JPH0579922A

JPH0579922A - 温度センサ

Info

Publication number: JPH0579922A
Application number: JP3272070A
Authority: JP
Inventors: Takao Kojima; 孝夫小島; Akira Nakano; 昭中野; Satoshi Sugaya; 聡菅谷
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1991-09-24
Filing date: 1991-09-24
Publication date: 1993-03-30
Anticipated expiration: 2015-08-21
Also published as: JP3078057B2

Abstract

(57)【要約】【目的】広範な温度範囲にて、簡易且つ正確に、温度
測定を行い得る温度センサを提供する。【構成】触媒コンバータ６の内部の温度を計測するた
めの触媒コンバータ温度センサ５において、３層以上の
厚膜型白金抵抗パターン２を有するグリーンシート１を
積層させ焼成させて成り、該各隣接する厚膜型白金抵抗
パターン２はスルーホールメタライズで接続され、上記
いずれの厚膜型白金抵抗パターン２の抵抗体部の長さ
（Ａ）が、上記触媒コンバータ温度センサの上記触媒コ
ンバータ６内への突出長さ（Ｂ）の１／３以下〔Ａ≦
（１／３）Ｂ〕であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、触媒コンバータの内部
の温度を計測するための温度センサに関し、自動車用排
気ガス浄化装置等に利用される。

【０００２】

【従来の技術】従来より、触媒コンバータの内部の温度
計測には、温度センサが用いられてきた。かかる温度セ
ンサとしては、クロメル−アルメル熱電対、白金ロジ
ウムー白金熱電対等の熱電対を用いたもの、単一のセ
ラミックシート上に白金等の薄膜を蒸着等により形成し
た薄膜抵抗型のもの（特公平１−４３８９４）、白金
抵抗パターンを有するセラミックシートを複数枚積層し
たもの（特開昭６４−６５４２７）、セラミック半導
体を利用したサーミスタ方式のもの等が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の
熱電対を利用したものは、零点の補正が困難であると同
時に、高価であるという欠点を有している。特に、触媒
コンバータの使用時には、１０００℃もの高温に達する
為、これに耐え得る温度センサとするには、直径１ｍｍ
以上のクロメルメル−アルメル線、白金ロジウムー白金
線等を使用することが必要となり、非常に高価な温度セ
ンサとなる。また、前記従来の薄膜抵抗型のものは、
耐熱性に乏しく、５００℃程度の計測が上限であると共
に、測定値のバラツキも生じ易い。更に、前記従来の
サーミスタ方式のものにおいては、７００〜９００℃の
範囲においては正確な温度計測を成し得るものの、４０
０〜６００℃の範囲においては温度勾配が緩やかな為、
正確な温度計測が困難である。また、上記〜の温度
センサを含め従来の温度センサでは、触媒コンバータの
外壁による熱放出が大きい為、正確な温度測定の障害と
なっていた。

【０００４】本発明は、上記問題点を解決するものであ
り、広範な温度範囲にて、簡易且つ正確に、温度測定を
行い得る温度センサを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本第１発明の温度センサ
は、触媒コンバータの内部の温度を計測するための温度
センサにおいて、３層以上の厚膜型白金抵抗パターンを
有するグリーンシートを積層させ焼成させて成り、該各
隣接する厚膜型白金抵抗パターンはスルーホールメタラ
イズで接続され、上記いずれの厚膜型白金抵抗パターン
の抵抗体部の長さ（Ａ）が、上記温度センサの上記触媒
コンバータ内への突出長さ（Ｂ）の１／３以下〔Ａ≦
（１／３）Ｂ〕であることを特徴とする。上記の如く
「厚膜」の白金抵抗パターンを用いるのは、白金が耐酸
化性に優れる上に「薄膜」のものを用いた場合に比べ、
著しく耐熱性が向上すると共に、均質の性能を有する温
度センサを大量に製造することが容易であるからであ
る。尚、ここでの「厚膜」とは、通常は印刷法等により
作製された１０〜４０μｍ程度の膜をいう。

【０００６】上記の如く、「グリーンシートを積層させ
る」のは、以下の理由による。即ち、一般に１０μｍ以
上の厚みを有する厚膜の白金抵抗パターンを用いつつ高
抵抗を得るためには、白金パターン巾を狭くし、同パ
ターンの横断面積を小さくすること、白金抵抗パター
ンを有するセラミックシートを積層することにより、同
パターンの長さを長くすること等が必要となる。ところ
が、の白金パターン巾を狭くする場合は、印刷時の滲
み等によりパターン精度が十分でない場合があり、そし
て薄膜を用いた場合と同様に抵抗値のバラツキと耐熱性
の低下をもたらすこととなる。従って、白金パターン巾
を狭くすることには、限界がある。これに対して、の
積層による場合には、高抵抗且つ小型の素子とすること
ができるからである。尚、上記の様に積層数を３層以上
とするのは、素子形状を小型のまま十分なパターン長と
して高抵抗を確保しつつ素子の小型化を図ることができ
るからである。

