JP4536642B2

JP4536642B2 - Temperature sensor element

Info

Publication number: JP4536642B2
Application number: JP2005325146A
Authority: JP
Inventors: 信行堀田; 和重大林
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2025-11-09
Also published as: JP2007132754A

Description

本発明は、軸線方向に延びる長尺形状の絶縁性セラミックからなる支持体と、支持体の内部に埋設される感温部材と、感温部材から出力される電気信号を外部に出力する信号出力部と、を備える温度センサ素子に関する。 The present invention relates to a support made of an elongated insulating ceramic extending in the axial direction, a temperature-sensitive member embedded in the support, and a signal output that outputs an electrical signal output from the temperature-sensitive member to the outside. relates to the temperature sensor element comprising a part, the.

従来より、感温部材を保護管（金属シース、ケース、金属チューブなど）の内部に配置して構成される温度センサ素子が知られている（特許文献１，２，３参照）。このような温度センサ素子は、保護管を通じて測定対象物の温度が伝導されて感温部材に到達することで温度検出を行う構成である。 2. Description of the Related Art Conventionally, a temperature sensor element is known in which a temperature sensitive member is arranged inside a protective tube (metal sheath, case, metal tube, etc.) (see Patent Documents 1, 2, and 3). Such a temperature sensor element is configured to detect the temperature by conducting the temperature of the measurement object through the protective tube and reaching the temperature sensitive member.

また、他の温度センサ素子としては、感温部材としての導電層が露出した構成の温度センサがある（特許文献４参照）。このような温度センサ素子は、導電層が測定対象物に直接接触して温度検出を行う構成である。 Further, as another temperature sensor element, there is a temperature sensor having a configuration in which a conductive layer as a temperature sensitive member is exposed (see Patent Document 4). Such a temperature sensor element has a configuration in which the conductive layer directly detects the temperature by contacting the measurement object.

これらの温度センサ素子は、例えば、内燃機関の排気ガス温度検出や宇宙・航空機器における温度検出などに利用される。
特開平１０−３２５７５９号（図２）特開２００２−１６８７００号（図１）特開２０００−２６６６０９号（図２）特表２００３−５２１１１８号（請求項１） These temperature sensor elements are used, for example, for exhaust gas temperature detection in internal combustion engines and temperature detection in space / aviation equipment.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-325759 (FIG. 2) Japanese Patent Laid-Open No. 2002-168700 (FIG. 1) Japanese Patent Laid-Open No. 2000-266609 (FIG. 2) Special Table 2003-521118 (Claim 1)

しかしながら、感温部材を保護管の内部に配置して構成される従来の温度センサ素子においては、感温部材と保護管との間に空気層が存在することや、保護管の熱容量によって熱伝達に遅れが生じる等により、温度検出における応答性が低下するという問題が生じやすい。 However, in a conventional temperature sensor element configured by arranging a temperature-sensitive member inside a protective tube, heat transfer occurs due to the presence of an air layer between the temperature-sensitive member and the protective tube, and the heat capacity of the protective tube. There is a tendency that the responsiveness in the temperature detection is lowered due to a delay or the like.

なお、感温部材と保護管との間に充填部材（絶縁粉末やセメントなど）を充填して、保護管から感温部材への熱伝導性を改善する技術が提案されている（特許文献１，３）。しかし、このような温度センサ素子は、２つの部材（保護管、充填部材）で感温部材の周囲を覆う構成であり、これら２つの部材の配置領域を考慮すると、感温部材から測定対象ガスまでの物理的な距離の縮小には限界があるため、応答性の改善には限界がある。 A technique has been proposed in which a filling member (insulating powder, cement, or the like) is filled between the temperature-sensitive member and the protective tube to improve thermal conductivity from the protective tube to the temperature-sensitive member (Patent Document 1). , 3). However, such a temperature sensor element has a configuration in which the periphery of the temperature sensitive member is covered with two members (a protective tube and a filling member), and considering the arrangement region of these two members, the gas to be measured is measured from the temperature sensitive member. Since there is a limit to the reduction of the physical distance to the limit, there is a limit to improving the response.

これに対して、感温部材が露出した構成の温度センサ素子は、感温部材が測定対象物に直接接触することから、応答性に優れている。しかし、感温部材が露出した構成の温度センサ素子は、感温部材へのススなどの付着や腐食による材料劣化による出力変動を生じやすく、耐久性に問題が生じやすい。 On the other hand, the temperature sensor element having the configuration in which the temperature sensitive member is exposed has excellent responsiveness because the temperature sensitive member directly contacts the measurement object. However, a temperature sensor element having a structure in which the temperature sensitive member is exposed tends to cause output fluctuations due to material deterioration due to adhesion of soot or the like to the temperature sensitive member and corrosion, and a problem in durability is likely to occur.

そこで、本発明はこうした問題に鑑みなされたものであり、温度検出における応答性が良好であると共に耐久性に優れる温度センサ素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, an object of the provide child temperature sensor element response in temperature detection is excellent in durability as well as a good.

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、軸線方向に延びる長尺形状且つ円柱状の絶縁性セラミックからなり、外側周囲が金属製のフランジ部材の内側に密着保持されてなる支持体と、前記支持体の内部に配置される感温部材と、前記支持体の後端側且つ前記フランジ部材に覆われた部位よりも後端側に形成されて、前記感温部材から出力される電気信号を外部に出力する信号出力部と、を備える温度センサ素子であって、前記円柱状の支持体は、軸線方向先端側に、先端方向に向かうほど断面積が小さくなる先細り部を有し、前記感温部材は、前記支持体の軸線方向先端側の前記先細り部の内部に検出端部が配置される状態で、前記支持体の内部に埋設された熱電対で構成され、前記支持体は、前記感温部材の前記検出端部に当接すると共に、自身の外表面から前記感温部材へのガス不透過性を有する緻密質とされており、且つ、前記支持体は、軸線方向に垂直な断面のうち、前記熱電対の検出端部が埋設される部位の断面積が、前記信号出力部が形成される部位の断面積より小さく、さらに、前記支持体の前記先細り部のうち、軸線方向に垂直な断面の前記熱電対の検出端部が埋設される部位の断面形状が板形形状であること、を特徴とする温度センサ素子である。 The invention of claim 1 has been made in order to achieve the above object, Ri Do an elongated shape and a cylindrical insulating ceramic axially extending, outer perimeter is tightly held on the inside of the metal flange member a support ing Te, the temperature-sensitive member disposed inside the support member, the formed on the rear end side than the rear end and the site covered by the flange member of the support, the temperature sensing A temperature sensor element comprising: a signal output unit that outputs an electrical signal output from a member to the outside, wherein the columnar support has a cross-sectional area that decreases toward the distal end in the axial direction. The temperature-sensitive member includes a thermocouple embedded in the support body in a state where a detection end is disposed inside the taper part on the tip end side in the axial direction of the support body. And the support is configured to detect the temperature-sensitive member. The thermocouple is a dense material that is in contact with the end portion and has gas impermeability from its outer surface to the temperature-sensitive member. sectional area of the portion detection end portion of is buried, the rather smaller than the cross-sectional area of the portion where the signal output unit is formed, further, of the tapered portion of the support, wherein the cross section perpendicular to the axial direction The temperature sensor element is characterized in that the cross-sectional shape of the portion where the detection end of the thermocouple is embedded is a plate shape .

