JP6254351B2 - セラミック抵抗器 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁性セラミックに導電物質を混合して焼結させた柱状の抵抗体が用いられているセラミック抵抗器に関する。

セラミック抵抗器に用いられている柱状の抵抗体は、ＳｎＯ_２等の導電物質と、タルク、Ｃａ化合物、Ｂａ化合物等の絶縁性セラミックとを混合し、１０００℃以上の高温で焼結させたソリッド抵抗体であるため、一般的にサージ特性に優れたものとなっている（例えば、特許文献１参照）。また、この種のセラミック抵抗器は、皮膜抵抗器に比べて高温での使用が可能であり、かつ、耐化学侵食性や耐候性に富み断線が生じにくい等の利点を有するため、高圧回路用や電源回路用の抵抗器として好適である。

ところで、セラミック抵抗器に用いられている抵抗体は、過負荷によって異常発熱すると赤熱して溶解し、やがて破断（溶断）することが知られている。抵抗体が破断すると、通電が遮断されて昇温しなくなるが、異常発熱した抵抗体が破断に至るまでの赤熱状態や溶解状態のときに、セラミック抵抗器を実装しているプリント基板の樹脂成分が発火したり、その影響によって配線パターンが短絡されてしまう等の危険性がある。そこで、セラミック抵抗体が異常発熱したときに速やかに通電を遮断して安全性を確保するために、高電圧が印加される抵抗器を予め温度ヒューズと直列に接続してなるヒューズ抵抗器が従来より提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−３２４００６号公報 特開２００６−３１０４２９号公報

しかしながら、セラミック抵抗器に温度ヒューズを追加してヒューズ抵抗器を構成すると、部品コストや組立コストが増大して高価なものになってしまうという問題があった。また、温度ヒューズを追加してなるヒューズ抵抗器は、セラミック抵抗器そのものに比べて大型化してしまうという問題もあった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、温度ヒューズを追加しなくても、抵抗体が異常発熱したときに速やかに通電を遮断できるセラミック抵抗器を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、絶縁性セラミックに導電物質を混合して焼結させた円柱状の抵抗体と、この抵抗体の長手方向の両端部に嵌着された一対の電極とを備えたセラミック抵抗器において、前記抵抗体の外周面の一部で前記電極から離隔した領域に、この抵抗体よりも低抵抗な導電性金属膜を円弧状に付設し、この導電性金属膜に前記抵抗体の外周面を露出させた非被覆部が形成されており、この非被覆部が前記導電性金属膜を周方向に分断するように前記抵抗体の長手方向に沿って延びているという構成にした。

このように抵抗体よりも低抵抗な導電性金属膜が該抵抗体の外周面に非被覆部を除いて円弧状に付設されているセラミック抵抗器は、抵抗体を流れる電流の多くが導電性金属膜を通過することになるため、通電時の抵抗体には、導電性金属膜の幅方向両縁と隣接して該金属膜に沿って延在する外周部の特定箇所に電流が集中し、抵抗体のうち外周面が該金属膜に覆われて露出していない部位の内部は電流がほとんど流れない電流迂回箇所となる。したがって、過負荷（過大電流）による抵抗体の異常発熱で前記電流集中箇所が大きく熱膨張すると、熱膨張がほとんど起こらない前記電流迂回箇所との境目付近に剪断応力が生じ、この境目付近が破断しやすくなる。つまり、過負荷によって抵抗体が異常発熱すると、この抵抗体は導電性金属膜に沿うように破断して速やかに通電を遮断することが可能なため、温度ヒューズを追加する必要がなくなる。

上記のセラミック抵抗器において、導電性金属膜は非被覆部を１箇所にだけ有して円弧状に連続する単体であっても良いが、非被覆部が導電性金属膜の周方向の複数箇所に形成されており、これら非被覆部によって導電性金属膜が複数に分割された構成とすることも可能である。

また、上記のセラミック抵抗器において、導電性金属膜が単体または複数の分割体であっても、抵抗体の全周に対する導電性金属膜の被覆率が２０％以上に設定されていると、異常発熱に伴って抵抗体を確実に破断することができて好ましい。

また、上記のセラミック抵抗器において、抵抗体の半径をＲ、電極から導電性金属膜までの最小長さをＰとすると、Ｐ≧Ｒに設定されていると、異常発熱に伴って抵抗体を確実に破断することができて好ましい。この場合において、導電性金属膜の長手方向に沿う最小幅寸法をＬとすると、Ｌ≧Ｒに設定されていることが好ましい。

