JP3409902B2 - PTCR element - Google Patents

PTCR element

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JP3409902B2
JP3409902B2 JP31599193A JP31599193A JP3409902B2 JP 3409902 B2 JP3409902 B2 JP 3409902B2 JP 31599193 A JP31599193 A JP 31599193A JP 31599193 A JP31599193 A JP 31599193A JP 3409902 B2 JP3409902 B2 JP 3409902B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、PTCR素子に関す
る。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a PTCR element.

【0002】[0002]

【従来の技術】PTCR特性、すなわち正の比抵抗温度
係数 ( Positive Temperature Coefficient of Resisti
vity )を示す材料として、現在のところBaTiO3
セラミックス、PbTiO3 −TiO2 系セラミック
ス、(V、Cr)2 3 セラミックス、カーボンとポリ
マーの複合材などが知られている。
2. Description of the Related Art PTCR characteristics, that is, the Positive Temperature Coefficient of Resistance
At present, BaTiO 3 -based ceramics, PbTiO 3 —TiO 2 -based ceramics, (V, Cr) 2 O 3 ceramics, carbon-polymer composite materials, etc. are known as materials exhibiting vity).

【0003】これらのPTCR特性の発現は、BaTi
3 系セラミックスおよびPbTiO3 −TiO2 系セ
ラミックスについては、強誘電−常誘電相変態、(V、
Cr)2 3 セラミックスについては、金属−絶縁体転
移、カーボンとポリマーの複合材については、ポリマー
の熱膨張に起因すると考えられている。
The expression of these PTCR characteristics is expressed by BaTi.
For O 3 -based ceramics and PbTiO 3 —TiO 2 -based ceramics, ferroelectric-paraelectric phase transformation (V,
It is believed that for Cr) 2 O 3 ceramics it is due to the metal-insulator transition and for carbon-polymer composites it is due to the thermal expansion of the polymer.

【0004】[0004]

【発明の目的】本発明は、従来のものとは異なる発現機
構に基づく全く新しいPTCR素子を提供することを目
的とするものである。
OBJECT OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a completely new PTCR element based on an expression mechanism different from the conventional one.

【0005】[0005]

【発明の構成】ところで、実用金属便覧(日刊工業新聞
社昭和37年10月30日発行)の主な金属の比抵抗温
度特性(図1参照)にも示されているように、金属のな
かには、例えば、Pb、Sn、In等のように、融点に
おいて固体から液体に転移する際、その比抵抗が急激に
上昇するものがある。
Structure of the Invention By the way, as shown in the resistivity temperature characteristics of main metals (see FIG. 1) of the Practical Metal Handbook (published by Nikkan Kogyo Shimbun, October 30, 1937), some of the metals are For example, there are some materials such as Pb, Sn, In, etc., in which the specific resistance thereof rapidly increases when transitioning from solid to liquid at the melting point.

【0006】しかしながら、この現象をPTCR素子に
応用するには、金属単体では、液相状態を利用するため
実用化が難しい。
However, in order to apply this phenomenon to a PTCR element, it is difficult to put the metal into practical use because it uses the liquid phase state.

【0007】本発明は、以上の事柄に着目してなされた
もので、下記(1)〜(8)の発明からなる。 (1) 金属化合物の主相間に、固相−液相間での相転
移に伴いPTCR特性を示す金属または合金を分散さ
せ、前記主相の比抵抗を、前記金属または合金の比抵抗
より高く設定したことを特徴とするPTCR素子。 (2) 前記金属または合金が1100℃以下の融点を
有する上記(1)のPTCR素子。 (3) 前記金属がPb、Sn、In、Cs、Al、A
gまたはCdであり、前記合金がPb−Sn合金、Ag
−Pb合金またはCd−Pb合金である上記(1)また
は(2)のPTCR素子。 (4) 前記化合物が、酸化物、窒化物、ケイ化物、炭
化物、ホウ化物および硫化物の一種以上である上記
(1)ないし(3)のいずれかのPTCR素子。 (5) 前記酸化物が、チタン、亜鉛、スズ、インジウ
ム、鉄、バリウム、ストロンチウム、ニッケル、マンガ
ンおよび鉛の1種以上を含む酸化物である上記(4)の
PTCR素子。 (6) 前記主相の電気抵抗が103 Ωmオーダー以下
である上記(1)ないし(5)のいずれかのPTCR素
子。 (7) 前記主相の電気抵抗が10-1Ωmオーダー以上
である上記(6)のPTCR素子。 (8) 前記金属または合金の含有量が5〜50vol %
である上記(1)ないし(7)のいずれかのPTCR素
子。
The present invention was made by paying attention to the above matters, and comprises the following inventions (1) to (8). (1) A metal or alloy exhibiting PTCR characteristics is dispersed between the main phases of the metal compound along with the phase transition between the solid phase and the liquid phase, and the specific resistance of the main phase is higher than the specific resistance of the metal or alloy. A PTCR element characterized by being set. (2) The PTCR element according to (1) above, wherein the metal or alloy has a melting point of 1100 ° C. or lower. (3) The metal is Pb, Sn, In, Cs, Al, A
g or Cd, and the alloy is a Pb-Sn alloy, Ag
The PTCR element according to (1) or (2) above, which is a -Pb alloy or a Cd-Pb alloy. (4) The PTCR element according to any one of (1) to (3) above, wherein the compound is one or more of an oxide, a nitride, a silicide, a carbide, a boride and a sulfide. (5) The PTCR element according to (4) above, wherein the oxide is an oxide containing at least one of titanium, zinc, tin, indium, iron, barium, strontium, nickel, manganese, and lead. (6) The PTCR element according to any one of (1) to (5), wherein the electrical resistance of the main phase is 10 3 Ωm or less. (7) The PTCR element according to (6), wherein the electrical resistance of the main phase is on the order of 10 -1 Ωm or more. (8) Content of the metal or alloy is 5 to 50 vol%
The PTCR element according to any one of (1) to (7) above.

