JPH0562806A - サーミスタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 抵抗値の調節が容易で、しかも広い温度範囲
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１は、アルミナ製のセラミックス
基板２上に、白金からなる３本のリード線３が形成さ
れ、このリード線３のうち各々２本に、Ｂ定数の異なる
第１のサーミスタ素子５と第２のサーミスタ素子６とが
各々接続されている。更に、上記リード線３及び両サー
ミスタ素子５，６を覆って、セラミックス層７が形成さ
れおり、このセラミックス層７には、各サーミスタ素子
５，６に対応する位置にトリミング用窓８，９があけら
れている。そして、このトリミング用窓８，９を介して
レーザが照射され、各々のサーミスタ素子５，６の一部
が削除されることによって、抵抗調節用の切欠１５，１
６が形成されている。

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及びその製造方法に関する。

【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。

【０００６】つまり、例えば酸素イオン伝導体の場合に
は、Ｂ定数は低温域では小さく高温域では大きいので、
図７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、Ｔ＞Ｔ₀の高温域では
良好な抵抗値が得られるが、Ｔ＜Ｔ₀の低温域では、１
ＭΩに到る様な高過ぎる抵抗値となってしまうという問
題があった。

【０００７】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。

【０００８】更に、サーミスタ素子を、例えばセラミッ
クス基板上に一旦形成すると、抵抗温度特性はそのまま
決定してしまうので、後からサーミスタ素子の抵抗値を
調整することが容易ではないという問題があった。尚、
この抵抗値の調節のために、サーミスタ素子と並列に固
定抵抗を配置する方法が考えられるが、この方法ではＢ
定数が変化してしまい、必ずしも好適ではない。

【０００９】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れ、サーミスタ素子の抵抗値の調節が容易で、しかも広
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。

【００１０】

【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、絶縁基板上に設けられた３本
のリード線のうち、各々２本のリード線間に、Ｂ定数の
異なる２種以上のサーミスタ素子を各々配置したことを
特徴とするサーミスタを要旨とする。

【００１１】請求項２の発明は、前記サーミスタ素子及
びリード線上に絶縁層を設けるとともに、該絶縁層にサ
ーミスタ素子の一部を削除可能なトリミング用窓を設け
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。

【００１２】請求項３の発明は、絶縁基板上に３本のリ
ード線を設けるとともに、該リード線のうち各々２本の
リード線間に、Ｂ定数の異なる２種以上のサーミスタ素
子を各々配置し、その後該サーミスタ素子の一部を削除
してサーミスタ素子の抵抗値を調節するサーミスタの製
造方法を要旨とする。

【００１３】請求項４の発明は、前記サーミスタ素子の
削除を、サーミスタ素子を覆う絶縁層に設けられたトリ
ミング用窓を介して行なうことを特徴とする前記請求項
３記載のサーミスタの製造方法を要旨とする。

【００１４】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。

【００１５】

【表１】

【００１６】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。

【００１７】また、セラミックス基板を、異なる熱伝導
率からなるセラミックス層としてもよく、その場合に
は、リード線が形成された第１セラミックス層を、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。

【００１８】前記絶縁層の材料としては、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。前記絶縁層に形成したトリミング
用窓は、サーミスタ素子に対応する位置、即ちサーミス
タ素子の上に設けられるものであり、このトリミング用
窓を通して露出したサーミスタ素子に、切欠が形成され
る。

【００１９】そして、サーミスタ素子を削除する作業で
あるトリミングを行なう場合には、レーザを用いるとそ
の作業が容易でしかも正確であるので好適である。

【００２０】

【作用】本発明のサーミスタの場合には、３本のリー
ド線のうちの各々２本に、Ｂ定数の異なる２種以上のサ
ーミスタ素子が各々接続している。つまり、異なるＢ定
数を有するサーミスタ素子が、異なる２本のリード線間
に接続されている。

【００２１】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。 Ｒ＝Ｒ_XexpＢ（１／Ｔ−１／Ｔ_X） …（1） （Ｒ，Ｒ_Xは各々温度がＴ，Ｔ_X［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、例えば
図１に示す様な回路で接続されて、ある温度領域で例え
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。

【００２２】 Ｒ＝（Ｒa・Ｒb）／（Ｒa＋Ｒb） …（2） （Ｔ₀では、Ｒa=Ｒb，Ｒ＝Ｒa／２） 従って、本発明の請求項１のサーミスタにおいては、そ
の抵抗温度特性は、図２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〜
Ｔ₂）にて望ましい抵抗値（例えば０．１〜２００ｋ
Ω）が得られる。

