JP4253642B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、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る温度センサが知られている。この温度センサは、温度変化による感温素子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。

そして、温度センサは、感温素子が被測定物（被測定ガスなど）に直接触れるように構成されている（特許文献２の図４参照）。
しかし、このような温度センサを高温環境下で使用する場合には、被測定物や環境雰囲気の影響によって金属抵抗体が劣化することがあり、その結果、感温素子としての電気抵抗値が変化して、温度検出に誤差が生じることがある。

このような問題に対して、特許文献１においては、絶縁性基体上に形成された金属抵抗体をガラスなどで被覆することにより、金属抵抗体と外気との接触を防止した構造の感温素子が開示されている。この感温素子によれば、金属抵抗体の劣化の問題を解消できる。
米国特許第４０５００５２号明細書抜粋 特表２００２−５１４３１０号公報

しかし、金属抵抗体をガラスで被覆した感温素子であっても、高温環境下で使用すると、感温素子のうちガラスに含まれる成分によりマイグレーションが発生して、感温素子としての電気抵抗値が変動するという問題が生じる虞がある。このため、ガラスを用いた感温素子を有する温度センサは、高温環境下で使用する場合には、感温素子の電気抵抗値の変動によって検出誤差が生じる虞がある。

また、ガラスとしては耐熱温度が１０００℃程度のものも存在するが、このようなガラスは、シリカの純度が極めて高くなるため、絶縁基板（セラミックス基体）との熱膨張係数が異なることになる。このため、このようなガラスを用いた感温素子は、ガラスとセラミックス基体との熱膨張係数の差によって破損する虞があり、感温素子全体としての耐熱性能が低下するという問題がある。

これに対して、ガラスとセラミックス基体との熱膨張係数を同等とするためには、シリカとは別の成分を混合してなるガラスを用いる必要があるが、このようなガラスは、耐熱温度が９５０℃以下と低くなり、高温環境下での使用においてはガラスの成分によりマイグレーションが生じることがある。このため、９５０℃を超える環境下に晒されることがある用途の温度センサにおいては、ガラスを有する感温素子を使用することができない。

なお、金属抵抗体を覆う物質としてガラスに代えてセラミックスを用いて感温素子を構成することも考えられる。しかし、セラミックス自身やセラミックスと金属抵抗体とを接合するセラミックス接合層の中にガラス成分（シリカ、アルカリ土類金属など）が含有されていると、それらの成分がマイグレーションの原因となり、感温素子の電気抵抗値の変動を誘発してしまう。

また、セラミックスを用いて金属抵抗体を気密状に覆うことは困難であり、セラミックスで金属抵抗体を覆った感温素子を直接被測定物に触れるようにして温度センサに組み付けると、金属抵抗体が劣化してしまうことになる。

他方、感温素子が被測定物に直接触れる構成の温度センサは、感温素子に対して水滴などが付着することにより局所的な温度分布に偏りが生じて、クラックなどの破損が生じる虞がある。

そして、内燃機関の排気ガスには水分（凝縮水）が含まれることがあり、このような水分の付着による感温素子の破損が生じる虞がある。このため、上記従来の温度センサは、内燃機関の排気系における温度検出に用いるには、信頼性に欠けるという問題があった。

そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、金属抵抗体の抵抗値の変動を抑制すると共に、感温素子の破損を抑制できる温度センサを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、セラミックス基体上に膜状の金属抵抗体が形成されると共に、金属抵抗体のうちセラミックス基体と接する面とは反対側の面において金属抵抗体を被覆するセラミックス被覆層を有する感温素子と、後端側が開口し、先端側が閉塞する有底筒状の素子収容部材と、を備え、セラミックス被覆層は、焼成済みのシートであり、接合層により焼成済みのセラミックス基体に接合されて、金属抵抗体を覆う状態で備えられており、セラミックス基体、セラミックス被覆層および接合層は、アルミナ純度９９．９％以上で構成され、感温素子は、素子収容部材の内部に格納され、感温素子および素子収容部材にそれぞれ接する状態で、素子収容部材の内部に配置される素子固定材を備えること、を特徴とする温度センサである。

この温度センサにおいては、感温素子が素子収容部材の内部に備えられることから、感温素子が被測定物（被測定ガスなど）に直接接することが無くなり、被測定物の影響により金属抵抗体の劣化が生じるのを抑制できる。なお、金属抵抗体としては、白金（Ｐｔ）を主体とする白金抵抗体などが挙げられる。

