JPH1070010A - サーミスタ組成物 - Google Patents
サーミスタ組成物Info
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 広い温度範囲で温度（絶対温度）の逆数と抵
抗の対数の関係が直線性に優れているため、温度センサ
などに有効に利用することができるサーミスタ組成物を
提供する。 【解決手段】 酸化セリウムと酸化ジルコニウムとが固
溶してなり、下記の組成式Ｉ：Ｃｅx Ｚｒ1-x Ｏ
2 （Ｉ）〔式中、ｘは０．２ないし０．８の数値を表わ
す〕で表わされるサーミスタ組成物。
抗の対数の関係が直線性に優れているため、温度センサ
などに有効に利用することができるサーミスタ組成物を
提供する。 【解決手段】 酸化セリウムと酸化ジルコニウムとが固
溶してなり、下記の組成式Ｉ：Ｃｅx Ｚｒ1-x Ｏ
2 （Ｉ）〔式中、ｘは０．２ないし０．８の数値を表わ
す〕で表わされるサーミスタ組成物。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化セリウムと酸
化ジルコニウムとが固溶してなり、測定温度範囲が広
く、例えば温度センサなどに広汎に利用することができ
るサーミスタ組成物に関するものである。
化ジルコニウムとが固溶してなり、測定温度範囲が広
く、例えば温度センサなどに広汎に利用することができ
るサーミスタ組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】数百度ないし１０００度程度の範囲内で
温度を測定するための温度測定器具としては、熱電対や
サーミスタが広く使用されている。熱電対とサーミスタ
とを比較すると、熱電対はサーミスタに比べて測定温度
範囲が広いという長所はあるものの、以下の短所を有し
ている。 ノイズ耐性が低い。 高温耐久性が低い。 増幅回路などの複雑な回路が必要なため、安価に製
作できない。 したがって、熱電対のように広範囲の温度を測定するこ
とができるサーミスタがあれば、高温域での信頼性の高
い温度測定を安価に長期にわたって行うことが可能とな
る。
温度を測定するための温度測定器具としては、熱電対や
サーミスタが広く使用されている。熱電対とサーミスタ
とを比較すると、熱電対はサーミスタに比べて測定温度
範囲が広いという長所はあるものの、以下の短所を有し
ている。 ノイズ耐性が低い。 高温耐久性が低い。 増幅回路などの複雑な回路が必要なため、安価に製
作できない。 したがって、熱電対のように広範囲の温度を測定するこ
とができるサーミスタがあれば、高温域での信頼性の高
い温度測定を安価に長期にわたって行うことが可能とな
る。
【０００３】従来、サーミスタ組成物として種々のもの
が提案されている。例えば、特開昭５２−３８１９７号
公報には、セリウムの酸化物又は炭酸塩にクロム、鉄、
ニッケル、コバルト、ストロンチウム、ジルコニウム、
カルシウム、バリウムの各々の金属の酸化物又は炭酸塩
からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物を１〜
７０重量％の割合で配合したものを成形し、空気中で焼
成してなる高温用セラミック質サーミスタ組成物が開示
されている。
が提案されている。例えば、特開昭５２−３８１９７号
公報には、セリウムの酸化物又は炭酸塩にクロム、鉄、
ニッケル、コバルト、ストロンチウム、ジルコニウム、
カルシウム、バリウムの各々の金属の酸化物又は炭酸塩
からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物を１〜
７０重量％の割合で配合したものを成形し、空気中で焼
成してなる高温用セラミック質サーミスタ組成物が開示
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記公報に開示されて
いるサーミスタ組成物には、そのＢ値〔サーミスタ定
数：温度（絶対温度）の逆数と抵抗率の（自然）対数と
の関係における傾きである〕が、７８００〜１８０００
［Ｋ］と大きい一群のもの（実施例１〜６）と、３４０
０［Ｋ］と小さいもの（実施例７）とがある。ところ
で、室温近傍から高温まで測温可能なワイドレンジサー
ミスタを提供することが可能なサーミスタ組成物のＢ値
は、２０００〜６０００［Ｋ］の範囲内にある必要があ
る。したがって、前記公報に開示されているサーミスタ
