JP2012060070A - サーミスタ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定雰囲気の温度変化に応じて抵抗値が変化するサーミスタ部を被覆する被覆層に生じる気泡の量を抑えることができるサーミスタ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】測定雰囲気の温度変化に応じて抵抗値が変化する直方体のサーミスタ部１１０の外面における対面する二つの電極面に形成された電極部に、それぞれ、該電極面の辺との角度が４５°となるようにリード線１３０を接続する。そして、リード線１３０を鉛直方向に沿った状態（すなわち、被覆層用スラリー４１０の液面に対面するサーミスタ部１１０の外面と液面とが４５°の角度をなす状態）で、サーミスタ部１１０を被覆層用スラリー４１０に浸漬すると共に、該サーミスタ部１１０を被覆層用スラリー４１０から取出し（図３）、サーミスタ部１１０に被覆層用スラリーを付着させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、測定雰囲気の温度変化に応じて抵抗値が変化するサーミスタ部を覆う被覆層が形成されたサーミスタ素子の製造方法に関する。

導電性の酸化物等から構成され、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ素子が知られており、各種の温度センサとして利用されている。上記のサーミスタ素子は、板状のサーミスタ部と、該サーミスタ部の対向する面に形成された電極と、該電極に接続されるリード線（電極線）を有する形態や、該サーミスタ部にリード線（電極線）を挿通させてなる形態がある。ところで、このようなサーミスタ素子は、還元雰囲気下に晒された場合等にはサーミスタ部を構成する酸化物（金属酸化物）が還元され、電気的特性が変化してしまう。そこで、特許文献１には、サーミスタ部を保護するため、サーミスタ部を結晶化ガラスからなる被覆層により被覆することが記載されている。

ここで、この被覆層を形成する方法としては、サーミスタ部が挿入されたガラス管を融解させ、サーミスタ部をガラスで被覆するといった方法が考えられる。また、これ以外にも、特許文献１に記載されているように、ガラス粉末等を含むスラリーにサーミスタ部を浸漬させてサーミスタ部のディップコートを行い、該サーミスタ部に付着したスラリーを乾燥させた後に焼き付ける等といった方法が考えられる。

特開２００９−１７０５５５号公報

しかしながら、ディップコートにより被覆層を形成する場合においては、サーミスタ部をスラリーに浸漬する際に、サーミスタ部のスラリー液面と接触する面において空気を噛み込み、これによってスラリーに空気が混入してしまう場合があり、サーミスタ部に付着したスラリーに空気が残留した状態で乾燥や焼き付けが行われると、被覆層の内部に気泡が生じてしまう。そして、この気泡の量が多い場合や大きな気泡が生じた場合には、被覆層が破損してしまい、サーミスタ部を十分に保護することができなくなってしまうおそれがある。

本願発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ部を被覆する被覆層に生じる気泡の量を抑えることができるサーミスタ素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為になされた本発明は、測定雰囲気の温度変化により抵抗値が変化し、その外面には少なくとも一つの平面が形成されているサーミスタ部と、サーミスタ部に接続される一組のリード線と、リード線が接続されたサーミスタ部を被覆する被覆層とを有するサーミスタ素子の製造方法であって、リード線が接続されたサーミスタ部全体を、被覆層を形成するための材料を含むスラリーに浸漬することで、該サーミスタ部にスラリーを付着させる付着ステップと、スラリーに浸漬されたサーミスタ部を取り出す取出しステップと、サーミスタ部に付着したスラリーを乾燥させたのち、所定の温度で焼き付けて被覆層を形成する被覆層形成ステップと、を有する。

そして、付着ステップにおいて、スラリーの液面に対面する平面が水平方向に対し傾きを有する状態で、サーミスタ部をスラリーに浸漬することを特徴とする。
こうすることにより、スラリーの液面に対面するサーミスタ部の平面が液面に対し傾いた状態で、サーミスタ部を浸漬することができる。このため、該平面が液面に平行な状態でサーミスタ部が浸漬される場合に比べ、該平面の下方に空気が混入してしまうことを抑えることができる。また、該平面の下方に空気が混入したとしても、該平面が水平方向に対し傾いているため、混入した空気が上方に抜け易くなり、該平面の下方に混入した空気が残留してしまうことを防ぐことができる。したがって、サーミスタ部を被覆する被覆層に生じる気泡の量が抑えられ、また、大きな気泡が生じるのを抑制することができる。

