JPH08335501A

JPH08335501A - サーミスタ素子とその製造方法とこのサーミスタ素子を用いた温度センサ

Info

Publication number: JPH08335501A
Application number: JP7141544A
Authority: JP
Inventors: Hironori Moriwake; 博紀森分; Takuoki Hata; 拓興畑
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-06-08
Filing date: 1995-06-08
Publication date: 1996-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】所望の形状で再現性の良いサーミスタ素子を
得ることを目的とする。【構成】積層体４の上に白金板５を載置し、この上に
積層体６を載置し、次にこの上に白金板７、積層体８の
順に載置した後、上から加圧して接着して、ここの素片
に切断した後焼成してサーミスタ素子９を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーミスタ素子とその
製造方法とこのサーミスタ素子を用いた温度センサに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来温度センサに用いられるサーミスタ
素子は、図１３に示すようにビート型サーミスタ素子と
呼ばれるものであった。この製造方法は、まず、互いに
接触せずに平行に保持された白金線１，２上に、サーミ
スタ材料を含む流動物３を付着させ、次に白金線１，２
を所定の位置で切断した後、焼成するものであった。

【０００３】そしてこのようにして得たサーミスタ素子
を図４に示すような温度センサに組み込んで温度センサ
として使用していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のサーミスタ
素子は、白金線１，２に付着した流動物３の量、形状に
より抵抗値が変化するが、流動物３の付着量、付着状
態、形状を量産時に一定に保持することは難しく、特性
にばらつきが生じてしまうという問題点を有していた。

【０００５】また、流動物３には多量の有機物が含まれ
ているため、焼成時に有機物が飛散し、その後には大き
な気孔が形成されるため、サーミスタ素子の密度が低下
し、信頼性も低下してしまうという問題点を有してい
た。

【０００６】そこで本発明は、所望の形状で再現性の良
いサーミスタ素子を得ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のサーミスタ素子は、少なくとも３枚のセラミ
ック層と、少なくとも２枚の金属板とを交互にかつ前記
セラミック層が外側に来るように積層した積層体におい
て、前記金属板の一部はこの積層体外部に突出している
ものである。

【０００８】

【作用】この構成によると、所望の形状のサーミスタ素
子を得ることができ、量産時にも特性ばらつきも少なく
なる。

【０００９】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。

【００１０】（実施例１）まず例えばＭｇ（Ａｌ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ)₂Ｏ₄系などの金属酸化物よりなるサーミスタ
材料に有機結合剤、可塑剤、有機溶剤を加え、通常の方
法を用いてスラリー化し、ドクターブレード法により厚
さ２０〜３０μｍのグリーンシートを得る。このグリー
ンシートを１０層加圧積層して積層体とする。次にこの
積層体を３mm×１５０mmの長方形に切断し、切断した積
層体４の上に、図２のように２mm×４mm×厚み０．２mm
の白金板５を載置し、次に図３のごとくその上に積層体
４と同一形状の積層体６を位置を合わせて載置した後、
同形状の白金板７を積層体６を挟んで白金板５と対向す
るように位置合わせをして載置し、さらに、積層体４と
同一形状の積層体８を載置し上、下より加圧し、３枚の
積層体４，６，８と白金板５，７とを図３のように接着
した。次に図３において各々２枚の白金板を有するよう
に切断し、個々の素片とした後、焼成して図１に示す形
状のサーミスタ素子９を得た。このサーミスタ素子９を
図４に示すように、二芯管１０のリード線１１の一端に
溶接し、耐熱金属（例えばＳＵＳ３０１Ｓ）製キャップ
１２内にサーミスタ素子９を収納し、耐熱金属製キャッ
プ１２と二芯管１０を溶接して温度センサを得た。

