温度センサおよびその製造方法
【課題】サーミスタ素子の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止する。
【解決手段】本発明の温度センサは、サーミスタ素子が、金属製の外筒の内側に金属芯線を絶縁保持してなるシース部材における外筒の先端から突出する金属芯線に接続されており、一端が閉塞され他端は開放されている金属製の包囲部材の内部空間に、サーミスタ素子から外筒の先端部を少なくとも含むシース部材の領域までが収容されている。包囲部材およびシース部材の表面には酸化被膜が形成されているとともに、シース部材の水素含有量は８ｐｐｍ以下であり、包囲部材の水素含有量はシース部材の水素含有量よりも小さいことを特徴とする。
【解決手段】本発明の温度センサは、サーミスタ素子が、金属製の外筒の内側に金属芯線を絶縁保持してなるシース部材における外筒の先端から突出する金属芯線に接続されており、一端が閉塞され他端は開放されている金属製の包囲部材の内部空間に、サーミスタ素子から外筒の先端部を少なくとも含むシース部材の領域までが収容されている。包囲部材およびシース部材の表面には酸化被膜が形成されているとともに、シース部材の水素含有量は８ｐｐｍ以下であり、包囲部材の水素含有量はシース部材の水素含有量よりも小さいことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、サーミスタ素子を有する温度センサおよびその製造方法に関し、特に、高温酸化雰囲気下で使用される温度センサ、例えば、自動車の排気ガスの温度を検知する温度センサ（排気温センサ）等に好適な温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、温度によって抵抗値が変化するサーミスタ素子を用いた温度センサは、特に６００℃を越えるような高温を検知する用途としては、主に自動車の排気ガスの温度（以下、単に「排気温度」ともいう）等を検出する用途として利用されることが多い。検知する自動車の排気温度等としては−４０℃程度の低温域から最高９００℃〜１０００℃程度の高温域までの広範囲な検知が要求される。
【０００３】
サーミスタ素子を用いた温度センサは、一般的に、温度によって抵抗値が変化するサーミスタ焼結体と白金又は白金合金からなる電極線とから構成されるサーミスタ素子と、サーミスタ素子の電極線に接続される一対のリード線を筒状の外筒内に充填した絶縁粉末にて絶縁保持してなるシース部材とが、金属チューブ内に収容された構成を有している。なお、シース部材のリード線及び外筒、金属チューブは、いずれもステンレス合金からなる。このような温度センサは、上記したような自動車の排気温度等を検出するために、例えば、６００℃〜９００℃程度の高温雰囲気下で使用されると、金属チューブやシース部材において金属の熱酸化が発生し、金属チューブ内部等の酸素が減少することになる。このとき、金属チューブ内に収容されているサーミスタ素子（詳細にはサーミスタ焼結体）に含まれる酸素が奪われることになり、サーミスタ素子が還元されて、サーミスタ素子に特性変化が発生して温度センサとしての検出精度が低下する可能性がある。
【０００４】
そこで、上記問題を防止するために、シース部材や金属チューブ等のサーミスタ素子周辺に配置される金属部品に加熱処理を行なって、上記金属部品の表面にあらかじめ金属酸化物からなる酸化被膜を形成しておき、高温域での使用時における金属表面の酸化の進行を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１，２，３参照）。
【０００５】
また、温度センサは、シース部材の後端側および外部回路（例えば車両のＥＣＵ等）接続用リード線等を収容する金属製の筒状部材（継手）を備える。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３０１６７９号公報
【特許文献２】特開２０００−２３４９６２号公報
【特許文献３】特開平６−２０１４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術により金属チューブ等の金属部品の表面に酸化被膜を形成することにより、サーミスタ素子の還元を防止する処理を行なった温度センサであっても、十分な検出精度が得られない場合があった。具体的には、温度センサの組み立て工程、特に金属チューブとサーミスタ素子との間に絶縁性の金属酸化物（セメント）を充填し、充填した金属酸化物を乾燥させるための熱処理工程の後に、サーミスタ素子の特性が変動し、規定値を逸脱して不良品となる個体があり、歩留まりが良くない。また、８００℃以上の高温雰囲気下での使用に耐えられない個体がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、サーミスタ素子の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することを可能にした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】
【０００９】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１０】
［適用例１］
サーミスタ素子が、金属製の外筒の内側に金属芯線を絶縁保持してなるシース部材における前記外筒の先端から突出する前記金属芯線に接続されており、一端が閉塞され他端は開放されている金属製の包囲部材の内部空間に、前記サーミスタ素子から前記外筒の先端部を少なくとも含む前記シース部材の領域までが収容された温度センサにおいて、
前記包囲部材および前記シース部材の表面には酸化被膜が形成されているとともに、前記シース部材の水素含有量は８ｐｐｍ以下であり、前記包囲部材の水素含有量は前記シース部材の水素含有量よりも小さいことを特徴とする温度センサ。
【００１１】
適用例１に記載の温度センサでは、包囲部材およびシース部材の表面には酸化被膜が形成されているとともに、シース部材の水素含有量は８ｐｐｍ以下であり、包囲部材の水素含有量はシース部材の水素含有量よりも小さい。これにより、この温度センサを高温域で使用したとしても、脱離水素の発生が抑制される。この結果、サーミスタ素子の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することが可能である。
【００１２】
［適用例２］
適用例１記載の温度センサにおいて、
前記包囲部材の水素含有量は６ｐｐｍ以下であることを特徴とする温度センサ。
【００１３】
適用例２に記載の温度センサでは、包囲部材の水素含有量は、シース部材の水素含有量の８ｐｐｍよりも小さい６ｐｐｍ以下であるので、この温度センサを高温域で使用したとしても、脱離水素の発生が抑制される。この結果、サーミスタ素子の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することが可能である。
【００１４】
［適用例３］
適用例１記載の温度センサにおいて、
前記包囲部材の水素含有量は５ｐｐｍ以下であることを特徴とする温度センサ。
【００１５】
適用例３に記載の温度センサでは、包囲部材の水素含有量は、シース部材の水素含有量の８ｐｐｍよりも小さい５ｐｐｍ以下であるので、この温度センサを高温域で使用したとしても、脱離水素の発生が抑制される。この結果、サーミスタ素子の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することが可能である。
【００１６】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の温度センサにおいて、
前記包囲部材の外周面を取り囲むとともに、前記温度センサを装着対象体に装着するための取り付け部材と、
前記包囲部材の他端から突出する前記シース部材の後端側を包囲するとともに、前記取り付け部材に固定される筒状部材と、をさらに備え、
前記筒状部材の水素含有量は４ｐｐｍ以下であることを特徴とする温度センサ。
【００１７】
適用例４に記載の温度センサでは、筒状部材の水素含有量が４ｐｐｍ以下である。よって、包囲部材を取り囲む取り付け部材に対して、シース部材の後端側を包囲するための筒状部材が固定された温度センサを高温域で使用したとしても、脱離水素の発生を抑制できる。その結果、包囲部材とシース部材（詳細には、シース部材の外筒）との間の空間を通ってサーミスタ素子まで到達する筒状部材からの脱離水素量を抑制でき、上記構造の温度センサを採用した場合にもサーミスタ素子の特性変化をさらに抑えて検出精度の低下を防止することが可能となる。
【００１８】
［適用例５］
サーミスタ素子が、金属製の外筒の内側に金属芯線を絶縁保持してなるシース部材における前記外筒の先端から突出する前記金属芯線に接続されており、一端が閉塞され他端は開放されている金属製の包囲部材の内部空間に、前記サーミスタ素子から前記外筒の先端部を少なくとも含む前記シース部材の領域までが収容された温度センサの製造方法において、
前記包囲部材および前記シース部材に対して、湿潤水素雰囲気下で熱処理を行なって、前記包囲部材および前記シース部材の金属表面を酸化させる湿潤水素雰囲気下酸化処理工程と、
前記湿潤水素雰囲気下酸化処理工程を経た前記包囲部材および前記シース部材に対して、水素を含まない雰囲気下で熱処理を行なって、前記包囲部材および前記シース部材に含有されている水素を脱離させる含有水素脱離処理工程と、
を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
【００１９】
［適用例６］
適用例５記載の温度センサの製造方法において、さらに、
前記湿潤水素雰囲気下酸化処理工程の前に、前記包囲部材および前記シース部材に対して、大気雰囲気下で熱処理を行なって、前記包囲部材および前記シース部材の金属表面を酸化させる大気雰囲気下酸化処理工程
を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
【００２０】
適用例５および適用例６に記載の温度センサの製造方法によれば、前記サーミスタ素子が収容されている空間内において包囲部材およびシース部材から水素が脱離し、サーミスタ素子が還元されて、温度センサとしての検出精度が低下するのを抑制した温度センサを製造することができる。
【００２１】
［適用例７］
適用例５または適用例６記載の温度センサの製造方法において、
前記含有水素脱離処理工程では、前記シース部材の水素含有量を８ｐｐｍ以下まで脱離させるとともに、前記包囲部材の水素含有量は前記シース部材の水素含有量よりも小さくなるように脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【００２２】
適用例７に記載の温度センサの製造方法によれば、適用例１に記載の温度センサを製造することができる。
【００２３】
［適用例８］
適用例７記載の温度センサの製造方法において
前記含有水素脱離処理工程では、前記包囲部材の水素含有量を６ｐｐｍ以下まで脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【００２４】
適用例８に記載の温度センサの製造方法によれば、適用例２に記載の温度センサを製造することができる。
【００２５】
[適用例９]
適用例７記載の温度センサの製造方法において、
前記含有水素脱離処理工程では、前記包囲部材の水素含有量を５ｐｐｍ以下まで脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【００２６】
適用例９に記載の温度センサの製造方法によれば、適用例３に記載の温度センサを製造することができる。
【００２７】
[適用例１０]
適用例５ないし適用例９のいずれかに記載の温度センサの製造方法において、
前記包囲部材の外周面を取り囲むとともに、前記温度センサを装着対象体に装着するための取り付け部材と、
前記包囲部材の他端から突出する前記シース部材の後端側を包囲するとともに、前記取り付け部材に固定される筒状部材と、をさらに備え、
前記筒状部材に対して水素を含まない雰囲気下で熱処理を行って、前記筒状部材に含有されている水素を脱離させる水素脱離工程と、
をさらに備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
【００２８】
適用例１０に記載の温度センサの製造方法によれば、筒状部材の脱離水素の発生量を抑制できる。その結果、包囲部材とシース部材（詳細には、シース部材の外筒）との間の空間を通ってサーミスタ素子まで到達する筒状部材の脱離水素量を抑制でき、適用例４に記載の温度センサの構成を採用した場合にもサーミスタ素子の特性変化をさらに抑えて検出精度の低下を防止することが可能となる。
【００２９】
[適用例１１]
適用例１０記載の温度センサの製造方法において、
前記水素脱離工程では、前記筒状部材の水素含有量を４ｐｐｍ以下になるよう水素を脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【００３０】
適用例１１の温度センサの製造方法によれば、適用例４に記載の温度センサを製造することができる。
【００３１】
ここで「ｐｐｍ」とは１００万分のいくらかであるかという割合を示す単位であり、重量比を表す。本願では、水素含有量の重量を、水素を含有している元の部材の重量で割った値をいう。例えば、適用例８に記載の「包囲部材の水素含有量６ｐｐｍ」とは、包囲部材１ｋｇ中に水素が６ｍｇ含有していることを意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．温度センサの構造：
Ａ２．温度センサの製造工程：
Ａ３．ベーキング処理の効果：
Ａ４．筒状部材への第５の熱処理工程の効果：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：
【００３３】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．温度センサの構造：
図１は、本発明の第１実施例としての温度センサの構造を示す部分破断断面図である。温度センサ１は、サーミスタ素子２を感温素子として用いたものである。例えば、この温度センサ１を装着対象体である自動車の排気管に装着することにより、サーミスタ素子２を内包した金属製の包囲部材である金属チューブ３を排気ガスが流れる排気管内に配置させて、排気ガスの温度検出に使用することができる。なお、サーミスタ素子２は、ペロブスカイト型酸化物製のディスク状をなしたサーミスタ焼結体と、このサーミスタ焼結体内に一部が埋設した一対の電極線（Ｐｔ／Ｒｈ合金線９）とを有する公知の構成からなる。
