JP6822334B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、温度によって抵抗値が変化する抵抗体を用いた素子を備える温度センサに関する。

例えば、車両用のガソリンエンジン、ディーゼルエンジンの制御装置や排気浄化装置等において、各部の温度を検出するために、温度センサが用いられている。温度センサは、温度によって抵抗値が変化する抵抗体を用いて構成され、例えば、サーミスタを用いた素子、白金測温抵抗体を用いた素子等が知られている。これら素子は、白金又は白金合金を用いたリード線を有し、カバー内において外部取出用の信号線と接合される。

一方、近年の環境規制に対応するために、例えば、過給機を搭載したエンジンが増加しており、燃焼効率の向上に伴い排気温度が高温となる傾向にある。そのため、排気温度センサとして用いられる温度センサには、より過酷な使用環境、例えば、排気温度が１０００℃以上となる搭載位置での使用に耐えることが求められている。温度センサの高耐熱化における課題として、冷熱ストレス負荷による素子リード線の断線があり、断線抑止のためのリード線の強化が提案されている。

例えば、特許文献１に記載されるサーミスタ式温度センサでは、サーミスタ素子の引き出されるリード線に、白金又は白金合金を主成分とし、ジルコニア等の酸化物粒子が添加された分散強化材を用いている。分散強化材は、サーミスタ素子の製造工程における結晶粒の粗大化が抑制されることで、例えば、−４０℃近くから１０００℃近くまで変動する使用環境での熱的応力に加えて、エンジンの高周波域での強振動等による断線の防止を図っている。

特許第３６６６２８９号公報

ところが、特に、排気温度が１０００℃を超える高温環境下で、素子の耐熱性について検討したところ、リード線に分散強化材を用いた場合においても、必ずしも所望の強度が得られないことが判明した。特に、リード線と信号線とを接合するための溶接部では、融点以上の溶接熱が加わることにより酸化物粒子の分散性が悪化し、他の部位より強度が低くなる。また、酸化物粒子の分散性が悪化した場合、酸化物粒子によるピン止め力が損なわれるために、高温の排気に晒される使用環境では、熱負荷が加わるごとに結晶粒子が粗大化してしまい、さらに溶接部の強度が低下するおそれがあった。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、素子のリード線と信号線との溶接部における強度を確保し、大きな冷熱ストレスが加わる環境下においても結晶粒子の粗大化等による強度低下を抑制できる高耐熱性に優れた温度センサを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
温度によって抵抗値が変化する抵抗体（２１）、及び、上記抵抗体から引き出されたリード線（２２）を有する素子（２）と、
上記リード線と溶接によって接合された信号線（３１）と、
上記素子、及び、上記リード線と上記信号線との溶接部（４）を覆うカバー（５）と、を備えた温度センサ（１）において、
上記リード線は、白金又は白金合金（Ｍ）中に酸化物粒子（Ｐ）が分散された材料からなり、
上記溶接部は、上記リード線又は上記信号線との界面に沿う溶接部界面領域（４１）と、その内側の溶接部主領域（４２）とを有し、かつ、上記溶接部の断面観察に基づく測定により算出される、上記溶接部界面領域の全体に占める上記酸化物粒子の体積率が、上記溶接部主領域の全体に占める上記酸化物粒子の体積率よりも大きい、温度センサにある。
上記溶接部は、上記リード線又は上記信号線との界面に沿う溶接部界面領域（４１）と、その内側の溶接部主領域（４２）とを有し、かつ、上記溶接部界面領域に占める上記酸化物粒子の体積率が、上記溶接部主領域に占める上記酸化物粒子の体積率よりも大きい、温度センサにある。

上記態様によれば、溶接部主領域よりも外側の溶接部界面領域に、剛性率の大きい酸化物粒子がより多く存在しているので、溶接部の界面近傍の強度を向上させることができる。また、多くの酸化物粒子が分散することで、溶接部界面領域における粒径の粗大化が抑制される。その結果、従来よりも高温となる環境で使用されても、粗大化による溶接部界面領域の強度低下が抑制されるので、耐熱性を保持することが可能になる。

よって、素子のリード線と信号線との溶接部における強度を確保し、大きな冷熱ストレスが加わる環境下においても結晶粒子の粗大化等による強度低下を抑制できる高耐熱性に優れた温度センサを提供することができる。

