JP4990256B2 - Temperature sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、温度によって電気的特性が変化する感温素子を備えた温度センサ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a temperature sensor including a temperature-sensitive element whose electrical characteristics change with temperature, and a method for manufacturing the same.

自動車の排気ガス等の温度を測定する温度センサとして、温度によって抵抗値が変化するサーミスタ素子を用いた温度センサがある。
該温度センサは、一対の電極を設けたサーミスタ素子と、上記一対の電極にそれぞれ接合した一対の電極線にそれぞれ接続された一対の信号線を内蔵するシースピンと、上記サーミスタ素子を覆うように先端部に配設されたカバーとを有する。
As a temperature sensor for measuring the temperature of an automobile exhaust gas or the like, there is a temperature sensor using a thermistor element whose resistance value varies with temperature.
The temperature sensor has a thermistor element provided with a pair of electrodes, a sheath pin containing a pair of signal lines respectively connected to a pair of electrode wires respectively joined to the pair of electrodes, and a tip so as to cover the thermistor element And a cover disposed on the portion.

そして、電極線をサーミスタ素子に接合するに当たっては、例えば、サーミスタ素子の表面にPtペースト(白金ペースト)を塗布して電極線を貼り付けた後、焼き付ける。ところが、エンジン付近に温度センサを設置する場合などにおいては、大きな振動が温度センサに伝わり、サーミスタ素子が振動して、サーミスタ素子と電極線との接合部が断線してしまうおそれがある。また、カバー内の還元ガスによってサーミスタ素子が変質し、抵抗特性が変化してしまうおそれがある。
そこで、サーミスタ素子を、電極線との接合部を含めて、ガラスによって封止した温度センサがある(特許文献1、2参照)。
In joining the electrode wire to the thermistor element, for example, a Pt paste (platinum paste) is applied to the surface of the thermistor element, the electrode wire is attached, and then baked. However, when a temperature sensor is installed near the engine, large vibrations are transmitted to the temperature sensor, the thermistor element vibrates, and the junction between the thermistor element and the electrode wire may be disconnected. Further, the thermistor element may be altered by the reducing gas in the cover, and the resistance characteristic may be changed.
Therefore, there is a temperature sensor in which a thermistor element is sealed with glass including a joint portion with an electrode wire (see Patent Documents 1 and 2).

特開平3−92735号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-92735 特開2002−350241号公報JP 2002-350241 A

しかしながら、上記ガラスは、サーミスタ素子と電極線との双方に対して接触することとなるため、次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、サーミスタ素子と電極線との間に熱膨張係数の違いがあるため、ガラスの熱膨張係数をサーミスタ素子と電極線との双方の熱膨張係数に合わせることはできない。そのため、例えば室温から1000℃以上という温度変化を伴う温度センサにおいては、ガラスとサーミスタ素子、あるいはガラスと電極線との間に、熱応力が生じるおそれがある。
具体的には、ガラスとサーミスタ素子との間に熱膨張係数差が存在すると、サーミスタ素子に応力が発生し、温度に対するサーミスタ素子の電気的特性が変化してしまい、正確な温度測定が困難となるおそれがある。
However, since the glass comes into contact with both the thermistor element and the electrode wire, the following problems may occur. That is, since there is a difference in thermal expansion coefficient between the thermistor element and the electrode wire, the thermal expansion coefficient of glass cannot be matched with the thermal expansion coefficient of both the thermistor element and the electrode wire. Therefore, for example, in a temperature sensor with a temperature change from room temperature to 1000 ° C. or more, thermal stress may occur between the glass and the thermistor element or between the glass and the electrode wire.
Specifically, if there is a difference in coefficient of thermal expansion between the glass and the thermistor element, stress is generated in the thermistor element, and the electrical characteristics of the thermistor element with respect to temperature change, making accurate temperature measurement difficult. There is a risk.

また、ガラスと電極線との間に熱膨張係数差が存在すると、電極線とガラスとの間に隙間が生じ、この隙間からカバー内の還元ガスが侵入してサーミスタ素子に達するおそれがある。すなわち、特にたとえば1000℃以上という高温環境下におかれる温度センサにおいて、カバー内に封入された空気は、カバーの内壁面を酸化することにより、酸素濃度が低い還元ガスとなることがある。また、サーミスタ素子は酸化物半導体で構成されており、格子内の酸素欠陥ができると抵抗値が変化する。従って、還元ガスがサーミスタ素子に達すると、サーミスタ素子が還元されて酸素の格子欠陥が発生し、その電気的特性が変化するおそれがある。   Further, if there is a difference in thermal expansion coefficient between the glass and the electrode wire, a gap is generated between the electrode wire and the glass, and the reducing gas in the cover may enter through this gap and reach the thermistor element. That is, particularly in a temperature sensor placed in a high temperature environment of, for example, 1000 ° C. or higher, the air enclosed in the cover may become a reducing gas having a low oxygen concentration by oxidizing the inner wall surface of the cover. The thermistor element is made of an oxide semiconductor, and the resistance value changes when oxygen defects are formed in the lattice. Therefore, when the reducing gas reaches the thermistor element, the thermistor element is reduced and oxygen lattice defects are generated, which may change the electrical characteristics.

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、1000℃以上という高温環境下で用いられる高温耐久性に優れた温度センサ及びその製造方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a temperature sensor excellent in high temperature durability used in a high temperature environment of 1000 ° C. or higher and a manufacturing method thereof.

第1の発明は、 温度によって電気的特性が変化する感温素子を有する感温体と、
該感温体の一対の電極線にそれぞれ接続された一対の信号線を先端側に露出させた状態で内蔵するシースピンと、
上記感温体を覆うように先端部に配設されたカバーとを有し、
上記感温体は、上記感温素子と、該感温素子を上記電極線の一部と共に封止する内側保護層及び外側保護層とを有し、
上記感温素子の熱膨張係数をk1、上記電極線の熱膨張係数をk2、上記内側保護層の熱膨張係数をk3、上記外側保護層の熱膨張係数をk4としたとき、
|k1−k3|<|k1−k2|、|k2−k4|<|k2−k3|
が成り立ち、
かつ、上記内側保護層を構成する材料は、結晶化ガラスに上記感温素子を構成するサーミスタ材を40重量%以上添加してなり、
一方、上記外側保護層を構成する材料は、結晶化ガラスに酸化イットリウムを30重量%以下添加してなることを特徴とする温度センサにある(請求項1)。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a temperature sensing element having a temperature sensing element whose electrical characteristics change with temperature,
A sheath pin built in a state in which a pair of signal lines respectively connected to a pair of electrode wires of the temperature sensing element is exposed to the tip side;
A cover disposed at the tip so as to cover the temperature sensing element,
The temperature sensing element has the temperature sensing element and an inner protective layer and an outer protective layer that seal the temperature sensing element together with a part of the electrode wire,
When the thermal expansion coefficient of the thermosensitive element is k1, the thermal expansion coefficient of the electrode wire is k2, the thermal expansion coefficient of the inner protective layer is k3, and the thermal expansion coefficient of the outer protective layer is k4,
| K1-k3 | <| k1-k2 |, | k2-k4 | <| k2-k3 |
Chi is made standing,
And the material which comprises the said inner side protective layer adds 40 weight% or more of the thermistor material which comprises the said thermosensitive element to crystallized glass,
On the other hand, the material constituting the outer protective layer is a temperature sensor characterized in that 30% by weight or less of yttrium oxide is added to crystallized glass .

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記温度センサにおける上記感温体は、上記感温素子を上記電極線の一部と共に封止する内側保護層及び外側保護層とを有する。そして、内側保護層と外側保護層の熱膨張係数k3、k4を、感温素子と電極線の熱膨張係数k1、k2に対して、|k1−k3|<|k1−k2|、|k2−k4|<|k2−k3|が成り立つように設定してある。すなわち、内側保護層の熱膨張係数k3を感温素子の熱膨張係数k1に近付け、外側保護層の熱膨張係数k4を電極線の熱膨張係数k2に近付けている。そのため、感温素子を直接覆う内側保護層と感温素子との間に発生する熱応力を抑制することが可能となる。また、内側保護層を覆うと共に電極線の外周に密着させる外側保護層と電極線との間に隙間が発生することを抑制することができる。
Next, the effects of the present invention will be described.
The temperature sensing element in the temperature sensor includes an inner protective layer and an outer protective layer that seal the temperature sensitive element together with a part of the electrode wire. Then, the thermal expansion coefficients k3 and k4 of the inner protective layer and the outer protective layer are set to | k1−k3 | <| k1−k2 |, | k2− with respect to the thermal expansion coefficients k1 and k2 of the temperature sensitive element and the electrode wires. k4 | <| k2-k3 | is set to hold. That is, the thermal expansion coefficient k3 of the inner protective layer is brought closer to the thermal expansion coefficient k1 of the thermosensitive element, and the thermal expansion coefficient k4 of the outer protective layer is brought closer to the thermal expansion coefficient k2 of the electrode wire. Therefore, it is possible to suppress the thermal stress generated between the inner protective layer that directly covers the temperature sensing element and the temperature sensing element. Moreover, it can suppress that a clearance gap produces between the outer side protective layer which covers an inner side protective layer, and is closely_contact | adhered to the outer periphery of an electrode wire, and an electrode wire.

これにより、大きな温度変化を伴う感温素子における熱応力の作用を抑制し、感温素子の電気的特性の変化を防ぐことができる。また、電極線と外側保護層との間における隙間の発生が抑制されることにより、カバー内における還元ガスが感温素子にまで侵入してくることを防ぎ、感温素子の電気的特性の変化を防ぐことができる。
したがって、室温から高温まで大きな温度変化を伴う温度センサにおいて、感温素子の耐久性を確保することができる。
特に、本発明においては、上記内側保護層を構成する材料は、結晶化ガラスに上記感温素子を構成するサーミスタ材を40重量%以上添加してなるので、感温素子にかかる応力を10MPa未満として、抵抗値変化率を20%未満に抑えることができる(図6(a)〜(c)参照)。
また、上記のように上記外側保護層を構成する材料は、結晶化ガラスに酸化イットリウムを30重量%以下添加してなるので、抵抗値変化率を20%以下に抑えることができる(図7(a)〜(c)参照)。
Thereby, the action of the thermal stress in the temperature sensing element accompanied by a large temperature change can be suppressed, and the change in the electrical characteristics of the temperature sensing element can be prevented. In addition, by suppressing the generation of gaps between the electrode wires and the outer protective layer, it is possible to prevent the reducing gas in the cover from entering the temperature sensing element and to change the electrical characteristics of the temperature sensing element. Can be prevented.
Therefore, in the temperature sensor accompanied by a large temperature change from room temperature to high temperature, the durability of the temperature sensitive element can be ensured.
In particular, in the present invention, the material constituting the inner protective layer is formed by adding 40% by weight or more of the thermistor constituting the temperature sensitive element to crystallized glass, so that the stress applied to the temperature sensitive element is less than 10 MPa. As a result, the resistance value change rate can be suppressed to less than 20% (see FIGS. 6A to 6C).
Moreover, since the material which comprises the said outer side protective layer as mentioned above adds 30 weight% or less of yttrium oxide to crystallized glass, it can suppress a resistance value change rate to 20% or less (FIG. 7 ( a) to (c)).

