JPS6150362B2 - - Google Patents
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- JPS6150362B2 JPS6150362B2 JP13967480A JP13967480A JPS6150362B2 JP S6150362 B2 JPS6150362 B2 JP S6150362B2 JP 13967480 A JP13967480 A JP 13967480A JP 13967480 A JP13967480 A JP 13967480A JP S6150362 B2 JPS6150362 B2 JP S6150362B2
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- nickel oxide
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- thermistor element
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Landscapes
- Thermistors And Varistors (AREA)
Description
本発明は、温度測定および温度制御等に用いら
れる高温用サーミスタ素子に関する。 従来のサーミスタは、サーミスタ材料であるマ
ンガン、コバルト、ニツケル、銅、鉄等の遷移金
属酸化物を適当な組成で混合、成形、焼成してサ
ーミスタ素子としてきたが、一般に高温での抵抗
温度係数が小さく、サーミスタ素子として使用可
能な温度範囲は300℃以下に限られている。 そのため、従来のサーミスタ素子は自動車の排
気ガスを完全燃焼させるためのサーマルリアクタ
の温度検出や各種家庭電化製品の温度検出などの
300℃を越える高温域で使用することができなか
つた。現在、この高温用サーミスタ素子として、
いくつかの他の材料が知られているが、いずれも
高温での安定性および信頼性の点で問題が残され
ている。 発明者らは、このような問題点を解決するため
に、さまざまな視点から鋭意研究検討を加えた結
果、酸化ニツケルがそれ自体では成形性が悪く、
サーミスタ定数Ｂが小さく、また雰囲気に対する
安定性が悪い欠点がある反面、高温でのサーミス
タ特性が良好なＰ型半導体であることに着目し、
酸化ニツケルに対する第二成分の影響を多岐にわ
たつて詳細に検討した結果、本発明を完成するに
至つた。 本発明は、300℃以上の高温、特に500℃以上約
900℃の高温でも安定に動作し、信頼性の高いサ
ーミスタ素子を提供することを目的とする。 本発明は、主成分が酸化ニツケルであつて、こ
の酸化ニツケルに二酸化チタンが0.1〜50モル％
添加された組成の成形体を焼結してなることを特
徴とする。なお酸化ニツケルの純度は98％以上で
あることが好ましい。 すなわち本発明に係る高温用サーミスタ素子の
製造方法は、まず純度が98％以上の酸化ニツケル
に二酸化チタンを0.1〜50モル％添加する。この
二酸化チタンの組成比が50モル％を越えるとサー
ミスタ素子の抵抗値が高くなり実用に適さなくな
る。次にこの酸化ニツケルと二酸化チタンを比表
面積が1000cm2／ｇ以上、好ましくは5000cm2／ｇ以
上の微細な粒度の粒子になるまで粉砕し十分混合
する。このとき、バインダを入れることもでき
る。 次いでこれを好ましくは600〜800℃で、10分〜
３時間予備焼成した後、空気中で冷却し再び上記
粒度の粒子になるまで粉砕する。次いでこれをビ
ート状、デイスク状、円柱状、厚膜状等の所望の
形状に成形する。さらにこの成形体を1100〜1500
℃で、10分〜６時間本焼成した後、空気中で冷却
して本発明のサーミスタ素子が得られる。 このサーミスタ素子をサーミスタとして使用す
るには、さらに電極として白金、金、銀等の貴金
属材料を成形時あるいは成形後に付与することに
より完成する。本発明サーミスタ素子は高温用の
ため、とくに吸湿防止用の保護膜は不要である
が、使用の環境によつては、保護膜またはシール
等を施すことができる。 サーミスタ素子の形状および大きさについて
は、使用の条件を考慮して、焼成が可能な範囲で
原則的に制限はない。 酸化ニツケルの純度については、80％以上で本
発明の効果が見られ、98％以上で効果が顕著であ
る。このときに許容できる不純物はこれが微量で
あるときには特に問題とならないが、１モル％を
越える場合には、マンガン、コバルト、銅、鉄等
の遷移金属酸化物であることが好ましい。出発原
料中への不純物の存在は粒界に不純物偏析させ、
ポテンシヤルバリヤを形成するため問題となる。 本発明のサーミスタ素子についてＸ線回折によ
り分析を行つたところ、NiTiO3が生成している
ことが判明した。このNiTiO3の結晶構造はイル
メナイト構造である。 本発明の効果が得られる物理的理由について
は、なお十分に解明されていないが、ほぼ次のよ
うに推定される。 酸化ニツケルに二酸化チタンを添加すると焼結
体組織中にNiOとNiTiO3の二相が生成する。
NiTiO3は抵抗値が高く、高温でｎ型の伝導を示
し、NiOは比較的抵抗が低くｐ型伝導を示す。本
発明の焼結体はこれら二相が分散性よく分布する
ため、互いに粒接触を持ち、熱履歴が少なく高温
で温度係数が大きい素子が得られると考えられ
る。なお、この組成物は高温においても相転移は
