JP3667099B2 - High temperature thermistor element, manufacturing method thereof, and temperature sensor for high temperature using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガス燃焼制御用温度センサや自動車用排気温センサ等に使用される耐熱性及び耐熱衝撃性に優れた高温サーミスタ素子とその製造方法およびそれを用いた高温用温度センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の高温サーミスタ素子は、図11、図12に示すように、アルミナなどで形成したセラミック基板82上に印刷などの方法で形成したサーミスタ層81及びこのサーミスタ層81に電気的に接続するように電極84、85を形成し、この上にセラミック基板83を設けたものであった。またこの高温サーミスタ素子にリード線を接続し、温度センサとして用いていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成によるとセラミック基板82、83とサーミスタ層81との熱膨張係数の違いにより、加熱、冷却を繰り返すうちにサーミスタ層81にクラックが入ったり、剥離したりして熱衝撃に耐えられないという問題点を有していた。
【0004】
そこで本発明は、高温下で安定した抵抗温度特性を有すると共に耐熱性、耐熱衝撃性に優れた高温サーミスタ素子とその製造方法およびそれを用いた高温用温度センサを提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の高温サーミスタ素子は、長板状のサーミスタ材料よりなるセラミック板と、このセラミック板の表面長手方向に設けた電極とを有し、前記電極は前記セラミック板の端部に非接触の状態であり、前記サーミスタ材料よりなるセラミック板は、Mg(Al,Cr,Fe)2O4系、Mg(Al,Cr)2O4系、Mg(Al,Cr,Mn)2O4系、(Zn,Mg)(Al,Cr,Fe)2O4系、(Al,Cr,Fe)2O3系の内から選ばれる一種類以上を用いて形成したものであり、サーミスタ機能と支持機能の二つの機能を有し、サーミスタ層を支持する基板を不要としたことを特徴とするものであり、一枚のセラミック板でサーミスタ機能と支持機能の二つの機能を有するので従来のようにサーミスタ層を支持するセラミック基板が不要となり、セラミック板とサーミスタ層との熱膨張係数の差によりサーミスタ層にクラックが入ったり、剥離したりして熱衝撃に耐えられないという問題は発生せず、上記目的を達成することができるものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、長板状のサーミスタ材料よりなるセラミック板と、このセラミック板の表面長手方向に設けた電極とを有し、前記電極は前記セラミック板の端部に非接触の状態であり、前記サーミスタ材料よりなるセラミック板は、Mg(Al,Cr,Fe)2O4系、Mg(Al,Cr)2O4系、Mg(Al,Cr,Mn)2O4系、(Zn,Mg)(Al,Cr,Fe)2O4系、(Al,Cr,Fe)2O3系の内から選ばれる一種類以上を用いて形成したものであり、サーミスタ機能と支持機能の二つの機能を有し、サーミスタ層を支持する基板を不要としたことを特徴とする高温サーミスタ素子であり、一枚のセラミック板でサーミスタ機能と支持機能の二つの機能を有するので、従来のようにサーミスタ層を支持するセラミック基板が不要となり、セラミック板とサーミスタ層との熱膨張係数の差によりサーミスタ層にクラックが入ったり、剥離したりして熱衝撃に耐えられないという問題は発生せず、高温下で安定した抵抗温度特性を有すると共に耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものである。
【0007】
請求項2に記載の発明は、電極上にサーミスタ材料よりなるセラミック板と同一結晶構造を有する絶縁体を絶縁電極の一部が露出するように設けた請求項1に記載の高温サーミスタ素子であり、高温に曝される電極を保護するとともに、セラミック板と絶縁体とが同一結晶構造すなわちほぼ等しい熱膨張係数を有するので高温下で安定した抵抗温度特性を有すると共に耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものである。
【0008】
請求項3に記載の発明は、電極上にサーミスタ材料よりなるセラミック板と同一材料を用いて形成した保護層を有することを特徴とする請求項1に記載の高温サーミスタ素子であり、高温に曝される電極を保護するとともに、セラミック板と保護層とが等しい熱膨張係数を有するので高温下で安定した抵抗温度特性を有すると共に耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものである。
【0009】
請求項4に記載の発明は、露出した電極に金属板あるいは金属線を電気的に接続した請求項1〜請求項3のいずれか一つに記載の高温サーミスタ素子であり、他のものへの電気的接続強度を確保できるものである。
【0010】
