電気抵抗材料
【課題】ガラスやセラミックスなどマトリックス材料と金属粒子とを混合して焼結させた電気抵抗材料について、抵抗温度係数を制御する。
【解決手段】金属材料として、抵抗温度係数が異なる二種類以上の金属材料の粒子を混合して用い、その混合した金属材料とマトリックス材料とを、それら金属材料を化合や発熱反応をさせない温度で焼結させる。
【解決手段】金属材料として、抵抗温度係数が異なる二種類以上の金属材料の粒子を混合して用い、その混合した金属材料とマトリックス材料とを、それら金属材料を化合や発熱反応をさせない温度で焼結させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、抵抗温度係数が制御可能な電気抵抗材料、及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗器の抵抗体に用いる電気抵抗材料としては、従来、Ｎｉ−Ｃｒ合金などの体積抵抗率が比較的高い合金が用いられていた。しかし、合金ではどうしても体積抵抗率の上昇に限界があり、高い電気抵抗値の抵抗体を製造するには、細く長く曲線部の多い複雑な形状を少ない容積内で実現させる必要があり、製作時精度が要求されるという問題点があった。また、それらの合金は固有の、温度に対する体積抵抗率の変化度、すなわち抵抗温度係数を有しており、これは形状を変化させても制御できなかった。
【０００３】
これに対して、ガラス又はセラミックス等をマトリックス材料とし、これに金属粒子を混合させて焼結させた複合材料からなる抵抗発熱体が特許文献１で提案されている。これは、マトリックス材料の体積率を上げることで、金属よりも十分に高い体積抵抗率を達成できるので、複雑な形状にしなくてもよく、単純で剛性のある形状の抵抗体が製造できるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２６００３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この複合材料でも、抵抗温度係数については従来何も検討されておらず、用途に応じた抵抗温度係数に制御することができないという問題があった。
【０００６】
そこでこの発明は、ガラスやセラミックスなどのマトリックス材料と金属粒子とを混合して焼結させた電気抵抗材料について、抵抗温度係数を自由に制御して用途に適した電気抵抗材料として使用可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、金属材料として、抵抗温度係数が異なる二種類以上の金属材料の粒子を混合して用い、その混合した金属材料とマトリックス材料とを焼結させることで、上記の課題を解決したのである。
【０００８】
発明者は、上記複合材料の抵抗温度係数は、マトリックス材料と金属粒子との比率を変えても自由な制御ができず、マトリックス材料の種類によっても制御できず、金属材料の種類に依存し、その金属材料が単独で示す抵抗温度係数の挙動に類似することを見出した。その上で、抵抗温度係数の異なる複数の金属材料を、その性質を維持したまま焼結させれば、それらの金属材料の含有比に応じて、それらの金属材料を単独で使用した場合の抵抗温度係数の間で、係数を制御できることを見出した。具体的には、それぞれの金属材料の抵抗温度係数と、それぞれの金属材料の体積率の積の和が、得られる複合材料の抵抗温度係数に近い値となる。具体的には、抵抗温度係数の低いニクロムと、抵抗温度係数の高いステンレス鋼とを組み合わせ、電気抵抗材料として求める条件の範囲でニクロムを使用し、残りをステンレス鋼とすることで、電気抵抗材料全体の体積抵抗率を下げ、必要な範囲で抵抗温度係数も下げつつ、使用するレアメタルの量を削減することができる。
【０００９】
ここで、焼結するとは、粉末系を融点以下又は液層の存在する温度で加熱し、構成粒子間に結合を起こさせ、一定形状の焼結体を得ることをいう。具体的には、用いる金属材料同士が溶け合って別種の合金を再構成したりすることがなく、成分の九割以上が酸素等の物質と反応したりすることがなく、個々の金属粒子が元の性質を維持したまま、マトリックス材料に付着して結合した状態になるとよい。
【００１０】
マトリックス材料とは、ガラスやセラミックス等からなるベース材料であり、絶縁体に分類される材料であることが必要である。
【００１１】
一方、金属材料の粒子は、単金属でも合金でもよいが、体積抵抗率の大きさから、合金を用いると好ましい場合が多い。このマトリックス材料と金属材料との体積比は、９０：１０〜４０：６０であるとよい。マトリックス材料が多すぎると体積抵抗率が絶縁体に近づいてしまい電気抵抗材料としては不適になってしまう一方で、金属材料が多すぎると体積抵抗率の向上効果が十分ではなく、抵抗体の形状を複雑にしなければならなくなってしまう。
【発明の効果】
【００１２】
この発明により、電気抵抗材料の抵抗温度係数を必要な範囲で制御できる。これにより、材料調達がしにくいレアメタルの使用量を最小限にしつつ、必要な体積抵抗率と抵抗温度係数を満足した材料を得ることができる。また、金属材料を三種以上併用することにより、抵抗温度係数が温度に対してほぼ一定で、体積抵抗率が温度に対して限りなく直線に近い一次関数的な上昇をし、なおかつ抵抗温度係数の値が小さい理想的な材料を調製することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＳＵＳ４１０Ｌとニクロム１種との配合比を変化させた際の抵抗温度係数の値の変化を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の具体的な実施形態について説明する。
この発明にかかる電気抵抗材料は、ベース材料であるマトリックス材料の粒子と、それと複合する複合相を形成する、抵抗温度係数の異なる二種類以上の金属材料の粒子とを混合して焼結した複合材料である。
【００１５】
ここで抵抗温度係数αとは、常温時に比べてそれぞれの温度において、電気抵抗値Ｒがどの程度変化するかを示す、次元（１／Ｋ）の係数である。具体的には下記の式（１）で表される。Ｒ０は常温θ０での電気抵抗値であり、Ｒは温度θでの電気抵抗値である。
【００１６】
Ｒ＝Ｒ０｛１＋α（θ−θ０）｝……（１）
【００１７】
