JPH04293202A - 接触型薄膜サーミスタ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は対象物表面と機械的に接
触して、その表面温度を検出するものであって、特に、
４００〜５００℃の高温度まで使用できる接触型薄膜サ
ーミスタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の表面温度センサは、図３
に示すように、硝子封止型サーミスタ１素子から成る温
度検知素子にリード線２、２’を接続し、前記硝子封止
型サーミスタ１を金属板３に樹脂４で接着して構成され
る。前記金属板３を対象物の表面にビス止めなどにより
機械的に接触させて、その表面温度を検出していた（例
えば、特公昭６０−１２５５３５号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、硝子封止型サーミスタ素子１が金属板
３に樹脂４で接着されており、樹脂４の耐熱温度は通常
、約２００℃であるので、最高使用温度は約２００℃以
下であるという問題があった。

【０００４】また、硝子封止型サーミスタ素子１は円筒
状の形状を有するので、金属板３と硝子封止型サーミス
タ素子１の間の熱伝達が悪く、このため熱応答性が遅い
（９０％熱応答時間は２０ｓｅｃ　以上）という問題も
あった。

【０００５】本発明はかかる従来の問題点を解消するも
ので、従来よりも高耐熱性で、かつ高速熱応答性にする
ことを目的にしている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の接触型薄膜サーミスタは、薄膜サーミスタ
素子と一対の板状金属リード線と絶縁性支持体から構成
され、前記薄膜サーミスタ素子は平板状アルミナ基板と
、前記平板状アルミナ基板に設けられた一対の貫通口と
、前記平板状アルミナ基板の一方の表面から他の表面に
わたり電気的に導通して、前記貫通口を貫通して配置さ
れた一対の導電性部材と、前記平板状アルミナ基板の前
記一方の表面に前記貫通口を含んで配置された一対の電
極膜と、前記一対の電極膜に積層して配置された感温抵
抗体膜とから構成され、前記一対の板状金属リード線は
前記薄膜サーミスタ素子の前記平板状アルミナ基板の前
記他の表面で前記一対の貫通口と対向するように配置さ
れ、前記一対の導電性部材と前記一対の板状金属リード
線がそれぞれ接着性導電性焼結体で接続され、前記一対
の板状金属リード線の接続された前記薄膜サーミスタ素
子を前記絶縁性支持体の一方の表面に配置し、前記一対
の板状金属リード線を含み前記薄膜サーミスタ素子の周
囲を硝子焼結体で被覆した構成を備えたものである。

【０００７】

【作用】本発明は上記した構成によって、樹脂などの有
機物材料を全く使用していないので、最高使用温度は高
くなる。すなわち、平板状アルミナ基板、硝子焼結体、
電極膜、接着性導電性焼結体など焼成工程を経て形成さ
れるので、従来以上の高耐熱性を容易に得られる。また
、絶縁性支持体にアルミナ板、導電性部材に導電性焼結
体を使用することにより、同様の耐熱性が容易に得られ
る。従って、本発明の薄膜サーミスタの耐熱性は、結局
、感温抵抗体膜の耐熱性に依存する。この耐熱性は感温
抵抗体膜の材質、形成条件により決められるが、例えば
ＳｉＣスパッタ感温抵抗体膜を用いることにより、最高
使用温度５００℃が得られる。

【０００８】また、薄膜サーミスタ素子は平板状の形状
を有するので、絶縁性支持体と薄膜サーミスタ素子の間
の熱伝達は、従来の円筒状硝子封止型サーミスタ素子と
金属板の間の熱伝達に比べ優れ、このため熱応答性も速
くなる。

【０００９】

【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。図１は本発明の接触型薄膜サーミスタの一
実施例を示す断面図である。平板状アルミナ基板５の対
向する位置に一対の貫通口６、６ａを設けた。平板状ア
ルミナ基板５の形状は、幅２ｍｍ、長さ６ｍｍ、厚さ０
．５ｍｍ、また一対の貫通口６、６ａの直径は０．５ｍ
ｍとした。 平板状アルミナ基板５の一方の表面に一対の貫通口６、
６ａを含んで電極用導電性ペーストを印刷した後、乾燥
・焼成して一対のＡｕ−Ｐｔ厚膜電極膜７、７ａを形成
した。この後、貫通口用導電性ペーストを貫通口６、６
ａの内表面上もしくは空間部に印刷した後、乾燥・焼成
して導電性部材８、８ａを形成した。平板状アルミナ基
板５の一方の表面から他の表面にわたり電気的に導通す
るように、この一対の厚膜電極膜７、７ａと一対の導電
性部材８、８ａとは、一対の導電性部材８、８ａの端部
で電気的に接続されている。電極用導電性ペースト、貫
通口用導電性ペーストとして、例えば、Ａｇペースト、
Ａｇ−Ｐｄペースト、Ａｕ−Ｐｔペーストなどが用いら
れる。この後、スパッタ法により炭化ケイ素（ＳｉＣ）
感温抵抗体膜９を平板状アルミナ基板５の一方の表面に
形成して、薄膜サーミスタ素子を構成した。

