JPH0331724A - 検出素子及びその製造方法 - 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） 本発明は、流体の物理的特性（流量、流速等）を熱の交
換、伝達を利用して測定する検出素子及びその製造方法
に関するものである。

（従来の技術） 従来、例えば吸気流量測定のためのセンサ用の検出素子
の一例として、例えば第９図に示すように、筒状の基体
、例えば円筒形長尺アルミナパイプの外表面に、抵抗体
として白金、ニッケル等の薄膜２を蒸着、メツキ、スパ
ッター等の物理的、化学的手段によって設け、次いでこ
の長尺のアルミナパイプを第９図に示す所定長さに切断
し、金属リード！ＩｆＡ５の先端を中空部１ｂへと挿入
し、白金ペースト２４及びガラスペースト３４（白金ペ
ーストのみでもよい。）でアルミナパイプＩへと固着し
たものが知られている。

（発明が解決しようとする課題） この白金ペースト層２４は、アルミナパイプｌの端面１
ｃ上に設けられ、金属リード線５に固着する一方、白金
ペースト層２４の端部は第９図に拡大図示するように電
気抵抗層２と接触しており、これにより金属リード綿５
と電気抵抗体Ｎ２との電気的接続を図っている。

しかし、かかる従来の検出素子においては、アルミナパ
イプ１の端面ＩＣが切断により形成され、この切断端面
１ｃと外周面１ｄとが鋭（直角を呈しているため、白金
ペースト層２４を焼き付けるＶｆ、に焼成収縮により白
金ベースｌ−層２４の端部に破線で示すように割れ目４
０が生じ、電気的接続不良となり、検出素子の抵抗温度
係数への悪影ｇ（係数のバラツキの増加、係数の低下）
が生ずる。

かかる導通不良を防止すべく、第１Ｏ図に示すように、
白金ペースト層４４を図面において左方向および上下方
向へと厚く盛り上げた検出素子がある。

しかし、この場合は、金属リード線５とアルミナパイプ
Ｉとの接続部分が大きくなりすぎ、検出素子の熱容量が
大きくなり、応答速度等の低下を招く。

本発明の課題は、リード線と電気抵抗体との電気的導電
を確保し、抵抗温度係数への悪影響を防止でき、なおか
つ検出素子の熱容量の増加を抑えて良好な応答性を保ち
うるような検出素子を（２供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、筒状の基体と、この基体の外周面に形成され
た電気抵抗体と、前記基体の端部に取り付けられたリー
ド線とを有し、このリード線と前記電気抵抗体とを電気
的に接続してなる検出素子において、前記基体の端面」
二とこの端面近傍のに体内周面上と前記端面近傍の基体
外周面上とに亘って導電性厚膜が設けられ、少なくとも
この導電性厚膜を介して前記リード線と前記抵抗体とが
電気的に接続されていることを特徴とする検出素子に係
るものである。

また、本発明は、筒状の基体の外周面に電気抵抗体を形
成する工程と；前記基体の端面上とこの端面近傍の基体
内周面上と前記端面近傍の基体外周面上とに亘って導電
性Ｗ膜用ペーストを前記基体に被着させる工程と；前記
導電性厚膜用ペーストを熱処理し、前記電気抵抗体と電
気的に接続された導電性厚膜を形成する工程と；前記リ
ード線を前記基体の端部に固定しかつこのリード線と前
記導電性厚膜とを電気的に接続する導電部を形成する工
程と を有する検出素子の製造方法に係るものである。

ここで、導電性厚膜とは、電気抵抗体とリード線とを電
気的に接続するのに充分な導電性を有する厚膜を意味す
る。この厚膜は厚さ３〜８０ｔ１１１のものがよく、５
〜５０ｔＩ１１のものが更に好ましい。

「基体外周面上に」導電性厚膜を設けるとは、基体外周
面に接するように直接に導電性厚膜を設ける場合と、所
定の層（例えば電気抵抗体層）を挟んで基体外周面上に
導電性厚膜を設ける場合とを含む。「基体内周面上」　
「端面上」も同義である。