本発明の温度センサ素子は、長尺形状且つ円柱状で外側周囲が金属製のフランジ部材の内側に密着保持されてなる支持体と、支持体の内部に配置される感温部材と、支持体の後端側且つフランジ部材に覆われた部位よりも後端側に形成された信号出力部とを備えている。
この温度センサ素子は、支持体が感温部材（熱電対）の検出端部に当接する構成であることから、支持体と感温部材との間に他の部材（充填部材など）が配置されることが無い。このため、本発明の温度センサ素子は、従来のような２つの部材（保護管、充填部材）で感温部材の周囲を覆う構成の温度センサ素子に比べて、測定対象ガスの温度を感温素子に対して速やかに伝達させることができる。 The temperature sensor element of the present invention is a long and cylindrical support body whose outer periphery is tightly held inside a metal flange member, a temperature sensitive member disposed inside the support body, and a support body And a signal output portion formed on the rear end side of the rear end side of the portion covered with the flange member.
In this temperature sensor element, since the support is in contact with the detection end of the temperature sensitive member (thermocouple), another member (such as a filling member) is disposed between the support and the temperature sensitive member. There is nothing to do. For this reason, the temperature sensor element of the present invention is more sensitive to the temperature of the gas to be measured than the temperature sensor element configured to cover the periphery of the temperature sensitive member with two conventional members (protective tube and filling member). It can be quickly transmitted to the element.

また、本発明の温度センサ素子は、感温部材（熱電対）が支持体の先細り部の内部に埋設されると共に、支持体が自身の外表面から感温部材へのガス不透過性を有する緻密質とされている。これにより、感温部材に対して測定対象ガスが直接接触することがないため、感温部材の材料劣化（材料の酸化、昇華あるいは腐食等）が生じがたくなり、耐久性に優れたものとなる。
特に、熱電対がタングステンまたはタングステンを主成分とする合金で構成される場合には、この熱電対の酸化を防ぐことができ、優れた耐久性を発揮させることができる。 In the temperature sensor element of the present invention, the temperature sensitive member (thermocouple) is embedded in the tapered portion of the support, and the support has gas impermeability from its outer surface to the temperature sensitive member. It is said to be dense. As a result, the gas to be measured does not come into direct contact with the temperature-sensitive member, so that the material of the temperature-sensitive member (material oxidation, sublimation, corrosion, etc.) is less likely to occur and has excellent durability. Become.
In particular, when the thermocouple is made of tungsten or an alloy containing tungsten as a main component, oxidation of the thermocouple can be prevented and excellent durability can be exhibited.

よって、本発明によれば、温度検出における応答性が良好であると共に耐久性に優れる温度センサ素子を実現することができる。
更に、本発明によれば、支持体は、軸線方向に垂直な断面のうち、熱電対の検出端部が埋設される部位の断面積が、熱電対の信号出力部が形成される部位の断面積より小さく形成される。
このように、支持体のうち熱電対の検出端部が埋設される部位の断面積を小さくすることで、測定対象物から感温部材（熱電対）の検出端部までの物理的な距離を短縮でき、測定対象物から感温部材（熱電対）の検出端部までの熱伝導に要する時間を短縮できる。
よって、本発明によれば、熱伝導に要する時間を短縮できることから、温度検出における応答性のさらなる向上を図ることができる。
しかも、本発明の温度センサ素子では、支持体の先細り部のうち、軸線方向に垂直な断面の熱電対の検出端部が埋設される部位の断面形状が板形形状である。
断面形状が板型形状となる部分は、換言すれば、長辺と短辺とを有する略長方形形状をなす。このような形状することにより、支持体に対して複雑な加工等を要することなく、熱電対の検出端部が埋設される部位の断面積を信号出力部が形成される部位の断面積より小さくして応答性を向上させることができる。
なお、本明細書において、「ガス不透過性を有する緻密質」とは、温度センサ素子を大気中に１０００［℃］で３００時間連続して晒す熱処理を行った後に、温度センサ素子より得られる特定温度下での出力値が初期値（上記熱処理を行う前の温度センサ素子より得られる特定温度下での出力値のこと）に対して１０％以上変動しないことを言う。 Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a temperature sensor element that has excellent responsiveness in temperature detection and excellent durability.
Further, according to the present invention, the cross section of the portion where the detection end portion of the thermocouple is embedded in the cross section perpendicular to the axial direction of the support is the portion where the signal output portion of the thermocouple is formed. It is formed smaller than the area.
Thus, the physical distance from the measurement object to the detection end of the thermosensitive member (thermocouple) can be reduced by reducing the cross-sectional area of the portion of the support where the detection end of the thermocouple is embedded. The time required for heat conduction from the measurement object to the detection end of the temperature sensitive member (thermocouple) can be shortened.
Therefore, according to the present invention, since the time required for heat conduction can be shortened, it is possible to further improve the responsiveness in temperature detection.
Moreover, in the temperature sensor element of the present invention, the cross-sectional shape of the portion of the tapered portion of the support where the detection end of the thermocouple having a cross section perpendicular to the axial direction is embedded is a plate shape.
In other words, the portion whose cross-sectional shape is a plate shape has a substantially rectangular shape having a long side and a short side. With such a shape, the cross-sectional area of the part where the detection end of the thermocouple is embedded is smaller than the cross-sectional area of the part where the signal output part is formed without requiring complicated processing or the like on the support. Thus, the responsiveness can be improved.
In this specification, “dense material having gas impermeability” is obtained from a temperature sensor element after performing a heat treatment in which the temperature sensor element is continuously exposed to the atmosphere at 1000 [° C.] for 300 hours. It means that the output value under a specific temperature does not vary by more than 10% with respect to the initial value (the output value under the specific temperature obtained from the temperature sensor element before performing the heat treatment).

また、上記の温度センサでは、支持体は、軸線方向の先端から検出端部の埋設箇所までの領域における気孔の存在率が１０％以下としてもよい。
支持体のうち軸線方向の先端から検出端部の埋設箇所までの領域における気孔の存在率を１０％以下と高密度に形成することにより、支持体を介しての感温素子（熱電対）への熱伝導性を一層良好なものにすることができる。従って、本発明によれば、温度検出における応答性を一層良好なものにすることができる。なお、温度検出の応答性をより高める観点からすると、上述した気孔の存在率をより小さく（例えば、５％以下）することが好ましい。 In the above temperature sensor, the support may have a porosity of 10% or less in a region from the tip in the axial direction to the embedded portion of the detection end.
By forming the existence rate of pores in the region from the tip in the axial direction to the embedded portion of the detection end of the support at a high density of 10% or less, to the temperature sensitive element (thermocouple) through the support The thermal conductivity of can be further improved. Therefore, according to the present invention, the responsiveness in temperature detection can be further improved. From the viewpoint of further improving the responsiveness of temperature detection, it is preferable to make the above-mentioned pore existence rate smaller (for example, 5% or less).

