JPH0287032A - 高温用サーミスタ - 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、セラミックを素材とする高温用サーミスタに
関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の高温用サーミスタとして、例えは、実開
昭５４−４９９８３号公報のものが知られている。すな
わち、高温用サーミスタは、耐熱性金属（例えは、ＪＩ
Ｓ規格：５ＵＳ３１０．３０４）からなりかつその内壁
面を酸化皮膜処理した有底保護筒内に、安定化ジルコニ
アからなるイオン電導性の温度検出素子を保持するとと
もに、該温度検出素子を絶縁性の無機質充填物および通
気性を有する充填材で固定し、さらに温度検出素子の出
力を取り出すリード線にも空気導入通路を設けた構成を
備えており、耐熱性金属からなる保護筒壁を経た後に記
充填材を介して、および空気導入通路を通じて温度検出
素子を外気に接触させること乞こより温度を測定するも
のである。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の高温用サーミスタは、以下に述べる問題
点がある。

■　保護筒、充填材やリード線の空気導入通路を介して
温度検出素子表面まで外気を導く構成であるために、外
気温が素子む乙達するまでの時間が長く、応答性がさほ
どよくない。

■　有底保護筒に５ＵＳ３１０等を用いるとともに内壁
を酸化皮膜処理を行すているため高価であり、また、空
気導入通路を有するリード線の組付作業も、複雑な位置
決め等の工程が必要である等一 の各種のコスト高となる要因があった。

■　さらに高温測定時における酸化の進行に伴う特性劣
化を防ぐために皮膜形成処理を行っているが、まだ９５
０℃以上では酸化が進行して安定した出力特性が得られ
ない。

本発明は、上記従来の技術の問題点を解消するためにな
されたもので、応答性に優れ、コストダウンを実現する
ことができるとともに、９５０℃以上の高温でも安定し
た温度検出を行える高温用サーミスタを提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためになされた本発明による高温
用サーミスタは、 セラミックからなる温度検出素子と、この温度検出素子
を外気に対して気密に囲むセラミック部材とを備え、 上記セラミック部材内には、温度検出素子に酸素ガスを
接触させる空隙を有することを特徴とする。

ここで、上記温度検出素子は、イオン電導性の完全安定
化固体電解質であることが高温特性の点から好ましく、
例えは、Ｚｒ０２−Ｙ２Ｏ２、ＺｒＯＺｒ０２−Ｃａ０
５ＺｒＯ２−、Ｔｈ０２−ＬａＯ（ランタン属）等を適
用することができる。

セラミック部材は、耐酸化性および耐高温性を有する緻
密な絶縁体であり、例えば、Ａｌ２２０３、ムライト、
スピネル等を用いることができる。

上記温度検出素子およびセラミック部材は、厚膜印刷方
式により積層形成することが製造上等の点から望ましい
が、この構造においてセラミック部材内に酸素ガスを有
する空隙を形成する手法には、例えは、両性側基板に挟
まれるスペーサに窓部を形成し、これをセラミック部材
で気密な空間として形成することここより行える。

［作用コ セラミック部材により囲まれた温度検出素子は、酸素ガ
スが封入された空隙に接し・でいる。この空隙内の酸素
ガスが温度検出素子に対してイオン電導体として作用し
、これにより温度検出素子から外気温度に依存した電気
信号が出力される。

また、セラミック部材は、温度検出素子を囲んで外気に
対して気密にするので、従来のように保護筒壁面の耐熱
性金属の酸化による高温特性の低下を防ぐことができる
とともに、温度検出素子が外気の影響を受けて変質する
ような劣化も防止する。

さらに、高温用サーミスタは、耐熱性金属からなる保護
筒や充填材を介して温度検出素子まで外気温を導く構成
となっておらず、セラミック部材を介して温度検出素子
へ外気温が伝えられ、この温度検出素子の出力に基づい
て温度が測定されるので、応答性に優れている。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。

