JP2001141575A - Temperature sensor element and temperature sensor using it - Google Patents
Temperature sensor element and temperature sensor using itInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、各所の温度検出を
行うために用いられる温度センサ素子およびその素子を
用いた温度センサに関するもので、特に１０００℃ぐら
いまでの高温度の検出において、耐熱性、熱応答性、お
よび信頼性に優れたものに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature sensor element used for detecting the temperature of various places and a temperature sensor using the element. In particular, the present invention relates to a heat sensor for detecting a high temperature up to about 1000.degree. , Thermal responsiveness, and reliability.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、自動車の排気ガスは、厳しい規制
値をクリアすることが要求されている。その中で、自動
車の排気ガス浄化装置、つまり触媒コンバータの浄化性
能を最大限に引き出すために、触媒コンバータ内部の温
度を正確に測定することが望まれている。そのための温
度センサとして、広温度範囲の温度検出が可能で、１０
００℃ぐらいまでの耐熱性、できるだけ速い熱応答性、
および排気ガス中において使用する場合の長期にわたる
高信頼性が望まれている。2. Description of the Related Art In recent years, automobile exhaust gas has been required to meet strict regulation values. Among them, it is desired to accurately measure the temperature inside a catalytic converter in order to maximize the purifying performance of an exhaust gas purifying device of an automobile, that is, a catalytic converter. As a temperature sensor for that purpose, a wide temperature range can be detected.
Heat resistance up to about 00 ℃, heat response as fast as possible,
And long-term high reliability when used in exhaust gas is desired.
【０００３】以下に従来の温度センサ素子の一例を説明
する。An example of a conventional temperature sensor element will be described below.
【０００４】図８は従来の温度センサ素子の断面図であ
り、図９は同温度センサ素子の分解斜視図である。図８
および図９において、温度センサ素子２７は、アルミナ
からなる絶縁性基板２８の上にサーミスタからなる感熱
膜２９と、この感熱膜２９に接触する一対の電極３０
ａ，３０ｂを形成し、上記感熱膜２９および一対の電極
を形成した絶縁性基板２８の面上に、前記電極のリード
取り出し部を除いてアルミナからなる絶縁層３１をコー
ティングした構成としていた。FIG. 8 is a sectional view of a conventional temperature sensor element, and FIG. 9 is an exploded perspective view of the same temperature sensor element. FIG.
9, a temperature sensor element 27 includes a thermosensitive film 29 made of a thermistor on an insulating substrate 28 made of alumina, and a pair of electrodes 30 contacting the thermosensitive film 29.
a and 30b are formed, and an insulating layer 31 made of alumina is coated on the surface of the insulating substrate 28 on which the heat-sensitive film 29 and the pair of electrodes are formed, except for the lead-out portions of the electrodes.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の温
度センサ素子を有する温度センサは、自動車の触媒コン
バータの温度検出として、温度センサ素子が直接排気ガ
スに触れるような使い方をした場合、サーミスタの抵抗
値が大きく変化するという問題があった。これは、サー
ミスタを保護しているアルミナからなる絶縁コーティン
グ層３１がミクロ的にポーラスであるため、排気ガス中
の還元ガスがサーミスタ部まで入り込み、サーミスタと
反応することにより抵抗値が大きく変化するという問題
を有していた。SUMMARY OF THE INVENTION A temperature sensor having a temperature sensor element having the above-described structure is used for detecting the temperature of a catalytic converter of an automobile when the temperature sensor element is used so as to directly contact exhaust gas. However, there is a problem that the resistance value greatly changes. This is because the insulating coating layer 31 made of alumina protecting the thermistor is micro-porous, so that the reducing gas in the exhaust gas enters the thermistor and reacts with the thermistor to greatly change the resistance value. Had a problem.
【０００６】本発明は、これらの問題点を解決し、耐熱
性に優れ、熱応答性が速く、排気ガス中の使用において
も、抵抗値が安定し、信頼性の高い温度センサ素子とそ
れを有する温度センサを提供するものである。The present invention solves these problems, and provides a highly reliable temperature sensor element having excellent heat resistance, quick thermal response, and stable resistance even in use in exhaust gas. And a temperature sensor having the same.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の温度センサ素子は、耐熱性の絶縁材料からな
るグリーンシート上に、温度に対して抵抗値が変化する
感熱性材料の感熱膜を形成すると共に、前記感熱膜に接
触する少なくとも一対の電極とを形成し、前記感熱膜お
よび一対の電極を形成したグリーンシートの面上を、前
記電極のリード取り出し部を除いて耐熱性の絶縁材料か
らなる別のグリーンシートで覆い、全体を一体焼結させ
て構成したことを特徴とするものである。この構成によ
り、感熱膜とこれに接触する電極は、その周囲全体を一
体焼結された耐熱性の絶縁体により覆われ、しかも耐熱
性の絶縁体は緻密な焼結体となるため、感熱膜を外気雰
囲気と完全に遮断することが可能となる。このことによ
り、本発明の温度センサ素子を直接排気ガスに触れる状
態で使用しても、サーミスタが排気ガスの影響を受けな
いので、サーミスタの抵抗値を安定に保ことが可能とな
り、耐熱性に優れ、熱応答性が速く、排気ガス中の使用
においても、抵抗値が安定した高信頼性の温度センサ素
子を提供することができる。In order to achieve the above object, a temperature sensor element according to the present invention is provided on a green sheet made of a heat-resistant insulating material. A film is formed, and at least a pair of electrodes that are in contact with the heat-sensitive film are formed. The surface of the green sheet on which the heat-sensitive film and the pair of electrodes are formed is heat-resistant except for a lead extraction portion of the electrode. It is characterized in that it is covered with another green sheet made of an insulating material and the whole is integrally sintered. With this configuration, the heat-sensitive film and the electrodes that come into contact with the heat-sensitive film are entirely covered with a heat-resistant insulator that is integrally sintered, and the heat-resistant insulator is a dense sintered body. Can be completely shut off from the outside air atmosphere. As a result, even when the temperature sensor element of the present invention is used in a state of directly contacting the exhaust gas, the resistance of the thermistor can be kept stable because the thermistor is not affected by the exhaust gas. It is possible to provide a highly reliable temperature sensor element which is excellent, has a fast thermal response, and has a stable resistance value even when used in exhaust gas.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、耐熱性の絶縁材料からなるグリーンシート上に、温
