JP6404725B2 - Temperature sensing element and temperature sensor - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a temperature sensor used in, for example, an exhaust system of an internal combustion engine (for example, an automobile engine) and a temperature sensor including the temperature sensor.
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）。 Conventionally, as a temperature sensor used in an exhaust system of an internal combustion engine (for example, an automobile engine), a temperature sensor including a temperature sensing element having a metal resistor (such as a platinum resistor) is known. This temperature sensor detects the temperature of an object to be measured (such as a gas to be measured) using a change in electric resistance value of a metal resistor due to a temperature change (see Patent Document 1).
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。 As shown in FIG. 7, as the temperature sensing element described above, for example, a thin film terminal P3 made of Pt connected to a platinum resistor P2 is formed on the surface of an alumina substrate P1, and on the surface of the thin film terminal P3. It is known that a thick film pad portion P4 formed of Pt paste is formed, and an output line P5 made of Pt is joined to the pad portion P4. The output line P5 is joined to a metal core wire (not shown), and the pad portion P4 and the output line P5 are covered with a covering member P6 made of glass.
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。 In the above-described prior art, since there is almost no regular use at a high temperature (for example, 850 ° C. or higher) and the thermal shock condition is not severe, peeling between the output line P5 and the pad portion P4 has not been a problem.
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。 However, in recent years, downsizing of engines has been attempted, and as a result, the usage area of temperature sensors has shifted to higher temperatures. As a result, since the width of the temperature change becomes large, there is a possibility that the output line P5 and the pad portion P4 are separated due to a large change in thermal expansion due to a large temperature change.
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。
When the output line P5 and the pad portion P4 are separated, the performance of the temperature sensor is deteriorated, so that countermeasures are important.
The present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a temperature-sensitive element and a temperature sensor that can reduce peeling between an output line and a pad portion.
（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。 (1) The present invention provides, as a first aspect, a ceramic substrate, a metal resistor layer formed on the ceramic substrate, and an electrical connection with the metal resistor layer formed on the ceramic substrate. A temperature-sensitive element comprising a conductive pad portion and an output line joined to the pad portion, wherein the temperature-sensitive element includes glass as a main component, and at least on the pad portion of the output line. A covering member having a thermal expansion coefficient smaller than that of the output line, disposed between the pad portion and the ceramic substrate, and the pad portion a low thermal expansion layer disposed on the bonding portion opposite to the region of said pad portion and said output line spaced, characterized in that it comprises a small low thermal expansion layer coefficient of thermal expansion than said output line To.
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。 In the first aspect, the covering member that is mainly composed of glass and has a smaller coefficient of thermal expansion than the output line is disposed so as to cover at least a portion of the output line that is located on the pad portion, and is more thermally expanded than the output line. A low thermal expansion layer having a small coefficient is disposed between the pad portion and the ceramic substrate, and is disposed in a region facing the bonding portion between the output line and the pad portion with the pad portion interposed therebetween.
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。
Therefore, even when the temperature sensitive element is exposed to a temperature change between a high temperature state of, for example, 850 ° C. or more and a normal temperature state, the covering member and the low thermal expansion layer cause the output line (through the pad portion). On the other hand, compressive stress can be applied. Thereby, the adhering force between the output line and the pad portion can be increased. Thus, since peeling between an output line and a pad part can be reduced, durability deterioration of a temperature sensing element can be suppressed.
Moreover, in the first aspect, the low thermal expansion layer is disposed in a region facing the bonding portion between the output line and the pad portion with the pad portion interposed therebetween.
Since the output line and the pad portion are joined at the joining portion, the peeling is more effectively as the low thermal expansion layer is formed at a position closer to the joining portion of the output line as in the first embodiment. Can be prevented.
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。 Incidentally, as the low thermal expansion layer, Ru can be employed having a small thermal expansion coefficient than the output line and the ceramic substrate.
（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。
( 2 ) As a second aspect of the present invention, the low thermal expansion layer is made of glass.
In the second aspect, since the low thermal expansion layer is made of glass, the adhesiveness (bonding strength) to the pad portion and the ceramic substrate is high, and from this point, peeling can be effectively prevented.
（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。
( 3 ) The present invention is characterized in that, as a third aspect, the low thermal expansion layer contains glass, and the alkali metal content in the glass is 0.2% by mass or less.
In the third aspect, since the glass contained in the low thermal expansion layer has an alkali metal content of 0.2% by mass or less, there is an advantage that the electrical insulation is high. Note that high electrical insulation has the advantage that electrical insulation can be ensured even when the low thermal expansion layer spreads around and contacts the conductive portion.
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。
In addition, the content rate of an alkali metal is the value which converted the alkali metal into the oxide.
