熱敏電阻元件及其製造方法
2023-06-12 04:11:16
專利名稱：熱敏電阻元件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種在例如汽車相關等的溫度計量中使用的熱敏電阻元件及其製造方法。
背景技術：
作為計量汽車引擎周圍的催化劑溫度或排氣系統溫度等的溫度傳感器，通常採用熱敏電阻溫度傳感器。在該熱敏電阻溫度傳感器中使用的熱敏電阻元件，例如作為上述汽車相關技術、信息裝置、通信裝置、醫療用裝置、及住宅設備裝置等的溫度傳感器而被利用， 且使用具有大的負溫度係數的氧化物半導體的燒結體元件。近年來，可通過1個元件測定室溫至高溫的熱敏電阻元件的要求增加。尤其是為了測定汽車引擎周圍的催化劑溫度等，要求可以測定到1000°c附近的高溫的熱敏電阻元件。作為這種用途中所要求的特性，要求常數B小到3000K左右以下。但是，由於具有若常數B變小則電阻值也變小的傾向，所以通常作為小型傳感器使用時，電阻值較低且難以直接使用。因此，以往通常使用如下方法為了提高電阻值，在熱敏電阻材料加入絕緣體而設為混合燒結體(例如參照專利文獻1、非專利文獻1)。該方法中可以使電阻值上升到100
倍左右。專利文獻1 日本專利第3362651號公報非專利文獻1 倉野，「NOx觸媒制御用觸媒溫七 > 寸O開発(NOx催化劑控制用催化劑溫度傳感器的開發)」 DENSO TECHNICAL REVIEW, Vol. 5，No. 2,2000上述以往的技術中留有以下課題。S卩，使用加入上述絕緣體的混合燒結體的方法中，為了隨著小型化而得到所希望的特性，需要加入相當量的絕緣體。但是，若為了大幅度提高至超過100倍的電阻值而進一步加入絕緣體，則因微小的絕緣體組成的差異而較大地改變電阻，所以有組成控制困難且特性不均衡的不良情況。並且作為從形狀上提高熱敏電阻元件的電阻值的方法，可以考慮從構造上弄薄元件，或加大引線之間的間隔等方法，但若過於變薄元件主體，則產生元件主體變得容易破裂的問題，加寬引線之間也有尺寸上的限度。
發明內容
本發明是鑑於所述課題而完成的，其目的在於，提供一種可以進一步實現高電阻化且可以進行更寬範圍的電阻值控制的熱敏電阻元件及其製造方法。本發明為了解決所述課題採用了以下結構。即，本發明的熱敏電阻元件的特徵在於，具備熱敏電阻用金屬氧化物燒結體，形成有至少1對插入孔；及至少1對引線，插入到所述插入孔且與所述熱敏電阻用金屬氧化物燒結體接合，其中，所述熱敏電阻用金屬氧化物燒結體上形成有空心狀孔部。該熱敏電阻元件中，由於在熱敏電阻用金屬氧化物燒結體上形成有空心狀孔部，所以熱敏電阻用金屬氧化物燒結體具有根據空心狀孔部的空心構造，從而與使熱敏電阻用金屬氧化物燒結體整體薄型化的情況相比，更能抑制強度下降而可以維持所需的強度的同時，可通過空心狀孔部限制熱敏電阻用金屬氧化物燒結體內的導電路徑而謀求高電阻化。並且，本發明的熱敏電阻元件的特徵在於，所述空心狀孔部形成於成對的所述插入孔之間。S卩，在該熱敏電阻元件中，由於空心狀孔部形成於成對的插入孔之間，所以在插入到插入孔內的引線之間配置空心狀孔部，而尤其有助於電氣特性的引線之間的導電路徑通過空心狀孔部迂迴而變得長而狹窄，從而可以謀求更高的電阻化。另外，本發明的熱敏電阻元件的特徵在於，所述空心狀孔部形成為長孔狀，所述長孔狀在相對於連結成對的所述插入孔彼此的方向交差的方向上具有長的截面形狀。S卩，該熱敏電阻元件中，由於空心狀孔部形成為長孔狀，所述長孔狀在相對於連結成對的插入孔彼此的方向交差的方向上具有長截面形狀，所以通過配置長孔狀的空心狀孔部，以使遮蓋插入到插入孔的引線之間的導電路徑，從而導電路徑大大迂迴空心狀孔部，並可以進一步謀求高電阻化。