JP3362651B2 - サーミスタ素子およびその製造方法 - Google Patents
サーミスタ素子およびその製造方法Info
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Description
0℃の高温域にわたって温度検知可能なサーミスタ素
子、いわゆるワイドレンジ型サーミスタ素子に関するも
のであり、特に自動車排ガスの温度センサに用いて好適
である。
用排ガス温度、ガス給湯器等のガス火炎温度、加熱炉の
温度等、400〜1300℃という中温から高温度域の
測定に用いられている。この種のサーミスタ素子の特性
は、抵抗値と抵抗温度係数(抵抗値の温度依存性)で示
される。ここで、温度センサを構成する温度検出回路の
実用的な抵抗値範囲に対応するためには、サーミスタ素
子の抵抗値は所定の範囲であることが望まれている。そ
のため、ワイドレンジ型サーミスタ素子に適した抵抗値
特性を有するものとしてペロブスカイト系材料等が主と
して用いられている。
素子としては、例えば、特開平6−325907号公報
及び特開平7−201528号公報に記載のものが提案
されている。これらは、広い温度範囲で使用可能なサー
ミスタ素子を実現するために、Y、Sr、Cr、Fe、
Ti等の酸化物を所定の組成割合で混合し、焼成して完
全固溶体としサーミスタ素子としたものである。
スタ素子の抵抗値特性は、抵抗値と抵抗温度係数によっ
て示される。通常の温度センサにおいては、温度検出回
路の抵抗値範囲を鑑みて、サーミスタ素子の抵抗値は、
使用温度範囲において50Ω〜100kΩであることが
必要である。また、サーミスタ素子に室温〜1000℃
の熱履歴等を与えた場合、熱履歴後の抵抗値と初期抵抗
値との変化が小さい方が良い。
からなるサーミスタ素子が提案されているが、300℃
以上のサーミスタ素子抵抗値のデータしか開示されてい
ない。そのため、本発明者等は、上記各公報における種
々のサーミスタ素子について室温付近における抵抗値特
性を調査した。その結果、室温〜1000℃の熱履歴等
における抵抗値安定性を有するものは、室温から300
℃の温度域において、抵抗値が高くなってしまい絶縁と
の判別ができずに温度が検出できない。一方、50Ω〜
100kΩの低抵抗値を満足するものは、熱履歴等にお
いて抵抗値が初期抵抗値に対して10%以上変化し安定
性に欠けることがわかった。
域にわたる低抵抗値特性、および熱履歴等における抵抗
値安定性の相反する2つの抵抗特性を満足できるサーミ
スタ素子(いわゆるワイドレンジ型サーミスタ素子)
は、これまでになかった。本発明は上記問題点に鑑み
て、室温〜1000℃の熱履歴等においても抵抗値の変
化が小さく安定した特性を有し、室温〜1000℃の温
度範囲において抵抗値を50Ω〜100kΩとしたサー
ミスタ素子を得ることを目的とする。
は、ペロブスカイト型構造の完全固溶体になっている
が、本発明者等は、単品の化合物である完全固溶体で
は、上記のような相反する傾向にある抵抗特性を満足す
ることは難しいと考えた。そこで、完全固溶体ではな
く、比較的低い抵抗値を有するペロブスカイト系材料
(酸化物)と、比較的高い抵抗値を有する材料との2種
の化合物を混合した混合焼結体からなる新規なサーミス
タ材料を用いて、上記目的を達成することとした。
いて実験検討した結果、上記目的を達成するために適正
な抵抗特性を有する材料としては、組成物(M1M2)
O3(ここで、M1は、元素周期律表第2A族及びLa
を除く第3A族の元素から選択される少なくとも1種以
上の元素であり、M2は、元素周期律表第2B族、第3
B族、第4A族、第5A族、第6A族、第7A族及び第
8族の元素から選択される少なくとも1種以上の元素で
ある)が好ましいことがわかった。
分と反応して不安定な水酸化物を作りサーミスタ素子を
破壊する等の問題があるため、M2として用いない。一
方、混合する相手方の材料としては、検討の結果、比較
的高い抵抗値を有し且つサーミスタ材料の抵抗値を安定
化するY2 O3 (酸化イットリウム)を用いることとし
た。
混合焼結体とすることにより、上記請求項1に記載され
るように、混合焼結体(M1M2)O3 ・Y2 O3 から
なるサーミスタ素子が得られる。このサーミスタ素子を
温度センサに組み込んで素子の抵抗値特性を調査したと
ころ、室温〜1000℃の熱履歴等においても抵抗値の
変化が数%と小さく安定であり、室温〜1000℃の温
度域において、抵抗値は50Ω〜100kΩであること
が確認できた。
は、室温〜1000℃の高温域にわたって温度を検知可
能で、室温〜1000℃の熱履歴等においても抵抗値の
変化が小さく安定した特性を持つサーミスタ素子、いわ
ゆるワイドレンジ型サーミスタ素子を提供することがで
きる。また、本発明者等の検討によれば、上記のペロブ
スカイト系化合物(M1M2)O3 における各元素は、
請求項1記載の発明のように、M1はY、M2はCrと
Mnであり、前記混合焼結体は(Y(CrMn)O 3 )
・Y 2 O 3 であるとするか、請求項2記載の発明のよう
に、M1はY、前記MはCrとMnとTiであり、前記
混合焼結体は(Y(CrMnTi)O 3 )・Y 2 O 3 で
あるとすることができる。 また、焼結体においては、各
粒子の焼結性等を向上させるために焼結助剤を添加する
が、種々の焼結助剤について実験検討の結果、請求項3
記載の発明のように、CaO、CaCO 3 およびCaS
iO 3 のうち少なくとも1種とSiO 2 とからなる焼結
助剤を用いることが好ましいことがわかった。それによ
って、焼結密度等に優れたワイドレンジイ型サーミスタ
素子が得られる。 この請求項3記載の発明においては、
M1は、Y、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、D
y、Ho、Er、Yb、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc
から選択する1種以上の元素であり、M2は、Ti、
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、G
a、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択する1
種以上の元素であるとすることができる。
混合比について検討を進めた結果、その混合比が所定範
囲であれば、すなわち、請求項5記載の発明のように、
上記の(M1M2)O3 のモル分率をa、上記のY2 O
3 のモル分率をbとした場合、これらのモル分率aおよ
びbが、0.05≦a<1.0、0<b≦0.95、a
+b=1の関係にあれば、より確実に上記記載の効果を
達成できることがわかった。
えることができるので、(M1M2)O3 とY2 O3 と
の両者を適宜混合、焼成することにより、抵抗値、抵抗
温度係数を広い範囲で種々制御できる。
項1〜請求項5記載のサーミスタ素子を用いた温度セン
サにおいて、作製したセンサごとの検出温度精度が±2
0〜30℃のレベルにばらつくことがわかった。そこ
で、この温度精度の向上(センサ毎の検出温度精度ばら
つき低減)という面から、調合、成形、焼成条件等、サ
ーミスタ素子の製造工程における各条件について調査を
進めた。
焼成により得られるペロブスカイト系材料である(M1
M2)O3 の平均粒径がY2 O3 の平均粒径よりも大き
く、両者が均一に混合せず混合焼結体の組成がばらつ
き、結果として、サーミスタ素子の抵抗がばらつくこと
に起因することがわかった。よって、焼結前の混合状態
において(M1M2)O3 の平均粒径をY2 O3 の平均
粒径と同等とすれば、組成の均一混合が実現できると考
え、実験検討を行った。その結果、請求項7記載の発明
のように、仮焼成により得られる(M1M2)O3 をY
2 O3 と混合、粉砕し、この混合物((M1M2)O3
とY2 O3 )の平均粒径を、混合前のY2 O3 の平均粒
径以下とすればよいことがわかった。
ば、(M1M2)O3 とY2 O3 の微粒化により均一混
合が図られて、混合焼結体(M1M2)O3 ・Y2 O3
の組成変動が低減されるので、サーミスタ素子の抵抗値
のばらつきを低減できる。従って、室温〜1000℃の
温度域において、従来レベルよりも良好なセンサ温度精
度(センサ毎の温度精度ばらつきの少ない)を可能とす
るワイドレンジ型サーミスタ素子を提供できる。
rMn)O3 )・Y2 O3 は、Y(CrMn)O3 とY
2 O3 とを混合焼結する方法でなくとも、Crの酸化物
とMnの酸化物とを混合し1000℃以上で仮焼成して
(Mn1 .5Cr1.5 )O4 を得て、この(Mn1 .5Cr
1.5 )O4 とY2 O3 とを直接混合焼結する方法によっ
ても得られる。この場合には、請求項8記載の製造方法
のようにすれば、請求項7記載の発明と同等の効果が得
られる。
rMnTi)O3 )・Y2 O3 は、Crの酸化物とMn
の酸化物とを混合し1000℃以上で仮焼成して(Mn
1 .5Cr1.5 )O4 を得て、この(Mn1 .5Cr1.5 )
O4 とY2 O3 とTiO2 とを混合焼結することによっ
ても得られる。この場合には、請求項8記載の製造方法
のようにすれば、請求項7記載の発明と同等の効果が得
られる。
タ素子を用いた温度センサの検出温度精度の向上の面か
ら、サーミスタ素子の製造方法について調査を進めた。
その結果、仮焼成により得られる(M1M2)O3 自体
の組成ばらつきが、結果的に混合焼結体(M1M2)O
3 ・Y2 O3 の組成ばらつき(つまり、サーミスタ素子
の抵抗値ばらつき)に影響することがわかった。
2 O3 の製造方法において仮焼成により得られる(M1
M2)O3 自体の組成ばらつきの原因を、(M1M2)
O3として、M1=Y、M2=Cr及びMnの場合、す
なわちY(Cr0.5 Mn0.5)O3 を用いる場合を例に
とって述べる。Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 の調製は、
例えば、次のように行う(図31参照)。M1の原料で
あるY2 O3 (平均粒径約1μm)と、M2の原料であ
るCr 2 O3 (平均粒径約4μm)及びMn2 O3 (平
均粒径約7μm)とを、Y:Cr:Mn=1:0.5:
0.5のモル比で調合(調合1)し、ボールミル等で混
合・粉砕し、この混合物を1000℃以上で仮焼成して
Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 を得る。
での混合・粉砕に問題があることを見出した。すなわ
ち、ボールミル等での混合・粉砕では、混合・粉砕後の
平均粒径は約2μmが限界で、またCr2 O3 及びMn
2 O3 の平均粒径はY2 O3 の平均粒径に比べて大き
い。従って、Y2 O3 とCr2 O3 とMn2 O3 の混合
物を仮焼成反応で得られるY(Cr0.5 Mn0.5 )O3
が各々の原料のY2 O3 、Cr2 O3 、Mn2 O3の粒
径差により、Y:Cr:Mn=1:0.5:0.5から
ずれた組成物、例えば、Y:Cr:Mn=1:0.6:
0.4組成物からY:Cr:Mn=1:0.4:0.6
組成物まで種々の組成物を含む混合物となる。
4組成物からY:Cr:Mn=1:0.4:0.6組成
物は、各々異なる抵抗値、抵抗温度係数(β値)を持つ
ために素子ごとに抵抗が変動し、素子抵抗値のばらつき
の原因となっている。また原料のY2 O3 、Cr
2 O3 、Mn2 O3 の一部(組成比からずれたもの)が
未反応物として残存する場合は、素子抵抗値のバラツキ
の原因にもなっている。
M2)O3 を得る前の工程において、得られる(M1M
2)O3 の組成ばらつき、及び原料の未反応物の存在等
の不具合を抑制すべく種々検討を行った。その結果、ボ
ールミルよりも粉砕能力の高い、例えば媒体攪拌ミル等
によってM2の原料をM1の原料と共に混合・粉砕し
て、混合・粉砕後の原料混合物(混合粉砕物)の平均粒
径を混合前のM1の原料の平均粒径以下でかつ0.5μ
m以下となるように微粒化すれば上記不具合を抑制で
き、実用レベルである温度精度±10℃以下となること
がわかった。
基づいてなされたものである。すなわち、請求項10記
載の発明においては、M1の原料とM2の原料とを混合
・粉砕する混合工程で、M2の原料をM1の原料と共に
混合・粉砕して、この混合粉砕物の平均粒径を混合前の
M1の原料の平均粒径以下でかつ0.5μm以下とす
る。その後、仮焼成により(M1M2)O3 を得て、
(M1M2)O3 とY2 O3 とを混合後、所定形状に成
形、焼成することを特徴とする。
一微粒化により組成の均一混合が図られるので、仮焼成
後に生成する(M1M2)O3 における組成ばらつきの
低減、及び原料未反応物の存在の抑制が実現でき、サー
ミスタ素子の抵抗値のばらつきを低減できる。従って、
室温〜1000℃の温度域において、従来レベルよりも
良好なセンサ温度精度(センサ毎の温度精度ばらつきの
少ない)を可能とするワイドレンジ型サーミスタ素子を
提供できる。
3 を含むものを用いた場合、M2の原料をM1の原料と
共に混合して粉砕し仮焼成し、目的の混合焼結体(M1
M2)O3 ・Y2 O3 と同組成の前駆体を生成し、この
前駆体を所定形状に成形、焼成することで、サーミスタ
素子を得ることもできる。ここで、前駆体は(M1M
2)O3 ・Y2 O3 で表されるが、上記(M1M2)O
3 (ペロブスカイト構造)において、理論量よりもYが
過剰な分がY2 O3として(M1M2)O3 にくっつい
ているものである。よって、この製造方法では、予めM
1及びM2の原料を、目的の混合焼結体の組成となるよ
うに配合することで、仮焼成後に改めてY2 O3 を混合
しなくとも、混合焼結体すなわちサーミスタ素子を得る
ことができる。
として少なくともY2 O3 を含むものを用いた場合の製
造方法についてなされたものであり、M2の原料をM1
の原料と共に混合して粉砕し、粉砕後におけるこの混合
粉砕物の平均粒径を混合前のM1の原料の平均粒径以下
でかつ0.5μm以下とした後に、仮焼成により上記前
駆体を得ることを特徴とする。
微粒化により組成の均一混合が図られ、仮焼成後に生成
する前駆体における組成ばらつきの低減、及び原料未反
応物の存在の抑制が実現できる。そのため、結果とし
て、前駆体と同組成の混合焼結体においても組成ばらつ
きの低減等がなされ、上記請求項10記載の発明と同様
の効果を得ることができる。
10記載の製造方法と請求項7記載の製造方法とを組み
合わせたものであり、両製造方法の効果の組合せによ
り、より高いレベルでサーミスタ素子の抵抗値のばらつ
きを低減できる。また、請求項13記載の発明は、請求
項11記載の製造方法と請求項7記載の製造方法とを組
み合わせたものであるが、混合焼結体と同組成の前駆体
(M1M2)O3 ・Y2 O3 を混合前のM1の原料とし
てのY2 O3 の平均粒径以下のレベルまで微粒化するこ
とにより、後工程の成形、焼成時において、(M1M
2)O3 とY2 O3 とが均一混合が図られ混合焼結体の
組成変動が低減されるので、サーミスタ素子の抵抗値の
ばらつきを低減できる。
ルでサーミスタ素子の抵抗値のばらつきを低減できる。
M2)O3 において、例えば、M1の元素は、周期律表
の第2A族としては、Mg、Ca、Sr、Ba、第3A
族としては、Laを除くY、Ce、Pr、Nd、Sm、
Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb、Sc等から選択
できる。
てはZn、第3B族としては、Al、Ga、第4A族と
しては、Ti、Zr、Hf、第5A族としては、V、N
