JPS5821801B2 - 高温用感温素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は約３００℃以上、特に８００℃以上で苛酷な条
件下で使用される、アンプなどの不用な高温用感温素子
に関する。

従来このような感温素子としては、特に自動車用の排ガ
ス浄化触媒用の温度検知素子が知られており、感温材料
としての安定性はある程度評価されている。

しかしながら素子としてのコストが高い、構造上導電線
やその接合部が断線し易い、感温材料である焼結セラミ
ック中に埋設した電極部の欠損が多い、電極用に使用す
る白金電極が高価である、などの欠点があり、その改良
が望まれていた。

本発明はこのような欠点の改善された高温用感温素子を
提供するものであり、上述のように自動車用として限定
されることなく、広く一般に適用され得るものである。

特に、一体化され集積化された特殊な構造により、信頼
性、寿命の特に優れた高温用感温素子を提供するもので
ある。

以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

本発明による高温用感温素子は、基本的には第１図に示
すように、柱状絶縁体１とそれを覆う保護皮膜絶縁体２
とそれらの間に介装された２枚の導電体３とそれぞれの
導電体３の一端から絶縁体２の外側に沿って外部へ導出
された接続用電極４とそれぞれの導電体３の先端を短絡
する感温材料５から構成されている。

さらに感温材料によっては外部の雰囲気より保護する必
要があるので、その時は前記感温材料５の上に保護皮膜
６を被覆する。

また第２図に示すように電極２４は柱状絶縁体２１の保
護皮膜絶縁体２２の内側に設置されて、外部に導出され
ても伺ら機能に変化のないことは云うまでもない。

本発明による高温用感温素子は例えば次のようになされ
ている。

通常の窯業方法によって保護皮膜絶縁体２となる生のシ
ートを形成し、その上に導電体３となる導電材料を印刷
した後、電極４用の穴を必要に応じて形成すると同時に
必要な大きさに切断する。

次に別に用意した、焼成後には柱状絶縁体１となる生の
柱状体の周りに、気孔が生じないように導電材料を内側
にして密着して巻き付ける。

こうして出来た生の成形体を材料に適した温度で焼成す
る。

この時材料によっては特に導電材料としてＷや、ＭＯ−
Ｍｎ系の金属材料を使用した場合には、還元性のガス中
で焼成を行なわれるが、これは現在性なわれているメタ
ライジングの方法と同じである。

さらに電極４を通常のメタライジングと同様の方法で形
成する。

すなわちＷ導電体を使用した場合にはＮｉメッキをした
後に電極４を高温半田などで導電体３にそれぞれ溶着す
る。

そして他端に感温材料５を形成する。

これは焼成して切断仕上した材料を貼り付け、溶着して
もよいし、また溶射方法によれば直接強固なボンディン
グを得、信頼性も高く、容易である。

また腐蝕性の強いガス中などで使用するために素子の保
護を必要とする場合は、さらにその上に保護材を厚く溶
射して保護皮膜６を形成する。

このようにして得られた高温用感温素子は、このままで
も使用できるが、使用温度より幾分高い温度で焼鈍して
おくことが、特性を安定させ、残留熱応力の除去の点か
ら望ましい。

導電体３としては、他にＭｏＳｉ２やＬａＣｒＯ３など
のペーストを使用してもよい。

また柱状絶縁体１の周りに印刷しても、または蒸着法な
どによって形成しても同一の効果を有することは云うま
でもない。

また生シートを保護皮膜絶縁体２として使用する代りに
、生の柱状体の周りに導電体３を印刷などして形成した
後に、焼成後保護皮膜絶縁体２となる材料ペーストを印
刷しても同様の物を形成できる。

また焼成後の柱状絶縁体１の周囲に導電体３を蒸着やス
パッタリングによって形成し、その後にさらに保護皮膜
絶縁体２を同様に形成しても同様物を形成できる。

本発明における柱状絶縁体材料や保護皮膜絶縁体材料と
しては、例えばアルミナ、マグネシア、ムライトなどの
、感温材料より抵抗の高い材料を使用する。

両者は同一材料でなくとも熱応力に十分耐えられるもの
であればよいことは云うまでもない。

感温材料としては、従来より知られているスピネル系酸
化物、プロブスカイト系酸化物、ジルコニア系酸化物な
どの材料を適用する。

このような感温材料は室温では１０１°Ω儒以上あって
も、１０００℃程度の温度では１Ω儂にも低下するし、
またＢ定数として知られる抵抗変化率は１０．００００
Ｋに及ぶ。

