JPS60121693A - 正特性磁器抵抗体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野〕 本発明は、キュリ一温度を越えると抵抗値が例えば３〜
７桁程度著しく増大するＰＴＣ特性を有する正特性磁器
抵抗体に関する。

［従来技術］ 正特性磁器抵抗体は、Ｐ　′ｒＣ特性を有するため自己
温度制御型ヒータ、温度センサ等として広く利用されて
いる。

しかしながら正特性磁器抵抗体は通常、金属と絶縁体と
の中間の電気抵抗をもつ半導体材料でおいて厚膜等を形
成した場合には常温抵抗の増加が著しく、ヒータとして
用いるには必ずしも充分ではなかった。又常温抵抗値が
高いため、ＰＴＣ特性による抵抗増大幅（ＩｏｇＲｎ＋
ａｘ　／Ｒｍｉｎ）は小さく、そのため温度センサとし
す用いた場合でもその感度は必ずしも充分なものではな
かった。

そのため産業界では、正特性磁器抵抗体の常温抵抗値を
低くし、これによりＰＴＣ特性による抵抗増大幅を大き
くする研究が進められている。

［発明の目的］ 本発明の目的は、常温抵抗値が低下し、ＰＴＣ特性によ
る抵抗増大幅が大きい正特性磁器抵抗体を提供するにあ
る。

［発明の構成］ 本発明の発明者は上記した目的の下に鋭意研究した結果
、正特性磁器抵抗体を構成する粒子の表面の一部に導電
性材料の皮膜を形成すれば、正特性磁器抵抗体の常温抵
抗値が低下し、これによりＰＴＣ特性による抵抗増大幅
が大きくなる現象を発見した。本発明はこの発見に基づ
くものである。

即ち、本発明の正特性磁器抵抗体は、表面の一部に導電
性材料の皮膜が形成された正特性磁器の粒子を含むこと
を特徴とするものである。

本発明の正特性磁器とは、キュリ一温度をこえると抵抗
値が著しく上昇する磁器材料を意味する。

代表的な正特性磁器としては、チタン酸バリウム（Ｂａ
ＴｉＯ，）系焼結体がある。このものではバリウムをス
トロンチウムで置換した焼結体、又バリウム又はチタン
を鉛、スズ、ジルコニウムで置換した焼結体を用いるこ
ともできる。正特性磁器の粒子の粒径は、５〜５００μ
の範囲が望ましい。該粒子の形状は、はぼ球状であるこ
とが望ましいが、これに限らない。

本発明の構成要素である導電性材料の皮膜は、正特性磁
器の粒子表面の一部に形成・されている。

ここで導電性材料の皮膜とは、該粒子表面に１１着して
これを覆う導電性材料の層という意味である。

該粒子表面を覆う面積の大小は問わない。導電性材料と
は、チタン酸バリウムなどの正特性磁器よりも導電性が
良好な材料という意味であり、オーミック、非オーミツ
ク接触をもついずれの導電性材料を用いても良い。代表
的な導電性材料としては金属がある。金属は、純金属、
合金、金属酸化物を含む。代表的な金属としては、ニッ
ケル、アルミニウム、銀、金、白金、スズ、インジウム
ティン（りオキサイド、銅、亜鉛、黄銅、青銅などを用
いることができる。

導電性材料の皮膜を正特性磁器の粒子表面に形成する手
段としては、無電解メッキ、蒸着、印刷、溶剤等を用い
ることができる。場合によってはその他の手段としてス
パッタリングなどのイオン打込み法を用いることができ
る。又、ニッケルカーボニル等を１４０〜２４０℃で熱
分解することにより、ニッケルの皮膜を形成する気相メ
ッキを用いることができる。ここで、無電解メッキは、
外部ＴＬ流を使わずに溶液中の金属イオンを被メッキ物
に付着させるメッキのことであり、次亜リン酸塩やホウ
水素化合物なとの化学還元剤を用いるメシロ ツギの他に、浸漬メッキを含む意味である。無電解メッ
キした後に電気メッキしてもよい。無電解メッキによれ
ば、皮膜の厚みを均一にすることが容易であり又密着性
もよい。例えば、ニッケルイオン及び次亜リン酸塩を溶
解したメッキ液に正特性磁器の粒子を分散して浸漬させ
れば、該金属イオンが該粒子の表面に何着し、これによ
り導電性材料の皮膜を該粒子表面に形成することができ
る。