上記マトリックス材料は主に酸化物からなり、導電性ではない材料である。このマトリックス材料との混合により、電気抵抗材料の体積抵抗率を向上させることができる。具体的なマトリックス材料の形態としては、ガラスやセラミックス、及び加熱によりセラミックスとなりうる酸化物が挙げられる。具体的な組成としては、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎ、Ｆ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｂａのうち、一種又は複数種の元素の酸化物からなる特定酸化物を５０質量％以上含むものであるとよい。ＳｉＯ２と上記の元素のうち金属元素の酸化物の合計含有量がマトリックス材料全体のうち５０質量％以上であるものが、マトリックス材料の強度、安定性等の点からより好ましいものとして利用しやすい。
【００１８】
ガラスとしては、主にＳｉＯ２を含むガラスが挙げられるが、それに制限されることなく、ガラス状態をとりうる上記特定酸化物の混合物または複合物で、溶融後に結晶化せずに固化したものであれば利用可能である。具体的には、結晶化ガラス、汎用ガラスなどの酸化物系ガラスが挙げられる。結晶化ガラスとしては、例えば、ＬＡＳ Ｉガラス（Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＭｇＯ系）、ＬＡＳ ＩＩガラス及びＬＡＳ ＩＩＩガラス（Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ｎｂ２Ｏ５系）、ＭＡＳガラス（ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）、ＢＭＡＳガラス（ＢａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）、Ｔｅｒｎａｒｙ ｍｕｌｌｉｔｅ（ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）、Ｈｅｘａｃｅｌｓｉａｎ（ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）や、Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２系ガラス、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２系ガラス、ＣａＯ−Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、ＭｇＯ−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−Ｋ２Ｏ−Ｆ系ガラス等が挙げられる。汎用ガラスとしては、例えば、ケイ酸ガラス（ＳｉＯ２系）、ソーダ石灰ガラス（Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系）、カリ石灰ガラス（Ｋ２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系）、ホウケイ酸ガラス（Ｎａ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）、アルミノケイ酸ガラス（Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系）、バリウムガラス（ＢａＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系）等が挙げられる。この他、低融点ガラスとして、ほう酸塩ガラス（Ｂ２Ｏ３系、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系、Ｎａ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系等）、りん酸塩ガラス（Ｎａ２Ｏ−Ｐ２Ｏ５系、Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５系等）やＡｌ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ−Ｋ２Ｏ−Ｐ２Ｏ５系等が挙げられ利用可能である。さらに、Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、オキシナイトライドガラス（Ｌａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｃａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｙ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｎａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｎａ−Ｌａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｌｉ−Ｋ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系）やＴｉＯ２−ＳｉＯ２系、Ｃｕ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系等が挙げられる。また、特定酸化物以外に含有されうる非酸化物系ガラスとしては、ふっ化物系ガラスやカルコゲン系ガラスが挙げられる。また、これらの成分を主成分とし、その他の微量成分を含んだものであってもよい。例えば、回収された廃ガラスに５質量％以下程度の不純物が含まれていたとしても粉砕して利用可能である。
【００１９】
一方、ガラス以外の材料としては、セラミックス及びセラミックスの材料となりうる金属酸化物が挙げられる。本発明においてセラミックスとは、上記特定酸化物からなり、一旦焼結加工された素材を示す。具体的には、上記特定酸化物の中でも、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、並びにＴｉの酸化物の合計量がマトリックス材料のうちの５０質量％以上を占めていると、最終的に得られる電気抵抗材料の強度及び安定性の点から好ましい。シリカ以外の成分としては、一旦焼結したアルミナ、ジルコニア、マグネシアなどのセラミックスであったり、焼結してセラミックスの材料となりうる酸化物でもよい。具体的なこれらの酸化物としては、ＳｉＯ２以外にＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ムライト、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３／Ｙ２Ｏ３その他の酸化物を含んでいてもよい。
また、これら以外に微量成分として種々の酸化物やその他の成分を含んでいてもよい。シリカや、アルミナ、ジルコニア、マグネシアなどの金属酸化物は、それぞれを単独で用いてもよいし、粉体混合物として用いてもよい。また、一旦焼結又は焼成したセラミックスを用いる場合、具体的な成分としては陶磁器や瓦、碍子などを用いることができる。また、一旦製品を経由しなくても、この複合材料として利用するために焼成、焼結した材料でもよい。