また、感温素子のセラミックス基体、セラミックス被覆層および接合層は、アルミナ純度９９．９％以上で構成されており、セラミックス基体、セラミックス被覆層および接合層に含まれるアルミナ以外の成分によりマイグレーションが生じるのを抑制できる。

つまり、この温度センサは、被測定物の影響による金属抵抗体の劣化を抑制できるとともに、感温素子自身が耐マイグレーション性に優れることから、高温環境下での使用においても感温素子の電気抵抗値が変動し難くなり、温度検出精度の低下を抑制できる。

また、感温素子が素子固定材を介して素子収容部材に支持されるため、振動などの外力を受けやすい使用環境においても、感温素子と素子収容部材との衝突を防止でき、素子収容部材との衝突に起因する感温素子の破損や衝撃、振動による繰り返し応力に起因する破損を防止できる。

さらに、感温素子が素子収容部材の内部に備えられることから、感温素子に水滴などが直接付着することがないため、水滴の付着による温度分布の偏りに起因するクラック発生などの破損を抑制できる。

よって、本発明によれば、金属抵抗体の抵抗値の変動を抑制でき、温度検出精度の低下を抑制できると共に、水滴などが付着しやすい使用環境下においても、感温素子の破損を抑制することができる。

次に、上記の温度センサにおいては、感温素子は、素子収容部材のうち先端側に位置する格納先端部内に格納され、格納先端部の内径が、それ以外の素子収容部の部位の内径よりも小径であるとよい。

つまり、素子収容部材のうち感温素子が配置される格納先端部の内径をそれ以外の部位の内径よりも小さくすることで、素子収容部材の内面から感温素子までの距離が小さくなり、被測定物から感温素子までの熱伝導時間を短縮することができる。

よって、本発明の温度センサによれば、温度検出に要する時間を短縮することができ、温度検出における応答性の向上を図ることができる。
次に、上記の温度センサにおいては、感温素子は、素子収容部材のうち先端側に位置する格納先端部内に格納され、格納先端部の厚さ寸法が、それ以外の素子収容部の部位の厚さ寸法よりも小さいとよい。

つまり、素子収容部材の外表面から内表面にかけての厚さ寸法（肉厚）に関して、感温素子が配置される格納先端部の肉厚をそれ以外の部位の肉厚よりも薄くすることで、素子収容部材の外表面から感温素子までの距離が小さくなり、被測定物から感温素子までの熱伝導時間を短縮することができる。

よって、本発明の温度センサによれば、温度検出に要する時間を短縮することができ、温度検出における応答性の向上を図ることができる。
次に、上記の温度センサは、素子収容部材が、閉塞側から開口側に向かう方向に対して垂直となる断面のうち、感温素子の配置位置における断面形状が多角形あるいは楕円形であるとよい。

このように、素子収容部材のうち感温素子が備えられる部分の断面形状を多角形あるいは楕円形にする場合には、断面形状を円形状とする場合に比べて、素子収容部材の内部断面における感温素子の占有割合を相対的に大きくできる。つまり、この温度センサにおいては、素子収容部材の内面と感温素子の外面との間の平均距離を小さくすることができ、被測定物から感温素子までの熱伝導時間を短縮することができる。

よって、本発明の温度センサによれば、温度検出に要する時間を短縮することができ、温度検出における応答性の向上を図ることができる。

以下に、本発明の好適な実施形態を説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

図１は、本発明の実施の形態である温度センサ１の構造を示す部分破断断面図である。
温度センサ１は、一対の金属芯線７を絶縁保持したシース部材８と、先端側が閉塞して後端側が開口する軸線方向に延びる有底筒状の金属キャップ１４と、シース部材８を支持する取り付け部材４と、を備えて構成されている。なお、軸線方向とは、温度センサの長手方向であり、図１においては上下方向に相当する。また、温度センサ１における先端側は図における下側であり、温度センサ１における後端側は図における上側である。

そして、温度センサ１は、金属キャップ１４の閉塞側（先端側）端部の内部に白金抵抗体を有する感温素子２を備えており、例えば、内燃機関の流通管（排気管など）に装着されて、感温素子２を測定対象ガス（排気ガスなど）が流れる流通管内に配置させることで、測定対象ガスの温度検出に使用することができる。つまり、温度センサ１は、いわゆる車両用温度センサに相当する。なお、感温素子２は、温度によって電気的特性（電気抵抗値）が変化する。

図２に、感温素子２の外観を表す平面図を示し、また、図３に、図２における感温素子２のＡ−Ａ視断面における断面図を示す。なお、図２では、感温素子２の内部構造の一部を点線で表している。

