JP2017201290A - 温度センサ素子及び温度センサ並びに温度センサ素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】抵抗値のバラツキを低減できる温度センサ素子及び温度センサ並びに温度センサ素子の製造方法を提供すること。【解決手段】温度センサ素子13は、セラミックス基板43と、セラミックス基板43の表面43aに密着して形成されている、温度によって抵抗値が変化する金属抵抗体41とを備えている。この温度センサ素子13では、金属抵抗体41が形成されているセラミックス基板43の表面43aの表面粗さRaが、0.1μm以下である。【選択図】図5
Description
本発明は、例えば車両のエンジンや設置式汎用エンジンなどに適用できる温度センサ素子及び温度センサ並びに温度センサ素子の製造方法に関する。
従来、車両のエンジンから排出される排ガスの温度を検出する温度センサ(車載用温度センサ)や、設置式汎用エンジンから排出される排ガスの温度を検出する温度センサとして、温度によって抵抗値が変化する温度センサ素子を用いた温度センサが知られている。
例えば、温度センサ素子としては、温度によって抵抗値が変化する白金等の金属抵抗体を用いた温度センサ素子が用いられている(特許文献1参照)。
この種の温度センサ素子においては、セラミック基板上に金属抵抗体をパターニングした場合に、金属抵抗体の成膜厚みなどに起因する抵抗値のバラツキ(抵抗バラツキ)があるので、通常は、抵抗トリミングによって抵抗値の調整を行っていた。
この種の温度センサ素子においては、セラミック基板上に金属抵抗体をパターニングした場合に、金属抵抗体の成膜厚みなどに起因する抵抗値のバラツキ(抵抗バラツキ)があるので、通常は、抵抗トリミングによって抵抗値の調整を行っていた。
しかしながら、従来の抵抗トリミング技術だけでは、製造時における抵抗値のバラツキを十分に低減することは容易ではなく、抵抗値の初期精度を向上できる技術の開発が求められていた。
そこで、本発明では、抵抗値のバラツキを低減できる温度センサ素子及び温度センサ並びに温度センサ素子の製造方法を提供することを目的とする。
(1)本発明の第1局面は、セラミックス基板と、セラミックス基板の表面に密着して形成されている、温度によって抵抗値が変化する金属抵抗体と、を備えた温度センサ素子に関するものであり、この温度センサ素子は、金属抵抗体が形成されているセラミックス基板の表面の表面粗さRaが、0.1μm以下である。
本第1局面では、セラミックス基板の表面の表面粗さRaが、0.1μm以下であるので、その表面に形成された金属抵抗体の厚みのバラツキが少なく、さらに、金属抵抗体の沿面距離も長大化しにくくなる。よって、温度センサ素子の抵抗値のバラツキが少ない。つまり、製造時における抵抗値の初期精度を向上できるという効果がある。
(2)本発明の第2局面では、セラミックス基板が、アルミナを主成分とするアルミナ基板である。
本第2局面では、セラミックス基板が、アルミナを主成分とするアルミナ基板であるので、温度センサ素子が使用される温度範囲(例えば1000℃〜1200℃)における基板の電気絶縁性能が十分に確保される。よって、温度センサ素子を使用した場合(高温時)においても、基板の電気絶縁性能が十分にあるので、基板に電流が流れず、精度良く温度を測定することができる。
本第2局面では、セラミックス基板が、アルミナを主成分とするアルミナ基板であるので、温度センサ素子が使用される温度範囲(例えば1000℃〜1200℃)における基板の電気絶縁性能が十分に確保される。よって、温度センサ素子を使用した場合(高温時)においても、基板の電気絶縁性能が十分にあるので、基板に電流が流れず、精度良く温度を測定することができる。
(3)本発明の第3局面では、アルミナ基板のアルミナの純度(体積%)が95.5%以上である。
本第3局面では、アルミナ基板のアルミナの純度が95.5%以上であるので、より基板の電気絶縁性能が十分に確保でき、精度良く温度を測定することができる。
