WO2008059641A1 - Système de circuit électrique/électronique avec un élément de verre conducteur - Google Patents

Système de circuit électrique/électronique avec un élément de verre conducteur Download PDF

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conductive
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Tetsuaki Nishida
Kazumi Manabe
Akira Morishige
Takeshi Manabe
Mitsugi Matsushita
Kenichi Kobayashi
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Tokai Industry Corp.
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    • C03C4/00Compositions for glass with special properties
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current

Definitions

  • the conductive vanadate glass containing vanadium pentoxide will be described as an example.
  • the glass containing vanadium is usually ion-conductive (usually an electrically insulating material) and an oxide-based glass. In contrast, it has electron conductivity based on hopping of extranuclear electrons. This mechanism shows relatively high electrical conductivity.
  • the said conductive glass can contain potassium oxide and sodium oxide as a 2nd component.
  • Patent Document 3 JP 2006-248867
  • this conductive glass has extremely excellent processability.
  • nano-sized microfabrication is possible by applying focused ion beam processing. Even if it is applied, the function of the electronic member may be lost by slight melting.
  • an object of the present invention is to provide means for preventing the electrical / electronic material itself from functioning or deteriorating when the conductive glass is used as the electrical / electronic material.
  • the present invention (4) is the electrical / electronic circuit system according to the invention (3), wherein the protective resistance element is a resistance element having a positive temperature characteristic.
  • the present invention (5) is characterized in that the overcurrent preventing means detects current flowing through the conductive glass member and current flowing through the conductive glass member based on the detected current information.
  • the electric / electronic circuit system according to the invention (1) which is a current control means for controlling or cutting the current.
  • the conductive glass is a conductive vanadate glass.
  • the “electrical / electronic material made of conductive vanadate glass” uses conductive vanadate glass as a material.
  • the raw material component “raw material composition” manufacturing method of the “conductive vanadate glass” will be described in detail.
  • This conductive glass is the same as the glass described in Patent Documents 1 to 3. Therefore, for detailed conditions not described in this specification, refer to the description of these specifications.
  • the "conductive vanadate glass” is preferably an oxide-based glass composition containing vanadium, norlium and iron because it is highly conductive.
  • vanadium is a constituent element for forming the main skeleton of oxide-based glass, and its oxidation number changes to 2, 3, 4, 5, etc., increasing the probability that electrons hop. I can do it.
  • norium is a constituent element added to three-dimensionalize the two-dimensional vanadium oxide glass skeleton.
  • iron is a component for adjusting electric conductivity, and the conductivity can be controlled by changing this amount.
  • the conductive vanadate glass is composed of other glass components such as calcium oxide, sodium oxide, potassium oxide, barium oxide, boron oxide, strontium oxide, zirconium oxide, silver oxide, silver iodide. , Lithium oxide, lithium iodide, cesium oxide, sodium iodide, indium oxide, tin oxide and the like may be contained.
  • lO ⁇ S′cnT 1 or less is preferable.
  • the electrical conductivity in this specification refers to the volume resistivity measured by the four probe method.
  • the conductive vanadate glass is obtained by melting and quenching a mixture containing vanadium oxide, barium oxide and iron oxide (optionally rhenium oxide) to obtain the glass composition. Even if it is above the glass transition temperature, below the crystallization temperature, or above the crystallization temperature, it can be produced by holding it at the annealing treatment temperature below the softening point temperature for a predetermined time.
  • vanadium oxide 50-90 mole 0/0, barium oxide 5-35 mole 0/0, iron 5-2 5 mixture comprising mole percent (by oxide, rhenium relative to the mixture 100 weight% 1 To 10% by mass) is heated and melted in a platinum crucible or the like, and then rapidly cooled to be vitrified, and the vitrified product is heat-treated under predetermined annealing conditions.
  • the “electrical / electronic material” made of the conductive vanadate glass is described next. explain.
  • the “electrical / electronic material” is not particularly limited as long as it is a material used for electric / electronic parts and the like. And a discharge needle used for plasma discharge or the like.
