(57)【要約】【課題】  異なる室温比抵抗を有するＰＴＣ素子用の焼結体が、所望の室温比抵抗値を有しているか否かを短時間で簡便に選別できる方法を提供する。【解決手段】  異なる室温比抵抗値を有するＰＴＣ素子用の焼結体を選別する方法であって、焼結体に照射した光に由来する明度値と、この明度値に対応する室温比抵抗値を求め、明度値−室温比抵抗値の標準データを予め用意する工程を有し、個々のＰＴＣ素子用の焼結体の表面に光を照射する工程と、照射された光に由来する明度値を測定する工程と、前記焼結体について、前記標準データの明度値と、前記測定された明度値とを比較する工程と、比較した結果、当該焼結体が所望の室温比抵抗値を備えているか否かを選別する工程と、を備えるＰＴＣ素子用焼結体の選別方法。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる室温比抵抗値を有するＰＴＣ素子用の焼結体を選別する方法であって、
焼結体に照射した光に由来する明度値と、この明度値に対応する室温比抵抗値を求め、明度値−室温比抵抗値の標準データを予め用意する工程を有し、
個々のＰＴＣ素子用の焼結体の表面に光を照射する工程と、
照射された光に由来する明度値を測定する工程と、
前記焼結体について、前記標準データの明度値と、前記測定された明度値とを比較する工程と、
比較した結果、当該焼結体が所望の室温比抵抗値を備えているか否かを選別する工程と、を備えることを特徴とするＰＴＣ素子用焼結体の選別方法。
【請求項２】
前記焼結体の表面を算術平均粗さＲａが０．５〜１．０μｍであり、そのばらつきが０．５μｍ以内とする工程を有することを特徴とする請求項１に記載のＰＴＣ素子用焼結体の選別方法。
【請求項３】
前記ＰＴＣ素子用の焼結体は、組成式が[(BiA)x(Ba1-yRy)1-x][Ti1-zMz]O3（AはNa,Li,Kのうち少なくとも一種、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）で表わされ、x、y、ｚが、0＜x≦0.2、0≦y≦0.02、0≦z≦0.01（但し、ｙ＋ｚ＞0）を満足する半導体磁器組成物からなることを特徴とする請求項１または２に記載のＰＴＣ素子用焼結体の選別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＴＣ素子に用いられる焼結体が所定の室温比抵抗を有しているか否かを選別する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
正の抵抗温度特性を有するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient of resistivity）素子は、キュリー温度を超えると抵抗値が急激にジャンプする特性を有しており、例えばＰＴＣヒータ、ＰＴＣサーミスタ、ＰＴＣスイッチ、温度検知器などに用いられている。ＰＴＣ素子は半導体磁器組成物からなるＰＴＣ素子用焼結体に電極を形成して構成される。そして、近年では鉛は環境汚染を引き起こす元素であるため、鉛を含まない半導体磁器組成物からなる非鉛のＰＴＣ素子が要望されている。
【０００３】
ＰＴＣ素子に求められる特性として、高いジャンプ特性と小さい経時変化そして安定した室温比抵抗が挙げられる。ここで室温比抵抗は室温での抵抗値が一定であることが求められる。但し、室温での抵抗値は１００Ωｃｍ以下の低いものから１０3Ωｃｍ以上の高いものまであり、用途によって使い分けられる。
他方、ＰＴＣ素子の製造過程において、何らかの原因で異なる特性、例えば所望の室温比抵抗値とは異なる焼結体が作製される場合がある。また、異種特性の焼結体が誤って混入する可能性もある。
【０００４】
従来、異種混合品を選別する方法として特許文献１がある。特許文献１では、異なる抵抗−温度特性を有するＰＴＣ素子の温度及び抵抗値を上昇させ、所定の温度又は抵抗値になった時の抵抗値の相違又は温度の相違によって異種混合品を選別する方法が開示されている。
【０００５】
