(57)【要約】【課題】  ＢａＴｉＯ３系でＢａの一部をＢｉやＮａで置換した組成の半導体磁器組成物に電極を形成したＰＴＣ素子において、耐電圧が大きく、室温抵抗率が小さいＰＴＣ素子の製造方法、ＰＴＣ素子、及び発熱モジュールを提供する。【解決手段】  組成式が[（Ｂｉ・Ａ）ｘ（Ｂａ１−ｙＲｙ）１−ｘ](Ｔｉ１−ｚＭｚ)aＯ３の原料を準備し、前記原料を仮焼し、成形し、得られた成形体を、密度が５．００ｇ／ｃｍ３以上５．７０ｇ／ｃｍ３以下となるように焼結して半導体磁器組成物とし、前記半導体磁器組成物に電極ペーストを塗布し、前記電極ペーストを５５０℃以上で焼付けしてＰＴＣ素子とし、その後、前記ＰＴＣ素子に、２００℃以上５００℃以下で、０．１時間以上５時間以下の範囲で保持する熱処理を施すことを特徴とするＰＴＣ素子の製造方法。【選択図】  図１
2014123603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式が[（Ｂｉ・Ａ）ｘ（Ｂａ１−ｙＲｙ）１−ｘ](Ｔｉ１−ｚＭｚ)aＯ３（ただし、ＡはＮａ、Ｌｉ、Ｋのうち少なくとも1種、ＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも一種、ＭはＮｂ、Ｔａ、Ｓｂのうち少なくとも一種）で表され、前記ａ，ｘ、ｙ、ｚが、０．９０≦ａ≦１．１０、０＜ｘ≦０．３０、０≦ｙ≦０．０５０、０≦ｚ≦０．０１０（但し、ｙ＋ｚ＞０）を満足するように原料を準備し、
前記原料を仮焼し、成形し、
得られた成形体を、密度が５．００ｇ／ｃｍ３以上５．７０ｇ／ｃｍ３以下となるように焼結して半導体磁器組成物とし、
前記半導体磁器組成物に電極ペーストを塗布し、前記電極ペーストを５５０℃以上で焼付けしてＰＴＣ素子とし、
その後、前記ＰＴＣ素子に、２００℃以上５００℃以下で、０．１時間以上５時間以下の範囲で保持する熱処理を施すことを特徴とするＰＴＣ素子の製造方法。
【請求項２】
前記ｙが０．０１０≦ｙ≦０．０５０であり、ＲがＹを含む２種類以上の希土類元素であることを特徴とする請求項1に記載のＰＴＣ素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の製造方法により得られたＰＴＣ素子。
【請求項４】
請求項３に記載のＰＴＣ素子を用いた発熱モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、正の抵抗温度係数を有するＰＴＣ素子の製造方法、ＰＴＣ素子、及び発熱モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＰＴＣ特性（正の抵抗率温度係数：Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）を示す材料としてＢａＴｉＯ３で表される組成に様々な半導体化元素を加えた半導体磁器組成物が提案されている。ＰＴＣ特性とはキュリー点以上の高温になると急激に抵抗値が増大する特性であり、ＰＴＣ特性を持つ半導体磁器組成物を使用した素子はＰＴＣ素子と呼ばれている。このＰＴＣ素子は、ＰＴＣサーミスタ、ＰＴＣヒータ、ＰＴＣスイッチ、温度検知器などの発熱モジュールに用いられる。
【０００３】
ＰＴＣ特性は、結晶粒界に形成された抵抗（ショットキー障壁による抵抗）が増大するために起こると考えられている。ＰＴＣ素子に用いられる半導体磁器組成物は、この抵抗の増大が高い（抵抗温度係数が高い）ものが要求されている。
【０００４】
また、一般的なＢａＴｉＯ３系の半導体磁器組成物のキュリー温度は１２０℃前後であるが、キュリー温度が高い半導体磁器組成物が要望される。従来は、キュリー温度を上げることができる添加元素としてＰｂＴｉＯ３等の鉛材が用いられていた。しかし、鉛は環境汚染を引き起こす元素であり、近年、鉛材を使用しない非鉛系の半導体磁器組成物が要望されている。
【０００５】
非鉛系でキュリー温度が高いＢａＴｉＯ３系半導体磁器組成物として、Ｂａの一部をＢｉやＮａで置換した組成のものが知られている。
このようなＢａの一部をＢｉやＮａで置換した組成のＢａＴｉＯ３系半導体磁器組成物に対する新たな課題として、通電等による経時変化が指摘されており、これを抑制する手法の提案もある。
たとえば、特許文献１では、理論焼結密度に対する実測焼結密度を焼成時に７０〜９０％に調整することで、経時変化を抑制する手法が開示されている。
【０００６】
また、本願出願人は、特許文献２において、Ｂａの一部をＢｉやＮａで置換した組成のＢａＴｉＯ３系の半導体磁器組成物に対して、１００℃以上６００℃以下で０．５時間以上２４時間以下の熱処理を施すことで、経時変化を抑制する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２０９２９２号公報
【特許文献２】特開２００９―２３４８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＰＴＣ素子の基本性能として、耐電圧は室温比抵抗Ｒ２５と最大抵抗ＲＬにより求められるΔＲ＝ｌｏｇ（ＲL／Ｒ25）で算出される桁数ΔＲをできるだけ高いものとする必要がある。また、ＰＴＣ素子には耐電圧特性が必要とされるが、耐電圧はこの桁数ΔＲが高いほど高くできる。
また、ＰＴＣ素子のエネルギーロスを小さくするために室温抵抗率を小さく必要がある。
【０００９】
上述した特許文献１および特許文献２に開示される手法は、これらの文献で記載されるとおりＰＴＣ素子の経時変化を抑制するという点で優れたものである。
しかし、これらの文献は、ＰＴＣ素子の基本性能である桁数ΔＲ自体を改善し、かつ室温比抵抗を小さくする具体的な手法については、明確な開示がなく、熱処理によって熱処理前と熱処理後の桁数ΔＲについても開示が無い。
以降では、熱処理前の半導体磁器組成物の桁数ΔＲをΔＲｂ、熱処理した後の桁数ΔＲをΔＲａと呼ぶ。
【００１０】
本発明の目的は、ＢａＴｉＯ３系でＢａの一部をＢｉやＮａで置換した組成の半導体磁器組成物に電極を形成したＰＴＣ素子において、耐電圧を十分に確保でき、かつ実用的な室温抵抗率を持つＰＴＣ素子が得られるＰＴＣ素子の製造方法を提供することである。
