JP3213643B2 - 負特性サーミスタ組成物および負特性サーミスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化錫（Ｓｎ
Ｏ₂ ）系の負特性サーミスタ組成物および負特性サーミ
スタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、常温で使用される負特性サーミス
タ組成物としては、例えばニッケル（Ｎｉ）、コバルト
（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）などの遷移金
属酸化物を主成分とするものが知られており、通常のセ
ラミックス素子の製造手段により作製されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の遷移金属酸化物の負特性サーミスタにおいて、サー
ミスタ組成物を成形して加熱焼成したサーミスタ体は、
面実装用に角形チップ状に形成した場合、半田耐熱性が
弱いことから、半田付け工程においてサーミスタ体の亀
裂や欠けおよび割れなどの破断が発生しやすい。これ
は、サーミスタ体の機械的強度が小さいこと、また熱膨
張係数が８０×１０ ^-7 ／℃〜１００×１０^-7／℃とセラ
ミックス材料としては非常に大きいことなどによる。ま
た、Ｂ定数は抵抗値変化率を知る定数で、一般にはＢ定
数が２０００Ｋ〜５０００Ｋであり、角形チップ状では
２５００Ｋ〜４５００Ｋ程度であるとされ、さらにＢ定
数が広い範囲に設定することが困難である問題がある。

【０００４】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、半田耐熱性に優れ、抵抗値およびＢ定数の選択幅が
広い負特性サーミスタ組成物および負特性サーミスタを
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の負特性サ
ーミスタ組成物は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および
酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）を主成分とする絶縁材料と、酸化
錫（ＳｎＯ₂ ）、酸化アンチモン（Ｓｂ₂ Ｏ₃ ）、酸化
マンガン（ＭｎＯ₂ ）を主成分とするサーミスタ材料
と、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム
（ＳｒＯ）および酸化バリウム（ＢａＯ）の少なくとも
いずれか一種のアルカリ土類金属酸化物を主成分とする
添加物とを含有し、配合比が、０．１≦ｘ≦８５〔重量
％〕、３０≦ ｙ≦７５〔ｍｏｌ％〕、８０≦ｚ≦９９．
９〔ｍｏｌ％〕０．１≦ｗ≦１９．９〔ｍｏｌ％〕で、
かつ添加物が０．１ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下の範
囲で、ｘ｛ｙ（ＭｇＯ）＋（１００−ｙ）（ＳｉＯ₂ ）
＋添加物｝＋（１００−ｘ）｛ｚ（ＳｎＯ₂ ）＋ｗ（Ｓ
ｂ₂ Ｏ₃ ）＋（１００−ｚ−ｗ）（ＭｎＯ₂ ）｝である
ものである。

【０００６】請求項２記載の負特性サーミスタは、請求
項１記載の負特性サーミスタ組成物と、この負特性サー
ミスタ組成物の介在して対向する一対の電極とを具備し
たものである。

【０００７】

【作用】請求項１記載の負特性サーミスタ組成物は、酸
化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）
を主成分とする絶縁材料と、酸化錫（ＳｎＯ ₂ ）、酸化
アンチモン（Ｓｂ ₂ Ｏ ₃ ）、酸化マンガン（ＭｎＯ ₂ ）
を主成分とするサーミスタ材料と、酸化カルシウム（Ｃ
ａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）および酸化バリ
ウム（ＢａＯ）の少なくともいずれか一種のアルカリ土
類金属酸化物を主成分とする添加物とを、０．１≦ｘ≦
８５〔重量％〕、３０≦ｙ≦７５〔ｍｏｌ％〕、８０≦
ｚ≦９９．９〔ｍｏｌ％〕０．１≦ｗ≦１９．９〔ｍｏ
ｌ％〕で、かつ添加物が０．１ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ
％以下の範囲で、ｘ｛ｙ（ＭｇＯ）＋（１００−ｙ）
（ＳｉＯ ₂ ）＋添加物｝＋（１００−ｘ）｛ｚ（ＳｎＯ
₂ ）＋ｗ（Ｓｂ ₂ Ｏ ₃ ）＋（１００−ｚ−ｗ）（ＭｎＯ
₂ ）｝で配合するため、機械的強度に優れ、熱膨張係数
が４０×１０ ^-7 ／℃〜６０×１０ ^-7 ／℃と小さく半田耐
熱性に優れ、半田付け工程における亀裂や欠け、割れな
どの破断の発生を抑制し、絶縁材料を０．１重量％以上
８５重量％以下、サーミスタ材料を１５重量％以上９
９．９重量％以下の広い範囲で配合することにより、同
一材料でも比抵抗値が１Ωｃｍ以上１０⁶ Ωｃｍ以下程
度の広範囲に設定可能となるとともに、酸化カルシウム
（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）および酸化
バリウム（ＢａＯ）の少なくともいずれか一種のアルカ
リ土類金属酸化物を主成分とする添加物の添加により、
焼成温度が低下して、広い範囲に亘る配合比でも実用温
度で焼成可能となる。

