JP2017015504A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】高温環境下での使用時間の経過に伴う温度検出精度の変化が生じがたい温度センサを提供する。【解決手段】温度センサ１は、金属チューブ９（内筒９）と同軸に配置され、金属チューブ９を覆う筒状の外筒１２０を備えている。外筒１２０は、その表面に酸化被膜を備えるとともに、放射率εが０．４３以上となるように構成されている。このように、外筒１２０の放射率εが０．４３以上である場合には、図３の測定結果に示すように、高温環境下での温度センサ１の使用時間の経過に対する、感温素子３による検出温度の変化量（温度変化量）を一定範囲内に抑制することができる。よって、温度センサ１によれば、高温環境下での使用時間の経過に伴う温度検出精度の変化が生じがたくなる。【選択図】 図３

Description

本発明は、感温素子を備える温度センサに関する。

サーミスタ素子やＰｔ抵抗体素子などの感温素子を備える温度センサは、測定対象流体（気体、液体など）の温度を検出する用途に用いることができる。なお、測定対象流体としては、例えば、自動車の排気ガスなどの気体や、内燃機関の冷却水温度や潤滑油温度などの液体が挙げられる。

そして、このような温度センサとして、感温素子を収容する内筒と、その内筒を覆う外筒と、を備える温度センサが知られている（特許文献１）。
このような温度センサに備えられる外筒は、内筒に測定対象流体（気体、液体など）が直接触れるのを抑制して、内筒の急激な温度変化を抑制するために備えられる。つまり、外筒は、急激な温度変化を抑制して、温度変化に起因する応力の発生を抑制することで、感温素子と他部材（例えば、シース部材のシース芯線）との電気的な接続経路に断線が発生するのを低減できる。

特許第５１５５２４６号公報 特許第５１９８９３４号公報

しかし、温度センサが高温環境下で使用されると、外筒に酸化被膜が形成されてしまい、酸化被膜の形成に伴い外筒の放射率が変化することにより、温度センサの温度検出精度が変化する虞がある。

つまり、高温環境下での温度センサの使用時間の経過に伴い、外筒の全体に酸化被膜が形成されると、その後は、外筒の放射率は一定値となり安定するが、酸化被膜が形成されるまでの間は、酸化被膜の形成状態の進行状況によって外筒の放射率が徐々に変化する。このような放射率の変化が生じている間は、外筒から感温素子までの熱伝導に変化が生じて、感温素子による検出温度が変化してしまい、温度センサの温度検出精度が変化する虞がある。

そこで、本発明は、高温環境下での使用時間の経過に伴う温度検出精度の変化が生じがたい温度センサを提供することを目的とする。

本発明の１つの局面における温度センサは、感温素子と、シース部材と、内筒と、外筒と、を備える。
感温素子は、温度に応じて電気的特性が変化する感温部と、感温部から延びる一対の素子電極線と、を有する。シース部材は、素子電極線に接合部を介して接続されるシース芯線と、シース芯線を絶縁材の間に内包するシース外管と、を有する。

内筒は、有底筒状をなし、先端となる底部側に少なくとも感温素子及び接合部を収容し、素子電極線およびシース芯線の延びる延伸方向に延びる金属製の部材である。
外筒は、自身の内部に測定対象流体を導入する流体導入部を有する筒状に形成される金属製の部材である。外筒は、内筒のうち接合部の収容領域を少なくとも収容するとともに、延伸方向における接合部より先端側の領域が内筒とは離間して配置される。

さらに、外筒は、その表面に酸化被膜を備えるとともに、少なくとも延伸方向における接合部より先端側の領域の放射率が０．４３以上となるように構成されている。
このように、外筒の放射率が０．４３以上である場合には、後述する測定結果（図３参照）に示すように、高温環境下での温度センサの使用時間の経過に対する、感温素子による検出温度の変化量（換言すれば、温度変化量）を一定範囲内に抑制することができる。

よって、この温度センサによれば、高温環境下での使用時間の経過に伴う温度検出精度の変化が生じがたくなる。
なお、測定対象流体としては、例えば、液体、気体が挙げられる。

また、この温度センサは、延伸方向における接合部より先端側の領域において、外筒と内筒とが離間して配置されるため、急激な温度変化による外筒の収縮に内筒が追随することがなく、内筒の収縮量が少なくなる。特に、接合部を外筒が遮蔽しているので、温度変化による内筒の収縮に起因して接合部に生ずる剪断応力等の応力を緩和する事ができる。これにより、温度変化に起因する応力によって温度センサが破損することを抑制できる。

さらに、この温度センサは、外筒が流体導入部を有することで、測定対象流体が流体導入部を介して内筒に到達するため、測定対象流体が内筒に直接接触しない構成に比べて、内筒に収容された感温素子の温度検出における応答性の低下を抑制しつつ、測定対象流体の温度を精度よく測定することができる。

また、放射率の測定方法としては、例えば、放射温度計を用いる方法が挙げられる。放射温度計を用いた放射率の測定方法は、まず、接触式の温度センサ（測温抵抗体、熱電対など）を用いて実際の対象物温度を測定する。その後、放射温度計における放射率設定値（０．１０〜０．９９の範囲内）を任意の値に設定した状態で対象物温度を測定する。このとき、放射温度計での測定温度が接触式の温度センサでの測定温度と異なる場合には、放射温度計の放射率設定値を別の値に変更する。このような放射率設定値の変更を繰り返して、放射温度計での測定温度が接触式の温度センサでの測定温度と等しくなるまで、放射率設定値を調整する。放射温度計での測定温度が接触式の温度センサでの測定温度と等しくなった時の放射率設定値が、対象物の放射率である。