【００２０】
また、上記マトリックス材料としてはこれらのガラスと、セラミックス、又はセラミックスの材料となる酸化物の粒子粉体を混合した材料を用いることもできる。
【００２１】
これらのマトリックス材料の粒子を、後述する金属材料の粒子とともに焼結に用いる。これらのマトリックス材料に用いる粒子がガラスの場合は、焼結前の材料粒子は平均粒径にそれほど制限がなく５０μｍ以下であれば好ましい。焼結の際の加熱でガラスは軟化するため、ある程度細かくなっていれば上記金属材料と十分に複合することが出来る。一方、マトリックス材料に用いる粒子が上記ガラス以外の酸化物の場合は、その平均粒径が５μｍ以下であるとよく、１μｍ以下であると好ましい。上記の酸化物から複合材料を得る焼結時に大きすぎると、焼結が不十分になり上記金属粒子の表面に十分に付着しなくなってしまい、複合材料としての一体化が不十分なものとなるおそれがある。
【００２２】
次に、複合相となる上記金属材料の粒子を構成する金属としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ及びそれらの合金が挙げられる。この中でも特に、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｎｂ等が利用しやすい。合金としては例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４１０等のステンレス鋼、Ｎｉ−Ｃｒからなるニクロム合金、Ｆｅ−Ｎｉからなるパーマロイ、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、及び超耐熱合金などが挙げられる。ただし、後述する焼結の際に溶融しない程度に融点が高い金属または合金を選択する必要がある。
【００２３】
上記複合材料の焼結に用いるには、これらの金属からなる金属材料の粒子が、扁平状で
あると好ましい。扁平状であると電気抵抗材料として利用できる配合比の範囲が広くなり、配合比による体積抵抗率と抵抗温度係数の制御精度を上げることができる。さらに、扁平状の金属粒子を複合化することにより複合材料の強度や破壊靭性値が向上し、信頼性の高い電気抵抗材料を製造できる。一般に体積抵抗率と抵抗温度係数が比較的小さい金属抵抗材料にはレアメタルが多くを用いられており、金属材料を扁平にして用いることで、その使用量を節約することができる。
【００２４】
ここで扁平状であるとは球形ではなく平たい板状であることをいう。完全な平面を有している必要はないが、少なくとも一つの平面に沿って延びるような形状であることが望ましい。その仮想的な平面である扁平面は円形、楕円形、矩形等、及びそれらに類似したいびつな形状であってもよい。具体的には、扁平面の最小径ｄ、厚さｔについて、ｄ／ｔ≧３が成立することが好ましい。ｄ／ｔ＜３であると、焼結時に上記金属粒子とマトリックス材料との界面でクラックが進行しやすくなり、複合相が十分に変形できずに材料を十分に一体化できなくなるおそれがある。一方、上限は特に存在しない。ｄ／ｔの値が高い、すなわち扁平率が高いほど、上記金属粒子による複合材料の強度強化効果と、添加量による体積抵抗率の低下効率が高いためである。
【００２５】
ただし、使用する全ての金属材料の粒子が上記の条件を満たすように加工することは困難であり、上記の扁平状の条件ｄ／ｔ≧３を、粒子全体の平均値が満たしていることが好ましく、条件を満たす粒子が多い方がより好ましい。
【００２６】
また、上記金属材料の粒子の最小径ｄの平均は、１μｍ以上であると好ましく、３μｍ以上であるとより好ましい。１μｍ未満では小さすぎて実際には上記の扁平状の条件を満たすものに加工することが難しくなってしまう。一方、２００μｍ以下であると好ましく、１００μｍ以下であるとより好ましい。
【００２７】
上記金属材料の粒子を扁平状に加工する際の方法としては、湿式ボールミル装置などの混合装置で、球形その他の形状である金属粒子を変形させる方法が挙げられる。加工時間が長いほど金属粒子はより扁平状になっていく。金属の種類及び回転速度にもよるが、例えば１００ｒｐｍの場合、少なくとも１０分以上は加工することが望ましく、５０時間以上の加工が扁平化の点から望ましい。ただし、過剰に加工を続けると、金属粒子自体が破壊されてさらに細かくなってしまい、扁平状ではなくなるおそれがあるため、完全に破壊されない範囲の時間に留める必要がある。
【００２８】
この発明で用いる金属材料の粒子は、抵抗温度係数が異なる二種類以上の上記の金属の粒子が混合したものである必要がある。ここで混合とは、個々の金属元素又は合金の粒子が、それぞれの性質を維持したまま混合していることをいい、それらが一旦溶融して別種の合金を形成した場合は含まない。ただし、マトリックス材料と合わせてから焼結工程の開始までに混合するものでもよい。
【００２９】
混合する粒子同士の配合比は、得ようとする電気抵抗材料の抵抗温度係数が高い場合は、抵抗温度係数が高い金属粒子の比率を増加させ、逆の場合は抵抗温度係数が低い金属粒子の比率を向上させる。なおかつ、用途を満足する範囲で、使用する材料に含まれるレアメタルの量を削減することによって、電気抵抗材料の供給を安定化させる。抵抗温度係数が比較的高い（α≧１．０×１０−３）金属としては、アルミニウム、ビスマス、クロム、銅、鉄、マグネシウム、モリブデン、ニッケル、タングステン、鉛等、ほとんどの金属の単体の他に、黄銅、アルメル、オーステナイト系ステンレス鋼といった合金などが挙げられる。例えば、ＳＵＳ４１０の抵抗温度係数は１．５×１０−３程度であり、黄銅は１．４×１０−３〜２．０×１０−３、銅は４．４×１０−３、鉄は１．５×１０−３〜８．５×１０−３程度となる。一方、抵抗温度係数が低い（α≦２．０×１０−４）金属としては、各種ニクロムなどのＮｉ−Ｃｒ合金や、耐熱ステンレス材料であるＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｂ−Ｍｏ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、などが挙げられる。例えば、ニクロム一種の抵抗温度係数は５×１０−５〜５×１０−６程度、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｂ−Ｍｏ合金は１．３×１０−４程度である。
【００３０】