度に対して抵抗値が変化する感熱性材料の感熱膜を形成
すると共に前記感熱膜に接触する少なくとも一対の電極
を形成し、前記感熱膜および前記一対の電極を形成した
前記グリーンシートの面上を、前記電極のリード取り出
し部を除いて耐熱性の絶縁材料からなる別のグリーンシ
ートで覆い、全体を一体焼結させて構成した温度センサ
素子であり、感熱膜とこれに接触する電極は、その周囲
全体を一体焼結された緻密な耐熱性の絶縁体で覆われて
いるため、感熱膜を外気雰囲気と完全に遮断することが
でき、直接排気ガスに触れる状態で使用しても、感熱膜
が排気ガスの影響を受けないので、感熱膜の特性を安定
に保つという作用を有する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention according to claim 1 of the present invention is to form a heat-sensitive film of a heat-sensitive material whose resistance value changes with temperature on a green sheet made of a heat-resistant insulating material. At least a pair of electrodes that are in contact with the heat-sensitive film are formed, and a surface of the green sheet on which the heat-sensitive film and the pair of electrodes are formed is made of a heat-resistant insulating material except for a lead-out portion of the electrode. This is a temperature sensor element that is covered with a green sheet and is entirely sintered.The heat-sensitive film and the electrodes that come in contact with it are covered with a dense heat-resistant insulator that is integrally sintered. As a result, the thermal film can be completely shut off from the outside atmosphere, and even when used in direct contact with the exhaust gas, the thermal film is not affected by the exhaust gas. Action To.
【０００９】請求項２に記載の発明は、サーミスタから
なるグリーンシートに少なくとも一対の電極を形成し、
前記電極のリード取り出し部を除いて耐熱性の絶縁材料
からなる二枚のグリーンシートで挟み込み、全体を一体
焼結させて構成した温度センサ素子であり、感熱体をサ
ーミスタのグリーンシートで構成することにより、一体
焼結時の焼結収縮率を合わせることができるため、クラ
ックや亀裂の発生のない安定した一体焼結体を作製する
ことができるとともに、サーミスタを外気雰囲気から完
全に遮断することができるため、直接排気ガスの触れる
状態で使用しても、サーミスタの抵抗値を安定に保つと
いう作用を有する。According to a second aspect of the present invention, at least one pair of electrodes is formed on a green sheet comprising a thermistor,
A temperature sensor element that is sandwiched between two green sheets made of a heat-resistant insulating material except for a lead extraction portion of the electrode, and is integrally sintered as a whole, and a thermosensitive element is formed of a green sheet of a thermistor. As a result, the sintering shrinkage rate during integral sintering can be adjusted, so that a stable integral sintered body without cracks and cracks can be produced, and the thermistor can be completely shielded from the outside atmosphere. Therefore, even if the thermistor is used in a state where the exhaust gas is in direct contact with the exhaust gas, the resistance of the thermistor is stably maintained.
【００１０】請求項３に記載の発明は、平板状のサーミ
スタ焼結体に少なくとも一対の電極を形成し、前記電極
のリード取り出し部を除いて耐熱性の絶縁材料からなる
二枚のグリーンシートで挟み込み、全体を一体焼結させ
て構成した温度センサ素子であり、あらかじめ焼結され
たサーミスタを用いることにより、サーミスタの初期抵
抗値を合わせることが容易にできるため、製造時の歩留
りを向上させることができるとともに、サーミスタを外
気雰囲気から完全に遮断することができるため、直接排
気ガスに触れる状態で使用しても、サーミスタの抵抗値
を安定に保つという作用を有する。According to a third aspect of the present invention, at least a pair of electrodes are formed on a plate-like thermistor sintered body, and two green sheets made of a heat-resistant insulating material are formed except for a lead-out portion of the electrode. A temperature sensor element that is sandwiched and entirely sintered together. By using a thermistor that has been sintered in advance, the initial resistance value of the thermistor can be easily adjusted, thereby improving the production yield. In addition, since the thermistor can be completely shut off from the outside atmosphere, the resistance of the thermistor can be stably maintained even when the thermistor is used in direct contact with the exhaust gas.
【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項１記載の
発明において、感熱膜がサーミスタで構成される温度セ
ンサ素子であり、温度変化に対して抵抗値変化の大きい
抵抗−温度特性を有するサーミスタを用いることによ
り、温度検出時の分解能を大きくとることができるとと
もに、サーミスタを外気雰囲気から完全に遮断すること
ができるため、直接排気ガスに触れる状態で使用して
も、サーミスタの抵抗値を安定に保つという作用を有す
る。According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, there is provided a temperature sensor element in which the heat-sensitive film is formed of a thermistor, and has a resistance-temperature characteristic having a large resistance value change with respect to a temperature change. By using a thermistor, the resolution at the time of temperature detection can be increased, and the thermistor can be completely shut off from the outside air atmosphere. Has the effect of keeping it stable.
