(57)【要約】【課題】応答性を効果的に向上させることができる温度センサを提供する。【解決手段】温度センサ１は、金属管２、感温素子３、一対のリード線３１、絶縁支持材４及び断熱材５を備える。金属管２は、先端開口部２０として先端が開口されている。感温素子３は、先端開口部２０に配置されており、測定対象の温度を測定するものである。一対のリード線３１は、感温素子３に接続されている。絶縁支持材４は、金属管２内に配置されており、金属管２とリード線３１とを絶縁するセラミックス材料からなるとともに、リード線３１を金属管２に支持するためのものである。断熱材５は、先端開口部２０における、感温素子３の周囲に、絶縁支持材４の先端面４０１を覆う状態で配置されており、絶縁支持材４を構成するセラミックス材料よりも熱伝導率が低いセラミックス材料からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端開口部（２０）として先端が開口された金属管（２）と、
前記先端開口部に配置され、温度を測定するための感温素子（３）と、
前記感温素子に接続された一対のリード線（３１）と、
前記金属管内に配置され、前記金属管と前記リード線とを絶縁するセラミックス材料からなるとともに、前記リード線を前記金属管に支持するための絶縁支持材（４，４Ａ，４Ｂ）と、
前記先端開口部における、前記感温素子の周囲に、前記絶縁支持材の先端面（４０１）を覆う状態で配置された、前記絶縁支持材を構成するセラミックス材料よりも熱伝導率が低いセラミックス材料からなる断熱材（５）と、を備える温度センサ（１）。
【請求項２】
前記感温素子における、前記断熱材によって覆われていない先端側表面（３０１，３０２）は、前記感温素子を構成するセラミックス材料よりも熱伝導率が高いセラミックス材料からなる伝熱材（６）によって覆われている、請求項１に記載の温度センサ。
【請求項３】
前記断熱材は、前記金属管の先端面（２０１）にも配置されている、請求項１又は２に記載の温度センサ。
【請求項４】
前記絶縁支持材は、前記金属管の先端側管部（２１）に配置されている、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】
前記絶縁支持材は、前記金属管の軸方向（Ｌ）における複数箇所に分かれて配置されており、
前記金属管における、前記絶縁支持材が配置されていない部位には、空洞（Ｋ）が形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の温度センサ。
【請求項６】
前記感温素子の先端面（３０１）は、前記断熱材の先端面（５０１）よりも先端側（Ｌ１）に突出している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の温度センサ。
【請求項７】
前記断熱材は、前記金属管の外周面（２０２）にも配置されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の温度センサ。
【請求項８】
前記断熱材を構成するセラミックス材料の気孔率は、前記絶縁支持材を構成するセラミックス材料の気孔率よりも大きい、請求項１〜７のいずれか１項に記載の温度センサ。
【請求項９】
前記絶縁支持材は、酸化マグネシウムによって構成され、前記断熱材は、ヒュームドシリカによって構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の温度センサ。
【請求項１０】
前記感温素子は、温度によって電気抵抗値が変化するサーミスタ素子又は測温抵抗素子からなる、請求項１〜９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、温度を測定するための感温素子を用いた温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
温度センサは、例えば、自動車の排気管内に配置され、排気管を流れる排ガスの温度を測定するために用いられる。例えば、特許文献１の温度センサにおいては、振動に対する強度を確保するために、絶縁管と、絶縁管の先端部に配置されたサーミスタとを、絶縁材としての耐熱セメントによって固定することが記載されている。また、サーミスタ、絶縁管及び耐熱セメントは、金属管内に別の耐熱セメントを用いて固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２７８４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