第１図は第１の実施例による高温用サーミスタＳの分解
斜視図、第２図はそれを一部組み立てた図である。

これらの図において、１および２はセラミック部材とし
ての基板（厚さ０．５ｍｍ、幅４．５…■、長さ６．　
０ｍｍ）、３はこの基板１．２間に挟まれ、かつ素子用
切欠き４および電極用切欠き５．６を有するスペーサ（
厚さ０．５ｍｍ）、７は温度検出素子（厚さ２０〜５０
ｇｍ、幅５　ｎｕｕ、長さ５〜１０…■）、８および９
は多孔質電極、１０は温度検出素子７上やその周辺部に
載置される介在粒子、１２および１３は多孔質電極８．
９の端部８ａ５９ａに接続される白金リード線である。

これらの部材は積層された後に焼成されることにより、
第３図の高温用サーミスタを完成するのであるが、次に
各１部材の組成および製造方法について詳細に説明する
。

まず、基板１．２となるグリーンシートを製造する。グ
リーンシートは、比表面積が６〜１０ｖｎ’／ｇ、平均
粒径が０．　８１Ｌｍのアルミナ粉末に、ＳｉＯ２・Ｃ
ａＯ−ＭｇＯ系力′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、ドクダーブレード法でシ
ート化することにより製造する。

次にこのグリーンシート上にｐｔペーストな印刷するこ
とにより多孔質電極８．９を形成する。

ｐｔペーストとして、比表面積が３　ｔｎ’　／　ｇ、
単位体積当りの密度が５〜６ｇ／ｍ３のＰｔ￥９３末を
用い、これに共素地としてＺｒＯ２Ｙ２Ｏ３系固体電解
質を１６重量％含有させ、セルロース系バインダ（有機
溶剤）にて混練することにより、ペースト化したものを
使用する。

次に、グリーンシート上の多孔質電極８．９間に温度検
出素子７を印刷により積層形成する。温度検出素子７は
、Ｚｒ（）＋　　８〜１５モル％Ｙ２Ｏ３の完全安定化
固体電解質の粉末を用い、この粉末の平均粒径を３Ｂｍ
、比表面積を２〜５　ｔｎ’　／　ｇに調製し、これを
セルロース系バインダでペースト化したものを使用する
。

続いて素子用切欠き４および電極用切欠き５．６を有す
るスペーサ３をグリーンシート上に積層する。スペーサ
３は、Ａ１２２０３ペーストから製造する。

次にＡＱ２０３からなる介在粒子１０を温度検出素子７
およびその周辺部のグリーンシート上に印刷する。これ
は、焼成によりグリーンシート等が素子７と密着しない
で内室（空隙）を形成するためである。介在粒子１０は
、比表面積を２７ＴＩ２／　ｇに、平均粒径を４Ｂｍに
調製したものを用い、セルロース系バインダでペースト
化して使用する。

次に多孔質電極８．９の端部８ａ、９ａにφ０゜２５ｍ
ｍの白金リード線を接着し、その後、上記基板１（グリ
ーンシート）と同様の素材および形状の他方の基板２（
グリーンシート）を圧着する。

次にこれを切断した後に、加熱による樹脂抜きを行う。

その後、１５２０℃〜１５３０℃の雰囲気中にて１時間
焼成し、さらに６８０℃の雰囲気中にて１．５Ｖの電圧
を６０秒間印加する工程を５回繰り返すエーシング処理
を施す。

これにより、基板１．２とスペーサ３は焼成後は密着構
造となるとともに、温度検出素子７に接する上部空間が
外気と遮断された内室となる高温用サーミスタＳが構成
される。

上記高温用サーミスタＳの動作を説明すると、リード線
１２．１３間に電圧を印加すると、内室の酸素ガスが温
度検出素子７を介してイオン電導体として作用し、温度
検出素子７は温度に依存した抵抗値を示し、これがリー
ド線１２．１３間に電気信号として出力される。この電
気信号に基づいて外部雰囲気の温度測定が可能になる。

高温用サーミスタＳの糺み付けには、第４図に示すよう
に、まず、白金リード線１２．１３に耐熱・耐酸化性金
属（例えば、Ｎｉ、ステンレス鋼）からなる外部リード
線２０．２１を溶接またはろう付し、これをテーパ付金
具２３に耐熱固着材料（セメントガラス）２４を介在さ
せて固定する。

このとき、高温サーミスタＳの先端Ｓ１は露出している
。なお、高温用サーミスタＳは、第５図に示すようなフ
ランジ２５を溶接またはろう付した金具２３Ａに固定し
てもよい。

