JP6404726B2 - 感温素子及び温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、例えば内燃機関（例えば、自動車エンジンなど）の排気系などにおいて使用される感温素子及びその感温素子を備えた温度センサに関する。

従来より、内燃機関（例えば、自動車エンジンなど）の排気系において使用される温度センサとして、金属抵抗体（白金抵抗体など）を有する感温素子を備えた温度センサが知られている。この温度センサは、温度変化による金属抵抗体の電気抵抗値の変化を利用して、被測定物（被測定ガスなど）の温度を検出するものである（特許文献１参照）。

上述した感温素子としては、図１２に例示するように、例えばアルミナ基板Ｐ１の表面に、白金抵抗体Ｐ２に接続されたＰｔからなる薄膜端子Ｐ３が形成されるとともに、薄膜端子Ｐ３の表面にＰｔペーストによって形成された厚膜のパッド部Ｐ４が形成され、そのパッド部Ｐ４にＰｔからなる出力線Ｐ５が接合されたものが知られている。なお、出力線Ｐ５は、図示しない金属芯線に接合されており、パッド部Ｐ４や出力線Ｐ５は、ガラスからなる被覆部材Ｐ６に覆われている。

特開２００６−２３４６３２号公報

上述した従来技術では、高温（例えば８５０℃以上）での常用使用が殆どなく、熱衝撃条件が厳しくなかったために、出力線Ｐ５とパッド部Ｐ４との間の剥離は問題とされてこなかった。

しかしながら、近年では、エンジンのダウンサイズ化が図られており、それによって、温度センサの使用領域がより高温にシフトしている。その結果、温度変化の幅が大きくなるので、大きな温度変化による熱膨張の大きな変化によって、出力線Ｐ５とパッド部Ｐ４とが剥離する恐れがあった。

この出力線Ｐ５とパッド部Ｐ４とが剥離すると、温度センサの性能が劣化するので、その対策が重要である。
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、出力線とパッド部との間の剥離を低減できる感温素子及び温度センサを提供することを目的とする。

（１）本発明は、第１態様として、セラミックス基体と、前記セラミックス基体上に形成された金属抵抗体層と、前記セラミックス基体上に形成されるとともに、前記金属抵抗体層と電気的に接続された導電性を有するパッド部と、前記パッド部の表面に接合された金属からなる出力線と、を備えた感温素子において、ガラスを主成分とする部材であって、前記出力線のうち少なくとも前記パッド部上に位置する部位を被覆するように前記パッド部上に設けられ、前記出力線より熱膨張係数の小さい被覆部材をさらに備え、前記パッド部は、金属及び前記セラミックス基体の熱膨張係数よりも熱膨張係数が小さいガラスを主成分とする、ガラス系材料からなるとともに、前記パッド部の熱膨張係数は前記出力線の熱膨張係数より小さいことを特徴とする。

本第１態様では、ガラスを主成分とし出力線より熱膨張係数の小さい被覆部材が、出力線のうち少なくともパッド部上に位置する部位を被覆するようにパッド部上に設けられ、且つ、パッド部は、金属及びガラス（即ちセラミックス基体の熱膨張係数よりも熱膨張係数が小さいガラス）を主成分とする、ガラス系材料からなるとともに、パッド部の熱膨張係数は出力線の熱膨張係数より小さく設定されている。

従って、感温素子が、例えば８５０℃以上の高温の状態と常温の状態との間の温度変化に晒された場合でも、被覆部材とパッド部とにより出力線に対して圧縮応力をかけることができる。これにより、出力線とパッド部との間の固着力を高めることができる。このように、出力線とパッド部との間における剥離を低減することができるので、感温素子の耐久劣化を抑制することができる。

なお、ここで、主成分とは、対象とする部材に最も多く含まれる材料（即ち含有量の割合（体積％）が最も多い材料）を示している。
（２）本発明では、第２態様として、前記パッド部は、前記セラミックス基体と直接接触する部分を有することを特徴とする。

本第２態様では、パッド部には、セラミックス基体と直接接触している部分があるので、パッド部とセラミックス基体との接合性が高いという効果がある。つまり、パッド部は強固にセラミックス基体に密着しているので、感温素子の耐久性が高いという利点がある。

（３）本発明では、第３態様として、前記パッド部は、前記金属及び前記ガラスに対して、前記ガラスを５体積％〜８０体積％含むことを特徴とする。
パッド部の金属とガラスとの割合（金属及びガラスを１００体積％とした場合のガラスの割合）が、本第３態様の範囲の場合には、出力線とパッド部との固着力が高い。

（４）本発明では、第４態様として、前記パッド部は、前記金属及び前記ガラスに対して、前記ガラスを１０体積％〜５０体積％含むことを特徴とする。
パッド部の金属とガラスとの割合が、本第４態様の範囲の場合には、出力線とパッド部との固着力が一層高い。

（５）本発明では、第５態様として、前記出力線と前記パッド部との熱膨張係数差は、０．２×１０^−６／℃〜４．０×１０^−６／℃であることを特徴とする。
出力線とパッド部との熱膨張係数差が本第５態様の範囲の場合には、出力線とパッド部との固着力が高い。

なお、この熱膨張係数差は、感温素子の使用温度範囲（例えば２０〜３００℃）における値である（以下特に温度範囲を規定していない場合は同様である）。
（６）本発明では、第６態様として、前記出力線と前記パッド部との熱膨張係数差は、０．４×１０^−６／℃〜２．５×１０^−６／℃であることを特徴とする。

出力線とパッド部との熱膨張係数差が本第６態様の範囲の場合には、出力線とパッド部との固着力が一層高いという効果がある。
（７）本発明では、第７態様として、前記パッド部のガラスの軟化点は、９００℃以上であることを特徴とする。

