JPH03246902A

JPH03246902A - 正特性サーミスタの製造方法

Info

Publication number: JPH03246902A
Application number: JP4374690A
Authority: JP
Inventors: Toshishige Yamamoto; 利重山本; Hiroki Tanimae; 谷前　太基; Satoru Takao; 高尾　哲
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 1991-11-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】糸寒よＬ剋■至１本発明はＰＴＣサーミスタの製造方法に関し、より詳細
には消磁電流の制御等に使用されるＰＴＣサーミスタの
製造方法に関する。

正反Ω弦迷従来この種のＰＴＣサーミスタは、消磁電流を制御する
ための消磁素子等に利用されており、第７図は、特開昭
６３−５８９０２号公報において開示されているこの種
の消磁素子３０の断面図を示している。

消磁素子３０において、３１は第１のＰＴＣサーミスタ
であって、その両側面には電極３２ａ、３２ｂが形成さ
れており、キュリー点は５０°Ｃに設定されている。Ｐ
ＴＣサーミスタ３１の側方には第２のＰＴＣサーミスタ
３３が並設され、第２のＰＴＣサーミスタ３３の両側面
には電極３４ａ、３４ｂが形成され、キュリー点は１２
０°Ｃに設定されている。そして、相対向する電極面３
２ｂと３４ａとの間にはリード端子３５が介装され、半
田３８で固着されている。また、ＰＴＣサーミスタ３１
の別の電極面３２ａにはリード端子３６が、ＰＴＣサー
ミスタ３３の別の電極面３４ｂにはリード端子３７がそ
れぞれ半田３８によって固着されている。そして、これ
ら２個のＰＴＣサーミスタ３１．３３は外周部を絶縁性
の樹脂３９によって覆われている。

第８図は、上記構成の消磁素子の一使用例を示した回路
図である。

図中４０は消磁用ＰＴＣサーミスタであって、カラーテ
レビジョン受像機におけるブラウン管の周囲に巻かれて
いる消磁コイル４１と直列に接続され、ヒータ用ＰＴＣ
サーミスタ４２とは両者の間で熱伝達が行なわれるよう
に結合（以下、熱的に結合と表わす）されている。

ＰＴＣサーミスタは通常Ｂａ　Ｔｉ　Ｏｓを主成分とす
る半導体セラミックスで構成され、その特性としである
温度（キュリー点）までは抵抗が低く、キュリー点以上
の温度で急激に抵抗が高くなる性質をもっている８ゆえ
に、このＰＴＣサーミスタに電圧を印加すると、最初は
抵抗が低いので大きな電流が流れ、それにつれてＰＴＣ
サーミスタ自身は自己発熱を行ない温度が上昇する。こ
の温度上昇がキュリー点にまで達すると抵抗が急激に高
くなり、電流は減少して発熱量が少なくなるため、ＰＴ
Ｃサーミスタは熱平衡に達して安定する。

すなわち、第８図において消磁コイル４１に交流電圧を
印加すると、最初は抵抗が低いのて消ＥＲコイル４１に
は大きな電流が流れ、大きな交番磁界が発生する。また
、消磁用ＰＴＣサーミスタ４０自身はこの流れ込んでく
る大きな電流によって自己発熱を行ない温度が上昇する
。この温度上昇がキュリー点に達すると、今度は抵抗が
急激に大きくなるため流れる電流は小さくなり、それに
つれて消磁コイル４１において発生する磁界も小さくな
って消磁が行なわれる。

また、これに同期してヒータ用ＰＴＣサーミスタ４２に
も電圧が印加され、ヒータ用ＰＴＣサーミスタ４２自身
も自己発熱を行なう。そして、このヒータ用ＰＴＣサー
ミスタ４２の発した熱は消磁用ＰＴＣサーミスタ４０に
伝わり、消磁用ＰＴＣサーミスタ４０の熱平衡温度の上
昇を助長して、その抵抗値をますます大きくさせる。こ
のため、消磁用ＰＴＣサーミスタ４０の熱平衡状態にお
ける電流の流れは少なくなり、安定状態における磁界が
より小さくなって消磁が促進される。

このように、消磁用（消磁素子部）とヒータ用（ヒータ
素子部）と２個のＰＴＣサーミスタ３１．３３より構成
される消磁素子３０の製造方法は、従来消磁素子部形成
用成形体とヒータ素子部形成用成形体とを別々に焼成し
た後、熱的に結合させるというものであった。また、別
の製造方法として消磁素子部形成用成形体とヒータ素子
部形成用成形体とを組み合せて一体的に成形し、同時に
焼成する方法も試みられており、この方法は工程数が少
な（コストダウンを図る上で有利であった・明が？しようとする課題ところが上記した従来の消磁素子３０の構成にあっては
、１個の消磁素子３０内に消磁用とヒータ用と２個のＰ
ＴＣサーミスタ３１．３３を必要とするため、消磁素子
３０の形状が大きくなり、設置する際に場所を取るばか
りでな（、コスト的にも高くつくといった課題があった
。