本第3局面では、アルミナ基板のアルミナの純度が95.5%以上であるので、より基板の電気絶縁性能が十分に確保でき、精度良く温度を測定することができる。
(4)本発明の第4局面では、アルミナ基板のアルミナの純度(体積%)が99.9%以上である。
本第4局面では、アルミナ基板のアルミナの純度が99.9%以上であるので、より一層基板の電気絶縁性能が十分に確保でき、一層精度良く温度を測定することができる。
本第4局面では、アルミナ基板のアルミナの純度が99.9%以上であるので、より一層基板の電気絶縁性能が十分に確保でき、一層精度良く温度を測定することができる。
(5)本発明の第5局面では、金属抵抗体が形成されているセラミックス基板の表面の表面粗さRaが、0.01μm以上である。
本第5局面では、金属抵抗体が形成されているセラミックス基板の表面の表面粗さRaが、0.01μm以上であるので、アンカー効果によって、金属抵抗体の接合強度を高めることができる。
本第5局面では、金属抵抗体が形成されているセラミックス基板の表面の表面粗さRaが、0.01μm以上であるので、アンカー効果によって、金属抵抗体の接合強度を高めることができる。
(6)本発明の第6局面は、前記第1〜第5局面のいずれか記載の温度センサ素子を備えた温度センサである。
本第6局面の温度センサは、上述した温度センサ素子を備えているので、温度センサ素子の抵抗値のバラツキが少ない。つまり、製造時における抵抗値の初期精度を向上できるという効果がある。
本第6局面の温度センサは、上述した温度センサ素子を備えているので、温度センサ素子の抵抗値のバラツキが少ない。つまり、製造時における抵抗値の初期精度を向上できるという効果がある。
(7)本発明の第7局面は、前記第1〜第5局面のいずれか記載の温度センサ素子の製造方法に関するものである。この温度センサ素子の製造方法は、セラミックス基板の表面の表面粗さRaを0.1μm以下に調整する第1工程と、第1工程後のセラミックス基板の表面に、金属抵抗体を形成する第2工程と、金属抵抗体に対して、金属抵抗体の一部を除去して抵抗値を調整するトリミングを行う第3工程と、を有している。
本第7局面では、セラミックス基板の表面の表面粗さRaを0.1μm以下に調整し、それによって表面の凹凸が小さくなった表面に金属抵抗体を形成するので、金属抵抗体の厚みのバラツキを低減でき、さらに、金属抵抗体の沿面距離も長大化しにくくなる。従って、金属抵抗体の厚みのバラツキに起因する抵抗値のバラツキを低減できる。
更に、この厚みのバラツキが小さい金属抵抗体に対して、上述したトリミング(抵抗トリミング)を行うことによって、一層抵抗値のバラツキを低減できる。
なお、周知のように、導体の抵抗値(R)は、下記式(1)に示すように、電気抵抗率(ρ)、導体の長さ(L)、導体の断面積(A)によって決まる。
なお、周知のように、導体の抵抗値(R)は、下記式(1)に示すように、電気抵抗率(ρ)、導体の長さ(L)、導体の断面積(A)によって決まる。
R=ρ(L/A)・・・(1)
従って、トリミングよって、例えば導体の長さ(L)を変更する(例えば長くする)ことによって、抵抗値を調整すること(例えば抵抗値を増加させること)ができる。
従って、トリミングよって、例えば導体の長さ(L)を変更する(例えば長くする)ことによって、抵抗値を調整すること(例えば抵抗値を増加させること)ができる。
(8)本発明の第8局面では、第1工程にて、研磨によって、表面粗さRaを調整する。
本第8局面は、表面粗さRaを調整する好ましい例を挙げたものである。この研磨によって、表面粗さRaを0.1μm以下に調整することができる。
本第8局面は、表面粗さRaを調整する好ましい例を挙げたものである。この研磨によって、表面粗さRaを0.1μm以下に調整することができる。
<ここで、本発明の各構成について説明する>
・セラミックス基板とは、セラミックスを主成分(50体積%を上回る量)とする基板であり、このセラミックスとしては、アルミナ(サファイアを含む)、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、コージェライト、ムライト、ステアタイト、ジルコニア等を採用できる。