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【作用・効果】本発明においては、金属あるいは合金の
比抵抗がその固相−液相間の転移により急激に変化する
現象を利用し、該金属または合金を化合物である主相内
に封じ込めて、金属または合金が溶融し液相状態となっ
たときにもこれを担持することができるようにし、これ
によって、PTCR特性の全く新たな発現機構に基づく
PTCR素子を得ることができた。
In the present invention, the phenomenon in which the resistivity of a metal or alloy rapidly changes due to the transition between the solid phase and the liquid phase is used to contain the metal or alloy in the main phase which is a compound. The metal or alloy is made to be able to be supported even when it melts into a liquid phase state, whereby a PTCR element based on a completely new expression mechanism of PTCR characteristics can be obtained.

【0010】また、本発明のPTCR素子は、従来のP
TCR素子と同様、サーミスタ等の自己発熱型ヒータと
して用いることができるほか、PTCR特性が得られる
温度を、金属自体を選択したり、融点を調節した合金を
設計するなどして、希望の温度のセンシングを行なうセ
ンサ等も自由に得ることができる。
The PTCR element of the present invention is a conventional P
Like the TCR element, it can be used as a self-heating heater such as a thermistor, and the temperature at which the PTCR characteristic is obtained can be selected by selecting the metal itself or designing an alloy with a controlled melting point. Sensors and the like for sensing can be freely obtained.

【0011】[0011]

【具体的構成】以下、本発明の具体的構成を詳細に説明
する。
Specific Structure The specific structure of the present invention will be described in detail below.

【0012】本発明のPTCR素子は、金属化合物であ
る主相間に、固相−液相間での相転移に伴いPTCR特
性を示す金属または合金を分散させたものである。
The PTCR element of the present invention is one in which a metal or an alloy exhibiting PTCR characteristics is dispersed between the main phases which are metal compounds, with the phase transition between the solid phase and the liquid phase.

【0013】主相としての上記化合物は、酸化物、窒化
物、ケイ化物、炭化物、ホウ化物および硫化物の1種以
上のいずれを用いてもよく、酸化物としては、チタン、
亜鉛、スズ、インジウム、鉄、バリウム、ストロンチウ
ム、ニッケル、マンガンおよび鉛の1種以上を含む酸化
物、例えば、酸化チタン(TiO2 )、酸化亜鉛(Zn
O)、酸化スズ(SnO2 )、酸化インジウム(In2
3 )、酸化鉄およびその化合物(例えばフェライ
ト)、チタン酸バリウム(BaTiO3 )およびチタン
酸ストロンチウム(SrTiO3 )、チタン酸鉛(Pb
TiO3 )等の1種以上を含むものであることが望まし
く、窒化物としては、TiN、TaNなどを用いること
ができる。
The above-mentioned compound as the main phase may be any one or more of oxides, nitrides, silicides, carbides, borides and sulfides. As the oxide, titanium,
Oxides containing one or more of zinc, tin, indium, iron, barium, strontium, nickel, manganese and lead, such as titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (Zn oxide).
O), tin oxide (SnO 2 ), indium oxide (In 2
O 3 ), iron oxide and its compounds (for example, ferrite), barium titanate (BaTiO 3 ) and strontium titanate (SrTiO 3 ), lead titanate (Pb).
TiO 3 ), etc. are preferably contained, and the nitride may be TiN, TaN, or the like.

【0014】また、ケイ化物、炭化物、ホウ化物または
硫化物としては、MoSi2 、WSi2 、SiC、B4
C、TiB2 、CrB2 、CdS、Cu2 Sを用いるこ
とができる。
As the silicide, carbide, boride or sulfide, MoSi 2 , WSi 2 , SiC or B 4 can be used.
C, TiB 2 , CrB 2 , CdS, Cu 2 S can be used.

