JP3757867B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒状の金属カバー内に円盤状のサーミスタ素子を収納してなる温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の温度センサの一般的な構造を図１４及び図１５に示す。図１４は、全体構成を示す断面図、図１５は、図１４中のＡ部を、矢印Ｂ方向から視たときの拡大断面図である。
【０００３】
信号取り出し用のシースピン４０には、有底筒状の金属カバー１０が被せられており、この金属カバー１０の底部側には、直径が厚さよりも大なる円盤状のサーミスタ素子（ディスクタイプのサーミスタ素子）２０が収納されている。通常、サーミスタ素子２０は、その両円形面２１が金属カバー１０の軸方向に沿うように配置されている。
【０００４】
サーミスタ素子２０には、サーミスタ信号取り出し用の一対の電極線３１、３２が埋設されている。各々の電極線３１、３２は、互いに金属カバー１０の軸方向に略平行に間隔を開けて配置され、金属カバー１０の開口部側へ向かってサーミスタ素子２０から引き出されている。
【０００５】
一方、金属カバー１０の開口部側においては、シースピン４０の一対の信号線４１、４２が、互いに金属カバー１０の軸方向に略平行に間隔を開けて配置されている。そして、引き出された一対の電極線３１、３２は、それぞれシースピン４０の一対の信号線４１、４２の一端側に溶接により接続されている。さらに、シースピン４０の信号線４１、４２の他端側は、それぞれ外部と接続するためのリード線６０に接続されている。
【０００６】
この温度センサは、サーミスタ素子２０が収納された金属カバー１０の部分（感温部）を測定環境下にさらした状態で、シースピン４０の外側に配設された取付部材８０を介して、被測定部材（図示せず）に取り付けられる。そして、サーミスタ素子２０を介した一対の電極線３１、３２間の抵抗値変化に基づく電気信号がサーミスタ信号として、シースピン４０の芯線４１、４２、リード線６０を介して外部へ出力されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように、サーミスタ素子２０を金属カバー１０内に収納する場合、温度検出における応答性を向上させるために、金属カバー１０とサーミスタ素子２０との間隔を極力狭くする（例えば０．数ｍｍ）必要がある。この場合、ディスクタイプのサーミスタ素子２０においては、形状的に円周側面２２の局所が、大幅に金属カバー１０に近づく配置となる。
【０００８】
そのため、センサに外部振動等の外力が加わると、サーミスタ素子２０と金属カバー１０とが接触しやすい。このような接触が起こると、サーミスタ素子２０と金属カバー１０との間が導通することにより、サーミスタ素子２０からの信号に変動が発生するため、好ましくない。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、円盤状のサーミスタ素子を金属カバーに収納してなる温度センサにおいて、サーミスタ素子と金属カバーとの接触による信号変動を抑制することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、筒状の金属カバー（１０）と、この金属カバーの一端側に収納されその両円形面が前記金属カバーの軸方向に沿うように配置された円盤状のサーミスタ素子（２０）と、互いに金属カバーの軸方向に略平行に間隔を開けて配置された状態でサーミスタ素子に埋設され、サーミスタ素子から金属カバーの他端側へ引き出されたサーミスタ信号取り出し用の一対の電極線（３１、３２）とを備える温度センサにおいて、
サーミスタ素子の１つの円形面における金属カバーの軸と直交する直径方向に位置する両エッジ部のうち、一方の電極線側のエッジ部（２１ａ）と当該一方の電極線との距離をａ１とし、他方の電極線側のエッジ部（２１ｂ）と当該他方の電極線との距離をａ２とし、一対の電極線間の距離をｃとしたとき、サーミスタ素子の両円形面に対して、距離ａ１と距離ａ２との和（ａ１＋ａ２）が距離ｃよりも大きくなるような寸法関係が満足されていることを特徴としている。
本発明のような温度センサにおいては、サーミスタ素子のうち両円形面におけるエッジ部が、最も金属カバーに近く接触しやすい部位である。ここで、本発明によれば、上記した（ａ１＋ａ２）＞ｃの関係を満足させることにより、各エッジ部と各電極線との間の電気抵抗を、両電極線間の電気抵抗よりも大きくすることができる。
そのため、もし、上記エッジ部にてサーミスタ素子と金属カバーとが接触したとしても、各電極線からエッジ部を介して金属カバーへ電流が流れるのを抑制し、一対の電極線間の方にて電流が流れやすくできる。従って、本発明によれば、サーミスタ素子と金属カバーとの接触による金属カバーへの電流の漏れを極力抑えることができるため、信号変動を抑制することができる。
請求項２に記載の発明では、金属カバーとサーミスタ素子との間に、当該間の電気絶縁性を確保するための絶縁部材（５０、５１）を介在させたことを特徴としている。
【００１１】
それによれば、金属カバーとサーミスタ素子との間に、当該間の電気絶縁性を確保するための絶縁部材が介在設定されているため、サーミスタ素子と金属カバーとの接触は、絶縁部材を介したものとなる。よって、本発明によれば、サーミスタ素子と金属カバーとの接触による導通を防止することができ、信号変動を抑制することができる。
【００１２】