・セラミックス基板とは、セラミックスを主成分(50体積%を上回る量)とする基板であり、このセラミックスとしては、アルミナ(サファイアを含む)、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、コージェライト、ムライト、ステアタイト、ジルコニア等を採用できる。
なお、アルミナ基板は、アルミナを主成分とする基板である。
・金属抵抗体は、温度が変化すると抵抗値が変化するものであり、金属抵抗体の材料としては、白金、ニッケル、銅等を採用できる。
・金属抵抗体は、温度が変化すると抵抗値が変化するものであり、金属抵抗体の材料としては、白金、ニッケル、銅等を採用できる。
・表面粗さRa(即ち算術平均粗さRa)は、JIS B 0601:2001にて規定されるものである。
・研磨とは、例えば研磨材を用いて表面を研磨して表面を平滑にする技術(即ち表面粗さRaを小さくする技術)であり、例えば鏡面研磨等が挙げられる。
・研磨とは、例えば研磨材を用いて表面を研磨して表面を平滑にする技術(即ち表面粗さRaを小さくする技術)であり、例えば鏡面研磨等が挙げられる。
本発明によれば、製造時における抵抗値のバラツキを低減して、抵抗値の初期精度を向上することができる。
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
[1.実施形態]
[1−1.全体構成]
ここでは、実施形態として、自動車などの内燃機関の排ガスの温度検出に用いられる温度センサについて、図1及び図2に基づいて説明する。
[1.実施形態]
[1−1.全体構成]
ここでは、実施形態として、自動車などの内燃機関の排ガスの温度検出に用いられる温度センサについて、図1及び図2に基づいて説明する。
図1に示すように、本実施形態の温度センサ1は、例えば、内燃機関の排気管などの流通管に装着され、自身の先端部が測定対象ガス(排気ガス)が流れる流通管内に配置されることにより、測定対象ガスの温度を検出するものである。
なお、図1において、温度センサ1の長手方向が軸線方向であり、図1においては図の上下方向に相当する。また、温度センサ1における先端側は図1における下側であり、温度センサ1における後端側は図1における上側である。
温度センサ1は、シース部材3と、金属チューブ5と、取付部材7と、ナット部材9と、外筒11と、温度センサ素子13などを備えている。
図2に示すように、シース部材3は、一対のシース芯線15と、シース芯線15を覆う絶縁体17と、絶縁体17を覆う金属製の外皮部材19を備える。
図2に示すように、シース部材3は、一対のシース芯線15と、シース芯線15を覆う絶縁体17と、絶縁体17を覆う金属製の外皮部材19を備える。
シース芯線15は、温度センサ素子13との導通を得るための線材であり、耐腐食性金属(例えば、耐熱性金属でもあるSUS310Sなどのステンレス合金やAlを含有するNi基合金)で形成されている。絶縁体17は、外皮部材19と2本のシース芯線15との間を電気的に絶縁してシース芯線15を保持するものであり、シリカ、マグネシア、アルミナ等の絶縁材料で形成されている。外皮部材19は、耐腐食性金属(例えば、耐熱性金属でもあるSUS310Sなどのステンレス合金やAlを含有するNi基合金)で形成されており、絶縁体17の周囲を覆う筒状に形成されている。
シース芯線15は、図1に示すように、その先端部が温度センサ素子13から延びる電極線20と(抵抗溶接やレーザー溶接により)接続されており、後端部が(抵抗溶接により)加締め端子21と接続されている。これにより、シース芯線15は、自身の後端側が加締め端子21を介して外部回路(例えば、車両の電子制御装置(ECU)等)接続用の
外部リード線23と接続されている。
外部リード線23と接続されている。
