DE112020001766T5

DE112020001766T5 - Widerstandsmaterial, Widerstand und Herstellungsverfahren für ein Widerstandsmaterial

Info

Publication number: DE112020001766T5
Application number: DE112020001766.4T
Authority: DE
Inventors: Shuhei Matsubara; Keishi Nakamura
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2022-01-13
Also published as: JP2020170817A; JP7387277B2; US11965228B2; WO2020202988A1; CN113543909B; CN113543909A; US20220157497A1

Abstract

Das Widerstandsmaterial 11a zum Erfassen eines Stroms enthält Folgendes: Metallteilchen, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Nichrom, Kupfermangan und Kupfernickel besteht; isolierende Teilchen, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid und Zirconiumoxid besteht; und Titanoxid.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Widerstandsmaterial und einen Widerstand zur Stromerfassung und ein Herstellungsverfahren für das Widerstandsmaterial.
HINTERGRUND
JP2012-001402A offenbart ein Widerstandsmaterial, das durch Vermischen und Sintern von Teilchen aus einem Matrixmaterial und Teilchen aus einem Metallmaterial gebildet wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFDINUNG
Obwohl ein spezifischer Widerstand erhöht werden kann, weil Teilchen mit einer isolierenden Eigenschaft als das Matrixmaterial verwendet werden, ist es mit dem oben beschriebenen Widerstandsmaterial schwierig, eine Fluktuation des Widerstandswertes, die durch Änderungen der Temperatur verursacht wird, derart zu unterdrücken, dass diese in einen gewünschten Gestaltungsbereich fällt.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des oben beschriebenen Problems ersonnen und ein Ziel davon ist das Bereitstellen eines Widerstandsmaterials, das zum Erzielen eines hohen spezifischen Widerstands und einer Steuerung einer Fluktuation eines Widerstandswertes in der Lage ist, eines Widerstands und eines Herstellungsverfahrens des Widerstandsmaterials.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Widerstandsmaterial, das zum Erfassen eines Stroms ausgebildet ist, Folgendes: Metallteilchen, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Nichrom (Nickelchrom), Kupfermangan und Kupfernickel besteht; isolierende Teilchen, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid und Zirconiumoxid besteht; und Titanoxid.
Gemäß diesem Aspekt ist es, weil Titanoxid in dem Widerstandsmaterial dispergiert ist, möglich, den spezifischen Widerstand zu erhöhen und Fluktuationen eines Widerstandswertes für das Widerstandsmaterial steuerbar zu machen.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Widerstands bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II in 1.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Herstellungsverfahren des Widerstands veranschaulicht.
4 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel für das Herstellungsverfahren des Widerstands veranschaulicht.
5 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Testprobe mit Titanoxid in einem Beispiel veranschaulicht.
6 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Testprobe mit Zinnoxid in einem Vergleichsbeispiel veranschaulicht.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
[Beschreibung des Widerstands]
Eine Struktur eines Widerstands 1 bei dieser Ausführungsform wird zuerst unter Bezugnahme auf 1 bis 2 beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur des Widerstands 1 bei dieser Ausführungsform zeigt und 2 ist eine Schnittansicht des Widerstands 1 entlang einer Linie II-II in 1.
Der Widerstand 1 ist ein Widerstand zum Erfassen eines Stroms und wird als ein Stromerfassungswiderstand oder ein Shunt-Widerstand bezeichnet. Der Widerstand 1 wird für eine Anwendung zum Erfassen eines großen Stroms verwendet, indem er zum Beispiel in einem Leistungsmodul installiert wird.
Um eine Genauigkeit einer Erfassung eines hochfrequenten Stroms zu verbessern, wird der Widerstand 1 bei dieser Ausführungsform so gebildet, dass er eine dünne Form hat, so dass ein Eigeninduktivitätswert des Widerstands 1 reduziert wird. Der Widerstand 1 wird so gebildet, dass er eine flache Scheibenform hat, und wird mit einem Widerstandskörper 11, der aus einem Widerstandsmaterial besteht, und zwei Elektroden 21 und 22, die den Widerstandskörper 11 sandwichartig einschließen, versehen.
Eine Dicke t₁ des Widerstandskörpers 11 wird so eingestellt, dass sie kleiner als zum Beispiel einige Millimeter ist, so dass der Eigeninduktivitätswert des Widerstands 1 reduziert wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Dicke t₁ des Widerstandskörpers 11 auf 0,2 mm eingestellt. Um eine Implementierung für eine Schreibstruktur oder eine Implementierung für einen Leistungshalbleiter zu ermöglichen, wird der Halbleiterkörper 11 außerdem so gebildet, dass ein Durchmesser r größer als die Dicke t₁ des Widerstandskörpers 11 ist. Zum Beispiel ist der Durchmesser r des Widerstandskörpers 11 auf einige Millimeter eingestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Durchmesser r des Widerstandskörpers 11 auf 3 mm eingestellt.
Bei dieser Ausführungsform sind Strompfade in der Dickenrichtung des Widerstandskörpers 11, mit anderen Worten in der Richtung, die sich zwischen der einen Elektrode 21 und der anderen Elektrode 22 erstreckt, gebildet. Weil diese Strompfade kürzer als jene in dem allgemeinen Shunt-Widerstand sind, ist es erforderlich, einen spezifischen Widerstand (Volumenwiderstandswert) des Widerstandskörpers 11 derart zu gestalten, dass er einen größeren Wert als der spezifische Widerstand einer Legierung selbst aufweist, die für den allgemeinen Shunt-Widerstand verwendet wird.
Falls zum Beispiel der Widerstand 1 für die Anwendung des Erfassens eines großen Stroms verwendet wird, wird erwartet, dass der Widerstandswert des Widerstandskörpers 11 auf einen Wert eingestellt wird, der in einen Bereich von mehr als oder gleich 50 µΩ bis weniger oder gleich 1000 µΩ fällt. Dementsprechend ist es für das Widerstandsmaterial, das den Widerstandskörper 11 darstellt, vorteilhaft, das Widerstandsmaterial zu verwenden, dessen spezifischer Widerstand (der Volumenwiderstandswert)so gesteuert werden kann, das er in einen Bereich von größer als oder gleich 200 µΩ·cm (Mikroohm-Zentimeter) bis weniger als oder gleich 300.000 µΩ·cm fällt.
Die zwei Elektroden 21 und 22 sind Elektroden, die ermöglichen, das der Strom in der Richtung fließt, die sich zwischen dem Paar der Elektroden 21 und 22 erstreckt, mit anderen Worten in der Dickenrichtung des Widerstandskörpers 11, und die Elektroden 21 und 22 werden durch Verwenden eines Metallmaterials mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeitseigenschaft gebildet. Die Elektroden 21 und 22 werden jeweils auf beiden Oberflächen des Widerstandskörpers 11 gebildet und insbesondere wird die eine Elektrode der Elektroden 21 und 22 auf einer oberen Oberfläche des Widerstandskörpers 11 gebildet und wird die andere Elektrode auf einer unteren Oberfläche des Widerstandskörpers 11 gebildet.
Um zu bewirken, dass der Widerstand 1 ein niedrigeres Profil aufweist, ist es vorteilhaft, dass die Elektroden 21 und 22 so gebildet werden, dass sie jeweils eine dünnere Dicke t₂ aufweisen. Zum Beispiel wird die Dicke t₂ jeder der Elektroden 21 und 22 so gemacht, dass sie dünner als die Dicke t₁ des Widerstandskörpers 11 ist. Bei dieser Ausführungsform werden die Dicken t₂ der Elektroden 21 und 22 auf 0,1 mm eingestellt.
Wie oben beschrieben, ist es mit dem Widerstand 1 bei dieser Ausführungsform möglich, den Eigeninduktivitätswert des Widerstands 1 zum Erfassen des Stroms zu reduzieren, weil eine Dicke h des Widerstands 1 dünn gemacht wird, während der Widerstandswert sichergestellt wird, der für das Erfassen des Stroms erforderlich ist. Dementsprechend ist es möglich, einen Erfassungsfehler für den hochfrequenten Strom aufgrund der Induktivität des Widerstands 1 zu erhöhen, während ein S/N-Verhältnis einer Erfassungsspannung sichergestellt wird, die in dem Widerstand 1 bewirkt wird.
[Beschreibung des Widerstandsmaterials]
Ein Widerstandsmaterial 11a wird aus isolierenden Teilchen mit der isolierenden Eigenschaft, Metallteilchen mit der elektrischen Leitfähigkeitseigenschaft und einem Additiv gebildet, das eine Widerstandscharakteristik stabilisiert, so dass der spezifische Widerstand des Widerstandskörpers 11 größer als der spezifische Widerstand eines Widerstandskörpers wird, der den allgemeinen Shunt-Widerstand bildet (größer als oder gleich 50 µΩ·cm und niedriger als oder gleich 100 µΩ·cm).