次に、上述の温度センサにおいては、外筒は放射率が０．５８以上であってもよい。
このように、外筒の放射率が高くなることで、高温環境下での温度センサの使用時間の経過に対する、感温素子による検出温度の変化量をより小さくすることができる。具体的には、感温素子による検出温度の変化量を２．０℃以下に制限することができる。

次に、上述の温度センサにおいては、外筒は放射率が０．６６以上であってもよい。
このように、外筒の放射率が高くなることで、高温環境下での温度センサの使用時間の経過に対する、感温素子による検出温度の変化量をより小さくすることができる。具体的には、感温素子による検出温度の変化量を１．０℃以下に制限することができる。

次に、上述の温度センサにおいては、流体導入部は、外筒のうちシース芯線の先端よりも先端側領域に形成されてもよい。
このように、外筒における流体導入部の形成位置を定めることで、流体導入部を通過して外筒の内部に導入された測定対象流体が、内筒のうち感温素子の配置領域に近い部位に到達しやすくなる。これにより、感温素子による温度検出の応答速度が低下することを抑制できる。

よって、この温度センサによれば、高温環境下での使用時間の経過に伴う温度検出精度の変化が生じがたくなるとともに、温度検出の応答速度の応答速度が低下することを抑制できる。

次に、上述の温度センサにおいては、外筒は、先端に流体導入部としての開口部を有する筒状に形成され、延伸方向において接合部より先端側でかつ内筒の底部より後端側の領域に開口部が配置されてもよい。

この温度センサにおいては、内筒のうち少なくとも一部が、外筒における先端の開口部から外部に露出する状態で配置される。この場合、内筒のうち感温素子の感温部が配置される部位が常に測定対象流体に曝されるので、感温部の応答性がさらに向上し、測定対象流体の温度の測定精度がより一層向上する。

次に、上述の温度センサにおいては、外筒は、有底筒状に形成され、内部に内筒を収容する構成であってもよい。
外筒が、有底筒状に形成され、内部に内筒を収容する構成を採ることで、内筒が外筒で遮蔽されるため、温度センサが高温域から低温域へ急冷された際、外周側の外筒から冷却が始まり外筒は収縮するものの、外筒で遮蔽されている内筒には急激な温度変化が伝わり難くなる。これにより、温度変化に起因して内筒に生ずる剪断応力等の応力を緩和することができ、内筒の破損を抑制できる。

なお、この温度センサは、測定対象流体が流体導入部を介して内筒に到達するため、内筒に収容された感温素子の温度検出における応答性の低下を抑制しつつ、測定対象流体の温度を精度よく測定することができる。

本発明の温度センサによれば、高温環境下での使用時間の経過に伴う温度検出精度の変化が生じがたくなる。

温度センサの一部を破断して内部構造を示した説明図である。 温度センサのうち外筒を含む先端部分を延伸方向に平行な面で切断した端面の拡大端面図であり、（ａ）は高温時の状態を示しており、（ｂ）は低温時の状態を示している。 温度センサにおける耐久試験の測定結果である。 第２温度センサの一部を破断して内部構造を示した説明図である。 第２温度センサのうち第２外筒を含む先端部分を延伸方向に平行な面で切断した端面の拡大端面図であり、（ａ）は高温時の状態を示しており、（ｂ）は低温時の状態を示している。

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態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．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
まず、本実施形態に係る温度センサの構造を説明する。

図１は、温度センサ１の一部を破断して内部構造を示した説明図である。
温度センサ１は、内燃機関の排気管などの流通管に装着されることにより、測定対象流体が流れる流通管内に配置されて、測定対象流体（排気ガス）の温度検出に用いられるものである。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って、温度センサ１も上記温度範囲内で上昇−冷却する冷熱サイクルを受ける。

なお、ここでは、温度センサ１の長手方向が延伸方向であり、図１の上下方向である。また、温度センサ１の先端側は図１の下側であり、後端側は図１の上側である。
この温度センサ１には、感温素子３と、シース部７と、金属チューブ９（内筒９ともいう）と、外筒１２０と、取付部１１と、ナット部１３と、が主に設けられている。

感温素子３は、測定対象流体が流れる流通管内に配置される測温素子（感温素子）であり、金属チューブ９の内部に配置されるものである。
感温素子３は、温度によって内部の金属抵抗体の電気的特性（電気抵抗値）が変化する感温部４と、この感温部４に接続された一対の出力線５（素子電極線５）と、を備えている。

感温部４は、サーミスタ素子、Ｐｔ抵抗体等を用いて構成される。感温部４として、サーミスタ素子（サーミスタ焼結体）を用いる場合には、例えば、（Ｓｒ，Ｙ）（Ａｌ，Ｍｎ，Ｆｅ）Ｏ_３をベース組成としたペロブスカイト型酸化物を用いることができる。