感温素子２は、アルミナ純度９９．９％のセラミックス基体４１４と、セラミックス基体４１４の表面に膜状に形成される金属抵抗体４１５と、金属抵抗体４１５のうちセラミックス基体４１４と接する面とは反対側の面において金属抵抗体４１５を被覆するアルミナ純度９９．９％のセラミックス被覆層４１７と、を有している。

金属抵抗体４１５は、白金（Ｐｔ）を主体に構成されており、温度変化に応じて電気抵抗値が変化する。
セラミックス被覆層４１７は、セラミックスのグリーンシートを予め焼成することで得られた焼成済みのシートであり、接合層４１６により焼成済みのセラミックス基体４１４の先端側（図３における左側）に接合されて、金属抵抗体４１５の先端側を覆う状態で備えられている。

なお、接合層４１６についても、アルミナ純度９９．９％で構成されている。なお、この接合層４１６は、接合前はアルミナ粉末を含むペーストであり、焼成済みのセラミックス基体４１４とセラミックス被覆層４１７とを上記ペーストで貼り合わせた後、熱処理されることで、最終的に接合層４１６となる。

そして、金属抵抗体４１５のうち後端側（図３における右側）は、厚膜パッド４１８を介して引出リード線４０９と接続されたあと、接続部分がリード線固定材４１９により固定されることにより、引出リード線４０９と電気的に接続される。

このように構成された感温素子２は、引出リード線４０９を介して外部機器などと電気的に接続される。
図１において、金属芯線７は、先端側が感温素子２の引出リード線４０９と接続されており、後端側が抵抗溶接により加締め端子１１と接続されている。これにより、金属芯線７は、自身の後端側が加締め端子１１を介して外部回路（例えば、車両の電子制御装置（ＥＣＵ）等）接続用のリード線１２と接続されている。

なお、一対の金属芯線７は、絶縁チューブ１５により互いに絶縁され、また、一対の加締め端子１１は、絶縁チューブ１５により互いに絶縁される。リード線１２は、導線を絶縁性の被覆材にて被覆したものである。このリード線１２は、耐熱ゴム製の補助リング１３の内部を貫通する状態で配置される。

シース部材８は、詳細は図示しないが、金属製の外筒と、導電性金属からなる一対の金属芯線７と、外筒と２本の金属芯線７との間を電気的に絶縁して金属芯線７を保持する絶縁粉末と、を備えて構成される。

なお、シース部材８には、熱処理が施されており、金属表面に酸化膜が形成されている。
金属キャップ１４は、耐腐食性金属（例えば、ＳＵＳ３１０ＳやＳＵＳ３１６などのステンレス合金）からなり、先端側３１が閉塞した軸線方向に延びる筒状をなし、筒状の後端側３２が開放した形態で構成されている。金属キャップ１４は、先端側の内部にセメント１７を充填した状態で、感温素子２が接続されたシース部材８の先端側に装着される。なお、セメント１７は、アルミナを主成分とする骨材とガラス成分とから構成される。

そして、金属キャップ１４は、その後端側３２の内周面がシース部材８の外周面に重なり合った状態で、周方向にわたり加締められると共にアルゴン溶接（あるいは電子ビーム溶接）されることで、シース部材８に固定される。この金属キャップ１４にも熱処理が施されており、金属キャップ１４の内外面に酸化膜が形成されている。

なお、溶接作業により、金属キャップ１４の後端側３２とシース部材８（詳細には、シース部材８の外筒）とに跨るキャップ溶接部６４が形成される。これにより、金属キャップ１４の内部空間が密閉される。

金属製の取り付け部材４は、径方向外側に突出する六角ナット部５１と、ネジ溝が形成されたネジ部５２と、六角ナット部５１の後端から軸線方向の後端側に延びる後端側鞘部４２と、を備えている。また、取り付け部材４は、六角ナット部５１の先端面として形成される取り付け座４５と、取り付け座４５よりも先端側においてシース部材８と接合される接合部４３と、取り付け座４５と接合部４３との間においてシース部材８の径方向周囲を取り囲む振動補強部４７と、を備えている。

そして、取り付け部材４は、少なくとも金属キャップ１４およびシース部材８の先端側部分が外部に露出する状態でシース部材８の外周面を取り囲むことで、シース部材８を支持する。

取り付け部材４は、取り付け座４５の先端側に環状のシールリング４８を配置した状態で、流通管に形成されるセンサ取り付け位置に固定される。このとき、取り付け座４５は、シールリング４８を介して間接的にセンサ取り付け位置（センサ取り付け面）に接することにより、温度センサ１と流通管との間に隙間が生じるのを防止して、測定対象ガスが外部に漏洩するのを防止する。

