JP2000348907A - ワイドレンジ用サーミスタ材料 - Google Patents
ワイドレンジ用サーミスタ材料Info
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- JP2000348907A JP2000348907A JP11161082A JP16108299A JP2000348907A JP 2000348907 A JP2000348907 A JP 2000348907A JP 11161082 A JP11161082 A JP 11161082A JP 16108299 A JP16108299 A JP 16108299A JP 2000348907 A JP2000348907 A JP 2000348907A
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- boron
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低温から高温まで広い温度範囲において電気
抵抗が低く，調整が可能なワイドレンジ用サーミスタ材
料を提供すること。 【解決手段】 第１相と第２相とよりなり，第１相は絶
縁性のマトリックス粒子より構成され，第２相は三次元
網目状に不連続に分散した半導体性または導電性の第２
相粒子より構成され，硼素または硼素化合物の少なくと
もいずれか一方を含有する。このものを製造するに当た
り，マトリックス粒子用原料と第２相粒子用原料とに対
し，金属硼素粉末または硼素化合物の少なくともいずれ
か一方を添加して，焼成する。
抵抗が低く，調整が可能なワイドレンジ用サーミスタ材
料を提供すること。 【解決手段】 第１相と第２相とよりなり，第１相は絶
縁性のマトリックス粒子より構成され，第２相は三次元
網目状に不連続に分散した半導体性または導電性の第２
相粒子より構成され，硼素または硼素化合物の少なくと
もいずれか一方を含有する。このものを製造するに当た
り，マトリックス粒子用原料と第２相粒子用原料とに対
し，金属硼素粉末または硼素化合物の少なくともいずれ
か一方を添加して，焼成する。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は，温度センサ，液量用センサ，流
速用センサ等に利用するワイドレンジ用サーミスタ材料
に関する。
速用センサ等に利用するワイドレンジ用サーミスタ材料
に関する。
【０００２】
【従来技術】従来，絶縁性のマトリックス粒子より構成
された第１相と，該第１相に対し，三次元網目状に不連
続に分散した半導体性または導電性の第２相粒子より構
成された第２相とよりなる複合材料が提案されていた。
近年，この材料が持つ，温度と電気抵抗の対数との間の
直線的な関係を利用して，サーミスタ材料として利用す
ることが考えられていた。
された第１相と，該第１相に対し，三次元網目状に不連
続に分散した半導体性または導電性の第２相粒子より構
成された第２相とよりなる複合材料が提案されていた。
近年，この材料が持つ，温度と電気抵抗の対数との間の
直線的な関係を利用して，サーミスタ材料として利用す
ることが考えられていた。
【０００３】
【解決しようとする課題】しかしながら，従来技術にか
かる上記複合材料は，例えば，−５０〜１０００℃とい
う幅広い温度範囲で使用するサーミスタや，液量検出用
及び流速検出用のサーミスタの材料として使うためには
電気抵抗が高く，また１００Ω〜１００ｋΩという抵抗
値範囲外にあるか，さらには設計上必要な抵抗値範囲に
調整できないため，実用的ではなかった。
かる上記複合材料は，例えば，−５０〜１０００℃とい
う幅広い温度範囲で使用するサーミスタや，液量検出用
及び流速検出用のサーミスタの材料として使うためには
電気抵抗が高く，また１００Ω〜１００ｋΩという抵抗
値範囲外にあるか，さらには設計上必要な抵抗値範囲に
調整できないため，実用的ではなかった。
【０００４】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，低温から高温まで広い温度範囲において
電気抵抗が低く，調整が可能なワイドレンジ用サーミス
タ材料を提供しようとするものである。
されたもので，低温から高温まで広い温度範囲において
電気抵抗が低く，調整が可能なワイドレンジ用サーミス
タ材料を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題の解決手段】請求項１に記載の発明は，第１相と
第２相とよりなり，上記第１相は絶縁性のマトリックス
粒子より構成され，上記第２相は上記第１相中に三次元
網目状に不連続に分散した半導体性または導電性の第２
相粒子より構成されてなるワイドレンジ用サーミスタ材