本第７態様では、パッド部のガラスの軟化点は９００℃以上であるので、感温素子は９００℃に到る高温の範囲まで好適に使用することができる。
（８）本発明では、第８態様として、前記パッド部のガラスは、アルカリ金属の含有率が、０．２質量％以下であることを特徴とする。

本第８態様では、パッド部に含まれるガラスは、アルカリ金属の含有率が、０．２質量％以下であるので、マイグレーションの発生を抑制できるという利点がある。
なお、アルカリ金属の含有率は、アルカリ金属を酸化物換算した値である。

（９）本発明では、第９態様として、前記パッド部の少なくとも一部と前記セラミックス基体との間には、金属及びガラスを含む中間層を備えるとともに、前記パッド部中の金属の割合が前記中間層中の金属の割合より大であることを特徴とする。

本第９態様では、パッド部中の金属（例えばＰｔ）の割合が中間層中の金属（例えばＰｔ）の割合より大（従って、例えばパッド部及び中間層が、金属及びガラスからなる場合には、パッド部中のガラスの割合が中間層中のガラスの割合より小）であるので、パッド部において十分な導通を確保できるとともに、パッド部は中間層を介してセラミックス基体に強固に接合することができる。

つまり、本第９態様では、出力線と金属抵抗体層との間の十分な導通の確保と、パッド部とセラミックス基体との間の十分な固着力の確保とを両立できるという顕著な効果を奏する。

（１０）本発明では、第１０態様として、前記出力線と前記パッド部を、ガラスからなる被覆部材で覆うとともに、前記被覆部材のガラスと前記パッド部のガラスとが同じであることを特徴とする。

本第１０態様では、被覆部材とパッド部のガラスとのガラス成分が同じであるので、（そうでない場合に比べて）被覆部材とパッド部との熱膨張係数の値が近く、よって、剥離抑制の効果が高い。特に、被覆部材とパッド部とが直接に接触する構造の場合には、被覆部材とパッド部との密着性が高いので、一層剥離抑制の効果が高い。

（１１）本発明では、第１１態様として、前記第１〜１０態様のいずれかの感温素子を備えたことを特徴とする温度センサが挙げられる。
ここでは、上述した感温素子を備えた温度センサが挙げられる。この温度センサは、例えば８５０℃以上の高温で使用された場合でも、感温素子における前記剥離を抑制できるので、高温耐久性が高く、好適に高温下で使用できるという利点がある。

以下、本発明の各構成について説明する。
・金属抵抗体層を構成する金属抵抗体（測温抵抗体）は、温度によって抵抗が変化する物質であり、この金属抵抗体としては、例えばＰｔが挙げられる。なお、金属抵抗体としては、ＪＩＳ Ｃ １６０４−１９９７に規定されるＰｔ１００、Ｐｔ１０が挙げられる。

・出力線やパッド部に含まれる金属としては、Ｐｔ又はＰｔ合金からなる金属や、Ｎｉ又はＮｉ−Ｃｒ合金等の金属が挙げられる。Ｐｔ合金としては、Ｐｔを主成分とする例えばＰｔ−Ｒｈ、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｓｒ、Ｐｔ−ＺｒＯ_２の各合金が挙げられる。なお、出力線としては、Ｐｔ又は前記Ｐｔ合金からなる線材が挙げられる。

・パッド部又は中間層に含まれるガラスとしては、例えば下記のガラスが挙げられる。
［ケイ酸塩ガラス］ＳｉＯ_２を含み、その他の元素としては、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ）を含む。

［アルミノケイ酸塩ガラス］ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３を含み、その他の元素としては、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ）を含む。
［ホウ酸塩ガラス］Ｂ_２Ｏ_３を含み、その他の元素としては、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ）を含む。

［ホウケイ酸塩ガラス］Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２を含み、その他の元素としては、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ）を含む。
［リンケイ酸塩ガラス］Ｐ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２を含み、その他の元素としては、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ）を含む。

・ガラス系材料としては、金属及びガラス（即ちセラミックス基体の熱膨張係数よりも熱膨張係数が小さいガラス）のみが好ましいが、金属及びガラスを主成分（５０体積％を上回る割合）として他の成分を加えてもよい。例えばセラミックフィラーを混在させてもよい。これにより、ガラスの流動性を低減することができるので、耐熱性を向上できる。

なお、セラミックフィラーとしては、アルミナ、マグネシア、ジルコン、スピネル、コージエライト、ムライト、ステアタイト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミ等のセラミックを用いることができる。

・ガラス系材料のガラスとして、結晶化ガラスを用いることができる。これにより、ガラスの流動性を低減することができるので、耐熱性を向上できる。
・被覆部材のガラス成分としては、上述したガラスと同様な各種の材料を使用できる。なお、被覆部材とパッド部や中間層のガラス成分は異なっていてもよい。

実施例１の温度センサの構造を示す部分破断断面図である。 （ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面を示す断面図、（ｂ）は実施例１の感温素子の平面を示す平面図である（但し被覆部材は除き、セラミックス被覆層は透過して示す）。 実施例１の感温素子を分解して示す斜視図である（被覆部材は除き、セラミックス被覆層は透過して示す）。 実施例１の感温素子の製造工程を順を追って示す説明図である。 実施例１感温素子の製造手順を平面視で示す説明図である。 （ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面を示す断面図、（ｂ）は実施例２の感温素子の平面を示す平面図である（但し被覆部材は除き、セラミックス被覆層は透過して示す）。 実施例２の感温素子を分解して示す斜視図である（被覆部材は除き、セラミックス被覆層は透過して示す）。 （ａ）は（ｂ）のＣ−Ｃ断面を示す断面図、（ｂ）は実施例３の感温素子の平面を示す平面図である（但し被覆部材は除き、セラミックス被覆層は透過して示す）。 実施例３の感温素子を分解して示す斜視図である（被覆部材は除き、セラミックス被覆層は透過して示す）。 実施例３の感温素子の製造工程を順を追って示す説明図である。 （ａ）は（ｂ）のＤ−Ｄ断面を示す断面図、（ｂ）は実施例４の感温素子の平面を示す平面図（但し被覆部材は除き、セラミックス被覆層は透過して示す）、（ｃ）はパッド部と端子部の平面形状を示す説明図である。 従来技術の説明図である。