ここで、本明細書において「気孔の存在率」は、支持体のうち軸線方向の先端から検出端部の埋設箇所までの領域を切り出し、切り出した支持体に対して軸線方向に沿って断面を取った後、その断面に対して走査型電子顕微鏡により適宜の倍率（例えば、支持体がアルミナを主成分とする場合は５００倍の倍率、支持体が窒化珪素を主成分とする場合には１０００倍の倍率）で撮影した写真（ＳＥＭ写真）より算出することができる。具体的には、反射電子像のＳＥＭ写真の面積に対する気孔の総面積の割合を算出することによって「気孔の存在率」が算出される。 Here, in the present specification, the “abundance ratio of pores” means that a region from the tip in the axial direction to the embedded portion of the detection end in the support is cut out, and a cross section along the axial direction is cut out from the cut out support. After taking, an appropriate magnification (for example, 500 times when the support is mainly composed of alumina, 1000 when the support is mainly composed of silicon nitride) It can be calculated from a photograph (SEM photograph) taken at a double magnification. Specifically, the “abundance ratio of the pores” is calculated by calculating the ratio of the total pore area to the area of the SEM photograph of the reflected electron image.

そして、上記の温度センサ素子においては、タングステンまたはタングステンを主成分とする合金で構成された熱電対を用いることができる。
つまり、タングステンは、融点が高いという特徴があり高温耐久性に優れることから、タングステンまたはタングステンを主成分とする合金で構成された熱電対を用いることで、高温環境下での耐久性に優れた温度センサを実現できる。 In the temperature sensor element, a thermocouple made of tungsten or an alloy containing tungsten as a main component can be used.
In other words, tungsten has a high melting point and is excellent in high-temperature durability. Therefore, by using a thermocouple composed of tungsten or an alloy containing tungsten as a main component, tungsten has excellent durability in a high-temperature environment. A temperature sensor can be realized.

また、例えば、温度センサ素子の製造工程において熱電対が１５００〜１８５０［℃］といった高温下にさらされる場合であっても、タングステンまたはタングステンを主成分とする合金で構成された熱電対を用いることで、熱電対の溶融を回避できる。 Further, for example, even when the thermocouple is exposed to a high temperature of 1500 to 1850 [° C.] in the manufacturing process of the temperature sensor element, a thermocouple made of tungsten or an alloy containing tungsten as a main component is used. Thus, melting of the thermocouple can be avoided.

そして、上記の温度センサ素子においては、熱電対として、少なくともマイナス脚がタングステンとレニウムの合金で構成され、マイナス脚におけるレニウム含有率がプラス脚のレニウム含有率よりも大きい熱電対を用いて構成してもよい。 And in the above temperature sensor element, at least the minus leg is composed of an alloy of tungsten and rhenium, and the thermocouple is composed of a thermocouple in which the rhenium content in the minus leg is larger than the rhenium content in the plus leg. May be.

タングステンとレニウムとの合金は、タングステン単体に比べて、脆弱性が低くなり、強度に優れることから、このような合金を用いて形成される熱電対は、強度に優れたものとなり、破損による断線が生じがたくなる。 Tungsten and rhenium alloys are less brittle than tungsten alone and are superior in strength. Therefore, thermocouples formed using such alloys have superior strength and are broken due to damage. Is difficult to occur.

そして、マイナス脚におけるレニウム含有率がプラス脚のレニウム含有率よりも大きいことから、マイナス脚とプラス脚とが異なる金属で構成されるため、この熱電対は、熱電対本来の機能（温度検出機能）を損なうことはない。なお、プラス脚は、タングステン単体で構成されたものでもよく、あるいは、タングステンとレニウムの合金で構成されたものであってもよいことは、言うまでもない。 And since the rhenium content in the minus leg is larger than the rhenium content in the plus leg, the minus and plus legs are made of different metals, so this thermocouple is the original function of the thermocouple (temperature detection function ) Will not be damaged. Needless to say, the plus leg may be made of tungsten alone, or may be made of an alloy of tungsten and rhenium.

よって、本発明によれば、強度に優れた熱電対を備えることから、さらに耐久性に優れる温度センサ素子を実現できる。
次に、上記の温度センサ素子においては、支持体は、窒化珪素またはアルミナを主成分とする絶縁性セラミックで構成することができる。 Therefore, according to the present invention, since the thermocouple having excellent strength is provided, a temperature sensor element having further excellent durability can be realized.
Next, in the above temperature sensor element, the support can be made of an insulating ceramic mainly composed of silicon nitride or alumina.

窒化珪素およびアルミナは、高温環境下での耐久性に優れる材料であることから、これらを主成分とする絶縁性セラミックからなる支持体は、高温環境下での耐久性に優れたものとなる。 Since silicon nitride and alumina are materials that are excellent in durability under a high-temperature environment, a support made of an insulating ceramic containing these as a main component has excellent durability under a high-temperature environment.

よって、このような支持体を備える温度センサ素子は、より一層耐久性に優れたものとなる。 Therefore, the temperature sensor element having such a support is that more Do as those more excellent in durability.

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
まず、本発明の一実施形態である温度センサ素子１０を備える温度センサ１の部分断面図を、図１に示す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a partial cross-sectional view of a temperature sensor 1 including a temperature sensor element 10 according to an embodiment of the present invention is shown in FIG.

なお、温度センサ１は、自動車の排気管、特にディーゼルエンジンの排気ガス後処理装置の前後に装着することにより、温度センサ素子１０の先端部を排気ガスが流れる排気管内に配置させて、排気ガスの温度検出に使用するものである。 The temperature sensor 1 is mounted before and after an exhaust pipe of an automobile, in particular, an exhaust gas aftertreatment device of a diesel engine, so that the tip of the temperature sensor element 10 is disposed in the exhaust pipe through which the exhaust gas flows. It is used for temperature detection.

図１に示すように、温度センサ１は、温度センサ素子１０と、フランジ部材４０と、継手部材５０と、ナット部材６０と、を備えて構成されている。
温度センサ素子１０は、軸線方向に延びる長尺形状に形成されており、内部に温度検出を行うための熱電対２１（図２参照）を備えている。また、フランジ部材４０は、温度センサ素子１０の後端側周囲を覆う状態で設けられる金属製の部材であり、継手部材５０は、フランジ部材４０に係合するステンレス製で筒状に形成された部材である。さらに、ナット部材６０は、フランジ部材４０に係合し、継手部材５０のうちフランジ部材４０に当接する先端部分を覆い、温度センサ１を設置位置（本実施形態では、排気管）に固定するための部材である。 As shown in FIG. 1, the temperature sensor 1 includes a temperature sensor element 10, a flange member 40, a joint member 50, and a nut member 60.
The temperature sensor element 10 is formed in an elongated shape extending in the axial direction, and includes a thermocouple 21 (see FIG. 2) for detecting temperature inside. The flange member 40 is a metal member provided so as to cover the periphery of the rear end side of the temperature sensor element 10, and the joint member 50 is made of stainless steel that engages with the flange member 40 and is formed in a cylindrical shape. It is a member. Furthermore, the nut member 60 engages with the flange member 40, covers the tip portion of the joint member 50 that contacts the flange member 40, and fixes the temperature sensor 1 to the installation position (in this embodiment, the exhaust pipe). It is a member.

