(57)【要約】【課題】非接地型である熱電対式の温度センサの応答性を改善することができる温度センサを提供すること。【解決手段】温度センサ１は、一対の熱電対素線２、一対の熱電対素線２の先端同士が接合された測温接点３、測温接点３を先端部４０１内に収容する外管４、一対の熱電対素線２と外管４とを絶縁する絶縁材５、及び外管４の基端部４０２内に充填されたガラス封止材６を備える。測温接点３は、外管４の先端部４０１内の気相Ｋ中に配置されている。外管４の中心軸線に沿った軸方向Ｘにおいて、測温接点３の基端３０１から絶縁材５の先端面５０１までの最短距離Ｌは、０〜０．７ｍｍの範囲内にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる金属材料から構成された一対の熱電対素線（２）と、
一対の前記熱電対素線の先端同士が合わさった測温接点（３）と、
金属材料から構成され、前記測温接点を先端部（４０１）内又は前記先端部に装着された先端カバー（４２）内に収容する外管（４）と、
絶縁材料から構成され、前記外管内に配置されるとともに、一対の前記熱電対素線と前記外管とを絶縁して、一対の前記熱電対素線を前記外管に固定する絶縁材（５）と、を備え、
前記測温接点は、前記外管の前記先端部内の気相（Ｋ）中に配置されており、
前記外管の中心軸線に沿った軸方向（Ｘ）において、前記測温接点の基端（３０１）から前記絶縁材の先端面（５０１）までの最短距離（Ｌ）は、０〜０．７ｍｍの範囲内にある、温度センサ（１）。
【請求項２】
前記測温接点の前記基端は、前記絶縁材の前記先端面に接触する位置に配置されている、請求項１に記載の温度センサ。
【請求項３】
前記測温接点の最大径は、一対の前記熱電対素線の平均直径の３倍以下である、請求項１又は２に記載の温度センサ。
【請求項４】
前記外管は、円筒形状を有する円筒部（４１）と、前記円筒部の先端外周部に装着された先端カバー（４２）とを有し、
前記絶縁材の前記先端面は、前記円筒部の先端開口部（４１１）から基端側へ０〜０．３ｍｍの範囲内にある、請求項１〜３のいずれか１項に記載の温度センサ。
【請求項５】
前記最短距離は、一対の前記熱電対素線の平均直径の２倍以下である、請求項１〜４のいずれか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、測定環境下の測定対象ガスの温度を測定する温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一対の熱電対素線を有する熱電対式の温度センサは、例えば、車両の排気管内を流れる排ガスの温度を測定するために用いられる。一対の熱電対素線は、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等の絶縁材によって、絶縁された状態で外管内に固定されている。熱電対式の温度センサには、測温接点が外管の先端部に接地された接地型のもの、測温接点が外管の先端部に接地されていない非接地型のもの等がある。主に応答性が求められる場合には、接地型のものが用いられ、主に耐ノイズ性が求められる場合には、非接地型のものが用いられる。
【０００３】
例えば、特許文献１のシース熱電対においては、一対の熱電対素線の先端部及び測温接点が、高硬度の導電性物質によってコーティングされている。そして、コーティングによって覆われた、一対の熱電対素線の先端部及び測温接点は、外管の先端部における絶縁材の粉末中に埋設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２１１８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のシース熱電対等を含む従来の温度センサにおいては、非接地型である熱電対式の温度センサを形成する際に、測温接点を配置する位置に工夫はなされていない。非接地型である熱電対式の温度センサにおいては、測温接点が外管に接触していないために、測温接点の温度が測定対象ガスの温度になるまでに時間が掛かりやすい。この理由は、測定対象ガスから測温接点への熱の移動経路が、外管の先端部におけるより先端側の位置に形成され、外管の先端部における空気等の気相を経由して測温接点に熱が伝わることに起因するためである。
【０００６】
一方、発明者らの鋭意研究によって、測温接点の基端を絶縁材の先端面に極力近づけることによって、温度センサの応答性を著しく改善できることが分かった。この理由は、測定対象ガスから測温接点への熱の移動経路が、測温接点の基端側の位置に形成され、気相をできるだけ経由せず、一対の熱電対素線を経由して測温接点に熱が伝わることに起因するためであることが分かった。