また、サーミスタ部を浸漬する際、サーミスタ部の上方に空気が混入してしまう場合もある。
そこで、取出しステップにおいて、スラリーの液面に対面する平面が水平方向に対し傾きを有する状態で、サーミスタ部をスラリーから取り出しても良い。

こうすることにより、スラリーに浸漬されたサーミスタ部におけるスラリーの液面に対面する平面が、液面に対し傾いた状態で、サーミスタ部をスラリーから取り出すことができる。このため、該平面が液面に対し平行な状態でサーミスタ部が取り出される場合に比べ、サーミスタ部の上方への移動により、サーミスタ部の上方に混入した空気が取り除かれ易くなる。したがって、サーミスタ部を被覆する被覆層に生じる気泡の量を抑えることができるのである。

なお、サーミスタ部の形状は直方体であっても良い。
このようなサーミスタ素子に対し上述の製造方法を適用することで、サーミスタ部を被覆する被覆層に生じる気泡の量を抑えることができる。

実施例１，２のサーミスタ素子の斜視図や側面図である。 比較例のサーミスタ素子の斜視図や側面図である。 実施例１のサーミスタ素子のディップコートについての説明図である。 実施例２のサーミスタ素子のディップコートについての説明図である。 比較例のサーミスタ素子のディップコートについての説明図である。 リード線と被覆層用スラリーの液面の角度を９０°未満としたディップコートの方法についての説明図と、リード線が屈曲されたサーミスタ素子の側面図である。 本実施形態のディップコートの方法が適用可能なサーミスタ素子の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。尚、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

［構成の説明］
まず、ＮＴＣ（負抵抗温度係数）のサーミスタ特性を有する本実施形態のサーミスタ素子の構成について、図１（ａ）を用いて説明する。図１（ａ）には、サーミスタ素子１００の外観を模式的に示す斜視図（図１（ａ−１））と側面図（図１（ａ−２））とが記載されている。

サーミスタ素子１００は、測定雰囲気（例えば、内燃機関の排気ガス雰囲気）の温度変化に応じて抵抗値が変化するサーミスタ部１１０と、該サーミスタ部１１０の抵抗値を測定するための２本のリード線１３０ａ，１３０ｂ（総称して１３０の符号を用いて表す）と、２本のリード線１３０をサーミスタ部１１０に接続させる接続部１２０と、リード線１３０が接続されたサーミスタ部１１０を被覆する被覆層１４０を有している。

なお、サーミスタ部１１０は、導電性酸化物等からなる直方体形状の焼結体として構成されており、当該サーミスタ部１１０の外面における対面する二つの面には、白金等からなる電極部１１１ａ，１１１ｂが形成されている。そして、リード線１３０もまた白金を含む材料から構成されており、２本のリード線１３０ａ，１３０ｂは、それぞれ、接続部１２０により電極部１１１ａ，１１１ｂに接続される。以後、サーミスタ部１１０の外面のうち、電極部１１１ａ，１１１ｂが形成された面を電極面とも記載し、該電極面以外の面を側面とも記載する。また、サーミスタ部１１０に形成された二つの側面が交差する部分、あるいは側面と電極面とが交差する部分を稜部とも記載する。また、リード線１３０の中心線を基準として、サーミスタ部１１０が存在する側を先端側、その反対側を後端側とする。

また、被覆層１４０は、結晶化ガラス等から構成されており、０．５〜５００μｍの厚みを有している。
また、サーミスタ素子１００を１つの電極面側から平面視したときには、図１（ａ−２）に記載されているように、リード線１３０の中心線（中心軸線）と、リード線１３０と交差する電極面の辺の角度であるθは、４５°となっている。このように、θが４５°であるサーミスタ素子１００を、実施例１のサーミスタ素子１００と記載する。