フランジ部材４０は、温度センサ素子１０の後端側（図１における上側）の周囲を取り囲んで設けられ、軸線方向後端側に延びる鞘部４２と、この鞘部４２の先端側（図１における下側）に位置し、径方向外側に向かって突出する突出部４１と、を有している。突出部４１は、先端側に排気管の取付部のテーパ部（図示省略）に対応したテーパ形状の座面４３を有する環状に形成されており、座面４３が取付部のテーパ部に密着することで、排気ガスが排気管外部へ漏出するのを防止するように形成されている。 The flange member 40 is provided so as to surround the periphery of the rear end side (the upper side in FIG. 1) of the temperature sensor element 10, and extends toward the rear end side in the axial direction, and the front end side (in FIG. 1) of the sheath part 42. And a protruding portion 41 that protrudes outward in the radial direction. The protruding portion 41 is formed in an annular shape having a tapered seat surface 43 corresponding to a tapered portion (not shown) of the exhaust pipe mounting portion on the tip side, and the seat surface 43 is in close contact with the tapered portion of the mounting portion. Thus, the exhaust gas is formed to be prevented from leaking outside the exhaust pipe.

また、フランジ部材４０の周囲には、六角ナット部６１およびネジ部６２を有するナット部材６０が回動自在に嵌挿されている。温度センサ１は、排気管の取付部にフランジ部材４０の突出部４１の座面４３を当接させた状態で、ナット部材６０により固定される。 A nut member 60 having a hexagonal nut portion 61 and a screw portion 62 is rotatably fitted around the flange member 40. The temperature sensor 1 is fixed by the nut member 60 in a state where the seat surface 43 of the protruding portion 41 of the flange member 40 is in contact with the attachment portion of the exhaust pipe.

さらに、フランジ部材４０のうち鞘部４２の径方向外側には、筒状の継手部材５０が気密状態で接合されている。具体的には、鞘部４２の外周面に継手部材５０の内周面が重なり合うように、継手部材５０が鞘部４２に圧入され、継手部材５０と鞘部４２とが周方向に渡ってレーザ溶接されて、フランジ部材４０と継手部材５０とが気密状態で接合されている。 Furthermore, a cylindrical joint member 50 is joined to the radially outer side of the sheath portion 42 of the flange member 40 in an airtight state. Specifically, the joint member 50 is press-fitted into the sheath part 42 so that the inner peripheral surface of the joint member 50 overlaps with the outer peripheral surface of the sheath part 42, and the joint member 50 and the sheath part 42 are lasered across the circumferential direction. The flange member 40 and the joint member 50 are joined in an airtight state by welding.

また、フランジ部材４０のうち鞘部４２の内周には、温度センサ素子１０の外側周囲が密着保持されており、温度センサ素子１０の後端部に設けられた２つの電極リング１２，１３が継手部材５０の内部に露出されている。この２つの電極リング１２，１３のそれぞれに、外部回路（例えば、車両の電子制御装置（ＥＣＵ）等）に接続するための一対のリード線１４，１５が接合されており、継手部材５０の内部にて保護されている。この２本のリード線１４，１５は、ステンレス合金製の導線と銅製の導線とからなる撚り線を絶縁性の被覆材にて被覆したものであり、継手部材５０の後端側開口に設けられた耐熱ゴム製の補助リング（図示省略）に挿通されている。 In addition, the outer periphery of the temperature sensor element 10 is held in close contact with the inner periphery of the sheath portion 42 of the flange member 40, and two electrode rings 12 and 13 provided at the rear end portion of the temperature sensor element 10 are provided. The inside of the joint member 50 is exposed. A pair of lead wires 14 and 15 for connecting to an external circuit (for example, an electronic control unit (ECU) of a vehicle) is joined to each of the two electrode rings 12 and 13. It is protected by. The two lead wires 14 and 15 are formed by coating a stranded wire made of a stainless alloy wire and a copper wire with an insulating covering material, and are provided in the opening on the rear end side of the joint member 50. A heat-resistant rubber auxiliary ring (not shown) is inserted.

次に、図２を参照して、温度センサ素子１０について説明する。なお、図２は、温度センサ素子１０の内部構成を表す断面図である。
温度センサ素子１０は、円柱状の絶縁性セラミック基体２０と、絶縁性セラミック基体２０の内部に埋設された熱電対２１と、絶縁性セラミック基体２０の後端側に形成された電極取出部２５，２６と、を備えている。 Next, the temperature sensor element 10 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal configuration of the temperature sensor element 10.
The temperature sensor element 10 includes a cylindrical insulating ceramic base 20, a thermocouple 21 embedded in the insulating ceramic base 20, an electrode extraction portion 25 formed on the rear end side of the insulating ceramic base 20, 26.

絶縁性セラミック基体２０は、窒化珪素またはアルミナ若しくはサイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ：窒化珪素とアルミナから合成されるセラミック材料）を主成分とする熱伝導性が高く耐食性が良好な絶縁性セラミックで形成されており、先端方向に向かうほど断面積が小さくなる先細り部２７を先端に備えている。 The insulating ceramic substrate 20 is an insulating ceramic having high thermal conductivity and good corrosion resistance, the main component being silicon nitride, alumina, or sialon (Si-Al-O-N: ceramic material synthesized from silicon nitride and alumina). The tip portion is provided with a tapered portion 27 whose sectional area becomes smaller toward the tip direction.

なお、本実施形態において「主成分」とは、その成分が、含有される全成分のうち７０重量％以上を占める成分であることを示す。
熱電対２１は、プラス脚２３とマイナス脚２４との接続点である感温端部２２が絶縁性セラミック基体２０の先端側内部に配置されると共に、プラス脚２３およびマイナス脚２４のそれぞれの後端側端部が電極取出部２５，２６に接続される状態で、絶縁性セラミック基体２０の内部に埋設されている。 In the present embodiment, the “main component” indicates that the component occupies 70% by weight or more of the total components contained.
In the thermocouple 21, a temperature-sensitive end portion 22, which is a connection point between the plus leg 23 and the minus leg 24, is disposed inside the distal end side of the insulating ceramic base 20, and behind the plus leg 23 and the minus leg 24. The end side end portion is embedded in the insulating ceramic substrate 20 in a state where the end portion is connected to the electrode extraction portions 25 and 26.

熱電対２１のうち、プラス脚２３は、レニウムを５％含むタングステン−レニウム合金（Ｗ−Ｒｅ５％）で形成されており、マイナス脚２４は、レニウムを２６％含むタングステン−レニウム合金（Ｗ−Ｒｅ２６％）で形成されている。 In the thermocouple 21, the plus leg 23 is formed of a tungsten-rhenium alloy (W-Re 5%) containing 5% rhenium, and the minus leg 24 is a tungsten-rhenium alloy (W-Re 26) containing 26% rhenium. %).

電極取出部２５，２６は、窒化珪素あるいはサイアロンと、金属のホウ化物、炭化物、窒化物、珪化物のうち少なくとも一種以上の物質とからなる導電性複合材料を主成分とする導電性セラミック材料で形成されている。また、電極取出部２５，２６は、それぞれ少なくとも一部が絶縁性セラミック基体２０の外周表面において露出する状態で備えられており、電極リング１２，１３と電気的に接続されている。 The electrode extraction parts 25 and 26 are made of a conductive ceramic material mainly composed of a conductive composite material composed of silicon nitride or sialon and at least one kind of metal boride, carbide, nitride, or silicide. Is formed. The electrode extraction portions 25 and 26 are provided so that at least a part thereof is exposed on the outer peripheral surface of the insulating ceramic base 20, and are electrically connected to the electrode rings 12 and 13.