このように本実施例によれば、従来の高温用サーミスタ
のように温度検出素子を金属保護筒により被覆しないで
、温度検出素子Ｓ自体を露出して組み付けることができ
るので、構造が簡単になり、しかも金属保護筒のような
高価な部品も使用しないでよいので、コストの低減も図
ることができる。

次に上記実施例の特性を調べるための以下の実験を行っ
た。

まず、温度検出素子温度７００℃〜１０００℃における
抵抗値を測定した。第６図のグラフは本実施例を示し、
第７図は従来の技術に相当する比較例を示す。これらの
図から明かなように、比較例では、９５０℃以上の温度
では、抵抗値がばらつき使用不能であったが、実施例に
よれば、１０００℃以上まで安定した抵抗−温度特性が
得られ、従来より高い温度で使用可能であることが判明
した。

次に高温用サーミスタを１０００℃の電気炉内に入れた
ときの応答性について調べた。この結果、第８図に示す
ように、１０００℃に達するまでの時間が、比較例（実
線）では６０秒程度であったのに対して、本実施例（破
線）では　４０秒と短く、３０から４０％はど応答性が
向上している。

したがって、このような応答性の向上から、自動車排ガ
ス浄化触媒の過熱警報装置に適用できるのは勿論のこと
、従来、応答性がよくないためにオーブンループ制御を
行っていた排気ガス再循環装置等のエンジン制御に対し
てフィードバック制御が可能になった。

なお、第１の実施例では、多孔質電極を温度検出素子の
両側に形成したが、これに限らず、第９図に示すように
、温度検出素子７を多孔質電極３０．３１で挟む第２の
実施例の構成でも同様な効果を奏することができる。第
２の実施例について上記第１の実施例と異なる点のみを
説明すると、セラミック基板（図示省略）上にｐｔペー
ストを厚膜印刷することにより多孔質電極３１を形成す
る。次ζこ温度検出素子７を厚膜印刷により積層形成し
た後に、この上にｐｔペーストを厚膜印刷して多孔質電
極３０を形成する。さらにこの上し乙セラミック基板（
図示省略）を圧着し、以下第１の実施例と同様な工程を
経て高温用サーミスタを製造する。この場合には、温度
検出素子７０周辺部側方等に空隙が確侃されるので、介
在粒子は特に必要ない。したがって、空隙は、最初の実
施例のように内室として形成するだけでなく、温度検出
素子７ζこ酸素電導作用をもたらすだけの酸素ガスを有
する間隙であれは本センザの機能を果たすことになる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、セラミックから
なる温度検出素子がセラミック部材により外気に対して
気密に囲まれているために、周囲雰囲気に関係なく、安
定した抵抗温度特定が得られる。

また、温度検出素子まで外気の導入を行う必要がないの
で、高い応答性を得ることができ、したがって、自動車
排ガス浄化触媒の過熱警報装置や、エンジン制御にも適
用することができる。

さらに、温度検出素子がセラミック部材により囲まれて
いるので丈夫であり、しかも従来の保護筒のように耐食
性や耐熱性についても特に問題にならない。そのうえ、
組付や構造が簡単になるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による高温用サーミスタを示
す分解斜視図、第２図は第１図の高温用サーミスタを一
部絹み立てた斜視図、第３図は同実施例による高温サー
ミスタを示す斜視図、第４図は高温用サーミスタを金具
に取り付けた状態を示す断面図、第５図は第４図の他の
実施例を示す断面図、第６図は本実施例の抵抗−温度特
性を示すグラフ、第７図は従来のサーミスタの抵抗−温
度特性を示すグラフ、第８図は温度に対する応答性を示
すグラフ、第９図は他の実施例の温度検出素子の周辺を
示す斜視図である。 Ｓ・・・高温用サーミスタ　　１．２・・・基板３・・
・スペーサ　　７・・・温度検出素子８．９・・・多孔
質電極　　１０・・・介在粒子１２．１３・・・リード
線 第１図 代理人　　弁理士　　定立　勉（ほか２名）第４図 第９図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 セラミックからなる温度検出素子と、この温度検出素子
   を外気に対して気密に囲むセラミック部材とを備え、 上記セラミック部材内には、温度検出素子に酸素ガスを
   接触させる空隙を有することを特徴とする高温用サーミ
   スタ。