JP2000040603A - 高温サーミスタ素子とその製造方法およびそれを用いた高温用温度センサ - Google Patents
高温サーミスタ素子とその製造方法およびそれを用いた高温用温度センサInfo
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Abstract
に耐熱性、耐熱衝撃性に優れた高温サーミスタ素子とそ
の製造方法およびそれを用いた高温用温度センサを提供
することを目的とする。 【解決手段】 長板状のセラミック板11と、このセラ
ミック板11の表面長手方向に設けた電極13、14と
を有し、前記セラミック板11は、Mg(Al,Cr,
Fe)2O4系、Mg(Al,Cr)2O4系、Mg(A
l,Cr,Mn) 2O4系、(Zn,Mg)(Al,C
r,Fe)2O4系、(Al,Cr,Fe)2O3系の内か
ら選ばれる一種類以上を用いて形成したものであり、前
記電極13、14は前記セラミック板11の端部に非接
触の状態であることを特徴とする高温サーミスタ素子で
ある。
Description
御用温度センサや自動車用排気温センサ等に使用される
耐熱性及び耐熱衝撃性に優れた高温サーミスタ素子とそ
の製造方法およびそれを用いた高温用温度センサに関す
るものである。
図12に示すように、アルミナなどで形成したセラミッ
ク基板82上に印刷などの方法で形成したサーミスタ層
81及びこのサーミスタ層81に電気的に接続するよう
に電極84、85を形成し、この上にセラミック基板8
3を設けたものであった。またこの高温サーミスタ素子
にリード線を接続し、温度センサとして用いていた。
ミック基板82、83とサーミスタ層81との熱膨張係
数の違いにより、加熱、冷却を繰り返すうちにサーミス
タ層81にクラックが入ったり、剥離したりして熱衝撃
に耐えられないという問題点を有していた。
度特性を有すると共に耐熱性、耐熱衝撃性に優れた高温
サーミスタ素子とその製造方法およびそれを用いた高温
用温度センサを提供することを目的とするものである。
に、本発明の高温サーミスタ素子は、長板状のセラミッ
ク板と、このセラミック板の表面長手方向に設けた電極
とを有し、前記セラミック板は、Mg(Al,Cr,F
e)2O4系、Mg(Al,Cr)2O4系、Mg(Al,
Cr,Mn)2O4系、(Zn,Mg)(Al,Cr,F
e)2O4系、(Al,Cr,Fe)2O3系の内から選ば
れる一種類以上を用いて形成したものであり、前記電極
は前記セラミック板の端部に非接触の状態であることを
特徴とするものであり、一枚のセラミック板でサーミス
タ機能と支持機能の二つの機能を有するので従来のよう
にサーミスタ層を支持するセラミック基板が不要とな
り、セラミック板とサーミスタ層との熱膨張係数の差に
よりサーミスタ層にクラックが入ったり、剥離したりし
て熱衝撃に耐えられないという問題は発生せず、上記目
的を達成することができるものである。
は、長板状のセラミック板と、このセラミック板の表面
長手方向に設けた電極とを有し、前記セラミック板は、
Mg(Al,Cr,Fe)2O4系、Mg(Al,Cr)
2O4系、Mg(Al,Cr,Mn)2O4系、(Zn,M
g)(Al,Cr,Fe)2O4系、(Al,Cr,F
e)2O3系の内から選ばれる一種類以上を用いて形成し
たものであり、前記電極は前記セラミック板の端部に非
接触の状態であることを特徴とする高温サーミスタ素子
であり、高温下で安定した抵抗温度特性を有すると共に
耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものである。
ック板と同一結晶構造を有する絶縁体を前記電極の一部
が露出するように設けた請求項1に記載の高温サーミス
タ素子であり、高温に曝される電極を保護するととも
に、セラミック板と絶縁体とが同一結晶構造すなわちほ
ぼ等しい熱膨張係数を有するので高温下で安定した抵抗
温度特性を有すると共に耐熱性、耐熱衝撃性に優れたも
のである。
ック板と同一材料を用いて形成した保護層を有すること
を特徴とする請求項1に記載の高温サーミスタ素子であ
り、高温に曝される電極を保護するとともに、セラミッ
ク板と保護層とが等しい熱膨張係数を有するので高温下
で安定した抵抗温度特性を有すると共に耐熱性、耐熱衝
撃性に優れたものである。