実施形態１における、温度センサの主要部の軸方向に沿った断面図。 実施形態１における、温度センサの素子の溶接部周辺の構造を模式的に示す部分拡大断面図。 実施形態１における、温度センサの全体構成図。 実施形態１における、リード線母材と溶接部の結晶粒子形状と平均粒子径の関係を説明するための模式的な断面図。 実施形態１における、溶接時における溶接部界面領域への酸化物粒子の移動の様子を示す模式的な断面図。 従来の温度センサにおいて、高温環境下での使用時に溶接部に生じるき裂の例を示す模式的な断面図。 従来の温度センサにおいて、高温環境下での使用時に溶接部に生じるき裂の他の例を示す模式的な断面図。 実施例における、温度センサの素子の溶接部周辺の構造を模式的に示す部分拡大断面図。 実施例における、素子の溶接部の界面近傍の走査型電子顕微鏡による観察画像であり、図８のＣ部拡大図。 実施形態２における、温度センサの素子の溶接部周辺の構造を示す模式図。 実施形態２における、温度センサのリード線と信号線の溶接方法を説明するための溶接装置の概略構成図。 実施形態２における、温度センサのリード線と信号線の溶接方法を説明するための溶接部周辺の構造を示す模式図。 実施形態３における、温度センサの素子の溶接部周辺の構造を模式的に示す部分拡大断面図。 実施形態４における、温度センサの主要部の軸方向に沿った断面図。 実施形態４における、温度センサの使用時に溶接部に加わる応力を説明するための溶接部周辺の模式的な断面図。

（実施形態１）
温度センサに係る実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
本形態の温度センサ１は、図１に示すように、感温素子であるサーミスタ素子２と、信号線としての芯線３１と、カバー５とを備えている。サーミスタ素子２は、温度によって抵抗値が変化する抵抗体２１、及び、抵抗体２１から引き出されたリード線２２を有し、芯線３１は、リード線２２と溶接によって接合されている。カバー５は、サーミスタ素子２、及び、リード線２２と芯線３１との溶接部４を覆っている。芯線３１は、カバー５内に一端が挿入されるシースピン３から突出している。

温度センサ１は、図１における左右方向を軸方向Ｘとしており、軸方向Ｘにおいてサーミスタ素子２が設けられた側を先端側、その反対側を基端側としている。また、サーミスタ素子２は、軸方向Ｘを素子長手方向としており、リード線２２及び芯線３１は、素子長手方向に沿って配設されている。
このような温度センサ１は、内燃機関、例えば、車両用のガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の排気管に配置され、エンジンから排出される排気の温度を測定する排気温度センサとして用いられる。あるいは、エンジンの制御装置や排気浄化装置等の任意の位置に配置されて、各部の温度を検出する温度センサに適用することができる。

図２に拡大して示すように、リード線２２は、白金又は白金合金を母材Ｍとし、母材Ｍ中に分散された酸化物粒子Ｐを有する材料にて構成される。溶接部４は、リード線２２又は芯線３１との界面に沿う溶接部界面領域４１と、その内側の溶接部主領域４２とを有し、かつ、溶接部界面領域４１に占める酸化物粒子Ｐの体積率は、溶接部主領域４２に占める酸化物粒子Ｐの体積率よりも大きくなっている。このように、溶接部界面領域４１は、溶接部主領域４２の外周全体を取り囲むように形成されると共に、酸化物粒子Ｐがより多く存在する、溶接部４の最外層部を構成している。
溶接部４及び溶接部界面領域４１の詳細については、後述する。

図３に全体構造を示すように、温度センサ１は、サーミスタ素子２及び芯線３１が収容保護されるカバー５、芯線３１を内部に絶縁保持するシースピン３の他に、温度センサ１を排気管に取り付けるためのニップル６１、排気管への取り付け部のリブ６２、シースピン３の基端側の外周を保持するガイドパイプ６３、外部取出用の配線部６４、配線部６４を保護する保護チューブ６５を備えている。配線部６４は、保護チューブ６５内において、シースピン３の基端側から露出する芯線３１と電気的に接続される。

温度センサ１は、カバー５側を先端側として、図示しない排気管に挿通されニップル６１にて固定される。サーミスタ素子２からの信号は、シースピン３の芯線３１及び配線部６４によって、外部に取り出される。

図１において、カバー５は、有底筒状の金属カバーであり、その開口端部内に、シースピン３の先端部が挿通固定されている。カバー５は、例えば、ニッケル合金、ステンレス鋼等からなる。カバー５内の空間には、先端側にサーミスタ素子２が収容されると共に、サーミスタ素子２の基端側に引き出されたリード線２２と、シースピン３の先端側に引き出された芯線３１とが、重ね溶接により電気的に接続されている。溶接方法としては、例えば、レーザ溶接、パルス溶接等が用いられる。

