(57)【要約】【課題】  温度センサにおいて、キャップ部材等の酸化によるサーミスタ素子の還元を抑制することができ、安定したサーミスタ特性を得ること。【解決手段】  隔壁１に開けられた取付孔１ａから温度検出対象のガスが流通する領域に先端が挿入されて前記ガスの温度を検出する温度センサＳであって、酸化物半導体で形成されたサーミスタ素子３と、該サーミスタ素子３に接続された一対のリード線４を有したシース電線５と、閉じた先端部内にサーミスタ素子３を配すると共にシース電線５を内面との間に連通部６を開けて内部に通した筒状のキャップ部材７と、シース電線５が挿通されると共に挿入されたキャップ部材７の基端部を先端側で気密状態に固定した貫通孔８ａを有し、取付孔１ａに外周が気密状態に取付可能なベース部材８と、を備え、連通部６が、貫通孔８ａの基端側の開口部８ｂまで通じている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁に開けられた取付孔から温度検出対象のガスが流通する領域に先端が挿入されて前記ガスの温度を検出する温度センサであって、
酸化物半導体で形成されたサーミスタ素子と、
該サーミスタ素子に接続された一対のリード線を有したシース電線と、
閉じた先端部内に前記サーミスタ素子を配すると共に前記シース電線を内面との間に間隙を開けて内部に通した筒状のキャップ部材と、
前記シース電線が挿通されると共に挿入された前記キャップ部材の基端部を先端側で気密状態に固定した貫通孔を有し、前記取付孔に外周が気密状態に取付可能なベース部材と、を備え、
前記間隙が、前記貫通孔の基端側の開口部まで通じていることを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の温度センサであって、
前記キャップ部材及び前記ベース部材が、ＳＵＳ３１０Ｓで形成されてい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に記載の温度センサであって、
前記ガスが、内燃機関の排気ガスであることを特徴とする温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温環境下で自動車の排気ガス等の温度測定に好適な温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、サーミスタ素子を感温素子として利用した温度センサは、種々の機器や環境で用いられている。特に、近年、自動車関連技術の電子化が進んでおり、各種センサの重要性が増す中、温度センサにおいても、自動車の排気ガス温度等を測定するために、排気ガス等に対する耐腐食性の向上が要求されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、温度検出対象の排気ガスからサーミスタ素子（感温素子）を防護するために、キャップ部材（金属チューブ）等で気密構造とした温度センサが提案されている。このような従来の温度センサでは、高温での安定性と適度な抵抗値が得られる酸化物半導体のサーミスタ素子を使用し、排気ガスとサーミスタ素子とが直接接触してサーミスタ素子が腐食しないように、キャップ部材でサーミスタ素子を気密に封止している。
【０００４】
通常、酸化物半導体のサーミスタ素子は、その抵抗値やＢ定数が組成と焼結条件（酸化状態）とによって変化し、使用温度帯域に応じて組成や焼結条件が決定されている。また、上記キャップ部材の構成材料には、高温での耐久性と振動等に対する耐久性との観点から、ステンレス鋼（ＳＵＳ）やインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標））が使用されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５０２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記特許文献１に記載の技術では、キャップ部材に使用される材料であるステンレス鋼等が高温で酸化され易く、キャップ部材の内面が酸化されて気密に封止した内部の酸素濃度を低下させてしまうと共に、サーミスタ素子から酸素を奪って還元を引き起こし、サーミスタ特性に影響を与えてしまう不都合があった。特に、抵抗値の経時変化に与える影響が大きく、安定した温度検出ができないという不都合がある。なお、この点についは、上記特許文献１にも記載されている（段落番号０００８参照）。