(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度によって電気的特性が変化する感温素子を有する感温体と、
該感温体の一対の電極線にそれぞれ接続された一対の信号線を先端側に露出させた状態で内蔵するシースピンと、
上記感温体を覆うように先端部に配設されたカバーとを有し、
上記感温体は、上記感温素子と、該感温素子を上記電極線の一部と共に封止する内側保護層及び外側保護層とを有し、
上記感温素子の熱膨張係数をｋ１、上記電極線の熱膨張係数をｋ２、上記内側保護層の熱膨張係数をｋ３、上記外側保護層の熱膨張係数をｋ４としたとき、
｜ｋ１−ｋ３｜＜｜ｋ１−ｋ２｜、｜ｋ２−ｋ４｜＜｜ｋ２−ｋ３｜
が成り立ち、
かつ、上記内側保護層を構成する材料は、結晶化ガラスに上記感温素子を構成するサーミスタ材を４０重量％以上添加してなり、
一方、上記外側保護層を構成する材料は、結晶化ガラスに酸化イットリウムを３０重量％以下添加してなることを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
請求項１において、上記内側保護層及び外側保護層に用いる上記結晶化ガラスの組成は、ＳｉＯ２：３０〜６０重量％、ＣａＯ：１０〜３０重量％、ＭｇＯ：５〜２５重量％、Ａｌ２Ｏ３：０〜１５重量％であることを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記熱膨張係数ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４は、｜ｋ１−ｋ３｜≦５×１０−7／℃、｜ｋ２−ｋ４｜≦４×１０−7／℃を満たすことを特徴とする温度センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記外側保護層は、室温から８５０℃の温度範囲において上記カバーの内側面に常に接触していることを特徴とする温度センサ。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記外側保護層は、室温から１０００℃の温度範囲において上記カバーの内側面に常に接触していることを特徴とする温度センサ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記外側保護層は、室温から８５０℃の温度範囲において上記カバーと化学反応を生じないことを特徴とする温度センサ。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記外側保護層は、室温から１０００℃の温度範囲において上記カバーと化学反応を生じないことを特徴とする温度センサ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項において、上記電極線は、上記感温素子の外表面に接合されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項において、上記カバーと上記外側保護層との間には、充填材が介在していることを特徴とする温度センサ。
【請求項１０】
請求項９において、室温から８５０℃の温度範囲において、上記外側保護層は上記充填材に常に接触していると共に、上記充填材は上記カバーに常に接触していることを特徴とする温度センサ。
【請求項１１】
請求項９において、室温から１０００℃の温度範囲において、上記外側保護層は上記充填材に常に接触していると共に、上記充填材は上記カバーに常に接触していることを特徴とする温度センサ。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか一項において、上記外側保護層は、室温から８５０℃の温度範囲において上記充填材と化学反応を生じないことを特徴とする温度センサ。
【請求項１３】
請求項９〜１１のいずれか一項において、上記外側保護層は、室温から１０００℃の温度範囲において上記充填材と化学反応を生じないことを特徴とする温度センサ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の温度センサを製造する方法であって、
上記シースピンの先端部に上記感温体を接合し、
次いで、上記カバーを３００℃以上に加熱した状態で、上記感温体を上記カバーの内側に挿入し、
次いで、上記カバーを室温まで冷却し、
次いで、上記カバーを上記シースピンの側面に溶接することを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項１５】
請求項９〜１３のいずれか一項に記載の温度センサを製造する方法であって、
上記シースピンの先端部に上記感温体を接合し、
次いで、上記カバーの内部にスラリー状の充填材を充填した状態で、上記感温体を上記カバーの内側に挿入し、
次いで、上記カバーの内部の上記充填材を乾燥させ、
次いで、上記カバーを上記シースピンの側面に溶接し、
次いで、上記充填材を加熱硬化させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度によって電気的特性が変化する感温素子を備えた温度センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気ガス等の温度を測定する温度センサとして、温度によって抵抗値が変化するサーミスタ素子を用いた温度センサがある。
該温度センサは、一対の電極を設けたサーミスタ素子と、上記一対の電極にそれぞれ接合した一対の電極線にそれぞれ接続された一対の信号線を内蔵するシースピンと、上記サーミスタ素子を覆うように先端部に配設されたカバーとを有する。
【０００３】
