JP2011033343A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】広範囲な温度域にわたる温度計測と、特定の温度域における温度の高精度計測とを、従来より好適に両立できる温度センサを提供すること。
【解決手段】第１のサーミスタ素子５４と第２のサーミスタ素子５６とを、電気的に並列に接続した温度センサ１において、第１のサーミスタ素子５４のＢ定数は１０００〜２０００Ｋで、第２のサーミスタ素子５６のＢ定数は４０００〜８０００Ｋであり、且つ、第１のサーミスタ素子５４のＢ定数と第２のサーミスタ素子５６のＢ定数とが３．０倍以上異なる特性を有する。更に、所定温度より低温側にて、第１のサーミスタ素子５４の抵抗値が第２のサーミスタ素子５６の抵抗値より低く、且つ、所定温度より高温側にて、第１のサーミスタ素子５４の抵抗値が第２のサーミスタ素子５６の抵抗値より高い特性を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、広範囲な温度検知ができ、且つ、特定の温度域については高精度の温度検知ができる温度計測の技術に関し、より具体的には、例えば自動車用の排気系、吸気系に好適に使用され、オンボードダイアグノーシス（ＯＢＤ）検知が可能な高精度の温度センサに関する。

従来より、広い温度領域に亘って使用できる温度センサとしては、その感温体として、サーミスタや白金抵抗体を用いた温度センサが知られている。
このうち、サーミスタとしては、例えば下記特許文献１〜３に記載のサーミスタを用いた技術が開示されている。具体的には、特許文献１には、Ｂ定数が７８６０Ｋのサーミスタが開示され、特許文献２には、Ｂ定数が４６６８Ｋのサーミスタが開示され、特許文献３には、Ｂ定数が２３６０Ｋのサーミスタが開示されている。

ところで、近年では、温度センサ、特に自動車の排気ガス温度を測定する温度センサとしては、厳しくなる環境規制に対応するために、より広範囲な温度域の検出を行えることが求められており、特に温度センサが低温下に晒されている状態で用いられ始めた場合も、いち早くＯＢＤに対応するために、−４０℃といった低温域においても精度良く温度計測できることが求められている。すなわち、サーミスタの場合には、サーミスタ定数（Ｂ定数）がより小さいものが求められている。

ここで、Ｂ定数とは、サーミスタの温度に対する感度を示す定数であり、負の温度係数を有するＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタの温度と抵抗値との関係は、下記式（１）の近似式で与えられる。

Ｒ＝Ｒ₀exp｛Ｂ（１／Ｔ−１／Ｔ₀）｝・・・（１）
なお、Ｒ；絶対温度Ｔにおけるサーミスタの抵抗値、Ｒ₀；絶対温度Ｔ₀におけるサーミスタの抵抗値である。

そして、上記式（１）にて、Ｂ定数が小さいということは、例えば図１６に示す絶対温度の逆数と抵抗値の対数との関係において、その直線の傾きが小さいことを示している。なお、同図では、Ｂ定数が、７８６０Ｋ、４６６８Ｋ、２３６０Ｋの例を示した。

このことは、温度変化に対して抵抗の変化が小さいことを示しており、Ｂ定数が小さければ小さいほど、広範囲の温度計測が可能となるものの、高精度な温度計測が困難になることを意味している。

また、上述したサーミスタを組み込んだ温度センサの出力は、例えば図１７に示す回路を用い、０〜５Ｖの出力として取り出すのが一般的であり、引き出し抵抗（プルアップ抵抗）には、１ｋΩの抵抗１個が使用されることが多い。自動車においては、この回路は、通常、電子制御装置（ＥＣＵ）に組み込まれているため、回路の変更（例えば引き出し抵抗の変更）には、少なからずの費用と再キャリブレーションなどの手間が必要となる。

ここで、前記図１６に示した絶対温度の逆数と抵抗値の対数との関係を、前記図１７の回路を用いて得られた温度とセンサ出力との関係で示すと図１８のようになる。つまり、温度が高くなるほど又Ｂ定数が小さくなるほど温度変化に対するセンサ出力の変化の度合が小さくなり、高精度の測定が困難になることが分かる。

なお、これとは別に、Ｂ定数の異なる２種以上のサーミスタを並列に接続した温度センサの技術が開示されている（特許文献４参照）。

特許第３２５４５９５号公報 特許第３９７０８５１号公報 特開２００７−２４６３８１号公報 特許第２９７１２００号公報

ところで、例えば自動車のターボチャージャの保護、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter；ディーゼル微粒子除去装置）、ＮＯｘ触媒、酸化触媒、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction；選択的触媒還元）等の各種排気ガス浄化システム制御においては、排気ガスの温度などを検出する温度センサが用いられるが、各制御を好適に行うためには、５００〜９００℃の温度域の温度を精度良く測定することが重要である。

しかしながら、前記図１８に示す様に、Ｂ定数が小さいサーミスタでは、広範囲な温度計測が可能であるものの、最も精度良く温度検出を行いたい５００〜９００℃の温度域において、その特性を示すグラフの傾き（即ち温度とセンサ出力との関係を示すグラフの傾き）が極端にねてしまい、測定精度が極端に悪くなってしまうことがあった。

例えばＢ定数が２３６０Ｋのサーミスタでは、実用上あまり重要でない１００〜３００℃あたりでグラフが立って、温度変化に対するセンサ出力が鋭敏になっているが、５００〜９００℃の温度域では、鋭敏なセンサ出力が得られない。

この対策として、例えば前記引用文献４に記載の技術（即ち温度と抵抗との関係を示すグラフを途中で屈曲させるように特性を設定する技術）を利用することが考えられるが、十分な検討がなされていないのが現状である。

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、広範囲な温度域にわたる温度計測と、特定の温度域における温度の高精度計測とを、従来より好適に両立できる温度センサを提供することを目的とする。

