JPH09100169A - 帯電処理による温度特性機能複合粒子の製造方法 - Google Patents

帯電処理による温度特性機能複合粒子の製造方法

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JPH09100169A
JPH09100169A JP7258858A JP25885895A JPH09100169A JP H09100169 A JPH09100169 A JP H09100169A JP 7258858 A JP7258858 A JP 7258858A JP 25885895 A JP25885895 A JP 25885895A JP H09100169 A JPH09100169 A JP H09100169A
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武弘 檀
Mitsuru Egashira
満 江頭
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純郎 京野
Hiroshi Fudoji
浩 不動寺
Norio Shintani
紀雄 新谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 任意の形状を有する非線形温度特性材料を容
易に成形することのできるバインダー機能を持つ温度特
性複合粒子の製造方法を提供すること。 【解決手段】 非線形温度特性を有する半導体粒子から
なる母粒子と、この母粒子とオーミック接合する金属
で、母粒子径の1/10〜1/25の大きさの粒子から
なる子粒子とを、振動円筒電極接触法によって各々逆極
性帯電させ、母粒子と子粒子の間の静電気力付着と、子
粒子同士の同極性反撥によって母粒子表面に子粒子を非
連続に分散付着させることによる、塗布可能で高温焼結
を必要としない、非線形温度特性と粒子相互間のバイン
ダー機能を有する温度特性機能複合粒子の製造。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、帯電処理による
温度特性機能複合粒子の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】通常、セラミックスの電気抵
抗は金属と異なり温度の上昇と共に低下する。これらの
材料は負温度特性抵抗体(Mn,Ni等遷移金属の複合
酸化物が代表的)と呼ばれ、特に温度係数の大きいもの
はサーミスタ温度計等にひろく使用されている。一方、
非常に稀ではあるが正の温度係数を持つセラミックス材
料(半導体化BaTiO3 が代表的)が存在し、正温度
特性抵抗体と呼ばれて、消磁用素子、モータ起動用素
子、温度補償素子、さらに身近な例としては、ヘアドラ
イヤー、蚊取り器等の自己制御型ヒーター材料等に広く
使用されている。
【0003】従来、このような温度特性機能材料を得よ
うとすれば、温度特性機能をもつセラミックス粒子を必
要形状に成型後、千数百度℃の高温での熱処理(焼結)
の工程が必要不可欠であった。従って、簡便にこれら温
度特性機能を目的に応じた形状で利用することは困難で
あった。そのうえ高温焼結を行うため、その過程での形
状変化は大きく、複雑形状のものは作製できないという
欠点がある。さらには温度特性機能が高温焼結過程に影
響を受けるため、所定の性能を得ることは容易ではな
い。
【0004】そこで、このような諸問題点を解消するた
めの手段として、二次焼成を必要としない、正の抵抗温
度係数を示す半導体チタン酸バリウム材料がすでに提案
されてもいる(特公昭62−2682号公報)。この材
料は、チタン酸バリウム粒子と、オーム性の接触をする
In等の金属粉とをある範囲の量比で湿式混合し、この
混合粉を加圧成形したものからなっている。
【0005】しかし、この材料は、従来の焼結という手
段を採用しなくともよい点で有利ではあるが、湿式混合
による方法のためチタン酸バリウム粒子への金属粉の付
着は、その凝集によって粒子表面の全面を覆う場合や局
部集中することがあり、連結層としての被覆や、付着し
ない部分が生じること、あるいは金属付着が局部的に多
すぎることによる支障が避けられない。
【0006】このため、均質性を得ることや、温度特性
を制御することが困難であるという課題があった。この
発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであっ
て、従来の焼結品はもとより、上記の通りの湿式混合法