そして、電極線をサーミスタ素子に接合するに当たっては、例えば、サーミスタ素子の表面にＰｔペースト（白金ペースト）を塗布して電極線を貼り付けた後、焼き付ける。ところが、エンジン付近に温度センサを設置する場合などにおいては、大きな振動が温度センサに伝わり、サーミスタ素子が振動して、サーミスタ素子と電極線との接合部が断線してしまうおそれがある。また、カバー内の還元ガスによってサーミスタ素子が変質し、抵抗特性が変化してしまうおそれがある。
そこで、サーミスタ素子を、電極線との接合部を含めて、ガラスによって封止した温度センサがある（特許文献１、２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−９２７３５号公報
【特許文献２】特開２００２−３５０２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記ガラスは、サーミスタ素子と電極線との双方に対して接触することとなるため、次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、サーミスタ素子と電極線との間に熱膨張係数の違いがあるため、ガラスの熱膨張係数をサーミスタ素子と電極線との双方の熱膨張係数に合わせることはできない。そのため、例えば室温から１０００℃以上という温度変化を伴う温度センサにおいては、ガラスとサーミスタ素子、あるいはガラスと電極線との間に、熱応力が生じるおそれがある。
具体的には、ガラスとサーミスタ素子との間に熱膨張係数差が存在すると、サーミスタ素子に応力が発生し、温度に対するサーミスタ素子の電気的特性が変化してしまい、正確な温度測定が困難となるおそれがある。
【０００６】
また、ガラスと電極線との間に熱膨張係数差が存在すると、電極線とガラスとの間に隙間が生じ、この隙間からカバー内の還元ガスが侵入してサーミスタ素子に達するおそれがある。すなわち、特にたとえば１０００℃以上という高温環境下におかれる温度センサにおいて、カバー内に封入された空気は、カバーの内壁面を酸化することにより、酸素濃度が低い還元ガスとなることがある。また、サーミスタ素子は酸化物半導体で構成されており、格子内の酸素欠陥ができると抵抗値が変化する。従って、還元ガスがサーミスタ素子に達すると、サーミスタ素子が還元されて酸素の格子欠陥が発生し、その電気的特性が変化するおそれがある。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、１０００℃以上という高温環境下で用いられる高温耐久性に優れた温度センサ及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、  温度によって電気的特性が変化する感温素子を有する感温体と、
該感温体の一対の電極線にそれぞれ接続された一対の信号線を先端側に露出させた状態で内蔵するシースピンと、
上記感温体を覆うように先端部に配設されたカバーとを有し、
上記感温体は、上記感温素子と、該感温素子を上記電極線の一部と共に封止する内側保護層及び外側保護層とを有し、
上記感温素子の熱膨張係数をｋ１、上記電極線の熱膨張係数をｋ２、上記内側保護層の熱膨張係数をｋ３、上記外側保護層の熱膨張係数をｋ４としたとき、
｜ｋ１−ｋ３｜＜｜ｋ１−ｋ２｜、｜ｋ２−ｋ４｜＜｜ｋ２−ｋ３｜
が成り立ち、
かつ、上記内側保護層を構成する材料は、結晶化ガラスに上記感温素子を構成するサーミスタ材を４０重量％以上添加してなり、
一方、上記外側保護層を構成する材料は、結晶化ガラスに酸化イットリウムを３０重量％以下添加してなることを特徴とする温度センサにある（請求項１）。
【０００９】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記温度センサにおける上記感温体は、上記感温素子を上記電極線の一部と共に封止する内側保護層及び外側保護層とを有する。そして、内側保護層と外側保護層の熱膨張係数ｋ３、ｋ４を、感温素子と電極線の熱膨張係数ｋ１、ｋ２に対して、｜ｋ１−ｋ３｜＜｜ｋ１−ｋ２｜、｜ｋ２−ｋ４｜＜｜ｋ２−ｋ３｜が成り立つように設定してある。すなわち、内側保護層の熱膨張係数ｋ３を感温素子の熱膨張係数ｋ１に近付け、外側保護層の熱膨張係数ｋ４を電極線の熱膨張係数ｋ２に近付けている。そのため、感温素子を直接覆う内側保護層と感温素子との間に発生する熱応力を抑制することが可能となる。また、内側保護層を覆うと共に電極線の外周に密着させる外側保護層と電極線との間に隙間が発生することを抑制することができる。
【００１０】
これにより、大きな温度変化を伴う感温素子における熱応力の作用を抑制し、感温素子の電気的特性の変化を防ぐことができる。また、電極線と外側保護層との間における隙間の発生が抑制されることにより、カバー内における還元ガスが感温素子にまで侵入してくることを防ぎ、感温素子の電気的特性の変化を防ぐことができる。
したがって、室温から高温まで大きな温度変化を伴う温度センサにおいて、感温素子の耐久性を確保することができる。
特に、本発明においては、上記内側保護層を構成する材料は、結晶化ガラスに上記感温素子を構成するサーミスタ材を４０重量％以上添加してなるので、感温素子にかかる応力を１０ＭＰａ未満として、抵抗値変化率を２０％未満に抑えることができる（図６（ａ）〜（ｃ）参照）。
また、上記のように上記外側保護層を構成する材料は、結晶化ガラスに酸化イットリウムを３０重量％以下添加してなるので、抵抗値変化率を２０％以下に抑えることができる（図７（ａ）〜（ｃ）参照）。
【００１１】
以上のごとく、本発明によれば、１０００℃以上という高温環境下で用いられる、高温耐久性に優れた温度センサを提供することができる。
【００１２】
第２の発明は、上記第１の発明にかかる温度センサを製造する方法であって、
上記シースピンの先端部に上記感温体を接合し、
次いで、上記カバーを３００℃以上に加熱した状態で、上記感温体を上記カバーの内側に挿入し、
次いで、上記カバーを室温まで冷却し、
次いで、上記カバーを上記シースピンの側面に溶接することを特徴とする温度センサの製造方法にある（請求項１４）。