また、その製造方法を用いて製造したＰＴＣ素子、及び、そのＰＴＣ素子を用いた発熱モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、組成式が[（Ｂｉ・Ａ）ｘ（Ｂａ１−ｙＲｙ）１−ｘ](Ｔｉ１−ｚＭｚ)aＯ３（ただし、ＡはＮａ、Ｌｉ、Ｋのうち少なくとも1種、ＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも一種、ＭはＮｂ、Ｔａ、Ｓｂのうち少なくとも一種）で表され、前記ａ，ｘ、ｙ、ｚが、０．９０≦ａ≦１．１０、０＜ｘ≦０．３０、０≦ｙ≦０．０５０、０≦ｚ≦０．０１０（但し、ｙ＋ｚ＞０）を満足するように原料を準備し、
前記原料を仮焼し、成形し、
得られた成形体を、密度が５．００ｇ／ｃｍ３以上５．７０ｇ／ｃｍ３以下となるように焼結して半導体磁器組成物とし、
前記半導体磁器組成物に電極ペーストを塗布し、前記電極ペーストを５５０℃以上で焼付けしてＰＴＣ素子とし、
その後、前記ＰＴＣ素子に、２００℃以上５００℃以下で、０．１時間以上５時間以下の範囲で保持する熱処理を施すことを特徴とするＰＴＣ素子の製造方法である。
【００１２】
前記ｙが０．０１０≦ｙ≦０．０５０であり、RがYを含む２種類以上の希土類元素であることが好ましい。
【００１３】
上記の製造方法によりＰＴＣ素子を得ることができる。
【００１４】
上記のＰＴＣ素子を用いて発熱モジュールとすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＢａＴｉＯ３系でＢａの一部をＢｉやＮａで置換した組成の半導体磁器組成物に電極を形成したＰＴＣ素子において、耐電圧を十分に改善でき、かつ実用的な室温抵抗率を持つＰＴＣ素子を提供できる。耐電圧が確保できるので電圧破壊に強くなり、製品信頼性を高めることができる。
また、この製造方法により得られるＰＴＣ素子、および、このＰＴＣ素子を用いた発熱モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の半導体磁器組成物の断面観察写真である。
【図２】平均ボイド間距離の測定手段を説明するための模式図である。
【図３】平均ボイド間距離と内部の抵抗温度係数αinの関係を示す図である。
【図４】焼結体密度と内部の抵抗温度係数αinの関係を示す図である。
【図５】抵抗温度係数αinの測定手段を説明するためのグラフである。
【図６】抵抗温度係数αinの測定手段を説明するための別のグラフである。
【図７】本発明で規定する密度を持つ半導体磁器組成物の部位によるポテンシャルエネルギーの違いを説明する模式図である。
【図８】５．７０ｇ／ｃｍ３超の密度を持つ半導体磁器組成物の部位によるポテンシャルエネルギーの違いを説明する模式図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るＰＴＣ素子を用いた発熱モジュールの模式図である。
【図１０】一般的なＰＴＣ特性の温度と比抵抗の関係を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、密度が低い半導体磁器組成物に熱処理を施すことを主な特徴とし、これにより上記効果が得られる。
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１８】
本発明の半導体磁器組成物における材料の組成について述べる。
本発明の半導体磁器組成物は、組成式が[（Ｂｉ・Ａ）ｘ（Ｂａ１−ｙＲｙ）１−ｘ](Ｔｉ１−ｚＭｚ)aＯ３（ただし、ＡはＮａ、Ｌｉ、Ｋのうち少なくとも1種、Ｒは希土類元素（Ｙを含む）のうち少なくとも１種、ＭはＮｂ、Ｔａ、Ｓｂのうち少なくとも１種）で表される。
【００１９】
本発明のＡＢＯ３型の半導体磁器組成物において、ａは、Ｂｉ、Ａの元素、Ｂａ、及びＲ元素からなる[（Ｂｉ・Ａ）ｘ（Ｂａ１−ｙＲｙ）１−ｘ]で示すサイト（以下、「Ｂａサイト」という）とＴｉ及びＭ元素からなる(Ｔｉ１−ｚＭｚ)で示すサイト（以下、「Ｔｉサイト」という）のモル比の許容範囲を示す値である。ａは０．９０以上１．１０以下とする。ａが０．９０未満か１．１０を超えると室温抵抗率Ｒ２５が１０００Ωｃｍを超えてしまう。
【００２０】
ＢｉやＡ元素の添加量ｘは０を超え０．３０以下とする。ｘを０超とすることでキュリー温度を１３０℃以上に高めることができる。
ｘが０．３０を超えてしまうと室温抵抗率Ｒ２５が１０００Ωｃｍを超えてしまう。また、ＢｉやＡの元素は焼結中に蒸発しやすいのでＴｉサイトに比較してＢａサイトの元素のモル数が少なくなる。その結果、半導体磁器組成物がＴｉリッチになるので、Ｔｉリッチ相が異相となって析出してしまう。焼結中にＴｉリッチ相の一部は溶融するので歩留まりが悪くなったり、所望の形状の半導体磁器組成物が得られなくなる。
【００２１】
本発明においては、希土類元素Ｒの添加量ｙ、Ｍ元素の添加量ｚの少なくとも一方を必須、つまりｙ＋ｚ＞０とする。
【００２２】
本発明においては、希土類元素の添加量ｙの範囲は０以上０．０５０以下とする（但しｙ＋ｚ＞０）。ｙが０．０５０を超えるとΔＲａが小さく、耐電圧の良い半導体磁器組成物にならない。また、焼結に必要な温度が高くなってしまい、この温度が焼結炉の耐電圧を超えてしまう可能性があるので製造上好ましくない。
【００２３】
本発明においては、半導体化元素であるＲは、ｙが０．０１０≦ｙ≦０．０５０であり、ＲがＹを含む２種類以上の希土類元素であることが好ましい。これにより通電による抵抗の経時変化をより抑えることができる。希土類元素Ｒはキャリアをドープするために導入されるが、粒界に析出すると通電による経時変化を起こりにくくする効果があることが分かっている。Ｙは比較的結晶粒内に入りにくいが、他の希土類元素と共に加えることでさらに粒界にＹ化合物が析出しやすくなり、経時変化を抑えることができる。
ＲがYを含む２種類以上の希土類元素である場合、ｙの下限値は０．０１５以上が好ましく、０．０２０以上がさらに好ましい。ｙの上限値は０．０４５以下が好ましい。
