JP3975023B2

JP3975023B2 - Temperature sensor

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Publication number: JP3975023B2
Application number: JP07498599A
Authority: JP
Inventors: 雅樹岩谷; 賢早川; 直樹山田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: JP2000266609A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、サーミスタ素子を備える温度センサであって、特に、２００℃前後の中温域から１０００℃前後の高温域までの広範囲にわたって温度を検出するのに使用される温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、温度センサとして、サーミスタ素子がステンレス合金製のチューブ又はキャップに収容され、そのサーミスタ素子から延びるシース芯線が前記チューブ又はステンレス合金製のシースに包まれたものがある。この温度センサは、例えば、自動車の排気温度等を検出するために２００〜１０００℃前後の広い範囲にわたって温度を検出するのに使用される。
【０００３】
この種の温度センサとして、例えば、特開平５−２６４３６８号公報には、サーミスタ素子を内包するチューブ又はキャップの中、即ちサーミスタ素子の周囲に、ＭｇＯやＡｌ₂Ｏ₃等を含むセメントを充填したものが開示されている。或いは、ＭｇＯやＡｌ₂Ｏ₃を骨材とし、それらにＳｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ等のアルカリ金属よりなるガラス成分を硬化材として添加したセメントを充填したものもある。この種のセメントは、主にサーミスタ素子を振動から保護するために充填される。
【０００４】
同じくこの種の温度センサとして、例えば、特開平３−４２８０１号公報及び特開平５−２７５２０６号公報には、シース芯線を内包するチューブ又はシースの中に、ＭｇＯ粉末等を充填材として設けたものが開示されている。この種の充填材は、主にシース芯線の絶縁を確保するために設けられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記前者の温度センサでは、サーミスタ素子の周囲に充填されるセメントがＭｇＯやＡｌ₂Ｏ₃等より構成され、或いは、それらにアルカリ金属よりなるガラス成分が硬化材として添加されており、吸湿性を有するものとなっていた。一方、上記後者の温度センサでは、チューブ又はシースの充填材として用いられるＭｇＯ粉末にも吸湿性がある。このため、温度センサの製造過程や完成後の放置期間中にセメントやシース充填材が吸湿することにより、それらの絶縁抵抗が低下し、温度センサの検出特性が悪化するおそれがあった。
【０００６】
ここで、自動車の排気温度を検出するのに用いられる温度センサが、例えば、触媒温度の警報用に１０００℃前後の高温のみを検出するために用いられることがある。この場合、セメントやシース充填材に吸収される水分は殆ど蒸発することになり、絶縁抵抗の低下もなく、温度センサの検出特性に悪影響はない。又、セメントやシース充填材に水分が残留することにより絶縁抵抗が低下したとしても、サーミスタ素子の出力抵抗、つまりは温度センサの出力抵抗値が絶縁抵抗値に比べて小さければ、温度センサの検出特性に悪影響はないと考えられる。
【０００７】
しかしながら、温度センサが、２００〜１０００℃前後の広範囲にわたって温度を検出するのに用いられた場合、温度センサの検出精度を確保するために、温度に対する温度センサの出力抵抗の傾きを大きくする必要がある。この場合、２００℃前後の中温域における温度センサの出力抵抗を１００〜２００ｋΩ程度の比較的高い値に設定せざるを得ない。このような出力抵抗値に対して、セメントやシース充填材が常温では問題とならない程度に吸湿していた場合でも、中温域で吸収された水分の蒸発が起こり、セメントやシース充填材の絶縁抵抗を一時的に低下させるおそれがある。このような絶縁抵抗は、サーミスタ素子の抵抗に対して並列に働くことから、温度センサ本来の検出特性に影響を及ぼすおそれがあった。
【０００８】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、中温域での絶縁抵抗の低下による検出精度の低下を抑えることを可能にした温度センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、サーミスタ素子及びそのサーミスタ素子から延びる芯線を金属製の包囲部材で包囲し、サーミスタ素子の周囲の少なくとも一部にセメントを充填してなり、前記サーミスタ素子全体及び前記セメントが温度測定領域に配置される形態を有し、１０００℃前後の高温域までの温度を検出する温度センサにおいて、セメントは、Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂を主成分とする骨材とガラス成分とを備え、ガラス成分に含まれるＮａ成分のＮａ₂Ｏ換算量が、セメント全体重量に対して、０．０５〜０．３重量％であることを趣旨とする。
【００１０】
上記発明の構成において、セメントを構成するために骨材に添加されるガラス成分にはアルカリ金属元素であるＮａが含まれる。このＮａは、セメントの硬化に不可欠な成分ではあるが、吸湿性を有することからセメントの絶縁性を低下させる性質がある。しかし、上記発明の構成によれば、ガラス成分に含まれるＮａ成分のＮａ₂Ｏ換算量が、セメント全体重量に対して０．０５〜０．３重量％と比較的微量であることから、Ｎａによるセメントの硬化を損なうことなくセメントの吸湿性が抑えられる。
【００１１】
そのほか、サーミスタ素子及びそのサーミスタ素子から延びる芯線を金属製の包囲部材で包囲し、芯線の周囲の少なくとも一部に充填材を充填した温度センサにおいて、充填材は、ＳｉＯ₂を主成分とする温度センサとするのも好ましい。
【００１２】
この温度センサでは、充填材がＳｉＯ₂を主成分とすることから、例えば、ＭｇＯを主成分とする場合よりも、充填材の吸湿性が相対的に低下する。
【００１３】
また、サーミスタ素子及びそのサーミスタ素子から延びる芯線を金属製の包囲部材で包囲し、サーミスタ素子の周囲の少なくとも一部にセメントを充填すると共に前記芯線の周囲の少なくとも一部に充填材を充填した温度センサにおいて、セメントは、Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂を主成分とする骨材とガラス成分とを備え、ガラス成分に含まれるＮａ成分のＮａ₂Ｏ換算量が、セメント全体重量に対して、０．０５〜０．３重量％であり、充填材は、ＳｉＯ₂を主成分とする温度センサとするのも好ましい。
【００１４】
この温度センサでは、セメントを構成するために骨材に添加されるガラス成分に含まれるＮａ成分のＮａ₂Ｏ換算量が、セメント全体重量に対して、０．０５〜０．３重量％と比較的微量であることから、アルカリ金属元素であるＮａによるセメントの硬化を損なうことなくセメントの吸湿性が抑えられる。加えて、充填材がＳｉＯ₂を主成分とすることから、例えば、ＭｇＯを主成分とする場合よりも、充填材の吸湿性が相対的に低下する。
【００１５】
さらに、芯線の端子と包囲部材との間でセメント及び充填材により構成される絶縁抵抗値を、当該温度センサにより検出される最低温度におけるサーミスタ素子の出力抵抗値の２倍以上の値に設定した温度センサとするのが好ましい。
【００１６】