従って上述の耐熱材料である絶縁体の抵抗としては、こ
れに対して十分高ければ、例えは１００倍もあれば十分
である。

また実際には、高温にさらされる部分は感温材料が設置
された個所であって、他の部分の温度はそれより低温で
あるため、絶縁体の抵抗が幾分低くても問題は生じない
。

保護皮膜絶縁体の効果は非常に大きく、実施例にも挙げ
るように、アルミナの５０μｍ厚の皮膜であっても、９
００℃空気中で連続１０．０００時間のテスト後も内部
に保護した導電体の抵抗はほとんど変化せず、信頼性の
高いことが判明した。

本発明によるこのような感温素子は、その一体化された
構造からも明白であるように、信頼性が高く、寿命が長
いといった特徴が認められた。

感温素子で見られる故障は感温素子の接地部であり、従
来の感温素子においては感温材料であるセラミック材中
に埋設された高価な白金電極の欠損は非常に大きく、さ
らに他の接合部での故障が数多く□発見されたのに対し
、本発明による感温素子ではその数は極く少なく、その
優秀さが認められた。

さらに従来では、埋設電極強度に問題があり、歩留りが
悪い上に、感温素子を組立てる工程がその複雑な構造の
ゆえに非常に多くかつ煩雑であるため非常に高価につい
ていたのに対し、本発明による感温材料の接地部の接合
は、歩留りが殆んど１００％であり、かつ簡単な構造で
あるため工程が単純で短かく、大巾なコストダウンが可
能となるなど、生産面においても優れた特徴を有してい
る。

次に限定的でない本発明の実施例を挙げて説明する。

実施例 １ 生アルミナシート上にＷペーストを印刷して導。

主部を形成し、一端に電極を接続する窓をパンチした後
、同じく生アルミナ栓を両端に付け、タバコを丸めるよ
うにしてパイプ状となし、グリーンガス中、１６５０°
Ｃの高温で焼成した後、窓にＮｉ電極を溶着した。

他の一方から覗いているＷの導電部先端にＰｔペースト
を塗布し、焼付けた。

この上にＭｇ０ ４５．８１モル％、 Ｎｉ０ ４．９
３モル％、 Ａｌ□０３８．６２モル％ ｔ Ｃｒ２Ｏ
２２７，０９モル％ｒ Ｆｅ２Ｏ３１：３．！５５モル
％より成るスピネル型感温材料を約１３０μｍ厚にプラ
ズマ溶射し。

て２つの導電部を結合した。

さらにこの上にＡｌ２Ｏ３を厚さ約２７０μｍ溶射し、
保護皮膜とした。

プラズマ溶射は、Ｎ２ガスを用い、７００Ａ。３５Ｖで
行ない、７０１ｎｒＩＬ離れた導電部先端にマスクを通
して行なった。

得られた素子のＢ定数は、８５０〜９５０℃間で、約１
２．０００°に１抵抗は５４０Ω（９００°Ｃ）であり
、燃焼排ガス中での耐熱試験、１０３０℃、１０００時
間後の変化は、いずれの特性の変化も±３％以内に入っ
ていた。

さらにＩＯＧの加わる。耐震テスト１０万回後も何ら異
常は認められなかった。

一方従来品である白金導体を焼結体中に埋設し焼結しで
ある素子では、接続部各所での結晶粒成長や応力で破損
が生じているものが多数認められた。

実施例 ２ 生のアルミナ棒の周りにＭｏ−Ｍｎ系の導電ペイントを
印刷し、乾燥した後、アルミナ微粉から成るペーストを
１５０μ函厚に印刷し、乾燥した後、Ｎ２を３％含むＮ
２ガス中、１５５０℃で焼成した。

