(57)【要約】【課題】サーミスタからの出力を取出す電極の溶接を不要とすると共に、センサ自体の強度を向上させた温度検出素子及び温度センサを提供する。【解決手段】柱状のサーミスタ柱２と、サーミスタ柱と断面が同一の柱状をなし、サーミスタ柱の軸方向の前後にかつ該サーミスタ柱と同心にそれぞれ配置される２つの絶縁柱４ａ、４ｂと、サーミスタ柱及び絶縁柱の外周を囲むように巻回され、サーミスタ柱との対向面に１対のリード部２１、２２が形成されている絶縁シート１０とを備え、１対のリード部の一部がそれぞれサーミスタ柱に接している温度検出素子１である。【選択図】図２
2009281965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状のサーミスタ柱と、
前記サーミスタ柱と断面が同一の柱状をなし、前記サーミスタ柱の軸方向の前後にかつ該サーミスタ柱と同心にそれぞれ配置される２つの絶縁柱と、
前記サーミスタ柱及び前記絶縁柱の外周を囲むように巻回され、前記サーミスタ柱との対向面に１対のリード部が形成されている絶縁シートとを備え、
前記１対のリード部の一部がそれぞれ前記サーミスタ柱に接している温度検出素子。
【請求項２】
前記サーミスタ柱と前記絶縁シートとの間に、これらに含まれる成分の移動を防止する拡散防止層が介装されている請求項１に記載の温度検出素子。
【請求項３】
前記サーミスタ柱と前記絶縁柱との間に、これらに含まれる成分の移動を防止する拡散防止層、又は前記成分の移動を防止し前記サーミスタ柱と断面が同一の柱状をなす拡散防止柱が介装されている請求項１又は２に記載の温度検出素子。
【請求項４】
前記サーミスタ柱及び前記絶縁柱が円柱である請求項１〜３のいずれかに記載の温度検出素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の温度検出素子を備えた温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーミスタ素子を備えた温度検出素子、及び温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の排気ガス等の温度を検出する温度センサとして、サーミスタの抵抗の温度変化を利用したものが知られている（特許文献１参照）。サーミスタを用いた温度センサは、特に６００℃を超えるような高温となる自動車の排ガス温度検知に好適に用いられ，ＤＰＦやＮＯｘ還元触媒，ターボチャージャーの制御のため、時には９００℃程度の高温での検知が要求されている。また、近年の排ガス規制等に相俟って、車両搭載部品の故障自己診断等に対応するため、−４０℃程度の低温域から９００℃程度の高温域まで広範囲な検知が温度センサに必要となってきている。
【０００３】
このような温度センサの一般的な構造を図５に示す。図５に示すように、温度センサ５００は、サーミスタ素子５０２とシース部材５０６とを溶接して金属チューブ５１２に収容し、さらに金属チューブ５１２内の隙間にアルミナ等のセメント５１４が充填されることにより構成されている。
サーミスタ素子５０２はサーミスタ焼結体５０３と素子電極線５０４とからなるが、素子電極線５０４が高価なＰｔ線、Ｐｔ−Ｒｈ線等であるため、安価なシース部材５０６と接続して、素子電極線５０４の出力を外部に取り出すようにすることで温度センサ５００としてのコストダウンを図っている。ここで、シース部材５０６はシース管５０７内にＳＵＳ等からなるシース芯線５０８を絶縁保持してなり、素子電極線５０４とシース芯線５０８とを溶接することで、両者が接合部５１０を介して接合される。
【０００４】