温度センサにより検出される最低温度において、芯線と包囲部材との間でセメント及び充填材により構成される絶縁抵抗はサーミスタ素子の出力抵抗に対して並列に働き、その絶縁抵抗値が低下することにより、サーミスタ素子の出力抵抗値が小さくなるという悪影響が出る。そして、この悪影響は、セメント及び充填材により構成される絶縁抵抗値がサーミスタ素子の出力抵抗値の２倍より小さくなることにより出ることが分かった。
従って、上記発明の構成によれば、前記絶縁抵抗値が、当該温度センサにより検出される最低温度におけるサーミスタ素子の出力抵抗値の２倍以上の値に設定されるので、サーミスタ素子の出力抵抗値が実質的に低下することはない。このことは、例えば、請求項１の発明のようにセメント及び充填材の少なくとも一方の組成を特定してセメント又は充填材の吸湿性を低下させることにより達成される。
【００１７】
そのほか、サーミスタ素子及びそのサーミスタ素子から延びる芯線を金属製の包囲部材で包囲し、サーミスタ素子の周囲の少なくとも一部にセメントを充填すると共に芯線の周囲の少なくとも一部に充填材を設け、２００℃以上の温度を検出するために使用される温度センサにおいて、芯線の端子と包囲部材との間でセメント及び充填材により構成される絶縁抵抗値を、当該温度センサにより検出される最低温度におけるサーミスタ素子の出力抵抗値の２倍以上の値に設定した温度センサとするのも好ましい。
【００１８】
２００℃以上の温度を検出するのに使用される温度センサにより検出される最低温度において、芯線と包囲部材との間でセメント及び充填材により構成される絶縁抵抗はサーミスタ素子の出力抵抗に対して並列に働き、その絶縁抵抗値が低下することにより、サーミスタ素子の出力抵抗値が小さくなるという悪影響が出る。そして、この悪影響は、セメント及び充填材により構成される絶縁抵抗値がサーミスタ素子の出力抵抗値の２倍より小さくなることにより出ることが分かった。
従って、上記発明の構成によれば、前記絶縁抵抗値が、当該温度センサにより検出される最低温度におけるサーミスタ素子の出力抵抗値の２倍以上の値に設定されるので、サーミスタ素子の出力抵抗値が実質的に低下することはない。このことは、例えば、セメント及び充填材の少なくとも一方を吸湿性の少ない組成に特定したり、包囲部材の材質、厚み、形状等を特定することにより達成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、この発明の温度センサを具体化した第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１に温度センサ１の部分破断側面図を示す。図２に図１の一部を拡大して示す。この温度センサ１は、自動車の排気通路に設けられて、２００℃前後の中温域から１０００℃前後の高温域までの広範囲にわたって排気温度を検出するのに使用される。温度センサ１は、サーミスタ素子２を金属チューブ３の中に収容したものである。金属チューブ３は、その先端側３ａが閉塞し、基端側３ｂが開放される。金属チューブ３の基端側３ｂには、フランジ４がアルゴン溶接される。フランジ４上には、六角ナット部５ａ及びネジ部５ｂを有するナット５が回動自在に挿通される。フランジ４の基端側４ａには、継手６がアルゴン溶接される。
【００２１】
金属チューブ３、フランジ４及び継手６の内部には、一対のシース芯線７を内包するシース８が配置される。金属チューブ３の内部においてシース８の先端側８ａへ突出するシース芯線７には、サーミスタ素子２がＰｔ／Ｒｈ合金線９を介して接続される。この合金線９は、サーミスタ素子２と同時に焼成されるものである。合金線９及びシース芯線７は互いに抵抗溶接される。金属チューブ３及びシース８等は、本発明の金属製の包囲部材を構成する。
【００２２】
金属チューブ３、シース芯線７及びシース８は、ＳＵＳ３１０Ｓを材質とする。フランジ４は、ＳＵＳ３０９Ｓを材質とする。継手６は、ＳＵＳ３０４を材質とする。
【００２３】
金属チューブ３の先端側３ａの内部には、酸化ニッケル製のペレット１０が配置される。このペレット１０は、万一、金属チューブ３の内部の酸素濃度が低下したときに、そのペレット１０から酸素を放出させて酸素濃度の低下を抑えるためのものである。金属チューブ３の先端側３ａの内部であってサーミスタ素子２の周囲にはセメント１１が充填される。このセメント１１は、サーミスタ素子２を振動から保護すると共に、サーミスタ素子２に熱を早く伝えて温度センサ１としての応答性を上げるためのものである。
【００２４】
継手６の内部においてシース８の基端側８ｂへ突出するシース芯線７には、端子１２を介して一対のリード線１３が接続される。これらリード線１３は、耐熱ゴム製の補助リング１４に内包される。シース芯線７及びリード線１３は互いにかしめ端子１２により接続される。補助リング１４が継手６の上から丸かしめ又は六角かしめされることにより、両者１４，６が気密性を保ちながら互いに接合される。これにより、金属チューブ３、フランジ４及び継手６の内部が密閉空間となる。即ち、サーミスタ素子２が、金属チューブ３、フランジ４及び継手６を金属包囲部材として形成される密閉空間に収容されることになる。
【００２５】
シース８の内部であってシース芯線７の周囲には、シース充填材１５が充填される。このシース充填材１５は、温度センサ１のシース芯線７の絶縁を確保するためのものである。
【００２６】
この温度センサ１で特徴的なことは、サーミスタ素子２の周囲に充填されるセメント１１の構成と、シース芯線７の周囲に充填されるシース充填材１５の構成とにある。この実施の形態で充填されるセメント１１は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粉末を主成分とする骨材と、Ｓｉ及びＮａを含むガラス成分とを備え、ガラス成分に含まれるＮａ成分のＮａ₂Ｏ換算量が、セメント１１の全体重量に対して、０．１７重量％に設定されたものである。又、この実施の形態で充填されるシース充填材１５は、ＳｉＯ₂粉末より構成されるものである。
【００２７】
次の表１に、本実施の形態で使用されるセメント１１を構成するために使用される材料の組成を従来のセメントのそれと比較して示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
従来の未硬化状態のセメントは、骨材としてのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粉末（１）に対し、ガラス成分の一つでもある硬化剤としての水ガラス（２）と、コロイダルシリカ（珪酸塩水溶液）（３）を所定量添加し、希釈剤としての水で所定の粘度に調整したものである。ここで、上記水ガラスは、３３重量％のＳｉＯ₂と、１６重量％のＮａ₂Ｏを含む。コロイダルシリカは、２０重量％のＳｉＯ₂と、３重量％以下の有機分を含む。
本実施の形態における未硬化状態のセメント１１は、従来のセメントのようにＮａ含有量の多い水ガラスの使用は避け、ガラス成分（硬化剤）としてコロイダルシリカ（３）のみが使用される。しかしながら、従来のセメントで使用されるコロイダルシリカはセメントとしての硬化に不可欠なアルカリ金属元素を含まないので、その硬化に不可欠なアルカリ金属元素として、本実施の形態では、Ｎａを微量含有するガラス成分（硬化剤）が使用される。このコロイダルシリカは、Ｓｉ成分及びＮａ成分として４０．５重量％のＳｉＯ₂と、０．５重量％のＮａ₂Ｏとを含む。
【００３０】
表２に、本実施の形態で使用されるセメント１１の各成分の調合割合（重量比）を従来のセメントのそれと比較して示す。この表の中で、Ｎａ₂Ｏの含有量は、水及び有機分の蒸発分を除いた固形分中の含有量の計算値を示す。
【００３１】
【表２】

【００３２】
本実施の形態の温度センサ１を製造するには、予め形成された金属チューブ３、シース８及びフランジ４と、その他の部品２，５〜７，１０〜１４とを互いに組み付ける。各部品の組み付けに際し、シース８の中には予めシース芯線７の周囲に上記組成よりなるシース充填材１５の粉末材料を充填しておく。そして、サーミスタ素子２をシース芯線７に抵抗溶接する。更に、フランジ４がアルゴン溶接された金属チューブ３の先端部分の中に上記組成よりなるセメント１１のペースト状の材料を注入して、上述のシース芯線７に抵抗溶接されたサーミスタ素子２を挿入する。その後、組み付けられた温度センサ１を８００℃で加熱焼成することにより、水分を蒸発させて固めてセメント１１を得る。このようにして、温度センサ１の製造を完了する。