【０００７】また、各隣接する厚膜型白金抵抗パターン
の接続を、スルーホールメタライズでなすのは、確実且
つ容易に接続ができ、精度の向上と製造コストの低減を
図ることができ、更には耐久性を確保できるためであ
る。尚、ここで、スルーホールを埋めるメタライズ材料
としては、Ｐｔ、Ｐｄ等を用いるのが好ましい。Ｗ、Ｍ
ｏ等の耐酸化性に乏しい材料では、使用中に積層シート
間の微細クラック又は抵抗パターン層の多孔部間隙から
雰囲気ガスが侵入してスルーホール部の酸化が進み、抵
抗変化が生じ正確な温度測定に支障を来すからである。
また、２層積層の場合はリード線にて接続可能であるが
３層以上ではリード線接続が実質上困難であり、耐酸化
性に優れるＰｔ等のスルーホール形成は、特に有効であ
る。

【０００８】更に、抵抗体部の長さ（Ａ）を触媒コンバ
ータ内への突出長さ（Ｂ）の１／３以下（より好ましく
は１／５以下）とするのは、かかる場合には、抵抗体部
が触媒コンバータの外壁部分より十分に離れられる（同
抵抗体部の２個分の長さ以上離れる）為、外壁部分から
の熱引き（熱放出）を抑制でき、正確な温度測定ができ
るからである。

【０００９】本第２発明では、上記厚膜型白金抵抗パタ
ーンは、白金及びセラミック成分からなり、該セラミッ
ク成分の含有量が、該白金及び該セラミック成分の合計
１００重量部に対して、５〜５０重量部である。ここ
で、厚膜型白金抵抗パターンに、白金のみならずセラミ
ック成分をも含有させるのは、セラミック基板との結合
性と耐久性の向上を図ると共に、抵抗値の上昇を図るた
めである。また、その含有量を上記の如く定めるのは、
５重量部未満の場合にはセラミック基板との結合性に於
いて所望の効果を得られず、一方５０重量部を越える場
合には白金−白金間の接触不良となり抵抗値のバラツキ
が大となるからであるからである。

【００１０】また、本第３発明に示す様にこのセラミッ
ク成分を、該セラミック成分の合計１００重量部に対し
て、ＺｒＯ₂を２〜３０重量部含有するものとしてもよ
い。ＺｒＯ₂を含有させることにより、グリーンシート
の焼成時の温度差から生ずる抵抗値のバラツキを抑制す
ることができるからである。尚、かかる含有量を２〜３
０重量部とするのは、２重量部未満の場合には、所望の
効果を得られず、一方３０重量部を越える場合には粒径
の関係上接触不良となり抵抗値のバラツキが大となるか
らである。

【００１１】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。（１）温度センサの作製先ず、アルミナ９２％、他成分としてＭｇＯ、Ｓｉ
Ｏ₂、ＣａＯを含むグリーンシート（０．８ｍｍ）１を
８枚（Ｎｏ．１〜８）用意した。次いで、これらのグリ
ーンシート１上に白金ペースト〔白金ブラック２重量
部、：白金スポンジ１重量部、他にセラミック材料（共
生地）、ブチルカルビドール及び有機バインダーを含
む〕を印刷して、図１に示す様な導電パターン（以下、
「パターン」という。）２を形成し、このパターンの２
つ端部には、スルーホール３１又は３２を形成した。
尚、この白金ペースト中のセラミック材料の配合割合
は、白金及びセラミックの全量１００重量部に対して、
１５重量部である。

【００１２】更に、図２に示す様に上記グリーンシート
をＮｏ．１〜８の順で積層した。この場合、隣接する各
グリーンシートは、図２に示す様にスルーホール３１若
しくは３２により接続されている。また、同図に示す様
に、最上層に用いられるグリーンシート（Ｎｏ．１）で
は、一方のスルーホール３１の代わりに、リード取出部
４１が形成されている。更に、最下層のグリーンシート
（Ｎｏ．８）に形成されたスルホールであって隣接する
グリーンシート（Ｎｏ．７）との接続に関与しないもの
３１ｈは、グリーンシートＮｏ．８の表面に形成された
パターン２ｈと裏面に形成されたリード取出部４１ｈの
接続に用いられている。尚、これらの接続をなすメタラ
イズ材料は主に白金で、一部セラミックを含有してい
る。