なお、電極取出部２５は、絶縁性セラミック基体２０において電極取出部２６よりも先端側に配置されている。
このように構成された温度センサ素子１０は、感温端部２２で検出した温度に応じて熱電対２１に起電力が発生し、検出した温度に応じた電圧信号を電極取出部２５，２６から外部に出力するよう構成されている。 In addition, the electrode extraction part 25 is arrange | positioned rather than the electrode extraction part 26 in the insulating ceramic base | substrate 20 at the front end side.
In the temperature sensor element 10 configured as described above, an electromotive force is generated in the thermocouple 21 according to the temperature detected by the temperature-sensitive end portion 22, and a voltage signal corresponding to the detected temperature is transmitted from the electrode extraction portions 25 and 26. It is configured to output externally.

図１に戻り、電極リング１２，１３は、絶縁性セラミック基体２０の後端側に嵌められた導電性の金属部材であり、電極リング１２は、電極リング１３よりも軸線方向の先端側に配置されている。電極リング１２は、その内周にて電極取出部２５に電気的に接続されており、電極リング１３は、その内周にて電極取出部２６に電気的に接続されている。 Returning to FIG. 1, the electrode rings 12 and 13 are conductive metal members fitted on the rear end side of the insulating ceramic base 20, and the electrode ring 12 is disposed on the front end side in the axial direction with respect to the electrode ring 13. Has been. The electrode ring 12 is electrically connected to the electrode extraction part 25 at its inner periphery, and the electrode ring 13 is electrically connected to the electrode extraction part 26 at its inner periphery.

また、電極リング１２，１３の外周には、外部回路接続用のリード線１４，１５が超音波溶接などで接続されており、熱電対２１にて発生する電圧信号は、電極リング１２，１３およびリード線１４，１５を介して外部回路（ＥＣＵなど）に出力される。 Further, lead wires 14 and 15 for connecting external circuits are connected to the outer periphery of the electrode rings 12 and 13 by ultrasonic welding or the like, and a voltage signal generated by the thermocouple 21 is transmitted to the electrode rings 12 and 13 and It is output to an external circuit (ECU etc.) via the lead wires 14 and 15.

次に、温度センサ１の温度センサ素子１０の製造方法について説明する。
まず、絶縁性セラミック基体２０の原料となる混合粉末を作製する工程を実施する。
具体的には、平均粒径約１．０［μｍ］の窒化珪素またはアルミナ若しくはサイアロンからなる原料粉末８６重量部に対して、焼結助剤として酸化エルビニウム８重量部、酸化バナジウム１重量部、酸化タングステン２重量部、２珪化モリブデン３重量部を加え、ボールミル中で４０時間湿式混合し、バインダを加えた後、スプレードライ法により混合粉末を作製する。 Next, a method for manufacturing the temperature sensor element 10 of the temperature sensor 1 will be described.
First, the process of producing the mixed powder used as the raw material of the insulating ceramic base | substrate 20 is implemented.
Specifically, 8 parts by weight of erbium oxide, 1 part by weight of vanadium oxide as a sintering aid with respect to 86 parts by weight of raw material powder made of silicon nitride, alumina, or sialon having an average particle size of about 1.0 [μm], 2 parts by weight of tungsten oxide and 3 parts by weight of molybdenum silicide are added, wet mixed in a ball mill for 40 hours, a binder is added, and a mixed powder is prepared by a spray drying method.

次に、電極取出部２５，２６の原料となる印刷用インクを作製する工程を実施する。
具体的には、平均粒径０．５［μｍ］の炭化タングステン原料粉末６５重量部、平均粒径１．０［μｍ］の窒化珪素原料粉末３５重量部、および焼結助剤として酸化エルビニウム４重量部、二酸化珪素２重量部をボールミル中で４０時間湿式混合し、バインダを添加して、印刷用インクを製造する。 Next, the process of producing the printing ink used as the raw material of the electrode extraction parts 25 and 26 is implemented.
Specifically, 65 parts by weight of tungsten carbide raw material powder having an average particle size of 0.5 [μm], 35 parts by weight of silicon nitride raw material powder having an average particle size of 1.0 [μm], and erbium oxide 4 as a sintering aid. Part by weight and 2 parts by weight of silicon dioxide are wet mixed in a ball mill for 40 hours, and a binder is added to produce a printing ink.

ここで、温度センサ素子１０の製造工程における各段階の状態を表した説明図を、図３に示す。
上記の混合粉末および印刷用インクを作製した後、次の製造工程では、上記の混合粉末を半割成形体用金型を用いてプレス加工することで、絶縁性セラミック基体２０を軸線方向に半分の大きさとした半割成形体３１を作製し、半割成形体３１の表面に熱電対２１を配置して、上記の印刷用インクを塗布することで電極取出部２５，２６を形成する工程を実施する（図３の（１）参照）。 Here, FIG. 3 shows an explanatory diagram showing the state of each stage in the manufacturing process of the temperature sensor element 10.
After producing the above mixed powder and printing ink, in the next manufacturing process, the above mixed powder is pressed using a mold for a half-formed product, so that the insulating ceramic substrate 20 is halved in the axial direction. The process of forming the electrode extraction parts 25 and 26 by producing the half-molded body 31 having the size of, arranging the thermocouple 21 on the surface of the half-molded body 31, and applying the printing ink described above. Implement (see (1) in FIG. 3).

次に、電極取出部２５，２６（印刷用インク）が乾燥した状態の半割成形体３１に対して、熱電対２１および電極取出部２５，２６を覆うように上記の混合粉末を配置し、それらを一体成形体用金型を用いてプレス加工することで、絶縁性セラミック基体２０の原型となる一体成形体３２を作製する工程を実施する（図３の（２）参照）。そして、一体成形体３２を窒素中に配置すると共に、８００［℃］で１時間にわたり脱バインダ処理を行う。 Next, the above mixed powder is disposed so as to cover the thermocouple 21 and the electrode extraction portions 25 and 26 with respect to the half-shaped molded body 31 in a state where the electrode extraction portions 25 and 26 (printing ink) are dried, A process of producing an integral molded body 32 that becomes a prototype of the insulating ceramic substrate 20 is performed by pressing them using a mold for an integral molded body (see (2) in FIG. 3). Then, the integrally molded body 32 is disposed in nitrogen, and the binder removal treatment is performed at 800 [° C.] for 1 hour.

なお、図３の（２）では、一体成形体３２の内部に埋設される熱電対２１および電極取出部２５，２６を透視した状態で、一体成形体３２を図示している。
このあと、一体成形体３２をホットプレスによりプレス圧力３０［ＭＰａ］、１６５０［℃］、６０分で焼成（焼結）した後、センタレス研磨により丸棒形状の素子焼結体３３を作製する工程を実施する（図３の（３）参照）。 In FIG. 3 (2), the integrally molded body 32 is illustrated in a state where the thermocouple 21 and the electrode extraction portions 25 and 26 embedded in the integrally molded body 32 are seen through.
Thereafter, the integrally molded body 32 is fired (sintered) at a press pressure of 30 [MPa] and 1650 [° C.] for 60 minutes by hot pressing, and then a round bar-shaped element sintered body 33 is produced by centerless polishing. (Refer to (3) in FIG. 3).

