JP2007232598A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】温度検知素子の検知部やリード部に安価な卑金属を用いつつも小型化を実現できる温度センサを提供する。
【解決手段】温度検知素子２０のセラミック基体２５に埋設された検知部にリード部３２を介し電気的に接続された電極取出部２８は、セラミック基体２５の外部に露出されている。電極取出部２８の一部を構成するプラチナめっき層２６３は耐酸化性およびガス不透過性を有する耐酸化緻密部として機能する。ガスがセラミック基体２５の内部に進入することがなく、検知部３１やリード部３２に安価で入手が容易な卑金属を用いても酸化しない。よって高温雰囲気に曝される検知部に電極取出部２８を近づけた構成としても酸化することがないので小型化が図れる。
【選択図】図４

Description

本発明は、板状の温度検知素子を備える温度センサに関し、詳細には温度検知素子の検知部に卑金属を用いた温度センサに関するものである。

従来、例えば自動車の排気ガスの温度を測定する温度センサのように、温度検知素子が１０００℃以上の高温雰囲気に曝される環境で使用される場合、温度検知を行うための検知部に耐熱性の高い貴金属、例えばＰｔ（プラチナ）を用いていた。プラチナは抵抗温度係数が低いため、温度の測定を行った場合に温度の変化に対して抵抗値の変化が小さく測定誤差を生ずる虞がある。また、貴金属であるため高価であった。

そこで、貴金属の代わりに卑金属、例えばＷ（タングステン）を検知部に用いれば、タングステンは抵抗温度係数がプラチナより大きいので、温度測定の感度を高め測定誤差を小さくすることができる（例えば、特許文献１参照。）。また材料単価も低いため生産コストを低減できるという利点もあるが、その反面として、タングステンは耐酸化性が低い。このため、排気ガスの温度測定を行う温度検知素子を作製するにあたって、高温雰囲気に曝される検知部が酸素に触れないように板状の２枚のセラミックシート間に検知部を含む素子のパターンを挟んだものを同時焼成する方法などが用いられる。このように温度検知素子を作製すれば、検知部をセラミック基体内に埋設することができるので、気密性を高め、検知部を酸素に触れにくくすることができる。

ところで、上記のように作製される温度検知素子では、検知部をセンサの外部回路と接続するための電極取出部が、検知部が埋設される側であるセラミック基体の一端側とは長手方向に反対側の他端側にて、その一部を外部に露出させた状態で設けられる。また、検知部と電極取出部とは、セラミック基体内でリード部によって電気的に接続される構成となる。
特開平７−１９０８６３号公報

しかしながら、温度センサの使用時に、セラミック基体の外部に露出している電極取出部を介し、ガスがセラミック基体内に進入し、進入したガスがリード部に達し、リード部が酸素と接触する虞があった。そして、リード部は卑金属などにより形成されているため、リード部が高温雰囲気に曝されていると酸化されてしまう虞があった。これを防止するには検知部側が高温となってもリード部の電極取出部側では酸化しにくい温度となるように、セラミック基体の全長を長く構成して検知部と電極取出部との間の距離を遠ざけるとよいが、温度センサが大型化してしまうという問題が生じた。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、温度検知素子の検知部やリード部に安価な卑金属を用いつつも小型化を実現できる温度センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の温度センサは、板状の温度検知素子を収容した温度センサであって、前記温度検知素子は、絶縁性セラミックスからなる板状の基体と、卑金属を主体とし、４０００ｐｐｍ／度以上の抵抗温度係数を有すると共に、前記基体の内部に気密に埋設された検知部と、少なくとも一部が前記基体の外部に露出する電極取出部と、卑金属を主体とし、一端が前記検知部と電気的に接続すると共に、他端が前記電極取出部と電気的に接続するリード部とを備え、前記電極取出部は、少なくとも前記基体の外部のガスに接触する部分が耐酸化性を有し、前記電極取出部の少なくとも一部は、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する耐酸化緻密部であり、前記耐酸化緻密部は、前記リード部に前記ガスが進入することを防止するように配設されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明の温度センサは、板状の温度検知素子を収容した温度センサであって、前記温度検知素子は、絶縁性セラミックスからなる板状の基体と、卑金属を主体とし、４０００ｐｐｍ／度以上の抵抗温度係数を有すると共に、前記基体の内部に気密に埋設された検知部と、少なくとも一部が前記基体の外部に露出する電極取出部と、一端が前記検知部と電気的に接続すると共に、他端が前記電極取出部と電気的に接続するリード部とを備え、前記電極取出部は、少なくとも前記基体の外部のガスに接触する部分が耐酸化性を有し、前記リード部のうち、前記電極取出部側の一部は、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する耐酸化緻密部であり、前記リード部のうち、前記耐酸化緻密部よりも前記検知部側は、卑金属を主体とし、前記基体の内部に気密に埋設されていることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明の温度センサは、請求項１または２に記載の発明の構成に加え、前記検知部、前記リード部および前記電極取出部の合成抵抗値に対する前記検知部の抵抗値の割合を示す抵抗寄与率が８０％以上であることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明の温度センサは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記検知部の比抵抗値は、前記リード部の比抵抗値よりも大きいことを特徴とする。

