JPH0152882B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、特定温度において電気抵抗が急激に
変化する感温スイツチング素子に関するものであ
る。 従来、特定温度範囲で抵抗値が急激に減少する
特性を有する素子として２酸化バナジウム
（VO₂）の単結晶が知られているが、これは、温
度変化の繰返し動作において特性が著しく劣化
し、時には単結晶が破壊することすらあり、実用
に供しえない欠点があつた。 この欠点を除去するため、５酸化バナジウム
（V₂O₅）に酸化物を添加して加熱溶融し、還元性
或いは中性雰囲気で焼結した感温スイツチング素
子があるが、このスイツチング素子は、製造時に
粉末の状態を均一に揃えることが困難であり且つ
粉末を混合する際に坩堝などに含まれる不純物が
混入するため、均一な製品が作れず、再現性が悪
く、また電気的特性の面でも難があつた。 更に、金属バナジウム（Ｖ）を蒸着法やスパツ
タ法で基体に付着させ、これを熱酸化することに
よりVO₂の多結晶を生成することが提案されてい
るが、これも、特定温度において抵抗の減少する
度合が小さく、温度変化の繰返し動作において特
性の劣化が激しい欠点がある。 これらの欠点を除去すべく研究の結果、バナジ
ウム、銀、バリウムの組成を有する金属膜を例え
ば蒸着法又はスパツタ法により基体に付着させ、
これを熱酸化した後還元熱処理し急冷して得られ
る素子が最もよく目的に合致することを見出した
が、高温における抵抗がさほど小さくならず、残
留抵抗が大きいため、スイツチとしての特性がな
お十分ではない。 本発明は、バナジウム（10〜45重量％）、銀
（45〜85重量％）、バリウム（５〜25重量％）に更
に金を加えた金属膜を基体に付着することによ
り、上記の欠点をことごとく一掃しスイツチとし
て優れた特性を有する感温スイツチング素子を得
ることに成功したものである。 第１図は、本発明感温スイツチング素子の構造
例を示す略断面図である。図において、１はセラ
ミツク基体、２は金属膜、３，３′は１対の導電
端子、４，４′は１対のリード線を示す。金属膜
２は、感温スイツチング素子の主要部をなし、基
体１に蒸着又はスパツタ法など適当な方法によつ
て付着せしめられる。この膜２は、バナジウム
（10〜45重量％）、銀（45〜85重量％）、バリウム
（５〜25重量％）及び金を含有するものである。 これらのうち、バナジウム（Ｖ）は、酸化、還
元されてVO₂を生成し感温スイツチング特性の主
体を形成する。バリウム（Ba）は、熱酸化時に
酸化促進剤として作用し、これがないと十分な酸
化が行なわれない。銀（Ag）は、完成時の比抵
抗を下げる働きをする。また、両者は、特定温度
での抵抗値変化を大きくする作用があり、且つ温
度変化に伴う相転移によるストレスの緩衝剤の役
割を兼ねるため、実用時における特性の劣化を防
ぐものと考察される。更に、金（Au）は、高温
時の抵抗を著しく下げる働きがあり、スイツチと
しての機能を大幅に向上させるものである。本発
明では、基体１にこのような金属膜２を付着する
のに蒸着法やスパツタ法を使用しうるので、基体
１の形状・寸法を自由に選択することができ、ま
た急冷工程が含まれていても基体を含む素体中に
ストレスが溜らず、特性が非常に安定である。 次に、本発明の実施例を説明する。 実施例 １ Ｖ、Ag、Ba、Auをセラミツク基体に蒸着に
より付着するに際し、蒸着機を制御してその組成
をＶが22.6重量％、Agが45.2重量％、Baが12.9重
量％、Auが19.3重量％になるようにした。この
ように金属膜を付着させた基体、すなわち素体を
400〜600℃の空気雰囲気で酸化させ、酸化した素
体を700〜900℃の還元性雰囲気で熱処理を行な
い、非酸化性雰囲気で急冷して感温スイツチング
素子を得た。こうして得られた感温スイツチング
素子は、250℃における抵抗値は10.3KΩで64℃付
近で急激に抵抗が減少し、100℃における抵抗値
は0.33Ωであつた。すなわち、高温における抵抗
値は著しく小さく、残留抵抗が無視できる程度で
あり、スイツチとしての機能が極めて優れてい
る。 実施例 ２ Ｖ、Ag、Ba、Auをセラミツク基体に蒸着に
より付着するに際し、蒸着機を制御してその組成
をＶが20.0重量％、Agが53.8重量％、Baが15.4重
量％、Auが10.8重量％になるようにした。この