料において，硼素または硼素化合物の少なくともいずれ
か一方を含有することを特徴とするワイドレンジ用サー
ミスタ材料にある。
第２相とよりなり，上記第１相は絶縁性のマトリックス
粒子より構成され，上記第２相は上記第１相中に三次元
網目状に不連続に分散した半導体性または導電性の第２
相粒子より構成されてなるワイドレンジ用サーミスタ材
料において，硼素または硼素化合物の少なくともいずれ
か一方を含有することを特徴とするワイドレンジ用サー
ミスタ材料にある。
【０００６】本発明のサーミスタ材料において，第１相
に対し分散する第２相粒子は次のような状態にあると考
えられる。第２相粒子はマトリックス粒子に対し均一に
分散するのではなく，マトリックス粒子の粒界に存在し
ていて，全体として二次元もしくは三次元網目状の組織
を形成しつつ分散している。また，第１相は絶縁性で，
第２相は半導体性または導電性である。第２相粒子同士
はサブミクロンまたはナノメートルオーダーで近接して
上記第２相を形成するため，本発明のサーミスタ材料に
通電した場合，電流は第２相を経路として流れることと
なる。つまり第２相は導電パスとして機能するのであ
る。
に対し分散する第２相粒子は次のような状態にあると考
えられる。第２相粒子はマトリックス粒子に対し均一に
分散するのではなく，マトリックス粒子の粒界に存在し
ていて，全体として二次元もしくは三次元網目状の組織
を形成しつつ分散している。また，第１相は絶縁性で，
第２相は半導体性または導電性である。第２相粒子同士
はサブミクロンまたはナノメートルオーダーで近接して
上記第２相を形成するため，本発明のサーミスタ材料に
通電した場合，電流は第２相を経路として流れることと
なる。つまり第２相は導電パスとして機能するのであ
る。
【０００７】上記マトリックス粒子としては，後述する
窒化珪素や酸窒化物系セラミックスの他，イットリア，
イットリビュウム，ハフニア，シリカ，またはこれらの
元素化合物，アルミナ，ジルコニア，マグネシア，酸化
鉄等が好ましい。上記第２相粒子としては，後述する炭
化珪素の他，ＩＶａ〜ＶIIIａ族の中の珪化物，炭化
物，硼化物，酸化物，窒化物またはＩａ〜ＩＩｂ族の元
素で構成される複合酸化物等が好ましい。上記硼素化合
物としては，ＩＶａ〜ＶＩａ族の硼化物等が挙げられ
る。
窒化珪素や酸窒化物系セラミックスの他，イットリア，
イットリビュウム，ハフニア，シリカ，またはこれらの
元素化合物，アルミナ，ジルコニア，マグネシア，酸化
鉄等が好ましい。上記第２相粒子としては，後述する炭
化珪素の他，ＩＶａ〜ＶIIIａ族の中の珪化物，炭化
物，硼化物，酸化物，窒化物またはＩａ〜ＩＩｂ族の元
素で構成される複合酸化物等が好ましい。上記硼素化合
物としては，ＩＶａ〜ＶＩａ族の硼化物等が挙げられ
る。
【０００８】次に，本発明の作用につき説明する。本発
明において最も注目すべきことは，硼素または硼素化合
物の少なくともいずれか一方が含有されていることにあ
る。硼素または硼素化合物は，次のような役割を果たす
と考えられる。まず，本発明にかかるサーミスタ材料中
において，硼素または硼素化合物は第２相に対して固溶
した状態または粒界相構成元素と化合物を形成した状態
にあることが考えられるが，この場合には第２相の電気
伝導度を高めることができる。本発明のサーミスタ材料
における導電性は半導体性または導電性の第２相粒子よ
りなる第２相（第２相間の粒界相も関与している可能性
もある）が主として司っているため，これによりサーミ
スタ材料全体の電気伝導度を高め，電気抵抗を下げるこ
とができる。
明において最も注目すべきことは，硼素または硼素化合
物の少なくともいずれか一方が含有されていることにあ
る。硼素または硼素化合物は，次のような役割を果たす
と考えられる。まず，本発明にかかるサーミスタ材料中
において，硼素または硼素化合物は第２相に対して固溶
した状態または粒界相構成元素と化合物を形成した状態
にあることが考えられるが，この場合には第２相の電気
伝導度を高めることができる。本発明のサーミスタ材料
における導電性は半導体性または導電性の第２相粒子よ
りなる第２相（第２相間の粒界相も関与している可能性
もある）が主として司っているため，これによりサーミ
スタ材料全体の電気伝導度を高め，電気抵抗を下げるこ
とができる。
【０００９】また，硼素または硼素化合物が第２相粒子
間に分散して第３相を形成したり，またはサーミスタ材
料中の他の成分等と共に第３相を形成することが考えら
れるが，この場合は第２相と第３相とがサーミスタ材料
の導電性を司ることになるため，上記と同様にサーミス
タ材料の電気抵抗を下げることができる。
間に分散して第３相を形成したり，またはサーミスタ材
料中の他の成分等と共に第３相を形成することが考えら
れるが，この場合は第２相と第３相とがサーミスタ材料