(4) The present invention provides, as a fourth aspect, the difference between the thermal expansion coefficient between the thermal expansion coefficient of the output line the low thermal expansion layer, 0.2 × 10 -6 /℃~5.3×10 -6 / ° C.
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。 In the fourth embodiment, the difference between the thermal expansion coefficient of the thermal expansion coefficient and low thermal expansion layer of output lines, since it is 0.2 × 10 -6 /℃~5.3×10 -6 / ℃ , temperature sensitive Even when the element is used at a high temperature, it is possible to apply an appropriate compressive stress to the output line, and thus it is possible to suitably suppress peeling.
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。
In addition, this thermal expansion coefficient difference is a value in the use temperature range (for example, temperature range of 20-300 degreeC) of a thermosensitive element (Hereinafter, it is the same when the temperature range is not specified).
(5) The present invention provides, as a fifth aspect, the difference between the thermal expansion coefficient of the thermal expansion coefficient and the low thermal expansion layer of the output lines, 0.5 × 10 -6 /℃~4.1×10 -6 / ° C.
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。 In the fifth embodiment, the difference between the thermal expansion coefficient of the thermal expansion coefficient and low thermal expansion layer of output lines, since it is 0.5 × 10 -6 /℃~4.1×10 -6 / ℃ , temperature sensitive Even when the element is used at a high temperature, it is possible to apply an appropriate compressive stress to the output line, and thus it is possible to more suitably suppress peeling.
（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。
( 6 ) As a sixth aspect of the present invention, the pad portion includes glass.
In the sixth aspect, since the pad portion includes glass, the adhesiveness (bonding strength) between the pad portion and the covering member and the low thermal expansion layer (when glass is included) is high. Can be prevented.
（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。
( 7 ) As a seventh aspect, the present invention is characterized in that the covering member and the low thermal expansion layer contain glass, and the components of the glass are the same.
In the seventh aspect, since the glass components of the covering member (mainly composed of glass) and the low thermal expansion layer (when glass is included) are the same, the thermal expansion property (thermal expansion coefficient) of the glass is Therefore, the effect of suppressing peeling is high. In particular, in the case of a structure in which the covering member and the low thermal expansion layer are in direct contact with each other, the covering member and the low thermal expansion layer are considered as an integral member, so that the effect of suppressing peeling is further enhanced.
（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。
( 8 ) The present invention includes, as an eighth aspect, a temperature sensor comprising the temperature sensitive element according to any one of the first to seventh aspects.
Here, the temperature sensor provided with the temperature sensing element mentioned above is mentioned. Even when this temperature sensor is used at a high temperature of, for example, 850 ° C. or higher, the peeling at the temperature-sensitive element can be suppressed.
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。
Hereinafter, each configuration of the present invention will be described.
-The metal resistor (temperature measuring resistor) which comprises a metal resistor layer is a substance from which resistance changes with temperature, As this metal resistor, Pt is mentioned, for example. Examples of the metal resistor include Pt100 and Pt10 defined in JIS C 1604-1997.
・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−ＺｒＯ２の各合金が挙げられる。 -As an output line, the wire which consists of Pt or a Pt alloy is mentioned. Examples of the Pt alloy include Pt—Rh, Pt—Ir, Pt—Pd, Pt—Sr, and Pt—ZrO 2 alloys mainly containing Pt.
・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−ＺｒＯ２の各合金が挙げられる。 -As a pad part, the thick film which consists of Pt or a Pt alloy is mentioned. Examples of the Pt alloy include Pt—Rh, Pt—Ir, Pt—Pd, Pt—Sr, and Pt—ZrO 2 alloys mainly containing Pt.
・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。 -When adding glass to a pad part, the following glass similar to the glass used for a low thermal expansion layer, for example can be employ | adopted. In particular, when the glass added to the pad portion and the glass used for the low thermal expansion layer are the same, it is preferable because the pad portion and the low thermal expansion layer are in close contact with each other.
・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。
-As a component which forms a low thermal expansion layer, the mixture of glass, ceramics, glass, and ceramics etc. are mentioned.
Among these, as glass, the following glass is mentioned, for example.
［ケイ酸塩ガラス］ＳｉＯ２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］ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３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。
[Silicate glass] Including SiO 2 , other elements include alkaline earth metal oxides (MgO, CaO, BaO, SrO).
[Aluminosilicate Glass] Including SiO 2 and Al 2 O 3 , and other elements include alkaline earth metal oxides (MgO, CaO, BaO, SrO).
［ホウ酸塩ガラス］Ｂ２Ｏ３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］Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２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。
[Borate Glass] Including B 2 O 3 and other elements include alkaline earth metal oxides (MgO, CaO, BaO, SrO).
