JP2000003803A - 正特性サーミスタおよびその製造方法 - Google Patents

正特性サーミスタおよびその製造方法

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JP2000003803A JP16786798A JP16786798A JP2000003803A JP 2000003803 A JP2000003803 A JP 2000003803A JP 16786798 A JP16786798 A JP 16786798A JP 16786798 A JP16786798 A JP 16786798A JP 2000003803 A JP2000003803 A JP 2000003803A
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positive temperature
temperature coefficient
coefficient thermistor
resistance
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Taiji Goto
泰司 後藤
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発熱体やスイッチング素子として用いられて
いる正の抵抗温度特性を有する正特性サーミスタにおい
て、特に室温での抵抗値が低く、耐電圧の高い、正特性
サーミスタを提供することを目的とする。 【解決手段】 チタン酸バリウムを主成分とするABO
3型ペロブスカイト酸化物(但し、A/B=1.0とす
る。)と半導体化元素およびSiを含有する原料粉末を
還元雰囲気にて仮焼して第一組成物を得る第1工程と、
次にBaTiO 3(但し、0.97≦Ba/Ti<1.
0とする。)、MnおよびAlの各酸化物が含有された
原料を前記第一組成物100wt%に対して、0.1〜
20wt%添加、混合した後本焼成する第2工程とを備
えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は特に室温での抵抗値
が低く、耐電圧の高い正特性サーミスタおよびその製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】チタン酸バリウムに希土類元素を微量添
加すると半導体化し、そのキュリー点付近の温度で正の
抵抗温度特性(Positive Temperatu
reCoefficient:PTC特性)を示すこと
は従来より広く知られている。
【0003】一方、このような正特性サーミスタの製造
方法としては、以下に示した方法が一般に用いられてい
る。
【0004】まず所定の組成となるように配合されたセ
ラミック原料を湿式ボールミルやディスパーミルなどを
用いて混合し、フィルタープレスやドラムドライヤー等
で脱水乾燥した後、これらの混合粉末を仮焼する。次
に、この仮焼粉末を湿式ボールミルやサンドミル等によ
り粉砕し、バインダーを加えスラリー状にしたものをス
プレードライヤー等により造粒し、所望の形状に成形し
た後、本焼成を行い、得られた焼結体に電極を形成し正
特性サーミスタとするものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】正特性サーミスタは過
電流防止用素子、温度制御用素子、モータ起動用素子、
消磁用素子、ヒータ用素子といった多様な用途に展開さ
れてきている。特に過電流防止用素子や消磁用素子にお
いては、その小型化を図るため、室温での比抵抗値が小
さいことや耐電圧が高いことが要望されている。このよ
うな正特性サーミスタを得るため組成面および工法面よ
り過去から鋭意研究されているが、上記方法で製造した
正特性サーミスタは、室温での比抵抗が低いものは耐電
圧が低く、耐電圧の高いものは室温での比抵抗が高くな
ってしまう。そのため現在実用化されているもので、室
温の比抵抗が5Ωcmで耐電圧が30〜40V/mmのもの
が限界であった。
【0006】そこで本発明は、比抵抗が小さくかつ耐電
圧の高い正特性サーミスタを提供することを目的とする
ものである。具体的には、比抵抗が5Ωcm以下で、耐電
圧が40V/mm以上の従来にない優れた正特性サーミス
タを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】正特性サーミスタにおけ
る低抵抗・高耐圧化に関しての材料設計としては、セラ
ミックス粒内をいかに低抵抗にして、なおかつ粒界をい
かに高抵抗化するかがポイントとなる。
【0008】本発明はこのような材料設計に基づき組成
面および製造方法において鋭意研究した結果である。
【0009】そこで上記目的を達成するために、本発明
の正特性サーミスタは、チタン酸バリウムを主成分とす
るABO3型ペロブスカイト酸化物(但し、A/B=
1.0とする。)と半導体化元素およびSiを含有する
第一組成物に、BaTiO3(但し、0.97≦Ba/
Ti<1.0とする。)にMnおよびAlの各酸化物が
含有された第二組成物を前記第一組成物100wt%に
対して0.1〜20wt%含有させたことを特徴とする
ものであり、上記目的を達成することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、チタン酸バリウムを主成分とするABO3型ペロブ
スカイト酸化物(但し、A/B=1.0とする。)と半
導体化元素およびSiを含有する第一組成物に、BaT
iO3(但し、0.97≦Ba/Ti<1.0とす
る。)にMnおよびAlの各酸化物が含有された第二組
成物を前記第一組成物100wt%に対して0.1〜2
0wt%含有させたことを特徴とする正特性サーミスタ
であり、粒内を低抵抗かつ粒界を高抵抗にすることがで
きるため、低抵抗で高耐圧の正特性サーミスタを得るこ
とができる。
【0011】請求項2に記載の発明は、チタン酸バリウ
ムを主成分とするABO3型ペロブスカイト酸化物(但
し、A/B=1.0とする。)と半導体化元素およびS
iを含有する原料粉末を還元雰囲気にて仮焼して第一組
成物を得る第1工程と、次にBaTiO3(但し、0.