なお、一対のシース芯線15および一対の加締め端子21は、絶縁チューブ25により互いに絶縁される。外部リード線23は、導線を絶縁性の被覆材にて被覆され耐熱ゴム製のグロメット27の内部を貫通する状態で配置される。
金属チューブ5は、耐腐食性金属(例えば、耐熱性金属でもあるSUS310Sなどのステンレス合金やAlを含有するNi基合金)で形成されている。また、金属チューブ5は、鋼板の深絞り加工によりチューブ先端側が閉塞した軸線方向に延びる筒状をなし、筒状のチューブ後端側が開放した形態で構成されている。
この金属チューブ5は、径が小さく設定された先端側の小径部31と、径が小径部31よりも大きく設定された後端側の大径部32と、小径部31と大径部32との間の段差部33とを備えている。
取付部材7は、径方向外側に突出する突出部35と、突出部35の後端側に位置すると共に軸線方向に延びる後端側鞘部36と、を有している。取付部材7は、金属チューブ5の後端側の外周面を取り囲んで金属チューブ5を支持する。
ナット部材9は、六角ナット部37およびネジ部38を有する。外筒11は、取付部材7の後端側に嵌め合わされている。
図2に示すように、温度センサ素子13は、金属チューブ5の先端側の小径部31内に配置されており、温度センサ素子13の後端側からは一対の電極線20が後端側に延びており、この電極線20の後端側にシース芯線15が接続されている。
図2に示すように、温度センサ素子13は、金属チューブ5の先端側の小径部31内に配置されており、温度センサ素子13の後端側からは一対の電極線20が後端側に延びており、この電極線20の後端側にシース芯線15が接続されている。
なお、電極線20は白金(Pt)からなる白金線であり、この電極線20は、後述するように、例えばレーザー溶接により温度センサ素子13に接続されている。電極線20は、白金(Pt)を主成分とする白金合金線であってもよい。
この温度センサ素子13の周囲には、セメント39が充填されており、セメント39は、非晶質のシリカにアルミナ骨材を含有した絶縁材で形成されている。
[1−2.温度センサ素子]
次に、温度センサ素子13の構成について、図3〜図5に基づいて説明する。
[1−2.温度センサ素子]
次に、温度センサ素子13の構成について、図3〜図5に基づいて説明する。
図3及び図4に示すように、温度センサ素子13は、温度によって電気的特性(電気抵抗値)が変化する金属抵抗体41を備えている。つまり、温度センサ素子13は、温度によって電気抵抗値が変化する感温素子である。
この温度センサ素子13は、アルミナ純度95.5%以上(例えば99.9%以上)のセラミックス基板(即ちアルミナ基板)43と、セラミックス基板43の表面に膜状に形成された金属抵抗体41と、金属抵抗体41を覆うようにしてセラミックス基板43の表面を被覆するアルミナ純度95.5%以上のセラミックス被覆層45と、を有している。
また、セラミックス基板43の表面のうち、金属抵抗体41が形成されている表面の表面粗さRaは、0.1μm以下である。さらに、この金属抵抗体41が形成されている表面の表面粗さRaとしては、例えば0.01μm以上を採用できる。
なお、上述した組成のセラミックス基板43及びセラミックス被覆層45の熱膨張率は、7.0×10−6:20℃〜300℃である。
金属抵抗体41は、白金(Pt)からなる白金抵抗体であり、温度変化に応じて電気抵抗値が変化する。なお、金属抵抗体41の熱膨張率は、9.5×10−6:20℃〜300℃である。
金属抵抗体41は、白金(Pt)からなる白金抵抗体であり、温度変化に応じて電気抵抗値が変化する。なお、金属抵抗体41の熱膨張率は、9.5×10−6:20℃〜300℃である。
この金属抵抗体41は、図5に示すように、長尺で場所によって幅が異なる線状部分(
ライン)47が各所で曲げられたパターン形状を有している。
具体的には、先端側(図5の左側)には、幅の狭いライン47が複数回蛇行するように形成された先端発熱部49が形成され、その先端発熱部49の後端側(図5の右側)には、幅の広いライン47からなる一対の端子部51a、51bが形成されている。
ライン)47が各所で曲げられたパターン形状を有している。
