JP6659915B2 - 温度センサおよび温度測定装置 - Google Patents

Description

本開示は、温度センサおよび温度測定装置に関するものである。

排気ガス用センサ等に用いられる温度センサとして、金属材料の電気抵抗の温度による変化を利用したものが知られている。例えば、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体からなる絶縁基板に、温度によって抵抗値が変化する抵抗配線を設けたものが用いられている。

特開平１１−１２１２１４号公報

本開示の一つの態様の温度センサは、第１面および第２面を有する、セラミックスから成る絶縁基板と、該絶縁基板の前記第１面上の、外部の測定回路に接続される陰極電極および陽極電極と、前記絶縁基板の内部の抵抗配線を含み、両端部がそれぞれ前記陰極電極および前記陽極電極に電気的に接続されている抵抗配線部と、前記絶縁基板の内部において前記抵抗配線部と同じ電位か低電位の位置に接続されており、前記抵抗配線より幅広の金属層とを有しており、前記抵抗配線部は、前記絶縁基板の厚み方向に配置され、前記陰極電極と前記陽極電極との間において互いに直列に接続されている複数の前記抵抗配線を含んでおり、該複数の前記抵抗配線は前記第１面から前記第２面に近づくにつれて低電位となるように接続されており、前記金属層は、前記第２面に最も近い前記抵抗配線と前記第２面に二番目に近い前記抵抗配線との間にある。

本開示の一つの態様の温度測定装置は、上記構成の温度センサと、該温度センサの前記電極に接続されている測定回路と、を有している。

温度センサの実施形態の一例の外観を示す斜視図である。 図１に示す温度センサの分解斜視図である。 温度センサの他の一例を示す分解斜視図である。 温度センサの他の一例を示す分解斜視図である。 温度センサの他の一例を示す分解斜視図である。 温度センサの他の一例を示す分解斜視図である。 温度センサの他の一例を示す分解斜視図である。 温度測定装置の一例を示す模式図である。

以下、実施形態の温度センサおよび温度測定装置を添付の図面を参照して説明する。以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際にセンサ基板等が使用される際の上下を限定するものではない。

図１は、温度センサの実施形態の一例の外観を示す斜視図である。図２および図３は、いずれも図１に示す温度センサの分解斜視図の一例である。

温度センサ１０は、第１面１１および第２面１２を有する、セラミックスから成る絶縁基板１と、絶縁基板１の第１面１１上の、外部の測定回路に接続される陰極電極２ａおよび陽極電極２ｂを含む電極２と、絶縁基板１の内部の抵抗配線３ａを含み、両端部がそれぞれ陰極電極２ａおよび陽極電極２ｂに電気的に接続されている抵抗配線部３と、絶縁基板１の内部において抵抗配線部３と同じ電位か抵抗配線部３より低電位の位置に接続されており、抵抗配線３ａより幅広の金属層４とを有している。

図２に示す例においては、３つの絶縁層１ａが積層された絶縁基板１における第２面１２側（下側）の絶縁層１ａ・１ａ間に抵抗配線３ａが配置され、第１面１１側（上側）の絶縁層１ａ・１ａ間に金属層４が配置されている。この例においては１つの抵抗配線３ａで抵抗配線部３が構成されている。抵抗配線３ａすなわち抵抗配線部３の一端が接続導体５（５ａ）で陰極電極２ａに接続され、抵抗配線部３（抵抗配線３ａ）の他端が接続導体５（５ｂ）で陽極電極２ｂに接続されている。そして、金属層４は、陰極電極２ａと抵抗配線部３との間で接続導体５ａに接続されている。すなわち、金属層４は、陽極電極２ｂと陰極電極２ａの間において、抵抗配線部３より低電位の位置に接続されている。

このような温度センサ１０によれば、金属層４が抵抗配線部３より低電位の位置に接続されていることから、絶縁基板１内において金属イオンはより低電位の金属層４の方に移動するので、金属イオンが抵抗配線部３に集積して抵抗配線部３が変質することによる抵抗変化が低減される。

従来の温度センサにおいては、例えば燃焼排ガスの温度を測定するために、高温のガス中での長時間通電を繰り返していると、温度センサの精度が劣化してしまう場合があった。これは、セラミック絶縁基板に含まれるカルシウムやマグネシウム等がイオン化し、これら金属イオンが温度センサの低電位側に移動（拡散）して、低電位側の抵抗配線の周りに集積することで抵抗配線が変質し、抵抗配線の抵抗値が変化してしまうことによるものであった。これに対して、上記のような金属層４を備える温度センサ１０は、金属イオンが金属層４へ移動することで、金属イオンの抵抗配線部３への集積による抵抗配線部３の抵抗変化が低減されるので、精度劣化の小さいものとなる。

