JPH0422101A - 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の薄膜サーミスタに関するものであ
る。

従来の技ｊネｉ 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、感温抵抗体を形成巳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、長井、他、エレクトロニクス・セラミックス、
　′８５．５月号、？］膜電子材料特集、第１６頁によ
るよ、第５図に示すようにｙｉ膜ササ−ミスタ、サーミ
スタ素子４をガラス管１５内部に気密封入し、サーミス
タ素子４がらのＰｔ内部リード線７をコバール線（外部
リード線）５に溶接してガラス管１５外に取り出してい
る。そして、保持へ一ス１６、保護カバー１７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 上記の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・保持ヘース等に付着し易
く、この水莫気付着のため電気導通が生し、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
度差の生じゃすい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 上記課題を解決するため、本発明は、薄膜サーミスタ素
子本体を硝子被覆膜を介して固定する素子支持体と、前
記薄膜サーミスタ素子本体と内部リード線を介して電気
的導通を行うとともに前記素子支持体を固定する一対の
外部リード線と、前記素子支持体を収納する保護容器と
、前記外部リード線を絶縁して固定する一対の貫通穴を
有じ前記保護容器と固定される分離体とを存しており、
前記素子支持体に設けた凹状窪みに前記薄膜サーミスタ
素子本体を格納して固定するとともに、前記外部リード
線を前記素子支持体に設けた貫通穴に挿入して折りまげ
他位置に設けた貫通部でお互いに固定した構成の薄膜サ
ーミスタとした。

作用 上記の構成により、本発明の薄膜サーミスタは、薄膜サ
ーミスタ素子本体および内部リード線・外部リード線が
保護容器内に収納されて外部環境から遮断され、かつ、
Ｆ！膜ササ−ミスタ素子本体素子支持体・外部リード線
・保護容器でお互いに固定される。そのため、水原気付
着による電気的絶縁性の低下がなく、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。また
、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く、高温から室温までゑ激に
温度陣下させても保護容器の損壊劣化がない。よって、
薄膜サーミスタ素子本体やリード線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ができる。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。

第１図は、本発明の薄膜サーミスタ素子本体の外観図で
ある。サラミツク基板１に一対の厚膜電極膜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２〜３
μｍ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を極膜の上にその薄膜（厚み約６μ
ｍ）を形成した。

厚膜電極１Ｉ１２は、Ａｕ−Ｐｔ膜、ＰＬ膜、Ａｕ膜等
であるが、信転性の高いＡｕ−ＰＬ膜を用い、アルミナ
基板Ｉ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ｙｔ膜ササ−ミスタ
外観図である。

薄膜サーミスタ素子本体４を、一対の耐熱金属製外部リ
ード線５を固定したセラミック製素子支持体６の上に固
定し、前記一対の厚膜電極膜２と前記一対の外部リード
線５とを耐熱金属製内部リード線７で電気的に各々接続
している。その後、耐熱金属製保護容器８内に前記素子
支持体６を収納し、前記保護容器８と治具１８を用いて
嵌合するセラミック製分離体９の貫通孔１０部分で前記
一対の外部リード線５を絶縁して固定し、少なくとも一
方を前記保護容器９から分離している。

耐熱金属製外部リード線５および、耐熱金属製保護容器
８の材質は、５ＵＳ３０４．５ＵＳ４３０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、セラミック製分離体
１０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。

耐熱金属製内部リード′Ｉｓ７は、白金線、ニッケル線
、コバール線等である。

第３図は、本発明の一実施例である薄膜サーミスタにお
ける素子支持体の外観図である。

薄膜サーミスタ素子本体４は、硝子被覆１ｉｉ１１を介
して素子支持体６に固定されている。また、外部リード
線５は、素子支持体６に設けられた貫通孔１２に挿入さ
れて折りまげられ、さらに他位置に設けられた貫通部１
３で溶接によりお互いに固定されている。そして、薄膜
サーミスタ素子本体４の厚膜電極Ｒ２から引き出された
内部リード線７が、外部リード線５と電気的に導通され
ている。

第４図は、第３図の素子支持体におけるＡＡ’線断面図
である。

薄膜サーミスタ素子本体４は、素子支持体６に設けられ
た凹状窪み１４に格納された後、硝子被覆膜１１を介し
て固定されている。この構成にすることで、素子支持体
６に薄膜サーミスタ素子本体４を硝子被覆層１１を介し
て固定することが、位置ずれをおこすことな（短時間に
おこなえる。また、凹状窪み１４には、貫通穴１５が設
けられており硝子被覆膜１１の加熱形成時の気泡発生を
防止する効果がある。

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。まず、製造方法を記す。

Ａｕ：Ｐｔ＝３ニアの厚膜電極膜（膜厚約１２μｍ）を
、アルミナ基板（１，８ｍｍＸ　６．５ｍＸ　０．５ｍ
）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
成して薄膜サーミスタ素子とした。

この薄膜サーミスタ素子は、一対の厚膜ｉＪＭ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、５ｉｆｔ　　・ＢａＯ・ＣａＯを主成分とし
たものであり、薄膜サーミスタ素子のアルミナ基板や素
子支持体のアルミナ基板と概略間等の熱膨張係数を有す
る。なお、薄膜サーミスタ素子は、素子支持体に設けた
凹状窪みに格納した後ガラス被覆した。