（１）かかる目的を達成するために成された本発明は、負の抵抗温度特性（負の温度係数）を有するサーミスタ焼結体と該サーミスタ焼結体に接続された電極とを備えた複数のサーミスタ素子（いわゆるＮＴＣサーミスタ）を、電気的に並列に接続した温度センサにおいて、前記複数のサーミスタ素子のうち、−４０〜９００℃の温度範囲にて異なるＢ定数を有する第１のサーミスタ素子と第２のサーミスタ素子とについて、前記第１のサーミスタ素子のＢ定数は１０００〜２０００Ｋで、前記第２のサーミスタ素子のＢ定数は４０００〜８０００Ｋであり、且つ、前記第１のサーミスタ素子のＢ定数と前記第２のサーミスタ素子のＢ定数とが３．０倍以上異なる特性を有するとともに、所定温度より低温側にて、前記第１のサーミスタ素子の抵抗値が前記第２のサーミスタ素子の抵抗値より低く、且つ、前記所定温度より高温側にて、前記第１のサーミスタ素子の抵抗値が前記第２のサーミスタ素子の抵抗値より高い特性を有することを特徴とする。

本発明では、Ｂ定数が１０００〜２０００Ｋの範囲の第１のサーミスタ素子を用いるので、広範囲の温度を検知することができるとともに、Ｂ定数が４０００〜８０００Ｋの第２のサーミスタ素子を用いるので、所望の高温側における温度域を高精度で検知することができる。従って、両サーミスタ素子を並列に接続することにより、広範囲な温度域にわたる温度計測と、特定の温度域における温度の高精度計測とを両立することができる。

特に、本発明では、第１のサーミスタ素子のＢ定数と第２のサーミスタ素子のＢ定数が３．０倍以上異なるので（即ち第１のサーミスタ素子のＢ定数より第２のサーミスタ素子のＢ定数が３．０倍以上大きいので）、例えば図３に示す様に、絶対温度の逆数と抵抗値の対数の関係において、高温側にて、温度上昇とともに直線（第１のサーミスタ素子：Ａ１）から低抵抗側へのずれが大きくなり（屈曲が大きくなり）、サーミスタ素子を並列接続した効果が、従来より効果的に現れる。

また、本発明では、第１のサーミスタ素子と第２のサーミスタ素子として、所定温度より低温側にて、第１のサーミスタ素子の抵抗値が第２のサーミスタ素子の抵抗値より低く、且つ、所定温度より高温側にて、第１のサーミスタの抵抗値が第２のサーミスタの抵抗値より高い特性を有するサーミスタ素子を用いる。つまり、第１、第２のサーミスタ素子においては、所定温度を境として高温側と低温側とでは、同じ温度に対する抵抗値の大小が逆転する。

なお、所定温度とは、温度計測の対象となる温度域に応じて設定される当該温度域内における特定の温度の値を指し、例えば、−４０〜９００℃の温度域が温度計測の対象となる場合には、５００℃を所定温度とすることができる。

つまり、所定温度より低温側にて、第１のサーミスタの抵抗値を第２のサーミスタの抵抗値より低くすることにより、（両サーミスタ素子を並列に接続した）サーミスタ素子全体の特性が、第２のサーミスタ素子側（高Ｂ定数側：測定範囲が狭くなる側）に近づくことを防止でき、且つ、所定温度より高温側にて、第１のサーミスタ素子の抵抗値を第２のサーミスタの抵抗より高くすることにより、サーミスタ素子全体の特性が第１のサーミスタ素子側（低Ｂ定数側：測定精度が悪くなる側）に近づくことを防止できる。

なお、第１のサーミスタ素子（抵抗Ｒａ）と第２のサーミスタ素子（抵抗Ｒｂ）を並列に接続した場合のサーミスタ素子の全抵抗は、下記式（２）で表すことができる。
Ｒ＝（Ｒａ・Ｒｂ）／（Ｒａ＋Ｒｂ）・・・（２）
従って、本発明では、１つの温度センサで、電子制御装置内の回路を変更することなく、従来より高いレベルで、広範囲な温度域にわたる温度計測と、特定の温度域における温度の高精度計測とを両立することができるという顕著な効果を奏する。

ここで、第１のサーミスタ素子としては、複数のサーミスタ素子の中で、−４０〜９００℃の温度範囲にて、最もＢ定数が小さいサーミスタ素子が挙げられ、第２のサーミスタ素子としては、次にＢ定数が小さいサーミスタ素子が挙げられる。

また、サーミスタ素子のＢ定数は、後述する各実施例に記載の様に、サーミスタ焼結体の組成等により調整することができる。更に、サーミスタ素子の抵抗値は、サーミスタ焼結体の組成やそのサイズや電極の配置等により調整することができる。

（２）また、上述した温度センサにおいては、請求項２の発明のように、複数のサーミスタ素子の各サーミスタ焼結体を、電気的に絶縁された状態で一体化してもよい。
つまり、複数のサーミスタ焼結体を、電気的に絶縁された状態で一体化することにより、温度センサの製造時などにおいて、サーミスタ素子等の扱いが容易で破損し難いという利点がある。

なお、各サーミスタ焼結体を絶縁する方法としては、例えばサーミスタ焼結体間に、サーミスタ焼結体と反応（界面反応を含む）を起こさず、且つ、絶縁性の高い材料（例えばＡｌ₂Ｏ₃、ムライト、ＳｒＡｌ₂Ｏ₄など）からなる絶縁層を挟む方法が挙げられる。

（３）更に、上述した温度センサにおいては、請求項３の発明のように、複数のサーミスタ素子の各サーミスタ焼結体の表面を、電気的な絶縁層によってコーティングしてもよい。

これにより、サーミスタ素子を容易に製造することができる。
なお、各サーミスタ焼結体を絶縁する方法としては、サーミスタ焼結体と反応（界面反応を含む）を起こさず、且つ、絶縁性の高い、例えばセラミック製セメント、ガラス等の無機絶縁物で、サーミスタ焼結体の表面をコートする方法などを採用できる。