サーミスタ素子２と、リード線２２及び芯線３１の外周囲には、サーミスタ素子２の応答性と耐振性を向上させるためのフィラー６が充填されている。シースピン３は、例えば、ステンレス鋼からなる円筒管内に、芯線３１が絶縁保持された構成となっている。芯線３１は、例えば、ニッケル合金、ステンレス鋼等によって構成される合金線である。フィラー６は、絶縁性のセラミック粒子等によって構成されている。

サーミスタ素子２は、温度によって抵抗値が変化する抵抗体２１と、抵抗体２１に接続されるリード線２２と、抵抗体２１及びリード線２２の一部を覆うガラス層２３を備えている。抵抗体２１は、例えば、マンガン、コバルト、ニッケル、鉄等を含む酸化物半導体、又はチタン酸バリウム系半導体等のセラミックス半導体材料からなる。ガラス層２３は、抵抗体２１の劣化を抑制するために、抵抗体２１の全体と、抵抗体２１とリード線２２の接続部とを覆うように設けられる。リード線２２は、例えば、純白金（すなわち、Ｐｔ）又は白金イリジウム合金（すなわち、Ｐｔ−Ｉｒ合金）等の白金合金を主体とする貴金属線からなる。
なお、リード線２２は、通常、一対の貴金属線からなり、一対の芯線３１のそれぞれと接合される。ここでは、一対の接合部の一方のみを図示するが、他方についても同様である。

図２に模式的に示すように、リード線２２の母材Ｍは、例えば、伸線処理が施されることにより、軸方向Ｘに細長い形状の多数の結晶粒子Ｋが整列する構造を有している。リード線２２は、母材Ｍの全体に、多数の微小な酸化物粒子Ｐが分散された、分散強化型であり、酸化物粒子Ｐは、例えば、ジルコニア（すなわち、ＺｒＯ₂）、イットリア（すなわち、Ｙ₂Ｏ₃）、アルミナ（すなわち、Ａｌ₂Ｏ₃）等の金属酸化物から選択される少なくとも１種からなる。これら酸化物粒子Ｐは、母材Ｍとなる白金又は白金合金よりも剛性率が高いので、母材Ｍ中に分散させることで、リード線２２の強度が向上する。

これらリード線２２と芯線３１が重ね合わされた部位では、溶接熱によって、それぞれの母材Ｍと母材Ｍ１とが溶融し、冷却固化することで、溶接部４が形成される。溶接部主領域４２の結晶粒子Ｋ２は、母材Ｍの結晶粒子Ｋよりも大きくなっており、その外周全周を取り囲んで、溶接部界面領域４１が形成されている。

ここで、溶接部４を構成する溶接部界面領域４１と溶接部主領域４２とは、共に、溶接熱によって溶融した領域であり、図４に示すように、母材Ｍとは異なる結晶形状又は結晶粒径を有している。溶接部界面領域４１は、溶接部４の最外層部を形成しており、リード線２２又は芯線３１との界面を含む領域である。これより内側の溶接部主領域４２は、溶接熱による溶融部分の中心部を含む領域であり、冷却固化の進行が内側ほど遅くなるために、結晶粒子Ｋ２は比較的大きい。

これにより、溶接部主領域４２とリード線２２との間、及び、溶接部主領域４２と芯線３１との間に、溶接部界面領域４１が形成される。また、溶接部界面領域４１において酸化物粒子Ｐが占める体積率が、溶接部主領域４２において酸化物粒子Ｐが占める体積率よりも大きくなるように構成される。すなわち、酸化物粒子Ｐが占める体積率は、溶接部界面領域４１＞溶接部主領域４２である。この関係は、溶接部４の軸方向Ｘの外層部及びこれと直交する方向の外層部の両方において成立し、好適には、溶接部４の全体で成立することが望ましい。このとき、応力が集中しやすい溶接部界面領域４１に、より多くの酸化物粒子Ｐが存在することで、リード線２２又は芯線３１との界面を含む領域が強化され、かつ、使用環境での熱による強度の低下が抑制される。