【００１０】このようにして薄膜サーミスタ素子を形成
した後、平板状アルミナ基板５の他の表面で一対の貫通
口６、６ａに形成された導電性部材８、８ａと接触して
一対の接続用導電性ペーストを塗布した。この後、一対
の板状金属リード線１０、１０ａを接続用導電性ペース
トに密着した後、乾燥・焼成して接着性導電性焼結体１
１、１１ａを形成した。この時点で、薄膜サーミスタ素
子に一対の板状金属リード線１０、１０ａが機械的に弱
く結合された中間組立品が形成される。なお、この接続
用導電性ペーストとして、電極膜用導電性ペーストと同
種のペーストが用いられる。

【００１１】この後、前述した中間組立品が板状アルミ
ナの絶縁性支持体１２の一方の表面に積層され、一対の
板状金属リード線１０、１０ａを含み薄膜サーミスタ素
子の周囲を硝子ペーストで被覆した後、乾燥・焼成して
硝子焼結体１３を形成した。一対の板状金属リード線１
０、１０ａとして、幅１．２ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、程
度のＦｅ−Ｃｒ系合金板が用いられる。この合金は耐熱
性に優れるのみならず、アルミナ基板５と同程度の熱膨
張係数を有する硝子焼結体１３で被覆したときクラック
も発生しない点で優れている。

【００１２】このようにして構成された本発明の接触型
薄膜サーミスタ構成では、従来例に比べ、樹脂などの有
機物が全く使用されていないので、最高使用温度を２０
０℃以上にできる。すなわち、平板状アルミナ基板５、
電極膜７、７ａ、導電性部材８、８ａ、接着性導電性焼
結体１１、１１ａ、硝子焼結体１３などは、すべて無機
物であり、しかも７００℃以上の焼成工程を経て形成さ
れるので、５００℃以上の耐熱性を容易に得られる。ま
た、絶縁性支持体１２にアルミナ板を使用しているので
、この耐熱性も問題ない。従って、本発明の薄膜サーミ
スタの耐熱性は、結局、感温抵抗体膜９の耐熱性に依存
する。この耐熱性は感温抵抗体膜９の材質、形成条件に
より決められる。感温抵抗体膜９として、複合金属酸化
物、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣなどの蒸着膜、スパッタ膜、印
刷・焼成厚膜など種々あるが、なかでもＳｉＣスパッタ
感温抵抗体膜は５００℃の耐熱性を有すると共に０〜５
００℃の広い温度範囲を検出するのに適した抵抗温度特
性を有する点で優れている。

【００１３】対象物の表面に本発明の接触型薄膜サーミ
スタを密着させる場合、絶縁性支持体１２を表面に密着
させることになる。絶縁性支持体１２としてアルミナな
どのセラミックが用いられるが、これらセラミックは機
械的に脆性であり、密着するときの機械的変形に対して
割れ安い。このような場合、図２に示すように、金属感
熱板１３の一方の表面に絶縁性支持体１２を積層し、絶
縁性支持体１２の両端を横切って一対の金属バンド１４
、１４ａを配置した後、一対の金属バンド１４、１４ａ
の両端を金属感熱板１３に溶接することが好ましい。 このようにして絶縁性支持体１２を金属感熱板１３に金
属バンド１４、１４ａの溶接により、圧接固定するとき
の圧接圧力は５００ｇ以下で充分である。この程度の圧
接圧力は絶縁性支持体１２の割れに対して全く問題ない
。対象物の表面にこの構成の薄膜サーミスタを密着させ
る場合、金属感熱板１３をさせることになる。金属感熱
板１３は弾性に富み、密着時の機械的変形に対して割れ
ることはない。

