JPH11111508A - サーミスタ素子とその製造方法及びそのサーミスタ素子を用いた温度センサ - Google Patents

サーミスタ素子とその製造方法及びそのサーミスタ素子を用いた温度センサ

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JPH11111508A
JPH11111508A JP9268471A JP26847197A JPH11111508A JP H11111508 A JPH11111508 A JP H11111508A JP 9268471 A JP9268471 A JP 9268471A JP 26847197 A JP26847197 A JP 26847197A JP H11111508 A JPH11111508 A JP H11111508A
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thermistor element
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Hironori Moriwake
博紀 森分
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 600−800℃でB定数の高いサーミスタ
素子を提供することを目的とするものである。 【解決手段】 主成分が(Mg,Ni,Co)Oで表さ
れるサーミスタ素子1を形成し、白金パイプ2a,2b
を挿入した後、焼成した。このサーミスタ素子1を耐熱
キャップ5内に密封し、白金パイプ2a,2bには二芯
管3のリード線4a,4bを溶接し、サーミスタ素子1
からリード線4a,4bを引き出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温領域で使用さ
れ、負の温度係数を有するサーミスタ素子とその製造方
法及びそ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】近年、環境問題や燃費向上等の要求によ
り、排気ガス対策用触媒が用いられているが、その触媒
性能を充分に発揮させるためには、触媒の温度を正確に
測定する必要がある。そのためには、サーミスタ素子の
サーミスタ定数Bが大きい方が望ましい。
【0003】従来、最高使用温度700℃を超える高温
用サーミスタとしては、(Al,Cr,Fe)23系に
代表されるコランダム型のサーミスタ材料が用いられて
いた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のサーミスタ材料
は600−800℃間のB定数が高々4000K程度と
低く、600−800℃での温度測定には不利であると
いう問題点を有していた。
【0005】そこで本発明は、600−800℃でのB
定数が大きいサーミスタ素子とその製造方法及びそのサ
ーミスタ素子を用いた温度センサを提供することを目的
としている。
【0006】
【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、(Mg,Ni,Co)
O系組成物を主成分とするものであり、600−800
℃でのB定数が大きいものとなる。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、(Mg,Ni,Co)O系組成物を主成分とするサ
ーミスタ素子であり、600−800℃でのB定数が大
きいものである。
【0008】請求項2に記載の発明は、NaCl型の結
晶構造の(Mg,Ni,Co)O系組成物を用いる請求
項1に記載のサーミスタ素子であり、600−800℃
でのB定数が大きいものである。
【0009】請求項3に記載の発明は、(Mg,Ni,
Co)O系組成物として、(Mgx,Niy,Coz)O
(ただし、0.10≦x≦0.90,0.10≦y≦
0.90,0.10≦z≦0.90,x+y+z=1.
0)を用いる請求項1に記載のサーミスタ素子であり、
適切な抵抗値を有するものである。
【0010】請求項4に記載の発明は、NaCl型の結
晶構造の(Mgx,Niy,Coz)O(ただし、0.1
0≦x≦0.90,0.10≦y≦0.90,0.10
≦z≦0.90,x+y+z=1.0)を用いる請求項
3に記載のサーミスタ素子であり、適切な抵抗値を有す
るものである。
【0011】請求項5に記載の発明は、少なくともMg
化合物と、Ni化合物と、Co化合物とを混合して成形
体を形成する第1の工程と、次にこの成形体を焼成する
第2の工程とを備え、この第2の工程の焼成は、昇温過
程と、保持過程と、降温過程とを有し、降温過程はCo
OがCo34に変化しないような速度で降温するサーミ
スタ素子の製造方法であり、適切な抵抗値を有するサー
ミスタ素子を得ることができる。
【0012】請求項6に記載の発明は、CoOがCo3
4に変化しないように、200℃/h以上の速度で降
温する請求項5に記載のサーミスタ素子の製造方法であ
り、適切な抵抗値を有するサーミスタ素子を得ることが
できる。
【0013】請求項7に記載の発明は、第2の工程の焼
成において、保持過程の酸素分圧よりも降温過程の酸素
分圧を低くする請求項5あるいは請求項6に記載のサー
ミスタ素子の製造方法であり、CoOがCo34に変化
するのを防止できる。
【0014】請求項8に記載の発明は、第2の工程の焼
