JP2017138272A - 温度センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極線と信号線とを突き合わせた構成において、その溶接部の信頼性を高めることができる温度センサ及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】温度センサ１では、電極線２５とシース芯線３との溶接部５５は、その外周部分５７ａ、５７ｂにおいて、それぞれ第１直線Ｄ１及び第２直線Ｄ２よりも外側にある。さらに、先端側長さＬ１は後端側長さＬ２より長く設定されている。しかも、シース芯線３の径は電極線２５の径より大きい。従って、溶接部５５の接合性等の信頼性が高い。
【選択図】 図４

Description

本発明は、サーミスタや白金抵抗体等の感温部を有する感温素子を備えた温度センサ及びその製造方法に関する。
本発明は、車載用温度センサ、設置式汎用エンジン等の排ガス測定に用いられる高温用センサ等、測定温度が高く感温部周囲に振動が加わる使用条件に晒されるものなどに対して適用することができる。

従来より、自動車の排ガス等の温度を検出するための温度センサとしては、下記特許文献１に記載されたものが知られている。
この温度センサは、サーミスタ焼結体と白金製の電極線とから構成されるサーミスタ素子と、信号線であるステンレス製のシース芯線と、シース芯線をシース管内に絶縁保持したシース部材と、サーミスタ素子とシース部材とを収容した金属チューブとを備えている。そして、電極線とシース芯線とはレーザ溶接により形成された溶接部により接合されている。

この温度センサを製造する場合には、図１８に示すように、例えば白金からなる電極線Ｐ１と例えばステンレス鋼からなるシース芯線Ｐ２とを、互いの外周が接触するように並列に配置し、その接触部分をレーザ溶接により接合していた。なお、シース芯線Ｐ２は、サーミスタ焼結体Ｐ３を金属チューブＰ４の軸中心に配置するために、軸中心からずらすように僅かに曲げられている。

特開２００９−１７５１２９号公報

しかしながら、上述した従来技術では、電極線Ｐ１とシース芯線Ｐ２とは熱膨張係数の異なる材料からなるので、温度センサが、例えば自動車のエンジンのように、温度差の大きな環境下で用いられる場合には、溶接部の信頼性（即ち接合強度や耐久性等）が問題となることがあった。

つまり、異なる材料からなる電極線Ｐ１とシース芯線Ｐ２とを並列に配置して側方（図１８の手前側）から溶接した場合には、温度差が大きな冷熱サイクルによって、軸線方向（図１８の左右方向）に大きな力が加わるので、溶接部が剥がれる等の問題が生じることがあった。

この対策として、電極線Ｐ１とシース芯線Ｐ２とを突き合わせて配置して溶接することが考えられるが、この場合には、溶接部に括れ等が発生することがあり、溶接部の信頼性の検討が十分に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、感温素子の電極線とシース芯線等の信号線とを突き合わせた構成において、その溶接部の信頼性を高めることができる温度センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の第１局面の温度センサは、軸線方向の先端側に配置され温度によって電気的特性が変化する感温部と、感温部から後端側に伸びる一対の電極線とを有する感温素子と、一対の電極線の後端側にそれぞれ接続され、感温素子からの電気信号が伝わる一対の信号線と、を備えており、電極線と信号線とは互いの軸線方向が同方向となる配置されると共に、電極線の軸線方向の後端部と信号線の軸線方向の先端部とが向かい合わせに接合されている。

この温度センサでは、電極線と信号線とは異なる材料からなると共に、電極線の径は信号線の径より小さく、電極線の後端側の後端部と信号線の先端側の先端部との間に、電極線の材料と信号線の材料とが溶け合って電極線と信号線とを接合している溶接部を備えている。

さらに、一対の電極線が配置された平面に対して垂直の方向から見た場合に（平面視）、電極線の後端部と溶接部の先端部との境界である先端境界を有すると共に、信号線の先端部と溶接部の後端部との境界である後端境界を有している。

そして、平面視で、溶接部の径方向（即ち幅方向）における一方及び他方の最も外側の外周部分は、先端境界の一方の端部と後端境界の一方の端部とをつなぐ第１直線（仮想的な第１直線）及び先端境界の他方の端部と後端境界の他方の端部とをつなぐ第２直線（仮想的な第２直線）より、それぞれ径方向外側に位置している。

しかも、軸線方向において、平面視で、溶接部の一方及び他方の外周部分にて、径方向外側に最も突出する凸部から先端境界に到る先端側長さ（例えばＬ１）は、凸部から後端境界に到る後端側長さ（例えばＬ２）よりも大である（即ちＬ１＞Ｌ２）。

このように、第１局面の温度センサは、上述した構成を備えているので、電極線と信号線とを突き合わせて溶接した構成において、その溶接部に括れ等の問題が少なく、溶接部の信頼性（即ち接合強度や耐久性）を高めることができる。

つまり、電極線と信号線との溶接部は、その外周部分は第１直線及び第２直線よりも外側（軸線とは反対側）にあり、且つ、先端側長さは後端側長さより長く設定されているので、例えば第１直線及び第２直線より内側（軸線側）に凹んだ（即ち括れた）形状の溶接部に比べて、溶接部の細りが抑制されており、溶接部が破損しにくい（例えば軸線方向における引張強度が大きい）という効果がある。

また、信号線の径は電極線の径より大きいが、溶接部の径の最も大きな凸部（即ち軸線までの距離が最も大きな凸部）は径の大きな信号線側にあるので、溶接部と信号線は強固に接合している。

さらに、この温度センサでは、電極線と信号線とは軸線方向が同方向で、しかも、突き合わせて配置されているので、その製造時には、従来のように、信号線を曲げる必要がなく、温度センサの製造工程を簡易化できるという効果がある。