陰極電極２ａおよび陽極電極２ｂは、外部の測定回路に接続するための電極２であって、外部の測定回路から電流が印加されるときに、陰極電極２ａが外部回路の直流電源のマイナス極に接続され、陽極電極２ｂが外部回路の直流電源のプラス極に接続される。よって、陰極電極２ａと陽極電極２ｂとの間の電流が流れる経路において、陰極電極２ａ側が低電位となる。

電極２に電流を印加することで電極２両端が接続された抵抗配線部３の抵抗値を測定することができる。抵抗配線部３の抵抗配線３ａは温度によって抵抗値が変化するので、抵抗値から温度を知ることができる。つまり、温度センサ１０における抵抗配線部３が温度検知部として機能するものである。温度検知部である抵抗配線３ａはセラミックスから成る絶縁基板１の内部に設けられているので、温度を測定する環境の雰囲気、あるいは気体または液体の測定対象物に直接触れることがない。そのため、これらによって抵抗配線３ａが腐食するなどして抵抗値が変化してしまうことがない。金属層４は、抵抗配線３ａより幅広で、１箇所で接続導体５ａに接続されているので温度検知部として機能しないものである。

図３に示す例は、図２に示す例と比較して、絶縁基板１内における抵抗配線３ａおよび金属層４の配置が逆になっている。絶縁基板１における第２面１２側（下側）の絶縁層１ａ・１ａ間に金属層４が配置され、第１面１１側（上側）の絶縁層１ａ・１ａ間に抵抗配線３ａが配置されている。また、抵抗配線３ａ（抵抗配線部３）は一端が接続パッド５ｃおよび接続導体５ａを介して陰極電極２ａに接続され、他端が接続パッド５ｃおよび接続導体５ｂを介して陽極電極２ｂに接続されている。金属層４もまた接続導体５ａに接続された接続パッド５ｃに金属層用貫通導体４ａによって接続されている。この例の場合は、金属層４および抵抗配線部３は同じ接続パッド５ｃに接続されているので、金属層４は抵抗配線部３と同電位の位置に接続されている。

金属層４は電流が流れる経路に一点でしか接続されていないため、金属層４内はその全域で同電位となる。一方、電流が流れる経路になる抵抗配線部３は、抵抗配線部３内において陽極電極２ｂに近いほど電位が高くなる。したがって、同電位の接続パッド５ｃに接続されていても、金属層４はその全域において接続パッド５ｃとほぼ同電位であるのに対して、抵抗配線部３は接続パッド５ｃから離れて陽極電極２ｂに近づくと高電位になる。そのため、金属層４はそのほぼ全域において抵抗配線部３よりも低電位となる。よって、図２に示した例と同様に、絶縁基板１内において金属イオンはより低電位の金属層４の方に移動するので、金属イオンが抵抗配線部３に集積し難くなり、抵抗配線３ａの抵抗変化が低減される。

このように、金属層４は、抵抗配線部３と同じ電位の位置に接続される（図３に示す例）か、抵抗配線部３より低電位の位置に接続される（図２に示す例）ことで、抵抗配線部３より低電位となる。これにより、金属イオンはより低電位の金属層４の方に移動し、抵抗配線部３に集積し難くなるので、抵抗配線３ａの抵抗変化が低減される。

図２および図３に示す例において、金属層４は平面透視で抵抗配線３ａ（抵抗配線部３）における低電位側の部分、言い換えれば陰極電極２ａに近い半分と重なるように配置されている。金属層４は平面透視で抵抗配線３ａの全域と重なるように配置されていてもよい。言い換えれば、金属層４の大きさは抵抗配線３ａの全域と重なるような大きさにすることもできる。上述したように、絶縁基板１内において金属イオンはより低電位の導体の方へ移動するので、抵抗配線部３（抵抗配線３ａ）における低電位側に移動して集積しやすいので、この部分に近い位置に金属層４を配置しておけば効果的である。また、金属層４の大きさが抵抗配線３ａの全域と重なるような大きさである場合に比較して低コストとなる。

図４〜図６は、いずれも温度センサ１０の他の例を示す分解斜視図である。図４〜図６に示す例は、図２および図３に示す例に対して、絶縁基板１の絶縁層１ａが５層と多く、絶縁基板１内に配置されている抵抗配線３ａが複数（３つ）になっている点が大きく異なっている。また、これらの例において、抵抗配線部３は、３つの異なる絶縁層１ａ・１ａ間に配置された３つの抵抗配線３ａと、各抵抗配線３ａと同じ絶縁層１ａ・１ａ間に配置され、各抵抗配線３ａの端が接続されている抵抗接続パッド３ｂと、絶縁基板１内において上下に位置する（厚み方向に配置されている）抵抗配線３ａ同士を、その間の絶縁層１ａを貫通して抵抗接続パッド３ｂに接続されている抵抗貫通導体３ｃとを含んでいる。３つの抵抗配線３ａは抵抗接続パッド３ｂおよび抵抗貫通導体３ｃを介して直列に接続されている。そして、いずれの例の温度センサ１０もまた金属層４を有しており、金属層４は抵抗配線部３より低電位の位置に接続されている。