によった混合粉からの成形品の欠点を解消し、任意の形
状を有する非線形温度特性機能材料の製造のための新し
い手段を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、非線形温度特性を有する半導体
粒子からなる母粒子と、この母粒子とオーミック接合す
る金属で、母粒子径の1/10〜1/25の大きさの粒
子からなる子粒子とを、各々逆極性帯電させ、母粒子と
子粒子の間の静電気力付着と、子粒子同士の同極性反撥
によって母粒子表面に子粒子を非連続に分散付着させる
ことを特徴とする、塗布可能で高温焼結を必要としな
い、非線形温度特性と粒子相互間のバインダー機能を有
する温度特性機能複合粒子の製造法を提供する。
【0008】さらに詳しく説明すると、この発明は、非
線形温度特性機能をもつ複合粒子を上記の方法によって
製造することにより、高温焼結することなく、この複合
粒子を溶媒に分散させて塗布したまま、あるいは圧粉体
のまま、さらには工場ではなく現場でも可能な程度の低
温加熱により、非線形温度特性機能素子やヒータなどと
して使用することを可能としている。すなわち、一般的
には、セラミックス半導体粒子をそのまま塗布、圧粉体
等としても、室温付近で極めて電気抵抗が高いため、温
度により電気抵抗が急増したり、あるいは逆に急減した
りする非線形温度特性を活かすことができない。室温付
近におけるこの高い電気抵抗はセラミックス半導体粒子
間の接触抵抗により生じるものである。そこで、前述の
従来技術の一つとしての混合による正温度特性チタン酸
バリウム材料の製造法においても示されているように、
この粒子間に金属粒子、特に、使用するセラミックス半
導体粒子とオーミック接合する金属粒子を挿入すれば接
触抵抗は急減し、セラミックス半導体粒子の高温焼結体
と同じ特性を示すことが期待できる。そこでセラミック
ス半導体粒子間に金属粒子が確実に挿入されるために、
セラミックス半導体粒子を母粒子、金属粒子を子粒子と
し、母粒子を子粒子で覆う複合粒子の利用が考慮され
る。ただ、子粒子としての金属粒子が、母粒子であるセ
ラミックス半導体粒子表面全体を連続して覆ってしまう
と、電流は金属粒子を通って流れるため、目的としてい
る非線形温度特性は失われる。そのため、金属粒子はセ
ラミックス半導体粒子全面を覆うものの、相互にはくっ
つくことなく離れ、非連続な分散、付着となる必要があ
る。この発明は、このような特性及び形態について要件
を備えた、単なる混合によるものではなく、帯電処理に
よる新しい複合粒子の製造法を確立したものである。
【0009】
【発明の実施の形態】すなわち、まず、セラミックス半
導体粒子と金属粒子を単に混合処理を行っただけでは、
上記要件をもつ複合粒子は得られない。そこで確実にセ
ラミックス半導体粒子を金属粒子が覆い、しかも金属粒
子を非連続に分散して付着させるため、上記の通り、こ
の発明では、両粒子を相互に逆極性に帯電させることに
より、両粒子間のクーロン力付着を利用している。粒子
の比表面積が大きいので、クーロン力付着は強力で確実
であり、しかもセラミックス半導体粒子及び金属粒子の
同種粒子間ではクーロン力反撥により、一個ずつ分散す
るので同種粒子の凝集を防ぐことができ、金属粒子は非
連続に分散してセラミックス半導体粒子表面に付着す
る。また、このようにして作成された複合粒子そのもの
も若干の帯電が残留しているため、互いに強く凝集する
ことがない。より具体的には、粒子帯電の具体的方法と
して、粒子一個ずつを確実に帯電させること、特にセラ
ミックス半導体粒子表面全体を均一に帯電させること、
さらには粒子を飛散させることなく輸送する機能をも
ち、連続して帯電処理を行うための手段の採用が欠かせ
ない。
【0010】この帯電処理のための手段としては、振動
円筒電極を用いる方法や対向電極を用いる方法、さらに
は公知の帯電処理装置、たとえばボクサーチャージャー
等の使用も可能である。また、以上のようなこの発明の
方法では、母粒子並びに子粒子の種類については特に限
定されることはなく、正負温度特性機能を持つ粒子並び
にこれとオーミック接合をする各種の金属粒子が使用さ
れる。そして、母粒子と子粒子との粒径の比は1/10
〜1/25程度とする。またその量比も、この粒径比を
も考慮して、母粒子の表面が非連続的に子粒子によって
被覆される範囲とする。
【0011】粒子径が上記の範囲外の場合には、この発
明が目的とするバインダー機能を持つ温度特性複合粒子
を得ることが困難となる。なお、帯電による複合粒子の
形成については、この発明の発明者らがすでに新しい技
