WO2002043082A1 - Resistance en ceramique et son procede de fabrication - Google Patents

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ceramic
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Shigeki Takaya
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K-Tech Devices Corp.
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Definitions

  • the present invention relates to a ceramic resistor using a ceramic as a resistor material, and a method for manufacturing the same.
  • a ceramic resistor using a ceramic made of a compound and / or a composite compound of four or more kinds of metal elements and / or metalloid elements containing Mg and Si as a resistor material is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 272701/1994 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-104102 disclose the above.
  • This type of ceramic resistor is resistant to high-voltage pulses and large power surges.Because the main constituent material is ceramic, it can withstand high-temperature use. It has advantages not found in vessels.
  • the problem to be solved by the present invention is to solve the problem of the resistance value of a ceramic resistor using a ceramic made of a compound and / or a composite compound of four or more metal elements and / or metalloid elements as a resistor material. It is to reduce the variation. Disclosure of the invention
  • a method for manufacturing a ceramic resistor using ceramic as a resistor material according to the present invention comprises four or more types of metals and / or semimetals (such as Si).
  • Si is treated as a metal for convenience.
  • the starting materials are powders, which are mixed, molded and fired to produce ceramics. Therefore, the above mixing process is an important factor in producing ceramics composed of compounds and / or composite compounds of four or more metal elements and / or metalloid elements. The reason is that if a specific element (starting material) is agglomerated and subjected to the subsequent forming and firing steps, it is difficult to obtain the desired ceramic function. The above process is particularly important when utilizing the electrical characteristics of ceramics, such as a ceramic resistor using ceramic as a resistor material.
  • the mixing process according to the present invention is characterized by a means for causing the starting material to flow throughout the mixing vessel 1 and a means for disaggregating the starting material in the mixing vessel 1.
  • Means for causing the starting material to flow throughout the inside of the mixing vessel 1 include, for example, revolving (20 to 5) while relatively slowly rotating the first stirring blade 2 (1 to 30 rpm) shown in FIG. 0 r pm).
  • the term “revolution” refers to moving a rotation axis along the rotation direction surface.
  • the means for deagglomerating the starting material in the mixing vessel 1 includes, for example, rotating the second stirring blade 3 shown in FIG. 1 at a high speed (200 to 600 rpm) to locally stir. Let Means.
  • the time required for mixing also depends on other conditions (rotation, revolving speed, viscosity of the mixture, etc.), and it takes about 10 to 3 minutes. However, it goes without saying that more mixing time may be spent.
  • the distribution of the starting materials in the vessel is made roughly uniform by means of flowing the starting materials throughout the mixing vessel 1.
  • the coagulated specific starting material is sequentially conveyed to a deagglomeration means described later. This means may have the function of deagglomerating the starting materials, but does not require it.
  • the starting materials in the mixing vessel 1 are dispersed by, for example, giving an impact to the agglomerated starting materials.
  • the conduction mechanism of the ceramic resistor is based on the movement of free electrons and holes (carriers) caused by imperfect covalent bonds between elements. This imperfection of covalent bonds occurs when covalent bonds between elemental compounds that form compounds of different valences are formed. Therefore, if the agglomerated portion of the specific starting material (same metal or same metal compound) is calcined and sintered as it is, the simple point is almost complete covalent bond, carrier is not easily moved, and it becomes a conductive inhibition point. Cheap. Generally, free electrons move more easily than holes. Therefore, if many places where free electrons can easily move are formed, it can be a conduction promoting cylinder place.
  • Resistance temperature characteristics is an ambient temperature of 25 ° C and 1 in accordance with JIS 'C520.2.5.2.
  • the resistance temperature characteristic value at which the above-mentioned uniform mixed state can be obtained is-1150 ppm / ° C or more.
  • the specific resistance of the body material is lk Qcm to 8 kQcm, it is -1.3 ppm / ° C or more, and the specific resistance of the resistor material is 8 kQcm to 30 k ⁇ . cm, it is more than 1 450 ppm / ° C, and the specific resistance value of the resistor material is
  • a ceramic composed of compounds and / or composite compounds of four or more metal elements and / or metalloid elements can be resisted.
  • variation in resistance value can be suppressed.
  • the resistor material contains, for example, Mg and Si. All of these elements are readily available, and in general, compounds and / or composite compounds of these and other metal elements and / or metalloid elements have the advantage that resistor materials with a wide range of specific resistance values can be manufactured. .
  • the metal elements are, for example, C a, Zn, S at least one selected from r, C d, and Ba (first group); At least one (second group) selected from S n, A 1, S b, G a, P b, C r, M n, and G e, and B i, N b, T a, V, W, At least one element (third group) selected from Mo.
  • the first group is a group of alkaline earth metals. Among them, the use of C d is regarded as a problem in terms of environmental harmony. In view of the availability, it is considered that one or more selected from Ca, Zn, and Ba can be particularly preferably used.
  • the second group is a group of amphoteric metal elements. Among them, the use of Pb is regarded as a problem in terms of environmental harmony. Also, considering the availability, one or more selected from S n, A 1, S b, and M n are considered to be particularly suitable.
  • the third group is a group of elements that can form a trivalent or pentavalent compound. Considering the availability, one or more selected from Bi, V, and W are considered to be particularly suitable.
  • FIG. 1 is a diagram showing a stirring device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a resistance value variation between the ceramic resistor of the present invention and a conventional ceramic resistor.
  • FIG. 3 is a diagram showing a resistance value variation between the ceramic resistor of the present invention and a conventional ceramic resistor.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the specific resistance value of the ceramic resistance material and the temperature-resistance characteristic (TCR) for the conventional mixing method and the mixing method according to the present invention.
  • TCR temperature-resistance characteristic
  • the inside of the mixing vessel 1 was depressurized, and in this state, the first stirring blade 2 was rotated at 2-3 rpm and revolved at 40 rpm, and the starting material group was allowed to flow throughout the inside of the mixing vessel 1. .
