(57)【要約】【課題】本発明は電気抵抗率と温度の関係が直線的であって、かつサーミスタ材料に圧力が加わる状況下でも正確な測定ができるサーミスタ材料を提供することを目的としている。【解決手段】本発明の一態様は、窒化珪素、炭化珪素のいずれか1種もしくは2種類を母材とし、アルミナとイットリアを含み、２５℃、１気圧下における電気抵抗率の範囲が１×１０−４〜1０Ω・ｍであるサーミスタ材料。２５℃、１気圧下における電気抵抗率の範囲が１×１０−４〜1０Ω・ｍであると、電気抵抗値と温度の関係が直線的になり、また連続した導電性のパスが形成されていることで圧力の影響を受けにくいサーミスタ材料を提供することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度を検出するサーミスタ材料であって、窒化珪素、炭化珪素のいずれか1種もしくは2種類を母材とし、アルミナとイットリアを含み、２５℃、一気圧下における電気抵抗率の範囲が１×１０−４〜1０Ω・ｍであるサーミスタ材料。
【請求項２】
前記サーミスタ材料において導電性物質である炭化珪素、IV、V、VI族の遷移金属元素の炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、及びこれらの化合物で構成される複合化合物の一種またはそれらの二種以上を１５〜４０ｖｏｌ％の範囲で含み、連続した導電性のパスが形成された請求項１に記載のサーミスタ材料。
【請求項３】
前記サーミスタ材料において、アルミナの含有量が２５ｖｏｌ％以下、イットリアの含有量が１５ｖｏｌ％以下であって、アルミナとイットリア含有量の和が３．０〜４０ｖｏｌ％である請求項１又は２に記載のサーミスタ材料。
【請求項４】
前記サーミスタ材料において、相対密度が９５％以上である請求項１乃至３のいずれかに記載のサーミスタ材料。
【請求項５】
前記サーミスタ材料において、熱伝導率が７〜２００Ｗ/ｍＫである請求項１乃至４のいずれかに記載のサーミスタ材料。
【請求項６】
前記サーミスタ材料は、−５０℃〜２００℃の温度測定に用いられる請求項１乃至５のいずれかに記載のサーミスタ材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温度センサとして使用するサーミスタ材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーミスタ材料とは電気抵抗率が温度に対して敏感に変化する材料のことであり、比較的安く製造できることから、各種温度センサとして広く用いられている。これらのサーミスタ材料の電気抵抗率と温度の関係は直線的ではなく、指数関数的に変化することが知られている。
【０００３】
一方、測定温度の変化に対する温度検出装置の出力信号の変化特性としては、信号処理の観点から直線的であることが望まれる。このため、従来のサーミスタは上述したような電気抵抗率と温度の非直線性を補正するための回路を備え、最終的に得られる出力信号が温度の変化に対して直線的に変化するような構成のものがほとんどである。しかしこの補正のための回路は複雑であり、低コスト化の障害となっており、電気抵抗率と温度の関係が直線的になるサーミスタ材料が望まれていた。
【０００４】
これらの問題を解決するために、サーミスタ材料の電気抵抗値と温度の関係が直線的になるサーミスタ材料が提案されている（特許文献１）。この材料は、絶縁性を有する材料からなるマトリックスと、該マトリックス中に不連続に分散させた、前記マトリックスと熱膨張率が異なり導電性を有する物質からなる分散材で構成されたサーミスタ材料である。この材料の電気抵抗率は導電性粒子が不連続に分散されており、主に導電性粒子間の距離で決定される。このため、温度が変化するとマトリックスと導電性を有する分散材との距離が、熱膨張係数の差に従って隣接した分散材の感覚が一様に減少、または増加し、この不連続に分散された導電性粒子の距離によってのみ電気抵抗値が変化するため、電気抵抗値が温度に対して直線的に変化する材料が得られている。
【特許文献１】特許第３００７２８１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のサーミスタ材料は、例えば高圧ガスタンク内部の温度を計測するようなサーミスタ材料に高圧が加わり、圧力が変動するような環境下では、この圧力によって材料がゆがみ、導電性粒子間の距離が変化してしまい、電気抵抗率が圧力によっても変化してしまうため、直線性が維持できないという問題がある。
【０００６】
また、高圧ガスの中には腐食性のガスもあり、腐食性の雰囲気下で温度測定を行う場合に用いられる温度センサは、全体がガラス等でシールされ、その分応答性が悪いという問題がある。
