JPH0534208A - サーミスタ - Google Patents

サーミスタ

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JPH0534208A
JPH0534208A JP3193284A JP19328491A JPH0534208A JP H0534208 A JPH0534208 A JP H0534208A JP 3193284 A JP3193284 A JP 3193284A JP 19328491 A JP19328491 A JP 19328491A JP H0534208 A JPH0534208 A JP H0534208A
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哲正 山田
Kyohei Hayashi
恭平 林
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 広い温度範囲で好適な抵抗温度特性が得ら
れ、使用温度範囲の広いサーミスタ及びその製造方法を
提供することを目的とする。 【構成】 サーミスタ11には、アルミナ製のセラミッ
クス基板12上に、一対の白金からなるリード線13,
14が形成され、このリード線12,13に対して、B
定数の異なる第1のサーミスタ素子15と第2のサーミ
スタ素子16とが接続されている。そして、この両サー
ミスタ素子15,16は、並列に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数のサーミスタ素子
を用い、低い温度から高い温度までの広い温度範囲で使
用できるサーミスタに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、サーミスタは、温度計や温度
補償回路等の温度検出素子として広く使用されており、
特に近年では、自動車の排ガス浄化用のアフターバー
ナ,触媒コンバータ,サーマルリアクタ等に用いられて
いる。
【0003】この種のサーミスタに使用されるサーミス
タ素子の材料としては、例えば酸素イオン伝導体である
安定化ジルコニアや、電子伝導体であるスピネル型化合
物,ペロブスカイト型化合物が知られており、更にこれ
らの材料に種々の物質を加えることによってサーミスタ
の特性の改善が図られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記の酸素
イオン伝導体或は電子伝導体を用いたサーミスタでは、
材料の組成等によって、それぞれB定数(サーミスタ定
数)が異なるので、使用できる温度範囲に限定があると
いう問題があった。
【0005】例えば、自動車の排ガスの浄化装置におい
ては、負の温度係数を有するサーミスタ(NTCサーミ
スタ)が用いられるが、通常この種の浄化装置の使用温
度範囲は、低温から高温に及ぶ非常に広い範囲(例えば
300〜900℃程度)であるので、この様な広い温度
領域では、サーミスタの抵抗値を望ましい値の範囲(例
えば200〜0.1kΩ)で変化させることができなか
った。そのため、好適な抵抗温度特性が得られないの
で、正確な温度測定できないという問題があった。 つ
まり、例えば酸素イオン伝導体の場合には、B定数はT
<T0の低温域では小さく、T>T0の高温域では大きい
ので、図5に示す様に、その抵抗温度特性を示すグラフ
(α)は急峻な傾きとなり、その結果、高温域では良好
な抵抗値が得られるが、低温域では高過ぎる抵抗値とな
るという問題があった。
【0006】一方、電子伝導体の場合には、B定数は全
域でそれほど変化しないので、同図に示す様に、その抵
抗温度特性を示すグラフ(β)は緩やかな傾きとなり、
その結果、低温域では良好な抵抗値が得られるが、高温
域では抵抗値が高過ぎるという問題があった。
【0007】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れ、広い温度範囲で好適な抵抗温度特性が得られ、使用
温度範囲の広いサーミスタ及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項1の発明は、リード線に接続されたB定数
の異なる2種以上のサーミスタ素子が、並列に接続され
たことを特徴とするサーミスタを要旨とする。
【0009】請求項2の発明は、前記B定数の異なる2
種以上のサーミスタ素子と、該サーミスタ素子に接続さ