【００１３】
本製造方法においては、上記カバーを３００℃以上に加熱した状態で、上記感温体を上記カバーの内側に挿入する。そのため、カバーが充分に熱膨張した状態で感温体をカバーの内側に容易に挿入することができる。そして、その後カバーを室温まで冷却することにより、感温体をカバーの内側面に接触させた状態とすることができる。いわゆる焼き嵌めによってカバー内に感温体を保持させることができる。
【００１４】
そのため、得られる温度センサにおいては、大きな温度変化があっても、カバーが感温体を適度な押圧力にてかしめた状態とすることができ、カバーと感温体との間の熱伝達性を向上させることができ、ひいては、外部と感温素子との間の熱伝達性を向上させることができる。これにより、温度センサの測定精度を向上させることができる。また、カバー内において、カバーに対して感温体が相対的に振動することを防ぎ、感温体の損傷を防ぐことができる。
【００１５】
以上のごとく、本発明によれば、高温耐久性に優れた温度センサの製造方法を提供することができる。
【００１６】
第３の発明は、上記第１の発明にかかる温度センサを製造する方法であって、
上記シースピンの先端部に上記感温体を接合し、
次いで、上記カバーの内部にスラリー状の充填材を充填した状態で、上記感温体を上記カバーの内側に挿入し、
次いで、上記カバーの内部の上記充填材を乾燥させ、
次いで、上記カバーを上記シースピンの側面に溶接し、次いで、上記充填材を加熱硬化させることを特徴とする温度センサの製造方法にある（請求項１５）。
【００１７】
本製造方法においては、上記カバーの内部にスラリー状の充填材を充填した状態で、上記感温体を上記カバーの内側に挿入する。これにより、得られる温度センサにおいては、感温体とカバーとの間に充填材を介在させた状態とすることができる。その結果、カバーと感温体との間の熱伝達性を向上させることができ、ひいては、外部と感温素子との間の熱伝達性を向上させることができる。そのため、温度センサの測定精度を向上させることができる。また、カバー内において、カバーに対して感温体が相対的に振動することを防ぎ、感温体の損傷を防ぐことができる。
【００１８】
以上のごとく、本発明によれば、高温耐久性に優れた温度センサの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
上記第１の発明（請求項１）において、上記熱膨張係数は、例えば、室温〜１０００℃の温度下における熱膨張係数である。
次に、上記内側保護層及び外側保護層に用いる上記結晶化ガラスの組成は、ＳｉＯ２：３０〜６０重量％、ＣａＯ：１０〜３０重量％、ＭｇＯ：５〜２５重量％、Ａｌ２Ｏ３：０〜１５重量％であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、内側保護層と外側保護層との接合性が良く、両者間での剥離、亀裂の発生を防止することができる。
また、上記熱膨張係数ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４は、｜ｋ１−ｋ３｜≦５×１０−7／℃、｜ｋ２−ｋ４｜≦４×１０−7／℃を満たすことが好ましい（請求項３）。
この場合には、内側保護層の熱膨張係数ｋ３を感温素子の熱膨張係数ｋ１に充分に近付け、外側保護層の熱膨張係数ｋ４を電極線の熱膨張係数ｋ２に充分に近付けることができる。そのため、感温素子を直接覆う内側保護層と感温素子との間に発生する熱応力を効果的に抑制することができる。また、電極線の外周に密着させる外側保護層と電極線との間に隙間が発生することを効果的に抑制することができる。その結果、感温素子の電気的特性の変化を一層抑制して、耐久性に優れた温度センサを得ることができる。
【００２０】
また、上記外側保護層は、室温から８５０℃の温度範囲において上記カバーの内側面に常に接触していることが好ましい（請求項４）。
この場合には、少なくとも室温から８５０℃の温度範囲における温度変化に伴ってカバーの熱膨張が生じても、外側保護層がカバーに対して接触した状態を保つことができ、カバーと感温体との間の優れた熱伝達性を確保することができる。その結果、測定精度に優れた温度センサを得ることができる。また、この場合、カバーに対して外側保護層が相対的に振動することを防ぐことができ、感温体に衝撃が加わることを防いで、その電気的特性の変化を抑制することができる。
【００２１】
また、上記外側保護層は、室温から１０００℃の温度範囲において上記カバーの内側面に常に接触していることがより好ましい（請求項５）。
この場合には、少なくとも室温から１０００℃の温度範囲における温度変化に伴ってカバーの熱膨張が生じても、外側保護層がカバーに対して接触した状態を保つことができ、カバーと感温体との間の優れた熱伝達性を確保することができる。その結果、測定精度及び耐久性に一層優れた温度センサを得ることができる。
【００２２】
また、上記外側保護層は、室温から８５０℃の温度範囲において上記カバーと化学反応を生じないことが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記外側保護層をカバーに密着させておいても、少なくとも室温から８５０℃の温度範囲において外側保護層が変質することを防ぐことができる。そのため、耐久性に優れた温度センサを得ることができる。
【００２３】
また、上記外側保護層は、室温から１０００℃の温度範囲において上記カバーと化学反応を生じないことがより好ましい（請求項７）。
この場合には、上記外側保護層をカバーに密着させておいても、少なくとも室温から１０００℃の温度範囲において外側保護層が変質することを防ぐことができる。そのため、耐久性に優れた温度センサを得ることができる。
【００２４】
