JPH06215903A - 電気抵抗要素 - Google Patents

電気抵抗要素

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JPH06215903A
JPH06215903A JP5245317A JP24531793A JPH06215903A JP H06215903 A JPH06215903 A JP H06215903A JP 5245317 A JP5245317 A JP 5245317A JP 24531793 A JP24531793 A JP 24531793A JP H06215903 A JPH06215903 A JP H06215903A
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JP
Japan
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resistance element
conductive material
electrical resistance
particles
element according
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JP5245317A
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English (en)
Inventor
Anton Demarmels
アントン・デマルメルス
Felix Greuter
フエリックス・グロイター
Ralf Struempler
ラルフ・シュトリュムプラー
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ABB RES Ltd
EE B B RES Ltd
ABB Research Ltd Sweden
Original Assignee
ABB RES Ltd
EE B B RES Ltd
ABB Research Ltd Sweden
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/02—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
    • H01C7/027—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient consisting of conducting or semi-conducting material dispersed in a non-conductive organic material

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  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 異なる方向に傾斜した部分光線束の強度変調
を捕捉する光学装置、特に１個の照明装置と相互に相対
的に移動可能な多数の格子とを有する干渉作用する位置
測定装置であって、部分光線束の強度変調を光電検出機
によって相互に位相ずれした電気信号に変換し且つ部分
光線束を光電検出機に焦点合わせするための結像光学系
を設けたものにある。 【構成】 結像光学系２と個々の光電検出機５，６との
間の間隔が結像光学系２によって焦点を合わされた部分
光線束の傾斜角に応じて決まる。 【効果】 小面積で、従って極めて速い光電検出機を使
用することができる。更に光電検出機により全光線束が
捕捉され、これにより光電検出機から派生する信号の大
きな強さが保証される。光線束の周辺光線も完全に光電
検出機に当たり、従って基準格子の操作範囲も完全且つ
一様に光電検出機上へ結像される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は２個の抵抗接続部間に
配設されていて、ＰＴＣ挙動を有する、少なくとも１個
のポリマーマトリックスとこのポリマーマトリックスに
埋設された、導電粒子から成る少なくとも１個の充填材
成分とから成る抵抗体を有する電気抵抗要素に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＰＴＣ挙動を有する抵抗体は久しい以前
から知られており、たとえばＤＥ２９４８３５０Ｃ２或
いはＵＳ４５３４８８９Ａに記載されている。市販のこ
の種の抵抗は特にすすが詰められた半結晶ポリマーから
成る抵抗体を有する。このポリマーはＰＴＣ挙動を有す
る。材料特有の遷移温度以下ではこのポリマーは低オー
ム状態にある。遷移温度以上ではポリマーは高オーム状
態に移行する。遷移温度を超えるときＰＴＣ・抵抗の比
抵抗は飛躍的に何倍も大きくなり、望ましくない短絡電
流が効果的に制限される。従ってＰＴＣ・抵抗はスイッ
チ回路の過負荷保護として使用することができる。強大