  • the present inventors have confirmed that the conductive vanadate glass has remarkably good workability when compared with other materials (metal, other conductive glass). . Specifically, it has been confirmed that the conductive vanadate glass has unmatched processing performance for laser processing and concentrated ion beam (FIB) processing as well as mechanical polishing processing. In particular, the FIB processing characteristics that are indispensable for microfabrication were outstanding. For example, regarding processing time, when FIB processing is performed, processing time is 10 to 10,000 times faster than metal. As for fineness, when FIB processing is performed, the limit of fineness to metal is about 1 ⁇ m, whereas in the case of the conductive vanadate glass, it is several hundred nm or more.
  • overcurrent prevention means which is a characteristic element of the present invention and is connected to the electrical / electronic circuit system according to the best mode.
  • conductive glass for example, conductive vanadate glass
  • this conductive glass shows a behavior that when the voltage rises, the current increases rapidly according to the characteristics of each conductive glass.
  • the present inventors have discovered that glass loses its function as an electric / electronic material due to melting. If it has such a property, there is a risk that electrical and electronic products may fail or become unusable due to changes in usage and usage conditions.
  • the present invention adopts a conductive glass having excellent properties (for example, conductive vanadate glass) as an electric / electronic material, and solves the above-mentioned new problem that may be caused by the adoption in the system.
  • This problem has been solved by introducing “overcurrent prevention means”.
  • the following are examples of various forms of overcurrent prevention means.
  • FIG. 1 shows a form (first best mode) in which a resistor 2a or a protective resistance element 2b is installed in series with a conductive glass member 1 in an electric / electronic circuit.
  • Fig. 1 (a) shows an example in which the conductive glass member 1 and the resistor 2a or the protective resistance element 2b exist in one circuit
  • Fig. 1 (b) shows another electric circuit portion X in addition to the above. It is an example that exists.
  • the resistor 2a is a general resistor that can be easily obtained.
  • the protective resistance element 2b may be any conventional type, but is preferably a resistance element having positive temperature characteristics.
  • FIG. 1 (c) and FIG. 1 (d) show specific application examples of this embodiment.
  • FIG. 1 (c) shows an example of a system in which conductive glass members 1 having different resistance values are combined to form a temperature sensor.
  • the contact portion C of the conductive glass member 1 having a different resistance value becomes a part of the temperature sensor.
  • a power source is not provided, but the temperature sensor unit serves as a power source, and a current corresponding to the temperature flows through the system.
  • the current meter measures this current and displays the temperature corresponding to the current.
  • the resistor 2a or the protective resistance element 2b selects a resistance value in accordance with a small-capacity limiting current through which the current of the both conductive glass members 1/1 flows.
  • FIG. 1 (d) shows a system example in which the conductive glass 1 is used as a discharge electrode.
  • the applied voltage is 2kV at the maximum and the allowable current capacity of the conductive glass is 10mA, Set to 200 ⁇ .
  • a 40V DC voltage is applied to produce a planned electric-electronic circuit system.
  • An ⁇ resistive element was connected.
  • a system that can control the current in one part of the circuit was equipped with a circuit that detects the current flowing through the resistor. As a result, stable plasma generators and light emitting devices can be manufactured.
  • FIG. 1 shows an electric / electronic circuit system according to a first best mode in which a resistor 2a or a protective resistance element 2b is installed in series with a conductive glass member 1 in an electric / electronic circuit. It is.
  • FIG. 3 shows an electric / electronic circuit system according to the third best mode in which a conductive glass member 1, a temperature detecting means 5, and a current control means 6 are installed in an electric / electronic circuit system. is there.
  • FIG. 4 is a diagram showing changes in the current flowing in the system and the temperature of the conductive glass member 1 when the voltage is changed in the electrical / electronic circuit system in the example.