ここで、絶縁部材としては、金属カバー（１０）内にてサーミスタ素子（２０）を収納する碍子管（５０）を採用したり（請求項３の発明）、サーミスタ素子（２０）の円周側面のうち少なくとも金属カバー（１０）の内面と最短距離にある部位に形成された電気絶縁性の皮膜（５１）を採用したり（請求項４の発明）することができる。
【００１３】
絶縁部材として上記皮膜（５１）を採用する場合、その皮膜を、サーミスタ素子（２０）の円周側面の全周に形成すれば、より確実に、サーミスタ素子と金属カバーとの接触による導通を抑制することができ、好ましい。また、そのような皮膜（５１）としては、電気絶縁性のセラミックよりなるものを採用することができる。
【００１４】
また、サーミスタ信号取り出し用の電極線は、通常、サーミスタ素子に埋設成形され高温（例えば１３００℃〜１６００℃程度）で焼成（焼きばめ）されることにより、サーミスタ素子に接続されている。ここにおいて、電極線は、従来は白金材が用いられているが、本発明者の検討によれば、上記焼成により白金材の結晶粒が粗大化し、外部振動によってその粗大化した結晶の粒界でズレが誘発されるため、電極線の強度が低下する恐れがあることがわかった。
【００１５】
電極線の強度が低下すると、外部振動等によりサーミスタ素子が大きく変位しやすくなる。そこで、本発明者は、電極線として用いる白金材を、高温に晒しても結晶粒が粗大化しないような構造とし、電極線の強度を高めることにより、外部振動によるサーミスタ素子の変位を抑制すれば、結果的に、サーミスタ素子と金属カバーとの接触を抑制できると考えた。
【００１６】
請求項７〜請求項１５に記載の発明は、そのような考えに基づいて、より強度の高い電極線材料を見出すべく鋭意検討を行った結果、なされたものである。
【００１７】
すなわち、請求項７に記載の発明では、電極線を、白金又は白金合金を主成分とする分散強化材からなるものとしたことを特徴としている。
【００１８】
それによれば、電極線において、高温に晒しても結晶粒の粗大化が抑制されるため、従来に比べて電極線の強度を高めることができ、外部振動によるサーミスタ素子の変位を抑制することができる。よって、本発明によっても、サーミスタ素子と金属カバーとの接触による信号変動を抑制することができる。
【００１９】
ここで、分散強化材は、線径方向における結晶の粒径が線径よりも小さいものであること（請求項８の発明）が好ましく、より望ましくは、分散強化材の結晶粒径が線径の１／２以下であること（請求項９の発明）が好ましい。
【００２０】
また、請求項１０に記載の発明のように、分散強化材は、白金又は白金合金を１００として金属酸化物が０．０２重量％以上添加されたものであることが好ましい。これは、金属酸化物が白金や白金合金の粒子の粗大化を抑制する機能を有するのであるが、該金属酸化物が０．０２重量％より小であると、白金や白金合金の粒子の粗大化を十分に抑制することができないためである。
【００２１】
さらに、金属酸化物は、白金又は白金合金を１００として２重量％以下添加されていること（請求項１１の発明）が好ましい。これは、金属酸化物が２重量％より大であると、電極線の線引き加工性が著しく悪化及び電極線自体の抵抗が大きくなってしまい、サーミスタ素子の抵抗変化を十分検出することが困難になるためである。
【００２２】
ここで、上記金属酸化物としては、ジルコニア、イットリア、アルミナ、チタニアから選択された少なくとも一種を用いること（請求項１２の発明）ができ、上記白金合金としては、白金に対して、ロジウム、金、タングステン、パラジウムから選択された少なくとも一種が含有されたものを用いること（請求項１３の発明）ができる。
【００２３】
また、請求項１４に記載の発明では、電極線を、白金とイリジウムとの合金線材からなるものとしたことを特徴としている。
【００２４】
本発明のような電極線材料を用いることによっても、電極線自体を振動に対して強固なものにでき、外部振動によるサーミスタ素子の変位を抑制することができるため、サーミスタ素子と金属カバーとの接触による導通を抑制することができる。
【００２５】
ここで、この白金とイリジウムとの合金線材は、その合金組成として、線引き、減径、切断等の加工性を考慮すれば、イリジウムが１〜６０重量％添加され、残部白金であるものを用いること（請求項１５の発明）が好ましい。
【００２６】
また、上記図１４及び図１５に示した様に、従来の温度センサでは、円盤状のサーミスタ素子２０から引き出された一対の電極線３１、３２を、一対の信号線４２、４２に接続する構成において、一対の電極線３１、３２の両方を、一対の信号線４１、４２に対して同一方向から重ね合わせ、この重なり部Ｋ１、Ｋ２を溶接している。
【００２７】
このような電極線と信号線との接続構成では、外部振動等の外力が、片方の重なり部分で電極線と信号線とが離れる方向に加わると、他方の重なり部分でも両線が同様に離れる方向に加わるため、接合信頼性が低い。そのため、上記両線の溶接部が強度的に弱くなり、外部振動等によりサーミスタ素子が大きく変位しやすい。
【００２８】
請求項１６に記載の発明は、円盤状のサーミスタ素子を金属カバーに収納してなる温度センサにおいて、一対の電極線と一対の信号線との接続構成に工夫を施したものである。
【００２９】
すなわち、請求項１６に記載の発明においては、一対の電極線（３１、３２）と一対の信号線（４１、４２）とが、金属カバー（１０）の軸方向からみたとき、各電極線を結ぶ対角線（Ｔ１）と各信号線を結ぶ対角線（Ｔ２）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している。