【００２３】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。

【００２４】また、請求項３の発明にて、抵抗値を調
節する場合には、例えばレーザを用いてサーミスタ素子
の一部を削除する。それによって、図３に示す様に、Ｂ
定数を変化させることなくサーミスタの抵抗値を増大す
ることができる。例えば、Ｔ₀＜Ｔでは、αのグラフ
（図２）で示される抵抗値Ｒaのサーミスタ素子をトリ
ミングすれば、この温度領域の抵抗値Ｒを大きく増加さ
せることができ、一方、βのグラフ（図２）で示される
抵抗値Ｒbのサーミスタ素子をトリミングすれば、抵抗
値Ｒを少しだけ増加させることができる。

【００２５】それに対して、Ｔ₀＞Ｔでは、抵抗値Ｒb
（βのグラフ）のサーミスタ素子をトリミングすれば、
この温度領域の抵抗値Ｒを大きく増加させることがで
き、一方、抵抗値Ｒa（αのグラフ）のサーミスタ素子
をトリミングすれば、抵抗値Ｒを少しだけ増加させるこ
とができる。

【００２６】つまり、トリミングするサーミスタ素子及
び形成する切欠の程度を選択することによって、Ｂ定数
を変化させることなく、抵抗値Ｒの変更の程度を好適に
調節できるものである。

【００２７】

【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４に示す様に、第１実施例のサーミス
タ１は、アルミナ製のセラミックス基板２上に、３本の
リード線３ａ，３ｂ，３ｃ（３と総称する）が設けら
れ、そのリード線３のうち各２本のリード線３を接続し
て、各々抵抗温度特性の異なるサーミスタ素子５，６が
接続されている。

【００２８】このサーミスタ素子５，６のうち、先端側
の第１のサーミスタ素子５は、モル比で７０：２０：１
０のＭｎＯ₂とＮｉＯとＣｕＯ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６は、モル比で９２：８のＺｒＯ₂とＹ₂Ｏ₃とからな
り、そのＢ定数は１２０００である。

【００２９】また、前記セラミックス基板２には、リー
ド線３及びサーミスタ素子５，６を覆って、セラミック
スからなる絶縁層７が形成されている。そして、この絶
縁層７の先端側には、前記第１及び第２サーミスタ素子
５，６と対応した位置に、トリミング用窓８，９が形成
されており、一方、絶縁層７の根本側には、リード線３
ｂの端子１０に対応した接続用穴１１が形成されてい
る。

【００３０】更に、トリミング用窓８，９に対応して、
前記第１及び第２のサーミスタ素子５，６の一部には、
レーザによって削除された切欠１５，１６が形成されて
いる。この切欠９は、第１及び第２のサーミスタ素子
５，６、ひいてはサーミスタ１全体の抵抗値の調節を行
なうためのものであり、切り欠くことによって、両サー
ミスタ素子５，６のＢ定数は変化することなく、抵抗値
のみが増大する。

【００３１】尚、リード線３ａ，３ｂは、スルーホール
１７，１８を介して、図５に示す様に、セラミックス基
板２の裏側にて、共通端子１９に接続されている。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２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、
ＳｉＯ₂−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。尚、グリー
ンシートには、スルーホール１７，１８を形成してお
く。

【００３２】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、３本のリード線３及び端
子１０を形成し、それとともに、スルーホール１７，１
８に白金ペーストを充填する。この白金ペーストとして
は、白金粉末にＺｒＯ₂−Ｙ₂Ｏ₃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。

【００３３】そして、印刷された３本のリード線３の
うち一対のリード線３ｂ，３ｃの上に、第１のサーミス
タ素子５のペーストを印刷して、第１のサーミスタ素子
５を形成する。この第１のサーミスタ素子５の原料とし
ては、純度９９重量％以上の原料のＭｎＯ₂とＮｉＯと
ＣｕＯとをモル比で７０：２０：１０の割合で用い、セ
ルロース系バインダでペースト化して使用する。

【００３４】同様に、第２のサーミスタ素子６のペー
ストを、他の一対のリード線３ａ，３ｂの上に印刷し
て、第２のサーミスタ素子６を形成する。この第２のサ
ーミスタ素子６の原料としては、ＺｒＯ₂とＹ₂Ｏ₃とを
モル比で９２：８の割合で使用する。