請求項5に記載の発明は、セラミックグリーンシート上にこのセラミックグリーンシートの端部に非接触の状態に電極を形成する第1の工程と、次に前記セラミックグリーンシートを焼成する第2の工程とを備え、前記セラミックグリーンシートと前記電極との焼成による収縮率がほぼ同じかあるいは前記セラミックグリーンシートの方が大きいものを用いるとともに、前記セラミックグリーンシートを焼成したセラミック板は、Mg(Al,Cr,Fe) 2 O 4 系、Mg(Al,Cr) 2 O 4 系、Mg(Al,Cr,Mn) 2 O 4 系、(Zn,Mg)(Al,Cr,Fe) 2 O 4 系、(Al,Cr,Fe) 2 O 3 系の内から選ばれる一種類以上を含有するように形成したものであり、サーミスタ機能と支持機能の二つの機能を有し、サーミスタ層を支持する基板を不要としたことを特徴とする高温サーミスタ素子の製造方法であり、高温下で安定した抵抗温度特性を有すると共に耐熱性、耐熱衝撃性に優れた高温サーミスタを安価に歩留まり良く製造することができる。
【0011】
請求項6に記載の発明は、第1の工程後第2の工程前に、電極上に焼成後セラミックグリーンシートと同一結晶構造を有するようにかつ絶縁体となるシートを前記電極の一部が露出するように積層する工程を設けた請求項5に記載の高温サーミスタ素子の製造方法であり、焼成により電極が劣化するのを防止することができる。
【0012】
請求項7に記載の発明は、セラミックグリーンシートとこのセラミックグリーンシートとは同一結晶構造を有するようにかつ絶縁体となるシートを形成する原料粉末の粒径をほぼ同一とすることを特徴とする請求項6に記載の高温サーミスタ素子の製造方法であり、焼成時の収縮率の差をさらに低減することができる。
【0013】
請求項8に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか一つに記載の高温サーミスタ素子と、この高温サーミスタ素子の電極に電気的に接続したリード線と、前記高温サーミスタ素子の前記リード線を接続した側の端部に設けた取付支持部を有する高温用温度センサであり、信頼性の高いものである。
【0014】
請求項9に記載の発明は、耐熱金属内にサーミスタ素子を収納した請求項8に記載の高温用温度センサであり、外部雰囲気の高温サーミスタ素子への影響を遮断できる信頼性の高いものである。
【0015】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0016】
(実施の形態1)
図1は本実施の形態における高温サーミスタ素子の分解斜視図、図2は同斜視図であり、11はサーミスタ材料よりなるセラミック板、13、14はセラミック板11上に設けた二本の電極、12は電極13、14の一端部を露出させるように設けたサーミスタ材料で形成したセラミック板である。また電極13、14はセラミック板11の端部に非接触な状態とする。
【0017】
また図3は図1に示す高温サーミスタ素子を用いた温度センサの斜視図であり、31は高温サーミスタ素子、32は取付支持部、33は高温サーミスタ素子31の電極13、14に電気的に接続したリード線である。
【0018】
次に、この高温サーミスタ素子の製造方法について説明する。
【0019】
まず出発原料のAl2O3,Cr2O3,Fe2O3を所定量に配合し、ポットに入れ、ボールミルで湿式混合する。次に、この混合乾燥粉末を1200℃で仮焼し、再度ボールミルで湿式粉砕して(Al,Cr,Fe)2O3系サーミスタ材料粉末を得る。次に、このサーミスタ材料粉末に有機ビヒクルを加えてスラリーにする。これをドクターブレード法により厚さ100μmのグリーンシートを作製し、これを10層積層して厚さ1mmの積層体を得る。この積層体を縦10mm、横70mm及び縦10mm、横60mmに切断してセラミック板11、12となるグリーンシートを得る。
【0020】
次に、図1に示すように縦10mm、横70mmのグリーンシート長手方向上にPtペーストを用いて、このグリーンシートの長手方向両端部から5mm、短手方向端部から1〜2mm離れたところに、幅2mm、長さ60mm、厚み10μmの電極13、14を二本印刷する。この電極は、二本とも同じ形状でグリーンシート上に対称に形成する。その上面に外部への接続となる電極13、14の一端部が露出するように、縦10mm、横60mmのグリーンシートを加熱圧接して接着した後、最高温度1600℃で5時間焼成し、図2に示す高温サーミスタ素子を得る。
【0021】
次いで図3に示すごとく、高温サーミスタ素子31に対して取付支持部32と電極13、14に電気的に接続したリード線33を設け温度センサとする。この取付支持部32は高温サーミスタ素子31のリード線33を接続した側の端部に設けたものである。
【0022】
この温度センサの抵抗温度特性を図4に示すが、測定に適切な抵抗温度特性を有していることが判る。
【0023】
(実施の形態2)
図5は本実施の形態における高温サーミスタ素子の分解斜視図、図6は同斜視図であり、51はサーミスタ材料よりなるセラミック板、54はセラミック板51の上面に設けた電極(下面にも同様の電極を設けているが図示せず)、52、53は電極54の一端部を露出させるように設けたサーミスタ材料で形成したセラミック板である。
【0024】
また図7は図5に示す高温サーミスタ素子を用いて形成した温度センサであり、71は高温サーミスタ素子、72は取付支持部、73は高温サーミスタ素子71の電極54に電気的に接続したリード線である。この取付支持部72は高温サーミスタ素子71のリード線73を接続した側の端部に設けたものである。
【0025】