以下に、本発明の感温素子及び温度センサの好適な形態（実施例）を説明する。

ａ）まず、本実施例１の温度センサの構造を説明する。
図１に示すように、本実施例の温度センサ１は、内燃機関の排気管などの流通管に装着することにより、測定対象ガスが流れる流通管内に配置させ、測定対象ガス（排気ガス）の温度検出に用いられるものである。

なお、ここでは、温度センサ１の長手方向が軸線方向であり、図１の上下方向である。また、温度センサ１の先端側は図１の下側であり、後端側は図１の上側である。
この温度センサ１には、感温素子３と、シース部７と、金属チューブ９と、取付け部１１と、ナット部１３と、が主に設けられている。

感温素子３は、測定対象ガスが流れる流通管内に配置される測温素子であり、金属チューブ９の内部に配置されるものである。
この感温素子３には、後に詳述するように、温度によって内部の金属抵抗体の電気的特性（電気抵抗値）が変化する感温部４と、この感温部４に接続された一対の出力線（素子電極線）５とが設けられている。

シース部７は、一対の金属芯線（シース芯線）１５を外筒１７の内側にて絶縁保持するものである。このシース部７には、金属製の外筒１７と、導電性金属からなる一対の金属芯線１５と、外筒１７と２本の金属芯線１５との間を電気的に絶縁して金属芯線１５を保持する絶縁粉末（図示せず）と、が設けられている。

金属チューブ９は、軸線方向に延びる筒状の部材の先端側を閉塞して形成した部材であり、耐腐食性金属（例えば、耐熱性金属でもあるＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス合金）から形成されたものである。

この金属チューブ９は、鋼板の深絞り加工によりチューブ先端（底部）１９が閉塞した軸線方向に延びる筒状に形成され、筒状のチューブ後端が開放した形状に形成されている。また、金属チューブ９は、チューブ後端側が取付け部１１の第２段部２１の内面に当接するように、軸線方向寸法が設定されている。

更に、金属チューブ９の内部には、感温素子３およびセメント（保持部材）２３が配置されている。この金属チューブ９には、先端部分に小径部２５が形成され、その後端側に小径部２５よりも径が大きな大径部２７が形成されている。そして、この小径部２５および大径部２７の間は、段差部２９により接続されている。

セメント２３は、感温素子３の周囲に充填されるものであり、感温素子３を保持してその揺動を防止するものである。このセメント２３としては、熱伝導率が高く、高耐熱、高絶縁性の材料を用いることが好ましい。

例えば、Ａｌ_２Ｏ_３やＭｇＯなどの酸化物、ＡｌＮやＴｉＮやＳｉ_３Ｎ_４やＢＮ等の窒化物、および、ＳｉＣやＴｉＣやＺｒＣ等の炭化物が主体のセメントを用いることが好ましい。または、Ａｌ_２Ｏ_３やＭｇＯなどの酸化物、ＡｌＮやＴｉＮやＳｉ_３Ｎ_４やＢＮ等の窒化物、および、ＳｉＣやＴｉＣやＺｒＣ等の炭化物が主体で、Ａｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２やＭｇＯ等の無機バインダーを混合したセメントを用いることが好ましい。

取付け部１１は、金属チューブ９を支持する部材であり、少なくとも金属チューブ９の先端が外部に露出する状態で金属チューブ９の後端側の外周面を取り囲んで、金属チューブ９を支持するものである。この取付け部１１には、径方向外側に突出する突出部３１と、突出部３１の後端側に位置すると共に軸線方向に延びる後端側鞘部３３と、が設けられている。

突出部３１は、先端側に取り付け座３５が設けられた環状の部材である。取り付け座３５は、先端側に向かって径が小さくなるテ―パ形状の部材であり、排気管（図示せず）のセンサ取り付け位置に形成された後端側に向かって径が大きくなるテ―パ形状と対応したものである。

なお、前記取付け部１１は、排気管のセンサ取り付け位置に配置されると、取り付け座３５がセンサ取り付け位置のテーパ部に密着し、排気管外部への排気ガスの漏出を防止するものである。

後端側鞘部３３は、環状に形成された部材であり、この後端側鞘部３３には、先端側に位置する第１段部３７と、第１段部３７よりも外径が小さな前記第２段部２１と、が形成されている。

ナット部１３は、六角ナット部３９およびネジ部４１を有するものである。
金属芯線１５は、先端部が溶接点（接合部：図示せず）により、感温素子３の出力線５と電気的に接続されるものであり、後端部が抵抗溶接により加締め端子４３と接続されるものである。つまり金属芯線１５は、自身の後端が加締め端子４３を介して外部回路、例えば車両の電子制御装置（ＥＣＵ）等の接続用のリード線４５と接続されるものである。

一対の金属芯線１５は、絶縁チューブ４７によって互いに絶縁されており、一対の加締め端子４３も絶縁チューブ４７により互いに絶縁されている。リード線４５は、導線を絶縁性の被覆材により被覆したものであり、このリード線４５は、耐熱ゴム製の補助リング４９の内部を貫通して配置されている。

