JP2002289407A - 温度センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーミスタ素子の対向する両端面に信号取出
用の一対の電極線を接続してなる温度センサにおいて、
電極線とサーミスタ素子との接合部の剥離を防止する。 【解決手段】 サーミスタ素子３およびサーミスタ素子
３と電極線４との接合部を、電気絶縁性のガラス部材６
にて封止するとともに、電気絶縁性セラミック等よりな
る保持部材８により、一対の電極線４の間隔を維持しつ
つ一対の電極線４を保持している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サーミスタ素子の
対向する両端面に、信号取出用の一対の電極線を接続し
てなる温度センサおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の温度センサとして、
特公昭５２−７５３５号公報に記載のものが提案されて
いる。このものは、一対の電極線が、サーミスタ素子を
挟むようにサーミスタ素子の対向する両端面に接続さ
れ、前記サーミスタ素子から引き出されている。この電
極線とサーミスタ素子との接合は、耐熱性の導電性材料
を用いた焼き付けにて行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の温度センサにおいては、振動や熱衝撃等によっ
て、電極線とサーミスタ素子との接合部に、クラックが
発生し、最悪、剥離に至る恐れがあり、当該接合部の強
度向上が要望されている。

【０００４】そこで、本発明は上記問題に鑑み、サーミ
スタ素子の対向する両端面に信号取出用の一対の電極線
を接続してなる温度センサにおいて、電極線とサーミス
タ素子との接合部の剥離を防止することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、サーミスタ素子（３）
と、一端側がサーミスタ素子を挟むようにサーミスタ素
子の対向する両端面に接続され、他端側がサーミスタ素
子から引き出されているサーミスタ信号取り出し用の一
対の電極線（４）とを備える温度センサにおいて、一対
の電極線の間隔を維持しつつ一対の電極線を保持する電
気絶縁性の保持部材（８）を設けたことを特徴としてい
る。

【０００６】それによれば、一対の電極線が、電気絶縁
性の保持部材によって互いの間隔を維持するように保持
されているため、電極線間の短絡を防止しつつ、振動や
熱衝撃等による電極線のずれを防止でき、結果、電極線
とサーミスタ素子との接合部の剥離を防止することがで
きる。

【０００７】ここで、請求項２に記載の発明のように、
保持部材（８）は、一対の電極線（４）の各々が挿入さ
れる穴（８ａ）を有するものを採用することができる。

【０００８】また、請求項３に記載の発明では、サーミ
スタ素子（３）およびサーミスタ素子と電極線（４）と
の接合部を、電気絶縁性のガラス部材（６）にて封止
し、保持部材（８）を、一対の電極線のうちガラス部材
よりも他端側に設けたことを特徴としている。

【０００９】それによれば、サーミスタ素子と電極線と
の接合部がガラス部にて封止されているため、当該接合
部の剥離を、より高いレベルにて防止することができ
る。また、この場合、保持部材は、一対の電極線のうち
ガラス部材よりも他端側に設けることとなる。

【００１０】ここで、請求項５に記載の発明のように、
ガラス部材（６）と保持部材（８）とは離れていても良
いが、請求項４に記載の発明のように、ガラス部材
（６）と保持部材（８）とが接していた方が、保持部材
を基準として、ガラス部材の位置決めや寸法決めを容易
に行うことができるため、好ましい。

【００１１】また、請求項６に記載の発明のように、ガ
ラス部材（６）の外側に、アルミナよりなるキャップ
（７）を被せることにより、サーミスタ素子と電極線と
の接合部の耐熱性をより高温まで向上できるため、好ま
しい。

【００１２】また、請求項７に記載の発明のように、保
持部材（８）は、複数個設けられていても良い。また、
請求項８に記載の発明のように、上記各手段は、５００
℃以上の高温環境下にて用いられる温度センサに適用し
ても、その効果を十分に発揮することができる。