以上のごとく、本発明によれば、1000℃以上という高温環境下で用いられる、高温耐久性に優れた温度センサを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a temperature sensor that is used in a high temperature environment of 1000 ° C. or more and excellent in high temperature durability.

第2の発明は、上記第1の発明にかかる温度センサを製造する方法であって、
上記シースピンの先端部に上記感温体を接合し、
次いで、上記カバーを300℃以上に加熱した状態で、上記感温体を上記カバーの内側に挿入し、
次いで、上記カバーを室温まで冷却し、
次いで、上記カバーを上記シースピンの側面に溶接することを特徴とする温度センサの製造方法にある(請求項14)。
A second invention is a method of manufacturing the temperature sensor according to the first invention,
Join the temperature sensor to the tip of the seaspin,
Next, with the cover heated to 300 ° C. or higher, the temperature sensing element is inserted inside the cover,
Then the cover is cooled to room temperature,
Then, there is the cover to the method of manufacturing a temperature sensor, characterized in that welded to the side surface of the sheath pin (claim 14).

本製造方法においては、上記カバーを300℃以上に加熱した状態で、上記感温体を上記カバーの内側に挿入する。そのため、カバーが充分に熱膨張した状態で感温体をカバーの内側に容易に挿入することができる。そして、その後カバーを室温まで冷却することにより、感温体をカバーの内側面に接触させた状態とすることができる。いわゆる焼き嵌めによってカバー内に感温体を保持させることができる。   In this manufacturing method, the temperature sensing element is inserted inside the cover while the cover is heated to 300 ° C. or higher. Therefore, the temperature sensing element can be easily inserted inside the cover with the cover sufficiently expanded. Then, by cooling the cover to room temperature after that, the temperature sensing body can be brought into contact with the inner surface of the cover. The temperature sensitive body can be held in the cover by so-called shrink fitting.

そのため、得られる温度センサにおいては、大きな温度変化があっても、カバーが感温体を適度な押圧力にてかしめた状態とすることができ、カバーと感温体との間の熱伝達性を向上させることができ、ひいては、外部と感温素子との間の熱伝達性を向上させることができる。これにより、温度センサの測定精度を向上させることができる。また、カバー内において、カバーに対して感温体が相対的に振動することを防ぎ、感温体の損傷を防ぐことができる。   For this reason, in the obtained temperature sensor, even if there is a large temperature change, the cover can squeeze the temperature sensor with an appropriate pressing force, and heat transfer between the cover and the temperature sensor is possible. As a result, heat transferability between the outside and the temperature sensitive element can be improved. Thereby, the measurement accuracy of the temperature sensor can be improved. Further, in the cover, it is possible to prevent the temperature sensing element from vibrating relative to the cover and to prevent the temperature sensing element from being damaged.

以上のごとく、本発明によれば、高温耐久性に優れた温度センサの製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a temperature sensor excellent in high temperature durability.

第3の発明は、上記第1の発明にかかる温度センサを製造する方法であって、
上記シースピンの先端部に上記感温体を接合し、
次いで、上記カバーの内部にスラリー状の充填材を充填した状態で、上記感温体を上記カバーの内側に挿入し、
次いで、上記カバーの内部の上記充填材を乾燥させ、
次いで、上記カバーを上記シースピンの側面に溶接し、次いで、上記充填材を加熱硬化させることを特徴とする温度センサの製造方法にある(請求項15)。
A third invention is a method of manufacturing the temperature sensor according to the first invention,
Join the temperature sensor to the tip of the seaspin,
Next, in a state where the inside of the cover is filled with a slurry-like filler, the temperature sensing element is inserted inside the cover,
Next, the filler inside the cover is dried,
Next, the cover is welded to the side surface of the sheath pin, and the filler is then heat-cured. The method of manufacturing a temperature sensor according to claim 15 .

本製造方法においては、上記カバーの内部にスラリー状の充填材を充填した状態で、上記感温体を上記カバーの内側に挿入する。これにより、得られる温度センサにおいては、感温体とカバーとの間に充填材を介在させた状態とすることができる。その結果、カバーと感温体との間の熱伝達性を向上させることができ、ひいては、外部と感温素子との間の熱伝達性を向上させることができる。そのため、温度センサの測定精度を向上させることができる。また、カバー内において、カバーに対して感温体が相対的に振動することを防ぎ、感温体の損傷を防ぐことができる。   In this manufacturing method, the temperature sensing element is inserted inside the cover in a state where the cover is filled with a slurry-like filler. Thereby, in the obtained temperature sensor, it can be set as the state which interposed the filler between the temperature sensing body and the cover. As a result, the heat transferability between the cover and the temperature sensing element can be improved, and as a result, the heat transferability between the outside and the temperature sensing element can be improved. Therefore, the measurement accuracy of the temperature sensor can be improved. Further, in the cover, it is possible to prevent the temperature sensing element from vibrating relative to the cover and to prevent the temperature sensing element from being damaged.

以上のごとく、本発明によれば、高温耐久性に優れた温度センサの製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a temperature sensor excellent in high temperature durability.

上記第1の発明(請求項1)において、上記熱膨張係数は、例えば、室温〜1000℃の温度下における熱膨張係数である。
次に、上記内側保護層及び外側保護層に用いる上記結晶化ガラスの組成は、SiO :30〜60重量%、CaO:10〜30重量%、MgO:5〜25重量%、Al :0〜15重量%であることが好ましい(請求項2)。
この場合には、内側保護層と外側保護層との接合性が良く、両者間での剥離、亀裂の発生を防止することができる。
また、上記熱膨張係数k1、k2、k3、k4は、|k1−k3|≦5×10−7/℃、|k2−k4|≦4×10−7/℃を満たすことが好ましい(請求項)。
この場合には、内側保護層の熱膨張係数k3を感温素子の熱膨張係数k1に充分に近付け、外側保護層の熱膨張係数k4を電極線の熱膨張係数k2に充分に近付けることができる。そのため、感温素子を直接覆う内側保護層と感温素子との間に発生する熱応力を効果的に抑制することができる。また、電極線の外周に密着させる外側保護層と電極線との間に隙間が発生することを効果的に抑制することができる。その結果、感温素子の電気的特性の変化を一層抑制して、耐久性に優れた温度センサを得ることができる。
In the first invention (invention 1), the thermal expansion coefficient is, for example, a thermal expansion coefficient at a temperature of room temperature to 1000 ° C.
Next, the composition of the crystallized glass used for the inner protective layer and the outer protective layer is as follows : SiO 2 : 30 to 60% by weight, CaO: 10 to 30% by weight, MgO: 5 to 25% by weight, Al 2 O 3 : It is preferable that it is 0 to 15 weight% (Claim 2).
In this case, the bondability between the inner protective layer and the outer protective layer is good, and the occurrence of peeling and cracking between them can be prevented.
The thermal expansion coefficients k1, k2, k3, and k4 preferably satisfy | k1-k3 | ≦ 5 × 10 −7 / ° C. and | k2−k4 | ≦ 4 × 10 −7 / ° C. 3 ).
In this case, the thermal expansion coefficient k3 of the inner protective layer can be sufficiently close to the thermal expansion coefficient k1 of the thermosensitive element, and the thermal expansion coefficient k4 of the outer protective layer can be sufficiently close to the thermal expansion coefficient k2 of the electrode wire. . Therefore, the thermal stress generated between the inner protective layer that directly covers the temperature sensing element and the temperature sensing element can be effectively suppressed. Moreover, it can suppress effectively that a clearance gap generate | occur | produces between the outer side protective layer closely_contact | adhered to the outer periphery of an electrode wire, and an electrode wire. As a result, a temperature sensor excellent in durability can be obtained by further suppressing changes in the electrical characteristics of the temperature sensitive element.

また、上記外側保護層は、室温から850℃の温度範囲において上記カバーの内側面に常に接触していることが好ましい(請求項)。
この場合には、少なくとも室温から850℃の温度範囲における温度変化に伴ってカバーの熱膨張が生じても、外側保護層がカバーに対して接触した状態を保つことができ、カバーと感温体との間の優れた熱伝達性を確保することができる。その結果、測定精度に優れた温度センサを得ることができる。また、この場合、カバーに対して外側保護層が相対的に振動することを防ぐことができ、感温体に衝撃が加わることを防いで、その電気的特性の変化を抑制することができる。
The outer protective layer is preferably always in contact with the inner surface of the cover in a temperature range from room temperature to 850 ° C. (Claim 4 ).
In this case, the cover can be kept in contact with the cover even if thermal expansion of the cover occurs due to a temperature change in a temperature range of at least room temperature to 850 ° C. Excellent heat transfer between the two can be ensured. As a result, a temperature sensor excellent in measurement accuracy can be obtained. Further, in this case, the outer protective layer can be prevented from vibrating relative to the cover, and an impact can be prevented from being applied to the temperature sensing element, and a change in its electrical characteristics can be suppressed.

また、上記外側保護層は、室温から1000℃の温度範囲において上記カバーの内側面に常に接触していることがより好ましい(請求項)。
この場合には、少なくとも室温から1000℃の温度範囲における温度変化に伴ってカバーの熱膨張が生じても、外側保護層がカバーに対して接触した状態を保つことができ、カバーと感温体との間の優れた熱伝達性を確保することができる。その結果、測定精度及び耐久性に一層優れた温度センサを得ることができる。
More preferably, the outer protective layer is always in contact with the inner surface of the cover in a temperature range from room temperature to 1000 ° C. (Claim 5 ).
In this case, the cover can be kept in contact with the cover even if thermal expansion of the cover occurs due to temperature change in a temperature range of at least room temperature to 1000 ° C. Excellent heat transfer between the two can be ensured. As a result, a temperature sensor with further excellent measurement accuracy and durability can be obtained.

また、上記外側保護層は、室温から850℃の温度範囲において上記カバーと化学反応を生じないことが好ましい(請求項)。
この場合には、上記外側保護層をカバーに密着させておいても、少なくとも室温から850℃の温度範囲において外側保護層が変質することを防ぐことができる。そのため、耐久性に優れた温度センサを得ることができる。
The outer protective layer preferably does not cause a chemical reaction with the cover in a temperature range from room temperature to 850 ° C. (Claim 6 ).
In this case, even when the outer protective layer is in close contact with the cover, it is possible to prevent the outer protective layer from being altered at least in the temperature range of room temperature to 850 ° C. Therefore, a temperature sensor having excellent durability can be obtained.