また、請求項５に係る発明の温度センサは、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記検知部は、卑金属とセラミック材料とからなるサーメットであることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明の温度センサは、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記耐酸化緻密部は、貴金属と卑金属との合金からなることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明の温度センサは、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記卑金属として、少なくとも、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒのうちのいずれかを含むことを特徴とする。

請求項１に係る発明の温度センサの備える温度検知素子では、温度検知を行う検知部に４０００ｐｐｍ／度以上の抵抗温度係数を有するように卑金属を主体としたものを使用することで、被検知媒体の温度変化に対する抵抗値変化の度合いを大きくすることができ、感度を高め、正確な被検知媒体の温度検知を行うことができる。一般に卑金属は貴金属と比べ耐酸化性に劣るが、検知部をセラミックスからなる基体の内部に気密に埋設したことで検知部が被検知媒体に直接触れることがなく、温度検知素子が高温の雰囲気中に曝されても検知部が酸化することはない。また、リード部を介してこの検知部と電気的に接続された電極取出部は、温度検知のための電流を検知部に流すことができるように一部が基体の外部に露出されている。この電極取出部を基体から露出させる部位を介して温度検知素子の周囲のガスが基体内に進入するとリード部に達する虞があるが、本発明では電極取出部の少なくとも一部を耐酸化緻密部として構成しており、この耐酸化緻密部によってリード部にガス、特に酸素に接触することが防止されている。つまりリード部は酸化から保護された状態であり、リード部の材料として貴金属よりも安価な卑金属を使用することができるので、製造コストを低減することができる。また、電極取出部自身もガスに接触する部分は耐酸化性を有しているので、温度検知素子の構成として、電極取出部を、高温雰囲気中に曝される検知部側から遠ざける必要がなく、検知部側に近づけた構成を実現することができる。従って、卑金属を使用した本発明の温度検知素子は全長を短く構成することができ、ひいては温度センサの小型化を図ることができる。

なお、本発明において、「耐酸化性を有する」とは、導体を大気中に４００℃で１００時間曝したときに、その導体の抵抗値が初期値に対し１５０％を超えて上昇しないことをいう。また、本発明において、「卑金属を主体とする」とは、卑金属を５０重量％以上含有することをいう。ここで「卑金属」とは、一般的に「貴金属」の対義語として利用され、古くは金、銀以外の金属全般をいうが、化学的にはイオン化傾向が比較的大きく、高温雰囲気中で容易に酸化される性質を有する金属である。

また、請求項２に係る発明では、リード部のうち電極取出部側の一部が耐酸化緻密部となっており、リード部のうち、この耐酸化緻密部よりも検知部側の部位に卑金属を使用しても、上記同様、電極取出部を介し基体内に進入したガスによる酸化から保護することができる。また、卑金属を主体として温度検知の感度を高めた検知部についても、基体内に気密に埋設されているので酸化することはない。そして、電極取出部自身もガスに接触する部分が耐酸化性を有する構成であるので、温度検知素子の全長を短く構成して温度センサの小型化を図ることができると共に、上記のように検知部やリード部に卑金属を使用することで材料費を削減し、製造コストを低減することができる。

ところで、温度検知素子による温度検知は、検知部、リード部および電極取出部の合成抵抗値の測定に基づくこととなる。すなわち、リード部や電極取出部の抵抗値は合成抵抗値に加えられることとなる。上記のように温度検知素子の小型化を図れば、検知部の抵抗値だけでなく、リード部や電極取出部も温度変化の影響を受けて抵抗値も変化してしまうため、温度検知の検知精度が低下する。そこで請求項３に係る発明のように、検知部の抵抗寄与率を８０％以上とすれば、温度検知の際に、検知部から得られる抵抗値に対し、リード部や電極取出部から得られる抵抗値を、より小さくすることができる。また、被検知媒体の温度が所定の大きさ分変化したときに、リード部と電極取出部とから得られる抵抗値の変化量に対し、検知部から得られる抵抗値の変化量を大きくすることもできる。つまり、被検知媒体の温度変化に合わせて大きく変化する検知部の抵抗値に対し、リード部と電極取出部との抵抗値およびその抵抗値変化を小さくすることができるので、より正確な温度検知を行うことができる。