な使用電流と高い使用電圧用に構成された電気スイッチ
回路ではＰＴＣ・抵抗における低オーム状態から高オー
ム状態に移行中に著しいエネルギーを変換することがで
きる。このエネルギーはＰＴＣ抵抗を破壊する結果にな
る。変換されるエネルギーをできるだけ少なくするため
に、ＰＴＣ・抵抗の使用のために強大な使用電流と高い
使用電圧に対して構成された電気スイッチ回路中の電流
制限要素として、ＰＴＣ・抵抗は過負荷の際最短時間で
その高オーム状態に達することが決定的に重要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、Ｐ
ＴＣ・挙動を有する電気抵抗要素を形成することにあ
り、この電気抵抗要素は構造が簡単で廉価であるにもか
かわらず低オーム状態の導電性が高いこと及び低オーム
状態から高オーム状態へＰＴＣ・移行するための応答時
間が僅かであることが特徴である。
【０００４】
【問題を解決するための手段】以上の課題はこの発明に
よって、導電粒子を少なくとも部分的にそれぞれ複合材
料体として導電表面を有し且つ或いは導電性材料から成
る中空体或いは多孔質体として形成してあり、導電性材
料から成る純粋形成粒子に対してそれぞれより低い比密
度及び／或いはより少ない比熱量を有することによって
解決される。
【０００５】この発明の電気抵抗要素はポリマーマトリ
ックスと適当な充填材のような市販の成分から簡単で廉
価に製造することができる。この電気抵抗要素は低オー
ムの状態では比電気抵抗が小さく30m Ω・cmであり、従
って容易に電流制限要素として強力な使用電流と大きな
使用電圧用に構成された電気スイッチ回路中に挿入する
ことができる。
【０００６】この場合特に有利なのは、低オーム状態か
ら高オーム状態に移行するのに必要な応答時間が極めて
短いということである。このことは特にこの発明の抵抗
要素の製造のために必要な材料の選択の結果である。低
オーム状態から高オーム状態に移行するのに必要な時間
δｔ内にＰＴＣ・抵抗要素中に放出されるジュール熱が
少なくとも抵抗体の材料を公称温度Ｔから遷移が行われ
る温度Ｔｃに加熱するために必要なエネルギーと同様に
高く（大きく）なければならないという要請から出発し
て抵抗要素の挙動について次の関係が生じる。即ち ｒ・(1/A) ・I 2 (t) ・δt ＞ A・1 ・cp・d ・(Tc-T)
で、式中 ｒは比電気抵抗 A は横断面積 １は長さ ｄは比密度、そして ｃｐは経時変化電流Ｉ（ｔ）が貫流する抵抗要素の抵抗
体の比熱量 を意味する。ここから、抵抗体の比抵抗と幾何学的寸法
によってきまる限界条件では応答時間はこの発明の抵抗
要素に応じてその抵抗体の比熱及び／或いは比熱量が可
能な限り低く抑えられれば短いことがわかる。
【０００７】この発明の抵抗要素の好ましい実施態様で
は僅かな比熱及び或いは僅かな比熱量が次のようにして
得られる。即ちポリマーマトリックスに埋設された充填
材の導電粒子がそれぞれ球状、繊維状或いは小板状に形
成されていることによって得られ、特にそれぞれ複合材
料体の形で存在する。このような複合材料体は主として
それぞれ１個の、導電性材料から成る層で表面が被われ
た、特に中空或いは多孔性、場合によっては中実でもあ
り、導電性材料より比密度が低く且つ／或いは比熱量が
少ない材料から成る支持体を有する。
【０００８】更に著しい応答時間の短縮は、少なくとも
ポリマーマトリックスの一部がポリマー泡沫で形成すれ
ば達成される。
【０００９】
【実施例】いくつかの実施例を示した図をもとに詳細に
説明する。図１に示した抵抗要素は２個の接触接続部
１、２の間に配設された、ＰＴＣ・挙動を有する抵抗体
３を有する。この抵抗要素は遷移温度Ｔｃ以下では僅か
な比冷却抵抗を有し、電流制限によって保護すべき回路
網中に組み込んだ後接触接続部１、２の間にあって特に
規格電流を通す電路を少なくとも１個有する。この抵抗
要素は遷移温度Ｔｃ以上ではその比冷却抵抗と比較して
大きい比加熱抵抗を有する。
【００１０】抵抗体３は特に熱硬化体或いは熱可塑体ま
たはエラストマーを含むポリマーマトリクス４から形成
される。このマトリクス４には導電粒子５によって形成
された充填材を埋設してある。粒子５は少なくとも部分
的にそれぞれ導電表面を有し且つ／或いは導電性材料か
ら成る中空体または多孔体として形成される。粒子５は
中実形成された、導電性材料から成る粒子よりぞれぞれ
低い比密度及び／或いは低い比熱量を有する。
【００１１】図２と３から特に好都合な粒子５の構成と
構造がわかる。これらの粒子は複合材料体として形成さ
れ、それぞれ１個の、導電性材料から成る層６を表面に
積層された、導電性材料より比密度が低く且つ／或いは
比熱量が少ない材料から成る支持体７を有する。このよ
うに形成された粒子５を含む抵抗要素は事実上それと異
なって中実に形成された粒子を含む同様に測定された抵
抗要素と同様な低オーム状態の導電性を有する。しかし
これは中実に形成された、導電性材料から成る粒子を充
填された抵抗要素より低い比密度と且つ／或いは少ない
