JPH02305406A - 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、電気オープン・ガスオーブンなどの調理器具
、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罠によると、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、保持ヘース、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
いる水蒸気が、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ＦＲ膜ササ−ミスタ実施しているが
、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の課題は、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ド線と界面の
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ＩＲ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
温度差の生じやすい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、
ガラスで）容器されたサーミスタ素子と、前記サーミス
タ素子をガラス融着で固定したセラミック製素子支持体
と、前記素子支持体を保持固定しさらに前記サーミスタ
素子と内部リード線で電気的導通した一対の金属製外部
リード線と、前記一対の外部リード線を保持固定したセ
ラミック製蓋と、前記サーミスタ素子を収納しさらに前
記蓋を保持固定する金属製保護容器から構成され、前記
素子支持体に設けた貫通口および前記蓋に設けた貫通孔
に、前記一対の外部リード線を貫通させ、かつ折り曲げ
、もしくはひねって前記貫通口および貫通孔より大きな
寸法となる様に変形をして前記一対の外部リード線を保
持固定し、且つ、前記蓋の径より小さいもしくは同径の
段差を、前記蓋と前記保護容器とのかしめで前記保護容
器内に形成して保持固定をするものである。

作用 本発明の薄膜サーミスタは、サーミスタ素子がガラス溶
封されさらに保護容器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・腐食性ガスなとの有害
環境因子による素子の化学的劣化を防止できる。そのた
めに高い信鯨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・外部リード線も保護容器
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容器
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、高温から室温まで急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にガラス融着で固定
され、素子支持体・一対の外部リード線・蓋・保護容器
は、折り曲げ・ひねり・かしめ等の機械的方法で互いに
固定されているため、熱膨張にともなう各材料の伸長を
各々の固定部分で吸収し、機械的破損を生じない、その
ため、温度差の生じやすい３５０°Ｃ以上の高温でも高
い信鎖性を確保できる。

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ｉｆに一対の厚膜電極１１９２・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〜
３μｍ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、スパッタ
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、信頼性の高い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、一対の外部リート線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
膜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ｌ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ｒｌＬ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
１３・１３′　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１３・１３
″より大きな寸法となる様に変形をして行った。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って得た
。

次に、一対の外部リード線５・５゛を、円柱状Ｍ９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
ねることにより貫通孔１０・ｌＯ。

の径より大きい寸法となる様に変形してＭ９に保持固定
した。その後、サーミスタ素子４を保護容器１１内に収
納し、蓋の底面９ａ・９ｂ近辺を保護管１１とかしめて
段差１２ａ　−１２ｂ　・１２ｃ　−１２ｄを蓋の径よ
り小さく、もしくは同径に形成することにより互いに保
持固定し合った。保護容器１１は、バイブの片端を閉じ
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５図では
狭隘部１４ａ　・１４ｂ　−１４ｃ　−１４ｄをＭ９の
底面９ａ・９ｂ近辺の外周面を部分的に切断することに
より形成されている。

金属製外部リード線５・５°および、金属製保護容器１
１の材質は、５ｔｌＳ３０４．５ｔｌＳ４３０等のステ
ンレス、銅である。

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、ニンケル線、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：ＰＬ＝３ニアの厚膜電極膜（膜厚約１２μｍ）を
、アルミナ基（反（１，８ｍｍＸ　６．５ＭＸ　０．５
ｍｍ）上に、くし形状に形成し、ついで高周波スパック
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製の内
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、Ｓｉ０□５０％、Ｂａ０２５％、Ｃａ０１
０％、他にＢ２０．やＡＩ□ｏ。

を含有する組成物であり、熱膨張係数が７ＸｌＯ−’／
’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、５ＩＪＳ４３０製外部リード線（１，２１１Ｉ
ｌｌＸ　１００ｍｎ＋ｘ　１．３’　ｍｌ１１）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
貫通孔より大きな寸法となる様に変形して蓋に保持固定
した。その後、サーミスタ素子を保護管内に収納し、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、高湿度雰囲気（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ＬＯＯＭΩ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、ガラス溶封さ
れたサーミスタ素子および内部リード線・外部リード線
を保護容器内に収納し、かつ、サーミスタ素子はガラス
融着て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の折り曲げもしくはひねりで保
持され、しかもこの外部リード線は蓋に折り曲げもしく
はひねりで保持固定され、最終的には蓋と保護容器とが
かしめで保持固定される構成であるため、次のような作
用効果を期待できる。

（１）　　サーミスタ素子が外部環境から遮断されるの
で、を機動や水分・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、水薄気付着
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保護容器
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、高温から室温まで急激
に温度降下させても保護容器の損壊劣化がなく、薄膜サ
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）サーミスタ素子は素子支持体にガラス融着で固定
され、素子支持体・一体の外部リード線・蓋・保護容器
は、折り曲げやひねり・かしめ等の機械的方法で互いに
固定されているため、熱膨張にともなう各材料の伸長を
各々の固定部で吸収し、機械的破損が生じない。そのた
め、温度差の生じゃすい３５０°Ｃ以上の高温でも高い
信頼性を確保できる。

【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
ある苦の外観斜視図、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・・・・・・保護容器、
１２ａ・１２ｂ・１２ｃ・１２ｄ・・・・・・段差、１
３・１３’　・・・・・貫通口。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名ｆ−・−〈
ラミフッ石版 Ｚ、Ｚ’−一厚遵電ｖＬ県 ３−惑盈挑坑俸 第　１　区 認 ミ 区　　　　　　　　　　　　　（イ） Ｃ＞ａフ 城

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガラスで溶封されたサーミスタ素子と、前記サーミスタ
   素子をガラス融着で固定したセラミック製素子支持体と
   、前記素子支持体を保持固定し、さらに前記サーミスタ
   素子と内部リード線で電気的導通した一対の金属製外部
   リード線と、前記一対の外部リード線を保持固定したセ
   ラミック製蓋と、前記サーミスタ素子を収納し、さらに
   前記蓋を保持固定する金属製保護容器から構成され、前
   記素子支持体に設けた貫通口および前記蓋に設けた貫通
   孔に、前記一対の外部リード線を貫通させ、かつ折り曲
   げ、もしくはひねって前記貫通口および貫通孔より大き
   な寸法となる様に変形をして前記一対の外部リード線を
   保持固定し、且つ、前記蓋の径より小さいもしくは同径
   の段差を、前記蓋と前記保護容器とのかしめで前記保護
   容器内に形成して保持固定をする薄膜サーミスタ。