特許 6404725 感温素子及び温度センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6404725

(24)【登録日】2018年9月21日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】感温素子及び温度センサ

(51)【国際特許分類】

   G01K 7/18 20060101AFI20181004BHJP

【ＦＩ】

   G01K7/18 B

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-13342(P2015-13342)

(22)【出願日】2015年1月27日

(65)【公開番号】特開2015-180860(P2015-180860A)

(43)【公開日】2015年10月15日

【審査請求日】2017年7月4日

(31)【優先権主張番号】特願2014-45180(P2014-45180)

(32)【優先日】2014年3月7日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】大矢 誠二

(72)【発明者】

【氏名】大矢 俊哉

【審査官】 深田 高義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−００６０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０４００６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−０１２４０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｋ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、
前記パッド部と接合された出力線と、
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と、
前記パッド部と前記セラミックス基体との間に配置されるとともに、前記パッド部を隔てて前記出力線と前記パッド部との接合部分と対向する領域に配置される低熱膨張層であって、前記出力線より熱膨張係数の小さい低熱膨張層を備えることを特徴とする感温素子。

【請求項2】

前記低熱膨張層は、ガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の感温素子。

【請求項3】

前記低熱膨張層にガラスを含むとともに、該ガラスにおける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又は２に記載の感温素子。

【請求項4】

前記出力線の熱膨張係数と前記低熱膨張層の熱膨張係数との差は、０．２×１０^−６／℃〜５．３×１０^−６／℃であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の感温素子。

【請求項5】

前記出力線の熱膨張係数と前記低熱膨張層の熱膨張係数との差は、０．５×１０^−６／℃〜４．１×１０^−６／℃であることを特徴とする請求項４に記載の感温素子。

【請求項6】

前記パッド部に、ガラスを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の感温素子。

【請求項7】

前記被覆部材と前記低熱膨張層とにガラスを含むとともに、該ガラスの成分が同じ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。

【請求項8】

前記請求項１〜７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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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）。

【0003】

上述した感温素子としては、図７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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−２３４６３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（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、前記パッド部と接合された出力線と、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と、前記パッド部と前記セラミックス基体との間に配置されるとともに、前記パッド部を隔てて前記出力線と前記パッド部との接合部分と対向する領域に配置される低熱膨張層であって、前記出力線より熱膨張係数の小さい低熱膨張層を備えることを特徴とする。

【0009】

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配置され、且つ、出力線より熱膨張係数の小さい低熱膨張層が、パッド部とセラミックス基体との間に配置されるとともに、パッド部を隔てて出力線とパッド部との接合部分と対向する領域に配置されている。

【0010】

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、被覆部材と低熱膨張層とにより（パッド部を介して）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。
しかも、本第１態様では、低熱膨張層は、パッド部を隔てて出力線とパッド部との接合部分と対向する領域に配置されている。
出力線とパッド部とは、接合部分にて接合されているので、本第１態様のように、低熱膨張層が出力線の接合部分に近い位置に形成されているほど、剥離を効果的に防止できる。

【0013】

なお、前記低熱膨張層としては、出力線及びセラミック基体より熱膨張係数の小さいものを採用することができる。

【0016】

（２）本発明は、第２態様として、前記低熱膨張層は、ガラスからなることを特徴とする。
本第２態様では、低熱膨張層は、ガラスからなるので、パッド部やセラミックス基体との密着性（接合強度）が高く、この点からも、効果的に剥離を防止できる。

【0017】

（３）本発明は、第３態様として、前記低熱膨張層にガラスを含むとともに、該ガラスにおける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３態様では、低熱膨張層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、電気絶縁性が高いという利点がある。なお、電気絶縁性が高いと、仮に低熱膨張層が周囲に広がって導電部分に接触した場合でも、電気絶縁性を確保できるという利点がある。

【0018】

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。
（４）本発明は、第４態様として、前記出力線の熱膨張係数と前記低熱膨張層の熱膨張係数との差は、０．２×１０^−６／℃〜５．３×１０^−６／℃であることを特徴とする。

【0019】

本第４態様では、出力線の熱膨張係数と低熱膨張層の熱膨張係数との差は、０．２×１０^−６／℃〜５．３×１０^−６／℃であるので、感温素子が高温で使用された場合でも、出力線に適度な圧縮応力を加えることができ、よって、好適に剥離を抑制できる。

【0020】

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℃の温度領域）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）。
（５）本発明は、第５態様として、前記出力線の熱膨張係数と前記低熱膨張層の熱膨張係数との差は、０．５×１０^−６／℃〜４．１×１０^−６／℃であることを特徴とする。