比熱量を有するから、そのような抵抗要素では低オーム
状態から高オーム状態に遷移する際の応答時間が大幅に
低下している。
【００１２】図２から分かるようにこの発明の特に製造
が容易な実施態様では、粒子５の支持体７を中実球とし
て構成し、或いはまた図３からわかるように中空球とし
て構成する。中実球を含む抵抗要素は熱伝導性がいくら
か高く、従って規格電流搬送性も中空球を含む抵抗要素
よりいくらか大きい。これに対して中空球を含む抵抗要
素は質量が小さく、比密度が低くく、比熱量が少なく、
従って応答時間も短いのが特徴である。それに加えて中
空球を含む抵抗要素中では粒子に行き渡る熱の広がりに
かかる時間より短いパルス時間に作用する熱の伝わりか
たはいくらも弱くない。
【００１３】層６を形成する導電性材料は主に炭素及び
／或いはＡｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄ及び／或いはＰｔのよ
うな金属、及び／或いは少なくとも１個のホウ化物、ケ
イ化物、酸化物／及び或いはＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｔｉ
Ｂ2 、ＭｏＳｉ2 、ＷＳｉ2 、ＲｕＯ2 或いはＶ2 ０3
のような炭化物をそれぞれ組み込まれない形或いは組み
込まれた形で含むことができる。
【００１４】これに対して支持体はポリマー、ガラス或
いはセラミックから形成されている。ポリマーとしては
この場合エポキシド或いはフェノールを基礎とした硬化
性、熱可塑性或いはまたエラストマーをも使用すること
ができる。
【００１５】ポリマー支持体７として十分に真価を発揮
したのが市販のもので且つ銀を積層した、直径１〜５０
μｍのフェノール樹脂球である。ガラスを含むか或いは
セラミックの適当な支持体は無定形の石英或いは他のガ
ラス並びにＡｌ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、雲母ムライト或いは陶
を基礎とした市販の球体である。ＺｎＯから成る支持体
は粉末懸濁質の噴霧乾燥とそれに続く焼結とによるバリ
スターの製造の際に集積する。これらの支持体は球形の
他に繊維状或いは小板状にすることもできる。そして更
に中実或いは中空のみではなく、多孔、スポンジ構造に
することもできる。好ましいのは表面に金属性材料を含
浸させたＴｉＣ或いはＴｉＢ2 を基礎としたセラミック
またはガラス状のフォームプラスチックである。金属か
らはスポンジ状のものを形成することができる。これら
のものは導電性粒子５として積層なしに使用することが
できる。
【００１６】支持体７の積層はたとえば化学蒸着法、ゾ
ル・ゲル技法、沈殿及び／或いは電解積層のような公知
の方法によって達成することができる。その際作られる
粒子５の層６の厚さは特に0,05〜5 μｍであるのに対し
て、粒子５の直径は１〜２００μｍであるのが典型的で
ある。
【００１７】この発明の抵抗要素の製造には剪断混合機
或いは押出機を用いてたとえばエポキシ或いは熱可塑体
を含むポリマーに粒子５を含む充填材成分を混入する。
典型的なのはこの場合形成される混合物の約４０容量パ
ーセントが充填材成分である。この混合物は加熱プレス
による熱可塑性物質の場合と流し込みとそれに続く硬化
によるエポキシドの場合高温になると抵抗体３に形成さ
れる。接点接続部１、２は成形中押し込み或いは流し込
みによるか或いは成形後の低溶融はんだによって取り付
けられる。そのようにして形成された抵抗要素の大きさ
はそれぞれの使用目的に応じてきまり、たとえば板状、
ミリメータからセンチメータまでの大きさの典型的な直
径の管状または棒状にすることができる。
【００１８】この発明による抵抗要素の別の実施態様で
は支持体７はそれぞれ導電性材料製中空球体にも形成す
ることができ、粒子５を埋設するポリマーマトリックス
４を少なくとも部分的にポリマー泡沫によって形成する
ことができる。
【００１９】通常操作では抵抗要素の抵抗体３中に設け
られた充填材は抵抗体３を貫通する低オーム電路を形成
する。過電流によって抵抗要素は強く加温され、遷移温
度Ｔｃの上を行って高オーム状態に移行する。この高オ
ーム状態で過電流が制限される。この発明による抵抗要
素の応答時間は技術水準の同じ大きさの抵抗要素の応答
時間と比較して大きな過負荷電流が流れる場合部分的に
全く著しく短縮される。抵抗要素と粒子５の幾何学的大
きさが同じ場合、充填材がそれぞれ４０容量パーセント
の場合、過負荷電流が同じ場合で導電性材料としてそれ
ぞれＴｉＢ2 を有する場合技術水準の抵抗要素と比較し
て中実のＴｉＢ2 から成る充填材粒子とエポキシから成
るポリマーマトリックスにより次に掲げる組合せからわ
かる応答時間の大幅な短縮となる。 充填材 ポリマーマトリックス 応答時間短縮（％） ＴｉＢ2 、中実 エポキシ −− ＴｉＢ2 、中実 エポキシ泡沫 １２ 石英球／ＴｉＢ2 エポキシ ９ 石英球／ＴｉＢ2 エポキシ泡沫 ２５ 石英中空球／ＴｉＢ2 エポキシ １５ 石英中空球／ＴｉＢ2 エポキシ泡沫 ３３