又、シース部材を用いず、素子電極線とシース芯線との溶接を不要とした温度センサとして、長尺板状の絶縁材料の中央をくり抜き、ここにサーミスタ材料をペーストすると共に、上記板の長手方向に沿ってサーミスタと接続する電極をペースト印刷したものが報告されている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６６６０９号公報
【特許文献２】特開昭６２−２１１５２５号公報（第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、シース部材を用いて素子電極線とシース芯線とを溶接した温度センサの場合、溶接部の断線等によりセンサの信頼性が低下するという問題がある。例えば、温度センサを自動車の排気管に取付けた場合、排気ガスの温度が０℃前後の低温域から１０００℃前後の高温域まで急激に変化するのに伴い、温度センサも加熱-冷却されて収縮するため、溶接部には熱応力がかかり、断線等を招いてしまうことがある。又、素子電極線の形成に多量のＰｔが必要となるため、温度センサのコストアップにつながる。
一方、特許文献２に記載された温度センサは板状であるため、温度検出素子（センサ）自体の強度が低いという問題がある。ここで、特許文献２記載の温度センサの強度を向上させる策として、例えばその長手方向を軸として巻回した場合、上記した絶縁材料のくり抜き部が開いてしまうので、温度センサ素子を製造することは容易ではなく、コストアップにつながる。
従って、本発明は、サーミスタからの出力を取出す電極の溶接を不要とすると共に、温度検出素子（センサ）自体の強度を向上させた温度検出素子及び温度センサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の温度検出素子は、柱状のサーミスタ柱と、前記サーミスタ柱と断面が同一の柱状をなし、前記サーミスタ柱の軸方向の前後にかつ該サーミスタ柱と同心にそれぞれ配置される２つの絶縁柱と、前記サーミスタ柱及び前記絶縁柱の外周を囲むように巻回され、前記サーミスタ柱との対向面に１対のリード部が形成されている絶縁シートとを備え、前記１対のリード部の一部がそれぞれ前記サーミスタ柱に接している。
このような構成とすると、絶縁シート内面に導電性のリード部を設け、サーミスタ柱及び絶縁柱に絶縁シートが巻回されてリード部がサーミスタ柱に接するので、サーミスタからの出力を取出す電極の溶接が不要な構成となり、溶接部の断線等による信頼性低下が防止される。又、サーミスタからの出力に電極線を用いる必要がないので、Ｐｔ等の高価な金属の使用量を低減してコストダウンを図ることができる。
さらに、サーミスタ柱及び絶縁柱に絶縁シートを巻回して全体を柱状に構成したので、温度検出素子（温度センサ）自体の強度を、従来に知られた板状のものに比して向上させることができる。
【０００８】
前記サーミスタ柱と前記絶縁シートとの間に、これらに含まれる成分の移動を防止する拡散防止層が介装されていることが好ましい。
このような構成とすると、拡散防止層がサーミスタ柱と絶縁シートとの界面での両者の成分の移動を防止し、サーミスタ柱の抵抗値の変動や特性変化を抑制することができる。
【０００９】
前記サーミスタ柱と前記絶縁柱との間に、これらに含まれる成分の移動を防止する拡散防止層、又は前記成分の移動を防止し前記サーミスタ柱と断面が同一の柱状をなす拡散防止柱が介装されていることが好ましい。
このような構成とすると、拡散防止層又は拡散防止柱が、サーミスタ柱と絶縁柱との界面での両者の成分の移動を防止し、サーミスタ柱の抵抗値の変動や特性変化を抑制することができる。
【００１０】
前記サーミスタ柱及び前記絶縁柱が円柱であってもよい。
このような構成とすると、温度検出素子の強度が最も高くなる。
【００１１】