[Borosilicate glass] Including B 2 O 3 and SiO 2 , the other elements include alkaline earth metal oxides (MgO, CaO, BaO, SrO).
［リンケイ酸塩ガラス］Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２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。
[Phosphonsilicate glass] Including P 2 O 5 and SiO 2 , other elements include alkaline earth metal oxides (MgO, CaO, BaO, SrO).
-Although only a glass component is preferable for a low thermal expansion layer, you may add another component by making glass into a main component (ratio exceeding 50 volume%). For example, a ceramic filler may be mixed. Thereby, since the fluidity | liquidity of a low thermal expansion layer can be reduced, heat resistance can be improved.
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。 As the ceramic filler, high temperature insulating ceramics such as alumina, magnesia, zircon, spinel, cordierite, mullite, steatite, silicon carbide, silicon nitride, and aluminum nitride can be used.
・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。
Crystallized glass can be used as the glass that forms the low thermal expansion layer. Thereby, since the fluidity | liquidity of a low thermal expansion layer can be reduced, heat resistance can be improved.
In addition, when the low thermal expansion layer is made of ceramic, examples of the ceramic include zircon, cordierite, mullite, silicon carbide, silicon nitride, and aluminum nitride.
・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。 -As a glass component added to the glass component of a coating | coated member or a pad part, various materials similar to the low thermal expansion layer mentioned above can be used. The glass component of the covering member and the low thermal expansion layer may be different.
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。 Below, the suitable form (Example) of the temperature sensing element of this invention and a temperature sensor is demonstrated.
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。
a) First, the structure of the temperature sensor of the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the temperature sensor 1 of the present embodiment is mounted in a flow pipe such as an exhaust pipe of an internal combustion engine so as to be arranged in a flow pipe through which the measurement target gas flows, and the measurement target gas (exhaust gas) is measured. It is used for temperature detection.
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。
Here, the longitudinal direction of the temperature sensor 1 is the axial direction, which is the vertical direction of FIG. Moreover, the front end side of the temperature sensor 1 is the lower side of FIG. 1, and the rear end side is the upper side of FIG.
The temperature sensor 1 is mainly provided with a temperature sensing element 3, a sheath portion 7, a metal tube 9, a mounting portion 11, and a nut portion 13.
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。
The temperature sensing element 3 is a temperature measuring element arranged in the flow pipe through which the measurement target gas flows, and is arranged inside the metal tube 9.
As will be described in detail later, the temperature sensing element 3 includes a temperature sensing portion 4 in which the electrical characteristics (electric resistance value) of the internal metal resistor change depending on the temperature, and a pair connected to the temperature sensing portion 4. Output lines (element electrode lines) 5 are provided.
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。 The sheath part 7 insulates and holds a pair of metal core wires (sheath core wires) 15 inside the outer cylinder 17. The sheath portion 7 includes a metal outer tube 17, a pair of metal core wires 15 made of a conductive metal, and the outer tube 17 and the two metal core wires 15, which are electrically insulated from each other. And an insulating powder (not shown) for holding the substrate.
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。 The metal tube 9 is a member formed by closing the distal end side of a cylindrical member extending in the axial direction, and is formed from a corrosion resistant metal (for example, a stainless alloy such as SUS310S which is also a heat resistant metal). is there.
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。 The metal tube 9 is formed in a cylindrical shape extending in the axial direction in which the tube tip (bottom) 19 is closed by deep drawing of a steel plate, and the cylindrical tube rear end is opened. In addition, the axial dimension of the metal tube 9 is set such that the rear end side of the tube abuts against the inner surface of the second step portion 21 of the mounting portion 11.
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。 Further, the temperature sensitive element 3 and the cement (holding member) 23 are disposed inside the metal tube 9. In the metal tube 9, a small diameter portion 25 is formed at the distal end portion, and a large diameter portion 27 having a larger diameter than the small diameter portion 25 is formed at the rear end side. The small diameter portion 25 and the large diameter portion 27 are connected by a step portion 29.
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。 The cement 23 is filled around the temperature sensing element 3, and holds the temperature sensing element 3 to prevent its swinging. As the cement 23, it is preferable to use a material having high thermal conductivity, high heat resistance, and high insulation.
例えば、Ａｌ２Ｏ３やＭｇＯなどの酸化物、ＡｌＮやＴｉＮやＳｉ３Ｎ４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、Ａｌ２Ｏ３やＭｇＯなどの酸化物、ＡｌＮやＴｉＮやＳｉ３Ｎ４やＢＮ等の窒化物、および、ＳｉＣやＴｉＣやＺｒＣ等の炭化物が主体で、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２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。 For example, it is preferable to use a cement mainly composed of oxides such as Al 2 O 3 and MgO, nitrides such as AlN, TiN, Si 3 N 4 and BN, and carbides such as SiC, TiC and ZrC. Or mainly oxides such as Al 2 O 3 and MgO, nitrides such as AlN, TiN, Si 3 N 4 and BN, and carbides such as SiC, TiC and ZrC, and Al 2 O 3 and SiO 2 It is preferable to use a cement mixed with an inorganic binder such as MgO.