また、Ｙの添加量だけを見た場合、Ｙはｙの範囲のうち０．０１０＜ｙ＜０．０４５を占めることが好ましい。
【００２４】
ＲがＹを含む２種類以上の希土類元素である場合、Ｙ以外の希土類元素を原料として（ＢａＲ）ＴｉＭＯ３系の仮焼粉（α仮焼粉）を製造し、その後にＹを含む化合物、（Ｂｉ・Ｎａ）ＴｉＯ３系の仮焼粉（β仮焼粉）をそれぞれ混合することが望ましい。Ｙ以外の希土類元素を添加したα仮焼粉を得てからＹを含む化合物を加えると、焼成後において、より粒界にＹが析出しやすくなる。これにより、経時変化を抑える効果を高めることができる。
【００２５】
Ｍ元素量ｚの範囲は０以上０．０１０以下とする（但しｙ＋ｚ＞０）。ｚが０．０１０を超えると室温抵抗率Ｒ２５が１０００Ωｃｍを超えてしまう。また、半導体磁器組成物の機械的強度が下がりＰＴＣ素子にした際に割れが発生しやすくなってしまうため製造上好ましくない。
【００２６】
上記組成の半導体磁器組成物は、密度が５．００ｇ／ｃｍ３以上５．７０ｇ／ｃｍ３以下であれば、図７に示すように、電極の近傍だけでなく半導体磁器組成物の内部でも大きい抵抗温度係数を持つ。図７の（ａ）は複数の結晶粒からなる半導体磁器組成物が一対の電極に挟まれた状態を示す模式図であり、図７の（ｂ）は図７の（ａ）中の直線Ｘ−Ｘのポテンシャルエネルギーを示す模式図である。図７の（ｂ）中の曲線ａは室温でのポテンシャルエネルギーを示し、曲線ｂは２００℃でのポテンシャルエネルギーを示す。ポテンシャルエネルギーが高い部位ほど、高い抵抗温度係数を持つ。
【００２７】
密度が５．００ｇ／ｃｍ３未満であると抵抗温度係数が小さくなったり機械強度が小さくなりすぎるために、実用に用いることができない。密度は好ましくは５．２０ｇ／ｃｍ２以上とする。
密度が５．７０ｇ／ｃｍ３超であると、図８に示すように、表面に形成された電極と半導体磁器組成物との界面のショットキー障壁に起因して界面の近傍でのみ大きな抵抗温度係数を持ち、電極から離れた当該組成物の内部では大きな抵抗温度係数を持たないＰＴＣ素子となる。
図８の（ａ）は複数の結晶粒からなる半導体磁器組成物が一対の電極に挟まれた状態を示す模式図であり、図８の（ｂ）は図８の（ａ）中の直線Ｙ−Ｙ上のポテンシャルエネルギーを示す模式図である。図８の（ｂ）中の曲線ｃは室温でのポテンシャルエネルギーを示し、曲線ｄは２００℃でのポテンシャルエネルギーを示す。図８に示すような半導体磁器組成物を用いたＰＴＣ素子では、実施例で説明するように、熱処理を行ってもΔＲａが十分には改善せず、耐電圧を高くする効果は実質的に望めない。また、図８に示すような半導体磁器組成物を用いたＰＴＣ素子では、表面に形成された電極の近傍の抵抗温度係数のみが半導体磁器組成物全体のＰＴＣ特性を担う（半導体磁器組成物の内部はＰＴＣ特性が小さい）ため、表面に形成する電極との密着性により電極の近傍の抵抗温度係数が変わると、それに伴って半導体磁器組成物全体のＰＴＣ特性も変わることになる。電極と半導体磁器組成物の密着度を一定にしない限りは、ＰＴＣ素子の特性がばらついてしまう。このため、この半導体磁器組成物を用いてＰＴＣ素子を大量生産すると、製品の品質信頼性を損なう恐れが有る。
【００２８】
電極を形成した後、熱処理を行う。
熱処理は２００℃以上５００℃以下で０．１時間以上５時間以下の範囲で保持するように加熱する。熱処理を施すことによって耐電圧を高めることができる。熱処理温度が２００℃よりも小さいとΔＲａが大きくならず耐電圧を高める効果が十分に得られない。保持時間が０．１時間より短い場合も同様である。熱処理温度が５００℃より高いと室温抵抗率が高くなってしまい、所望の特性が得られ難くなるため好ましくない。保持時間が５時間より長い場合も同様である。
熱処理は酸化性雰囲気中で行うことができる。大気中で行うこともできるし、酸素雰囲気中でも行うことができる。昇温速度は１℃/分〜１００℃/分の範囲であることが好ましい。
【００２９】
以下、製造工程に沿ってさらに詳細に説明する。
【００３０】
半導体磁器組成物を得るためのさらに好ましい製造方法を説明する。
半導体磁器組成物は、組成式[（Ｂｉ・Ａ）ｘ（Ｂａ１−ｙＲｙ）１−ｘ](Ｔｉ１−ｚＭｚ)aＯ３で表される組成になるように、（Ｂａ１−ｙＲｙ）ＴｉＭＯ３の組成からなる仮焼粉（以下、α仮焼粉という。）と（Ｂｉ・Ａ）ＴｉＯ３の組成からなる仮焼粉（以下、β仮焼粉という。）を別々に用意して混合する。その後、上記α仮焼粉とβ仮焼粉を適宜混合した混合仮焼粉を用いて成形体を製造し、焼結する。このようにα仮焼粉とβ仮焼粉を別途用意し、これらを混合した混合仮焼粉を成形して焼結する製造方法（以下、「分割仮焼法」という）を採用することが好ましい。
【００３１】
α仮焼粉とβ仮焼粉はそれぞれの原料粉末に応じた適正温度で仮焼することで得られる。例えば、β仮焼粉の原料粉は、通常ＴｉＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎａ２ＣＯ３が用いられる。しかし、Ｂｉ２Ｏ３は、これらの原料粉の中では融点が最も低いので焼成による揮散がより生じ易い。そこでＢｉがなるべく揮散しないで、かつＮａの過反応が無いように７００〜９５０℃の比較的低温で仮焼する。一旦、β仮焼粉となした後は、β仮焼粉自体の融点は高い値で安定するので、α仮焼粉と混合してもより高い温度で焼成できる。
【００３２】
分割仮焼法を適用する事は必須ではないが、分割仮焼法を適用することによりＢｉの揮散とＮａの過反応を抑え、秤量値に対しＢｉとＮａの組成ずれの小さいβ仮焼粉が得られる。これにより室温における抵抗率が低く、キュリー温度のバラツキが抑制されたＰＴＣ材料が得られる。ＢｉとＮａの比は1：1を基本とするが、ＢｉとＮａの比にずれが生じたものでもよい。例えば、ＢｉとＮａ比が配合時は１：１であるが、仮焼の際にＢｉが揮散して焼結後では１：１になっていなくてもよい。
【００３３】