の導電性を司ることになるため，上記と同様にサーミス
タ材料の電気抵抗を下げることができる。
【００１０】また，硼素または硼素化合物は０℃以下の
低温から１０００℃を越える高温まで高い導電性を有す
る。そのため，硼素または硼素化合物による電気抵抗の
低下は，０℃以下の低温から１０００℃を越える高温ま
での幅広い温度範囲において発生する。
低温から１０００℃を越える高温まで高い導電性を有す
る。そのため，硼素または硼素化合物による電気抵抗の
低下は，０℃以下の低温から１０００℃を越える高温ま
での幅広い温度範囲において発生する。
【００１１】また，本発明にかかるサーミスタ材料にお
いて硼素や硼素化合物の量を制御することで任意の電気
抵抗を持つサーミスタ材料を得ることができる（図１参
照）。これにより，例えば，目的とする温度範囲におい
て温度測定に都合のよい電気抵抗を持ったサーミスタ素
子を容易に製作することができる。
いて硼素や硼素化合物の量を制御することで任意の電気
抵抗を持つサーミスタ材料を得ることができる（図１参
照）。これにより，例えば，目的とする温度範囲におい
て温度測定に都合のよい電気抵抗を持ったサーミスタ素
子を容易に製作することができる。
【００１２】以上，本発明によれば，低温から高温まで
広い温度範囲において電気抵抗が低く，調整が可能なワ
イドレンジ用サーミスタ材料を提供することができる。
広い温度範囲において電気抵抗が低く，調整が可能なワ
イドレンジ用サーミスタ材料を提供することができる。
【００１３】また，本発明にかかるサーミスタ材料は，
後述するごとくマトリックス粒子や第２相粒子用の原料
に硼素や硼素化合物を添加して焼成することで作製する
ことができる。硼素または硼素化合物を原料の段階で添
加する場合には，焼成時にこれらが液相を生成するた
め，第２相粒子が移動し易くなり，第２相粒子による三
次元網目状の組織の形成をより確実なものとすることが
できる。第２相は導電パスとして機能するため，これに
より，電気抵抗を確実に下げることができる。
後述するごとくマトリックス粒子や第２相粒子用の原料
に硼素や硼素化合物を添加して焼成することで作製する
ことができる。硼素または硼素化合物を原料の段階で添
加する場合には，焼成時にこれらが液相を生成するた
め，第２相粒子が移動し易くなり，第２相粒子による三
次元網目状の組織の形成をより確実なものとすることが
できる。第２相は導電パスとして機能するため，これに
より，電気抵抗を確実に下げることができる。
【００１４】また，本発明にかかるサーミスタ材料にお
いて，マトリックス粒子の平均粒子径Ｒ１と第２相粒子
の平均粒子径Ｒ２との比Ｒ２／Ｒ１は，１／２以下であ
ることが好ましい。比Ｒ２／Ｒ１が１／２より大きい場
合には，マトリックス粒子と第２相粒子との粒子径があ
まり変わらないことから，両者が均一に混ざり合ったよ
うな組織となり，三次元網目状に不連続に分散した第２
相が形成されなくなるおそれがあり，この場合は温度と
電気抵抗の対数との関係から直線性が失われてしまい，
サーミスタ材料として使用できなくなるおそれがある。
なお，比Ｒ２／Ｒ１は１／６以下であることが更に好ま
しい。また，上記粒子径比の下限はマトリックス粒子間
に形成される三重点で第２相粒子が凝集しやすくなるた
め，１０-4以上であることが好ましい。
いて，マトリックス粒子の平均粒子径Ｒ１と第２相粒子
の平均粒子径Ｒ２との比Ｒ２／Ｒ１は，１／２以下であ
ることが好ましい。比Ｒ２／Ｒ１が１／２より大きい場
合には，マトリックス粒子と第２相粒子との粒子径があ
まり変わらないことから，両者が均一に混ざり合ったよ
うな組織となり，三次元網目状に不連続に分散した第２
相が形成されなくなるおそれがあり，この場合は温度と
電気抵抗の対数との関係から直線性が失われてしまい，
サーミスタ材料として使用できなくなるおそれがある。
なお，比Ｒ２／Ｒ１は１／６以下であることが更に好ま
しい。また，上記粒子径比の下限はマトリックス粒子間
に形成される三重点で第２相粒子が凝集しやすくなるた
め，１０-4以上であることが好ましい。
【００１５】また，本発明にかかるサーミスタ材料は，
マトリックス粒子，第２相粒子，硼素及び／または硼素
化合物の他に，焼結助剤，添加剤を含有することが好ま
しい。上記焼結助剤としては，酸化イットリウム等の希
土類酸化物，酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネ
シウム，スピネルから選ばれる少なくとも１種類を用い
ることが好ましい。また，上記焼結助剤はサーミスタ材
料１００重量％に対し０．５〜２０重量％含まれること
が好ましい。
マトリックス粒子，第２相粒子，硼素及び／または硼素
化合物の他に，焼結助剤，添加剤を含有することが好ま
しい。上記焼結助剤としては，酸化イットリウム等の希
土類酸化物，酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネ
シウム，スピネルから選ばれる少なくとも１種類を用い
ることが好ましい。また，上記焼結助剤はサーミスタ材
料１００重量％に対し０．５〜２０重量％含まれること
が好ましい。
【００１６】０．５重量％未満では焼結助剤としての効
果が現れないおそれがある。また，２０重量％より多い
場合には，焼結助剤の粒子によって第２相粒子間の距離
が拡がってしまい，第２相の導電性が低下するおそれが
ある。また，マトリックスと粒界相との熱膨張差によっ
て割れが生じやすくなるおそれがある。なお，焼結助剤
の含有量は３重量％〜１０重量％とすることが好まし
い。
果が現れないおそれがある。また，２０重量％より多い
場合には，焼結助剤の粒子によって第２相粒子間の距離
が拡がってしまい，第２相の導電性が低下するおそれが
ある。また，マトリックスと粒界相との熱膨張差によっ
て割れが生じやすくなるおそれがある。なお，焼結助剤
の含有量は３重量％〜１０重量％とすることが好まし
い。
【００１７】また，上記添加剤としては，ＩＶａ族〜Ｖ
Ｉａ族およびＩｂ族〜Ｖｂ族の窒化物，硼化物，珪化
物，硫化物，弗化物または炭化物より得らばれる少なく
とも１種類を用いることが好ましい。添加剤は高温での
耐酸化性を高める等の付加的な効果を得るために添加さ
れる物質である。
Ｉａ族およびＩｂ族〜Ｖｂ族の窒化物，硼化物，珪化
物，硫化物，弗化物または炭化物より得らばれる少なく
とも１種類を用いることが好ましい。添加剤は高温での
耐酸化性を高める等の付加的な効果を得るために添加さ
れる物質である。
【００１８】また，これらの添加剤は，サーミスタ材料
１００重量部に対して，０．１〜１０重量％含まれるこ
とが好ましい。０．１重量％未満である場合には，充分
な効果が現れないおそれがある。また，１０重量％より
多く添加しても，効果が飽和してしまうため，添加が無
為となるおそれがある。または抵抗値及び温度抵抗率変
化の大幅低下を招くおそれがある。なお，添加剤の含有
量は０．２〜２重量％とすることが更に好ましい。
１００重量部に対して，０．１〜１０重量％含まれるこ
とが好ましい。０．１重量％未満である場合には，充分
な効果が現れないおそれがある。また，１０重量％より
多く添加しても，効果が飽和してしまうため，添加が無
為となるおそれがある。または抵抗値及び温度抵抗率変
化の大幅低下を招くおそれがある。なお，添加剤の含有
量は０．２〜２重量％とすることが更に好ましい。
【００１９】また，請求項２記載の発明のように，上記
硼素または硼素化合物は，金属硼素換算で，ワイドレン
ジ用サーミスタ材料１００重量％に対して，０．１〜１
０重量％含まれていることが好ましい。これにより，本
発明にかかる効果を確実に得ることができる。０．１重
量％未満では本発明にかかる効果が得られないおそれが
あり，１０重量％より多い場合には高温においてサーミ
スタ材料の強度が低下するおそれがある。
硼素または硼素化合物は，金属硼素換算で，ワイドレン
ジ用サーミスタ材料１００重量％に対して，０．１〜１
０重量％含まれていることが好ましい。これにより，本
発明にかかる効果を確実に得ることができる。０．１重
量％未満では本発明にかかる効果が得られないおそれが
あり，１０重量％より多い場合には高温においてサーミ
スタ材料の強度が低下するおそれがある。
【００２０】また，上記第２相粒子はワイドレンジ用サ
ーミスタ材料１００重量％に対して，５〜５０重量％含
まれていることが好ましい。これにより，本発明にかか
る効果を確実に得ることができる。５重量％未満ではサ
ーミスタ材料から導電性が失われるおそれがあり，５０
重量％より多い場合には第２相粒子が第１相に対し連続
的に分散してしまい，サーミスタ材料から電気抵抗の対
数と温度との直線的な関係が失われてしまうおそれがあ
る。
ーミスタ材料１００重量％に対して，５〜５０重量％含
まれていることが好ましい。これにより，本発明にかか
る効果を確実に得ることができる。５重量％未満ではサ
ーミスタ材料から導電性が失われるおそれがあり，５０
重量％より多い場合には第２相粒子が第１相に対し連続
的に分散してしまい，サーミスタ材料から電気抵抗の対
数と温度との直線的な関係が失われてしまうおそれがあ
る。
【００２１】また，請求項３記載の発明のように，上記
マトリックス粒子は窒化珪素粒子または酸窒化物系セラ
ミックスからなり，上記第２相粒子は炭化珪素粒子より
なることが好ましい。これにより，耐熱性，耐食性や機
械的特性等の優れた特性を得ることができる。
マトリックス粒子は窒化珪素粒子または酸窒化物系セラ
ミックスからなり，上記第２相粒子は炭化珪素粒子より
なることが好ましい。これにより，耐熱性，耐食性や機
械的特性等の優れた特性を得ることができる。
