JPH0917606A

JPH0917606A - 正特性サーミスタ素子

Info

Publication number: JPH0917606A
Application number: JP7163615A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hirano; 篤平野; Shigeyuki Kuroda; 茂之黒田; Kenji Tanaka; 謙次田中
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1997-01-17
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: CN1152785A; KR970003293A; DE69631398T2; EP0751539A2; EP0751539B1; DE69631398D1; US5790011A; EP0751539A3; TW310480B; KR100228295B1; CN1081384C; JP3327444B2

Abstract

(57)【要約】【目的】熱破壊特性に優れた正特性サーミスタ素子を
提供する。【構成】本発明に係る正特性サーミスタ素子は、正特
性サーミスタ素体１を備え、かつ、この正特性サーミス
タ素体１の主表面上には電極２，３が形成されてなるも
のであって、正特性サーミスタ素体１は内部領域４と外
部領域５，６とを具備しており、かつ、外部領域５，６
のポア占有率が内部領域４よりも大きく設定されたもの
であることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は正特性サーミスタ素子に
係り、特には、突入電流に対する熱破壊特性を改善する
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】チタン酸バリウムに対して微量の不純物
及び添加物を添加すると、正の抵抗温度特性、つまり、
キュリー点温度以上で抵抗値が急激に増加する抵抗温度
特性の半導体セラミックが得られることになり、このよ
うな半導体セラミックを用いては、自動消磁用やモータ
起動用、過電流保護用、ヒータ用などの用途でもって使
用される正特性サーミスタ素子を構成することが行われ
ている。そして、この種の具体的な正特性サーミスタ素
子としては、図４で示すように、正の抵抗温度特性を有
する半導体セラミックを用いて作製された円板形状など
の正特性サーミスタ素体１１を備え、かつ、その両主表
面上には電極１２，１３が形成されてなるものが一般的
であり、電極１２，１３のそれぞれに対してはリード線
（図示せず）が半田付けなどによって接続されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、正特性サー
ミスタ素子においては、電極１２，１３を介したうえで
の電圧印加に伴って正特性サーミスタ素体１１が発熱す
ることになるが、この際における正特性サーミスタ素体
１１の発熱状態を赤外線温度解析装置によって測定して
みると、図４中の仮想線で示す等温線Ｔからも分かるよ
うに、正特性サーミスタ素体１１の内部領域である中央
部分と、その外部領域である両主表面側及び周面側部分
との間で温度差が生じている。なお、このような温度差
が生じるのは、正特性サーミスタ素体１１の両主表面及
び周面が外気と接触しているため、両主表面側及び周面
側部分での熱放散量が多くなって温度が低くなる傾向が
あるのに対し、その中央部分では熱放散量が少なくて温
度が高くなる傾向があるためと考えられる。

【０００４】そして、このような温度差が生じている
と、正特性サーミス夕素体１１の中央部分が両主表面側
及び周面側部分に比べて高抵抗となり、かつ、この中央
部分では両主表面側及び周面側部分よりも早く熱応力が
発生することになるので、熱平衡状態の差が大きくなっ
て正特性サーミス夕素体１１の破壊が起こり易くなる。
また、特に、自動消磁用やモータ起動用、過電流保護用
などの用途においては、比較的大きな突入電流が急に印
加される結果、正特性サーミスタ素体１１が急に破壊さ
れるという不都合が生じることになっていた。

【０００５】本発明は、このような不都合に鑑みて創案
されたものであって、熱破壊特性に優れた正特性サーミ
スタ素子の提供を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る正特性サー
ミスタ素子は、正特性サーミスタ素体を備え、かつ、こ
の正特性サーミスタ素体の主表面上には電極が形成され
てなるものであって、上記目的を達成するため、正特性
サーミスタ素体は内部領域と外部領域とを具備してお
り、かつ、外部領域のポア（空隙）占有率が内部領域よ
りも大きく設定されたものであることを特徴としてい
る。