そして検知部の比抵抗値が大きくなれば、被検知媒体の温度変化に対する検知部の抵抗値変化の度合いは、より大きくなる。請求項４に係る発明のように、検知部の比抵抗値をリード部の比抵抗値よりも大きくすれば、検知部、リード部および電極取出部の寸法を変化させることなく、容易に、検知部の抵抗寄与率を高くすることができる。

また、請求項５に係る発明では、検知部を卑金属とセラミック材料とからなるサーメットとした。検知部が埋設される基体もセラミックスからなるので、基体内に検知部を埋設した際の馴染みがよく、気密性を高めることができる。このため、貴金属と比べ酸化しやすい卑金属を検知部に用いても、検知部が被検知媒体に接触することがなく、耐酸化性を高めることができる。また、基体内に隙間なく埋設されるので、衝撃等に強く耐久性を高くすることができる。ところで、一般的に基体内部の検知部の埋設は焼成によって行われるが、焼成の際のサーマルショックにより基体にクラックを生ずる場合がある。しかし、検知部をサーメットとしたことで、検知部と基体との熱収縮の差を小さくすることができるため、熱反応を小さくし、クラックの発生を防止することができる。また、加えるセラミックスの量を変化させることで、抵抗温度係数を変えることなく抵抗値を調整できる。

ところで、耐酸化性とガス不透過性とを併せ持つ耐酸化緻密部は、貴金属を用いれば容易に構成することができる。しかし貴金属は高価であるので、請求項６に係る発明のように、耐酸化緻密部を貴金属と卑金属との合金から構成すれば、貴金属の使用量を減らすことができ、製造コストを低減することができる。

そして検知部やリード部に用いる卑金属としては、請求項７に係る発明のように、比較的安価で容易に入手することが可能な、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒのうちのいずれかを使用することが好ましい。

以下、本発明を具体化した温度センサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、一例としての温度センサ１００の全体の構造について説明する。図１は、温度センサ１００の部分断面図である。なお、図１は板状の温度検知素子２０を側方から見た状態にて描いたものである。図１において下側を温度センサ１００の先端側とし、上側を後端側として説明する。

本実施の形態の温度センサ１００は、自動車等の排気管に組み付けられて、排気管内を流通する排気ガスの温度を測定するためのセンサである。図１に示すように、温度センサ１００は、概略、軸線Ｏ方向に延びる筒状のハウジング１０内に板状の温度検知素子２０が軸線Ｏ方向に沿って収容され、温度検知素子２０の出力を取り出すための２本のリード線８５が、ハウジング１０の後端側に固定されたシース管８０を介し外方に引き出された構成を有する。

ハウジング１０は、例えばＮｉ（ニッケル）等の耐熱性を有する金属を主体として形成され、先端部１１側が閉じられ後端部１３側が開放された有底筒形状をなす。ハウジング１０の先端部１１の側面や先端面には複数の開口１５が設けられ、この開口１５よりハウジング１０の内外へガスが流通可能となっている。また、ハウジング１０の中央部１２よりやや後端側には鍔状の取付部１４が形成されている。この取付部１４には、温度センサ１００を、その先端部１１側を排気管（図示外）内に挿入させた状態で固定するための固定部材９０が係合保持されている。

また、ハウジング１０の後端部１３は開放され、その開口部の内周側に、ニッケル等の耐熱性合金からなる円環状のスペーサ４０と、円環状のＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）４１とが連なって配置されている。スペーサ４０およびＰＴＦＥ４１の内周側にはシース管８０が挿通され、ハウジング１０の開口部の外周がローリング加圧されることにより、スペーサ４０、ＰＴＦＥ４１およびシース管８０がハウジング１０に固定されている。

