JPH0193181A - 温度差検知素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 この発明は、ゼーベック効果を利用した温度差検知素子
に関し、特に半導体セラミックスを用いた複数個の熱雷
素子を組合わせてなる温度差検知素子に関する。

°［従来の技術〕 時開ＩＭｆ５４−１１４０９０号公報には、還元性酸化
チタンよりなる半導体熱電素子を利用した熱線検知器が
開示されている。この熱線検知器は、第２図に示すよう
に、板状の還元性酸化チタン半導体基板１の一方主面に
オーミックな金属膜２ａ。

２ｂを形成し、オーミックな金属膜２ａ、２ｂと半導体
基板１との接合点の一方を温接点３、他方を冷接点４と
した熱電素子を複数枚用いて構成されている。すなわち
、第２図では平面的に３枚の熱電索子６ａ〜６ｃが図示
されているが、これらの熱電索子６ａ〜６ｃをリード線
７．８を用いて直列に接続し、しかる後積層して一体型
の熱線検知器とした構造が開示されている。

ここでは、複数枚の熱電素子６ａ〜６ｃを直列に接続す
ることにより、出力電圧が高められている。

他方、特公昭５８−８７３２号には、異種金属を用いた
熱電対を多数直列に接続し、各熱電対の接点を交互に冷
接点および温接点とした構造の温度差検知素子が熱流セ
ンサとして開示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、第２図に示した従来の熱線検知器では、
感度を高めるために多段直列接続を行なう場合、多数の
熱電素子を用意し、第２図に示したように交互に逆向き
に配置し、リード線７，８を用いて接続しなければなら
ない。したがって製造工程が煩雑であり、特にユニット
を小形化した場合、このような接続作業は極めて困難で
あった。

また、金属熱雷対を用いたものでは、１段の熱雷対あた
りの熱起電力が小さく、多段に接続したとしても感度の
点で十分でなかった。

よって、この発明の目的は、より簡単な工程で製造する
ことができ、かつ小形化の容易な高感度の温度差検知素
子を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この発明の温度差検知素子は、冷接点および温接点を形
成するために所定距離を隔てて設けられた１対の電極を
有する複数個のセラミック半導体材よりなる複数の熱電
素子を備える。この複数の熱電素子間には、隣り合う熱
電素子と一体化されており、かつ内部に導電路を有する
絶縁層が配置されている。この絶縁層内の導電路は、隣
り合う熱雷素子のうち、一方の熱電索子の冷接点電極と
、他方の熱電索子の温接点電極とに電気的に接続されて
いる。

絶縁層は、絶縁性セラミックスより構成することができ
、その場合には熱雷素子を構成する半導体セラミックス
と同時に焼成することにより形成することができる。ま
た、絶縁層は、合成樹脂を用いて構成することもでき、
その場合には既に焼成された半導体セラミックスよりな
る熱電索子間に、導電路の形成された合成樹脂を配置し
、積層した状態で熱処理を施せばよい。

［作用］ この発明では、セラミック半導体材を利用した熱電素子
を用いるため、金属熱電対を用いたものに比べて大きな
出力電圧を得ることができる。また、複数個の熱雷素子
を直列接続するものであるため、より大きな出力電圧を
得ることができ、したがって感度が飛躍的に高められる
。

また、絶縁層内の導電路により、各熱電素子が電気的に
接続される。よって、接続にリード線等を用いずともよ
く、シたがって煩雑な接続作業を解消することができる
。

［実施例の説明］ セラミック半導体基板上に、冷接点および温接点を構成
するために、１対の電極を形成した場合、このセラミッ
ク半導体よりなる熱電対は、１℃の温度差あたり３００
〜８００μＶの熱起電力を示す。たとえば、正特性サー
ミスタ用のチタン酸バリウム系半導体セラミックスを用
いた場合には、７００〜８００μＶ／にであり、コンデ
ンサ用のチタン酸ストロンチウム系半導体セラミックス
を用いた場合には７００〜７５０μＶ／に程度の熱起電
力を得ることができる。したがって、従来の金属熱電対
を用いたものに比べて、はるかに大きな熱起電力の得ら
れることがわかる。この発明は、このような半導体セラ
ミックスを用いた熱雷素子を複数個備えるものである。

また、特開昭５４−１１４０９０号に開示されているよ
うに、複数個のセラミック半導体を用いた熱電対を多段
直列接続すれば、全体の熱起電力をより大きくすること
ができる。よって、特開昭５４−１１４０９０号ムおけ
る問題点、すなわち製造上の煩雑さを解消することがで
きれば、高感度かつ小形の温度差検知素子を得ることが
できる。

