JPH11201832A

JPH11201832A - 温度センサ

Info

Publication number: JPH11201832A
Application number: JP10002005A
Authority: JP
Inventors: Masato Shoji; 理人東海林; Takashi Tamai; 孝玉井; Katsunori Matsubara; 克憲松原; Kiyoshi Saito; 潔齋藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 1998-01-08
Publication date: 1999-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】薄膜温度検出素子を用いた温度センサにおい
て、出力取り出しリード線が白金線であるため、温度セ
ンサのコストが非常に高いという課題があり、低コス
ト、かつ、良好な特性を有する温度センサを提供するこ
とを目的とする。【解決手段】温度センサの温度検出部分において、金
属パイプ１と、金属パイプ１の内部に挿入され、膜状の
温度検出素子３および温度検出素子３の出力を電気的に
取り出す膜状の電極４を有する金属パイプ１より長いセ
ラミックス基板２と、金属パイプ１とセラミックス基板
２の隙間を埋める無機充填材と、金属パイプ１の端部に
配設され、セラミックス基板２の温度検出素子３を有す
る部分を保護する保護キャップ６とを備えた構成とする
ことにより、リード線に高価な白金線を使用しないた
め、低コスト、かつ、良好な特性を有する温度センサを
提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は温度センサに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、様々な温度を検出するセンサの中
で、薄膜サーミスタ素子を感温素子として用いた温度セ
ンサが、たとえば特願平８−５４６０１号等で提案され
ている。図９はこの様な温度センサの概略断面図を示
す。温度センサ素子５１は基板上に成膜された薄膜セラ
ミックス焼結体で構成されている。温度センサ素子５１
の素子電気抵抗取り出し部分は白金膜により形成され、
白金製のリード線６５，６６と接続されている。リード
線６５，６６は電気絶縁硝子６１，６２により互いに絶
縁された状態で、管状の金属製ハウジング６３内部に配
される。管状の金属製ハウジング６３はフランジ６４に
固定されている。温度は温度センサ素子５１の抵抗値と
して電気的に検出している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなセンサを、
近年、環境保護のために検討されている自動車の排気ガ
ス浄化システムに適用しようとした場合、特性的には信
頼性も含めて良好な温度センサが構成できたが、リード
線６５，６６に白金線を使用することから、コスト的に
は著しく高価な温度センサとなってしまう。実際に温度
センサに使用した白金線は約０．５４ｇであったので、
平成９年７月現在の白金価格（約１５００円／ｇ）から
計算すると、白金の価値だけで約８００円もかかり、従
来の技術では温度センサのコストが非常に高くなるとい
う課題があった。

【０００４】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、低コスト、かつ、良好な特性を有する温度センサを
提供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
に、本発明は、金属パイプと、前記金属パイプの内部に
挿入され、膜状の温度検出素子および前記温度検出素子
の出力を電気的に取り出す膜状の電極を有する前記金属
パイプより長いセラミックス基板と、前記金属パイプと
前記セラミックス基板の隙間を埋める無機充填材と、前
記金属パイプの端部に配設され、前記セラミックス基板
の温度検出素子を有する部分を保護する保護キャップと
を備えた構成、あるいは、金属パイプと、前記金属パイ
プの内部に挿入され、膜状の温度検出素子および前記温
度検出素子の出力を電気的に取り出す膜状の電極を有す
る前記金属パイプより長いセラミックス基板と、前記金
属パイプの両端に配設され、前記金属パイプに挿通した
前記セラミックス基板を固定するキャップ状の支持部材
と、前記セラミックス基板の温度検出素子を有する部分
を保護する保護キャップとを備えた構成を有するもので
ある。

【０００６】これにより、低コスト、かつ、良好な特性
を有する温度センサを構成することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、金属パイプと、前記金属パイプの内部に挿入され、
膜状の温度検出素子および前記温度検出素子の出力を電
気的に取り出す膜状の電極を有する前記金属パイプより
長いセラミックス基板と、前記金属パイプと前記セラミ
ックス基板の隙間を埋める無機充填材と、前記金属パイ
プの端部に配設され、前記セラミックス基板の温度検出
素子を有する部分を保護する保護キャップとを備えたも
のであり、膜状の電極を金属パイプより長いセラミック
ス基板上に成膜するため、高価な白金線を用いることな
く温度センサが実現できるという作用を有する。