また、図１（ｂ）に記載されているように、実施例１と同様のサーミスタ部２１０と、リード線２３０と、接続部２２０と、被覆層２４０とを有し、サーミスタ素子を１つの電極面側から平面視したときの上述の角度θが７０°となっているサーミスタ素子を、実施例２のサーミスタ素子２００と記載する。

また、図２に記載されているように、実施例１と同様のサーミスタ部３１０と、リード線３３０と、接続部３２０と、被覆層３４０とを有し、サーミスタ素子を１つの電極面側から平面視したときの上述の角度θが９０°となっているサーミスタ素子を、比較例のサーミスタ素子３００と記載する。

［製造方法について］
次に、実施例１，２、及び比較例のサーミスタ素子の製造方法について説明する。
（１）サーミスタ部を構成するための粉末を金型に充填し、該粉末を、一軸プレス機を用いて直径４０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板状に成形する。なお、上記粉末とは、Ｙ，Ｎｄ，Ｙｂ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ａｌ等から適宜選択された金属の酸化物、或いは、該金属からなる炭酸塩を混合，仮焼，粉砕することで得られたものである。
（２）上記粉末を円板状に成形した成形体を所定の温度で焼成し、導電性酸化物焼結体を得る。
（３）導電性酸化物焼結体の両面を研磨して厚みを０．５ｍｍとしたのち、両方の主面に対し、白金ペーストを用いて直径２８ｍｍの円のスクリーン印刷を行う。その後、当該導電性酸化物焼結体を熱処理し白金ペーストの焼き付けを行い、サーミスタウエハーを得る。
（４）サーミスタウエハーを切断して０．６ｍｍ×０．６ｍｍ×０．５ｍｍの直方体形状の切片（個片）を切り出し、これらの切片のうち、白金電極が形成されている部分から切り出されたものを上述のサーミスタ部とする。なお、サーミスタ部に印刷された白金により電極部が形成されており、電極部が形成された電極面は、□０．６ｍｍの正方形に形成されている。
（５）白金ペーストを用いてサーミスタ部の電極部にリード線を接続する。その後、熱処理し白金ペーストの焼き付けを行う。なお、電極部とリード線とを接続する白金の部分が、上述の接続部となる。

このとき、実施例１のサーミスタ素子１００に関しては、リード線１３０の中心線と、リード線１３０と交差する電極面の辺の角度であるθが４５°となるよう調整され、実施例２，比較例のサーミスタ素子２００，３００に関しては、それぞれ、上記角度θが７０°，９０°となるよう調整される。
（６）被覆層を形成するためのガラス粉末とバインダーと分散媒とを混練することで被覆層用スラリーを生成する。

なお、ガラス粉末とは、例えば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、アルカリ土類金属の酸化物、希土類金属の酸化物、ＴｉＯ₂、及び、ＺｎＯ等であり、これらを所定の組成比で含むものである。

また、バインダーとは、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であっても良いし、或いは、これらを主成分とする組成物であっても良い。

また、分散媒とは、例えば、水，エチルアルコール，ターピネオール，アセトン，メチルエチルケトン等であっても良い。
また、バインダーと分散媒の配合量は適宜定めることができ、バインダーの配合量は、通常、原料粉末全量に対し、５〜２０質量部、好ましくは１０〜２０質量部である。
（７）図３〜５に記載されているように、被覆層用スラリー４１０が充填された容器４００にリード線が接続されたサーミスタ部を浸漬することでサーミスタ部に被覆層用スラリー４１０を付着させ、サーミスタ部のディップコートを行う。このとき、被覆層用スラリー４１０の液面（静止した状態の液面）の上方で支持されたリード線が液面に対し直交する状態で、サーミスタ部が被覆層用スラリー４１０に浸漬される。