【０００７】
従って、非接地型である熱電対式の温度センサの応答性を改善するためには、測温接点の基端と絶縁材の先端面との最短距離を適切に設定することが重要であることが分かった。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、非接地型である熱電対式の温度センサの応答性を改善することができる温度センサを提供しようとして得られたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、互いに異なる金属材料から構成された一対の熱電対素線（２）と、
一対の前記熱電対素線の先端同士が合わさった測温接点（３）と、
金属材料から構成され、前記測温接点を先端部（４０１）内又は前記先端部に装着された先端カバー（４２）内に収容する外管（４）と、
絶縁材料から構成され、前記外管内に配置されるとともに、一対の前記熱電対素線と前記外管とを絶縁して、一対の前記熱電対素線を前記外管に固定する絶縁材（５）と、を備え、
前記測温接点は、前記外管の前記先端部内の気相（Ｋ）中に配置されており、
前記外管の中心軸線に沿った軸方向（Ｘ）において、前記測温接点の基端（３０１）から前記絶縁材の先端面（５０１）までの最短距離（Ｌ）は、０〜０．７ｍｍの範囲内にある、温度センサ（１）にある。
【発明の効果】
【００１０】
前記一態様の熱電対式の温度センサは、測温接点が、絶縁材の外部であって外管の先端部内の気相中に配置された非接地型のものである。そして、非接地型である熱電対式の温度センサにおいて、測温接点の基端から絶縁材の先端面までの軸方向における最短距離（Ｌ）を、０〜０．７ｍｍの範囲内に設定している。これにより、測温接点を、絶縁材の外部であって絶縁材に極力近い位置に配置することができる。
【００１１】
そのため、測定対象ガスから測温接点への熱の移動経路を、測温接点の基端側の位置に形成することができる。そして、測定対象ガスから測温接点への熱の伝達は、外管及び一対の熱電対素線を経由して行うことができ、気相をほとんど経由せずに行うことができる。この結果、非接地型である熱電対式の温度センサの応答性を改善することができる。
【００１２】
最短距離が０．７ｍｍを超える場合には、測温接点が絶縁材から離れ、温度センサの応答性を改善することが難しくなる。
【００１３】
それ故、前記一態様の温度センサによれば、非接地型である熱電対式の温度センサの応答性を改善することができる。
【００１４】
なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態にかかる、温度センサの主要部を示す断面図。
【図２】実施形態にかかる、温度センサを示す断面図。
【図３】実施形態にかかる、測温接点の周辺を示す断面図。
【図４】実施形態にかかる、図１のIV−IV断面図。
【図５】実施形態にかかる、他の温度センサの主要部を示す断面図。
【図６】実施形態にかかる、他の外管の基端部の周辺を示す断面図。
【図７】実施形態にかかる、他の外管の基端部の周辺を示す断面図。
【図８】実施形態にかかる、他の測温接点の周辺を示す断面図。
【図９】実施形態にかかる、測温接点の形成過程を示す断面図。
【図１０】実施形態にかかる、他の測温接点の形成過程を示す断面図。
【図１１】実施形態にかかる、ガラス封止材用のタブレットを示す斜視図。
【図１２】実施形態にかかる、温度センサを構成するシース熱電対の製造方法を示すフローチャート。
【図１３】実施形態にかかる、シース熱電対の製造過程であって、準備したシースピンを示す説明図。
【図１４】実施形態にかかる、シース熱電対の製造過程であって、シースピンの基端部における絶縁材を掻き出した状態を示す説明図。
【図１５】実施形態にかかる、シース熱電対の製造過程であって、一対の熱電対素線の先端部に測温接点を形成した状態を示す説明図。
【図１６】実施形態にかかる、シース熱電対の製造過程であって、外管の先端部に先端カバーを装着し、外管の基端部にタブレットを配置した状態を示す説明図。
【図１７】実施形態にかかる、他の熱電対の製造過程であって、外管内に一対の熱電対素線を挿通した状態を示す説明図。
【図１８】実施形態にかかる、他の熱電対の製造過程であって、外管の基端部内にガラス封止材を充填した状態を示す説明図。
【図１９】実施形態にかかる、他の熱電対の製造過程であって、外管内に絶縁材を充填した状態を示す説明図。
【図２０】実施形態にかかる、他の熱電対の製造過程であって、一対の熱電対素線の先端部に測温接点を形成した状態を示す説明図。
