JP5196880B2 - 薄膜型熱電対製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板を加圧加熱して基板に電極を密着させて接合して薄膜型熱電対を製造する薄膜型熱電対製造装置に関し、特に加熱温度を低温に抑えることができ、短時間で基板と電極を密着させて接合することができる薄膜型熱電対製造装置に関する。

従来、各種電化製品や燃料電池などの様々な機器において、熱管理が行われているが、近年のパーソナルコンピュータなどのＣＰＵの高速化や家電製品の大電力化などに伴い、正確な温度管理が不可欠となっている。その一方で、デバイスの微細化は加速し、温度センサを非常に狭い空間へ組み込む必要性に迫られ、自動車部品，半導体，測定機器などのメーカを中心とした産業界からも薄膜型の温度センサの実用化が強く望まれていた。
本願出願人が出願した（特許文献１）には、「異種金属をそれぞれの元素ごとに個別に高周波誘導加熱することにより蒸発させ、被蒸着物上に同時に蒸着させることにより、被蒸着物上に異種金属の合金を形成することを特徴とする合金製造方法」が開示されている。
この（特許文献１）の合金製造方法は、異種金属をそれぞれの元素ごとに個別に高周波誘導加熱することにより、異種金属それぞれの蒸発量を、高周波誘導加熱条件によって細かく調整することが可能となるので、これらの異種金属を被蒸着物上に同時に蒸着させ、任意の異種金属組成の合金を形成することが可能であり、５μｍ未満の薄膜の合金を容易に形成することができ、熱電対の合金電極やその他の異種金属からなる合金を蒸着により形成する方法として有用である。
特願２００６−２０７０７７号

しかしながら、上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）では、ポリイミド基板やガラス基板等の絶縁物の基板に、蒸着によって合金電極を形成するので、基板と合金電極の密着力が不十分となり、外力によって合金電極が剥がれ易く、薄膜型熱電対としての耐久性、取り扱い性の向上が望まれていた。
（２）また、蒸着の条件が合金電極の熱起電力に大きく影響し、薄膜型熱電対として使用する際に、熱起電力が小さいと、温度を検出し難くなるため、温度検出能力のばらつき低減、歩留まり、量産性の向上が望まれていた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板を低温で加圧加熱することにより、短時間で基板に電極を低温拡散接合することができ、基板と電極の密着性を向上させることができ、耐久性、取り扱い性に優れ、合金電極の密度を高めて熱起電力を増大させることができ、温度検出が容易な薄膜型熱電対を製造することができる量産性に優れた薄膜型熱電対の製造装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために本発明の薄膜型熱電対製造装置は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の薄膜型熱電対製造装置は、絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板を１００℃乃至４００℃の低温で加圧加熱して前記基板に前記電極を低温拡散接合する薄膜型熱電対の製造装置であって、前記電極が形成された前記基板を加圧加熱する加圧加熱容器が、上下に分割された下部容器と上部容器とを有し、前記下部容器の内部に配設され前記電極付き基板が載置される下部加圧部と、前記上部容器の内部に前記下部加圧部と対向して配設された上部加圧部と、前記下部容器及び／又は前記上部容器に配設され前記下部容器及び／又は前記上部容器を上下方向に移動させて前記加圧加熱容器を開閉し前記下部加圧部と前記上部加圧部で前記電極付き基板を挟持して加圧する開閉加圧駆動部と、前記加圧加熱容器の内部を加熱する加熱部と、を備えている構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）電極付き基板を加圧加熱する加圧加熱容器が、上下に分割された下部容器と上部容器とを有するので、下部容器及び／又は上部容器を上下動させるだけで容易に加圧加熱容器を開閉することができ、電極付き基板や薄膜型熱電対の出し入れや加圧を簡便に行うことができ、作業性に優れる。
（２）下部容器の内部に配設され電極付き基板が載置される下部加圧部と、上部容器の内部に下部加圧部と対向して配設された上部加圧部を有するので、下部容器の下部加圧部に基板が載置した後で、下部容器と上部容器が密着するように押圧するだけで、下部加圧部と上部加圧部で電極付き基板を確実に挟持して加圧することができ、作業工数を低減でき、取り扱い性に優れる。
（３）下部容器及び／又は上部容器に配設され下部容器及び／又は上部容器を上下方向に移動させて加圧加熱容器を開閉し、下部加圧部と上部加圧部で電極付き基板を挟持して加圧する開閉加圧駆動部を有することにより、１つの開閉加圧駆動部で加圧加熱容器の開閉と基板の加圧を同時に行うことができるので、装置の構成を簡素化して小型化することができ、省スペース性、取り扱い性に優れる。
（４）加圧加熱容器の内部を加熱する加熱部を有することにより、電極付き基板を下部加圧部と上部加圧部で加圧した状態で確実に加熱することができ、加圧加熱作業の信頼性に優れる。