まず実施の形態1と同様に(Al,Cr,Fe)2O3系サーミスタ材料のグリーンシートを作製し、これを10層積層して厚さ1mmの積層体を得る。この積層体を縦10mm、横70mm及び縦10mm、横60mmに切断してセラミック板51、52、53となるグリーンシートを得る。次に図5に示すように、縦10mm、横70mmのグリーンシートの上、下面にPtペーストを用いて、電極54をそれぞれ印刷し、一対の電極とする。次いでその上、下面に電極54の一端部が露出するように、縦10mm、横60mmのグリーンシートを加熱圧接して接着したあと、焼成し、図6に示す高温サーミスタ素子を得る。この高温サーミスタ素子を用いて、実施の形態1と同様にして図7の高温用温度センサを作製した。この温度センサも実施の形態1で説明した温度センサと同様に測定に適切な抵抗温度特性を有しているものである。
【0026】
(比較例1)
比較のために、高温耐熱材料の部分安定化ジルコニアを用いて作製した絶縁構造材料セラミック板グリーンシート上に(Al,Cr,Fe)2O3系サーミスタ材料からなるサーミスタ層を印刷した構造のサーミスタ素子を作製した。図11に示すように、絶縁構造材料セラミック板82となるグリーンシート上に(Al,Cr,Fe)2O3系サーミスタ材料からなるサーミスタ層81を印刷により形成し、その上に二本の電極84、85を付与したあと、その上面に接続部となる電極84、85の一端部が露出するように、同一材料の絶縁構造材料セラミック板83となるグリーンシートを加熱圧接して接着したあと、焼成し、図12に示す高温サーミスタ素子を得た。この高温サーミスタ素子を用いて、実施の形態1と同様に温度センサを作製した。
【0027】
作製した温度センサを実施の形態1及び実施の形態2の温度センサとともに、1000℃で5分間、次いで常温で5分間の熱衝撃試験を1000サイクル実施し、評価したところ、実施の形態1及び実施の形態2の温度センサには異常はなかったが、絶縁構造材料セラミック板82上に(Al,Cr,Fe)2O3系サーミスタ材料を印刷により付与したサーミスタ素子を用いた比較例1の温度センサは断線状態になっていた。
【0028】
この結果より、本発明の温度センサは、耐熱衝撃性の高い高温用温度センサが得られることが判る。また(Al,Cr,Fe)2O3系サーミスタ材料は、充分な耐熱衝撃性を有しているので、この差は基板となっている絶縁構造材料セラミック板82とサーミスタ層81との熱膨張係数の差によりサーミスタ層81にクラックが発生した事が原因と思われる。
【0029】
このように機械的強度の高いサーミスタ材料からなるセラミック板とその表面に設けた電極とを有する本発明による高温サーミスタ素子は、基板となる絶縁構造材料セラミック板の上にサーミスタ層を形成したのではなく、セラミック板自身が基板とサーミスタ機能の二つの役割を果たしているので、加熱、冷却を繰り返してもサーミスタ素子がダメージを受けず、高温下で安定した抵抗温度特性を有すると共に、耐熱性、耐熱衝撃性に優れた、高温用温度センサを提供することができる。
【0030】
(実施の形態3)
図8は本実施の形態による高温サーミスタ素子の分解斜視図、図9は同斜視図であり、101はサーミスタ材料よりなるセラミック板、103、104はセラミック板101上に設けた二本の電極、102は電極103、104の一端部を露出させるように設けたサーミスタ材料で形成したセラミック板、105、106は電極103、104の露出した一端部に電気的に接続した金属線である。
【0031】
この高温サーミスタ素子が実施の形態1に示したものと異なるところは、電極103、104に金属線105、106を電気的に接続したことである。
【0032】
またこの高温サーミスタ素子は実施の形態1とほぼ同様にして製造されるが金属線105、106は、縦10mm、横70mmのグリーンシート上にPtペーストを用いて、電極103、104を二本印刷した後、この電極の一端部上に一端側を載置し、他端側がグリーンシート外部へ引き出されるようにした後、縦10mm、横60mmのグリーンシートを加熱圧接して接着したものである。またこのとき金属線105、106の一端側が縦10mm、横60mmのグリーンシートで覆われるようにする。
【0033】
この構成によれば、焼成時の電極の露出した部分の劣化がない。また電極103、104と金属線105、106との接続を確実に取ることができる。
【0034】
(実施の形態4)
図10は図9に示す高温サーミスタ素子を用いて形成した温度センサの断面図であり、サーミスタ素子121を有底状の耐熱金属ケース122内に収納した後、この耐熱金属ケース122の開口部に無機充填剤123を充填、固着させて、次いでコネクタ124でサーミスタ素子121の金属線105、106とリード線126とを溶接により電気的に接続し、カラー125により機械的に固定した構造となっている。サーミスタ素子121を耐熱金属ケース122内に収納することにより、外部雰囲気の影響を遮断し、信頼性の高い高温用温度センサを得ることができる。
【0035】
なお、上記各実施の形態においてポイントとなることについて以下に記載する。
【0036】
(1)サーミスタ材料は、(Al,Cr,Fe)2O3系についてのみ説明したが、Mg(Al,Cr,Fe)2O4系、Mg(Al,Cr)2O4系、Mg(Al,Cr,Mn)2O4系、(Zn,Mg)(Al,Cr,Fe)2O4系、(Al,Cr,Fe)2O3系の内から選ばれる一種類以上を用いてセラミック板を形成するもので有れば同様の効果を得ることができる。これらの材料は、機械的強度が高く、高温安定性の高いセラミック板を得ることができる。
【0037】
(2)また(1)で示したサーミスタ材料はその組成によって異なるが、最高温度1300℃〜1700℃で焼成することが好ましい。1300℃未満では焼結が不十分となり強度上及び耐久性に問題を生ずるおそれがあり好ましくない。一方1700℃を越えると異常粒成長等により特性に問題を生じ、高温用温度センサとしての特性が損なわれる場合があり好ましくない。
