JPS5933844B2 - 感温素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は感温素子、一般ｖｃ３００℃以上、特に８００
℃以上で苛酷な条件下で使用することのできる高温用感
温素子に関する。

従来、このような感温素子としては、特に自動車用の排
ガス浄化触媒用の温度検知素子が知られており、その安
定性には定評がある。

しかしながら、コストが高い、構造上導電線やその接合
部が断線しやすい、焼結したセラミック中に埋設した電
極部の欠損が多いといつた欠点があり、その改良が望ま
れていた。本発明は、このような欠点の改善された高温
用感温素子を提供するものであり、上述のように自動車
用として限定されることなく、広く一般に適用されるも
のである。本発明による高温用感温素子１０は、基本的
には第１図に示すように、耐熱性金属支持体１１上に絶
縁皮膜１２と耐熱性導電層１３を順次積層して、それら
の接合面にて強固に結合一体化させ、さらに支持体１１
と導電部１３とを感温体１４を用いて接続することによ
り構成されて（・る。

感温体１４を用いて支持体１１と導電部１３とを接続す
る方法は、第１図のように各々の一方の端部を接続する
ように感温体１４を設けてもよいし、絶縁皮膜に窓を開
けておき、窓から露出する耐熱金属面と耐熱性導電層を
結ぶように感温体を設けてもよい。また、前述の窓から
露出する耐熱金属面から、別に耐熱導電層を設け、一方
の耐熱導電層と結ぶように感温体を設けてもよい。この
ような感温素子の製造方法の一例を第１図を参照して述
べる。耐熱金属、たとえばバスアロイなど、の一面にマ
スクをつけて、絶縁皮膜材料を溶射する。絶縁皮膜１２
の材料としては、たとえばＡｌ２０３やＭｇ０などがあ
る。その厚みは５０〜２００ｐｍでよい。この上に、さ
らに溶射して、導電層１３をつけるが、耐熱性導電ペイ
ントを塗布して焼き付ける。このような導電材料として
は、白金やニクロム合金、酸化ルテニウムなどがある。
タングステンも使用できるが、高温度下で酸化しやすい
ので、それを防止するための保護皮膜が必要となる。こ
のようにして得られた半完成品上に感温材料を溶射する
。感温素子材料は、従来より知られているスピネル系酸
化物，プロブスカイト型酸化物，ジルコニア系酸化物，
炭化珪素系などがあり、３００℃から千数百度で１０１
０〜１Ω儂位まで比抵抗が変化する。金属支持体１１や
導電部１３の感温体１４と接触する部分にあらかじめ白
金などをめつきしておくと、感温素子材料と導電層や耐
熱金属との構成元素の拡散が防止されることがあり、有
用な処理方法である。

また、第１図に示すように素子の他端をプラグ状の形状
に仕上げておくと、必らずしも電極端子もしくはリード
線を接続する必要がなく、構造が簡略化され、かつその
信頼性が上昇する。溶射をする場合には、一般的に行わ
れている前処理（サンドブラストなど）を行うことは有
効であることはいうまでもない。溶射法には、種々の方
法が知られている。いずれの方法を用いてもよいが、こ
れらの結合の主体となつているのはいずれも隙間なく接
する面同士の物理的結合であり、一般に接合強度は非常
に強い。そのなかでもプラズマ溶射が素子の操作中の温
度上昇が少なく、溶射皮膜の特性のよいものが得られや
すいという利点をもつており、簡便で望ましい方法であ
る。また、熱処理が伴なつているので、化学的結合の寄
与も増大する。素子としては、第１図に示す構造のまま
でもよいが、苛酷な雰囲気にさらされて、感温素子材料
や導電層が浸蝕されるような場合には、第２図に示すよ
うに、感温素子１０の表面を覆つて絶縁保護皮膜２５を
溶射することは有効な方法である。

そして、一面だけでなく全面に絶縁保護皮膜を施しても
よく、あるいは溶射によらず、シリカガラスなどで被覆
してもよいことはいうまでもない。本発明の構成は、基
本的には以上のとおりであるが、具体的には種々の変形
がある。次にそのいくつかをあげる。第３図に示すよう
に、耐熱性金属支持体として耐熱性金属パイプ３１を用
い、その窓３２により内部に、第１図あるいは第２図に
示すような構造物３３を構成し、電極端子３４，３４′
を接続すれば、円筒状の高温用感温素子が得られる。

これはパイプ状であるため応力に強い、使いやすい、感
温素子材料がパイプ内部に位置するために、外部からの
衝撃にさらに強いといつた特徴をもつている。このよう
なパイプ状構成のものでは次のような構成も優れた特性
があつた。

