(57)【要約】【課題】高温雰囲気下で長期にわたり使用に耐え得る温度センサを提供することを目的とする。【解決手段】温度センサ１は、保護管３０と、保護管３０の内部に感温体１１が収容されるセンサユニット１０と、を備える。保護管３０は、内部と外部とを連通する通気路を備え、その表面に、予め、酸化被膜が形成されている。サーミスタ素子１２に接続される一対の被覆電線１６は、耐熱合金からなる芯線１６ａと、芯線１６ａの周囲を覆う絶縁被覆体１６ｂと、を備える。芯線１６ａは、保護管３０に収容される領域に、予め、酸化被膜が形成されている。【選択図】図１
2015078901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前端側が封止され、後端側が開口される耐熱合金製の保護管と、
前記保護管の内部にサーミスタ素子が収容され、前記サーミスタ素子に電気的に接続される一対の電線と、前記サーミスタ素子を覆う耐熱絶縁被覆層と、を備えるセンサユニットと、を備え、
前記保護管は、内部と外部とを連通する通気路を備え、その表面に、予め、酸化被膜が形成されており、
前記サーミスタ素子は、サーミスタからなる感温体と、前記感温体に電極を介して接続される貴金属からなるリード線と、を備え、
一対の前記電線は、各々、
前記リード線に接続される耐熱合金からなる芯線と、前記芯線の周囲を覆う絶縁被覆体と、を備える被覆電線と、を備え、
前記被覆電線の前記芯線は、前記保護管に収容される領域に、予め、酸化被膜が形成されている、
ことを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
前記耐熱絶縁被覆層及び前記絶縁被覆体の一方又は双方は、
前記芯線とともに、前記芯線に酸化被膜を形成する酸化処理に供されることで、燃焼により酸素を消費する有機分が低減される、
請求項１に記載の温度センサ。
【請求項３】
前記保護管を構成する耐熱合金、及び、前記被覆電線の前記芯線を構成する耐熱合金は、マトリックス強化型のＮｉ基超合金からなる、
請求項１または請求項２に記載の温度センサ。
【請求項４】
前記センサユニットは、
前記保護管の内部に第１サーミスタ素子が収容され、前記第１サーミスタ素子に電気的に接続される一対の第１電線を備える第１センサユニットと、
前記保護管の内部であって、前記第１サーミスタ素子が収容される位置とは異なる位置に第２サーミスタ素子が収容され、前記第２サーミスタ素子に電気的に接続される一対の第２電線を備える第２センサユニットと、
前記第１センサユニットの前記第１電線を位置決めして固定する第１ホルダと、
前記第２センサユニットの前記第２電線を位置決めして固定する第２ホルダと、を備え、
前記第１ホルダと前記第２ホルダが組み付けられることで構成されるホルダ組立体が、前記保護管の前記後端側の前記開口に嵌合される、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の温度センサ。
【請求項５】
前記ホルダ組立体は、
前記保護管の内部と外部とを連通する通気路を備える、
請求項１〜４のいずれか一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、例えば５００℃以上の高温雰囲気下において、長期間に亘って正確に温度を測定できる温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気オーブン、ラジアントヒーター、給湯器、燃焼器具、排気ガス浄化装置、ボイラー、バーナー、ストーブ等の機器内部の温度を測定するために、温度によって電気抵抗が変化するサーミスタを用いた温度センサが広く利用されている。この温度センサに用いられるサーミスタ素子は、サーミスタからなる感温体と、感温体に電極を介して接続される一対のリード線と、を備えており、振動や外力、燃焼ガス等から保護する金属製の保護管に収容されている。通常、感温体は、耐熱性ガラスからなる封止材により封止される。
【０００３】
本出願人は、例えば５００〜１０００℃の高温雰囲気下での使用に耐えうる温度センサを特許文献１及び特許文献２で提案している。
特許文献１の温度センサは、サーミスタ素子を収容する保護管から導電性物質（当該金属の構成元素）が蒸発してリード線間を埋めることによって、リード線間に生じるリーク電流の発生を防止することを目的とする。この目的達成のために、特許文献１の温度センサは、セラミック製の遮蔽体によってリード線を覆う。
また、特許文献２の温度センサは、サーミスタ素子のリード線に被覆付き耐熱線を接続することにより、被覆付き耐熱線の長さに応じた長尺化を実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３６１８６０号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１３／０７２９６１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者等は、高温雰囲気下で使用に耐え得る温度センサを提案したが、用途によって長期にわたり使用に耐え得ることが要求される。
一方で、高温雰囲気下において、異なる位置の温度を測定することが求められる場合がある。例えば、間隔を隔てた２つの測定点の温度を測定する場合には、特許文献１あるいは特許文献２に開示される温度センサを２つ用意し、各々のサーミスタ素子が測定点に対応するように２つの温度センサを配置すればよい。しかし、２つの温度センサを配置するスペースを確保できないことがある。また、２つの温度センサを用意すると、温度センサ全体としてのコストが２倍になり、適用される機器のコストを押し上げてしまう。
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、高温雰囲気下で長期にわたり使用に耐え得る温度センサを提供することを目的とする。