また、上記のセラミック抵抗器において、導電性金属膜の主成分が銀であると、抵抗体に比べて極めて低抵抗な導電性金属膜が得られるため、電流の集中が顕著になって異常発熱時に抵抗体の前記境目付近を速やかに破断させることができる。しかも、銀を主成分とする導電性金属膜は、抵抗体の外周面の所望領域に塗布した銀系ペーストを硬化させることによって容易に形成できるため、コスト面でも有利である。

本発明のセラミック抵抗器は、円柱状の抵抗体の外周面の一部で電極から離隔した領域に、この抵抗体よりも低抵抗な導電性金属膜が非被覆部を除いて円弧状に付設してあるため、通電時の抵抗体には、導電性金属膜の幅方向両縁と隣接して該金属膜に沿って延在する外周部の特定箇所に電流が集中し、抵抗体のうち外周面が該金属膜に包囲されて露出していない部位の内部は電流がほとんど流れない電流迂回箇所となる。したがって、過負荷による抵抗体の異常発熱で電流集中箇所が大きく熱膨張すると、熱膨張がほとんど起こらない電流迂回箇所との境目付近が破断しやすくなる。それゆえ、このセラミック抵抗器は、わざわざ温度ヒューズを追加しなくても、抵抗体が異常発熱したときに速やかに通電を遮断して安全性を確保することができ、大幅なコストダウンと小型化を実現できるという優れた効果を奏する。

本発明の第１実施形態例に係るセラミック抵抗器の斜視図である。 第１実施形態例に係るセラミック抵抗器の断面形状を通電時の電流の流れと共に示す説明図である。 図２に示す抵抗体の電流集中箇所と電流迂回箇所を示す説明図である。 該抵抗体が異常発熱により破断した状態を示す説明図である。 本発明の第２実施形態例に係るセラミック抵抗器の断面図である。 本発明の第３実施形態例に係るセラミック抵抗器の正面図である。

以下、発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。まず、図１〜図４を用いて本発明の第１実施形態例に係るセラミック抵抗器について説明する。

図１および図２に示すように、本発明の第１実施形態例に係るセラミック抵抗器１１は、円柱状の抵抗体１と、抵抗体１の長手方向の両端部に嵌着された一対の電極２と、抵抗体１の外周面の一部に円弧状に付設された導電性金属膜３と、一対の電極２からそれぞれ外方へ突設されたリード端子４とによって主に構成されている。このセラミック抵抗器１１は図示せぬプリント基板に実装され、このプリント基板のスルーホールに各リード端子４が半田付けされる。

セラミック抵抗器１１の構成について詳しく説明すると、抵抗体１は、絶縁性セラミックにＳｎＯ_２等の導電物質を混合して１０００℃以上の高温で焼結させたものである。電極２には予めリード端子４が溶接等によって突設されており、抵抗体１の長手方向の両端部にそれぞれキャップ形状の電極２を外嵌させることによって、各電極２は抵抗体１と電気的かつ機械的に接続されている。そして、これら一対の電極２間に露出する抵抗体１の外周面の長手方向の中央部に、銀を主成分とする導電性金属膜３が非塗布部Ｓを除いて円弧状に付設されている。

この導電性金属膜３は、抵抗体１の外周面を覆うように図示せぬマスキングテープを貼り付け、この状態でマスキングテープの開口部から露出する抵抗体１の外周面に銀系ペースト（Ａｇペースト）を塗布した後、マスキングテープを剥がして銀系ペーストを硬化することによって形成されたものである。ここで、抵抗体１の全周を１００％とすると、導電性金属膜３は抵抗体１の全周の２０％以上を被覆していることが好ましく、本実施形態例の場合、抵抗体１の外周面の約１５％を占める領域を導電性金属膜３が形成されない非塗布部Ｓとし、それ以外の約８５％の領域に一定幅の導電性金属膜３が円弧状に塗布形成されている。

図２中の矢印は、通電時におけるセラミック抵抗器１１内の電流の流れを模式的に示したものである。すなわち、抵抗体１の外周面の一部で電極２から離隔した中央部の領域に、この抵抗体１よりも極めて低抵抗な導電性金属膜３が円弧状に付設されているセラミック抵抗器１１は、通電時に抵抗体１を流れる電流の多くが導電性金属膜３を通過する。そのため、図３に模式的に示すように、抵抗体１は、導電性金属膜３の幅方向両縁と隣接して該金属膜３に沿って延在する外周部の特定箇所が、通電時に電流が集中して流れる電流集中箇所１ａとなる。また、抵抗体１のうち外周面が導電性金属膜３に包囲されて露出していない円板状部位の内部は、通電時に電流がほとんど流れない電流迂回箇所１ｂとなる。