【0021】

本第５態様では、出力線の熱膨張係数と低熱膨張層の熱膨張係数との差は、０．５×１０^−６／℃〜４．１×１０^−６／℃であるので、感温素子が高温で使用された場合でも、出力線により適度な圧縮応力を加えることができ、よって、より一層好適に剥離を抑制できる。

【0022】

（６）本発明は、第６態様として、前記パッド部に、ガラスを含むことを特徴とする。
本第６態様では、パッド部にガラスを含むので、パッド部と被覆部材や（ガラスを含む場合の）低熱膨張層との密着性（接合強度）が高く、この点からも、効果的に剥離を防止できる。

【0023】

（７）本発明は、第７態様として、前記被覆部材と前記低熱膨張層とにガラスを含むとともに、該ガラスの成分が同じであることを特徴とする。
本第７態様では、（ガラスを主成分とする）被覆部材と（ガラスを含む場合の）低熱膨張層とのガラス成分が同じであるので、そのガラスの熱膨張の性質（熱膨張係数）が同じであり、よって、剥離抑制の効果が高い。特に、被覆部材と低熱膨張層とが直接に接触する構造の場合には、被覆部材と低熱膨張層とが一体の部材と考えられるので、一層剥離抑制の効果が高い。

【0024】

（８）本発明は、第８態様として、前記第１〜７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。

【0025】

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。

【0026】

・出力線としては、Ｐｔ又はＰｔ合金からなる線材が挙げられる。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。

【0027】

・パッド部としては、Ｐｔ又はＰｔ合金からなる厚膜が挙げられる。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。

【0028】

・パッド部にガラスを添加する場合は、例えば低熱膨張層に用いるガラスと同様な下記のガラスを採用できる。特に、パッド部に添加するガラスと低熱膨張層に用いるガラスとが同一である場合には、パッド部と低熱膨張層とが密着するので好適である。

【0029】

・低熱膨張層を形成する成分としては、ガラス、セラミックス、ガラスとセラミックスとの混合物などが挙げられる。
このうち、ガラスとしては、例えば下記のガラスが挙げられる。

【0030】

［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。

【0031】

［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。

【0032】

［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。
・低熱膨張層は、ガラス成分のみが好ましいが、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、低熱膨張層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。

【0033】

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、コージェライト、ムライト、ステアタイト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミ等の高温絶縁性セラミックを用いることができる。

【0034】

・低熱膨張層を形成するガラスとして、結晶化ガラスを用いることができる。これにより、低熱膨張層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。
・また、低熱膨張層をセラミックスで構成する場合には、セラミックスとして、例えば、ジルコン、コージェライト、ムライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミが挙げられる。

【0035】

・被覆部材のガラス成分又はパッド部に添加するガラス成分としては、上述した低熱膨張層と同様な各種の材料を使用できる。なお、被覆部材と低熱膨張層のガラス成分は異なっていてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】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。

【図2】（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面を示す断面図、（ｂ）は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）。

【図3】感温素子を分解して示す斜視図である（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）。

【図4】感温素子の製造工程を順を追って示す説明図である。

【図5】感温素子の製造手順を平面視で示す説明図である。

【図6】（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面を示す断面図、（ｂ）は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。

【図7】従来技術の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

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。

【実施例1】

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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）に形成された一対の低熱膨張層５７ａ、５７ｂ（５７と総称する）と、金属抵抗体層５３の後端側の一部及び低熱膨張層５７を覆うよう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。

【0054】

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。

【0055】

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）からなる。

【0056】

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。

【0057】

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、面積が大きな部材である。

【0058】

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。

【0059】

低熱膨張層５７は、例えば軟化点９００℃以上の電気絶縁性を有する高耐熱ガラスからなり、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。

【0060】

この低熱膨張層５７の組成は、例えばＳｉＯ_２：３５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：２０質量％、ＢａＯ：４５質量％である。この低熱膨張層５７のガラスとしては、出力線５及びセラミックス基板５１より熱膨張係数が小さい各種のガラス、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。

【0061】

つまり、低熱膨張層５７（従って低熱膨張層５７を形成するガラス）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４．５×１０^−６／℃〜９．５×１０^−６／℃であり、出力線５やセラミックス基板５１の熱膨張係数より小さいガラスが用いられる。

【0062】

更に、ここでは、出力線５と低熱膨張層５７との熱膨張係数差が、０．２×１０^−６／℃〜５．３×１０^−６／℃の範囲（好ましくは０．５×１０^−６／℃〜４．１×１０^−６／℃の範囲）のガラスを用いる。

