JP2002270404A - Thermistor device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電気絶縁性の基板
にサーミスタ材料よりなるサーミスタ層を形成してなる
サーミスタ素子に関する。The present invention relates to a thermistor element formed by forming a thermistor layer made of a thermistor material on an electrically insulating substrate.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、特開平１０−３１２９０７号
公報に記載の様に、電気絶縁性を有するアルミナよりな
る基板と、この基板に形成されたサーミスタ材料よりな
るサーミスタ層と、該基板に形成され該サーミスタ層に
電気的に接続された電極とを備えるサーミスタ素子が提
案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-312907, a substrate made of alumina having electrical insulation, a thermistor layer made of a thermistor material formed on the substrate, and a substrate formed on the substrate are formed. Further, a thermistor element including an electrode electrically connected to the thermistor layer has been proposed.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このようなサーミスタ
素子においては、熱衝撃や外部振動等によって、アルミ
ナよりなる基板が収縮・膨張し、基板にクラックが発生
したり、サーミスタ層と基板との線膨張係数の差による
サーミスタ層の剥離が発生したりする等の問題があり、
さらなる基板強度の向上が望まれている。In such a thermistor element, a substrate made of alumina shrinks and expands due to thermal shock, external vibrations, etc., causing cracks in the substrate, and a line between the thermistor layer and the substrate. There are problems such as peeling of the thermistor layer due to the difference in expansion coefficient,
Further improvement in substrate strength is desired.
【０００４】そこで、本発明は上記問題に鑑み、電気絶
縁性の基板にサーミスタ材料よりなるサーミスタ層を形
成してなるサーミスタ素子において、更なる基板強度の
向上を実現することを目的とする。In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a thermistor element formed by forming a thermistor layer made of a thermistor material on an electrically insulating substrate, and to further improve the substrate strength.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、電気絶縁性を有するア
ルミナよりなる基板（１１）と、この基板に形成された
サーミスタ材料よりなるサーミスタ層（１２）と、基板
に形成されサーミスタ層に電気的に接続された電極（１
３）とを備えるサーミスタ素子において、基板を、少な
くともサーミスタ層を覆うようにアルミナよりも線膨張
係数の小さい電気絶縁部材（１４）にて被覆したことを
特徴としている。In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a substrate (11) made of alumina having electrical insulation and a thermistor made of a thermistor material formed on the substrate are provided. Layer (12) and an electrode (1) formed on the substrate and electrically connected to the thermistor layer.
3), wherein the substrate is covered with an electrical insulating member (14) having a smaller linear expansion coefficient than alumina so as to cover at least the thermistor layer.
【０００６】本発明によれば、アルミナよりなる基板に
対して、少なくともサーミスタ層を覆うようにアルミナ
よりも線膨張係数の小さい電気絶縁部材にて被覆した構
成としているため、熱衝撃によるアルミナ基板の膨張や
収縮を抑制することができる。そのため、更なる基板強
度の向上を実現することができ、上記した基板における
クラックやサーミスタ層の剥離等の発生を抑制すること
ができる。According to the present invention, the alumina substrate is covered with an electrical insulating member having a smaller linear expansion coefficient than alumina so as to cover at least the thermistor layer. Expansion and contraction can be suppressed. Therefore, it is possible to further improve the strength of the substrate, and it is possible to suppress the occurrence of cracks and peeling of the thermistor layer in the above-described substrate.
【０００７】ここで、請求項２に記載の発明のように、
電気絶縁部材（１４）は、基板（１１）の全域を被覆し
ていることが好ましい。それにより、請求項１の発明の
効果を、より高いレベルにて実現することができる。Here, as in the second aspect of the present invention,
The electric insulating member (14) preferably covers the entire area of the substrate (11). Thereby, the effect of the invention of claim 1 can be realized at a higher level.
【０００８】また、従来のサーミスタ素子における基板
はアルミナよりなるが、本発明者等が、従来の基板につ
いて、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｒ１６０１に準拠した
４点曲げ試験法にて曲げ強度を調べたところ、最大でも
２００ＭＰａであることがわかった。The substrate of the conventional thermistor element is made of alumina. The present inventors examined the bending strength of the conventional substrate by a four-point bending test method in accordance with JIS (Japanese Industrial Standard) R1601. However, it was found that the maximum pressure was 200 MPa.
【０００９】そこで、請求項３に記載の発明のように、
基板（１１）として、上記曲げ強度が２００ＭＰａより
大なるものを採用すれば、更なる基板強度の向上を実現
することができる。Therefore, as in the invention described in claim 3,
If the substrate (11) has a bending strength of more than 200 MPa, further improvement in substrate strength can be realized.