【００１３】その後、この積層されたグリーンシートを
大気中にて電気炉に入れ、３５０℃で２４時間、加熱し
て樹脂抜きをした後、１６００℃で２時間の焼成を大気
下にて行い積層焼結板とした。尚、焼成後の白金パター
ン膜２の厚みは２０μｍ、巾は０．１〜０．２ｍｍであ
り、積層された各白金パターンの抵抗体部の長さＡは５
ｍｍであり、また常温での抵抗値は６５Ωである。

【００１４】次いで、リード取出部（幅；１．２ｍｍ）
４１及び４１ｈのそれぞれに、リード線（外径；０．３
ｍｍ）をロー材料（ＢＡｇ−４）によりロー付けした。
尚、このロー付けは、カーボン材料からなる治具の一方
の型中の所定の溝中にリード線の先端を挿入するととも
にこの接合位置にロー材料を配置し、次いで、積層焼結
板を配置し、更に他方の型を合わせ、一体物としてこれ
を加熱することによって行った。次いで、以上の焼成体
を水中に入れ超音波により洗浄した。尚、この超音波洗
浄条件は、シャープ株式会社製のＳＨＡＲＰＵＴ−３
０４型洗浄器を用いて強弱レベル７目盛で１５分間洗浄
した。この洗浄時にリード線が剥離することもなく、接
合強度は優れたものであった。更に、このリード線付積
層焼結板を、セラミックホルダ５１内に、カーボングラ
ファイトや滑石等の充填粉末、パッキン及びカシメリン
グにより固定した。そして、該セラミックホルダ５１に
主体金具５２の他、グロメット、プロテクター等の部品
を装着して試験品Ｎｏ．１の温度センサ５を作製した。
また、抵抗体部長さＡを８ｍｍ、常温での抵抗値を１０
０Ωとしたこと以外は試験品Ｎｏ．１と同様の方法にて
試験品Ｎｏ．２の温度センサを、更に抵抗体部長さＡを
１２ｍｍ、常温での抵抗値を１４０Ωとしたこと以外は
試験品Ｎｏ．１と同様の方法にて試験品Ｎｏ．３の温度
センサを作製した。

【００１５】（２）性能試験と評価試験例１本性能試験は、試験品Ｎｏ．１〜３の各温度センサにつ
いて、触媒コンバータ内の温度と各温度センサの示す抵
抗値の関係を調べたものである。先ず、上記試験品Ｎ
ｏ．１〜３の各温度センサ５を、図３に示す様な触媒コ
ンバータ（内径；１４０ｍｍφ）６に装着した。ここ
で、これらの温度センサ５の触媒コンバータ内への突出
長さ（Ｂ）は、いずれも４０ｍｍである。従って、試験
品Ｎｏ．１の温度センサの装着におけるＡ／Ｂの値は
０．１２５、同Ｎｏ．２では０．２００、同Ｎｏ．３で
は０．３００である。また、同触媒コンバータの主要部
をなす金属容器部分６１内には、Ｐｔ−Ｒｈ担持モノリ
ス触媒が配置されている。その後、上記触媒コンバータ
６にエキゾーストパイプ６２を介して連結されているエ
ンジンを稼働させ（３０００ｒｐｍ）この排気熱によ
り、触媒コンバータ内の温度を上昇させた。そして、試
験品Ｎｏ．１〜３の各温度センサが、３００、５００、
８００℃の各温度において示す抵抗値の測定を行った。
この結果を表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】尚、コンバータ内の温度の基準は、図３に
示すようにコンバータ内に配置されたＫ（１．６ｍｍ
φ）熱電対７により定めた。また、この熱電対７は、そ
の先端が内壁から８０ｍｍになる位置に挿入される。以
上の結果によれば、本試験品Ｎｏ．１〜３のいずれの温
度センサにおいても３００〜８００℃と広い温度範囲に
て大きな温度勾配を示した。従って、本発明に係わる温
度センサを用いれば、この様な広い温度範囲にて、正確
な温度測定ができることとなる。