さらに本発明は、複数の測定点の温度を測定するのに、占有するスペースを抑えることができるとともに、低コストで製造が可能な温度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもと、本発明の温度センサは、前端側が封止され、後端側が開口される耐熱合金製の保護管と、保護管の内部にサーミスタ素子が収容され、サーミスタ素子に電気的に接続される一対の電線と、サーミスタ素子を覆う耐熱絶縁被覆層と、を備えるセンサユニットと、を備える。
本発明の温度センサは、保護管が、内部と外部とを連通する通気路を備え、その表面に、予め、酸化被膜が形成されている。
サーミスタ素子は、サーミスタからなる感温体と、感温体に電極を介して接続される貴金属からなるリード線と、を備える。
また、一対の電線は、各々、接続される耐熱合金からなる芯線と、芯線の周囲を覆う絶縁被覆体と、を備える被覆電線と、を備え、被覆電線の芯線は、少なくとも保護管に収容される領域に、予め、酸化被膜が形成されている。
【０００７】
感温体が還元されるとその特性に変化が生じてしまい、検出する温度の精度が低下するおそれがある。そこで、本発明の温度センサは、感温体に酸素を供給できるように、保護管に、内部と外部とを連通する通気路を設ける。
【０００８】
本発明の温度センサは、通気路による還元防止の効果をより顕著にするために、保護管に、予め、その表面に酸化被膜を形成する。本発明の温度センサが高温雰囲気下で使用され、保護管が酸化されると、酸化の程度によっては、保護管の内部に収容される感温体が還元されてしまうおそれがあるからである。
なお、本発明でいう予めとは、温度センサが温度を測定する目的で使用される以前のことを意味し、典型的には、温度センサの製造過程が該当する。
【０００９】
さらに、感温体に接続される電線は、高温雰囲気下で使用されることを考慮すると、貴金属から構成することが好ましい。しかし、貴金属からなる電線は高価であることから、本発明は、その使用を一部に留め、他の部分には被覆電線を用いる。貴金属であれば、高温雰囲気下で使用されたとしても、酸化のおそれはほとんどないが、耐熱合金からなる部分は、酸化を否めない。そこで、被覆電線の芯線は、保護管に収容される領域に、予め、酸化被膜を形成することで、感温体の還元を抑える。
【００１０】
本発明の温度センサは、耐熱絶縁被覆層及び絶縁被覆体の一方又は双方が、芯線とともに、芯線に酸化被膜を形成する酸化処理に供されることで、燃焼により酸素を消費する有機分が低減されることが好ましい。
耐熱絶縁被覆層は、その製造過程に由来して、有機分（炭素）を含むことがあり、この有機分が燃焼し、保護管内部の酸素を消費する。
また、絶縁被覆体として、ガラスファイバー又はセラミックファイバーからなる編組体を用いる場合、編組体は、通常、編み込まれている繊維がばらけるのを防止するために、収束材により繊維同士が束ねられている。この収束材は炭素を含んでいるため、温度センサを使用する過程で加熱されると、炭素が酸素と結びついて、保護管の内部の酸素を消費する。
そこで、耐熱絶縁被覆層及び絶縁被覆体の一方又は双方を、芯線とともに酸化処理に供することで、燃焼により酸素を消費する有機分を低減させる。
【００１１】
本発明の温度センサにおいて、保護管を構成する耐熱合金、及び、被覆電線の芯線を構成する耐熱合金は、マトリックス強化型のＮｉ基超合金からなることが好ましい。
マトリックス強化型のＮｉ基超合金は、温度センサの使用が想定される高温雰囲気下においても、保護管及び芯線の各々の機能を果たすことができる。しかも、マトリックス強化型のＮｉ基超合金は、酸化処理を予め施す場合に、形成される酸化被膜を表層部の必要な範囲にとどめることができ、酸化被膜を除く、耐熱性を具現する基地の部分を十分に確保することができる。
マトリックス強化型のＮｉ基超合金としては、ＪＩＳ ＮＣＦ６００、ＪＩＳ ＮＣＦ６０１が好ましく、特に、保護管はＪＩＳ ＮＣＦ６０１が好ましく、被覆電線の芯線はＪＩＳ ＮＣＦ６００が好ましい。
【００１２】
本発明が適用される温度センサとしては、前端側が封止され、後端側が開口される金属製の保護管と、保護管の内部に第１サーミスタ素子が収容され、第１サーミスタ素子に電気的に接続される一対の第１電線を備える第１センサユニットと、保護管の内部であって、第１サーミスタ素子が収容される位置とは異なる位置に第２サーミスタ素子が収容され、第２サーミスタ素子に電気的に接続される一対の第２電線を備える第２センサユニットと、第１センサユニットの第１電線を位置決めして固定する第１ホルダと、第２センサユニットの第２電線を位置決めして固定する第２ホルダと、を備え、第１ホルダと第２ホルダが組み合わされることで構成されるホルダ組立体が、保護管の後端側の開口に嵌合されるものであることが好ましい。
【００１３】
本発明の温度センサによれば、１つの保護管の内部の異なる位置に２つのサーミスタ素子を備えるので、２つのセンサユニットを個別の保護管に収容するのに比べて、占有するスペースを抑えることができるとともに、コストを低減できる。
しかも、本発明によれば、各々のセンサユニットを対応するホルダに固定した上で、ホルダを組み付けて固定する。したがって、センサユニットの各々のサーミスタ素子を、相対的な位置ずれを起すことなく、保護管の所定位置に配置できるので、高温雰囲気下で要求される２つの測定点の温度を高い精度で検出することができる。
【００１４】
２つのセンサユニットを備える本発明のホルダにおいて、ホルダ組立体が、保護管の内部と外部とを連通する通気路を設ける。感温体に酸素を供給することを担保するためである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の温度センサによると、保護管が通気路として機能するので、この通気路を通って感温体に酸素を供給することができる。しかも、本発明の温度センサは、保護管及び耐熱合金からなる被覆電線の芯線に、酸化被膜を形成するので、高温雰囲気下で使用される過程で酸化されるのを抑制するのを通じて、感温体の還元を抑える。
