JPH0437001A - 薄膜抵抗体素子 - 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】 （技術分野） 本発明は薄膜抵抗体素子に係り、特に抵抗温度計や熱式
流量計等における検出素子等として好適に用いられる薄
膜抵抗体素子の改良に関するものである。

（背景技術） 従来から、セラミックス等の電気絶縁性材料からなる担
体の表面上に所定の電気抵抗体が配設されて成る構造を
有し、該抵抗体における抵抗値の温度依存性に基づいて
、流体等の温度を電気的に検出し得るようにした抵抗体
素子が知られており、抵抗温度計や熱式流量計等におけ
る検出素子などとして、用いられてきている。

ところで、かかる抵抗体素子としては、具体的には、例
えば、特開昭５６−１０８９０７号公報等に示されてい
る如き、電気抵抗体として白金等の金属細線を用い、該
金属細線を棒状のセラミックス担体の外周面上に巻回せ
しめて成る、巻線式構造のものが知られている。

ところが、このような巻線式抵抗体素子にあっては、高
抵抗値の抵抗体素子を得ることが難しいという欠点を有
していたのである。蓋し、かかる巻線式構造の抵抗体素
子では、直径が０．５　ｔｍで、長さが２ｍｍの円筒状
アルミナ担体を用い、該担体の外周面上に、直径が２０
μｍの白金線を３５μｍのピッチで巻き付けた場合に、
その抵抗値は約２０Ω程度となり、それ以上の抵抗値を
得るためには、アルミナ担体を大きくするか、或いは白
金線を細くする必要があるが、アルミナ担体を大きくす
ると、素子の熱容量が大きくなって、応答性１悪化する
という不具合が生じ、また白金線を細くすると、担体表
面への巻き付けが難しくなると共に、断線が生じ易くな
って、耐久性が低下してしまうといった問題が惹起され
ることとなるからである。

そこで、近年では、特開昭５２．−８２３７４号公報等
に示されているように、電気抵抗体として白金等の金属
薄膜を用い、該金属薄膜をセラミックス担体の表面上に
所定形状で形成して固着せしめて成る、薄膜式構造のも
のが好適に用いられるようになってきている。即ち、こ
のような薄膜抵抗体素子においては、金属薄膜の断面積
を小さく設定することが容易で、高抵抗値の抵抗体素子
を有利に得ることができるのであり、例えば、直径が０
．５　ｍで、長さが２ｍｌの円筒状アルミナ担体を用い
、該担体の表面上に、厚さが３０００〜６０００人程度
の白金薄膜発光パイラル状に形成する場合、該白金薄膜
におけるスパイラルピッチを調整することによって、数
Ωから約１０００Ωまでの抵抗値を、適宜設定すること
ができるのである。

しかしながら、かかる薄膜抵抗体素子にあっては、その
抵抗温度係数の値が、薄膜電気抵抗体として使用した金
属のバルク値よりも小さいために、各個体間における抵
抗温度係数のばらつきが大きいという不具合を有してい
たのである。

また、かかる問題に加えて、上述の如き薄膜抵抗体素子
においては、セラミックス担体に対する薄膜電気抵抗体
の付着強度が弱く、そのために製造過程において超音波
洗浄等を行なうと、薄膜電気抵抗体が担体から剥がれて
しまう恐れもあったのである。

（解決課Ｂ） ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を前景として
為されたものであって、その解決課題とするところは、
各個体間における抵抗温度係数のばらつきが有利に抑え
られ得ると共に、薄膜電気抵抗体のセラミックス担体に
対する付着強度の向上が達成され得る、改良された薄膜
抵抗体素子を提供することにある。

（解決手段） そして、かかる課題を解決するために、本発明にあって
は、アルミナ担体の表面に薄膜電気抵抗体が形成されて
成る’ｆＲＢ抵抗体素子において、前記アルミナ担体に
おける平均結晶粒子径を、０．４〜６μｍとしたことを
、その特徴とするものである。

（発明の具体的構成・実施例） すなわち、本発明は、前述の如き薄膜抵抗体素子につい
て、その材質や構造等に関し、本発明者らが各種の実験
を行ない、検討を加えた結果、為されたものであり、従
来から薄膜抵抗体素子の欠点とされていた抵抗温度係数
のばらつきや薄膜電気抵抗体の担体に対する付着強度が
、何れも、担体をアルミナにて形成した場合、該担体の
結晶粒径に関係するという、注目すべき事実が見い出さ
れ得たことに基づいて、完成されるに至ったものである
。

以下、本発明をより明らかにするために、本発明の具体
的構成について、実施例および比較例を用いた実験デー
タを示して、それを参照しつつ、詳細に説明することと
する。