（実施例） 第１図は実施例に係る検出素子を示す断面図（第２図の
２−１ｖＡ断面に相当する。）、第２図は同じく平面図
である。

本例においては、円筒状のアルミナパイプＩの外周面上
に、白金、ニッケル、ロジウム、パラジウム等からなる
薄膜電気抵抗体２をスパッタリング、ＣＶＤ、蒸着、メ
ツキ等の物理的又は化学的方法で形成する。この際、予
め長尺のアルミナパイプに薄膜２を形成した後、第１図
に示す所定長さに切断するが、長尺の円筒状アルミナパ
イプを切断した後に薄膜電気抵抗体２を設けてもよい。

この場合にも、やはり切断面と円筒状アルミナパイプ１
の外周面との接線付近で電気的導通不良が従来生じてい
た。

次いで、円筒状アルミナパイプ１の端部１ｃ、内周面１
ａの端面近傍（内周面端部Ｈｅ及び外周面１ｄの端面近
傍、（内周面端部Ｏｆ−，ｈに、薄膜電気抵抗体２を介
して厚さ３〜８０μｍの導電性厚膜３を設ける。この導
電性厚膜３は、白金ペースト、金ペースト、ニッケルペ
ースト、白金−ロジウム合金ペースト等を円筒状アルミ
ナパイプ１表面に被着させ、焼き付けることで形成する
。この形成方法は後述する。

次いで、金属リードｖＡ５の先端を中空部１ｂの端部に
挿入し、導電性厚膜３用のペーストと同じ組成の導電性
ペースト４　（例えば白金−ガラスペースト）で金属リ
ード線５の先端を焼き付は固定する。これにより、金属
リード線から、導電層４、導電性厚膜３を介して、薄層
電気抵抗体２への電気的接続が行われる。

次いで、第１図、第２図の構造体の表面に、無機ガラス
からなる保護層（図示省略）を形成する。

また、第３図に示す検出素子は第１図に示す検出素子と
ほぼ同様の構成のものであるが、導電部１４の断面形状
が金属リード線５を中心に外側へと尖った形状となって
いる。

さらに、第１図及び第３図において、導電性厚膜３用の
ペーストの組成と、導電部１４用のペーストの組成は、
同一である必要はなく、その種類は適宜選択できる。

上記のような検出素子によれば、円筒状アルミナパイプ
の端面、外周面端部に亘って、導電性厚膜を設け、これ
により電気的導通を図っているので、端面と外周面端部
との境界の直角部分で、厚さ３〜８０μ園好ましくは５
〜５０μ霧の比較的均一な厚さの厚膜であることから焼
き付は時に切れ込みが入って導通不良となることはなく
、検出素子の抵抗温度係数のバラツキや低下を招くこと
はない。厚さを３μ−以上、８０μｍ以下とするのは、
３μｌ以下では直角部での電気的導通の確保がむつかし
いためであり、８０μ−以上では焼き付は時に導電性厚
膜ペーストが塗布面に対して平行な方向に大きく収縮し
、亀裂が入りやすくなるためである。むろん、従来技術
のように導電性ペーストを厚く盛り上げて電気的導通の
確保を図る必要はないので、熱容量も大きくならず、良
好な応答性を確保できる。厚膜はペーストを盛り上げた
形状ではなく、比較的均一な厚みを持っているので、体
積、熱容量を小さくできるからである。

しかも、導電性厚膜が円筒状アルミナパイプの端面及び
内周面端部に亘って設けられているので、この部分と金
属リード線との間に導電部を設けて容易に金属リード線
を固定でき、特に第１図に示すように導電部の体積を小
さく抑えることができる。

第１図、第３図において、基体外周面、内周面端部上に
形成される導電性厚膜の長さａは円筒状アルミナパイプ
の全長ｌに対し、１０％以下、更には５％以下とするの
が好ましい。ただし電気的導通を確実にするためには、
ａは導電性厚膜の厚さの２倍以上とすると好ましい。

次いで、導電性厚膜の形成方法について更に述べる。

まず、第４図に示すように、金属板１０に例えば深さ１
０〜３０μｍの凹み１０ａを設け、この凹み１０ａ中に
導電性厚膜用ペース目３を載せ、第５図に示すように、
プラスチック平板（図示せず）等でペース目３の表面を
平らにする。