つぎに、本発明によれば、１つの保護管の内部の異なる位置に２つのサーミスタ素子を備えるので、２つのセンサユニットを個別の保護管に収容するのに比べて、占有するスペースを抑えることができるとともに、コストを低減できる。
しかも、本発明によれば、各々のセンサユニットを対応するホルダに固定した上で、ホルダを組み付けて固定する。したがって、各々のセンサユニットの各々のサーミスタ素子が、相対的な位置ずれを起すことなく、保護管の所定位置に配置できるので、高温雰囲気下で要求される２つの測定点の温度を高い精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態による温度センサを示す図である。
【図２】酸化処理を行った時の単位時間当たりの重量変化率を示すグラフである。
【図３】（ａ）は溶接により接続したリード線と被覆電線に酸化処理を行ったときの評価結果を示す表であり、（ｂ）は溶接界面に酸化物が偏析した様子を示す。
【図４】本発明の第２実施形態による温度センサの全体を示す図である。
【図５】図４の温度センサに用いられるセンサ前駆体を示す図であり、（ａ）はサーミスタ素子に耐熱電線を接続した前駆体を示し、（ｂ）は（ａ）の前駆体に延長リード線を接続した前駆体を示し、（ｃ）は（ｂ）の前駆体を第１ホルダに組み付けた第１センサユニットを示し、（ｄ）は（ｂ）の前駆体を第２ホルダに組み付けた第２センサユニットを示している。
【図６】図４の温度センサに用いられるホルダを示す図であり、（ａ）は第１ホルダの平面図及び側面図を示し、（ｂ）は第２ホルダの平面図及び側面図を示している。
【図７】図４の温度センサの組み付け前を示す図である。
【図８】図１および図４の温度センサに用いられるセンサユニットの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１に示すように、第１の実施形態の温度センサ１は、センサユニット１０と、センサユニット１０の要部を収容する金属製の保護管３０と、を備えている。
温度センサ１は、例えば５００℃以上の高温雰囲気が生じる機器に取り付けられ、長期間に亘って正確に温度を測定できるものである。
【００１８】
［センサユニット１０］
温度センサ１は、センサユニット１０を備えている。
センサユニット１０は、図１に示すように、温度によって電気抵抗が変化する感温体１１と、感温体１１に図示を省略する電極を介して電気的に接続される一対のリード線１５と、感温体１１から所定範囲内のリード線１５とを封止する封止材１７と、一対のリード線１５の各々と接続される一対の被覆電線１６とを備えている。ここで、感温体１１は、封止材１７で外気の影響を抑えられることで、耐久性を高められているが、どうしても外気の影響で特性が変化してしまう場合がある。そこで、温度センサ１は、耐久性をより高めるために、感温体１１、リード線１５及び封止材１７が還元雰囲気にさらされるのを抑えるために、保護管３０により通気路を確保するとともに、各部材を酸化処理する。なお、感温体１１と一対のリード線１５からサーミスタ素子１２が構成される。
以下、各要素の詳細を説明する。
【００１９】
感温体１１は、サーミスタを用いることが好ましいが、温度によって電気抵抗が変化することを利用して温度を測定する。５００℃以上の高温域で使用されるサーミスタとしては、例えば、Ｙ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＣａおよびＯを含み、Ｙ：Ｃｒ：Ｍｎ：Ｃａのモル比が７５〜８５：７〜１０：７〜１０：１〜５である金属酸化物を用いることが好ましい。この金属酸化物から構成される感温体１１は、１０００℃以上の高温まで温度測定が可能である。ただし、これはあくまで例示であり、他のサーミスタを用いることもできることは言うまでもない。
【００２０】
リード線１５は、貴金属、特に白金又は白金合金から構成することができる。白金合金としては、イリジウムを１〜２０質量％含有するものが耐熱性の観点から好ましい。
【００２１】
封止材１７は、感温体１１に外気の影響が及ばないように感温体１１を被覆することで、感温体１１の耐久性の向上に寄与する。封止材１７は、非晶質ガラスまたは結晶質ガラスから構成される。それらを単独で用いることもできるが、所望の熱膨張係数を有するように非晶質ガラスと結晶質ガラスとを混合して用いることもできる。結晶質ガラスとしては、例えば、酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムから構成されるものが好ましく、より具体的にはＳｉＯ２：３０〜６０質量％、ＣａＯ：１０〜３０質量％、ＭｇＯ：５〜２５質量％、Ａｌ２Ｏ３：０〜１５質量％の組成を有するものを本発明に用いることができる。また、ガラスに無機材料粉末を添加したもの等を用いて構成してもよい。ガラスに添加する無機材料粉末としては、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等、感温体１１を構成する金属酸化物等が挙げられる。
【００２２】
被覆電線１６は、例えば、耐熱性を有する芯線１６ａをその芯線１６ａよりも耐熱性の高い絶縁被覆体１６ｂで被覆し、５００℃以上の高温雰囲気下でも芯線１６ａの絶縁を確保するのに足りる十分に高い絶縁性を備えるものを用いることができる。
芯線１６ａ、絶縁被覆体１６ｂは、それぞれが温度センサ１の使用温度に応じた耐熱温度を有する。また、芯線１６ａが絶縁被覆体１６ｂに覆われることにより、芯線１６ａの高温雰囲気下での絶縁を確保し、すなわち、保護管３０から絶縁できるとともに、線間の短絡を防止できる。
芯線１６ａとしては、例えば、Ｎｉ、ステンレス合金、Ｎｉ基超合金、その他の耐熱合金等を用いることができる。これら合金は、耐熱性を向上させるために、Ｎｉ、Ｃｒを多く含んでいる。例えば、Ｎｉ基超合金の１例であるＪＩＳ ＮＣＦ６００の化学組成はJIS G4902に規定されているが、Ｎｉを７２％、Ｃｒを１５％程度含んでいる。なお、％は質量％である。材質ごとの芯線１６ａのおおよその常用耐熱温度を例示すると、Ｎｉ：約５００℃、ステンレス合金：約６００℃、ＪＩＳ ＮＣＦ６００：約８００℃となる。
