JP3485027B2

JP3485027B2 - 温度センサおよびその製造方法

Info

Publication number: JP3485027B2
Application number: JP15006199A
Authority: JP
Inventors: 外雄高橋; 準一永井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2004-01-13
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: DE19934738B4; JP2000097781A; US6264363B1; FR2781566A1; DE19934738A1; FR2781566B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度検出を行うた
めに用いられる温度センサおよびその製造方法に関し、
特に、自動車排気系の触媒コンバータ等に取付けられ、
異常温検出や触媒劣化検出等を行なう排気温センサに用
いて好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の温度センサとしては、特
開平９−１２６９１０号公報に記載の温度検出装置が提
案されている。これは、円柱状サーミスタに一対の円筒
パイプ状の電極（白金）を設け、これら円筒パイプ状の
電極に、後方の二芯管（シースピン）の一対の信号線
（サーミスタ信号取出し用配線）を挿入し、両者を溶接
接合し、さらに、サーミスタを覆う金属キャップを二芯
管の外筒に接合してなるものである。

【０００３】このような、円柱状のサーミスタから同一
方向に引き出された一対の電極の各々を、その方向に配
置された一対の信号線の各々と接続するタイプは、一般
にラジアル型サーミスタと呼ばれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、セン
サの高応答化に関して、温度検出部の細径化を図りたい
という要請がある。温度検出部の細径化を行う為には、
金属キャップひいてはサーミスタの細径化が当然必要と
なる。しかし、上記従来技術においては、サーミスタ電
極としてサーミスタに埋設された白金パイプを用い、こ
のパイプに上記信号線を挿入、接合させているため、パ
イプは、信号線よりもパイプの肉厚や挿入隙間分だけ大
径化したものとなる。

【０００５】一方、サーミスタ自体においても、所望の
抵抗特性を得るための必要な体積がある。そのため、白
金パイプの埋設部分は、サーミスタのデッドスペースと
なるため、パイプが大径化するとサーミスタも大径化せ
ざるを得ない。また、上述のように、上記信号線の径が
決まると、パイプ径及びパイプ肉厚等も決まってしまう
ため、サーミスタの細径化には限界がある。

【０００６】そこで、サーミスタの細径化を達成する為
には、サーミスタ電極をパイプから棒状に変更すること
となる。しかしながら、本発明者の検討によれば、ラジ
アル型サーミスタにおいては、一対の棒状の電極線と一
対の信号線との配置関係によっては、温度検出部の細径
化に対して、問題が生じることがわかった。この問題に
ついて図５を参照してのべる。

【０００７】図５は、本発明者の試作したラジアル型サ
ーミスタを示すもので、円柱状のサーミスタ１から同一
方向に引き出された棒状の一対の電極線２の各々が、そ
の方向に配置された一対の信号線３の各々と接続されて
いる（図５（ａ）にて×部分が溶接部）。ここで、４は
二芯管の外筒である。そして、図５（ｂ）は（ａ）のＣ
−Ｃ断面図である。

【０００８】図５（ｂ）に示す様に、両線２、３は、各
電極線２の同一側部分と各信号線３の同一側部分とで接
合されている。ここで、一対の電極線２は、通常、サー
ミスタ１の必要肉厚を確保しつつ最小の体格とすべく、
円柱軸１ａを挟んだ線上に位置するため、サーミスタ１
の円柱軸１ａは、各信号線３を結ぶ線からオフセット
（図中、符号５に示す幅）し、二芯管の外筒の中心軸４
ａから偏芯している。

【０００９】そして、サーミスタ１の周囲に、円筒状の
金属キャップや絶縁体等が配されるが、上記のようなサ
ーミスタ１の偏芯によって、これら金属キャップや絶縁
体の径は大きなものが必要となり、実質的に温度検出部
が大径化してしまう。

【００１０】また、例えば各電極線２と各信号線３と
を、それぞれ端部で溶接すれば両軸１ａ、４ａは一致す
るが、端部同士の溶接では、接合部分の信頼性確保が困
難であり、特に、自動車の排気温センサ等、振動等の外
力がセンサに加わる場合には、好ましくない。

