JP2020021861A - 温度検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】 検出すべき温度が１５０℃程度の比較的高温であっても、ジュメット線を使用する必要なくして、サーミスタチップの割れ、素子電極層及び／又はカバー電極層の剥離、或いはリード線の接続端部の離脱が発生することがない温度検出器を提供する。【解決手段】 温度検出器は、サーミスタ素子、サーミスタ素子の両面の各々に積層された素子電極層及び素子電極層に積層されたカバー電極層を備えたサーミスタチップと、サーミスタチップのカバー電極層に接続端部が接続されたリード線と、サーミスタチップ及びリード線の接続端部を被覆する絶縁性被覆部材とを含む。素子電極層は酸化ルテニウムとガラスフリットとを主成分としており、カバー電極層は順次に積層されたＣｒ薄膜、Ｃｕ薄膜及びＡｕ薄膜から構成されている。被覆部材は１５０℃以下での線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃／ｍ以下である。サーミスタチップの素子電極層は１０μｍより大きい厚さを有する。【選択図】 図２

Description

本発明は、サーミスタ素子を含む温度検出器、特に１５０℃程度の高温を測定するのに適したサーミシタ素子を含む温度検出器に関する。

周知の如く、検温素子としてサーミスタ素子を含む温度検出器が広く実用に供されている。下記特許文献１及び２には、サーミスタ素子、このサーミスタ素子の両面の各々に積層された素子電極層、及び素子電極層上に積層されたカバー電極層を備えた、温度検出器のためのサーミスタチップが開示されている。特許文献２に開示されているサーミスタチップにおいては、素子電極は酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）とガラスフリットとを主成分としており、５乃至１０μｍの厚さを有する。カバー電極は順次に積層されたＣｒ薄膜、Ｃｕ薄膜及びＡｕ薄膜から構成されており、Ｃｒ薄膜の厚さは１０乃至２０ｎｍ、Ｃｕ薄膜の厚さは３００乃至５００ｎｍ、Ａｕ薄膜の厚さは１０乃至２０ｎｍである。通常、サーミスタチップのカバー電極にはハンダ付けによってリード線の接続端部が接続され、そしてサーミスタチップ及びリード線の接続端部は絶縁性被覆部材によって覆われる。

特開平９−１８６００２号公報 特開２００７−１４１８８１号公報

而して、上記特許文献１及び２に開示されている上記のとおりの温度検出器は、検出すべき温度が１００℃程度以下である場合には、特に問題を発生することなく使用することができるが、検出すべき温度が１５０℃程度の高温である場合には、次のとおりの問題が発生する。サーミスタ素子、素子電極層、カバー電極層及び被覆部材間の１５０℃程度における線膨張係数の相異等に起因して、サーミスタチップの割れ、素子電極層及び／又はカバー電極層の剥離、或いはリード線の接続端部の離脱が発生する傾向がある。本発明者等の経験によれば、かような問題は、リード線の接続端部を直接カバー電極層に接続することに代えて、両者間に線膨張係数が比較的小さいジュメット線を介在せしめることによって、ある程度解決することができることが判明しているが、かような構成を採用すると製造工程が煩雑になると共に比較的高価なジュメット線を使用することに起因して製造コストが増大してしまう。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、検出すべき温度が１５０℃程度の比較的高温であっても、ジュメット線を使用する必要なくして、上記のとおりの問題の発生が回避される、新規且つ改良された温度検出器を提供することである。

本発明者等は鋭意研究及び実験の結果、驚くべきことに、酸化ルテニウムとガラスフリットとを主成分とする素子電極層の厚さを増大せしめて１０μｍよりも大きくすると共に、絶縁性被覆部材として１５０℃以下での線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃／ｍ以下である材料を選定することによって、上記主たる技術的課題を達成することができることを見出した。

即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を達成する温度検出器として、
サーミスタ素子、該サーミスタ素子の両面の各々に積層された素子電極層及び該素子電極層に積層されたカバー電極層を備えたサーミスタチップと、該サーミスタチップの該カバー電極層に接続端部が接続されたリード線と、該サーミスタチップ及び該リード線の接続端部を被覆する絶縁性被覆部材とを含み、該素子電極層は酸化ルテニウムとガラスフリットとを主成分としており、該カバー電極層は順次に積層されたＣｒ薄膜、Ｃｕ薄膜及びＡｕ薄膜から構成されている温度検出器において、
該被覆部材は１５０℃以下での線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃／ｍ以下であり、
該サーミスタチップの該素子電極層は１０μｍより大きい厚さを有する、
ことを特徴とする温度検出器が提供される。