れたリード線とが、絶縁性を有するセラミックス基板上
に設けられたことを特徴とする請求項1記載のサーミス
タを要旨とする。
【0010】請求項3の発明は、前記セラミックス基板
が、前記リード線が形成された熱伝導率の高い第1セラ
ミックス層と、該第1セラミックス層より熱伝導率の低
い第2セラミックス層とから形成されたことを特徴とす
る請求項2記載のサーミスタを要旨とする。
【0011】ここで、前記B定数の異なるサーミスタ素
子の材料としては、下記表1に記載した〜の成分系
からなるサーミスタ素子を組み合わせて使用することが
できる。
【0012】
【表1】
【0013】本発明のサーミスタの形状としては、例え
ばセラミックス基板表面にリード線を形成し、このリー
ド線にセラミックス素子を並列に接続して配置したもの
が考えられるが、それ以外にも、並列に配置されたペレ
ット状のセラミックス素子をリード線が貫く形状にして
もよい。
【0014】また、前記リード線としては、白金等の貴
金属線又はその合金線,耐熱金属線,クラッド線等を使
用できる。前記セラミックス基板の材料としては、電気
絶縁性に優れたアルミナ,ムライト,マグネシア,アル
ミナスピネル等を採用できる。
【0015】また、セラミックス基板が異なる種類の層
から形成されている場合には、リード線が形成された第
1セラミックス層を、熱伝導率の高いアルミナ,ムライ
ト,マグネシア,アルミナスピネル等から形成し、一
方、第1セラミックス層のリード線が形成されていない
側に配置された第2セラミックス層を、それより熱伝導
率の低いジルコニア等で形成してもよい。
【0016】更に、セラミックス基板上に形成されたリ
ード線やセラミックス素子を被うように、他のセラミッ
クス層をセラミックス基板に積層してもよい。
【0017】
【作用】本発明のサーミスタの場合には、B定数の異な
る2種以上のサーミスタ素子を並列に接続している。こ
のB定数とは、サーミスタ素子の特性を表すもので、下
記(1)式の抵抗Rと温度Tとの関係を示す係数であり、
一般に抵抗値が低いものほど小さく、高いものほど大き
い。
【0018】 R=RXexpB(1/T−1/TX) …(1) (R,RXは各々温度がT,TX[K]の時の抵抗
値)また、異なるB定数を有するサーミスタ素子が、或
る温度領域で、例えば異なる抵抗値Ra,Rbである場合
には、サーミスタの全抵抗Rは、下記(2)式で表され
る。
【0019】 R=(Ra・Rb)/(Ra+Rb) …(2) 従って、本発明の請求項1のサーミスタの場合には、そ
の抵抗温度特性は、図1に示す様に、途中(T0)で折
れ曲がったグラフ(γ)となり、広い温度範囲(T1
2)にて望ましい抵抗値(例えば0.1〜200kΩ)
が得られる。
【0020】つまり、低温域ではグラフの傾きが緩くな
り、高温域ではグラフの傾きが急になり、結果として、
好ましい抵抗温度特性を備えたサーミスタとなる。尚、
抵抗値が1MΩ以上では、絶縁抵抗との区別が難しくな
るため、上限は200kΩ以下が望ましく、下限は、リ
ード線の抵抗値である10Ω以下のレベルに対して区別
可能とするために、0.1kΩ以上が望ましい。
【0021】ここで、特に、セラミックス基板上にリー
ド線やセラミックス素子を形成したものは、サーミスタ
が破損しにくく、しかも各種の装置に対して取り付けや
適用が容易であるので好ましい。また、セラミックス基
板を、熱伝導率が異なるセラミックス層で形成すること
によって、熱容量や熱の伝わり方を調節できるので好適
である。
【0022】
【実施例】以下に本発明による実施例のサーミスタにつ
いて説明する。図2に示す様に、第1本実施例のサーミ
スタ1は、B定数の異なる2つのサーミスタ素子2,3
とそれらに挿入された一対のリード線4,5とから構成
され、両サーミスタ素子2,3は並列に接続されてい
る。
【0023】これらのサーミスタ素子2,3のうち、先
端側の第1のサーミスタ素子2は、配合比(mol%)7
0:20:10のMnO2とNiOとCuOとからな
り、そのB定数は3700である。一方、根本側の第2
のサーミスタ素子3は、配合比(mol%)92:8のZ
rO2とY23とからなり、そのB定数は12000で
ある。
【0024】次に、本実施例のサーミスタの製造方法に
ついて説明する。 第1のサーミスタ素子2の原料として、純度99重量
%以上の原料であるMnO2とNiOとCuOとを、mol
%で70:20:10の配合比となる様に用い、ボール
ミルで湿式混合する。
