JP2015534082A - 温度プローブおよび温度プローブの製造方法 - Google Patents
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Abstract
少なくとも２つの第１のセラミック小板，これらの間に配設されている少なくとも１つの第２のセラミック小板，および２つの第３のセラミック小板を備えた温度プローブが提供される。２つのセラミック小板は、ＮＴＣセンサ素子が配設されている空隙部を備える。第２のセラミック小板と２つの第１のセラミック小板との間には、電極が配設されており、ＮＴＣセンサ素子の１つを電気的に接続している。第１のセラミック小板および第２のセラミック小板は、２つの第３のセラミック小板の間に配設されている。さらに第３のセラミック小板と第１のセラミック小板の間には、１つの電極が配設されており、ＮＴＣセンサ素子の１つと電気的に接続されている。ＮＴＣセンサ素子は、セラミック小板によって完全に包囲されており、第１，第２，第３のセラミック小板およびＮＴＣセンサ素子は、１つのセラミック体に焼結されている。さらに温度プローブの製造方法が提供される。【選択図】 図１Ｊ
Description
本発明は温度プローブおよび温度プローブの製造方法に関する。
監視および制御のために温度を測定することは、様々なアプリケーションを用いて行われており、たとえばセラミックの高温導電体サーミスタ素子（NTC thermistor、“negative temperature coefficient thermistor”），シリコン温度センサ（たとえばいわゆるＫＴＹ温度センサ），白金温度センサ（ＰＲＴＤ，“platinum resistance temperature detector”），または熱電対（ＴＣ，“Thermocouple”）を用いて行われている。充分な機械的剛性のため、外部の影響に対する保護のため、および侵食性の媒体による腐食を避けるため、およびＮＴＣ材料あるいは電極におけるガス雰囲気によって温度で左右される材質変化を避けるために、一般的にセラミックセンサ素子には、ポリマーまたはガラスからなるカバーが設けられている。このようなセンサ素子（複数）の最高使用温度は、ポリマー被覆の場合は約２００℃に制限されており、ガラス被覆の場合は約５００℃〜７００℃に制限されている。
ここに記載するセンサ素子（複数）は、しかしながら容易に非常に高い温度の測定およびまたはとりわけ侵食性の媒体における測定に連続的に使用することができる。しかしながら侵食性の媒体での使用を可能とするため、これらのセンサ素子は、しばしばプラスチックハウジングまたはステンレスハウジング内に組み入れられている。この素子への熱的接続を形成するため、追加として非常にしばしば埋込用材料（Vergussmaterialien）が用いられる。このように構築されたシステムの大きな欠点は、この追加の構造で決定される伝熱および使用される材料の小さな熱伝導によるこのシステムの応答時間の遅延である。
センサ素子のできる限り小さな抵抗許容誤差を達成するため、その製造においてこのセンサ素子をカバーする前に、この抵抗は機械加工、たとえばトリミング、グラインディングによって、あるいはガラスカバーのセンサ素子の場合には、テンパリング（Tempern）によって、再調整することができる。抵抗の再調整は、既にカバーされたセンサ（複数）ではしかしながら限定的に可能である。
本発明の少なくとも幾つかの実施形態の課題は、高い堅牢性および短い応答時間を備えた温度プローブを提供することである。さらに本発明のいくつかの実施形態での解決すべき課題は、温度プローブを製造する方法を提供することである。
これらの課題は、独立請求項に記載の物および方法によって解決される。本発明の有利な実施形態および変形実施例は、従属項および以下の記載と図から示される。
本発明の少なくとも１つの実施形態による温度プローブは、少なくとも２つの第１のセラミック小板（Keramikplattchen）を備え、これらのセラミック小板はそれぞれ１つの空隙部を備えている。これらの空隙部には、好ましくはそれぞれ１つのＮＴＣセンサ素子が配設されている。これらの空隙部は、たとえばそれぞれ１つの空洞部であってよく、この空洞部はこのセラミック小板の１つの表面からこれと反対側にあるこのセラミック小板のの１つの表面まで達している。これらの空隙部は、それぞれ横方向で、すなわち上記の第１のセラミック小板の主伸長方向に平行な方向で、それぞれの第１のセラミック小板の材料を包囲しており、こうしてそれぞれのＮＴＣセンサ素子が横方向でそれぞれの第１のセラミック小板の材料から包囲されている。さらにこの温度プローブは、少なくとも１つの第２のセラミック小板を備え、この第２のセラミック小板は第１のセラミック小板（複数）の間に配設されている。この第２のセラミック小板は、好ましくは２つの第１のセラミック小板の間に直に配設されており、すなわちこの２つの第１のセラミック小板の１つと第２のセラミック小板との間、およびこの第２のセラミック小板と上記のさらなる上記の２つの第１のセラミック小板と２つの第１のセラミック小板のもう１つとの間には、さらなるセラミック小板は全く配設されていない。この第２のセラミック小板と上記の２つの第１のセラミック小板との間には、それぞれ１つの電極が配設されており、これらの電極はそれぞれＮＴＣセンサ素子（複数）の１つを電気的に接続している。