このように、抵抗配線部３は、絶縁基板１の厚み方向に配置され、陰極電極２ａと陽極電極２ｂとの間において互いに直列に接続されている複数の抵抗配線３ａを含んでいてもよい。上述したように、抵抗配線３ａが温度検知部であるので、抵抗配線３ａの長さが長いほど温度検知部が大きくなり、温度の検出感度が向上する。１つの絶縁層１ａ間において抵抗配線３ａを長くすると、温度センサ１０が大型化してしまうが、絶縁基板１の厚み方向に複数の抵抗配線３ａを配置することで、平面視の大きさは小さいままで温度検知部を大きくすることができる。

図４に示す例においては、絶縁基板１における５つの絶縁層１ａによる４つの層間のうち、絶縁基板１の第１面１１に最も近い層間、２番目に近い層間、最も遠い層間、言い換えれば、絶縁基板１の第２面１２に最も近い層間、３番目に近い層間、最も遠い層間に抵抗配線３ａが設けられている。第１面１１に最も近い（層間に配置された）抵抗配線３ａの端部は、同じ層間に配置された接続パッド５ｃに接続され、接続パッド５ｃと陽極電極２ｂとが接続導体５ｂで接続されている。絶縁基板１の第２面１２に最も近い（層間に配置された）抵抗配線３ａの端部は、同じ層間に配置された接続パッド５ｃに接続され、接続パッド５ｃと陰極電極２ａとが接続導体５ａで接続されている。よって、抵抗配線３ａは、絶縁基板１の第２面１２に近いものほど低電位である。言い換えれば、複数の抵抗配線３ａは絶縁基板１の第１面１１から絶縁基板１の第２面１２に近づくにつれて低電位となるように直列に接続されている。そして、金属層４は、絶縁基板１の第２面１２に２番目に近い層間に配置されている。言い換えれば、金属層４は、第２面１２に最も近い抵抗配線３ａと第２面に二番目に近い抵抗配線３ａとの間にある。金属層４は、絶縁基板１内におけるこのような位置で接続導体５ａに接続されている。これにより、全ての抵抗配線３ａより低電位の位置に接続されている。この例の場合も、金属イオンはより低電位の金属層４の方に移動するので、金属イオンは抵抗配線部３における低電位の抵抗配線３ａには集積し難くなり、抵抗配線部３の抵抗変化が低減される。抵抗配線部３が２つの抵抗配線３ａを有する場合は、この２つの抵抗配線３ａ間に金属層４があれば、第２面１２に最も近い抵抗配線３ａと第２面に二番目に近い抵抗配線３ａとの間に金属層４があることになる。

図５に示す例は、図４に示す例に対して金属層４の配置が異なる。図４に示す例における、絶縁基板１の第２面１２に最も近い（層間に配置された）抵抗配線３ａと金属層４とが入れ替わって配置されている。これにより、金属層４は、上の２つの抵抗配線３ａより低電位で、一番下の抵抗配線３ａと同電位である位置に接続されている。この例においても、金属イオンは抵抗配線部３における低電位の抵抗配線３には集積し難くなり、抵抗配線３の抵抗変化が低減される。

図６に示す例においては、絶縁基板１の第１面１１に最も近い（層間に配置された）抵抗配線３ａの端部が、同じ層間に配置された接続パッド５ｃに接続され、接続パッド５ｃと陰極電極２ａとが接続導体５ａで接続されている。そのため、図４および図５に示す例とは、３つの抵抗配線３ａの電位の並びが異なっている。すなわち、３つの抵抗配線３ａは絶縁基板１の第１面１１から絶縁基板１の第２面１２に近づくにつれて高電位となるように直列に接続されている。言い換えれば、３つの抵抗配線３ａは、絶縁基板１の第１面１１に近いものほど低電位である。金属層４は、金属層４は、絶縁基板１の第１面１１に最も近い抵抗配線３ａと第１面に二番目に近い抵抗配線３ａとの間にある。これにより、金属層４は、下の２つの抵抗配線３ａより低電位で、一番上の抵抗配線３ａと同電位である位置に接続されている。この例においても、金属イオンは抵抗配線部３における低電位の抵抗配線３ａには集積し難くなり、抵抗配線部３の抵抗変化が低減される。

上述したように、金属イオンは抵抗配線部３における低電位側に移動して集積しやすいので、複数の抵抗配線３ａがある場合には、より低電位の抵抗配線３ａの近くに金属層４を配置する。図５に示す例においては、金属層４は最も低電位である、一番下の抵抗配線３ａの近くに配置されている。図４および図６に示す例においては、最も低電位である抵抗配線３ａと２番目に低電位である抵抗配線３ａに近い位置である、これら２つの抵抗配線３ａの間に配置されている。このように、温度センサ１０が複数の抵抗配線３ａを有する場合は、最も低電位の抵抗配線３ａだけでなく、２番目に低電位である抵抗配線３ａにも近い位置に配置することができる。このような図４および図６に示す例の温度センサ１０は、図５に示す例の温度センサ１０と比較すると、２番目に低電位である抵抗配線３ａへの金属イオンの集積を低減させる点においてより効果的である。

