特開 2022-65482 薄膜熱電対素子、測温素子及び薄膜熱電対素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022065482

(43)【公開日】2022-04-27

(54)【発明の名称】薄膜熱電対素子、測温素子及び薄膜熱電対素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01K 7/02 20210101AFI20220420BHJP

【ＦＩ】

G01K7/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020174093

(22)【出願日】2020-10-15

(71)【出願人】

【識別番号】591124765

【氏名又は名称】ジオマテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088580

【弁理士】

【氏名又は名称】秋山 敦

(74)【代理人】

【識別番号】100195453

【弁理士】

【氏名又は名称】福士 智恵子

(74)【代理人】

【識別番号】100205501

【弁理士】

【氏名又は名称】角渕 由英

(72)【発明者】

【氏名】宮武 正平

【テーマコード（参考）】

2F056

【Ｆターム（参考）】

2F056KA03

2F056KA14

2F056KA16

(57)【要約】

【課題】温度特性の差が小さく、コネクタに対して交換可能な薄膜熱電対素子を提供する。
【解決手段】基板１０と、該基板１０の上にクロメルからなる第１導電性薄膜１１及びアルメルからなる第２導電性薄膜１２により形成され、一端側に測温用接点１８を有し、他端側に各薄膜の外部接続点２０，２１を備えた熱電対と、を備え、第１導電性薄膜１１の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が１．０ｎｍ以下であり、第２導電性薄膜１２の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が２．０ｎｍ以下であることを特徴とする薄膜熱電対素子により解決される。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
該基板の上にクロメルからなる第１導電性薄膜及びアルメルからなる第２導電性薄膜により形成され、一端側に測温用接点を有し、他端側に各薄膜の外部接続点を備えた熱電対と、を備え、
前記第１導電性薄膜の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が１．０ｎｍ以下であり、
前記第２導電性薄膜の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が２．０ｎｍ以下であることを特徴とする薄膜熱電対素子。

【請求項2】

前記基板の他端側において、前記外部接続点とは反対側には、補強部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の薄膜熱電対素子。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の薄膜熱電対素子と、
前記薄膜熱電対素子の外部接続点と接続された一対の補償導線と、
前記外部接続点と離間した近傍に接点を有する、一対の金属線からなる第２の熱電対と、を備え、
前記一対の補償導線と、前記第２の熱電対の一対の金属線は、同一組み合わせの材料により構成されており、
前記第１導電性薄膜及び前記第２導電性薄膜の材料は、前記薄膜熱電対素子の外部接続点と接続された一対の金属線と同一組み合わせの材料からなることを特徴とする測温素子。

【請求項4】

前記外部接続点と、
前記外部接続点で接続される前記一対の補償導線と、を内部に収容するコネクタを有し、
前記第２の熱電対の接点は、前記外部接続点のそれぞれを結ぶ同一線上に離間して、
前記コネクタ内に一体に配設されていることを特徴とする請求項３記載の測温素子。

【請求項5】

基板を用意する工程と、
前記基板の上に第１導電性薄膜及び第２導電性薄膜を成膜して、一端側に測温用接点を有し、他端側に各薄膜の外部接続点を備えた熱電対を形成する工程と、を行い、
前記熱電対を形成する工程では、前記基板を１００℃よりも高い温度で加熱することを特徴とする薄膜熱電対素子の製造方法。

【請求項6】

前記第１導電性薄膜はクロメルからなり、
前記第２導電性薄膜はアルメルからなることを特徴とする請求項５に記載の薄膜熱電対素子の製造方法。

【請求項7】

前記第１導電性薄膜の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が１．０ｎｍ以下であり、前記第２導電性薄膜の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が２．０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の薄膜熱電対素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は薄膜熱電対素子、測温素子及び薄膜熱電対素子の製造方法に係り、特に、交換可能な薄膜熱電対素子、該薄膜熱電対素子を利用した測温素子及び薄膜熱電対素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

