JPH04322401A - 高温用サーミスタ素子 - Google Patents
高温用サーミスタ素子Info
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- JPH04322401A JPH04322401A JP9180991A JP9180991A JPH04322401A JP H04322401 A JPH04322401 A JP H04322401A JP 9180991 A JP9180991 A JP 9180991A JP 9180991 A JP9180991 A JP 9180991A JP H04322401 A JPH04322401 A JP H04322401A
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Landscapes
- Thermistors And Varistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温用サーミスタ素子
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の排気ガス対策用の触媒コンバー
タの過熱による焼損防止のため、コンバータ内の温度を
検出する装置として、サーモカップルやサーミスタすな
わち温度により超電力又は電気抵抗が変わる材料が用い
られている。
タの過熱による焼損防止のため、コンバータ内の温度を
検出する装置として、サーモカップルやサーミスタすな
わち温度により超電力又は電気抵抗が変わる材料が用い
られている。
【０００３】しかし、サーモカップルを使用した場合、
温度・電圧特性のダイナミックレンジが小さく、他の電
気系の雑音に影響され誤動作しやすいという欠点があっ
た。そこで最近、信号のダイナミックレンジが大きいサ
ーミスタが使われ始めている。サーミスタ材料としては
例えば特開昭５２−１０７５５９号公報、特開昭５２−
２８３７８号公報等に示されるようなＺｒＯ２、ＣｅＯ
２等の酸素イオン導電性固体電解質を用いるものがあり
、この場合、温度の上昇と共に固体電解質内を酸素イオ
ンＯ２−が動きやすくなるため電気抵抗が減少し、高温
用サーミスタの抵抗体として優れた特性を示す。またこ
の場合、電極は酸素イオン導電性固体電解質の上下面に
白金等の耐酸化性金属を主成分とするペーストを塗布、
焼成して厚膜状に形成し、サーミスタ素子とし、この厚
膜電極上へ先端に耐酸化性金属箔を溶接した耐熱金属性
棒を圧接することによりサーミスタ素子の抵抗を測定し
ている。
温度・電圧特性のダイナミックレンジが小さく、他の電
気系の雑音に影響され誤動作しやすいという欠点があっ
た。そこで最近、信号のダイナミックレンジが大きいサ
ーミスタが使われ始めている。サーミスタ材料としては
例えば特開昭５２−１０７５５９号公報、特開昭５２−
２８３７８号公報等に示されるようなＺｒＯ２、ＣｅＯ
２等の酸素イオン導電性固体電解質を用いるものがあり
、この場合、温度の上昇と共に固体電解質内を酸素イオ
ンＯ２−が動きやすくなるため電気抵抗が減少し、高温
用サーミスタの抵抗体として優れた特性を示す。またこ
の場合、電極は酸素イオン導電性固体電解質の上下面に
白金等の耐酸化性金属を主成分とするペーストを塗布、
焼成して厚膜状に形成し、サーミスタ素子とし、この厚
膜電極上へ先端に耐酸化性金属箔を溶接した耐熱金属性
棒を圧接することによりサーミスタ素子の抵抗を測定し
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このようなサーミスタ
素子の電気抵抗は、主に酸素イオン導電性固体電解質自
体の抵抗分と、厚膜電極と酸素イオン導電性固体電解質
の界面で生じる分極に起因する抵抗分との和であるが、
特に後者は電極の形成状態により大きく変化する。その
理由はサーミスタ素子に電圧を印加すると、負電極部で
は１／２Ｏ２＋２ｅ→Ｏ２−の如く電極近傍の気相中の
酸素分子が酸素イオン導電性固体電解質中に酸素イオン
として供給され、該固体電解質中を正電極部へ向かって
移動し、正電極部では、Ｏ２−→１／２Ｏ２＋２ｅの如
く気相中に酸素分子が放出されるが、これらの電極部に
おけるイオン化、分子化反応はいずれも、電極、酸素イ
オン導電性固体電解質、気相が接している点すなわち三
相界面において行われるため、三相界面の形成状態によ
り反応性が異なるからである。例えば、三相界面が少な
い場合、単位時間当たりに酸素イオン導電性固体電解質
中にイオン化して供給されるＯ２−イオン数に限界が生
じ、したがって酸素イオン導電性固体電解質中を流れる
電流量が一定値以上にならず、サーミスタ素子としては
、抵抗の減少に限界が生じ、良好な温度−抵抗特性を示
さなくなる。これを防ぐため、前記のサーミスタ素子に
おいては、十分な量の三相界面を形成するため、多孔質
の電極にする必要がある。
素子の電気抵抗は、主に酸素イオン導電性固体電解質自
体の抵抗分と、厚膜電極と酸素イオン導電性固体電解質
の界面で生じる分極に起因する抵抗分との和であるが、
特に後者は電極の形成状態により大きく変化する。その
理由はサーミスタ素子に電圧を印加すると、負電極部で
は１／２Ｏ２＋２ｅ→Ｏ２−の如く電極近傍の気相中の
酸素分子が酸素イオン導電性固体電解質中に酸素イオン
として供給され、該固体電解質中を正電極部へ向かって
移動し、正電極部では、Ｏ２−→１／２Ｏ２＋２ｅの如
く気相中に酸素分子が放出されるが、これらの電極部に
おけるイオン化、分子化反応はいずれも、電極、酸素イ
オン導電性固体電解質、気相が接している点すなわち三
相界面において行われるため、三相界面の形成状態によ
り反応性が異なるからである。例えば、三相界面が少な
い場合、単位時間当たりに酸素イオン導電性固体電解質
中にイオン化して供給されるＯ２−イオン数に限界が生
じ、したがって酸素イオン導電性固体電解質中を流れる
電流量が一定値以上にならず、サーミスタ素子としては
、抵抗の減少に限界が生じ、良好な温度−抵抗特性を示
さなくなる。これを防ぐため、前記のサーミスタ素子に
おいては、十分な量の三相界面を形成するため、多孔質
の電極にする必要がある。
【０００５】そこで、前記サーミスタ素子の製造におい
て電極は白金ペーストを塗布後焼付を行って多孔質の厚
膜電極を形成しているが、白金ペーストの塗布量や塗布
面積を一定にするのが困難なため、一定量の三相界面が
得られず、そのためサーミスタ素子の温度−抵抗特性の
バラツキが大きかった。また、厚膜電極と酸素イオン導
電性固体電解質との密着力も弱いため使用中に厚膜電極
が部分的に剥れることがあり、したがって前記三相界面
の数が減少して結果的にサーミスタ素子の電気抵抗が増
大するという欠点があった。
て電極は白金ペーストを塗布後焼付を行って多孔質の厚
膜電極を形成しているが、白金ペーストの塗布量や塗布
面積を一定にするのが困難なため、一定量の三相界面が
得られず、そのためサーミスタ素子の温度−抵抗特性の
バラツキが大きかった。また、厚膜電極と酸素イオン導
電性固体電解質との密着力も弱いため使用中に厚膜電極
が部分的に剥れることがあり、したがって前記三相界面
の数が減少して結果的にサーミスタ素子の電気抵抗が増
大するという欠点があった。
【０００６】本発明は上記の問題点に鑑み、温度−抵抗
特性が良好で、抵抗値変化の小さい高温用サーミスタ素
子を提供するものである。
特性が良好で、抵抗値変化の小さい高温用サーミスタ素
子を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸素イオン導
電性固体電解質からなる本体に電極を設けた高温用サー
ミスタ素子において、該電極は緻密質の耐酸化性金属成
形体及び耐酸化性金属と酸素イオン導電性固体電解質と
の複合体からなり、該複合体を本体と緻密質の耐酸化金
属成形体との中間に設けた高温用サーミスタ素子に関す
る。
電性固体電解質からなる本体に電極を設けた高温用サー
ミスタ素子において、該電極は緻密質の耐酸化性金属成
形体及び耐酸化性金属と酸素イオン導電性固体電解質と
の複合体からなり、該複合体を本体と緻密質の耐酸化金
属成形体との中間に設けた高温用サーミスタ素子に関す
る。
【０００８】本発明において、本体及び複合体の酸素イ
オン導電性固体電解質は、安定化した酸化ジルコニウム
、酸化セリウム等が好ましく、本体は公知の方法で製作
される。また耐酸化性金属は、成形体及び複合体共に白
金、ロジウム、イリジウム、パラジウム、金等が用いら
れるが、この中で白金や白金ロジウム合金は酸素分子と
酸素イオンの変換触媒作用が大きいので好ましい。
オン導電性固体電解質は、安定化した酸化ジルコニウム
、酸化セリウム等が好ましく、本体は公知の方法で製作
される。また耐酸化性金属は、成形体及び複合体共に白
金、ロジウム、イリジウム、パラジウム、金等が用いら
れるが、この中で白金や白金ロジウム合金は酸素分子と
酸素イオンの変換触媒作用が大きいので好ましい。
【０００９】耐酸化性金属と酸素イオン導電性固体電解
質との複合体は、例えば上記の白金や白金ロジウム合金
等の粉末に、酸素イオン導電性固体電解質原料の仮焼粉
末、エチルセルロース等の有機の結合剤及びテレピン油
等の溶剤を加えて混練してペーストとし、これを酸素イ
オン導電性固体電解質の本体に塗布後焼成して得られる
導体被膜である。この複合体は中間層とされ、この上に
例えば白金の箔を焼付けて緻密質の耐酸化性金属成形体
の層を形成する。通常はペーストを塗布後、その上に白
金箔を付着させて焼成し、複合体と成形体とを同時に形
成させて電極を得る。
質との複合体は、例えば上記の白金や白金ロジウム合金
等の粉末に、酸素イオン導電性固体電解質原料の仮焼粉
末、エチルセルロース等の有機の結合剤及びテレピン油
等の溶剤を加えて混練してペーストとし、これを酸素イ
オン導電性固体電解質の本体に塗布後焼成して得られる
導体被膜である。この複合体は中間層とされ、この上に
例えば白金の箔を焼付けて緻密質の耐酸化性金属成形体
の層を形成する。通常はペーストを塗布後、その上に白
金箔を付着させて焼成し、複合体と成形体とを同時に形
成させて電極を得る。
【００１０】（作用）複合体には耐酸化性金属と酸素イ
オン導電性固体電解質とがミクロレベルで混在し、酸素
のイオン化及び酸素イオンの分子化反応の場即ち三相界
面を数多く形成して、温度−抵抗特性を良好にする。ま
た、複合体中の酸素イオン導電性固体電解質は本体の酸
素イオン導電性固体電解質と強固に焼結され、耐酸化性
金属は緻密質の耐酸化性金属成形体と強固に接合して抵
抗値変化を小さくする。一方、緻密質の耐酸化性金属成
形体は外部との電気的接続を確実にする。
オン導電性固体電解質とがミクロレベルで混在し、酸素
のイオン化及び酸素イオンの分子化反応の場即ち三相界
面を数多く形成して、温度−抵抗特性を良好にする。ま
た、複合体中の酸素イオン導電性固体電解質は本体の酸
素イオン導電性固体電解質と強固に焼結され、耐酸化性
金属は緻密質の耐酸化性金属成形体と強固に接合して抵
抗値変化を小さくする。一方、緻密質の耐酸化性金属成
形体は外部との電気的接続を確実にする。
【００１１】
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。
【００１２】実施例
図１は本発明の実施例になる高温用サーミスタ素子を示
し、（ａ）が正面断面図及び（ｂ）が平面図である。図
において耐酸化性金属の電極２，２′は円板状のサーミ
スタ素子１の本体９上下面に形成してある。また、耐酸
化性金属の電極２，２′は、耐酸化性金属成形体２１，
２１′及び耐酸化性金属と酸素イオン導電性固体電解質
の複合体２２，２２′から成る。
し、（ａ）が正面断面図及び（ｂ）が平面図である。図
において耐酸化性金属の電極２，２′は円板状のサーミ
スタ素子１の本体９上下面に形成してある。また、耐酸
化性金属の電極２，２′は、耐酸化性金属成形体２１，
２１′及び耐酸化性金属と酸素イオン導電性固体電解質
の複合体２２，２２′から成る。
【００１３】このサーミスタ素子を得る方法を説明する
。まずＺｒＯ２の粉末９２モルにＹ２Ｏ３粉末８モルを
加え、ボールミルで７２時間湿式混合した後乾燥し、１
３５０℃で３時間仮焼することにより安定化ＺｒＯ２粉
を得た。次にこの安定化ＺｒＯ２粉に対し結合剤として
ポリビニルアルコール（クラレ、ＰＶＡ２０３）１０％
水溶液を１０重量％、焼結助剤としてアルミナ粉を０．
５重量％加え、ボールミルで４８時間湿式混合した後、
造粒乾燥して顆粒を得た。これを原料とし、プレス成形
用の型に充填し、１０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で加圧し
、円板状に成形した後、１１００℃で１時間仮焼した。 次に耐酸化性金属と酸素イオン導電性固体電解質との複
合体として、重量で白金粉末（田中マッセイ、Ｔｙｐｅ
ＣＡ）６０％、安定化ＺｒＯ２粉２０％、エチルセ
ルロース（和光純薬）２％及びテルピネオール１８％を
混合し、ペースト化したものを用い、前記安定化ＺｒＯ
２円板仮焼体の表裏側に塗布後、さらに緻密質の耐酸化
性金属成形体として直径１ｍｍ厚さ０．１ｍｍの円板状
に成形した白金箔を該塗布面上に付着させ、１５００℃
で１時間焼成し、外径約４ｍｍ、厚さ２．５ｍｍのサー
ミスタ素子を得た。
。まずＺｒＯ２の粉末９２モルにＹ２Ｏ３粉末８モルを
加え、ボールミルで７２時間湿式混合した後乾燥し、１
３５０℃で３時間仮焼することにより安定化ＺｒＯ２粉
を得た。次にこの安定化ＺｒＯ２粉に対し結合剤として
ポリビニルアルコール（クラレ、ＰＶＡ２０３）１０％
水溶液を１０重量％、焼結助剤としてアルミナ粉を０．
５重量％加え、ボールミルで４８時間湿式混合した後、
造粒乾燥して顆粒を得た。これを原料とし、プレス成形
用の型に充填し、１０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で加圧し
、円板状に成形した後、１１００℃で１時間仮焼した。 次に耐酸化性金属と酸素イオン導電性固体電解質との複
合体として、重量で白金粉末（田中マッセイ、Ｔｙｐｅ
ＣＡ）６０％、安定化ＺｒＯ２粉２０％、エチルセ
ルロース（和光純薬）２％及びテルピネオール１８％を
混合し、ペースト化したものを用い、前記安定化ＺｒＯ
２円板仮焼体の表裏側に塗布後、さらに緻密質の耐酸化
性金属成形体として直径１ｍｍ厚さ０．１ｍｍの円板状
に成形した白金箔を該塗布面上に付着させ、１５００℃
で１時間焼成し、外径約４ｍｍ、厚さ２．５ｍｍのサー
ミスタ素子を得た。
【００１４】このサーミスタ素子１を図３に示すように
ステンレスのケース３内に収納し、ケース底部に溶接し
た白金箔５′の上に載置し、絶縁ガイド６により保持固
定し、サーミスタ素子の上から先端に白金箔５を溶接し
たステンレス棒４で圧接し、サーミスタ素子に直流７Ｖ
の電圧を印加し、室温と９５０℃間で温度−抵抗特性を
測定した後、温度サイクル試験を１００回行った。その
結果、図４に示すように良好な温度−抵抗特性を示し、
また表１に示すように試験前後の抵抗値変化はわずかで
あり、十分な実用性が確認できた。
ステンレスのケース３内に収納し、ケース底部に溶接し
た白金箔５′の上に載置し、絶縁ガイド６により保持固
定し、サーミスタ素子の上から先端に白金箔５を溶接し
たステンレス棒４で圧接し、サーミスタ素子に直流７Ｖ
の電圧を印加し、室温と９５０℃間で温度−抵抗特性を
測定した後、温度サイクル試験を１００回行った。その
結果、図４に示すように良好な温度−抵抗特性を示し、
また表１に示すように試験前後の抵抗値変化はわずかで
あり、十分な実用性が確認できた。
【００１５】比較例
実施例と同一原料を使用して実施例と同じ工程で安定化
ＺｒＯ２の円板状の仮焼体を作製し、この表裏面にフリ
ットレス白金ペースト（徳力化学＃８１０３）を塗布後
１５００℃で１時間焼成して図２に示すように本体１０
の両側に厚膜電極７，７′を有するサーミスタ素子８を
得た。この素子を用いて実施例と同様に温度−抵抗特性
の測定及び温度サイクル試験を行った結果を表１に合わ
せて示す。この温度−抵抗特性は図４に示すように８０
０℃以上でやや抵抗が高く、また試験後に抵抗値が増大
しており、経時安定性が悪い。
ＺｒＯ２の円板状の仮焼体を作製し、この表裏面にフリ
ットレス白金ペースト（徳力化学＃８１０３）を塗布後
１５００℃で１時間焼成して図２に示すように本体１０
の両側に厚膜電極７，７′を有するサーミスタ素子８を
得た。この素子を用いて実施例と同様に温度−抵抗特性
の測定及び温度サイクル試験を行った結果を表１に合わ
せて示す。この温度−抵抗特性は図４に示すように８０
０℃以上でやや抵抗が高く、また試験後に抵抗値が増大
しており、経時安定性が悪い。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、耐酸化性金属と酸素イ
オン導電性固体電解質との複合体における本体との境界
部付近に多くの三相界面が形成されて、温度−抵抗特性
が良好になり、該複合体により本体、複合体及び緻密質
の耐酸化性金属成形体が強固に結合されて、試験前後の
抵抗値変化が小さくなる。更に緻密質の耐酸化性金属成
形体は外部との電気的接続を確実にする。
オン導電性固体電解質との複合体における本体との境界
部付近に多くの三相界面が形成されて、温度−抵抗特性
が良好になり、該複合体により本体、複合体及び緻密質
の耐酸化性金属成形体が強固に結合されて、試験前後の
抵抗値変化が小さくなる。更に緻密質の耐酸化性金属成
形体は外部との電気的接続を確実にする。
【図１】本発明の実施例になる高温用サーミスタ素子で
（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。
（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。
【図２】比較例の高温用サーミスタ素子で（ａ）は断面
図、（ｂ）は平面図。
図、（ｂ）は平面図。
【図３】温度−抵抗特性試験用のケースを示す概略図。
【図４】温度と抵抗との関係を示すグラフである。
１…サーミスタ素子
２…電極３…ケース
４…ステンレス棒 ５…白金箔
６…絶縁ガイド７…厚膜電極
８…サーミスタ
素子
２…電極３…ケース
４…ステンレス棒 ５…白金箔
６…絶縁ガイド７…厚膜電極
８…サーミスタ
素子
Claims (1)
- 【請求項１】 酸素イオン導電性固体電解質からなる
本体に電極を設けた高温用サーミスタ素子において、該
電極は緻密質の耐酸化性金属成形体及び耐酸化性金属と
酸素イオン導電性固体電解質との複合体からなり、該複
合体を本体と緻密質の耐酸化性金属成形体との中間に設
けた高温用サーミスタ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9180991A JPH04322401A (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 高温用サーミスタ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9180991A JPH04322401A (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 高温用サーミスタ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04322401A true JPH04322401A (ja) | 1992-11-12 |
Family
ID=14036957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9180991A Pending JPH04322401A (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 高温用サーミスタ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04322401A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100922176B1 (ko) * | 2005-01-26 | 2009-10-19 | 비르트겐 게엠베하 | 치즐 홀더 시스템을 위한 베이스 부재 |
| JP2012064696A (ja) * | 2010-09-15 | 2012-03-29 | Tdk Corp | サーミスタ素子 |
-
1991
- 1991-04-23 JP JP9180991A patent/JPH04322401A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100922176B1 (ko) * | 2005-01-26 | 2009-10-19 | 비르트겐 게엠베하 | 치즐 홀더 시스템을 위한 베이스 부재 |
| JP2012064696A (ja) * | 2010-09-15 | 2012-03-29 | Tdk Corp | サーミスタ素子 |
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