温度センサには、排ガス等の雰囲気ガスの温度の変化を迅速に検出する応答性が要求される。この応答性を向上させるためには、サーミスタ等の感温素子への伝熱性を良くすることが考えられる。しかし、従来の温度センサにおいては、感温素子は、絶縁材を介して金属管の先端部に接触しており、金属管との間において伝熱が生じやすい状態にある。
【０００５】
温度センサによって雰囲気ガスの温度を測定する際に、雰囲気ガスの温度が感温素子の温度よりも高くなった場合には、感温素子が受けた熱が金属管に伝導される（奪われる）。これにより、感温素子の温度が上がりにくく、感温素子の温度が雰囲気ガスの温度になるまでに時間を要し、温度センサの応答性を阻害する。
【０００６】
また、温度センサによって雰囲気ガスの温度を測定する際に、雰囲気ガスの温度が感温素子の温度よりも低くなった場合には、金属管に残存する熱が感温素子に伝導される。これにより、感温素子の温度が下がりにくく、感温素子の温度が雰囲気ガスの温度になるまでに時間を要し、温度センサの応答性を阻害する。
【０００７】
従って、温度センサの応答性を向上させるためには、感温素子と金属管との間の伝熱が抑えられる工夫をすることが効果的であると分かった。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、応答性を効果的に向上させ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、先端開口部（２０）として先端が開口された金属管（２）と、
前記先端開口部に配置され、温度を測定するための感温素子（３）と、
前記感温素子に接続された一対のリード線（３１）と、
前記金属管内に配置され、前記金属管と前記リード線とを絶縁するセラミックス材料からなるとともに、前記リード線を前記金属管に支持するための絶縁支持材（４，４Ａ，４Ｂ）と、
前記先端開口部における、前記感温素子の周囲に、前記絶縁支持材の先端面（４０１）を覆う状態で配置された、前記絶縁支持材を構成するセラミックス材料よりも熱伝導率が低いセラミックス材料からなる断熱材（５）と、を備える温度センサ（１）にある。
【発明の効果】
【００１０】
前記一態様の温度センサにおいては、金属管の先端が先端開口部として開口しており、感温素子は、先端開口部に配置されている。つまり、金属管の先端位置に、曲面状の先端部（底部）は形成されていない。そのため、感温素子を、温度センサの先端位置に配置しつつ、金属管から遠ざけることができる。これにより、感温素子から金属管への熱伝導、及び金属管から感温素子への熱伝導を抑制することができる。
【００１１】
また、感温素子の先端側に金属管が存在しないことにより、感温素子が、測定対象としての雰囲気ガス等から熱放射、熱伝達（熱対流）等によって熱を受ける場合には、感温素子が熱を受けやすくすることができる。また、感温素子の先端側に金属管が存在しないことにより、感温素子の熱が雰囲気ガス等へ放出される場合には、金属管に残存する熱が、感温素子へ伝わりにくくすることができる。
【００１２】
このような金属管及び感温素子の構成により、感温素子の温度が、測定対象としての雰囲気ガス等の温度になるまでの時間を短縮することができ、温度センサの応答性を向上させることができる。
【００１３】
また、金属管の先端開口部における、感温素子の周囲には、絶縁支持材の先端面を覆う状態で断熱材が配置されている。この断熱材は、絶縁支持材を構成するセラミックス材料よりも熱伝導率が低いセラミックス材料からなる。これによっても、感温素子から金属管への熱伝導、及び金属管から感温素子への熱伝導を抑制することができる。
【００１４】
具体的には、感温素子が、測定対象としての雰囲気ガス等から熱放射、熱伝達（熱対流）等によって熱を受ける場合には、断熱材が、絶縁支持材を介した金属管への熱伝導を抑制することができる。また、この場合には、断熱材によって、絶縁支持材が雰囲気ガス等からの熱を受けにくくすることもできる。また、感温素子の熱が雰囲気ガス等へ放出される場合には、断熱材が、金属管から絶縁支持材を介した感温素子への熱伝導を抑制することができる。
【００１５】
このような断熱材の構成によっても、感温素子の温度が、測定対象としての雰囲気ガス等の温度になるまでの時間を短縮することができ、温度センサの応答性を向上させることができる。
【００１６】
それ故、前記一態様の温度センサによれば、その応答性を効果的に向上させることができる。
【００１７】
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】
【００１８】
【図１】実施形態１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１にかかる、温度センサの全体を示す断面図。
【図３】実施形態１にかかる、温度センサの主要部を示す、図１のIII−III矢視断面図。
