JPS6296831A

JPS6296831A - 熱流計センサ−及びその製法

Info

Publication number: JPS6296831A
Application number: JP23677585A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kawabata; 健一川端; Kunisuke Matsuda; 松田　邦介; Yukio Wakabayashi; 若林　行雄
Original assignee: EIKOU SEIKI SANGYO KK; TANAKA MASSEY KK
Current assignee: EIKOU SEIKI SANGYO KK; TANAKA MASSEY KK
Priority date: 1985-10-23
Filing date: 1985-10-23
Publication date: 1987-05-06
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: JPH0640031B2

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】産業上の利用分野成る物体の表面から放散する熱量や、成る物質中を貫流
する熱流量を単位時間、単位面積当たりで計測する必要
が近年断熱材の研究、熱機器の研究に生じて来た。本発
明はこのための計測器即ち熱流計の要素である熱流計セ
ンサーに係る。熱流計センサーは一般に熱電対である冷
温接点を用いるがこれを多数直列に接続して群として用
いる。

従来の技術熱流計センサーに対する条件として、センサー自体が測
定系を乱さないような低熱抵抗体であることと、僅かな
温度差を検出することのできる高感度性があること及び
センサーが波測定面全体にわたり多数の均質の冷温接点
が分布して成ることを挙げることができる。

しかし、従来の熱流系センサーの中、低温用センサーは
従来から高感度のものが得られているが高温にまで使用
できるタイプのものにあっては、その製作法およびセン
サー用材料の性質から、センサー自体の熱抵抗が一般に
大きくなり勝ちであり熱抵抗を小さくすると十分な感度
が得られず、他に精度の良い増幅器を必要としていた。

又低温用・高温用センサー共接点の配列が従来型にあっ
ては線状に並んでおり、被測定面に接点が一様に分布す
るものがなかった。この線状分布を面分布に改善する方
策としてパターン印刷による多接点配列も考えられて来
たが、従来の厚膜印刷技術は専ら層の上に層を積ねる技
術であり、この技術を直ちに熱流計用の接点の製法に適
用すると接点が面と面との重なり合いで形成され、この
間に熱抵抗並びに電気容量を生じ熱流計としての回路、
設計が複雑となるおそれがある。

本発明が解決しようとする問題点本発明によるセンサーは多数の均質な熱電対接点が小面
積内に一様に分布され、これら接点の直列接続も簡単に
出来、全体として熱抵抗が小さく、且つ高温下でも高感
度である上記した従来の欠点を一挙に解消した熱流計セ
ンサーを提起することにある。

問題点を解決するための手段本発明に於ては熱流計センサーを構成するに厚膜印刷法
の原理を利用する。然してその１方法として電気絶縁性
で且つ熱抵抗性のシートを準備し、このシート両面に異
種金属の金属層パターンを印刷し、２種の金属層の境界
縁をもって熱電対の冷・温接点を構成し、これら多数の
接点がシートに穿った多数のスルーホールにより直列に
接続される様にし、この直列接続体の両端子をこれ又印
刷された端子パッドより引出して成る。

第２の方法としてはスルーホールを穿孔せず、スルーホ
ールに相当する導通孔をも印刷によって形成する方法で
ある。

電気絶縁性の印刷基板上に熱電対形成用の２種類の金属
ペースト線が相連接する様に印刷し、この金属ペースト
線印刷層の上に電気絶縁性で且つ熱抵抗体のペースト層
を印刷するが、この場合上記金属ペースト線の端部は印
刷せずに残しておき、この上に再び上記２種類の金属ペ
ースト線を相連接して印刷する。この際上記印刷せずに
残しておいた端部がスルーホール様になって現われる様
にし、この端部に於いて上記電気絶縁性で且つ熱抵抗体
のペースト層の両面にある金属ペースト線が電気的に結
ばれ結果として上記連接点で形成される熱電対接点が直
列に接続される様にした。

作　　用以上の様な構成及び形成法を採用することにより、均質
の熱電対接点が小面積内に多数形成され、これら接点が
容易に直列接続され、高感度な熱流計センサーが提供出
来る。又この印刷による接点形成法は多層階にして接点
数を所要数まで容易に増加出来感度の増大が容易である
。

まして接点は共通面上に印刷により形成された層と層と
の突き合った境界端縁で形成され、面と面との重なり合
いでないから電気容量は実質上存在せず理想的な熱電対
接点として働く。

