JP3459174B2 - 温度センサ素子および同素子を備えた温度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度センサ素子、
および同素子を用いた温度センサに関するもので、特に
耐熱性、熱応答性、および信頼性に優れた温度センサに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題の観点から、自動車エン
ジンの排気ガスはできる限り浄化して大気中に放出する
ことが要求されている。そのために排気系統に触媒コン
バーターを取り付けて排気ガスを無害なガスに浄化して
排出している。その場合に浄化効率、すなわち触媒性能
を高めるには、触媒温度を正確に測定する必要がある。
そのための温度センサ素子は、耐熱性に優れ、熱応答性
が速く、抵抗値の経時変化の小さい信頼性の高いもので
あることが必要である。

【０００３】この種の温度センサ素子の１つとして、図
１６に示すような構成のものが知られている。この温度
センサ素子２００は、直線型、非直線型、負特性型また
は正特性型を示す感熱体２０１の焼結体と、一対の貴金
属のリード線２０２とを一体化したものである。この温
度センサ素子２００は、次のようにして製造される。す
なわち、所定の組成比になるように混合した原料を仮焼
成した後、それを粉砕した粉末を所定の形状に成形す
る。この成形体に貴金属のリード線２０２を挿入し、１
６００℃以上の高温で本焼成する。

【０００４】このようにして得られる温度センサ素子２
００を用いた温度センサの構造を図１７に示す。温度セ
ンサ素子２００の貴金属のリード線２０２を接続した一
対の引き出し用のリード線２０３は、金属製のハウジン
グ２０５内の電気絶縁碍子２０４に固定されている。ハ
ウジング２０５の一端には、素子２００を覆う耐熱金属
製のキャップ２０８が溶接してあり、ハウジング２０５
の他端には、被温度測定物に温度センサを固定するため
の金属製フランジ２０６が固定されている。２０７は、
リード線２０３と、ハウジング２０５およびフランジ２
０６と絶縁する電気絶縁碍子である（例えば、特開平６
−２８３３１０号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の温
度センサ素子を有する温度センサは、自動車の触媒コン
バーターに利用しようとすると、熱応答性が悪いという
問題があった。これは、感熱体２０１が焼結体であるた
めに、形状と熱容量が大きい上に、温度センサ素子２０
０に耐熱性のキャップ２０８をかぶせているからであ
る。また、この従来の温度センサから耐熱金属製のキャ
ップ２０８を除去すると、２本のリード線２０２の間に
排気ガス中のカーボンが付着し、リード線２０２間で短
絡するという問題があった。さらに、この温度センサを
高温で長時間使用すると、耐熱金属製のキャップ２０８
内の酸素が酸化によって吸収されて、キャップ２０８内
が還元雰囲気になり、感熱体２０１の抵抗値が変化する
という問題があった。

【０００６】本発明は、これらの問題点を解消するもの
で、耐熱性に優れ、熱応答性が速く、抵抗値が高温、還
元雰囲気で安定し、かつその経時変化の小さい信頼性の
高い温度センサ素子とそれを有する温度センサを提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、温度に応じて
電気抵抗が変化する感熱性材料の感熱膜と、前記感熱膜
と接触する少なくとも一対の電極膜と、前記感熱膜およ
び電極膜を支持する耐熱性絶縁材の基板と、前記感熱膜
および電極膜を前記電極膜のリード取り出し部を除いて
被覆する耐熱性絶縁材の膜を具備し、耐熱性絶縁材の別
の基板が、前記耐熱性絶縁材の膜に無機接着剤により接
着され、前記無機接着剤の一部が前記別の基板と前記基
板とにわたって存在し、前記耐熱性絶縁材の膜における
前記別の基板との対向部および側面部が前記無機接着剤
により覆われてなり、 前記電極膜のリード取り出し部を
除いて、前記耐熱性絶縁材の膜は、前記一対の基板に対
向する面部が前記一対の基板により覆われると共に、側
面部が前記無機接着剤により覆われ、 前記感熱膜は、前
記一対の基板に対向する面部が前記一対の基板により覆
われると共に、側面部が前記耐熱性絶縁材の膜および前
記無機接着剤により覆われ、前記感熱膜および前記耐熱
性絶縁膜が外気に接触しないように構成されたことを特
徴とする温度センサ素子である。又、本発明は、温度に
応じて電気抵抗が変化する感熱性材料の感熱膜と、前記
感熱膜と接触する拡散防止膜と、前記感熱膜および拡散
防止膜に接触する少なくとも一対の電極膜と、前記感熱
膜と拡散防止膜と電極膜とを支持する耐熱性絶縁材の基
板と、前記感熱膜、拡散防止膜および電極膜を前記電極
膜のリード取り出し部を除いて被覆する耐熱性絶縁材の
膜を具備し、 耐熱性絶縁材の別の基板が、前記耐熱性絶
縁材の膜に無機接着剤により接着され、前記無機接着剤
の一部が前記別の基板と前記基板とにわたって存在し、
前記耐熱性絶縁材の膜における前記別の基板との対向部
および側面部が前記無機接着剤により覆われ、 前記電極
膜のリード取り出し部を除いて、前記耐熱性絶縁材の膜
は、前記一対の基板に対向する面部が前記一対の基板に
より覆われると共に、側面部が前記無機接着剤により覆
われ、 前記感熱膜は、前記一対の基板に対向する面部が
前記一対の基板により覆われると共に、側面部が前記耐
熱性絶縁材の膜および前記無機接着剤により覆われ、前
記感熱膜および前記耐熱性絶縁膜が外気に接触しないよ
うに構成されたことを特徴とする温度センサ素子であ
る。

【０００８】ここで、感熱膜には、式（Ａｌ_1-xーyＣｒ_x
Ｆｅ_y）₂Ｏ₃（０．０５≦ｘ＋ｙ≦０．９５、０≦ｙ／
（ｘ＋ｙ）≦０．６）で、また拡散防止膜には、式（Ａ
ｌ_{1- xーy}Ｃｒ_xＦｅ_y）₂Ｏ₃（０≦ｘ＋ｙ≦ ０．９５）で
表される、ともにコランダム型結晶構造の酸化物が好適
に用いられる。

【０００９】また、本発明は、耐熱性絶縁材の基板と、
その基板上の一方の端部側に設けられた感熱性材料の感
熱膜と、前記基板上に長手方向に設けられ前記感熱膜に
接触する少なくとも一対の電極膜と、前記電極膜のリー
ド取り出し部を除いて前記感熱膜および電極膜を被覆す
る耐熱性電気絶縁膜を具備し、耐熱性絶縁材の別の基板
が、前記耐熱性絶縁材の膜に無機接着剤により接着さ
れ、前記無機接着剤の一部が前記別の基板と前記基板と
にわたって存在し、前記耐熱性絶縁材の膜における前記
別の基板との対向部および側面部が前記無機接着剤によ
り覆われ、前記電極膜のリード取り出し部を除いて、前
記耐熱性絶縁材の膜は、前記一対の基板に対向する面部
が前記一対の基板により覆われると共に、側面部が前記
無機接着剤により覆われ、前記感熱膜は、前記一対の基
板に対向する面部が前記一対の基板により覆われると共
に、側面部が前記耐熱性絶縁材の膜および前記無機接着
剤により覆われ、前記感熱膜および前記耐熱性絶縁膜が
外気に接触しないように構成された温度センサ素子と、
被温度測定物に温度センサを固定するための金属フラン
ジと、 前記温度センサ素子のリード取り出し部側を覆い
前記金属フランジに固定された金属ハウジングと、 前記
電極膜のリード取り出し部に接続されたリード線と、 前
記温度センサ素子の金属ハウジングから露出する部分を
覆うカバーと、 前記金属ハウジング内においてリード取
り出し部を前記金属ハウジングおよび金属フランジから
絶縁する電気絶縁碍子と、 を具備することを特徴とする
温度センサである。又、本発明は、耐熱性絶縁材の基板
と、前記基板上の一方の端部側に設けられた感熱性材料
の感熱膜と、前記感熱膜と接触する拡散防止膜と、前記
基板上に長手方向に設けられ感熱膜および拡散防止膜に
接触する少なくとも一対の電極膜と、前記電極膜のリー
ド取り出し部を除いて前記感熱膜、拡散防止膜および電
極膜を被覆する耐熱性絶縁膜を具備し、耐熱性絶縁材の
別の基板が、前記耐熱性絶縁材の膜に無機接着剤により
接着され、前記無機接着剤の一部が前記別の基板と前記
基板とにわたって存在し、而して、前記耐熱性絶縁材の
膜における前記別の基板との対向部および側面部が前 記
無機接着剤により覆われ、前記電極膜のリード取り出し
部を除いて、前記耐熱性絶縁材の膜は、前記一対の基板
に対向する面部が前記一対の基板により覆われると共
に、側面部が前記無機接着剤により覆われ、前記感熱膜
は、前記一対の基板に対向する面部が前記一対の基板に
より覆われると共に、側面部が前記耐熱性絶縁材の膜お
よび前記無機接着剤により覆われ、前記感熱膜および前
記耐熱性絶縁膜が外気に接触しないように構成された温
度センサ素子と、 被温度測定物に温度センサを固定する
ための金属フランジと、 前記温度センサ素子のリード取
り出し部側を覆い前記金属フランジに固定された金属製
ハウジングと、 前記電極膜のリード取り出し部に接続さ
れたリード線と、 前記温度センサ素子の金属ハウジング
から露出する部分を覆うカバーと、 前記金属ハウジング
内においてリード取り出し部を前記金属ハウジングおよ
び金属フランジから絶縁する電気絶縁碍子と、を具備す
ることを特徴とする温度センサである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の温度センサ素子は、上記
のように、基本的には電気絶縁性の基板、この基板上に
成膜によって形成された感熱膜、少なくとも一対の電極
膜、前記感熱膜と電極膜を電極膜のリード取り出し部を
除いて被覆する電気絶縁性膜、およびこれらの膜を形成
した面の上に電極膜のリード取り出し部を除いて無機接
着剤で接着した別の電気絶縁性の基板から構成される。
さらに、本発明の別の温度センサ素子は、上記のよう
に、基本的には電気絶縁性の基板、この基板上に薄膜形
成法によって形成された感熱膜、拡散防止膜、少なくと
も一対の電極膜、前記感熱膜、拡散防止膜と電極膜を電
極膜のリード取り出し部を除いて被覆する電気絶縁性
膜、およびこれらの膜を形成した面の上に、電極膜のリ
ード取り出し部を除いて無機接着剤で接着した別の電気
絶縁性の基板から構成される。

