JPH1197207A - Ｐｔｃサーミスタ素子 - Google Patents
Ｐｔｃサーミスタ素子Info
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- JPH1197207A JPH1197207A JP25058697A JP25058697A JPH1197207A JP H1197207 A JPH1197207 A JP H1197207A JP 25058697 A JP25058697 A JP 25058697A JP 25058697 A JP25058697 A JP 25058697A JP H1197207 A JPH1197207 A JP H1197207A
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- JP
- Japan
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- fine particles
- glass
- conductive fine
- conductive
- ptc
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 常温抵抗が低くしかも制御可能であり、かつ
ＰＴＣ発現温度が高くしかも制御可能なＰＴＣサーミス
タ素子を提供する。さらに、電極との接触抵抗が大幅に
低減されたＰＴＣサーミスタ素子を提供する。 【解決手段】 導電部として導電性微粒子、並びに絶縁
部としてセラミックス及び上記導電性微粒子の融点より
低い温度で溶融可能なガラスを基本組成とし、上記導電
性微粒子が上記ガラス中に分散して導電パスを形成して
なる。さらに、ＰＴＣサーミスタ素子の一部分に導電性
微粒子またはガラスを混合した導電性微粒子が一体的に
成形されてなる電極を備えた。
ＰＴＣ発現温度が高くしかも制御可能なＰＴＣサーミス
タ素子を提供する。さらに、電極との接触抵抗が大幅に
低減されたＰＴＣサーミスタ素子を提供する。 【解決手段】 導電部として導電性微粒子、並びに絶縁
部としてセラミックス及び上記導電性微粒子の融点より
低い温度で溶融可能なガラスを基本組成とし、上記導電
性微粒子が上記ガラス中に分散して導電パスを形成して
なる。さらに、ＰＴＣサーミスタ素子の一部分に導電性
微粒子またはガラスを混合した導電性微粒子が一体的に
成形されてなる電極を備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、無機複合材料にお
いて、その抵抗値が正の温度係数を示すＰＴＣ（Positi
ve Temperature Coefficient）サーミスタ素子、特に常
温抵抗の低い高温型ＰＴＣサーミスタ素子に関し、動作
温度の高温化により温度センサー、温度補償素子などの
適用範囲の拡大や発熱体の熱量の増大及び小型化に関す
る。
いて、その抵抗値が正の温度係数を示すＰＴＣ（Positi
ve Temperature Coefficient）サーミスタ素子、特に常
温抵抗の低い高温型ＰＴＣサーミスタ素子に関し、動作
温度の高温化により温度センサー、温度補償素子などの
適用範囲の拡大や発熱体の熱量の増大及び小型化に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から、無機系のＰＴＣ材料としては
ＢａＴｉＯ3が最もよく知られている。これに１価また
は３価の希土類元素等を微量添加し半導体化したものは
キュリー点に達する１２０℃付近で急激な抵抗増加を示
す。この抵抗異常を生じる温度は一部の元素を他の同価
の元素に置換しキュリー温度を移動させることによって
一定範囲内で制御可能である。また、ＣｕＯの微量添加
や多孔質化などによってＰＴＣ効果が増大することも知
られている。ＰＴＣの発現は、結晶粒界のショットキー
障壁がキュリー点以下においては粒界の強誘電性のため
低くなっているが、キュリー点以上においては誘電率が
低下するためショットキー障壁が高くなり抵抗の急増が
高くなることによると考えられている。ＰＴＣサーミス
タとしては家電機器や自動車部品などに使用されてい
る。他の無機系ＰＴＣ材料としてはＶ2Ｏ3がある。もと
もとＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）を示
す材料であるが微量のＣｒやＡｌを添加することにより
室温から２００℃付近の温度領域で金属−絶縁体転移に
起因するＰＴＣ特性を示す。常温での比抵抗は、１０-4
Ω・ｃｍ程度のものも得られている。
ＢａＴｉＯ3が最もよく知られている。これに１価また
は３価の希土類元素等を微量添加し半導体化したものは
キュリー点に達する１２０℃付近で急激な抵抗増加を示
す。この抵抗異常を生じる温度は一部の元素を他の同価
の元素に置換しキュリー温度を移動させることによって
一定範囲内で制御可能である。また、ＣｕＯの微量添加
や多孔質化などによってＰＴＣ効果が増大することも知
られている。ＰＴＣの発現は、結晶粒界のショットキー
障壁がキュリー点以下においては粒界の強誘電性のため
低くなっているが、キュリー点以上においては誘電率が
低下するためショットキー障壁が高くなり抵抗の急増が
高くなることによると考えられている。ＰＴＣサーミス
タとしては家電機器や自動車部品などに使用されてい
る。他の無機系ＰＴＣ材料としてはＶ2Ｏ3がある。もと
もとＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）を示
す材料であるが微量のＣｒやＡｌを添加することにより
室温から２００℃付近の温度領域で金属−絶縁体転移に
起因するＰＴＣ特性を示す。常温での比抵抗は、１０-4
Ω・ｃｍ程度のものも得られている。
【０００３】これに対して、有機系では、従来からポリ
エチレンあるいはポリプロピレンなどの結晶性ポリマー
に適当な量のカーボンブラックの微粉末導電性充填材を
分散させたＰＴＣサーミスタが知られている。このＰＴ
Ｃ特性は、結晶性ポリマーの融点に基づくものである。
８０〜１３０℃付近で結晶質から非晶質に変化する際の
熱膨張により導電性パスを形成している粒子どうしが離
れて抵抗値が増大する。常温抵抗は低いもので１０-1Ω
・ｃｍレベルであり、ＰＴＣ特性も優れていることから
定格電流が６０Ａ級以下の限流素子に実用化されてい
る。
エチレンあるいはポリプロピレンなどの結晶性ポリマー
に適当な量のカーボンブラックの微粉末導電性充填材を
分散させたＰＴＣサーミスタが知られている。このＰＴ
Ｃ特性は、結晶性ポリマーの融点に基づくものである。
８０〜１３０℃付近で結晶質から非晶質に変化する際の
熱膨張により導電性パスを形成している粒子どうしが離
れて抵抗値が増大する。常温抵抗は低いもので１０-1Ω
・ｃｍレベルであり、ＰＴＣ特性も優れていることから
定格電流が６０Ａ級以下の限流素子に実用化されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、いずれのＰＴ
Ｃ材料もそのＰＴＣ発現温度は２００℃以下であり、適
用範囲が制限されている。高スイッチング温度化材料と
しては、ＢａＴｉＯ3・ＰｂＴｉＯ3系で主に研究開発が
進められており、工業的にはＰｂＴｉＯ3を５０mol％添
加することによって３００℃程度で特性を発現するＰＴ
Ｃサーミスタが開発されている。実験室的には８０％の
添加によって４２０℃でのＰＴＣ特性を得るのに成功し
ている（J. Am. Ceram. Soc.,６９ [8] C-176 (198
6)）。さらに高い温度でのＰＴＣ特性を得るためＰｂＴ
ｉＯ3単体での検討も考えられるが、機械的脆さの問題
で開発には成功していない。
Ｃ材料もそのＰＴＣ発現温度は２００℃以下であり、適
用範囲が制限されている。高スイッチング温度化材料と
しては、ＢａＴｉＯ3・ＰｂＴｉＯ3系で主に研究開発が
進められており、工業的にはＰｂＴｉＯ3を５０mol％添
加することによって３００℃程度で特性を発現するＰＴ
Ｃサーミスタが開発されている。実験室的には８０％の
添加によって４２０℃でのＰＴＣ特性を得るのに成功し
ている（J. Am. Ceram. Soc.,６９ [8] C-176 (198
6)）。さらに高い温度でのＰＴＣ特性を得るためＰｂＴ
ｉＯ3単体での検討も考えられるが、機械的脆さの問題
で開発には成功していない。
【０００５】また、ＢａＴｉＯ3やＰｂＴｉＯ3などの粒
界障壁を利用したＰＴＣサーミスタは常温での比抵抗が
１０0Ω・ｃｍ程度と大きいために、素子の小型化や大
電流化に限界がある上、電圧依存性があり電力用に用い
るには問題がある。また、Ｖ2Ｏ3は温度が上昇し抵抗が
急上昇した後、さらに温度が上がると抵抗が減少するＮ
ＴＣ特性を示すため、一度減り始めた電流が再び流れは
じめるといった欠点がある。さらに、これらのセラミッ
クス系ＰＴＣ材料では、電極との接触抵抗が大きく、電
極界面でのアークの発生を防ぐため、また、通電容量を
上げるためこの界面抵抗の低減が課題となっている。
界障壁を利用したＰＴＣサーミスタは常温での比抵抗が
１０0Ω・ｃｍ程度と大きいために、素子の小型化や大
電流化に限界がある上、電圧依存性があり電力用に用い
るには問題がある。また、Ｖ2Ｏ3は温度が上昇し抵抗が
急上昇した後、さらに温度が上がると抵抗が減少するＮ
ＴＣ特性を示すため、一度減り始めた電流が再び流れは
じめるといった欠点がある。さらに、これらのセラミッ
クス系ＰＴＣ材料では、電極との接触抵抗が大きく、電
極界面でのアークの発生を防ぐため、また、通電容量を
上げるためこの界面抵抗の低減が課題となっている。
【０００６】有機系のＰＴＣサーミスタ素子では導電性
物質にカーボンを用いていることから常温抵抗の低減に
は限界があるだけでなく、導電性充填材の含有量を増加
させるに従ってＰＴＣ効果の強さが急激に低下すること
が見いだされている。
物質にカーボンを用いていることから常温抵抗の低減に
は限界があるだけでなく、導電性充填材の含有量を増加
させるに従ってＰＴＣ効果の強さが急激に低下すること
が見いだされている。
【０００７】本発明は、上記のような問題を解決するた
めになされたものであり、常温抵抗が低くしかも制御可
能であり小寸法で大電流を流すことが可能で、かつＰＴ
Ｃ発現温度が高くしかも制御可能なＰＴＣサーミスタ素
子を提供するものである。さらに、電極との接触抵抗が
大幅に低減されたＰＴＣサーミスタ素子を提供するもの
である。
めになされたものであり、常温抵抗が低くしかも制御可
能であり小寸法で大電流を流すことが可能で、かつＰＴ
Ｃ発現温度が高くしかも制御可能なＰＴＣサーミスタ素
子を提供するものである。さらに、電極との接触抵抗が
大幅に低減されたＰＴＣサーミスタ素子を提供するもの
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係るＰＴＣ
