JPH02305405A - 薄膜サーミスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気オーブン・ガスオープンなどの調理器具
、石油ファンヒータなどの燃焼器具等の温度センサとし
て用いられる耐熱性薄膜サーミスタに関するものである
。

従来の技術 薄膜サーミスタは、アルミナ基板上に一対の厚膜電極膜
と、感温抵抗体を形成したサーミスタ素子を使用環境か
ら保護するために、種々の実装構造が考えられている。

例えば、エレクトロニクス・セラミックス、°８５．５
月号、薄膜電子材料特集、第１６頁によると、薄膜サー
ミスタは、サーミスタ素子をガラス管内部に気密封入し
、サーミスタ素子からのｐｔ内部リード線をコバール線
（外部リード線）に溶接してガラス管外に取り出してい
る。そして、保持へ一ス、保護カバーを取り付けて完成
としている。

発明が解決しようとする課題 上記、従来の薄膜サーミスタは、その使用可能温度は３
５０°Ｃまでであり、それ以上の高温になると下記の課
題のため特性が外部環境により大きな影響を受け、使用
できない。

第１の課題は、調理器庫内や燃焼器等で多量に発生して
いる水茎気が、外部環境下にむきだしになっている外部
リード線やサーミスタ素子・保持ベース等に付着し易く
、この水蒸気付着のため電気導通が生じ、電気的絶縁性
が低下しやすくなることである。この対策のため、例え
ば四フッ化エチレン系樹脂を被覆し、はっ水性を利用し
て結露防止を従来の薄膜サーミスタは実施しているが、
この樹脂の耐熱性は３５０°Ｃであり、それ以上の高温
になると樹脂が劣化してはっ水効果が低下し、それに伴
い電気的絶縁性が低下して温度が正しく測定できなくな
る。

第２の？ｉ、題は、薄膜サーミスタ素子を外部環境から
保護しているガラス管が、コバール製外部リート線と界
面の化学的結合層を通して封着されているため、３５０
’Ｃ以上になると両者の材料の熱膨張特性の違いから、
大きな温度差が発生すると大きなひずみが発生してガラ
ス管が損壊劣化することである。このことは、従来の薄
膜サーミスタが、コバール製外部リード線と近接したガ
ラス熱膨張係数を有するガラス材料として、種々の化学
組成の材料を検討した結果、はうけい酸系、ガラスを選
定し、３５０°Ｃまでの使用温度までなら実用上支障な
いことを確認していることに起因する。したがって大き
な温度差の生しやすい３５０°Ｃ以上では使用できない
課題があった。

課題を解決するための手段 この課題を解決するため、本発明の薄膜サーミスタは、
サーミスタ素子と、前記サーミスタ素子を固定した素子
支持体と、前記素子支持体を保持しさらに前記サーミス
タ素子と内部リード線で電気的に導通した一対の外部リ
ード線と、底面と垂直に設けた２個の貫通孔に前記一対
の外部リード線を保持固定した円柱状のセラミック製蓋
と、前記サーミスタ素子および蓋を収納した片端密閉状
の金属製保護管とで構成され、前記蓋の外周面を部分的
に切断して形成した狭隘部を、前記保護管とのかしめに
より保持固定したものである。

作用 本発明の薄膜サーミスタは、サーミスタ素子が片端密閉
状の保護管内に収納されているので、外部環境から遮断
され、有機物や水分・腐食性ガスなどの有害環境因子に
よる素子の化学的劣化を防止できる。そのために高い信
頬性を長期間維持できる。また、サーミスタ素子のみな
らず内部リード線・外部リード線も片端密閉状の保護管
に収納されているので、外部環境から遮断され、これら
の部品に水蒸気が付着することによる電気的絶縁性の低
下が起こらない。そのため、水蒸気が多く結露しやすい
雰囲気下でも温度を精度よく測定できる。