【図２１】比較形態にかかる、温度センサの主要部を示す断面図。
【図２２】確認試験にかかる、最短距離と６３％応答時間との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
前述した温度センサにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態＞
本形態の温度センサ１は、図１及び図２に示すように、一対の熱電対素線２、測温接点３、外管４、先端カバー４２、絶縁材５及びガラス封止材６を備える。一対の熱電対素線２のそれぞれは、互いに異なる金属材料から構成されている。測温接点３は、一対の熱電対素線２の先端同士が接合されたものである。外管４は、金属材料から構成されており、測温接点３を先端部４０１に装着された先端カバー４２内に収容している。先端カバー４２は、外管４の先端外周部に装着されており、外管４の先端側Ｘ１を閉塞している。
【００１７】
絶縁材５は、絶縁材料から構成されており、外管４内に配置されるとともに、一対の熱電対素線２と外管４とを絶縁して、一対の熱電対素線２を外管４に固定している。図３に示すように、測温接点３は、外管４の先端部４０１内の気相Ｋ中に配置されている。外管４の中心軸線に沿った軸方向Ｘにおいて、測温接点３の基端３０１から絶縁材５の先端面５０１までの最短距離Ｌは、０〜０．７ｍｍの範囲内にある。
【００１８】
図１及び図２に示すように、本形態の温度センサ１において、先端側Ｘ１とは、外管４の中心軸線に沿った軸方向Ｘにおいて、外管４に対して測温接点３が設けられた側のことをいう。基端側Ｘ２とは、軸方向Ｘにおける先端側Ｘ１とは反対側のことをいう。
【００１９】
以下に、本形態の温度センサ１について詳説する。
（温度センサ１）
図２に示すように、温度センサ１は、車載用のものであり、自動車における内燃機関（エンジン）の吸気管内又は排気管内を流れる流体の温度を測定するために使用される。本形態の温度センサ１は、排気管１５に配置され、排気管１５内を流れる、測定環境下の測定対象ガスＧとしての排ガスの温度を測定するために用いられる。排ガスの温度は、制御装置（電子制御ユニット）８によって内燃機関の燃焼制御を行う際に利用される。また、排ガスの温度は、例えば、排気管に配置された排気浄化触媒の温度を検知するために利用することができる。また、温度センサ１は、例えば、排気管内の排ガスを吸気管へ再循環させる排気再循環経路の吸気管に配置することもできる。
【００２０】
図１３に示すように、本形態の一対の熱電対素線２、外管４及び絶縁材５は、シースピン１２として一体的に成形されたものを利用したものである。温度センサ１の主要部は、一対の熱電対素線２、測温接点３、外管４、絶縁材５及びガラス封止材６によってシース熱電対１１として形成される。図４には、シース熱電対１１及びシースピン１２の軸方向Ｘに直交する断面を示す。
【００２１】
図２に示すように、温度センサ１は、シース熱電対１１を内周側に保持する第１ハウジング７１及び第２ハウジング７２と、第２ハウジング７２に取り付けられた基端側カバー７３と、基端側カバー７３内に保持されたブッシュ７４とを更に備える。第１ハウジング７１は、外管４の外周に装着されており、第２ハウジング７２は、第１ハウジング７１の外周に装着されている。第２ハウジング７２は、排気管１５に設けられた取付孔に取り付けられる。また、ブッシュ７４は、一対の熱電対素線２に接続された端子金具７５を保持する。
【００２２】
（外管４）
外管４は、シース管又は金属シースとも呼ばれ、ステンレス（ＳＵＳ、ＮＣＡ）、Ｎｉ基耐熱合金（ＮＣＦ）等の金属材料によって構成されている。図１３に示すように、外管４は、円筒形状を有するシースピン１２の外管を利用したものである。外管４の先端部４０１は、金属材料によって閉塞されている。本形態の外管４の先端部４０１は、図１に示すように、円筒部４１の先端部４０１の外周に装着された先端カバー４２によって閉塞されている。外管４の先端部４０１は、図５に示すように、円筒部４１の先端部４０１から連続して設けられた蓋部４２Ａによって閉塞されていてもよい。蓋部４２Ａは、外管４の円筒部４１の先端に溶接された金属片によって構成することができる。
【００２３】
図１に示すように、本形態の外管４は、円筒形状を有する円筒部４１と、円筒部４１の先端外周部に装着された先端カバー４２とを有する。先端カバー４２は、円筒部４１の先端外周部に溶接によって接合されている。先端カバー４２は、円筒部４１の先端外周部に装着されたカバー基端部４２１と、カバー基端部４２１よりも先端側Ｘ１に位置して、カバー基端部４２１の内径よりも小さな内径を有するカバー先端部４２２とを有する。カバー先端部４２２の先端位置には、曲面状の底部が形成されている。先端カバー４２のカバー先端部４２２の軸方向Ｘの長さは、適宜変更することができる。