このように構成されたセラミック抵抗器１１では、過負荷（過大電流）によって抵抗体１が異常発熱したときに、電流集中箇所１ａで発熱が急増するものの、電流がほとんど流れない電流迂回箇所１ｂは発熱源とならないため、電流集中箇所１ａが大きく熱膨張するのに対し、電流迂回箇所１ｂにはほとんど熱膨張が起こらない。その結果、図３に矢印で示すように、電流集中箇所１ａと電流迂回箇所１ｂとの境目付近が逆向きの力で引っ張られることになる。つまり、抵抗体１が異常発熱すると、電流集中箇所１ａと電流迂回箇所１ｂとの境目付近に、熱膨張の極端な相違に起因する剪断応力が生じるため、この境目付近が破断しやすくなる。図４はこうして抵抗体１が異常発熱によって破断した状態を模式的に示しており、抵抗体１が導電性金属膜３に沿うように破断して長手方向の中央部が自重で落下するため、通電は遮断される。

以上説明したように、本実施形態例に係るセラミック抵抗器１１は、円柱状の抵抗体１の外周面の長手方向中央部に、この抵抗体１よりも極めて低抵抗な導電性金属膜３を非塗布部Ｓを除いて円弧状に付設することによって、通電時の抵抗体１に電流集中箇所１ａと電流迂回箇所１ｂとが生じるようにしてある。これにより、過負荷によって抵抗体１が異常発熱したときに、大きく熱膨張する電流集中箇所１ａとほとんど熱膨張しない電流迂回箇所１ｂとの境目付近を速やかに破断させることができるため、このセラミック抵抗器１１は、わざわざ温度ヒューズを追加しなくても、抵抗体１の異常発熱時に速やかに通電を遮断して安全性を確保することができる。それゆえ、このセラミック抵抗器１１は温度ヒューズを追加した構成のもの（ヒューズ抵抗器）と比べて、大幅なコストダウンならびに小型化が実現できる。

なお、上記の第１実施形態例では、導電性金属膜３の主成分が銀である場合を例示しているが、導電性金属膜３は、抵抗体１よりも低抵抗な他の導電性金属材料を主成分とするものであっても良い。ただし、銀を主成分とする導電性金属膜３であれば、極めて低抵抗で電流の集中が顕著になるため、異常発熱時に抵抗体１を速やかに破断させることができる。しかも、銀を主成分とする導電性金属膜３は、抵抗体１の外周面の所望領域に塗布した銀系ペーストを硬化させることによって容易に形成できるため、コスト面でも有利である。

また、上記の第１実施形態例では、抵抗体１の全周に対する導電性金属膜３の被覆率が２０％以上に設定されているため、導電性金属膜３によるヒューズ機能が効果的に発揮され、異常発熱に伴って抵抗体１を確実に破断することができる。

次に、図５を参照しながら、本発明の第２実施形態例に係るセラミック抵抗器について説明する。なお、図５において図１〜図４と対応する部分には同一符号が付してあるため、重複する説明は省略する。

図５に示すセラミック抵抗器１２は、抵抗体１の外周面に設けられた導電性金属膜３の領域が前述した第１実施形態例と相違している。すなわち、このセラミック抵抗器１２は、抵抗体１の外周面の長手方向中央部でなく、中央部に対して一方（例えば図示右側）の電極２へ片寄った領域に導電性金属膜３が円弧状に設けられている。この場合、一方の電極２から導電性金属膜３までの長さ（最小長さ）Ｐが他方の電極２から導電性金属膜３までの長さＱに比べて短くなるが、最小長さＰとして所要の寸法が確保されていないと、異常発熱時に抵抗体１を確実に破断することが困難となる。そこで、本実施形態例では、電極２から導電性金属膜３までの最小長さＰが抵抗体１の半径Ｒよりも大きくなるように、Ｐ≧Ｒの関係を満足する領域に導電性金属膜３が設けられている。なお、前述した第１実施形態例の場合、導電性金属膜３が抵抗体１の外周面の長手方向中央部に設けられているため、両電極２から導電性金属膜３までの長さＰ，Ｑは等しくなる（Ｐ＝Ｑ）が、この場合も、最小長さＰ（＝Ｑ）が抵抗体１の半径Ｒよりも大きくなるように、導電性金属膜３を両電極２に対して離間させることが好ましい。