ここで、通常の拡散接合が、７００℃〜９００℃の高温で行われるのに対し、本願では１００℃〜４００℃程度の低温で基板に電極を密着させて接合するので、従来の拡散接合と区別して低温拡散接合と表記する。

低温拡散接合の加熱温度が１００℃乃至４００℃であることにより、基板へのダメージがなく、歩留まりを向上させることができ、量産性に優れる。
ここで、加熱温度が１００℃よりも低くなるにつれ、加熱温度が低過ぎるため熱起電力が上がらず、加熱の効果が不十分となる傾向があり、４００℃よりも高くなるにつれ、基板が熱により変形するなどのダメージを受け易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
加圧加熱終了後、直ちに加圧加熱容器を開放して熱電対を取り出してもよいが、内部の温度が１００℃以下に下がってから開放することにより、電極が周囲の空気（酸素）によって酸化されるのを確実に防止することができ、信頼性に優れる。

加圧力は、電極や基板の材質、厚さ、加熱温度などによっても異なるが、０．１ｔ〜２０ｔが好ましい。加圧力が０．１ｔよりも小さくなるにつれ、密着力が低下し、加圧加熱の効果が不十分となる傾向があり、２０ｔよりも大きくなるにつれ、装置が大型化し、取り扱い性、省スペース性に欠ける傾向があり、いずれも好ましくない。

金属薄膜の電極は、蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタ、イオンプレーティング、メッキなどの方法で形成したものを用いることができる。
基板は、上述の方法により金属薄膜の電極を形成することができる絶縁性の材質であればよいが、ポリイミド、ポリアミド、アラミド、ポリエーテルスルホンなどの合成樹脂製のフィルムが好適に用いられる。
尚、加熱温度は、基板の材質によって、その耐熱温度よりも低い温度に設定する。
加圧加熱の時間は、加圧力、加熱温度によっても異なるが、１分〜１５分が好ましい。加圧加熱の時間が１分よりも短くなるにつれ、加圧加熱時間が不足するため熱起電力が上がらず、加圧加熱の効果が不十分となる傾向があり、１５分よりも長くなるにつれ、熱起電力が飽和し、量産性、省エネルギー性が低下し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。

ここで、加圧加熱容器は中空状であれば、任意の形状に形成することができる。下部容器は、底板部と周壁部を有し、上部容器は天板部と周壁部を有するものが好適に用いられる。下部容器と上部容器の周壁部同士を密着させたり、嵌合させたりすることにより、密閉された中空状の加圧加熱容器を形成することができる。
下部加圧部と上部加圧部は、表面が平坦な平板やブロック体などで形成することができる。加熱部は加圧加熱容器の内部を加熱できるものであればよいが、下部加圧部や上部加圧部を直接加熱できるものが好適に用いられる。加熱された下部加圧部や上部加圧部から電極や基板に効率的に熱を伝達することができ、加熱の効率性、省エネルギー性に優れるためである。特に、加熱部として平板やブロック体の内部にヒータなどの加熱手段を埋設することにより、下部加圧部及び上部加圧部を斑無く確実かつ効率的に加熱することができる。また、加圧時に加熱部に負荷がかかることがなく、下部加圧部及び上部加圧部を確実に押圧して所定の圧力で電極付き基板を加熱することができ信頼性に優れる。