第１実施形態の温度センサの構造を示す部分破断断面図である。 第１実施形態におけるサーミスタ素子の近傍を拡大して示す斜視図である。 実施例１のサーミスタ素子の絶対温度の逆数と抵抗値の対数との関係を示すグラフである。 実施例１のサーミスタ素子の温度とセンサ出力との関係を示すグラフである。 温度センサの回路を示す説明図である。 実施例４のサーミスタ素子の絶対温度の逆数と抵抗値の対数との関係を示すグラフである。 実施例４のサーミスタ素子の温度とセンサ出力との関係を示すグラフである。 実施例５のサーミスタ素子の絶対温度の逆数と抵抗値の対数との関係を示すグラフである。 実施例５のサーミスタ素子の温度とセンサ出力との関係を示すグラフである。 実施例８のサーミスタ素子の絶対温度の逆数と抵抗値の対数との関係を示すグラフである。 実施例８のサーミスタ素子の温度とセンサ出力との関係を示すグラフである。 実施例９のサーミスタ素子の絶対温度の逆数と抵抗値の対数との関係を示すグラフである。 実施例９のサーミスタ素子の温度とセンサ出力との関係を示すグラフである。 第２実施形態の温度センサのサーミスタ素子を示す説明図である。 第３実施形態におけるサーミスタ素子の近傍を拡大して示す斜視図である。 従来技術のサーミスタ素子の温度と抵抗との関係を示すグラフである。 従来技術の温度センサの回路を示す説明図である。 従来技術のサーミスタ素子の温度とセンサ出力との関係を示すグラフである。

次に、本発明を実施するための好適な形態について説明する。
［第１実施形態］
ａ）まず、本実施形態の温度センサの概要について説明する。図１は、温度センサ１の構造を示す部分破断断面図である。

図１に示す様に、温度センサ１は、一対の金属製のシース芯線３、４を筒状部材５の内側にて絶縁保持したシース部材７と、先端側が閉塞した軸線方向に延びる筒状の金属チューブ（ハウジング）９と、金属チューブ９を支持する取付部材１１と、六角ナット部１３及びネジ部１５を有するナット部材１７と、取付部材１１の後端側に接合される外筒１９とを備えている。

なお、軸線方向とは、温度センサ１の長手方向であり、図１においては上下方向に相当する。また、温度センサ１における先端側は図における下側であり、温度センサ１における後端側は図における上側である。

この温度センサ１は、金属チューブ９の先端側の内部に、感温素子としてサーミスタ素子２１を収納したセンサであり、例えば内燃機関の排気管などの流通管に装着され、温度センサ１の先端側が、被測定ガス（排気ガス）が流れる流通管内に配置されることにより、被測定ガスの温度を検出する。

以下、各構成について説明する。
前記サーミスタ素子２１は、後に詳述する様に、その先端側のサーミスタ本体部２３と、サーミスタ本体部２３から伸びる４本の電極線２５、２７、２９、３１（図２参照）とを備えている。

前記シース部材７は、例えばＳＵＳ３１０Ｓからなる筒状部材５と、例えばＳＵＳ３１０Ｓからなるシース芯線３、４と、筒状部材５と２本のシース芯線３、４との間を電気的に絶縁してシース芯線３、４を保持するシリカ等の絶縁粉末（図示せず）とから構成される。

前記シース線３、４は、後端部が加締め端子３３、３５と接続されている。これにより、シース芯線３、４は、外部回路（例えば、車両の電子制御装置（ＥＣＵ）等）接続用のリード線３７、３９と接続されている。なお、一対のシース芯線３、４および一対の加締め端子３３、３５は、絶縁チューブ４１により互いに絶縁され、リード線３７、３９は、耐熱ゴム製の補助リング４３の内部を貫通する状態で配置される。

前記取付部材１１は、径方向外側に突出する突出部４７と、突出部４７の後端側に位置すると共に軸線方向に延びる後端側鞘部４９とを有している。この取付部材１１は、金属チューブ９の後端側の外周面を取り囲んで金属チューブ９を支持する。

前記金属チューブ９は、例えばＳＵＳ３１０Ｓからなり、チューブ先端側が閉塞した軸線方向に延びる筒状をなし、筒状のチューブ後端側が開放した形態で構成されている。
この金属チューブ９の内部に、サーミスタ素子２１およびセメント５１が収納されており、セメント５１は、サーミスタ素子２１の周囲に充填されることで、サーミスタ素子２１の揺動を防止している。なお、セメント５１は、非晶質のシリカにアルミナ骨材を含有した絶縁材よりなる。

ｂ）次に、本実施形態の要部であるサーミスタ素子２１について説明する。
図２に示す様に、サーミスタ素子２１は、上述したサーミスタ本体部２３と電極線２５〜３１を備えている。

前記サーミスタ本体部２３は、負の抵抗温度特性を有する第１のサーミスタ焼結体５３と第２のサーミスタ焼結体５５とが、絶縁層５７を介して一体に焼成された焼結体である。従って、第１のサーミスタ焼結体５３と第２のサーミスタ焼結体５５とは、例えばＳｒＡｌ₂Ｏ₄からなる絶縁層２７により電気的に絶縁されている。

また、第１のサーミスタ焼結体５３には、一対の電極線２５、２７が接続され、第２のサーミスタ焼結体５５には、一対の電極線２９、３１が接続されている。なお、第１のサーミスタ焼結体５３とその電極線２５、２７によって、第１のサーミスタ素子５４が構成され、第２のサーミスタ焼結体５５とその電極線２９、３１によって、第２のサーミスタ素子５６が構成されている。

このサーミスタ素子２１においては、第１のサーミスタ素子５４は、−４０〜９００℃の温度範囲のＢ定数が１０００〜２０００Ｋの範囲内に設定され、第２のサーミスタ素子５６は、−４０〜９００℃の温度範囲のＢ定数が４０００〜８０００Ｋの範囲内に設定され、且つ、第１のサーミスタ素子５４のＢ定数と第２のサーミスタ素子５６のＢ定数とは３．０倍以上異なっている。

また、このサーミスタ素子２１は、所定温度（本実施形態では５００℃）より低温側にて、第１のサーミスタ素子５４の抵抗値が第２のサーミスタ素子５６の抵抗値より低く、且つ、所定温度より高温側にて、第１のサーミスタ素子５４の抵抗値が第２のサーミスタ素子５６の抵抗値より高い特性を有する。