シース部７は、金属製のシース外管１７と、導電性金属で構成された一対の金属芯線１５（シース芯線１５）と、シース外管１７と２本のシース芯線１５との間を電気的に絶縁してシース芯線１５を保持する絶縁粉末（図示せず）と、を備えている。つまり、シース部７は、一対のシース芯線１５をシース外管１７の内側にて絶縁保持するよう構成されている。

一般に、感温素子３の素子電極線５は、高価な材料（例えば、Ｐｔ−Ｒｈ線等）で形成されるが、感温素子３で生成される検出信号を伝達するシース芯線１５は、安価な材料（例えば、ＳＵＳ等）で形成することでコストダウンが図られている。

金属チューブ９は、延伸方向に延びる筒状の部材の先端側を閉塞して形成した有底筒状の部材であり、耐腐食性金属（例えば、耐熱性金属でもあるＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス合金）を用いて形成されたものである。

金属チューブ９は、鋼板の深絞り加工によりチューブ先端１９（底部１９）が閉塞した延伸方向に延びる筒状に形成され、筒状のチューブ後端が開放した形状に形成されている。また、金属チューブ９は、チューブ後端側が取付部１１の内面に当接するように、延伸方向寸法が設定されている。

更に、金属チューブ９の内部には、感温素子３およびセメント２３（保持部材２３）が配置されている。この金属チューブ９には、先端部分に小径部２５が形成され、その後端側に小径部２５よりも径が大きな大径部２７が形成されている。そして、この小径部２５および大径部２７の間は、段差部２９により接続されている。

セメント２３は、感温素子３の周囲に充填されるものであり、感温素子３を保持してその揺動を抑制するものである。セメント２３は、熱伝導率が高く、高耐熱、高絶縁性の材料を用いて構成される。

セメント２３としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３やＭｇＯなどの酸化物、ＡｌＮやＴｉＮやＳｉ_３Ｎ_４やＢＮ等の窒化物、および、ＳｉＣやＴｉＣやＺｒＣ等の炭化物が主体のセメントを用いてもよい。または、セメント２３としては、Ａｌ_２Ｏ_３やＭｇＯなどの酸化物、ＡｌＮやＴｉＮやＳｉ_３Ｎ_４やＢＮ等の窒化物、および、ＳｉＣやＴｉＣやＺｒＣ等の炭化物が主体で、Ａｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２やＭｇＯ等の無機バインダーを混合したセメントを用いてもよい。

外筒１２０は、金属チューブ９と同軸に配置され、金属チューブ９を覆う筒状の金属製（本実施形態では、ＳＵＳ３１０Ｓを使用）の部材である。
外筒１２０は、両端が金属チューブ９を挿通可能な大きさに開口した筒状であり、先端１２０ａに、測定対象流体（排気ガス）を内部に導入する流体導入部（ガス導入部）としての開口部１２０ｃを有する。外筒１２０は、金属チューブ９のうち取付部１１より先端側に位置する部分のほぼ中央位置に加締部１２０ｂ（固定部１２０ｂ）を備える。外筒１２０は、加締部１２０ｂによって金属チューブ９に固定される。外筒１２０の先端１２０ａは、金属チューブ９の先端よりわずかに後端側に位置し、外筒１２０の後端は、取付部１１（詳細には、後述する突出部３１の取付座面３５）まで延びている。

排気管のセンサ取り付け位置のうち、外筒１２０が配置される部位の内径は、外筒１２０の外径よりわずかに大きく、外筒１２０を収容可能に構成されている。
取付部１１は、金属チューブ９を支持する筒状の部材であり、少なくとも金属チューブ９の先端が外部に露出する状態で金属チューブ９の後端側の外周面を取り囲んで、金属チューブ９を支持するものである。この取付部１１には、径方向外側に突出する突出部３１と、突出部３１の後端側に位置すると共に延伸方向に延びる後端側鞘部３３と、が設けられている。

突出部３１は、先端側に取付座面３５が設けられた環状の部材である。取付座面３５は、先端側に向かって径が小さくなるテ―パ形状に形成されており、排気管のセンサ取り付け位置の形状に対応したものである。排気管のセンサ取り付け位置は、取付座面３５に当接する部位として、後端側に向かって径が大きくなるテ―パ部を備えて形成されている。

なお、取付部１１は、排気管のセンサ取り付け位置に配置されると、取付座面３５がセンサ取り付け位置のテーパ部に密着して、排気管から外部への排気ガスの漏出を抑制する。

後端側鞘部３３は、筒状に形成された部材であり、この後端側鞘部３３には、先端側に位置する第１段部３７と、第１段部３７よりも外径が小さな第２段部３８と、が形成されている。

取付部１１が金属チューブ９の後端部に圧入された後、第２段部３８と金属チューブ９とをレーザ溶接することで、取付部１１および金属チューブ９が互いに固定されている。
ナット部１３は、六角ナット部３９およびネジ部４１を有する筒状の部材である。ナット部１３は、取付部１１のうち突出部３１の後端面にネジ部４１の先端面を当接させた状態で、取付部１１の外周にて回動自在に配置される。

ナット部１３のネジ部４１が排気管に設けられたネジ穴と螺合することにより、温度センサ１が排気管のセンサ取り付け位置に取付けられる。
シース芯線１５は、先端部が溶接点（接合部：図示せず）により感温素子３の出力線５と電気的に接続されるものであり、後端部が抵抗溶接により加締め端子４３と接続されるものである。つまり、シース芯線１５は、自身の後端が加締め端子４３を介して外部回路（例えば、車両の電子制御装置（ＥＣＵ）等）の接続用のリード線４５と接続されるものである。