97≦Ba/Ti<1.0とする。)、MnおよびAl
の各酸化物が含有された原料を前記第一組成物100w
t%に対して、0.1〜20wt%添加、混合した後本
焼成する第2工程とを備えたことを特徴とする正特性サ
ーミスタの製造方法であり、粒内をより低抵抗なおかつ
粒界をより高抵抗にできるため、より低抵抗で高耐圧の
正特性サーミスタを得ることができる。
【0012】請求項3に記載の発明は、第2工程におい
て、第一組成物に添加する原料の平均粒径は、第一組成
物の平均粒径よりも大きくする請求項2に記載の正特性
サーミスタの製造方法であり、第一組成物と、第2工程
において添加する原料との反応を遅延させることがで
き、粒内をより低抵抗なおかつ粒界をより高抵抗にでき
るため、より低抵抗で高耐圧の正特性サーミスタを得る
ことができる。
【0013】以下本発明の一実施の形態について説明す
る。 (実施の形態1)まず、(Ba0.90Ca0.10)TiO3
+0.02SiO2+0.002Nb25の組成となる
ようにBaCO3,CaCO3,TiO2,Nb25,S
iO2をそれぞれ秤量し、すべての原料をボールミルに
て湿式混合する。次にこの混合物を乾燥した後、105
0℃で2時間仮焼し組成物(以下、この組成物を第一組
成物と記す。)を得る。さらにBaTiO3(但し、
0.97≦Ba/Ti<1.0)+0.001MnO2
+0.005Al23の組成となるようにBaCO3
TiO2,MnO2,Al23をそれぞれ秤量し、すべて
の原料をボールミルにて湿式混合する。次にこの混合物
を乾燥した後、1050℃で2時間仮焼し、組成物(以
下、この組成物を第二組成物と記す。)を得る。次に、
第一組成物に対して第二組成物を(表1)に示した範囲
にて添加混合し再びボールミルにて湿式粉砕し、乾燥す
る。
【0014】
【表1】
【0015】その後この乾燥粉にポリビニルアルコール
からなるバインダーを添加造粒し、1平方センチメート
ル当たり800kgの圧力で直径20mm、厚さ2.5mmの
円板状に成形した。次いで、この成形体を1350℃で
2時間空気中で焼成し焼結体を得た。次にこのようにし
て得られた焼結体にNiメッキを形成した後、銀ペース
トを印刷塗布、焼き付けし電極とした。次に、このよう
に作製した正特性サーミスタの評価として室温比抵抗値
(ρ25)、抵抗変化幅(Ψ)、耐電圧(V/mm)の測
定を行った。それらの結果を(表1)に示した。なお
(表1)の試料番号1は第二組成物が無添加で上記と同
様な工程により作製した正特性サーミスタである。
【0016】ここで、抵抗変化幅とは最大抵抗値を最小
抵抗値で除算した数値の常用対数値であり、下記の式で
表される。
【0017】抵抗変化幅Ψ=log10(最大抵抗値/最
小抵抗値) (表1)から明らかなように、第二組成物の添加量の範
囲が本発明の範囲内である試料番号3〜8の正特性サー
ミスタは本発明の範囲外である試料番号1,2,9およ
び10の正特性サーミスタと比較して比抵抗値が小さ
く、さらに耐電圧も高い。
【0018】(実施の形態2)まず、(Ba0.90Ca
0.10)TiO3+0.02SiO2+0.002Nb25
の組成となるように実施の形態1と同様な原料で秤量
し、ボールミルにて湿式混合する。次にこの混合物を乾
燥した後、10%のH2ガスを含む雰囲気中、1050
℃で2時間仮焼し、第一組成物を得る。次にこの仮焼粉
に実施の形態1と同様な第二組成物を(表2)の試料番
号11〜20の添加量になるように秤量、添加しボール
ミルにて湿式混合する。
【0019】
【表2】
【0020】この混合物を乾燥した後、実施の形態1と
同様に、造粒、成形、焼成し電極を形成させ正特性サー
ミスタを得る。得られた正特性サーミスタの電気特性の
評価を実施の形態1と同様な方法で測定する。その評価
結果を(表2)の試料番号11〜20に示した。
【0021】(表2)より明らかなように、本発明の範
囲内にある試料番号13〜18の正特性サーミスタは、
第一組成物を還元雰囲気中にて仮焼することにより、さ
らに低比抵抗で高耐圧の正特性サーミスタを得ることが
できる。しかし、第一組成物を還元雰囲気中で仮焼して
も試料番号11,12,19および20のように第二組
成物の添加量が本発明の範囲外であると特性の向上が認
められない。
【0022】なお、第一組成物に第二組成物を混合する