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Description

明 細 書
導電性ガラス部材を備えた電気 ·電子回路システム
技術分野
[0001] 本発明は、導電性ガラス部材 (例えば導電性バナジン酸塩ガラス)を電気 ·電子材 料として備えた電気 ·電子回路システムに関する。
背景技術
[0002] 従来から、各種導電性ガラスが提案されて!/、る。ここで、五酸化バナジウムを含む 導電性バナジン酸塩ガラスを一例として説明すると、バナジウムを含む当該ガラスは 、通常はイオン伝導性である(通常は電気的に絶縁体である)酸化物系ガラスと異な り、核外電子のホッピングに基づく電子伝導性を有する。このメカニズムにより、比較 的高い電気伝導度を示す。尚、当該導電性ガラスは、第二成分として酸化カリウムや 酸化ナトリウムを含有し得る。
[0003] 更に近年、当該導電性バナジン酸塩ガラスの、室温での電気伝導度をより向上さ せるために、バリウム及び鉄を副成分として添加する技術が提案されている(特許文 献 1及び 2)。当該文献に係る導電性バナジン酸塩ガラスは、バナジウム、バリウム及 び鉄を含む酸化物系ガラス組成物であって、その室温における電気伝導度が 10_4 〜; 10— ' cm— 1である。そして、当該高導電性ガラスに関しては、電極材料、固体電 解質、サーミスタ等のセンサとレ、つた新たな用途が提案されて!/、る。
[0004] ここで、電極等の電気'電子材料として導電性ガラスを利用する場合、全体'全層に 均一な導電性を担保することができると共に、非結晶であるために磨耗せず、常に安 定した電力を印加できるというメリットがある。更には、導電性ガラスだと微細加工がで きるので、ギャップを狭くすることにより放電力を上げられる等のメリットもある。加えて 、酸化 '風化せず、かつ環境に優しいというメリットもある。そのため、例えば、特許文 献 3には、導電性バナジン酸塩ガラスに集束イオンビーム(FIB)照射又はレーザビ ーム照射による加工を施した、エッチングゃスパッタ蒸着による成膜等に用いられる プラズマ発生装置用電極が提案されている。
特許文献 1 :特開 2003— 34548 特許文献 2:特開 2004— 2181
特許文献 3 :特開 2006— 248867
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] ここで、本発明者らは、この導電性バナジン酸塩ガラスをはじめとする導電性ガラス を電気'電子材料に使用することについて研究を進めてきた。この研究過程において 、本発明者らは、導電性ガラスからなる電気 ·電子材料に通電した際、当初は電圧が 上昇しても当該ガラスを流れる電流は微増する程度である力 ある程度の大きさの電 圧から挙動が変化し、電圧の上昇につれて急激に電流が増加することに加え、一定 電圧下でも、発熱により導電性ガラスの温度が徐々に高まり、これに伴い電流も徐々 に増大する挙動を示すことを発見した。更に、本発明者らは、当該急激な電流の増 加により、電気 ·電子材料である当該ガラスが融解する条件があるという知見を得た。 特に、後述するように、この導電性ガラスは極めて優れた加工性を有するので、例え ば集束イオンビーム加工を施すことによりナノサイズの微細加工が可能である力 せ つ力べナノサイズの微細加工を施しても、僅かな融解で当該電子部材の機能が無くな る可能性がある。そこで、本発明は、導電性ガラスを電気'電子材料として使用する に際して、当該電気 ·電子材料自体が機能しなくなる又は機能が低下することを防止 する手段を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明(1)は、電気'電子回路システム内に、導電性ガラス部材と、前記導電性ガ ラス部材における過電流を防止するための過電流防止手段とを備えていることを特 徴とする電気 ·電子回路システムである。
[0007] 本発明(2)は、前記過電流防止手段が、前記導電性ガラス部材と直列に接続され た抵抗器である、前記発明(1)の電気'電子回路システムである。
[0008] 本発明(3)は、前記過電流防止手段が、前記導電性ガラス部材と直列に接続され た保護抵抗素子である、前記発明(1)の電気 '電子回路システムである。