組成物の中では、このＢ値の要求特性からは、Ｂ値が３
４００［Ｋ］のもの（実施例７）だけが適する。
いるサーミスタ組成物には、そのＢ値〔サーミスタ定
数：温度（絶対温度）の逆数と抵抗率の（自然）対数と
の関係における傾きである〕が、７８００〜１８０００
［Ｋ］と大きい一群のもの（実施例１〜６）と、３４０
０［Ｋ］と小さいもの（実施例７）とがある。ところ
で、室温近傍から高温まで測温可能なワイドレンジサー
ミスタを提供することが可能なサーミスタ組成物のＢ値
は、２０００〜６０００［Ｋ］の範囲内にある必要があ
る。したがって、前記公報に開示されているサーミスタ
組成物の中では、このＢ値の要求特性からは、Ｂ値が３
４００［Ｋ］のもの（実施例７）だけが適する。
【０００５】又、サーミスタは、その電極間の抵抗値を
測定し、抵抗値から温度を求める換算式を用いることに
より温度を求めるが、このとき、測温範囲内におけるサ
ーミスタ組成物の抵抗率が、非常に大きい値（＞１０5
［Ωｃｍ］）であったり、非常に小さい値（＜１０
0 ［Ωｃｍ］）であると、サーミスタの電極間の抵抗値
を測定する回路が複雑となり、簡便に温度を測定するこ
とができるというサーミスタ本来の特徴を著しく損な
う。
測定し、抵抗値から温度を求める換算式を用いることに
より温度を求めるが、このとき、測温範囲内におけるサ
ーミスタ組成物の抵抗率が、非常に大きい値（＞１０5
［Ωｃｍ］）であったり、非常に小さい値（＜１０
0 ［Ωｃｍ］）であると、サーミスタの電極間の抵抗値
を測定する回路が複雑となり、簡便に温度を測定するこ
とができるというサーミスタ本来の特徴を著しく損な
う。
【０００６】前記公報に開示されているＢ値が３４００
［Ｋ］のもの（実施例７）は、３００℃以上の温度で抵
抗率が１０0 ［Ωｃｍ］未満となる特性を有しているこ
とから、３００℃以上の中温から高温（例えば、１００
０℃）にかけての広い温度範囲の測温には、実質的には
不適当なサーミスタ組成物である。よって、以上のこと
から、前記公報に記載のようなサーミスタ組成物を用い
た場合には、室温近傍から高温まで測温可能なワイドレ
ンジサーミスタを得ることは困難であることが判る。
［Ｋ］のもの（実施例７）は、３００℃以上の温度で抵
抗率が１０0 ［Ωｃｍ］未満となる特性を有しているこ
とから、３００℃以上の中温から高温（例えば、１００
０℃）にかけての広い温度範囲の測温には、実質的には
不適当なサーミスタ組成物である。よって、以上のこと
から、前記公報に記載のようなサーミスタ組成物を用い
た場合には、室温近傍から高温まで測温可能なワイドレ
ンジサーミスタを得ることは困難であることが判る。
【０００７】本発明は前記従来技術の問題点を解決する
ためのものであり、その目的とするところは、サーミス
タ定数（Ｂ値）が２０００〜８０００［Ｋ］で且つその
温度変化が小さく、広い測温範囲（例えば、１００〜８
００℃）にわたってサーミスタ特性の直線性が良好であ
り、又、測温範囲の全域で抵抗率が１０0 〜１０5 ［Ω
ｃｍ］）で、簡便な回路を用いて測温可能なワイドレン
ジサーミスタ組成物を提供することにある。
ためのものであり、その目的とするところは、サーミス
タ定数（Ｂ値）が２０００〜８０００［Ｋ］で且つその
温度変化が小さく、広い測温範囲（例えば、１００〜８
００℃）にわたってサーミスタ特性の直線性が良好であ
り、又、測温範囲の全域で抵抗率が１０0 〜１０5 ［Ω
ｃｍ］）で、簡便な回路を用いて測温可能なワイドレン
ジサーミスタ組成物を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のサーミスタ組成
物は、酸化セリウムと酸化ジルコニウムとが固溶してな
り、下記の組成式Ｉ： Ｃｅx Ｚｒ1-x Ｏ2 （Ｉ） 〔式中、ｘは０．２ないし０．８の数値を表わす〕で表
わされることを特徴とする。
物は、酸化セリウムと酸化ジルコニウムとが固溶してな
り、下記の組成式Ｉ： Ｃｅx Ｚｒ1-x Ｏ2 （Ｉ） 〔式中、ｘは０．２ないし０．８の数値を表わす〕で表
わされることを特徴とする。
【０００９】ｘが０．２未満の場合には、式Ｉで表わさ
れる組成物は酸化ジルコニウムに近い組成の固溶体とな
り、Ｂ値が１００００［Ｋ］以上と大きくなり過ぎて、
ワイドレンジサーミスタ組成物として適さない。又、ｘ
が０．８を越える場合には、式Ｉで表わされる組成物は
酸化セリウムに近い組成の固溶体となり、Ｂ値の温度変