一対のシース芯線１５のうち後端部分は、絶縁チューブ４７によって互いに絶縁されており、一対の加締め端子４３も絶縁チューブ４７により互いに絶縁されている。リード線４５は、導線を絶縁性の被覆材により被覆したものであり、このリード線４５は、耐熱ゴム製のシール部材４９の内部を貫通して配置されている。

［１−２．外筒］
次に、外筒１２０の構成について説明する。
図２は、温度センサ１のうち外筒１２０を含む先端部分を延伸方向に平行な面で切断した端面の拡大端面図である。図２（ａ）は高温時の温度センサ１の状態を示しており、図２（ｂ）は低温時の温度センサ１の状態を示している。

図２（ａ）に示すように、金属チューブ９のチューブ先端１９（底部１９）の内部空間に、感温素子３が配置されている。感温素子３は、感温部４の後端４ｒから金属チューブ９の延伸方向Ｌに沿って素子電極線５が延びるように配置されている。

また、シース部７のシース外管１７は、金属チューブ９と同心状となる状態で金属チューブ９に収容され、シース部７のシース外管１７の先端から引き出されたシース芯線１５と素子電極線５の端部同士が重ね合わされている。

そして、素子電極線５とシース芯線１５との重ね合わせ部をレーザスポット溶接することで接合部１１０が形成され、両者が接合部１１０を介して接合される。このようにして感温素子３とシース部７とが接続されて金属チューブ９に収容され、金属チューブ９の内部の空隙にセメント２３（保持部材２３）が充填されることで、感温素子３とシース部７とが金属チューブ９の内部に保持される。セメント２３（保持部材２３）は、例えば、アルミナを主体としシリカを骨材とする未固化状態のセメントを、上記空隙に充填し固化して形成することができる。

ここで、延伸方向Ｌの位置のうち、接合部１１０の中心位置をＪとし、感温部４の後端４ｒの位置をＲとし、感温部４の先端４ｆの位置をＦとし、金属チューブ９のチューブ先端１９（底部１９）の位置をＢとする。

外筒１２０の先端１２０ａ（開口部１２０ｃ）の位置Ｘは、位置Ｊより先端側でかつ位置Ｂより後端側の領域に設定される。さらに、外筒１２０は、位置Ｊより先端側の領域では金属チューブ９と離間している。

外筒１２０をこのように構成すると、金属チューブ９のチューブ先端１９（底部１９）が外筒１２０の先端１２０ａ（開口部１２０ｃ）から表出する一方、接合部１１０が外筒１２０で遮蔽される。そのため、温度センサ１が高温域から低温域へ急冷された際、外周側の外筒１２０から冷却が始まり、図２（ｂ）に示すように外筒１２０は収縮するものの、外筒１２０で遮蔽されている金属チューブ９には急激な温度変化が伝わり難くなる。さらに外筒１２０が接合部１１０より先端側で金属チューブ９と離間しているため、急激な温度変化による外筒１２０の収縮に金属チューブ９が追随することがなく、金属チューブ９の収縮量も少なくなる。特に、接合部１１０（位置Ｊ）を外筒１２０が遮蔽しているので、温度変化による金属チューブ９の収縮に起因して接合部１１０に生ずる剪断応力等の応力を緩和する事ができる。

さらに、金属チューブ９のチューブ先端１９（底部１９）が外筒１２０から表出しているため、チューブ先端１９（底部１９）が排気ガスに曝され、チューブ先端１９（底部１９）に収容された感温部４の応答性を損なわず、排気ガスの温度を精度よく測定することができる。なお、「位置Ｘが位置Ｂより後端側にある」、とは位置Ｘと位置Ｂとが面一な場合も含むとする。両者が面一であれば、排気ガスの気流によってチューブ先端１９（底部１９）が排気ガスに曝されるからである。

さらに、接合部１１０を外筒１２０が遮蔽していることで、接合部１１０の近傍にかかる温度変化を緩和させることができるので、接合部１１０に生ずる熱応力をも小さくでき、温度センサの信頼性が一層高まる。

なお、この実施形態において、外筒１２０の外径が４．４５ｍｍで肉厚０．３ｍｍであり、金属チューブ９の外径が２．６５ｍｍのものが例示され、この場合、外筒１２０と金属チューブ９の離間距離は０．６ｍｍである。

また、この実施形態では、接合部１１０より先端側で金属チューブ９と外筒１２０とが離間している部分において、金属チューブ９の最大外径をφ１とし、外筒１２０の最小内径をφ２としたとき、φ１＜φ２≦２×φ１の関係を満たしている。

このような構成とすると、接合部１１０より先端側で金属チューブ９と外筒１２０とを確実に離間させることができ、上記したように外筒１２０による接合部１１０の遮蔽効果を有効に発揮することができる。一方で、外筒１２０が金属チューブ９より大きくなり過ぎない（最大でも外筒１２０の内径が金属チューブ９の外径の２倍以下）ので、遮蔽効果が薄れる可能性を低減しつつ、加締め等によって外筒を取り付ける際に加締め不良等が生じ難く、生産性や組み付け精度が向上する。