サーミスタ素子は、導電部として導電性微粒子、並びに
絶縁部としてセラミックス及び上記導電性微粒子の融点
より低い温度で溶融可能なガラスを基本組成とし、上記
導電性微粒子が上記ガラス中に分散して導電パスを形成
してなるものである。
サーミスタ素子は、導電部として導電性微粒子、並びに
絶縁部としてセラミックス及び上記導電性微粒子の融点
より低い温度で溶融可能なガラスを基本組成とし、上記
導電性微粒子が上記ガラス中に分散して導電パスを形成
してなるものである。
【０００９】また、第２の発明に係るＰＴＣサーミスタ
素子は、第１の発明によるＰＴＣサーミスタ素子の一部
分に導電性微粒子またはガラスを混合した導電性微粒子
が一体的に成形されてなる電極を備えたものである。
素子は、第１の発明によるＰＴＣサーミスタ素子の一部
分に導電性微粒子またはガラスを混合した導電性微粒子
が一体的に成形されてなる電極を備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明においては、導電部として
導電性微粒子、並びに絶縁部としてセラミックスおよび
導電性微粒子の融点より低い温度で溶融可能なガラスを
基本組成として用いる。さらに、導電性微粒子がガラス
中に分散して導電パスを形成している。具体的構造の一
例としては、粒状セラミックスの表面を覆うように導電
性微粒子がガラス中に分散して導電パスを形成してお
り、ガラスにより粒状セラミックス間の隙間を埋めてい
る。また、別の構造例としては、ガラス中に粒状セラミ
ックスと導電性微粒子とが分散しており、導電性微粒子
によって粒状セラミックス間で導電パスを形成してい
る。但し、具体的構造がこれらの２例に限定されるもの
ではない。例えば多孔質状のセラミックスを用い、この
セラミックスの孔中に導電性微粒子が分散し導電パスを
形成したガラスが充填された構造としてもよい。
導電性微粒子、並びに絶縁部としてセラミックスおよび
導電性微粒子の融点より低い温度で溶融可能なガラスを
基本組成として用いる。さらに、導電性微粒子がガラス
中に分散して導電パスを形成している。具体的構造の一
例としては、粒状セラミックスの表面を覆うように導電
性微粒子がガラス中に分散して導電パスを形成してお
り、ガラスにより粒状セラミックス間の隙間を埋めてい
る。また、別の構造例としては、ガラス中に粒状セラミ
ックスと導電性微粒子とが分散しており、導電性微粒子
によって粒状セラミックス間で導電パスを形成してい
る。但し、具体的構造がこれらの２例に限定されるもの
ではない。例えば多孔質状のセラミックスを用い、この
セラミックスの孔中に導電性微粒子が分散し導電パスを
形成したガラスが充填された構造としてもよい。
【００１１】導電性微粒子としては、例えば金属の、
金、銀、銅、アルミニウム、コバルト、クロム、鉄、ハ
フニウム、モリブデン、ニオブ、ニッケル、パラジウ
ム、白金、ロジウム、ルテニウム、タンタル、チタン、
バナジウム、タングステンなどがある。また、金属炭化
物の、チタンカーバイド、ジルコニウムカーバイド、バ
ナジウムカーバイド、ニオブカーバイド、タンタルカー
バイド、クロムカーバイド、モリブデンカーバイド、タ
ングステンカーバイド、ハフニウムカーバイドなどがあ
る。また、金属窒化物の、窒化チタン、窒化ジルコニウ
ム、窒化バナジウム、窒化ニオブ、窒化タンタル、窒化
クロム、窒化ハフニウムなどがある。また、金属ケイ化
物の、ケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケイ化ニオ
ブ、ケイ化タンタル、ケイ化クロム、ケイ化モリブデ
ン、ケイ化タングステン、ケイ化鉄、ケイ化ニッケル、
ケイ化コバルト、ケイ化マンガンなどがある。これらの
導電性物質を単体もしくは２種類以上の化合物とした導
電性微粒子を単一もしくは２種類以上混合して用いる。
導電性微粒子の平均粒径は０．０１５〜１５μｍで、好
ましくは１μｍ以下を用いる。粒度分布ができるだけ小
さく径の揃った導電性微粒子を用いることが好ましく、
粒子形状もできるだけ球状のものが好ましい。これらの
条件からはずれるほど常温抵抗が低くＰＴＣ効果すなわ
ち抵抗値の変化倍率の大きいＰＴＣサーミスタ素子を得
ることは困難になる。
金、銀、銅、アルミニウム、コバルト、クロム、鉄、ハ
フニウム、モリブデン、ニオブ、ニッケル、パラジウ
ム、白金、ロジウム、ルテニウム、タンタル、チタン、
バナジウム、タングステンなどがある。また、金属炭化
物の、チタンカーバイド、ジルコニウムカーバイド、バ
ナジウムカーバイド、ニオブカーバイド、タンタルカー
バイド、クロムカーバイド、モリブデンカーバイド、タ
ングステンカーバイド、ハフニウムカーバイドなどがあ
る。また、金属窒化物の、窒化チタン、窒化ジルコニウ
ム、窒化バナジウム、窒化ニオブ、窒化タンタル、窒化
クロム、窒化ハフニウムなどがある。また、金属ケイ化
物の、ケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケイ化ニオ
ブ、ケイ化タンタル、ケイ化クロム、ケイ化モリブデ
ン、ケイ化タングステン、ケイ化鉄、ケイ化ニッケル、
ケイ化コバルト、ケイ化マンガンなどがある。これらの
導電性物質を単体もしくは２種類以上の化合物とした導
電性微粒子を単一もしくは２種類以上混合して用いる。
導電性微粒子の平均粒径は０．０１５〜１５μｍで、好
ましくは１μｍ以下を用いる。粒度分布ができるだけ小