接合部４３は、シース部材８を内部に挿通可能な環状に形成されており、シース部材８の径方向周囲を取り囲んでシース部材８と接合される。また、接合部４３は、加締めによる変形が可能となるように、厚さ寸法（環状の内径寸法と外径寸法との径差寸法）が薄く設定されている。

後端側鞘部４２は、環状に形成されると共に、先端側に位置する第１段部４４と、第１段部４４よりも小さい外径を有する第２段部４６と、を備える二段形状をなしている。このうち、第２段部４６は、加締めによる変形が可能となるように、厚さ寸法（環状の内径寸法と外径寸法との径差寸法）が薄く設定されている。

そして、取り付け部材４は、自身の内部にシース部材８が挿通されたあと、接合部４３および第２段部４６のそれぞれに対して、径方向内向きの加締め作業およびアルゴン溶接作業（あるいは電子ビーム溶接作業）が行われることで、シース部材８の外周面を取り囲んでシース部材８を支持する。つまり、シース部材８は、接合部４３および第２段部４６に接合されることにより、取り付け部材４に固定される。

なお、溶接作業により、接合部４３とシース部材８（詳細には、シース部材８の外筒）とに跨る先端側溶接部６２が形成され、第２段部４６とシース部材８（詳細には、シース部材８の外筒）とに跨る後端側溶接部６３が形成される。

振動補強部４７は、シース部材８を内部に挿通可能な環状に形成されており、シース部材８が取り付け部材４に固定されることで、シース部材８の径方向周囲を取り囲み、シース部材８の移動範囲を制限する。

また、取り付け部材４のうち後端側鞘部４２の第１段部４４の径方向外側には、金属製の筒状の継手部材６が接合されている。具体的には、後端側鞘部４２の第１段部４４の外周面に継手部材６の内周面が重なり合うように、継手部材６が後端側鞘部４２の第１段部４４に圧入され、継手部材６と第１段部４４とを周方向にわたってレーザー溶接している。このレーザー溶接がなされることにより、後端側鞘部４２の第１段部４４と継手部材６とに跨る継手溶接部６１が形成される。

継手部材６は、加締め端子１１、絶縁チューブ１５、補助リング１３を内部に収容した状態で、補助リング１３に対応する部分が径方向内向きに丸加締め或いは多角加締めされることにより、補助リング１３との間の気密性を保ちつつ補助リング１３と加締め接合される。

そして、リード線１２を介して温度センサ１に接続された外部回路は、測定対象物の温度に応じて変化する感温素子２の電気的特性を取り出し、取り出した電気的特性に基づいて測定対象ガスの温度を検出する。

なお、本実施形態においては、金属キャップ１４が特許請求の範囲における素子収容部材に相当し、セメント１７が素子固定材に相当している。
以上説明したように、温度センサ１においては、感温素子２が金属キャップ１４の内部に備えられることから、感温素子２が被測定物（排気ガス）に直接接することが無くなり、被測定物の影響により金属抵抗体４１５の劣化が生じるのを抑制できる。

また、感温素子２のセラミックス基体４１４、セラミックス被覆層４１７および接合層４１６は、アルミナ純度９９．９％以上（本実施形態では、９９．９％）で構成されており、耐マイグレーション性に優れる。

つまり、温度センサ１は、被測定物の影響による金属抵抗体４１５の劣化を抑制できるとともに、セラミックス基体４１４、セラミックス被覆層４１７および接合層４１６に含まれるアルミナ以外の成分によりマイグレーションが生じるのを抑制できることから、高温環境下（例えば、１０００［℃］）に晒される場合でも感温素子２の電気抵抗値が変動し難くなり、温度検出精度の低下を抑制できる。

また、セメント１７が感温素子２および金属キャップ１４にそれぞれ接する状態で金属キャップ１４の内部に配置されているため、感温素子２は、セメント１７を介して金属キャップ１４に支持される状態で備えられる。このため、振動などの外力を受けやすい使用環境においても、感温素子２と金属キャップ１４との衝突を防止でき、金属キャップ１４との衝突に起因する感温素子２の破損を防止できる。また、感温素子２がセメント１７を介して金属キャップ１４により支持されることから、金属芯線７に対する感温素子２の相対的位置の移動を防止でき、感温素子２と金属芯線７との接続部分が断線するのを防止できる。

