(57)【要約】【課題】定常時の抵抗値が十分に低く、大きな抵抗変化幅を有し、かつ熱的に安定なＰＴＣサーミスタ材料を提供するものである。【解決手段】ＳｉＯ２−ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラスまたはＢ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＰｂＯ系ガラスに、溶融によって体積減少する平均粒子径０．５〜５００μｍのＢｉ金属および／またはその合金の少なくとも一種を１０〜９０重量％含有するように調整・混合し、その混合粉を加圧・成形し、得られた成形体を４００〜４５０℃で加熱することを特徴とする複合材料の製造方法に関する。【選択図】  図１
2008187199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２−ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラスまたはＢ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＰｂＯ系ガラスに、溶融によって体積減少する平均粒子径０．５〜５００μｍのＢｉ金属および／またはその合金の少なくとも一種を１０〜９０重量％含有するように調整・混合し、その混合粉を加圧・成形し、得られた成形体を４００〜４５０℃で加熱することを特徴とする複合材料の製造方法。
【請求項２】
前記合金は、Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ合金である請求項１記載の複合材料の製造方法。
【請求項３】
前記複合材料は、ＰＴＣサーミスタ用の複合材料である請求項１または２記載の複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性または半導性の複合材料に関するもので、また正の抵抗温度特性（以下ＰＴＣＲ特性という）を有する複合材料の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＰＴＣサーミスタ材料は、正の抵抗温度特性を示す材料として、モーター起動素子、ヒーター素子、温度補償素子として広く利用されている。代表的な材料としては、チタン酸バリウムを主成分として、Ｂｉ、Ｓｂ、ＴａまたはＬａなどの希土類元素などのうち少なくとも一種類を含有させた、チタン酸バリウム系半導体磁器材料が知られている。この材料のＰＴＣＲ特性は、Heywangモデルによるとキュリー点での誘電率の急激な減少により、粒界障壁ポテンシャルが増大するためと説明されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、大電流が流れる保護回路素子として利用する場合、定常状態において比抵抗が十分に低いことが要求されるが、実用化されているチタン酸バリウム系半導体材料の比抵抗値は１０Ωｃｍと高く、そのため大電力では使用できないという欠点があった。また、チタン酸バリウム系材料を改良したものとして、例えば特開昭６０−５９７０２号公報にＢａＰｂＯ3にソルダーガラスを添加したＰＴＣサーミスタが開示されている。このＰＴＣ材料は１０-2〜１０-4Ωｃｍほどの室温抵抗率を示し、動作温度は約７５０℃である。しかし、室温抵抗率は低抵抗ではあるが、添加したガラスの影響で特性が不安定となったり、抵抗変化幅が１〜２桁程度と実用に際しては不十分であった。
【０００４】
本発明の目的は、前記の問題点を解決し、定常時の抵抗値が十分に低く大きな抵抗変化幅を有し、かつ熱的に安定なＰＴＣサーミスタを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、ガラスに特定の金属または合金を分散させた複合構造をとることにより、従来のチタン酸バリウム系ＰＴＣサーミスタとは異なる新しい原理でＰＴＣＲ特性を発現することを見出した。すなわち、本発明は、ＳｉＯ２−ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラスまたはＢ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＰｂＯ系ガラスに、溶融によって体積減少する平均粒子径０．５〜５００μｍのＢｉ金属および／またはその合金の少なくとも一種を１０〜９０重量％含有するように調整・混合し、その混合粉を加圧・成形し、得られた成形体を４００〜４５０℃で加熱することを特徴とする複合材料の製造方法に関する。前記合金は、Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ合金であることが好ましい。また、前記複合材料は、ＰＴＣサーミスタ用の複合材料であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、ガラスに、溶融によって体積減少する金属および／または合金を分散させた複合構造をとることで、定常時に低抵抗でかつ大きな抵抗変化幅を有するＰＴＣサーミスタ材料を得ることができる。その結果、さらに大きな負荷に対する過電流保護素子を実用化でき、その利用価値は極めて高いものである。
【０００７】
