JPH1116705A - 限流素子 - Google Patents
限流素子Info
- Publication number
- JPH1116705A JPH1116705A JP16244697A JP16244697A JPH1116705A JP H1116705 A JPH1116705 A JP H1116705A JP 16244697 A JP16244697 A JP 16244697A JP 16244697 A JP16244697 A JP 16244697A JP H1116705 A JPH1116705 A JP H1116705A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- limiting element
- current
- ptc resistor
- current limiting
- electrodes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Thermistors And Varistors (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】酸化バナジウム系セラミツクスからなる限流素
子の転移時の収縮と電極の熱膨張との差による応力を緩
和し、通電や熱サイクルの繰り返し時に起きる電極の剥
離等を防止する。 【解決手段】（Ｖ1-X ＡX ）2 Ｏ3 ＰＴＣ抵抗体１ａの
端面に、元素Ａを含まないＶ2 Ｏ3 層１ｂを０．１〜
２．５ｍｍの厚さに形成し、Ａｇ−Ｃｕ共晶ろう３でＭ
ｏ電極２をろう付けする。
子の転移時の収縮と電極の熱膨張との差による応力を緩
和し、通電や熱サイクルの繰り返し時に起きる電極の剥
離等を防止する。 【解決手段】（Ｖ1-X ＡX ）2 Ｏ3 ＰＴＣ抵抗体１ａの
端面に、元素Ａを含まないＶ2 Ｏ3 層１ｂを０．１〜
２．５ｍｍの厚さに形成し、Ａｇ−Ｃｕ共晶ろう３でＭ
ｏ電極２をろう付けする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、正の抵抗温度係
数を持つ酸化バナジウム系〔( Ｖ1-X ＡX ）2 Ｏ 3 Ａは
アルミニウム、クロム、スカンジウムまたはランタノイ
ドから選ばれた少なくとも１種の元素〕ＰＴＣ抵抗体
（以下Ｖ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体と略す）を用いる限流素
子に係り、特に長期にわたる信頼性に優れる限流素子に
関する。
数を持つ酸化バナジウム系〔( Ｖ1-X ＡX ）2 Ｏ 3 Ａは
アルミニウム、クロム、スカンジウムまたはランタノイ
ドから選ばれた少なくとも１種の元素〕ＰＴＣ抵抗体
（以下Ｖ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体と略す）を用いる限流素
子に係り、特に長期にわたる信頼性に優れる限流素子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、低圧配電系統においても大容量化
が進展し、それに伴い負荷が短絡した際に流れる過電流
も大電流化しており、ブレーカについても高遮断容量化
が望まれている。このような技術動向に対応して、大電
流、大電力用の過電流保護素子として酸化バナジウム系
セラミックスを主成分とするＶ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体を
用いる限流素子の利用が期待されている。
が進展し、それに伴い負荷が短絡した際に流れる過電流
も大電流化しており、ブレーカについても高遮断容量化
が望まれている。このような技術動向に対応して、大電
流、大電力用の過電流保護素子として酸化バナジウム系
セラミックスを主成分とするＶ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体を
用いる限流素子の利用が期待されている。
【０００３】Ｖ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体は１００℃〜２０
０℃の間で金属から絶縁物に転移する性質（Ｍ−Ｉ転
移）を有しており、室温付近では比抵抗が１０-3Ω・ｃ
ｍと小さいが、室温から１００℃〜１５０℃にかけてゆ
るやかに増加し、１５０℃付近で２桁程度急激に増大し
（この急増する温度を転移温度と称する）、１５０℃〜
２００℃においてピークとなり，それ以上の温度では低
下する性質を有する。
０℃の間で金属から絶縁物に転移する性質（Ｍ−Ｉ転
移）を有しており、室温付近では比抵抗が１０-3Ω・ｃ
ｍと小さいが、室温から１００℃〜１５０℃にかけてゆ
るやかに増加し、１５０℃付近で２桁程度急激に増大し
（この急増する温度を転移温度と称する）、１５０℃〜
２００℃においてピークとなり，それ以上の温度では低
下する性質を有する。
【０００４】このような性質を有するＶ2 Ｏ3 系ＰＴＣ
抵抗体は過電流が流れた際のジュール熱により温度が上
昇し，抵抗値が増大することを利用して、その抵抗増大
により過電流を限流することができる。そのため、これ
に電極を接合して限流素子として用いられる。