さく径の揃った導電性微粒子を用いることが好ましく、
粒子形状もできるだけ球状のものが好ましい。これらの
条件からはずれるほど常温抵抗が低くＰＴＣ効果すなわ
ち抵抗値の変化倍率の大きいＰＴＣサーミスタ素子を得
ることは困難になる。
【００１２】ガラスは、用いる導電性微粒子の融点より
低い温度で溶融可能なガラスであれば特に電気的特性に
問題がなければ組成等に制限はない。しかし、導電性微
粒子と同時成形することからできるだけ低温で溶融する
ガラスが好ましく、溶融温度が２８０〜９００℃の範囲
にある低融点ガラス組成であるはんだガラスやほうろう
用などのフリットガラスなどが好ましい。例えば、Ｐｂ
Ｏ−Ｂ2Ｏ3系、ＰｂＯ−ＳｉＯ2系、ＰｂＯ−ＳｉＯ2−
Ｂ2Ｏ3系、ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ2Ｏ3系、ＰｂＯ−Ｂ2Ｏ3
−Ｔｌ2Ｏ系、ＰｂＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系、ＰｂＯ−
ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系、ＰｂＯ−ＳｉＯ2−Ｂ2
Ｏ3−ＺｎＯ系、ＰｂＯ−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−
ＺｎＯ系、ＰｂＯ−ＢａＯ−ＳｉＯ2系、Ｋ2Ｏ−ＰｂＯ
−ＳｉＯ2系、Ｎａ2Ｏ−Ｋ2Ｏ−ＰｂＯ−ＳｉＯ2系、Ｂ
2Ｏ3−ＳｉＯ2系、Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ系、ＳｉＯ2−ＺｎＯ
系、ＺｎＯ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2系、ＭｇＯ−Ｂ2Ｏ3−Ｓ
ｉＯ2系、ＭｇＯ−ＳｉＯ2−ＺｎＯ−Ａｌ2Ｏ3系、Ｎａ
2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2系、Ｎａ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ
系、Ｎａ2Ｏ−ＢａＯ−ＳｉＯ2系、Ｎａ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3
−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2系、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2系、
ＢａＯ−Ｂ2Ｏ3系、Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ−ＢａＯ系、ＳｉＯ
2−ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3系、ＳｉＯ2−ＢａＯ−ＺｎＯ系、
ＳｉＯ2−ＢａＯ−ＺｎＯ−Ａｌ2Ｏ3系、ＣａＯ−Ａｌ2
Ｏ3−ＳｉＯ2系、ＣａＯ−ＢａＯ−ＳｉＯ2系、ＣａＯ
−ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系、ＣａＯ−ＺｎＯ−Ａ
ｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系、ＢａＯ−ＴｉＯ2−ＣａＯ−ＳｉＯ
2系、ＴｉＯ2−ＢａＯ−ＳｉＯ2系、Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−
ＴｉＯ2−ＮａＯ系、Ｐ2Ｏ5−Ａｌ2Ｏ3系、Ｂ2Ｏ3−Ｐ2
Ｏ5−Ａｌ2Ｏ3系、Ｎｄ2Ｏ5−ＴｉＯ2−ＳｉＯ2系、Ｋ2
Ｏ−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系、Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ−Ｖ2Ｏ5系な
どがある。
低い温度で溶融可能なガラスであれば特に電気的特性に
問題がなければ組成等に制限はない。しかし、導電性微
粒子と同時成形することからできるだけ低温で溶融する
ガラスが好ましく、溶融温度が２８０〜９００℃の範囲
にある低融点ガラス組成であるはんだガラスやほうろう
用などのフリットガラスなどが好ましい。例えば、Ｐｂ
Ｏ−Ｂ2Ｏ3系、ＰｂＯ−ＳｉＯ2系、ＰｂＯ−ＳｉＯ2−
Ｂ2Ｏ3系、ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ2Ｏ3系、ＰｂＯ−Ｂ2Ｏ3
−Ｔｌ2Ｏ系、ＰｂＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系、ＰｂＯ−
ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系、ＰｂＯ−ＳｉＯ2−Ｂ2
Ｏ3−ＺｎＯ系、ＰｂＯ−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−
ＺｎＯ系、ＰｂＯ−ＢａＯ−ＳｉＯ2系、Ｋ2Ｏ−ＰｂＯ
−ＳｉＯ2系、Ｎａ2Ｏ−Ｋ2Ｏ−ＰｂＯ−ＳｉＯ2系、Ｂ
2Ｏ3−ＳｉＯ2系、Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ系、ＳｉＯ2−ＺｎＯ
系、ＺｎＯ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2系、ＭｇＯ−Ｂ2Ｏ3−Ｓ