【０００８】請求項２記載の負特性サーミスタは、対向
する一対の電極間に請求項１記載の負特性サーミスタ組
成物を介在させるため、機械的強度および半田耐熱性に
優れ、同一材料でも比抵抗値が１Ωｃｍ以上１０ ⁶ Ωｃ
ｍ以下程度の広範囲に設定可能となるとともに、酸化カ
ルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）お
よび酸化バリウム（ＢａＯ）の少なくともいずれか一種
のアルカリ土類金属酸化物を主成分とする添加物の添加
により、焼成温度が低下して、広い範囲に亘る配合比で
も実用温度で焼成可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例の負特性サーミスタ
を説明する。

【００１０】負特性サーミスタは、絶縁材料と導電材料
と添加物とを含有する混合物が、例えば圧縮成形などに
て成形されて得られた成形体が焼成され、この焼成体で
ある負特性サーミスタ組成物の負特性サーミスタ素子の
両端部に一対の電極が対向して設けられて構成されてい
る。

【００１１】そして、負特性サーミスタ組成物の原料で
ある絶縁材料は、例えば水酸化マグネシウム（Ｍｇ（Ｏ
Ｈ） ₂ ）などのマグネシウム化合物の焼成により得られ
る酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および珪素化合物の焼成
などにより得られる酸化珪素（ＳｉＯ ₂ ）を主成分とす
る。また、サーミスタ材料は、錫化合物の焼成などによ
り得られる酸化錫（ＳｎＯ ₂ ）、アンチモン化合物の焼
成などにより得られる酸化アンチモン（Ｓｂ ₂ Ｏ ₃ ）お
よびマンガン鉛化合物の焼成などにより得られる酸化マ
ンガン（ＭｎＯ ₂ ）を主成分とする。さらに、添加物
は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ ₃ ）などのカルシウム化
合物の焼成により得られる酸化カルシウム（ＣａＯ）、
ストロンチウム化合物の焼成などにより得られる酸化ス
トロンチウム（ＳｒＯ）および炭酸バリウム（ＢａＣＯ
₃ ）などのバリウム化合物の例えば焼成により得られる
酸化バリウム（ＢａＯ）の少なくともいずれか一種のア
ルカ リ土類金属酸化物を主成分とする。

【００１２】これらの原料が、 ｘ｛ｙ（ＭｇＯ）＋（１００−ｙ）（ＳｉＯ ₂ ）＋添加物｝ ＋（１００−ｘ）｛ｚ（ＳｎＯ ₂ ）＋ｗ（Ｓｂ ₂ Ｏ ₃ ） ＋（１００−ｚ−ｗ）（ＭｎＯ ₂ ）｝ ０．１≦ｘ≦８５〔重量％〕 ３０≦ｙ≦７５〔ｍｏｌ％〕 ８０≦ｚ≦９９．９〔ｍｏｌ％〕 ０．１≦ｗ≦１９．９〔ｍｏｌ％〕 ０．１≦添加物≦２０〔ｍｏｌ％〕 の条件で配合されて原料の混合物となる。

【００１３】次に、上記実施の形態の製造工程を説明す
る。

【００１４】まず、マグネシウム化合物である例えば水
酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ） ₂ ）、珪酸化合物であ
る例えば酸化珪素（ＳｉＯ ₂ ）、錫化合物である例えは
酸化錫（ＳｎＯ ₂ ）、アンチモン化合物である例えば酸
化アンチモン（Ｓｂ ₂ Ｏ ₃ ）およびマンガン化合物であ
る例えば酸化マンガン（ＭｎＯ ₂ ）、アルカリ土類金属
化合物としての例えばバリウム化合物である炭酸バリウ
ム（ＢａＣＯ ₃ ）、アルカリ土類金属化合物としての例
えばカルシウム化合物である炭酸カルシウム（ＣａＣＯ
₃ ）を、例えば以下の比率で配合する。

