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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperatursensor, der ein temperaturempfindliches Element umfasst, das einen temperaturempfindlichen Abschnitt aufweist, wie beispielsweise einen Thermistor oder ein Platinwiderstandselement, und ein Verfahren zur Herstellung des Temperatursensors.
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Die vorliegende Erfindung kann auf Sensoren angewendet werden, die zur Messung von hohen Temperaturen unter Verwendungsbedingungen, in denen Schwingungen auf den Umfang ihres Temperaturmessabschnitts angewandt werden, z. B. an Fahrzeugen angebrachte Temperatursensoren und Hochtemperatursensoren, die zur Abgasmessung in stationären Mehrzweckmotoren verwendet werden.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Ein bekannter herkömmlicher Temperatursensor zum Ermitteln der Temperatur von Abgas von einem Automobil usw. ist in der Japanischen Patent-Auslegeschrift
JP 2009- 175 129 A beschrieben.
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Dieser Temperatursensor umfasst Folgendes: ein Thermistorelement, das einen gesinterten Thermistorkörper und aus Platin hergestellte Elektrodendrähte umfasst; aus Edelstrahl hergestellte Mantelkerndrähte, die als Signaldrähte dienen; ein Mantelelement, das die Mantelkerndrähte innerhalb eines Mantelrohrs in einem isolierten Zustand hält; und ein Metallrohr, das das Thermistorelement und das Mantelelement enthält. Die Elektrodendrähte und die Mantelkerndrähte werden durch Schweißabschnitte, die durch Laserschweißen gebildet werden, miteinander verbunden.
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Wenn dieser Temperatursensor hergestellt wird, werden jeder von den Elektrodendrähten P1, die zum Beispiel aus Platin hergestellt sind, und ein entsprechender von den Mantelkerndrähten P2, die zum Beispiel aus Edelstahl hergestellt sind, derart parallel zueinander angeordnet, dass ihre äußeren Umfänge miteinander in Kontakt sind, wie in 18 gezeigt, und die Kontaktabschnitte werden durch Laserschweißen miteinander verbunden. Die Mantelkerndrähte P2 sind leicht gebogen und vom axialen Mittelpunkt des Metallrohrs P4 versetzt, derart, dass der gesinterte Thermistorkörper P3 am axialen Mittelpunkt angeordnet ist.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Aufgaben
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In der herkömmlichen Technik, die vorhergehend beschrieben ist, sind die Elektrodendrähte P1 und die Mantelkerndrähte P2 aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt. Aus diesem Grund kann, wenn der Temperatursensor in einer Umgebung mit großen Temperaturänderungen verwendet wird, z. B. für einen Automobilmotor verwendet wird, die Zuverlässigkeit der Schweißabschnitte (d. h. ihre Verbindungsstärke, Beständigkeit usw.) problematisch sein.
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Wie vorhergehend beschrieben, sind die Elektrodendrähte P1 und die Mantelkerndrähte P2, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, parallel zueinander angeordnet und von ihrer lateralen Seite (den in 18 zugewandten Seiten) zusammengeschweißt. Während einer Temperatur-Zeit-Folge mit einer großen Temperaturdifferenz wirkt eine große Kraft in eine axiale Richtung (die horizontale Richtung in 18) und dies kann ein Problem, wie beispielsweise die Trennung der Schweißabschnitte, verursachen.
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Zur Behandlung dieses Problems wird ins Auge gefasst, dass jeder Elektrodendraht P1 und ein entsprechender Mantelkerndraht P2 derart angeordnet sind, dass sie aneinander stoßen und dann zusammengeschweißt werden. In diesem Fall kann ein schmaler Abschnitt zum Beispiel in dem Schweißabschnitt gebildet werden. Momentan wurde die Zuverlässigkeit eines solchen Schweißabschnitts noch nicht hinreichend untersucht.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das vorhergehende Problem gemacht und es ist eine Aufgabe, einen Temperatursensor bereitzustellen, der eine Struktur aufweist, in der Elektrodendrähte eines temperaturempfindlichen Elements gegen Signaldrähte, wie beispielsweise Mantelkerndrähte mit ihren Schweißabschnitten, anstoßen, die eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweisen. Eine weitere Aufgabe besteht im Bereitstellen eines Verfahrens zur Herstellung des Temperatursensors.
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Mittel zum Lösen der Aufgaben
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(1) Ein Temperatursensor gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst ein temperaturempfindliches Element, das einen temperaturempfindlichen Abschnitt, der an einem in Bezug auf eine axiale Richtung vorderen Endabschnitt des temperaturempfindlichen Elements angeordnet ist, und ein Paar Elektrodendrähte umfasst, die sich von dem temperaturempfindlichen Abschnitt nach hinten erstrecken, wobei der temperaturempfindliche Abschnitt eine elektrische Eigenschaft aufweist, die sich mit der Temperatur ändert; und ein Paar Signaldrähte, die mit hinteren Endabschnitten von dem Paar von Elektrodendrähten verbunden sind und an die ein elektrisches Signal von dem temperaturempfindlichen Element gesendet wird, wobei jeder von den Elektrodendrähten und ein entsprechender von den Signaldrähten derart angeordnet sind, dass eine axiale Linie von jedem der Elektrodendrähte mit einer axialen Linie von dem entsprechenden von den Signaldrähten ausgerichtet ist, und ein in Bezug auf die axiale Richtung hinterer Endabschnitt von jedem von den Elektrodendrähten und ein in Bezug auf die axiale Richtung vorderer Endabschnitt von dem entsprechenden von den Signaldrähten einander zugewandt sind und miteinander verbunden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform dieses Temperatursensors bestehen die Elektrodendrähte aus einem Material, das sich von einem Material der Signaldrähte unterscheidet, und der Durchmesser der Elektrodendrähte ist kleiner als derjenige der Signaldrähte. Der Temperatursensor umfasst ferner Schweißabschnitte, die jeweils zwischen dem hinteren Endabschnitt von einem von den Elektrodendrähten und dem vorderen Endabschnitt von einem entsprechenden von den Signaldrähten angeordnet ist, und die Schweißabschnitte werden durch Schmelzen und Mischen des Materials der Elektrodendrähte und des Materials der Signaldrähte gebildet, um dadurch die Elektrodendrähte und die Signaldrähte miteinander zu verbinden.
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Wenn der Temperatursensor in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene betrachtet wird, in der ein Paar Elektrodendrähte (in der Draufsicht) angeordnet sind, ist eine vordere Endgrenzfläche zwischen einem vorderen Endabschnitt von jedem von den Schweißabschnitten und dem hinteren Endabschnitt von einem entsprechenden von den Elektrodendrähten vorhanden, und eine hintere Endgrenzfläche ist zwischen einem hinteren Endabschnitt von jedem von den Schweißabschnitten und dem vorderen Endabschnitt von einem entsprechenden von den Signaldrähten vorhanden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist in der Draufsicht jeder von den Schweißabschnitten einen ersten radial äußersten umlaufenden Abschnitt, der sich auf einer Seite in der radialen Richtung (d. h. der seitlichen Richtung) davon befindet, und einen zweiten radial äußersten umlaufenden Abschnitt auf, der sich auf der anderen Seite in der radialen Richtung befindet. Der erste radial äußerste umlaufende Abschnitt befindet sich radial außerhalb einer ersten geraden Linie (erste virtuelle gerade Linie), die ein erstes Ende der vorderen Endgrenzfläche von jedem der Schweißabschnitte und ein erstes Ende der hinteren Endgrenzfläche von jedem der Schweißabschnitte verbindet, und der zweite radial äußerste umlaufende Abschnitt befindet sich radial außerhalb einer zweiten geraden Linie (zweite virtuelle gerade Linie), die ein zweites Ende der vorderen Endgrenzfläche von jedem von den Schweißabschnitten und ein zweites Ende der hinteren Endgrenzfläche von jedem der Schweißabschnitte verbindet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist in der Draufsicht in jedem von den Schweißabschnitten eine vordere Endseitenlänge (z. B. L1) in der axialen Richtung von den radial am weitesten nach außen hervorstehenden Abschnitten von dem ersten und dem zweiten radial äußersten umlaufenden Abschnitt zur vorderen Endgrenzfläche größer als eine hintere Endseitenlänge (z. B. L2) in der axialen Richtung, von den radial am weitesten nach außen hervorstehenden Abschnitten zu der hinteren Endgrenzfläche (d. h. L1 > L2).
