JPH07211511A - 正特性サーミスタおよびその製造方法 - Google Patents
正特性サーミスタおよびその製造方法Info
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- JPH07211511A JPH07211511A JP6003480A JP348094A JPH07211511A JP H07211511 A JPH07211511 A JP H07211511A JP 6003480 A JP6003480 A JP 6003480A JP 348094 A JP348094 A JP 348094A JP H07211511 A JPH07211511 A JP H07211511A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 発熱体やスイッチング素子として用いられる
正の抵抗温度特性を有する正特性サーミスタにおいて、
抵抗温度係数および抵抗変化幅が大きく、電圧依存性の
小さい正特性サーミスタを提供することを目的とする。 【構成】 チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸カ
ルシウムを主成分とし、主成分に対し半導体化剤とし
て、Y,La,Ce,Nb,Bi,Sb,W,Thの元
素のうち少なくとも1種類を酸化物として添加含有さ
せ、さらにSiO2,Mnを酸化物として含有させ、さ
らにAl2O3を含有させ、チタン酸バリウム、チタン酸
鉛、チタン酸カルシウムよりなる主成分のうち、バリウ
ムサイトの組成比率がチタンサイトに対して0.970
〜0.997の範囲でチタンサイトより少なくした。
正の抵抗温度特性を有する正特性サーミスタにおいて、
抵抗温度係数および抵抗変化幅が大きく、電圧依存性の
小さい正特性サーミスタを提供することを目的とする。 【構成】 チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸カ
ルシウムを主成分とし、主成分に対し半導体化剤とし
て、Y,La,Ce,Nb,Bi,Sb,W,Thの元
素のうち少なくとも1種類を酸化物として添加含有さ
せ、さらにSiO2,Mnを酸化物として含有させ、さ
らにAl2O3を含有させ、チタン酸バリウム、チタン酸
鉛、チタン酸カルシウムよりなる主成分のうち、バリウ
ムサイトの組成比率がチタンサイトに対して0.970
〜0.997の範囲でチタンサイトより少なくした。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は特定の温度で抵抗値が急
激に増大する正特性サーミスタおよびその製造方法に関
するものである。
激に増大する正特性サーミスタおよびその製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】チタン酸バリウムにY,La,Ceなど
の希土類元素あるいはNb,Taなどの遷移元素を微量
添加すると半導体化し、そのキュリー点付近の温度で正
の抵抗温度特性(以下PTC特性と記す)を示すことは
従来より広く知られている。そのPTC特性を利用し
て、過電流保護用素子、温度制御用素子、モータ起動用
素子、ヒータ用といった様々な用途に応用されてきてい
る。
の希土類元素あるいはNb,Taなどの遷移元素を微量
添加すると半導体化し、そのキュリー点付近の温度で正
の抵抗温度特性(以下PTC特性と記す)を示すことは
従来より広く知られている。そのPTC特性を利用し
て、過電流保護用素子、温度制御用素子、モータ起動用
素子、ヒータ用といった様々な用途に応用されてきてい
る。
【0003】また、このような用途の広がりに応じて要
望される電気特性も多様になってきている。特にヒータ
用素子では、通常スイッチング温度と呼ばれる発熱開始
温度の高温化が要求され、チタン酸バリウムのバリウム
サイトを一部鉛に置換したチタン酸バリウム鉛系材料に
よるスイッチング温度が200〜300℃のものが一般
に使用されている。
望される電気特性も多様になってきている。特にヒータ
用素子では、通常スイッチング温度と呼ばれる発熱開始
温度の高温化が要求され、チタン酸バリウムのバリウム
サイトを一部鉛に置換したチタン酸バリウム鉛系材料に
よるスイッチング温度が200〜300℃のものが一般
に使用されている。
【0004】ところで、このような正特性サーミスタの
製造方法としては、配合された原料をボールミルやディ
スパーミルなどを用いて混合し、フィルタープレス、ド
ラムドライヤーなどにより造粒し、所望の形に成形した
後、通常1300〜1400℃の高温で本焼成を行い、
得られた焼結体に電極を塗布し最終製品とするものであ
る。
製造方法としては、配合された原料をボールミルやディ
スパーミルなどを用いて混合し、フィルタープレス、ド
ラムドライヤーなどにより造粒し、所望の形に成形した
後、通常1300〜1400℃の高温で本焼成を行い、
得られた焼結体に電極を塗布し最終製品とするものであ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ヒータ用素子では、通
常スイッチング温度と呼ばれる発熱開始温度の高温化が
要求され、チタン酸バリウムのバリウムサイトを一部鉛
に置換し、チタン酸バリウムのキュリー点(120℃)
を高温側に移動させたチタン酸バリウム鉛系材料による
スイッチング温度が200〜300℃のものが一般に使
用されている。鉛の置換によってスイッチング温度を高
温側に移動させることはできるが、焼成時における鉛の
揮散が大きく、セラミックの焼結性に問題があり、緻密
で均質なセラミックが得られない。その結果特性のばら
つきが大きく、電気特性においてもスイッチング温度を
越えた後の抵抗温度係数が小さく電圧による抵抗値変動
が大きいこととともに耐電圧性が悪い。
常スイッチング温度と呼ばれる発熱開始温度の高温化が
要求され、チタン酸バリウムのバリウムサイトを一部鉛
に置換し、チタン酸バリウムのキュリー点(120℃)
を高温側に移動させたチタン酸バリウム鉛系材料による
スイッチング温度が200〜300℃のものが一般に使
用されている。鉛の置換によってスイッチング温度を高
温側に移動させることはできるが、焼成時における鉛の
揮散が大きく、セラミックの焼結性に問題があり、緻密
で均質なセラミックが得られない。その結果特性のばら
つきが大きく、電気特性においてもスイッチング温度を
越えた後の抵抗温度係数が小さく電圧による抵抗値変動
が大きいこととともに耐電圧性が悪い。
【0006】また、抵抗値変化幅が小さいため、熱暴走
による素子の破壊の危険性もあった。抵抗温度係数およ
び抵抗値変化幅が大きければ大きいほど電圧変動などの
外的要因などで素体の抵抗値が変動しても、その温度が
大きく変動することがなく目的とする温度を安定して得
ることができる。
による素子の破壊の危険性もあった。抵抗温度係数およ
び抵抗値変化幅が大きければ大きいほど電圧変動などの
外的要因などで素体の抵抗値が変動しても、その温度が
大きく変動することがなく目的とする温度を安定して得
ることができる。
【0007】本発明はこれらの欠点を改善した抵抗温度
係数および抵抗変化幅が大きく、電圧依存性の小さい耐
電圧にすぐれた正特性サーミスタを提供することを目的
としたものである。
係数および抵抗変化幅が大きく、電圧依存性の小さい耐
電圧にすぐれた正特性サーミスタを提供することを目的
としたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明では、組成をチタン酸バリウム、チタン酸鉛、
チタン酸カルシウムを主成分とし、主成分に対し半導体
化剤として、Y,La,Ce,Nb,Bi,Sb,W,
Thの元素のうちから少なくとも1種類を酸化物として
添加含有させ、さらにSiO2,Mnを酸化物の形で含
有させ、さらにAl2O3を添加含有させ、チタン酸バリ
ウム、チタン酸鉛、チタン酸カルシウムよりなる主成分
のうち、バリウムサイトの組成比率がチタンサイトに対
して0.970〜0.997の範囲でチタンサイトより
少なくすることにより安定した正特性サーミスタ素子を
得ることができる。
に本発明では、組成をチタン酸バリウム、チタン酸鉛、
チタン酸カルシウムを主成分とし、主成分に対し半導体
化剤として、Y,La,Ce,Nb,Bi,Sb,W,
Thの元素のうちから少なくとも1種類を酸化物として
添加含有させ、さらにSiO2,Mnを酸化物の形で含
有させ、さらにAl2O3を添加含有させ、チタン酸バリ
ウム、チタン酸鉛、チタン酸カルシウムよりなる主成分
のうち、バリウムサイトの組成比率がチタンサイトに対
して0.970〜0.997の範囲でチタンサイトより
少なくすることにより安定した正特性サーミスタ素子を
得ることができる。
【0009】さらに、チタン酸バリウムを40〜95モ
ル%、チタン酸鉛を4〜40モル%、チタン酸カルシウ
ムを1〜20モル%を主成分とし、主成分に対し半導体
化剤として、Y,La,Ce,Nb,Bi,Sb,W,
Thの元素のうち少なくとも1種類を酸化物として0.
1〜0.4モル%添加含有させ、SiO2を1.0〜
5.0モル%、Mnを酸化物として0.01〜0.15
モル%、Al2O3を0.1〜2.0モル%含有させ、チ
タン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸カルシウムより
なる主成分のうち、バリウムサイトの組成比率がチタン
サイトに対して0.970〜0.997の範囲でチタン
サイトより少なくすることにより効果がある。
ル%、チタン酸鉛を4〜40モル%、チタン酸カルシウ
ムを1〜20モル%を主成分とし、主成分に対し半導体
化剤として、Y,La,Ce,Nb,Bi,Sb,W,
Thの元素のうち少なくとも1種類を酸化物として0.
1〜0.4モル%添加含有させ、SiO2を1.0〜
5.0モル%、Mnを酸化物として0.01〜0.15
モル%、Al2O3を0.1〜2.0モル%含有させ、チ
タン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸カルシウムより
なる主成分のうち、バリウムサイトの組成比率がチタン
サイトに対して0.970〜0.997の範囲でチタン
サイトより少なくすることにより効果がある。
【0010】なお、バリウムサイトの組成比率をチタン
サイトより少なくするために、その製造工程上において
は、バリウムサイトとチタンサイトの組成比を単に0.
970〜0.997:1とはじめの配合時にずらしても
よいし、組成比1:1で仮焼した後、酸化チタンを主成
分1モルに対して0.003〜0.030モル添加して
も効果がある。
サイトより少なくするために、その製造工程上において
は、バリウムサイトとチタンサイトの組成比を単に0.
970〜0.997:1とはじめの配合時にずらしても
よいし、組成比1:1で仮焼した後、酸化チタンを主成
分1モルに対して0.003〜0.030モル添加して
も効果がある。
【0011】
【作用】本発明においてバリウムサイトの組成比率をチ
タンサイトに対して0.970〜0.997にすること
により、過剰になった主成分のチタンとバリウムの化合
物およびチタンと焼結助剤として添加した二酸化珪素と
の化合物が生成することによって焼結が促進され、緻密
で安定な正特性サーミスタを得ることができる。それに
よって電気特性においても、抵抗温度係数、抵抗値変化
幅の大きい電圧依存性の小さい、電圧変動などの外的要
因などで素体の抵抗値が変動してもその温度が大きく変
動することがなく目的とする温度を安定して得ることが
できるなど優れた正特性サーミスタを得ることができ
る。
タンサイトに対して0.970〜0.997にすること
により、過剰になった主成分のチタンとバリウムの化合
物およびチタンと焼結助剤として添加した二酸化珪素と
の化合物が生成することによって焼結が促進され、緻密
で安定な正特性サーミスタを得ることができる。それに
よって電気特性においても、抵抗温度係数、抵抗値変化
幅の大きい電圧依存性の小さい、電圧変動などの外的要
因などで素体の抵抗値が変動してもその温度が大きく変
動することがなく目的とする温度を安定して得ることが
できるなど優れた正特性サーミスタを得ることができ
る。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0013】(実施例1)炭酸バリウム(BaC
O3)、酸化チタン(TiO2)、酸化鉛(PbO)、お
よびチタン酸カルシウム(CaTiO3)を主成分と
し、半導体化剤として、Y,La,Ce,Nb,Bi,
Sb,W,Thの元素のうち少なくとも1つの元素の酸
化物とSiO2,MnO2およびAl2O3の各原料を用い
て、 (Ba0.7Pb0.2Ca0.1)xTiyO3+0.002M
+0.002SiO2+0.01Al2O3+0.001
Mn (M:半導体化剤の酸化物)の組成になるように秤量す
る。なお、この組成のx,yについては(表1)の比に
なるように調整する。
O3)、酸化チタン(TiO2)、酸化鉛(PbO)、お
よびチタン酸カルシウム(CaTiO3)を主成分と
し、半導体化剤として、Y,La,Ce,Nb,Bi,
Sb,W,Thの元素のうち少なくとも1つの元素の酸
化物とSiO2,MnO2およびAl2O3の各原料を用い
て、 (Ba0.7Pb0.2Ca0.1)xTiyO3+0.002M
+0.002SiO2+0.01Al2O3+0.001
Mn (M:半導体化剤の酸化物)の組成になるように秤量す
る。なお、この組成のx,yについては(表1)の比に
なるように調整する。
【0014】次に秤量物をボールミルにて湿式混合す
る。次にこの混合物を乾燥した後、1100℃で2時間
仮焼する。その後、この仮焼粉をボールミルにて湿式粉
砕する。この粉砕物を乾燥した後、結合剤としてポリビ
ニルアルコールを5%加え造粒し、600kg/cm2の圧
力でプレス成形した。この成形体を空気中で約1300
℃にて1時間焼成し、直径12mm、厚さ3.0mmの円板
状の正特性サーミスタを得た。さらにこの焼結体にNi
めっきを施した後、Agペーストを塗布、焼きつけし電
極とした。
る。次にこの混合物を乾燥した後、1100℃で2時間
仮焼する。その後、この仮焼粉をボールミルにて湿式粉
砕する。この粉砕物を乾燥した後、結合剤としてポリビ
ニルアルコールを5%加え造粒し、600kg/cm2の圧
力でプレス成形した。この成形体を空気中で約1300
℃にて1時間焼成し、直径12mm、厚さ3.0mmの円板
状の正特性サーミスタを得た。さらにこの焼結体にNi
めっきを施した後、Agペーストを塗布、焼きつけし電
極とした。
【0015】次に、このようにして得られた試料の各電
気特性を測定する。その抵抗温度特性曲線より、常温抵
抗値(R25)、抵抗温度係数(α)、抵抗値変化幅
(Ψ)(Ψ=Log10(最大抵抗値/最小抵抗値))を
測定した。その結果を(表1)に示す。
気特性を測定する。その抵抗温度特性曲線より、常温抵
抗値(R25)、抵抗温度係数(α)、抵抗値変化幅
(Ψ)(Ψ=Log10(最大抵抗値/最小抵抗値))を
測定した。その結果を(表1)に示す。
【0016】
【表1】
【0017】これらの結果より、バリウムサイト(x)
とチタンサイト(y)の比x/yが0.970〜0.9
97の範囲にあると、抵抗温度係数(α)が大きく、抵
抗値変化幅(Ψ)も大きくPTC特性が優れていること
がわかる。
とチタンサイト(y)の比x/yが0.970〜0.9
97の範囲にあると、抵抗温度係数(α)が大きく、抵
抗値変化幅(Ψ)も大きくPTC特性が優れていること
がわかる。
【0018】(実施例2)実施例1と同様の原料を用い
て、(表2)の組成になるように秤量し、ボールミルに
て湿式混合する。次に、実施例1と同様に試料を作製
し、その電気特性を評価する。その結果を(表3)に示
す。
て、(表2)の組成になるように秤量し、ボールミルに
て湿式混合する。次に、実施例1と同様に試料を作製
し、その電気特性を評価する。その結果を(表3)に示
す。
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】(表2)の試料番号1〜13については本
発明の範囲以外の組成のものを示しそれ以外は本発明の
範囲以内の組成である。(表3)から明らかなように、
組成が本発明の範囲内にある試料番号14〜24につい
ては、抵抗温度係数(α)および抵抗値変化幅(Ψ)が
大きく、PTC特性が優れていることがわかる。なお、
本発明の組成にさらにキュリー点移動のためにSrを添
加してもよい。
発明の範囲以外の組成のものを示しそれ以外は本発明の
範囲以内の組成である。(表3)から明らかなように、
組成が本発明の範囲内にある試料番号14〜24につい
ては、抵抗温度係数(α)および抵抗値変化幅(Ψ)が
大きく、PTC特性が優れていることがわかる。なお、
本発明の組成にさらにキュリー点移動のためにSrを添
加してもよい。
【0022】(実施例3)実施例1と同様の原料を用い
て、 (Ba0.7Pb0.2Ca0.1)xTiyO3+0.002Y
2O3+0.002SiO2+0.01Al2O3+0.0
01Mn の組成になるように秤量する。次に実施例1と同様に試
料を作製する。ただし、(表4)の試料番号4〜8に示
したように秤量時にはx/y=1.000になるように
し、仮焼後にTiO2を添加し同様に試料を作製する。
次に、電気測定を測定する。
て、 (Ba0.7Pb0.2Ca0.1)xTiyO3+0.002Y
2O3+0.002SiO2+0.01Al2O3+0.0
01Mn の組成になるように秤量する。次に実施例1と同様に試
料を作製する。ただし、(表4)の試料番号4〜8に示
したように秤量時にはx/y=1.000になるように
し、仮焼後にTiO2を添加し同様に試料を作製する。
次に、電気測定を測定する。
【0023】
【表4】
【0024】この結果から明らかなように、仮焼後にT
iO2をx/y=1.000に対して0.003〜0.
03モル過剰に添加して、焼成後のバリウムサイト
(x)とチタンサイト(y)の比x/yが0.970〜
0.997の範囲にあっても実施例1と同様、抵抗温度
係数(α)が大きく、抵抗値変化幅(Ψ)も大きくPT
C特性が優れていることがわかる。
iO2をx/y=1.000に対して0.003〜0.