温度測定用に作られた二種類の金属の組み合わせからなる素子は熱電対と称され、ゼーベック効果を利用した温度測定素子として古くから利用されてきた技術である。薄型でフレキシブルな温度センサとして薄膜熱電対がある。薄膜熱電対素子は、耐熱フィルムと導電性薄膜で形成されており、小型で狭く入り組んだ場所の温度を測定することが可能である。

【0003】

特許文献１には、測温素子において、薄膜熱電対の信号取り出し用外部金属の接続部分の近傍に、薄膜熱電対と同じ構成材料により構成され、かつ同じ長さの外部金属線を接続した補正用熱電対を備える技術が記載されている。この技術では、測温素子を用い、所定の計算式で演算を行うことにより、薄膜熱電対をバルク材料と接続することに起因する温度測定時の誤差を軽減している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－１９０７３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般的に、コネクタ付きの薄膜熱電対素子は高価であるが、コネクタと結合された薄膜熱電対素子が破損した場合には交換することが困難であった。そこで薄膜熱電対素子のみをコネクタに対して交換可能にすることが望まれていた。

【0006】

薄膜熱電対素子を交換型とするには、各素子間の温度特性のばらつきが小さいことが必須であるが、従来の技術では、各素子間の温度特性が許容範囲を超えており、薄膜熱電対素子を交換する毎に、温度計測器でキャリブレーションを行わなければならなかった。

【0007】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、温度特性の差が小さく、コネクタに対して交換可能な薄膜熱電対素子、該薄膜熱電対素子を用いた測温素子及び薄膜熱電対素子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】

【0008】

前記課題は、本発明の薄膜熱電対素子によれば、基板と、該基板の上にクロメルからなる第１導電性薄膜及びアルメルからなる第２導電性薄膜により形成され、一端側に測温用接点を有し、他端側に各薄膜の外部接続点を備えた熱電対と、を備え、前記第１導電性薄膜の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が１．０ｎｍ以下であり、前記第２導電性薄膜の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が２．０ｎｍ以下であること、により解決される。
上記構成により、異なる薄膜熱電対素子の間で温度特性の差が小さくなり、コネクタに対して交換可能な薄膜熱電対素子として利用することが可能となる。

【0009】

このとき、前記基板の他端側において、前記外部接続点とは反対側には、補強部材が設けられていると好適である。
このように、補強部材を設けることで、薄膜熱電対素子の接続部の強度が向上し、コネクタとの接続性が向上する。

【0010】

前記課題は、本発明の測温素子によれば、上記の薄膜熱電対素子と、前記薄膜熱電対素子の外部接続点と接続された一対の補償導線と、前記外部接続点と離間した近傍に接点を有する、一対の金属線からなる第２の熱電対と、を備え、前記一対の補償導線と、前記第２の熱電対の一対の金属線は、同一組み合わせの材料により構成されており、前記第１導電性薄膜及び前記第２導電性薄膜の材料は、前記薄膜熱電対素子の外部接続点と接続された一対の金属線と同一組み合わせの材料からなること、により解決される。

【0011】

このとき、前記外部接続点と、前記外部接続点で接続される前記一対の補償導線と、を内部に収容するコネクタを有し、前記第２の熱電対の接点は、前記外部接続点のそれぞれを結ぶ同一線上に離間して、前記コネクタ内に一体に配設されていると好適である。

【0012】

前記課題は、本発明の薄膜熱電対素子の製造方法によれば、基板を用意する工程と、前記基板の上にクロメルからなる第１導電性薄膜及びアルメルからなる第２導電性薄膜を成膜して、一端側に測温用接点を有し、他端側に各薄膜の外部接続点を備えた熱電対を形成する工程と、を行い、前記熱電対を形成する工程では、前記基板を１００℃よりも高い温度で加熱すること、により解決される。
上記構成により、異なる薄膜熱電対素子の間で温度特性の差が小さく、コネクタに対して交換可能な薄膜熱電対素子を得ることが可能となる。

【0013】

このとき、前記第１導電性薄膜はクロメルからなり、前記第１導電性薄膜はアルメルからなると好適である。
このとき、前記第１導電性薄膜の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が１．０ｎｍ以下であり、前記第２導電性薄膜の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が２．０ｎｍ以下であると好適である。

