(57)【要約】【課題】基板に応力が加わって薄膜パターンが変形しても、温度検出精度への影響が少ない薄膜抵抗温度センサを提供する。【解決手段】長方形状の基板２に、抵抗体を往復形状に接合した薄膜パターン３を形成する。薄膜パターン３は、往路部４と、往路部４に平行な復路部５と、これら往路部４と復路部５とを互い違いに接続する折り返し部６とから構成され、これら往路部４および復路部５の基板２短手方向に対する傾斜角度は、基板２の材料のポアソン比に基づいて決定される。【選択図】図１
2011053132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に、抵抗体を、往路部と復路部と当該往路部および復路部を接続する折り返し部とからなる往復形状に接合した薄膜抵抗温度センサであって、
前記抵抗体の往路部および復路部は、前記基板の一端縁に対してそれぞれ傾斜していることを特徴とする薄膜抵抗温度センサ。
【請求項２】
抵抗体の往路部および復路部は、基板のポアソン比に基づいた角度にそれぞれ傾斜していることを特徴とする請求項１記載の薄膜抵抗温度センサ。
【請求項３】
基板表面に、抵抗体を、往路部と復路部と当該往路部および復路部を接続する折り返し部とからなる往復形状に接合した薄膜抵抗温度センサであって、
前記抵抗体の往路部および復路部は、それぞれくの字形状であることを特徴とする薄膜抵抗温度センサ。
【請求項４】
くの字形状の往路部および復路部の各屈曲部は、基板のポアソン比に基づいた角度に屈曲していることを特徴とする請求項３記載の薄膜抵抗温度センサ。
【請求項５】
抵抗体の折り返し部は、基板のポアソン比に基づいた角度に傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の薄膜抵抗温度センサ。
【請求項６】
抵抗体を接合した基板を保護管に収納したことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の薄膜抵抗温度センサ。
【請求項７】
抵抗体は、往路部と復路部を繰り返しながら、基板の長手方向へ伸びることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の薄膜抵抗温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度依存性を示す抵抗値を利用した薄膜抵抗温度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の薄膜抵抗温度センサは、センサ基板のパターン効率のために、基板の長手方向と平行に往復するような薄膜パターンを形成していた。そのため、基板に応力が加わると、基板のひずみに追従して薄膜のパターンにもひずみが生じてしまい、その結果、抵抗値が変化して温度検出精度が低下してしまった。例えば、基板に長手方向と平行な引張力が加わると、基板材料固有のポアソン比に従って長手方向の引張ひずみと短手方向の圧縮ひずみが生じてしまう。薄膜パターンにも基板のひずみに追従した引張ひずみおよび圧縮ひずみが生じてしまうため、薄膜パターン長およびパターン幅が変位してしまう。
【０００３】
これに対し、例えば特許文献１では応力の影響による抵抗値変化を軽減するために、基板の短手方向と平行に往復する薄膜パターンを形成した薄膜抵抗温度センサが提案されている。この構成であれば、薄膜パターン全長のうち、応力が加わりやすい基板長手方向に平行な部分が短いので、応力に対して薄膜パターン長の変位をある程度抑えることができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２８７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の薄膜抵抗温度センサにおいては、依然として、基板のひずみに追従して薄膜パターン長およびパターン幅が変位してしまい、薄膜パターンの抵抗値が変化して温度検出精度が低下してしまうという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、基板に応力が加わって薄膜パターンが変形しても、温度検出精度への影響が少ない薄膜抵抗温度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る薄膜抵抗温度センサは、基板表面に、抵抗体を、往路部と復路部と当該往路部および復路部を接続する折り返し部とからなる往復形状に接合した薄膜抵抗温度センサであって、抵抗体の往路部および復路部を、基板の一端縁に対してそれぞれ傾斜させたものである。
【０００８】
この発明に係る薄膜抵抗温度センサは、抵抗体の往路部および復路部を、基板のポアソン比に基づいた角度にそれぞれ傾斜させたものである。
【０００９】
この発明に係る薄膜抵抗温度センサは、基板表面に、抵抗体を、往路部と復路部と当該往路部および復路部を接続する折り返し部とからなる往復形状に接合した薄膜抵抗温度センサであって、抵抗体の往路部および復路部を、それぞれくの字形状にしたものである。
【００１０】
