JPS62152103A - Ｐｔｃ抵抗素子 - 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】 〔発明の技術分熱〕 本発明はＰ’Ｉ’Ｃ抵抗体に関しさらに詳しくは通常の
通電時における電気抵抗が小さくかつ耐熱＠撃性に優れ
たセラミックＰＴＣ抵抗素子に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年ＢａＴｔＯ，やＢａＴ　ｊＯ３に少量の添加物を含
有したもの等の金属酸化物がセラミックＰＴＣ抵抗体と
して用いられている。このＢａＴｉＯ３系のセラミック
ＰＴＣ抵抗体は温度の上昇により比抵抗が１０１〜１０
２（Ω・α）程度から１０３（Ω、ｃＩｒＬ）程度に急
激に増大するものでＰＴＣサーミスタとして使用されて
いる。

しかしＢａＴｔＯ，系のセラミックＰＴＣ抵抗体は比抵
抗が１０’　〜１０”　（Ω、　ｃｍ　）程度の範囲Ｋ
ＰＴＣ％ｔｌＥ６るためそれ以下のＰＴＣ特性を必要と
する過電流防止用等のＰＴＣサーミスタに使用すること
は困難であった。

そこで、ＢａＴｉ０ａ系以外のセラミックｐ’ｒｃ抵抗
体としてｖ２０３を主成分とし、これにＣｒ、ＡＩ！等
の少量添加物を含有してなるｖ２０．セラミックＰＴＣ
抵抗体が考えられている。このｖ２０．セラミックＰＴ
Ｃ抵抗体は温度の上昇により比抵抗が１０−’（Ω、儒
）程度から１（Ω、　ｃｍ　）程度に急激に増大すると
いうように極めて低い値の変動範囲をもつため、比抵抗
の低いＰＴＣ特性を必要とする過電流防止用等のサーミ
スタに使用することが可能である。

上記■２０３セラミックＰ’ｆ’Ｃ抵抗体においては七
の抵抗変化は、結晶の格子定数変化を伴なう相変態に起
因することが知られている。すなわち、温度が上昇して
抵抗率が急増する温度いわゆる転移温度に到ると抵抗率
の急増とともに、Ｖ、Ｏ３の格子定数も急激に変化する
のに伴ない、該抵抗体を形成するセラミックスの体積も
急激な変化を示す。このよりなり２０３セラミツクスを
大電流用途の電流制限用素子として用いる際、例えば短
絡送流の如き突入電流を通電すると、急激な自己発熱に
伴なう上述した抵抗体体積の急変によって、金属板を接
合した該素子の電極部近傍に過大な応力が発生し、同部
分にクラックが発生して素子の破壊に到る場合がある。

このようにＶ、　Ｏ，セラミックＰＴＣ抵抗素子におい
ては耐熱衝撃性の良好な素子を得ることは困難であった
。

〔発眠の目的〕

本発明は上記欠点を改良するためになされたもので、通
電加熱等による急激な昇温に際しても破壊しない、耐熱
＃＊性の優れたｖ２０．セラミックＰＴＣ抵抗素子を提
供することを目的とする。

本発明においては、上記抵抗体の中央部においてはＰＴ
Ｃ抵抗素子として必要な抵抗変化を与えるＣｒ、Ａノ添
加量を有し、また電極近傍部においては該添加量を小さ
くすることで該抵抗体の体積変化量を低減し、同部位に
おける応力の発生を抑制してクラック、電極の剥離を防
止し、該素子の耐熱衝撃性を向上させるものである。

なお、本発明における組成成分の限定理由は以下の通り
である。Ａ添加ｆｉｘはＰＴＣ特性に直接影響をあたえ
るものであ［Ｑ＜：ｘ≦０．０２０の範囲でＰＴＣ特性
を示すものであシ、特に０．０旧≦ｘりｏ、ｏｔ。

の範囲で効果的である。またＡはｃｒ及び／又はＡｌで
あるが、Ｃｒ、Ａｌの総和が前期Ｘの範囲内であればそ
の比率は適宜決定できる。

また上記（Ｖｌ−ｘＡＸ　）２０３に添加するＦｅ、Ｎ
ｔ、Ｃｏ、ＣＤ。

Ｓｎは、該抵抗体製造時の焼結性を向上させ、緻密で機
械的強度かたかくまた優れたＰＴＣ抵抗特性を有するｖ
、０８セラミックＰＴＣ抵抗体を得るため添加するもの
であって、該添加物の少なくとも１種が０．０１〜２０
重量％含有していることが必要であるが、添加量が０．
０１重量％より少ない場合には焼結性向上の効果がなく
、また２０重量％を超える場合には該抵抗体のＰＴＣ抵
抗特性が著しく低下する。

またＷ、ＭＯより選ばれた少なくとも１種は該抵抗体の
焼結時の粒成長を抑制し均一な微小粒からなる焼結体を
あたえ、抵抗体の強腿、耐熱衝撃性の向上に有効である
が、１０重ｆ％を超える場合には上記効果がなく、焼結
性の低下、ＰＴＣ特性の低下をもたらすものである。少
量の添加で効果が現われるが、実用上は０．１Ｍｋ％以
上が好ましい。

なお本発明釦よるＰＴＣ抵抗素子においては、Ｃｒ、Ａ
ｌの添加量は素子中央部より電極近傍部にむかい、連続
的に低下することが最も望ましいが、段階的な減少をお
こなってもよい。

