方、蓋材１２ｂにも、上下に貫通孔１４ａ（下方の貫通
孔では図６では図示されず）が形成されている。貫通孔
１３ａ，１３ｂ，１４ａは、ケース本体１２ａに蓋材１
２ｂを図６の矢印に沿って組み合わせた状態でボルト等
により連結・固定するために設けられている。すなわ
ち、貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとは、ケース本体１２
ａと蓋材１２ｂとを組み合わせた時に連通する位置に設
けられている。

【００１０】図１に戻り、ケース１２内には、円板状の
正特性サーミスタ素子（以下、ＰＴＣ素子）１５が配置
されている。ＰＴＣ素子１５は、図３に側面図で示すよ
うに、円板状のＰＴＣ素体１６の両主面に電極１７，１
８を形成した構造を有する。電極１７，１８は、それぞ
れ、Ｎｉをめっきすることにより形成された内側電極層
１７ａ，１８ａと、内側電極層１７ａ，１８ａの外表面
にＡｌ及びＳｉを含有するペーストを塗布し、焼き付け
ることにより形成された外側電極層１７ｂ，１８ｂとを
有する。Ａｌ及びＳｉを含有する外側電極層１７ｂ，１
８ｂは、Ａｌを４８〜９６重量％及びケイ素を４〜５２
重量％の範囲で含有するように構成されている。

【００１１】上記外側電極層１７ｂ，１８ｂは、より具
体的には、例えば粒径５〜３０μｍ程度のアルミニウム
粉末と、粒径０．５〜１０．０μｍ程度のケイ素粉末と
を上記の範囲内で混合し、さらに低融点ガラスフリット
及び有機ビヒクルを加えてペースト状としたものを塗布
し、焼き付けることにより形成される。図１に戻り、上
記電極１７，１８の外側表面には、第１，第２のバネ端
子１９，２０が接触されている。第１のバネ端子１９
は、図４に示すように、上記電極１７に弾性接触する弾
性接触部１９ａ，１９ｂを有し、弾性接触部１９ａ，１
９ｂを連結している平板部分１９ｃに引出し端子１９ｄ
を接合した構造を有する。引出し端子１９ｄは、図６に
示されているように、ケース本体１２ａから蓋材１２ｂ
側に引き出されており、蓋材１２ｂの上方外側に引き出
される。

【００１２】図１に戻り、電極１８に弾性接触されてい
る第２のバネ端子２０についても、同様に構成されてい
る。上記ＰＴＣ素子１５は、第１，第２のバネ端子１
９，２０の弾揆力によりケース１２内に弾力挟持されて
いる。また、ＰＴＣ素子１５のケース１２内における水
平方向への移動を規制するために、マイカ等の絶縁性材
料よりなる円環状保持部材２１が、ＰＴＣ素子１５の周
囲に配置されている。すなわち、図５に示すように、円
環状の保持部材２１には、保持部２２，２３がその内周
面に沿って複数箇所に設けられており、それによって内
側に組み込まれたＰＴＣ素子１５の水平方向の移動を規
制している。

【００１３】なお、上記保持部材２１に代えて、ケース
１２の内壁に、ＰＴＣ素子１５の水平方向の移動を規制
するための突起を設けてもよい。本実施例の正特性サー
ミスタ装置１１では、ケース本体１２ａと蓋材１２ｂと
を一体化してなるケース１２内にＰＴＣ素子１５が収納
されている。この種のケース封入型のＰＴＣ装置１１で
は、従来、高湿度環境の下におかれた場合やＨＣｌ雰囲
気等におかれた場合に、電極間マイグレーションが生じ
やすいという問題があった。しかしながら、本実施例の
ＰＴＣ装置１１では、上述したように、電極１７，１８
がＡｌ−Ｓｉペーストよりなる外側電極層１７ｂ，１８
ｂを有するため、電極間マイグレーションが生じ難い。
これを、以下の実験例に基づき説明する。

【００１４】ＰＴＣ素子１５として、チタン酸バリウム
系半導体磁器よりなり、直径１９×厚み２．５ｍｍの大
きさのＰＴＣ素体１６の両主面に無電解めっきによりＮ
ｉを１μｍの厚みにめっきして内側電極層１７ａ，１８
ａを、Ａｌ及びＳｉを重量比で７２対２８の割合で含有
するＡｌ−Ｓｉペーストを作り、膜厚５μｍとなるよう
に印刷し、焼き付けることにより外側電極層１７ｂ，１
８ｂを形成してＰＴＣ素子１５を得た。このＰＴＣ素子
１５を、ケース１２内において第１，第２のバネ端子１
９，２０で弾力挟持し、該ケース１２内に封入し、第１
の実施例品のＰＴＣ装置１１を得た。