開閉加圧駆動部は、下部容器又は上部容器の少なくともいずれか一方を上下方向に移動させることができるものであればよいが、出力の大きな油圧式のジャッキなどが好適に用いられる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の薄膜型熱電対製造装置であって、前記加熱部が、前記下部加圧部及び／又は前記上部加圧部に埋設されたヒータを備えている構成を有している。
この構成により、請求項１の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）下部加圧部及び／又は上部加圧部に埋設されたヒータを有することにより、ヒータの発する熱を確実に下部加圧部や上部加圧部の表面に伝達することができ、加熱の効率性に優れる。特に、下部加圧部及び上部加圧部の両方にヒータを埋設した場合、電極付き基板を両面から斑無く加熱することができ、加熱の信頼性に優れる。

ここで、ヒータは、下部加圧部及び／又は上部加圧部に埋設されて加熱できるものであればよいが、カートリッジ型のものなどが好適に用いられる。軽量で容易に着脱することができ、組み立て作業性、メンテナンス性に優れるためである。尚、下部加圧部又は上部加圧部のいずれか一方にヒータを埋設する場合は、電極付き基板の電極側が好ましい。金属薄膜の電極を確実かつ効率的に加熱できるためである。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の薄膜型熱電対製造装置であって、前記下部容器及び前記上部容器の一方の周壁部の端部が、凹条溝を有する断面コ字型に形成され、前記下部容器及び前記上部容器の他方の周壁部の端部が、前記凹条溝に嵌合され、前記加圧加熱容器が、密閉される構成を有している。
この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）下部容器及び上部容器の一方の周壁部の端部が、凹条溝を有する断面コ字型に形成され、下部容器及び上部容器の他方の周壁部の端部が、凹条溝に嵌合され、加圧加熱容器が、密閉されることにより、加圧加熱容器内を減圧する際の密閉性や、下部加圧部及び上部加圧部を加熱する際の効率性に優れ、加圧加熱の作業性、効率性に優れる。

ここで、凹条溝に嵌合される周壁部の上面或いは内周面や外周面にパッキンを配設することにより、加圧加熱容器を確実に密閉することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の薄膜型熱電対製造装置であって、前記加圧加熱容器に連設され前記加圧加熱容器の内部を減圧する減圧ポンプ又は前記加圧加熱容器の内部空気を不活性ガスで置換する不活性ガス供給部を備えている構成を有している。
この構成により、請求項１乃至３のいずれか１項の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）加圧加熱容器に連設され加圧加熱容器の内部を減圧する減圧ポンプを有することにより、加圧加熱を行う前に加圧加熱容器の内部を真空に近い状態に減圧することができ、基板に形成された電極が酸化するのを防止することができる。
（２）加圧加熱容器に連設され加圧加熱容器の内部空気を不活性ガスで置換する不活性ガス供給部を有することにより、加圧加熱を行う前に加圧加熱容器の内部空気を不活性ガスで置換することができ、基板に形成された電極が酸化するのを防止することができる。

ここで、加圧加熱容器の内部に、アルゴン等の不活性ガスの他に窒素を充填することにより、電極の酸化を防止することもできる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の薄膜型熱電対製造装置であって、前記加圧加熱容器を冷却する冷却部を備えている構成を有している。
この構成により、請求項１乃至４のいずれか１項の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）加圧加熱容器を冷却する冷却部を有することにより、加圧加熱の終了後に、冷却部によって下部加圧部及び上部加圧部を強制冷却することができ、短時間で下部加圧部及び上部加圧部を冷却して薄膜型熱電対を取り出すことができ、生産性を向上させることができる。
（２）冷却部によって下部容器及び上部容器の周壁部も冷却することができ、加圧加熱容器の開閉時に、誤って周壁部などに手が触れても火傷などをすることがなく、安全性に優れる。

ここで、冷却部としては、下部容器及び上部容器の下部加圧部や上部加圧部を冷却できるものであればよい。下部容器や上部容器の周壁部の内周或いは下部加圧部や上部加圧部の外周に沿うように配設された冷媒配管によって冷却水などを循環させるものが好適に用いられる。

