(57)【要約】【課題】耐振性及び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。【解決手段】先端が閉塞した筒状の金属カバー４と、該金属カバー４内に配置され、かつ一対の電極線２１が接続されたサーミスタ素子２と、一対の電極線２１にそれぞれ接続された信号線３１を先端側に露出させた状態で内蔵するシースピン３とを有する温度センサ１である。サーミスタ素子２は、アルミナを主成分とするヤング率２ＧＰａ〜１０ＧＰａの充填材５で金属カバー４内に固定されている。温度センサ１は、注入工程と挿入工程と加熱工程とを行って製造することができる。注入工程においては金属カバー４内に充填材スラリーを注入する。挿入工程においてはシースピン３に信号線３１及び電極線２１を介して接続されたサーミスタ素子２を金属カバー４内に挿入する。加熱工程においては充填材スラリーを加熱固化させてヤング率２ＧＰａ〜１０ＧＰａの充填材５を形成する。【選択図】図２
2009092487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が閉塞した筒状の金属カバーと、該金属カバー内に配置され、かつ一対の電極線が接続されたサーミスタ素子と、上記一対の電極線にそれぞれ接続された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を有する温度センサにおいて、
上記サーミスタ素子は、アルミナを主成分とする充填材で上記金属カバー内に固定されており、
上記充填材のヤング率は２ＧＰａ〜１０ＧＰａであ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、上記電極線はＰｔを主成分とし、上記金属カバーは、ステンレス鋼を主成分とすることを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
先端が閉塞した筒状の金属カバーと、該金属カバー内に配置され、かつ一対の電極線が接続されたサーミスタ素子と、上記一対の電極線にそれぞれ接続された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を有し、上記サーミスタ素子は、アルミナを主成分とする充填材で上記金属カバー内に固定された温度センサを製造する方法において、
上記金属カバー内に、アルミナを主成分とする充填材粒子を液体に分散させてなる充填材スラリーを注入する注入工程と、
上記シースピンに上記信号線及び上記電極線を介して接続された上記サーミスタ素子を上記金属カバー内に挿入し、上記充填材スラリーに浸漬させる挿入工程と、
上記充填材スラリーを加熱して固化させてヤング率２ＧＰａ〜１０ＧＰａの上記充填材を形成すると共に該充填材で上記金属カバー内に上記サーミスタ素子を固定する加熱工程とを有することを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項４】
請求項３において、上記充填材スラリーは、該充填材スラリー中に含まれる粉体成分として、上記充填材粒子を８５ｗｔ％〜９５ｗｔ％、及び焼結助剤を１５ｗｔ％〜５ｗｔ％含有することを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４において、上記充填材スラリーは、上記液体を１５ｗｔ％〜３０ｗｔ％含有することを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか一項において、上記充填材粒子のメディアン径は、５μｍ以下であることを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか一項において、上記加熱工程における加熱温度は８００℃〜１３００℃であることを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項８】