先ず、第１図には、本発明が適用される′Ｆｊｉ膜抵抗
体素子の一興体例が示されている。かかる第１図におい
て、１０は、円筒形状を呈する担体であって、アルミナ
によって形成されている。また、該アルミナ担体１０の
外表面には、従来々同様に、白金やニッケル等からなる
所定幅の金属薄膜Ｊ２が螺旋状に設けられて固着されて
おり、薄膜電気抵抗体を構成している。なお、かかる金
属薄Ｍ１２は、例えば、アルミナ担体１０の表面に対し
て、金属薄膜を、スパッタリングや気相成長（ＣＶＤ）
、蒸着、メツキ等の物理的乃至は化学的方法によって、
所定厚さで形成、固着せしめた後、該薄膜を、レーザー
トリミング手法等にてスパイラル状にトリミングするこ
とによって、形成されることとなる。

また、かかるアルミナ担体１０の両側開口端部には、そ
れぞれ、ステンレススチールや白金等の導電性材料から
成る線状のり一ド１４が差し込まれ、それぞれ、白金な
どの導電性ペーストが焼き付けられて形成された接続部
１６によって、固着されていると共に、該接続部１６に
よって、かかるリード１４．１４が、それぞれ、金属薄
膜１２の端部に対して、電気的に導通されている。

さらに、このようなアルミナ単体１０上に形成された金
属薄膜１２の上には、金属薄膜１２が形成されたアルミ
ナ担体１０の外表面と接続部１６の外表面とを一体的に
覆うようにして、保護層としてのオーバーコートガラス
層１８が形成されている。

ところで、このような構造の薄膜抵抗体素子について、
本発明者らの研究により、アルミナ担体１０における平
均結晶粒子径と、抵抗温度係数のばらつきや、金属薄膜
１２の付着強度との関係が明らかとなったのであるが、
ここでは、先ず、その事実を示すために、平均結晶粒子
径が、０．１２μｍ、０．１９μｍ、０．４８μｍ、１
．２μｍ、２．２μｍ、８．０μｍ５１４μｍ、２８μ
ｍとされた、外径が０．５鴫で、長さが２膿のアルミナ
担体１０を、それぞれ複数個づつ作製した。なお、かか
るアルミナ担体１０における平均結晶粒子径としては、
表面上に一本の直線を引いたときに、該直線上にのる５
０個の粒子について、該直線上における粒子の長さを、
走査型電子顕微鏡写真で測定し、それらの平均値として
、算出されるものを採用した。

なお、かかる薄膜抵抗体素子の作製に際して、アルミナ
担体１０を与える焼成体における結晶粒径の大きさは、
一般に、アルミナ原料粉末の粒径や、それに加える焼結
助剤の種類と量、更にはアルミナの焼成温度や、焼成最
高温度の保持時間等を、適宜に調節することによって、
決定されることとなる。

具体的には、アルミナ担体１０を与える焼成体の結晶粒
径を小さくするには、小さな粒径のアルミナ原料粉末を
用いると共に、焼結助剤としでＭｇｏ、Ｓ　ｉ　Ｏｘ　
、Ｃａ　Ｏ等の粒成長を抑えるものを用いたり、焼結助
剤の添加量を多くしてアルミナ純度を低くしたり、焼成
温度を低く設定したり、焼成最高温度保持時間を短く設
定すること等によって、粒成長を抑えることが有効であ
る。一方、焼成体の結晶粒径を大きくするには、大きな
粒径のアルミナ原料粉末を用いたり、焼結助剤としてＴ
ｉＣ，、ＭｎＯ等の粒成長を助けるものを用いたり、焼
結助剤の添加量を少なくしてアルミナ純度を高くしたり
、焼成温度を高く設定したり、焼成最高温度保持時間を
長く設定すること等によって、粒成長を助けることが有
効である。

参考までに、得られたアルミナ担体１０の幾つかについ
て、その原料および焼成条件と焼成体における平均結晶
粒子径との関係を、下記第１表に示しておくこととする
。

次いで、このようにして得られた各種の平均結晶粒子径
のアルミナ担体１０に対して、それぞれの外周面上に、
膜厚が３０００〜６０００人程度の白金薄膜発光パッタ
リングにて形成し、更にそれをレーザーにてスパイラル
状にトリミングすることにより、目的とする金属薄膜（
抵抗体）１２を形成すると共に、該アルミナ担体１０の
両端部に対して、リード１４としてのステンレス線を、
白金とガラスとが所定の割合で混合された白金ペースト
にて形成した接続部１６によって、接続固定した。なお
、金属薄膜１２におけるスパイラルピッチは、薄膜抵抗
体素子に要求される電気抵抗値に応じて適宜決定される
ものであり、例えば、トリミング幅を２５μｍとした場
合、該金属薄膜１２０幅かを３００μｍ程度〜２０μｍ
程度とすることにより、数Ω〜数百Ω迄の電気抵抗値が
得られることとなる。

さらに、かかる金属薄膜１２およびリード１４が形成さ
れたアルミナ担体１０に対して、５分間の超音波洗浄を
実施した後、その表面にオーバ−コートガラス層１８を
、従来と同様に設けることにより、前述の如き構造の薄
膜抵抗体素子の各種のものを得た。