【０００８】請求項２に記載の発明は、無機充填材がア
ルミナ、ジルコニア、シリカの少なくとも１つ以上の成
分からなるものであり、いずれも高耐熱材料であるた
め、高温下でもセラミックス基板を金属パイプに安定し
て固定できるという作用を有する。

【０００９】請求項３に記載の発明は、無機充填材にＬ
ｉ₂Ｏが添加されたものであり、Ｌｉ₂Ｏが無機充填材硬
化時の発泡を抑えるため、高温下でもセラミックス基板
を金属パイプに安定して精度よく固定できるという作用
を有する。

【００１０】請求項４に記載の発明は、金属パイプと、
前記金属パイプの内部に挿入され、膜状の温度検出素子
および前記温度検出素子の出力を電気的に取り出す膜状
の電極を有する前記金属パイプより長いセラミックス基
板と、前記金属パイプの両端に配設され、前記金属パイ
プに挿通した前記セラミックス基板を固定するキャップ
状の支持部材と、前記セラミックス基板の温度検出素子
を有する部分を保護する保護キャップとを備えたもので
あり、膜状の電極を金属パイプより長いセラミックス基
板上に成膜するため、高価な白金線を用いることなく温
度センサが実現できるという作用を有する。

【００１１】請求項５に記載の発明は、保護キャップに
孔を設けたものであり、孔を通して温度センサ周囲の温
度変化が直接温度検出素子に伝達するため、良好な応答
性を有する温度センサが実現できるという作用を有す
る。

【００１２】請求項６に記載の発明は、キャップ状の支
持部材が有底状に形成され、その底面に設けた孔の内周
壁に複数の凹凸を設けたものであり、凹凸の一部がセラ
ミックス基板と接触するため、金属パイプとセラミック
ス基板を容易かつ確実に固定できるという作用を有す
る。

【００１３】請求項７に記載の発明は、キャップ状の支
持部材、および、保護キャップがニッケル−クロム合金
からなるものであり、高温までセラミックス基板を保
持、および、保護できるという作用を有する。

【００１４】請求項８に記載の発明は、金属パイプの端
部に配設した支持部材と保護キャップとを金属パイプに
対し同時に固定したものであり、両者を容易に固定でき
るため、低コストで温度センサを製造できるという作用
を有する。

【００１５】請求項９に記載の発明は、膜状の電極の取
り出し部分はリード線とハンダ付けされ、そのハンダ付
け部分を樹脂でモールドしたものであり、電極とリード
線が容易に接続でき、また、完全に封止されるため、低
コスト、かつ、高信頼性の温度センサを構成できるとい
う作用を有する。

【００１６】請求項１０に記載の発明は、樹脂がシリコ
ンまたはポリイミドからなるものであり、いずれも高耐
熱性樹脂であることから、高信頼性の温度センサを構成
できるという作用を有する。

【００１７】請求項１１に記載の発明は、リード線がテ
フロン系樹脂で被覆されたものであり、高耐熱性樹脂で
あることから、高信頼性の温度センサを構成できるとい
う作用を有する。

【００１８】請求項１２に記載の発明は、膜状の電極が
白金ペーストからなり、少なくともハンダ付けされる部
分がガラス含有導電ペーストのみであり、前記ガラス含
有導電ペーストを前記白金ペーストに重なるように設け
たものであり、ハンダ食われやリード線の引っ張り強度
が良好なガラス含有導電ペースト上でハンダ付けするこ
とにより、接続部の高信頼性が確保できるという作用を
有する。

【００１９】請求項１３に記載の発明は、ガラス含有導
電ペーストが銀−パラジウム系、または、銀−パラジウ
ム−白金系の組成とするものであり、いずれもハンダ食
われやリード線の引っ張り強度が良好であるため、接続
部の高信頼性が確保できるという作用を有する。