ｉＯ2系、ＭｇＯ−ＳｉＯ2−ＺｎＯ−Ａｌ2Ｏ3系、Ｎａ
2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2系、Ｎａ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ
系、Ｎａ2Ｏ−ＢａＯ−ＳｉＯ2系、Ｎａ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3
−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2系、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2系、
ＢａＯ−Ｂ2Ｏ3系、Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ−ＢａＯ系、ＳｉＯ
2−ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3系、ＳｉＯ2−ＢａＯ−ＺｎＯ系、
ＳｉＯ2−ＢａＯ−ＺｎＯ−Ａｌ2Ｏ3系、ＣａＯ−Ａｌ2
Ｏ3−ＳｉＯ2系、ＣａＯ−ＢａＯ−ＳｉＯ2系、ＣａＯ
−ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系、ＣａＯ−ＺｎＯ−Ａ
ｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系、ＢａＯ−ＴｉＯ2−ＣａＯ−ＳｉＯ
2系、ＴｉＯ2−ＢａＯ−ＳｉＯ2系、Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−
ＴｉＯ2−ＮａＯ系、Ｐ2Ｏ5−Ａｌ2Ｏ3系、Ｂ2Ｏ3−Ｐ2
Ｏ5−Ａｌ2Ｏ3系、Ｎｄ2Ｏ5−ＴｉＯ2−ＳｉＯ2系、Ｋ2
Ｏ−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系、Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ−Ｖ2Ｏ5系な
どがある。
【００１３】セラミックスとしては、アルミナ、溶融シ
リカ、クリストバライト、トリジマイト、石英、マグネ
シア、ジルコニア、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸マ
グネシウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ
素、ムライト、アンダリューサイド、フォルステライ
ト、ステアタイト、スピネル、コージェライト、ドロマ
イト、ウォルストナイト、ウレマイト、ジルコン、ユー
クリプタイト、スポジュメン、ペタライト、雲母、チタ
ン酸アルミニウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロ
ンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛などがある。これらの
セラミックスを単一で、もしくは２種類以上を混合して
用いる。粒状セラミックスを用いる場合、その平均粒径
は２〜５００μｍで、好ましくは１０〜１００μｍを用
いる。粒度分布ができるだけ小さく径の揃った粒状セラ
ミックスを用いることが好ましく、粒子形状もできるだ
け球状のものが好ましい。平均粒径が小さいほど、一定
の導電性を得るための導電性微粒子の添加量が増大し、
２μｍより小さいと導電性微粒子の添加量が多くなりす
ぎ十分なＰＴＣ効果が得られない。また、５００μｍを
越えると、粒状セラミックスの特性が十分に発揮されな
い。
リカ、クリストバライト、トリジマイト、石英、マグネ
シア、ジルコニア、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸マ
グネシウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ
素、ムライト、アンダリューサイド、フォルステライ
ト、ステアタイト、スピネル、コージェライト、ドロマ
イト、ウォルストナイト、ウレマイト、ジルコン、ユー
クリプタイト、スポジュメン、ペタライト、雲母、チタ
ン酸アルミニウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロ
ンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛などがある。これらの
セラミックスを単一で、もしくは２種類以上を混合して
用いる。粒状セラミックスを用いる場合、その平均粒径
は２〜５００μｍで、好ましくは１０〜１００μｍを用
いる。粒度分布ができるだけ小さく径の揃った粒状セラ
ミックスを用いることが好ましく、粒子形状もできるだ
け球状のものが好ましい。平均粒径が小さいほど、一定
の導電性を得るための導電性微粒子の添加量が増大し、
２μｍより小さいと導電性微粒子の添加量が多くなりす
ぎ十分なＰＴＣ効果が得られない。また、５００μｍを
越えると、粒状セラミックスの特性が十分に発揮されな
い。
【００１４】この材料系の組成比は、導電性微粒子とセ
ラミックスの種類、形状等により異なるが、導電性微粒
子はガラスに対して３〜７５ｖｏｌ％を満たすことが好
ましい。導電性微粒子の量比は、ガラスに対して３ｖｏ
ｌ％より少ないとＰＴＣ素子の常温抵抗が極端に高くな