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。 The attachment portion 11 is a member that supports the metal tube 9 and surrounds the outer peripheral surface of the rear end side of the metal tube 9 with at least the tip of the metal tube 9 exposed to the outside, and supports the metal tube 9. is there. The mounting portion 11 is provided with a protruding portion 31 that protrudes radially outward, and a rear end-side sheath portion 33 that is located on the rear end side of the protruding portion 31 and extends in the axial direction.
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。 The protruding portion 31 is an annular member provided with a mounting seat 35 on the distal end side. The mounting seat 35 is a taper-shaped member whose diameter decreases toward the front end side, and is a taper whose diameter increases toward the rear end side formed at the sensor mounting position of the exhaust pipe (not shown). Corresponding to the shape of the path.
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。 When the attachment portion 11 is disposed at the sensor attachment position of the exhaust pipe, the attachment seat 35 is in close contact with the taper portion at the sensor attachment position to prevent the exhaust gas from leaking outside the exhaust pipe.
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。 The rear end side sheath portion 33 is a member formed in an annular shape. The rear end side sheath portion 33 has a first step portion 37 located on the front end side and an outer diameter smaller than that of the first step portion 37. The second step portion 21 is formed.
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。
The nut portion 13 has a hexagonal nut portion 39 and a screw portion 41.
The metal core wire 15 is electrically connected to the output line 5 of the temperature sensing element 3 at the front end portion by a welding point (joint portion: not shown), and the rear end portion is a crimp terminal 43 by resistance welding. It is connected with. That is, the rear end of the metal core wire 15 is connected to an external circuit, for example, a connecting lead wire 45 such as an electronic control unit (ECU) of a vehicle via the crimping terminal 43.
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。 The pair of metal core wires 15 are insulated from each other by an insulating tube 47, and the pair of crimp terminals 43 are also insulated from each other by the insulating tube 47. The lead wire 45 is obtained by coating a conductive wire with an insulating covering material, and the lead wire 45 is disposed through an auxiliary ring 49 made of heat-resistant rubber.
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。
b) Next, the structure of the temperature sensitive element 3 which is the principal part of the present Example 1 is demonstrated.
As shown in FIGS. 2 and 3, the temperature sensing element 3 of the first embodiment is formed on the main surface of the ceramic substrate (ceramic base) 51 and one of the ceramic substrates 51 (upper side in FIG. 2A). The metal resistor layer 53, the volatilization suppression layer 55 formed on the same main surface, and a pair of low thermal expansion layers 57a and 57b (on the left side of FIG. 2A) 57), a pair of pad portions 59a and 59b (collectively referred to as 59) formed so as to cover a part of the rear end side of the metal resistor layer 53 and the low thermal expansion layer 57, and each pad portion 59. A pair of output lines 5a and 5b (collectively referred to as 5) bonded to the surface of the metal resistor layer 53, a ceramic covering layer 63 covering the upper side of the metal resistor layer 53 (upper side in FIG. 2A), and an output A covering member 65 that covers the distal end side of the wire 5 and the pair of pad portions 59 and the like. There.
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。
The temperature sensing unit 4 is a plate-like portion other than the output line 5 in the temperature sensing element 3.
Each configuration will be described below.
The ceramic substrate 51 is a rectangular plate material (in plan view) made of alumina having a purity of 99.9%, for example.
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。 The metal resistor layer 53 is a conductive thin film made of, for example, Pt which is a metal resistor (for example, a thickness of 0.5 to 3.0 μm), and includes a thin wire portion 71 on the front end side and a pair on the rear end side. Terminal portions 73a and 73b (collectively referred to as 73).
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。
Among these, the thin wire | line part 71 is a thin wire | line with a narrow line | wire width (for example, 20 micrometers in width), and is formed so that it may meander several times within the area | region covered with the ceramic coating layer 63. FIG.
On the other hand, each terminal portion 73 is a terminal (wider than the thin wire portion 71) that is connected to a pair of end portions on the rear end side of the thin wire portion 71 and extends to the rear end side.
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。 Specifically, each terminal portion 73 includes a rectangular terminal front end portion 73a1 and 73b1 on the front end side (connected to the thin wire portion 71) and a rectangular terminal rear end portion 73a2 and 73b2 on the rear end side. As a convex shape (in plan view). The terminal rear end portions 73a2 and 73b2 are members having a wider width (dimension in the Y direction in FIG. 2B) and a larger area than the terminal front end portions 73a1 and 73b1.