本発明の温度センサは、前記温度検出素子を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、サーミスタからの出力を取出す電極の溶接を不要とすると共に、温度検出素子（センサ）自体の強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る温度センサ１００の一部を破断した断面構造を示す。温度センサ１００は、詳しくは後述する温度検出素子１を内部に保持し、排気管の側壁の開口部に挿通して取付けられ、自動車の排気ガスの温度を検出する。
【００１４】
温度センサ１００は、細長い円柱状の温度検出素子１と、温度検出素子１を内部に収容する金属（例えばＳＵＳ）製の筒体３０と、筒体３０の先端開口から露出する温度検出素子１の先端１ａを覆う有底筒状の金属（例えばＳＵＳ）からなる先端キャップ３２と、筒体３０の後端開口から露出する温度検出素子１の後端１ｂを覆う筒状の金属（例えばＳＵＳ）からなる後端キャップ７０と、筒体３０の外周に嵌合されるフランジ部材４０と、フランジ部材４０の外周に遊嵌される取付け部材５０と、後端キャップ７０の後端開口を閉塞しリード線６２を外部に引き出す弾性シール部材７２とを備えている。
なお、温度検出素子１の先端１ａ側に、温度を測定するためのサーミスタ柱が内蔵されており、温度検出素子１のサーミスタ柱側を「先端」とし、反対側を「後端」とする。
【００１５】
フランジ部材４０は、筒体３０を挿通するための中心孔が軸方向に開口する略円筒状をなし、温度センサの先端側から、先端部４１、先端部より大径の鍔部４２、鍔部４２より小径の段部４６が順に形成されている。鍔部４２の先端面はテーパ状の座面４５を有し、後述する取付け部材５０を排気管に螺合する際、座面４５が排気管の側壁に押し付けられてシールを行うようになっている。
フランジ部材４０は、筒体３０の全長の中央付近で筒体３０に圧入され、段部４６と筒体３０とを全周レーザ溶接して両者が固定されている。又、先端部４１の外周側から加締められ、筒体３０に固定されている。
【００１６】
取付け部材５０は、段部４６の外周よりやや大径の中心孔を軸方向に有し、先端側から、ネジ部５２、ネジ部５２より大径の六角ナット部５１が形成されている。そして、フランジ部材４０の鍔部４２の後面にネジ部５２の前面を当接させた状態で、取付け部材５０がフランジ部材４０の外周に遊嵌し、段部４６の周りに軸方向に回動自在になっている。
そして、ネジ部５２が排気管の所定のネジ穴と螺合することにより、温度センサ１００が排気管の側壁に取付けられる。
【００１７】
筒体３０は両端が開口する円筒状をなし、両端から温度検出素子１の先端１ａ及び後端１ｂをそれぞれ露出させつつ、温度検出素子１を内部に収容する。より詳しくは、温度検出素子１を軸方向から見たとき、先端１ａより内側の位置及び後端１ｂより内側の位置には、それぞれ係止金具３４が取付けられている。係止金具３４は略円筒状の金属板からなり、温度検出素子１の外周に圧着されて温度検出素子１を把持する把持部３４ａと、温度検出素子１より大径で円筒部の一部が軸方向に切断された構造をなすバネ部３４ｂとを備える。
バネ部３４ｂは、金属板の弾性力により外側へ拡径するように付勢されている。従って、バネ部３４ｂを縮径させた状態で、係止金具３４及び温度検出素子１を筒体３０内に収容すると、バネ部３４ｂが拡径して筒体３０の内壁に当接し、温度検出素子１を筒体３０内に係止するようになっている。
又、筒体３０の先端には、円筒状のスペーサ３６が取付けられている。なお、スペーサ３６の内径は温度検出素子１の外径とほぼ同一で、スペーサ３６の外径は筒体３０の内径とほぼ同一になっており、スペーサ３６に温度検出素子１を挿通させることにより筒体３０内に温度検出素子１を位置決めすることができる。
【００１８】