そして、本実施形態においては、一方のシース芯線３は、先端部が第１のサーミスタ焼結体５３の電極線２５と接続されるとともに、第２のサーミスタ焼結体５５の電極線２９と接続されている。同様に、他方のシース芯線４は、第１のサーミスタ焼結体５３の電極線２７と接続されるとともに、第２のサーミスタ焼結体５５の電極線３１と接続されている。

つまり、第１のサーミスタ焼結体５３の一対の電極線２５、２７は、一対のシース芯線３、４に接続されるとともに、第２のサーミスタ焼結体５５の一対の電極線２９、３１も、同じ一対のシース芯線３、４に接続されている。これにより、第１のサーミスタ素子５４と第２のサーミスタ素子５６とが電気的に並列に接続されていることになる。

なお、各サーミスタ素子５４、５６の電極線２５〜３１とそれに対応する各シース芯線３、４とは、レーザ溶接によって、それぞれ２箇所において溶接されて一体に接合されている。

ｃ）次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態では、第１、第２のサーミスタ素子５４、５６を電気的に並列に接続している。また、第１のサーミスタ素子５４のＢ定数は１０００〜２０００Ｋの範囲内に設定され、第２のサーミスタ素子５６のＢ定数は４０００〜８０００Ｋの範囲内に設定され、且つ、第２のサーミスタ素子５４のＢ定数は第１のサーミスタ焼結体５６のＢ定数の３．０倍以上である。更に、所定温度より低温側にて、第１のサーミスタ素子５４の抵抗値が第２のサーミスタ素子５６の抵抗値より低く、且つ、所定温度より高温側にて、第１のサーミスタ素子５４の抵抗値が第２のサーミスタ素子５６の抵抗値より高い特性を有する。

よって、上述した特性を有する第１のサーミスタ素子５４と第２のサーミスタ素子５６とが電気的に並列に接続されたサーミスタ素子２１では、例えば図３の温度（ｔ_X）より低温側では、温度に対する抵抗の変化の傾きが緩く、この温度より高温側では、温度に対する抵抗値の変化が急になるように、直線が途中で屈曲するように変化する特性を有しており、しかも、この特性が従来より顕著に表れる。

つまり、本実施形態では、広範囲な温度域にわたる温度計測と、特定の温度域における温度の高精度計測とを両立することができるとともに、第１、第２のサーミスタ素子５４、５６を並列接続した効果がより効果的に現れる。

従って、１つの温度センサ１で、電子制御装置内の回路を変更することなく、従来より高いレベルで、広範囲な温度域にわたる温度計測と、特定の温度域における温度の高精度計測とを両立することができる。
［実施例１〜９］
次に、本実施形態をより詳細に示す各実施例について説明する。

以下に述べる様に、各実施例では、下記表１に示す特性を有する第１のサーミスタ素子（Ａ：Ａ１〜Ａ４）と第２のサーミスタ素子（Ｂ：Ｂ１〜Ｂ３）とを採用し、下記表２に示す様に組み合わせて使用した。

なお、この表２において、効果ありとは、−４０〜９００℃の温度域における検知が可能であり（即ちセンサ出力が０．２〜４．８Ｖの範囲に入ること）、かつ、従来より高精度な温度検知が可能であること（即ち高温側のセンサ出力の傾きがたっていること）を示している。また、効果無しとは、−４０〜９００℃の温度域における検知が不能であること（即ちセンサ出力が０．２〜４．８Ｖの範囲に入らないこと）を示している。

以下、各実施例について詳細に説明する。

本実施例の温度センサは、前記表２に示す様に、−４０〜９００℃におけるＢ定数が１１６０Ｋの第１のサーミスタ素子（Ａ１）と−４０〜９００℃におけるＢ定数が４６６８Ｋの第２のサーミスタ素子（Ｂ１）とを並列に接続したサーミスタ素子を用いたものであり、そのＢ定数の倍率（第２のサーミスタ素子のＢ定数／第１のサーミスタ素子のＢ定数）は４．０である。

(1)まず、本実施例の温度センサの製造方法について説明する。
第１のサーミスタ（Ｂ定数＝１１６０Ｋ）用の粉末と、絶縁層用のＳｒＡｌ₂Ｏ₄を主成分とする粉末と、第２のサーミスタ（Ｂ定数＝４６６８Ｋ）用の粉末とを、公知の方法により準備した。

詳しくは、第１サーミスタ用粉末は、特開平９−２０８３１０号公報の段落番号［００４３］に記載の方法（表２の試料番号１の作製方法）で作製した。具体的には、コバルトに対するランタンの比率が０．９５になるように、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｌａ（ＯＨ）₃等のランタンを含む化合物と、ＣｏＣＯ₃、Ｃｏ₃Ｏ₄、ＣｏＯ等のコバルトを含む化合物との粉末を秤量し、Ｃｒ₂Ｏ₃又はＣｒＯ₃等のクロムを含む化合物を０．０１ｍｏｌ％添加した。次に、この材料を、１６時間湿式混合し、乾燥後、９００〜１２００℃で２時間仮焼成し、この仮焼成粉を粉砕して、第１のサーミスタ用粉末を得た。

また、第２のサーミスタ用粉末は、例えば特許３９７０８５１号公報の段落番号［００２１］に記載の方法（表２及び表４の実施例１７の作製方法）で作製した。具体的には、Ｙ₂Ｏ₃粉末（純度９９．９％以上）、ＳｒＣＯ₃（純度９９．０％以上）、Ｆｅ₂Ｏ₃粉末（純度９９．２％以上）、ＭｎＯ₃（純度９９．０％以上）、Ａｌ₂Ｏ₃（純度９９．５％以上）を用いた。そして、Ｓｒのモル数をｘ、Ｙのモル数を１−ｘ、Ｍｎのモル数をｙ、Ａｌのモル数をｚ、Ｆｅのモル数を１−ｙ−ｚとした場合に、表２の実施例１７のモル比（ｘ：ｙ：ｚ：１−ｙ−ｚ＝０．１４８：０．１４８：０．６７２：０．１８０）となるように秤量し、湿式混合した。その後、乾燥して粉末状とし、大気中で１４００℃で２時間仮焼した。次いで、この仮焼粉末１００質量％に対して、１質量％の焼結助剤としてのＳｉＯ₂粉末を更に添加して、湿式粉砕、乾燥し、第２のサーミスタ用粉末を得た。