本發明的熱敏電阻元件的製造方法為上述本發明的熱敏電阻元件的製造方法，其特徵在於，具有如下工序通過混合混煉由金屬氧化物構成的熱敏電阻原料粉末、有機粘合劑粉及溶劑而作為粘土 ；通過成型體用模具對所述粘土進行擠出成型而形成具有成為所述插入孔及所述空心狀孔部的多個貫穿孔的棒狀生坯成型體；使所述棒狀生坯成型體乾燥而作為棒狀乾燥成型體；將所述棒狀乾燥成型體切斷成預定長度而作為具有所述插入孔及所述空心狀孔部的切斷成型體；及通過在所述切斷成型體的所述插入孔中插入所述引線並以該狀態進行燒成，從而將所述切斷成型體作為所述熱敏電阻用金屬氧化物燒結體。S卩，該熱敏電阻元件的製造方法中，通過成型體用模具擠出成型粘土而形成具有成為插入孔及空心狀孔部的多個貫穿孔的棒狀生坯成型體，將乾燥的棒狀乾燥成型體切斷成預定長度而作為具有插入孔及空心狀孔部的切斷成型體，所以可通過擠出成型同時形成插入孔和空心狀孔部的同時，變更為貫穿孔形狀不同的成型體用模具，從而可容易地形成各種孔形狀的空心狀孔部。發明效果根據本發明取得以下效果。S卩，根據本發明所涉及的熱敏電阻元件，由於在熱敏電阻用金屬氧化物燒結體上形成有空心狀孔部，所以可以維持所需的強度的同時，可以謀求高電阻化。並且，根據本發明所涉及的熱敏電阻元件的製造方法，通過擠出成型可以容易形成各種孔形狀的空心狀孔部，且可以容易地對應各種類型的製造。因此，本發明的熱敏電阻元件在實際使用上可以維持充分的強度且可以實現更高的電阻，尤其適合用作檢測汽車引擎周圍的催化劑溫度或排氣系統溫度的高溫測定用傳感器。
圖1是表示本發明所涉及的熱敏電阻元件的第1實施方式的仰視圖及A-A線向視截面圖。
圖2是在第1實施方式中表示熱敏電阻溫度傳感器的截面圖。圖3是在第1實施方式中表示使用成型體用模具的擠出成型機的簡單截面圖。圖4是在第1實施方式中表示棒狀生坯成型體的側視圖及正視圖。圖5是在第1實施方式中表示插入引線的切斷成型體的側視圖及正視圖。圖6是表示本發明所涉及的熱敏電阻元件的第2實施方式的仰視圖。圖7是表示本發明所涉及的熱敏電阻元件的第3實施方式的仰視圖。符號說明1、21、31_熱敏電阻元件，2-熱敏電阻用金屬氧化物燒結體，2a_插入孔，2b、22b、 32b-空心狀孔部，3-引線，12-擠出成型機，13-成型體用模具，14-貫穿孔，15-棒狀生坯成型體，16-切斷成型體。
具體實施例方式以下，參照圖1至圖5對本發明所涉及的熱敏電阻元件的第1實施方式進行說明。 另外，在用於以下說明的各附圖中，為了將各部件設為可以識別或容易識別的尺寸而適當
變更縮尺。如圖1及圖2所示，本實施方式的熱敏電阻元件1具備有形成有1對插入孔加的熱敏電阻用金屬氧化物燒結體2、及插入到插入孔加且與熱敏電阻用金屬氧化物燒結體2 接合的1對引線3。上述熱敏電阻用金屬氧化物燒結體2中形成有1對例如形成為圓筒狀且作為沿軸線的貫穿孔的插入孔加。並且，在該熱敏電阻用金屬氧化物燒結體2的中央形成有作為截面圓形狀的貫穿孔的空心狀孔部2b。S卩，該空心狀孔部2b形成於成對的插入孔加之間。上述熱敏電阻用金屬氧化物燒結體2優選例如由包含用以下通式表示的複合氧化物的燒結體構成。1-w (La1^zYz) ^yAy (Cr1^xMnx) 03+wY203 (其中，A = Ca、Sr，0.0 彡 χ 彡 1.0， 0. 0 ^ y ^ 1. 0,0. 0 ^ ζ ^ 1. 0,0 ^ w ^ 0. 9)另外，表示熱敏電阻元件1的電氣特性的參數常數B通過改變 (YhLaz) ^yAy (Cr1^xMnx) O3的x、y、z量來調整。其中，例如若常數B變小，則電阻值也變小，所以改變形狀而無法進行電阻調節時，需要混合燒結絕緣體材料，提高電阻值。在本實施方式中，將絕緣體材料設為IO3，但也可以將此變更為其他的絕緣體材料，例如，Zr02、Mg0、Al203、 CeO2O插通於上述插入孔加的引線3為電極線，優選為具有1400°C以上的高熔點的金屬線，採用Pt線或在Pt中含有1 的線、在Pt中含有Ir的線等。接著，參照圖3至圖5對本實施方式的熱敏電阻元件1的製造方法進行說明。