  • the second stirring blade 3 is rotated at a high speed of 600 rpm to mix the starting material groups to release the aggregation of the starting material groups.
  • the maximum diameter of the first stirring blade 2 in the rotating state was 240 mm
  • the maximum diameter of the second stirring blade 3 in the rotating state was ⁇ 40 mm
  • the diameter of the revolution was ⁇ 60 mm.
  • the degree of the pressure reduction was set to an extent that defoaming was possible from the paste-like starting material group to be mixed.
  • the mixing time is about 20 minutes.
  • the starting material is now defoamed clay.
  • the above-mentioned paste-like (clay-like) starting material group is formed into a fixed cylindrical shape, air-dried, and maintained at a maximum of 138 ° C for 2 hours, for a total of 16 hours in air. For baking. Then, the CMC and moisture were completely scattered, resulting in a sintered body of the metal compound, that is, a ceramic. Using this ceramic as a resistor, silver paste was applied to both ends of the cylinder and fixed to obtain a ceramic resistor of the present invention.
  • the metal compound group is 100 parts by weight, CMC (carboxymethylcellulose) and water are added thereto in an amount of 2 parts by weight and 28 parts by weight, respectively, and the starting material group is added to mixing vessel 1 shown in FIG. Put in. After that, the ceramic resistor of the present invention was obtained through exactly the same process as for sample A.
  • CMC carboxymethylcellulose
  • the starting material groups and their blending ratios were exactly the same as in Sample A, except that the amount of water when the metal compound group was 100 parts by weight was about 100 ° parts by weight. Thereafter, these raw materials were placed in a cylindrical mixing vessel, and a large number of ceramic balls having a diameter of 30 mm were mixed therein and mixed by a so-called ball mill. The mixing time was 20 hours. Further, after mixing, dehydration and drying are performed, and when the metal compound group is 100 parts by weight, 1 part by weight, 21 parts by weight, and 2 parts by weight of CMC, water, and ethylene glycol are added thereto.
  • the metal compound group is mixed under atmospheric pressure for 40 to 60 minutes by a mixer so that the metal compound group is entangled with CMC or the like containing water. Degassing treatment was performed under reduced pressure. After that, through the same molding and firing processes as in Sample A, a ceramic resistor of Sample a was obtained.
  • the metal compound group is 100 parts by weight, the amount of water is about 100 ° by weight;
  • the starting materials and their blending ratios were exactly the same as in Sample B except for the parts. After that, the ceramic resistor of sample b was obtained through exactly the same process as sample a.
  • the resistance values of the samples A, B, a, and b were measured (n100).
  • FIG. 2 shows histograms of resistance values of samples A and a
  • FIG. 3 shows histograms of samples B and b.
  • the sample A of the present invention has a significantly higher resistance value than the sample a of the prior art method
  • the sample B of the present invention has a drastically higher resistance value than the sample b of the prior art method. Variation is reduced You can see that it is.
  • Samples A and B of the present invention required about 20 minutes for mixing as described above, whereas Samples a and b according to the prior art used the time required for mixing as described above. It was 20 hours. This indicates that the present invention has significantly reduced the time required for manufacturing a ceramic resistor.
  • M g O a mixture of complex compounds S I_ ⁇ 2 and Mg and S i, and C a C 0 3, and B a C 0 3, and S n 2 ⁇ 3, adjust the heavy g compounding ratio of the S b 2 ⁇ 3, specific resistance (obtained in samples ⁇ method) 1. 5 ⁇ ⁇ ⁇ , 1 0 ⁇ cm, 1 0 0 ⁇ cm, 1 k A ceramic resistor having a resistance of ⁇ cm was fabricated.
  • the guideline for adjusting the weight blending ratio will be described to the extent that a person skilled in the art can implement the guideline.
  • M g ⁇ A mixture of complex compounds S i 0 2 and M g and S i, and C a C 0 3, the ratio of B a and C 0 3, B i 2 0 3 of the total mixture ratio ⁇ and strike resistor
  • Increasing the resistance value and increasing the total mixing ratio of other starting materials has the effect of lowering the specific resistance value of the resistor.
  • a resistor having a desired specific resistance value can be obtained.
  • TCR resistance temperature characteristic
  • a resistor manufactured by the starting material mixing method according to the present invention is compared with a resistor manufactured by the conventional starting material mixing method, and the resistors manufactured by the mixing method according to the present invention are compared.
  • each of them shows a value higher by 150 to 300 ppm / ° C than the resistor manufactured by the conventional mixing method.
  • the resistor manufactured by the mixing method according to the present invention generally has a relationship between the specific resistance value and the resistance temperature characteristic shown in the following (1) to (5).
  • the specific resistance value of the resistor material is 1 k ⁇ cm or less, the resistance is at least 1150 ppm / ° C. .
  • Mg O a mixture of composite ⁇ the S i 0 2 and M g and S i, and C a C 0 3 , and B a C 0 3, and S n 2 0 3, and S b 2 0 3 at a predetermined compounding ratio
  • Ceramic resistor obtained by firing a mixture of complex compounds Mg O, S i 0 2, Mg and S i, and C aO-and B aO-, and S N_ ⁇ 2, and S b 2 0 3, and B i 2 0 3 were mixed at a predetermined mixing ratio, and shows only the ceramic resistor obtained by firing.
  • Ceramic resistors containing four or more metals and metalloid elements include Mg and S soils and at least one selected from Ca, Zn, Sr, Cd, and Ba.
  • n, A 1 at least one selected from S b, G a, P b, C r, M n, G e, and at least one selected from B i, Nb, T a, V, W, M o It is a ceramic resistor composed of a compound and / or a composite compound mainly composed of various elements.
  • the WO 3 traces may be one of the starting materials in place of the B i 2 0 3.
  • increasing the Blend ratio of W0 3 the specific resistance value of the resistor to be produced is increased.