更に、絶縁層用の粉末は、例えば特開２００７−２４６３８１号公報の段落番号［００４６］に記載の様に、ＳｒＡｌ₂Ｏ₄となるように、ＳｒＣＯ₃、Ａｌ₂Ｏ₃（全て純度９９％以上）の粉末をそれぞれ秤量し、この原料粉末を湿式混合して乾燥し、この混合物を大気雰囲気下で１２００℃で２時間仮焼成し、（ＳｒＡｌ₂Ｏ₄からなる）絶縁層用の粉末を得た。

そして、前記の様に準備した各粉末を、サーミスタ本体部の形状に対応した金型に順次投入（例えば第１のサーミスタ用粉末、絶縁層用粉末、第２のサーミスタ用粉末の順番で投入）するとともに、電極線として、０．３ｍｍφのＰＲ線（８７質量％Ｐｔ−１３質量％Ｒｈ線）各２本を、それぞれ第１のサーミスタ用粉末の充填部分と第２のサーミスタ用粉末の充填部分に挿入した。

次に、金型内に充填した粉末に対して、４５００ｋｇ／ｃｍ³の圧力でプレスし、１５５０℃の温度にて焼成して、サーミスタ素子を得た。
このサーミスタ素子の４本の電極線を、前記図２に示した様に、各シース芯線に対して、第１、第２のサーミスタ素子が並列接続となるように、レーザ溶接により接合した。

そして、このようにして製造したサーミスタ素子を、従来と同様な手法で、温度センサの内部に組み込んで、温度センサを完成した。
(2)次に、本実施例におけるサーミスタ素子及び温度センサの特性について説明する。

・本実施例のサーミスタ素子は、図３に示す様な温度と抵抗との関係を有する。なお、図３におけるＴの単位は絶対温度である（以下同様）。この図３では、第１のサーミスタ素子のみと第２のサーミスタ素子のみを用いた比較例も示してある。

なお、図３では、Ａ１が第１のサーミスタ素子を示し、Ｂ１が第２のサーミスタ素子を示し、Ａ１＋Ｂ１が本実施例の（第１、第２のサーミスタ素子を並列接続した）サーミスタ素子を示している（図４も同様）。

また、各サーミスタ素子の抵抗値は、図３に示す様なグラフが得られるように、最適な抵抗値を設定してある。この抵抗値は、サーミスタ焼結体の組成やそのサイズ等により調整することができる（以下同様）。

前記図３に示す特性は、例えば測定装置（図示せず）内に、各サーミスタ素子を配置し、温度を変化させた場合の各サーミスタ素子の抵抗値を調べることにより求めることができる。

なお、Ｂ定数は、下記式（３）を用いて算出することができる。
Ｂ定数＝ｌｎ（Ｒ／Ｒ₀）／（１／Ｔ−１／Ｔ₀）・・・（３）
Ｒ ；絶対温度Ｔ（Ｋ）のときの抵抗値（ｋΩ）
Ｒ₀；絶対温度Ｔ₀（Ｋ）のときの抵抗値（ｋΩ）
・また、図４では、前記サーミスタ素子を温度センサに組み込んで、図５に示す回路を用いて得られるセンサ出力を示している。

この図４に示す特性は、測定装置内に、測定に用いる各温度センサを配置し、温度を変化させた場合の各温度センサの出力を調べることにより求めることができる。
前記図５は、５Ｖを印加する回路において、第１、第２のサーミスタ素子を並列に接続するとともに、１ｋΩの引き出し抵抗（プルアップ抵抗）を直列に接続し、第１、第２のサーミスタ素子とプルアップ抵抗との間から、分圧された電圧を取り出し、１０ビットのＡＤＣ（Ａ／Ｄコンバータ）によって、デジタル信号としてセンサ出力を得る回路を示している。

なお、図５中のカッコ内の数値は、測定の際の誤差の範囲を示しており、印加電圧では±０Ｖ、プルアップ抵抗では±１％、ＡＤＣでは±４ｄｉｇｉｔを示し、（断線やショートを検出する）ダイアグノーシスゾーンは、図４に示すセンサ出力全体の±４％を示している。

・前記図３に示す様に、第１のサーミスタ素子の特性のグラフと第２のサーミスタ素子の特性のグラフは、所定温度（ｔ_X；５２５℃）で交差し、その温度にて、温度に対する抵抗値の値が逆転することが分かる。

また、図３及び図４から、第１のサーミスタ素子単体を用いた場合には、−４０〜１０００℃までの温度領域をカバーしているものの、高温側では、温度変化に対するセンサ出力が変化が小さく、精度良く温度の計測ができないことが分かる。

更に、第２のサーミスタ素子単体を用いた場合には、高温側では、温度変化に対するセンサ出力変化が大きく、精度良く測定できるが、低温側では抵抗が高く、広い温度域をカバーできないことが分かる。

それに対して、本実施例のサーミスタ素子を用いた場合には、全温度域をカバーするとともに、高温側の測定も精度良く行うことができることが分かる。

次に、実施例２の温度センサについて説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例の温度センサは、前記表２に示す様に、−４０〜９００℃におけるＢ定数が１１６０Ｋの第１のサーミスタ素子（Ａ１）と−４０〜９００℃におけるＢ定数が６０３４Ｋの第２のサーミスタ素子（Ｂ２）とを並列に接続したサーミスタ素子を用いたものであり、そのＢ定数の倍率は５．２である。

本実施例の温度センサは、下記の手順で製造した。
まず、第１のサーミスタ（Ｂ定数＝１１６０Ｋ）用の粉末と、絶縁層用の粉末は、前記実施例１と同様な方法により製造した。

また、第２のサーミスタ用粉末も、前記実施例１と同様な方法で作製した。但し、特許３９７０８５１号公報の表１及び表４の実施例１２の試料に対応する組成、即ち表１のモル比（ｘ：ｙ：ｚ：１−ｙ−ｚ＝０．１０６：０．１０６：０．４１４：０．４８０）となるように調整した。