【００３５】次に、リード線３及び第１，２のサーミ
スタ素子５，６を覆って、上記グリーンシートと同様な
絶縁層７となるグリーンシートを圧着する。尚、このグ
リーンシートには、上記トリミング用窓８，９及び接続
用穴１１となる貫通孔があけてある。

【００３６】その後、樹脂抜きしてから、１５２０〜
１５３０℃の雰囲気にて１時間焼成する。次に、この
焼成したサーミスタ１の抵抗値を、リード線３に通電し
て測定し、目標の抵抗値であるか否かを判定する。

【００３７】そして、サーミスタ１の抵抗値が、目標
の抵抗値より小さい場合（予め抵抗値が小さ目になるよ
うに設定してある）には、トリミング用窓８，９を通し
てレーザを第１及び第２のサーミスタ素子５，６に照射
して、切欠１５，１６を形成する。それによって、第１
及び第２のサーミスタ素子５，６の抵抗値を必要な値だ
け増大させることにより、抵抗値の微調整を行なう。

【００３８】最後に、サーミスタ１の裏側のスルーホ
ール１７，１８をつなぐ位置に、低温で形成可能な導体
ペーストを塗布し、スルーホール１７，１８を連結する
とともに共通端子１９を形成して、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
〜９００℃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。

【００３９】また、サーミスタ１の抵抗値の調整は、単
にレーザを照射してトリミングを行なうだけであるの
で、極めて容易でありしかも微調整が可能であるという
利点がある。更に、どちらのサーミスタ素子をどの程度
トリミングするかによって、所定の温度領域の抵抗値
を、任意の幅で変化させることができるので、微調整を
精密に行なうことができ、しかもその自由度が大きいと
いう顕著な効果がある。つまり、トリミングするサーミ
スタ素子及びその程度を選択することによって、Ｂ定数
を変化させることなく、抵抗値の変更の程度を好適に調
節できるものである。

【００４０】また、本実施例のサーミスタ１では、リー
ド線３及び両サーミスタ素子５，６がセラミックス基板
２及び絶縁層７に挟まれて、大部分が密閉されているの
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
容易で破損しにくいという特長がある。

【００４１】次に、第２実施例のサーミスタについて説
明する。図６に示す様に、本実施例のサーミスタ２１
は、ほぼ前記第１実施例と同様であるが、端子２３，２
４の接続をセラミックス基板２５の表側だけで行なう点
が大きく異なり、そのため、３本のリード線２６ａ，２
６ｂ，２６ｃ（２６と総称する）や第１及び第２のサー
ミスタ素子２７，２８の配置等が大きく異なる。

【００４２】即ち、第１のサーミスタ素子２７は、外側
の一対のリード線２６ａ，２６ｃに接続され、一方、第
２のサーミスタ素子２８は、隣接する一対のリード線２
６ｂ，２６ｃに接続されている。更に、リード線２６ｂ
は、サーミスタ２１の根本側でリード線２６ａと接続さ
れて、端子２３に接続されている。

【００４３】また、前記リード線２６と両サーミスタ素
子２７，２８を覆う様に、セラミックスからなる絶縁層
３０が形成され、この絶縁層３０にトリミング用窓３
１，３２があけられている。そして、トリミング用窓３
１，３２の中に位置するサーミスタ素子２７，２８の一
部には、抵抗値を調節するための切欠３５，３６が形成
されている。

【００４４】そして、本実施例のサーミスタ２１は、次
の様にして製造されるが、前記第１実施例と同じ部分は
簡単に説明する。まず、セラミックス基板２５となる
グリーンシートを製造する。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、３本のリ
ード線２６及び両端子２３，２４を形成する。尚、この
時には、リード線２６ａとリード線２６ｂとは接続しな
い。

【００４５】そして、印刷された３本のリード線２６
のうち、一対のリード線２６ａ，２６ｃの上に、第１の
サーミスタ素子２７のペーストを印刷して、第１のサー
ミスタ素子２７を形成する。同様に、第２のサーミス
タ素子２８のペーストを、他の一対のリード線２６ｂ，
２６ｃの上に印刷して、第２のサーミスタ素子２８を形
成する。

【００４６】次に、リード線２６及び第１，２のサー
ミスタ素子２７，２８を覆って、上記グリーンシートと
同様な絶縁層３０となるグリーンシートを圧着する。
尚、このグリーンシートには、上記トリミング用窓３
１，３２となる貫通孔があけてあり、リード線３の端部
及び端子２３，２４を覆わない様に短く形成してある。