【0025】この湿式混合されたスラリーを乾燥し、
その後1400℃で仮焼成し、ポットミルにて粉砕し
て、60メッシュ全通のスラリーとする。 この様にして得られたスラリーを乾燥し、再び150
μm全通に粉砕し、乾燥後成形助剤として、PVB,D
BP,トルエン,MEK,アセトンの混合物を10重量
%混合する。
【0026】一方、第2のサーミスタ素子3の材料と
して、純度99重量%以上の原料であるZrO2とY2
3とを、mol%で92:8の配合比となる様に用い、前記
〜と同様な工程にて、所定の混合物を形成する。 次に、これら2種類の混合物を、各々金型の異なる所
定位置に充填し、0.4mmφの白金線を2本挿通して、
1000kg/cm2の圧力でプレス成形する。
【0027】その後、このプレスした成形品を、14
00〜1500℃にて焼成して、本実施例のサーミスタ
1を完成する。 この様にして製造されたサーミスタ1は、300〜90
0℃の範囲にて、抵抗値が200〜0.1kΩの範囲で
変化する抵抗温度特性を有しており、特に、自動車の浄
化装置等の様な使用する温度範囲が広い装置に好適に適
用することができる。
【0028】次に、第2実施例のサーミスタについて説
明する。図3に示す様に、本実施例のサーミスタ11
は、アルミナ製のセラミックス基板12上に、一対のリ
ード線13,14が設けられ、そのリード線13,14
上に、2つのサーミスタ素子15,16が並列に配置さ
れて接続されている。
【0029】このサーミスタ素子15,16のうち、先
端側の第1のサーミスタ素子15は、配合比(mol%)
90:5:5のMnO2とNiOとCr23とからな
り、そのB定数は4700である。一方、根本側の第2
のサーミスタ素子16は、配合比(mol%)92:8の
ZrO2とY23とからなり、そのB定数は、1200
0である。
【0030】尚、セラミックス基板12には、リード線
13,14及びサーミスタ素子15,16を覆って、セ
ラミックス層17が形成されている。次に、本実施例の
サーミスタの製造方法について説明する。 まず、セラミックス基板12となるグリーンシートを
製造する。このグリーンシートは、アルミナ粉末に、S
iO2・CaO−MgO系ガラスを2重量%添加し、こ
れらを公知のPVBバインダで混練し、ドクターブレー
ド法でシート化することにより製造する。
【0031】次に、このグリーンシート上に白金ペー
ストを印刷することによって、リード線13,14を形
成する。この白金ペーストとしては、白金粉末にZrO
2−Y23系固体電解質を16重量%含有させ、セルロ
ース系バインダで混練することにより、ペースト化した
ものを使用する。
【0032】そして、印刷されたリード線13,14
の上に、第1のサーミスタ素子15のペーストを印刷し
て、第1のサーミスタ素子15を形成する。この第1の
サーミスタ素子15の原料として、純度99重量%以上
の原料であるMnO2とNiOとCr23とを、mol%で
90:5:5の配合比で用い、セルロース系バインダで
ペースト化して使用する。
【0033】同様に、第2のサーミスタ素子16のペ
ーストを、第1のサーミスタ素子15と並列に印刷し
て、第2のサーミスタ素子16を形成する。この第2の
サーミスタ素子16の原料としては、ZrO2とY23
とを、mol%で92:8の配合比で使用する。
【0034】次に、上記白金のリード線13,14の
端部に、図示しないPR線を接続し、その後、このリー
ド線13,14及び第1,2のサーミスタ素子15,1
6を覆って、上記グリーンシートと同様なセラミックス
層17となるグリーンシートを圧着する。
【0035】その後、樹脂抜きしてから、1520〜
1530℃の雰囲気にて1時間焼成して本実施例のサー
ミスタ11を完成する。この様にして製造されたサーミ
スタ11は、前記第1実施例のサーミスタ1と同様に、
広い温度範囲で良好な抵抗温度特性を有しており、特
に、自動車の浄化装置等に好適に適用することができ
る。
【0036】更に、本実施例のサーミスタ11では、サ
ーミスタ素子15,16がセラミックス基板12とセラ
ミックス層17とに挟まれて密閉されているので、外界
のガスや電気の影響を受け難く、精度が高くしかも耐久
性に富むという利点がある。また、取り付けが容易で破
損しにくという特長がある。
【0037】次に、第3実施例のサーミスタについて説
明する。図4に示す様に、本実施例のサーミスタ21
は、ほぼ前記第2実施例と同様であるが、セラミックス
基板22の構造が異なる。即ち、セラミックス基板22
