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JPH088163B2 - 温度変動および衝撃電流に高い耐力を持つ電気デバイス - Google Patents
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JPH088163B2 - 温度変動および衝撃電流に高い耐力を持つ電気デバイス - Google Patents

温度変動および衝撃電流に高い耐力を持つ電気デバイス

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JPH088163B2
JPH088163B2 JP62096118A JP9611887A JPH088163B2 JP H088163 B2 JPH088163 B2 JP H088163B2 JP 62096118 A JP62096118 A JP 62096118A JP 9611887 A JP9611887 A JP 9611887A JP H088163 B2 JPH088163 B2 JP H088163B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、円形、矩形あるいは正方形の断面を持つセ
ラミックで作られた焼結体からなる温度変動および衝撃
電流に対して高い耐力を持つ電気デバイス、特にドーピ
ングにより半導体特性を持つ酸化亜鉛材料からなる電圧
依存性電気抵抗器(バリスタ)であって、その両端面は
周辺面まで達しないろう付け可能なコーティングを電極
として持ち、該電極にはリング状の電流供給要素が中心
を合わせてろう付けされているような電気デバイスに関
する。
〔従来の技術〕
上記の特徴を有するが特に小さな寸法、すなわち1.5m
m〜5mmの直径および0.6〜2.5mmの厚みにしようとする電
気デバイス、つまり負の温度係数を持つ電気抵抗器(NT
Cサーミスタ)は、西独実用新案登録第8506668号明細書
(欧州特許出願第86102471.9号に対応)に記載されてい
る。このNTCサーミスタの場合には電流供給要素はその
一端がリング状に殆ど閉じられた小孔として形成され、
その外径は円板コーティングの直径の高々60%であり、
各電流供給要素のリング状の小孔はコーティング上に中
心を合わせて固定ろう付けされ、ろうは小孔を包囲し、
ろうの広がりは小孔の範囲に制限され、コーティングの
縁部はろうによって覆われていない。
この実施形態によって、特に小さな寸法を持つNTCサ
ーミスタのために、−60℃〜+360℃、特に−36℃〜+1
30℃の間での100回にわたっての交番温度衝撃負荷の際
におけるろう付け可能な金属性コーティングにろう付け
された電流供給要素の接触抵抗を1%以下のドリフトで
もって保証し、しかもセラミック円板の安定した保持を
それを担持する電流供給要素によって作りだすという課
題が解決される。
前記西独実用新案登録第8506668号明細書において詳
細に扱われている従来技術、特に西独特許出願公開第19
47799号公報、米国特許第2606955号および第2686244号
明細書は、そこに詳述されているようにその課題を解決
するのに適していない。
例えば正の温度係数を持つセラミック材料(PTCサー
ミスタ)または負の温度係数を持つセラミック材料(NT
Cサーミスタ)からなるセラミック体を有する電気デバ
イスの場合、また誘電効果のある材料からなるセラミッ
ク体を有するコンデンサの場合および特に電圧依存性電
気抵抗器(バリスタもしくはVDR抵抗器)の場合には、
例えば360℃以上の高い温度と例えば−40℃以下の、例
えば−55℃までの低い温度との間での多数の短時間の温
度変動は、一方では電流供給要素の他方ではセラミック
体の異なる膨張係数が最大破壊応力の超過時にセラミッ
ク体に亀裂もしくは破壊をもたらす機械的応力を生じさ
せることによって、温度変動負荷に対する十分な強度の
問題が生じるのみならず、ここで対象にしている電気デ
バイスはセラミック体電流衝撃負荷に対する高い強度も
持たなければならない。
例えば1つ以上のPTCサーミスタおよび少なくとも1
つのバリスタからなる組合せ要素の場合には約2000Aに
も及ぶ電流衝撃負荷が生じることがある。起動用NTCサ
ーミスタの場合には数百Aの電流衝撃負荷が生じる。同
様の値がセラミックコンデンサの場合にも生じる。
バリスタは特に高い電流衝撃負荷のもとにあって、10