しかも、この温度センサでは、電極線と信号線とを所定の長さにわたって重ね合わせて配置する必要がないので、電極線の材料として高価な白金や白金合金等の貴金属材料を用いた場合でも、その使用量を低減できるという利点がある。

（２）本発明の第２局面の温度センサは、溶接部の外周部分は、全面にわたって径方向外側に凸（即ち変曲点が無いように外側に凸となる形状）となるように湾曲している。
この温度センサでは、溶接部は径方向において十分の寸法（太さ）を確保できるので、
溶接部が軸線方向に引っ張られる外力を受けた場合でも、溶接部にて破断しにくいという効果がある。

なお、この外周部分は、平面視で上述した形状を有するが、周方向の全周にわたって外側に凸であることが好ましい。
（３）本発明の第３局面の温度センサは、軸線方向から見た場合に、信号線の先端部の範囲内に電極線の後端部が含まれている。

この温度センサでは、電極線と信号線との軸線を同一又は同一に近い状態に配置するので、電極線と信号線とのずれが少ない直線状の導電線が得られる。これにより接合性が向上するという効果がある。

また、両軸線のずれが少ないので、一対の導電線間に十分の間隙を確保でき、よって、導電線間にてショートが発生し難いという効果がある。
（４）本発明の第４局面の温度センサの製造方法では、信号線の先端面と電極線の後端面とを突き合わせて、信号線と電極線とを溶接する。

この製造方法によって、信号線と電極線とを直線状の導電線とすることができると共に、信号線と電極線とを確実に接触させて接合することができる。
また、従来のように、信号線を曲げる必要がないので、温度センサの製造工程を簡易化することができ、貴金属材料の使用量も低減することができる。

（５）本発明の第５局面の温度センサの製造方法では、信号線にレーザ光を照射して、電極線と信号線とをレーザ溶接する。
この製造方法では、レーザ光を径の大きな信号線に照射するので、径の小さな電極線にレーザ光を照射した場合のような溶接部や電極線の細りを抑制できる。また、レーザ光の照射によって、径の大きな信号線から溶融させるので、溶融した信号線の材料が径の小さな電極線側に供給されると共に電極線も徐々に溶融する。これにより、上述した構成の溶接部を容易に形成することができる。

（６）本発明の第６局面の温度センサの製造方法では、信号線の材料として電極線の材料より低融点の材料を用い、低融点の信号線にレーザ光を照射して、電極線と信号線とをレーザ溶接する。

この製造方法では、レーザ光の照射によって、低融点の信号線から溶融させるので、溶接部に気泡（ボイド）が発生しにくい。また、溶融した信号線の材料が高融点の電極線側に供給されると共に電極線も徐々に溶融する。これにより、上述した構成の溶接部を容易に形成することができる。

（７）本発明の第７局面の温度センサの製造方法では、信号線と電極線とを突き合わせる方向に荷重を加えた状態で、信号線と電極線とを溶接する。
この製造方法では、レーザ等によって溶接する際に、信号線と電極線とを突き合わせる方向に荷重を加えるので、信号線と電極線との径が異なっている場合でも位置ずれが生じにくい。しかも、この製造方法では、第１局面における溶接部の形状（特に第２局面における溶接部の形状）を容易に形成できるという利点がある。

また、溶接後に冷却する場合には、信号線と溶接部と電極線とは、主に軸線方向に熱収縮するが、この際も同様に荷重を加えることにより、溶接部の細りを抑制でき、上述した好適な形状の溶接部を容易に形成することができる。

なお、上述した本発明において、両凸部間の平面視での寸法（軸線に対して垂直方向の距離）は、溶接部の軸線方向における長さよりも小さく、且つ、両凸部間の寸法は、信号線の径の１５０％以下であることが好ましい。

これは、溶接部の形状が、鍔状となって信号線より大きく張り出す場合には、溶接部と電極線及び信号線との境界部分から破損が生じ易いからである。
また、先端境界、後端境界、両凸部の位置が、軸線方向に対する垂直面からずれている場合には、軸線方向における平均値を、それぞれの位置として採用できる。

なお、上述した本発明において、感温素子の感温部としては、例えばサーミスタ、白金抵抗体等を採用できる。
電極線としては、Ｐｔ又はＰｔ−Ｒｈ合金、Ｐｔ−Ｉｒ合金、Ｐｔ又はＰｔ−Ｒｈ合金にアルカリ土類金属元素（例えばＳｒ）を微量添加した材質からなる線材が挙げられ、信号線としては、ステンレス又はインコネル（登録商標）からなる線材が挙げられる。

第１実施形態の温度センサを軸線方向に破断して示す断面図である。 温度センサの先端側を軸線方向に破断し拡大して示す平面図である。 温度センサの先端側を軸線方向に破断し拡大して示す正面図である。 （ａ）は電極線とシース芯線との溶接部等を拡大して示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 電極線とシース芯線との溶接部等を軸線方向に破断し拡大して示す平面図である。 （ａ）は溶接の際に電極線とシース芯線とを突き合わせた状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 温度センサの製造工程を説明する説明図である。 第２実施形態の温度センサを軸線方向に破断して示す断面図である。 温度センサの先端側を軸線方向に破断し拡大して示す正面図である。 電極線とシース芯線との溶接部等を拡大して示す平面図である。 （ａ）は第３実施形態の電極線とシース芯線との溶接部等を拡大して示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 第４実施形態の電極線とシース芯線との溶接部等を拡大して示す平面図である。 実験例１における試料No.１の電極線とシース芯線との溶接部等を拡大して示す写真である。 実験例１における試料No.２、３の電極線とシース芯線との溶接部等を拡大して示す写真である。 実験例２においてレーザ溶接を行う位置を示す説明図である。 実験例２における試料No.４〜１０の電極線とシース芯線との溶接部等を拡大して示す写真である。 実験例３において溶接クビレ断面積と引張強度との関係を示すグラフである。 従来の温度センサの先端側を軸線方向に破断して示す説明図である。

