(57)【要約】【課題】薄膜タイプでありながらも、全体の厚みが一定で、熱電対膜が保護された形態になる薄型熱電対を提供すること。【解決手段】一方の熱電対膜３がパターニングされるとともにその熱電対膜３の端部が露出する状態で窓４が設けられた一方のフィルム状基材１と、他方の熱電対膜５がパターニングされるとともにその熱電対膜５の端部が露出する状態で窓６が設けられた他方のフィルム状基材２とが、熱電対膜３，５を内側としてかつ両者の窓４，６が重なるように貼り合わせられ、一方の熱電対膜３の端部と他方の熱電対膜５の端部とが窓４，６の部分で溶接されている。接合部分の厚みが窓４，６の中で吸収され、薄型であってかつ全体の厚みが一定なものとなる。また、熱電対膜３，５がフィルム状基材１，２の間に挟まれて保護された形態になる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の熱電対膜がパターニングされるとともにその熱電対膜の端部が露出する状態で窓が設けられた一方のフィルム状基材と、他方の熱電対膜がパターニングされるとともにその熱電対膜の端部が露出する状態で窓が設けられた他方のフィルム状基材とが、熱電対膜を内側としてかつ両者の窓が重なるように貼り合わせられ、一方の熱電対膜の端部と他方の熱電対膜の端部とが窓の部分で溶接されていることを特徴とする薄型熱電対。
【請求項２】
請求項１に記載の薄型熱電対を製造する方法であって、異なる金属層をそれぞれフィルム状基材に積層してなる２種類の積層体を準備し、それらの積層体における金属層をエッチングすることによりフィルム状基材上に熱電対膜をパターニングするとともに、その熱電対膜の端部が露出する状態で窓を形成し、次いで、熱電対膜を内側としてかつ両者の窓が重なるようにしてフィルム状基材同士を貼り合わせた後、一方の熱電対膜の端部と他方の熱電対膜の端部とを窓の部分で溶接することを特徴とする薄型熱電対の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度を測定する素子としての熱電対の技術分野に属し、詳しくは、薄膜化を図ったタイプの薄型熱電対及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、温度測定用に作られた２種の金属の組合せからなる素子のことを熱電対と呼んでいる。すなわち、異なる金属材料からなる２本の導線で閉回路を作り、一方の接続点を熱すると閉回路に電流が流れるが、この接続点に生ずる起電力を熱起電力、流れる電流を熱電流と言っており、この起電力が両接続点の温度差に比例するので、熱電対はこれを利用して温度を測定するようにしたものである。
【０００３】
この熱電対としては、線状の導電体を用いたものが一般的であったが、最近では、薄い金属箔を重ね合わせて薄膜化を図ったタイプの薄型熱電対が種々知られている。この薄型熱電対は、熱容量が小さいために測定対象の温度分布を大きく乱すことなく測定することができ、また時間応答性が優れている等の利点を有している。
【０００４】
このような薄型熱電対として特許文献１，２に挙げたようなものが提案されている。このうち特許文献１に記載のものは、ポリイミドフィルム等からなる基板上に金属や合金の薄膜層を設けて熱電対を形成しており、使い方として基板を被温度計測体の一部とすることが記載されている。また、特許文献２に記載のものは、ガラスやセラミックなどの絶縁性基板上に、熱電対を形成する一方の金属薄膜をパターン状に成膜し、もう一方の金属薄膜をパターン形成した後、この薄型熱電対の素子部の保護のためにダイヤモンド薄膜を成膜している。
【特許文献１】特開平７−２５８１４９号公報
【特許文献２】特開平７−２１８３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１，２に記載の薄型熱電対は、いずれも薄膜の形成手段としてスパッタリング法、蒸着法等を用いているが、このような薄膜形成プロセスはコストが高いという問題点がある。