これらの中でも、一般に、抵抗温度係数が低い金属の多くはレアメタルを必要とするものが多く、レアメタルを含まない金属は一般に抵抗温度係数が高いものが多い傾向にある。このため、この発明にかかる電気抵抗材料で抵抗温度係数を制御するにあたって、出来るだけレアメタルの使用量を抑制しつつ抵抗温度係数を下げるには、抵抗温度係数が低いもののレアメタル使用量が高い材質を必要な範囲で含むようにする。一方で、抵抗温度係数を向上させたい場合には、強度が維持できる範囲で特に抵抗温度係数が高い金属を採用し、強度を補強するための補助的な要素として、比較的抵抗温度係数の低い金属を採用するとよい。
【００３１】
さらに、三種類以上の金属を混合することにより、抵抗温度係数を温度に拘わらず一定とし、体積抵抗率の増加を一定にした理想的な挙動を示す材料を得ることができ、精密制御も可能となる。すなわち、それぞれの金属材料が互いに、その配合比に応じて、温度に対する個々の金属材料固有の抵抗温度係数の変化量を相殺する。金属材料全体としては抵抗温度係数を温度に拘わらずほぼ一定にすることができるように、個々の金属材料を選択して、配合比を決定する。
【００３２】
これらの金属粒子の混合により制御する、最終的な抵抗温度係数は、下記式（２）、（３）のような式で仮想化して、類似値を求めることができる。ここで、マトリックス材料の値と量はほぼ考慮しなくて良い。α１，α２，α３はそれぞれの金属の抵抗温度係数であり、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれの金属の全金属材料中に占める体積率である。式（２）は二種類の金属の混合時、式（３）は三種類の金属の混合時であり、四種類以上の場合も同様の式となる。
【００３３】
α＝α１×Ａ＋α２×Ｂ……（２）
（ただし、Ａ＋Ｂ＝１）
α＝α１×Ａ＋α２×Ｂ＋α３×Ｃ……（３）
（ただし、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１）
【００３４】
この金属粒子同士の配合比による抵抗温度係数の制御例を、抵抗温度係数が比較的高いＳＵＳ４１０（図中○１、１００℃時のα＝１．５×１０−３）と、抵抗温度係数が全体的に低いニクロム１種（図中○２、１００℃時のα＝５．０×１０−５）とを配合した場合について示す。１００℃〜７００℃における、抵抗温度係数の変化を示したグラフを図１に示す。最上段の（１）１００％がＳＵＳ４１０を単独で用いた場合であり、最下段の（２）１００％がニクロム一種を単独で用いた場合である。そして、体積配合比を１０％刻みで変えていった場合の抵抗温度係数の変化が図中の（２）１０〜９０％のグラフにあたる。
【００３５】
次に、このマトリックス材料と上記金属粒子とを混合する際の混合比は、体積比で、９０：１０〜４０：６０であると好ましく、８０：２０〜５０：５０であるとより好ましい。この範囲よりもマトリックス材料が少なすぎると、金属材料単独の場合と比べて体積抵抗率の増加が不十分であるため、電気抵抗材料として用いにくくなる可能性が高くなってしまう。一方で、上記の範囲よりも金属材料が少なすぎると、基準となる常温での体積抵抗率が高くなりすぎてしまい、抵抗温度係数を制御できたとしても、やはり電気抵抗材料としては用いにくくなってしまう可能性が高くなるためである。この範囲で、金属材料の粒子の配合比により決定される抵抗温度係数に応じて、電気抵抗材料を実用する際の温度において、目的の体積抵抗率を示すように、マトリックス材料と上記金属粒子との配合比を決定する。
【００３６】
上記の範囲で、混合比を調製したマトリックス材料と上記金属粒子との混合粒子を、焼結させて複合材料を生成させる。焼結前に、抵抗器に取り付ける抵抗体として必要な形状に成形しておき、焼結により一体化した複合材料となる。焼結方法は特に限定されるものではないが、上記金属粒子が溶融せず、化合や発熱反応もしない温度までの加熱で、マトリックス材料が金属粒子に付着して一体化した複合材料を生成できるものである必要がある。例えば、放電プラズマ焼結、ホットプレス焼結、ＨＩＰ焼結、常圧焼結などの方法が使用可能である。
【００３７】
マトリックス材料がガラスである場合、その焼結温度は６００℃以上１５００℃以下程度となる。具体的には、用いるガラスが軟化する温度以上であり、上記金属粒子が融解しない温度であることが必要である。この値は上記のガラスの種類により異なる。一方で、マトリックス材料がセラミックス又はその材料となる酸化物である場合は、セラミックスであれば先に焼結した温度以上で、かつ融点以下に加熱することで、予め存在するセラミックス粒子間が接合し、上記金属粒子に付着した粒子が固まる焼結効果を得ることができる。また、セラミックスの材料となる酸化物であれば、融点以下で、焼結のための粒子間結合が必要な程度に進む温度であるとよい。
【００３８】
こうして焼結により得られる複合材料は、上記の金属材料の粒子の配合比により制御された抵抗温度係数を示すものとなる。この抵抗温度係数にはマトリックス材料の種類や量はほぼ関係ないため、抵抗温度係数を変動させる要素は金属材料の配合比のみであり、精度の高い制御が可能である。
【００３９】
そしてまた、マトリックス材料と金属材料とを混合して焼結したこの材料は、体積抵抗率をマトリックス材料と金属材料との混合比によって制御することができ、絶縁体であるマトリックス材料と導電体である金属材料の中間の値を必要に応じて達成することができる。
【００４０】
この電気抵抗材料を用いた抵抗体は、抵抗温度係数を高い精度で制御できるので、レアメタルの使用量を抑制しつつ、その抵抗体の用途により十分に抵抗温度係数を抑制した材料とすることができ、抵抗体を安定的に供給することができる。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、抵抗温度係数が制御可能な電気抵抗材料、及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗器の抵抗体に用いる電気抵抗材料としては、従来、Ｎｉ−Ｃｒ合金などの体積抵抗率が比較的高い合金が用いられていた。しかし、合金ではどうしても体積抵抗率の上昇に限界があり、高い電気抵抗値の抵抗体を製造するには、細く長く曲線部の多い複雑な形状を少ない容積内で実現させる必要があり、製作時精度が要求されるという問題点があった。また、それらの合金は固有の、温度に対する体積抵抗率の変化度、すなわち抵抗温度係数を有しており、これは形状を変化させても制御できなかった。
【０００３】
これに対して、ガラス又はセラミックス等をマトリックス材料とし、これに金属粒子を混合させて焼結させた複合材料からなる抵抗発熱体が特許文献１で提案されている。これは、マトリックス材料の体積率を上げることで、金属よりも十分に高い体積抵抗率を達成できるので、複雑な形状にしなくてもよく、単純で剛性のある形状の抵抗体が製造できるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２６００３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この複合材料でも、抵抗温度係数については従来何も検討されておらず、用途に応じた抵抗温度係数に制御することができないという問題があった。