【００３０】
それによれば、電極線および信号線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、振動等の外力が、片方の重なり部分（Ｋ１）で電極線（３１）と信号線（４１）とが離れる方向に加わっても、他方の重なり部分（Ｋ２）では両線（３２、４２）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。
【００３１】
そのため、本発明によれば、一対の電極線と一対の信号線との溶接部を、従来に比べて外力に対して強度的に強くすることができ、外部振動等によるサーミスタ素子の変位を抑制することができる。よって、本発明によっても、サーミスタ素子と金属カバーとの接触による信号変動を抑制することができる。
【００３８】
また、上記各手段におけるサーミスタ素子（２０）は、その直径Ｗと厚さｔとの比Ｗ／ｔが１よりも大きく１．５以下となっているものであることが好ましい。上記比Ｗ／ｔがこの範囲にあるとき、サーミスタ素子は、限られた空間の中で効率よく素子体積を大きくできるものになり、応答性向上等のためには好ましい。
【００３９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００４０】
【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。なお、以下に示す各実施形態において、上記図１４、図１５と同一の部分、および各実施形態相互にて同一の部分には、図中、同一符号を付してある。
【００４１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る温度センサＳ１の全体構成を示す図であり、図２は、図１中のＣ部を矢印Ｄ方向から視たときの拡大断面図である。本センサＳ１は、例えば自動車の排気系統に取り付けられ、排気温センサとして使用可能である。
【００４２】
１０は、ステンレス等の耐熱性に優れた金属よりなる金属カバーであり、本例では、一端側に底部を有し、他端側に開口部を有する有底円筒状をなしている。金属カバー１０の一端側（底部側）の内部には、２個の円形面２１及び円周側面２２を有し、その直径が厚さよりも大なる円盤状のサーミスタ素子２０が収納されている。
【００４３】
サーミスタ素子２０は、その両円形面２１が金属カバーの軸方向に沿うように配置されている。本例では、サーミスタ素子２０は、高温（例えば１０００℃以上）での使用に耐えうるものであり、Ｃｒ−Ｍｎを主成分とする半導体材料（サーミスタ材料）等よりなる焼結成形体である。
【００４４】
このサーミスタ素子２０には、サーミスタ信号（抵抗（Ｒ）−温度（Ｔ）特性を用いた出力信号）を取り出すための白金等よりなる一対の電極線３１、３２が、接続されている。
【００４５】
各電極線３１、３２は、互いに金属カバー１０の軸方向に略平行に間隔を開けて配置された状態でサーミスタ素子２０に埋設成形され、高温（例えば１３００℃〜１６００℃程度）で焼成（焼きばめ）されることにより、サーミスタ素子２０に接続されている。そして、各電極線３１、３２は、サーミスタ素子２０から金属カバー１０の他端側（開口部側）へ引き出されている。
【００４６】
また、金属カバー１０の他端側（開口部側）には、電極線３１、３２からのサーミスタ信号を外部に取り出すための配線部材としてのシースピン４０が、その一端側を金属カバー１０の開口部から挿入することにより、配置されている。
【００４７】
このシースピン４０は、ステンレス等の金属よりなる一対の芯線（本発明でいう一対の信号線）４１、４２を、ステンレス等の金属よりなる外筒４３内に収納し、芯線４１、４２と外筒４３との間にマグネシア等の絶縁粉末を充填してなるものである。
【００４８】
ここで、シースピン４０と金属カバー１０とは、金属カバー１０の他端側をシースピン４０の外筒４３に対して、かしめを行い、そのかしめ部を全周溶接することにより、接合固定されている。これにより、金属カバー１０の内部は外部環境にさらされないようになっている。
【００４９】
そして、シースピン４０の一端側（金属カバー１０への挿入端側）では、外筒４３から一対の芯線４１、４２が突出しており、突出した一対の芯線４１、４２は、金属カバー１０の他端側にて互いに金属カバー１０の軸方向に略平行に間隔を開けて配置されている。
【００５０】
さらに、一対の芯線４１、４２の突出先端側と一対の電極線３１、３２の引き出し側とは、抵抗溶接やレーザ溶接等により接合され、電気的に接続されている。本例では、両線３１、３２、４１、４２は、一対の電極線３１、３２の両方を、各芯線４１、４２に対して同一方向から重ね合わせ、この重なり部Ｋ１、Ｋ２（図２参照）を溶接している。
【００５１】
ここにおいて、本実施形態では、金属カバー１０の内部にて、金属カバー１０とサーミスタ素子２０との間に、当該間の電気絶縁性を確保するための絶縁部材としての碍子管５０を介在させた構成としている。この碍子管５０は、アルミナ等の電気絶縁性セラミック等よりなり、サーミスタ素子２０を収納する円筒状のものである。
【００５２】
この碍子管５０は、シースピン４０と一体化されたサーミスタ素子２０を金属カバー１０へ組み付けるときに、予め金属カバー１０内へ挿入配置させておくか、サーミスタ素子２０を収納した状態で金属カバー１０内へ挿入する等により、組み付け可能である。
【００５３】