本発明によるＰＴＣ抵抗素子を製造する際には、（Ｖ＋
−Ｘ　ＡＸ　）２０ｓにＦｅ＋　Ｎ　’　＋　ＣＯ＋　
Ｃｕ　＋　Ｓ　ｎの少なくとも１撞を添加した粉体を用
意し、これを加圧成形したのち焼結することが一般的で
ある。この際、Ａの咋加量の異なる数種の粉体を用意し
、これを成形に用いる金型中に積層したのち、加圧成形
をおこなった後焼結することで目的のＰＴＣ抵抗素子が
イ４られる。この際用いる粉体の粒径は均一であること
が望ましい。

ここで上記粉体を用意するにあたってはＶ、　Ｏ，にＣ
ｒｔＯｓ　、　Ａ４０ｇから選ばれる少なくとも１種、
さらにＦｅ、Ｎｉ、ｃｏ、ｃｕ、ｓｎの酸化物から運ば
れる少なくとも１種及びＷ、Ｍｏより選ばれる少なくと
も１種を所定量混合し、水素中等で加熱還元して得るこ
とができ、またｖ、０．にｃｒ、ｏｌ、　ＡＡ’２０３
から選ばれる少なくとも１種、さらにｒｅ、Ｎｉ、Ｃｏ
、Ｃｕ、Ｓｎの酸化物から選ばれる少なくとも１種を所
定量混合すること等によって得ることができる。

また、人を所定量添加した粉体を用いた焼結体を、例え
ば活性金属ろうを用いた真空ろう付等で積層して本発明
によるＰＴＣ抵抗素子を得ることもできる。

なお本発明によるＣｒあるいはＡｌの濃度勾配は、上述
のように電極近傍部の耐熱衝撃性向上に有効であるが、
さらに大電流通電時の電流制限特性の向上にも有効であ
る。

ＣｒあるいはＡｎの濃度が均一である該抵抗体を用いた
ＰＴＣ抵抗素子では七の転移温度も抵抗体の全域にわた
って均一であるが、大電流通電時等の急速な昇温により
転移温度より昇温しＰＴＣ抵抗領域を超えてＮＴＣ抵抗
領域に到ると素子の抵抗は急激に低下する。本発明にな
るＰＴＣ抵抗素子においてはＣｒ、ｋｌの＃度勾配があ
るため、転移温度ならびにＮＴＣ領域に到る温度も抵抗
体中において勾配をもっている。このため、大電流通電
時の急激な自己発熱においても、ＰＴＣ領域を超えＮＴ
Ｃ領域に到る部分が抵抗体全域には到らず、抵抗値の低
下を制限することができる。上記の理由によって、本発
明になるＰＴＣ抵抗素子は、大電流通電時の電流制限に
おいて良好な特性を示すものである。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明によればｖ２０．セラミックＰＴＣ抵
抗素子において通電加熱などによる急激な昇温に対して
も機械的に強固なＰＴＣ抵抗素子を得ることができる。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例に基き詳細に説明する。

Ｖ２Ｏ３，Ｃｒ２Ｏ５、Ａ４０．　、５ｎｏ２粉末を第
１表に示す組成に配合し混合・粉砕して原料粉Ａ−Ｄを
得た。これら粉末にバインダーを添加したのち成形に用
いる金型に積層して加圧成形したのち、１５５０“Ｃで
４時間焼結をおこない第１図に示す如きｌＱｍｍφＸ１
７韻の形状のｖ２０．セラミックＰＴＣ抵抗体を得、実
施例１とした。

また原料粉Ａ−Ｄをそれぞれ単味で焼結し、この焼結体
を活性金属法で接合して同様の形状を有する実施例２を
得た。また原料粉Ａを焼結して１０朋φＸ１７朋の形状
の焼結体を得、比較例とした。

なお第１図中１〜４はそれぞれ第１表中Ａ−Ｄに対応し
５は活性金属法によって接合したＣｕ電極である。また
１は５１１に、２は３朋、３は２朋、４はｌａｙｍ、５
は２　ａｍ厚である。

上記ＰＴＣ抵抗素子に５０Ｈｚ　６０００Ａの電流を半
波通電し、急激な通電加熱による熱衝撃に対するクラッ
ク発生の有無の試験をおこない、これを３回繰返して耐
熱衝撃性を評価した。

上記結果をまとめて第２表に示す。

第２表に示す如く本発明による実施例においては通電加
熱によるクラックの発生がなく耐熱衝撃性が優れている
ことがわかる。一方、比較例においては、１回の通電電
極近傍部にクラックの発生があり、２回目の通電で電極
接合面からはく離し素子は破壊した。

以上のように本発明におけるＰ’ｒＣ抵抗素子は耐熱衝
撃性に浸れ、実用上極めて有用である。

第１表 第２表

【図面の簡単な説明】

第１図はＰＴＣ抵抗素子の構造図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、（Ｖ＿１＿−＿ｘＡ＿ｘ）＿２Ｏ＿３（ただし０≦
   ｘ≦０．０２、ＡはＣｒ、Ａｌから選ばれた少なくとも
   １種）にＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎのうち少なくと
   も１種を０．０１〜２０重量％含有し、さらにＷ、Ｍｏ
   より選ばれた少なくとも１種を１０重量％以下含有して
   いる抵抗体の両端に一対の金属電極を具備して成るＰＴ
   Ｃ抵抗素子において、Ａ含有量が電極近傍部では低く、
   抵抗体中心部では高くなっていることを特徴とするＰＴ
   Ｃ抵抗素子。