(57)【要約】【課題】常温から１０００℃以上の高温の間で使用可能であり、急激な温度変化に対応して耐久性に優れる温度センサを提供する。【解決手段】圧電振動子片３０を収納する容器２０は、収納空間を形成する枠体部２３と、枠体部２３の上下を閉塞するための上板部２１及び下板部２２からなる。上板部２１及び下板部２２は、圧電振動子片３０を励振するための励振電極４１、４２を備える。励振電極４１、４２は圧電振動子片３０とは非接触で位置し、圧電振動子片３０及び枠体部２３が、同一の素材からなる。励振電極４１、４２は、上板部２１及び下板部２２の内側又は外側に形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密に封止された容器内に圧電振動子片が収納された温度センサであって、
前記容器は、前記圧電振動子片を収納する空間を形成するための枠体部と、前記枠体部の上下を閉塞するための上板部及び下板部からなり、
前記上板部及び前記下板部には、前記圧電振動子片を励振するための励振電極を備えるとともに、夫々の励振電極が前記圧電振動子片とは非接触で位置しており、
前記圧電振動子片及び前記枠体部が同一の素材からなることを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
前記励振電極が、夫々前記上板部及び前記下板部の内側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
【請求項３】
前記励振電極が、夫々前記上板部及び前記下板部の外側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
【請求項４】
前記上板部及び前記下板部が、前記圧電振動子片と同一の素材からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の温度センサ。
【請求項５】
前記上板部及び前記下板部が、前記励振電極を形成する金属からなることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
【請求項６】
前記圧電振動子片が、ランガサイト構造を有する酸化物結晶材料からなることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の温度センサ。
【請求項７】
前記圧電振動子片及び前記枠体部が、同一素材の同一切断方位を備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子を用いた温度センサに関し、特に、２５０℃を超える温度で使用可能であり、１０００℃以上の高温までも使用可能であるとともに、急激な温度変化にも対応可能で、優れた耐久性を備える温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子の振動特性が温度によって変化することを利用して、圧電振動子を温度センサに用いることは従来から知られている。特許文献１には、圧電振動子の素材に水晶を用いた温度センサが記載されている。すなわち、板状をなす水晶片の表面及び裏面にメタライズ加工により励振電極を形成したものを圧電振動子とし、これをセラミック容器の中に封入して温度センサとしている。そして、ネットワークアナライザを内蔵した測定器に、この温度センサを複数接続することによって、多数点の温度を同時に測定することが可能であり、簡単な作業で測定できることが記載されている。
【０００３】
しかしながら、水晶を使用する温度センサは、使用温度が２５０℃以下とされている。これに対して、最近では、拡散炉等において１０００℃以上での処理が要求され、正確な温度分布の測定が要求されている。したがって、１０００℃以上の高温で使用可能な温度センサが求められており、高温における優れた周波数特性を備えるとともに、急激な温度変化にも対応可能であり、優れた耐久性を備える圧電振動子、及び温度センサが求められている。
【０００４】
特許文献２には、高温で使用できる圧電振動子の素材としてランガサイト構造を有する酸化物結晶を使用することが紹介されている。そして、この圧電振動子は、非常に広い温度範囲で使用することが可能であり、常温から１０００〜１３００℃の高温においても、安定した周波数特性を備えることが記載されている。そこで、特許文献１に記載された圧電振動子を、特許文献２に記載された圧電振動子に置き換えることが考えられる。