実施例次に図面について本発明実施例を説明する。第１図は本
発明センサーの要部の斜視図であり、電気絶縁性で、且
つ熱抵抗性のシート１の多数のスルーホール２の中隣接
するスルーホール例えば２１　　と２２　との間を２つ
の異種の金属薄層ＡとＢの印刷薄層で結び、この異種金
属薄層相互の突き合った境界接続点５を熱電対接点とし
、これら接点を上記シート１の表裏両面に５及び５°と
して配置し、これら接点５．５゛を上記スルーホール２
１．２□を通じて直列接続し、この直列接続体の両端に
引出し端子パッドＰを設けたものである。

第１図センサー要部を製作する方法について以下説明す
る。

製法１）　熱流計センサーの温、冷接点を電気絶縁性で
熱抵抗体板の表裏に設け、これら接点を直列に接続する
ための手法としてプリント基板の製法において既に開発
されているスルーホールの技法を使う。このためにまず
絶縁板で且つ熱抵抗体板１の表面を示す第２図Ｂ、基板
１の裏面を示す第２図Ｃに示す様なパターンを表裏面夫
々に設計、作図する。この設計図に従い、第１図Ａに示
すように電気絶縁性で且つ熱抵抗体の板１を基板として
これに孔開けを行う。孔開は法は材料によって異なるが
、アルミナの場合は焼結前のテープ状アルミナに金型で
打ち抜き加工後焼結するか、レーザー加工機により行う
。基板材料としてはアルミナ、ベリリア、ＳｉＣ、ガラ
ス等が利用できる。

次に、スルーホールの孔明けが完了した基板１の両面夫
々の斜線で示すパターン部分３と、スルーホール２１　
の内面とを金属ペーストＡで厚膜技法に従って夫々スク
リーン印刷する。次に異なる種類の金属ペーストＢで、
黒塗りに示すパターン部分４とそれに続くスルーホール
２２　をスクリーン印刷する。但し、この場合光に印刷
したパターン部分３の金属Ａと境界がぴったりと接する
様に突き合わせ印刷して接点５を作る。

基板１の両面に形成された多数の接点５は二種の金属ペ
ーストが交互になりながらスルーホール２を通して直列
に接続される。

次に、基板１を約９００〜９５０ｔで焼結することによ
り、各金属ペースト成分を基板１に約１０μｍの膜厚で
強固に焼き付ける。

この金属ペースト層Ａ、Ｂとスルーホール２を保護する
ために、引出端子パッドＰの部分のみを残し、絶縁体ペ
ーストをスクリーン印刷し、再度乾燥、焼成し、強固な
保護膜層６とする。これを断面図として第３図に示す。

実施例では保護層用絶縁体ペーストとして、結晶化ガラ
スペーストを用いたが、その他の高軟化点ガラスやセラ
ミックス系コーテイング材の使用も可能である。

製法２）　第４図Ａ、Ｂ、Ｃは本発明方法による他の手
順を示したものであり各図共表面を示す図である。

印刷基板１１として製法１）における材料と同じものの
他に金属ホウロウ、アルマイト処理水の基板を用いるこ
とも可能である。

但し、本方法ではセンサー要部の印刷基板として作用す
るものである。

第４図囚において、基板１１の表面の斜線で示すパター
ン部分３を金属ペーストＡでスクリーン印刷する。次に
、金属ペーストＢを第４図囚の黒塗りに示すパターン部
分４にスクリーン印刷する。

次に、第４図囚の各パターン部分３．４両端における２
−１，３−１で示す直径１００〜１５０μｍの円と、引
出端子パッドＰ１Ｐを残し、前面に厚さ約１００〜２０
０μｍで電気絶縁性で且つ熱抵抗体である絶縁体ペース
ト１を印刷する。この結果を第４図（Ｂｌに示す。

この絶縁体ペーストとして実施例においては、積層用結
晶化ガラスを用いたが、その他のガラス系またはセラミ
ックス系ペーストの使用も可能である。また、この絶縁
体ペーストによる電気絶縁兼熱抵抗層１の厚さ、材質を
選択することにより、熱流計センサーとしての感度、応
答速度を変えることができる。