り、導電性微粒子がガラスに対して７５ｖｏｌ％を越え
るとこの素子のＰＴＣ効果は不十分となる。セラミック
スは粒状の場合、素子全体に対して１５〜９５ｖｏｌ％
を満たすことが好ましい。９５ｖｏｌ％を越えるとガラ
ス成分が少なくなり素子強度が低下する。また導電性微
粒子が７５ｖｏｌ％以下であっても粒状セラミックスの
ｖｏｌ％が小さい場合、素子全体に対しての導電性微粒
子の比率が大きくなりＰＴＣ効果が不十分となる。粒状
セラミックスが素子全体に対して１５ｖｏｌ％より少な
いと、使用状態によっては素子の変形を伴う。用途によ
っても粒状セラミックスの適する量比は異なり、発熱体
のような高温下での使用に対しては素子中の粒状セラミ
ックス量は３０ｖｏｌ％以上でガラス組成の少ない領域
を用いることが好ましい。
ラミックスの種類、形状等により異なるが、導電性微粒
子はガラスに対して３〜７５ｖｏｌ％を満たすことが好
ましい。導電性微粒子の量比は、ガラスに対して３ｖｏ
ｌ％より少ないとＰＴＣ素子の常温抵抗が極端に高くな
り、導電性微粒子がガラスに対して７５ｖｏｌ％を越え
るとこの素子のＰＴＣ効果は不十分となる。セラミック
スは粒状の場合、素子全体に対して１５〜９５ｖｏｌ％
を満たすことが好ましい。９５ｖｏｌ％を越えるとガラ
ス成分が少なくなり素子強度が低下する。また導電性微
粒子が７５ｖｏｌ％以下であっても粒状セラミックスの
ｖｏｌ％が小さい場合、素子全体に対しての導電性微粒
子の比率が大きくなりＰＴＣ効果が不十分となる。粒状
セラミックスが素子全体に対して１５ｖｏｌ％より少な
いと、使用状態によっては素子の変形を伴う。用途によ
っても粒状セラミックスの適する量比は異なり、発熱体
のような高温下での使用に対しては素子中の粒状セラミ
ックス量は３０ｖｏｌ％以上でガラス組成の少ない領域
を用いることが好ましい。
【００１５】この材料系のＰＴＣ発現機構についての詳
細は不明であるが、基本的にはガラス中に存在する導電
性微粒子との界面付近でのガラスの膨脹及び溶融による
状態変化により導電パスが切断されるものと考えられ
る。そしてセラミックスの熱膨張や相変化等の熱変化に
より効果的にＰＴＣ特性を発揮すると考えられる。ま
た、このセラミックスは、素子の基体として形状を保持
する機能も有する。
細は不明であるが、基本的にはガラス中に存在する導電
性微粒子との界面付近でのガラスの膨脹及び溶融による
状態変化により導電パスが切断されるものと考えられ
る。そしてセラミックスの熱膨張や相変化等の熱変化に
より効果的にＰＴＣ特性を発揮すると考えられる。ま
た、このセラミックスは、素子の基体として形状を保持
する機能も有する。
【００１６】また、ＰＴＣサーミスタ素子と電極を一体
成形すると素子内部の導電性微粒子と電極部が連続的に
接続されるため界面での接触抵抗は減少する。この一体
成形のための電極材料としては、基本的には素子内部に
用いている導電性微粒子を用いるが、異なる導電性微粒
子を用いても問題はない。導電性微粒子の種類によって
はプレス成形とガラス溶融温度での熱処理だけでは成形
強度が弱いため導電性微粒子にガラスを混合し強度を補
強する必要がある。ただし、その場合も、電極部に対し
てガラス量は３０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。
これを越えるとこの電極と外部電極との間の接触抵抗が
増大し、電極一体成形の効果が低減する。
成形すると素子内部の導電性微粒子と電極部が連続的に
接続されるため界面での接触抵抗は減少する。この一体
成形のための電極材料としては、基本的には素子内部に
用いている導電性微粒子を用いるが、異なる導電性微粒
子を用いても問題はない。導電性微粒子の種類によって
はプレス成形とガラス溶融温度での熱処理だけでは成形
強度が弱いため導電性微粒子にガラスを混合し強度を補
強する必要がある。ただし、その場合も、電極部に対し
てガラス量は３０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。
これを越えるとこの電極と外部電極との間の接触抵抗が
増大し、電極一体成形の効果が低減する。
【００１７】
【実施例】次に、本発明を具体的な実施例を示して詳細
に説明する。 実施例１〜２０．粒状セラミックスとして５０μｍ径の
球状アルミナ［商品名ＣＢ−Ａ５０、昭和タイタニウム
（株）製］、ガラスにはＰｂＯ−Ｂ2０3−Ｔｌ2０系低
融点ガラス［ガラス転移点（Ｔｇ）２５０℃、ガラス軟
化点（Ｓｐ）３０３℃、商品名ＧＳＰ２２０Ａ５２８、
東芝ガラス（株）製］、導電性微粒子には０．１〜１．
０μｍ径のＡｇ［融点９６０．５℃、商品名ＡｇＣ−Ｂ
Ｏ、福田金属箔粉工業（株）製］を用い、表１に示す配
合比で所定量を秤量、均一混合し、加圧成形後、大気中
４００℃で熱処理することによって、直径、厚さ共に約
５ｍｍの柱状素子の形成を行った。常温抵抗の測定は、
接触抵抗を低減するため外部電極を４０Ｋｇ／ｃｍ2の
圧力で圧接し、０．１Ａの電流を印加することによって
行った。図１に示すように、ガラス中の導電性微粒子で
あるＡｇの添加量を変えることによって常温抵抗は１０
-3Ω・ｃｍ以下まで制御可能であり、その値は粒状セラ
ミックスの添加量によっても異なる値を示すことが分か
る。なお、常温抵抗が素子形状によっても制御可能であ
るのは従来と同様である。
に説明する。 実施例１〜２０．粒状セラミックスとして５０μｍ径の