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。 The volatilization suppression layer 55 is a layer having the same thickness made of the same material as that of the metal resistor layer 53, and on the same plane as the metal resistor layer 53, the tip side of the thin wire portion 71 of the metal resistor layer 53 and It is formed in a U shape so as to surround both sides in the width direction (Y direction) (in plan view). Thereby, the volatilization suppression layer 55 generates a platinum vapor pressure with the volatilization of platinum as a forming material thereof, and suppresses volatilization of the metal resistor layer 53.
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。 The low thermal expansion layer 57 is made of, for example, highly heat-resistant glass having an electrical insulation property with a softening point of 900 ° C. or higher, and is thicker than the metal resistor layer 53 (for example, having a thickness of 1 to 30 μm).
この低熱膨張層５７の組成は、例えばＳｉＯ２：３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：２０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。 The composition of the low thermal expansion layer 57 is, for example, SiO 2 : 35% by mass, Al 2 O 3 : 20% by mass, and BaO: 45% by mass. As the glass of the low thermal expansion layer 57, various glasses having a thermal expansion coefficient smaller than that of the output line 5 and the ceramic substrate 51, for example, the above-described silicate glass, aluminosilicate glass, borate glass, borosilicate glass, Various glasses such as phosphosilicate glass can be adopted.
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。 That is, the thermal expansion coefficient of the low thermal expansion layer 57 (and thus the glass forming the low thermal expansion layer 57) is, for example, 4.5 × 10 −6 / ° C. in the operating temperature range (for example, 20 to 300 ° C.) of the temperature sensor 1. Glass that is 9.5 × 10 −6 / ° C. and smaller than the thermal expansion coefficient of the output line 5 and the ceramic substrate 51 is used.
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。 Further, here, the output lines 5 and the thermal expansion coefficient difference between the low thermal expansion layer 57, 0.2 × 10 -6 /℃~5.3×10 -6 / ℃ range (preferably 0.5 × 10 −6 / ° C. to 4.1 × 10 −6 / ° C.).
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。 The low thermal expansion layer 57 has a rectangular shape (in plan view), and the front end side thereof is in contact with each terminal rear end portion 73a2 and 73b2 (not necessarily in contact), and each terminal rear end portion 73a2 and 73b2 The same width is formed so as to extend to the rear end side.
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。 The pad portion 59 is made of a material containing Pt as a main component (90% by volume) and 10% by volume of alumina, and the thickness thereof is greater than the metal resistor layer 53 (for example, having a thickness of 1 to 30 μm). It is a membrane.
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。
The pad portion 59 has a rectangular shape (in plan view) and is formed so as to cover the entire surface of the terminal rear end portions 73 a 2 and 73 b 2 and the low thermal expansion layer 57.
The output wire 5 is a wire (Pt wire) made of Pt and having a thermal expansion coefficient of 9.5 × 10 −6 / ° C. (20-300 ° C.), and the tip thereof is joined to the pad portion 59. Note that a Pt alloy may be used as the output line 5.
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。 Since the output line 5 is joined to the pad portion 59 by parallel welding (resistance welding), a joining portion 75 (see FIG. 2A) between the output line 5 and the pad portion 59 is formed in a spot shape.
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。 The ceramic coating layer 63 is a substrate made of alumina having a purity of 99.9%, for example, and the ceramic coating layer 63 allows the fine wire portion 71 of the metal resistor layer 53 and the tip side of the terminal tip portions 73a1 and 73b1 and the volatilization suppression layer. 55 is covered.
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。
The ceramic coating layer 63 is bonded to the ceramic substrate 51 or the like by a bonding layer 64 (see FIG. 2A) made of alumina having a purity of 99.9%, for example.
The covering member 65 is, for example, a glass covering layer made of the same glass material as the low thermal expansion layer 57 (which may be different), and the thermal expansion coefficient thereof is smaller than the thermal expansion coefficient of the output line 5. By this covering member 65, the front end side of the output line 5, the pad portion 59, and the rear end side of the ceramic covering layer 63 are covered and airtight.
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。 In particular, in the first embodiment, the covering member 65 made of glass having a thermal expansion coefficient smaller than that of the output line 5 is disposed so as to cover at least a portion of the output line 5 that is located on the pad portion 59 and the output line 5 is output. A low thermal expansion layer 57 having a thermal expansion coefficient smaller than that of the wire 5 is disposed between the pad portion 59 and the ceramic substrate 51, and is disposed in at least a part of a region facing the covering member 65 across the pad portion 59. ing. Moreover, the thermal expansion coefficient difference between the output line 5 and the low thermal expansion layer 57, 0.2 × 10 -6 /℃~5.3×10 -6 / ℃ ( preferably 0.5 × 10 -6 / ℃ ~ 4.1 × 10 −6 / ° C.). In the first embodiment, the thermal expansion coefficient of the low thermal expansion layer 57 is smaller than the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate 51. The thermal expansion coefficient of the low thermal expansion layer 57 is not limited to this, and may be larger than the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate 51.