【０００５】
しかし、この置き換えは簡単にはできない。高温での使用においては、励振振動による機械的応力に加えて熱応力が大きくなるために、振動子片に形成する励振電極が剥離し易くなるからである。このため、長期間安定して周波数特性を維持することが困難となる。熱応力による剥離は、振動子片を構成する酸化物結晶材料と、励振電極を構成する導電性材料との熱膨張係数の違いから、高温での使用や急激な温度変化を繰り返すことによって起こるものと考えられる。
【０００６】
特許文献３には、電極剥離の問題を解決する技術が紹介されており、圧電振動子の励振電極についても記載されている。すなわち、振動子片の表面及び裏面に形成する励振電極について、ルテニウムやロジウム等の白金族元素の少なくとも１種類を含む金属薄膜と、タングステンやモリブデン等の高融点金属元素の少なくとも１種類を含む金属薄膜とを、２つの金属薄膜が積層するように形成することが好ましいとしている。
【０００７】
この技術は、電極剥離の問題をある程度解決することができる。しかしながら、振動子片に励振電極を形成することは、何らかの形で振動子片の振動を阻害するので、安定した振動特性を得ることは非常に困難であり、特に高温での使用における急激な温度変化にも安定して対応できる圧電振動子を形成することはできない。
【０００８】
これに対して、特許文献４には新しい方式の圧電振動子が提案されている。すなわち、振動子片上に直接励振電極を形成するのではなく、圧電振動子とは非接触となる励振電極を配置した温度センサであり、空隙式振動子と称されている。図６に示すように、この温度センサ１１０は、気密に封止された容器１２０の内部に、水晶を素材とする圧電振動子片１３０が収納されている。
【０００９】
容器１２０は、上板部１２１と下板部１２２とを組み合わせることによって内部に空間部を形成し、この空間部に圧電振動子片１３０が収納されている。そして、上板部１２１と下板部１２２の内側には、夫々励振電極１４１、１４２が形成され、これによって圧電振動子片１３０を励振することができる。ここで、励振電極１４１、１４２と圧電振動子片１３０との間には夫々空隙ｅが形成されており、励振電極１４１、１４２が、圧電振動子片１３０とは非接触にて位置していることが、空隙式振動子の特徴である。励振電極１４１、１４２は、夫々容器１２０の外側にある外部電極１５１、１５２に接続されており、ここから測定器等に接続することができる。
【００１０】
温度センサ１１０は、励振電極１４１、１４２が、圧電振動子片１３０と非接触で位置していることにより、次の利点が認められている。
（１）圧電振動子片１３０には、励振電極１４１、１４２の重量が加わらないので、振動特性（インピーダンス）が改善され、結晶本来の温度特性となり、再現性が確保されると考えられる。
（２）励振電極１４１、１４２が、非振動部である容器１２０に形成されるので、電極の形成自体が技術的に容易となり、また、振動による機械的応力もなくなる。したがって、電極剥離の問題も解決可能と考えられる。
（３）励振電極１４１、１４２が、非振動部である容器１２０に形成されるので、励振電極１４１、１４２と外部電極１５１、１５２との接続に、導電性接着剤等を使用する必要がなくなり、信頼性が確保される。
【００１１】
そこで、高温での使用が可能な温度センサを実現するために、特許文献２に記載されたランガサイト構造を有する酸化物結晶を素材として、空隙式振動子を備える温度センサを試作した。すなわち、図６に示した温度センサ１１０の圧電振動子片１３０にランガサイト構造の酸化物結晶を用いて、類似の温度センサとした。しかしながら、この温度センサは高温において周波数特性が安定せず、結晶本来の温度特性を安定して示すことができないことが判明した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−２５６５１９号公報
【特許文献２】特開２００９−２５０８４３号公報
【特許文献３】特開２００５−２８１７６７号公報