さらに、感温素子２が金属キャップ１４の内部に備えられることから、感温素子２に水滴などが直接付着することがないため、水滴の付着による温度分布の偏りに起因する感温素子２でのクラック発生などの破損を抑制できる。

なお、上記実施形態（以下、第１実施形態という）では、シース部材の先端部分を覆う形態の素子収容部材（金属キャップ）を備えて構成される温度センサについて説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることはない。

次に、第２実施形態として、シース部材のうち取り付け部材よりも先端側に配置される部分の全てを覆う形態の素子収容部材（金属チューブ）を備えて構成される第２温度センサについて説明する。なお、第２温度センサ１０１は、取り付け部材にはネジ部および六角ナット部が形成されておらず、ネジ部および六角ナット部を有する部材を取り付け部材とは別体に備えて構成される。

図４に、第２温度センサ１０１の構造を示す部分破断断面図を示す。
第２温度センサ１０１は、一対の金属芯線７を絶縁保持した第２シース部材１０８と、先端側が閉塞した軸線方向に延びる筒状の金属チューブ１１４と、金属チューブ１１４を支持する第２取り付け部材３０４と、を備えて構成されている。また、第２温度センサ１０１は、六角ナット部２５１およびネジ部２５２を有するナット部材２０５を備えて構成されている。

そして、第２温度センサ１０１は、金属チューブ１１４の内部に感温素子２を備えており、例えば、内燃機関の排気管に装着されて、感温素子２を排気ガスが流れる排気管内に配置させて、排気ガスの温度検出に使用することができる。つまり、第２温度センサ１０１は、いわゆる車両用温度センサに相当する。なお、感温素子２は、温度によって電気的特性（電気抵抗値）が変化する。

感温素子２は、第１実施形態と同様の構成であり、説明を省略する。
金属芯線７は、先端側が感温素子２の引出リード線４０９と接続されており、後端側が抵抗溶接により加締め端子１１と接続されている。これにより、金属芯線７は、自身の後端側が加締め端子１１を介して外部回路（例えば、車両の電子制御装置（ＥＣＵ）等）接続用のリード線１２と接続されている。

なお、第２温度センサ１０１は、温度センサ１と同様に、加締め端子１１、絶縁チューブ１５、リード線１２、補助リング１３、継手部材６を備えている。第２温度センサ１０１の構成部材のうち第１実施形態の温度センサ１と同様の構成部材については、第１実施形態と同一の符号で示すと共に、説明を省略する。

第２シース部材１０８は、詳細は図示しないが、外筒、一対の金属芯線７、絶縁粉末を備えている点においては、第１実施形態のシース部材８と同様の構成であるが、軸方向寸法については、第１実施形態のシース部材８よりも長く設定された構成である。

金属チューブ１１４は、耐腐食性金属（例えば、ＳＵＳ３１０ＳやＳＵＳ３１６などのステンレス合金）からなり、鋼板の深絞り加工によりチューブ先端側１３１が閉塞した軸線方向に延びる有底筒状をなし、筒状のチューブ後端側１３２が開放した形態で構成されている。金属チューブ１１４は、チューブ先端側１３１において感温素子２および第２シース部材１０８の先端側を収容し、且つ、チューブ後端側１３２が第２取り付け部材３０４の第２段部４６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。

なお、金属チューブ１１４には、熱処理が施されており、内外面に酸化膜が形成されている。
金属チューブ１１４は、内部に感温素子２および第１実施形態と同様のセメント１７を収納している。そして、セメント１７は、感温素子２の周囲に充填されることで、感温素子２および金属チューブ１１４にそれぞれ接する状態で備えられており、感温素子２の揺動を防止している。

また、金属チューブ１１４は、感温素子２が配置される格納先端部１１５の内径寸法がそれ以外の部位の内径寸法よりも小さく形成されている。
第２取り付け部材３０４は、径方向外側に突出する第２突出部３４１と、第２突出部３４１の先端側に位置すると共に軸線方向に延びる第２振動補強部３４７と、第２振動補強部３４７の先端側に位置すると共に軸線方向に延びる第２接合部３４３と、第２突出部３４１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４２と、を有している。

そして、第２取り付け部材３０４は、少なくとも金属チューブ１１４の先端が外部に露出する状態で金属チューブ１１４の後端側の外周面を取り囲んで金属チューブ１１４を支持する。

第２突出部３４１は、先端側向き縮径状のテーパ形状となる第２取り付け座３４５を先端側に有する環状に形成されている。第２取り付け座３４５は、図示しない排気管のセンサ取り付け位置における後端側向き拡径状のテーパ部に対応したテーパ形状である。