具体的には、先端側(図5の左側)には、幅の狭いライン47が複数回蛇行するように形成された先端発熱部49が形成され、その先端発熱部49の後端側(図5の右側)には、幅の広いライン47からなる一対の端子部51a、51bが形成されている。
さらに、先端発熱部49と一方の端子部51bとの間には、後述する抵抗値を調整するための抵抗調整部53が設けられている。この抵抗調整部53は、図5の左右一対の長尺の長辺部55a、55bと、両長辺部55a、55bの間を接続するように平行に設けられた複数の連通部57とから構成されている。
なお、後述するように、トリミングによって連通部57を切断することにより、両長辺部55a、55b間の導通状態(従って抵抗調整部53における抵抗値)が変化するので、金属抵抗体41全体の抵抗値も変化する。
ここで、金属抵抗体41の厚み(目標とする厚み)は例えば1.2μmであり、先端発熱部49の線幅は例えば15μmである。また、両長辺部55a、55bの線幅は例えば10〜20μm(例えば15μm)であり、両長辺部55a、55b間の間隔は例えば5μm〜15μm(例えば10μm)である。さらに、連通部57の線幅は例えば10μm〜20μm(例えば15μm)であり、連通部57間の間隔は例えば5μm〜15μm(例えば10μm)である。
なお、金属抵抗体41の連通部57の一部は、本実施形態ではトリミングによって切断されているが、図5ではトリミング前の形状を示している。
図4に示すように、セラミックス被覆層45は、例えばアルミナ純度99.5%以上からなる接合層59により、セラミックス基板43の先端側(図4の左側)に接合されて、金属抵抗体41の先端側を覆っている。
図4に示すように、セラミックス被覆層45は、例えばアルミナ純度99.5%以上からなる接合層59により、セラミックス基板43の先端側(図4の左側)に接合されて、金属抵抗体41の先端側を覆っている。
また、金属抵抗体41のうち後端側(図4の右側)の一対の端子部51a、51bは、例えば白金とアルミノケイ酸塩ガラスからなる電極パッド61に覆われており、この電極パッド61を介して、電極線20と電気的に接続されている。なお、電極パッド61と電極線20とは、溶接点63にて電気的に接続されている。
そして、温度センサ素子13と電極線20との接続部分は、例えばアルミノケイ酸塩ガラスを主体とするガラス材料からなる電極線固定材65によって覆われている。これにより、温度センサ素子13と電極線20とが強固に接続されている。
このように構成された温度センサ素子13は、電極線20及びシース芯線15を介して外部機器などと電気的に接続される。
[1−3.温度センサ素子の製造方法]
次に、温度センサ素子13の製造方法について、図6等に基づいて説明する。
[1−3.温度センサ素子の製造方法]
次に、温度センサ素子13の製造方法について、図6等に基づいて説明する。
<セラミックス基板の製造>
図6(a)に示すように、セラミックス基板43を製造する場合には、まず、周知のように、セラミックス基板43の原料とバインダー等とを混合した混合材料を用いて、例えばドクターブレード法によって、セラミックスグリーンシートを作製する。
図6(a)に示すように、セラミックス基板43を製造する場合には、まず、周知のように、セラミックス基板43の原料とバインダー等とを混合した混合材料を用いて、例えばドクターブレード法によって、セラミックスグリーンシートを作製する。
次に、セラミックスグリーンシートを所定形状に切断し、その切断したセラミックスグリーンシートを所定の温度(例えば1200℃〜1600℃)で焼成してセラミックス基板43を作製する。
次に、セラミックス基板43の表面のうち、金属抵抗体41を形成する表面(形成表面)43aに対して、周知の研磨(例えば鏡面研磨)を行って、その表面粗さRaを0.1μm以下に調整する(第1工程)。なお、この際に、表面粗さRaを、例えば0.01μm以上に調整することが好ましい。
<金属抵抗体の形成>