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、キャップ部材等の酸化によるサーミスタ素子の還元を抑制することができ、安定したサーミスタ特性を得ることができる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】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の温度センサは、隔壁に開けられた取付孔から温度検出対象のガスが流通する領域に先端が挿入されて前記ガスの温度を検出する温度センサであって、酸化物半導体で形成されたサーミスタ素子と、該サーミスタ素子に接続された一対のリード線を有したシース電線と、閉じた先端部内に前記サーミスタ素子を配すると共に前記シース電線を内面との間に間隙を開けて内部に通した筒状のキャップ部材と、前記シース電線が挿通されると共に挿入された前記キャップ部材の基端部を先端側で気密状態に固定した貫通孔を有し、前記取付孔に外周が気密状態に取付可能なベース部材と、を備え、前記間隙が、前記貫通孔の基端側の開口部まで通じていることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、この温度センサでは、ベース部材が、取付孔に気密状態に取付可能になっているので、温度検出対象の排気ガス等がキャップ部材内に侵入することがないと共に、キャップ部材内面とシース電線との間隙が貫通孔の基端側の開口部に通じているので、該開口部から外部の空気を前記間隙を介してサーミスタ素子周囲に流通させることができ、酸素不足を解消してサーミスタ素子の還元を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明の温度センサは、前記キャップ部材及び前記ベース部材が、ＪＩＳ規定（日本工業規格）におけるＳＵＳ３１０Ｓで形成されていることを特徴とする。すなわち、この温度センサでは、特に耐熱性、耐酸化性に優れているステンレス鋼であるＳＵＳ３１０Ｓでキャップ部材及びベース部材を形成しているので、さらに部材酸化によるサーミスタ素子の還元を防ぐことができる。
【００１１】
また、本発明の温度センサは、前記ガスが内燃機関の排気ガスであることを特徴とする。すなわち、この温度センサでは、温度検出対象のガスが自動車等の内燃機関で生じる排気ガスであるので、例えば１０００℃程度の高温となる排気ガス環境下においても、サーミスタ素子の還元を抑制し、ＤＰＦ（粒子状物質除去フィルター）制御やＥＧＲ（排気ガス再循環）制御等に必要な安定したガス温度検出が可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度センサによれば、ベース部材が、取付孔に気密状態に取付可能になっていると共に、キャップ部材内面とシース電線との間隙が貫通孔の基端側の開口部に通じているので、サーミスタ素子を排気ガス等から保護すると共に、外部の空気をサーミスタ素子周囲に流通させて、サーミスタ素子の還元を抑制することができる。したがって、本発明の温度センサは、高温排気ガス等の環境下でも、抵抗値等の経時変化を抑制して、長期にわたって安定したサーミスタ特性を得ることができ、例えば自動車のＤＰＦ制御やＥＧＲ制御等に用いる温度センサとして好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る温度センサの一実施形態を、図１を参照しながら説明する。
【００１４】
本実施形態の温度センサＳは、内燃機関の排気ガスとして、例えば自動車の触媒コンバータ内や排気管内に流通する排気ガスの温度を検出するものであり、図１に示すように、隔壁１に開けられた取付孔１ａから温度検出対象の排気ガスが流通する排気ガス通路２に先端が挿入されて排気ガスの温度を検出するものである。
【００１５】
この温度センサＳは、酸化物半導体で形成されたサーミスタ素子３と、該サーミスタ素子３に接続された一対のリード線４を有したシース電線５と、閉じた先端部内にサーミスタ素子３を配すると共にシース電線５を内面との間に連通部（間隙）６を開けて内部に通した円筒状のキャップ部材７と、シース電線５が挿通されると共に挿入されたキャップ部材７の基端部を先端側で気密状態に固定した貫通孔８ａを有し、取付孔１ａに外周が気密状態に取付可能なベース部材８と、を備えている。そして、上記連通部６は、貫通孔８ａの基端側の開口部８ｂまで通じている。
【００１６】
上記サーミスタ素子３は、例えば温度が上昇すると抵抗が低くなる負特性、いわゆるＮＴＣサーミスタ(Negative Temperature Coefficient Thermistor)のチップ型サーミスタ素子である。このサーミスタ素子３は、マンガン、ニッケル及びコバルト等の金属酸化物を混合焼結した酸化物半導体のサーミスタ素体３ａに、一対のリード線４に接続される一対の白金線３ｂが埋まっている又は貫通しているものである。
【００１７】
上記シース電線５は、ＳＵＳ３１０Ｓで形成された内部電線である上記一対のリード線４と、これらリード線４を覆うＭｇＯで形成された円柱状の絶縁体（図示略）と、該絶縁体の外周を覆うＳＵＳ３１０Ｓで形成された外装９と、で構成されている。