【0015】そして、上記主相の比抵抗は、ある程度低
いもの、具体的には103 Ωmオーダー以下であって、
主相中に分散される金属または合金より高く設定され
る。具体的には、1×103 Ωm以下が好ましい。また
下限値は1×10-1Ωm、より好ましくは1×100 Ω
m、特に1×101 Ωmが好ましい。主相の比抵抗が1
3 Ωmオーダー以下が好ましいのは、発熱体やセンサ
ーとして使用する上では、ある程度の比抵抗が必要であ
るからである。このため、上記酸化物等には、比抵抗を
低下させるため、添加剤を添加することが望ましい。こ
の添加剤としては、例えば、主相がTiO2 であるとき
にはNb、Ta、Sbを、ZnOのときにはAl、G
a、Inを選択するのがよい。このとき 、添加量は、
0.001〜10.0モル%とする。0.001未満で
は半導体化が不十分で比抵抗が十分低下せず10.0を
こえると比抵抗が再び増大するからである。
The specific resistance of the main phase is low to some extent, specifically 10 3 Ωm or less,
It is set higher than the metal or alloy dispersed in the main phase. Specifically, it is preferably 1 × 10 3 Ωm or less. The lower limit is 1 × 10 −1 Ωm, more preferably 1 × 10 0 Ω.
m, particularly 1 × 10 1 Ωm is preferable. Main phase resistivity is 1
The reason why it is preferably on the order of 0 3 Ωm or less is that a certain degree of specific resistance is required for use as a heating element or a sensor. Therefore, it is desirable to add an additive to the above oxides or the like in order to reduce the specific resistance. Examples of the additive include Nb, Ta and Sb when the main phase is TiO 2 , and Al and G when ZnO is the main phase.
It is preferable to select a and In. At this time, the addition amount is
The amount is 0.001 to 10.0 mol%. This is because if it is less than 0.001, the formation of a semiconductor is insufficient and the specific resistance does not sufficiently decrease, and if it exceeds 10.0, the specific resistance increases again.

【0016】上記のような添加剤としては、Nb、T
a、Sb、Al、Ga、Inの他に、主相の酸化物の種
類によりV、W、Y、希土類、Sb、Bを用いることが
できる。なお、主相の比抵抗は、実際の素子と同一の条
件で主相材料単独で焼結体を作製して測定すればよい。
As the above-mentioned additives, Nb, T
In addition to a, Sb, Al, Ga, and In, V, W, Y, rare earths, Sb, and B can be used depending on the type of oxide of the main phase. The resistivity of the main phase may be measured by preparing a sintered body of the main phase material alone under the same conditions as the actual element.

【0017】上記のように、主相の比抵抗を、主相中に
分散される金属または合金より高く設定するのは、電流
の多くが上記金属や合金中に流れずに主相中に流れてし
まい、PTCR特性を示さなくなってしまうからであ
る。
As described above, the specific resistance of the main phase is set higher than that of the metal or alloy dispersed in the main phase, so that most of the electric current does not flow in the metal or alloy but flows in the main phase. This is because the PTCR characteristic is not exhibited.

【0018】主相の融点は、少なくとも上記金属または
合金の融点以上で、具体的には、1100℃程度以上が
選択される。主相が金属とともに融けてしまったので
は、素子としての態をなさなくなってしまうからであ
る。
The melting point of the main phase is selected to be at least the melting point of the above-mentioned metal or alloy, specifically about 1100 ° C. or higher. This is because if the main phase melts together with the metal, it will no longer function as an element.

【0019】また、上記主相は、通常0.1μm〜1m
mのグレインサイズであって、走査型電子顕微鏡等で観
察することができる。
The main phase is usually 0.1 μm to 1 m.
It has a grain size of m and can be observed with a scanning electron microscope or the like.

【0020】本発明で用いることのできる金属または合
金は、固相−液相間での相転移に伴いPTCR特性を示
す金属または合金である。このような金属等の融点は、
上記主相の融点より低いものが選択される。具体的に
は、1100℃以下、特に800℃以下が好ましい。こ
の金属等の融点の下限値は、−50℃程度が望ましい。
The metal or alloy that can be used in the present invention is a metal or alloy that exhibits PTCR characteristics with the phase transition between the solid phase and the liquid phase. The melting point of such metals is
A material having a melting point lower than that of the main phase is selected. Specifically, it is preferably 1100 ° C. or lower, particularly 800 ° C. or lower. The lower limit of the melting point of this metal or the like is preferably about -50 ° C.

【0021】これにより低温でのセンシングも可能とな
るからである。
This is because sensing at low temperature is also possible.

【0022】以上のような金属としては、Pb、Sn、
In、Cs、Al、Ag、Cd等を用いることが望まし
い。また、合金としては、Sn量30〜90wt%のPb
−Sn合金、Pb量10〜90wt%のAg−Pb合金ま
たはPb量5〜95wt%のCd−Pb合金を用いること
が望ましい。用いることのできる合金としては、この
他、Pb−In、Pb−Mn、Pb−Al、Cd−S
n、等がある。
The metals mentioned above include Pb, Sn,
It is desirable to use In, Cs, Al, Ag, Cd or the like. Further, as an alloy, Pb with an Sn content of 30 to 90 wt% is used.
It is desirable to use -Sn alloy, Ag-Pb alloy having a Pb content of 10 to 90 wt% or Cd-Pb alloy having a Pb content of 5 to 95 wt%. Other alloys that can be used include Pb-In, Pb-Mn, Pb-Al, and Cd-S.
n, etc.