【０００７】

【作用】上記構成によれば、正特性サーミスタ素体にお
ける外部領域の方が内部領域よりも大きなポア占有率を
有しているので、外部領域である両主表面側や周面側部
分では内部領域となる中央部分よりも熱伝導経路が減少
することになって比抵抗が上昇する結果、これら両主表
面側や周面側部分の温度が中央部分よりも高くなる。そ
こで、正特性サーミスタ素体の中央部分と両主表面側及
び周面側部分との温度差が小さくなり、熱平衡状態の差
が小さくなる。また、この際においては、正特性サーミ
スタ素体内に分散されたポアでもって発生した熱応力が
吸収あるいは緩和されることになるため、正特性サーミ
スタ素体の破壊が生じ難いことになる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【０００９】第１実施例図１は本発明の第１実施例に係る正特性サーミスタ素子
の構造を示す側断面図であり、この正特性サーミスタ素
子は、正の抵抗温度特性を有する半導体セラミックを用
いて作製された板状、例えば、両主表面及び周面によっ
て外表面が構成されてなる円板形状の正特性サーミスタ
素体１を備え、かつ、両主表面上には電極２，３がそれ
ぞれ形成されたものとなっている。なお、これら電極
２，３のそれぞれに対しては、リード線（図示せず）が
半田付けなどによって接続されている。

【００１０】そして、ここでの正特性サーミスタ素体１
は、その厚み方向に沿って区分された中央部分である内
部領域４と、主表面側部分であるところの外部領域５，
６とを具備しており、この際における外部領域５，６の
ポア占有率は内部領域４よりも大きく設定されている。
すなわち、より詳細にいえば、正特性サーミスタ素体１
は、１１〜１３％というような所定のポア占有率を有す
る内部領域４と、この内部領域４の外側となる上部及び
下部位置に配置され、かつ、内部領域４よりも大きな１
４〜１５％程度のポア占有率を有する外部領域５，６と
を具備したものであり、この正特性サーミスタ素体１に
おける両主表面には外部領域５，６のそれぞれが露出
し、また、その周面には内部領域４と外部領域５，６と
の境界が露出している。なお、この際における内部領域
４及び外部領域５，６のポア占有率が上記数値に限定さ
れることはなく、例えば、外部領域５，６のポア占有率
が１９％程度とされていても差し支えない。要するに、
この正特性サーミスタ素体１におけるポアの大きさや個
数は適宜に設定されていればよいのであり、外部領域
５，６のポア占有率の方が内部領域４のポア占有率より
も大きくなっていればよいのである。

【００１１】次に、上記構造となる正特性サーミスタ素
体１の製造手順を説明する。まず、正特性サーミスタ素
体１を作製する際に必要となる第１のサーミスタ材料
Ｘ、例えば、（Ｂａ・Ｓｒ・Ｐｂ・Ｃａ・Ｙ・Ｍｎ）Ｔ
ｉＯ₃ ＋ＳｉＯ₂ と、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリ
レート）を主成分とする球形で粒径が１０〜３０μｍ程
度となった樹脂ビーズを第１のサーミスタ材料Ｘに対し
て２重量％程度添加してなる第２のサーミスタ材料Ｙと
を予め用意する。なお、この際における樹脂ビーズが上
記条件を満たすものに限られることはないのであり、そ
の主成分は焼成に伴って消失するものであればよく、形
状及び粒径も半導体セラミックが本来的に含んでいるポ
アよりも大きなポアを形成し得るものであればよい。そ
して、樹脂ビーズの添加量も所望の特性に応じて適宜設
定されることになり、例えば、第１のサーミスタ材料Ｘ
に対して１重量％程度の樹脂ビーズを添加する一方で第
２のサーミスタ材料Ｙに対して２重量％程度の樹脂ビー
ズを添加しておくことも可能である。

【００１２】引き続き、乾式プレス機を利用したうえで
第１及び第２のサーミスタ材料Ｘ，Ｙからなる成形体を
作製する。すなわち、具体的には、以下のような手順に
従って成形体を得た。

【００１３】まず、乾式プレス機を構成する金型の内
部に第２のサーミスタ材料Ｙを０．６２ｇ程度の所定量
だけ充填した後、４０ＭＰａ程度の低圧力でもって加圧
することにより正特性サーミスタ素体１の外部領域５と
対応する部分を作製した。

【００１４】そして、この金型内における外部領域５
と対応する部分上に第１のサーミスタ材料Ｘを０．６２
ｇ程度の所定量だけ充填した後、４０ＭＰａ程度の低圧
力で加圧することによって正特性サーミスタ素体１の内
部領域４と対応する部分を作製した。

【００１５】さらに、この金型内における内部領域４
と対応する部分上に第２のサーミスタ材料Ｙを０．６２
ｇ程度の所定量だけ充填した後、１２０ＭＰａ程度の高
圧力で加圧することによって正特性サーミスタ素体１の
外部領域６に相当する部分を作製すると同時に、全体の
圧縮を行うことによって成形体を得た。