術として提案している(特公平7−47761号公報)
ものであるが、非線形温度特性を持つ複合粒子の製造に
際して、帯電による複合粒子の形成が有効であり、しか
も、子粒子となる金属粒子が母粒子となる半導体粒子
に、粒径比1/10〜1/25の範囲のものとして非連
続に分散、付着させるとの特徴は、上記の基本方法から
は着想できないものであって、この発明により全く新た
に提案されることである。
【0012】そこで以下、実施例を示し、さらに詳しく
この発明の特徴について説明する。
【0013】
【実施例】図1に例示した一端封じの円筒電極(1)内
に、直径20μmアンダーのIn子粒子(2)を装入
し、この電極(1)を高圧電源(5)に接続し、これに
対してもう一つの円筒電極(3)内に、約10〜25倍
の直径の正温度特性機能を持つ半導体化BaTiO3
粒子(4)を装入し、開口部(10)を閉じた後、この
電極(3)を逆極性の高圧電源(6)に接続し、それぞ
れ逆極性に、2〜8kVに帯電させる。各円筒状電極
(1)、(3)を圧電素子(7)、(8)により振動さ
せ、粒子(2)、(4)の転動を促し、粒子(2)、
(4)の表面を万遍なく電極(1)、(3)と接触させ
る。10〜60分間この状態を保持した後、円筒状電極
(1)、(3)の一端(9)、(10)を同時に開放す
ることにより、同一領域(18)に互いに逆極性に帯電
した両粒子群(11)、(12)を、接地された対極
(14)に向かって霧状あるいはシャワー状に供給する
ことにより、正(または負)に帯電させた正温度特性B
aTiO3 母粒子(12)の表面に負(または正)に帯
電させたIn子粒子(11)を静電気力により非連続に
分散、付着・被覆させ複合粒子(15)を作成する。
【0014】図2は、このようにして作成された複合粒
子の外観を示したものである。白い点状のIn子粒子が
灰色の母粒子の表面に非連続に分散して付着し、被覆し
ていることがわかる。この複合粒子(15)を図3に例
示したように、アルミナ管で出来たセル(16)内に充
填し、その両端を電極となるIn板(17)を介してス
テンレス丸棒製のリード(18)で挟むことにより試料
とした。複合粒子(15)充填部の抵抗は、正温度特性
BaTiO3 母粒子(4)を構成する結晶粒内の抵抗、
結晶粒間の抵抗、In子粒子(2)と正温度特性BaT
iO3 母粒子(4)との間のオームの法則に従う接合部
分(19)の抵抗から成る。この複合粒子(15)充填
試料の正温度特性を測定した結果を図4に示した。比較
試料として、正温度特性BaTiO3 母粒子(4)のみ
を同様の方法で充填した試料を図5の通りに作製した。
この試料の抵抗は上記複合粒子(15)充填試料で述べ
た抵抗のうち、In子粒子(2)と正温度特性BaTi
3 母粒子(4)との間のオームの法則に従う接合部分
(19)の抵抗の大部分が、正温度特性BaTiO3
粒子(4)同士の接触部(20)の抵抗で置き換わる。
この比較試料の正温度特性を図6に示した。
【0015】図4および図6の比較から明らかなよう
に、複合粒子(15)を充填した場合、正温度特性機
能、室温での抵抗値共に、正温度特性BaTiO3 母粒
子(4)のみ充填の場合と比して明らかに優れており、
正温度特性機能材料として使用可能であるばかりでな
く、既製の材料と異なり粒状であるため任意の形状のパ
ーツを得ることが可能である。
【0016】In板(17)あるいはIn子粒子(2)
と、正温度特性BaTiO3 母粒子(4)との接合部
(19)はオームの法則に従う接合となるため、接触抵
抗を考慮する必要がなく、これによる抵抗増加の寄与が
すくない。この点について図7を用いて説明すると、正
温度特性BaTiO3 母粒子(4)間の接触部(20)
(図5の20に相当)では、母粒子(4)表面の凹凸に
より、その接触は点状接触(20)であり接触面積Sは
極めて小さい。しかるに、母粒子(4)の間にIn子粒
子(2)が存在すれば、その易加工性によりIn子粒子
(2)と正温度特性BaTiO3 母粒子(4)の間(図
3の19に相当)には、接触面積Sの大きいオームの法
則に従う接合(19)が形成される。接触部長さ1は同
じであると仮定すると、抵抗率ρに関してはIn子粒子
(2)が正温度特性BaTiO3 母粒子(4)に比して
はるかに小さいので、接触面積Sの増大共あいまって、
In子粒子(2)の存在が正温度特性BaTiO3 母粒
子(4)相互の間の抵抗の低下に寄与している。
【0017】本発明の帯電処理による複合粒子(15)
を用いることにより、正温度特性BaTiO3 粒子