【図４】実施形態１にかかる、温度センサの主要部の製造方法を示すフローチャート。
【図５】実施形態１にかかる、（ａ）シース管成形体、（ｂ）縮径部が形成されたシース管成形体、（ｃ）シース管成形体及び感温素子体、（ｄ）互いに接合されたシース管成形体及び感温素子体である温度センサ中間体を示す断面図。
【図６】実施形態１にかかる、（ａ）先端金属管及び温度センサ中間体、（ｂ）先端金属管が装着された温度センサ中間体、（ｃ）絶縁支持体が充填された温度センサ中間体、（ｄ）製造された温度センサを示す断面図。
【図７】実施形態２にかかる、温度センサの主要部を示す断面図。
【図８】実施形態３にかかる、温度センサの主要部を示す断面図。
【図９】実施形態３にかかる、他の温度センサの主要部の先端側部分を示す断面図。
【図１０】実施形態３にかかる、他の温度センサの主要部の先端側部分を示す断面図。
【図１１】実施形態３にかかる、他の温度センサの主要部の先端側部分を示す断面図。
【図１２】実施形態３にかかる、他の温度センサの主要部の先端側部分を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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１＞
本形態の温度センサ１は、図１に示すように、金属管２、感温素子３、一対のリード線３１、絶縁支持材４及び断熱材５を備える。金属管２は、先端開口部２０として先端が開口されている。感温素子３は、先端開口部２０に配置されており、測定対象の温度を測定するものである。一対のリード線３１は、感温素子３に接続（接合）されている。絶縁支持材４は、金属管２内に配置されており、金属管２とリード線３１とを絶縁するセラミックス材料からなるとともに、リード線３１を金属管２に支持するためのものである。断熱材５は、先端開口部２０における、感温素子３の周囲に、絶縁支持材４の先端面４０１を覆う状態で配置されており、絶縁支持材４を構成するセラミックス材料よりも熱伝導率が低いセラミックス材料からなる。
【００２０】
本形態の温度センサ１においては、金属管２の中心軸線に沿った方向を軸方向Ｌという。また、軸方向Ｌにおいて、金属管２に感温素子３が配置された側を先端側Ｌ１といい、先端側Ｌ１と反対側を基端側Ｌ２という。
【００２１】
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）
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、排気管に配置され、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。排ガスの温度は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって内燃機関の燃焼制御を行う際に利用される。例えば、排ガスの温度は、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。
【００２２】
（感温素子３）
本形態の感温素子３は、サーミスタ材料としての金属酸化物の焼結体を用いて構成されたサーミスタ素子である。サーミスタ素子は、温度の上昇に対して緩やかに電気抵抗値が減少するＮＴＣ（negative  temperature  coefficient）サーミスタとすることができる。これ以外にも、サーミスタ素子は、所定温度を超えると温度の上昇に対して急激に電気抵抗値が増大するＰＴＣ（positive  temperature  coefficient）サーミスタ、又は所定温度を超えると急激に電気抵抗値が減少するＣＴＲ（critical  temperature  resistor）サーミスタとすることもできる。
【００２３】
また、感温素子３は、白金、銅、ニッケル等を用いて構成された、温度が上昇するに伴って電気抵抗値が増加する測温抵抗素子としてもよい。
【００２４】
（リード線３１）
一対のリード線３１は、導電性を有する種々の金属材料から構成されている。一対のリード線３１は、図５（ｄ）に示すように、感温素子３に接合された一対の第１リード部３１１と、一対の第１リード部３１１に接合された一対の第２リード部３１２とから構成することができる。この場合、第１リード部３１１と第２リード部３１２とは、突き合わされた状態又は重ね合わされた状態で、溶接等によって接合される。また、リード線３１は、連続した１本の金属線とすることもできる。
【００２５】
リード線３１は、白金線、白金と他の金属との合金からなる白金合金線、ニッケルと他の金属との合金であるインコネル（登録商標）の線等によって構成することができる。これ以外にも、リード線３１は、ＳＵＳ３１０Ｓの線、鉄とニッケルとの合金からなるインバー線、スーパーインバー線、ニッケル線、ニッケルクロム線、鉄クロム線等によって構成することもできる。