b、Ta、第6A族としてはCr、Mo、W、第7A族
としては、Mn、Tc、Re、第8族としては、Fe、
Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Ptから
選択できる。
2 O3 の製造工程は、大きくは、仮焼成により(M1M
2)O3 を得る第1の調製工程と、得られた(M1M
2)O 3 とY2 O3 を調合して混合焼結体(M1M2)
O3 ・Y2 O3 とし、サーミスタ素子を得る第2の調製
工程とに分かれる。第1の調製工程では、M1及びM2
の原料であるM1の酸化物(M1OX )やM2の酸化物
(M2OX )等を調合して(調合1)、混合、粉砕(混
合工程)した後、仮焼成(例えば1000℃〜1500
℃程度)する(仮焼成工程)ことにより(M1M2)O
3 を得ることができる。
程では予めYM2O3 を得なくとも、Yを含まないM2
のみの酸化物M2OX 、例えば、M2がMn及びCrで
あるスピネル系化合物である(Mn1 .5Cr1.5 )O4
を得るようにしてもよい。そして、第2の調製工程で
は、得られた(M1M2)O3 またはM2OX を、所望
の抵抗値と抵抗温度係数となるようにY2 O3 と調合す
る(調合2)。なお、M2OX とY2 O3 との調合にお
いては、後述する焼成時に、Y2 O3 のYがM2OX 側
に固溶してペロブスカイト系化合物YM2O3 となるよ
うに調合する。
または、M2OX +Y2 O3 の調合時には、所望の抵抗
値と抵抗温度係数となるように、さらに、M1またはM
2の酸化物、およびM1とM2の複合酸化物等を添加物
(例えばTiO2 、YTiO 3 )として合わせて調合し
てもよい。この場合においても、後述する焼成(例えば
1500℃以上)時に、これらの添加物から(M1M
2)O3 にM1またはM2が固溶してペロブスカイト系
化合物(M1M2)O3 となるように調合する。
3 +Y2 O3 (または、M2OX +Y2 O3 )を粉砕し
(粉砕工程)、Pt等のリード線を組み込み、所望の形
状に金型等で成形(成形工程)して前述の焼成(例えば
1500℃以上)を行う(焼成工程)と、(M1M2)
O3 ・Y2 O3 からなるサーミスタ素子が得られる。と
ころで、上記の第2の調製工程においては、CaO、C
aCO3 およびCaSiO3 のうち少なくとも1種とS
iO2 とを焼結助剤として、混合物(M1M2)O3 +
Y2 O3 に添加すれば、焼結密度がより向上する。それ
によって、サーミスタ素子の抵抗値が安定したり、焼成
温度の変動に対して抵抗値のばらつきが低減できる。
は、ペロブスカイト系化合物である(M1M2)O3 と
Y2 O3 とが粒界を介して均一混合された混合焼結体と
なっている。得られたサーミスタ素子を一般的な温度セ
ンサアッシーに組み込み温度センサとする。そして、温
度センサを高温炉に入れ、室温(例えば27℃)から1
000℃まで、抵抗値、抵抗温度係数β、室温〜100
0℃の熱履歴における抵抗変化率ΔRの各特性を測定す
る。
R0 )/(1/K−1/K0 )で表される。なお、ln
は常用対数、R及びR0 は、各々大気中で室温(300
°K)及び1000℃(1273°K)におけるサーミ
スタ素子の抵抗値を示す。また、抵抗変化率ΔRは、各
温度センサにて、大気中1100℃で100時間放置の
高温耐久試験の温度センサの抵抗値変化について表すも
のであり、式ΔR(%)=(R’t /Rt )×100−
100で表される。なお、Rt は所定温度t(例えば4
00℃)における初期抵抗値、R’t は100時間放置
後の所定温度tにおける抵抗値を示す。
おいて、Rt は50Ω〜100kΩであり、βは200
0〜4000(°K)に調整可能とでき、ΔRも数%程
度のレベルを安定して実現できることが確認できた。こ
こで、上記のRt 範囲、β、ΔRの各値をより確実に実
現するには、a(M1M2)O3 ・bY2 O3 における
モル分率a、bが、0.05≦a<1.0、0<b≦
0.95、a+b=1の関係にあることが好ましい。
00℃の高温域にわたって温度を検知可能で、室温〜1
000℃の熱履歴等においても抵抗値の変化が小さく安
定した特性を持つワイドレンジ型サーミスタ素子を提供
することができる。また、温度抵抗係数βは、従来のサ
ーミスタ素子よりも小さい2000〜4000(°K)
に調整可能とできるため、温度変動に伴う抵抗値のばら
つきを小さいものとすることができる。
例1〜6、及び、比較例1及び2により、更に詳細に述
べる。 (第2実施形態)本第2実施形態は、混合焼結体(M1
M2)O3 ・Y2 O3 の製造方法を提供するもので、上
記第1実施形態と同様に第1及び第2の調製工程を有す
るが、上記第1実施形態に加えて、更に次の様にしたこ
とが特徴である。
M2)O3 又はM2OX をY2 O3と混合して粉砕する
工程(粉砕工程)において、粉砕後におけるこの混合物
の平均粒径を混合前のY2 O3 の平均粒径以下とする。
以下、この点について主として述べる。本第2実施形態
の製造方法は、上記第1実施形態のサーミスタ素子を組
み込んだ温度センサについてセンサの温度精度を調査し
たところ、センサ毎に温度精度がばらついていたという
結果に基づいて見出された。ここで、温度精度の評価方
法は、例えば、次のようにして行った。
ンサの抵抗値−温度データから、所定温度(例えば35
0℃)の抵抗値の標準偏差σ(シグマ)を算出し、標準
偏差σの6倍を抵抗値のばらつき幅(両側)とし、この
抵抗値ばらつき幅を温度換算した値を半分にした値Aと
して、温度精度±A℃と表記して評価する。その結果、
センサ毎の温度精度±A℃は、±20〜30℃にばらつ
いていることがわかった。
等により観察したところ、上記第1実施形態において、
第1の調製工程にて得られる仮焼成後の(M1M2)O
3 等の平均粒径(例えば2〜5μm)が、これと混合さ
れるY2 O3 の平均粒径(例えば2μm以下)よりも大
きいため、両者が均一に混合せず混合焼結体の組成分布
がばらついていることがわかった。
製工程中において、調合され、粉砕された後の混合物
(M1M2)O3 +Y2 O3 、M2OX +Y2 O3 等の
平均粒径を種々変えてこの平均粒径と温度精度±A℃と
の関係を調査した。その結果、前記の混合物の平均粒径
を、混合前のY2 O3 の平均粒径(約1.0μm)以下
とすれば、温度精度±A℃は、±10℃以下に低減でき
ることがわかった。
手段としては、媒体攪拌ミル等を用いることができる。
また、媒体攪拌ミルの粉砕媒体としてはZrO2 製のボ
ール(例えばφ1mm以下)等を用いることができる。
本第2実施形態によれば、(M1M2)O3 とY
2 O3 、又はM2OX とY2O3 の微粒化により均一混
合が図られて、混合焼結体(M1M2)O3 ・Y2 O 3
の組成変動が低減されるので、サーミスタ素子の抵抗値
のばらつきを低減できる。
て、従来レベルよりも良好なセンサ温度精度(センサ毎
の温度精度ばらつきの少ない)を可能とするワイドレン
ジ型サーミスタ素子を提供できる。なお、本第2実施形
態については、後述の実施例7〜14により更に詳細に
述べる。
焼結体(M1M2)O3 ・Y2 O3 の製造方法を提供す
るもので、上記第1実施形態と同様に第1及び第2の調
製工程を有するが、上記第1実施形態とは次の点が異な
る。すなわち、上記第1の調製工程中、M1及びM2の
原料であるM1の酸化物(M1OX )やM2の酸化物
(M2OX )等を混合、粉砕する工程(混合工程)にお
いて、M2の原料をM1の原料と共に混合・粉砕して、
この混合粉砕物の平均粒径を混合前のM1の原料の平均
粒径以下でかつ0.5μm以下とし、仮焼成により(M
1M2)O3 単独もしくは混合焼結体の前駆体(M1M
2)O3 ・Y2O3 を得ることを特徴とする。
(M1M2)O3 ・Y2 O3 の製造方法は、第1の調製
工程において得られる仮焼成物が、混合焼結体と同組成
の前駆体(M1M2)O3 ・Y2 O3 か、(M1M2)
O3 単独か、によって、2つの製造方法がある。前者を
第1の製造方法、後者を第2の製造方法とする。ここ
で、上述のように、前駆体(M1M2)O3 ・Y2 O3
は、(M1M2)O3 (ペロブスカイト構造)におい
て、化学量論比(理論量)よりもYが過剰な分がY2 O
3 として(M1M2)O3 にくっついているものであ
り、目的の混合焼結体と同組成である。
施形態と重複する部分があるので、以下、上記第1実施
形態と異なる部分について主として述べる。第1の製造
方法は、上記第1の調製工程において、M1の原料とし
て少なくともY2 O3 を含むものを用い、このM1の原
料とM2の原料であるM2の酸化物(M2OX )等を調
合、混合、粉砕した後、仮焼成(例えば1000℃〜1
500℃程度)することにより前駆体(M1M2)O3
・Y2 O3 を得る。
程)の際に、上記第2実施形態にて述べた媒体攪拌ミル
等により、粉砕後の混合粉砕物の平均粒径を混合前のM
1の原料の平均粒径以下でかつ0.5μm以下とし、そ
の後仮焼成して前駆体を得る。その後、第2の調製工程
において、更に上記前駆体を所望量に調合し、粉砕し
て、Pt等のリード線を組み込み、所望の形状に金型等
で成形して焼成(例えば1500℃以上)を行うと、混
合焼結体(M1M2)O3 ・Y2 O3 からなるサーミス
タ素子が得られる。
おいて、M1及びM2の原料であるM1の酸化物(M1
OX )やM2の酸化物(M2OX )等を調合、混合、粉
砕した後、仮焼成(例えば1000℃〜1500℃程
度)することにより(M1M2)O3 を得る。ここにお
いて、混合、粉砕(混合工程)の際に、上記第2実施形
態にて述べた媒体攪拌ミル等により、粉砕後の混合粉砕
物の平均粒径を混合前のM1の原料の平均粒径以下でか
つ0.5μm以下とする。
(M1M2)O3 とY2 O3 とを所望量に調合し、第1
の製造方法と同様に処理を行い、混合焼結体(M1M
2)O3・Y2 O3 からなるサーミスタ素子を得る。そ
れによって、M1及びM2の原料の均一微粒化により組
成の均一混合が図られるので、仮焼成後に生成する(M
1M2)O3 、又は前駆体における組成ばらつきの低
減、及び原料未反応物の存在の抑制が実現でき、サーミ
スタ素子の抵抗値のばらつきを低減できる。
て、従来レベルよりも良好なセンサ温度精度(センサ毎
の温度精度ばらつきの少ない)を可能とするワイドレン
ジ型サーミスタ素子を提供できる。なお、上記第1及び
第2の製造方法において、第2の調製工程の粉砕工程に
おける粉砕は、ボールミル等による粉砕でもよいが、第
2実施形態と同様に媒体攪拌ミル等を用いたものとして
もよい。
焼成により得られた前駆体を混合して粉砕し、粉砕後に
おける前駆体の平均粒径を、第1の調製工程における混
合前のY2 O3 の平均粒径以下とする。一方、第2の製
造方法においては、仮焼成により得られた(M1M2)
O3 とY2 O3 とを混合して粉砕し、粉砕後におけるこ
の混合物の平均粒径を混合前のY2 O3 の平均粒径以下
とする。
効果に加えて、粉砕工程の後工程の成形及び焼成工程に
おいて、(M1M2)O3 とY2 O3 とが均一混合が図
られ混合焼結体の組成変動が低減されるので、サーミス
タ素子の抵抗値のばらつきを低減できる。従って、上記
第2実施形態の製造方法に比べて、より高いレベルでサ
ーミスタ素子の抵抗値のばらつきを低減でき、より良好
なセンサ温度精度(センサ毎の温度精度ばらつきの少な
い)を可能とするワイドレンジ型サーミスタ素子を提供
できる。
ジ型サーミスタ素子を用いた温度センサは、温度精度が
±10℃以下に抑制されているので、高度な温度精度を
要求されるマップ制御装置、例えば自動車の排気ガス用
の酸素センサの温度モニタ等に用いて好適である。な
お、本第3実施形態については、後述の実施例15〜2
0及び比較例3により更に詳細に述べる。
例1〜実施例6と比較例1及び2とにより、上記第2実
施形態を以下に示す実施例7〜実施例14により、第3
実施形態を以下に示す実施例15〜実施例20及び比較
例3により、更に詳述するが、上記各実施形態はこれら
実施例に限定されるものではない。
て、M1としてY、M2としてCrおよびMnを選択し
たY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O3 とから、Y
(Cr0. 5 Mn0.5 )O3 ・Y2 O3 の混合焼結体を得
るものである。
図1に示す。この製造工程は、大きくは、図中の調合1
からY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 を得る迄の第1の調製
工程と、得られたY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O
3 とを調合(調合2)してサーミスタ素子を得る迄第2
の調製工程とに分かれる。第1の調製工程では、まず、
いずれの純度も99.9%以上のY2 O3 とCr 2 O3
とMn2 O3 を用意し、Y:Cr:Mnのモル比が、
2:1:1となるようにY2 O3 とCr2 O3 とMn2
O3 を秤量して、全量500gとする(調合1)。
してAl2 O3 またはZr2 O3 製玉石φ15を2.5
kg、φ20を2.5kg入れた樹脂製ポット(容量5
リットル)を用い、このポットに、Y2 O3 とCr2 O
3 とMn2 O3 の全量を入れ、純水1500ccを加え
た後に、60rpmで6〜12時間混合する(混合工
程)。
3 とMn2 O3 の混合スラリーを磁器製の蒸発皿に移
し、熱風乾燥機にて150℃で12時間以上乾燥し、Y
2 O3とCr2 O3 とMn2 O3 との混合固形体を得
る。続いて、この混合固形体をライカイ機で粗粉砕し、
♯30メッシュ篩いを通し、Y2 O3 とCr2 O3 とM
n 2 O3 との混合粉体を得る。
3%Al2 O3 製ルツボに入れ、大気中で高温炉にて1
100〜1300℃で1〜2時間仮焼成し、Y(Cr
0.5 Mn0.5 )O3 を得る。仮焼成で塊状の固形となっ
たY(Cr0.5 Mn0.5 )O3をライカイ機で粗粉砕
し、♯30メッシュ篩いを通し、粉体とする。このY
(Cr0.5 Mn0.5 )O3 は、単独でサーミスタ材料と
して用いた場合、低抵抗および1000〜4000(°
K)の低抵抗温度係数を示す。ワイドレンジ型サーミス
タ材料としては、このY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 と、
サーミスタの抵抗値を安定化する材料であるY2 O3 を
用いる。
と抵抗温度係数となるように、Y(Cr0.5 Mn0.5 )
O3 :Y2 O3 の調合モル比(モル分率)を、38:6
2となるように粉体とされたY(Cr0.5 Mn0.5 )O
3 と市販の粉体のY2 O3 (純度99.9%以上)とを
秤量し全量500gとする。ここで、Y(Cr0.5 Mn
0.5 )O3 とY2 O3 のモル分率を各々a、b(a+b
=1)とすれば、これらaおよびbは上記調合モル比と
一致し、a=0.38、b=0.62となる。
囲で液相となるSiO2 、CaCO 3 を焼結助剤として
用い、前記のY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O3 の
全量(500g)に対して、SiO2 は3重量%、Ca
CO3 は4.5重量%を添加する(調合2)。続いて、
粉砕工程(図中、混合・粉砕)では、上記のY(Cr
0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O3 とSiO2 とCaCO3
とを、Al2 O3 またはZr2 O3 製玉石φ15を2.