シース管８０内には温度検知素子２０の出力を取り出すための２本のリード線８５が挿通され、更にマグネシア等の絶縁粉末が充填されて、２本のリード線８５がそれぞれ絶縁配置されている。各リード線８５はハウジング１０内でシース管８０より露出され、それぞれの先端に加締めによって端子金具６０が取り付けられている。そして各端子金具６０は、温度検知素子２０の後端部２３を互いに向き合うようにして側方より板厚方向に挟み、温度検知素子２０に固定されている。温度検知素子２０の後端部２３には後述する２つの電極パッド２６（図２参照）が設けられており、各端子金具６０は、各電極パッド２６と電気的に接続されている。

温度検知素子２０は、自身の先端部２１が、ハウジング１０内部で開口１５付近に配置されるように位置決めされ、自身の中間部２２を、ハウジング１０の内部で先端部１１と中央部１２との間の位置に配設された保持部材５０によって保持されている。保持部材５０は、例えばアルミナ磁器から形成されている。また、ハウジング１０は、保持部材５０の先端側および後端側の両側にて保持部材５０を挟むように、その外径が細く絞られており、保持部材５０の位置決めと固定がなされている。

次に、温度検知素子２０の詳細な構造について、図２〜図４を参照して説明する。図２は、温度検知素子２０の分解斜視図である。図３は、温度検知素子２０の抵抗体３０の配線パターンを示す図である。図４は、温度検知素子２０の後端部２３を側方から見た電極パッド２６を含む部位の断面図である。

図２に示すように、温度検知素子２０は、セラミック基体２５と、その内部に埋設される抵抗体３０と、セラミック基体２５の後端部２３側の外面に設けられ、導体２７を介し内部の抵抗体３０と電気的に接続される電極パッド２６とから構成される。

図３に示す、抵抗体３０はタングステンを主体とする導電性の抵抗体であり、検知部３１とリード部３２とから構成される。リード部３２は太幅で直線状に延びる２本の平行な配線パターンとして構成されている。また、検知部３１は、リード部３２の一端側のそれぞれの端部３３間を接続する細幅でジグザグ状の配線パターンとして構成されている。

次に、図２に示すように、セラミック基体２５は２枚の板状のセラミックシート２５１，２５２から構成され、両者間に抵抗体３０を挟み込んだ状態で焼成されることにより一体となり、内部に抵抗体３０を埋設した状態となる。抵抗体３０は、検知部３１側がセラミックシート２５１，２５２の先端部２５３側（温度検知素子２０として形成された際の先端部２１側）に配置される。また、セラミックシート２５２の後端部２５４（温度検知素子２０として形成された際の後端部２３）には、セラミックシート２５２の厚み方向に貫通する２つのスルーホール２５５がセラミックシート２５２の短手方向に並んで形成されている。このスルーホール２５５の形成位置には、抵抗体３０のリード部３２の端部３４がそれぞれ配置される。

図２に示すように、セラミックシート２５２のスルーホール２５５には、タングステンを主体とし、抵抗体３０のリード部３２と電気的に接続される導体２７がそれぞれ充填形成される。また、セラミックシート２５２の後端部２５４の外側の面（セラミックシート２５１に対向する面とは反対側の面）上には、２つのスルーホール２５５に対応する位置に電極パッド２６がそれぞれ形成される。

図４に示すように、電極パッド２６は、セラミックシート２５２の外側の面上にてスルーホール２５５の開口を覆って導体２７と電気的に接続されるように形成されるタングステン層２６１と、このタングステン層２６１を覆うニッケルめっき層２６２と、更にこのニッケルめっき層２６２を覆うプラチナめっき層２６３とから構成される。そしてこの電極パッド２６と導体２７とで、電極取出部２８が構成される。なお、このプラチナめっき層２６３が、本発明における「耐酸化緻密部」として機能する。

このような構造を有する温度検知素子２０は、以下のように作製される。まず、焼成後にセラミックシート２５１，２５２となる未焼成アルミナシートを作製する。具体的には、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）９７質量部と、イットリア５．４ｍｏｌ％共沈型ジルコニア（純度９９％以上、平均粒径０．３μｍ）３質量部と、ブチラール樹脂１４質量部と、ジブチルフタレート７質量部とを配合し、更にトルエンおよびメチルエチルケトンからなる混合溶媒を混合して、スラリーとする。そして、これをドクターブレード法によりシート状とし、トルエンおよびメチルエチルケトンを揮発させて、２枚の未焼成アルミナシートを作製する。更に、焼成後にセラミックシート２５２となる側の未焼成アルミナシートに、スルーホール２５５となる貫通孔を形成する。

