JP5491428B2 - サーミスタ素子の製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、実際にはこのように配置することが困難な場合がある。加えて、このように白金板上で配置できたとしても、その後、製造ラインにおいて、未焼成サーミスタ素子が白金板上において倒れないように維持することは困難である。
これらの未焼成サーミスタ素子が、白金板上で倒れると、電極線と白金板とが接した状態で焼成されることとなり、電極線と白金板とが融着してしまう場合がある。このような場合には、白金板から焼き上がったサーミスタ素子を取り外すために手間を要するとともに、サーミスタ素子を巧く白金板から取り外せない場合には、歩留まりの低下を招くことともなるし、高価な白金板を害する結果となり兼ねない。
〈1〉白金を含む電極線と該電極線の一部が埋設されたセラミック粉末プレス体とを有する未焼成サーミスタ素子を焼成してサーミスタ素子を得るサーミスタ素子の製造方法において、
支持体上に前記未焼成サーミスタ素子を載置して焼成する焼成工程を備え、
前記支持体は、白金を含む金属からなる本体部と、
前記本体部のうちの少なくとも前記未焼成サーミスタ素子が載置される表面に、前記セラミック粉末プレス体を構成するセラミックスと実質的に同じセラミックスが焼き付けられた前記本体部と前記電極線との直接接触を防止するコート層と、を有し、前記未焼成サーミスタ素子は、前記セラミック粉末プレス体と前記電極線とが互いに横に位置するように、前記支持体上に載置されることを特徴とするサーミスタ素子の製造方法。
〈2〉
前記未焼成サーミスタ素子は、水平面に載置した場合に、下記長さLが下記高さHよりも大きいものである前記〈1〉に記載のサーミスタ素子の製造方法。
長さL;前記電極線のうち、前記セラミック粉末プレス体内に埋設されていない露出部の長さ。
高さH;前記露出部のうち前記セラミック粉末プレス体側に位置した端部の前記水平面からの垂直高さ。
〈1〉サーミスタ素子
以下、まず、本発明の製造方法で製造するサーミスタ素子について説明する。尚、焼成前の未焼成サーミスタ素子と、焼成後のサーミスタ素子と、はセラミック粉末プレス体22の焼成収縮を生じるものの、実質的な外観変化を生じないのが通常であるため、焼成前後において同じ符号を用いて同じ図面を利用して説明する。
更に、電極線21の長さは特に限定されず、シースに溶接可能な長さがあればよい。電極線は白金を含むため、コストの観点からは突き出し長さLは短い方がよい。
また、電極線21を一対備える場合には、これらの電極線21間の距離は、特に限定されず、電極線21間の距離は大きいほど抵抗値ばらつきを低減でき、抵抗値ばらつきの影響を受けない間隔とすることが好ましい。即ち、例えば、0.3mm以上1.5mm以下とすることができる。尚、この電極間の距離とは各電極線21の中心間の距離である。
即ち、高さHに対して長さLの方が大きいサーミスタ素子20は、焼成時に、電極線21が支持体11に接触する可能性がある素子である。例えば、電極線21は、白金を含むために比重が大きく、また、その長さが長い場合には特に、未焼成サーミスタ素子20の重心が電極線21側に偏る傾向にある。このために、図6に例示されるように、支持体11の表面に電極線21が接触した状態が安定した載置である場合がある。また、未焼成サーミスタ素子20の焼成時に電極線21が、熱によって変形し、図8のように、熱ダレし、支持体11表面に電極線21が接触する場合がある。このような現象を生じ易いのは、前述のように、長さLが高さHよりも大きい(長さL>高さH)であるものである。
また、電極線21は、導電性焼結体22内に埋設されて貫通されていなくてもよく、導電性焼結体22を貫通して反対側から電極線の他端が露出されていてもよい。この電極線21が導電性焼結体22内を貫通して、電極線21の他端が露出されている場合においては、露出されている長さが長い側を電極線21の露出部212とする。
一方、この導電性焼結体22の平面形状は特に限定されず、例えば、略円形状、四角形状、六角形状(図2参照)などとすることができる。
この導電性焼結体22のより具体的な形状は特に限定されないが、通常、厚さは0.500mm以上1.20mm以下である。
より具体的には、(Y,Sr)(Mn,Cr,Al)O3系導電性セラミック、(Y,Sr)(Fe,Cr,Al)O3系導電性セラミック、(Y,Ca)(Mn,Cr)O3系導電性セラミック等が挙げられる。
本発明のサーミスタ素子の製造方法は、白金を含む電極線21とその一部が埋設されたセラミック粉末プレス体22とを有する未焼成サーミスタ素子20を焼成してサーミスタ素子を得る方法において、
支持体11上に未焼成サーミスタ素子20を載置して焼成する焼成工程を備え、