【００２４】
図６に示すように、外管４の基端部４０２には、ガラス封止材６用のタブレット６０を配置するためのホルダ４３を装着することができる。ホルダ４３は、漏斗形状を有し、外管４の外径よりも大きな内径の上方開口部４３１を有している。ホルダ４３は、タブレット６０が溶融したガラス材料を、外管４の基端部４０２内へ充填するために用いられる。ホルダ４３は、外管４の基端部４０２の外周に圧入させることができ、外管４の基端部４０２の外周にかしめ固定又は溶接することもできる。
【００２５】
ホルダ４３内に配置するタブレット６０のサイズは、外管４の基端部４０２内に配置する場合よりも大きくすることができる。そして、ホルダ４３内に配置されたタブレット６０がガラス材料として溶融したときには、このガラス材料は、ホルダ４３内から外管４の基端部４０２内へ流れ込むことができる。これにより、多くのガラス材料を溶融させることができ、外管４の基端部４０２内へ十分なガラス材料を供給することができる。そのため、ガラス封止材６によって外管４内を、より効果的に封止することができる。
【００２６】
また、図７に示すように、ホルダ４３を用いる場合には、ガラス封止材６はホルダ４３内に充填して、外管４の基端部４０２を封止することもできる。この場合、ホルダ４３の内径は外管４の内径より大きく設定することができる。そして、ホルダ４３内にガラス封止材６を充填することによって、より高いコンプレッション効果を得ることが可能となり、外管４内の高気密性を確保することができる。また、この場合には、シースピン１２の基端部（シース管４の基端部４０２）から絶縁材５を掻き出す手間を省くことも可能である。ガラス封止材６はホルダ４３の最大径部まで充填することがより好ましい。この場合、さらに高いコンプレッション効果を得ることが可能となり、外管４の高気密性をより効果的に確保することができる。
【００２７】
本形態の外管４の内径は、φ１．５〜１０．０ｍｍの範囲内にある。外管４の内径がφ１．５ｍｍよりも小さくなると、外管４の基端部４０２からガラス封止材６へのコンプレッション効果が得られにくくなるおそれがある。コンプレッション効果とは、加熱された外管４及びガラス封止材６が冷却されるときに、ガラス転移点を応力がゼロである点として、外管４の線膨張係数がガラス封止材６の線膨張係数よりも大きいことによって、ガラス転移点以下の温度環境において外管４からガラス封止材６へ圧縮応力を作用させ、ガラス封止材６による封止性能（シール性能）が高まる効果のことをいう。外管４の内径がφ１０．０ｍｍよりも大きい場合には、シース熱電対１１が大型化し、温度センサ１の応答性、搭載性等に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００２８】
また、外管４の内径がφ１．５ｍｍよりも小さくなると、外管４の強度が低くなって、例えば温度センサ１が搭載された車両による振動で温度センサ１が破損したり、また、熱電対素線２間の絶縁距離が小さくなって、絶縁破壊するおそれがある。ただし、これらの問題を改善できれば、外管４の内径は、φ１ｍｍ程度に細くすることも可能であると考える。
【００２９】
（一対の熱電対素線２）
一対の測温接点３は、いわゆるゼーベック効果を生じさせるために、互いに異なる金属材料によって構成されている。本形態の一対の熱電対素線２は、Ｎタイプの熱電対（シース熱電対１１）を構成するものである。この構成により、温度センサ１による測温範囲を高くすることが容易である。本形態の温度センサ１は、１０００℃以上の高温の測定対象ガスＧの温度を測定可能である。熱電対素線２の＋脚は、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）、Ｓｉ（シリコン）を主成分とする合金であるナイクロシルからなる。熱電対素線２の−脚は、Ｎｉ（ニッケル）、Ｓｉ（シリコン）を主成分とする合金であるナイシルからなる。
【００３０】
なお、一対の熱電対素線２は、Ｎタイプ以外にも、種々のタイプの熱電対を構成するものとしてもよい。例えば、一対の熱電対素線２は、＋脚がＮｉ及びＣｒを主成分とするクロメルからなり、−脚がＮｉ、Ａｌ、Ｓｉを主成分とするアルメルからなるＫタイプの熱電対を構成するものとしてもよい。
【００３１】