このため、実施例１のサーミスタ素子１００については、サーミスタ部１１０における最も先端側に位置する稜部である先端側稜部１１２が最初に被覆層用スラリー４１０の液面に接触し、該先端側稜部１１２を形成する二つの側面と被覆層用スラリー４１０の液面とが４５°の角度をなした状態で、サーミスタ部１１０が被覆層用スラリー４１０に浸漬される（図３参照）。一方、サーミスタ部１１０を被覆層用スラリー４１０から取り出す際には、サーミスタ部１１０における最も後端側に位置する稜部である後端側稜部１１３が最も上方に位置し、後端側稜部１１３を形成する側面と被覆層用スラリー４１０の液面とが４５°の角度をなした状態で、サーミスタ部１１０が取り出される（図３参照）。

また、実施例２のサーミスタ素子２００についても同様に、最も先端側に位置する先端側稜部２１２が最初に被覆層用スラリー４１０の液面に接触し、該先端側稜部２１２を形成する二つの側面と、被覆層用スラリー４１０の液面とが、それぞれ、２０°或いは７０°の角度をなした状態で、サーミスタ部２１０が被覆層用スラリー４１０に浸漬される（図４参照）。一方、サーミスタ部２１０を被覆層用スラリー４１０から取り出す際には、最も後端側に位置する後端側稜部２１３が最も上方に位置し、該後端側稜部２１３を形成する二つの側面と、被覆層用スラリー４１０の液面とが、それぞれ、７０°或いは２０°の角度をなした状態で、サーミスタ部２１０が取り出される（図４参照）。

また、比較例のサーミスタ素子３００を浸漬する場合には、サーミスタ部３１０における最も先端側に位置する側面である先端側側面３１４の全体が最初に被覆層用スラリー４１０の液面に接触する。なお、このとき、先端側側面３１４や、該先端側側面３１４に対面する後端側側面３１５の付近に空気が残留してしまい、被覆層３４０の内部に気泡が生じてしまう傾向にある（図５参照）。一方、サーミスタ部３１０を被覆層用スラリー４１０から取り出す際には、後端側側面３１５が最も上方に位置した状態で、サーミスタ部３１０が取り出される（図５参照）。
（８）サーミスタ部に付着した被覆層用スラリーを乾燥させ、その後、所定の温度で焼き付けを行うことで、被覆層を形成する。これにより、実施例１，２、及び比較例のサーミスタ素子が得られる。

［実験例］
次に、本実施形態のサーミスタ素子の効果を確認するために行った実験の結果について説明する。

上述した製造方法により実施例１，２及び比較例のサーミスタ素子をそれぞれ１０個ずつ製造すると共に、製造したサーミスタ素子について目視による検査を行い、サーミスタ素子の被覆層における気泡の有無について確認した。そして、被覆層に気泡が含まれていなかったものを合格、気泡が含まれていたものを不合格とした。

表１には、該検査の結果が記載されている。表１の「合格率」は、１０個ずつ製造した実施例１，２及び比較例のサーミスタ素子における、合格となったサーミスタ素子の割合を示している。

［効果］
上記検査結果から、角度θを９０°未満とすること、すなわち、被覆層用スラリー４１０の液面に対面するサーミスタ部の側面が液面に対し傾きを有する状態で、サーミスタ部のディップコートを行うことで、被覆層に生じる気泡の量を抑えられることがわかり、量産に適することがわかる。また、角度θを４５°とすること、すなわち、被覆層用スラリー４１０の液面と、液面に対面するサーミスタ部の側面との角度θを４５°とすることで、被覆層に生じる気泡の量をより一層抑えることができることがわかる。

また、角度θが９０°である従来のサーミスタ素子では、被覆層用スラリー４１０の液面に対面するサーミスタ部の側面を液面に対し傾かせるためには、リード線を鉛直方向に対し傾ける必要がある。これに対し、実施例１，２のサーミスタ素子は、角度θが４５°或いは７０°となっているため、リード線を鉛直方向にすることで該側面を液面に対し傾かせることができる。つまり、実施例１，２のサーミスタ素子は、θが９０°である周知のサーミスタ素子に比べ、より容易に該側面を液面に対し傾かせることができるのである。したがって、実施例１，２のサーミスタ素子によれば、より容易に、被覆層に生じる気泡の量を抑えることができる。