【0063】

また、この低熱膨張層５７は、（平面視で）長方形であり、その先端側がそれぞれ各端子後端部７３ａ２、７３ｂ２に接するとともに（接していなくとも良い）、各端子後端部７３ａ２、７３ｂ２と同じ幅で、後端側に伸びるように形成されている。

【0064】

パッド部５９は、Ｐｔを主成分（９０体積％）としアルミナを１０体積％含む材料からなり、その厚みは、金属抵抗体層５３より厚い（例えば厚さ１〜３０μｍの）導電性を有する厚膜である。

【0065】

このパッド部５９は、（平面視で）長方形であり、端子後端部７３ａ２、７３ｂ２と低熱膨張層５７との全面を覆うように形成されている。
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。

【0066】

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。

【0067】

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と端子先端部７３ａ１、７３ｂ１の先端側と揮発抑制層５５とが覆われている。

【0068】

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、例えば前記低熱膨張層５７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。

【0069】

特に、本実施例１では、出力線５より熱膨張係数の小さいガラスからなる被覆部材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配置され、且つ、出力線５より熱膨張係数の小さい低熱膨張層５７が、パッド部５９とセラミックス基板５１との間に配置されるとともに、パッド部５９を隔てて被覆部材６５に対向する領域の少なくとも一部に配置されている。しかも、出力線５と低熱膨張層５７との熱膨張係数差は、０．２×１０^−６／℃〜５．３×１０^−６／℃（好ましくは０．５×１０^−６／℃〜４．１×１０^−６／℃）以内である。本実施例１では、低熱膨張層５７の熱膨張係数は、セラミックス基板５１の熱膨張係数より小さい。なお、低熱膨張層５７の熱膨張係数は、これに限られず、セラミックス基板５１の熱膨張係数より大きいものであってもよい。

【0070】

更に、本実施例１では、前記低熱膨張層５７は、図２（ｂ）にてメッシュ状（網目状）に示すように、出力線５の軸方向（Ｘ方向）について、出力線５の先端から低熱膨張層５７の後端の範囲において、出力線５の軸方向に対する垂直方向（Ｙ方向）の範囲に配置されている。

【0071】

なお、この低熱膨張層５７は、メッシュ状の範囲の全域でなくともよく、一部でもよいが、（平面視で）出力線５と重なるように（更には接合部分７５と重なるように）形成されると好ましい。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

次に、低熱膨張層５７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５７Ｐを作製し、図５（ｂ）に示すように、そのガラスペースト５７Ｐを、低熱膨張層５７を形成する箇所に印刷する。

【0077】

次に、Ｐｔ材料（粉末）９０質量部とセルロース樹脂１０質量部とを加えてＰｔペースト５９Ｐを作製し、図５（ｃ）に示すように、そのＰｔ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、金属抵抗体層５３の端子部７３の端子後端部７３ａ２、７３ｂ２とガラスペースト５７Ｐとの全面を覆うように印刷する。

【0078】

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。

【0079】

次に、同じく図５（ｃ）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。

【0080】

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。
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。

【0081】

次に、図５（ｄ）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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

ｄ）次に、本実施例１の効果を説明する。
本実施例１では、出力線５より熱膨張係数の小さいガラスからなる被覆部材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配置され、且つ、出力線５より熱膨張係数の小さい低熱膨張層５７が、パッド部５９とセラミックス基板５１との間に配置されるとともに、パッド部５９を隔てて被覆部材６５に対向する領域の少なくとも一部に配置されている。

【0085】

しかも、出力線５と低熱膨張層５７との熱膨張係数差は、０．２×１０^−６／℃〜５．３×１０^−６／℃（好ましくは０．５×１０^−６／℃〜４．１×１０^−６／℃）以内である。

【0086】

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と低熱膨張層５７とにより（パッド部５９を介して）出力線５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。このように、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。

【0087】

また、本実施例１では、低熱膨張層５７は、（平面視で）出力線５とセラミックス基板５１との間（しかも接合部分７５の位置）に形成されているので、前記剥離（従って電気的接続が絶たれること）を効果的に防止できる。

【0088】

更に、本実施例１では、低熱膨張層５７のガラスの軟化点は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。
その上、本実施例１では、低熱膨張層５７のガラスのアルカリ金属の含有率が、（酸化物換算で）０．２質量％以下であり、実質的に含まれていないので、絶縁性が高く、マイグレーションの発生を抑制する効果が高いという利点がある。

【0089】

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と低熱膨張層５７とのガラス成分が同じである。よって、被覆部材６５と低熱膨張層５７との熱膨張の性質（熱膨張係数）が同じであるので、剥離抑制の効果が高いという効果がある。