なお、図３の（３）では、素子焼結体３３の内部に埋設される熱電対２１および電極取出部２５，２６を透視した状態で、素子焼結体３３を図示している。
次いで、素子焼結体３３の先端側について、先端方向に向かうほど断面積が小さくなるように研磨し、先細り形状となる先細り部２７を形成する工程を実施する（図３の（４）参照）。 In FIG. 3 (3), the element sintered body 33 is shown in a state where the thermocouple 21 and the electrode extraction portions 25 and 26 embedded in the element sintered body 33 are seen through.
Next, the step of polishing the tip end side of the element sintered body 33 so that the cross-sectional area becomes smaller toward the tip end direction to form a tapered portion 27 having a tapered shape (see (4) in FIG. 3). .

なお、図３の（４）では、素子焼結体３３の内部に埋設される熱電対２１および電極取出部２５，２６を透視した状態で、素子焼結体３３を図示している。
さらに、素子焼結体３３の先細り部２７について、軸線方向に垂直な断面形状が板型形状となるように研磨する工程を実施することで、温度センサ素子１０が完成する（図３の（５）参照）。 In FIG. 3 (4), the element sintered body 33 is shown in a state where the thermocouple 21 and the electrode extraction portions 25 and 26 embedded in the element sintered body 33 are seen through.
Further, the temperature sensor element 10 is completed by performing a process of polishing the tapered portion 27 of the element sintered body 33 so that the cross-sectional shape perpendicular to the axial direction becomes a plate shape ((5 in FIG. 3). )reference).

このようにして製造された温度センサ素子１０は、上述したように、電極リング１２，１３やフランジ部材４０、ナット部材６０などの他部材と共に組み立てられることで、温度センサ１を構成する。 The temperature sensor element 10 thus manufactured constitutes the temperature sensor 1 by being assembled with other members such as the electrode rings 12 and 13, the flange member 40, and the nut member 60 as described above.

上記のように製造される温度センサ素子１０においては、熱電対２１が内部に埋設された状態の一体成形体３２を焼成して絶縁性セラミック基体２０を作製することから、絶縁性セラミック基体２０が熱電対２１の感温端部２２の略全周に当接する構成となる。つまり、温度センサ素子１０は、絶縁性セラミック基体２０と熱電対２１の感温端部２２とが密着する構成である。このため、温度センサ素子１０は、絶縁性セラミック基体２０から熱電対２１の感温端部２２への熱伝導に際して他の部材を介在しない構成となることから、従来に比べて熱伝導経路を短縮することができる。 In the temperature sensor element 10 manufactured as described above, the insulating ceramic base 20 is produced by firing the integrally formed body 32 with the thermocouple 21 embedded therein. The thermocouple 21 is configured to be in contact with substantially the entire circumference of the temperature-sensitive end portion 22. That is, the temperature sensor element 10 has a configuration in which the insulating ceramic base 20 and the temperature sensitive end portion 22 of the thermocouple 21 are in close contact with each other. For this reason, the temperature sensor element 10 has a configuration in which no other member is interposed during the heat conduction from the insulating ceramic base 20 to the temperature-sensitive end portion 22 of the thermocouple 21. can do.

また、絶縁性セラミック基体２０においては、熱電対２１の感温端部２２が埋設される部位（先細り部２７）の断面形状を板型形状をなすように加工することで、この先細り部２７の断面積が、電極取出部２５，２６が形成される部位の断面積より小さく形成されている。このことから、温度センサ素子１０は、測定対象物から熱電対２１の感温端部２２に到る熱伝導経路が短く形成されている。 Further, in the insulating ceramic substrate 20, the cross-sectional shape of the portion (tapered portion 27) in which the temperature sensitive end portion 22 of the thermocouple 21 is embedded is processed so as to form a plate shape. The cross-sectional area is smaller than the cross-sectional area of the part where the electrode extraction portions 25 and 26 are formed. From this, the temperature sensor element 10 has a short heat conduction path from the measurement object to the temperature sensitive end 22 of the thermocouple 21.

さらに、上記のように焼成（焼結）した絶縁性セラミック基体２０は、自身の外表面から熱電対２１の感温端部２２へのガス不透過性を有する緻密質とされており、気孔がほとんど存在しない高密度の緻密体として形成される。なお、絶縁性セラミックは、気孔が多く存在する場合には、耐衝撃性に劣り、気孔の部分での熱伝導性が悪くなるが、緻密体であれば耐衝撃性が高く、気孔による熱伝導性への悪影響が少ないものとなる。 Further, the insulating ceramic substrate 20 fired (sintered) as described above is made dense with gas impermeability from its outer surface to the temperature sensitive end 22 of the thermocouple 21 and has pores. It is formed as a high-density dense body that hardly exists. Insulating ceramics are inferior in impact resistance when there are many pores, and the thermal conductivity at the pores is poor, but if it is a dense body, it has high impact resistance and heat conduction by the pores. There will be less adverse effects on sex.

つまり、高密度に形成された絶縁性セラミックは、低密度（気孔の存在率が高い状態）に形成された部材に比べて熱伝導性が良好となることから、高密度の緻密体として形成された絶縁性セラミック基体２０は、熱伝導性に優れたものである。 In other words, an insulating ceramic formed at a high density has a better thermal conductivity than a member formed at a low density (high porosity), so it is formed as a high-density dense body. The insulating ceramic substrate 20 is excellent in thermal conductivity.

なお、絶縁性セラミック基体２０の全体に対する気孔の存在率が少なくとも１０％以下であれば、優れた耐衝撃性および熱伝導性を示すことが、実験により明らかとなっており、本実施形態の絶縁性セラミック基体２０は、気孔の存在率が１０％以下となるように形成されている。 It has been clarified through experiments that if the abundance ratio of the pores with respect to the entire insulating ceramic substrate 20 is at least 10% or less, excellent impact resistance and thermal conductivity are exhibited. The porous ceramic substrate 20 is formed so that the abundance of pores is 10% or less.

これらのことから、絶縁性セラミック基体２０の先細り部２７は、測定対象物から熱電対２１の感温端部２２に到る熱伝導経路が短く形成されると共に高密度に形成されることから、熱伝導に優れたものとなる。このような絶縁性セラミック基体２０を備える温度センサ素子１０は、温度検出における応答性に優れたものとなる。 From these, the tapered portion 27 of the insulating ceramic substrate 20 is formed with a high density and a short heat conduction path from the measurement object to the temperature sensitive end portion 22 of the thermocouple 21. Excellent heat conduction. The temperature sensor element 10 including such an insulating ceramic base 20 has excellent responsiveness in temperature detection.

また、この温度センサ素子１０は、熱電対２１の全体が絶縁性セラミック基体２０の内部に埋設されていることから、熱電対２１が測定対象物（排気ガス）に直接接触することがないため、熱電対２１の腐食や材料劣化が生じがたくなり、耐久性に優れたものとなる。 In addition, since the entire thermocouple 21 is embedded in the insulating ceramic base 20, the temperature sensor element 10 does not directly contact the measurement object (exhaust gas). Corrosion and material deterioration of the thermocouple 21 are difficult to occur, and the durability is excellent.

