JP2009182250A - Thermistor element, and temperature sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermistor element which is capable of accurately measuring a temperature in a high temperature region over 600°C under a reducing atmosphere and for which characteristic variation is suppressed, and to provide a temperature sensor using the thermistor element. <P>SOLUTION: The thermistor element has a thermistor part constituted of a thermistor composition and a cover layer for covering the thermistor part. The thermistor part includes an electrically conductive perovskite phase having a perovskite type crystal structure. The cover layer is crystallized glass containing SiO<SB>2</SB>, CaO and MgO with a containing ratio selected from the range of 40-65 mass% to the total mass of the cover layer for SiO<SB>2</SB>, 15-40 mass% to the total mass of the cover layer for CaO, and 5-30 mass% to the total mass of the cover layer for MgO so that the total of SiO<SB>2</SB>, CaO and MgO becomes 90-100 mass%, and practically not containing B<SB>2</SB>O<SB>3</SB>. The temperature sensor having the thermistor element is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、サーミスタ素子及び温度センサに関し、更に詳しくは、温度に応じてその抵抗値が変化し、特に還元雰囲気下で例えば600℃を超える高温域であっても好適に温度測定をすることのできるサーミスタ素子、及びこのようなサーミスタ素子を用いた温度センサに関する。   The present invention relates to a thermistor element and a temperature sensor. More specifically, the resistance value changes according to temperature, and in particular, temperature measurement can be suitably performed even in a high temperature range exceeding 600 ° C. in a reducing atmosphere. The present invention relates to a possible thermistor element and a temperature sensor using such a thermistor element.

従来から、比抵抗値が温度に応じて変化する導電性酸化物からなるサーミスタ部を用いて温度測定を行うサーミスタ素子、さらにはこのサーミスタ素子を用いた温度センサが知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a thermistor element that measures temperature using a thermistor portion made of a conductive oxide whose specific resistance value changes according to temperature, and a temperature sensor using this thermistor element are known.

サーミスタ素子又は温度センサを用いて、自動車エンジンなどの内燃機関から排出される排ガスの温度を測定することができる。DPF(Diesel Particulate Filter)及びNOx還元触媒を保護するために、サーミスタ素子に対して例えば900℃付近の高温域における温度検知が要望されている。さらに、OBD(On Board Diagnosis)すなわち車載式故障診断システムに対応するためにも、サーミスタ素子に対して低温での温度検知も要望されている。例えば、一個のサーミスタ素子で、低温域から900℃等の高温域までの広い温度域における温度の検知をすることが、要望されることもある。なお、本発明を含めてこの技術分野においては「低温域」或いは「低温度領域」は、地球上における極地或いは極北地域における気象の温度を意味する。   The temperature of exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as an automobile engine can be measured using a thermistor element or a temperature sensor. In order to protect a DPF (Diesel Particulate Filter) and a NOx reduction catalyst, temperature detection in a high temperature range, for example, near 900 ° C. is required for the thermistor element. Furthermore, in order to cope with OBD (On Board Diagnosis), that is, an in-vehicle type failure diagnosis system, temperature detection at a low temperature is required for the thermistor element. For example, it may be desired to detect temperature in a wide temperature range from a low temperature range to a high temperature range such as 900 ° C. with a single thermistor element. In this technical field including the present invention, “low temperature region” or “low temperature region” means the temperature of the weather in the polar region or the northern region on the earth.

また、自動車等に使用される温度センサでは、サーミスタ素子に排ガス中に存在する煤が堆積するのを防止し、また、水滴が付着するのを防止する等のために、温度センサにおける検知部に配置されるサーミスタ素子をステンレス合金等からなる金属チューブで覆う構造が採用されることもある。   In addition, in a temperature sensor used in an automobile or the like, in order to prevent soot that is present in the exhaust gas from accumulating on the thermistor element and to prevent water droplets from adhering to the temperature sensor, A structure in which the thermistor element to be disposed is covered with a metal tube made of a stainless alloy or the like may be employed.

しかるに、この金属チューブは600℃を超えると熱酸化されやすくなる。例えば900℃程度の高温になると、金属チューブの内表面が酸化されることにより金属チューブ内が還元雰囲気になる。そうすると、金属チューブ内に挿入配置されているサーミスタ素子を形成する酸化物が還元されてしまい、その結果としてサーミスタ素子における抵抗特性が変化してしまう。   However, when the metal tube exceeds 600 ° C., it tends to be thermally oxidized. For example, at a high temperature of about 900 ° C., the inner surface of the metal tube is oxidized, and the inside of the metal tube becomes a reducing atmosphere. If it does so, the oxide which forms the thermistor element inserted and arrange | positioned in a metal tube will be reduce | restored, As a result, the resistance characteristic in a thermistor element will change.

このような問題を解消するために、金属チューブに予め熱処理をしておき、その内表面に金属酸化物からなる被膜を形成し、これによって高温下での熱酸化を抑制し、サーミスタ素子が還元されてしまうことによる抵抗特性の変化を防止している。   In order to solve such problems, the metal tube is pre-heated and a coating made of a metal oxide is formed on the inner surface thereof, thereby suppressing thermal oxidation at high temperature and reducing the thermistor element. This prevents a change in resistance characteristics due to the occurrence of this.

また、温度のみならず、温度センサが例えば自動車等に装備されていると、振動により金属酸化物の被膜が破れ、或いはその被膜にもともと欠陥が生じていると、そのような破損部分或いは被膜の欠陥部分において金属チューブが熱酸化されてしまい、ひいてはサーミスタ素子が還元されてその抵抗特性が変化してしまう。   In addition to temperature, if a temperature sensor is installed, for example, in an automobile, the metal oxide film is broken by vibration, or if the film originally has a defect, The metal tube is thermally oxidized at the defective portion, and as a result, the thermistor element is reduced and its resistance characteristic changes.

このような問題点を解消するための発明が、特許文献1で提案されている。   An invention for solving such a problem is proposed in Patent Document 1.

特許文献1に記載の発明は、「サーミスタ材料からなるサーミスタ部(13)と、このサーミスタ部(13)の表面に形成された耐還元性組成物からなる耐還元性被膜(14)とを有することを特徴とするサーミスタ素子」である(特許文献1の請求項1参照)。   The invention described in Patent Document 1 has “a thermistor portion (13) made of a thermistor material and a reduction resistant coating (14) made of a reduction resistant composition formed on the surface of the thermistor portion (13). A thermistor element ”(refer to claim 1 of Patent Document 1).

この特許文献1には、Y(Cr,Mn)O・Y、Y(Cr,Mn)O・Al等、ペロブスカイト相と金属酸化物相とを有するサーミスタ部と、その表面を、Y、Al、SiO、YAl12、3Al・2SiO等の耐還元性組成物で被覆した耐還元性被膜とを有するサーミスタ素子が開示されている(特許文献1の段落番号0021、0022等参照)
しかしながら、前記耐還元性被膜を形成するためには、例えば1100〜1300℃(特許文献1の段落番号0044参照)、1200℃以上(特許文献1の段落番号0049、0068参照)もの高温での焼成が必要である。焼成温度が前記高温度であると、サーミスタ部とそれを被覆する被覆層とが反応してしまうので、サーミスタ素子の抵抗値等の特性が変動する。その結果として、設計通りの抵抗値特性を有していないサーミスタ部を有する温度センサで温度測定をすることになって、温度センサの信頼性が失われる。
Patent Document 1 includes a thermistor portion having a perovskite phase and a metal oxide phase, such as Y (Cr, Mn) O 3 .Y 2 O 3 , Y (Cr, Mn) O 3 .Al 2 O 3 , A thermistor element having a reduction-resistant film whose surface is coated with a reduction-resistant composition such as Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 , Y 3 Al 5 O 12 , 3Al 2 O 3 .2SiO 2. Is disclosed (see paragraph numbers 0021 and 0022 of Patent Document 1).
However, in order to form the reduction-resistant film, for example, firing at a high temperature of 1100 to 1300 ° C. (see paragraph number 0044 of Patent Document 1) and 1200 ° C. or more (see paragraph numbers 0049 and 0068 of Patent Document 1). is required. When the firing temperature is the high temperature, the thermistor portion and the coating layer covering the same react with each other, and the characteristics such as the resistance value of the thermistor element vary. As a result, temperature measurement is performed with a temperature sensor having a thermistor portion that does not have a resistance characteristic as designed, and the reliability of the temperature sensor is lost.

特開平11−251109号公報JP 11-251109 A

前記特許文献1に記載されたサーミスタ素子は、セラミック膜による被覆層を形成したサーミスタ素子である。このようなサーミスタ素子とは別に、ガラス封止型のサーミスタ素子がある。   The thermistor element described in Patent Document 1 is a thermistor element in which a coating layer of a ceramic film is formed. Apart from such a thermistor element, there is a glass-sealed thermistor element.

特許文献2に記載のガラス封止型のサーミスタ素子は、「Y,Cr,Mn,Caから組成された平板状金属酸化物焼結体の上下両面に電極を形成し、該両電極にそれぞれリード線を接続してなるサーミスタ素子に対して、前記サーミスタ素子と前記リード線の前記サーミスタ素子接続端側部分とを、SiO2 ,CaO,SrO,BaO,Al23 およびSnO2 からなる組成を有し、その線膨張係数が前記金属酸化物焼結体の線膨張係数と同等またはこれよりも小さい封止ガラスによって溶融封止したことを特徴とするワイドレンジ型サーミスタ」である。この特許文献2に記載のワイドレンジ型サーミスタは、「Y,Cr,Mn,Caから組成された平板状金属酸化物焼結体の上下両面に電極を形成し、該両電極にそれぞれリード線を接続してなるサーミスタ素子に対して、前記サーミスタ素子と前記リード線の前記サーミスタ素子接続端側部分とを、SiO2 ,CaO,SrO,BaO,Al23 およびSnO2 からなる組成を有し、その線膨張係数が前記金属酸化物焼結体の線膨張係数と同等またはこれよりも小さい封止ガラスによって溶融封止したことを特徴とする。」(特許文献2の請求項1参照)。 The glass-sealed thermistor element described in Patent Document 2 is formed by “forming electrodes on the upper and lower surfaces of a flat metal oxide sintered body composed of Y, Cr, Mn, and Ca, and providing leads on both electrodes. For the thermistor element formed by connecting wires, the thermistor element and the thermistor element connecting end side portion of the lead wire are composed of SiO 2 , CaO, SrO, BaO, Al 2 O 3 and SnO 2. A wide range type thermistor having a linear expansion coefficient that is melt-sealed with a sealing glass that is equal to or smaller than the linear expansion coefficient of the metal oxide sintered body. The wide range type thermistor described in Patent Document 2 is described as follows: “An electrode is formed on both upper and lower surfaces of a flat metal oxide sintered body composed of Y, Cr, Mn, and Ca, and a lead wire is formed on each of the electrodes. A thermistor element formed by connecting the thermistor element and the thermistor element connecting end side portion of the lead wire has a composition made of SiO 2 , CaO, SrO, BaO, Al 2 O 3 and SnO 2. It is characterized by being melt-sealed with a sealing glass whose linear expansion coefficient is equal to or smaller than the linear expansion coefficient of the metal oxide sintered body ”(refer to claim 1 of Patent Document 2).

特許文献2に記載のワイドレンジ型サーミスタは、アニール処理をしない場合には、使用可能な最高温度が700℃である(特許文献2の段落番号0026参照)。700℃以上の使用温度に耐えるワイドレンジ型サーミスタとするには、例えば「840℃で10時間保持した後、700℃まで100時間かけて冷却するアニール処理」(特許文献2の段落番号0026参照)が必要になる。   In the wide range type thermistor described in Patent Document 2, the maximum usable temperature is 700 ° C. when annealing is not performed (see Paragraph No. 0026 of Patent Document 2). In order to obtain a wide-range thermistor that can withstand a use temperature of 700 ° C. or higher, for example, “annealing by holding at 840 ° C. for 10 hours and then cooling to 700 ° C. over 100 hours” (see paragraph No. 0026 of Patent Document 2) Is required.