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。 Furthermore, in the first embodiment, the low thermal expansion layer 57 has the tip of the output line 5 in the axial direction (X direction) of the output line 5 as shown in a mesh shape (mesh shape) in FIG. In the range from the rear end of the low thermal expansion layer 57 to the range of the direction perpendicular to the axial direction of the output line 5 (Y direction).
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。 The low thermal expansion layer 57 may not be the entire area of the mesh-like range, or may be a part thereof, but is formed so as to overlap with the output line 5 (in addition, overlap with the joint portion 75). It is preferred if
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。
c) Next, a method for manufacturing the temperature sensitive element 3 will be described.
As shown in FIGS. 4 and 5, first, a base material (not shown) of the ceramic substrate 51 is cleaned by ultrasonic cleaning. The base material is a plate material for producing a plurality of temperature sensing elements 3 from a single large-sized substrate, and FIG. 5 shows a portion of one temperature sensing element 3.
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。 Next, in order to form the metal resistor layer 53 and the volatilization suppression layer 55, the surface of the base material (therefore, the ceramic substrate 51) is well known on the surface portion where the metal resistor layer 53 and the volatilization suppression layer 55 are formed. A Pt film (not shown) is formed by the PVD method (for example, sputtering method).
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。 Next, as shown in FIG. 5A, a metal resistor layer 53 and a volatilization suppression layer 55 are formed by a photolithography process such as well-known resist film formation, exposure processing, development, etching, and resist film peeling.
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Ｎ２雰囲気下で、１０００〜１４００℃に加熱し、その後、自然冷却を行う。 Next, an annealing process (aging process) is performed. Here, as the annealing treatment, heating is performed at 1000 to 1400 ° C. in the air or N 2 atmosphere, and then natural cooling is performed.
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。 Next, 90 parts by mass of a glass material (powder) having the composition of the low thermal expansion layer 57 and 10 parts by mass of butyral resin are added to prepare a glass paste 57P. As shown in FIG. Then, printing is performed at a location where the low thermal expansion layer 57 is formed.
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。 Next, 90 parts by mass of Pt material (powder) and 10 parts by mass of cellulose resin are added to produce a Pt paste 59P, and the pad part 59 is formed from the Pt paste 59P as shown in FIG. Print in place. That is, printing is performed so as to cover the entire surfaces of the terminal rear end portions 73a2 and 73b2 of the terminal portion 73 of the metal resistor layer 53 and the glass paste 57P.
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。 Next, 90 parts by mass of alumina powder and 10 parts by mass of butyral resin are added to prepare an alumina paste (not shown), and the alumina paste is covered with a ceramic coating layer 63 on the base material (therefore, the ceramic substrate 51). Printing is performed at a location (location to be the bonding layer 64).
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。 Next, as shown in FIG. 5C (through see-through), the ceramic coating layer 63 (which is a fired ceramic substrate) is disposed so as to overlap the place where the alumina paste is printed.
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。
Next, as described above, the base material (and thus the ceramic substrate 51) having each layer disposed on the surface is fired at a firing temperature of 1000 to 1400 ° C. for 2 hours.
Next, the base material is cut into a workpiece size for welding described later by dicing.
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。
Next, as shown in FIG. 5D, the output line 5 is arranged on the pad portion 59, and the output line 5 is joined to the pad portion 59 by parallel welding (resistance welding).
Next, 90 parts by mass of the glass material (powder) having the composition of the covering member 65 and 10 parts by mass of butyral resin are added to produce a glass paste (not shown), and the glass paste is formed at the location where the covering member 65 is formed. Apply to. That is, the glass paste is applied so as to cover the front end side of the output line 5, the pad portion 59, and the rear end side of the ceramic coating layer 63.
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。
Next, for example, the glass is fired at a firing temperature of 1000 to 1400 ° C. for 2 hours.
Next, the substrate of work size is cut by dicing, and each temperature sensitive element 3 is separated.
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。
Thus, the temperature sensitive element 3 can be manufactured by the process mentioned above.
The temperature sensor 1 can be manufactured by assembling the temperature sensing element 3 manufactured as described above in the same procedure as in the prior art.
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。
d) Next, the effect of the first embodiment will be described.