一方、サーミスタ素子を外部環境から遮断する保護管は
、熱膨張係数の異なる材料の封着が無く、単一材料のみ
で構成されているので、熱衝撃にともなう歪発生が無い
、そのため、高温から室温まで２激に温度降下させても
保護容器の損壊劣化が無く、サーミスタ素子を長期間外
部環境から遮断し、長期間精度良く高温下での温度測定
を行う。

一方、サーミスタ素子は、素子支持体の上に固定され、
さらにこの素子支持体は一対の外部リード線で保持され
、しかもこの外部リード線は蓋に保持固定され最終的に
は蓋と保護管とがかしめにより保持固定される構成なの
で強く固定され機械的強度に優れている。特に、セラミ
ック製円柱状蓋と金属製保護管との保持固定は、蓋の外
周面を部分的に切断して形成した狭隘部を、保護管とか
しめることにより嵌合しているので機械的振動等に更に
強くなり、機械的破を貝や電気的ショートの発生が起こ
らない。また、一対の外部リード線と保護管との絶縁距
離が、蓋の外周面を部分的に切断して形成した狭隘部を
保護管とかしめて嵌合しているので、充分に確保され多
／！ｉＡ環境下での電気的ショートの発生が無い。

実施例 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明のサーミスタ素子の外観図である。セ
ラミック基板１に一対の厚膜電極膜２・２°と感温抵抗
体３が形成されている。セラミック基板１は、実用性を
考慮してアルミナ基板を用い、その表面粗さを２〜３μ
ｍとした。

一方、感温抵抗体３は、金属酸化物や炭化ケイ素（以下
ＳｉＣと記す）等があるが、感度が大きい・広い温度範
囲まで測定できる等の理由よりＳｉＣを用い、スパンタ
方法にて櫛型の厚膜電極膜の上にその薄膜（厚み約６μ
ｍ）を形成した。

厚膜電極膜２・２′は、Ａｕ−Ｐｔ膜、ｐｔ膜、Ａｕ膜
等であるが、信鎖性の高いＡｕ−Ｐｔ膜を用い、アルミ
ナ基板１上にペーストを印刷・乾燥・焼成することによ
り得た。

第２図は、本発明の一実施例であるサーミスタの断面図
、第３図は第２図のＡＡ″線断面図である。

サーミスタ素子４を、一対の外部リード線５・５′を固
定した素子支持体６の上に配置し、前記一対の厚膜電極
ＩＩｉ！２・２°と前記一対の外部リード線５・５″と
を内部リード線７・７°で電気的に各々に導通させた。

この後に、サーミスタ素子４を、サラミツク製基板１お
よび素子支持体６と概略間等の熱膨張係数を有するガラ
ス被覆層８で被い、外部環境からの保護を一層強固に実
施した。

なお、ガラス被覆層８は、サーミスタ素子４を被う際に
サーミスタ素子４と素子支持体６との固定も同時に行っ
ている。一方、一対の外部リード線５・５″と素子支持
体６との固定は、素子支持体６内に設けた貫通口に外部
リード線５・５°を挿入し、端部を折り曲げもしくはひ
ねることにより貫通口より大きな寸法となる様に段差を
設けて行った。一対の外部リード線５・５′と厚膜電極
膜２・２°との内部リード線７・７″による電気的導通
は、内部リード線７・７°を溶接法を用いて各々に接続
することにより得た。

次に、一対の外部リード線５・５“を、円柱状蓋９の底
面９ａ・９ｂに垂直に設けた２個の貫通孔１０・１０°
内に挿入し、底面９ａ・９ｂ近辺で折り曲げもしくはひ
ねることにより蓋９に保持固定した。その後、サーミス
タ素子４を保護管ｌｌ内に収納し、蓋の底面９ａ・９ｂ
近辺の外周面を部分的に切断して形成した狭隘部１２ａ
・１２ｂ−１２ｃ・１２ｄを保護管１１とかしめて段差
１３ａ　□　１３ｂ　−１３ｃ・１３ｄを形成すること
により互いに保持固定し合った。保護管１１は、片端を
閉じて密封状にした。

