JPS6038802B2 - 電気抵抗器およびその製造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気抵抗器およびその製法に関する。

使用されるようになった種類の抵抗材料はガラス質エナ
メル抵抗材料でありそれは導電性物質の粒子とガラスフ
リットとの混合物から成る。

抵抗器の形成のために、ガラス質エナメル抵抗材料が基
板に適用されそして焼成てガラスフリットを融解する。
冷却したときに抵抗器はガラス全体に分散した導電性粒
子を有するガラスの層である。初期においては導電・性
粒子は金、白金、銀などのような高価な貴金属粒子であ
り、このような貴金属の混合物及び合金も含まれる、良
好な電気特性を有する抵抗器が提供された。抵抗材料の
コスト低下させるため、ガラス質エナメル抵抗材料が開
発され、それには貴金属でない金属が導電性粒子として
使用される。例えば、米国特許第３３９４０８７号明細
書には導電性粒子として窒化タンタルタンタルとの使用
が開示され、また米国特許第３１８０８４１号明細書に
は導電性粒子して炭化タングステン及びタングステンの
使用が開示されている。ガラス質エナメル抵抗器に電気
的接続をするために、抵抗器の両端で基板に適用される
導電性子を抵抗器に取付けることが望ましい。

このような端子は高度に導軍性でありそしてイｂ学的に
もまた端子及び抵抗材料の適用方法にいても互に相容れ
る物で無ければならない。良好な端子は高価な貴金属を
含有する材料を用いて達成された。

しかしながら、これらの材料は高価である。鋼及びニッ
ケルを基にした入手できる端子材料があるが、しかしな
がらこれらの端子は窒化タンタルとタンタルを導電性材
料として含有するようなガラス質エナメル抵抗材料と十
分に相容れないことが見出された。従って、高価でなく
「前記の所望の特性をすべて有しまた窒化タンタルとタ
ンタルを含むガラス質エナメル抵抗材料並びに他のガラ
ス質エナメル抵抗材料と相客れる端子材料が提供される
ことが望ましい。従って本発明の目的は抵抗器のよな電
気部品に対する新規な端子材料を提供することである。

本発明の他の目的は新規なガラス費エナメル端子及びそ
の製法を提供することである。本発明のなお別の目的は
比較的費用がかからないように高価な貴金属を含有しな
いガラス質エナメル端子材料を提供することである。

本発明に他の目的は導電性物質とて拳化タンタルタンタ
ル又は炭化タングステンとタングステンを含有するよう
なガラス質エナメル抵抗材料を相客れるガラス質エナメ
ル端子材料及びその製法を提供することである。

本発明のさらに他の目的はニッケルと鉄との合金及びガ
ラスフリットの粒子の混合物が含まれる電気部品の端子
及びその製法を提供することである。

他の目的は以下の記載から明らかになろう。

従って本発明には以下に記載する組成物に例示される分
の特性、性質及び関係を有する組成物及びそれを用いて
形成される製品が含まれそして本発明の範囲は特許請求
の範囲に示される。本発明の性質及び目的が一層良く理
解されるため添附図面に関連して以下に詳しく記載する
。

図１は本発明の端子を有する電気抵抗器の平面図であり
、また図２は図１の２−２線に沿った断面図である。一
般に、本発明で用いる導電性子材料はガラス質のガラス
フリットとニッケル鉄との合金の微細粒子との混合物か
ら成る。

ニッケル及び鉄の元素粒子もまた使用できる。合金粒子
は混合物中に４５〜７２容量％の量存在する。しかしな
がら、合金粒子３容量％が好ましく、それはガラス質エ
ナメル抵抗材料と最も融合的な最高の導電性を有する端
子が提供されるからである。合金粒子中のニッケル及び
鉄の量はニッケル３６〜５の重量％で鉄私〜５０重量％
である。しかしながら、ニッケル４０〜４５重量％で鉄
６０〜５５重量％最良の電気特性を与えるので好まし、
。本発明で用いる端子材料に使用されるガラスフリット
はニッケルと鉄との合金の融解温度以下の融解温度を有
する良く知られた組成物で良い。

