JPH06283305A - 自己電流制限機能素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高強度、低抵抗であり、かつ３００℃以上の
高温において自己電流制限機能を有する素子を提供す
る。 【構成】 Ｓｉ、Ｃ、Ｍ（ただし、ＭはＴｉまたはＺｒ
を示す。）およびＯからなる無機質体の少なくとも一方
の端部に銀電極を付けた構造からなる自己電流制限機能
素子に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は無機質体に電極を付けた
構造の高温において使用できる自己電流制限機能素子に
関する。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】一般に自己電流制限機能を
有する抵抗素子として、異種金属を貼り合わせたバイメ
タルやチタン酸バリウム等からなるセラミックス系のＰ
ＴＣ素子が知られている。しかし、従来公知のバイメタ
ルは、機械的な動作に起因する問題点として耐久性や、
制御速度の限界やノイズ等の問題があり、また発熱体と
の複合化ができないので発熱体を別個に取り付ける必要
があり、さらに高温での使用にも問題があった。

【０００３】一方、セラミックスＰＴＣ素子は、バイメ
タルの場合の問題点を大幅に克服しているが、低抵抗
化、素子強度および動作温度の高温化の点では未だ十分
ではなかった。また、何らかの原因で動作温度を超えて
高い温度に素子が加熱された場合、通常のＰＴＣ素子で
は高温において再度低抵抗化する特性を有するため熱暴
走する恐れがあった。

【０００４】

【本発明の目的】本発明は、上記問題点を解決した高強
度、低抵抗であり、３００℃以上の高温においても自己
電流制限機能を有する抵抗素子の提供を目的とするもの
である。

【０００５】

【問題点を解決するための手段】本発明は、Ｓｉ、Ｃ、
Ｍ（ただし、ＭはＴｉまたはＺｒを示す。）およびＯか
らなる無機質体の少なくとも一方の端部に銀電極を付け
た構造からなる自己電流制限機能素子に関する。

【０００６】本発明における無機質体としては、Ｓｉ、
Ｃ、Ｍ（ただし、ＭはＴｉまたはＺｒを示す。）および
Ｏからなる結晶質セラミックスや非晶質セラミックスの
成型体を使用することができる。

【０００７】本発明において無機質体として使用される
結晶質セラミックスとしては、特開平２−７４５７１号
公報に記載されているようなセラミックス焼結体、例え
ば塊状、フレーク状または針状のＳｉＣ結晶の少なくと
も１種と、ＳｉＣおよびＴｉＣ（またはＺｒＣ）の超微
粒子結晶とからなる繊維形状を保持した結晶集合体を挙
げることができる。

【０００８】上記繊維形状を保持した結晶集合体は、連
続繊維または連続繊維を切断したチョップ状短繊維とし
て使用してもよく、連続繊維から編織された平織物、三
次元織物、不織布として使用してもよく、さらに連続繊
維を一方向に引き揃えたシート状物として使用してもよ
い。

【０００９】前記セラミックス焼結体の一例として、ポ
リチタノカルボシランを製造した後、溶融紡糸、不融
化、焼成して得られる無機質連続繊維を挙げることがで
きる。例えば、Ｓｉ−Ｃ−Ｔｉ−Ｏからなるセラミック
焼結体はホットプレス等により成型体とされるが、詳細
には次のような方法により製造される。

【００１０】ポリジメチルシランとポリボロジフェニル
シロキサンとを加熱重合して得られるポリカルボシラン
に、テトラブトキシチタンを添加した後、重合してポリ
チタノカルボシランを得、このポリチタノカルボシラン
を溶融紡糸した後、不融化、焼成することにより無機質
連続繊維を得ることができる。この無機質連続繊維から
なる平織物を積層し、積層物をホットプレスすることに
よりＳｉ−Ｃ−Ｔｉ−Ｏからなるセラミック焼結体が得
られる。

【００１１】また、本発明において無機質体として使用
される非晶質セラミックスとしては、特願平３−２８８
２０２号に記載されているような無機繊維焼結体、例え
ば実質的にＳｉ、Ｔｉ、ＣおよびＯからなる非晶質物
質、あるいは実質的にＳｉ、Ｚｒ、ＣおよびＯからなる
非晶質物質を挙げることができる。上記実質的にＳｉ、
Ｔｉ、ＣおよびＯからなる非晶質物質はホットプレス等
により成型体とされるが、詳細には例えば次のような方
法により製造される。

【００１２】チラノ繊維（宇部興産（株）製、登録商
標）を加熱処理して原料無機繊維を得、この繊維からな
る平織物を積層してシート状積層物を作成し、この積層
物をホットプレスすることにより実質的にＳｉ、Ｔｉ、
ＣおよびＯからなる非晶質物質が得られる。

【００１３】なお、本発明で用いる無機質体として、焼
結密度や抵抗値を調整するために構成要素以外にＢ、Ａ
ｌ、Ｎ、Ｃａ、Ｙ等が添加されても良い。

【００１４】本発明の自己電流制限機能素子は、ホット
プレス等により成型して得られる前記無機質体の少なく
とも一方の端部にＡｇ電極を付けることにより得られ
る。Ａｇ電極用材料としては、特定されずＡｇまたはＡ
ｇを主成分とするものでもよい。また、電極の取付けも
特に限定されず一般的な方法を採用することができる。
例えば、Ａｇペーストを塗布して焼き付ける方法や、溶
射法やメッキ法および真空中で蒸着する方法またはスパ
ッタリング法等を素子の使用条件により任意に選択する
ことができる。