α仮焼粉とβ仮焼粉を混合した後、焼結前に加熱することが好ましい。加熱することでα仮焼粉の組成とβ仮焼粉の組成とをより互いに固溶させることができ、半導体磁器組成物の内部の組成のバラツキを低減することができる。この加熱は、α仮焼粉とβ仮焼粉との混合物を１０００℃〜１２００℃の温度範囲で加熱することができる。以後、この加熱を固溶処理とする。
【００３４】
仮焼粉の粉砕粉にＰＶＡを１０質量％添加し、混合した後、造粒装置によって造粒することができる。成形は１軸プレス装置で行うことができる。成形体を４００〜７００℃で脱バインダ後、所定の焼結条件で焼結することで半導体磁器組成物が得られる。得られた半導体磁器組成物を切削等して所望の形状にする。
【００３５】
焼結後の半導体磁器組成物に電極を形成する。電極は既知の組成、例えばＡｇ、Ｎｉ、Ａｌ、又はそれらの合金の粉末を用いた電極ペーストを用いることができる。
電極ペーストは５５０℃以上に加熱することで焼き付けることができる。
【００３６】
電極を焼き付ける際は通常大気雰囲気中で行うが、不活性ガス雰囲気中で行うこともできる。不活性ガス雰囲気中で電極を形成することで界面の酸化を抑え界面抵抗を低減することができる。不活性ガスは窒素やアルゴンガスなどを用いることができる。また、酸化を抑えるために真空中で電極を形成することもできる。室温抵抗率の小さい半導体磁器組成物を得る場合には、雰囲気中の酸素濃度を５００ｐｐｍ以下、さらには１００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
【００３７】
電極を形成した後、熱処理を行う。
熱処理の温度、保持時間は上記で説明したとおりである。
【００３８】
以下、実施例によって具体的に本発明の半導体磁器組成物について説明する。以後、焼結後の半導体磁器組成物は単に焼結体という。なお、本発明は実施例の形態に限定されるものではない。
【００３９】
本発明では、耐電圧の良否判定としてΔＲａとΔＲｂの比（以後、ΔＲａ／ΔＲｂ）が１．１０以上、室温抵抗率Ｒ２５が１０００Ωｃｍ以下であるＰＴＣ素子が得られたものを実施例としている。
【００４０】
図１０にＰＴＣ特性を示す図（横軸：温度、縦軸（対数表記）：比抵抗）を示す。焼結体の評価方法については以下の通りである。
【００４１】
（桁数ΔＲ）
桁数ΔＲは、式（１）に示すように、室温から５００℃の間で最大の抵抗を示した最大抵抗ＲＬの値を、２５℃における抵抗Ｒ２５の値で除した値を対数換算した値である。
ΔＲ＝ｌｏｇ(ＲＬ／Ｒ25 ）・・・（１）
例えば抵抗が１０倍の差があれば桁数ΔＲは１．０である。
【００４２】
（焼結体の内部の抵抗温度係数αin）
焼結体の内部の抵抗温度係数αinは次のようにして求めた。
両端面に電極を設けた厚みの異なる複数のＰＴＣ素子を用意する。室温から２６０℃まで５℃間隔でそれぞれ両電極間の抵抗値を４端子法で測定し、横軸に厚み（単位：ｍｍ）、縦軸に抵抗値をプロットしたデータを取る。図５は厚みと抵抗値を説明するための概略図であり、この図５では１５℃〜２６０℃（１５℃、１８０℃、２００℃、２１０℃、２２０℃、２３０℃、２４０℃、２５０℃、２６０℃）で測定した値を示している。
図５のように作成したデータから厚みと抵抗値との間の近似直線を求める。例えば１８０℃での近似曲線を図５に示す。この近似直線をＲ＝ａ・Δｔ＋Ｒ０と表すと、Δｔは焼結体の厚み、Ｒは焼結体全体の抵抗値、傾きａは焼結体の内部での厚み１ｍｍあたりの抵抗値（抵抗率）と見なせる。なお、抵抗値Ｒと抵抗率ρはＲ＝ρ（ｄ／Ｓ）の関係がある。（ｄ：焼結体の電極間の厚み、Ｓ：焼結体と電極の接触面積）
各温度での抵抗率ρをプロットすると、図６に示すような曲線が描ける。（図６の縦軸は対数軸である）
【００４３】
抵抗温度係数αinは下記式で算出した。
αin＝（ｌｎＲＬ−ｌｎＲｃ）×１００／（ＴＬ−Ｔｃ）
ＲＬは最大抵抗率、ＴＬはＲＬを示す温度、Ｔｃはキュリー温度、ＲｃはＴｃにおける抵抗率である。ここでＴｃは抵抗率が室温抵抗率の2倍となる温度とした。
焼結体を複数用意できない場合には、その焼結体を順次薄くしながら上記測定を行う事で内部の抵抗温度係数αinを測定できる。例えば焼結体に電極を形成して室温から２６０℃まで５℃間隔でそれぞれ抵抗値を測定し、その後、切削で厚さを３／４にして同様に室温から２６０℃まで抵抗値を測定する。同様に厚さを基の１／２、１／４にして順次図ることで内部の抵抗温度係数αinを測定できる。
【００４４】
（室温抵抗率Ｒ25）
室温抵抗率Ｒ25は、室温２５℃で、４端子法で測定した。
【００４５】
（平均ボイド間距離）
平均ボイド間距離は、小さい方が抵抗温度係数αｉｎが大きくなるため好ましい。焼結体の密度も抵抗温度係数αｉｎと相互関係が有るが、平均ボイド間距離の方がさらに抵抗温度係数αｉｎとの相互関係が確認できる。実施例３５で述べる。
平均ボイド間距離は焼結体のＳＥＭ観察像より調べた。ボイドかどうかの判断はＳＥＭ画像で黒色部およびエッジ効果で周囲が白く囲まれている部分をボイドとした。図２は図１のＳＥＭ写真の一部を拡大して模式化した図である。ＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて４０００倍の視野で観察を行い、図２に示すように、各視野で無作為に１つのボイド（但し最大径が０．１μｍ以上１０μｍ以下のもの）を選び、そのボイドから５か所の近接ボイドとの距離を測定して平均値を算出した。この作業を２０回繰り返してすべての平均値を算出した。ボイドの距離はボイド同士の最も近い端と端の距離を測定した。
なお、最大径とは、あるボイドに外接する平行な２直線を複数引き、その間隔が最も広くなる位置での間隔を指すものとする。
【００４６】
（実施例１）
分割仮焼法を用いて以下の焼結体を得た。ＢａＣＯ３、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３の原料粉末を準備し、（Ｂａ０．９９４Ｌａ０．００６）ＴｉＯ３となるように配合し、純水で混合した。得られた混合原料粉末を９００℃で４時間、大気中において仮焼し、α仮焼粉を用意した。
【００４７】