【００２０】請求項１４に記載の発明は、温度検出素子
が白金、または、サーミスタとした構成であり、高温ま
で高精度に測定できるという作用を有する。

【００２１】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図７を用いて説明する。（実施の形態１）図１は本発明の第１の実施形態による
温度センサの概略断面図を、図２は図１の温度検出部分
の構成図を、図３は図２の温度検出部分を組み立てた後
の断面図をそれぞれ示す。なお、図１〜図３において、
同一部分には同一番号を付与した。１は外径３mm、厚さ
０．４mmの耐熱ステンレス鋼からなる金属パイプで、そ
の内部には金属パイプ１より長いアルミナ製セラミック
ス基板２が挿入されている。セラミックス基板２の先端
部分には膜状の温度検出素子３がＣＶＤ法により成膜さ
れている。ここで、温度検出素子はＡｌ，Ｃｒ，Ｆｅの
複合酸化物からなるサーミスタを用いた。温度検出素子
３の表面には、その抵抗値を電気的に検出するための一
対の膜状の電極４が成膜されている。ここで、電極４は
白金ペーストを印刷、焼成して形成した。電極４の拡大
図を図４に示す。電極の取り出し部分、すなわち、ハン
ダ付けされる部分は銀−パラジウム系ガラス含有導電ペ
ースト４ａのみを印刷、焼成することにより形成してい
る。白金ペーストからなる電極４とガラス含有導電ペー
スト４ａは互いに重なり部分４ｂを有する。金属パイプ
１とセラミックス基板２の隙間部分には無機充填材５が
充填されている。無機充填材５はアルミナが主成分で、
シリカ、および、Ｌｉ₂Ｏを含んだペースト状の充填材
を規定量ディスペンサにより金属パイプ１とセラミック
ス基板２の隙間部分に注入した後、１５０℃で硬化する
ことにより形成している。セラミックス基板２の温度検
出素子３を有する部分には、温度検出素子３を保護する
ためのニッケル−クロム合金からなる保護キャップ６が
金属パイプ１に挿入され、かしめ、溶接されている。保
護キャップ６には図２に示すような孔６ａが２個開けて
ある。

【００２２】ガラス含有導電ペースト４ａはテフロン系
樹脂で被覆されたリード線７とハンダ付けにより接続さ
れ、ハンダ付け部分全体はリード線７の一部が覆われる
程度にポリイミド製樹脂８でモールドされている。この
状態を図５に示す。さらにリード線７はガラス繊維強化
樹脂からなる絶縁体９で固定される。１０は金属パイプ
１の外周に設けた温度センサ取り付け用ナットである。

【００２３】温度の検出は、温度検出素子３の温度によ
る抵抗値の変化として電気的に行った。

【００２４】このような構成の温度センサを試作し、出
力特性を評価した。その結果、基本特性である温度によ
る抵抗値の変化だけでなく、信頼性も従来例と同等の特
性が得られることを確認した。また、応答性において
は、従来例比３０〜４０％の高速化を実現した。これ
は、保護キャップ６に孔６ａを設けることにより、温度
変化が直接温度検出素子３に伝わるためである。また、
コストについては、白金ペーストを約０．０１ｇ使用し
ているため、白金ペーストの価格（約３５００円／ｇ）
から計算すると約３５円になり、従来例の白金線（約８
００円）と比べ２０分の１以下と、著しい低コスト化が
可能となった。

【００２５】なお、本実施の形態において、無機充填材
５にアルミナが主成分で、シリカ、および、Ｌｉ₂Ｏを
含んだものを使用したが、これは、アルミナやシリカの
単体やジルコニアでもよく、また、これらの複数からな
るものでもよかった。これは、いずれも高温雰囲気下に
おいて電気絶縁性が良好で、かつ、セラミックス基板２
の保持性も良好であったためである。また、無機充填材
５にＬｉ₂Ｏを添加するのは、充填材硬化時に発泡が抑
制され、緻密に充填することができるためである。

