JP2000294405A - 低抵抗ｐｔｃ材料組成物とその製造方法 - Google Patents
低抵抗ｐｔｃ材料組成物とその製造方法Info
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- JP2000294405A JP2000294405A JP10211399A JP10211399A JP2000294405A JP 2000294405 A JP2000294405 A JP 2000294405A JP 10211399 A JP10211399 A JP 10211399A JP 10211399 A JP10211399 A JP 10211399A JP 2000294405 A JP2000294405 A JP 2000294405A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度変化点が明確で、従来よりも２桁以上低
い室温比抵抗を持つＰＴＣ材料を提供する。 【解決手段】 室温から抵抗変化温度までの熱膨張係数
平均値が３×１０-6℃-1以下のセラミックス材料１と３
００℃以下の低融点金属２によって複合化した低抵抗Ｐ
ＴＣ材料組成物。この低抵抗ＰＴＣ材料組成物は、以下
の形態とすることができる。（１）低抵抗ＰＴＣ材料組
成物の見かけ上の室温比抵抗を１Ω・ｃｍ以下とする。
（２）セラミックス材料はコージェライトを主成分とす
る。（３）３００℃以下の低融点金属はＢｉ、Ｓｎ単体
もしくは合金からなる。（４）セラミックス材料の組織
粒子径は１０μｍ以上５００μｍ以下の巨大粒子径から
なり、粒子間に低融点金属が介在している構造となって
いる。
い室温比抵抗を持つＰＴＣ材料を提供する。 【解決手段】 室温から抵抗変化温度までの熱膨張係数
平均値が３×１０-6℃-1以下のセラミックス材料１と３
００℃以下の低融点金属２によって複合化した低抵抗Ｐ
ＴＣ材料組成物。この低抵抗ＰＴＣ材料組成物は、以下
の形態とすることができる。（１）低抵抗ＰＴＣ材料組
成物の見かけ上の室温比抵抗を１Ω・ｃｍ以下とする。
（２）セラミックス材料はコージェライトを主成分とす
る。（３）３００℃以下の低融点金属はＢｉ、Ｓｎ単体
もしくは合金からなる。（４）セラミックス材料の組織
粒子径は１０μｍ以上５００μｍ以下の巨大粒子径から
なり、粒子間に低融点金属が介在している構造となって
いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、過昇、過熱防止等
の安全性を確保するために利用されるＰＴＣサーミスタ
に関し、ヒーター、ヒューズ、センサー等、特に電力用
に使用するのに好適な低抵抗ＰＴＣ材料組成物とその製
造方法に関する。
の安全性を確保するために利用されるＰＴＣサーミスタ
に関し、ヒーター、ヒューズ、センサー等、特に電力用
に使用するのに好適な低抵抗ＰＴＣ材料組成物とその製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ある温度で急激に抵抗値が上
昇する特性を有するＰＴＣサーミスタがヒーター等に利
用されている。ＰＴＣサーミスタの材料としては、Ｂａ
ＴｉＯ3系のセラミックスがあるが、これはＢａＴｉＯ3
の化合物、特に希土類遷移元素を半導体化ドープ材とし
て添加したものであり、この系の材料では最も低いもの
で５Ω・ｃｍ程度である。
昇する特性を有するＰＴＣサーミスタがヒーター等に利
用されている。ＰＴＣサーミスタの材料としては、Ｂａ
ＴｉＯ3系のセラミックスがあるが、これはＢａＴｉＯ3
の化合物、特に希土類遷移元素を半導体化ドープ材とし
て添加したものであり、この系の材料では最も低いもの
で５Ω・ｃｍ程度である。
【０００３】従って、ヒーター用として利用するのは問
題ないが、電力用として利用する場合、１Ω・ｃｍ以下
の比抵抗値にしないと自己発熱を生じるために利用する
ことができない。
題ないが、電力用として利用する場合、１Ω・ｃｍ以下
の比抵抗値にしないと自己発熱を生じるために利用する
ことができない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この比抵抗を下げる方
法の一つとして、カーボン等の導電性フィラーと、有機
材料ポリマーを複合化させる方法が採られている。この
方法によると、１０-1Ω・ｃｍ以下に低下させることが
可能であるが、この抵抗上昇のメカニズムはポリマーの
熱膨張に伴うフィラーの接触、寸断によるため、温度が
低下した際、充分に戻りきらず、次第に抵抗上昇を伴
い、劣化していくという問題があった。
法の一つとして、カーボン等の導電性フィラーと、有機
材料ポリマーを複合化させる方法が採られている。この
方法によると、１０-1Ω・ｃｍ以下に低下させることが
可能であるが、この抵抗上昇のメカニズムはポリマーの