また、シースピン４０の他端側には、一対の芯線４１、４２が突出しており、各芯線４１、４２は、それぞれ外部と接続するためのリード線６０に電気的に接続されている。このリード線６０は図示しない外部回路と電気的に接続されるもので、このリード線６０を介して、温度センサＳ１と上記外部回路とが、信号のやり取りが可能なように連絡される。
【００５４】
各リード線６０とシースピン４０の各芯線４１、４２とは、接続端子６２を介して電気的に接続されている。例えば、各芯線４１、４２と接続端子６２とは溶接により接合され、各リード線６０と接続端子６２とは、接続端子６２のかしめにより接合される。
【００５５】
また、シースピン４０のうち金属カバー１０への挿入部以外の部位は、ステンレス等の金属よりなる段付円筒状の保護チューブ７０の内部に収納され、この保護チューブ７０に被覆されている。ここで、保護チューブ７０は、シースピン４０の外筒４３と、かしめや溶接等により接合されている。
【００５６】
また、リード線６０とシースピン４０の芯線４１、４２との接合部は、ステンレス等の金属チューブ６４にて被覆保護されている。この金属チューブ６４は、リード線６０側においては、リード線６０の周囲に設けられたゴム等よりなるブッシュ６６を介して、リード線６０に、かしめ固定されると共に、シースピン４０側においては、保護チューブ７０に挿入され、かしめや溶接により固定されている。
【００５７】
さらに、保護チューブ７０の外側には、取付部材８０が嵌合されている。本例では、この取付部材８０は、外周面にネジ部８１およびナット部８２を有するものであり、被測定部材（自動車の排気管等）に形成された取付穴にネジ結合されるものである。取付部材８０は、保護チューブ７０回りに回転可能となっている。
【００５８】
この温度センサＳ１は、例えば、次のようにして組み付けることができる。なお、各部の接続や取付は、各部に応じて上記したかしめ、溶接等を用いて行うことができる。
【００５９】
シースピン４０の外周に、保護チューブ７０及び取付部材８０を取り付けるとともに、シースピン４０とリード線６０とを、接続端子６２を介して接続し、当該接続部の外側にブッシュ６６とともに金属チューブ６４を取り付ける。一方、サーミスタ素子２０と一体化した電極線３１、３２を、シースピン４０の芯線４１、４２と接続する。
【００６０】
そして、サーミスタ素子２０の周囲に碍子管５０を組み付けるとともに、サーミスタ素子２０及び碍子管５０を、金属カバー１０の内部へ挿入し、金属カバー１０とシースピン４０とを接合する。こうして、図１に示す温度センサＳ１が出来上がる。
【００６１】
なお、温度センサＳ１は、例えば、上記した自動車の排気管の取付穴（図示せず）に金属カバー１０側を先端にして挿入され、保護チューブ７０のテーパ部７１と当該取付穴とが当たって位置決めが行われるとともに、取付部材８０を介して当該取付穴へネジ結合されることにより、上記排気管に脱着可能に取り付けられる。
【００６２】
そして、上記排気管内に突出する金属カバー１０に測定流体（排気ガス等）が当たると、その測定流体の温度に応じた信号が、サーミスタ素子２０を介した一対の電極線３１、３２間の抵抗値変化に基づく電気信号として発生する。この電気信号は、サーミスタ信号として、シースピン４０の芯線４１、４２、リード線６０を介して外部へ出力されるようになっている。
【００６３】
ところで、本実施形態によれば、金属カバー１０とサーミスタ素子２０との間に、当該間の電気絶縁性を確保するための絶縁部材としての碍子管５０が介在設定されているため、外部振動等によるサーミスタ素子２０と金属カバー１０との接触は、碍子管５０を介したものとなる。そのため、サーミスタ素子２０と金属カバー１０との接触による導通を防止することができ、信号変動を抑制することができる。
【００６４】
また、本実施形態において、金属カバー１０とサーミスタ素子２０との間に介在させる絶縁部材としては、上記碍子管５０以外にも、サーミスタ素子２０の円周側面２２のうち少なくとも金属カバー１０の内面と最短距離にある部位に形成された電気絶縁性の皮膜５１を採用しても良い。その皮膜５１を採用した場合を図３に示す。
【００６５】
図３（ｂ）では、サーミスタ素子２０の円周側面２２のうち金属カバー１０の内面と最短距離にある部位にのみ皮膜５１を形成している。この皮膜５１が形成されたサーミスタ素子２０の部位は、金属カバー１０と接触する可能性がある部位であり、それによっても、サーミスタ素子２０と金属カバー１０との接触による導通を防止することができ、信号変動を抑制することができる。
【００６６】
また、図３（ａ）に示す様に、皮膜５１を、サーミスタ素子２０の円周側面２２の全周に形成すれば、より確実に、サーミスタ素子２０と金属カバー１０との接触による導通を抑制することができ、好ましい。
【００６７】
このような皮膜５１としては、電気絶縁性のセラミックよりなるものを採用することができる。例えば、アルミナやイットリア等を溶液化したものをサーミスタ素子２０に塗布し、焼成することで皮膜５１を形成することができる。皮膜５１の膜厚としては、電気絶縁性を確保するために、例えば１μｍ以上とする。
【００６８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、主として上記第１実施形態と相違するところについて述べる。図４は、本実施形態に係る温度センサＳ１の要部を上記図２に対応した視点にて示す図である。図４に示す例では、第１実施形態に述べた絶縁部材５０、５１を設けていない。
【００６９】