最も好ましく使用されるガラスフリツトはビスマス、カ
ドミウム、バリウム、カルシウム又は他のアルカリ士類
のホウケイ酸塩フリツトのようなホウケィ酸塩フリット
である。そのようなガラスフリツトの製造は良く知られ
そして、例えばガラスの成分を分の酸化物の形で一緒に
融解してこのような融解組成物を水中に注加してフリツ
トを形成させることから成る。バッチ成分は、もちろん
、フリット製造の通常の条件の下で所望の酸化物を生す
る化合物で良い。例えば、酸化ホウ素はホゥ酸から得ら
れ、二酸化ケイ素はフリントから生成され、酸化バリウ
ムは炭酸バリウムから生成されるなどであろう。粗大な
フリツトを好ましくはボールミル中で水ともに粉砕する
とフリツトの粒径が低下しそして実質的に均一な大きさ
のフリットが得られる。ニッケル鉄との合金は金属が所
望割合の商業的に入手できるニッケルと鉄の合金のいか
なるのでも良い。その合金はまたニッケルと鉄の粒子を
一緒に混合し混合物を約１４００℃で焼成することによ
り形成しても良い。ニッケル及び鉄の元素粒子が用いら
れるときは、それらの合金化は端子材料及び（又は）抵
抗材料を焼成する間に達成される。本発明で用いる端子
材料を製造するためガラスフリットと合金（又はその元
素粒子）の−３２５メッシュ粒子を、所望割合において
、ブチルカルビトールアセテートのような有機煤質中で
ボールミルによるように十分に混合する。フィッシャー
超分粒機で測定して摩砕バッチの好ましい粒度は０．９
〜１．１である。肇砕たバッチを次いでボールミルから
流出しそして混合物を１００〜１１ぴ０の温度で８〜１
幼時間乾燥し残留有機媒質を除く。ガラスフリットと合
金粒子の混合物を次いで端子材料が適用される好ましい
方法に適するビヒクルと混合する。例えば、その混合物
をスクリーン印刷により端子材料を適用するにはロイシ
ュ（Ｒｅｕｓｃ−ｈｅ）スキージー煤質と混合するとが
できる。電気抵抗器のような気部品の端子を作るため、
端子材料は基板の表面に適用される。

基板は端子材料の焼成温度並びに抵抗材料を適用するた
めに必要な温度及び条件に耐えるいかなる材料の物体で
あっても良い。基板は一般にガラス、磁石、磯石、チタ
ン酸バリウム、アルミナなどのようなセラミック材料の
物体である。端子材料ははけ塗り、ひたしかけ、吹き付
け又はスクリーンステンシル適用により基板上に適用し
ても良い。次いで端子材料を１５０℃で５〜１５分間加
熱によるように乾燥して液体ビヒクルを除く。所望なら
ば、基板上の端子材料は次いで非酸化性又は窒素の雰囲
気下に約５０ｑｏまで約半時間加熱し材料中の有機結合
剤を除くことができる。次いで端子材料を従来の炉中で
ガラスフリットが融解する温度まで焼成する。端子材料
は好ましくは窒素のような不活性雰囲気中で焼成される
。焼成温度は用いたガラスフリツトの融解温度に左右さ
れるけれどもホウケィ酸ガラスフリツトには、様子材料
８５０〜１２００℃の温度で半時間〜１時間の間焼成し
ても良い。基板と端子材料が冷却されるとと、ガラス全
体に埋込まれ分散されたニッケルと鉄との合金との粒子
を有するガラス層である終端が得られる。本発明で用い
る終端材料は多くの電気部品を端子として使用できるけ
れども、それは抵抗材料がガラス層体に埋込まれ分散さ
れた導電性粒子を有するガラス層であるガラス質エナメ
ル抵抗器の端子に特に有用である。

より詳しくは、本発明で用いる端子材料は導電性粒子が
窒化タンタルとタンタル又は炭化タングステンとタング
ステンの混合物であるガラス質エナメル抵抗器の端子に
最も有用である。抵抗材料は端子の前でも後でも基板に
適用して良い。図面について説明すると、抵抗器は総体
的に１０として示されそれにはセラミック材料の平らな
基板１２が含まれる。