そこで本発明は、圧力が加わる状況下や腐食性雰囲気下でも電気抵抗率と温度の関係がほぼ直線的で変動せず、また少なくともサーミスタ部分は測定雰囲気中に露出したままで使用でき、よって応答性よく温度測定ができるサーミスタ材料を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、温度を検出するサーミスタ材料であって、窒化珪素、炭化珪素のいずれか1種もしくは2種類を母材とし、アルミナとイットリアを含み、２５℃、1気圧下における電気抵抗率の範囲が１×10−4〜1０Ω・ｍであるサーミスタ材料である。高強度で、高温まで化学的に安定であり、耐環境性に優れる窒化珪素や炭化珪素、もしくはその両方を含む材料を母材とすることによって、高温・高圧下、腐食雰囲気においても温度を計測することができる。また、25℃、1気圧の条件において、サーミスタの電気抵抗率は１０Ω・ｍ以上であると、その電気抵抗率は温度に対して指数関数的に変化するが、1０Ω・ｍ以下であると、電気抵抗率と温度の関係が直線的になることを見出した。また、電気抵抗率が１×10−4Ω・ｍ以下になってしまうと、電気抵抗値が小さくなりすぎて、配線の抵抗変化の影響を受けて正確な計測ができなくなってしまうことから、２５℃、1気圧の条件において電気抵抗率の範囲は１×１０−4〜１０Ω・ｍであれば、電気抵抗率と温度の関係が直線的になり、サーミスタとして適当な電気抵抗値の材料を得ることができる。
【０００８】
また、前記サーミスタ材料において、導電性物質である炭化珪素、IV、V、VI族の遷移金属元素の炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、及びこれらの化合物で構成される複合化合物の一種またはそれらの二種以上を１５〜４０ｖｏｌ％の範囲で含み、連続した導電性のパスが形成されていることが望ましい。上記材料を導電性物質として１０〜４０ｖｏｌ％含むことにより、電気抵抗率を１×１０−４〜1０Ω・ｍの範囲に調整することが可能となる。１５ｖｏｌ％以下であると導電性粒子による連続した導電性のパスが形成されず、また４０ｖｏｌ％以上だと電気抵抗率が小さくなりすぎ配線の抵抗変化の影響を受けて正確な温度の計測ができなくなったり、材料の機械強度が低下してしまう。また、特許文献１のように、不連続に導電性粒子が導入されていると、導電性粒子間の距離によって電気抵抗率が依存するため、圧力負荷時の材料の歪みによっても導電性粒子間の距離が変化して、電気抵抗率が変化してしまうが、連続的に導電性のパスを形成することにより、導電性粒子自体の電気抵抗率が全体の電気抵抗率として発現するため、電気抵抗率は導電性粒子間の距離にはほとんど依存しなくなる。このため、材料に圧力が加わった際に電気抵抗率の変化は極めて小さくなるため、圧力の影響を受けにくいサーミスタ材料を得ることができる。また、上記導電性材料は非酸化物セラミックスであるので、化学的に安定であり、雰囲気や酸素分圧の影響を受けにくいため、高温、腐食雰囲気などの状況下でも安定して温度を測定することが可能となる。IV、V、VI族の遷移金属元素の炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物の具体例としては、ＴｉＣ、ＶＣ、Ｃｒ３Ｃ２、ＺｒＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＷＣ、ＴｉＮ、ＶＮ、ＣｒＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＴａＮ、ＴｉＢ２、ＴｉＢ、Ｖ３Ｂ２、ＶＢ２、ＣｒＢ、ＺｒＢ２、ＺｒＢ１２、ＮｂＢ、ＮｂＢ２、ＭｏＢ、ＭｏＢ２、Ｍｏ２Ｂ５、Ｗ２Ｂ、ＷＢ、ＷＢ２、ＨｆＢ、ＴａＢ、ＴｉＳｉ２、ＣｒＳｉ２、ＺｒＳｉ２、Ｍｏ５Ｓｉ３、ＭｏＳｉ２、ＴａＳｉ２、ＷＳｉ２などが挙げられる。
【０００９】
前記サーミスタ材料において、アルミナの含有量が２５ｖｏｌ％以下、イットリアの含有量が１５ｖｏｌ％以下であって、アルミナとイットリア含有量の和が３．０〜４０ｖｏｌ％であることが望ましい。助剤の量を上記範囲とすることで、緻密な焼結体を得ることができる。アルミナとイットリアの含有量が３．０ｖｏｌ％よりも少ないと、サーミスタとして用いる緻密な焼結体を得ることができず、またアルミナでは２５ｖｏｌ％、イットリアでは１５ｖｏｌ％、含有量の総和が４０よりも多くなると機械強度が低下するため好ましくない。
【００１０】
前記サーミスタ材料において、相対密度が９５％以上であることが望ましい。相対密度が９５％以上であれば、焼結体が緻密で機械的強度が高くなり、圧力が加わった際の材料の歪みが小さくなるため、圧力に対する電気抵抗率の変動を小さくすることができる。さらに測定雰囲気のガスがサーミスタ材料の内部に入り込んで電気抵抗率が変化することもなく、測定環境の雰囲気によらず、安定した電気抵抗値を得ることができ、測定精度の高いサーミスタ材料を得ることができる。