好適には、溶接部４において、溶接部界面領域４１における酸化物粒子Ｐの体積率が、０．０８ｖｏｌ％以上であることが望ましい。これにより、溶接部界面領域４１の酸化物粒子Ｐの存在量が、十分大きくなり、溶接部４を強化する効果が高まる。特に、リード線２２との間に形成される溶接部界面領域４１では、リード線２２が、軸方向Ｘの先端側に重心を有するサーミスタ素子２を支持しているために、溶接部４に応力が加わりやすい。その場合にも、酸化物粒子Ｐの体積率が０．０８ｖｏｌ％以上であることで、冷熱ストレスによる断線等を抑制し、また、酸化物粒子Ｐの体積率が０．０８ｖｏｌ％以上であれば、熱による結晶の粗大化を抑制する効果が得られるため、長期にわたり強度を保持して溶接部の強度低下を抑制可能となる。

溶接部界面領域４１は、溶接部主領域４２とリード線２２又は芯線３１とのとの間に形成され、溶接部主領域４２よりも冷却固化が早くなるために、結晶粒子Ｋ１は比較的小さくなる。すなわち、溶接部界面領域４１における結晶粒子Ｋ１の平均粒子径は、溶接部主領域４２における結晶粒子Ｋ２の平均粒子径よりも小さく、溶接部界面領域４１＜溶接部主領域４２である。このように、溶接部界面領域４１における平均粒子径が、より小さくなることで、粒界面積を大きくし、粒界ずれやき裂の進展を抑制する効果が得られる。

好適には、結晶粒子Ｋ１の平均粒子径は、６μｍ以下であることが望ましい。特に、室温から１０５０℃程度の温度範囲で繰り返し冷熱ストレスを受けるような使用環境においては、溶接部４により高い強度が要求される。溶接部界面領域４１に加わるストレスよりも、溶接部界面領域４１のストレングスを高くするためには、後述するホールペッチの式３より結晶粒径が小さく方がよく、平均粒子径が６μｍ以下であれば、強度を向上させる効果が高まる。溶接部主領域４２における結晶粒子Ｋ２は、溶接部界面領域４１よりも平均粒子径が大きく、例えば、６μｍよりも大きい。

リード線２２の母材Ｍにおいて、結晶粒子Ｋの長手方向長ｂと短手方向長ａの比率であるアスペクト比（すなわち、ｂ／ａ；図４参照）は、例えば、１０以上である。また、溶接部界面領域４１における結晶粒子Ｋ１は、アスペクト比が、例えば、１〜３程度であり、溶接部主領域４２における結晶粒子Ｋ２についても、溶接部界面領域４１と同等のアスペクト比、例えば、１〜３程度である。芯線３１の母材Ｍ１における結晶粒子Ｋ３については、リード線２２と同様のアスペクト比、例えば、１０以上とすることが望ましい。

なお、溶接部４の最外層部である溶接部界面領域４１と、内層部となる溶接部主領域４２について、酸化物粒子Ｐが占める体積率や、結晶粒子Ｋ１、Ｋ２の平均粒子径等は、例えば、溶接時間や温度等の条件を制御することによって調整可能である。
一般に、母材Ｍを構成する貴金属に比べて、酸化物粒子Ｐは比重が小さく、例えば、Ｐｔの比重：２１．５に対して、ＺｒＯ₂の比重：５．７である。そのために、図５に模式的に示すように、溶融状態においては、より軽い酸化物粒子Ｐが、溶接部主領域４２の外周側へ押し出されやすくなる（例えば、図５中に矢印で示す）。ただし、溶接熱によって溶融した部分は、熱引きの関係で外周側から固化するため、固化が早いと界面への酸化物粒子Ｐの移動が十分になされない。そこで、例えば、溶接時間を長くすることで、母材Ｍと酸化物粒子Ｐとの比重差を利用して、溶接部界面領域４１に酸化物粒子Ｐをより多く分散させることができる。

次に、本形態の温度センサ１による作用効果について説明する。
図６に従来例として示すように、サーミスタ素子２のリード線２２とシースピン３の芯線３１が重ね溶接されたとき、溶接部４の強度低下が起きやすくなる。これは、溶接部４では、融点以上の溶接熱が加わることにより母材が溶融し、酸化物粒子Ｐが移動しやすくなって、局所的な分散性悪化や体積率低下が生じるためである。また、酸化物粒子Ｐによるピン止め力が損なわれると、熱負荷が加わることで粒子が粗大化しやすくなり、所望の強度が得られなくなる。