【発明の効果】

【0014】

本発明の薄膜熱電対素子、測温素子及び薄膜熱電対素子の製造方法によれば、異なる薄膜熱電対素子の間で温度特性の差が小さくなり、コネクタに対して交換可能な薄膜熱電対素子及び該薄膜熱電対素子を用いた測温素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1A】本発明の一実施形態に係る薄膜熱電対素子を示す概略模式図である。

【図1B】図１ＡのＡ－Ａ断面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る測温素子の概略図である。

【図3】温度計測における熱起電力と温度差の概略図である。

【図4】各サンプル（例１～４）の表面のＡＦＭ像である。

【図5】各サンプル（例５～８）の表面のＡＦＭ像である。

【図6】Ｋ型熱電対素子を基準とした各薄膜熱電対素子の温度特性値を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の実施形態（本実施形態）に係る薄膜熱電対素子および測温素子を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する材料、配置、構成等は、本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。

【0017】

＜薄膜熱電対素子１＞
図１は本発明の実施形態に係る薄膜熱電対素子１の概略図である。図１において第１導電性薄膜１１及び第２導電性薄膜１２はそれぞれ異種材料であり、薄膜熱電対素子１の測温接点１８にて接合されている。薄膜熱電対素子１の測温接点１８は、第１導電性薄膜１１及び第２導電性薄膜１２が重なるように接合されている。

【0018】

薄膜熱電対素子１は、交換型の素子であり、コネクタ２に対して着脱可能に構成されている。薄膜熱電対素子１をコネクタ２と組み合わせることで測温素子Ｈが構成されている（図２）。薄膜熱電対素子１と組み合わせるコネクタ２は、薄膜熱電対素子１を着脱可能なものであれば、素子の取付の方式等について、特に限定されるものではない。

【0019】

また、図３に示されるように、第１導電性薄膜１１及び第２導電性薄膜１２は、測温接点１８とは反対側の接続端部１０ａに位置する外部接続点２０及び２１にて、第１導電性薄膜１１及び第２導電性薄膜１２と同一の金属線と接合される。そして、薄膜熱電対素子１においては、基板１０上に第１導電性薄膜１１及び第２導電性薄膜１２を有し、その一端に被対象物の測温用である測温接点１８、および他端に開放端となる各薄膜パターンの外部接続点２０及び２１が設けられている。薄膜熱電対素子１の外部接続点２０及び２１において、第１補償導線１３及び第２補償導線１４が接続される。

【0020】

さらに、外部接続点２０及び２１の近傍に他の金属細線からなる補正用熱電対の測温接点１９があり、薄膜熱電対素子１のそれぞれの第１補償導線１３及び第２補償導線１４は補正用熱電対のそれぞれの第１金属線１５及び第２金属線１６と同一材料である。またこの測温素子Ｈにおいて、薄膜熱電対素子１の第１導電性薄膜１１及び第２導電性薄膜１２の材料は第１補償導線１３及び第２補償導線１４とそれぞれ同一材料であり、外部接続点２０及び２１と補正用熱電対の測温接点１９が一体のコネクタ２内に配置されていると好ましい（図３）。この補正用熱電対の測温接点１９を、薄膜熱電対素子１の外部接続点２０及び２１の近傍に設置することにより、単純な構成の測温素子となり、かつ正確な温度を測定することができる。このとき、各熱電対は第１補償導線１３及び第２補償導線１４、第１金属線１５及び第２金属線１６は、ＣＰＵ（計算回路）を備えた演算部１７ａ及び接続線１７ｃにより接続された演算結果表示部１７ｂに接続されている。

【0021】

薄膜熱電対素子１を形成する基板１０として、ガラス、フィルム、金属などを用いることができる。但し、基板１０を金属などの導電性のある材料とする場合には、予め金属表面にＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の絶縁膜を形成した上で薄膜熱電対を形成する必要がある。
したがって、好ましくはフィルムを用いるのが良い。ガラス、フィルムは金属などの導電性のある基板のように、前処理を必要とすることがないため、操作が煩雑になることが無く、好適である。また、フィルムはその可撓性により、測温素子の強度を高めることができる。さらに好ましくは、ポリイミドフィルムを用いるのが良い。ポリイミドフィルムは、折り曲げることが可能で基板を数十ミクロンの厚さにしても壊れにくく取り扱いが容易である点と、２００℃を超える温度でも比較的安定している点において、薄膜熱電対の基板として適した材料である。