【００３３】
表３に、実施例１、実施例２及び実施例３の温度センサのそれぞれにつき、セメント及びシース充填材の加熱絶縁への試験結果を、従来の温度センサのセメント（表１，２に示す。）及びシース充填材（ＭｇＯ粉末よりなる。）のそれと比較して示す。ここで、実施例３のセメント及びシース充填材は、本実施の形態の温度センサ１のセメント１１及びシース充填材１５と同じものである。この試験は、温度センサにより検出される最低温度を３００℃とし、その３００℃において金属チューブとシース芯線端子との間でセメントとシース充填材により構成される絶縁抵抗値、即ち「３００℃加熱絶縁抵抗値」を測定することにより行った。抵抗値の測定は、金属チューブとシース芯線端子との間に５Ｖの電圧を１〜２秒間かけることにより行った。
【００３４】
【表３】

【００３５】
表３から明らかなように、ＭｇＯ粉末よりなるシース充填材と、全体重量に対して０．４９重量％のＮａ₂Ｏ換算量のＮａ成分を含むセメントとを組み合わせて構成した従来例の温度センサの加熱絶縁抵抗値が最も小さくなることが分かる。この従来例の構成のうちシース充填材のみをＳｉＯ₂粉末に替えた実施例１では、加熱絶縁抵抗値が約２〜３．５倍に増大したことが分かる。一方、従来例の構成のうちセメントのみを全体重量に対して０．１７重量％のＮａ₂Ｏ換算量のＮａ成分を含むものに替えた実施例２では、加熱絶縁抵抗値が約２．５〜３．５倍に増大したことが分かる。更に、ＳｉＯ₂粉末よりなるシース充填材と、全体重量に対して０．１７重量％のＮａ₂Ｏ換算量のＮａ成分を含むセメントとを組み合わせて構成した実施例３（本実施の形態）の温度センサの加熱絶縁抵抗値は、従来例のそれの最小値と比べて桁違い（約８〜１７倍）に増大した。
【００３６】
図３のグラフは、３００℃加熱絶縁抵抗値と、３００℃におけるサーミスタ素子２の出力抵抗値、即ち温度センサ１の出力抵抗値との相関を示す。３００℃加熱絶縁抵抗値が大小（１０ｋΩ〜１００００ｋΩ（１０ＭΩ））となる複数の温度センサを作成し、それら各温度センサにつき３００℃における出力抵抗値との相関を試験した。これら加熱絶縁抵抗値の大小は、セメントの組成、シース充填材の組成、又はそれらの吸湿程度を変えることにより設定される。
このグラフから明らかなように、３００℃加熱絶縁抵抗値の低い場合、即ちセメント及びシース充填材が吸湿により絶縁劣化を起こした場合、それらの絶縁抵抗が出力抵抗に対して並列に働くことから、出力抵抗値が低下することが分かる。３００℃の出力抵抗値は、３００℃の加熱絶縁抵抗値が約３００ｋΩ以上になることにより一定となり、加熱絶縁抵抗値の変化による影響を受けることが無くなることが分かる。
【００３７】
ところで、この実施の形態では、表３及び図３に示すように、セメント１１に含まれるＮａ成分のＮａ₂Ｏ換算量を０．１７重量％に設定することにより、３００ｋΩ以上の絶縁抵抗値を得ている。ここで、セメント１１に含まれるＮａ成分のＮａ₂Ｏ換算量の許容量を以下のように設定することができる。
即ち、上記のように３００℃の加熱絶縁抵抗値が約３００ｋΩ以上になったとき、３００℃のサーミスタ素子２の出力抵抗値が一定値を示す。このことから、シース充填材を従来例のＭｇＯ粉末を使用したもののままとしたときに、セメントの絶縁抵抗値が約３００ｋΩ以上になる程度のアルカリ含有量を目安にしようとすると、表３のデータからＮａ₂Ｏ換算量を概算することができる。この場合、Ｎａ₂Ｏ換算量が０．４９重量％のときには、絶縁抵抗値の三つのサンプルが１７０ｋΩ、２１０ｋΩ及び２４０ｋΩを示し、Ｎａ₂Ｏ換算量が０．１７重量％のときには、絶縁抵抗値の三つのサンプルが６００ｋΩ、６００ｋΩ及び６００ｋΩを示す。そこで、Ｎａ₂Ｏ換算量が０．４９重量％のときの上記三つの絶縁抵抗値の平均値と、Ｎａ₂Ｏ換算量が０．１７重量％のときの上記三つの絶縁抵抗値の平均値とから、絶縁抵抗値が約３００ｋΩになるＮａ₂Ｏ換算量を案分すると、０．３重量％の値を目安とすることができる。従って、セメント１１に含まれるＮａ成分のＮａ₂Ｏ換算量は、０．３重量％を最大許容量として設定することができる。一方、セメント１１に含まれるＮａ成分のＮａ₂Ｏ換算量は、０．０５重量％以上でないとセメント１１が固化しないことから、０．０５重量％をＮａ₂Ｏ換算量の下限値として設定することができる。
【００３８】
以上説明したように本実施の形態の温度センサ１において、セメント１１を構成するためにその骨材に添加されるガラス成分には、セメント１１の硬化に不可欠な成分ではあるが、吸湿性によりセメント１１の絶縁性を低下させるＮａ成分が含まれる。しかし、この実施の形態では、そのガラス成分に含まれるＮａ成分のＮａ₂Ｏ換算量が、セメント１１の全体重量に対して、０．１７重量％と比較的微量に設定されることから、Ｎａ成分によるセメント１１の硬化が損なわれることなくセメント１１の吸湿性が抑えられる。このため、温度センサ１が３００℃前後の中温域で使用されるときに、セメント１１の吸湿による絶縁抵抗値の低下を抑えることができ、その結果としてサーミスタ素子２の出力抵抗値の変化を抑えて温度センサ１の検出精度の低下を抑えることができるようになる。
【００３９】
加えて、この温度センサ１によれば、シース充填材１５がＳｉＯ₂粉末より構成されることから、従来例のＭｇＯ粉末より構成される場合に比べて、シース充填材１５の吸湿性が相対的に低下することになる。このため、上記のセメント１１の構成による効果に加え、温度センサ１が３００℃前後の中温域で使用されるときに、シース充填材１５の吸湿による絶縁抵抗値の低下も抑えることができ、その結果としてサーミスタ素子２の出力抵抗値の変化を抑えて温度センサ１の検出精度の低下を更に抑えることができるようになる。つまり、セメント１１とシース充填材１５との相乗効果により、中温域での吸湿による絶縁抵抗の低下を更に抑えることができ、温度センサ１としての検出精度の低下を更に抑えることができて、より安定した動作特性を示す温度センサ１を得ることができるようになる。
【００４０】
この実施の形態の温度センサ１の構成において、温度センサ１により検出される最低温度、例えば３００℃において、シース芯線７と金属チューブ３との間でセメント１１及びシース充填材１５により構成される絶縁抵抗は、サーミスタ素子２の出力抵抗に対して並列に働き、その絶縁抵抗値が低下することにより、サーミスタ素子２の出力抵抗値が小さくなるという悪影響が出ることがある。そして、この悪影響は、図３に示すように、セメント１１及びシース充填材１５により構成される絶縁抵抗値がサーミスタ素子２の出力抵抗値（約１５０ｋΩ）の約２倍（約３００ｋΩ）より小さくなることにより出ることが分かる。
従って、この温度センサ１の構成によれば、絶縁抵抗値を、同センサ１により検出される最低温度（本実施の形態では、３００℃）におけるサーミスタ素子２の出力抵抗値の２倍以上の値に設定しているので、図３に示すように、３００℃におけるサーミスタ素子２の出力抵抗値が実質的に低下することがない。このことは、本実施の形態では、セメント１１及びシース充填材１５の少なくとも一方の組成を、上記のように特定してセメント１１又はシース充填材１５の吸湿性を低下させることにより達成されるものである。つまり、この実施の形態の温度センサ１によれば、セメント１１及びシース充填材１５の組成を上記のように設定したことにより、それらによる絶縁抵抗値の低下を抑えることができるようになり、結果として、サーミスタ素子２の出力抵抗値の変化を抑えて温度センサ１の検出精度の低下を抑えることができるのである。