また、消磁素子３０の従来の製造方法において、消磁素
子部形成用成形体とヒータ素子部形成用成形体とを別々
に焼成した後、熱的に結合させるという方法では、製造
過程における工程数が多く手間が掛かり過ぎるといった
課題があった。

一方、上記画成形体を組み合わせて一体に成形した後、
同時に焼成する方法においては、前記画成形体の成分組
成が異なるため、各成形体に最適な焼成条件及び収縮率
がそれぞれ異なり、割れの発生を生じ、実際上同時焼成
は困難であるといった課題があった。

また、Ｂａ　Ｔｉ　Ｏ３系ＰＴＣサーミスタは、焼成条
件によって大きくその特性が変化する。特に、低融点を
有する添加物（Ｐｂ等）は、焼成中に飛散して作成され
るＰＴＣサーミスタの表面と内側とにおいて組成ずれを
起こす。このように、キュリー点のシフタでもあるＰｂ
等が飛散することによって、ＰＴＣサーミスタの本来の
特性に変化が生してしまうといった課題があった。

本発明は上記した課題に鑑み発明されたものであって、
１個のＰＴＣサーミスタに消磁機能とヒータ機能を備え
、小形化が図られたＰＴＣザーミスタの効率的な製造方
法を提供することを目的としている。

課題を解決するための　段上記した目的を達成するために本発明に係るＰＴＣザー
ミスクの製造方法は、平板部を構成する磁器素体の一部分と他の部分とがキュ
リー点を異にする平板形のＰＴＣサーミスタの製造方法
において、Ｂａ　Ｔｉ　０３系磁器の仮焼粉の成形体を
キュリー点のシフタ元素を含む雰囲気中で焼成すること
を特徴とし、また、平板部を構成する磁器素体の一部分と他の部分と
が比抵抗を異にする平板形のＰＴＣザミスタの製造方法
において、Ｂａ　Ｔｉ　Ｏ−系磁器の成形体あるいは仮
焼粉の成形体をハロゲンガスの雰囲気中で焼成すること
を特徴としている。

作」上記した１丁Ｃサーミスタの製造方法にあっては、Ｂａ
　Ｔｉ　０３系Ｇ主器の仮焼粉の成形体をキュノー点の
シフタであるｐｂ等の雰囲気中で焼成するか、あるいは
ＢａＴｔＯ３系磁器の成形体あるいは仮焼粉の成形体を
抵抗値を低下させるＦ、０℃等のハロゲンガスの雰囲気
中で焼成することによって、雰囲気中の各成分が気相拡
散して上記成形体の表面より浸透する。このため、得ら
れるＰＴＣサーミスタの表層部と中心部とにおいて、Ｐ
ＴＣサーミスタとしての諸性性が異なったものとなり、
消磁素子部及びヒーク素子部が一つの磁器素体中に形成
されることとなる。すなわち、従来からの課題であった
ＰＴＣサーミスタの組成ずれ現象を逆に利用して優れた
特性のＰＴＣサーミスタが得られる。

ここで、気相拡散させる元素のうちギュリー占のシフタ
であるＰｂ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｃａ等の化合物は一般的に気
化しにくいため、容易に気化させるにはｐｂは酸化物の
よっな形態の化合物を用い、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｃａ等は塩化
物のような形態の化合物を用いることが望ましい。

また、上記キュリー点のシフタはＢａＴｉＯａ系磁器の
粒内に固容して、キュリー点を移動させる働きがあり、
Ｂ　ａ　Ｔ　ｉＯａ系磁器の粒内に前記シフタを拡散さ
せて固容させる必要がある。このため、これらキュリー
点のシフタの気相拡散はＢａＴｉＯｓ系磁器の仮焼粉状
態の成形体に行なう必要がある。一方、比抵抗を低下さ
せるＦ、Ｃ２等のハロゲン元素は粒界に偏析して、抵抗
を下げる働きがあり、ＢａＴｉＯ．系磁器の粒界に拡散
させればよく、これらハロゲン元素の気相拡散はＢ　ａ
Ｔ　ｉ　０３系磁器の成形体に対して行なっても構わな
い。