この導電性厚膜用ペーストは、白金、ロジウム、ニッケ
ル、金、白金−ロジウム等の金属粉末と、好ましくはガ
ラス粉末とともに、有機バインダー及び有機溶剤を加え
てトリロールミル、ボールミル等で混練し、有機溶剤を
更に加えて適正粘度とすることで調製する。

次いで、第６図に示すように、外周面ｌｄ上に薄膜抵抗
体を形成し終ったアルミナパイプ１の一方の端部をペー
スト１３内に埋没させる０次いで、このアルミナパイプ
１を引き上げると、アルミナパイプ端面１ｃ、外周面端
部１ｆ及び内周面端部１ｅ上に導電性厚膜用ペーストが
付着し、これを焼き付けることで、第７図に示すように
導電性厚膜３が形成される。

また、第８図に示すように、金属製平板２０の表面に導
電性厚膜用ペースト１３を載せ、表面を平らにならし、
第６図と同様にアルミナバイブ１の端部を埋没させても
よい。

こうした方法によれば、例えば外形が０．５ｍ鋼程度の
微小なアルミナパイプｌの端部に生産性良く導電性厚膜
３を形成できる。しかも、厚膜用ぺ一スト１３の深さ　
（厚み）を変えることで、第１図、第３図に示すａの大
きさを容易に制御できる。

なお、上記の例において、円筒状アルミナパイプの形状
を例えば四角筒状、六角筒状等としてもよく、また基体
材質をアルミナの他、ムライト、ジルコニア、石英、ガ
ラス等、適宜変更してよい。

薄膜抵抗体は、筒状基体の外周面全面に亘って均一に設
けてもよいが、レーザトリミングによりスパイラル状に
してもよい。

以下、更に具体的な実験例について述べる。

まず、外径０．５ｗｍ、内径０．２ｍ１１＋、長さ２０
ＩＩＩＩｌＯ長尺の円筒状アルミナパイプを用意し、こ
の円筒状アルミナパイプの外周面に白金を０．１μｍの
厚さとなるようメツキした後、このアルミナバイブを長
さ２ＩＩＩ１１毎に切断した。

次いで、下記組成の材料をトリロールミルで１時間混練
し、ブチルカルピトールで粘度５０００ｃｐに調節し、
白金ペーストを潤製した。

白金粉末（粒径１μｍ）　　　　　　！００重量部ガラ
ス粉末（作業温度９００°Ｃ，３２５メツシユ）５重量
部 有機バインダー（エチルセルロース）５重量部有機溶剤
　　　（ブチルカルピトール）適量次いで、第４図に示
すような金属板に深さ３０μｍの凹部を設け、この凹部
に上記金属ペーストを入れ、第５図に示すように表面を
平らにし、第６図に示すように上記円筒状アルミナパイ
プ端部を埋没させ、導電性厚膜用ペーストをアルミナバ
イブ端面、同外周面端部及び同内周面端部に付着させた
。これを乾燥した後さらにもう一方の端部に同様に導電
性厚膜用ペーストを同様に付着乾燥し、９００℃で焼き
付けを行い、第７図（片端面のみ図示）に示すように膜
厚約８μｍの均一な導電性厚膜を焼き付けた。

次いで、ステンレス製のリード線の先端を第１図及び第
３図に示すように中空部の端部に挿入した。その後、上
記白金ペーストと同一組成の白金ペーストをリード線と
導電性厚膜との間に塗布し、乾燥し、９００°Ｃで焼き
付けて第１図及び第３図に示すような導電部４を形成し
た。

次いで、検出素子全体を無機ガラス保護層で被覆した。

表１に上記ペーストを使用して、厚膜の厚さ、アルミナ
パイプへのかぶりの深さ（ａ）をかえた時の導通の安定
性及び応答性をその一部の例について示した。

無機ガラス保護層厚さを平均３０μ−として応答時間を
測定した。試料数はｎ＝５とし平均値をとっている。

応答時間は、被測定気体としての空気の流量を３０ｋｇ
／時間とし、空気の温度を２５°Ｃから７０°Ｃへと変
化させた時の抵抗体の抵抗値変化時間を表示した。具体
的には、温度２５′Ｃのときの抵抗（ｌ￥ｊＲＺｓ（２
０Ω）、温度７０’Ｃのときの抵抗値Ｒ１゜（定常値）
とし、Ｒ７゜とＲｌｓとの差をΔＲとすると、温度を２
５゛Ｃから７０°Ｃへと変化させた時点から、抵抗値が
Ｒ２５から０，８×ΔＲだけ変化した時点までの経過時
間を応答時間とした。