【００４１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の温度センサを具体化した第２の実施の形態を図面に従って説明する。尚、本実施の形態を含む以下の各実施の形態において、前記第１の実施の形態の温度センサ１と同一構成については同一符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。
【００４２】
図４に本実施の形態の温度センサ２１の断面図を示す。図５に図４の一部を拡大して示す。この温度センサ２１では、前述した金属チューブ３そのものが省略され、シース８とキャップ２２とにより金属チューブが代用される点で前記温度センサ１と構成が異なる。シース８とキャップ２２はシース先端部８ａにおいてカシメにより仮固定され、円周溶接される。キャップ２２の内部には、酸化ニッケルからなるペレット１０が埋設されると共にサーミスタ素子２に接するセメント１１が充填され、先端が盛り材２３により封止される。シース８の内部には、シース芯線７の周囲にシース充填材１５が充填される。シース８、キャップ２２及び盛り材２３はそれぞれＳＵＳ３１０Ｓを材質とする。セメント１１及びシース充填材１５に使用される材料の組成は、前記第１の実施の形態のそれと同じである。
【００４３】
従って、本実施の形態の温度センサ２１でも、セメント１１を硬化させる機能を確保しながらセメント１１の吸湿性が抑えられ、シース充填材１５の吸湿性が相対的に低下することから、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の温度センサを具体化した第３の実施の形態を図面に従って説明する。
【００４５】
図６に本実施の形態の温度センサ３１の断面図を示す。図７に図６の一部を拡大して示す。この温度センサ３１でも、前述した金属チューブそのものが省略され、シース８とキャップ２２とにより金属チューブが代用される点で前記温度センサ１と構成が異なる。シース８とキャップ２２とは外形が等しく形成され、シース先端部８ａとキャップ基端部２２ａの端面が突き合わせ溶接される。キャップ２２の内部には、酸化ニッケルからなるペレット１０が埋設されると共にサーミスタ素子２に接するセメント１１が充填され、先端が盛り材２３により封止される。キャップ２２の一部及びシース８の内部には、シース芯線７の周囲にシース充填材１５が充填される。シース８、キャップ２２及び盛り材２３はそれぞれＳＵＳ３１０Ｓを材質とする。セメント１１及びシース充填材１５に使用される材料の組成は、前記第１の実施の形態のそれと同じである。
【００４６】
従って、本実施の形態の温度センサ３１によれば、セメント１１を硬化させる機能を確保しながらセメント１１の吸湿性が抑えられ、シース充填材１５の吸湿性が相対的に低下することから、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
尚、この発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜に変更して実施することもできる。
【００４８】
（１）前記各実施の形態では、サーミスタ素子２の周囲に充填されるセメント１１を、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分とする骨材とガラス成分とを備え、ガラス成分に含まれるＮａ成分のＮａ₂Ｏ換算量がセメント１１の全体重量に対して０．１７重量％とし、併せて、シース芯線７の周囲に充填されるシース充填材１５を、ＳｉＯ₂粉末により構成した。
これに対し、セメント１１を第１の実施の形態と同様に構成し、シース充填材１５を従来例のＭｇＯ粉末により構成してもよい。或いは、セメント１１を従来例と同様に構成し、シース充填材１５をＳｉＯ₂粉末より構成してもよい。これによっても、前記第１の実施の形態と同等の作用及び効果を得ることができる。
【００４９】
（２）前記各実施の形態では、セメント１１のガラス成分に含まれるＮａ成分のＮａ₂Ｏ換算量をセメント１１の全体重量に対して０．１７重量％としたが、このＮａ₂Ｏの換算量は、０．０５〜０．３重量％の値であれば０．１７重量％以外の値であってもよい。この場合でも、前記第１の実施の形態と同等の作用及び効果を得ることができる。
【００５０】
（３）前記各実施の形態では、３００℃を中温域として温度センサにより検出される最低温度として説明したが、２００℃前後の温度を中温域として温度センサにより検出される最低温度とすることもできる。
【００５１】
（４）前記各実施の形態では、セメント１１の骨材をＡｌ₂Ｏ₃を主成分として構成したが、その骨材をＳｉＯ₂を主成分として構成してもよい。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、セメントの骨材に添加されるガラス成分に含まれるＮａ成分のＮａ₂Ｏ換算量がセメント全体重量に対して０．０５〜０．３重量％と比較的微量であることから、Ｎａによるセメントの硬化が損なわれることなくセメントの吸湿性が抑えられる。このため、中温域で吸湿による絶縁抵抗の低下を抑えることができ、温度センサとしての検出精度の低下を抑えることができる。
【００５３】
【００５４】
【００５５】
【００５６】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係り、温度センサを示す部分破断側面図である。
【図２】同じく、図１の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】同じく、３００℃における加熱絶縁抵抗値と出力抵抗値との相関を示すグラフである。
【図４】第２の実施の形態に係り、温度センサを示す側断面図である。
【図５】同じく、図４の一部を拡大して示す断面図である。
【図６】第３の実施の形態に係り、温度センサを示す側断面図である。
【図７】同じく、図６の一部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１温度センサ
２サーミスタ素子
３金属チューブ（包囲部材）
８シース（包囲部材）
１１セメント
１５シース充填材
２１温度センサ
２２キャップ（包囲部材）
３１温度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature sensor including a thermistor element, and more particularly to a temperature sensor used for detecting a temperature over a wide range from a middle temperature range around 200 ° C. to a high temperature range around 1000 ° C.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a temperature sensor, a thermistor element is accommodated in a stainless steel alloy tube or cap, and a sheath core wire extending from the thermistor element is wrapped in the tube or stainless steel alloy sheath. This temperature sensor is used, for example, to detect the temperature over a wide range of about 200 to 1000 ° C. in order to detect the exhaust temperature of an automobile or the like.