後端キャップ７０は両端が開口する円筒をなし、筒体３０の後端から露出した温度検出素子１の後端１ｂを覆うとともに、温度検出素子１の端子部２１Ｌ、２２Ｌと、リード線６２の接続端子６４との接続部分を収容して保持する。リード線６２の芯線と接続される接続端子６４は、アルミナ等の絶縁物からなるセパレータ７１に収容され、セパレータ７１の後端からリード線６２が引き出される。そして、各リード線６２は、後端キャップ７０の後端内側に嵌合された弾性シール部材７２のリード線挿通孔を通って外部に引き出され、図示しないコネクタを介して外部回路と接続されている。尚、セパレータ７１を設けることで、端子部２１Ｌ、２２Ｌ及び接続端子６４と、後端キャップ７０との間の絶縁が図られている。
ここで、各リード線６２に接続された接続端子６４は、温度検出素子１の端子部２１Ｌ、２２Ｌに対して弾性的に接触可能な構成を有しており、端子部２１Ｌ、２２Ｌに対して圧接する接続形態を採っている。この接続形態は、セパレータ７１内に接続端子６４を位置決めした上で、セパレータ７１を温度検出素子１の後端１ｂ外周を覆うように移動させ、端子部２１Ｌ、２２Ｌ上で接続端子６４をスライドさせる（所謂、カセット方式を採用する）ことで実現することができる。尚、接続端子６４と温度検出素子１の端子部２１Ｌ、２２Ｌとの接続形態は、上記のカセット方式に限られず、例えば接続端子６４と端子部２１Ｌ、２２Ｌとを、ろう付け接続するようにしても良い。
【００１９】
次に、図２〜図４を参照し、本発明の特徴部分である温度検出素子について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る温度検出素子の斜視図を示す。
図２において、温度検出素子１は、円柱状のサーミスタ柱２と、円柱状の２つの絶縁柱４ａ、４ｂと、サーミスタ柱２及び絶縁柱４ａ、４ｂの外周を囲むように巻回される絶縁シート１０と、絶縁シート１０内面の１対のリード部２１、２２（図２ではリード部２１のみ図示）とを備える。
サーミスタ柱２と、絶縁柱４ａ、４ｂとはいずれも断面が同一（形状及び大きさ）であり、サーミスタ柱２の軸方向の前後に絶縁柱４ａ、４ｂがそれぞれ配置されている。又、サーミスタ柱２、絶縁柱４ａ、４ｂはいずれも同心に配置され、全体として温度検出素子１の中心軸を構成している。なお、絶縁柱４ａより絶縁柱４ｂの方が軸方向の長さが長いため、絶縁柱４ａ側にサーミスタ柱２が位置し上記した「先端」側となる。
【００２０】
絶縁シート１０は、サーミスタ柱２及び絶縁柱４ａ、４ｂの周方向に沿って巻回され、軸方向に延びる継ぎ目１０ｘで絶縁シート１０の端面同士が接している。
１対のリード部２１、２２（図２ではリード部２１のみ図示）は、絶縁シート１０内面（サーミスタ柱２との対向面）に形成されてサーミスタ柱２及び絶縁柱４ａ、４ｂの軸方向に延びている。リード部２１、２２の先端はサーミスタ柱２の外周にそれぞれ電気的に接続し、リード部２１、２２の後端は、絶縁シート１０を厚み方向に貫通するスルーホールに設けられたビア導体２１Ｈ、２２Ｈ（図３、図４参照）を介して絶縁シート１０外面の表出した端子部２１Ｌ、２２Ｌ（図２では端子部２１Ｌのみ図示）に接続されている。なお、リード部２１、２２と端子部２１Ｌ、２２Ｌとの電気的接続はビア導体２１Ｈ、２２Ｈで実現するものに限定されず、スルーホール導体にて実現するようにしても良い。
【００２１】
本発明においては、絶縁シート内面に導電性のリード部を設け、サーミスタ柱及び絶縁柱に絶縁シートを巻回してリード部をサーミスタ柱に接するようにしたので、サーミスタからの出力を取出す電極の溶接が不要となり、溶接部の断線等によるセンサの信頼性低下が防止される。又、サーミスタからの出力に電極線を用いる必要がないので、Ｐｔ等の高価な金属の使用量を低減してコストダウンを図ることができる。
さらに、本発明においては、サーミスタ柱及び絶縁柱に絶縁シートを巻回して全体を柱状に構成したので、温度検出素子（温度センサ）自体の強度を向上させることができる。
【００２２】