そして、前記の様に準備した各粉末を用いて、前記実施例１と同様にしてサーミスタ素子及び温度センサを製造した。
本実施例においても、前記表２に記載した様に、前記実施例１と同様な効果を奏する。

次に、実施例３の温度センサについて説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例の温度センサは、前記表２に示す様に、−４０〜９００℃におけるＢ定数が１１６０Ｋの第１のサーミスタ素子（Ａ１）と−４０〜９００℃におけるＢ定数が７８６０Ｋの第２のサーミスタ素子（Ｂ３）とを並列に接続したサーミスタ素子を用いたものであり、そのＢ定数の倍率は６．８である。

本実施例の温度センサは、下記の手順で製造した。
まず、第１のサーミスタ（Ｂ定数＝１１６０Ｋ）用の粉末と、絶縁層用の粉末は、前記実施例１と同様な方法により製造した。

また、第２のサーミスタ用粉末は、特許３２５４５９５号公報の表１の試料番号３３に対応する組成となるように調整した。
具体的には、同公報の段落番号［００１１］に記載の様に、純度が９９．９％以上のＹ₂Ｏ₃と、純度が９８．５％以上のＳｒＣＯ₃と、純度が９８．５％以上のＦｅ₂Ｏ₃と、純度が９８．５％以上のＴｉＯ₂を、（Ｙ_1-X Ｓｒ_X）（Ｃｒ_1-Y-Z Ｆｅ_Y Ｔｉ_Z）Ｏ₃と表したとき、Ｘ、Ｙ、Ｚが、０．４１、０．１２、０．４０の割合となるように秤量し、湿式により混合し、乾燥した。次に、その混合物を１４００℃で２時間保持することにより仮焼成した。次に、仮焼成された粉末に、ＳｉＯ₂粉末を１質量％加えて、湿式により混合した。混合したスラリーを２００メッシュの篩を通してから乾燥した。乾燥した粉末に、ＰＶＢ１５質量％、ＤＢＰ１０質量％、ＭＥＫ５０質量％、トルエン２５質量％からなるバインダを添加して、造粒し、第２のサーミスタ用粉末を得た。

そして、前記の様に準備した各粉末を用いて、前記実施例１と同様にしてサーミスタ素子及び温度センサを製造した。
本実施例においても、前記表２に記載した様に、前記実施例１と同様な効果を奏する。

次に、実施例４の温度センサについて説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例の温度センサは、前記表２に示す様に、−４０〜９００℃におけるＢ定数が１２２０Ｋの第１のサーミスタ素子（Ａ２）と−４０〜９００℃におけるＢ定数が４６６８Ｋの第２のサーミスタ素子（Ｂ１）とを並列に接続したサーミスタ素子を用いたものであり、そのＢ定数の倍率は３．８である。

本実施例の温度センサは、下記の手順で製造した。
まず、第１サーミスタ用粉末は、特開平７−１７６４０６号公報の段落番号［００１８］〜［００２０］に記載の方法（表１の試料番号１−３の作製方法）で作製した。

具体的には、コバルトに対するランタンのモル比率が０．９５になるように、Ｌａ₂Ｏ₃とＣｏＣＯ₃の粉末を秤量し、この秤量した粉末に、Ｚｒを０．００１ｍｏｌ％添加した。次に、この材料を、１６時間湿式混合し、乾燥後、１０００℃で２時間仮焼成し、この仮焼成粉を粉砕して、第１のサーミスタ用粉末を得た。

また、絶縁層用の粉末は、前記実施例１と同様な方法により製造した。
更に、第２のサーミスタ用粉末も、前記実施例１と同様な方法で作製した。
そして、前記の様に準備した各粉末を用いて、前記実施例１と同様にしてサーミスタ素子及び温度センサを製造した。

図６に本実施例におけるサーミスタ素子の絶対温度と抵抗値の対数との関係を示す。また、図７に、本実施例におけるサーミスタ素子の温度とセンサ出力との関係を示す。
本実施例においても、前記表２に記載した様に、前記実施例１と同様な効果を奏する。

次に、実施例５の温度センサについて説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例の温度センサは、前記表２に示す様に、−４０〜９００℃におけるＢ定数が１２２０Ｋの第１のサーミスタ素子（Ａ２）と−４０〜９００℃におけるＢ定数が６０３４Ｋの第２のサーミスタ素子（Ｂ２）とを並列に接続したサーミスタ素子を用いたものであり、そのＢ定数の倍率は４．９である。

本実施例の温度センサは、下記の手順で製造した。
まず、第１サーミスタ用粉末は、前記実施例４と同じ方法で作製した。
また、絶縁層用の粉末は、前記実施例１と同様な方法により製造した。

更に、第２のサーミスタ用粉末は、前記実施例２と同様な方法で作製した。
そして、前記の様に準備した各粉末を用いて、前記実施例１と同様にしてサーミスタ素子及び温度センサを製造した。

図８に本実施例におけるサーミスタ素子の絶対温度と抵抗値の対数との関係を示す。また、図９に、本実施例におけるサーミスタ素子の温度とセンサ出力との関係を示す。
本実施例においても、前記表２に記載した様に、前記実施例１と同様な効果を奏する。

次に、実施例６の温度センサについて説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例の温度センサは、前記表２に示す様に、−４０〜９００℃におけるＢ定数が１２２０Ｋの第１のサーミスタ素子（Ａ２）と−４０〜９００℃におけるＢ定数が７８６０Ｋの第２のサーミスタ素子（Ｂ３）とを並列に接続したサーミスタ素子を用いたものであり、そのＢ定数の倍率は６．４である。

本実施例の温度センサは、下記の手順で製造した。
まず、第１サーミスタ用粉末は、前記実施例４と同じ方法で作製した。
また、絶縁層用の粉末は、前記実施例１と同様な方法により製造した。

更に、第２のサーミスタ用粉末は、前記実施例３と同様な方法で作製した。
そして、前記の様に準備した各粉末を用いて、前記実施例１と同様にしてサーミスタ素子及び温度センサを製造した。