化が大きくなり、サーミスタ組成物として適さない。本
発明のサーミスタ組成物においては、Ｂ値が２０００〜
８０００［Ｋ］であり、且つＢ値の変化率は広い温度範
囲にわたって１０％以下と非常に小さいことから、ワイ
ドレンジサーミスタ組成物として適している。
れる組成物は酸化ジルコニウムに近い組成の固溶体とな
り、Ｂ値が１００００［Ｋ］以上と大きくなり過ぎて、
ワイドレンジサーミスタ組成物として適さない。又、ｘ
が０．８を越える場合には、式Ｉで表わされる組成物は
酸化セリウムに近い組成の固溶体となり、Ｂ値の温度変
化が大きくなり、サーミスタ組成物として適さない。本
発明のサーミスタ組成物においては、Ｂ値が２０００〜
８０００［Ｋ］であり、且つＢ値の変化率は広い温度範
囲にわたって１０％以下と非常に小さいことから、ワイ
ドレンジサーミスタ組成物として適している。
【００１０】本サーミスタ組成物を構成する各元素の存
在比率を測定する簡便な分析方法としては、例えば、Ｅ
ＰＭＡ (Electron Probe Micro Analysis)が挙げられ
る。又、結晶構造の同定方法としては、通常、粉末Ｘ線
回折法が用いられる。
在比率を測定する簡便な分析方法としては、例えば、Ｅ
ＰＭＡ (Electron Probe Micro Analysis)が挙げられ
る。又、結晶構造の同定方法としては、通常、粉末Ｘ線
回折法が用いられる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本サーミスタ組成物において、ｘ
が０．４ないし０．６の数値を表わすものは、より望ま
しいＢ値と抵抗率を有する。
が０．４ないし０．６の数値を表わすものは、より望ま
しいＢ値と抵抗率を有する。
【００１２】本サーミスタ組成物は酸化セリウムと酸化
ジルコニウムとから容易に製造することができる。前記
酸化物原料は市販品をそのまま使用してよい。以下に具
体的に、本組成物の製造方法の一例を述べる。比表面積
５０ｍ2 ／ｇ以上の酸化セリウムと酸化ジルコニウムと
を所定比率となるように秤量し、これらをボールミルで
混合・粉砕後乾燥する。次いで得られた粉末の所要量を
所望の形状（例えば、円板状）に加圧成型し、１６００
℃以上の温度で焼成し、焼成体を得る。該焼成体を中性
雰囲気（例えば、アルゴン雰囲気又は窒素雰囲気）中１
４００℃以上の温度で熱処理し、サーミスタ組成物を得
る。
ジルコニウムとから容易に製造することができる。前記
酸化物原料は市販品をそのまま使用してよい。以下に具
体的に、本組成物の製造方法の一例を述べる。比表面積
５０ｍ2 ／ｇ以上の酸化セリウムと酸化ジルコニウムと
を所定比率となるように秤量し、これらをボールミルで
混合・粉砕後乾燥する。次いで得られた粉末の所要量を
所望の形状（例えば、円板状）に加圧成型し、１６００
℃以上の温度で焼成し、焼成体を得る。該焼成体を中性
雰囲気（例えば、アルゴン雰囲気又は窒素雰囲気）中１
４００℃以上の温度で熱処理し、サーミスタ組成物を得
る。
【００１３】本サーミスタ組成物を用いるサーミスタの
製造は、例えば、以下の如く行う。最終製品を得るため
の前記加圧成型の際、所望寸法の円筒金型に充填した原
料粉末中に、所望寸法の２本の白金線を、各線の一端を
線断面を対向させ且つ所望の間隙を開けて円筒中心部に
配置し、各線の他端を金型から外に出した状態で配置し
た後、加圧成型する。次いで前記成型体を焼成すること
により、リード線として２本の白金線を有するサーミス
タ組成物が形成される。又、上記２本の白金線は、上記
加圧成型時には配置せず、上記原料粉末の加圧成形体を
焼成した後、焼成体にイオンコータ等により白金電極を
設け、該白金電極に２本の白金線を巻き付けてもよい。
このようにして得られたサーミスタを温度測定すべき環
境下に暴露し、２本のリード線間の抵抗値を測定し、こ
の抵抗値から、温度を求める換算式或いは換算回路を用
いることにより、前記環境の温度を求めることができ
る。
製造は、例えば、以下の如く行う。最終製品を得るため
の前記加圧成型の際、所望寸法の円筒金型に充填した原
料粉末中に、所望寸法の２本の白金線を、各線の一端を
線断面を対向させ且つ所望の間隙を開けて円筒中心部に
配置し、各線の他端を金型から外に出した状態で配置し
た後、加圧成型する。次いで前記成型体を焼成すること
により、リード線として２本の白金線を有するサーミス