【００１０】この曲げ強度が２００ＭＰａより大なる基
板としては、請求項４に記載の発明のように、ジルコニ
ア、窒化珪素、または炭化珪素よりなるものを採用する
ことができる。As the substrate having a bending strength of more than 200 MPa, a substrate made of zirconia, silicon nitride, or silicon carbide can be adopted.
【００１１】また、請求項５に記載の発明によれば、曲
げ強度が２００ＭＰａより大なる基板（１１）を、少な
くともサーミスタ層（１２）を覆うようにアルミナより
も線膨張係数の小さい電気絶縁部材（１４）にて被覆し
たことを特徴としており、請求項１と請求項３に記載の
発明の効果を組み合わせた効果が期待できる。According to the fifth aspect of the present invention, the substrate (11) having a bending strength of more than 200 MPa is an electrical insulating member having a smaller linear expansion coefficient than alumina so as to cover at least the thermistor layer (12). It is characterized in that it is covered by (14), and an effect combining the effects of the inventions of claims 1 and 3 can be expected.
【００１２】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。Incidentally, the reference numerals in parentheses of the above means are examples showing the correspondence with specific means described in the embodiments described later.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形
態に係るサーミスタ素子１０の全体平面図、図１（ｂ）
〜（ｄ）は、このサーミスタ素子１０のサーミスタ層１
２を含む部位にて切断した概略断面図であり、図２は、
このサーミスタ素子１０を組み込んだアッシーの一部破
断した構成図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to an embodiment shown in the drawings. FIG. 1A is an overall plan view of a thermistor element 10 according to the first embodiment of the present invention, and FIG.
(D) shows the thermistor layer 1 of the thermistor element 10;
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along a part including
FIG. 3 is a partially cutaway configuration view of an assembly incorporating the thermistor element 10.
【００１４】サーミスタ素子１０は、電気絶縁性を有す
るアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）よりなる細長板状の基板１１
と、この基板１１の一面に形成されたサーミスタ層１２
と、基板１１の一面に形成されサーミスタ層に電気的に
接続された電極１３とを備えるものである。例えば、サ
ーミスタ層１２は、（Ｙ、Ｃｒ、Ｍｎ）2Ｏ3系サーミス
タ材料等のサーミスタ材料よりなり、電極１３はＰｔ等
よりなる。The thermistor element 10 is an elongated plate-like substrate 11 made of alumina (Al 2 O 3 ) having electrical insulation.
And a thermistor layer 12 formed on one surface of the substrate 11.
And an electrode 13 formed on one surface of the substrate 11 and electrically connected to the thermistor layer. For example, the thermistor layer 12 is made of a thermistor material such as a (Y, Cr, Mn) 2 O 3 based thermistor material, and the electrode 13 is made of Pt or the like.
【００１５】また、図１（ｂ）〜（ｄ）に示す様に、ア
ルミナよりなる基板１１は、少なくともサーミスタ層１
２を覆うようにアルミナよりも線膨張係数の小さいＳｉ
Ｏ2等よりなる電気絶縁部材１４にて被覆されている。Further, as shown in FIGS. 1B to 1D, the substrate 11 made of alumina has at least the thermistor layer 1.
2 having a smaller linear expansion coefficient than alumina so as to cover
It is covered with an electrical insulating member 14 made of O 2 or the like.
【００１６】電気絶縁部材１４の被覆形態は、図１
（ｂ）〜（ｄ）のいずれか１つの形態を採用できる。す
なわち、（ｂ）では、電気絶縁部材１４は基板１１の全
域を被覆しており、（ｃ）では、電気絶縁部材１４は基
板１１の一面側および側面の一部を被覆しており、
（ｄ）では、電気絶縁部材１４はサーミスタ層１２のみ
を被覆している。FIG.
Any one of the modes (b) to (d) can be adopted. That is, in (b), the electrical insulating member 14 covers the entire area of the substrate 11, and in (c), the electrical insulating member 14 covers one surface side and part of the side surface of the substrate 11,
In (d), the electrical insulating member 14 covers only the thermistor layer 12.