特開2005−294653号公報JP 2005-294653 A

この発明が解決しようとする課題は、還元雰囲気下で600℃を超える高温度領域であっても、正確に温度測定をすることができ、特性変動が極力抑制されたサーミスタ素子を提供し、また、このようなサーミスタ素子を用いた温度センサを提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a thermistor element in which temperature measurement can be accurately performed even in a high temperature region exceeding 600 ° C. in a reducing atmosphere, and the characteristic variation is suppressed as much as possible. An object of the present invention is to provide a temperature sensor using such a thermistor element.

前記課題を解決するための手段として、
請求項1に記載の手段は、
サーミスタ組成物からなるサーミスタ部と、上記サーミスタ部を被覆する被覆層とを備えるサーミスタ素子であって、
前記サーミスタ部は、導電性を有し、ペロブスカイト型結晶構造を有するペロブスカイト相を含み、
前記被覆層は、SiO、CaO、及びMgOを、SiOについては前記被覆層の合計質量に対して40〜65質量%、CaOについては前記被覆層の合計質量に対して15〜40質量%、MgOについては前記被覆層の合計質量に対して5〜30質量%の範囲の中から、SiO、CaO、及びMgOの合計が90質量%〜100質量%になるように、選択される含有割合で含有してなり、Bを実質的に無含有である結晶化ガラスであることを特徴とするサーミスタ素子であり、
請求項2に記載の手段は、
前記被覆層は、電気絶縁体であるディオプサイドの析出結晶を有して成る前記請求項1に記載のサーミスタ素子であり、
請求項3に記載の手段は、
前記サーミスタ部は、ABO(但し、AはSr及び/又はYを含み、BはAlを含む。)で示されるペロブスカイト相を含む前記請求項1又は2に記載のサーミスタ素子であり、
請求項4に記載の手段は、
前記ABOにおけるBが更にCr、Mn及びFeの内の少なくとも一種の金属を含む前記請求項3に記載のサーミスタ素子であり、
請求項5に記載の手段は、
前記サーミスタ部は、このサーミスタ部に含まれる前記ペロブスカイト相よりも低導電性であって、前記ペロブスカイト相を形成する金属元素から選択される少なくとも一種の金属元素をMeとする場合に、組成式MeOxで表記される金属酸化物の少なくとも一種を含有する金属酸化物相を含む前記請求項3又は4に記載のサーミスタ素子であり、
請求項6に記載の手段は、
前記金属酸化物相に含まれる金属酸化物がSrAlである前記請求項5に記載のサーミスタ素子である。
また、請求項7に記載の手段は、
前記請求項1〜5のいずれか一項に記載のサーミスタ素子を有する温度センサであり、
請求項8に記載の手段は、
有底筒状の金属管を有し、前記請求項7に記載のサーミスタ素子における前記被覆層が前記金属管の内周面に非接触の状態で、前記サーミスタ素子が前記金属管の内部に収容されてなる前記請求項7に記載の温度センサである。
As means for solving the problems,
The means according to claim 1 is:
A thermistor element comprising a thermistor part made of a thermistor composition and a coating layer covering the thermistor part,
The thermistor portion is conductive and includes a perovskite phase having a perovskite crystal structure,
The coating layer is composed of SiO 2 , CaO, and MgO, 40 to 65% by mass with respect to the total mass of the coating layer for SiO 2 , and 15 to 40% by mass with respect to the total mass of the coating layer for CaO. , MgO is selected from the range of 5 to 30% by mass with respect to the total mass of the coating layer, so that the total of SiO 2 , CaO, and MgO is 90% to 100% by mass. A thermistor element characterized by being a crystallized glass that is contained in a proportion and is substantially free of B 2 O 3 ,
The means according to claim 2 comprises:
The thermistor element according to claim 1, wherein the coating layer has a deposited crystal of diopside which is an electrical insulator.
The means according to claim 3 is:
The thermistor part is the thermistor element according to claim 1 or 2, comprising a perovskite phase represented by ABO 3 (where A includes Sr and / or Y, and B includes Al).
The means according to claim 4 is:
4. The thermistor element according to claim 3, wherein B in the ABO 3 further includes at least one metal selected from Cr, Mn, and Fe.
The means of claim 5 comprises:
The thermistor portion has a lower conductivity than the perovskite phase contained in the thermistor portion, and when the at least one metal element selected from the metal elements forming the perovskite phase is Me, the composition formula MeOx The thermistor element according to claim 3 or 4, comprising a metal oxide phase containing at least one metal oxide represented by:
The means according to claim 6 is:
The thermistor element according to claim 5, wherein the metal oxide contained in the metal oxide phase is SrAl 2 O 4 .
The means according to claim 7 is:
A temperature sensor having the thermistor element according to any one of claims 1 to 5,
The means according to claim 8 comprises:
8. A thermistor element according to claim 7, wherein the thermistor element is housed inside the metal tube in a state in which the covering layer in the thermistor element according to claim 7 is not in contact with the inner peripheral surface of the metal tube. It is a temperature sensor of the said Claim 7 formed.

この発明に係るサーミスタ素子は、サーミスタ組成物からなるサーミスタ部を被覆する被覆層を備える。したがって、このサーミスタ素子を温度センサとして使用すると、例えばこのサーミスタ素子を収容する金属部材例えば金属管が高熱等により酸化されることにより、このサーミスタ素子の雰囲気が還元性雰囲気になったとしても、この発明における被覆層が存在し、サーミスタ部を保護するため、サーミスタ部が変質し難い。そのために、この発明に係るサーミスタ素子は、被覆層に被覆されているサーミスタ部を還元性雰囲気の影響を受け難くなる。   The thermistor element according to the present invention includes a coating layer that covers the thermistor portion made of the thermistor composition. Therefore, when this thermistor element is used as a temperature sensor, even if the atmosphere of the thermistor element becomes a reducing atmosphere because, for example, a metal member that accommodates the thermistor element, such as a metal tube, is oxidized by high heat or the like, Since the coating layer in the present invention exists and protects the thermistor part, the thermistor part is not easily altered. Therefore, in the thermistor element according to the present invention, the thermistor portion covered with the coating layer is hardly affected by the reducing atmosphere.

さらに具体的にいうと、この発明に係るサーミスタ素子は、その被覆層が特定組成を有する結晶化ガラスである。したがって、このサーミスタ素子を製造するに際し、比較的に低温であっても緻密な結晶化ガラスが形成されることができる。例えば、焼き付け温度が1000℃以下の低温であっても結晶化ガラスからなる緻密な被覆層を形成することができるので、被覆層を形成する際に、サーミスタ部及び被覆層の組成変動が生じ難く、サーミスタ部の抵抗値及びその特性の変動が生じにくい。   More specifically, the thermistor element according to the present invention is a crystallized glass whose coating layer has a specific composition. Therefore, when manufacturing the thermistor element, a dense crystallized glass can be formed even at a relatively low temperature. For example, since a dense coating layer made of crystallized glass can be formed even at a low baking temperature of 1000 ° C. or lower, composition variations of the thermistor portion and the coating layer are unlikely to occur when the coating layer is formed. The resistance value of the thermistor part and its characteristics are less likely to vary.

また、この発明に係るサーミスタ素子における被覆層ではディオプサイドの結晶が析出しているので、この発明に係るサーミスタ素子が600℃以上の高温に長時間にわたって曝されても、被覆層の成分がサーミスタ部へ移動し難く、したがって、組成変動が少ない。したがって、この発明に係るサーミスタ素子は、高温領域においても、特性が安定している。   Further, since diopside crystals are precipitated in the coating layer of the thermistor element according to the present invention, the components of the coating layer are not affected even when the thermistor element according to the present invention is exposed to a high temperature of 600 ° C. or more for a long time. It is difficult to move to the thermistor portion, and therefore there is little composition variation. Therefore, the thermistor element according to the present invention has stable characteristics even in a high temperature region.

この発明に係るサーミスタ素子は、被覆層には実質的にBを含有していないので、サーミスタ部が長時間に亘って高温に曝されても、被覆層を形成する成分がサーミスタ部へ移動し難く、したがって、サーミスタ部における組成変動が生じにくい。そうするとこの発明に係るサーミスタ素子は、抵抗に関する特性が安定である。 In the thermistor element according to the present invention, the coating layer substantially does not contain B 2 O 3 , so that the component that forms the coating layer is the thermistor part even when the thermistor part is exposed to a high temperature for a long time. Therefore, the composition variation in the thermistor portion hardly occurs. Then, the thermistor element according to the present invention has stable resistance characteristics.

この発明に係るサーミスタ素子は、そのサーミスタ部に含まれるペロブスカイト相を、一般式ABOで示すことができる。そして、ペロブスカイト相を一般式ABOで示す場合に、結晶格子中のAサイトにSr及び/又はYを含み、BサイトにAlを含むペロブスカイト相を有するサーミスタ部を備えたサーミスタ素子は、さらに好適に、低温領域から600℃を超える高温度領域までに亘る広い温度範囲における温度検知をすることができる。 In the thermistor element according to the present invention, the perovskite phase contained in the thermistor portion can be represented by the general formula ABO 3 . When the perovskite phase is represented by the general formula ABO 3 , a thermistor element including a thermistor portion having a perovskite phase containing Sr and / or Y at the A site in the crystal lattice and Al at the B site is more preferable. Furthermore, temperature detection in a wide temperature range from a low temperature region to a high temperature region exceeding 600 ° C. can be performed.

さらに、この発明に係るサーミスタ素子は、そのサーミスタ部に含まれるペロブスカイト相を一般式ABOで示す場合に、結晶格子中のAサイトにSr及び/又はYを含み、BサイトにAlとCr、Mn、及びFeの内の少なくとも一種を含むサーミスタ部を有すると、さらに好適に且つ長期間安定して、低温領域から600℃を超える高温度領域までに亘る広い温度範囲における温度検知をすることができる。 Furthermore, the thermistor element according to the present invention includes Sr and / or Y at the A site in the crystal lattice when the perovskite phase contained in the thermistor portion is represented by the general formula ABO 3 , and Al and Cr at the B site, By having a thermistor portion containing at least one of Mn and Fe, it is possible to detect temperature in a wide temperature range from a low temperature region to a high temperature region exceeding 600 ° C. more preferably and stably for a long period of time. it can.

この発明に係るサーミスタ素子は、そのサーミスタ部がそれに含まれる導電性ペロブスカイト相よりも低導電性の金属酸化物(MeOx)を含有する金属酸化物相を有すると、その金属酸化物の含有量を調整することにより、検知対象とする温度範囲における温度勾配係数(B定数)を維持しつつ、サーミスタ素子の抵抗値を所望の値にシフトさせることができる。   When the thermistor element according to this invention has a metal oxide phase containing a metal oxide (MeOx) having a lower conductivity than the conductive perovskite phase contained in the thermistor part, the content of the metal oxide is reduced. By adjusting, the resistance value of the thermistor element can be shifted to a desired value while maintaining the temperature gradient coefficient (B constant) in the temperature range to be detected.

前記金属酸化物相に含まれる金属酸化物がSrAlであると、このサーミスタ素子を高温下で使用する場合には、サーミスタ部におけるペロブスカイト相との反応が困難になるので、抵抗に関する特性が変動し難いサーミスタ素子となる。 When the thermistor element is used at a high temperature when the metal oxide contained in the metal oxide phase is SrAl 2 O 4, it is difficult to react with the perovskite phase in the thermistor portion, so that the resistance characteristics Is a thermistor element that is difficult to fluctuate.