5kg、φ20を2.5kg入れた樹脂製ポット(容量
5リットル)に入れ、純水1500ccを加えた後に、
60rpmで4時間以上混合、粉砕する。
Mn0.5 )O3 とY2 O3 の固形分に対して、バインダ
ーとしてポリビニルアルコール(PVA)をY(Cr
0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O3 との混合粉100g当た
り1gを添加し、同時に混合、粉砕する。混合、粉砕後
に得たY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O3 の混合粉
砕スラリーをスプレードライヤで造粒、乾燥し、Y(C
r0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O3の混合粉体を得る。こ
の混合粉体をサーミスタ原料とする。
サーミスタ原料を用いて、外径×長さがφ0.3mm×
10.5mmで、材質がPt100(純白金)をリード
線として、リード線をインサートして外径φ1.74m
mの金型にて圧力約1000kgf/cm2 で成形し、
リード線が形成された外径φ1.75mmのサーミスタ
素子の成形体を得る。
を、Al2 O3 製波型セッタに並べ、大気中1400〜
1600℃で1〜2時間焼成し、混合焼結体aY(Cr
0.5 Mn0.5 )O3 ・bY2 O3 からなる外径φ1.6
0mmのサーミスタ素子を得る。図2に、得られたサー
ミスタ素子1を示す。平行な2本のリード線11、12
の各端部が、外径φ1.60mmの円柱形の素子部13
に埋設された形となっている。このサーミスタ素子1
は、図3および図4に示す一般的な温度センサアッシー
に組み込み温度センサとする。
筒状の耐熱性の金属ケース2内に配置されている。ま
た、図示しないが、リード線11、12は、金属パイプ
3の内部を通る金属パイプのリード線31、32に接続
されている。なお、図4に示すように、金属パイプ3の
内部には、マグネシア粉体33が充填されており、金属
パイプ3内のリード線31、32の絶縁性を確保してい
る。以上のように、温度センサが構成されている。
〜実施例20、および比較例1〜比較例3において、作
製されるサーミスタ素子および温度センサは、図2ない
し図4のものと同構造であり、説明を省略する。ただ
し、素子部13を構成する混合焼結体の材料組成は、各
例におけるものとなっているのは勿論である。さらに、
上記の第2の調製工程において、Y(Cr0.5 M
n0.5 )O3 :Y2O3 の調合モル比を、95:5およ
び5:95となるように秤量し、以下、同様の手順にて
サーミスタ素子を作製し、温度センサに組み込む。ここ
で、本実施例の各素子は、Y(Cr0.5 Mn0.5 )
O3 :Y2 O3 の調合モル比(a:bに一致)が、3
8:62、95:5、5:95の順に、素子番号1、素
子番号2、素子番号3とする。
を、高温炉に入れ、室温(27℃)から1000℃ま
で、抵抗値の温度特性を評価した。評価結果を図5の表
に示す。図5に示すように、本実施例1のワイドレンジ
型サーミスタ素子は、aY(CrMn)O3 ・bY2 O
3 のモル分率(a+b=1)が、0.05≦a<1.
0、0<b≦0.95の範囲において、温度センサとし
て必要な50Ω〜100kΩの低抵抗値であり、抵抗温
度係数βについても、2000〜4000(°K)を示
し、抵抗値、抵抗温度係数を広い範囲で制御が可能であ
る。それ故、室温から1000℃の高温域にわたって温
度を検知することができる。
からも、抵抗値の変化の少ない安定した特性を持つワイ
ドレンジ型サーミスタ材料を提供することができる。 (実施例2)本実施例2は、(Mn1.5 Cr1.5 )O4
とY2 O3 とから、Y(Cr0 .5Mn0.5 )O3 ・Y2
O3 の混合焼結体を得るものである。なお、本実施例の
場合、混合焼結時に、(Mn1.5 Cr1.5 )O4 に対し
てY2 O3 のYが固溶するため、(M1M2)O3 にお
いては、M1としてY、M2としてCrおよびMnを選
択したものとなる。
図6に示す。この製造工程は、大きくは、図中の調合1
から(Mn1.5 Cr1.5 )O4 を得る迄の第1の調製工
程と、得られた(Mn1.5 Cr1.5 )O4 とY2 O3 と
を調合(調合2)してサーミスタ素子を得る迄の第2の
調製工程とに分かれる。第1の調製工程では、まず、い
ずれの純度も99.9%以上のCr2 O3 とMn2 O3
を用意し、Cr:Mnのモル比が1:1となるようにC
r2 O3 とMn 2 O3 を秤量して、全量500gとする
(調合1)。
3 とを、上記実施例1と同様に、混合、乾燥、粉砕、仮
焼成等の処理を行い(Mn1.5 Cr1.5 )O4 を得る。
そして、粗粉砕、♯30メッシュ篩いにより粉体とす
る。ワイドレンジ型サーミスタ材料としては、この(M
n1.5 Cr1.5 )O4 と、サーミスタの抵抗値を安定化
する材料であるY2 O3 を用いる。
と抵抗温度係数となるように、(Mn1.5 Cr1.5 )O
4 :Y2 O3 の調合モル比を、14:86となるように
(Mn1.5 Cr1.5 )O4 とY2 O3 を秤量し全量50
0gとする。また、上記実施例1と同様に、焼結助剤を
添加する(調合2)。続いて、調合された(Mn1.5 C
r1.5 )O4 +Y2 O3 +SiO2 +CaCO3 につい
て、上記実施例1と同様に混合、粉砕、造粒、乾燥、成
形、焼成を行い、Y(Cr0 .5Mn0.5 )O3 ・Y2 O
3 を素子部とするサーミスタ素子を得て、温度センサに
組み込む。
(Mn1.5 Cr1.5 )O4 :Y2 O 3 の調合モル比を、
38:62および3:97となるように秤量し、以下、
同様の手順にてサーミスタ素子を作製し、温度センサに
組み込む。ここで、本実施例の各素子は、(Mn1.5 C
r1.5 )O4 :Y2 O3 の調合モル比が、14:86、
38:62、3:97の順に、素子番号4、素子番号
5、素子番号6とする。
合焼結時に(Mn1.5 Cr1.5 )O 4 に対してY2 O3
のYが固溶し、また、余分な酸素原子は焼結時に大気中
に遊離される。その結果、ペロブスカイト型のY(Cr
0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O 3 の混合焼結体であるa
(Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 )・bY2 O3 が得られ
る。
0.5 Mn0.5 )O3 )・bY2 O3のモル分率a:bの
比は、上記の(Mn1.5 Cr1.5 )O4 :Y2 O3 の調
合モル比と比べてaが若干多めになり、例えば、調合モ
ル比が3:97であっても、a≧0.05、b≦0.9
5となっている。このことは、混合焼結体の組成および
構造等におけるSEM、EPMA等の調査により確認し
ている。
6の素子を組み込んだ温度センサを、高温炉に入れ、室
温(27℃)から1000℃まで、抵抗値の温度特性を
評価した。評価結果を図7の表に示す。図7に示すよう
に、本実施例2のワイドレンジ型サーミスタ材料は、a
Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 ・bY2 O3 のモル分率
(a+b=1)が、0.05≦a<1.0、0<b≦
0.95の範囲において、上記実施例1に記載と同等の
効果を実現できる。
Mn0.5 )O3 とY2 O3 とTiO2 から、Y(CrM
nTi)O3 とY2 O3 の混合焼結体を得るものであ
る。ここで、Y(CrMnTi)O3 は、ペロブスカイ
ト構造であり、各原子の組成比は化学量論比となってい
る。例えば、Y(Cr0.45Mn0.45Ti0.1 )O3 とな
っている。以下、各例のY(CrMnTi)O3 も同様
である。
(Cr0.5 Mn0.5 )O3 に対してTiO2 のTiが固
溶するため、(M1M2)O3 において、M1として
Y、M2としてCr、MnおよびTiを選択したものと
なる。本実施例3のサーミスタ素子の製造工程を図8に
示す。この製造工程は、大きくは、図中の調合1からY
(Cr0.5 Mn0.5 )O3 を得る迄の第1の調製工程
と、得られたY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O3 と
TiO2 とを調合(調合2)してサーミスタ素子を得る
迄の第2の調製工程とに分かれる。
あり、ここでは省略する。本実施例のワイドレンジ型サ
ーミスタ材料としては、このY(Cr0.5 Mn0.5 )O
3 と、サーミスタの抵抗値を安定化する材料であるY2
O3 と、抵抗値を調整する材料として抵抗体であるTi
O2 (添加物)を用いる。第2の調製工程では、まず、
所望の抵抗値と抵抗温度係数となるように、Y(Cr
0.5 Mn0.5 )O3 :Y2 O3 :TiO2 の調合モル比
を、37:59:4となるようにY(Cr0.5 M
n0.5 )O3 とY2 O3 とTiO2 とを秤量し全量50
0gとする。また、上記実施例1と同様に、焼結助剤を
添加する(調合2)。
n0.5 )O3 +Y2 O3 +TiO2 +SiO2 +CaC
O3 について、上記実施例1と同様に混合、粉砕、造
粒、乾燥、成形、焼成を行い、Y(CrMnTi)O3
・Y2 O3 を素子部とするサーミスタ素子を得て、温度
センサに組み込む。さらに、上記の第2の調製工程にお
いて、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 :Y2O3 :TiO
2 の調合モル比を、87:5:8および5:94.5:
0.5となるように秤量し、以下、同様の手順にてサー
ミスタ素子を作製し、温度センサに組み込む。ここで、
本実施例の各素子は、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 :Y
2 O 3 :TiO2 のモル比が、37:59:4、87:
5:8、5:94.5:0.5の順に、素子番号7、素
子番号8、素子番号9とする。
(CrMnTi)O3 ・bY2 O3のモル分率(a、
b)は、調合モル比におけるY(Cr0.5 Mn0.5 )O
3 :Y 2 O3 の比に等しい。ちなみに素子番号7、素子
番号8、素子番号9の順に、a:b(a+b=1)は、
0.39:0.61、0.95:0.05、0.05:
0.95である。
9の素子を組み込んだ温度センサを、高温炉に入れ、室
温(27℃)から1000℃まで、抵抗値の温度特性を
評価した。評価結果を図9の表に示す。図9に示すよう
に、本実施例3のワイドレンジ型サーミスタ材料は、a
Y(CrMnTi)O3 ・bY2 O3 のモル分率(a+
b=1)が、0.05≦a<1.0、0<b≦0.95
の範囲において、上記実施例1に記載と同等の効果を実
現できる。
Mn0.5 )O3 とY2 O3 とYTiO3 から、Y(Cr
MnTi)O3 ・Y2 O3 の混合焼結体を得るものであ
る。なお、本実施例の場合、混合焼結時に、Y(Cr
0.5 Mn0.5 )O3 に対してYTiO3 のYとTiが固
溶するため、(M1M2)O3 において、M1として
Y、M2としてCr、MnおよびTiを選択したものと
なる。
図10に示す。この製造工程は、大きくは、図中の調合
1からY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 を得る迄の第1の調
製工程と、得られたY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 とY2
O3 とYTiO3 とを調合(調合2)してサーミスタ素
子を得る迄の第2の調製工程と、さらに、第2の調製工
程に供するYTiO3 を得る第3の調製工程(図中の調
合3からYTiO3 迄)に分かれる。
あり、ここでは省略する。第3の調製工程では、まず、
いずれの純度も99.9%以上のY2 O3 とTiO2 を
用意し、Y:Tiのモル比が1:1となるようにY2 O
3 とTiO2 を秤量して、全量500gとする(調合
3)。この秤量物を混合するため、ボールミルとしてA
l2 O3 またはZr2 O3 製玉石φ15を2.5kg、
φ20を2.5kg入れた樹脂製ポット(容量5リット
ル)を用い、このポットに、Y2 O3 とTiO2 の全量
を入れ、純水1500ccを加えた後に、60rpmで
6時間混合する(混合工程)。
の混合スラリーを磁器製の蒸発皿に移し、熱風乾燥機に
て150℃で12時間以上乾燥し、Y2 O3 とTiO2
との混合固形体を得る。続いて、この混合固形体をライ
カイ機で粗粉砕し、♯30メッシュ篩いを通し、Y2 O
3 とTiO2 との混合粉体を得る。仮焼成工程では、こ
の混合粉体を、99.3%Al2 O3 製ルツボに入れ、
常圧雰囲気(空気中)で高温炉にて1100〜1300
℃で1〜2時間仮焼成し、YTiO3 を得る。仮焼成で
塊状の固形となったYTiO3 をライカイ機で粗粉砕
し、♯30メッシュ篩いを通し、粉体とする。
第1の調製工程で得られたY(Cr 0.5 Mn0.5 )O3
とY2 O3 とYTiO3 (添加物)を用いる。第2の調
製工程では、まず、所望の抵抗値と抵抗温度係数となる
ように、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 :Y2 O3 :YT
iO3 の調合モル比を、37:60:3となるようにY
(Cr0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O3 とYTiO3 とを
秤量し全量500gとする。また、上記実施例1と同様
に、焼結助剤を添加する(調合2)。
n0.5 )O3 +Y2 O3 +YTiO3 +SiO2 +Ca
CO3 について、上記実施例1と同様に混合、粉砕、造
粒、乾燥、成形、焼成を行い、Y(CrMnTi)O3
・Y2 O3 を素子部とするサーミスタ素子を得て、温度
センサに組み込む。さらに、上記の第2の調製工程にお
いて、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 :Y2O3 :YTi
O3 の調合モル比を、87:6:3および5:94.