Das Widerstandsmaterial 11a weist eine Struktur auf, bei der das Additiv in den isolierenden Teilchen und den Metallteilchen dispergiert ist. Von dem Standpunkt des Erhöhens des spezifischen Widerstands des Widerstandsmaterials 11a wird es bevorzugt, das Widerstandsmaterial zu verwenden, bei dem ein Volumenanteil der isolierenden Teilchen in dem Widerstandsmaterial 11a größer als oder gleich einem Volumenanteil der Metallteilchen ist. Das Widerstandsmaterial 11a ist aus einem gesinterten Körper gebildet, der aus den isolierenden Teilchen, den Metallteilchen und den Additiven gebildet ist.
Hier werden die Metallteilchen, die isolierenden Teilchen und das Additiv, die das Widerstandsmaterial 11a bilden, jeweils erklärt.
<Metallteilchen>
Als die Metallteilchen, die das Widerstandsmaterial 11a bilden, kann das Widerstandsmaterial des allgemeinen Shunt-Widerstands verwendet werden. Von dem Standpunkt des Sicherstellens einer Stabilität der Widerstandscharakteristik aus, wird das Metallmaterial, das zum Erfassen des großen Stroms geeignet ist, wie etwa zum Beispiel die Legierung mit einer kleinen Änderungsrate des Widerstandswerts durch die Temperaturänderung des Widerstandskörpers 11, bevorzugt.
Als ein spezielles Beispiel für die Metallteilchen kann die Legierung verwendet werden, die aus Metallmaterialien wie etwa Nichrom, Manganin®, Zeranin®, Kupfernickel und so weiter ausgewählt ist. Insbesondere von dem Standpunkt des Sicherstellens des Widerstandswertes des Widerstandsmaterials aus wird bevorzugt Nichrom verwendet. Außerdem wird von dem Standpunkt des Sicherstellens der Verarbeitbarkeit aus bevorzugt Manganin® verwendet. Wie oben beschrieben, wird es bevorzugt, die Metallteilchen, die das Widerstandsmaterial 11a bilden, durch Verwenden des Metallmaterials zu bilden, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Nichrom, Kupfermangan und Kupfernickel besteht.
Nichrom, das oben beschrieben ist, ist eine Ni-Cr-Legierung oder die Legierung, die die Ni-Cr-Legierung als die Hauptkomponente enthält, Kupfermangan ist eine Cu-Mn-Legierung oder die Legierung, die die Cu-Mn-Legierung als die Hauptkomponente enthält, und Kupfernickel ist eine Cu-Ni-Legierung oder die Legierung, die die Cu-Ni-Legierung als die Hauptkomponente enthält. In dem Vorhergehenden ist Manganin® eine Cu-Mn-Ni-Legierung oder die Legierung, die die Cu-Mn-Ni-Legierung als die Hauptkomponente enthält, und ist Zeranin® eine Cu-Mn-Sn-Legierung, die die Cu-Mn-Sn-Legierung als die Hauptkomponente enthält.
Außerdem ist es von dem Standpunkt des Sicherstellens der Strompfade in dem Widerstandsmaterial 11a für den Anteil (Gehalt) der Metallteilchen vorteilhaft, dass der Gehalt der Metallteilchen höher als oder gleich 30 Vol.-% basierend auf dem Gemisch aus den Metallteilchen, der isolierenden Teilchen und dem Additiv, die das Widerstandsmaterial 11a bilden, eingestellt wird. Außerdem ist es von dem Standpunkt des Erhöhens des spezifischen Widerstands des Widerstandsmaterials 11a derart, dass er höher als der spezifische Widerstand der Metallteilchen selbst ist, vorteilhaft, dass der Gehalt der Metallteilchen niedriger als 80 Vol.-% basierend auf dem Gemisch eingestellt wird.
<Isolierende Teilchen>
Ein keramisches Material mit einer überlegenden Wärmebeständigkeit zusätzlich zu der elektrisch isolierenden Eigenschaft kann als die isolierenden Teilchen verwendet werden, die das Widerstandsmaterial 11a bilden. Zum Beispiel kann von dem Standpunkt des Unterdrückens der Bildung eines Risses in einem Verbindungsteil durch thermische Belastung als das keramische Material das keramische Material verwendet werden, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Aluminiumnitrid (AIN), Siliciumnitrid (Si₃N₄) und Zirconiumoxid (ZrO₂) besteht. Nachfolgend werden Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid als „Aluminiumoxid“ (Alumina) bzw. „Aluminiumnitrid“ bezeichnet.
Unter den oben beschriebenen keramischen Materialien wird es von dem Standpunkt des Sicherstellens der Wärmedissipation und der Wärmezyklusbeständigkeit bevorzugt, Aluminiumoxid zu verwenden, das weithin als ein isolierendes Material verwendet wird. Außerdem wird für eine Anwendung, bei der eine hohe Wärmedissipation notwendig ist, bevorzugt, Aluminiumnitrid, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist, zu verwenden und für eine Anwendung, bei der eine höhere Wärmezyklusbeständigkeit notwendig ist, wird bevorzugt Siliciumnitrid verwendet.
<Additiv>
Ein Modifikator zum Erhöhen des spezifischen Widerstands des Widerstandsmaterials 11a und zum Verringern eines Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR: Temperature Coefficient of Resistance) des Widerstandsmaterials 11a wird zu dem Widerstandsmaterial 11a hinzugefügt. Der TCR ist ein Indikator, der eine Änderungsrate des Widerstandswertes zusammen mit der Änderung der Temperatur des Widerstandsmaterials 11a angibt. In dem Shunt-Widerstand gibt es eine Tendenz, dass der Erfassungsfehler zusammen mit der Zunahme des Absolutwertes des TCR erhöht wird.
Als das Additiv, das das Widerstandsmaterial 11a bildet, wird Titanoxid (TiO₂) mit einer isolierenden Eigenschaft und besseren Dispergierbarkeit und chemischer Stabilität verwendet. Durch das Verwenden von Titanoxid werden die Variation und Reduzierung der Reproduzierbarkeit der Widerstandscharakteristik des Widerstandsmaterials 11a unterdrückt. Die vorliegenden Erfinder nehmen an, dass der Grund hierfür darin besteht, dass Titanoxid einfach in einem Metallkörper dispergiert wird, der durch die miteinander in Kontakt gebrachten Metallteilchen gebildet wird, weil Titanoxid eine geringe Reaktivität mit den Metallteilchen aufweist, die aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus Nichrom, Kupfermangan und Kupfernickel besteht.
Außerdem weist Titanoxid eine Eigenschaft auf, dass sein Widerstandswert abnimmt, wenn seine Temperatur von Raumtemperatur erhöht wird. Wenn Titanoxid in dem Widerstandsmaterial 11a dispergiert wird, wird der TCR des Widerstandsmaterials 11a insgesamt verringert.
Um den TCR des Widerstandsmaterials 11a effektiv zu reduzieren, wird es bevorzugt, Titanoxid zu dem Widerstandsmaterial hinzuzufügen, wobei das Volumenverhältnis (Besetzung) der isolierenden Teilchen höher als das Volumenverhältnis der Metallteilchen ist. Durch das Hinzufügen einer gewissen Menge von Titanoxid zu einem solchen Widerstandsmaterial wird das Volumenverhältnis von Titanoxid relativ zu den Metallteilchen erhöht und dadurch wird der TCR des Widerstandsmaterials 11a wahrscheinlich reduziert. Dadurch wird die Stabilität der Widerstandscharakteristik des Widerstandsmaterials 11a verbessert.
Wie oben beschrieben, wird es durch Dispergieren von Titanoxid in das Widerstandsmaterial 11a möglich, den TCR des Widerstandsmaterials 11a so anzupassen, dass er in einen Bereich von größer als oder gleich -200 ppm bis kleiner als oder gleich 50 ppm, eingeschlossen, fällt, während die Reproduzierbarkeit der Widerstandscharakteristik sichergestellt wird. In dem Vorhergehenden ist der Grund dafür, warum der Absolutwert des unteren Grenzwertes größer als der obere Grenzwert für den Bereich des TCR ist, dass der TCR des Widerstands 1 insgesamt durch die Elektroden 21 und 22 zunimmt, die auf den Widerstandskörper 11 gestapelt sind. Daher wird der untere Wert für den unteren Grenzwert des TCR eingestellt, indem die zu erhöhende Menge berücksichtigt wird.
Für den Anteil an Titanoxid mit Bezug auf das Widerstandsmaterial 11a ist es von dem Standpunkt der Variation und Reproduzierbarkeit der Widerstandscharakteristik des Widerstandsmaterials 11a bevorzugt, dass der Gehalt an Titanoxid geringer als oder gleich 3 Vol.-% basierend auf dem Gemisch eingestellt wird. Außerdem ist es von dem Standpunkt einer Durchführbarkeit bei der Handhabung von Pulver während einer Wägeanpassung bevorzugt, dass der Gehalt von Titanoxid höher als oder gleich 0,5 Vol.-% eingestellt wird.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Widerstands 1 einfach unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Herstellungsverfahren des Widerstands 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht.
Das Widerstandsmaterial 11a mit einer Scheibenform und einem Elektrodenmaterial 21a und einem Elektrodenmaterial 22a jeweils mit einer Scheibenform wird zuerst vorbereitet. Das Elektrodenmaterial 21a und das Elektrodenmaterial 22a werden aus dem Metallmaterial mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeitseigenschaft, wie etwa zum Beispiel Kupfer (Cu), gebildet.