[0003]
As this type of temperature sensor, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-264368, a tube or cap containing a thermistor element, that is, a cement containing MgO or Al ₂ O ₃ is filled around the thermistor element. Are disclosed. Alternatively, there is also a type in which MgO or Al ₂ O ₃ is used as an aggregate and cement is added thereto with a glass component made of an alkali metal such as SiO ₂ , Na ₂ O, or K ₂ O as a hardener. This type of cement is mainly filled to protect the thermistor element from vibration.
[0004]
Similarly, as this type of temperature sensor, for example, in JP-A-3-42801 and JP-A-5-275206, a tube or sheath containing a sheath core wire is provided with MgO powder or the like as a filler. Is disclosed. This type of filler is provided mainly to ensure insulation of the sheath core wire.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the former temperature sensor, the cement filled around the thermistor element is composed of MgO, Al ₂ O ₃ or the like, or a glass component made of an alkali metal is added to them as a hardener, and moisture absorption It had a sex. On the other hand, in the latter temperature sensor, the MgO powder used as a filler for the tube or sheath is also hygroscopic. For this reason, when the cement or the sheath filler absorbs moisture during the manufacturing process of the temperature sensor or during the standing period after completion, the insulation resistance of the cement or the sheath filler may be reduced, and the detection characteristics of the temperature sensor may be deteriorated.
[0006]
Here, a temperature sensor used to detect the exhaust temperature of the automobile may be used, for example, to detect only a high temperature around 1000 ° C. for alarming the catalyst temperature. In this case, the water absorbed in the cement or sheath filler is almost evaporated, there is no decrease in insulation resistance, and the detection characteristics of the temperature sensor are not adversely affected. Also, even if the insulation resistance is reduced due to moisture remaining in the cement or sheath filler, if the output resistance of the thermistor element, that is, the output resistance value of the temperature sensor is smaller than the insulation resistance value, the detection of the temperature sensor There seems to be no adverse effect on the characteristics.
[0007]
However, when the temperature sensor is used to detect the temperature over a wide range of about 200 to 1000 ° C., it is necessary to increase the inclination of the output resistance of the temperature sensor with respect to the temperature in order to ensure the detection accuracy of the temperature sensor. is there. In this case, the output resistance of the temperature sensor in the middle temperature range around 200 ° C. must be set to a relatively high value of about 100 to 200 kΩ. Even if the cement or sheath filler absorbs moisture to such an extent that it does not cause a problem at room temperature, the moisture absorbed in the medium temperature range evaporates, and the insulation resistance of the cement or sheath filler May be temporarily reduced. Since such an insulation resistance works in parallel with the resistance of the thermistor element, there is a risk of affecting the original detection characteristics of the temperature sensor.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a temperature sensor that can suppress a decrease in detection accuracy due to a decrease in insulation resistance in an intermediate temperature range.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a first aspect of the present invention, the core wire extending from the thermistor element and the thermistor element surrounded by a surrounding member made of metal, and filled with cement at least partly around the thermistor element In the temperature sensor for detecting the temperature up to a high temperature range of about 1000 ° C. , the cement is mainly composed of Al ₂ O ₃ or SiO ₂ . An aggregate and a glass component as components are provided, and the Na ₂ O equivalent amount of the Na component contained in the glass component is 0.05 to 0.3% by weight with respect to the total weight of the cement. .
[0010]
In the configuration of the invention, the glass component added to the aggregate to constitute the cement contains Na which is an alkali metal element. This Na is an indispensable component for cement hardening, but has a property of reducing the insulating properties of cement because of its hygroscopic property. However, according to the above structure, since the terms of Na ₂ O of Na component contained in the glass component, a relatively small amount as 0.05 to 0.3 wt% based on the total weight cement, Na The hygroscopicity of the cement is suppressed without impairing the hardening of the cement.
[0011]
In addition, in the temperature sensor in which the thermistor element and the core wire extending from the thermistor element are surrounded by a metal surrounding member and at least part of the periphery of the core wire is filled with the filler, the filler is a temperature mainly composed of SiO _2. A sensor is also preferable .
[0012]
In this temperature sensor, since the filler is mainly composed of SiO ₂ , for example, the hygroscopicity of the filler is relatively lowered as compared with the case where MgO is the main component.
[0013]
The temperature at which the thermistor element and the core wire extending from the thermistor element are surrounded by a metal surrounding member, and at least part of the periphery of the thermistor element is filled with cement and at least part of the periphery of the core wire is filled with the filler. In the sensor, the cement includes an aggregate mainly composed of Al ₂ O ₃ or SiO ₂ and a glass component, and the Na ₂ O equivalent amount of the Na component contained in the glass component is 0 with respect to the total weight of the cement. .05～0.3 percent by weight, filler, also preferably a temperature sensor composed mainly of SiO _2.
[0014]
In this temperature sensor, the Na ₂ O equivalent amount of the Na component contained in the glass component added to the aggregate to constitute the cement is compared with 0.05 to 0.3% by weight with respect to the total weight of the cement. Therefore, the hygroscopicity of the cement can be suppressed without impairing the hardening of the cement by Na, which is an alkali metal element. In addition, since the filler mainly contains SiO ₂ , for example, the hygroscopicity of the filler is relatively lowered as compared with the case where MgO is the main ingredient.
[0015]
Furthermore, the insulation resistance value comprised of cement and filler between the terminal of the core wire and the surrounding member is set to a value more than twice the output resistance value of the thermistor element at the lowest temperature detected by the temperature sensor. A temperature sensor is preferred .
[0016]
At the lowest temperature detected by the temperature sensor, the insulation resistance composed of cement and filler between the core wire and the surrounding member works in parallel with the output resistance of the thermistor element, that the insulation resistance is lowered As a result, the output resistance value of the thermistor element is adversely affected. It has been found that this adverse effect is caused by the fact that the insulation resistance value composed of cement and filler becomes smaller than twice the output resistance value of the thermistor element.