上記のように優れた作用を有するサーミスタ素子を有する温度センサは、還元性雰囲気下で600℃を超える高温領域下に長時間に亘って曝されても、特性変動が抑制されているので正確な温度測定をすることができる。   A temperature sensor having a thermistor element having an excellent action as described above is accurate because the characteristic fluctuation is suppressed even when exposed to a high temperature region exceeding 600 ° C. for a long time in a reducing atmosphere. Temperature can be measured.

故に、この発明によると、還元雰囲気下で600℃を超える高温度領域であっても、正確に温度測定をすることができ、特性変動が極力抑制されたサーミスタ素子を提供し、また、このようなサーミスタ素子を用いた温度センサを提供することができる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a thermistor element in which temperature measurement can be accurately performed even in a high temperature region exceeding 600 ° C. in a reducing atmosphere, and the characteristic variation is suppressed as much as possible. A temperature sensor using a simple thermistor element can be provided.

また、この発明にかかる温度センサは、サーミスタ素子の被覆層が金属管の内周面に非接触となるように、サーミスタ素子を金属管内に収容しているので、被覆層が金属管の内周面に当接した状態で温度センサに振動がかかった際に、被覆層に割れ等の破損が生じるのを確実に防止することができ、長期間にわたって被覆層が奏する効果を持続させ得る温度センサとすることができる。   The temperature sensor according to the present invention accommodates the thermistor element in the metal tube so that the coating layer of the thermistor element is not in contact with the inner peripheral surface of the metal tube. When the temperature sensor is vibrated in contact with the surface, it is possible to reliably prevent breakage such as cracks in the coating layer and to maintain the effect of the coating layer over a long period of time. It can be.

図1及び図2に示されるように、この発明に係る、一例としてのサーミスタ素子2は電極線2a,2bを有し、この電極線2a,2bはそれらの一端をサーミスタ部1aに埋設し、サーミスタ部1aの表面は被覆層1bで被覆されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the thermistor element 2 as an example according to the present invention has electrode wires 2a and 2b, and the electrode wires 2a and 2b have one end thereof embedded in the thermistor portion 1a. The surface of the thermistor portion 1a is covered with a coating layer 1b.

前記サーミスタ部2は、導電性であり、ペロブスカイト型結晶構造を有するペロブスカイト相を含有する。好適なペロブスカイト相としては、組成式(M1aM2)(M3M4)Oeの値a、b、c、d、eが、下記の条件式を満たす導電性のペロブスカイト相を挙げることができる。
0≦a≦0.400
0.600≦b≦1.000
0.200≦c≦0.600
0.400≦d≦0.800
2.80≦e≦3.30
前記組成式において、M1はペロブスカイト相のAサイトに位置する第2族元素のうち少なくとも1種の元素を示し、M2はペロブスカイト相のAサイトに位置する、Laを除く第3族元素のうち少なくとも1種の元素を示し、M3は第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第10族、第11族及び第12族元素のうち少なくとも1種の元素を示し、M4は第13族元素のうち少なくとも1種の元素を示す。なお、この発明において、「周期律表」は「無機化学命名法 −IUPAC1990年勧告−、G.J.LEIGH編、山崎一雄訳・著」に記載された周期律表に従う。なお、値eについては、蛍光X線分析を用いたM1、M2、M3、M4の各元素の組成比から、e=2.80〜3.30の範囲内にあるか否かを確認することができる。
The thermistor portion 2 is conductive and contains a perovskite phase having a perovskite crystal structure. Examples of suitable perovskite phases include conductive perovskite phases in which the values a, b, c, d and e of the composition formula (M1 a M2 b ) (M3 c M4 d ) O e satisfy the following conditional expressions Can do.
0 ≦ a ≦ 0.400
0.600 ≦ b ≦ 1.000
0.200 ≦ c ≦ 0.600
0.400 ≦ d ≦ 0.800
2.80 ≦ e ≦ 3.30
In the composition formula, M1 represents at least one element of the Group 2 element located at the A site of the perovskite phase, and M2 represents at least one of the Group 3 elements other than La located at the A site of the perovskite phase. M3 represents at least one element selected from Group 4, Group 5, Group 6, Group 7, Group 8, Group 8, Group 10, Group 11, and Group 12 elements. M4 represents at least one element of the Group 13 elements. In the present invention, the “periodic table” conforms to the periodic table described in “Inorganic chemical nomenclature—IUPAC 1990 recommendation—edited by GJ LEIGH, translated by Kazuo Yamazaki”. In addition, about the value e, confirm whether it exists in the range of e = 2.80-3.30 from the composition ratio of each element of M1, M2, M3, and M4 using the fluorescent X ray analysis. Can do.

この発明におけるサーミスタ部に含まれる更に好適なペロブスカイト相は、組成式SrFec1Mnc2Crc3Alで示すことができる。この組成式における値a、b、c1、c2、c3、d、eが、下記の条件式を満たす。なお、Fe、Mn、Crについてはそれらの少なくとも1種が含有されればよく、全ての元素が必須ではない。また、この発明におけるより一層好適なサーミスタ部は、前記組成式で示される導電性のペロブスカイト相と、このペロブスカイト相よりも導電性の低い金属酸化物相例えばSrAlとからなる。
0≦a≦0.400
0.600≦b≦1
0.200≦(c1+c2+c3)≦0.600
0≦c3/(c1+c2+c3)≦0.18
0.400≦d≦0.800
2.80≦e≦3.30
なお、値eについては、蛍光X線分析を用いたY、Sr、Fe、Mn、Al、Cr、Oの各元素の組成比と、後述する方法で算出した面積分率、または、粉末X線回折分析により同定した結晶相の存否及び存在比から、e=2.80〜3.30の範囲内にあるか否かを確認することができる。この発明においては、具体的には、ペロブスカイト相と金属酸化物相例えばSrAlの存在比とを特定し、各金属元素の量をペロブスカイト相と金属酸化物相とに振り分ける。ついで、金属酸化物相(SrAl24)に含まれるOの数が4であると定めた上で、つまり、SrAl24については、酸素の欠損はないとして、金属酸化物相に用いられているOの量を算出することで、ペロブスカイト相におけるOの数eを算出することができる。
A more suitable perovskite phase contained in the thermistor part in the present invention can be represented by a composition formula Sr a Y b Fe c1 Mn c2 Cr c3 Al d O e . Values a, b, c1, c2, c3, d, and e in this composition formula satisfy the following conditional expressions. In addition, about Fe, Mn, and Cr, what is necessary is just to contain at least 1 type of those, and not all elements are essential. Further, a more preferred thermistor portion in the present invention is composed of a conductive perovskite phase represented by the above composition formula and a metal oxide phase having a lower conductivity than the perovskite phase, for example, SrAl 2 O 4 .
0 ≦ a ≦ 0.400
0.600 ≦ b ≦ 1
0.200 ≦ (c1 + c2 + c3) ≦ 0.600
0 ≦ c3 / (c1 + c2 + c3) ≦ 0.18
0.400 ≦ d ≦ 0.800
2.80 ≦ e ≦ 3.30
In addition, about the value e, the composition ratio of each element of Y, Sr, Fe, Mn, Al, Cr, O using the fluorescent X-ray analysis, the area fraction calculated by the method mentioned later, or powder X-ray From the presence / absence of the crystal phase identified by diffraction analysis and the abundance ratio, it can be confirmed whether or not e = 2.80-3.30. Specifically, in the present invention, the perovskite phase and the metal oxide phase, for example, the abundance ratio of SrAl 2 O 4 are specified, and the amount of each metal element is divided into the perovskite phase and the metal oxide phase. Then, after determining that the number of O contained in the metal oxide phase (SrAl 2 O 4 ) is 4, that is, SrAl 2 O 4 is used for the metal oxide phase on the assumption that there is no oxygen deficiency. By calculating the amount of O, the number of O in the perovskite phase can be calculated.

また、サーミスタ部が上記ペロブスカイト相及び上記金属酸化物相のそれぞれを含む場合、当該サーミスタ部の断面積Sに対するペロブスカイト相の総面積PS占める割合(面積分率)については、サーミスタ素子の抵抗値の調整の観点から、0.20≦SP/S≦0.80とすることが好ましい。なお、ここでいう面積分率は、次のようにして算出することができる。まず、サーミスタ部又はサーミスタ部と同じ組成の焼結体を樹脂に埋め込み、3μmのダイヤペーストを用いたバフ研磨処理を行って断面を研磨した試料を作成する。その後、走査型電子顕微鏡(JEOL社製 商品名:JSM-6460LA)により、断面を倍率3000倍で写真撮影する。撮影した組織写真のうち、40μm×30μmの視野を画像解析装置にて解析し、視野(断面積S)に対するペロブスカイト相の総面積SPの占める割合(面積分率)SP/Sを求めることができる。   Further, when the thermistor portion includes each of the perovskite phase and the metal oxide phase, the ratio (area fraction) of the total area PS of the perovskite phase to the cross-sectional area S of the thermistor portion is the resistance value of the thermistor element. From the viewpoint of adjustment, it is preferable to satisfy 0.20 ≦ SP / S ≦ 0.80. Note that the area fraction referred to here can be calculated as follows. First, a thermistor part or a sintered body having the same composition as that of the thermistor part is embedded in a resin, and a sample whose surface is polished by buffing using a 3 μm diamond paste is prepared. Thereafter, the cross section is photographed at a magnification of 3000 times with a scanning electron microscope (trade name: JSM-6460LA, manufactured by JEOL). A 40 μm × 30 μm field of view of the photographed tissue photograph is analyzed by an image analyzer, and the ratio (area fraction) SP / S of the total area SP of the perovskite phase to the field of view (cross-sectional area S) can be obtained. .

また、サーミスタ部を形成するペロブスカイト相は、一般式ABOで示すこともできる。前記ペロブスカイト相におけるAサイト及びBサイトを占める元素を適切に選択すると、このサーミスタ部は、適度の導電性を有し、低温度例えば−40℃〜600℃を超える高温度までの温度領域において温度を検知することができるようになる。この発明において好適なサーミスタ部を形成する好適なペロブスカイト相は、そのAサイトがSr及び/又はYを含み、BサイトはAlを含む。サーミスタ部がこのようなペロブスカイト型結晶構造を有するペロブスカイト相を含有すると、例えば−40℃から例えば1000℃までの温度領域において温度を検知することができる。更に好適なペロブスカイト相は、そのAサイトがSr及び/又はYを含み、BサイトはAlと、Cr、Mn及びFeから選択される少なくとも一種の元素を含む。BサイトにAlとその他の前記特定の元素とが存在するペロブスカイト型結晶構造を有するペロブスカイト相を含有するサーミスタ部を備える温度センサは、低温度領域例えば−40℃から高温度領域例えば1000℃までの広範囲な温度領域における温度の検知をすることができる。 The perovskite phase forming the thermistor part can also be represented by the general formula ABO 3 . When the elements occupying the A site and the B site in the perovskite phase are appropriately selected, the thermistor portion has appropriate conductivity, and has a temperature in a low temperature range, for example, a high temperature range from −40 ° C. to 600 ° C. Can be detected. In the preferred perovskite phase forming the preferred thermistor part in the present invention, the A site contains Sr and / or Y, and the B site contains Al. When the thermistor part contains a perovskite phase having such a perovskite crystal structure, the temperature can be detected in a temperature range of, for example, -40 ° C to 1000 ° C. In a more preferred perovskite phase, the A site contains Sr and / or Y, and the B site contains Al and at least one element selected from Cr, Mn and Fe. A temperature sensor having a thermistor portion containing a perovskite phase having a perovskite type crystal structure in which Al and other specific elements are present at the B site has a low temperature region, for example, −40 ° C. to a high temperature region, for example, 1000 ° C. Temperature can be detected in a wide temperature range.

