JPH06196306A - チタン酸バリウム系半導体材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正の抵抗温度特性を有する半導体材料の回
路設計、突入電流、昇温特性の操作を容易にするための
チタン酸バリウム系半導体材料を提供する。 【構成】 チタン酸バリウム系半導体磁器において、
Ｂａ原子をＰｂ原子で０．０００１〜４０原子％置換し
た組成物に対して、ＷＯ_３をＷ換算で０．００１〜０．
０７原子％及びＮｂ_２Ｏ_５をＮｂ換算で０．１００〜
０．４原子％含有し、且つＷとＮｂとを加えた総量を
０．１０１〜０．４０１原子％とする正の抵抗温度特性
を有するチタン酸バリウム系半導体材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気抵抗の温度係数が
正の特性を示す半導体磁器（以下ＰＴＣ素子と略記す
る）において、高耐電圧を保ちつつ、常温抵抗値と最低
抵抗値とを制御し得るチタン酸バリウム系半導体材料に
関するものである。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】従来よりＢａ原子をＳｒ、
Ｃａ、Ｐｂ原子で、またＴｉ原子をＳｎ、Ｚｒ原子でそ
れぞれ置換したチタン酸バリウム系磁器組成物に稀土類
元素等を微量添加することにより正の抵抗温度特性を有
する半導体材料が得られることについて開示されてい
る。例えば特公昭４１−１７７８４号公報にはチタン酸
バリウムのＢａ原子の一部をＳｒ、Ｃａ原子で置換し、
且つ稀土類元素、Ａｃ、Ｔｈ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、
Ｓｅ、Ｔｅ、Ｗのうち一種以上の元素を０．０５〜０．
５原子％添加する正の抵抗温度特性を有する半導体材料
について開示されている。

【０００３】この材料は温度上昇に伴い各組成に特有な
温度領域（キュリー温度）から抵抗が急激に増加する特
徴をもつため、この材料からなるＰＴＣ素子は定温発熱
体などとして広く利用されている。

【０００４】ＰＴＣ素子を発熱体として使用する場合、
一般に種々の仕様、特性が要求されることから、電圧印
加時に流れる突入電流、昇温速度を調節して特性操作を
行う技術は重要である。従来公知のＰＴＣ素子では、材
料組成系が同じであれば、抵抗の温度による変化は類似
であり、上記のような特性操作は常温抵抗のみの制御に
より行われていた。このため、特性操作には限界があ
り、ＰＴＣ素子の材料設計、回路設計が困難な場合があ
った。

【０００５】

【発明の目的】本発明の目的は、前記の問題点を解決
し、特性操作を容易に行うために、常温抵抗値と同時
に、最低抵抗値を制御することができる材料を提供する
ものである。

【０００６】

【問題点を解決するための手段】本発明は、チタン酸バ
リウム系半導体磁器において、Ｂａ原子をＰｂ原子で
０．０００１〜４０原子％置換した組成物に対して、Ｗ
Ｏ_３をＷ換算で０．００１〜０．０７原子％及びＮｂ_２
Ｏ_５をＮｂ換算で０．１００〜０．４原子％含有し、且
つＷとＮｂとを加えた総量を０．１０１〜０．４０１原
子％とすることを特徴とする正の抵抗温度特性を有する
チタン酸バリウム系半導体材料に関する。

【０００７】本発明に使用されるチタン酸バリウム系半
導体磁器は、Ｂａ原子をＰｂ原子で０．０００１〜４０
原子％置換した組成物である。Ｂａ原子の一部をＰｂ原
子で置換することによりヒーター用の半導体磁器を得る
ことができるが、Ｐｂ置換量が過度に多いとＷとＮｂの
含有量を調整しても抵抗制御を行うことができない。

【０００８】本発明においてチタン酸バリウム系半導体
磁器に添加されるＷＯ_３は、過度に多いと焼成時に粒成
長が促進されて耐電圧が低下することになり、過度に少
ないと常温抵抗値と同時に、最低抵抗値を制御すること
が難しくなるので、ＷＯ_３の最適な含有量は、Ｂａ原子
をＰｂ原子で置換した組成物に対して、Ｗ換算で０．０
０１〜０．０７原子％である。またＮｂ_２Ｏ_５の含有量
に関しては、過度に多いと常温抵抗が著しく増加するた
め制御が難しく、また過度に少ないと絶縁体となるの
で、Ｎｂ_２Ｏ_５の最適な含有量は、前記組成物に対し
て、Ｎｂ換算で０．１００〜０．４原子％である。更
に、常温抵抗値と同時に、最低抵抗値を制御するために
は、含有されるＷＯ_３とＮｂ_２Ｏ_５との総量を適正範囲
に制御することが必要であり、前記組成物に対しる含有
される総量は、Ｗ原子とＮｂ原子換算で０．１０１〜
０．４０１原子％である。