Wie in 3(a) gezeigt, werden das scheibenförmige Elektrodenmaterial 21a, das scheibenförmige Widerstandsmaterial 11a und das scheibenförmige Elektrodenmaterial 22a in dieser Reihenfolge gestapelt. Dementsprechend werden gestapelte Materialien durch Verwenden von zum Beispiel einem Druckschweißprozess, einem Sinterprozess oder dergleichen verbunden und dadurch wird eine gestapelte Struktur 1a gebildet, wie in 3(b) gezeigt ist.
Anschließend wird, wie in 3(c) gezeigt, die gestapelte Struktur 1a zu einzelnen Stücke verarbeitet, indem sie durch Verwenden einer Verarbeitung, wie etwa Stanzen, in kreisförmige Formen gestanzt wird. Dadurch werden die scheibenförmigen Widerstände 1 wie in 3(d) gezeigt gebildet.
Obwohl der Widerstand 1 mit der Scheibenform gebildet ist, kann bei dieser Ausführungsform der Widerstand 1 mit einer polygonalen Form, wie etwa einer dreieckigen oder rechteckigen, gebildet werden. Das Herstellungsverfahren zum Bilden des Widerstands 1 mit einer rechteckigen Plattenform wird nachfolgend beschrieben.
4 ist ein Diagramm zum Erklären eines anderen Beispiels für das Herstellungsverfahren des Widerstands 1 bei dieser Ausführungsform. In 4(a) bis 4(b) gezeigte Schritte sind die gleichen wie die in 3(a) bis 3(b) gezeigten Schritte.
Nachdem die gestapelte Struktur 1a gebildet wurde, wie in 4(b) gezeigt, wird, wie in 4(c) gezeigt, die gestapelte Struktur 1a zu einzelnen Stücke verarbeitet, indem sie durch Verwenden einer Verarbeitung, wie etwa Zerteilen, in rechteckige Formen geschnitten wird. Dadurch werden, wie in 4(d) gezeigt, die rechteckigen plattenförmigen Widerstände 1 gebildet.
Als Nächstes wird das Herstellungsverfahren des Widerstandsmaterials 11a bei dieser Ausführungsform beschrieben.
Das Herstellungsverfahren des Widerstandsmaterials 11a beinhaltet einen Vermischungsschritt zum Vermischen eines Metallpulvers zum Bilden der Metallteilchen für das Widerstandsmaterial 11a, eines isolierenden Pulvers zum Bilden der isolierenden Teilchen für das Widerstandsmaterial 11a und eines Pulvers aus Titanoxid, das als das Additiv dient. Des Weiteren weist dieses Herstellungsverfahren einen Sinterschritt zum Sintern des vermischten Pulvers auf, das durch das Vermischen in dem Vermischungsschritt erhalten wurde, bei einer vorbestimmten Temperatur, während ein Druck durch uniaxiales Pressen ausgeübt wird.
In dem Vermischungsschritt wird es bevorzugt, das Metallpulver mit dem Schmelzpunkt niedriger als der Schmelzpunkt des isolierenden Pulvers zu verwenden und zu granulieren, so dass die Teilchengröße des Metallpulvers kleiner als oder gleich der Teilchengröße des isolierenden Pulvers wird.
In diesem Fall wird es bevorzugt, die Granulierung derart durchzuführen, dass nach der Granulierung die durchschnittliche Teilchengröße des Metallpulvers in den Bereich von größer als oder gleich 0,5 µm bis kleiner oder gleich 20 µm fällt. Außerdem wird es bevorzugt, die Granulierung derart durchzuführen, dass die durchschnittliche Teilchengröße des isolierenden Pulvers in den Bereich von größer als oder gleich 0,1 µm bis kleiner oder gleich 10 µm fällt. Als das Metallpulver nach der Granulierung werden bevorzugt Teilchen verwendet, deren Aspektverhältnis in den Bereich von größer als oder gleich 1,0 und kleiner oder gleich 2,0 fällt.
Des Weiteren können als ein Titanoxidpulver Teilchen, deren durchschnittliche Teilchengröße kleiner oder gleich der durchschnittlichen Teilchengröße des Metallpulvers (größer als oder gleich 0,5 µm und kleiner als oder gleich 20 µm) ist, verwendet werden. Von dem Standpunkt des Unterdrückens der Variation der Widerstandscharakteristik, während die Dispergierbarkeit in das Widerstandsmaterial 11a, wie das Titanoxidpulver, sichergestellt wird, ist es vorteilhaft, Teilchen zu verwenden, deren durchschnittliche Teilchengröße nach der Granulierung in den Bereich von mehr als oder gleich 0,01 µm (10 nm) bis kleiner als oder gleich 0,5 µm (500 nm) fällt.
In dem Sinterschritt wird zum Beispiel das vermischte Pulver dem Pressen unterzogen, indem der Druck innerhalb eines Behälters des vermischten Pulvers reduziert wird. Wenn der Druck zum Pressen des vermischten Pulvers (Pressdruck) erhöht wird, wird der spezifische Widerstand des Widerstandsmaterials 11a verringert, jedoch werden die Strompfade, durch die der Strom fließen kann, tendenziell in dem Widerstandsmaterial 11a mit größerer Wahrscheinlichkeit sichergestellt.
Daher wird in dem Sinterschritt der Pressdruck bevorzugt auf einen höheren Wert eingestellt. Außerdem ist eine vorbestimmte Temperatur (Sintertemperatur) die Temperatur niedriger als der Schmelzpunkt des Metallpulvers und es ist vorteilhaft, dass die vorbestimmte Temperatur auf eine Temperatur eingestellt wird, die um etwa 15 % niedriger als der Schmelzpunkt des Metallpulvers ist.
Durch das Durchführen des Vermischungsschrittes und des Sinterschrittes, die oben beschrieben sind, ist es möglich, das Widerstandsmaterial 11a geeignet herzustellen. Die Kristallstruktur des Pulvers aus Titanoxid ist nicht speziell beschränkt und sie kann eine Rutilstruktur, eine Anastasestruktur oder eine Brookitstruktur (ein orthorhombischer Kristall) sein. Unabhängig von der Kristallstruktur des zu verwendenden Titanoxids wird die Kristallstruktur von Titanoxid nach dem Sintern zu der Rutilstruktur.
Als Nächstes werden operative Vorteile des Widerstandsmaterials 11 a bei dieser Ausführungsform beschrieben.
Gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet das Widerstandsmaterial 11a zum Erfassen des Stroms Folgendes: die Metallteilchen, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Nichrom, Kupfermangan und Kupfernickel besteht; die isolierenden Teilchen, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid und Zirconiumoxid besteht; und Titanoxid.
Nichrom, Kupfermangan und Kupfernickel, die oben beschrieben sind, sind Legierungen, die zum Erfassen des Stroms verwendet werden, und eine Änderung des Widerstandswertes, die durch die Änderung der Temperatur davon selbst verursacht wird, ist relativ klein. Daher ist es durch Verwenden dieser Legierungen für das Widerstandsmaterial 11a möglich, den Widerstandswert sicherzustellen, der für das einfache Erfassen des Stroms erforderlich ist, und die Zunahme des TCR zu erhöhen.
Außerdem sind Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid und Zirconiumoxid, die oben beschrieben sind, die keramischen Materialien und sie aufgrund des niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten werden als Materialien für ein Substrat verwendet. Dementsprechend kann durch Verwenden von diesen als die isolierenden Teilchen bewirkt werden, dass sich die thermische Belastung des Widerstandskörpers 11 des Widerstandsmaterials 11a der thermischen Belastung des Substrats annähert, und dadurch ist es möglich, eine Bildung des Risses aufgrund des Wärmezyklus zwischen dem Widerstandskörper 11 und dem Substrat zu unterdrücken.
Weil das oben beschriebene Titanoxid einen höheren Schmelzpunkt als die Metallteilchen aufweist, neigt das Titanoxid des Weiteren dazu, nicht mit den Metallteilchen zu reagieren, und daher ist es möglich, Titanoxid in das Widerstandsmaterial 11a zu dispergieren. Dementsprechend ist es möglich, die Variation der Widerstandscharakteristik des Widerstandsmaterials 11a zu unterdrücken.
Wie oben beschrieben, wird durch Dispergieren von Titanoxid mit der isolierenden Eigenschaft in das Widerstandsmaterial 11a der spezifische Widerstand des Widerstandsmaterials 11a erhöht und gleichzeitig kann die Variation der Widerstandscharakteristik des Widerstandsmaterials 11a unterdrückt werden. Weil Titanoxid eine solche Eigenschaft aufweist, dass der Strom bei der erhöhten Temperatur einfacher hindurch fließen kann, ist es des Weiteren möglich, den TCR des Widerstandsmaterials 11a als Ganzes zu reduzieren.
Daher ist es durch Konfigurieren des Widerstandsmaterials 11a, wie oben beschrieben, möglich, den spezifischen Widerstand des Widerstandsmaterials 11a zu erhöhen und die Fluktuation des Widerstandswertes des Widerstandsmaterials 11a steuerbar zu machen.
Außerdem nehmen gemäß dieser Ausführungsform die vorliegenden Erfinder an, dass das Widerstandsmaterial 11a eine Struktur aufweist, bei der die isolierenden Teilchen durch den Metallkörper eingeschlossen sind, der durch die Metallteilchen gebildet wird, die miteinander in Kontakt gebracht werden, und in dem Titanoxid wenigstens in dem Metallkörper dispergiert ist.
