JP2007192617A - 感温素子および温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】感温素子における感温抵抗体が劣化してしまうことを防止する。
【解決手段】感温素子において、第１基板２１０は、その表面のうちの第２基板２２０が積層されていない接続領域２１３に、感温抵抗体２４０の端部２４２それぞれを接続してなる一対の電極２１４が形成されている。この接続領域２１３は、ガラスを主成分とする被覆部材２１８によって被覆されている。そして、感温素子を第１基板２１０と第２基板２２０との積層方向に投影した面において、被覆部材２１８に被覆されている領域に相当する被覆領域、および、感温抵抗体２４０が形成されている第１基板２１０表面の領域に相当する抵抗領域２１２が、２５０μｍ以上の間隔を空けて配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関（例えば、自動車エンジンなど）の排気系において使用される感温素子、および、この感温素子を実装した温度センサに関する。

従来から、エンジンなどの内燃機関における排気系に使用される温度センサとして、雰囲気温度に応じて電気抵抗値が変化する感温抵抗体（例えば、白金抵抗体など）からなる感温素子を実装したものが知られている。

このような温度センサに用いられる感温素子としては、表面に感温抵抗体が形成された第１基板（セラミックス基板４）と、この第１基板の表面側に積層される第２基板（セラミックスカバー層１６）と、これら基板の間に介在して両者を接着する多孔質状の接着層（連結層１４）と、からなる構造が一般的である。
特表２００２−５３５６０９号公報

ところで、上述したような感温素子の中には、その外周面における一部分を、ガラスを主成分とする被覆部材によって被覆しているものがある。
このような感温素子では、使用過程または製造工程において被覆部材の成分（ガラス成分）が感温抵抗体周辺まで浸透ないし拡散する場合があり、その後、その成分が感温抵抗体に接触してしまうと、感温抵抗体が劣化（例えば、脆化，マイグレーションなど）してしまう恐れがある。

こうして、感温抵抗体が劣化してしまうと、その劣化前後で雰囲気温度と電気抵抗との対応関係にズレが生じる結果、その感温抵抗体による温度の検出が適切に行えなくなってしまうため、そのような劣化は防止できることが望ましい。

本願発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、感温素子における感温抵抗体が劣化してしまうことを防止する技術を提供することである。

上述した課題を解決するため請求項１に記載の感温素子は、セラミックスを主成分とする板状の第１基板と、該第１基板の表面における所定の領域内にパターン形成された感温抵抗体と、セラミックスを主成分とする板状の部材であって、前記第１基板における表面側に積層される第２基板と、セラミックスを主成分とする部材であって、前記感温抵抗体を覆うように前記第１基板および前記第２基板の間に介在して両基板を接着する接着層と、を有している。また、この感温素子においては、ガラスを主成分とする部材であって、当該感温素子の外周面のうち、前記第１基板と前記第２基板との前記接着層による接着領域の少なくとも一部を被覆する被覆部材を有している。そして、当該感温素子を前記第１基板と前記第２基板との積層方向に投影した面において、前記被覆部材に相当する被覆領域、および、前記感温抵抗体に相当する抵抗領域が、２５０μｍ以上の間隔を空けた位置関係となるように構成されている。

このように構成された感温素子によれば、後述する耐久試験にて示すように、被覆領域と抵抗領域とが２５０μｍ未満の間隔しかないものに比べて、その耐久試験の環境下において感温抵抗体の電気抵抗が大きく変化することがない。そのため、その環境で使用しても温度の検出が適切に行えなくなってしまうことを防止できる。

上述したような被覆部材により外周面を被覆した感温素子においては、使用過程または製造工程において被覆部材の成分（ガラス成分）が感温抵抗体周辺まで浸透ないし拡散し、その成分が感温抵抗体を劣化（例えば、脆化，マイグレーションなど）させる恐れがあり、これが、感温抵抗体の電気抵抗を大きく変化させてしまう。つまり、被覆部材により外周面が被覆された構成において、上述のように電気抵抗が大きく変化しない本発明の感温素子は、被覆部材の成分が感温抵抗体周辺まで浸透することを防止し、感温抵抗体の劣化を防止できた結果、電気抵抗の大きな変化を防止しているということができる。

なお、この構成において、感熱抵抗体は、第１基板の表面にパターン形成されたものであれば、その具体的な領域の形状については特に限定されない。また、この領域において感熱抵抗体を形成するパターンについても、温度検出に適したパターンであれば、その具体的なパターンは特に限定されず、例えば、蛇腹状やミアンダ状に複数回にわたって折り返されたパターンを採用することができる。

また、第１基板の表面において感温抵抗体を形成すべき位置については、上述したように、被覆領域との間隔を２５０μｍ以上確保できればよく、その具体的な位置については特に限定されない。