この温度プローブは、さらに２つの第３のセラミック小板を備える。上記の第１のセラミック小板（複数）および第２のセラミック小板は、この２つの第３のセラミック小板の間に配設されている。ここで好ましくは、この第１のセラミック小板（複数）と第３のセラミック小板（複数）との間には、さらなるセラミック小板は全く配設されていない。これらの第１，第２，および第３のセラミック小板は、好ましくは１つの積層体を形成する。第３のセラミック小板（複数）と第１のセラミック小板（複数）との間にはそれぞれ１つの電極が配設されており、この電極は、それぞれＮＴＣセンサ素子（複数）の１つを電気的に接続している。第２のセラミック小板と第１のセラミック小板（複数）との間に配設された電極、および第１のセラミック小板（複数）と第３のセラミック小板（複数）との間に配設された電極は、たとえばＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，ＭｏおよびＷから選択された１つ以上の材料を含んでよく、またはそれらから成っていてよい。さらにこれらの電極は、たとえばＡｇＰｄのような合金を含んでよく、または合金から成っていてよい。たとえばこれらの電極は、シルクスクリーン印刷処理を用いて塗布されていてよい。
上記のＮＴＣセンサ素子（複数）は、好ましくはそれぞれ上記のセラミック小板によって完全に包囲される。具体的には、これらのＮＴＣセンサ素子は、それぞれ複数の側面を備え、これらの側面はそれぞれすべてセラミック小板で囲まれている。こうしてこれらのＮＴＣセンサ素子は、セラミック小板の内部に埋設することができる。さらに上記の第１のセラミック小板（複数），第２のセラミック小板，および第３のセラミック小板（複数）と上記のＮＴＣセンサ素子（複数）は、１つのセラミック体に焼結される。好ましくは上記の第１のセラミック小板（複数），第２のセラミック小板，および第３のセラミック小板（複数）と上記のＮＴＣセンサ素子（複数）は、１つの共通の焼結処理で上記のセラミック体に焼結され、ここでこれらのセラミック小板およびＮＴＣセンサ素子は、この共通な焼結処理の前にまだ焼結されていない材料として、たとえばセラミック小板の場合にはまだ焼結されていないセラミックシートとして、またはＮＴＣセンサ素子の場合にはまだ焼結されていないセラミックセンサ材料として、存在している。
ＮＴＣセンサ素子の利用によって本発明による温度プローブの製造コストを小さくすることができ有利である。ＮＴＣセンサ素子のさらにもう１つの利点は、たとえば熱電対または金属抵抗素子、たとえばＰｔ素子のように、顕著に負の抵抗温度特性を有していることである。
もう１つの実施形態によれば、本発明による温度プローブは、少なくとも３つの、複数の第１のセラミック小板と複数の第２のセラミック小板とを備える。これらの少なくとも３つの第１のセラミック小板は、それぞれ１つの空隙部を有し、これらのこれらの空隙部には１つのＮＴＣセンサ素子が配設されている。これらの第１および第２のセラミック小板（複数）は、交互に重なり合って上記の第３のセラミック小板（複数）の間に配設されている。この際各々の第２のセラミック小板は、直に２つの第１のセラミック小板の間に配設されている。さらにこれらの第２のセラミック小板（複数）と第３のセラミック小板（複数）との間には、それぞれ１つの電極がそれぞれのＮＴＣセンサ素子の接続のために配設されている。
もう１つの実施形態によれば、本発明による温度プローブは、少なくとも２つの第４のセラミック小板を備え、上記の第１，第２，および第３のセラミック小板は、これら少なくとも２つの第４のセラミック小板の間に配設されている。好ましくはこれらの２つの第４のセラミック小板は、それぞれ上記の第１のセラミック小板に向いていない上記の第３のセラミック小板の面と直に接して配設されている。たとえばこれらの第４のセラミック小板は、上記の第３のセラミック小板と同一の形状および大きさを有し、これらの第３のセラミック小板と全面的に結合されており、この際接触している第３および第４のセラミック小板の間には、さらなる素子は全く配設されていない。これらの第４のセラミック小板は、その間に配設されたセラミック小板（複数）および上記のＮＴＣセンサ素子（複数）と共に、上記のセラミック体に焼結される。本発明による温度プローブは、さらに加えて、さらなる第４のセラミック小板を備えてよく、ここで上記の第１のセラミック小板（複数），上記の第２のセラミック小板または上記の第２のセラミック小板（複数），上記の第３のセラミック小板（複数），および上記の第４のセラミック小板（複数）は、これらのさらなる第４のセラミック小板（複数）の間に配設されていてよい。これらのさらなる第４のセラミック小板は、好ましくは同様にその間に配設されたセラミック小板（複数）およびＮＴＣセンサ素子（複数）と共に焼結される。これらの第４のセラミック小板によって、この温度プローブの安定性と堅牢性を高めることができる。
もう１つの実施形態によれば、ＮＴＣセンサ素子（複数）は、Ｙ，Ｃａ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｏの元素を含むペロブスカイト構造を有する。さらにこれらのペロブスカイトをベースにしたＮＴＣセンサ素子は、元素Ｓｎを含んでよい。
