(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導セラミック基材に抵抗温度係数が０〜５０ｐｐｍ／℃の特性を有するＮｉ−Ｗ−Ｐの被覆が施され、さらに電極を設けてなり、冷却下で使用されることを特徴とする金属被覆セラミック抵抗体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子制御用のインバーター保護用に使用されるセラミック抵抗体であり、とくに大電力回路に使用して好適な金属被覆セラミック抵抗体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバーター保護回路の容量の増大に伴って、抵抗体の高容量化が進んでいるが、抵抗体に長時間、高容量を負荷していると、抵抗体から発生するジュール熱によって両端の電極部、電極部に接する金属端子の接触面が酸化変質して接触抵抗が増加し、抵抗体に割れや変形が生じ、抵抗器の特性を阻害するという問題がある。
【０００３】
この問題を解決し、抵抗体の表面温度の上昇を抑え、負荷率を大きくするために、各種の冷却方式が提案されている。例えば、出願人は先に、図２に示すように、アルミノケイ酸を主とするセラミック抵抗体１の両端の電極面２に高熱伝導ペースト３を塗布し、銅、アルミニウムなどの金属製の水冷式冷却端子４を重ね、さらに固定板５を配置して、ガラス繊維入りエポキシ樹脂製、アルミナ製などの絶縁ボルト６で締結した構成とし、この構成により、抵抗体に均一の荷重をかけ、抵抗体と水冷式冷却端子の密着性を良くすることで、抵抗体の発生熱吸収を大きくして表面温度の上昇を抑え、高負荷に耐えるようにした間接冷却式抵抗器を提案した。（特開平１１−１７６６０１号公報）
【０００４】
また、冷却管などを配置した密閉容器の中心部にセラミック抵抗体を装着して冷却効果を高め、大電力の負荷を可能とした水冷式抵抗器も提案した。（特開２０００−５８３０２号公報）上記の抵抗器はいずれも、抵抗器において高冷却を得るための冷却構造について検討した結果としてなされたものであるが、発明者らは、さらに、セラミック抵抗体の特性が冷却効果に大きな影響を与えることを知見し、本発明に至ったものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電力制御用のインバーター保護用に使用されるセラミック抵抗体で、前記従来の間接冷却式、水冷式、あるいは風冷などの冷却条件下で使用されるものの改良に関するものであり、その目的は、従来のものよりもさらに高負荷時の温度上昇が抑えられ、負荷電力を大きくすることを可能とする金属被覆セラミック抵抗体を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の請求項１による金属被覆セラミック抵抗体は、熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導セラミック基材に抵抗温度係数が０〜５０ｐｐｍ／℃の特性を有するＮｉ−Ｗ−Ｐの被覆が施され、さらに電極を設けてなり、冷却下で使用されることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は上記の構成からなるものであるが、抵抗体の基材としては、窒化アルミニウム、炭化珪素、その他のセラミックで、熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ（ニッケル−タングステン−リン）の固有比抵抗値よりも高い固有比抵抗値を有するものが適用される。熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ未満では、基材に伝わる熱速度が遅いため金属被膜の温度が高くなり負荷電力量を抑える必要があり、その負荷電力量はセラミック抵抗体（従来品）と同程度の投入負荷電力となってしまう可能性がある。発明者らは７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する基材にて従来品以上の満足できる負荷電力量が投入できることを確認している。
【０００８】
セラミック基材は、ディスク状、棒状、平板状など、任意の形状に成形し、このセラミック基材は、Ｎｉ−Ｗ−Ｐの被覆との密着性を高めるために、サンドブラスト、エッチング、切削、研磨などの処理を行い、処理面に、無電解メッキ法によってＮｉ−Ｗ−Ｐの被覆を形成する。
【０００９】
乾燥後、２００〜２５０℃の温度で熱処理し、被覆上に金属溶射、ろう付け、導電性ペーストの焼付け、メッキ、蒸着などの手段により、基材両面にアルミニウムなど、金属からなる電極用の導電膜を形成し、抵抗体を得る。
【００１０】
Ｎｉ−Ｗ−Ｐは、抵抗温度係数が０〜５０ｐｐｍ／℃の特性をそなえたもので、抵抗体は、Ｎｉ−Ｗ−Ｐの金属被覆を形成することによって、抵抗温度係数がきわめて小さい正特性を有し、上記の高伝導セラミック基材との組合わせにより、冷却下で使用した場合、抵抗体の温度上昇は効果的に抑制され、負荷電力を大きくすることが可能となる。抵抗温度係数が０〜５０ｐｐｍ／℃を越えた場合には、十分な温度上昇抑制効果が得難い。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。これらの実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１２】
実施例１
外径４０ｍｍ、厚さ５．２ｍｍの熱伝導率１７０Ｗ／ｍ・Ｋを有する窒化アルミニウム基材を、平面切削、研磨して、厚さ５ｍｍ、平面度・平行度±５０μｍ以内に仕上げた。さらに、窒化アルミニウム基材をサンドブラスト、化学エッチングで粗面化した後、無電解メッキ法によりＮｉ−Ｗ−Ｐの被覆を形成した。その後、被覆面に溶射によりアルミニウムの皮膜を形成して、基材の両面に電極を形成し、金属被覆セラミック抵抗体を得た。