【００１１】
前記サーミスタ材料において、熱伝導率が７〜２００Ｗ/ｍＫであることが望ましい。熱伝導率はサーミスタの応答性に大きく関係しており、７Ｗ/ｍＫ以上の熱伝導率であれば、応答性の良いサーミスタ材料が得られる。
【００１２】
前記サーミスタ材料は、−５０℃〜２００℃の温度測定に用いることが望ましい。本発明のサーミスタ材料は−５０℃〜２００℃の温度範囲において、特に直線性が良いので、上記範囲であると、さらに精度の良い測定をすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のサーミスタ材料は、電気抵抗率と温度の直線性に優れ、特に高圧下においてもほとんど変動しない。このため、補償回路を必要としないか、補償回路を用いても簡単なものでよく、安価に製造でき、かつ正確に温度を検出することができる温度センサを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明をその実施例によって具体的に説明するが、これら実施例により本発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施例１、２は母材としてＳｉＣを用いて焼結時にそれぞれ３０ＭＰa、１０ＭＰaの圧力を加えてホットプレスを行った例である。実施例３は、母材はＳｉＣで同じであるが、焼結助剤の量を変えた例である。実施例、及び比較例の実験条件は表１に示した。
（実施例１）
α-ＳｉＣ粉末（屋久島電工製、型番：ＳＨ−７）を９２．１ｖｏｌ％、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を５．９ｖｏｌ％、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を２．０ｖｏｌ％となるように秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍの金型を用い、１００ＭＰａの圧力を加えて、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作製した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１８００℃、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体を電気抵抗率評価用として３ｍｍ×３ｍｍ×３ｍｍの試験片に、３点曲げ強度試験片として４ｍｍ×３ｍｍ×３０ｍｍの試験片に、また、熱伝導率測定用に５ｍｍ×５ｍｍ×厚さ１mmに加工した。電気抵抗率評価用試料には、３ｍｍ角の面に厚さ１ｍｍのＣｕ電極を７６５℃、真空度１０−１Ｐａ以下、加圧力０.１ＭＰaの条件で１５分キープしてロウ付けし、該Ｃｕ電極にΦ０．６ｍｍのＣｕリード線をハンダ付けした。なお、上記ロウ材としては、田中貴金属製のＴＫＣ―５９１ペーストを使用した（以下の実施例及び比較例で同じ）。
［評価方法］
電気抵抗率測定用のサンプルを恒温槽（デスパッチ社製：ランスコチャンバー、型番ＲＴ２００−Ｃ）に入れて−３０℃〜１６０℃の範囲で温度を変えて抵抗計（日置電機製、型番：３５４１）を用いて電気抵抗値を測定した。密度測定は密度計（東洋精機製作所：型番ＤＥＮＳＩＭＥＴＥＲ−Ｈ）を用いて行った。また、高圧下での測定はオートグラフを用いて０〜１００ＭＰaの圧力を加えて、電気抵抗率の圧力依存性を測定した。３点曲げ試験は、ＪＩＳのＲ１６０１に基づいて行った。ただし、支点間距離は２６ｍｍとした。熱伝導率測定はレーザーフラッシュ法を採用し、レーザーフラッシュ測定装置（京都電子工業製：型番LFA-502）を用いて測定した。また、応答性の評価は、室温の状態から１６０℃の恒温槽に入れて電気抵抗値が安定になるまでの時間を計測した。なお、以下の実施例２〜１１及び比較例１〜５でも同様の方法で評価した。
［測定結果］
測定結果を表２・３及び図１に示す。常温、常圧での電気抵抗率は０．５１Ω・ｍ、電気抵抗率の温度変化率は０．３０（％/℃）、圧力負荷時の電気抵抗率の変化率は０．００２（％/ＭＰa）、３点曲げの破壊強度は７１０ＭＰａ、相対密度は９９．５％、常温から１６０℃までの応答時間は１００秒であった。また、図１から分かるように、電気抵抗と温度の関係は直線的に変化した。電気抵抗率の温度に対する変化率は、圧力に対する変化率の１５０倍であり、圧力の影響をほとんど受けないことが分かった。
【００１６】
（実施例２）
実施例１と同様の方法で混合粉末を得て、ホットプレスの焼結圧力を１０ＭＰaとして、それ以外は実施例１と同様の条件で焼結を行った。得られた焼結体から、実施例１と同様の試料片を切り出し、特性を評価した。得られた結果を図１と表２・３に示す。
【００１７】
（実施例３）