本実施形態は、電極線３１、３２の強度を高め、外部振動によるサーミスタ素子２０の変位を抑制することにより、サーミスタ素子２０と金属カバー１０との接触を抑制するものである。そのために、本実施形態では、上記電極線３１、３２の材料に工夫を施している。
【００７０】
すなわち、本実施形態においては、各電極線３１、３２として、高温に晒されても結晶安定性のある白金又は白金合金を主成分とする分散強化材を用いている。そのため、高周波振動が加わっても粒界破断に至ることがなく、通常の白金線に比べて電極線３１、３２の強度を高めることができる。
【００７１】
その結果、上記第１実施形態にて示した絶縁部材５０、５１が無い場合でも、外部振動によるサーミスタ素子２０の変位を抑制することができ、サーミスタ素子２０と金属カバー１０との接触による信号変動を抑制することができる。なお、本実施形態においても、上記絶縁部材を設ければ、より効果的であることは明らかである。
【００７２】
ここで、図５に上記分散強化材の高温下（９００℃×１００時間）での結晶構造を示す。図５は、顕微鏡像を模式化した図であり、（ａ）に通常用いられている一般白金（比較例）からなる電極線３１、３２、（ｂ）に本実施形態の上記分散強化材からなる電極線（分散強化白金と図示）３１、３２を表してある。
【００７３】
一般白金では、高温雰囲気下において白金結晶粒が粗大化し、線径方向における白金結晶粒の粒径は、最大、線径と同等レベルになる。そして、高周波域の強振動が線径と同等レベルの結晶粒の粒界でズレを誘発すると、電極線３１、３２の強度が低下し、最悪、断線に至ってしまう。
【００７４】
しかし、上記分散強化材では線径方向における白金結晶粒の粒径が線径よりも小さく、上記粒界ズレが誘発されても電極線３１、３２の強度低下を極力小さくすることができる。なお、望ましくは、上記白金結晶粒の粒径が線径の１／２以下であることが好ましい。
【００７５】
ここで、白金や白金合金の粒子の粗大化を十分抑制するためには、上記分散強化材は、白金又は白金合金を１００として金属酸化物が０．０２重量％以上添加されたものであることが好ましい
さらに、電極線３１、３２自体の抵抗の過大化を防止し、サーミスタ素子２０の抵抗変化を十分検出するためには、該金属酸化物は、白金又は白金合金を１００として２重量％以下添加されたものであることが好ましい。ここで、該金属酸化物としては、例えば、ジルコニア、イットリア、アルミナ、チタニア等から選択された少なくとも一種を用いることができる。
【００７６】
また、上記白金合金としては、例えば、白金に対して、ロジウム、金、タングステン、パラジウム等から選択された少なくとも一種が含有されたものを用いることができる。このような白金合金とすることにより、電極線３１、３２自体の強度を向上させることができる。
【００７７】
また、本実施形態においては、電極線３１、３２は、上記分散強化材以外にも、白金とイリジウムとの合金線材からなるものとしてもよい。それによっても、電極線３１、３２の線材自体を振動に対して強固なものでき、外部振動等によるサーミスタ素子２０の変位を抑制することができるため、サーミスタ素子２０と金属カバー１０との接触による導通を抑制することができる。
【００７８】
ここで、該白金とイリジウムとの合金線材は、その合金組成として、線引き、減径、切断等の線材加工性を考慮すれば、イリジウムが１〜６０重量％添加され、残部白金である白金合金を用いることが好ましい。
【００７９】
（第３実施形態）
ところで、上記図１〜図４に示す温度センサＳ１では、円盤状のサーミスタ素子２０から引き出された一対の電極線３１、３２を、一対の芯線（信号線）４２、４２に接続する構成において、一対の電極線３１、３２の両方を、一対の芯線４１、４２に対して同一方向から重ね合わせ、この重なり部Ｋ１、Ｋ２を溶接している。
【００８０】
図６は、上記図１においてＥ−Ｅ線に沿った重なり部Ｋ１、Ｋ２の断面を模式的に示す図（ただし、碍子管５０は省略）である。この場合、振動等の外力が、例えば片方の重なり部Ｋ１にて両線３１、４１が離れる方向に加わると、他方の重なり部Ｋ２にても両線３２、４２が同様に離れる方向に加わる。そのため、接合信頼性が低く、上記両線の溶接部が強度的に弱くなり、外部振動等によりサーミスタ素子２０が大きく変位しやすい。
【００８１】
それに対して、本発明の第３実施形態における電極線３１、３２と芯線４１、４２との接続構成を図７に示す。図７中、（ａ）は上記図２に対応した視点にて示す図であり、（ｂ）は（ａ）中のＦ−Ｆ拡大断面図である。本実施形態は、一対の電極線３１、３２と一対の芯線（信号線）４１、４２との接続構成に工夫を施したものである。
【００８２】
すなわち、一対の電極線３１、３２と一対の芯線４１、４２とが、金属カバー１０の軸方向からみたとき、各電極線３１、３２を結ぶ対角線Ｔ１と各芯線４１、４２を結ぶ対角線Ｔ２とが交差するように重なり合って接合されている。なお、接合された両線３１、３２、４１、４２の長さＬは、例えば数ｍｍである。以下、この接続構成を「たすきがけ接続」という。
【００８３】
この場合、振動等の外力が、例えば片方の重なり部Ｋ１にて両線３１、３２が離れる方向に加わっても、他方の重なり部Ｋ２では両線３２、４２が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。
【００８４】
そのため、本実施形態によれば、一対の電極線３１、３２と一対の芯線（一対の信号線）４１、４２との溶接部を、従来に比べて強度的に強くすることができる。そのため、外部振動等によるサーミスタ素子２０の変位を抑制することができ、サーミスタ素子２０と金属カバー１０との接触による信号変動を抑制することができる。