このように、気相拡散作用を起こさせる元素の種類に応
じて製造方法を選択することにより、前記作用が十分に
発揮される。

ところで、前記元素を気相拡散させて焼成を行なう場合
には、ＢａＴ１０３系磁器の成形体あるいは仮焼粉の成
形体く試料成形体）の形状についても考慮する必要があ
る。

例えば、第４図（ａ　’）に示したような円板形状のＰ
ＴＣザーミスタ用磁器素体を作成しようと４−る場合、
初めから円板形状に形成された試＋４成汁う体を積み重
ねて焼成すると、試料成形体間の各隙間からも気相拡散
によってｐｂ等拡散元素が侵入し、試料成形体の中心側
の電極構成面にまでこれら元素が浸透してしまう。この
ため、得られる磁器素体の表面に第４区（ｂ）に示した
ように中心側の電極を構成するには、表面を研磨する必
要が生しる。

そこで、まずは円柱状に形成した試料成形体を気相拡散
元素の雰囲気中で焼成し、その後円板形状に切り出すこ
とにより、表面研磨という工程を経ることなく求めるＰ
ＴＣサーミスタ用の６Ｒ器素体が作成される。

このようにして得られた磁器素体において、前記元素が
気相拡散した外周部分なヒータ用とし、他方、中心部分
を消磁用として用いることにより、１個のＰＴＣサーミ
スタに２つの機能特性を持たせられ、消磁用部分におけ
る熱平衡温度の上昇を助長して、熱平衡状態における電
流の流れを少なくすることによって、消磁はより促進さ
れる。

実ｌ遣山［例以下本発明に係るＰＴＣサーミスタの製造方法の一実施
例を図面に基づいて説明する。なお従来例と同一機能を
有する構成部品には同一の符合を付すこととする。

第１図において１０は、焼成に必要な酸素を供給するこ
とができかつ、気相拡散元素の雰囲気も維持できるよう
になっている準密閉容器（大気の出入りも起こる）で、
マグネシア製板材１１とマグネシア製ケース１２（縦が
４０ｃｍ、横が４０ｃｍ、高さ１０ｃｍである。）とに
より構成されている。この準密閉容器１０中に、円柱形
状の試料成形体１３を数個載置して焼成準備を行なう。

まず、気相拡散元素としてキュリー点のシフタであるＰ
ｂを用いる場合について説明する。

ｐｂは酸化物としての形態を有する化合物が気化し易い
ので、準密閉容器１０中に試料成形体１３と共にＰｂ酸
化物１４の一定量を載置する。

そして、前記両者を同時に焼成することにより、試料成
形体１３は気化したｐｂの雰囲気中で焼成がなされる。

ただし、用いるｐｂ酸化物１４の量は、用意した試料成
形体１３の量に応して設定する。

他方、比抵抗を低下させるＦ、Ｃβ等のハロゲン元素を
用いる場合には、これらハロゲン元素はもともとガス体
であるのでこのガス体のまま準密閉容器１０中に導入し
、ハロゲンガスの雰囲気中で試料成形体１３を焼成する
。

次に、上記気相拡散元素の雰囲気中で焼成された円柱形
状の試料成形体１３を、第４図（ａ）に示したように円
板形状に切り出し、その後第４図（ｂ）に示したように
円板形状の磁器素体（以下、基板と記す）１９の表裏両
面に電極２１．２２．２３を形成する。そして、リード
端子２４．２５．２６をそれぞれ電極２２．２３．２１
に接続した後、樹脂層２７で被覆してＰＴＣサーミスタ
２０を作製した（第２図）。

第２図は、ＰＴＣサーミスタ２０の断面図を示したもの
で、円板形状の基板１９の片面には、輪状電極２１と円
形の電極２２が形成され、他の片面には略全面にわたり
円形の電極２３が形成されている。そして、電極２１に
はリード端子２６が、電極２２にはリード端子２４が、
また、電極２３にはリード端子２５がそれぞれ接続され
ており、これら基板１９、電極２１．２２．２３及びノ
ード端子２４．２５．２６は樹脂層２７で被覆され保護
絶縁されている。

上記構成のＰＴＣサーミスタ２０において、基板１９の
外周部に形成されたヒータ素子部１９ａと中心部に形成
された消磁素子部１９ｂとては、そのキュリー点あるい
は比抵抗が異なる。

第３図は、上記ＰＴＣサーミスタ２０の寸法の具体例を
示したものである。基板１９の厚さＴは約２ｍｍ　、直
径りは約２２ｍｍ、電極２１の幅Ｗは約３ｍｍ　、電極
２２の直径ｄは約１４ｍｍ程度に設定されており、電極
２１と電極２２との間隔は１ｍｍ程度が確保されている
。