【特許文献４】特開２００６−０５０５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明の目的は、２５０℃以上の高温で安定した周波数特性を得ることができる温度センサであって、例えば、常温から１２５０℃の間で、１分間に５０℃程度の温度変化に対応可能であり、耐久性に優れる温度センサを提供することにある。そして、拡散炉等の処理において、多数点の温度を同時に測定することが可能であり、かつ、簡単な作業で測定できることが可能な温度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者等は、空隙式振動子の周波数特性が、高温において悪化する原因を究明すべく鋭意研究を行った。その結果、高温において容器が微妙に変形を起こすこと、及びこれに起因して、圧電振動子片が容器から拘束力を受けるために、本来の振動特性を発揮することができなくなり、再現性が失われることを発見した。さらに研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
【００１５】
本発明の請求項１に係る温度センサは、気密に封止された容器内に圧電振動子片が収納された温度センサであって、前記容器は、前記圧電振動子片を収納する空間を形成するための枠体部と、前記枠体部の上下を閉塞するための上板部及び下板部からなり、前記上板部及び前記下板部には、前記圧電振動子片を励振するための励振電極を備えるとともに、夫々の励振電極が前記圧電振動子片とは非接触で位置しており、前記圧電振動子片及び前記枠体部が同一の素材からなる手段を採用している。
【００１６】
また、本発明の請求項２に係る温度センサは、請求項１に記載の温度センサにおいて、前記励振電極が、夫々前記上板部及び前記下板部の内側に位置している手段を採用している。また、本発明の請求項３に係る温度センサは、請求項１に記載の温度センサにおいて、前記励振電極が、夫々前記上板部及び前記下板部の外側に位置している手段を採用している。また、本発明の請求項４に記載の温度センサは、請求項１乃至３の何れか１項に記載の温度センサにおいて、前記上板部及び前記下板部が、前記圧電振動子片と同一の素材からなる手段を採用している。また、本発明の請求項５に記載の温度センサは、請求項１に記載の温度センサにおいて、前記上板部及び前記下板部が、前記励振電極を形成する金属からなる手段を採用している。
【００１７】
さらに、本発明の請求項６に係る温度センサは、請求項１乃至５の何れか１項に記載の温度センサにおいて、前記圧電振動子片が、ランガサイト構造を有する酸化物結晶材料からなる手段を採用している。また、本発明の請求項７に係る温度センサは、請求項１乃至６の何れか１項に記載の温度センサにおいて、前記圧電振動子片及び前記枠体部が、同一素材の同一切断方位を備える手段を採用している。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の温度センサは、空隙式振動子を採用するとともに圧電振動子片と枠体部とを同一の素材で形成したので、これらが同一の熱膨張率で温度変化することになる。このため、圧電振動子片が容器からの拘束力を受けなくなり、振動特性が安定し、空隙式振動子が本来備えている優れた再現性を発揮することになる。また、励振電極は容器に形成するので、高温でも剥離を起こすことのない電極を容易に製作することが可能であり、導電性接着剤を使用する必要もない。
【００１９】
この結果、本発明の温度センサは、２５０℃以上の高温で使用可能であるとともに、常温から１２５０℃の間で１分間に５０℃の急激な温度変化に対応することが可能であり、長期間の使用にも励振電極が剥離する等の問題を起こすことなく、安定して使用することができる。そして、本発明の温度センサは、拡散炉等の処理において、多数点の温度を同時に測定することが可能であり、かつ、簡単な作業で測定できる温度センサとして使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の温度センサの具体例を示す断面図で、（１）は第１実施例、（２）は第２実施例、（３）は第３実施例、（４）は第４実施例である。
【図２】第１実施例の詳細図を示し、（ａ）は上板部の平面図及び断面図、（ｂ）は枠体部の平面図及び断面図、（ｃ）は下板部の平面図及び断面図である。
【図３】第２実施例の詳細図を示し、（ａ）は上板部の平面図及び断面図、（ｂ）は枠体部の平面図及び断面図、（ｃ）は下板部の平面図及び断面図である。
【図４】第３実施例の詳細図を示し、（ａ）は上板部の平面図及び断面図、（ｂ）は枠体部の平面図及び断面図、（ｃ）は下板部の平面図及び断面図である。
【図５】第４実施例の詳細図を示し、（ａ）は上板部の平面図及び断面図、（ｂ）は枠体部の平面図及び断面図、（ｃ）は下板部の平面図及び断面図である。