この発明における好適なサーミスタ部は、組成式中のa、b、c、d、eが上記条件式を満たし、ペロブスカイト型結晶構造を有する導電性のペロブスカイト相と、上記ペロブスカイト相よりも導電性が低く、上記ペロブスカイト相を構成する金属元素から選択された少なくとも1種の金属元素をMeとしたとき、組成式MeOXで表記される結晶構造を有する少なくとも1種の金属酸化物相と、を含む導電性酸化物焼結体である。 In the preferred thermistor portion in the present invention, a, b, c, d, and e in the composition formula satisfy the above-mentioned conditional formula, and a conductive perovskite phase having a perovskite-type crystal structure is more conductive than the perovskite phase. And at least one metal oxide phase having a crystal structure represented by the composition formula MeO x, where Me is at least one metal element selected from the metal elements constituting the perovskite phase. It is a conductive oxide sintered body.

この金属酸化物相は、サーミスタ部における前記導電性ペロブスカイト相に含まれる金属元素から選択される少なくとも一種の金属元素の酸化物(組成式MeO)を含有する。この金属元素は、サーミスタ部におけるペロブスカイト相に含まれる金属元素と同じ種類の金属元素である。金属酸化物相を形成する金属酸化物は、複酸化物であってもよい。金属酸化物相を形成する金属酸化物としては、例えばペロブスカイト相が(Y,Sr)(Mn,Al,Cr)Oで示されるときには組成式SrY、SrY、SrAl、YAlO、YAl12を挙げることができ、これらの中でもSrAlが金属酸化物相を形成する金属酸化物として好適である。この金属酸化物相がSrAlを含んでいると、高温下にこのサーミスタ素子が曝されても、ペロブスカイト相にSr及び/又はAlが移行してこれらがペロブスカイト相と反応することがなく、したがって、サーミスタ部の温度による特性変化が抑制される。 This metal oxide phase contains an oxide (composition formula MeO x ) of at least one metal element selected from the metal elements contained in the conductive perovskite phase in the thermistor part. This metal element is the same type of metal element as the metal element contained in the perovskite phase in the thermistor part. The metal oxide that forms the metal oxide phase may be a double oxide. As the metal oxide forming the metal oxide phase, for example, when the perovskite phase is represented by (Y, Sr) (Mn, Al, Cr) O 3 , the composition formulas SrY 2 O 4 , SrY 4 O 7 , SrAl 2 O 4 , YAlO 3 , and Y 3 Al 5 O 12. Among these, SrAl 2 O 4 is suitable as a metal oxide that forms a metal oxide phase. When this metal oxide phase contains SrAl 2 O 4 , even if this thermistor element is exposed to a high temperature, Sr and / or Al does not migrate to the perovskite phase and react with the perovskite phase. Therefore, the characteristic change due to the temperature of the thermistor portion is suppressed.

この発明におけるサーミスタ部は、以下のようにして製造することができる。   The thermistor part in this invention can be manufactured as follows.

先ず、導電性ペロブスカイト相を含む仮焼粉末を調製する。導電性ペロブスカイト相を含む仮焼粉末を調製する際の原料としては、ペロブスカイト相を組成式M1aM2bM3cM4dとしたときのa、b、c、d、eが前記した範囲内にあるように、M1、M2,M3、M4の炭酸塩又は酸化物が好適例として挙げられる。なお、元素M1としては周期律表第2族の元素即ちMg、Ca、Sr、Baから選択される少なくとも1種以上の元素が挙げられ、Mg、Ca、及びSrから選ばれる1種またはそれ以上の元素が好適であり、元素M2としてはLaを除く第3族の元素即ちY、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb、Scから選択される少なくとも1種以上の元素が挙げられ、Y、Nd、及びYbから選ばれる1種またはそれ以上の元素が好適であり、元素M3としては周期律表第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第10族、第11族、第12族の元素即ちTi、Zr、Hf(以上、第4族)、V、Nb、Ta(以上、第5族)、Cr、Mo、W(以上、第6族)、Mn(第7族)、Fe(第8族)、Co(第9族)、Ni(第10族)、Cu(第11族)並びにZn(第12族)から選択される少なくとも1種以上の元素が挙げられ、Mn、Fe及びCrから選ばれる1種またはそれ以上の元素が好適である。また、元素M4としては周期律表第13族の元素即ちAl、Ga、Inから選択される少なくとも1種以上の元素が挙げられ、Al及びGaから選ばれる1種またはそれ以上の元素が好適である。より具体的には、前記原料として、SrCO、Y、Nd、Yb、MgO、CaCO、Cr、MnO、Fe、Al、Ga等を挙げることができる。なお、これら原料は、99%以上の純度を有する市販品を使用することができる。 First, a calcined powder containing a conductive perovskite phase is prepared. The raw material for preparing a calcined powder containing a conductive perovskite phase, a range of perovskite phase composition formula M1 a M2 b M3 c M4 d O a when the e, b, c, d, e is the As preferred, carbonates or oxides of M1, M2, M3, and M4 are preferred examples. The element M1 includes at least one element selected from Group 2 elements of the periodic table, that is, Mg, Ca, Sr, Ba, and one or more elements selected from Mg, Ca, and Sr. The element M2 is suitable, and the element M2 is at least one element selected from the group 3 elements excluding La, that is, Y, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb, Sc The above elements can be mentioned, and one or more elements selected from Y, Nd, and Yb are preferable, and the element M3 is Group 4, Group 5, Group 6, Group 7 of the Periodic Table. , Group 8, Group 9, Group 10, Group 11 and Group 12, ie Ti, Zr, Hf (Group 4), V, Nb, Ta (Group 5), Cr , Mo, W (above, Group 6), Mn (Group 7), Fe (Group 8), Co (Group 9) ), Ni (Group 10), Cu (Group 11) and at least one element selected from Zn (Group 12), and one or more elements selected from Mn, Fe and Cr Elements are preferred. The element M4 includes at least one element selected from Group 13 elements of the periodic table, that is, Al, Ga, and In, and one or more elements selected from Al and Ga are preferable. is there. More specifically, as the raw material, SrCO 3 , Y 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , MgO, CaCO 3 , Cr 2 O 3 , MnO 2 , Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 and the like. In addition, these raw materials can use the commercial item which has a purity of 99% or more.

これら原料が混合され、湿式混合のときには更に乾燥されて原料粉末混合物が得られる。この原料粉末混合物は、仮焼され、平均粒径が例えば1〜2μmである仮焼粉末に調製される。前記仮焼を行う仮焼温度として、通常の場合、1000〜1500℃を挙げることができ、その仮焼温度で仮焼する時間としては、通常の場合、1〜10時間を挙げることができる。   These raw materials are mixed and further dried at the time of wet mixing to obtain a raw material powder mixture. This raw material powder mixture is calcined to prepare a calcined powder having an average particle size of, for example, 1 to 2 μm. The calcining temperature at which the calcining is performed is usually 1000 to 1500 ° C., and the time for calcining at the calcining temperature is usually 1 to 10 hours.

また、金属酸化物相(MeO)が含まれる場合は、金属酸化物相を含む仮焼粉末を調製する際の原料としては、Meの炭酸塩又は酸化物が好適例として挙げられる。なお、元素MeとしてはY、Sr、Alから選ばれる1種またはそれ以上の元素が好適であり、具体的には、前記原料として、Y、SrCO、Al等を挙げることができる。 Also, if included metal oxide phase (MeO X) is as a raw material in the preparation of calcined powder containing a metal oxide phase, carbonates or oxides of Me may be mentioned as preferred examples. The element Me is preferably one or more elements selected from Y, Sr, and Al. Specifically, examples of the raw material include Y 2 O 3 , SrCO 3 , Al 2 O 3 and the like. be able to.

これら原料が混合され、湿式混合のときには更に乾燥されて原料粉末混合物が得られる。この原料粉末混合物は、仮焼され、平均粒径が例えば1〜2μmである仮焼粉末に調製される。前記仮焼を行う仮焼温度として、通常の場合、1000〜1500℃を挙げることができ、その仮焼温度で仮焼する時間としては、通常の場合、1〜10時間を挙げることができる。   These raw materials are mixed and further dried at the time of wet mixing to obtain a raw material powder mixture. This raw material powder mixture is calcined to prepare a calcined powder having an average particle size of, for example, 1 to 2 μm. The calcining temperature at which the calcining is performed is usually 1000 to 1500 ° C., and the time for calcining at the calcining temperature is usually 1 to 10 hours.

前記仮焼粉末は分散媒例えば水、メタノール、エタノール等の水性分散媒中で湿式混合粉砕処理されスラリーに調製される。湿式混合粉砕に用いられる容器としては通常の場合、樹脂製の容器を挙げることができ、混合には玉石例えば高純度アルミナ玉石を使用することができる。   The calcined powder is wet mixed and pulverized in a dispersion medium such as water, methanol, ethanol or the like to prepare a slurry. As a container used for wet mixing and pulverization, a resin container can be usually used, and cobblestone, for example, high-purity alumina cobblestone can be used for mixing.

前記したところのスラリーを乾燥してサーミスタ部用粉末を得る。このサーミスタ部用粉末とバインダーとを混合し、次いで乾燥し、分級することにより所定粒径の造粒粉末を得る。前記バインダーとして、例えばポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール、アクリル系バインダー等のポリマーを挙げることができ、このようなポリマー以外にもこの技術分野において使用される公知のバインダーを使用することができる。   The above-mentioned slurry is dried to obtain the thermistor powder. The thermistor powder and the binder are mixed, then dried and classified to obtain a granulated powder having a predetermined particle size. Examples of the binder include polymers such as polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, and acrylic binders. In addition to such polymers, known binders used in this technical field can be used.

上記のようにして得られたサーミスタ部用粉末を所定の金型に装填し、加圧成形することにより、例えば図1及び図2に示されるように、Pt−Rh合金製の一対の電極線2a,2bの一端側が埋設され、他端側が平行に突出するように前記電極線2a,2bを備えた所定形状例えば六角形板状の未焼成サーミスタ部成形体を製造する。   The thermistor part powder obtained as described above is loaded into a predetermined mold and press-molded to form a pair of electrode wires made of a Pt—Rh alloy, for example, as shown in FIGS. An unfired thermistor part molded body having a predetermined shape, for example, a hexagonal plate shape, having the electrode wires 2a and 2b so that one end side of 2a and 2b is embedded and the other end side protrudes in parallel is manufactured.

その後に、この未焼成サーミスタ部成形体を、例えば大気雰囲気中で、1400〜1600℃で焼成することにより、サーミスタ部1aを製造することができる。なお、図1に示されるサーミスタ部の形状は、この発明に係るサーミスタ素子におけるサーミスタ部の形状の一例を示すのであって、この発明に係るサーミスタ素子におけるサーミスタ部の形状は用途等に応じて種々の形状が採用される。   Then, the thermistor part 1a can be manufactured by baking this unfired thermistor part molded body at, for example, 1400 to 1600 ° C. in an air atmosphere. The shape of the thermistor portion shown in FIG. 1 shows an example of the shape of the thermistor portion in the thermistor element according to the present invention, and the shape of the thermistor portion in the thermistor element according to the present invention varies depending on the application and the like. The shape is adopted.

この発明に係るサーミスタ素子は、前記サーミスタ部の表面を次述する被覆層で被覆してなる。   The thermistor element according to the present invention is formed by coating the surface of the thermistor portion with a coating layer described below.

前記被覆層は、SiO、CaO、及びMgOを、SiOについては前記被覆層の合計質量に対して40〜65質量%、CaOについては前記被覆層の合計質量に対して15〜40質量%、MgOについては前記被覆層の合計質量に対して5〜30質量%の範囲の中から、SiO、CaO、及びMgOの合計が90質量%〜100質量%になるように、選択される含有割合で含有してなり、Bを実質的に無含有である結晶化ガラスである。 The coating layer is composed of SiO 2 , CaO, and MgO, 40 to 65% by mass with respect to the total mass of the coating layer for SiO 2 , and 15 to 40% by mass with respect to the total mass of the coating layer for CaO. , MgO is selected from the range of 5 to 30% by mass with respect to the total mass of the coating layer, so that the total of SiO 2 , CaO, and MgO is 90% to 100% by mass. It is a crystallized glass that is contained in a proportion and is substantially free of B 2 O 3 .