この発明に係る薄膜抵抗温度センサは、くの字形状の往路部および復路部の各屈曲部を、基板のポアソン比に基づいた角度に屈曲させたものである。
【００１１】
この発明に係る薄膜抵抗温度センサは、抵抗体の折り返し部を、基板のポアソン比に基づいた角度に傾斜させたものである。
【００１２】
この発明に係る薄膜抵抗温度センサは、抵抗体を接合した基板を保護管に収納するようにしたものである。
【００１３】
この発明に係る薄膜抵抗温度センサは、抵抗体が、往路部と復路部を繰り返しながら、基板の長手方向へ伸びるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、抵抗体の往復形状を基板の一端縁に対して傾斜させるようにしたので、基板に応力が加わって薄膜パターンが変形しても、温度検出精度への影響が少ない薄膜抵抗温度センサを提供することができる。
【００１５】
この発明によれば、抵抗体をくの字形状にしたので、基板にねじれ方向の応力が加わって薄膜パターンが変形しても、温度検出精度への影響が少ない薄膜抵抗温度センサを提供することができる。
【００１６】
この発明によれば、抵抗体の折り返し部を傾斜させるようにしたので、温度検出精度への影響がより少ない薄膜抵抗温度センサを提供することができる。
【００１７】
この発明によれば、抵抗体を接合した基板を保護管に収納するようにしたので、温度検出精度への影響がより少ない薄膜抵抗温度センサを提供することができる。
【００１８】
この発明によれば、抵抗体が往路部と復路部を繰り返しながら基板の長手方向へ伸びるようにしたので、基板の長手方向と平行な方向に応力が加わっても、基板の縦横の変化を吸収し、抵抗体の全長変化を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る薄膜抵抗温度センサの構成を示す平面図である。
【図２】実施の形態１に係る薄膜抵抗温度センサの薄膜パターンの傾斜角度を算出する方法を示す説明図である。
【図３】実施の形態１に係る薄膜抵抗温度センサのその他の構成を示す平面図であり、往路部および復路部をくの字形状に屈曲させた例を示す。
【図４】実施の形態１に係る薄膜抵抗温度センサのその他の構成を示す平面図であり、折り返し部を傾斜させた例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る薄膜抵抗温度センサ１の構成を示す平面図である。図１に示すように、薄膜抵抗温度センサ１は、長方形状の基板２と、この基板２に抵抗体を往復形状に接合した薄膜パターン３とを有する。薄膜パターン３は、往路部４と、復路部５と、これら往路部４と復路部５とを互い違いに接続する折り返し部６とからなる往復形状である。往路部４および復路部５はそれぞれ、基板２の短手方向に対して傾斜している。なお、説明の便宜上、往路部４と復路部５と呼び分けているが実質上の差異はなく、また、往路部４と復路部５は平行に形成されるため傾斜角度も同じである。
【００２１】
アルミナ、セラミック、ガラス等の基板材料から形成された基板２の表面に箔で薄膜パターン３を形成すると、基板２のひずみに追従して薄膜パターン３がひずむと考えられる。薄膜抵抗温度センサ１に用いる基板２は一般的に長方形状であるため、長手方向と平行な方向に応力が加わることが多い。このとき、薄膜パターン３の縦および横のひずみは、薄膜パターン３の材料の物性ではなく基板２の挙動による影響を大きく受ける。そのため、例えば基板２の長手方向に圧縮のひずみが発生するに伴って短手方向に引張のひずみが発生した場合、薄膜パターン３にも、基板材料のポアソン比に従った圧縮のひずみおよび引張のひずみが発生する。そこで、基板２の縦横のひずみに対して薄膜パターン３を斜めに形成することで、薄膜パターン３の縦横の変化を吸収し、全長変化が少ないパターンにすることができる。具体的には、薄膜パターン３の往路部４および復路部５の傾斜角度を、基板２のポアソン比に基づいて決定する。以下、傾斜角度の算出方法の一例を説明する。
【００２２】
図２は、実施の形態１に係る薄膜抵抗温度センサ１の薄膜パターン３の傾斜角度を算出する方法を示す説明図である。図２では、基板２に応力が加わる前の、ひずみが発生していない状態の往路部４を抜粋して示す。縦長の基板２に形成された往路部４（または復路部５でもよい）の変形前の長さを長さａとし、この往路部４の基板２の横方向からの立ち上がりの角度を傾斜角度θとする。往路部４を斜辺とすれば、変形前の往路部４の長さａは、図２に示すような斜辺の長さがａ、傾斜角度θを含み他の２辺の長さがｘ，ｙである直角三角形を用いて、下式（１）のように表すことができる。
ａ２＝ｘ２＋ｙ２
これに、ｙ＝ｘｔａｎθを代入して
ａ２＝ｘ２＋ｘ２ｔａｎ２θ          （１）
【００２３】
基板２のポアソン比をν（ポアソン比ν＝横方向ひずみ量／縦方向ひずみ量）とすれば、基板２を縦に引張る方向（図２では上下方向）にひずみ量εが発生したとき、横方向のひずみ量はνεとなる。
ひずみ発生後の底辺の長さｘ’は下式（２）となる。また、対辺のひずみ発生後の長さｙ’は、下式（３）となる。
ｘ’＝ｘ−νε                    （２）