【００１４】しかし、絶縁性支持体１２を金属感熱板１
３に圧接固定しても、両者が全面的に面接触することは
不可能であり、両者の間には空気層が介在する。この空
気層の厚さや面積は、両者の相対的表面粗さや反りなど
に依存して、大きくばらつく。この空気層のばらつきは
、熱応答性に大きな影響を及ぼす。このような場合、絶
縁性支持体１２と金属感熱板１３の間にヒートシンカを
配置することが好ましい。ヒートシンカは耐熱性油と金
属酸化物の微粉末の混合物で、絶縁性支持体１２と金属
感熱板１３の間に介在する空気層を埋めて、両者の間の
熱伝導を良くすると共に均一にする。９０％熱応答時間
は、ヒートシンカを配置しない場合８〜１２ｓｅｃ　の
間でばらついたが、ヒートシンカを配置した場合７〜８
ｓｅｃ　であった。なお、ヒートシンカに使用される耐
熱性油は、高々３００℃で安定する程度である。このた
め、例えば、本発明の接触型薄膜サーミスタを４００℃
に長時間保持した場合、ヒートシンカに含まれる耐熱性
油は蒸発して、消散する。しかし、この場合でも金属酸
化物微粉末は、蒸発しないので、絶縁性支持体１２と金
属感熱板１３の間に残留する。このような場合の９０％
熱応答時間は、初期の７〜８ｓｅｃ　から８〜９ｓｅｃ
　に遅くなるが、実用的には問題ない。

【００１５】なお、図１、図２に示した実施例では、一
対の板状金属リード線１０、１０ａは、直角に曲げられ
た形状を有しているが、直線的でもよいことはもちろん
である。

【００１６】

【発明の効果】以上述べて来たように、本発明によれば
次に示す効果が得られる。

【００１７】（１）従来の表面温度センサに用いられて
きた樹脂を全く含まず、すべてセラミック、焼結体など
無機物で構成されるので、高耐熱性に優れる。

【００１８】（２）絶縁性支持体を金属感熱板に金属バ
ンドの溶接により、圧接固定する構成により、対象物の
表面に容易に密着固定できる。

【００１９】（３）絶縁性支持体と金属感熱板の間にヒ
ートシンカを配置することにより、両者の間の熱伝導を
良くできると共に均一にできるので、高速熱応答性が実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における接触型薄膜サーミ
スタの断面図

【図２】本発明の第２の実施例における接触型薄膜サー
ミスタの分解斜視図

【図３】従来の表面温度センサを示す断面図

【符号の説明】

６、６ａ　　貫通口 ７、７ａ　　導電性部材 １０、１０ａ　　板状金属リード線 １１、１１ａ　　接着性導電性焼結体 １２　　絶縁性支持体 １３　　硝子焼結体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄膜サーミスタ素子と一対の板状金属リー
   ド線と絶縁性支持体から構成され、前記薄膜サーミスタ
   素子は平板状アルミナ基板と、前記平板状アルミナ基板
   に設けられた一対の貫通口と、前記平板状アルミナ基板
   の一方の表面から他の表面にわたり電気的に導通して、
   前記貫通口を貫通して配置された一対の導電性部材と、
   前記平板状アルミナ基板の前記一方の表面に前記貫通口
   を含んで配置された一対の電極膜と、前記一対の電極膜
   に積層して配置された感温抵抗体膜とから構成され、前
   記一対の板状金属リード線は前記薄膜サーミスタ素子の
   前記平板状アルミナ基板の前記他の表面で前記一対の貫
   通口と対向するように配置され、前記一対の導電性部材
   と前記一対の板状金属リード線がそれぞれ接着性導電性
   焼結体で接続され、前記一対の板状金属リード線の接続
   された前記薄膜サーミスタ素子を前記絶縁性支持体の一
   方の表面に配置し、前記一対の板状金属リード線を含み
   前記薄膜サーミスタ素子の周囲を硝子焼結体で被覆した
   接触型薄膜サーミスタ。
2. 【請求項２】金属感熱板の上に絶縁性支持体を積層し、
   前記絶縁性支持体の端部を横切って金属バンドを配置し
   、前記金属バンドの両端を前記金属感熱板に溶接した請
   求項１記載の接触型薄膜サーミスタ。
3. 【請求項３】金属感熱板と絶縁性支持体の間にヒートシ
   ンカを配置した請求項２記載の接触型薄膜サーミスタ。