JP6300401B2 - サーミスタ素子、及び、これを用いた温度センサ - Google Patents
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Description
ストロンチウムの含有量が0.1質量%未満では、電極線の強度を十分に高められず、サーミスタ素子の製造時において電極線が熱処理された際に、被覆部とのなじみを高めるSr酸化物を上記した範囲内まで析出できないおそれがある。一方、ストロンチウムの含有量が1.0質量%を超えると、電極線自体の強度が低下するおそれがある。
被覆部を構成するガラスが結晶化ガラスよりなることで、高い熱的安定性を有する被覆部が得られ、高温環境下でサーミスタ素子を使用に供した場合にも被覆部に熱劣化が生じにくくなる。なお、結晶化ガラスは、非晶質ガラスよりも熱的安定性が高いものの、非晶質ガラスよりも白金合金からなる電極線に対する濡れ性が悪い傾向があるが、上記表層部を有する電極線を適用した場合には、結晶化ガラスを用いた被覆部であっても電極線とのなじみが良くなるため、電極線と被覆部との接着強度を良好に得ることができる。
被覆部を構成する結晶化ガラスが、電極線の表層部に析出するSr酸化物のSr成分と同じアルカリ土類金属である、Sr、Baのうちの少なくともいずれかを含むことで、被覆部と電極線との間の濡れ性をより高め、電極線と被覆部との接着強度をより良好に得ることができる。
本発明の温度センサによれば、自動車の排気ガス等の温度測定といった高温環境下での使用に供した場合にも、金属カバー内に収容されるサーミスタ素子の電気特性が変化するのを抑制することができ、信頼性の高い温度センサを得ることができる。
まず、本実施形態の温度センサ100の全体構成の概要について説明する。図1は、温度センサ100の全体構造を示す部分破断断面図である。温度センサ100は、一対の信号線3を金属製の筒状部材5の内側に絶縁保持したシース部材7と、一端側に底部91が形成された軸線方向に延びる筒状の金属カバー9と、金属カバー9を支持するハウジング11と、六角ナット部13及びネジ部15を有するナット部材17と、ハウジング11の基端側に内嵌する金属製の継手19とを備えている。なお、軸線方向とは、温度センサ100の長手方向であり、図1においては上下方向に相当する。また、温度センサ100における一端側は図における下側であり、温度センサ100における他端側は図における上側である。
サーミスタ素子21は、図2、及び、図3に示すように、温度変化に応じて電気特性(抵抗値)が変化する板状の金属酸化物焼結体であるサーミスタ部10と、このサーミスタ部10の両面に形成された一対の導通部20と、それぞれの導通部20に接続された一対の電極線40と、導通部20と電極線40とを接続する接合部30と、を有している。そして、サーミスタ部10は、電極線40の一部、及び、接合部30と共にその全体が、ガラスよりなる被覆部50にて被覆されている。なお、被覆部50の詳細については、後述する。
なお、一対の信号線3及び一対の加締め端子27は、絶縁チューブ31により互いに絶縁され、リード線29は、導線を絶縁性の被覆材にて被覆され耐熱ゴム製の補助リング33の内部を貫通する状態で配置される。
さらに、本実施形態の温度センサ100では、ハウジング11の基端側であって継手19の外側に回動自在な形態でナット部材17が設けられている。そして、ナット部材17を排気管の取付けボスに装着しつつ、ナット部材17にてハウジング11を排気管の外面に対して密着させることで、本実施形態の温度センサ100は排気管に対して気密状に取り付けられることになる。
電極線40は、白金又は白金合金にSr(ストロンチウム)を含有させた材料よりなる。この電極線40におけるSrの含有量は、0.1〜1.0質量%の範囲内であることが好ましい。なお、本実施形態では、電極線40として、線径0.30mmを有し、白金にSrを0.5質量%含有させた線材を用いている。なお、この電極線40を製造する手法は特に限定されないが、原材料としての白金又は白金合金に所定量のストロンチウムを加え、加熱溶解炉の中で不活性雰囲気下に溶融し、その後に線引き加工を施すことで製造することができる。
ここで、本実施形態では、電極線40をサーミスタ部10の導通部20に対して接合部30を用いて接合する際の熱処理によって、電極線40の表層部に対して所定割合のSr酸化物を析出させるようにしている。
例えば、サーミスタ素子としては、上記形態に限定されず、接合部を用いずに、サーミスタ部の内部に電極線の一端側を埋設させると共に、その他端側を外部に露出させるようにして、電極線をサーミスタ部に一体化させた形態であっても良い。
また、被覆部50はガラスペーストをディップして形成するものに限定せず、ガラス粉末をサーミスタ部に対してプレス成形した後に熱処理して形成するものや、円筒状のガラス管の内側に電極線が接合されたサーミスタ部を配置し、その後に熱処理を施してガラス管を溶融させて被覆部を形成するものであっても良い。
また、本実施形態の温度センサ100では、金属カバー9をハウジング11に固着し、その内部にサーミスタ素子21及びシース部材7を配置させる構成を採用したが、温度センサの構成はこれに限定されない。例えば、シース部材7の一端側をハウジング11の一端から突出させるようにして、シース部材7をハウジング11にて取り囲むように配置及び固着し、さらにシース部材7の一端にキャップ状の金属カバーを溶接して当該金属カバー内にサーミスタ素子21を収容させた温度センサにしても良い。
各種の評価によって得られた結果を表1に示す。
また、電極線にSrを含有させた実施例、比較例における各10個のサーミスタ素子とは別に、実施例1〜12、及び、比較例1、2に関しては、もう1つずつサーミスタ素子を製造した。そして、接合部の熱処理後であって、電極線の上記表層部におけるSr酸化物の析出割合を算出した。この析出割合についても表1に示した。なお、Sr酸化物の析出割合の算出(測定)については、上述の通りである。
9 金属カバー
10 サーミスタ部
21 サーミスタ素子
40 電極線
50 被覆部
Claims (5)
- 測定雰囲気の温度変化によって電気特性が変化するサーミスタ部と、前記サーミスタ部に接続される一対の電極線と、前記サーミスタ部を当該サーミスタ部の外部に露出した前記電極線の一部と共に被覆する被覆部とを有するサーミスタ素子であって、
前記電極線は、白金に、又は、白金と少なくとも1種以上の白金族元素(白金を除く)とからなる白金合金に、Srが含有された材料よりなり、
前記被覆部は、ガラスを主成分とした材料よりなり、
前記電極線のうち、前記サーミスタ部の外部に露出し、且つ前記被覆部にて被覆される領域の表面から、5μm内部までの表層部において、Sr酸化物が0.5〜10.0vol%の範囲内で不連続に析出している
ことを特徴とするサーミスタ素子。 - 請求項1に記載の温度センサであって、
前記電極線は、前記ストロンチウムを0.1〜1.0質量%の範囲内で含有している
ことを特徴とするサーミスタ素子。 - 請求項1または請求項2に記載の温度センサであって、
前記ガラスは、結晶化ガラスよりなる
ことを特徴とするサーミスタ素子。 - 請求項3に記載の温度センサであって、
前記結晶化ガラスは、Sr、Baのうちの少なくとも1成分を含有する
ことを特徴とするサーミスタ素子。 - 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のサーミスタ素子と、
前記サーミスタ素子を自身の内側に収容する金属カバーと、を備える
ことを特徴とする温度センサ。
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