請求項３〜７のいずれか一項において、上記電極線はＰｔを主成分とし、上記金属カバーはステンレス鋼を主成分とす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、サーミスタ素子を用い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（特許文献１参照）。
一般に、温度センサ９は、図９に示すごとく、一対の電極線９２１を設けたサーミスタ素子９２と、上記一対の電極線９２１にそれぞれ接続された一対の信号線９３１を内蔵するシースピン９３と、上記サーミスタ素子９２を覆うように先端部に配設された金属カバー９４とを有する。そして、サーミスタ素子９２とカバー９４との間には、サーミスタ素子を保持するために、熱伝導性に優れたセメント９５が充填されている。
【０００３】
また、サーミスタ素子９２を保持するためのセメント９５として、セメント母材中に酸素供給酸化物からなる酸素供給物質が分散されてなる酸素供給セメント固形物が充填された温度センサ９がある（特許文献２参照）。かかる温度センサにおいては、サーミスタ素子近辺において酸素濃度が低下した場合に、セメント母材中に分散された酸素供給物質から酸素が放出され酸素欠乏によるサーミスタ特性の変化を防止することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１７４９９号公報
【特許文献２】特開２００５−５５２５４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、上記従来の温度センサ９においては、セメント９５によるサーミスタ素子の固定が不十分になり、内燃機関の振動が排気管等からハウジング（図示略）を介して温度センサ９に伝達された場合、内部９４０に配されたサーミスタ素子９２にも振動が伝達され、電極線９２１に応力が集中して電極線９２１が断線してしまうおそれがあった。
また、従来の温度センサ９においては、例えば２５℃〜８５０℃という温度センサの使用温度領域において、上記セメント９５の熱膨張又は熱収縮により、セメント９５とサーミスタ素子９２及び電極線９２１との間に隙間が発生するおそれがあった。そのため、振動による応力が電極線９２１に集中し、電極線９２１が断線してしまうおそれがあった。
特に、近年の車両の高振動化に伴い、温度センサの耐振性のさらなる向上が求められていた。
【０００６】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、耐振性及び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】
【０００７】
第１の発明は、先端が閉塞した筒状の金属カバーと、該金属カバー内に配置され、かつ一対の電極線が接続されたサーミスタ素子と、上記一対の電極線にそれぞれ接続された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を有する温度センサにおいて、
上記サーミスタ素子は、アルミナを主成分とする充填材で上記金属カバー内に固定されており、
上記充填材のヤング率は２ＧＰａ〜１０ＧＰａであることを特徴とする温度センサにある（請求項１）。
【０００８】
本発明の温度センサにおいては、上記金属カバー内にヤング率２ＧＰａ〜１０ＧＰａの上記充填材が形成されている。
そのため、上記充填材は、上記サーミスタ素子を上記金属カバー内に充分に保持固定することができる。それ故、上記温度センサに振動が加わっても、上記電極線に振動による応力が集中することを抑制することができる。その結果、上記電極線が断線してしまうことを抑制することができる。
【０００９】
また、上記のごとく、アルミナを主成分とし、ヤング率を２ＧＰａ〜１０ＧＰａとする上記充填材を形成することにより、上記充填材、上記電極線、及び上記サーミスタ素子の熱膨張係数を互いに近づけることができる。そのため、例えば温度２５℃〜８５０℃という上記温度センサの使用環境下において、上記充填材、上記電極線、及び上記サーミスタ素子の熱膨張差を小さくすることができる。そのため、上記温度センサの温度変化により、上記充填材と上記電極線及び／又は上記サーミスタ素子との間に隙間が発生し、上記温度センサに振動が加わったときに上記電極線に応力が集中することを抑制することができる。それ故、上記電極線の疲労限界による断線を抑制することができる。