導電性材料の皮膜を該粒子表面の一部に形成するにあた
っては、該粒子表面に導電性材料の皮膜を形成した後、
該導電性材料の皮膜を部分的に除去する方法を用いても
よいし、あるいは最初から該粒子表面に部分的に金属を
付着させる方法を用いてもよい。前者の場合エツチング
を行えば金属を部分的に除去できる。導電性材料６の皮
膜の厚みは、正特性磁器の種類、皮膜を構成する導電性
材料の種類なとによって種々ことなるが、０．１〜５μ
の範囲が望ましい。その理由は、有効な導電性を有し、
且つ、熱応力による剥離を防止する為である。

正特性磁器としてチタン酸バリウムを用いた場合には、
導電性材料の皮膜を形成するにあたっては、炭酸バリウ
ムや酸化チタン等の原料を所定温度で焼成してチタン酸
バリウムとし、これを粒径５〜５００μとなるように粉
砕してチタン酸バリウムの粒子とし、この粒子に導電性
材料の皮膜を形成することが望ましい。

本発明の正特性磁器抵抗体は、導電性材料の皮膜が表面
の一部に形成された粒子のみから構成されてもよく、又
、導電性材料の皮膜が表面の一部に形成された粒子と、
導電性材料の皮膜が形成されていない通常の粒子とから
構成してもよい。あるいは、該皮膜が表面の一部に形成
された粒子と、該皮膜が表面全体に形成された粒子とか
ら構成してもよい。表面全周に導電性ヰＡ料の皮膜が形
成された粒子のみから正特性磁器抵抗を構成した場合に
は、皮膜を電流が流れるため抵抗は小さくなるが、同様
にＰＴＣ特性も消失するため好ましくない。

本発明の正特性磁器抵抗体を製造するにあたっては、前
記したように表面の一部に導電性材料の皮膜が形成され
た正特性磁器の粒子を、カラスフリット等のバインダー
によって結合することが望ましい。ガラスフリットの量
は５〜２０重量％がよい。ガラスフリットの量が増すと
、粒子と粒子との結合強度は増すものの、抵抗値が大き
くなる［発明の効果］ 以上説明したように本発明の正特性磁器抵抗体は、表面
の一部に導電性材料の皮膜が形成された正特性磁器の粒
子を含むことを特徴とするものである。従って本発明の
正特性磁器抵抗体においては、常温抵抗値を低下させる
ことができ、従来の正特性磁器抵抗体に比して発熱体と
して好適する。

更には、常温抵抗値の低下に伴って、ＰＴｃ特性による
抵抗増大幅を大きくすることができる。そのため、本発
明の正特性磁器抵抗体を温度センサとして使用した場合
には、抵抗増大幅が大きくなったぶん温度センサの感度
を良くし得る。

本発明の正特性磁器抵抗体において上記の効果が得られ
るのは、正特性磁器の粒子表面に形成された導電性材料
の皮膜同士が接触し、オーミックコンタクトが良好にな
ることに起因すると推察される。

［実施例］ 第１図〜第３図は本発明の代表的な実施例な示したもの
である。

第１図は本例の正特性磁器抵抗体の内部構造を微視的に
見た模式図である。ここで、正特性磁器であるチタン酸
バリウムの粒子１は、炭酸バリウムや酸化チタンなどの
原料粉末を１２８０〜１４００℃で焼成した後、粒径０
．０５〜１　ｍｍとなるように粉砕したものである。こ
のチタン酸バリウムの粒子１の表面の一部には、導電性
材料であるニッケルの皮膜２が形成されている。この皮
膜２の厚みは０．１〜５μである。この皮膜２は、無電
解メッキによって該粒子ｌの表面に形成されている。尚
、本例の正特性磁器抵抗体においては、表面の一部にニ
ッケルの皮膜２が形成されたチタン酸バリウムの粒子１
は、カラスフリット３によって一体的に結合されている
。