  • the pressure in the mixing vessel was reduced during the mixing of the starting materials.
  • the mixture in this example contains water and CMC, which are pasted. Therefore, bubbles are easily formed during mixing.
  • the raw purpose under the reduced pressure state is defoaming.
  • a defoaming step may be provided after the mixing step, or defoaming may be performed at the time of molding by providing a reducing device in the molding apparatus. It is considered preferable that the defoaming step be carried out simultaneously with the mixing step or the like, because the production time can be reduced.
  • a stirring blade (the first stirring blade 2 in FIG. 1) which rotates and revolves relatively slowly is used as a means for flowing the starting material throughout the inside of the mixing vessel.
  • the starting material may be allowed to flow throughout the mixing vessel by repeatedly hitting and turning over the pasting material group with a large hammer such as a rice cake.
  • the rotating diameter was compared as a means to deagglomerate the starting material in the mixing vessel.
  • a small and fast rotating S-blade (second stirring blade 3 in FIG. 1) was used, but is not limited to this.
  • the starting material may be agglomerated in the mixing container by applying ultrasonic waves to the starting material from inside or outside the mixing container.
  • the resistance material is formed in a cylindrical shape.
  • the resistance material may be formed in a flat plate shape, the resistor itself may be formed in a chip shape, and a shape considering the handleability of the surface mounting mount may be used.
  • the starting material before molding was made into a clay shape.
  • it may be made into a flake shape, that is, a state in which the starting material becomes a large number of pieces. It is thought that this can be obtained by reducing the water content and going through the mixing process according to the present invention.
  • the advantage of the break shape is that it is disadvantageous in terms of workability in the post-process molding when it is made of clay, such as difficulty in adjusting the amount of supply to the molding equipment, and that the supply operation proceeds smoothly. It is considered that it is possible to avoid difficulties in achieving automation.
  • the mixing conditions are as follows: in the early stage of the mixing process, the first stirring blade 2 is rotated at 2-3 rpm, revolved at 40 rpm, and the second stirring blade 3 is rotated at 600 rpm at high speed.

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Description

明 細 書
セラミ ック抵抗器及びその製造法 技術分野
本発明は、 セラミ ヅクを抵抗体材料とするセラミ ック抵抗器及びその製造'法に 関するものである。 背景技術
M g及び S iを含んだ 4種類以上の金属元素及び/又は半金属元素の化合物及 び/又は複合化合物からなるセラ ミ ックを抵抗体材料とするセラミ ック抵抗器は 、 特開平 2— 2 7 2 7 0 1号公報、 特開平 6— 1 0 4 1 0 2号公報にその開示が ある。