次に、上述した鏡面研磨によって、表面粗さRaを0.1μm以下に調整した形成表面43aに、図6(b)に示すようなパターン形状の金属抵抗体41を形成する。
次に、上述した鏡面研磨によって、表面粗さRaを0.1μm以下に調整した形成表面43aに、図6(b)に示すようなパターン形状の金属抵抗体41を形成する。
具体的には、まず、形成表面43aに対して洗浄及び脱脂を行った後に、形成表面43aの全体に、周知の蒸着やスパッタリング等の真空薄膜形成方法によって、ほぼ均一な厚み(例えば厚み約1.2μm)を有する白金の薄膜を形成する。
次に、前記薄膜に対して、例えば周知のフォトレジスト法によって、金属抵抗体41を形成する(第2工程)。
<抵抗値の調整>
次に、前記金属抵抗体41に対して、金属抵抗体41の一部(即ち抵抗調整部53の一部)を除去して抵抗値を調整するトリミングを行う。
<抵抗値の調整>
次に、前記金属抵抗体41に対して、金属抵抗体41の一部(即ち抵抗調整部53の一部)を除去して抵抗値を調整するトリミングを行う。
つまり、抵抗調整部53の連通部57のうちのいくつかを、レーザーによって切断することにより、抵抗値を調整する(いわゆるレーザートリミングを行う)(第3工程)。
詳しくは、まず、金属抵抗体41の一対の端子部51a、51b間に、金属抵抗体41の抵抗値を測定するための測定器(図示せず)を接続し、(トリミング前の)金属抵抗体41の抵抗値を測定する。そして、この測定値を目標とする抵抗値(目標抵抗値)に近づけるように、連通部57を切断する(トリミングする)。
詳しくは、まず、金属抵抗体41の一対の端子部51a、51b間に、金属抵抗体41の抵抗値を測定するための測定器(図示せず)を接続し、(トリミング前の)金属抵抗体41の抵抗値を測定する。そして、この測定値を目標とする抵抗値(目標抵抗値)に近づけるように、連通部57を切断する(トリミングする)。
つまり、連通部57を切断するたびに抵抗値が徐々に増加するので、所定の個数の連通部57を切断することにより、目標抵抗値に近づけることができる。なお、例えば3箇所の連通部57を切断した場合には、例えば図6(c)に示すような状態となる。
なお、複数の連通部57をどのように切断すれば、どの程度抵抗値が変化するかを、予め実験等によって求めておけば、容易に目標抵抗値に調整することができる。
<後工程>
次に、周知のように、金属抵抗体41の一対の端子部51a、51bの表面を覆うように、電極パッド61の材料(例えばアルミノケイ酸塩ガラスを含有する白金ペースト)を厚膜印刷する。また、金属抵抗体41の先端側のセラミックス被覆層45を配置する部分に、接合層59の材料(例えばアルミナペースト)を厚膜印刷する。
<後工程>
次に、周知のように、金属抵抗体41の一対の端子部51a、51bの表面を覆うように、電極パッド61の材料(例えばアルミノケイ酸塩ガラスを含有する白金ペースト)を厚膜印刷する。また、金属抵抗体41の先端側のセラミックス被覆層45を配置する部分に、接合層59の材料(例えばアルミナペースト)を厚膜印刷する。
そして、接合層59の上にセラミックス被覆層45を配置して、1000℃〜1600℃で加熱して焼成する。これによって、電極パッド61が焼成されて形成されるとともに、セラミックス被覆層45が(焼成によって形成された)接合層59によって接合されて、セラミックス基板43と一体化する。
その後、電極パッド61上に、シース部材3の電極線20を配置し、電極パッド61と電極線20とを、抵抗溶接またはレーザー溶接により、溶接点63で電気的に接続する。
このあと、温度センサ素子13と電極線20との接続部分を、ガラス材料である電極線固定材65により覆ってから固化させて、温度センサ素子13と電極線20とを強固に接続する。
このあと、温度センサ素子13と電極線20との接続部分を、ガラス材料である電極線固定材65により覆ってから固化させて、温度センサ素子13と電極線20とを強固に接続する。
これによって、電極線20に接合された温度センサ素子13が得られる。なお、その後で、電極線20とシース芯線15とが例えばレーザー溶接により接続される。