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Der Temperatursensor im ersten Gesichtspunkt weist die vorhergehend beschriebene Ausgestaltung auf. In dieser Ausgestaltung stoßen die Elektrodendrähte und die entsprechenden Signaldrähte gegeneinander an und sind zusammengeschweißt. Es ist indes weniger wahrscheinlich, dass die Schweißabschnitte ein Problem, wie beispielsweise eine Verengung, aufweisen und die Zuverlässigkeit der Schweißabschnitte (d. h. die Stärke der Verbindung und ihre Beständigkeit) können verbessert werden.
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Insbesondere befinden sich in jedem von den Schweißabschnitten zwischen den Elektrodendrähten und den Signaldrähten die radial äußersten umlaufenden Abschnitte außerhalb (d. h. auf der Seite weg von der axialen Linie) der ersten beziehungsweise zweiten geraden Linie und die vordere Endseitenlänge wird eingestellt, um größer zu sein als die hintere Endseitenlänge. Aus diesem Grund ist der Grad der Verengung von jedem Schweißabschnitt kleiner als in zum Beispiel einem Schweißabschnitt, der einen konkaven (verengten) Abschnitt aufweist, dessen radial äußerste umlaufende Abschnitte sich auf der inneren Seite (der Seite in Richtung der axialen Linie) der ersten und der zweiten geraden Linie befinden. Dies hat den Effekt, dass eine geringere Wahrscheinlichkeit eines Bruchs der Schweißabschnitte besteht (z. B. ist ihre Zugfestigkeit in der axialen Richtung groß).
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Der Durchmesser der Signaldrähte ist größer als derjenige der Elektrodendrähte und die am weitesten nach außen hervorstehenden Abschnitte (d. h. die hervorstehenden Abschnitte, die den größten Abstand zur axialen Linie aufweisen) der Schweißabschnitte befinden sich näher an den Signaldrähten mit großem Durchmesser als die Elektrodendrähte. Aus diesem Grund sind die Schweißabschnitte der Signaldrähte fest miteinander verbunden.
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In diesem Temperatursensor sind jeder Elektrodendraht und ein entsprechender Signaldraht derart angeordnet, dass sie mit ihren aufeinander ausgerichteten axialen Linien aneinander stoßen. Aus diesem Grund kann der Temperatursensor hergestellt werden, ohne dass es erforderlich ist, die Signaldrähte zu biegen wie in der herkömmlichen Technik, und dies hat den Effekt, dass das Verfahren zur Herstellung des Temperatursensors vereinfacht werden kann.
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Darüber hinaus ist es in diesem Temperatursensor nicht erforderlich, dass die Elektrodendrähte und die Signaldrähte derart angeordnet sind, dass sie einander über eine vorgeschriebene Länge überlappen. Dies ist insofern vorteilhaft, als dass, sogar, wenn ein teures Edelmetallmaterial, wie beispielsweise Platin oder eine Platinlegierung, als das Material für die Elektrodendrähte verwendet wird, die verwendete Menge an Edelmetallmaterial verringert werden kann.
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(2) In dem Temperatursensor gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind die gesamten radial äußersten umlaufenden Abschnitte von jedem von den Schweißabschnitten gebogen, um radial nach außen konvex (d. h. konvex nach außen ohne Wendepunkte) zu sein.
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In diesem Temperatursensor können die Schweißabschnitte eine ausreichende radiale Abmessung (Dicke) aufweisen. Dies hat den Effekt, dass, sogar, wenn die Schweißabschnitte eine äußere Zugkraft in der axialen Richtung erfahren, eine geringere Wahrscheinlichkeit eines Bruchs der Schweißabschnitte besteht.
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Die radial äußersten umlaufenden Abschnitte weisen in der Draufsicht die vorhergehend beschriebene Form auf. Es ist zu bevorzugen, dass die radial äußersten umlaufenden Abschnitte über ihren gesamten Umfang nach außen konvex sind.
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(3) In dem Temperatursensor gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist, wenn der Temperatursensor in der axialen Richtung betrachtet wird, der hintere Endabschnitt von jedem der Elektrodendrähte innerhalb des vorderen Endabschnitts eines entsprechenden von den Signaldrähten enthalten.
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In diesem Temperatursensor sind jeder Elektrodendraht und ein entsprechender Signaldraht derart angeordnet, dass ihre axialen Linien aufeinander ausgerichtet oder nahezu aufeinander ausgerichtet sind. Aus diesem Grund ist der Versatz zwischen dem Elektrodendraht und dem Signaldraht gering und es wird ein gerader leitfähiger Draht erhalten. Dies hat den Effekt, dass die Fähigkeit zur Verbindung der Drähte verbessert wird.
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Da der Versatz zwischen den axialen Linien gering ist, kann eine ausreichende Lücke zwischen dem Paar von leitfähigen Drähten sichergestellt werden. Dies hat den Effekt, dass das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen den leitfähigen Drähten unwahrscheinlich ist.
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(4) In dem Temperatursensor-Herstellungsverfahren gemäß einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden die Signaldrähte und die entsprechenden Elektrodendrähte in einem Zustand zusammengeschweißt, in dem die vorderen Endflächen des Signaldrähte und die hinteren Endflächen der entsprechenden Elektrodendrähte aneinander stoßen.
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Durch die Verwendung dieses Herstellungsverfahrens können die Signaldrähte und die Elektrodendrähte zu geraden leitfähigen Drähten verbunden werden. Darüber hinaus können die Signaldrähte und die Elektrodendrähte miteinander verbunden werden, während sie in einem zuverlässigen Kontakt miteinander stehen.
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Da keine Notwendigkeit zum Biegen der Signaldrähte wie in der herkömmlichen Technik erforderlich ist, kann das Verfahren zur Herstellung des Temperatursensors vereinfacht werden und die verwendete Menge an Edelmetall kann verringert werden.
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(5) In dem Temperatursensor-Herstellungsverfahren gemäß einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden die Signaldrähte mit einem Laserstrahl bestrahlt, um dadurch die Signaldrähte und die entsprechenden Elektrodendrähte durch Laser zusammenzuschweißen.
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In diesem Herstellungsverfahren werden die Signaldrähte, die einen größeren Durchmesser aufweisen, mit dem Laserstrahl bestrahlt. Dies kann eine Verengung der Schweißabschnitte und der Elektrodendrähte verhindern, die auftritt, wenn die Elektrodendrähte, die einen kleineren Durchmesser aufweisen, mit dem Laserstrahl bestrahlt werden. Da die Signaldrähte, die einen größeren Durchmesser aufweisen, mit dem Laserstrahl bestrahlt werden und zuerst geschmolzen werden, wird das geschmolzene Material der Signaldrähte an die Elektrodendrähte geliefert, die einen kleineren Durchmesser aufweisen, und dies bewirkt, dass die Elektrodendrähte allmählich schmelzen. Dies ermöglicht das einfache Bilden der Schweißabschnitte, die die vorhergehend beschriebene Ausgestaltung aufweisen.
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(6) In dem Temperatursensor-Herstellungsverfahren gemäß einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist ein Material der Signaldrähte einen niedrigeren Schmelzpunkt auf als ein Material der Elektrodendrähte, und die Signaldrähte, die den niedrigeren Schmelzpunkt aufweisen, werden mit einem Laserstrahl bestrahlt, um dadurch die Signaldrähte und die entsprechenden Elektrodendrähte mit Laser zusammenzuschweißen.
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Mit diesem Herstellungsverfahren bewirkt die Bestrahlung mit dem Laserstrahl, dass die Signaldrähte mit dem niedrigeren Schmelzpunkt zuerst schmelzen. Deshalb ist es unwahrscheinlich, dass Leerräume in den Schweißabschnitten erzeugt werden. Das geschmolzene Material der Signaldrähte wird an die Elektrodendrähte mit dem höheren Schmelzpunkt geliefert und dies bewirkt, dass die Elektrodendrähte allmählich schmelzen. Auf diese Weise können die Schweißabschnitte, die die vorhergehend beschriebene Ausgestaltung aufweisen, einfach gebildet werden.
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(7) In dem Temperatursensor-Herstellungsverfahren gemäß einem siebten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden die Signaldrähte und die entsprechenden Elektrodendrähte zusammengeschweißt, während eine Last in einer Richtung angewandt wird, in der die Signaldrähte und die entsprechenden Elektrodendrähte aneinander stoßen.
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In diesem Herstellungsverfahren wird, wenn die Signaldrähte und die Elektrodendrähte durch zum Beispiel Laserschweißen zusammengeschweißt werden, eine Last in der Richtung angewandt, in der die Signaldrähte und die entsprechenden Elektrodendrähte aneinander stoßen. Aus diesem Grund ist das Auftreten einer Fehlausrichtung weniger wahrscheinlich, sogar wenn der Durchmesser der Signaldrähte sich vom Durchmesser der Elektrodendrähte unterscheidet. Dieses Herstellungsverfahren weist insofern einen Vorteil auf, als dass die Form der Schweißabschnitte in dem ersten Gesichtspunkt (insbesondere die Form der Schweißabschnitte in dem zweiten Gesichtspunkt) leicht gebildet werden kann.
