JPS62189701A - 炭化硅素焼結体サ−ミスタ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、炭化硅素を主物質とした焼結体を感温素子と
し、この感温素子に電極、リード線を取Ｌ１　　ノｉＥ
　ｌ＋　　　　−％”ｖ　　１　−ｒｓ　ｔｔ　　市　
１　　ナー　コＴ　−−１１＋Ｉ　中　Ｌｊ　　：ａ　
　ｌ　　　４−　１）ル硅素焼結体サーミスタに関する
ものである。

［従来の技術］ 従来のサーミスタはマンガン、コバルト、ニッケル等の
遷移金属の酸化物焼結体が感温素子として用いられてい
る。これらの酸化物は高温度領域や酸素分圧の影響を受
は易く、通常２００℃以下で使用するか、或いはガラス
により封止をしてそれよりも稍々高温の温度領域におい
て使用している。金属酸化物の焼結体による感温素子の
熱膨張係数８５〜９０拳（１／１０−７　）Ｋ−１に一
致させるために、熱膨張係数が９４・　（１／１０−７
　）　Ｋ−ｓの軟質ガラスを通常用いている。また、電
極には白金線等が用いられるが、白金線の電極の熱膨張
係数は８９参（１／１Ｏ−７）Ｋ−１であり、更にジュ
メット線、鉄φニッケル合金線等から成るリード線は９
０〜９６・　（１／　１０−７　）Ｋ−１である。この
ため、４００℃以−ヒになるとガラスの絶縁抵抗の低下
、化学的な活性化による感温素子材料との化学反応等に
より、安定性に大きな問題がある。また、金属酸化物は
周囲の高温領域における温度酸素分圧の変化により、素
子結合酸素の解離・結合が生じ易いために特性の変化を
生じ易い、更には、特性変化を防止するためのガラス封
止工程で生ずるガラスと素子結合酸素との化学反応によ
る特性値のばらつきも問題となる。

また、電極にペーストを用いたチップ型サーミスタの場
合に（よ、３００℃以上での電極材の感温素子中への拡
散による特性変化の問題がある。

従って、３００℃以上の温度範囲では長期間の使用に対
して信頼性の高いサーミスタが存在せず、他の温度検出
端である白金抵抗体や熱電対が使用されているのが現状
である。

［発明の目的］ 本発明の目的は、これらの欠点を解消し、サーミスタの
持つ高分解能、高抵抗、小型、低価格という特長を損な
うことなく、約５００℃までの高温度領域において高い
信頼性を備えた炭化硅素焼結体サーミスタを提供するこ
とにある。

［発明の概要］ 上述の目的を達成するための本発明の要旨は、炭化硅素
焼結体から成る感温素子の両面に高融点金属電極を形成
し、２本のリード線を前記電極にそれぞれ接続し、ガラ
スにより前記感温素子と前記リード線の一部を封止する
と共に、前記炭化硅素焼結体、電極、リード線、ガラス
のそれぞれの熱膨張係数をほぼ一致させたことを特徴と
する炭化硅素焼結体サーミスタである。

［発明の実施例］ 本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

本発明のサーミスタｌは炭化硅素焼結体のチップ状の感
温素子２の両面に電極３ａ、３ｂが形成され、これらの
電極３ａ、３ｂにそれぞれリード線４ａ、４ｂが接続さ
れ、感温素子２全体及びリード線４ａ、４ｂの一部をガ
ラス５で封止した構造とされている。

炭化硅素は共有結合を持ち高温においても化学的に安定
度の高い物質であり、ここで本発明に係るサーミスタに
使用する炭化硅素焼結体は、炭化硅素を主材としポロン
等の物質を混合して１例えば厚さ０．２〜０．８ｍｍの
板体状に焼成したものである。この板体の両面にメタラ
イズ又はスパッタ法等により、モリブデン、マンガン、
コバルト、チタン、タングステン等の高融点金属、又は
これらの合金のＦＪｉ膜を電極３ａ、３ｂとして付着さ
せ、その後に感温素子２として立方体状に切り出してい
る。