【００１１】感熱膜は、Ａｌ₂Ｏ₃にＣｒまたはＣｒとＦ
ｅを固溶したコランダム型結晶構造の酸化物で、式（Ａ
ｌ_1-xーyＣｒ_xＦｅ_y）₂Ｏ₃で表され、０．０５≦ｘ＋ｙ
≦０．９５、および０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．６を満足
条件において、後述の実施例のものと同等の熱応答性お
よび耐久性が得られる。また拡散防止膜は、Ａｌ₂Ｏ₃単
独か、もしくはＡｌ₂Ｏ₃にＣｒまたはＦｅまたはＣｒと
Ｆｅを固溶したコランダム型結晶構造の酸化物で、式
（Ａｌ_1-xーyＣｒ_xＦｅ_y）₂Ｏ₃で表され、０≦ｘ＋ｙ≦
０．９５を満足条件において、後述の実施例のものと同
等の熱応答性および耐久性が得られる。この感熱膜およ
び拡散防止膜の形成には、アルミニウム、クロム、鉄の
それぞれの有機金属化合物の単独または混合蒸気の原料
ガスと酸素ガスを用いたプラズマ有機金属化学蒸着（Ｍ
ＯＣＶＤ）法が好適に用いられる。

【００１２】基板および電気絶縁性膜には、特にアルミ
ナ（Ａｌ₂Ｏ₃）が好適に用いられる。この他炭化ケイ素
（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、ジルコニア（Ｚ
ｒＯ ₂）、シリカ （ＳｉＯ₂）、ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃
・２ＳｉＯ₂）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）、フ
ォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）、サイアロン
（Ｓｉ₃Ｎ₄・Ａｌ₂Ｏ₃）、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃等の耐熱性
電気絶縁材が用いられる。

【００１３】上記の基板を、膜を挟んで接着する無機接
着剤には、特にシリカ（ＳｉＯ₂）を主成分とする耐熱
性の封止ガラスの無機接着剤が好適に用いられる。この
他アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、シ
リカ （ＳｉＯ₂）、マグネシア（ＭｇＯ）の１種類以上
の混合物を主成分とし、そこに有機物のバインダーを混
合した耐熱性の無機接着剤が用いられる。

【００１４】電極膜には、白金、金、タンタル、レニウ
ム、オスミウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、
パラジウム、およびタングステンからなる群より選ばれ
た少なくとも一種の金属単体、二種以上の合金または化
合物の薄膜が用いられる。そして、これらの薄膜の形成
方法としては、後述の実施例に示すＲＦスパッタリング
法が好適に用いられる。その他、真空蒸着法、ＥＢ蒸着
法、対抗スパッタリング法またはペーストによるスクリ
ーン印刷法で形成することもできる。

【００１５】また、感熱膜、拡散防止膜および電気絶縁
性膜を形成する方法としては、後述の実施例に示すプラ
ズマＣＶＤ法が好適に用いられる。その他、熱ＣＶＤ
法、真空蒸着法、反応蒸着法、ＲＦスパッタリング法、
反応スパッタリング法および対抗スパッタリング法で形
成することもできる。なお、感熱膜および拡散防止膜に
ついては、結晶化のための熱処理温度を１０００℃〜１
３００℃とすることにより、同等の結晶性、熱応答性お
よび耐久性が得られる。

【００１６】本発明の温度センサ素子における感熱膜、
拡散防止膜、および電極膜の配置に関しては、いろいろ
な変形が可能である。すなわち、その第１の例は、耐熱
性絶縁材基板上に、感熱膜、および端部が感熱膜の上下
を挟む一対の電極膜、電極膜のリード取り出し部を除い
て被覆する電気絶縁性膜が設けられ、電極膜のリード取
り出し部を除いたこれらの膜の上に、耐熱性絶縁材基板
を接着した構成である。

【００１７】第２の例は、耐熱性絶縁材基板上に、第３
の電極膜、第３の電極膜を覆う感熱膜、および端部が感
熱膜の上面を覆う一対の電極膜、電極膜のリード取り出
し部を除いて被覆する電気絶縁性膜が設けられ、電極膜
のリード取り出し部を除いたこれらの膜の上に、耐熱性
絶縁材基板を接着した構成である。

【００１８】第３の例は、耐熱性絶縁材基板上に、一対
の電極膜、および前記一対の電極膜の端部を覆う感熱膜
が設けられ、さらに前記感熱膜上に前記電極膜とは接触
しない第３の電極膜、電極膜のリード取り出し部を除い
て被覆する電気絶縁性膜が設けられ、電極膜のリード取
り出し部を除いたこれらの膜の上に、耐熱性絶縁材基板
を接着した構成である。

【００１９】第４の例は、耐熱性絶縁材基板上に、第３
の電極膜、第３の電極膜を覆う拡散防止膜、拡散防止膜
を覆う感熱膜、および端部が感熱膜の上面を覆う一対の
電極膜、電極膜のリード取り出し部を除いて被覆する電
気絶縁性膜が設けられ、電極膜のリード取り出し部を除
いたこれらの膜の上に、耐熱性絶縁材基板を接着した構
成である。

【００２０】第５の例は、耐熱性絶縁材基板上に、一対
の電極膜、および前記一対の電極膜の端部を覆う拡散防
止膜、拡散防止膜上に前記一対の電極膜とは接触しない
感熱膜が設けられ、さらに前記感熱膜上に前記拡散防止
膜とは接触しない第３の電極膜、電極膜のリード取り出
し部を除いて被覆する電気絶縁性膜が設けられ、電極膜
のリード取り出し部を除いたこれらの膜の上に、耐熱性
絶縁材基板を接着した構成である。

【００２１】第６の例は、耐熱性絶縁材基板上に、拡散
防止膜と、拡散防止膜上の感熱膜、および端部が拡散防
止膜と感熱膜の上下を挟む一対の電極膜、電極膜のリー
ド取り出し部を除いて被覆する電気絶縁性膜が設けら
れ、電極膜のリード取り出し部を除いたこれらの膜の上
に、耐熱性絶縁材基板を接着した構成である。

【００２２】第１および第６の例では、一対の電極膜の
間隔が感熱膜、および拡散防止膜と感熱膜の厚さで規制
されるので、感熱膜の電気抵抗が高い場合に有効であ
る。

【００２３】第２、第３、第４および第５の例では、一
対の電極膜とは接触しない第３の電極膜を設けることに
よって、第１および第６の例と同じ効果をもたせるよう
にしたものである。