【００１１】（実施例２）まず実施例１と同様にしてグ
リーンシートを積層して縦３mm×横１５０mmの長方形の
図５に示す積層体１３を得、この積層体１３の上に図５
に示すように縦２mm×横４mm×厚さ０．２mmの白金板１
４を載置した。次に、この白金板１４の上に積層体１３
と同一形状の積層体１５を位置合わせして載置した後、
白金板１４と同形状の白金板１６を白金板１４と逆方向
に突出するように位置合わせして載置した。次いで、こ
の上に積層体１７を同様に載置して、上、下方向から加
圧し、３枚の積層体１３，１５，１７と白金板１４，１
６とを図５に示すように接着した。次にこれを実施例１
と同様に各々２枚の白金板１４，１６を有するように切
断し、ここの素片とした後、焼成して図６に示す形状の
サーミスタ素子１８を得た。このサーミスタ素子１８を
実施例１と同様にして図７に示す温度センサに組み込ん
だ。

【００１２】この構成によるとサーミスタ素子１８の白
金板１４，１６がお互いに逆方向に突出しているのでリ
ード線１１の溶接時や、温度センサの使用時のなんらか
の振動により白金板１４，１６がショートしてしまうこ
とを未然に防止することができる。

【００１３】またサーミスタ素子１８を温度センサに組
み込む場合図７に示すように白金板１４を折り曲げてリ
ード線１１と接続する際、折り曲げた白金板１４と近接
するサーミスタ素子１８の面に高抵抗層を設けるとさら
に効果がある。

【００１４】（実施例３）実施例１と同様にして、サー
ミスタ材料を用いてグリーンシートを作成するととも
に、同様にして、例えばアルミナなどの高抵抗材料を用
いて、サーミスタ材料を用いて形成したグリーンシート
よりも高い抵抗値を有するグリーンシートを作製し、サ
ーミスタ材料を用いて形成したグリーンシートを９層加
圧積層して、次にこの上に高抵抗のグリーンシートを１
層積層して積層体を形成する。次いでこの積層体を縦３
mm×横１５０mmの長方形に切断し、切断した図８の積層
体１９を高抵抗層３１を下にして配置し、この上に図８
に示すように縦２mm×横４mm×厚み０．２mmの白金板２
０を載置した。次にこの上に積層体１９と同一投影形状
の表面に高抵抗層を形成していない積層体２１を載置
し、その上に白金板２２を位置合わせして載置した。そ
の後、積層体１９と同様に高抵抗層３２を有する積層体
２３を高抵抗層３２を上にして位置を合わせて載置し、
上、下より加圧して積層体１９，２１，２３と白金板２
０，２２とを接着した。次に各々２枚の白金板２０，２
２を有するように切断し、ここの素片とした後、焼成し
て図８に示すサーミスタ素子３３を得た。このサーミス
タ素子を用いて実施例１と同様にして温度センサを得
た。

【００１５】この構成によるとサーミスタ素子は上、下
面に高抵抗層３１，３２が形成されているので、サーミ
スタ素子３３周辺の雰囲気変化の影響を受けにくくな
る。また同時にサーミスタ素子３３が耐熱キャップ１２
内壁に接触することによるショート事故を防止すること
ができる。

【００１６】なお、本実施例においては高抵抗層３１，
３２の材料としてアルミナを用いたが、マグネシアやガ
ラスなど使用温度において溶融したり、反応したりせ
ず、化学的、物理的に安定な高抵抗材料であれば構わな
い。また、高抵抗層３１，３２を上、下面にのみ設けた
が、側面にも設け、サーミスタ素子３３表面が周辺の雰
囲気にさらされる面積を小さくするほどよい。

【００１７】（実施例４）実施例１において白金板５，
７間に挟まれる積層体６の厚みを２倍にして、実施例１
と同様にしてサーミスタ素子を形成すると、実施例１の
サーミスタ素子９の抵抗値の２倍の抵抗値を有するサー
ミスタ素子を得ることができる。

【００１８】このように白金板５，７の間の積層体６の
厚さに抵抗値は比例するので、積層体６の厚みを変える
だけで所望の抵抗を有するサーミスタ素子を得ることが
できる。