なお、この被覆層は、SiO、CaO、及びMgOの合計が90質量%以上であれば、サーミスタ部の特性変動を抑える効果を奏することができる。被覆層におけるSiO、CaO、及びMgOの合計が90質量%以上100質量%未満である場合には、被覆層における残部の成分は、この発明の目的を阻害しない限り、B以外の成分例えばAl等を含有していてもよい。 In addition, if this coating layer has a total of 90% by mass or more of SiO 2 , CaO, and MgO, the effect of suppressing the characteristic variation of the thermistor portion can be achieved. When the total of SiO 2 , CaO, and MgO in the coating layer is 90% by mass or more and less than 100% by mass, the remaining components in the coating layer are other than B 2 O 3 unless the object of the present invention is impaired. Components such as Al 2 O 3 may be contained.

被覆層におけるSiOの含有量が前記下限値を下回るとガラスの軟化点が低くなり耐熱性が低下するといった不都合を生じ、また、前記上限値を超えるとガラスが軟化し難くなり流動性が悪化し即ち被覆が困難となるといった不都合を生じて、この発明の目的を達成することができない。被覆層におけるCaOの含有量が前記下限値を下回ると熱膨張率が小さくなり過ぎ、サーミスタ部との不一致が生じ易い傾向となり、被覆層に割れ等を生じるといった不都合を生じ、また、前記上限値を超えると耐熱性が低下するといった不都合を生じて、この発明の目的を達成することができない。被覆層におけるMgOの含有量が前記下限値を下回ると所望の結晶を析出させることが困難であるといった不都合を生じ、また、前記上限値を超えるとガラスの流動性が悪化し、成形が困難になるといった不都合を生じて、この発明の目的を達成することができない。 If the content of SiO 2 in the coating layer is below the lower limit, the glass softening point is lowered and heat resistance is lowered, and if the upper limit is exceeded, the glass is difficult to soften and the fluidity is deteriorated. In other words, the object of the present invention cannot be achieved due to the disadvantage that the coating becomes difficult. If the content of CaO in the coating layer is below the lower limit value, the coefficient of thermal expansion becomes too small, and a mismatch with the thermistor part tends to occur, causing a problem such as cracking in the coating layer, and the upper limit value. Exceeding this causes a disadvantage that the heat resistance is lowered, and the object of the present invention cannot be achieved. If the content of MgO in the coating layer is below the lower limit, it is difficult to precipitate the desired crystals, and if it exceeds the upper limit, the fluidity of the glass is deteriorated and molding becomes difficult. The object of the present invention cannot be achieved.

また、この被覆層は実質的にBを含有していない。「実質的に含有しない」とはICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析によってもBが検出ないし同定することができないことを意味する。被覆層内にBが検出されるほどにBが被覆層に含有されていると、サーミスタ素子が高温に曝されると被覆層の成分、この場合Bがサーミスタ部に移動してしまい、そうするとサーミスタ部の特性が変動してしまってこの発明の目的を達成することができない。 Further, the coating layer does not contain a substantially B 2 O 3. “Substantially free” means that B 2 O 3 cannot be detected or identified by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis. When the the coating layer is B 2 O 3 is B 2 O 3 to the extent is detected is contained in the coating layer, components of the coating layer and the thermistor element is exposed to a high temperature, where B 2 O 3 is a thermistor Then, the characteristics of the thermistor part fluctuate and the object of the present invention cannot be achieved.

この被覆層は、ディオプサイドを含む電気絶縁体の結晶化ガラスとなっているのが、好ましい。電気絶縁体であるディオプサイドを含有する結晶化ガラスで被覆層が形成されていると、この発明に係るサーミスタ素子が高温に曝されても被覆層中の成分がサーミスタ部へ移動することが抑制され、その結果としてサーミスタ部の特性変動が極めて小さくなる。   This covering layer is preferably a crystallized glass of an electrical insulator containing diopside. When the coating layer is formed of crystallized glass containing diopside that is an electrical insulator, the components in the coating layer may move to the thermistor portion even when the thermistor element according to the present invention is exposed to high temperature. As a result, the characteristic variation of the thermistor portion becomes extremely small.

被覆層は、次のようにしてサーミスタ部の表面に形成することができる。   The coating layer can be formed on the surface of the thermistor portion as follows.

被覆層を形成するための原料粉末すなわちSiO、CaO及びMgOとバインダーと分散媒とを混練することにより、被覆層用スラリーが先ず調製される。この調製に際し、前記バインダーとして例えばエチルセルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等を、又はこれらを主成分とする組成物を挙げることができる。分散媒としては水、メチルアルコール、エチルアルコール、ターピネオール、アセトン、ケトン、メチルエチルケトン等を挙げることができる。バインダー及び分散媒の配合量は、適宜に決定することができる。バインダーの配合量は、通常の場合、原料粉末全量に対し、5〜20重量部、好ましくは10〜20重量部である。 First, a slurry for a coating layer is prepared by kneading raw material powder for forming a coating layer, that is, SiO 2 , CaO, and MgO, a binder, and a dispersion medium. In this preparation, examples of the binder include ethyl cellulose, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and the like, or compositions containing these as a main component. Examples of the dispersion medium include water, methyl alcohol, ethyl alcohol, terpineol, acetone, ketone, and methyl ethyl ketone. The amounts of the binder and the dispersion medium can be determined as appropriate. The blending amount of the binder is usually 5 to 20 parts by weight, preferably 10 to 20 parts by weight with respect to the total amount of the raw material powder.

得られた被覆層用スラリーにサーミスタ部を浸漬することにより所謂ディップコーティングをする。サーミスタ部の表面に付着する被覆層用スラリーを乾燥し、所定の温度で焼き付けると、この発明に係るサーミスタ素子を得ることができる。   So-called dip coating is performed by immersing the thermistor part in the obtained slurry for coating layer. When the coating layer slurry adhering to the surface of the thermistor portion is dried and baked at a predetermined temperature, the thermistor element according to the present invention can be obtained.

被覆層の厚みは通常の場合、0.5〜500μmが好適である。   In the normal case, the thickness of the coating layer is preferably 0.5 to 500 μm.

かくして、図2に示されるように、導電性酸化物焼結体であるサーミスタ部1aの表面に被覆層1bが被覆され、前記サーミスタ部1aに一端が電極2a,2bが埋設されてなるサーミスタ素子が、形成される。   Thus, as shown in FIG. 2, the thermistor element in which the surface of the thermistor portion 1a, which is a conductive oxide sintered body, is covered with the coating layer 1b, and one end of the electrodes 2a and 2b is embedded in the thermistor portion 1a. Is formed.

なお、図1及び図2に示されるサーミスタ部1aの形状が六角形板状体として表現されているが、サーミスタ部1aの形状は温度センサの形状及び構造等にあわせて設計される。   The shape of the thermistor portion 1a shown in FIGS. 1 and 2 is expressed as a hexagonal plate, but the shape of the thermistor portion 1a is designed in accordance with the shape and structure of the temperature sensor.

この発明に係る温度センサはこの発明に係るサーミスタ素子を有する。図3にこの発明に係る温度センサの一例が示され。図3に示される温度センサ100は、サーミスタ素子2を感温素子として用いる。この温度センサ100は、自動車の排気管の取付部に装着され、サーミスタ素子2が排気ガスの流れる排気管内に位置させることにより排気ガスの温度を検出することができる。   The temperature sensor according to the present invention includes the thermistor element according to the present invention. FIG. 3 shows an example of a temperature sensor according to the present invention. The temperature sensor 100 shown in FIG. 3 uses the thermistor element 2 as a temperature sensitive element. The temperature sensor 100 is attached to a mounting portion of an exhaust pipe of an automobile, and the temperature of the exhaust gas can be detected by positioning the thermistor element 2 in the exhaust pipe through which the exhaust gas flows.

この温度センサ100のうち、軸線に沿う方向(以下、軸線方向ともいう。)に延在する金属管3は、先端部31側つまり図3における下方側が閉塞した有底筒状に、形成される。この先端部31の内部空間にこの発明の一例であるサーミスタ素子2が収納されて成る。この金属管3は、従来の金属管におけるように予め熱処理を施す必要がなく、したがって、その外側面及び内側面を酸化することにより酸化皮膜を形成する必要がない。なぜならば、この発明に係るサーミスタ素子2は、雰囲気が還元雰囲気になっても被覆層の存在によってサーミスタ部の特性変動を生じにくいので、サーミスタ素子2を取り巻く雰囲気が還元状態になることを防止する必要がなくなり、それでもって金属管3の表面を酸化被膜にする必要がないからである。なお、この発明に係るサーミスタ素子2をこの金属管3の中に挿入配置するときには、金属管3の内側でサーミスタ素子2の周囲には、セメント10が充填されて、サーミスタ素子2を保持している。金属管3の後端32は開放されており、この後端32部分は、フランジ部材4の内側に圧入、挿通されている。   In the temperature sensor 100, the metal tube 3 extending in the direction along the axis (hereinafter also referred to as the axial direction) is formed in a bottomed cylindrical shape in which the tip 31 side, that is, the lower side in FIG. . The thermistor element 2 which is an example of the present invention is housed in the internal space of the tip portion 31. The metal tube 3 does not need to be heat-treated in advance as in the conventional metal tube, and therefore it is not necessary to form an oxide film by oxidizing the outer surface and the inner surface. This is because the thermistor element 2 according to the present invention is unlikely to cause fluctuations in the characteristics of the thermistor portion due to the presence of the coating layer even when the atmosphere becomes a reducing atmosphere, and therefore prevents the atmosphere surrounding the thermistor element 2 from being reduced. This is because it is not necessary, and it is not necessary to make the surface of the metal tube 3 an oxide film. When the thermistor element 2 according to the present invention is inserted and disposed in the metal tube 3, the thermistor element 2 is filled with cement 10 inside the metal tube 3 to hold the thermistor element 2. Yes. The rear end 32 of the metal tube 3 is open, and the rear end 32 portion is press-fitted and inserted into the flange member 4.

また、この発明に係る温度センサでは、サーミスタ素子2の被覆層1bが金属管3の内周面に非接触となるような寸法関係を有しており、サーミスタ素子2の被覆層1bと金属管3の内周面との間にはセメント10が介在し、温度センサの使用時において被覆層1bと金属管3の内周面とが直に接触するのを確実に防止する構造となっている。   Further, in the temperature sensor according to the present invention, the covering layer 1b of the thermistor element 2 has a dimensional relationship such that the covering layer 1b of the thermistor element 2 is not in contact with the inner peripheral surface of the metal tube 3. The cement 10 is interposed between the inner peripheral surface 3 and the inner surface of the metal tube 3 so as to reliably prevent direct contact between the coating layer 1b and the inner peripheral surface of the metal tube 3 when the temperature sensor is used. .

フランジ部材4は、軸線方向に延びる筒状の鞘部42と、この鞘部42の先端側すなわち図3における下方に位置し、この鞘部42よりも大きい外径を有して径方向外側に突出するフランジ部41とを備えている。フランジ部41の先端側には、排気管の取付部とシールを行うテーパ状の座面45を有している。また、鞘部42は、先端側に位置する先端側鞘部44とこれよりも径小の後端側鞘部43とからなる二段形状をなしている。   The flange member 4 has a cylindrical sheath portion 42 extending in the axial direction, and is positioned on the distal end side of the sheath portion 42, that is, on the lower side in FIG. 3, and has a larger outer diameter than the sheath portion 42 and radially outward. And a projecting flange portion 41. On the distal end side of the flange portion 41, there is a tapered seating surface 45 that performs sealing with the attachment portion of the exhaust pipe. Moreover, the sheath part 42 has comprised the two-stage shape which consists of the front end side sheath part 44 located in the front end side, and the rear end side sheath part 43 smaller in diameter than this.