また、上記電極線は、上記感温素子の外表面に接合されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、感温素子への電極線の接合を容易に行うことができ、製造容易な温度センサを得ることができる。そして、この場合においては、一般に感温素子と電極線との間の固定力が低下しやすいが、本発明の温度センサは内側保護層及び外側保護層を有するため、接合部を補強することができる。そして、この内側保護層と外側保護層との熱膨張係数を上記のごとく調整することにより、耐久性に優れた温度センサを得ることができる。
【００２５】
また、上記カバーと上記外側保護層との間には、充填材が介在していてもよい（請求項９）
この場合には、外側保護層とカバーとを、充填材を介して接触させることとなり、温度センサの外部と感温体との間の優れた熱伝達性を確保することができる。また、カバー内における感温素子の相対的な振動を防ぎ、感温素子に損傷を与えることを防ぐことができる。
【００２６】
また、室温から８５０℃の温度範囲において、上記外側保護層は上記充填材に常に接触していると共に、上記充填材は上記カバーに常に接触していることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、少なくとも室温から８５０℃の温度範囲における温度変化に伴ってカバーや充填材の熱膨張が生じても、外側保護層が充填材を介してカバーに対して接触した状態を保つことができ、カバーと感温体との間の優れた熱伝達性を確保することができる。その結果、測定精度に優れた温度センサを得ることができる。また、この場合、カバーに対して外側保護層が相対的に振動することを防ぐことができ、感温素子に衝撃が加わることを防いで、その電気的特性の変化を抑制することができる。
【００２７】
また、室温から１０００℃の温度範囲において、上記外側保護層は上記充填材に常に接触していると共に、上記充填材は上記カバーに常に接触していることがより好ましい（請求項１１）。
この場合には、少なくとも室温から１０００℃の温度範囲における温度変化に伴ってカバーや充填材の熱膨張が生じても、外側保護層が充填材を介してカバーに対して接触した状態を保つことができ、カバーと感温素子との間の優れた熱伝達性を確保することができる。その結果、測定精度に優れた温度センサを得ることができる。また、この場合、カバーに対して外側保護層が相対的に振動することを防ぐことができ、感温素子に衝撃が加わることを防いで、その電気的特性の変化を抑制することができる。
【００２８】
また、上記外側保護層は、室温から８５０℃の温度範囲において上記充填材と化学反応を生じないことが好ましい（請求項１２）。
この場合には、上記外側保護層を充填材に密着させておいても、室温から８５０℃の温度範囲において外側保護層が変質することを防ぐことができる。そのため、耐久性に優れた温度センサを得ることができる。
【００２９】
また、上記外側保護層は、室温から１０００℃の温度範囲において上記充填材と化学反応を生じないことがより好ましい（請求項１３）。
この場合には、上記外側保護層を充填材に密着させておいても、室温から１０００℃の温度範囲において外側保護層が変質することを防ぐことができる。そのため、耐久性に優れた温度センサを得ることができる。
【実施例】
【００３０】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる温度センサ及びその製造方法につき、図１〜図４を用いて説明する。
本例の温度センサ１は、図１〜図３に示すごとく、温度によって電気的特性が変化する感温素子２を有する感温体１４と、該感温体１４の一対の電極線２１にそれぞれ接続された一対の信号線３１を先端側に露出させた状態で内蔵するシースピン３と、感温体１４を覆うように先端部に配設されたカバー４とを有する。感温体１４は、感温素子２と、該感温素子２を電極線２１の一部と共に封止する内側保護層５１及び外側保護層５２とを有する。
【００３１】
ここで、感温素子２の熱膨張係数をｋ１、電極線２１の熱膨張係数をｋ２、内側保護層５１の熱膨張係数をｋ３、外側保護層５２の熱膨張係数をｋ４とする。このとき、
｜ｋ１−ｋ３｜＜｜ｋ１−ｋ２｜、｜ｋ２−ｋ４｜＜｜ｋ２−ｋ３｜
が成り立つ。
【００３２】
また、熱膨張係数ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４は、｜ｋ１−ｋ３｜≦５×１０−7／℃、｜ｋ２−ｋ４｜≦４×１０−7／℃を満たす。
本例において、感温素子２は、サーミスタ材からなり、電極線２１は白金又は白金合金からなる。また、内側保護層５１は、１０００℃以上の高温にて感温素子２を保護する効果を有する材料で構成される。その材料としては、無機材料、非晶質ガラス、結晶化ガラス等が挙げられる。それぞれが単独で所望の範囲の熱膨張係数を有すれば単独で用いてもよいが、所望の熱膨張係数を有するように非晶質ガラスと結晶化ガラスとを混合したもの、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）、感温素子２を構成するサーミスタ材等が挙げられる。上記内側保護層５１を構成する材料としては、高温で安定な結晶化ガラスに感温素子２を構成するサーミスタ材を４０重量％以上添加して熱膨張係数を調整したものがより好ましい。
また、外側保護層５２は、内側保護層５１と同様に１０００℃以上の高温にて感温素子２を保護する効果がある材料で構成される。その材料としては、無機材料、非晶質ガラス、結晶化ガラス等が挙げられる。それぞれが単独で上記所望の範囲の熱膨張係数を有する場合には単独で用いることが好ましいが、所望の熱膨張係数を有するように非晶質ガラスと結晶化ガラスとを混合したもの、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）、感温素子２を構成するサーミスタ材料等が挙げられる。上記外側保護層５２を構成する材料としては、特に高温で安定な結晶化ガラスに酸化イットリウムを３０重量％以下添加してなるものがより好ましい。