【0038】
(3)また(1)で示したサーミスタ材料は、焼成温度が非常に高温であるため、同時焼成する電極及び金属線は白金などの高融点金属を用いる必要がある。
【0039】
(4)セラミック板12、52、53、102はセラミック板11、51、101と同じ原料を用いて作製したが、同じ原料でなくてもセラミック板11、51、82と同一結晶構造すなわち焼成時の収縮率がほぼ同じ原料を用いて形成しても良い。
【0040】
同じ原料を用いて形成しない場合は、原料の平均粒径を同じかほぼ同じとすることによりさらに焼成時の収縮率の差を小さくすることができる。
【0041】
(5)実施の形態3において用いた金属線105、106の代わりに、金属板を用いても構わない。
【0042】
(6)セラミック板11、12、51、52、53、101、102はグリーンシートを用いて形成したが、代わりに乾式成形により得られたサーミスタ成型物を用いて形成してもよい。
【0043】
(7)セラミックグリーンシートの作製は、ドクターブレード法等により形成したが、押し出し成形、粉末成形で形成しても良い。
【0044】
【発明の効果】
以上本発明によると、一枚のセラミック板でサーミスタ機能と支持機能の二つの機能を有するので従来のようにサーミスタ層を支持するセラミック基板が不要となり、セラミック板とサーミスタ層との熱膨張係数の差によりサーミスタ層にクラックが入ったり、剥離したりして熱衝撃に耐えられないという問題は発生せず、高温下で安定した抵抗温度特性を有すると共に耐熱性、耐熱衝撃性に優れた高温サーミスタ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における高温サーミスタ素子の分解斜視図
【図2】図1に示す高温サーミスタ素子の斜視図
【図3】図1に示す高温サーミスタ素子を用いた温度センサの斜視図
【図4】本発明の実施の形態1に示す高温サーミスタ素子の抵抗値の温度依存性を示す特性曲線図
【図5】本発明の実施の形態2における高温サーミスタ素子の分解斜視図
【図6】図5に示す高温サーミスタ素子の斜視図
【図7】図5に示す高温サーミスタ素子を用いた温度センサの斜視図
【図8】本発明の実施の形態3における高温サーミスタ素子の分解斜視図
【図9】図8に示す高温サーミスタ素子の斜視図
【図10】図9に示す高温サーミスタ素子を用いた温度センサの断面図
【図11】従来の高温サーミスタ素子の分解斜視図
【図12】図11に示す高温サーミスタ素子の斜視図
【符号の説明】
11 セラミック板
12 セラミック板
13 電極
14 電極
31 サーミスタ素子
32 取付支持部
33 リード線
51 セラミック板
52 セラミック板
53 セラミック板
54 電極
71 サーミスタ素子
72 取付支持部
73 リード線
81 サーミスタ層
82 セラミック基板
83 セラミック基板
84 電極
85 電極
101 セラミック板
102 セラミック板
103 電極
104 電極
105 金属線
106 金属線
121 サーミスタ素子
122 耐熱金属ケース
123 無機充填剤
124 コネクタ
125 カラー
126 リード線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high temperature thermistor element excellent in heat resistance and thermal shock resistance used for, for example, a temperature sensor for gas combustion control and an exhaust temperature sensor for automobiles, a manufacturing method thereof, and a high temperature sensor using the same. is there.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIGS. 11 and 12, the conventional high temperature thermistor element is electrically connected to the thermistor layer 81 formed by printing or the like on the
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
According to the above configuration, due to the difference in thermal expansion coefficient between the