また、上述の感温素子は、その外周面の一部領域が被覆部材により被覆されているものであるが、その被覆部材により被覆されている領域については特に限定されない。
例えば、第１基板の表面に、感温抵抗体との電気的な接続状態を実現するための領域（例えば、感温抵抗体の両端それぞれに接続された電極パッドが形成される領域）である接続領域が形成されており、第２基板が、第１基板の表面のうち、接続領域以外の領域に積層されている場合であれば、被覆部材は、請求項２に記載のように、前記接着領域のうち、前記第１基板の表面において前記第２基板が積層されている領域と前記接続領域との境界部分に沿った領域を、前記接続領域と共に被覆している構成とすることが考えられる。

このように構成すれば、接続領域が被覆部材によって覆われていることから、接続領域が周囲の雰囲気に曝されて劣化することを防止することができる。
ところで、上述した感温素子は、例えば、高温の排気ガスからなる雰囲気に曝された状態で使用されるため、各基板と接着層との接着部分（界面）や接着層が多孔質状である場合には接着層自身から感温素子内部にガス（排気ガス）が侵入して、この高温のガスに起因して感温抵抗体を劣化（例えば、部分的に揮発，脆化など）させしてしまう恐れがある。このように、感温抵抗体が劣化してしまうと、その劣化前後で雰囲気温度と電気抵抗との対応関係にズレが生じる結果、その感温抵抗体による温度の検出が適切に行えなくなってしまうため、そのような劣化は防止できることが望ましい。

そこで、上述した感温素子は、さらに請求項３に記載のように構成するとよい。
この感温素子は、当該感温素子を前記第１基板と前記第２基板との積層方向に投影した面において、前記第１基板，前記第２基板および前記接着層それぞれに相当する領域が重なる重なり領域の外周が、前記抵抗領域の外周から該抵抗領域外周の接線方向に８０μｍ以上離れた位置関係となるように構成されている。

このように構成された感温素子によれば、後述する耐久試験にて示すように、重なり領域外周が、抵抗領域からその外周の接線方向に８０μｍ未満しか離れていない構成と比べて、その耐久試験の環境下において感温抵抗体の電気抵抗が大きく変化することがない。そのため、その環境で使用しても温度の検出が適切に行えなくなってしまうことを防止できる。

なお、第１基板，第２基板および接着層それぞれは、上述したように、重なり領域外周が抵抗領域外周から８０μｍ以上離れた位置関係となっていればよく、それぞれの具体的な形状については特に限定されない。

また、請求項４に記載の温度センサは、請求項１から３のいずれかに記載の感温素子と、該感温素子を保持する保持部と、前記感温素子および前記保持部を被取付部に取り付けるための取付部と、を備えたものである。

このように構成された感温センサによれば、請求項１から３のいずれかに記載の感温素子により得られるのと同様の作用，効果を得ることができる。
なお、この構成において、保持部および取付部は、同一の部材として形成されていてもよいし、別体の部材として形成されていてもよい。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（１）全体構成
温度センサ１は、図１に示すように、当該温度センサ１を被取付部に取り付けるためのハウジング１００にて保持されるＭＩケーブル３００に、感温素子２００を電気的且つ機械的に接続した構造となっている。なお、この温度センサ１は、内燃機関（例えば、自動車エンジンなど）の排気系を構成する排気管を被取付部とし、その被取付部に取り付けられた状態で使用されるものである。

まず、ハウジング１００について説明する。このハウジング１００は、円筒状の継手１７０，その一端（図１における左端，以下同様）に固定されたフランジ１１０，フランジ１１０の他端（図１における右端，以下同様）に配置されると共に、継手１７０の周囲に配置される取付ナット部材１２０を備えている。

これらのうち、フランジ１１０は、ハウジング１００の長さ方向（図１における左右方向）に沿って延びる鞘部１１２，この鞘部１１２における一端（図１における左）側から突出して鞘部１１２よりも外形が径大とされた突出部１１４などからなり、鞘部１１２が継手１７０内に嵌め込まれた状態で継手１７０に溶接により固定されている。このフランジ１１０における突出部１１４は、その端（図１における左端）がテーパ状のシール面１１６として形成されており、これが被取付部に形成された被取付面（図示されない）と密着することで、被取付部内の雰囲気（排気ガス）が外部に漏れることを防止する構成となっている。また、このフランジ１１０には、鞘部１１２の延びる方向にフランジ１１０を貫通する内孔１１８が形成されており、ＭＩケーブル３００をこの内孔１１８に通した状態で保持，固定している。