Ｎａ２ＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２の原料粉末を準備し、Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３となるように秤量配合し、エタノール中で混合した。得られた混合原料粉末を、８００℃で２時間、大気中において仮焼し、β仮焼粉を用意した。
【００４８】
用意したα仮焼粉とβ仮焼粉をモル比で７３：７となるように配合し、純水を媒体としてポットミルにより、混合仮焼粉の平均粒径が１．０μｍ〜２．０μｍになるまで混合、粉砕した後、乾燥させた。混合仮焼粉の粉砕粉にＰＶＡを１０質量％添加し、混合した後、造粒装置によって造粒した。得られた造粒粉を一軸プレス装置で成形し成形体とした。この成形体を７００℃で脱バインダー後、酸素濃度０．０１％（１００ｐｐｍ）の窒素雰囲気中にて１４００℃で4時間保持し、その後徐冷して５０ｍｍ×２５ｍｍ×４ｍｍの焼結体を得た。
【００４９】
得られた焼結体を１０ｍｍ×１０ｍｍ×１．００ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．７５ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５０ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．２５ｍｍの板状に加工して試験片を４種類作製した。次に、電極材料の金属成分を１００質量％としたときＡｇとＺｎの質量％を５０：５０とした電極ペーストを作製し、スクリーン印刷で１０ｍｍ×１０ｍｍの両面にそれぞれ塗布した。さらにカバー電極としてＡｇペーストを重ねてスクリーン印刷でそれぞれ塗布した。塗布した電極を１５０℃で乾燥後、大気中、昇温２４℃／分、降温２４℃／分、６００℃、１０分保持で焼き付けて電極を形成した。なお、上記電極ペーストには、上記金属成分１００質量％に対し、ガラスフリットを３質量％、有機バインダー２５質量％を一律に添加した電極材料とした。
【００５０】
その後、熱処理を行った。大気中で昇降温速度６０℃/分、最高温度４００℃、保持時間３０分で加熱した。
【００５１】
得られたＰＴＣ素子の密度、平均ボイド間距離、キュリー温度、室温抵抗率Ｒ25、抵抗温度係数αｉｎ、桁数ΔＲを測定した。測定結果を表１に示す。
実施例１の焼結体は密度が５．４９ｇ／ｃｍ３である。
熱処理後の桁数ΔＲａは５．５であり、熱処理をしていない焼結体の桁数ΔＲｂの４．４に対して１．２５倍である。つまり熱処理によって耐電圧が十分高まる。
室温抵抗率Ｒ25は５５３Ω・ｃｍと実用に用いることができるものが得られている。
また、抵抗温度係数αｉｎが８．９％／℃と高く、焼結体の内部でもＰＴＣ特性を持つ。つまり、電極と焼結体の接合状態によって抵抗温度係数が左右されにくい材料組成といえる。
【００５２】
【表１】
2014123603.tif 000003
【００５３】
（実施例２）
実施例１に対して組成式中のａが１．０５となるようにα仮焼粉とβ仮焼粉を用意した。また、焼結温度は１３８０℃とした。それ以外は同様の製造工程でＰＴＣ素子を作製した。測定結果を表１に示す。
実施例２の焼結体は密度が５．５２ｇ／ｃｍ３である。
熱処理後の桁数ΔＲａは５．２であり、熱処理をしていない焼結体の桁数ΔＲｂに対して１．２４倍である。つまり熱処理によって耐電圧が高まる。
室温抵抗率Ｒ25は７５２Ω・ｃｍと実用に用いることができるものが得られている。
また、抵抗温度係数αｉｎが８．７％／℃と高く、焼結体の内部でもＰＴＣ特性を持つ。つまり、電極と焼結体の接合状態によって抵抗温度係数が左右されにくい。
【００５４】
（比較例１）
実施例１に対して焼結温度を１３４０℃とし、それ以外は同様の製造工程でＰＴＣ素子を作製した。測定結果を表１に示す。
比較例１の焼結体は密度が５．７５ｇ／ｃｍ３である。
熱処理後の桁数ΔＲａは４．７であり、熱処理をしていない焼結体の桁数ΔＲｂに対して１．０４倍と、実施例１や実施例２（密度が５．４９ｇ／ｃｍ３、５．５２ｇ／ｃｍ３）のＰＴＣ素子よりも、ΔＲの向上効果が小さい。つまり、密度が高い焼結体を用いたＰＴＣ素子は熱処理による耐電圧の向上効果が十分に得られない。
また、抵抗温度係数αｉｎが０．０％／℃であり、焼結体の内部ではＰＴＣ特性を持たない（但し、電極と焼結体の界面の近傍では大きな抵抗温度係数を持つ）。つまり、電極と焼結体の接合状態によって抵抗温度係数が左右されやすい。
【００５５】
（比較例２）
実施例１に対して組成式中のａが１．０５となるようにα仮焼粉とβ仮焼粉を用意した。また、焼結温度は１３２０℃とした。それ以外は同様の製造工程でＰＴＣ素子を作製した。測定結果を表１に示す。
比較例１の焼結体は密度が５．７３ｇ／ｃｍ３である。
ＰＴＣ特性を示さなかったため、桁数ΔＲａ、桁数ΔＲｂ、抵抗温度係数αｉｎは測定することができなかった。
【００５６】
（実施例３〜７、比較例３〜６）
実施例１に対して熱処理の保持温度と保持時間を表２に示す値に変え、それ以外は同様の製造工程でＰＴＣ素子を作製した。測定結果を表２に示す。
実施例３〜７のＰＴＣ素子では、いずれも桁数ΔＲａが桁数ΔＲｂに対して１．１０倍以上であり、熱処理により耐電圧が十分に改善されている。また、全ての実施例において室温抵抗率Ｒ２５は１０００Ωｃｍ以下である。また、桁数ΔＲａは３．０以上である。
比較例３は保持温度を１９０℃としたものである。桁数ΔＲａが４．５であり、桁数ΔＲｂに対して１．０２倍で、熱処理による耐電圧の改善効果が小さい。
比較例４は保持温度を５１０℃としたものである。桁数ΔＲａが５．７であり、桁数ΔＲｂに対して１．３０倍と高くなっているものの、室温抵抗率Ｒ２５が１０００Ωｃｍを越えている（１０５１Ωｃｍ）。
比較例５は保持時間を５分としたものである。桁数ΔＲａが４．６であり、桁数ΔＲｂに対して１．０５倍で、熱処理による耐電圧の改善効果が小さい。
比較例６は保持時間を３２０分としたものである。桁数ΔＲａが５．７であり、桁数ΔＲｂに対して１．３０倍と高くなっているものの、室温抵抗率Ｒ２５が１０００Ωｃｍを越えている（１０７２Ωｃｍ）。
【００５７】