以下、本発明が適用された温度センサ及びその製造方法の実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．温度センサの全体構成］
図１に示すように、第１実施形態の温度センサ１は、感温素子であるサーミスタ素子２
と、一対の金属製のシース芯線（信号線）３をシース管５の内側にて絶縁保持したシース部材７と、先端側が閉塞し軸線Ｏ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の後端側に内嵌する外筒１９とを備えている。

なお、軸線Ｏ方向とは、温度センサ１の長手方向（軸線Ｏの延びる方向）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１における下側であり、後端側は図１における上側である（以下同様）。

前記温度センサ１は、金属チューブ９の先端側の内部に、温度を測定するために前記サーミスタ素子２を収納したセンサである。この温度センサ１は、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、測定対象ガス（排ガス）が流れる流通管内に配置されることにより、測定対象ガスの温度を検出する。

以下、各構成について詳細に説明する。
シース部材７は、金属製（例えばステンレス合金製）のシース管５と、導電性金属（例えばステンレス合金：例えばＳＵＳ３１０Ｓ）からなる一対のシース芯線３と、シース管５と２本のシース芯線３との間を電気的に絶縁してシース芯線３を保持するシリカ等の絶縁粉末２３とから構成される。

シース芯線３は、後に詳述するように、その先端側が例えばレーザ溶接によりサーミスタ素子２から後端側に延びる電極線２５と接続されており、後端側が例えば抵抗溶接により加締め端子２７と接続されている。これにより、シース芯線３は、自身の後端側が加締め端子２７を介して外部回路（例えば、車両の電子制御装置（ＥＣＵ）等）接続用のリード線２９と接続されている。

なお、一対のシース芯線３および一対の加締め端子２７は、絶縁チューブ３１により互いに絶縁され、リード線２９は、導線を絶縁性の被覆材にて被覆され耐熱ゴム製の補助リング３３の内部を貫通する状態で配置される。

取付部材１１は、径方向外側に突出する円筒状の突出部３５と、突出部３５から後端側に延びる円筒状の後端側鞘部３７とを有している。後端側鞘部３７は、後端側に延びる円筒状のスリーブ３９を有しており、このスリーブ３９に金属チューブ９が接合されている。つまり、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。

金属チューブ９は、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）からなる。この金属チューブ９は、鋼板の深絞り加工によりチューブ先端側が閉塞した軸線Ｏ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ある。

図２及び図３に拡大して示す様に、金属チューブ９は、径が小さく設定された先端側の小径部４１と、径が小径部４１よりも大きく設定された後端側の大径部４３と、小径部４１と大径部４３との間の段差部４５とを備えている。

また、金属チューブ９の内部に、サーミスタ素子２およびセメント４７が収納されており、セメント４７は、サーミスタ素子２の周囲に充填されることで、サーミスタ素子２の揺動を防止している。なお、セメント４７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。

サーミスタ素子２は、温度によって電気的特性（電気抵抗値）が変化するサーミスタ焼結体（感温部）４９と、このサーミスタ焼結体４９の電気的特性の変化を取り出すための一対の電極線２５とから構成される。

サーミスタ焼結体４９は、円盤形状のセラミック焼結体であり、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で形成されている。電極線２５は、例えば白金（Ｐｔ）から構成されている。

［１−２．電極線とシース芯線との溶接部］
次に、電極線２５とシース芯線３との溶接部５５の構成について説明する。
図２及び図３に示すように、本第１実施形態では、一方（図２上方）の電極線２５が一方のシース芯線３に接続され、他方（図２下方）の電極線２５が他方のシース芯線３に接続されている。そして、一対の電極線２５は平行に配置されると共に、一対のシース芯線３も平行に配置されている。

なお、この一対の電極線２５及び一対のシース芯線３は、同一の平面Ｓ（図３参照）上に配置されている。この平面Ｓとは、図２の紙面と平行に広がる平面Ｓ（図３の紙面と垂直な平面Ｓ）である。

また、電極線２５とシース芯線３とは異なる材料からなる。具体的には、電極線２５は例えばはＰｔから構成されており、シース芯線３は電極線２５より融点の低い例えばＳＵＳ３１０Ｓから構成されている。

電極線２５の径（外径）は例えばφ０．２９ｍｍであり、シース芯線の径は例えばφ０．４７ｍｍである。つまり、電極線２５の径はシース芯線３の径より小さく設定されている。

さらに、図４（ａ）に示すように、電極線２５の軸線Ｊ１方向とシース芯線３の軸線Ｊ２方向とは、同方向となるように（即ち同一の軸線Ｊとなるように）配置されており、電極線２５の軸線Ｊ１方向の後端部５１とシース芯線３の軸線Ｊ２方向の先端部５３とが、向かい合わせとなる状態で溶接されている。なお、軸線Ｏと軸線Ｊは平行である。

詳しくは、電極線２５の後端部５１とシース芯線３の先端部５３との間に、電極線２５の材料とシース芯線３の材料とが溶け合って電極線２５とシース芯線３とを接合している溶接部５５が形成されている。つまり、溶接部５５により、各電極線２５と各シース芯線３とがそれぞれ１本の導電線５６となるように接合されている。

なお、この溶接部５５は、気泡（ボイド）の無い又は少ない（例えば気孔率が３０％以下）中実の構成となっている。
図４及び図５に示すように、溶接部５５の外周面５７は、全面にわたって径方向外側に凸となるように湾曲している。つまり、外周面５７は全面にわたって外側に膨らんだ形状である。詳しくは、外周面５７を軸線Ｊ方向に沿って破断した場合に（図５参照）、外周面５７に該当する線分（外周部分５７ａ、５７ｂ）は、変曲点が無いように外側（軸線Ｊと反対側）に凸の形状となっている。