3〜105Aの電流を持つ電流衝撃負荷に耐えなければなら
ない。
ここで問題にしている電気デバイス、特にバリスタ
は、0.7〜2mmの厚みを有する薄い円板、10〜30mmの厚み
の厚い円板およびその中間の厚みの円板である。直径、
特にバリスタの直径は30〜80mm程度である。
これらの電気デバイスのセラミック体は対向する端面
に一般に焼結銀からなる電極を持ち、該電極は公知のよ
うにセラミック体上に製作後に載せられ、その後で600
〜800℃の温度で焼結される。
温度変動負荷に対する強度の問題を解決するために最
も好ましいのは、電流供給要素をこれらのコーティング
に点状にろう付けすることである。というのは、その場
合には温度変動負荷の際に生じる機械的応力がセラミッ
ク体に全く作用しないからである。
しかし、点状にろう付けされた電流供給線の実施は衝
撃電流に対する耐性に関しては殆ど実用的でない。一様
な電流分布を得るためには、大面積の良導電性の電極を
コーティングにろう付けすることが必要であった。電流
供給要素の最小半径を上回れば、縁部における電流密度
は最大電流密度を越え、この個所でデバイスのコーティ
ング金属の溶融もしくは蒸発が起こる。それにより、最
大電流密度はメタリコン層の電流担持能力にも依存す
る。電流供給要素のための金属としては、自らろう付け
可能であって電気デバイスの金属コーティングとろう付
け可能な銅または黄銅が使用される。
電気デバイス、特にバリスタの端面における金属コー
ティングの約25mmの直径までは、−40℃への冷却時にお
ける機械的応力はなおもセラミック体の破断応力以下に
ある。金属コーティングの直径または面積が大きい場合
にはセラミックは割れ始める。これはとりわけ薄いセラ
ミックの場合に生じる(例えば0.7〜2mm)。現在市販さ
れているこの大きさの唯一のバリスタは60mmの直径を持
つが、しかしこの円板の厚みは5mmである。この円板は
コーティングへの電流供給要素の溶接によって接触させ
られている。薄い円板、特にバリスタの場合には温度変
動負荷に対する十分な強度はもはや保証されない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、冒頭に述べたような電気デバイス、
特にバリスタにおいて、温度変動負荷に対してと同時に
電流衝撃による負荷に対しても高い耐力を保証する電流
供給要素を備えさせることにある。ここで対象となって
いる電気デバイスは、円形断面の場合には少なくとも30
mmの直径を持つべきであり、矩形または正方形断面の場
合には30mmの最小幅を持つべきである。薄い(0.7mm〜2
mm)および中間の厚みのセラミック体も、また厚い(10
mm〜20mm)セラミック体も上述のようにして接触させら
れるべきである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的は、本発明によれば、次のようにすること
によって達成される。すなわち、 各電流供給要素は閉じられたループ体からなり、該ル
ープ体は、ろう付け可能な金属からなるコーティング上
に外側にある面および内側にある面を残しており、0.2
〜1mmの厚みを有し、かつ次の条件を満たすように選定
された幅、即ちFaを電流供給要素の外側にあるコーティ
ングの面積、Fiを電流供給要素の内側にあるコーティン
グの面積、Uaを電流供給要素の外周、そしてUiを電流供
給要素の内周とするとき、 Fa:Fi=Ua:Ui=1.05〜1.35 なる条件を満たすように選定された幅を有すること、か
つ 各電流供給要素はリード端子板を備え、該リード端子
板は、電流供給要素の外周にある折り曲げ部により、該
リード端子板がコーティングにろう付けされない程度
に、該コーティングの表面から自由空間を形成するよう
に浮き上がっていることである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、電流供給要素の上記の比から結果的
に与えられる僅かな幅および僅かな厚みによって、温度
変動負荷による引張力はセラミック体に亀裂や破壊が生
じない程度まで低減される。
電流供給要素における抵抗電圧降下は、バリスタにお
いて降下する電圧の1%より小さい。これは、1973年の
規格7EC60−2にしたがって8/20μsの規格電流衝撃で
もって測定されたものである。
上記の外側面積Faと内側面積Fiとの比もしくは外周Ua
と内周Uiとの比によって、温度変動に対する僅かな機械