本実施例においても、前記表２に記載した様に、前記実施例１と同様な効果を奏する。
［比較例］
次に、比較例の温度センサについて説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。

本比較例の温度センサは、前記表２に示す様に、−４０〜９００℃におけるＢ定数が１６００Ｋの第１のサーミスタ素子（Ａ３）と−４０〜９００℃におけるＢ定数が４６６８Ｋの第２のサーミスタ素子（Ｂ１）とを並列に接続したサーミスタ素子を用いたものであり、そのＢ定数の倍率は２．９である。

本実施例の温度センサは、下記の手順で製造した。
第１サーミスタ用粉末は、前記実施例４と同様に、特開平７−１７６４０６号公報の段落番号［００１８］〜［００２０］に記載の方法（但し、表１の試料番号１−７の作製方法）で作製した。

具体的には、コバルトに対するランタンのモル比率が０．９５になるように、Ｌａ₂Ｏ₃とＣｏＣＯ₃の粉末を秤量し、この秤量した粉末に、Ｚｒを１０ｍｏｌ％添加した。次に、この材料を、１６時間湿式混合し、乾燥後、１０００℃で２時間仮焼成し、この仮焼成粉を粉砕して、第１のサーミスタ用粉末を得た。

また、絶縁層用の粉末は、前記実施例１と同様な方法により製造した。
更に、第２のサーミスタ用粉末は、前記実施例１と同様な方法で作製した。
そして、前記の様に準備した各粉末を用いて、前記実施例１と同様にしてサーミスタ素子及び温度センサを製造した。

本比較例では、Ｂ定数の倍率が２．９と小さいので、前記表２に記載した様に、前記実施例１と同様な効果は得られなかった。即ち、−４０〜９００℃におけるセンサ出力が０．２〜４．８Ｖの範囲に入らず、−４０〜９００℃が検知できなかった。

次に、実施例７の温度センサについて説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例の温度センサは、前記表２に示す様に、−４０〜９００℃におけるＢ定数が１６００Ｋの第１のサーミスタ素子（Ａ３）と−４０〜９００℃におけるＢ定数が６０３４Ｋの第２のサーミスタ素子（Ｂ２）とを並列に接続したサーミスタ素子を用いたものであり、そのＢ定数の倍率は３．８である。

本実施例の温度センサは、下記の手順で製造した。
まず、第１サーミスタ用粉末は、前記比較例と同じ方法で作製した。
また、絶縁層用の粉末は、前記実施例１と同様な方法により製造した。

更に、第２のサーミスタ用粉末は、前記実施例２と同様な方法で作製した。
そして、前記の様に準備した各粉末を用いて、前記実施例１と同様にしてサーミスタ素子及び温度センサを製造した。

本実施例においても、前記表２に記載した様に、前記実施例１と同様な効果を奏する。

次に、実施例８の温度センサについて説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例の温度センサは、前記表２に示す様に、−４０〜９００℃におけるＢ定数が１６００Ｋの第１のサーミスタ素子（Ａ３）と−４０〜９００℃におけるＢ定数が７８６０Ｋの第２のサーミスタ素子（Ｂ３）とを並列に接続したサーミスタ素子を用いたものであり、そのＢ定数の倍率は４．９である。

本実施例の温度センサは、下記の手順で製造した。
まず、第１サーミスタ用粉末は、前記実施例７と同じ方法で作製した。
また、絶縁層用の粉末は、前記実施例１と同様な方法により製造した。

更に、第２のサーミスタ用粉末は、前記実施例３と同様な方法で作製した。
そして、前記の様に準備した各粉末を用いて、前記実施例１と同様にしてサーミスタ素子及び温度センサを製造した。

図１０に本実施例におけるサーミスタ素子の絶対温度と抵抗値の対数との関係を示す。また、図１１に、本実施例におけるサーミスタ素子の温度とセンサ出力との関係を示す。
本実施例においても、前記表２に記載した様に、前記実施例１と同様な効果を奏する。

次に、実施例９の温度センサについて説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例の温度センサは、前記表２に示す様に、−４０〜９００℃におけるＢ定数が１７９０Ｋの第１のサーミスタ素子（Ａ４）と−４０〜９００℃におけるＢ定数が７８６０Ｋの第２のサーミスタ素子（Ｂ３）とを並列に接続したサーミスタ素子を用いたものであり、そのＢ定数の倍率は４．４である。

本実施例の温度センサは、下記の手順で製造した。
第１サーミスタ用粉末は、前記実施例４と同様に、特開平７−１７６４０６号公報の段落番号［００１８］〜［００２０］に記載の方法（但し、表１の試料番号１−８の作製方法）で作製した。

具体的には、コバルトに対するランタンのモル比率が０．９５になるように、Ｌａ₂Ｏ₃とＣｏＣＯ₃の粉末を秤量し、この秤量した粉末に、Ｚｒを２０ｍｏｌ％添加した。次に、この材料を、１６時間湿式混合し、乾燥後、１０００℃で２時間仮焼成し、この仮焼成粉を粉砕して、第１のサーミスタ用粉末を得た。

また、絶縁層用の粉末は、前記実施例１と同様な方法により製造した。
更に、第２のサーミスタ用粉末は、前記実施例３と同様な方法で作製した。
そして、前記の様に準備した各粉末を用いて、前記実施例１と同様にしてサーミスタ素子及び温度センサを製造した。

図１２に本実施例におけるサーミスタ素子の絶対温度と抵抗値の対数との関係を示す（なお、図１２では、９００℃までしか示していないが、それより高温側にて、第１、第２のサーミスタ素子のグラフは交差する）。また、図１３に、本実施例におけるサーミスタ素子の温度とセンサ出力との関係を示す。

本実施例においても、前記表２に記載した様に、前記実施例１と同様な効果を奏する。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の温度センサについて説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。

図１４に示す様に、本実施例の温度センサで用いられるサーミスタ素子７１も、前記実施例１と同様に、Ｂ定数が１１６０Ｋの第１のサーミスタ素子７３と、Ｂ定数が４６６８Ｋの第２のサーミスタ素子７５とを並列に接続したものである。