【００１７】例えば、アルミナより構成される基板１１
の線膨張係数は、７×１０6〜９×１０6／℃程度であ
り、電気絶縁部材１４を構成するのに用いるＳｉＯ2の
線膨張係数は、０．５×１０6／℃程度である。なお、
図１（ａ）では、電気絶縁部材１４は省略してあるが、
電気絶縁部材１４の厚さは、例えば１０〜５０μｍ程度
である。For example, a substrate 11 made of alumina
Has a linear expansion coefficient of about 7 × 10 6 to 9 × 10 6 / ° C., and a linear expansion coefficient of SiO 2 used to form the electrical insulating member 14 is about 0.5 × 10 6 / ° C. . In addition,
Although the electrical insulating member 14 is omitted in FIG.
The thickness of the electric insulating member 14 is, for example, about 10 to 50 μm.
【００１８】このサーミスタ素子１０は、上記特開平１
０−３１２９０７号公報に記載の様に、基板１１、サー
ミスタ層１２となるグリーンシートをそれぞれ成形し、
基板１１のグリーンシートに、印刷法や蒸着法を用いて
電極１３を形成した後、基板１１のグリーンシートにサ
ーミスタ層１２のグリーンシートを載せて、焼成するこ
とにより形成することができる。The thermistor element 10 is disclosed in
As described in Japanese Patent Application Publication No. 0-312907, a green sheet to be a substrate 11 and a thermistor layer 12 is formed, respectively.
After the electrodes 13 are formed on the green sheets of the substrate 11 by using a printing method or a vapor deposition method, the electrodes 13 can be formed by placing the green sheets of the thermistor layer 12 on the green sheets of the substrate 11 and firing.
【００１９】そして、ここまでの焼成された状態のサー
ミスタ素子１０に対して、ＳｉＯ2等のペーストを印刷
法や浸漬法等により塗布し、焼成することにより、図１
（ｂ）〜（ｄ）に示す様な、少なくともサーミスタ層１
２を覆うように基板１１が電気絶縁部材１４にて被覆さ
れたサーミスタ素子１０が出来上がる。Then, a paste of SiO 2 or the like is applied to the baked thermistor element 10 by a printing method, a dipping method, or the like, and baked.
(B) As shown in (d), at least the thermistor layer 1
Thus, the thermistor element 10 in which the substrate 11 is covered with the electric insulating member 14 so as to cover the element 2 is completed.
【００２０】そして、図２に示す様に、このサーミスタ
素子１０はアッシー化され、温度センサ等に適用され
る。図２において、サーミスタ素子１０は、ステンレス
等よりなる金属チューブ２０内に収納されている。この
金属チューブ２０は、絶縁碍子３０に挿入固定されてお
り、サーミスタ素子１０は、絶縁碍子３０内の適所にて
絶縁碍子に固定されている。Then, as shown in FIG. 2, this thermistor element 10 is assembled and applied to a temperature sensor or the like. In FIG. 2, the thermistor element 10 is housed in a metal tube 20 made of stainless steel or the like. The metal tube 20 is inserted and fixed to the insulator 30, and the thermistor element 10 is fixed to the insulator at an appropriate position in the insulator 30.
【００２１】また、絶縁碍子３０には、サーミスタ素子
１０からの信号を取り出すためのリード線４０が設けら
れている。このリード線４０は、絶縁碍子３０内にて、
サーミスタ素子１０の電極１３に電気的に接続されてい
る。Further, the insulator 30 is provided with a lead wire 40 for extracting a signal from the thermistor element 10. This lead wire 40 is
It is electrically connected to the electrode 13 of the thermistor element 10.
【００２２】そして、このアッシーにおいては、例え
ば、金属チューブ２０を被測定環境にさらし、リード線
４０を外部回路に電気的に接続した状態とすることによ
り、サーミスタ素子１０からの信号（抵抗−温度特性を
利用した電気信号）が、リード線４０を介して外部に取
り出されるようになっている。In this assembly, for example, the signal (resistance-temperature) from the thermistor element 10 is obtained by exposing the metal tube 20 to the environment to be measured, and electrically connecting the lead wire 40 to an external circuit. An electrical signal utilizing characteristics is extracted to the outside via the lead wire 40.
【００２３】ところで、本実施形態によれば、アルミナ
よりなる基板１１に対して、少なくともサーミスタ層１
２を覆うようにアルミナよりも線膨張係数の小さい電気
絶縁部材１４にて被覆した構成としているため、電気絶
縁部材１４によって熱衝撃によるアルミナ基板１１の膨
張や収縮を抑制することができる。According to this embodiment, at least the thermistor layer 1 is provided on the substrate 11 made of alumina.
2 is covered with an electrical insulating member 14 having a smaller linear expansion coefficient than alumina, so that the electrical insulating member 14 can suppress expansion and contraction of the alumina substrate 11 due to thermal shock.