なお、サーミスタ柱２の軸方向の長さを変化させることで、サーミスタ柱２の示す抵抗値を調整し、温度検出特性を調整することができる。従って、本発明において、サーミスタ柱２と絶縁柱４ａ、４ｂの軸方向の全長を一定とし、サーミスタ柱２（及び絶縁柱４ａ、４ｂ）の軸方向の長さを適宜変えることにより、温度検出特性を容易に調整することができるという利点がある。
【００２３】
サーミスタ柱２としては、（Ｓｒ，Ｙ）（Ａｌ，Ｍｎ，Ｆｅ）Ｏ３をベース組成としたペロブスカイト型（ＡＢＯ３型）酸化物を用いることができるが、これに限定されない。そして、これらの材料の粉末を円柱状に成形して焼結することにより、サーミスタ柱２を製造することができる。
絶縁柱４ａ、４ｂとしては、例えばアルミナ、シリカ等が挙げられ、これらの混合体を用いてもよい。そして、これらの材料の粉末を円柱状に成形して焼結することにより、絶縁柱４ａ、４ｂを製造することができる。
【００２４】
絶縁シート１０に用いる材料は、絶縁柱４ａ、４ｂと同様とすることができる。そして、これらの材料の粉末をペーストとし、シート状に成形した未焼成体を絶縁シート前駆体としてサーミスタ柱２及び絶縁柱４ａ、４ｂの周りに巻回した後、全体を焼成することで、絶縁シート１０が形成され、サーミスタ柱２及び絶縁柱４ａ、４ｂと一体化される。なお、サーミスタ柱２及び絶縁柱４ａ、４ｂの未焼成前駆体を用意し、これらの周りに絶縁シート前駆体を巻回した後、全体を同時焼成してもよく、焼成済みのサーミスタ柱２及び絶縁柱４ａ、４ｂの周りに絶縁シート前駆体を巻回した後、焼成してもよい。
【００２５】
リード部２１、２２は、例えば導電性材料（例えばＰｔやＰｔ合金等）を絶縁シート前駆体の内面にペースト印刷し、絶縁シート前駆体の焼成時に同時焼成して形成することができる。このようにすると、リード部２１、２２が比較的薄い導電性膜からなるため、従来のサーミスタ素子のようなＰｔ系素子電極線に比べてＰｔ等の電極材料の使用量が少なくて済む。
なお、リード部２１、２２のうち、サーミスタ柱２に接する部分を高導電性のＰｔ膜とし、それ以外の延設部分を安価なＷ等の膜としてもよい。
【００２６】
図３は、軸方向に垂直な方向な先端側から見たときの温度検出素子１の構成を示す。図３において、サーミスタ柱２の周方向の１８０度対向する位置に、それぞれリード部２１、２２が接し、各リード部２１、２２から径方向外側に向かってビア導体２１Ｈ，２２Ｈが延び、温度検出素子１の周方向の１８０度対向する位置に、それぞれ端子部２１Ｌ、２２Ｌが位置している。
又、この実施形態においては、サーミスタ柱２と絶縁シート１０との対向面のうち、リード部２１、２２以外の領域に拡散防止層１０ａが介装されている。拡散防止層１０ａは、サーミスタ柱２と絶縁シート１０とに含まれる成分の両部材間の移動を防止し、サーミスタ柱２の抵抗値の変動や特性変化を抑制する。
【００２７】
拡散防止層１０ａの組成は、サーミスタ柱２と絶縁シート１０とに含まれる成分の移動を防止できるものであれば特に限定されないが、サーミスタ柱２がペロブスカイト型（ＡＢＯ３型）酸化物の場合、拡散防止層１０ａは、Ａサイトに位置する金属元素のうち少なくとも１種と、Ｂサイトに位置する金属元素のうち少なくとも１種とを共に含む複酸化物から構成することが望ましい。例えば、サーミスタ柱２が（Ｓｒ，Ｙ）（Ａｌ，Ｍｎ，Ｆｅ）Ｏ３をベース組成としたペロブスカイト型（ＡＢＯ３型）酸化物の場合、拡散防止層１０ａとしては、ＳｒＡｌ２Ｏ４やＹＡｌＯ３を例示することができる。
【００２８】
拡散防止層１０ａとして上記した複酸化物を用いると、サーミスタ柱２と絶縁シート１０との界面での組成変動が生じ難くなると考えられる。これは、サーミスタ柱２に含まれるＡサイトまたはＢサイトの金属元素が拡散防止層１０ａを超えて絶縁シート１０側に移動しようとしても、拡散防止層１０ａが複酸化物であるために上記金属元素が単独で拡散防止層１０ａ中に移行することが抑制されるためと考えられる。又、サーミスタ柱２中のこれら金属元素の存在比と、拡散防止層１０ａ中のこれら金属元素の存在比とが近似しているため、濃度勾配が小さく、サーミスタ柱２からの元素の拡散が抑制されるものと考えられる。