ｂ）次に、本実施例１の要部である感温素子３の構成について説明する。
図２及び図３に示すように、本実施例１の感温素子３は、セラミックス基板（セラミックス基体）５１と、セラミックス基板５１の一方（図２（ａ）の上側）の主面に形成された金属抵抗体層５３と、同じ主面に形成された揮発抑制層５５と、同じ主面の後端側（図２（ａ）の左側）にて金属抵抗体層５３の表面の一部に形成された一対のパッド部５９ａ、５９ｂ（５９と総称する）と、各パッド部５９の表面に接合された前記一対の出力線５ａ、５ｂ（５と総称する）と、金属抵抗体層５３の先端側の上側（図２（ａ）の上側）を覆うセラミックス被覆層６３と、出力線５の先端側及び一対のパッド部５９等を覆う被覆部材６５と、を備えている。

なお、感温部４は、感温素子３のうち、出力線５以外の板状部分である。
以下、各構成について説明する。
セラミックス基板５１は、例えば純度９９．９％のアルミナからなる（平面視で）長方形の板材である。このセラミックス基板５１の熱膨張係数は、例えば７．０×１０^−６／℃（２０−３００℃）である。

金属抵抗体層５３は、金属抵抗体である例えばＰｔからなる（例えば厚さが０．５〜３．０μｍの）導電性を有する薄膜であり、先端側の細線部７１と後端側の一対の端子部７３ａ、７３ｂ（７３と総称する）とからなる。

このうち、細線部７１は、線幅の狭い（例えば幅２０μｍの）細線であり、セラミックス被覆層６３で覆われた領域内にて複数回蛇行するように形成されている。
一方、各端子部７３は、細線部７１の後端側の一対の端部にそれぞれ接続されて後端側に伸びるように形成された（細線部７１より幅の広い）端子である。

詳しくは、各端子部７３は、（細線部７１と接続された）先端側の長方形の端子先端部７３ａ１、７３ｂ１と、後端側の長方形の端子後端部７３ａ２、７３ｂ２とから構成され、全体として（平面視で）凸形状となっている。なお、端子後端部７３ａ２、７３ｂ２は、端子先端部７３ａ１、７３ｂ１より幅（図２（ｂ）のＹ方向の寸法）が広く、面積が大きな端子である。

揮発抑制層５５は、金属抵抗体層５３と同様な材料からなる同様な厚さの層であり、金属抵抗体層５３と同じ平面にて、金属抵抗体層５３の細線部７１の先端側及び幅方向（Ｙ方向）の両側を囲むように（平面視で）コ字状に形成されている。これにより、揮発抑制層５５は、その形成材料である白金の揮発に伴い白金蒸気圧を発生し、金属抵抗体層５３の揮発を抑制する。

パッド部５９は、端子後端部７３ａ２、７３ｂ２の表面にて、端子後端部７３ａ２、７３ｂ２の外周より僅かに内側に形成された（平面視で）長方形の導電性を有する層であり、その厚みは、金属抵抗体層５３より厚い（例えば厚さ１〜３０μｍの）厚膜である。

このパッド部５９は、Ｐｔ及びガラス（即ちセラミックス基板５１の熱膨張係数よりも熱膨張係数が小さいガラス）からなる混合材料で形成されており、ここでは、Ｐｔとガラスの割合は、Ｐｔ及びガラスを１００体積％とした場合、ガラスが５体積％〜８０体積％（好ましくは１０体積％〜５０体積％）の範囲内の例えば４０体積％である。

なお、前記金属及びガラス以外に、金属及びガラスに例えばセラミックフィラー等を添加した（金属及びガラスを主成分とする）ガラス系材料を使用してもよい。
パッド部５９に含まれるガラスは、例えば転移点７００℃以上で軟化点９００℃以上の高耐熱ガラスであり、ここでは、その組成は、例えばＳｉＯ_２：５２質量％、ＣａＯ：２５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１５質量％、ＳｒＯ：８質量％である。

前記ガラスとしては、上述したようにセラミックス基板５１の熱膨張係数よりも熱膨張係数が小さいだけでなく、出力線５の熱膨張係数より熱膨張係数が小さいガラス（例えば熱膨張係数が４．０×１０^−６／℃〜６．８×１０^−６／℃（２０−３００℃）の範囲のガラス）が使用される。

なお、このガラスとしては、セラミックス基板５１及び出力線５の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する各種のガラス、例えば上述したケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、リンケイ酸塩ガラス等、各種のガラスを採用できる。

そして、上述した金属及びガラスを含むパッド部５９の熱膨張係数は、温度センサ１の使用温度領域（例えば２０−３００℃）において、例えば６．０×１０^−６／℃〜９．５×１０^−６／℃の範囲内であり、出力線５の熱膨張係数より小さい熱膨張係数に設定されている。

更に、出力線５とパッド部５９との熱膨張係数差は、例えば０．２×１０^−６／℃〜４．０×１０^−６／℃の範囲（詳しくは、０．４×１０^−６／℃〜２．５×１０^−６／℃の範囲）の例えば２．０×１０^−６／℃である。

出力線５は、Ｐｔからなる熱膨張係数が９．５×１０^−６／℃（２０−３００℃）の線材（Ｐｔ線）であり、その先端は、パッド部５９の表面に接合されている。なお、出力線５としては、Ｐｔ合金を用いてもよい。

この出力線５は、パラレル溶接（抵抗溶接）によってパッド部５９に接合されるので、出力線５とパッド部５９との接合部分７５（図２（ａ）参照）はスポット状に形成される。

セラミックス被覆層６３は、例えば純度９９．９％のアルミナからなる基板であり、このセラミックス被覆層６３によって、金属抵抗体層５３の細線部７１及び端子先端部７３ａ１、７３ｂ１の先端側と揮発抑制層５５とが覆われている。