起すことなく安定である。 次に本発明を実施例により詳しく説明する。 まず酸化ニツケルに二酸化チタンを次表に示さ
れる４種の組成比（モル％）に選んで添加し、比
表面積が5000cm2／ｇの微細な粒度の粒子になるま
で粉砕し十分混合する。次に800℃で１時間予備
焼成した後、空気中で３時間炉内で放冷し再び上
記粒度の粒子になるまで粉砕する。 次いで常温下2000Kg／cm2の圧力でプレス成形し
てから1300℃の温度で１時間、本焼成して厚さ４
mm、直径10mmのデイスク状焼結体にする。このデ
イスク状焼結体の両面に白金ペーストを焼付けて
電極とし、比抵抗の測定をした。
れる高温用サーミスタ素子に関する。 従来のサーミスタは、サーミスタ材料であるマ
ンガン、コバルト、ニツケル、銅、鉄等の遷移金
属酸化物を適当な組成で混合、成形、焼成してサ
ーミスタ素子としてきたが、一般に高温での抵抗
温度係数が小さく、サーミスタ素子として使用可
能な温度範囲は300℃以下に限られている。 そのため、従来のサーミスタ素子は自動車の排
気ガスを完全燃焼させるためのサーマルリアクタ
の温度検出や各種家庭電化製品の温度検出などの
300℃を越える高温域で使用することができなか
つた。現在、この高温用サーミスタ素子として、
いくつかの他の材料が知られているが、いずれも
高温での安定性および信頼性の点で問題が残され
ている。 発明者らは、このような問題点を解決するため
に、さまざまな視点から鋭意研究検討を加えた結
果、酸化ニツケルがそれ自体では成形性が悪く、
サーミスタ定数Ｂが小さく、また雰囲気に対する
安定性が悪い欠点がある反面、高温でのサーミス
タ特性が良好なＰ型半導体であることに着目し、
酸化ニツケルに対する第二成分の影響を多岐にわ
たつて詳細に検討した結果、本発明を完成するに
至つた。 本発明は、300℃以上の高温、特に500℃以上約
900℃の高温でも安定に動作し、信頼性の高いサ
ーミスタ素子を提供することを目的とする。 本発明は、主成分が酸化ニツケルであつて、こ
の酸化ニツケルに二酸化チタンが0.1〜50モル％
添加された組成の成形体を焼結してなることを特
徴とする。なお酸化ニツケルの純度は98％以上で
あることが好ましい。 すなわち本発明に係る高温用サーミスタ素子の
製造方法は、まず純度が98％以上の酸化ニツケル
に二酸化チタンを0.1〜50モル％添加する。この
二酸化チタンの組成比が50モル％を越えるとサー
ミスタ素子の抵抗値が高くなり実用に適さなくな
る。次にこの酸化ニツケルと二酸化チタンを比表
面積が1000cm2／ｇ以上、好ましくは5000cm2／ｇ以
上の微細な粒度の粒子になるまで粉砕し十分混合
する。このとき、バインダを入れることもでき
る。 次いでこれを好ましくは600〜800℃で、10分〜
３時間予備焼成した後、空気中で冷却し再び上記
粒度の粒子になるまで粉砕する。次いでこれをビ
ート状、デイスク状、円柱状、厚膜状等の所望の
形状に成形する。さらにこの成形体を1100〜1500
℃で、10分〜６時間本焼成した後、空気中で冷却
して本発明のサーミスタ素子が得られる。 このサーミスタ素子をサーミスタとして使用す
るには、さらに電極として白金、金、銀等の貴金
属材料を成形時あるいは成形後に付与することに
より完成する。本発明サーミスタ素子は高温用の
ため、とくに吸湿防止用の保護膜は不要である
が、使用の環境によつては、保護膜またはシール
等を施すことができる。 サーミスタ素子の形状および大きさについて
は、使用の条件を考慮して、焼成が可能な範囲で
原則的に制限はない。 酸化ニツケルの純度については、80％以上で本
発明の効果が見られ、98％以上で効果が顕著であ
る。このときに許容できる不純物はこれが微量で
あるときには特に問題とならないが、１モル％を
越える場合には、マンガン、コバルト、銅、鉄等
の遷移金属酸化物であることが好ましい。出発原
料中への不純物の存在は粒界に不純物偏析させ、
ポテンシヤルバリヤを形成するため問題となる。 本発明のサーミスタ素子についてＸ線回折によ
り分析を行つたところ、NiTiO3が生成している
ことが判明した。このNiTiO3の結晶構造はイル
メナイト構造である。 本発明の効果が得られる物理的理由について
は、なお十分に解明されていないが、ほぼ次のよ
うに推定される。 酸化ニツケルに二酸化チタンを添加すると焼結
体組織中にNiOとNiTiO3の二相が生成する。
NiTiO3は抵抗値が高く、高温でｎ型の伝導を示
し、NiOは比較的抵抗が低くｐ型伝導を示す。本
発明の焼結体はこれら二相が分散性よく分布する
ため、互いに粒接触を持ち、熱履歴が少なく高温
で温度係数が大きい素子が得られると考えられ
る。なお、この組成物は高温においても相転移は
起すことなく安定である。 次に本発明を実施例により詳しく説明する。 まず酸化ニツケルに二酸化チタンを次表に示さ
れる４種の組成比（モル％）に選んで添加し、比
表面積が5000cm2／ｇの微細な粒度の粒子になるま
で粉砕し十分混合する。次に800℃で１時間予備
焼成した後、空気中で３時間炉内で放冷し再び上
記粒度の粒子になるまで粉砕する。 次いで常温下2000Kg／cm2の圧力でプレス成形し
てから1300℃の温度で１時間、本焼成して厚さ４
mm、直径10mmのデイスク状焼結体にする。このデ
イスク状焼結体の両面に白金ペーストを焼付けて
電極とし、比抵抗の測定をした。
【表】
図は本発明実施例高温用サーミスタ素子のサー
ミスタ温度特性とＢ定数を示す図である。 図において、たて軸は比抵抗（単位Ωcm）、よ
こ軸は温度係数（単位K-1）を示し、図中の丸で
囲んだ数字は表の試料番号にそれぞれ対応してい
る。 二酸化チタンの添加量が増加するに従つて、試
料の比抵抗は大きくなり、同時に温度係数が大き
くなることがわかる。サーミスタ定数Ｂは、試料
１においてＢ＝5000〔〓〕、試料２においてＢ＝
7500〔〓〕、試料３においてＢ＝9500〔〓〕、試料
４においてＢ＝10500〔〓〕と十分大きくまた広
範囲にわたつている。 このため二酸化チタンの添加量を選ぶことによ
り、任意のサーミスタ定数Ｂを持つ素子を作るこ
とが可能となる。またこの反応にはヒステリシス
が見られず、安定した特性が示された。 以上述べたように、本発明によれば、酸化ニツ
ケルに二酸化チタンを0.1〜50モル％添加した組
成の成形体を焼結することにより、 (イ) NiOとイルメナイト構造をとるNiTiO3との
二相からなるため、500℃以上の高温で特に900
℃の高温度下においても温度に対する抵抗変化
が大きく、安定に動作し、使用可能である、 (ロ) 温度に対する抵抗変化の再現性の良い、 (ハ) 二酸化チタンの添加量を変化させることによ
りサーミスタ定数Ｂを広範囲にとることのでき
る、 (ニ) 湿度による影響を受けない、 (ホ) 高温における経時変化のない、 (ヘ) 材料の成形性のよい、 優れた効果がある。
ミスタ温度特性とＢ定数を示す図である。 図において、たて軸は比抵抗（単位Ωcm）、よ
こ軸は温度係数（単位K-1）を示し、図中の丸で
囲んだ数字は表の試料番号にそれぞれ対応してい
る。 二酸化チタンの添加量が増加するに従つて、試
料の比抵抗は大きくなり、同時に温度係数が大き
くなることがわかる。サーミスタ定数Ｂは、試料
１においてＢ＝5000〔〓〕、試料２においてＢ＝
7500〔〓〕、試料３においてＢ＝9500〔〓〕、試料
４においてＢ＝10500〔〓〕と十分大きくまた広
範囲にわたつている。 このため二酸化チタンの添加量を選ぶことによ
り、任意のサーミスタ定数Ｂを持つ素子を作るこ
とが可能となる。またこの反応にはヒステリシス
が見られず、安定した特性が示された。 以上述べたように、本発明によれば、酸化ニツ
ケルに二酸化チタンを0.1〜50モル％添加した組
成の成形体を焼結することにより、 (イ) NiOとイルメナイト構造をとるNiTiO3との
二相からなるため、500℃以上の高温で特に900
℃の高温度下においても温度に対する抵抗変化
が大きく、安定に動作し、使用可能である、 (ロ) 温度に対する抵抗変化の再現性の良い、 (ハ) 二酸化チタンの添加量を変化させることによ
りサーミスタ定数Ｂを広範囲にとることのでき
る、 (ニ) 湿度による影響を受けない、 (ホ) 高温における経時変化のない、 (ヘ) 材料の成形性のよい、 優れた効果がある。
図は本発明実施例高温用サーミスタ素子のサー
ミスタ温度特性とＢ定数を示す図。
ミスタ温度特性とＢ定数を示す図。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 主成分が酸化ニツケルであつて、この酸化ニ
ツケルに二酸化チタンが0.1〜50モル％添加され
た組成の成形体を焼結してなる高温用サーミスタ
素子。 ２ 酸化ニツケルの純度が98％以上であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高温用サ
ーミスタ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13967480A JPS5763801A (en) | 1980-10-06 | 1980-10-06 | High temperautre thermistor element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13967480A JPS5763801A (en) | 1980-10-06 | 1980-10-06 | High temperautre thermistor element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5763801A JPS5763801A (en) | 1982-04-17 |
| JPS6150362B2 true JPS6150362B2 (ja) | 1986-11-04 |
Family
ID=15250770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13967480A Granted JPS5763801A (en) | 1980-10-06 | 1980-10-06 | High temperautre thermistor element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5763801A (ja) |
-
1980
- 1980-10-06 JP JP13967480A patent/JPS5763801A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5763801A (en) | 1982-04-17 |
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