つまり、第２取り付け部材３０４は、排気管のセンサ取り付け位置に配置される際には、第２取り付け座３４５がセンサ取り付け位置のテーパ部に直接密着することで、排気ガスが排気管外部へ漏出するのを防止するよう構成されている。

第２接合部３４３は、金属チューブ１１４を内部に挿通可能な環状に形成されており、金属チューブ１１４の径方向周囲を取り囲んで金属チューブ１１４と接合される。また、第２接合部３４３は、加締めによる変形が可能となるように、厚さ寸法（環状の内径寸法と外径寸法との径差寸法）が薄く設定されている。

後端側鞘部４２は、環状に形成されると共に、先端側に位置する第１段部４４と、第１段部４４よりも小さい外径を有する第２段部４６と、を備える二段形状をなしている。このうち、第２段部４６は、加締めによる変形が可能となるように、厚さ寸法（環状の内径寸法と外径寸法との径差寸法）が薄く設定されている。

そして、第２取り付け部材３０４は、自身の内部に金属チューブ１１４が挿通されたあと、第２接合部３４３および第２段部４６のそれぞれに対して、径方向内向きの加締め作業およびアルゴン溶接作業（あるいは電子ビーム溶接作業）が行われることで、金属チューブ１１４の外周面を取り囲んで金属チューブ１１４を支持する。つまり、金属チューブ１１４は、第２接合部３４３および第２段部４６に接合されることにより、第２取り付け部材３０４に固定される。

なお、溶接作業により、第２接合部３４３と金属チューブ１１４とに跨る第２先端側溶接部３６２が形成され、第２段部４６と金属チューブ１１４とに跨る第２後端側溶接部３６３が形成される。

第２振動補強部３４７は、金属チューブ１１４を内部に挿通可能な環状に形成されており、金属チューブ１１４が第２取り付け部材３０４に固定されることで、金属チューブ１１４の径方向周囲を取り囲み、金属チューブ１１４の移動範囲を制限する。

また、第２取り付け部材３０４のうち後端側鞘部４２の第１段部４４の径方向外側には、ステンレス合金からなる筒状の継手部材６が接合されている。具体的には、後端側鞘部４２の第１段部４４の外周面に継手部材６の内周面が重なり合うように、継手部材６が後端側鞘部４２の第１段部４４に圧入され、継手部材６と第１段部４４とを周方向にわたってレーザー溶接している。このレーザー溶接がなされることにより、後端側鞘部４２の第１段部４４と継手部材６とに跨る継手溶接部６１が形成される。

継手部材６は、加締め端子１１、絶縁チューブ１５、補助リング１３を内部に収容した状態で、補助リング１３に対応する部分が径方向内向きに丸加締め或いは多角加締めされることで、補助リング１３との間の気密性を保ちつつ補助リング１３と加締め接合される。

第２取り付け部材３０４は、継手部材６の周囲にナット部材２０５が回動自在に嵌挿された状態で、第２取り付け座３４５がセンサ取り付け位置のテーパ面に当接するように配置された後、ナット部材２０５のネジ部２５２がセンサ取り付け位置の周囲に形成されたネジ溝に螺合されることで、センサ取り付け位置に固定される。つまり、第２取り付け部材３０４は、ナット部材２０５とセンサ取り付け位置のテーパ面との間に挟持される状態で固定される。また、第２取り付け部材３０４は、第２取り付け座３４５がセンサ取り付け位置のテーパ面に接することで、センサ取り付け位置での挿通方向における配置位置が決定される。

そして、リード線１２を介して第２温度センサ１０１に接続された外部回路は、測定対象物の温度に応じて変化する感温素子２の電気的特性を取り出し、取り出した電気的特性に基づいて排気ガスの温度を検出する。

なお、本実施形態においては、金属チューブ１１４が特許請求の範囲における素子収容部材に相当し、セメント１７が素子固定材に相当している。
以上説明したように、第２温度センサ１０１は、上述した温度センサ１と同様に、感温素子２が金属チューブ１１４の内部に備えられることから、感温素子２が被測定物（排気ガス）に直接接することが無い構成である。また、感温素子２のセラミックス基体４１４、セラミックス被覆層４１７および接合層４１６は、アルミナ純度９９．９％以上（本実施形態では、９９．９％）で構成されており、耐マイグレーション性に優れる。