一対の熱電対素線２の直径は、φ０．０１〜２．０ｍｍの範囲内にある。本形態の一対の熱電対素線２の直径は、互いに等しい。＋脚の熱電対素線の直径と−脚の熱電対素線の直径とは互いに異なっていてもよい。熱電対素線の直径は、製造上及び強度上の観点からφ０．０１ｍｍ未満にすることは難しい。また、熱電対素線の直径がφ２．０ｍｍ超過になると、シース熱電対１１が大型化し、温度センサ１の応答性、搭載性等に悪影響を与えるおそれがある。
【００３２】
なお、一例として、本形態の熱電対素線２の直径は、φ０．３７ｍｍである。そして、測温接点３の基端３０１から絶縁材５の先端面５０１までの軸方向Ｘの最短距離Ｌは、一対の熱電対素線２の平均直径の２倍以下としての０．７ｍｍ以下に設定されている。
【００３３】
一対の熱電対素線２は、外管４内において互いに平行な状態で挿通されている。一対の熱電対素線２は、外管４の基端部４０２から突出し、外管４から基端側Ｘ２に引き出されている。一対の熱電対素線２は、温度センサ１に設けられた端子金具７５及びリード線７６を介して、外部の制御装置８に接続される。制御装置８は、エンジン制御装置（ＥＣＵ）に接続されたセンサ制御装置（ＳＣＵ）とすることができる。また、制御装置８は、エンジン制御装置に構築することもできる。
【００３４】
（測温接点３）
測温接点３は、熱接点とも呼ばれ、一対の熱電対素線２の＋脚を構成する金属材料と、−脚を構成する金属材料とが融合して玉状に形成されたものである。測温接点３及び測温接点３の周辺に位置する先端カバー４２等によって、温度センサ１の測温先端部１０が形成される。温度センサ１の一対の熱電対素線２が端子金具７５、リード線７６等を介して制御装置８内のアンプに接続されることにより、温度を測定するための回路が形成される。一対の熱電対素線２における、測温接点３とは反対側に位置する基準接点は、制御装置８内に形成されている。測温接点３と基準接点との温度差が、一対の熱電対素線２に起電力を生じさせる。
【００３５】
図１に示すように、本形態の測温接点３は、外管４の先端部４０１に装着された先端カバー４２内の気相Ｋ中に配置されている。一対の熱電対素線２の先端部２０１及び測温接点３は、外管４の円筒部４１の先端開口部４１１から先端側Ｘ１に突出した位置に配置されている。
【００３６】
本形態の温度センサ１においては、一対の熱電対素線２が外管４の先端部４０１から突出する量を極力小さくし、測温接点３を絶縁材５の先端面５０１に極力近い位置に形成している。図８に示すように、測温接点３の基端３０１は、絶縁材５の先端面５０１に接触する位置に配置されていてもよい。この構成により、測温接点３を絶縁材５によって支えることができ、絶縁材５の先端面５０１から突出する測温接点３及び一対の熱電対素線２の先端部２０１の耐振性を高めることができる。
【００３７】
ここで、測温接点３は、一対の熱電対素線２の先端部２０１同士を融合させて形成するものであるため、測温接点３の基端３０１は、絶縁材５の先端面５０１に必ず接触しているとは言いにくい。「測温接点３の基端３０１が絶縁材５の先端面５０１に接触する位置」とは、測温接点３の基端３０１が絶縁材５の先端面５０１に接触している場合だけでなく、測温接点３の基端３０１が絶縁材５の先端面５０１に接触しているに等しい場合も含む。最短距離Ｌが０〜０．２ｍｍの範囲内にある場合は、測温接点３の基端３０１が絶縁材５の先端面５０１に接触する位置に含まれることとする。
【００３８】
測温接点３は、できるだけ球形状に近い形状に形成することが好ましい。ただし、測温接点３を真球形状に形成することは難しい。また、測温接点３は、温度センサ１による温度の測定の応答性を高めるためには、できるだけ小さく形成することが好ましい。一方、測温接点３は、一対の熱電対素線２の先端部２０１同士の融合によって形成されるため、熱電対素線２の直径の２倍未満に形成することは難しい。
【００３９】
本形態の測温接点３の最大径は、一対の熱電対素線２の平均直径の２倍以上３倍以下である。この構成により、測温接点３をできるだけ小さく形成して、温度センサ１の応答性を確保することができる。「測温接点３の最大径」とは、測温接点３を貫通する最も長い直線の長さのことをいう。測温接点３は、略球形状の他、扁平した球形状、潰れた球形状、長球形状、楕円体等の種々の形状を有していてもよい。本形態の測温接点３は、軸方向Ｘに直交する方向に若干長い楕円体形状を有する。そして、測温接点３の最大径は、軸方向Ｘに直交する方向の最大径として測定される。
【００４０】
本形態の一対の熱電対素線２の直径は、互いに等しい。そして、一対の熱電対素線２の平均直径は、いずれかの熱電対素線２の直径となる。一方、一対の熱電対素線２の直径が互いに異なっている場合には、一対の熱電対素線２の平均直径は、＋脚の熱電対素線の直径と−脚の熱電対素線の直径との平均値とする。