【００１０】
以上のように、上記第１の発明によれば、耐振性及び耐久性に優れた温度センサを提供することができる。
【００１１】
第２の発明は、先端が閉塞した筒状の金属カバーと、該金属カバー内に配置され、かつ一対の電極線が接続されたサーミスタ素子と、上記一対の電極線にそれぞれ接続された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を有し、上記サーミスタ素子は、アルミナを主成分とする充填材で上記金属カバー内に固定された温度センサを製造する方法において、
上記金属カバー内に、アルミナを主成分とする充填材粒子を液体に分散させてなる充填材スラリーを注入する注入工程と、
上記シースピンに上記信号線及び上記電極線を介して接続された上記サーミスタ素子を上記金属カバー内に挿入し、上記充填材スラリーに浸漬させる挿入工程と、
上記充填材スラリーを加熱して固化させてヤング率２ＧＰａ〜１０ＧＰａの上記充填材を形成すると共に該充填材で上記金属カバー内に上記サーミスタ素子を固定する加熱工程とを有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１）。
【００１２】
本発明においては、上記注入工程と上記挿入工程と上記加熱工程とを行うことにより、上記金属カバーと、該金属カバー内に上記充填材で固定された上記サーミスタ素子と、上記シースピンとを有する上記温度センサ素子を製造する。
上記注入工程においては、上記金属カバー内に、アルミナを主成分とする充填材粒子を液体に分散させてなる充填材スラリーを注入する。また、上記挿入工程においては、上記シースピンに上記信号線及び上記電極線を介して接続された上記サーミスタ素子を上記金属カバー内に挿入し、上記充填材スラリーに浸漬させる。上記加熱工程においては、上記充填材スラリーを加熱して固化させてヤング率２ＧＰａ〜１０ＧＰａの上記充填材を形成すると共に該充填材で上記金属カバー内に上記サーミスタ素子を固定する。
このようにして、先端が閉塞した筒状の金属カバーと、該金属カバー内に配置され、かつ一対の電極線が接続されたサーミスタ素子と、上記一対の電極線にそれぞれ接続された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を有し、上記サーミスタ素子は、アルミナを主成分とする充填材で上記金属カバー内に固定された温度センサを製造することができる。
【００１３】
本発明の製造方法においては、特に、上記加熱工程において、ヤング率２ＧＰａ〜１０ＧＰａの上記充填材を形成している。
そのため、本発明の製造方法によって得られる上記温度センサにおいて、上記充填材は、上記サーミスタ素子を上記金属カバー内に充分に保持固定することができる。そのため、上記温度センサに振動が加わっても、上記電極線に振動による応力が集中することを抑制することができる。その結果、上記電極線が断線してしまうことを抑制することができる。
【００１４】
また、上記のごとく、アルミナを主成分とし、ヤング率を２ＧＰａ〜１０ＧＰａとする上記充填材を形成することにより、上記充填材、上記電極線、及び上記サーミスタ素子の熱膨張係数を互いに近づけることができる。そのため、例えば温度２５℃〜８５０℃という上記温度センサの使用環境下において、上記充填材、上記電極線、及び上記サーミスタ素子の熱膨張差を小さくすることができる。そのため、上記温度センサの温度変化により、上記充填材と上記電極線及び／又は上記サーミスタ素子との間に隙間が発生し、上記温度センサに振動が加わったときに上記電極線に応力が集中することを抑制することができる。それ故、上記電極線の疲労限界による断線を抑制することができる。
【００１５】
以上のように、上記第２の発明によれば、耐振性及び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】
【００１６】
次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
本明細書において、自動車の内燃機関等の排気管内に設置する側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
【００１７】
本発明の上記温度センサにおいて、上記充填材のヤング率は２ＧＰａ〜１０ＧＰａである。
上記充填材のヤング率が２ＧＰａ未満の場合には、上記サーミスタ素子の保持力が低下するおそれがある。その結果、上記温度センサに振動ストレスが加わった際に、上記電極線に応力が集中し該電極線が断線してしまうおそれがある。一方、１０ＧＰａを超える場合には、熱応力に弱くなるおそれがある。即ち、例えば温度２５℃〜８５０℃という上記温度センサの使用環境下において、上記充填材とＰｔ等からなる上記電極線との間の熱膨張差が大きく、上記充填材が上記電極線の膨張を阻害するおそれがある。また、上記充填材と上記電熱線及び上記サーミスタ素子との間の熱膨張差が大きくなり、上記温度センサ素子の使用時に該温度センサの加熱及び冷却が繰り返し行われることにより、上記充填材と上記電熱線及び／又は上記サーミスタ素子との間に隙間が発生するおそれがある。その結果、上記電極線に過大な応力が加わり、疲労限界以上になったときに、上記電極線の断線が起こるおそれがある。好ましくは、上記加熱工程においては、ヤング率２〜４ＧＰａの充填材を形成することがよい。
【００１８】
上記充填材のヤング率は、下記の「ペレット４点曲げ法」によって測定することができる。
「ペレット４点曲げ法」
上記充填材スラリーをペレット状の型に入れ、所定の温度条件で加熱固化させて、ペレット状の充填材（テストピース；厚みｔ＝３ｍｍ）を形成する。
次いで、図７に示すごとく所定の間隔（Ｌ＝１５ｍｍ）で配置した一対の下側支持棒６１上にテストピース６を配置する。一対の下側支持棒６１は、所定の間隔を空けて両者が平行になるように配置した。また、テストピース６上には一対の上側支持棒６２を配置した。一対の上側支持棒６２は、両者を接触させた状態で平行に並べ、かつ一対の下側支持棒６１の間の略中央に位置するようにテストピース６上に配置した。
次に、ＪＩＳ  Ｒ１６０１に規定の４点曲げ法により、上側支持棒６２に荷重を加えてテストピースを折り曲げ、このときのテストピース６の変位量を測定する。そして、ヤング率Ｅ（Ｐａ）は、ＪＩＳ  Ｒ１６０２に準ずる下記の式（１）より算出することができる。ただし、式（１）において、Ｅ：ヤング率（Ｐａ）、Ｌ：下側支持棒の間隔（支点間距離；ｍｍ）、Ｐ：弾性変形領域最大荷重（Ｎ）、Ｙ：弾性変形領域最大変位（ｍｍ）、ｗ：テストピースの幅（ｍｍ）、ｔ：テストピースの厚み（ｍｍ）である。
（式１）
2009092487.tif 000003
【００１９】
また、上記電極線はＰｔを主成分とし、上記金属カバーは、ステンレス鋼を主成分とすることが好ましい（請求項２及び請求項８）。
この場合には、上記金属カバー、上記電極線、及び上記充填材の熱膨張係数の値を近づけることが可能になる。そのため、熱膨張差によって上記電極線に応力がかかることをより一層抑制することができる。また、上記金属カバーのステンレス鋼は、オーステナイト系ＳＵＳ（ＳＵＳ３１０Ｓ）であることが好ましい。
【００２０】
次に、上記温度センサの製造方法においては、上記注入工程と上記挿入工程と上記加熱工程とを行う。
上記注入工程においては、上記金属カバー内に、アルミナを主成分とする充填材粒子を液体に分散させてなる充填材スラリーを注入する。
上記充填材スラリーの作製に用いる上記液体としては、例えば水を用いることができる。
【００２１】
また、上記充填材スラリーは、該充填材スラリー中に含まれる粉体成分として、上記充填材粒子を８５ｗｔ％〜９５ｗｔ％、及び焼結助剤を１５ｗｔ％〜５ｗｔ％含有することが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記加熱工程において、ヤング率２ＧＰａ〜１０ＧＰａの上記充填材を形成し易くなる。焼結助剤が５ｗｔ％未満の場合、又は上記充填材粒子が９５ｗｔ％を越える場合には、上記加熱工程において、上記充填材のヤング率を２ＧＰａ以上にすることが困難になるおそれがある。一方、焼結助材が１５ｗｔ％を超える場合、又は充填材粒子が８５ｗｔ％未満の場合には、充填材粒子量が少なくなりすぎて、上記加熱工程後の上記充填材のヤング率が低下するおそれがある。その結果、ヤング率２ＧＰａ以上の上記充填材を形成することが困難になるおそれがある。より好ましくは、上記充填材スラリーは、粉体成分として、上記充填材粒子を８７ｗｔ％〜９３ｗｔ％、及び上記焼結助剤を７ｗｔ％〜１３ｗｔ％含有することがよい。