つぎに、５ＵＳ４３０製外部リード線（１，２Ｗｍ　Ｘ
　１００Ｌ閣×１．３ｔｗ＋）をアルミナ製素子支持体
に設けた貫通穴に捕大して折りまげ、他位置に設けた貫
通部で溶接法によりお互いを固定した。このことで、素
子支持体と外部リード線の固定を行った。

この外部リード線をセラミック製分離体の貫通穴に各々
揺入し、両端部をひねることで固定を行った。

その後、この素子支持体を内径６．７ｍ、外径７．２（
転）のステンレス製保護容器（片端を閉したパイプ構造
体）の中に収納し、この保護容器と前述の分離体を治具
を用いて嵌合することで固定し完成品とした。

なお、外部リード線は、保護容器と少なくとも一方を分
離している。

各種信転性の結果を次に記す。

この薄膜サーミスタに、ＤＣｌｏｏＯＶを負荷してその
絶縁性を確認したところ＋０００　ＭΩ以上の抵抗を示
し、実用上問題ない電気！！縁性を示した。

また、この薄膜サーミスタを２００°Ｃに保持した炉に
放置し、室温雰囲気下に取り出した際に、両者の温度差
の６３％の温度に相当する抵抗値に到達するまでの時間
（以下、この時間を熱時定数と称す）を測定したところ
、８０秒であった。なお、参考のため、他構造品での熱
時定数を測定したところ、保護容器の無い場合は５０秒
、従来例（第５図）の構造品は７５秒であり、本発明は
従来品とほぼ同等の熱時定数を有し、応答性は実用上問
題なかっ薄膜サーミスタを高温雰囲気（５００℃）に１
０００時間放１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１
５分間放置）を１サイクルとして、この熱衝撃を２００
０回繰り返した時、抵抗値変化率は、いずれも１３％以
下であった。

さらに、高湿度雰囲気（ｉ度７０″Ｃ１相対温度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。

薄膜サーミスタは正弦波に近い振動（振動数３００〜３
６００Ｈｚ、振幅０．２〜３．２ｍａ＋、加速度１〜３
Ｇ）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、薄膜サーミス
タ素子本体および内部リード線・外部リード線を耐熱金
属製保護容器内に収納し、かつ、薄膜サーミスタ素子本
体を素子支持体・外部リード線・分離体・保護容器を用
いて固定した構造体であるので、 （１）薄膜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、高い信転性を長期間維
持できる。

（２）　　Ｉ膜す−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）薄膜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
急激に温度陳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。

一方、薄膜サーミスタ素子本体は、素子支持体に設けた
凹状窪みに格納された後硝子で被覆され、さらに、素子
支持体が貫通孔および貫通部で外部リード線と固定され
るため、強固な固定構造となり機械的振動にも強い。

（４）素子支持体に設けた凹状窪みに薄膜サーミスタ素
子本体を格納した構造なので、素子支持体の全体積が凹
状窪みによって減少し、そのぶん素子支持体の熱容量が
小さくなり、応答性が早（なる。

また、薄膜サーミスタ素子本体を素子支持体に硝子を用
いて固定する際に、その固定位置決めが凹状窪みにより
正確となり短時間に作業が終了する。さらに、凹状窪み
に貫通穴を設けると、硝子被覆にともなう焼成時に発生
する気泡が、貫通穴よりうまく抜け、気泡の少ない硝子
被覆膜が得られる。したがって、その分、強固で非多孔
質な硝子被覆膜となり、信転性の一層優れた薄膜サーミ
スタとなる。

（５）外部リード線を素子支持体に設けた貫通穴に挿入
して折り曲げ、さらに他位置に設けた貫通部でお互いに
固定した構造なので、強固な固定となる。また、素子支
持体は貫通穴および貫通部を各々一対づつ存するので、
その全体積が−ＩＮＫ少し、その分、熱容量が小さくな
り応答性が早くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である薄膜サーミスタ素子の
外観斜視図、第２図は同ｍｌサーミスタの一部切欠斜視
図、第３図は同薄膜サーミスタにおける素子支持体の正
面図、第４図は第３図ＡＡ“線断面図、第５図は従来の
薄膜サーミスタ素子の一部切欠斜視図である。 １・・・・・・セラミンク基板、２・・・・・・厚Ｍ電
極膜、３・・・・・・感温抵抗体、４・・・・・・薄膜
サーミスタ素子、５・・・・・・外部リード線、６・・
・・・・素子支持体、７・・・・・・内部リード線、８
・・・・・・保護容器、９・・・・・・分離体、１０・
・・・・・分離体の貫通穴、１１・・・・・・硝子波ｒ
Ｉ！Ｉ膜、１２・・・・・・素子支持体の貫通穴、１３
・・・・・・素子支持体の貫通部、１４・・・・・・素
子支持体の凹状窪み。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第 図 ゼラミ、ツク暮扶 第 図 第 図 素手支持棒の凹状１ｈ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 薄膜サーミスタ素子本体を硝子被覆膜を介して固定する
   素子支持体と、前記薄膜サーミスタ素子本体と内部リー
   ド線を介して電気的導通を行うとともに前記素子支持体
   を固定する一対の外部リード線と、前記素子支持体を収
   納する保護容器と、前記外部リード線を絶縁して固定す
   る一対の貫通穴を有し前記保護容器に固定される分離体
   とを有し、前記素子支持体に設けた凹状窪みに前記薄膜
   サーミスタ素子本体を格納して固定するとともに、前記
   外部リード線を前記素子支持体に設けた貫通穴に挿入し
   て折りまげ他位置に設けた貫通部でお互いに固定した薄
   膜サーミスタ。