(4)同士の直接接触(20)が抑制され、大部分がI
n子粒子(2)を介した接合(19)となるため、上記
のような室温での低抵抗がもたらされる。
【0018】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、従来法では高
温焼結による温度特性機能利用のため、既製のパーツの
形状での使用に限られ、任意の形状での使用は不可能で
あったが、この発明の複合粒子利用により室温での低抵
抗の維持、任意形状での使用が簡便に可能となり、適用
分野が拡大する。
【0019】また、従来のように高温焼結炉のごとき高
価な装置や、そのための工場におけるプロセスを必要と
せず、塗布、充填など低コストの方法で温度特性機能を
利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例としてのこの発明の方法とこの方法に用
いる振動円筒電極帯電装置を例示した模式図である。
【図2】実施例としてのIn子粒子で非連続に分散、被
覆された正温度特性BaTiO 3 粒子(これを複合粒子
と呼ぶ)の外観を示した図面に代わる写真である。
【図3】実施例としての複合粒子(15)充填試料を例
示した模式図である。15は複合粒子、16はセルを構
成するアルミナ管、左右のIn板17は電極、18はス
テンレス製リード、19はIn子粒子2、あるいはIn
板17と正温度特性BaTiO3 母粒子4の接触部であ
る。
【図4】図3の上記複合粒子(15)を充填したセルの
正温度特性を示した図である。
【図5】比較のために、正温度特性BaTiO3 粒子
(4)のみを充填した試料を例示した模式図である。2
0は正温度特性BaTiO3 粒子同士の接触部である。
【図6】図5の正温度特性BaTiO3 粒子(4)のみ
を充填したセルの正温度特性を示した図である。
【図7】粒子間接触抵抗に関する模式図である。
【符号の説明】
1 円筒電極 2 In子粒子 3 円筒電極 4 半導体化BaTiO3 母粒子 5 高圧電源装置 6 高圧電源装置 7 圧電素子 8 圧電素子 9 円筒電極1の開孔部 10 円筒電極3の開孔部 11 負に帯電したIn子粒子 12 正に帯電した半導体化BaTiO3 粒子 13 両粒子排出混合複合化部 14 接地された対極 15 複合粒子 16 アルミナ管 17 In板 18 ステンレス丸棒リード 19 In子粒子2と半導体化BaTiO3 粒子4との
接触部 20 半導体化BaTiO3 粒子4同士の接触部
フロントページの続き (72)発明者 不動寺 浩 茨城県つくば市千現1丁目2番1号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 新谷 紀雄 茨城県つくば市千現1丁目2番1号 科学 技術庁金属材料技術研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非線形温度特性を有する半導体粒子から
    なる母粒子と、この母粒子とオーミック接合する金属
    で、母粒子径の1/10〜1/25の大きさの粒子から
    なる子粒子とを、各々逆極性帯電させ、母粒子と子粒子
    の間の静電気力付着と、子粒子同士の同極性反撥によっ
    て母粒子表面に子粒子を非連続に分散付着させることを
    特徴とする、塗布可能で高温焼結を必要としない、非線
    形温度特性と粒子相互間のバインダー機能を有する温度
    特性機能複合粒子の製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000317625A (ja) * 1999-05-06 2000-11-21 Yamakawa Sangyo Kk 製鋼用ノズル充填材及びその製造方法
JP2002124366A (ja) * 2000-10-12 2002-04-26 National Institute For Materials Science セラミック面状発熱体とその製造方法
JP2009106852A (ja) * 2007-10-30 2009-05-21 Fujio Hori 容器回転型造粒装置及び造粒システム
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CN114858302B (zh) * 2022-06-02 2023-04-07 四川大学 一种圆形温度场声学测量拓扑结构重建方法

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