さらに、層１の上に、夫々異種の金属ペース）Ａ、Ｂで
第４図ｆｃｌに示すパターンを順番に印刷する。この順
番は金属ペーストＡ、Ｂのどちらを先にする事も可能で
あるが、金属ペース）ＡＳＢの相互の境界はぴったりと
一致して接合５を形成する様に印刷する。このときの印
刷では層１上に設けられている金属ペース）Ａ、Ｂの円
２−１．３−１も夫々同種の金属ペーストで塗りつぶさ
れる。このため、層ｌの両面の金属パターンは、層に残
されだ円孔即ち層１を貫通する様に残されたスルーホー
ル２を通して導通が得られ、全体で一本る直列回路が形
成される。本方法においては、層１の両面金属ペースト
Ａ、Ｂによるパターンの導通をとるための孔は製法１）
のような機械加工によるスルーホールでなく、印刷で形
成されるため、孔の直径を小さくすることができ、製法
１）によるパターンの微細化が可能で集積度を上げる事
ができる。

次に第５図に示すように、この上にパターン保護のため
のオーバーコート６を施すことにセンサーが完成される
が、本方法を用いれば、このオーバーコートの上にさら
に本製法工程を繰返し何段にも構成することができ、よ
り大きな感度の熱流計センサーを得ることもできる。第
６図は二段積みにした場合のセンサー要部の断面である
。

この場合は端子パッド２部分を残し最外層の保護膜６”
を印刷し終わったら、全体を製法１）と同様に約９００
〜９５０℃で焼成して、各層が強固に接合された熱流計
センサーとなる。

以下に説明する製法３）及び製法４）は第６図に示す様
にセンサー要部を多層階にした所謂積層型のセンサーを
製作するに適した方法である。

製法３）　本方法は製法２）による長所即ちスルーホー
ルの機械加工が不要で全工程が印刷技術のみで施行出来
ると言う長所を活かしつつより積層性のよい寸法形状も
自由に出来る多層センサーを製作しようとする方法であ
って、厚膜印刷技術に於けるグリーンシートを用いた印
刷積層法を改良した方法である。

まず、電気絶縁性兼熱抵抗体層１として厚さ０．２〜０
．７　ｍｍの未焼成前のシート状アルミナ（以下、グリ
ーンシート）に、二種類の高融点金属ペース）Ａ、Ｂを
１０〜３０μｍ位の厚さで印刷乾燥する。グリーンシー
トの両面へ印刷及び接合のつなぎかたは製法２）と全く
同様であるので省略する。この上に保護層６として絶縁
体のアルミナペーストを１００〜２００μｍ位の厚さで
印刷乾燥する。この工程を必要な階層の数だけ繰り返す
。

最上保護層６”は端子パッド部を残し、アルミナ絶縁体
を印刷し、約１６００℃で還元雰囲気炉で焼成して形成
する。この方法により、作られた熱流計センサーは製法
１）　、２）と比べると使用できる金属ペーストが限定
されるが、耐熱性においては１０００℃付近での安定し
た使用が可能である。

製法４）　本方法は製法３）と同じくグリーンシートを
用いるが電気絶縁兼熱抵抗体として用いるグリーンシー
トに対してのみ機械的穿孔工程が入り、できあがりのセ
ンサーの構成は製法２）、３）によるものと同様になる
。積層性はこれらのなかで最もよい。

まず、電気絶縁性で且つ熱抵抗性の層１として比較的薄
い（約０．２　ｍｍ　）グリーンシートに、製法１）に
於いて用いた工程、つまり金型や炭酸ガスレーザーで定
められたパターン通りのスルーホールを形成する。この
場合の孔径は製法２）　、３）とほぼ同じで１００〜２
５０μｍφ程にする事ができる。

この上に、二種類の高融点金属ペーストＡ１Ｂを交互に
印刷乾燥する。パターンとしては製法２）と同様なので
省略する。このようにして、サーモパイルパターンを印
刷したグリーンシートを複数枚を間に保護層としてのグ
リーンシートを挟み、上下層導通用のスルーホール７の
みを残し重ね合わせる。

この様にグリーンシートを全部重ね合わせ５０〜１５０
ｋｇ／ｃ＋＋ｆの圧力で加圧し８０〜１５０℃で予備加
熱後、製法３）と同様に約１６００℃の還元雰囲気炉で
焼成する。

ここで、製法１）、２）に使用される金属ペーストとし
ては、厚膜熱電対として使用ささるものを用い、金属ペ
ーストＡとして４０％Ｐｄ・２０％Ｐｔ・ＩＱ％Ａｕ、
金属ペーストＢとして５０％Ａｕ・２０％Ｐｄを用いた
。製法３）　、４）のペーストには、高融点のものを用
いＡとしてｐｔペースト、Ｂとしてタングステンペース
トを使用するのが良い。