第４図、第５図は円柱状蓋の斜視図であり、第４図では
狭隘部１２ａ・１２ｂ・１２ｃ・１２ｄは外周面に斜め
に、第５図では狭隘部１２ａ・１２ｂ−１２ｃ・１２ｄ
は、外周面に対して平行に両底面部近辺の外周面を切断
されることにより形成されている。

金属製外部リード線５・５゛および、金属製保護管１１
の材質は、５ＵＳ３０４．５ＵＳ４３０等のステンレス
、１１４である。

セラミック製素子支持体６および、セラミック製蓋９の
材質は、アルミナ、酸化カルシウム、酸化ケイ素、酸化
マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の群よ
り選択した１種以上である。

内部リード線７・７′は、白金線、ニッケル線、コバー
ル線等である。

本発明の効果を第１図〜第４図の実施例にもとづいて判
定した。

Ａｕ：Ｐｔ＝３ニアの厚膜電極膜（膜厚約１２μｍ）を
、アルミナ基板（１，８ｍｍＸ　６．５ＭｍＸ　０．５
Ｍ）上に、くし形状に形成し、ついで高周波スパッタリ
ング蒸着法により、ＳｉＣ抵抗体膜を約６μｍの厚みで
形成してサーミスタ素子とした。

このサーミスタ素子は、一対の厚膜電極膜に白金型の内
部リード線を溶接法を用いて電気的に接続した後、アル
ミナ製素子支持体の上にガラスを用いて固定されている
。ガラスは、５ｉＯｚ５０％、Ｂａ０２５％、Ｃａ０１
０％、他にＢｏｏ、やＡ　ｌ　ｚ○３を含有する組成物
であり、熱膨張係数が７Ｘ１０−６／’Ｃと基板や素子
支持体のアルミナと同程度の値を有する。一方、転移点
は６６０°Ｃであり耐熱性に優れている。このガラスは
、平均粒径が１４．５μｍ、最大粒径が５０μｍの粒度
分布を有しており、エチルセルロース系のビークルを添
加してペーストとし、乾燥焼成によりサーミスタ素子の
被覆および素子支持体との固定を得た。

つぎに、５ＵＳ４３０製外部リード線（１，２ｍ×１０
０ｍｍＸ　１．３’　Ｍ）をアルミナ製素子支持体に挿
入し折り曲げて固定した後、前記内部リードを外部リー
ド線に溶接法を用いて固定した。

次に、一対の外部リード線を、円柱状蓋の底面に垂直に
設けた２個の貫通孔内に挿入し、両底面近辺でひねって
貫通孔より大きな段差を設は蓋に保持固定した。その後
、サーミスタ素子を保護管内に収納し、蓋の底面近辺の
外周面を部分的に切断して形成した狭隘部を、保護管と
かしめて段差を設け、互いを保持固定した。

この薄膜サーミスタの信頼性を評価した。

薄膜サーミスタを高温雰囲気（５００°Ｃ）に１０００
時間放置したとき、あるいは（室温空気中１５分間放置
→５００°Ｃ空気中１５分間放置→室温空気中１５分間
放置）を１サイクルとして、この熱衝撃を２０００回繰
り返した時、抵抗値変化率は、いずれも±３％以下であ
った。

さらに、高温変容囲気（温度７０°Ｃ１相対湿度９５％
以上）に１０００時間放置したとき、また沸騰水中に８
時間放置したときも、抵抗値変化率はいずれも±３％以
内であった。一方、上記試験後のサンプルに、次の様な
結露試験を実施した。ビー力に水を満たし、これを沸騰
させて水蒸気を多量に発生させ、一方で室温に保持した
薄膜サーミスタを準備し、この薄膜サーミスタを素早く
前記水蒸気中に暴露させ、表面に結露水を生成させた。

この状態で外部リード線とアース端子間に直流１５Ｖを
印加して電気絶縁性を測定したところ１００ＭΩ以上の
絶縁抵抗を示した。この試験は、電気絶縁性を評価する
試験であり、絶縁性が無いと導通を示すことより、本発
明が高い抵抗値であることは、電気絶縁性は実用上問題
ないと言える。

