(57)【要約】【課題】耐環境性及び耐還元性を向上させることができる単板型ＰＴＣサーミスタ素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】ＰＴＣサーミスタ素子は、半導体セラミック板と、この半導体セラミック板に対して配設された一対の電極とを備えている。半導体セラミック板は、例えば、ＢａＴｉＯ３系化合物の結晶粒１１Ａが焼結された構造を有している。半導体セラミック板の表面には、結晶粒１１Ａの間に空隙１１Ｃが存在している。この空隙１１Ｃは、半導体セラミック板を成型、焼結する時に形状を保持するために添加する樹脂が、焼結過程においてガスとなって飛散することにより形成されたオープンポアである。この空隙１１Ｃの少なくとも一部には、シリコーンが含浸されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体セラミック板と、この半導体セラミック板に対して配設された一対の電極とを備え、
前記半導体セラミック板の空隙にシリコーンが含浸されている
ことを特徴とする単板型ＰＴＣサーミスタ素子。
【請求項２】
半導体セラミック板に一対の電極が配設された単板型ＰＴＣサーミスタ素子の製造方法であって、
前記半導体セラミック板の空隙にシリコーンを真空含浸させる工程を含む
ことを特徴とする単板型ＰＴＣサーミスタ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータ用等に用いられる単板型のＰＴＣサーミスタ素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヒータの分野では、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）特性を利用したＰＴＣサーミスタ素子が用いられている。これはＰＴＣサーミスタ素子が低温で固有の抵抗値を持つために発熱体として作用し、かつ、所定温度（キュリー温度）以上では急激に抵抗値が増大して通電をカットするという自己温度制御機能を有しているために安全性が極めて高いからである。
【０００３】
このＰＴＣサーミスタ素子は、例えば、チタン酸バリウムに希土類元素を微量添加して半導体化した半導体セラミック板に一対の電極を配設した構成を有している。ところが、このようなＰＴＣサーミスタ素子は、特殊な環境雰囲気で使用したり、異物が半導体セラミック板に付着すると、半導体セラミック板を構成する酸化物が還元されてしまい、自己温度制御機能を損失して、電気的短絡に至る場合があった。そのため、従来は、例えば、半導体セラミック板をケースの中に収納して還元を抑制する絶縁型構造が採用されてきた（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、ケースに収納すると、部品点数が多くなってコストが上昇すると共に、大きさが大きくなってしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１４８０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、耐環境性及び耐還元性を向上させることができる単板型ＰＴＣサーミスタ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の単板型のＰＴＣサーミスタ素子は、半導体セラミック板と、この半導体セラミック板に対して配設された一対の電極とを備え、半導体セラミック板の空隙にシリコーンが含浸されているものである。
【０００７】
本発明の単板型ＰＴＣサーミスタ素子の製造方法は、半導体セラミック板に一対の電極が配設された単板型ＰＴＣサーミスタ素子を製造するもであって、半導体セラミック板の空隙にシリコーンを真空含浸させる工程を含むものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体セラミック板の空隙にシリコーンを含浸させるようにしたので、半導体セラミック板の還元を抑制することができ、耐環境性及び耐還元性を向上させることができる。よって、還元雰囲気中で使用しても、又は、異物が付着しても、半導体セラミック板が還元されて自己温度制御機能を損失し、電気的短絡を生じてしまうことを抑制することができる。また、半導体セラミック板をケースに収納する必要がなくなり、コストを低減することができると共に、高効率のヒータの設計が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る単板型ＰＴＣサーミスタ素子の構成を表す図である。
【図２】図１に示した半導体セラミック板の結晶構造を模式的に表す図である。