また、上記外側保護層は、室温から1000℃の温度範囲において上記カバーと化学反応を生じないことがより好ましい(請求項)。
この場合には、上記外側保護層をカバーに密着させておいても、少なくとも室温から1000℃の温度範囲において外側保護層が変質することを防ぐことができる。そのため、耐久性に優れた温度センサを得ることができる。
More preferably, the outer protective layer does not cause a chemical reaction with the cover in a temperature range from room temperature to 1000 ° C. (Claim 7 ).
In this case, even when the outer protective layer is in close contact with the cover, the outer protective layer can be prevented from being altered at least in the temperature range of room temperature to 1000 ° C. Therefore, a temperature sensor having excellent durability can be obtained.

また、上記電極線は、上記感温素子の外表面に接合されていることが好ましい(請求項)。
この場合には、感温素子への電極線の接合を容易に行うことができ、製造容易な温度センサを得ることができる。そして、この場合においては、一般に感温素子と電極線との間の固定力が低下しやすいが、本発明の温度センサは内側保護層及び外側保護層を有するため、接合部を補強することができる。そして、この内側保護層と外側保護層との熱膨張係数を上記のごとく調整することにより、耐久性に優れた温度センサを得ることができる。
Moreover, it is preferable that the said electrode wire is joined to the outer surface of the said thermosensitive element (Claim 8 ).
In this case, the electrode wire can be easily joined to the temperature sensitive element, and an easily manufactured temperature sensor can be obtained. In this case, the fixing force between the temperature sensing element and the electrode wire generally tends to decrease, but the temperature sensor of the present invention has an inner protective layer and an outer protective layer, so that the joint can be reinforced. it can. And the temperature sensor excellent in durability can be obtained by adjusting the thermal expansion coefficient of this inner side protective layer and an outer side protective layer as mentioned above.

また、上記カバーと上記外側保護層との間には、充填材が介在していてもよい(請求項
この場合には、外側保護層とカバーとを、充填材を介して接触させることとなり、温度センサの外部と感温体との間の優れた熱伝達性を確保することができる。また、カバー内における感温素子の相対的な振動を防ぎ、感温素子に損傷を与えることを防ぐことができる。
Further, a filler may be interposed between the cover and the outer protective layer (Claim 9 ).
In this case, the outer protective layer and the cover are brought into contact with each other via the filler, and excellent heat transfer between the outside of the temperature sensor and the temperature sensing element can be ensured. Further, relative vibration of the temperature sensing element in the cover can be prevented, and damage to the temperature sensing element can be prevented.

また、室温から850℃の温度範囲において、上記外側保護層は上記充填材に常に接触していると共に、上記充填材は上記カバーに常に接触していることが好ましい(請求項10)。
この場合には、少なくとも室温から850℃の温度範囲における温度変化に伴ってカバーや充填材の熱膨張が生じても、外側保護層が充填材を介してカバーに対して接触した状態を保つことができ、カバーと感温体との間の優れた熱伝達性を確保することができる。その結果、測定精度に優れた温度センサを得ることができる。また、この場合、カバーに対して外側保護層が相対的に振動することを防ぐことができ、感温素子に衝撃が加わることを防いで、その電気的特性の変化を抑制することができる。
Further, in the temperature range of 850 ° C. from room temperature the outer protective layer with being always in contact with the filler, the filler is preferably being in constant contact with the cover (claim 10).
In this case, the outer protective layer is kept in contact with the cover via the filler even if the cover and the filler are thermally expanded due to a temperature change in the temperature range of at least room temperature to 850 ° C. It is possible to ensure excellent heat transfer between the cover and the temperature sensitive body. As a result, a temperature sensor excellent in measurement accuracy can be obtained. Further, in this case, it is possible to prevent the outer protective layer from vibrating relative to the cover, and it is possible to prevent an impact from being applied to the temperature sensitive element and to suppress a change in its electrical characteristics.

また、室温から1000℃の温度範囲において、上記外側保護層は上記充填材に常に接触していると共に、上記充填材は上記カバーに常に接触していることがより好ましい(請求項11)。
この場合には、少なくとも室温から1000℃の温度範囲における温度変化に伴ってカバーや充填材の熱膨張が生じても、外側保護層が充填材を介してカバーに対して接触した状態を保つことができ、カバーと感温素子との間の優れた熱伝達性を確保することができる。その結果、測定精度に優れた温度センサを得ることができる。また、この場合、カバーに対して外側保護層が相対的に振動することを防ぐことができ、感温素子に衝撃が加わることを防いで、その電気的特性の変化を抑制することができる。
Further, in the temperature range of 1000 ° C. from room temperature, the outer protective layer with being always in contact with the filler, the filler is more preferable that the constant contact with the cover (claim 11).
In this case, the outer protective layer keeps the cover in contact with the cover via the filler even if the cover or the filler expands due to a temperature change in the temperature range of at least room temperature to 1000 ° C. It is possible to ensure excellent heat transfer between the cover and the temperature sensitive element. As a result, a temperature sensor excellent in measurement accuracy can be obtained. Further, in this case, it is possible to prevent the outer protective layer from vibrating relative to the cover, and it is possible to prevent an impact from being applied to the temperature sensitive element and to suppress a change in its electrical characteristics.

また、上記外側保護層は、室温から850℃の温度範囲において上記充填材と化学反応を生じないことが好ましい(請求項12)。
この場合には、上記外側保護層を充填材に密着させておいても、室温から850℃の温度範囲において外側保護層が変質することを防ぐことができる。そのため、耐久性に優れた温度センサを得ることができる。
Moreover, it is preferable that the said outer side protective layer does not produce a chemical reaction with the said filler in the temperature range of room temperature to 850 degreeC (Claim 12 ).
In this case, even if the outer protective layer is in close contact with the filler, it is possible to prevent the outer protective layer from being altered in the temperature range from room temperature to 850 ° C. Therefore, a temperature sensor having excellent durability can be obtained.

また、上記外側保護層は、室温から1000℃の温度範囲において上記充填材と化学反応を生じないことがより好ましい(請求項13)。
この場合には、上記外側保護層を充填材に密着させておいても、室温から1000℃の温度範囲において外側保護層が変質することを防ぐことができる。そのため、耐久性に優れた温度センサを得ることができる。
Further, it is more preferable that the outer protective layer does not cause a chemical reaction with the filler in a temperature range from room temperature to 1000 ° C. (claim 13 ).
In this case, even if the outer protective layer is in close contact with the filler, it is possible to prevent the outer protective layer from being altered in the temperature range of room temperature to 1000 ° C. Therefore, a temperature sensor having excellent durability can be obtained.

(実施例1)
本発明の実施例にかかる温度センサ及びその製造方法につき、図1〜図4を用いて説明する。
本例の温度センサ1は、図1〜図3に示すごとく、温度によって電気的特性が変化する感温素子2を有する感温体14と、該感温体14の一対の電極線21にそれぞれ接続された一対の信号線31を先端側に露出させた状態で内蔵するシースピン3と、感温体14を覆うように先端部に配設されたカバー4とを有する。感温体14は、感温素子2と、該感温素子2を電極線21の一部と共に封止する内側保護層51及び外側保護層52とを有する。
Example 1
A temperature sensor and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 to 3, the temperature sensor 1 of this example includes a temperature sensing element 14 having a temperature sensing element 2 whose electrical characteristics change according to temperature, and a pair of electrode wires 21 of the temperature sensing element 14. A sheath pin 3 that houses a pair of signal lines 31 that are exposed at the tip end side, and a cover 4 that is disposed at the tip end so as to cover the temperature sensitive body 14. The temperature sensing element 14 includes a temperature sensing element 2 and an inner protective layer 51 and an outer protective layer 52 that seal the temperature sensing element 2 together with a part of the electrode wire 21.

ここで、感温素子2の熱膨張係数をk1、電極線21の熱膨張係数をk2、内側保護層51の熱膨張係数をk3、外側保護層52の熱膨張係数をk4とする。このとき、
|k1−k3|<|k1−k2|、|k2−k4|<|k2−k3|
が成り立つ。
Here, the thermal expansion coefficient of the thermosensitive element 2 is k1, the thermal expansion coefficient of the electrode wire 21 is k2, the thermal expansion coefficient of the inner protective layer 51 is k3, and the thermal expansion coefficient of the outer protective layer 52 is k4. At this time,
| K1-k3 | <| k1-k2 |, | k2-k4 | <| k2-k3 |
Holds.

また、熱膨張係数k1、k2、k3、k4は、|k1−k3|≦5×10−7/℃、|k2−k4|≦4×10−7/℃を満たす。
本例において、感温素子2は、サーミスタ材からなり、電極線21は白金又は白金合金からなる。また、内側保護層51は、1000℃以上の高温にて感温素子2を保護する効果を有する材料で構成される。その材料としては、無機材料、非晶質ガラス、結晶化ガラス等が挙げられる。それぞれが単独で所望の範囲の熱膨張係数を有すれば単独で用いてもよいが、所望の熱膨張係数を有するように非晶質ガラスと結晶化ガラスとを混合したもの、ガラスに無機材料粉末を添加したもの等を用いて構成してもよい。ガラスに添加する無機材料粉末としては、酸化アルミニウム(Al23)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化イットリウム(Y23)、酸化クロム(Cr23)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、感温素子2を構成するサーミスタ材等が挙げられる。上記内側保護層51を構成する材料としては、高温で安定な結晶化ガラスに感温素子2を構成するサーミスタ材を40重量%以上添加して熱膨張係数を調整したものがより好ましい。
また、外側保護層52は、内側保護層51と同様に1000℃以上の高温にて感温素子2を保護する効果がある材料で構成される。その材料としては、無機材料、非晶質ガラス、結晶化ガラス等が挙げられる。それぞれが単独で上記所望の範囲の熱膨張係数を有する場合には単独で用いることが好ましいが、所望の熱膨張係数を有するように非晶質ガラスと結晶化ガラスとを混合したもの、ガラスに無機材料粉末を添加したもの等を用いて構成してもよい。ガラスに添加する無機材料粉末としては、酸化アルミニウム(Al23)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化イットリウム(Y23)、酸化クロム(Cr23)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、感温素子2を構成するサーミスタ材料等が挙げられる。上記外側保護層52を構成する材料としては、特に高温で安定な結晶化ガラスに酸化イットリウムを30重量%以下添加してなるものがより好ましい。
The thermal expansion coefficients k1, k2, k3, and k4 satisfy | k1-k3 | ≦ 5 × 10 −7 / ° C. and | k2−k4 | ≦ 4 × 10 −7 / ° C.
In this example, the temperature sensitive element 2 is made of a thermistor material, and the electrode wire 21 is made of platinum or a platinum alloy. The inner protective layer 51 is made of a material having an effect of protecting the temperature sensitive element 2 at a high temperature of 1000 ° C. or higher. Examples of the material include inorganic materials, amorphous glass, and crystallized glass. Each of them may be used alone if it has a desired range of thermal expansion coefficient, but it is a mixture of amorphous glass and crystallized glass so as to have the desired thermal expansion coefficient. You may comprise using what added the powder. Examples of the inorganic material powder added to the glass include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), The thermistor material etc. which comprise the temperature sensitive element 2 are mentioned. As the material constituting the inner protective layer 51, a material obtained by adjusting the thermal expansion coefficient by adding 40% by weight or more of the thermistor material constituting the thermosensitive element 2 to a high-temperature stable crystallized glass is more preferable.
The outer protective layer 52 is made of a material that has an effect of protecting the temperature sensitive element 2 at a high temperature of 1000 ° C. or higher, like the inner protective layer 51. Examples of the material include inorganic materials, amorphous glass, and crystallized glass. When each has a thermal expansion coefficient in the above desired range, it is preferable to use it alone, but a mixture of amorphous glass and crystallized glass so as to have a desired thermal expansion coefficient, You may comprise using what added the inorganic material powder. Examples of the inorganic material powder added to the glass include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), The thermistor material etc. which comprise the temperature sensitive element 2 are mentioned. As the material constituting the outer protective layer 52, a material obtained by adding 30% by weight or less of yttrium oxide to a crystallized glass which is stable at a high temperature is more preferable.