【００１９】（実施例５）実施例１において白金板５，
７の代わりに、図９に示すように、積層体に挟まれる部
分を薄くした白金板３４を用いて、実施例１と同様にサ
ーミスタ素子を形成した。この構成によると、積層体に
挟まれる部分の白金板３４は薄いので、積層体上に白金
板３４を載置し、加圧接着する際の積層体の変形を小さ
くすることができるので、特性ばらつきが小さくなる。
また温度センサに組み込む場合、リード線と接続する部
分の白金板３４は通常の厚みなので確実に電気的接続す
ることができるとともにその接続部の強度は変わらな
い。

【００２０】（実施例６）実施例１において図１０に示
すように白金板５，７に挟まれる積層体６は、その上、
下面に白金電極２４を印刷したものを用い、その他は実
施例１と同様にしてサーミスタ素子を形成した。

【００２１】この構成によると、積層体４，６，８と白
金板５，７とを加圧接着するときに、白金板５，７が変
形し、電極面積が変化することによる抵抗値のばらつき
を低減し、より高精度なサーミスタ素子を得ることがで
きる。

【００２２】本実施例において白金電極２４は積層体６
の上、下面の全体に設けたが、白金板５，７を覆うとと
もに、これよりも大きく形成すれば全体に設けなくても
構わない。また全体に設けるよりも、周囲にマージンを
残して形成したほうが、後に加圧接着する際、積層体
４，６，８同士の密着強度が向上する。

【００２３】（実施例７）実施例１において、温度セン
サのセンサ感温部となる耐熱キャップ１２の径が直径５
mmのものと直径３mmのものと２種類作製した。同じ特性
を有するサーミスタ素子において、本実施例品直径３mm
のものに収納できるが、従来品は直径５mmのものにしか
収納できない。そこで、この２種類の温度センサにおい
て、室温２５℃から１０００℃の恒温槽内に挿入し、温
度センサの指示温度が恒温槽と室温の差６３．４％に達
するまでの時間を測定し応答時間として、各々の応答時
間を調べて（表１）に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】（表１）を見てもわかるように、本実施例
の温度センサは応答時間が速く高性能であることが分か
る。また、従来よりも小型の温度センサを得ることがで
きる。

【００２６】（実施例８）実施例１において、白金板
５，７の代わりに図１１に示すごとく積層体４，６，８
外の部分より小さくなった形状の白金板３０を用いて、
図１２に示すようなサーミスタ素子を形成し、温度セン
サに組み込んだ。この構成により、上、下の白金板３０
は積層体４，６，８外では重なりあっていないので、白
金板３０同士が接触し、ショート不良を起こすのを防ぐ
ことができる。

【００２７】（実施例９）実施例１において、白金板
５，７の間の積層体６の代わりに、内部にダミー電極を
有する積層体を用いて同様にサーミスタ素子を形成し
た。この構成によると抵抗値のばらつきを低減すること
ができる。

【００２８】なお、実施例１〜９においては、白金板
５，７，１４，１６，２０，２２，３０，３４を電極板
として用いたが、白金ロジウムなど積層体４，６，８，
１３，１５，１７の焼結温度よりも高い融点を有する金
属であればどのような金属を電極として用いても構わな
い。

【００２９】また、電極板は１層目と２層目とで形状、
厚み、材料が異なっていても構わない。

【００３０】さらに図２に示すように白金板５を載置す
る際、積層体４の端部に白金板５の端部が一致するよう
に形成したが、これは量産化する際、位置合わせが容易
に行えるからである。しかし、サーミスタ素子の密着強
度を考慮する場合は、積層体４の端部にまで白金板５が
到達しないように載置したほうが好ましい。

【００３１】また本実施例の温度センサはサーミスタ素
子をサーミスタ材料よりなるグリーンシートの積層体の
所定の位置に電極となる金属板を精度良く容易に載置す
ることができ積層体接着後に切断するので素子形状を一
定にすることができ、製品のばらつきを小さくすること
ができる。そしてドクターブレード法などで作製したグ
リーンシート中の有機物の含有量は約３〜１０％と少な
いので、焼結後高密度のサーミスタ素子が得られるた
め、信頼性も良好な物が得られる。

【００３２】サーミスタ素子の用途としては、電極とし
て白金あるいは白金ロジウム板を用いることにより、一
般の温度センサとして、また６００℃以上の高温での使
用、例えば、自動車の排気温センサ等として使用でき
る。