【００３３】
ここで、上記結晶化ガラスの組成は、酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化マンガン、酸化アルミニウムから構成される。そして、上記結晶化ガラスは、ＳｉＯ2：３０〜６０重量％、ＣａＯ：１０〜３０重量％、ＭｇＯ：５〜２５重量％、Ａｌ2Ｏ3：０〜１５重量％の組成を有する。
なお、上記内側保護層５１を構成する材料の主成分と上記外側保護層５２を構成する材料の主成分とが同じ材料である場合には、内側保護層５１と外側保護層５２との接合性が良好になり、内外保護層間での剥離、亀裂の発生を防止することができる。
【００３４】
本例の温度センサ１においては、図２に示すごとく、カバー４よりも後端側において、ガードチューブ１１が、シースピン３の外周を覆うように設けられている。そしてガードチューブ１１は、その後端部１１２においてシースピン３の後端部３０２と固定されている。ガードチューブ１１の後端部１１２とシースピン３の後端部３０２とは、全周溶接されている。また、ガードチューブ１１の先端部１１１は、シースピン３に固定されてはいないが、シースピン３の側面との間にほとんどクリアランスを設けずに、シースピン３の側面と干渉するように形成されている。
【００３５】
また、ガードチューブ１１は、先端部１１１と後端部１１２とを、これらの間の部分よりも縮径したものであり、先端部１１１及び後端部１１２以外の部分においては、ガードチューブ１１とシースピン３との間にクリアランスが形成されている。
また、ガードチューブ１１の外周にはリブ１２が配されている。そして、リブ１２は、ガードチューブ１１を介してシースピン３を保持している。
【００３６】
リブ１２は、内燃機関への取付け用ボスの内壁の先端面に当接させる当接部１２１と、その後方に延びると共に当接部１２１よりも外径の小さい第１延設部１２２と、該第１延設部１２２よりも更に後方に延び、更に外径の小さい第２延設部１２３とからなる。これらの当接部１２１と第１延設部１２２と第２延設部１２３との内側に、ガードチューブ１１が挿嵌されている。
また、第１延設部１２２の外周には、シースピン３、ガードチューブ１１及び外部リード１７の一部を保護する保護チューブ１３の一端が溶接固定されている。
また、第２延設部１２３において、リブ１２がガードチューブ１１に対して全周溶接されている。
【００３７】
また、カバー４は、シースピン３の先端部３０１の外周に対して、全周溶接されている。
ガードチューブ１１、シースピン３、及びカバー４は、ステンレス鋼またはＮｉ基耐熱合金からなる。更に、リブ１２、保護チューブ１３も、ステンレス鋼またはＮｉ基耐熱合金からなる。
また、ガードチューブ１１の厚みは、シースピン３の外管部３４の厚みよりも大きくしてあり、ガードチューブ１１は、シースピン３の外管部３４よりも剛性が高い。
【００３８】
また、図２に示すごとく、上記シースピン３は、ステンレス鋼またはＮｉ基耐熱合金からなる２本の信号線３１と、該信号線３１の周りに配置したマグネシア等の絶縁粉末からなる絶縁部３３と、該絶縁部３３の外周を覆うステンレス鋼からなる外管部３４とからなる。シースピン３は円柱形状を有し、外管部３４は円筒形状を有する。また、信号線３１は、絶縁部３３及び外管部３４から先端側及び後端側に露出している。そして、信号線３１の先端は感温体１４の電極２１と溶接され、信号線３１の後端は外部リード線１７に接続されている。
【００３９】
また、外側保護層５２は、室温から８５０℃の温度範囲においてカバー４の内側面に常に接触している。より好ましくは、外側保護層５２は、室温から１０００℃の温度範囲においてカバー４の内側面に常に接触している。
また、外側保護層５２は、室温から８５０℃の温度範囲においてカバー４と化学反応を生じない。より好ましくは、外側保護層５２は、室温から１０００℃の温度範囲においてカバー４と化学反応を生じない。
【００４０】
また、電極線２１は、感温素子２の外表面に接合されている。すなわち、感温素子２は、略直方体形状を有し、互いに平行な一対の面に、一対の電極が形成されており、それらの電極にそれぞれ電極線２１が接合されている。
【００４１】
次に、本例の温度センサ１の製造方法の一例につき説明する。
まず、以下のように感温素子２を製造する。
すなわち、酸化イットリウム：７５〜８５ｍｏｌ％、酸化クロム：３〜８ｍｏｌ％、酸化マンガン：５〜１５ｍｏｌ％、酸化カルシウム：０．５〜１．０ｍｏｌ％を秤量し、ボールミルにて混合する。次いで、混合された原料を１１００℃にて仮焼する。仮焼粉末にバインダ、可塑剤を添加し、ニーダにて混錬する。混錬された原料を真空押出機によって押し出し成形することにより、厚み１ｍｍの押出シートを作製する。
【００４２】
次いで、押出シートをカットして、８０ｍｍ四方の定寸シートとする。
そして、定寸シートを１６００℃にて焼成し、図４（ａ）に示すごとく、板状のサーミスタ焼結体２０を得る。
焼成後アニールにてサーミスタ焼結体２０の歪みを除去する。
次いで、サーミスタ焼結体２０の両面をラップすることで０．３５ｍｍの板厚となるように研削する。
【００４３】
次に、サーミスタ焼結体２０の両面にＰｔペーストを１０μｍ程度の厚さに厚膜印刷し、１３００℃にて焼き付けることにより電極を形成する。Ｐｔペーストは市販のもので、Ｐｔ粒度約０．８μｍのものである。接合強度を高めるため、Ｐｔペーストに無機粉末を添加してもよい。
【００４４】
次いで、図４（ｂ）に示すごとく、両面に電極が焼き付けられたサーミスタ焼結体２０をダイシングマシンにて０．５ｍｍ四方にカットする。
カットされたチップ状の感温素子（サーミスタ素子）２の一対の電極面に上記と同様のＰｔペーストを塗布し、直径０．２５ｍｍのＰｔからなる電極線２１を貼り付け、１２５０℃にて焼き付ける。これにより、図４（ｃ）に示すごとく、感温素子２と電極線２１とを接合する。