【００３４】
温度センサ１の軸線（一点鎖線で示す）方向に延びる金属チューブ３は、先端部３１側が閉塞した筒状に形成されており、この先端部３１の内部にサーミスタ素子２が収容される。この金属チューブ３は、後述するようにステンレス合金から形成されている。そして、金属チューブ３の内部であってサーミスタ素子２の周囲には、セメント１０が充填されており、これにより使用時の振動等によるサーミスタ素子２の揺動が防止される。金属チューブ３の後端部３２側は開放されており、この後端部３２はステンレス合金製のフランジ４の内側に挿通されている。なお、セメント１０は、アルミナ粉末を主体とする骨材と、ＳｉＯ2またはシリカを含むガラス成分とからなる。
【００３５】
フランジ（取り付け部材）４は、軸線方向に延びる鞘部４２と、この鞘部４２の先端側に位置し、径方向外側に向かって突出する突出部４１とを有している。突出部４１は、先端側に図示しない排気管（装着対象体）の取付部のテーパ部に対応したテーパ形状の座面４５を有する環状に形成されており、座面４５が上記取付部のテーパ部に密着することで、排気ガスが排気管外部へ漏出するのを防止するようになっている。また、鞘部４２は環状に形成される一方、先端側に位置する先端側段部４４と先端側段部４４よりも小さい外径を有する後端側段部４３とを備える二段形状をなしている。
【００３６】
金属チューブ３は、自身の後端部３２からフランジ４の突出部４１の先端側に挿入されて、鞘部４２の内側に圧入されている。そして、金属チューブ３の外周面と鞘部４２の後端側段部４３の内周面との重なり合う部分が、周方向にわたってレーザー溶接されている。このレーザー溶接がなされることにより、図１に示すように、鞘部４２の後端側段部４３と金属チューブ３とに跨る溶接部Ｌ１が形成され、金属チューブ３がフランジ４に対して固定される。
【００３７】
フランジ４の鞘部４２の先端側段部４４の径方向外側には、筒状の継手（筒状部材）６が接合されている。具体的には、鞘部４２の先端側段部４４の外周面に継手６の内周面が重なり合うように、同継手６が鞘部４２の先端側段部４４に圧入され、継手６と先端側段部４４とが周方向にわたってレーザー溶接されている。このレーザー溶接がなされることにより、図１に示すように、鞘部４２の先端側段部４４と継手６とに跨る溶接部Ｌ２が形成される。
【００３８】
鞘部４２の後端側段部４３と金属チューブ３とに跨る溶接部Ｌ１および鞘部４２の先端側段部４４と筒状部材６とに跨る溶接部Ｌ２が形成されることにより、包囲部材３と筒状部材６とが取り付け部材４にそれぞれ接続されている。言い換えれば、包囲部材３と筒状部材６とが取り付け部材４を介して接続されている。なお、ここで継手６と筒状部材６とは同義であり、また、取り付け部材４とフランジ４とは同義である。
【００３９】
金属チューブ３、フランジ４および継手６の内部には、一対の金属芯線７を筒状の外筒２１の内側に絶縁保持してなるシース部材８が配置される。金属チューブ３の内部において、シース部材８の外筒２１の先端から突出する金属芯線７の先端部には、サーミスタ素子２が、このサーミスタ素子２の電極線を構成するＰｔ／Ｒｈ合金線９を介して接続される。合金線９および金属芯線７は互いにレーザー溶接又は抵抗溶接される。なお、シース部材８は、詳細は図示しないが、ステンレス合金（例えば、ＳＵＳ３１０Ｓ）からなる金属製の外筒２１と、ステンレス合金（例えば、ＳＵＳ３１０Ｓ）からなる一対の金属芯線７と、外筒と各金属芯線７との間を絶縁し、金属芯線７を保持するＳｉＯ2を主体とする絶縁粉末とから構成される。
【００４０】
継手６の内部にてシース部材８の外筒２１の後端から後端側へ突き出す金属芯線７は、圧着端子１１とレーザー溶接又は抵抗溶接され、圧着端子１１を介して一対の外部回路（例えば車両のＥＣＵ等）接続用のリード線１２と接続される。一対の金属芯線７および一対の圧着端子１１は、絶縁チューブ１５により互いに絶縁される。リード線１２は、金属製の撚り線を絶縁性の被覆材にて被覆したものであり、継手６の後端側開口に備えられる耐熱ゴム製の補助リング１３に挿通される。そして、補助リング１３は、継手６の上から丸加締め或いは多角加締めされることにより、補助リング１３および継手６が気密性を保ちながら互いに固定される。これにより、サーミスタ素子２が、金属チューブ３、フランジ４および継手６により形成される密閉空間に収容されることになる。そして、サーミスタ素子２の出力は、シース部材８の金属芯線７からリード線１２により、図示しない外部回路に取り出され、排気ガスの温度が検出される。
【００４１】
なお、この温度センサ１は１０００℃にも達する高温環境下で使用されるため、各々の構成部材は十分な耐熱性を有している必要がある。そのため、金属チューブ３、フランジ４、外筒２１および金属芯線７は、Ｆｅを主成分とし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｉおよび２４．００〜２６．００重量％でＣｒを含有する耐熱合金であるＳＵＳ３１０Ｓにより形成されている。また、継手６は、ＳＵＳ３０４（Ｆｅ以外に、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｎｉ，Ｃｒを含有する耐熱合金であって、１８．００〜２０．００重量％でＣｒを含有する。）を材質とする。
【００４２】
Ａ２．温度センサの製造工程：
上記温度センサ１は、以下の工程を経ることにより製造される。
【００４３】
まず、耐熱合金としてのＳＵＳ３１０Ｓを材質として用いた金属チューブ３およびフランジ４を予め形成する。また、耐熱合金としてのＳＵＳ３１０Ｓを材質として用いた外筒２１および金属芯線７、絶縁粉末を用いてシース部材８を予め形成する。さらに、その他の部品２，６，１０〜１３も予め形成する。
【００４４】
次に、金属チューブ３、シース部材８およびフランジ４に、後述する第１の熱処理工程および第２の熱処理工程による酸化被膜形成のための加熱処理（酸化処理）を施す。さらに、酸化被膜が形成された金属チューブ３，フランジ４，シース部材８（詳細には、外筒２１および金属芯線７）に、後述する第３の熱処理工程による含有水素脱離のための加熱処理（ベーキング処理）を施す。
【００４５】
そして、酸化被膜の形成および含有水素脱離がなされた各部材３，４，８と、その他の部品２，６，１１〜１３を互いに組み付けることにより、図１に示した温度センサ１の製造が完了する。なお、サーミスタ素子２とシース部材８との組み付け体を金属チューブ３に挿入する前に、未硬化のセメント１０を金属チューブ３内に充填し、充填後の金属チューブ３に組み付け体を挿入し、乾燥処理を経ることでセメント１０を硬化させるようにした。
【００４６】
また、ＳＵＳ３０４を材質として用いた筒状部材（継手）６に、後述する第４の熱処理工程（焼鈍工程）および含有水素脱離のための第５の熱処理工程（ベーキング処理、水素脱離処理）を施す場合には、第５の熱処理工程を筒状部材６に施した後に、フランジ４や、その他の部品を互いに組み付けることにより、図１に示した温度センサ１の製造が完了する。
【００４７】
図２は、温度センサの製造工程における熱処理の工程部分を示す工程図である。
【００４８】
まず、第１の熱処理工程として、金属チューブ３、フランジ４およびシース部材８を、大気雰囲気下において、処理温度１０００℃および処理時間１０時間で高温加熱処理（大気雰囲気下酸化処理）を実施する。なお、金属チューブ３とフランジ４については、フランジ４の内側に金属チューブ３を圧入固定した状態で第１の熱処理工程および後述する第２の熱処理工程を実施するようにしている。
【００４９】
上記第１の熱処理工程では、管理が容易な大気雰囲気下において、長時間加熱処理することにより、上記金属チューブ３，フランジ４，シース部材８（詳細には、外筒２１および金属芯線７）の金属表面に不連続ではあるが比較的膜厚の厚い酸化被膜を形成することができる。
【００５０】
次いで、第２の熱処理工程として、３５℃に保たれた水中を通して水分を含ませた水素ガスよりなるウエットガスと、ドライ水素よりなるドライガスとを１対２．２の割合で処理炉に投入し、この処理炉内に第１の熱処理工程で酸化被膜が形成された各部材３，４，８を収納して、ウエットな水素雰囲気（湿潤水素雰囲気）下において、処理温度１１５０℃および処置時間１時間で高温加熱処理（湿潤水素雰囲気下酸下処理）を実施する。
【００５１】
上記第２の熱処理工程では、各部材３，４，８の表面のうちで、少なくとも第１の熱処理工程で形成された酸化被膜の欠落部分（換言すれば酸化被膜が形成されなかった表面）に酸化クロムが選択的に生成された酸化被膜が形成される。
【００５２】
さらに、第３の熱処理工程として、上記第２の熱処理工程で酸化被膜が形成された各部材３，４，８を、大気雰囲気下において、処理温度７００℃および処理時間３０分で低温加熱処理（ベーキング処理，含有水素脱離処理）を実施する。
【００５３】
上記第３の熱処理工程では、各部材３，４，８に含有している水素が脱離し、各部材３，４，８の水素含有量が低減される。
【００５４】
図１０は、筒状部材６の熱処理の工程部分を示す工程図および第５の熱処理工程の熱処理条件を表す図である。まず、第４の熱処理工程として、筒状部材６を水素雰囲気下において、処理温度１１００℃および処理時間２時間で焼鈍処理を実施する。これにより、筒状部材６の加工後の内部応力を除去することができる。
【００５５】
次いで、第５の熱処理工程として、焼鈍処理を施した筒状部材６を、大気雰囲気下で図１０（ｂ）に記載のＮｏ．１〜Ｎｏ．８の条件でそれぞれ加熱処理（ベーキング処理，含有水素脱離処理）を実施する。これにより、筒状部材６に含有している水素が脱離し、筒状部材６の水素含有量が低減される。ここで第５の熱処理工程における加熱温度は、２００℃〜４００℃の範囲が好ましい。下限値を２００℃としたのは、後述する第５の熱処理工程を施す前の筒状部材６の含有水素の脱離が２００℃付近から始まるため（図１８，図１９参照）、含有水素を脱離させるためには２００℃以上が好適であるからである。また、上限値を４００℃としたのは、高温での熱処理を行うと筒状部材６の表面全体に酸化被膜が形成する可能性があり、筒状部材６と他の部材（例えば取り付け部材４）を溶接する際に、酸化被膜を除去する必要が生じるからである。
【００５６】
Ａ３．ベーキング処理の効果：
第３の熱処理工程によるベーキング処理の効果について説明する。
【００５７】
上記第２の熱処理工程は、湿潤水素雰囲気下において実施される。また、金属チューブ３およびシース部材８は、その製造工程において、加工時の応力緩和のため、「焼鈍」と呼ばれる熱処理工程を含むのが一般的である。この焼鈍工程は、酸化を防止するために、非酸素含有雰囲気下、例えば、水素含有雰囲気下で行なわれるのが一般的である。従って、水素雰囲気下で実施される第２の熱処理工程や焼鈍工程において、金属チューブ３およびシース部材８には、水素が吸着、固溶等により含有され、水素含有量が増加することになる。
【００５８】
仮に、金属チューブ３およびシース部材８内に含有されている水素が、温度センサ１の使用時において金属チューブ３およびシース部材８から脱離すると、サーミスタ素子２が還元されてサーミスタ素子の特性変化を招く。
【００５９】
図３は、第１および第２の熱処理を実施した金属チューブについての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。また、図４は、同様に、第１および第２の熱処理を実施したシース部材についての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。図３および図４は、雰囲気温度を一定の割合で順に上昇させていったときに、発生する単位時間当たりの水素量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］と、その累積積分値［ｐｐｍ］を示している。なお、部品に含有されている水素量は、例えば、昇温脱離装置（ＴＰＤ）に検出計として大気圧イオン化質量分析計（ＡＰＩ−ＭＳ）を接続して計測することができる。
【００６０】
図３および図４に示すように、金属チューブとシース部材のいずれでも、２００℃付近の温度から水素の脱離が発生し始める。そして、９００℃の温度まで上昇した場合における脱離水素の累積積分値は、金属チューブでは約１０．４ｐｐｍ、シース部材では約１０．７ｐｐｍもあることがわかる。なお、図３および図４の結果は、複数のサンプルによる分析結果のうちの代表的な値を示している。
【００６１】
図１１は、第１および第２の熱処理を実施した複数（サンプル数は４個）の金属チューブ３についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］の関係を示すグラフである。ここで、雰囲気温度は一定の割合で順に上昇させた。なお、太字の実線で示すサンプル（６００℃において単位時間当たりの水素量が最も高いサンプル）は、図３に示すサンプルと同一である。
【００６２】
図１２は、第１および第２の熱処理を実施した複数（サンプル数は４個）の金属チューブ３についての雰囲気温度と脱離水素の累積値[ｐｐｍ]の関係を示すグラフである。脱離水素の累積値は、図１１の単位時間当たりの水素量を元に算出している。これによると、９００℃の温度まで上昇した場合における脱離水素の累積値は、少なくとも９．３ｐｐｍ以上であることが分かる。なお、脱離水素の累積値が約１０．４ｐｐｍを示すサンプルは、図３に示すサンプルと同一である。
【００６３】
図１３は、第１および第２の熱処理を実施した複数（サンプル数は４個）のシース部材８についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］の関係を示すグラフである。ここで、雰囲気温度は一定の割合で順に上昇させた。これによると、いずれのシース部材８も２００℃付近から水素の脱離が発生し始めることが分かる。なお、太字の実線で示すサンプル（約４５０℃において水素量が最も高いサンプル）は、図４に示すサンプルと同一である。
【００６４】