次に、焼成後に導体２７となる未焼成導体を形成する。具体的には、プラチナ４４ｖｏｌ％と、タングステン１０ｖｏｌ％と、アルミナ８ｖｏｌ％と、ポリビニルブチラール樹脂１４ｖｏｌ％と、溶剤２４ｖｏｌ％とを混合して、高密度白金タングステン合金導電インクを準備する。そして、この高密度白金タングステン合金導電インクを、焼成後にセラミックシート２５２となる未焼成アルミナシートの後端付近に形成したスルーホール２５５となる貫通孔に充填印刷し、未焼成導体を形成する。なお、高密度白金タングステン合金導電インクを使用しているので、導体２７も、本発明における「耐酸化緻密部」として機能する。

また、焼成後に電極パッド２６のタングステン層２６１となる電極パッドパターンを形成する。具体的には、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）３質量部とタングステン粉末１００質量部とを配合し、エトセルバインダ６質量部を加え、更にブチルカルビトールを溶媒として混合し導電性ペーストを調製する。そして、この導電性ペーストを、上記セラミックシート２５２となる未焼成アルミナシートの一方の面（焼成後にセラミックシート２５１となる未焼成アルミナシートとの貼り合わせ面とは反対側の面）に、未焼成導体を覆うように予め決められた矩形や楕円形などの形状に印刷し、乾燥させ、タングステン層２６１となる電極パッドパターンを形成する。

次に、焼成後に抵抗体３０の検知部３１となる配線パターンを形成する。具体的には、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）１２質量部と、タングステン粉末１００質量部と、エトセルバインダ８質量部とを配合し、更にブチルカルビトールを溶媒として混合して、卑金属とセラミック材料とからなるサーメットを調製する。なお、上記タングステン粉末とアルミナ粉末との混合比は一例であって、検知部３１の配線パターンや目標とする抵抗値により適宜に選択される。そしてこのサーメットを、上記セラミックシート２５２となる未焼成アルミナシートの一方の面（焼成後にセラミックシート２５１となる未焼成アルミナシートとの貼り合わせ面）に印刷し、乾燥させて、検知部３１となる配線パターンを形成する。

また、同様に、焼成後に抵抗体３０のリード部３２となる配線パターンを形成する。具体的には、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）１２質量部と、タングステン粉末１００質量部と、エトセルバインダ８質量部とを配合し、さらにブチルカルビトールを溶媒として混合して、導電性のペーストとする。そして、この導電性ペーストを、上記同様、セラミックシート２５２となる未焼成アルミナシートの一方の面に印刷し、乾燥させて、リード部３２となる配線パターンを形成する。なお、リード部３２の端部３４となる部位は、未焼成導体を覆う位置に形成し、端部３３となる部位は、検知部３１となる配線パターンの両端それぞれと電気的に接続される位置に形成する。

次に、焼成後にセラミック基体２５となる積層体を作製する。具体的には、焼成後にセラミックシート２５１となるアルミナシートの一方の面（焼成後にセラミックシート２５２となる未焼成アルミナシートとの貼り合わせ面）に、アルミナ層用未焼成シートをブチルカルビトールにて希釈した貼り合わせ用ペーストを２０μｍの厚みで印刷する。その後、アルミナシート同士を貼り合わせ、５０℃、９０秒間、３５±５ｋｇ／ｃｍ２で真空圧着して一体化し、積層体を作製する。

そしてこの積層体を焼成し、セラミック基体２５を作製する。具体的には積層体を大気雰囲気中、２５０℃で６時間加熱し、脱脂する。これを水素ウェッターが注入された雰囲気中、１５４０℃で４時間焼成する。

次に、焼成されたセラミック基体２５のうち、電極パッド２６のタングステン層２６１に、Ｐｄを核付け（触媒核の付与）を行って活性化させる。その後、ニッケルめっきを施してタングステン層２６１上にニッケルめっき層２６２を形成し、Ｈ２炉にて８００℃でシンター処理を行って焼き付けする。更にプラチナめっきを施し、ニッケルめっき層２６２上にプラチナめっき層２６３を形成し、Ｈ２炉にて８００℃でシンター処理を行って焼き付けする。このようにして、タングステン層２６１、ニッケルめっき層２６２およびプラチナめっき層２６３からなる電極パッド２６が形成された温度検知素子２０が完成する。