なお、セラミックス被覆層６３は、例えば純度９９．９％のアルミナからなる接合層６４（図２（ａ）参照）によって、セラミックス基板５１等に接合されている。
被覆部材６５は、例えば前記パッド部５９のガラスと同じガラス材料（異なっていてもよい）からなるガラス被覆層であり、その熱膨張係数は、出力線５の熱膨張係数より小さい。この被覆部材６５によって、出力線５の先端側、パッド部５９、セラミックス被覆層６３の後端側が覆われて気密される。

特に、本実施例１では、上述したように、ガラスを主成分とし出力線５より熱膨張係数の小さい被覆部材６５が、出力線５のうち少なくともパッド部５９上に位置する部位を被覆するようにパッド部５９上に設けられ、且つ、パッド部５９は、金属及びセラミックス基板５１の熱膨張係数よりも熱膨張係数が小さいガラスを主成分とする、ガラス系材料からなるとともに、パッド部５９の熱膨張係数は出力線５の熱膨張係数より小さく設定されている。

詳しくは、パッド部５９は、Ｐｔとガラスとの混合割合は、Ｐｔ及びガラスを１００体積％とした場合、ガラスが５体積％〜８０体積％（好ましくは１０体積％〜５０体積％）の範囲内である。しかも、そのパッド部５９は、出力線５より熱膨張係数が小さく、出力線５とパッド部５９との熱膨張係数差は、０．２×１０^−６／℃〜４．０×１０^−６／℃（好ましくは０．４×１０^−６／℃〜２．５×１０^−６／℃）以内である。

ｃ）次に、感温素子３の製造方法について説明する。
図４及び図５に示すように、まず、セラミックス基板５１の母材（図示せず）を、超音波洗浄によって洗浄する。なお、この母材とは、複数の感温素子３を１枚の大判の基板から作製するための板材であり、図５では、１枚の感温素子３の部分を示している。

次に、金属抵抗体層５３及び揮発抑制層５５を形成するために、母材（従ってセラミックス基板５１）の表面のうち、金属抵抗体層５３及び揮発抑制層５５の形成する表面部分に、周知のＰＶＤ法（例えば、スパッタリング法）によってＰｔ膜（図示せず）を形成する。

次に、周知のレジスト膜形成、露光処理、現像、エッチング、レジスト膜剥離等のフォトリソグラフィ工程によって、図５（ａ）に示すように、金属抵抗体層５３及び揮発抑制層５５を形成する。

次に、アニール処理（エイジング処理）を行う。なお、アニール処理としては、ここでは、大気又はＮ_２雰囲気下で、１０００〜１４００℃に加熱し、その後、自然冷却を行う。

次に、パッド部５９の組成となるように、例えばＰｔ材料（粉末）９３質量部及び前記組成のガラス粉末７質量部の合計１００質量部に対してセルロース樹脂１０質量部を加えた材料を用いて、Ｐｔ−ガラスペースト５９Ｐを作製する。

そして、図５（ｂ）に示すように、そのＰｔ−ガラスペースト５９Ｐを、パッド部５９を形成する箇所に印刷する。即ち、Ｐｔ−ガラスペースト５９Ｐを、金属抵抗体層５３の端子部７３の端子後端部７３ａ２、７３ｂ２の表面に、（端子後端部７３ａ２、７３ｂ２の外周より内側の範囲にて）長方形状に印刷する。

次に、アルミナ粉末９０質量部とブチラール樹脂１０質量部とを加えてアルミナペースト（図示せず）を作製し、そのアルミナペーストを、母材（従ってセラミックス基板５１）上のセラミックス被覆層６３で覆う箇所（接合層６４となる箇所）に印刷する。

次に、同じく図５（ｂ）に（透視して）示すように、アルミナペーストを印刷した箇所に重ねるように、（焼成済みのセラミックス基板である）セラミックス被覆層６３を配置する。

次に、上述したように、表面に各層などが配置された母材（従ってセラミックス基板５１）を、焼成温度１０００〜１４００℃で２時間焼成する。これによって、各ペーストが焼成される。

次に、ダイシングによって、母材を後述する溶接向けのワークサイズにカットする。
次に、図５（ｃ）に示すように、パッド部５９上に出力線５を配置し、パラレル溶接（抵抗溶接）によって、出力線５をパッド部５９に接合する。

次に、被覆部材６５の組成のガラス材料（粉末）９０質量部とブチラール樹脂１０質量部とを加えてガラスペースト（図示せず）を作製し、そのガラスペーストを、被覆部材６５を形成する箇所に塗布する。即ち、ガラスペーストを、出力線５の先端側、パッド部５９、セラミックス被覆層６３の後端側を覆うように塗布する。

次に、例えば焼成温度１０００〜１４００℃で２時間、ガラスを焼成する。
次に、ダイシングによって、ワークサイズの基板をカットして、各感温素子３を分離する。

このように、上述した工程によって、感温素子３を製造することができる。
なお、温度センサ１は、上述したように製造された感温素子３を、従来と同様な手順で組み付けることによって製造することができる。

ｄ）次に、本実施例１の効果を説明する。
本実施例１の感温素子３では、ガラスを主成分とし出力線５より熱膨張係数の小さい被覆部材６５が、出力線５のうち少なくともパッド部５９上に位置する部位を被覆するようにパッド部５９上に設けられ、且つ、パッド部５９は、金属及びセラミックス基板５１の熱膨張係数よりも熱膨張係数が小さいガラスを主成分とする、ガラス系材料からなるとともに、パッド部５９の熱膨張係数は出力線５の熱膨張係数より小さく設定されている。

