JP5140450B2 - サーミスタ素子及び温度センサ - Google Patents
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Description
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。
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、SiO2、CaO、及びMgOを、SiO2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、SiO2、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、B2O3を実質的に無含有である結晶化ガラスであり、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、
前記サーミスタ部は、ABO3(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ABO3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2又は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、
前記金属酸化物相に含まれる金属酸化物がSrAl2O4である前記請求項4に記載のサーミスタ素子である。
請求項6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7に記載の手段は、
有底筒状の金属管を有し、前記請求項6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6に記載の温度センサである。
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。
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SrAl2O4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(SrAl2O4)に含まれるOの数が4であると定めた上で、つまり、SrAl2O4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。
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。
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。
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。
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)
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
Claims (7)
- 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、SiO2、CaO、及びMgOを、SiO2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、SiO2、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、B2O3を実質的に無含有である結晶化ガラスであり、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ことを特徴とするサーミスタ素子。 - 前記サーミスタ部は、ABO3(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に記載のサーミスタ素子。
- 前記ABO3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2に記載のサーミスタ素子。
- 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2又は3に記載のサーミスタ素子。
- 前記金属酸化物相に含まれる金属酸化物がSrAl2O4である前記請求項4に記載のサーミスタ素子。
- 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。
- 有底筒状の金属管を有し、前記請求項6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6に記載の温度センサ。
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