的応力の負荷のみならず、十分な電圧分布を得ることも
配慮されている。というのは、電流供給要素の外縁と内
縁とにおいて等密度の電流線が生じるからである。
自由空間が形成され、したがってリード端子板がコー
ティングにろう付けされない程度にコーティング表面か
らリード端子板が浮き上がっていることによって、電流
供給によって与えられる比が乱されないことが保証され
る。
セラミック体の金属コーティングへの電流供給要素の
ろう付けは、公知の焼結ろう付け法によって行うことが
でき、場合によっては浸漬ろう付けによっても行うこと
ができる。というのは、電流供給要素の特別な寸法によ
り、ろうの広がりが電流供給要素の範囲にのみ制限する
ことが必要でないからである。逆に、電流供給要素が金
属性コーティングへろう付けされるだけでなく、金属コ
ーティングの全面が薄い層のろうで覆われるようなろう
付け工程により、なおも好ましい電流分布が電流衝撃負
荷時に得られるようにすることが達成される。
本発明による有利な実施形態は次のとおりである。即
ち、前記の比をFa:Fi=Ua:Ui=1.1〜1.2とし、円形のセ
ラミック体ならば電流供給要素は円形とし、矩形または
正方形断面のセラミック体ならば電流供給要素は矩形ま
たは正方形の枠として形成し、電流供給要素はろう付け
可能でない金属からなっていてろう付け可能なコーティ
ングを備え、電流供給要素は電流供給リード端子板と共
に相応の薄板から一体に打抜かれることである。
〔数値例〕
60mmの直径、1.2mmの厚みの円板バリスタで金属コー
ティング半径Raが28.62mmである場合に、金属コーティ
ングの外周と円板の周辺面との間の金属縁の幅が1.38mm
である。このようなデバイスに対しては、外径raが21m
m、内径riが18mm、厚みが0.5mmのリング状電流供給要素
が設けられる。
この寸法においては、外周Uaと内周Uiとの比もしくは
外側の電極面積Faと内側の電極面積Fiとの比が1.167に
され、したがって上述の限界値内にある。
〔実施例〕
以下図示の実施例を参照しながら、本発明を更に詳細
に説明する。
第1図は円板状デバイスの上面図を示し、第2図は第
1図によるデバイスを第1図における矢印IIの方向から
見た図を示す。
これらの図において同じ部分には同じ符号が付されて
いる。
円板状のセラミック体1は両端面3,4に例えば焼き付
け銀からなるコーティング5,6を備えており、これらは
セラミック体1の周辺面2までは達しておらず、その縁
と周辺面2との間には自由面13,14が残されている。
両コーティング5,6上には円形リング状の電流供給要
素7,8が心を合わせて、即ち円板状のセラミック体1の
中心とリング状の電流供給要素7,8の中心とが一致する
ように接合されている。
金属性のろう付け可能なコーティング5,6の半径Ra
は、電流供給要素7,8の外側にあるコーティング5もし
くは6の面Faが残るように選定されている。
電流供給要素7もしくは8の外径raと内径riとの差
は、一方ではリング状の電流供給要素の幅を、そして他
方では電流供給要素の外周Uaと内周Uiとの間の比を定め
る。
電流供給要素7もしくは8の外側にあるコーティング
5もしくは6の面Faは、本発明にしたがって、内面Fiに
対して、電流供給要素7もしくは8の内周Uiに対する外
周Uaの比と同じ比にされるべきである。
電流供給要素7もしくは8はリード端子板9もしくは
10を備えており、これらのリード端子板は電流供給要素
7もしくは8の外周Uaにある折り曲げ部11もしくは12に
よって、自由空間17もしくは18が形成されてろう付けさ
れないように、コーティング5もしくは6の表面から浮
き上がっている。
リード端子板9および10には、本例におけるようなバ
リスタまたはPTCサーミスタ、NTCサーミスタ、あるいは
セラミックコンデンサを備えるべき機器にリード端子板
を接続するために役立つろう付け用折り曲げ端部15,16
が設けられている。
【図面の簡単な説明】
第1図は円板状デバイスの上面図、第2図は第1図によ
るデバイスを第1図における矢印IIの方向から見た側面
図である。 1……セラミック体、2,3……端面、5,6……金属コーテ
ィング、7,8……電流供給要素、9,10……電流供給リー
ド端子板、11,12……折り曲げ部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01G 4/228