α-ＳｉＣ粉末（屋久島電工製、型番：ＳＨ−７）を６１．７ｖｏｌ％、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を２３．９ｖｏｌ％、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を１４．４ｖｏｌ％となるように秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。その後は実施例１と同様の方法で成形、焼結を行い、得られた焼結体から、実施例１と同様の試料片を切り出し、特性を評価した。得られた結果を図１と表２・３に示す。
【００１８】
実施例４〜９は窒化珪素を母材として、導電性粒子であるＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴｉＳｉ２、ＷＣを含む例である。
(実施例４)
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を６４．６ｖｏｌ％、ＳｉＣ粉末（屋久島電工製、型番：ＳＨ−７）を２０．９ｖｏｌ％、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を１０．３ｖｏｌ％、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を４．２ｖｏｌ％となるように秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例１と同一寸法の試験片を加工し、同一方法で評価した。測定結果を表1に示す。またＳＥＭで試料を観察したところ、連続した導電性のパスが観測された。
【００１９】
（実施例５）
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を６８．１ｖｏｌ％、ＴｉＣ粉末（高純度化学製、型番：ＴＩＩ０２ＰＢ）を１６．２ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を１１．２ｖｏｌ％、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を４．５ｖｏｌ％となるように秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例１と同一寸法の試験片を加工し、同一方法で評価した。測定結果を図１と表２・３に示す。またＳＥＭで試料を観察したところ、連続した導電性のパスが観測された。
【００２０】
（実施例６）
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を５９．２ｖｏｌ％、ＴｉＣ粉末（高純度化学製、型番：ＴＩＩ０２ＰＢ）を２４．５ｖｏｌ％、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を１１．６ｖｏｌ％、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を４．７ｖｏｌ％となるように秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例１と同一寸法の試験片を加工し、同一方法で評価した。測定結果を図１と表２・３に示す。またＳＥＭで試料を観察したところ、連続した導電性のパスが観測された。
【００２１】
（実施例７）
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を４３.０ｖｏｌ％、ＴｉＣ粉末（高純度化学製、型番：ＴＩＩ０２ＰＢ）を３９．５ｖｏｌ％、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を１２．４ｖｏｌ％、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を５．１ｖｏｌ％となるように秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例１と同一寸法の試験片を加工し、同一方法で評価した。測定結果を図１と表２・３に示す。またＳＥＭで試料を観察したところ、連続した導電性のパスが観測された。
【００２２】
（実施例８）
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を５４．１ｖｏｌ％、ＴｉＳｉ２粉末（高純度化学製、型番：ＴＩＩ０７ＰＢ）を３０．３ｖｏｌ％、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を１１．１ｖｏｌ％、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を４．５ｖｏｌ％となるように秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例１と同一寸法の試験片を加工し、同一方法で評価した。測定結果を図１と表２・３に示す。またＳＥＭで試料を観察したところ、連続した導電性のパスが観測された。