また、図４に示す例と図６に示す例とを比較すると、金属層４が全ての抵抗配線３ａより低電位の位置に接続されている図４に示す例の方が、２番目に低電位である抵抗配線３ａへの金属イオンの集積を低減させる点においてさらに効果的である。よって、抵抗配線部３が、絶縁基板１の厚み方向に配置され、陰極電極２ａと陽極電極２ｂとの間において互いに直列に接続されている複数の抵抗配線３ａを含んでいる場合には、複数の抵抗配線３ａは絶縁基板１の第１面１１から第２面１２に近づくにつれて低電位となるように接続されており、金属層４は、第２面１２に最も近い抵抗配線３ａと第２面１２に二番目に近い抵抗配線３ａとの間に配置することができる。

図７は、温度センサ１０の他の例を示す分解斜視図である。図４に示す例に対して、金属層４が１つ多くなっており、第２面１２に最も近い抵抗配線３ａと第２面１２に二番目に近い抵抗配線３ａとの間だけでなく、第２面１２に二番目に近い抵抗配線３ａと第２面１２に三番目に近い抵抗配線３ａとの間にも金属層４が配置されている。つまり、金属層４が絶縁基板１の厚み方向に複数配置されており、絶縁基板１の第１面１１と第２面１２との間において、両端を抵抗配線３ａとして抵抗配線３ａと金属層４とが交互に配置されている。言い換えれば、複数の金属層４のそれぞれは、隣接する２つの抵抗配線３ａ間の全てにある。このように、温度センサ１０が複数の抵抗配線３ａを有する場合は、複数の抵抗配線３ａのそれぞれに近接して複数の金属層４を配置することができる。複数の金属層４はいずれも抵抗配線３ａより低電位か同電位の位置に接続されており、そのような金属層４が全ての抵抗配線３ａの近くに配置されているので、金属イオンが抵抗配線３ａに集積する可能性をより低減できる。なお、図７においては、抵抗配線部３の抵抗配線３ａ以外の部分（抵抗接続パッド、抵抗貫通導体）および接続導体（陰極電極の接続導体、陽極電極の接続導体、接続パッド）の符号は省略している。

そして、図７に示す例においては、抵抗配線部３は、絶縁基板１の厚み方向に配置され、陰極電極２ａと陽極電極２ｂとの間において互いに直列に接続されている複数の抵抗配線３ａを含んでいる。この複数の抵抗配線３ａは第１面２１から前記第２面２２に近づくにつれて低電位となるように接続されている。そして、金属層４は、隣接する２つの抵抗配線３ａ・３ａ間の全てにある。そのため、全ての金属層４は、全ての抵抗配線３ａより低電位の位置に接続されることとなるので、金属イオンが全ての抵抗配線３ａに集積する可能性をさらに低減できる。ただし、低電位側の抵抗配線３ａに近接する位置に金属層４が配置されていれば、上記の効果は十分得られるので、最も低電位の抵抗配線３ａと２番目に低電位の抵抗配線３ａとの間に１つだけ金属層４を配置することで、上記の抵抗変動の低減効果を奏しつつコストも低減することができる。

図４〜図７に示す例においては、金属層４は、平面透視において、抵抗配線部３のほぼ全体と重なっている。少なくとも、低電位の抵抗配線３ａの全体とは平面透視で重なっている。上述したように、金属層４は抵抗配線部３における低電位の部分に近接して配置されるのがよい。金属層４が一つの場合は、上述したように抵抗配線３ａの一部、すなわち抵抗配線３ａにおける低電位のほぼ半分の部分に重なっていればよいが、金属層４が複数ある場合は、抵抗配線部３の低電位の部分は、低電位側に配置されている抵抗配線３ａの全体になる。

また、複数の抵抗配線３ａは、その外形の大きさがほぼ同じであり、図４〜図７に示す例においては絶縁基板１の第２面１２に最も近い抵抗配線３ａの外形が最も大きい。そして、第２面１２に最も近い抵抗配線３ａが最も低電位である、言い換えれば、複数の抵抗配線３ａが第１面２１から前記第２面２２に近づくにつれて低電位となるように接続されている、図４，５，７に示す例においては、第２面１２に最も近い抵抗配線３ａの外形より大きい金属層４を配置して、抵抗配線３ａの全体と重なっている。