熱膨張に伴うフィラーの接触、寸断によるため、温度が
低下した際、充分に戻りきらず、次第に抵抗上昇を伴
い、劣化していくという問題があった。
【０００５】これらの問題を解決する方法として、クリ
ストバライトとカーボンの材料を複合化させる方法や、
最近では特開平１１−２９３５８号公報に記載されてい
るように、ジルコンやチタニア（ＴｉＯ2）に金属を添
加する方法が採られている。
ストバライトとカーボンの材料を複合化させる方法や、
最近では特開平１１−２９３５８号公報に記載されてい
るように、ジルコンやチタニア（ＴｉＯ2）に金属を添
加する方法が採られている。
【０００６】しかしながら、これらはセラミックスを主
成分とし、導電材を添加しているため高い温度に上昇し
ても、材料的に安定しているというメリットを有するも
のの、温度変化点が明確でないと言う欠点があった。
成分とし、導電材を添加しているため高い温度に上昇し
ても、材料的に安定しているというメリットを有するも
のの、温度変化点が明確でないと言う欠点があった。
【０００７】そこで本発明が解決しようとする課題は、
温度変化点が明確で、従来よりも２桁以上低い室温比抵
抗を持つＰＴＣ材料を提供することにある。
温度変化点が明確で、従来よりも２桁以上低い室温比抵
抗を持つＰＴＣ材料を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の低抵抗ＰＴＣ材料組成物は、室温から抵抗
変化温度までの熱膨張係数平均値が３×１０-6℃-1以下
のセラミックス材料と３００℃以下の低融点金属によっ
て複合化したものである。
め、本発明の低抵抗ＰＴＣ材料組成物は、室温から抵抗
変化温度までの熱膨張係数平均値が３×１０-6℃-1以下
のセラミックス材料と３００℃以下の低融点金属によっ
て複合化したものである。
【０００９】この低抵抗ＰＴＣ材料組成物は、以下の形
態とすることができる。 （１）低抵抗ＰＴＣ材料組成物の見かけ上の室温比抵抗
を１Ω・ｃｍ以下とする。 （２）セラミックス材料はコーディエライトを主成分と
する。 （３）３００℃以下の低融点金属はＢｉ、Ｓｎ単体もし
くは合金からなる。 （４）セラミックス材料の組織粒子径は１０μｍ以上５
００μｍ以下の巨大粒子径からなり、粒子間に低融点金
属が介在している構造となっている。
態とすることができる。 （１）低抵抗ＰＴＣ材料組成物の見かけ上の室温比抵抗
を１Ω・ｃｍ以下とする。 （２）セラミックス材料はコーディエライトを主成分と
する。 （３）３００℃以下の低融点金属はＢｉ、Ｓｎ単体もし
くは合金からなる。 （４）セラミックス材料の組織粒子径は１０μｍ以上５
００μｍ以下の巨大粒子径からなり、粒子間に低融点金
属が介在している構造となっている。
【００１０】また、本発明の低抵抗ＰＴＣ材料組成物の
製造方法は、前記の低抵抗ＰＴＣ材料組成物を、還元も
しくは中性雰囲気中においてホットプレスによって製造
するものである。
製造方法は、前記の低抵抗ＰＴＣ材料組成物を、還元も
しくは中性雰囲気中においてホットプレスによって製造
するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明の複合化したＰＴＣ材料は、Ｂｉ，
Ｓｎ等の低融点金属が融点に加熱され、複合化した低抵
抗ＰＴＣ材料組成物において、図２に示すようにセラミ
ックス粒子１からなる複合材中の金属２が溶融し、固化
されて金属２による導電パスを生じ、低い抵抗値を生じ
る。すなわち、図３に示すように、リード線４を通じて
導かれた電流は、電極板３を通じ、金属２を通って反対
側のリード線４へ通じる。従って、図１のような高い抵
抗値を生じる原因は、金属２の導電経路が寸断されてい
って現象が起こることによる。
て説明する。本発明の複合化したＰＴＣ材料は、Ｂｉ，
Ｓｎ等の低融点金属が融点に加熱され、複合化した低抵
抗ＰＴＣ材料組成物において、図２に示すようにセラミ
ックス粒子１からなる複合材中の金属２が溶融し、固化
されて金属２による導電パスを生じ、低い抵抗値を生じ
る。すなわち、図３に示すように、リード線４を通じて
導かれた電流は、電極板３を通じ、金属２を通って反対
側のリード線４へ通じる。従って、図１のような高い抵
抗値を生じる原因は、金属２の導電経路が寸断されてい
って現象が起こることによる。
【００１２】
【実施例】以下、図４〜図７に従って、本発明のメカニ
ズムを説明する。図４は通電加熱前のＰＴＣ材料の拡大
組織図で、セラミックス材料１の間に金属２が介在して
いる状態になっている。この状態において、図５のよう
に通電して加熱されていくと、金属２は溶解し、液体化
するに従い、溶解金属６は玉状になって収縮する。それ
に伴い空隙７が発生する。この状態になり、金属２は寸
断され、抵抗上昇の現象が起きる。
ズムを説明する。図４は通電加熱前のＰＴＣ材料の拡大