また、取付ナット部材１２０は、雄ネジ部１２２およびナット部１２４からなり、この雄ネジ部１２２を、被取付部に形成された雌ネジ部（図示されない）に嵌め合わせることにより、温度センサ１と被取付部との取り付けが実現される。

次に、ＭＩケーブル３００について説明する。このＭＩケーブル３００は、詳細は図示しないが、金属製の外筒と、この外筒内に配置される一対の芯線３１０と、外筒と芯線３１０との間を電気的に絶縁して芯線３１０を保持する絶縁充填部とから構成される。そして、外筒の一端から突出した芯線３１０の一端部３１４に感温素子２００が接続され、外筒の後端から突出した芯線３１０の他端部３１２それぞれに接続端子１４０が接続されている。

なお、各接続端子１４０は、リード線１３０に接続されると共に、接続端子１４０同士の接触を防ぐために絶縁チューブ１５０にて被覆されている。また、リード線１３０は、継手１７０の他端側の内部に配置された耐熱ゴム製のグロメット１６０を貫通して継手１７０外部に延びて、外部回路（例えば、ＥＣＵ）に接続されるようになっており、これにより感温素子２００，ＭＩケーブル３００の芯線，リード線１３０及び外部回路が導通される。

次に、感温素子２００について説明すると、この感温素子２００は、図２に示すように、ＭＩケーブル３００の一端側に被せられた筒状のキャップ３２０内部に収納されており、このキャップ３２０の内部において、ＭＩケーブル３００における芯線３１０それぞれの端部３１４に接続されている。このキャップ３２０には、その先端側の壁部分にそれぞれキャップ３２０内部から外部へと至る複数の流通孔３２２が形成されており、感温素子２００は、この流通孔３２２を介して被取付部内の雰囲気に曝されることとなる。なお、キャップ１内において、ＭＩケーブル３００の芯線３１０周辺には、絶縁性のセメントからなる防振材を充填してなる防振層３２４，および，感温素子２００の後端（図２における右）側を保持するように充填された結晶化ガラスからなる遮蔽層３２６が、この順番でＭＩケーブル３００側から感温素子２００側に向けて積層されている。

また、この感温素子２００は、図３〜図５に示すように、第１基板２１０および第２基板２２０が多孔質状の接着層２３０を介して積層された構造となっている。
これらのうち、第１基板２１０は、セラミックスを主成分（本実施形態においては、アルミナ純度９９．９％からなる）とする四角形の板状部材であって、その表面（図４，図５における上側の面；以下同様）における四角形の領域（以降、「抵抗領域」という）２１２内に感温抵抗体２４０がパターン形成されている。この感温抵抗体２４０は、感温素子２００の長手方向（図３における左右方向；以下同様）に沿って延びる経路をミアンダ状に複数回（本実施形態においては９回）屈曲させながら感温素子２００の幅方向（図４における上下方向；以下同様）に渡らせたパターンとなるように形成されている。なお、本実施形態において感温抵抗体２４０は、白金を主成分とする薄膜抵抗体であって、雰囲気の温度に応じてその電気抵抗が変化するものである。

また、この第１基板２１０は、その表面における後方（図３における右）側に第２基板２２０が積層されておらず、この領域（以降、「接続領域」という）２１３に、感温抵抗体２４０の端部２４２それぞれを接続してなる一対の電極パッド２１４が形成されている。この電極パッド２１４には、それぞれＭＩケーブル３００における芯線３１０の端部３１４が厚膜パッド２１６を介して接続されている。また、この第１基板２１０において、接続領域２１３は、厚膜パッド２１６および芯線３１０の端部３１４と共に、ガラスを主成分とする被覆部材２１８により全体が被覆されている。

なお、この被覆部材２１８は、感温素子２００の外周面のうち、第１基板２１０と第２基板２２０との接着層２３０による接着領域の一部を被覆するものである。本実施形態において、被覆部材２１８は、接着領域のうち、第１基板２１０の表面において第２基板２２０が積層されている領域と接続領域２１３との境界部分に沿った領域を、接続領域２１３と共に被覆している。

また、この第１基板２１０では、感温素子２００を第１基板２１０と第２基板２２０との積層方向（図４，図５における上下方向）に投影した面（図３参照）において、抵抗領域２１２が、被覆部材２１８に被覆されている領域に相当する被覆領域から２５０μｍ離れた位置に配置されている。また、上記投影した面において、第１基板２１０，第２基板２２０および接着層２３０それぞれに相当する領域が重なる重なり領域の外周（本実施形態においては、図３における第２基板２２０の外周と一致）が、抵抗領域２１２の外周からその接線方向に２３５μｍ以上離れるような大きさで形成されている。