【００２３】
（実施例９）
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を５９．２ｖｏｌ％、ＷＣ粉末（高純度化学製、型番：ＷＷＩ１３ＰＢ）を１６．８ｖｏｌ％、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を１７．１ｖｏｌ％、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を６．９ｖｏｌ％となるように秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例１と同一寸法の試験片を加工し、同一方法で評価した。測定結果を図１と表２・３に示す。またＳＥＭで試料を観察したところ、連続した導電性のパスが観測された。
【００２４】
実施例１０、１１は母材として炭化珪素を用いて、導電性粒子に炭化チタンを用いた例と珪化チタンを用いた例である。
（実施例１０）
α-ＳｉＣ粉末（屋久島電工製、型番：ＳＨ−７）を７５．７、ＴｉＣ粉末（高純度化学製、型番：ＴＩＩ０２ＰＢ）を１６．２ｖｏｌ％、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｖｏｌ％、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を２．１ｖｏｌ％となるように秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１８００℃、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例１と同一寸法の試験片を加工し、同一方法で評価した。測定結果を図１と表２・３に示す。またＳＥＭで試料を観察したところ、連続した導電性のパスが観測された。
【００２５】
（実施例１１）
α-ＳｉＣ粉末（屋久島電工製、型番：ＳＨ−７）を６１．４ｖｏｌ％、ＴｉＳｉ２粉末（高純度化学製、型番：ＴＩＩ０２ＰＢ）を３０．３ｖｏｌ％、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．１ｖｏｌ％、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を２．２ｖｏｌ％となるように秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１８００℃、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例１と同一寸法の試験片を加工し、同一方法で評価した。測定結果を図１と表２・３に示す。またＳＥＭで試料を観察したところ、連続した導電性のパスが観測された。
【００２６】
比較例１、２は窒化珪素を母材として炭化チタンをそれぞれ１０ｖｏｌ％、５０ｖｏｌ％添加した例である。
（比較例１）
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を７４．９ｖｏｌ％、ＴｉＣ粉末（高純度化学製、型番：ＴＩＩ０２ＰＢ）を１０.０ｖｏｌ％、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を１０．７ｖｏｌ％、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を４．４ｖｏｌ％となるように秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例１と同一寸法の試験片を加工し、同一方法で評価した。測定結果を図１と表２・３に示す。またＳＥＭで試料を観察したところ、連続した導電性のパスは観測されず、圧力変化時の電気抵抗変化率が０．００５％と大きくなってしまった。また、電気抵抗率と温度の関係は指数関数的に変化し、直線性は得られなかった。
【００２７】
（比較例２）
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を３１．７ｖｏｌ％、ＴｉＣ粉末（高純度化学製、型番：ＴＩＩ０２ＰＢ）を５０．０ｖｏｌ％、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を１３．０ｖｏｌ％、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を５．３ｖｏｌ％となるように秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例１と同一寸法の試験片を加工し、同一方法で評価した。またＳＥＭで試料を観察したところ、連続した導電性のパスが観測された。測定結果を表２・３に示す。電気抵抗率が１０−５と小さいため、配線の電気抵抗率の温度変化分を拾ってしまい、正確な特性の評価が出来なかった。