【表２】
2014123603.tif 000004
【００５８】
（実施例８〜１２、比較例７）
実施例１に対して組成式中のｘ及びｙの量を表３に示す値に変え、それ以外は同様の製造工程でＰＴＣ素子を作製した。測定結果を表３に示す。
実施例８〜１２のＰＴＣ素子では、いずれも桁数ΔＲａが桁数ΔＲｂに対して１．１０倍以上であり、熱処理により耐電圧が十分に改善されている。また、全ての実施例において室温抵抗率Ｒ２５は１０００Ωｃｍ以下である。また、桁数ΔＲａは３．０以上である。
比較例７は組成式中のｘの値を０．３１としたものである。桁数ΔＲａが５．５であり、桁数ΔＲｂに対して１．２８倍と高くなっているものの、室温抵抗率Ｒ２５が１０００Ωｃｍを越えている（１１２４Ωｃｍ）。
【００５９】
【表３】
2014123603.tif 000005
【００６０】
（実施例１３〜１５、比較例８，９）
実施例１に対して組成式中のａの値を表４に示す値に変え、また、焼結温度を実施例１３、比較例８，９は１４００℃、実施例１４，１５は１３４０℃とし、それ以外は同様の製造工程でＰＴＣ素子を作製した。測定結果を表４に示す。
実施例１３〜１５のＰＴＣ素子では、いずれも桁数ΔＲａが桁数ΔＲｂに対して１．１０倍以上であり、熱処理により耐電圧が十分に改善されている。また、全ての実施例において室温抵抗率Ｒ２５は１０００Ωｃｍ以下である。また、桁数ΔＲａは３．０以上である。
比較例８は、組成式中のａの値を０．８９としたものである。桁数ΔＲａが５．０であり、桁数ΔＲｂに対して１．２２倍と高くなっているものの、室温抵抗率Ｒ２５が１０００Ωｃｍを越えている（１５２９Ωｃｍ）。
比較例９は、組成式中のａの値を１．１１としたものである。桁数ΔＲａが５．４であり、桁数ΔＲｂに対して１．２９倍と高くなっているものの、室温抵抗率Ｒ２５が１０００Ωｃｍを越えている（１２８５Ωｃｍ）。
【００６１】
【表４】
2014123603.tif 000006
【００６２】
（実施例１６〜２０、比較例１０）
実施例１に対して半導体化元素として希土類元素を用いずに（ｙ＝０）、Ｔｉサイトの一部をＭ元素とし、Ｍ元素の種類と組成式のｚの値を表５に示す値に変え、それ以外は同様の製造工程でＰＴＣ素子を作製した。
【００６３】
実施例１６〜１８、比較例１０では、α仮焼粉を次のように用意した。
ＢａＣＯ３、ＴｉＯ２、及び、Ｔａ２Ｏ５原料粉末を準備し、Ｂａ（Ｔｉ０．９９１Ｔａ０．００３〜０．０１１）Ｏ３となるように配合し、純水で混合した。得られた混合原料粉末を９００℃で４時間大気中で仮焼し、α仮焼粉を用意した。
実施例１９では、α仮焼粉を次のように用意した。
ＢａＣＯ３、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５の原料粉末を準備し、Ｂａ（Ｔｉ０．９９７Ｎｂ０．００３）Ｏ３となるように配合し、純水で混合した。得られた混合原料粉末を９００℃で４時間大気中で仮焼し、α仮焼粉を用意した。
実施例２０では、、α仮焼粉を次のように用意した。
ＢａＣＯ３、ＴｉＯ２、Ｓｂ２Ｏ５の原料粉末を準備し、Ｂａ（Ｔｉ０．９９７Ｓｂ０．００３）Ｏ３となるように配合し、純水で混合した。得られた混合原料粉末を９００℃で４時間大気中で仮焼し、α仮焼粉を用意した。
実施例１６〜２０、比較例１０において、β仮焼粉の作製は、実施例１と同様に行った。また、その後のα仮焼粉とβ仮焼粉の混合、成形、焼結、電極形成、熱処理、及び評価は実施例１と同様の方法で行いＰＴＣ素子とした。得られた結果を表５に示す。
【００６４】
【表５】
2014123603.tif 000007
【００６５】
実施例１６〜２０のＰＴＣ素子では、いずれも桁数ΔＲａが桁数ΔＲｂに対して１．１０倍以上であり、熱処理により耐電圧が十分に改善されている。また、全ての実施例において室温抵抗率Ｒ２５は１０００Ωｃｍ以下である。また、桁数ΔＲａは３．０以上である。
比較例１０は、組成式中のｚの値を０．１１としたものである。桁数ΔＲａが４．８であり、桁数ΔＲｂに対して１．２倍と高くなっているものの、室温抵抗率Ｒ２５が１０００Ωｃｍを越えている（１３８８Ωｃｍ）。
【００６６】
（実施例２１，２２）
実施例１に対して組成式中のａが１．０５となるようにα仮焼粉とβ仮焼粉を用意し、かつ半導体化元素として希土類元素ＲをＬａからＹ，Ｎｄに置換し、それ以外は同様の製造工程でＰＴＣ素子を作製した。得られた結果を表６に示す。
実施例２１，２２のＰＴＣ素子では、いずれも桁数ΔＲａが桁数ΔＲｂに対して１．１０倍以上であり、熱処理により耐電圧が十分に改善されている。また、全ての実施例において室温抵抗率Ｒ２５は１０００Ωｃｍ以下である。また、桁数ΔＲａは３．０以上である。
【００６７】
【表６】
2014123603.tif 000008
【００６８】
（実施例２３，２４）
実施例１に対して組成式中のａが１．０５となるようにα仮焼粉とβ仮焼粉を用意し、かつ組成式の元素であるＡをＮａからＫ，Ｌｉに置換し、それ以外は同様の製造工程でＰＴＣ素子を作製した。得られた結果を表７に示す。
実施例２３，２４のＰＴＣ素子では、いずれも桁数ΔＲａが桁数ΔＲｂに対して１．１０倍以上であり、熱処理により耐電圧が十分に改善されている。また、全ての実施例において室温抵抗率Ｒ２５は１０００Ωｃｍ以下である。また、桁数ΔＲａは３．０以上である。
【００６９】
【表７】
2014123603.tif 000009
【００７０】
（実施例２５）
実施例２５は希土類元素にＬａとＹの２種類を用いた例である。
【００７１】
分割仮焼法を用いて以下の焼結体を得た。ＢａＣＯ３、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３の原料粉末を準備し、（Ｂａ０．９９４Ｌａ０．００６）ＴｉＯ３となるように配合し、純水で混合した。得られた混合原料粉末を９００℃で４時間、大気中において仮焼し、α仮焼粉を用意した。
【００７２】