成において、保持過程の温度は、Co化合物がCoOに
変化する温度以上である請求項5〜請求項7のいずれか
一つに記載のサーミスタ素子の製造方法であり、NaC
l型の結晶構造のサーミスタ素子を得ることができる。
【0015】請求項9に記載の発明は、第1の工程後、
成形体を仮焼する請求項5〜請求項8のいずれか一つに
記載のサーミスタ素子の製造方法であり、焼結体密度の
低下を防止できる。
【0016】請求項10に記載の発明は、仮焼の時の最
高温度を第2の工程の焼成における保持過程の温度より
も高くする請求項9に記載のサーミスタ素子の製造方法
であり、MgO,NiO,CoO以外の化合物を出発原
料に用いた場合、仮焼によりそれぞれMgO,NiO,
CoOに変化するので、焼結体密度の低下を防止でき
る。
【0017】請求項11に記載の発明は、仮焼の時の酸
素分圧を第2の工程の焼成の時の酸素分圧よりも高くす
る請求項9あるいは請求項10に記載のサーミスタ素子
の製造方法であり、CoOがCo34に変化するのを防
止できる。
【0018】請求項12に記載の発明は、Co化合物を
CoOに変化させてから用いる請求項5〜請求項11の
いずれか一つに記載のサーミスタ素子の製造方法であ
り、体積変化を防止することができる。
【0019】請求項13に記載の発明は、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(Mg,Ni,Co)Oを主
成分とするとともに、その表面を絶縁体でコーティング
されたものである温度センサであり、600−800℃
での高精度な温度測定が可能なものである。
【0020】請求項14に記載の発明は、絶縁体をMg
Oを主成分とする請求項13に記載の温度センサであ
り、信頼性が向上する。
【0021】以下、本発明の一実施の形態を説明する。 (実施の形態1)図1は、本実施の形態における触媒温
度検知用の温度センサの断面図であり、サーミスタ素子
1を耐熱キャップ5内に密封し、白金パイプ2a,2b
には二芯管3のリード線4a,4bを溶接し、サーミス
タ素子1からリード線4a,4bを引き出していた。
【0022】図2は図1の温度センサに用いるサーミス
タ素子1の斜視図であり、サーミスタ素子1に白金パイ
プ2a,2bを挿入して一体焼成したものである。
【0023】図3は図2に示すサーミスタ素子を形成す
る材料のX線回折パターン図である。
【0024】まずMgO,NiO,CoOを(Mgx
Niy,Coz)Oにおいてx,y,zが(表1)及び
(表2)に示す組成になるように所定量秤量し、試料1
〜36を作製した。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】次に試料1をボールミルにて16時間混合
し、1200℃で仮焼した後、再びボールミルで18時
間粉砕し、乾燥後5重量%のPVA(ポリビニルアルコ
ール)水溶液を10重量%添加して造粒を行い、最後に
図2に示す形状に成形し、白金パイプ2a,2bを挿入
した後、200℃/hで昇温し、1600℃で5時間保
持し、その後200℃/hで降温して焼成し、サーミス
タ素子を得た。試料2〜36についても同様に作製し
た。
【0028】このようにして得られたサーミスタ素子1
の表面をMgOよりなる絶縁体で被覆した後、従来と同
様に図1に示す触媒温度検知用センサ中に組み込んだ。
なお耐熱キャップ5、二芯管3は耐熱材料であるSUS
310Sで形成されている。そして、600℃、800
℃における抵抗値を測定し、600−800℃間のB定
数を(数1)により算出し、(表1)、(表2)にR6
00、R800、B定数で示した。
【0029】
【数1】
【0030】本実施の形態に示すように、(Mg,N
i,Co)Oによる電気伝導を導入する事により、測定
に好都合な抵抗値及び、600−800℃でのB定数を
増大させることが可能になる。
【0031】ここで本発明のポイントについて記載して
おく。 (1)B定数の大きなサーミスタ素子を得るために、
(Mg,Ni,Co)Oは、NaCl型単相の結晶構造
をとるようにする。
【0032】(2)(Mg,Ni,Co)O系組成とし
て、(Mgx,Niy,Coz)O(ただし、0.10≦
x≦0.90,0.10≦y≦0.90,0.10≦z
≦0.90,x+y+z=1.0)を用いることが、高
B定数及び温度センサとして適切な抵抗温度特性を得る
のに望ましい。
【0033】(3)焼成時にCoOがCo34に変化し
ないように、200℃/h以上の速度で降温する。これ
よりも降温速度が小さいとCoOがCo34に変化し
て、NaCl型単相でなく、NaCl型とスピネル型の
2相になり、B定数が低くなってしまうからである。
【0034】(4)焼成時に、保持過程の酸素分圧より
も降温過程の酸素分圧を低くして、CoOがCo34
変化するのを防止する。ただし降温過程の酸素分圧は、
サーミスタ素子を構成する金属酸化物が還元されて金属
にならない程度にすることが必要である。本実施の形態
ではNiOが還元されやすいので、気をつけなければな
らない。
【0035】(5)本実施の形態では、焼成時の保持過
程の温度を1600℃としたが、Co化合物がCoOに
変化する温度以上であればよく、大体1000℃以上で
ある。
【0036】(6)原料を仮焼することにより、焼結体
密度の低下を防ぎ、サーミスタ素子の強度の低下を防止
することができる。ここでMgO,NiO,CoO以外