[0009] 本発明(4)は、前記保護抵抗素子が、正の温度特性を有する抵抗素子である、前 記発明(3)の電気 ·電子回路システムである。 [0010] 本発明(5)は、前記過電流防止手段が、前記導電性ガラス部材を流れる電流を検 知する電流検知手段と、検知した電流情報を基に、前記導電性ガラス部材を流れる 電流を制御又は切断する電流制御手段である、前記発明(1)の電気 '電子回路シス テムである。
[0011] 本発明(6)は、前記過電流防止手段が、前記導電性ガラス部材の温度を検知する 温度検知手段と、検知した温度情報を基に、前記導電性ガラス部材を流れる電流を 制御又は切断する電流制御手段である、前記発明(1)の電気'電子回路システムで ある。
[0012] 本発明(7)は、前記導電性ガラス部材が、導電性ガラス部位がイオンビーム照射又 はレーザビーム照射で精密加工された部材である、前記発明(1)〜(6)のいずれか 一つの電気'電子回路システムである。
[0013] 本発明(8)は、前記導電性ガラスが、導電性バナジン酸塩ガラスである、前記発明
(;!)〜(7)の!/、ずれか一つの電気'電子回路システムである。
[0014] 本発明(9)は、電気 ·電子部品又はそれが組み込まれた電気 ·電子製品である、前 記発明(1)〜(8)の!/、ずれか一つの電気'電子回路システムである。
[0015] ここで、本明細書における各用語の意味について説明する。まず、「導電性ガラス」 とは、電気伝導度が少なくとも 1 X 10— 13S/cm (好適には少なくとも 1 X 10— 9S/cm 、より好適には少なくとも l X 10_7S/cm)であるガラスを指す。「導電性ガラス部材」 とは、導電性ガラスを導電部位として有する限り特に限定されず、例えば、導電性ガ ラスのみからなる部材でも、別の材料との複合部材であってもよい。「電気'電子回路 」とは、電気回路(強電)及び/又は電子回路(弱電)を意味する。「システム」とは、導 電性ガラス部材と過電流防止手段とを有する「物」である限り特に限定されず、例え ば、電気 ·電子部品、当該電気 ·電子部品を有する電気 ·電子製品を挙げることがで きる。「過電流防止手段」は、単一又は複数の要素の結合の結果として、導電性ガラ ス部材の融解を生じさせ得る過電流を防止する機能を有する限り特に限定されず、 単一でそのような機能を発揮するものとしては、例えば、抵抗器や保護抵抗素子を挙 げること力 Sでき、複数の要素の結合としては、例えば、電流検知手段 +電流制御手 段や温度検知手段 +電流制御手段を挙げることができる。 発明を実施するための最良の形態
[0016] 以下、導電性ガラスとして導電性バナジン酸塩ガラスを例にとり、本発明に係る電 気'電子回路システムを詳述する。但し、本発明の技術的範囲は、導電性バナジン 酸塩ガラスに限定されず、ここで、本発明に係る電気 ·電子回路システムは、電気-電 子回路内に、電気 ·電子材料として導電性バナジン酸塩ガラス部材と、前記部材に おける過電流を防止するための過電流防止手段とを備えていることを特徴とする。以 下、この電気 '電子回路システムを構成する「導電性バナジン酸塩ガラスからなる電 気 ·電子材料」と「過電流防止手段」とを説明する。
[0017] まず、「導電性バナジン酸塩ガラスからなる電気 ·電子材料」は、素材として導電性 バナジン酸塩ガラスを使用する。以下、当該「導電性バナジン酸塩ガラス」の原料成 分'原料組成物'製造方法について詳述することとする。尚、この導電性ガラスは、特 許文献 1〜3記載のガラスと同一である。したがって、本明細書で記載されていない 詳細条件は、これらの明細書の記載内容を参照されたい。
[0018] 本最良形態に係る「導電性バナジン酸塩ガラス」は、高導電性であるという理由で、 バナジウム、ノ リウム及び鉄を含む酸化物系ガラス組成物であることが好適である。こ こで、まず、バナジウムは、酸化物系ガラスの主骨格を形成させるための構成元素で あり、その酸化数が 2、 3、 4、 5等に変化して、電子がホッピングする確率を高めること カできる。次に、ノ リウムは、二次元的な構成のバナジウム酸化物のガラス骨格を 3次 元化するために添加される構成元素である。更に、鉄は、電気伝導度の調整成分で あり、この量を変化させることで導電性をコントロールすることができる。