なお、図２（ａ）において、金属チューブ９の上面と外筒１２０との間に隙間Ｇ１が形成され、金属チューブ９の下面と外筒１２０との間に隙間Ｇ２が形成されている。この場合、φ２−φ１＝Ｇ１＋Ｇ２の関係を満たす。

また、外筒１２０は、自身の表面に酸化被膜を備えるとともに、放射率εが０．４３以上となるように構成されている。
外筒１２０の表面に備えられる酸化被膜は、外筒１２０を熱処理することにより形成される。例えば、金属チューブ９に固定される前の単体状態の外筒１２０を、高温環境下（例えば、８００℃）にて所定の被膜形成時間（例えば、１〜２時間）にわたり配置することで、外筒１２０の表面で酸化反応が生じて、酸化被膜が形成される。

このように酸化被膜を形成することで、外筒１２０の放射率εを変更することができる。また、熱処理の温度および時間を調整することで、酸化被膜の形成状態を調整できるとともに、外筒１２０の放射率εを調整できる。

なお、本実施形態では、放射率εの測定方法として、放射温度計を用いる方法を採用している。放射温度計を用いた放射率の測定方法は、まず、接触式の温度センサ（測温抵抗体、熱電対など）を用いて実際の対象物温度を測定する。その後、放射温度計における放射率設定値（例えば、０．１０〜０．９９の範囲内）を任意の値に設定した状態で対象物温度を測定する。このとき、放射温度計での測定温度が接触式の温度センサでの測定温度と異なる場合には、放射温度計の放射率設定値を別の値に変更する。このような放射率設定値の変更を繰り返して、放射温度計での測定温度が接触式の温度センサでの測定温度と等しくなるまで、放射率設定値を調整する。放射温度計での測定温度が接触式の温度センサでの測定温度と等しくなった時の放射率設定値が、対象物の放射率である。

［１−３．耐久試験］
ここで、温度センサを高温環境下に所定の耐久時間にわたり設置し、耐久前後のそれぞれにおける温度センサでの検出温度を測定し、耐久前後における温度センサによる検出温度の変化量（換言すれば、温度変化量）を測定した耐久試験について説明する。

この耐久試験では、温度センサを９５０℃の環境下で５０時間にわたり設置し、耐久前後における温度センサによる検出温度の温度変化量を測定した。なお、温度測定時には、６００℃の環境下に温度センサを設置して、温度センサにより検出される検出温度を測定した。

また、この耐久試験では、外筒１２０の放射率εが異なる複数種類の温度センサを用いることで、外筒１２０の放射率εと、温度センサの耐久前後の温度変化量との関係を測定した。具体的には、外筒１２０の放射率εがそれぞれ「０．３０」、「０．３５」、「０．４３」、「０．５２」、「０．６６」となる５種類の温度センサを用いて測定を実施した。

なお、この耐久試験では、各温度センサに関して、内筒９の放射率が外筒１２０の放射率と同じとなるように、内筒９の製造工程を調整した。
図３に、温度センサにおける耐久試験の測定結果を示す。

図３に示すように、外筒１２０の放射率εが高くなるに従い、温度センサにおける耐久前後の温度変化量が小さくなることが判る。
つまり、高温環境下に配置された温度センサにおいては、時間経過に伴い、外筒１２０に酸化被膜がより厚く形成されるが、放射率εの高い外筒１２０になるほど酸化被膜が安定して形成されているため、酸化被膜の形成状態が変化しがたくなり、温度センサにおける耐久前後の温度変化量が小さくなると考えられる。

そして、温度センサにおける耐久前後の温度変化量が４．０℃以下であれば、実使用環境下での温度検出誤差の許容範囲となることから、放射率εが０．４３以上の外筒１２０を用いることで、温度検出誤差が許容範囲となる温度センサを実現できる。

［１−４．効果］
以上説明したように、本実施形態の温度センサ１は、金属チューブ９（内筒９）と同軸に配置され、金属チューブ９を覆う筒状の外筒１２０を備えている。

そして、外筒１２０は、その表面に酸化被膜を備えるとともに、放射率εが０．４３以上となるように構成されている。
このように、外筒１２０の放射率εが０．４３以上である場合には、上述の測定結果（図３参照）に示すように、高温環境下での温度センサ１の使用時間の経過に対する、感温素子３による検出温度の変化量（温度変化量）を一定範囲内に抑制することができる。

よって、温度センサ１によれば、高温環境下での使用時間の経過に伴う温度検出精度の変化が生じがたくなる。
次に、温度センサ１においては、外筒１２０の先端１２０ａ（開口部１２０ｃ）がシース芯線１５の先端よりも先端側領域に配置されている。そして、外筒１２０の先端１２０ａ（開口部１２０ｃ）は、開口して形成されており、測定対象流体（排気ガス）を内部に導入するための流体導入部（ガス導入部）として機能する。

つまり、外筒１２０のガス導入部（開口部１２０ｃ）は、外筒１２０のうちシース芯線１５の先端よりも先端側領域に形成されている。
このように、外筒１２０におけるガス導入部（開口部１２０ｃ）の形成位置を定めることで、ガス導入部（開口部１２０ｃ）を通過して外筒１２０の内部に導入された測定対象流体（排気ガス）が、金属チューブ９のうち感温素子３の配置領域に近い部位に到達しやすくなる。これにより、感温素子３による温度検出の応答速度が低下することを抑制できる。