【００４５】
次に、例えば、ＳｉＯ2：３０〜６０重量％、ＣａＯ：１０〜３０重量％、ＭｇＯ：５〜２５重量％、Ａｌ2Ｏ3：０〜１５重量％からなる結晶化ガラス粉末を溶剤と混合してペースト化したものに、電極線２１を接合した感温素子２をディップして、所定量のガラスペーストを付着させる。乾燥後１２００℃にて熱処理することでガラスの結晶化と焼付けとを同時に行い、図４（ｄ）に示すごとく、内側保護層５１を形成する。
ガラスペーストは線膨張係数を感温素子２に合わせるため、サーミスタ材と同様の粉末を添加してペースト化している。
【００４６】
更に、上記と同様のガラスペーストに、内側保護層５１によって覆われた感温素子２をディップして、内側保護層５１の上に所定量のガラスペーストを付着させる。これを、乾燥後１２００℃にて熱処理することで焼付けを行い、図４（ｅ）に示すごとく、外側保護層５２を形成する。
このガラスペーストは線膨張係数を感温素子２に近付けるため、サーミスタ材の構成成分である酸化イットリウム粉末を添加してペースト化している。
【００４７】
次いで、上記のごとく感温素子２を内側保護層５１及び外側保護層５２によって覆ってなる感温体１４を、シースピン３の先端部に接合する。
次いで、カバー４を３００℃以上に加熱した状態で、感温体１４をカバー４の内側に挿入する。
次いで、カバー４を室温まで冷却する。
次いで、カバー４をシースピン３の側面に溶接する。
以上により、温度センサ１を得る。
【００４８】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記温度センサ１における感温体１４は、感温素子２を電極線２１の一部と共に封止する内側保護層５１及び外側保護層５２とを有する。そして、内側保護層５１と外側保護層５２の熱膨張係数ｋ３、ｋ４を、感温素子２と電極線２１の熱膨張係数ｋ１、ｋ２に対して、｜ｋ１−ｋ３｜＜｜ｋ１−ｋ２｜、｜ｋ２−ｋ４｜＜｜ｋ２−ｋ３｜が成り立つように設定してある。すなわち、内側保護層５１の熱膨張係数ｋ３を感温素子２の熱膨張係数ｋ１に近付け、外側保護層５２の熱膨張係数ｋ４を電極線２１の熱膨張係数ｋ３に近付けている。そのため、感温素子２を直接覆う内側保護層５１と感温素子２との間に発生する熱応力を抑制することが可能となる。また、内側保護層５１を覆うと共に電極線２１の外周に密着させる外側保護層５２と電極線２１との間に隙間が発生することを抑制することができる。
【００４９】
これにより、大きな温度変化を伴う感温素子２における熱応力の作用を抑制し、感温素子２の電気的特性の変化を防ぐことができる。また、電極線２１と外側保護層５２との間における隙間の発生が抑制されることにより、カバー４内における還元ガスが感温素子２にまで侵入してくることを防ぎ、感温素子２の電気的特性の変化を防ぐことができる。
したがって、室温から高温まで大きな温度変化を伴う温度センサ１において、感温素子２の耐久性を確保することができる。
【００５０】
また、上記熱膨張係数ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４は、｜ｋ１−ｋ３｜≦５×１０−7／℃、｜ｋ２−ｋ４｜≦４×１０−7／℃を満たす。そのため、内側保護層５１の熱膨張係数ｋ３を感温素子２の熱膨張係数ｋ１に充分に近付け、外側保護層５２の熱膨張係数ｋ４を電極線２１の熱膨張係数ｋ２に充分に近付けることができる。そのため、感温素子２を直接覆う内側保護層５１と感温素子２との間に発生する熱応力を効果的に抑制することができる。また、電極線２１の外周に密着させる外側保護層５２と電極線２１との間に隙間が発生することを効果的に抑制することができる。その結果、感温素子２の電気的特性の変化を一層抑制して、耐久性に優れた温度センサ１を得ることができる。
【００５１】
また、外側保護層５２は、室温から８５０℃好ましくは１０００℃の温度範囲においてカバー４の内側面に常に接触している。そのため、少なくとも室温から８５０℃（好ましくは１０００℃）の温度範囲における温度変化に伴ってカバー４の熱膨張が生じても、外側保護層５２がカバー４に対して接触した状態を保つことができ、カバー４と感温素子２との間の優れた熱伝達性を確保することができる。その結果、測定精度に優れた温度センサ１を得ることができる。また、この場合、カバー４に対して外側保護層５２が相対的に振動することを防ぐことができ、感温素子２に衝撃が加わることを防いで、その電気的特性の変化を抑制することができる。
【００５２】
また、外側保護層５２は、室温から８５０℃（好ましくは１０００℃）の温度範囲においてカバー４と化学反応を生じない。これにより、外側保護層５２をカバー４に密着させておいても、室温から８５０℃（好ましくは１０００℃）の温度範囲において外側保護層５２が変質することを防ぐことができる。そのため、耐久性に優れた温度センサ１を得ることができる。
【００５３】
また、外側保護層５２は、室温から８５０℃（好ましくは１０００℃）の温度範囲においてカバー４と化学反応を生じない。これにより、外側保護層５２をカバー４に密着させておいても、室温から８５０℃（好ましくは１０００℃）の温度範囲において外側保護層５２が変質することを防ぐことができる。そのため、耐久性に優れた温度センサ１を得ることができる。
なお、化学反応が生じないことは、例えば感温素子２をカバー４に接触させた状態で１０００℃の温度雰囲気に１００時間曝した場合に、外側保護層５２の外表面からカバー成分が内部まで侵入してこないことにより確認することができる。
また、カバー４の材質は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系、高耐熱金属で構成される。このため、１０００℃で酸化保護膜が形成され、金属成分が単独で遊離しない。従って、外側保護層５２への拡散、反応が抑制される。また、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系以外に、Ｎｉ−Ｆｅ系等の耐熱金属を用いても同様の効果が得られる。