球状アルミナ［商品名ＣＢ−Ａ５０、昭和タイタニウム
（株）製］、ガラスにはＰｂＯ−Ｂ2０3−Ｔｌ2０系低
融点ガラス［ガラス転移点（Ｔｇ）２５０℃、ガラス軟
化点（Ｓｐ）３０３℃、商品名ＧＳＰ２２０Ａ５２８、
東芝ガラス（株）製］、導電性微粒子には０．１〜１．
０μｍ径のＡｇ［融点９６０．５℃、商品名ＡｇＣ−Ｂ
Ｏ、福田金属箔粉工業（株）製］を用い、表１に示す配
合比で所定量を秤量、均一混合し、加圧成形後、大気中
４００℃で熱処理することによって、直径、厚さ共に約
５ｍｍの柱状素子の形成を行った。常温抵抗の測定は、
接触抵抗を低減するため外部電極を４０Ｋｇ／ｃｍ2の
圧力で圧接し、０．１Ａの電流を印加することによって
行った。図１に示すように、ガラス中の導電性微粒子で
あるＡｇの添加量を変えることによって常温抵抗は１０
-3Ω・ｃｍ以下まで制御可能であり、その値は粒状セラ
ミックスの添加量によっても異なる値を示すことが分か
る。なお、常温抵抗が素子形状によっても制御可能であ
るのは従来と同様である。
【００１８】
【表１】
【００１９】次に、実施例１、８及び１６の素子を加熱
し温度に対する抵抗の変化を測定した。図２に示すよう
に、ＰＴＣの発現は温度が４８０〜５００℃であり従来
に比べ高温域で生じていることがわかる。抵抗の変化倍
率は表２に示すように、組成によって異なるが大きいも
ので５００倍以上を示す。
し温度に対する抵抗の変化を測定した。図２に示すよう
に、ＰＴＣの発現は温度が４８０〜５００℃であり従来
に比べ高温域で生じていることがわかる。抵抗の変化倍
率は表２に示すように、組成によって異なるが大きいも
ので５００倍以上を示す。
【００２０】
【表２】
【００２１】実施例２１〜２４．上記実施例４〜７の材
料組成物についてそれぞれ混合粉末をＡｇ粉で挟んで加
圧成形し、大気中４００℃で熱処理することによって電
極一体成形した内部電極を有する素子の形成を行った。
常温抵抗の測定は、外部電極を２０Ｋｇ／ｃｍ2の圧力
で圧接し、０．１Ａの電流を印加することによって行っ
た。図３に示すように、この電極一体成形によって接触
抵抗の低減を図ることができる。また、実施例５及び実
施例２２の材料組成物について素子の表面抵抗の測定値
により接触抵抗を計算したところ、ＰＴＣサーミスタの
みの素子の接触抵抗が素子本体の抵抗に対して５１．４
％であるのに対して、電極一体成形した内部電極を有す
る素子は０．３２％であった。実施例２１の素子を加熱
し温度に対する抵抗の変化を測定した。図４に示すよう
に、ＰＴＣの発現は温度が４８０℃付近とＰＴＣサーミ
スタのみの素子と同様の値であるが、抵抗の変化倍率は
表２に示すように常温抵抗値が低くなる分、変化倍率の
値は大きくなり８００倍以上を示していることが分か
る。
料組成物についてそれぞれ混合粉末をＡｇ粉で挟んで加
圧成形し、大気中４００℃で熱処理することによって電
極一体成形した内部電極を有する素子の形成を行った。
常温抵抗の測定は、外部電極を２０Ｋｇ／ｃｍ2の圧力
で圧接し、０．１Ａの電流を印加することによって行っ
た。図３に示すように、この電極一体成形によって接触
抵抗の低減を図ることができる。また、実施例５及び実
施例２２の材料組成物について素子の表面抵抗の測定値
により接触抵抗を計算したところ、ＰＴＣサーミスタの
みの素子の接触抵抗が素子本体の抵抗に対して５１．４
％であるのに対して、電極一体成形した内部電極を有す
る素子は０．３２％であった。実施例２１の素子を加熱
し温度に対する抵抗の変化を測定した。図４に示すよう
に、ＰＴＣの発現は温度が４８０℃付近とＰＴＣサーミ
スタのみの素子と同様の値であるが、抵抗の変化倍率は
表２に示すように常温抵抗値が低くなる分、変化倍率の
値は大きくなり８００倍以上を示していることが分か
る。
【００２２】なお、上記実施例では示さなかったが、Ｐ
ＴＣ発現温度も溶融温度の異なるガラスや熱特性の異な
るセラミックスを選択することにより制御可能となる。
例えば、材料組成比によっても異なるが、ガラスにＰ2
Ｏ5−Ａｌ2Ｏ3系低融点ガラス［ガラス転移点（Ｔｇ）
３８０℃、ガラス軟化点（Ｓｐ）４８０℃、商品名ＧＳ
Ｐ２２０Ａ５１０、東芝ガラス（株）製］を用いると、
６７０〜７１０℃でＰＴＣを発現する。また、セラミッ
クスにクリストバライトを用いると２７０〜３００℃付
近で、石英を用いると５８０〜６２０℃付近でＰＴＣを
発現する。
ＴＣ発現温度も溶融温度の異なるガラスや熱特性の異な
るセラミックスを選択することにより制御可能となる。
例えば、材料組成比によっても異なるが、ガラスにＰ2
Ｏ5−Ａｌ2Ｏ3系低融点ガラス［ガラス転移点（Ｔｇ）
３８０℃、ガラス軟化点（Ｓｐ）４８０℃、商品名ＧＳ
Ｐ２２０Ａ５１０、東芝ガラス（株）製］を用いると、
６７０〜７１０℃でＰＴＣを発現する。また、セラミッ
クスにクリストバライトを用いると２７０〜３００℃付
近で、石英を用いると５８０〜６２０℃付近でＰＴＣを
発現する。
【００２３】
【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、導
電部として導電性微粒子、並びに絶縁部としてセラミッ
クス及び上記導電性微粒子の融点より低い温度で溶融可
能なガラスを基本組成とし、上記導電性微粒子が上記ガ
ラス中に分散して導電パスを形成してなるので、常温抵
抗が低くしかも制御可能であり小寸法で大電流を流すこ
とが可能で、かつＰＴＣ発現温度が高くしかも制御可能
なＰＴＣサーミスタ素子が得られる。