その後、周知のような製造手順によって、この温度センサ素子13を備えた温度センサ1を製造することができる。
その後、周知のような製造手順によって、この温度センサ素子13を備えた温度センサ1を製造することができる。
[1−4.効果]
本実施形態の温度センサ素子13を備えた温度センサ1では、セラミックス基板43の形成表面43aの表面粗さRaが、0.1μm以下であるので、その形成表面43aに形成された金属抵抗体41の厚みのバラツキが少なく、さらに、金属抵抗体41の沿面距離も長大化しにくくなる。よって、温度センサ素子13の抵抗値のバラツキが少ない。つまり、製造時における抵抗値の初期精度を向上できるという効果がある。
本実施形態の温度センサ素子13を備えた温度センサ1では、セラミックス基板43の形成表面43aの表面粗さRaが、0.1μm以下であるので、その形成表面43aに形成された金属抵抗体41の厚みのバラツキが少なく、さらに、金属抵抗体41の沿面距離も長大化しにくくなる。よって、温度センサ素子13の抵抗値のバラツキが少ない。つまり、製造時における抵抗値の初期精度を向上できるという効果がある。
なお、金属抵抗体41が形成されているセラミックス基板43の形成表面43aの表面粗さRaが、0.01μm以上であると、アンカー効果によって、金属抵抗体41の接合強度が高まるので好適である。
また、セラミックス基板43が、アルミナを主成分とする(詳しくはアルミナの純度が95.5%以上、好ましくは99.9%以上の)アルミナ基板であるので、温度センサ素子13が使用される温度範囲において、白金製の金属抵抗体41との熱膨張率(熱膨張係数)が近い。よって、温度センサ素子13を使用する場合に、金属抵抗体41等に加わる熱応力が小さいので、長期間使用した場合でも、破損が生じにくいという利点がある。
さらに、本実施形態の温度センサ素子13の製造方法では、鏡面研磨によって、セラミックス基板43の形成表面43aの表面粗さRaを0.1μm以下に調整し、それによって表面の凹凸が小さくなった形成表面43aに金属抵抗体41を形成するので、金属抵抗体41の厚みのバラツキを低減でき、さらに、金属抵抗体41の沿面距離も長大化しにくくなる。従って、金属抵抗体41の厚みのバラツキに起因する抵抗値のバラツキを低減できる。
更に、この厚みのバラツキが小さい金属抵抗体41に対して、上述したトリミングを行うことによって、一層抵抗値のバラツキを低減できる。
[1−5.特許請求の範囲との対応関係]
実施形態の、セラミックス基板43、表面(形成表面)43a、金属抵抗体41、温度センサ素子13、温度センサ1が、それぞれ、本発明の、セラミックス基板、表面、金属抵抗体、温度センサ素子、温度センサの一例に相当する。
[1−5.特許請求の範囲との対応関係]
実施形態の、セラミックス基板43、表面(形成表面)43a、金属抵抗体41、温度センサ素子13、温度センサ1が、それぞれ、本発明の、セラミックス基板、表面、金属抵抗体、温度センサ素子、温度センサの一例に相当する。
[2.実験例]
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
本実験例は、前記実施形態と同様して、セラミックス基板上に金属抵抗体を形成した試料を複数個作製し、各試料における金属抵抗体の抵抗値のバラツキを調べたものである。
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
本実験例は、前記実施形態と同様して、セラミックス基板上に金属抵抗体を形成した試料を複数個作製し、各試料における金属抵抗体の抵抗値のバラツキを調べたものである。
具体的には、下記表1に示すように、表面粗さRaが異なるセラミックス基板を作製し、そのセラミック基板に下記表1に示すように膜厚が異なる金属抵抗体を形成し、その金属抵抗体の抵抗値を測定した。
各試料は、それぞれ50個作製し、その試料における抵抗値のバラツキ(6σ)を調べた。なお、6σは、標準偏差σの6倍の値を平均値で除して%で示した値である。その結果を、下記表1に示す。