基板１２の表面上に本発明で用いる端子材料の２個の間
隔をあげた端子１４がある。各端子１４にはガラス中に
埋込まれたニッケルと鉄との合金の粒子１８を有するガ
ラス層１６が包含される。基板１２の表面上各端子１４
の間は抵抗材料層２０である。抵抗材料層２川まそれと
接触するように各端子１４の上になっている。抵抗材料
の層２０が端子１４の上に張出しているように示されて
いるけれども、端子１４が抵抗材料層２０の両端の上に
延びることができる。次例は本発明の好ましい具体例に
いて例示するために示されているが、本発明をそれに限
定するものとは決して解すべきではない。例１ 本発明で用いる端子材料は３錠重量％のニッケルと６９
重量％の鉄との合金の粒子６３容量％ガラスフリット３
７容量％とを混合するとにより製造された。

ガラスフリットは重量で２％の酸化カルシウム（Ｃａｏ
）、１０％の酸化マグネシウム（Ｍ奴）、２９％の酸化
ホウ素（Ｂ２０３）、１４％の酸化アルミニウム（ＡＩ
２０３）及び４％の二酸化ケイ素（Ｓｉ０２）の組成で
あった。その混合物をブチルカルビトールアセテートと
ともに７０〜１０凪時間ボールミル中で十分に混合した
。次いでその混合物を１００〜１１０００の温度で８〜
１劉時間乾燥した。乾燥混合物を次いでブチルカルビト
ールアセテート１／２とロイシユスクリーニングビヒク
ル１／２との混合物であるビヒクルと３本ロールミル上
で混合した。次いで端子材料を絹スクリーン印刷により
図１に示す型のような構造でアルミナの平らな基板に適
用し約０．０９インチ離した端子多数形成した。

端子材料を次いで１５０ｑＣで約１０分間乾燥した。塗
被した基板を次いで窒素雰囲気を有する１１５０ｑｏの
コンベヤー炉中で１時間のサクルの間焼成した。端子１
４を付けた基板を室温まで冷却した後、ガラス抵抗材料
のフィルムを端子間の基板上に塗被し抵抗フィルムの活
性範囲は約０．００６平方インチである。抵抗材料は端
子材料中に用いたと同じガラスフリットと窒化タンタル
とタンタルの粉末との混合物であった。抵抗フィルムを
乾燥し次いで窒素雰気を有する１１００〜１２００００
、好ましくは約１１５０ｏｏ、の温度のコンベヤー炉中
で半時間のサイクルの詰焼成した。そのようにして作っ
た抵抗器が冷却した後、それに含水量試験、短期過負荷
（ＳＴＯＬ）試験及び温度サイクル試験を含む種々の試
験を行なった。

これらの試験は軍事仕様ＭＬ−Ｒ−８３４０１Ｂ中に記
載されている標準試験である。含水量試験は高い湿度及
び加熱条件の劣化効果に対する部品の抵抗性の決定に役
立つ。

この試験のため、抵抗器は高湿度中で温度サイクルを適
用される。各抵抗器の抵抗は試験の前後に測定して抵抗
における変化が測定されまた抵抗器の外観を検査して機
械的損傷を見る。短期過負荷試験は抵抗フィルムと端子
との安定性を試験する。

この試験のために、抵抗器に定格連続使用電圧の約２．
５倍の電圧を約５秒間かける。各抵抗器の抵抗を試験の
前後で測定して抵抗における変化を決定し、また抵抗器
は物理的損傷を受けたかどうか視覚的に調査する。温度
サイクル試験（また熱衝撃試験として知られている）は
部品及びその要素の極端な高温及び低温暴露及びこの極
端の交互暴露の衝撃に対する抵抗を試験する。

その試験には抵抗器を初めに度を約一５５ｏｏまで下げ
、次いで温度をあげて２５０Ｃまで戻し、次いで温度を
約８５ｏＣまであげ次いで温度を下げて２５ｏｏまで戻
すことが包含される各サイクルで、抵器を各温度に特定
時間の間保持して温度変化の多数のサイクルを受けさせ
ることが含まれる。各抵抗器の抵抗を試験前後に測定し
抵抗における変化を決定する。これらの抵抗器に対する
試験結果は表１に示される。