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円形、矩形あるいは正方形の断面を持つセ
    ラミックで作られた焼結体(1)からなる温度変動およ
    び衝撃電流に対して高い耐力を持つ電気デバイスであっ
    て、その両端面(3,4)は周辺面まで達しないろう付け
    可能なコーティング(5,6)を電極として持ち、該電極
    にはリング状の電流供給要素(7,8)が中心を合わせて
    ろう付けされているような電気デバイスにおいて、 各電流供給要素(7,8)は閉じられたループ体からな
    り、該ループ体はろう付け可能な金属からなるコーティ
    ング(5,6)上に外側にある面(Fa)および内側にある
    面(Fi)を残しており、0.2〜1mmの厚みを有し、かつ次
    の条件を満たすように選定された幅、即ちFaを電流供給
    要素(7,8)の外側にあるコーティング(5,6)の面積、
    Fiを電流供給要素(7,8)の内側にあるコーティング
    (5,6)の面積、Uaを電流供給要素(7,8)の外周、そし
    てUiを電流供給要素(7,8)の内周とするとき、 Fa:Fi=Ua:Ui=1.05〜1.35 なる条件を満たすように選定された幅を有すること、 各電流供給要素(7,8)はリード端子板(9,10)を備
    え、該リード端子板は電流供給要素(7,8)の外周(U
    a)にある折り曲げ部(11,12)により、該リード端子板
    がコーティング(5,6)にろう付けされない程度に、該
    コーティング(5,6)の表面から自由空間(17,18)を形
    成するように浮き上がっていること、 を特徴とする温度変動および衝撃電流に高い耐力を持つ
    電気デバイス。
  2. 【請求項2】前記比が、Fa:Fi=Ua:Ui=1.1〜1.2である
    こと特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電気デバイ
    ス。
  3. 【請求項3】円形の断面を持つ焼結体(1)の場合に電
    流供給要素(7,8)は円形リングとして形成されること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載の
    電気デバイス。
  4. 【請求項4】矩形または正方形の断面を持つ焼結体
    (1)の場合に、電流供給要素(7,8)は円形リング、
    矩形または正方形の枠として形成されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項または第2項記載の電気デ
    バイス。
  5. 【請求項5】電流供給要素(7,8)はろう付け可能でな
    い金属からなり、ろう付け可能なコーティングを備えて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4
    項のいずれか1項に記載の電気デバイス。
  6. 【請求項6】電流供給要素(7,8)は電流供給リード端
    子板(9,10)と共に適当な薄板から一体的に打抜かれて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第5
    項のいずれか1項に記載の電気デバイス。
JP62096118A 1986-04-23 1987-04-17 温度変動および衝撃電流に高い耐力を持つ電気デバイス Expired - Lifetime JPH088163B2 (ja)

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DE3613787.1 1986-04-23
DE3613787 1986-04-23

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JPS62266804A JPS62266804A (ja) 1987-11-19
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EP (1) EP0243602B1 (ja)
JP (1) JPH088163B2 (ja)
AT (1) ATE48921T1 (ja)
CA (1) CA1264867A (ja)
DE (1) DE3761236D1 (ja)

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