7:0.3となるように秤量し、以下、同様の手順にて
サーミスタ素子を作製し、温度センサに組み込む。ここ
で、本実施例4の各素子は、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O
3 :Y 2 O3 :YTiO3 のモル比が、37:60:
3、87:6:3、5:94.7:0.3の順に、素子
番号10、素子番号11、素子番号12とする。
述のようにYTiO3 のYとTiの固溶が起こるため、
各素子におけるaY(CrMnTi)O3 ・bY2 O3
のモル分率(a、b)は、調合モル比におけるY(Cr
0.5 Mn0.5 )O3 :Y2 O 3 の比と比べて若干aが多
めになるが、ほぼ等しい。そして、上記実施例1と同様
に、番号10〜12の素子を組み込んだ温度センサを、
高温炉に入れ、室温(27℃)から1000℃まで、抵
抗値の温度特性を評価した。評価結果を図11の表に示
す。
レンジ型サーミスタ材料は、aY(CrMnTi)O3
・bY2 O3 のモル分率(a+b=1)が、0.05≦
a<1.0、0<b≦0.95の範囲において、上記実
施例1に記載と同等の効果を実現できる。 (実施例5)本実施例5は、(Mn1.5 Cr1.5 )O4
とY2 O3 とTiO2 から、Y(CrMnTi)O3 ・
Y2 O3 の混合焼結体を得るものである。なお、本実施
例の場合、混合焼結時に、(Mn1.5 Cr1.5 )O4 に
対してY2 O3 のYおよびTiO2 のTiが固溶するた
め、(M1M2)O3 において、M1としてY、M2と
してCr、MnおよびTiを選択したものとなる。
図12に示す。この製造工程は、大きくは、図中の調合
1から(Mn1.5 Cr1.5 )O4 を得る迄の第1の調製
工程と、得られた(Mn1.5 Cr1.5 )O4 とY2 O3
とTiO2 とを調合(調合2)してサーミスタ素子を得
る迄の第2の調製工程とに分かれる。第1の調製工程
は、上記実施例2と同様であり、ここでは省略する。本
実施例のワイドレンジ型サーミスタ材料としては、上記
の(Mn1.5 Cr1.5 )O4 とY2 O3 とTiO2 (添
加物)を用いる。
と抵抗温度係数となるように、(Mn1.5 Cr1.5 )O
4 :Y2 O3 :TiO2 の調合モル比を、12:84:
4となるように(Mn1.5 Cr1.5 )O4 とY2 O3 と
TiO2 とを秤量し全量500gとする。また、上記実
施例1と同様に、焼結助剤を添加する(調合2)。続い
て、調合された(Mn1.5 Cr1.5 )O4 +Y2 O3 +
TiO2 +SiO 2 +CaCO3 について、上記実施例
1と同様に混合、粉砕、造粒、乾燥、成形、焼成を行
い、Y(CrMnTi)O3 ・Y2 O3 を素子部とする
サーミスタ素子を得て、温度センサに組み込む。
(Mn1.5 Cr1.5 )O4 :Y2 O 3 :TiO2 の調合
モル比を、36:61:3および4:95.7:0.3
となるように秤量し、以下、同様の手順にてサーミスタ
素子を作製し、温度センサに組み込む。ここで、本実施
例5の各素子は、(Mn1.5 Cr1.5 )O4 :Y
2 O 3 :TiO2 の調合モル比が、12:84:4、3
6:61:3、4:95.7:0.3の順に、素子番号
13、素子番号14、素子番号15とする。
混合焼結時に、(Mn1.5 Cr1.5)O4 に対してY2
O3 のYおよびTiO2 のTiが固溶し、また、余分な
酸素原子は焼結時に大気中に遊離される。その結果、ペ
ロブスカイト型の(Y(CrMnTi)O3 )とY2 O
3 の混合焼結体であるa(Y(CrMnTi)O3 )・
bY2 O3 が得られる。
rMnTi)O3 )・bY2 O3 のモル分率a:bの比
は、上記の(Mn1.5 Cr1.5 )O4 :Y2 O3 の調合
モル比と比べてaが若干多めになり、例えば、調合モル
比が、4:95.7であっても、a≧0.05、b≦
0.95となっている。このことは、混合焼結体の組成
および構造等におけるSEM、EPMA等の調査により
確認している。
〜15の素子を組み込んだ温度センサを、高温炉に入
れ、室温(27℃)から1000℃まで、抵抗値の温度
特性を評価した。評価結果を図13の表に示す。図13
に示すように、本実施例5のワイドレンジ型サーミスタ
材料は、aY(CrMnTi)O3 ・bY2 O3 のモル
分率(a+b=1)が、0.05≦a<1.0、0<b
≦0.95の範囲において、上記実施例1に記載と同等
の効果を実現できる。
r1.5 )O4 とY2 O3 とYTiO3 から、Y(CrM
nTi)O3 ・Y2 O3 の混合焼結体を得るものであ
る。なお、本実施例の場合、混合焼結時に、(Mn1.5
Cr1.5 )O4 に対してYTiO3 のYとTiが固溶す
るため、(M1M2)O3 において、M1としてY、M
2としてCr、MnおよびTiを選択したものとなる。
図14に示す。この製造工程は、大きくは、図中の調合
1から(Mn1.5 Cr1.5 )O4 を得る迄の第1の調製
工程と、得られた(Mn1.5 Cr1.5 )O4 とY2 O3
とYTiO3 とを調合(調合2)してサーミスタ素子を
得る迄の第2の調製工程と、さらに、第2の調製工程に
供するYTiO3 を得る第3の調製工程(図中の調合3
からYTiO3 迄)に分かれる。
り、第3の調製工程は上記実施例4と同様であり、ここ
では省略する。ワイドレンジ型サーミスタ材料として
は、第1の調製工程で得られた(Mn1.5 Cr1.5 )O
4 とY2 O3 と第3の調製工程で得られたYTiO
3 (添加物)を用いる。第2の調製工程では、まず、所
望の抵抗値と抵抗温度係数となるように、(Mn1.5 C
r1.5 )O4 :Y2 O3 :YTiO3 の調合モル比を、
13:84:3となるように(Mn1.5 Cr1.5 )O4
とY2 O3 とYTiO3 とを秤量し全量500gとす
る。また、上記実施例1と同様に、焼結助剤を添加する
(調合2)。
O4 +Y2 O3 +YTiO3 +SiO2 +CaCO3 に
ついて、上記実施例1と同様に混合、粉砕、造粒、乾
燥、成形、焼成を行い、Y(CrMnTi)O3 ・Y2
O3 を素子部とするサーミスタ素子を得て、温度センサ
に組み込む。さらに、上記の第2の調製工程において、
(Mn1.5 Cr1.5 )O4 :Y2 O 3 :YTiO3 の調
合モル比を、37:61:2および4:95.8:0.
2となるように秤量し、以下、同様の手順にてサーミス
タ素子を作製し、温度センサに組み込む。
1.5 Mn1.5 )O3 :Y2 O3 :YTiO3 のモル比
が、13:84:3、37:61:2、4:95.8:
0.2の順に、素子番号16、素子番号17、素子番号
18とする。なお、上述したように、本実施例6では、
混合焼結時に、(Mn1.5 Cr1.5)O4 に対してY2
O3 のYおよびYTiO3 のY、Tiが固溶し、また、
余分な酸素原子は焼結時に大気中に遊離される。その結
果、ペロブスカイト型の(Y(CrMnTi)O3 )と
Y2 O3 の混合焼結体であるa(Y(CrMnTi)O
3 )・bY2 O3 が得られる。
rMnTi)O3 )・bY2 O3 のモル分率a:bの比
は、上記の(Mn1.5 Cr1.5 )O4 :Y2 O3 の調合
モル比と比べてaが若干多めになり、例えば、調合モル
比が、4:95.8であっても、a≧0.05、b≦
0.95となっている。このことは、混合焼結体の組成
および構造等におけるSEM、EPMA等の調査により
確認している。
〜18の素子を組み込んだ温度センサを、高温炉に入
れ、室温(27℃)から1000℃まで、抵抗値の温度
特性を評価した。評価結果を図15の表に示す。図15
に示すように、本実施例6のワイドレンジ型サーミスタ
材料は、aY(CrMnTi)O3 ・bY2 O3 のモル
分率(a+b=1)が、0.05≦a<1.0、0<b
≦0.95の範囲において、上記実施例1に記載と同等
の効果を実現できる。
定化するY2 O3 を用いないで、Y(Cr0.5 M
n0.5 )O3 を単独組成とするサーミスタ素子を用いる
温度センサについて説明する。上記実施例1と同じ製造
方法により、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 を得る。原料
として調製したY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 を用いて、
温度センサとして評価した結果を図16の表に示す。抵
抗値特性の評価方法は、実施例1と同様に行った。
化するY2 O3 を用いない場合には、1000℃の高温
域での抵抗値が低すぎるため温度を検出できない。ま
た、高温耐久試験(抵抗変化率)の結果からも。抵抗変
化率ΔRが、±20%を越え、安定した特性を持つワイ
ドレンジ型サーミスタ素子を提供することができない。
従って、本比較例1におけるY(Cr0.5 Mn0.5 )O
3 単独組成のサーミスタ素子は、本発明の目的とする温
度センサの素子としては使用できない。
定化するY2 O3 を用いないで、YTiO3 を単独組成
とするサ−ミスタ素子を用いる温度センサについて説明
する。上記実施例4と同じ製造方法により、YTiO3
を得る。原料として調製したYTiO3 を用いて、温度
センサとして評価した結果を図16の表に示す。抵抗値
特性の評価方法は、実施例1と同様に行なった。図16
から明らかなように、YTiO3 単独組成のサーミスタ
素子では、室温(27℃)の低温域での抵抗値が著しく
高く、1000kΩより大となるため温度を検出できな
い。また、高温耐久試験の結果からも、抵抗変化率ΔR
が、±20%を越え、安定した特性を持つワイドレンジ
型サーミスタ素子を提供することができない。
素子は、本発明の目的とする温度センサの素子としては
使用できない。 (実施例7)本実施例7では、Y(Cr0.5 Mn0.5 )
O3 とY2 O3 との混合焼結体(M1=Y、M2=C
r、Mn)を得るための原料として、まず、Y(Cr
0.5 Mn 0.5 )O3 を調製する。本実施例7のサーミス
タ素子の製造工程を図17に示す。本実施例は上記第2
の実施形態に係る製造方法である。
O3 は、いずれも99.9%の高純度な原料を用いる。
なお、Y2 O3 とCr2 O3 とMn2 O3 の平均粒径
は、それぞれ1.0μm、2.0〜4.0μm、7.0
〜15.0μmである。各原料の平均粒径は後述の実施
例8〜実施例20、比較例1及び2においても同様のも
のとした。
r0.5 Mn0.5 )O3 迄)では、まず、Y(Cr0.5 M
n0.5 )O3 は、Y2 O3 とCr2 O3 とMn2 O3 と
をモル比(Y:Cr:Mn)が2:1:1となるよう
に、Y2 O3 を268.8g、Cr2 O3 を101g、
Mn2 O3 を104g秤量する(調合1)。この秤量物
を混合するため、ボールミルとしてAl2 O3 又はZr
O2 製玉石φ15を2.5kg、φ20を2.5kgを
入れた樹脂製ポット(容量5リットル)を用い、このポ
ットに入れ、純水1500ccを加えた後、60rpm
で4時間混合する(混合工程)。
Mn2 O3 の混合スラリーを磁器製蒸発皿に移し、熱風
乾燥機にて100〜150℃で12〜17時間乾燥し、
Y2O3 とCr2 O3 とMn2 O3 の混合物を得る。Y
2 O3 とCr2 O3 とMn2O3 の混合固形体をライカ
イ機で粗粉砕し、#30メッシュ篩いで通し、Y2 O 3
とCr2 O3 とMn2 O3 の混合物粉体を得る。
3 とMn2 O3 の混合物粉体を、99.3%Al2 O3
製ルツボに入れ、常圧雰囲気(空気中)で高温炉にて1
100℃で2時間熱処理し、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O
3 を得る。熱処理の塊状の固形となったY(Cr0.5 M
n0.5 )O3 は、ライカイ機で粗粉砕し、#30メッシ
ュ篩いで通し、粉体とする。
n0.5 )O3 とY2 O3 とを用いる。第2の調製工程
(図中、調合2以降)では、まず、所望の抵抗値と抵抗
温度係数となるように、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O
3 (平均粒径2〜5μm)とY2 O 3 (平均粒径1.0
μm)とを調合モル比(Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 :
Y2O3 )が100:22となるようにY(Cr0.5 M
n0.5 )O3 を1560g、Y2 O3 を440g秤量し
合計2000gとする。
囲で液相となるSiO2 、CaCO 3 を焼結助剤として
用い、前記Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O3 合計
2000gに対して、SiO2 は3重量%の60g、C
aCO3 は4.5重量%の90gを添加する(調合
2)。従って、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O3
とSiO2 とCaCO3 とを合計した2150gを粉砕
原料とする。
は、サーミスタ原料の微粒化を行うために、媒体攪拌ミ
ルとしてパールミル装置(アシザワ(株)製 RV1
V、有効容積:1.0リットル 実容量:0.5リット
ル)を使用する。このパールミル装置による操作条件
は、粉砕媒体としてジルコニア製ボール直径0.5mm
を3.0kg使用し攪拌槽体積の80%をジルコニア製
ボールで充填する。
3110rpmとする。なお、粉砕原料2150gに対
して分散媒体に蒸留水を4.5リットル用い、同時にバ
インダーと離型剤と分散剤とを添加して10時間の混合
・粉砕を行う。バインダーとしては、ポリビニルアルコ
ール(PVA)を粉砕原料100g当り1g添加する。
ーをレーザ式粉度計で評価した結果、平均粒径は0.4