【図６】従来の温度センサを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の第１実施例である温度センサ１１を、図１（１）及び図２に示す。
温度センサ１１は、気密に封止された容器２０内に圧電振動子片３０が収納されている。容器２０は、圧電振動子片３０を収納する空間を形成するための枠体部２３と、枠体部２３の上下を閉塞するための上板部２１及び下板部２２からなっている。
【００２２】
上板部２１及び下板部２２は、夫々内側に励振電極４１、４２を備えている。そして、励振電極４１、４２と圧電振動子片３０との間には夫々空隙ｅが形成され、励振電極４１、４２が圧電振動子片３０とは非接触にて位置している。すなわち、空隙式振動子を形成している。さらに、圧電振動子片３０及び枠体部２３が、同一の素材で一体に形成され、これが本発明の特徴となっている。
【００２３】
図２に示すように、上板部２１は、内側に励振電極４１を備え、外側に外部電極５１を備え、励振電極４１と外部電極５１とが導電材料で接続されている。また、下板部２２は、内側に励振電極４２を備え、外側に外部電極５２を備え、励振電極４２と外部電極５２とが導電材料で接続されている。枠体部２３には、枠体部２３に収納されるように、枠体部２３に一体に圧電振動子片３０が設けられている。したがって、上板部２１と枠体部２３、及び枠体部２３と下板部２２を、夫々接着することにより、温度センサ１１とすることができる。
【００２４】
ここで、枠体部２３及び圧電振動子片３０は、一枚の板状素材にエッチング加工又は超音波加工等を施すことによって一体に形成することが可能である。また、枠体部２３及び圧電振動子片３０を同一素材とするとともに、同一の切断方位を備えるものとすることが可能である。これによって、枠体部２３と圧電振動子片３０とが完全に同一の熱膨張を有することになり、温度センサ１１は好ましい周波数特性を備えることになる。また、上板部２１及び下板部２２の素材を枠体部２３及び圧電振動子片３０と同一素材とするとともに、同一の切断方位を備えるようにすると、温度センサ１１は一層好ましい特性を備えることになる。
【００２５】
圧電振動子片３０の素材には、ランガサイト構造を有する酸化物結晶材料を使用することができる。すなわち、ランタン、ガリウム、及びケイ素の酸化物結晶であるランガサイト（ＬＧＳ）、ランタン、ガリウム、アルミニウム、及びケイ素の酸化物結晶（ＬＧＡＳ）、ランタン、ガリウム、及びニオブの酸化物結晶であるランガナイト（ＬＮＧ）、ランタン、ガリウム、アルミニウム、及びニオブの酸化物結晶（ＬＮＧＡ）、ランタン、ガリウム、及びタンタルの酸化物結晶（ＬＴＧ）、ランタン、ガリウム、アルミニウム、及びタンタルの酸化物結晶（ＬＴＧＡ）の何れかを用いる。
【００２６】
圧電振動子片３０に上記の素材を使用することにより、１０００℃以上の高温でも安定した周波数特性を維持することが可能であり、また、ヒステリシスも残さない。上記の素材の中でも、特に、ＬＴＧ及びＬＴＧＡが優れている。圧電振動子片３０の大きさとしては、例えば、５ｍｍ×５ｍｍの板状とし、厚さを１００〜１５０μｍとすることができる。
【００２７】
励振電極４１、４２と圧電振動子片３０との間に形成される空隙ｅは、夫々１０μｍ以下とすることが好ましく、２μｍ以下とすることがより好ましい。ネットワークアナライザ等を内蔵した測定器で温度測定を行う場合、このような空隙ｅとすることにより、確実に共振周波数となるピークを検知することができる。
【００２８】
励振電極４１、４２は、公知の物理気相成長法（ＰＶＤ法）によって形成することができる。すなわち、真空蒸着法（熱蒸着、電子ビーム蒸着、レーザ蒸着）、イオンプレーティング法、活性化蒸着法、アーク蒸着法、イオンクラスター蒸着法、イオンビーム蒸着法、電着法、スパッタリング法（ＤＣスパッタリング法、高周波スパッタリング法、高周波プラズマ支援スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、ＥＣＲスパッタリング法）等である。これらの中でも、特に、スパッタリング法が優れており、所望の金属薄膜を安定して形成することができる。
【００２９】
本発明の第２実施例である温度センサ１２を、図１（２）及び図３に示す。