このように、第２温度センサ１０１は、温度センサ１と同様に、被測定物の影響による金属抵抗体４１５の劣化を抑制でき、セラミックス基体４１４、セラミックス被覆層４１７および接合層４１６に含まれるアルミナ以外の成分によりマイグレーションが生じるのを抑制できることから、高温環境下（例えば、１０００［℃］）に晒される場合にも、温度検出精度の低下を抑制できる。

また、セメント１７が感温素子２および金属チューブ１１４にそれぞれ接する状態で金属チューブ１１４の内部に配置されており、感温素子２がセメント１７を介して金属チューブ１１４に支持されることから、振動などの外力を受けやすい使用環境においても、金属チューブ１１４との衝突に起因する感温素子２の破損を防止できる。また、感温素子２がセメント１７を介して金属チューブ１１４により支持されることから、金属芯線７に対する感温素子２の相対的位置の移動を防止でき、感温素子２と金属芯線７との接続部分が断線するのを防止できる。

さらに、感温素子２が金属チューブ１１４の内部に備えられることから、感温素子２に水滴などが直接付着することがないため、水滴の付着による温度分布の偏りに起因する感温素子２でのクラック発生などの破損を抑制できる。

また、第２温度センサ１０１においては、格納先端部１１５の内径寸法がそれ以外の部位の内径寸法よりも小さく形成された金属チューブ１１４を備えている。
このように、金属チューブ１１４のうち感温素子２が配置される格納先端部１１５の内径寸法を小さくすることで、金属チューブ１１４の内面から感温素子２までの距離が小さくなり、被測定物である排気ガスから感温素子２までの熱伝導時間を短縮することができる。

よって、第２温度センサ１０１によれば、温度検出に要する時間を短縮することができ、温度検出における応答性の向上を図ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、種々の態様をとることができる。

例えば、素子収容部材（金属キャップ、金属チューブなど）については、外表面から内表面にかけての厚さ寸法（肉厚）が均一なものに限られることはなく、部位ごとに厚さ寸法（肉厚）が異なる態様の素子収容部材を用いることもできる。

図５に、第２シース部材１０８の配置部分に比べて感温素子２の配置部分の肉厚が薄く形成された第２金属チューブ２１４における先端部分の拡大断面図を示す。なお、図においては、感温素子２および第２シース部材１０８の先端部分が内部に収容された状態の第２金属チューブ２１４を示している。

第２金属チューブ２１４は、感温素子２の配置部分（第２格納先端部２１５）の厚さ寸法Ｔ１が、第２シース部材１０８の配置部分（後端側部分）の厚さ寸法Ｔ２よりも小さく設定されており、第２金属チューブ２１４の外表面から感温素子２までの距離が小さくなる。なお、第２金属チューブ２１４においては、厚さ寸法Ｔ１が０．１［ｍｍ］であり、厚さ寸法Ｔ２が０．３［ｍｍ］である。

この第２金属チューブ２１４を備える温度センサは、被測定物（換言すれば、第２金属チューブ２１４の外表面）から感温素子２までの距離が小さくなり、被測定物から感温素子２までの熱伝導時間を短縮できることから、温度検出に要する時間を短縮することができ、温度検出における応答性の向上を図ることができる。

また、第２金属チューブ２１４は、感温素子２が配置される第２格納先端部２１５の内径寸法Ｌ１がそれ以外の部位の内径寸法Ｌ２よりも小さく形成されている。
このため、第２金属チューブ２１４を備える温度センサは、第２金属チューブ２１４の内面から感温素子２までの距離が小さくなり、被測定物から感温素子２までの熱伝導時間を短縮でき、温度検出に要する時間を短縮できることから、温度検出における応答性の向上を図ることができる。

そして、第２金属チューブ２１４における厚さ寸法Ｔ１は、０．１［ｍｍ］に限られることはなく、例えば、厚さ寸法Ｔ２が０．３［ｍｍ］である場合には、厚さ寸法Ｔ１は、０．０５〜０．２［ｍｍ］の範囲内に設定することにより、温度検出における応答性の向上を図ることができる。

なお、金属チューブに限らず、金属キャップにおいても、感温素子の配置部分（先端側部分）の厚さ寸法Ｔ１を他の部分（後端側部分）の厚さ寸法Ｔ２よりも小さく形成する構成や、感温素子が配置される先端側部分の内径寸法Ｌ１を他の部分よりも小さく形成する構成を採用してもよい。

次に、素子収容部材は、その閉塞側から開口側に向かう軸線方向に対して垂直となる断面のうち、感温素子の配置位置における断面形状は円形状に限られることはなく、他の形状を採ることもできる。