また、軸線Ｊ方向から見た場合（図４（ｂ）参照）、径の大きなシース芯線３の先端部５３の範囲内に径の小さな電極線２５の後端部５１が全て含まれている配置となっている。

特に本第１実施形態では、一対の電極線２５が配置された平面Ｓに対して垂直の方向か
ら見た場合（図２及び図４（ａ）参照）に、電極線２５の後端部５１と溶接部５５の先端部６１との境界に先端境界６３を有すると共に、シース芯線３の先端部５３と溶接部５５の後端部６５との境界に後端境界６７を有している。

なお、この平面Ｓとは、一対の電極線２５の根元部分（サーミスタ焼結体４９から突出する部分）を含み軸線Ｏと平行な平面である。
そして、溶接部５５の径方向（ここでは図４（ａ）の幅方向（上下方向））における一方（図４（ａ）上方）の最も外側の外周部分５７ａは、先端境界６３の一方の端部６３ａと後端境界６７の一方の端部６７ａとをつなぐ第１直線Ｄ１より、径方向外側（図４（ａ）上方）に位置している（条件１）。

同様に、溶接部５５の径方向における他方（図４（ａ）下方）の最も外側の外周部分５７ｂは、先端境界６３の他方の端部６３ｂと後端境界６７の他方の端部６７ｂとをつなぐ第２直線Ｄ２より、径方向外側（図４（ａ）下方）に位置している（条件２）。

なお、先端境界６３は、電極線２５の後端部５１と溶接部５５の先端部６１との境界の外周にて環状に形成されており、後端境界６７は、シース芯線３の先端部５３と溶接部５５の後端部６５との境界の外周にて環状に形成されている。

また、軸線Ｊ方向において、溶接部５５の一方（図４（ａ）上方）の外周部分５７ａにて、径方向外側（図４（ａ）上側）に最も突出する一方の凸部Ｔ１から先端境界６３の一方の端部６３ａに到る先端側長さ（Ｌ１）は、一方の凸部Ｔ１から後端境界６７の一方の端部６７ａに到る後端側長さ（Ｌ２）よりも大である（条件３）。

同様に、軸線Ｊ方向において、溶接部５５の他方（図４（ａ）下方）の外周部分５７ｂにて、径方向外側（図４（ａ）下側）に最も突出する他方の凸部Ｔ２から先端境界６３の他方の端部６３ｂに到る先端側長さ（Ｌ１）は、他方の凸部Ｔ２から後端境界６７の他方の端部６７ｂに到る後端側長さ（Ｌ２）よりも大である（条件４）。

なお、軸線Ｊ方向において、両凸部Ｔ（Ｔ１、Ｔ２）の位置がずれている場合には、両凸部Ｔ１、Ｔ２の平均の位置を凸部Ｔの位置として採用できる。
また、両凸部Ｔ間の距離Ｗ、即ち溶接部５５における最大の径（幅）（例えば０．６０ｍｍ）は、溶接部５５の軸線Ｊ方向における長さ（例えば０．８０ｍｍ）よりも小さく設定されている（条件５）。

さらに、両凸部Ｔ間の距離Ｗは、シース芯線３の径の１５０％以下である（条件６）。なお、シース芯線３の外周面３ａから径方向外側に張り出す溶接部５５の最大の張出量ΔＷ（ΔＷ１、ΔＷ２）は、それぞれ０．２０ｍｍ以下である。

ここで、前記図４（ａ）に示す構成（例えば上述した条件１〜６のうち少なくとも条件１〜４）は、導電線５６を軸線Ｊを中心に１回転させた場合も同様であるが、少なくとも、一対の電極線２５が配置された平面Ｓに対して垂直の方向から見た場合に、上述した条件１〜６（少なくとも条件１〜４）を満たしていればよい。

［１−３．温度センサの製造方法］
次に、温度センサ１の製造方法について説明する。
本第１実施形態の温度センサ１を製造するには、予め形成された金属チューブ９、シース部材７、取付部材１１、サーミスタ素子２等の部品を公知の手法により準備する。

そして、図６に示す様に、サーミスタ素子２の一対の電極線２５の後端部５１の端面（
後端面７１）を、各々一対のシース芯線３の先端部５３の端面（先端面７３）に当接させて（即ち突き合わせて）配置し、レーザ溶接により接合する。

詳しくは、電極線２５の軸線Ｊ１とシース芯線３の軸線Ｊ２とが一致するように（即ち同軸に）配置し、電極線２５の後端面７１とシース芯線３の先端面７３を突き合わせた状態で、その接触部分（接触面７５）に対して軸線Ｊ方向の両側（矢印Ｆ１、Ｆ２方向）より、所定の荷重を加えた状態とする。

ここで、荷重を加える場合には、バネ（図示せず）等によりサーミスタ素子２及びシース部材７に対して、軸線Ｊ方向の外側より力を加える。
例えば、シース部材７は治具（図示せず）により移動しないように固定し、サーミスタ焼結体４９は他の治具（図示せず）により軸線Ｏ方向のみ摺動可能に固定する。そして、サーミスタ焼結体４９の先端側（図６（ａ）の左側）をバネにより押圧する。なお、加える荷重の範囲としては、例えば４０．０ｇｆ〜４４．５ｇｆの範囲を採用できる。

そして、荷重を加えた状態で、図６（ｂ）に示すように、電極線２５及びシース芯線３の側方（即ち軸線Ｊ方向と垂直方向で平面Ｓに沿った方向）より、レーザ光を照射してレーザ溶接を行う。

レーザ光を照射する位置は、シース芯線３の先端面７３より所定距離（例えば０．０５ｍｍ〜０．２５ｍｍ）だけ後方（図６（ａ）右側）にずれた位置である。なお、レーザ光は、電極線２５の後端面７１とシース芯線３の先端面７３とが当接する接触面７５には照射しないようにする。