Die vorliegenden Erfinder nehmen ferner an, dass, weil die isolierenden Teilchen von dem Metallkörper umgeben sind, der Metallkörper mit einem dreidimensionalen Netz gebildet wird, so dass die isolierenden Teilchen eingeschlossen werden. Daher wird angenommen, dass die Stromdurchgänge sichergestellt werden und die Variation der Widerstandscharakteristik in dem Widerstandsmaterial 11a unterdrückt wird und außerdem eine Unterbrechung der Strompfade aufgrund der Temperaturänderung, Anlegung einer hohen Spannung oder dergleichen mit geringerer Wahrscheinlichkeit verursacht wird und somit die Widerstandscharakteristik des Widerstandsmaterials 11a mit größerer Wahrscheinlichkeit stabilisiert wird.
Außerdem ist es, weil Titanoxid mit der isolierenden Eigenschaft darin dispergiert ist, auch in dem Metallkörper, der die Strompfade in dem Widerstandsmaterial 11a bildet, möglich, den spezifischen Widerstand des Widerstandsmaterials 11a zu erhöhen und zur gleichen Zeit die Variation der Widerstandscharakteristik zu unterdrücken. Weil die Menge der Zunahme des Widerstandswertes der Metallteilchen für das Widerstandsmaterial 11a zusammen bei der Zunahme der Temperatur größer als jene der isolierenden Teilchen ist, ist es durch Dispergieren von Titanoxid, dessen Widerstandswert bei einer Zunahme der Temperatur abnimmt, möglich, den TCR des Widerstandsmaterials 11a sicher zu reduzieren.
Weil Titanoxid in den Metallkörper dispergiert wird, dessen Widerstandswert mit der Temperaturänderung fluktuiert, ist es daher durch Verwenden von Titanoxid möglich, den spezifischen Widerstand in dem Widerstandsmaterial 11a zu erhöhen, während der TCR effektiv reduziert wird.
Außerdem ist es gemäß dieser Ausführungsform vorteilhaft, das Widerstandsmaterial 11a zu verwenden, in dem das Volumenverhältnis der isolierenden Teilchen größer als oder gleich dem Volumenverhältnis der Metallteilchen ist. Dadurch wird der Anteil an Titanoxid in dem Widerstandsmaterial 11a relativ zu den Metallteilchen erhöht und dadurch ist es möglich, den TCR und den spezifischen Widerstand des Widerstandsmaterials 11a effektiver zu steuern. Falls zum Beispiel der TCR und der spezifische Widerstand des Widerstandsmaterials 11a selbst mit einer kleinen Menge an Titanoxid sichergestellt werden können, wird es möglich, die Menge an hinzuzufügendem Titanoxid zu reduzieren.
Außerdem ist es gemäß dieser Ausführungsform vorteilhaft, dass der Anteil (Gehalt) an Titanoxid mit Bezug auf das Widerstandsmaterial 11a niedriger als oder gleich 3 Vol.-% basierend auf dem Gemisch eingestellt wird. Dadurch ist es möglich, die Variation des TCR und des spezifischen Widerstands des Widerstandsmaterials 11a zu unterdrücken.
Außerdem wird es gemäß dieser Ausführungsform durch Bilden des jeweiligen Materials 11a durch Verwenden der isolierenden Teilchen, der Metallteilchen und der Teilchen aus Titanoxid möglich, den TCR des Widerstandsmaterials 11a so zu steuern, dass er in einen Bereich von größer als oder gleich -200 ppm bis kleiner als oder gleich 50 ppm, eingeschlossen, fällt. Dadurch kann die Fluktuation des Widerstandswerts zusammen mit der Temperaturänderung des Widerstandsmaterials 11a unterdrückt werden und es ist daher möglich, eine Abnahme einer Erfassungsgenauigkeit während des Erfassens des Stroms unter Verwendung des Widerstands 1, der durch Verwenden des Widerstandsmaterials 11a gebildet wird, zu unterdrücken.
Außerdem wird gemäß dieser Ausführungsform das Widerstandsmaterial 11a aus dem gesinterten Körper gebildet, der aus den isolierenden Teilchen, den Metallteilchen und Titanoxid gebildet wird. Weil der gesinterte Körper durch Vermischen und Sintern des Metallpulvers, des isolierenden Pulvers und des Titanoxidpulvers gebildet wird, ist es möglich, Titanoxid in den isolierenden Teilchen und den Metallteilchen des Widerstandsmaterials 11a zu dispergieren.
Außerdem weist gemäß dieser Ausführungsform der Widerstand 1 den Widerstandskörper 11 auf, der aus dem oben beschriebenen Widerstandsmaterial 11a und den zwei Elektroden 21 und 22 gebildet wird, die den Widerstandskörper 11 sandwichartig dazwischen einschließen. Weil der Widerstandskörper 11 verwendet wird, der aus dem Widerstandsmaterial 11a gebildet wird, in dem Titanoxid dispergiert ist, ist es mit einer solchen Konfiguration möglich, den Widerstand 1 mit einem hohen spezifischen Widerstand und der stabilen Widerstandscharakteristik bereitzustellen.
Außerdem gilt gemäß dieser Ausführungsform bei dem Herstellungsverfahren des Widerstandsmaterials 11a Folgendes: das isolierende Pulver mit der isolierenden Eigenschaft, das Metallpulver mit der elektrisch leitfähigen Eigenschaft und das Titanoxidpulver werden vermischt; das vermischte Pulver wird auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, die niedriger als der Schmelzpunkt des Metallpulvers ist; und in diesem Zustand wird das vermischte Pulver unter Druck gesintert. Dadurch ist es möglich, das Widerstandsmaterial 11a herzustellen, in dem Titanoxid in dem Metallkörper dispergiert ist, der das dreidimensionale Netz bildet, das die isolierenden Teilchen einschließt.
Außerdem wird gemäß dieser Ausführungsform als Titanoxid, das in dem vermischten Pulver enthalten ist, das Pulver mit der durchschnittlichen Teilchengröße verwendet, die kleiner oder gleich der durchschnittlichen Teilchengröße des Metallpulvers ist. Dementsprechend ist es möglich, dass Titanoxid mit einem höheren Grad als die Metallteilchen in dem Widerstandsmaterial 11a dispergiert wird.
Insbesondere ist es vorteilhaft, das Titanoxidpulver mit der durchschnittlichen Teilchengröße größer als oder gleich 10 nm zu verwenden. Dadurch ist es möglich, die Variation des TCR und des spezifischen Widerstands des Widerstandsmaterials 11a zu unterdrücken.
Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zuvor beschrieben wurde, veranschaulicht die oben genannte Ausführungsform lediglich einen Teil von Anwendungsbeispielen der vorliegenden Erfindung und der technische Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll nicht auf die speziellen Konfigurationen der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt sein.
Obwohl zum Beispiel die Flächen und die Dicken der Elektroden 21 und 22 des Widerstands 1 bei der oben genannten Ausführungsform jeweils gleich sind, können die Elektroden 21 und 22 derart gebildet werden, dass die Flächen und/oder Dicken unterschiedlich sind. Außerdem kann in den Elektroden 21 und 22 ein Durchgangsloch gebildet werden.
Außerdem kann ein Verfahren zum Bilden der Elektroden 21 und 22 auf beiden Oberflächen des Widerstandsmaterials 11a einen Plattierungsprozess, einen Vakuumabscheidungsprozess, einen Ionenplattierungsprozess, einen Sputterprozess, einen Gasphasenabscheidungsprozess, einen Kaltsprühprozess oder dergleichen beinhalten.
Beispiel
Als Nächstes wurden Testproben gemäß dem Widerstandsmaterial 11a dieser Ausführungsform vorbereitet und Auswertungen der Widerstandscharakteristik des Widerstandsmaterials 11a und der Struktur davon wurden durch Durchführen verschiedener Messungen durchgeführt. Nachfolgend werden ein Vorbereitungsverfahren der Testproben und die Auswertung davon beschrieben.
[Vorbereitung einer Testprobe zur Auswertung der Widerstandscharakteristik]
<Beispiele 1 bis 3>
Als das isolierende Pulver zum Vorbereiten des Widerstandsmaterials 11a wurde ein Pulver aus Aluminiumoxid [ALM-41-01 von Sumitomo Chemical Company, Limited] verwendet. Außerdem wurde ein Pulver aus Nichrom [ein Pulver (D50) mit der Teilchengröße von 6 µm, das durch Produzieren von Evanome^® durch einen Atomisierungsprozess erhalten wird] als das Metallpulver zum Vorbereiten des Widerstandsmaterials 11a verwendet.
Außerdem wurden als das Titanoxidpulver zum Vorbereiten des Widerstandsmaterials 11a ein Pulver mit einer Teilchengröße von 20 nm [Aeroxide^® Ti02 P25 von NIPPON AEROSIL CO., LTD.] und ein Pulver mit der Teilchengröße von 180 nm [JA-1 von Tayca Corporation] verwendet.
(Vermischung und Granulierung)
Das isolierende Pulver, das Metallpulver und das Titanoxidpulver, die oben beschrieben sind, wurden zuerst gemäß in Tabelle 1 gezeigten Mischungsverhältnissen gewogen und die jeweiligen Pulver wurden nach einer Vermischung bis zum Erhalten einer im Wesentlichen homogenen Mischung durch Verwenden von Mörser und Stößel granuliert.
Durchschnittliche Teilchengrößen der jeweiligen Teilchen in dem dementsprechend granuliertem vermischten Pulver (dem Gemisch) sind wie folgt:

Aluminiumoxidpulver: durchschnittliche Teilchengröße 2,2 µm
Nichrom-Pulver: durchschnittliche Teilchengröße 2,0 µm
Titanoxidpulver: durchschnittliche Teilchengröße 0,02 µm (20 nm)

(Druckbeaufschlagung und Sintern)
Als Nächstes wurde das granulierte vermischte Pulver in eine Kohlenstoffpressform mit einem Durchmesser von 10 mm transferiert und die Kohlenstoffpressform wurde in einem Heißpressofen (Mehrzweckhochtemperaturofen Hi multi^® 5000 von Fuji Dempa Kogyo Co., Ltd.) platziert. In dem Heißpressofen wurde das vermischte Pulver in der Kohlenstoffpressform auf die vorbestimmte Temperatur erwärmt, die niedriger als der Schmelzpunkt von Nichrom war, und in diesem Zustand wurde das vermischte Pulver unter Druck gesintert. Der dementsprechend erhaltene gesinterte Körper mit einer Scheibenform mit dem Durchmesser von 10 mm und der Dicke von 1,8 mm wurde als die Testprobe verwendet.
Heißpressbedingungen wurden wie folgt eingestellt:

Atmosphäre: 20 Pa oder weniger
Pressdruck: 0,8 kN oder mehr und 3,9 kN oder weniger
Sintertemperatur: 900 °C oder mehr und 1300 °C oder weniger
Haltezeit: 5 min oder mehr und 20 min oder weniger