もう１つの実施形態によれば、センサ素子（複数）は、それぞれ一般化学式ＡＢＯ3のペロブスカイト構造を有する１つのセラミック材料を含む。特に、高温での使用に適合した、高温安定な温度プローブとするには、このようなセラミック材料を有するＮＴＣセンサ素子が好ましい。とりわけ好ましくは、これらのセンサ素子は、（Ｙ1-xＣａx）（Ｃｒ1-yＡｌy）Ｏ3の組成を有し、ｘ＝０．０３〜０．０５およびｙ＝０．８５である。
もう１つの実施形態によれば、ＮＴＣセンサ素子（複数）は、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｏの元素を含むスピネル構造を有する。これらのスピネル構造をベースにしたＮＴＣセンサ素子は、さらに１つ以上の以下の元素を含んでよい。Ａｌ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃａ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｇ。
もう１つの実施形態によれば、センサ素子（複数）は、それぞれ一般化学式ＡＢ2Ｏ4あるいはＢ（Ａ，Ｂ）Ｏ4のスピネル構造を有する１つのセラミック材料を含む。このようなセラミック材料を有するＮＴＣセンサ素子（複数）は、特に様々な適用温度の温度プローブで有利である。１つのとりわけ好ましい実施形態によれば、これらのＮＴＣセンサ素子は、Ｃｏ3-(x+y)ＮｉxＭｎyＯ4の組成を有し、ｘ＝１．３２およびｙ＝１．３２である。
特にこれらのセンサ素子はすべて同じ材料を含んでよい。しかしながら、少なくとも２つのセンサ素子が異なる材料を含むことも可能である。
もう１つの実施形態によれば、上記のセラミック小板は、高い熱伝導性を有するセラミックを含み、あるいは高い熱伝導性を有するセラミックから成っていてよい。たとえばこれらのセラミック小板は、ＨＴＣＣタイプ（ＨＴＣＣ：高温同時焼成セラミック“high temperature co-fired ceramic”）を含んでよく、またはこれから成っていてよい。１つのとりわけ好ましい実施形態によれば、これらのセラミック小板は、酸化アルミニウムを含み、または酸化アルミニウムから成っている。この酸化アルミニウムは、少なくとも９５％〜９９．９％またはこれ以上の純度を有すると有利である。高い純度ではこの温度プローブの機械的強度および化学的耐性に関する堅牢性が増大するので有利である。特にＮＴＣセンサ素子がペロブスカイト構造のセラミックを含む場合には、これらのセラミック小板は、ＨＴＣＣタイプのセラミック、とりわけ酸化アルミニウムを含むことが好ましい。さらにスピネル構造を有するＨＴＣＣタイプのセラミックを用いることも可能である。
もう１つの実施形態によれば、セラミック小板（複数）は、ガラスセラミックを含み、またはガラスセラミックから成っている。たとえばこれらのセラミック小板は、ＬＴＣＣガラスセラミック（ＬＴＣＣ：低温同時焼成セラミック“low emperature co-fired ceramic”）を含んでよく、たとえばＬＴＣＣ−ＧＢＣ（ＧＢＣ：ガラス接合セラミクス“glass bonded ceramics”）を含んでよく、またはこれから成っていてよい。特にスピネル構造を有するＮＴＣセンサ素子では、ガラスセラミックを含むセラミック小板が好ましい。好ましくはこのガラスセラミックは、その焼結温度の観点からＮＴＣセンサ素子の焼結温度に合わせられている。
ここで記載する温度プローブは、このＮＴＣセンサ素子の完全セラミックカプセル化（vollkeramische Kapselung）によって、侵食性の媒体において１２００°までの温度でとりわけ長期間安定であり、有利である。
さらに完全セラミックカプセル化およびこれによるＮＴＣセンサ素子への材料結合のおかげで、応答時間は極めて小さく、セラミック小板の数，厚さ，および材料により、３秒より小さく、有利には１秒より小さくなる。セラミック小板の厚さが極めて薄い場合、および／または第４のセラミック小板の数が少ない場合には、温度プローブの応答時間は、ほんの数ミリ秒にさえなり得る。
もう１つの実施形態によれば、上記のセラミック小板は１０μｍ〜１００μｍの厚さを有する。もう１つのとりわけ好ましい実施形態によれば、セラミック小板は１５μｍ〜３０μｍの層厚を有する。以上により温度プローブの極めて小さな応答時間を達成することができ、有利である。
もう１つの実施形態によれば、ＮＴＣセンサ素子（複数）はそれぞれ、温度プローブの全ての表面への距離が少なくとも０．２ｍｍである。これによってこの温度プローブの充分な堅牢性を達成することができる。
もう１つの実施形態によれば、本発明による温度プローブは、セラミック体上に取り付けられた２つの接続キャップを備える。これらの接続キャップは、好ましくはそれぞれ少なくとも２つの電極と電気的に導通して接続されている。これらの接続キャップは、たとえば温度プローブの一端に取り付けられていてよく、それぞれこの温度プローブの４つの側面を部分的に覆っている。これらの接続キャップは、温度プローブの外部への電気的接続に用いられる。これらの接続キャップは、たとえば、メタライジングペーストへの浸漬処理，スパッタリング，フレーム溶射，またはプラズマ溶射を用いて製造されていてよい。