Ｎａ２ＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２の原料粉末を準備し、Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３となるように秤量配合し、エタノール中で混合した。得られた混合原料粉末を、８００℃で２時間、大気中において仮焼し、β仮焼粉を用意した。
【００７３】
用意したα仮焼粉とβ仮焼粉をモル比で７３：７となるように配合し、純水を媒体としてポットミルにより、混合仮焼粉の平均粒径が１．０μｍ〜２．０μｍになるまで混合、粉砕した後、乾燥させた。次いで１１５０℃で４時間の固溶処理をしてα−β仮焼粉を得た。得られたα−β仮焼粉にさらにＹ２Ｏ３を１．０モル％加え、得られた仮焼粉を純水を媒体としてポットミルにより、混合仮焼粉の平均粒径が１．０μｍ〜２．０μｍになるまで混合、粉砕した後、乾燥させた。混合仮焼粉の粉砕粉にＰＶＡを１０質量％添加し、混合した後、造粒装置によって造粒した。得られた造粒粉を一軸プレス装置で成形し成形体となした。この成形体を７００℃で脱バインダー後、酸素濃度０．０１％（１００ｐｐｍ）の窒素雰囲気中にて１４２０℃で4時間保持し、その後徐冷して５０ｍｍ×２５ｍｍ×４ｍｍの焼結体を得た。
【００７４】
得られた焼結体を１０ｍｍ×１０ｍｍ×１．００ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．７５ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５０ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．２５ｍｍの板状に加工して試験片を４種類作製した。次に、電極材料の金属成分を１００質量％としたときＡｇとＺｎの質量％を５０：５０とした電極ペーストを作製し、スクリーン印刷で１０ｍｍ×１０ｍｍの両面にそれぞれ塗布した。さらにカバー電極としてＡｇペーストを重ねてスクリーン印刷でそれぞれ塗布した。塗布した電極を１５０℃で乾燥後、大気中、昇温２４℃／分、降温２４℃／分、６００℃、１０分保持で焼き付けて電極を形成した。なお、上記電極ペーストには、上記金属成分１００質量％に対し、ガラスフリットを３質量％、有機バインダー２５質量％を一律に添加した電極材料とした。
【００７５】
その後、熱処理を行った。熱処理は、大気中で昇降温速度６０℃/分、最高温度４００℃、保持時間３０分で加熱する条件とした。
【００７６】
得られたＰＴＣ素子の密度、平均ボイド間距離、キュリー温度、室温抵抗率Ｒ25、抵抗温度係数αｉｎ、桁数ΔＲを測定した。
【００７７】
また、得られた素子をアルミフィン付きのヒータに組み込み、風速４ｍ／ｓで冷却しながら１３Ｖを印加して５００時間行った。通電試験後の２５℃での室温抵抗率を測定し、通電試験前と５００時間通電後の室温抵抗率の差を通電試験前の室温抵抗率で除して抵抗変化率（％）を求め、経時変化を調べた。経時変化率は次式で定義される。
【００７８】
｛（５００時間通電した時の室温抵率抗）−（通電試験前の室温抵抗率）｝/（通電試験前の室温抵抗率）｝×１００（％）
【００７９】
得られた結果を表８に示す。
実施例２５の焼結体は密度が５．６０ｇ／ｃｍ３である。
熱処理後の桁数ΔＲａは４．２であり、熱処理をしていない焼結体の桁数ΔＲｂ３．１に対して１．３５倍である。つまり熱処理によって耐電圧が十分に高まる。
室温抵抗率Ｒ25は４５Ω・ｃｍと非常に小さい値のものが得られている。特に高い電流効率が要望されるＰＴＣ素子に有用である。
また、抵抗温度係数αｉｎは５．８％／℃であり、焼結体の内部でもＰＴＣ特性を持つ。つまり、電極と焼結体の接合状態によって抵抗温度係数が左右されにくい材料組成といえる。
さらに、実施例２５のＰＴＣ素子は経時変化が９．２％であり、実用的に好ましい１０％以下のレベルに抑えられている。
【００８０】
【表８】
2014123603.tif 000010
【００８１】
（実施例２６，２７）
実施例２５に対して組成式中のｙの値を表８に示す値に変え（Ｌａ量は実施例２５と同じｙ＝０．００６とし、Ｙ量をｙ＝０．０３０、０．０４０に増加）、それ以外は同様の製造工程でＰＴＣ素子を作製した。測定結果を表８に示す。
実施例２６の焼結体は、密度が５．５１ｇ／ｃｍ３である。熱処理後の桁数ΔＲａは４．１であり、熱処理をしていない焼結体の桁数ΔＲｂ３．０に対して１．３７倍である。つまり熱処理によって耐電圧が十分に高まる。室温抵抗率Ｒ25は３０Ω・ｃｍと非常に小さい値のものが得られている。また、抵抗温度係数αｉｎは５．６％／℃であり、焼結体の内部でもＰＴＣ特性を持つ。さらに、経時変化が２．１％と極めて低く、実用として実施例２５よりもさらに好ましい６％以下のレベルに抑えられている。
実施例２７の焼結体は、密度が５．４６ｇ／ｃｍ３である。熱処理後の桁数ΔＲａは４．０であり、熱処理をしていない焼結体の桁数ΔＲｂ２．９に対して１．３８倍である。つまり熱処理によって耐電圧が十分に高まる。室温抵抗率Ｒ25は２２Ω・ｃｍと非常に小さい値のものが得られている。また、抵抗温度係数αｉｎは５．１％／℃であり、焼結体の内部でもＰＴＣ特性を持つ。さらに、経時変化が１．９％と極めて低く、実用として実施例２５よりもさらに好ましい６％以下のレベルに抑えられている。
【００８２】
（実施例２８〜３０）
実施例２５に対して組成式中のａの値を表９に示す値に変え、それ以外は同様の製造工程でＰＴＣ素子を作製した。測定結果を表９に示す。
実施例２８〜３０のＰＴＣ素子では、いずれも桁数ΔＲａが桁数ΔＲｂに対して１．２０倍以上であり、熱処理により耐電圧が十分に改善されている。また、室温抵抗率Ｒ２５は１００Ωｃｍ以下である。また、経時変化が６％以下のレベルに抑えられている。また、桁数ΔＲａは３．０以上である。
【００８３】
【表９】
2014123603.tif 000011
【００８４】
（実施例３１〜３４）
実施例２５に対して組成式中のａの値を１．０３に変え、かつ、熱処理の温度と保持時間を表１０に示す値に変え、それ以外は同様の製造工程でＰＴＣ素子を作製した。測定結果を表１０に示す。