さらに、リード線２２と芯線３１が熱膨張係数の異なる異種材の溶接であることで、溶接部４に応力集中が生じる。特に、サーミスタ素子２の先端側の界面領域で、リード線２２と芯線３１との衝合部位に隣接する先端部Ａ１を含む先端領域Ａが、最も応力に対して弱い応力集中部(すなわち、最弱部)となる。これは、シースピン３の先端にサーミスタ素子２が支持される構造となっているからであり、カバー５内にフィラー６を充填してサーミスタ素子２を保持しているものの、排気の急激な温度変化等によりカバー５が膨張収縮するのに伴い、サーミスタ素子２やリード線２２も変位するためである。

そのため、図６の上図に示すように、溶接部４に冷熱ストレスが加わると、例えば、リード線２２に接する先端部Ａ１を起点として、図６の下図に示すように、リード線２２と芯線３１の衝合部位に沿って、基端側へ向かうき裂Ｂ２が進展する。あるいは、図７に示すように、母材強度が比較的低いリード線２２側の界面に沿って、基端側へ向けてき裂Ｂ２が進展する。これらき裂Ｂ１、Ｂ２により、溶接部４に割れが生じて断線に至るおそれがある。

これに対して、本形態では、図２に示したように、リード線２２又は芯線３１との溶接部界面領域４１において、溶接部主領域４２より酸化物粒子Ｐの体積率が大きくなっている。つまり、溶接部４の最外層部に、より多くの酸化物粒子Ｐを分散させることで、強度を向上させることができる。この効果は、下記式１に示されるオロワンの式にて説明することができ、例えば、分散粒子半径ｒ（すなわち、酸化物粒子Ｐの半径）及び剛性率μが一定であれば、体積率ｆが大きいほど、材料の変形に要するオロワン応力τ_ORは大きくなる。つまり、材料が分散強化されて強度が向上する。
（オロワンの式）
式１：τ_OR＝（０．７μｂ√ｆ）／ｒ
ただし、式１中、
τ_OR：オロワン応力
μ：剛性率
ｂ：バーガーベクトル
ｆ：体積率
ｒ：分散粒子半径

また、下記式２に示されるゼーナーの式より、酸化物粒子Ｐを集めた溶接部界面領域４１では、体積率ｆが大きくなることで、酸化物粒子Ｐにより粒界がピン止めされるため、結晶の粒成長を妨げることができる。
（ゼーナーの式）
式２：Ｐｉ＝３σｆ／２ｒ
ただし、式１中、
Ｐｉ：ピン止め力
σ：粒界エネルギ
ｆ：体積率
ｒ：分散粒子半径（すなわち、酸化物粒子半径）

さらに、粒子の粗大化が抑制される結果、下記式３に示されるホールペッチの式より、結晶粒径ｄが小さくなることで、降伏応力σｓがより大きくなる。これにより、さらに強度を向上させることができる。
（ホールペッチの式）
式３：σｓ＝σ_０＋（ｋ／√ｄ）
ただし、式１中、
σｓ：降伏応力
σ_０：単結晶の降伏応力
ｋ：比例定数
ｄ：結晶粒径

（試験例）
上記実施形態１に示した溶接部４を有する温度センサ１を作製し（すなわち、実施例１）、以下のようにして、サーミスタ素子２の接合部の構造を確認すると共に、その耐久性を確認する試験を行った。本試験において、サーミスタ素子２のリード線２２は、酸化物分散強化型白金線であり、母材Ｍとなる白金中に酸化物粒子Ｐとしてジルコニアを分散させた材料からなる。シースピン３の芯線３１の材料は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅニッケル合金であるＮＣＦ６０１とした。サーミスタ素子２のリード線２２と、シースピン３の芯線３１とは、レーザ溶接を用いた重ね溶接によって接合した。その際の溶接時間を調整することにより、溶接部界面領域４１の外側に、酸化物粒子Ｐがより多く分散された溶接部界面領域４１を形成した。

実施例１の温度センサ１について、リード線２２と芯線３１の接合部を、素子長手方向（すなわち、軸方向Ｘ）に切断して断面研磨したサンプルを作製した。このサンプルの観察画像を図９に示す。図９は、図８に示されるリード線２２と芯線３１の衝合部において、溶接部４の界面を含む一部（例えば、図８のＣ部）を拡大した領域に相当する。図９に示すように、溶接部４の界面を含む領域において、リード線２２（すなわち、図中に示す母材）との界面に、酸化物粒子Ｐが分散された溶接部界面領域４１が形成されていることが確認された。