【００８５】
なお、本実施形態においても、上記した絶縁部材５０、５１を設けても良い。さらに、一対の電極線３１、３２として、上記した白金又は白金合金を主成分とする分散強化材、または、白金とイリジウムとの合金線材を採用しても良い。それにより、より効果的であることは明らかである。
【００８６】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る温度センサの要部を図８に示し、上記実施形態と相違するところについて述べる。図８は、上記図４中のＧ−Ｇ線に沿った断面に相当する断面にて、本実施形態を示すものである。この断面は、金属カバー１０の軸と直交し且つサーミスタ素子２０の直径部分を含む断面である。
【００８７】
図８においては、外部振動等によってサーミスタ素子２０が偏芯し、サーミスタ素子２０のうち一方の円形面２１における両エッジ部２１ａ、２１ｂが、金属カバー１０に接触した状態を示す。筒状の金属カバー１０内にて、その両円形面２１が金属カバー１０の軸方向に沿うように配置された円盤状のサーミスタ素子２０においては、両円形面２１におけるエッジ部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが、最も金属カバー１０に近く接触しやすい部位である。
【００８８】
ここで、図８に示す様に、サーミスタ素子２０の１つの円形面（図８では右側の円形面）２１における金属カバー１０の軸と直交する直径方向に位置する両エッジ部のうち、一方の電極線３１側のエッジ部２１ａと一方の電極線３１との距離をａ１とし、他方の電極線３２側のエッジ部２１ｂと他方の電極線３２との距離をａ２とし、一対の電極線３１、３２間の距離をｃとする。
【００８９】
このとき、本実施形態では、サーミスタ素子２０の両円形面２１のそれぞれにおいて、距離ａ１と距離ａ２との和が距離ｃよりも大きくなるような寸法関係（（ａ１＋ａ２）＞ｃ）が満足されている。つまり、図８中の左側の円形面２１のエッジ部２１ｃ、２１ｄにおいても、上記寸法関係を同様に満足している。
【００９０】
図８に示す様に、サーミスタ素子２０が偏芯し、両エッジ部２１ａ、２１ｂにて金属カバー１０に接触した場合、一対の電極線３１、３２と金属カバー１０との間に回路が形成される。また、上述したように、サーミスタ素子２０を介した一対の電極線３１、３２間の抵抗値変化が、サーミスタ信号となる。
【００９１】
そのため、もし、各エッジ部２１ａ、２１ｂと各電極線３１、３２との間の電気抵抗が、両電極線３１、３２間の電気抵抗よりも小さいと、電極線３１、３２から金属カバー１０の方へ電流が流れやすくなる。つまり、金属カバー１０への漏れ電流が発生しやすくなる。
【００９２】
ここにおいて、上記寸法関係（（ａ１＋ａ２）＞ｃ）を設定することにより、各エッジ部２１ａ、２１ｂと各電極線３１、３２との間の電気抵抗（（ａ１＋ａ２）間の電気抵抗）を、両電極線３１、３２間の電気抵抗（ｃ間の電気抵抗）よりも大きくすることができる。
【００９３】
そのため、もし、上記エッジ部２１ａ、２１ｂにてサーミスタ素子２０と金属カバー１０とが接触したとしても、各電極線３１、３２から金属カバー１０へ電流が流れるのを抑制し、一対の電極線３１、３２間の方にて電流が流れやすくできる。
【００９４】
つまり、本実施形態によれば、サーミスタ素子２０と金属カバー１０との接触による金属カバー１０への電流の漏れを極力抑えることができるため、信号変動を抑制することができる。なお、望ましくは、距離ａ１と距離ａ２との和（ａ１＋ａ２）が距離ｃの１．５倍以上であることが好ましい。
【００９５】
また、本実施形態においても、上記した絶縁部材５０、５１の設置、一対の電極線３１、３２に対する上記分散強化材や合金線材の採用、「たすきがけ接続」を採用しても良い。それにより、より効果的であることは明らかである。
【００９６】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態に係る温度センサの要部を図９に示し、上記実施形態と相違するところについて述べる。図９は、上記図４中のＧ−Ｇ線に沿った断面に相当する断面にて、本実施形態を示すものである。この断面は、金属カバー１０の軸と直交し且つサーミスタ素子２０の直径部分を含む断面である。
【００９７】
図９に示す様に、サーミスタ素子２０の円周側面２２を、凸面形状（図９（ａ））または凹面形状（図９（ｂ））としている。
【００９８】
なお、本実施形態においても、上記した絶縁部材５０、５１の設置、一対の電極線３１、３２に対する上記分散強化材や合金線材の採用、「たすきがけ接続」、上記寸法関係（（ａ１＋ａ２）＞ｃ）を採用しても良い。それにより、より効果的であることは明らかである。
【００９９】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態では、上記各実施形態における円盤状のサーミスタ素子２０において、その直径Ｗと厚さｔとの比Ｗ／ｔが１よりも大きく１．５以下となっているものを提供する。
【０１００】
１＜Ｗ／ｔ≦１．５とする根拠について述べる。図１０（ａ）に示すように、金属カバー１０内において円盤状のサーミスタ素子２０の直径Ｗと厚さｔとを、図中の一点鎖線に示すように変えていった。なお、図１０において（ｂ）は（ａ）のＪ−Ｊ断面図、（ｄ）は（ｃ）のＭ−Ｍ断面図である。
【０１０１】
