JPH0310131A - 高温用サーミスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明１飄　セラミックスを素材とする高温用サーミス
タの構造に関する。

［従来の技術］ 従来より、高温用のサーミスタとしては、例えば実開昭
５４−４９９８３号公報に記載されているものが知られ
ている。これは大気導入型のサーミスタであり、安定化
ジルコニア固体電解質からなる温度検出素子に、電極と
してＰＲ線を挿入してプレス成形した後に焼成し、この
温度検出素子を、空気導入通路を有するリード總　セラ
ミックス碍管、無機粉末とともに有底保護筒内に収納し
て形成するものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の高温用サーミスタに（上以下に述
べる問題点がある。

■　外気導入型の高温用サーミスタは、外気を導入する
構造であるので、そのアセンブリ構造が複雑になり、高
度なアセンブリ技術や精密部品を使用する必要が生じ、
それによって、耐衝撃↑を耐熱性の問題があつ旭 ■　空気導入通路を有するリード線の組付作業や、精密
な部材の複雑な位置決め等の工程が必要で製造が大変で
あるという問題があった■　高温の状態における外気や
周囲雰囲気の影響によって温度検出素子が変質したり、
酸欠によって抵抗−温度特性が変化することがあり、耐
熱性に欠けるという問題があった ■　保護筒、充填材やリード線の空気導入通路を介して
温度検出素子表面まで外気を導く構成であるために、周
囲雰囲気温が素子に達するまでの時間が長く、応答性が
さほどよくないという難点があった ■　通常は有底保護筒にＳＵ９３１０等を用いるととも
に内壁を酸化皮膜処理を行っているため高価であつｈ 本発明（表　前記従来の技術の問題点を解消するために
なされたもので、それらの問題点を克服して優れた性能
の高温用サーミスタを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 前記問題点を解決するためになされた本発明の請求項１
の高温用サーミスタ（飄 セラミックスの温度検出素子及び該温度検出素子に接続
された一対の電極からなる温度検出部と、この温度検出
部を外気に対して気密に囲むセラミックス絶縁部材とを
備えるとともに、該セラミックス絶縁部材の内側には前
記温度検出素子に酸素ガスを接触させる空隙を有する高
温用サーミスタであって、該空隙を、前記温度検出部に
形成したことを要旨とする。

ここ、で、前記温度検出部に設けられた空隙として、温
度検出部を貫く貫通孔を採用すると、空隙の形成が容易
になるとともに空隙の容積を十分に確保できるので好ま
しい。

また、前記温度検出部の温度検出素子及び画電極の構成
として、各々印刷によって画電極が温度検出素子を挟む
ように積層して形成すると、製造が簡単でしかも所望の
抵抗−温度特性を容易に得られるので好適である。

更に、この積層して形成した温度検出部に　例えば画電
極や温度検出素子をその積層方向に貫く様に、前記貫通
孔を形成することが望ましい。

また、請求項２の高温用サーミスタ１表セラミックスの
温度検出素子及び該温度検出素子に接続された一対の電
極からなる温度検出部と、この温度検出部を外気に対し
て気密に囲むセラミックス絶縁部材とを備えるととも１
：、該セラミックス絶縁部材の内側には前記温度検出素
子に酸素ガスを接触させる空隙を有する高温用サーミス
タであって、前記電極から伸びる電極線の出力取り出し
側は外気を遮断する緻密層で形成したことを要旨とする
。

ここで、前記請求項１及び請求項２の温度検出素子（飄
　イオン電導性の完全安定化固体電解質であることが高
温特性の点から好ましく、例え（ｆ、。

Ｚ　ｒ　Ｏ２Ｙ　２０３、　Ｚ　ｒ　０２−Ｃａ　Ｏ，
Ｚ　ｒ　０２−Ｍｇｏ、Ｔｈｅ２−Ｌａ○（ランタン属
）等を適用することができる。

セラミックス絶縁部材（上　耐酸化性および耐高温性を
有する緻密な絶縁体であり、例えｆ戯／ｌ！２０３、ム
ライト、スピネル等を用いることができる。

［作用］ 請求項１の高温用サーミスタ（よ セラミックス絶縁部材で囲まれた内側の温度検出部に空
隙が形成されているので、その空隙の中の酸素ガスが温
度検出素子に対してイオン電導体として作用し、これに
より温度検出素子から電極を介して外気温度に依存した
電気信号が出力される。またそのセラミックス絶縁部材
が、温度検出素子を囲んで外気に対して気密にするので
、温度検出素子が外気の影響を受けて変質するような劣
化も防止する。更にセラミックス絶縁部材を介して温度
検出素子へ速やかに周囲雰囲気の温度が伝えら札　この
温度検出素子の出力に基づいて温度が測定されるので、
応答性が向上する。