ここにおいて重要なことは、これらの金属ペーストは合
金の粉末を使用しなくとも、各成分比に純金属粉末を混
合することによって合金粉末と同等の性状をもたせるこ
とができることである。このことは、容易に必要な性質
のペーストが自由に得られることを意味する。また、端
子パッド部分には後でリード線とのろう付けが可能なよ
うに１．１ｏ・１Ａｎ系かＰｔ系のペーストを使用する
。

効　　果以上のように本発明による熱流計センサーは、主として
、メッキや金属シートで作られてきたサーモパイル型等
の熱流計センサーと比べ、約８００〜１６００℃の範囲
で強固に焼成され、金属成分は高融点電気絶縁膜で覆わ
れているため酸化の影響が少なく、低温域から高温域に
わたる使用が可能で、また、耐久性も有り経年変化も少
ない。

さらに、ここにおいて重要なことは、異種金属を細かい
ピッチで、且つ小面域に均等に接点が分布するように多
数つなぐことが、本発明において可能になった事である
。このことは、従来のサーモパイルパターンの製法と比
べて高感度のものが容易に作れるようになったことを意
味する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す熱流計センサーの要部の斜
視図、第２図囚ＣＢｌ　（Ｃ１は第１図に示す本発明熱
流計センサー要部の製作法の１実施例の工程を示す図、
第３図は第２図に示す工程に依り形成されたセンサー要
部を有する完成体の断面図、第４図因ｔＢ］　（Ｃ１は
第１図に示す本発明熱流計センサーの要部の製作法の他
の実施例の工程を示す図、第５図は第４図に示す工程に
依り形成された熱流計センサー完成体の断面図、第６図
は第５図に示す熱流計センサー要部を多階層に積層した
場合を示す熱流計センサーの断面図である。１・・・・・・電気絶縁兼熱抵抗の板或いは層、２・・
・・・・スルーホール、Ａ、Ｂ・・・・・・金属ペースト、５・・・・・・熱電対接点、　　　６・・・・・・保護
層或いは膜、１１・・・・・・電気絶縁性支持板。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気絶縁性で且つ熱抵抗性のシートの多数のスル
ーホールの中隣接スルーホール間を２つの異種の導電性
金属の印刷薄層で結び、この異種金属薄層相互の境界接
続点を熱電対接点とし、これら接点を上記シートの表裏
面に配置し、これら接点を上記スルーホールを通じて直
列接続した事を特徴とする熱流計センサー。
（２）電気絶縁性で且つ熱抵抗性の印刷層の多数のスル
ーホールの隣接スルーホール間を２つの異種の導電性金
属の印刷薄層で結び、この異種金属薄層の相互の境界接
続点を熱電対接点とし、これら接点を上記印刷層の表裏
面に配置し、これら接点を上記スルーホールを通じて直
列接続し、更に上記印刷層一面に電気絶縁性の印刷基板
を設けて成る事を特徴とする熱流計センサー。
（３）電気絶縁性で且つ熱抵抗性のシートに多数のスル
ーホールを配列して穿ち、或るスルーホールを含みこれ
より上記シートの両面に延びる様に或る種の金属ペース
トを印刷し、上記或るスルーホールに隣接するスルーホ
ールを含んで上記シートの両面に延びる上記或る種金属
ペーストに境界を接して接続する様に異種の金属ペース
トを印刷し、上記シートの両面に於ける境界接続点すべ
てが直列接続されて成る事を特徴とする熱流計センサー
の製法。
（４）電気絶縁性の印刷基板上に２種類の金属ペースト
線が相連接する様に印刷する第１工程とこの上に電気絶
縁性で且つ熱抵抗体であるペーストを上記金属ペースト
の連接端とは反対の端のみを残して印刷する第２工程と
、更にこの電気絶縁兼熱抵抗層の上に上記残して印刷し
てあった端部に同種の金属ペーストが密着印刷される様
第１工程と同じく２種類の金属ペースト線が相連接する
様に印刷し、然して印刷基板の両面にある連接点が直列
に接続される事を特徴とする厚膜印刷による熱流計セン
サー製作方法。
（５）印刷基板と、第２工程に於ける電気絶縁兼熱抵抗
体であるペーストが共にグリーンシートであってこれら
すべてのグリーンシートを重ね合せて最終的に焼成して
成る上記第（４）項記載の熱流計センサー製作方法。