表１ 例０ 端子材料をタンタルと鉄との合金粒子がニッケル４の重
量％及び鉄６の重量％を含むことが除き、例１に記載た
と同様の方法で作った。

端子材料を例１に記載したと同様の方法で基板に適用し
また抵抗材料のフィルムを例１に記載したように各基板
に適用した。これらの抵抗器に対する試験結果は表０‘
こ示される。表○ 例ｍ 端子材料をニッケルと鉄との合金の粒子が４５重量％の
ニッケル及び５５重量％の鉄を含むことを除き、例１に
記載たと同様の方法で作った。

端子材料を例１に記載したと同様の方法で基板に適用し
また抵抗材料フィルムを例１に記載したように各基板に
通用た。これらの抵抗器の試験結果は表ｍに示される。
例Ｎ 端子材料を、ニッケルと鉄との合金の粒子が５０重量％
のニッケルと５の重量％の鉄とを含むことを除き、例１
に記載したと同様の方法で作った。

端子材料を例１に記載したと同様の方法で基板に適用し
また抵抗材料フィルムを例１に戦したように各基板に適
用した。これらの抵抗器に対する試験結果は表Ｗに示さ
れる。表Ｗ 例Ｖ 端子材料を、ニッケル鉄との合金の粒子が４の重量％の
ニッケルと６の重量％の鉄含むことを除き例１に記載し
たと同様の方法で作った。

端子材料を例１に記載したと同様の方法で基板に適用し
た。抵抗材料フィルムは、抵抗材料が導電性粒子とて炭
化タングステンとタングステンの混合物を含み、またコ
ンベヤー炉中で９５０℃で窒素雰囲気中で１′幼時間の
サイクルの間焼成したことを除き、例１に記載した方法
で各基板に適用した。これらの抵抗器に対する試験結果
は表Ｖに示される。表Ｖ例の 端子材料を、ニッケルと鉄との合金の粒子が５０重量％
のニッケルと５の重量％の鉄を含むことを除き例１に記
載したと同様の方法で作った。

様子材料を例１に記載したと同様の方法で基板に適用し
た。抵抗材料のフィルムを例肌に記載した方法で各基板
に適用した。れらの抵抗器に対する試験結果は表のに示
される。上記の例は方形物当り０．２オーム又はそれ以
下程度のシート抵抗を与えた。

端子材料を、元素ニッケルと元素鉄の粒子を４０％ニッ
ケル６０％鉄の重量割合で用いたことを除き例Ｖのよう
に作ったとき、シート抵抗また方形物当り０．２オーム
又はそれ以下程度であることが見出された。元素のニッ
ケル及び鉄粒子を用いた端子材料と炭化タングステンと
タングステン抵抗材料との間の接合抵抗はニッケル−鉄
合金粒子を用いて作った端子によって得られた接合抵抗
に等しかった。端子材料は次例に例示されるように抵抗
材料を基板に適用する前でもでも基板に適用して良い。

例肌端子材料を、ニッケルと鉄との合金の粒子がニッケ
ル０重量％及び鉄５の重量％を含むことを除き例１に記
載したと同機の方法で作った。

抵抗材料のフィルムを例１に敦した方法で初めに各基板
に適用して焼成し、その型は図１に示されている。次い
で端子材料を例１に記載したと同様の方法で基板に適用
し、ただ端子は抵抗層の上に延長する部分がある事以外
は図１に示すような端子の対を作った。第１バッチの端
子は窒素雰囲気を有するコンベヤー炉中で１時間サイク
ルの間８５ぴ０焼成した。材料を例１の型に適用した第
２バッチの端子は１０５０℃で焼成した。端子を付けた
抵抗体をヒートソーク又は高温暴露試験により試験した
。ヒートソーク試験は長時間の間高温に置かれた抵抗体
の影響を測定するためである。この試験には抵抗器を何
等の電気負荷を与えないで１５０ｑｏの室中に入れそし
て長時間この高温度に保持する。抵抗器の抵抗値を試験
の前及び試験中設定間隔で測定し抵抗における変化を測
定する。抵抗器が１５０ｏｏの温度を１００凪時間受け
た後、第１及び第２バッチの抵抗器はどちらも０．１１
％の抵抗の平均変化を有し、端子の高度の安定性を示し
た。