図１４は、第１および第２の熱処理を実施した複数（サンプル数は３個）のシース部材８についての雰囲気温度と脱離水素の累積値[ｐｐｍ]の関係を示すグラフである。脱離水素の累積値は、図１３の単位時間当たりの水素量を元に算出している。これによると、９００℃の温度まで上昇した場合における脱離水素の累積値は、少なくとも約１０．２ｐｐｍ以上であることが分かる。なお、脱離水素の累積値が約１０．７ｐｐｍを示すサンプルは、図４に示すサンプルと同一である。
【００６５】
以上のことから、これらの部材を用いた温度センサを高温で使用した場合において、これら金属チューブ３やシース部材８から脱離した水素が、サーミスタ素子２の特性変化を招くと考えられる。
【００６６】
従って、これら金属チューブ３やシース部材８から脱離した水素によるサーミスタ素子２の特性変化を防止するためには、あらかじめ、金属チューブ３やシース部材８に含有している水素を脱離させておくことが好ましく、第３の熱処理工程によるベーキング処理を実施するのである。
【００６７】
図５は、ベーキング処理を実施した金属チューブについての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。また、図６は、同様に、ベーキング処理を実施したシース部材についての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。図５および図６も、図３および図４と同様に、雰囲気温度を一定の割合で順に上昇させていったときに、発生する単位時間当たりの水素量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］と、その累積積分値［ｐｐｍ］を示している。
【００６８】
図５に示すように、ベーキング処理を実施した金属チューブ３では、雰囲気温度を９００℃まで上昇させた場合における脱離水素の累積積分値は約４．３ｐｐｍであり、ベーキング処理を実施しない金属チューブ３の場合の累積積分値が約１０．４ｐｐｍ（図３参照）であるのに対して、１／２以下に低減されることがわかる。また、図６に示すように、ベーキング処理を実施したシース部材８では、雰囲気温度を９００℃まで上昇させた場合における脱離水素の累積積分値は約７．４ｐｐｍであり、ベーキング処理を実施しないシース部材８の場合の累積積分値が１０．７ｐｐｍ（図４参照）であるのに対して、３／４以下に低減されることがわかる。なお、図５および図６の結果は、複数のサンプルによる分析結果のうちの代表的な値を示している。
【００６９】
図１５は、ベーキング処理を実施した複数（サンプル数は１２個）の金属チューブ３についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］の関係を示すグラフである。なお、雰囲気温度は一定の割合で順上昇させた。これによれば、ベーキング処理を実施しない金属チューブ３では、約５００℃〜約６５０℃の範囲で単位時間当たりの水素量の最大値を記録したのに対し（図１１参照）、ベーキング処理を実施した金属チューブ３では、単位時間当たりの水素量の最大値は、より高温側（例えば７００℃以上）にシフトする傾向にあることが分かる。
【００７０】
図１６は、ベーキング処理を実施した複数（サンプル数は１２個）の金属チューブ３についての雰囲気温度と脱離水素の累積値[ｐｐｍ]の関係を示すグラフである。脱離水素の累積値は、図１５の単位時間当たりの水素量を元に算出している。これによると、雰囲気温度を９００℃まで上昇させた場合における金属チューブ３の脱離水素の累積値は、最大でも５．４ｐｐｍである。よって、ベーキング処理を実施しない金属チューブ３の脱離水素の累積値が少なくとも９．３ｐｐｍ以上（図１２参照）であることから、ベーキング処理を実施することで金属チューブ３の水素含有量を３/５以下に低減できることが分かる。なお、累積値が４．３ｐｐｍを示すサンプルは、図５のサンプルと同一である。
【００７１】
図１７は、ベーキング処理を実施した複数（サンプル数は１１個）のシース部材８についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］の関係を示すグラフである。また、図１８は、ベーキング処理を実施した複数（サンプル数は１１個）のシース部材８についての雰囲気温度と脱離水素の累積値[ｐｐｍ]の関係を示すグラフである。なお、脱離水素の累積値は、図１７の単位時間当たりの水素量を元に算出している。
【００７２】
図１７および図１８によると、雰囲気温度を９００℃まで上昇させた場合におけるシース部材８の脱離水素の累積値は、最大でも７．４ｐｐｍである。よって、ベーキング処理を実施しないシース部材８の脱離水素の累積値が少なくとも１０．２ｐｐｍ以上（図１４参照）であることから、ベーキング処理を実施することでシース部材３の水素含有量を３/４以下に低減できることが分かる。
【００７３】
図７は、ベーキング処理を実施した金属チューブ、フランジおよびシース部材を用いて作製した温度センサの抵抗値のバラツキを示すグラフである。図８は、比較例として、ベーキング処理を実施しない金属チューブ、フランジおよびシース部材を用いて作製した温度センサの抵抗値のバラツキを示すグラフである。なお、どちらもサンプル数は１５０個である。
【００７４】
図７と図８を比較すればわかるように、ベーキング処理を実施していない部品を用いた温度センサはσ＝０．０１８１であるのに対して、ベーキング処理を実施した部品を用いた温度センサはσ＝０．００１４と、抵抗値のバラツキが大幅に改善されることがわかる。
【００７５】
従って、金属チューブおよびシース部材をベーキング処理することにより、サーミスタ素子の特性が変化するのを抑制することが可能であるとともに、抵抗値のバラツキを小さくすることが可能であり、サーミスタ素子の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することを可能にした温度センサを提供することができる。
【００７６】
なお、ベーキング処理後の金属チューブ３およびシース部材８の水素含有量の上限値は、図５および図６の結果、さらには図１５〜図１８の結果を考慮して、金属チューブ３は６ｐｐｍ以下、好ましくは５ｐｐｍ以下、より好ましくは３ｐｐｍ以下に設定することができ、シース部材８は８ｐｐｍ以下、より好ましくは７．５ｐｐｍ以下、さらに好ましくは６．０ｐｐｍ以下に設定することができる。
【００７７】
Ａ４．筒状部材６への第５の熱処理工程の効果：
筒状部材６は、その製造工程において、加工時の応力緩和のため、「焼鈍」と呼ばれる第４の熱処理工程を含むのが一般的である。この第４の熱処理工程は、酸化を防止するために、非酸素含有雰囲気下、例えば、水素雰囲気下で行われるのが一般的である。本実施例の場合は、水素雰囲気下で処理温度１１００℃および処理時間２時間で第４の熱処理工程（焼鈍処理）を行っている。従って、第４の熱処理工程において、筒状部材６には水素が吸着、固溶等により含有され、水素含有量が増加することになる。
【００７８】
ここで、図１に示すように、包囲部材３を取り囲む取り付け部材４に対して、シース部材８の後端側を包囲するための筒状部材（継手）６が固定されている構成の温度センサ１では、温度センサ１の使用時において、筒状部材６から含有水素が脱離すると、脱離水素が包囲部材３とシース部材８との間の空間を通ってサーミスタ素子２へ到達する。その結果、サーミスタ素子２が還元されてサーミスタ素子２の特性変化を招くおそれがある。
【００７９】
図１９は、第４の熱処理工程を実施した複数（サンプル数は３個）の筒状部材６についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］の関係を示すグラフである。なお、雰囲気温度は一定の割合で順に上昇させた。これによると、いずれの筒状部材６も２００℃付近から水素の脱離が発生し始めることが分かる。
【００８０】
図２０は、第４の熱処理工程を実施した複数（サンプル数は３個）の筒状部材６についての雰囲気温度と脱離水素の累積値[ｐｐｍ]の関係を示すグラフである。脱離水素の累積値は、図１９の単位時間当たりの水素量を元に算出している。これによると、９００℃の温度まで上昇した場合における脱離水素の累積値は、少なくとも５．４ｐｐｍ以上であることが分かる。
【００８１】
以上のことから、第４の熱処理工程を実施した筒状部材６を用いた温度センサ１を高温（例えば６００℃以上）で使用した場合において、筒状部材６から脱離した水素が、サーミスタ素子２の特性変化を招くと考えられる。
【００８２】
従って、筒状部材６から脱離した水素によるサーミスタ素子２の特性変化を防止するために、あらかじめ、筒状部材６に含有している水素を脱離させておくことが好ましい。よって、第５の熱処理工程を実施するのである。
【００８３】
図２１は、第５の熱処理工程を実施した筒状部材６についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素含有量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］の関係を示すグラフである。図２２は、第５の熱処理工程を実施した筒状部材６の雰囲気温度と脱離水素の累積値[ｐｐｍ]の関係を示すグラフである。ここで、脱離水素に累積値は、図２１の単位時間当たりの水素量を元に算出している。また、図２２（ｂ）に示す処理条件でそれぞれ第５の熱処理工程を実施した筒状部材６を測定に用いた。
【００８４】
図２２（ａ）に示すように、第５の熱処理工程を実施した筒状部材６では、雰囲気温度を９００℃まで上昇させた場合における脱離水素の累積値は、最大でも３．０ｐｐｍである。よって、第５の熱処理工程を実施しない筒状部材６の脱離水素の累積値が少なくとも５．４ｐｐｍ以上（図２０参照）であることから、第５の熱処理工程を実施することで筒状部材６の水素含有量を３/５以下に低減できることが分かる。また、第５の熱処理条件によっては、筒状部材６の水素含有量を、２/５以下にできることが分かる。例えば、処理温度４００℃、加熱処理時間４０時間で第５の熱処理工程を実施した筒状部材６では、脱離水素の累積値が１．４ｐｐｍとなり、第５の熱処理工程を実施することで水素含有量を３/１０以下にできる。
【００８５】
図２３は、第５の熱処理工程を実施しない筒状部材６を用いて作製した温度センサ１（以下、「処理前温度センサ１」という。）の繰り返し温度変化を示すグラフである。試験方法としては、温度センサ１を１００℃〜９００℃に昇温し、温度毎の抵抗値の測定を行う（１回目の試験）。次に温度センサ１を１００℃まで冷却し、同一の温度センサ１を再度１００℃〜９００℃に昇温し、温度毎の抵抗値の測定を行う（２回目の試験）。１回目の試験で得られた抵抗値を０とし、２回目の試験で得られた抵抗値と１回目の試験で得られた抵抗値とを比較し、２回目の試験で得られた抵抗値のズレを温度に変換しプロットを行った。なお、サンプル数は５０個であり、いずれの温度センサ１も金属チューブ３、フランジ４およびシース部材８にはベーキング処理を実施している。
【００８６】
図２４は、第５の熱処理工程（ベーキング処理）を実施した筒状部材６を用いて作製した温度センサ１（以下、「処理後温度センサ１」という。）の繰り返し温度変化を示すグラフである。試験方法およびサンプル数は図２３の試験と同一である。また、いずれの温度センサ１も金属チューブ３、フランジ４およびシース部材８にはベーキング処理を実施している。
【００８７】
図２３と図２４を比較すると、処理後温度センサ１は、処理前温度センサ１よりも抵抗値の変動が大幅に改善されるのがわかる。言い換えれば、処理後温度センサ１は第５の熱処理工程により筒状部材６に含有している水素を予め脱離させている。よって、１回目の試験の際に、処理後温度センサ１の筒状部材６から脱離する水素量は、処理前温度センサ１の筒状部材６から脱離する水素量よりも低い。よって、サーミスタ素子２の特性変化を防止でき、抵抗値の変動を大幅に改善できたのである。
【００８８】
また、第５の熱処理工程を実施した筒状部材６の水素含有量の上限値は、図２１および図２２の結果を考慮し、４ｐｐｍ以下、好ましくは３ｐｐｍ以下、さらに好ましくは２．５ｐｐｍ以下に設定することができる。
【００８９】
筒状部材６は、包囲部材３およびシース部材８に比べサーミスタ素子２から離れた位置にはあるが、筒状部材６の水素含有量の上限値は、包囲部材３およびシース部材８の水素含有量の上限値よりも低く設定することが好ましい。なぜならば、筒状部材６は包囲部材３およびシース部材８に比べ重量が一般的に大きいため、水素含有量[ｐｐｍ]が高ければ、筒状部材６全体から発生する水素量は包囲部材３およびシース部材８よりも高くなり、サーミスタ素子２から離れた位置であっても特性変化に影響を及ぼす可能性があるからである。
【００９０】
Ｂ．第２実施例：
図９は、本発明の第２実施例としての温度センサの構造を示す部分破断断面図である。この温度センサ１００は、第１実施例の温度センサ１と比較して、サーミスタ素子２を収容するための部材、およびフランジの鞘部にレーザー溶接される部材が主に異なるものであり、その他の部分についてはほぼ同様である。従って、第１実施例と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については、説明を省略または簡略化する。
【００９１】
第１実施例の温度センサ１では、サーミスタ素子２を金属チューブ３の内側に収容すると共に、その金属チューブ３をフランジ４にレーザー溶接により固定していた（図１参照）。これに対し、図９に示す本実施例の温度センサ１００では、サーミスタ素子２を金属製の包囲部材としての金属キャップ１４に収容し、この金属キャップ１４をシース部材８に溶接（具体的には、レーザー溶接）した状態で、シース部材８をフランジ４にレーザー溶接により固定している。
【００９２】
軸線方向に延びる金属キャップ１４は、先端部１３１側が閉塞された筒状をなしており、この先端部１３１の内部にサーミスタ素子２が収容されている。この金属キャップ１４は、ＳＵＳ３１０Ｓのステンレス合金から形成されている。尚、サーミスタ素子２は、自身の電極線（Ｐｔ／Ｒｈ合金線）９を介してシース部材８の外筒２１の先端から突出する金属芯線７に接続される。そして、金属キャップ１４の後端部１３２側は開放されており、この後端部１３２の内周面がシース部材８の外筒２１の外周面に重なり合った状態で、周方向にわたってレーザー溶接されている。これにより、金属キャップ１４がシース部材８に気密状態に固定される。