【００５４】
また、上記電極線２１は、感温素子２の外表面に接合されているため、感温素子２への電極線２１の接合を容易に行うことができ、製造容易な温度センサ１を得ることができる。そして、この場合においては、一般に感温素子２と電極線２１との間の固定力が低下しやすいが、本発明の温度センサ１は内側保護層５１及び外側保護層５２を有するため、接合部を補強することができる。そして、この内側保護層５１と外側保護層５２との熱膨張係数を上記のごとく調整することにより、耐久性に優れた温度センサ１を得ることができる。
【００５５】
また、上記温度センサ１の製造方法においては、上記カバー４を３００℃以上に加熱した状態で、感温体１４をカバー４の内側に挿入する。そのため、カバー４が充分に熱膨張した状態で感温体１４をカバー４の内側に容易に挿入することができる。そして、その後カバー４を室温まで冷却することにより、感温素子２をカバー４の内側面に接触させた状態とすることができる。いわゆる焼き嵌めによってカバー４内に感温体１４を保持させることができる。
【００５６】
そのため、得られる温度センサ１においては、大きな温度変化があっても、カバー４感温体１４を適度な押圧力にてかしめた状態とすることができ、カバー４と感温体１４との間の熱伝達性を向上させることができ、ひいては、外部と感温素子２との間の熱伝達性を向上させることができる。これにより、温度センサ１の測定精度を向上させることができる。また、カバー４内において、カバー４に対して感温体１４が相対的に振動することを防ぎ、感温体１４の損傷を防ぐことができる。
【００５７】
以上のごとく、本例によれば、高温耐久性に優れた温度センサ及びその製造方法を提供することができる。
【００５８】
（実施例２）
本例は、図５に示すごとく、カバー４と外側保護層５２との間に、充填材１５を介在させた温度センサ１の例である。
また、室温から８５０℃（好ましくは１０００℃）の温度範囲において、外側保護層５２は充填材１５に常に接触していると共に、充填材１５はカバ４ーに常に接触している。
また、外側保護層５２は、室温から８５０℃（好ましくは１０００℃）の温度範囲において充填材１５と化学反応を生じない。
なお、充填材１５としては、たとえばセメント、アルミナ粉末等を用いることができる。
【００５９】
本例の温度センサ１を製造するに当たっては、実施例１と同様に、シースピン３の先端部に、感温素子２、内側保護層５１、外側保護層５２を接合して、感温体１４を形成する。
次いで、カバー４の内部にスラリー状の充填材１５を充填した状態で、感温体１４をカバー４の内側に挿入する。
次いで、カバー４の内部の充填材１５を乾燥させる。
次いで、カバー４をシースピン３の側面に溶接し、次いで、充填材１５を加熱硬化させる。
その他は、実施例１と同様である。
【００６０】
本例の場合には、外側保護層５２とカバー４とを、充填材１５を介して接触させることとなり、温度センサ１の外部と感温素子２との間の優れた熱伝達性を確保することができる。また、カバー４内における感温素子２の相対的な振動を防ぎ、感温素子２に損傷を与えることを防ぐことができる。
【００６１】
また、室温から８５０℃（好ましくは１０００℃）の温度範囲において、外側保護層５２は充填材１５に常に接触していると共に、充填材１５はカバー４に常に接触している。そのため、少なくとも室温から８５０℃（好ましくは１０００℃）の温度範囲における温度変化に伴ってカバー４や充填材１５の熱膨張が生じても、外側保護層５２が充填材１５を介してカバー４に対して接触した状態を保つことができ、カバー４と感温素子２との間の優れた熱伝達性を確保することができる。その結果、測定精度に優れた温度センサ１を得ることができる。また、この場合、カバー４に対して外側保護層５２が相対的に振動することを防ぐことができ、感温素子２に衝撃が加わることを防いで、その電気的特性の変化を抑制することができる。
【００６２】
また、外側保護層５２は、室温から８５０℃（好ましくは１０００℃）の温度範囲において充填材１５と化学反応を生じない。そのため、外側保護層５２を充填材１５に密着させておいても、室温から８５０℃（好ましくは１０００℃）の温度範囲において外側保護層５２が変質することを防ぐことができる。そのため、耐久性に優れた温度センサ１を得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を奏する。
【００６３】
また、外側保護層５２は、室温から８５０℃（好ましくは１０００℃）の温度範囲において充填材１５と化学反応を生じない。そのため、外側保護層５２を充填材１５に密着させておいても、室温から８５０℃（好ましくは１０００℃）の温度範囲において外側保護層５２が変質することを防ぐことができ、耐久性に優れた温度センサ１を得ることができる。
なお、化学反応が生じないことは、例えば感温素子２を充填材１５に接触させた状態で、１０００℃の温度雰囲気に１００時間晒した場合に、外側保護層５２の外表面から充填材成分が内部まで侵入してこないことにより確認することができる。
また、充填材１５は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム等を混合した１０００℃で分解しない安定な無機材料にて構成される。これにより、金属蒸気などが発生せず、外部保護層５２内への拡散、反応を抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を奏する。
【００６４】
（実施例３）
本例は、図６、図７に示すごとく、内側保護層及び外側保護層における結晶化ガラスに添加する添加材の量と、熱膨張係数の変化、感温素子への熱応力の変化、および感温素子の抵抗値変化率との関係を調べた例である。
【００６５】