Das Titanoxidpulver mit der durchschnittlichen Teilchengröße von 20 nm wurde verwendet und die Testproben T1 bis T3 aus Beispielen 1 bis 3 wurden durch Ändern der Menge des hinzugefügten Titanoxidpulvers vorbereitet, während ein Verhältnis des Aluminiumoxidpulvers zu dem Nichrom-Pulver in einer 1:1-Beziehung gehalten wurde.
<Beispiele 4 bis 6>
Die gleichen Vorbereitungsbedingungen wie jene für die Beispiele 1 bis 3 wurden eingesetzt, außer dass für Titanoxid das Pulver mit der durchschnittlichen Teilchengröße von 180 nm anstelle des Pulvers mit der durchschnittlichen Teilchengröße von 20 nm verwendet wurde. Unter solchen Bedingungen wurden die Testproben T4 bis T6 aus Beispielen 4 bis 6 durch Ändern der hinzugefügten Menge des Titanoxidpulvers mit der durchschnittlichen Teilchengröße von 180 nm vorbereitet, während ein Verhältnis des Aluminiumoxidpulvers zu dem Nichrom-Pulver in einer 1:1-Beziehung gehalten wurde.
<Vergleichsbeispiel 1>
Eine Testprobe T10 wurde durch Anpassen des Verhältnisses des Aluminiumoxidpulvers zu dem Nichrom-Pulver bei 1:1 ohne Hinzufügen von Titanoxid vorbereitet.
[Vorbereitung einer Testprobe zur Auswertung der Struktur]
<Beispiel 7>
Die Testprobe T1 aus Beispiel 1 wurde verwendet, die als eine Testprobe für die Auswertung der Widerstandseigenschaft vorbereitet wurde.
<Vergleichsbeispiel 2>
Eine Testprobe T11 wurde durch Hinzufügen von nur 5 Vol.-% Zinnoxid anstelle von Titanoxid vorbereitet.
[Auswertungsverfahren]
Folgende Auswertungstests wurden für die wie oben beschrieben erhaltenen Testproben durchgeführt.
<Widerstandscharakteristik>
Berechnung des spezifischen Widerstands
Der Widerstandswert Ra der Testprobe, wenn die Temperatur der Testprobe bei der Referenztemperatur von 25 °C war, wurde gemessen und der spezifische Widerstand wurde gemäß dem folgenden Ausdruck (1) basierend auf dem Widerstandswert Ra berechnet.
$Spezifischer Widerstand (μΩ \cdot cm) = Ra (Ω) \times S ({cm}^{2}) / Th (cm)$
In dem Obigen beträgt die Fläche S 0,25π (cm²) und beträgt die Dicke Th 0,18 (cm).
Messung von TCR (Temperaturkoeffizient des Widerstands)
Der Widerstandswert R der Testprobe, wenn die Temperatur der Testprobe die Testtemperatur von 100 °C erreicht hatte, wurde gemessen und der spezifische Widerstand wurde gemäß dem folgenden Ausdruck (2) basierend auf dem Widerstandswert R und dem oben beschriebenen Widerstandswert Ra bei der Referenztemperatur von 25 °C berechnet.
$TCR (ppm / ° C) = (R - Ra) / Ra \div (T - Ta) \times 10^{6}$
In dem Obigen beträgt die Referenztemperatur Ta 25 °C und beträgt die Testtemperatur T 100 °C. Die Testtemperatur T ist die Temperatur des Widerstands, die erwartet wird, wenn der Widerstand den stationären Zustand erreicht hat.
<Struktur>
Ein Rasterelektronenmikroskop (NB-5000 von Hitachi High-Technologies Corporation) und ein energiedispersiver Röntgenmikroanalysator (eine Erfassungseinheit: Xflash4010, eine Steuereinheit: SEVIII von BRUKER) wurde zum Erlangen von Schnittbildern der Testproben T1, T11 durch eine Element-Mapping-Technik verwendet.
[Auswertungsergebnisse]
Auswertungsergebnisse für die Testproben werden nachfolgend beschrieben.
<Struktur>
5 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Querschnitt der Testprobe T1 zeigt, die als ein Beispiel 7 durch Hinzufügen von nur 1,1 Vol.-% Titanoxid in einem Zustand erhalten wurde, in dem das Verhältnis des Aluminiumoxidpulvers zu dem Nichrom-Pulver 1:1 war. Diese Schnittansicht wird durch Verwenden der Bilder erzeugt, die jeweils für Aluminiumoxid, Nichrom und Titanoxid, die die Testprobe T1 bilden, durch die Element-Mapping-Technik erlangt wurden.
Wie in 5 gezeigt, weist die Testprobe T1 eine Meer-Insel-Struktur auf, die aus Inselteilen, die die Aluminiumoxidteilchen enthalten, die als die isolierenden Teilchen dienen, und Meerteilen, die aus Nichrom-Teilchen gebildet sind, die den Metallkörper bilden, besteht. Es wird angenommen, dass die Meer-Insel-Struktur ähnlich jener in 5 gezeigten selbst dann zu sehen ist, wenn die Testprobe T1 in beliebigen Richtungen geschnitten wird.
Mit anderen Worten wird angenommen, dass in der Testprobe T1 viele Nichrom-Teilchen geschmolzen und dreidimensional um nichtgeschmolzene Aluminiumoxidteilchen herum vereint wurden und dadurch ein Netz aus einem Nichrom-Körper gebildet wurde, so dass das dreidimensionale Netz gebildet wurde.
Es wird angenommen, dass Folgendes gilt: die Titanoxidteilchen sind diskret in dem Nichrom-Körper verteilt, der durch die verbundenen Nichrom-Teilchen und die Aluminiumoxidteilchen gebildet ist; mit anderen Worten ist Titanoxid in den isolierenden Teilchen und dem Metallkörper dispergiert; und selbst wenn Kupfermangan oder Kupfernickel anstelle von Nichrom für den Metallkörper verwendet wird, wird ähnlich dem Fall, in dem Nichrom verwendet wird, keine Reaktion zwischen Titanoxid und dem Metallkörper verursacht und wird Titanoxid dispergiert. Außerdem wird angenommen, dass, selbst wenn Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid oder Zirconiumoxid anstelle der Aluminiumoxidteilchen für die isolierenden Teilchen verwendet wird, Titanoxid ähnlich dem Fall, in dem die Aluminiumoxidteilchen verwendet werden, dispergiert wird.
Es wird angenommen, dass die Titanoxidteilchen eine Tendenz haben, an den Oberflächen der Aluminiumoxidteilchen anzuhaften. Dementsprechend erscheinen, wie in 5 gezeigt, die Titanoxidteilchen derart dispergiert zu sein, dass sie wenigstens Teile der Oberflächen der Aluminiumoxidteilchen umgeben.
6 ist eine Schnittansicht, die einen Querschnitt der Testprobe T11 schematisch zeigt, der als ein Vergleichsbeispiel 2 durch Hinzufügen von Zinnoxid anstelle von Titanoxid erhalten wurde. Diese Schnittansicht wird durch Verwenden der Bilder erzeugt, die jeweils für Aluminiumoxid, Nickel, Chrom und Zinn, die die Testprobe T11 bilden, durch die Element-Mapping-Technik erlangt wurden.
Wie in 6 gezeigt, wird eine Nickelzinnlegierung durch eine Reaktion zwischen Zinn, das aus desoxigeniertem Zinnoxid abgeleitet wird, und Nickel, das aus Nichrom abgeleitet wird, von dem Chrom über eine Reduktionsreaktion separiert wurde, gebildet und elementares Chrom, das von Nichrom separiert wird, wird um die Nickelzinnlegierung herum gebildet. Wie oben beschrieben ist, durchläuft, falls Zinnoxid anstelle von Titanoxid hinzugefügt wird, Zinnoxid die Reaktion mit den Metallteilchen und daher ist Zinnoxid infolgedessen nicht mehr länger dispergiert.
Daher wurde, wie in 5 gezeigt, herausgefunden, dass durch Verwenden von Titanoxid mit einer überlegenden chemischen Stabilität als das Additiv die Metallteilchen und die Titanoxidteilchen keinerlei Reaktionen durchliefen und die Titanoxidteilchen in den isolierenden Teilchen und dem Metallkörper dispergiert wurden.
<Widerstandscharakteristik>
Die Widerstandscharakteristik der Testproben sind in Tabellen 1 und 2 gezeigt.