この溶接部界面領域４１と、より内側の溶接部４（すなわち、溶接部主領域４２）における、酸化物粒子Ｐの体積率は、溶接部界面領域４１では０．１ｖｏｌ％、溶接部主領域４２では０．０５ｖｏｌ％であった。また、なお、体積率の算出方法は、次のようにした。すなわち、上記のように断面研磨を行った後イオンミリングした表面にてＥＰＭＡ（すなわち、電子線マイクロアナライザ）分析を実施して、酸化物粒子Ｐを検出した。また、イオンミリングした断面で、溶接部界面領域４１、溶接部主領域４２のそれぞれの領域に存在する酸化物粒子Ｐの直径を測定し、酸化物粒子Ｐを球であると仮定し、体積を求めた。その値を、それぞれの領域の体積で除した値を、体積率とした。

なお、リード線２２である白金線の白金粒子のアスペクト比は、約５０であり、溶接部界面領域４１の結晶粒子のアスペクト比は、約１．８、平均粒子径は、約３．２μｍであった。また、溶接部主領域４２の結晶粒子のアスペクト比は、約２．４、平均粒子径は、約９６μｍであった。

また、実施例１の温度センサ１に繰り返し熱衝撃を与えて、溶接部４の耐久性を確認する試験を行った。このとき、温度センサ１には、室温と、内燃機関における排気温度として想定される１０５０℃との間で、温度を変化させることを１サイクルとして、熱衝撃を１万サイクル繰り返し与えた。耐久結果は、試験後の溶接部界面領域４１の損傷の有無によって評価し、損傷が生じなかった場合を無、損傷が生じた場合を有として、結果を表１に示した。

次に、実施例１と同様にして、溶接部界面領域４１における酸化物粒子Ｐの体積率を、０．０８ｖｏｌ％又は１．５ｖｏｌ％に変化させた温度センサ１を作製した（すなわち、実施例２、３）。同様にして、熱衝撃による耐久性の確認試験を行った結果を、表１に併記した。また、実施例２、３において、溶接部主領域４２における酸化物粒子Ｐの体積率は、０．０８ｖｏｌ％又は１．５ｖｏｌ％よりも小さく、溶接部界面領域４１における酸化物粒子Ｐの体積率よりも小さいことを確認した。

また、比較のために、溶接部界面領域４１における体積率を、０％又は０．０１％とした温度センサ１を作製し（すなわち、比較例１、２）、同様にして、熱衝撃による耐久性の確認試験を行った結果を、表１に併記する。なお、比較例１、２において、溶接部主領域４２と溶接部界面領域４１における酸化物粒子Ｐの体積率は、同等であった。

表１に明らかなように、比較例１、２では、溶接部界面領域４１に損傷が生じたのに対して、実施例１〜３では、いずれも溶接部界面領域４１に、き裂等の損傷は見られなかった。これらにより、溶接部界面領域４１において、酸化物粒子Ｐの体積率が溶接部主領域４２より多く、特に、０．０８ｖｏｌ％以上の範囲となっていれば、溶接部主領域４２において、酸化物粒子Ｐの体積率がより小さくても、溶接部４の強度を十分向上させて、冷熱ストレスに対する耐久性が高められることがわかる。

（実施形態２）
温度センサに係る実施形態２について、図１０〜図１３を参照して説明する。
本形態の温度センサ１は、上記実施形態１の変形例であり、温度センサ１の基本構造は、上記実施形態１と同様であるので図示及び説明を省略する。本形態では、溶接部界面領域４１における酸化物粒子Ｐの体積率が、応力集中部でより大きくなるようにする。以下、相違点を中心に説明する。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

図１０に模式的に示すように、本形態の温度センサ１においても、サーミスタ素子２の基端側に引き出されたリード線２２と、図示しないシースピン３の先端側に引き出された芯線３１とが、重ね溶接により電気的に接続されている。このとき、上記実施形態１と同様に、例えば、２つの溶接点の一部が重なるように溶接され、溶接部４には、溶接部主領域４２の外側に、リード線２２又は芯線３１との界面に沿う、溶接部界面領域４１が形成される。さらに、溶接部界面領域４１では、軸方向Ｘにおける先端部を含み、リード線２２と芯線３１とが重なる衝合部位に隣接して、応力集中部となる先端領域Ａで、他の領域よりも、分散される酸化物粒子Ｐの体積率が高くなっている。