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Wenn die Signaldrähte, die Schweißabschnitte und die Elektrodendrähte nach dem Verbinden gekühlt werden, schrumpfen sie thermisch hauptsächlich in der axialen Richtung. Durch Anwenden einer Last auf die gleiche Weise während des Kühlens kann der Grad der Verengung der Schweißabschnitte verringert werden, und die Schweißabschnitte, die die vorhergehend beschriebene zu bevorzugende Form aufweisen, können leicht gebildet werden.
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Vorzugsweise ist in der vorliegenden, vorhergehend beschriebenen Erfindung die Abmessung zwischen den hervorstehenden Abschnitten in der Draufsicht (der Abstand in einer Richtung senkrecht zur axialen Linie) kleiner als die axiale Länge der Schweißabschnitte und die Abmessungen zwischen den hervorstehenden Abschnitten ist gleich oder kleiner als 150% der Durchmesser der Signaldrähte.
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Das ist so, weil, wenn die Schweißabschnitte eine Flanschform aufweisen, die erheblich von den Signaldrähten hervorsteht, der Beginn eines Bruchs von den Grenzflächenabschnitten zwischen den Schweißabschnitten und den Elektrodendrähten und zwischen den Schweißabschnitten und den Signalleitungen wahrscheinlich ist.
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Es kann sein, dass die ersten und die zweiten Enden der vorderen Endgrenzfläche sich nicht in der gleichen Ebene senkrecht zur axialen Richtung befinden, und es kann sein, dass die ersten und die zweiten Enden der hinteren Endgrenzfläche sich nicht in der gleichen Ebene senkrecht zur axialen Richtung befinden. Darüber hinaus kann es sein, dass die entgegengesetzten, radial am weitesten nach außen hervorstehenden Abschnitte sich nicht in der gleichen Ebene senkrecht zur axialen Richtung befinden. In diesem Fall können Werte, deren Durchschnitt in der axialen Richtung gebildet wird, als ihre Stellen verwendet werden.
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In der vorliegenden, vorhergehend beschriebenen Erfindung kann zum Beispiel ein Thermistor, ein Platinwiderstand usw. als der temperaturempfindliche Abschnitt des temperaturempfindlichen Elements verwendet werden.
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Beispiele für die Elektrodendrähte umfassen Pt-Drähte, Drähte aus Pt-Rh-Legierungen, Drähte aus Pt-Ir-Legierungen und Drähte, die aus einem Material hergestellt sind, das durch Beimengung einer geringen Menge eines Erdalkalimetallelements (wie beispielsweise Sr) zu einem Pt und einer Pt-Rh-Legierung hergestellt werden, und Beispiele der Signaldrähte umfassen Drähte aus Edelstahl und Drähte, die aus Inconel (eingetragenes Warenzeichen) hergestellt sind.
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Figurenliste
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- 1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht, die einen Temperatusensor einer ersten Ausführungsform zeigt, wobei der Temperatursensor in seiner axialen Richtung geschnitten ist.
- 2 veranschaulicht eine vergrößerte Draufsicht, die einen vorderen Endabschnitt des in der axialen Richtung geschnittenen Temperatursensors zeigt.
- 3 veranschaulicht eine vergrößerte Vorderansicht, die den vorderen Endabschnitt des in der axialen Richtung geschnittenen Temperatursensors zeigt.
- 4(a) veranschaulicht eine vergrößerte Draufsicht, die einen Abschnitt zeigt, der einen Schweißabschnitt zwischen einem Elektrodendraht und einem Mantelkerndraht umfasst.
- 4(b) veranschaulicht eine Querschnittsansicht entlang A-A in 4(a).
- 5 veranschaulicht eine vergrößerte Draufsicht, die einen Abschnitt zeigt, der den Schweißabschnitt zwischen dem Elektrodendraht und dem Mantelkerndraht umfasst, wobei der Schweißabschnitt in der axialen Richtung geschnitten ist.
- 6(a) veranschaulicht eine Vorderansicht, die einen Elektrodendraht und einen Mantelkerndraht zeigt, die aneinander stoßen, wenn sie zusammengeschweißt werden.
- 6(b) veranschaulicht eine Querschnittsansicht entlang B-B in 6(a).
- 7 stellt Veranschaulichungen dar, die ein Verfahren zum Herstellen des Temperatursensors zeigen.
- 8 veranschaulicht eine Querschnittsansicht, die einen Temperatursensor einer zweiten Ausführungsform zeigt, wobei der Temperatursensor in seiner axialen Richtung geschnitten ist.
- 9 veranschaulicht eine vergrößerte Vorderansicht, die einen vorderen Endabschnitt des Temperatursensors zeigt, der in der axialen Richtung geschnitten ist.
- 10 veranschaulicht eine vergrößerte Draufsicht, die einen Abschnitt zeigt, der einen Schweißabschnitt zwischen einem Elektrodendraht und einem Mantelkerndraht umfasst.
- 11(a) veranschaulicht eine vergrößerte Draufsicht, die einen Abschnitt zeigt, der einen Schweißabschnitt zwischen einem Elektrodendraht und einem Mantelkerndraht in einer dritten Ausführungsform zeigt.
- 11(b) veranschaulicht eine Querschnittsansicht entlang C-C in 11(a).
- 12 veranschaulicht eine vergrößerte Draufsicht, die einen Abschnitt zeigt, der einen Schweißabschnitt zwischen einem Elektrodendraht und einem Mantelkerndraht in einer vierten Ausführungsform umfasst.
- 13 veranschaulicht eine vergrößerte Fotografie, die einen Abschnitt zeigt, der Schweißabschnitte zwischen Elektrodendrähten und Mantelkerndrähten der Probe Nr. 1 im Versuchsbeispiel 1 umfasst.
- 14(a) veranschaulicht eine vergrößerte Fotografie, die einen Abschnitt zeigt, der einen Schweißabschnitt zwischen einem Elektrodendraht und einem Mantelkerndraht von Probe Nr. 2 im Versuchsbeispiel 1 umfasst.
- 14(b) veranschaulicht eine vergrößerte Fotografie, die einen Abschnitt zeigt, der einen Schweißabschnitt zwischen einem Elektrodendraht und einem Mantelkerndraht von Probe Nr. 3 im Versuchsbeispiel 1 umfasst.
- 15 stellt eine Veranschaulichung dar, die die Stelle des Laserschweißens im Versuchsbeispiel 2 zeigt.
- 16 stellt Fotografien dar, die in einem vergrößerten Maßstab die Nähen von Schweißabschnitten zwischen Elektrodendrähten und Mantelkerndrähten der Proben Nr. 4 bis 10 im Versuchsbeispiel 2 zeigen.
- 17 veranschaulicht einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Querschnittsfläche eines verengten Schweißabschnitts und der Zugfestigkeit im Versuchsbeispiel 3 zeigt.
- 18 stellt eine Veranschaulichung dar, die einen vorderen Endabschnitt eines herkömmlichen Temperatursensors zeigt, der in seiner axialen Richtung geschnitten ist.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Ausführungsformen eines Temperatursensors, auf den die vorliegende Erfindung angewandt wird, und eines Verfahrens zur Herstellung des Temperatursensors werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1. Erste Ausführungsform
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1-1. Gesamtstruktur des Temperatursensors
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Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Temperatursensor 1 in einer ersten Ausführungsform: ein Thermistorelement 2, das als ein temperarturempfindliches Element dient; ein Mantelelement 7, das ein Paar Mantelkerndrähte (Signaldrähte) 3 aus Metall innerhalb eines Mantelrohrs 5 in einem isolierten Zustand hält; ein zylindrisches Metallrohr (Gehäuse) 9, das ein geschlossenes vorderes Ende aufweist und sich in die Richtung einer axialen Linie O erstreckt; ein Anbringungselement 11, das das Metallrohr 9 unterstützt; ein Mutterelement 17, das einen sechseckigen Mutterabschnitt 13 und einen Gewindeabschnitt 15 aufweist; und ein äußeres Rohr 19, das in einen hinteren Endabschnitt des Anbringungselements 11 eingepasst ist.
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Die Richtung der axialen Linie O ist die Längsrichtung des Temperatursensors 1 (die Ausdehnungsrichtung der axialen Linie O) und entspricht der vertikalen Richtung in 1. Die vordere Endseite des Temperatursensors 1 ist die untere Seite in 1 und die hintere Endseite ist die obere Seite in 1 (das gleiche gilt für Folgendes).