【００２４】第４、第５および第６の例では、感熱膜
と、基板上の電極膜の間に拡散防止膜を設けることによ
って、高温での電極の拡散によって生じる感熱膜の抵抗
値の低下を防ぎ、温度センサ素子の高温安定性と歩留ま
りの向上に有効である。

【００２５】第１、第２および第３の例では、感熱膜
と、電極膜のリード取り出し部を除いた電極膜と、電気
絶縁性膜を耐熱性絶縁材基板で挟み、耐熱性の無機接着
剤で接着することによって、大気中のみならず自動車排
気ガスなどの還元性ガス中での温度センサ素子の高温で
の抵抗値の安定性に有効である。

【００２６】第４、第５および第６の例では、拡散防止
膜と、感熱膜と、電極膜のリード取り出し部を除いた電
極膜と、電気絶縁性膜を耐熱性絶縁材基板で挟み、耐熱
性の無機接着剤で接着することによって、大気中のみな
らず自動車排気ガスなどの還元性ガス中での温度センサ
素子の高温での抵抗値の安定性に有効である。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、素子の構造を示す図面は、説明の便宜上の
ものであって、各要素のサイズや形状は必ずしも正確に
表されていない。

【００２８】（実施例１）図１は本実施例における感熱
膜を用いた温度センサ素子の断面図であり、図２はその
分解斜視図である。そして、図１は図２の点線で示す部
分で切った断面図である。このセンサ素子１は、アルミ
ナからなる細長い矩形の基板２、基板２上の一部に設け
た感熱膜３と、一端が感熱膜３を挟んで基板の長手方向
に伸長する一対の電極膜４ａ、４ｂ、および、感熱膜３
の全体と後記リード接合部を除いた電極膜４ａ、４ｂを
覆うアルミナからなる絶縁膜５、これら感熱膜３、一対
の電極膜４ａ、４ｂ、絶縁膜５の上に、後記リード接合
部を除いて無機接着剤６によって接着された、アルミナ
からなる細長い矩形の基板７から構成されている。

【００２９】基板２のサイズは、横幅２ｍｍ、長さ８０
ｍｍ、厚さ０．５ｍｍである。感熱膜３の大きさは１．
８×２．０ｍｍで、厚さは３μｍである。白金からなる
電極膜は、厚さが３０００オングストロームである。電
気絶縁膜５は、厚さが２μｍである。基板７のサイズ
は、横幅２ｍｍ、長さ７５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであ
る。

【００３０】図３は、この温度センサ素子１を備えた温
度センサを示す。温度センサ素子１は、その電極膜４
ａ、４ｂの露出した側が円筒形の金属製ハウジング１０
に挿入され、このハウジング１０内でさらに電気絶縁碍
子１１の穴１３内に挿入されている。そして、電極膜４
ａ、４ｂはそれぞれリード線１４ａ、１４ｂに接続され
ている。このリード線１４ａ、１４ｂは、電気絶縁碍子
１１および電気絶縁碍子１２を貫通し、リード線１５
ａ、１５ｂに接続されている。ハウジング１０は、電気
絶縁碍子１２を固定したフランジ１６に溶接によって取
り付けられている。また、ハウジング１０には、素子１
を外部衝撃から保護するための円筒形の穴あきカバー１
７が溶接されている。なお、ハウジング１０の素子１を
挿入する開口部および電気絶縁碍子１１の穴１３の開口
部は、素子１に密着する大きさとしてある。これによっ
て、素子１のリード取り出し部は外気との接触は実質的
になく、この構成によって、本実施例の温度センサは、
その温度センサ素子１の熱容量が小さく、しかも穴あき
カバー１７の中にあるため、感熱膜３が厚さ０．５ｍ
ｍ、幅２ｍｍの耐熱性絶縁材基板２および７を介して直
接外気の熱が伝わるため、高い応答性が期待できる。

【００３１】この温度センサ素子１の具体的な製造方法
を以下に説明する。本実施例においては、感熱膜３およ
び電気絶縁膜５はプラズマＣＶＤ法によって、また電極
膜４ａ，４ｂはＲＦスパッタリング法によってそれぞれ
形成した。

【００３２】まず、図５に示すＲＦスパッタリング装置
を用いて電極膜４ａを形成した。まず、チャンバー８１
内の基板ホルダー８２上に、アルミナ基板２と、さらに
その上にメタルマスク９１を取り付け、真空ポンプ８３
によってチャンバー８１内を２×１０^-4Ｐａにまで排気
しながら、ヒーター８４によって基板２を４００℃にま
で加熱した。基板温度が安定した後、スパッタガスであ
るアルゴンを供給路８５からチャンバー８１内に導入
し、真空度を１．０Ｐａに保ち、基板回転モーター８８
により基板ホルダー８２を５回転／分で回転させなが
ら、高周波電源８９を作動させて、白金のターゲット９
０を１０分間スパッタリングした。これによって、基板
２上の感熱膜３のメタルマスクで覆われていない部分
に、白金の電極膜４ａが形成された。

【００３３】次に、図４に示すプラズマＣＶＤ装置を用
いて感熱膜３を形成した。まず、チャンバー６１内の基
板ホルダー６２上に、電極膜４ａを形成したアルミナ基
板２およびその上にメタルマスク７３をセットし、真空
ポンプ６３によってチャンバー６１内を１Ｐａにまで排
気しながら、ヒーター６４によって基板２を４００℃に
まで加熱した。基板温度が安定した後、原料ガス供給装
置６５よりアルミニウムアセチルアセトナートの蒸気
を、原料ガス供給装置６６よりクロムアセチルアセトナ
ートの蒸気を、また原料ガス供給装置６７より鉄アセチ
ルアセトナートの蒸気を、それぞれキャリアガス（窒
素）によりチャンバー６１内に供給し、供給路６８から
の反応ガス酸素とともに供給ノズル６９によってアルミ
ナ基板２上に導入した。チャンバー６１内を１０Ｐａの
真空度に保ち、基板回転モーター７０により基板ホルダ
ー６２を６０回転／分で回転させながら、高周波電源７
１を作動させて、電極７２と基板ホルダー６２の間にプ
ラズマを２０分間発生させた。これによって、アルミナ
基板２上のメタルマスクで覆われていない部分に、アル
ミニウム、クロム、および鉄の酸化物からなる、Ａｌ：
Ｃｒ：Ｆｅの原子比が０．７０：０．２０：０．１０の
感熱膜３が形成された。こうして得られた感熱膜３を結
晶化するため、大気雰囲気にした電気炉内において１２
００℃で３時間熱処理した。その結果、アルミニウム、
クロム、および鉄の酸化物の、コランダム構造の薄膜が
得られた。

【００３４】次に、再び図５に示すＲＦスパッタリング
装置を用いて、前述と同じ方法で、電極膜４ｂを形成し
た。すなわち、チャンバー８１内の基板ホルダー８２上
に、電極膜４ａと、感熱膜３を形成したアルミナ基板２
と、さらにその上にメタルマスク９１を取り付け、真空
ポンプ８３によってチャンバー８１内を２×１０^-4Ｐａ
にまで排気しながら、ヒーター８４によって基板２を４
００℃にまで加熱した。基板温度が安定した後、スパッ
タガスであるアルゴンを供給路８５からチャンバー８１
内に導入し、真空度を１．０Ｐａに保ち、基板回転モー
ター８８により基板ホルダー８２を５回転／分で回転さ
せながら、高周波電源８９を作動させて、白金のターゲ
ット９０を１０分間スパッタリングした。これによっ
て、基板２上の感熱膜３上のメタルマスクで覆われてい
ない部分に、白金の電極膜４ｂが形成された。

【００３５】次に、再び図４のプラズマＣＶＤ装置を用
いて、アルミナ基板２上の感熱膜３および電極膜４ａ、
４ｂの特定部分にアルミナの電気絶縁膜５を形成した。
すなわち、チャンバー内の基板ホルダー６２上に、感熱
膜３および電極膜４ａ、４ｂが形成されたアルミナ基板
２と、メタルマスクを取り付け、チャンバー内を１Ｐａ
にまで排気しながら、ヒーターによって基板を４００℃
にまで加熱した。そして、原料供給装置６５より窒素を
キャリアガスとしてアルミニウムアセチルアセトナート
の蒸気を、また供給路６８より酸素をそれぞれ基板２上
に導入した。チャンバー内を８Ｐａの真空度に保ち、基
板ホルダー６４の回転速度を６０回転／分として、電極
７２と基板ホルダー６４の間にプラズマを２０分間発生
させた。こうしてアルミナの電気絶縁膜５を形成した。