【００１３】また、請求項９に記載の発明のように、電
極線（４）としては、ＰｔまたはＰｔ合金などの高融点
金属を使用したり、請求項１０に記載の発明のように、
保持部材（８）と電極線（４）とを、あらかじめ同時焼
結、または接合しているものを採用することができる。
これらのものは、高温強度・耐振性に優れている。

【００１４】また、請求項１１に記載の発明は、サーミ
スタ素子（３）と、一端側がサーミスタ素子を挟むよう
にサーミスタ素子の対向する両端面に接続され、他端側
がサーミスタ素子から引き出されているサーミスタ信号
取り出し用の一対の電極線（４）とを備える温度センサ
において、一対の電極線の間隔を維持しつつ一対の電極
線を保持する電気絶縁性の保持部材（８）を設けてなる
温度センサの製造方法であって、電極線（４）にＰｔま
たはＰｔ合金などの高融点金属を使用して、保持部材
（８）はアルミナ、ジルコニアなどのセラミック粉末を
予め２穴が空いた形状に成形した後に、電極線を挿入
し、同時焼成することを特徴としている。

【００１５】それによれば、請求項１に記載の温度セン
サを適切に製造できることに加え、高温強度・耐振性に
優れた高融点金属線（高融点電極線）付き保持部材を適
切に形成できる。

【００１６】ここで、この製造方法においては、セラミ
ック粉末は、造粒した後、精密成形したり、同時焼成
は、１５００〜１６００℃の大気焼成炉または、還元炉
を用いて行うことができる。

【００１７】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る温
度センサＳ１の全体構成を示す外観図であり、図２は、
図１にて感温部を構成する金属カバー（金属パイプ）２
内の断面構成を示す拡大図である。この温度センサＳ１
は、例えば、５００℃以上の高温環境下にて用いられる
自動車用の排気温センサに適用することができる。

【００１９】図１において、１は段付筒状のハウジング
であり、耐熱性に優れた金属材料（例えばステンレス
等）等より構成されている。ハウジング１の一端側の外
周面に、被測定部材（例えば排気管等）の取付穴にネジ
結合可能なネジ部１ａが形成されており、他端側には、
外部回路と連絡するために配線部材に接続されるコネク
タ部１ｂが形成されている。

【００２０】また、ハウジング１には、上記ネジ部１ａ
によるネジ結合を行うためのナット部１ｃ、および、上
記被測定部材との間の気密性を保持するためのＯリング
やガスケット等よりなるシール部材１ｄが設けられてい
る。また、ハウジング１の一端側の絞り部には、金属カ
バー２が挿入されてレーザ溶接等により接合固定されて
いる。

【００２１】この金属カバー２は、感温部の本体を区画
形成するものであり、センサＳ１を上記被測定部材にネ
ジ結合して取り付けた状態で被測定環境下にさらされる
部分である。金属カバー２はステンレス等の耐熱性金属
よりなり、一端側に底部を有し他端側に開口部を有する
例えば直径がφ１．３ｍｍの有底円筒状をなす。金属カ
バー２の他端側がハウジング１に接合されており、その
内部構成は、図２に示す様になっている。

【００２２】金属カバー２の一端側（底部側）の内部に
は、サーミスタ素子３が収納されている。このサーミス
タ素子３は、高温（例えば１０００℃以上）での使用に
耐えうるものであり、例えば、Ｙ−Ｃｒ−Ｍｎの酸化物
を主成分とする半導体材料（サーミスタ材料）等よりな
る板状の焼結成形体である。

【００２３】また、金属カバー２内において、サーミス
タ素子３には、サーミスタ信号（抵抗（Ｒ）−温度
（Ｔ）特性を用いた出力信号）を取り出すための白金等
よりなる一対の電極線４が接続されている。

【００２４】各電極線４においては、その一端側が、サ
ーミスタ素子３より露出した形でサーミスタ素子３の対
向する両端面に接続されている。ここで、サーミスタ素
子３と各電極線４とは、耐熱導電性材料（例えば、Ｐｔ
−Ｖペースト、Ａｕ−Ｎｉペースト、Ａｇ−Ｃｕペース
ト等）を用いて焼き付けを行うことにより接合されてい
る。