そして、フランジ部材4内に圧入された金属管3は、その外周面が後端側鞘部43と周方向全周に亘り部位L1でレーザー溶接されることで、フランジ4に強固に固定されている。また、フランジ部材4の先端側鞘部44には、概略円筒形状の金属カバー部材6が圧入され、周方向全周に亘り部位L2でレーザー溶接されて、気密状態で接合されている。   The metal tube 3 press-fitted into the flange member 4 is firmly fixed to the flange 4 by laser welding of the outer peripheral surface of the metal tube 3 at the site L1 over the entire circumference in the circumferential direction. Yes. Moreover, the substantially cylindrical metal cover member 6 is press-fitted into the distal end side sheath portion 44 of the flange member 4 and is laser-welded at a portion L2 over the entire circumference in the circumferential direction and joined in an airtight state.

また、フランジ部材4及び金属カバー部材6の周囲には、六角ナット部51およびネジ部52を有する取り付け部材5が回動自在に嵌挿されている。図1に示される温度センサ100は、排気管(図示しない)の取付部にフランジ部材4のフランジ部41の座面45を当接させ、ナット5を取付部に螺合させることにより、排気管に固定する。   Further, a mounting member 5 having a hexagonal nut portion 51 and a screw portion 52 is rotatably fitted around the flange member 4 and the metal cover member 6. The temperature sensor 100 shown in FIG. 1 is configured so that a seat surface 45 of the flange portion 41 of the flange member 4 is brought into contact with a mounting portion of an exhaust pipe (not shown) and a nut 5 is screwed into the mounting portion. To fix.

金属管3、フランジ部材4および金属カバー部材6の内側には、一対の芯線7を内包するシース部材8が配置されている。このシース部材8は、金属製の外筒と、導電性の一対の芯線7と、外筒内に充填され外筒と各芯線7との間を絶縁しつつ芯線7を保持する絶縁粉末とから構成されている。なお、従来の温度センサにあってはこのシース部材8の外筒にも熱処理により予め酸化皮膜を形成しておく必要があるが、この発明に係るサーミスタ素子2を装備する温度センサ100にあってはシース部材8の外筒に酸化被膜を形成する必要はない。   A sheath member 8 including a pair of core wires 7 is disposed inside the metal tube 3, the flange member 4, and the metal cover member 6. The sheath member 8 includes a metal outer cylinder, a pair of conductive core wires 7, and an insulating powder that fills the outer cylinder and holds the core wire 7 while insulating the outer cylinder and the core wires 7. It is configured. In the conventional temperature sensor, it is necessary to previously form an oxide film on the outer cylinder of the sheath member 8 by heat treatment. However, in the temperature sensor 100 equipped with the thermistor element 2 according to the present invention, It is not necessary to form an oxide film on the outer cylinder of the sheath member 8.

金属管3の内部においてシース部材8の外筒の先端から、つまり図中の下方に突出する芯線7には、サーミスタ素子2の電極線2a,2bがレーザー溶接により接続されている。   The electrode wires 2a and 2b of the thermistor element 2 are connected by laser welding to the core wire 7 protruding from the tip of the outer cylinder of the sheath member 8 inside the metal tube 3, that is, downward in the drawing.

一方、シース部材8の後端側に突き出ている芯線7は、加締め端子11を介して一対のリード線12に接続されている。芯線7同士及び加締め端子11同士は、絶縁チューブ15により互いに絶縁されている。   On the other hand, the core wire 7 protruding to the rear end side of the sheath member 8 is connected to a pair of lead wires 12 via a crimping terminal 11. The core wires 7 and the crimping terminals 11 are insulated from each other by an insulating tube 15.

この一対のリード線12は、金属カバー部材6の後端部内側に挿入された弾性シール部材13のリード線挿通孔を通って、金属カバー部材6の内側から外部に向かって引き出され、外部回路(図示しない。例えば、ECU)と接続するためのコネクタ21の端子部材に接続されている。これにより、サーミスタ素子2の出力は、シース部材8の芯線7からリード線12、コネクタ21を介して図示しない外部回路に取り出され、排気ガスの温度が検出される。リード線12には、飛石等の外力から保護するためのガラス編組チューブ20が被せられており、このガラス編組チューブ20は、自身の先端部が弾性シール部材13と共に金属カバー部材6に加締め固定されている。   The pair of lead wires 12 are drawn out from the inside of the metal cover member 6 to the outside through the lead wire insertion holes of the elastic seal member 13 inserted inside the rear end portion of the metal cover member 6, (It is not shown. For example, it is connected to the terminal member of the connector 21 for connecting with ECU.). As a result, the output of the thermistor element 2 is taken out from the core wire 7 of the sheath member 8 to the external circuit (not shown) via the lead wire 12 and the connector 21, and the temperature of the exhaust gas is detected. The lead wire 12 is covered with a glass braided tube 20 for protection from external forces such as stepping stones, and the glass braided tube 20 is fixed by crimping to the metal cover member 6 with its elastic end member 13 together with the elastic seal member 13. Has been.

このような構造を有する温度センサ100では、前述の導電性酸化物焼結体からなるサーミスタ素子2を用いているので、自動車のエンジンの排気ガスの温度について、−40℃の低温下から約1000℃の高温までの広い領域に亘り、適切に温度を測定することができる温度センサとなる。   In the temperature sensor 100 having such a structure, the thermistor element 2 made of the above-described conductive oxide sintered body is used. Therefore, the exhaust gas temperature of the automobile engine is about 1000 from a low temperature of −40 ° C. The temperature sensor can measure the temperature appropriately over a wide range up to a high temperature of ° C.

(実施例1、2、比較例1)
実施例1、2及び比較例1におけるサーミスタ素子の製造について説明する。
(Examples 1 and 2 and Comparative Example 1)
Production of the thermistor elements in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 will be described.

SrCO、Y、Cr、MnO、Fe、Alを用いて、組成式が(M1aM2)(M3M4)Oとしたときのa、b、c、dが表1に示されるモル数となるように、純度99%以上の市販品を秤量した。 Using SrCO 3 , Y 2 O 3 , Cr 2 O 3 , MnO 2 , Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , the composition formula is (M1 a M2 b ) (M3 c M4 d ) O e Commercial products having a purity of 99% or more were weighed so that a, b, c, and d were the number of moles shown in Table 1.

Figure 2009182250
秤量された前記原料粉末を湿式混合して乾燥することにより、ペロブスカイト相用の原料粉末混合物を調製した。次いで、この原料粉末混合物を大気雰囲気下で1400℃で2時間仮焼し、平均粒径1〜2μmのペロブスカイト相用の仮焼粉末をそれぞれ得た。
Figure 2009182250
The raw material powder mixture for the perovskite phase was prepared by wet-mixing the weighed raw material powder and drying. Subsequently, this raw material powder mixture was calcined at 1400 ° C. for 2 hours in an air atmosphere to obtain a calcined powder for a perovskite phase having an average particle diameter of 1 to 2 μm.

次いで、実施例1に対応する仮焼粉末を分散媒であるエタノールと共に樹脂製ポットに投入し、高純度アルミナ玉石を用いて湿式混合粉砕を行い、実施例1に係るサーミスタ素子におけるサーミスタ部を形成するためのスラリー(以下において、第1スラリーと称することがある。)を調製した。   Next, the calcined powder corresponding to Example 1 is put into a resin pot together with ethanol as a dispersion medium, and wet mixed pulverization is performed using high-purity alumina cobblestone to form the thermistor portion in the thermistor element according to Example 1. A slurry (hereinafter sometimes referred to as a first slurry) was prepared.

一方、実施例2及び比較例1に係る金属酸化物相用の仮焼粉末を以下のようにして調製した。すなわち、原料粉末として、純度99%以上の市販品であるSrCO及びAlを、組成式SrAlとなるように、それぞれ秤量し、湿式混合して乾燥した。これにより、金属酸化物相用の原料粉末混合物を調製した。次いで、この金属酸化物相用の原料粉末混合物を大気雰囲気下1200℃で2時間仮焼し、平均粒径1〜2μmの金属酸化物相用の仮焼粉末を得た。 On the other hand, the calcined powder for the metal oxide phase according to Example 2 and Comparative Example 1 was prepared as follows. That is, SrCO 3 and Al 2 O 3 , which are commercially available products having a purity of 99% or more, were weighed, wet-mixed and dried as raw material powders so as to have the composition formula SrAl 2 O 4 . This prepared the raw material powder mixture for metal oxide phases. Next, this raw material powder mixture for the metal oxide phase was calcined at 1200 ° C. for 2 hours in an air atmosphere to obtain a calcined powder for the metal oxide phase having an average particle diameter of 1 to 2 μm.

ついで、既述した実施例2、比較例1に対応するそれぞれのペロブスカイト相用の仮焼粉末と前記金属酸化物相用の仮焼粉末とを秤量し、これらの仮焼粉末と分散媒であるエタノールとを樹脂製ポットに投入し、高純度Al玉石とを用いて湿式混合粉砕を行うことにより、実施例2及び比較例1に用いるスラリー(以下において第2スラリーと称することがある。)を調製した。 Next, the calcined powder for the perovskite phase and the calcined powder for the metal oxide phase corresponding to Example 2 and Comparative Example 1 described above are weighed, and these calcined powder and dispersion medium are used. Slurry used in Example 2 and Comparative Example 1 (hereinafter sometimes referred to as a second slurry) may be obtained by adding ethanol to a resin pot and performing wet mixing and grinding using high-purity Al 2 O 3 cobblestone. .) Was prepared.

次いで、前記第1スラリーを80℃で2時間乾燥して実施例1で用いるサーミスタ部用合成粉末を得た。また、前記第2スラリーを80℃で2時間乾燥して、実施例2及び比較例1で用いるサーミスタ部用合成粉末を得た。その後、これらのサーミスタ部用合成粉末100重量部に対し、ポリビニルブチラールを主成分とするバインダーを20重量部添加して混合、乾燥した。さらに、250μmメッシュの篩を通して造粒し、サーミスタ部用の造粒粉末を得た。   Next, the first slurry was dried at 80 ° C. for 2 hours to obtain a thermistor part synthetic powder used in Example 1. Moreover, the said 2nd slurry was dried at 80 degreeC for 2 hours, and the synthetic powder for the thermistor parts used in Example 2 and Comparative Example 1 was obtained. Thereafter, 20 parts by weight of a binder mainly composed of polyvinyl butyral was added to 100 parts by weight of the synthetic powder for the thermistor, mixed and dried. Furthermore, it granulated through the sieve of a 250 micrometers mesh, and the granulated powder for the thermistor part was obtained.

次いで、上述のサーミスタ部用の造粒粉末を、金型成型法にてプレス成形(プレス圧:4500kg/cm)して、図1に示すように、Pt−Rh合金製の一対の電極線2a,2bの一端側が埋設された六角形板状(厚さ1.24mm)の未焼成サーミスタ部用成形体を得た。 Next, the granulated powder for the thermistor part is press-molded by a mold molding method (press pressure: 4500 kg / cm 2 ), and as shown in FIG. 1, a pair of electrode wires made of Pt—Rh alloy A molded body for an unfired thermistor part having a hexagonal plate shape (thickness: 1.24 mm) in which one end side of 2a and 2b was embedded was obtained.

その後、大気中で1450℃〜1550℃で前記未焼成サーミスタ部用成形体を2時間焼成した。これにより、一対の電極線2a,2bとこの一端側が埋設されるとともに他端側が平行に突出する六角形板状のサーミスタ部を製造した。   Thereafter, the green body for the thermistor part was fired at 1450 ° C. to 1550 ° C. for 2 hours in the air. Thus, a pair of electrode wires 2a and 2b and a hexagonal plate-like thermistor portion in which one end side is embedded and the other end side protrudes in parallel were manufactured.