（作用）本発明の複合構造により、定常時に低抵抗で優れたＰＴＣＲ特性を有するＰＴＣサーミスタ材料が得られる。その発現機構は未だ明らかにされていないが、以下のように推察される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の複合材料は、低温時には金属および／または合金粒子がガラスに分散した複合構造をしており、その金属粒子は適度な割合で接触してネットワーク構造を形成している。この状態では、金属粒子間に伝導パスが形成されるために低抵抗を示す。次に高温になると、分散している金属または合金粒子が融点で急激な体積減少を起こし、金属または合金のネットワークが切断される。その結果として、金属および／または合金の融点で伝導パスが遮断され、複合材料の抵抗が急激に増大する。すなわち複合材料のＰＴＣＲ特性は、金属および／または合金の融解現象に起因する。このようなことから、公知のＢａＰｂＯ3系ＰＴＣサーミスタにくらべ、低抵抗の場合でも大きな抵抗変化幅が得られ、かつ急峻なＰＴＣＲ特性が実現される。
【０００９】
本発明における溶融によって体積が減少する金属および／または合金としては、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉなどの金属やＢｉ−Ｐｂ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂなどの合金等、動作原理を満足するものであれば良い。本発明の複合材料において、前記金属および／または合金の分散量は、過度に少ない場合にはＰＴＣＲ特性を示さないことがあり、過度に多い場合には抵抗変化幅が小さくなる。また、前記金属または合金粒子の平均粒子径は、０．５μｍよりも過度に小さい場合には急峻な抵抗増加が得られず、５００μｍよりも過度に大きい場合には、動作後に初期抵抗が増加してしまいサイクル特性が劣化する。
【００１０】
ガラスの組成は、前記金属および／または合金の融点よりも高い溶融温度または分解温度を有するものであれば、その組み合わせは特に限定されず、所望の性能、用途等に応じて適宜選択することができる。例えば、ＳｉＯ2−ＰｂＯ−Ｂ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ−ＰｂＯ等のＳｉＯ2系酸化物ガラス、Ｂ2Ｏ3系酸化物ガラスなどを挙げることができる。
【００１１】
また、ガラス粉末の平均粒子径は特に限定されないが、通常０．１〜１００μｍであるのが好ましい。
【実施例】
【００１２】
以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明する。
【００１３】
［実施例１］
ＳｉＯ2−ＰｂＯ−Ｂ2Ｏ3系ガラス粉末（平均粒子径１０μｍ）にＢｉ金属（平均粒子径１０μｍ）を複合材料中に３０重量％分散、含有するように調整・混合した。その混合粉を１０００Ｋｇ／ｃｍ2の圧力で所定の形状に加圧し、ガラス複合成形体を得た。次にこれを大気中、４５０℃、約１０分の条件で加熱した。このようにして得られた複合体に、Ａｇ電極を形成してＰＴＣ素子を得た。このＰＴＣ素子の室温抵抗率は０．７８Ωｃｍであり、金属の融点である２７０℃付近からＰＴＣＲ特性を示した。
【００１４】
図１に、ＳｉＯ2−ＰｂＯ−Ｂ2Ｏ3系ガラス粉末にＢｉ金属を３０重量％混合したＰＴＣ素子における抵抗の温度依存性を示す。図から明らかなように、Ｂｉ金属の融点である２７０℃付近から急激に抵抗が増加した。この時の最大抵抗値は１０8Ωｃｍになり、抵抗変化率は１０8以上の高い値になった。さらに、ヒートサイクルによる抵抗の変化も見られなかった。
【００１５】
［実施例２］
Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ−ＰｂＯ系ガラス粉末（平均粒子径１０μｍ）にＢｉ金属（平均粒子径１０μｍ）を複合材料中に３０重量％分散、含有するように調整・混合した。その混合粉を１０００Ｋｇ／ｃｍ2の圧力で所定の形状に加圧し、ガラス複合成形体を得た。次にこれを大気中、４００℃、約１０分の条件で加熱した。このようにして得られた複合体に、Ａｇ電極を形成してＰＴＣ素子を得た。このＰＴＣ素子の室温抵抗率は０．８５Ωｃｍであり、金属の融点である２７０℃付近からＰＴＣＲ特性を示した。
【００１６】
［実施例３］
Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ−ＰｂＯ系ガラス粉末（平均粒子径１０μｍ）にＢｉ−Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ合金（平均粒子径１０μｍ）を複合材料中に３０重量％分散、含有するように調整・混合した。その混合粉を１０００Ｋｇ／ｃｍ2の圧力で所定の形状に加圧し、ガラス複合成形体を得た。次にこれを大気中、４００℃、約１０分の条件で加熱した。このようにして得られた複合体に、Ａｇ電極を形成してＰＴＣ素子を得た。このＰＴＣ素子の室温抵抗率は０．９８Ωｃｍであり、合金の融点である１００℃付近からＰＴＣＲ特性を示した。
【００１７】
以上のべたように、本発明はＰＴＣ素子において、１０-1Ωｃｍ程度の低抵抗を実現し、抵抗変化幅や特性の安定性を格段に改良することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】抵抗−温度特性を示す図である。
【図１】
2008187199.tif 000003