たとえば、二本の耐熱金属棒の一端を結ぶように感温素
子材料を溶射して形成し、他端にそれぞれ電極端子を接
合した上で、シリカガラスパイプ中に封入するような構
造でも、上述のような特徴を有している。さらに、この
場合、耐熱金属が外気に触ないために、酸化されやすい
金属でも使用することができる。感温応答性を上げるた
めには感温素子材料が露出している方が望ましく、雰囲
気に対して保護する必要のある場合には、露出せずに保
護皮膜をかけておくことが望ましい。実施例 １ 厚さ１ｍｍ、巾４ｍｍ、長さ５０ｍｍのハステロイ板か
らなる耐熱支持基体の一面をアルミナサンドブラストに
よつて表面の汚れをとると同時に、細かい凹凸をつけた
。

この上に第１図に示すような羽子板状のパノーンを作る
ためのマスクをのせて、アルミナを溶射した。溶射はプ
ラズマ溶射法により、ブラズマガスとしてアルゴンガス
を用い、プラズマ電流は７００Ａ、溶射距離は約７０ｍ
ｍとし、厚さ約１００ｔｔｍの皮膜を作つた。この上に
、さらにスリツト状のマスクをのせ、ニクロムを５０μ
ｍ厚に溶射した。このニクロムとハステロイの先端を白
金で薄くコートした後、その部分に感温素子材料を溶射
した。感温素子材料としては、スピネル型のＡｌ２Ｏ３
８．６２モル％，ＭｇＯ５Ｏ．７４モル％，Ｃｒ２Ｏ３
２７．Ｏ９モル％，およびＦｅ２Ｏ３ｌ３．５５モル％
よりなる組成のものや、ＺｒＯ２系のＺｒＯ２９ｌモル
％，およびＹ２Ｏ３９モル％よりなる組成のものを用い
、それぞれ厚さ１５０ｐｍに溶射した。これら素子のＢ
定数は、いずれも８５０〜９５０℃の範囲内で約１０，
０００であり、燃焼排ガス中の１０５０℃で５３０時間
の耐熱試験後のＢ定数および抵抗の変化は±３％以下の
優れたものであつた。さらに、約１０Ｇの加速度の加わ
る耐震テスト１０５回後も、特性の変化は認められなか
つた。従来品は、導電部（主に白金線）や接合部の再結
晶化や応力に弱い構造のために上述のような耐震テスト
において破損するものが多かつた。実施例 ２実施例１
で得た感温素子の表面に、第２図に示すように保護皮膜
を厚さ約３５０ｐｍに形成した。

さらに、その側面と背面にも絶縁材料を溶射して、保護
皮膜を全面に形成した。なお、素子を中心軸回りに回転
させながら溶射しても、同じ効果が得られた。溶射保護
皮膜としては、アルミナ・マグネシア，ジルコニア，ム
ライトを用いた。

一酸化窒素，亜硫酸ガスを各々０．１（：Ｆｔ）含む雰
囲気中に、１０５０℃で５００時間保持した後の特性変
化は、ほとんどみられなかつた。

これに対して、保護カバーをつけていないものは、露出
金属部分の腐蝕が認められた。実施例 ３ 外径５ｍｍ，内径４ｍｍのステライトパイプに第３図に
示すように窓を開け、一端を封じた。

内面に密着するように曲げたマスクを用い、実施例１と
同様に溶射を行なつた。パイプの他端に径１ｍｍのニツ
ケル電極を接着し、中心電極をアルミナセメントでパイ
プに固定するとともに、その先端を導電部に直接Ｎｉで
接着した。この後、窓のほぼ全面にわたつて保護皮膜を
溶射し、完全に密閉した。得られた素子は、実施例１と
同様の優れた特性を示した。実施例 ４ 実施例１と同様に絶縁皮膜をつくり、導電部を形成した
。

導電部は両側から二本導き、絶縁皮膜上ほぼ％のところ
に耐熱性支持基体との接続部分が位置するように形成し
、この上に、実施例１の感温素子材料を通常の窯業的方
法で焼成したものを３×３×０．２ｉの大きさに切断し
たものを白金ペーストで接着し、焼きつけた。さらに、
この上を酸化チタンを３％含むアルミナ皮膜を全面に溶
射した。得られた感温素子は実施例２と同様に非常に安
定であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる感温素子の原理的な構造を示す
もので、同図Ａは平面図、同図Ｂは断面図である。 第２図は上記素子に保護部材を設けた一例を示す一部断
面図である。第３図は第１図に示す素子の変形例を示す
斜視図である。１０・・・・・・感熱素子、１１・・・
・・・耐熱性金属支持基体、１２・・・・・・絶縁皮膜
、１３・・・・・・導電層、１４・・・・・・感温体、
３１・・・・・・耐熱性金属パイプ、３２・・・・・・
窓、３３・・・・・・絶縁皮膜と導電層とからなる構造
物、３４，３４ζ・・・・・端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐熱性金属支持基体の表面に絶縁皮膜と導電層とを
   順次積層して面同士で一体化し、かつ前記耐熱性金属支
   持基体と前記導電層とを感温体で電気的に接続してなる
   ことを特徴とする感温素子。 ２ 耐熱性金属支持基体がパイプ状であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の感温素子。 ３ 耐熱性金属支持基体がパイプ状であつて、その内側
   の表面に絶縁皮膜と導電層とが積層されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の感温素子。