【0023】因みに、上記実用金属便覧によると、Pb
では、その融点の327℃の近傍において、比抵抗が立
ち上がり、3.7×10-5Ωcm(3.7×10-3Ω
m)であったものが約3倍の9.5×10-5Ωcm
(9.5×10-3Ωm)と増大しており、また、Snで
は、その融点の232℃近傍で比抵抗が立ち上がり、
2.6×10-5Ωcm(2.6×10-3Ωm)であった
ものが4.7×10-5Ωcm(4.7×10-3Ωm)と
増大している。
Incidentally, according to the above-mentioned practical metal handbook, Pb
Then, in the vicinity of the melting point of 327 ° C., the specific resistance rises to 3.7 × 10 −5 Ωcm (3.7 × 10 −3 Ω).
m) was about three times 9.5 × 10 -5 Ωcm
(9.5 × 10 −3 Ωm), and in Sn, the specific resistance rises near 232 ° C., which is the melting point of Sn.
What was 2.6 × 10 −5 Ωcm (2.6 × 10 −3 Ωm) increased to 4.7 × 10 −5 Ωcm (4.7 × 10 −3 Ωm).

【0024】金属の種類によっては、Csのように10
0℃近傍の比較的低い温度で比抵抗の立ち上がりを示す
ものから、Cuのようにその融点の1083℃近傍の比
較的高い温度で比抵抗の立ち上がりを示すものまで幅広
く存在し、しかもPb−Sn合金等のように成分の含有
比率を変えることによりその融点を変動させることがで
き、使用目的に応じて、金属または合金を自由に選択す
ることができる。
Depending on the type of metal, it is 10 like Cs.
There are a wide variety of materials, such as those exhibiting a specific resistance rising at a relatively low temperature near 0 ° C. to those having a specific resistance rising at a relatively high temperature near a melting point of 1083 ° C. such as Cu, and moreover, Pb-Sn The melting point can be changed by changing the content ratio of components such as alloys, and the metal or alloy can be freely selected according to the purpose of use.

【0025】上記金属または合金は、主相中に金属粒子
または合金粒子の形態で分散していることが望ましく、
その平均粒径は0.01〜100μm程度であることが
望ましい。ただし、金属粒子または合金粒子は、粒子状
態で離間して存在する状態の他、互いに接した状態や融
合した状態で存在してもよい。
The above metal or alloy is preferably dispersed in the main phase in the form of metal particles or alloy particles,
The average particle size is preferably about 0.01 to 100 μm. However, the metal particles or the alloy particles may exist in a state of being separated from each other in a particle state, or in a state of being in contact with each other or a state of being fused.

【0026】上記金属または合金の含有量は、5〜50
vol %の範囲内であることが望ましい。含有量が少なす
ぎるとPTCR特性を示さなくなり、多すぎると試料の
形状を堅持できなくなるからである。
The content of the above metal or alloy is 5 to 50.
It is desirable to be within the range of vol%. This is because if the content is too small, the PTCR characteristics will not be exhibited, and if it is too large, the shape of the sample cannot be retained.

【0027】本発明のPTCR素子の製造には、一般に
固相反応法が用いられる。
A solid-phase reaction method is generally used for manufacturing the PTCR element of the present invention.

【0028】製造にあたっては、まず主相用の原料粉末
と、金属または合金の原料粉末を準備する。主相用の原
料粉末は、主相の組成の化合物の粉末を準備することが
望ましい。本発明のPTCR素子の焼成においては、所
望の比抵抗およびPTCR特性を維持するため、金属ま
たは合金の酸化を防止する必要があり、通常Arガス等
の非酸化性雰囲気中で行なう。それにより、焼成工程に
おいては、酸化物等の形成を最小限に抑制できる。
In the production, first, the raw material powder for the main phase and the raw material powder for the metal or alloy are prepared. As the raw material powder for the main phase, it is desirable to prepare a powder of the compound having the composition of the main phase. In the firing of the PTCR element of the present invention, it is necessary to prevent the metal or alloy from being oxidized in order to maintain desired specific resistance and PTCR characteristics, and it is usually performed in a non-oxidizing atmosphere such as Ar gas. Thereby, in the firing step, formation of oxides and the like can be suppressed to a minimum.

【0029】主相用の原料粉末の平均粒径は、0.1〜
10μm、金属または合金の原料粉末の平均粒径は、
0.1〜100μm程度のものが選択される。
The average particle size of the raw material powder for the main phase is from 0.1 to 0.1
10 μm, the average particle size of the metal or alloy raw material powder is
A material having a thickness of about 0.1 to 100 μm is selected.

【0030】このような原料を用い混合を行なう。混合
方法に特に制限はないが、例えばエタノール、水、ヘキ
サン等と共にボールミル等による湿式混合が好ましく、
手混合を行ってもよい。次いで、混台物を乾燥し、所定
の形状に圧縮成形する。この時の成形圧は、100kg
/cm〜2t/cm程度とする。
Mixing is performed using such raw materials. Although the mixing method is not particularly limited, for example, wet mixing with a ball mill or the like together with ethanol, water, hexane or the like is preferable,
Manual mixing may be performed. Next, the mixed material is dried and compression-molded into a predetermined shape. The molding pressure at this time is 100 kg
/ Cm 2 to 2 t / cm 2 .