【００２５】そして、各電極線４は互いに平行に離間
し、各電極線４の他端側は、金属カバー２の軸に沿って
金属カバー２の他端側（開口部側）へ延びるように配置
されている。また、図示しないが、各電極線４の他端側
は、ハウジング１の内部にて配線部材を介する等によ
り、コネクタ部１ｂに設けられた端子に電気的に接続さ
れている。

【００２６】ここで、金属カバー２内にて延びる各電極
線４は、アルミナ等よりなる碍子管（絶縁碍子）５を貫
通することによって、この碍子管５に保持されるととも
に、互いの電極線４の間および金属カバー２との間の電
気的絶縁を確保している。この碍子管５は、例えば、２
つ割のものを合致して組み付けたものである。

【００２７】また、サーミスタ素子３およびサーミスタ
素子３と電極線４との接合部は、電気絶縁性のガラス部
材６にて封止されている。このガラス部材６は、アルミ
ナやシリカ等の結晶化ガラスよりなるものである。この
ガラス部材６の外側には、アルミナよりなるキャップ７
が被せられており、このキャップ７によって、ガラス封
止されたサーミスタ素子３が包み込まれた形となってい
る。

【００２８】さらに、本実施形態においては、金属カバ
ー２内におけるサーミスタ素子３の近傍に、一対の電極
線４の間隔を維持しつつ一対の電極線４を保持する電気
絶縁性の保持部材８が設けられている。この保持部材８
の単体構成を図３（ａ）に示す。

【００２９】保持部材８はアルミナ等の絶縁性セラミッ
クよりなる成形体であり、各電極線４が挿入されるとと
もに両電極線４の間隔に対応した間隔にて配置された穴
８ａを有する。この保持部材８は、図２に示す様に、ガ
ラス部材６と碍子管５との間にてガラス部材６に接して
配置されている。

【００３０】そして、各電極線４におけるガラス部材６
の封止部よりも他端側が、保持部材８の各穴８ａに貫通
することにより、各電極線４は、保持部材８によって、
互いの電極線４の間隔を維持しつつ保持されている。な
お、電極線４は、穴８ａの内面に接して保持されていて
も良いし、更に、耐熱性のガラス、無機接着剤、更には
上記した耐熱導電性材料やロウ材等を用いて、電極線４
と穴８ａとを接合固定しても良い。

【００３１】また、白金または、白金合金（Ｐｔ−Ｉ
ｒ、Ｐｔ−Ｒｈなど）等の高融点金属を電極線４に用
い、保持部材８は、アルミナ、ジルコニアなどのセラミ
ック粉末を予め２穴（８ａ）が空いた形状に成形した後
に、上記高融点電極線を挿入し、同時焼結したものが、
高温強度・耐振性に優れているので、一番良い。

【００３２】上記セラミック粉末は、造粒し、精密成形
する。また、同時焼成は、１５００〜１６００℃の大気
焼成炉または、還元炉を用いても良い。こうして、高融
点金属線（高融点電極線）付き保持部材８が出来上が
る。このものを図３（ｂ）に示す。

【００３３】この温度センサＳ１は、例えば、次のよう
にして組み付けることができる。板状に焼結成形された
サーミスタ素子３の両端面に、上記耐熱導電性材料を用
いて各電極線４を焼き付け、一体化する。次に、このも
のを、液状ガラス中に浸漬することにより、ガラス部材
６による封止を行い、キャップ７を被せる。

【００３４】なお、電極線４と一体化したサーミスタ素
子３を、キャップ７の内部に配置させた後、キャップ７
内に、液状ガラスを充填することにより、ガラス部材６
による封止を行っても良い。この場合、キャップ７とガ
ラス部材６とは、ガラスが固まる時の接着力で接合され
る。