以上説明したように、本実施形態の温度センサ素子１０は、測定対象物から熱電対２１の感温端部２２に到る熱伝導経路が短く形成されると共に高密度に形成される絶縁性セラミック基体２０を備えており、測定対象物から熱電対２１の感温端部２２までの熱伝導に優れたものとなることから、温度検出における応答性に優れたものとなる。 As described above, the temperature sensor element 10 of the present embodiment has an insulating ceramic formed with a short heat conduction path from the measurement object to the temperature-sensitive end 22 of the thermocouple 21 and with a high density. Since the base 20 is provided and the heat conduction from the measurement object to the temperature sensitive end 22 of the thermocouple 21 is excellent, the responsiveness in temperature detection is excellent.

また、温度センサ素子１０は、熱電対２１が絶縁性セラミック基体２０の内部に埋設されると共に、絶縁性セラミック基体２０が自身の外表面から熱電対２１の感温端部２２へのガス不透過性を有する緻密質であることから、熱電対２１が測定対象物（排気ガス）に直接接触することがない。このため、温度センサ素子１０は、熱電対２１（感温端部２２）の酸化が生じがたくなり、耐久性に優れている。 In the temperature sensor element 10, the thermocouple 21 is embedded in the insulating ceramic base 20, and the insulating ceramic base 20 is impermeable to gas from its outer surface to the temperature sensitive end 22 of the thermocouple 21. Therefore, the thermocouple 21 does not come into direct contact with the measurement object (exhaust gas). For this reason, the temperature sensor element 10 does not easily oxidize the thermocouple 21 (temperature-sensitive end portion 22), and is excellent in durability.

よって、本実施形態の温度センサ素子１０は、温度検出における応答性が良好であると共に耐久性に優れるという利点がある。
また、温度センサ素子１０においては、タングステンまたはタングステンを主成分とする合金で構成された熱電対２１を用いている。タングステンは融点が高いという特徴があり高温耐久性に優れることから、このような熱電対２１を備える温度センサ素子１０は、高温環境下での耐久性に優れたものとなる。 Therefore, the temperature sensor element 10 of the present embodiment has an advantage that the responsiveness in temperature detection is good and the durability is excellent.
The temperature sensor element 10 uses a thermocouple 21 made of tungsten or an alloy containing tungsten as a main component. Tungsten is characterized by a high melting point and excellent in high temperature durability. Therefore, the temperature sensor element 10 including such a thermocouple 21 has excellent durability in a high temperature environment.

なお、温度センサ素子１０の製造工程においては、一体成形体３２の焼成（焼結）工程において熱電対２１が高温下にさらされるが、高温耐久性に優れる熱電対２１を用いることから、焼成工程において熱電対２１が溶融するのを防止できる。 In the manufacturing process of the temperature sensor element 10, the thermocouple 21 is exposed to a high temperature in the firing (sintering) process of the integrally molded body 32. However, since the thermocouple 21 having excellent high-temperature durability is used, the firing process is performed. It is possible to prevent the thermocouple 21 from being melted.

さらに、タングステンとレニウムとの合金は、タングステン単体に比べて、脆弱性が低く、強度に優れることから、このような合金を用いて形成される熱電対２１は、強度に優れており、破損による断線が生じがたいという特徴がある。 Furthermore, since the alloy of tungsten and rhenium is less fragile and superior in strength compared to tungsten alone, the thermocouple 21 formed using such an alloy is superior in strength and may be damaged. There is a feature that disconnection hardly occurs.

また、窒化珪素およびアルミナは、高温環境下での耐久性に優れる材料であり、これらを主成分とする絶縁性セラミック基体２０は、高温環境下での耐久性に優れる。よって、このような絶縁性セラミック基体２０を備える温度センサ素子１０は、高温環境下での耐久性に優れたものとなる。 In addition, silicon nitride and alumina are materials that are excellent in durability under a high temperature environment, and the insulating ceramic substrate 20 containing these as a main component is excellent in durability under a high temperature environment. Therefore, the temperature sensor element 10 including such an insulating ceramic substrate 20 has excellent durability under a high temperature environment.

なお、熱電対は、プラス脚およびマイナス脚を構成する電極線の径寸法（断面積）が異なる場合であっても、検出温度に対する起電力にバラツキが生じないという特性を有している。このため、温度センサ素子の製造時におけるプラス脚およびマイナス脚の径寸法（断面積）を厳密に管理する必要がない点において、温度変化に応じて電気抵抗値が変化する感温抵抗体を用いる場合に比べて、製造時の煩雑さを軽減できる。 The thermocouple has a characteristic that the electromotive force with respect to the detected temperature does not vary even when the diameter dimensions (cross-sectional areas) of the electrode wires constituting the plus leg and the minus leg are different. For this reason, a temperature-sensitive resistor whose electric resistance value changes according to a temperature change is used in that it is not necessary to strictly manage the diameter dimension (cross-sectional area) of the plus leg and the minus leg at the time of manufacturing the temperature sensor element. Compared with the case, the complexity at the time of manufacture can be reduced.

すなわち、感温抵抗体は、径寸法（断面積）が異なることで抵抗値特性が変化することから、温度センサ素子の製造時においては、感温抵抗体の径寸法（断面積）を厳密に管理して、感温抵抗体の抵抗値に誤差が生じるのを抑制する必要がある。これに対して、熱電対は、温度センサ素子の製造時におけるプラス脚およびマイナス脚の径寸法（断面積）を厳密に管理する必要がないため、製造時の煩雑さを軽減できる。 In other words, since the resistance value characteristic of the temperature sensitive resistor varies depending on the diameter dimension (cross-sectional area), the diameter dimension (cross-sectional area) of the temperature-sensitive resistor is strictly set when manufacturing the temperature sensor element. It is necessary to manage and suppress the occurrence of errors in the resistance value of the temperature sensitive resistor. On the other hand, since the thermocouple does not need to strictly manage the diameter dimension (cross-sectional area) of the plus leg and the minus leg at the time of manufacturing the temperature sensor element, the complexity at the time of manufacturing can be reduced.

なお、上記実施形態においては、絶縁性セラミック基体２０が特許請求の範囲に記載の支持体に相当し、熱電対２１の感温端部２２が検出端部に相当し、電極取出部２５，２６が信号出力部に相当している。 In the above embodiment, the insulating ceramic substrate 20 corresponds to the support described in the claims, the temperature-sensitive end portion 22 of the thermocouple 21 corresponds to the detection end portion, and the electrode extraction portions 25 and 26. Corresponds to the signal output unit.

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、種々の態様を採ることができる。
例えば、熱電対は、プラス脚がＷ−Ｒｅ５％の合金であり、マイナス脚がＷ−Ｒｅ２６％の合金で構成されるものに限られることはなく、レニウム（Ｒｅ）の含有量は任意の値を採ることができる。なお、マイナス脚におけるレニウム含有率がプラス脚のレニウム含有率よりも大きい熱電対であればよく、レニウムを含まないタングステンでプラス脚を形成し、レニウムを含むタングステンでマイナス脚を形成した熱電対を用いても良い。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various aspect can be taken.
For example, the thermocouple is not limited to an alloy in which the plus leg is made of W-Re 5% and the minus leg is made of an alloy having W-Re 26%, and the content of rhenium (Re) is an arbitrary value. Can be taken. It should be noted that a thermocouple in which the rhenium content in the minus leg is larger than the rhenium content in the plus leg, a plus leg is formed with tungsten not containing rhenium, and a minus couple is formed with tungsten containing rhenium. It may be used.