組織図で、セラミックス材料１の間に金属２が介在して
いる状態になっている。この状態において、図５のよう
に通電して加熱されていくと、金属２は溶解し、液体化
するに従い、溶解金属６は玉状になって収縮する。それ
に伴い空隙７が発生する。この状態になり、金属２は寸
断され、抵抗上昇の現象が起きる。
【００１３】以上はセラミックス材料１が低熱膨張材の
場合であるが、より大きな熱膨張係数を持ったセラミッ
クス材料を使用した場合には、図６、図７のようにな
る。図６は加熱された状態であるが、セラミックス材料
１は熱膨張係数が大きいため、各粒子は大きく膨張し、
金属２の導電路パスを寸断し、金属２も同時に押し出す
ような作用を施すようになる。従って、この後、冷却が
行われると、図７のように空隙７を生じるため、ＰＴＣ
材料は冷えた後も抵抗が高い状態のままであったり、抵
抗値が次第に上昇していくといった不具合が生じる。
場合であるが、より大きな熱膨張係数を持ったセラミッ
クス材料を使用した場合には、図６、図７のようにな
る。図６は加熱された状態であるが、セラミックス材料
１は熱膨張係数が大きいため、各粒子は大きく膨張し、
金属２の導電路パスを寸断し、金属２も同時に押し出す
ような作用を施すようになる。従って、この後、冷却が
行われると、図７のように空隙７を生じるため、ＰＴＣ
材料は冷えた後も抵抗が高い状態のままであったり、抵
抗値が次第に上昇していくといった不具合が生じる。
【００１４】よって、セラミックス材料１は３×１０-6
℃-1以下の熱膨張係数の必要性がある。なお、ＰＴＣ材
料はユニットとして利用する際には図８のようなスリー
ブ状のようにしても良いし、図９のようにリード線４を
設けて回路に接続する方法も考えられる。従ってＰＴＣ
材料の抵抗上昇温度の設定については、安全上等の配慮
から、３００℃以下にすることが望ましく、例えばＳｎ
とＢｉの合金やＩｎとＢｉの合金を用いることで、その
比率を変えることにより設定できる。
℃-1以下の熱膨張係数の必要性がある。なお、ＰＴＣ材
料はユニットとして利用する際には図８のようなスリー
ブ状のようにしても良いし、図９のようにリード線４を
設けて回路に接続する方法も考えられる。従ってＰＴＣ
材料の抵抗上昇温度の設定については、安全上等の配慮
から、３００℃以下にすることが望ましく、例えばＳｎ
とＢｉの合金やＩｎとＢｉの合金を用いることで、その
比率を変えることにより設定できる。
【００１５】Ｚｎ，Ｐｂ，Ａｌなどの合金を使用するこ
とも考えられるが、環境上の問題やセラミックスとの濡
れ性を考慮して、ＢｉやＳｎ系の合金が選択されること
が好ましい。
とも考えられるが、環境上の問題やセラミックスとの濡
れ性を考慮して、ＢｉやＳｎ系の合金が選択されること
が好ましい。
【００１６】組織粒子径は１０μｍ未満であると低融点
金属の連鎖が大きくなりすぎ、抵抗上昇現象が生じなか
ったり、複合材料の素体強度の低下を招くことがある。
また、５００μｍを超えると、室温抵抗値が大きくなっ
たり、複合材料の素体強度が脆くなって、寿命が短くな
ったりする。
金属の連鎖が大きくなりすぎ、抵抗上昇現象が生じなか
ったり、複合材料の素体強度の低下を招くことがある。
また、５００μｍを超えると、室温抵抗値が大きくなっ
たり、複合材料の素体強度が脆くなって、寿命が短くな
ったりする。
【００１７】従って、セラミックス材料の組織粒子径は
１０μｍ以上であって、さらに５００μｍ以下であるこ
とが望ましい。
１０μｍ以上であって、さらに５００μｍ以下であるこ
とが望ましい。
【００１８】また、ここではセラミックス材料として、
コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５Ｓｉ
Ｏ2）を使用したが、これ以外にもチタン酸アルミニウ
ム（ＴｉＯ2・Ａｌ2Ｏ3）やＴａ2Ｏ5・ＷＯ3系の材料等
も用いることができ、熱膨張係数の低い材料が選択され
る。
コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５Ｓｉ
Ｏ2）を使用したが、これ以外にもチタン酸アルミニウ
ム（ＴｉＯ2・Ａｌ2Ｏ3）やＴａ2Ｏ5・ＷＯ3系の材料等
も用いることができ、熱膨張係数の低い材料が選択され
る。
【００１９】本ＰＴＣ材料については、金属の酸化等を
防止するために還元もしくは中性雰囲気で焼結が行われ
るが、ホットプレスやＨＩＰ（熱間静水圧加圧）を用い
ることにより、高密度にすることができ、その結果、抵
抗変化温度を明確にする効果がある。
防止するために還元もしくは中性雰囲気で焼結が行われ
るが、ホットプレスやＨＩＰ（熱間静水圧加圧）を用い
ることにより、高密度にすることができ、その結果、抵
抗変化温度を明確にする効果がある。
【００２０】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、熱膨