この種のセラミ ヅク抵抗器は、 高圧パルスゃ大電力サージに対して耐久性があ り、 また主要な構成材料がセラ ミ ヅクであることから、 高温での使用に耐え得る など、 他の抵抗器にはない利点を有している。
上記公報に記載されている製法では、 4種類以上の出発原料 （それそれが異な る元素の化合物） をボールミルで 2 0時間混合する工程がある。 ここで仮に十分 な混合がなされていれば、 その出発原料から量産により得られる同一規格の抵抗 器の抵抗値のばらつきは小さ く抑えることができる害である。 しかしながら前記 抵抗値のばらつきを抑えるには、 ボールミルによる混合では不十分である。
そこで本発明が解決しょう とする課題は、 4種類以上の金属元素及び/又は半 金属元素の化合物及び/又は複合化合物からなるセラミ ックを抵抗体材料とする セラミ ヅク抵抗器において、 抵抗値のばらつきを抑えるこ'とである。 発明の開示
上記課題を解決するため、 本発明の、 セラ ミ ックを抵抗体材料とするセラミ ッ ク抵抗器の製造法は、 4種類以上の金属及び/又は半金属 （ S i等。 但し以下、 本明細書では S iを便宜上金属として扱う。 ） の単体、 化合物又は複合化合物を 出発原料とし、 当該出発原料を混合し、 その後成形、 焼成の過程を経るセラ ミ ツ ク抵抗器の製造法であって、 前記混合の過程が、 前記出発原料を混合容器 1内全 体に亘り流動させる手段と、 前記混合容器 1内の前記出発原料の凝集を解く手段 とによることを特徴とする。
4種類以上の金属元素及び/又は半金属元素の化合物及び/又は複合化合物か らなるセラミ ックを製造するに際しては、 複数の出発原料を要するのが一般的で ある。 通常出発原料は粉体であ り、 それらを混合、 成形、 焼成してセラミ ックが 製造される。 そこで 4種類以上の金属元素及び/又は半金属元素の化合物及び/ 又は複合化合物からなるセラミ ックを製造するに際し、 上記混合の過程は重要な 要因となる。 その理由は、 ある特定の元素 （出発原料） が凝集したままその後の 成形、 焼成工程に供すると、 目的とするセラミ ックの機能が得られにくいためで ある。 このようにセラミ ックを抵抗体材料とするセラミ ック抵抗器等、 セラミ ヅ クの電気的特性を利用する場合、 前記過程は特に重要である。
従来のボールミルによる混合では、 上記凝集を解く効果が得られにくいと考え られる。 その理由は.、 （ 1 ) 乾式混合の場合、 凝集を誘発する静電気が発生しや すい、 （ 2 ) —旦混合容器内壁やボールミルに使用されるセラ ミ ック製等のボー ルに強固に付着し、 そこで特定の出発原料が凝集すると、 その凝集を解く ことが 容易ではない。 これら （ 1 ) ( 2 ) の 2つの理由があると考えられる。
そこで本発明に係る混合の過程は、 出発原料を混合容器 1内全体に亘り流動さ せる手段と、 混合容器 1内で前記出発原料の凝集を解く手段とによることを特徴 としている。 出発原料を混合容器 1内全体に亘り流動させる手段とは、 例えば図 1に示す第 1の攪拌羽根 2を比較的ゆつ く り回転 （ 1〜 3 0 r p m) させながら 公転 （ 2 0〜 5 0 r pm) させる手段である。 前記公転とは、 前記回転方向面に 沿つて回転軸を移動させることである。
また混合容器 1内で前記出発原料の凝集を解く手段とは、 例えば図 1に示す第 2の攪拌羽根 3を高速回転 （ 2 0 0 0〜 6 0 0 0 r pm) し、 局部的に攪拌させ る手段である。 また混合に要する時間も、 その他の各条件 （回転 ， 公転速度、 被 混合物の粘度等） により変動する力 概ね 1 0〜 3 ◦分を要する。 もっともそれ 以上の混合時間を費やしても構わないことは言うまでもない。
上記出発原料を混合容器 1 内全体に亘り流動させる手段により、 まず大まかに 容器内の出発原料の分布を均一にする。 また、 それとともに凝集した特定出発原 料を順次後述する凝集を解く手段へと運ぶ。 当該手段は出発原料の凝集を解く機 能は、 あってもよいが求めない。 次に上記混合容器 1 内の前記出発原料の凝集を 解く手段によ り、 凝集した出発原料に衝撃を与える等して分散させる。 これら 2 つの手段の併用により、 出発原料の凝集を解消しながら混合容器 1内全体に亘る 出発原料の均一な分布を実現できる。 つま り非常に均一な混合状態を実現できる このようにして得られた非常に均一な混合状態の出発原料を成形 · 焼成して得 られるセラミ ツク抵抗体材料を大量に製造した場合、 それらの抵抗値のばらつき を抑えることができる。 その考えられる理由を以下に記す。
セラミ ック抵抗体の導電機構は、 元素同士の共有結合の不完全さによって生じ る自由電子ゃ正孔 （キャ リア） の移動によるものといえる。 この共有結合の不完 全さは、 異なる価数の化合物を形成する元素化合物間での共有結合がなされる際 に生じる。 したがって特定出発原料 （同種金属又は同種金属化合物） の凝集箇所 がそのまま焼成 · 焼結されると、 当該簡所はほぼ共有結合が完全で、 キャ リアの 移動がなされにく く、 導電阻害箇所となりやすい。 また一般に、 自由電子は正孔 に比して移動しやすい。 従って自由電子の移動が容易な箇所が数多く形成されれ ば導電促進筒所になり得る。 また正孔についても、 その形成の仕方によっては移 動のし易さが異なる。 これら全ての要因を考慮すると、 セラ ミ ック抵抗体材料の 抵抗値のばらつき抑制は、 上記非常に均一な混合状態が得られなければかなり困 難であることが理解できると思われる。
本発明者は、 上記均一な混合状態と、 セラミ ック抵抗体の抵抗温度特性との間 に、 ある程度の相関関係があることを見出した。 ここでいう抵抗温度特性 （T C R) とは、 J I S' C 5 2 0 2 5. 2. 3に準じた、 周囲温度 2 5 °C及び 1
2 5 °Cにおいて抵抗値測定される際の単位温度変化あたりの抵抗値変化量 （単位 ： p pm/。C) である。 ここで上記均一な混合状態が得られた場合は、 従来に比 して抵抗温度特性値が高くな （ここで、 抵抗温度特性値が正の値に向かうことを 「高くなる」 と表現する。 ） るのである （図 4) 。