【００２６】
（金属管２）
金属管２は、シース管とも呼ばれ、金属材料から構成されている。金属管２は、円筒形状に形成されている。金属管２は、図２に示すように、感温素子３が配置された先端側管部２１の外径及び内径が最も小さく、先端側管部２１よりも基端側Ｌ２に位置する基端側管部２２の外径及び内径が、先端側管部２１の外径及び内径よりも大きく形成されている。金属管２は、インコネル（登録商標）の管によって構成することができる。これ以外にも、金属管２は、ＳＵＳ３１０Ｓの管、オーステナイト系ステンレス鋼の管、フェライト系クロム鋼の管、耐熱性コバルト合金、ニッケル合金の管、鉄クロム合金の管によって構成することもできる。金属管２は、温度センサ１の製造を容易にするために、複数の管材を、適宜、溶接等によって繋ぎ合わせて形成することができる。
【００２７】
（ハウジング１１）
図２に示すように、金属管２は、排気管に取り付けられるハウジング１１に装着されている。ハウジング１１は、一対のリード線３１及びコネクタ１２のターミナル１３を配置するための配置穴１１１と、温度センサ１を排気管に取り付けるための外周ネジ１１２と、ハウジング１１にコネクタ１２を連結するための連結部１１３とを有する。配置穴１１１には、コネクタ１２のターミナル１３の先端部１３１が挿入される。
【００２８】
（コネクタ１２）
図２に示すように、絶縁性の樹脂等からなるコネクタ１２には、リード線３１が溶接によって接続されたターミナル（接続端子）１３が設けられている。ターミナル１３の先端部１３１は、リード線３１が接続されるよう、コネクタ１２から突出している。ターミナル１３の基端部１３２は、温度センサ１の動作を制御する制御装置１０に接続される。制御装置１０は、エンジン制御ユニットとすることができ、エンジン制御ユニットとは別のセンサ制御ユニット（ＳＣＵ）とすることもできる。ターミナル１３は、導電性の金属材料によって構成されている。
【００２９】
（絶縁支持材４）
図１に示すように、絶縁支持材４は、酸化マグネシウム等の金属酸化物によって構成されている。絶縁支持材４は、酸化アルミニウム等によって構成することもできる。絶縁支持材４は、金属管２の先端側管部２１に配置されたセラミックスの粉末が焼結された焼結体として形成されている。絶縁支持材４は、金属管２の先端側管部２１に充填されており、金属管２の基端側管部２２には充填されていない。言い換えれば、絶縁支持材４は、金属管２の先端側管部２１に、軸方向Ｌに連続する状態で一体的に配置されている。絶縁支持材４が金属管２の先端側管部２１に充填されていることにより、金属管２の先端側管部２１において、一対のリード線３１が金属管２に強固に支持される。絶縁支持材４は、一対のリード線３１の外周と金属管２の先端側管部２１の内周とに接触している。絶縁支持材４は、金属管２の先端側管部２１の内周における先端位置まで配置されている。
【００３０】
（断熱材５）
図１及び図３に示すように、感温素子３は、金属管２の先端開口部２０における、軸方向Ｌに直交する断面の中心位置に配置されている。断熱材５は、感温素子３の側面３０２の全周に配置されている。また、断熱材５は、絶縁支持材４の先端面４０１及び金属管２の先端面２０１を覆う状態で配置されている。断熱材５が金属管２の先端面２０１も覆っていることにより、温度センサ１によって温度を測定する雰囲気ガスとしての排ガスから金属管２へ熱が伝わりにくくすることができる。
【００３１】
感温素子３の側面３０２の一部及び先端面３０１は、断熱材５の先端面５０１よりも先端側Ｌ１に突出している。この感温素子３の突出により、排ガスから感温素子３が熱を受けやすく、かつ感温素子３から排ガスへ熱を逃がしやすくすることができる。
【００３２】
断熱材５は、金属酸化物としてのヒュームドシリカによって構成されている。ヒュームドシリカは、シリカ（二酸化ケイ素）の粒子が複数連なって形成されたものである。ヒュームドシリカは、白色系の微粒子が集積されたものであり、特に赤外線を吸収しにくい性質を有する。シリカの粒子間には、複雑に入り組んだ気孔が形成されている。断熱材５は、種々の発泡金属酸化物によって構成することもできる。発泡金属酸化物は、金属酸化物の発泡体であり、溶融金属中に添加した発泡剤が発泡する際に形成された気孔を有するものである。
【００３３】
また、断熱材５は、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有する繊維体から構成されたセラミックウールによって構成することもできる。また、断熱材５は、耐熱性を重視して、固形状のセラミックス体によって構成することもできる。
【００３４】