【００１６】その後、得られた成形体を１３４０℃程度
の温度下で焼成すると、正特性サーミスタ素体１が作製
されたことになる。そして、この際、焼成に伴っては、
第２のサーミスタ材料Ｙに添加されていた樹脂ビーズが
消失し、これら樹脂ビーズの跡にはポアが形成される結
果、正特性サーミスタ素体１における外部領域５，６の
ポア占有率は内部領域４よりも大きく設定されているこ
とになる。すなわち、ここで、第２のサーミスタ材料Ｙ
における樹脂ビーズの粒径が２０μｍであり、その添加
量が２重量％である場合、この第２のサーミスタ材料Ｙ
からなる外側領域５，６のポア占有率は１４〜１５％と
なるのに対し、樹脂ビーズが添加されていない第１のサ
ーミスタ材料Ｘからなる内部領域４のポア占有率は１１
〜１３％となるのである。なお、樹脂ビーズの添加量を
増やしておけばポア占有率が大きくなり、また、樹脂ビ
ーズの添加量を減らしておけばポア占有率が小さくなる
ことは勿論である。

【００１７】さらにまた、正特性サーミスタ素体１の両
主表面上に導電性ペーストを塗布したうえでの焼き付け
を行うと、Ｎｉ−Ａｇなどからなる電極２，３が形成さ
れた正特性サーミスタ素子として完成する。ところで、
このような手順に従って製造された正特性サーミスタ素
子は、直径が１４ｍｍ程度で厚みが２ｍｍ程度の大きさ
を有するものとなっている。

【００１８】引き続き、本発明の発明者らが、本実施例
の手順に従って作製され、かつ、図１で示した構造の正
特性サーミスタ素子が有する抵抗値（Ω）及び熱破壊特
性を表すことになるフラッシュ耐圧（Ｖ）、つまり、突
入電流に対する耐電圧を測定してみたところ、表１で示
すような測定結果が得られた。そして、この表１中に
は、サーミスタ材料Ｘのみからなる正特性サーミスタ素
体を具備して構成された正特性サーミスタ素子の有する
抵抗値（Ω）及びフラッシュ耐圧（Ｖ）を比較例として
併記している。なお、ここでのフラッシュ耐圧は、１０
０Ｖの電圧を５秒間にわたって印加した後、正特性サー
ミスタ素体１の温度を常温にまで低下させたうえで抵抗
値を測定することを行い、測定した抵抗値が初期の抵抗
直と変わらない場合には、電圧を上げたうえで同様の測
定を繰り返しながら測定した抵抗値が変化した時の電圧
値である。

【００１９】

【表１】

【００２０】そして、この表１によれば、比較例に係る
正特性サーミスタ素子では２８０Ｖのフラッシュ耐圧し
か得られないのに対し、本実施例に係る正特性サーミス
タ素子では５００Ｖのフラッシュ耐圧が得られており、
１．８倍程度にまで向上することが明らかとなってい
る。すなわち、本実施例に係る正特性サーミスタ素子を
構成する正特性サーミスタ素体１においては、その厚み
方向に沿って区分された中央部分である内部領域４と、
主表面側部分であるところの外部領域５，６とを具備
し、かつ、この際における外部領域５，６のポア占有率
が内部領域４のポア占有率よりも大きく設定されている
から、正特性サーミスタ素体１の両主表面側部分におけ
る熱伝導経路が中央部分よりも減少して比抵抗が高くな
り、これら部分の温度が高くなる結果、中央部分と両主
表面側部分との温度差が小さくなり、熱平衡伏態の差が
小さくなると同時に、正特性サーミスタ素体１内に分散
されたポアでもって発生した熱応力が吸収あるいは緩和
されるため、フラッシュ耐圧が向上すると考えられる。

【００２１】なお、以上説明した本実施例に係る正特性
サーミスタ素子の製造工程においては、乾式プレス機を
用いることによって正特性サーミスタ素体１となる成形
体を作製するとしているが、周知の押出成形法やドクタ
ーブレード法などを採用したうえで樹脂ビーズの添加量
が互いに異なる多数枚のセラミックグリーンシートを作
製した後、これらのセラミックグリーンシートを積層し
たうえで圧着することによって成形体を作製することも
可能である。そして、このような製造手順によって成形
体を作製した際には、図示していないが、厚み方向に沿
って区分された多数の区分層からなる正特性サーミスタ
素体を構成すると共に、内部側の区分層よりも外部側の
区分層ほどポア占有率が連続的に大きくなるように設定
しておくことができるという利点が得られる。