ここで、製造可能な薄膜型熱電対は、Ｋ熱電対（クロメル（ニッケル−クロム合金）−アルメル（アルミニウム、マンガンを含むニッケル合金））、Ｅ熱電対（クロメル−コンスタンタン（銅−ニッケル合金））、Ｊ熱電対（鉄−コンスタンタン）、Ｔ熱電対（銅−コンスタンタン）、その他の熱電対である。
絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板を低温で加圧加熱することによって得られた薄膜型熱電対の熱起電力は、ＪＩＳをはじめとしてＩＥＣやＡＳＴＭ等の規格に規定された基準熱起電力表の値と同程度となっている。各国の規格は、ほとんど統一されているが、例えば、ＪＩＳ Ｃ １６０２−１９９５、ＡＳＴＭ Ｅ２３０−１９９６、ＩＥＣ ５８４−１−１９９５などで規定されている。これらの規格と同等の熱起電力を有することにより、熱電対の校正に用いる標準熱電対や従来の被覆熱電対などと同程度の特性を得ることができ、従来の薄膜型熱電対では得られなかった温度検出性能を実現することができる。

以上のように、本発明の薄膜型熱電対製造装置によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）加圧加熱容器が、下部容器と上部容器に分割され、下部容器と上部容器のそれぞれに下部加圧部と上部加圧部が配設されているので、下部容器及び／又は上部容器に配設された開閉加圧駆動部により、下部容器及び／又は上部容器を上下方向に移動させるだけで、加圧加熱容器の開閉と、加圧加熱容器内の下部加圧部と上部加圧部による加圧を制御することができ、装置の構成が簡素で、省スペース性、取り扱い性に優れ、加圧の信頼性に優れた薄膜型熱電対製造装置を提供することができる。
（２）加熱温度が１００℃乃至４００℃の低温拡散接合を用いることにより、基板にダメージを与えることなく、高品質で信頼性に優れた薄膜型熱電対を製造することができる高歩留まりで、量産性に優れた薄膜型熱電対製造装置を提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）下部加圧部又は上部加圧部の少なくともいずれか一方にヒータが埋設されていることにより、ヒータの発する熱を確実に下部加圧部又は上部加圧部の表面に伝達することができ、接合対象である電極付き基板を斑無く均一に加熱することができる加熱の信頼性、効率性に優れた薄膜型熱電対製造装置を提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）下部容器及び上部容器の一方の周壁部の端部に形成された凹条溝に他方の周壁部の端部を嵌合することにより、加圧加熱容器を密閉することができ、加圧加熱容器内を確実かつ効率的に減圧或いは加熱することができ、密閉性に優れ、加圧加熱作業の信頼性、効率性に優れた薄膜型熱電対製造装置を提供することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３のいずれか１項の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）加圧加熱容器に連設された減圧ポンプ又は不活性ガス供給部により、加圧加熱を行う前に加圧加熱容器の内部を真空に近い状態に減圧したり、内部空気を不活性ガスで置換したりすることができ、電極付き基板の電極が加圧加熱容器の内部空気（酸素）によって酸化するのを防止することができ、高品質な薄膜型熱電対を製造することができる製造の信頼性に優れた薄膜型熱電対製造装置を提供することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４のいずれか１項の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）冷却部により、加圧加熱の終了後に、冷却部によって下部加圧部及び上部加圧部を強制冷却することができ、短時間で下部加圧部及び上部加圧部を冷却して薄膜型熱電対を取り出すことができる生産性に優れた薄膜型熱電対製造装置を提供することができる。

本発明の薄膜型熱電対製造装置について、以下図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の薄膜型熱電対製造装置の斜視図であり、図２は実施の形態１の薄膜型熱電対製造装置の側面図である。
図１中、１は絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板を加圧加熱して基板に電極を密着させて接合する本発明の実施の形態１の薄膜型熱電対製造方法に用いる薄膜型熱電対製造装置、２は薄膜型熱電対製造装置１の基台、３は後述する加圧加熱容器４を基台２上に保持する薄膜型熱電対製造装置１の容器保持フレーム、３ａは基台２上に固設された容器保持フレーム２の下部固定部、３ｂは下部固定部３ａの四隅に立設された柱状の連結部３ｃによって下部固定部３ａと連結固定された容器保持フレーム２の上部固定部、４は下部固定部３ａ及び上部固定部３ｂに保持された下部容器７及び上部容器１１に分割された薄膜型熱電対製造装置１の加圧加熱容器、５は下部固定部３ａに固設され下部容器７を上下方向に移動自在に保持する油圧式のジャッキを用いた薄膜型熱電対製造装置１の開閉加圧駆動部、６は開閉加圧駆動部５の上面に固設され下部容器７を水平方向に摺動自在に保持する水平支持部、６ａは開閉加圧駆動部５の両側に配設され水平支持部６の両側部に連結されて水平支持部６を底部から支持する底部補強支持部、６ｂは水平支持部６の上面に四隅に突設され下部容器７を位置決め固定する位置決め凸部である。