以下では、サーミスタ素子７１の製造方法について説明する。
前記図１４に示す様に、予め公知の方法で、厚さ０．５ｍｍの２枚の第１のサーミスタ用シート７７、７９と、厚さ０．３ｍｍのＳｒＡｌ₂Ｏ₄を主成分とする１枚の絶縁層用シート８１と、厚さ０．５ｍｍの２枚の第２のサーミスタ用シート８３、８５とを準備した。

具体的には、実施例１と同様な第１のサーミスタ焼結体８７の組成の材料に、ＤＢＰを加え、ＰＶＤバインダで混練し、ドクターブレード法で、一対の第１のサーミスタ用シート７７、７９を作製した。

また、実施例２と同様な第２のサーミスタ焼結体８９の組成の材料を用いて、同様にドクターブレード法によって、一対の第２のサーミスタ用シート８３、８５を作製した。
なお、同様なドクターブレード法によって、絶縁層用シート８１を作製した。

次に、１対の第１のサーミスタ用シート７７、７９の間に、電極線９１、９３として、０．２５ｍｍφのＰＲ線（８７質量％Ｐｔ−１３質量％Ｒｈ線）を２本挟むとともに、１対の第２のサーミスタ用シート８３、８５の間に、電極線９５、９７として、同様な０．２５ｍｍφのＰＲ線を挟んだ。

そして、一方の第２のサーミスタ用シート８５、他方の第２のサーミスタ用シート８３、絶縁層用シート８１、一方の第１のサーミスタ用シート７９、他方の第１のサーミスタ用シート７７となるように順次積層し、圧着した。

次に、この圧着体を１５５０℃で焼成することにより、第１のサーミスタ焼結体８７と絶縁層１０１と第２のサーミスタ焼結体８９とが一体となったサーミスタ本体部１０３を備えたサーミスタ素子７１を得た。

本実施例のサーミスタ素子７１を備えた温度センサにおいても、前記実施例１と同様に、前記図３及び図４に示す特性が得られた。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の温度センサについて説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。

図１５に示す様に、本実施例の温度センサに用いられるサーミスタ素子１１１は、第１のサーミスタ素子１１３のサーミスタ焼結体１１５が、ガラス等の絶縁層１１７で覆われるとともに、第２のサーミスタ素子１１９のサーミスタ焼結体１２１も、ガラス等の絶縁層１２３で覆われたものであり、両サーミスタ焼結体１１５、１２１は電気的に絶縁されている。

また、第１のサーミスタ焼結体１５から伸びる一対の電極線１２５、１２７と第２のサーミスタ焼結体１２１から伸びる一対の電極線１２９、１３１とは、前記実施例１と同様に、一対のシース芯線１３３、１３５にそれぞれ溶接されている。

なお、各サーミスタ素子１１３、１１９は、例えばガラス材料からなるディップ材料に（各電極線１２５〜１３１を備えた）各サーミスタ焼結体１１５、１２１を漬け、その後に焼成することにより製造することができる。

また、第１、第２のサーミスタ素子１１３、１１９の材料としては、前記実施例１と同様な特性（Ｂ定数、抵抗値）を有する材料を採用できる。
本実施形態においても、前記第２実施形態と同様な効果を奏する。

なお、本発明は、以下の実施形態や実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
（１）例えば、前記シース芯線としては、ステンレス又はインコネルからなる線材が挙げられる。更に、シース芯線としては、筒状部材に貫挿されたシース芯線を用いることができ、筒状部材は、シース芯線の先端が筒状部材より突出した状態で絶縁保持することができる。また、前記電極線としては、Ｐｔ又はＰＲ（Ｐｔ／Ｒｈ合金）からなる線材が挙げられる。

（２）また、前記第１のサーミスタ素子と第２のサーミスタ素子以外に、１又は複数のサーミスタ素子が並列に接続されていてもよい。この場合も、第１のサーミスタ素子は、複数のサーミスタ素子の中で、−４０〜９００℃の温度範囲にて、最もＢ定数が小さいサーミスタ素子であり、第２のサーミスタ素子は、次にＢ定数が小さいサーミスタ素子である。

１…温度センサ
３、４、１３３、１３５…シース芯線
９…金属チューブ
７…シース部材
２１、７１、１１１…サーミスタ素子
２３、１０３…サーミスタ本体部
２５、２７、２９、３１、９１、９３、９５、９７、１２５、１２７、１２９、
１３１…電極線
５３、８７、１１５…第１のサーミスタ焼結体
５５、８９、１２１…第２のサーミスタ焼結体
５４、７３、１１３…第１のサーミスタ素子
５６、７５、１１９…第２のサーミスタ素子
５７、１０１、１１７、１２３…絶縁層

Claims (3)

1. 負の抵抗温度特性を有するサーミスタ焼結体と該サーミスタ焼結体に接続された電極とを備えた複数のサーミスタ素子を、電気的に並列に接続した温度センサにおいて、
   前記複数のサーミスタ素子のうち、−４０〜９００℃の温度範囲にて異なるＢ定数を有する第１のサーミスタ素子と第２のサーミスタ素子とについて、
   前記第１のサーミスタ素子のＢ定数は１０００〜２０００Ｋで、前記第２のサーミスタ素子のＢ定数は４０００〜８０００Ｋであり、且つ、前記第１のサーミスタ素子のＢ定数と前記第２のサーミスタ素子のＢ定数とが３．０倍以上異なる特性を有するとともに、
   所定温度より低温側にて、前記第１のサーミスタ素子の抵抗値が前記第２のサーミスタ素子の抵抗値より低く、且つ、前記所定温度より高温側にて、前記第１のサーミスタ素子の抵抗値が前記第２のサーミスタ素子の抵抗値より高い特性を有することを特徴とする温度センサ。
2. 前記複数のサーミスタ素子の各サーミスタ焼結体は、電気的に絶縁された状態で一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記複数のサーミスタ素子の各サーミスタ焼結体は、その表面が電気的な絶縁層によってコーティングされていることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。