本形態では、最弱部である先端領域Ａにおいて、酸化物粒子Ｐの体積率をより高くすることで、上記式１〜式３に示した効果を高めることができる。したがって、さらなる強度向上と結晶粒径の小径化が可能になり、先端領域Ａに応力が集中しても、結晶粒の粗大化や割れ等を防止できる。よって、冷熱ストレスに対する耐性が向上し、強度低下を抑制して、信頼性を向上させることができる。

このように、溶接部界面領域４１に分散される酸化物粒子Ｐは、全体に均等に存在している必要はなく、例えば、応力が集中しやすい部位ほど大きくなるように、酸化物粒子Ｐの存在量（すなわち、体積率）を調整することができる。

次に、重ね溶接によりリード線２２と芯線３１とを接合する場合に、酸化物粒子Ｐの体積率を調整する方法の一例を説明する。例えば、先端領域Ａにおける酸化物粒子Ｐの体積率を高くするには、複数の溶接点の溶接順や、溶接時間等の条件を調整することで、先端領域Ａ側により多くの酸化物粒子Ｐが集まるようにすることができる。

図１１に示すように、レーザ照射による溶接装置１００を用いる場合には、可動式の下押え治具１０１上に、リード線２２と芯線３１とを重ね合わせて配置し、上押え治具１０２との間に挟持する。そして、２つの溶接点のうち、先に、サーミスタ素子２からより離れた部位（例えば、図１２中の４Ａ）を、レーザ照射口１０３の下方に配置して、レーザ溶接する。次に、溶接部４界面領域４１が固化する前に、速やかに、下押え治具７１を水平移動させて（例えば、図１１、図１２中に矢印で示す）、よりサーミスタ素子２に近い部位（例えば、図１２中の４Ｂ）を、先の溶接点に重ねて溶接する。

このとき、先のレーザ照射部位が固化する前に、次のレーザ照射部位の溶融部分と一体となり、先のレーザ照射による溶融部分から、次のレーザ照射による溶融部分へ、酸化物粒子Ｐが押し出される。酸化物粒子Ｐは、溶融部分が重なる部分から略水平方向（すなわち、リード線２２と芯線３１の衝合部位に沿う方向）に、軸方向Ｘの先端側へ向けて押出されるので、先端側の界面により多くの酸化物粒子Ｐが集まりやすくなる。また、次の溶接において、ピーク保持時間後の冷却時間が比較的短くなるようにすると、先端側の界面により多くの酸化物粒子Ｐが集まった状態で、速やかに固化させることが可能となる。

（実施形態３）
温度センサに係る実施形態３について、図１３を参照して説明する。
本形態の温度センサ１は、上記実施形態１の変形例であり、リード線２２のみならず、芯線３１にも酸化物粒子Ｐが分散されている。温度センサ１の基本構造は、上記実施形態１と同様であるので説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。

図１３に模式的に示すように、本形態の温度センサ１においても、サーミスタ素子２の基端側に引き出されたリード線２２を有し、図示しないシースピン３の先端側に引き出された芯線３１と、重ね溶接により電気的に接続されている。このとき、リード線２２は、例えば、白金又は白金合金等の母材Ｍ中に酸化物粒子Ｐが分散された貴金属線であり、芯線３１には、例えば、ニッケル合金等の母材Ｍ１中に、酸化物粒子Ｐが分散された合金線が用いられる。

リード線２２は、芯線３１と重ねられて溶接接合される。ここでは、実施形態１と同様に、２つの溶接点の一部が重なるようにした溶接部４において、溶接部主領域４２と、その外周を囲む溶接部界面領域４１とが形成されている。本形態においても、溶接部界面領域４１に分散する酸化物粒子Ｐの体積率は、溶接部主領域４２より大きくなっている。

本形態では、リード線２２と芯線３１の両方に酸化物粒子Ｐが含まれるので、溶接時に溶融する部分により多くの酸化物粒子Ｐが取り込まれる。そのため、溶接部界面領域４１の酸化物粒子Ｐの存在量がさらに多くなり、溶接部４の強度がさらに向上する。したがって、冷熱ストレスに対する耐性が向上し、強度低下を抑制して、信頼性を向上させることができる。

（実施形態４）
温度センサに係る実施形態４について、図１４、図１５を参照して説明する。
本形態の温度センサ１は、上記実施形態１の変形例であり、温度センサ１の基本構造は、上記実施形態１と同様であるので説明を省略して、以下、相違点を中心に説明する。
図１４に模式的に示すように、本形態の温度センサ１においても、サーミスタ素子２の基端側に引き出されたリード線２２を有し、リード線２２は、図示しないシースピン３の先端側に引き出された芯線３１と、継手線３２を介して電気的に接続されている。