【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項２から４
のいずれかに記載の発明において、サーミスタが式（Ａ
ｌ1-x-yＣｒxＦｅy）2Ｏ3（０．０５≦ｘ＋ｙ≦０．９
５、０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．６）で表わされるコラン
ダム型結晶構造の酸化物で構成される温度センサ素子で
あり、前記材料組成条件のコランダム型結晶構造のサー
ミスタを用いることにより、１５０℃から１０００℃ま
での広範囲の温度検出が可能で、１０００℃ぐらいまで
の高温での使用においてもサーミスタの抵抗値の変動が
小さく、特性の安定した温度センサ素子を提供できると
ともに、サーミスタを外気雰囲気から完全に遮断するこ
とができるため、直接排気ガスに触れる状態で使用して
も、サーミスタの抵抗値を安定に保つという作用を有す
る。[0012] The invention according to claim 5 provides the invention according to claims 2 to 4.
In the invention according to any one of the above, the thermistor is represented by the formula (A)
l 1-xy Cr x Fe y ) 2 O 3 (0.05 ≦ x + y ≦ 0.9
5, a temperature sensor element composed of an oxide having a corundum type crystal structure represented by 0 ≦ y / (x + y) ≦ 0.6, and using a thermistor having a corundum type crystal structure under the above material composition conditions, A wide range of temperature detection from 150 ° C to 1000 ° C is possible, and even when used at a high temperature of about 1000 ° C, the resistance value of the thermistor is small, and a temperature sensor element with stable characteristics can be provided. Since it can be completely shut off from the atmosphere, it has the effect of keeping the resistance value of the thermistor stable even when used in the state of directly contacting exhaust gas.
【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項１から５
のいずれかに記載の発明において、電極に白金、金、タ
ンタル、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、パラジウ
ム、およびタングステンからなる群より選ばれた少なく
とも一種の金属単体、二種以上の合金または化合物で構
成される温度センサ素子であり、これらの電極材料を用
いることにより、１０００℃ぐらいまでの高温での長期
使用においても、安定した電気導通を確保した温度セン
サ素子を提供できるとともに、サーミスタを外気雰囲気
から完全に遮断することができるため、直接排気ガスに
触れる状態で使用しても、サーミスタの抵抗値を安定に
保つという作用を有する。[0013] The invention according to claim 6 is the invention according to claims 1 to 5.
In the invention according to any one of the above, the electrode is composed of at least one kind of metal element selected from the group consisting of platinum, gold, tantalum, iridium, rhodium, ruthenium, palladium, and tungsten, two or more kinds of alloys or compounds. By using these electrode materials, it is possible to provide a temperature sensor element that ensures stable electrical conduction even in long-term use at a high temperature of about 1000 ° C., and completely removes the thermistor from the outside atmosphere. Therefore, even when used directly in contact with the exhaust gas, the resistance of the thermistor is stably maintained.
【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項１から５
のいずれかに記載の発明において、耐熱性絶縁材にアル
ミナ、ジルコニア、シリカ、ムライト、ステアタイト、
フォルステライト、窒化珪素から構成される温度センサ
素子であり、これらの耐熱性絶縁材を用いることによ
り、１０００℃ぐらいまでの高温での長期使用や熱衝撃
に対しても信頼性の高い温度センサ素子を提供できると
ともに、サーミスタを外気雰囲気から完全に遮断するこ
とができるため、直接排気ガスに触れる状態で使用して
も、サーミスタの抵抗値を安定に保つという作用を有す
る。[0014] The invention according to claim 7 is the invention according to claims 1 to 5.
In the invention according to any one of the above, alumina, zirconia, silica, mullite, steatite,
A temperature sensor element made of forsterite and silicon nitride. By using these heat-resistant insulating materials, it is highly reliable for long-term use at high temperatures up to about 1000 ° C or thermal shock. In addition, since the thermistor can be completely shielded from the outside air atmosphere, the resistance of the thermistor can be stably maintained even when the thermistor is used in direct contact with the exhaust gas.
【００１５】請求項８に記載の発明は、細長い平板状に
一体焼結された耐熱性の絶縁体基板、その絶縁性基板の
一方の端部側の内部に設けられた感熱性材料の感熱膜、
前記絶縁性基板の内部に長手方向に設けられ前記感熱膜
に接触する少なくとも一対の電極、前記絶縁性基板の他
方の端部側に設けられたリード取り出し部より構成され
た温度センサ素子、被温度測定物に対し前記温度センサ
素子を固定するための取付ネジ部、前記温度センサ素子
のリード取り出し部側を覆い前記取付ネジ部に固定され
た金属ケース、前記リード取り出し部に接続されたリー
ド線、前記温度センサ素子の取付ネジ部から露出する部
分を覆うカバー、並びに前記温度センサ素子を保持する
とともに前記取付ネジ部および金属ケースから絶縁する
電気絶縁碍子を具備することを特徴とする温度センサで
あり、感熱膜とそれに接触する電極が耐熱絶縁体の内部
で一体燒結され外気雰囲気と完全に遮断しているため、
温度センサ素子を外気雰囲気中に直接触れさせる構成に
することができるため、温度検出における熱応答性が速
く、排気ガス中で使用してもその雰囲気の影響を受ける
ことなく、信頼性の高い温度センサを提供できるという
作用を有する。The invention according to claim 8 is a heat-resistant insulating substrate integrally sintered in an elongated flat plate shape, and a heat-sensitive film of a heat-sensitive material provided inside one end side of the insulating substrate. ,
A temperature sensor element including at least a pair of electrodes provided in a longitudinal direction inside the insulating substrate and in contact with the heat-sensitive film, a lead extraction portion provided on the other end side of the insulating substrate, A mounting screw part for fixing the temperature sensor element to the measurement object, a metal case covering the lead extraction part side of the temperature sensor element and fixed to the mounting screw part, a lead wire connected to the lead extraction part, A temperature sensor comprising: a cover that covers a portion of the temperature sensor element exposed from a mounting screw part; and an electrical insulator that holds the temperature sensor element and insulates the mounting screw part and a metal case. Because the heat-sensitive film and the electrode in contact with it are integrally sintered inside the heat-resistant insulator and completely shut off from the outside atmosphere,
Since the temperature sensor element can be configured to directly contact the outside air atmosphere, the thermal response in temperature detection is fast, and even if used in exhaust gas, the temperature sensor element is not affected by the atmosphere and has a reliable temperature. This has the function of providing a sensor.