タ組成物が形成される。又、上記２本の白金線は、上記
加圧成型時には配置せず、上記原料粉末の加圧成形体を
焼成した後、焼成体にイオンコータ等により白金電極を
設け、該白金電極に２本の白金線を巻き付けてもよい。
このようにして得られたサーミスタを温度測定すべき環
境下に暴露し、２本のリード線間の抵抗値を測定し、こ
の抵抗値から、温度を求める換算式或いは換算回路を用
いることにより、前記環境の温度を求めることができ
る。
【００１４】本組成物を使用したサーミスタは、炎，高
温度にまで達する気体や部材等の温度測定に広く使用す
ることができる。前記サーミスタの大きさや形状は用途
に応じて適宜選択する。前記サーミスタは、酸素ガスが
存在しない、又は酸素ガス濃度が非常に低い温度で使用
することが望ましい。更に、長時間１１００℃を越える
温度の雰囲気中に置かないことが望ましい。このような
注意を守った使用条件下では、前記サーミスタの特性変
化が起こらない。
温度にまで達する気体や部材等の温度測定に広く使用す
ることができる。前記サーミスタの大きさや形状は用途
に応じて適宜選択する。前記サーミスタは、酸素ガスが
存在しない、又は酸素ガス濃度が非常に低い温度で使用
することが望ましい。更に、長時間１１００℃を越える
温度の雰囲気中に置かないことが望ましい。このような
注意を守った使用条件下では、前記サーミスタの特性変
化が起こらない。
【００１５】
【実施例】以下の実施例（比較例も含む）により、本発
明を更に詳細に説明する。実施例１〜５及び比較例１，２〔式（Ｉ）のｘ値の変動
による影響の検討〕： 所定性状の市販の酸化セリウム
（ＣｅＯ2 ）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）とを、前
記式Ｉで表わされる組成式中のｘの値が下記表１に示す
値となるように秤量し、以下、前述の如き製造方法（ボ
ールミルを使用する方法）により、サーミスタ組成物及
び該組成物を用いたサーミスタを製造した。なお、酸化
セリウムと酸化ジルコニウムとの混合粉末を製造する方
法としては、ボールミルを使用する方法以外に、共沈法
を用いてもよい。又、焼成を中性雰囲気で行う方法もあ
り、この場合、後の熱処理が不要となる。得られた各サ
ーミスタ組成物を用いたサーミスタについて、７００℃
及び２００℃におけるＢ値及び抵抗率を測定した。結果
を表１にまとめて示す。
明を更に詳細に説明する。実施例１〜５及び比較例１，２〔式（Ｉ）のｘ値の変動
による影響の検討〕： 所定性状の市販の酸化セリウム
（ＣｅＯ2 ）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）とを、前
記式Ｉで表わされる組成式中のｘの値が下記表１に示す
値となるように秤量し、以下、前述の如き製造方法（ボ
ールミルを使用する方法）により、サーミスタ組成物及
び該組成物を用いたサーミスタを製造した。なお、酸化
セリウムと酸化ジルコニウムとの混合粉末を製造する方
法としては、ボールミルを使用する方法以外に、共沈法
を用いてもよい。又、焼成を中性雰囲気で行う方法もあ
り、この場合、後の熱処理が不要となる。得られた各サ
ーミスタ組成物を用いたサーミスタについて、７００℃
及び２００℃におけるＢ値及び抵抗率を測定した。結果
を表１にまとめて示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】実施例１〜５のサーミスタ組成物を用いた
サーミスタでは、Ｂ値は２０００〜６０００［Ｋ］の範
囲内にある。又、抵抗率は１０0 〜１０5 ［Ωｃｍ］の
範囲内にあり、且つ抵抗率の温度変化（２００℃におけ
るＢ値と７００℃におけるＢ値との比の値）は１．１０
未満で、非常に小さい。これは、酸化ジルコニウムが蛍
石型結晶構造の骨格を有し、非常に安定であることに起
因すると考えられる。それ故、本発明の組成物は、ワイ
ドレンジサーミスタ用のサーミスタ組成物として好適で
あることが判る。
サーミスタでは、Ｂ値は２０００〜６０００［Ｋ］の範
囲内にある。又、抵抗率は１０0 〜１０5 ［Ωｃｍ］の
範囲内にあり、且つ抵抗率の温度変化（２００℃におけ
るＢ値と７００℃におけるＢ値との比の値）は１．１０
未満で、非常に小さい。これは、酸化ジルコニウムが蛍
石型結晶構造の骨格を有し、非常に安定であることに起
因すると考えられる。それ故、本発明の組成物は、ワイ
ドレンジサーミスタ用のサーミスタ組成物として好適で