上記の結果より、本発明によって端面と外周面端部との
直角部分で焼き付は時に切れ込み、割れ目が入るという
不具合がなくなった。また、熱容量が小さいことにより
応答性がよいことがわかる。

（発明の効果） 本発明に係る検出素子によれば、筒状の基体の端面上と
端面近傍の基体外周面上とに亘って導電性厚膜が設けら
れ、この導電性厚膜を介してＩＪ−ド線と電気抵抗体と
を電気的に接続しているので、端面と外周面端部との境
界の直角部分で、厚膜であることから、焼き付は時に切
れ込み、割れ目が入って導通不良となることはなく、従
って検出素子の抵抗温度係数のバラツキや低下を招くこ
とはない。従って、導電性ペーストを厚く盛り上げて電
気的導通の確保を図る必要はなないので、熱容量は大き
くならず、良好な応答性を保持できる。

しかも、基体端面上と端面近傍の内周面上とに亘って導
電性厚膜を設けているので、端面及び端面近傍の内周面
とリード線との間に導電部を設けることで容易にリード
線を固定でき、かつ導電部の体積も小さく抑えうる。

本発明にかかる検出素子の製造方法によれば、基体の端
面上とこの端面近傍の基体内周面上と端面近傍の基体外
周面上とに亘って導電性厚膜用ペーストを基体に被着さ
せ、このペーストを熱処理して導電性厚膜を形成し、か
つ導電部によりリード線と導電性厚膜とを電気的に接続
しているので、最終的に上記導電性厚膜を介してリード
線と電気抵抗体とが電気的に接続され、本発明の検出素
子が製造される。

【図面の簡単な説明】

第１図は検出素子の断面図、 第２図は検出素子の平面図、 第３図は他の検出素子の断面図、 第４図は金属板に設けた凹部中に導電性厚膜用ペースト
を載せた状態の断面図、 第５図は導電性厚膜用ペーストの表面を平らにした状態
の断面図、 第６図は厚膜用ペースト中に円筒状アルミナパイプ端部
を埋没させた状態の断面図、第７図は円筒状アルミナパ
イプを引き上げた状態の断面図、 第８図は金属板の平らな表面上に設けた導電性厚膜用ペ
ースト層中に円筒状アルミナパイプ端部を埋没させた状
態の断面図、 第９図は従来の検出素子を示す断面図、第１θ図は従来
の他の検出素子を示す一部断面図である。 １・・・円筒状アルミナバイブ １ａ・・・内周面　　　　　　　ｔｂ・・・中空部１ｃ
・・・端面 １ｅ・・・内周面端部 ２・・・薄層電気抵抗体 ４．１４・・・導電部 １３・・・導電性厚膜用ベース ト １ｄ・・・外周面 １、ｆ・・・外周面端部 ３・・・導電性厚膜 ５・・・金属リード線 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、筒状の基体と、この基体の外周面に形成された電気
   抵抗体と、前記基体の端部に取り付けられたリード線と
   を有し、このリード線と前記電気抵抗体とを電気的に接
   続してなる検出素子において、前記基体の端面上とこの
   端面近傍の基体内周面上と前記端面近傍の基体外周面上
   とに亘って導電性厚膜が設けられ、少なくともこの導電
   性厚膜を介して前記リード線と前記抵抗体とが電気的に
   接続されていることを特徴とする検出素子。 ２、筒状の基体の外周面に電気抵抗体を形成する工程と
   ；前記基体の端面上とこの端面近傍の基体内周面上と前
   記端面近傍の基体外周面上とに亘って導電性厚膜用ペー
   ストを前記基体に被着させる工程と；前記導電性厚膜用
   ペーストを熱処理し、前記電気抵抗体と電気的に接続さ
   れた導電性厚膜を形成する工程と；前記リード線を前記
   基体の端部に固定しかつこのリード線と前記導電性厚膜
   とを電気的に接続する導電部を形成する工程とを有する
   検出素子の製造方法。