【０００６】
そこでこの発明は、ガラスやセラミックスなどのマトリックス材料と金属粒子とを混合して焼結させた電気抵抗材料について、抵抗温度係数を自由に制御して用途に適した電気抵抗材料として使用可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、金属材料として、抵抗温度係数が異なる二種類以上の金属材料の粒子を混合して用い、その混合した金属材料とマトリックス材料とを焼結させることで、上記の課題を解決したのである。
【０００８】
発明者は、上記複合材料の抵抗温度係数は、マトリックス材料と金属粒子との比率を変えても自由な制御ができず、マトリックス材料の種類によっても制御できず、金属材料の種類に依存し、その金属材料が単独で示す抵抗温度係数の挙動に類似することを見出した。その上で、抵抗温度係数の異なる複数の金属材料を、その性質を維持したまま焼結させれば、それらの金属材料の含有比に応じて、それらの金属材料を単独で使用した場合の抵抗温度係数の間で、係数を制御できることを見出した。具体的には、それぞれの金属材料の抵抗温度係数と、それぞれの金属材料の体積率の積の和が、得られる複合材料の抵抗温度係数に近い値となる。具体的には、抵抗温度係数の低いニクロムと、抵抗温度係数の高いステンレス鋼とを組み合わせ、電気抵抗材料として求める条件の範囲でニクロムを使用し、残りをステンレス鋼とすることで、電気抵抗材料全体の体積抵抗率を下げ、必要な範囲で抵抗温度係数も下げつつ、使用するレアメタルの量を削減することができる。
【０００９】
ここで、焼結するとは、粉末系を融点以下又は液層の存在する温度で加熱し、構成粒子間に結合を起こさせ、一定形状の焼結体を得ることをいう。具体的には、用いる金属材料同士が溶け合って別種の合金を再構成したりすることがなく、成分の九割以上が酸素等の物質と反応したりすることがなく、個々の金属粒子が元の性質を維持したまま、マトリックス材料に付着して結合した状態になるとよい。
【００１０】
マトリックス材料とは、ガラスやセラミックス等からなるベース材料であり、絶縁体に分類される材料であることが必要である。
【００１１】
一方、金属材料の粒子は、単金属でも合金でもよいが、体積抵抗率の大きさから、合金を用いると好ましい場合が多い。このマトリックス材料と金属材料との体積比は、９０：１０〜４０：６０であるとよい。マトリックス材料が多すぎると体積抵抗率が絶縁体に近づいてしまい電気抵抗材料としては不適になってしまう一方で、金属材料が多すぎると体積抵抗率の向上効果が十分ではなく、抵抗体の形状を複雑にしなければならなくなってしまう。
【発明の効果】
【００１２】
この発明により、電気抵抗材料の抵抗温度係数を必要な範囲で制御できる。これにより、材料調達がしにくいレアメタルの使用量を最小限にしつつ、必要な体積抵抗率と抵抗温度係数を満足した材料を得ることができる。また、金属材料を三種以上併用することにより、抵抗温度係数が温度に対してほぼ一定で、体積抵抗率が温度に対して限りなく直線に近い一次関数的な上昇をし、なおかつ抵抗温度係数の値が小さい理想的な材料を調製することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＳＵＳ４１０Ｌとニクロム１種との配合比を変化させた際の抵抗温度係数の値の変化を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の具体的な実施形態について説明する。
この発明にかかる電気抵抗材料は、ベース材料であるマトリックス材料の粒子と、それと複合する複合相を形成する、抵抗温度係数の異なる二種類以上の金属材料の粒子とを混合して焼結した複合材料である。
【００１５】
ここで抵抗温度係数αとは、常温時に比べてそれぞれの温度において、電気抵抗値Ｒがどの程度変化するかを示す、次元（１／Ｋ）の係数である。具体的には下記の式（１）で表される。Ｒ０は常温θ０での電気抵抗値であり、Ｒは温度θでの電気抵抗値である。
【００１６】
Ｒ＝Ｒ０｛１＋α（θ−θ０）｝……（１）
【００１７】
上記マトリックス材料は主に酸化物からなり、導電性ではない材料である。このマトリックス材料との混合により、電気抵抗材料の体積抵抗率を向上させることができる。具体的なマトリックス材料の形態としては、ガラスやセラミックス、及び加熱によりセラミックスとなりうる酸化物が挙げられる。具体的な組成としては、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎ、Ｆ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｂａのうち、一種又は複数種の元素の酸化物からなる特定酸化物を５０質量％以上含むものであるとよい。ＳｉＯ２と上記の元素のうち金属元素の酸化物の合計含有量がマトリックス材料全体のうち５０質量％以上であるものが、マトリックス材料の強度、安定性等の点からより好ましいものとして利用しやすい。
【００１８】
ガラスとしては、主にＳｉＯ２を含むガラスが挙げられるが、それに制限されることなく、ガラス状態をとりうる上記特定酸化物の混合物または複合物で、溶融後に結晶化せずに固化したものであれば利用可能である。具体的には、結晶化ガラス、汎用ガラスなどの酸化物系ガラスが挙げられる。結晶化ガラスとしては、例えば、ＬＡＳ Ｉガラス（Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＭｇＯ系）、ＬＡＳ ＩＩガラス及びＬＡＳ ＩＩＩガラス（Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ｎｂ２Ｏ５系）、ＭＡＳガラス（ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）、ＢＭＡＳガラス（ＢａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）、Ｔｅｒｎａｒｙ ｍｕｌｌｉｔｅ（ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）、Ｈｅｘａｃｅｌｓｉａｎ（ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）や、Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２系ガラス、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２系ガラス、ＣａＯ−Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、ＭｇＯ−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−Ｋ２Ｏ−Ｆ系ガラス等が挙げられる。