このレーザ溶接の条件は、例えば下記の通りである。
レーザの種類 ：ＹＡＧレーザ
溶接スポット径：□０．５３ｍｍ
パルス幅 ：１０ｍｓ
加工点出力 ：約３．８Ｊ
このレーザ照射により、レーザ光の照射部分（図６（ａ）のメッシュ部分Ｍ）から徐々に溶融が始まって、シース芯線３の先端側及び電極線２５の後端側が溶融する。そして、レーザ光の照射停止に伴って、溶融部分が固化して、図４等に示すような溶接部５５が形成される。

レーザ溶接後の製造工程は従来と同様であるので簡単に説明する。
例えば前記図１に示す様に、取付部材１１の内部に金属チューブ９を圧入し、スリーブ３９に対して溶接作業を行うことで、金属チューブ９と取付部材１１とを一体化する。

続いて、サーミスタ素子２が溶接されたシース部材７と取付部材１１が溶接された金属チューブ９とからなる先端部品８１（図７参照）を組み立てる。
この作業については、図７を用いて説明する。

先端部品８１を製造するにあたっては、まず、サーミスタ素子２が挿入されていない状態における、取付部材１１が溶接された金属チューブ９の先端部分の中にノズル８３を挿入し、ペースト状のセメント４７を注入する。

次に、サーミスタ素子２が溶接されたシース部材７を、セメント４７が注入された金属チューブ９の内部に挿入する。
そして、シース部材７を金属チューブ９の内部に挿入した状態で、金属チューブ９に径方向外側から金型８５を対向させた状態で押し当てる長孔加締を行う。この長孔加締によ
り、金属チューブ９とシース部材７とは完全に位置決め固定される。

このようにして、先端部品８１が出来上がる。そして、この先端部品８１に対して、周知の遠心脱泡処理を実施する。遠心脱泡処理が終了すると、この先端部品８１を熱処理し、セメント４７を乾燥（硬化）させる。

このようにして、熱処理後の先端部品８１が得られる。
なお、先端部品８１とその他の部品との組み付け工程は、従来と同様であるので、その説明は省略する。

［１−４．効果］
（１）第１実施形態の温度センサ１では、電極線２５とシース芯線３とは異なる材料からなると共に、電極線２５の径はシース芯線３の径より小さく、電極線２５の後端部５１とシース芯線３の先端部５３との間に、電極線２５の材料とシース芯線３の材料とが溶け合って電極線２５とシース芯線３とを接合している溶接部５５を備えている。

さらに、一対の電極線２５が配置された平面Ｓに対して垂直の方向から見た場合に（平面視）、電極線２５の後端部５１と溶接部５５の先端部６１との間に先端境界６３を有すると共に、シース芯線３の先端部５３と溶接部５５の後端部６５との間に後端境界６７を有している。

そして、平面視で、溶接部５５の径方向における一方及び他方の最も外側の外周部分５７ａ、５７ｂは、それぞれ第１直線Ｄ１及び第２直線Ｄ２より径方向外側に位置している。

しかも、軸線Ｊ方向において、溶接部５５の一方及び他方の外周部分５７ａ、５７ｂにて、それぞれ径方向外側に最も突出する凸部Ｔ１、Ｔ２から先端境界６３に到る先端側長さＬ１は、各凸部Ｔ１、Ｔ２から後端境界６７に到る後端側長さＬ２よりも大である。

つまり、この温度センサ１は、上述した構成（条件１〜６を満たす構成）を備えているので、電極線２５とシース芯線３とを突き合わせて溶接した構成において、その溶接部５５に括れが無く（又は少なく）ボイドも無い（又は少ない）。よって、溶接部５５の信頼性（即ち接合強度や耐久性）が高いという効果を奏する。

すなわち、電極線２５とシース芯線３との溶接部５５は、ボイドが少なく、しかも、その外周部分５７ａ、５７ｂにおいて、第１直線Ｄ１及び第２直線Ｄ２よりも外側にあり、且つ、先端側長さＬ１は後端側長さＬ２より長く設定されているので、例えば第１直線Ｄ１及び第２直線Ｄ２より内側に凹んだ（即ち括れた）形状の溶接部に比べて、溶接部５５が破損しにくいという効果がある。

また、シース芯線３の径は電極線２５の径より大きいが、溶接部５５の径の最も大きな凸部Ｔは径の大きなシース芯線３側にあるので、溶接部５５とシース芯線３は強固に接合している。

さらに、この温度センサ１では、電極線２５とシース芯線３とは軸線Ｊ１、Ｊ２が同じで、しかも、突き合わせて配置されているので、その製造時には、従来のように、シース芯線３を曲げる必要がなく、温度センサ１の製造工程を簡易化できるという効果がある。

しかも、この温度センサ１では、電極線２５とシース芯線３とを所定の長さにわたって重ね合わせて配置する必要がないので、電極線２５の材料として高価な貴金属材料を用い
た場合でも、その使用量を低減できるという利点がある。

（２）また、この温度センサ１は、溶接部５５の外周部分５７ａ、５７ｂは、全面にわたって径方向外側に凸（即ち変曲点が無いように外側に凸となる形状）となるように湾曲している。

従って、溶接部５５は径方向において十分の寸法（幅：従って全周における太さ）を確保できるので、溶接部５５が軸線方向に引っ張られる外力を受けた場合でも、溶接部５５にて破断しにくいという効果がある。

（３）さらに、この温度センサ１は、軸線方向から見た場合に、シース芯線３の先端部５３の範囲内に電極線２５の後端部５１が含まれている。
つまり、電極線２５とシース芯線３との軸線Ｊ１、Ｊ２を同軸に配置するので、電極線２５とシース芯線３とのずれが少ない直線状の導電線５６とすることができる。これにより接合性が向上するという効果がある。また、一対の導電線５６間に十分の間隙を確保できるので、導電線５６間にてショートが発生し難いという効果がある。