ここで、上記結晶化ガラスの組成は、酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化マンガン、酸化アルミニウムから構成される。そして、上記結晶化ガラスは、SiO2:30〜60重量%、CaO:10〜30重量%、MgO:5〜25重量%、Al23:0〜15重量%の組成を有する。
なお、上記内側保護層51を構成する材料の主成分と上記外側保護層52を構成する材料の主成分とが同じ材料である場合には、内側保護層51と外側保護層52との接合性が良好になり、内外保護層間での剥離、亀裂の発生を防止することができる。
Here, the composition of the crystallized glass, oxidation silicon, calcium oxide, manganese oxide, Ru is composed of aluminum oxide. Then, the crystallized glass, SiO 2: 30 to 60 wt%, CaO: 10 to 30 wt%, MgO: 5 to 25 wt%, Al 2 O 3: that having a composition of 0-15 wt%.
When the main component of the material forming the inner protective layer 51 and the main component of the material forming the outer protective layer 52 are the same material, the bonding properties between the inner protective layer 51 and the outer protective layer 52 are the same. Can be prevented, and peeling and cracking between the inner and outer protective layers can be prevented.

本例の温度センサ1においては、図2に示すごとく、カバー4よりも後端側において、ガードチューブ11が、シースピン3の外周を覆うように設けられている。そしてガードチューブ11は、その後端部112においてシースピン3の後端部302と固定されている。ガードチューブ11の後端部112とシースピン3の後端部302とは、全周溶接されている。また、ガードチューブ11の先端部111は、シースピン3に固定されてはいないが、シースピン3の側面との間にほとんどクリアランスを設けずに、シースピン3の側面と干渉するように形成されている。   In the temperature sensor 1 of this example, as shown in FIG. 2, a guard tube 11 is provided on the rear end side of the cover 4 so as to cover the outer periphery of the sheath pin 3. The guard tube 11 is fixed to the rear end portion 302 of the sheath pin 3 at the rear end portion 112. The rear end portion 112 of the guard tube 11 and the rear end portion 302 of the sheath pin 3 are welded all around. The tip 111 of the guard tube 11 is not fixed to the seaspin 3 but is formed so as to interfere with the side surface of the seaspin 3 with little clearance between the side surfaces of the seaspin 3.

また、ガードチューブ11は、先端部111と後端部112とを、これらの間の部分よりも縮径したものであり、先端部111及び後端部112以外の部分においては、ガードチューブ11とシースピン3との間にクリアランスが形成されている。
また、ガードチューブ11の外周にはリブ12が配されている。そして、リブ12は、ガードチューブ11を介してシースピン3を保持している。
The guard tube 11 is obtained by reducing the diameter of the front end portion 111 and the rear end portion 112 from the portion between them, and in the portions other than the front end portion 111 and the rear end portion 112, A clearance is formed with the seaspin 3.
A rib 12 is disposed on the outer periphery of the guard tube 11. The rib 12 holds the sheath pin 3 through the guard tube 11.

リブ12は、内燃機関への取付け用ボスの内壁の先端面に当接させる当接部121と、その後方に延びると共に当接部121よりも外径の小さい第1延設部122と、該第1延設部122よりも更に後方に延び、更に外径の小さい第2延設部123とからなる。これらの当接部121と第1延設部122と第2延設部123との内側に、ガードチューブ11が挿嵌されている。
また、第1延設部122の外周には、シースピン3、ガードチューブ11及び外部リード17の一部を保護する保護チューブ13の一端が溶接固定されている。
また、第2延設部123において、リブ12がガードチューブ11に対して全周溶接されている。
The rib 12 includes an abutting portion 121 that abuts against the front end surface of the inner wall of the mounting boss for the internal combustion engine, a first extending portion 122 that extends rearward and has a smaller outer diameter than the abutting portion 121, The second extending portion 123 extends further rearward than the first extending portion 122 and has a smaller outer diameter. The guard tube 11 is inserted inside the abutting portion 121, the first extending portion 122, and the second extending portion 123.
In addition, one end of a protective tube 13 that protects a part of the sheath pin 3, the guard tube 11, and the external lead 17 is fixed to the outer periphery of the first extending portion 122 by welding.
Further, the rib 12 is welded to the guard tube 11 all around the second extending portion 123.

また、カバー4は、シースピン3の先端部301の外周に対して、全周溶接されている。
ガードチューブ11、シースピン3、及びカバー4は、ステンレス鋼またはNi基耐熱合金からなる。更に、リブ12、保護チューブ13も、ステンレス鋼またはNi基耐熱合金からなる。
また、ガードチューブ11の厚みは、シースピン3の外管部34の厚みよりも大きくしてあり、ガードチューブ11は、シースピン3の外管部34よりも剛性が高い。
Further, the cover 4 is welded all around the outer periphery of the tip 301 of the sheath pin 3.
The guard tube 11, the sheath pin 3, and the cover 4 are made of stainless steel or Ni-base heat resistant alloy. Further, the rib 12 and the protective tube 13 are also made of stainless steel or Ni-base heat resistant alloy.
Further, the thickness of the guard tube 11 is larger than the thickness of the outer tube portion 34 of the sheath pin 3, and the guard tube 11 has higher rigidity than the outer tube portion 34 of the sheath pin 3.

また、図2に示すごとく、上記シースピン3は、ステンレス鋼またはNi基耐熱合金からなる2本の信号線31と、該信号線31の周りに配置したマグネシア等の絶縁粉末からなる絶縁部33と、該絶縁部33の外周を覆うステンレス鋼からなる外管部34とからなる。シースピン3は円柱形状を有し、外管部34は円筒形状を有する。また、信号線31は、絶縁部33及び外管部34から先端側及び後端側に露出している。そして、信号線31の先端は感温体14の電極21と溶接され、信号線31の後端は外部リード線17に接続されている。   As shown in FIG. 2, the sheath pin 3 includes two signal lines 31 made of stainless steel or a Ni-base heat-resistant alloy, and an insulating portion 33 made of an insulating powder such as magnesia disposed around the signal line 31. And an outer pipe portion 34 made of stainless steel covering the outer periphery of the insulating portion 33. The sheath pin 3 has a cylindrical shape, and the outer tube portion 34 has a cylindrical shape. The signal line 31 is exposed from the insulating portion 33 and the outer tube portion 34 to the front end side and the rear end side. The front end of the signal line 31 is welded to the electrode 21 of the temperature sensing body 14, and the rear end of the signal line 31 is connected to the external lead wire 17.

また、外側保護層52は、室温から850℃の温度範囲においてカバー4の内側面に常に接触している。より好ましくは、外側保護層52は、室温から1000℃の温度範囲においてカバー4の内側面に常に接触している。
また、外側保護層52は、室温から850℃の温度範囲においてカバー4と化学反応を生じない。より好ましくは、外側保護層52は、室温から1000℃の温度範囲においてカバー4と化学反応を生じない。
The outer protective layer 52 is always in contact with the inner surface of the cover 4 in the temperature range from room temperature to 850 ° C. More preferably, the outer protective layer 52 is always in contact with the inner surface of the cover 4 in a temperature range from room temperature to 1000 ° C.
Further, the outer protective layer 52 does not chemically react with the cover 4 in the temperature range from room temperature to 850 ° C. More preferably, the outer protective layer 52 does not chemically react with the cover 4 in a temperature range from room temperature to 1000 ° C.

また、電極線21は、感温素子2の外表面に接合されている。すなわち、感温素子2は、略直方体形状を有し、互いに平行な一対の面に、一対の電極が形成されており、それらの電極にそれぞれ電極線21が接合されている。   The electrode wire 21 is bonded to the outer surface of the temperature sensitive element 2. That is, the temperature sensing element 2 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and a pair of electrodes are formed on a pair of surfaces parallel to each other, and an electrode wire 21 is joined to each of these electrodes.

次に、本例の温度センサ1の製造方法の一例につき説明する。
まず、以下のように感温素子2を製造する。
すなわち、酸化イットリウム:75〜85mol%、酸化クロム:3〜8mol%、酸化マンガン:5〜15mol%、酸化カルシウム:0.5〜1.0mol%を秤量し、ボールミルにて混合する。次いで、混合された原料を1100℃にて仮焼する。仮焼粉末にバインダ、可塑剤を添加し、ニーダにて混錬する。混錬された原料を真空押出機によって押し出し成形することにより、厚み1mmの押出シートを作製する。
Next, an example of a manufacturing method of the temperature sensor 1 of this example will be described.
First, the temperature sensitive element 2 is manufactured as follows.
That is, yttrium oxide: 75 to 85 mol%, chromium oxide: 3 to 8 mol%, manganese oxide: 5 to 15 mol%, calcium oxide: 0.5 to 1.0 mol% are weighed and mixed in a ball mill. Next, the mixed raw materials are calcined at 1100 ° C. A binder and a plasticizer are added to the calcined powder and kneaded with a kneader. An extruded sheet having a thickness of 1 mm is produced by extruding the kneaded material with a vacuum extruder.

次いで、押出シートをカットして、80mm四方の定寸シートとする。
そして、定寸シートを1600℃にて焼成し、図4(a)に示すごとく、板状のサーミスタ焼結体20を得る。
焼成後アニールにてサーミスタ焼結体20の歪みを除去する。
次いで、サーミスタ焼結体20の両面をラップすることで0.35mmの板厚となるように研削する。
Next, the extruded sheet is cut into a 80 mm square fixed size sheet.
And a fixed-size sheet | seat is baked at 1600 degreeC, and as shown to Fig.4 (a), the plate-shaped thermistor sintered compact 20 is obtained.
The distortion of the thermistor sintered body 20 is removed by annealing after firing.
Next, the both sides of the thermistor sintered body 20 are lapped so as to be ground to a plate thickness of 0.35 mm.