汎用ガラスとしては、例えば、ケイ酸ガラス（ＳｉＯ２系）、ソーダ石灰ガラス（Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系）、カリ石灰ガラス（Ｋ２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系）、ホウケイ酸ガラス（Ｎａ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）、アルミノケイ酸ガラス（Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系）、バリウムガラス（ＢａＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系）等が挙げられる。この他、低融点ガラスとして、ほう酸塩ガラス（Ｂ２Ｏ３系、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系、Ｎａ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系等）、りん酸塩ガラス（Ｎａ２Ｏ−Ｐ２Ｏ５系、Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５系等）やＡｌ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ−Ｋ２Ｏ−Ｐ２Ｏ５系等が挙げられ利用可能である。さらに、Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、オキシナイトライドガラス（Ｌａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｃａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｙ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｎａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｎａ−Ｌａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｌｉ−Ｋ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系）やＴｉＯ２−ＳｉＯ２系、Ｃｕ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系等が挙げられる。また、特定酸化物以外に含有されうる非酸化物系ガラスとしては、ふっ化物系ガラスやカルコゲン系ガラスが挙げられる。また、これらの成分を主成分とし、その他の微量成分を含んだものであってもよい。例えば、回収された廃ガラスに５質量％以下程度の不純物が含まれていたとしても粉砕して利用可能である。
【００１９】
一方、ガラス以外の材料としては、セラミックス及びセラミックスの材料となりうる金属酸化物が挙げられる。本発明においてセラミックスとは、上記特定酸化物からなり、一旦焼結加工された素材を示す。具体的には、上記特定酸化物の中でも、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、並びにＴｉの酸化物の合計量がマトリックス材料のうちの５０質量％以上を占めていると、最終的に得られる電気抵抗材料の強度及び安定性の点から好ましい。シリカ以外の成分としては、一旦焼結したアルミナ、ジルコニア、マグネシアなどのセラミックスであったり、焼結してセラミックスの材料となりうる酸化物でもよい。具体的なこれらの酸化物としては、ＳｉＯ２以外にＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ムライト、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３／Ｙ２Ｏ３その他の酸化物を含んでいてもよい。
また、これら以外に微量成分として種々の酸化物やその他の成分を含んでいてもよい。シリカや、アルミナ、ジルコニア、マグネシアなどの金属酸化物は、それぞれを単独で用いてもよいし、粉体混合物として用いてもよい。また、一旦焼結又は焼成したセラミックスを用いる場合、具体的な成分としては陶磁器や瓦、碍子などを用いることができる。また、一旦製品を経由しなくても、この複合材料として利用するために焼成、焼結した材料でもよい。
【００２０】
また、上記マトリックス材料としてはこれらのガラスと、セラミックス、又はセラミックスの材料となる酸化物の粒子粉体を混合した材料を用いることもできる。
【００２１】
これらのマトリックス材料の粒子を、後述する金属材料の粒子とともに焼結に用いる。これらのマトリックス材料に用いる粒子がガラスの場合は、焼結前の材料粒子は平均粒径にそれほど制限がなく５０μｍ以下であれば好ましい。焼結の際の加熱でガラスは軟化するため、ある程度細かくなっていれば上記金属材料と十分に複合することが出来る。一方、マトリックス材料に用いる粒子が上記ガラス以外の酸化物の場合は、その平均粒径が５μｍ以下であるとよく、１μｍ以下であると好ましい。上記の酸化物から複合材料を得る焼結時に大きすぎると、焼結が不十分になり上記金属粒子の表面に十分に付着しなくなってしまい、複合材料としての一体化が不十分なものとなるおそれがある。
【００２２】
次に、複合相となる上記金属材料の粒子を構成する金属としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ及びそれらの合金が挙げられる。この中でも特に、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｎｂ等が利用しやすい。合金としては例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４１０等のステンレス鋼、Ｎｉ−Ｃｒからなるニクロム合金、Ｆｅ−Ｎｉからなるパーマロイ、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、及び超耐熱合金などが挙げられる。ただし、後述する焼結の際に溶融しない程度に融点が高い金属または合金を選択する必要がある。