【００３６】次に、この電気絶縁膜５の上に、シリカ
（ＳｉＯ₂）を主成分とする耐熱性の封止ガラスの無機
接着剤６を塗布し、その上に白金の電極膜４ａ、４ｂの
電極取り出し部分を覆わないようにアルミナ基板７を貼
り合わせ、電気炉にて大気中で１２００℃で２時間の熱
処理により硬化させ、感熱膜３および電気絶縁膜５が外
気に接触しないように基板同士を接着、密閉した。

【００３７】（比較例１）Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、および
Ｆｅ₂Ｏ₃を所定の割合で混合し、これを仮焼成した後、
粉砕し、その粉末を成形した。この成形体にリード線２
０２となる２本の白金製パイプを挿入し、１６００℃で
本焼成して、図１６に示すようなセンサ素子２００を作
製した。この感熱体２０１は、Ａｌ：Ｃｒ：Ｆｅの原子
比が０．７：０．１５：０．１５のコランダム型の結晶
構造の焼結体である。燒結体のサイズは、直径３．７ｍ
ｍ、厚さ２ｍｍの円盤である。この素子２００を用いて
図１７に示す構造の温度センサを作製した。

【００３８】上記実施例１の温度センサ素子１を用いた
温度センサと、比較例１の温度センサの熱応答性を次の
ようにして比較した。すなわち、温度センサの２本のリ
ード線をセンサ温度検出回路に接続し、そのセンサ温度
検出回路の出力端子にレコーダを接続した。そして、室
温の温度センサをあらかじめ１０００℃に保持した高温
槽に瞬時に入れて、測定温度がそれぞれ３５０℃、５０
０℃、または８００℃にまで上昇し一定値を示すまでの
時間を計測した。測定は５回行い、平均値で比較した。
測定結果を表１に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】表１に示すように、比較例１の温度センサ
の熱応答性は、室温から３５０℃、室温から５００℃、
および室温から８００℃に昇温する時間（熱応答性）
は、それぞれ５．０秒、８．３秒、および１２．５秒で
あった。これに対して、実施例１の温度センサの熱応答
性は、それぞれ２．６秒、４．２秒、および６．０秒で
あり、どの温度域においても実施例１の熱応答性が優れ
ていた。

【００４１】また、実施例１の温度センサの経時変化に
ついて調べるため、室温から８００℃までのヒートサイ
クルを１００回繰り返した後、再び上記の熱応答性を測
定した。その結果、室温から３５０℃、室温から５００
℃、および室温から８００℃に昇温する時間（熱応答
性）は、いずれも上記の測定結果の±０．５秒の範囲に
収まり、経時変化が認められないことが確認された。

【００４２】また、実施例１の温度センサの還元性ガス
中での安定性について調べるため、実施例１のアルミナ
の電気絶縁膜５を形成した後、アルミナ基板７を貼り合
わせない構成での温度センサ素子（ａ）と、無機接着剤
６によってアルミナ基板７を貼り合わせた温度センサ素
子（ｂ）を、還元性ガスである１％ブタンガス中で９０
０℃放置し、抵抗値変化を測定した。その結果、図１８
に示すように、温度センサ素子（ａ）は抵抗値が時間の
経過とともに＋２２０％まで増大したのに対して、温度
センサ素子（ｂ）は＋６％の変化にとどまり、アルミナ
基板７を貼り合わせることによる還元性ガス中での安定
性が向上することが確認された。

【００４３】（実施例２）図６および図７は本実施例の
温度センサ素子２１を示す。この温度センサ素子２１
は、アルミナからなる細長い矩形の基板２２上に、白金
からなる第３の電極膜２６０を設け、その上に順次感熱
膜２３、電極膜２４ａと２４ｂ、およびアルミナからな
る電気絶縁膜２５を設け、電極膜２４ａと２４ｂのリー
ド接合部以外を無機接着剤２６によってアルミナからな
る細長い矩形の基板２７を接着したものである。基板２
２のサイズは、横幅２ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚さ０．５
ｍｍである。第３の電極膜２６０の大きさは１．７×
１．８ｍｍであり、厚さは３０００オングストロームで
ある。感熱膜３の大きさは１．８×２．０ｍｍで、厚さ
は３μｍである。電極膜２４ａと２４ｂの厚さは３００
０オングストロームで、感熱膜上の間隔は０．５ｍｍ、
基板上の間隔は１．０ｍｍである。基板２７のサイズ
は、横幅２ｍｍ、長さ７５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであ
る。この構成によると、一対の電極膜２４ａ、２４ｂ間
の電流は、電極膜２４ａ−感熱膜２３−電極膜２６０−
感熱膜２３−電極膜２４ｂと流れるから、電極膜２４
ａ、２４ｂと電極膜２６０間の感熱膜２３の抵抗値を測
定できる。従って、感熱膜２３の抵抗値が高い場合に有
効である。これらの膜の成膜方法および基板２７の接着
方法は、成膜の順番が異なる以外は実施例１と全く同じ
である。

【００４４】この温度センサ素子２１を用いて図３のよ
うな温度センサを作製した。この温度センサについて、
実施例１と同様にして熱応答性を調べた。その結果を表
１に示す。表１から明らかなように、どの温度域におい
ても比較例に比べて熱応答性が優れている。また、実施
例１と同様に、室温から８００℃までのヒートサイクル
を１００回繰り返した後、熱応答性を調べた結果、室温
から３５０℃、５００℃、および８００℃に昇温する時
間は、いずれも±０．４秒の範囲に収まり、経時変化が
認められないことが確認された。また、実施例１と同様
に、還元性ガス中での安定性について調べるため、実施
例２のアルミナの電気絶縁膜２５を形成した後、アルミ
ナ基板２７を貼り合わせない構成での温度センサ素子
（ｃ）と、無機接着剤６によってアルミナ基板７を貼り
合わせた温度センサ素子（ｄ）を、実施例１と同じ方法
で抵抗値変化を測定した。その結果、図１９に示すよう
に、温度センサ素子（ｃ）は抵抗値が時間の経過ととも
に＋２４０％まで増大したのに対して、温度センサ素子
（ｄ）は＋７％の変化にとどまり、アルミナ基板２７を
貼り合わせることによる還元性ガス中での安定性が向上
することが確認された。

【００４５】（実施例３）図８および図９は本実施例の
温度センサ素子３１を示す。この温度センサ素子３１
は、アルミナからなる基板３２上に、順次電極膜３４
ａ、３４ｂ、感熱膜３３、第３の電極膜３６、およびア
ルミナからなる電気絶縁膜３５を設け、電極膜３４ａと
３４ｂのリード接合部以外を無機接着剤３７によってア
ルミナからなる細長い矩形の基板３８を接着したもので
ある。それぞれの基板、電極膜感熱膜の大きさ、厚みの
サイズは実施例２と同様である。この構成によると、一
対の電極膜３４ａ、３４ｂ間の電流は、電極膜３４ａ−
感熱膜３３−電極膜３６−感熱膜３３−電極膜３４ｂと
流れるから、電極膜３４ａ、３４ｂと電極膜３６間の感
熱膜３３の抵抗値を測定できる。従って、感熱膜３３の
抵抗値が高い場合に有効である。これらの膜の成膜方法
および基板３８の接着方法は、成膜の順番が異なる以外
は実施例１および２と全く同じである。

【００４６】この温度センサ素子３１を用いて図３のよ
うな温度センサを作製した。この温度センサについて、
実施例１と同様にして熱応答性を調べた。その結果を表
１に示す。表１から明らかなように、どの温度域におい
ても比較例に比べて熱応答性が優れている。また、実施
例１と同様に、室温から８００℃までのヒートサイクル
を１００回繰り返した後、熱応答性を調べた結果、室温
から３５０℃、５００℃、および８００℃に昇温する時
間は、いずれも±０．５秒の範囲に収まり、経時変化が
認められないことが確認された。また、実施例１と同様
に、還元性ガス中での安定性について調べるため、実施
例３のアルミナの電気絶縁膜３５を形成した後、アルミ
ナ基板３７を貼り合わせない構成での温度センサ素子
（ｅ）と、無機接着剤６によってアルミナ基板７を貼り
合わせた温度センサ素子（ｆ）を、実施例１と同じ方法
で抵抗値変化を測定した。その結果、図２０に示すよう
に、温度センサ素子（ｅ）は抵抗値が時間の経過ととも
に＋２３０％まで増大したのに対して、温度センサ素子
（ｆ）は＋５％の変化にとどまり、アルミナ基板３７を
貼り合わせることによる還元性ガス中での安定性が向上
することが確認された。