【００３３】また、サーミスタ素子形状が小さい事を生
かして、センサの感温部を小さくする事ができるのでセ
ンサの熱応答性を向上させることができる。

【００３４】

【発明の効果】以上本発明によると、量産時にも特性ば
らつきも少ない、所望の形状のサーミスタ素子を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるサーミスタ素子の斜
視図

【図２】本発明の一実施例におけるサーミスタ素子の製
造方法を示す斜視図

【図３】本発明の一実施例におけるサーミスタ素子の製
造方法を示す斜視図

【図４】本発明の一実施例における温度センサの断面図

【図５】本発明の一実施例におけるサーミスタ素子の断
面図

【図６】本発明の一実施例におけるサーミスタ素子の斜
視図

【図７】本発明の一実施例における温度センサの断面図

【図８】本発明の一実施例におけるサーミスタ素子の断
面図

【図９】本発明の一実施例における白金板の斜視図

【図１０】本発明の一実施例における積層体の斜視図

【図１１】本発明の一実施例における白金板の斜視図

【図１２】本発明の一実施例におけるサーミスタ素子の
斜視図

【図１３】従来のサーミスタ素子の正面図

【符号の説明】

４積層体５白金板６積層体７白金板８積層体９サーミスタ素子１１リード線１２耐熱キャップ１３積層体１４白金板１５積層体１６白金板１７積層体１８サーミスタ素子１９積層体２０白金板２１積層体２２白金板２３積層体２４白金電極３０白金板３１高抵抗層３２高抵抗層３３サーミスタ素子３４白金板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも３枚のセラミック層と、少な
くとも２枚の金属板とを交互にかつ前記セラミック層が
外側に来るように積層した積層体において、前記金属板
の一部はこの積層体外部に突出しているサーミスタ素
子。
【請求項２】金属板のセラミック層に挟まれている部
分の厚みを積層体外部に突出している部分の厚みより薄
くした請求項１に記載のサーミスタ素子。
【請求項３】セラミック層の金属板に接する面の少な
くとも一方に前記金属板を覆うとともに前記金属板より
も大きい金属層を設けた請求項１に記載のサーミスタ素
子。
【請求項４】金属板として白金あるいは白金ロジウム
を用いた請求項１に記載のサーミスタ素子。
【請求項５】金属板は、積層体の同じ側面から突出し
ている請求項１に記載のサーミスタ素子。
【請求項６】金属板の突出している部分の幅を積層体
内部の金属板の幅よりも狭くした請求項５に記載のサー
ミスタ素子。
【請求項７】金属板は、積層体の相対向する端面から
突出している請求項１に記載のサーミスタ素子。
【請求項８】最上層あるいは最下層の少なくとも一方
の面に高抵抗層を設けた請求項１に記載のサーミスタ素
子。
【請求項９】金属板の間にダミー電極を設けた請求項
１に記載のサーミスタ素子。
【請求項１０】サーミスタ材料を用いて形成した第１
のグリーンシートを作成し、次にこの第１のグリーンシ
ート上に第１の金属板を載置し、次いでこの第１の金属
板上に前記第１のグリーンシートとほぼ同一投影形状の
第２のグリーンシートを載置し、次にこの第２のグリー
ンシート上に第２の金属板を載置し、その後この第２の
金属板上に前記第１のグリーンシートとほぼ同一投影形
状の第３のグリーンシートを載置して積層体を形成し、
次にこの積層体を上、下方向から加圧して接着し、次い
でこの積層体を所望の形状に切断した後焼成するサーミ
スタ素子の製造方法。
【請求項１１】金属製の耐熱キャップと、この耐熱キ
ャップ内に収納したサーミスタ素子と、このサーミスタ
素子に電気的に接続するとともに、前記耐熱キャップ外
に引き出したリード線とを備え、前記サーミスタ素子
は、少なくとも３枚のセラミック層と、少なくとも２枚
の金属板とを交互にかつ前記セラミック層が外側に来る
ように積層した積層体において、前記金属板の一部はこ
の積層体外部に突出している温度センサ。