次に、サーミスタ焼結体20の両面にPtペーストを10μm程度の厚さに厚膜印刷し、1300℃にて焼き付けることにより電極を形成する。Ptペーストは市販のもので、Pt粒度約0.8μmのものである。接合強度を高めるため、Ptペーストに無機粉末を添加してもよい。   Next, a Pt paste is printed on both surfaces of the thermistor sintered body 20 to a thickness of about 10 μm and baked at 1300 ° C. to form electrodes. Pt paste is commercially available and has a Pt particle size of about 0.8 μm. In order to increase the bonding strength, an inorganic powder may be added to the Pt paste.

次いで、図4(b)に示すごとく、両面に電極が焼き付けられたサーミスタ焼結体20をダイシングマシンにて0.5mm四方にカットする。
カットされたチップ状の感温素子(サーミスタ素子)2の一対の電極面に上記と同様のPtペーストを塗布し、直径0.25mmのPtからなる電極線21を貼り付け、1250℃にて焼き付ける。これにより、図4(c)に示すごとく、感温素子2と電極線21とを接合する。
Next, as shown in FIG. 4B, the thermistor sintered body 20 having electrodes baked on both sides is cut into a 0.5 mm square by a dicing machine.
A Pt paste similar to the above is applied to a pair of electrode surfaces of the cut chip-shaped temperature sensitive element (thermistor element) 2 and an electrode wire 21 made of Pt having a diameter of 0.25 mm is pasted and baked at 1250 ° C. . Thereby, as shown in FIG.4 (c), the temperature sensing element 2 and the electrode wire 21 are joined.

次に、例えば、SiO2:30〜60重量%、CaO:10〜30重量%、MgO:5〜25重量%、Al23:0〜15重量%からなる結晶化ガラス粉末を溶剤と混合してペースト化したものに、電極線21を接合した感温素子2をディップして、所定量のガラスペーストを付着させる。乾燥後1200℃にて熱処理することでガラスの結晶化と焼付けとを同時に行い、図4(d)に示すごとく、内側保護層51を形成する。
ガラスペーストは線膨張係数を感温素子2に合わせるため、サーミスタ材と同様の粉末を添加してペースト化している。
Next, for example, crystallized glass powder composed of SiO 2 : 30 to 60% by weight, CaO: 10 to 30% by weight, MgO: 5 to 25% by weight, Al 2 O 3 : 0 to 15% by weight is mixed with a solvent. Then, the temperature sensitive element 2 to which the electrode wire 21 is bonded is dipped into the paste, and a predetermined amount of glass paste is adhered. After drying, the glass is crystallized and baked simultaneously by heat treatment at 1200 ° C. to form the inner protective layer 51 as shown in FIG.
The glass paste is made into a paste by adding the same powder as the thermistor material in order to match the linear expansion coefficient to the temperature sensitive element 2.

更に、上記と同様のガラスペーストに、内側保護層51によって覆われた感温素子2をディップして、内側保護層51の上に所定量のガラスペーストを付着させる。これを、乾燥後1200℃にて熱処理することで焼付けを行い、図4(e)に示すごとく、外側保護層52を形成する。
このガラスペーストは線膨張係数を感温素子2に近付けるため、サーミスタ材の構成成分である酸化イットリウム粉末を添加してペースト化している。
Further, the temperature sensitive element 2 covered with the inner protective layer 51 is dipped in the same glass paste as described above, and a predetermined amount of glass paste is adhered on the inner protective layer 51. This is baked by heat treatment at 1200 ° C. after drying to form an outer protective layer 52 as shown in FIG.
This glass paste is made into a paste by adding yttrium oxide powder, which is a component of the thermistor material, in order to bring the coefficient of linear expansion close to that of the temperature sensitive element 2.

次いで、上記のごとく感温素子2を内側保護層51及び外側保護層52によって覆ってなる感温体14を、シースピン3の先端部に接合する。
次いで、カバー4を300℃以上に加熱した状態で、感温体14をカバー4の内側に挿入する。
次いで、カバー4を室温まで冷却する。
次いで、カバー4をシースピン3の側面に溶接する。
以上により、温度センサ1を得る。
Next, the temperature sensing element 14 that covers the temperature sensing element 2 with the inner protective layer 51 and the outer protective layer 52 as described above is bonded to the tip of the sheath pin 3.
Next, with the cover 4 heated to 300 ° C. or higher, the temperature sensing element 14 is inserted inside the cover 4.
Next, the cover 4 is cooled to room temperature.
Next, the cover 4 is welded to the side surface of the sheath pin 3.
Thus, the temperature sensor 1 is obtained.

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記温度センサ1における感温体14は、感温素子2を電極線21の一部と共に封止する内側保護層51及び外側保護層52とを有する。そして、内側保護層51と外側保護層52の熱膨張係数k3、k4を、感温素子2と電極線21の熱膨張係数k1、k2に対して、|k1−k3|<|k1−k2|、|k2−k4|<|k2−k3|が成り立つように設定してある。すなわち、内側保護層51の熱膨張係数k3を感温素子2の熱膨張係数k1に近付け、外側保護層52の熱膨張係数k4を電極線21の熱膨張係数k3に近付けている。そのため、感温素子2を直接覆う内側保護層51と感温素子2との間に発生する熱応力を抑制することが可能となる。また、内側保護層51を覆うと共に電極線21の外周に密着させる外側保護層52と電極線21との間に隙間が発生することを抑制することができる。
Next, the function and effect of this example will be described.
The temperature sensing element 14 in the temperature sensor 1 includes an inner protective layer 51 and an outer protective layer 52 that seal the temperature sensitive element 2 together with a part of the electrode wire 21. Then, the thermal expansion coefficients k3 and k4 of the inner protective layer 51 and the outer protective layer 52 are set to | k1-k3 | <| k1-k2 | with respect to the thermal expansion coefficients k1 and k2 of the thermosensitive element 2 and the electrode wire 21. , | K2−k4 | <| k2−k3 |. That is, the thermal expansion coefficient k3 of the inner protective layer 51 is brought closer to the thermal expansion coefficient k1 of the thermosensitive element 2, and the thermal expansion coefficient k4 of the outer protective layer 52 is brought closer to the thermal expansion coefficient k3 of the electrode wire 21. Therefore, it is possible to suppress the thermal stress generated between the inner protective layer 51 and the temperature sensitive element 2 that directly covers the temperature sensitive element 2. Further, it is possible to suppress the generation of a gap between the outer protective layer 52 that covers the inner protective layer 51 and is in close contact with the outer periphery of the electrode wire 21 and the electrode wire 21.

これにより、大きな温度変化を伴う感温素子2における熱応力の作用を抑制し、感温素子2の電気的特性の変化を防ぐことができる。また、電極線21と外側保護層52との間における隙間の発生が抑制されることにより、カバー4内における還元ガスが感温素子2にまで侵入してくることを防ぎ、感温素子2の電気的特性の変化を防ぐことができる。
したがって、室温から高温まで大きな温度変化を伴う温度センサ1において、感温素子2の耐久性を確保することができる。
Thereby, the effect of the thermal stress in the temperature sensing element 2 accompanied by a large temperature change can be suppressed, and the change in the electrical characteristics of the temperature sensing element 2 can be prevented. Further, the generation of a gap between the electrode wire 21 and the outer protective layer 52 is suppressed, so that the reducing gas in the cover 4 is prevented from entering the temperature sensing element 2, and the temperature sensing element 2. A change in electrical characteristics can be prevented.
Therefore, in the temperature sensor 1 accompanied by a large temperature change from room temperature to high temperature, the durability of the temperature sensitive element 2 can be ensured.

また、上記熱膨張係数k1、k2、k3、k4は、|k1−k3|≦5×10−7/℃、|k2−k4|≦4×10−7/℃を満たす。そのため、内側保護層51の熱膨張係数k3を感温素子2の熱膨張係数k1に充分に近付け、外側保護層52の熱膨張係数k4を電極線21の熱膨張係数k2に充分に近付けることができる。そのため、感温素子2を直接覆う内側保護層51と感温素子2との間に発生する熱応力を効果的に抑制することができる。また、電極線21の外周に密着させる外側保護層52と電極線21との間に隙間が発生することを効果的に抑制することができる。その結果、感温素子2の電気的特性の変化を一層抑制して、耐久性に優れた温度センサ1を得ることができる。 The thermal expansion coefficients k1, k2, k3, and k4 satisfy | k1-k3 | ≦ 5 × 10 −7 / ° C. and | k2−k4 | ≦ 4 × 10 −7 / ° C. For this reason, the thermal expansion coefficient k3 of the inner protective layer 51 is sufficiently close to the thermal expansion coefficient k1 of the thermosensitive element 2, and the thermal expansion coefficient k4 of the outer protective layer 52 is sufficiently close to the thermal expansion coefficient k2 of the electrode wire 21. it can. Therefore, the thermal stress generated between the inner protective layer 51 and the temperature sensitive element 2 that directly covers the temperature sensitive element 2 can be effectively suppressed. Moreover, it can suppress effectively that a clearance gap produces between the outer side protective layer 52 closely_contact | adhered to the outer periphery of the electrode wire 21, and the electrode wire 21. FIG. As a result, the temperature sensor 1 having excellent durability can be obtained by further suppressing the change in the electrical characteristics of the temperature sensitive element 2.

また、外側保護層52は、室温から850℃好ましくは1000℃の温度範囲においてカバー4の内側面に常に接触している。そのため、少なくとも室温から850℃(好ましくは1000℃)の温度範囲における温度変化に伴ってカバー4の熱膨張が生じても、外側保護層52がカバー4に対して接触した状態を保つことができ、カバー4と感温素子2との間の優れた熱伝達性を確保することができる。その結果、測定精度に優れた温度センサ1を得ることができる。また、この場合、カバー4に対して外側保護層52が相対的に振動することを防ぐことができ、感温素子2に衝撃が加わることを防いで、その電気的特性の変化を抑制することができる。   The outer protective layer 52 is always in contact with the inner surface of the cover 4 in the temperature range from room temperature to 850 ° C., preferably 1000 ° C. Therefore, the outer protective layer 52 can be kept in contact with the cover 4 even if thermal expansion of the cover 4 occurs due to a temperature change in a temperature range of at least room temperature to 850 ° C. (preferably 1000 ° C.). Excellent heat transfer between the cover 4 and the temperature sensitive element 2 can be ensured. As a result, the temperature sensor 1 with excellent measurement accuracy can be obtained. Further, in this case, the outer protective layer 52 can be prevented from vibrating relative to the cover 4, and an impact is prevented from being applied to the temperature sensitive element 2, thereby suppressing changes in its electrical characteristics. Can do.