[Tabelle 1]

Beispiel			Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Vergleichsbeispiel 1
Testprobennummer			T1	T2	T3	T10
Widerstandsmaterial	Mischungsverhältnis [Vol.-%]	Aluminiumoxidpulver	49,45	48,5	47,5	50
		Nichrom-Pulver	49,45	48,5	47,5	50
		Titanoxidpulver mit Teilchengröße 20 nm	1,1	3	5	0
Ergebnisse	Widerstandscharakteristik	TCR[ppm] (25°C→100°C)	0	-200	-800	25
Ergebnisse	Widerstandscharakteristik	Spezifischer Widerstand bei 25°C [µΩ·cm]	1,050	2,300	2,200	710

[Tabelle 2]

Beispiel			Beispiel 4	Beispiel 5	Beispiel 6	Vergleichsbeispiel 1
Testprobennummer			T4	T5	T6	T10
Widerstandsmaterial	Mischungsverhältnis [Vol.-%]	Aluminiumoxidpulver	49,45	48,5	47,5	50
		Nichrom-Pulver	49,45	48,5	47,5	50
		Titanoxidpulver mit Teilchengröße 20 nm	1,1	3	5	0
Ergebnisse	Widerstandscharakteristik	TCR[ppm] ( 25°C→\100°C )	20	0	-600	25
Ergebnisse	Widerstandscharakteristik	Spezifischer Widerstand bei 25°C [µΩ·cm]	1,100	1,500	2,000	710

Tabelle 1 wird zuerst beschrieben. Tabelle 1 zeigt die Widerstandscharakteristiken der Testproben T1 bis T3, die unter Verwendung des Titanoxidpulvers mit der durchschnittlichen Teilchengröße von 20 nm vorbereitet wurden, und die Widerstandscharakteristik der Testprobe T10, die als ein Vergleichsbeispiel 1 dient und ohne Hinzufügen des Titanoxidpulvers vorbereitet wurde.
Gemäß den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen für den TCR war der TCR der Testprobe T1, in der die Menge an hinzugefügtem Titanoxid (der Gehalt) 1,1 Vol.-% betrug, „0“ und war um „25“ niedriger als der TCR der Testprobe T10. Der TCR der Testprobe T2, in der die Menge an hinzugefügtem Titanoxid 3 Vol.-% betrug, war „-200“ und war um „225“ niedriger als der TCR der Testprobe 10.
Wie oben beschrieben, wurde herausgefunden, dass es eine Tendenz gab, dass der TCR mit zunehmender Menge an hinzugefügtem Oxid reduziert wurde. Es wird angenommen, dass der Grund hierfür die Tendenz ist, dass, weil Titanoxid eine solche Eigenschaft aufweist, dass sein Widerstandswert bei zunehmender Temperatur abnimmt, bei zunehmendem Anteil an Titanoxid in den Testproben T1 bis T3 ein Grad an Beiträgen der oben beschriebenen Eigenschaft von Titanoxid zu den TCRs der Testproben T1 bis T3 zunahm.
Für die Abnahme des TCR wird angenommen, dass die Abnahme des TCR die ähnliche Tendenz zu den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen zeigt, weil die Titanoxidteilchen die Tendenz haben, in den Aluminiumoxidteilchen und dem Nichrom-Körper, wie in 5 gezeigt, dispergiert zu werden, selbst wenn das Verhältnis des Aluminiumoxidpulvers zu dem Nichrom-Pulver zum Beispiel von 1:1 zu 7:3 geändert wird.
Wie oben beschrieben, wird es durch Ändern der Menge an hinzugefügtem Titanoxid möglich, den TCR so zu steuern, dass er in einen Gestaltungsbereich von größer als oder gleich -200 ppm bis kleiner als oder gleich 50 ppm fällt, und von dem Standpunkt des Sicherstellens der Erfassungsgenauigkeit des Stroms ist es möglich, zu ermöglichen, dass der TCR des Widerstands mit dem Paar von Elektroden in einen gewünschten Gestaltungsbereich fällt.
Andererseits wurde herausgefunden, dass es eine Tendenz gab, dass die Variation des TCR bei zunehmender Menge an hinzugefügtem Titanoxid zunimmt, und, wenn die Menge an hinzugefügtem Titanoxid 5 Vol.-% betrug, wurde die Variation des TCR zu groß.
Es wird angenommen, dass der Grund hierfür ist, dass bei zunehmender Menge an hinzugefügtem Titanoxid ein Anteil an Teilen, wo die Strompfade durch Titanoxidteilchen in dem Nichrom-Körper des dreidimensionalen Netzes unterbrochen werden, mit größerer Wahrscheinlichkeit fluktuiert. Um die Variation des TCR zu unterdrücken, ist es daher vorteilhaft, zu bewirken, dass Menge an hinzugefügtem Titanoxid derart ist, dass sie kleiner als oder gleich 3 Vol.-% ist.
Außerdem war gemäß den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen für den spezifischen Widerstand war der spezifische Widerstand der Testprobe T1, in der die Menge an hinzugefügtem Titanoxid 1,1 Vol.-% betrug, „1050“ und war um „340“ höher als der spezifische Widerstand der Testprobe T10. Des Weiteren war der spezifische Widerstand der Testprobe T2, in der die Menge an hinzugefügtem Titanoxid auf 3 Vol.-% erhöht wurde, „2300“ und war um „1590“ niedriger als der spezifische Widerstand der Testprobe T10. Der Wert des spezifischen Widerstands war im Wesentlichen der gleiche wie der spezifische Widerstand des Widerstandsmaterials, in dem Titanoxid nicht hinzugefügt wurde, und das Verhältnis des Aluminiumoxidpulvers zu dem Nichrom-Pulver betrug 6:4.
Wie oben beschrieben, wurde herausgefunden, dass es eine Tendenz gab, dass der spezifische Widerstand mit zunehmender Menge an hinzugefügtem Oxid zunahm. Es wird angenommen, dass der Grund hierfür ist, dass bei Zunahme der Menge an hinzugefügtem Titanoxid mit einem höheren spezifischen Widerstand als der Metallkörper erhöht wird, die Anzahl an Titanoxidteilchen, die in dem Nichrom-Körper dispergiert sind, zunimmt und es daher schwieriger für den Strom wird, durch den Nichrom-Körper zu fließen, und somit wird der spezifische Widerstand erhöht.
Für die Menge der Zunahme des spezifischen Widerstands wird angenommen, dass durch Erhöhen des Volumenverhältnisses des Aluminiumoxidpulvers derart, dass es höher als das Volumenverhältnis des Nichrom-Körpers ist, der Anteil des Nichrom-Körpers in dem Widerstandsmaterial 11a reduziert wird und dadurch die Menge einer Zunahme des spezifischen Widerstands höher als die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse wird.
Außerdem wurde herausgefunden, dass, ähnlich der Variation des TCR, es eine Tendenz gab, dass die Variation des spezifischen Widerstands bei zunehmender Menge an hinzugefügtem Titanoxid zunimmt, und dass die Variation des spezifischen Widerstands für die Testprobe T3 zu groß wurde, in der die Menge an hinzugefügtem Titanoxid 5 Vol.-% betrug.
Als Nächstes werden die in Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse beschrieben. In Tabelle 2 sind im Gegensatz zu dem Fall für Tabelle 1 die Widerstandscharakteristiken der Testproben T4 bis T6 gezeigt, die durch Verwenden des Titanoxidpulvers mit der durchschnittlichen Teilchengröße 180 nm vorbereitet wurden.
Gemäß den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen wurde für den TCR, ähnlich dem Fall für Tabelle 1, herausgefunden, dass, obwohl die Tendenz beibehalten wurde, dass der TCR mit zunehmender Menge an hinzugefügtem Titanoxid reduziert wurde, die Menge einer Reduzierung des TCR im Vergleich zu dem Fall für Tabelle 1 kleiner wurde. Es wird angenommen, dass der Grund hierfür ist, dass durch Erhöhen der durchschnittlichen Teilchengröße der Titanoxidteilchen von 20 nm auf 180 nm die Dispergierbarkeit von Titanoxid verringert wird und somit der Beitrag der Eigenschaft von Titanoxid verringert wurde.
Außerdem wurde herausgefunden, dass, obwohl es eine Tendenz gab, dass die Variation des TCR mit zunehmender Menge an hinzugefügten Titanoxid zunahm, die Variation selbst des TCR im Vergleich zu dem Fall für Tabelle 1 kleiner war. Es wird angenommen, dass der Grund hierfür ist, dass bei Abnahme der Dispergierbarkeit von Titanoxid die Anzahl an Teilen, in denen die Strompfade in dem Nichrom-Körper durch die Titanoxidteilchen unterbrochen werden, reduziert werden.
Außerdem war gemäß den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen für den spezifischen Widerstand, ähnlich dem Fall für Tabelle 1, die Menge einer Zunahme des spezifischen Widerstands im Vergleich zu dem Fall für Tabelle 1 kleiner, obwohl es eine Tendenz gab, dass der spezifische Widerstand mit Zunahme der Menge des hinzugefügten Titanoxids zunimmt. Außerdem wurde herausgefunden, dass, obwohl es eine Tendenz gab, dass die Variation des spezifischen Widerstands mit zunehmender Menge an hinzugefügten Titanoxid zunahm, die Variation selbst des spezifischen Widerstands im Vergleich zu dem Fall für Tabelle 1 kleiner war.
Wie oben beschrieben, ist es möglich, den spezifischen Widerstand zu erhöhen und zur gleichen Zeit den TCR zu reduzieren, selbst wenn die durchschnittliche Teilchengröße des Titanoxidpulvers von 20 nm auf 180 nm erhöht wird. Obwohl die Menge einer Reduzierung des TCR und die Menge der Zunahme des spezifischen Widerstands kleiner ist, ist es außerdem möglich, die Variationen für sowohl den TCR als auch den spezifischen Widerstand zu reduzieren.
Obwohl das Titanoxidpulver mit der durchschnittlichen Teilchengröße von 180 nm für die in Tabelle 2 gezeigten Beispiele verwendet wurde, wird angenommen, dass die Dispergierbarkeit von Titanoxid sichergestellt werden kann, so lange die durchschnittliche Teilchengröße des Titanoxidpulvers kleiner als oder gleich der durchschnittlichen Teilchengröße des Nichrom-Pulvers ist.
Durch Einstellen der durchschnittlichen Teilchengröße des Titanoxidpulvers derart, dass sie kleiner als oder gleich der durchschnittlichen Teilchengröße des Metallpulvers ist, ist es daher möglich, den spezifischen Widerstand zu erhöhen und zur gleichen Zeit den TCR in dem Widerstandsmaterial 11a zu reduzieren, während die Variation unterdrückt wird. Es wird angenommen, dass die Menge einer Reduzierung des TCR und die Menge einer Zunahme des spezifischen Widerstands reduziert werden, wenn sich die durchschnittliche Teilchengröße des Titanoxidpulvers der durchschnittlichen Teilchengröße des Metallpulvers annähert.
Außerdem wurde das Titanoxidpulver mit der durchschnittlichen Teilchengröße von 20 nm in den in Tabelle 1 gezeigten Beispielen 1 bis 3 verwendet. Es wird jedoch angenommen, dass, selbst wenn das Titanoxidpulver mit der durchschnittlichen Teilchengröße von 10 nm verwendet wird, der Einfluss auf die Dispergierbarkeit von Titanoxid klein ist und die Ergebnisse ähnlichen jenen in Tabelle 1 gezeigten erhalten werden.
Durch Einstellen der durchschnittlichen Teilchengröße des Titanoxidpulvers derart, dass sie größer als oder gleich 10 nm ist, wird es daher keine Notwendigkeit geben, das Titanoxidpulver mit einer übermäßig kleinen Teilchengröße vorzubereiten, und daher ist es möglich, den spezifischen Widerstand zu erhöhen und den TCR in dem Widerstandsmaterial 11a zu reduzieren, während Herstellungskosten reduziert werden.
Aus den oben beschriebenen Ergebnissen wurde herausgefunden, dass es durch Konfigurieren des Widerstandsmaterials 11a durch Verwenden der isolierenden Teilchen, der Metallteilchen und der Titanoxidteilchen möglich ist, eine stabile Widerstandscharakteristik durch Erhöhen des spezifischen Widerstands und durch Reduzieren des TCR in dem Widerstandsmaterial 11a zu erhalten.
Bei den oben beschriebenen Beispielen 1 bis 6 wurde Nichrom als die Metallteilchen verwendet; jedoch ist es, selbst wenn eine Legierung verwendet wird, die aus einer aus Kupfermangan und Kupfernickel anderer Typen bestehenden Gruppe ausgewählt wird, möglich, das ähnliche Herstellungsverfahren zum Bilden des Widerstandsmaterials 11a einzusetzen. Des Weiteren ist für den Gehalt der Legierung von dem Standpunkt des Sicherstellens aus, dass der spezifische Widerstand höher als jener der Legierung selbst ist, während Funktionen als der Widerstandskörper beibehalten werden, das Verhältnis bevorzugt größer als oder gleich 30 Vol.-% und kleiner als oder gleich 80 Vol.-%.
Außerdem wurde Aluminiumoxid als die isolierenden Teilchen verwendet; jedoch wird angenommen, dass, selbst wenn ein Keramikpulver verwendet wird, das aus einer aus Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid und Zirconiumoxid bestehenden Gruppe ausgewählt wird, die ähnliche Widerstandscharakteristik erhalten wird.
Außerdem wurden bei den oben beschriebenen Beispielen 1 bis 6 nur das Nichrom-Pulver, das Aluminiumoxidpulver und das Titanoxidpulver für das Widerstandsmaterial 11a zum Bilden der Testproben T1 bis T4 verwendet; jedoch kann auch der Modifikator zum Verbessern der Widerstandscharakteristik hinzugefügt werden. Außerdem wurden bei den oben beschriebenen Beispielen 1 bis 6 die Metallteilchen als das Matrixmaterial verwendet; jedoch können die isolierenden Teilchen auch als das Matrixmaterial verwendet werden.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht eine Priorität basierend auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-072722 , eingereicht am 5. April 2019 beim japanischen Patentamt, deren Inhalte hiermit durch Bezugnahme aufgenommen sind. Erklärung der Referenzen [0127]

