JPH02114501A - 抵抗可変機能を有する半導体磁器デバイス素子 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、電気回路に挿入されて、連続的または段階的
に抵抗が増減し回路の電流や電圧を制御したり、回路を
遮断、導通するための抵抗可変デバイス素子に関するも
のである。

［従来技術及び発明が解決しようとする問題点］家庭用
電気機器や自動車用電装部品等は、照明の明るき、音の
大きさ、モータの回転数等を連続的あるいは段階的に変
化させたり、それらの機器の起動、停止をするために可
変抵抗器やリレー等を電気回路途中に挿入し電気負荷に
流れる電流や、電圧を制御していることが多い。

従来、この種の可変抵抗器やリレー等は、例えば第２図
（イ）に示す如く金属抵抗線をコイル状に巻いたものを
複数個直列に接続し、それぞれの接合点をスイッチの接
点に接続し、スイッチの接点を選択的に接続することに
より抵抗を段階的に変化させるものがあった。しかしこ
の段階的可変抵抗器は、当然の事ながら、微妙な制御は
不可能である。

また連続的な制御が可能な抵抗器としては、例えば第２
１５０（ロ）に示す如く、フィル状に巻いた金属抵抗線
上に設けた接点が接触しつつスライドすることにより連
続的に抵抗を変化させるものがあった。しかしこの連続
的可変抵抗器は接触部の耐久信頼性やスライド機構部等
のメカニカルな点での問題が多々発生していた。

これらの問題点を解決したのが例えば第２図（ハ）に示
すパワートランジスタである。パワートランジスタは、
ベース、エミッタ間に流す電流によってフレフタ、エミ
ッタ間に流れる電流を制御することが可能ではあるがヒ
ートシンクを装着したパワートランジスターといえども
制御し得る電流はそれほど大きくなく、また何らかの要
因で犬きな電流が流れた場合には、パワートランジスタ
は破壊されるばかりでなくその破壊モードはオープンの
場合とショートの場合があり、使用にあたっては注意を
要していた。更に、現在膨大な数量が生産、使用されて
いるにもかかわらず、高価なものである。

またスイッチングについては、第２図（ニ）に示す如く
構成されたリレーをもちいているがこれも複雑構造で、
高価、大型のものである。

また、第２図に示すものでトランジスタ（ハ）以外の可
変抵抗器（イ）（ロ）やリレー（ニ）は、接点の接触、
非接触により制御するものであるため電気的ノイズの発
生源となり周辺の回路や機器に悪影響を及ぼす。またこ
れらの従来技術では、回路での短絡等により過大電流が
流れた場合は、その過大電流を防がないばかりでなく、
接点の焼付等制御不能に至るものである等、幾多の問題
点を有していた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉ０３）にＬａ。

Ｃｅその他の酸化物を添加し、常温の比抵抗が小さく著
しく大きな正の抵抗温度係数を有する半導体磁器を、１
対の対面間の抵抗値を小さく、他の１対の対面間の抵抗
値を大きくなる様に、すなわち少なくとも寸法の小さい
１対の対面と寸法の大きい１対の対面を形成するととも
に、それぞれの対面に電極を施し、寸法の大きい対面電
極に信号系回路を、寸法の小さい対面電極に電源系回路
をそれぞれ接続し、信号系回路により寸法の大きい対面
間に印加する電圧を変化すると、寸法の小さい対面間の
抵抗値を変化させることができる。更には寸法の大きい
対面間に印加する電圧を大きく変化すると、寸法のノＪ
＼さい対面間の抵抗値が著しく変化し、電源系回路のス
イッチングを可能とするものである。

また更に、電源系回路において短絡等の異状が発生し過
大電流が流れた場合には自己の抵抗値を急激に増加させ
その過大電流を即座に減少させる等、前記の問題点を一
挙に解決するものである。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図、第３図に基づき説明
する。

チタン酸バリウム１ｍｏｌに酸化ランタン０．２ｍｏ１
％添加した組成を原料とし、従来通りの窯業的手法を用
いて、１対の対面寸法を他の２対の対面寸法よりも小さ
いいわゆる四角板状形状に形成した、常温での抵抗が低
く著しく大きな正の抵抗温度係数を有する半導体磁器（
１）の、１対の小さい対面寸法を有する両表面（４）（
４）と、大きい対面寸法を有する２対の両表面の内１対
の両表面（５Ｘ５）に、オーム性接触を示す電極（６）
（６）、（７Ｘ７）例えば銀ペーストをそれぞれ塗布、
焼付されてチタン酸バノウム系半導体磁器を用いたデバ
イス素子（３）を得ることができる。