このような構成として、たとえば第３図に示す温度差検
知素子１１を考えることができる。この温度差検知素子
１１では、１枚の半導体セラミックスよりなる基板１２
の一方面に、対をなす電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１
４ｂ、−１６ａ、１６ｂが形成されており、したがって
４個の熱電素子が一体的に構成されている。そして、電
極１３ｂ−電極１４ａ、電極１４ｂ−電極１５ａ１電極
１５ｂ−電極１６ａ間を、それぞれ、導電路１７により
電気的に接続することにより、多段直列型の温度差検知
素子が構成されている。

しかしながら、第３図に示した温度差検知素子１１では
、隣り合う熱電素子間に存在するセラミックス基板部分
の抵抗が、各熱雷素子の負荷抵抗として作用し、１段あ
たりの出力電圧が低下するという問題が生じる。

これを、第４図の等価回路を参照して説明する。

第４図において、Ｒ「は１個の熱電素子における対をな
す電極間の基板抵抗を示し、Ｒｐは隣り合う熱電素子間
すなわち隣り合う冷接点側および温接点側の電極間の基
板部分の抵抗を示す。なお、添字の数字は各熱電素子を
示すものである。

電極１３ａと、電極１３ｂ−１４ａとの間の電機差ｅ　
＋、２はｅ　１，２　ｍｅ　１＊Ｒｐ　、／（Ｒｐ　Ｈ
＋Ｒ「１）となる。よって、ｎ個の半導体熱電素子が構
成されている場合には、全体の出力ｅｎｌｈ−１−Ｑｎ
　　”　Ｒｐ　／　ＣＲ１ｏ十Ｒｐ　６　）となる。す
なわち、隣接する熱電索子間の基板部分の抵抗が、各熱
電素子の負荷抵抗として作用し、その結果出力電圧を下
げることになる。

よって、この発明では、上述のような問題を回避するた
めに、複数個のセラミック半導体よりなる熱雷素子を絶
縁層を介して積層構造とし、さらに該絶縁層内に導電路
を形成して、この導電路により隣接する熱電索子間を接
続することとした。

以下、この発明の具体的な実施例につき説明する。

第１図は、この発明の第１の実施例を示す。この実施例
の温度差検知素子２０は、半導体セラミックスを用いて
構成された複数個の熱電索子２１〜２４が積層されて一
体化された構造を有する。

各熱電素子２１〜２４は、それぞれ、たとえばＢａＴｉ
−０ｓ系セラミツクスのようなセラミック半導体材２１
ａ〜２４ａ上に、所定距離を隔てて１対の電極２１ｂ　
、２１ｃ　、−２４ａ、２４ｃをＪに成することにより
構成されている。この実施例では、対をなす電極２１１
）、２１ｅ〜２４ｂ、２４ｃは、セラミック半導体材２
１ａ〜２４ａの対向する面上に形成されており、かつ各
セラミック半導体材２１ａ〜２４ａの端部近傍に形成さ
れている。これは、対をなす電極２１ｂ、２１ｃ・・・
が、それぞれ、冷接点および温接点を形成するために設
けられているものであり、この実施例の温度差検知素子
２０では第１図の積層構造の図面上において後方を温接
点側、前方を冷接点側とするためである。

各熱電素子２１〜２４間には、絶縁層２５〜２７が介在
されている。この絶縁層２５〜２７は、隣り合う熱電素
子２１〜２４を一体化するために設けられている。さら
に、この絶縁層２５〜２７内には、導電路２５ａ〜２７
ａが形成されている。

この導電路２５ａ〜２７ａは、それぞれ、隣り合う熱電
素子の冷接点側および温接点側の電極を電気的に接続す
るように形成されている。たとえば、絶縁層２５内の導
電路２５ａは、熱電素子２１の電極２１ｅと、熱電素子
２２の電極２２ｂに電気的に接続されている。このよう
にして、絶縁層２５〜２７内の導電路２５ａ〜２７ａに
より、複数個の熱雷素子２１〜２４が直列に接続されて
いる。

第１図実施例の温度差検知素子２０では、上述したよう
にセラミック半導体材２１ａ〜２４ａを用いて、それぞ
れ、熱雷素子２１〜２４が構成されているので、従来の
金属熱電対を用いた温度差検知素子に比べて、より大き
な出力電圧を得ることができる。のみならず、導電路２
５ａ〜２７ａにより各熱雷素子２１〜２４が直列接続さ
れているため、全体の出力電圧も飛躍的に高められてい
る。さらに、この実施例では、第３図に示した温度差検
知索子１１のような隣り合う熱電索子間の基板部分の抵
抗に基づく出力電圧の低下もほとんど見られない。なぜ
ならば、隣り合う熱雷素子２１〜２４間に、絶縁層２５
〜２７が介在するため、その等価回路は第５図のように
なるからである。