実施例３１〜３４のＰＴＣ素子では、いずれも桁数ΔＲａが桁数ΔＲｂに対して１．１０倍以上であり、熱処理により耐電圧が十分に改善されている。また、全ての実施例において室温抵抗率Ｒ２５は１００Ωｃｍ以下である。また、桁数ΔＲａは３．０以上である。また、経時変化が６％以下のレベルに抑えられている。
【００８５】
【表１０】
2014123603.tif 000012
【００８６】
（実施例３５）
図３は焼結体の平均ボイド間距離と焼結体内部の抵抗温度係数αinの関係を示す図、図４は密度と抵抗温度係数αinの関係を示す図である。
図４に示すように密度と抵抗温度係数αinはさほど相関がないが、図３に示すように平均ボイド間距離と抵抗温度係数αinには高い相関が見られ、平均ボイド間距離を近づける事で高い抵抗温度係数αinが得られることがわかる。
【００８７】
内部に存在するボイド同士の間隔の平均値（以下、平均ボイド間距離という）が短いほど、内部の抵抗温度係数が大きい焼結体が得られる。平均ボイド間距離は８．０μｍ以下、さらには７．０μｍ以下、さらには５．０μｍ以下であることが好ましい。
逆に、平均ボイド間距離が小さくなりすぎると焼結体の機械的強度が低下しやすい。このため、平均ボイド間距離の下限値は１．０μｍ以上、さらには２．０μｍ以上、さらには３．０μｍ以上であることが好ましい。
このボイドは、原料粉末同士の隙間が焼結後も残留して形成されるか、または、焼結によってＢｉの揮発により形成されるものと推察される。
【００８８】
（発熱モジュール）
図９は、本発明の一実施形態に係る発熱モジュール（ＰＴＣヒータ）の模式図である。上述のＰＴＣ素子を、図９に示すように金属製の放熱フィン２１ａ、２１ｂ、２１ｃに挟み込んで固定し、発熱モジュール２０を構成することができる。ＰＴＣ素子１１は焼結体１aと電極２ａ，２ｂ，２ｃからなり、電極２ａ，２ｃはそれぞれ正極側の電力供給電極２０ａ，２０ｃに熱的および電気的に密着され、他方の面に形成した電極２ｂは負極側の電力供給電極２０ｂに熱的および電気的に密着される。
また、電力供給電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃはそれぞれ放熱フィン２１ａ、２１ｂ、２１ｃと熱的に接続している。なお、絶縁層２ｄは電力供給電極２０ａと電力供給電極２０ｃの間に設けられ、両者を電気的に絶縁している。ＰＴＣ素子１１で生じた熱は電極２ａ、２ｂ、２ｃ、電力供給電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、放熱フィン２１ａ、２１ｂ、２１ｃの順に伝わり、主に放熱フィン２１ａ、２１ｂ、２１ｃから雰囲気中に放出される。
【００８９】
電源３０ｃを、電力供給電極２０ａと電力供給電極２０ｂの間、または電力供給電極２０ｃと電力供給電極２０ｂの間に接続すれば消費電力は小さくなり、電力供給電極２０ａおよび電力供給電極２０ｃの両方と電力供給電極２０ｂの間に接続すれば消費電力は大きくなる。つまり、消費電力を２段階に変更することができる。こうして発熱モジュール２０は、電源３０ｃの負荷状況や、希望する加熱の緩急の度合いに応じて加熱能力を切り替えできる。
この加熱能力切り替え可能な発熱モジュール２０を電源３０ｃに接続することで加熱装置３０を構成することができる。なお、電源３０ｃは直流電源である。発熱モジュール２０の電力供給電極２０ａと電力供給電極２０ｃはそれぞれ別のスイッチ３０ａ、３０ｂを介して電源３０ｃの一方の電極に並列接続され、電力供給電極２０ｂは共通端子として電源３０ｃの他方の電極に接続される。
スイッチ３０ａ、３０ｂの何れか一方のみを導通させれば加熱能力を小さくして電源３０ｃの負荷を軽くすることができ、両方を導通すれば加熱能力を大きくすることができる。
【００９０】
この加熱装置３０によれば電源３０ｃに特別な機構を持たせなくても、ＰＴＣ素子１１を一定温度に維持することができる。つまり、大きな抵抗温度係数を有する焼結体１aがキュリー温度付近まで加熱されると、焼結体１aの抵抗値が急激に上昇しＰＴＣ素子１１に流れる電流が小さくなり、自動的にそれ以上加熱されなくなる。また、ＰＴＣ素子１１の温度がキュリー温度付近から低下すると再び素子に電流が流れ、ＰＴＣ素子１１が加熱される。このようなサイクルを繰り返してＰＴＣ素子１１の温度、ひいては発熱モジュール２０全体の温度を一定にすることができるので、電源３０ｃの位相や振幅を調整する回路、さらには温度検出機構や目標温度との比較機構、加熱電力調整回路なども不要である。
この加熱装置３０は、放熱フィン２１ａ〜２１ｃの間に空気を流して空気を暖めたり、放熱フィン２１ａ〜２１ｃの間に水などの液体を通す金属管を接続して液体を温めたりすることができる。このときもＰＴＣ素子１１が一定温度に保たれるので、安全な加熱装置３０とすることができる。
【００９１】
以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
例えば、ディーゼルエンジン用のＰＴＣヒータ等の発熱モジュールに本発明は有用である。
【符号の説明】
【００９２】
１ａ：焼結体、
２ａ，２ｂ，２ｃ：電極、
１１：ＰＴＣ素子、
２０：発熱モジュール、
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ：電力供給電極、
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ：放熱フィン、
３０ａ，３０ｂ：スイッチ、
３０ｃ：電源
【図１】
2014123603.tif 000013
【図２】
2014123603.tif 000014
【図３】
2014123603.tif 000015
【図４】
2014123603.tif 000016
【図５】
2014123603.tif 000017
【図６】
2014123603.tif 000018
【図７】
2014123603.tif 000019
【図８】
2014123603.tif 000020
【図９】
2014123603.tif 000021
【図１０】
2014123603.tif 000022