【００２６】また、本実施の形態では樹脂８をポリイミ
ドで形成したが、これはシリコンでもよい。シリコンの
場合はセラミックス基板２やリード線７との熱膨張差に
よる応力を緩和することができ、ポリイミドを用いるよ
り一層熱衝撃に強くなる。

【００２７】さらに、ガラス含有導電ペースト４ａは銀
−パラジウム系を用いたが、これは銀−パラジウム−白
金系でも全く同等の特性が得られた。また、温度検出素
子３はサーミスタを用いたが、これは白金でもよい。こ
の場合、温度による抵抗変化率はサーミスタより小さく
なるが、電極４と同時に成膜できるため、工程が少なく
なるという長所があり、用途に応じて適切な温度検出素
子を選択すればよい。

【００２８】以上のことから、良好な出力特性、かつ、
低コストな温度センサを実現することができた。

【００２９】（実施の形態２）本発明の第２の実施の形
態による温度センサは、実施の形態１と同一構造部分が
多いため、同一部分には同一番号を付して、詳細な説明
を省略する。すなわち、本実施の形態の特長は、セラミ
ックス基板２を無機充填材５で固定するのではなく、キ
ャップ状の支持部材で固定したことである。以下、実際
にこのようにして作製した温度センサについて述べる。

【００３０】図６は、図１における温度検出部分の分解
斜視図を、図７は温度検出部分を組み立てた時の斜視図
を、図８は図７の断面図をそれぞれ示す。１１はキャッ
プ状の支持部材で、ニッケル−クロム合金からなる。支
持部材１１は図６に示すようにプレス加工により有底状
に成形され、さらにその底面には複数の凹凸形状を有す
る孔１２が開けられている。この支持部材１１を金属パ
イプ１の両端に挿入し、かしめ、および、溶接により固
定した。この際、一方の支持部材１１はその外周に保護
キャップ６が挿入され、両者を同時にかしめ、溶接し
た。支持部材１１に開けられた凹凸形状の孔１２にはセ
ラミックス基板２が図７に示すように挿通されている。
ここで、支持部材１１に凹凸形状の孔１２を開けている
が、これは、セラミックス基板２を任意の方向から挿入
できるため、生産性が向上するという特徴と、温度上昇
に伴う金属パイプ１とセラミックス基板２の熱膨張差の
ため、基板長さ方向には自由に伸びることができるが、
基板の厚み、幅方向には支持部材１１の凹凸のどれかが
セラミックス基板２に常に接触しているため、振動に対
してセラミックス基板２を保持することができる。すな
わち、セラミックス基板２が基板長さ方向には動け、基
板厚み、幅方向には動けないように固定できるという特
徴を同時に有している。

【００３１】このようにして作製した温度センサの出力
特性は、実施の形態１と同様、良好な出力特性、およ
び、信頼性を示し、高速応答性も実現できることを確認
した。また、コストについても実施の形態１と同様、高
価な白金線を使用しないので、低コスト化が図れたのは
もちろんである。

【００３２】なお、本実施の形態は実施の形態１と比較
し、無機充填材を使用しないので、充填および硬化工程
が不要であるという特徴を有する。

【００３３】以上の構成により、良好な出力特性、か
つ、低コストな温度センサを実現することができた。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、金属パイプと、前記金属パイプの内部に挿入
され、膜状の温度検出素子および前記温度検出素子の出
力を電気的に取り出す膜状の電極を有する前記金属パイ
プより長いセラミックス基板と、前記金属パイプと前記
セラミックス基板の隙間を埋める無機充填材と、前記金
属パイプの端部に配設され、前記セラミックス基板の温
度検出素子を有する部分を保護する保護キャップとを備
えた構成、あるいは、金属パイプと、前記金属パイプの
内部に挿入され、膜状の温度検出素子および前記温度検
出素子の出力を電気的に取り出す膜状の電極を有する前
記金属パイプより長いセラミックス基板と、前記金属パ
イプの両端に配設され、前記金属パイプに挿通した前記
セラミックス基板を固定するキャップ状の支持部材と、
前記セラミックス基板の温度検出素子を有する部分を保
護する保護キャップとを備えた構成とすることにより、
リード線に高価な白金線を使用しないため、低コスト、
かつ、良好な特性を有する温度センサを提供することが
できるという有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による温度センサの概略
断面図