【００１５】 １０重量％｛（６５mol%Ｍｇ（ＯＨ）₂ ＋３５mol%ＳｉＯ₂ ） ＋（７mol%ＢａＣＯ₃＋３mol%ＣａＣＯ₃ ）｝ ＋９０重量％｛（９６．５mol%ＳｎＯ₂ ＋２．５mol%Ｓｂ₂ Ｏ₃ ＋１mol%ＭｎＯ₂ ）｝そして、この 配合した原料を、例えばボールミルで２０
時間混合して混合物を調製する。さらに、この混合物を
例えば１１００℃で２時間保持して仮焼し、負 特性サー
ミスタ素子の原料である絶縁材料である酸化マグネシウ
ム（ＭｇＯ）および酸化珪素（ＳｉＯ ₂ ）と、サーミス
タ材料である酸化錫（ＳｎＯ ₂ ）、酸化アンチモン（Ｓ
ｂ ₂ Ｏ ₃ ）および酸化マンガン（ＭｎＯ ₂ ）と、添加物
となるアルカリ土類金属酸化物である酸化カルシウム
（ＣａＯ）および酸化バリウム（ＢａＯ）とが混合され
た仮焼粉を得る。そして、この仮焼粉を、例えば再びボ
ールミルで２０時間混合し、ポリビニルアルコール溶液
を添加して造粒する。

【００１６】次に、造粒した造粒粉を圧縮成形し、得ら
れた成形体を例えば１２００℃ないし１４５０℃、好ま
しくは１３８０℃の温度に２時間保持して焼成する。こ
の焼成により得られた焼結体は、 １０重量％｛（６５mol%ＭｇＯ＋３５mol%ＳｉＯ₂ ） ＋（７mol%ＢａＯ＋３mol%ＣａＯ）｝ ＋９０重量％｛（９６．５mol%ＳｎＯ₂ ＋２．５mol%Ｓｂ₂ Ｏ₃ ＋１mol%ＭｎＯ₂ ）｝の 配合比となる。

【００１７】そして、この焼結体の両端部に電極を形成
し、負特性サーミスタであるサーミスタ体を形成する。

【００１８】なお、上記配合比のサーミスタ体の抵抗値
は約１７ｋΩ、Ｂ定数は１１００Ｋである。

【００１９】上述したように、酸化マグネシウム（Ｍｇ
Ｏ）および酸化珪素（ＳｉＯ ₂ ）を主成分とする絶縁材
料と、酸化錫（ＳｎＯ ₂ ）、酸化アンチモン（Ｓｂ ₂ Ｏ
₃ ）、酸化マンガン（ＭｎＯ ₂ ）を主成分とするサーミ
スタ材料と、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロン
チウム（ＳｒＯ）および酸化バリウム（ＢａＯ）の少な
くともいずれか一種のアルカリ土類金属酸化物を主成分
とする添加物とを、０．１≦ｘ≦８５〔重量％〕、３０
≦ｙ≦７５〔ｍｏｌ％〕、８０≦ｚ≦９９．９〔ｍｏｌ
％〕０．１≦ｗ≦１９．９〔ｍｏｌ％〕で、かつ添加物
が０．１ｍｏｌ ％以上２０ｍｏｌ％以下の範囲で、ｘ
｛ｙ（ＭｇＯ）＋（１００−ｙ）（ＳｉＯ ₂ ）＋添加
物｝＋（１００−ｘ）｛ｚ（ＳｎＯ ₂ ）＋ｗ（Ｓｂ ₂ Ｏ
₃ ）＋（１００−ｚ−ｗ）（ＭｎＯ ₂ ）｝で配合するた
め、機械的強度に優れ、熱膨張係数が４０×１０ ^-7 ／℃
〜６０×１０ ^-7 ／℃と小さく半田耐熱性に優れ、従来の
遷移金属酸化物形のサーミスタ体に比して、半田付け工
程における亀裂や欠け、割れなどの破断の発生を抑制で
きる。

【００２０】また、絶縁材料を０．１重量％以上８５重
量％以下、サーミスタ材料を１５重量％以上９９．９重
量％以下の広い範囲で配合することにより、同一材料で
も比抵抗値が１Ωｃｍ以上１０ ⁶ Ωｃｍ以下程度の広範
囲に設定できるとともに、酸化マンガン（ＭｎＯ ₂ ）の
配合量を変化させることにより、上限が約４０００Ｋ程
度までの広い範囲のＢ定数の負特性サーミスタ組成物が
得られる。