（４）しかも、この温度センサ１は、溶接部５５の凸部Ｔの張出量ΔＷが少ないので、一対の導電線５６間でショートが発生しにくいという効果がある。また、製造時に先端側にセメント４７を充填する際に、セメント４７を容易に充填できるという利点がある。

（５）また、第１実施形態の温度センサ１の製造方法では、シース芯線３の先端面７３と電極線２５の後端面７１とを突き合わせて、シース芯線３と電極線２５とを溶接する。
従って、シース芯線３と電極線２５とを直線状の導電線５６とすることができると共に、シース芯線３と電極線２５とを確実に接触させて接合することができる。

また、従来のように、シース芯線３を曲げる必要がないので、温度センサ１の製造工程を簡易化することができる。
（６）さらに、この温度センサ１の製造方法では、低融点で径の大きなシース芯線３にレーザ光を照射して、電極線２５とシース芯線３とをレーザ溶接する。

つまり、レーザ光の照射によって、径の大きなシース芯線３から溶融させるので、溶接部５５の径の細りが少ない。また、低融点のシース芯線３から溶融させるので、溶接部５５にボイドが発生しにくい。さらに、溶融したシース芯線３の材料が高融点で径の小さな電極線２５側に供給されると共に、電極線２５も徐々に溶融する。これにより、上述した好適な形状の溶接部５５を容易に形成することができる。

（７）しかも、この温度センサ１の製造方法では、シース芯線３と電極線２５とを突き合わせる方向に荷重を加えた状態で、シース芯線３と電極線２５とを溶接する。
従って、溶接の際に、シース芯線３と電極線２５との位置ずれが生じにくい。また、上述した好適な形状の溶接部５５を容易に形成できるという利点がある。

［１−５．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と第１実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
サーミスタ焼結体４９、電極線２５、サーミスタ素子２、シース芯線１０３、温度センサ、平面Ｓ、溶接部５５、先端境界６３、後端境界６７、外周部分５７ａ、５７ｂ、第１直線Ｄ１、第２直線Ｄ２、凸部Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、先端側長さＬ１、後端側長さＬ２、先端面７３、後端面７１が、それぞれ、感温部、電極線、感温素子、信号線、温度センサ、平面、溶接部、先端境界、後端境界、外周部分、第１直線、第２直線、凸部、先端側長さ、後端側長さ、先端面、後端面の一例に相当する。

［２．第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な構成については、その説明は省略する。

［２−１．温度センサの全体構成］
図８に示すように、第２実施形態の温度センサ１０１は、温度を測定する感温素子である抵抗体素子１０２と、一対の金属製のシース芯線（信号線）１０３をシース管１０５の内側にて絶縁保持したシース部材１０７と、先端側が閉塞し軸線Ｏ方向に延びる筒状の金属チューブ１０９と、金属チューブ１０９を支持する取付部材１１１と、六角ナット部１１３及びネジ部１１５を有するナット部材１１７と、取付部材１１１の後端側に内嵌する外筒１１９等とを備えている。

なお、抵抗体素子１０２以外は、第１実施形態と同様な構成であるので、その説明は省略する。
［２−２．抵抗体素子］
図９に示すように、抵抗体素子１０２は、温度に応じて電気的特性が変化する先端感温部１２１と、先端感温部１２１に接続された一対の電極線１２３とを備えている。

先端感温部１２１は、セラミック基体１２５と、金属抵抗体１２７と、接合層１２９と、セラミック被覆層１３１と、電極パッド１３３とを有する。
セラミック基体１２５は、アルミナからなり、セラミックグリーンシートを予め焼成してなる焼成済みシートである。

金属抵抗体１２７は、白金（Ｐｔ）を主体に構成され、温度に応じて電気的特性（電気抵抗値）が変化する測温抵抗体である。金属抵抗体１２７は、セラミック基体１２５の表面に所定のパターン形状で形成されている。

セラミック被覆層１３１は、アルミナからなり、セラミックグリーンシートを予め焼成してなる焼成済みシートである。セラミック被覆層１３１は、金属抵抗体１２７のうち、セラミック基体１２５と接する面とは反対側の面において、金属抵抗体１２７の先端側を被覆している。

接合層１２９は、アルミナからなる。接合層１２９は、接合前はアルミナ粉末を含むペーストであり、焼成済みのセラミック基体１２５とセラミック被覆層１３１とを上記ペーストで貼り合わせた後、熱処理されることで、最終的に接合層１２９となる。

金属抵抗体１２７のうち後端側（図９の右側）は、セラミック被覆層１３１によって被覆される導体パターンより幅広に形成された電極パッド１３３を介して、一対の電極線１２３が電気的に接続される。

電極パッド１３３と一対の電極線１２３とは、抵抗溶接、レーザ溶接等の溶接により、溶接点１３５において接合されている。
電極パッド１３３と一対の電極線１２３との接合部分は、被覆部材１３７によって被覆されている。被覆部材１３７は、アルミノケイ酸塩ガラスを主体とするガラス材料により構成されている。

一対の電極線１２３は、金属抵抗体１２７の後端側から、シース部材１０７側（後端側）に向かって延びるように配置されている。
そして、一対の電極線１２３の後端は、第１実施形態と同様に、一対のシース芯線１０
３の先端と突き合わせるように配置されている。詳しくは、一対の電極線１２３の後端と一対のシース芯線１０３の先端とは、レーザ溶接により形成された溶接部１３９を介して接合されている。

上述した電極線１２３、シース芯線１０３、溶接部１３９の構成は、第１実施形態と同様である（即ち条件１〜６を満たしている）。
つまり、図１０に示すように、一対の電極線１２３が配置された平面Ｓ（図１０の紙面方向の平面）に対して垂直の方向から見た場合（図９の上方から見た場合）に、溶接部１３９の径方向における一方の最も外側の外周部分１４１ａは、先端境界１４３の一方の端部１４３ａと後端境界１４５の一方の端部１４５ａとをつなぐ第１直線Ｄ１より、径方向外側（図１０上方）に位置している。