【0022】

基板１０の厚さは、１μｍ以上１５０μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは１μｍ以上５０μｍ以下、特に好ましくは１μｍ以上１８μｍ以下であるとよい。

【0023】

薄膜熱電対素子１の第１導電性薄膜１１及び第２導電性薄膜１２を構成する異種金属の組み合わせとしては、クロメル－アルメル、ＰｔＲｈ－Ｐｔ、クロメル－コンスタンタン、ナイクロシル－ナイシル、Ｃｕ－コンスタンタン、Ｆｅ－コンスタンタン、Ｉｒ－ＩｒＲｈ、Ｗ－Ｒｅ、Ａｕ－Ｐｔ、Ｐｔ－Ｐｄ、Ｂｉ－Ｓｂなどを用いることができる。好ましくは、使用温度範囲が広く、温度と熱起電力の関係が直線的である、クロメル－アルメルの組み合わせを用いるのが良い（例えば、第１導電性薄膜１１がクロメルであり、第２導電性薄膜１２がアルメルである）。

【0024】

第１導電性薄膜１１及び第２導電性薄膜１２の厚さは、１０ｎｍ以上１μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは１００ｎｍ以上７００ｎｍ以下、より好ましくは１５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であるとよい。

【0025】

第１導電性薄膜１１及び第２導電性薄膜１２の形成方法としては、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、加熱蒸着法等の真空成膜法や、塗布法等を用いることができる。好ましくは、より薄く均一に薄膜を形成できる真空成膜法を用いるのが良い。さらに好ましくは、蒸着物質との原子組成のずれが少なく、均一に成膜ができるスパッタリング法を用いるのが良い。

【0026】

薄膜熱電対素子１は保護膜Ｐにより覆われていることが望ましい。保護膜Ｐは薄膜熱電対素子１の耐環境性を高めると共に、薄膜熱電対素子１が外力により変形した際に懸念されるクラックの発生を防ぐ効果もあるためである。適用可能な保護膜Ｐは、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などを蒸着法、スパッタリング法、ディッピング法等により形成した絶縁膜、スクリーン印刷法によるポリイミドフィルムなどである。好ましくは、耐熱性および耐薬品性が高く、接着性の高いポリイミドフィルムを用いるのがよい。

【0027】

なお、基板１０の接続端部１０ａにおいて、外部接続点２０及び２１は反対側には、補強部材Ｇが設けられていると好ましい。補強部材Ｇの材質は、特に限定されるものではなく、例えば、エポキシガラスを用いることが可能である。補強部材Ｇによれば、薄膜熱電対素子１の強度が向上し、コネクタ２との接続性が向上する。

【0028】

図３は、薄膜熱電対素子１を用いる場合における各熱電対の熱起電力と温度差の概略図である。Ｖ_ａは、第１補償導線１３及び第２補償導線１４と第１導電性薄膜１１及び第２導電性薄膜１２の外部接続点２０及び２１と、第１導電性薄膜１１及び第２導電性薄膜１２の外部接続点である薄膜熱電対素子１の測温接点１８との二点間の温度差ΔＴ_ａに対して発生する薄膜熱電対素子１の熱起電力である。ここで、外部接続点２０及び２１は近接していることと、外部接続点２０及び２１の環境の温度は安定していることを前提とする。