このような構成のＰＴＣサーミスタ２０の成分組成は、
一般に、Ｂａ　Ｔｉ　０３とＳ　ｒ　Ｔ　ｉ　Ｏ３とよ
り成る主成分１００ｍｏεに対して、半導体化剤として
Ｄ３／２ｏ３が　０．０２　〜０．５ｍｏＩ２、焼結助
剤としてＴｉＯ２，ＳｉＯ２のうち少な（とも一種類が
０．１〜５．０ｍｏｆｆ、ＰＴＣ効果向上剤としてＭｎ
Ｏが０〜１．０ｍｏＩ２の各範囲で含有されている。

以下に説明する実施例１．２において、試料成形体の成
分組成は下記の第１表によった。そして、上記製造方法
に従いＰＴＣサーミスタ２０を作製した後、それぞれの
抵抗−温度特性を調べた。

尚、以下に説明する第５図、第６図中におけるＲ１はリ
ード端子２４．２５の間の比抵抗を示しており、Ｒ２は
リード端子２５．２６の間の比抵抗を示している。また
、試料を大気雰囲気中で焼成した場合を比較例とした。

〈実施例１〉第１表に示した仮焼粉■を用いて、直径が２７ｍｍ、高
さが８ｃｍの円柱状成形体１３を作成し、準密閉容器１
０中に前記成形体１３を１０個とｐｂ酸化物１４である
Ｐｂ、　０４１００ｇとを載置して１３２０°Ｃで約２
時間焼成した。そして、上記方法により成形体１３を約
２ｍｍの厚さにカットするとともに電極を形成してＰＴ
Ｃサーミスタ２０を作製した。

第５図は、上記実施例１で得られたＰＴＣサーミスタ２
０の有する抵抗−温度特性を示したものである。このグ
ラフより明らかなように、Ｒ２はＲ１より高いキュリー
点を有する。これは、基板１９の外周部（ヒータ素子部
１９ａ）にはキュリー点のシフタであるｐｂが含有され
、ｐｂの粒内拡散の影響を受けるためである。

従って、第８図に示したような消磁回路を設計した場合
には、キュリー点の高いヒータ素子部１９ａはキュリー
点の低い消磁素子部１９ｂ（中心部）に対してヒータ的
作用を及ぼす。このため、消磁素子部は単体で存在した
時よりも高温に維持されその平衡点電流が小さくなるた
め、消磁がさらに促進される。

〈実施例２〉第１表に示した仮焼粉■を用いて、直径が２７ｍｍ、高
さが８ｃｍの円柱状成形体１３を作成し、準密閉容器１
０中に前記成形体１３を１０個載置してハロゲン化合物
ガスであるｃｃｇ４ガスを２０ｍｆｆ／ｍｉｎの流量で
導入しながら１３２０°Ｃて約２時間焼成した。上記方
法により円柱状成形体１３を約２ｍｍの厚さにカットす
るとともに電極を形成してＰＴＣサーミスタ２０を作製
した。

第６図は、上記実施例２て得られたＰＴＣサーミスタ２
０の有する抵抗−温度特性を示したものである。このグ
ラフより明らかなように、Ｒ２はＲ１より小さな比抵抗
を有す。これは、基板１９の外周部（ヒータ素子部１９
ｂ）には（ｌが含有され、ＣＩ２の粒界拡散の影響を受
けるためである。

従って、第８図に示したような消磁回路を設計した場合
には、比抵抗の小さいヒータ素子部１９ａは消磁素子部
１９ｂに対してヒータ的な作用を及ぼす。このため、消
磁素子部１９ｂは単体で存在した時よりも高温に維持さ
れその平衡点電流が小さくなるため、消磁がさらに促進
される。

上記実施例１．２についての結果を数値で表わすと上記
の第２表に示したようになった。

また、仮焼粉■を用いて成形体１３を形成し、この成形
体１３の焼成を行なう雰囲気を大気中としたものを比較
例として記載した。

このよう（二ＰＴＣサーミスタ２０の製造方法において
、Ｂａ　Ｔｉ　０３系磁器の仮焼粉の成形体を、キュリ
ー点のシフタであるｐｂ等あるいはＢａ　Ｔｉ　０３系
磁器の成形体あるいは仮焼粉の成形体を比抵抗を低下さ
せるＦ、Ｃ１等のハロゲン元素を含む雰囲気中で焼成す
ることにより、キュリー点あるいは比抵抗特性を異なら
しめることができる。