【0031】次いで、例えば、Arガス中で、昇温速度
を50〜500℃/h程度、降温速度を50〜500℃/h
程度として、800〜1400℃程度で30分〜4時間
程度、で焼成し、焼結体を得る。
Then, for example, in Ar gas, the temperature raising rate is about 50 to 500 ° C./h and the temperature lowering rate is 50 to 500 ° C./h.
The sintering is performed at about 800 to 1400 ° C. for about 30 minutes to 4 hours to obtain a sintered body.

【0032】上記の望ましい焼成条件は、使用する材料
の組成等によってことなるが、一般に温度が低すぎた
り、時間が短すぎたりすると焼結体の密度が不十分で多
孔質なために、焼結体中の金属等が後に酸化してしま
う。他方、焼成温度が高すぎたり、焼成時間が長すぎた
りすると、室温での比抵抗が上昇してしまう。これは、
主に、金属等の一部が蒸発してしまうからであると考え
られる。
The above desirable firing conditions vary depending on the composition of the material used and the like. Generally, if the temperature is too low or the time is too short, the density of the sintered body is insufficient and the firing is porous, The metal etc. in the bound body will be oxidized later. On the other hand, if the firing temperature is too high or the firing time is too long, the specific resistance at room temperature increases. this is,
It is considered that this is mainly because a part of metal or the like is evaporated.

【0033】本発明のPTCR素子の焼成にあたって
は、金属等の酸化を防止することができるなら、焼成雰
囲気として空気を用いてもよい。
When firing the PTCR element of the present invention, air may be used as the firing atmosphere as long as it is possible to prevent the oxidation of metals and the like.

【0034】なお、上記主相中には、主相の比抵抗を低
減するための前述のような成分を添加することが望まし
く、このような成分の添加は、材料粉末中に予め行なっ
ても、素子の焼成工程前の材料の混合工程において行な
っても、いずれでもよい。
It should be noted that it is desirable to add the above-mentioned components for reducing the specific resistance of the main phase to the above-mentioned main phase. Even if such a component is added to the material powder in advance. Alternatively, it may be performed in the material mixing step before the element firing step.

【0035】また、主相の原料粉末と金属等の粉末を単
に混合するのではなく、主相の原料粉末である例えばセ
ラミック粉末上に、蒸着、スパッタリング等により金属
等をコーティングし、これを焼成して焼結体を得てもよ
い。
Further, instead of simply mixing the raw material powder of the main phase and the powder of metal or the like, the raw material powder of the main phase, for example, ceramic powder is coated with metal or the like by vapor deposition, sputtering or the like and fired. You may obtain a sintered compact.

【0036】本発明のPTCR素子は、例えば自己制御
型発熱体、カラーテレビの消磁素子、モータの起動素
子、過電流制限素子、特定温度のセンサ、特定温度で使
用されるスイッチング素子等に利用される。
The PTCR element of the present invention is used as, for example, a self-controlled heating element, a color television degaussing element, a motor starting element, an overcurrent limiting element, a sensor at a specific temperature, a switching element used at a specific temperature, and the like. It

【0037】[0037]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below by showing specific examples of the present invention.

【0038】実施例1 原料粉末は、主相用として平均粒径1〜2μm TiO2
の粉末、金属相用として平均粒径5〜10μmのPb
(融点:327℃)の粉末を使用した。なお、TiO2
の比抵抗の低下を促進するため、Nbを添加した。この
Nbの添加は、モル比で(Ti0.99Nb0.01)となるよ
うに行なった。また、Nbとしては、Nb2 5 粉末の
形で添加し、その平均粒径は1〜2μmであった。これ
らを上記の方法で混合し、得られた混合物粉末を約10
mmφ×5mmの円柱状に成形した。この成形体を1200
℃、2時間、Ar雰囲気中で焼成して組成x(Pb)−
(100−x)(Ti0.99Nb0.01)O2 の焼結体を得
た。
Example 1 Raw material powder was used for the main phase and had an average particle size of 1 to 2 μm TiO 2.
Powder, Pb with an average particle size of 5 to 10 μm for the metal phase
Powder having a melting point of 327 ° C. was used. In addition, TiO 2
Nb was added in order to accelerate the decrease in the specific resistance. This addition of Nb was performed so that the molar ratio would be (Ti 0.99 Nb 0.01 ). Further, Nb was added in the form of Nb 2 O 5 powder, and the average particle size was 1 to 2 μm. These were mixed by the above method, and the resulting mixture powder was mixed with about 10
It was formed into a cylindrical shape of mmφ × 5 mm. This molded body is 1200
The composition x (Pb)-
A sintered body of (100-x) (Ti 0.99 Nb 0.01 ) O 2 was obtained.