よって、温度センサ１によれば、高温環境下での使用時間の経過に伴う温度検出精度の変化が生じがたくなるとともに、温度検出の応答速度の応答速度が低下することを抑制できる。

次に、温度センサ１においては、外筒１２０は、先端１２０ａにガス導入部としての開口部１２０ｃを有する筒状に形成され、延伸方向において接合部１１０より先端側でかつ金属チューブ９のチューブ先端１９（底部１９）より後端側の領域に開口部１２０ｃが配置される構成である。

温度センサ１においては、金属チューブ９のうち少なくとも一部が、外筒１２０における先端１２０ａの開口部１２０ｃから外部に露出する状態で配置される。この場合、金属チューブ９のうち感温素子３の感温部４が配置される部位が常に測定対象流体（排気ガス）に曝されるので、感温部４の応答性がさらに向上し、測定対象流体（排気ガス）の温度の測定精度がより一層向上する。

なお、この実施形態では、位置Ｊより後端側で加締部１２０ｂによって外筒１２０が金属チューブ９に固定されている。金属チューブ９と外筒１２０の固定位置を位置Ｊより後端側とすることで、急激な温度変化による外筒１２０の収縮に金属チューブ９が追随することを有効に抑制できる。特に、金属チューブ９と外筒１２０の固定位置（例えば、加締部１２０ｂ）を、位置Ｓ（シース外管１７の先端から剥き出されたシース芯線１５の後端）より後端側とすることで、急激な温度変化による外筒１２０の収縮に金属チューブ９が追随することをより有効に抑制できる。

さらに、位置Ｘが位置Ｒより先端側にあることで、素子電極線５および接合部１１０を外筒１２０が覆う構成となるため、温度変化による収縮で接合部１１０に剪断応力がかかる場合であっても、接合部１１０にかかる剪断応力をさらに緩和することができる。

また、位置Ｘが位置Ｆより後端側にあることで、金属チューブ９のうち感温部４が配置される部位が常に排気ガスに曝されるので、感温部４の応答性がさらに向上し、排気ガスの温度の測定精度がより一層向上する。

なお、この実施形態では、感温部４と金属チューブ９との間の空隙にセメント２３が充填され、感温部４が金属チューブ９と強固に一体化しているため、金属チューブ９が温度変化によって体積変化（膨張・収縮）した際に、感温部４が後側（シース部材側）へ押される度合が大きくなる。これに対して、温度センサ１は、上述のように、外筒１２０を備えることで、急激な温度変化による金属チューブ９の収縮量が少なくなるため、温度変化による金属チューブ９の収縮に起因して感温部４に生ずる応力を緩和する事ができる。

また、感温部４と金属チューブ９との間の空隙にセメント２３を充填すると、金属チューブ９から感温部４への熱伝導が良好になるため、感温部４の応答性がさらに向上する。
［１−５．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。

温度センサ１が温度センサの一例に相当し、感温素子３が感温素子の一例に相当し、感温部４が感温部の一例に相当し、出力線５（素子電極線５）が素子電極線の一例に相当する。

シース部７がシース部材の一例に相当し、シース芯線１５がシース芯線の一例に相当し、シース外管１７がシース外管の一例に相当する。
金属チューブ９が内筒の一例に相当し、外筒１２０が外筒の一例に相当し、開口部１２０ｃが流体導入部の一例に相当する。

［２．第２実施形態］
［２−１．第２温度センサ］
次に、第２実施形態に係る第２温度センサ１０１について説明する。

図４は、第２温度センサ１０１の一部を破断して内部構造を示した説明図である。
なお、第２温度センサ１０１は、第１実施形態の温度センサ１と比べて、取付部および外筒の構成が異なり、他の部材については第１実施形態と同一である。このため、以下の説明では、第１実施形態とは異なる部材を中心に記載し、第１実施形態と同一の部材は同一符号を付して説明を省略する。

まず、第２温度センサ１０１においては、金属チューブ９（内筒９）への第２外筒２２０の固定に加締めを用いず、ガイド部３５ａを有する第２取付部１１１を用いた点が、第１実施形態の温度センサ１と異なる。

すなわち、第２取付部１１１は、突出部３１の先端面の取付座面３５から先端側へ延設された筒状のガイド部３５ａを備えている。ガイド部３５ａは、第２取付部１１１と同心の中心孔を有し、ガイド部３５ａの外径は第２外筒２２０の内径よりわずかに大きく形成されている。

そして、ガイド部３５ａに第２外筒２２０を嵌挿して両者を溶接することで、溶接部Ｗで第２外筒２２０がガイド部３５ａに固定される。
次に、第２温度センサ１０１においては、外筒として、両端が金属チューブ９を挿通可能な大きさに開口した筒状の外筒１２０ではなく、後端が金属チューブ９を挿通可能な大きさに開口し、先端２２０ａ（底部２２０ａ）が金属チューブ９を挿通できないように閉じた有底筒状の第２外筒２２０を備えている点が、第１実施形態の温度センサ１と異なる。