【００１５】さらに、上記Ｎｉよりなる無電解めっきを
行わずに、上記Ａｌ−Ｓｉペーストを２０μｍの厚みに
塗布し、焼き付けてなる電極のみを形成したＰＴＣ素子
を用いて、同様にＰＴＣ装置（第２の実施例品）を得
た。

【００１６】比較のために、ＰＴＣ素子１５に代えて、
図２（ａ）に示したＰＴＣ素子１を用い、ケース１２内
に同様にして封入してなるＰＴＣ装置を用意した（従来
例１）。さらに、ｇ＝１．０ｍｍのギャップ領域を設け
たことにおいてのみ従来品１のＰＴＣ素子と異なる図２
（ｂ）に示したＰＴＣ素子５を用い、同様にしてＰＴＣ
装置を作製した（従来例２）。

【００１７】上記第１の実施例品及び第２の実施例品並
びに従来例１，２の各ＰＴＣ装置について、ＨＣｌ蒸気
中にて１００Ｖの電圧を連続的に印加して通電試験を行
い、抵抗値の変化率を求めた。結果を図７に示す。図７
から明らかなように、従来例１では、通電試験開始後１
０時間で抵抗変化率が急激に変化し、電極間マイグレー
ションが発生していることがわかる。また、１０個の試
験品中全てのＰＴＣ装置において、２０時間経過後に電
極間が短絡した。

【００１８】これに対して、第１，第２の実施例品で
は、１０００時間経過後も抵抗値の変化率が小さく、従
って電極間マイグレーションが生じていないことがわか
る。さらに、周囲にギャップ領域を形成してなる従来の
ＰＴＣ素子５を用いた従来例２の抵抗値変化率と比較し
ても、第１，第２の実施例品のＰＴＣ装置の抵抗値変化
率の小さいことがわかる。なお、図８に示すように、本
発明のＰＴＣ装置に用いるＰＴＣ素子においても、外側
に形成される外側電極層１７ｂ，１８ｂの径を小さく
し、周囲にギャップ領域ｇを形成してもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、ケース内にＰＴＣ素子
を収納してなるケース封入型のＰＴＣ装置において、Ｐ
ＴＣ素子の電極がＡｌ−Ｓｉペーストを用いて構成され
ているため、ケース封入型ＰＴＣ装置でありながら高湿
度環境あるいはＨＣｌ雰囲気等におかれた場合であって
も電極間のマイグレーションが生じ難く、かつ抵抗値の
変化率も非常に小さくなる。よって、従来のケース封入
型ＰＴＣ装置に比べて、信頼性及び耐環境特性に優れた
ＰＴＣ装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のＰＴＣ装置の断面図。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は、従来のＰＴＣ素子を説明
するための各側面図。

【図３】実施例のＰＴＣ装置に用いられるＰＴＣ素子の
側面図。

【図４】実施例で用いられるバネ端子を示す斜視図。

【図５】ＰＴＣ素子と保持部材との関係を示す斜視図。

【図６】実施例のＰＴＣ装置の分解斜視図。

【図７】実施例のＰＴＣ装置及び従来例のＰＴＣ装置の
経時による抵抗値の変化率を示す図。

【図８】本発明に用い得るＰＴＣ素子の他の例を示す側
面図。

【符号の説明】

１１…ＰＴＣ装置 １２…ケース １５…ＰＴＣ素子 １６…ＰＴＣ素体 １７，１８…電極 １９，２０…第１，第２のバネ端子

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性材料よりなるケースと、 前記ケース内に収納されており、かつ正特性サーミスタ
   素体の両主面に電極を形成してなり、前記電極の少なく
   とも最外層がＡｌ−Ｓｉペーストにより構成されている
   正特性サーミスタ素子と、 前記ケース内において正特性サーミスタ素子を両側から
   弾力挟持するように配置されており、かつ前記電極に電
   気的に接続された第１，第２のバネ端子とを備えること
   を特徴とする、正特性サーミスタ装置。