【００１８】試験例２本性能試験は、触媒コンバータの外壁部分からの熱引き
（熱放出）の影響を調べたものである。先ず、前記試験
例１で用いた試験品Ｎｏ．１と同様の温度センサ５を突
出長さ（Ｂ）が８０ｍｍとなる様に、試験例１と同様な
触媒コンバータ６に装着し、同様なエンジンを稼働さ
せ、この排気熱により、触媒コンバータ６内の温度を上
昇させた。そして、当該温度が５００℃となった所で、
一定に保ち、このときに温度センサの示す抵抗値を調
べ、これを基準値（Ｃ）とした。次いで、突出長さ
（Ｂ）を３０及び４０ｍｍとした場合についても、これ
と同様の方法にて抵抗値を調べ、これを評価値（Ｄ）と
した。そして、この評価値（Ｄ）の基準値（Ｃ）からの
減少の度合い、即ち（Ｃ−Ｄ）／Ｃの百分率を算出し、
これを熱引き率として表２に示す。

【００１９】

【表２】

【００２０】尚、本試験例における温度の基準も、試験
例１と同様のコンバータ内に配置されたＫ熱電対７によ
り定めた。更に、試験品Ｎｏ．２及び３の温度センサに
ついても、表２に示す突出長さの下、基準値及び評価値
を測定し、熱引き率を調べ、これも同表に併記する。

【００２１】また、試験品Ｎｏ．３の温度センサを用
い、突出長さ（Ｂ）を３０ｍｍ（Ａ／Ｂ＝０．４００）
としたこと以外は、試験例２と同様な条件の下、比較試
験（比較例）を行い、評価値（Ｄ）の測定を行った。そ
して、この場合の熱引き率も表２に併記する。

【００２２】以上の結果によれば、本試験例に於ける熱
引き率は、著しく低く、比較試験（比較例）の場合の約
１９％〜５０％の値である。これは、本試験例の温度セ
ンサでは、触媒コンバータの外壁部分からの熱引きが、
大変小さくなっていることを示している。従って、本試
験例の温度センサによれば、高精度にて温度測定ができ
ることとなる。

【００２３】尚、本発明においては、前記具体的実施例
に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範
囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、
本実施例では、８層の積層体を用いたが、３〜７層若し
くは９層以上であってもよい。また、使用するグリーン
シート、スルーホ−ル、リード線の大きさ、形状等も本
発明の目的を達成できる限度内において特に問わず、目
的、用途に応じて種々選択されることとなる。更に、導
電パターンの型も特に問わない。また、リード取出部の
幅がリード線の接続端子部の高さの２倍以上（特に、３
倍以上）であり、しかもリード取出部がセラミック基板
上に形成される下層とこの下層上に形成される上層から
なる２重構造とすることができる。この下層は、セラミ
ックス及び白金の全体に対して１０重量％以上のセラミ
ックス（特に１５〜２０重量％）を含有し、この上層は
同様に５重量％以下（特に２重量％以下、０重量％も含
む。）を含有するものが好ましい。この場合には、２重
構造等とすることにより、更に接合強度を上げることが
できる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の温度センサでは、耐熱性に優れ
る為、広範な温度範囲にて、正確な温度測定ができる。
また、触媒コンバータの外壁部分からの熱引き等の外部
からの影響を極力減少させる為、測定精度の向上が図ら
れる。更に、従来の温度センサに比べ、簡易に使用で
き、しかも安価である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いたグリーンシートへの白金ペース
トの印刷した状態を示す全体斜視図である。

【図２】実施例で用いたグリーンシートの積層状態等を
示す説明図である。

【図３】実施例における温度センサを触媒コンバータ温
度に装着した状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１グリーンシート２白金パターン３１、３２スルーホール４１リード取出部５温度センサ５１セラミックホルダ５２主体金具６触媒コンバータ６１金属容器部分６２エキゾーストパイプ７Ｋ熱電対Ａ抵抗体部長さＢ突出長さ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】触媒コンバータの内部の温度を計測する
ための温度センサにおいて、３層以上の厚膜型白金抵抗パターンを有するグリーンシ
ートを積層させ焼成させて成り、該各隣接する厚膜型白
金抵抗パターンはスルーホールメタライズで接続され、上記いずれの厚膜型白金抵抗パターンの抵抗体部の長さ
（Ａ）が、上記温度センサの上記触媒コンバータ内への
突出長さ（Ｂ）の１／３以下〔Ａ≦（１／３）Ｂ〕であ
ることを特徴とする温度センサ。
【請求項２】上記厚膜型白金抵抗パターンは、白金及
びセラミック成分からなり、該セラミック成分の含有量
が、該白金及び該セラミック成分の合計１００重量部に
対して、５〜５０重量部である請求項１記載の温度セン
サ。
【請求項３】上記セラミック成分は、該セラミック成
分の合計１００重量部に対して、ＺｒＯ₂を２〜３０重
量部含有する請求項２記載の温度センサ。