［ＮＣＦ６００  化学組成］
Ｃ≦0.15%  Ｓｉ≦0.50%  Ｍｎ≦1.00%  Ｐ≦0.030%  Ｓ≦0.015%  Ｃｒ：14.00〜17.00%  Ｃｕ≦0.50  Ｆｅ：6.00〜10.00%  残部：Ｎｉ＋不純物
なお、ＮＣＦ６００は、後述するＮＣＦ６０１とともに、マトリックス強化型Ｎｉ基超合金として知られている。
【００２３】
絶縁被覆体１６ｂとしては、例えば、ガラスファイバーあるいはセラミックファイバーの編組チューブを用いる。その主成分としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４等を例示できる。材質ごとの絶縁被覆体１６ｂのおおよその耐熱温度を例示すると、ガラスファイバー編組：約５００℃、シリカガラスファイバー編組：約１０００℃、セラミックファイバー編組：約１３００℃となる。
なお、被覆電線１６の高温での絶縁性を向上させる目的で、芯線１６ａと絶縁被覆体１６ｂとの間に、ガラスファイバーやセラミックファイバーを介在させたり、マイカペーパーと裏打ち材からなるテープを介在させたりしてもよい。
被覆電線１６は、一端側でリード線１５に接続されている。被覆電線１６は、保護管３０の軸線方向に沿って延びており、他端側が、保護管３０の外部に引き出され、他の電線を介して、図示しない計測回路へと接続されている。
【００２４】
リード線１５と芯線１６ａの接続部Ｃは、保護材としての耐熱絶縁被覆層１８によって覆われている。この耐熱絶縁被覆層１８は、セラミック粒子と、セラミック粒子同士を結合する無機結合材とを含んでおり、１０００℃以上の高耐熱性と、絶縁性とを有している。セラミック粒子としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｒＳｉＯ４、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、およびＡｌＮのうち１つ以上を主成分とするものを用いることができる。無機結合材としては、セラミック、ガラス等を用いることができる。
このような耐熱絶縁被覆層１８は、接続部Ｃを含めて、封止材１７の外周の全体、つまりサーミスタ素子１２の周囲を覆っている。
耐熱絶縁被覆層１８は、所定の位置に設けられる前は、溶媒（例えば、水、有機溶媒、金属アルコキシド）を含んで流動性があり、封止材１７の周囲を被覆した後、加熱により乾燥硬化されることによって形成される。例えば、コーティング材、接着剤、シール材として使用されるものをこの耐熱絶縁被覆層１８として用いることができる。
【００２５】
［保護管３０］
以上の構成を備えるセンサユニット１０は、サーミスタ素子１２から被覆電線１６にかけて保護管３０の内部に収容されるとともに、保護管３０に組み付けられる。
保護管３０は、図１に示すように、サーミスタ素子１２が配置される側の前端３１が塞がれる一方、後端３３が開放されており、内部に収容されたセンサユニット１０を振動や外力、高熱、燃焼ガスから保護する円筒状の部材である。この保護管３０は、後端３３に近い側に、温度を測定する対象機器の筐体４０に取り付けるためのフランジ３５を備えている。保護管３０の内部は筐体４０の外部と連通しているために、保護管３０の内部が通気路として機能する。前端３１からフランジ３５までの長さＬは、取り付けられる機器に応じて設定できるが、例えば、５００ｍｍ程度に設定できる。保護管３０の前端３１は、温度センサ１の前端にもなる。なお、図１は、後端３３が完全に開放されているが、保護管３０の内部と外部（大気）の間で通気が可能な程度に、例えば被覆電線１６を保持するホルダを後端３３の内側に嵌合させることができるし、後端３３をかしめることで被覆電線１６と保護管３０を固定することもできる。
保護管３０を構成する材料としては、例えば、ステンレス鋼、Ｎｉ基超合金、その他の耐熱合金を用いることができる。例えば、Ｎｉ基超合金の例であるＪＩＳ ＮＣＦ６０１の化学組成はJIS G4902に規定されているが、Ｎｉを６０質量％、Ｃｒを２３質量％、Ａｌを１．４質量％程度含んでいる。
［ＮＣＦ６０１  化学組成］
Ｃ≦0.10%  Ｓｉ≦0.50%  Ｍｎ≦1.00%  Ｐ≦0.030%  Ｓ≦0.015%  Ｃｒ：21.00〜25.00%  Ｃｕ≦1.00%  Ｃｏ：1.00〜1.70％  Ｎｉ：58.00〜63.00%  残部：Ｆｅ＋不純物
【００２６】
［酸化処理］
温度センサ１は、保護管３０を通気路として機能させることで、感温体１１が還元されるのを防止する構造を備えているが、この還元防止の効果をより顕著にするために、保護管３０及びセンサユニット１０に酸化処理を施すことが好ましい。以下、この酸化処理について説明する。
【００２７】
酸化処理の対象としてはじめに掲げられるのは、保護管３０である。保護管３０は、耐熱合金で構成されるが、高温雰囲気に曝されると、その内表面が酸化される。その結果、感温体１１を収容する内部は酸素が酸化に消費されるために還元雰囲気となり、感温体１１を還元する。そうすると、検知精度が低下する。
そこで、温度センサ１を作製する過程で予め保護管３０に酸化処理を施して、表面に酸化被膜を形成する。そうすれば、温度センサ１を使用する過程において、保護管３０の内部の酸素の消費を抑えることができるので、感温体１１の還元を抑制することができる。以下、ＪＩＳ ＮＣＦ６０１により保護管３０を構成した場合の酸化処理の効果について説明する。
【００２８】
下記の保持温度及び保持時間で熱処理炉中に保持する酸化処理を行い、単位時間当たりの重量変化率を求めた。
その結果を図２に示すが、酸化処理の保持時間が８時間を越えると、単位時間当たりの重量変化率が小さくなることから、保護管３０に予めは酸化処理を施しておくことにより、温度センサ１を使用する過程における保護管３０の酸化による酸素の消費を抑制できることが判る。
保持温度：８００℃，９００℃，９５０℃，１０００℃
保持時間：２hr. ，４hr. ，８hr. ，１６hr. ，２４hr. ，４８hr. ，１００hr. 