[0019] ここで、バナジン酸塩ガラス中の酸化バナジウムの含有量は、 0. 1〜98モル%の 範囲とすることが好適であり、 40〜98モル%の範囲とすることがより好適である。バナ ジン酸塩ガラス中の酸化バリウムの含有量は、 1〜40モル%の範囲とすることが好適 である。バナジン酸塩ガラス中の酸化鉄の含有量は、 1〜20モル%の範囲とすること が好適である。更に、酸化バリウム(B)と酸化バナジウム (V)のモル比(B :V)は、好 適には5 : 90〜35 : 50でぁる。また、酸化鉄(F)と酸化バナジウム(V)のモル比(F :V )は、好適には5 : 90〜15 : 50でぁる。但し、どのような組成とするかは、電気'電子材 料の種類や用途等により変動するものであるので、前記範囲には何ら限定されない。 [0020] 更に、前記導電性バナジン酸塩ガラスは、レニウムを含有していてもよい。ここで、 レニウムは、導電性に優れている(更には酸化数が変動しうるので電子ホッピング効 果を高めることが可能である)ので、バナジン酸塩ガラスの電気伝導度を更に高める ことができる。加えて、ガラス転移温度や結晶化温度を所定範囲に設定できるので、 アニーリング処理の容易化も可能となる。尚、レニウムを含有する場合、前記組成物 中の量は、;!〜 15モル%であることが好適である。
[0021] 更に、前記導電性バナジン酸塩ガラスは、他のガラス成分、例えば、酸化カルシゥ ム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化バリウム、酸化ホウ素、酸化ストロンチウム、酸 化ジルコニウム、酸化銀、ヨウ化銀、酸化リチウム、ヨウ化リチウム、酸化セシウム、ヨウ 化ナトリウム、酸化インジウム、酸化錫等を含有してもよい。
[0022] このようなバナジン酸塩ガラスの電気伝導度は、 25°Cの室温において、 10_4〜10 _ 1S
Figure imgf000007_0001
-cnT1の範囲とすることが好適である。特に、 半導体特性を維持するという観点からは、 lO^S 'cnT1以下であることが好適である 。但し、どのような電気伝導度が好適であるかは、電気'電子材料の種類や用途等に より変動するものであるので、前記範囲には限定されない。ここで、本明細書での電 気伝導度は、四端子法により測定された体積抵抗率を指す。
[0023] 尚、電気伝導度の調整の観点から、導電性ガラスの前記ベース組成物 (バナジウム 、ノ リウム及び酸化物系ガラス組成物)を希釈するために、当該組成物に希釈成分 { 好適には、 SiO (60〜70モル0 /0)、 P O (10〜20モル0 /0)、 Al O (2〜; 10モル0 /0)
2 2 3 2 3
、 ZnO (0〜2モノレ0 /0)、 Sb O (0〜2モル0 /0)、TiO (0〜2モル0 /0) }を添加してもよ
2 3 2
い。
[0024] ここで、導電性バナジン酸塩ガラスは、酸化バナジウム、酸化バリウム及び酸化鉄( 場合により酸化レニウム)を含む混合物を溶融、急冷してそのガラス組成物を得た後 、前記ガラス組成物のガラス転移温度以上、結晶化温度以下又は、結晶化温度以上 であっても軟化点温度以下のアニーリング処理の温度に所定時間保持させることに より製造可能である。
[0025] 例えば、酸化バナジウム 50〜90モル0 /0、酸化バリウム 5〜35モル0 /0、酸化鉄 5〜2 5モル%を含む混合物(場合により、当該混合物 100質量%に対して酸化レニウム 1 〜; 10質量%を添加)を白金るつぼ中等で加熱溶融した後、これを急冷してガラス化 し、このガラス化物を所定のアニーリング処理条件で熱処理する。
[0026] 以上で当該「導電性バナジン酸塩ガラス」の原料成分 ·原料組成物 ·製造方法を説 明したので、次に、当該導電性バナジン酸塩ガラスからなる「電気 ·電子材料」につい て説明する。ここで、「電気'電子材料」とは、電気 ·電子部品等に用いられる材料で あれば特に限定されず、例えば、センサ(例えば電位センサ)、電球や両端に極性を 持った電極、コロナ放電、プラズマ放電等に用いる放電針等を挙げることができる。
[0027] ここで、当該電気'電子材料の一例は、導電性ガラスに対してイオンビーム照射又 はレーザビーム照射を施すことにより得られる、精密加工された導電性ガラス部材で ある。ここで、当該材料を電気 ·電子材料として使用した場合、以下のメリットがある。 第一に、当該材料として金属を使用した場合だと、酸化し易いとか水分の多いところ では鯖びてしまうという問題がある力 当該導電性バナジン酸塩ガラスの場合は、水 の中でも電気 ·電子材料として使用可能であるばかりでなく、鯖びな!/、ため寿命も極 めて長い。