もう１つの実施形態によれば、本発明による温度プローブの抵抗は、上記の接続キャップの少なくとも１つの機械的加工によって、調整可能である。この機械的加工は、たとえばトリミングまたは研磨処理であってよい。抵抗誤差の調整のために、たとえば温度プローブの抵抗の定格温度で抵抗が測定され、同時にあるいは続いて少なくとも１つの接続キャップが、この抵抗が所望の誤差内となるまでグラインディング（abgeschliffen）される。この際１つ以上の電極への１つ以上の電気的接続が機械的に分離される。このようにして温度プローブは極めて小さい抵抗誤差で製造することができ、有利である。たとえば１％未満の誤差を達成することができ、有利には０．１％までの誤差を達成することができる。
さらに本発明は、および温度プローブの製造方法を提示する。この製造方法で製造された温度プローブは、上述の実施形態の１つ以上の特徴を備えることができる。以上および以下に記載する実施形態は、温度プローブに有効であり、およびまたこの圧力センサの製造方法にも同様に有効である。
もう１つの実施形態によれば、少なくとも２つの第１のセラミックシート，少なくとも１つの第２のセラミックシート，および少なくとも２つの第３のセラミックシートが準備される。これらのセラミックシートは、たとえばシート流し込み処理（Foliengiesprozess）またはシート引き出し処理（Folienziehprozess）を用いて、好ましくは有機バインダを利用して、製造されている。さらなる製造ステップにおいて、上記の第１のセラミックシートそれぞれに、１つの空隙部がパンチ加工される。これらの空隙部は、好ましくはそれぞれ１つの第１のセラミックシートの一方の表面から、このセラミックシート自身の反対側にあるもう一方の表面へ延伸する空洞部である。
もう１つの実施形態によれば、さらなる方法ステップにおいて、上記の第３のセラミックシートの１つの上に１つの電極が、たとえばシルクスクリーン印刷を用いて塗布される。続いてこの第３のセラミックシート上に上記の２つの第１のセラミックシートの１つが直に配設され、この際上記の第３のセラミックシートの１つに塗布された電極は、少なくとも部分的に上記の第１のセラミックシートの空隙部に配設されている。この後セラミックのセンサ材料がこの第１のシートの空隙部に塗布され、こうしてこのセラミックのセンサ材料は、上記の第３のセラミックシートの電極を少なくとも部分的に覆っている。好ましくはこの際このセラミックのセンサ材料は、シルクスクリーン印刷を用いて塗布される。これに続くステップにおいて、もう１つの電極が上記の第１のセラミックシート上にシルクスクリーン印刷を用いて、このもう１つの電極がこのセラミックのセンサ材料に接触するように塗布される。これに続いてこの第１のセラミックシート上に、上記の第２のセラミックシートが取り付けられる。
もう１つの実施形態によれば、さらなる方法ステップにおいて、上記の第２のセラミックシート上に、好ましくはシルクスクリーン印刷を用いて１つの電極が塗布される。つぎの方法ステップにおいて、もう１つの第１のセラミックシートが、この第２のセラミックシート上に塗布された電極が、このもう１つの第１のセラミックシートの空隙部内に配設されるように、この第２のセラミックシート上に取り付けられる。これに続いて再びセラミックのセンサ材料がこの空隙部に、このセラミックのセンサ材料がこの下にある電極と接続されるように、塗布される。さらなる方法ステップにおいて、この第１のセラミックシート上に、２つ目の第３のセラミックシートが取り付けられる。上記のこれらの方法ステップによって、重なって積層されたセラミックシートおよび埋め込まれたセンサ材料からなる複合体が生成される。１つのセラミックシートの、別のもう１つのセラミックシートへの配設は、たとえばラミネーションを用いて行うことができる。
もう１つの実施形態によれば、この重なって積層されたセラミックシートおよび埋め込まれたセンサ材料から生成された複合体は、押圧される。これによってより良好な材料結合を確実にすることができる。
もう１つの実施形態によれば、この重なって積層されたセラミックシートおよび埋め込まれたセンサ材料からなる複合体は、熱的な脱バインダ処理を用いて、有機成分が取り除かれる。
もう１つの実施形態によれば、この積層されたセラミックシートおよびセンサ材料からなる複合体は、共に焼結される。この際これらのセラミックシートは、上記の互いに結合されたセラミック小板となって焼結される。この焼結は、特に焼結後にＮＴＣセンサ素子を形成するセラミックのセンサ材料が「ＨＴＣＣ」タイプのセラミック、たとえばペロブスカイト構造またはスピネル構造を有する場合は、好ましくは１６００℃〜１７００℃の温度で行われる。代替として、この焼結は、特にセラミックのセンサ材料あるいはＮＴＣセンサ素子が「ＬＴＣＣ」タイプのセラミック、たとえばスピネル構造を有するセラミックを含む場合は、１２００℃〜１２５０℃の温度で行われる。
もう１つの実施形態によれば、この焼結の後で、少なくとも２つの接続キャップがセラミック体上に取り付けられる。このためこのセラミック体は、メタライジングペーストに浸漬され、付着したメタライジングペーストは続いて焼成される。もう１つの実施形態によれば、これらの接続キャップは、スパッタリング，フレーム溶射，またはプラズマ溶射を用いて取り付けられる。これらの接続キャップの各々は、好ましくは少なくとも２つの電極に接続している。これら２つの接続キャップを用いて、上記のＮＴＣセンサ素子が並列に接続される。これらの接続キャップは、上記のＮＴＣセンサ素子の外部への電気的接続に用いられる。