そして、特に前記空隙が温度検出部に形成されるのであ
るから、例えば温度検出部の形成時に単こ穴を開けるよ
うな手段で、簡単に空隙の形成が可能となる。更に空隙
のための空間を温度検出部外に確保する必要が無いので
より小型化が可能となって応答性が向上する。

また、請求項２の高温用サーミスタ（上上述した空隙に
よる作用に加えて、電極線の出力取り出し側が、外気を
遮断する緻密層で形成されているので、外気の侵入や空
隙内の酸素の漏出をより確実に防止する。それによって
、温度検出素子の周囲雰囲気の影響による性能の低下を
防止して、耐熱性　耐久性を向上することが可能となる
。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。

第１図は高温用サーミスタ］の分解斜視医　第２図はそ
の要部を拡大して示す斜視図である。

両図に示すように、内側基板（厚さ０．５凧幅４．５鴫
　　長さ６．０ｍｍ）　２の表面に設けられた温度検出
部３（表　温度検出素子（厚さ２０〜５０μ八　幅５凧
　長さ５〜１０ｍｍ）４及び該温度検出素子４の両側に
配置された一対の電極５，６から構成されている。また
各電極５．６には各々電極線７，８が接続さ札　更に電
極線７，８の出力取り出し側の端子９．１０にはＰＲ線
１１．１２が接続される。そして、上記各部材を挟んで
接着用の薄膜のペースト部１３．１４及び外側基板（厚
さ０．５ｎｍ、　　幅４．５鴫　　長さ６．　　Ｏｍｍ
）　１５゜１６が配置される。

前記温度検出部３に（表　温度検出素子４．電極５．６
及び内側基板２を貫いて、複数の円柱状の貫通孔（φ０
．　５ｍｍ）　１７が形成されている。また電極線７．
８Ｆ　　多孔質からなる内側電極線７ａ、８ａと、緻密
層からなる端子側電極線７　ｂ。

８ｂとから構成されている。尚、前記ペースト部１３．
１４に（表　温度検出部３及び端子９，１０に該当する
部分に窓部１８が設けである。

これらの部材は積層された後に焼成されること二より、
第３図の高温用サーミスタ１が完成されるのであるが、
次に各部材の組成および製造方法二ついて詳細に説明す
る。

まず、内側基板２となるグリーンシートを製造する。グ
リーンシート（上　　比表面積が６〜１０ポ／ｇ、平均
粒径７’ｌ＜　ｏ、８μｍのアルミナ粉末１ミＳ　＋　
０２・ＣａＯ−ＭｇＯ系ガラスを２重量％添加し、これ
らを公知のＰＶＢバインダで混練し、　ドクダーブレー
ド法でシート化することにより製造する。

次に、第４図に示すように、このグリーンシト上にｐｔ
ペーストを印刷することにより、一方の電極６及び内側
電極線８ａを一体に形成する。

ｐｔペーストとして（上　比表面積が０．　６ｒｒ？／
ｇ、単位体積当りの密度が５〜６ｇ／ｍ”のｐｔ粉末を
用い、これに共素地としてＺ　ｒ　Ｏ２Ｙ　２０　ａ系
固体電解質を１６重量％含有させ、セルロース系バイン
ダ（有機溶剤）にて混練することにより、ペースト化し
たものを使用する。

次に、同じグリーンシート上に、前記内側電極線８ａの
端部に重ねてより緻密なｐｔペーストを印刷して、空気
の遮断が可能な端子側電極線８ｂを形成する。このｐｔ
ペーストとして（上　比表面積が２ｎ（７ｇ、単位体積
当りの密度が１ｇ／ｍ３のＰｔ粉末を用い、これに共素
地としてＺｒ０２−Ｙ２ｏ３系固体電解質を７〜８重量
％含有させ、セルロース系バインダでペースト化したも
のを使用する。