温度センサ１２は、気密に封止された容器２０内に圧電振動子片３０が収納されている。容器２０は、圧電振動子片３０を収納する空間を形成するための枠体部２３と、枠体部２３の上下を閉塞するための上板部２１及び下板部２２からなっている。ただし、第１実施例の温度センサ１１では、枠体部２３と下板部２２とを接着して一体化したのに対して、温度センサ１２では、最初から枠体部２３と下板部２２とを一体に形成している点で両者は相違している。
【００３０】
上板部２１及び下板部２２は、夫々内側に励振電極４１、４２を備えている。そして、励振電極４１、４２と圧電振動子片３０との間には夫々空隙ｅが形成され、励振電極４１、４２が圧電振動子片３０とは非接触にて位置している。すなわち、空隙式振動子を形成している。さらに、圧電振動子片３０及び枠体部２３が、同一の素材で一体に形成され、本発明の特徴を備えている。
【００３１】
図３に示すように、上板部２１は、内側に励振電極４１を備え、外側に外部電極５１を備え、励振電極４１と外部電極５１とが導電材料で接続されている。また、下板部２２は、内側に励振電極４２を備え、外側に外部電極５２を備え、励振電極４２と外部電極５２とが導電材料で接続されている。枠体部２３には、枠体部２３に収納されるように、枠体部２３に一体に圧電振動子片３０が設けられている。ただし、第１実施例の温度センサ１１では、枠体部２３と圧電振動子片３０とを最初から一体に形成していたのに対し、温度センサ１２では、接着層３１で示すように、枠体部２３に圧電振動子片３０を接着して一体化している点で両者は相違している。
【００３２】
圧電振動子片３０を枠体部２３に接着するために、下板部２２には、あらかじめ、支持部３５、３６を形成しておくことが好ましい。そして、圧電振動子片３０の素材を、枠体部２３及び下板部２２と同一素材とするとともに、同一の切断方位を備えるものとすることが好ましい。これにより、枠体部２３と圧電振動子片３０とが完全に同一の熱膨張をすることになり、温度センサ１２は好ましい周波数特性を備えることになる。また、上板部２１の素材を枠体部２３及び圧電振動子片３０と同一素材とするとともに、同一の切断方位を備えるようにすると、温度センサ１２は一層好ましい特性を備えることになる。
【００３３】
圧電振動子片３０の素材には、ランガサイト構造を有する酸化物結晶材料を使用することができる。すなわち、ランタン、ガリウム、及びケイ素の酸化物結晶であるランガサイト（ＬＧＳ）、ランタン、ガリウム、アルミニウム、及びケイ素の酸化物結晶（ＬＧＡＳ）、ランタン、ガリウム、及びニオブの酸化物結晶であるランガナイト（ＬＮＧ）、ランタン、ガリウム、アルミニウム、及びニオブの酸化物結晶（ＬＮＧＡ）、ランタン、ガリウム、及びタンタルの酸化物結晶（ＬＴＧ）、ランタン、ガリウム、アルミニウム、及びタンタルの酸化物結晶（ＬＴＧＡ）の何れかを用いる。
【００３４】
圧電振動子片３０に上記の素材を使用することによって、１０００℃以上の高温でも安定した周波数特性を維持することが可能であり、また、ヒステリシスも残さない。上記の素材の中でも、特に、ＬＴＧ及びＬＴＧＡが優れている。圧電振動子片３０の大きさとしては、例えば、５ｍｍ×５ｍｍの板状とし、厚さを１００〜１５０μｍとすることができる。
【００３５】
励振電極４１、４２と圧電振動子片３０との間に形成される空隙ｅは、夫々１０μｍ以下とすることが好ましく、２μｍ以下とすることがより好ましい。ネットワークアナライザ等を内蔵した測定器で温度測定を行う場合、このような空隙ｅとすることにより、確実に共振周波数となるピークを検知することができる。
【００３６】
励振電極４１、４２は、公知の物理気相成長法（ＰＶＤ法）によって形成することができる。すなわち、真空蒸着法（熱蒸着、電子ビーム蒸着、レーザ蒸着）、イオンプレーティング法、活性化蒸着法、アーク蒸着法、イオンクラスター蒸着法、イオンビーム蒸着法、電着法、スパッタリング法（ＤＣスパッタリング法、高周波スパッタリング法、高周波プラズマ支援スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、ＥＣＲスパッタリング法）等である。これらの中でも、特に、スパッタリング法が優れており、所望の金属薄膜を安定して形成することができる。
【００３７】
本発明の第３実施例である温度センサ１３を、図１（３）及び図４に示す。
温度センサ１３は、気密に封止された容器２０内に圧電振動子片３０が収納されている。容器２０は、圧電振動子片３０を収納する空間を形成するための枠体部２３と、枠体部２３の上下を閉塞するための上板部２１及び下板部２２からなっている。