【００１１】そこで、本発明は上記点に鑑みて、サーミ
スタから同一方向に引き出された棒状の一対の電極線を
一対の信号線と接続してなるラジアル型サーミスタを有
する温度センサにおいて、電極線と信号線との接合信頼
性を確保しつつ、温度検出部の細径化を図ることを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、サーミス
タが円柱状の場合だけでなく、角柱や楕円柱等を含む柱
状であれば、柱の軸が偏芯するという問題が起こると考
えた。

【００１３】そこで、本発明は、柱形状をなすサーミス
タの軸方向に略平行に間隔を開けて埋設され、一端部が
サーミスタの一端側に引き出されている一対の電極線
と、互いにサーミスタの軸方向に略平行に間隔を開け
て、各電極線の一端部と接続されたサーミスタ信号取出
し用の一対の信号線とを備える温度センサにおいて、両
線の配置を工夫することによりなされたものである。

【００１４】すなわち、請求項１記載の発明では、各電
極線（２２）と各信号線（３１）とを、サーミスタ（２
１）の軸（２１ａ）方向からみたとき、各電極線（２
２）を結ぶ対角線（Ｋ１）と各信号線（３１）を結ぶ対
角線（Ｋ２）とが交差するように重なり合って接合した
ことを特徴としている。なお、サーミスタ（２１）が柱
形状であるとは円柱、角柱や楕円柱を含み、また、柱の
長さが柱の幅及び厚みに比べて短いものをも含む。

【００１５】本発明では、両線（２２、３１）を上記両
対角線（Ｋ１、Ｋ２）が交差するように重なり合って接
合しているから、振動等の外力が、片方の重なり部分で
電極線（２２）と信号線（３１）とが離れる方向に加わ
っても、他方の重なり部分では互いに引っつき合うよう
に作用し、接合信頼性が確保される。

【００１６】ちなみに、上記図５の試作品においては、
振動等の外力が、片方の重なり部分で両線２、３が離れ
る方向に加わると、他方の重なり部分でも同様に離れる
方向に加わるため、接合信頼性が低い。

【００１７】また、本発明では、両線（２２、３１）を
上記両対角線が交差するように重なり合って接合してい
るから、上記両対角線（Ｋ１、Ｋ２）の交差点をサーミ
スタ（２１）の軸（２１ａ）と一致させることができ、
上述のような柱状のサーミスタの軸が偏芯することによ
る温度検出部の大径化を防止でき、温度検出部の細径化
を図ることができる。

【００１８】また、請求項２記載の発明においては、各
信号線（３１）の一端部（３１ａ）とサーミスタ（２
１）とを離間させたことを特徴としており、信号線（３
１）がサーミスタ（２１）に接触することがないから、
サーミスタ（２１）の抵抗値に影響を与えず、良好なサ
ーミスタ特性、ひいては良好な温度特性を有する温度セ
ンサが得られる。

【００１９】ところで、各信号線（３１）のサーミスタ
（２１）側に最も近い接合部位（Ｋ３）とサーミスタ
（２１）との間では、サーミスタ（２１）から引き出さ
れた電極線（２２）において、サーミスタの重量による
曲げモーメントが発生する。

【００２０】本発明者は、このモーメントを、通常使用
されるサーミスタの重量（例えば０．０２ｇ程度）及び
使用時においてサーミスタにかかる振動（例えば車両搭
載時の振動は３０Ｇ）等を考慮して理論的に検討した。

【００２１】請求項３記載の発明は、上記曲げモーメン
トに関する検討に基づいてなされたものであり、各信号
線（３１）のサーミスタ（２１）側に最も近い接合部位
（Ｋ３）とサーミスタ（２１）とを、１．５ｍｍ以下の
間隔を持って離間させたことを特徴としている。それに
よって、外力（曲げ応力）により電極線（２２）が曲が
ってサーミスタ（２１）が偏芯するのを防止できる。