また、特許文献２に記載のものでは、悪環境下での使用を想定して、熱電対膜の上にダイヤモンド薄膜又は立方晶窒化硼素薄膜からなる表面保護層を設けており、このように、悪環境下でも長時間安定して使用するためには、熱電対膜の形成後に別工程で保護層を形成する必要がある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、薄膜タイプでありながらも、全体の厚みが一定で、熱電対膜が保護された形態になる薄型熱電対を提供し、併せてその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の薄膜である薄型熱電対は、一方の熱電対膜がパターニングされるとともにその熱電対膜の端部が露出する状態で窓が設けられた一方のフィルム状基材と、他方の熱電対膜がパターニングされるとともにその熱電対膜の端部が露出する状態で窓が設けられた他方のフィルム状基材とが、熱電対膜を内側としてかつ両者の窓が重なるように貼り合わせられ、一方の熱電対膜の端部と他方の熱電対膜の端部とが窓の部分で溶接されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明である薄型熱電対の製造方法は、請求項１に記載の薄型熱電対を製造する方法であって、異なる金属層をそれぞれフィルム状基材に積層してなる２種類の積層体を準備し、それらの積層体における金属層をエッチングすることによりフィルム状基材上に熱電対膜をパターニングするとともに、その熱電対膜の端部が露出する状態で窓を形成し、次いで、熱電対膜を内側としてかつ両者の窓が重なるようにしてフィルム状基材同士を貼り合わせた後、一方の熱電対膜の端部と他方の熱電対膜の端部とを窓の部分で溶接することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明である薄型熱電対は、フィルム状基材に設けた窓の部分で熱電対膜の端部同士が溶接されているので、接合部分の厚みが窓の中で吸収され、薄型であってかつ全体の厚みが一定なものとなり、スタックしたり積層したりしても平坦性を保つことができ、これによって使用分野の拡大を図ることが可能となる。また、熱電対膜がフィルム状基材の間に挟まれて保護された形態になるので、使用時において外部環境の影響を受けることがなく、安定した状態で使用することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明である薄型熱電対の製造方法は、フィルム状基材上の金属層をエッチングによりパターニングして熱電対膜を形成するので、熱電対膜の形成にスパッタリング法、蒸着法等の薄膜プロセスを使用する方法に比べると、安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明に係る薄型熱電対の一例を示す平面図、図２は図１の薄型熱電対を分解状態で示す斜視図である。
【００１２】
この薄型熱電対Ａは、図２に示すように、ポリイミドフィルムからなる一方のフィルム状基材１と同じくポリイミドフィルムからなる他方のフィルム状基材２とを貼り合わせたもので、平面的には図１の如く細長の短冊状をしている。なお、フィルム基材１，２は電気的に絶縁性であってしかも加工性のよいことが好ましく、ここではこの要求を満たすものとして前述のようにポリイミドフィルムを用いている。
【００１３】
一方のフィルム状基材１には、銅からなる一方の熱電対膜３がパターニングされるとともにその熱電対膜３の端部が露出する状態で窓４が設けられており、他方のフィルム状基材２には、コンスタンタンからなる他方の熱電対膜５がパターニングされるとともにその熱電対膜５の端部が露出する状態で窓６が設けられている。また、熱電対膜３，５の外部接続部分となる部位として、一方のフィルム状基材１には窓４と反対側に一対の開口７が設けられ、他方のフィルム状基材にも窓６と反対側に一対の開口８が設けられている。
【００１４】
そして、一方のフィルム状基材１と他方のフィルム状基材２とが、熱電対膜３，５を内側としてかつ両者の窓４，６が重なるように貼り合わせられ、さらに、一方の熱電対膜３の端部と他方の熱電対膜５の端部とが窓４，６の部分で溶接して接続部分９とすることで図１に示す薄型熱電対Ａが形成されている。この接続部分９のある窓４，６は測定部となる部位である。このように熱電対膜３，５がポリイミドフィルムで挟まれているので、薄くかつ強靱な機械強度を有することができ、例えば燃料電池のスタック等の隙間に差し込んでの測定に好適である。
【００１５】