4種類以上の金属元素及び/又は半金属元素の化合物及び/又は複合化合物か らなるセラミ ックを抵抗体材料とするセラ ミ ック抵抗器において、 抵抗値のばら つきを抑えることができる程度にまで上記均一な混合状態が得られる抵抗温度特 性値は、 抵抗体材料の比抵抗値が 1 k Ω cm以下である場合、 — 1 1 5 0 p pm /°C以上であ り、 抵抗体材料の比抵抗値が l k Q c m〜 8 k Q c mである場合、 - 1 3 0 0 p p m/°C以上であ り、 抵抗体材料の比抵抗値が 8 k Q c m〜 3 0 k Ω cmである場合、 一 1 4 5 0 p p m/°C以上であり、 抵抗体材料の比抵抗値が
3 0 k Ω cm〜 7 0 k Ω cmである場合、 — 1 5 3 0 p pm/°C以上であ り、 抵 抗体材料の比抵抗値が 7 0 k Ω cm以上である場合、 — 1 6 2 0 p pm/°C以上 である。 これら抵抗温度特性値は、 上記均一な混合状態が得られたかどうかの一 つの指標となる。
つま り'上記比抵抗値と抵抗温度特性値との関係を満足することによ り、 4種類 以上の金属元素及び/又は半金属元素の化合物及び/又は複合化合物からなるセ ラミ ックを抵抗体材料とするセラミ ック抵抗器において、 抵抗値のばらつきを抑 えることができる。
前記抵抗体材料は、 例えば Mg及び S iが含まれるものである。 これら元素は いずれも入手が容易な上、 一般にこれらと他の金属元素及び/又は半金属元素の 化合物及び/又は複合化合物は、 広範囲の比抵抗値の抵抗体材料を作製し得る利 点がある。
また、 Mg及び S iを必須とし、 他の 2種類以上の金属元素及び/又は半金属 元素の化合物や複合化合物を抵抗体材料とする場合の当該金属元素は、 例えば C a， Z n， S r , C d , B aから選ばれる少なく とも 1種 （第 1グループ） と、 S n , A 1 , S b , G a， P b， C r , M n， G eから選ばれる少なく とも 1種 (第 2グループ） と、 B i , N b , T a , V , W， M oから選ばれる少なく とも 1種 （第 3グループ） との元素が挙げられる。 これら金属、 半金属元素以外に不 純物程度の元素やその化合物及び/又はその他元素との複合化合物が含まれてい る場合でも、 それらが抵抗温度特性や抵抗値ばらつき抑制の効果に大きな影響を 与えない程度の Sであれば、 それを用いたセラ ミ ツク抵抗器は本発明の範囲内で ある。
上記第 1グループは、 アルカ リ土類金属のグループである。 この中で C dは環 境調和性の点でその使用が問題視されている。 また入手の容易さも考慮すると、 C a , Z n , B aから選ばれる 1種以上が特に好適に使用できると考えられる。 また上記第 2グループは、 両性金属元素のグループである。 この中で P bは環 境調和性の点でその使用が問題視されている。 また入手の容易さも考慮すると、 S n , A 1 , S b , M nから選ばれる 1種以上が特に好適であると考えられる。 また上記第 3グループは、 三価又は五価の化合物を形成し得る元素のグループ である。 入手のし易さを考慮すると、 B i， V， Wから選ばれる 1種以上が特に 好適であると考えられる。 これら第 1〜 3のグループ及び M g及び S iの化合物 及び/又は複合化合物からなるセラミ ツクを抵抗体材料とすることにより、 高圧 パルスゃ大電力サージに対して耐久性があり、 広い比抵抗値範囲の抵抗体を有す るセラミ ック抵枋器を得ることがで'きる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る攪拌装置を示す図である。 図 2は、 本発明のセラミ ック 抵抗器と、 従来のセラ ミ ック抵抗器との抵抗値ばらつきを示した図である。 図 3 は、 本発明のセラ ミ ック抵抗器と、 従来のセラ ミ ック抵抗器との抵抗値ばらつき を示した図である。 図 4は、 セラミ ック抵抗材料の比抵抗値と抵抗温度特性 （ T C R ) との関係を、 従来の混合方法及び本発明に係る混合方法によるものについ て示した図である。 これらの図面に付した符号は、 1…混合容器、 2…第 1の攪 拌羽根、 3…第 2の S拌羽根、 である。 発明を実施するための最良の形態
以下に本発明における実施形態の一例を説明する。
(サンプル Aの作製)
M g 0 , S i 02及び M gと S i との複合化合物の混合物 （ i ) と、 C a C 03 ( i i ) と、 B a C 03 ( i i i ) と、 S n203と （ i v) 、 S b 203 ( v) を 準備する。 これらの重 S配合比を （ i ) ： ( i i ) ： ( i i i ) ： ( i v) ： (, V) = 1 4 : 7 8 : 1 : 2 : 4 とし、 これら金属化合物群を 1 0 0重量部とした 場合、 それに CM C (力ルボキシメチルセルロース） 及び水、 エチレングリコー ルをそれそれ 1重量部、 2 1重量部、 2重量部加え、 これら出発原料群を図 1 に 示す混合容器 1 に入れる。 その後混合容器 1内を減圧状態とし、 その状態で第 1 の攪拌羽根 2を 2〜 3 r pmで回転、 4 0 r pmで公転させ、 混合容器 1 内全体 に亘り出発原料群を流動させた。 また同時に第 2の攪拌羽根 3 を 6 0 0 0 r p m で高速回転させ、 前記出発原料群を混合して出発原料群の凝集を解く。 なお、 第 1の攪拌羽根 2の回転状態での最大径は 2 4 0 mm, 第 2の攪拌羽根 3の回転 状態での最大径は ø 4 0 mm、 公転の径を ø 6 0 mmとした。 ここで前記減圧の 程度は、 混合されるペース ト状の出発原料群から脱泡可能な程度とした。 また混 合時間は約 2 0分とする。 これで出発原料が、 脱泡された粘土状となる。
混合工程終了後の上記ペース ト状 （粘土状） の出発原料群を一定の円筒形状に 成形し、 自然乾燥後、 最大 1 3 8 0 °Cで 2時間維持させる、 合計 1 6時間の大気 中での焼成に供した。 すると CM C及び水分が完全に飛散し、 金属化合物の焼結 体、 つま りセラミ ックとなった。 このセラ ミ ックを抵抗体として円筒の両端に銀 ペース トを塗布、 固定して本発明のセラミ ヅク抵抗器を'得た。
(サンプル Bの作製）
M g O , S i 02及び M gと S i との複合化合物の混合物 （ i ) と、 C a C〇 3 ( i i ) と、 B a C〇 3 ( i i i ) と、 S n〇 2と （ i v) 、 S b 20 π ( ) と、 B i 2 0 a ( v i ) を準備する。 これらの重量配合比を （ i ) ： ( i i ) ： ( i i i ) ： ( i V ) ： ( v ) ： ( V i ) = 6 6 ： 1 3 ： 4 ： 1 1 ： 1 ： 4 と し、 これ ら金属化合物群を 1 0 0重量部とした場合、 それに C M C (カルボキシメチルセ ルロース） 及び水をそれそれ 2重量部、 2 8重量部加え、 これら出発原料群を図 1 に示す混合容器 1 に入れる。 その後はサンプル Aと全く同様の過程を経て本発 明のセラミ ック抵抗器を得た。
(サンプル aの作製）
金属化合物群を 1 0 0重量部とした場合の水量を約 1 0 ◦重量部とした以外は 出発原料群及びそれらの配合比をサンプル Aと全く同様とした。 その後これらの 原料を円筒型混合容器に入れ、 径が 3 0 m mのセラ ミ ックボールを多数混入し、 いわゆるボールミルにより混合した。 混合時間は 2 0時間とした。 また混合後に は脱水乾燥し、 金属化合物群を 1 0 0重量部とした場合、 それに C M C、 水、 及 びエチレングリコールをそれそれ 1重量部、 2 1重量部、 2重量部加える。 そし て成形可能な程度の粘度とするため、 金属化合物群を水を含んだ C M C等と絡め 合わせる程度に大気圧下で 4 0 〜 6 0分混鍊機によ り混鍊し、 次いでそれを減圧 下で脱泡処理し.、 その後はサンプル Aと全く同様の成形 · 焼成等の過程.を経てサ ンプル aのセラミ ック抵抗器を得た。
(サンプル bの作製）
金属化合物群を 1 0 0重量部と した場合の水 ¾を約 1 0 ◦重;！部と した以外は 出発原料及びそれらの配合比をサンプル Bと全く同様とした。 その後はサンプル aと全く同様の過程を経て、 サンプル bのセラミ ック抵抗器を得た。
(各サンプルの評価）
サンプル A , B , a , bについてそれそれ抵抗値を測定した （n二 1 0 0 ) 。 図 2にサンプル A , aについて、 図 3にサンプル B , bについてそれぞれ抵抗値ば らっきをヒス トグラムとして示した。 これらの図から明らかなように、 本発明の サンプル Aは従来技術の製法によるサンプル aに比して、 本究明のサンプル Bは 従来技術の製法によるサンプル bに比して、 飛躍的に抵抗値ばらつきが抑制され ていることがわかる。
また本発明のサンプル A、 Bは、 上述したように混合に要した時間が約 2 0分 であるのに対し、 従来技術によるサンプル a、 bは、 上述したように混合に費や した時間が 2 0時間だった。 このことから、 本発明により、 大幅にセラミ ック抵 抗器の製造に要する時間を短縮できていることがわかる。
(その他のサンブルの作製）
上記サンプル Aの製法において、 M g O , S i〇 2及び Mgと S i との複合化合 物の混合物と、 C a C 03と、 B a C 03と、 S n2〇 3と、 S b 2〇 3との重 g配合 比を調整して、 比抵抗値が 1 . 5 Ω ο πι (サンプル Αの製法にて得られる） 、 1 0 Ω c m、 1 0 0 Ω c m、 1 k Ω c m、 の抵抗体を有するセラ ミ ック抵抗器を作 製した。
また上記サンブル Bの製法において、 M g O , S i〇 2及び M gと S i との複合 化合物の混合物と、 C a C 03と、 B a C 03と、 S n〇 2と、 S b 203と、 B i 2 03との重量配合比を調整して、 比抵抗値が 8 k Ω c m、 3 0 k Ω c m 7 0 k Ω c m、 1 6 0 k Ω cm (サンプル Bの製法にて得られる） の抵抗体を有するセラ ミ ック抵抗器を作製した。 .
また上記サンプル aの製法において、 M g O， S i 02及び M gと S i との複合 化合物の混合物と、 C a C 03と、 B a C 03と、 S n203と、 S b 203との重量 配合比を調整して.、 比抵抗値が 1 . 5 Q c m (サンプル aの製法にて僅かに得ら れる） 、 1 0 Ω c m、 1 0 0 Ω c m、 1 k Ω c m、 の抵抗体を有するセラ ミ ック 抵抗器を作製した。
また上記サンプル bの製法において、 M g O , S i〇 2及び M gと S i との複合 化合物の混合物と、 C a C 03と、 B a C 03と、 S n02と、 S b 20 :iと、 B i 2 〇 :iとの重量配合比を調整して、 比抵抗値が 8 k Ω c m、 3 0 k Ω c m 7 0 k Ω c m、 1 6 0 k Ω c m (サンプル bの製法にて ί望かに得られる） の抵抗体を有す るセラミ ック抵抗器を作製した。
上記重量配合比の調整の指針を当業者が実施できる程度に説明する。 M g〇， S i 02及び M gと S iとの複合化合物の混合物と、 C a C 03と、 B a C 03と 、 B i 203の総配合比を增やすと、 抵抗体の比抵抗値を上げ、 その他の出発原料 の総配合比を増やすと、 逆に抵抗体の比抵抗値を下げる作用がある。 これらの配 合比を調整することにより、 目的とする比抵抗値の抵抗体を得ることができる。
(その他サンプルの抵抗温度特性）
作製した上記その他サンプルについて、 それそれ 2 5°C〜 1 2 5 °Cの抵抗温度 特性 （T CR) 値を測定した。 図 4にそれらの測定結果を示す （n= l 0 ) 。
同じ比抵抗値のサンプルについて、 本発明に係る出発原料混合方法で作製した 抵抗体と、 従来の出発原料混合方法で作製した抵抗体とを比較すると、 本発明に 係る混合方法で作製した抵抗体が、 従来の混合方法で作製した抵抗体より も、 い ずれも 1 50.~ 3 00 p pm/°C高い値を示していることがわかる。
図 4から、 本発明に係る混合方法で作製した抵抗体は、 概ね以下の （ 1 ) 〜 （ 5 ) に示す比抵抗値と抵抗温度特性との関係を有していることが明らかになった ( 1 ) 抵抗体材料の比抵抗値が 1 k Ω c m以下である場合、 — 1 1 5 0 p pm/ °C以上。 . .
( 2 ) 抵抗体材料の比抵抗値が l k Q cm〜 8 k Q c mである場合、 — 1 3 0 0 P pm/°C以上。
( 3 ) 抵抗体材料の比抵抗値が 8 k Q cm〜 3 0 k Q c mである場合、 一 1 4 5 0 p p m/°C以上。
( 4 ) 抵抗体材料の比抵抗値が 3 0 k Q c m〜 7 0 k Q cmである場合、 一 1 5 30 p pm/°C以上。
( 5 ) 抵抗体材料の比抵抗値が 70 k Ω c m以上である場合、 — 1 6 2 0 p p m /°C以上。 +
(本発明の実施の形態についての補足説明） · 本例では出発原料群として、 Mg O， S i 02及び M gと S iとの複合化舍物の 混合物と、 C a C 03と、 B a C 03と、 S n 203と、 S b 203とを所定配合比で 混合し、 焼成して得られたセラミ ック抵抗体と、 Mg O, S i 02， Mgと S iと の複合化合物の混合物と、 C aOと、 B aOと、 S n〇 2と、 S b 203と、 B i 2 03とを所定配合比で混合し、 焼成して得られたセラミ ック抵抗体についてのみ示 した。 しかし、 本例で示した以外の、 4以上の金属や半金属元素を含むセラ ミ ツ ク抵抗体を本発明のセラミ ック抵抗器の製造法によ り製造したとしても、 やはり 抵抗値のばらつきを低減する効果があると考えられる。
4以上の金属や半金属元素を含むセラミ ック抵抗体の例としては、 Mg及び S 土と、 C a, Z n, S r , C d , B aから選ばれる少なく とも 1種と、 S n, A 1 , S b , G a , P b， C r , M n , G eから選ばれる少なく とも 1種及び B i ， Nb， T a， V, W, M oから選ばれる少なく とも 1種の元素を主成分とする 化合物及び/又は複合化合物からなるセラミ ヅク抵抗体である。
例えば前述したサンプル Bにおいて、 微量の W〇 3を出発原料に加えたり、 B i 203に代えて微量の WO 3を出発原料の一つにしてもよい。 この場合、 W03の配 合比を増加させると、 製造される抵抗体の比抵抗値は増加する。
また本例で.は出発原料混合時に混合容器内を減圧状態にした。 本例における混 合物は水と CMCを含み、 これらによりペース ト状となっている。 従って混合時 に泡を形成しやすい。 前記減圧状態とした生目的は脱泡である。 しかし必ずしも 混合時に脱泡させる必要はなく、 混合工程終了後に脱泡工程を設けても良いし、 成形装置に減 ΑΞ機能を設けることで成形時に脱泡させるようにしても良い。 この 脱泡工程を混合工程等と同時に進行させるのは、 製造時間短縮が可能となるため 好ましいと考えられる。
また本例では、 出発原料を混合容器内全体に亘り流動させる手段に、 比較的ゆ つく り と回転、 公転する攪拌羽根 （図 1における第 1の攪袢羽根 2 ) を用いたが 、 これに限定されない。 例えば餅つきのように大きいハンマーでペース ト状の出 発原料群を叩いたりひつ く り返したりすることを繰り返すことで出発原料を混合 容器内全体に亘り流動させてもよい。
また本例では、 混合容器内の出発原料の凝集を解く手段と して、 回転径が比較 的小さ く、 高速回転する S抻羽根 （図 1 における第 2の揽拌羽根 3 ) を用いたが 、 これに限定されない。 例えば混合容器内部又は外部から出発原料に対し、 超音 波を与えることで混合容器内で出発原料の凝集を解いてもよい。
また本例では抵抗材料の成形形状を円筒状としたが、 平板状とし、 抵抗器自体 もチップ形状として、 面実装用マウン夕一の扱い すさを考慮した形状としても 良い。
また本例では混合の過程後、 成形前の出発原料を粘土状としたが、 フレーク状 、 即ち出発原料が多数の片状となった状態としてもよい。 これは水分を少なめに して本発明に係る混合の過程を経ることにより得ることができると考えられる。 このブレーク状とする利点は、 粘土状とした場合の後工程の成形の際の作業性の 不利な点、 例えば成形装置への供給量の調整が困難なこと、 その供給作業を円滑 に進行させ、 自動化を図ることが困難となること等を回避できることであると考 えられる。
また本例では混合の過程の初期から混合容器内に水分を導入しているが、 必ず しもその必要はない。 例えば本例におけるサンプル A及びサンプル Bの出発原料 では、 むしろ混合の過程の初期 （ 2 .0分間程度） には水分を混合容器内に導入し ない方が個々の出発原料の凝集を抑えられることが明らかとなった。 この場合の 混合条件は、 混合の過程の初期に第 1の攪拌羽根 2 を 2〜 3 r p mで回転、 4 0 r p mで公転させ、 また第 2の攪拌羽根 3 を 6 0 0 0 r p mで高速回転させ、 前 記出発原料群を混合させ、 その後混合容器内に水分を、 サンプル A、 サンプル B 相当の 導入し、 1 ◦分間この攪袢を維持し、 その後第 2の攪拌羽根を停止し第 1の攪拌羽根のみで 1 0分間攪拌する条件である。 この条件では静電気の発生に よる出発原料の凝集も観測されず （多少は発生していた蓋然性はあるが無視でき る程度だったものと考えられる。 ） 、 一層良好な混合状態が得られていた。 ここ で う混合状態の良否は、 焼成工程後のセラミ ック抵抗体の切断断面の元素分析 により確認した。 サンプル A、 サンプル Bでは、 出発原料の内、 〇 〇〇 3と：6 & C〇 3と、 S n酸化物が極僅か凝集しているのが確認されたが、 ここでいう水分を 導入しない状態での混合工程により、 それらの凝集が殆ど観測されなくなった。 当該凝集が極僅か観測された場合と、 殆ど観測されない場合とでは、 焼成工程 後のセラ ミ ックに微細な空隙が観測されるか否かの差異があった。 前者では微細 な空隙が観測され、 後者では当該空隙が全く観測されなかった。 この理由は明ら かではないが、 凝集部分と他の部分との熱収縮率の違い等が何等かの関与してい るものと考えられる。 このような差異の有無は、 前述した抵抗温度特性 （図 4 ) 、 及び抵抗値のばらつき （図 2、 図 3 ) には影響を与えなかった。 凝集にかかる 部分が量的に極僅かだったことによると考えられる。 但し極僅かではあっても空 隙の存在は、 セラ ミ ツクからなる抵抗体強度を低めることとなると考えられる。 ところが強度試験の結果にも差異はなかった。 空隙の存在比率が極めて低かった ためと考えられる。 これら差異が無いと しても、 抵抗器を提供する者及び使用す る者の両者が安心して当該抵抗器を取扱うには、 空隙の存在が無いことが好まし いことは言うまでもない。
また更に良好な混合状態、 つまり特定の出発原料の凝集の更なる低減は、 サン プル A サンプル Bにおいては、 出発原料の内、 B a C 0 3の粒径を予め小さくす ることで実現できた。 この理由も明らかではないが、 B a C 0 3.の粒径は他に比し て僅かながら大きかったことに起因すると考えられる。 当該凝锒が非常に極僅か 観測された場合と、 全く観測されない場合とでは、 焼成工程後のセラ ミ ックに局 部的且つ微細な変色部が観測されるか否かの差異があった。 前者では変色部が観 測され、 後者では当該変色部が全く観測されなかった。 元素分析により当該変色 部が主と して B a化合物からなることが確認された。 このような変色部の有無は 、 前述した抵抗温度特性 （図 4 ) 、 及び抵抗値のばらつき （図 2、 図 3 ) には当 然に影響を与えなかった。 凝集にかかる部分が S的に非常に極僅かだったことに よると考えられる。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明によ り、 4種類以上の金属元素及び/又は半金属元素の 化合物及び/又は複合化合物からなるセラ ミ ックを抵抗体材料とするセラミ ヅク 抵抗器において、 抵抗値のばらつきを大幅に抑えることができた。 また、 本発明 のセラミ ック抵抗器の製造法により、 従来に比して大幅に製造に要する時間を短 縮することができた。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 4種類以上の金属元素及び/又は半金属元素の化合物及び/又は複合化合 物からなるセラミ ックを抵抗体材料とするセラミ ック抵抗器において、
5 当該抵抗体材料の比抵抗値が 1 k Ω c m以下であって、
当該抵抗器が一 1 1 5 0 p pm/°C以上の抵抗温度特性を示すことを特徴とす るセラミ ック抵抗器。
2. 4種類以上の金属元素及び/又は半金属元素の化合物及び/又は複合化合 物からなるセラミ ックを抵抗体材料とするセラミ ック抵抗器において、
10 当該抵抗体材料の比抵抗値が 1 k Ω c m〜 8 k Ω c mであって、
当該抵抗器が一 1 3 0 0 p pm/°C以上の抵抗温度特性を示すことを特徴とす るセラミ ヅク抵抗器。
3. 4種類以上の金属元素及び/又は半金属元素の化合物及び/又は複合化合 物からなるセラミ ックを抵抗体材料とするセラミ ック抵抗器において、
15 当該抵抗体材料の比抵抗値が 8 k Q cm〜3 O k Q cmであって、
当該抵抗器が— 1 4 5 0 p p m/°C以上の抵抗温度特性を示すことを特徴とす るセラミ ック抵抗器。
'
4. 4種類以上の金属元素及び/又は半金属元素の化合物及び/又は複合化合 物からなるセラミ ックを抵抗体材料とするセラ ミ ック抵抗器において、
20 当該抵抗体材料の比抵抗値が 3 0 k Ω c m〜 Ί 0 k Ω cmであって、
当該抵抗器が一 1 5 3 0 p p m/°C以上の抵抗温度特性を示すことを特徴とす るセラ ミ ック抵抗器。
5. 4種類以上の金属元素及び/又は半金属元素の化合物及び/又は複合化合 物からなるセラ ミ ックを抵抗体材料とするセラミ ック抵抗器において、
25 当該抵抗体材料の比抵抗値が 7 0 k Ω c m以上であって、
当該抵抗器が— 1 6 2 0 p p m/°C以上の抵抗温度特性を示すことを特徴とす るセラミ ック抵抗器。
6. 抵抗体材料が Mg及び S iを含む化合物及び/又は複合化合物であること を特徴とする請求項 1〜 5のいずれかに記載のセラミ ック抵抗器。
7. Mg及び S iと、 C a, Z n , S r , C d， B aから選ばれる少なく とも 1種と、 S n， A 1 , S b , G a , P b , C r， Mn, G eから選ばれる少なく とも 1種及び B i， N b , T a , V , W, Μ οから選ばれる少なく とも 1種の元 素を主成分とする化合物及び/又は複合化合物からなるセラ ミ ックを抵抗体材料 とすることを特徴とする請求項 1〜 5のいずれかに記載のセラミ ック抵抗器。
8. 4種類以上の金属及び/又は半金属の単体、 化合物又は複合化合物を出発 原料とし、 当該出究原料を混合し、 その後成形、 焼成して得られるセラミ ックを 抵抗体材料とするセラミ ック抵抗器の製造法において、
前記混合の過程が、 前記出発原料を混合容器内全体に亘り流動させる手段と、 前記混合容器内の前記出発原料の凝集を解く手段とによることを特徴とするセラ ミック抵抗器の製造法。
9. 出発原料の凝集を解く手段が、 高速回転羽根であることを特徴とする請求 項 8記載のセラ ミ ック抵抗器の製造法。
1 0. 混合の過程を、 混合容器内を減圧状態と.して実施することを特徴とする請 求項 8又は 9記-載のセラ ミ ック抵抗器の製造法。
1 1 . 混合の過程の初期には混合容器内に水分を導入せずに混合し、 所定時間 後には混合容器内へ水分を導入して混合することを特徴とする請求項 8〜 1 0の いずれかに記載のセラ ミ ック抵抗器の製造法。
1 2. 混合の過程終了後、 成形前の出発原料がフレーク状又は粘土状であるこ とを特徴とする請求項 8〜 1 1のいずれかに記載のセラ ミ ック抵抗器の製造法。
1 3. 出発原料が M g及び S iと、 C a， Z n， S r , C d， B aから選ばれ る少なく とも 1極と、 S n , A 1 , S b , G a , P b , C r， Mn, G eから選 ばれる少なく とも 1種及び B i， Nb , T a， V， W， Moから選ばれる少なく とも 1種の元素を主成分とする化合物及び/又は複合化合物からなることを特徴 とする請求項 8〜 1 2のいずれかに記載のセラミ ック抵抗器の製造法。
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