このようにして作製される温度検知素子２０は、セラミック基体２５に埋設される抵抗体３０の検知部３１が卑金属とセラミック材料とのサーメットから形成されるため、上記のように焼成により作製されるセラミック基体２５との馴染みがよく、焼成後にセラミック基体２５内に完全に密封される。そしてセラミック基体２５内に隙間なく埋設されるため、衝撃等に強く耐久性が高い。さらに、本実施の形態では、セラミック基体を構成するセラミックスとサーメットを構成するセラミックスとが同一であるため、その効果は顕著に現れる。

また、電極取出部２８の一部を構成する電極パッド２６に、耐酸化緻密部として機能するプラチナめっき層２６３を設けたことで、セラミック基体２５のスルーホール２５５が完全に覆われ、セラミック基体２５内へのガスの進入が防止される。このため、セラミック基体２５内に埋設した抵抗体３０のリード部３２が酸素と接触することはなく、酸化しない。このため、リード部３２の材料として貴金属よりも酸化しやすい卑金属を用いることができる。更に、電極取出部２８の一部を構成する電極パッド２６は、最も外側に形成されたプラチナめっき層２６３に覆われた形態を有し、耐酸化性が高い。このように、温度検知素子２０は、検知部３１、リード部３２および電極取出部２８が酸化から保護された構成であるので、検知部３１が設けられる先端部２１と、電極取出部２８が設けられる後端部２３とを近づけた構成、すなわち小型化の実現が可能である。

ところで、温度検知素子２０による温度検知は、検知部３１、リード部３２および電極取出部２８の合成抵抗値の測定に基づくこととなる。すなわち、リード部３２や電極取出部２８の抵抗値は合成抵抗値に加えられることとなる。上記のように小型化を図ることができる温度検知素子２０を利用した温度センサ１００を用いて温度検知を行った場合、検知部３１のみならずリード部３２や電極取出部２８もまた高温雰囲気中に曝されてしまう場合がある。これにより、検知部３１の抵抗値だけでなく、リード部３２や電極取出部２８に温度変化が生じてリード部３２や電極取出部２８自身の抵抗値も変化するので、温度検知素子２０全体としての温度検知における検知精度が低下する虞がある。そこで検知部３１、リード部３２および電極取出部２８の合成抵抗値に対する検知部３１の抵抗値の割合を示す検知部３１の抵抗寄与率が高くなるように構成すれば、上記合成抵抗値にリード部３２および電極取出部２８の抵抗値やそれらの抵抗値変化が含まれていたとしても、上記合成抵抗値を検知部３１の抵抗値として近似させることができる。後述する実施例１の結果に基づくと、検知部３１の抵抗寄与率を８０％以上とすることが好ましい。

そして、本実施の形態のように検知部３１を細幅でジグザグ状に構成したことで、検知部３１の抵抗値を増大させ、一方で、リード部３２を太幅に構成したことで、リード部３２の抵抗値を低減させることができる。この構成により、検知部３１の抵抗寄与率を高くすることができるので、より正確な温度検知を行うことができる。

このように構造的に感度向上を図ることの他に、検知部３１やリード部３２の材質を工夫することでも感度を向上することができる。上記したように、検知部３１に卑金属を用いることを可能としたため、この検知部３１に貴金属と比べ抵抗温度係数の高い卑金属を用いれば、温度検知における感度（被検知媒体の温度変化に対する抵抗値変化の度合い）を高めることができる。この場合、４０００ｐｐｍ／度以上の抵抗温度係数を有する卑金属を用いれば、貴金属を使用した温度検知素子と比べ、より効果的に温度検知の感度を高めることができる。具体的にはＷ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン），Ｍｎ（マンガン），Ｔｉ（チタン），Ｃｒ（クロム），Ｚｒ（ジルコニウム）のいずれかを使用することが好ましい。これらの卑金属は、比較的安価で入手も容易である。更に、検知部３１の比抵抗値がリード部３２の比抵抗値よりも大きくなるように構成すれば、温度検知の感度向上に、より効果的である。

［実施例１］
上記のように作製した温度センサ１００の温度検知素子２０について、検知部３１の抵抗寄与率を８０％以上としたことによる効果を確認するため、以下に示す評価試験を行った。

検知部の抵抗寄与率を５０％，６０％，７０％，８０％とした４種類の温度検知素子を各種５個ずつ、合計２０個のサンプルを作製した。そして机上にて、全サンプルの検知部における温度が１００℃前後となるように周囲の温度（雰囲気温度）を高め、各サンプルの抵抗値を測定した。なお、リード部や電極取出部については必ずしも温度が１００℃前後となるわけではなく、加熱状態にばらつきが生ずる。また同様に、雰囲気温度を０℃，３００℃，６００℃，９００℃として検知部を加熱した場合についても全サンプルの抵抗値測定を行った。その結果を図５に示す。