の化合物を出発原料として用いる場合、この仮焼の時の
最高温度を焼成の時の最高温度よりも高くして、それぞ
れMgO,NiO,CoOにしておくことが好ましい。
【0037】また仮焼の時の酸素分圧を焼成の時の酸素
分圧よりも高くすることにより、仮焼の時にCoOに変
化させたものが、焼成によりCo34に変化するのを防
止する。
【0038】(7)CoO以外のCo化合物はCoOに
変化させてから用いることにより、焼結体密度の低下を
防ぐことができる。
【0039】(8)温度センサに組み込む際、サーミス
タ素子の表面を絶縁体でコーティングすることにより、
温度センサとして使用中耐熱キャップ内が還元雰囲気に
なったとしても、サーミスタ素子が還元されるのを防止
できる。
【0040】また絶縁体としては、MgOのようにサー
ミスタ素子と熱膨張係数が同程度のものを主成分とする
ことにより、絶縁体が破壊するのを防止できる。
【0041】
【発明の効果】以上本発明によると、600−800℃
でのB定数が大きく、適切な抵抗値を有するサーミスタ
素子を得ることができる。そしてこのサーミスタ素子を
用いた温度センサは、600−800℃での高精度な温
度測定が可能で、信頼性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態における温度センサの断
面図
【図2】図1に示す温度センサに用いたサーミスタ素子
の斜視図
【図3】図2に示すサーミスタ素子を形成する材料のX
線回折パターン図
【符号の説明】
1 サーミスタ素子 2a 白金パイプ 2b 白金パイプ 4a リード線 4b リード線 5 耐熱キャップ

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (Mg,Ni,Co)O系組成物を主成
    分とするサーミスタ素子。
  2. 【請求項2】 (Mg,Ni,Co)O系組成物は、N
    aCl型の結晶構造である請求項1に記載のサーミスタ
    素子。
  3. 【請求項3】 (Mg,Ni,Co)O系組成物とし
    て、(Mgx,Niy,Coz)O(ただし、0.10≦
    x≦0.90,0.10≦y≦0.90,0.10≦z
    ≦0.90,x+y+z=1.0)を用いる請求項1に
    記載のサーミスタ素子。
  4. 【請求項4】 (Mgx,Niy,Coz)O(ただし、
    0.10≦x≦0.90,0.10≦y≦0.90,
    0.10≦z≦0.90,x+y+z=1.0)は、N
    aCl型の結晶構造である請求項3に記載のサーミスタ
    素子。
  5. 【請求項5】 少なくともMg化合物と、Ni化合物
    と、Co化合物とを混合して成形体を形成する第1の工
    程と、次にこの成形体を焼成する第2の工程とを備え、
    この第2の工程の焼成は、昇温過程と、保持過程と、降
    温過程とを有し、この降温過程はCoOがCo34に変
    化しないような速度で降温するサーミスタ素子の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 CoOがCo34に変化しないような速
    度は、200℃/h以上とする請求項5に記載のサーミ
    スタ素子の製造方法。
  7. 【請求項7】 第2の工程の焼成において、保持過程の
    酸素分圧よりも降温過程の酸素分圧を低くする請求項5
    あるいは請求項6に記載のサーミスタ素子の製造方法。
  8. 【請求項8】 第2の工程の焼成において、保持過程の
    温度は、Co化合物がCoOに変化する温度以上である
    請求項5〜請求項7のいずれか一つに記載のサーミスタ
    素子の製造方法。
  9. 【請求項9】 第1の工程後、成形体を仮焼する請求項
    5〜請求項8のいずれか一つに記載のサーミスタ素子の
    製造方法。
  10. 【請求項10】 仮焼の時の最高温度は、第2の工程の
    焼成における保持過程の温度よりも高い請求項9に記載
    のサーミスタ素子の製造方法。
  11. 【請求項11】 仮焼の時の酸素分圧を第2の工程の焼
    成の時の酸素分圧よりも高くする請求項9あるいは請求
    項10に記載のサーミスタ素子の製造方法。
  12. 【請求項12】 Co化合物をCoOに変化させてから
    用いる請求項5〜請求項11のいずれか一つに記載のサ
    ーミスタ素子の製造方法。
  13. 【請求項13】 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
    (Mg,Ni,Co)Oを主成分とするとともに、その
    表面を絶縁体でコーティングされたものである温度セン
    サ。
  14. 【請求項14】 絶縁体は、MgOを主成分とする請求
    項13に記載の温度センサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011033343A (ja) * 2009-07-29 2011-02-17 Ngk Spark Plug Co Ltd 温度センサ
CN108439982A (zh) * 2018-05-14 2018-08-24 济南大学 一种轴向复合负温度系数热敏陶瓷材料及其制备方法

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