【００３５】ここで、各電極線４を、保持部材８の穴８
ａに貫通させ、電極線４に保持部材８を組み付ける工程
は、上記したガラス部材６による封止工程の後に行って
も良いが、このガラス封止工程の前に行っても良い。ガ
ラス部材６と保持部材８とが接した構成を採用している
ため、ガラス封止工程の前に行えば、保持部材８の位置
や大きさを基準として、ガラス部材の位置決めや寸法決
めを容易に行うことができる。

【００３６】なお、保持部材８の組み付けをガラス封止
工程の後に行う場合、保持部材８とガラス部材６とは、
単に接しているだけでも良いが、無機接着剤等にて接着
固定しても良い。また、保持部材８の組み付けをガラス
封止工程の前に行う場合、保持部材８とガラス部材６と
は、ガラスが固まる時の接着力で接合される。

【００３７】こうして、サーミスタ素子３、電極線４、
ガラス部材６、キャップ７および保持部材８が一体化さ
れる。そして、この一体化したものに、碍子管５を組み
付け、電極線４とハウジング１におけるコネクタ部１ｂ
の端子とを接続し、サーミスタ素子３に金属カバー２を
被せ、金属カバー２をハウジング１に接合することによ
り、温度センサＳ１が完成する。

【００３８】この温度センサＳ１は、例えば自動車の排
気管に形成された取付穴（図示せず）に挿入され、ナッ
ト１ｃおよびネジ部１ａを介して当該取付穴へネジ結合
されて取り付けられる。そして、感温部に測定流体（排
気ガス等）が当たると、その測定流体の温度に応じた信
号が、サーミスタ素子３から、電極線４、コネクタ部１
ｂの端子を介して外部に出力されるようになっている。

【００３９】ところで、本実施形態によれば、一対の電
極線４が、電気絶縁性の保持部材８によって互いの間隔
を維持するように保持されているため、電極線４間の短
絡を防止しつつ、振動や熱衝撃等による電極線４のずれ
を防止でき、結果、電極線４とサーミスタ素子３との接
合部の剥離を防止することができる。

【００４０】ここで、本実施形態では、サーミスタ素子
３およびサーミスタ素子３と電極線４との接合部が、電
気絶縁性のガラス部材６にて封止されており、保持部材
８を、一対の電極線４のうちガラス部材６よりも他端側
に設けている。そのため、保持部材８による効果に加え
て、ガラス封止による上記接合部の剥離抑制も行われ、
好ましい。

【００４１】また、本実施形態では、保持部材８を、ガ
ラス部材６にて接した状態で配置している。それによ
り、上記した様に、ガラス封止工程において、保持部材
８を基準として、ガラス部材６の位置決めや寸法決めを
容易に行うことができ、好ましい。

【００４２】また、本実施形態によれば、ガラス部材６
の外側に、アルミナよりなるキャップ７を被せているた
め、サーミスタ素子３と電極線４との接合部の耐熱性を
より高温まで向上させることができ、好ましい。

【００４３】（他の実施形態）なお、上記実施形態で
は、保持部材８が、ガラス部材６及びサーミスタ素子３
に接していたが、図４に示す様に、ガラス部材６と保持
部材８とが離れていても良い。また、図５に示す様に、
保持部材８は、複数個（図示例では２個）設けられてい
ても良い。

【００４４】また、上記図２において、キャップ７、保
持部材８および碍子管５と金属カバー２とは接している
が、離れていても良い。ただし、接していた方が、感温
部の細径化や応答性向上のためには好ましい。

【００４５】また、上記実施形態では、少なくとも保持
部材８の効果によって、上記接合部の剥離防止が行われ
るため、ガラス部材６やキャップ７は無いものとしても
良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る温度センサの全体外観
図である。