更ＩＱ　　前記電極６の表面に、温度検出素子４を印刷
により積層形成する。温度検出素子４は、　Ｚｒｏ２−
８〜１５モル％Ｙ２Ｏ３の完全安定化固体電解質の粉末
色用い、この粉末の平均粒径を３μｍ、比表面積を２〜
５　ｒｒ（／　ｇ　＋ニ調製し、これをセルロース系バ
インダでペースト化したものを使用する。

続いて、上述した電極６．内側電極線８ａ及び端子側電
極線８ｂと同様にして、他方の電極５゜内側電極線７ａ
及び端子側電極線７ｂを重ねて印刷し、乾燥させる。

次１：、この様に積層して形成した温度検出部３及び内
側基板２を、ポンチで貫いて酸素が存在する空間である
貫通孔１７を複数形成する。

更に、前記温度検出部３及び端子９．１０を除き、前記
各部材を覆ってアルミナペーストからなる接着剤（ペー
スト部１３．１４）を印刷する。

続いて、電極線７，８の端子９．１０にψ０゜２５ｍｍ
のＰＲ線１１．１２を接着する。

そして、このペースト部１３．１４の外側に、内側基板
２のグリーンシートと同様な、外側基板１５．１６とな
るグリーンシートを圧着し、切断した後に樹脂抜きを実
施する。

その後、　１５２０℃〜１５３０℃の雰囲気中にて１時
間焼成し、さらに６８０°Ｃの雰囲気中にて１．５Ｖの
電圧を６０秒間印加する工程を５回繰り返すエージング
処理を施す。

これにより、内側基板２及び外側基板１５，１６は焼成
後は密着構造となるととも１：、貫通孔１７を有する温
度検出部３が外気と遮断された高温用サーミスタ１が製
造される。

次に、前記高温用サーミスタ１の動作を説明する。ＰＲ
線Ｍ、＋２に接続された外部リード線（第５図）２０．
２１間に電圧を印加すると、貫通孔１７の酸素ガスが温
度検出素子４を介してイオン電導体として作用し、温度
検出素子４は温度に依存した抵抗値を示し、これが外部
リード線２０、２１間（二電気信号として出力される。

この電気信号に基づいて外部雰囲気の温度測定が可能に
なる。

尚、高温用サーミスタ１の組み付けに１表　第５図に示
すように、まず、　ＰＲ線１１．１２に耐熱・耐酸化性
金属（例えｆｆ、Ｎｉ、ステンレス鋼）からなる外部リ
ード線２０．２］を溶接またはろう付し、これをテーバ
付金具２３に耐熱固着材料（セメントガラス）２４を介
在させて固定する。

このとき、高温サーミスタ１の先端１ａは露出している
。

この様な構成によって、本実施例は下記の効果を奏する
。

■　密閉型の構成によって外気と十分に遮断されている
ので、１０００℃程度の高温の状態においても、温度検
出素子４が変質したり酸欠によって抵抗−温度特性が変
化することなく、性能が安定したものとなつｈ ■　保護筒、充填材やリード線の空気導入通路を介して
外気を導く構成が必要なく、また密閉型の構造によって
感熱部分が露出可能になり、更に内側基板２に直接温度
検出部３が印刷しである″ので、外気温が温度検出素子
４に達するまでの時間が短くなり、従来品と比較して４
０〜７０％程度応答性が向上しＬ　それによって、例え
ば自動車の排ガス浄化触媒の過熱！報やエンジン制御に
も使用可能になつｔ− ■　酸素ガスを存在させる空隙（表　単に温度検出部３
に貫通孔］７をあけるだけですむので、その形成が極め
て容易である。