ここで、図１０（ａ）、（ｂ）は、内径がφ２．４ｍｍのストレートな形状を持つノーマルタイプの金属カバー１０を用いた場合を示し、図１０（ｃ）、（ｄ）は、サーミスタ素子２０を収納する部分を絞って細くし、細くなった部分の内径がφ１．６５ｍｍである高応答タイプの金属カバー１０を用いた場合を示す。両タイプとも、金属カバー１０とサーミスタ素子２０との隙間は少なくとも０．１ｍｍは確保するようにする。
【０１０２】
具体的に、図１０（ａ）、（ｂ）の場合では、サーミスタ素子２０の半径Ｗ／２および厚さｔの値（Ｗ／２、ｔ）を、（０．５、１．９６）、（０．５５、１．９１）、（０．６、１．８４）、（０．６５、１．７７）、（０．７、１．７）、（０．７５、１．６１）、（０．８、１．５１）、（０．８５、１．４）、（０．９、１．２６）、（０．９５、１．１１）、（１、０．９２）、（１．０５、０．６６）と変えていった。
【０１０３】
一方、図１０（ｃ）、（ｄ）の場合では、上記値（Ｗ／２、ｔ）を、（０．５、１．１２）、（０．５５、１．０２）、（０．６、０．９）、（０．６５、０．７５）、（０．７、０．５４）、（０．７５、０．３８）と変えていった。なお、値（Ｗ／２、ｔ）の単位はｍｍである。
【０１０４】
このように値（Ｗ／２、ｔ）を変えていき、そのときの上記比（直径Ｗ／厚さｔ）、サーミスタ素子２０の直径×厚さに相当する空間断面積（単位：ｍｍ²）、サーミスタ素子２０の体積である素子体積（単位：ｍｍ³）を求めた。その結果を図１１に示す。図１１において、（ａ）は図１０（ａ）、（ｂ）の場合であり、（ｂ）は図１０（ｃ）、（ｄ）の場合である。
【０１０５】
図１１（ａ）、（ｂ）では、横軸に半径Ｗ／２（ｍｍ）をとり、縦軸は上記比（直径Ｗ／厚さｔ）、空間断面積（単位：ｍｍ²）、素子体積（単位：ｍｍ³）の各値を共通して示す目盛軸としている。また、比（直径Ｗ／厚さｔ）は白三角プロット、空間断面積は白菱プロット、素子体積は白四角プロットで示してある。
【０１０６】
サーミスタ素子２０と金属カバー１０との空間（距離）を極力少なくし、熱交換を良くし、応答性を向上させるためには、サーミスタ素子２０は、少ない空間断面積で大きな素子体積を得る形状であることが好ましい。
【０１０７】
このような観点に加えて、サーミスタ素子２０が直径が厚さよりも大なる円盤状であるという点を考慮して、図１１に示す結果をながめると、素子体積がほぼ最大になるような比（直径Ｗ／厚さｔ）の範囲としては、１よりも大きく１．５以下とすることができる。
【０１０８】
そして、比（直径Ｗ／厚さｔ）がこの範囲にあるとき、サーミスタ素子２０は、金属カバー１０内の限られた空間の中で効率よく素子体積を大きくできるものになり、応答性向上等のために好ましいものとすることができる。
【０１０９】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、一対の電極線３１、３２がサーミスタ素子２０に埋設されていた。ここで、特に、第１〜第３および第５実施形態においては、図１２に示す様に、電極線３１、３２がサーミスタ素子２０の円周側面２２に接合されているものであってもよい。なお、図１２において、（ａ）はサーミスタ素子２０の円形面２１を見た図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。
【０１１０】
この場合、電極線３１、３２とサーミスタ素子２０とは、サーメット等を用いた接続方法にて接合することができる。また、電極線３１、３２が金属カバー１０に最も近接した配置となるため、電極線３１、３２の金属カバー１０への電流の漏れを防止するために、電極線３１、３２と金属カバー１０とが隙間を介して非接触の状態にあることが好ましい。
【０１１１】
なお、本発明でいう円盤状のサーミスタ素子２０とは、盤面が円形に近いものであれば良く、図１３（ａ）、（ｂ）に示すような楕円型のものや、図１３（ｃ）、（ｄ）に示すような俵型のものも含むものである。なお、図１３において、（ｂ）は（ａ）のＮ−Ｎ断面図、（ｄ）は（ｃ）のＰ−Ｐ断面図である。
【０１１２】
これら楕円型のサーミスタ素子２０や俵型のサーミスタ素子２０のものは、サーミスタ素子２０と金属カバー１０との空間（距離）を少なくし、熱交換を良くし、応答性を向上させる形状としては好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る温度センサの全体構成を示す概略断面図である。
【図２】図１中のＣ部のＤ矢視拡大断面図である。
【図３】第１実施形態における絶縁部材として皮膜を採用した例を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る温度センサの要部を示す図である。
【図５】高温下での白金の結晶構造を示す図である。
【図６】図１中の電極線と芯線との重なり部におけるＥ−Ｅ概略断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る電極線と芯線との接続構成を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る温度センサの要部を示す図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る温度センサの要部を示す図である。
【図１０】金属カバー内において円盤状のサーミスタ素子の直径と厚さとを変えていった様子を示す図である。
【図１１】サーミスタ素子における好適な直径／厚さの比を調べた結果を示す図である。