さて本例の正特性磁器抵抗体の！！遣方法について順を
おって説明する。まず、炭酸バリウムや酸化チタンなと
の原料を焼成して粉砕することにより形成したチタン酸
バリウムの粉末に、ニッケルの無電解メッキ処理を施す
。この無電解メッキ処理によって粉末の表面にニッケル
の皮膜＝２を形成した後、皮膜の強度アップのため、３
００’　ＣＸ］　Ｈｒの熱処理を行なった。

次に、無電解処理したチタン酸バリウムの粉末を粉砕機
にて粉砕し、粒径５０μ以下の大きさとする。粉砕は、
不純物の混入を防ぐための乳鉢を用いライカイ機にて行
う。この場合、ニッケルの皮膜２が粒子ｌから分離しな
いように粉砕することが望ましい。

次に皮膜２を形成したチタン酸バリウムの粉末に１０重
量％のガラスフリットを添加し、これらを均一に混合し
混合物とする。

一方、エチルセルロースなどの樹脂を添加したテレピネ
オール等の溶剤を用意し、この溶剤の中に前記混合物を
添加してペースト状になるまで混練する。尚ペースト状
に代えてスラリー状としてもよい。本例では、チタン酸
バリウムの粉末及びガラスフリットの混合物の重量と、
樹脂を添加した溶剤の重量との割合は、７：３とした。

上記したように製造したペーストを、アルミナやシリコ
ンカーバイト等のセラミック基板上に印刷し、１００℃
で３０分間乾燥する。乾燥後、５５０℃で３０分間焼付
を行う。尚、焼同温度は、ガラスフリットの種類によっ
て（重々異なるが、４００〜１０００℃の範囲がよい。

上記したように焼付が終了したならば、ニッケルの無電
解メッキ処理によって、正特性磁器抵抗体に電極を１１
与する。

第２図は上記のように製造した正特性磁器抵抗体を示す
断面図であり、セラミ・ンク基板４の上面には、ニッケ
ルの皮膜２が表面の一部に形成された正特性磁器の粒子
を含む正特性磁器抵抗体５が設けられており、その両端
部にニッケルの電極６が形成されている。第２図に示す
本例の正特性磁器抵抗体の長さＬは５間、幅は４　ｍｍ
　ｓ厚み０．０５−である。

第３図は、上記のように製造した正特性磁器抵抗体の温
度と抵抗との関係を示す図である。特性曲線Ａは本例の
正特性磁器抵抗体の関係を示し、特性曲線Ｂは比較例の
正特性磁器抵抗体の関係な示す。第３図の特性曲線Ａか
ら明らかなように本例の正特性磁器抵抗体においては、
キュリ一温度（１６０℃）を越えた領域での抵抗値はＩ
ＯＭΩ程度であるが、常温からキュリ温度までの領域で
の抵抗値は１にΩ程度とかなり低い。尚、本例の正特性
磁器抵抗体のチタン酸バリウムとカラスフリットとの割
合は、重量比で１：０．１である。

特性曲線Ｂで示される比較例は、ニッケルの皮膜が形成
されていないチタン酸バリウムの粒子を用い、本例と同
様な手順で製造した正特性磁器抵抗体である。比較例に
おいては、當温〜キュリ温度までの領域での抵抗値は、
１００ＫΩ程度であり、ＩＫΩである本例の抵抗値に比
へて二相大きい。

従って、表面にニッケルの皮膜２を形成したチタン酸バ
リウムの粒子１から正特性磁器抵抗体を製造すれば、常
温抵抗値を著しく低下させ得ることがわかる。故に、特
性曲線Ａと特性曲線Ｂとの比較かられかるように、Ｐ　
Ｔ　Ｃ特性による抵抗増大幅も著しく増大させ得る。