第２外筒２２０は、自身の表面に酸化被膜を備えるとともに、放射率εが０．４３以上となるように構成されている。
第２外筒２２０の表面に備えられる酸化被膜は、外筒１２０と同様に、第２外筒２２０を熱処理することにより形成される。例えば、第２取付部１１１のガイド部３５ａに固定される前の単体状態の第２外筒２２０を、高温環境下（例えば、８００℃）にて所定の被膜形成時間（例えば、１〜２時間）にわたり配置することで、第２外筒２２０の表面で酸化反応が生じて、酸化被膜が形成される。

このように酸化被膜を形成することで、第２外筒２２０の放射率εを変更することができる。また、熱処理の温度および時間を調整することで、酸化被膜の形成状態を調整できるとともに、第２外筒２２０の放射率εを調整できる。

第２外筒２２０は、先端２２０ａ（底部２２０ａ）および側面に、複数のガス導入部２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃを備えている。
図５は、第２温度センサ１０１のうち第２外筒２２０を含む先端部分を延伸方向に平行な面で切断した端面の拡大端面図である。図５（ａ）は高温時の第２温度センサ１０１の状態を示しており、図５（ｂ）は低温時の第２温度センサ１０１の状態を示している。

図５（ａ）に示すように、ガス導入部２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃは、第２外筒２２０のうちシース芯線１５の先端（位置Ｋ）よりも先端側領域に形成されている。
ここで、第１実施形態と同様に、延伸方向Ｌの位置のうち、接合部１１０の中心位置をＪとし、感温部４の後端４ｒの位置をＲとし、感温部４の先端４ｆの位置をＦとし、金属チューブ９のチューブ先端１９（底部１９）の位置をＢとする。

このとき、第２外筒２２０は、位置Ｊより先端側の領域において、金属チューブ９と離間している。
第２外筒２２０をこのように構成すると、金属チューブ９（接合部１１０を含む）が第２外筒２２０で遮蔽される。そのため、第２温度センサ１０１が高温域から低温域へ急冷された際、外周側の第２外筒２２０から冷却が始まり、図５（ｂ）に示すように第２外筒２２０は収縮するものの、外筒１２０で遮蔽されている金属チューブ９には急激な温度変化が伝わり難くなる。さらに第２外筒２２０が接合部１１０より先端側で金属チューブ９と離間しているため、急激な温度変化による第２外筒２２０の収縮に金属チューブ９が追随することがなく、金属チューブ９の収縮量も少なくなる。特に、接合部１１０（位置Ｊ）を第２外筒２２０が遮蔽しているので、温度変化による金属チューブ９の収縮に起因して接合部１１０に生ずる剪断応力等の応力を緩和する事ができる。

さらに、第２外筒２２０は、シース芯線１５の先端（位置Ｋ）よりも先端側領域にガス導入部２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃを備えており、ガス導入部２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃから導入された排気ガスが金属チューブ９に到達しやすい構造である。このように金属チューブ９が排気ガスに曝されることで、金属チューブ９に内蔵された感温素子３（感温部４）の応答性を損なわず、排気ガスの温度を精度よく測定することができる。

さらに、接合部１１０を第２外筒２２０が遮蔽していることで、接合部１１０およびその周囲に生じる温度変化を緩和させることができるので、接合部１１０に生ずる熱応力をも小さくでき、温度センサの信頼性が一層高まる。

また、この第２実施形態では、第２外筒２２０のうち、延伸方向Ｌにおける接合部１１０（位置Ｊ）よりも先端側領域に、すべてのガス導入部２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃが形成されている。このような構成とすると、接合部１１０を完全に第２外筒２２０が遮蔽するので、温度変化による金属チューブ９の収縮に起因して接合部１１０に生ずる剪断応力等の応力をより一層緩和する事ができる。

また、第２実施形態では、第２外筒２２０のうち、延伸方向Ｌにおける位置Ｆ〜位置Ｒの領域（換言すれば、感温部４に対応する領域）に、ガス導入部２２２ｂが形成されている。このような構成とすると、このガス導入部２２２ｂから導入された測定対象流体（排気ガス）が、金属チューブ９のうち感温部４の近接領域に接触しやすくなり、感温素子３（感温部４）の応答性がさらに向上する。

［２−２．効果］
以上説明したように、第２実施形態の第２温度センサ１０１は、有底筒状に形成された第２外筒２２０を備えている。第２外筒２２０は、内部に金属チューブ９（内筒９）を収容する構成である。

そして、第２外筒２２０は、その表面に酸化被膜を備えるとともに、放射率εが０．４３以上となるように構成されている。
このように、第２外筒２２０の放射率εが０．４３以上である場合には、上述の測定結果（図３参照）に示すように、高温環境下での第２温度センサ１０１の使用時間の経過に対する、感温素子３による検出温度の変化量（温度変化量）を一定範囲内に抑制することができる。

よって、第２温度センサ１０１によれば、高温環境下での使用時間の経過に伴う温度検出精度の変化が生じがたくなる。
また、第２外筒２２０が、有底筒状に形成され、内部に金属チューブ９を収容する構成を採ることで、金属チューブ９が第２外筒２２０で遮蔽されるため、第２温度センサ１０１が高温域から低温域へ急冷された際、外周側の第２外筒２２０から冷却が始まり第２外筒２２０は収縮するものの、第２外筒２２０で遮蔽されている金属チューブ９には急激な温度変化が伝わり難くなる。これにより、温度変化に起因して金属チューブ９に生ずる剪断応力等の応力を緩和することができ、金属チューブ９の破損を抑制できる。