金属板あるいは金属線を電気的に接続した請求項1〜請
求項3のいずれか一つに記載の高温サーミスタ素子であ
り、他のものへの電気的接続強度を確保できるものであ
る。
ーンシート上にこのセラミックグリーンシートの端部に
非接触の状態に電極を形成する第1の工程と、次に前記
セラミックグリーンシートを焼成する第2の工程とを備
え、前記セラミックグリーンシートは焼成後、Mg(A
l,Cr,Fe)2O4系、Mg(Al,Cr)2O4系、
Mg(Al,Cr,Mn)2O4系、(Zn,Mg)(A
l,Cr,Fe)2O4系、(Al,Cr,Fe)2O3系
の内から選ばれる一種類以上を含有するように形成する
とともに、前記セラミックグリーンシートと前記電極と
の焼成による収縮率がほぼ同じかあるいは前記セラミッ
クグリーンシートの方が大きいものを用いることを特徴
とする高温サーミスタ素子の製造方法であり、高温下で
安定した抵抗温度特性を有すると共に耐熱性、耐熱衝撃
性に優れた高温サーミスタを安価に歩留まり良く製造す
ることができる。
2の工程前に、電極上に焼成後セラミックグリーンシー
トと同一結晶構造を有するようにかつ絶縁体となるシー
トを前記電極の一部が露出するよう積層する工程を設け
た請求項5に記載の高温サーミスタ素子の製造方法であ
り、焼成により電極が劣化するのを防止することができ
る。
ーンシートとこのセラミックグリーンシートとは同一結
晶構造を有するようにかつ絶縁体となるシートを形成す
る原料粉末の粒径をほぼ同一とすることを特徴とする請
求項6に記載の高温サーミスタ素子の製造方法であり、
焼成時の収縮率の差をさらに低減することができる。
項4のいずれか一つに記載の高温サーミスタ素子と、こ
の高温サーミスタ素子の電極に電気的に接続したリード
線と、前記高温サーミスタ素子の前記リード線を接続し
た側の端部に設けた取付支持部を有する高温用温度セン
サであり、信頼性の高いものである。
温サーミスタ素子を収納した請求項8に記載の高温用温
度センサであり、外部雰囲気の高温サーミスタ素子への
影響を遮断できる信頼性の高いものである。
照しながら説明する。
ける高温サーミスタ素子の分解斜視図、図2は同斜視図
であり、11はサーミスタ材料よりなるセラミック板、
13、14はセラミック板11上に設けた二本の電極、
12は電極13、14の一端部を露出させるように設け
たサーミスタ材料で形成したセラミック板である。また
電極13、14はセラミック板11の端部に非接触な状
態とする。
を用いた温度センサの斜視図であり、31は高温サーミ
スタ素子、32は取付支持部、33は高温サーミスタ素
子31の電極13、14に電気的に接続したリード線で
ある。
について説明する。
2O3を所定量に配合し、ポットに入れ、ボールミルで湿
式混合する。次に、この混合乾燥粉末を1200℃で仮
焼し、再度ボールミルで湿式粉砕して(Al,Cr,F
e)2O3系サーミスタ材料粉末を得る。次に、このサー
ミスタ材料粉末に有機ビヒクルを加えてスラリーにす
る。これをドクターブレード法により厚さ100μmの
グリーンシートを作製し、これを10層積層して厚さ1
mmの積層体を得る。この積層体を縦10mm、横70
mm及び縦10mm、横60mmに切断してセラミック
板11、12となるグリーンシートを得る。
0mmのグリーンシート長手方向上にPtペーストを用
いて、このグリーンシートの長手方向両端部から5m
m、短手方向端部から1〜2mm離れたところに、幅2
mm、長さ60mm、厚み10μmの電極13、14を
二本印刷する。この電極は、二本とも同じ形状でグリー
ンシート上に対称に形成する。その上面に外部への接続
となる電極13、14の一端部が露出するように、縦1
0mm、横60mmのグリーンシートを加熱圧接して接
着した後、最高温度1600℃で5時間焼成し、図2に
示す高温サーミスタ素子を得る。
素子31に対して取付支持部32と電極13、14に電
気的に接続したリード線33を設け温度センサとする。
この取付支持部32は高温サーミスタ素子31のリード
線33を接続した側の端部に設けたものである。
すが、測定に適切な抵抗温度特性を有していることが判
る。
ける高温サーミスタ素子の分解斜視図、図6は同斜視図
であり、51はサーミスタ材料よりなるセラミック板、
54はセラミック板51の上面に設けた電極(下面にも