【００４７】（実施例４）図１０および図１１は本実施
例における温度センサ素子１１１を示す。このセンサ素
子１１１は、アルミナからなる細長い矩形の基板１１
２、基板１１２上に設けた第３の電極膜１１６、電極膜
全体を覆う拡散防止膜１１７、拡散防止膜全体を覆う感
熱膜１１３、一端が感熱膜１１３に接触して基板の長手
方向に伸長する一対の電極膜１１４ａ、１１４ｂ、およ
び、感熱膜１１３の全体とリード接合部を除いた電極膜
１１４ａ、１１４ｂを覆うアルミナからなる絶縁膜１１
５、電極膜１１４ａと１１４ｂのリード接合部以外を無
機接着剤１１８によって接着したアルミナからなる細長
い矩形の基板１１９から構成されている。基板１１２の
サイズは、横幅２ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ
である。第３の電極膜１１６の大きさは１．７×１．８
ｍｍで、厚さは３０００オングストロームである。拡散
防止膜１１７の大きさは１．８×２．０ｍｍで、厚さは
２μｍである。感熱膜１１３の大きさは１．９×２．２
ｍｍで、厚さは３μｍである。白金からなる一対の電極
膜１１４ａ，１１４ｂは、感熱膜１１３上における電極
膜間隔は０．５ｍｍであり、基板上の間隔は１．０ｍ
ｍ、厚さは５μｍである。電気絶縁膜１１５は、厚さが
３μｍである。基板１１９のサイズは、横幅２ｍｍ、長
さ７５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍである。

【００４８】この温度センサ素子１１１の具体的な製造
方法を以下に説明する。本実施例においては、拡散防止
膜１１７、感熱膜１１３、および電気絶縁膜１１５はプ
ラズマＣＶＤ法によって、また第３の電極膜１１６はＲ
Ｆスパッタリング法によって、また一対の電極膜１１４
ａ、１１４ｂは白金ペーストを印刷する方法によってそ
れぞれ形成した。

【００４９】図５に示すＲＦスパッタリング装置を用い
て第３の電極膜１１６を形成した。まず、チャンバー８
１内の基板ホルダー８２上に、アルミナ基板１１２と、
さらにその上にメタルマスク９１を取り付け、真空ポン
プ８３によってチャンバー８１内を２×１０^-4Ｐａにま
で排気しながら、ヒーター８４によって基板１１２を４
００℃にまで加熱した。基板温度が安定した後、スパッ
タガスであるアルゴンを供給路８５からチャンバー８１
内に導入し、真空度を１．０Ｐａに保ち、基板回転モー
ター８８により基板ホルダー８２を５回転／分で回転さ
せながら、高周波電源８９を作動させて、白金のターゲ
ット９０を１０分間スパッタリングした。これによっ
て、基板１１２上のメタルマスクで覆われていない部分
に、白金の電極膜１１６が形成された。次に、図４に示
すプラズマＣＶＤ装置を用いて、電極膜１１６の付いた
アルミナ基板１１２上に拡散防止膜１１７を形成した。
まず、チャンバー６１内の基板ホルダー６２上に、電極
膜１１６の付いたアルミナ基板１１２およびその上にメ
タルマスク７３をセットし、真空ポンプ６３によってチ
ャンバー６１内を１Ｐａにまで排気しながら、ヒーター
６４によって基板１１２を４００℃にまで加熱した。基
板温度が安定した後、原料ガス供給装置６５よりアルミ
ニウムアセチルアセトナートの蒸気を、原料ガス供給装
置６６よりクロムアセチルアセトナートの蒸気を、また
原料ガス供給装置６７より鉄アセチルアセトナートの蒸
気を、それぞれキャリアガス（窒素）によりチャンバー
６１内に供給し、供給路６８からの反応ガス酸素ととも
に供給ノズル６９によってアルミナ基板１１２上に導入
した。チャンバー６１内を１０Ｐａの真空度に保ち、基
板回転モーター７０により基板ホルダー６２を６０回転
／分で回転させながら、高周波電源７１を作動させて、
電極７２と基板ホルダー６２の間にプラズマを２０分間
発生させた。これによって、アルミナ基板２上のメタル
マスクで覆われていない部分に、アルミニウム、クロ
ム、および鉄の酸化物からなる、Ａｌ：Ｃｒ：Ｆｅの原
子比が０．８０：０．１５：０．０５の拡散防止膜１１
７が形成された。こうして得られた拡散防止膜１１７を
結晶化するため、大気雰囲気にした電気炉内において１
２００℃で３時間熱処理した。その結果、アルミニウ
ム、クロム、および鉄の酸化物の、コランダム構造の薄
膜が得られた。

【００５０】次に、同じ図４に示すプラズマＣＶＤ装置
を用いて、拡散防止膜１１７および電極膜１１６の付い
たアルミナ基板１１２上に感熱膜１１３を形成した。す
なわち、チャンバー６１内の基板ホルダー６２上に、拡
散防止膜１１７および電極膜１１６の付いたアルミナ基
板１１２およびその上にメタルマスク７３をセットし、
真空ポンプ６３によってチャンバー６１内を１Ｐａにま
で排気しながら、ヒーター６４によって基板１１２を４
００℃にまで加熱した。基板温度が安定した後、原料ガ
ス供給装置６５よりアルミニウムアセチルアセトナート
の蒸気を、原料ガス供給装置６６よりクロムアセチルア
セトナートの蒸気を、また原料ガス供給装置６７より鉄
アセチルアセトナートの蒸気を、それぞれキャリアガス
（窒素）によりチャンバー６１内に供給し、供給路６８
からの反応ガス酸素とともに供給ノズル６９によってア
ルミナ基板１１２上に導入した。チャンバー６１内を１
０Ｐａの真空度に保ち、基板回転モーター７０により基
板ホルダー６２を６０回転／分で回転させながら、高周
波電源７１を作動させて、電極７２と基板ホルダー６２
の間にプラズマを２０分間発生させた。これによって、
アルミナ基板２上のメタルマスクで覆われていない部分
に、アルミニウム、クロム、および鉄の酸化物からな
る、Ａｌ：Ｃｒ：Ｆｅの原子比が０．７０：０．２０：
０．１０の感熱膜１１３が形成された。こうして得られ
た感熱膜１１３を結晶化するため、再び大気雰囲気にし
た電気炉内において１２００℃で３時間熱処理した。そ
の結果、アルミニウム、クロム、および鉄の酸化物の、
コランダム構造の薄膜が得られた。

【００５１】次に、一対の電極膜１１４ａ、１１４ｂを
Ｐｔペーストを印刷する方法によって形成した。すなわ
ち、電極膜１１６、拡散防止膜１１７、感熱膜１１３の
形成されたアルミナ基板１１２上の所定の場所に、スク
リーン印刷によって一対の電極膜１１４ａ、１１４ｂの
パターンを印刷した。１５０℃乾燥器中でペースト中の
溶剤を蒸発、乾燥させた後、大気雰囲気にした電気炉内
において１２００℃で１０分間熱処理して焼結させ、Ｐ
ｔによる電極膜１１４ａ、１１４ｂを形成した。

【００５２】次に、再び図４のプラズマＣＶＤ装置を用
いて、アルミナ基板１１２上の電極膜１１６、拡散防止
膜１１７、感熱膜１１３および電極膜１１４ａ、１１４
ｂの特定部分にアルミナの電気絶縁膜１１５を形成し
た。すなわち、チャンバー内の基板ホルダー６２上に、
電極膜１１６、拡散防止膜１１７、感熱膜１１３および
電極膜１１４ａ、１１４ｂが形成されたアルミナ基板１
１２と、メタルマスクを取り付け、チャンバー内を１Ｐ
ａにまで排気しながら、ヒーターによって基板を４００
℃にまで加熱した。そして、原料供給装置６５より窒素
をキャリアガスとしてアルミニウムアセチルアセトナー
トの蒸気を、また供給路６８より酸素をそれぞれ基板２
上に導入した。チャンバー内を８Ｐａの真空度に保ち、
基板ホルダー６４の回転速度を６０回転／分として、電
極７２と基板ホルダー６４の間にプラズマを２０分間発
生させた。こうしてアルミナの電気絶縁膜１１５を形成
した。