張係数平均値が３×１０-6℃-1以下のセラミックス材料
と金属を複合化させることにより、従来よりも２桁以上
低い室温比抵抗を持つＰＴＣ材料が提供される。また、
抵抗上昇温度は金属の融点に関係し、その温度によって
決まるが、冷却後においても、その比抵抗値が劣化しに
くく、温度変化点が明確になる。
張係数平均値が３×１０-6℃-1以下のセラミックス材料
と金属を複合化させることにより、従来よりも２桁以上
低い室温比抵抗を持つＰＴＣ材料が提供される。また、
抵抗上昇温度は金属の融点に関係し、その温度によって
決まるが、冷却後においても、その比抵抗値が劣化しに
くく、温度変化点が明確になる。
【図１】本発明のＰＴＣ材料の抵抗−温度特性図であ
る。
る。
【図２】ＰＴＣ材料の構造模式図である。
【図３】ＰＴＣ材料の配線模式図である。
【図４】加熱前のセラミックス粒子と金属の位置関係を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図５】加熱後のセラミックス粒子と金属の位置関係を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図６】加熱後のセラミックス粒子と金属の位置関係を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図７】冷却後のセラミックス粒子と金属の位置関係を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図８】ＰＴＣ素子の一例を示す斜視図である。
【図９】ＰＴＣ素子の他の例を示す斜視図である。
１ セラミックス粒子、２ 金属、３ 電極、４ リー
ド線、５ ＰＴＣ素子、６ 溶融金属、７ 空隙
ド線、５ ＰＴＣ素子、６ 溶融金属、７ 空隙
Claims (6)
- 【請求項１】 室温から抵抗変化温度までの熱膨張係数
平均値が３×１０-6℃-1以下のセラミックス材料と３０
０℃以下の低融点金属によって複合化した低抵抗ＰＴＣ
材料組成物。 - 【請求項２】 低抵抗ＰＴＣ材料組成物の見かけ上の室
温比抵抗は１Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求
項１記載の低抵抗ＰＴＣ材料組成物。 - 【請求項３】 セラミックス材料はコーディエライトを
主成分とすることを特徴とする請求項１または２記載の
低抵抗ＰＴＣ材料組成物。 - 【請求項４】 ３００℃以下の低融点金属はＢｉ、Ｓｎ
単体もしくは合金からなることを特徴とする請求項１か
ら３のいずれかの項に記載の低抵抗ＰＴＣ材料組成物。 - 【請求項５】 セラミックス材料の組織粒子径は１０μ
ｍ以上５００μｍ以下の巨大粒子径からなり、粒子間に
低融点金属が介在している構造となっていることを特徴
とする請求項１から４のいずれかの項に記載の低抵抗Ｐ
ＴＣ材料組成物。 - 【請求項６】 請求項１から５のいずれかの項に記載の
低抵抗ＰＴＣ材料組成物を、還元もしくは中性雰囲気中
においてホットプレスによって製造することを特徴とす
る低抵抗ＰＴＣ材料組成物の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10211399A JP2000294405A (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | 低抵抗ｐｔｃ材料組成物とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10211399A JP2000294405A (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | 低抵抗ｐｔｃ材料組成物とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000294405A true JP2000294405A (ja) | 2000-10-20 |
Family
ID=14318760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10211399A Withdrawn JP2000294405A (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | 低抵抗ｐｔｃ材料組成物とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000294405A (ja) |
-
1999
- 1999-04-09 JP JP10211399A patent/JP2000294405A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060704 |