実施例1におけるサーミスタ部のX線回折図を、図4に示し、実施例2及び比較例1におけるサーミスタ部のX線回折図を、図5に示した。   The X-ray diffraction pattern of the thermistor part in Example 1 is shown in FIG. 4, and the X-ray diffraction patterns of the thermistor part in Example 2 and Comparative Example 1 are shown in FIG.

なお、図1に示されるように、サーミスタ素子2の各寸法は、一辺1.78mmの六角形状で、厚み1.00mm、電極線2a,2bの径φ0.3mm、電極中心間距離0.85mm(ギャップ0.55mm)、電極挿入量1.36mmである。   As shown in FIG. 1, each thermistor element 2 has a hexagonal shape with a side of 1.78 mm, a thickness of 1.00 mm, a diameter φ0.3 mm of the electrode wires 2a and 2b, and an electrode center distance of 0.85 mm. (Gap 0.55 mm) and electrode insertion amount 1.36 mm.

次いで、被覆層用のスラリーを以下のようにして調製した。すなわち、原料粉末として表2に示される組成の市販の結晶化ガラス粉末と、エチルセルロースを主成分とするバインダーと分散媒であるターピオネール及びアセトンとをミキサーで混練し、被覆層用のスラリーを調製した。なお、表2に示す数値は質量%である。   Next, a slurry for the coating layer was prepared as follows. That is, a commercially available crystallized glass powder having the composition shown in Table 2 as a raw material powder, a binder mainly composed of ethyl cellulose, and terpionol and acetone as dispersion media are kneaded with a mixer to prepare a slurry for a coating layer. did. In addition, the numerical value shown in Table 2 is mass%.

Figure 2009182250
Figure 2009182250

その後、前記実施例1,2及び比較例1用に用意したサーミスタ部それぞれを、前記被覆層用のスラリーに、浸漬することにより、サーミスタ部に被覆層用のスラリーをディップコーティングした。次いで、これを乾燥した後に1000℃で焼成することにより、サーミスタ部及びこれを被覆する緻密な被覆層を有するサーミスタ素子を製造した。   Thereafter, the thermistor portions prepared for Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were dipped in the coating layer slurry to dip coat the thermistor portion with the coating layer slurry. Next, the thermistor element having a thermistor portion and a dense coating layer covering the thermistor portion was manufactured by baking the resultant at 1000 ° C. after drying.

実施例1及び実施例2におけるサーミスタ素子における被覆層のX線回折図を図6に示した。また、比較例1におけるサーミスタ素子における被覆層のX線回折図を図7に示した。   The X-ray diffraction pattern of the coating layer in the thermistor element in Example 1 and Example 2 is shown in FIG. Further, an X-ray diffraction pattern of the coating layer in the thermistor element in Comparative Example 1 is shown in FIG.

ついで、実施例1,2及び比較例1に係るサーミスタ素子について、以下のようにしてB定数(温度勾配定数)を測定した。   Next, the B constant (temperature gradient constant) of the thermistor elements according to Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was measured as follows.

すなわち、まず、サーミスタ素子を、絶対温度T(100)=373K(=100℃)の環境下に放置し、その状態でのサーミスタ素子の初期抵抗値R(100)を測定した。ついで、サーミスタ素子を、絶対温度T(300)=573K(=300℃)の環境下に放置し、その状態でのサーミスタ素子の初期抵抗値R(300)を測定した。同様に、R(600)及びR(900)についても測定した。そして、B定数:B(100〜900)を、以下の式(1)に従って算出し、初期抵抗値R(100)、R(300)、R(600)、R(900)及びB定数:B(100−900)を表3に示した。   That is, first, the thermistor element was left in an environment of absolute temperature T (100) = 373 K (= 100 ° C.), and the initial resistance value R (100) of the thermistor element in that state was measured. Next, the thermistor element was left in an environment of absolute temperature T (300) = 573 K (= 300 ° C.), and the initial resistance value R (300) of the thermistor element in that state was measured. Similarly, R (600) and R (900) were also measured. And B constant: B (100-900) is computed according to the following formula | equation (1), initial resistance value R (100), R (300), R (600), R (900) and B constant: B (100-900) is shown in Table 3.

B(100−900)=ln[R(900)/R(100)]/[1/T(900)−1/T(100)] ・・・(1)
次いで、被覆層を形成する前と後とにおけるサーミスタ素子の抵抗変化を確認するために、前記と同様にして100℃、300℃、600℃及び900℃におけるサーミスタ素子の被覆層形成後の抵抗値すなわち被覆層形成後抵抗値Rs(100)、Rs(300)、Rs(600)、Rs(900)をそれぞれ測定した。その上で、100℃における初期抵抗値R(100)と被覆層形成後抵抗値Rs(100)との比較から、被覆層形成処理による抵抗変化の温度変化換算値DT(100)(単位:deg.C)を、下記(2)により算出した。同様にして式(3)、式(4)、及び式(5)により温度変化換算値DT(300)、DT(600)、DT(900)をそれぞれ算出し、表3に示した。
B (100−900) = ln [R (900) / R (100)] / [1 / T (900) −1 / T (100)] (1)
Next, in order to confirm the change in resistance of the thermistor element before and after forming the coating layer, the resistance value after the formation of the coating layer of the thermistor element at 100 ° C., 300 ° C., 600 ° C. and 900 ° C. in the same manner as described above. That is, the resistance values Rs (100), Rs (300), Rs (600), and Rs (900) were measured after the coating layer was formed. Then, from the comparison between the initial resistance value R (100) at 100 ° C. and the resistance value Rs (100) after coating layer formation, the temperature change converted value DT (100) (unit: deg) C) was calculated according to (2) below. Similarly, the temperature change conversion values DT (300), DT (600), and DT (900) were respectively calculated by the equations (3), (4), and (5), and are shown in Table 3.

DT(100)=[(B(100−900)×T(100))/[ln(Rs(100)/R(100))×T(100)+B(100−900)]]−T(100) ・・・(2)
DT(300)=[(B(100−900)×T(300))/[ln(Rs(300)/R(300))×T(300)+B(100−900)]]−T(300) ・・・(3)
DT(600)=[(B(100−900)×T(600))/[ln(Rs(600)/R(600))×T(600)+B(100−900)]]−T(600) ・・・(4)
DT(900)=[(B(100−900)×T(900))/[ln(Rs(900)/R(900))×T(900)+B(100−900)]]−T(900) ・・・(5)
さらに、実施例1,2及び比較例1用に用意したサーミスタ素子について、後述するようにして図3に示される温度センサに組み込み、この温度センサの状態でのサーミスタ素子の初期抵抗値Rt(100)、Rt(300)、Rt(600)、Rt(900)を測定した。ついで、大気中で900℃にて500時間保持し、その後、上述と同様にして、100℃、300℃、600℃及び900℃における温度センサの状態におけるサーミスタ素子の熱処理後抵抗値Rt'(100)、Rt'(300)、Rt'(600)、Rt'(900)をそれぞれ測定した。その上で、900℃における初期抵抗値Rt(100)と熱処理後抵抗値Rt'(100)との比較から、熱処理による抵抗変化の温度変化換算値CT(100)(単位:(単位:deg.C)を、下記式(6)により算出した。同様にして、式(7)、式(8)、式(9)により、温度変化換算値CT(300)、CT(600)、CT(900)を算出した。その結果を表3に示した。
DT (100) = [(B (100-900) * T (100)) / [ln (Rs (100) / R (100)) * T (100) + B (100-900)]]-T (100 (2)
DT (300) = [(B (100-900) * T (300)) / [ln (Rs (300) / R (300)) * T (300) + B (100-900)]]-T (300 (3)
DT (600) = [(B (100-900) * T (600)) / [ln (Rs (600) / R (600)) * T (600) + B (100-900)]]-T (600 (4)
DT (900) = [(B (100−900) × T (900)) / [ln (Rs (900) / R (900)) × T (900) + B (100−900)]] − T (900 (5)
Further, the thermistor elements prepared for Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are incorporated into the temperature sensor shown in FIG. 3 as described later, and the initial resistance value Rt (100 of the thermistor element in this temperature sensor state is set. ), Rt (300), Rt (600), Rt (900). Subsequently, it is kept at 900 ° C. in the atmosphere for 500 hours, and then the resistance value Rt ′ (100 after heat treatment of the thermistor element in the state of the temperature sensor at 100 ° C., 300 ° C., 600 ° C. and 900 ° C. in the same manner as described above. ), Rt ′ (300), Rt ′ (600), and Rt ′ (900) were measured. Then, from a comparison between the initial resistance value Rt (100) at 900 ° C. and the post-heat treatment resistance value Rt ′ (100), the temperature change converted value CT (100) of the resistance change due to heat treatment (unit: (unit: deg. C) was calculated by the following formula (6): Similarly, the temperature change converted values CT (300), CT (600), CT (900) were calculated by formulas (7), (8), and (9). The results are shown in Table 3.

CT(100)=[(B(100−900)×T(100))/[ln(Rt'(100)/Rt(100))×T(100)+B(100−900)]]−T(100) ・・・(6)
CT(300)=[(B(100−900)×T(300))/[ln(Rt'(300)/Rt(300))×T(300)+B(100−900)]]−T(300) ・・・(7)
CT(600)=[(B(100−900)×T(600))/[ln(Rt'(600)/Rt(600))×T(600)+B(100−900)]]−T(600) ・・・(8)
CT(900)=[(B(100−900)×T(900))/[ln(Rt'(900)/Rt(900))×T(900)+B(100−900)]]−T(900) ・・・(9)
CT (100) = [(B (100−900) × T (100)) / [ln (Rt ′ (100) / Rt (100)) × T (100) + B (100−900)]] − T ( 100) (6)
CT (300) = [(B (100−900) × T (300)) / [ln (Rt ′ (300) / Rt (300)) × T (300) + B (100−900)]] − T ( 300) (7)
CT (600) = [(B (100−900) × T (600)) / [ln (Rt ′ (600) / Rt (600)) × T (600) + B (100−900)]] − T ( 600) (8)
CT (900) = [(B (100−900) × T (900)) / [ln (Rt ′ (900) / Rt (900)) × T (900) + B (100−900)]] − T ( 900) (9)

Figure 2009182250
Figure 2009182250

なお、図3に示される、実施例1、2及び比較例1に係る温度センサは、金属管の表面及びシース部材を構成する金属製の外筒に、予め酸化皮膜を形成しておかなかった。なぜならば、この温度センサのサーミスタ素子近傍を高温にし、金属管やシース部材の外筒が酸化され、この金属管内の雰囲気が還元雰囲気となった場合でも、実施例1、2に係る温度センサにあっては、サーミスタ部が還元されて特性が変動することがないからである。したがって、実施例1、2に係る温度センサにあっては、後述するように、サーミスタ素子が還元されることによりその抵抗値が変化することが防止されていた。   In addition, the temperature sensors according to Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 shown in FIG. 3 did not previously form an oxide film on the surface of the metal tube and the metal outer cylinder constituting the sheath member. . This is because even if the temperature sensor vicinity of the temperature sensor is heated to a high temperature, the outer tube of the metal tube or the sheath member is oxidized, and the atmosphere in the metal tube becomes a reducing atmosphere, the temperature sensor according to the first and second embodiments. This is because the thermistor portion is reduced and the characteristics do not change. Therefore, in the temperature sensors according to the first and second embodiments, as described later, the resistance value is prevented from changing due to the reduction of the thermistor element.