【００２２】また、請求項４記載の発明は、各電極線
（２２）と各信号線（３１）との接合を、各電極線（２
２）と各信号線（３１）との重なり部において、少なく
とも２点の接合部位（Ｋ３、Ｋ４）にて溶接することに
より行い、且つ、各接合部位（Ｋ３、Ｋ４）を３ｍｍ以
下の間隔を持って離間させたことを特徴としている。本
発明によれば、上記重なり部において、上記２点の接合
部位（Ｋ３、Ｋ４）を結ぶ非接合部分の長さを３ｍｍ以
下とすることにより、両線（２２、３１）の材質及び熱
膨張率が異なっても、冷熱作用による変形や断線を防止
できる。

【００２３】また、請求項６記載の発明は、一対の信号
線（３１）を、金属性の外筒（３３）内に絶縁保持され
該外筒（３３）からサーミスタ（２１）側に引き出され
たものとし、外筒（３３）における一対の信号線（３
１）引き出し側の端部（３３ｂ）とサーミスタ（２１）
との間隔、即ち両線（２２、３１）の引き出し部分の距
離を５ｍｍ以下としたことを特徴としている。本発明
も、上記曲げモーメントに関する検討に基づいてなされ
たものであり、電極線（２２）及び信号線（３１）の曲
がり、ひいては偏芯を防止できる。

【００２４】また、請求項７記載の発明は、請求項１な
いし請求項６のいずれか１つに記載の温度センサを製造
する製造方法に関し、電極線（２２）と信号線（３１）
との重なり部分をレーザ溶接することを特徴としてい
る。本発明では、このレーザ溶接によって、溶接部分に
おいて確実に互いが溶融した溶融部を形成することがで
きるから、両線（２２、３１）の接合信頼性をより高い
レベルにて確保できる。

【００２５】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例
である。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。本実施形態では、本発明の温度セン
サを、例えば触媒コンバータ等の自動車排気ガス浄化装
置に装着され異常温検出とか触媒劣化検出を行なう排気
温センサに適用したものとして説明する。図１は、本発
明の温度センサの一実施形態を示す一部切欠断面図で、
主として温度検出部（センサ素子部）の構成を示してあ
る。

【００２７】図１において、１０は例えばＳＵＳ３１０
Ｓ等の耐熱性の金属からなる有底円筒状のキャップ（ケ
ース）であり、一端側が開口部１１をなす中空の円筒部
１３と、この円筒部１３の他端側を閉塞する閉塞部１２
とからなる。また、例えばキャップ１０の板厚は０．３
ｍｍ、内径はφ２．５ｍｍである。温度センサ１００は
キャップ１０の閉塞部１２を先端側とし、この閉塞部１
２が、自動車の排気ガスに触れるように、例えば排気管
等に取り付けられる。

【００２８】キャップ１０内部には、温度検出特性を向
上させるために、円筒部１３内の閉塞部１２近傍に、ラ
ジアル型サーミスタであるサーミスタ素子２０が配設さ
れている。サーミスタ素子２０は、円柱体形状に成形さ
れたサーミスタ（サーミスタ部）２１と、このサーミス
タ２１に埋設されサーミスタ信号を取出すための一対の
棒状電極としての電極線２２とからなる。サーミスタ素
子２０の拡大構成を図２（ａ）に、図２（ａ）のＡ−Ａ
断面を図２（ｂ）に示す。

【００２９】サーミスタ２１は例えばＣｒ−Ｍｎ−Ｙ系
からなるセラミック半導体等の耐熱性に優れたサーミス
タ材料からなり、その円柱軸２１ａがケース１０の軸と
平行に配置されている。サーミスタ２１に埋設された一
対の電極線２２は、サーミスタ２１からサーミスタ信号
としての出力（抵抗−温度特性）を取出すためのもので
ある。例えば白金、白金とイリジウムの合金（Ｐｔ−Ｉ
ｒ）、白金とロジウムの合金（Ｐｔ−Ｒｈ）等の耐熱性
及び出力特性に優れた線材からなる。