【００２２】また，本発明のワイドレンジ用サーミスタ
材料を製造するに当たっては，マトリックス粒子用原料
と第２相粒子用原料とに対し，金属硼素粉末または硼素
化合物の少なくともいずれか一方を添加し，これらを焼
成することが好ましい。
材料を製造するに当たっては，マトリックス粒子用原料
と第２相粒子用原料とに対し，金属硼素粉末または硼素
化合物の少なくともいずれか一方を添加し，これらを焼
成することが好ましい。
【００２３】この製造方法により，金属硼素や硼素化合
物を含んだサーミスタ材料を得ることができ，上述する
ごとく，電気抵抗の低いワイドレンジ用サーミスタ材料
を得ることができる。
物を含んだサーミスタ材料を得ることができ，上述する
ごとく，電気抵抗の低いワイドレンジ用サーミスタ材料
を得ることができる。
【００２４】上記硼素化合物としては，硼素を含む酸化
物粉末，硼素を含む窒化物粉末，硼素を含む炭化物粉
末，硼酸，硼素を含むハロゲン化物，硼素を含むアルコ
キシド等を用いることができる。なお，上記硼素を含む
ハロゲン化物，硼素を含むアルコキシドは，ある程度の
温度以上の熱で分解し，金属硼素を析出することができ
る物質である。
物粉末，硼素を含む窒化物粉末，硼素を含む炭化物粉
末，硼酸，硼素を含むハロゲン化物，硼素を含むアルコ
キシド等を用いることができる。なお，上記硼素を含む
ハロゲン化物，硼素を含むアルコキシドは，ある程度の
温度以上の熱で分解し，金属硼素を析出することができ
る物質である。
【００２５】上記製造方法において，第２相粒子用原料
を湿式で粉砕してスラリーとなし，該スラリーに対しマ
トリックス粒子用原料を加え，焼成してサーミスタ材料
となすことが好ましい。また，上記製造方法において，
第２相粒子と同じ組成の物質を析出可能なゾル，ゲル，
または無機塩溶液等のスラリー状の第２相粒子用原料を
準備し，このスラリーとマトリックス粒子用原料とを混
合し，２相粒子を析出させつつ，これを焼成し，本発明
にかかるサーミスタ材料を作成することが好ましい。ま
た，第２相粒子の析出であるが，第２相粒子としてＳｉ
Ｃを採用した場合には，例えば炭素粉とＳｉＯ２ゾルか
らＳｉＣ粒子を内部合成するような形態であってもかま
わない。
を湿式で粉砕してスラリーとなし，該スラリーに対しマ
トリックス粒子用原料を加え，焼成してサーミスタ材料
となすことが好ましい。また，上記製造方法において，
第２相粒子と同じ組成の物質を析出可能なゾル，ゲル，
または無機塩溶液等のスラリー状の第２相粒子用原料を
準備し，このスラリーとマトリックス粒子用原料とを混
合し，２相粒子を析出させつつ，これを焼成し，本発明
にかかるサーミスタ材料を作成することが好ましい。ま
た，第２相粒子の析出であるが，第２相粒子としてＳｉ
Ｃを採用した場合には，例えば炭素粉とＳｉＯ２ゾルか
らＳｉＣ粒子を内部合成するような形態であってもかま
わない。
【００２６】また，上記製造方法において，マトリック
ス粒子用原料と第２相粒子用原料とを混合して，焼成す
ることも好ましい。また，マトリックス粒子用原料を造
粒した後，第２相粒子用原料を添加，混合し，焼成する
ことも好ましい。
ス粒子用原料と第２相粒子用原料とを混合して，焼成す
ることも好ましい。また，マトリックス粒子用原料を造
粒した後，第２相粒子用原料を添加，混合し，焼成する
ことも好ましい。
【００２７】また，マトリックス粒子用原料及び第２相
粒子用原料に後述するごとき焼結助剤等を添加して予加
熱し，再粉砕した後，本焼成することでサーミスタ材料
を作成することが好ましい。この結果，焼結助材が予加
熱によって液相となり，この液相がマトリックス粒子間
に浸透し，第２相粒子がマトリックス粒子の粒界に分散
することを促進することができる。これによりサーミス
タ材料の電気抵抗の均質性を高めることができる。つま
り，どの場所の電気抵抗も略等しいサーミスタ材料を得
ることができる。また，サーミスタ材料の導電性のバラ
ツキを防止することもできる。
粒子用原料に後述するごとき焼結助剤等を添加して予加
熱し，再粉砕した後，本焼成することでサーミスタ材料
を作成することが好ましい。この結果，焼結助材が予加
熱によって液相となり，この液相がマトリックス粒子間
に浸透し，第２相粒子がマトリックス粒子の粒界に分散
することを促進することができる。これによりサーミス
タ材料の電気抵抗の均質性を高めることができる。つま
り，どの場所の電気抵抗も略等しいサーミスタ材料を得
ることができる。また，サーミスタ材料の導電性のバラ
ツキを防止することもできる。
【００２８】また，マトリックス粒子の粒度分布を狭く
するために，マトリックス粒子用原料を単独で湿式粉砕
し，スラリー状態となす。このスラリーに第２相粒子用
原料を粉砕して作製したスラリーと混合し，その後両者
を乾燥，焼成することでサーミスタ材料を作製すること