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In dem Temperatursensor 1 ist das Thermistorelement 2 zur Temperaturmessung in einem vorderen Endabschnitt des Metallrohrs 9 enthalten. Der Temperatursensor 1 ist zum Beispiel an einem Strömungsrohr, wie beispielsweise einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors, angebracht, derart, dass der vordere Endabschnitt des Temperatursensors 1 innerhalb des Strömungsrohrs angeordnet ist, durch das ein Messzielgas (Abgas) strömt. Dadurch ermittelt der Temperatursensor 1 die Temperatur des Messzielgases.
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Die Bauelemente des Temperatursensors 1 werden als Nächstes im Detail beschrieben.
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Das Mantelelement 7 umfasst das Mantelrohr 5, das aus Metall (z. B. einer Edelstahllegierung) hergestellt ist, das Paar von Mantelkerndrähten 3, die aus einem leitfähigen Metall (z. B. einer Edelstahllegierung, wie beispielsweise SUS310S), hergestellt sind, und ein Isolierpulver 23, wie beispielsweise Siliziumoxidpulver, das die Mantelkerndrähte 3 derart hält, dass das Mantelrohr 5 elektrisch von den Mantelkerndrähten 3 isoliert ist.
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Wie später im Detail beschrieben, sind die Mantelkerndrähte 3 an ihren vorderen Enden mit Elektrodendrähten 25, die sich von dem Thermistorelement 2 nach hinten erstrecken, zum Beispiel durch Laserschweißen, verbunden. Die Mantelkerndrähte 3 sind auch mit ihren hinteren Enden durch zum Beispiel Widerstandsschweißen mit Quetschverbindungen 27 verbunden. Auf diese Weise sind die Mantelkerndrähte 3 an ihren hinteren Enden mit Anschlussdrähten 29 zur Verbindung mit einer externen Schaltung (z. B. einem elektronischen Steuergerät (engl. Electronic Control Unit - ECU) eines Fahrzeugs) durch die Quetschverbindungen 27 verbunden.
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Das Paar Mantelkerndrähte 3 ist voneinander durch ein Isolierrohr 31 isoliert und das Paar Quetschverbindungen 27 ist auch voneinander durch das Isolierrohr 31 isoliert. Jeder von den Anschlussdrähten 29 umfasst einen Leiter, der mit einem isolierenden Beschichtungsmaterial bedeckt ist, und ist angeordnet, um sich durch einen wärmebeständigen, aus Gummi hergestellten Hilfsring 33 zu erstrecken.
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Das Anbringungselement 11 umfasst einen zylindrischen hervorstehenden Abschnitt 35, der radial nach außen hervorsteht, und einen zylindrischen hinteren Mantelabschnitt 37, der sich von dem hervorstehenden Abschnitt 35 nach hinten erstreckt. Der hintere Mantelabschnitt 37 umfasst eine zylindrische Hülse 39, die sich nach hinten erstreckt, und das Metallrohr 9 ist mit der Hülse 39 verbunden. Insbesondere umgibt das Anbringungselement 11 die äußere umlaufende Fläche eines hinteren Endabschnitts des Metallrohrs 9, um das Metallrohr 9 zu unterstützen.
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Das Metallrohr 9 besteht aus einem korrosionsbeständigen Metall (zum Beispiel einer Edelstahllegierung, wie beispielsweise SUS310S, das auch ein hitzebeständiges Metall ist). Das Metallrohr 9 wird durch Tiefziehen eines Stahlblechs in eine Röhrenform gebildet, die sich in Richtung der axialen Linie O erstreckt und ein geschlossenes vorderes Ende und ein offenes hinteres Ende aufweist.
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Wie in 2 und 3 in einem vergrößerten Maßstab gezeigt, weist das Metallrohr 9 einen vorderen Abschnitt 41 mit kleinem Durchmesser, der einen kleinen Durchmesser aufweist, einen hinteren Abschnitt 43 mit großem Durchmesser, der einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des Abschnitts 41 mit dem kleinen Durchmesser, und einen Stufenabschnitt 45 auf, der zwischen dem Abschnitt 41 mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt 43 mit großem Durchmesser angeordnet ist.
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Das Thermistorelement 2 und Zement 47 sind in dem Metallrohr 9 enthalten und der Zement 47, der den Raum um das Thermistorelement 2 herum füllt, verhindert, das das Thermistorelement 2 rüttelt. Der Zement 47 besteht aus einem isolierenden Material, das amorphes Siliziumoxid und Aluminiumoxidaggregat enthält.
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Das Thermistorelement 2 umfasst einen gesinterten Thermistorkörper (temperaturempfindlicher Abschnitt) 49, der elektrische Eigenschaften (elektrischer Widerstand) aufweist, die sich mit der Temperatur ändern, und ein Paar Elektrodendrähte 25 zum Erhalten einer Änderung in den elektrischen Eigenschaften des gesinterten Thermistorkörpers 49.
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Der gesinterte Thermistorkörper 49 ist ein scheibenförmiger gesinterter Keramikkörper und besteht zum Beispiel aus einem Perowskit-Oxid, das eine Grundzusammensetzung aus (Sr, Y) (Al, Mn, Fe)O3 aufweist. Die Elektrodendrähte 25 bestehen zum Beispiel aus Platin (Pt) .
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1-2. Schweißabschnitte zwischen Elektrodendrähten und Mantelkerndrähten
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Als Nächstes wird die Struktur der Schweißabschnitte 55 zwischen den Elektrodendrähten 25 und den Mantelkerndrähten 3 beschrieben.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, ist in der ersten Ausführungsform einer der Elektrodendrähte 25 (der obere in 2) mit einem von den Mantelkerndrähten 3 verbunden und der andere von den Elektrodendrähten 25 (der untere in 2) ist mit dem anderen von den Mantelkerndrähten 3 verbunden. Das Paar Elektrodendrähte 25 ist parallel zueinander angeordnet und auch das Paar Mantelkerndrähte 3 ist parallel zueinander angeordnet.
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Das Paar Elektrodendrähte 25 und das Paar Mantelkerndrähte 3 sind in der gleichen Ebene S angeordnet (siehe 3). Die Ebene S erstreckt sich parallel zum Zeichenblatt von 2 (d. h. die Ebene S ist senkrecht zum Zeichenblatt von 3).
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Die Elektrodendrähte 25 und die Mantelkerndrähte 3 bestehen aus unterschiedlichen Materialien. Insbesondere bestehen die Elektrodendrähte 25 zum Beispiel aus Pt und die Mantelkerndrähte 3 bestehen aus einem Material, das einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das Material der Elektrodendrähte 25, z. B. aus SUS310S.
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Der Durchmesser ϕ (Außendurchmesser) der Elektrodendrähte 25 beträgt zum Beispiel 0,29 mm, der Durchmesser ϕ der Mantelkerndrähte beträgt zum Beispiel 0,47 mm. Insbesondere ist der Durchmesser der Elektrodendrähte 25 eingestellt, um kleiner zu sein als der Durchmesser der Mantelkerndrähte 3.
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Wie in 4(a) gezeigt, sind jeder Elektrodendraht 25 und ein entsprechender Mantelkerndraht 3 derart angeordnet, dass eine axiale Linie J1 des Elektrodendrahts 25 und eine axiale Linie J2 des Mantelkerndrahts 3 aufeinander ausgerichtet sind (d. h. die axiale Linie J1 und die axiale Linie J2 erstrecken sich entlang der gleichen axialen Linie J). Der Elektrodendraht 25 und der Mantelkerndraht 3 sind mit einem hinteren Endabschnitt 51 in Bezug auf die Richtung der axialen Linie J1 zusammengeschweißt, wobei der Elektrodendraht 25 einem in Bezug zur Richtung der axialen Linie J2 vorderen Endabschnitt 53 des Mantelkerndrahts 3 zugewandt ist. Die axiale Linie J ist parallel zur axialen Linie O.
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Genauer gesagt, ist ein Schweißabschnitt 55 zwischen dem hinteren Endabschnitt 51 des Elektrodendrahts 25 und dem vorderen Endabschnitt 53 des Mantelkerndrahts 3 gebildet. In dem Schweißabschnitt 55 sind das Material des Elektrodendrahts 25 und das Material des Mantelkerndrahts 3 zusammengeschmolzen, um den Elektrodendraht 25 und Mantelkerndraht 3 miteinander zu verbinden. Der Elektrodendraht 25 und der Mantelkerndraht 3 sind durch den Schweißabschnitt 55 miteinander verbunden, um einen leitfähigen Draht 56 zu bilden.
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Der Schweißabschnitt 55 ist solide und ohne Leerräume oder mit weniger Leerräumen (zum Beispiel einer Porosität von 30% oder weniger).