【００２９】
保護管３０に酸化被膜を形成する条件、特に保持温度は、保護管３０が温度センサ１として使用される雰囲気の温度を考慮することが望まれる。また、形成される酸化被膜の膜厚は、薄すぎると酸素の消費低減の効果が不足し、一方、厚すぎると酸化被膜の脱落のおそれがあるのに加え、膜厚が不均一になる傾向があるので、実際に酸化処理を行う条件は、保護管３０を構成する材質、酸化処理の雰囲気なども考慮して定める。
【００３０】
本実施形態は、保護管３０に加えて、センサユニット１０を酸化処理の対象にする。より具体的には、センサユニット１０の中で、被覆電線１６の芯線１ａ及び絶縁被覆体１６ｂ、並びに、耐熱絶縁被覆層１８が、酸化処理の直接的な対象となる。以下、この順に、酸化処理による作用・効果を述べる。
【００３１】
芯線１６ａは、保護管３０の内部に収容されるので、温度センサ１の使用中に酸化され得る。したがって、本実施形態は、芯線１６ａを予め施す酸化処理の対象とするが、本発明者等が芯線１６ａに１２００℃で１００ｈｒ時間、大気中に曝す実験を行なったところ、以下説明するように、興味深い結果が得られた。
本実施形態において、芯線１６ａはリード線１５と溶接により接続されるので、リード線１５と想定した材質の芯線１６ａとを溶接された状態で酸化環境下に曝した。酸化により溶接部分の電気抵抗が大きくなるという悪影響を懸念したためである。芯線１６ａとリード線１５の材質による溶接部の電気抵抗の測定結果及び酸化の状態を図３（ａ）に示す。なお、酸化処理は、１２００℃で１００時間保持する加速的な条件で行った。また、リード線１５は、Ｉｒを１０質量％含むＰｔ合金を用いた。
なお、図３（ａ）のアルメル、クロメル、カンタルは登録商標である。
【００３２】
芯線１６ａの材質によっては、図３（ｂ）に示すように、芯線１６ａとリード線１５の接合界面Ｂに酸化物Ｏが偏析し、溶接部の電気抵抗を著しく悪化させる傾向が観察された。接合界面に偏析した酸化物を含め生成された酸化物の組成をＥＤＸ（Energy dispersive X-ray spectrometry：エネルギー分散型Ｘ線分析）により同定したところ、アルミニウムを含む酸化物であった。アルミニウム酸化物を生成させた芯線１６ａは、いずれも４質量％を超えるＡｌを含有している。
また、図３（ａ）に示すように、材質によっては、芯線１６ａの内部まで酸化が進行してしまい、電線として機能し得ないものもある。
よって、芯線１６ａとしては、接合界面にアルミニウム酸化物を偏析させることのないようにＡｌの含有量が２質量％以下、さらには不純物を除いて実質的にＡｌを含まない材質を選定することが好ましい。本発明者等の検討によると、ＪＩＳ  ＮＣＦ６００が芯線１６ａにとして最も好ましい。
【００３３】
次に、本実施形態は、絶縁被覆体１６ｂを酸化処理の対象にする。
絶縁被覆体１６ｂは、前述したように、ガラスファイバーあるいはセラミックファイバーの編組からなる。この編組は、編み込まれている繊維がばらけるのを防止するために、収束材により繊維同士が束ねられている。この収束材は有機成分、つまり炭素（Ｃ）を含んでいるため、温度センサ１を使用する過程で加熱されると、収束材に含まれる炭素が酸素と結びついてしまい、保護管３０の内部の酸素を消費する。そこで、本実施形態は、絶縁被覆体１６ｂを酸化処理の対象とし、収束材に含まれる炭素を酸素と化合させて、予め炭素を除去しておく。なお、保護管３０及び芯線１６ａにおいて、酸化処理は酸化膜を形成することを目的としているが、絶縁被覆体１６ｂについては、酸化処理は炭素を除去することを目的としており、両者は、酸化処理の対象となる点では同じであるが、目的は相違する。
【００３４】
本実施形態は、耐熱絶縁被覆層１８をも酸化処理の対象にするが、この耐熱絶縁被覆層１８も有機溶媒又は金属アルコキシドを用いて作製されると炭素を含んでいる。通常の乾燥硬化時に未反応となってしまったものがあると、温度センサを使用する過程の加熱により、残有機分が燃焼し、保護管内部の酸素を消費するので、絶縁被覆体１６ｂと同じ理由で酸化処理の対象にする。
【００３５】
以下、温度センサ１を製造する手順の一例を説明する。
先ず、製作した感温体１１の電極にリード線１５を接合し、次に、例えば、封止材１７を構成するガラス材料を公知の方法により、感温体１１の周りに溶融した状態に設け、冷却して硬化させる。このガラス材料が硬化したものが、感温体１１とリード線１５の所定範囲とを覆う封止材１７となる。
【００３６】
次いで、リード線１５に被覆電線１６の芯線１６ａを溶接して接続する。なお、リード線１５に芯線１６ａを溶接した後に封止材１７を形成すると、ガラス材料の溶融の影響（溶融したガラス材料からリード線１５への熱伝導等）によって接続部Ｃが再加熱され、これによって接続部Ｃの酸化劣化が生じるおそれがあるため、封止材１７を形成した後にリード線１５への溶接を行うことが好ましい。
【００３７】
次に、容器に入れられた乾燥硬化前の耐熱絶縁被覆層１８に、封止材１７の前端から接続部Ｃの後端までを浸した後、容器から引き上げる。その後、加熱して耐熱絶縁被覆層１８を乾燥硬化させる過程で、溶媒が放出されるとともに、溶融した無機結合材によりセラミック粒子同士が結合されることにより、耐熱絶縁被覆層１８が設けられる。