もう１つの実施形態によれば、上記の第１のセラミックシート（複数），第２のセラミックシート，および第３のセラミックシート（複数）の他に、さらに少なくとも２つの第４のセラミックシートが準備される。第３のセラミックシート上への第１のセラミックシートの配設のステップの前に行われる方法ステップにおいて、第３のセラミックシート（複数）の１つが、第４のセラミックシート上に直に配設される。さらにもう１つの第３のセラミックシートの、もう１つの第１のセラミックシート上への配設の後に行われる方法ステップにおいて、このもう１つの第３のセラミックシート上に直にもう１つの第４のセラミックシートが配設される。続いて上記の第１，第２，第３，および第４のセラミックシートから成る複合体が、上記で説明したセラミック小板を形成しながら、焼成される。この第４のセラミックシートは、ベースシート（Grundfolien）およびトップシート（Deckfolien）として機能し、温度プローブを有利に安定化する。
上記の第３のセラミックシート（複数）の間には、少なくとも３つの、複数の第１のセラミックシートおよび少なくとも２つの、複数の第２のセラミックシートが、少なくとも３つのセンサ素子が重なって配設されるために、上記で説明したように、交互に重なり合って取り付けられてよい。
もう１つの実施形態によれば、好ましくは定格温度で、温度プローブの抵抗が測定される。続いて機械的加工によって、この温度プローブの抵抗の接続キャップの少なくとも１つが調整される。この少なくとも１つの接続キャップは、この温度プローブの抵抗が誤差値内になるまでの間加工されてよい。この接続キャップの機械的加工は、たとえばグラインディング（Schleifen）またはトリミングによって行われてよい。
ここで説明したセラミック多層技術を用いて温度プローブを製造することによって、高い機械的強度を有する、極めて小さな形状の温度プローブを製造することができる。さらに、実現された安定したＮＴＣセンサ素子の被覆によって、媒体への長期耐性および堅牢性が良好な温度プローブが短い応答時間と共に達成される。たとえばここで記載する温度センサは、上記のセンサ素子（複数）の完全セラミックカプセル化によって、約１１００℃まで、特に侵食性の媒体あるいはガスにおいても使用可能である。さらに、極めて小さな抵抗誤差を有する温度プローブを製造することができ、有利であり、この抵抗誤差は接続キャップによって調整することができる。
もう１つの実施形態によれば、複数の温度プローブが生成され、ここで上記の第１のセラミックシート（複数）にそれぞれ複数の空隙部がパンチ加工され、この第１のセラミックシートを配設した後で、上記の複数の空隙部へそれぞれセラミックセンサ材料が記の第３のセラミックシート上に投入される。焼結処理および／または脱バインダ処理の前にセラミックシートからなる複合体は、裁断処理によって個々の素子に分離される。
本温度プローブのさらなる有利点および有利な実施形態を、図１Ａ〜６に記載した実施形態を参照して、以下に示す。
実施例及び図において、同等の、または同等に機能する構成要素には同じ参照符号が付されている。
図示されている要素及びそれら相互の大きさの関係は、基本的に寸法通りとはなっていない。
むしろたとえば層、部品および領域などの個々の要素をより見易くするため、および／またはより理解し易くするために誇張した厚さまたは大きさの寸法で示してある。
図示されている要素及びそれら相互の大きさの関係は、基本的に寸法通りとはなっていない。
むしろたとえば層、部品および領域などの個々の要素をより見易くするため、および／またはより理解し易くするために誇張した厚さまたは大きさの寸法で示してある。
図１Ａ〜１Ｊは、１つの実施例による温度プローブ１の製造方法を示す。ここでまず、それぞれ１つの空隙部１１０，１２０を備える２つの第１のセラミックシート１５，１６，１つの第２のセラミックシート２５，および２つの第３のセラミックシート３５，３６，またセラミックセンサ材料５０が準備される。これらのセラミックシート１５，１６，２５，３５，３６は、酸化アルミニウムを含んでいる。代替として、これらのセラミックシート１５，１６，２５，３５，３６は、別の、好ましくは熱伝導の良好なセラミック材料またはガラスセラミックを含んでいる。これらのセラミックシート１５，１６，２５，３５，３６は、たとえばシート流し込み処理またはシート引き出し処理を用いて製造されてよく、１０μｍ〜１００μｍの厚さを有し、好ましくは１５μｍ〜３０μｍの厚さを有する。
セラミックセンサ材料５０は、Ｙ，Ｃａ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｏの元素を含むペロブスカイト構造を有する。具体的には、このセラミックセンサ材料５０は、（Ｙ1-xＣａx）（Ｃｒ1-yＡｌy）Ｏ3の組成を有し、ｘ＝０．０３〜０．０５およびｙ＝０．８５である。代替としてこのセラミックセンサ材料５０は、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｏの元素を含むスピネル構造であってよい。このようなセラミックセンサ材料５０は、Ｃｏ3-(x+y)ＮｉxＭｎyＯ4の組成を有し、ｘ＝１．３２およびｙ＝１．３２である。