【００２２】第２実施例図２は本発明の第２実施例に係る正特性サーミスタ素子
の構造を示す側断面図であり、この実施例に係る正特性
サーミスタ素子は、第１実施例同様、正の抵抗温度特性
を有する半導体セラミックからなる円板形状などの正特
性サーミスタ素体１を備え、かつ、その両主表面上には
リード線（図示せず）を接続すべき電極２，３が形成さ
れたものとなっている。なお、図２において、図１と互
いに同一となる若しくは相当する部品、部分のそれぞれ
には同一符号を付し、ここでの詳しい説明は省略してい
る。

【００２３】本実施例に係る正特性サーミスタ素子を構
成する正特性サーミスタ素体１は、主表面の拡がり方向
に沿う中央位置に設けられた中央部分であるところの内
部領域７と、この内部領域７の側面周囲を取り巻いて設
けられた周面側部分であるところの外部領域８とを具備
したものであり、外部領域８のポア占有率は内部領域７
のポア占有率よりも大きく設定されている。そして、こ
の正特性サーミスタ素体１における両主表面には内部領
域７と外部領域８との境界が露出しており、その周面に
は外部領域８が露出している。なお、この際における内
部領域７のポア占有率は１１〜１３％程度、また、外部
領域８のポア占有率は１４〜１５％程度とされている。

【００２４】そこで、この実施例においては、正特性サ
ーミスタ素体１が中央部分である内部領域７と、周面側
部分である外部領域８とから構成されており、かつ、こ
の際における外部領域８のポア占有率が内部領域７のポ
ア占有率よりも大きく設定されているのであるから、正
特性サーミスタ素体１の周面側部分における熱伝導経路
が中央部分よりも減少して比抵抗が高くなって温度が高
くなる結果、中央部分と周面側部分との温度差が小さく
なり、熱平衡伏態の差が小さくなると共に、正特性サー
ミスタ素体１内に分散されたポアでもって発生した熱応
力が吸収あるいは緩和されるため、熱破壊特性が向上す
ることになる。

【００２５】第３実施例図３は本発明の第３実施例に係る正特性サーミスタ素子
の構造を示す側断面図であり、この実施例に係る正特性
サーミスタ素子は、第１及び第２実施例同様、正の抵抗
温度特性を有する半導体セラミックを用いて作製された
板状、例えば、両主表面及び周面によって外表面が構成
されてなる円板形状の正特性サーミスタ素体１を備え、
かつ、この正特性サーミスタ素体１の両主表面上にはリ
ード線（図示せず）を接続すべき電極２，３が形成され
たものとなっている。なお、図３において、図１及び図
２と互いに同一となる若しくは相当する部品、部分のそ
れぞれには同一符号を付し、ここでの詳しい説明は省略
する。

【００２６】そして、ここでの正特性サーミスタ素体１
は、厚み方向及び主表面の拡がり方向に沿う中央位置に
設けられて中央部分となる内部領域９と、この内部領域
９を取り囲んで設けられたうえで両主表面側及び周面側
部分となる外部領域１０とを具備しており、外部領域１
０のポア占有率は内部領域９よりも大きく設定されてい
る。すなわち、本実施例における正特性サーミスタ素体
１は、１１〜１３％というようなポア占有率を有する内
部領域９と、この内部領域９の外側周囲を全面的に取り
囲んで設けられ、かつ、１４〜１５％程度のポア占有率
を有する外部領域１０とからなるものであり、この正特
性サーミスタ素体１における両主表面及び周面には外部
領域１０のみが露出している。

【００２７】すなわち、本実施例における正特性サーミ
スタ素体１は、内部領域９よりもポア占有率が大きく設
定された外部領域１０を具備しているので、外部領域１
０であるところの両主表面側及び周面側部分における熱
伝導経路の方が内部領域９であるところの中央部分にお
ける熱伝導経路よりも減少して比抵抗が高くなり、温度
が高くなる結果、両者間の温度差が小さくなって熱平衡
伏態の差が小さくなると共に、発生した熱応力がポアで
もって吸収あるいは緩和されるため、第１及び第２実施
例と同様、熱破壊特性が向上することになる。