■　この貫通孔１７を備えた温度検出部３の構成によっ
て、高温用サーミスタ１全体の構成が簡単になり、小型
化が容易になつＬ　それによって、応答性を一層向上さ
せることが可能となった■　温度検出素子４及びこの素
子４を挟む電極５．６を印刷によって形成するので、電
極ピッチを小さくすることができ、更に電極面積を大き
く取ることができる。それによって、好適な抵抗温度特
性を得ることが容易に可能になっＬ■　この印刷によっ
て温度検出部３等が形成されるので、大量生産が容易に
なった ■　電極線７．８の出力取り出し側が緻密な層で形成さ
れているので、外気の侵入や内部の酸素ガスの漏出がよ
り確実に防止できる。それによって、出力取り出し側を
ガラス等でシールする工程が省略可能となった ■　外気を導入する構造を必要としないので構造が簡単
になり、高度なアセンブリ技術や精密部品を使用する必
要がない。それによって、耐衝撃性　耐熱性が向上した ■　温度検出素子３を金属保護筒により被覆しないで露
出して組み付けることができるので、構造が簡単になり
、しかも金属保護筒のような高価な部品も使用しないで
よいので、コストの低減も図ることができ旭 ［相］　空気導入通路を有するリード線の組付作業や、
精密な部材の複雑な位置決め等の工程が必要なく製造が
容易になつ翫 次に、他の実施例の高温用サーミスタ３０について、第
６図に基づいて説明する。

本実施例の高温用サーミスタ３０１戴　上述した実施例
の高温用サーミスタ１とほぼ同様に、温度検出部３］、
温度検出素子３２．電極３３，３４゜電極線３５，３６
．　　ペースト部３７．３８．　　外側基板３９，４０
．　　端子４１．４２等を備えているが、一方のペース
ト部３７及び外側基板３９が短くなっている点が大きく
異なる。即ち端子４１゜４２は露出して形成さ札　焼成
後この端子４１゜４２にリード線（図示せず）がロー付
は等によって取り付けられる。この構成によって製造が
一層簡単になるとともに、前記と同様な効果を奏する。

尚、本発明は前記各実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実
施できることは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の請求項１の高温用サーミ
スタ（よ　温度検出素子がセラミックス絶縁部材により
外気に対して気密に囲まれているために、周囲雰囲気に
関係なく、安定した抵抗−温度特性等の優れた性質を発
揮する。また外気の導入を行う構成を必要としないので
、構造が簡単になり高い応答性を得ることができる。更
に酸素ガスを存在させる空隙にｌ：、温度検出部に簡単
に形成することができる。また空隙のための空間を温度
検出部外に確保する必要が無いので、より小型化が可能
となってその点からも応答性が向上する。

また、請求項２の高温用サーミスタは、上述した効果に
加えて、電極線の出力取り出し側が外気を遮断する緻密
層で形成されているので、外気の侵入や空隙内の酸素の
漏出を確実に防いで、周囲雰囲気による温度検出素子の
性能の低下を防止することできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の高温用サーミスタを示す分解
斜視医　第２図はその要部を拡大して示す斜視医　第３
図は高温サーミスタを示す斜視医第４図は温度検出部を
示す分解斜視は　第５図は高温用サーミスタを金具に取
り付けた状態を示す断面医　第６図は他の実施例の高温
用サーミスタを示す分解斜視図である。 第１図 １３０−・・高温用サーミスタ ３．３１・・・温度検出部 ４．３２・・・温度検出素子 ５、　６．　３３．　３４・・・電極 ７、　８．　３５．　３６・・電極線 ７ａ、８ａ・・・内側電極線 ７ｂ、８ｂ・・・端子側電極線

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　セラミックスの温度検出素子及び該温度検出素子に
   接続された一対の電極からなる温度検出部と、この温度
   検出部を外気に対して気密に囲むセラミックス絶縁部材
   とを備えるとともに、該セラミックス絶縁部材の内側に
   は前記温度検出素子に酸素ガスを接触させる空隙を有す
   る高温用サーミスタであつて、 該空隙を、前記温度検出部に形成したことを特徴とする
   高温用サーミスタ。 ２　セラミックスの温度検出素子及び該湿度検出素子に
   接続された一対の電極からなる湿度検出部と、この温度
   検出部を外気に対して気密に囲むセラミックス絶縁部材
   とを備えるとともに、該セラミックス絶縁部材の内側に
   は前記温度検出素子に酸素ガスを接触させる空隙を有す
   る高温用サーミスタであって、 前記電極から伸びる電極線の出力取り出し側は、外気を
   遮断する緻密層で形成したことを特徴とする高温用サー
   ミスタ。