03モル過剰に添加して、焼成後のバリウムサイト
(x)とチタンサイト(y)の比x/yが0.970〜
0.997の範囲にあっても実施例1と同様、抵抗温度
係数(α)が大きく、抵抗値変化幅(Ψ)も大きくPT
C特性が優れていることがわかる。
【0025】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明を用いるこ
とにより従来では得ることのできなかった抵抗温度係数
および抵抗値変化幅の大きな、PTC特性が優れた安定
な正特性サーミスタが得られることができるものであ
り、その工業的利用価値は大きい。
とにより従来では得ることのできなかった抵抗温度係数
および抵抗値変化幅の大きな、PTC特性が優れた安定
な正特性サーミスタが得られることができるものであ
り、その工業的利用価値は大きい。
Claims (3)
- 【請求項1】 チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン
酸カルシウムを主成分とし、主成分に対し半導体化剤と
して、Y,La,Ce,Nb,Bi,Sb,W,Thの
元素のうち少なくとも1種類を酸化物として添加含有さ
せ、さらにSiO2,Mnを酸化物として含有させ、さ
らにAl2O3を含有させ、チタン酸バリウム、チタン酸
鉛、チタン酸カルシウムよりなる主成分のうち、バリウ
ムサイトの組成比率がチタンサイトに対して0.970
〜0.997の範囲でチタンサイトより少ない正特性サ
ーミスタ。 - 【請求項2】 チタン酸バリウムを40〜95モル%、
チタン酸鉛を4〜40モル%、チタン酸カルシウムを1
〜20モル%を主成分とし、主成分に対し半導体化剤と
して、Y,La,Ce,Nb,Bi,Sb,W,Thの
元素のうち少なくとも1種類を酸化物として0.1〜
0.4モル%添加含有させ、SiO2を1.0〜5.0
モル%、Mnを酸化物として0.01〜0.15モル
%、Al2O3を0.1〜2.0モル%含有させ、チタン
酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸カルシウムよりなる
主成分のうち、バリウムサイトの組成比率がチタンサイ
トに対して0.970〜0.997の範囲でチタンサイ
トより少ない正特性サーミスタ。 - 【請求項3】 チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン
酸カルシウムを主成分とし、主成分に対し半導体化剤と
して、Y,La,Ce,Nb,Bi,Sb,W,Thの
元素のうち少なくとも1種類を酸化物として添加含有さ
せ、さらにSiO2,Mnを酸化物として含有させ、さ
らにAl2O3を含有させ、チタン酸バリウム、チタン酸
鉛、チタン酸カルシウムよりなる主成分のうち、バリウ
ムサイトの組成比率がチタンサイトに対して0.970
〜0.997の範囲でチタンサイトより少ない正特性サ
ーミスタの製造方法において、バリウムサイトとチタン
サイトの組成比を1:1とした主成分を仮焼した後に、
酸化チタンを主成分1モルに対して0.003〜0.0
3モル添加して最終焼成する正特性サーミスタの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6003480A JPH07211511A (ja) | 1994-01-18 | 1994-01-18 | 正特性サーミスタおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6003480A JPH07211511A (ja) | 1994-01-18 | 1994-01-18 | 正特性サーミスタおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07211511A true JPH07211511A (ja) | 1995-08-11 |
Family
ID=11558509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6003480A Pending JPH07211511A (ja) | 1994-01-18 | 1994-01-18 | 正特性サーミスタおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07211511A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6663794B2 (en) | 2000-08-10 | 2003-12-16 | Nippon Soken, Inc. | Reducing-atmosphere-resistant thermistor element, production method thereof and temperature sensor |
| JP2020506549A (ja) * | 2017-02-01 | 2020-02-27 | ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフトTdk Electronics Ag | 低減された突入電流を有するptcヒーター |
-
1994
- 1994-01-18 JP JP6003480A patent/JPH07211511A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6663794B2 (en) | 2000-08-10 | 2003-12-16 | Nippon Soken, Inc. | Reducing-atmosphere-resistant thermistor element, production method thereof and temperature sensor |
| JP2020506549A (ja) * | 2017-02-01 | 2020-02-27 | ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフトTdk Electronics Ag | 低減された突入電流を有するptcヒーター |
| US12424357B2 (en) | 2017-02-01 | 2025-09-23 | Tdk Electronics Ag | PTC heater with reduced switch-on current |
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