［他の実施形態］
（１）実施例１，２のサーミスタ素子では、リード線の中心線とリード線と交差する電極面の辺の角度θは４５°或いは７０°となっているが、θの値はこれに限定されることはなく、０°＜θ＜９０°の範囲で設定することで、同様の効果を得ることができる。
（２）本実施形態における実施例１，２のサーミスタ素子の製造方法では、リード線が被覆層用スラリー４１０の液面に対し直交する状態で、サーミスタ部が被覆層用スラリー４１０に浸漬されるが、リード線を電極面の対面方向に沿って傾けた状態で、サーミスタ部を被覆層用スラリー４１０に浸漬させても良い。このような場合には、先端側稜部の端部が最初に被覆層用スラリー４１０の液面に接触するように、サーミスタ部を被覆層用スラリー４１０に浸漬させることができ、同様の効果を得ることができる。
（３）本実施形態における製造方法では、比較例のサーミスタ素子３００のディップコートの際に、リード線３３０が被覆層用スラリー４１０の液面に対し直交する状態でサーミスタ部３１０を被覆層用スラリー４１０に浸漬するものとした。しかしながら、リード線３３０と液面との角度を９０°未満とすることで、サーミスタ部３１０の先端側側面３１４と被覆層用スラリー４１０の液面とがなす角度ωを０°＜ω＜９０°（好適には４５°程度）とし、ωを保持してサーミスタ部３１０を被覆層用スラリー４１０に浸漬しても良い（図４（ａ）参照）。こうすることにより、サーミスタ部３１０を浸漬する際、サーミスタ部３１０における先端側側面３１４に隣接する稜部を最初に被覆層用スラリー４１０の液面に接触させることができる。このため、被覆層３４０に生じる気泡の量を抑えることができる。
（４）また、比較例のサーミスタ素子３００のリード線３３０を直線とするのではなく、例えば、リード線３３０の中央で当該リード線３３０を屈曲させても良い（図４（ｂ）参照）。こうすることにより、リード線３３０の後端側を被覆層用スラリー４１０の液面に対し直交する状態とすることで、サーミスタ部３１０の先端側側面３１４が被覆層用スラリー４１０の液面に対し所定角度分傾いた状態とすることができる。このため、サーミスタ部３１０を被覆層用スラリー４１０に浸漬する際、先端側側面３１４と被覆層用スラリー４１０の液面とがなす角度ωを０°＜ω＜９０°で保持することが容易となり、被覆層３４０に生じる気泡の量をより容易に抑えることができる。
（５）本実施形態では、直方体形状のサーミスタ部を有し、該サーミスタ部の外面における対面する二つの電極面にリード線が接続されたサーミスタ素子を例に挙げて、被覆層の形成するためのディップコートの方法について説明した。しかしながら、このディップコートの方法は、異なる形状のサーミスタ部を有するサーミスタ素子や、サーミスタ部に挿入された状態、或いはサーミスタ部を貫通した状態でリード線とサーミスタ部とが接続されたサーミスタ素子の被覆層の形成にも適用することができる。図７（ａ）〜（ｇ）には、このディップコートの方法を適用可能なサーミスタ素子の例が記載されている。

図７（ａ）には、六角形の板状のサーミスタ部５１０と、該サーミスタ部５１０の両主面に形成された電極部５１１に接続された２本のリード線５２０と、を有するサーミスタ素子５００が記載されている。

また、図７（ｂ）には、円板状のサーミスタ部５６０と、該サーミスタ部５６０の両主面に形成された電極部５６１に接続された２本のリード線５７０と、を有するサーミスタ素子５５０が記載されている。

また、図７（ｃ）には、円板状のサーミスタ部６１０と、主面に沿って該サーミスタ部６１０に挿入された状態で、該サーミスタ部６１０に接続された２本のリード線６２０と、を有するサーミスタ素子６００が記載されている。