【００１６】請求項９に記載の発明は、請求項８に記載
の発明において、感熱膜がサーミスタで構成される温度
センサであり、サーミスタにすることにより、１０００
℃ぐらいまでの高温での使用が可能で、温度検出におけ
る分解能が高く、しかも排気ガス中で使用してもその雰
囲気の影響を受けることなく、信頼性の高い温度センサ
を提供できるという作用を有する。A ninth aspect of the present invention is the temperature sensor according to the eighth aspect, wherein the temperature-sensitive film is a thermistor.
It can be used at temperatures as high as about ℃, has high resolution in temperature detection, and has the effect of providing a highly reliable temperature sensor without being affected by the atmosphere even when used in exhaust gas. .
【００１７】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図７を用いて説明する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.
【００１８】（実施の形態１）図１は本発明の温度セン
サ素子の第一の実施の形態を説明するための断面図であ
り、図２はその製作過程での分解斜視図である。そし
て、図１は図２の点線で示す部分で切った断面図であ
る。２はアルミナからなるグリーンシートで、そのサイ
ズは横幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであ
る。このグリーンシート２の上にＡＬ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3，
Ｆｅ2Ｏ3を主成分とし、式（Ａｌ1-x-yＣｒxＦｅy）2Ｏ
3（０．０５≦ｘ＋ｙ≦０．９５、０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）
≦０．６）で表わされるコランダム型結晶構造の感熱膜
３としてのサーミスタを厚膜印刷で形成し予備乾燥す
る。このサーミスタの印刷膜の大きさは、８ｍｍ×１２
ｍｍで、厚さは２０μｍである。そして、その感熱膜３
上から、電極としてＰｔペーストで一対のくし形電極４
ａ，４ｂを厚膜印刷で形成し予備乾燥する。くし形電極
間の距離は、所定の抵抗値が出るように設定し、その厚
みは２０μｍである。更に、その電極上から、電極のリ
ード取り出し部を除いた部分に、２と同じアルミナから
なる別のグリーンシート５を重ねて覆い全体を加圧す
る。グリーンシート５のサイズは横幅１０ｍｍ、長さ４
０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍである。このようにして得られ
たものを電気炉の中に入れ、１６５０℃の温度で一体焼
結させる。(Embodiment 1) FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a first embodiment of a temperature sensor element of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view in a manufacturing process. FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the dotted line in FIG. Reference numeral 2 denotes a green sheet made of alumina, which has a width of 10 mm, a length of 50 mm, and a thickness of 0.5 mm. AL 2 O 3 , Cr 2 O 3 ,
Fe 2 O 3 as a main component, the formula (Al 1 -xy Cr x Fe y ) 2 O
3 (0.05 ≦ x + y ≦ 0.95, 0 ≦ y / (x + y)
A thermistor as a heat-sensitive film 3 having a corundum type crystal structure represented by ≦ 0.6) is formed by thick-film printing and preliminarily dried. The size of the printed film of this thermistor is 8 mm × 12
mm, and the thickness is 20 μm. And the heat sensitive film 3
From above, a pair of comb electrodes 4 made of Pt paste as electrodes
a, 4b are formed by thick film printing and pre-dried. The distance between the comb-shaped electrodes is set so that a predetermined resistance value is obtained, and the thickness is 20 μm. Further, another green sheet 5 made of the same alumina as that of 2 is overlaid on a portion of the electrode excluding the lead extraction portion of the electrode, and the whole is pressed. The size of the green sheet 5 is 10 mm in width and 4 in length
0 mm and a thickness of 0.5 mm. The product thus obtained is placed in an electric furnace and integrally sintered at a temperature of 1650 ° C.
【００１９】なお、本実施の形態では、感熱膜にコラン
ダム型結晶構造のサーミスタを、電極にＰｔを、耐熱性
絶縁材料のグリーンシートにアルミナを使用したが、感
熱膜にはサーミスタ以外の温度に対して抵抗値の変化す
る感熱性材料を、電極には請求項６に記載の電極材料
を、絶縁材料のグリーンシートには請求項７に記載の耐
熱性絶縁材料を用いても良い。In the present embodiment, a thermistor having a corundum crystal structure is used for the heat-sensitive film, Pt is used for the electrode, and alumina is used for the green sheet of the heat-resistant insulating material. Alternatively, a heat-sensitive material whose resistance value changes, an electrode material described in claim 6 for an electrode, and a heat-resistant insulating material described in claim 7 may be used for a green sheet of an insulating material.
【００２０】このようにして得られた温度センサ素子１
は、感熱膜３とこれに接触する電極４ａ，４ｂがその周
囲全体を一体焼結された耐熱性絶縁体６に覆われ、しか
も耐熱性絶縁体６は緻密な焼結体で構成できるため、感
熱膜を外気雰囲気と完全に遮断することが可能となり、
直接排気ガスに触れる状態の使用においても抵抗値が安
定した高信頼性の温度センサ素子を提供することができ
る。The temperature sensor element 1 thus obtained
Since the heat-sensitive film 3 and the electrodes 4a and 4b in contact therewith are entirely covered with a heat-resistant insulator 6 which is integrally sintered, and the heat-resistant insulator 6 can be formed of a dense sintered body, It is possible to completely shut off the heat-sensitive film from the outside atmosphere,
It is possible to provide a highly reliable temperature sensor element having a stable resistance value even when used directly in contact with exhaust gas.