サーミスタ特性の抵抗値とＢ定数は、炭化硅素に含まれ
るポロン等の不純物の量、焼成条件、密度、厚み、電極
面積によって決定され、オーミックな接続が得られる。

また接続強度を増すために、直径０．１〜０．２５ｍｍ
の例えば鉄拳ニッケルの合金にコバルトを加えたコバー
ル線から成るリード線４ａ、４ｂを電極３ａ、３ｂにス
ポット溶接する。更に、硼硅酸ガラス又は結晶化、ガラ
スから成るガラス５により感温素子２．電極３ａ、３ｂ
及びリード線４ａ、４ｂの一部を封止する。このガラス
封止により、電気的絶縁性が確保されると共に、外気と
の遮断がなされ酸化が防止されることになる。

これらの材料は、全てほぼ同一の熱膨張係数的４０〜５
０−　　（１／１０−’）Ｋ’に揃えており、４００〜
５００℃における連続使用や５００℃から室温、室温か
ら５００°Ｃに至る熱衝撃においても、ガラス５にクラ
ックが発生することがない、即ち、炭化硅素焼結体の熱
膨張係数は３８・（１／ｌ　Ｏ−’　）Ｋ“１、コバー
ル線のそれは５０・　（１／ｌ　Ｏ−７）Ｋ″１．硼硅
酸ガラスのそれは３８・　（１／１０−’）Ｋ−１，結
晶化ガラスのそれは４５・　（１／１Ｏ−７）Ｋ’であ
る。

本発明は従来のビード型サーミスタの特長を損なうこと
なく、高温度までの温度計測を可能にしたものであり、
これを達成するため、上述のようにビード型の構造を変
えることなく構成材料を変えている。即ち、高温におい
ても化学的に安定な炭化硅素焼結体を感温素子２として
用いることにより、周囲条件による感温素子２の物性変
化が少なくなり、更にガラス封止によって特性のばらつ
きを防止し、高温領域での高い安定性と製作工程中の歩
留を向上させることができる。

実施例において列挙した物質から成る電極３ａ、３ｂ、
リード線４ａ、４ｂ、ガラス５も５００℃の高温度にお
いても物性的に安定であり、またこれらを組合わせても
熱変化に対する安定な機械的強度が得られる。ガラス５
は結晶化ガラス又は軟化点の高い硼硅酸ガラスを使用し
、５００℃までの化学的安定性及び素子との反応を少な
くすると共に、前述したように感温素子２、電極３ａ、
３ｂ、リード線４ａ、４ｂ、ガラス５はこれら熱膨張係
数的をほぼ一致させることによって、ガラス５に生じ易
い内部歪を軽減している。このことにより、温度センサ
として実際の使用条件内、つまり５００℃以下の温度領
域においてがラスクラックの発生は生ずることはない。

本発明に係るサーミスタは、従来のサーミスタでは使用
不能であった高温領域で使用する一般温度計用センサ又
は高信頼性を要求される工業計測制御用の温度センサと
して使用可能である。一般民生用では、石油温風暖房器
、ボイラ、オーブン等の温度制御用センサとして、また
過熟警報用として広範囲の利用が考えられる。

［発明の効果］ 上述したように本発明に係る炭化硅素焼結体サーミスタ
は、感温素子として高温領域で安定な炭化硅素焼結体を
使用し、感温素子、電極、リード線、ガラスの熱膨張係
数をほぼ揃えているので、高温領域でも安定な測定が可
能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る炭化硅素焼結体サーミスタの一実施
例を示す断面図である。 符号１はサーミスタ、２は感温素子、３ａ、３ｂは電極
、４ａ、４ｂはリード線、５はガラスである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭化硅素焼結体から成る感温素子の両面に高融点金
   属電極を、形成し、２本のリード線を前記電極にそれぞ
   れ接続し、ガラスにより前記感温素子と前記リード線の
   一部を封止すると共に、前記炭化硅素焼結体、電極、リ
   ード線、ガラスのそれぞれの熱膨張係数をほぼ一致させ
   たことを特徴とする炭化硅素焼結体サーミスタ。 ２、前記ガラスは硼硅酸ガラス又は結晶化ガラスとした
   特許請求の範囲第１項に記載の炭化硅素焼結体サーミス
   タ。