μm(ミクロンメータ)であった。これは、混合前のY
2 O 3 の平均粒径1.0μmよりも小さい。得られたサ
ーミスタ材料の原料スラリーは、スプレードライヤで乾
燥室入口温度200℃、出口温度120℃の条件で造粒
・乾燥する。得られたサーミスタ材料の造粒粉は平均粒
径30μmの球状で、この造粒粉を用いてサーミスタ素
子の成形を行う。
Pt100(φ0.3×10.5)をリード線として装
填し、φ1.74のメス金型に造粒粉を入れ、圧力約1
000kgf/cm2 で成形し、リード線が付与された
サーミスタ素子の成形体を得る。そして、焼成工程で
は、サーミスタ素子の成形体を、Al2 O3 製の波型セ
ッタに置き、1500〜1600℃で1〜2時間焼成
し、サーミスタ素子を得る。
タ素子を組み込んだ温度センサは、図2〜図4に示すも
のと同一構造である。得られた温度センサを評価した結
果を、図18に示す。なお、図18中、Y(CrMn)
O3 は、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 を表す。また、図
中、粉砕時の原料成分は、第2の調製工程の粉砕工程に
おける原料成分(本例では、Y(Cr 0.5 Mn0.5 )O
3 とY2 O3 )を示し、粉砕後の平均粒径(μm)は、
第2の調製工程の粉砕後の原料スラリーの平均粒径(本
例では、上記0.4μm)を示す。以下、後述の実施例
8〜実施例14においても同様である。
として±10℃が得られる。なお、上記第2実施形態に
て述べたように、温度精度の評価方法は、温度センサ1
00台の抵抗値−温度データから、350℃における抵
抗値の標準偏差σ(シグマ)を算出し、標準偏差σの6
倍の抵抗値のバラツキ幅(両側)とし、抵抗値バラツキ
幅を温度換算した値を半分にした値Aとして、温度精度
±A℃と表記して評価する。
0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O3 との混合焼結体(M1=
Y、M2=Cr、Mn)を得るための原料として、ま
ず、Crの酸化物とMnの酸化物の混合物を1000℃
以上で仮焼成により得られる(Mn1.5 Cr1. 5 )O4
を調製する。本実施例8のサーミスタ素子の製造工程を
図19に示す。本実施例は上記第2の実施形態に係る製
造方法である。
1.5 Cr1.5 )O4 迄)では、まず、Cr2 O3 とMn
2 O3 とをモル比(Cr:Mn)が1:1となるよう
に、Cr2 O3 を101g、Mn2 03 を104g秤量
する(調合1)。これらCr2 O3 とMn2 O3 につい
て、上記実施例7と同様に、混合(6時間)、乾燥、粉
砕、熱処理を行い(Mn1.5 Cr1.5 )O4 を得る。熱
処理で塊状の固形となった(Mn1.5 Cr1.5 )O
4 は、ライカイ機で粗粉砕し、#30メッシュ篩いで通
し、粉体とする。
1.5 )O4 とY2 O3 とを用いる。第2の調製工程(図
中、調合2以降)では、まず、所望の抵抗値と抵抗温度
係数となるように、(Mn1.5 Cr1.5 )O4 (平均粒
径2〜5μm)とY2 O3(平均粒径1.0μm)とを
モル比((Mn1.5 Cr1.5 )O4 :Y2 O3 )のが1
00:216となるように(Mn1.5 Cr1.5 )O4 を
630g、Y2 O3を1370g秤量し合計2000g
を用意する。また、実施例7と同様に焼結助剤として、
SiO2 を60g、CaCO3 を90gを添加する(調
合2)。
に、実施例7と同様にパールミル装置を使用する。粉砕
処理したサーミスタ材料の原料スラリーをレーザ式粒度
計で評価した結果、平均粒径0.5μm(ミクロンメー
タ)であった。これは、混合前のY2 O3 の平均粒径
1.0μmよりも小さい。原料スラリーは、スプレード
ライヤで造粒・乾燥し、サーミスタ材料の造粒粉を得
る。なお、パールミル装置による粉砕条件及びスプレー
ドライヤの乾燥条件は実施例7と同様である。
サーミスタ素子を得て、一般的な温度センサ・アッシー
に組み込み、温度センサとする。評価結果を、図18に
示す。本実施例8による温度センサは、温度精度±10
℃が得られる。なお、温度精度の評価方法は、実施例7
と同様である。 (実施例9)本実施例9では、Y(Cr0.5 Mn0.5 )
O3 とY2 O3 とTiO2 とからY(CrMnTi)O
3 とY2 O3 の混合焼結体(M1=Y、M2=Cr、M
n、Ti)を得るための原料として、まず、Y(Cr
0.5 Mn0.5 )O3 を調製する。本実施例9のサーミス
タ素子の製造工程を図20に示す。本実施例は上記第2
の実施形態に係る製造方法である。
と同様の方法にて、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 を得
る。本サーミスタ材料は、上記Y(Cr0.5 Mn0.5 )
O3 とY2 O3 とTiO2 とを用いる。第2の調製工程
(図中、調合2以降)では、まず、所望の抵抗値と抵抗
温度係数となるように、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O
3 (平均粒径2〜5μm)とY2 O 3 (平均粒径1.0
μm)とTiO2 とを、調合モル比(Y(Cr0.5 Mn
0.5)O3 :Y2 O3 :TiO2 )が100:22:1
0となるようにY(Cr0.5Mn0.5 )O3 を1520
g、Y2 O3 を400g、TiO2 を80g秤量し合計
2000gとする。また、実施例7と同様に焼結助剤と
して、SiO2 を60g、CaCO3 を90gを添加す
る(調合2)。
2 O3 とTiO2 とSiO2 とCaCO3 とを合計した
2150gを粉砕原料とする。次いでサーミスタ原料の
微粒化を行うために、実施例7と同様にパールミル装置
を使用する。粉砕処理したサーミスタ材料の原料スラリ
ーをレーザ式粒度計で評価した結果、平均粒径0.4μ
m(ミクロンメータ)であった。これは、混合前のY2
O3 の平均粒径1.0μmよりも小さい。
は、スプレードライヤで造粒、乾燥する。微粒化のため
の粉砕条件及びスプレードライヤの条件は実施例7と同
様である。成形は実施例7と同様に金型成形法で行いサ
ーミスタ素子を得て、一般的な温度センサ・アッシーに
組み込み、温度センサとする。
18に示す。本実施例9による温度センサは、温度精度
として±8℃が得られる。なお、温度精度の評価方法は
実施例7と同様である。 (実施例10)本実施例10では、Y(Mn1.5 Cr
1.5 )O4 とY2 O3 とTiO2 とからY(CrMnT
i)O3 とY2 O3 の混合焼結体(M1=Y、M2=C
r、Mn、Ti)を得るための原料として、まず、Cr
の酸化物とMnの酸化物の混合物を1000℃以上で仮
焼成により得られる(Mn1.5 Cr1.5 )O4 を調製す
る。本実施例10のサーミスタ素子の製造工程を図21
に示す。本実施例は上記第2の実施形態に係る製造方法
である。
と同様の方法にて、(Mn1.5 Cr 1.5 )O4 を得る。
本サーミスタ材料は、上記(Mn1.5 Cr1.5 )O4 と
Y2 O3 とTiO2 とを用いる。第2の調製工程(図
中、調合2以降)では、まず、所望の抵抗値と抵抗温度
係数となるように、(Mn1.5 Cr1.5 )O4 (平均粒
径2〜5μm)とY2 O3(平均粒径1.0μm)とT
iO2 とを、モル比((Mn1.5 Cr1.5 )O4 :Y2
O3 :TiO2 )が30:70:10となるように、
(Mn1.5 Cr1.5 )O4 を578g、Y2 O3 を13
55g、TiO2 を67g秤量し合計2000gを用意
する。また、実施例7と同様に焼結助剤として、SiO
2 を60g、CaCO3 を90gを添加する(調合
2)。
に、媒体攪拌ミルとしてパールミル装置を使用する。粉
砕処理したサーミスタ材料の原料スラリーをレーザ式粒
度計で評価した結果、平均粒径0.5μm(ミクロンメ
ータ)であった。これは、混合前のY2 O3 の平均粒径
1.0μmよりも小さい。得られるサーミスタ材料の原
料スラリーは、スプレードライヤで造粒・乾燥する。微
粒化のための粉砕条件及びスプレードライヤの条件は実
施例7と同様である。
いサーミスタ素子を得て、一般的な温度センサ・アッシ
ーに組み込み、温度センサとする。得られた温度センサ
を評価した結果を、図18に示す。本発明による温度セ
ンサは、温度精度として±8℃が得られる。なお、温度
精度の評価方法は、実施例7と同様である。
素子の製造工程を図22に示す。ちなみに、実施例11
〜実施例14は、第2の調製工程における混合・粉砕
(粉砕工程)を媒体攪拌ミルで行う実施例7〜実施例1
0との比較のために、この混合・粉砕を、従来法である
ボールミルで行ったものである。
程において、粉砕工程に従来法であるボールミルを用い
る。第1の調製工程では、上記実施例7の第1の調製工
程と同様にしてY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 を得る。第
2の調製工程では、まず、所望の抵抗値と抵抗温度係数
となるように、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 (平均粒径
2〜5μm)を390g、Y2 O3 (平均粒径1.0μ
m)を110g秤量し合計500gとする。また、Si
O2 、CaCO3 を焼結助剤として用い、SiO2 は1
5g、CaCO3 は23gを添加する(調合2)。従っ
て、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O3 とSiO2
とCaCO3 とを合計した538gを混合・粉砕原料と
する。
は、Al2 O3 製玉石φ15を2.5kg、φ20を
2.5kgを入れた樹脂製ポット(容量5リットル)の
中にサーミスタ原料を入れ、純水1800ccを加えた
後、60rpmで6時間混合・粉砕する。粉砕処理した
サーミスタ材料の原料スラリーをレーザ式粒度計で評価
した結果、平均粒径3.0μm(ミクロンメータ)であ
った。これは、混合前のY2 O3の平均粒径1.0μm
よりも大きい。
は、実施例7と同様にスプレードライヤで造粒・乾燥す
る。得られたサーミスタ材料の造粒粉を用いてサーミス
タ素子の成形を行う。成形は実施例7と同様に金型成形
法で行い、サーミスタ素子を得て、一般的な温度センサ
・アッシーに組み込み、温度センサとする。得られた温
度センサを評価した結果を、図18に示す。本実施例1
1による温度センサの温度精度は、±30℃である。な
お、温度精度の評価方法は実施例7と同様である。
に組み込んだサーミスタ素子は、本発明の目的である良
好な抵抗値の温度特性を示す。すなわち、室温(27
℃)から1000℃までにおいて、低抵抗値(50Ω〜
100kΩ)、良好な抵抗温度係数β(2000〜40
00(°K))、小さい抵抗変化率(±10%以下)を
示す。
おいて、第2の調製工程における粉砕工程(混合・粉
砕)に、従来法であるボールミルを用いるものである。
Y(CrMn)O3 とY2 O3 との混合焼結体を得るた
めの原料として、(Mn1.5 Cr1.5 )O4 とY2 O3
とを用いる。第1の調製工程では、実施例8の第1の調
製工程と同様にして(Mn1.5 Cr1.5 )O4 を得る。
と抵抗温度係数となるように、(Mn1.5 Cr1.5 )O
4 (平均粒径2〜5μm)を158g、Y2 O3 (平均
粒径1.0μm)を342g秤量し合計500gを用意
する。また、SiO2 、CaCO3 を焼結助剤として用
い、SiO2 は15g、CaCO3 は23gを添加する
(調合2)。従って、(Mn1.5 Cr1.5 )O4 とY2
O3 とSiO2 とCaCO3 とを合計した538gを粉
砕原料とする。
は、実施例11と同様に混合・粉砕する。粉砕処理した
サーミスタ材料の原料スラリーをレーザ式粒度計で評価
した結果、平均粒径2.7μm(ミクロンメータ)であ
った。これは、混合前のY2O3 の平均粒径1.0μm
よりも大きい。得られるサーミスタ材料の原料スラリー
は、実施例7と同様にスプレードライヤで造粒・乾燥す
る。得られたサーミスタ材料の造粒粉を用いてサーミス
タ素子の成形を行う。成形は実施例7と同様に金型成形
法で行い、サーミスタ素子を得て、一般的な温度センサ
・アッシーに組み込み、温度センサとする。
18に示す。本実施例12による温度センサの温度精度
は、±30℃である。なお、温度精度の評価方法は実施
例7と同様である。なお、本実施例12においても、温
度センサに組み込んだサーミスタ素子は、実施例11同
様、本発明の目的である良好な抵抗値の温度特性を示
す。
の第2の調製工程において、粉砕工程(混合・粉砕)
に、従来法であるボールミルを用いるものである。Y
(CrMn)O3 とY2O3 との混合焼成結体を得るた
めの原料として、Y(Cr・Mn)O3 とY2 O 3 とT
iO2 とを用いる。第1の調製工程では、上記実施例7
の第1の調製工程と同様にしてY(Cr0.5 Mn0.5 )
O3 を得る。
と抵抗温度係数となるように、Y(Cr0.5 Mn0.5 )
O3 (平均粒径2〜5μm)を380g、Y2 O3 (平
均粒径1.0μm)を100g、TiO3 を20g秤量
し合計500gとする。また、SiO2 、CaCO3 を
焼結助剤として用い、SiO2 は15g、CaCO3は
23gを添加する(調合2)。従って、Y(Cr0.5 M
n0.5 )O3 とY2 O 3 とSiO2 とCaCO3 とを合
計した538gを粉砕原料とする。
は、実施例11と同様に混合・粉砕する。粉砕処理した
サーミスタ材料の原料スラリーをレーザ式粒度計で評価
した結果、平均粒径3.0μm(ミクロンメータ)であ
った。これは、混合前のY2O3 の平均粒径1.0μm
よりも大きい。得られるサーミスタ材料の原料スラリー
は、実施例7と同様にスプレードライヤで造粒・乾燥す
る。得られたサーミスタ材料の造粒粉を用いてサーミス