又、本例の正特性磁器抵抗体を製造するにあたっては、
炭酸バリウムや酸化チタンなどの原料をペースト又はス
ラリー状にした後に、これをセラミック製の基板に塗布
し、１２８０〜１４００℃にて焼付けることも考えられ
る。しかし、この場合には、基板に塗布後の焼付温度は
１２８０〜１４００℃であるため、アルミナやシリコン
カーバイドなどの基板を用いると、反応性に富むチタン
酸バリウムが該基板と反応する等の問題が生じる。

この点本例においては、１２８０〜１４００℃にて該原
１ｋを焼成し、その後、粉砕することによって製造した
チタン酸バリウムの粉末の粒子１にニッケルの皮膜２を
形成し、これをペースト又はスラリー状とした後に基板
に塗布し、次に焼付けを行う構成である。そのため基板
に塗イａした後の焼ｆ寸温度を、１０００℃以下にする
ことができる。

このように焼付温度を低下させ得ること力ら、チタン酸
バリウムと基板との反応を抑えることができ、故に基板
を構成する材料の選択の自由度が大きくなる利点がある
。

尚、上記した実施例の正特性磁器抵抗体においては、チ
タン酸バリウムとガラスフリットとの割合は１：０．１
であるが、これに代えて表のＮα１〜Ｎ０．８に示すよ
うにチタン酸バリウムとガラスフリットとの割合を種々
変更してもよい。このように割合を種々変更した場合の
接着強度、常温抵抗値を表に示す。接着強度とは、テー
ピング試験の強度のことである。Ｎｏ、　３、Ｎα４、
Ｎα５は接着強度も良好であり、抵抗値も１．３０〜９
．８０Ｘ１０００ｍであり良好であった。

第４図及び第５図は、本発明の他の実施例を示したもの
である。この例においては、アルミナ製の基板８の上面
に正特性磁器抵抗体９が設けられ、更にその正特性磁器
抵抗体９の上面に一対のくし歯状型ｆ！ＭＸＯが設りら
れている。本例の正特性磁器抵抗体９を構成する特性磁
器の粒子表面には、導電性材料の皮膜が形成されている
。この導電性材料の皮膜はインジウムティンオキサイド
の蒸着でその厚みは５０００オングストロームである。

【図面の簡単な説明】 第１図〜第３図は本発明の実施例を示したものである。 第１図は正特性磁器抵抗体の内部構造を模式的に示す断
面図であり、第２図は正特性磁器抵抗体と電極とを基板
上に設けた状態の縦断面図であり、第３図は温度と抵抗
との関係を示す図である。 第４図及び第５図は本発明の他の実施例を示したもので
あり、第４図は正特性磁器抵抗体と電極とを基板上に設
けた状態の平面図であり、第５図は同側面図である。 図中、１は正特性磁器の粒子、２は導電性材料の皮膜、
３はガラスフリット、４は基板、５は正特性磁器抵抗体
、６は電極、８は基板、９は正特性磁器抵抗体、１０は
電極を示す。 特許出願人　日本電装株式会社 代理人　弁理士　大川　宏 同　弁理士　藤谷　修 同　弁理士　丸山明夫 ：ＭＬ度（０Ｃ） 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）表面の−８１１に導電性材料の皮膜が形成された
   正特性磁器の粒子を含むことを特徴とする特性磁器抵抗
   体。 （２）正特性磁器は、チタン酸バリウムを特徴とする特
   許請求のＷｉ回第１項記載の正特性銀Ｉｆ抵抗体。 （３）導電性材料の皮膜は、ニッケル、アルミニウム、
   銀、スズ、鋼、インジウムティンオキサイドの一種又は
   二種以上から形成されている特許請求の範囲第１項記載
   の正特性磁器抵抗体。 （４）導電性１，１料の皮膜は、無電解メッキ、蒸着、
   溶射によって何着している特許請求の範囲第１項記載の
   正特性磁器抵抗体。 （５）導電性＋４科の皮膜の厚みは、ｏ、１〜５μであ
   る特許請求の範囲第１項記載の正特性磁器抵抗体。 （６）正特性磁器の粒子は、カラスフリットによフて一
   体的に結合されている特許請求の範囲第１項記載の正特
   性磁器抵抗体。