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-temperature thermistor element having stable resistance temperature characteristics at high temperatures and excellent in heat resistance and thermal shock resistance, a manufacturing method thereof, and a high-temperature sensor using the same. It is.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, a high temperature thermistor element of the present invention has a ceramic plate made of a long plate-like thermistor material and an electrode provided in the longitudinal direction of the surface of the ceramic plate, and the electrode is the ceramic plate. The ceramic plate made of the thermistor material is Mg (Al, Cr, Fe) 2 O 4 series, Mg (Al, Cr) 2 O 4 series, Mg (Al, Cr, Mn) 2 O 4 type, (Zn, Mg) (Al, Cr, Fe) 2 O 4 type, and (Al, Cr, Fe) 2 O 3 type selected from one type or more. There, possess two functions thermistor functions and support functions, which is characterized in that the unnecessary substrate supporting the thermistor layer, the two functions of the thermistor functions and support functions in a single ceramic plate Thermis as before The ceramic substrate that supports the data layer becomes unnecessary, and the problem that the thermistor layer cracks or peels off due to the difference in the thermal expansion coefficient between the ceramic plate and the thermistor layer does not cause the problem of being unable to withstand thermal shock, The above object can be achieved.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention according to
[0007]
The invention according to
[0008]
The invention according to
[0009]
Invention of
[0010]
The invention according to claim 5 is a first step of forming an electrode on the ceramic green sheet in a non-contact state at an end of the ceramic green sheet, and then a second step of firing the ceramic green sheet. with the door, said with firing by shrinkage between the ceramic green sheet and the electrode used almost as the same or is larger of the ceramic green sheet, the ceramic plate was fired the ceramic green sheet, Mg (Al, Cr, Fe) 2 O 4 system, Mg (Al, Cr) 2 O 4 system, Mg (Al, Cr, Mn) 2 O 4 system, (Zn, Mg) (Al, Cr, Fe) 2 O 4 system, (Al, Cr, Fe) 2 O 3 is formed so as to contain at least one selected from the system, and has two functions, a thermistor function and a support function. A method for manufacturing a high temperature thermistor element that eliminates the need for a substrate that supports a layer. A high temperature thermistor that has stable resistance-temperature characteristics at high temperatures and has excellent heat resistance and thermal shock resistance at low cost and high yield. Can be manufactured.