陰極電極２ａおよび陽極電極２ｂと抵抗配線部３の端部とは接続導体５（５ａ，５ｂ）で接続されており、陰極電極２ａに接続されている接続導体５ａの長さ方向に垂直な断面における断面積は、抵抗配線３ａの長さ方向に垂直な断面における断面積より大きい。このような構成により、接続導体５ａの持つ電気抵抗は、温度センサ１０の電気抵抗全体に対してほとんど寄与しなくなる。つまり、抵抗配線部３だけを温度検知部として機能させることができる。また、金属イオンが移動して接続導体５ａに集積したとしても、接続導体５ａとセラミックスの界面である接続導体５ａの外周部（表層部）だけが変質して中心部の変質は抑えられるので、接続導体５ａの電気抵抗の変化（上昇）は小さく、温度センサ１０内の回路全体の電気抵抗への影響を抑制することができる。

図８は温度測定装置１００の一例を示す模式図である。温度測定装置１００は、以上のような温度センサ１０と、温度センサ１０の陰極電極２ａおよび陽極電極２ｂに接続されている測定回路２０とを有している。そのため、繰り返し使用による温度測定の精度の低下が抑えられたものとなる。

測定回路２０は、電気抵抗値を測定するために直流の、例えば１〜１０ｍＡの測定電流を印加する直流電源装置（電源回路）２１を含んでいる。この直流電源装置２１のマイナス極が陰極電極２ａに接続され、プラス極が陽極電極２ｂに接続される。これにより、測定回路２０で抵抗値を測定することができる。測定された抵抗値に基づいて温度を検出することができる。温度を検出するためには、例えば以下のような、記憶部２２、変換処理部２３、出力部２４等を備えることができる。温度センサ１０（の抵抗配線部３）の抵抗値の温度による変化のデータ（温度センサ１０の抵抗値と温度との関係のデータ）は、測定回路２０が備える記憶部（メモリ）２２に記憶されている。測定回路２０は、温度センサ１０の抵抗配線部３の抵抗値を検出し、その抵抗値を記憶部２２のデータから温度データに変換するための変換処理部２３を有している。そして、測定回路２０が備える出力部２４からこの温度データを利用する外部装置３０に出力する。このような、変換処理部２３および出力部２４等は、例えば１つのマイコン２５に集積されている。

絶縁基板１は、例えば四角板状等の平板状であり、抵抗配線部３を電気的に絶縁して設けるための基体部分である。絶縁基板１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ジルコニア系セラミック（酸化ジルコニウム質焼結体）等のセラミック焼結体によって形成されている。絶縁基板１は、このようなセラミック焼結体からなる複数の絶縁層１ａが積層されて形成されている。

絶縁基板１は、例えば、各絶縁層１ａが酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、以下の方法で製作することができる。まず、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）の粉末に焼結助材として酸化珪素（ＳｉＯ₂）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）および酸化マンガン（Ｍｎ₂Ｏ₃）等の原料粉末を添加し、さらに適当なバインダ、溶剤および可塑剤を添加し、次にこれらの混合物を混錬してスラリー状となす。その後、従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシートを得て、セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを必要に応じて複数枚積層し、高温（約1300〜1600℃）で焼成することによって製作される。複数のセラミックグリーンシートがそれぞれ絶縁層１ａになる。なお、絶縁基板１は、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）等を有するガラスを含んでいる。

抵抗配線部３は、その電気抵抗が温度に応じて変化する金属材料である白金または白金を主成分とする金属材料によって形成されている。温度変化に応じた金属材料の電気抵抗の温度に応じた変化を検知する上では、基準温度（例えば０℃）における抵抗配線部の電気抵抗の絶対値が大きいものを用いることができる。

これは、次のような理由による。すなわち、抵抗配線部３の温度変化に応じた電気抵抗の変化は、基準温度の電気抵抗の大きさ（絶対値）に関係なく一定の比率で生じる。つまり、基準温度の電気抵抗の値が大きい程、温度変化に伴う電気抵抗の変化の絶対値が大きくなる。この電気抵抗の変化の絶対値がより大きいほどノイズ（温度変化以外の要因による電気抵抗の変動）の影響を受けにくくなる。また電気抵抗の測定もより容易になる。したがって、抵抗配線部３は、その基準温度の電気抵抗が大きいものを用いることができる。そのため、白金等の金属材料は線状（すなわち、電気抵抗を測定する区間において、長さが長く、長さ方向に垂直な断面における断面積が小さい、電気抵抗の絶対値を大きくする上で有効な形態）とされている。

しかしながら、温度変化以外の原因、例えば変質等の原因によって電気抵抗が変化すると、温度センサが指し示す温度に誤差が生じることで、精度が低下してしまう。従って、温度変化以外の原因での電気抵抗の変化は、可能な限り低減することが求められる。

なお、抵抗配線部３の白金を主成分とする金属材料における白金以外の成分については、抵抗配線部３の抵抗温度係数（ＴＣＲ：Temperature Coefficient of Resistance）の調整や、耐熱性の向上等を目的に、適宜、その成分（種類）や添加量が選択される。白金以外の成分としては、例えばパラジウム、ロジウム、イリジウム等の白金族元素の金属材料および金等が挙げられる。なお、例えば抵抗配線部３の温度変化に対する電気抵抗の変化の直線性が重視される場合には白金の含有量が大きいものとすることができる。