【００４１】
測温接点３の最大径が一対の熱電対素線２の平均直径の３倍を超える場合には、測温接点３が大きく、その熱容量が影響して温度センサ１の応答性が悪化するおそれがある。
【００４２】
測温接点３を形成する際には、絶縁材５の先端面５０１から突出する一対の熱電対素線２の先端部２０１を、互いに接近させるよう変形させることができる。例えば、図９に示すように、絶縁材５の先端面５０１から突出する一対の熱電対素線２の先端部２０１には、軸方向Ｘに平行な状態から、互いに接近して軸方向Ｘに直交する状態に屈曲する屈曲部位２３を形成することができる。屈曲部位２３同士は、互いに重なりあっていてもよい。そして、レーザー等によって屈曲部位２３同士を溶融させて、測温接点３を形成することができる。
【００４３】
また、例えば、図１０に示すように、絶縁材５の先端面５０１から突出する一対の熱電対素線２の先端部２０１には、互いに接近するよう傾斜する傾斜部位２４と、傾斜部位２４の先端側Ｘ１において互いに対面する対面部位２５とを形成することができる。そして、レーザー等によって対面部位２５同士を溶融させて、測温接点３を形成することができる。
【００４４】
（絶縁材５）
絶縁材５は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等の金属酸化物の粉末によって構成されている。外管４の内周と一対の熱電対素線２の外周との隙間には、絶縁材５の粉末が充填されている。絶縁材５の粉末同士の間には、空隙が形成されている。絶縁材５の粉末は、シースピン１２の直径を小さくする成形が行われる際に圧縮されている。そして、絶縁材５の粉末によって、一対の熱電対素線２が外管４内に保持されている。
【００４５】
外管４及び絶縁材５は、シースピン１２を利用して形成されている。そのため、シースピン１２を切断加工したときの状況等により、絶縁材５の先端面５０１は、外管４の円筒部４１の先端面と必ずしも同じ位置にあるとは限らない。図３に示すように、絶縁材５の先端面５０１は、円筒部４１の先端開口部４１１から基端側Ｘ２へ若干窪んだ位置にあることも想定される。
【００４６】
本形態の絶縁材５の先端面５０１は、円筒部４１の先端開口部４１１から基端側Ｘ２へ０〜０．３ｍｍの範囲内にある。図３において、絶縁材５の先端面５０１から円筒部４１の先端開口部４１１までの距離を符号Ｍによって示す。この構成により、測温接点３が外管４の内周側にできるだけ入り込まないようにし、測温接点３の形成を容易にすることができる。絶縁材５の先端面５０１は、その中心位置が最も基端側Ｘ２に位置していてもよい。測温接点３の基端３０１から絶縁材５の先端面５０１までの最短距離Ｌは、測温接点３の基端３０１から絶縁材５の先端面５０１の中心位置までの軸方向Ｘに沿った距離として求めることができる。
【００４７】
（ガラス封止材６）
図１に示すように、外管４の基端部４０２内には、外管４内を封止して外部と遮断するためのガラス封止材６が充填されている。そして、外管４内の測温接点３、一対の熱電対素線２及び絶縁材５には、外部の測定対象ガスＧ等が接触しないようになっており、外管４内へ酸素、水分等が入らないようにしている。ガラス封止材６は、Ｂｉ（ビスマス）を含有するＢｉ系ガラス、又はＰｂ（鉛）を含有するＰｂ系ガラスによって構成されている。Ｂｉ系ガラスは、Ｂｉ2Ｏ3（酸化ビスマス）を主成分とし、他の酸化物等を含有するものである。他の酸化物には、Ｂ2Ｏ3、ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＢａＯ等がある。Ｐｂ系ガラスは、ＰｂＯ（酸化鉛）を主成分とし、他の酸化物等を含有するものである。他の酸化物には、Ｂ2Ｏ3、ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ2等がある。
【００４８】
ガラス封止材６は、固形状に形成されたガラスのタブレット６０を用い、このタブレット６０を溶融させた後に固化させて形成されたものである。図１１に示すように、タブレット６０は、外管４の基端部４０２の内周又はホルダ４３の内周に挿入できる大きさを有する。また、タブレット６０は、一対の熱電対素線２を挿通させることができる２つの挿通穴６０１を有する。
【００４９】
ガラス封止材６は、固形状に形成されたガラスのタブレット６０を用い、このタブレット６０を溶融させた後に固化させて形成されたものである。タブレット６０は、外管４の基端部４０２の内周に挿入できる大きさであって、一対の熱電対素線２を挿通させることができる２つの挿通穴６０１を有するものである。