【図３】実施例１における耐電圧試験の結果を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態に係る単板型ＰＴＣサーミスタ素子１０の構成を表わすものである。このＰＴＣサーミスタ素子１０は、例えば、半導体セラミック板１１と、この半導体セラミック板１１に対して配設された一対の電極１２，１３とを備えている。半導体セラミック板１１の形状及び大きさは限定されないが、例えば、縦が５ｍｍから５０ｍｍ、横が５ｍｍから５０ｍｍ、厚みが１ｍｍから３ｍｍ程度の角板状に形成されている。一対の電極１２，１３は、例えば、銀又はアルミニウムにより構成されており、半導体セラミック板１１の厚み方向において対向する面にそれぞれ設けられている。
【００１２】
半導体セラミック板１１は、例えば、主成分としてチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）系化合物を含む焼結体により構成されている。半導体セラミック板１１の主成分の具体的な組成としては、例えば、ＢａＴｉＯ３のＢａサイトの一部を、他の２価の金属、すなわちベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びラジウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素で置換し、Ｔｉサイトの一部を、他の４価の金属、すなわちジルコニウム、ハフニウム及びラザホージウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素で置換したものが挙げられる。また、ＳｉＯ２、ＭｎＯ、３価の金属、又は、５価の金属等の他の副成分を含んでいてもよい。
【００１３】
図２は、半導体セラミック板１１の電極１２，１３が配設されずに露出している表面１１Ａの結晶構造、例えば、図１において破線丸印で示した部分の表面の結晶構造を模式的に表すものである。半導体セラミック板１１は、例えば、ＢａＴｉＯ３系化合物の結晶粒１１Ａが焼結された構造を有している。結晶粒１１Ａの粒界三重点の一部には、アモルファス相１１Ｂが存在している。また、半導体セラミック板１１の表面１１Ａには、結晶粒１１Ａの間に空隙１１Ｃが存在している。この空隙１１Ｃは、半導体セラミック板１１を成型、焼結する時に形状を保持するために添加するポリビニルアルコール等の樹脂が、焼結過程においてガスとなって飛散することにより形成されたオープンポアである。
【００１４】
この空隙１１Ｃの少なくとも一部にはシリコーンが含浸されており、これにより半導体セラミック板１１の還元を抑制することができるようになっている。具体的には、半導体セラミック板１１の電極１２，１３が配設されずに露出している表面１１Ａに存在する空隙１１Ｃの少なくとも一部には、シリコーンが含浸されている。なお、図２では、分かりやすくするために、アモルファス相１１Ｂには右下斜線のハッチングを付し、シリコーンが含浸されている空隙１１Ｃには網掛けのハッチングを付して示している。半導体セラミック板１１の空隙率は、例えば、０．０５％から３０％である。また、空隙１１Ｃの平均粒径は、例えば、２０μｍから１００μｍ程度である。
【００１５】
この単板型ＰＴＣサーミスタ素子１０は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、例えば、半導体セラミック板１１を作製し、一対の電極１２，１３を配設する。次いで、例えば、半導体セラミック板１１の空隙１１Ｃにシリコーンを真空含浸させる。続いて、例えば、表面に付着しているシリコーンを洗浄により除去し、電極１２，１３の表面を露出させる。そののち、例えば乾燥させることにより、単板型ＰＴＣサーミスタ素子が得られる。
【００１６】
このように本実施の形態によれば、半導体セラミック板１１の空隙１１Ｃにシリコーンを含浸させるようにしたので、半導体セラミック板１１の還元を抑制することができ、耐環境性及び耐還元性を向上させることができる。よって、還元雰囲気中で使用しても、又は、異物が付着しても、半導体セラミック板１１が還元されて自己温度制御機能を損失し、電気的短絡を生じてしまうことを抑制することができる。また、半導体セラミック板１１をケースに収納する必要がなくなり、コストを低減することができると共に、高効率のヒータの設計が可能となる。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