ｙ’＝ｙ＋ε
＝ｘｔａｎθ＋ε              （３）
【００２４】
薄膜パターン３は基板２に対して十分に薄いため、基板２に応力が加わってひずむと、基板２のひずみに追従して薄膜パターン３もひずむと仮定する。よって、ひずみが発生して変形した往路部４の長さａ’は下式（４）となる。
ａ’２＝ｘ’２＋ｙ’２
＝（ｘ−νε）２＋（ｘｔａｎθ＋ε）２      （４）
【００２５】
変形の前後で往路部４の長さａ，ａ’が等しくなる条件は、式（１）および（４）より、下式（５）となり、さらに下式（５）からｔａｎθについて解き下式（６）を得る。
ｘ２＋ｘ２ｔａｎ２θ＝（ｘ−νε）２＋（ｘｔａｎθ＋ε）２    （５）
ｔａｎθ＝ν−ε（ν２＋１）／２ｘ                            （６）
【００２６】
ここで、ひずみが非常に小さいものとしてεの項を無視すれば上式（６）はｔａｎθ＝νとなる。最終的に傾斜角度θは下式（７）のようにポアソン比の関数として表すことができる。
ｔａｎθ＝ν      （７）
よって、往路部４の傾斜角度θを式（７）に基づいて設計することにより、微小なひずみによる薄膜パターン３の長さの変化を最小限にすることができる。
【００２７】
このように、基板２のひずみが小さい場合には薄膜パターン３の縦横のひずみがポアソン比に基づいて発生するため、上記算出方法を用いて最適な傾斜角度θを決定することにより、薄膜パターン３の縦横の変化を吸収し、全長変化が少ないパターンを設計することができる。ただし、薄膜パターン３の縦横のひずみの関係は薄膜パターン３の材質、断面形状、厚さ、幅、基板２との接合方法および接合状態、ならびに基板２の材料と薄膜パターン３の材料の強度差（変形の追従しやすさ）等に大きく影響されるので、より最適な傾斜角度は、上記算出方法で算出した傾斜角度θをもとに実験的に調整して決定することが望ましい。
なお、基板２に過剰な応力がかからぬよう、薄膜パターン３を形成した基板２を保護管に収納してもよい。
【００２８】
以上のように、実施の形態１によれば、長方形状の基板２と、抵抗体を、往路部４とこの往路部４に平行な復路部５とこれら往路部４および復路部５を接続する折り返し部６とからなる往復形状の薄膜パターン３とを有する薄膜抵抗温度センサ１において、往路部４および復路部５を、基板２の短手方向に対して傾斜させるように構成した。この傾斜角度は、基板２のポアソン比に基づいて算出するようにした。このため、薄膜パターン３の縦横の変化を吸収して変形を軽減することができ、この結果、温度検出精度への影響を少なくすることができる。
【００２９】
なお、上記実施の形態１では、薄膜パターン３の往路部４および復路部５を直線状に形成する構成としたが、往路部４および復路部５をくの字形状に形成してもよい。図３は、実施の形態１に係る薄膜抵抗温度センサ１のその他の構成を示す平面図であり、往路部４および復路部５をくの字形状に屈曲させた例を示す。往路部４および復路部５をくの字形状に形成する場合には、くの字の屈曲部７の角度θを上記算出方法を用いて決定すればよい。
この構成の場合には、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができると共に、基板２に加わる応力がねじれ方向の場合であっても薄膜パターン３の変形を最小限にすることができる。
【００３０】
さらに、薄膜パターン３の各折り返し部６を、基板２のポアソン比に基づいた傾斜角度θにそれぞれ傾斜させる構成であってもよい。図４は、実施の形態１に係る薄膜抵抗温度センサ１のその他の構成を示す平面図であり、くの字形状の薄膜パターン３において折り返し部６をそれぞれ傾斜させた例を示す。図示は省略するが、図１に示す直線状の往路部４および復路部５を接続する折り返し部６をそれぞれ傾斜させてもよい。
この構成の場合には、薄膜パターン３全てが基板２のポアソン比に基づいた傾斜角度θで傾斜するため、薄膜パターン３の縦横の変化を吸収して変形をより軽減することができ、この結果、温度検出精度への影響をより少なくすることができる。
【００３１】
また、上記実施の形態１においては、基板を長方形状のものとし、当該基板の長手方向、短手方向縁部に対して薄膜パターン３を傾斜させる構成を示したが、これに限らず、例えば円柱状の基板や、長方形状の基板の縁端部を曲線状に加工した基板等、別の形態の基板を用いても構わない。それらの場合であっても、基板に応力がかかった場合の基板の縦横のひずみに対して薄膜パターン３を斜めに形成することで、薄膜パターン３の縦横の変化を吸収し、全長変化が少ないパターンにすることができ、本願発明と同等の効果を奏しうることは当業者であれば本願発明に基づき容易に理解できるだろう。
【符号の説明】
【００３２】
１  薄膜抵抗温度センサ
２  基板
３  薄膜パターン（抵抗体）
４  往路部
５  復路部
６  折り返し部
７  屈曲部
【図１】
2011053132.tif 000003
【図２】
2011053132.tif 000004
【図３】
2011053132.tif 000005
【図４】
2011053132.tif 000006