本実施形態では、上記投影した面における第２基板２２０と同じ領域が、四角形の重なり領域となっている。そして、抵抗領域２１２外周において、先端（図３における左端）側の辺が重なり領域外周における先端側の辺から２５０μｍ離れており、先端側の辺と直交する辺が重なり領域外周における先端側の辺と直交する辺からそれぞれ２３５μｍ離れている。

また、第２基板２２０は、セラミックスのグリーンシートを焼成することで得られる四角形の板状部材であって、第１基板２１０の表面側に接着層２３０を介して積層されている。なお、第２基板２２０についても、第１基板２１０と同様にアルミナ純度９９．９％からなる。ただ、この第２基板２２０は、第１基板２１０よりも長さ方向に短いため、第１基板２１０の先端側に寄せて（両基板の先端側を合わせて）配置することで、第１基板２１０表面の抵抗領域２１２を覆うような位置となるように積層されている。

そして、接着層２３０は、焼成済の第１基板２１０の裏面（図４，図５における下側の面）および焼成済の第２基板２２０の表面の間に介在して両面略全体を接着する部材であって、セラミックス成分（本実施形態では、アルミナ）を含むペースト状の部材を、両面の間に介在させた状態で熱処理することによって生成されたものであり、焼結後においてアルミナ純度９９．９％からなるものである。

なお、以上説明した温度センサ１において、上述したＭＩケーブル３００が本発明における保持部に相当し、ハウジング１００が取付部に相当する。
（２）作用，効果
このように構成された温度センサ１によれば、抵抗領域２１２が被覆領域から２５０μｍ離れた位置に配置されているが、これは、後述する耐久試験の結果から導き出した条件「被覆領域（換言すれば、被覆部材２１８）と抵抗領域２１２とが２５０μｍ以上の間隔を空けた位置関係となっていること」を充足している。そのため、本感温素子２００であれば、後述する耐久試験にて示すように、被覆領域と抵抗領域２１２とが２５０μｍ未満の間隔しかないものに比べて、その耐久試験の環境下において感温抵抗体２４０の電気抵抗が大きく変化することがない。よって、その環境で使用しても温度の検出が適切に行えなくなってしまうことはない。

上述したように、被覆部材２１８により外周面を被覆した感温素子２００においては、使用過程または製造工程において被覆部材２１８の成分（ガラス成分）が感温抵抗体２４０周辺まで浸透ないし拡散し、その成分が感温抵抗体２４０を劣化（例えば、脆化，マイグレーションなど）させる恐れがあり、これが、感温抵抗体２４０の電気抵抗を大きく変化させてしまう。つまり、被覆部材２１８により外周面が被覆された構成において、上述のように電気抵抗が大きく変化しない本発明の感温素子２００は、被覆部材２１８の成分が感温抵抗体２４０周辺まで浸透することを防止し、感温抵抗体２４０の劣化を防止できた結果、電気抵抗の大きな変化を防止しているということができる。

また、上記実施形態では、第１基板２１０表面において、接続領域２１３は、ここに形成された電極パッド２１４，および，ＭＩケーブル３００における芯線３１０それぞれの端部３１４と共に、被覆部材２１８により被覆されている。これにより、電極パッド２１４を含め、この領域のシール性を高め、これらが劣化することを防止できる。

また、抵抗領域２１２は、その外周から接線方向に２３５μｍ以上離れた位置に重なり領域の外周が位置するような大きさ，形状で形成されているが、これは、後述する耐久試験の結果から導き出した条件「重なり領域外周が、抵抗領域２１２外周からその接線方向に向けて８０μｍ以上離れた位置関係となっていること」を充足している。そのため、本感温素子２００であれば、重なり領域外周が抵抗領域２１２からその外周の接線方向に８０μｍ未満しか離れていない構成と比べて、その耐久試験の環境下において感温抵抗体２４０の電気抵抗が大きく変化することがない。よって、その環境で使用しても温度の検出が適切に行えなくなってしまうことはない。

上述したように排気ガスに曝された状態で使用される感温素子２００においては、排気ガスが各基板２１０，２２０と接着層２３０との接着部分（界面）や多孔質状の接着層２３０の内部から感温素子２００内部に侵入し、感温抵抗体２４０を劣化（例えば、部分的に揮発，脆化など）させる恐れがあり、これが感温抵抗体２４０の電気抵抗を大きく変化させてしまう。つまり、排気ガスに曝された状態で使用される感温素子において、上述のように電気抵抗が大きく変化しない本発明の感温素子２００は、感温抵抗体２４０の劣化を防止できた結果、電気抵抗の大きな変化を防止しているということができる。
（３）変形例
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、感温素子２００の抵抗領域２１２が、上記重なり領域の形状に合わせて四角形とされている構成を例示した。しかし、この抵抗領域２１２の形状については、後述する耐久試験の結果から導き出された条件を充足するものであれば、重なり領域の形状に合わせた形状としなくてもよい。