【００３８】
上板部２１及び下板部２２は、夫々外側に励振電極４１、４２を備えている。そして、上板部２１と圧電振動子片３０との間、及び下板部２２と圧電振動子片３０との間には、夫々空隙ｅが形成されているので、励振電極４１、４２は圧電振動子片３０とは非接触にて位置することになる。すなわち、空隙式振動子を形成している。さらに、圧電振動子片３０及び枠体部２３が、同一の素材で一体に形成され、本発明の特徴を備えている。
【００３９】
図４に示すように、上板部２１及び下板部２２は、夫々誘電体となる素材で形成され、夫々外側に励振電極４１、４２を備えている。したがって、励振電極４１は、上板部２１及び空隙ｅを介して圧電振動子片３０を励振し、励振電極４２は、下板部２２及び空隙ｅを介して圧電振動子片３０を励振することになる。そして、励振電極４１、４２は、そのまま外部電極として使用することができる。枠体部２３及び圧電振動子片３０については、第１実施例の温度センサ１１と同様である。すなわち、枠体部２３には、枠体部２３に収納されるように、枠体部２３に一体に圧電振動子片３０が設けられている。上板部２１と枠体部２３、及び枠体部２３と下板部２２を夫々接着することにより、温度センサ１３とすることができる。
【００４０】
ここで、枠体部２３及び圧電振動子片３０は、一枚の板状素材にエッチング加工又は超音波加工等を施すことによって一体に形成することが可能である。また、枠体部２３及び圧電振動子片３０を同一素材とするとともに、同一の切断方位を備えるものとすることが可能である。これによって、枠体部２３と圧電振動子片３０とが完全に同一の熱膨張を有することになり、温度センサ１３は好ましい周波数特性を備えることになる。また、上板部２１及び下板部２２の素材を枠体部２３及び圧電振動子片３０と同一素材とするとともに、同一の切断方位を備えるようにすると、温度センサ１３は一層好ましい特性を備えることになる。
【００４１】
圧電振動子片３０の素材には、ランガサイト構造を有する酸化物結晶材料を使用することができる。すなわち、ランタン、ガリウム、及びケイ素の酸化物結晶であるランガサイト（ＬＧＳ）、ランタン、ガリウム、アルミニウム、及びケイ素の酸化物結晶（ＬＧＡＳ）、ランタン、ガリウム、及びニオブの酸化物結晶であるランガナイト（ＬＮＧ）、ランタン、ガリウム、アルミニウム、及びニオブの酸化物結晶（ＬＮＧＡ）、ランタン、ガリウム、及びタンタルの酸化物結晶（ＬＴＧ）、ランタン、ガリウム、アルミニウム、及びタンタルの酸化物結晶（ＬＴＧＡ）の何れかを用いる。これらは、誘電体の素材として、上板部２１及び下板部２２に使用することができる。
【００４２】
圧電振動子片３０に上記の素材を使用することによって、１０００℃以上の高温でも安定した周波数特性を維持することが可能であり、また、ヒステリシスも残さない。上記の素材の中でも、特に、ＬＴＧ及びＬＴＧＡが優れている。圧電振動子片３０の大きさとしては、例えば、５ｍｍ×５ｍｍの板状とし、厚さを１００〜１５０μｍとすることができる。
【００４３】
上板部２１と圧電振動子片３０との間に形成される空隙ｅ、及び下板部２２と圧電振動子片３０との間に形成される空隙ｅは、夫々１０μｍ以下とすることが好ましく、２μｍ以下とすることがより好ましい。ネットワークアナライザ等を内蔵した測定器で温度測定を行う場合、このような空隙ｅとすることにより、確実に共振周波数となるピークを検知することができる。
【００４４】
励振電極４１、４２は、公知の物理気相成長法（ＰＶＤ法）によって形成することができる。すなわち、真空蒸着法（熱蒸着、電子ビーム蒸着、レーザ蒸着）、イオンプレーティング法、活性化蒸着法、アーク蒸着法、イオンクラスター蒸着法、イオンビーム蒸着法、電着法、スパッタリング法（ＤＣスパッタリング法、高周波スパッタリング法、高周波プラズマ支援スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、ＥＣＲスパッタリング法）等である。これらの中でも、特に、スパッタリング法が優れており、所望の金属薄膜を安定して形成することができる。
【００４５】
本発明の第４実施例である温度センサ１４を、図１（４）及び図５に示す。
温度センサ１４は、気密に封止された容器２０内に圧電振動子片３０が収納されている。容器２０は、圧電振動子片３０を収納する空間を形成するための枠体部２３と、枠体部２３の上下を閉塞するための上板部２１及び下板部２２からなっている。ただし、上板部２１及び下板部２２は導電性材料からなり、夫々励振電極４１、４２を兼ねている。