好ましくは、該被覆部材は１５０℃以下での線膨張係数が３０ｐｐｍ／℃／ｍ以下である。該被覆部材は低線膨張率のエポキシ樹脂であるのが好適である。該サーミスタチップの該素子電極層は重量％で４０乃至６０の酸化ルテニウムを含有するのが好都合である。該サーミスタチップの該素子電極層の厚さは５０μｍより小さいのが望ましい。

後述する実施例及び比較例の記載から明確に理解されるとおり、本発明の温度測定器によれば、カバー電極層とリード線の接続端部との間にジュメット線を介在せしめる必要なくして、測定すべき温度が１５０℃程度の高温である場合でも、特に問題を発生することなく、充分良好に温度を検出することができる。

本発明に従って構成された温度検出器の好適実施形態に使用されているサーミスタチップを模式的に示す拡大正面図。 本発明に従って構成された温度検出器の好適実施形態を模式的に示す拡大断面図。

以下、本発明に従って構成された温度検出器の好適実施形態を図示する添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成された温度検出器の好適実施形態に使用されているサーミスタチップの断面が模式的に且つ拡大して図示されている。全体を番号２で示すサーミスタチップは、例えば平面図における寸法が１×１ｍｍ程度で、厚さが０．５ｍｍ程度である。サーミスタチップ２は検温素子としてサーミスタ素子４、このサーミスタ素子４の両面に積層された素子電極層６、及び素子電極層６上の積層されたカバー電極層８から構成されている。

サーミスタ素子４は周知の形態のものでよく、典型例としてはＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｎ、及びＣｕの各酸化物を主成分とするものを挙げることができる。

素子電極層６は酸化ルテニウム（Ｒｕ０_２）とガラスフリットとを主成分とするものであることが重要である。かような素子電極層６は、酸化ルテニウムとガラスフリットとを主成分とするペーストをスクリーン印刷法によってサーミスタ素子４の両面に塗布し、乾燥後８００乃至９００℃で焼き付けることによって好都合に形成することができる。素子電極層６の各々の厚さは１０μｍよりも大きいことが重要である。一方、素子電極層６の厚さが過大になると、サーミスタチップ２の厚さが過大になると共に酸化ルテニウム及びガラスフリットの使用料が過大になって製造コストが増加する故に、素子電極層６の厚さは１０μｍよりも大きいが５０μｍよりは小さいのが好適である。素子電極層６は重量％で４０乃至６０程度の酸化ルテニウムを含有しているのが望ましく、例えば重量％で５０の酸化ルテニウムと重量％で５０のガラスフリットから素子電極層６を形成することができる。

カバー電極層８は順次に積層されたＣｒ薄膜８ａ、Ｃｕ薄膜８ｂ及びＡｕ薄膜８ｃから構成されている。これらの薄膜８ａ、８ｂ及び８ｃは、蒸着、イオンプレーティング或いはスパッタリングによって形成することができる。Ｃｒ薄膜８ａの厚さは１０乃至２０ｎｍ、Ｃｕ薄膜８ｂの厚さは３００乃至５００ｎｍ、Ａｕ薄膜８ｃの厚さは１０乃至２０ｎｍ程度でよい。

図１と共に図２を参照して説明を続けると、サーミスタチップ２におけるカバー電極層８の各々の表面には、リード線１０の接続端部（即ち絶縁カバーが除去された端部）１０ａが接続されている。リード線１０は、通電線を絶縁カバーで被覆した通常の電線から構成されている。カバー電極層８の表面に対するリード線１０の接続端部１０ａの接続は、適宜のハンダを使用したハンダ接続によって遂行することができる。

サーミスタチップ２とリード線１０の接続端部（そしてまた、通常は、リード線１０の接続端部に隣接して位置する部分）は、絶縁性被覆部材１２によって被覆されている。かかる被覆部材１２は軟化乃至溶融状態の被覆材料を、サーミスタチップ２とリード線１０の接続端部（そしてまた、通常は、リード線１０の接続端部に隣接して位置する部分）の周囲に所要形状に配設し、次いで硬化せしめることによって形成することができる。被覆部材１２は、１５０℃以下での線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃／ｍ、好ましくは３０ｐｐｍ／℃／ｍ、以下であることが重要である。被覆部材１２を形成する材料の好適例としては、低線膨張率のエポキシ樹脂、例えばソマール株式会社から商品名「Ｅ−９２１３」として販売されているエポキシ樹脂を挙げることができる。

