JPH05135907A - 接触型薄膜サーミスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高耐熱性で高速熱応答性を有する接触型薄膜
サーミスタの構成を提供する。 【構成】 薄膜サーミスタ素子は平板状アルミナ基板５
と、一対の貫通口６ａ、６ｂと、前記貫通口を貫通して
配置された一対の導電性部材８ａ、８ｂと、前記基板の
一方の表面に配置された一対の電極膜７ａ、７ｂと、感
温抵抗体膜９とから構成され、一対の板状金属リード線
１０ａ、１０ｂは前記薄膜サーミスタ素子の前記基板の
他の表面で前記一対の貫通口と対向して配置され、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接着
性導電性焼結体１１ａ、１１ｂ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
の前記一方の表面を絶縁性支持体１２の一方の表面に対
向して配置し、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。

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できるものであって、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して配置され、
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の
前記一方の表面を前記絶縁性支持体の一方の表面に対向
して配置し、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、
最高使用温度記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６ａ、６ｂを設けている。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６ａ、６ｂの直径は０．５
mm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６ａ、６ｂ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
ａ、７ｂを形成し、この後、貫通口用導電性ペーストを
貫通口６ａ、６ｂ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８ａ、８ｂを形成する。
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
ａ、７ｂと一対の導電性部材８ａ、８ｂとは、一対の導
電性部材８ａ、８ｂ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
素子を構成する。

【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６ａ、６ｂに形成された導電性部材８ａ、８ｂと接触
して一対の接続用導電性ペーストを塗布し、この後、一
対の板状金属リード線１０ａ、１０ｂ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１１ａ、１１ｂを形成する。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１０ａ、１０ｂ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の平板状アル
ミナ基板５の一方の表面を板状アルミナ絶縁性支持体１
２の一方の表面に対向して積層し、一対の板状金属リー
ド線１０ａ、１０ｂ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を形成する。一対の板状金属リード線１０ａ、１０
ｂ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７ａ、７ｂ、導電性部材８ａ、８ｂ、接着性導電
性焼結体１１ａ、１１ｂ、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
０−５００℃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
スタを密着させて、対象物の表面温度を測定する場合、
絶縁性支持体１２を対象物表面に密着させることにな
る。このとき板状金属リード線１０ａ、１０ｂと絶縁性
支持体１２の間に引っ張り応力の加わる場合が多い。こ
のような引っ張り応力が本発明の接触型薄膜サーミスタ
に加わった場合、板状金属リード線１０ａ、１０ｂがア
ルミナ基板５から剥離して、完全にオープン状態にあ
り、破壊する。このオープン状態は、電子回路で容易に
検出できるので、適切な処置、例えば測定中止など、が
実施できる。このことは実用上重要である。すなわち、
例えば、板状金属リード線１０ａ、１０ｂがアルミナ基
板５に接続されたままで、アルミナ基板５が絶縁性支持
体１２から剥離して破壊した場合、もはや対象物の表面
温度を検出できないにも拘わらず、温度検出機能自体は
正常であるので、この故障を電子回路で検出できないか
らである。

【００１４】また、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、上述した表面温度測定
のとき、これらセラミックが対象物表面に密着する。し
かし、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１４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１５ａ、１５ｂを配置した
後、一対の金属バンド１５ａ、１５ｂの両端を金属感熱
一対の１４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１４に金属バンド１５
ａ、１５ｂ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１４を密着させることになる。金属感熱板１４
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。

【００１５】しかし、絶縁性支持体１２を金属感熱板１
４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１４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１４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℃で安定である程度である。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１４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。

【００１６】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１０ａ、１０ｂは、直角に曲げら
れた形状を有しているが、直線的形状でもよいことは明
らかであろう。

【００１７】

【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。

【００１８】（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、ス
パッタ膜など無機物で構成されるので、耐熱性に優れ
る。

【００１９】（２）ＳｉＣスパッタ膜感温抵抗体膜を用
いることにより、高い使用温度が実現できる。

【００２０】（３）板状金属リード線と絶縁性支持体の
間に引っ張り応力が本発明の接触型薄膜サーミスタに加
わった場合、板状金属リード線がアルミナ基板から剥離
して、完全にオープン状態になり、破壊する。このオー
プン状態は、電子回路で容易に検出できる。

【００２１】（４）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。

【００２２】（５）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
スタの断面図である。

【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である。

【図３】従来の表面温度センサを示す断面図である。

【符号の説明】

６ａ、６ｂ 貫通口 ７ａ、７ｂ 厚膜電極膜 ８ａ、８ｂ 導電性部材 １０ａ、１０ｂ 板状金属リード線 １１ａ、１１ｂ 接着性導電性焼結体 １２ 絶縁性支持体 １３ 硝子焼結体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黄地 謙三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

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
   通口と対向して配置され、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の前記一方の表面を前記絶縁性
   支持体の一方の表面に対向して配置し、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】金属感熱板の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。