【００５３】次に、この電気絶縁膜１１５の上に、シリ
カ（ＳｉＯ₂）を主成分とする耐熱性の封止ガラスの無
機接着剤１１８を塗布し、その上に白金の電極膜１１４
ａ、１１４ｂの電極取り出し部分を覆わないようにアル
ミナ基板１１９を貼り合わせ、電気炉にて大気中で１２
００℃で２時間の熱処理により硬化させ、感熱膜１１３
および電気絶縁膜１１５が外気に接触しないように基板
同士を接着、密閉した。 この温度センサ素子１１１の
構成によると、一対の電極膜１１４ａ、１１４ｂ間の電
流は、電極膜１１４ａ−感熱膜１１３−拡散防止膜１１
７−電極膜１１６−拡散防止膜１１７−感熱膜１１３−
電極膜１１４ｂと流れるから、電極膜１１４ａ、１１４
ｂと電極膜１１６間の拡散防止膜と感熱膜の抵抗値を測
定できる。従って、感熱膜１１３の抵抗値が高い場合に
有効である。また、拡散防止膜１１７を電極膜１１６と
感熱膜１１３の間に設けることによって、結晶化のため
の高温熱処理時の電極膜の拡散によって生じる感熱膜の
抵抗値の低下および短絡を防ぐことがでぎ、温度センサ
素子の高温安定性と歩留まりの向上に有効である。

【００５４】この温度センサ素子１１１を用いて図３の
ような温度センサを作製した。この温度センサについ
て、実施例１と同様にして熱応答性を調べた。その結果
を表１に示す。表１から明らかなように、どの温度域に
おいても比較例に比べて熱応答性が優れている。また、
実施例１と同様に、室温から８００℃までのヒートサイ
クルを１００回繰り返した後、熱応答性を調べた結果、
室温から３５０℃、５００℃、および８００℃に昇温す
る時間は、いずれも±０．４秒の範囲に収まり、経時変
化が認められないことが確認された。また、実施例１と
同様に、還元性ガス中での安定性について調べるため、
実施例４のアルミナの電気絶縁膜１１５を形成した後、
アルミナ基板１１９を貼り合わせない構成での温度セン
サ素子（ｇ）と、無機接着剤１１８によってアルミナ基
板１１９を貼り合わせた温度センサ素子（ｈ）を、実施
例１と同じ方法で抵抗値変化を測定した。その結果、図
２１に示すように、温度センサ素子（ｇ）は抵抗値が時
間の経過とともに＋１９０％まで増大したのに対して、
温度センサ素子（ｈ）は＋６％の変化にとどまり、アル
ミナ基板１１９を貼り合わせることによる還元性ガス中
での安定性が向上することが確認された。

【００５５】（実施例５）図１２および図１３は本実施
例の温度センサ素子１２１を示す。この素子は、アルミ
ナからなる細長い矩形の基板１２２上に、電極膜１２４
ａと１２４ｂ、拡散防止膜１２７、感熱膜１２３、第３
の電極膜１２６、電極膜１２４ａと１２４ｂのリード接
合部以外を無機接着剤１２８によって接着したアルミナ
からなる細長い矩形の基板１２９を設けたものである。
電極膜１２４ａ、１２４ｂと第３の電極膜１２６の位置
が入れ替わり、電極膜の形成方法をすべてＲＦスパッタ
リング法にし、厚さを４０００オングストロームにした
以外は、実施例４のものと同じである。従って、感熱膜
１２３の抵抗値が高い場合に有効な構成である。また、
拡散防止膜１２７を電極膜１２４ａ、１２４ｂと感熱膜
１２３の間に設けることによって、高温熱処理時の電極
膜の拡散によって生じる感熱膜の抵抗値の低下および短
絡を防ぐことがでぎ、温度センサ素子の高温安定性と歩
留まりの向上に有効である。

【００５６】この温度センサ素子１２１を用いて図３の
ような温度センサを作製した。この温度センサについ
て、実施例１と同様にして熱応答性を調べた。その結果
を表１に示す。表１から明らかなように、どの温度域に
おいても比較例に比べて熱応答性が優れている。また、
実施例１と同様に、室温から８００℃までのヒートサイ
クルを１００回繰り返した後、熱応答性を調べた結果、
室温から３５０℃、５００℃、および８００℃に昇温す
る時間は、いずれも±０．５秒の範囲に収まり、経時変
化が認められないことが確認された。また、実施例１と
同様に、還元性ガス中での安定性について調べるため、
実施例４のアルミナの電気絶縁膜１２５を形成した後、
アルミナ基板１２９を貼り合わせない構成での温度セン
サ素子（ｉ）と、無機接着剤１１８によってアルミナ基
板１１９を貼り合わせた温度センサ素子（ｊ）を、実施
例１と同じ方法で抵抗値変化を測定した。その結果、図
２２に示すように、温度センサ素子（ｉ）は抵抗値が時
間の経過とともに＋２１０％まで増大したのに対して、
温度センサ素子（ｈ）は＋７％の変化にとどまり、アル
ミナ基板１２９を貼り合わせることによる還元性ガス中
での安定性が向上することが確認された。

【００５７】（実施例６）図１４および図１５は本実施
例の温度センサ素子１３１を示す。この温度センサ素子
１３１は、アルミナからなる基板１３２上に、順次電極
膜１３４ａ、拡散防止膜１３７、感熱膜１３３、電極膜
１３４ｂ、アルミナからなる電気絶縁膜１３５、電極膜
１３４ａと１３４ｂのリード接合部以外を無機接着剤１
３８によって接着したアルミナからなる細長い矩形の基
板１３９を設けた構成を有する。電極膜１３４ａ、１３
４ｂで拡散防止膜１３７と感熱膜１３３をサンドイッチ
する構成にし、電極膜１３４ａ、１３４ｂの形成方法を
両方ともＰｔペーストのスクリーン印刷法にし、厚さを
３μｍにした以外は、実施例４と同様にして作製したも
のである。従って、感熱膜１３３の抵抗値が高い場合に
有効である。また、拡散防止膜１３７を電極膜１３４ａ
と感熱膜１３３の間に設けることによって、高温熱処理
時の電極膜の拡散によって生じる感熱膜の抵抗値の低下
および短絡を防ぐことがでぎ、温度センサ素子の高温安
定性と歩留まりの向上に有効である。

【００５８】この温度センサ素子１３１を用いて図３の
ような温度センサを作製した。この温度センサについ
て、実施例１と同様にして熱応答性を調べた。その結果
を表１に示す。表１から明らかなように、どの温度域に
おいても比較例に比べて熱応答性が優れている。また、
実施例１と同様に、室温から８００℃までのヒートサイ
クルを１００回繰り返した後、熱応答性を調べた結果、
室温から３５０℃、５００℃、および８００℃に昇温す
る時間は、いずれも±０．５秒の範囲に収まり、経時変
化が認められないことが確認された。また、実施例１と
同様に、還元性ガス中での安定性について調べるため、
実施例４のアルミナの電気絶縁膜１２５を形成した後、
アルミナ基板１３９を貼り合わせない構成での温度セン
サ素子（ｋ）と、無機接着剤１１８によってアルミナ基
板１１９を貼り合わせた温度センサ素子（ｌ）を、実施
例１と同じ方法で抵抗値変化を測定した。その結果、図
２３に示すように、温度センサ素子（ｋ）は抵抗値が時
間の経過とともに＋１８０％まで増大したのに対して、
温度センサ素子（ｌ）は＋４％の変化にとどまり、アル
ミナ基板１３９を貼り合わせることによる還元性ガス中
での安定性が向上することが確認された。

【００５９】なお、上記の実施例においては、拡散防止
膜、感熱膜および電気絶縁性膜の基板上への成膜温度は
４００℃で行ったが、この基板温度に限定されることは
ない。基板温度の範囲が２００℃〜８００℃の範囲であ
れば、同等の熱応答性および耐久性が得られる。

【００６０】また、上記の実施例においては、拡散防止
膜、および感熱膜の結晶化のための大気中熱処理温度は
１２００℃で行ったが、この熱処理温度に限定されるこ
とはない。熱処理温度の範囲が１０００℃から１３００
℃であれば、同等の結晶性を持つ拡散防止膜および感熱
膜が得られる。