熱敏電阻元件1的製造方法具有如下工序通過混合混煉由金屬氧化物構成的熱敏電阻原料粉末、有機粘合劑粉及溶劑而作為粘土 ；如圖3及圖4所示，通過成型體用模具 13擠出成型粘土而形成具有成為插入孔加及空心狀孔部2b的多個貫穿孔14的棒狀生坯成型體15 ；使棒狀生坯成型體15乾燥而作為棒狀乾燥成型體；如圖5所示，將棒狀乾燥成型體切斷成預定長度而作為具有插入孔加及空心狀孔部2b的切斷成型體16 ；及通過在切斷成型體16的插入孔加上插入引線3並以該狀態進行燒成，從而將切斷成型體16作為熱敏電阻用金屬氧化物燒結體2。若進行更詳細的說明，例如，首先稱量作為熱敏電阻原料粉末的L 03、Ca、Cr2O3, MnO2粉末後放入球磨機中，適量加入ττ球和純水進行約M小時混合。接著，取出這些粉末使之乾燥後，以1100°C、5hr燒成而得到(La0.8Ca0.2) (Cra5Mna5)O3的煅燒粉。之後，利用Zr 球和純水粉碎該煅燒粉之後，使其乾燥。進一步，在該煅燒粉中加入Cr203、MnO2, Y2O3同樣用球磨機混合，以1400°C煅燒而得到(La、Ca、Y) (Cra5Mna5)O3的煅燒粉。接著，在該混合煅燒粉中加入^O3粉末，再用球磨機進行混合，使其充分乾燥。之後，用攪拌器與粘合劑、水一起混合，充分調和後製得溼粉。另外，使其多次通過螺杆式混煉機後作為粘土。之後，在擠出成型機12的前端安裝成型體用模具13。上述擠出成型機12將真空抽出的同時混合混煉的構造作為可直接擠出成型的構造。並且，上述成型體用模具13為3孔式成型體用模具，具備有在圓柱空洞狀的模內13a 擠出粘土的多個擠出孔13b、及為了形成3個貫穿孔14而在模內13a沿軸線延伸的3個豬鼻用圓棒部13c。之後，在真空脫氣的同時擠出並進行成型，製作作為圓筒狀的擠出成型體的棒狀生坯成型體15。該棒狀生坯成型體15形成有3個上述貫穿孔14，例如直徑成為約2mm，除了在中央部開設有成為空心狀孔部2b的約0. 8mm的孔之外，還在中央的孔的兩側開設有成為插入引線3的插入孔加的約0. 3mm的孔。之後，使擠出成型體充分乾燥而作為棒狀乾燥成型體之後，如圖5所示，在長度方向切斷成Imm而作為切斷成型體16。之後，將引線3插入到插入孔加，進行脫粘合劑處理， 以約1600°C燒成，使陶瓷部燒結而作為熱敏電阻用金屬氧化物燒結體2的同時，確保引線3 和熱敏電阻用金屬氧化物燒結體2的接觸而互相接合、固定。這時在熱敏電阻用金屬氧化物燒結體2的表面析出燒成時作為絕緣膜的IO3層。這樣製作熱敏電阻元件1。如圖2所示，在將該熱敏電阻元件1作為熱敏電阻溫度傳感器10時，首先，嵌入絕緣陶瓷製的套管7，以使包入熱敏電阻用金屬氧化物燒結體2的周圍。另外，在氧化鋁製的 2孔式絕緣管8的各孔8a分別插通2根引線3，用2孔式絕緣管8保護引線3到根部。之後，將該狀態的熱敏電阻元件1放入前端部閉塞的圓筒狀不鏽鋼製的盒子9，確保密閉性， 由此得到熱敏電阻溫度傳感器10。這樣在本實施方式的熱敏電阻元件1中，由於在熱敏電阻用金屬氧化物燒結體2 形成有空心狀孔部2b，所以熱敏電阻用金屬氧化物燒結體2具有根據空心狀孔部2b的空心構造，從而與使熱敏電阻用金屬氧化物燒結體2整體薄型化時相比，更能抑制強度下降而可以維持所需的強度的同時，通過空心狀孔部2b限制熱敏電阻用金屬氧化物燒結體2內的導電路徑，從而可以謀求高電阻化。並且，由於空心狀孔部2b形成於成對的插入孔加之間，所以在插入於插入孔加的引線3之間配置有空心狀孔部2b，尤其有助於電氣特性的引線3之間的導電路徑通過空心狀孔部2b迂迴而變得長而狹窄，從而可以謀求更高的電阻化。另外，在該熱敏電阻元件1的製造方法中，通過成型體用模具13擠出成型粘土而形成具有成為插入孔加及空心狀孔部2b的多個貫穿孔14的棒狀生坯成型體15，將使其乾燥的棒狀乾燥成型體切斷成預定長度而作為具有插入孔加及空心狀孔部2b的切斷成型體 16，因此可通過擠出成型同時形成插入孔加和空心狀孔部2b的同時，變更為貫穿孔形狀不同的成型體用模具13，從而可容易形成各種孔形狀的空心狀孔部2b。