【図１２】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図１３】本発明のもう一つの他の実施形態を示す図である。
【図１４】従来の温度センサの一般的な全体構成を示す断面図である。
【図１５】図１４中のＡ部のＢ矢視拡大断面図である。
【符号の説明】
１０…金属カバー、２０…サーミスタ素子、
２１ａ、２１ｂ…サーミスタ素子の一方の円形面におけるエッジ部、
３１、３２…電極線、４１、４２…シースピンの芯線、５０…碍子管、
５１…皮膜、Ｔ１…一対の電極線を結ぶ対角線、
Ｔ２…一対の芯線を結ぶ対角線。

Claims (17)

1. 筒状の金属カバー（１０）と、
   この金属カバーの一端側に収納され直径が厚さよりも大なる円盤状をなし、その両円形面が前記金属カバーの軸方向に沿うように配置されているサーミスタ素子（２０）と、
   互いに前記金属カバーの軸方向に略平行に間隔を開けて配置された状態で前記サーミスタ素子に埋設され、前記サーミスタ素子から前記金属カバーの他端側へ引き出されたサーミスタ信号取り出し用の一対の電極線（３１、３２）とを備える温度センサにおいて、
   前記サーミスタ素子の１つの円形面における前記金属カバーの軸と直交する直径方向に位置する両エッジ部のうち、一方の前記電極線側のエッジ部（２１ａ）と当該一方の前記電極線との距離をａ１とし、他方の前記電極線側のエッジ部（２１ｂ）と当該他方の前記電極線との距離をａ２とし、前記一対の電極線間の距離をｃとしたとき、
   前記サーミスタ素子の両円形面に対して、前記距離ａ１と前記距離ａ２との和（ａ１＋ａ２）が前記距離ｃよりも大きくなるような寸法関係が満足されていることを特徴とする温度センサ。
2. 前記金属カバーと前記サーミスタ素子との間には、当該間の電気絶縁性を確保するための絶縁部材（５０、５１）が介在設定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. 前記絶縁部材は、前記金属カバー（１０）内にて前記サーミスタ素子（２０）を収納する碍子管（５０）であることを特徴とする請求項２に記載の温度センサ。
4. 前記絶縁部材は、前記サーミスタ素子（２０）の円周側面のうち少なくとも前記金属カバー（１０）の内面と最短距離にある部位に形成された電気絶縁性の皮膜（５１）であることを特徴とする請求項２に記載の温度センサ。
5. 前記皮膜（５１）は、前記サーミスタ素子（２０）の円周側面の全周に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の温度センサ。
6. 前記皮膜（５１）は、電気絶縁性のセラミックよりなるものであることを特徴とする請求項４または５に記載の温度センサ。
7. 前記電極線は、白金又は白金合金を主成分とする分散強化材からなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の温度センサ。
8. 前記分散強化材は、線径方向における結晶の粒径が線径よりも小さいものであることを特徴とする請求項７に記載の温度センサ。
9. 前記分散強化材の結晶粒径が線径の１／２以下であることを特徴とする請求項８に記載の温度センサ。
10. 前記分散強化材は、白金又は白金合金を１００として金属酸化物が０．０２重量％以上添加されたものであることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１つに記載の温度センサ。
11. 前記金属酸化物は、白金又は白金合金を１００として２重量％以下添加されていることを特徴とする請求項８に記載の温度センサ。
12. 前記金属酸化物は、ジルコニア、イットリア、アルミナ、チタニアから選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の温度センサ。
13. 前記白金合金は、白金に対して、ロジウム、金、タングステン、パラジウムから選択された少なくとも一種が含有されたものであることを特徴とする請求項７ないし１２のいずれか１つに記載の温度センサ。
14. 前記電極線は、白金とイリジウムとの合金線材からなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の温度センサ。
15. 前記白金とイリジウムとの合金線材は、イリジウムが１〜６０重量％添加され、残部白金であることを特徴とする請求項１４に記載の温度センサ。
16. 前記金属カバーの他端側にて互いに前記金属カバーの軸方向に略平行に間隔を開けて配置され、前記一対の電極線の各々と接続された一対の信号線（４１、４２）を備え、
    前記一対の電極線と前記一対の信号線とは、前記金属カバーの軸方向からみたとき、前記各電極線を結ぶ対角線（Ｔ１）と前記各信号線を結ぶ対角線（Ｔ２）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請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の温度センサ。
17. 前記サーミスタ素子（２０）は、その直径Ｗと厚さｔとの比Ｗ／ｔが１よりも大きく１．５以下となっているものであることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の温度センサ。

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