【図２】同温度センサの温度検出部分の構成図

【図３】同温度センサの温度検出部分の断面図

【図４】同温度センサの電極部分の拡大図

【図５】同温度センサの電極部分の斜視図

【図６】本発明の第２の実施の形態による温度センサの
温度検出部分の分解斜視図

【図７】同温度センサの温度検出部分の斜視図

【図８】同温度センサの温度検出部分の断面図

【図９】従来の温度センサの概略断面図

【符号の説明】

１金属パイプ２セラミックス基板３温度検出素子４電極４ａガラス含有導電ペースト４ｂ重なり部分５無機充填材６保護キャップ７，６５，６６リード線８樹脂９絶縁体１０ナット１１支持部材１２凹凸形状の孔５１温度センサ素子６１，６２電気絶縁硝子６３管状の金属製ハウジング６４フランジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者齋藤潔大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属パイプと、前記金属パイプの内部に
挿入され、膜状の温度検出素子および前記温度検出素子
の出力を電気的に取り出す膜状の電極を有する前記金属
パイプより長いセラミックス基板と、前記金属パイプと
前記セラミックス基板の隙間を埋める無機充填材と、前
記金属パイプの端部に配設され、前記セラミックス基板
の温度検出素子を有する部分を保護する保護キャップと
を備えた温度センサ。
【請求項２】無機充填材がアルミナ、ジルコニア、シ
リカの少なくとも１つ以上の成分からなる請求項１に記
載の温度センサ。
【請求項３】無機充填材にＬｉ₂Ｏが添加された請求
項２に記載の温度センサ。
【請求項４】金属パイプと、前記金属パイプの内部に
挿入され、膜状の温度検出素子および前記温度検出素子
の出力を電気的に取り出す膜状の電極を有する前記金属
パイプより長いセラミックス基板と、前記金属パイプの
両端に配設され、前記金属パイプに挿通した前記セラミ
ックス基板を固定するキャップ状の支持部材と、前記セ
ラミックス基板の温度検出素子を有する部分を保護する
保護キャップとを備えた温度センサ。
【請求項５】保護キャップに孔を設けた請求項１また
は４に記載の温度センサ。
【請求項６】キャップ状の支持部材は有底状に形成さ
れ、その底面に設けた孔の内周壁に複数の凹凸を設けた
請求項４に記載の温度センサ。
【請求項７】キャップ状の支持部材、および、保護キ
ャップがニッケル−クロム合金からなる請求項１または
４に記載の温度センサ。
【請求項８】金属パイプの端部に配設した支持部材と
保護キャップとを金属パイプに対し同時に固定した請求
項４に記載の温度センサ。
【請求項９】膜状の電極の取り出し部分はリード線と
ハンダ付けされ、そのハンダ付け部分を樹脂でモールド
した請求項１または４に記載の温度センサ。
【請求項１０】樹脂がシリコンまたはポリイミドから
なる請求項９に記載の温度センサ。
【請求項１１】リード線がテフロン系樹脂で被覆され
た請求項９に記載の温度センサ。
【請求項１２】膜状の電極が白金ペーストからなり、
少なくともハンダ付けされる部分がガラス含有導電ペー
ストのみであり、前記ガラス含有導電ペーストを前記白
金ペーストに重なるように設けた請求項９に記載の温度
センサ。
【請求項１３】ガラス含有導電ペーストが銀−パラジ
ウム系、または、銀−パラジウム−白金系の組成である
請求項１２に記載の温度センサ。
【請求項１４】温度検出素子が白金、または、サーミ
スタである請求項１または４に記載の温度センサ。