【００２０】
【効果】この発明の構成により、この電気抵抗要素は構
造が簡単で廉価であるにもかかわらず低オーム状態の導
電性が高いこと及び低オーム状態から高オーム状態にＰ
ＴＣ・移行するための応答時間が短い。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電気抵抗要素の典型的な実施態
様の断面図である。
【図２】図１の抵抗要素中に設けられた充填材の球体と
しての粒子の中央部断面図である。
【図３】図１の抵抗要素中に設けられた充填材の中空球
体としての粒子の中央部断面図である。
【符号の説明】
１ 接点接触部 ２ 接点接触部 ３ 抵抗体 ４ マトリックス ５ 粒子 ６ 層 ７ 支持体

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２個の抵抗接続部（１、２）間に配設さ
    れていて、ＰＴＣ挙動を有する、少なくとも１個のポリ
    マーマトリックスとこのポリマーマトリックスに埋設さ
    れた、導電粒子（５）から成る少なくとも１個の充填材
    成分とから成る抵抗体（３）を有する電気抵抗要素にお
    いて、導電粒子（５）が少なくとも部分的にそれぞれ複
    合材料体として導電表面を有し且つ／或いは導電性材料
    から成る中空体或いは多孔質体として形成されており、
    導電性材料から成る中実形成粒子に対してそれぞれより
    低い比密度及び／或いはより少ない比熱量を有すること
    を特徴とする電気抵抗要素。
  2. 【請求項２】 複合材料体及び或いは中空体または多孔
    質体をそれぞれ球状、繊維状或いは小板状に形成してあ
    ることを特徴とする請求項１）の電気抵抗要素。
  3. 【請求項３】 複合材料体として形成された粒子（５）
    が主としてそれぞれ導電性材料から成る層（６）で表面
    を被った１個の材料から成る支持体（７）で導電性材料
    より比密度及び／或いはより少ない比熱量の材料を有す
    ることを特徴とする請求項１または２の電気抵抗要素。
  4. 【請求項４】 支持体（７）が多孔構造を有することを
    特徴とする請求項３の電気抵抗要素。
  5. 【請求項５】 支持体（７）を中実球体として形成して
    あることを特徴とする請求項３の電気抵抗要素。
  6. 【請求項６】 支持体（７）を中空の球体として形成し
    てあることを特徴とする請求項３の電気抵抗要素。
  7. 【請求項７】 導電性材料が炭素及び／或いはＡｇ、Ａ
    ｕ、Ｎｉ、Ｐｄ及び／或いはＰｔのような金属及び／或
    いは少なくとも１個のホウ化物、ケイ化物、酸化物及び
    ／或いはほぼＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴｉＢ2 、ＭｏＳｉ2 、
    ＷＳｉ2 、ＲｕＯ2 或いはＶ2 Ｏ3 のような炭化物をそ
    れぞれ非組込み形態或いは組み込み形態で有することを
    特徴とする請求項１〜６のいずれか一の電気抵抗要素。
  8. 【請求項８】 支持体を特にフェノール樹脂を基礎とし
    たもののようなポリマー、特に石英ガラスのようなガラ
    ス、或いは特にＡｌ2 Ｏ3 、ＺｎＯ2 、雲母、ムライ
    ト、陶等を基礎としたもののようなセラミックによって
    形成してあることを特徴とする請求項２〜７のいずれか
    一の電気抵抗要素。
  9. 【請求項９】 粒子（５）が１〜２００μｍの直径を有
    することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一の電気
    抵抗要素。
  10. 【請求項１０】 支持体（７）の上に設けられた表面積
    層（６）の厚みが０、０５〜５μｍであることを特徴と
    する請求項２〜９のいずれか一の電気抵抗要素。
  11. 【請求項１１】 ポリマーマトリクスの少なくとも一部
    をポリマー泡沫で形成してあることを特徴とする請求項
    １〜１０のいずれか一の電気抵抗体。
JP5245317A 1992-10-01 1993-09-30 電気抵抗要素 Pending JPH06215903A (ja)

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DE4232969:8 1992-10-01
DE4232969A DE4232969A1 (de) 1992-10-01 1992-10-01 Elektrisches Widerstandselement

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EP (1) EP0590347B1 (ja)
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