図１Ａに示されている第１の方法ステップにおいて、シルクスクリーン印刷処理を用いて１つの電極３１１が第３のセラミックシート３５の１つの上に塗布される。この後第１のセラミックシート１５の１つが、図１Ｂに示す方法ステップにおいて、このように１つの第３のセラミックシート３５上に取り付けられ、電極３１１は、少なくとも部分的に１つの第１のセラミックシート１５の空隙部１１０内に配設されている。図１Ｃに示されているさらなる方法ステップにおいて、セラミックセンサ材料５０は、空隙部１１０に投入されており、こうしてこのセラミックセンサ材料５０は電極３１１に接触する。続いて図１Ｄに示される方法ステップにおいて、再び電極２１１がシルクスクリーン印刷処理を用いて１つの第１のセラミックシート１５上に塗布され、こうしてこの電極２１１は、セラミックセンサ材料５０に接触する。続いて図１Ｅに示す方法ステップにおいて、第２のセラミックシート２５が、１つの第１のセラミックシート１５上に配設される。これに続く図１Ｆに示す方法ステップにおいて、１つの電極２１２が第２のセラミックシート２５上に塗布される。これに続いて、空隙部１２０を備えるさらなる第１のセラミックシート１６が、図１Ｇに示す方法ステップにおいて第２のセラミックシート２５上に取り付けられ、こうして電極２１２は、少なくとも部分的に空隙部１２０内に配設されている。図１Ｈに示されている方法ステップにおいて、再びセンサ材料５０が、シルクスクリーン印刷処理を用いて空隙部１２０の中へ投入される。図１Ｉに示されているさらなる方法ステップにおいて、さらなる第３のシート３６が、上記のさらなる第１のセラミックシート１６上に取り付けられる。続いて図１Ｊに示されている方法ステップにおいて、複数のセラミックシートからなる複合体が１つのセラミック体６に焼結され、ここで第１，第２，および第３のセラミックシート１５，１６，２５，３５，３６は互いに結合された第１，第２，および第３のセラミック小板１１，１２，２１，３１，３２に焼結される。セラミックセンサ材料５０は、焼結の際にＮＴＣセンサ素子５１，５２となる。
図１Ｄおよび１Ｅを参照して説明した方法ステップの代替として、既に電極２１１が印刷されている１つの第２のセラミックシート２５を、セラミックセンサ材料５０を有する上記の第１のセラミックシート１５上に配設することも可能である。
さらに図２に示されているように、２つの第４のセラミックシート４５，４６が準備され、上記の１つの第３のセラミックシート３５が、図１Ａに示された方法ステップの前に行われる１つの方法ステップにおいて第４のセラミックシート４５の１つの上に取付られることも可能である。これに続いて図１Ａ〜１Ｉを参照して既に説明した方法ステップが行われ、上記のセラミックシート（複数）からなる複合体の共焼結が行われる前のもう１つの方法ステップにおいて、上記のさらなるセラミックシート４６が上記のさらなるセラミックシート３６上に取り付けられる。第４のセラミックシート４５，４６は、複数のセラミックシートからなる複合体のボトムシート（Grundfolie）およびトップシート（Deckfolie）を形成する。続いてこれらのセラミックシート１５，１６，２２，３５，３６，４５，４６およびこれらのセラミックシート１５，１６，２２，３５，３６，４５，４６に埋め込まれたセンサ材料５０が共に焼結される。
この焼結はセラミック材料の選択により、「ＬＴＣＣ」タイプのセラミックの場合にはたとえば１１００℃〜１３００℃で行われ、たとえば１２００℃〜１２５０℃で行われる。代替としてこの焼結は、「ＨＴＣＣ」タイプのセラミックの場合には、１６００℃〜１７００℃で行われる。
続いて少なくとも２つの接続キャップ７１，７２がメタライジングペーストへの浸漬による浸漬処理を用いてセラミック体６上に塗布され、こうしてこれらの接続キャップ７１，７２はそれぞれ、電極２１１，２１２，３１１，３２１の少なくとも２つと電気的に導通して接続される。代替としてこれらの接続キャップ７１，７２は、スパッタリング，フレーム溶射，またはプラズマ溶射を用いても取り付けることができる。
この後で、このようにして製造された温度プローブ１の抵抗が定格温度で測定される。この後機械的加工によって上記の接続キャップ７１，７２の少なくとも１つが温度プローブ１の抵抗に調整され、この温度プローブ１の抵抗は所定の誤差値内となるまで調整される。この接続キャップ７１，７２の少なくとも１つの機械的加工は、たとえばグラインディングまたはトリミングによって行われてよい。この接続キャップ７１，７２の少なくとも１つの機械的加工では、電極２１１，２１２，３１１，３２１への１つ以上の接続が機械的に分離される。こうして１%未満の誤差に調整することができ、有利には０．１％までの誤差に調整することができる。
図３は、もう１つの実施例による温度プローブ１の断面図を示し、この温度プローブは、たとえば図１Ａ〜１Ｊを参照して説明した方法で製造することができる。この温度プローブ１は、３つの第１のセラミック小板１１，１２，１３を備え、これらはそれぞれＮＴＣセンサ素子５１，５２，５３の側部を包囲している。第１のセラミック小板１１，１２，１３の間には、それぞれ第２のセラミック小板２１，２２が配設されている。
図４は、１つの温度プローブ１を示し、この温度プローブは、たとえば図１Ａ〜１Ｊおよび２を参照して説明した方法によって製造することができる。この温度プローブ１は、１つのセラミック体６に焼結されたセラミック小板１１，１２，２１，３１，３２とこのセラミック体６に埋め込まれたＮＴＣセンサ素子５１，５２、およびこのセラミック体上に取り付けられた２つの接続キャップ７１，７２を備える。この温度プローブ１の外部寸法は、１０ｍｍ×１ｍｍ×０．４５ｍｍ（長さ×幅×高さ）となっており、ＮＴＣセンサ素子５１，５２は、それぞれこのセラミック体６の表面に対して少なくとも０．２ｍｍの距離を有している。