【００２４】そのため、サーミスタ素子１０において、
更なる基板強度の向上を実現することができ、上記した
基板におけるクラックやサーミスタ層の剥離等の発生を
抑制することができる。なお、上記図１（ｂ）に示した
様に、電気絶縁部材１４は、基板１１の全域を被覆して
いることが好ましい。それにより、上記効果を、より高
いレベルにて実現することができる。Therefore, in the thermistor element 10,
Further improvement in substrate strength can be realized, and the occurrence of cracks, peeling of the thermistor layer, and the like in the substrate can be suppressed. Note that, as shown in FIG. 1B, the electrical insulating member 14 preferably covers the entire area of the substrate 11. Thereby, the above effects can be realized at a higher level.
【００２５】ここで、本実施形態の変形例を図３に概略
断面図として示しておく。図３（ａ）に示す第１の変形
例では、基板１１およびサーミスタ層１２と電気絶縁部
材１４との間に、絶縁体（例えばＹ2Ｏ3）よりなる保護
層１５を介在させたものである。Here, a modification of this embodiment is shown in FIG. 3 as a schematic sectional view. In a first modified example shown in FIG. 3A, a protective layer 15 made of an insulator (for example, Y 2 O 3 ) is interposed between the substrate 11 and the thermistor layer 12 and the electric insulating member 14. is there.
【００２６】また、サーミスタ素子１０としては、上記
特開平１０−３１２９０７号公報に記載の様な積層型サ
ーミスタ素子でも良い。その場合、図３（ｂ）に示す第
２の変形例の様に、積層された２枚の基板１１の間に、
サーミスタ層１２が設けられており、この基板１１の表
面が電気絶縁部材１４にて被覆されている。Further, the thermistor element 10 may be a laminated thermistor element as described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-312907. In this case, as in a second modification shown in FIG. 3B, between the two substrates 11 stacked,
A thermistor layer 12 is provided, and the surface of the substrate 11 is covered with an electric insulating member 14.
【００２７】これら図３に示す変形例では、サーミスタ
層１２は、保護層１５や基板１１を介して、電気絶縁部
材１４に被覆された形となるが、上記した本実施形態の
効果は同様に発揮される。In the modification shown in FIG. 3, the thermistor layer 12 is covered with the electrical insulating member 14 via the protective layer 15 and the substrate 11, but the effect of the present embodiment is similarly obtained. Be demonstrated.
【００２８】（第２実施形態）本発明の第２実施形態
は、サーミスタ素子の基板強度向上を実現するために、
基板自体の曲げ強度を規定するものである。そのため、
本実施形態のサーミスタ素子の形状は、上記図１に示す
サーミスタ素子１０において、電気絶縁部材１４が無い
構成とすることができる。(Second Embodiment) In a second embodiment of the present invention, in order to improve the substrate strength of the thermistor element,
This defines the bending strength of the substrate itself. for that reason,
The thermistor element according to the present embodiment may have a configuration in which the electric insulating member 14 is not provided in the thermistor element 10 shown in FIG.
【００２９】上記第１実施形態では、サーミスタ素子１
０は、基板１１がアルミナよりなるものであったが、本
実施形態では、この基板１１は、ジルコニア、窒化珪
素、または炭化珪素等よりなるものする。基板１１の構
成材料をアルミナから上記ジルコニア等に変えることに
より、基板１１の曲げ強度を２００ＭＰａよりも大きく
することができる。In the first embodiment, the thermistor element 1
0 indicates that the substrate 11 is made of alumina, but in the present embodiment, this substrate 11 is made of zirconia, silicon nitride, silicon carbide, or the like. By changing the constituent material of the substrate 11 from alumina to the above-mentioned zirconia or the like, the bending strength of the substrate 11 can be made larger than 200 MPa.
【００３０】ここで、基板１１の曲げ強度は、ＪＩＳ
Ｒ１６０１に準拠した曲げ試験方法（４点曲げ試験法）
にて決定されるものである。特に、基板１１の耐熱衝撃
性等を考慮して、例えば図１に示す基板１１において、
長さ３８ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍとしたものを、炉
等を用いて２００℃に加熱後、常温の水中に投入して冷
却するといった冷熱サイクルを、例えば１０回繰り返
し、この後、常温にて上記曲げ試験を行う。Here, the bending strength of the substrate 11 is determined according to JIS.
Bending test method based on R1601 (4-point bending test method)
It is determined by In particular, in consideration of the thermal shock resistance and the like of the substrate 11, for example, in the substrate 11 shown in FIG.