【００３８】
ここまで作製されたセンサユニットは、酸化処理が施される。
酸化処理の条件については前述の通りであるが、酸化処理により、被覆電線１６の芯線１６ａに酸化被膜を形成するとともに、絶縁被覆体１６ｂの収束材に含まれる有機成分（炭素）及び耐熱絶縁被覆層１８の残留有機成分を除去する。
保護管３０は、センサユニットの酸化処理と同じ工程で酸化処理することができるし、センサユニットとは別工程で酸化処理することができる。
この酸化処理は、有機分の燃焼温度を、例えば示差熱-熱重量同時測定（ＴＧ-ＤＴＡ）を用いて測定し、測定された温度を基準として、加熱温度が特定される。本実施形態における絶縁被覆体１６ｂ及び耐熱絶縁被覆層１８の残留有機成分の場合、６００℃程度の温度で酸化処理を行えばよい。この温度でも、芯線１６ａに酸化被膜を形成することができる。
【００３９】
酸化処理が終わると、サーミスタ素子１２が配置された側から保護管３０に挿入し、適宜の手段でサーミスタ素子１２、被覆電線１６を保護管３０に対して固定することで、温度センサ１が作製される。
【００４０】
［効果］
温度センサ１は、保護管３０に通気路が設けられるので、この通気路を通って感温体１１に酸素を供給することができる。
ここで、高温雰囲気下において検知温度の精度を継時的に確保するためには、感温体１１に酸素が供給される必要がある。したがって、保護管３０の内部に酸素が供給されない構造、例えば樹脂モールディングによってセンサユニットを保護管に固定すると、使用時間の経過にともなって検知温度の精度が劣る。これに対して温度センサ１は、保護管３０に通気路が設けられるので、長時間に亘って検知温度の精度を確保できる。
【００４１】
温度センサ１は、保護管３０及び被覆電線１６の芯線１６ａに予め酸化被膜を形成するとともに、被覆電線１６の絶縁被覆体１６ｂ及び耐熱絶縁被覆層１８に酸化処理を施すことにより、酸化の要因となる炭素を除去する。したがって、感温体１１が還元されるのをより顕著に防止することができる。
【００４２】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る温度センサ２について、図４〜図７を参照して説明する。なお、図４〜図７の温度センサ２には、温度センサ１と同じ要素には温度センサ１と同じ符号を付している。
温度センサ２が温度センサ１と相違するのは、２つのセンサユニット１０ａ，１０ｂを備えることで、高温雰囲気中の異なる２つの測定点の温度を測定する。また、温度センサ２は、２つのセンサユニット１０ａ，１０ｂを１つの保護管３０の中にその要部を収容している。
温度センサ２は、感温体１１に対する通気路が確保されること、保護管３０、被覆電線１６の芯線１６ａ及び絶縁被覆体１６ｂ、並びに、耐熱絶縁被覆層１８が酸化処理の対象になること、については温度センサ１を踏襲する。
【００４３】
［センサユニット１０ａ，１０ｂ］
温度センサ２は、２つのセンサユニット１０ａ，１０ｂを備えている。各々のセンサユニット１０ａ，１０ｂは、第１実施形態のセンサユニット１０と基本的な構成は同じであるが、保護管３０の中で感温体１１ａ，１１ｂが配置される位置が相違する。また、２つのセンサユニット１０ａ，１０ｂを固定するためのホルダ組立体２０を備えている点でも相違する。なお、センサユニット１０ａ，１０ｂを総称する場合にはセンサユニット１０といい、各々を区別する場合にはセンサユニット１０ａまたはセンサユニット１０ｂという。
以下、センサユニット１０ａを対象にして，第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４４】
センサユニット１０ａは、図５及び図７に示すように、一対の被覆電線１６の各々と接続される一対の引出電線１９と、被覆電線１６と引出電線１９の接続部分を保持するホルダ組立体２０とを備えている。
ホルダ組立体２０は、２つのセンサユニット１０ａ，１０ｂの相対的な位置関係を保持しながら、センサユニット１０ａ，１０ｂを保護管３０に組み付ける。また、ホルダ組立体２０は、保護管３０の内部に収容されるセンサユニット１０a，１０ｂの感温体１１に外部から酸素を供給するための通路を確保する。
【００４５】
ホルダ組立体２０は、図５（ｃ），（ｄ）、図６及び図７に示す第１ホルダ２０ａと第２ホルダ２０ｂの２つの部材をからなり、各々、樹脂を射出成形することで一体的に作製される。
第１ホルダ２０ａは、センサユニット１０ａの被覆電線１６と引出電線１９の境界を挟んで、センサユニット１０ａを保持する。同様に、第２ホルダ２０ｂは、センサユニット１０ｂの被覆電線１６と引出電線１９の境界を挟んで、センサユニット１０ｂを保持する。第１ホルダ２０ａと第２ホルダ２０ｂは、基本的な構成が一致するため、第１ホルダ２０ａに基づいて構成を説明した後に、第２ホルダ２０ｂについては第１ホルダ２０ａとの相違点について言及する。
【００４６】