【００２２】
充填材のヤング率と焼結助剤の添加量との関係を図８に示す。図８は、粒径（メディアン径）２．５μｍの充填材粒子と、焼結助剤とを水に分散させなる充填剤スラリー（水分量２０ｗｔ％）を用い、温度９００℃で加熱したときに形成される充填剤のヤング率と焼結助剤添加量との関係を示す。焼結助剤添加量は、充填材スラリーにおける粉体成分中の焼結助剤量、即ち、充填材粒子と焼結助剤との合計量中の焼結助剤量（ｗｔ％）で表される。ヤング率は、上述の「ペレット４点曲げ法」により測定した。同図より知られるごとく、焼結助材量が５ｗｔ％未満の場合には、加熱後の充填材のヤング率が２ＧＰａ未満になりやすくなる。
【００２３】
上記焼結助剤としては、例えばカオリン、タルク、及び炭酸カルシウム等を用いることができる。上記焼結助剤としては、これらから１つ又は２つ以上を組み合わせて用いることができる。
【００２４】
上記充填材スラリーは、上記液体を１５ｗｔ％〜３０ｗｔ％含有することが好ましい（請求項５）。
上記充填材スラリー中の液体量は、上記加熱工程後の上記充填材のヤング率及び体積収縮率に影響を及ぼすおそれがある。
上記液体が１５ｗｔ％未満の場合には、上記充填材スラリーの流動性がほとんどなくなり、微細な上記金属カバー内に例えば充填機等によって上記充填材スラリーを充填することが困難になるおそれがある。一方、３０ｗｔ％を超える場合には、上記充填材のヤング率を２ＧＰａ以上にすることが困難になるおそれがある。また、この場合には、上記加熱工程後の上記充填材スラリーの体積収縮率が大きくなり、その結果、上記加熱工程後に上記金属カバーと上記充填材との間に隙間が発生してしまうおそれがある。より好ましくは、上記充填材スラリー中の液体量は１７ｗｔ％〜２３ｗｔ％がよい。
上記充填材スラリーを作製するために用いられる上記液体としては、例えば水等を用いることができる。
【００２５】
上記充填材粒子のメディアン径は、５μｍ以下であることが好ましい（請求項６）。
上記充填材粒子のメディアン径が５μｍを超える場合には、上記加熱工程後の上記充填材のヤング率が小さくなり、ヤング率２ＧＰａ以上の充填材を形成することが困難になるおそれがある。一方、上記充填材粒子のメディアン径が小さくなりすぎると、上記充填材のヤング率が大きくなると共に、上記充填材粒子の作製が困難になるおそれがある。よって、上記充填材粒子のメディアン径は、１μｍ以上がよい。より好ましくは、上記充填材粒子のメディアン径は２μｍ〜３μｍがよい。
【００２６】
上記充填材粒子のメディアン径（メジアン径）Ｄ50は、粒度分布を測定することにより求めることができる。メディアン径Ｄ50は、粒子径（μｍ）を横軸とし、相対粒子量（％）を縦軸とする粒度分布曲線において、相体粒子量が５０％のときの粒子径（μｍ）のことである。
【００２７】
次に、上記挿入工程においては、上記シースピンに上記信号線及び上記電極線を介して接続された上記サーミスタ素子を上記金属カバー内に挿入し、上記充填材スラリーに浸漬させる。
上記挿入工程においては、上記シースピンに上記信号線及び上記電極線を介して連結された上記サーミスタ素子を上記充填材スラリーが注入された上記金属カバー内に挿入し、少なくとも該サーミスタ素子、上記電極線、及び上記信号線を上記充填材スラリーに浸漬させることが好ましい。
【００２８】
次に、上記加熱工程においては、上記充填材スラリーを加熱して固化させてヤング率２ＧＰａ〜１０ＧＰａの上記充填材を形成すると共に該充填材で上記金属カバー内に上記サーミスタ素子を固定する。
上記加熱工程においては、上記充填材スラリーを乾燥させた後、加熱を行うことができる。即ち、上記充填材スラリーを乾燥固化させた後、さらに加熱を行い、上記所定のヤング率の上記充填材を形成させることができる。
【００２９】
上記加熱工程における加熱温度は８００℃〜１３００℃であることが好ましい（請求項７）。
上記加熱温度が８００℃未満の場合には、上記加熱工程後の上記充填材のヤング率が低下し、ヤング率２．０ＧＰａ以上の上記充填材を形成することが困難になるおそれがある。一方、１３００℃を超える場合には、例えばステンレス鋼等を主成分とする上記金属カバーが熱により変形してしまうおそれがある。より好ましくは、上記加熱工程における加熱温度は、８００℃〜１０００℃がよい。さらにより好ましくは８５０℃〜９５０℃がよい。
【実施例】
【００３０】
（実施例１）
次に、本発明の実施例について説明する。
本例は、温度センサを製造する例である。
図１及び図２に示すごとく、本例の温度センサ１は、先端が閉塞した筒状の金属カバー４と、その金属カバー４内に配置され、かつ一対の電極線２１が接続されたサーミスタ素子２と、一対の電極線２１にそれぞれ接続された信号線３１を先端側に露出させた状態で内蔵するシースピン３とを有する。サーミスタ素子２は、アルミナを主成分とする充填材５で金属カバー４内に固定されている。
【００３１】
以下、本例の温度センサ１について、詳説する。
本例の温度センサ１において、金属カバー４はステンレス鋼からなると共に、図１及び図２に示すごとく、先端側が略半球状に閉塞された形状を有する。また、金属カバー４は、サーミスタ素子２及び一対の電極線２１の周囲に配される小径部４１と、一対の信号線３１の周囲に配される中径部４２と、シースピン３の周囲に配される大径部４３とを有し、小径部４１と中径部４２との間、及び中径部４２と大径部４３との間には、それぞれ第１テーパ部４４、第２テーパ部４５が形成されている。
【００３２】
また、図１及び図２に示すごとく、金属カバー４は、大径部４３において、シースピン３を外周から加締める加締め部４３０を有し、該加締め部４３０において、シースピン３と溶接されている。
また、金属カバー４の内部４０には、図１及び図２に示すごとくサーミスタ素子２と充填材５とが収納されている。
【００３３】
金属カバー４内において、サーミスタ素子２には、図１及び図２に示すごとく、サーミスタ信号を検出するための、白金等よりなる一対の電極線２１が接続されている。
また、電極線２１は、互いに平行に離隔配置されており、金属カバー４の軸に沿いつつ基端側に向かって延びるようにサーミスタ素子２から突出している。
【００３４】
金属カバー４の基端側には、図１及び図２に示すごとく、電極線２１からのサーミスタ信号を外部に取り出すための取り出し配線としてのシースピン３が金属カバー４の開口部４６から挿入されている。シースピン３は、ステンレス鋼からなる一対の信号線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（図示略）と、該絶縁部の外周を覆うステンレス鋼からなる外管部３０とからなる。
外管部３０は、金属カバー４の大径部４３内から基端側外方に伸びる大径管部３０１と、該大径管部３０１に連結し、金属カバー４の大径部４３内において温度センサ１の先端側へ大径部４３と中径部４２との境界部分まで伸びる小径管部３０２とを有する。外管部３０の大径管部３０１と小径管部３０２は円筒形状を有する。
【００３５】
また、図１に示すごとく、信号線３１は、絶縁部及び外管部３０から先端側及び後端側に露出している。また、図１及び図２に示すごとく、信号線３１の先端部とサーミスタ素子２の電極２１の基端部とは溶接されている。一方、信号線３１の基端部は、外部リード線（図示略）に接続されている。
【００３６】
また、図１に示すごとく、シースピン３は、ステンレス鋼からなるリブ１２によって保持されている。そして、該リブ１２の基端側にステンレス鋼からなる保護チューブ１３が、シースピン３や外部リード線の一部を覆うように取付けられ、該保護チューブ１３が、取付けネジ１４１を有するハウジング１４に挿通固定されている。
【００３７】