この表1から明らかなように、(本発明例である)表面粗さRaが0.1μm以下の場合は、金属抵抗体の膜厚が異なっていても、抵抗値のバラツキ(6σ)が0.159%以下と小さく好適である。
それに対して、(比較例の)表面粗さRaが0.2μmの場合は、抵抗値のバラツキ(6σ)が0.192%と大きいので好ましくない。
[3.その他の実施形態]
尚、本発明は、前記実施形態等に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
[3.その他の実施形態]
尚、本発明は、前記実施形態等に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
(1)例えば、セラミックス基板としては、アルミナ(サファイアを含む)基板に限らず、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、コージェライト、ムライト、ステアタイト、ジルコニアなどからなる基板を採用できる。
(2)また、金属抵抗体も、白金抵抗体に限らず、例えば、ニッケル、銅などからなる金属抵抗体を採用できる。
1…温度センサ
13…温度センサ素子
15…シース芯線
20…電極線
41…金属抵抗体
43…セラミックス基板
43a…表面(形成表面)
53…抵抗調整部
57…連通部
13…温度センサ素子
15…シース芯線
20…電極線
41…金属抵抗体
43…セラミックス基板
43a…表面(形成表面)
53…抵抗調整部
57…連通部
Claims (8)
- セラミックス基板と、
該セラミックス基板の表面に密着して形成されている、温度によって抵抗値が変化する金属抵抗体と、
を備えた温度センサ素子において、
前記金属抵抗体が形成されている前記セラミックス基板の表面の表面粗さRaが、0.1μm以下であることを特徴とする温度センサ素子。 - 前記セラミックス基板が、アルミナを主成分とするアルミナ基板であることを特徴とする請求項1に記載の温度センサ素子。
- 前記アルミナ基板のアルミナの純度が95.5%以上であることを特徴とする請求項2に記載の温度センサ素子。
- 前記アルミナ基板のアルミナの純度が99.9%以上であることを特徴とする請求項3に記載の温度センサ素子。
- 前記金属抵抗体が形成されている前記セラミックス基板の表面の表面粗さRaが、0.01μm以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の温度センサ素子。
- 前記請求項1〜5のいずれか1項に記載の温度センサ素子を備えたことを特徴とする温度センサ。
- 前記請求項1〜5のいずれか1項に記載の温度センサ素子の製造方法であって、
前記セラミックス基板の表面の表面粗さRaを0.1μm以下に調整する第1工程と、
前記第1工程後の前記セラミックス基板の表面に、前記金属抵抗体を形成する第2工程と、
前記金属抵抗体に対して、該金属抵抗体の一部を除去して抵抗値を調整するトリミングを行う第3工程と、
を有することを特徴とする温度センサ素子の製造方法。 - 前記第1工程では、研磨によって、前記表面粗さRaを調整することを特徴とする請求項7に記載の温度センサ素子の製造方法。
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Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2019135324A1 (ja) * | 2018-01-04 | 2019-07-11 | Koa株式会社 | 温度センサ素子 |
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-
2016
- 2016-12-07 JP JP2016237769A patent/JP2017201290A/ja active Pending
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