次に、この薄型熱電対の製造手順について図３を参照しながら説明する。なお、図３では一つの薄型熱電対の製造工程を図示しているが、実際には多面付けで製造した後、個々の薄型熱電対に切断するものである。
【００１６】
まず、図３（ａ）に示すように、異なる金属層１１，２１をそれぞれフィルム状基材１２，２２に積層してなる２種類の積層体１０，２０を準備する。具体的には、銅箔とコンスタンタン箔をそれぞれポリイミドフィルムにラミネートした２種類の積層体を準備する。なお、異なる金属としては、従来より熱電対として用いられているものを使用できる。例えば、銅−コンスタンタンの他に、クロメル−アンメル、鉄−コンスタンタン、クロメル−コンスタンタン、ナイクロシル−ナイシル、Ｐｔ−ＲｈＰｔ等が挙げられる。
【００１７】
そして、積層体１０，２０における金属層１１，２１をエッチングすることにより、図３（ｂ）に示すように、フィルム状基材１２，２２上にそれぞれ熱電対膜１３，２３をパターニングする。具体的には、積層体にフォトレジストを塗布し、形成すべき熱電対膜の部分を残した形状でフォトレジストをパターニングした後、不要部分をエッチング液で除去することで熱電対膜をパターニングすることができる。
【００１８】
次に、図３（ｃ）に示すように、パターニングした熱電対膜１３，２３の端部が露出する状態でフィルム状基材１２，２２に窓１４，２４を形成する。ここでは、フィルム状基材にポリイミドフィルムを用いているため、所定部分をプラズマエッチングにより除去することで窓を形成することができる。図１及び図２で示したような開口７，８、すなわち熱電対膜１３，２３の外部接続部分となる部位としての開口を設ける場合は、この窓１４，２４を形成するのと同時にそれらの開口も形成する。
【００１９】
次いで、図３（ｄ）に示すように、熱電対膜１３，２３を内側としてかつ両者の窓１４，２４が重なるようにしてフィルム状基材１２，２２同士を貼り合わせた後、一方の熱電対膜１３の端部と他方の熱電対膜２３の端部とを窓１４，２４の部分で溶接して接続部分を形成する。
【００２０】
以上の手順により図１及び図２に示すような薄型熱電対Ａが作製される。この薄型熱電対Ａは、フィルム状基材１，２に設けた窓４，６の部分に熱電対膜３，５の端部同士の接続部分９があるので、接続部分９の存在により全体の厚みが不均一になることがない。また、熱電対膜３，５がフィルム状基材１，２の間に挟まれて保護された形態になる。
【００２１】
そして、製造される薄型熱電対の厚さは使用するフィルム状基材、金属層の厚さで決まるため、目的とする厚さとなるようにこれらの素材を選定すればよい。例えば、金属層を厚さ１２μｍの銅箔とそれ以下の厚さのコンスタンタン箔とし、フィルム基材に厚さ１８μｍのポリイミドフィルムを用いることにより、５０μｍ以内の薄型熱電対を製造することができる。
【００２２】
また、熱電対膜３，５とその端子同志の接続部分９のうち、前記窓４，６に露出した部分を絶縁性の保護膜で被覆すれば、外部環境の影響を受けにくくなり、より安定した状態で使用することができる。このような保護膜は、ポッティング、フィルムラミネート等の手段により適宜形成することができる。
【００２３】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明してきたが、本発明による薄型熱電対及びその製造方法は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは当然のことである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る薄型熱電対の一例を示す平面図である。
【図２】図１の薄型熱電対を分解状態で示す斜視図である。
【図３】図１及び図２に示す薄型熱電対の製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
Ａ  薄型熱電対
１  フィルム状基材
２  フィルム状基材
３  熱電対膜
４  窓
５  熱電対膜
６  窓
７，８  開口
９  接続部分
１０  積層体
１１  金属層
１２  フィルム状基材
１３  熱電対膜
１４  窓
２１  金属層
２２  フィルム状基材
２３  熱電対膜
２４  窓
【図１】
2007085880.tif 000003
【図２】
2007085880.tif 000004
【図３】
2007085880.tif 000005