白金を主成分とする金属材料は、白金を約80質量％以上の割合で含有している。白金と他の成分とは合金を形成していてもよく、互いに独立した結晶粒子として存在していてもよい。なお、抵抗配線部３は、白金または白金を主成分とする金属材料といった金属成分以外の添加材を含有していてもよい。添加材としては、例えば酸化アルミニウム等の、絶縁基板１に含まれているのと同様の無機物の粒子等が挙げられる。添加材は、例えば抵抗配線部３と絶縁層１ａとの焼成収縮率の整合等のために添加される。

抵抗配線部３は、ミアンダ形状の抵抗配線３ａと、抵抗接続パッド３ｂから構成される。抵抗接続パッド３ｂは、複数の絶縁層１ａを積層する際のずれを考慮し、平面視した際に抵抗配線３ａよりも幅広に形成される。抵抗配線３ａをミアンダ形状とする理由は、所定の寸法内においてできるだけ配線長を長くして電気抵抗を大きくするためである。なお、抵抗配線部３は、例えば白金の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁層１ａとなるセラミックグリーンシートの主面等に所定パターンに塗布し、同時焼成することによって形成することができる。

各絶縁層１ａに形成された抵抗配線部３は、それぞれ抵抗貫通導体３ｃおよび抵抗接続パッド３ｂを介して直列接続され、電気回路を形成し、その両端が接続パッド５ｃおよび接続導体５（５ａ，５ｂ）を介して電極２（陰極電極２ａおよび陽極電極２ｂ）に接続される。例えば外部電気回路により、電極２間の電気抵抗を測定することで、直列接続された抵抗配線部３の電気抵抗を測定することができる。この値は環境の温度（外部の温度）に応じて変化するので、電極２間の電気抵抗を測定することで、外部の温度を検知することができる。なお、温度センサ１０における温度検知部は、抵抗となる抵抗配線部３であって、断面積の大きい電極２、接続導体５等のビア導体は電気抵抗が小さく、温度センサ１０の温度検知に対する機能を有さない。また、抵抗配線部３における抵抗接続パッド３ｂおよび抵抗貫通導体３ｃもまた、抵抗配線３ａに対して断面積が大きく、電気抵抗が小さいので、実質的に抵抗配線３ａが温度検知の機能を有することになる。言い換えれば、抵抗配線部３の抵抗配線３ａの変質を防ぐことが、温度センサ１０の機能劣化を抑制するために重要な点の一つである。

温度センサ１０で測定する温度は、例えば各種の燃焼排ガスの温度であり、数百〜千℃程度の高温を検知することが必要な場合もある。このような高温における安定性、および温度に応じた電気抵抗変化の直線性が良好であるため、抵抗配線部３は白金または白金を主成分とする金属材料によって形成されている。例えば、温度センサ１０が被測温物が存在する部分（ガスの流路等）に配置され、上記のような抵抗検知用の電気回路（測定回路）（図示せず）に電気的に接続されて温度測定装置となることで、温度を測定することができる。

また、抵抗配線部３は、絶縁基板１の表面に露出した状態であると、異物の付着、または外部基板もしくは外部基板に実装される他の部品等と誤ってぶつかることによる破壊等のために不要に電気抵抗が変化してしまう可能性がある。これを防ぐために、上述したように、抵抗配線部３は複数の絶縁層１ａの層間に設けられている。言い換えれば、抵抗配線部３は絶縁基板１の内部に設けられ、外部には露出していない。

抵抗配線３ａの線幅は、検知しようとする温度の測温の精度、温度域、抵抗配線部３の厚みおよび長さ、絶縁層１ａの外周から抵抗配線３ａまでの距離等の条件および生産性、ならびに経済性等の条件に応じて、適宜設定される。例えば、検知しようとする温度域が約500〜1000℃の高温域であり、抵抗配線３ａが白金（白金の含有量が99.99質量％以上のいわゆる純白金等）からなり、その厚みが５μｍ〜15μｍ程度の場合であれば、抵抗配線３ａの線幅は、例えば、20μｍ〜200μｍ程度に設定される。

なお、このような抵抗配線３ａの厚み設定等を考慮すれば、絶縁層１ａがセラミック焼結体からなり、抵抗配線３ａを厚膜導体とすることができる。この場合の抵抗配線３ａは、例えば絶縁基板１（複数の絶縁層１ａ）との同時焼成で形成されたものである。抵抗配線３ａが厚膜導体であれば、その厚みを上記のように10μｍ以上程度等と、比較的厚くすることが容易である。また、このような比較的厚い抵抗配線３ａが絶縁基板１との同時焼成で形成され得るため、抵抗配線３ａと絶縁基板１との接合の強度、および温度センサ１０としての生産性の点で有利である。また、抵抗配線３ａとなる金属ペーストの印刷パターンの調整だけで抵抗配線３ａのパターンを容易に設定することができる。そのため、設計の自由度、および生産性等の点でも有利である。