【0029】

Ｖ_ｂは、補正用熱電対である第１金属線１５及び第２金属線１６の測温接点１９と、温度表示器１７との間の温度差ΔＴ_ｂに対して発生する熱起電力である。

【0030】

薄膜熱電対素子１に接続されている第１補償導線１３及び第２補償導線１４において、薄膜熱電対素子１との外部接続点２０及び２１と温度表示器１７との間にもΔＴ_ｂの温度差があるため、その第１補償導線１３及び第２補償導線１４では熱起電力Ｖ_ｂが発生する。温度表示器１７の温度をＴ_ｃとすると、薄膜熱電対素子１の測温接点１８の温度Ｔは、Ｔ＝ΔＴ_ａ＋ΔＴ_ｂ＋Ｔ_ｃとなる。また、この時に薄膜熱電対素子１の測温接点１８から温度表示器１７の閉回路で発生する熱起電力Ｖは、Ｖ＝Ｖ_ａ＋Ｖ_ｂのようになる。

【0031】

ここで注意するべき点は、薄膜熱電対素子１において、ある温度差ΔＴ_ｏに対し発生する熱起電力と、薄膜熱電対素子１と同一の材料の金属線で形成される熱電対において温度差ΔＴ_ｏに対し発生する熱起電力とは等しくないということである。よって温度計測器を用いて熱起電力Ｖを測定しても、得られた熱起電力から薄膜熱電対素子１の測温接点１８の温度Ｔを一意的に決めることはできない。

【0032】

本実施形態においては、第１導電性薄膜１１及び第２導電性薄膜１２と第１補償導線１３及び第２補償導線１４の外部接続点２０及び２１付近に、第１補償導線１３及び第２補償導線１４と同一の材料の金属線で構成される補正用熱電対の測温接点１９を設置して、その補正用熱電対の熱起電力を測定する。そのことによりＶ_ｂが得られ、薄膜熱電対素子１側の閉回路で発生する熱起電力ＶからＶ_ｂを差し引くことにより、導電性薄膜で発生する熱起電力Ｖ_ａを得ることが可能になる。

【0033】

なお、第１金属線１５及び第２金属線１６で、第１補償導線１３及び第２補償導線１４と異なる材料の組み合わせを使用した場合、熱起電力Ｖ_ｂを正しく評価できなくなり、正確な温度を算出することはできない。

【0034】

薄膜熱電対素子１の測温接点１８の出力をＶ_１、補正用熱電対の測温接点１９の出力をＶ_２、ゼロ点補償による計測器の温度をＴ_ｃとしたときに、薄膜熱電対素子１の測温接点１８の温度Ｔは、Ｔ＝ａＶ_１＋ｂＶ_２＋Ｔ_ｃ（但し、パラメータａ，ｂは温度差と発生する熱起電力との関係から求められる近似曲線により算出される値である。）

【0035】

このとき、異なる薄膜熱電対素子１の間で温度特性のばらつきが大きい場合、補正係数であるパラメータａ，ｂの個体差が大きくなってしまい代用することができないことが判明した。

【0036】

本願発明者らが鋭意検討を重ねた結果、薄膜熱電対素子１の製造方法において、基板の上にクロメルからなる第１導電性薄膜及びアルメルからなる第２導電性薄膜を成膜して熱電対を形成する工程において、基板を１００℃よりも高い温度、具体的には１５０℃で加熱すると、異なる薄膜熱電対素子１の間で温度特性のばらつきが小さくなることを見出した。

【0037】

このとき、温度特性のばらつきが小さくなった薄膜熱電対素子１については、その面粗さ（ＩＳＯ ２５１７８）のパラメータ一について、クロメルからなる第１導電性薄膜の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が１．０ｎｍ以下（好ましくは０．９５ｎｍ以下、より好ましくは０．９ｎｍ以下）であり、アルメルからなる第２導電性薄膜の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が２．０ｎｍ以下（好ましくは１．９ｎｍ以下、より好ましくは１．８ｎｍ以下）となっていることが分かった。

【0038】

算術平均高さ（Ｓａ）は、２次元の粗さパラメータである算術平均粗さ（Ｒａ）を３次元に拡張したものであり、３次元粗さパラメータ（３次元高さ方向パラメータ）である。算術平均高さ（Ｓａ）は、測定対象領域において、各点の高さの差の絶対値の平均を表す。算術平均高さ（Ｓａ）は、例えば、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、１μｍ×１μｍ又は３μｍ×３μｍの観察領域の平均値として算出される値とすればよい。