[0028] 第二に、本発明者らは、他の材料 (金属、他の導電性ガラス)と比較した場合、当該 導電性バナジン酸塩ガラスが格段に加工性がよいことを確認している。具体的には、 当該導電性バナジン酸塩ガラスは、機械研磨加工は勿論のこと、レーザー加工、集 束イオンビーム(FIB)加工に対して、比類なき加工性能を有することを確認している 。特に、微細加工を行う際に必須である FIB加工特性は抜群であった。例えば、加工 時間に関しては、 FIB加工を行った場合は、金属と比較すると、加工時間 10倍〜 1 万倍以上速い。また、微細性に関しては、 FIB加工を行った場合は、金属に対する 微細性の限度が 1 μ m位であるのに対し、当該導電性バナジン酸塩ガラスでは数百 nm以 T (、ある。
[0029] 第三に、具体的な用途(電気'電子材料)との関係でのメリットとして、当該導電性バ ナジン酸塩ガラスを「電極」として用いた場合、当該ガラスが非結晶であるので磨耗 せず、常に安定した電力を印加できることに加え、微細加工できるので、ギャップを狭 くすることにより放電効率を上げること力 Sできる。また、当該導電性バナジン酸塩ガラ スを「放電針」として用いた場合、優れた耐久性と廉価であることに加え、発塵が無い 点でも優れている。
[0030] 以上のようなメリットのため、当該導電性バナジン酸塩ガラスは、センチメートルから ナノメートルの領域にわたる幅広い領域の用途(電気 ·電子材料)に有効である。
[0031] 次に、本最良形態に係る電気'電子回路システムに接続された、本発明の特徴的 要素である「過電流防止手段」について説明する。前述のように、導電性ガラス(例え ば導電性バナジン酸塩ガラス)は、様々な電気 ·電子材料に有用であり、加工性等の 特性を踏まえると、その可能性は無限にある状況と理解される。し力もながら、前述し たように、この導電性ガラスは、電圧が上昇すると、各々の当該導電性ガラスの特性 に応じ、電流が急激に増加するという挙動を示す結果、せっかく微細加工等を施して もガラスが融解する等して電気 ·電子材料としての機能を失することを本発明者らは 発見した。このような性質を有する場合、用途や使用条件の変動により電気'電子製 品が故障したり使い物にならなくなることが危惧されるので、どのような用途や使用条 件で用いた場合にも、当該電気 ·電子製品の故障や使い物にならなくなることを防止 する手立てを講じる必要がある。そこで、本発明は、優れた性質を有する導電性ガラ ス(例えば導電性バナジン酸塩ガラス)を電気 ·電子材料として採用すると共に、当該 採用に伴い発生し得る前記新たな問題を、当該システム内に「過電流防止手段」を 導入することにより解決したものである。以下、各種形態の過電流防止手段を例示す
[0032] まず、図 1は、電気 ·電子回路内に、導電性ガラス部材 1と直列に抵抗器 2a又は保 護抵抗素子 2bを設置した形態(第一の最良形態)である。尚、図 1 (a)は、一回路内 に導電性ガラス部材 1と抵抗器 2a又は保護抵抗素子 2bが存在する例、図 1 (b)は、 上記に加え更に他の電気回路部 Xが存在する例である。ここで、抵抗器 2aは、容易 に入手可能な一般的な抵抗である。また、保護抵抗素子 2bは、従来のどのようなタイ プであってもよいが、正の温度特性を有する抵抗素子であることが好適である。この ような抵抗素子を用いた場合、保護すべき電気'電子材料に過電流が流れると、この 回路に接続された抵抗素子は、前記過電流によりその抵抗値が急激に増加して過 電流を制限するよう機能する。当該抵抗素子としては、例えば、電気 '電子回路に生 じる過電流から回路素子を保護する素子として既知である低抵抗 PTC (Positive Tern perature Coefficient)素子を挙げることができる。この低抵抗 PTC素子は、過電流が 流れたとき生じるジュール熱で素子温度が上昇し、その抵抗値が急激に増加する特 性を利用したものである。尚、図中の電源 P中、定電圧電源として示したものは可変 電圧電源であってもよぐ可変電圧電源として示したものは定電圧電源であってもよ い(以下の図も同様)。