まず、ＢａＴｉＯ３系化合物を含む半導体セラミック板１１を作製し、一対の電極１２，１３を配設したのち、半導体セラミック板１１の空隙１１Ｃにシリコーンを真空含浸させた。次いで、このようにして得た単板型ＰＴＣサーミスタ素子１０について、還元雰囲気中に放置した後、印加電圧を徐々に高くする耐電圧試験を実施した。具体的には、まず、得られた単板型ＰＴＣサーミスタ素子１０を１８０℃から２００℃に加熱したサラダ油の中に１０分間浸漬させた。これにより、油が酸化する時に半導体セラミック板１１が還元されることを利用して、半導体セラミック板１１を還元雰囲気中に置いた。次いで、サラダ油の中から単板型ＰＴＣサーミスタ素子１０を取り出し、蒸留水で３０分間の超音波洗浄を２回行った。続いて、単板型ＰＴＣサーミスタ素子１０をイソプロピルアルコールで３０分間の超音波洗浄を行った。そののち、単板型ＰＴＣサーミスタ素子１０に直流電圧を１Ｖから１０００Ｖまで徐々に高くしながら印加し、破壊電圧を調べた。
【００１８】
また、実施例１に対する比較例１として、半導体セラミック板の空隙にシリコーンを含浸させていないことを除き、他は実施例１と同様にして単板型ＰＴＣサーミスタ素子を作製した。この比較例１についても、実施例１と同様にして、還元雰囲気中に放置した後、耐電圧試験を行った。実施例１及び比較例１について得られた結果を図３に示す。なお、実施例１及び比較例１では、４つのサンプルについてそれぞれ試験を行った。
【００１９】
図３に示したように、実施例１によれば、１０００Ｖまで破壊が見られなかったのに対して、比較例１では、３５０Ｖ程度で破壊されてしまった。すなわち、半導体セラミック板１１の空隙１１Ｃにシリコーンを含浸させるようにすれば、耐還元性を向上させることができ、耐電圧性を向上させることができることが分かった。
【００２０】
また、耐電圧試験中における単板型ＰＴＣサーミスタ素子１０の状態を観察したところ、比較例１では、素子表面から油が滲みだすのが見られたのに対して、実施例１では、油の滲みだしは見られなかった。これは、比較例１では、半導体セラミック板の空隙に侵入したサラダ油が、通電による温度上昇により膨張して滲みだしてきたものと思われる。すなわち、実施例１によれば、半導体セラミック板１１の空隙１１Ｃにシリコーンが含浸されており、サラダ油が進入することを抑制できたことが分かった。
【００２１】
（実施例２）
実施例１と同様にして単板型ＰＴＣサーミスタ素子１０を作製し、同様にして還元雰囲気中に放置した後、一定電圧を一定時間印加する耐電圧試験を実施した。具体的には、作製した単板型ＰＴＣサーミスタ素子１０を加熱したサラダ油の中に１０分間浸漬させ、蒸留水及びイソプロピルアルコールで超音波洗浄を行った後、単板型ＰＴＣサーミスタ素子１０に４００Ｖの直流電圧を最大８時間まで連続印加し、破壊がなければ試験終了とした。
【００２２】
また、実施例２に対する比較例２として、半導体セラミック板の空隙にシリコーンを含浸させていないことを除き、他は実施例１と同様にして単板型ＰＴＣサーミスタ素子を作製し、同様にして還元雰囲気中に放置した後、実施例２と同様にして耐電圧試験を行った。実施例２及び比較例２について得られた結果を表１に示す。なお、実施例２及び比較例２では、５つのサンプルについてそれぞれ試験を行った。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１に示したように、比較例２では、７秒から１３秒で破壊されてしまったのに対して、実施例２によれば、４時間以上の連続通電が可能となり、大幅に通電時間を延長させることができた。すなわち、半導体セラミック板１１の空隙１１Ｃにシリコーンを含浸させるようにすれば、耐還元性を向上させることができ、耐電圧性を向上させることができることが分かった。
【００２５】
以上、実施の形態及び実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、単板型ＰＴＣサーミスタ素子１０の形状、材料等について具体的に説明したが、他の形状、材料により構成するようにしてもよい。また、上記実施の形態では、単板型ＰＴＣサーミスタ素子１０が半導体セラミック板１１と、一対の電極１２，１３とを備える場合について説明したが、さらに他の構成要素を備えていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
ヒータの単板型ＰＴＣサーミスタ素子について用いることができる。
【符号の説明】
【００２７】
１０…単板型ＰＴＣサーミスタ素子、１１…半導体セラミック板、１１Ａ…結晶粒、１１Ｂ…アモルファス相、１１Ｃ…空隙、１２，１３…電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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