この両端にＮｉメッキを行ない、一端に電極を高温半田
で接着し、他端に実施例１と同様感温材料を溶射した。

さらにその表面に保護アルミナ皮膜を６．００μｍ厚に
溶射した後、９５０°Ｃの電気炉中で先端のみ焼鈍を行
なった。

得られた素子の抵抗は９００°Ｃで５５０Ω、Ｂ定数は
８５０〜９５０°Ｃで１１，０００°にであり、実施例
１と同様の特性、寿命を示した。

実施例 ３ 焼成したアルミナ棒の周囲にＳｉＣをスパッタリングし
て導電部を形成し、さらにアルミナ皮膜を５０μｍ厚に
形成した。

マスクによって窓を開けておいた個所にＮ ｉを溶射し
、続けて外部へ接続する電極を高温半田で接着し、さら
に他端の窓にもＮｉを溶射し、さらに実施例１と同様に
感温材料、′保護皮膜をプラズマ溶射した。

得られた高温用感温素子は実施例１と同様の特性を示し
た。

実施例 ４ 実施例１，２．３で得た素子を９００℃に保持した電気
炉中に先端部のみを入れ、耐熱耐雰囲気テストを行なっ
た。

空気中で連続１０，０００時間のテスト後も、形状など
に伺らの変化はなく、Ｂ定数、抵抗共に変化は±１．５
％以内に入っていた。

実施例 ５ 実施例１，２．３で得た素子を９００°Ｃに保持した電
気炉中に先端部のみを差し込み、１５分間保持した後、
炉外に取り出し急冷し、１５分間室温においた後、また
炉中に差し込み、９００°Ｃに急熱する操作を繰り返す
耐熱ショック試験を行なった。

４５００回のキイクルテスト後においても形状に伺らの
変化はなく、Ｂ定数、抵抗共にいずれの素子においても
その変化は±１．５％以内にあった。

実施例 ６ 実施例１，２．３で得た素子および従来品である白金線
を電極として感温材料中に焼結埋設して形成し、耐熱合
金パイプ中へ設置した素子を比較した。

これらに実施例５と同様の耐熱テストと５Ｇの加わる震
動を同時に加え、４，０００回繰り返えした後の特性を
見たところ、本発明の実施例１．２．３で得た素子では
伺ら変化は認められなかったが、従来素子では約３０％
に及ぶ断線が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１−は本発明の一実施例の高温用感温素子の断面図、
第２図は別の実施例の断面図である。 １．２１・・・・・・柱状絶縁体、２，２２・・・・・
・保護皮膜絶縁体、３・・・・・・導電体、４，２４・
・・・・・電極、５・・・・・・感温材料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 柱状絶縁体と該柱状絶縁体を包む保護皮膜絶縁体と
   、両絶縁体間に形成された少なくとも１対の導電体と、
   該導電体に外部へ連絡するために設けられた電極と、該
   導電体に該導電体を短絡するように設置された感温材料
   を有することを特徴とする高温用感温素子。 ２ 感温材料は、その表面を保護皮膜で覆われているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高温用感温
   素子。 ３ 焼成後納縁体となる材料の生シートに少なくとも１
   対の耐熱導電体を塗布する工程と、丸めてパイプ状体を
   形成する工程と、焼成する工程と、前記導電体に電極端
   子を接続する工程と、前記導電体間に感温材料を設置す
   る工程を含むことを特徴とする高温用感温素子の製造方
   法。 ４ 焼成後納縁体となる材料の主柱状体に少なくとも１
   対の耐熱導電体を印刷する工程と、その上に焼成後納縁
   体となる保護皮膜絶縁体を形成する工程と、焼成する工
   程と、前記導電体に電極端子を接続する工程と、前記導
   電体間に感温材料を設置する工程を含むことを特徴とす
   る高温用感温素子の製造方法。 ５ 柱状絶縁体表面に少なくとも１対の導電体を形成す
   る工程と、その上に保護皮膜絶縁体を形成する工程と、
   前記導電体に電極端子を接続する工程と、前記導電体間
   に感温材料を設置子る工程を含むことを特徴とする高温
   用感温素子の製造方法。