上記キャップ部材７及びベース部材８は、耐熱性及び耐酸化性を考慮していずれもＳＵＳ３１０Ｓで形成されている。
【００１８】
上記連通部６は、適度な空気流通量を考慮して間隙幅が適宜設定されるが、本実施形態では０．２ｍｍの間隙に設定されている。
上記ベース部材８は、上記貫通孔８ａが形成された略円筒状部材であり、先端側に設けられた先端円筒部１０と、先端円筒部１０の基端側に設けられ半径方向外方に張り出したフランジ部１１と、フランジ部１１の基端側に設けられた第１基端円筒部１２と、該第１基端円筒部１２の基端側に設けられ第１基端円筒部１２よりも外径が小さい第２基端円筒部１３と、を有している。
【００１９】
上記フランジ部１１の先端側は、先端側ほど外径が小さくされたテーパー面とされ、このテーパー面を取付孔１ａに当接させてナット等で固定することで、気密状態に温度センサＳが隔壁１に取り付けられる。
なお、第１基端円筒部１２には、円筒状の継ぎ手部材１４の先端が挿入されて固定されている。すなわち、この継ぎ手部材１４は、先端がフランジ部１１に突き当てられた状態で、レーザ溶接で第１基端円筒部１２の外周面にスポット溶接されて固定されている。
【００２０】
上記キャップ部材７の基端部とベース部材８の貫通孔８ａの先端側、すなわち先端円筒部１０とは、全周にわたって気密にレーザ溶接され、その部分に全周溶接部８ｃが形成されている。
また、シース電線５の基端側とベース部材８の貫通孔８ａの基端側、すなわち第２基端円筒部１３とは、周方向３点でレーザ溶接され、その部分に部分溶接部８ｄが形成されている。すなわち、貫通孔８ａの開口部８ｂを塞がないように間隔を空けて局所的に溶接しておくことで、連通部６を開口部８ｂまで通じさせて基端側からの空気の流通を妨げないようになっている。
【００２１】
このように本実施形態の温度センサＳは、ベース部材８が取付孔１ａに気密状態に取付可能になっているので、排気ガス通路２内の排気ガスがキャップ部材７内に侵入することがないと共に、キャップ部材７内面とシース電線５との間隙、すなわち連通部６が貫通孔８ａの基端側の開口部８ｂに通じているので、該開口部８ｂから外部の空気を連通部６を介してサーミスタ素子３周囲に流通させることができ、酸素不足を解消してサーミスタ素子３の還元を抑制することができる。
【００２２】
また、耐熱性及び耐酸化性に優れているステンレス鋼のＳＵＳ３１０Ｓでキャップ部材７及びベース部材８を形成しているので、さらに部材酸化によるサーミスタ素子３の還元を防ぐことができる。
したがって、この温度センサＳを用いれば、例えば１０００℃程度の高温となる排気ガス環境下においても、サーミスタ素子３の還元を抑制し、ＤＰＦ（粒子状物質除去フィルター）制御やＥＧＲ（排気ガス再循環）制御等に必要な安定したガス温度検出が可能である。
【実施例】
【００２３】
次に、本実施形態の温度センサを実際に用いて実際に１０００℃１０００時間の高温放置試験を行った結果を示す。
この試験では、１０００℃の高温下で１０００時間放置した際の抵抗変化率（（初期抵抗値−試験後抵抗値）／初期抵抗値）で評価した。なお、比較例として、サーミスタ素子をキャップ部材の中に気密状態に収納した従来の温度センサでも同様にして試験を行った。
【００２４】
この試験の結果、比較例の温度センサでは、１０００℃で１０００時間経過後では、抵抗変化率が３．０〜７．０％であったのに対し、本実施例の温度センサでは、抵抗変化率が０．６〜１．０％と大幅に低下した。
このように本実施例では、キャップ部材７等の酸化によるサーミスタ素子３の還元が抑制され、抵抗値の経時変化が抑制されていることがわかる。
【００２５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
【００２６】
例えば、上記実施形態の温度センサは、自動車のＤＰＥ制御用やＥＧＲ制御用として排気ガスの温度検出に適用されているが、他の用途の温度検出に採用しても構わない。例えば、使用温度帯域によっては、焼却炉において燃焼制御に用いるために燃焼ガス等の温度を検出する温度センサとして用いても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る一実施形態の温度センサを示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…隔壁、１ａ…取付孔、３…サーミスタ素子、４…リード線、５…シース電線、
６…連通部（間隙）、７…キャップ部材、８ａ…貫通孔、８…ベース部材、８ｂ…貫通孔の開口部、Ｓ…温度センサ
【図１】
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