【００２８】
比較例３、４はＳｉＣを母材として、焼結助剤のアルミナとイットリアの含有量の和をそれぞれ２.７ｖｏｌ％、４４ｖｏｌ％とした例である。
（比較例３）
α-ＳｉＣ粉末（屋久島電工製、型番：ＳＨ−７）を９７．３ｖｏｌ％、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を１．６ｖｏｌ％、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を１．１ｖｏｌ％となるように秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１８００℃、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例１と同一寸法の試験片を加工し、同一方法で評価した。測定結果を表２・３に示す。焼結性が悪く、相対密度が８５．７％と低くなってしまい、圧力が加わると電気抵抗値の変化も大きく、さらに材料が吸湿して電気抵抗値が変化し、直線性が悪くなってしまった。また、評価中に試料が破損してしまった。
【００２９】
（比較例４）
α-ＳｉＣ粉末（屋久島電工製、型番：ＳＨ−７）を５５．９ｖｏｌ％、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を２８．０ｖｏｌ％、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を１６．１ｖｏｌ％となるように秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１８００℃、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例１と同一寸法の試験片を加工し、同一方法で評価した。測定結果を表２・３に示す。助剤量が多すぎて、助剤の物性が全体の特性に反映されてしまったために機械強度が低下してしまい、特性評価中に破損してしまった。また、抵抗値も１２Ω・ｍと高く、電気抵抗値と温度の関係も指数関数的に変化した。
【００３０】
比較例５はＳｉＣを母材として、ホットプレスの加圧力を８ＭＰaとした例である。
（比較例５）
実施例１と同様の方法で原料粉末を調整し、焼結時のホットプレスの加圧力を８ＭＰａで行った以外は実施例１と同様の方法で試料を作製、評価した。測定結果を図１と表２・３に示す。相対密度が９３％と低く、圧力が加わった際の電気抵抗値の変化も大きく、さらに材料が吸湿して電気抵抗値が変化し、直線性が悪くなってしまった。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
【表２】
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【００３３】
【表３】
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【００３４】
本発明のいずれの構成であっても、電気抵抗率と温度の関係が直線的になり、圧力の影響を受けにくいサーミスタ材料が得られることを示した。実施例４〜１１と、比較例１、２から導電性物質の含有量は１５〜４０ｖｏｌ％だと電気抵抗率が１０−４〜１０Ω・ｍの範囲におさまり、直線性が良く、かつ導電性のパスが連続してできるために圧力の影響を受けにくいサーミスタ材料が得られることを示した。また、実施例１、２と比較例３、４から、焼結助剤の含有量はアルミナとイットリア含有量の和が３．０〜４０ｖｏｌ％であると緻密な焼結体が得られることを示した。また、実施例１、２と比較例３、５からは、相対密度９５％以上の焼結体が得られれば、測定雰囲気の影響を受けにくく、圧力変化に対する電気抵抗値の変動も小さなサーミスタ材料が得られることを示した。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は圧力の加わるような場所、例えば高圧ガスタンクや、ガスや液体の流路などでの正確な測温が可能である。また、計測雰囲気の影響を受けにくいので、高湿度、腐食ガスや水素ガスなどの環境下での測温も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明と比較例の圧力検出素子の電気抵抗率と温度の関係を示すグラフである。
【図１】
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