第１ホルダ２０ａは、図６に示すように、外殻をなすシェル２１と、シェル２１の表裏の一方の側に設けられる配線収容室２３と、シェル２１の軸方向の一方の端部及び他方の端部の各々に設けられ、配線収容室２３に連なる先端引出口２７と後端引出口２８と、を備えている。配線収容室２３は、第１収容室２４と、第２収容室２５と、第３収容室２６の３つの要素を備え、先端引出口２７の側からこの順に配列されている。
なお、ホルダ組立体２０（第１ホルダ２０ａ，第２ホルダ２０ｂ）において、センサユニット１０が組み付けられたときに、被覆電線１６が引き出されサーミスタ素子１２が配置される側を前、引出電線１９が引き出される側を後と定義する。
【００４７】
センサユニット１０ａが第１ホルダ２０ａに組み付けられると、センサユニット１０ａの電線は、以下に説明するように各収容室に収容される。各収容室は、以下の収容が実現できる容積を備えている。
第１収容室２４には、図５（ｃ）に示すように、一対の被覆電線１６が幅方向Ｗに並んで、かつ両者の間に隙間が設けられるように収容される。第１収容室２４の周囲を取り囲むシェル２１は、外形寸法が、第２収容室２５に対応する部位よりも細く、かつ、前端側がそれよりも後方に比べて細く形成されている。第１収容室２４に収容された一対の被覆電線１６は、先端引出口２７から引き出される。
【００４８】
第２収容室２５には、図５（ｃ）に示すように、被覆電線１６と引出電線１９の接続部分が収容される。第２収容室２５は、シェル２１と一体的に形成されている衝立２２により幅方向に２つに仕切られており、一対のうちの一方の被覆電線１６と引出電線１９の接続部分と他方の接続部が、仕切られた収容室の各々に収容される。
各々の被覆電線１６と引出電線１９は、仕切られた収容室の各々に収容され、かつ、接続子１４が第２収容室２５の後端側に配置された状態で、例えばエポキシ系の接着剤によりシェル２１に固定される。なお、第１収容室２４及び第３収容室２６においては、被覆電線１６と引出電線１９のシェル２１への固定を行わないが、第２収容室２５にて固定しているため、第１ホルダ２０ａに対してセンサユニット１０ａが軸方向の位置決めがなされる。
【００４９】
第３収容室２６には、引出電線１９の前端側が収容され、それよりも後端側が後端引出口２８から引き出される。
第３収容室２６の周囲を取り囲むシェル２１には、第２ホルダ２０ｂと相互に係止を行うためのロック突条２９ａが形成されている。ロック突条２９ａは、シェル２１の幅方向の両側に、軸方向に沿って形成されている。
【００５０】
第２ホルダ２０ｂは、接続子１４が第２収容室２５の前端側に保持されること、及び、第１ホルダ２０ａのロック突条２９ａに対応するロック爪２９ｂを備えていること、を除けば、第１ホルダ２０ａと同じ構成を備え、かつ、センサユニット１０ｂを第１ホルダ２０ａと同様に収容、保持する。
【００５１】
センサユニット１０ａを保持する第１ホルダ２０ａと、センサユニット１０ｂを保持する第２ホルダ２０ｂは、お互いに対応する第１収容室２４、第２収容室２５及び第３収容室２６同士を突き合わせ、ロック突条２９ａとロック爪２９ｂを互いに係止することで、図７に示すように、一体化される。センサユニット１０ａとセンサユニット１０ｂが一体化されたセンサユニット１０は、ホルダ組立体２０よりも前方が保護管３０の中に収容される。ホルダ組立体２０の前端からセンサユニット１０ａのサーミスタ素子１２ａまでの距離よりもセンサユニット１０ｂのサーミスタ素子１２ｂまでの距離が長く作られているので、各々のサーミスタ素子１２ａ及びサーミスタ素子１２ｂは、保護管３０の軸方向の異なる位置に配置される。
【００５２】
第１ホルダ２０ａ，第２ホルダ２０ｂは、被覆電線１６及び引出電線１９に対して配線収容室２３、先端引出口２７及び後端引出口２８が十分に広い容積及び開口面積を備えている。したがって、第１ホルダ２０ａと第２ホルダ２０ｂを組み付けたホルダ組立体２０は、先端引出口２７から後端引出口２８にかけて、通気路が形成される。
【００５３】
以上の構成を備えるセンサユニット１０は、サーミスタ素子１２から被覆電線１６にかけて保護管３０の内部に収容されるとともに、保護管３０に組み付けられる。
保護管３０は、図４に示すように、サーミスタ素子１２が配置される側の前端３１が塞がれる一方、後端３３が開放されており、内部に収容されたセンサユニット１０を振動や外力、高熱、燃焼ガスから保護する円筒状の部材である。この保護管３０は、後端３３に近い側に、対象機器に取り付けるためのフランジ３５（図４参照）を備えている。
【００５４】
温度センサ２の製造手順は、温度センサ１と同様であるので、以下では相違点を中心に説明する。
第２実施形態においても、保護管３０と被覆電線１６の芯線１６ａ等は酸化処理の対象となる。センサユニット１０についての酸化処理が終わると、被覆電線１６と引出電線１９の芯線同士を重ね合わせ、この重ね合わされた部分に、接続子１４をかしめることによって、被覆電線１６と引出電線１９の接続を行なう。
【００５５】