すなわち、ＰＴＣサーミスタ２０内に消磁用とヒータ用
と２個のＰＴＣサーミスタを設置しなくても、１つのＰ
ＴＣサーミスタ２０内に消磁機能とヒータ機能を持たせ
ることが磁器基板に割れの発生を生しさせずに可能とな
る。そして、このように製造されたＰＴＣサーミスタ２
０ではヒータ素子部１９ａの働きにより、消磁素子部１
９ｂにおける熱平衡温度を高温に維持することができ、
平衡点電流をより小さくすることによって、熱平衡状態
における消磁電流の制御を効率的に行なうことができる
。また、形状的にもコンパクト化を図ることができかつ
コスト的にも安く生産することが可能となる。

このように、本発明に係るＰＴＣサーミスタの製造方法
では、従来の２個のＰＴＣサーミスタを設置する製造方
法に比べ、製造過程における工程数が少なくなり作業の
簡素化を図ることができ、かつコストダウンを図ること
ができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されることはなく、要旨
を逸脱しない範囲において変更可能である。たとえば、
焼成中の気相拡散元素による雰囲気調整において、望む
ＰＴＣ特性あるいは拡散元素の種類によっては拡散濃度
を種々検討して用いることが望ましい。

兄！Ｌと弘歴以上の説明により明らかなように、本発明に係る平板形
ＰＴＣサーミスタの製造方法にあっては、Ｂａ　Ｔｉ　
０３系磁器の仮焼粉の成形体をキュノー点のシフタ元素
を含む雰囲気中で焼成することにより、平板部を構成す
る磁器素体の一部分と他の部分とにおいて、そのキュリ
ー点を異にするＰＴＣサーミスタを前記磁器素体に割れ
等を発生させることなく容易に製造することができる。

また、ＢａＴｉＯｚ系磁器の成形体あるいは仮焼粉の成
形体をハロゲン元素の雰囲気中で焼成することにより、
平板部を構成する磁器素体の一部分と他の部分とにおい
て、その比抵抗を異にするＰＴＣサーミスタを前記磁器
素体に割れ等を発生させることなく容易に製造すること
ができる。

したがって、上記方法により製造されたＰＴＣサーミス
タにあってはＰＴＣサーミスタ内に消磁用とヒータ用と
２個のＰＴＣサーミスタを設置しなくでも、消磁機能と
ヒータ機能を１つのＰＴＣサーミスタに持たせることが
できる。そして、ヒータ素子部の働きにより、消磁素子
部における熱平衡温度を高温に維持でき、平衡点電流を
より小さくすることによって、熱平衡状態における消磁
電流の制御を効率的に行なうことができ、消磁をより促
進させることができる。

また、形状的にもコンパクト化が図られたＰＴＣサーミ
スタを製造することができかつ、コスト的にも安（生産
することが可能となる。

このように、本発明に係るＰＴＣサーミスタの製造方法
を用いれば、１つのＰＴＣサーミスタに複数の機能を持
たせられながら従来の製造方法に比べ、製造過程におけ
る工程数を少なくして作業の簡素化を図ることができ、
また、コストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るＰＴＣサーミスタの製造方法を説
明するための斜視図、第２図は本発明に係る方法により
製造されたＰＴＣサーミスタの−例を示す断面図、第３
区は製造されたＰ　Ｔ　Ｃ”ｌ”　−ミスタの寸法例を
示す断面図、第４図は本発明に係るＰＴＣサーミスタの
製造方法を説明するための斜視図、第５図、第６図は本
発明に係る方法により製造されたＰＴＣサーミスタの抵
抗−温度特性を示すグラフ、第７図は従来の消磁素子を
示す断面図、第８図は消磁素子を使用した回路図である
。１３　・・・ＢａＴｉＯ３系磁器の成形体あるいは仮焼
粉の成形体１４　・・・ｐｂ酸化物（キュリー点のシフタ元素化合
物）０・・・ＰＴＣサミスタ特　許　出　願　人　住友金属工業株式会社代　　　理
　　　人　弁理士　　弁内　龍二第図（ａ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）平板部を構成する磁器素体の一部分と他の部分と
がキュリー点を異にする平板形の正特性（以下、ＰＴＣ
と記す）サーミスタの製造方法において、ＢａＴｉＯ＿
３系磁器の仮焼粉の成形体をキュリー点のシフタ元素を
含む雰囲気中で焼成することを特徴とするＰＴＣサーミ
スタの製造方法。
（２）平板部を構成する磁器素体の一部分と他の部分と
が比抵抗を異にする平板形のＰＴＣサーミスタの製造方
法において、ＢａＴｉＯ＿３系磁器の成形体あるいは仮
焼粉の成形体をハロゲンガスの雰囲気中で焼成すること
を特徴とするＰＴＣサーミスタの製造方法。