同様の電極を設けているが図示せず)、52、53は電
極54の一端部を露出させるように設けたサーミスタ材
料で形成したセラミック板である。
を用いて形成した温度センサであり、71は高温サーミ
スタ素子、72は取付支持部、73は高温サーミスタ素
子71の電極54に電気的に接続したリード線である。
この取付支持部72は高温サーミスタ素子71のリード
線73を接続した側の端部に設けたものである。
Fe)2O3系サーミスタ材料のグリーンシートを作製
し、これを10層積層して厚さ1mmの積層体を得る。
この積層体を縦10mm、横70mm及び縦10mm、
横60mmに切断してセラミック板51、52、53と
なるグリーンシートを得る。次に図5に示すように、縦
10mm、横70mmのグリーンシートの上、下面にP
tペーストを用いて、電極54をそれぞれ印刷し、一対
の電極とする。次いでその上、下面に電極54の一端部
が露出するように、縦10mm、横60mmのグリーン
シートを加熱圧接して接着したあと、焼成し、図6に示
す高温サーミスタ素子を得る。この高温サーミスタ素子
を用いて、実施の形態1と同様にして図7の高温用温度
センサを作製した。この温度センサも実施の形態1で説
明した温度センサと同様に測定に適切な抵抗温度特性を
有しているものである。
の部分安定化ジルコニアを用いて作製した絶縁構造材料
セラミック板グリーンシート上に(Al,Cr,Fe)
2O3系サーミスタ材料からなるサーミスタ層を印刷した
構造のサーミスタ素子を作製した。図11に示すよう
に、絶縁構造材料セラミック板82となるグリーンシー
ト上に(Al,Cr,Fe)2O3系サーミスタ材料から
なるサーミスタ層81を印刷により形成し、その上に二
本の電極84、85を付与したあと、その上面に接続部
となる電極84、85の一端部が露出するように、同一
材料の絶縁構造材料セラミック板83となるグリーンシ
ートを加熱圧接して接着したあと、焼成し、図12に示
す高温サーミスタ素子を得た。この高温サーミスタ素子
を用いて、実施の形態1と同様に温度センサを作製し
た。
施の形態2の温度センサとともに、1000℃で5分
間、次いで常温で5分間の熱衝撃試験を1000サイク
ル実施し、評価したところ、実施の形態1及び実施の形
態2の温度センサには異常はなかったが、絶縁構造材料
セラミック板82上に(Al,Cr,Fe)2O3系サー
ミスタ材料を印刷により付与したサーミスタ素子を用い
た比較例1の温度センサは断線状態になっていた。
熱衝撃性の高い高温用温度センサが得られることが判
る。また(Al,Cr,Fe)2O3系サーミスタ材料
は、充分な耐熱衝撃性を有しているので、この差は基板
となっている絶縁構造材料セラミック板82とサーミス
タ層81との熱膨張係数の差によりサーミスタ層81に
クラックが発生した事が原因と思われる。
料からなるセラミック板とその表面に設けた電極とを有
する本発明による高温サーミスタ素子は、基板となる絶
縁構造材料セラミック板の上にサーミスタ層を形成した
のではなく、セラミック板自身が基板とサーミスタ機能
の二つの役割を果たしているので、加熱、冷却を繰り返
してもサーミスタ素子がダメージを受けず、高温下で安
定した抵抗温度特性を有すると共に、耐熱性、耐熱衝撃
性に優れた、高温用温度センサを提供することができ
る。
る高温サーミスタ素子の分解斜視図、図9は同斜視図で
あり、101はサーミスタ材料よりなるセラミック板、
103、104はセラミック板101上に設けた二本の
電極、102は電極103、104の一端部を露出させ
るように設けたサーミスタ材料で形成したセラミック
板、105、106は電極103、104の露出した一
端部に電気的に接続した金属線である。
示したものと異なるところは、電極103、104に金
属線105、106を電気的に接続したことである。
1とほぼ同様にして製造されるが金属線105、106
は、縦10mm、横70mmのグリーンシート上にPt
ペーストを用いて、電極103、104を二本印刷した
後、この電極の一端部上に一端側を載置し、他端側がグ
リーンシート外部へ引き出されるようにした後、縦10
mm、横60mmのグリーンシートを加熱圧接して接着
したものである。またこのとき金属線105、106の
一端側が縦10mm、横60mmのグリーンシートで覆
われるようにする。