際は、第一組成物の平均粒径よりも第二組成物の平均粒
径を大きくしておくことが望ましい。何故ならば第一組
成物は粒内成分となり、第二組成物は粒界成分となるた
め、この第一組成物と第二組成物との反応が進みすぎな
いようにし、粒内を低抵抗、粒界を高抵抗にするためで
ある。
【0023】第二組成物の主成分のBa/Tiの比率を
0.97≦Ba/Ti<1.0の範囲としたが、この理
由はこれ以外の範囲であると抵抗値が高くなったり、抵
抗変化幅が小さくなり耐電圧が低くなるためである。
【0024】一方、本発明における、Si酸化物の添加
量は、第一組成物の主成分{(Ba 0.90Ca0.10)Ti
3}1molに対して0.001〜0.05molの
範囲が好ましい。またMnおよびAlの各酸化物の添加
量は、第二組成物の主成分{BaTiO3(ただし、
0.97≦Ba/Ti<1.0)}1molに対して、
それぞれ0.0001〜0.002molおよび0.0
005〜0.01molの範囲が好ましい。なぜなら、
これ以外の範囲では抵抗値が高くなったり、耐電圧が極
端に低下するためである。さらに半導体化元素としては
Y,La,Sm等の希土類元素やNb,Bi等の酸化物
のうち少なくとも1種類を用い、その添加量としては、
第一組成物の主成分{(Ba0.90Ca0.10)TiO3
1molに対して0.0005〜0.05molの範囲
が好ましい。なぜなら、この範囲以外であると抵抗値が
高くなるためである。
【0025】以上実施の形態1および実施の形態2に示
したように、低比抵抗で高耐圧の正特性サーミスタを得
ることができる。
【0026】
【発明の効果】以上本発明によると、室温での抵抗値が
低く耐電圧の高い正特性サーミスタを得ることができ、
製品の小型化が図れるため、その工業的利用価値は大き
い。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタン酸バリウムを主成分とするABO
    3型ペロブスカイト酸化物(但し、A/B=1.0とす
    る。)と半導体化元素およびSiを含有する第一組成物
    に、BaTiO3(但し、0.97≦Ba/Ti<1.
    0とする。)にMnおよびAlの各酸化物が含有された
    第二組成物を前記第一組成物100wt%に対して0.
    1〜20wt%含有させたことを特徴とする正特性サー
    ミスタ。
  2. 【請求項2】 チタン酸バリウムを主成分とするABO
    3型ペロブスカイト酸化物(但し、A/B=1.0とす
    る。)と半導体化元素およびSiを含有する原料粉末を
    還元雰囲気にて仮焼して第一組成物を得る第1工程と、
    次にBaTiO 3(但し、0.97≦Ba/Ti<1.
    0とする。)、MnおよびAlの各酸化物が含有された
    原料を前記第一組成物100wt%に対して0.1〜2
    0wt%添加、混合した後本焼成する第2工程とを備え
    たことを特徴とする正特性サーミスタの製造方法。
  3. 【請求項3】 第2工程において、第一組成物に添加す
    る原料の平均粒径は、第一組成物の平均粒径よりも大き
    くする請求項2に記載の正特性サーミスタの製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100366180B1 (ko) * 1999-11-02 2002-12-31 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 반도체 세라믹 재료, 세라믹 재료의 제조 공정 및 서미스터
CN100364075C (zh) * 2002-02-07 2008-01-23 夏普株式会社 可变电阻器件及其制造方法
KR20160113054A (ko) * 2015-03-18 2016-09-28 주식회사 아모텍 감전보호소자 및 이를 구비하는 휴대용 전자장치

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KR101978426B1 (ko) * 2015-03-18 2019-05-14 주식회사 아모텍 감전보호소자 및 이를 구비하는 휴대용 전자장치
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