このようにして得られた半導体磁器デバイス素子り３）
のそれぞれ塗布、焼付した小さい対面寸法の両電極（６
）（６）面に電源系回路（ＩＯＸＩＯ）を、大きい対面
寸法の両電極（７）（７）面に信号系回路（１１）（１
１）を第３図の様にそれぞれ導電性接着剤例えばハンダ
にて接続し、信号系回路を用いて大きい対画才法の両電
極（７）（７）面間に電圧を印加するとその電圧の大き
さに従って小さい対面寸法の両電極（６）（６）面間の
抵抗値が変化する様子を第４図に示す。

第４図から明らかなように、大きい対面寸法の両電極（
７）（７）面間に印加した電圧が０〜５■の間はその電
圧が増加することに従って小さい対面寸法の両電極（６
）（６）面間の抵抗値が増加し、また、大きい対面距離
の両電極（７Ｘ７）面間の電圧が６ｖを越えると、小さ
い対面寸法の両電極（６）（６）面間の抵抗値は急激に
増加しほとんど絶縁状態となる。

すなわち、本発明による半導体磁器デバイス素子（３）
の小さい対面寸法の両電極（６Ｘ６）面に接続した電源
系回路（１０）（１０）に電気機器を直列に接続し、大
きい対面寸法の両電極（７）（７）面に接続した信号系
回路（１１）（１１）に制御器を接続し、制御器により
発生する電圧により、電源系回路に接続した照明の明る
さ、音響機器の音量、モーターの回転数等を制御したり
、それらの起動、停止が自由にできるものである。

以上は本発明の一実施例として、半導体磁器デバイス素
子（３）の半導体磁器にチタン酸バリウム１加１に酸化
ランタン０．２ｍｏｌを添加した組成を示したが、半導
体磁器の変移点、比抵抗の選択の為に従来から検討され
ている種々の添加物を添加したチタン酸バリウム系半導
体磁器を用いてもよく、チタン酸バリウムのｌＯｍｏ１
％を炭酸ストロンチウムで置換したチタン酸バリウム−
チタン酸ストロンチウム固溶体に酸化ランタン０．２ｍ
ｏ１％添加した組成を従来通りの窯業的手法で作成した
磁器を用いてもよい。

また、本発明の一実施例として、四角板状形状を示した
が四角板状形状にこだわることはなく各種の形状におい
て製作可能である０例えば第５図に示すように略円板状
形状においても前記と同様の構成及び回路を用いること
ができるので第４図に示した場合と同様の性能を得るこ
とができる。

また、単純板状形状ばかりでなく第６図に示すような複
合化した形状でも前記と同様の構成、回路を用いること
ができ、前記と同様の性能を得ることができるのは言う
までもない。

また更に、第７図、第８図に示すように信号系回路を接
続する大きい対面寸法を有する２対またたは３対の両面
にオーム性接触を示す電極（７）（７）、（８）（８）
、（９）（９）を施すことにより、２種または３種の異
った信号によって１つの電源系回路を制御することも可
能である。この際、小きい対面寸法の両電極（６）（６
）面間の抵抗値は、２対または３対の大きい対面寸法の
両′Ｗ！、極（７）（７）、（８）（８）、（９）（９
〉面間にそれぞれ接ｍきれた信号系回路によって印加さ
れた電圧の和によって制御される。

すなわち、２つまたは３つの信号系回路によってそれぞ
れ印加された電圧の和が５ｖ以下の場合には、小さい対
面寸法の両電極（６）（６）面間の抵抗値は第４図に示
す如く直線的な変化を示し、また２つまたは３つの信号
系回路によってそれぞれ印加された電圧の和が６ｖを越
す場合には、小さい対面寸法の両電極（６）（６）面間
の抵抗値は第４図に示す如く大きく変化し、スッチング
動作を可能にするものであることも当然のことである。

上記の如く２つまたは３つの信号系回路によって制御す
る場合と同様にして、半導体磁器デバイス素子の形状を
更に変化させ更に多くの信号系回路によって制御するこ
とも可能であることはもちろんである。

本発明の半導体磁器デバイス素子（３）の形状、寸法に
ついては、電源系回路に流れる電流値と耐電圧および信
号系回路の電圧にて決定される。すなわち、Ｔ！電源系
回路耐電圧は小さい対面寸法を有する両面（４）（４）
間の寸法により影響されるし、電流値は小さい対面寸法
を有する両電極（６）（６）の面精により影響される。