【図２】図１中の感温部を示す概略拡大断面図である。

【図３】保持部材および電極線付き保持部材の単体構成
を示す外観斜視図である。

【図４】保持部材とガラス部材とが離れている例を示す
図である。

【図５】保持部材を複数個設けた例を示す図である。

【符号の説明】

３…サーミスタ素子、４…電極線、６…ガラス部材、７
…キャップ、８…保持部材、８ａ…保持部材の穴。

フロントページの続き (72)発明者 倉野 敦 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 越水 和人 埼玉県浦和市町谷２丁目７番18号 株式会 社芝浦電子内 (72)発明者 志村 憲彦 埼玉県浦和市町谷２丁目７番18号 株式会 社芝浦電子内 (72)発明者 吉原 孝正 埼玉県浦和市町谷２丁目７番18号 株式会 社芝浦電子内 Ｆターム(参考） 5E034 BA09 BB01 DA02 DB04 DB20 DC02 DC04 DE04 DE05 DE08

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サーミスタ素子（３）と、 一端側が前記サーミスタ素子を挟むように前記サーミス
   タ素子の対向する両端面に接続され、他端側が前記サー
   ミスタ素子から引き出されているサーミスタ信号取り出
   し用の一対の電極線（４）とを備える温度センサにおい
   て、 前記一対の電極線の間隔を維持しつつ前記一対の電極線
   を保持する電気絶縁性の保持部材（８）が設けられてい
   ることを特徴とする温度センサ。
2. 【請求項２】 前記保持部材（８）は、前記一対の電極
   線（４）の各々が挿入される穴（８ａ）を有するもので
   あることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
3. 【請求項３】 前記サーミスタ素子（３）および前記サ
   ーミスタ素子と前記一対の電極線（４）との接合部は、
   電気絶縁性のガラス部材（６）にて封止されており、 前記保持部材（８）は、前記一対の電極線のうち前記ガ
   ラス部材よりも他端側に設けられていることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の温度センサ。
4. 【請求項４】 前記ガラス部材（６）と前記保持部材
   （８）とは、接していることを特徴とする請求項３に記
   載の温度センサ。
5. 【請求項５】 前記ガラス部材（６）と前記保持部材
   （８）とは、離れていることを特徴とする請求項３に記
   載の温度センサ。
6. 【請求項６】 前記ガラス部材（６）の外側には、アル
   ミナよりなるキャップ（７）が被せられていることを特
   徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の温度
   センサ。
7. 【請求項７】 前記保持部材（８）は、複数個設けられ
   ていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１
   つに記載の温度センサ。
8. 【請求項８】 ５００℃以上の環境下にて用いられるこ
   とを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載
   の温度センサ。
9. 【請求項９】 前記電極線（４）は、ＰｔまたはＰｔ合
   金などの高融点金属を使用していることを特徴とする請
   求項１ないし６のいずれか１つに記載の温度センサ。
10. 【請求項１０】 前記保持部材（８）と前記電極線
    （４）とを、あらかじめ同時焼結、または接合している
    ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記
    載の温度センサ。
11. 【請求項１１】 サーミスタ素子（３）と、一端側が前
    記サーミスタ素子を挟むように前記サーミスタ素子の対
    向する両端面に接続され、他端側が前記サーミスタ素子
    から引き出されているサーミスタ信号取り出し用の一対
    の電極線（４）とを備える温度センサにおいて、前記一
    対の電極線の間隔を維持しつつ前記一対の電極線を保持
    する電気絶縁性の保持部材（８）を設けてなる温度セン
    サの製造方法であって、 前記電極線（４）にＰｔまたはＰｔ合金などの高融点金
    属を使用して、前記保持部材（８）はアルミナ、ジルコ
    ニアなどのセラミック粉末を予め２穴が空いた形状に成
    形した後に、前記電極線を挿入し、同時焼成することを
    特徴とする温度センサの製造方法。
12. 【請求項１２】 前記セラミック粉末は、造粒した後、
    精密成形することを特徴とする請求項１１に記載の温度
    センサの製造方法。
13. 【請求項１３】 前記同時焼成時の温度は、１５００〜
    １６００℃の大気焼成炉または、還元炉を用いることを
    特徴とする請求項１１に記載の温度センサの製造方法。