本形態において、リード線２２は、芯線３１と重ね溶接される継手線３２と、突合せ溶接により接合されている。リード線２２と継手線３２との間には、突合せ溶接による溶接部４が形成される。この溶接部４においても、図１６に模式的に示すように、溶接部主領域４２と、その外側の溶接部界面領域４１が形成され、リード線２２又は継手線３２との界面に沿って、溶接部界面領域４１が配置される。継手線３２と芯線３１との間には、重ね溶接による溶接部７が形成される。

上記実施形態１と同様に、リード線２２は、例えば、白金又は白金合金等の母材Ｍ中に酸化物粒子Ｐが分散された貴金属線であり、芯線３１は、例えば、ニッケル合金等を母材Ｍ１とする合金線からなる。芯線３１と重ね溶接される継手線３２も、同様に、ニッケル合金等の合金線とすることができる。また、実施形態３のように、芯線３１又は継手線３２の母材Ｍ１中に、酸化物粒子Ｐが分散された構造とすることもできる。そして、溶接部界面領域４１に分散する酸化物粒子Ｐの体積率を、溶接部主領域４２よりも大きくすることによって、溶接部４の強度を向上させることができる。

本形態の構成においても、溶接部４に加わる応力は、サーミスタ素子２により近い、溶接部４の先端側端部に集中する。特に、サーミスタ素子２のリード線２２との界面となる溶接部界面領域４１のうち、外表面に露出する先端縁部領域Ａ２が応力集中部となる。この場合も、溶接部４の先端側に、溶接部界面領域４１が形成されており、最弱部である先端縁部領域Ａ２において、酸化物粒子Ｐの体積率が高くなることで、実施形態１と同様の効果が得られる。したがって、冷熱ストレスに対する耐性が向上し、強度低下を抑制して、信頼性を向上させることができる。

なお、芯線３１又は継手線３２に、酸化物粒子Ｐが分散された合金線を用いる場合には、溶接部７についても、溶接部主領域の外周に、酸化物粒子Ｐの体積率がより大きい溶接部界面領域を形成することができ、溶接部７の強度をさらに向上可能である。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
例えば、上記実施形態では、素子としてサーミスタ素子を用いたが、温度によって抵抗値が変化する抵抗体を用いたものであればよく、例えば、白金測温抵抗体等を用いた素子でもよい。
また、上記の実施形態を適宜組み合わせた形態とすることもできる。

１ 温度センサ
２ サーミスタ素子
２１ リード線
３ シースピン
３１ 芯線（信号線）
４ 溶接部
４１ 溶接部界面領域
５ カバー
６ フィラー

Claims (6)

1. 温度によって抵抗値が変化する抵抗体（２１）、及び、上記抵抗体から引き出されたリード線（２２）を有する素子（２）と、
   上記リード線と溶接によって接合された信号線（３１）と、
   上記素子、及び、上記リード線と上記信号線との溶接部（４）を覆うカバー（５）と、を備えた温度センサ（１）において、
   上記リード線は、白金又は白金合金（Ｍ）中に酸化物粒子（Ｐ）が分散された材料からなり、
   上記溶接部は、上記リード線又は上記信号線との界面に沿う溶接部界面領域（４１）と、その内側の溶接部主領域（４２）とを有し、かつ、上記溶接部の断面観察に基づく測定により算出される、上記溶接部界面領域の全体に占める上記酸化物粒子の体積率が、上記溶接部主領域の全体に占める上記酸化物粒子の体積率よりも大きい、温度センサ。
2. 上記溶接部を構成する結晶粒子は、上記溶接部界面領域の全体における結晶の平均粒子径が、上記溶接部主領域の全体における結晶の平均粒子径よりも小さい、請求項１に記載の温度センサ。
3. 上記溶接部界面領域は、上記抵抗体側の端部を含む領域における上記酸化物粒子の体積率が、他の領域における上記酸化物粒子の体積率よりも大きい、請求項１又は２に記載の温度センサ。
4. 上記溶接部において、上記溶接部界面領域の全体に占める上記酸化物粒子の体積率が、０．０８ｖｏｌ％以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の温度センサ。
5. 上記信号線は、金属母材（Ｍ１）中に上記酸化物粒子が分散された材料からなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の温度センサ。
6. 上記酸化物粒子は、ジルコニア、イットリア、及びアルミナから選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の温度センサ。