【0039】

＜薄膜熱電対素子の製造方法＞
本実施形態に係る薄膜熱電対素子の製造方法は、基板１０を用意する工程（ステップＳ１）と、基板１０の上に第１導電性薄膜１１及び第２導電性薄膜１２を成膜して、一端側に測温接点１８を有し、他端側に各薄膜の外部接続点２０，２１を備えた熱電対を形成する工程（ステップＳ２）と、を行い、熱電対を形成する工程では、基板１０を１００℃よりも高い温度で加熱することを特徴とする薄膜熱電対素子の製造方法である。

【0040】

熱電対を形成する工程（ステップＳ２）は、蒸着物質との原子組成のずれが少なく、均一に成膜ができるスパッタリング法で行われることが好ましい。このとき、基板としてポリイミドフィルムを用いると好適であり、１００℃よりも高い温度、好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１３０℃以上、更に好ましくは１４０℃以上、特に好ましくは１５０℃以上で加熱するとよい。なお、基板の加熱温度の上限値は、基板の材質、成膜されるクロメル薄膜やアルメル薄膜の膜質にもよるが、２５０℃以下、好ましくは２３０℃以下、より好ましくは２１０℃以下、更に好ましくは２００℃以下であるとよい。

【0041】

本実施形態に係る薄膜熱電対素子の製造方法によれば、得られる薄膜熱電対素子の第１導電性薄膜（好ましくはクロメルからなる）の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が１．０ｎｍ以下、好ましくは０．９５ｎｍ以下、より好ましくは０．９ｎｍ以下であり、第２導電性薄膜（好ましくはアルメルからなる）の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が２．０ｎｍ以下、好ましくは１．９ｎｍ以下、より好ましくは１．８ｎｍ以下となる。

【実施例0042】

以下、本発明の薄膜熱電対素子及び薄膜熱電対素子の製造方法の具体的実施例について説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。

【0043】

＜Ａ．薄膜熱電対素子の作成＞
以下の条件で、基板としてのポリイミド基材の上に、クロメル－アルメルの組み合わせで導電性薄膜を積層した。
スパッタ装置 ：カルーセル型バッチ式スパッタ装置
ターゲット ：５インチ×２５インチ、クロメル－アルメル
スパッタ方式 ：ＤＣマグネトロンスパッタ
排気装置 ：ターボ分子ポンプ
到達真空度 ：２～５×１０^－４Ｐａ
基材温度 ：２５°Ｃ（室温）又は１５０℃（設定値）
スパッタ電力 ：７．５ｋＷ
導電性薄膜の膜厚：３００～５００±１０ｎｍ
Ａｒ流量 ：２５０ｓｃｃｍ
使用基材 ：ポリイミド（ＰＩ）フィルム基材（５０μｍ厚）

【0044】

＜Ｂ．表面粗さの測定＞
作成した各薄膜熱電対素子における導電性薄膜の表面粗さについて評価を行った。
具体的には、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ、Ｂｒｕｋｅｒ ＡＸＳ製、Ｉｎｎｏｖａ）を用いて、各サンプル表面の面粗さ（ＩＳＯ ２５１７８）のパラメータ一として、算術平均高さ（Ｓａ）、最大高さ（Ｓｚ）、クルトシス（尖り度、Ｓｋｕ）及びスキューネス（偏り度、Ｓｓｋ）を以下の測定条件で測定した。結果を、図４、図５及び表１に示す。
測定モード：Ｔａｐｐｉｎｇ
Ｉｎｐｕｔ Ｇａｉｎ：×２０
Ｔａｒｇｅｔ Ｔａｐｐｉｎｇ Ｓｉｇｎａｌ：２Ｖ
Ｓｃａｎ Ｒａｎｇ ｅ：３μｍ×３μｍ又は１μｍ×１μｍ
Ｓｃａｎ Ｒａｔｅ：０．３ Ｈｚ
Ｌｉｎｅ：２５６
Ｃｌｏｓｅｄ Ｌｏｏｐ：ＯＮ