【００２１】（実施の形態２）図３は本発明の温度セン
サ素子の第二の実施の形態を説明するための断面図であ
り、図４はその製作過程での分解斜視図である。そし
て、図３は図４の点線で示す部分で切った断面図であ
る。８はアルミナからなるグリーンシートで、そのサイ
ズは横幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであ
る。９はサーミスタからなるグリーンシートで、ＡＬ2
Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3，Ｆｅ2Ｏ3を主成分とし、式（Ａｌ1-x-y
ＣｒxＦｅy）2Ｏ3（０．０５≦ｘ＋ｙ≦０．９５、０≦
ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．６）で表わされるコランダム型結
晶構造のサーミスタ材料を用い、そのサイズは、横幅１
０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍである。このサ
ーミスタのグリーンシート９の上に、電極としてＰｔペ
ーストで一対のくし形電極１０ａ，１０ｂを厚膜印刷で
形成し予備乾燥する。くし形電極間の距離は、所定の抵
抗値が出るように設定し、その厚みは２０μｍである。
アルミナからなるグリーンシート８の上に、Ｐｔペース
トで電極１０ａ，１０ｂを形成したサーミスタからなる
グリーンシート９を乗せ、更にその上から、電極のリー
ド取り出し部を除いた部分に８と同じアルミナからなる
別のグリーンシート１１を重ねて覆い全体を加圧する。
グリーンシート１１のサイズは横幅１０ｍｍ、長さ４０
ｍｍ、厚さ０．５ｍｍである。このようにして得られた
ものを電気炉の中に入れ、１６５０℃の温度で一体焼結
させる。(Embodiment 2) FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a second embodiment of the temperature sensor element of the present invention, and FIG. 4 is an exploded perspective view in a manufacturing process thereof. FIG. 3 is a sectional view taken along a portion shown by a dotted line in FIG. Reference numeral 8 denotes a green sheet made of alumina, which has a width of 10 mm, a length of 50 mm, and a thickness of 0.5 mm. 9 is a green sheet composed of a thermistor, AL 2
O 3 , Cr 2 O 3 , and Fe 2 O 3 are the main components, and the formula (Al 1-xy
Cr x Fe y ) 2 O 3 (0.05 ≦ x + y ≦ 0.95, 0 ≦
y / (x + y) ≦ 0.6), using a thermistor material having a corundum-type crystal structure.
0 mm, length 50 mm, thickness 0.3 mm. On the green sheet 9 of the thermistor, a pair of comb-shaped electrodes 10a and 10b are formed by Pt paste as thick electrodes by thick-film printing and pre-dried. The distance between the comb-shaped electrodes is set so that a predetermined resistance value is obtained, and the thickness is 20 μm.
A green sheet 9 made of a thermistor having electrodes 10a and 10b formed of Pt paste is placed on a green sheet 8 made of alumina. Another green sheet 11 is overlaid and covered, and the whole is pressed.
The size of the green sheet 11 is 10 mm in width and 40 in length
mm and a thickness of 0.5 mm. The product thus obtained is placed in an electric furnace and integrally sintered at a temperature of 1650 ° C.
【００２２】なお、本実施の形態では、サーミスタから
なるグリーンシートにコランダム型結晶構造のサーミス
タを、電極にＰｔを、耐熱性絶縁材料のグリーンシート
にアルミナを使用したが、サーミスタからなるグリーン
シートにはコランダム型結晶構造以外のサーミスタを、
電極には請求項６に記載の電極材料を、絶縁材料のグリ
ーンシートには請求項７に記載の耐熱性絶縁材料を用い
ても良い。In the present embodiment, the green sheet made of a thermistor uses a corundum type crystal structure thermistor, the electrode uses Pt, and the green sheet made of a heat resistant insulating material uses alumina. Is a thermistor other than the corundum crystal structure,
The electrode material described in claim 6 may be used for the electrode, and the heat-resistant insulating material described in claim 7 may be used for the green sheet of the insulating material.
【００２３】このようにして得られた温度センサ素子７
は、サーミスタをグリーンシート９で作製することによ
り全体を一体焼結させる際に耐熱性絶縁材料からなるグ
リーンシート８，１１と焼結時の収縮率を近似させるこ
とができるため、クラックや亀裂の発生のない安定した
一体焼結体を作製することができるとともに、サーミス
タ９とこれに接触する電極１０ａ，１０ｂがその周囲全
体を一体焼結された耐熱性の絶縁体１２に覆われ、しか
も耐熱性絶縁体１２は緻密な焼結体で構成できるため、
感熱膜を外気雰囲気と完全に遮断することが可能とな
り、直接排気ガスに触れる状態の使用においても抵抗値
が安定した高信頼性の温度センサ素子を提供することが
できる。The temperature sensor element 7 thus obtained
By manufacturing the thermistor with the green sheet 9, when the whole is integrally sintered, the shrinkage rate at the time of sintering can be approximated to that of the green sheets 8, 11 made of a heat-resistant insulating material. A stable integrated sintered body free of generation can be produced, and the entire periphery of the thermistor 9 and the electrodes 10a and 10b which are in contact with the thermistor 9 are covered with a heat-resistant insulator 12 integrally sintered. Since the conductive insulator 12 can be composed of a dense sintered body,
It is possible to completely shut off the heat-sensitive film from the outside air atmosphere, and it is possible to provide a highly reliable temperature sensor element having a stable resistance value even when used in a state of directly contacting exhaust gas.