【００４６】
上板部２１（励振電極４１）と圧電振動子片３０との間、及び下板部２２（励振電極４２）と圧電振動子片３０との間には、夫々空隙ｅが形成されているので、励振電極４１、４２は圧電振動子片３０とは非接触にて位置することになる。すなわち、空隙式振動子を形成している。さらに、圧電振動子片３０及び枠体部２３が、同一の素材で一体に形成され、本発明の特徴を備えている。
【００４７】
図５に示すように、上板部２１及び下板部２２は、夫々励振電極４１、４２を兼ねるとともに、そのまま外部電極として使用することができる。枠体部２３及び圧電振動子片３０については、第１実施例の温度センサ１１と同様である。すなわち、枠体部２３には、枠体部２３に収納されるように、枠体部２３に一体に圧電振動子片３０が設けられている。上板部２１と枠体部２３、及び枠体部２３と下板部２２を夫々接着することにより、温度センサ１４とすることができる。
【００４８】
ここで、枠体部２３及び圧電振動子片３０は、一枚の板状素材にエッチング加工又は超音波加工等を施すことによって一体に形成することが可能である。また、枠体部２３及び圧電振動子片３０を同一素材とするとともに、同一の切断方位を備えるものとすることが可能である。これによって、枠体部２３と圧電振動子片３０とが完全に同一の熱膨張を有することになり、温度センサ１４は好ましい周波数特性を備えることになる。
【００４９】
圧電振動子片３０の素材には、ランガサイト構造を有する酸化物結晶材料を使用することができる。すなわち、ランタン、ガリウム、及びケイ素の酸化物結晶であるランガサイト（ＬＧＳ）、ランタン、ガリウム、アルミニウム、及びケイ素の酸化物結晶（ＬＧＡＳ）、ランタン、ガリウム、及びニオブの酸化物結晶であるランガナイト（ＬＮＧ）、ランタン、ガリウム、アルミニウム、及びニオブの酸化物結晶（ＬＮＧＡ）、ランタン、ガリウム、及びタンタルの酸化物結晶（ＬＴＧ）、ランタン、ガリウム、アルミニウム、及びタンタルの酸化物結晶（ＬＴＧＡ）の何れかを用いる。
【００５０】
圧電振動子片３０に上記の素材を使用することによって、１０００℃以上の高温でも安定した周波数特性を維持することが可能であり、また、ヒステリシスも残さない。上記の素材の中でも、特に、ＬＴＧ及びＬＴＧＡが優れている。圧電振動子片３０の大きさとしては、例えば、５ｍｍ×５ｍｍの板状とし、厚さを１００〜１５０μｍとすることができる。
【００５１】
上板部２１（励振電極４１）と圧電振動子片３０との間に形成される空隙ｅ、及び下板部２２（励振電極４２）と圧電振動子片３０との間に形成される空隙ｅは、夫々１０μｍ以下とすることが好ましく、２μｍ以下とすることがより好ましい。ネットワークアナライザ等を内蔵した測定器で温度測定を行う場合、このような空隙ｅとすることにより、確実に共振周波数となるピークを検知することができる。
【００５２】
なお、ケイ素（Ｓｉ）は、低温では誘電体であり、高温では導電性となる性質を備えている。したがって、低温では、例えば、第１実施例の温度センサ１１における上板部２１及び下板部２２として使用することができる。また、高温では、第４実施例の温度センサ１４における上板部２１及び下板部２２として使用することができる。あるいは、第３実施例の温度センサ１３における上板部２１及び下板部２２として使用すると、低温から高温まで広い温度範囲で使用することができる。
【００５３】
上記のような構成による本発明の温度センサ１１、１２、１３、１４は、常温から１０００℃以上の高温に亘る急激な温度変化に対応することが可能であり、長期間の使用にも安定した周波数特性を維持することができる。そして、ネットワークアナライザ等を内蔵した測定器に接続することにより、従来と同様に、多数点の温度測定を簡単に行うことが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１１、１２、１３、１４  温度センサ
２０  容器
２１  上板部
２２  下板部
２３  枠体部
３０  圧電振動子片
４１、４２  励振電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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