【０００９】本発明のチタン酸バリウム系半導体材料に
おいては、特性を損なわない範囲でチタン酸バリウム系
半導体磁器のＢａ原子の一部をＳｒやＣａ原子で置換し
たり、Ｔｉ原子の一部をＳｎやＺｒ原子で置換すること
ができ、また従来公知のＹ、稀土類元素、Ｍｎ又はＳｉ
等を含有していてもよい。

【００１０】

【実施例】以下に実施例及び比較例を示し、本発明を更
に具体的に説明する。出発原料として、ＢａＣＯ_３、Ｐ
ｂＯ、ＴｉＯ_２、ＷＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｎＣＯ_３を用
い、所定の比率になるように調合し、ジルコニアボール
を用いて２４時間湿式ボールミル混合を行い、乾燥後、
１１００℃で１時間仮焼を行った。この仮焼粉末を粉砕
しポリビニルアルコールを１ｗｔ％加えて７００ｋｇ／
ｃｍ^２の圧力で直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板に打錠
成形した。

【００１１】次にこれを１３５０℃で１時間焼成を行っ
た。得られた焼結体の両面にＩｎ−Ｇａ合金電極を塗布
し２０℃〜３００℃で比抵抗を測定した。ここで、２５
℃での抵抗値を常温抵抗Ｒ_２５、抵抗値が最低を示した
点を最低抵抗値Ｒ_ｍｉｎ、抵抗がＲ_ｍｉｎの２倍となる
温度をキュリー温度Ｔｃとした。また、ＰＴＣ素子に電
圧を印加し、徐々に電圧を上昇させたときに電流値が急
増して素子が破壊する直前の電圧を素子厚み１ｍｍ当た
りに換算した値を耐電圧とした。各組成物における物性
値を表１に示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】表１中の資料番号に＊印を付したものは本
発明の対象外であり比較のために示した。それ以外は全
て本発明範囲内のものである。また、図１にＰｂ量２５
原子％のときのＷＯ_３添加量によるＲ_２５／Ｒ_ｍｉｎの
変化を示す。なお、上記実施例は出発原料として炭酸
塩、もしくは酸化物を用いたが、これは特に重要ではな
く、熱分解等により所定の成分比を与える原料を用いて
もよい。

【００１４】表１からチタン酸バリウム系半導体磁器に
おいてＢａ原子の一部をＰｂ原子で０．０００１〜４０
原子％置換した組成物に対して、ＷＯ_３をＷ換算で０．
００１〜０．０７原子％含有し、Ｎｂ_２Ｏ_５をＮｂ換算
で０．１００〜０．４原子％含有し、且つＷとＮｂとを
加えた総量〔以下（Ｗ＋Ｎｂ）量と略記する〕を０．１
０１〜０．４０１原子％の範囲とすれば、抵抗値は数Ｋ
Ω・ｃｍ程度に制御でき、且つ図１から明らかなように
Ｐｂ量が同じ組成ではＷＯ_３添加量に対してＲ_２５／Ｒ
_ｍｉｎはほぼ直接的に変化し、操作できることがわか
る。しかし抵抗値は（Ｗ十Ｎｂ）量に非常に敏感であ
り、（Ｗ＋Ｎｂ）量が適正範囲を外れた場合には抵抗が
急激に増加する。また、ＷＯ_３含有量が０．０７原子％
を超えた場合、粒成長が促進され、耐電圧が低下する。
一方、ＷＯ_３含有量が０．００１原子％未満ではその添
加効果は明確には現れない。Ｐｂ量が４０原子％を超え
る組成では、ＷとＮｂの含有量を調整しても抵抗制御を
行うことができない。

【００１５】

【発明の効果】本発明によると、（Ｗ＋Ｎｂ）量を適正
範囲とすることにより、抵抗値を適当な値に制御でき、
且つＷＯ_３の添加量によりＲ_２５／Ｒ_ｍｉｎ値を自由に
操作することができる。従って本発明のチタン酸バリウ
ム系半導体材料をＰＴＣ素子とした場合、ＰＴＣ素子の
回路設計、突入電流、昇温特性の操作等が非常に容易で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＷＯ_３の添加量とＲ_２５／Ｒ_ｍｉｎ値との関係
を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 宏治 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社宇部研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チタン酸バリウム系半導体磁器におい
   て、Ｂａ原子をＰｂ原子で０．０００１〜４０原子％置
   換した組成物に対して、ＷＯ_３をＷ換算で０．００１〜
   ０．０７原子％及びＮｂ_２Ｏ_５をＮｂ換算で０．１００
   〜０．４原子％含有し、且つＷとＮｂとを加えた総量を
   ０．１０１〜０．４０１原子％とすることを特徴とする
   正の抵抗温度特性を有するチタン酸バリウム系半導体材
   料。