【0039】上記の焼結体のx(Pb)−(100−
x)(Ti0.99Nb0.01)O2 の組成で、xを20およ
び30モル%(Pbが約20および約30vol %)にな
るように変化させ、試料1および2を得た。図5の試料
1の切断面SEM写真から、Pb(黒い部分)の主相
(白い部分)への分散状態が確認された。
X (Pb)-(100- of the above sintered body
x) (Ti 0.99 Nb 0.01 ) O 2 was used, and x was changed to 20 and 30 mol% (Pb is about 20 and about 30 vol%) to obtain Samples 1 and 2. From the SEM photograph of the cut surface of Sample 1 in FIG. 5, the dispersed state of Pb (black portion) in the main phase (white portion) was confirmed.

【0040】ついで得られた焼結体のPTCR特性を、
下記の比抵抗温度特性測定法により測定した。
Then, the PTCR characteristics of the obtained sintered body were
It was measured by the following specific resistance temperature characteristic measuring method.

【0041】<比抵抗温度特性測定法>焼結体の比抵抗
温度特性は、直流二端子法を用いて測定した。まず、I
n−Ga電極を焼結体表面に塗布してオーミック接合を
得た。さらに昇温による電極の酸化および蒸発を防ぐた
めにステンレス板で試料をはさんだ。測定は、大気中で
焼結体試料を昇温および降温し、試料を流れる電流値の
変化を記録することで行った。昇温速度は5℃/min と
して350℃まで昇温し、降温は炉冷速度とした。測定
装置として定電圧電源/モニタ(アドバンテスト;TR
−6143)を用いて5mV/cm の電界を試料に印加して
電流値を測定し、下記式により比抵抗(ρ)を算出し
た。
<Specific Resistance Temperature Characteristic Measurement Method> The specific resistance temperature characteristic of the sintered body was measured by using the DC two-terminal method. First, I
An n-Ga electrode was applied on the surface of the sintered body to obtain ohmic contact. Furthermore, the sample was sandwiched with a stainless steel plate to prevent oxidation and evaporation of the electrode due to temperature rise. The measurement was performed by raising and lowering the temperature of the sintered body sample in the air and recording the change in the current value flowing through the sample. The temperature raising rate was 5 ° C./min and the temperature was raised to 350 ° C., and the temperature lowering was the furnace cooling rate. Constant voltage power supply / monitor (Advantest; TR
-6143), an electric field of 5 mV / cm 2 was applied to the sample, the current value was measured, and the specific resistance (ρ) was calculated by the following formula.

【0042】〔比抵抗(ρ)算出式〕 ρ=(E/I)×(S/h) ただし、 E:印加電圧 I:試料を流れる電流 S:試料の断面積 h:試料の厚さ 以上により算出した各温度での比抵抗(ρ)をプロット
して、図2に示すような各組成比の焼結体の比抵抗温度
特性曲線を得た。
[Specific Resistance (ρ) Calculation Formula] ρ = (E / I) × (S / h) where E: Applied voltage I: Current flowing through sample S: Cross-sectional area of sample h: Thickness of sample or more The specific resistance (ρ) at each temperature calculated by was plotted, and the specific resistance temperature characteristic curve of the sintered body having each composition ratio as shown in FIG. 2 was obtained.

【0043】この図2から分かるように、試料1および
2で、Pbの融点である327℃近傍で比抵抗の立ち上
がりが観察される。特に、30Pb系の試料2では、比
抵抗が4.5×10-4Ωm程度から7×10-4Ωm程度
へと急激に立ち上がっている。この比抵抗の立ち上がり
を利用すれば、特定温度のセンサ等に利用するPTCR
素子を構成することができる。
As can be seen from FIG. 2, in Samples 1 and 2, the rise of the specific resistance is observed near 327 ° C., which is the melting point of Pb. Particularly, in the 30Pb-based sample 2, the specific resistance sharply rises from about 4.5 × 10 −4 Ωm to about 7 × 10 −4 Ωm. If this rise of the specific resistance is used, the PTCR used for a sensor at a specific temperature, etc.
The element can be constructed.

【0044】実施例2 次に、試料2の組成の材料を用いて、焼成温度を117
5℃および1225℃と変化させた以外は上記実施例と
同様にして、試料3および4を得た。
Example 2 Next, using the material having the composition of Sample 2, the firing temperature was set to 117.
Samples 3 and 4 were obtained in the same manner as in the above example except that the temperature was changed to 5 ° C and 1225 ° C.

【0045】これらの試料についても、上記実施例と同
様にして比抵抗温度特性を測定して、図3に示す比抵抗
温度特性曲線を得た。
With respect to these samples as well, the specific resistance temperature characteristics were measured in the same manner as in the above example, and the specific resistance temperature characteristic curves shown in FIG. 3 were obtained.

【0046】この図3から分かるように、焼成温度が1
175℃以上の試料3および4において、上記試料2と
同様にPbの融点である327℃近傍で比抵抗の良好な
立ち上がりが観察される。
As can be seen from FIG. 3, the firing temperature is 1
In Samples 3 and 4 having a temperature of 175 ° C. or higher, a good rising of the specific resistance is observed near 327 ° C., which is the melting point of Pb, as in Sample 2.