[0033] ここで、図 1 (c)及び図 1 (d)に、本形態の具体的アプリケーション例を示す。まず、 図 1 (c)は、抵抗値の異なる導電性ガラス部材 1を組み合わせて温度センサーとした システム例である。ここで、抵抗値の異なる導電性ガラス部材 1の接点部 Cが温度セ ンサ一部となる。このシステムでは、電源は設けないが、温度センサー部が電源となり 、温度に対応した電流が当該システムを流れる。そして、この電流を電流メーター が 計測し、当該電流に対応した温度を表示することになる。ここで、このシステムの場合 、抵抗器 2a又は保護抵抗素子 2bは、両導電性ガラス部材 1/1の電流を流す小さい 容量の制限電流に合わせた抵抗値を選択する。
[0034] 次に、図 1 (d)は、導電性ガラス 1を放電電極として使用したシステム例である。ここ で一例として、加える電圧が最大 2kVで導電性ガラスの許容電流容量が 10mAの場 合、抵抗の大きさとして、
Figure imgf000010_0001
200Κ Ωに設定する。
[0035] 次に、図 2は、電気'電子回路システム内に、電気'電子材料として導電性ガラス部 材 1と、導電性ガラス部材 1を流れる電流を検知する電流検知手段 3と、前記電流検 知手段 3で検知した電流が所定値を超えた場合、前記導電性ガラス部材を流れる電 流を前記所定値以下となるよう制御するか又は切断する電流制御手段 4とを設置し た形態(第二の最良形態)である。ここで、電流検知手段 3は、前記導電性ガラス部 材 1を流れる電流を検知可能である限り、どのようなタイプであってもまたどの位置に 設置されていてもよい。また、電流制御手段 4は、検知した電流が所定値を超えた場 合、電流を低下させるために回路内の抵抗値を高めるよう機能しても或いは電圧自 体を低下させるように構成してもよい。尚、図 2の例は、電流制御手段 4が電流検知 手段 3で検知した電流が所定値を超えたと判定した場合、可変電圧電源 Ρの電圧を 低下させるように制御する例を示して!/、る。
[0036] 次に、図 3は、電気'電子回路システム内に、電気'電子材料として導電性ガラス部 材 1と、導電性ガラス部材 1の温度を検知する温度検知手段 5と、前記温度検知手段 5で検知した温度が所定温度を超えた場合、前記導電性ガラス部材を流れる電流を 減少又は切断する電流制御手段 6とを設置した形態(第三の最良形態)である。ここ で、温度検知手段 5は、前記導電性ガラス部材 1の温度を検知可能である限り、どの ようなタイプであってもよい。また、電流制御手段 6は、検知した温度が所定値を超え た場合、電流を低下させるために回路内の抵抗値を高めるよう機能しても或いは電 圧自体を低下させるように構成してもよい。尚、図 3の例は、電流制御手段 4が温度 検知手段 5で検知した温度が所定値を超えたと判定した場合、可変電圧電源 Pの電 圧を低下させるように制御する例を示して!/、る。
実施例
[0037] <導電性バナジン酸塩ガラスの電気的挙動確認試験〉
まず、特開 2006— 248867の実施例 3と同様の方法により、導電性バナジン酸塩 ガラス部材(ガラス転移点: 397°C、電気伝導度: 7· 3 X 10_3S/cm)からなる電極 を製造した。次に、この電極を取り付けた電気'電子回路システムを構築し、当該電 極の両端に電圧を印加し、電圧を徐々に上げた。その結果を図 4に示す。ここで、図 4において、縦軸は電流を示し、横軸は電圧を示す。その結果、図 4に示すように、電 圧の上昇に伴い電流も徐々に増加するが、電圧が 40Vを超えた付近で電流増加勾 配が急激に大きくなり(熱暴走)、やがて図示しないが電極が融解し使用不能になる 温度に到達してしまうという挙動を示すことが判明した。次に、一定電圧(10V)を印 加した際の、当該電極の温度と電流の関係を調べた。その結果、図 5に示すように、 時間経過に伴い、温度が上昇すると共に電流も増し、当該電圧下では 10mAを超え ると当該電極の材料であるバナジン酸塩ガラスのガラス転移点に近づ!/、てしま!/、使 用不能の危険性が増すことが判明した。
[0038] <過電流防止手段を備えた電気'電子回路システムの設計 1 >