Therefore, according to the configuration of the invention, the insulation resistance value is set to a value that is twice or more the output resistance value of the thermistor element at the lowest temperature detected by the temperature sensor. Is not substantially reduced. This can be achieved, for example, by specifying the composition of at least one of cement and filler to reduce the hygroscopicity of the cement or filler as in the invention of claim 1 .
[0017]
In addition , the thermistor element and the core wire extending from the thermistor element are surrounded by a metal surrounding member, and at least a part of the periphery of the thermistor element is filled with cement, and at least a part of the periphery of the core wire is provided with a filler. In the temperature sensor used for detecting the above temperature, the thermistor element at the lowest temperature detected by the temperature sensor is used as the insulation resistance value composed of cement and filler between the terminal of the core wire and the surrounding member. It is also preferable to use a temperature sensor that is set to a value that is at least twice the output resistance value.
[0018]
At the lowest temperature detected by a temperature sensor used to detect a temperature of 200 ° C. or higher, the insulation resistance composed of cement and filler between the core wire and the surrounding member is relative to the output resistance of the thermistor element. As a result, the output resistance value of the thermistor element is reduced because the insulation resistance value decreases in parallel. It has been found that this adverse effect is caused by the fact that the insulation resistance value composed of cement and filler becomes smaller than twice the output resistance value of the thermistor element.
Therefore, according to the configuration of the invention, the insulation resistance value is set to a value that is twice or more the output resistance value of the thermistor element at the lowest temperature detected by the temperature sensor. Is not substantially reduced. This is achieved, for example, by specifying at least one of cement and filler with a composition having low hygroscopicity, or specifying the material, thickness, shape, and the like of the surrounding member.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of a temperature sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 1 shows a partially broken side view of the temperature sensor 1. FIG. 2 shows an enlarged part of FIG. The temperature sensor 1 is provided in an exhaust passage of an automobile and is used to detect an exhaust temperature over a wide range from a middle temperature range of about 200 ° C. to a high temperature range of about 1000 ° C. The temperature sensor 1 has a thermistor element 2 housed in a metal tube 3. The metal tube 3 has its distal end side 3a closed and its proximal end side 3b opened. The flange 4 is argon-welded to the base end side 3 b of the metal tube 3. On the flange 4, a nut 5 having a hexagonal nut portion 5a and a screw portion 5b is rotatably inserted. A joint 6 is argon welded to the base end side 4 a of the flange 4.
[0021]
Inside the metal tube 3, the flange 4, and the joint 6, a sheath 8 that includes a pair of sheath core wires 7 is disposed. The thermistor element 2 is connected via a Pt / Rh alloy wire 9 to the sheath core wire 7 protruding to the distal end side 8 a of the sheath 8 inside the metal tube 3. This alloy wire 9 is fired simultaneously with the thermistor element 2. The alloy wire 9 and the sheath core wire 7 are resistance-welded to each other. The metal tube 3, the sheath 8, and the like constitute a metal surrounding member of the present invention.
[0022]
The metal tube 3, the sheath core wire 7, and the sheath 8 are made of SUS310S. The flange 4 is made of SUS309S. The joint 6 is made of SUS304.
[0023]
Inside the tip side 3 a of the metal tube 3, a nickel oxide pellet 10 is arranged. This pellet 10 is intended to suppress a decrease in oxygen concentration by releasing oxygen from the pellet 10 in the unlikely event that the oxygen concentration inside the metal tube 3 decreases. The cement 11 is filled inside the tip side 3 a of the metal tube 3 and around the thermistor element 2. The cement 11 protects the thermistor element 2 from vibrations and transmits heat to the thermistor element 2 quickly to increase the responsiveness of the temperature sensor 1.
[0024]
A pair of lead wires 13 is connected via a terminal 12 to the sheath core wire 7 that protrudes toward the proximal end 8 b of the sheath 8 inside the joint 6. These lead wires 13 are enclosed in an auxiliary ring 14 made of heat-resistant rubber. The sheath core wire 7 and the lead wire 13 are connected to each other by a crimping terminal 12. The auxiliary ring 14 is rounded or hexagonally crimped from the top of the joint 6, whereby the both 14 and 6 are joined to each other while maintaining airtightness. Thereby, the inside of the metal tube 3, the flange 4, and the coupling 6 becomes a sealed space. That is, the thermistor element 2 is accommodated in a sealed space formed by using the metal tube 3, the flange 4 and the joint 6 as a metal surrounding member.
[0025]
A sheath filler 15 is filled inside the sheath 8 and around the sheath core wire 7. The sheath filler 15 is for ensuring insulation of the sheath core wire 7 of the temperature sensor 1.
[0026]
The temperature sensor 1 is characterized by the structure of the cement 11 filled around the thermistor element 2 and the structure of the sheath filler 15 filled around the sheath core wire 7. The cement 11 filled in this embodiment includes an aggregate mainly composed of alumina (Al ₂ O ₃ ) powder, and a glass component containing Si and Na, and Na ₂ Na contained in the glass component. The O conversion amount is set to 0.17% by weight with respect to the total weight of the cement 11. Further, the sheath filler 15 is filled in this embodiment is intended to be composed of SiO ₂ powder.
[0027]
Table 1 below shows the composition of the material used to construct the cement 11 used in the present embodiment in comparison with that of the conventional cement.
[0028]
[Table 1]

[0029]
Conventional uncured cement is composed of alumina (Al ₂ O ₃ ) powder ( 1 ) as an aggregate, water glass ( 2 ) as a curing agent that is also one of glass components, and colloidal silica (silicate). Aqueous solution) ( 3 ) is added in a predetermined amount and adjusted to a predetermined viscosity with water as a diluent. Here, the water glass contains 33 wt% SiO ₂ and 16 wt% Na ₂ O. Colloidal silica contains 20% by weight of SiO ₂ and 3% by weight or less of organic content.
The uncured cement 11 in the present embodiment avoids the use of water glass with a high Na content as in the conventional cement, and uses only colloidal silica ( 3 ) as a glass component (curing agent). However, since the colloidal silica used in the conventional cement does not contain an alkali metal element indispensable for hardening as a cement, in this embodiment, a glass component containing a trace amount of Na as an alkali metal element indispensable for the hardening. (Curing agent) is used. This colloidal silica contains 40.5% by weight of SiO ₂ and 0.5% by weight of Na ₂ O as Si and Na components.
[0030]
Table 2 shows the mixing ratio (weight ratio) of each component of the cement 11 used in the present embodiment in comparison with that of the conventional cement. In this table, the content of Na ₂ O indicates a calculated value of the content in the solid content excluding the evaporated components of water and organic components.
[0031]
[Table 2]

[0032]
In order to manufacture the temperature sensor 1 of the present embodiment, the previously formed metal tube 3, the sheath 8 and the flange 4 and the other components 2, 5 to 7, and 10 to 14 are assembled together. In assembling each part, the sheath 8 is filled with a powder material of the sheath filler 15 having the above composition around the sheath core wire 7 in advance. Then, the thermistor element 2 is resistance-welded to the sheath core wire 7. Further, a paste-like material of cement 11 having the above composition is injected into the tip portion of the metal tube 3 to which the flange 4 is argon-welded, and the thermistor element 2 resistance-welded to the sheath core wire 7 is inserted. . Thereafter, the assembled temperature sensor 1 is heated and fired at 800 ° C. to evaporate and solidify the moisture, thereby obtaining the cement 11. In this way, the manufacture of the temperature sensor 1 is completed.