また、上記実施形態における温度センサ素子１０は、絶縁性セラミック基体２０の先端面が円形状に形成されているが、絶縁性セラミック基体は、その先端面が長方形となる形状（換言すれば、マイナスドライバの先端部分と同様の形状）であってもよい。 In the temperature sensor element 10 in the above embodiment, the tip surface of the insulating ceramic substrate 20 is formed in a circular shape. However, the insulating ceramic substrate has a shape in which the tip surface is rectangular (in other words, minus). It may be the same shape as the tip portion of the driver.

また、一体成形体３２の焼結方法としては、ホットプレス焼結（ＨＰ）に限られることはなく、常圧焼結（ＰＬＳ）、ガス圧焼結（ＧＰＳ）、熱間等方圧加圧焼結（ＨＩＰ）、あるいはこれらの組み合わせによる焼結が利用できる。 Further, the method for sintering the integrally molded body 32 is not limited to hot press sintering (HP), but is atmospheric pressure sintering (PLS), gas pressure sintering (GPS), hot isostatic pressing. Sintering (HIP) or a combination thereof can be used.

なお、絶縁性セラミック基体（焼結体）の粒界相に、希土類元素（以下、「ＲＥ」とする。）−Ｓｉ−Ｏ−Ｎの結晶相が析出していないことが望ましい。すなわち、焼結体の粒界相には、非晶質、または、窒素を含有しない、ＲＥ−Ｓｉ−Ｏ、ＲＥ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏのいずれかの結晶相が析出していることが望ましい。このようにすれば焼結体の耐酸化性を向上することができ、温度センサ１を長時間使用しても絶縁性セラミック基体２０が酸化腐食することがないので、絶縁性セラミック基体２０が肉薄となって熱電対２１が露出するといったトラブルが防止される。 Note that it is desirable that a rare earth element (hereinafter referred to as “RE”) — Si—O—N crystal phase is not precipitated in the grain boundary phase of the insulating ceramic substrate (sintered body). That is, it is desirable that a crystal phase of either amorphous or RE-Si-O or RE-Si-Al-O not containing nitrogen is precipitated in the grain boundary phase of the sintered body. . In this way, the oxidation resistance of the sintered body can be improved, and the insulating ceramic substrate 20 will not be oxidized and corroded even if the temperature sensor 1 is used for a long time. Thus, the trouble that the thermocouple 21 is exposed is prevented.

さらに、温度センサ素子１０の絶縁性セラミック基体２０の全体形状は、図３（５）に示した形態のものに限定されることはなく、絶縁性セラミック基体の断面形状が円形状、楕円形状、四角形などの多角形状をなす形で軸線方向に延びる形態をなしていても良い。また、上記実施形態における温度センサ素子１０では、熱電対をタングステン合金からなる素線を用いて形成したが、タングステン合金粉末を含む導電性ペーストを用いつつ、未焼成状態の絶縁性セラミック基体と同時焼成して、熱電対を埋設した絶縁性セラミック基体を有する温度センサ素子を構成するようにしても良い。 Further, the overall shape of the insulating ceramic base 20 of the temperature sensor element 10 is not limited to the form shown in FIG. 3 (5), and the cross-sectional shape of the insulating ceramic base is circular, elliptical, It may be configured to extend in the axial direction in a polygonal shape such as a quadrangle. Further, in the temperature sensor element 10 in the above embodiment, the thermocouple is formed by using a strand made of a tungsten alloy. However, while using the conductive paste containing the tungsten alloy powder, the thermocouple is simultaneously formed with the unsintered insulating ceramic substrate. You may make it comprise the temperature sensor element which has the insulating ceramic base | substrate which baked and embedded the thermocouple.

また、温度センサ素子における温度検出の応答性をより高めるためには、絶縁性セラミック基体における気孔の存在率は、上述した気孔の存在率（１０％以下）よりも小さい範囲に設定（例えば、５％以下に設定）するとよい。 Further, in order to further improve the temperature detection responsiveness in the temperature sensor element, the porosity of the insulating ceramic substrate is set to a range smaller than the above-described porosity (10% or less) (for example, 5%). % Or less).

温度センサ素子を備える温度センサの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of a temperature sensor provided with a temperature sensor element. 温度センサ素子の内部構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the internal structure of a temperature sensor element. 温度センサ素子の製造工程における各段階の状態を表した説明図である。It is explanatory drawing showing the state of each step in the manufacturing process of a temperature sensor element.

Explanation of symbols

１…温度センサ、１０…温度センサ素子、１２…電極リング、１３…電極リング、２０…絶縁性セラミック基体、２１…熱電対、２２…感温端部、２３…プラス脚、２４…マイナス脚、２５…電極取出部、２６…電極取出部、２７…先細り部、３１…半割成形体、３２…一体成形体、３３…素子焼結体、４０…フランジ部材、５０…継手部材、６０…ナット部材。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Temperature sensor, 10 ... Temperature sensor element, 12 ... Electrode ring, 13 ... Electrode ring, 20 ... Insulating ceramic base | substrate, 21 ... Thermocouple, 22 ... Temperature-sensitive end part, 23 ... Plus leg, 24 ... Minus leg, 25 ... Electrode extraction part, 26 ... Electrode extraction part, 27 ... Tapered part, 31 ... Half-molded body, 32 ... Integrated molded body, 33 ... Element sintered body, 40 ... Flange member, 50 ... Joint member, 60 ... Nut Element.

Claims

Ri Do an elongated shape and a cylindrical insulating ceramic axially extending, and support the outer periphery ing is tightly held on the inside of the metal flange member,
A temperature-sensitive member disposed inside the support;
A signal output unit that is formed on the rear end side of the support and on the rear end side of the portion covered with the flange member, and outputs an electrical signal output from the temperature sensing member to the outside;
A temperature sensor element comprising:
The columnar support has a tapered portion whose cross-sectional area decreases toward the distal direction on the distal end side in the axial direction,
The temperature-sensitive member is composed of a thermocouple embedded in the support body in a state where a detection end part is disposed inside the taper part on the front end side in the axial direction of the support body.
The support is in close contact with the detection end of the temperature sensitive member and is dense with gas impermeability from its outer surface to the temperature sensitive member,
And, wherein the support is of the cross section perpendicular to the axial direction, the cross-sectional area of the portion detecting end of the thermocouple is buried, rather smaller than the cross-sectional area of the portion where the signal output unit is formed, further In the tapered portion of the support, the cross-sectional shape of the portion where the detection end of the thermocouple having a cross section perpendicular to the axial direction is embedded is a plate shape ,
A temperature sensor element characterized by.

The support has a porosity of 10% or less in a region from the tip in the axial direction to the embedded portion of the detection end,
The temperature sensor element according to claim 1.

The thermocouple is made of tungsten or an alloy containing tungsten as a main component;
The temperature sensor element according to claim 1 or 2.

The thermocouple has at least a minus leg made of an alloy of tungsten and rhenium, and the rhenium content in the minus leg is larger than the rhenium content in the plus leg.
The temperature sensor element according to claim 3.

The support is made of an insulating ceramic mainly composed of silicon nitride or alumina;
The temperature sensor element according to any one of claims 1 to 4, wherein: