(57)【要約】本発明は、基体（１）と、基体（１）と結合された少なくとも２つの接続部材（４，５）と、基体（１）の表面上に配置された中間層（６）と、中間層（６）上に配置された保護層（７）とを有し、前記中間層（６）及び保護層（７）がそれぞれ溶剤を含有する同じ塗料から製造されており、かつ中間層（６）が保護層（７）よりも少ない含量の溶剤を有する電気構成素子に関する。更に、本発明は、前記構成素子の製造方法に関する。中間層（６）は、特に有利にはスプレーにより構成素子の加熱された基体（１）に塗布することができる。それにより、ＰＴＣ抵抗の電圧貯蔵安定性が高められる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体（１）と、
基体（１）と結合された少なくとも２つの接続部材（４，５）と、
基体（１）の表面上に配置された中間層（６）と、
中間層（６）上に配置された保護層（７）とを有し、
前記中間層（６）及び保護層（７）がそれぞれ溶剤を含有する同じ塗料から製造されており、該溶剤が構成素子の電気的特性にマイナスに影響しかつ
中間層（６）が保護層（７）よりも少ない含量の溶剤を有する、正温度係数サーミスタ。
【請求項２】
中間層（６）の厚さが５〜１００μｍである、請求項１記載の構成素子。
【請求項３】
保護層（７）の厚さが１０〜５００μｍである、請求項１記載の構成素子。
【請求項４】
少なくとも２つの接続部材（４，５）で接触された基体（１）を有する正温度係数サーミスタを製造する方法において、以下の製造工程：
Ａ）溶剤含有塗料からなる中間層（６）を基体（１）上に製造し、その際中間層を塗布する間に該中間層を流れる電流（Ｉ）より基体を加熱し、それにより塗料の少なくとも９０％を中間層（６）を塗布する間に蒸発させる、
Ｂ）溶剤含有塗料からなる保護層（７）を中間層（６）上に塗布する
からなることを特徴とする、正温度係数サーミスタの製造方法。
【請求項５】
中間層をスプレーにより基体（１）に塗布する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
Ｕ／Ｉ特性曲線が少なくとも１つの最大値を有する基体を使用し、かつ基体（１）を流れる電流（Ｉ）を、Ｕ／Ｉ特性曲線の負の上昇の範囲内にある電圧（Ｕ）を印加することにより発生させ、それにより中間層（６）の塗布中の基体（１）の実際温度を、目的温度からの偏差が１０％未満になるように安定化する、請求項４又は５記載の方法。
【請求項７】
基体（１）を１４０〜１５０℃の温度に加熱する、請求項４から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
工程Ｂ）において、中間層（６）と同じ出発物質からなる保護層（７）を塗布する、請求項４から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
液体中に浸漬することにより保護層（７）を塗布する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
中間層を、基体（１）を全面的に包囲するように塗布する、請求項４から９までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、基体と、該基体と結合された少なくとも２つの接続部材と、保護層とを有する電気構成素子に関する。更に、本発明は、前記構成素子の製造方法に関する。
【０００２】
基体がオーム抵抗の正の温度係数を有する（ＰＴＣ）セラミック材料から製造された冒頭に記載した形式の電気構成素子は公知である。更に、公知の構成素子の基体は有機構成分を含有する保護層で包囲されている。このような構成素子は、通常ＰＴＣ抵抗として使用される。この場合には、セラミック材料として例えばドネータ及びアクセプタードーピングされたチタン酸バリウムが使用される。保護層は、通常浸漬塗布法により基体上に塗布され、乾燥した、有機溶剤、例えばキシレン又はアセトエステル及び有機結合剤を含有する塗料である。
【０００３】
刊行物ＤＥ２５００７８９Ａ１から、保護層が施された圧縮可能な中間層を有する電気構成素子が公知である。該中間層は、電気基体と保護層の異なる熱膨張係数により基体に作用する応力を受容するために役立つ。この場合、中間層は溶剤含有材料からなることができ、該溶剤が基体上に材料の塗布後に加熱により蒸発せしめらる。
【０００４】
特許明細書ＤＥ５１９５６Ｃ２から、求核剤不含である材料からなるケーシングによって包囲された正温度係数サーミスタが公知である。それにより、ケーシング材料と正温度係数サーミスタの基体との化学反応を阻止することができる。該ケーシングは、注型材料によってカプセル化されている。
【０００５】
ＰＴＣ抵抗は、その品質に関して就中その電圧貯蔵安定性により評価される。電圧貯蔵安定性とは、ＰＴＣ抵抗の電圧が、ＰＴＣの特徴的特性を失うことなく、長時間、例えば２４時間にわたり保持されるということを意味する。印加された電圧に基づき、電流はＰＴＣ抵抗を流れ、それを加熱する。それによって、ＰＴＣ抵抗の電圧貯蔵安定性はその温度安定性と狭く結び付いている。ＰＴＣ抵抗の安定性を判定するためには、就中著しい時定数を有する化学的プロセスが重要な役割を演じるので、専ら短い時間にわたって印加された電圧は安定性を判定するためには説得力がない。
【０００６】
公知の構成素子は、保護層として塗布された塗料が浸漬塗布法に基づき１０〜５００μｍの比較的高い層厚さを有するという欠点を有する。従って、塗料の乾燥の際に表面に外皮が形成された面が生じ、一方塗料の内部になお、乾燥プロセスの更なる過程において外皮が形成された表面により塗料から完全に飛散するのを阻止されたある程度の有機成分の一部が存在している。
【０００７】
従って、公知の構成素子の保護層は、有機成分の残留分を含有する。これらの成分は、基体に達しかつそこで、構成素子の温度が高い印加電圧に基づき２２０℃を越える場合には、セラミックの粒子境界を脱分極する化学反応を生じる。それにより、セラミックのＰＴＣ効果は破壊され、ひいては構造素子は更に電圧が印加されると過熱され、ひいては破壊される。そのために、公知の構成素子は、悪い電圧貯蔵安定性を有する。
【０００８】
従って、本発明の目的は、高い電圧貯蔵安定性を有する構成素子を提供することである。さらに、本発明の目的は、このような構成素子の製造方法を提供することである。
【０００９】
前記目的は、本発明により請求項１記載の構成素子並びに請求項８記載の方法により達成される。本発明の有利な実施態様は、別の請求項を参照すべきである。
【００１０】
本発明は、基体と、該基体と結合された少なくとも２つの接続部材とを有する電気構成素子を提供する。基体の表面上に中間層が配置されており、該中間層の表面上に保護層が存在する。この場合、中間層及び保護層は、それぞれ溶剤を含有する同じ塗料から製造されている。更に、中間層は、保護層よりも少ない含量の溶剤を有する。
【００１１】
本発明による構成部材は、基体の表面上に配置された層が同じ材料から製造されており、それにより異なる材料の使用を省き、コスト倹約の効果を達成することができるという利点を有する。更に、本発明による構成部材は、基体の表面に直接付着された中間層が、保護層よりも少ない含量の溶剤を有するという利点を有する。それにより、例えばセラミック材料からなっていてもよい構成素子の基体が少ない溶剤と接触し、ひいては冒頭に記載した溶剤の不利な作用を低下させることができる。
【００１２】
基体の表面上に配置された中間層は、基体が中間層を施す間に加熱されるように基体に施すことができる。それにより、出発物質内に含有される溶剤の少なくとも一部が中間層を施す間に蒸発することができかつ表面上の中間層が急速に乾燥されるという利点が達成される。それにより、保護層に対して中間層の溶剤の含量は有効に減少せしめられる。
【００１３】
特に有利には、基体の加熱は、電流を発生させることにより行うことができる。そのためには、特にＰＴＣセラミックが基体のための材料として適当である。それというのも、該基体は高い電流での負荷のために構成されているからである。
【００１４】
更に、中間層及び保護層のための出発物質としては、有機溶剤を含有する塗料を使用することができる。このような塗料は、通常ＰＴＣセラミックを用いて構成されたＰＴＣ抵抗のための保護層として使用される。有機成分は、就中芳香族溶剤、例えばキシレン、アセトールエステル、エチレンベンゼン又は更にブタノール、又は有機溶剤、例えばシリケートゴムであってもよい。このような物質から製造された保護層は、構成素子を環境影響から保護しかつ十分な絶縁特性を有するので、該層によって接続部材間の短絡は発生しない。層のための材料としては、特に、前記有機成分並びに無機充填剤、例えばＳｉＯ２を含有する塗料が該当する。
【００１５】
保護層は、有利に基体を液体に浸漬することにより製造されていてもよい。それというのも、このようなプロセスにより容易に構成素子のために適当な厚さを有する外部保護層を製造することができるからである。
【００１６】
保護層の保護機能のために必要であるような適当な厚さは、１０〜５００μｍである。中間層のための適当な層厚さは、５〜１００μｍの範囲内にある。
【００１７】
更に、本発明は、電気構成素子の製造方法を提供し、該方法は、構成素子が、少なくとも２つの接続部材で接触されておりかつ表面上に溶剤含有出発物質から製造された中間層を有し、かつ中間層を形成する間に基体を流れる電流により基体を加熱ことよりなる。
【００１８】
中間層を形成する間の基体の加熱は、出発物質内に含有された溶剤を容易に揮発させことができ、ひいてはまた溶剤の基体の表面に対する作用を軽減させることができるという利点を有する。
【００１９】
特に、本発明による方法は、本発明による構成素子の中間層の製造のために好適である。
【００２０】
出発物質は、基体の表面上に中間層を製造するために特に有利にスプレーにより塗布することができる。この場合、あらゆる慣用のスプレー法、例えばまたエアーブラッシングが考えられる。出発物質のスプレーは、中間層の連続的な薄い形成を可能にし、その際特にまた均一な層厚を有する層形成が可能である。中間層はスプレーにより塗布する際には極めて緩慢に成長するので、含有溶剤を容易に中間層の塗布中に蒸発させることができる。
【００２１】
更に、中間層をスプレーにより塗布することにより容易に、構成素子の基体を全面的に中間層で包囲することが可能であり、それにより中間層上に配置された保護層の湿分もしくは溶剤が基体に侵入することが有効に阻止される。
【００２２】
スプレーにより中間層を塗布する場合には、基体を、中間層の塗布中に出発物質の溶剤の少なくとも９０％の蒸発を惹起する温度に加熱するのが特に有利である。それにより、中間層が極めて低い割合の溶剤を含有するに過ぎないことが保証される。
【００２３】
層塗布の均一化は、中間層の塗布中の基体の実際温度を、それが適当な目標温度からの偏差が１０％未満であるように安定化させることにより行うことができる。それにより、層塗布のあらゆる時点で一方では基体の温度が、十分に多くの溶剤が蒸発するような高さであり、かつ他方では温度が中間層及び基体が熱で損傷されない程の低さであることが保証される。
【００２４】
該方法においては有利には、Ｕ／Ｉ特性曲線が少なくとも１つの最大値を有する基体を有することができる。その際には、基体を流れる電流を、Ｕ／Ｉ特性曲線の負の上昇の範囲内にある接続部材に電圧を印加することにより惹起することが可能である。特性曲線の負の上昇に基づき、電圧の上昇は、構成素子内を流れる電流を低下させ、このことは変換される電力Ｐ、ひいてはまた構成素子もしくは基体の温度に対する安定化する効果を有する。
【００２５】
Ｕ／Ｉ特性曲線が少なくとも１つの最大値を有する基体としては、例えばＰＴＣセラミックからなる基体が該当する。Ｕ／Ｉ特性曲線の負の上昇の範囲内にある電圧の選択は、正温度係数サーミスタにおいて“反転（Ｋｉｐｐｅｎ）”として知られている。
【００２６】
正の温度係数を有するセラミックのための適当な材料としては、ドネータドーピングされたチタン酸バリウム又は更に（Ｖ，Ｃｒ）２Ｏ３セラミックが該当する。
【００２７】
ＰＴＣセラミックからなる基体を使用する場合には、基体を１〜２Ａの電流で１４０〜１５０℃の温度に加熱することができる。このような温度は、例えばシリケート塗料からなる層をスプレー塗布するために適当である。
【００２８】
中間層上には、同じ出発物質から保護層を別の方法、例えば浸漬により塗布することができる。このような保護層は、中間層よりも厚く形成されていてもよく、かつその際外部影響に対する保護層として適当である。
【００２９】
基体に出発物質をスプレーすることにより、中間層を特に全面的に包囲するように基体に形成することができ、そうして基体を有効に溶剤含有の外部層から保護することができる。
【００３０】
以下に、実施例及び該実施例に属する図面より本発明を詳細に説明する。
【００３１】
図１は、適当なセラミックからなる板状基体１を有するＰＴＣ抵抗を示す。基体１の下側には、例えば銀焼き付けペーストからなっていてもよい第１の接触領域２が設けられている。第１の接触領域２には、第１の接続部材４が固定されており、該接続部材はワイヤであってよい。第１の接触領域２でのワイヤの固定は、有利にはろう付けにより行われる。基体１の上側には、この場合も銀焼き付けペーストからなっていてもよい第２の接触領域３が配置されている。第１の接触領域２におけると同じ形式で、また第２の接続領域３上に第２の接続部材５がろう付けされたワイヤの形で固定されている。
【００３２】
基体１は、１０〜５００μｍの厚さを有しかつ溶剤含有塗料からなる保護層６により包囲されている。更に、基体１は保護層６の内部に配置された中間層７により包囲されており、該中間層は厚さが５〜２０μｍでありかつ極めて低い割合の溶剤を有するに過ぎない。接続部材４，５は末端区分８，９を有し、これらの末端区分は両者の層６，７のいずれによっても包囲されていないので、これらは構成素子の電気接触のために利用することができる。
【００３３】
本発明の１実施例では、図１に図示された構成素子の２０個のピースを以下のように製造した：ＰＴＣ構成素子を１〜２Ａの電流で１４０〜１５０℃の温度に加熱した。温度の安定化後に、中間層６をエアーブラッシングを用いてシリケート塗料をスプレーすることにより塗布した。引き続き、その間に再び冷却したＰＴＣをシリケート塗料に浸漬しかつ引き続き乾燥することにより保護層７を形成した。
【００３４】
更に、比較サンプルとして図１に相応するが、但し中間層を有しない２０個の構成素子を製造した。
【００３５】
本発明による実施例のためにもまた比較サンプルのためにも、電圧貯蔵安定性を本発明に基づき特殊な程度に低下させる、保護層を製造するためにライッヒホルド社（Ｆａ． Ｒｅｉｃｈｈｏｌｄ）のシリケート塗料を使用した。
【００３６】
構成素子貯蔵を２０Ｖの交流電圧で２４時間の持続時間で試験した。本発明による構成素子の場合には、この電圧貯蔵試験後に破損を観察することができず、一方中間層を有しない構成素子の場合には７つの破損が観察された。このことは、本発明による中間層の確実な効果を明らかに示す。
【００３７】
図２によるＵ／Ｉ特性曲線は、反転電圧（Ｋｉｐｐ−Ｓｐａｎｎｕｎｇ）ＵＫにおける最大値を示す。電圧Ｕ＞ＵＫに関しては、正温度係数サーミスタは反転することができ、このことは電圧Ｕが上昇すると正温度係数サーミスタを通る電流Ｉが減少し、ひいては構成素子内で変換された電力を安定化することができることを意味する。
【００３８】
図３は、本発明による方法の実施例を示し、この場合には接続部材４及び５を備えたＰＴＣセラミックからなる基体に電流Ｉを流す。この電流Ｉは、基体１を室温よりも高い温度に加熱する。ノズル１１により、今やシリケート塗料を基体１の表面にスプレー塗布することができ、それにより蒸発に基づき極めて僅かな溶剤を含有するに過ぎない層１０が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による構成素子の１実施例の概略断面図である。
【図２】
図１の構成素子のＵ／Ｉ特性曲線を例として示すグラフである。
【図３】
本発明による方法の用いて層を施す間の構成素子を例示する図である。
【符号の説明】
１  基体、  ２  第１の接触領域、  ３  第２の接触領域、  ４  第１の接続部材、５  第２の接触領域、  ６  保護層、  ７  中間層、  ８，９  接続部材の末端部分、  １０  層、  １１  ノズル
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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