薄膜サーミスタは正弦波に近い振動（振動数３００〜３
６００Ｈｚ、振幅０．２〜３．２ｍｍ、加速度１〜３Ｇ
）をｘ、ｙ、ｚ方向に各２時間印加する振動試験を実施
したが、温度−抵抗特性の変化はみられず、機械的振動
に強いことも確認できた。

発明の効果 以上の様に、本発明の薄膜サーミスタは、サーミスタ素
子および内部リード線・外部リード線を片端密閉状金属
製保護管内に収納し、かつ、サーミスタ素子を素子支持
体・外部リード線・蓋・保護管を用いて固定し、さらに
、保護管と蓋との固定を、蓋の外周面を部分的に切断し
て形成した狭隘部と保護管とをかしめることにより行っ
ているので、次のような作用効果を有する。

（１）サーミスタ素子が外部環境から遮断されるので、
有機物や水分・腐食性ガスなどの有害環境因子による素
子の化学的劣化を防止でき、高い信頼性を長期間維持で
きる。

（２）サーミスタ素子のみならず内部リード線・外部リ
ード線も外部環境から遮断されるので、水蒸気付着によ
る電気的絶縁性の低下がない、そのため、水蒸気の多く
結露しやすい雰囲気下でも温度を精度よく測定できる。

（３）サーミスタ素子を外部環境から遮断する片端密閉
状金属製保護管は、熱膨張係数の異なる材料の封着かな
いので、熱衝撃に伴う歪発生が無い。

そのため、高温から室温まで象、激に温度降下させても
保護容器の損壊劣化がなく、サーミスタ素子を長期間外
部環境から遮断し、高温下で精度良く長期間温度測定で
きる。

（４）保護管と蓋との固定が、蓋の外周面を部分的に切
断〔て形成した狭隘部と保護管とのかしめを介して行な
われているので、蓋が保護管内を軸方向に移動したり円
周方向に回転することなく強固に蓋に固定される。また
、保護管をかしめることによって形成される保護管内径
の縮小に起因する外部リード線と保護管との絶縁距離減
少がわずかであるため、多湿環境下における電気的絶縁
性も支障が生じない、さらに、狭隘部を蓋の両底面近辺
の外周面に形成すると、蓋の成型がプレス等で容易にで
き、低コストとなる利点が生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるサーミスタ素子の外観
斜視図、第２図は同薄膜サーミスタの断面図、第３図は
第２図のＡＡ’線断面図、第４図は本発明の一実施例で
ある蓋の外観斜視図、第５図は本発明の他実施例である
蓋の外観斜視図である。 １・・・・・・セラミック基板、２・２゛・・・・・・
厚膜電極膜、３・・・・・・感温抵抗体、４・・・・・
・サーミスタ素子、５・５′・・・・・・外部リード線
、６・・・・・・素子支持体、７・７″・・・・・・内
部リード線、８・・・・・・ガラス被覆層、９・・・・
・・蓋、９ａ・９ｂ・・・・・・蓋の底面、１０−１０
’　・・・・・・貫通孔、１１・・・・・・保護管、１
２ａ・１２ｂ−１２ｃ・１２ｄ・・・・・・狭隘部。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名ノー　でク
ミック羞ジ改 第１図 ｍ− 一＼Ｏ 予　　　区 迩　　。 ト 曽　　　憾

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）サーミスタ素子と、前記サーミスタ素子を固定し
   た素子支持体と、前記素子支持体を保持し、さらに前記
   サーミスタ素子と内部リード線で電気的に導通した一対
   の外部リード線と、底面と垂直に設けた２個の貫通孔に
   前記一対の外部リード線を保持固定した円柱状のセラミ
   ック製蓋と、前記サーミスタ素子および蓋を収納した片
   端密閉状の金属製保護管とで構成され、前記蓋の外周面
   を部分的に切断して形成した狭隘部を、前記保護管との
   かしめにより保持固定した薄膜サーミスタ。
2. （２）狭隘部を、蓋の両底面部近辺の外周面を部分的に
   切断した請求項（１）記載の薄膜サーミスタ。