また、外側保護層52は、室温から850℃(好ましくは1000℃)の温度範囲においてカバー4と化学反応を生じない。これにより、外側保護層52をカバー4に密着させておいても、室温から850℃(好ましくは1000℃)の温度範囲において外側保護層52が変質することを防ぐことができる。そのため、耐久性に優れた温度センサ1を得ることができる。   Further, the outer protective layer 52 does not cause a chemical reaction with the cover 4 in a temperature range from room temperature to 850 ° C. (preferably 1000 ° C.). Thereby, even if the outer protective layer 52 is in close contact with the cover 4, it is possible to prevent the outer protective layer 52 from being altered in the temperature range from room temperature to 850 ° C. (preferably 1000 ° C.). Therefore, the temperature sensor 1 excellent in durability can be obtained.

また、外側保護層52は、室温から850℃(好ましくは1000℃)の温度範囲においてカバー4と化学反応を生じない。これにより、外側保護層52をカバー4に密着させておいても、室温から850℃(好ましくは1000℃)の温度範囲において外側保護層52が変質することを防ぐことができる。そのため、耐久性に優れた温度センサ1を得ることができる。
なお、化学反応が生じないことは、例えば感温素子2をカバー4に接触させた状態で1000℃の温度雰囲気に100時間曝した場合に、外側保護層52の外表面からカバー成分が内部まで侵入してこないことにより確認することができる。
また、カバー4の材質は、Ni−Cr−Fe系、高耐熱金属で構成される。このため、1000℃で酸化保護膜が形成され、金属成分が単独で遊離しない。従って、外側保護層52への拡散、反応が抑制される。また、Ni−Cr−Fe系以外に、Ni−Fe系等の耐熱金属を用いても同様の効果が得られる。
Further, the outer protective layer 52 does not cause a chemical reaction with the cover 4 in a temperature range from room temperature to 850 ° C. (preferably 1000 ° C.). Thereby, even if the outer protective layer 52 is in close contact with the cover 4, it is possible to prevent the outer protective layer 52 from being altered in the temperature range from room temperature to 850 ° C. (preferably 1000 ° C.). Therefore, the temperature sensor 1 excellent in durability can be obtained.
The chemical reaction does not occur when, for example, when the temperature sensitive element 2 is in contact with the cover 4 and exposed to a temperature atmosphere of 1000 ° C. for 100 hours, the cover component extends from the outer surface of the outer protective layer 52 to the inside. This can be confirmed by not entering.
Moreover, the material of the cover 4 is made of a Ni—Cr—Fe based, high heat resistant metal. For this reason, an oxidation protective film is formed at 1000 ° C., and the metal component is not liberated alone. Accordingly, diffusion and reaction to the outer protective layer 52 are suppressed. In addition to the Ni—Cr—Fe system, the same effect can be obtained by using a refractory metal such as a Ni—Fe system.

また、上記電極線21は、感温素子2の外表面に接合されているため、感温素子2への電極線21の接合を容易に行うことができ、製造容易な温度センサ1を得ることができる。そして、この場合においては、一般に感温素子2と電極線21との間の固定力が低下しやすいが、本発明の温度センサ1は内側保護層51及び外側保護層52を有するため、接合部を補強することができる。そして、この内側保護層51と外側保護層52との熱膨張係数を上記のごとく調整することにより、耐久性に優れた温度センサ1を得ることができる。   Further, since the electrode wire 21 is bonded to the outer surface of the temperature sensing element 2, the electrode wire 21 can be easily joined to the temperature sensing element 2, and the temperature sensor 1 that is easy to manufacture is obtained. Can do. In this case, in general, the fixing force between the temperature sensitive element 2 and the electrode wire 21 is likely to be reduced, but the temperature sensor 1 of the present invention includes the inner protective layer 51 and the outer protective layer 52, so Can be reinforced. And the temperature sensor 1 excellent in durability can be obtained by adjusting the thermal expansion coefficient of this inner side protective layer 51 and the outer side protective layer 52 as mentioned above.

また、上記温度センサ1の製造方法においては、上記カバー4を300℃以上に加熱した状態で、感温体14をカバー4の内側に挿入する。そのため、カバー4が充分に熱膨張した状態で感温体14をカバー4の内側に容易に挿入することができる。そして、その後カバー4を室温まで冷却することにより、感温素子2をカバー4の内側面に接触させた状態とすることができる。いわゆる焼き嵌めによってカバー4内に感温体14を保持させることができる。   In the method for manufacturing the temperature sensor 1, the temperature sensing element 14 is inserted inside the cover 4 in a state where the cover 4 is heated to 300 ° C. or more. Therefore, the temperature sensing element 14 can be easily inserted inside the cover 4 in a state where the cover 4 is sufficiently thermally expanded. Then, by cooling the cover 4 to room temperature, the temperature sensitive element 2 can be brought into contact with the inner surface of the cover 4. The temperature sensitive body 14 can be held in the cover 4 by so-called shrink fitting.

そのため、得られる温度センサ1においては、大きな温度変化があっても、カバー4感温体14を適度な押圧力にてかしめた状態とすることができ、カバー4と感温体14との間の熱伝達性を向上させることができ、ひいては、外部と感温素子2との間の熱伝達性を向上させることができる。これにより、温度センサ1の測定精度を向上させることができる。また、カバー4内において、カバー4に対して感温体14が相対的に振動することを防ぎ、感温体14の損傷を防ぐことができる。   Therefore, in the obtained temperature sensor 1, even if there is a large temperature change, the cover 4 temperature sensor 14 can be caulked with an appropriate pressing force, and between the cover 4 and the temperature sensor 14. The heat transferability between the outside and the temperature sensitive element 2 can be improved. Thereby, the measurement accuracy of the temperature sensor 1 can be improved. Further, in the cover 4, the temperature sensing body 14 can be prevented from vibrating relatively with respect to the cover 4, and damage to the temperature sensing body 14 can be prevented.

以上のごとく、本例によれば、高温耐久性に優れた温度センサ及びその製造方法を提供することができる。   As described above, according to this example, it is possible to provide a temperature sensor excellent in high-temperature durability and a manufacturing method thereof.

(実施例2)
本例は、図5に示すごとく、カバー4と外側保護層52との間に、充填材15を介在させた温度センサ1の例である。
また、室温から850℃(好ましくは1000℃)の温度範囲において、外側保護層52は充填材15に常に接触していると共に、充填材15はカバ4ーに常に接触している。
また、外側保護層52は、室温から850℃(好ましくは1000℃)の温度範囲において充填材15と化学反応を生じない。
なお、充填材15としては、たとえばセメント、アルミナ粉末等を用いることができる。
(Example 2)
This example is an example of the temperature sensor 1 in which the filler 15 is interposed between the cover 4 and the outer protective layer 52 as shown in FIG.
In the temperature range from room temperature to 850 ° C. (preferably 1000 ° C.), the outer protective layer 52 is always in contact with the filler 15 and the filler 15 is always in contact with the cover 4.
Further, the outer protective layer 52 does not cause a chemical reaction with the filler 15 in a temperature range from room temperature to 850 ° C. (preferably 1000 ° C.).
As the filler 15, for example, cement, alumina powder or the like can be used.

本例の温度センサ1を製造するに当たっては、実施例1と同様に、シースピン3の先端部に、感温素子2、内側保護層51、外側保護層52を接合して、感温体14を形成する。
次いで、カバー4の内部にスラリー状の充填材15を充填した状態で、感温体14をカバー4の内側に挿入する。
次いで、カバー4の内部の充填材15を乾燥させる。
次いで、カバー4をシースピン3の側面に溶接し、次いで、充填材15を加熱硬化させる。
その他は、実施例1と同様である。
In manufacturing the temperature sensor 1 of this example, the temperature sensing element 2, the inner protective layer 51, and the outer protective layer 52 are joined to the tip of the sheath pin 3 in the same manner as in the first embodiment, and the temperature sensing element 14 is attached. Form.
Next, the temperature sensing element 14 is inserted into the cover 4 in a state where the slurry 4 is filled in the cover 4.
Next, the filler 15 inside the cover 4 is dried.
Next, the cover 4 is welded to the side surface of the sheath pin 3, and then the filler 15 is heated and cured.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、外側保護層52とカバー4とを、充填材15を介して接触させることとなり、温度センサ1の外部と感温素子2との間の優れた熱伝達性を確保することができる。また、カバー4内における感温素子2の相対的な振動を防ぎ、感温素子2に損傷を与えることを防ぐことができる。   In the case of this example, the outer protective layer 52 and the cover 4 are brought into contact with each other through the filler 15, and excellent heat transfer properties between the outside of the temperature sensor 1 and the temperature sensitive element 2 are ensured. be able to. Further, relative vibration of the temperature sensing element 2 in the cover 4 can be prevented, and damage to the temperature sensing element 2 can be prevented.

また、室温から850℃(好ましくは1000℃)の温度範囲において、外側保護層52は充填材15に常に接触していると共に、充填材15はカバー4に常に接触している。そのため、少なくとも室温から850℃(好ましくは1000℃)の温度範囲における温度変化に伴ってカバー4や充填材15の熱膨張が生じても、外側保護層52が充填材15を介してカバー4に対して接触した状態を保つことができ、カバー4と感温素子2との間の優れた熱伝達性を確保することができる。その結果、測定精度に優れた温度センサ1を得ることができる。また、この場合、カバー4に対して外側保護層52が相対的に振動することを防ぐことができ、感温素子2に衝撃が加わることを防いで、その電気的特性の変化を抑制することができる。   In the temperature range from room temperature to 850 ° C. (preferably 1000 ° C.), the outer protective layer 52 is always in contact with the filler 15 and the filler 15 is always in contact with the cover 4. Therefore, even if thermal expansion of the cover 4 or the filler 15 occurs with a temperature change in a temperature range of at least room temperature to 850 ° C. (preferably 1000 ° C.), the outer protective layer 52 is applied to the cover 4 via the filler 15. It is possible to maintain the contacted state, and to ensure excellent heat transfer between the cover 4 and the temperature sensitive element 2. As a result, the temperature sensor 1 with excellent measurement accuracy can be obtained. Further, in this case, the outer protective layer 52 can be prevented from vibrating relative to the cover 4, and an impact is prevented from being applied to the temperature sensitive element 2, thereby suppressing changes in its electrical characteristics. Can do.