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Wie in 4 (a), 4(b) und 5 gezeigt, ist die gesamte äußere umlaufende Fläche 57 des Schweißabschnitts 55 gebogen, um radial nach außen konvex zu sein. Insbesondere weist die gesamte äußere umlaufende Fläche 57 eine Form auf, die nach außen ausgebaucht ist. Wenn die äußere umlaufende Fläche 57 in der Richtung der axialen Linie J (siehe 5) geschnitten ist, sind Liniensegmente, die der äußeren umlaufenden Fläche 57 (äußere umlaufende Abschnitte 57a und 57b) entsprechen, nach außen (in Richtung der Seite weg von der axialen Linie J) ohne Wendepunkte konvex.
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Wenn der Schweißabschnitt 55 in der Richtung der axialen Linie J (siehe 4(b)) betrachtet wird, ist der gesamte hintere Endabschnitt 51 des Elektrodendrahts 25 mit einem kleineren Durchmesser innerhalb des vorderen Endabschnitts 53 der Mantelkerndrähte 3 mit einem größeren Durchmesser enthalten.
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In der ersten Ausführungsform weist, wenn die Schweißabschnitte 55 in einer Richtung senkrecht zur Ebene S betrachtet werden, in der das Paar Elektrodendrähte 25 angeordnet ist (siehe 2 und 4(a)), jeder Schweißabschnitt 55 eine vordere Endgrenzfläche 63 auf, die die Grenzfläche zwischen dem hinteren Endabschnitt 51 eines entsprechenden Elektrodendrahts 25 und einem vorderen Endabschnitt 61 des Schweißabschnitts 55 ist, und weist auch eine hintere Endgrenzfläche 67 auf, die die Grenzfläche zwischen dem vorderen Endabschnitt 53 eines Mantelkerndrahts 3 und einem hinteren Endabschnitt 65 des entsprechenden Schweißabschnitts 55 ist.
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Die Ebene S umfasst Basisabschnitte des Paares von Elektrodendrähten 25 (Abschnitte, die von dem gesinterten Thermistorkörper 49 hervorstehen) und ist parallel zur axialen Linie O.
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Der erste äußere umlaufende Abschnitt 57a (der obere äußere umlaufende Abschnitt in 4(a)) des Schweißabschnitts 55, der sein äußerster Abschnitt in Bezug auf die radiale Richtung des Schweißabschnitts 55 ist (die Breitenrichtung (vertikale Richtung) in 4(a)), befindet sich radial außerhalb von (in 4 (a) oben) einer ersten geraden Linie D1, die einen ersten Endabschnitt 63a (einen ersten radialen Endabschnitt) der vorderen Endgrenzfläche 63 mit einem ersten Endabschnitt 67a (einem ersten radialen Endabschnitt) der hinteren Endgrenzfläche 67 verbindet (Bedingung 1).
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Auf ähnliche Weise befindet sich der zweite äußere umlaufende Abschnitt 57b (der untere äußere umlaufende Abschnitt in 4(a)) des Schweißabschnitts 55, der sein äußerster Abschnitt in Bezug auf die radiale Richtung ist, radial außerhalb von (in 4 (a) unten) einer zweiten geraden Linie D2, die einen zweiten Endabschnitt 63b (einen zweiten radialen Endabschnitt) der vorderen Endgrenzfläche 63 mit einem zweiten Endabschnitt 67b (einem zweiten radialen Endabschnitt) der hinteren Endgrenzfläche 67 verbindet (Bedingung 2).
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Die vordere Endgrenzfläche 63 ist in eine Ringform auf dem äußeren Umfang der Grenzfläche zwischen dem hinteren Endabschnitt 51 des Elektrodendrahts 25 und dem vorderen Endabschnitt 61 des Schweißabschnitts 55 gebildet. Die hintere Endgrenzfläche 67 ist in eine Ringform auf dem äußeren Umfang der Grenzfläche zwischen dem vorderen Endabschnitt 53 des Mantelkerndrahts 3 und dem hinteren Endabschnitt 65 des Schweißabschnitts 55 gebildet.
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Im ersten äußeren umlaufenden Abschnitt 57a (dem oberen äußeren umlaufenden Abschnitt in 4(a)) des Schweißabschnitts 55 ist eine vordere Endseitenlänge (L1) in der Richtung der axialen Linie J von einem ersten hervorstehenden Abschnitt T1, der der Abschnitt ist, der am weitesten radial nach außen (in 4(a) nach oben) hervorsteht, zum ersten Endabschnitt 63a der vorderen Endgrenzfläche 63 größer als eine hinteren Endseitenlänge (L2) von dem ersten hervorstehenden Abschnitt T1 zum ersten Endabschnitt 67a der hinteren Endgrenzfläche 67 (Bedingung 3) .
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Auf ähnliche Weise ist im zweiten äußeren umlaufenden Abschnitt 57b (der untere äußere umlaufende Abschnitt in 4(a)) des Schweißabschnitts 55 eine vordere Endseitenlänge (L1) in der Richtung der axialen Linie J von einem zweiten hervorstehenden Abschnitt T2, der der Abschnitt ist, der am weitesten radial nach außen (in 4(a) nach unten) hervorsteht, zum zweiten Endabschnitt 63a der vorderen Endgrenzfläche 63 größer als eine hintere Endseitenlänge (L2) von dem zweiten hervorstehenden Abschnitt T2 zum zweiten Endabschnitt 67b der hinteren Endgrenzfläche 67 (Bedingung 4).
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Wenn die Stellen in der Richtung der axialen Linie J der hervorstehenden Abschnitte T (T1, T2) sich voneinander unterscheiden, kann der Durchschnitt der Stellen der hervorstehenden Abschnitte T1 und T2 als die Stelle der hervorstehenden Abschnitte T verwendet werden.
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Der Abstand W zwischen den hervorstehenden Abschnitten T, d. h. der maximale Durchmesser (Breite) des Schweißabschnitts 55 (z. B. 0,60 mm) ist eingestellt, um kleiner als die Länge des Schweißabschnitts 55 in der Richtung der axialen Linie J (z. B. 0,80 mm) zu sein (Bedingung 5).
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Der Abstand W zwischen den hervorstehenden Abschnitten T ist gleich oder kleiner als 150% des Durchmessers des Mantelkerndrahts 3 (Bedingung 6). Die maximal hervorstehenden Längen ΔW (ΔW1, ΔW2) des Schweißabschnitts 55, der radial von einer äußeren umlaufenden Fläche 3a des Mantelkerndrahts 3 hervorsteht, beträgt 0,20 mm oder weniger.
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Die in 4(a) gezeigte Ausgestaltung (zum Beispiel die Bedingungen 1 bis 4 unter den Bedingungen 1 bis 6, die vorhergehend beschreiben sind) ist die gleiche, wenn der leitfähige Draht 56 um die axiale Linie J gedreht wird. Es ist indes nur notwendig, dass die vorhergehend beschriebenen Bedingungen 1 bis 6 (mindestens die Bedingungen 1 bis 4) zumindest erfüllt sind, wenn der Schweißabschnitt 55 in einer Richtung senkrecht zur Ebene S betrachtet wird, in der das Paar Elektrodendrähte 25 angeordnet ist.
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1-3. Verfahren zur Herstellung eines Temperatursensors
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Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Temperatursensors 1 beschrieben.
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Zur Herstellung des Temperatursensors 1 in der ersten Ausführungsform werden vorgeformte Bauteile, wie beispielsweise das Metallrohr 9, das Mantelelement 7, das Anbringungselement 11 und das Thermistorelement 2, unter Verwendung bekannter Verfahren vorbereitet.
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Dann wird, wie in 6(a) und 6(b) gezeigt, die Endfläche (hintere Endfläche 71) des hinteren Endabschnitts 51 von jedem von dem Paar von Elektrodendrähten 25 des Thermistorelements 2 gegen die Endfläche (vordere Endfläche 73) des vorderen Endabschnitts 53 von einem entsprechenden von dem Paar von Mantelkerndrähten 3 zum Anstoßen (d. h. Aneinanderstoßen) gebracht und die Endflächen werden durch Laserschweißen miteinander verbunden.
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Genauer gesagt, sind der Elektrodendraht 25 und der Mantelkerndraht 3 derart angeordnet, dass die axiale Linie J1 des Elektrodendrahts 25 mit der axialen Linie J2 des Mantelkerndrahts 3 zusammenfällt (d. h. der Elektrodendraht 25 ist koaxial mit dem Mantelkerndraht 3) und die hintere Endfläche 71 des Elektrodendrahts 25 und die vordere Endfläche 73 des Mantelkerndrahts 3 werden gegeneinander zum Anstoßen gebracht. Dann wird eine vorgegebene Last auf den Kontaktabschnitt (Kontaktfläche 75) von entgegengesetzten Seiten in der Richtung der axialen Linie J (in den Richtungen der Pfeile F1 und F2) angewandt.