【００２１】さらに、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化
ストロンチウム（ＳｒＯ）および酸化バリウム（Ｂａ
Ｏ）の少なくともいずれか一種のアルカリ土類金属酸化
物を主成分とする添加物の添加により、焼成温度が低下
して、広い範囲に亘る配合比でも実用温度で焼成できる
とともに、特性の安定化を図ることができ、生産効率お
よび特性向上が図れる。

【００２２】次に、他の実施例の負特性サーミスタを説
明する。

【００２３】まず、 １０重量％｛（６５mol%Ｍｇ（ＯＨ）₂ ＋３５mol%ＳｉＯ₂ ） ＋（７mol%ＢａＣＯ₃＋３mol%ＣａＣＯ₃ ）｝ ＋９０重量％｛（９２．５mol%ＳｎＯ₂ ＋２．５mol%Ｓｂ₂ Ｏ₃ ＋５mol%ＭｎＯ₂ ）｝の 配合比で調合し、上記実施例と同様な方法でサーミス
タ体を形成する。

【００２４】この形成されたサーミスタ体は、抵抗値が
７５７Ωであり、Ｂ定数が３３００Ｋである。

【００２５】次に、さらに他の実施例の負特性サーミス
タを説明する。

【００２６】まず、 ４０重量％｛（６５mol%Ｍｇ（ＯＨ）₂ ＋３５mol%ＳｉＯ₂ ） ＋（７mol%ＢａＣＯ₃＋３mol%ＣａＣＯ₃ ）｝ ＋６０重量％｛（９６．５mol%ＳｎＯ₂ ＋２．５mol%Ｓｂ₂ Ｏ₃ ＋１mol%ＭｎＯ₂ ）｝の 配合比で調合し、上記実施例と同様な方法でサーミス
タ体を形成する。

【００２７】この形成されたサーミスタ体は、抵抗値が
１２Ωであり、Ｂ定数が６００Ｋである。

【００２８】次に、さらに他の実施例の負特性サーミス
タを説明する。

【００２９】まず、 ４０重量％｛（６５mol%Ｍｇ（ＯＨ）₂ ＋３５mol%ＳｉＯ₂ ） ＋（７mol%ＢａＣＯ₃＋３mol%ＣａＣＯ₃ ）｝ ＋６０重量％｛（９２．５mol%ＳｎＯ₂ ＋２．５mol%Ｓｂ₂ Ｏ₃ ＋５mol%ＭｎＯ₂ ）｝の 配合比で調合し、上記実施例と同様な方法でサーミス
タ体を形成する。

【００３０】この形成されたサーミスタ体は、抵抗値が
５３２Ωであり、Ｂ定数が２２００Ｋである。

【００３１】次に、さらに他の実施例の負特性サーミス
タを説明する。

【００３２】まず、 ｘ重量％｛（６５mol%Ｍｇ（ＯＨ）₂ ＋３５mol%ＳｉＯ₂ ） ＋（７mol%ＢａＣＯ₃＋３mol%ＣａＣＯ₃ ）｝ ＋（１００−ｘ）重量％｛（９７．５−ｖ）mol%ＳｎＯ₂ ＋２．５mol%Ｓｂ₂ Ｏ₃ ＋ｖmol%ＭｎＯ₂ ）｝の 配合比の原料を、 １０≦ｘ≦４０ １≦ｖ≦５ の範囲でｘおよびｖを変化させ、上記各実施例と同様な
方法で負特性サーミスタを作製し、それぞれの比抵抗お
よびＢ定数を測定した。その結果を図１に示す。

【００３３】この図１に示す結果から、例えばｘを一定
にした場合、酸化錫（ＳｎＯ₂ ）を増大させることによ
り比抵抗値が減少し、酸化マンガン（ＭｎＯ₂ ）の配合
量ｖを増加させることによりＢ定数および比抵抗値を増
加できることがわかる。