た部分の劣化がない。また電極103、104と金属線
105、106との接続を確実に取ることができる。
サーミスタ素子を用いて形成した温度センサの断面図で
あり、サーミスタ素子121を有底状の耐熱金属ケース
122内に収納した後、この耐熱金属ケース122の開
口部に無機充填剤123を充填、固着させて、次いでコ
ネクタ124でサーミスタ素子121の金属線105、
106とリード線126とを溶接により電気的に接続
し、カラー125により機械的に固定した構造となって
いる。サーミスタ素子121を耐熱金属ケース122内
に収納することにより、外部雰囲気の影響を遮断し、信
頼性の高い高温用温度センサを得ることができる。
となることについて以下に記載する。
Fe)2O3系についてのみ説明したが、Mg(Al,C
r,Fe)2O4系、Mg(Al,Cr)2O4系、Mg
(Al,Cr,Mn)2O4系、(Zn,Mg)(Al,
Cr,Fe)2O4系、(Al,Cr,Fe)2O3系の内
から選ばれる一種類以上を用いてセラミック板を形成す
るもので有れば同様の効果を得ることができる。これら
の材料は、機械的強度が高く、高温安定性の高いセラミ
ック板を得ることができる。
はその組成によって異なるが、最高温度1300℃〜1
700℃で焼成することが好ましい。1300℃未満で
は焼結が不十分となり強度上及び耐久性に問題を生ずる
おそれがあり好ましくない。一方1700℃を越えると
異常粒成長等により特性に問題を生じ、高温用温度セン
サとしての特性が損なわれる場合があり好ましくない。
は、焼成温度が非常に高温であるため、同時焼成する電
極及び金属線は白金などの高融点金属を用いる必要があ
る。
02はセラミック板11、51、101と同じ原料を用
いて作製したが、同じ原料でなくてもセラミック板1
1、51、82と同一結晶構造すなわち焼成時の収縮率
がほぼ同じ原料を用いて形成しても良い。
の平均粒径を同じかほぼ同じとすることによりさらに焼
成時の収縮率の差を小さくすることができる。
105、106の代わりに、金属板を用いても構わな
い。
2、53、101、102はグリーンシートを用いて形
成したが、代わりに乾式成形により得られたサーミスタ
成型物を用いて形成してもよい。
は、ドクターブレード法等により形成したが、押し出し
成形、粉末成形で形成しても良い。
板でサーミスタ機能と支持機能の二つの機能を有するの
で従来のようにサーミスタ層を支持するセラミック基板
が不要となり、セラミック板とサーミスタ層との熱膨張
係数の差によりサーミスタ層にクラックが入ったり、剥
離したりして熱衝撃に耐えられないという問題は発生せ
ず、高温下で安定した抵抗温度特性を有すると共に耐熱
性、耐熱衝撃性に優れた高温サーミスタ素子を提供する
ことができる。
素子の分解斜視図
ンサの斜視図
子の抵抗値の温度依存性を示す特性曲線図
素子の分解斜視図
ンサの斜視図
素子の分解斜視図
センサの断面図
Claims (9)
- 【請求項1】長板状のセラミック板と、このセラミック
板の表面長手方向に設けた電極とを有し、前記セラミッ
ク板は、Mg(Al,Cr,Fe)2O4系、Mg(A
l,Cr)2O4系、Mg(Al,Cr,Mn)2O4系、
(Zn,Mg)(Al,Cr,Fe)2O4系、(Al,
Cr,Fe)2O3系の内から選ばれる一種類以上を用い
て形成したものであり、前記電極は前記セラミック板の
端部に非接触の状態であることを特徴とする高温サーミ
スタ素子。 - 【請求項2】電極上にセラミック板と同一結晶構造を有
する絶縁体を前記電極の一部が露出するように設けた請
求項1に記載の高温サーミスタ素子。 - 【請求項3】電極上にセラミック板と同一材料を用いて
形成した保護層を有することを特徴とする請求項1に記
載の高温サーミスタ素子。 - 【請求項4】露出した電極に金属板あるいは金属線を電
気的に接続した請求項1〜請求項3のいずれか一つに記
載の高温サーミスタ素子。 - 【請求項5】セラミックグリーンシート上にこのセラミ
ックグリーンシートの端部に非接触の状態に電極を形成
する第1の工程と、次に前記セラミックグリーンシート
を焼成する第2の工程とを備え、前記セラミックグリー
ンシートは焼成後、Mg(Al,Cr,Fe)2O4系、
Mg(Al,Cr)2O4系、Mg(Al,Cr,Mn)