1: Widerstand
11: Widerstandskörper
11a: Widerstandsmaterial

21, 22: Elektrode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2012001402 A [0002]
JP 2019072722 [0123]

Claims

Widerstandsmaterial, das zum Erfassen eines Stroms ausgebildet ist und Folgendes umfasst: Metallteilchen, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Nichrom, Kupfermangan und Kupfernickel besteht; isolierende Teilchen, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid und Zirconiumoxid besteht; und Titanoxid.
Widerstandsmaterial nach Anspruch 1, wobei die isolierenden Teilchen durch einen Metallkörper umgeben sind, wobei der Metallkörper durch die Metallteilchen gebildet ist, die in Kontakt miteinander gebracht werden; und das Titanoxid wenigstens in dem Metallkörper dispergiert ist.
Widerstandsmaterial nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein Volumenverhältnis der isolierenden Teilchen größer als oder gleich einem Volumenverhältnis der Metallteilchen ist.
Widerstandsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Verhältnis des Titanoxids zu dem Widerstandsmaterial kleiner als oder gleich 3 Vol.-% ist.
Widerstandsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Temperaturkoeffizient des Widerstands größer als oder gleich -200 ppm und kleiner als oder gleich 50 ppm ist.
Widerstandsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Widerstandsmaterial ein gesinterter Körper ist, der aus den Metallteilchen, den isolierenden Teilchen und dem Titanoxid gebildet ist.
Widerstand mit dem Widerstandsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und zwei Elektroden, wobei die Elektroden derart bereitgestellt sind, dass das Widerstandsmaterial sandwichartig zwischen den Elektroden eingeschlossen ist.
Herstellungsverfahren eines Widerstandsmaterials, das Folgendes umfasst: einen Schritt des Vermischens eines isolierenden Pulvers mit einer isolierenden Eigenschaft, eines Metallpulvers mit einer elektrischen Leitfähigkeitseigenschaft und Titanoxidpulver; und einen Schritt des Sinterns eines vermischten Pulvers, das durch den Vermischungsschritt erhalten wurde, bei einer vorbestimmten Temperatur unter Druck, wobei die vorbestimmte Temperatur niedriger als ein Schmelzpunkt des Metallpulvers ist.
Herstellungsverfahren des Widerstandsmaterials nach Anspruch 8, wobei eine durchschnittliche Teilchengröße des Titanoxidpulvers kleiner als oder gleich einer durchschnittlichen Teilchengröße des Metallpulvers ist.
Herstellungsverfahren des Widerstandsmaterials nach Anspruch 9, wobei die durchschnittliche Teilchengröße des Titanoxidpulvers größer als oder gleich 10 nm ist.