詳しくは、パッド部５９は、Ｐｔ及びガラス１００体積％に対して、ガラス５体積％〜８０体積％（好ましくは１０体積％〜５０体積％）のＰｔ及びガラスからなり、しかも、そのパッド部５９は、出力線５より熱膨張係数が小さく、出力線５とパッド部５９との熱膨張係数差は、０．２×１０^−６／℃〜４．０×１０^−６／℃（好ましくは０．４×１０^−６／℃〜２．５×１０^−６／℃）以内である。

従って、感温素子３が、例えば８５０℃以上の高温の状態と常温の状態との間の温度変化に晒された場合でも、被覆部材６５とパッド部５９とにより出力線５に対して圧縮応力をかけることができ、よって、出力線５とパッド部５９との間の固着力を高めることができる。これによって、出力線５とパッド部５９との間における剥離を低減することができるので、感温素子３の耐久劣化を抑制することができる。

また、本実施例１では、パッド部５９に含まれるガラスの軟化点は９００℃以上であるので、感温素子３は９００℃に到る高温の範囲まで好適に使用することができる。
更に、実施例１では、パッド部５９に含まれるガラスは、アルカリ金属の含有率が、０．２質量％以下であるので、マイグレーションの発生を抑制できるという利点がある。

また、本実施例１では、出力線５とパッド部５９とは、ガラスからなる被覆部材６５で覆われるとともに、被覆部材６５とパッド部５９のガラスとのガラス成分が同じである。よって、被覆部材６５とパッド部５９との熱膨張の程度が近いので、剥離抑制の効果が高いという効果がある。

次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例２の温度センサは、前記実施例１とは、感温素子のパッド部及び金属抵抗体層の端子部の構成が異なる。

図６及び図７に示すように、本実施例２の感温素子１０３は、前記実施例１とほぼ同様に、セラミックス基板１５１と、セラミックス基板１５１の一方（図６（ａ）の上側）の主面に形成された金属抵抗体層１５３と、同じ主面に形成された揮発抑制層１５５と、同じ主面の後端側（図６（ａ）の左側）にて金属抵抗体層１５３の表面の一部に形成された一対のパッド部１５９ａ、１５９ｂ（１５９と総称する）と、各パッド部１５９の表面に接合された一対の出力線１０５ａ、１０５ｂ（１０５と総称する）と、金属抵抗体層１５３の先端側の上側（図６（ａ）の上側）を覆うセラミックス被覆層１６３と、出力線１０５の先端側及び一対のパッド部１５９等を覆う被覆部材１６５とを備えている。

本実施例２においても、金属抵抗体層１５３は、先端側にて複数回蛇行する細線部１７１と、細線部１７１の両端に接続された一対の端子部１７３ａ、１７３ｂ（１７３と総称する）とから構成されているが、各端子部１７３の平面形状が実施例１とは異なる。

詳しくは、各端子部１７３は、長方形の各端子先端部１７３ａ１、１７３ｂ１と（端子先端部１７３ａ１、１７３ｂ１より幅が広く面積が大きな）各端子後端部１７３ａ２、１７３ｂ２とから構成されているが、各端子後端部１７３ａ２、１７３ｂ２は（平面視で）出力線１０５の存在する領域まで至っていない。

そして、各パッド部１５９は、各端子後端部１７３ａ２、１７３ｂ２の表面全体を覆うとともに、同じ幅で後端側に延びており、その後端側にてセラミックス基板１５１と直接に接触している。

つまり、出力線１０５の下方（図６（ａ）の下方）の領域及びその径方向（図６（ｂ）の上下方向）においては、各端子後端部１７３ａ２、１７３ｂ２は存在せず、各パッド部１５９とセラミックス基板１５１とが直接に接合して密着している。

なお、各部材の材料等は、前記実施例１と同様であり、製造手順も（パッド部１５９や端子部１７３の形状は異なるが）基本的に前記実施例１と同様である。
本実施例２は、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、（Ｐｔ及びガラスからなる）パッド部１５９とセラミックス基板１５１とが直接に接触しているので、パッド部１５９とセラミックス基板１５１との接合強度が高いという利点がある。

次に、実施例３について説明するが、前記実施例２と同様な内容の説明は省略する。
本実施例３の温度センサは、前記実施例２とは、感温素子のパッド部とセラミックス基板との間に中間層を備えている構成が異なる。

ａ）まず、本実施例３の感温素子の構成について説明する。
図８及び図９に示すように、本実施例３の感温素子２０３は、前記実施例２とほぼ同様に、セラミックス基板２５１と、セラミックス基板２５１の一方（図８（ａ）の上側）の主面に形成された金属抵抗体層２５３と、同じ主面に形成された揮発抑制層２５５と、同じ主面の後端側（図８（ａ）の左側）に形成された一対の中間層２５７ａ、２５７ｂ（２５７と総称する）と、金属抵抗体層２５３の後端側の一部及び中間層２５７を覆うように形成された一対のパッド部２５９ａ、２５９ｂ（２５９と総称する）と、各パッド部２５９の表面に接合された一対の出力線２０５ａ、２０５ｂ（２０５と総称する）と、金属抵抗体層２５３の先端側の上側（図８（ａ）の上側）を覆うセラミックス被覆層２６３と、出力線２０５の先端側及び一対のパッド部２５９等を覆う被覆部材２６５とを備えている。

本実施例３においても、金属抵抗体層２５３は、先端側にて複数回蛇行する細線部２７１と、細線部２７１の両端に接続された一対の端子部２７３ａ、２７３ｂ（２７３と総称する）とから構成されており、各端子部２７３も、実施例２と同様な形状の各端子先端部１７３ａ１、１７３ｂ１と各端子後端部１７３ａ２、１７３ｂ２とから構成されている。