[0011]
According to a sixth aspect of the present invention, a sheet that has the same crystal structure as the ceramic green sheet after firing on the electrode and is an insulator on the electrode before the second step after the first step is a part of the electrode. It is a manufacturing method of the high temperature thermistor element of Claim 5 which provided the process of laminating | stacking so that it may expose, and it can prevent that an electrode deteriorates by baking.
[0012]
The invention according to
[0013]
The invention according to claim 8 is the high temperature thermistor element according to any one of
[0014]
Invention of Claim 9 is the temperature sensor for high temperature of Claim 8 which accommodated the thermistor element in the heat-resistant metal, and is a thing with high reliability which can interrupt | block the influence on the high temperature thermistor element of external atmosphere. .
[0015]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0016]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view of a high temperature thermistor element in the present embodiment, FIG. 2 is a perspective view thereof, 11 is a ceramic plate made of a thermistor material, 13 and 14 are two electrodes provided on the
[0017]
3 is a perspective view of a temperature sensor using the high temperature thermistor element shown in FIG. 1. 31 is a high temperature thermistor element, 32 is a mounting support, and 33 is electrically connected to the
[0018]
Next, a method for manufacturing this high temperature thermistor element will be described.
[0019]
First, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 and Fe 2 O 3 as starting materials are blended in predetermined amounts, put in a pot, and wet mixed by a ball mill. Next, this mixed dry powder is calcined at 1200 ° C. and wet-pulverized again with a ball mill to obtain (Al, Cr, Fe) 2 O 3 type thermistor material powder. Next, an organic vehicle is added to the thermistor material powder to form a slurry. From this, a green sheet having a thickness of 100 μm is produced by a doctor blade method, and 10 layers thereof are laminated to obtain a laminated body having a thickness of 1 mm. The laminate is cut into 10 mm length, 70 mm width, 10 mm length, and 60 mm width to obtain green sheets to be the
[0020]
Next, as shown in FIG. 1, when using a Pt paste on the longitudinal direction of the green sheet of 10 mm length and 70 mm width, the green sheet is 5 mm away from both longitudinal ends and 1 to 2 mm away from the lateral edges. Two
[0021]
Next, as shown in FIG. 3, a
[0022]
The resistance temperature characteristic of this temperature sensor is shown in FIG. 4, and it can be seen that it has a resistance temperature characteristic suitable for measurement.