次に、加圧加熱容器の詳細構造について説明する。
図３は実施の形態１の薄膜型熱電対製造装置の要部断面図である。
図１乃至図３中、７ａは略円形に形成され水平支持部６上に載置された下部容器７の底板部、８は底板部７ａの外周に立設された下部容器７の周壁部、８ａ，８ｂは周壁部８の外周面及び内周面に環設されたパッキン、９は底板部７ａの上面に突設され絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板２０が載置される下部加圧部、１０は下部加圧部９と離間し周壁部８の内周面に沿うように配設され冷却水などの冷媒を循環させる冷却部としての冷媒配管、１１ａは略円形に形成され上部固定部３ｂの下面に固設された上部容器１１の天板部、１２は下部容器７の周壁部８の端部が嵌合される凹条溝１２ａを有する断面コ字型に形成され天板部１１ａの外周に垂設された上部容器１１の周壁部、１３は天板部１１ａの内面に下部加圧部９と対向して突設され下部加圧部９と共に電極付き基板２０を加圧する上部加圧部、１４は上部加圧部１３と離間し周壁部１２の内周面に沿うように配設され冷却水などの冷媒を循環させる容器冷却部としての冷媒配管、１５は上部容器１１の周壁部１２に形設され加圧加熱容器４の内部を減圧する減圧ポンプ（図示せず）と接続される減圧用配管接続部、２０はポリイミド、ポリアミド、アラミド、ポリエーテルスルホンなどの合成樹脂製のフィルムで形成された絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が蒸着して形成された電極付き基板、２０’は電極付き基板２０を加圧加熱して低温拡散接合することによって得られる薄膜型熱電対である。

下部加圧部９と上部加圧部１３は、表面が平坦な平板やブロック体などで形成した。また、下部加圧部９及び上部加圧部１３の内部に加熱部としてカートリッジ型のヒータ（図示せず）を埋設した。これにより、軽量で容易に着脱することができ、組み立て作業性、メンテナンス性に優れると共に、下部加圧部９及び上部加圧部１３を直接加熱することができ、下部加圧部９と上部加圧部１３で挟持された電極付き基板２０を斑無く確実かつ効率的に加熱することができる。また、加圧時にヒータに負荷がかかることがなく、下部加圧部９及び上部加圧部１３を確実に押圧して所定の圧力で電極付き基板２０を加熱することができ信頼性に優れる。

以上のように構成された薄膜型熱電対製造装置の使用方法を説明する。
まず、図１及び図２に示すように、下部容器７を下降させた状態で、水平支持部６の手前側に引き出す。このとき、水平支持部６の上面手前側の左右両側に突設された位置決め凸部６ｂが、下部容器７の周壁部８の外周面に当接することにより、下部容器７が水平支持部６から落下するのを防止している。

次に、下部加圧部９の上に接合する電極付き基板２０を載置し、下部容器７を水平支持部６の奥側に移動させるが、このとき電極付き基板２０の上下をステンレス製のプレートなどで挟むことが好ましい。１０μｍ〜５０μｍ程度の薄い電極付き基板２０をプレートで挟むことにより、下部加圧部９及び上部加圧部１３で加圧する際に、その加圧力を均一に電極付き基板２０に伝達させることができ、確実に所定の圧力を加えることができる。また、水平支持部６の上面奥側の左右両側にも位置決め凸部６ｂが突設されているので、下部容器７が水平支持部６から落下するのを防止できると共に、下部容器７を上部容器１１の位置に位置決め固定することができる。