抵抗体は過電流が流れた際のジュール熱により温度が上
昇し，抵抗値が増大することを利用して、その抵抗増大
により過電流を限流することができる。そのため、これ
に電極を接合して限流素子として用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】Ｖ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗
体のＰＴＣ現象は、転移時のバンド構造の変化により比
抵抗が急増するものである。そしてこのバンド構造の変
化に伴い、ｃ軸が０．６％収縮するのに対して、ａ軸は
１．０％膨張するため、Ｖ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体の熱膨
張係数は、Ｍ−Ｉ転移時に負の膨張を示すという非直線
的な変化となっている。その様子を図２に示す。縦軸は
熱膨張率（ｄＬ／Ｌ）、横軸は温度である。
体のＰＴＣ現象は、転移時のバンド構造の変化により比
抵抗が急増するものである。そしてこのバンド構造の変
化に伴い、ｃ軸が０．６％収縮するのに対して、ａ軸は
１．０％膨張するため、Ｖ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体の熱膨
張係数は、Ｍ−Ｉ転移時に負の膨張を示すという非直線
的な変化となっている。その様子を図２に示す。縦軸は
熱膨張率（ｄＬ／Ｌ）、横軸は温度である。
【０００６】限流素子とする際に接合する電極材料とし
ては、熱膨張係数が似ているモリブデンや銅等が用いら
れる。しかし、これらの金属の熱膨張は、ほぼ直線的で
あるため、ＰＴＣ抵抗体の転移時に熱膨張係数が大きく
異なってしまい、電極接合面に大きな応力がかかって電
極の変形や、甚だしい場合には電極の剥離を引き起こす
ことがある。
ては、熱膨張係数が似ているモリブデンや銅等が用いら
れる。しかし、これらの金属の熱膨張は、ほぼ直線的で
あるため、ＰＴＣ抵抗体の転移時に熱膨張係数が大きく
異なってしまい、電極接合面に大きな応力がかかって電
極の変形や、甚だしい場合には電極の剥離を引き起こす
ことがある。
【０００７】本発明は上述の問題点を解決するためにな
され，その目的はＶ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体を用いた限流
素子における熱膨張係数差による応力を緩和し、電極の
剥離等を防止して、長期信頼性に優れる限流素子を提供
することにある。
され，その目的はＶ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体を用いた限流
素子における熱膨張係数差による応力を緩和し、電極の
剥離等を防止して、長期信頼性に優れる限流素子を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題解決のため本発
明は、バナジウム系セラミックス（Ｖ1-X ＡX ）2 Ｏ 3
〔Ａはアルミニウム、クロム、スカンジウムまたはラン
タノイドから選ばれた少なくとも１種の元素で、０．０
０１≦ｘ≦０．３０〕からなり、正の抵抗温度特性を有
するＰＴＣ抵抗体を用いた限流素子において、ＰＴＣ抵
抗体と電極との接合端面に元素Ａを含まない酸化バナジ
ウム層を有するものとする。
明は、バナジウム系セラミックス（Ｖ1-X ＡX ）2 Ｏ 3
〔Ａはアルミニウム、クロム、スカンジウムまたはラン
タノイドから選ばれた少なくとも１種の元素で、０．０
０１≦ｘ≦０．３０〕からなり、正の抵抗温度特性を有
するＰＴＣ抵抗体を用いた限流素子において、ＰＴＣ抵
抗体と電極との接合端面に元素Ａを含まない酸化バナジ
ウム層を有するものとする。
【０００９】そのような限流素子とすれば、元素Ａを含
まないＶ2 Ｏ3 層は転移をしないので、熱膨張係数の変
化は直線的となり、（Ｖ1-X ＡX ）2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗
体の転移時の負の膨張の影響が緩和されて、電極接合部
近傍での応力が低減され、電極の剥離等を防止すること
ができる。
まないＶ2 Ｏ3 層は転移をしないので、熱膨張係数の変
化は直線的となり、（Ｖ1-X ＡX ）2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗
体の転移時の負の膨張の影響が緩和されて、電極接合部
近傍での応力が低減され、電極の剥離等を防止すること
ができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】次にこの発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。 ［実施例１］図１は、本発明の実施例にかかる限流素子
の断面図である。図１において、１は限流素子エレメン
トであり，１ａはＰＴＣ特性を有する例えば組成が（Ｖ
0.9965Ｃｒ0.0035）2 ０3 のＶ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体で
あり，１ｂはＣｒを含有しないＶ2 Ｏ3 層である。Ｖ2
Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体１ａの寸法はφ１２×２０ｍｍであ