ＰＴＣ素子の特性評価は、通常は製品化の最終段階で行われるが、この段階で規定値外となったものは異種（不良）品として廃棄処分される。このような無駄を避けるためには、ＰＴＣ素子になる前の焼結体の段階で仕様に合致しない異種品を選別することが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２４３８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来、異なる特性のＰＴＣ素子用の焼結体を選別する手段、例えば所定範囲の室温比抵抗値を有しているか否かを焼結体の段階で選別する方法は見当たらない。尚、特許文献１による選別方法では、個々のＰＴＣ素子について温度や抵抗値を夫々測定するため選別にかかる時間が長いと言う問題がある。尤もこの方法では、電極を形成する前の焼結体を選別することはできないので、最終段階で廃棄処分とするような無駄を排除することは出来ない。
【０００８】
そこで本発明は、異なる室温比抵抗を有するＰＴＣ素子用の焼結体が、所望の室温比抵抗値を有しているか否かを短時間で簡便に選別できる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】
【０００９】
本発明は、ＰＴＣ素子用の焼結体が持つ室温比抵抗値と焼結体表面の明度値との間に相関関係があることを知見したことから本発明に想到した。
すなわち本発明は、異なる室温比抵抗値を有するＰＴＣ素子用の焼結体を選別する方法であって、焼結体に照射した光に由来する明度値と、この明度値に対応する室温比抵抗値を求め、明度値−室温比抵抗値の標準データを予め用意する工程を有し、個々のＰＴＣ素子用の焼結体の表面に光を照射する工程と、照射された光に由来する明度値を測定する工程と、前記焼結体について、前記標準データの明度値と、前記測定された明度値とを比較する工程と、比較した結果、当該焼結体が所望の室温比抵抗値を備えているか否かを選別する工程と、を備えるＰＴＣ素子用焼結体の選別方法である。
【００１０】
前記焼結体の表面は、算術平均粗さＲａが０．５〜１．０μｍであり、そのばらつきが０．５μｍ以内であることが好ましい。
【００１１】
前記選別方法に用いられるＰＴＣ素子用の焼結体としては、組成式が[(BiA)x(Ba1-yRy)1-x][Ti1-zMz]O3（AはNa,Li,Kのうち少なくとも一種、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）で表わされ、x、y、ｚが、0＜x≦0.2、0≦y≦0.02、0≦z≦0.01（但し、ｙ＋ｚ＞0）を満足する半導体磁器組成物からなるものが挙げられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の選別方法によれば、ＰＴＣ素子となる前の焼結体の段階で、焼結体が所望の室温比抵抗値を有しているか否かの選別を短時間の非破壊検査で行うことができる。よって、最終製品を廃棄するような無駄が解消されＰＴＣ素子にとっても低コスト化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】明度値と室温比抵抗値の関係を示す標準データの図である。
【図２】標準データ上における実施例の室温比抵抗値を示す図である。
【図３】焼結体の写真撮影の様子を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について説明する。
本発明の選別方法は、予め定められた明度値−室温比抵抗値の標準データと、実際に測定された明度値とを比較し、この明度値が標準データ上の所望する室温比抵抗値の範囲内にあれば適合と見なし、範囲外であれば不適合と見なし、よって適否を選別するものである。ここで所望される室温比抵抗は、概ね１００Ωｃｍ以下、１００〜１０3Ωｃｍ、１０3Ωｃｍ以上などの大まかな範囲で許容幅が設定されるので適否の選別は有効に行われ得る。
【００１５】