上記の電気的挙動確認試験の結果を踏まえ、 10Vの定電圧が印加される電気 '電 子回路システムにおいて、当該電極と直列の状態で、当該電極に流れる電流が 10 mAを超えないよう、 lk Ωの抵抗器を取り付けた。これにより、当該電極には 10mAを 超える電流が流れなくなるので、熱暴走による電極の破損を防止することが可能にな つた。同様に、 50Vの定電圧の場合には 5kQの抵抗値を取り付け、 100Vの定電圧 の場合には 10kQの抵抗値を取り付け、 10000Vの定電圧の場合には lMkQの抵 抗値を取り付けても同様の結果となった。
[0039] <過電流防止手段を備えた電気 ·電子回路システムの設計 2 >
プラズマ発生装置や発光装置において、例えば 40Vの直流電圧をかけ、予定の電 気-電子回路システムを製造する際に、電流制御を 10mA以下に抑制する目的で、 電気 ·電子回路システムに直列に 4Κ Ωの抵抗素子を接続した。これにより、安定した プラズマ発生装置や発光装置が製造可能と成った。
[0040] <過電流防止手段を備えた電気 ·電子回路システムの設計 3 >
プラズマ発生装置や発光装置において、例えば 40Vの直流電圧をかけ、予定の電 気-電子回路システムを製造する際に、電流制御を 10mA以下に抑制する目的で、 電気.電子回路システムに直列に 4Κ Ωの抵抗素子を接続した。その際に、回路の一 部に電流を制御出来るシステム '抵抗に流れる電流を検知する回路を設けた。これ により、安定したプラズマ発生装置や発光装置が製造可能と成った。
図面の簡単な説明
[0041] [図 1]図 1は、電気 ·電子回路内に、導電性ガラス部材 1と直列に抵抗器 2a又は保護 抵抗素子 2bを設置した、第一の最良形態に係る電気 ·電子回路システムである。
[図 2]図 2は、電気'電子回路システム内に、導電性ガラス部材 1 ·電流検知手段 3 ·電 流制御手段 4とを設置した、第二の最良形態に係る電気'電子回路システムである。
[図 3]図 3は、電気'電子回路システム内に、導電性ガラス部材 1 ·温度検知手段 5 ·電 流制御手段 6とを設置した、第三の最良形態に係る電気'電子回路システムである。
[図 4]図 4は、実施例における電気'電子回路システムにおいて、電圧を変化させた 際の、システム内を流れる電流と導電性ガラス部材 1の温度の変化の様子を示した図 である。
[図 5]図 5は、実施例における電気'電子回路システムにおいて、電圧を 10Vに設定 した際の、システム内を流れる電流と導電性ガラス部材 1の温度の変化の様子を示し た図である。
符号の説明 1 導電性ガラス部材 2a 抵抗器
2b 保護抵抗素子 3 電流検知手段 4、 6 電流制御手段 5 温度検知手段 X 他の電気回路部 P 電源
c 接点部
Z 電流メーター

Claims

請求の範囲
[1] 電気'電子回路システム内に、導電性ガラス部材と、前記導電性ガラス部材におけ る過電流を防止するための過電流防止手段とを備えていることを特徴とする電気'電 子回路システム。
[2] 前記過電流防止手段が、前記導電性ガラス部材と直列に接続された抵抗器である
、請求項 1記載の電気 '電子回路システム。
[3] 前記過電流防止手段が、前記導電性ガラス部材と直列に接続された保護抵抗素 子である、請求項 1記載の電気'電子回路システム。
[4] 前記保護抵抗素子が、正の温度特性を有する抵抗素子である、請求項 3記載の電 気'電子回路システム。
[5] 前記過電流防止手段が、前記導電性ガラス部材を流れる電流を検知する電流検 知手段と、検知した電流情報を基に、前記導電性ガラス部材を流れる電流を制御又 は切断する電流制御手段である、請求項 1記載の電気'電子回路システム。
[6] 前記過電流防止手段が、前記導電性ガラス部材の温度を検知する温度検知手段 と、検知した温度情報を基に、前記導電性ガラス部材を流れる電流を制御又は切断 する電流制御手段である、請求項 1記載の電気'電子回路システム。
[7] 前記導電性ガラス部材が、導電性ガラス部位がイオンビーム照射又はレーザビー ム照射で精密加工された部材である、請求項 1〜6のいずれか一項の電気 ·電子回 路システム。
[8] 前記導電性ガラスが、導電性バナジン酸塩ガラスである、請求項;!〜 7のいずれか 一項記載の電気 ·電子回路システム。
[9] 電気'電子部品又はそれが組み込まれた電気'電子製品である、請求項;!〜 8のい ずれか一項記載の電気 ·電子回路システム。
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