上記温度センサ１は、取付けネジ１４１を排気管に螺合させて内燃機関等の排気系に配置される（図示略）。そのため、内燃機関の振動が排気管からハウジング１４等を介して温度センサ１に伝達され、温度センサ１の内部に配設されたサーミスタ素子２にも振動が伝達する。
【００３８】
次に、本例の温度センサの製造方法につき、説明する。
本例においては、注入工程と、挿入工程と、加熱工程とを行うことにより、温度センサ素子を作製する。
注入工程においては、金属カバー内に、アルミナを主成分とする充填材粒子を液体に分散させてなる充填材スラリーを注入する。挿入工程においては、シースピンに信号線及び電極線を介して接続された上記サーミスタ素子を上記金属カバー内に挿入し、上記充填材スラリーに浸漬させる。また、加熱工程においては、充填材スラリーを加熱して固化させてヤング率２ＧＰａ〜１０ＧＰａの上記充填材を形成すると共に該充填材で上記金属カバー内に上記サーミスタ素子を固定する。
【００３９】
以下、本例の温度センサの製造方法につき、詳説する。
まず、充填材スラリーを準備した。具体的には、まず、充填材粒子９１重量部と、焼結助剤９重量部（カオリン３重量部、タルク２重量部、及び炭酸カルシウム４重量部）とを配合し、ボールミルにより混合、粉砕し、メディアン径２．５μｍの粉体成分を調整した。次に、この粉体成分を水に分散させることにより充填材スラリーを作製した。充填材スラリー中の水分量は２０ｗｔ％とした。
【００４０】
次に、図３（ａ）に示すごとく、所定量の充填材スラリー５１をディスペンサ等を用いて金属カバー４内に注入した。
次に、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すごとく、シースピン３に信号線３１及び電極線２１を介して接続されたサーミスタ素子２を金属カバー４内に挿入し、充填材スラリー５１に浸漬させた。
次いで、温度８０℃で充填材スラリーの水分を乾燥させた後、図３（ｃ）に示すごとく、金属カバー４をレーザ溶接してシースピン３を外周から加締める加締め部４３０を形成した。次に、温度９００℃で３時間加熱し、図３（ｄ）に示すごとく、充填材５で金属カバー４内にサーミスタ素子２を固定した。このようにして、温度センサ１を作製した。
本例において作製した温度センサ１の充填材のヤング率は、上記充填材スラリーを上記温度センサの作製方法と同様の条件で乾燥（乾燥温度８０℃）及び加熱（温度９００℃、３時間）して上述の「ペレット４点曲げ法」に規定のペレット状のテストピースを別途作製し、上述のペレット４点曲げ法により測定した。その結果、充填材のヤング率は、２．７ＧＰａであった。
【００４１】
次に、本例において作製した温度センサを排気管に螺合させて内燃機関等の排気系に配置し、温度センサを作動させた。このとき、温度センサの加熱と冷却を繰り返し行った。具体的には、温度２５℃から８５０℃までの加熱と温度８５０℃から２５℃までの冷却とを１サイクルとし、これを１２０００サイクル繰り返して行った。
その結果、本例の温度センサは、１２０００サイクル後においても、電極線に断線等を生じることなく作動させることができた。また、１２０００サイクル後に、温度センサを金属カバーの部分で軸方向と垂直な面で切断し、金属カバーと充填材、充填材と電極線、及び充填材とサーミスタ素子との界面を調べたところ、これらの界面において隙間等は観察されなかった。
また、本例と同様の条件で複数の温度センサを作製し、これらの温度センサについても１２０００サイクルの作動試験を行ったところ、電極線の断線等は発生しなかった。
【００４２】
即ち、図１及び図２に示すごとく、本例の温度センサ１においては、充填材５は、サーミスタ素子２を金属カバー４内に充分に保持固定することができる。そのため、上記温度センサに振動が加わっても、上記電極線に振動による応力が集中することを抑制することができる。その結果、上記電極線が断線してしまうことを抑制することができる。
また、アルミナを主成分とし、ヤング率を２ＧＰａ〜１０ＧＰａの充填材５が形成されているため、充填材５、電極線２１、及びサーミスタ素子２の熱膨張係数を互いに近づけることができる。そのため、例えば温度２５℃〜８５０℃という上記温度センサの使用環境下において、充填材５、電極線２１、及びサーミスタ素子２の熱膨張差を小さくすることができる。そのため、温度センサ１の温度変化により、充填材５と電極線２１及び／又はサーミスタ素子２との間に隙間が発生し、温度センサ１に振動が加わったときに電極線２１に応力が集中することを抑制することができる。それ故、上記電極線の疲労限界による断線を抑制することができる。
【００４３】
また、本例においては、温度センサの製造時における加熱工程（温度９００℃での３時間の加熱）前後の充填材の状態を走査電子顕微鏡により観察した。その観察結果の電子顕微鏡写真を図４（ａ）（加熱前）及び図４（ｂ）（加熱後）に示す。
図４（ａ）及び図４（ｂ）より知られるごとく、本例の加熱条件では加熱前後において、充填材粒子の粒成長がほとんどおこっていなかった。
【００４４】
また、本例においては、温度センサの充填材のヤング率と電極線にかかる応力との関係をシミュレーションにより求めた。その結果を図５に示す。
図５より知られるごとく、充填材のヤング率が１０ＧＰａを越える場合には、電極線にかかる応力が約１０ＭＰａ以上にまで増大する。その結果、電極線の許容応力を超え、電極線が断線し易くなり、１２０００サイクルまで温度センサを作動させることが困難になるおそれがある。
また、温度センサの共振時（１０００Ｇ（温度８５０℃条件下））において、充填材のヤング率と電極線の相対変位との関係をシミュレーションにより求めた。その結果を図６に示す。なお、相対変位量を１４μｍ以下にすることにより、電極線にかかる応力を充分に低くして１２０００サイクルまで温度センサを作動させることができることを予めシミュレーションにより確認している。
図６より知られるごとく、充填材のヤング率を２ＧＰａ以上にすることにより、電極線の相対変位量を１４μｍ以下にすることができる。したがって、充填材のヤング率を２ＧＰａ以上にすることにより、電極線へかかる過大な応力を抑制し、例えば１２０００サイクルという優れた冷熱サイクルで温度センサを作動させることが可能になる。
したがって、充填材のヤング率を２ＧＰａ〜１０ＧＰａにすることが耐振性及び耐久性の向上に有効であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例１における、温度センサの断面説明図。
【図２】実施例１における、温度センサの先端部の断面説明図。
【図３】実施例１における、（ａ）金属カバー内に充填材スラリーを注入した状態を示す説明図、（ｂ）金属カバー内にシースピンに連結したサーミスタ素子を挿入する様子を示す説明図、（ｃ）金属カバーをシースピンに溶接する様子を示す説明図、（ｄ）加熱により金属カバー内でサーミスタ素子を充填材により保持させた状態を示す説明図。
【図４】実施例１における、（ａ）加熱工程前の充填材粒子を電子顕微鏡で観察した様子を示す写真代用図、（ｂ）加熱工程後の充填材を電子顕微鏡で観察した様子を示す写真代用図。
【図５】実施例１における、充填材のヤング率と電極線にかかる応力との関係を示す説明図。
【図６】実施例１における、充填材のヤング率と電極線の相対変位量との関係を示す説明図。
【図７】ペレット４点曲げ法によるヤング率の測定方法の概略を示す説明図。
【図８】焼結助剤添加量と充填材のヤング率との関係を示す説明図。
【図９】従来例における、温度センサの先端部を示す断面説明図。
【符号の説明】
【００４６】
１  温度センサ
２  サーミスタ素子
２１  電極線
３  シースピン
３１  信号線
４  金属カバー
５  充填材
【図１】
2009092487.tif 000004
【図２】
2009092487.tif 000005
【図３】
2009092487.tif 000006
【図５】
2009092487.tif 000007
【図６】
2009092487.tif 000008
【図７】
2009092487.tif 000009
【図８】
2009092487.tif 000010
【図９】
2009092487.tif 000011
【図４】
2009092487.tif 000012