また、図７（ｄ）には、六角形の板状のサーミスタ部６６０と、主面に沿って該サーミスタ部６６０に挿入された状態で、該サーミスタ部６６０に接続された２本のリード線６７０と、を有するサーミスタ素子６５０が記載されている。

また、図７（ｅ）には、六角形の板状のサーミスタ部７１０と、主面に沿って該サーミスタ部７１０を貫通した状態で、該サーミスタ部７１０に接続された２本のリード線７２０と、を有するサーミスタ素子７００が記載されている。

また、図７（ｆ）には、円柱状のサーミスタ部７６０と、底面に鉛直な方向に沿って該サーミスタ部７６０に挿入された状態で、該サーミスタ部７６０に接続された２本のリード線７７０と、を有するサーミスタ素子７５０が記載されている。

また、図７（ｇ）には、円柱状のサーミスタ部８１０と、底面に鉛直な方向に沿って該サーミスタ部８１０を貫通した状態で、該サーミスタ部８１０に接続された２本のリード線８２０と、を有するサーミスタ素子８００が記載されている。

このように、上述のディップコートの方法は、リード線と平行ないずれかの断面が多角形であるサーミスタ部を有するサーミスタ素子の被覆層の形成に適用可能である。
これらのサーミスタ素子５００〜８００に関しても、サーミスタ部の外面に形成されたいずれかの平面を水平方向に対し傾いた状態で被覆層用スラリー４１０の液面に対面させ、この傾きを維持しつつサーミスタ部を被覆層用スラリー４１０に浸漬させることで、同様の効果を得ることができる。換言すれば、リード線と平行ないずれかのサーミスタ部の断面の頂部が最初に被覆層用スラリーの液面に接触するようにサーミスタ部を被覆層用スラリーに浸漬することで、同様の効果を得ることができる。

［特許請求の範囲との対応］
上記実施形態の説明で用いた用語と、特許請求の範囲の記載に用いた用語との対応を示す。

製造方法の（７）が、付着ステップ及び取出しステップに相当し、製造方法の（８）が、被覆層形成ステップに相当する。

１００…サーミスタ素子、１１０…サーミスタ部、１１１…電極部、１１２…先端側稜部、１１３…後端側稜部、１２０…接続部、１３０…リード線、１４０…被覆層、２００…サーミスタ素子、２１０…サーミスタ部、２１１…電極部、２１２…先端側稜部、２１３…後端側稜部、２２０…接続部、２３０…リード線、２４０…被覆層、３００…サーミスタ素子、３１０…サーミスタ部、３１０…電極部、３１４…先端側側面、３１５…後端側側面、３２０…接続部、３３０…リード線、３４０…被覆層、４００…容器、４１０…被覆層用スラリー。

Claims (3)

1. 測定雰囲気の温度変化により抵抗値が変化し、その外面には少なくとも一つの平面が形成されているサーミスタ部と、前記サーミスタ部に接続される一組のリード線と、前記リード線が接続された前記サーミスタ部を被覆する被覆層とを有するサーミスタ素子の製造方法であって、
   前記リード線が接続された前記サーミスタ部全体を、前記被覆層を形成するための材料を含むスラリーに浸漬することで、該サーミスタ部に前記スラリーを付着させる付着ステップと、
   前記スラリーに浸漬された前記サーミスタ部を取り出す取出しステップと、
   前記サーミスタ部に付着した前記スラリーを乾燥させたのち、所定の温度で焼き付けて前記被覆層を形成する被覆層形成ステップと、
   を有し、
   前記付着ステップにおいて、前記スラリーの液面に対面する前記平面が水平方向に対し傾きを有する状態で、前記サーミスタ部を前記スラリーに浸漬すること、
   を特徴とする製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法において、
   前記取出しステップにおいて、前記スラリーの液面に対面する前記平面が水平方向に対し傾きを有する状態で、前記サーミスタ部を前記スラリーから取り出すこと、
   を特徴とする製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の製造方法において、
   前記サーミスタ部の形状は直方体であること、
   を特徴とする製造方法。