絶縁支持材４を構成する酸化マグネシウムの熱伝導率は、５９Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。また、酸化アルミニウムの熱伝導率は、３９Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。一方、断熱材５を構成するヒュームドシリカの熱伝導率は、０〜１２００℃の温度範囲において、０．０５〜０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。つまり、ヒュームドシリカの熱伝導率は、酸化マグネシウムの熱伝導率に比べて遥かに小さく、ヒュームドシリカは、断熱性（熱を遮断する性質）に優れる。
【００３５】
また、断熱材５を構成するセラミックス材料の気孔率は、絶縁支持材４を構成するセラミックス材料の気孔率よりも大きい。気孔率は、単位体積のセラミックス材料中に含まれる気孔の体積として表される。断熱材５は、多くの気孔を有することにより、高い断熱効果を発揮する。
【００３６】
（伝熱材６）
図１に示すように、本形態の感温素子３の、先端側表面としての側面３０２の一部及び先端面３０１は、絶縁支持材４よりも熱伝導率が高い伝熱材６によって覆われている。感温素子３の側面３０２の一部及び先端面３０１は、断熱材５によって覆われていない。先端側表面とは、感温素子３の先端側Ｌ１に位置する表面であって、後述する伝熱材６が設けられていない状態において温度センサ１の外部に露出される表面のことをいう。先端側表面は、先端面３０１のみによって構成される場合もある。
【００３７】
伝熱材６は、感温素子（サーミスタ素子）３を構成するセラミックス材料（金属酸化物）に比べて、熱伝導率が高いセラミックス材料（金属酸化物）によって構成されている。伝熱材６は、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、又はこれらの複合物を含有する酸化物によって構成されている。伝熱材６を用いることにより、排ガスから感温素子３への伝熱、及び感温素子３から排ガスへの伝熱ができるだけ悪化しないようにして、感温素子３を保護することができる。
【００３８】
また、伝熱材６は、耐熱性に優れた金属酸化物によって構成されており、伝熱材６を構成する金属酸化物の耐熱性（耐熱温度）は、感温素子３を構成する金属酸化物の耐熱性（耐熱温度）に比べて優れる。そのため、伝熱材６によって、感温素子３を熱から保護することができ、感温素子３の耐久性を向上させることができる。
【００３９】
（製造方法）
次に、本形態の温度センサ１の主要部を製造する方法について、図４のフローチャートを参照して説明する。
図５（ａ）に示すように、金属管２、一対のリード線３１の第２リード部３１２及び絶縁支持材４が設けられたシース管成形体７１を準備する（図４のステップＳ１）。この金属管２は、金属管２の先端側管部２１を示す。シース管成形体７１は、金属管２内に、一対のリード線３１の第２リード部３１２が挿通されるとともに、金属管２内における隙間が絶縁支持材４によって充填されたものである。次いで、図５（ｂ）に示すように、シース管成形体７１の先端部に縮径加工を行い、金属管２及び絶縁支持材４が縮径された縮径部７１１を形成する（ステップＳ２）。また、図５（ｃ）に示すように、感温素子３に一対のリード線３１の第１リード部３１１が接合された感温素子体７２を準備する（ステップＳ３）。
【００４０】
次いで、図５（ｄ）に示すように、感温素子体７２における一対のリード線３１の第１リード部３１１と、シース管成形体７１における一対のリード線３１の第２リード部３１２とを、レーザ溶接によって接合して、温度センサ中間体を得る（ステップＳ４）。また、図６（ａ）に示すように、金属管２の先端部となる先端金属管２Ｘを準備する（ステップＳ５）。次いで、図６（ｂ）に示すように、先端金属管２Ｘを、温度センサ中間体におけるシース管成形体７１の縮径部７１１を構成する金属管２の部分の外周に装着する。そして、先端金属管２Ｘと、シース管成形体７１の縮径部７１１を構成する金属管２の部分とを、レーザ溶接によって接合する（ステップＳ６）。こうして、先端金属管２Ｘの内周側に、感温素子３及び一対のリード線３１の第１リード部３１１が配置された状態が形成される。
【００４１】
次いで、図６（ｃ）に示すように、先端金属管２Ｘの内周側に形成された空間に、絶縁支持材４を構成するためのセラミックス材料（金属酸化物）４Ｘを充填する（ステップＳ７）。次いで、図６（ｄ）に示すように、感温素子３の周囲に位置する、絶縁支持材４の先端面４０１及び金属管２の先端面２０１に、断熱材５を設ける（ステップＳ８）。この断熱材５を設けるときには、感温素子３の先端側表面に断熱材５が設けられないようにするため、この先端側表面を遮蔽治具等によって遮蔽しておくことができる。また、同図に示すように、感温素子３の先端側表面に伝熱材６を設ける（ステップＳ９）。こうして、温度センサ１の組付体が形成される。その後、組付体が加熱され、絶縁支持材４を構成するセラミックス材料、断熱材５を構成するセラミックス材料及び伝熱材６を構成するセラミックス材料が焼結されて、温度センサ１の主要部が製造される。
【００４２】
なお、断熱材５及び伝熱材６が設けられる前の温度センサ１の組付体を加熱して、絶縁支持材４を焼結した後に、この組付体に断熱材５及び伝熱材６を設けて温度センサ１の主要部を製造することもできる。
【００４３】
（作用効果）
本形態の温度センサ１においては、金属管２の先端が先端開口部２０として開口しており、感温素子３は、先端開口部２０の、軸方向Ｌに直交する断面の中心位置に配置されている。そして、金属管２の先端位置に曲面状の先端部（底部）が形成されていないことにより、感温素子３と金属管２との距離を大きくすることが容易になる。そのため、感温素子３を、温度センサ１の先端位置に配置しつつ、金属管２から遠ざけることができる。これにより、感温素子３から金属管２への熱伝導、及び金属管２から感温素子３への熱伝導を抑制することができる。
【００４４】
また、感温素子３の先端側Ｌ１に金属管２が存在しないことにより、感温素子３が、測定対象としての排ガスから熱放射、熱伝達（熱対流）等によって熱を受ける場合には、感温素子３が熱を受けやすくすることができる。また、感温素子３の先端側Ｌ１に金属管２が存在しないことにより、感温素子３の熱が排ガスへ放出される場合には、金属管２に残存する熱が、感温素子３へ伝わりにくくすることができる。
【００４５】
このような金属管２及び感温素子３の構成により、感温素子３の温度が、測定対象としての排ガスの温度になるまでの時間を短縮することができ、温度センサ１の応答性を向上させることができる。
【００４６】
また、金属管２の先端開口部２０における、感温素子３の周囲には、絶縁支持材４の先端面４０１及び金属管２の先端面２０１を覆う状態で断熱材５が配置されている。この断熱材５は、絶縁支持材４を構成する金属酸化物よりも熱伝導率が低い金属酸化物からなる。これによっても、感温素子３から金属管２への熱伝導、及び金属管２から感温素子３への熱伝導を抑制することができる。
【００４７】
具体的には、感温素子３が、測定対象としての排ガスから熱放射、熱伝達（熱対流）等によって熱を受ける場合には、断熱材５が、絶縁支持材４を介した金属管２への熱伝導を抑制することができる。また、この場合には、断熱材５によって、絶縁支持材４及び金属管２が排ガスからの熱放射、熱伝達等による熱を受けにくくすることもできる。また、感温素子３の熱が排ガスへ放出される場合には、断熱材５が、金属管２に残存する熱が絶縁支持材４を介して感温素子３へ伝導されることを抑制することができる。
【００４８】
このような断熱材５の構成によっても、感温素子３の温度が、測定対象としての排ガスの温度になるまでの時間を短縮することができ、温度センサ１の応答性を向上させることができる。
【００４９】
温度センサ１によって測定対象の温度を測定する際の応答性は、感温素子３の温度が、いかに迅速に測定対象の温度に追従するかによって決まる。従来の温度センサにおいては、感温素子３が迅速に測定対象の温度になるだけでなく、感温素子３の周辺に存在する金属管２及び絶縁支持材４も迅速に測定対象の温度になるようにしている。具体的には、測定対象によって、金属管２の先端部及びこの先端部に隣接する絶縁支持材４が加熱されやすくすることにより、これらを介して感温素子３も加熱されるようにしている。
【００５０】
しかし、金属管２の先端部の熱容量は大きい。そして、金属管２の先端部の温度が測定対象の温度になるまでに要する時間が長いため、感温素子３の温度が測定対象の温度になるまでに要する時間も長くなることが判明した。
【００５１】
本形態の温度センサ１においては、金属管２の先端部を除去し、測定対象によって金属管２が加熱されにくくするとともに、感温素子３が加熱されやすくする。また、断熱材５によって、絶縁支持材４の先端面４０１及び金属管２の先端面２０１が加熱されにくくすることにより、感温素子３が選択的に加熱されるようにしている。
【００５２】
このような感温素子３が選択的に加熱されるようにする技術は、従来の温度センサにはないものである。本形態の温度センサ１においては、感温素子３が選択的に加熱されるようにした工夫により、感温素子３の温度が排ガスの温度に追従しやすくしている。それ故、本形態の温度センサ１によれば、温度センサ１の応答性を効果的に向上させることができる。
【００５３】
また、従来の温度センサの測定レンジは、金属管２の先端部とともに感温素子３が加熱される構成を採用していることにより、例えば、２５〜９００℃の範囲であり、広くとることが困難であった。これに対し、本形態の温度センサ１の測定レンジは、できるだけ感温素子３のみが加熱されるようにしていることにより、−４０〜１０５０℃の範囲として、広くとることができる。なお、温度センサ１の測定レンジを５００℃以上に設定する場合に、本形態の温度センサ１による作用効果を顕著に得ることができる。
【００５４】
＜実施形態２＞
本形態は、絶縁支持材４の配置状態が実施形態１の場合とは異なる温度センサ１について示す。
図７に示すように、本形態の絶縁支持材４は、金属管２の軸方向Ｌにおける複数箇所に分かれて配置されている。絶縁支持材４は、金属管２の先端側管部２１における軸方向Ｌの先端部に配置され、この先端部において一対のリード線３１を金属管２に支持する第１絶縁支持材４Ａと、金属管２の先端側管部２１における軸方向Ｌの基端部に配置され、この基端部において一対のリード線３１を金属管２に支持する第２絶縁支持材４Ｂとからなる。
【００５５】
金属管２における、絶縁支持材４が配置されていない部位として、第１絶縁支持材４Ａと第２絶縁支持材４Ｂとの間の部位には、空気等の気体による空洞Ｋが形成されている。空洞Ｋは、大気圧に近い状態であってもよく、大気圧よりも低い真空状態にあってもよい。また、第１絶縁支持材４Ａの先端面４０１、及び金属管２の先端側管部２１の先端面２０１には、断熱材５が設けられている。また、感温素子３の先端側表面には、伝熱材６が設けられている。
【００５６】
本形態の温度センサ１においては、実施形態１の場合に比べて、絶縁支持材４の体積が小さく、絶縁支持材４が有する熱容量が小さい。また、空洞Ｋは、金属管２内における、感温素子３に近い位置に形成されている。この空洞Ｋの存在により、金属管２と一対のリード線３１、及び金属管２と感温素子３とが断熱される効果が大きくなる。そのため、測定対象としての排ガスから感温素子３が熱を受ける際に、絶縁支持材４を介する感温素子３から金属管２への熱伝導がより効果的に抑制される。また、絶縁支持材４を介する金属管２から感温素子３への熱伝導も効果的に抑制される。
【００５７】
それ故、本形態の温度センサ１によれば、感温素子３の温度が、測定対象としての排ガスの温度になるまでの時間をより短縮することができ、温度センサ１の応答性をより向上させることができる。
【００５８】
なお、第２絶縁支持材４Ｂは、金属管２の先端側管部２１における先端部と基端部との間の中間部に設けてもよい。また、第２絶縁支持材４Ｂは、金属管２の先端側管部２１における中間部及び基端部に設けてもよい。
【００５９】
本形態の温度センサ１におけるその他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。
【００６０】
＜実施形態３＞
本形態においては、実施形態１，２に示す温度センサ１の変形例について示す。
図８に示すように、断熱材５は、絶縁支持材４の先端面４０１及び金属管２の先端面２０１に設けるだけでなく、金属管２の先端側管部２１の外周面２０２にも配置することができる。この場合には、測定対象としての排ガスから金属管２の外周面２０２への熱放射、熱伝達等の伝熱、及び金属管２の外周面２０２から排ガスへの熱放射、熱伝達等の伝熱が、より生じにくくすることができる。これにより、特に、排ガスによって感温素子３が選択的に加熱される効果が、より得られやすくなる。
【００６１】
また、図９に示すように、実施形態１，２の温度センサ１において、感温素子３の先端側表面は、伝熱材６によって覆われていなくてもよい。感温素子３の先端側表面に伝熱材６が設けられていない場合にも、実施形態１，２の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００６２】
また、図１０に示すように、感温素子３の先端面３０１は、断熱材５の先端面５０１よりも基端側Ｌ２に陥没していてもよく、断熱材５の先端面５０１と面一になっていてもよい。この場合には、感温素子３の側面３０２が絶縁支持材４及び断熱材５によって覆われ、感温素子３の先端面３０１は断熱材５によって覆われない。そして、先端側表面は、先端面３０１のみによって構成される。この場合にも、実施形態１，２の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００６３】
また、図１１に示すように、断熱材５の一部は、金属管２の先端側管部２１の内周に配置されていてもよい。
また、図１２に示すように、第１絶縁支持材４Ａを廃止し、断熱材５を、金属管２の先端側管部２１の内周に配置することもできる。この場合には、断熱材５に用いる材料を、気孔を有しながらも、感温素子３及び一対のリード線３１を支持できる強度にする必要がある。また、この場合には、断熱材５の一部は、先端開口部２０よりも先端側Ｌ１に配置されていてもよく、金属管２の先端面２０１に配置されていてもよい。
【００６４】
また、感温素子３は、一対の接点間の温度差によって生じる熱起電力を利用する熱電対の測温接点とすることも可能である。この場合には、一対のリード線３１は、材質が互いに異なる２種類の金属線として構成される。
【００６５】
＜確認試験＞
本試験においては、温度センサ１における断熱材５の厚み（μｍ）と伝熱材６の厚み（μｍ）とを変化させたときの、温度センサ１の応答性としての応答時間（ｓ）を測定した。
断熱材５の厚みは、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍと変化させ、伝熱材６の厚みは、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍと変化させた。この各厚みを変化させたときの温度センサ１を、試験品１〜１５とした。
【００６６】
応答時間は、６３％応答時間として求めた。６３％応答時間は、温度センサ１の感温素子３を雰囲気ガスによって加熱する目標温度を１０５０℃とし、感温素子３が、雰囲気ガスによって室温（２０℃）から約６５０℃（１０３０℃の６３％程度）に加熱されるまでの時間として求めた。また、雰囲気ガスは、流速がなく静止した状態とした。
【００６７】
また、比較のために、金属管２に先端部（底部）が設けられ、この先端部の基端側に絶縁支持材４を介して感温素子３が配置された従来の温度センサについても応答時間を測定した。この従来の温度センサを比較品とした。この従来の温度センサにおいては、断熱材５及び伝熱材６は用いられていない。
【００６８】
試験品１〜１５及び比較品について応答時間を測定した結果を、表１に示す。
【表１】
2019060782.tif 000003
【００６９】
比較品は、応答時間が８ｓとなり、応答性に優れないことが分かった。一方、試験品１〜１８においては、断熱材５の厚みを、１０〜５０μｍの間で変化させても、応答時間には、ほとんど差は生じないものの、断熱材５の厚みが大きくなるほど、僅かに応答時間が短くなることが分かった。この結果を踏まえて、断熱材５の厚みは、例えば、１０〜１００μｍの範囲内にすることができる。
【００７０】
また、試験品１〜１８においては、伝熱材６の厚みを１０〜２００μｍの間で変化させると、伝熱材６の厚みが大きくなるほど、応答時間が長くなることが分かった。伝熱材６の厚みが２００μｍであるときの応答時間であっても、１．８ｓ程度であるため、比較品と比べて応答時間が短く、温度センサ１の応答性の要求を満たすことが確認できた。この結果を踏まえて、伝熱材６の厚みは、例えば、１０〜２００μｍの範囲内にすることができる。
【００７１】
また、伝熱材６の厚みが０μｍである場合は、伝熱材６が設けられていない場合を示す。伝熱材６が設けられていない場合の応答時間が最も短くなった。また、伝熱材６の厚みが大きくなるほど応答時間が長くなるという結果より、伝熱材６によって伝熱を促進する効果は認められなかった。ただし、伝熱材６の熱伝導率が感温素子３の熱伝導率よりも高いことにより、伝熱材６の厚みが大きくなる際に、応答時間が長くなりにくい効果が得られると考えられる。
【００７２】
以上の結果より、断熱材５及び伝熱材６の各厚みは、応答時間を１ｓ程度にするためには、１０μｍあれば十分であることが分かった。ただし、断熱材５及び伝熱材６の各厚みは、長期間使用する際の磨耗を考慮して、１０μｍよりも厚く設定することができる。
【００７３】
本発明は、各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】
【００７４】
１  温度センサ
２  金属管
２０  先端開口部
３  感温素子
３１  リード線
４，４Ａ，４Ｂ  絶縁支持材
５  断熱材
６  伝熱材
Ｋ  空洞
【図１】
2019060782.tif 000004
【図２】
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【図３】
2019060782.tif 000006
【図４】
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【図５】
2019060782.tif 000008
【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】
2019060782.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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