特に本実施例３では、各端子後端部１７３ａ２、１７３ｂ２の後端から、（各端子後端部１７３ａ２、１７３ｂ２と同じ幅で）後端側に延びるように一対の長方形の中間層２５７（図８（ｂ）のメッシュ部分）が形成されている。なお、中間層２５７は、金属抵抗体層２５３より厚い、例えば１〜３０μｍの厚膜である。

この中間層２５７は、パッド部２５９と同様に、Ｐｔ及び（パッド部２５９と同種の）ガラスとから構成されているが、パッド部２５９とはＰｔ及びガラスの割合（含有率が異なる）。

詳しくは、パッド部２５９におけるＰｔの割合は中間層２５７におけるＰｔの割合より大きく設定されている。具体的には、パッド部２５９のＰｔ／ガラスは例えば６０／４０体積％であるが、中間層２５７のＰｔ／ガラスは例えば５０／５０体積％である。

ｂ）次に、本実施例３の感温素子の製造方法について説明する。
なお、本実施例３の感温素子の製造方法は、基本的には前記実施例１とほぼ同様であるので、簡単に説明する。

図１０に示すように、本実施例３では、前記実施例１と同様に、基板洗浄、Ｐｔ膜形成、フォトリソグラフィ工程、アニール処理を実施する。
次に、中間層２５７を形成するために、中間層２５７の組成に対応したＰｔ−ガラスペーストを作製する。具体的には、Ｐｔ８５質量部及びガラス１５質量部の合計の１００質量部に対してセルロース樹脂１０質量部を加えた材料を用いて、中間層用のＰｔ−ガラスペーストを作製する。

そして、この中間層用のＰｔ−ガラスペーストを、中間層２５７の形成部分に印刷する。
次に、パッド部２５９を形成するために、パッド部２５９の組成に対応したＰｔ−ガラスペーストを作製する。具体的には、Ｐｔ９３質量部及びガラス７質量部の合計１０質量部大してセルロース樹脂１０質量部を加えた材料を用いて、パッド部層用のＰｔ−ガラスペーストを作製する。

そして、このパッド部用のＰｔ−ガラスペーストを、パッド部２５９の形成部分に印刷する。
その後、前記実施例１と同様に、（接合層の）アルミナペースト印刷、セラミックス被覆層２６３の装着、各ペーストの焼成、（ワークサイズの）ダイシング、出力線２０５の溶接、（被覆部材２６５の）ガラスペースト塗布、（被覆部材２６５の）ガラス焼成、感温素子２０３のダイシングを行って、感温素子２０３を作製する。

ｃ）本実施例３では、前記実施例１の効果を奏するとともに、Ｐｔ及びガラスからなるパッド部２５９とセラミックス基板２５１との間に、Ｐｔ及びガラスからなる中間層２５７を備えているので、パッド部２５９及び中間層２５７及びセラミックス基板２５１間における接合強度が高いという利点がある。

しかも、パッド部２５９中のＰｔの割合が中間層２５７中のＰｔの割合より大（従ってパッド部２５９中のガラスの割合が中間層２５７中のガラスの割合より小）であるので、パッド部２５９おいて十分な導通を確保できるとともに、パッド部２５９は中間層２５７を介してセラミックス基板２５１に強固に接合することができる。

つまり、本実施例３では、出力線２０５と金属抵抗体層２５３との間の十分な導通の確保と、パッド部２５９とセラミックス基板２５１との間の十分な固着力の確保とを両立できるという顕著な効果を奏する。

次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例４の温度センサは、感温素子の金属抵抗体層の形状（配置）が、前記実施例１とは異なる。

具体的には、図１１に示すように、本実施例４の感温素子３０３は、前記実施例１と同様に、セラミックス基板３５１と、セラミックス基板３５１の主面に形成された金属抵抗体層３５３と、同じ主面に形成された揮発抑制層３５５と、金属抵抗体層３５３の一対の端子部１７３の後端側を覆うように形成された一対のパッド部３５９と、各パッド部３５９の表面に接合された一対の出力線３０５と、金属抵抗体層３５３の先端側の上側を覆うセラミックス被覆層３６３と、出力線３０５の先端側及び一対のパッド部３５９等を覆う被覆部材３６５とを備えている。

本実施例３では、金属抵抗体層３５３の一対の端子部３７３の後端側は、（平面視で）パッド部３５９より幅（図１１（ｃ）の上下方向に寸法）が狭く、出力線３０５の直下の範囲まで形成されている。

従って、パッド部３５９は、セラミックス基板３５１と直接接触する部分（幅方向の両端や先端側の一部）を有している。
本実施例４も、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、パッド部３５９とセラミックス基板３５１との接合性が高いという効果がある。つまり、パッド部３５９は強固にセラミックス基板３５１に密着しているので、感温素子３０３の耐久性が高いという利点がある。
［実験例１］
次に、本発明の効果を確認した実験例１について説明する。

本実験例１では、実験に使用する試料として、前記実施例１と同様な感温素子を作製するとともに、そのパッド部の成分を、下記表１のように変更して、出力線とパッド部との間の固着力を調べた。なお、ガラスの組成は、ＳｉＯ_２：５２質量％、ＣａＯ：２５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１５質量％、ＳｒＯ：８質量％であり、各試料は、それぞれ１０個作製した。