は、リード線23,24やセラミックス素子25,26
が形成された第1セラミックス層22aと、その裏側に
配置された第2セラミックス層22bとから構成されて
いる。この第1セラミックス層22aは、絶縁性に優れ
しかも熱伝導率が高いアルミナからなる層であり、一
方、第2セラミックス層22bは、熱伝導率が低いジル
コニアからなる層である。
【0038】従って、本発明のサーミスタ21は、上述
した第2実施例と同様な効果を奏するとともに、熱伝導
の状態を調節できるという利点がある。尚、本発明は、
上記実施例に何等限定されることなく、本実施例の容易
を逸脱しない範囲内で各種の態様で実施できることは勿
論である。
【0039】
【発明の効果】以上説明した様に、請求項1の発明によ
れば、B定数の異なるサーミスタ素子を並列に接続した
ので、サーミスタは良好な抵抗温度特性を備えており、
広い温度範囲にて好適に使用することができる。
【0040】特に、セラミックス基板上にリード線やセ
ラミックス素子を形成したものは、サーミスタが破損し
にくく、しかも各種の装置に対して取り付けや適用が容
易であるという利点がある。また、セラミックス基板
を、熱伝導率が異なるセラミックス層で形成する場合に
は、熱容量や熱の伝わり方を調節できるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のサーミスタの抵抗温度特性を示すグ
ラフである。
【図2】 第1実施例のサーミスタを示す斜視図であ
る。
【図3】 第2実施例のサーミスタを一部破断して示す
斜視図である。
【図4】 第3実施例のサーミスタを一部破断して示す
斜視図である。
【図5】 従来のサーミスタの抵抗温度特性を示すグラ
フである。
【符号の説明】
1,11,21…サーミスタ 2,15…第1のサーミスタ素子 3,16…第2のサーミスタ素子 4,5,13,14,23,24…リード線
【手続補正書】
【提出日】平成3年9月19日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】 また、前記リード線としては、白金等の
貴金属線又はその合金線,耐熱金属線,クラッド線等を
使用できる。前記セラミックス基板の材料としては、電
機絶縁性に優れたアルミナ,ムライト,マグネシア
ルミナスピネル等を採用できる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】 また、セラミックス基板が異なる種類の
層から形成されている場合には、リード線が形成された
第1セラミックス層を、熱伝導率の高いアルミナ,ムラ
イト,マグネシアアルミナスピネル等から形成し、一
方、第1セラミックス層のリード線が形成されていない
側に配置された第2セラミックス層を、それより熱伝導
率の低いジルコニア等で形成してもよい。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0030
【補正方法】変更
【補正内容】
【0030】 尚、セラミックス基板には、リード線1
3,14及びサーミスタ素子15,16を覆って、セラ
ミックス層17が形成されている。次に、本実施例のサ
ーミスタの製造方法について説明する。 まず、セラミックス基板12となるグリーンシートを
製造する。このグリーンシートは、アルミナ粉末に、S
iO2 CaO−MgO系ガラスを2重量%添加し、こ
れらを公知のPVBバインダで混練し、ドクターブレー
ド法でシート化することにより製造する。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リード線に接続されたB定数の異なる2
    種以上のサーミスタ素子が、並列に接続されたことを特
    徴とするサーミスタ。
  2. 【請求項2】 前記B定数の異なる2種以上のサーミス
    タ素子と、該サーミスタ素子に接続されたリード線と
    が、絶縁性を有するセラミックス基板上に設けられたこ
    とを特徴とする請求項1記載のサーミスタ。
  3. 【請求項3】 前記セラミックス基板が、前記リード線
    が形成された熱伝導率の高い第1セラミックス層と、該
    第1セラミックス層より熱伝導率の低い第2セラミック
    ス層とから形成されたことを特徴とする請求項2記載の
    サーミスタ。
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