【００２４】（実施の形態３）図５は本発明の温度セン
サ素子の第三の実施の形態を説明するための断面図であ
り、図６はその製作過程での分解斜視図である。そし
て、図５は図６の点線で示す部分で切った断面図であ
る。１４はアルミナからなるグリーンシートで、そのサ
イズは横幅１０ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍで
ある。１５は平板状のサーミスタからなる焼結体で、Ａ
Ｌ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3，Ｆｅ2Ｏ3を主成分とし、式（Ａｌ
1-x-yＣｒxＦｅy）2Ｏ3（０．０５≦ｘ＋ｙ≦０．９
５、０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．６）で表わされるコラン
ダム型結晶構造のサーミスタ材料を用い、そのサイズ
は、横幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであ
る。この平板状のサーミスタ焼結体１５の両面に、電極
としてＰｔペーストで一対の対面電極１６ａ，１６ｂを
厚膜印刷で形成した後１０００℃で焼付けする。対面電
極の面積は、所定の抵抗値が出るように設定し、その厚
みは２０μｍである。アルミナからなるグリーンシート
１４および１７の間に、Ｐｔペーストで電極１６ａ，１
６ｂを形成し焼き付けたサーミスタ焼結体１５のリード
取り出し部を除いた部分を挟み込み、全体を加圧する。
グリーンシート１７のサイズは横幅１０ｍｍ、長さ４０
ｍｍ、厚さ０．５ｍｍである。このようにして得られた
ものを電気炉の中に入れ、１６５０℃の温度で一体焼結
させる。(Embodiment 3) FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a third embodiment of the temperature sensor element of the present invention, and FIG. 6 is an exploded perspective view in a manufacturing process. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the dotted line in FIG. Reference numeral 14 denotes a green sheet made of alumina, which has a width of 10 mm, a length of 40 mm, and a thickness of 0.5 mm. Reference numeral 15 denotes a sintered body composed of a plate-like thermistor.
L 2 O 3 , Cr 2 O 3 , and Fe 2 O 3 as main components, and the formula (Al
1-xy Cr x Fe y ) 2 O 3 (0.05 ≦ x + y ≦ 0.9
5, a thermistor material having a corundum crystal structure represented by 0 ≦ y / (x + y) ≦ 0.6 is used, and its size is 10 mm in width, 50 mm in length, and 0.5 mm in thickness. A pair of facing electrodes 16a and 16b are formed on both surfaces of the plate-like thermistor sintered body 15 with Pt paste as electrodes by thick-film printing and then baked at 1000 ° C. The area of the facing electrode is set so as to obtain a predetermined resistance value, and its thickness is 20 μm. Between the green sheets 14 and 17 made of alumina, the electrodes 16a, 1 were made of Pt paste.
The portion of the thermistor sintered body 15 on which the lead 6b is formed and baked except for the lead-out portion is sandwiched, and the whole is pressed.
The size of the green sheet 17 is 10 mm in width and 40 in length.
mm and a thickness of 0.5 mm. The product thus obtained is put into an electric furnace and sintered integrally at a temperature of 1650 ° C.
【００２５】なお、本実施の形態では、サーミスタ焼結
体にコランダム型結晶構造のサーミスタを、電極にＰｔ
を、耐熱性絶縁材料のグリーンシートにアルミナを使用
したが、サーミスタ焼結体にはコランダム型結晶構造以
外のサーミスタ材料を、電極には請求項６に記載の電極
材料を、絶縁材料のグリーンシートには請求項７に記載
の耐熱性絶縁材料を用いても良い。In this embodiment, a thermistor having a corundum type crystal structure is used for the thermistor sintered body, and Pt is used for the electrode.
Alumina was used as a green sheet of a heat-resistant insulating material, but a thermistor material other than a corundum crystal structure was used for a thermistor sintered body, the electrode material according to claim 6 was used for an electrode, and a green sheet of an insulating material was used. The heat-resistant insulating material according to claim 7 may be used.
【００２６】このようにして得られた温度センサ素子１
３は、あらかじめ焼結したサーミスタ素体に電極を焼き
付けたものを用いることにより、サーミスタの初期抵抗
値を合わせることが容易にできるため、製造時の歩留り
を向上させることができるとともに、サーミスタ１５と
これに接触する電極１６ａ，１６ｂがその周囲全体を一
体焼結された耐熱性の絶縁体１８に覆われ、しかも耐熱
性の絶縁体１８は緻密な焼結体で構成できるため、感熱
膜を外気雰囲気と完全に遮断することが可能となり、直
接排気ガスに触れる状態の使用においても抵抗値が安定
した高信頼性の温度センサ素子を提供することができ
る。The temperature sensor element 1 thus obtained
No. 3, since the initial resistance value of the thermistor can be easily adjusted by using a sintered thermistor element with electrodes baked in advance, the yield at the time of manufacturing can be improved, and the thermistor 15 can be used. The electrodes 16a and 16b in contact therewith are entirely covered with a heat-resistant insulator 18 integrally sintered, and the heat-resistant insulator 18 can be formed of a dense sintered body. It is possible to completely shut off the atmosphere and to provide a highly reliable temperature sensor element having a stable resistance value even when used in a state of directly contacting exhaust gas.
【００２７】（実施の形態４）図７は本発明の温度セン
サ素子の第四の実施の形態を説明するための縦断面図で
ある。温度センサ素子１は、横幅１０ｍｍ、長さ５０ｍ
ｍ、厚み１ｍｍの細長い平板状に一体焼結されたアルミ
ナからなる耐熱性の絶縁体基板６の端部の内部に設けら
れた感熱膜３と、これに接触し基板の内部に長手方向に
設けられた一対の電極４ａ，４ｂと、基板６の他方の端
部側に設けられたリード取り出し部の電極４ａ，４ｂよ
り構成されている。この温度センサ素子１のリード取り
出し部電極４ａ，４ｂに中継用リード線２５ａ，２５ｂ
を接続した後、電気絶縁碍子２２に挿入し、リード引き
出し部側を保持充填材２３にて充填保持する。電気絶縁
碍子２２は、取付ネジ部１９に挿入された後、金属ケー
ス２０を介してかしめて固定される。外部引出リード線
２６ａ，２６ｂは、中継用リード線２５ａ，２５ｂに接
続され、貫通孔を有するシリコン製のゴムブッシュ２４
を介して金属ケースの端部をかしめて保持されている。
また、温度センサ素子１を外部衝撃から保護するために
円筒形の穴あきカバー２１が取付ネジ部１９に固定され
ている。(Embodiment 4) FIG. 7 is a longitudinal sectional view for explaining a temperature sensor element according to a fourth embodiment of the present invention. The temperature sensor element 1 has a width of 10 mm and a length of 50 m
m, a heat-sensitive film 3 provided inside the end of a heat-resistant insulating substrate 6 made of alumina integrally sintered in a long and thin plate shape having a thickness of 1 mm, and provided in contact with the heat-sensitive film 3 in the longitudinal direction inside the substrate. And a pair of electrodes 4a and 4b of a lead extraction portion provided on the other end side of the substrate 6. Relay lead wires 25a, 25b are connected to the lead extraction electrodes 4a, 4b of the temperature sensor element 1, respectively.