固着力を調べる試験は、金属材料引張試験（ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１）に準拠した方法により行なった。この試験では、試料である感温素子のセラミックス基板側を固定し、出力線を引っ張り、出力線の断線や抜け（パッド部からの剥がれ）の状態により、固着力を調べた。その結果を同じく表１に示す。なお、引っ張りの際には、出力線の断線又は抜けが生じるまで、１５０ＭＰａ（必要荷重）以上の荷重を加えた。

また、下記表１において、熱膨張係数差は、（２０−３００℃における）Ｐｔからなる出力線の熱膨張係数と下記表１のパッド部のＰｔ及びガラスからなる混合材料の熱膨張係数との差（熱膨張係数差）を示している。

なお、表１の固着力の判定基準として、◎は「全数、必要荷重以上となっても抜けがなく断線したこと」を示し、○は「全数、必要荷重以上となった場合に抜けが生じたこと」を示し、×は「全数、抜けが発生し、必要荷重までに抜けが生じたものもあること」を示している。

この表１から、熱膨張係数差が、０．２×１０^−６／℃〜４．０×１０^−６／℃の範囲である場合には、固着力が強く、更に、熱膨張係数差が、０．４×１０^−６／℃〜２．５×１０^−６／℃の範囲である場合には、一層固着力が強く好適であることが分かる。
［実験例２］
次に、本発明の効果を確認した実験例２について説明する。

本実験例２では、パッド部のガラスのアルカリ金属量（含有率）とマイグレーションとの関係について調べた。
具体的には、パッド部として、前記実施例１と同様なＰｔ６０体積％、ガラス４０体積％の組成とするとともに、前記ガラスを下記表２に示す成分として、前記実施例１と同様な感温素子を備えた温度センサの試料を作製した。

そして、各試料の温度センサを９００℃という条件下で１００時間使用した後、各試料を用いて、温度が既知の雰囲気（例えば６００℃）の温度を測定し、その測定の精度誤差を調べた。その結果を下記表２に示す。

なお、表２において、Ｒ_２Ｏは、アルカリ金属の酸化物成分として、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏを示す。また、◎は精度誤差が０．５℃以内を示し、○は精度誤差が０．５℃を上回り１℃以内を示し、×は精度誤差が１℃より大きいことを示す。

マイグレーションの影響で電気絶縁性（従って電気導電性）が変化すると、温度センサの精度誤差が大きくなるので、この表２から、パッド部のガラスのアルカリ金属の含有率（酸化物換算）が、０．２質量％以下の場合には、マイグレーション耐性が高いことが分かる。

尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）例えば感温素子を収容する温度センサの構成としては、公知の各種の構成を採用できる。

（２）また、感温素子を構成する、例えばセラミックス基板、金属抵抗体層、出力線、被覆部材などの材料としても、本発明の範囲において、公知の各種の材料を使用できる。

１…温度センサ
３、１０３、２０３、３０３…感温素子
５ａ、５ｂ、５、１０５ａ、１０５ｂ、１０５、２０５ａ、２０５ｂ、２０５、３０５…出力線
５１、１５１、２５１、３５１…セラミックス基板
５３、１５３、２５３、３５３…金属抵抗体層
２５７ａ、２５７ｂ、２５７…中間層
５９ａ、５９ｂ、５９、１５９ａ、１５９ｂ、１５９、２５９ａ、２５９ｂ、２５９、３５９…パッド部
６３、１６３、２６３、３５９…セラミックス被覆層
６５、１６５、２６５、３６５…被覆部材
７３ａ、７３ｂ、７３、１７３ａ、１７３ｂ、１７３、２７３ａ、２７３ｂ、２７３、３７３…端子部

Claims (11)

1. セラミックス基体と、
   前記セラミックス基体上に形成された金属抵抗体層と、
   前記セラミックス基体上に形成されるとともに、前記金属抵抗体層と電気的に接続された導電性を有するパッド部と、
   前記パッド部の表面に接合された金属からなる出力線と、
   を備えた感温素子において、
   ガラスを主成分とする部材であって、前記出力線のうち少なくとも前記パッド部上に位置する部位を被覆するように前記パッド部上に設けられ、前記出力線より熱膨張係数の小さい被覆部材をさらに備え、
   前記パッド部は、金属及び前記セラミックス基体の熱膨張係数よりも熱膨張係数が小さいガラスを主成分とする、ガラス系材料からなるとともに、前記パッド部の熱膨張係数は前記出力線の熱膨張係数より小さいことを特徴とする感温素子。
2. 前記パッド部は、前記セラミックス基体と直接接触する部分を有することを特徴とする請求項１に記載の感温素子。
3. 前記パッド部は、前記金属及び前記ガラスに対して、前記ガラスを５体積％〜８０体積％含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の感温素子。
4. 前記パッド部は、前記金属及び前記ガラスに対して、前記ガラスを１０体積％〜５０体積％含むことを特徴とする請求項３に記載の感温素子。
5. 前記出力線と前記パッド部との熱膨張係数差は、０．２×１０^−６／℃〜４．０×１０^−６／℃であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の感温素子。
6. 前記出力線と前記パッド部との熱膨張係数差は、０．４×１０^−６／℃〜２．５×１０^−６／℃であることを特徴とする請求項５に記載の感温素子。
7. 前記パッド部のガラスの軟化点は、９００℃以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の感温素子。
8. 前記パッド部のガラスは、アルカリ金属の含有率が、０．２質量％以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の感温素子。
9. 前記パッド部の少なくとも一部と前記セラミックス基体との間には、金属及びガラスを含む中間層を備えるとともに、前記パッド部中の金属の割合が前記中間層中の金属の割合より大であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の感温素子。
10. 前記被覆部材のガラスと前記パッド部のガラスとが同じであることを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載の感温素子。
11. 前記請求項１〜１０のいずれか１項に記載の感温素子を備えたことを特徴とする温度センサ。