【００２３】
上記複合材料の焼結に用いるには、これらの金属からなる金属材料の粒子が、扁平状で
あると好ましい。扁平状であると電気抵抗材料として利用できる配合比の範囲が広くなり、配合比による体積抵抗率と抵抗温度係数の制御精度を上げることができる。さらに、扁平状の金属粒子を複合化することにより複合材料の強度や破壊靭性値が向上し、信頼性の高い電気抵抗材料を製造できる。一般に体積抵抗率と抵抗温度係数が比較的小さい金属抵抗材料にはレアメタルが多くを用いられており、金属材料を扁平にして用いることで、その使用量を節約することができる。
【００２４】
ここで扁平状であるとは球形ではなく平たい板状であることをいう。完全な平面を有している必要はないが、少なくとも一つの平面に沿って延びるような形状であることが望ましい。その仮想的な平面である扁平面は円形、楕円形、矩形等、及びそれらに類似したいびつな形状であってもよい。具体的には、扁平面の最小径ｄ、厚さｔについて、ｄ／ｔ≧３が成立することが好ましい。ｄ／ｔ＜３であると、焼結時に上記金属粒子とマトリックス材料との界面でクラックが進行しやすくなり、複合相が十分に変形できずに材料を十分に一体化できなくなるおそれがある。一方、上限は特に存在しない。ｄ／ｔの値が高い、すなわち扁平率が高いほど、上記金属粒子による複合材料の強度強化効果と、添加量による体積抵抗率の低下効率が高いためである。
【００２５】
ただし、使用する全ての金属材料の粒子が上記の条件を満たすように加工することは困難であり、上記の扁平状の条件ｄ／ｔ≧３を、粒子全体の平均値が満たしていることが好ましく、条件を満たす粒子が多い方がより好ましい。
【００２６】
また、上記金属材料の粒子の最小径ｄの平均は、１μｍ以上であると好ましく、３μｍ以上であるとより好ましい。１μｍ未満では小さすぎて実際には上記の扁平状の条件を満たすものに加工することが難しくなってしまう。一方、２００μｍ以下であると好ましく、１００μｍ以下であるとより好ましい。
【００２７】
上記金属材料の粒子を扁平状に加工する際の方法としては、湿式ボールミル装置などの混合装置で、球形その他の形状である金属粒子を変形させる方法が挙げられる。加工時間が長いほど金属粒子はより扁平状になっていく。金属の種類及び回転速度にもよるが、例えば１００ｒｐｍの場合、少なくとも１０分以上は加工することが望ましく、５０時間以上の加工が扁平化の点から望ましい。ただし、過剰に加工を続けると、金属粒子自体が破壊されてさらに細かくなってしまい、扁平状ではなくなるおそれがあるため、完全に破壊されない範囲の時間に留める必要がある。
【００２８】
この発明で用いる金属材料の粒子は、抵抗温度係数が異なる二種類以上の上記の金属の粒子が混合したものである必要がある。ここで混合とは、個々の金属元素又は合金の粒子が、それぞれの性質を維持したまま混合していることをいい、それらが一旦溶融して別種の合金を形成した場合は含まない。ただし、マトリックス材料と合わせてから焼結工程の開始までに混合するものでもよい。
【００２９】
混合する粒子同士の配合比は、得ようとする電気抵抗材料の抵抗温度係数が高い場合は、抵抗温度係数が高い金属粒子の比率を増加させ、逆の場合は抵抗温度係数が低い金属粒子の比率を向上させる。なおかつ、用途を満足する範囲で、使用する材料に含まれるレアメタルの量を削減することによって、電気抵抗材料の供給を安定化させる。抵抗温度係数が比較的高い（α≧１．０×１０−３）金属としては、アルミニウム、ビスマス、クロム、銅、鉄、マグネシウム、モリブデン、ニッケル、タングステン、鉛等、ほとんどの金属の単体の他に、黄銅、アルメル、オーステナイト系ステンレス鋼といった合金などが挙げられる。例えば、ＳＵＳ４１０の抵抗温度係数は１．５×１０−３程度であり、黄銅は１．４×１０−３〜２．０×１０−３、銅は４．４×１０−３、鉄は１．５×１０−３〜８．５×１０−３程度となる。一方、抵抗温度係数が低い（α≦２．０×１０−４）金属としては、各種ニクロムなどのＮｉ−Ｃｒ合金や、耐熱ステンレス材料であるＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｂ−Ｍｏ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、などが挙げられる。例えば、ニクロム一種の抵抗温度係数は５×１０−５〜５×１０−６程度、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｂ−Ｍｏ合金は１．３×１０−４程度である。
【００３０】
これらの中でも、一般に、抵抗温度係数が低い金属の多くはレアメタルを必要とするものが多く、レアメタルを含まない金属は一般に抵抗温度係数が高いものが多い傾向にある。このため、この発明にかかる電気抵抗材料で抵抗温度係数を制御するにあたって、出来るだけレアメタルの使用量を抑制しつつ抵抗温度係数を下げるには、抵抗温度係数が低いもののレアメタル使用量が高い材質を必要な範囲で含むようにする。一方で、抵抗温度係数を向上させたい場合には、強度が維持できる範囲で特に抵抗温度係数が高い金属を採用し、強度を補強するための補助的な要素として、比較的抵抗温度係数の低い金属を採用するとよい。
【００３１】
さらに、三種類以上の金属を混合することにより、抵抗温度係数を温度に拘わらず一定とし、体積抵抗率の増加を一定にした理想的な挙動を示す材料を得ることができ、精密制御も可能となる。すなわち、それぞれの金属材料が互いに、その配合比に応じて、温度に対する個々の金属材料固有の抵抗温度係数の変化量を相殺する。金属材料全体としては抵抗温度係数を温度に拘わらずほぼ一定にすることができるように、個々の金属材料を選択して、配合比を決定する。
【００３２】
これらの金属粒子の混合により制御する、最終的な抵抗温度係数は、下記式（２）、（３）のような式で仮想化して、類似値を求めることができる。ここで、マトリックス材料の値と量はほぼ考慮しなくて良い。α１，α２，α３はそれぞれの金属の抵抗温度係数であり、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれの金属の全金属材料中に占める体積率である。式（２）は二種類の金属の混合時、式（３）は三種類の金属の混合時であり、四種類以上の場合も同様の式となる。
【００３３】
α＝α１×Ａ＋α２×Ｂ……（２）
（ただし、Ａ＋Ｂ＝１）
α＝α１×Ａ＋α２×Ｂ＋α３×Ｃ……（３）
（ただし、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１）
【００３４】