【００３０】そして、各電極線２２は、互いにサーミス
タ２１の円柱軸２１ａと平行に、且つこの円柱軸２１ａ
を挟んで間隔を開けて配置されている。また、各電極線
２２においては、一端部２２ａが、キャップ１０の開口
部１１側に位置するサーミスタ２１の円柱一端部２１ｂ
から引き出され、他端部２２ｂが、キャップ１０の閉塞
部１２側に位置するサーミスタ２１の円柱他端部２１ｃ
に露出している。

【００３１】ここで、図２（ｂ）に示したサーミスタ素
子２０の各部寸法の一例を示す。サーミスタ２１の径方
向の断面の直径Ｄ₁は１．６ｍｍ、一対の電極線２２の
各々の径方向の直径Ｄ₂は０．３０ｍｍ、サーミスタ２
１において一対の電極線２２に挟まれる径方向における
部分の肉厚（つまり一対の電極線２２の間隔）ｂ１は
０．５０ｍｍ、サーミスタ２１の外周面と一対の電極線
２２とに挟まれる径方向における部分の肉厚ａ１、ｃ１
は、各々共に、０．２５ｍｍとしている。また、サーミ
スタ２１の円柱長さは１．０ｍｍとしている。

【００３２】ところで、サーミスタ素子２０の出力は、
一対の電極線２２の両極で取り出され、サーミスタ２１
の円柱一端部２１ｂに位置する二芯管（配線部材）３０
にて、外部の制御回路に伝えられる。二芯管３０は、ス
テンレス（例えばＳＵＳ３１０Ｓ、線径φ０．３５ｍ
ｍ）製の一対の芯線（信号線）３１と、ＭｇＯ等の絶縁
粉末３２と、ステンレス（例えばＳＵＳ３１０Ｓ等）製
の円筒状の外筒３３とで構成されている。

【００３３】二芯管（シースピン）３０は、太い材料状
態から減径加工や焼鈍工程等を繰返し、作られた部材ゆ
え、使用時の細径状態（例えば外筒３３の外径は約φ
２．５ｍｍ）では、絶縁粉末３２も密度高く詰まってお
り、２本の芯線３１も外筒３３内に固く保持されてい
る。そして、キャップ１０の円筒部１３は、開口部１１
側にて外筒３３とラップされて、このラップ部にて円筒
部１３の内周面と外筒３３の外周面とが円周溶接され
（図１中、符号Ｍで示す部分）、両者が固定されてい
る。

【００３４】一対の芯線３１は、互いに外筒３３の中心
軸（図３（ａ）参照）３３ａと平行に、且つこの中心軸
３３ａを挟んで、一対の電極線２２と同等の間隔を開け
て配置されている。そして、それぞれ、外筒３３及び絶
縁粉末３２からサーミスタ２１側に引き出されており、
この引き出し部分にて、各電極線２２の各々と接続され
ている。なお、芯線３１はステンレスの他に、ニクロ
ム、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ及びＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ等の合金で
もよい。

【００３５】ここで、芯線３１と電極線２２との接続部
分の詳細を図３に示す。

【００３６】図３において（ａ）は接続部分の拡大図、
（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、サーミスタ２１
も一点鎖線にて示してある。図３（ｂ）に示す様に、各
電極線２２と各信号線３１とは、サーミスタ２１の円柱
軸２１ａ方向からみたとき、各電極線２２を結ぶ対角線
（図３（ｂ）にて破線Ｋ１）と各信号線３１を結ぶ対角
線（図３（ｂ）にて破線Ｋ２）とが交差するように重な
り合って接合されている。

【００３７】同じく、サーミスタ２１の円柱軸２１ａ方
向からみたとき、両対角線Ｋ１、Ｋ２の交差点は、サー
ミスタ２１の円柱軸２１ａと一致し、且つ、サーミスタ
２１の円柱軸２１ａと二芯管３０の外筒３３の中心軸３
３ａと一致している。このように、各線２１、３１を上
記交差した構成とすることで、サーミスタ２１の偏芯を
防止したことが本実施形態の主たる特徴である。