まず、焼結体の明度値と室温比抵抗値を元にした標準データ（明度値−室温比抵抗値標準データ）を用意する。まずここで焼結体表面に光を照射し明度を測定する。焼結体の表面は光沢色を有しているが、表面の粗さによって反射光の強度が異なるため表面粗さに起因する明度の差異が生じることが考えられる。そのため表面を研削して表面性状をほぼ一様にすることが好ましい。尚、研削は後工程で電極を形成する為にも必要であるので無駄にはならない。ここで明度としては、例えば画像の明るさと定義することができる。例えば焼結体を０から２５５の２５６段階のグレースケールの画像となるように写真撮影し、得られた画像から焼結体部分とそれ以外の部分に分け、焼結体部分の各ドットの明度に相当する数値を平均化し、この全ドットの平均値を明度値とすることができる。但し、適宜の測定装置を用いて焼結体表面の色調、明るさ、反射率、透過率など定量的に評価できるものであればこれらを明度として用いても良い。
そして、明度を測定した個々の焼結体の両面に電極を形成し室温比抵抗を測定する。こうして求めた明度値と室温比抵抗値のデータを元に、図１のような明度値−室温比抵抗値の標準データを作成する。
【００１６】
その結果、図１に示すように明度値と室温比抵抗値との間には、明度の数値が小さい場合は室温比抵抗が小さく、明度の数値が大きい場合は室温比抵抗が大きくなる関係にあり直線近似となることが分かった。そして焼結体の組成を下記する半導体磁器組成物の組成範囲内で種々変えた焼結体においても同様の相関関係があることが確認された。
以上よりＰＴＣ素子用の焼結体の明度値と室温比抵抗値には直線近似の相関があることを知見し、明度値−室温比抵抗値の直線近似データを予め求め、これを選別用の標準データとした。この標準データと別途製造された焼結体の明度とを比較し、当該明度が所望の室温抵抗値の範囲内にあるか否かをみて焼結体の選別手段としたものである。
【実施例】
【００１７】
以下、実施例について説明する。
本実施例で用いた焼結体は、組成式が[(BiA)x(Ba1-yRy)1-x][Ti1-zMz]O3（AはNa,Li,Kのうち少なくとも一種、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）で表わされ、x、y、ｚが、0＜x≦0.2、0≦y≦0.02、0≦z≦0.01（但し、ｙ＋ｚ＞0）を満足する半導体磁器組成物からなる。
【００１８】
焼結体は以下の方法を用いて製造した。
まず、 (BiA)TiO3系(Aはアルカリ金属の少なくとも一種の元素であってNaを含む)の第１の原料と、(BaR)[TiM]O3(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あり、R,Mは少なくともどちらか一方が必須である）系の第２の原料をそれぞれ用意した。本例では、(BiA)TiO3系の第１の原料として、Na2CO3、Bi2O3、TiO2の原料粉末を準備し、BiとNaのモル比率Bi/Naが1.05の(Bi0.525Na0.500)TiO3となるように配合し、乾式混合した。また、(BaR)[TiM]O3系の第２の原料として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。
【００１９】
前記第１の原料を７００℃以上９５０℃以下で仮焼した。本例では大気中８００℃で２時間の仮焼を行った。
前記第２の原料を９００℃以上１３００℃以下で仮焼した。本例では大気中１２００℃で４時間の仮焼を行った。
仮焼した第１の原料と第２の原料を混合し第３の原料とした。本例では0.085:0.915の比で混合し、[(BiNa)0.085(Ba0.994La0.006)0.915]TiO3となるように混合した。これを純水を媒体としてポットミルにより平均粒径が2.0μｍ〜3.0μｍになるまで混合、粉砕し、その後、乾燥させた。
【００２０】
上記第３の原料を適宜加圧成形し成形体となした。本例ではＰＶＡを添加、混合し、造粒した造粒粉を一軸プレス装置で成形し、７００℃で脱バインダーした。
上記成形体を１３５０℃を超える温度で焼結し焼結体を得た。本例では窒素中、酸素濃度０．００７vol％（70ppm）の雰囲気にて１４４０℃で４時間保持し焼結体となした。
得られた焼結体を研削し１０ｍｍ×１０ｍｍ×１．０ｍｍの板状に加工した。尚、各焼結体とも同じ条件で表面の研削を行い、研削後の算術表面粗さＲａはおよそ０．５〜１．０μｍ、そのばらつきは０．５μｍであった。