タ素子の成形を行う。成形は実施例7と同様に金型成形
法で行い、サーミスタ素子を得て、一般的な温度センサ
・アッシーに組み込み、温度センサとする。
18に示す。本実施例13による温度センサの温度精度
は、±25℃である。なお、温度精度の評価方法は実施
例7と同様である。なお、本実施例13においても、温
度センサに組み込んだサーミスタ素子は、実施例11同
様、本発明の目的である良好な抵抗値の温度特性を示
す。
10の第2の調製工程において、粉砕工程(混合・粉
砕)に、従来法であるボールミルを用いるものである。
Y(CrMnTi)O 3 とY2 O3 との混合焼結体を得
るための原料として、(Mn1.5 Cr1.5 )O 4 とY2
O3 とTiO2 とを用いる。第1の調製工程では、実施
例8の第1の調製工程と同様にして(Mn1.5 C
r1.5 )O4 を得る。
温度係数となるように、(Mn1.5Cr1.5 )O4 (平
均粒径2〜5μm)とY2 O3 (平均粒径1.0μm)
とTiO2 とを、(Mn1.5 Cr1.5 )O4 を145
g、Y2 O3 を338g、TiO2 を17g秤量し合計
500gを用意する。また、SiO2 、CaCO3 を焼
結助剤として用い、SiO2 は15g、CaCO3 は2
3gを添加する(調合2)。従って、(Mn1.5 Cr
1.5 )O4 とY2 O3 とTiO2 とSiO2 とCaCO
3 とを合計した538gを粉砕原料とする。
は、実施例11と同様に混合・粉砕する。粉砕処理した
サーミスタ材料の原料スラリーをレーザ式粒度計で評価
した結果、平均粒径3.0μm(ミクロンメータ)であ
った。これは、混合前のY2O3 の平均粒径1.0μm
よりも大きい。得られるサーミスタ材料の原料スラリー
は、実施例7と同様にスプレードライヤで造粒・乾燥す
る。得られたサーミスタ材料の造粒粉を用いてサーミス
タ素子の成形を行う。成形は実施例7と同様に金型成形
法で行い、サーミスタ素子を得て、一般的な温度センサ
・アッシーに組み込み、温度センサとする。
18に示す。本実施例14による温度センサの温度精度
は、±25℃である。なお、温度精度の評価方法は実施
例7と同様である。なお、本実施例14においても、温
度センサに組み込んだサーミスタ素子は、実施例11同
様、本発明の目的である良好な抵抗値の温度特性を示
す。
較すると、いずれのサーミスタ素子も、本発明の目的で
ある良好な抵抗値の温度特性を示すが、センサの温度精
度においては、実施例7〜実施例10記載の製造方法
が、実施例11〜実施例14の製造方法よりも優れてい
るといえる。つまり、実施例7〜実施例10記載の製造
方法では、上記第1実施形態に記載の効果を達成しつ
つ、サーミスタ材料の微粒化により組成の均一混合をは
かり、混合焼結体(M1M2)O3 ・Y2 O3 の組成変
動を低減することで、抵抗値のバラツキを低減できる。
実施形態に係る製造方法(実施例7〜10)により生成
した場合は、従来のボールミルを用いた製造方法(実施
例11〜14、温度精度±20〜30℃)に比べて、室
温〜1000℃において温度精度が±10℃以下に向上
し、温度センサの高精度化が可能となるサーミスタ素子
を提供できる。
3 とCr2 O3 とMn2 O3 とCaCO3 を原料に、Y
(Cr0.5 Mn0.5 )O3 ・Y2 O3 の混合焼結体(M
1=Y、M2=Cr、Mn)を得る。本実施例15のサ
ーミスタ素子の製造工程を図23に示す。本実施例は、
上記第3実施形態にて述べた第1の製造方法に係るもの
である。すなわち、第1の調製工程(図中、調合1から
Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 ・Y 2 O3 )において上述
の前駆体を得るものであり、また、第1の調製工程の混
合工程、及び第2の調製工程(図中、調合2以降)の粉
砕工程において媒体攪拌ミルを用いる。
とCr2 O3 とMn2 O3 とCaCO3 を用意する。調
合1では、サーミスタ素子として所望の抵抗値と抵抗温
度係数となるように、これら各成分を調合する。具体的
には、aY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 ・bY2 O3 のa
とb(モル分率)が、a:b=38:62となるように
Y2 O3 とCr2 O3 とMn2 O3 を秤量して全量20
00gとする。さらにCaCO3 を36g添加し、Y2
O3 とCr2 O3 とMn2 O3 のとCaCO3 を合計し
た2036gを混合原料とする(調合1)。
ために媒体攪拌ミルを用いる。本案の媒体攪拌ミルは、
パールミル装置(アシザワ(株) RV1V、有効容
量:1.0リットル、実容量:0.5リットル)を用い
る。前記パールミル装置による混合条件は、粉砕媒体と
してジルコニア製ボール直径0.5mmを3.0Kg使
用し、攪拌槽体積の80%をジルコニア製ボールで充填
する。
3110rpmで行う。なお、混合原料2036gに対
して分散媒に蒸留水を4.5リットル用い、同時に分散
剤とバインダーを添加して10時間の混合、粉砕を行
う。バインダーとしては、ポリビニルアルコール(PV
A)を混合原料2036g当り20g添加する。上記混
合工程にて、混合・粉砕処理したサーミスタ材料の原料
スラリーをレーザ式粒度計で評価した結果、平均粒径は
0.4μm(ミクロンメータ)であった。これは混合前
のY2 O3 の平均粒径(1.0μm)よりも小さく且つ
0.5μmより小さい。
ヤで乾燥室入口温度200℃、出口温度120℃の条件
で乾燥する。得られたサーミスタ原料粒は平均粒径30
μmの球状で、この原料粉を99.3%Al2 O3 製ル
ツボに入れ、高温炉で大気中にて1100〜1300℃
で1〜2時間仮焼成し、前駆体Y(Cr0.5 Mn0.5)
O3 ・Y2 O3 を得る(仮焼成工程)。
r0.5 Mn0.5 )O3 ・Y2 O3 をライカイ機で粗粉砕
し、#30メッシュ篩いで通し、前駆体Y(Cr0.5 M
n0. 5 )O3 ・Y2 O3 の粉体を得る。次いで、調合2
において、上記前駆体Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 ・Y
2 O3の粉体を2000g用意する。
ミル装置を使用する。そして、調合2で用意された前駆
体に、分散剤、バインダー、離型剤を添加し、混合・粉
砕して微粒化する。このパールミル装置による粉砕条件
は、上記混合工程の条件と同じである。粉砕処理をした
サーミスタ材料の原料スラリーをレーザ式粒度計で評価
した結果、平均粒径は0.3μm(ミクロンメータ)で
あった。これは、調合1にて調合する前のY2 O3 の平
均粒径1.0μmよりも小さい。
n0.5 )O3 ・Y2 O3 のスラリーは、上記乾燥工程の
条件同様に、スプレードライヤで造粒し、Y(Cr0.5
Mn0.5 )O3 ・Y2 O3 の造粒粉を得る。このY(C
r0.5 Mn0.5 )O3 ・Y2 O3 の造粒粉を用いてサー
ミスタ素子の成形を行う。成形工程は金型成形法で行
い、オス金型にPt100(φ0.3mm×10.5m
m)をリード線として装填し、外径φ1.89mmのメ
ス金型にY(Cr0. 5 Mn0.5 )O3 ・Y2 O3 の造粒
粉を入れ、圧力約1000Kgf/cm2 で成形し、リ
ード線が付与されたサーミスタ素子の成形体を得る。
波型セッタに並べ、大気中1400〜1600℃で1〜
2時間焼成し、外径φ1.60mmサーミスタ素子(混
合焼結体)を得る。このサーミスタ素子を温度センサア
ッシーに組み込み、温度センサとする。これらサーミス
タ素子及び温度センサの構造は、図2ないし図4のもの
と同構造である。
に、高温炉に入れ、室温(27℃)から1000℃ま
で、抵抗値温度特性を評価する。評価結果を図24に示
す。また、得られた温度センサの温度精度を、上記実施
例7と同様に評価した結果を、図25に示す。なお、図
25において、図中、粉砕時の原料成分は、第2の調製
工程の粉砕工程における原料成分(本例では、前駆体Y
(Cr0.5 Mn0.5 )O3 ・Y2 O3)を示し、混合後
の平均粒径(μm)は、第1の調製工程の混合工程にお
ける粉砕後の原料スラリーの平均粒径(本例では、上記
0.4μm)を示し、粉砕後の平均粒径(μm)は、第
2の調製工程の粉砕工程における粉砕後の原料スラリー
の平均粒径(本例では、上記0.3μm)を示す。以
下、後述の実施例16〜実施例20及び比較例3で評価
した比較例1及び2においても同様である。
度として±7℃が得られる。さらに、調合1で、Y(C
r0.5 Mn0.5 )O3 :Y2 O3 のモル比(a:b)
が、95:5及び5:95となるように調製したサーミ
スタ原料で、同様にサーミスタ素子を製作を実施し、温
度センサとして評価した結果(抵抗値温度特性)を図2
4を示す。ここで、本実施例15において、上記モル比
a:bが、38:62、95:5、5:95の順に、素
子番号19、素子番号20、素子番号21とし、図24
に記す。
ミスタ素子は、aY(Cr0.5 Mn 0.5 )O3 ・bY2
O3 のモル分率(a+b=1)が、0.05≦a<1.
0、0<b≦0.95の範囲において温度センサとして
必要な50Ω〜100kΩの抵抵抗値であり、抵抗温度
係数βについても、2000〜4000(K)を示し、
それ故、室温から1000℃の高温域にわたって温度を
検知できる。
からも、抵抗値の変化の少ない安定した特性を持つサー
ミスタ素子を提供することができる。 (実施例16)本実施例16は、Y(Cr0.5 M
n0.5 )O3 とY2 O3 から、Y(Cr0.5Mn0.5 )
O3 ・Y2 O3 の混合焼成結体(M1=Y、M2=C
r、Mn)を得る。本実施例16のサーミスタ素子の製
造工程を図26に示す。
第2の製造方法に係るものである。すなわち、第1の調
製工程(図中、調合1からY(Cr0.5 Mn0.5 )
O3 )においてY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 を得るもの
であり、また、第1の調製工程の混合工程、及び第2の
調製工程(図中、調合2以降)の粉砕工程において媒体
攪拌ミルを用いる。
とCr2 O3 とMn2 O3 とCaCO3 を用意する。調
合1では、Y:Cr:Mnのモル比が、2:1:1とな
るようにY2 O3 とCr2 O3 とMn2 O3 を秤量して
全量644gとし、さらにCaCO3 を36g添加し、
Y2 O3 とCr2 O3 とMn2 O3 とCaCO3 とを合
計した680gを混合原料とする。
に、実施例15と同様に媒体攪拌ミルを用いる。混合条
件は、実施例15と同様に行う。この混合工程にて、混
合・粉砕処理したサーミスタ材料の原料スラリーをレー
ザ式粒度計で評価した結果、平均粒径は0.3μm(ミ
クロンメータ)であった。これは混合前のY2 O3 の平
均粒径(1.0μm)よりも小さく且つ0.5μmより
小さい。
と同様に、スプレードライヤで造粒、乾燥した後、仮焼
成して、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 を得る。仮焼成で
塊状の固形となったY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 をライ
カイ機で粗粉砕し、#30メッシュ篩いで通し、Y(C
r0.5 Mn0.5 )O3 の粉体を得る。次いで、調合2
で、サーミスタ素子として所望の抵抗値と抵抗温度係数
となるように調合する。具体的には、aY(Cr0.5 M
n0.5 )O3 ・bY2 O3 のaとbが、a:b=38:
62となるように、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 (粉
体)とY2 O3 を秤量して全量2000gとする。
3 とY2 O3 を、混合工程と同様にパールミル装置を使
用し、混合・粉砕して微粒化を行う。パールミル装置に
よる粉砕条件は、混合工程の条件と同じである。また、
この粉砕工程では、分散剤、バインダー、離型剤を添加
し、同時に混合・粉砕する。粉砕処理したサーミスタ材
料の原料スラリーをレーザ式粒度計で評価した結果、平
均粒径は0.4μm(ミクロンメータ)であった。これ
は、調合2にて調合する前のY2 O3 の平均粒径1.0
μmよりも小さい。
とY2 O3 とのスラリーをスプレードライヤで造粒し、
Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O3 との造粒粉を得
る。続いて、この混合造粒粉を用いて、上記実施例15
と同様に、金型成形、焼成を行い、サーミスタ素子を得
る。このサーミスタ素子は、実施例15と同様に、温度
センサアッシーに組み込み、温度センサとする。これら
サーミスタ素子及び温度センサの構造は、図2ないし図
4のものと同構造である。
評価した。抵抗値温度特性の評価結果を図27に、温度
精度の評価結果を図25に示す。本実施例16による温
度センサは、図25に示す様に、温度精度として±5℃
が得られる。本実施例16では、第1の調製工程の混合
工程及び第2の調製工程の粉砕工程において媒体攪拌ミ
ルでの粉砕微粒化を行っており、後者の工程でのみ媒体
攪拌ミルでの粉砕微粒化を行った上記実施例7(温度精
度±10℃)に比べて、より温度精度が向上したサーミ
スタ素子を提供できる。
0.5 )O3 :Y2 O3 のモル比(a:b)が、95:5
及び5:95となるように調製したサーミスタ原料で、
同様にサーミスタ素子を製作を実施し、温度センサとし
て評価した結果を図27に示す。ここで、本実施例16
において、上記モル比a:bが、38:62、95:
5、5:95の順に、素子番号22、素子番号23、素
子番号24とし、図27に記す。
ミスタ素子は、aY(Cr0.5 Mn 0.5 )O3 ・bY2
O3 のモル分率(a+b=1)が、0.05≦a<1.