In the first embodiment, the covering member 65 made of glass having a smaller thermal expansion coefficient than that of the output line 5 is arranged so as to cover at least a portion of the output line 5 located on the pad portion 59, and the output line 5 The low thermal expansion layer 57 having a smaller thermal expansion coefficient is disposed between the pad portion 59 and the ceramic substrate 51 and is disposed in at least a part of the region facing the covering member 65 across the pad portion 59. .
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。 Moreover, the thermal expansion coefficient difference between the output line 5 and the low thermal expansion layer 57, 0.2 × 10 -6 /℃~5.3×10 -6 / ℃ ( preferably 0.5 × 10 -6 / ℃ ~ 4.1 × 10 −6 / ° C.).
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。 Therefore, even when the temperature sensitive element 3 is exposed to a temperature change between a high temperature state of, for example, 850 ° C. or more and a normal temperature state, the covering member 65 and the low thermal expansion layer 57 (through the pad portion 59). ) A compressive stress can be applied to the output line 5. Thereby, the adhering force between the output line 5 and the pad portion 59 can be increased. Thus, since peeling between the output line 5 and the pad part 59 can be reduced, durability deterioration of the temperature sensitive element 3 can be suppressed.
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。 In the first embodiment, the low thermal expansion layer 57 is formed between the output line 5 and the ceramic substrate 51 (and the position of the joint portion 75) (in plan view). The connection can be effectively prevented.
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。
Furthermore, in Example 1, since the softening point of the glass of the low thermal expansion layer 57 is 900 ° C. or higher, the temperature sensitive element 3 can be suitably used up to a high temperature range up to 900 ° C.
In addition, in Example 1, the content of alkali metal in the glass of the low thermal expansion layer 57 is 0.2% by mass or less (in terms of oxide) and is not substantially contained. There is an advantage that the effect of suppressing the occurrence of migration is high.
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。 In the first embodiment, the output line 5 and the pad portion 59 are covered with the covering member 65 made of glass, and the glass components of the covering member 65 and the low thermal expansion layer 57 are the same. Therefore, since the thermal expansion property (thermal expansion coefficient) of the covering member 65 and the low thermal expansion layer 57 is the same, there is an effect that the effect of suppressing peeling is high.
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。
Next, the second embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
The temperature sensor of the second embodiment uses a temperature sensitive element having the same structure as that of the first embodiment, but the material of the pad portion of the temperature sensitive element is different from that of the first embodiment.
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。
In addition, the same number is used about the structure similar to the said Example 1. FIG. The drawings will also be described with reference to FIG.
Specifically, as shown in FIG. 2, the temperature sensing element 3 according to the second embodiment includes the metal resistor layer 53 and the low thermal expansion layer 57 on the ceramic substrate 51 as in the first embodiment. At the same time, a pad portion 59 having a similar shape is formed so as to cover a part of the terminal portion 73 of the low thermal expansion layer 57 and the metal resistor layer 53, and the output line 5 is joined to the pad portion 59.
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。 In particular, in the second embodiment, the pad portion 59 is composed of Pt and glass. Specifically, the pad portion 59 is composed of 75% by volume of Pt and 25% by volume of glass, and this glass is made of the same glass material as that of the low thermal expansion layer 57.
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。 In the second embodiment, since the pad portion 59 contains sufficient Pt, it has conductivity and also contains a glass component, so the pad portion 59 and the low thermal expansion layer 57 There is an effect that adhesion is high.
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。 Therefore, it is more advantageous than Example 1 in that it is difficult to peel off and high temperature durability is high.
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。
Next, the third embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
The temperature sensor of the third embodiment is different from the first embodiment in the shape (arrangement) of the metal resistor layer of the temperature sensitive element.
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。 Specifically, as shown in FIG. 6, the temperature sensing element 103 according to the third embodiment includes a ceramic substrate 151 and a metal resistor layer formed on the main surface of the ceramic substrate 151 as in the first embodiment. 153, a volatilization suppression layer 155 formed on the same main surface, a pair of low thermal expansion layers 157 formed on the rear end side of the same main surface, a part of the terminal portion 173 of the metal resistor layer 153, and a low thermal expansion A pair of pad portions 159 formed so as to cover the layer 157, a pair of output lines 105 bonded to the surface of each pad portion 159, and a ceramic coating layer 163 covering the upper side of the tip side of the metal resistor layer 153, A covering member 165 that covers the distal end side of the output line 105, the pair of pad portions 159, and the like.
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。 In the third embodiment, the rear end side of the pair of terminal portions 173 of the metal resistor layer 153 is narrower (in a plan view) than the pad portion 159 (the vertical dimension in FIG. 6C), and the output line It is formed up to a range immediately below 105.