上述のように抵抗配線３ａは、互いに平行に並んだ複数の直線部（符号なし）と、これらの複数の直線部のうち隣り合う直線部の端同士をつないでいる複数の折り返し部（符号なし）とを有するミアンダ状である。例えば図１〜図７に示す例のように、絶縁層１ａが四角形状である場合には、そのミアンダ状の抵抗配線３ａのうち上記の直線部および折り返し部を絶縁層１ａの外周に対して平行に配置することができる。この場合には、絶縁層１ａの外周から、その外周に最も近い抵抗配線３ａまでの距離がほぼ同じになる。そのため、絶縁層１ａの外周から抵抗配線部３までの距離が部分的に極端に短く、抵抗配線３ａの白金が外部に昇華してしまう可能性が低減され、これによる抵抗変化が抑えられる。

なお、図１〜図７の例では、絶縁基板１の形状は四角形（長方形）板状であり、ミアンダ状のパターンの抵抗配線３ａは、その直線部が長方形状の絶縁層１ａの長辺に沿うように配置されている。また、複数の折り返し部は短辺に沿って配列されている。この場合には、例えばスクリーン印刷等の方法で抵抗配線３ａとなる金属ペーストを塗布するときに、次のような有利な効果が得られる。すなわち、印刷工法では折り返しの部分（折り返し部と直線部との境界部分）では金属ペーストにニジミが出やすい。そのため、折り返しを少なくするほうが、ニジミを減らし、抵抗配線３ａの全体の抵抗値を上げられる。

金属層４は、例えば抵抗配線部３と同様の金属材料（白金等）を用い、同様の方法で形成することができる。金属層４は、例えば抵抗配線部３と同様の金属材料（白金等）を用い、同様の方法で形成することができる。実施形態の温度センサ１０における金属層４は、白金からなる幅広の方形状のパターンである。電極２は、他の形状でもよく、折れ曲がった帯状体であってもよいが、金属層用貫通導体４ａにおいて陰極電極２ａと結線される。また図示するようにパターン全体を塗りつぶした（いわゆるベタパターン）状態でなくても、例えばメッシュ状等に形成しても良く、経済性等を考慮し適宜選択することができる。

電極２は、抵抗配線部３を外部電気回路を含む外部基板に接続するための部分である。電極２は、例えば抵抗配線部３と同様の金属材料（白金等）を用い、同様の方法で形成することができる。図１〜図７に示す例における電極２は、白金からなる方形状のパターンであるが、他の形状でもよい。また、電極２は、金等からなるリード端子（図示せず）によって形成されたものであってもよい。また、抵抗溶接等によって電極２にリード端子を接続してもよい。

電極２は、後述するように温度センサ１０とともに高温の環境下におかれる場合があるため、白金を含む白金族の金属または金等の、高温における耐酸化性の高い金属材料からなるものとすることができる。

抵抗貫通導体３ｃ、金属層用貫通導体４ａおよび接続導体５（５ａ，５ｂ）(以下、まとめて貫通導体ともいう。)もまた、例えば抵抗配線部３と同様の金属材料（白金等）を主成分とする導体材料（金属材料）によって形成されている。このような金属材料としては、白金、または白金を主成分とし、アルミナ等の無機物フィラーが添加されたものが挙げられる。無機物フィラーは、例えば貫通導体と絶縁基板１とが同時焼成で形成されるときに、両者の収縮率および収縮挙動等を整合させるためのものである。

貫通導体は、例えば抵抗配線部３を形成するのと同様の白金の金属ペーストを、絶縁層１ａとなるセラミックグリーンシートにあらかじめ設けておいた貫通孔内に充填し、同時焼成することによって形成することができる。貫通孔は、例えば金属ピンを用いた機械的な孔あけ加工、またはレーザ光による孔あけ加工等の加工方法でセラミックグリーンシートに設けることができる。この場合、上記のような無機物フィラーの粒子が金属ペーストに添加されていてもよい。

上述したように、陰極電極２ａに接続されている接続導体５ａの断面積を抵抗配線３ａの断面積より大きくするのと同様の理由で、陰極電極２ａと金属層４を接続している金属層用貫通導体４ａの長さ方向に垂直な断面における断面積を、抵抗配線３ａの長さ方向に垂直な断面における断面積より大きくすることができる。