り、Ｖ2 Ｏ3 層１ｂの厚さは１ｍｍである。２はφ１５
×５ｍｍのモリブデン（Ｍｏ）電極であり、限流素子エ
レメント１とはＡｇ−Ｃｕ共晶ろう３でろう付けされて
いる。２は、銅（Ｃｕ）電極でもよい。
例に基づいて説明する。 ［実施例１］図１は、本発明の実施例にかかる限流素子
の断面図である。図１において、１は限流素子エレメン
トであり，１ａはＰＴＣ特性を有する例えば組成が（Ｖ
0.9965Ｃｒ0.0035）2 ０3 のＶ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体で
あり，１ｂはＣｒを含有しないＶ2 Ｏ3 層である。Ｖ2
Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体１ａの寸法はφ１２×２０ｍｍであ
り、Ｖ2 Ｏ3 層１ｂの厚さは１ｍｍである。２はφ１５
×５ｍｍのモリブデン（Ｍｏ）電極であり、限流素子エ
レメント１とはＡｇ−Ｃｕ共晶ろう３でろう付けされて
いる。２は、銅（Ｃｕ）電極でもよい。
【００１１】Ｖ2 Ｏ3 層１ｂの厚さは０．１〜２．５ｍ
ｍの間がよい。なぜならば、０．１ｍｍ未満ではＶ2 Ｏ
3 系ＰＴＣ抵抗体１ａの非線形の熱膨張を緩和する緩和
層としての効果が十分でなくなり、一方２．５ｍｍより
厚くすると、限流素子としてのＰＴＣ特性が低下してし
まうからである。この限流素子の製造方法は以下の手順
でおこなっている。 （１）Ｖ2 Ｏ5 またはＶ2 Ｏ3 、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｆｅ2 Ｏ
3 粉末を、焼成後の組成が（Ｖ0.9965Ｃｒ0.0035）2 Ｏ
3 ＋Ｆｅ５ｗｔ％およびＶ2 Ｏ3 ＋Ｆｅ５ｗｔ％となる
ように配合したものを、それぞれ湿式ボールミルで１２
時間混合粉砕して粉末およびを得る。 （２）上記粉末を金型に粉末、粉末、粉末の順に
積層したのち、加圧成形し、その成形体を、水素気流中
で１５５０℃で１時間焼成して、限流素子エレメント１
を得る。 （３）限流素子エレメント１にＡｇ−Ｃｕ共晶ろう３を
介してＭｏ電極２を、真空中で７５０℃×５分間の熱処
理によりろう付けし、限流素子とする。
ｍの間がよい。なぜならば、０．１ｍｍ未満ではＶ2 Ｏ
3 系ＰＴＣ抵抗体１ａの非線形の熱膨張を緩和する緩和
層としての効果が十分でなくなり、一方２．５ｍｍより
厚くすると、限流素子としてのＰＴＣ特性が低下してし
まうからである。この限流素子の製造方法は以下の手順
でおこなっている。 （１）Ｖ2 Ｏ5 またはＶ2 Ｏ3 、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｆｅ2 Ｏ
3 粉末を、焼成後の組成が（Ｖ0.9965Ｃｒ0.0035）2 Ｏ
3 ＋Ｆｅ５ｗｔ％およびＶ2 Ｏ3 ＋Ｆｅ５ｗｔ％となる
ように配合したものを、それぞれ湿式ボールミルで１２
時間混合粉砕して粉末およびを得る。 （２）上記粉末を金型に粉末、粉末、粉末の順に
積層したのち、加圧成形し、その成形体を、水素気流中
で１５５０℃で１時間焼成して、限流素子エレメント１
を得る。 （３）限流素子エレメント１にＡｇ−Ｃｕ共晶ろう３を
介してＭｏ電極２を、真空中で７５０℃×５分間の熱処
理によりろう付けし、限流素子とする。
【００１２】このようにして製作した限流素子Ａと、Ｖ
2 Ｏ3 層を有しない従来の限流素子Ｂでの５００Ａの通
電試験結果を表１に、また熱サイクル試験（−５０℃⇔
２００℃、２０サイクル）の試験結果を表２に示す。
2 Ｏ3 層を有しない従来の限流素子Ｂでの５００Ａの通
電試験結果を表１に、また熱サイクル試験（−５０℃⇔
２００℃、２０サイクル）の試験結果を表２に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】 表１、２から明らかなように、従来の限流素子Ｂでは、
いずれの試験においても半数以上に電極剥離が見られた
のに対して、本発明による限流素子Ａでは通電試験、熱
サイクル試験のいずれにおいても全く電極の剥離が認め
られなかった。
いずれの試験においても半数以上に電極剥離が見られた
のに対して、本発明による限流素子Ａでは通電試験、熱
サイクル試験のいずれにおいても全く電極の剥離が認め
られなかった。
【００１５】特に、Ｖ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体１ａの端面
に形成する層をＶ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体１ａと基本的に
同じ材料のＶ2 Ｏ3 としたことによって、Ｖ2 Ｏ3 系Ｐ
ＴＣ抵抗体１ａとの接着強度が強固なものとなった。ま
た、先に述べたように、粉末の調製比を変え、その粉末
を層状に積層するだけでよく、焼成等にも余分な工程を
必要とせず一度で済むので、製造も容易である。
に形成する層をＶ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体１ａと基本的に
同じ材料のＶ2 Ｏ3 としたことによって、Ｖ2 Ｏ3 系Ｐ
ＴＣ抵抗体１ａとの接着強度が強固なものとなった。ま