【００３８】ここで、本例において、両線２２、３１の
重なり部分の各々につき２箇所、計４箇所（図３（ａ）
にてＫ３及びＫ４部分）がレーザ溶接により接合されて
いる。図示しないが、実際は、両線２２、３１の接触界
面にて溶融部が形成され接合されている。

【００３９】また、各信号線３１のサーミスタ２１側の
一端部３１ａと、サーミスタ２１の円柱一端部２１ｂと
は離間している。

【００４０】また、各信号線３１のサーミスタ２１側に
最も近い接合部位Ｋ３とサーミスタ２１の円柱一端部２
１ｂとの距離Ｌ１は、１．５ｍｍ以下（本例では１．５
ｍｍ）であり、二芯管３０の外筒３３における一対の信
号線２２の引き出し側の端部３３ｂとサーミスタ２１の
円柱一端部２１ｂとの距離Ｌ０は、５ｍｍ（本例では５
ｍｍ）以下である。

【００４１】これらの寸法は、Ｌ１及びＬ０における各
線２２、３１の曲げモーメントを考慮した値である。つ
まり、サーミスタ２１の重量（埋設された電極線２２の
重量も含む）を例えば通常使用されるレベルである０．
０２ｇ程度とし、使用時にサーミスタにかかる振動を例
えば通常の車両搭載状態における振動レベルである３０
Ｇとして、各線２２、３１に対してサーミスタ２１の径
方向に曲げ応力がかかったときの曲げモーメントを計算
して求めた。

【００４２】また、本実施形態では、上記曲げ応力に対
する曲げモーメントに関しては、両線２２、３１の材質
も考慮した構成としている。例えば、電極線２２に線径
Ｄ₂が０．３ｍｍの白金線、信号線３１に線径φ０．３
５ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ線を用いた場合、引っ張り強度
は、白金線が１４ｋｇ／ｃｍ²、ＳＵＳ３１０Ｓ線が５
５ｋｇ／ｃｍ²程度である。

【００４３】また、図３（ａ）に示す様に、接合部位Ｋ
３、Ｋ４間の距離Ｌ２、両線２２、３１の重なり部分の
長さＬ３は、各々例えば、３ｍｍ以下（本例では０．４
ｍｍ）、２．５ｍｍ程度にできる。

【００４４】このように、これらキャップ１０及びキャ
ップ１０内の各部材を温度検出部として、本実施形態の
温度センサ１００が構成されている。

【００４５】そして、二芯管３０におけるキャップ１０
内への挿入側端部とは反対側の図示しない他端側は、図
示しないリードワイヤ等を介して外部の制御回路（車両
の制御回路等）へ導かれており、サーミスタ素子２０か
らの出力は、二芯管３０から上記制御回路に取出され
る。そして、この出力に基づき、排気ガス温度を検出
し、最適なエンジン制御が行われるようになっている。

【００４６】次に、かかる構成を有する温度センサ１０
０の製造方法について説明する。

【００４７】サーミスタ素子２０は、上記サーミスタ材
料からなる成形体に一対の電極線２２を埋設した後、焼
成することで形成される。具体的には、サーミスタ材料
からなる円柱成形体に、円柱軸方向に略平行に一定の間
隔を持って一対の貫通穴を形成する。

【００４８】一方、キャップ１０は、ステンレス等の金
属板に絞り加工（深絞り）を施すことにより、製造され
る。

【００４９】これらサーミスタ素子２０及びキャップ１
０に加え、上述の減径加工及び焼鈍工程等を経て作られ
た二芯管３０を用意する。そして、二芯管３０の芯性３
１とサーミスタ素子２０の電極線２２とを上記交差した
構成となるよう接触させる。

【００５０】この接触状態を維持した状態で、次に、レ
ーザ溶接を行なう。溶接は、上記図３（ａ）に示した接
合部位Ｋ３、Ｋ４において、両線２２、３１の接触面に
対して略平行に（図３（ｂ）にて２つの矢印Ｒ方向）レ
ーザを照射することで、両線２２、３１の溶融部（例え
ば白金とＳＵＳとの溶融）を形成する。例えば、照射条
件は、レーザパワー２．５Ｊ、４ｍｓｅｃの１パルスと
できる。