【実施例2】

【0090】

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と同様な構造の感温素子を使用するが、感温素子のパッド部の材料が実施例１と異なる。

【0091】

なお、前記実施例１と同様な構成については、同様な番号を使用する。図面も実施例１の図２を用いて説明する。
具体的には、前記図２に示すように、本実施例２の感温素子３は、前記実施例１と同様に、セラミックス基板５１上に、金属抵抗体層５３及び低熱膨張層５７を備えるとともに、低熱膨張層５７及び金属抵抗体層５３の端子部７３の一部を覆うように、同様な形状のパッド部５９が形成され、このパッド部５９に出力線５が接合されている。

【0092】

特に、本実施例２では、パッド部５９は、Ｐｔとガラスとから構成されている。詳しくは、パッド部５９は、Ｐｔ７５体積％とガラス２５体積％とから構成されており、このガラスは、前記低熱膨張層５７と同様なガラス材料からなる。

【0093】

本実施例２では、パッド部５９には、十分なＰｔが含まれているので、導電性を有しているとともに、ガラス成分も含まれているので、パッド部５９と低熱膨張層５７との密着性が高いという効果がある。

【0094】

従って、実施例１よりも、剥離がし難く、高温耐久性が高いという利点がある。

【実施例3】

【0095】

次に、実施例３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３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。

【0096】

具体的には、図６に示すように、本実施例３の感温素子１０３は、前記実施例１と同様に、セラミックス基板１５１と、セラミックス基板１５１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、同じ主面の後端側に形成された一対の低熱膨張層１５７と、金属抵抗体層１５３の端子部１７３の一部及び低熱膨張層１５７を覆うように形成された一対のパッド部１５９と、各パッド部１５９の表面に接合された一対の出力線１０５と、金属抵抗体層１５３の先端側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。

【0097】

本実施例３では、金属抵抗体層１５３の一対の端子部１７３の後端側は、（平面視で）パッド部１５９より幅（図６（ｃ）の上下方向の寸法）が狭く、出力線１０５の直下の範囲まで形成されている。

【0098】

また、本実施例３では、パッド部１５９は、前記実施例２と同様に、Ｐｔとガラスとから構成されている。さらに、パッド部１５９には、低熱膨張層１５７を介さずに直接にセラミックス基板１５１と接する部分が存在する。このように、パッド部１５９が、ガラス成分を含むとともに、セラミックス基板１５１と直接に接する部分があるため、パッド部１５９とセラミックス基板１５１との密着性が高いという効果がある。

【0099】

なお、その他の構成の材料は、前記実施例１と同様であり、その製造手順は、金属抵抗体層１５３の端子部１７３の表面に低熱膨張層１５７を形成すること以外は、基本的に前記実施例１と同様である。

【0100】

本実施例３においても、前記実施例１とほぼ同様な効果を奏する。
［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。

【0101】

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、その低熱膨張層の成分を、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、各試料は、それぞれ１０個作製した。

【0102】

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。

【0103】

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のガラス材料からなる低熱膨張層の熱膨張係数との差（熱膨張係数差）を示している。なお、ガラス材料の熱膨張係数は、ガラス材料の種類によって決まっている。

【0104】

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。

【0105】

【表1】

この表１から、熱膨張係数差が、０．２×１０^−６／℃〜５．３×１０^−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、０．５×１０^−６／℃〜４．１×１０^−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。

【0106】

本実験例２では、低熱膨張層を構成するガラスのアルカリ金属量（含有率）と電気絶縁性との関係について調べた。
具体的には、低熱膨張層を構成するガラスの成分を、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。

【0107】

そして、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。

【0108】

【表2】

電気絶縁性が低下すると漏れ電流の影響で精度誤差が大きくなることから、この表２から、低熱膨張層を構成する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、電気絶縁性が高いことが分かる。

【0109】

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。

【0110】

（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。
（３）更に、低熱膨張層の形成位置は、パッド部の下方（セラミックス基板側）だけでなく、更にパッド部より（セラミックス基板の平面方向の）外側に広がっていてもよい。

【符号の説明】

【0111】

１…温度センサ
３、１０３…感温素子
５ａ、５ｂ、５、１０５…出力線
５１、１５１…セラミックス基板
５３、１５３…金属抵抗体層
５７ａ、５７ｂ、５７、１５７…低熱膨張層
５９ａ、５９ｂ、５９、１５９…パッド部
６３、１６３…セラミックス被覆層
６５、１６５…被覆部材
７３ａ、７３ｂ、７３、１７３…端子部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】