次に、開閉加圧駆動部５により、水平支持部６と共に下部加圧部９を上昇させ、上部容器１１の周壁部１２の端部に形成された凹条溝１２ａに下部容器７の周壁部８の端部を嵌合させる。このとき、下部容器７の周壁部８の外周面及び内周面に環設されたパッキン８ａ，８ｂが、上部容器１１の周壁部１２の凹条溝１２ａの外周面及び内周面に当接して密着し、加圧加熱容器４を密閉する（図３参照）。
続いて、所定の圧力（例えば１０ｔ）になるまで、開閉加圧駆動部５による加圧を行う。所定の圧力に達したら、減圧用配管接続部１５に接続された減圧ポンプ（図示せず）により、加圧加熱容器４の内部を真空に近い状態まで減圧する。減圧が完了したら、下部加圧部９及び上部加圧部１３に埋設された加熱部（図示せず）により電極付き基板２０を所定の温度（例えば２００℃）に加熱する。加圧加熱容器４の内部が真空に近い減圧状態で加熱することにより、電極付き基板２０の電極が酸化するのを防止することができる。

所定の時間（例えば５分）保持し、加圧加熱が終了したら、下部加圧部９及び上部加圧部１３の加熱を停止する。このとき、冷媒配管１０，１４によって冷却水などの冷媒を循環させることにより、下部加圧部９及び上部加圧部１３を短時間で１００℃程度まで強制冷却することができる。その後、開閉加圧駆動部５で下部容器７を下降させ、加圧加熱容器４を開放する。下部容器７を水平支持部６の手前側に引き出し、基板と電極が密着され接合が完了した薄膜型熱電対２０’を取り出す。
以上のようにして製造された薄膜型熱電対２０’は、基板と電極の密着性に優れ、耐久性、取り扱い性に優れると共に、熱起電力が大きく、温度検出が容易で、使用性に優れる。

本実施の形態では、開閉加圧駆動部５として、油圧式のジャッキを用いて下部容器７を上下動させたが、これに限定されるものではなく、下部容器７又は上部容器１１の少なくともいずれか一方を上下方向に移動させることができるものであればよい。
また、本実施の形態では、下部容器７及び上部容器１１を略円筒状に形成したが、加圧加熱容器４が中空状であれば、任意の形状に形成することができる。また、上部容器１１の周壁部１２に下部容器７の周壁部８が嵌合される凹条溝１２ａを形成したが、下部容器７の周壁部８の端部に凹条溝を形成し、上部容器１１の周壁部１２の端部を嵌合するようにしてもよい。

本実施の形態では、加圧加熱時の電極の酸化を防止するために加圧加熱容器４の内部を減圧ポンプで減圧したが、その代わりに、加圧加熱容器４の内部に窒素或いはアルゴン等の不活性ガスを充填して電極の酸化を防止するようにしてもよい。尚、加圧加熱終了後、２００℃程度の温度で加圧加熱容器４を開放しても、電極の酸化が発生しないことを確認したが、本実施の形態では、念のため、加圧加熱終了後、加圧加熱容器４の内部が１００℃程度に下がるまで冷却してから加圧加熱容器４を開放することにより、酸化の発生を確実に防止した。

また、本実施の形態では、下部加圧部９及び上部加圧部１３の両方に加熱部としてヒータを埋設したが、加熱部はこれに限定されるものではなく、下部加圧部９と上部加圧部１３で挟持された電極付き基板２０を所定の温度まで確実に加熱できるものであればよい。例えば、下部加圧部９又は上部加圧部１３のいずれか一方のみにヒータを埋設してもよいし、下部加圧部９や上部加圧部１３の外周にヒータを配設してもよい。

本実施の形態では、絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が蒸着して形成された電極付き基板２０を低温で加圧加熱して低温拡散接合することによって薄膜型熱電対２０’を製造したが、予め基板上に形成される金属薄膜の電極は、蒸着以外に、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタ、イオンプレーティング、メッキなどの様々な方法で形成したものを用いることができる。また、基板上に形成する電極の種類により、Ｋ熱電対（クロメル（ニッケル−クロム合金）−アルメル（アルミニウム、マンガンを含むニッケル合金））、Ｅ熱電対（クロメル−コンスタンタン（銅−ニッケル合金））、Ｊ熱電対（鉄−コンスタンタン）、Ｔ熱電対（銅−コンスタンタン）、その他の熱電対を薄膜型熱電対２０’として製造することができる。