なお、第２温度センサ１０１は、排気ガスがガス導入部２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃを介して第２外筒２２０の内部に導入されて金属チューブ９に到達するため、金属チューブ９に収容された感温素子３の温度検出における応答性の低下を抑制しつつ、排気ガス温度を精度よく測定することができる。

［２−３．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
第２温度センサ１０１が温度センサの一例に相当し、第２外筒２２０が外筒の一例に相当し、ガス導入部２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃが流体導入部の一例に相当する。

［３．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、放射率εが０．４３以上の外筒１２０および第２外筒２２０を備える温度センサについて説明したが、外筒は、外筒１２０または第２外筒２２０に限られることはない。例えば、放射率εがより高い外筒を用いることで、高温環境下での温度センサの使用時間の経過に対する、感温素子による検出温度の変化量をより小さくすることができる。

具体的には、放射率が０．５８以上の外筒を用いて温度センサを構成した場合には、感温素子による検出温度の変化量を２．０℃以下に制限することができる。また、放射率が０．６６以上の外筒を用いて温度センサを構成した場合には、感温素子による検出温度の変化量を１．０℃以下に制限することができる。

また、温度センサにより温度検出する検出対象流体は、内燃機関の排気ガスに限られることはなく、他の気体であってもよく、また、内燃機関の冷却水温度や潤滑油温度などの液体であってもよい。

さらに、内筒は、金属チューブ９（内筒９）のように、後端が取付部１１（第２取付部１１１）に到達する長尺形状に限られることはなく、感温素子を覆う形状であればよい。例えば、感温素子の先端（例えば、図２（ａ）の位置Ｆ）からシース部材の先端（例えば、図２（ａ）の位置Ｓ）までの領域を覆うことができる有底筒状の内筒を用いて、この内筒の後端を、位置Ｓの近傍でシース外管（例えば、図２（ａ）のシース外管１７）の先端に全周レーザ溶接してもよい。この場合、この溶接位置より後端側には内筒が存在しないため、シース外管が露出した状態となる。

さらに、金属チューブ９（内筒９）へ感温素子３を保持する構造は、上記したセメント２３の充填による構造に限られることはない。例えば、感温素子３の周囲にホルダを配置し、このホルダ内にセメント（絶縁材）を充填して感温素子３を保持する保持構造や、感温素子３を金属チューブ９の先端内壁や側壁へ当接（接着等）させた保持構造などを採用してもよい。

また、上記の耐久試験では、温度センサとして、内筒９の放射率が外筒１２０の放射率と同じとなる構成の温度センサについて説明したが、本発明の温度センサは、このような構成に限られることはない。例えば、内筒の放射率が外筒の放射率以上となる構成の温度センサであってもよい。

１…温度センサ、３…感温素子、４…感温部、５…素子電極線（出力線）、７…シース部、９…金属チューブ（内筒）、１１…取付部、１５…金属芯線（シース芯線）、１７…シース外管、１９…チューブ先端（底部）、２３…セメント（保持部材）、３１…突出部、３５…取付座面、３５ａ…ガイド部、３９…六角ナット部、４１…ネジ部、４３…加締め端子、４５…リード線、４７…絶縁チューブ、４９…シール部材、１０１…第２温度センサ、１１０…接合部、１１１…第２取付部、１２０…外筒、１２０ａ…先端、１２０ｂ…加締部（固定部）、１２０ｃ…開口部、２２０…第２外筒、２２０ａ…先端（底部）、２２２ａ…ガス導入部、２２２ｂ…ガス導入部、２２２ｃ…ガス導入部。

Claims (6)

1. 温度に応じて電気的特性が変化する感温部と、該感温部から延びる一対の素子電極線と、を有する感温素子と、
   前記素子電極線に接合部を介して接続されるシース芯線と、該シース芯線を絶縁材の間に内包するシース外管と、を有するシース部材と、
   有底筒状をなし、先端となる底部側に少なくとも前記感温素子及び前記接合部を収容し、前記素子電極線および前記シース芯線の延びる延伸方向に延びる金属製の内筒と、
   自身の内部に測定対象流体を導入する流体導入部を有する筒状に形成され、前記内筒のうち前記接合部の収容領域を少なくとも収容するとともに、前記延伸方向における前記接合部より先端側の領域が前記内筒とは離間して配置される金属製の外筒と、
   を備え、
   前記外筒は、その表面に酸化被膜を備えるとともに、少なくとも前記延伸方向における前記接合部より先端側の領域の放射率が０．４３以上である、
   温度センサ。
2. 前記外筒は、放射率が０．５８以上である、
   請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記外筒は、放射率が０．６６以上である、
   請求項１または請求項２に記載の温度センサ。
4. 前記流体導入部は、前記外筒のうち前記シース芯線の先端よりも先端側領域に形成される、
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の温度センサ。
5. 前記外筒は、先端に前記流体導入部としての開口部を有する筒状に形成され、前記延伸方向において前記接合部より先端側でかつ前記内筒の底部より後端側の領域に前記開口部が配置される、
   請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の温度センサ。
6. 前記外筒は、先端側が閉じた有底筒状に形成され、内部に前記内筒を収容する、
   請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の温度センサ。