【００２１】
次に、上記で得られた板状焼結体３を、例えば図３に示すようにＫＥＹＥＮＣＥ社製の画像寸法測定器ＩＭ-６１２０の試料ステージ４上に並べ、写真がグレースケールで得られるように測定器の照明部２のリング照明を最大強度の７０％、露光時間を４０ｍｓとして焼結体を写真撮影した。本例では１７個の焼結体について測定した。焼結体の明度を評価するためには、画像のうち焼結体以外の部分は除去しておく必要があるため、得られた画像は焼結体部とそれ以外の部分に分けた。なお、コンピューターでは連続的な値を扱えないため、画像に対しては量子化されてドットで表されることになる。焼結体に相当する部分の各ドットを０から２５５の２５６段階に数値化してこの数値を平均化し、この平均値を明度値とした。その際、照明強度や露光時間によってはこの数値が０や２５５になってしまうドットが生じることがある。このような場合、実際には試料の明度が異なるドット同士でも、いずれも０や２５５を示してしまい、明度の比較ができなくなってしまう恐れがある。この問題を回避するため、焼結体部分の各ドットにおける数値が１以上２５４以下となるように、焼結体に照射する光の量、露光時間を調整して撮影した。また、同一焼結体内においても、焼結体の明度は完全に均一ではなく、同一焼結体内の各ドットの数値にはばらつきがあるため、同一焼結体内の各ドットの数値の平均を求めている。その平均値をその焼結体の明度として採用した。
【００２２】
次に、上記板状焼結体にＡｌ−Ｎｉ系のオーミック電極を塗布し、さらにＡｇを主成分とするカバー電極を塗布して１８０℃で乾燥後、６００℃で１０分間保持し焼付けて電極を形成した。その後、これらのＰＴＣ素子について２５℃、４端子法で室温比抵抗値を測定した。
以上により得られた、個々の室温比抵抗値と明度値のデータを元に明度値−室温比抵抗値の標準データ（図１参照）を得た。
【００２３】
次に、異なるロットで製造したＰＴＣ素子用の焼結体が所望範囲の室温比抵抗値を有しているか否かを選別した。具体的には、１００個の焼結体を上記した方法により明度値を測定し、これらの明度値が図１に示す３０〜８０Ωｃｍの室温比抵抗の範囲に入っているか否かを確認した。
【００２４】
測定した明度値と図１の標準データの明度値とを比較した結果、１００個全てが３０〜８０Ωｃｍの明度値の範囲内にあり、所望の室温比抵抗を備えていると見なすことが出来た。これを確認するため焼結体の中から１４個を抜き取り、上記同様に電極を形成しＰＴＣ素子となし、実際の室温比抵抗値を測定した。
その結果を表１および図２に示す。図２の▲は標準データであり、これを基にした近似直線を併記している。■はＰＴＣ素子から求めた実際の室温比抵抗値である。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１より、実際に測定した室温比抵抗値と標準データ（近似直線）上の室温比抵抗値との誤差は、概ね２０％以下であり、平均して約５％以内にある。上記実施例では全個数が標準データ（近似直線）に沿った明度１３０〜１５２の範囲にあり適合と見なせた。尚、上記誤差を加味した値よりも外れた明度値の焼結体が含まれた場合は不可として選別することができる。そして実際の量産においては、生産ライン上に光学系の外観検査装置を組み入れて大量に、且つ短時間に処理することで簡便に選別を行うことができる。
【００２７】
尚、上記の実施例では、特定の組成の焼結体についての選別を行ったが、他の組成であっても相関関係のある明度値−室温比抵抗値の標準データを得ることによって本発明の選別方法は実施できるものである。また、所望する室温比抵抗の範囲についても標準データにその誤差を加味する等して適宜変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、ＰＴＣ素子用の焼結体が所望の室温比抵抗値を有しているか否かを選別する選別方法に用いることが出来る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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