この金属粒子同士の配合比による抵抗温度係数の制御例を、抵抗温度係数が比較的高いＳＵＳ４１０（図中○１、１００℃時のα＝１．５×１０−３）と、抵抗温度係数が全体的に低いニクロム１種（図中○２、１００℃時のα＝５．０×１０−５）とを配合した場合について示す。１００℃〜７００℃における、抵抗温度係数の変化を示したグラフを図１に示す。最上段の（１）１００％がＳＵＳ４１０を単独で用いた場合であり、最下段の（２）１００％がニクロム一種を単独で用いた場合である。そして、体積配合比を１０％刻みで変えていった場合の抵抗温度係数の変化が図中の（２）１０〜９０％のグラフにあたる。
【００３５】
次に、このマトリックス材料と上記金属粒子とを混合する際の混合比は、体積比で、９０：１０〜４０：６０であると好ましく、８０：２０〜５０：５０であるとより好ましい。この範囲よりもマトリックス材料が少なすぎると、金属材料単独の場合と比べて体積抵抗率の増加が不十分であるため、電気抵抗材料として用いにくくなる可能性が高くなってしまう。一方で、上記の範囲よりも金属材料が少なすぎると、基準となる常温での体積抵抗率が高くなりすぎてしまい、抵抗温度係数を制御できたとしても、やはり電気抵抗材料としては用いにくくなってしまう可能性が高くなるためである。この範囲で、金属材料の粒子の配合比により決定される抵抗温度係数に応じて、電気抵抗材料を実用する際の温度において、目的の体積抵抗率を示すように、マトリックス材料と上記金属粒子との配合比を決定する。
【００３６】
上記の範囲で、混合比を調製したマトリックス材料と上記金属粒子との混合粒子を、焼結させて複合材料を生成させる。焼結前に、抵抗器に取り付ける抵抗体として必要な形状に成形しておき、焼結により一体化した複合材料となる。焼結方法は特に限定されるものではないが、上記金属粒子が溶融せず、化合や発熱反応もしない温度までの加熱で、マトリックス材料が金属粒子に付着して一体化した複合材料を生成できるものである必要がある。例えば、放電プラズマ焼結、ホットプレス焼結、ＨＩＰ焼結、常圧焼結などの方法が使用可能である。
【００３７】
マトリックス材料がガラスである場合、その焼結温度は６００℃以上１５００℃以下程度となる。具体的には、用いるガラスが軟化する温度以上であり、上記金属粒子が融解しない温度であることが必要である。この値は上記のガラスの種類により異なる。一方で、マトリックス材料がセラミックス又はその材料となる酸化物である場合は、セラミックスであれば先に焼結した温度以上で、かつ融点以下に加熱することで、予め存在するセラミックス粒子間が接合し、上記金属粒子に付着した粒子が固まる焼結効果を得ることができる。また、セラミックスの材料となる酸化物であれば、融点以下で、焼結のための粒子間結合が必要な程度に進む温度であるとよい。
【００３８】
こうして焼結により得られる複合材料は、上記の金属材料の粒子の配合比により制御された抵抗温度係数を示すものとなる。この抵抗温度係数にはマトリックス材料の種類や量はほぼ関係ないため、抵抗温度係数を変動させる要素は金属材料の配合比のみであり、精度の高い制御が可能である。
【００３９】
そしてまた、マトリックス材料と金属材料とを混合して焼結したこの材料は、体積抵抗率をマトリックス材料と金属材料との混合比によって制御することができ、絶縁体であるマトリックス材料と導電体である金属材料の中間の値を必要に応じて達成することができる。
【００４０】
この電気抵抗材料を用いた抵抗体は、抵抗温度係数を高い精度で制御できるので、レアメタルの使用量を抑制しつつ、その抵抗体の用途により十分に抵抗温度係数を抑制した材料とすることができ、抵抗体を安定的に供給することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス材料の粒子と、二種類以上の金属材料の粒子とを混合して焼結した、上記金属材料同士の配合比により抵抗温度係数を制御可能にした電気抵抗材料。
【請求項２】
上記マトリックス材料が、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎ、Ｆ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｂａのうち一種又は複数種の元素の酸化物からなる特定酸化物を５０質量％以上含む請求項１に記載の電気抵抗材料。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気抵抗材料を用いた抵抗体。
【請求項４】
マトリックス材料の粒子と、二種類以上の金属材料の粒子とを混合して焼結した電気抵抗材料について、上記金属材料同士の配合比を調製することにより上記電気抵抗材料の抵抗温度係数を制御する方法。
【請求項１】
マトリックス材料の粒子と、二種類以上の金属材料の粒子とを混合して焼結した、上記金属材料同士の配合比により抵抗温度係数を制御可能にした電気抵抗材料。
【請求項２】
上記マトリックス材料が、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎ、Ｆ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｂａのうち一種又は複数種の元素の酸化物からなる特定酸化物を５０質量％以上含む請求項１に記載の電気抵抗材料。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気抵抗材料を用いた抵抗体。
【請求項４】
マトリックス材料の粒子と、二種類以上の金属材料の粒子とを混合して焼結した電気抵抗材料について、上記金属材料同士の配合比を調製することにより上記電気抵抗材料の抵抗温度係数を制御する方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１４０２（Ｐ２０１２−１４０２Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３８９０３（Ｐ２０１０−１３８９０３）
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（５０４１５５２９３）国立大学法人島根大学 (113)
【出願人】（５９５０６２３９９）鈴木合金株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（５０４１５５２９３）国立大学法人島根大学 (113)
【出願人】（５９５０６２３９９）鈴木合金株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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