あることが判る。
【００１８】これに対して、比較例１の組成物では、Ｂ
値及び抵抗率が共に大き過ぎて、ワイドレンジサーミス
タ用のサーミスタ組成物としては不適当である。又、比
較例２の組成物では、Ｂ値の温度変化が大きくなり（２
００℃におけるＢ値と７００℃におけるＢ値との比の値
が１．３０である）、比較例１の組成物と同様、ワイド
レンジサーミスタ用のサーミスタ組成物としては不適当
である。
値及び抵抗率が共に大き過ぎて、ワイドレンジサーミス
タ用のサーミスタ組成物としては不適当である。又、比
較例２の組成物では、Ｂ値の温度変化が大きくなり（２
００℃におけるＢ値と７００℃におけるＢ値との比の値
が１．３０である）、比較例１の組成物と同様、ワイド
レンジサーミスタ用のサーミスタ組成物としては不適当
である。
【００１９】
【発明の効果】本発明のサーミスタ組成物は、室温〜１
１００℃の範囲内で構造相転移が認められず、更に、Ｂ
値の温度変化が小さい。本発明のサーミスタ組成物は、
従来のサーミスタ組成物に比べて広い温度範囲でサーミ
スタ定数が一定であり、本組成物を用いてサーミスタを
製造した場合、下記の特性： サーミスタ定数が２０００〜８０００［Ｋ］である サーミスタ特性の直線性が２００〜１０００［Ｋ］の
温度範囲で良好である 高温で安定である を有するサーミスタを容易に得ることができる。それ
故、本組成物をサーミスタとして使用した場合に測定温
度範囲を広く取ることができ、又、高温での一層正確な
温度測定が可能となった。
１００℃の範囲内で構造相転移が認められず、更に、Ｂ
値の温度変化が小さい。本発明のサーミスタ組成物は、
従来のサーミスタ組成物に比べて広い温度範囲でサーミ
スタ定数が一定であり、本組成物を用いてサーミスタを
製造した場合、下記の特性： サーミスタ定数が２０００〜８０００［Ｋ］である サーミスタ特性の直線性が２００〜１０００［Ｋ］の
温度範囲で良好である 高温で安定である を有するサーミスタを容易に得ることができる。それ
故、本組成物をサーミスタとして使用した場合に測定温
度範囲を広く取ることができ、又、高温での一層正確な
温度測定が可能となった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神取 利男 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 須田 明彦 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 寺尾 直洋 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 酸化セリウムと酸化ジルコニウムとが固
溶してなり、下記の組成式Ｉ： Ｃｅx Ｚｒ1-x Ｏ2 （Ｉ） 〔式中、ｘは０．２ないし０．８の数値を表わす〕で表
わされることを特徴とするサーミスタ組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8242601A JPH1070010A (ja) | 1996-08-26 | 1996-08-26 | サーミスタ組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8242601A JPH1070010A (ja) | 1996-08-26 | 1996-08-26 | サーミスタ組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1070010A true JPH1070010A (ja) | 1998-03-10 |
Family
ID=17091480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8242601A Pending JPH1070010A (ja) | 1996-08-26 | 1996-08-26 | サーミスタ組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1070010A (ja) |
-
1996
- 1996-08-26 JP JP8242601A patent/JPH1070010A/ja active Pending
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