[0023]
(Embodiment 2)
5 is an exploded perspective view of the high temperature thermistor element according to the present embodiment, FIG. 6 is a perspective view thereof, 51 is a ceramic plate made of the thermistor material, 54 is an electrode provided on the upper surface of the ceramic plate 51 (the same applies to the lower surface). , 52 and 53 are ceramic plates formed of a thermistor material provided so that one end of the
[0024]
7 is a temperature sensor formed by using the high temperature thermistor element shown in FIG. 5. 71 is a high temperature thermistor element, 72 is a mounting support portion, and 73 is a lead wire electrically connected to the
[0025]
First, a green sheet of (Al, Cr, Fe) 2 O 3 based thermistor material is produced in the same manner as in the first embodiment, and 10 layers are laminated to obtain a laminate having a thickness of 1 mm. The laminate is cut into 10 mm length, 70 mm width, 10 mm length, and 60 mm width to obtain green sheets to be the
[0026]
(Comparative Example 1)
For comparison, a thermistor having a structure in which a thermistor layer made of an (Al, Cr, Fe) 2 O 3 based thermistor material is printed on a ceramic sheet green sheet made of a partially stabilized zirconia of a high temperature heat resistant material. An element was produced. As shown in FIG. 11, a thermistor layer 81 made of (Al, Cr, Fe) 2 O 3 based thermistor material is formed on a green sheet to be an insulating structural material
[0027]
The manufactured temperature sensor and the temperature sensor of
[0028]
From this result, it can be seen that the temperature sensor of the present invention provides a high-temperature sensor having high thermal shock resistance. In addition, since the (Al, Cr, Fe) 2 O 3 type thermistor material has sufficient thermal shock resistance, this difference is the thermal expansion between the insulating structural material
[0029]
As described above, the high temperature thermistor element according to the present invention having the ceramic plate made of the thermistor material having high mechanical strength and the electrode provided on the surface thereof is not formed by forming the thermistor layer on the insulating structure material ceramic plate serving as the substrate. In addition, the ceramic plate itself plays the two roles of the substrate and thermistor function, so the thermistor element is not damaged even if heating and cooling are repeated, and it has stable resistance-temperature characteristics at high temperature, as well as heat resistance and heat resistance. It is possible to provide a high-temperature sensor having excellent impact properties.
[0030]
(Embodiment 3)
8 is an exploded perspective view of the high temperature thermistor element according to the present embodiment, FIG. 9 is a perspective view thereof, 101 is a ceramic plate made of the thermistor material, 103 and 104 are two electrodes provided on the
[0031]
The high temperature thermistor element is different from that shown in the first embodiment in that the
[0032]
The high temperature thermistor element is manufactured in substantially the same manner as in the first embodiment, but the
[0033]
According to this configuration, there is no deterioration of the exposed portion of the electrode during firing. Further, the
[0034]
(Embodiment 4)
FIG. 10 is a cross-sectional view of a temperature sensor formed using the high temperature thermistor element shown in FIG. 9. After the
[0035]
In addition, it describes below about becoming a point in each said embodiment.
[0036]
(1) The thermistor material has been described only for the (Al, Cr, Fe) 2 O 3 system, but the Mg (Al, Cr, Fe) 2 O 4 system, Mg (Al, Cr) 2 O 4 system, Mg ( Using one or more selected from Al, Cr, Mn) 2 O 4 system, (Zn, Mg) (Al, Cr, Fe) 2 O 4 system, and (Al, Cr, Fe) 2 O 3 system The same effect can be obtained if it forms a ceramic plate. These materials can provide a ceramic plate having high mechanical strength and high temperature stability.
[0037]
(2) The thermistor material shown in (1) varies depending on its composition, but is preferably fired at a maximum temperature of 1300 ° C to 1700 ° C. If it is less than 1300 ° C., the sintering is insufficient, which may cause problems in strength and durability. On the other hand, if the temperature exceeds 1700 ° C., there is a problem in characteristics due to abnormal grain growth and the characteristics as a temperature sensor for high temperature may be impaired, which is not preferable.
[0038]
(3) Further, since the thermistor material shown in (1) has a very high firing temperature, it is necessary to use a refractory metal such as platinum for the electrode and the metal wire to be fired simultaneously.
[0039]
(4) Although the
[0040]
When the same raw material is not used, the difference in shrinkage during firing can be further reduced by setting the average particle size of the raw materials to be the same or substantially the same.
[0041]
(5) Instead of the
[0042]
(6) Although the
[0043]
(7) The ceramic green sheet is formed by the doctor blade method or the like, but may be formed by extrusion molding or powder molding.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since a single ceramic plate has two functions of a thermistor function and a support function, the conventional ceramic substrate for supporting the thermistor layer is not required, and the thermal expansion coefficient of the ceramic plate and the thermistor layer is not required. The thermistor layer cracks or peels due to the difference and does not withstand the problem of thermal shock. Thermistor has a stable resistance-temperature characteristic at high temperatures and excellent heat resistance and thermal shock resistance. An element can be provided.
[Brief description of the drawings]
1 is an exploded perspective view of a high temperature thermistor element in
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