接著，以下參照圖6及圖7對本發明所涉及的熱敏電阻元件的第2及第3實施方式進行說明。另外，在以下的各實施方式的說明中，對在上述實施方式中說明的同一構成要件附加同一符號而省略其說明。第2實施方式和第1實施方式的不同點在於，在第1實施方式中，空心狀孔部2b 形成為截面圓形狀，相對於此，在第2實施方式的熱敏電阻元件21中，空心狀孔部22b形成為截面橢圓狀。S卩，在第2實施方式中，空心狀孔部22b形成為截面橢圓的長孔狀，所述長孔狀在相對於連結成對的插入孔加彼此的方向交差的方向上具有長截面形狀。並且，第3實施方式與第1實施方式的不同點在於，在第1實施方式中，空心狀孔部2b形成為截面圓形狀，相對於此，在第3實施方式的熱敏電阻元件31中，空心狀孔部32b 形成為截面長方形狀。S卩，在第3實施方式中，空心狀孔部32b形成為截面長方形的長孔狀，所述長孔狀在相對於連結成對的插入孔加彼此的方向交差的方向上具有長截面形狀。這樣在第2及第3實施方式的熱敏電阻元件21、31中，由於空心狀孔部22b、32b 形成為長孔狀，所述長孔狀在相對於連結成對的插入孔加彼此的方向的交差方向上具有長截面形狀，所以通過配置長孔狀的空心狀孔部22b、32b，以使遮蓋插入於插入孔加的引線3之間的導電路徑，從而導電路徑大大迂迴空心狀孔部22b、32b，並可以進一步謀求高電阻化。[實施例1]關於改變空心狀孔部2b的內徑而實際製造上述第1實施方式的熱敏電阻元件1 的實施例1及2，測定改變溫度時的電阻值，將其結果示於表1。在此，將空心狀孔部2b的直徑設為0. 4mm的熱敏電阻元件作為實施例1，而將空心狀孔部2b的直徑設為0. 8mm的熱敏電阻元件作為實施例2。並且，為了比較，將沒有空心狀孔部2b的熱敏電阻元件作為以往例子，同樣測定電阻值，將其結果也示於表1。另外，以3 個溫度-40 °C、25 °C、900 V對測定溫度進行測定。[表 1]
權利要求
1.一種熱敏電阻元件，其特徵在於，具備熱敏電阻用金屬氧化物燒結體，形成有至少1對插入孔；及至少1對引線，插入到所述插入孔且與所述熱敏電阻用金屬氧化物燒結體接合，其中， 所述熱敏電阻用金屬氧化物燒結體上形成有空心狀孔部。
2.如權利要求1所述的熱敏電阻元件，其特徵在於， 所述空心狀孔部形成於成對的所述插入孔之間。
3.如權利要求2所述的熱敏電阻元件，其特徵在於，所述空心狀孔部形成為長孔狀，所述長孔狀在相對於連結成對的所述插入孔彼此的方向交差的方向上具有長截面形狀。
4.一種權利要求1至3中任一項所述的熱敏電阻元件的製造方法，其特徵在於，具有如下工序通過混合混煉由金屬氧化物構成的熱敏電阻原料粉末、有機粘合劑粉及溶劑而作為粘土；通過成型體用模具對所述粘土進行擠出成型而形成具有所述插入孔及成為所述空心狀孔部的多個貫穿孔的棒狀生坯成型體；使所述棒狀生坯成型體乾燥而作為棒狀乾燥成型體；將所述棒狀乾燥成型體切斷成預定長度而作為具有所述插入孔及所述空心狀孔部的切斷成型體；及通過在所述切斷成型體的所述插入孔中插入所述引線並以該狀態進行燒成，從而將所述切斷成型體作為所述熱敏電阻用金屬氧化物燒結體。
全文摘要
本發明提供一種熱敏電阻元件及其製造方法，其可進一步實現高電阻化，且可以進行更寬範圍的電阻值控制。該熱敏電阻元件具備熱敏電阻用金屬氧化物燒結體(2)，形成有至少1對插入孔(2a)；及至少1對引線(3)，插入到插入孔(2a)且與熱敏電阻用金屬氧化物燒結體(2)接合，熱敏電阻用金屬氧化物燒結體(2)上形成有空心狀孔部(2b)。尤其優選空心狀孔部(2b)形成於成對的插入孔(2a)之間。
文檔編號H01C7/04GK102194557SQ20101062420
公開日2011年9月21日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年2月5日
發明者清水翔, 藤原和崇, 藤田利晃 申請人:三菱綜合材料株式會社