【００６１】また、上記の実施例においては、基板およ
び電気絶縁性膜にはアルミナ（Ａｌ ₂Ｏ₃）を用いたが、
この材料に限定されることはない。この他に炭化ケイ素
（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、ジルコニア（Ｚ
ｒＯ₂）、シリカ （ＳｉＯ₂）、ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃
・２ＳｉＯ₂）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）、フ
ォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）、サイアロン
（Ｓｉ₃Ｎ₄・Ａｌ₂Ｏ₃）、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃等の耐熱性
電気絶縁材であれば、同等の高温安定性および強度を有
する温度センサ素子が得られる。

【００６２】また、上記の実施例においては、基板を接
着する無機接着剤にはシリカ（ＳｉＯ₂）を主成分とす
る耐熱性の封止ガラスの無機接着剤を用いたが、この材
料に限定されることはない。この他にアルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、シリカ （ＳｉＯ₂）、
マグネシア（ＭｇＯ）の１種類以上の混合物を主成分と
し、そこに有機物のバインダーを混合した耐熱性の無機
接着剤で気密が保たれる物であれば、同等の高温安定性
および耐環境性を有する温度センサ素子が得られる。

【００６３】また、上記の実施例においては、電極膜に
は白金を用いたが、この材料に限定されることはない。
この他に金、タンタル、レニウム、オスミウム、イリジ
ウム、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、およびタン
グステンからなる群より選ばれた少なくとも一種の金属
単体、二種以上の合金または化合物の薄膜であれば、同
等の高温安定性および電気伝導性を有する温度センサ素
子が得られる。

【００６４】また、上記の実施例においては、電極膜の
形成方法にはＲＦスパッタリング法またはペーストによ
るスクリーン印刷法を用いたが、この方法に限定される
ことはない。この他に真空蒸着法、ＥＢ蒸着法、対抗ス
パッタリング法による成膜方法であれば、同等の高温安
定性および電気伝導性を有する温度センサ素子が得られ
る。

【００６５】また、上記の実施例においては、感熱膜、
拡散防止膜および電気絶縁性膜の形成方法にはプラズマ
ＣＶＤ法を用いたが、この方法に限定されることはな
い。この他に熱ＣＶＤ法、真空蒸着法、反応蒸着法、Ｒ
Ｆスパッタリング法、反応スパッタリング法および対抗
スパッタリング法で形成し、結晶化のために１０００℃
〜１３００℃で熱処理を行えば、同等の結晶性、熱応答
性および高温耐久性を有する温度センサ素子が得られ
る。

【００６６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、小型で、
熱容量が小さく、従って熱応答性に優れた温度センサ素
子が得られる。

【００６７】さらに素子部分が基板２枚で密閉された構
造をとることにより、耐環境性に優れた温度センサ素子
が得られる。

【００６８】従って、本発明によれば、温度センサの熱
伝達抵抗が小さくなり、耐環境性が向上するので、熱応
答性および信頼性に優れた温度センサが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の温度センサ素子の断面図で
ある。

【図２】同温度センサ素子の分解斜視図である。

【図３】同温度センサ素子を用いた温度センサの縦断面
図である。

【図４】本発明の実施例に用いたプラズマＣＶＤ装置の
概略構成を示す図である。

【図５】本発明の実施例に用いたＲＦスパッタリング装
置の概略構成を示す図である。

【図６】本発明の実施例２の温度センサ素子の断面図で
ある。

【図７】同温度センサ素子の分解斜視図である。

【図８】本発明の実施例３の温度センサ素子の断面図で
ある。

【図９】同温度センサ素子の分解斜視図である。

【図１０】本発明の実施例４の温度センサ素子の断面図
である。

【図１１】同温度センサ素子の分解斜視図である。

【図１２】本発明の実施例５の温度センサ素子の断面図
である。

【図１３】同温度センサ素子の分解斜視図である。

【図１４】本発明の実施例６の温度センサ素子の断面図
である。

【図１５】同温度センサ素子の分解斜視図である。

【図１６】従来の温度センサ素子の斜視図である。

【図１７】同温度センサ素子を用いた温度センサの縦断
面図である。

【図１８】本発明の実施例１の温度センサの還元ガス中
での抵抗値変化試験結果である。

【図１９】本発明の実施例２の温度センサの還元ガス中
での抵抗値変化試験結果である。

【図２０】本発明の実施例３の温度センサの還元ガス中
での抵抗値変化試験結果である。

【図２１】本発明の実施例４の温度センサの還元ガス中
での抵抗値変化試験結果である。

【図２２】本発明の実施例５の温度センサの還元ガス中
での抵抗値変化試験結果である。

【図２３】本発明の実施例６の温度センサの還元ガス中
での抵抗値変化試験結果である。

【符号の説明】

１、２１、３１、１１１、１２１、１３１
温度センサ素子 ２、７、２２、２７、３２、３８、１１２、１１９、１
２２、１２９、１３２、１３９
基板 ３、２３、３３、１１３、１２３、１３３
感熱膜 ４ａ、４ｂ、２４ａ、２４ｂ、３４ａ、３４ｂ、１１４
ａ、１１４ｂ、１２４ａ、１２４ｂ、１３４ａ、１３４
ｂ 電極膜 ５、２５、３５、１１５、１２５、１３５
電気絶縁膜 ６、２６、３７、１１８、１２８、１３８
無機接着剤 ２６０、３６、１１６、１２６
第３の電極膜 １１７、１２７、１３７
拡散防止膜 １０ ハウジング １３ 穴 １１、１２ 電気絶縁碍子 １４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ リード線 １６ フランジ １７ カバー ６１ チャンバー ６２ 基板ホルダー ６３ 真空ポンプ ６４ ヒーター ６５、６６、６７ 原料ガス供給装置 ６８ 供給路 ６９ 供給ノズル ７０ 基板回転モーター ７１ 高周波電源 ７２ 電極 ７３ メタルマスク ８１ チャンバー ８２ 基板ホルダー ８３ 真空ポンプ ８４ ヒーター ８５、８６ 供給路 ８７ 供給ノズル ８８ 基板回転モーター ８９ 高周波電源 ９０ ターゲット ９１ メタルマスク ２００ 温度センサ素子 ２０１ 感熱体 ２０２ リード線 ２０３ リード線 ２０４ 電気絶縁碍子 ２０５ ハウジング ２０６ 金属製フランジ ２０７ 電気絶縁碍
子 ２０８ キャップ

フロントページの続き (72)発明者 鳥井 秀雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 高山 良一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−92607（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−87032（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−26740（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−211525（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−111206（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−1204（ＪＰ，Ａ) 特公 昭54−40736（ＪＰ，Ｂ１) 国際公開96／035932（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01K 7/16 - 7/18 H01C 7/00 - 7/22