【００５１】なお、溶接方法としては他に抵抗溶接が考
えられるが、本発明者の検討では、両線２２、３１の材
質の相違を考えると、レーザ溶接が好ましい。例えば、
電極線２２に白金、信号線３１にＳＵＳ３１０Ｓを用い
た場合、融点はＳＵＳ３１０Ｓが１４５０℃、白金が１
７６９℃であり、ビッカース硬さはＳＵＳ３１０Ｓを１
５０とすると白金は５０〜１００である。

【００５２】このように、硬さの異なる電極線２２と信
号線３１とを抵抗溶接しようとすると、溶接時にかける
圧力により、軟らかい白金が曲がりやすく、またそもそ
も両線２２、３１自体が細いため圧力をかけにくい。ま
た、レーザ溶接に比べて抵抗溶接はパワーに劣るため、
確実に溶融部を形成しにくい。以上のような理由から、
本発明者はレーザ溶接を採用している。

【００５３】こうして、両線２２、３１を溶接した後、
キャップ１０の開口部１１とサーミスタ２１の円柱端部
２１ｃとを対向させ、キャップ１０をサーミスタ素子２
０に被せる。そして、キャップ１０の円筒部１３と二芯
管３０の外筒３３とをラップした部分（図１中Ｍ部分）
をレーザ溶接等で円周溶接しシールする。こうして温度
センサ１００が完成する。

【００５４】ところで、本実施形態によれば、両線２
２、３１を上記両対角線Ｋ１、Ｋ２が交差するように重
なり合って接合しているから、振動（例えば車両振動）
等の外力が、片方の重なり部分で電極線２２と信号線３
１とが離れる方向に加わっても、他方の重なり部分では
互いに引っつき合うように作用し、接合信頼性が確保さ
れる。

【００５５】具体的には、図３（ｂ）の断面図におい
て、上方向の外力がサーミスタ２１にかかったとき、左
側の重なり部分において電極線２２は信号線３１から離
れる方向となるが、右側の重なり部分おいては電極線２
２は信号線３１に引っつくようになる。下方向の外力が
加わったときは、その逆となる。ちなみに、上記図５に
示した試作品では、上方向の外力がサーミスタ１にかか
ると、左右両重なり部分において、電極線２は信号線３
から離れる方向となる。

【００５６】また、本実施形態によれば、上記両対角線
Ｋ１、Ｋ２を交差させているから、対角線Ｋ１上に位置
するサーミスタ２１の円柱の軸２１ａと、対角線Ｋ２上
に位置する二芯管３０の中心軸３１ａとを、両対角線Ｋ
１、Ｋ２の交差点にて一致させることができる。よっ
て、サーミスタの円柱の軸が偏芯することによる温度検
出部の大径化を防止でき、温度検出部の細径化を図るこ
とができる。

【００５７】また、本実施形態によれば、各信号線３１
の一端部３１ａとサーミスタ２１とを離間させ、信号線
３１がサーミスタ２１に接触することがないから、サー
ミスタ２１の抵抗値に影響を与えず、良好なサーミスタ
特性、ひいては良好な温度特性を有する温度センサが得
られる。

【００５８】また、本実施形態によれば、上記図３
（ａ）に示す接合部位Ｋ３と円柱一端部２１ｂとの距離
Ｌ１を１．５ｍｍ以下としているから、外力（曲げ応
力）により電極線２２が曲がってサーミスタ２１が偏芯
するのを防止できる。

【００５９】また、本実施形態によれば、上記図３
（ａ）に示す一対の信号線２２の引き出し側の端部３３
ｂと円柱一端部２１ｂとの距離Ｌ０を、５ｍｍ以下とし
ているから、電極線２２及び信号線３１の曲がり、ひい
ては偏芯を防止できる。

【００６０】また、本実施形態によれば、両線２２、３
１をレーザ溶接によって接合しているから、溶接部分に
おいて確実に互いが溶融した溶融部を形成することがで
き、両線２２、３１の接合信頼性をより高いレベルにて
確保できる。