実施の形態１の薄膜型熱電対製造装置は、以下の作用を有する。
（１）電極が形成された基板を加圧加熱する加圧加熱容器４が、上下に分割された下部容器７と上部容器１１とを有するので、下部容器７及び／又は上部容器１１を上下動させるだけで容易に加圧加熱容器４を開閉することができ、電極付き基板２０の投入や加圧、完成した薄膜型熱電対２０’の取り出しを簡便に行うことができ、作業性に優れる。
（２）下部容器７の内部に配設され電極付き基板２０が載置される下部加圧部９と、上部容器１１の内部に下部加圧部９と対向して配設された上部加圧部１３を有するので、下部容器７の下部加圧部９に電極付き基板２０を載置した後で、下部容器７と上部容器１１が密着するように押圧するだけで、下部加圧部９と上部加圧部１３で電極付き基板２０を確実に挟持して加圧加熱することができ、薄膜型熱電対２０’の製造における作業工数を低減でき、取り扱い性に優れる。
（３）下部容器７及び／又は上部容器１１に配設され下部容器７及び／又は上部容器１１を上下方向に移動させて加圧加熱容器４を開閉し、下部加圧部９と上部加圧部１３で電極付き基板２０を挟持して加圧する開閉加圧駆動部５を有することにより、１つの開閉加圧駆動部５で加圧加熱容器４の開閉と電極付き基板２０の加圧を同時に行うことができるので、薄膜型熱電対製造装置１の構成を簡素化して小型化することができ、省スペース性、取り扱い性に優れる。
（４）下部加圧部９及び上部加圧部１３に埋設されたヒータを有することにより、ヒータの発する熱を確実に下部加圧部９及び上部加圧部１３の表面に伝達することができ、電極付き基板２０を両面から斑無く加熱することができ、加熱の効率性に優れる。
（５）上部容器１１の周壁部１２の端部が、凹条溝１２ａを有する断面コ字型に形成され、下部容器７の周壁部８の端部が、凹条溝１２ａに嵌合され、加圧加熱容器４が、密閉されることにより、加圧加熱容器４内を減圧する際の密閉性や、下部加圧部９及び上部加圧部１３を加熱する際の効率性に優れ、加圧加熱の作業性、効率性に優れる。
（６）加圧加熱容器４に連設され加圧加熱容器４の内部を減圧する減圧ポンプを有することにより、加圧加熱を行う前に加圧加熱容器４の内部を真空に近い状態に減圧することができ、電極付き基板２０に形成された電極が加熱によって酸化するのを防止することができる。
（７）加圧加熱容器４を冷却する冷却部としての冷媒配管１０，１４を有することにより、加圧加熱の終了後に、冷媒配管１０，１４によって下部加圧部９及び上部加圧部１３を強制冷却することができ、短時間で下部加圧部９及び上部加圧部１３を冷却して薄膜型熱電対２０’を取り出すことができ、生産性を向上させることができる。
（８）冷媒配管１０，１４によって下部容器７及び上部容器１１の周壁部８，１２も冷却することができ、加圧加熱容器４の開閉時に、誤って周壁部８，１２などに手が触れても火傷などをすることがなく、安全性に優れる。
（９）低温拡散接合の加熱温度が１００℃乃至４００℃であることにより、基板へのダメージがなく、歩留まりを向上させることができ、量産性に優れる。

実施の形態１の薄膜型熱電対製造装置を用いて製造された薄膜型熱電対は、以下の作用を有する。
（１）基板と電極の密着性に優れ、耐久性、取り扱い性に優れる。
（２）薄膜型でありながら、従来の被覆熱電対などと同等の大きな熱起電力を有するため、温度検出が容易で、使用性に優れる。
（３）金属薄膜の高密度性、均一性に優れ、性能のばらつきが発生し難く、高歩留まりで量産性に優れる。
（４）加熱温度が低温であるため、基板へのダメージが極めて少なく、熱履歴の影響を受けず、長寿命性に優れる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

（比較例１）
銅及びニッケルをそれぞれの元素毎に個別に高周波誘導加熱することにより蒸発させ、ポリイミドで形成された基板上に同時に蒸着させることにより、基板上に薄膜型熱電対の電極となるコンスタンタン薄膜を形成し、その熱起電力を測定した。