【００１３】
得られた抵抗体の電極部に、高熱伝導ペースト（信越化学工業株式会社製オイルコンパウンド（ＫＳ６０９））を塗布し、図２に示すような構造に組立てて、間接水冷式抵抗器とした。
【００１４】
実施例２
外径４０ｍｍ、厚さ５．２ｍｍの熱伝導率７０Ｗ／ｍ・Ｋを有する炭化珪素基材を、平面切削、研磨して、厚さ５ｍｍ、平面度・平行度±５０μｍ以内に仕上げた。さらに、炭化珪素基材をサンドブラスト、化学エッチングで粗面化した後、無電解メッキ法によりＮｉ−Ｗ−Ｐの被覆を形成した。その後、被覆面に溶射によりアルミニウムの皮膜を形成して、基材の両面に電極を形成し、金属被覆セラミック抵抗体を得た。
【００１５】
得られた抵抗体の電極部に、実施例１と同じ高熱伝導ペーストを塗布し、図２に示すような構造に組立てて、間接水冷式抵抗器とした。
【００１６】
比較例１
外径４０ｍｍ、厚さ５．１ｍｍの熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋを有する高純度アルミナ基材を、平面切削、研磨して、厚さ５ｍｍ、平面度・平行度±５０μｍ以内に仕上げた。さらに、アルミナ基材をサンドブラスト、化学エッチングで粗面化した後、無電解メッキ法によりＮｉ−Ｗ−Ｐの被覆を形成した。その後、被覆面に溶射によりアルミニウムの皮膜を形成して、基材の両面に電極を形成し、金属被覆セラミック抵抗体を得た。
【００１７】
得られた抵抗体の電極部に、実施例１と同じ高熱伝導ペーストを塗布し、図２に示すような構造に組立てて、間接水冷式抵抗器とした。
【００１８】
比較例２
前記特開平１１−１７６６０１号公報の実施例に記載されるように、木節粘土４０重量％と熱膨張係数５０×１０-7％／℃以上、軟化点７００℃以上のホウケイ酸ガラス２５重量％とＳｉＣ１５重量％とＳｉ粉末２０重量％を配合した混合物を水和捏合後、円板状に成形し、乾燥後、大気中１３００℃で焼成することにより絶縁性のガラス質保護膜でコートされた外径４０ｍｍ、厚さ５．１ｍｍのセラミック抵抗体を得た。
【００１９】
得られたセラミック抵抗体の両端面のガラス質保護膜を平面切削・研磨で除去し、厚さ５ｍｍ、平面度・平行度±５０μｍ以内に仕上げ、熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋを有するセラミック抵抗体とした。セラミック抵抗体の両端面に溶射によりアルミニウムの皮膜を形成して、基材の両面に電極を形成し、電極部に、実施例１と同じ高熱伝導ペーストを塗布し、図２に示すような構造に組立てて、間接水冷式抵抗器とした。
【００２０】
上記実施例、比較例で組立てられた間接水冷式抵抗器に電流を流し、冷却帯に水道水を６リットル／分の割合で流しながら、複数の抵抗体からなる抵抗器に抵抗体１枚当たり５００Ｗづつ負荷を増大させて抵抗体の表面温度を測定した。印加電力と表面温度との関係を図１に示す。
【００２１】
また、抵抗体１枚当たりの負荷を２０００Ｗとした時の抵抗体の表面温度を表１に示す。さらに、実施例１のセラミック基材にＮｉ−Ｗ−Ｐを被覆して円筒形状に成形した試験材（試験材Ｎｏ．１）と、比較例２（従来品）のセラミック基材を円筒形状に成形した試験材（試験材Ｎｏ．２）について、表面温度を５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃とした時の抵抗温度係数を測定した。結果を表２に示す。
【００２２】
【表１】
0004013220.tif 000002
【００２３】
【表２】
0004013220.tif 000003
【００２４】
図１および表１にみられるように、本発明の実施例１による抵抗体では、比較例２の従来のセラミック抵抗体と比べて温度上昇を６０％程度低く抑えることができ、また実施例２による抵抗体では、比較例２の従来のセラミック抵抗体と比べて温度上昇を３０％程度低く抑えることができるから、本発明の抵抗体によれば、負荷電力を大きくすることが可能であることが確認された。
【００２５】
熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋを有する高純度アルミナ基材にＮｉ−Ｗ−Ｐの被覆を施した比較例１の抵抗体の表面温度の上昇度は、図１に示すように、比較例２（従来品）と同等であり、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ被覆の効果は認められなかった。また、表２に示すように、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ被覆を抵抗としている本発明による試験材Ｎｏ．１は、従来品（試験材Ｎｏ．２）に比べて抵抗温度係数がきわめて小さく、抵抗体の温度上昇が顕著に抑えられることを示している。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、温度上昇が低く抑えられて、負荷電力を大きくすることができるセラミック抵抗体が提供される。当該セラミック抵抗体は、間接冷却式、水冷式、あるいは風冷などの冷却条件下において、電子制御用のインバーター保護用の大電力回路に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例および比較例の抵抗体における印加電力と表面温度との関係を示すグラフである。
【図２】本発明の実施例および比較例の抵抗体を用いて組立てた抵抗器を示す断面図である。
【符号の説明】
１  セラミック抵抗体
２  電極
３  高熱伝導ペースト
４  水冷式冷却端子
５  固定板
６  絶縁ボルト
【図１】
0004013220.tif 000004
【図２】
0004013220.tif 000005