【００６１】ちなみに、本実施形態の温度センサ１００
を、３０Ｇ、２４０Ｈｚの振動を１×１０⁷回繰り返す
という試験に供したところ、両線２２、３１の断線及び
接合部分の破壊ということはなく、実用上問題の無いこ
とがわかった。一方、図５に示す試作品では、接合部分
の破壊が起こってしまった。

【００６２】さらに、本実施形態では、図３（ａ）に示
す接合部位Ｋ３、Ｋ４間の距離Ｌ２を３ｍｍ以下（本例
では０．４ｍｍ）としているが、これは、両線２２、３
１における冷熱作用による変形や断線を防止するためで
あり、次に述べる根拠に基づくものである。

【００６３】電極線２２は、サーミスタ２１に埋め込ま
れ、焼成による焼きばめにて機械的接触することにより
導通を得ており、例えば３００℃〜１０００℃といった
高温下で使用される場合、高温での耐酸化性の良い材料
が求められるため、一般に、上述のように白金系材料に
より構成される。また、二芯管３０の芯線３１は、電極
線２２と溶接固定する場合、高価な白金材を使用する必
要はなく、高温強度とコスト面を考えて、上述のように
ステンレス系材料が使用される。

【００６４】ところが、白金系材料よりなる電極線２２
とステンレス系材料よりなる芯線３１とは、線膨張係数
が異なり、常温と高温を繰り返す冷熱環境では、図４に
示す如く、黒丸Ｄ及び黒丸Ｅで示す部分（以下、各々Ｄ
部、Ｅ部という）にて熱膨張差によるたわみが発生す
る。その繰り返し応力（図中の両矢印に示す）により、
やがて強度の弱い電極線２２が断線に至る。なお、図４
は、図３（ａ）を図中の左方からみた図である。

【００６５】例えば、８５０℃での上記距離（溶接部位
間距離）Ｌ２の熱膨張による電極線２２と芯線３１との
伸び量の差ΔＬは、次の数式１で表される。

【００６６】

【数１】ΔＬ＝（αｓ−αｐ）×８５０×Ｌ２ここで、αｓは芯線３１の線膨張係数（例えばＳＵＳ３
１０Ｓでは、１６×１０^-6ｍｍ／℃）、αｐは電極線２
２の線膨張係数（例えば白金では１０×１０^-6ｍｍ／
℃）である。

【００６７】従って、上記距離Ｌ２が短いほど、高温時
のΔＬが小さく、たわみ量も小さくなるため断線し難く
なる。理想的には接合部位Ｋ３とＫ４との距離Ｌ２が０
となれば、ΔＬは上記数式１より０となり、断線には至
らない。実際には、電極線２２と芯線３１とをレーザ溶
接する場合、接合部位Ｋ３とＫ４の溶け込み部（図４
中、斜線ハッチングにて図示）の径は約０．５ｍｍ程度
であるため、距離Ｌ２が０．５ｍｍ以下であれば、実質
的にΔＬを０とでき、たわみの発生がなく断線に至らな
くすることができる。

【００６８】さらに、距離Ｌ２を、６ｍｍ、３ｍｍ、
０．５ｍｍと変えたものについて、冷熱耐久テスト（例
えば、室温と８５０℃の繰り返し）を実施した。その結
果、上記Ｄ部またはＥ部において断線に至るまでの寿命
は、距離Ｌ２＝３ｍｍのものでは、距離Ｌ２＝６ｍｍの
ものの約１．５〜２倍であり、距離Ｌ２＝０．５ｍｍの
ものでは、上記Ｄ部またはＥ部での断線の発生は無かっ
た。このように、ほぼ上記数式１の如く、たわみと寿命
との相関が実証できた。

【００６９】実車での車両寿命（１０年）から推定した
総冷熱回数とベンチ耐久での冷熱回数より求めた寿命曲
線により、距離Ｌ２＝３ｍｍでもセンサ寿命は車両寿命
の２倍以上を確保できた。この様に、接合部位Ｋ３、Ｋ
４間の距離Ｌ２は、３ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ
以下であることがより好ましい。