また信号系回路の電圧は大きい対面寸法を有する両面（
５Ｘ５）間の寸法により影響される。また、半導体磁器
デバイス素子（３）を構成する半導体磁器の比抵抗を調
整することにより、それらの特性を変化させることもで
きる。

すなわち、半導体磁器の比抵抗と板厚や大きさ、形状を
いろいろ組み合わせることにより、各種の特性値に対し
ても対応可能なものである。

［発明の効果］ 以上の如く少なくとも寸法の大きい１対の対面すなわち
抵抗値の大きい１対の対面と、寸法の小さい１対の対面
すなわち抵抗値の小さい１対の対面にそれぞれ電極を施
し、寸法の大きい１対の対面に信号系回路を接続し、ま
た寸法の小さい１対の対面に電源系回路を接続した常温
の比抵抗が／Ｊ％さく、著しく大きな正の抵抗温度係数
を有するチタン酸バリウム系半導体磁器にて成るデバイ
ス素子（３）は、信号系回路により寸法の大きい１対の
対面間に印加する電圧の大きさにより、電源系回路に接
続された寸法の小さい１対の対面間の抵抗値を変化きせ
ることができるので、従来の可変抵抗器やトランジスタ
のように複雑かつ高価な回路を構成することなく照明機
器の明るさ、音響機器の音量、モータの回転数等の制御
が簡単、単純、小型かつ安価に可能となるものである。

また、信号系回路により、寸法の大きい１対の対面間に
大きく変化する電圧を印加すると、を理系回路に接続さ
れた寸法の小さい１対の対面間の抵抗値が著しく変化す
るので、従来のリレーのように複雑高価なものを使用す
ることなく各種機器の起動、停止が単純、小型、安価に
可能となるものである。

また、上記のスイッチング作用については、当然のこと
ながら無接点式であるので、ノイズ等の発生もなく周囲
の回路、機器に悪影響を及ぼすことがない利点もある。

また、チタン酸バリウム系半導体磁器が有する特性とし
て電源系回路において短絡等の異状が発生した場合には
、過大電流により素子自身の温度が上昇し素子自己の持
つ抵抗値が急激に増加し、過大電流を即座に減少させる
のでヒユーズやブレーカ−等の過電流保護器を回路途中
に挿入することなく、短絡時等の過大？！流に対して保
護可能という効果も有する。また更には寸法の大きい対
面を複数対構成することにより、従来１．Ｃ等を用いて
行っていたＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路等複雑かつ高価な
回路を一切使用することなくただ１個の半導体デバイス
素子にて上記同様に電源系回路の抵抗、電圧の制御やス
イッチングが複数の信号により直接制御できる効果も有
し、前記の各種の問題点を解決するばかりでなく、特有
の効果も得られる等、産業利用性が非常に高いものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のデバイス素子の斜視図、第２図は従来
のデバイス例で、（イ）は段階的に、（ロ）は連続的に
それぞれ変化する可変抵抗器、（ハ）はトランジスタ、
（ニ）はリレーの、それぞれ回路構成を示す図面、第３
図は本発明の半導体磁器デバイス素子を用いた回路構成
例、第４図は本発明の一実施例による電圧−抵抗値特性
図、第５．６．７．８図は本発明の別の実施例を示す斜
視図である。 （１、半導体磁器　（３）、半導体磁器デバイス素子（
４，１対の小さい対面寸法を有する両表面（５、大きい
対面寸法を有する両表面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）常温の比抵抗が小さく著しく大きな正の抵抗温度
   係数を有するチタン酸バリウム系半導体磁器にて、１対
   の対面の寸法を小さく、他の１対の対面の寸法を大きく
   形成するとともに、それぞれの両面に電極を施し、対面
   寸法の小さい両面に電源系回路を、対面寸法の大きい両
   面に信号系回路をそれぞれ接続し、信号系回路により印
   加される電圧が変化することにより、対面寸法の小さい
   両面間の抵抗値が変化する半導体磁器デバイス素子。
2. （２）対面寸法の大きい両面間に印加する電圧が大きく
   変化することにより対面寸法の小さい両面間の抵抗値が
   著しく変化するスイッチング性能を有した特許請求の範
   囲第１項に記載の半導体磁器デバイス素子。
3. （３）１対の対面寸法の小さい両面と複数対の対面寸法
   の大きい両面を形成し、複数対の対面寸法の大きい両面
   にそれぞれ信号系回路を接続し、複数の信号系回路によ
   り印加される電圧の和により１対の対面寸法の小さい両
   面間の抵抗値が変化する特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載の半導体磁器デバイス素子。