【００４７】その後、樹脂抜きしてから、１５２０〜
１５３０℃の雰囲気にて１時間焼成する。次に、この
焼成したサーミスタ２１の抵抗値を、リード線２６に通
電して測定し、目標の抵抗値であるか否かを判定する。

【００４８】そして、サーミスタ２１の抵抗値が、目
標の抵抗値より小さい場合には、トリミング用窓３１，
３２を通してレーザを第１及び第２のサーミスタ素子２
７，２８に照射して、切欠３５，３６を形成する。それ
によって、第１及び第２のサーミスタ素子２７，２８の
抵抗値を必要な値だけ増大させることにより、抵抗値の
微調整を行なう。

【００４９】最後に、リード線２６ｂとリード線２６
ａとをつなぐ位置Ｐに、低温で形成可能な導体ペースト
を塗布し、端子２３を共通端子として、サーミスタ２１
を完成する。従って、本実施例のサーミスタ２１は、上
述した第１実施例と同様な効果を奏するとともに、端子
２３，２４はサーミスタ２１の一方の面に設けられてい
るので、ＰＲ線等の接続が容易であるという利点があ
る。しかも、スルーホール等を形成する必要がないの
で、サーミスタ１の製造工程が簡易化できるという特長
がある。

【００５０】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。

【００５１】

【発明の効果】以上説明した様に、請求項１の発明によ
れば、３本のリード線のうち各２本に、各々Ｂ定数のサ
ーミスタ素子を接続したので、サーミスタ素子の抵抗値
の微調整が容易である。

【００５２】特に、サーミスタ素子を覆う絶縁層にトリ
ミング用窓を設けた場合には、一旦形成したサーミスタ
素子の抵抗値の微調整ができるので好適である。また、
請求項３の発明では、Ｂ定数の異なる２種以上のサーミ
スタ素子を形成した後に、サーミスタ素子の一部を削除
するので、サーミスタ素子の抵抗値の調節が容易であ
る。つまり、トリミングによって、Ｂ定数を変えること
なく、抵抗値を大きく変化させる場合と、小さく変化さ
せる場合とを選択できるので、必要に応じて精密な調整
が可能であり、しかも必要領域に応じた抵抗値の調節が
可能であるという顕著な効果を奏する。

【００５３】特に、サーミスタ素子の削除を、サーミス
タ素子を覆う絶縁層に設けられたトリミング用窓を介し
て行なう場合には、サーミスタの製造がほぼ完了した後
に、抵抗値の調節が可能であるので好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 サーミスタの電気的構成を示す回路図であ
る。

【図２】 サーミスタの抵抗温度特性を示すグラフであ
る。

【図３】 サーミスタ素子の抵抗温度特性の変化を示す
グラフある。

【図４】 第１実施例のサーミスタを分解して示す斜視
図である。

【図５】 サーミスタの裏側を示す斜視図である。

【図６】 第２実施例のサーミスタを分解して示す斜視
図である。

【図７】 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】

１，２１…サーミスタ ２，２５…セラミ
ックス基板 ３，３ａ，３ｂ，３ｃ，２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ
…リード線 ５，２７…第１のサーミスタ素子 ６，２８…第２の
サーミスタ素子 ７，３８…絶縁層 ８，９，３１，３
２…トリミング用窓 １５，１６，３５，３６…切欠

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板上に設けられた３本のリード線
   のうち、各々２本のリード線間に、Ｂ定数の異なる２種
   以上のサーミスタ素子を各々配置したことを特徴とする
   サーミスタ。
2. 【請求項２】 前記サーミスタ素子及びリード線上に絶
   縁層を設けるとともに、該絶縁層にサーミスタ素子の一
   部を削除可能なトリミング用窓を設けたことを特徴とす
   る請求項１記載のサーミスタ。
3. 【請求項３】 絶縁基板上に３本のリード線を設けると
   ともに、該リード線のうち各々２本のリード線間に、Ｂ
   定数の異なる２種以上のサーミスタ素子を各々配置し、
   その後該サーミスタ素子の一部を削除してサーミスタ素
   子の抵抗値を調節するサーミスタの製造方法。
4. 【請求項４】 前記サーミスタ素子の削除を、サーミス
   タ素子を覆う絶縁層に設けられたトリミング用窓を介し
   て行なうことを特徴とする前記請求項３記載のサーミス
   タの製造方法。