【0047】なお、1175℃から焼成温度が上昇する
につれて、試料の室温比抵抗が減少する傾向が見られた
が、これは主相であるTiO2 のNbの作用による比抵
抗の減少に伴うものであると考えられる。また、焼成温
度が所定温度以上となると、再び室温比抵抗が減少する
傾向が見られたが、これは、TiO2 の比抵抗の減少よ
りも、Pbの蒸発による全体の比抵抗の増大によるもの
であると考えられる。したがって、以上の材料を用い
て、PTCR素子を設計するには、焼成条件も十分に考
慮する必要がある。
Although the room temperature resistivity of the sample tended to decrease as the firing temperature increased from 1175 ° C., this was due to the reduction of the resistivity due to the action of Nb of TiO 2 as the main phase. Is considered to be. When the firing temperature was higher than the predetermined temperature, the room temperature resistivity tended to decrease again. This was due to the increase in the overall resistivity due to the evaporation of Pb rather than the decrease in the resistivity of TiO 2. Is considered to be. Therefore, in designing a PTCR element using the above materials, it is necessary to sufficiently consider the firing conditions.

【0048】実施例3 次に、Tiの代わりに、Znを用い、比抵抗制御のため
の添加物としてAlを用い、最終組成が20Pb−80
(Zn0.99Al0.01)O、すなわちPbが約20vol %
となるようにした他は、実施例1と同様にして、成形体
を得た。これを、1050℃、2時間、Ar雰囲気中で
焼成して試料5の焼結体を得た。
Example 3 Next, Zn was used instead of Ti, Al was used as an additive for controlling the specific resistance, and the final composition was 20 Pb-80.
(Zn 0.99 Al 0.01 ) O, that is, Pb is about 20 vol%
A molded product was obtained in the same manner as in Example 1 except that the above was adopted. This was fired in an Ar atmosphere at 1050 ° C. for 2 hours to obtain a sintered body of Sample 5.

【0049】この試料5の焼結体についても、比抵抗を
測定し、図4に示すような比抵抗温度特性曲線を得た。
このように、主相の材料を代えても、金属としてPbを
用いるかぎりは、Pbの融点である327℃近傍で比抵
抗の立ち上がりが見られ、PTCR素子として用いるこ
とができることが判明した。なお、実施例1、3の主相
(Ti0.99Nb0.01)Oと(Zn0.99
0.01)0の焼結体についても上記と同様に、室温
での比抵抗を測定したところ、1×10−1Ωm〜1×
10Ωmの範囲内であった。
The specific resistance of the sintered body of Sample 5 was measured to obtain a specific resistance temperature characteristic curve as shown in FIG.
As described above, even if the material of the main phase was changed, as long as Pb was used as the metal, the rise of the specific resistance was observed near 327 ° C., which is the melting point of Pb, and it was found that it can be used as a PTCR element. The main phases (Ti 0.99 Nb 0.01 ) O 2 and (Zn 0.99 A) of Examples 1 and 3 were used.
With respect to the sintered body of l 0.01 ) 0 as well, the specific resistance at room temperature was measured in the same manner as above, and was 1 × 10 −1 Ωm to 1 ×.
It was within the range of 10 3 Ωm.

【0050】以上の他、金属等として、融点で比抵抗の
立ち上がりがみられる、すなわち固相−液相間での相転
移でPTCR特性を示すPb以外の金属、例えばSn、
In、Cs、Al、AgまたはCdや、Pb−Sn合
金、Ag−Pb合金またはCd−Pb合金を用いても上
記実施例と同様の傾向がみられ、PTCR素子として使
用可能なことが分かった。
In addition to the above, as a metal or the like, a rise in specific resistance is observed at the melting point, that is, a metal other than Pb which exhibits a PTCR characteristic at the phase transition between the solid phase and the liquid phase, for example, Sn,
Even if In, Cs, Al, Ag or Cd or Pb-Sn alloy, Ag-Pb alloy or Cd-Pb alloy was used, the same tendency as in the above-mentioned examples was observed, and it was found that it can be used as a PTCR element. .

【0051】また、金属等を担持する主相としては、以
上の実施例では、酸化物のみを用いたが、上記実施例の
酸化物と同様の電気的特性を示すものであるならば、他
の化合物、すなわち窒化物、ケイ化物、炭化物、ホウ化
物または硫化物等を用いても同様の傾向が見られ、PT
CR素子として用いることが判明した。
Further, as the main phase for supporting a metal or the like, only the oxide is used in the above-mentioned examples, but if the oxide has the same electrical characteristics as those of the oxides in the above-mentioned examples, other oxides are used. The same tendency is observed when the compounds of, i.e., nitrides, silicides, carbides, borides or sulfides are used, and PT
It was found to be used as a CR element.

【0052】以上説明したように、本発明は、従来なか
った、全く新しい発現機構に基づくPTCR素子を提供
することができる。
As described above, the present invention can provide a PTCR element based on a completely new expression mechanism which has never been obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】代表的な金属の比抵抗温度特性を示すグラフ図
である。
FIG. 1 is a graph showing a specific resistance temperature characteristic of a typical metal.