抵抗配線３ａだけを温度検出部として機能させるためには、電極２（２ａ，２ｂ）、抵抗接続パッド３ｂ、抵抗貫通導体３ｃ、金属層４、金属層用貫通導体４ａ、接続導体５（５ａ，５ｂ）および接続パッド５ｃの断面積は、例えば、抵抗配線３ａの長さ方向に垂直な断面における断面積の１．５倍以上とすることができる。金属層４等は抵抗配線３ａより幅広なので、同じ厚みであればさらに大きい断面積となる。金属層用貫通導体４ａおよび接続導体５（５ａ，５ｂ）のような、より低電位の位置に接続され、金属イオンが集積して変質する可能性の高いものについては、抵抗配線３ａの断面積の５倍以上とすることができ、１０倍以上としてもよい。

なお、本発明の温度センサ１０は、上記実施の形態の例に限られるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、四つ以上の層間に抵抗配線３ａが配置されていてもよい。また、温度センサ１０の抵抗配線３ａについては、ミアンダ状導体に限られず、他の形状のパターンであっても構わない。

１・・・絶縁基板
１１・・・第１面
１２・・・第２面
１ａ・・・絶縁層
２・・・電極
２ａ・・・陰極電極
２ｂ・・・陽極電極
３・・・抵抗配線部
３ａ・・・抵抗配線
３ｂ・・・抵抗接続パッド
３ｃ・・・抵抗貫通導体
４・・・金属層
４ａ・・・金属層用貫通導体
５・・・接続導体
５ａ・・・陰極電極の接続導体
５ｂ・・・陽極電極の接続導体
５ｃ・・・接続パッド
１０・・・温度センサ
２０・・・測定回路
１００・・・温度測定装置

Claims (6)

1. 第１面および第２面を有する、セラミックスから成る絶縁基板と、
   該絶縁基板の前記第１面上の、外部の測定回路に接続される陰極電極および陽極電極を含む電極と、
   前記絶縁基板の内部の抵抗配線を含み、両端部がそれぞれ前記陰極電極および前記陽極電極に電気的に接続されている抵抗配線部と、
   前記絶縁基板の内部において前記抵抗配線部と同じ電位か前記抵抗配線部より低電位の位置に接続されており、前記抵抗配線より幅広の金属層とを有しており、
   前記抵抗配線部は、前記絶縁基板の厚み方向に配置され、前記陰極電極と前記陽極電極との間において互いに直列に接続されている複数の前記抵抗配線を含んでおり、該複数の前記抵抗配線は前記第１面から前記第２面に近づくにつれて低電位となるように接続されており、前記金属層は、前記第２面に最も近い前記抵抗配線と前記第２面に二番目に近い前記抵抗配線との間にある温度センサ。
2. 第１面および第２面を有する、セラミックスから成る絶縁基板と、
   該絶縁基板の前記第１面上の、外部の測定回路に接続される陰極電極および陽極電極を含む電極と、
   前記絶縁基板の内部の抵抗配線を含み、両端部がそれぞれ前記陰極電極および前記陽極電極に電気的に接続されている抵抗配線部と、
   前記絶縁基板の内部において前記抵抗配線部と同じ電位か前記抵抗配線部より低電位の位置に接続されており、前記抵抗配線より幅広の金属層とを有しており、
   前記抵抗配線部は、前記絶縁基板の厚み方向に配置され、前記陰極電極と前記陽極電極との間において互いに直列に接続されている複数の前記抵抗配線を含んでおり、前記金属層は前記絶縁基板の厚み方向に複数配置され、複数の前記金属層のそれぞれは、隣接する２つの前記抵抗配線間の全てにある温度センサ。
3. 第１面および第２面を有する、セラミックスから成る絶縁基板と、
   該絶縁基板の前記第１面上の、外部の測定回路に接続される陰極電極および陽極電極を含む電極と、
   前記絶縁基板の内部の抵抗配線を含み、両端部がそれぞれ前記陰極電極および前記陽極電極に電気的に接続されている抵抗配線部と、
   前記絶縁基板の内部において前記抵抗配線部と同じ電位か前記抵抗配線部より低電位の位置に接続されており、前記抵抗配線より幅広の金属層とを有しており、
   前記抵抗配線部は、前記絶縁基板の厚み方向に配置され、前記陰極電極と前記陽極電極
   との間において互いに直列に接続されている複数の前記抵抗配線を含んでおり、該複数の前記抵抗配線は前記第２面から前記第１面に近づくにつれて低電位となるように接続されており、前記金属層は、前記第１面に最も近い前記抵抗配線と前記第１面に二番目に近い前記抵抗配線との間にある温度センサ。
4. 前記金属層は、平面透視において、前記抵抗配線部の全体と重なっている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の温度センサ。
5. 前記陰極電極および前記陽極電極と前記抵抗配線部の端部とは接続導体で接続されており、前記陰極電極に接続されている前記接続導体の長さ方向に垂直な断面における断面積は、前記抵抗配線の長さ方向に垂直な断面における断面積より大きい請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の温度センサ。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の温度センサと、
   該温度センサの前記電極に接続されている測定回路と、を有する温度測定装置。

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