図５には、図４に示す温度プローブ１を部分的に切断した形状が示されている。ここで、複数の電極２１１，２１２，３１１，３２１はそれぞれ２つの接続キャップ７１，７２の１つと電気的に導通して接続されている。
図６は、図５に示す温度プローブ１の拡大断面図を示し、ここで温度プローブ１が追加的に複数の第４のセラミック小板４１，４２を備え、これらの第４のセラミック小板が第１のセラミック小板１１，１２，第２のセラミック小板２１，および２つの第３のセラミック小板３１，３２を包囲していることが分る。これによってこの温度プローブ１のとりわけ高い安定性および堅牢性が保証され得る。
この温度プローブ１は、セラミック多層技術を用いて実現される、ＮＴＣセンサ素子５１，５２の完全セラミックカプセル化によって、とりわけ小さな構造体を備えており、また非常に大きな機械的強度を有している。さらにこの温度プローブ１は、非常に小さな応答時間および接続キャップ７１，７２の機械的加工による抵抗誤差の調整の可能性を特徴としている。
図７には、ＮＴＣ１， ．．．ＮＴＣＮで示すＮ個のＮＴＣセンサ素子を有する１つの温度プローブ１の等価回路図が示されている。接続キャップ７１，７２の少なくとも１つを上記で説明した機械的加工することによって、抵抗の調整のために個々のＮＴＣセンサ素子５１，５２，５３を「遮断」することができる。
図示された実施例において記載された特徴は、他の実施例により互いに組み合わされてもよいが、このような組み合わせは図示されていない。代替としてまたは追加的に、図に示された実施例は、発明の概要に記載された実施例による他の特徴を備えてよい。
本発明は、実施例を参照した説明によってこれらの実施例に限定されているのではなく、すべての新規な特徴及び特徴のすべての組み合わせを包含する。これは具体的には請求項（複数）中の特徴のすべての組み合わせを含み、この特徴ないしこの組み合わせ自体が請求項（複数）ないし実施例中に明示されていない場合も含む。
１ ： 温度プローブ
１１，１２，１３ ： 第１のセラミック小板
１５，１６ ： 第１のセラミックシート
１１０，１２０，１３０ ： 空隙部
２１，２２ ： 第２のセラミック小板
２５，２６ ： 第２のセラミックシート
２１１，２１２，３１１，３２１ ： 電極
３１，３２ ： 第３のセラミック小板
３５，３６ ： 第３のセラミックシート
４１，４２ ： 第４のセラミック小板
４５，４６ ： 第４のセラミックシート
５１，５２，５３ ： ＮＴＣセンサ素子
５０ ： セラミックセンサ材料
６ ： セラミック体
７１，７２ ： 接続キャップ
１１，１２，１３ ： 第１のセラミック小板
１５，１６ ： 第１のセラミックシート
１１０，１２０，１３０ ： 空隙部
２１，２２ ： 第２のセラミック小板
２５，２６ ： 第２のセラミックシート
２１１，２１２，３１１，３２１ ： 電極
３１，３２ ： 第３のセラミック小板
３５，３６ ： 第３のセラミックシート
４１，４２ ： 第４のセラミック小板
４５，４６ ： 第４のセラミックシート
５１，５２，５３ ： ＮＴＣセンサ素子
５０ ： セラミックセンサ材料
６ ： セラミック体
７１，７２ ： 接続キャップ
Claims (15)
- 温度プローブ（１）であって、
それぞれ１つのＮＴＣセンサ素子（５１，５２）が配設されている１つの空隙部（１１０，１２０）を備えた、少なくとも２つの第１のセラミック小板（１１，１２）と、
前記第１のセラミック小板（１１，１２）の間に配設されている少なくとも１つの第２のセラミック小板（２１）であって、前記第２のセラミック小板（２１）と前記２つの第１のセラミック小板（１１，１２）との間にそれぞれ１つの電極（２１１，２１２）が配設されており、当該電極はそれぞれ前記ＮＴＣセンサ素子（５１，５２）の１つと電気的に接続している少なくとも１つの第２のセラミック小板（２１）と、
２つの第３のセラミック小板（３１，３２）であって、前記第１のセラミック小板（１１，１２）および前記第２のセラミック小板（２１）が当該２つの第３のセラミック小板（３１，３２）の間に配設されており、かつ当該第３のセラミック小板（３１，３２）と前記第１のセラミック小板（１１，１２）との間にはそれぞれ、１つの電極（３１１，３２１）が配設されており、当該電極はそれぞれ前記ＮＴＣセンサ素子（５１，５２）の１つと電気的に接続している２つの第３のセラミック小板（３１，３２）と、
を備え、
前記ＮＴＣセンサ素子（５１，５２）は、それぞれ完全にセラミック小板（１１，１２，２１，３１，３２）によって包囲されており、
前記第１のセラミック小板（１１，１２），前記第２のセラミック小板（２１），および前記第３のセラミック小板（３１，３２）、および前記ＮＴＣセンサ素子（５１，５２）は１つのセラミック体に焼結されている、
ことを特徴とする温度プローブ。 - 請求項１に記載の温度プローブにおいて、
それぞれ１つのＮＴＣセンサ素子（５１，５２，５３）が配設されている１つの空隙部（１１０，１２０，１３０）をそれぞれ備えた、少なくとも３つの複数の第１のセラミック小板（１１，１２，１３）と、