もできる。
するために，マトリックス粒子用原料を単独で湿式粉砕
し，スラリー状態となす。このスラリーに第２相粒子用
原料を粉砕して作製したスラリーと混合し，その後両者
を乾燥，焼成することでサーミスタ材料を作製すること
もできる。
【００２９】また，本発明にかかる製造方法において，
前述したごとく焼結助剤や添加剤を加えて焼成すること
が好ましい。
前述したごとく焼結助剤や添加剤を加えて焼成すること
が好ましい。
【００３０】
【発明の実施の形態】実施形態例 本発明の実施形態例にかかるワイドレンジ用サーミスタ
材料につき，説明する。本例にかかるワイドレンジ用サ
ーミスタ材料は，第１相と第２相とよりなり，上記第１
相は絶縁性のマトリックス粒子より構成され，上記第２
相は上記第１相中に三次元網目状に不連続に分散した半
導体性または導電性の第２相粒子より構成されてなる。
そして，本例のサーミスタ材料には，硼素または硼素化
合物の少なくともいずれか一方が含有されている。
材料につき，説明する。本例にかかるワイドレンジ用サ
ーミスタ材料は，第１相と第２相とよりなり，上記第１
相は絶縁性のマトリックス粒子より構成され，上記第２
相は上記第１相中に三次元網目状に不連続に分散した半
導体性または導電性の第２相粒子より構成されてなる。
そして，本例のサーミスタ材料には，硼素または硼素化
合物の少なくともいずれか一方が含有されている。
【００３１】このようなサーミスタ材料を次の方法にて
作製し，その性能を測定した。マトリックス粒子となる
窒化ケイ素粉末（平均粒径０．７μｍ），第２相粒子と
なる炭化ケイ素粉末（平均粒径０．２μｍ）に，焼結助
剤である酸化イットリウム粉末（平均粒径０．５μ
ｍ），添加剤（高温での耐酸化性を高めるために添加）
である硼化チタン粉末（平均粒径０．４μｍ），金属硼
素粉末（平均粒径０．５μｍ）を準備した。これらの粉
末を同時にエタノールを用いて２４時間ボールミル混合
した。乾燥後の混合原料粉末を金型に入れて一軸プレス
成形（圧力：２０ＭＰａ）し，１８５０℃×１時間（Ｎ
2中）×プレス圧２０ＭＰａの条件でホットプレスし，
焼結体を得た。
作製し，その性能を測定した。マトリックス粒子となる
窒化ケイ素粉末（平均粒径０．７μｍ），第２相粒子と
なる炭化ケイ素粉末（平均粒径０．２μｍ）に，焼結助
剤である酸化イットリウム粉末（平均粒径０．５μ
ｍ），添加剤（高温での耐酸化性を高めるために添加）
である硼化チタン粉末（平均粒径０．４μｍ），金属硼
素粉末（平均粒径０．５μｍ）を準備した。これらの粉
末を同時にエタノールを用いて２４時間ボールミル混合
した。乾燥後の混合原料粉末を金型に入れて一軸プレス
成形（圧力：２０ＭＰａ）し，１８５０℃×１時間（Ｎ
2中）×プレス圧２０ＭＰａの条件でホットプレスし，
焼結体を得た。
【００３２】このような製造方法で，表１に示すごと
く，原料組成を変えて試料１〜３の焼結体を作製した。
また，上記と同様の製造方法であるが，金属硼素を添加
しないようにして比較試料Ｃ１を作製した。その結果，
製造時に金属硼素を添加して作製した試料１〜試料３は
硼素を含んだ焼結体となったが，比較試料Ｃ１に硼素は
含まれていなかった。なお，比較試料Ｃ１を作製する際
に加えた添加剤は硼化チタニウムであるが，添加剤中の
硼素はごく微量であるため，焼結中に揮発してしまい，
焼結体中には殆ど残留しなかったと考えられる。
く，原料組成を変えて試料１〜３の焼結体を作製した。
また，上記と同様の製造方法であるが，金属硼素を添加
しないようにして比較試料Ｃ１を作製した。その結果，
製造時に金属硼素を添加して作製した試料１〜試料３は
硼素を含んだ焼結体となったが，比較試料Ｃ１に硼素は
含まれていなかった。なお，比較試料Ｃ１を作製する際
に加えた添加剤は硼化チタニウムであるが，添加剤中の
硼素はごく微量であるため，焼結中に揮発してしまい，
焼結体中には殆ど残留しなかったと考えられる。
【００３３】そして，上記試料１〜３と比較試料Ｃ１と
にかかる焼結体の，室温（２５℃）〜１０５０℃の温度
域における電気抵抗値（４接点法）を昇温・降温連続し
て測定した。以上の結果を表２，図１に記載した。表２
によれば，試料１〜３の焼結体は，２５℃においても，
１０５０℃においても，比較試料Ｃ１よりも，比抵抗値
が小さいことが分かった。特に金属硼素も２ｗｔ％（焼
結体中）添加した試料３は比較試料Ｃ１と比べて１／１
０００近く比抵抗値が小さくなったことが分かった。
にかかる焼結体の，室温（２５℃）〜１０５０℃の温度
域における電気抵抗値（４接点法）を昇温・降温連続し
て測定した。以上の結果を表２，図１に記載した。表２
によれば，試料１〜３の焼結体は，２５℃においても，
１０５０℃においても，比較試料Ｃ１よりも，比抵抗値
が小さいことが分かった。特に金属硼素も２ｗｔ％（焼