また、本実施形態例では、導電性金属膜３の長手方向に沿う幅寸法（最小幅寸法）Ｌが抵抗体１の半径Ｒよりも大きく（Ｌ≧Ｒ）なるように、一定幅の導電性金属膜３を抵抗体１の外周面に円弧状に付設してある。このように、電流迂回箇所１ｂとなる導電性金属膜３の最小幅寸法Ｌが所定値以上に確保されていると、抵抗体１の異常発熱時に電流集中箇所１ａと電流迂回箇所１ｂとの境目付近に十分な剪断応力を生じさせることができるため、抵抗体１の所定箇所を確実かつ速やかに破断させることができる。

また、本実施形態例では、抵抗体１の長手方向の両端部にそれぞれ下地電極５が設けてあり、この下地電極５に対応する電極２を外嵌することにより、各電極２が下地電極５を介して抵抗体１と電気的かつ機械的に接続されるようになっている。下地電極５は抵抗体１の両端部に銀系ペーストを塗布して硬化させたものであり、かかる下地電極５の存在によって電極２と抵抗体１との密着性を高めることができる。このように抵抗体１の端部に下地電極５を介して電極２を外嵌した場合、電極２と下地電極５が同電位となるため、前述した最小長さＰは下地電極５から導電性金属膜３までの寸法となる。ただし、第１実施形態例のように下地電極５を省略した場合は、電極２から導電性金属膜３までの寸法が最小長さＰとなる。

次に、図６を参照しながら、本発明の第３実施形態例に係るセラミック抵抗器について説明する。なお、図６において図１〜図４と対応する部分には同一符号が付してあるため、重複する説明は省略する。

図６に示すセラミック抵抗器１３は、抵抗体１の外周面に付設した導電性金属膜３が周方向に沿って円弧状に連続した単体ではなく、導電性金属膜３が周方向に分割された複数の分割体となっている点が前述した第１実施形態例と相違している。すなわち、このセラミック抵抗器１３は、抵抗体１の外周面を４分割する領域に円弧状の導電性金属膜３が非塗布部Ｓを介して付設されており、この場合も抵抗体１の全周に対する４つの導電性金属膜３の被覆率は２０％以上に設定されている。ただし、導電性金属膜３の分割数は４分割に限らず、２分割や３分割あるいは５分割以上であっても良く、また、複数の導電性金属膜３を周方向に異なる長さで分割するようにしても良い。

なお、上記の各実施形態例では、抵抗体１の外周面の所定領域に一対幅の導電性金属膜３を円弧状に１つまたは複数に分割して付設した場合について説明したが、導電性金属膜３の幅寸法を周方向に沿って異ならせても良い。例えば、展開形状が略台形となる導電性金属膜３を抵抗体１の外周面に円弧状に付設したり、幅方向の両縁が波形状となる導電性金属膜３を抵抗体１の外周面に円弧状に付設するようにしても良い。

１ 抵抗体
１ａ 電流集中箇所
１ｂ 電流迂回箇所
２ 電極
３ 導電性金属膜
４ リード端子
５ 下地電極
１１，１２，１３ セラミック抵抗器
Ｐ 最小長さ
Ｌ 最小幅寸法
Ｓ 非塗布部（非被覆部）

Claims (6)

1. 絶縁性セラミックに導電物質を混合して焼結させた円柱状の抵抗体と、この抵抗体の長手方向の両端部に嵌着された一対の電極とを備えたセラミック抵抗器において、
   前記抵抗体の外周面の一部で前記電極から離隔した領域に、この抵抗体よりも低抵抗な導電性金属膜を円弧状に付設し、この導電性金属膜に前記抵抗体の外周面を露出させた非被覆部が形成されており、この非被覆部が前記導電性金属膜を周方向に分断するように前記抵抗体の長手方向に沿って延びていることを特徴とするセラミック抵抗器。
2. 請求項１の記載において、前記非被覆部が前記導電性金属膜の周方向の複数箇所に形成されており、これら非被覆部によって前記導電性金属膜が複数に分割されていることを特徴とするセラミック抵抗器。
3. 請求項１または２の記載において、前記抵抗体の全周に対する前記導電性金属膜の被覆率が２０％以上であることを特徴とするセラミック抵抗器。
4. 請求項３の記載において、前記抵抗体の半径をＲ、前記電極から前記導電性金属膜までの最小長さをＰとすると、Ｐ≧Ｒに設定されていることを特徴とするセラミック抵抗器。
5. 請求項４の記載において、前記導電性金属膜の長手方向に沿う最小幅寸法をＬとすると、Ｌ≧Ｒに設定されていることを特徴とするセラミック抵抗器。
6. 請求項１〜５のいずれか１項の記載において、前記導電性金属膜の主成分が銀であることを特徴とするセラミック抵抗器。