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Zum Anwenden der Last wird zum Beispiel eine Feder (nicht gezeigt) verwendet, um eine Kraft auf das Thermistorelement 2 und das Mantelelement 7 von außen in die Richtung der axialen Linie J anzuwenden.
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Zum Beispiel wird das Mantelelement 7 durch eine Spannvorrichtung (nicht gezeigt) fixiert, um sich nicht zu bewegen und der gesinterte Thermistorkörper 49 wird durch eine andere Spannvorrichtung (nicht gezeigt) fixiert, um lediglich in die Richtung der axialen Linie O verschiebbar zu sein. Dann wird das vordere Ende (das linke Ende in 6(a)) des gesinterten Thermistorkörpers 49 durch die Feder gedrückt. Der Bereich der angewandten Last kann zwischen 40,0 gf und 44,5 gf betragen (gegeben als das angewandte Gewicht, was einer Last entspricht, die einem angewandten Gewicht zwischen 40,0 g und 44,5 g entspricht, was einer angewandten Kraft von 392 mN bis 437 mN entspricht).
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Dann wird, wie in 6(b) gezeigt, während die Last angewandt wird, ein Laserstrahl in Richtung des Elektrodendrahts 25 und des Mantelkerndrahts 3 von ihrer seitlichen Richtung (d. h. von einer Richtung senkrecht zur Richtung der axialen Linie J und die sich entlang der Ebene S erstreckt), gerichtet, um dadurch Laserschweißen durchzuführen.
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Die Stelle, die mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, befindet sich in einem vorgeschriebenen Abstand (z. B. 0,05 mm bis 0,25 mm) hinter (in 6 (a) rechts von) der vorderen Endfläche 73 des Mantelkerndrahts 3. Der Laserstrahl wird derart gerichtet, dass die Kontaktfläche 75, an der die hintere Endfläche 71 des Elektrodendrahts 25 und die vordere Endfläche 73 des Mantelkerndrahts 3 aneinander stoßen, nicht durch den Laserstrahl bestrahlt werden.
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Die Bedingungen für das Laserschweißen sind zum Beispiel wie folgt:
- Lasertyp: YAG-Laser
- Schweißpunktdurchmesser: 0,53 mm
- Impulsbreite: 10 ms
- Leistung am Verarbeitungspunkt: etwa 3,8 J
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Als Ergebnis der Laserbestrahlung wird der mit dem Laserstrahl bestrahlte Abschnitt (ein schraffierter Abschnitt M in 6(a)) geschmolzen und dies bewirkt, dass der vordere Endabschnitt des Mantelkerndrahts 3 und der hintere Endabschnitt des Elektrodendrahts 25 allmählich schmelzen. Dann wird die Laserbestrahlung angehalten und der geschmolzene Abschnitt erstarrt. Dadurch wird der Schweißabschnitt 55 gebildet, der in 4(a) usw. gezeigt ist.
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Ein Herstellungsverfahren nach dem Laserschweißen ist das gleiche wie ein herkömmliches Herstellungsverfahren und wird kurz beschrieben.
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Zum Beispiel wird, wie in 1 gezeigt, das Metallrohr 9 durch Pressen in das Anbringungselement 11 eingepasst und an die Hülse 39 geschweißt und das Metallrohr 9 wird dadurch mit dem Anbringungselement 11 integriert.
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Als Nächstes wird ein vorderes Endbauelement 81 (siehe 7), das das Mantelelement 7 mit dem daran geschweißten Thermistorelement 2 umfasst, mit dem Metallrohr 9 und dem daran geschweißten Anbringungselement 11 zusammengebaut.
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Dieses Verfahren wird unter Verwendung von 7 beschrieben.
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Zur Herstellung des vorderen Endbauelements 81 werden, bevor das Thermistor-Element 2 in das Metallrohr 9 mit dem daran geschweißten Anbringungselement 11 eingesetzt wird, eine Düse 83 in den vorderen Endabschnitt des Metallrohrs 9 eingesetzt und der Zement 47 in Pastenform in das Metallrohr 9 eingespritzt.
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Als Nächstes wird das Mantelelement 7 mit dem daran geschweißten Thermistorelement 2 in das Metallrohr 9 mit dem darin eingespritzten Zement 47 eingesetzt.
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Mit dem in das Metallrohr 9 eingesetzten Mantelelement 7 wird Langloch-Crimpen durchgeführt. Insbesondere werden Gesenke 85, die einander entgegengesetzt sind, von dessen radial äußeren Seite gegen das Metallrohr 9 gedrückt. Als Ergebnis des Langloch-Crimpens sind das Metallrohr 9 und das Mantelelement 7 vollständig positioniert und befestigt.
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Das vordere Endbauelement 81 wird auf die vorhergehend beschriebene Art und Weise fertiggestellt. Dann wird das vordere Endbauelement 81 einer gut bekannten Zentrifugal-Entgasung unterzogen. Nach dem Abschluss der Zentrifugal-Entgasung wird das vordere Endbauelement 81 einer Wärmebehandlung zum Trockenen (Aushärten) des Zements 47 unterzogen.
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Das wärmebehandelte vordere Endbauelement 81 wird auf die vorhergehend beschriebene Art und Weise fertiggestellt.
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Das Verfahren zum Zusammenbauen des vorderen Endbauelements 81 und anderer Bauelemente ist das gleiche wie ein herkömmlich verwendetes Verfahren und deshalb wird auf seine Beschreibung verzichtet.
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1-4. Effekte
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(1) In dem Temperatursensor 1 in der ersten Ausführungsform bestehen die Elektrodendrähte 25 und die Mantelkerndrähte 3 aus verschiedenen Materialien und der Durchmesser der Elektrodendrähte 25 ist kleiner als derjenige der Mantelkerndrähte 3. Der Schweißabschnitt 55 ist zwischen dem hinteren Endabschnitt 51 von jedem Elektrodendraht 25 und dem vorderen Endabschnitt 53 eines entsprechenden Mantelkerndrahts 3 vorhanden. In dem Schweißabschnitt 55 werden das Material des Elektrodendrahts 25 und das Material des Mantelkerndrahts 3 zusammengeschmolzen, um dadurch den Elektrodendraht 25 und Mantelkerndraht 3 miteinander zu verbinden.
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Wenn jeder Schweißabschnitt 55 in einer Richtung senkrecht zur Ebene S betrachtet wird, in der ein Paar Elektrodendrähte 25 angeordnet sind (in der Draufsicht), ist die vordere Endgrenzfläche 63 zwischen dem hinteren Endabschnitt 51 des Elektrodendrahts 25 und dem vorderen Endabschnitt 61 des Schweißabschnitts 55 vorhanden und die hintere Endgrenzfläche 67 ist zwischen dem vorderen Endabschnitt 53 des Mantelkerndrahts 3 und dem hinteren Endabschnitt 65 des Schweißabschnitts 55 vorhanden.
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In der Draufsicht befinden sich die ersten und zweiten radial äußersten umlaufenden Abschnitte 57a und 57b des Schweißabschnitts 55 radial außerhalb der ersten geraden Linie D1 beziehungsweise der zweiten geraden Linie D2.
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Darüber hinaus ist in den ersten und zweiten äußersten umlaufenden Abschnitten 57a und 57b des Schweißabschnitts 55 die vordere Endseitenlänge L1 in der Richtung der axialen Linie J von den radial am weitesten nach außen hervorstehenden Abschnitten T1 und T2 zur vorderen Endfläche 63 größer als die hintere Endseitenlänge L2 in der Richtung der axialen Linie J von den hervorstehenden Abschnitten T1 und T2 zu der hinteren Endgrenzfläche 67.
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Da dieser Temperatursensor 1 die Struktur aufweist, die vorhergehend beschrieben wurde (die Struktur, die die Bedingungen 1 bis 6 erfüllt), sind die Schweißabschnitte 55, die durch Zusammenschweißen der Elektrodendrähte 25 und der Mantelkerndrähte 3 hergestellt werden, die aneinander stoßen, nicht verengt (oder weniger verengt) und weisen keine Leerräume (oder weniger Leerräume) auf. Dies ergibt den Effekt, dass die Zuverlässigkeit (d. h. die Stärke der Verbindung und die Beständigkeit) der Schweißabschnitte 55 verbessert ist.
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Insbesondere weisen die Schweißabschnitte 55 zwischen den Elektrodendrähten 25 und den Mantelkerndrähten 3 weniger Leerräume auf. Die äußeren umlaufenden Abschnitte 57a und 57b von jedem Schweißabschnitt 55 befinden sich außerhalb der ersten geraden Linie D1 beziehungsweise der zweiten geraden Linie D2 und die vordere Endseitenlänge L1 ist eingestellt, um größer zu sein als die hintere Endseitenlänge L2. Dies ergibt den Effekt, dass ein Bruch der Schweißabschnitte 55 weniger wahrscheinlich ist als zum Beispiel bei einem Schweißabschnitt, der einen konkaven (verengten) Abschnitt aufweist, dessen äußere umlaufende Abschnitte 57a und 57b sich auf der Innenseite der ersten geraden Linie D1 beziehungsweise der zweiten geraden Linie D2 befinden.
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Der Durchmesser der Kerndrähte 3 ist größer als derjenige der Elektrodendrähte 25 und die hervorstehenden Abschnitte T der Schweißabschnitte 55, die den größten Durchmesser aufweisen, befinden sich näher an den Mantelkerndrähten 3 mit großem Durchmesser als die Elektrodendrähte 25. Aus diesem Grund sind die Schweißabschnitte 55 und die Mantelkerndrähte 3 fest miteinander verbunden.
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In dem Temperatursensor 1 ist die axiale Linie J1 von jedem Elektrodendraht 25 auf die axiale Linie J2 eines entsprechenden Mantelkerndrahts 3 ausgerichtet und der Elektrodendraht 25 und der Mantelkerndraht 3 sind angeordnet, um aneinander zu stoßen. Aus diesem Grund kann der Temperatursensor 1 hergestellt werden, ohne, dass es erforderlich ist, die Mantelkerndrähte 3 zu biegen wie in der herkömmlichen Technik, und dies hat den Effekt, dass das Verfahren zur Herstellung des Temperatursensors 1 vereinfacht werden kann.
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Darüber hinaus ist es in dem Temperatursensor 1 nicht erforderlich, dass die Elektrodendrähte 25 und die Mantelkerndrähte 3 derart angeordnet sind, dass sie einander mit einer vorgeschriebenen überlappenden Länge überlappen. Dies ist insofern vorteilhaft, als dass, sogar, wenn ein teures Edelmetallmaterial als das Material für die Elektrodendrähte 25 verwendet wird, die verwendete Menge an Edelmetallmaterial verringert werden kann.
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(2) In dem Temperatursensor 1 sind die gesamten äußeren umlaufenden Abschnitte 57a und 57b von jedem der Schweißabschnitte 55 derart gebogen, dass die radial nach außen konvex (d. h. nach außen konvex ohne Wendepunkte) sind.
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Daher können die Schweißabschnitte 55 eine ausreichende radiale Abmessung aufweisen (Breite: d. h. eine ausreichende Dicke über den gesamten Umfang). Dies hat den Effekt, dass, sogar, wenn die Schweißabschnitte 55 eine äußere Zugkraft in der axialen Richtung erfahren, eine geringere Wahrscheinlichkeit eines Bruchs der Schweißabschnitte 55 besteht.
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(3) Wenn der Temperatursensor 1 in seiner axialen Richtung betrachtet wird, ist der hintere Endabschnitt 51 von jedem Elektrodendraht 25 innerhalb des Bereichs des vorderen Endabschnitts 53 eines entsprechenden Mantelkerndrahts 3 enthalten.
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Insbesondere sind jeder Elektrodendraht 25 und ein entsprechender Mantelkerndraht 3 derart angeordnet, dass die axiale Linie J1 des Elektrodendrahts 25 mit der axialen Linie J2 des Mantelkerndrahts 3 ausgerichtet ist. Aus diesem Grund ist der Versatz zwischen dem Elektrodendraht 25 und dem Mantelkerndraht 3 gering und es kann ein gerader leitfähiger Draht 56 erhalten werden. Dies hat den Effekt, dass die Fähigkeit zur Verbindung der Drähte verbessert wird. Darüber hinaus kann ein ausreichender Zwischenraum zwischen dem Paar von leitfähigen Drähten 56 sichergestellt werden. Dies hat den Effekt, dass das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen den leitfähigen Drähten 56 unwahrscheinlich ist.
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(4) In dem Temperatursensor 1 sind die entsprechenden hervorstehenden Längen ΔW der hervorstehenden Abschnitte T von jedem von den Schweißabschnitten 55 klein. Dies hat den Effekt, dass das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen dem Paar von leitfähigen Drähten 56 unwahrscheinlich ist. Darüber hinaus ist es insofern vorteilhaft, als dass der vordere Endabschnitt des Metallrohrs 9 während der Herstellung leicht mit dem Zement 47 gefüllt werden kann.
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(5) In dem Verfahren zur Herstellung des Temperatursensors 1 in der ersten Ausführungsform stoßen die vorderen Endflächen 73 der Mantelkerndrähte 3 gegen die hinteren Endflächen 71 der Elektrodendrähte 25 an, und dann werden die Mantelkerndrähte 3 und die Elektrodendrähte 25 zusammengeschweißt.
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Deshalb können die Mantelkerndrähte 3 und die Elektrodendrähte 25 in gerade leitfähige Drähte 56 gebildet werden. Darüber hinaus können die Mantelkerndrähte 3 und die Elektrodendrähte 25 miteinander verbunden werden, nachdem sie in einen zuverlässigen Kontakt miteinander gebracht wurden.
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Da keine Notwendigkeit zum Biegen der Mantelkerndrähte 3 wie in der herkömmlichen Technik besteht, kann das Verfahren zur Herstellung des Temperatursensors 1 vereinfacht werden.
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(6) In dem Verfahren zur Herstellung des Temperatursensors 1 werden die Mantelkerndrähte 3 mit großem Durchmesser mit einem niedrigeren Schmelzpunkt mit einem Laserstrahl bestrahlt, um dadurch die Elektrodendrähte 25 und die Mantelkerndrähte 3 mit Laser zusammenzuschweißen.
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Insbesondere sind, da die Mantelkerndrähte 3 mit großem Durchmesser zuerst durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl bestrahlt werden, die Schweißabschnitte 55 weniger verengt. Da die Mantelkerndrähte 3 mit einem niedrigeren Schmelzpunkt zuerst geschmolzen werden, ist die Bildung von Leerräumen in den Schweißabschnitten 55 weniger wahrscheinlich. Das geschmolzene Material der Mantelkerndrähte 3 wird an die Elektrodendrähte 25 mit kleinem Durchmesser mit einem höheren Schmelzpunkt geliefert und dadurch werden die Elektrodendrähte 25 allmählich geschmolzen. Dies ermöglicht die einfache Bildung der Schweißabschnitte 55, die die vorhergehend beschriebene zu bevorzugende Form aufweisen.
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(7) In dem Verfahren zur Herstellung des Temperatursensors 1 werden die Mantelkerndrähte 3 und die Elektrodendrähte 25 zusammengeschweißt, während eine Last in der Richtung angewandt wird, in der die Mantelkerndrähte 3 und die Elektrodendrähte 25 aneinander stoßen.
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Deshalb besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass die Mantelkerndrähte 3 und die Elektrodendrähte 25 während des Schweißens falsch ausgerichtet sind. Darüber hinaus ist es insofern vorteilhaft, als dass die Schweißabschnitte 55, die die vorhergehend beschriebene, zu bevorzugende Form aufweisen, einfach gebildet werden können.
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1-5. Übereinstimmung mit den Ansprüchen
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Es wird eine Beschreibung der Übereinstimmung zwischen den in der ersten Ausführungsform verwendeten Begriffen und den in den Ansprüchen verwendeten Begriffen gegeben.
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Der gesinterte Thermistorkörper 49, die Elektrodendrähte 25, das Thermistorelement 2, die Mantelkerndrähte 3, der Temperatursensor, die Ebene S, die Schweißabschnitte 55, die vordere Endgrenzfläche 63, die hintere Endgrenzfläche 67, die äußeren umlaufenden Abschnitte 57a und 57b, die erste gerade Linie D1, die zweite gerade Linie D2, die hervorstehenden Abschnitte T, T1, T2, die vordere Endseitenlänge L1, die hintere Endseitenlänge L2, die vordere Endfläche 73 und die hintere Endfläche 71 entsprechen Beispielen des temperaturempfindlichen Abschnitts, der Elektrodendrähte, des temperaturempfindlichen Elements, der Signaldrähte, des Temperatursensors, der Ebene, der Schweißabschnitte, der vorderen Endgrenzfläche, der hinteren Endgrenzfläche, der radial äußersten umlaufenden Abschnitte, der ersten geraden Linie, der zweiten geraden Linie, der radial am weitesten nach außen hervorstehenden Abschnitte, der vorderen Endseitenlänge, der hinteren Endseitenlänge, der vorderen Endfläche beziehungsweise der hinteren Endfläche in den Ansprüchen.