また、上記実施形態においては、抵抗領域２１２に形成された感温抵抗体２４０のパターンが、感温素子２００の長手方向に沿って延びる経路を複数回屈曲させながら感温素子２００の幅方向全体に渡らせたパターンとなっている構成を例示した。しかし、この感温抵抗体２４０の形成パターンとしては、温度検出に適したパターンであれば、これ以外のパターンとなるように形成してもよい。

また、上記実施形態においては、抵抗領域２１２を被覆領域から２５０μｍ離れた位置に配置することにより、後述する耐久試験の結果から導き出された条件を充足している構成を例示した。しかし、この条件を充足するためには、抵抗領域２１２の第１基板２１０表面における配置を調整すること以外に、第１基板２１０，第２基板２２０の形状や大きさを調整した構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、第１基板２１０のうち、接続領域２１３のみを、被覆部材２１８により被覆した構成となっているものを例示した。しかし、被覆部材２１８により被覆する領域は、接続領域２１３以外に、感温素子２００の外周面のうち、第１基板２１０と第２基板２２０との接着層２３０による他の接着領域を被覆した構成としてもよい。具体的には、第１基板２１０，接着層２３０，第２基板２２０それぞれの界面が表れている側面領域の一部または一辺を、被覆部材２１８により被覆する被覆領域とすることが考えられる。但し、このように上記側面領域を被覆部材２１８により被覆する場合には、上記実施形態と同様に抵抗領域２２１と被覆領域とを２５０μｍ以上離間させる必要があることは言うまでもない。

また、上記実施形態においては、抵抗領域２１２を、その外周から接線方向に２３５μｍ以上離れた位置に重なり領域の外周が位置するような大きさ，形状で形成することにより、後述する耐久試験の結果から導き出された条件を充足している構成を例示した。しかし、この条件を充足するためには、抵抗領域２１２の第１基板２１０表面における配置を調整すること以外に、第１基板２１０，第２基板２２０の形状や大きさを調整した構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、第２基板２２０が、第１基板２１０と長さ方向に短いだけで、第１基板２１０と同じ幅となっている構成を例示した。しかし、第２基板２２０としては、後述する耐久試験にて用いられた試験用素子のうち、この耐久試験の結果から導き出された条件を充足しているものと同じ形状，具体的には第１基板２１０よりも幅方向に短くなっている（図３における上下方向の長さが短くなっている）試験用素子３，４におけるものを採用することもできる。
（４）耐久試験
以下に、温度センサ１における感温素子２００の構成を特定するために行った耐久試験について説明する。

この耐久試験では、以下に示す試験用素子１〜試験用素子６それぞれにつき、通電を行わない状態で１０００℃の大気中に１５０時間曝した前後における電気抵抗を測定し、その変化率（上昇割合）を算出した。これら試験用素子１〜試験用素子６は、被覆部材２１８で被覆されている領域の大きさ，および，第２基板２２０の大きさが異なっているのみで、その他の構成は共通している。

なお、ここでは、第１基板２１０として、表面が５．８ｍｍ（長さ）×１．３５ｍｍ（幅）からなり、その表面における長さ方向先端側の辺まで２５０μｍ，かつ，幅方向両端の辺それぞれまで２３５μｍ離れて位置する四角形（３．０ｍｍ（長さ）×０．８８ｍｍ（幅））の抵抗領域２１２が形成されたものを基準とし、これに以下の構成を採用したものを、試験用素子１〜６として耐久試験を行う。

試験用素子１は、第１基板２１０表面のうち、後端側において２．３ｍｍ（長さ）×１．３５ｍｍ（幅）からなる四角形の領域を接続領域２１３とし、それ以外の領域に、この領域と同じ大きさ（３．５ｍｍ（長さ）×１．３５ｍｍ（幅））となる接着層２３０および第２基板２２０を積層してなるものである（図３〜図５参照）。これにより、試験用素子１は、被覆部材２１８により被覆されている領域（被覆領域）と、抵抗領域２１２とが２５０μｍの間隔を空けた位置関係となっている。さらに、各基板２１０，２２０および接着層２３０それぞれの重なる領域（重なり領域）が、抵抗領域２１２外周からその接線方向に２３５μｍ以上離れた位置関係になっていることとなる。