結体中）添加した試料３は比較試料Ｃ１と比べて１／１
０００近く比抵抗値が小さくなったことが分かった。
【００３４】また，図１より，試料２，試料３及び比較
試料Ｃ１にかかる焼結体はいずれも温度−比抵抗の対数
の関係が直線的であることが分かった。更に，図１よ
り，硼素の量に応じて，比抵抗の値が変化することが分
かった。
試料Ｃ１にかかる焼結体はいずれも温度−比抵抗の対数
の関係が直線的であることが分かった。更に，図１よ
り，硼素の量に応じて，比抵抗の値が変化することが分
かった。
【００３５】本例の作用効果について説明する。本例の
サーミスタ材料中において，硼素は第２相に対して固溶
した状態にある。本例のサーミスタ材料における導電性
は半導体性または導電性の第２相粒子よりなる第２相が
司っているため，ここに硼素が混じることにより，より
第２相の導電性が高くなる。よって，サーミスタ材料全
体の電気伝導度を高め，電気抵抗を下げることができる
（表２参照）。
サーミスタ材料中において，硼素は第２相に対して固溶
した状態にある。本例のサーミスタ材料における導電性
は半導体性または導電性の第２相粒子よりなる第２相が
司っているため，ここに硼素が混じることにより，より
第２相の導電性が高くなる。よって，サーミスタ材料全
体の電気伝導度を高め，電気抵抗を下げることができる
（表２参照）。
【００３６】また，第１相マトリックスと第２相粒子と
の熱膨張差による粒子間隙の変化等の熱的膨張減少に依
存しない，または依存度が小さい導電機構であることか
ら，本例のサーミスタ材料は比抵抗の対数と温度との関
係が直線的である（図１参照，）。このためサーミスタ
材料に最適である。
の熱膨張差による粒子間隙の変化等の熱的膨張減少に依
存しない，または依存度が小さい導電機構であることか
ら，本例のサーミスタ材料は比抵抗の対数と温度との関
係が直線的である（図１参照，）。このためサーミスタ
材料に最適である。
【００３７】さらに，図１にかかる直線は同図より知れ
るごとく，硼素の量によって傾きが変動し，硼素が多け
れば多いほど傾きが減っていく。これを利用して，硼素
の量を調整することで，サーミスタ材料の抵抗値を容易
に制御することができ，所望の抵抗値をもつサーミスタ
材料の設計が容易である。
るごとく，硼素の量によって傾きが変動し，硼素が多け
れば多いほど傾きが減っていく。これを利用して，硼素
の量を調整することで，サーミスタ材料の抵抗値を容易
に制御することができ，所望の抵抗値をもつサーミスタ
材料の設計が容易である。
【００３８】また，本例の製造方法では，マトリックス
粒子や第２相粒子，添加物，焼結助剤と共に，金属硼素
を添加する。従来よりしばしば硼素化合物を添加物とし
て加えることがあったが，このような硼素は高温で焼成
するために材料中の元素と反応しやすく，焼結中に揮発
し，出来上がったサーミスタ材料には殆ど残留しない。
本発明の製造方法によれば，硼素を添加することで，分
解反応を抑制して硼素の揮発を防止し，確実に硼素を含
んだサーミスタ材料を得ることができる。
粒子や第２相粒子，添加物，焼結助剤と共に，金属硼素
を添加する。従来よりしばしば硼素化合物を添加物とし
て加えることがあったが，このような硼素は高温で焼成
するために材料中の元素と反応しやすく，焼結中に揮発
し，出来上がったサーミスタ材料には殆ど残留しない。
本発明の製造方法によれば，硼素を添加することで，分
解反応を抑制して硼素の揮発を防止し，確実に硼素を含
んだサーミスタ材料を得ることができる。
【００３９】以上，本例によれば，低温から高温まで広
い温度範囲において電気抵抗が低く，調整が可能なワイ
ドレンジ用サーミスタ材料を提供することができる。
い温度範囲において電気抵抗が低く，調整が可能なワイ
ドレンジ用サーミスタ材料を提供することができる。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
【発明の効果】上述のごとく，本発明によれば，低温か
ら高温まで広い温度範囲において電気抵抗が低く，調整
が可能なワイドレンジ用サーミスタ材料を提供すること
ができる。
ら高温まで広い温度範囲において電気抵抗が低く，調整
が可能なワイドレンジ用サーミスタ材料を提供すること
ができる。
【図１】実施形態例における，試料２，３及び比較試料
Ｃ１の温度−比抵抗の関係を示す線図。
Ｃ１の温度−比抵抗の関係を示す線図。
フロントページの続き (72)発明者 浅井 満 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 神谷 信雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 5E034 BA09 BB01 BC13 BC17 BC20
Claims (3)