よって、高感度のサーモパイルを得ることができる。

次に、第１図実施例の製造方法の一例を説明する。熱電
素子２１〜２４を構成するための半導体材２１ａ〜２４
ａとして、半導体セラミックスよりなるグリーンシート
を用意する。このグリーンシート上に、電極２１ｂ〜２
４ｃを形成するための導電ペーストをたとえばスクリー
ン印刷により塗布する。他方、絶縁層２５〜２７を構成
するために、導電路２５ａ〜２７ａを形成するための導
電ペースト層が埋め込まれた絶縁性セラミックスよりな
るグリーンシートを用意する。この絶縁性セラミックス
よりなるグリーンシートには、導電路と隣接する電極と
を接続するためにスルーホール等の電気的接続手段を講
じておき、前述した熱電索子２１〜２４を構成するため
のセラミックグリーンシートと交互に積層し圧着する。

しかる後、得られた圧着体を焼成すれば、第１図に示し
たような温度差検知素子２０を得ることができる。

なお、絶縁層２５〜２７については、セラミツ合には、
各熱電素子２１〜２４については、予め焼成された半導
体セラミックスを用いて得られた各熱雷素子２１〜２４
を合成樹脂層を介して第１図に示したように配置し、そ
の状態で熱処理すればよい。熱処理により、樹脂層によ
り絶縁層２５〜２７が構成され、各熱電素子２１〜２４
が一体化される。

第６図は、この発明の第２の実施例を示す。この実施例
の温度差検知素子３０では、第１図実施例と同様に４個
の熱電索子３１〜３４が積層されている。もっとも、こ
の実施例では、各熱電索子３１．３２，３３．３４を構
成するセラミック半導体材３１ａ〜３４ａの前後方向両
端面に温接点および冷接点を形成するための電極３１ｂ
、３１Ｃ〜３４ｂ、３４ｃが形成されている。そして、
隣り合う熱電索子の冷接点側および温接点側の電極を接
続するように、絶縁層３５〜３７内に導電路３５ａ〜３
７ａが形成されている。よって、第１図実施例と同様に
、４ａＩの熱電索子３１〜３４が直列に接続された温度
差検知素子が実現されている。

第６図実施例では、セラミック半導体材３１ａ〜３４ａ
の端面に温接点および冷接点を形成するための電極を形
成するものであるため、セラミック半導体材３１ａ〜３
４ａとしては、図示のような棒状のセラミック材を用い
ることが好ましい。

なお、第１図実施例では、セラミック半導体材２１ａ〜
２４ａは棒状のものとして図示したが、セラミックグリ
ーンシートを用いて各セラミック半導体材２１ａ〜２４
ａを構成する場合には、現実には薄板状となる。よって
、第１図における横方向の厚みは、図示の状態と異なり
、かなり薄くすることができ、したがって積層数をより
多くすることができるため、出力電圧をより一層高める
ことができる。

［発明の効果］ この発明では、セラミック半導体を用いて熱電素子が構
成されているので、金属熱電対を用いた従来の温度差検
知素子に比べて、１段あたりの熱電素子の出力電圧が高
められている。のみならず、複数の熱雷素子が導電路に
より直列に接続されてなるため、全体として大きな出力
電圧を得ることができる。さらに、第３図に示した比較
例の場合のように各熱雷素子間の基板部分の抵抗骨が負
荷として加わらないため、一体型であっても隣り合う熱
雷素子間の部材により出力電圧が低下することもない。

さらに、隣り合う熱電索子は、熱電素子間に積層される
絶縁層内の導電路によって接続されるものであるため、
リード線等の他の部材を外付けして接続する必要がない
。よって、煩雑な接続作業を実施せずとも、比較的簡単
な工程で量産することができ、また小形化も容易である
。

したがって、この発明によれば、高感度であり、かつ製
造容易な温度差検知素子を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す斜視図、第２図は
従来の熱線検知器の一例を説明するための略図的平面図
、第３図は比較例としての温度差検知素子を示す平面図
、第４図は第３図比較例の等価回路を示す図、第“５図
は第１図実施例の等価回路を示す図、第６図はこの発明
の第２の実施例を示す斜視図である。 図において、２０は温度差検知素子、２１〜２４は熱雷
素子、２１ａ〜２４ａはセラミック半導体祠、２１ｂ〜
２４ｃは電極、２５〜２７は絶縁層、２５ａ〜２７ａは
導電路を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷接点および温接点を形成するために所定距離を
   隔てて設けられた１対の電極を有する複数個のセラミッ
   ク半導体材よりなる複数の熱電素子と、 前記複数の熱電素子間に配置され、隣り合う熱電素子と
   一体化されており、かつ内部に導電路を有する絶縁層と
   を備え、 前記絶縁層内の導電路は、隣り合う熱電素子のうち、一
   方の熱電素子の冷接点電極と、他方の熱電素子の温接点
   電極とに電気的に接続されている、温度差検知素子。
2. （２）前記絶縁層は絶縁性セラミックスよりなり、かつ
   前記熱電素子と同時に焼成されて形成されている、特許
   請求の範囲第１項記載の温度差検知素子。