A heating / cooling cycle of heating a material having a length of 38 mm, a width of 4 mm, and a thickness of 3 mm to 200 ° C. using a furnace or the like, and then putting the same into normal-temperature water and cooling the same is repeated, for example, 10 times. Perform the above bending test.
【００３１】そして、本実施形態のサーミスタ素子１０
では、このような曲げ試験による曲げ強度が２００ＭＰ
ａよりも大きい基板１１を採用することにより、従来
（最大でも基板の曲げ強度が２００ＭＰａ）に比べて、
基板の曲げ強度を大きくすることができ、上記した基板
におけるクラックやサーミスタ層の剥離等の発生を抑制
することができる。The thermistor element 10 of the present embodiment
Then, the bending strength by such a bending test is 200MP.
By adopting the substrate 11 larger than a, compared with the conventional one (the bending strength of the substrate is 200 MPa at the maximum),
The bending strength of the substrate can be increased, and the occurrence of cracks, peeling of the thermistor layer, etc. in the substrate can be suppressed.
【００３２】なお、本実施形態のサーミスタ素子１０
も、上記第１実施形態にて述べた製造方法に準じて製造
することができる。また、本実施形態のサーミスタ素子
１０においても、電気絶縁部材１４を設ければ、更なる
基板強度の向上が期待できる。また、本実施形態でも、
上記図３に示した各変形例を採用して良い。The thermistor element 10 of the present embodiment
Can also be manufactured according to the manufacturing method described in the first embodiment. Also, in the thermistor element 10 of the present embodiment, if the electric insulating member 14 is provided, further improvement in substrate strength can be expected. Also, in this embodiment,
Each of the modifications shown in FIG. 3 may be employed.
【図１】本発明の第１実施形態に係るサーミスタ素子の
構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a thermistor element according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１に示すサーミスタ素子を組み込んだアッシ
ーの一部破断図である。FIG. 2 is a partially cutaway view of an assembly incorporating the thermistor element shown in FIG.
【図３】上記第１実施形態の種々の変形例を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing various modifications of the first embodiment.
１１…基板、１２…サーミスタ層、１３…電極、１４…
電気絶縁部材。11 ... substrate, 12 ... thermistor layer, 13 ... electrode, 14 ...
Electrical insulation members.
Claims (5)
板（１１）と、 この基板に形成されたサーミスタ材料よりなるサーミス
タ層（１２）と、 前記基板に形成され前記サーミスタ層に電気的に接続さ
れた電極（１３）とを備えるサーミスタ素子において、 前記基板は、少なくとも前記サーミスタ層を覆うように
前記アルミナよりも線膨張係数の小さい電気絶縁部材
（１４）にて被覆されていることを特徴とするサーミス
タ素子。1. A substrate (11) made of alumina having electrical insulation, a thermistor layer (12) made of a thermistor material formed on the substrate, and a thermistor layer formed on the substrate and electrically connected to the thermistor layer. The substrate is covered with an electrical insulating member (14) having a smaller linear expansion coefficient than that of the alumina so as to cover at least the thermistor layer. Thermistor element.
（１１）の全域を被覆していることを特徴とする請求項
１に記載のサーミスタ素子。2. The thermistor element according to claim 1, wherein the electrically insulating member (14) covers the whole area of the substrate (11).
タ層（１２）と、 前記基板に形成され前記サーミスタ層に電気的に接続さ
れた電極（１３）とを備えるサーミスタ素子において、 前記基板は、曲げ強度が２００ＭＰａより大なるもので
あることを特徴とするサーミスタ素子。3. A substrate (11) having electrical insulation, a thermistor layer (12) made of a thermistor material formed on the substrate, and an electrode (12) formed on the substrate and electrically connected to the thermistor layer. 13), wherein the substrate has a bending strength of more than 200 MPa.
珪素、または炭化珪素よりなるものであることを特徴と
する請求項３に記載のサーミスタ素子。4. The thermistor element according to claim 3, wherein said substrate is made of zirconia, silicon nitride or silicon carbide.
ーミスタ層（１２）を覆うように前記アルミナよりも線
膨張係数の小さい電気絶縁部材（１４）にて被覆されて
いることを特徴とする請求項３または４に記載のサーミ
スタ素子。5. The substrate (11) is covered with an electrical insulating member (14) having a smaller linear expansion coefficient than the alumina so as to cover at least the thermistor layer (12). Item 5. The thermistor element according to item 3 or 4.
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