電部として導電性微粒子、並びに絶縁部としてセラミッ
クス及び上記導電性微粒子の融点より低い温度で溶融可
能なガラスを基本組成とし、上記導電性微粒子が上記ガ
ラス中に分散して導電パスを形成してなるので、常温抵
抗が低くしかも制御可能であり小寸法で大電流を流すこ
とが可能で、かつＰＴＣ発現温度が高くしかも制御可能
なＰＴＣサーミスタ素子が得られる。
【００２４】また、第２の発明によれば、ＰＴＣサーミ
スタ素子の一部分に導電性微粒子またはガラスを混合し
た導電性微粒子が一体的に成形されてなる電極を備えた
ので、界面での接触抵抗を低減できる。
スタ素子の一部分に導電性微粒子またはガラスを混合し
た導電性微粒子が一体的に成形されてなる電極を備えた
ので、界面での接触抵抗を低減できる。
【図１】 本発明の一実施例によるＰＴＣサーミスタ素
子の導電性微粒子の量と常温抵抗の関係を示す図であ
る。
子の導電性微粒子の量と常温抵抗の関係を示す図であ
る。
【図２】 本発明の一実施例によるＰＴＣサーミスタ素
子の温度に対する抵抗変化を示す図である。
子の温度に対する抵抗変化を示す図である。
【図３】 本発明の一実施例によるＰＴＣサーミスタ素
子の電極を一体成形した場合と電極無しの場合の導電性
微粒子の量と常温抵抗の関係を示す図である。
子の電極を一体成形した場合と電極無しの場合の導電性
微粒子の量と常温抵抗の関係を示す図である。
【図４】 本発明の一実施例による電極を一体成形した
ＰＴＣサーミスタ素子の温度に対する抵抗変化を示す図
である。
ＰＴＣサーミスタ素子の温度に対する抵抗変化を示す図
である。
Claims (2)
- 【請求項１】 導電部として導電性微粒子、並びに絶縁
部としてセラミックス及び上記導電性微粒子の融点より
低い温度で溶融可能なガラスを基本組成とし、上記導電
性微粒子が上記ガラス中に分散して導電パスを形成して
なることを特徴とするＰＴＣサーミスタ素子。 - 【請求項２】 請求項１項記載のＰＴＣサーミスタ素子
の一部分に導電性微粒子またはガラスを混合した導電性
微粒子が一体的に成形されてなる電極を備えたことを特
徴とするＰＴＣサーミスタ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25058697A JPH1197207A (ja) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | Ｐｔｃサーミスタ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25058697A JPH1197207A (ja) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | Ｐｔｃサーミスタ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1197207A true JPH1197207A (ja) | 1999-04-09 |
Family
ID=17210100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25058697A Pending JPH1197207A (ja) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | Ｐｔｃサーミスタ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1197207A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9796528B2 (en) | 2013-09-03 | 2017-10-24 | Lg Chem, Ltd. | Method for optimizing release of tray and system using same |
| CN107967973A (zh) * | 2016-10-19 | 2018-04-27 | 住友金属矿山株式会社 | 正温度系数电阻体用组合物、糊剂、电阻体以及电阻体的制造方法 |
-
1997
- 1997-09-16 JP JP25058697A patent/JPH1197207A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9796528B2 (en) | 2013-09-03 | 2017-10-24 | Lg Chem, Ltd. | Method for optimizing release of tray and system using same |
| CN107967973A (zh) * | 2016-10-19 | 2018-04-27 | 住友金属矿山株式会社 | 正温度系数电阻体用组合物、糊剂、电阻体以及电阻体的制造方法 |
| CN112670045A (zh) * | 2016-10-19 | 2021-04-16 | 住友金属矿山株式会社 | 正温度系数电阻体用组合物、糊剂、电阻体以及电阻体的制造方法 |
| CN112670045B (zh) * | 2016-10-19 | 2024-05-28 | 住友金属矿山株式会社 | 正温度系数电阻体用组合物、糊剂、电阻体以及电阻体的制造方法 |
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