【００５０】
（製造方法）
次に、本形態の温度センサ１の主要部としてのシース熱電対１１を製造する方法について、図１２のフローチャートを参照して説明する。
まず、外管４内に一対の熱電対素線２が絶縁材５によって保持されたシースピン１２を準備する（図１２のステップＳ１）。シースピン１２においては、図１３に示すように、一対の熱電対素線２が先端側Ｘ１及び基端側Ｘ２の両端から突出している。
【００５１】
次いで、図１４に示すように、一対の熱電対素線２及び外管４が維持された状態で、シースピン１２の基端部における絶縁材５を掻き出す（ステップＳ２）。このとき、絶縁材５は、ショットブラスト加工等を行って掻き出すことができる。また、外管４の基端部４０２には、絶縁材５が掻き出された後の空間４０３が形成される。次いで、図１５に示すように、シースピン１２の先端部から突出する、一対の熱電対素線２の先端部２０１同士を対面させるとともにレーザー等を用いて溶融させ、先端部同士を接合して測温接点３を形成する（ステップＳ３）。
【００５２】
次いで、図１６に示すように、シースピン１２の外管４の先端部４０１に、先端カバー４２を装着し、先端カバー４２を、かしめ、溶接等を行って外管４の先端部４０１に固定する（ステップＳ４）。なお、ステップＳ２を行う前に、ステップＳ３及びＳ４を行ってもよい。
【００５３】
また、ステップＳ４においては、先端カバー４２を外管４の先端部４０１に固定するときには、外管４と先端カバー４２との間に空気層ができることがある。この空気層は、かしめを行う際になくすことが好ましく、空気層がないことにより、温度センサ１のより高い応答性を実現することができる。この理由は、測定対象ガスＧの温度が外管４へ伝わる際に、熱伝導率の低い空気層があると、この空気層によって熱の移動が遮断されてしまうためである。
【００５４】
次いで、同図に示すように、外管４の基端部４０２の空間４０３内に、ガラス封止材６を形成するためのタブレット６０を配置する（ステップＳ５）。このとき、外管４の基端部４０２から突出する一対の熱電対素線２の基端部２０２を、タブレット６０の挿通穴６０１に挿通させる。次いで、外管４の基端部４０２及びタブレット６０を加熱し、タブレット６０を溶融させる（ステップＳ６）。
【００５５】
次いで、タブレット６０等の加熱を終了した後には、溶融したタブレット６０が冷やされて固化してガラス封止材６となる。そして、外管４の基端部４０２がガラス封止材６によって封止され、外管４内がガラス封止材６によって外部と遮断される。こうして、温度センサ１の主要部としてのシース熱電対１１が製造される。
【００５６】
（他の製造方法）
また、熱電対１１は、次のようにシースピン１２を用いずに製造することもできる。まず、図１７に示すように、外管４の内周に一対の熱電対素線２を挿通する。次いで、図１８に示すように、外管４の基端部４０２内にタブレット６０を用いてガラス封止材６を充填する。次いで、図１９に示すように、ガラス封止材６が下側に位置するように外管４の向きを変え、外管４内のガラス封止材６の上方に、絶縁材５を充填する。次いで、図２０に示すように、一対の熱電対素線２の先端部２０１同士を融合させて、測温接点３を形成する。その後は、外管４の先端部４０１に先端カバー４２を装着して、熱電対１１を製造することができる。
【００５７】
（作用効果）
本形態の熱電対式の温度センサ１は、測温接点３が、絶縁材５の外部であって外管４の先端部４０１内の気相Ｋ中に配置された非接地型のものである。そして、非接地型である熱電対式の温度センサ１において、測温接点３の基端３０１から絶縁材５の先端面５０１までの軸方向Ｘにおける最短距離Ｌを、０〜０．７ｍｍの範囲内に設定している。これにより、測温接点３を、絶縁材５の外部であって絶縁材５に極力近い位置に配置することができる。
【００５８】
そのため、図１に示すように、測定対象ガスＧと測温接点３との間の熱の移動経路Ｈを、測温接点３の基端側Ｘ２の位置に形成することができる。そして、測定対象ガスＧの温度が測温接点３の温度よりも高いときには、測定対象ガスＧから測温接点３への熱の伝達は、外管４及び一対の熱電対素線２を経由して行うことができ、気相Ｋをほとんど経由せずに行うことができる。また、測温接点３の温度が測定対象ガスＧの温度よりも高くなったときには、測温接点３の基端側Ｘ２の位置において、測温接点３から、一対の熱電対素線２及び外管４を経由して温度センサ１の外部へ熱を放出することができる。この結果、非接地型である熱電対式の温度センサ１の応答性を改善することができる。