支持体11は、白金を含む金属からなる本体部110と、
本体部110のうちの少なくとも未焼成サーミスタ素子20が載置される表面に、セラミック粉末プレス体22を構成するセラミックスと実質的に同じセラミックスが焼き付けられた本体部110と21電極線との直接接触を防止するコート層111と、を有し、
未焼成サーミスタ素子20は、セラミック粉末プレス体22と電極線21とが互いに横に位置するように、支持体11上に載置されることを特徴とする。
一方、セラミック粉末プレス体22(以下、単に「プレス体」ともいう)は、焼成されて導電性焼結体22を形成することとなる仮焼粉末であるセラミック粉末が圧縮成型されたものである。このプレス体22は、前述した導電性焼結体22となるための元素を含んだ仮焼粉末以外に、プレス体22としての形状を維持するためのバインダ成分などを含有できる。
バインダとしては、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等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。このバインダの配合量は特に限定されないが、セラミック粉末100質量部に対して、通常、5質量部以上30質量部以下であり、10質量部以上25質量部以下が好ましい。
また、このプレス体22の形状等については、前記導電性焼結体22の説明をそのまま適用できる。
また、プレス体22の具体的な形状は特に限定されないが、通常、厚さは厚い方が特性は安定するが、センサ形状に応じた適宜の厚みとすることが好ましい。
更に、電極線21のうちプレス体22内に埋設されていない露出部212の長さLが、露出部212のうちプレス体22側の端部212aの水平面5からの垂直高さHよりも大きいものであることが好ましい。
このうち、本体部110は、白金を含む金属からなる。白金の含有量は特に限定されないが、通常、本体部110全体100質量%に対して50質量%以上含有される。この含有量は100質量%であってもよい。即ち、本体部110は白金のみからなってもよい。また、この本体部110は、白金以外の成分を含有してもよい。白金以外の成分を含有する場合においても、白金の含有量は80質量%以上99.9質量%以下が好ましく、90質量%以上99.5質量%以下が更に好ましい。本体部110が白金以外の他の成分を含有する場合(即ち、本体部110が白金合金からなる場合)、他の成分としては、ロジウム、イリジウム、金、タングステン、パラジウム、ストロンチウム、ジルコニア等の金属元素が挙げられる。これらの元素は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
更に、本体部110の厚さは特に限定されず、本体部110によりこの本体部110の形状を維持できる程度の強度を有することができればよく、この本体部110の厚さは焼成時に変形しない厚さを適宜選択することが好ましい。
このコート層111を備えることにより、電極線21が支持体11の本体部110に直接接触することを防止でき、本体部110に電極線21が融着してしまうことを防止できる、また、このコート層111が、前記実質的に同じセラミックスであることから、焼成時にプレス体22を構成するセラミックス成分が、コート層111へとその成分拡散すること、及び、コート層111からプレス体22へと成分拡散することを、各々著しく抑制できる。そして、未焼成サーミスタ素子20の載置形態を過度に管理する必要がない。即ち、仮に未焼成サーミスタ素子20が倒立状態で載置されており、焼成時に支持体11上で倒れたとしても、電極線21がコート層111に阻まれて本体部110と直接的に接触されないために、電極線21が本体部110と融着することを防止できる。従って、未焼成サーミスタ素子20の支持体11上での載置の自由度を向上させることができ、サーミスタ素子を製造するにあたっての作業性を著しく向上させることができる。
実質的に同じセラミックスであるとは、コート層111を構成するセラミックスの成分と、プレス体22を構成するセラミックス(即ち、換言すれば、セラミック粉末を構成するセラミックス)の成分と、が同じ元素から構成されていることを意味する。即ち、例えば、コート層111を構成するセラミックスの成分が「A」及び「B」の2種の元素から構成される場合、プレス体22を構成するセラミックスの成分も「A」及び「B」の2種の元素から構成されることを意味する。但し、構成元素の割合は組成同士で異なってもよい。具体的には、一方の構成元素の比率に対して、他方の構成元素の比率が±50%以内であればよい。即ち、コート層111を構成するセラミックスの成分が「AXBY」なる組成であり、プレス体22を構成するセラミックスの成分が「ASBT」なる組成であるとした場合、S/2≦X≦2S、T/2≦Y≦2Tである。
即ち、支持体11が下方に配置されているとした場合に、プレス体22と電極線21とは互いに横に位置するように載置されていることが好ましい。このような横に位置することで、比重の大きな電極線21を、比重の小さなプレス体22の上方に配置することなく、未焼成サーミスタ素子20の安定を保って支持体11上に載置できる。更に、例えば、プレス体22の質量を、電極線21との質量よりも大きくなるように調整して、未焼成サーミスタ素子20の重量バランスを図る必要なく安定して支持体11上に載置できる。
更には、同様のことは、とりわけ、プレス体22とのプレス体22内に埋設された電極線(埋設部211、図4参照)との合計質量に対して、プレス体22外に配置された電極線(露出部212、図4参照)の質量が大きい未焼成サーミスタ素子20において顕著である。従って、このような特性を有する未焼成サーミスタ素子20であっても、本方法では、焼成を行うことができる点において優れている。
この焼成用サヤ12を構成する材質は特に限定されないが、通常、アルミナを主体とする耐火材料が利用される。
次いで、この本体部110の一面側に、サーミスタに用いられる公知のセラミック粉末の仮焼粉末{平均粒径1μm以上2μm以下}3gを満遍なく振り掛けた。このセラミック粉末は、焼成目的とする未焼成サーミスタ素子20のプレス体22を構成するセラミック粉末と同じ組成である(即ち、構成元素の種類及びその数が一致するとともに、各元素同士の割合が同じである)。
更に、再度同様に、前記セラミック粉末(仮焼粉末、平均粒径1μm以上2μm以下)3gを、本体部110の表面に先に形成した第1焼付層上に満遍なくふるいかけた後、温度1600℃において1時間保持して、本体部110の表面に、再度、前記セラミック粉末を焼き付けて、本体部110の一面側にコート層111を備えた支持体11を得た。
そして、この焼成用サヤ12の内部に、図2に示されるように、前記で得られたコート層111を備えた支持体11を填め込んだ。
この未焼成サーミスタ素子は、プレス体22は、六角形の平面形状をなし、厚さ0.9mmの板状体である。また、直径0.3mmである白金合金の電極線21を有する。電極線21は一対を有し、互いに平行にプレス体22の側面に挿し込まれるようにして一部が埋設されており、他部がプレス体22の外側に露出されている。露出部の長さは2.7mmである。更に、電極線21の露出部212の重さが、プレス体22と電極線21の埋設部211との合計の重さと同じであるとともに、長さL>高さHである。
このようにして、複数の未焼成サーミスタ素子20を支持体11のコート層111表面に載置した。
その後、十分に炉内で冷却されてから、焼成炉から焼成用容器10を取り出し、焼成用サヤ12から支持体11を取り外した。その結果、すべてのサーミスタ素子20の電極線21は、支持体11の表面に融着されていなかった。
以上により、本発明の実施例に係るサーミスタの製造方法の有効性が確認された。
11;支持体、110;本体部、111;コート層、
21;焼成用サヤ、
20;未焼成サーミスタ素子(サーミスタ素子)、
21;電極線、211;埋設部、212;露出部、212a;露出部のセラミック粉末プレス体側端部(露出部の導電性焼結体側端部)、212b;露出部のセラミック粉末プレス体とは反対側の端部(露出部の導電性焼結体と反対側の端部)、
22;セラミック粉末プレス体(導電性焼結体)、22b;セラミック粉末プレス体の露出部側の端部、
5;水平面。
Claims (2)
- 白金を含む電極線と該電極線の一部が埋設されたセラミック粉末プレス体とを有する未焼成サーミスタ素子を焼成してサーミスタ素子を得るサーミスタ素子の製造方法において、
支持体上に前記未焼成サーミスタ素子を載置して焼成する焼成工程を備え、
前記支持体は、白金を含む金属からなる本体部と、
前記本体部のうちの少なくとも前記未焼成サーミスタ素子が載置される表面に、前記セラミック粉末プレス体を構成するセラミックスと実質的に同じセラミックスが焼き付けられた前記本体部と前記電極線との直接接触を防止するコート層と、を有し、前記未焼成サーミスタ素子は、前記セラミック粉末プレス体と前記電極線とが互いに横に位置するように、前記支持体上に載置されることを特徴とするサーミスタ素子の製造方法。 - 前記未焼成サーミスタ素子は、水平面に載置した場合に、下記長さLが下記高さHよりも大きいものである請求項1に記載のサーミスタ素子の製造方法。
長さL;前記電極線のうち、前記セラミック粉末プレス体内に埋設されていない露出部の長さ。
高さH;前記露出部のうち前記セラミック粉末プレス体側に位置した端部の前記水平面からの垂直高さ。
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