[0033]
Table 3 shows the results of testing the heat insulation of the cement and the sheath filler for each of the temperature sensors of Example 1, Example 2 and Example 3 (shown in Tables 1 and 2). ) And a sheath filler (made of MgO powder). Here, the cement and the sheath filler of Example 3 are the same as the cement 11 and the sheath filler 15 of the temperature sensor 1 of the present embodiment. In this test, the minimum temperature detected by the temperature sensor is set to 300 ° C., and at 300 ° C., the insulation resistance value constituted by the cement and the sheath filler between the metal tube and the sheath core wire terminal, that is, “300 ° C. heat insulation” This was done by measuring the “resistance value”. The resistance value was measured by applying a voltage of 5 V for 1-2 seconds between the metal tube and the sheath core wire terminal.
[0034]
[Table 3]

[0035]
As apparent from Table 3, the temperature sensor of the conventional example in which a combination of a cement comprising a sheath filler consisting MgO powder, 0.49 wt% of terms of Na ₂ O of Na component based on the total weight It can be seen that the heating insulation resistance value is the smallest. In Example 1 in which only the sheath filler is replaced with SiO ₂ powder in the configuration of this conventional example, it can be seen that the heating insulation resistance value increased by about 2 to 3.5 times. On the other hand, in the conventional example embodiment it was changed with respect to the total weight only cement of configuration of the one containing 0.17 wt% of terms of Na ₂ O of Na component Example 2, heat insulation resistance of about 2.5 It can be seen that the increase is about 3.5 times. Furthermore, in Example 3 (this embodiment) configured by combining a sheath filler made of SiO ₂ powder and a cement containing Na component in an amount of Na ₂ O equivalent to 0.17% by weight with respect to the total weight. The heating insulation resistance value of the temperature sensor increased by orders of magnitude (about 8 to 17 times) compared to the minimum value of that of the conventional example.
[0036]
The graph of FIG. 3 shows the correlation between the 300 ° C. heating insulation resistance value and the output resistance value of the thermistor element 2 at 300 ° C., that is, the output resistance value of the temperature sensor 1. A plurality of temperature sensors having large and small 300 ° C. heating insulation resistance values (10 kΩ to 10000 kΩ (10 MΩ)) were prepared, and each temperature sensor was tested for correlation with the output resistance value at 300 ° C. The magnitude of these heating insulation resistance values is set by changing the composition of the cement, the composition of the sheath filler, or the degree of moisture absorption thereof.
As is apparent from this graph, when the 300 ° C. heating insulation resistance value is low, that is, when the cement and the sheath filler cause insulation deterioration due to moisture absorption, these insulation resistances work in parallel to the output resistance. It can be seen that the output resistance value decreases. It can be seen that the output resistance value at 300 ° C. becomes constant when the heating insulation resistance value at 300 ° C. is about 300 kΩ or more and is not affected by the change in the heating insulation resistance value.
[0037]
By the way, in this embodiment, as shown in Table 3 and FIG. 3, by setting the Na ₂ O conversion amount of the Na component contained in the cement 11 to 0.17% by weight, an insulation resistance value of 300 kΩ or more is obtained. It has gained. Here, the allowable amount of Na ₂ O equivalent amount of the Na component contained in the cement 11 can be set as follows.
That is, as described above, when the heating insulation resistance value at 300 ° C. becomes about 300 kΩ or more, the output resistance value of the thermistor element 2 at 300 ° C. shows a constant value. From this, when the sheath filler is kept using the conventional MgO powder, the data shown in Table 3 is used when the alkali content is such that the insulation resistance value of the cement is about 300 kΩ or more. From this, the amount converted to Na ₂ O can be estimated. In this case, when terms of Na ₂ O amount is 0.49% by weight, three samples 170kΩ insulation resistance value, shows a 210kΩ and 240Keiomega, when terms of Na ₂ O amount is 0.17 wt%, the insulation resistance value These three samples show 600 kΩ, 600 kΩ and 600 kΩ. Therefore, the average value of the three insulation resistance values when the Na ₂ O equivalent amount is 0.49% by weight and the average value of the three insulation resistance values when the Na ₂ O equivalent amount is 0.17% by weight. Therefore, if the equivalent amount of Na ₂ O at which the insulation resistance value is about 300 kΩ is apportioned, a value of 0.3% by weight can be used as a guide. Therefore, the Na ₂ O conversion amount of the Na component contained in the cement 11 can be set with 0.3% by weight as the maximum allowable amount. Meanwhile, terms of Na ₂ O of Na component contained in the cement 11, if not at least 0.05 wt% cement 11 since no solidified, sets the 0.05 wt% as a lower limit of the terms of Na ₂ O weight be able to.
[0038]
As described above, in the temperature sensor 1 according to the present embodiment, the glass component added to the aggregate to constitute the cement 11 is an indispensable component for hardening the cement 11, but the hygroscopic property makes the cement 11 containing the Na component that lowers the insulating property. However, in this embodiment, since the terms of Na ₂ O of Na component contained in the glass component, based on the total weight of the cement 11 is set to a relatively small amount as 0.17 wt%, Na The hygroscopicity of the cement 11 is suppressed without impairing the hardening of the cement 11 by the components. For this reason, when the temperature sensor 1 is used in an intermediate temperature range around 300 ° C., it is possible to suppress a decrease in the insulation resistance value due to moisture absorption of the cement 11, and as a result, a change in the output resistance value of the thermistor element 2 can be suppressed. Thus, it is possible to suppress a decrease in detection accuracy of the temperature sensor 1.
[0039]
In addition, according to the temperature sensor 1, since the sheath filler 15 is made of SiO ₂ powder, the hygroscopicity of the sheath filler 15 is relatively higher than that of the conventional case made of MgO powder. Will be reduced. For this reason, in addition to the effect of the above-described configuration of the cement 11, when the temperature sensor 1 is used in an intermediate temperature range around 300 ° C., it is possible to suppress a decrease in the insulation resistance value due to moisture absorption of the sheath filler 15, As a result, a change in the output resistance value of the thermistor element 2 can be suppressed, and a decrease in detection accuracy of the temperature sensor 1 can be further suppressed. That is, the synergistic effect of the cement 11 and the sheath filler 15 can further suppress a decrease in insulation resistance due to moisture absorption in the intermediate temperature range, and can further suppress a decrease in detection accuracy as the temperature sensor 1. It becomes possible to obtain the temperature sensor 1 exhibiting stable operating characteristics.