素体に実施例１と同様の処理を施して感温スイツ
チング素子を得た。この感温スイツチング素子の
抵抗値は、25℃で15.5KΩであり64℃付近で急激
に減少し、100℃で0.51Ωであつた。すなわち、
実施例１と同様に残留抵抗が無視できる程度であ
り、スイツチとしての機能が著しく優れている。 次に、これらの実施例と比較するために実験し
た比較例を示す。 比較例 １ 蒸着機を制御してセラミツク基体に付着する金
属膜の組成をＶが30重量％、Agが63重量％、Ba
が７重量％になるようにした。すなわち、この金
属膜にはAuが含まれていない。この素体に実施
例１と同様の処理を施して感温スイツチング素子
を得た。この感温スイツチング素子の抵抗値は、
25℃で530KΩであり64℃付近で急激に減少し、
100℃で11.5Ωであつた。つまり、100℃における
残留抵抗は11.5Ωと大きく、スイツチとしての特
性は実施例１及び２と比較すると相当劣つてい
る。 比較例 ２ Ｖのみをセラミツク基体に蒸着し、金属膜の組
成をV100％とした。この金属膜は、Ｖの組成自
体本発明の組成範囲外である上、Ag、Ba及び
Auをも含有していない。この素体に実施例１と
同様の処理を施して素子を得た。この素子の抵抗
値は、25℃で375KΩであり67℃付近で減少する
が、100℃では95Ωであつた。つまり、100℃にお
ける残留抵抗は95Ωと大きく、スイツチとしての
特性が実施例１及び２と比較すると著しく劣つて
いる。 比較例 ３ Ｖのみをセラミツク基体に蒸着し、金属膜の組
成をV100％とした。この素子を空気中で熱酸化
して素子を得た。この素子の抵抗値は、25℃にお
いて341KΩで67℃付近で減少するが、100℃で
140Ωであつた。つまり、温度100℃における残留
抵抗は140Ωと大きく、スイツチとしての特性は
実施例１及び２と比較すると極めて劣つている。 第２図は、上述の結果を示す特性曲線図であ
る。図中、曲線ａ，ｂは実施例１及び２に、曲線
ｃ，ｄ及びｅは比較例１、２及び３にそれぞれ対
応するものである。これらの結果から、本発明の
組成（成分及びその重量比範囲）以外の組成で
は、100℃における抵抗値すなわち残留抵抗が大
きくスイツチとしての機能が著しく劣つているの
に対し、本発明の感温スイツチング素子では、
100℃における抵抗値すなわち残留抵抗が極めて
小さく無視できる程度であり、スイツチとしての
機能が極めて優れていることが判る。 これらの実施例及び比較例における各素子につ
いて、100℃と25℃の繰返し動作試験を行なつた
結果を第１表に示す。この表から明らかな如く、
本発明素子では100℃と25℃の10万回の繰返し動
作における抵抗値の変化は殆ど認められなかつ
た。 本発明の組成により得られた感温スイツチング
素子は、いずれも上述と同様の良好な特性を示
し、その工業的利用価値は非常に大きい。以上説
明した本発明の効果を列記すると、次のとおりで
ある。 (イ) 抵抗急変後の抵抗値が著しく小さく、スイツ
チとしての特性が優れている。このため、素子
の許容電流を大きくし、従来の素子に比べて用
途範囲が大幅に拡大される。 (ロ) 基体の形状・寸法を自由に選択できるので、

【表】 抵抗値を任意に設定できる。例えば円筒型の場
合には、らせん状に溝を切ることにより抵抗値
を任意に上昇させることができ、(イ)と合わせて
用途範囲が更に拡大される。 (ハ) 温度変化の繰返し動作において特性が劣化し
ない。 (ニ) 蒸着法又はスパツタ法などにより真空中で基
体に所望の金属膜を付着しうるので、不純物の
混入がなく再現性及び電気的特性を高めること
ができる。 (ホ) 温度に対する抵抗変化が極めて敏感で且つ大
きい。 (ヘ) したがつて、大容量の回路をオン・オフする
ことが可能で特定温度の温度調節装置、過熱防
止装置、火災警報器、温度ヒユーズ等に好適で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構造例を示す略断面図、第２
図は本発明の特性曲線図である。 １……基体、２……金属膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ バナジウム（10〜45重量％）、銀（45〜85重
   量％）、バリウム（５〜25重量％）及び金を含む
   金属膜を基体に付着して成る感温スイツチング素
   子。