複数の第２のセラミック小板（２１，２２）と、
を備え、
前記第１のセラミック小板（１１，１２，１３）および前記第２のセラミック小板（２１，２２）は、交互に重なり合って前記第３のセラミック小板（３１，３２）の間に配設されており、
前記第２のセラミック小板（２１，２２）のそれぞれは、２つの前記第１のセラミック小板（１１，１２，１３）の間に直に配設されており、
前記第１のセラミック小板（１１，１２，１３）と前記第２のセラミック小板（２１，２２）との間にはそれぞれ、前記ＮＴＣセンサ素子（５１，５２，５３）の接続のための１つの電極（２１１，２１２）が配設されている、
ことを特徴とする温度プローブ。 - 請求項１または２に記載の温度プローブにおいて、
少なくとも２つの第４のセラミック小板（４１，４２）を備え、
前記第１のセラミック小板（１１，１２），前記第２のセラミック小板（２１），および前記第３のセラミック小板（３１，３２）は、前記少なくとも２つの第４のセラミック小板（４１，４２）の間に配設されており、
前記少なくとも２つの第４のセラミック小板（４１，４２）は、前記第１のセラミック小板（１１，１２），前記第２のセラミック小板（２１），および前記第３のセラミック小板（３１，３２）、および前記ＮＴＣセンサ素子（５１，５２）と共にセラミック体（６）に焼結されている、
ことを特徴とする温度プローブ。 - 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の温度プローブにおいて、
前記ＮＴＣセンサ素子（５１，５２）は、元素Ｙ，Ｃａ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｏを含むペロブスカイト構造か、または元素Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｏを含むスピネル構造を備えることを特徴とする温度プローブ。 - 請求項４に記載の温度プローブにおいて、
前記ＮＴＣセンサ素子（５１，５２）は、化学式（Ｙ1-xＣａx）（Ｃｒ1-yＡｌy）Ｏ3の組成を有し、ｘ＝０．０３〜０．０５およびｙ＝０．８５であるペロブスカイト構造を備えることを特徴とする温度プローブ。 - 請求項４に記載の温度プローブにおいて、
前記ＮＴＣセンサ素子（５１，５２）は、化学式ＣＯ3-(x+y)ＮｉxＭｎyＯ4の組成を有し、ｘ＝１．３２およびｙ＝１．３２であるスピネル構造を備えることを特徴とする温度プローブ。 - 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の温度プローブにおいて、
前記セラミック小板（１１，１２，２１，３１，３２，４１，４２）は、酸化アルミニウムまたはガラスセラミックを含み、あるいは酸化アルミニウムまたはガラスセラミックから成ることを特徴とする温度プローブ。 - 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の温度プローブにおいて、
前記セラミック体（６）上に取り付けられた２つの接続キャップ（７１，７２）を備え、
前記接続キャップはそれぞれ、少なくとも２つの電極（２１１，２１２，３１１，３２１）と電気的に導通して接続されている、
ことを特徴とする温度プローブ。 - 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の温度プローブにおいて、
前記セラミック小板（１１，１２，２１，３１，３２，４１，４２）は、１０μｍ〜１００μｍの厚さを有することを特徴とする温度プローブ。 - 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の温度プローブを製造するための方法であって、
前記セラミック小板（１１，１２，２１，３１，３２）が、セラミックシート（１５，１６，２５，３５，３６）と共に焼結されることによって１つのセラミック体（６）として製造されることを特徴とする方法。 - 請求項１０に記載の方法において、
前記焼結の後で、少なくとも２つの接続キャップ（７１，７２）が前記セラミック体（６）に取り付けられ、当該接続キャップによって前記ＮＴＣセンサ素子（５１，５２）が並列に接続されることを特徴とする方法。 - 請求項１０または１１に記載の方法において、
前記接続キャップ（７１，７２）は、前記セラミック体（６）のメタライジングペーストへの少なくとも部分的な浸漬，スパッタリング，フレーム溶射，またはプラズマ溶射を用いて取り付けられることを特徴とする方法。 - 請求項１１または１２に記載の方法において、前記接続キャップ（７１，７２）の少なくとも１つの機械的加工によって、前記温度プローブ（１）の抵抗が調整されることを特徴とする方法。
- 請求項１３に記載の方法において、
前記接続キャップ（７１，７２）の機械的加工は、グラインディングまたはトリミングによって行われることを特徴とする方法。 - 請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の方法において、
前記セラミックシート（１５，１６，２５，３５，３６）は、シート流し込み処理またはシート引き出し処理を用いて製造されることを特徴とする方法。
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