【００９３】
フランジ４は、上述したように、軸線方向に延びる鞘部４２と、この鞘部４２の先端側に位置し、径方向外側に向かって突出する突出部４１とを有している。また、鞘部４２は、先端側に位置する先端側段部４４と先端側段部４４よりも小さい外径を有する後端側段部４３とを備える二段形状をなしている。
【００９４】
シース部材８は、自身の後端側がフランジ４の内側に挿通された状態で、鞘部４２の外周面の所定位置において径方向内側に向かって加締められ、フランジ４に対して固定されている。さらに、シース部材８の外筒２１の外周面と鞘部４２の後端側段部４３の内周面との重なり合う部分が、周方向にわたってレーザー溶接されている。このレーザー溶接がなされることにより、図９に示すように、鞘部４２の後端側段部４３とシース部材８（詳細にはシース部材８の外筒２１）とに跨る溶接部Ｌ３が形成され、シース部材８がフランジ４に対して固定される。
【００９５】
このように、シース部材８をフランジ４の鞘部４２に加締め固定しつつ、鞘部４２の後端側段部４３にレーザー溶接を行うことにより、フランジ４とシース部材８との溶接強度に優れると共に、フランジ４とシース部材８との密着強度に優れる温度センサ１００とすることができる。したがって、自動車等の振動の激しい環境下において温度センサ１００が強い振動を受けても、シース部材８が振れ難く、シース部材８の折損等を抑制することができる。
【００９６】
なお、上記構成の温度センサ１００でも、サーミスタ素子２が、シース部材８および金属キャップ１４により形成される密閉空間に収容されることになる。このシース部材８および金属キャップ１４は、１０００℃にも達する高温環境下に晒されるため、十分な耐熱性を有しており、また、特性変化を防止する必要がある。そのため、シース部材８および金属キャップ１４は、ＳＵＳ３１０Ｓにより形成されている。このシース部材８および金属キャップ１４にも、第１実施例と同様に第１の熱処理工程および第２の熱処理工程による酸化被膜形成のための加熱処理（酸化処理）を施し、さらに、第３の熱処理工程による含有水素脱離のための加熱処理（ベーキング処理）を施す。酸化被膜が形成された金属キャップ１４がシース部材８に溶接されて、その他の部品２，６，７，１１〜１３を互いに組み付けることにより、図９に示した温度センサ１００の製造が完了する。
【００９７】
この温度センサ１００では、金属包囲部材であるシース部材８および金属キャップ１４の表面が連続的で十分な膜厚の酸化被膜により覆われるので、１０００℃以上の高温に長時間さらされても、シース部材８および金属キャップ１４の表面の酸化の進行を抑えることができる。また、ベーキング処理によりシース部材８および金属キャップ１４の水素含有量がそれぞれ特定値以下に低減されているので、シース部材８および金属キャップ１４からの水素の脱離量を低減することができる。従って、温度センサ１００に用いられるサーミスタ素子２の温度特性が変化してしまうことやバラツキを抑制することができ、サーミスタ素子２の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することを可能にした温度センサを提供することができる。
【００９８】
Ｃ．変形例：
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００９９】
例えば、上記実施例の第１の熱処理工程による大気雰囲気下における酸化処理では、処理温度１０００℃、処理時間１０時間としている。また、第２の熱処理工程による湿潤水素雰囲気下における酸化処理では、湿潤水素：ドライ水素＝１：２．２、処理温度１１５０℃、処理時間１時間としている。しかしながら、これらの条件は一例であって、例えば、先行技術文献の一つである特開２００４−３０１６７９号公報に記載されている種々の条件で実施可能である。
【０１００】
また、上記実施例の第３の熱処理工程によるベーキング処理では、処理温度７００℃、処理時間３０分としている。しかしながら、この条件は一例であって、処理温度４００℃〜９００℃、処理時間３０時間〜１０分（４００℃：３０時間，９００℃：１０分）の範囲内で、酸化を進行させずに含有する水素を脱離させることが可能な種々の条件で実施可能である。
【０１０１】
また、上記実施例の第４の熱処理工程（焼鈍処理）では、水素雰囲気下で処理温度１１００℃、加熱処理時間２時間としている。しかしながら、これらの条件は一例であって、加工時の応力緩和ができる範囲で種々の条件で実施可能である。
【０１０２】
また、上記実施例の第５の熱処理工程（ベーキング処理、含有水素脱離処理）では、処理条件を図１０（ｂ）のＮｏ．１〜Ｎｏ．８までとしている。しかしながらこの条件は一例であって、処理温度２００℃〜４００℃および加熱処理時間１０時間〜４０時間を適宜組み合わせて熱処理工程を実施しても良い。また、含有する水素を脱離させることができる種々の条件で実施可能である。
【０１０３】
さらに、各金属包囲部材３，４，８に使用される耐熱合金としては、ＳＵＳ３１０Ｓに限られず、ＳＵＳ３０９ＳやＩｎｃｏｎｅｌ６０１等を用いても良い。また、耐熱合金としては、クロムを１８重量％以上含む耐熱合金であれば、各種のものが使用可能である。クロム元素を少なくとも１８重量％含む耐熱合金として、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０４Ｎ１を使用することもできる。
【０１０４】
なお、上記実施例では、第１の熱処理工程および第２の熱処理工程による加熱処理（酸化処理）を実施した後第３の熱処理工程による加熱処理（ベーキング）処理を実施する場合を例に示したが、第１の熱処理工程または第２の熱処理工程のいずれか一方を省略することも可能である。
【０１０５】
また、本発明の温度センサは、排気温センサのみならず、被測定流体として水や油等の液体が流れる流通路に取り付けられる温度センサにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の第１実施例としての温度センサの構造を示す部分破断断面図である。
【図２】温度センサの製造工程における熱処理の工程部分を示す工程図である。
【図３】第１および第２の熱処理を実施した金属チューブについての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。
【図４】同様に第１および第２の熱処理を実施したシース部材についての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。
【図５】ベーキング処理を実施した金属チューブについての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。
【図６】同様にベーキング処理を実施したシース部材についての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。
【図７】ベーキング処理を実施した金属チューブ、フランジおよびシース部材を用いて作製した温度センサの抵抗値のバラツキを示すグラフである。
【図８】比較例としてベーキング処理を実施しない金属チューブ、フランジおよびシース部材を用いて作製した温度センサの抵抗値のバラツキを示すグラフである。
【図９】本発明の第２実施例としての温度センサの構造を示す部分破断断面図である。
【図１０】筒状部材の熱処理の工程部分を示す工程図である。
【図１１】第１および第２の熱処理を実施した複数の金属チューブについての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量の関係を示すグラフである。
【図１２】第１および第２の熱処理を実施した複数の金属チューブについての雰囲気温度と脱離水素の累積値の関係を示すグラフである。
【図１３】第１および第２の熱処理を実施した複数のシース部材についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量の関係を示すグラフである。
【図１４】第１および第２の熱処理を実施した複数のシース部材についての雰囲気温度と脱離水素の累積値の関係を示すグラフである。
【図１５】ベーキング処理を実施した複数の金属チューブについての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量の関係を示すグラフである。
【図１６】ベーキング処理を実施した複数の金属チューブ３についての雰囲気温度と脱離水素の累積値の関係を示すグラフである。
【図１７】ベーキング処理を実施した複数のシース部材についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量の関係を示すグラフである。
【図１８】ベーキング処理を実施した複数のシース部材についての雰囲気温度と脱離水素の累積値の関係を示すグラフである。
【図１９】第４の熱処理工程を実施した複数の筒状部材についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量の関係を示すグラフである。
【図２０】第４の熱処理工程を実施した複数の筒状部材についての雰囲気温度と脱離水素の累積値の関係を示すグラフである。
【図２１】第５の熱処理工程を実施した筒状部材についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素含有量の関係を示すグラフである。
【図２２】第５の熱処理工程を実施した筒状部材の雰囲気温度と脱離水素の累積値の関係を示すグラフである。
【図２３】第５の熱処理工程を実施しない筒状部材を用いて作製した温度センサを用いて実施した繰り返し温度測定の結果を示すグラフである。
【図２４】第５の熱処理工程を実施した筒状部材を用いて作製した温度センサを用いて実施した繰り返し温度測定の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０７】
１…温度センサ
２…サーミスタ素子
３…金属チューブ（包囲部材）
４…フランジ（取り付け部材）
６…継手（筒状部材）
８…シース部材
１４…金属キャップ（包囲部材）
１００…温度センサ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、サーミスタ素子を有する温度センサおよびその製造方法に関し、特に、高温酸化雰囲気下で使用される温度センサ、例えば、自動車の排気ガスの温度を検知する温度センサ（排気温センサ）等に好適な温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、温度によって抵抗値が変化するサーミスタ素子を用いた温度センサは、特に６００℃を越えるような高温を検知する用途としては、主に自動車の排気ガスの温度（以下、単に「排気温度」ともいう）等を検出する用途として利用されることが多い。検知する自動車の排気温度等としては−４０℃程度の低温域から最高９００℃〜１０００℃程度の高温域までの広範囲な検知が要求される。
【０００３】
サーミスタ素子を用いた温度センサは、一般的に、温度によって抵抗値が変化するサーミスタ焼結体と白金又は白金合金からなる電極線とから構成されるサーミスタ素子と、サーミスタ素子の電極線に接続される一対のリード線を筒状の外筒内に充填した絶縁粉末にて絶縁保持してなるシース部材とが、金属チューブ内に収容された構成を有している。なお、シース部材のリード線及び外筒、金属チューブは、いずれもステンレス合金からなる。このような温度センサは、上記したような自動車の排気温度等を検出するために、例えば、６００℃〜９００℃程度の高温雰囲気下で使用されると、金属チューブやシース部材において金属の熱酸化が発生し、金属チューブ内部等の酸素が減少することになる。このとき、金属チューブ内に収容されているサーミスタ素子（詳細にはサーミスタ焼結体）に含まれる酸素が奪われることになり、サーミスタ素子が還元されて、サーミスタ素子に特性変化が発生して温度センサとしての検出精度が低下する可能性がある。
【０００４】
そこで、上記問題を防止するために、シース部材や金属チューブ等のサーミスタ素子周辺に配置される金属部品に加熱処理を行なって、上記金属部品の表面にあらかじめ金属酸化物からなる酸化被膜を形成しておき、高温域での使用時における金属表面の酸化の進行を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１，２，３参照）。
【０００５】
また、温度センサは、シース部材の後端側および外部回路（例えば車両のＥＣＵ等）接続用リード線等を収容する金属製の筒状部材（継手）を備える。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３０１６７９号公報
【特許文献２】特開２０００−２３４９６２号公報
【特許文献３】特開平６−２０１４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術により金属チューブ等の金属部品の表面に酸化被膜を形成することにより、サーミスタ素子の還元を防止する処理を行なった温度センサであっても、十分な検出精度が得られない場合があった。具体的には、温度センサの組み立て工程、特に金属チューブとサーミスタ素子との間に絶縁性の金属酸化物（セメント）を充填し、充填した金属酸化物を乾燥させるための熱処理工程の後に、サーミスタ素子の特性が変動し、規定値を逸脱して不良品となる個体があり、歩留まりが良くない。また、８００℃以上の高温雰囲気下での使用に耐えられない個体がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、サーミスタ素子の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することを可能にした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】
【０００９】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１０】
［適用例１］
サーミスタ素子が、金属製の外筒の内側に金属芯線を絶縁保持してなるシース部材における前記外筒の先端から突出する前記金属芯線に接続されており、一端が閉塞され他端は開放されている金属製の包囲部材の内部空間に、前記サーミスタ素子から前記外筒の先端部を少なくとも含む前記シース部材の領域までが収容された温度センサにおいて、
前記包囲部材および前記シース部材の表面には酸化被膜が形成されているとともに、前記シース部材の水素含有量は８ｐｐｍ以下であり、前記包囲部材の水素含有量は前記シース部材の水素含有量よりも小さいことを特徴とする温度センサ。
【００１１】
適用例１に記載の温度センサでは、包囲部材およびシース部材の表面には酸化被膜が形成されているとともに、シース部材の水素含有量は８ｐｐｍ以下であり、包囲部材の水素含有量はシース部材の水素含有量よりも小さい。これにより、この温度センサを高温域で使用したとしても、脱離水素の発生が抑制される。この結果、サーミスタ素子の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することが可能である。
【００１２】
［適用例２］
適用例１記載の温度センサにおいて、
前記包囲部材の水素含有量は６ｐｐｍ以下であることを特徴とする温度センサ。
【００１３】
適用例２に記載の温度センサでは、包囲部材の水素含有量は、シース部材の水素含有量の８ｐｐｍよりも小さい６ｐｐｍ以下であるので、この温度センサを高温域で使用したとしても、脱離水素の発生が抑制される。この結果、サーミスタ素子の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することが可能である。
【００１４】
［適用例３］
適用例１記載の温度センサにおいて、
前記包囲部材の水素含有量は５ｐｐｍ以下であることを特徴とする温度センサ。
【００１５】
適用例３に記載の温度センサでは、包囲部材の水素含有量は、シース部材の水素含有量の８ｐｐｍよりも小さい５ｐｐｍ以下であるので、この温度センサを高温域で使用したとしても、脱離水素の発生が抑制される。この結果、サーミスタ素子の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することが可能である。
【００１６】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の温度センサにおいて、
前記包囲部材の外周面を取り囲むとともに、前記温度センサを装着対象体に装着するための取り付け部材と、
前記包囲部材の他端から突出する前記シース部材の後端側を包囲するとともに、前記取り付け部材に固定される筒状部材と、をさらに備え、
前記筒状部材の水素含有量は４ｐｐｍ以下であることを特徴とする温度センサ。
【００１７】
適用例４に記載の温度センサでは、筒状部材の水素含有量が４ｐｐｍ以下である。よって、包囲部材を取り囲む取り付け部材に対して、シース部材の後端側を包囲するための筒状部材が固定された温度センサを高温域で使用したとしても、脱離水素の発生を抑制できる。その結果、包囲部材とシース部材（詳細には、シース部材の外筒）との間の空間を通ってサーミスタ素子まで到達する筒状部材からの脱離水素量を抑制でき、上記構造の温度センサを採用した場合にもサーミスタ素子の特性変化をさらに抑えて検出精度の低下を防止することが可能となる。
【００１８】
［適用例５］
サーミスタ素子が、金属製の外筒の内側に金属芯線を絶縁保持してなるシース部材における前記外筒の先端から突出する前記金属芯線に接続されており、一端が閉塞され他端は開放されている金属製の包囲部材の内部空間に、前記サーミスタ素子から前記外筒の先端部を少なくとも含む前記シース部材の領域までが収容された温度センサの製造方法において、
前記包囲部材および前記シース部材に対して、湿潤水素雰囲気下で熱処理を行なって、前記包囲部材および前記シース部材の金属表面を酸化させる湿潤水素雰囲気下酸化処理工程と、
前記湿潤水素雰囲気下酸化処理工程を経た前記包囲部材および前記シース部材に対して、水素を含まない雰囲気下で熱処理を行なって、前記包囲部材および前記シース部材に含有されている水素を脱離させる含有水素脱離処理工程と、
を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
【００１９】
［適用例６］
適用例５記載の温度センサの製造方法において、さらに、
前記湿潤水素雰囲気下酸化処理工程の前に、前記包囲部材および前記シース部材に対して、大気雰囲気下で熱処理を行なって、前記包囲部材および前記シース部材の金属表面を酸化させる大気雰囲気下酸化処理工程
を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
【００２０】
適用例５および適用例６に記載の温度センサの製造方法によれば、前記サーミスタ素子が収容されている空間内において包囲部材およびシース部材から水素が脱離し、サーミスタ素子が還元されて、温度センサとしての検出精度が低下するのを抑制した温度センサを製造することができる。
【００２１】
［適用例７］
適用例５または適用例６記載の温度センサの製造方法において、
前記含有水素脱離処理工程では、前記シース部材の水素含有量を８ｐｐｍ以下まで脱離させるとともに、前記包囲部材の水素含有量は前記シース部材の水素含有量よりも小さくなるように脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【００２２】
適用例７に記載の温度センサの製造方法によれば、適用例１に記載の温度センサを製造することができる。
【００２３】
［適用例８］
適用例７記載の温度センサの製造方法において
前記含有水素脱離処理工程では、前記包囲部材の水素含有量を６ｐｐｍ以下まで脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【００２４】
適用例８に記載の温度センサの製造方法によれば、適用例２に記載の温度センサを製造することができる。
【００２５】
[適用例９]
適用例７記載の温度センサの製造方法において、
前記含有水素脱離処理工程では、前記包囲部材の水素含有量を５ｐｐｍ以下まで脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【００２６】
適用例９に記載の温度センサの製造方法によれば、適用例３に記載の温度センサを製造することができる。
【００２７】
[適用例１０]
適用例５ないし適用例９のいずれかに記載の温度センサの製造方法において、
前記包囲部材の外周面を取り囲むとともに、前記温度センサを装着対象体に装着するための取り付け部材と、
前記包囲部材の他端から突出する前記シース部材の後端側を包囲するとともに、前記取り付け部材に固定される筒状部材と、をさらに備え、
前記筒状部材に対して水素を含まない雰囲気下で熱処理を行って、前記筒状部材に含有されている水素を脱離させる水素脱離工程と、
をさらに備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
【００２８】
適用例１０に記載の温度センサの製造方法によれば、筒状部材の脱離水素の発生量を抑制できる。その結果、包囲部材とシース部材（詳細には、シース部材の外筒）との間の空間を通ってサーミスタ素子まで到達する筒状部材の脱離水素量を抑制でき、適用例４に記載の温度センサの構成を採用した場合にもサーミスタ素子の特性変化をさらに抑えて検出精度の低下を防止することが可能となる。
【００２９】
[適用例１１]
適用例１０記載の温度センサの製造方法において、
前記水素脱離工程では、前記筒状部材の水素含有量を４ｐｐｍ以下になるよう水素を脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【００３０】
適用例１１の温度センサの製造方法によれば、適用例４に記載の温度センサを製造することができる。
【００３１】
ここで「ｐｐｍ」とは１００万分のいくらかであるかという割合を示す単位であり、重量比を表す。本願では、水素含有量の重量を、水素を含有している元の部材の重量で割った値をいう。例えば、適用例８に記載の「包囲部材の水素含有量６ｐｐｍ」とは、包囲部材１ｋｇ中に水素が６ｍｇ含有していることを意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．温度センサの構造：
Ａ２．温度センサの製造工程：
Ａ３．ベーキング処理の効果：
Ａ４．筒状部材への第５の熱処理工程の効果：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：
【００３３】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．温度センサの構造：
図１は、本発明の第１実施例としての温度センサの構造を示す部分破断断面図である。温度センサ１は、サーミスタ素子２を感温素子として用いたものである。例えば、この温度センサ１を装着対象体である自動車の排気管に装着することにより、サーミスタ素子２を内包した金属製の包囲部材である金属チューブ３を排気ガスが流れる排気管内に配置させて、排気ガスの温度検出に使用することができる。なお、サーミスタ素子２は、ペロブスカイト型酸化物製のディスク状をなしたサーミスタ焼結体と、このサーミスタ焼結体内に一部が埋設した一対の電極線（Ｐｔ／Ｒｈ合金線９）とを有する公知の構成からなる。
【００３４】
温度センサ１の軸線（一点鎖線で示す）方向に延びる金属チューブ３は、先端部３１側が閉塞した筒状に形成されており、この先端部３１の内部にサーミスタ素子２が収容される。この金属チューブ３は、後述するようにステンレス合金から形成されている。そして、金属チューブ３の内部であってサーミスタ素子２の周囲には、セメント１０が充填されており、これにより使用時の振動等によるサーミスタ素子２の揺動が防止される。金属チューブ３の後端部３２側は開放されており、この後端部３２はステンレス合金製のフランジ４の内側に挿通されている。なお、セメント１０は、アルミナ粉末を主体とする骨材と、ＳｉＯ2またはシリカを含むガラス成分とからなる。
【００３５】
フランジ（取り付け部材）４は、軸線方向に延びる鞘部４２と、この鞘部４２の先端側に位置し、径方向外側に向かって突出する突出部４１とを有している。突出部４１は、先端側に図示しない排気管（装着対象体）の取付部のテーパ部に対応したテーパ形状の座面４５を有する環状に形成されており、座面４５が上記取付部のテーパ部に密着することで、排気ガスが排気管外部へ漏出するのを防止するようになっている。また、鞘部４２は環状に形成される一方、先端側に位置する先端側段部４４と先端側段部４４よりも小さい外径を有する後端側段部４３とを備える二段形状をなしている。
【００３６】
金属チューブ３は、自身の後端部３２からフランジ４の突出部４１の先端側に挿入されて、鞘部４２の内側に圧入されている。そして、金属チューブ３の外周面と鞘部４２の後端側段部４３の内周面との重なり合う部分が、周方向にわたってレーザー溶接されている。このレーザー溶接がなされることにより、図１に示すように、鞘部４２の後端側段部４３と金属チューブ３とに跨る溶接部Ｌ１が形成され、金属チューブ３がフランジ４に対して固定される。
【００３７】
フランジ４の鞘部４２の先端側段部４４の径方向外側には、筒状の継手（筒状部材）６が接合されている。具体的には、鞘部４２の先端側段部４４の外周面に継手６の内周面が重なり合うように、同継手６が鞘部４２の先端側段部４４に圧入され、継手６と先端側段部４４とが周方向にわたってレーザー溶接されている。このレーザー溶接がなされることにより、図１に示すように、鞘部４２の先端側段部４４と継手６とに跨る溶接部Ｌ２が形成される。
【００３８】
鞘部４２の後端側段部４３と金属チューブ３とに跨る溶接部Ｌ１および鞘部４２の先端側段部４４と筒状部材６とに跨る溶接部Ｌ２が形成されることにより、包囲部材３と筒状部材６とが取り付け部材４にそれぞれ接続されている。言い換えれば、包囲部材３と筒状部材６とが取り付け部材４を介して接続されている。なお、ここで継手６と筒状部材６とは同義であり、また、取り付け部材４とフランジ４とは同義である。
【００３９】
金属チューブ３、フランジ４および継手６の内部には、一対の金属芯線７を筒状の外筒２１の内側に絶縁保持してなるシース部材８が配置される。金属チューブ３の内部において、シース部材８の外筒２１の先端から突出する金属芯線７の先端部には、サーミスタ素子２が、このサーミスタ素子２の電極線を構成するＰｔ／Ｒｈ合金線９を介して接続される。合金線９および金属芯線７は互いにレーザー溶接又は抵抗溶接される。なお、シース部材８は、詳細は図示しないが、ステンレス合金（例えば、ＳＵＳ３１０Ｓ）からなる金属製の外筒２１と、ステンレス合金（例えば、ＳＵＳ３１０Ｓ）からなる一対の金属芯線７と、外筒と各金属芯線７との間を絶縁し、金属芯線７を保持するＳｉＯ2を主体とする絶縁粉末とから構成される。
【００４０】
継手６の内部にてシース部材８の外筒２１の後端から後端側へ突き出す金属芯線７は、圧着端子１１とレーザー溶接又は抵抗溶接され、圧着端子１１を介して一対の外部回路（例えば車両のＥＣＵ等）接続用のリード線１２と接続される。一対の金属芯線７および一対の圧着端子１１は、絶縁チューブ１５により互いに絶縁される。リード線１２は、金属製の撚り線を絶縁性の被覆材にて被覆したものであり、継手６の後端側開口に備えられる耐熱ゴム製の補助リング１３に挿通される。そして、補助リング１３は、継手６の上から丸加締め或いは多角加締めされることにより、補助リング１３および継手６が気密性を保ちながら互いに固定される。これにより、サーミスタ素子２が、金属チューブ３、フランジ４および継手６により形成される密閉空間に収容されることになる。そして、サーミスタ素子２の出力は、シース部材８の金属芯線７からリード線１２により、図示しない外部回路に取り出され、排気ガスの温度が検出される。
【００４１】
なお、この温度センサ１は１０００℃にも達する高温環境下で使用されるため、各々の構成部材は十分な耐熱性を有している必要がある。そのため、金属チューブ３、フランジ４、外筒２１および金属芯線７は、Ｆｅを主成分とし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｉおよび２４．００〜２６．００重量％でＣｒを含有する耐熱合金であるＳＵＳ３１０Ｓにより形成されている。また、継手６は、ＳＵＳ３０４（Ｆｅ以外に、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｎｉ，Ｃｒを含有する耐熱合金であって、１８．００〜２０．００重量％でＣｒを含有する。）を材質とする。
【００４２】
Ａ２．温度センサの製造工程：
上記温度センサ１は、以下の工程を経ることにより製造される。
【００４３】
まず、耐熱合金としてのＳＵＳ３１０Ｓを材質として用いた金属チューブ３およびフランジ４を予め形成する。また、耐熱合金としてのＳＵＳ３１０Ｓを材質として用いた外筒２１および金属芯線７、絶縁粉末を用いてシース部材８を予め形成する。さらに、その他の部品２，６，１０〜１３も予め形成する。
【００４４】
次に、金属チューブ３、シース部材８およびフランジ４に、後述する第１の熱処理工程および第２の熱処理工程による酸化被膜形成のための加熱処理（酸化処理）を施す。さらに、酸化被膜が形成された金属チューブ３，フランジ４，シース部材８（詳細には、外筒２１および金属芯線７）に、後述する第３の熱処理工程による含有水素脱離のための加熱処理（ベーキング処理）を施す。
【００４５】
そして、酸化被膜の形成および含有水素脱離がなされた各部材３，４，８と、その他の部品２，６，１１〜１３を互いに組み付けることにより、図１に示した温度センサ１の製造が完了する。なお、サーミスタ素子２とシース部材８との組み付け体を金属チューブ３に挿入する前に、未硬化のセメント１０を金属チューブ３内に充填し、充填後の金属チューブ３に組み付け体を挿入し、乾燥処理を経ることでセメント１０を硬化させるようにした。
【００４６】
また、ＳＵＳ３０４を材質として用いた筒状部材（継手）６に、後述する第４の熱処理工程（焼鈍工程）および含有水素脱離のための第５の熱処理工程（ベーキング処理、水素脱離処理）を施す場合には、第５の熱処理工程を筒状部材６に施した後に、フランジ４や、その他の部品を互いに組み付けることにより、図１に示した温度センサ１の製造が完了する。
【００４７】
図２は、温度センサの製造工程における熱処理の工程部分を示す工程図である。
【００４８】
まず、第１の熱処理工程として、金属チューブ３、フランジ４およびシース部材８を、大気雰囲気下において、処理温度１０００℃および処理時間１０時間で高温加熱処理（大気雰囲気下酸化処理）を実施する。なお、金属チューブ３とフランジ４については、フランジ４の内側に金属チューブ３を圧入固定した状態で第１の熱処理工程および後述する第２の熱処理工程を実施するようにしている。
【００４９】
上記第１の熱処理工程では、管理が容易な大気雰囲気下において、長時間加熱処理することにより、上記金属チューブ３，フランジ４，シース部材８（詳細には、外筒２１および金属芯線７）の金属表面に不連続ではあるが比較的膜厚の厚い酸化被膜を形成することができる。
【００５０】
次いで、第２の熱処理工程として、３５℃に保たれた水中を通して水分を含ませた水素ガスよりなるウエットガスと、ドライ水素よりなるドライガスとを１対２．２の割合で処理炉に投入し、この処理炉内に第１の熱処理工程で酸化被膜が形成された各部材３，４，８を収納して、ウエットな水素雰囲気（湿潤水素雰囲気）下において、処理温度１１５０℃および処置時間１時間で高温加熱処理（湿潤水素雰囲気下酸下処理）を実施する。
【００５１】
上記第２の熱処理工程では、各部材３，４，８の表面のうちで、少なくとも第１の熱処理工程で形成された酸化被膜の欠落部分（換言すれば酸化被膜が形成されなかった表面）に酸化クロムが選択的に生成された酸化被膜が形成される。
【００５２】
さらに、第３の熱処理工程として、上記第２の熱処理工程で酸化被膜が形成された各部材３，４，８を、大気雰囲気下において、処理温度７００℃および処理時間３０分で低温加熱処理（ベーキング処理，含有水素脱離処理）を実施する。
【００５３】
上記第３の熱処理工程では、各部材３，４，８に含有している水素が脱離し、各部材３，４，８の水素含有量が低減される。
【００５４】
図１０は、筒状部材６の熱処理の工程部分を示す工程図および第５の熱処理工程の熱処理条件を表す図である。まず、第４の熱処理工程として、筒状部材６を水素雰囲気下において、処理温度１１００℃および処理時間２時間で焼鈍処理を実施する。これにより、筒状部材６の加工後の内部応力を除去することができる。
【００５５】
次いで、第５の熱処理工程として、焼鈍処理を施した筒状部材６を、大気雰囲気下で図１０（ｂ）に記載のＮｏ．１〜Ｎｏ．８の条件でそれぞれ加熱処理（ベーキング処理，含有水素脱離処理）を実施する。これにより、筒状部材６に含有している水素が脱離し、筒状部材６の水素含有量が低減される。ここで第５の熱処理工程における加熱温度は、２００℃〜４００℃の範囲が好ましい。下限値を２００℃としたのは、後述する第５の熱処理工程を施す前の筒状部材６の含有水素の脱離が２００℃付近から始まるため（図１８，図１９参照）、含有水素を脱離させるためには２００℃以上が好適であるからである。また、上限値を４００℃としたのは、高温での熱処理を行うと筒状部材６の表面全体に酸化被膜が形成する可能性があり、筒状部材６と他の部材（例えば取り付け部材４）を溶接する際に、酸化被膜を除去する必要が生じるからである。
【００５６】
Ａ３．ベーキング処理の効果：
第３の熱処理工程によるベーキング処理の効果について説明する。
【００５７】
上記第２の熱処理工程は、湿潤水素雰囲気下において実施される。また、金属チューブ３およびシース部材８は、その製造工程において、加工時の応力緩和のため、「焼鈍」と呼ばれる熱処理工程を含むのが一般的である。この焼鈍工程は、酸化を防止するために、非酸素含有雰囲気下、例えば、水素含有雰囲気下で行なわれるのが一般的である。従って、水素雰囲気下で実施される第２の熱処理工程や焼鈍工程において、金属チューブ３およびシース部材８には、水素が吸着、固溶等により含有され、水素含有量が増加することになる。
【００５８】
仮に、金属チューブ３およびシース部材８内に含有されている水素が、温度センサ１の使用時において金属チューブ３およびシース部材８から脱離すると、サーミスタ素子２が還元されてサーミスタ素子の特性変化を招く。
【００５９】
図３は、第１および第２の熱処理を実施した金属チューブについての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。また、図４は、同様に、第１および第２の熱処理を実施したシース部材についての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。図３および図４は、雰囲気温度を一定の割合で順に上昇させていったときに、発生する単位時間当たりの水素量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］と、その累積積分値［ｐｐｍ］を示している。なお、部品に含有されている水素量は、例えば、昇温脱離装置（ＴＰＤ）に検出計として大気圧イオン化質量分析計（ＡＰＩ−ＭＳ）を接続して計測することができる。
【００６０】
図３および図４に示すように、金属チューブとシース部材のいずれでも、２００℃付近の温度から水素の脱離が発生し始める。そして、９００℃の温度まで上昇した場合における脱離水素の累積積分値は、金属チューブでは約１０．４ｐｐｍ、シース部材では約１０．７ｐｐｍもあることがわかる。なお、図３および図４の結果は、複数のサンプルによる分析結果のうちの代表的な値を示している。
【００６１】
図１１は、第１および第２の熱処理を実施した複数（サンプル数は４個）の金属チューブ３についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］の関係を示すグラフである。ここで、雰囲気温度は一定の割合で順に上昇させた。なお、太字の実線で示すサンプル（６００℃において単位時間当たりの水素量が最も高いサンプル）は、図３に示すサンプルと同一である。
【００６２】
図１２は、第１および第２の熱処理を実施した複数（サンプル数は４個）の金属チューブ３についての雰囲気温度と脱離水素の累積値[ｐｐｍ]の関係を示すグラフである。脱離水素の累積値は、図１１の単位時間当たりの水素量を元に算出している。これによると、９００℃の温度まで上昇した場合における脱離水素の累積値は、少なくとも９．３ｐｐｍ以上であることが分かる。なお、脱離水素の累積値が約１０．４ｐｐｍを示すサンプルは、図３に示すサンプルと同一である。
【００６３】
図１３は、第１および第２の熱処理を実施した複数（サンプル数は４個）のシース部材８についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］の関係を示すグラフである。ここで、雰囲気温度は一定の割合で順に上昇させた。これによると、いずれのシース部材８も２００℃付近から水素の脱離が発生し始めることが分かる。なお、太字の実線で示すサンプル（約４５０℃において水素量が最も高いサンプル）は、図４に示すサンプルと同一である。
【００６４】
図１４は、第１および第２の熱処理を実施した複数（サンプル数は３個）のシース部材８についての雰囲気温度と脱離水素の累積値[ｐｐｍ]の関係を示すグラフである。脱離水素の累積値は、図１３の単位時間当たりの水素量を元に算出している。これによると、９００℃の温度まで上昇した場合における脱離水素の累積値は、少なくとも約１０．２ｐｐｍ以上であることが分かる。なお、脱離水素の累積値が約１０．７ｐｐｍを示すサンプルは、図４に示すサンプルと同一である。
【００６５】
以上のことから、これらの部材を用いた温度センサを高温で使用した場合において、これら金属チューブ３やシース部材８から脱離した水素が、サーミスタ素子２の特性変化を招くと考えられる。
【００６６】
従って、これら金属チューブ３やシース部材８から脱離した水素によるサーミスタ素子２の特性変化を防止するためには、あらかじめ、金属チューブ３やシース部材８に含有している水素を脱離させておくことが好ましく、第３の熱処理工程によるベーキング処理を実施するのである。
【００６７】
図５は、ベーキング処理を実施した金属チューブについての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。また、図６は、同様に、ベーキング処理を実施したシース部材についての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。図５および図６も、図３および図４と同様に、雰囲気温度を一定の割合で順に上昇させていったときに、発生する単位時間当たりの水素量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］と、その累積積分値［ｐｐｍ］を示している。
【００６８】
図５に示すように、ベーキング処理を実施した金属チューブ３では、雰囲気温度を９００℃まで上昇させた場合における脱離水素の累積積分値は約４．３ｐｐｍであり、ベーキング処理を実施しない金属チューブ３の場合の累積積分値が約１０．４ｐｐｍ（図３参照）であるのに対して、１／２以下に低減されることがわかる。また、図６に示すように、ベーキング処理を実施したシース部材８では、雰囲気温度を９００℃まで上昇させた場合における脱離水素の累積積分値は約７．４ｐｐｍであり、ベーキング処理を実施しないシース部材８の場合の累積積分値が１０．７ｐｐｍ（図４参照）であるのに対して、３／４以下に低減されることがわかる。なお、図５および図６の結果は、複数のサンプルによる分析結果のうちの代表的な値を示している。
【００６９】
図１５は、ベーキング処理を実施した複数（サンプル数は１２個）の金属チューブ３についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］の関係を示すグラフである。なお、雰囲気温度は一定の割合で順上昇させた。これによれば、ベーキング処理を実施しない金属チューブ３では、約５００℃〜約６５０℃の範囲で単位時間当たりの水素量の最大値を記録したのに対し（図１１参照）、ベーキング処理を実施した金属チューブ３では、単位時間当たりの水素量の最大値は、より高温側（例えば７００℃以上）にシフトする傾向にあることが分かる。
【００７０】
図１６は、ベーキング処理を実施した複数（サンプル数は１２個）の金属チューブ３についての雰囲気温度と脱離水素の累積値[ｐｐｍ]の関係を示すグラフである。脱離水素の累積値は、図１５の単位時間当たりの水素量を元に算出している。これによると、雰囲気温度を９００℃まで上昇させた場合における金属チューブ３の脱離水素の累積値は、最大でも５．４ｐｐｍである。よって、ベーキング処理を実施しない金属チューブ３の脱離水素の累積値が少なくとも９．３ｐｐｍ以上（図１２参照）であることから、ベーキング処理を実施することで金属チューブ３の水素含有量を３/５以下に低減できることが分かる。なお、累積値が４．３ｐｐｍを示すサンプルは、図５のサンプルと同一である。
【００７１】
図１７は、ベーキング処理を実施した複数（サンプル数は１１個）のシース部材８についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］の関係を示すグラフである。また、図１８は、ベーキング処理を実施した複数（サンプル数は１１個）のシース部材８についての雰囲気温度と脱離水素の累積値[ｐｐｍ]の関係を示すグラフである。なお、脱離水素の累積値は、図１７の単位時間当たりの水素量を元に算出している。
【００７２】
図１７および図１８によると、雰囲気温度を９００℃まで上昇させた場合におけるシース部材８の脱離水素の累積値は、最大でも７．４ｐｐｍである。よって、ベーキング処理を実施しないシース部材８の脱離水素の累積値が少なくとも１０．２ｐｐｍ以上（図１４参照）であることから、ベーキング処理を実施することでシース部材３の水素含有量を３/４以下に低減できることが分かる。
【００７３】
図７は、ベーキング処理を実施した金属チューブ、フランジおよびシース部材を用いて作製した温度センサの抵抗値のバラツキを示すグラフである。図８は、比較例として、ベーキング処理を実施しない金属チューブ、フランジおよびシース部材を用いて作製した温度センサの抵抗値のバラツキを示すグラフである。なお、どちらもサンプル数は１５０個である。
【００７４】
図７と図８を比較すればわかるように、ベーキング処理を実施していない部品を用いた温度センサはσ＝０．０１８１であるのに対して、ベーキング処理を実施した部品を用いた温度センサはσ＝０．００１４と、抵抗値のバラツキが大幅に改善されることがわかる。
【００７５】
従って、金属チューブおよびシース部材をベーキング処理することにより、サーミスタ素子の特性が変化するのを抑制することが可能であるとともに、抵抗値のバラツキを小さくすることが可能であり、サーミスタ素子の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することを可能にした温度センサを提供することができる。
【００７６】
なお、ベーキング処理後の金属チューブ３およびシース部材８の水素含有量の上限値は、図５および図６の結果、さらには図１５〜図１８の結果を考慮して、金属チューブ３は６ｐｐｍ以下、好ましくは５ｐｐｍ以下、より好ましくは３ｐｐｍ以下に設定することができ、シース部材８は８ｐｐｍ以下、より好ましくは７．５ｐｐｍ以下、さらに好ましくは６．０ｐｐｍ以下に設定することができる。
【００７７】
Ａ４．筒状部材６への第５の熱処理工程の効果：
筒状部材６は、その製造工程において、加工時の応力緩和のため、「焼鈍」と呼ばれる第４の熱処理工程を含むのが一般的である。この第４の熱処理工程は、酸化を防止するために、非酸素含有雰囲気下、例えば、水素雰囲気下で行われるのが一般的である。本実施例の場合は、水素雰囲気下で処理温度１１００℃および処理時間２時間で第４の熱処理工程（焼鈍処理）を行っている。従って、第４の熱処理工程において、筒状部材６には水素が吸着、固溶等により含有され、水素含有量が増加することになる。
【００７８】
ここで、図１に示すように、包囲部材３を取り囲む取り付け部材４に対して、シース部材８の後端側を包囲するための筒状部材（継手）６が固定されている構成の温度センサ１では、温度センサ１の使用時において、筒状部材６から含有水素が脱離すると、脱離水素が包囲部材３とシース部材８との間の空間を通ってサーミスタ素子２へ到達する。その結果、サーミスタ素子２が還元されてサーミスタ素子２の特性変化を招くおそれがある。
【００７９】
図１９は、第４の熱処理工程を実施した複数（サンプル数は３個）の筒状部材６についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］の関係を示すグラフである。なお、雰囲気温度は一定の割合で順に上昇させた。これによると、いずれの筒状部材６も２００℃付近から水素の脱離が発生し始めることが分かる。
【００８０】
図２０は、第４の熱処理工程を実施した複数（サンプル数は３個）の筒状部材６についての雰囲気温度と脱離水素の累積値[ｐｐｍ]の関係を示すグラフである。脱離水素の累積値は、図１９の単位時間当たりの水素量を元に算出している。これによると、９００℃の温度まで上昇した場合における脱離水素の累積値は、少なくとも５．４ｐｐｍ以上であることが分かる。
【００８１】
以上のことから、第４の熱処理工程を実施した筒状部材６を用いた温度センサ１を高温（例えば６００℃以上）で使用した場合において、筒状部材６から脱離した水素が、サーミスタ素子２の特性変化を招くと考えられる。
【００８２】
従って、筒状部材６から脱離した水素によるサーミスタ素子２の特性変化を防止するために、あらかじめ、筒状部材６に含有している水素を脱離させておくことが好ましい。よって、第５の熱処理工程を実施するのである。
【００８３】
図２１は、第５の熱処理工程を実施した筒状部材６についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素含有量ｄＨ／ｄｔ［ｐｐｍ／ｍｉｎ］の関係を示すグラフである。図２２は、第５の熱処理工程を実施した筒状部材６の雰囲気温度と脱離水素の累積値[ｐｐｍ]の関係を示すグラフである。ここで、脱離水素に累積値は、図２１の単位時間当たりの水素量を元に算出している。また、図２２（ｂ）に示す処理条件でそれぞれ第５の熱処理工程を実施した筒状部材６を測定に用いた。
【００８４】
図２２（ａ）に示すように、第５の熱処理工程を実施した筒状部材６では、雰囲気温度を９００℃まで上昇させた場合における脱離水素の累積値は、最大でも３．０ｐｐｍである。よって、第５の熱処理工程を実施しない筒状部材６の脱離水素の累積値が少なくとも５．４ｐｐｍ以上（図２０参照）であることから、第５の熱処理工程を実施することで筒状部材６の水素含有量を３/５以下に低減できることが分かる。また、第５の熱処理条件によっては、筒状部材６の水素含有量を、２/５以下にできることが分かる。例えば、処理温度４００℃、加熱処理時間４０時間で第５の熱処理工程を実施した筒状部材６では、脱離水素の累積値が１．４ｐｐｍとなり、第５の熱処理工程を実施することで水素含有量を３/１０以下にできる。
【００８５】
図２３は、第５の熱処理工程を実施しない筒状部材６を用いて作製した温度センサ１（以下、「処理前温度センサ１」という。）の繰り返し温度変化を示すグラフである。試験方法としては、温度センサ１を１００℃〜９００℃に昇温し、温度毎の抵抗値の測定を行う（１回目の試験）。次に温度センサ１を１００℃まで冷却し、同一の温度センサ１を再度１００℃〜９００℃に昇温し、温度毎の抵抗値の測定を行う（２回目の試験）。１回目の試験で得られた抵抗値を０とし、２回目の試験で得られた抵抗値と１回目の試験で得られた抵抗値とを比較し、２回目の試験で得られた抵抗値のズレを温度に変換しプロットを行った。なお、サンプル数は５０個であり、いずれの温度センサ１も金属チューブ３、フランジ４およびシース部材８にはベーキング処理を実施している。
【００８６】
図２４は、第５の熱処理工程（ベーキング処理）を実施した筒状部材６を用いて作製した温度センサ１（以下、「処理後温度センサ１」という。）の繰り返し温度変化を示すグラフである。試験方法およびサンプル数は図２３の試験と同一である。また、いずれの温度センサ１も金属チューブ３、フランジ４およびシース部材８にはベーキング処理を実施している。
【００８７】
図２３と図２４を比較すると、処理後温度センサ１は、処理前温度センサ１よりも抵抗値の変動が大幅に改善されるのがわかる。言い換えれば、処理後温度センサ１は第５の熱処理工程により筒状部材６に含有している水素を予め脱離させている。よって、１回目の試験の際に、処理後温度センサ１の筒状部材６から脱離する水素量は、処理前温度センサ１の筒状部材６から脱離する水素量よりも低い。よって、サーミスタ素子２の特性変化を防止でき、抵抗値の変動を大幅に改善できたのである。
【００８８】
また、第５の熱処理工程を実施した筒状部材６の水素含有量の上限値は、図２１および図２２の結果を考慮し、４ｐｐｍ以下、好ましくは３ｐｐｍ以下、さらに好ましくは２．５ｐｐｍ以下に設定することができる。
【００８９】
筒状部材６は、包囲部材３およびシース部材８に比べサーミスタ素子２から離れた位置にはあるが、筒状部材６の水素含有量の上限値は、包囲部材３およびシース部材８の水素含有量の上限値よりも低く設定することが好ましい。なぜならば、筒状部材６は包囲部材３およびシース部材８に比べ重量が一般的に大きいため、水素含有量[ｐｐｍ]が高ければ、筒状部材６全体から発生する水素量は包囲部材３およびシース部材８よりも高くなり、サーミスタ素子２から離れた位置であっても特性変化に影響を及ぼす可能性があるからである。
【００９０】
Ｂ．第２実施例：
図９は、本発明の第２実施例としての温度センサの構造を示す部分破断断面図である。この温度センサ１００は、第１実施例の温度センサ１と比較して、サーミスタ素子２を収容するための部材、およびフランジの鞘部にレーザー溶接される部材が主に異なるものであり、その他の部分についてはほぼ同様である。従って、第１実施例と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については、説明を省略または簡略化する。
【００９１】
第１実施例の温度センサ１では、サーミスタ素子２を金属チューブ３の内側に収容すると共に、その金属チューブ３をフランジ４にレーザー溶接により固定していた（図１参照）。これに対し、図９に示す本実施例の温度センサ１００では、サーミスタ素子２を金属製の包囲部材としての金属キャップ１４に収容し、この金属キャップ１４をシース部材８に溶接（具体的には、レーザー溶接）した状態で、シース部材８をフランジ４にレーザー溶接により固定している。
【００９２】
軸線方向に延びる金属キャップ１４は、先端部１３１側が閉塞された筒状をなしており、この先端部１３１の内部にサーミスタ素子２が収容されている。この金属キャップ１４は、ＳＵＳ３１０Ｓのステンレス合金から形成されている。尚、サーミスタ素子２は、自身の電極線（Ｐｔ／Ｒｈ合金線）９を介してシース部材８の外筒２１の先端から突出する金属芯線７に接続される。そして、金属キャップ１４の後端部１３２側は開放されており、この後端部１３２の内周面がシース部材８の外筒２１の外周面に重なり合った状態で、周方向にわたってレーザー溶接されている。これにより、金属キャップ１４がシース部材８に気密状態に固定される。
【００９３】
フランジ４は、上述したように、軸線方向に延びる鞘部４２と、この鞘部４２の先端側に位置し、径方向外側に向かって突出する突出部４１とを有している。また、鞘部４２は、先端側に位置する先端側段部４４と先端側段部４４よりも小さい外径を有する後端側段部４３とを備える二段形状をなしている。
【００９４】
シース部材８は、自身の後端側がフランジ４の内側に挿通された状態で、鞘部４２の外周面の所定位置において径方向内側に向かって加締められ、フランジ４に対して固定されている。さらに、シース部材８の外筒２１の外周面と鞘部４２の後端側段部４３の内周面との重なり合う部分が、周方向にわたってレーザー溶接されている。このレーザー溶接がなされることにより、図９に示すように、鞘部４２の後端側段部４３とシース部材８（詳細にはシース部材８の外筒２１）とに跨る溶接部Ｌ３が形成され、シース部材８がフランジ４に対して固定される。
【００９５】
このように、シース部材８をフランジ４の鞘部４２に加締め固定しつつ、鞘部４２の後端側段部４３にレーザー溶接を行うことにより、フランジ４とシース部材８との溶接強度に優れると共に、フランジ４とシース部材８との密着強度に優れる温度センサ１００とすることができる。したがって、自動車等の振動の激しい環境下において温度センサ１００が強い振動を受けても、シース部材８が振れ難く、シース部材８の折損等を抑制することができる。
【００９６】
なお、上記構成の温度センサ１００でも、サーミスタ素子２が、シース部材８および金属キャップ１４により形成される密閉空間に収容されることになる。このシース部材８および金属キャップ１４は、１０００℃にも達する高温環境下に晒されるため、十分な耐熱性を有しており、また、特性変化を防止する必要がある。そのため、シース部材８および金属キャップ１４は、ＳＵＳ３１０Ｓにより形成されている。このシース部材８および金属キャップ１４にも、第１実施例と同様に第１の熱処理工程および第２の熱処理工程による酸化被膜形成のための加熱処理（酸化処理）を施し、さらに、第３の熱処理工程による含有水素脱離のための加熱処理（ベーキング処理）を施す。酸化被膜が形成された金属キャップ１４がシース部材８に溶接されて、その他の部品２，６，７，１１〜１３を互いに組み付けることにより、図９に示した温度センサ１００の製造が完了する。
【００９７】
この温度センサ１００では、金属包囲部材であるシース部材８および金属キャップ１４の表面が連続的で十分な膜厚の酸化被膜により覆われるので、１０００℃以上の高温に長時間さらされても、シース部材８および金属キャップ１４の表面の酸化の進行を抑えることができる。また、ベーキング処理によりシース部材８および金属キャップ１４の水素含有量がそれぞれ特定値以下に低減されているので、シース部材８および金属キャップ１４からの水素の脱離量を低減することができる。従って、温度センサ１００に用いられるサーミスタ素子２の温度特性が変化してしまうことやバラツキを抑制することができ、サーミスタ素子２の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することを可能にした温度センサを提供することができる。
【００９８】
Ｃ．変形例：
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００９９】
例えば、上記実施例の第１の熱処理工程による大気雰囲気下における酸化処理では、処理温度１０００℃、処理時間１０時間としている。また、第２の熱処理工程による湿潤水素雰囲気下における酸化処理では、湿潤水素：ドライ水素＝１：２．２、処理温度１１５０℃、処理時間１時間としている。しかしながら、これらの条件は一例であって、例えば、先行技術文献の一つである特開２００４−３０１６７９号公報に記載されている種々の条件で実施可能である。
【０１００】
また、上記実施例の第３の熱処理工程によるベーキング処理では、処理温度７００℃、処理時間３０分としている。しかしながら、この条件は一例であって、処理温度４００℃〜９００℃、処理時間３０時間〜１０分（４００℃：３０時間，９００℃：１０分）の範囲内で、酸化を進行させずに含有する水素を脱離させることが可能な種々の条件で実施可能である。
【０１０１】
また、上記実施例の第４の熱処理工程（焼鈍処理）では、水素雰囲気下で処理温度１１００℃、加熱処理時間２時間としている。しかしながら、これらの条件は一例であって、加工時の応力緩和ができる範囲で種々の条件で実施可能である。
【０１０２】
また、上記実施例の第５の熱処理工程（ベーキング処理、含有水素脱離処理）では、処理条件を図１０（ｂ）のＮｏ．１〜Ｎｏ．８までとしている。しかしながらこの条件は一例であって、処理温度２００℃〜４００℃および加熱処理時間１０時間〜４０時間を適宜組み合わせて熱処理工程を実施しても良い。また、含有する水素を脱離させることができる種々の条件で実施可能である。
【０１０３】
さらに、各金属包囲部材３，４，８に使用される耐熱合金としては、ＳＵＳ３１０Ｓに限られず、ＳＵＳ３０９ＳやＩｎｃｏｎｅｌ６０１等を用いても良い。また、耐熱合金としては、クロムを１８重量％以上含む耐熱合金であれば、各種のものが使用可能である。クロム元素を少なくとも１８重量％含む耐熱合金として、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０４Ｎ１を使用することもできる。
【０１０４】
なお、上記実施例では、第１の熱処理工程および第２の熱処理工程による加熱処理（酸化処理）を実施した後第３の熱処理工程による加熱処理（ベーキング）処理を実施する場合を例に示したが、第１の熱処理工程または第２の熱処理工程のいずれか一方を省略することも可能である。
【０１０５】
また、本発明の温度センサは、排気温センサのみならず、被測定流体として水や油等の液体が流れる流通路に取り付けられる温度センサにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の第１実施例としての温度センサの構造を示す部分破断断面図である。
【図２】温度センサの製造工程における熱処理の工程部分を示す工程図である。
【図３】第１および第２の熱処理を実施した金属チューブについての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。
【図４】同様に第１および第２の熱処理を実施したシース部材についての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。
【図５】ベーキング処理を実施した金属チューブについての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。
【図６】同様にベーキング処理を実施したシース部材についての雰囲気温度と脱離水素との関係を分析した結果を示すグラフである。
【図７】ベーキング処理を実施した金属チューブ、フランジおよびシース部材を用いて作製した温度センサの抵抗値のバラツキを示すグラフである。
【図８】比較例としてベーキング処理を実施しない金属チューブ、フランジおよびシース部材を用いて作製した温度センサの抵抗値のバラツキを示すグラフである。
【図９】本発明の第２実施例としての温度センサの構造を示す部分破断断面図である。
【図１０】筒状部材の熱処理の工程部分を示す工程図である。
【図１１】第１および第２の熱処理を実施した複数の金属チューブについての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量の関係を示すグラフである。
【図１２】第１および第２の熱処理を実施した複数の金属チューブについての雰囲気温度と脱離水素の累積値の関係を示すグラフである。
【図１３】第１および第２の熱処理を実施した複数のシース部材についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量の関係を示すグラフである。
【図１４】第１および第２の熱処理を実施した複数のシース部材についての雰囲気温度と脱離水素の累積値の関係を示すグラフである。
【図１５】ベーキング処理を実施した複数の金属チューブについての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量の関係を示すグラフである。
【図１６】ベーキング処理を実施した複数の金属チューブ３についての雰囲気温度と脱離水素の累積値の関係を示すグラフである。
【図１７】ベーキング処理を実施した複数のシース部材についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量の関係を示すグラフである。
【図１８】ベーキング処理を実施した複数のシース部材についての雰囲気温度と脱離水素の累積値の関係を示すグラフである。
【図１９】第４の熱処理工程を実施した複数の筒状部材についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素量の関係を示すグラフである。
【図２０】第４の熱処理工程を実施した複数の筒状部材についての雰囲気温度と脱離水素の累積値の関係を示すグラフである。
【図２１】第５の熱処理工程を実施した筒状部材についての雰囲気温度と単位時間当たりに発生した水素含有量の関係を示すグラフである。
【図２２】第５の熱処理工程を実施した筒状部材の雰囲気温度と脱離水素の累積値の関係を示すグラフである。
【図２３】第５の熱処理工程を実施しない筒状部材を用いて作製した温度センサを用いて実施した繰り返し温度測定の結果を示すグラフである。
【図２４】第５の熱処理工程を実施した筒状部材を用いて作製した温度センサを用いて実施した繰り返し温度測定の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０７】
１…温度センサ
２…サーミスタ素子
３…金属チューブ（包囲部材）
４…フランジ（取り付け部材）
６…継手（筒状部材）
８…シース部材
１４…金属キャップ（包囲部材）
１００…温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーミスタ素子が、金属製の外筒の内側に金属芯線を絶縁保持してなるシース部材における前記外筒の先端から突出する前記金属芯線に接続されており、一端が閉塞され他端は開放されている金属製の包囲部材の内部空間に、前記サーミスタ素子から前記外筒の先端部を少なくとも含む前記シース部材の領域までが収容された温度センサにおいて、
前記包囲部材および前記シース部材の表面には酸化被膜が形成されているとともに、前記シース部材の水素含有量は８ｐｐｍ以下であり、前記包囲部材の水素含有量は前記シース部材の水素含有量よりも小さいことを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
請求項１記載の温度センサにおいて、
前記包囲部材の水素含有量は６ｐｐｍ以下であることを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
請求項１記載の温度センサにおいて、
前記包囲部材の水素含有量は５ｐｐｍ以下であることを特徴とする温度センサ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の温度センサにおいて、
前記包囲部材の外周面を取り囲むとともに、前記温度センサを装着対象体に装着するための取り付け部材と、
前記包囲部材の他端から突出する前記シース部材の後端側を包囲するとともに、前記取り付け部材に固定される筒状部材と、をさらに備え、
前記筒状部材の水素含有量は４ｐｐｍ以下であることを特徴とする温度センサ。
【請求項５】
サーミスタ素子が、金属製の外筒の内側に金属芯線を絶縁保持してなるシース部材における前記外筒の先端から突出する前記金属芯線に接続されており、一端が閉塞され他端は開放されている金属製の包囲部材の内部空間に、前記サーミスタ素子から前記外筒の先端部を少なくとも含む前記シース部材の領域までが収容された温度センサの製造方法において、
前記包囲部材および前記シース部材に対して、湿潤水素雰囲気下で熱処理を行なって、前記包囲部材および前記シース部材の金属表面を酸化させる湿潤水素雰囲気下酸化処理工程と、
前記湿潤水素雰囲気下酸化処理工程を経た前記包囲部材および前記シース部材に対して、水素を含まない雰囲気下で熱処理を行なって、前記包囲部材および前記シース部材に含有されている水素を脱離させる含有水素脱離処理工程と、
を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の温度センサの製造方法において、さらに、
前記湿潤水素雰囲気下酸化処理工程の前に、前記包囲部材および前記シース部材に対して、大気雰囲気下で熱処理を行なって、前記包囲部材および前記シース部材の金属表面を酸化させる大気雰囲気下酸化処理工程
を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の温度センサの製造方法において、
前記含有水素脱離処理工程では、前記シース部材の水素含有量を８ｐｐｍ以下まで脱離させるとともに、前記包囲部材の水素含有量は前記シース部材の水素含有量よりも小さくなるように脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の温度センサの製造方法において
前記含有水素脱離処理工程では、前記包囲部材の水素含有量を６ｐｐｍ以下まで脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項９】
請求項７記載の温度センサの製造方法において、
前記含有水素脱離処理工程では、前記包囲部材の水素含有量を５ｐｐｍ以下まで脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項１０】
請求項５ないし請求項９のいずれかに記載の温度センサの製造方法において、
前記包囲部材の外周面を取り囲むとともに、前記温度センサを装着対象体に装着するための取り付け部材と、
前記包囲部材の他端から突出する前記シース部材の後端側を包囲するとともに、前記取り付け部材に固定される筒状部材と、をさらに備え、
前記筒状部材に対して水素を含まない雰囲気下で熱処理を行って、前記筒状部材に含有されている水素を脱離させる水素脱離工程と、
をさらに備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の温度センサの製造方法において、
前記水素脱離工程では、前記筒状部材の水素含有量を４ｐｐｍ以下になるよう水素を脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項１】
サーミスタ素子が、金属製の外筒の内側に金属芯線を絶縁保持してなるシース部材における前記外筒の先端から突出する前記金属芯線に接続されており、一端が閉塞され他端は開放されている金属製の包囲部材の内部空間に、前記サーミスタ素子から前記外筒の先端部を少なくとも含む前記シース部材の領域までが収容された温度センサにおいて、
前記包囲部材および前記シース部材の表面には酸化被膜が形成されているとともに、前記シース部材の水素含有量は８ｐｐｍ以下であり、前記包囲部材の水素含有量は前記シース部材の水素含有量よりも小さいことを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
請求項１記載の温度センサにおいて、
前記包囲部材の水素含有量は６ｐｐｍ以下であることを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
請求項１記載の温度センサにおいて、
前記包囲部材の水素含有量は５ｐｐｍ以下であることを特徴とする温度センサ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の温度センサにおいて、
前記包囲部材の外周面を取り囲むとともに、前記温度センサを装着対象体に装着するための取り付け部材と、
前記包囲部材の他端から突出する前記シース部材の後端側を包囲するとともに、前記取り付け部材に固定される筒状部材と、をさらに備え、
前記筒状部材の水素含有量は４ｐｐｍ以下であることを特徴とする温度センサ。
【請求項５】
サーミスタ素子が、金属製の外筒の内側に金属芯線を絶縁保持してなるシース部材における前記外筒の先端から突出する前記金属芯線に接続されており、一端が閉塞され他端は開放されている金属製の包囲部材の内部空間に、前記サーミスタ素子から前記外筒の先端部を少なくとも含む前記シース部材の領域までが収容された温度センサの製造方法において、
前記包囲部材および前記シース部材に対して、湿潤水素雰囲気下で熱処理を行なって、前記包囲部材および前記シース部材の金属表面を酸化させる湿潤水素雰囲気下酸化処理工程と、
前記湿潤水素雰囲気下酸化処理工程を経た前記包囲部材および前記シース部材に対して、水素を含まない雰囲気下で熱処理を行なって、前記包囲部材および前記シース部材に含有されている水素を脱離させる含有水素脱離処理工程と、
を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の温度センサの製造方法において、さらに、
前記湿潤水素雰囲気下酸化処理工程の前に、前記包囲部材および前記シース部材に対して、大気雰囲気下で熱処理を行なって、前記包囲部材および前記シース部材の金属表面を酸化させる大気雰囲気下酸化処理工程
を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の温度センサの製造方法において、
前記含有水素脱離処理工程では、前記シース部材の水素含有量を８ｐｐｍ以下まで脱離させるとともに、前記包囲部材の水素含有量は前記シース部材の水素含有量よりも小さくなるように脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の温度センサの製造方法において
前記含有水素脱離処理工程では、前記包囲部材の水素含有量を６ｐｐｍ以下まで脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項９】
請求項７記載の温度センサの製造方法において、
前記含有水素脱離処理工程では、前記包囲部材の水素含有量を５ｐｐｍ以下まで脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項１０】
請求項５ないし請求項９のいずれかに記載の温度センサの製造方法において、
前記包囲部材の外周面を取り囲むとともに、前記温度センサを装着対象体に装着するための取り付け部材と、
前記包囲部材の他端から突出する前記シース部材の後端側を包囲するとともに、前記取り付け部材に固定される筒状部材と、をさらに備え、
前記筒状部材に対して水素を含まない雰囲気下で熱処理を行って、前記筒状部材に含有されている水素を脱離させる水素脱離工程と、
をさらに備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の温度センサの製造方法において、
前記水素脱離工程では、前記筒状部材の水素含有量を４ｐｐｍ以下になるよう水素を脱離させることを特徴とする温度センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００９−２５８０８２（Ｐ２００９−２５８０８２Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８７９２２（Ｐ２００８−２８７９２２）
【出願日】平成２０年１１月１０日（２００８．１１．１０）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１０日（２００８．１１．１０）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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