本発明はその精神又は実質的特質から逸脱しないで他の
特定形態に実施しても良く、従って発明の範囲を示すも
のとしては前記の詳細な説明よりも、特許請求の範囲を
参照すべきである。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明の端子を有する電気抵抗器の平面図、図２
は図１の２一２線に沿った断面図である。 １０・・・・・・抵抗器、１２・・・・・・基板、４・
・・・・’端子、１６・・・・・・ガラス層、１８・・
・・・・導電性金属（合金）粒子、２０・・・・・・抵
抗材料層。 （ンＧ／ 打スＧ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板と、該基板上に形成された抵抗材料のフイルム
   と、該抵抗材料フイルムと直接接触する端子とからなる
   電気抵抗器において、前記抵抗材料が、タンタル、窒化
   タンタル、タングステン、および炭化タングステンから
   なる群から選ばれる導電性粒子を分散させたガラス層か
   らなり、前記端子が、ニツケルと鉄との合金の粒子を分
   散させたガラス層からなることを特徴とする、電気抵抗
   器。 ２ 前端子が合金粒子を４５〜７２％容量％含有する、
   特許請求の範囲第１項記載の電気抵抗器。 ３ 前記子が合金粒子を６３容量％含有する、特許請求
   の範囲第１項記載の電気抵抗器。 ４ 合金がニツケルを３６〜５０重量％含有する、特許
   請求の範囲第３項記載の電気抵抗器。 ５ 合金がニツケル４０〜４５重量％含有する、特許請
   求の範囲第４項記載の電気抵抗器。 ６ 抵抗材料の導電性粒子が窒化タンタルとタンタルと
   の混合物である、特許請求の範囲第１項記載の電気抵抗
   器。 ７ 抵抗材料の導電性粒子が炭化タングステンとタング
   ステンとの混合物である、特許請求の範囲第１項記載の
   電気抵抗器。 ８ 下記段階（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）および（
   ｅ）が包含される電気抵抗器の製法。 （ａ） ガラスフリツト及びニツケルと鉄との微細導電
   性粒子を含むガラス質エナメル端子組成物を製造し、次
   に（ｂ） 前記組成物の層を絶縁基板上に塗布し、次に
   （ｃ） 前記の塗布した基板を非酸化性雰囲気中で、粘
   着性のガラス質複合体を形成するに十分なだけ焼成し、
   次に（ｄ） 前記の組成物を塗布した基板を冷却して、
   導電性粒子が中に分散されたガラスマトリツクスを有す
   る端子を基板上に形成し、（ｅ） 前記基板上に、タン
   タル、窒化タンタル、タングステンおよび炭化タングス
   テンからなる群から選ばれる導電性粒子が分散されたガ
   ラス層からなるガラス質エナメル抵抗体を、前記端子と
   直接接触するように形成する。 ９ 端子組成物が窒素中において８５０〜１２００℃の
   温度で焼成される、特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０ 端子混合物の金属粒子がニツケルと鉄との合金で
   ある、特許請求の範囲第８項記載の方法。１１ 端子組
   成物が合金粒子４５〜７２容量％を含有する、特許請求
   の範囲第１０項記載の方法。 １２ 端子組成物が合金粒子６３容量％を含有する、特
   許請求の範囲第１１項記載の方法。 １３ 端子組成物の合金子がニツケル３６〜５０重量％
   を含有する、特許請求の範囲第１１項記載の方法。 １４ 端子組成物の合金粒子がニツケル４０〜４５重量
   ％を含有する、特許請求の範囲第１３項記載の方法。 １５ 抵抗体の導電性粒子が窒化タンタルとタンタルと
   の混合物である、特許請求の範囲第８項記載の方法。 １６ 抵抗体の導電性粒子が炭化タングステンとタング
   ステンの混合物である特許請求の範囲第８項記載の方法
   。 １７ 基板上に端子層を適用した焼成た後、ガラス質エ
   ナメル抵抗体が基板上に形成される、特許請求の範囲第
   ８項記載の方法。 １８ 端子層を抵抗体と接触するように基板上に適用し
   焼成する前に、抵抗層を基板上に適用し焼成するとによ
   りガラス層エナメル抵抗体を形成する、特許請求の範囲
   第８項記載の方法。