【００１５】本発明の自己電流制限機能素子は、特性の
発現温度以下では通常の抵抗器や発熱体であるが、何ら
かの条件により温度が上昇したり、電源電圧が上昇して
発熱する条件となったような場合、高抵抗化して電流の
制限が行われ、装置の保護素子として利用できる。例え
ば、適当な電圧を印加しておくと一定の発熱温度が得ら
れるので、家庭用の電気ヒータや加熱料理器等に応用す
ることができる。さらに、パルス状電圧を与えるなどの
工夫により試料の自己発熱による温度の上昇を防ぎ、抵
抗の変化を測定することで高感度の高温の温度センサー
として利用することもできる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例について詳細に
説明する。

【００１７】実施例１ 市販の繊維径８．５μｍのチラノ繊維（宇部興産（株）
製、登録商標）を空気中１１００℃で３０分間加熱処理
して原料無機繊維を得た。繊維表面に形成された表面層
の厚さは２００nmであった。この原料無機繊維からなる
平織物を積層して５０mm×１００mm×１００mmのシート
状積層物を作成し、この積層物をカーボンダイス中にセ
ットして、アルゴン気流下６００kg／cm² の圧力下に１
６００℃で０．５時間ホットプレスして焼結体を製造し
た。

【００１８】得られた焼結体を切り出して両端部に電極
として銀を主成分とするペースト（昭栄（株）製、Ｈ−
５９９３）を塗布し、８５０℃、１５分で焼き付けて試
料を作製した。試料サイズは、断面積１cm² 、電極間距
離２mmであり、電極部も高温となるようにした。この試
料は、電流０〜１００mAの電流範囲で、オーミックな特
性を有することを確認した。比抵抗は０．１Ω・cmであ
った。本試料に任意の電圧を印加し試料の電流および温
度を測定した。なお、温度はＫ熱電対を電極面に接触さ
せて測定した。

【００１９】電圧を高くするにつれて、電流は上昇する
が、約１．０Ａ以上流れないことがわかった。電圧を更
に高くしても電流は抑えられ、１５Ｖで約０．２Ａとな
り、電流が制限された。この結果、試料の発熱も抑えら
れ、一定の温度で安定することがわかる。本試料は、印
加電圧を高くするに伴い約３６０℃まで単調に増加する
が、この温度以上にはならないことがわかる。図１は、
印加電圧を電流および電極面での温度の関係を示す。

【００２０】次に試料が低温の状態で急激に高電圧を印
加した場合や強制的に試料を冷却した場合の温度変化を
示す。室温の試料に１０Ｖ印加して試料を発熱させた場
合と２時間放置した後、直接水冷してみた。図２はこの
ときの試料温度の時間変化を示したものである。ます、
電圧を印加したとき、急激に電流が増加し、電源の電流
制限値である５Ａに到達したため、電流値は測定できな
かったが、本来の比抵抗値程度に対応する電流が流れる
と思われる。この後、急激に温度が減少して一定となっ
た。この間２〜５分である。この後２時間ほとんど温度
変化しなかった。次にこの試料を、強制的に水冷した。
一旦試料についた水が蒸発する間は約１００℃を保持し
ていた。このとき、やはり５Ａ以上の電流が流れてい
た。その後４５０℃付近まで急激に上昇して、次いで温
度は降下して最終的に３００℃付近で一定となった。こ
の詳細な温度変化の様子を図３に示した。

【００２１】比較例１ 実施例１と同一の試料に電極としてＡｌを主成分とする
ペーストを８５０℃、１５分で焼き付けて電圧を印加し
た場合、電圧印加５分後に２．５Ｖで２．５Ａ、試料温
度３０２℃となり、また、４．５Ｖで５Ａ、試料温度５
１３℃となった。この後さらに試料温度の上昇とともに
電流の増加が認められ、通常の半導体的に温度上昇とと
もに抵抗が減少し、電流の制限や温度制限は認められな
かった。

【００２２】実施例２ ＳｉＣ系のシリコニット（シリコニット高熱工業（株）
製、商品名、形式Ａ１０−５）の中央部を切り出した試
料を用い、実施例１と同様に銀を主成分とする導電性の
ペーストを塗布し、８５０℃、１５分焼き付けて試料を
作製した。試料サイズは、断面積０．６６cm² 、電極間
距離２．５cmであった。この場合、完全なオーミックで
はないが、ほぼ直線に近いものが得られた。本試料はポ
ーラスであり、比抵抗は測定場所により異なるが、ほぼ
２〜３Ω・cmであった。本試料に電圧を印加したときの
電流値および銀電極面で測定した温度の関係を示す。実
施例１と同様に、電圧を一定値以上印加しても電流が抑
えられ、試料温度の上昇も抑えられていた。本試料は、
約４Ｖまで電流が増加し２Ａ程度流れるがこれ以上の電
圧でも１．５Ａで一定であった。その結果、試料の発熱
も３５０〜３００℃程度で安定した。

【００２３】

【発明の効果】本発明におけるＳｉ、Ｃ、Ｍ（ただし、
ＭはＴｉまたはＺｒを示す。）およびＯからなる無機質
体の少なくとも一方の端部に銀電極を付けた構造からな
る抵抗素子は、高強度、低抵抗であり、かつ３００℃以
上の高温において自己電流制限機能を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自己電流制限機能素子の印加電圧と電
流および電極面での温度との関係を示す図である。

【図２】本発明の自己電流制限機能素子の１０Ｖ印加し
たときの試料温度の経時変化を示す図である。

【図３】本発明の自己電流制限機能素子の１０Ｖ印加し
たときの試料温度の経時変化を示す図である。

【図４】本発明の別の態様の自己電流制限機能素子に関
する印加電圧の電流および温度依存性を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿武 俊彦 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社無機材料研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｉ、Ｃ、Ｍ（ただし、ＭはＴｉまた
   はＺｒを示す。）およびＯからなる無機質体の少なくと
   も一方の端部に銀電極を付けた構造からなる自己電流制
   限機能素子。