この逆に、拡散防止層１０ａからサーミスタ柱２への金属元素の移動についても、同様な理由で抑制されると考えられる。
【００２９】
図４は、絶縁シートを開いた状態を示す温度検出素子１の展開図を示す。この実施形態においては、サーミスタ柱２と各絶縁柱４ａ、４ｂとの間に、これらに含まれる成分の移動を防止する拡散防止柱６ａ、６ｂがそれぞれ介装されている。拡散防止柱６ａ、６ｂはサーミスタ柱２と同一の断面を有し、サーミスタ柱２と同心に配置されている。
拡散防止柱６ａ、６ｂは、上記拡散防止層１０ａと同一の成分から形成することができる。拡散防止柱６ａ、６ｂを配置することにより、サーミスタ柱２と各絶縁柱４ａ、４ｂとの界面での組成変動を抑制することができる。
なお、拡散防止柱６ａ、６ｂの代わりに、サーミスタ柱２の端面または各絶縁柱４ａ、４ｂの端面（サーミスタ柱２に対向する側の端面）に拡散防止層を形成させてもよい。
【００３０】
又、図４において、絶縁シート１０の表面のうち、各リード部２１、２２の形成部分以外の領域に拡散防止層１０ａが形成されている。拡散防止層１０ａは、例えば絶縁シート１０の表面に所定のパターンで拡散防止層用ペーストを印刷し、焼成して形成することができる。
なお、拡散防止層１０ａは絶縁シート１０の表面のうちサーミスタ柱２に接する部分のみに形成されていればよいが、上記したように各リード部２１、２２の形成部分以外の絶縁シート１０表面全体に、各リード部２１、２２と同一厚みで拡散防止層１０ａを形成すると、絶縁シート１０の表面が面一となり巻回が均一に行われるので好ましい。
【００３１】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、サーミスタ柱及び絶縁柱は円柱に限らず、多角形の柱としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係る温度センサの一部を破断した断面構造図である。
【図２】本発明の実施形態に係る温度検出素子の斜視図である。
【図３】軸方向に垂直な方向な先端側から見たときの温度検出素子の構成を示す図である。
【図４】絶縁シートを開いた状態を示す温度検出素子の展開図である。
【図５】従来の温度センサの断面の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００３３】
１                  温度検出素子
２                  サーミスタ柱
４ａ、４ｂ          絶縁柱
６ａ、６ｂ          拡散防止柱
１０                絶縁シート
１０ａ              拡散防止層
２１、２２          リード部
１００              温度センサ
【図１】
2009281965.tif 000003
【図２】
2009281965.tif 000004
【図３】
2009281965.tif 000005
【図４】
2009281965.tif 000006
【図５】
2009281965.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月1日(2009.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009281965.tif 000008
【図２】
2009281965.tif 000009
【図３】
2009281965.tif 000010
【図４】
2009281965.tif 000011
【図５】
2009281965.tif 000012