図５に示すように、この評価試験の結果、抵抗寄与率の大きさによって雰囲気温度に対する抵抗値のばらつき範囲の大きさに差がみられた。例えば、抵抗寄与率が５０％のサンプル群では、雰囲気温度１００℃付近において、抵抗値の最大値２１０Ωと最小値１７１Ωとの差は３９Ωであった。一方、雰囲気温度９００℃付近では、抵抗値の最大値８０３Ωと最小値５８９Ωとの差が２１４Ωとなった。これに対し、抵抗寄与率が８０％のサンプル群では、雰囲気温度１００℃付近において、抵抗値の最大値２８５Ωと最小値２７０Ωとの差は１５Ωであった。一方、雰囲気温度９００℃付近では、抵抗値の最大値９８２Ωと最小値９３０Ωとの差が５２Ωであった。雰囲気温度が高くなるにつれて、いずれのサンプル群においても抵抗値のばらつき範囲が増大したが、同じ温度条件では、抵抗寄与率が高くなるほど雰囲気温度に対する抵抗値のばらつき範囲の大きさが小さくなることが確認できた。つまり、雰囲気温度に対する抵抗値は、検知部の抵抗寄与率を大きくするほどリード部および電極取出部の抵抗値やそれらの抵抗値変化による温度検知への影響を小さくすることができ、ばらつきを抑えられることが確認できた。この評価試験の結果より検知部の抵抗寄与率が８０％あれば十分にばらつきを抑えられることがわかり、検知部の抵抗寄与率を８０％以上に規定すれば、実際に使用する上で十分に、雰囲気温度の変化に即した抵抗値変化を得られることがわかった。

なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、本実施の形態では温度検知素子２０の電極パッド２６を３層から構成したが、図６に示す、温度検知素子３００の電極パッド３６０のように、卑金属と貴金属との合金から形成してもよい。この電極パッド３６０は、タングステン等の卑金属とプラチナ等の貴金属との合金、具体的には含有したＰｔ−１８．４ｗｔ％Ｗ合金から形成した導電性ペーストを、印刷して焼成したものである。卑金属と貴金属とを混合したことにより、貴金属の有する高い耐酸化性とガスに対する不透過性を得ることができる。すなわち、この電極パッド３６０が、本発明における「耐酸化緻密部」として機能する。また、この電極パッド３６０の材料に卑金属を用いることで、耐酸化緻密部を安価に作製し、ひいては温度センサ１００の製造コストを低減することができる。なお、本実施の形態と同様に、導体２７と電極パッド３６０とで電極取出部３８０が構成される。

また、図７に示す温度検知素子４００のように、導体４２７を、上記変形例と同様に、タングステン等の卑金属とプラチナ等の貴金属との合金から形成した、本発明における「耐酸化緻密部」として機能させてもよい。この構成においても、導体４２７によってセラミック基体２５の内部へのガスの進入が防止されると共に、導体４２７自身が高い耐酸化性を有することができる。このため、温度検知素子４００を用いた温度センサ１００を高温雰囲気中で使用しても、導体４２７やリード部３２が酸化することはない。そして導体４２７の材料に卑金属を用いることで、耐酸化緻密部を安価に作製し、ひいては温度センサ１００の製造コストを低減できる。なお、導体４２７と共に電極取出部４８０を構成する電極パッド４６０についても卑金属と金属との合金から形成すれば、電極取出部４８０の全体が耐酸化緻密部として機能して耐酸化性を得られると共に、印刷による電極パッド４６０の形成を一工程で行うことができ、製造コストを削減する上で好適である。

また、図８に示すように、温度検知素子５００の抵抗体３０のリード部３２において、端部３４の組成を、それ以外の部位と異ならせ、上記変形例と同様にタングステン等の卑金属とプラチナ等の貴金属との合金から形成し、本発明における「耐酸化緻密部」として機能させてもよい。この耐酸化緻密部によりセラミック基体２５内部へのガスの進入が防止されるので、耐酸化緻密部よりも検知部３１側のリード部３２は、検知部３１と同様にタングステンを主体とする合金から形成しても、酸化することはない。なお、本実施の形態のように導体２７と電極パッド２６とを別体に作製せず、電極取出部５８０として機能する電極パッド５６０として一体化させて作製することも可能である。