【００２８】ところで、本発明の具体例が上述した３つ
の実施例のみに限定されることはなく、本発明の要旨の
範囲内において種々の応用や変形を行い得ることは勿論
である。すなわち、例えば、正特性サーミスタ素体を構
成する内部領域の外側位置に２つ以上の外部領域を設け
ておくことも可能であり、第１実施例に適用すれば、内
部領域４の外側となる上部及び下部位置それぞれに配置
された外部領域５，６の各々を互いのポア占有率が異な
る２つ以上ずつの外部領域でもって構成することが考え
られる。なお、このような構成を採用する場合には、内
部領域４から外側に配置されるにしたがってポア占有率
が大きくなるようにしておくことが好ましい。さらにま
た、各実施例においては、内部領域及び外部領域のいず
れ共が基本的に同一の組成からなるサーミスタ材料を用
いることによって作製されたものであるとしているが、
これらを作製するためのサーミスタ材料が異なる組成と
されたものであってもよいことは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る正特
性サーミスタ素子においては、正特性サーミスタ素体を
構成する外部領域の方が内部領域よりも大きなポア占有
率を有しているので、外部領域である両主表面側や周面
側部分では内部領域となる中央部分よりも熱伝導経路が
減少することになって比抵抗が上昇することになり、こ
れら両主表面側や周面側部分の温度が中央部分よりも高
くなる。したがって、正特性サーミスタ素体の中央部分
と両主表面側や周面側部分との温度差が小さくなり、熱
平衡状態の差が小さくなることが起こる結果、突入電流
に対する熱破壊特性が向上するという効果が得られる。

【００３０】また、本発明によれば、発生した熱応力が
ポアでもって吸収あるいは緩和されることになるため、
正特性サーミスタ素体の破壊が生じ難いことになる結
果、より熱破壊特性に優れた正特性サーミスタ素子が得
られることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る正特性サーミスタ素子の構造
を示す側断面図である。

【図２】第２実施例に係る正特性サーミスタ素子の構造
を示す側断面図である。

【図３】第３実施例に係る正特性サーミスタ素子の構造
を示す側断面図である。

【図４】従来例に係る正特性サーミスタ素子の構造を示
す側断面図である。

【符号の説明】

１正特性サーミスタ素体２電極３電極４内部領域５外部領域６外部領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正特性サーミスタ素体を備え、かつ、こ
の正特性サーミスタ素体の主表面上には電極が形成され
てなる正特性サーミスタ素子であって、正特性サーミスタ素体は内部領域と外部領域とを具備し
ており、かつ、外部領域のポア占有率が内部領域よりも
大きく設定されたものであることを特徴とする正特性サ
ーミスタ素子。
【請求項２】正特性サーミスタ素体を備え、かつ、こ
の正特性サーミスタ素体の主表面上には電極が形成され
てなる正特性サーミスタ素子であって、正特性サーミスタ素体は厚み方向に沿って区分された内
部領域と外部領域とを具備しており、かつ、外部領域の
ポア占有率が内部領域よりも大きく設定されたものであ
ることを特徴とする正特性サーミスタ素子。
【請求項３】正特性サーミスタ素体を備え、かつ、こ
の正特性サーミスタ素体の主表面上には電極が形成され
てなる正特性サーミスタ素子であって、正特性サーミスタ素体は厚み方向に沿って区分された多
数の区分層からなり、かつ、内部側の区分層よりも外部
側の区分層ほどポア占有率が連続的に大きく設定された
ものであることを特徴とする正特性サーミスタ素子。
【請求項４】正特性サーミスタ素体を備え、かつ、こ
の正特性サーミスタ素体の主表面上には電極が形成され
てなる正特性サーミスタ素子であって、正特性サーミスタ素体は、主表面の拡がり方向に沿う中
央位置に設けられた内部領域と、この内部領域を取り巻
いて設けられた外部領域とを具備しており、かつ、外部
領域のポア占有率が内部領域よりも大きく設定されたも
のであることを特徴とする正特性サーミスタ素子。
【請求項５】正特性サーミスタ素体を備え、かつ、こ
の正特性サーミスタ素体の主表面上には電極が形成され
てなる正特性サーミスタ素子であって、正特性サーミスタ素体は、厚み方向及び主表面の拡がり
方向に沿う中央位置に設けられた内部領域と、この内部
領域を取り囲んで設けられた外部領域とを具備してお
り、かつ、外部領域のポア占有率が内部領域よりも大き
く設定されたものであることを特徴とする正特性サーミ
スタ素子。