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度に応じて電気抵抗が変化する感熱性
   材料の感熱膜と、前記感熱膜と接触する少なくとも一対
   の電極膜と、前記感熱膜および電極膜を支持する耐熱性
   絶縁材の基板と、前記感熱膜および電極膜を前記電極膜
   のリード取り出し部を除いて被覆する耐熱性絶縁材の膜
   を具備し、 耐熱性絶縁材の別の基板が、前記耐熱性絶縁材の膜に無
   機接着剤により接着され、前記無機接着剤の一部が前記
   別の基板と前記基板とにわたって存在し、前記耐熱性絶
   縁材の膜における前記別の基板との対向部および側面部
   が前記無機接着剤により覆われてなり、 前記電極膜のリード取り出し部を除いて、前記耐熱性絶
   縁材の膜は、前記一対の基板に対向する面部が前記一対
   の基板により覆われると共に、側面部が前記無機接着剤
   により覆われ、 前記感熱膜は、前記一対の基板に対向する面部が前記一
   対の基板により覆われると共に、側面部が前記耐熱性絶
   縁材の膜および前記無機接着剤により覆われ、前記感熱
   膜および前記耐熱性絶縁膜が外気に接触しないように構
   成されたことを特徴とする温度センサ素子。
2. 【請求項２】 温度に応じて電気抵抗が変化する感熱性
   材料の感熱膜と、前記感熱膜と接触する拡散防止膜と、
   前記感熱膜および拡散防止膜に接触する少なくとも一対
   の電極膜と、前記感熱膜と拡散防止膜と電極膜とを支持
   する耐熱性絶縁材の基板と、前記感熱膜、拡散防止膜お
   よび電極膜を前記電極膜のリード取り出し部を除いて被
   覆する耐熱性絶縁材の膜を具備し、 耐熱性絶縁材の別の基板が、前記耐熱性絶縁材の膜に無
   機接着剤により接着され、前記無機接着剤の一部が前記
   別の基板と前記基板とにわたって存在し、前記耐熱性絶
   縁材の膜における前記別の基板との対向部および側面部
   が前記無機接着剤により覆われ、 前記電極膜のリード取り出し部を除いて、前記耐熱性絶
   縁材の膜は、前記一対の基板に対向する面部が前記一対
   の基板により覆われると共に、側面部が前記無機接着剤
   により覆われ、 前記感熱膜は、前記一対の基板に対向する面部が前記一
   対の基板により覆われると共に、側面部が前記耐熱性絶
   縁材の膜および前記無機接着剤により覆われ、前記感熱
   膜および前記耐熱性絶縁膜が外気に接触しないように構
   成されたことを特徴とする温度センサ素子。
3. 【請求項３】 前記感熱膜が、式（Ａｌ_1-x-yＣｒ_xＦｅ
   _y）₂Ｏ₃（０．０５≦ｘ ＋ｙ≦０．９５、０≦ｙ／（ｘ
   ＋ｙ）≦０．６）で表されるコランダム型結晶構造の酸
   化物で構成される請求項１又は２記載の温度センサ素
   子。
4. 【請求項４】 前記拡散防止膜が、式（Ａｌ_1-x-yＣｒ_x
   Ｆｅ_y）₂Ｏ₃（０≦ｘ＋ｙ≦０．９５）で表されるコラ
   ンダム型結晶構造の酸化物で構成される請求項２記載の
   温度センサ素子。
5. 【請求項５】 前記電極膜が、白金、金、タンタル、レ
   ニウム、オスミウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウ
   ム、パラジウム、およびタングステンからなる群より選
   ばれた少なくとも一種の金属単体、二種以上の合金また
   は化合物の薄膜で構成される請求項１又は２記載の温度
   センサ素子。
6. 【請求項６】 前記感熱膜、電極膜および耐熱性絶縁材
   の膜を支持する耐熱性絶縁材の基板上に、それらの膜を
   挟んで、耐熱性絶縁材の別の基板を耐熱性の無機接着剤
   で接着して密閉し、前記感熱膜および耐熱性絶縁材の膜
   が外気に接触しないように構成された請求項１記載の温
   度センサ素子。
7. 【請求項７】 前記感熱膜、拡散防止膜、電極膜および
   耐熱性絶縁材の膜を支持する耐熱性絶縁材の基板上に、
   それらの膜を挟んで、耐熱性絶縁材の別の基板を耐熱性
   の無機接着剤で接着して密閉し、前記感熱膜、拡散防止
   膜および耐熱性絶縁材の膜が外気に接触しないように構
   成された請求項２記載の温度センサ素子。
8. 【請求項８】 前記基板上に、前記感熱膜、および端部
   が感熱膜の上下を挟む一対の電極膜が設けられ、これら
   の膜を形成した面の上に、耐熱性絶縁材の別の基板を無
   機接着剤で接着して密閉した請求項１記載の温度センサ
   素子。
9. 【請求項９】 前記基板上に、第３の電極膜、第３の電
   極膜を覆う感熱膜、および端部が前記感熱膜の上面を覆
   う一対の電極膜が設けられ、これらの膜を形成した面の
   上に、耐熱性絶縁材の別の基板で挟んで無機接着剤で接
   着して密閉した請求項１記載の温度センサ素子。
10. 【請求項１０】 前記基板上に、前記一対の電極膜、お
    よび前記一対の電極膜の端部を覆う感熱膜が設けられ、
    さらに前記感熱膜上に前記電極膜とは接触しない第３の
    電極膜が設けられ、これらの膜を形成した面の上に、耐
    熱性絶縁材の別の基板で挟んで無機接着剤で接着して密
    閉した請求項１記載の温度センサ素子。
11. 【請求項１１】 前記基板上に、第３の電極膜、前記第
    ３の電極膜を覆う拡散防止膜、前記拡散防止膜の上面を
    覆う感熱膜、端部が前記感熱膜の上面を覆う一対の電極
    膜が設けられ、これらの膜を形成した面の上に、耐熱性
    絶縁材の別の基板で挟んで無機接着剤で接着して密閉し
    た請求項２記載の温度センサ素子。
12. 【請求項１２】 前記基板上に、前記一対の電極膜、前
    記一対の電極膜の端部を覆う拡散防止膜、前記拡散防止
    膜の上面に前記一対の電極膜とは接触しない感熱膜、お
    よび前記感熱膜の上面に前記拡散防止膜とは接触しない
    第３の電極膜が設けられ、これらの膜を形成した面を耐
    熱性絶縁材の別の基板で挟んで無機接着剤で接着した請
    求項２記載の温度センサ素子。
13. 【請求項１３】 前記基板上に、拡散防止膜、前記拡散
    防止膜の上面に感熱膜、および端部が前記拡散防止膜と
    前記感熱膜の上下を挟む一対の電極膜が設けられ、これ
    らの膜を形成した面を耐熱性絶縁材の別の基板で挟んで
    無機接着剤で接着した請求項２記載の温度センサ素子。
14. 【請求項１４】 耐熱性絶縁材の基板と、その基板上の
    一方の端部側に設けられた感熱性材料の感熱膜と、前記
    基板上に長手方向に設けられ前記感熱膜に接触する少な
    くとも一対の電極膜と、前記電極膜のリード取り出し部
    を除いて前記感熱膜および電極膜を被覆する耐熱性電気
    絶縁膜を具備し、耐熱性絶縁材の別の基板が、前記耐熱
    性絶縁材の膜に無機接着剤により接着され、前記無機接
    着剤の一部が前記別の基板と前記基板とにわたって存在
    し、前記耐熱性絶縁材の膜における前記別の基板との対
    向部および側面部が前記無機接着剤により覆われ、前記
    電極膜のリード取り出し部を除いて、前記耐熱性絶縁材
    の膜は、前記一対の基板に対向する面部が前記一対の基
    板により覆われると共に、側面部が前記無機接着剤によ
    り覆われ、前記感熱膜は、前記一対の基板に対向する面
    部が前記一対の基板により覆われると共に、側面部が前
    記耐熱性絶縁材の膜および前記無機接着剤により覆わ
    れ、前記感熱膜および前記耐熱性絶縁膜が外気に接触し
    ないように構成された温度センサ素子と、 被温度測定物に温度センサを固定するための金属フラン
    ジと、 前記温度センサ素子のリード取り出し部側を覆い前記金
    属フランジに固定された金属ハウジングと、 前記電極膜のリード取り出し部に接続されたリード線
    と、 前記温度センサ素子の金属ハウジングから露出する部分
    を覆うカバーと、 前記金属ハウジング内においてリード取り出し部を前記
    金属ハウジングおよび金属フランジから絶縁する電気絶
    縁碍子と、 を具備することを特徴とする温度センサ。
15. 【請求項１５】 耐熱性絶縁材の基板と、前記基板上の
    一方の端部側に設けられた感熱性材料の感熱膜と、前記
    感熱膜と接触する拡散防止膜と、前記基板上に長手方向
    に設けられ感熱膜および拡散防止膜に接触する少なくと
    も一対の電極膜と、前記電極膜のリード取り出し部を除
    いて前記感熱膜、拡散防止膜および電極膜を被覆する耐
    熱性絶縁膜を具備し、耐熱性絶縁材の別の基板が、前記
    耐熱性絶縁材の膜に無機接着剤により接着され、前記無
    機接着剤の一部が前記別の基板と前記基板とにわたって
    存在し、而して、前記耐熱性絶縁材の膜における前記別
    の基板との対向部および側面部が前記無機接着剤により
    覆われ、前記電極膜のリード取り出し部を除いて、前記
    耐熱性絶縁材の膜は、前記一対の基板に対向する面部が
    前記一対の基板により覆われると共に、側面部が前記無
    機接着剤により覆われ、前記感熱膜は、前記一対の基板
    に対向する面部が前記一対の基板により覆われると共
    に、側面部が前記耐熱性絶縁材の膜および前記無機接着
    剤により覆われ、前記感熱膜および前記耐熱性絶縁膜が
    外気に接触しないように構成された温度センサ素子と、 被温度測定物に温度センサを固定するための金属フラン
    ジと、 前記温度センサ素子のリード取り出し部側を覆い前記金
    属フランジに固定された金属製ハウジングと、 前記電極膜のリード取り出し部に接続されたリード線
    と、 前記温度センサ素子の金属ハウジングから露出する部分
    を覆うカバーと、 前記金属ハウジング内においてリード取り出し部を前記
    金属ハウジングおよび金属フランジから絶縁する電気絶
    縁碍子と、 を具備することを特徴とする温度センサ。