また、本実施の形態の抵抗体３０では、検知部３１の配線パターンをジグザグ状に形成したが（図３参照）、図９に示す、抵抗体１３０の配線パターンのように、検知部１３１の配線パターンを渦巻き状に作製しても、本実施の形態と同様に、検知部１３１における配線距離を長くすることができる。すなわち、検知部１３１における抵抗値を大きくすることができるため、温度変化に対応して変化する抵抗値の変化量が大きくなり、感度を向上することができる。

また、本実施の形態では、電極取出部２８の一部を耐酸化緻密部として機能させるため、電極パッド２６の構成としてプラチナめっき層２６３を形成した。このプラチナめっき層２６３の代わりに、Ａｕ（金）を用いた金めっき層を形成し、耐酸化緻密部として機能させてもよい。もちろん、上記した変形例としての温度検知素子３００，４００，５００の耐酸化緻密部にもプラチナの代わりに金を使用してもよい。

温度センサ１００の部分断面図である。 温度検知素子２０の分解斜視図である。 温度検知素子２０の抵抗体３０の配線パターンを示す図である。 温度検知素子２０の後端部２３を側方から見た電極取出部２８を含む部位の断面図である。 温度検知素子２０によって測定される雰囲気温度に対する抵抗値が、検知部３１の抵抗寄与率の大きさの違いによってばらつきを生ずる様子を示すグラフである。 変形例としての温度検知素子３００の後端部３２３を側方から見た電極取出部３８０を含む部位の断面図である。 変形例としての温度検知素子４００の後端部４２３を側方から見た電極取出部３８０を含む部位の断面図である。 変形例としての温度検知素子５００の後端部５２３を側方から見た電極取出部３８０を含む部位の断面図である。 温度検知素子２０の抵抗体３０の変形例である抵抗体１３０の配線パターンを示す図である。

符号の説明

１０ ハウジング
２０ 温度検知素子
２５ セラミック基体
２６ 電極パッド
２７ 導体
２８ 電極取出部
３１ 検知部
３２ リード部
１００ 温度センサ

Claims (7)

1. 板状の温度検知素子を収容した温度センサであって、
   前記温度検知素子は、
   絶縁性セラミックスからなる板状の基体と、
   卑金属を主体とし、４０００ｐｐｍ／度以上の抵抗温度係数を有すると共に、前記基体の内部に気密に埋設された検知部と、
   少なくとも一部が前記基体の外部に露出する電極取出部と、
   卑金属を主体とし、一端が前記検知部と電気的に接続すると共に、他端が前記電極取出部と電気的に接続するリード部と
   を備え、
   前記電極取出部は、少なくとも前記基体の外部のガスに接触する部分が耐酸化性を有し、
   前記電極取出部の少なくとも一部は、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する耐酸化緻密部であり、
   前記耐酸化緻密部は、前記リード部に前記ガスが進入することを防止するように配設されていることを特徴とする温度センサ。
2. 板状の温度検知素子を収容した温度センサであって、
   前記温度検知素子は、
   絶縁性セラミックスからなる板状の基体と、
   卑金属を主体とし、４０００ｐｐｍ／度以上の抵抗温度係数を有すると共に、前記基体の内部に気密に埋設された検知部と、
   少なくとも一部が前記基体の外部に露出する電極取出部と、
   一端が前記検知部と電気的に接続すると共に、他端が前記電極取出部と電気的に接続するリード部と
   を備え、
   前記電極取出部は、少なくとも前記基体の外部のガスに接触する部分が耐酸化性を有し、
   前記リード部のうち、前記電極取出部側の一部は、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する耐酸化緻密部であり、
   前記リード部のうち、前記耐酸化緻密部よりも前記検知部側は、卑金属を主体とし、前記基体の内部に気密に埋設されていることを特徴とする温度センサ。
3. 前記検知部、前記リード部および前記電極取出部の合成抵抗値に対する前記検知部の抵抗値の割合を示す抵抗寄与率が８０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の温度センサ。
4. 前記検知部の比抵抗値は、前記リード部の比抵抗値よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の温度センサ。
5. 前記検知部は、卑金属とセラミック材料とからなるサーメットであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の温度センサ。
6. 前記耐酸化緻密部は、貴金属と卑金属との合金からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の温度センサ。
7. 前記卑金属として、少なくとも、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒのうちのいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の温度センサ。
   

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