Then, the lead is inserted into the electric insulator 22, and the lead lead-out portion side is filled and held by the holding filler 23. After the electric insulator 22 is inserted into the mounting screw 19, it is caulked and fixed via the metal case 20. The external lead wires 26a and 26b are connected to the relay lead wires 25a and 25b, and have a silicone rubber bush 24 having a through hole.
The end of the metal case is caulked and held.
Further, a cylindrical perforated cover 21 is fixed to the mounting screw 19 to protect the temperature sensor element 1 from external impact.
【００２８】以上の構成により、本実施の形態の温度セ
ンサは、感熱膜とこれに接触する電極が耐熱性の絶縁体
基板の内部で一体焼結され、外気雰囲気と完全に遮断し
ているため、温度センサ素子を円筒形の穴あきカバーを
介して外気雰囲気に直接触れさせる構成にすることがで
き、温度検出時の熱応答性が速く、また排気ガス中で使
用してもその雰囲気の影響を受けることなく、特性の安
定した高信頼性の温度センサを提供することができる。With the above configuration, in the temperature sensor according to the present embodiment, the heat-sensitive film and the electrode in contact with the heat-sensitive film are integrally sintered inside the heat-resistant insulating substrate and completely shut off from the outside atmosphere. The temperature sensor element can be configured to directly contact the outside atmosphere through a cylindrical perforated cover, providing fast thermal response during temperature detection and the effect of the atmosphere even when used in exhaust gas. Therefore, a highly reliable temperature sensor having stable characteristics can be provided without receiving the temperature sensor.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、感熱膜とこれに接触する電極は、その周囲全体
を一体焼結させた耐熱性の絶縁体により覆われ、しかも
耐熱性の絶縁体は緻密な焼結体となるため、感熱膜を外
気雰囲気と完全に遮断することが可能となり、排気ガス
中で使用してもその雰囲気の影響を受けることなく、耐
環境性に優れた温度センサ素子を提供することができ
る。As is apparent from the above description, according to the present invention, the heat-sensitive film and the electrode in contact with the heat-sensitive film are covered with a heat-resistant insulator obtained by integrally sintering the entire periphery. Since the insulator is a dense sintered body, it is possible to completely block the heat-sensitive film from the outside atmosphere, and it is excellent in environmental resistance without being affected by the atmosphere even when used in exhaust gas. Temperature sensor element can be provided.
【００３０】更に、これを用いた温度センサは、温度セ
ンサ素子を外気雰囲気に直接触れさせる構成にすること
ができるため、温度検出時の熱応答性が速く、排気ガス
中で使用してもその雰囲気の影響を受けることなく、信
頼性に優れた温度センサを提供することができる。Further, the temperature sensor using this can be configured so that the temperature sensor element is brought into direct contact with the outside atmosphere, so that the thermal response at the time of detecting the temperature is fast, and the temperature sensor can be used even in exhaust gas. A highly reliable temperature sensor can be provided without being affected by the atmosphere.
【図１】本発明の実施の形態１の温度センサ素子の断面
図FIG. 1 is a sectional view of a temperature sensor element according to a first embodiment of the present invention.
【図２】同温度センサ素子の分解斜視図FIG. 2 is an exploded perspective view of the temperature sensor element.
【図３】本発明の実施の形態２の温度センサ素子の断面
図FIG. 3 is a cross-sectional view of a temperature sensor element according to Embodiment 2 of the present invention.
【図４】同温度センサ素子の分解斜視図FIG. 4 is an exploded perspective view of the temperature sensor element.
【図５】本発明の実施の形態３の温度センサ素子の断面
図FIG. 5 is a sectional view of a temperature sensor element according to a third embodiment of the present invention.
【図６】同温度センサ素子の分解斜視図FIG. 6 is an exploded perspective view of the temperature sensor element.
【図７】本発明の実施の形態４の温度センサの縦断面図FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a temperature sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図８】従来の温度センサ素子の断面図FIG. 8 is a sectional view of a conventional temperature sensor element.
【図９】同温度センサ素子の分解斜視図FIG. 9 is an exploded perspective view of the temperature sensor element.
１，７，１３，２７ 温度センサ素子 ２，５，８，１１，１４，１７ 耐熱性絶縁材料からな
るグリーンシート ３，２９ 感熱膜 ４ａ，４ｂ，１０ａ，１０ｂ，１６ａ，１６ｂ，３０
ａ，３０ｂ 電極 ６，１２，１８ 一体焼結された絶縁体 ９ サーミスタからなるグリーンシート １５ サーミスタ焼結体 １９ 取付ネジ部 ２０ 金属ケース ２１ カバー ２２ 電気絶縁碍子 ２３ 保持充填材 ２４ ゴムブッシュ ２５ａ，２５ｂ 中継用リード線 ２６ａ，２６ｂ 外部引出リード線 ２８ 絶縁性基板 ３１ 絶縁層1,7,13,27 Temperature sensor element 2,5,8,11,14,17 Green sheet made of heat-resistant insulating material 3,29 Heat-sensitive film 4a, 4b, 10a, 10b, 16a, 16b, 30
a, 30b Electrode 6, 12, 18 Insulator sintered integrally 9 Green sheet made of thermistor 15 Thermistor sintered body 19 Mounting screw part 20 Metal case 21 Cover 22 Electrical insulator 23 Holding filler 24 Rubber bush 25a, 25b Relay lead wires 26a, 26b External lead wire 28 Insulating substrate 31 Insulating layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森分 博紀 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F056 QF01 QF04 QF05 QF08 QF10 5E034 BB01 BB05 BC01 DA02 DB01 DB15 DC05 DE05 DE07 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroki Moritaka 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture F-term in Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (9)
ト上に、温度に対して抵抗値が変化する感熱性材料から
なる感熱膜を形成すると共に、前記感熱膜に接触する少
なくとも一対の電極を形成し、前記感熱膜および前記一
対の電極を形成した前記グリーンシートの面上を前記電
極のリード取り出し部を除いて耐熱性の絶縁材料からな
る別のグリーンシートで覆い、全体を一体焼結させて構
成した温度センサ素子。1. A heat-sensitive film made of a heat-sensitive material whose resistance value changes with temperature is formed on a green sheet made of a heat-resistant insulating material, and at least one pair of electrodes in contact with the heat-sensitive film is formed. Then, the surface of the green sheet on which the heat-sensitive film and the pair of electrodes are formed is covered with another green sheet made of a heat-resistant insulating material except for a lead extraction portion of the electrode, and the whole is integrally sintered. The configured temperature sensor element.
スタからなるグリーンシートを前記電極のリード取り出
し部を除いて耐熱性の絶縁材料からなる二枚のグリーン
シートで挟み込み、全体を一体焼結させて構成した温度
センサ素子。2. A green sheet made of a thermistor having at least a pair of electrodes sandwiched between two green sheets made of a heat-resistant insulating material except for a lead-out portion of the electrode, and the whole is integrally sintered. Temperature sensor element.
のサーミスタ焼結体を前記電極のリード取り出し部を除
いて耐熱性の絶縁材料からなる二枚のグリーンシートで
挟み込み、全体を一体焼結させて構成した温度センサ素
子。3. A plate-shaped thermistor sintered body having at least a pair of electrodes formed thereon is sandwiched between two green sheets made of a heat-resistant insulating material except for a lead-out portion of the electrode, and the whole is integrally sintered. Temperature sensor element configured with:
１に記載の温度センサ素子。4. The temperature sensor element according to claim 1, wherein the heat-sensitive film comprises a thermistor.
y）2Ｏ3（０．０５≦ｘ＋ｙ≦０．９５、０≦ｙ／（ｘ
＋ｙ）≦０．６）で表わされるコランダム型結晶構造の
酸化物で構成される請求項２から４のいずれかに記載の
温度センサ素子。5. The method according to claim 1, wherein the thermistor has the formula (Al 1-xy Cr x Fe)
y ) 2 O 3 (0.05 ≦ x + y ≦ 0.95, 0 ≦ y / (x
The temperature sensor element according to any one of claims 2 to 4, wherein the temperature sensor element is composed of an oxide having a corundum crystal structure represented by (+ y) ≤ 0.6).
ム、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、およびタング
ステンからなる群より選ばれた少なくとも一種の金属単
体、二種以上の合金または化合物で構成される請求項１
から５のいずれかに記載の温度センサ素子。6. The electrode according to claim 1, wherein the electrode is made of at least one kind of metal selected from the group consisting of platinum, gold, tantalum, iridium, rhodium, ruthenium, palladium, and tungsten, and two or more kinds of alloys or compounds. 1
6. The temperature sensor element according to any one of claims 1 to 5.
ニア、シリカ、ムライト、ステアタイト、フォルステラ
イト、窒化珪素のいずれかから構成される請求項１から
５のいずれかに記載の温度センサ素子。7. The temperature sensor element according to claim 1, wherein the heat-resistant insulating material is made of any one of alumina, zirconia, silica, mullite, steatite, forsterite, and silicon nitride.
絶縁体基板、その絶縁体基板の一方の端部側の内部に設
けられた感熱性材料の感熱膜、前記絶縁体基板の内部に
長手方向に設けられ前記感熱膜に接触する少なくとも一
対の電極、前記絶縁体基板の他方の端部側に設けられた
リード取り出し部より構成された温度センサ素子、被温
度測定物に対し前記温度センサ素子を固定するための取
付ネジ部、前記温度センサ素子のリード取り出し部側を
覆い前記取付ネジ部に固定された金属ケース、前記リー
ド取り出し部に接続されたリード線、前記温度センサ素
子の取付ネジ部から露出する部分を覆うカバー、並びに
前記温度センサ素子を保持するとともに前記取付ネジ部
および金属ケースから絶縁する電気絶縁碍子を具備する
ことを特徴とする温度センサ。8. A heat-resistant insulating substrate integrally sintered in an elongated flat plate shape, a heat-sensitive film of a heat-sensitive material provided inside one end of the insulating substrate, and an inside of the insulating substrate. A temperature sensor element comprising at least a pair of electrodes provided in the longitudinal direction and in contact with the heat-sensitive film, a lead extraction portion provided on the other end side of the insulating substrate, and the temperature with respect to the object to be measured. A mounting screw portion for fixing the sensor element, a metal case covering the lead extraction portion side of the temperature sensor element and fixed to the mounting screw portion, a lead wire connected to the lead extraction portion, and mounting the temperature sensor element A cover for covering a portion exposed from the screw portion, and an electric insulator for holding the temperature sensor element and insulating the mounting portion and the metal case from each other. Degree sensor.
８に記載の温度センサ。9. The temperature sensor according to claim 8, wherein the heat-sensitive film comprises a thermistor.
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|---|---|---|---|
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- 1999-11-17 JP JP32634599A patent/JP2001141575A/en active Pending
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