2O4系、(Zn,Mg)(Al,Cr,Fe)2O4系、
(Al,Cr,Fe)2O3系の内から選ばれる一種類以
上を含有するように形成するとともに、前記セラミック
グリーンシートと前記電極との焼成による収縮率がほぼ
同じかあるいは前記セラミックグリーンシートの方が大
きいものを用いることを特徴とする高温サーミスタ素子
の製造方法。 - 【請求項6】第1の工程後第2の工程前に、電極上に焼
成後セラミックグリーンシートと同一結晶構造を有する
ようにかつ絶縁体となるシートを前記電極の一部が露出
するように積層する工程を設けた請求項5に記載の高温
サーミスタ素子の製造方法。 - 【請求項7】セラミックグリーンシートとこのセラミッ
クグリーンシートとは同一結晶構造を有するようにかつ
絶縁体となるシートを形成する原料粉末の粒径をほぼ同
一とすることを特徴とする請求項6に記載の高温サーミ
スタ素子の製造方法。 - 【請求項8】請求項1〜請求項4のいずれか一つに記載
の高温サーミスタ素子と、この高温サーミスタ素子の電
極に電気的に接続したリード線と、前記高温サーミスタ
素子の前記リード線を接続した側の端部に設けた取付支
持部を有する高温用温度センサ。 - 【請求項9】耐熱金属内にサーミスタ素子を収納した請
求項8に記載の高温用温度センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20874798A JP3667099B2 (ja) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | 高温サーミスタ素子とその製造方法およびそれを用いた高温用温度センサ |
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JP20874798A JP3667099B2 (ja) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | 高温サーミスタ素子とその製造方法およびそれを用いた高温用温度センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2000040603A true JP2000040603A (ja) | 2000-02-08 |
JP3667099B2 JP3667099B2 (ja) | 2005-07-06 |
Family
ID=16561421
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP20874798A Expired - Fee Related JP3667099B2 (ja) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | 高温サーミスタ素子とその製造方法およびそれを用いた高温用温度センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3667099B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5494833B2 (ja) * | 2011-01-07 | 2014-05-21 | 株式会社村田製作所 | 温度センサおよび温度センサ取り付け構造 |
CN112811891A (zh) * | 2020-12-26 | 2021-05-18 | 重庆材料研究院有限公司 | 一种尖晶石相高熵热敏电阻材料及其制备方法 |
-
1998
- 1998-07-24 JP JP20874798A patent/JP3667099B2/ja not_active Expired - Fee Related
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CN112811891A (zh) * | 2020-12-26 | 2021-05-18 | 重庆材料研究院有限公司 | 一种尖晶石相高熵热敏电阻材料及其制备方法 |
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JP3667099B2 (ja) | 2005-07-06 |
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