【００５９】
また、最短距離Ｌが０〜０．７ｍｍの範囲内にあること、言い換えれば、最短距離Ｌが一対の熱電対素線２の平均直径の２倍以下にあることにより、絶縁材５の先端面５０１から突出する一対の熱電対素線２の先端部２０１及び測温接点３の突出量を極力小さくすることができる。これにより、温度センサ１の使用時において、絶縁材５の先端面５０１から突出する一対の熱電対素線２の先端部２０１及び測温接点３の耐振性を向上させることができる。
【００６０】
最短距離Ｌが０．７ｍｍを超える場合には、測温接点３が絶縁材５から離れ、温度センサ１の応答性を改善することが難しくなる。また、絶縁材５の先端面５０１から突出する一対の熱電対素線２及び測温接点３が、振動しやすくなるおそれがある。
【００６１】
非接地型である熱電対式の温度センサ１においては、測温接点３が先端カバー４２にフィラー等によって接地されていない（接触していない）。これにより、絶縁材５の先端面５０１から突出する一対の熱電対素線２の先端部２０１等に、先端カバー４２、フィラー、測温接点３等の相互の線膨張係数が異なることに起因する熱ストレスがほとんど作用しない。
【００６２】
しかし、非接地型である熱電対式の温度センサ１においては、測温接点３が周辺に接触せず、先端カバー４２内の気相Ｋ中に浮かんでいることにより、一般的に温度センサ１の応答性は優れない。本形態の温度センサ１は、非接地型の温度センサ１の、熱ストレスが少ないメリットを生かしつつ、応答性に優れないデメリットを改善したものである。
【００６３】
すなわち、本形態においては、熱ストレスの発生を抑制しつつ、応答性が改善された温度センサ１を提供する。このために、測温接点３の基端３０１から絶縁材５の先端面５０１までの最短距離Ｌを０〜０．７ｍｍの範囲内に設定している。そして、測定対象ガスＧと測温接点３との間の熱の移動経路Ｈを、一対の熱電対素線２の先端部２０１を経由するように形成することにより、温度センサ１の応答性が改善される。
【００６４】
一方、図２１に示すように、比較形態として、従来の非接地型の温度センサのシース熱電対９においては、測温接点３の基端３０１から絶縁材５の先端面５０１までの最短距離Ｌｘが０．７ｍｍを超えて離れていた。そのため、測定対象ガスＧと測温接点３との間の熱の移動経路Ｉは、先端カバー４２及び先端カバー４２内の気相Ｋを経由して形成される。この結果、温度センサ１を熱ストレスから保護できる一方、温度センサ１の応答性を良くすることができなかった。
【００６５】
このように、本形態の温度センサ１は、絶縁材５の先端面５０１のできるだけ近くに測温接点３を配置するといった簡単な工夫でありながら、応答性を大きく改善できるものである。
【００６６】
（確認試験）
本確認試験においては、温度センサ１の測温先端部１０に接触する測定対象ガスＧの温度を室温（２５℃）から６００℃に変化させたときの、温度センサ１の温度測定の応答性を確認した。この試験においては、最短距離Ｌを、０．７ｍｍ前後において適宜変化させた複数の温度センサ１のサンプルを準備した。また、この試験においては、温度センサ１の応答性として、測定対象ガスＧの温度を室温（２５℃）から６００℃に変化させたときに、この測定対象ガスＧの温度の変化を測定するために要する時間としての６３％応答時間を測定した。６３％応答時間は、センサ出力が、初期出力である２５℃から最終出力である６００℃までの温度変化量のうちの６３％変化するまでの時間とした。
【００６７】
この６３％応答時間を測定した結果を図２２に示す。同図から分かるように、６３％応答時間は、最短距離Ｌが０．７ｍｍである付近を境界にして大きく変化している。最短距離Ｌが０．７ｍｍ以下である場合には、６３％応答時間が４秒程度に短く、最短距離Ｌが０．７ｍｍ超過である場合には、６３％応答時間が８秒程度に長くなった。それ故、最短距離Ｌを０．７ｍｍ以下に設定した本形態の温度センサ１によれば、非接地型である熱電対式の温度センサ１の、熱ストレスに強いメリットを生かしつつ、デメリットである応答性を改善することができる。
【００６８】
本発明は、実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。
【符号の説明】
【００６９】
１  温度センサ
２  熱電対素線
３  測温接点
４  外管
５  絶縁材
６  ガラス封止材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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