（実施例１）
比較例１で形成されたコンスタンタン薄膜の電極付き基板を実施の形態１の薄膜型熱電対製造方法に用いる薄膜型熱電対製造装置を用いて、加熱温度１５０℃、加圧力１．５ｔで５分間、加圧加熱したものについて、熱起電力を測定した。

比較例１及び実施例１における熱起電力の測定結果を図４及び図５に示す。
図４に示すように、比較例１によれば、熱起電力が２１μＶ／Ｋ〜３５μＶ／Ｋ程度の範囲でばらついていることがわかった。これは、コンスタンタン薄膜を形成する際の蒸着条件のばらつきなどが影響しているものと思われる。
図５に示すように、実施例１によれば、ほぼ一定した熱起電力を得ることができ、その値も３５μＶ／Ｋ〜３７μＶ／Ｋとなり、コンスタンタン膜の合金としての基準熱起電力である４０．７μＶ／Ｋに近い値が得られることがわかった。

本発明は、簡素な構造で電極付き基板を簡便かつ確実に低温で加圧加熱して低温拡散接合することができ、取り扱いが容易で、ばらつきの少ない信頼性、耐久性に優れた薄膜型熱電対を製造することができる薄膜型熱電対製造装置の提供を行って、高品質で信頼性に優れた薄膜型熱電対の普及に貢献することができる。

実施の形態１の薄膜型熱電対製造装置の斜視図である。 実施の形態１の薄膜型熱電対製造装置の側面図である。 実施の形態１の薄膜型熱電対製造装置の要部断面図である。 比較例１における熱起電力測定結果を示す図である。 実施例１における熱起電力測定結果を示す図である。

１ 薄膜型熱電対製造装置
２ 基台
３ 容器保持フレーム
３ａ 下部固定部
３ｂ 上部固定部
３ｃ 連結部
４ 加圧加熱容器
５ 開閉加圧駆動部
６ 水平支持部
６ａ 底部補強支持部
６ｂ 位置決め凸部
７ 下部容器
７ａ 底板部
８ 周壁部
８ａ，８ｂ パッキン
９ 下部加圧部
１０，１４ 冷媒配管
１１ 上部容器
１１ａ 天板部
１２ 周壁部
１２ａ 凹条溝
１３ 上部加圧部
１５ 減圧用配管接続部
２０ 電極付き基板
２０’ 薄膜型熱電対

Claims (5)

1. 絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板を１００℃乃至４００℃の低温で加圧加熱して前記基板に前記電極を低温拡散接合する薄膜型熱電対の製造装置であって、
   前記電極が形成された前記基板を加圧加熱する加圧加熱容器が、上下に分割された下部容器と上部容器とを有し、前記下部容器の内部に配設され前記電極付き基板が載置される下部加圧部と、前記上部容器の内部に前記下部加圧部と対向して配設された上部加圧部と、前記下部容器及び／又は前記上部容器に配設され前記下部容器及び／又は前記上部容器を上下方向に移動させて前記加圧加熱容器を開閉し前記下部加圧部と前記上部加圧部で前記電極付き基板を挟持して加圧する開閉加圧駆動部と、前記加圧加熱容器の内部を加熱する加熱部と、を備えていることを特徴とする薄膜型熱電対製造装置。
2. 前記加熱部が、前記下部加圧部及び／又は前記上部加圧部に埋設されたヒータを備えていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜型熱電対製造装置。
3. 前記下部容器及び前記上部容器の一方の周壁部の端部が、凹条溝を有する断面コ字型に形成され、前記下部容器及び前記上部容器の他方の周壁部の端部が、前記凹条溝に嵌合され、前記加圧加熱容器が、密閉されることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜型熱電対製造装置。
4. 前記加圧加熱容器に連設され前記加圧加熱容器の内部を減圧する減圧ポンプ又は前記加圧加熱容器の内部空気を不活性ガスで置換する不活性ガス供給部を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の薄膜型熱電対製造装置。
5. 前記加圧加熱容器を冷却する冷却部を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の薄膜型熱電対製造装置。

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