【００７０】（他の実施形態）なお、サーミスタ２１と
キャップ１０内面との接触によるサーミスタ２１のＲ−
Ｔ特性（抵抗−温度特性）への影響を確実に防止するた
めに、サーミスタ素子２０外周にアルミナ等の耐熱性の
絶縁材料からなる円筒状の碍子管（絶縁部材）を被せ、
サーミスタ２１とキャップ１０内面との間の絶縁を確保
する構成としてもよい。

【００７１】また、サーミスタ２１の形状としては、円
柱形状の他に、断面が楕円形状の柱状形状や、六角や四
角の多角柱状であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る温度センサを示す一部
切欠断面図である。

【図２】（ａ）は図１の温度センサにおけるサーミスタ
素子の拡大構成を示す図、（ｂ）は（ａ）ののＡ−Ａ断
面図である。

【図３】（ａ）は図１の温度センサにおけるサーミスタ
素子と二芯管との接続部分の拡大構造を示す図、（ｂ）
は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】図３（ａ）に示す接続部分の冷熱作用による変
形の様子を示す図である。

【図５】（ａ）は本発明者の試作品を示す図、（ｂ）は
（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

【符号の説明】

２１…サーミスタ、２１ａ…サーミスタの円柱軸、２２
…一対の電極線、２２ａ…一対の電極線の一端部、３１
…一対の芯線、３１ａ…一対の芯線の一端部、３３…二
芯管の外筒、３３ｂ…外筒における一対の信号線の引き
出し側の端部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01K 7/22 G01K 7/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】柱形状をなすサーミスタ（２１）と、互いに前記サーミスタ（２１）の軸（２１ａ）方向に略
平行に間隔を開けて前記サーミスタ（２１）に埋設さ
れ、一端部（２２ａ）が前記サーミスタ（２１）の一端
（２１ｂ）側に引き出されている一対の電極線（２２）
と、互いに前記サーミスタ（２１）の軸（２１ａ）方向に略
平行に間隔を開けて、前記各電極線（２２）の前記一端
部（２２ａ）と接続されたサーミスタ信号取出し用の一
対の信号線（３１）とを備える温度センサであって、前記各電極線（２２）と前記各信号線（３１）とは、前
記サーミスタ（２１）の軸（２１ａ）方向からみたと
き、前記各電極線（２２）を結ぶ対角線（Ｋ１）と前記
各信号線（３１）を結ぶ対角線（Ｋ２）とが交差するよ
うに重なり合って接合されていることを特徴とする温度
センサ。
【請求項２】前記各信号線（３１）の一端部（３１
ａ）と前記サーミスタ（２１）とは離間していることを
特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
【請求項３】前記各信号線（３１）の前記サーミスタ
（２１）側に最も近い接合部位（Ｋ３）と前記サーミス
タ（２１）とは、１．５ｍｍ以下の間隔を持って離間し
ていることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
【請求項４】前記各電極線（２２）と前記各信号線
（３１）とは、前記各電極線（２２）と前記各信号線
（３１）との重なり部において、少なくとも２点の接合
部位（Ｋ３、Ｋ４）で溶接されることにより接合されて
おり、前記各接合部位（Ｋ３、Ｋ４）は、３ｍｍ以下の間隔を
持って離間していることを特徴とする請求項１ないし３
のいずれか１つに記載の温度センサ。
【請求項５】前記サーミスタ（２１）は、円柱形状で
あることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つ
に記載の温度センサ。
【請求項６】前記一対の信号線（３１）は、金属製の
外筒（３３）内に絶縁保持され、この外筒（３３）から
前記サーミスタ（２１）側に引き出されているものであ
り、前記外筒（３３）における前記一対の信号線（３１）の
引き出し側の端部（３３ｂ）と前記サーミスタ（２１）
とは、５ｍｍ以下の間隔を持って配置されていることを
特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の温
度センサ。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれか１つに記載
の温度センサを製造する製造方法であって、前記両線（２２、３１）の重なり部分をレーザ溶接する
ことを特徴とする温度センサの製造方法。