- 【請求項１】 第１相と第２相とよりなり，上記第１相
は絶縁性のマトリックス粒子より構成され，上記第２相
は上記第１相中に三次元網目状に不連続に分散した半導
体性または導電性の第２相粒子より構成されてなるワイ
ドレンジ用サーミスタ材料において，硼素または硼素化
合物の少なくともいずれか一方を含有することを特徴と
するワイドレンジ用サーミスタ材料。 - 【請求項２】 請求項１において，上記硼素または硼素
化合物は，金属硼素換算で，ワイドレンジ用サーミスタ
材料１００重量％に対して，０．１〜１０重量％含まれ
ていることを特徴とするワイドレンジ用サーミスタ材
料。 - 【請求項３】 請求項１又は２において，上記マトリッ
クス粒子は窒化珪素粒子または酸窒化物系セラミックス
からなり，上記第２相粒子は炭化珪素粒子よりなること
を特徴とするワイドレンジ用サーミスタ材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16108299A JP4284756B2 (ja) | 1999-06-08 | 1999-06-08 | ワイドレンジ用サーミスタ材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16108299A JP4284756B2 (ja) | 1999-06-08 | 1999-06-08 | ワイドレンジ用サーミスタ材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000348907A true JP2000348907A (ja) | 2000-12-15 |
| JP4284756B2 JP4284756B2 (ja) | 2009-06-24 |
Family
ID=15728289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16108299A Expired - Fee Related JP4284756B2 (ja) | 1999-06-08 | 1999-06-08 | ワイドレンジ用サーミスタ材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4284756B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112011101480T5 (de) | 2010-04-28 | 2013-05-29 | Denso Corporation | Temperatursensor mit einem wärmeempfindlichen Bauteil |
| WO2013141238A1 (ja) * | 2012-03-19 | 2013-09-26 | 株式会社豊田中央研究所 | 低温用サーミスタ材料及びその製造方法 |
-
1999
- 1999-06-08 JP JP16108299A patent/JP4284756B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112011101480T5 (de) | 2010-04-28 | 2013-05-29 | Denso Corporation | Temperatursensor mit einem wärmeempfindlichen Bauteil |
| DE112011101480B4 (de) * | 2010-04-28 | 2018-11-15 | Denso Corporation | Temperatursensor mit einem wärmeempfindlichen Bauteil |
| WO2013141238A1 (ja) * | 2012-03-19 | 2013-09-26 | 株式会社豊田中央研究所 | 低温用サーミスタ材料及びその製造方法 |
| JP2013197308A (ja) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Toyota Central R&D Labs Inc | 低温用サーミスタ材料及びその製造方法 |
| US10056174B2 (en) | 2012-03-19 | 2018-08-21 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Thermistor material for a short range of low temperature use and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4284756B2 (ja) | 2009-06-24 |
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