【００３４】

【発明の効果】請求項１記載の負特性サーミスタ組成物
によれば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化珪素
（ＳｉＯ₂ ）を主成分とする絶縁材料と、酸化錫（Ｓｎ
Ｏ₂ ）、酸化アンチモン（Ｓｂ₂ Ｏ₃ ）、酸化マンガン
（ＭｎＯ₂ ）を主成分とするサーミスタ材料と、酸化カ
ルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）お
よび酸化バリウム（ＢａＯ）の少なくともいずれか一種
のアルカリ土類金属酸化物を主成分とする添加物とを、
０．１≦ｘ≦８５〔重量％〕、３０≦ｙ≦７５〔ｍｏｌ
％〕、８０≦ｚ≦９９．９〔ｍｏｌ％〕０．１≦ｗ≦１
９．９〔ｍｏｌ％〕で、かつ添加物が０．１ｍｏｌ％以
上２０ｍｏｌ％以下の範囲で、ｘ｛ｙ（ＭｇＯ）＋（１
００−ｙ）（ＳｉＯ ₂ ）＋添加物｝＋（１００−ｘ）
｛ｚ（ＳｎＯ ₂ ）＋ｗ（Ｓｂ ₂ Ｏ ₃ ）＋（１００−ｚ−
ｗ）（ＭｎＯ2 ）｝で配合するため、機械的強度に優
れ、熱膨張係数が４０×１０ ^-7 ／℃〜６０×１０ ^-7 ／℃
と小さく半田耐熱性に優れ、半田付け工程における亀裂
や欠け、割れなどの破断の発生を 抑制し、絶縁材料を
０．１重量％以上８５重量％以下、サーミスタ材料を１
５重量％以上９９．９重量％以下の広い範囲で配合する
ことにより、同一材料でも比抵抗値の範囲を１Ωｃｍ以
上１０⁶ Ωｃｍ以下程度の広い範囲に設定できるととも
に、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム
（ＳｒＯ）および酸化バリウム（ＢａＯ）の少なくとも
いずれか一種のアルカリ土類金属酸化物を主成分とする
添加物の添加により、焼成温度をより低下でき、広い範
囲に亘る配合比でも実用温度で焼成でき、特性の安定を
図ることができ、生産効率および特性向上を図ることが
できる。

【００３５】請求項２記載の負特性サーミスタによれ
ば、対向する一対の電極間に請求項１記載の負特性サー
ミスタ組成物を介在させるため、機械的強度および半田
耐熱性に優れ、同一材料でも比抵抗値が１Ωｃｍ以上１
０ ⁶ Ωｃｍ以下程度の広範囲に設定できるとともに、酸
化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（Ｓｒ
Ｏ）および酸化バリウム（ＢａＯ）の少なくともいずれ
か一種のアルカリ土類金属酸化物を主成分とする添加物
の添加により、焼成温度を低下でき、広い範囲に亘る配
合比でも実用温度で焼成でき、、生産効率および特性向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第５実施例における負特性サーミスタ
組成物の絶縁材料およびサーミスタ材料におけるＳｎＯ
₂ とＭｎＯ₂ との配合比を変化させた場合の比抵抗とＢ
定数との関係を示すグラフである。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化
   珪素（ＳｉＯ₂ ）を主成分とする絶縁材料と、酸化錫
   （ＳｎＯ₂ ）、酸化アンチモン（Ｓｂ₂ Ｏ₃ ）、酸化マ
   ンガン（ＭｎＯ₂ ）を主成分とするサーミスタ材料と、
   酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（Ｓｒ
   Ｏ）および酸化バリウム（ＢａＯ）の少なくともいずれ
   か一種のアルカリ土類金属酸化物を主成分とする添加物
   とを含有し、 配合比が、 ｘ｛ｙ（ＭｇＯ）＋（１００−ｙ）（ＳｉＯ₂ ）＋添加物｝ ＋（１００−ｘ）｛ｚ（ＳｎＯ₂ ）＋ｗ（Ｓｂ₂ Ｏ₃ ） ＋（１００−ｚ−ｗ）（ＭｎＯ₂ ）｝ ０．１≦ｘ≦８５ 〔重量％〕 ３０≦ｙ≦７５ 〔ｍｏｌ％〕 ８０≦ｚ≦９９．９〔ｍｏｌ％〕 ０．１≦ｗ≦１９．９〔ｍｏｌ％〕で、 かつ 添加物が０．１ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下であ
   る ことを特徴とした負特性サーミスタ組成物。
2. 【請求項２】 請求項１記載の負特性サーミスタ組成物
   と、 この負特性サーミスタ組成物の介在して対向する一対の
   電極と を具備したことを特徴とする負特性サーミスタ。