た、先に述べたように、粉末の調製比を変え、その粉末
を層状に積層するだけでよく、焼成等にも余分な工程を
必要とせず一度で済むので、製造も容易である。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば，
（Ｖ1-X ＡX ）2 Ｏ3 ＰＴＣ抵抗体の端面に、元素Ａを
有しないＶ2 Ｏ3 層を形成することにより、ＰＴＣ抵抗
体の転移時の熱膨張係数差による応力が緩和され、通電
加熱などによる急激な転移や転移の繰り返しによる電極
の剥離を防止して、長期信頼性の著しく向上した限流素
子とすることができる。
（Ｖ1-X ＡX ）2 Ｏ3 ＰＴＣ抵抗体の端面に、元素Ａを
有しないＶ2 Ｏ3 層を形成することにより、ＰＴＣ抵抗
体の転移時の熱膨張係数差による応力が緩和され、通電
加熱などによる急激な転移や転移の繰り返しによる電極
の剥離を防止して、長期信頼性の著しく向上した限流素
子とすることができる。
【図１】本発明実施例の限流素子を示す断面図
【図２】Ｖ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体の熱膨張係数の温度特
性図
性図
１ 限流素子エレメント １ａ Ｖ2 Ｏ3 系ＰＴＣ抵抗体 １ｂ Ｖ2 Ｏ3 層 ２ Ｍｏ電極 ３ Ａｇ−Ｃｕ共晶ろう
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 国原 健二 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 津田 孝一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】酸化バナジウム系セラミックス( Ｖ1-X Ａ
X ）2 Ｏ3 〔Ａはアルミニウム、クロム、スカンジウム
またはランタノイドから選ばれた少なくとも１種の元素
で、０．００１≦ｘ≦０．３０〕からなり、正の抵抗温
度特性を有するＰＴＣ抵抗体を用いた限流素子におい
て、ＰＴＣ抵抗体と電極との接合端面に元素Ａを含まな
い酸化バナジウム層を有することを特徴とする限流素
子。 - 【請求項２】元素Ａを含まない酸化バナジウム層の厚さ
が、０．１〜２．５ｍｍの範囲にあることを特徴とする
請求項１記載の限流素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16244697A JPH1116705A (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 限流素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16244697A JPH1116705A (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 限流素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1116705A true JPH1116705A (ja) | 1999-01-22 |
Family
ID=15754774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16244697A Pending JPH1116705A (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 限流素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1116705A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005091311A1 (ja) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Toudai Tlo, Ltd. | サーミスタ素子 |
| CN104332959A (zh) * | 2013-07-22 | 2015-02-04 | 聚鼎科技股份有限公司 | 过电流保护装置 |
-
1997
- 1997-06-19 JP JP16244697A patent/JPH1116705A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005091311A1 (ja) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Toudai Tlo, Ltd. | サーミスタ素子 |
| US7709922B2 (en) | 2004-03-19 | 2010-05-04 | Toudai Tlo, Ltd. | Thermistor device |
| CN104332959A (zh) * | 2013-07-22 | 2015-02-04 | 聚鼎科技股份有限公司 | 过电流保护装置 |
| CN104332959B (zh) * | 2013-07-22 | 2017-12-29 | 聚鼎科技股份有限公司 | 过电流保护装置 |
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