また、外側保護層52は、室温から850℃(好ましくは1000℃)の温度範囲において充填材15と化学反応を生じない。そのため、外側保護層52を充填材15に密着させておいても、室温から850℃(好ましくは1000℃)の温度範囲において外側保護層52が変質することを防ぐことができる。そのため、耐久性に優れた温度センサ1を得ることができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を奏する。
Further, the outer protective layer 52 does not cause a chemical reaction with the filler 15 in a temperature range from room temperature to 850 ° C. (preferably 1000 ° C.). Therefore, even when the outer protective layer 52 is in close contact with the filler 15, it is possible to prevent the outer protective layer 52 from being altered in the temperature range from room temperature to 850 ° C. (preferably 1000 ° C.). Therefore, the temperature sensor 1 excellent in durability can be obtained.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

また、外側保護層52は、室温から850℃(好ましくは1000℃)の温度範囲において充填材15と化学反応を生じない。そのため、外側保護層52を充填材15に密着させておいても、室温から850℃(好ましくは1000℃)の温度範囲において外側保護層52が変質することを防ぐことができ、耐久性に優れた温度センサ1を得ることができる。
なお、化学反応が生じないことは、例えば感温素子2を充填材15に接触させた状態で、1000℃の温度雰囲気に100時間晒した場合に、外側保護層52の外表面から充填材成分が内部まで侵入してこないことにより確認することができる。
また、充填材15は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム等を混合した1000℃で分解しない安定な無機材料にて構成される。これにより、金属蒸気などが発生せず、外部保護層52内への拡散、反応を抑制することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を奏する。
Further, the outer protective layer 52 does not cause a chemical reaction with the filler 15 in a temperature range from room temperature to 850 ° C. (preferably 1000 ° C.). Therefore, even when the outer protective layer 52 is in close contact with the filler 15, the outer protective layer 52 can be prevented from being altered in the temperature range from room temperature to 850 ° C. (preferably 1000 ° C.), and has excellent durability. Temperature sensor 1 can be obtained.
The chemical reaction does not occur, for example, when the temperature sensitive element 2 is in contact with the filler 15 and exposed to a temperature atmosphere of 1000 ° C. for 100 hours from the outer surface of the outer protective layer 52. Can be confirmed by not penetrating into the interior.
The filler 15 is made of a stable inorganic material that is not decomposed at 1000 ° C. mixed with aluminum oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, silicon oxide, zirconium oxide, or the like. Thereby, metal vapor | steam etc. do not generate | occur | produce, but the diffusion and reaction in the external protective layer 52 can be suppressed.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

(実施例3)
本例は、図6、図7に示すごとく、内側保護層及び外側保護層における結晶化ガラスに添加する添加材の量と、熱膨張係数の変化、感温素子への熱応力の変化、および感温素子の抵抗値変化率との関係を調べた例である。
(Example 3)
In this example, as shown in FIGS. 6 and 7, the amount of additive added to the crystallized glass in the inner protective layer and the outer protective layer, the change in the thermal expansion coefficient, the change in the thermal stress on the thermosensitive element, and It is the example which investigated the relationship with the resistance value change rate of a temperature sensing element.

まず、内側保護層については、結晶化ガラスに、添加材としてのサーミスタ材料を添加することによって構成する。
上記結晶化ガラスの組成は、SiO2:30〜60重量%、CaO:10〜30重量%、MgO:5〜25重量%、Al23:0〜15重量%とした。また、内側保護層に添加するサーミスタ材の組成は、酸化イットリウム:75〜85mol%、酸化クロム:3〜8mol%、酸化マンガン:5〜15mol%、酸化カルシウム:0.5〜1.0mol%とした。そして、上記結晶化ガラスに上記サーミスタ材からなる添加材を添加し、その添加量を0〜100重量%の間で変化させたものを用い、内側保護層とした。なお、ここで用いた温度センサにおける外側保護層は、結晶化ガラスに後述するイットリア材を20重量%添加してなる。
First, the inner protective layer is constructed by the crystallized glass, the addition of a thermistor material as additive.
The composition of the crystallized glass was SiO 2 : 30 to 60% by weight, CaO: 10 to 30% by weight, MgO: 5 to 25% by weight, and Al 2 O 3 : 0 to 15% by weight. The composition of the thermistor material added to the inner protective layer is yttrium oxide: 75 to 85 mol%, chromium oxide: 3 to 8 mol%, manganese oxide: 5 to 15 mol%, calcium oxide: 0.5 to 1.0 mol%. did. And the additive which consists of the said thermistor material was added to the said crystallized glass, and the thing which changed the addition amount between 0 to 100 weight% was used as the inner side protective layer. In addition, the outer side protective layer in the temperature sensor used here adds 20 weight% of yttria materials mentioned later to crystallized glass.

まず、添加材の添加量の異なる複数種類の内側保護層のそれぞれの熱膨張係数を解析した。その結果を、図6(a)における実線の折れ線グラフに示す。同図における破線は、感温素子の熱膨張係数(85×10−7/℃)を示す。 First, the thermal expansion coefficient of each of a plurality of types of inner protective layers having different additive amounts was analyzed. The results are shown in the solid line graph in FIG. The broken line in the figure shows the thermal expansion coefficient (85 × 10 −7 / ° C.) of the temperature sensitive element.

また、添加材の添加量の異なる複数種類の内側保護層を採用して温度センサを形成したときの、内側保護層と感温素子との間に生じる発生応力を解析した。この発生応力は、感温体の温度を1000℃としたときに生じる応力である。その結果を、図6(b)に示す。   In addition, the stress generated between the inner protective layer and the temperature-sensitive element when a temperature sensor was formed using a plurality of types of inner protective layers with different additive amounts was analyzed. This generated stress is a stress generated when the temperature of the temperature sensing element is 1000 ° C. The result is shown in FIG.

また、添加材の添加量の異なる複数種類の内側保護層を採用して温度センサを形成したときの、感温素子の抵抗値変化率を解析した。この抵抗値変化率は、室温と1000℃との間の冷熱試験を12000サイクル行った後に、感温素子の抵抗値が、初期値に対してどの程度変化したかにより定まる値である。その結果を、図6(c)に示す。   In addition, the rate of change in resistance value of the temperature-sensitive element was analyzed when a temperature sensor was formed using a plurality of types of inner protective layers with different additive amounts. This resistance value change rate is a value determined by how much the resistance value of the thermosensitive element has changed with respect to the initial value after performing a cooling test between room temperature and 1000 ° C. for 12000 cycles. The result is shown in FIG.

図6(a)〜(c)から分かるように、添加材の添加量を40重量%以上とすることにより、感温素子にかかる応力を10MPa未満として、抵抗値変化率を20%未満に抑えることができる。そして、このときの内側保護層の熱膨張係数は、85〜90×10−7/℃であり、感温素子の熱膨張係数との差が、5×10−7/℃以下である。すなわち、感温素子の熱膨張係数と内側保護層の熱膨張係数との差を5×10−7/℃以下とすることにより、感温素子の抵抗値変化率を抑制することができる。すなわち、温度センサの耐久性を確保することができる。なお、上記の結果から分かるように、内側保護層を添加材、すなわちサーミスタ材のみで構成してもよい。 As can be seen from FIGS. 6 (a) to 6 (c), by setting the addition amount of the additive to 40% by weight or more, the stress applied to the temperature sensitive element is less than 10 MPa, and the resistance value change rate is suppressed to less than 20%. be able to. And the thermal expansion coefficient of the inner side protective layer at this time is 85-90 * 10 < -7 > / degreeC, and the difference with the thermal expansion coefficient of a thermosensitive element is 5 * 10 < -7 > / degreeC or less. That is, by making the difference between the thermal expansion coefficient of the temperature sensitive element and the thermal expansion coefficient of the inner protective layer 5 × 10 −7 / ° C. or less, the rate of change in resistance value of the temperature sensitive element can be suppressed. That is, the durability of the temperature sensor can be ensured. As can be seen from the above results, the inner protective layer may be composed of only the additive material, that is, the thermistor material.

次に、外側保護層については、結晶化ガラスに、添加材としてのイットリア材を添加することによって構成する。
上記結晶化ガラスの組成は、上記内側保護層に用いた結晶化ガラスと同様である。そして、上記結晶化ガラスに上記イットリア材からなる添加材を添加し、その添加量0〜30重量%の間で変化させたものを用い外側保護層とした。なお、ここで用いた温度センサにおける内側保護層は、結晶化ガラスに上記サーミスタ材を80重量%添加してなる。
Next, the outer protective layer is constructed by the crystallized glass, the addition of yttria material as additive.
The composition of the crystallized glass is the same as that of the crystallized glass used for the inner protective layer. And the additive which consists of the said yttria material was added to the said crystallized glass, and it was set as the outer side protective layer using what was changed between the addition amount of 0-30 weight%. The inner protective layer in the temperature sensor used here is obtained by adding 80% by weight of the thermistor material to crystallized glass.

まず、添加材の添加量の異なる複数種類の外側保護層のそれぞれの熱膨張係数を解析した。その結果を、図7(a)における実線の折れ線グラフに示す。同図における破線は、電極線の熱膨張係数(94×10−7/℃)を示す。 First, the thermal expansion coefficient of each of a plurality of types of outer protective layers having different additive amounts was analyzed. The results are shown in the solid line graph in FIG. The broken line in the figure shows the thermal expansion coefficient (94 × 10 −7 / ° C.) of the electrode wire.

また、添加材の添加量の異なる複数種類の内側保護層を採用して温度センサを形成したときの、外側保護層と電極線との間に生じる発生応力を解析した。この発生応力は、感温体の温度を1000℃としたときに生じる応力である。その結果を、図7(b)に示す。   In addition, the stress generated between the outer protective layer and the electrode wire when a temperature sensor was formed using a plurality of types of inner protective layers having different additive amounts was analyzed. This generated stress is a stress generated when the temperature of the temperature sensing element is 1000 ° C. The result is shown in FIG.

また、添加材の添加量の異なる複数種類の外側保護層を採用したときの、感温素子の抵抗値変化率を解析した。この抵抗値変化率は、1000℃の還元雰囲気(水素5%、窒素95%)に感温体を10時間放置した後に、感温素子の抵抗値が、初期値に対してどの程度変化したかにより測定した。その結果を、図7(c)に示す。なお、上記還元雰囲気は、実際の温度センサの使用時におけるカバー内の雰囲気よりも厳しい条件に作り出した雰囲気である。   Moreover, the resistance value change rate of the temperature sensing element was analyzed when a plurality of types of outer protective layers having different additive amounts were employed. The rate of change in the resistance value is the degree to which the resistance value of the temperature sensing element changed from the initial value after leaving the temperature sensing element for 10 hours in a reducing atmosphere of 1000 ° C. (5% hydrogen, 95% nitrogen). It was measured by. The result is shown in FIG. The reducing atmosphere is an atmosphere created under stricter conditions than the atmosphere in the cover when the actual temperature sensor is used.