試験用素子２は、図６に示すように、第１基板２１０表面のうち、後端側において２．３２ｍｍ（長さ）×１．３５ｍｍ（幅）からなる四角形の領域を接続領域２１３とし、それ以外の領域に、この領域と同じ大きさ（３．４８ｍｍ（長さ）×１．３５ｍｍ（幅））となる接着層２３０および第２基板２２０を積層してなるものである。このように、試験用素子２は、試験用素子１と比べて、被覆部材２１８により被覆されている領域が長さ方向に２０μｍだけ大きくなるように構成されている。つまり、被覆領域と抵抗領域２１２とが２３０μｍの間隔を空けた位置関係となっている。

試験用素子３は、試験用素子１に対し、第２基板２２０の大きさが異なっているだけのものである。具体的にいうと、図７，図８に示すように、第１基板２１０表面のうち、被覆部材２１８で被覆しない領域に、この領域と同じ大きさ（３．５ｍｍ（長さ）×１．３５ｍｍ（幅））となる接着層２３０を積層し、更に、上記被覆しない領域より幅方向に１００μｍ短い第２基板２２０（３．５ｍｍ（長さ）×１．２５ｍｍ（幅））を積層してなるものである。この第２基板２２０は、各基板２１０，２２０および接着層２３０の積層方向に投影した面において、幅方向の端部となる辺のうちの一方（図７における下側の辺；以下同様）が、第１基板２１０において幅方向の端部となる辺のうちの一方と重なるように配置される。これにより、第２基板２２０は、幅方向の端部となる辺のうちの他方（図７における上側の辺；以下同様）が、第１基板２１０において幅方向の端部となる辺のうちの他方から１００μｍだけ抵抗領域２１２側に近づいた構成となっている。つまり、試験用素子３では、上記重なり領域が、幅方向の端部となる辺のうちの他方の辺において、抵抗領域２１２の外周からその接線方向に１３５μｍだけ離れた位置関係になっていることとなる。

試験用素子４は、試験用素子１に対し、第２基板２２０の大きさが異なっているだけのものである。具体的にいうと、図９，図１０に示すように、第１基板２１０表面のうち、被覆部材２１８で被覆しない領域に、この領域と同じ大きさ（３．５ｍｍ（長さ）×１．３５ｍｍ（幅））となる接着層２３０を積層し、更に、上記被覆しない領域より幅方向に１５０μｍ短い第２基板２２０（３．５ｍｍ（長さ）×１．２０ｍｍ（幅））を積層してなるものである。この第２基板２２０は、上記投影した面において、幅方向の端部となる辺のうちの一方が、第１基板２１０において幅方向の端部となる辺のうちの一方と重なるように配置される。これにより、第２基板２２０は、幅方向の端部となる辺のうちの他方が、第１基板２１０において幅方向の端部となる辺のうちの他方から１５０μｍだけ抵抗領域２１２側に近づいた構成となっている。つまり、試験用素子４では、上記重なり領域が、幅方向の端部となる辺のうちの他方の辺において、抵抗領域２１２の外周からその接線方向に８５μｍだけ離れた位置関係になっていることとなる。

試験用素子５は、試験用素子１に対し、第２基板２２０の大きさが異なっているだけのものである。具体的にいうと、図１１，図１２に示すように、第１基板２１０表面のうち、被覆部材２１８で被覆しない領域に、この領域と同じ大きさ（３．５ｍｍ（長さ）×１．３５ｍｍ（幅））となる接着層２３０を積層し、更に、上記被覆しない領域より幅方向に２００μｍ短い第２基板２２０（３．５ｍｍ（長さ）×１．１５ｍｍ（幅））を積層してなるものである。この第２基板２２０は、上記投影した面において、幅方向の端部となる辺のうちの一方が、第１基板２１０において幅方向の端部となる辺のうちの一方と重なるように配置される。これにより、第２基板２２０は、幅方向の端部となる辺のうちの他方が、第１基板２１０において幅方向の端部となる辺のうちの他方から２００μｍだけ抵抗領域２１２側に近づいた構成となっている。つまり、試験用素子５では、上記重なり領域が、幅方向の端部となる辺のうちの他方の辺において、抵抗領域２１２の外周からその接線方向に３５μｍだけ離れた位置関係になっていることとなる。

試験用素子６は、試験用素子３に対し、第２基板２２０の大きさが異なっているだけのものである。具体的にいうと、図１３，図１４に示すように、第１基板２１０表面のうち、被覆部材２１８で被覆しない領域に、この領域と同じ大きさ（３．５ｍｍ（長さ）×１．３５ｍｍ（幅））となる接着層２３０を積層し、更に、上記被覆しない領域より幅方向に２５０μｍ短い第２基板２２０（３．５ｍｍ（長さ）×１．１ｍｍ（幅））を積層してなるものである。この第２基板２２０は、上記投影した面において、幅方向の端部となる辺のうちの一方が、第１基板２１０において幅方向の端部となる辺のうちの一方と重なるように配置される。これにより、第２基板２２０は、幅方向の端部となる辺のうちの他方が、第１基板２１０において幅方向の端部となる辺のうちの他方から２５０μｍだけ抵抗領域２１２側に近づいた構成となっている。つまり、試験用素子６では、抵抗領域２１２において幅方向の端部となる辺のうちの他方の辺が、上記重なり領域において幅方向の端部となる辺から１５μｍだけ、はみ出した位置関係になっていることとなる。