同様に、溶接部１３９の径方向における他方の最も外側の外周部分１４１ｂは、先端境界１４３の他方の端部１４３ｂと後端境界１４５の他方の端部１４５ｂとをつなぐ第２直線Ｄ２より、径方向外側（図１０下方）に位置している。

しかも、軸線Ｊ方向において、溶接部１３９の一方の外周部分１４１ａにて径方向外側に最も突出する一方の凸部Ｔ１から先端境界１４３の一方の端部１４３ａに到る先端側長さＬ１は、一方の凸部Ｔ１から後端境界１４５の一方の端部１４５ａに到る後端側長さＬ２よりも大である。

同様に、軸線Ｊ方向において、溶接部１３９の他方の外周部分１４１ｂにて径方向外側に最も突出する他方の凸部Ｔ２から先端境界１４３の他方の端部１４３ｂに到る先端側長さＬ１は、他方の凸部Ｔ２から後端境界１４５の他方の端部１４５ｂに到る後端側長さＬ２よりも大である。

上述した第２実施形態の構成によって、前記第１実施形態と同様な効果を奏する。
［３．他の実施形態］
次に、他の実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な構成については、その説明は省略する。

図１１に示すように、第３実施形態の温度センサ１５１では、電極線１５３とシース芯線１５５とは、同軸に配置されておらず、電極線１５３の軸線Ｊ１とシース芯線１５５のＪ２とがずれている。

本第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、溶接部１５７によって、電極線１５３とシース芯線１５５とが接合されている。
これにより、第１実施形態と同様な効果を奏する。

図１２に示すように、第４実施形態の温度センサ１６１では、第１実施形態と同様に、電極線１６３とシース芯線１６５とは、同軸に配置されて、溶接部１６７により接合されている。

この溶接部１６７の外形は、第１実施形態とは異なり、その外周面１６９の一部が軸線Ｊ側に凹んでいる。
詳しくは、第１実施形態と同様に、一対の電極線１５３が配置された平面に対して垂直の方向から見た場合に、溶接部１６７の外周面１６９の一方及び他方の外周部分１６９ａ、１６９ｂは、それぞれ第１直線Ｄ１及び第２直線Ｄ２に対して径方向外側（軸線Ｊに対して外側）に配置されているが、各外周部分１６９ａ、１６９ｂは変曲点を有するように、その一部が軸線Ｊ側に凹んでいる。

本第４実施形態においても、前記第１実施形態と同様な効果を奏する。
［４．実験例］
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。

［４−１．実験例１］
ａ）実験例１では、第１実施形態と同様な製造方法によって、本発明例として、試料No.１の温度センサの一部を作製した。詳しくは、温度センサのうち、サーミスタ素子とシース部材とをレーザ溶接した試験用部材を作製した。

なお、試料No.１におけるレーザ溶接の条件は、第１実施形態において例示した条件であり、また、電極線の後端面とシース芯線の先端面とを突き合わせた状態で、その接触部分に対して軸線方向の両端より加えた荷重は４２．０ｇｆとした。また、レーザ光を照射する位置は、シース芯線の先端面より０．１５ｍｍだけ後方（電極線から離れる方向）にずれた位置とした。なお、その他の製造条件は第１実施形態と同様である（以下同様）。

そして、電極線とシース芯線とを接合した溶接部の近傍を観察し撮影した。図１３は、試料No.１の一対の導電線の溶接部の近傍を、前記平面Ｓの垂直方向から、倍率１５０倍で撮影した写真である。

そして、試料No.１の試験用部材の各部の寸法等を測定したところ、図１３からも明らかなように、第１実施形態と同様な製造方法によって製造された温度センサ（試験用部材）は、上述した条件１〜４を満たしていた。

詳しくは、試料No.１の一方（上方）の導電線の溶接部のＬ１は０．５１ｍｍ、Ｌ２は０．２９ｍｍであり、他方（下方）の導電線の溶接部のＬ１は０．５７ｍｍ、Ｌ２は０．２４ｍｍである。

ｂ）また、実験例１では、比較例として、試料No.２、３の温度センサの試験用部材も作製した。
このうち、試料No.２は、試料No.１に対して、電極線の後端面とシース芯線の先端面とを突き合わせた状態で、その接触部分に対して軸線方向の両端より加えた荷重を４５．０ｇｆに変更して、レーザ溶接した。

また、試料No.３は、試料No.１に対して、レーザ光を照射する位置を、シース芯線の先端面より０．２０ｍｍだけ先方にずれた位置（つまり、電極線内に照射する位置）とした。

そして、電極線とシース芯線とを接合した溶接部の近傍を観察し撮影した。図１４は、各試料No.２、３の一対の導電線のうちの一本の導電線の溶接部の近傍を、前記平面Ｓの垂直方向から、倍率１５０倍で撮影した写真である。

そして、各試料No.２、３の試験用部材の各部の寸法等を測定したところ、図１４からも明らかなように、比較例の試験用部材は、上述した条件１〜４のうちいずれかを満たしていなかった。

例えば、試料No.２（ＮＧ１）は、条件３、４を満たしておらず、しかも、溶接部が大きく径方向外側に張り出している（条件５、６を満たしていない）。また、試料No.３（ＮＧ２）は、溶接部が大きく括れており、条件１、２を満たしていない。

［４−２．実験例２］
実験例２は、レーザ光を照射する位置を変えて、溶接部の形成状態を調べたものである。

具体的には、図１５に示すように、電極線（２５）とシース芯線（３）とを突き合わせる位置（接触部分（７５））を基準位置０とした。そして、それより後端側（シース芯線側）にレーザ光を照射する場合をマイナス（−）とし、基準位置０より先端側（電極線）にレーザ光を照射する場合をプラス（＋）として、レーザ光の照射位置（溶接狙い位置）を変更した。なお、溶接狙い位置の異なる試料No.４〜１０は、各１０個作製した。