表3に示される結果から、実施例1、2のサーミスタ素子は、被覆層形成後の抵抗変化温度換算値DT(100)、DT(300)、DT(600)、DT(900)が、いずれも低い値であり、具体的にいうと、高々±0.3℃の範囲に納まった。すなわち、実施例1、2のサーミスタ素子では、各温度における抵抗値が安定しており、被覆層を形成した後でも、その抵抗値の変化量が少ないことが判る。このようなサーミスタ素子では、熱履歴に拘わらずに安定して抵抗値測定ができ、正確な温度を測定することができる。   From the results shown in Table 3, in the thermistor elements of Examples 1 and 2, the resistance change temperature converted values DT (100), DT (300), DT (600), and DT (900) after forming the coating layer are Also, it was a low value, and specifically, it was within the range of ± 0.3 ° C. at most. That is, in the thermistor elements of Examples 1 and 2, the resistance value at each temperature is stable, and it can be seen that the amount of change in the resistance value is small even after the coating layer is formed. In such a thermistor element, the resistance value can be stably measured regardless of the thermal history, and an accurate temperature can be measured.

これに対し、比較例1では、実施例の結果に比べて、被覆層形成後の指示温度変化が大きな値となっている。これは、比較例1にあっては、被覆層がこの発明で規定する被覆層の範囲外の構成になっているからであると解される。すなわち、被覆層を焼成する際に、比較例1では、ペロブスカイト相におけるAサイト及びBサイトに位置する金属元素Sr、Y、Mn、Cr及びAlが被覆層に移動し、又は被覆層を形成する元素がサーミスタ部に移動し、サーミスタ部の組成変動を生じてしまい、これによってサーミスタ素子の特性が変動してしまったと理解することができる。   On the other hand, in Comparative Example 1, the indicated temperature change after the formation of the coating layer has a larger value than the result of the example. This is understood to be because in Comparative Example 1, the coating layer has a configuration outside the range of the coating layer defined in the present invention. That is, when firing the coating layer, in Comparative Example 1, the metal elements Sr, Y, Mn, Cr, and Al located at the A site and the B site in the perovskite phase move to the coating layer or form the coating layer. It can be understood that the element moves to the thermistor part and causes the composition of the thermistor part to change, which causes the characteristics of the thermistor element to change.

このような理解は、比較例1に係る被覆層形成後のサーミスタ素子を研磨してその切断面を電子顕微鏡写真にて観察したところ、サーミスタ部と被覆層との界面付近に反応層が観察され、サーミスタ部及び被覆層における成分が相互に拡散していることが確認された。   Such an understanding is that when the thermistor element after coating layer formation according to Comparative Example 1 is polished and the cut surface is observed with an electron micrograph, a reaction layer is observed near the interface between the thermistor portion and the coating layer. It was confirmed that the components in the thermistor part and the coating layer diffused to each other.

これに対し、実施例1に係るサーミスタ素子においては、被覆層はSiO40〜65質量%、CaO15〜40質量%、及びMgO5〜30質量%の組成を有し、且つBを実質的に含有しない結晶化ガラスで形成されているので、被覆層を形成する際に、ペロブスカイト相におけるAサイト又はBサイトに位置する金属元素が被覆層に移動し、若しくは被覆層を形成する元素がペロブスカイト相に移動することが困難になる。また、このサーミスタ素子が高温度に長時間曝された場合に、ペロブスカイト相中のAサイト又はBサイトに位置するY、Sr、Mn、Fe、Alが被覆層に移行しようとしても、被覆層が結晶化ガラスであるので、これらの金属元素が被覆層中に移行することが抑制される。同様なことが、実施例2についても当てはまる。 On the other hand, in the thermistor element according to Example 1, the coating layer has a composition of SiO 2 40 to 65% by mass, CaO 15 to 40% by mass, and MgO 5 to 30% by mass, and substantially contains B 2 O 3 . When the coating layer is formed, the metal element located at the A site or B site in the perovskite phase moves to the coating layer, or the element that forms the coating layer is formed. It becomes difficult to move to the perovskite phase. Further, when this thermistor element is exposed to a high temperature for a long time, even if Y, Sr, Mn, Fe, Al located at the A site or B site in the perovskite phase try to move to the coating layer, Since it is crystallized glass, these metal elements are suppressed from moving into the coating layer. The same applies to Example 2.

更に、実施例1及び実施例2における温度変化換算値CT(100)、CT(300)、CT(600)、CT(900)は、いずれも低い値、具体的には高々±3℃の範囲の値になった。すなわち、この実施例1及び実施例2に係るサーミスタ素子は、各温度における抵抗値が安定しており、高温に長時間曝されることがあってもその抵抗値の変化量が少ない。このようなサーミスタ素子は、熱履歴に拘わらず安定した抵抗値測定を正確に行うことができる。   Furthermore, the temperature change conversion values CT (100), CT (300), CT (600), and CT (900) in Example 1 and Example 2 are all low values, specifically, a range of ± 3 ° C. at most. It became the value of. That is, the thermistor elements according to Example 1 and Example 2 have a stable resistance value at each temperature, and even when the thermistor element is exposed to a high temperature for a long time, the amount of change in the resistance value is small. Such a thermistor element can accurately perform stable resistance measurement regardless of the thermal history.

表3によるとまた、実施例1に係るサーミスタ素子は、B定数[B(100〜900)]が4500K[=B(100〜900)]であり、各温度を精度良く検知することができる。また、実施例2に係るサーミスタ素子は、2400K[=B(100〜900)]という、従来に比して相対的に低い値のサーミスタ素子である。   According to Table 3, the thermistor element according to Example 1 has a B constant [B (100 to 900)] of 4500 K [= B (100 to 900)], and can detect each temperature with high accuracy. Further, the thermistor element according to the second embodiment is a thermistor element having a relatively low value of 2400K [= B (100 to 900)] as compared with the conventional one.

図1は、この発明の一実施例であるサーミスタ素子を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a thermistor element according to an embodiment of the present invention. 図2は、この発明の一実施例であるサーミスタ素子を示す一部切欠断面図である。FIG. 2 is a partially cutaway sectional view showing a thermistor element according to an embodiment of the present invention. 図3は、この発明の一実施例である温度センサを示す一部切欠断面図である。FIG. 3 is a partially cutaway cross-sectional view showing a temperature sensor according to an embodiment of the present invention. 図4は、この発明の実施例1に係るサーミスタ素子におけるサーミスタ部のX線回折図である。FIG. 4 is an X-ray diffraction diagram of the thermistor portion in the thermistor element according to Embodiment 1 of the present invention. 図5は、この発明の実施例2及び比較例1に係るサーミスタ素子におけるサーミスタ部のX線回折図である。FIG. 5 is an X-ray diffraction diagram of the thermistor portion in the thermistor element according to Example 2 and Comparative Example 1 of the present invention. 図6は、この発明の実施例1及び実施例2に係るサーミスタ素子における被覆層のX線回折図である。FIG. 6 is an X-ray diffraction pattern of the coating layer in the thermistor element according to Example 1 and Example 2 of the present invention. 図7は、この発明の範囲外である比較例1に係るサーミスタ素子における被覆層のX線回折図である。FIG. 7 is an X-ray diffraction pattern of the coating layer in the thermistor element according to Comparative Example 1 which is outside the scope of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1a サーミスタ部
1b 被覆層
2 サーミスタ素子
2a、2b 電極線
3 金属管
4 フランジ部材
5 取り付け部材(ナット)
6 金属カバー部材
7 芯線
8 シース部材
10 セメント
11 加締め端子
12 リード線
13 弾性シール部材
15 絶縁チューブ
21 コネクタ
20 ガラス編組チューブ
31 先端部
32 後端
41 フランジ部
42 鞘部
43 後端側鞘部
44 先端側鞘部
45 座面
51 六角ナット部
52 ネジ部
100 温度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Thermistor part 1b Coating layer 2 Thermistor element 2a, 2b Electrode wire 3 Metal tube 4 Flange member 5 Mounting member (nut)
6 Metal cover member 7 Core wire 8 Sheath member 10 Cement 11 Clamping terminal 12 Lead wire 13 Elastic seal member 15 Insulating tube 21 Connector 20 Glass braided tube 31 Front end portion 32 Rear end 41 Flange portion 42 Sheath portion 43 Rear end side sheath portion 44 Tip side sheath portion 45 Seat surface 51 Hexagon nut portion 52 Screw portion 100 Temperature sensor

Claims (8)

サーミスタ組成物からなるサーミスタ部と、上記サーミスタ部を被覆する被覆層とを備えるサーミスタ素子であって、
前記サーミスタ部は、導電性を有し、ペロブスカイト型結晶構造を有するペロブスカイト相を含み、
前記被覆層は、SiO、CaO、及びMgOを、SiOについては前記被覆層の合計質量に対して40〜65質量%、CaOについては前記被覆層の合計質量に対して15〜40質量%、MgOについては前記被覆層の合計質量に対して5〜30質量%の範囲の中から、SiO、CaO、及びMgOの合計が90質量%〜100質量%になるように、選択される含有割合で含有してなり、Bを実質的に無含有である結晶化ガラスであることを特徴とするサーミスタ素子。
A thermistor element comprising a thermistor part made of a thermistor composition and a coating layer covering the thermistor part,
The thermistor portion is conductive and includes a perovskite phase having a perovskite crystal structure,
The coating layer is composed of SiO 2 , CaO, and MgO, 40 to 65% by mass with respect to the total mass of the coating layer for SiO 2 , and 15 to 40% by mass with respect to the total mass of the coating layer for CaO. , MgO is selected from the range of 5 to 30% by mass with respect to the total mass of the coating layer, so that the total of SiO 2 , CaO, and MgO is 90% to 100% by mass. A thermistor element characterized by being a crystallized glass which is contained in a proportion and is substantially free of B 2 O 3 .
前記被覆層は、電気絶縁体であるディオプサイドの析出結晶を有して成る前記請求項1に記載のサーミスタ素子。   2. The thermistor element according to claim 1, wherein the covering layer has a deposited crystal of diopside which is an electrical insulator. 前記サーミスタ部は、ABO(但し、AはSr及び/又はYを含み、BはAlを含む。)で示されるペロブスカイト相を含む前記請求項1又は2に記載のサーミスタ素子。 3. The thermistor element according to claim 1, wherein the thermistor portion includes a perovskite phase represented by ABO 3 (where A includes Sr and / or Y, and B includes Al). 4. 前記ABOにおけるBが更にCr,Mn及びFeの内の少なくとも一種の金属を含む前記請求項3に記載のサーミスタ素子。 The thermistor element according to claim 3, wherein B in the ABO 3 further contains at least one metal selected from Cr, Mn, and Fe. 前記サーミスタ部は、このサーミスタ部に含まれる前記ペロブスカイト相よりも低導電性であって、前記ペロブスカイト相を形成する金属元素から選択される少なくとも一種の金属元素をMeとする場合に、組成式MeOxで表記される金属酸化物の少なくとも一種を含有する金属酸化物相を含む前記請求項3又は4に記載のサーミスタ素子。   The thermistor portion has a lower conductivity than the perovskite phase contained in the thermistor portion, and when the at least one metal element selected from the metal elements forming the perovskite phase is Me, the composition formula MeOx The thermistor element of Claim 3 or 4 containing the metal oxide phase containing at least 1 type of the metal oxide represented by these. 前記金属酸化物相に含まれる金属酸化物がSrAlである前記請求項5に記載のサーミスタ素子。 The thermistor element according to claim 5, wherein the metal oxide contained in the metal oxide phase is SrAl 2 O 4 . 前記請求項1〜6のいずれか一項に記載のサーミスタ素子を有する温度センサ。   The temperature sensor which has the thermistor element as described in any one of the said Claims 1-6. 有底筒状の金属管を有し、前記請求項7に記載のサーミスタ素子における前記被覆層が前記金属管の内周面に非接触の状態で、前記サーミスタ素子が前記金属管の内部に収容されてなる前記請求項7に記載の温度センサ。   8. A thermistor element according to claim 7, wherein the thermistor element is housed inside the metal tube in a state in which the covering layer in the thermistor element according to claim 7 is not in contact with the inner peripheral surface of the metal tube. The temperature sensor according to claim 7, wherein the temperature sensor is formed.
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