図６に、金属チューブ１１４のうち感温素子２の配置位置における断面形状として、３パターン（楕円形断面形状、四角形断面形状、六角形断面形状）の断面形状を表す説明図を示す。なお、図６では、金属チューブのうち図５におけるＢ−Ｂ視断面に相当する部分の断面形状を示している。

断面パターン１に示す金属チューブ１１４は、感温素子２の配置位置における断面形状が楕円形断面形状に形成されており、断面パターン２に示す金属チューブ１１４は、断面形状が四角形断面形状に形成されており、断面パターン３に示す金属チューブ１１４は、断面形状が六角形断面形状に形成されている。

これらの金属チューブ１１４は、半径寸法が一定の円形となる円形断面形状の金属チューブに比べて、金属チューブ１１４の内部断面におけるセメント１７の占有割合が小さくなることにより、相対的に当該内部断面における感温素子２の占有割合を大きくできる。

つまり、断面形状が楕円形状あるいは多角形形状となる金属チューブ１１４を用いることで、金属チューブ１１４の内面と感温素子２との平均距離を小さくすることができ、被測定物から感温素子２までの熱伝導時間をより短縮することができる。

よって、このような金属チューブ１１４を備える温度センサは、温度検出に要する時間を短縮することができ、温度検出における応答性をさらに向上できる。
なお、金属チューブに限らず、金属キャップにおいても、感温素子の配置位置における断面形状を多角形あるいは楕円形に形成することで、温度検出における応答性をさらに向上できる。

また、上記実施形態では、感温素子２として、表面に金属抵抗体４１５を形成したアルミナ純度９９．９％のセラミックス基体４１４と、同じくアルミナ純度９９．９％のセラミックス被覆層４１７とを接合層４１６を介して接合した構造の感温素子を用いたが、焼成済みのセラミックス基体４１４に直接焼成済みのセラミックス被覆層４１７を載置した上で、両シート４１４，４１７の側面を接合部にて接合した構造の感温素子を用いても良い。

温度センサの構造を示す部分破断断面図である。 感温素子の外観を表す平面図である。 図２における感温素子のＡ−Ａ視断面における断面図である。 第２温度センサの構造を示す部分破断断面図である。 第２金属チューブにおける先端部分の拡大断面図である。 金属チューブのうち感温素子の配置位置における断面形状として、３パターンの断面形状を表す説明図である。

符号の説明

１…温度センサ、２…感温素子、４…取り付け部材、７…金属芯線、８…シース部材、１４…金属キャップ、１５…絶縁チューブ、１７…セメント、４５…取り付け座、４７…振動補強部、６４…キャップ溶接部、１０１…第２温度センサ、１０８…第２シース部材、１１４…金属チューブ、２１４…第２金属チューブ、３０４…第２取り付け部材、３４５…第２取り付け座、３４７…第２振動補強部、４０９…引出リード線、４１４…セラミックス基体、４１５…金属抵抗体、４１６…接合層、４１７…セラミックス被覆層、４１８…厚膜パッド、４１９…リード線固定材。

Claims (4)

1. セラミックス基体上に膜状の金属抵抗体が形成されると共に、前記金属抵抗体のうち前記セラミックス基体と接する面とは反対側の面において前記金属抵抗体を被覆するセラミックス被覆層を有する感温素子と、
   後端側が開口し、先端側が閉塞する有底筒状の素子収容部材と、を備え、
   前記セラミックス被覆層は、焼成済みのシートであり、接合層により焼成済みのセラミックス基体に接合されて、前記金属抵抗体を覆う状態で備えられており、
   前記セラミックス基体、前記セラミックス被覆層および前記接合層は、アルミナ純度９９．９％以上で構成され、
   前記感温素子は、前記素子収容部材の内部に格納され、
   前記感温素子および前記素子収容部材にそれぞれ接する状態で、前記素子収容部材の内部に配置される素子固定材を備えること、
   を特徴とする温度センサ。
2. 前記感温素子は、前記素子収容部材のうち先端側に位置する格納先端部内に格納され、
   前記格納先端部の内径が、それ以外の前記素子収容部の部位の内径よりも小径であること、
   を特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記感温素子は、前記素子収容部材のうち先端側に位置する格納先端部内に格納され、
   前記格納先端部の厚さ寸法が、それ以外の前記素子収容部の部位の厚さ寸法よりも小さいこと、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度センサ。
4. 前記素子収容部材は、閉塞側から開口側に向かう方向に対して垂直となる断面のうち、前記感温素子の配置位置における断面形状が多角形あるいは楕円形であること、
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の温度センサ。