而して、このような各種の平均結晶粒子径のアルミナ担
体１０上に、金属薄膜１２を形成してなる各薄膜抵抗体
素子について、金属薄膜１２およびリード１４が形成さ
れたアルミナ担体１０に対して施される５分間の超音波
洗浄によって、該金属薄膜１２が剥離する割合を調べた
結果が、第２図に示されている。

かかる第２図に示された結果から、薄膜抵抗体素子を構
成するアルミナ担体１０における平均結晶粒子径を、６
μｍ以下とすることによって、かかるアルミナ担体１０
に対する金属薄膜１２の付着強度が有利に得られ、その
剥離が極めて効果的に防止され得ることが、明らかに認
められるのである。

また、上述の如くして得られた、各種の平均結晶粒子径
のアルミナ担体１０上に金属薄膜１２を形成してなる各
薄膜抵抗体素子について、抵抗温度係数を測定し、その
ばらつきの状態を評価した結果が、第３図に示されてい
る。なお、かかる抵抗温度係数の測定に際して、アルミ
ナ担体１０の結晶粒径が２８μｍのものにあっては、オ
ーバーコートガラス層１８の形成前における超音波洗浄
を実施せずに、製造したものを用いた。

かかる第３図に示された結果から、薄膜抵抗体素子を構
成するアルミナ担体１０における平均結晶粒子径を、０
．４μｍ以上とすることによって、得られる薄膜抵抗体
素子における抵抗温度係数のばらつきが、極めて有効に
抑えられ得ることが、明らかに認められるのである。

従って、これらの測定結果から明らかなように、素子の
担体をアルミナにて構成し、且つ該アルミナ担体におけ
る平均結晶粒子径を０．４〜６μｍとすることによって
、従来から薄膜抵抗体素子の欠点とされていた抵抗温度
係数のばらつきや薄膜電気抵抗体の担体に対する付着強
度の不足が、何れも、極めて有効に軽減乃至は防止され
得るのであり、それによって、優れた測定精度および耐
久性を有する薄膜抵抗体素子が有利に実現され得ると共
に、製造時における不良品の発生も効果的に防止され得
るのである。

また、このような本発明に係る薄膜抵抗体素子にあって
は、従来の薄膜抵抗体素子に比べて、構造の複雑化や製
造工程の増加等を伴うようなことがないのであり、製造
設備の改変等が必要とされることもなく、容易に製造す
ることが出来るといった、工業上の大きな利点をも有し
ているのである。

以上、本発明の具体的構成について詳述してきたが、本
発明は、上記の具体的説明によって何等限定的に解釈さ
れるものでは決してなく、当業者の知識に基づいて、種
々なる変更、修正、改良が加えられ得るものであり、ま
たそのような実施態様が、本発明の主旨を逸脱しない限
り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであること
が、理解されるべきである。

例えば、本発明が通用されるＦｉ［抵抗体素子の具体的
構造は、前記実施例のものに限定されるものではなく、
平板状のアルミナ担体における一方或いは両方の面に、
薄膜電気抵抗体を蛇行形態をもって形成せしめたもの等
、公知の各種の薄膜抵抗体素子に対して、何れも有利に
適用され得るものである。

また、薄膜抵抗体素子を構成する薄膜電気抵抗体やリー
ド、接続部等の各部材の材質も、前記実施例のものに限
定されるものではないことは、言うまでもないところで
ある。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明に従って構成さ
れた薄膜抵抗体素子にあっては、構造の複雑化等を何等
伴うことなく、従来から問題とされていた、抵抗温度係
数のばらつきや薄膜電気抵抗体の担体に対する付着強度
の不足が、何れも、極めて有効に軽減乃至は防止され得
るのであり、それによって、優れた測定精度および耐久
性を有する薄膜抵抗体素子が、有利に実現され得るので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が適用される薄膜抵抗体素子の一具体
例を示す縦断面図である。また、第２図は、実施例およ
び比較例として作製した、アルミナ担体の平均結晶粒子
径が異なる複数の薄膜抵抗体素子について、５分間の超
音波洗浄を実施した際における金属薄膜が剥離する割合
を調べた結果を示すグラフである。更に、第３図は、実
施例および比較例として作製した、アルミナ担体の平均
結晶粒子径が異なる複数の薄膜抵抗体素子について、抵
抗温度係数のばらつきを測定した結果を示すグラフであ
る。 １０：アルミナ担体　　１２：金属薄膜１４：リード　
　　　　１６：接続部 １８ニオ−バーコードガラス層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 アルミナ担体の表面に薄膜電気抵抗体を形成して成る薄
   膜抵抗体素子において、 前記アルミナ担体が、０．４〜６μｍの平均結晶粒径を
   有していることを特徴とする薄膜抵抗体素子。