所望ならば、図２に図示する如く、サーミスタチップ２及びリード線１０の一部（上記接続端部１０ａ、及びこれに続く部分）をケース１４内に収容し、ケース１４の空間内に合成樹脂を充填することもできる。更に詳述すると、ケース１４は全体として円筒形状であり、一端（図２において左端）は円形端壁によって閉じられており、他端（図２において右端）は開放されている。サーミスタチップ２及びリード線１０の一部（上記接続端部１０ａとこれに続く部分）は、開放されている上記他端を通してケース１４内に挿入され、しかる後にケース１４内に軟化乃至溶融状態の合成樹脂１６が充填され固化される。ケース１４はポリエチレンテレフタレートの如き適宜の合成樹脂又は銅薄板の如き適宜の金属薄板から形成することができ、ケース１４内に充填される合成樹脂１６はフレキシブルエポキシ樹脂或いはシリコーン樹脂の如き適宜の合成樹脂でよい。

実施例１乃至６及び比較例１乃至５
図２に図示するとおりの形態（ケース１４及び合成樹脂１６は除く）の温度検出器を作成した。サーミスタ素子は株式会社大泉製作所から販売されているチップ型サーミスタ素子であり、平面図における寸法は１×１ｍｍで厚さは０．５ｍｍであった。素子電極層は重量％で５０の酸化ルテニウムと重量％で５０のガラスフリットとからなるペーストをスクリーン印刷法でサーミスタ素子の両面に塗布し約８５０℃で焼き付けて形成した。素子電極層の厚さは表１に記載のとおりであった。カバー電極層は蒸着によって順次に積層したＣｒ薄膜、Ｃｕ薄膜及びＡｕ薄膜から構成されており、Ｃｒ薄膜の厚さは０．０５μｍであり、Ｃｕ薄膜の厚さは０．４０μｍであり、Ａｕ薄膜の厚さは０．０１μｍであった。リード線の接続端部はＮＰ−５０３ハンダを使用してカバー電極層の表面に接続した。絶縁性被覆部材はエポキシ樹脂から構成されており、１５０℃以下での線膨張係数は表１のとおりであった。

上記のとおりの温度測定器を加熱炉内に収容し、炉内の温度を１５０℃に設定して１０００時間維持した。しかる後に炉から取り出して温度測定器の状態を観察した。表１における×は、５個の温度測定器の内の１個以上においてサーミスタチップの割れ、素子電極層及び／又はカバー電極層の剥離、或いはリード線の接続端部の離脱の問題が発生したことを示し、表１における△は上記問題の発生が明確ではないが若干の問題発生が疑われたことを示し、表１における○は５個の温度測定器のいずれにも上記のとおりの問題が発生しなかったことを示す。

２：サーミスタチップ
４：サーミスタ素子
６：素子電極層
８：カバー電極層
８ａ：Ｃｒ薄膜
８ｂ：Ｃｕ薄膜
８ｃ：Ａｕ薄膜
１０：リード線
１０ａ：リード線の接続端部
１２：絶縁性被覆部材

Claims (5)

1. サーミスタ素子、該サーミスタ素子の両面の各々に積層された素子電極層及び該素子電極層に積層されたカバー電極層を備えたサーミスタチップと、該サーミスタチップの該カバー電極層に接続端部が接続されたリード線と、該サーミスタチップ及び該リード線の接続端部を被覆する絶縁性被覆部材とを含み、該素子電極層は酸化ルテニウムとガラスフリットとを主成分としており、該カバー電極層は順次に積層されたＣｒ薄膜、Ｃｕ薄膜及びＡｕ薄膜から構成されている温度検出器において、
   該被覆部材は１５０℃以下での線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃／ｍ以下であり、
   該サーミスタチップの該素子電極層は１０μｍより大きい厚さを有する、
   ことを特徴とする温度検出器。
2. 該被覆部材は１５０℃以下での線膨張係数が３０ｐｐｍ／℃／ｍ以下である、請求項１記載の温度検出器。
3. 該被覆部材は低線膨張率のエポキシ樹脂である、請求項１又は２記載の温度検出器。
4. 該サーミスタチップの該素子電極層は重量％で４０乃至６０の酸化ルテニウムを含有する、請求項１から３までのいずれかに記載の温度検出器。
5. 該サーミスタチップの該素子電極層の厚さは５０μｍより小さい、請求項１から４までのいずれかに記載の温度検出器。