[0040]
In the configuration of the temperature sensor 1 of this embodiment, the insulation constituted by the cement 11 and the sheath filler 15 between the sheath core wire 7 and the metal tube 3 at the lowest temperature detected by the temperature sensor 1, for example, 300 ° C. The resistor acts in parallel with the output resistance of the thermistor element 2, and when the insulation resistance value is lowered, the output resistance value of the thermistor element 2 may be adversely affected. As shown in FIG. 3, the adverse effect is that the insulation resistance value constituted by the cement 11 and the sheath filler 15 is smaller than about twice (about 300 kΩ) the output resistance value (about 150 kΩ) of the thermistor element 2. It can be seen that
Therefore, according to the configuration of the temperature sensor 1, the insulation resistance value is a value that is twice or more the output resistance value of the thermistor element 2 at the lowest temperature (300 ° C. in the present embodiment) detected by the sensor 1. Therefore, as shown in FIG. 3, the output resistance value of the thermistor element 2 at 300 ° C. does not substantially decrease. In the present embodiment, this is achieved by specifying the composition of at least one of the cement 11 and the sheath filler 15 as described above to reduce the hygroscopicity of the cement 11 or the sheath filler 15. It is. That is, according to the temperature sensor 1 of this embodiment, since the composition of the cement 11 and the sheath filler 15 is set as described above, it is possible to suppress a decrease in the insulation resistance value due to them. As a result, a change in the output resistance value of the thermistor element 2 can be suppressed, and a decrease in detection accuracy of the temperature sensor 1 can be suppressed.
[0041]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment in which the temperature sensor of the present invention is embodied will be described with reference to the drawings. In the following embodiments including the present embodiment, the same components as those of the temperature sensor 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different points are mainly described. To do.
[0042]
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the temperature sensor 21 of the present embodiment. FIG. 5 shows an enlarged part of FIG. The temperature sensor 21 is different from the temperature sensor 1 in that the metal tube 3 itself is omitted and the metal tube is substituted by the sheath 8 and the cap 22. The sheath 8 and the cap 22 are temporarily fixed by caulking at the sheath distal end 8a and are circumferentially welded. Inside the cap 22, a pellet 10 made of nickel oxide is embedded, and the cement 11 in contact with the thermistor element 2 is filled, and the tip is sealed with a filling material 23. Inside the sheath 8, a sheath filler 15 is filled around the sheath core wire 7. The sheath 8, the cap 22, and the filling material 23 are each made of SUS310S. The composition of the material used for the cement 11 and the sheath filler 15 is the same as that of the first embodiment.
[0043]
Therefore, even in the temperature sensor 21 of the present embodiment, the hygroscopicity of the cement 11 is suppressed while ensuring the function of hardening the cement 11, and the hygroscopicity of the sheath filler 15 is relatively lowered. The same effect as the embodiment can be obtained.
[0044]
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment embodying the temperature sensor of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0045]
FIG. 6 shows a cross-sectional view of the temperature sensor 31 of the present embodiment. FIG. 7 shows an enlarged part of FIG. This temperature sensor 31 is also different from the temperature sensor 1 in that the metal tube itself is omitted and the metal tube is substituted by the sheath 8 and the cap 22. The sheath 8 and the cap 22 have the same outer shape, and the end surfaces of the sheath distal end portion 8a and the cap base end portion 22a are butt welded. Inside the cap 22, a pellet 10 made of nickel oxide is embedded, and the cement 11 in contact with the thermistor element 2 is filled, and the tip is sealed with a filling material 23. A portion of the cap 22 and the inside of the sheath 8 are filled with the sheath filler 15 around the sheath core wire 7. The sheath 8, the cap 22, and the filling material 23 are each made of SUS310S. The composition of the material used for the cement 11 and the sheath filler 15 is the same as that of the first embodiment.
[0046]
Therefore, according to the temperature sensor 31 of the present embodiment, the hygroscopicity of the cement 11 is suppressed while ensuring the function of hardening the cement 11, and the hygroscopicity of the sheath filler 15 is relatively lowered. The same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[0047]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the spirit of the invention.
[0048]
(1) In each of the above-described embodiments, the cement 11 filled around the thermistor element 2 is provided with an aggregate mainly composed of Al ₂ O ₃ and a glass component, and the Na component Na contained in the glass component. _The amount of ₂ O conversion was 0.17% by weight with respect to the total weight of the cement 11, and the sheath filler 15 filled around the sheath core wire 7 was composed of SiO ₂ powder.
On the other hand, the cement 11 may be configured in the same manner as in the first embodiment, and the sheath filler 15 may be configured with the conventional MgO powder. Alternatively, the cement 11 may be configured similarly to the conventional example, and the sheath filler 15 may be configured from SiO ₂ powder. Also by this, the operation and effect equivalent to the first embodiment can be obtained.
[0049]
(2) In the respective embodiments, although the terms of Na ₂ O of Na component contained in the glass component of the cement 11 was 0.17 wt% relative to the total weight of the cement 11, in terms of the Na ₂ O The amount may be a value other than 0.17% by weight as long as the value is 0.05 to 0.3% by weight. Even in this case, the same operations and effects as those of the first embodiment can be obtained.
[0050]
(3) In each of the embodiments described above, the minimum temperature detected by the temperature sensor is described with 300 ° C. as the middle temperature range, but the temperature around 200 ° C. may be set as the minimum temperature detected by the temperature sensor with the middle temperature range. it can.
[0051]
(4) In each of the above embodiments, the aggregate of the cement 11 is composed of Al ₂ O ₃ as a main component, but the aggregate may be composed of SiO ₂ as a main component.
[0052]
【The invention's effect】
According to the configuration of the invention described in claim 1, the Na ₂ O equivalent amount of the Na component contained in the glass component added to the aggregate of the cement is 0.05 to 0.3% by weight with respect to the total weight of the cement. Therefore, the hygroscopicity of the cement can be suppressed without impairing the hardening of the cement by Na. For this reason, the fall of the insulation resistance by moisture absorption can be suppressed in a middle temperature range, and the fall of the detection accuracy as a temperature sensor can be suppressed.
[0053]
[0054]
[0055]
[0056]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially broken side view showing a temperature sensor according to the first embodiment.
2 is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG.
FIG. 3 is also a graph showing the correlation between the heating insulation resistance value and the output resistance value at 300 ° C.
FIG. 4 is a side sectional view showing a temperature sensor according to a second embodiment.
5 is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG.
FIG. 6 is a side sectional view showing a temperature sensor according to a third embodiment.
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Temperature sensor 2 Thermistor element 3 Metal tube (enclosure member)
8 Sheath (enclosure member)
11 Cement 15 Sheath Filler 21 Temperature Sensor 22 Cap (Enclosure Member)
31 Temperature sensor

Claims

A thermistor element and a core wire extending from the thermistor element are surrounded by a metal surrounding member, and at least part of the periphery of the thermistor element is filled with cement, and the entire thermistor element and the cement are arranged in a temperature measurement region. In a temperature sensor that detects a temperature up to a high temperature range of about 1000 ° C. ,
The cement includes an aggregate mainly composed of Al ₂ O ₃ or SiO ₂ and a glass component, and a Na ₂ O equivalent amount of the Na component contained in the glass component is about 0. A temperature sensor characterized by being 0.5 to 0.3% by weight.