以上のような試験用素子１〜６について、上記耐久試験を行った結果，つまり１０００℃の大気中に１５０時間曝した前後における電気抵抗（抵抗値）の変化率を示すと、以下のようになる。

試験用素子１ → ０．２％の上昇
試験用素子２ → ０．７％の上昇
試験用素子３ → ０．２％の上昇
試験用素子４ → ０．５％の上昇
試験用素子５ → １．０％の上昇
試験用素子６ → ３．８％の上昇
上述した耐久試験における環境下で感温素子２００を使用する場合には、感温抵抗体２４０における抵抗値のバラツキや耐久劣化による温度誤差を±１．５％程度に抑える必要がある。このためには、通常、上記耐久試験における環境下であれば、その使用前後での電気抵抗の上昇割合を±０．６％未満に抑えることが必要とされている。そのため、変化率が０．６％未満である試験用素子１，３，４は、その要請を満たしているといえる。

ここで、上述した各試験用素子のうち、試験用素子１，２は、被覆領域と抵抗領域２１２との位置関係のみが異なるものであり、試験用素子１，３〜６は、重なり領域と抵抗領域２１２との位置関係のみが異なるものであることから、これらを分けて検討する。

まず、被覆領域と抵抗領域２１２との位置関係のみが異なる「試験用素子１，２」については、被覆領域と抵抗領域２１２とが２５０μｍの間隔であれば、電気抵抗の変化率を±０．６％未満とすることができるのに対し、２３０μｍの間隔であると、電気抵抗の変化率を±０．６％未満とすることができない。

上述したように、被覆部材２１８により外周面を被覆した感温素子２００においては、使用過程または製造工程において被覆部材２１８の成分が感温抵抗体２４０周辺まで浸透してしまう恐れがある。こうして、被覆部材２１８の成分が感温抵抗体２４０周辺まで浸透してしまうと、その成分が感温抵抗体２４０を劣化させる結果、その電気抵抗が大きく変化してしまうことが考えられる。

ところが、上述した試験用素子１においては、試験用素子１のように、被覆領域と抵抗領域２１２とが２５０μｍの間隔を空けて配置されている場合に、電気抵抗の大きな変化が起こっていない。これは、このような距離を実現できる構成であれば、感温素子２００内部への被覆部材２１８の浸透が妨げられており、これにより、感温抵抗体２４０の劣化，ひいては電気抵抗の大きな変化を防止できているからといえる。

つまり、電気抵抗の変化率を適切な範囲に収めるようにするためには、被覆領域と抵抗領域２１２との間隔を２５０μｍとすることが望ましいといえる。
このことから、上記耐久試験の環境下において、感温抵抗体２４０の抵抗値が適切な変化率で収まるようにするためには、「被覆領域と抵抗領域２１２とが２５０μｍの間隔を空けた位置関係となっていること」を条件として充足する必要があることが明らかとなった。

次に、重なり領域と抵抗領域２１２との位置関係のみが異なる「試験用素子１，３〜６」については、重なり領域外周と抵抗領域２１２外周との距離が２５０μｍ〜８５μｍまでの間であれば、電気抵抗の変化率を±０．６％未満とすることができるのに対し、３５μｍ以下であると、電気抵抗の変化率を±０．６％未満にすることができない。

ここで、本発明の温度センサ１における感温素子２００は、キャップ３２０に形成された流通孔３２２を介して被取付部内の雰囲気に曝されるため、この状態において、各基板２１０，２２０と接着層２３０との接着領域（界面）や多孔質状の接着層２３０の内部から感温素子２００内部に排気ガスが侵入する恐れがある。こうして感温素子２００内部に排気ガスが侵入してしまうと、この排気ガスが感温抵抗体２４０を劣化させる結果、その電気抵抗が変化してしまうことが考えられる。

ところが、試験用素子１，３，４のように、重なり領域外周と抵抗領域２１２外周との距離が２５０μｍ〜８５μｍである場合には、電気抵抗の大きな変化が起こっていない。これは、このような距離の範囲を実現できる構成であれば、感温素子２００内部への排気ガスの侵入が妨げられており、これにより、感温抵抗体２４０の劣化，ひいては電気抵抗の大きな変化を防止できているからといえる。