0、0<b≦0.95の範囲において温度センサとして
必要な50Ω〜100kΩの抵抵抗値であり、抵抗温度
係数βについても、2000〜4000(K)を示し、
それ故、室温から1000℃の高温域にわたって温度を
検知できる。
からも、抵抗値の変化の少ない安定した特性を持つサー
ミスタ素子を提供することができる。 (実施例17)本実施例17では、Y2 O3 とCr2 O
3 とMn2 O3 とCaCO3 を原料に、Y(Cr0.5 M
n0.5 )O3 ・Y2 O3 の混合焼結体(M1=Y、M2
=Cr、Mn)を得る。本実施例17のサーミスタ素子
の製造工程を図28に示す。
べた第1の製造方法に係るものである。すなわち、第1
の調製工程(図中、調合1からY(Cr0.5 Mn0.5 )
O3・Y2 O3 )において上述の前駆体を得るものであ
り、また、第1の調製工程の混合工程において媒体攪拌
ミルを、第2の調製工程(図中、調合2以降)の粉砕工
程においてボールミルを用いる。つまり、上記実施例1
5における粉砕工程で媒体攪拌ミルの代わりにボールミ
ルを用いる。
15と同様であり、説明を省略する。なお、本実施例1
7においても、調合1において、aY(Cr0.5 Mn
0.5 )O3 ・bY2 O3 のaとb(モル分率)は、a:
b=38:62であり、混合工程にて混合・粉砕処理し
たサーミスタ材料の原料スラリーをレーザ式粒度計で評
価した結果、平均粒径は0.4μm(ミクロンメータ)
であった。
られた前駆体Y(Cr0.5 Mn0.5)O3 ・Y2 O3 の
粉体を2000g用意する。次いで、粉砕工程では、調
合2で用意されたY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 ・Y 2 O
3 に分散剤、バインダー、離型剤を添加し、混合・粉砕
するために、ボールミル装置を使用する。
は、Al2 O3 製玉石φ15を10kg、φ20を10
kgを入れた樹脂製ポット(容量20リットル)の中
に、調合2で用意された粉体2000gを入れ、純水6
000ccを加えた後、60rpmで6時間混合・粉砕
する。粉砕処理したサーミスタ材料の原料スラリーをレ
ーザ式粉度計で評価した結果、平均粒径1.8μm(ミ
クロンメータ)であった。これは、調合1にて調合する
前のY2 O3 の平均粒径1.0μmよりも大きい。
とY2 O3 とのスラリーは、実施例15と同様に、造
粒、金型成形、焼成を行い、サーミスタ素子を得る。こ
のサーミスタ素子は、実施例15と同様に、温度センサ
アッシーに組み込み、温度センサとする。これらサーミ
スタ素子及び温度センサの構造は、図2ないし図4のも
のと同構造である。
評価した。抵抗値温度特性は実施例15と同様(図24
においてa:b=38:62の抵抗値温度特性)であっ
た。また、温度精度の評価結果を図25に示す。本実施
例17による温度センサは、温度精度として±10℃が
得られる。さらに、混合工程で、Y(Cr0.5 M
n0.5 )O3 :Y2 O3 のモル比が、95:5及び5:
95となるように調製したサーミスタ原料でサーミスタ
素子を製作を実施し、温度センサとして評価した。その
結果、これらサーミスタ素子の抵抗値温度特性は、実施
例15の同じモル比のもの(図24参照)と同様の良好
な結果であった。
は、aY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 ・bY2 O3 のモル
分率(a+b=1)が、0.05≦a<1.0、0<b
≦0.95の範囲において温度センサとして必要な50
Ω〜100kΩの抵抵抗値であり、抵抗温度係数βにつ
いても、2000〜4000(K)を示し、それ故、室
温から1000℃の高温域にわたって温度を検知でき
る。
からも、抵抗値の変化の少ない安定した特性を持つサー
ミスタ素子を提供することができる。 (実施例18)本実施例18は、Y(Cr0.5 M
n0.5 )O3 とY2 O3 から、Y(Cr0.5Mn0.5 )
O3 ・Y2 O3 の混合焼結体(M1=Y、M2=Cr、
Mn)を得る。本実施例18のサーミスタ素子の製造工
程を図29に示す。
べた第2の製造方法に係るものである。すなわち、第1
の調製工程(図中、調合1からY(Cr0.5 Mn0.5 )
O3)においてY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 を得るもの
であり、また、第1の調製工程の混合工程において媒体
攪拌ミルを、及び第2の調製工程(図中、調合2以降)
の粉砕工程においてボールミルを用いる。つまり、上記
実施例16における粉砕工程で媒体攪拌ミルの代わりに
ボールミルを用いる。
16と同様であり、説明を省略する。なお、本実施例1
8においても、調合1において、混合工程にて混合・粉
砕処理したサーミスタ材料の原料スラリーをレーザ式粒
度計で評価した結果、平均粒径は0.3μm(ミクロン
メータ)であった。そして、第1の調製工程から、仮焼
成されたY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 の粉体を得る。
抵抗値と抵抗温度係数とすべく、aY(Cr0.5 Mn
0.5 )O3 ・bY2 O3 のaとbが、a:b=38:6
2となるように、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 (粉体)
とY2 O3 とを秤量して全量2000gとする。次い
で、粉砕工程では、調合2で秤量されたY(Cr0.5 M
n0.5 )O3 とY 2 O3 との秤量物を混合・粉砕するた
めに、ボールミル装置を使用する。このボールミル装置
による粉砕条件としては、Al2 O3 製玉石φ15を1
0kg、φ20を10kgを入れた樹脂製ポット(容量
20リットル)の中に、上記混合秤量物2000gを入
れ、純水6000ccを加えた後、60rpmで6時間
混合・粉砕する。
ーをレーザ式粒度計で評価した結果、平均粒径1.8μ
m(ミクロンメータ)であった。これは、調合2にて調
合する前のY2 O3 の平均粒径1.0μmよりも大き
い。また、混合・粉砕工程で、分散剤、バインダー、離
型剤を添加し、同時に粉砕する。粉砕後に得たY(Cr
0.5 Mn0.5 )O3 ・Y2 O3 のスラリーは、実施例1
5と同様に、造粒、金型成形、焼成し、サーミスタ素子
を得る。このサーミスタ素子は、実施例15と同様に、
温度センサアッシーに組み込み、温度センサとする。こ
れらサーミスタ素子及び温度センサの構造は、図2ない
し図4のものと同構造である。
評価した。抵抗値温度特性は上記実施例16と同様(図
27においてa:b=38:62の抵抗値温度特性)で
あった。また、温度精度の評価結果を図25に示す。本
実施例18による温度センサは、温度精度として±10
℃が得られる。
0.5 )O3 :Y2 O3 のモル比が、95:5及び5:9
5となるように調製したサーミスタ原料で、サーミスタ
素子を製作を実施し、温度センサとして評価した結果、
上記実施例16の同じモル比のもの(図27参照)と同
様の良好な抵抗温度特性を示した。従って、本実施例1
8のサーミスタ素子は、aY(Cr0.5 Mn0.5 )O3
・bY2 O3 のモル分率(a+b=1)が、0.05≦
a<1.0、0<b≦0.95の範囲において温度セン
サとして必要な50Ω〜100kΩと抵抵抗値であり、
抵抗温度係数βについても、2000〜4000(K)
を示し、それ故、室温から1000℃の高温域にわたっ
て温度を検知できる。
からも、抵抗値の変化の少ない安定した特性を持つサー
ミスタ素子を提供することができる。 (実施例19)本実施例19は、基本的には実施例15
及び実施例17と同様であり、Y2 O 3 とCr2 O3 と
Mn2 O3 とCaCO3 を原料に、前駆体を生成し、Y
(Cr 0.5 Mn0.5 )O3 ・Y2 O3 の混合焼結体(M
1=Y、M2=Cr、Mn)を得る。本実施例19のサ
ーミスタ素子の製造工程を図30に示す。
法において、混合工程及び粉砕工程共に、従来法である
ボールミル装置を用いるものである。実施例15と同様
に、いずれの純度も99.9%以上のY2 O3 とCr2
O3とMn2 O3 とCaCO3 を用意し、調合1では、
サーミスタ素子として所望の抵抗値と抵抗温度係数とな
るように、これら各成分を調合する。
3 ・bY2 O3 のaとb(モル分率)が、a:b=3
8:62となるようにY2 O3 とCr2 O3 とMn2 O
3 を秤量して全量2000gとする。さらにCaCo3
を36g添加し、Y2 O3 とCr2 O3 とMn2 O3 と
CaCO3 とを合計した2036gを混合原料とする。
次いで、この混合原料を、混合工程においてボールミル
装置を用いて混合・粉砕する。操作条件としては、Al
2 O3 製玉石φ15を2.5Kg、φ20を2.5Kg
を入れた樹脂製ポット(容量20リットル)の中にサー
ミスタ原料を入れ、純水6000ccを加えた後、60
rpmで6時間混合・粉砕する。
ーをレーザ式粒度計で評価した結果、平均粒径2.0μ
m(ミクロンメータ)であった。これは混合前のY2 O
3 の平均粒径1.0μmよりも大きい。得られた原料ス
ラリーは、スプレードライヤで乾燥室入口温度200
℃、出口温度120℃の条件で乾燥する。得られたサー
ミスタ原料粉は平均粒径30μmの球状で、この原料粉
を99.3%Al2 O3 製ルツボに入れ、高温炉で大気
中にて1100〜1300℃で1〜2時間仮焼成し、前
駆体Y(Cr0.5 Mn0.5)O3 ・Y2 O3 を得る。
r0.5 Mn0.5 )O3 ・Y2 O3 をライカイ機で粗粉砕
し、#30メッシュ篩いで通し、Y(Cr0.5 M
n0.5 )O 3 ・Y2 O3 の粉体を得る。次いで、粉砕工
程では、この粉体を微粒化で行うために、混合工程と同
様にボールミル装置を使用する。このボールミル装置に
よる粉砕条件は、混合工程の条件と同じである。
ーをレーザ式粒度計で評価した結果、平均粒径3.0μ
m(ミクロンメータ)であった。得られたサーミスタ材
料の原料スラリーは、実施例15と同様に、造粒・乾
燥、金型成形、焼成を行い、サーミスタ素子を得る。こ
のサーミスタ素子は、温度センサ・アッシーに組み込
み、温度センサとする。これらサーミスタ素子及び温度
センサの構造は、図2ないし図4のものと同構造であ
る。
評価した。抵抗値温度特性は実施例15の同じモル比
(a:b=38:62)のもの(図24参照)と同様で
あり、良好であった。また、温度精度の評価結果を、図
25に示す。本実施例19による温度センサの温度精度
は、±30℃である。
は実施例16及び実施例18と同様であり、Y2 O 3 と
Cr2 O3 とMn2 O3 とCaCO3 を原料に、仮焼成
でY(Cr0.5 Mn 0.5 )O3 を生成し、Y(Cr0.5
Mn0.5 )O3 ・Y2 O3 の混合焼結体(M1=Y、M
2=Cr、Mn)を得る。本実施例20のサーミスタ素
子の製造工程を図31に示す。
法において、混合工程及び粉砕工程共に、従来法である
ボールミル装置を用いるものである。実施例16と同様
に、いずれの純度も99.9%以上のY2 O3 とCr2
O3とMn2 O3 とCaCO3 を用意する。調合1で
は、Y:Cr:Mnのモル比が、2:1:1となるよう
に、Y2 O3 とCr2 O3 とMn2 O3 を秤量して全量
644gとし、さらにCaCO3 を36g添加し、Y2
O3 とCr2 O3 とMn 2 O3 とCaCO3 とを合計し
た680gを混合原料とする。
をボールミル装置を用いて混合・粉砕する。その操作条
件としては、Al2 O3 製玉石φ15を2.5Kg、φ
20を2.5Kgを入れた樹脂製ポット(容量5リット
ル)の中にサーミスタ原料を入れ、純水1800ccを
加えた後、60rpmで6時間混合・粉砕する。粉砕処
理したサーミスタ材料の原料スラリーをレーザ式粒度計
で評価した結果、平均粒径1.7μm(ミクロンメー
タ)であった。これは混合前のY2 O3 の平均粒径1.