まず、内側保護層については、結晶化ガラスに、添加材としてのサーミスタ材料を添加することによって構成する。
上記結晶化ガラスの組成は、ＳｉＯ2：３０〜６０重量％、ＣａＯ：１０〜３０重量％、ＭｇＯ：５〜２５重量％、Ａｌ2Ｏ3：０〜１５重量％とした。また、内側保護層に添加するサーミスタ材の組成は、酸化イットリウム：７５〜８５ｍｏｌ％、酸化クロム：３〜８ｍｏｌ％、酸化マンガン：５〜１５ｍｏｌ％、酸化カルシウム：０．５〜１．０ｍｏｌ％とした。そして、上記結晶化ガラスに上記サーミスタ材からなる添加材を添加し、その添加量を０〜１００重量％の間で変化させたものを用い、内側保護層とした。なお、ここで用いた温度センサにおける外側保護層は、結晶化ガラスに後述するイットリア材を２０重量％添加してなる。
【００６６】
まず、添加材の添加量の異なる複数種類の内側保護層のそれぞれの熱膨張係数を解析した。その結果を、図６（ａ）における実線の折れ線グラフに示す。同図における破線は、感温素子の熱膨張係数（８５×１０−7／℃）を示す。
【００６７】
また、添加材の添加量の異なる複数種類の内側保護層を採用して温度センサを形成したときの、内側保護層と感温素子との間に生じる発生応力を解析した。この発生応力は、感温体の温度を１０００℃としたときに生じる応力である。その結果を、図６（ｂ）に示す。
【００６８】
また、添加材の添加量の異なる複数種類の内側保護層を採用して温度センサを形成したときの、感温素子の抵抗値変化率を解析した。この抵抗値変化率は、室温と１０００℃との間の冷熱試験を１２０００サイクル行った後に、感温素子の抵抗値が、初期値に対してどの程度変化したかにより定まる値である。その結果を、図６（ｃ）に示す。
【００６９】
図６（ａ）〜（ｃ）から分かるように、添加材の添加量を４０重量％以上とすることにより、感温素子にかかる応力を１０ＭＰａ未満として、抵抗値変化率を２０％未満に抑えることができる。そして、このときの内側保護層の熱膨張係数は、８５〜９０×１０−7／℃であり、感温素子の熱膨張係数との差が、５×１０−7／℃以下である。すなわち、感温素子の熱膨張係数と内側保護層の熱膨張係数との差を５×１０−7／℃以下とすることにより、感温素子の抵抗値変化率を抑制することができる。すなわち、温度センサの耐久性を確保することができる。なお、上記の結果から分かるように、内側保護層を添加材、すなわちサーミスタ材のみで構成してもよい。
【００７０】
次に、外側保護層については、結晶化ガラスに、添加材としてのイットリア材を添加することによって構成する。
上記結晶化ガラスの組成は、上記内側保護層に用いた結晶化ガラスと同様である。そして、上記結晶化ガラスに上記イットリア材からなる添加材を添加し、その添加量０〜３０重量％の間で変化させたものを用い外側保護層とした。なお、ここで用いた温度センサにおける内側保護層は、結晶化ガラスに上記サーミスタ材を８０重量％添加してなる。
【００７１】
まず、添加材の添加量の異なる複数種類の外側保護層のそれぞれの熱膨張係数を解析した。その結果を、図７（ａ）における実線の折れ線グラフに示す。同図における破線は、電極線の熱膨張係数（９４×１０−7／℃）を示す。
【００７２】
また、添加材の添加量の異なる複数種類の内側保護層を採用して温度センサを形成したときの、外側保護層と電極線との間に生じる発生応力を解析した。この発生応力は、感温体の温度を１０００℃としたときに生じる応力である。その結果を、図７（ｂ）に示す。
【００７３】
また、添加材の添加量の異なる複数種類の外側保護層を採用したときの、感温素子の抵抗値変化率を解析した。この抵抗値変化率は、１０００℃の還元雰囲気（水素５％、窒素９５％）に感温体を１０時間放置した後に、感温素子の抵抗値が、初期値に対してどの程度変化したかにより測定した。その結果を、図７（ｃ）に示す。なお、上記還元雰囲気は、実際の温度センサの使用時におけるカバー内の雰囲気よりも厳しい条件に作り出した雰囲気である。
【００７４】
図７（ａ）〜（ｃ）から分かるように、外側保護層については、添加材としてのイットリアの添加量を３０重量％以下とすることにより、抵抗値変化率を２０％以下に抑えることができる。そして、このときの外側保護層の熱膨張係数は、９０〜９８×１０−7／℃であり、電極線の熱膨張係数との差が、４×１０−7／℃以下である。すなわち、電極線の熱膨張係数と外側保護層の熱膨張係数との差を４×１０−7／℃以下とすることにより、感温素子の抵抗値変化率を抑制することができる。すなわち、温度センサの耐久性を確保することができる。
また、より好ましくは、添加材の添加量を１０〜２０重量％とすることにより、感温素子の抵抗値変化率を一層小さくすることができる。
【００７５】
また、内側保護層と外側保護層との間に大きな熱応力が発生することを防ぐために、たとえば、内側保護層と外側保護層との間の熱膨張係数の差を、５〜９×１０−7／℃とすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施例１における、温度センサの感温素子付近の断面図。
【図２】実施例１における、温度センサの断面図。
【図３】実施例１における、温度センサの先端部の断面図。
【図４】実施例１における、感温体の製造方法の説明図。
【図５】実施例２における、温度センサの先端部の断面図。
【図６】実施例３における、内側保護層についての試験結果を示す線図。
【図７】実施例３における、外側保護層についての試験結果を示す線図。
【符号の説明】
【００７７】
１  温度センサ
１４  感温体
２  感温素子
２１  電極線
３  シースピン 
３１  信号線
４  カバー
５１  内側保護層
５２  外側保護層
【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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