つまり、電気抵抗の変化率を適切な範囲に収めるようにするためには、重なり領域外周が、抵抗領域２１２外周からその接線方向に２５０μｍ〜８５μｍ程度離れた位置関係となるように構成することが望ましいといえる。

さらに、この数値範囲から更に適切な値を決定するために、「試験用素子１，３〜６」それぞれについての電気抵抗の変化率を縦軸にプロットし、重なり領域外周から抵抗領域２１２外周までの距離を横軸にプロットしたグラフを作成したところ（図１５参照）、その間隔を８０μｍとしたときに電気抵抗の変化率が０．６％を下回る（０．６％未満となる）ことが推測される。

このことから、上記耐久試験の環境下において、感温抵抗体２４０の抵抗値が適切な変化率で収まるようにするためには、「重なり領域外周が、抵抗領域２１２外周からその接線方向に向けて８０μｍ以上離れた位置関係となっていること」を条件として充足する必要があることが明らかとなった。

なお、上述した実施形態における感温素子２００は、上記試験用素子１〜６のうち、試験用素子１と同じ構成のものである。

温度センサを示す断面図 温度センサを示す要部断面図 感温素子（試験用素子１）の構造を示す上面図 感温素子（試験用素子１）の構造を示す要部断面図（Ａ−Ａ断面） 感温素子（試験用素子１）の構造を示す要部断面図（Ｂ−Ｂ断面） 試験用素子２の構造を示す上面図 試験用素子３の構造を示す上面図 試験用素子３の構造を示す要部断面図 試験用素子４の構造を示す上面図 試験用素子４の構造を示す要部断面図 試験用素子５の構造を示す上面図 試験用素子５の構造を示す要部断面図 試験用素子６の構造を示す上面図 試験用素子６の構造を示す要部断面図 重なり領域外周と抵抗領域外周との間隔それぞれにおける電気抵抗の変化率と、重なり領域外周から抵抗領域外周までの距離とをプロットしたグラフ

符号の説明

１…温度センサ、１００…ハウジング、１１０…フランジ、１１２…鞘部、１１４…突出部、１１６…シール面、１１８…内孔、１２０…取付ナット部材、１２２…雄ネジ部、１２４…ナット部、１３０…リード線、１３２…端部、１４０…接続端子、１５０…絶縁チューブ、１６０…グロメット、１７０…継手、２００…感温素子、２１０…第１基板、２１２…抵抗領域、２１３…接続領域、２１４…電極パッド、２１６…厚膜パッド、２１８…被覆部材、２２０…第２基板、２３０…接着層、２４０…感温抵抗体、２４２…端部、３００…ＭＩケーブル、３１０…芯線、３１２…端部、３１４…端部、３２０…キャップ、３２２…流通孔、３２４…防振層、３２６…遮蔽層。

Claims (4)

1. セラミックスを主成分とする板状の第１基板と、
   該第１基板の表面における所定の領域内にパターン形成された感温抵抗体と、
   セラミックスを主成分とする板状の部材であって、前記第１基板における表面側に積層される第２基板と、
   セラミックスを主成分とする部材であって、前記感温抵抗体を覆うように前記第１基板および前記第２基板の間に介在して両基板を接着する接着層と、
   を有する感温素子において、
   ガラスを主成分とする部材であって、当該感温素子の外周面のうち、前記第１基板と前記第２基板との前記接着層による接着領域の少なくとも一部を被覆する被覆部材を有しており、
   当該感温素子を前記第１基板と前記第２基板との積層方向に投影した面において、前記被覆部材に相当する被覆領域、および、前記感温抵抗体に相当する抵抗領域が、２５０μｍ以上の間隔を空けた位置関係となるように構成されている
   ことを特徴とする感温素子。
2. 前記第１基板の表面には、前記感温抵抗体との電気的な接続状態を実現するための領域である接続領域が形成されており、
   前記第２基板は、前記第１基板の表面のうち、前記接続領域以外の領域に積層されており、
   前記被覆部材は、前記接着領域のうち、前記第１基板の表面において前記第２基板が積層されている領域と前記接続領域との境界部分に沿った領域を、前記接続領域と共に被覆している
   ことを特徴とする請求項１に記載の感温素子。
3. 当該感温素子を前記第１基板と前記第２基板との積層方向に投影した面において、前記第１基板，前記第２基板および前記接着層それぞれに相当する領域が重なる重なり領域の外周が、前記抵抗領域の外周から該抵抗領域外周の接線方向に８０μｍ以上離れた位置関係となるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の感温素子。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の感温素子と、該感温素子を保持する保持部と、前記感温素子および前記保持部を被取付部に取り付けるための取付部と、を備えている
   ことを特徴とする温度センサ。