0μmよりも大きい。
と同様に、スプレードライヤで造粒、乾燥した後、仮焼
成して、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 を得る。仮焼成で
塊状の固形となったY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 をライ
カイ機で粗粉砕し、#30メッシュ篩いで通し、Y(C
r0.5 Mn0.5 )O3 の粉体を得る。次いで、調合2で
サーミスタ素子として所望の抵抗値と抵抗温度係数とす
べく、aY(Cr0.5 Mn0.5 )O3 ・bY2 O3 のa
とb(モル分率)が、a:b=38:62となるよう
に、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 とY2 O3 を秤量して
全量2000gとする。
O3 を粉砕工程で粉砕するために、混合工程と同様にボ
ールミル装置を使用する。このボールミル装置による粉
砕操作条件としては、Al2 O3 製玉石φ15を10k
g、φ20を10kgを入れた樹脂製ポット(容量20
リットル)の中に調合2で得られたサーミスタ原料を入
れ、純水600ccを加えた後、60rpmで6時間混
合・粉砕する。
ーをレーザ式粒度計で評価した結果、平均粒径2.7μ
m(ミクロンメータ)であった。得られるサーミスタ材
料の原料スラリーは、実施例15と同様に、造粒・乾
燥、金型成形、焼成を行い、サーミスタ素子を得る。サ
ーミスタ素子は、温度センサ・アッシーに組み込み、温
度センサとする。これらサーミスタ素子及び温度センサ
の構造は、図2ないし図4のものと同構造である。
評価した。抵抗値温度特性は実施例16の同じモル比
(a:b=38:62)のもの(図27参照)と同様で
あり、良好であった。また、温度精度の評価結果を、図
25に示す。本実施例20による温度センサの温度精度
は、±25℃である。
例2において、上記実施例15と同様にして、混合後の
平均粒径(μm)、粉砕後の平均粒径(μm)、及び温
度精度を評価した。その結果を図25に示す。以上のご
とく、実施例15〜実施例20を比較すると、いずれの
サーミスタ素子も、本発明の目的である良好な抵抗値の
温度特性を示す。
記第3実施形態の製造方法に係る実施例15〜実施例1
8の製造方法が、実施例19、実施例20の製造方法よ
りも優れており、更に、実施例15及び16の製造方法
は、実施例17及び18の製造方法よりも優れていると
いえる。つまり、仮焼成前の第1の調製工程における混
合工程、及び第2の調製工程における粉砕工程におい
て、媒体攪拌ミルを用いて原料粒径が所定値以下となる
ように微粒化を行う工程の多い程、センサの温度精度が
向上している。
〜20の以外に、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 と(Mn
1.5 Cr1.5 )O4 とY2 O3 とTiO2 の組成、また
は、Y(Cr0.5 Mn0.5 )O3 と(Mn1.5 C
r1.5 )O4 とY2 O3 とYTiO3 の組成から、上記
実施例3ないし6のようなY(CrMnTi)O3 とY
2 O3 との混合焼結体からなるワイドレンジ型サーミス
タ素子を提供することもできる。
Cr2 O3 等のクロム化合物と、Mn2 O3 等のマンガ
ン化合物から、上記実施例1および2のようなY(Cr
Mn)O3 とY2 O3 の混合焼結体からなるワイドレン
ジ型サーミスタ素子を調製できることはいうまでもな
い。さらには、Y2 O3 等のイットリア化合物と、Cr
2 O3 等のクロム化合物と、Mn2 O3 等のマンガン化
合物と、TiO2 等のチタン化合物から、上記実施例3
ないし6のようなY(CrMnTi)O3 とY2 O3 と
の混合焼結体からなるワイドレンジ型サーミスタ素子を
調製できることはいうまでもない。
調製工程において、仮焼成前の乾燥を熱風乾燥して混合
固形体をライカイ機で粗粉砕して仮焼成を行っている
が、組成の均一性を図るために、混合工程でバインダー
を添加し、スプレードライヤにより造粒、乾燥した混合
粉を仮焼成を実施することによっても、ワイドレンジ型
サーミスタ素子を提供することができる。
ミスタ素子の製造工程の仮焼成を2回以上実施すること
によってもワイドレンジ型サーミスタ素子を提供するこ
とができる。上記各実施例1〜20では、リード線の線
径、長さをφ0.3×10.5(mm)、材質をPt1
00(純白金)としていたが、温度センサの形状、寸法
及び温度センサの使用環境条件に応じて、リード線の形
状、線径、長さを任意に選択でき、リード線の材質はP
t100(純白金)のみならず、サーミスタ素子の焼成
温度に耐えうる融点を持ち、リード線としての導電性が
得られる、例えばPt80Ir20(白金80%、イリ
ジウム20%)等の高融点金属も使用できる。
断面形状を円形以外、例えば矩形、半円等の形状とする
ことも可能であり、リード線表面にローレット加工等で
凹凸を付与し、サーミスタ素子のリード線として使用し
てもよい。また、上記各実施例1〜20では、サーミス
タ素子の成形方法としてリード線をインサートして、金
型成形を行っているが、サーミスタ原料(粉体)を用い
て円柱成形体を成形後に、リード線を付与するための穴
を開け、リード線を装填して焼成することで、リード線
を形成し、サーミスタ素子を得ることができる。
を形成し、サーミスタ素子を得ることも可能である。ま
た、サーミスタ素子の原料にバインダー、樹脂材料等を
混合添加して、押し出し成形に好適な粘度、固さに調整
し、押し出し成形により、リード線を付与するための穴
が形成されたサーミスタ素子の成形体を得、リード線を
装填して焼成することで、リード線を形成したサーミス
タ素子を得ることができる。
ー、樹脂材料等を混合添加して、シート成形に好適な粘
度、固さに調整し、厚さ200μmのシート状のサーミ
スタシートを得る。このサーミスタシートを5枚積層し
厚さを1mmとし、金型により外径がφ1.8mmリー
ド線を付与するための穴を直径φ0.4mmで形成され
たサーミスタ素子の成形体を得、リード線を装填して焼
成することで、リード線を形成したサーミスタ素子の成
形体を得ることができる。
明のサーミスタ素子は、上記のごとく、低抵抗値及び低
抵抗温度係数(例えば1000〜4000(°K))を
示す(M1M2)O3 と、サーミスタ素子の抵抗値を安
定化する材料であるY2 O3との混合焼結体よりなるa
((M1M2)O3 )・b(Y2 O3 )の一般式で示さ
れる材料である。
により、抵抗値及び抵抗温度係数を広い範囲で種々制御
できるため、室温〜1000℃の広い温度域に渡って温
度を検知可能で、室温〜1000℃の熱履歴等の信頼性
の点からも抵抗値の変化がない安定した特性を持つサー
ミスタ材料を提供することができる(上記実施例1〜2
0)。
では、サーミスタ原料の微粒化により組成の均一混合を
図り、組成変動を低減することで、サーミスタ素子の抵
抗値のばらつきを低減し、室温〜1000℃において温
度精度が±10℃以下に向上し(従来製造方法では、±
25〜30℃)、温度センサの高精度化が可能となるサ
ーミスタ素子を提供できる(実施例7〜10及び実施例
15〜18)。
図である。
である。
面構成図である。
ある。
性を示す図表である。
図である。
性を示す図表である。
図である。
性を示す図表である。
程図である。
特性を示す図表である。
程図である。
特性を示す図表である。
程図である。
特性を示す図表である。
抵抗特性を示す図表である。
程図である。
ミスタ素子を用いた温度センサの温度精度特性を示す図
表である。
程図である。
程図である。
工程図である。
工程図である。
工程図である。
抗特性を示す図表である。
及び比較例2におけるサーミスタ素子を用いた温度セン
サの温度精度特性を示す図表である。
工程図である。
抗特性を示す図表である。
工程図である。
工程図である。
工程図である。
工程図である。
プ、11、12…リード線、13…素子部、31、32
…リード線、33…マグネシア粉体。
Claims (13)
- 【請求項1】 組成物(M1M2)O3 において、M1
は元素周期律表第2A族及びLaを除く第3A族の元素
から選択される少なくとも1種以上の元素であり、M2
は元素周期律表第2B族、第3B族、第4A族、第5A
族、第6A族、第7A族及び第8族の元素から選択され
る少なくとも1種以上の元素であり、前記(M1M2)
O3 とY2 O3 との混合焼結体(M1M2)O3 ・Y2
O3からなるサーミスタ素子であって、 前記M1はY、前記M2はCrとMnであり、前記混合
焼結体は(Y(CrMn)O 3 )・Y 2 O 3 であること
を特徴とするサーミスタ素子 。 - 【請求項2】 組成物(M1M2)O 3 において、M1
は元素周期律表第2A族及びLaを除く第3A族の元素
から選択される少なくとも1種以上の元素であり、M2
は元素周期律表第2B族、第3B族、第4A族、第5A
族、第6A族、第7A族及び第8族の元素から選択され
る少なくとも1種以上の元素であり、 前記(M1M2)
O 3 とY 2 O 3 との混合焼結体(M1M2)O 3 ・Y 2
O 3 からなるサーミスタ素子であって、 前記M1はY、前記MはCrとMnとTiであり、前記
混合焼結体は(Y(CrMnTi)O 3 )・Y 2 O 3 で
あることを特徴とする サーミスタ素子。 - 【請求項3】 組成物(M1M2)O 3 において、M1
は元素周期律表第2A族及びLaを除く第3A族の元素
から選択される少なくとも1種以上の元素であり、M2
は元素周期律表第2B族、第3B族、第4A族、第5A
族、第6A族、第7A族及び第8族の元素から選択され
る少なくとも1種以上の元素であり、前記(M1M2)
O 3 とY 2 O 3 との混合焼結体(M1M2)O 3 ・Y 2
O 3 からなるサーミスタ素子であって、 CaO、CaCO 3 およびCaSiO 3 のうち少なくと
も1種とSiO 2 とからなる焼結助剤が含有されている
ことを特徴とする サーミスタ素子。 - 【請求項4】 前記M1は、Y、Ce、Pr、Nd、S
m、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb、Mg、C
a、Sr、Ba、Scから選択する1種以上の元素であ
り、前記M2は、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、
Ni、Zn、Al、Ga、Zr、Nb、Mo、Hf、T
a、Wから選択する1種以上の元素であ ることを特徴と
する請求項3に記載のサーミスタ素子。 - 【請求項5】 前記(M1M2)O 3 のモル分率をa、
前記Y 2 O 3 のモル分率をbとし、これらaおよびb
が、0.05≦a<1.0、0<b≦0.95、a+b
=1の関係を満足することを特徴とする請求項1ないし
4のいずれか1つに記載のサーミスタ素子。 - 【請求項6】 請求項1ないし5のいずれか1つのサー
ミスタ素子を有することを特徴とする温度センサ。 - 【請求項7】 請求項1ないし5のいずれか1つに記載
のサーミスタ素子を製造する製造方法において、仮焼成
により前記Y2 O3 よりも平均粒径が大きい前記(M1
M2)O3 を得て、 この(M1M2)O3 と前記Y2 O3 とを混合して粉砕
し、粉砕後におけるこの混合物の平均粒径を混合前の前
記Y2 O3 の平均粒径以下とした後、所定形状に成形、
焼成することを特徴とするサーミスタ素子の製造方法。 - 【請求項8】 請求項1に記載のサーミスタ素子を製造
する製造方法において、Crの酸化物とMnの酸化物と
を混合し1000℃以上で仮焼成することにより前記Y
2 O3 よりも平均粒径が大きい(Mn1 .5Cr1.5 )O
4 を得て、 この(Mn1 .5Cr1.5 )O4 と前記Y2 O3 とを混合
して粉砕し、粉砕後におけるこの混合物の平均粒径を混
合前の前記Y2 O3 の平均粒径以下とした後、所定形状
に成形、焼成することを特徴とするサーミスタ素子の製
造方法。 - 【請求項9】 請求項2に記載のサーミスタ素子を製造
する製造方法において、Crの酸化物とMnの酸化物と
を混合し1000℃以上で仮焼成することにより前記Y
2 O3 よりも平均粒径が大きい(Mn1 .5Cr1.5 )O
4 を得て、この(Mn1 .5Cr1.5 )O4 と前記Y2 O
3 とTiO2 とを混合して粉砕し、粉砕後におけるこの
混合物の平均粒径を混合前の前記Y2 O3 の平均粒径以
下とした後、所定形状に成形、焼成することを特徴とす
るサーミスタ素子の製造方法。 - 【請求項10】 請求項1ないし5のいずれか1つに記
載のサーミスタ素子を製造する製造方法において、 前記M2の原料を前記M1の原料と共に混合して粉砕
し、粉砕後におけるこの混合粉砕物の平均粒径を混合前
の前記M1の原料の平均粒径以下でかつ0.5μm以下
とした後に、仮焼成により前記(M1M2)O3 を得
て、 前記仮焼成により得られた前記(M1M2)O3 を前記
Y2 O3 と混合した後、所定形状に成形、焼成すること
を特徴とするサーミスタ素子の製造方法。 - 【請求項11】 請求項1ないし5のいずれか1つに記
載のサーミスタ素子を製造する製造方法において、 前記M1の原料として少なくともY2 O3 を含むものを
用い、 前記M2の原料を前記M1の原料と共に混合して粉砕
し、粉砕後におけるこの混合粉砕物の平均粒径を混合前
の前記M1の原料の平均粒径以下でかつ0.5μm以下
とした後に、仮焼成により前記混合焼結体(M1M2)
O3 ・Y2 O3 と同組成の前駆体を得て、 前記仮焼成により得られた前記前駆体を所定形状に成
形、焼成することを特徴とするサーミスタ素子の製造方
法。 - 【請求項12】 請求項1ないし5のいずれか1つに記
載のサーミスタ素子を製造する製造方法において、 前記M2の原料を前記M1の原料と共に混合して粉砕
し、この混合粉砕物の平均粒径を混合前の前記M1の原
料の平均粒径以下でかつ0.5μm以下とした後に、仮
焼成により前記(M1M2)O3 を得て、 前記仮焼成により得られた前記(M1M2)O3 と前記
Y2 O3 とを混合して粉砕し、粉砕後におけるこの混合
物の平均粒径を混合前の前記Y2 O3 の平均粒径以下と
した後に、所定形状に成形、焼成することを特徴とする
サーミスタ素子の製造方法。 - 【請求項13】 請求項1ないし5のいずれか1つに記
載のサーミスタ素子を製造する製造方法において、 前記M1の原料として少なくともY2 O3 を含むものを
用い、 前記M2の原料を前記M1の原料と共に混合して粉砕
し、粉砕後におけるこの混合粉砕物の平均粒径を混合前
の前記M1の原料の平均粒径以下でかつ0.5μm以下
とした後に、仮焼成により前記混合焼結体(M1M2)
O3 ・Y2 O3 と同組成の前駆体を得て、 前記仮焼成により得られた前記前駆体を粉砕し、粉砕後
における前記前駆体の平均粒径を、混合前の前記M1の
原料としてのY2 O3 の平均粒径以下とした後に、所定
形状に成形、焼成することを特徴とするサーミスタ素子
の製造方法。
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