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。 In the third embodiment, the pad portion 159 is made of Pt and glass as in the second embodiment. Further, the pad portion 159 has a portion that directly contacts the ceramic substrate 151 without the low thermal expansion layer 157 interposed therebetween. Thus, since the pad part 159 contains a glass component and there exists a part which touches the ceramic substrate 151 directly, there exists an effect that the adhesiveness of the pad part 159 and the ceramic substrate 151 is high.
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。 In addition, the material of another structure is the same as that of the said Example 1, The manufacturing procedure is fundamentally the said except forming the low thermal expansion layer 157 in the surface of the terminal part 173 of the metal resistor layer 153. The same as in the first embodiment.
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。
Also in the third embodiment, there are substantially the same effects as in the first embodiment.
[Experimental Example 1]
Next, Experimental Example 1 in which the effect of the present invention has been confirmed will be described.
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。 In this Experimental Example 1, as a sample used in the experiment, a temperature sensitive element similar to that in Example 1 was prepared, and the components of the low thermal expansion layer were changed as shown in Table 1 below. The adhesion strength between the parts was examined. In addition, 10 samples were prepared for each sample.
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。 The test for examining the fixing force was performed by a method based on a metal material tensile test (JIS Z2241: 2011). In this test, the ceramic substrate side of the temperature sensing element as a sample was fixed, the output line was pulled, and the fixing force was examined by the state of disconnection or disconnection (peeling from the pad portion) of the output line. The results are also shown in Table 1. When pulling, a load of 150 MPa (required load) or more was applied until the output line was disconnected or disconnected.
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。 In Table 1 below, the difference in thermal expansion coefficient is the difference between the thermal expansion coefficient of the output line made of Pt (at 20-300 ° C.) and the thermal expansion coefficient of the low thermal expansion layer made of the glass material shown in Table 1 below (heat Expansion coefficient difference). In addition, the thermal expansion coefficient of glass material is decided by the kind of glass material.
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。 In addition, as a criterion for determining the adhering force in Table 1, “◎” indicates that “there is no disconnection even if the total number exceeds the required load”, and “◯” indicates that a disconnection occurs when the total number exceeds the required load. “×” indicates that “all of them are missing and some of them are missing to the required load”.
［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。
[Experiment 2]
Next, Experimental Example 2 in which the effect of the present invention has been confirmed will be described.
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。
In Experimental Example 2, the relationship between the amount of alkali metal (content) of the glass constituting the low thermal expansion layer and electrical insulation was examined.
Specifically, a sample of a temperature sensor provided with a temperature-sensitive element similar to that of Example 1 was prepared using the components of glass constituting the low thermal expansion layer as components shown in Table 2 below.
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、Ｒ２Ｏは、アルカリ金属の酸化物成分として、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ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。
And using each sample, the temperature of the atmosphere (for example, 600 degreeC) with known temperature was measured, and the precision error of the measurement was investigated. The results are shown in Table 2 below.
In Table 2, R 2 O represents Na 2 O and K 2 O as alkali metal oxide components. Further, ◎ indicates that the accuracy error is within 0.5 ° C., ◯ indicates that the accuracy error exceeds 0.5 ° C. and is within 1 ° C., and × indicates that the accuracy error is greater than 1 ° C.
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。
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.
(1) For example, various known configurations can be adopted as the configuration of the temperature sensor that houses the temperature sensitive element.
（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。
(2) Also, various known materials can be used within the scope of the present invention, for example, as a material constituting the temperature sensitive element, such as a ceramic substrate, a metal resistor layer, an output wire, and a covering member.
(3) Furthermore, the position where the low thermal expansion layer is formed may extend not only below the pad portion (ceramic substrate side) but also outside the pad portion (in the plane direction of the ceramic substrate).
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Temperature sensor 3, 103 ... Temperature sensitive element 5a, 5b, 5, 105 ... Output line 51, 151 ... Ceramic substrate 53, 153 ... Metal resistor layer 57a, 57b, 57, 157 ... Low thermal expansion layer 59a, 59b, 59, 159 ... pad part 63, 163 ... ceramic coating layer 65, 165 ... coating member 73a, 73b, 73, 173 ... terminal part
Claims (8)
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。 A ceramic substrate;
A metal resistor layer formed on the ceramic substrate;
A conductive pad portion formed on the ceramic substrate and electrically connected to the metal resistor layer;
An output line joined to the pad portion;
In the temperature sensing element with
A member mainly composed of glass, provided on the pad portion so as to cover at least a portion of the output line located on the pad portion, and a covering member having a smaller thermal expansion coefficient than the output line; ,
A low thermal expansion layer disposed between the pad portion and the ceramic substrate and disposed in a region facing the bonding portion between the output line and the pad portion across the pad portion; A temperature sensitive element comprising a low thermal expansion layer having a thermal expansion coefficient smaller than that of a wire.
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