こうして製作されたセンサユニット１０ａ，１０ｂを、各々、図２（ｃ），（ｄ）に示すように、ホルダ２０ａ，２０ｂの所定位置に組み付ける。第２収容室２５に接着剤を充填しておくことで、センサユニット１０ａ，１０ｂは、各々、ホルダ２０ａ，２０ｂの所定位置に位置決めされた状態で、固定される。
次に、センサユニット１０ａ，１０ｂが組み付けられたホルダ２０ａ，２０ｂを、各々の配線収容室２３が対向し、かつ各々の第１収容室２４、第２収容室２５及び第３収容室２６同士を位置合せした後に、図４に示すように、組み付ける。こうして、ホルダ組立体２０によりセンサユニット１０（１０ａ，１０ｂ）が一体化されたセンサ前駆体１００を得る。
【００５６】
ここで、センサユニット１０ａの被覆電線１６と引出電線１９の接続部分（接続子１４）とセンサユニット１０ｂの被覆電線１６と引出電線１９の接続部分（接続子１４）とは、各々の第２収容室２５における配置位置が軸線方向にずれている。したがって、ホルダ２０ａ，２０ｂを組み付けても、当該接続部分同士が電気的に接触するのを避けることができる。なお、センサユニット１０ａとセンサユニット１０ｂの各々の接続子１４は、その周囲に接着剤からなる層を形成することにより、相互の絶縁を確保できるが、本実施形態のように、各々の位置をずらすことで、絶縁を確実に得ることができる。
【００５７】
センサ前駆体１００が得られたならばサーミスタ素子１２が配置された側から保護管３０に挿入し、保護管３０の後端３３にホルダ組立体２０の先端が挿入されるまで保護管３０に向けて押し込む。所定の位置までホルダ組立体２０を押し込んだならば、固定リング３７をホルダ組立体２０の第１収容室２４に対応する周囲に位置決めしてから、かしめることで、ホルダ組立体２０を嵌合により保護管３０に固定する。
以上の手順で、温度センサ２が作製される。
【００５８】
［効果］
以上の構成を備える温度センサ２は、以下の効果を備える。
温度センサ２は、１つの保護管３０の内部の異なる位置に２つのサーミスタ素子１２を設けている。したがって、２つのセンサユニット１０ａ，１０ｂを個別の保護管に収容するのに比べて、占有するスペースを抑えることができるとともに、コストを低減できる。
【００５９】
しかも、温度センサ２は、各々のセンサユニット１０ａ，１０ｂを対応するホルダ２０ａ，２０ｂに固定した上で、ホルダ２０ａ，２０ｂを組み付けて固定する。したがって、各々のセンサユニット１０ａ，１０ｂの各々のサーミスタ素子１２が、相対的な位置ずれを起すことなく、保護管３０の所定位置に配置できるので、高温雰囲気下で要求される２つの測定点の温度を高い精度で検出することができる。
【００６０】
さらに、温度センサ２は、ホルダ組立体２０に通気路が設けられるので、この通気路及び保護管３０を通って感温体１１に酸素を供給することができる。よって、温度センサ２は、長時間に亘って検知温度の精度を確保できる。しかも、温度センサ２について、保護管３０及び被覆電線１６の芯線１６ａに予め酸化被膜を形成するとともに、被覆電線１６の絶縁被覆体１６ｂ及び耐熱絶縁被覆層１８に酸化処理を施すことにより、酸化の要因となる炭素を除去する。したがって、感温体１１が還元されるのをより顕著に防止することができる。
【００６１】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、サーミスタ素子の周囲について、図８に示すように、封止材１７の周囲をセラミックス製の保護管１３で覆うことができる。この保護管１３は、図８（ａ）に示すように、有底の形態とすることができるし、図８（ｂ）に示すように、底を有しない単純な形態の管とすることができる。また、図８（ｃ）に示すように、セラミック製の管で封止材１７の一部だけを覆うこともできる。
【００６２】
また、保護管３０の内部に収容されるサーミスタ素子１２は、２つに限らず、３以上の任意の数のサーミスタ素子１２を設けることができる。この場合、ホルダはサーミスタ素子１２の数に応じて設けることになり、例えば、３つのサーミスタ素子１２を設ける場合には、各々に対応する３つのホルダを設ける。
【符号の説明】
【００６３】
１，２  温度センサ
１０，１０a，１０ｂ  センサユニット
１１，１１ａ，１１ｂ  感温体
１２，１２ａ，１２ｂ  サーミスタ素子
１３  保護管
１４  接合子
１５  リード線
１６  被覆電線
１６ａ  芯線
１６ｂ  絶縁被覆体
１７  封止材
１８  耐熱絶縁被覆層
１９  引出電線
２０  ホルダ組立体
２０ａ  第１ホルダ
２０ｂ  第２ホルダ
２１  シェル
２２  衝立
２３  配線収容室
２４  第１収容室
２５  第２収容室
２６  第３収容室
２７  先端引出口
２８  後端引出口
２９ａ  ロック突条
２９ｂ  ロック爪
３０  保護管
３１  前端
３３  後端
３５  フランジ
３７  固定リング
１００  センサ前駆体
Ｂ  接合界面
Ｏ  酸化物
Ｗ  幅方向
【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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