図7(a)〜(c)から分かるように、外側保護層については、添加材としてのイットリアの添加量を30重量%以下とすることにより、抵抗値変化率を20%以下に抑えることができる。そして、このときの外側保護層の熱膨張係数は、90〜98×10−7/℃であり、電極線の熱膨張係数との差が、4×10−7/℃以下である。すなわち、電極線の熱膨張係数と外側保護層の熱膨張係数との差を4×10−7/℃以下とすることにより、感温素子の抵抗値変化率を抑制することができる。すなわち、温度センサの耐久性を確保することができる。
また、より好ましくは、添加材の添加量を10〜20重量%とすることにより、感温素子の抵抗値変化率を一層小さくすることができる。
As can be seen from FIGS. 7A to 7C, for the outer protective layer, the rate of change in resistance value can be suppressed to 20% or less by making the amount of yttria added as an additive 30% by weight or less. it can. At this time, the outer protective layer has a thermal expansion coefficient of 90 to 98 × 10 −7 / ° C., and the difference from the thermal expansion coefficient of the electrode wire is 4 × 10 −7 / ° C. or less. That is, by making the difference between the thermal expansion coefficient of the electrode wire and the thermal expansion coefficient of the outer protective layer 4 × 10 −7 / ° C. or less, the rate of change in resistance value of the temperature sensitive element can be suppressed. That is, the durability of the temperature sensor can be ensured.
More preferably, the rate of change in the resistance value of the temperature sensitive element can be further reduced by setting the additive amount to 10 to 20% by weight.

また、内側保護層と外側保護層との間に大きな熱応力が発生することを防ぐために、たとえば、内側保護層と外側保護層との間の熱膨張係数の差を、5〜9×10−7/℃とすることが望ましい。 Further, in order to prevent a large thermal stress from being generated between the inner protective layer and the outer protective layer, for example, the difference in thermal expansion coefficient between the inner protective layer and the outer protective layer is set to 5-9 × 10 − 7 / ° C is desirable.

実施例1における、温度センサの感温素子付近の断面図。Sectional drawing of the temperature sensor vicinity of the temperature sensor in Example 1. FIG. 実施例1における、温度センサの断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the temperature sensor in the first embodiment. 実施例1における、温度センサの先端部の断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the tip portion of the temperature sensor in the first embodiment. 実施例1における、感温体の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of the temperature sensing body in Example 1. FIG. 実施例2における、温度センサの先端部の断面図。Sectional drawing of the front-end | tip part of the temperature sensor in Example 2. FIG. 実施例3における、内側保護層についての試験結果を示す線図。The diagram which shows the test result about the inner side protective layer in Example 3. FIG. 実施例3における、外側保護層についての試験結果を示す線図。The diagram which shows the test result about the outer side protective layer in Example 3. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 温度センサ
14 感温体
2 感温素子
21 電極線
3 シースピン
31 信号線
4 カバー
51 内側保護層
52 外側保護層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Temperature sensor 14 Temperature sensing body 2 Temperature sensing element 21 Electrode wire 3 Seaspin
31 signal line 4 cover 51 inner protective layer 52 outer protective layer

Claims (15)

温度によって電気的特性が変化する感温素子を有する感温体と、
該感温体の一対の電極線にそれぞれ接続された一対の信号線を先端側に露出させた状態で内蔵するシースピンと、
上記感温体を覆うように先端部に配設されたカバーとを有し、
上記感温体は、上記感温素子と、該感温素子を上記電極線の一部と共に封止する内側保護層及び外側保護層とを有し、
上記感温素子の熱膨張係数をk1、上記電極線の熱膨張係数をk2、上記内側保護層の熱膨張係数をk3、上記外側保護層の熱膨張係数をk4としたとき、
|k1−k3|<|k1−k2|、|k2−k4|<|k2−k3|
が成り立ち、
かつ、上記内側保護層を構成する材料は、結晶化ガラスに上記感温素子を構成するサーミスタ材を40重量%以上添加してなり、
一方、上記外側保護層を構成する材料は、結晶化ガラスに酸化イットリウムを30重量%以下添加してなることを特徴とする温度センサ。
A temperature sensing element having a temperature sensing element whose electrical characteristics change with temperature;
A sheath pin built in a state in which a pair of signal lines respectively connected to a pair of electrode wires of the temperature sensing element is exposed to the tip side;
A cover disposed at the tip so as to cover the temperature sensing element,
The temperature sensing element has the temperature sensing element and an inner protective layer and an outer protective layer that seal the temperature sensing element together with a part of the electrode wire,
When the thermal expansion coefficient of the thermosensitive element is k1, the thermal expansion coefficient of the electrode wire is k2, the thermal expansion coefficient of the inner protective layer is k3, and the thermal expansion coefficient of the outer protective layer is k4,
| K1-k3 | <| k1-k2 |, | k2-k4 | <| k2-k3 |
Chi is made standing,
And the material which comprises the said inner side protective layer adds 40 weight% or more of the thermistor material which comprises the said thermosensitive element to crystallized glass,
On the other hand, the material constituting the outer protective layer is obtained by adding 30% by weight or less of yttrium oxide to crystallized glass .
請求項1において、上記内側保護層及び外側保護層に用いる上記結晶化ガラスの組成は、SiO  In Claim 1, the composition of the crystallized glass used for the inner protective layer and the outer protective layer is SiO. 2 :30〜60重量%、CaO:10〜30重量%、MgO:5〜25重量%、Al: 30-60% by weight, CaO: 10-30% by weight, MgO: 5-25% by weight, Al 2 O 3 :0〜15重量%であることを特徴とする温度センサ。: 0-15 wt% temperature sensor. 請求項1又は2において、上記熱膨張係数k1、k2、k3、k4は、|k1−k3|≦5×10−7/℃、|k2−k4|≦4×10−7/℃を満たすことを特徴とする温度センサ。 3. The thermal expansion coefficient k1, k2, k3, k4 according to claim 1 or 2 , satisfying | k1-k3 | ≦ 5 × 10 −7 / ° C. and | k2−k4 | ≦ 4 × 10 −7 / ° C. Temperature sensor. 請求項1〜3のいずれか一項において、上記外側保護層は、室温から850℃の温度範囲において上記カバーの内側面に常に接触していることを特徴とする温度センサ。 4. The temperature sensor according to claim 1, wherein the outer protective layer is always in contact with the inner surface of the cover in a temperature range of room temperature to 850 ° C. 5. 請求項1〜3のいずれか一項において、上記外側保護層は、室温から1000℃の温度範囲において上記カバーの内側面に常に接触していることを特徴とする温度センサ。 4. The temperature sensor according to claim 1, wherein the outer protective layer is always in contact with the inner surface of the cover in a temperature range of room temperature to 1000 ° C. 5. 請求項1〜のいずれか一項において、上記外側保護層は、室温から850℃の温度範囲において上記カバーと化学反応を生じないことを特徴とする温度センサ。 In any one of claims 1 to 5, wherein the outer protective layer, the temperature sensor, characterized in that does not cause the cover and chemical reaction in the temperature range of 850 ° C. from room temperature. 請求項1〜のいずれか一項において、上記外側保護層は、室温から1000℃の温度範囲において上記カバーと化学反応を生じないことを特徴とする温度センサ。 In any one of claims 1 to 5, wherein the outer protective layer, the temperature sensor, characterized in that does not cause the cover and chemical reaction in the temperature range of 1000 ° C. from room temperature. 請求項1〜のいずれか一項において、上記電極線は、上記感温素子の外表面に接合されていることを特徴とする温度センサ。 In any one of claims 1 to 7, wherein the electrode line is a temperature sensor, characterized in that it is joined to the outer surface of the temperature sensitive device. 請求項1〜のいずれか一項において、上記カバーと上記外側保護層との間には、充填材が介在していることを特徴とする温度センサ。 The temperature sensor according to any one of claims 1 to 8 , wherein a filler is interposed between the cover and the outer protective layer. 請求項において、室温から850℃の温度範囲において、上記外側保護層は上記充填材に常に接触していると共に、上記充填材は上記カバーに常に接触していることを特徴とする温度センサ。 10. The temperature sensor according to claim 9, wherein, in the temperature range from room temperature to 850 ° C., the outer protective layer is always in contact with the filler, and the filler is always in contact with the cover. 請求項において、室温から1000℃の温度範囲において、上記外側保護層は上記充填材に常に接触していると共に、上記充填材は上記カバーに常に接触していることを特徴とする温度センサ。 10. The temperature sensor according to claim 9 , wherein the outer protective layer is always in contact with the filler and the filler is always in contact with the cover in a temperature range from room temperature to 1000 ° C. 請求項9〜11のいずれか一項において、上記外側保護層は、室温から850℃の温度範囲において上記充填材と化学反応を生じないことを特徴とする温度センサ。 The temperature sensor according to any one of claims 9 to 11 , wherein the outer protective layer does not cause a chemical reaction with the filler in a temperature range of room temperature to 850 ° C. 請求項9〜11のいずれか一項において、上記外側保護層は、室温から1000℃の温度範囲において上記充填材と化学反応を生じないことを特徴とする温度センサ。 The temperature sensor according to any one of claims 9 to 11 , wherein the outer protective layer does not cause a chemical reaction with the filler in a temperature range of room temperature to 1000 ° C. 請求項1〜13のいずれか一項に記載の温度センサを製造する方法であって、
上記シースピンの先端部に上記感温体を接合し、
次いで、上記カバーを300℃以上に加熱した状態で、上記感温体を上記カバーの内側に挿入し、
次いで、上記カバーを室温まで冷却し、
次いで、上記カバーを上記シースピンの側面に溶接することを特徴とする温度センサの製造方法。
A method for manufacturing the temperature sensor according to any one of claims 1 to 13 ,
Join the temperature sensor to the tip of the seaspin,
Next, with the cover heated to 300 ° C. or higher, the temperature sensing element is inserted inside the cover,
Then the cover is cooled to room temperature,
Next, the temperature sensor manufacturing method, wherein the cover is welded to the side surface of the sheath pin.
請求項9〜13のいずれか一項に記載の温度センサを製造する方法であって、
上記シースピンの先端部に上記感温体を接合し、
次いで、上記カバーの内部にスラリー状の充填材を充填した状態で、上記感温体を上記カバーの内側に挿入し、
次いで、上記カバーの内部の上記充填材を乾燥させ、
次いで、上記カバーを上記シースピンの側面に溶接し、
次いで、上記充填材を加熱硬化させることを特徴とする温度センサの製造方法。
A method for manufacturing the temperature sensor according to any one of claims 9 to 13 ,
Join the temperature sensor to the tip of the seaspin,
Next, in a state where the inside of the cover is filled with a slurry-like filler, the temperature sensing element is inserted inside the cover,
Next, the filler inside the cover is dried,
Next, the cover is welded to the side surface of the sheath pin,
Next, a method for manufacturing a temperature sensor, wherein the filler is cured by heating.
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