【図2】実施例1の試料における比抵抗温度特性を示す
グラフ図である。
FIG. 2 is a graph showing the specific resistance temperature characteristic of the sample of Example 1.

【図3】実施例2の試料における比抵抗温度特性を示す
グラフ図である。
FIG. 3 is a graph showing the specific resistance temperature characteristic of the sample of Example 2.

【図4】実施例3の試料における比抵抗温度特性を示す
グラフ図である。
FIG. 4 is a graph showing the specific resistance temperature characteristic of the sample of Example 3;

【図5】図面代用写真であって、本発明の実施例の試料
1の切断面のSEM写真である。
FIG. 5 is a photograph as a substitute for a drawing, which is an SEM photograph of a cross section of Sample 1 of the example of the present invention.

フロントページの続き (72)発明者 本間 基文 宮城県仙台市太白区八木山南1丁目3− 7 (72)発明者 松岡 大 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィーディーケイ株式会社内 (72)発明者 淀川 正忠 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィーディーケイ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−214601(JP,A) 特開 昭51−150662(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01C 7/02 - 7/22 Continuation of the front page (72) Inventor Honma Kibun 1-7-7 Minami Yagiyama, Taihaku-ku, Sendai-shi, Miyagi (72) Inventor Matsudai Dai 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDK Corporation (72) Inventor Masatada Yodogawa 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo, TDK Corporation (56) References JP 62-214601 (JP, A) JP 51-150662 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01C 7/ 02-7/22

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 金属化合物で構成される複数の主相間
に、固相−液相間での相転移に伴いPTCR特性を示す
金属または合金分散してあり、 前記主相が、前記金属または合金の融点以上の融点と、
前記金属または合金の比抵抗より高い比抵抗とを持つグ
レインであり、かつ、 焼結法により形成される ことを特徴とするPTCR素
子。
Between a plurality of main phase consisting of 1. A metal compound, the solid phase - metal or alloy showing a PTCR characteristic with the phase transition between liquid phase Yes dispersed, the main phase, the metal or A melting point above the melting point of the alloy,
With a resistivity higher than that of the metal or alloy.
A PTCR element , which is rain and is formed by a sintering method .
【請求項2】 前記主相の融点が1100℃以上であ
り、前記金属または合金の融点が1100℃以下であ
請求項1に記載のPTCR素子。
Wherein is a melting point of the main phase is 1100 ° C. or higher, PTCR element according to claim 1 melting point of the metal or alloy Ru der 1100 ° C. or less.
【請求項3】 前記主相の比抵抗が10Ωmオーダ
ー以下である請求項1に記載のPTCR素子。
3. The PTCR element according to claim 1, wherein the resistivity of the main phase is on the order of 10 3 Ωm or less.
【請求項4】 前記主相の比抵抗が10−1Ωmオーダ
ー以上である請求項3に記載のPTCR素子。
4. The PTCR element according to claim 3, wherein the resistivity of the main phase is on the order of 10 −1 Ωm or more.
【請求項5】 前記化合物が、酸化物、窒化物、ケイ化
物、炭化物、ホウ化物および硫化物の一種以上である請
求項1から4までのいずれかに記載のPTCR素子。
5. The PTCR element according to claim 1, wherein the compound is one or more of oxides, nitrides, silicides, carbides, borides and sulfides.
【請求項6】 前記酸化物が、チタン、亜鉛、スズ、イ
ンジウム、鉄、バリウム、ストロンチウム、ニッケル、
マンガンおよび鉛の1種以上を含む酸化物である請求項
5に記載のPTCR素子。
6. The oxide is titanium, zinc, tin, indium, iron, barium, strontium, nickel,
The PTCR element according to claim 5, which is an oxide containing at least one of manganese and lead.
【請求項7】 前記酸化物がチタンを含む酸化物である7. The oxide is an oxide containing titanium.
ときに、Nb、TaおよびSbから選ばれる1種以上Sometimes one or more selected from Nb, Ta and Sb
が、添加物として添加してある請求項6に記載のPTCIs added as an additive, the PTC according to claim 6.
R素子。R element.
【請求項8】 前記酸化物が亜鉛を含む酸化物であると8. The oxide is an oxide containing zinc.
きに、Al、GaおよびInから選ばれる1種以上が、At least one selected from Al, Ga and In is
添加物として添加してある請求項6に記載のPTCR素The PTCR element according to claim 6, which is added as an additive.
子。Child.
【請求項9】 前記金属がPb、Sn、In、Cs、A
l、AgまたはCdであり、前記合金がPb−Sn合
金、Ag−Pb合金またはCd−Pb合金である請求項
1から8までのいずれかに記載のPTCR素子。
9. The metal is Pb, Sn, In, Cs, A.
9. The PTCR element according to claim 1, wherein the PTCR element is 1, Ag, or Cd, and the alloy is a Pb-Sn alloy, an Ag-Pb alloy, or a Cd-Pb alloy.
【請求項10】 前記金属または合金の含有量が5〜5
0vol%である請求項1から9までのいずれかに記載
のPTCR素子。
10. The content of the metal or alloy is 5 to 5
It is 0 vol%, The PTCR element in any one of Claim 1 to 9.
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