レーザ溶接の条件は、溶接狙い位置以外は、第１実施形態と同様である。つまり、レーザ溶接の条件は、第１実施形態において例示した条件であり、また、電極線の後端面とシース芯線の先端面とを突き合わせた状態で、その接触部分に対して、軸線方向の両端より加えた荷重は４２．０ｇｆとした。

その結果を図１６に示す。図１６から明らかなように、溶接狙い位置が、マイナス（即ちシース芯線側）、詳しくは、試料No.６〜１０のように、−０．０５ｍｍ〜−０．２５ｍｍの場合には、良好な溶接部（即ち条件１〜４を全て満たす溶接部）が得られた。

それに対して、試料No.４、５のように、溶接狙い位置が、＋０．２ｍｍ〜＋０．１０ｍｍの場合には、溶接部の括れが大きく好ましくない（即ち条件１〜４のいずれかを満たさない）。なお、図１６では、各１０本の試料のうち、溶接部の括れが大きなものの本数を細りＮＧ数として示してある。

［４−３．実験例３］
実験例３は、温度センサの溶接部を含む導電線の引張強度を調べたものである。
前記実験例２のように、溶接狙い位置を変えて、溶接部に括れのあるもの及び括れのないものについて、多数（例えば３０個）の導電線の試料を作製した。

そして、各試料に対して、電極線とシース芯線とをつかみ、同軸方向に一定速度で引っ張るという方法で、導電線が断線に到るまでの引張強度を求めた。また、各試料の溶接部の括れの断面積（軸線方向と垂直の断面積）を求めた。

この結果を、図１７に示す。なお、図１７の○は電極線（Ｐｔ線）にて破断したことを示し、Ｘは溶接部にて破断したことを示す。なお、電極線の径はφ０．２８３ｍｍである。

この図１７から明らかなように、溶接部の括れの断面積（溶接クビレ断面積）が大きいほど引張強度が大きくなり、電極線の径と同じとなると電極線の方が破断することが分かる。

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、電極線やシース芯線の材料や径は、上述した実施形態に限定されるものではない。また、感温素子についても、上述した実施形態に限定されるものではない。

１、１０１、１５１、１６１…温度センサ
２…サーミスタ素子（感温素子）
３、１０３、１５５、１６５…シース芯線（信号線）
２５、１２３、１５３、１６３…電極線
４９…サーミスタ焼結体（感温部）
５５、１３９、１５７、１６７…溶接部
５７ａ、５７ｂ、１４１ａ、１４１ｂ…外周部分
６３、１４３…先端境界
６７、１４５…後端境界
７１…後端面
７３…先端面
１０２…抵抗体素子（感温素子）
１２１…先端感温部（感温部）
Ｄ１…第１直線
Ｄ２…第２直線
Ｌ１…先端側長さ
Ｌ２…後端側長さ
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２…凸部
Ｓ…平面

Claims (7)

1. 軸線方向の先端側に配置され温度によって電気的特性が変化する感温部と、該感温部から後端側に伸びる一対の電極線とを有する感温素子と、
   前記一対の電極線の後端側にそれぞれ接続され、前記感温素子からの電気信号が伝わる一対の信号線と、
   を備え、
   前記電極線と前記信号線とは互いの軸線方向が同方向となる配置されると共に、前記電極線の前記軸線方向の後端部と前記信号線の前記軸線方向の先端部とが向かい合わせに接合されている温度センサにおいて、
   前記電極線と前記信号線とは異なる材料からなると共に、前記電極線の径は前記信号線の径より小さく、
   前記電極線の後端部と前記信号線の先端部との間に、前記電極線の材料と前記信号線の材料とが溶け合って前記電極線と前記信号線とを接合している溶接部を備えた温度センサであって、
   前記一対の電極線が配置された平面に対して垂直の方向から見た場合に、
   前記電極線の後端部と前記溶接部の先端部との境界である先端境界を有すると共に、前記信号線の先端部と前記溶接部の後端部との境界である後端境界を有し、
   前記溶接部の径方向における一方及び他方の最も外側の外周部分は、前記先端境界の一方の端部と前記後端境界の一方の端部とをつなぐ第１直線及び前記先端境界の他方の端部と前記後端境界の他方の端部とをつなぐ第２直線より、それぞれ径方向外側に位置しており、
   且つ、前記軸線方向において、前記溶接部の前記一方及び他方の外周部分にて、径方向外側に最も突出する凸部から前記先端境界に到る先端側長さは、前記凸部から前記後端境界に到る後端側長さよりも大であることを特徴とする温度センサ。
2. 前記溶接部の前記外周部分は、全面にわたって前記径方向外側に凸となるように湾曲し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. 前記軸線方向から見た場合に、前記信号線の先端部の範囲内に前記電極線の後端部が含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度センサ。
4. 前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の温度センサの製造方法であって、
   前記信号線の先端面と前記電極線の後端面とを突き合わせて、前記信号線と前記電極線とを溶接することを特徴とする温度センサの製造方法。
5. 前記信号線にレーザ光を照射して、前記電極線と前記信号線とをレーザ溶接することを特徴とする請求項４に記載の温度センサの製造方法。
6. 前記信号線の材料として前記電極線の材料より低融点の材料を用い、
   前記低融点の信号線にレーザ光を照射して、前記電極線と前記信号線とをレーザ溶接することを特徴とする請求項４又は５に記載の温度センサの製造方法。
7. 前記信号線と前記電極線とを突き合わせる方向に荷重を加えた状態で、前記信号線と前記電極線とを溶接することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の温度センサの製造方法。