【0045】

【表1】

【0046】

基板を１５０℃で加熱したサンプルについて、導電性薄膜の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が、クロメル（例１及び例５）で１．０ｎｍ以下であり、アルメル（例３及び例７）で２．０ｎｍ以下であった。また、基板を加熱しなかったサンプル（室温、２５℃）について、導電性薄膜の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が、クロメル（例２及び例６）で１．３ｎｍ以上であり、アルメル（例４及び例８）で２．６ｎｍ以上であった。

【0047】

＜Ｃ．温度特性の測定＞
薄膜熱電対素子の導電性薄膜を構成する材料として、クロメル－アルメルを用い、基材温度を１００℃又は１５０℃（設定値）として、上記の条件に基づいてスパッタリング法により、基板としてのポリイミドフィルム上に薄膜熱電対を形成した。さらに、形成した薄膜熱電対に基板とは異なるポリイミドフィルムを接着し、それを保護膜とした。

【0048】

図６に、通常のＫ型熱電対素子を基準とした各薄膜熱電対素子の温度特性値を示すグラフを示す。図６に示すデータは、基材の加熱温１００℃と１５０℃のそれぞれで２シート用意して測定をした結果である。薄膜熱電対素子の起電力は、バルクの熱電対素子７～８割であるため、正しい温度を求めるために補正が必要である。薄膜熱電対素子の測温接点と、コネクタ部（つまり、外部接続点）の温度を測定して、両測定値から真の温度を計算して求める。真の温度＝｛Ｔ（薄膜）－Ｔ（コネクタ）｝／ａ＋Ｔ（コネクタ）としたときに、ａ＝（薄膜熱電対の温度特性の傾き）／（Ｋ型熱電対の温度特性の傾き）である（温度特性の傾きは、起電力と温度の関係をプロットしたグラフから計算される傾きである）。図６の縦軸はこのａの値に相当する。

【0049】

クロメル－アルメルの導電性薄膜をポリイミド基板の上に成膜する際に、基材温度が１００℃以下である場合には各素子の間でその温度特性が大きくばらついていた。これに対して、導電性薄膜を成膜する際に、基材温度を１００℃超、具体的には１５０℃以上とすることで、各素子の間で温度特性が略一致（図６の縦軸で±０．００７５、温度に換算して±１℃の範囲内）することがわかった。

【0050】

＜Ｄ．まとめ＞
以上の結果から、膜熱電対素子の製造方法に際し、基板の上にクロメルからなる第１導電性薄膜及びアルメルからなる第２導電性薄膜を成膜して熱電対を形成する工程において、基板を１００℃よりも高い温度、具体的には１５０℃で加熱すると、異なる薄膜熱電対素子の間で温度特性のばらつきが小さくなることがわかった。

【0051】

このとき、薄膜熱電対素子において、クロメルからなる第１導電性薄膜の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が１．０ｎｍ以下であり、アルメルからなる第２導電性薄膜の表面の算術平均高さ（Ｓａ）が２．０ｎｍ以下となっており、クロメル薄膜やアルメル薄膜の膜質が安定化し、起電力のばらつきが低減したことが示唆された。

【産業上の利用可能性】

【0052】

本発明の薄膜熱電対素子及び測温素子を用いることにより、薄膜熱電対素子を交換可能なものとすることができる。薄膜熱電対素子を用いた温度測定の利用分野は、特に限定されるものではないが、極小部の温度測定を好適に行うことが可能であり、例えば、燃料電池、加熱ローラー、熱プレス、電子回路部品発熱温度、化学反応温度、瞬間加熱温度などを測定することができる。

【符号の説明】

【0053】

Ｈ 測温素子
１ 薄膜熱電対素子
Ｐ 保護膜
Ｇ 補強部材
２ コネクタ
１０ 基板
１０ａ 接続端部
１１ 第１導電性薄膜
１２ 第２導電性薄膜
１３ 第１補償導線
１４ 第２補償導線
１５ 第１金属線
１６ 第２金属線
１７ａ 演算部
１７ｂ 演算結果表示部
１７ｃ 接続線
１８ 測温接点
１９ 補正用熱電対の測温接点
２０ 外部接続点
２１ 外部接続点

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】