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2. Zweite Ausführungsform
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Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. Auf die Beschreibung der gleichen Bauelemente wie diejenigen in der ersten Ausführungsform wird indes verzichtet.
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2-1. Gesamtstruktur des Temperatursensors
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Wie in 8 gezeigt, umfasst ein Temperatursensor 101 in der zweiten Ausführungsform Folgendes: ein Widerstandselement 102, das als ein temperaturempfindliches Element zur Temperaturmessung dient; ein Mantelelement 107, das ein Paar Mantelkerndrähte (Signaldrähte) 103 aus Metall innerhalb eines Mantelrohrs 105 in einem isolierten Zustand hält; ein zylindrisches Metallrohr 109, das ein geschlossenes vorderes Ende aufweist und sich in die Richtung einer axialen Linie O erstreckt; ein Anbringungselement 111, das das Metallrohr 109 unterstützt; ein Mutterelement 117, das einen sechseckigen Mutterabschnitt 113 und einen Gewindeabschnitt 115 aufweist; ein äußeres Rohr 119, das in einen hinteren Endabschnitt des Anbringungselements 111 eingepasst ist; und andere Bauelemente.
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Die Bauelemente sind bis auf das Widerstandselement 102 die gleichen wie diejenigen in der ersten Ausführungsform und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
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2-2. Widerstandselement
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Wie in 9 gezeigt, umfasst das Widerstandselement 102 einen temperaturempfindlichen vorderen Endabschnitt 121, der elektrische Eigenschaften aufweist, die sich mit der Temperatur ändern, und ein Paar Elektrodendrähte 123, die mit dem temperaturempfindlichen vorderen Endabschnitt 121 verbunden sind.
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Der temperaturempfindliche vordere Endabschnitt 121 umfasst eine Keramikbasis 125, einen Metallwiderstand 127, eine Verbindungsschicht 129, eine keramische Beschichtungsschicht 131 und Elektrodenanschlussflächen 133.
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Die Keramikbasis 125 besteht aus Aluminiumoxid und ist eine gebrannte Schicht, die im Voraus durch Brennen einer grünen Keramikschicht vorbereitet wurde.
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Der Metallwiderstand 127 ist ein Widerstandsthermometer, das hauptsächlich aus Platin (Pt) besteht und elektrische Eigenschaften (elektrischer Widerstand) aufweist, die sich mit der Temperatur ändern. Der Metallwiderstand 127 wird in eine vorgegebene Strukturform auf der Fläche der Keramikbasis 125 gebildet.
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Die keramische Beschichtungsschicht 131 besteht aus Aluminiumoxid und ist eine gebrannte Schicht, die im Voraus durch Brennen einer grünen Keramikschicht vorbereitet wurde. Die keramische Beschichtungsschicht 131 ist auf einer Fläche des Metallwiderstands 127 angeordnet, die ihrer Fläche im Kontakt mit der Kermikbasis 125 entgegengesetzt ist und einen vorderen Endabschnitt des Metallwiderstands 127 abdeckt.
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Die Verbindungsschicht 129 besteht aus Aluminiumoxid. Vor dem Verbinden weist die Verbindungsschicht 129 die Form einer Paste auf, die Aluminiumoxidpulver enthält. Danach werden die gebrannte Keramikbasis 125 und die keramische Beschichtungsschicht 131 durch die Paste laminiert und das Laminat wird einer Wärmebehandlung unterzogen. Dadurch wird die Paste die Verbindungsschicht 129.
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Das Paar Elektrodendrähte 123 ist elektrisch mit einem hinteren Endabschnitt (dem rechten Abschnitt in 9) des Metallwiderstands 127 durch die Elektrodenanschlussflächen 133 verbunden, die gebildet sind, um eine größere Breite aufzuweisen als das Leitermuster, das mit der keramischen Beschichtungsschicht 131 bedeckt ist.
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Die Elektrodenanschlussflächen 133 und das Paar Elektrodendrähte 123 werden durch Schweißen, wie beispielsweise Widerstandsschweißen oder Laserschweißen, an den Schweißpunkten 135 miteinander verbunden.
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Die Verbindungsabschnitte zwischen den Elektrodenanschlussflächen 133 und dem Paar Elektrodendrähten 123 sind mit einem Abdeckungselement 137 abgedeckt. Das Abdeckungselement 137 ist aus einem Glasmaterial hergestellt, das hauptsächlich aus Aluminosilikatglas besteht.
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Das Paar von Elektrodendrähten 123 ist derart angeordnet, dass es sich von dem hinteren Ende des Metallwiderstands 127 in Richtung des Mantelelements 107 (der hinteren Endseite) erstreckt.
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Das Paar von Elektrodendrähten 123 ist derart angeordnet, dass ihre hinteren Enden gegen die vorderen Enden des Paares von Mantelkerndrähten 103 aneinander stoßen, wie in der ersten Ausführungsform. Genauer gesagt, werden die hinteren Enden des Paares von Elektrodendrähten 123 und die vorderen Enden des Paares von Mantelkerndrähten 103 durch Schweißabschnitte 139, die durch Laserschweißen gebildet werden, miteinander verbunden.
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Die Struktur der Elektrodendrähte 123, der Mantelkerndrähte 103 und der Schweißabschnitte 139, die vorhergehend beschrieben sind, sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform (d. h. erfüllen die Bedingungen 1 bis 6).
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Insbesondere befindet sich, wie in 10 gezeigt, wenn jeder von den Schweißabschnitten 139 in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene S (einer Ebene, die sich entlang des Zeichenblattes von 10 erstreckt) betrachtet wird, in der das Paar von Elektrodendrähten 123 angeordnet ist (d. h. in 9 von oben), ein erster radial äußerster umlaufender Abschnitt 141a des Schweißabschnitts 139 radial außerhalb (in 10 über) einer ersten geraden Linie D1, die ein erstes Ende 143a (erstes radiales Ende) einer vorderen Endgrenzfläche 143 und ein erstes Ende 145a (erstes radiales Ende) einer hinteren Endgrenzfläche 145 verbindet.
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Auf ähnliche Weise befindet sich ein zweiter radial äußerster umlaufender Abschnitt 141b des Schweißabschnitts 139 radial außerhalb von(in 10 unter) einer zweiten geraden Linie D2, die ein zweites Ende 143b (zweites radiales Ende) der vorderen Endgrenzfläche 143 und ein zweites Ende 145b (zweites radiales Ende) der hinteren Endgrenzfläche 145 verbindet.
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Darüber hinaus ist im ersten radial äußersten umlaufenden Abschnitt 141a des Schweißabschnitts 139 eine vordere Endseitenlänge L1 in der Richtung der axialen Linie J von einem ersten hervorstehenden Abschnitt T1, der der Abschnitt ist, der am weitesten radial nach außen hervorsteht, zum ersten Ende 143a der vorderen Endgrenzfläche 143 größer als eine hintere Endseitenlänge L2 von dem ersten hervorstehenden Abschnitt T1 zum ersten Ende 145a der hinteren Endgrenzfläche 145.
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Auf ähnliche Weise ist im zweiten radial äußersten umlaufenden Abschnitt 141b des Schweißabschnitts 139 eine vordere Endseitenlänge L1 in der Richtung der axialen Linie J von einem zweiten hervorstehenden Abschnitt T2, der der Abschnitt ist, der am weitesten radial nach außen hervorsteht, zum zweiten Ende 143b der vorderen Endgrenzfläche 143 größer als eine hintere Endseitenlänge L2 von dem zweiten hervorstehenden Abschnitt T2 zum zweiten Endabschnitt 145b der hinteren Endgrenzfläche 145.
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Die Struktur der zweiten Ausführungsform, die vorhergehend beschrieben ist, weist die gleichen Effekte auf wie diejenige der ersten Ausführungsform.
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3. Weitere Ausführungsformen
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Als Nächstes werden weitere Ausführungsformen beschrieben. Auf die Beschreibung der gleichen Bauelemente wie diejenigen in der ersten Ausführungsform wird indes verzichtet.
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Wie in 11(a) und 11 (b) gezeigt, werden in einem Temperatursensor 151 in einer dritten Ausführungsform die Elektrodendrähte 153 und Mantelkerndrähte 155 nicht koaxial zueinander angeordnet. Die axiale Linie J1 von jedem Elektrodendraht 153 ist von der axialen Linie J2 eines entsprechenden Mantelkerndrahts 155 versetzt.
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Auch in der dritten Ausführungsform sind wie in der ersten Ausführungsform die Elektrodendrähte 153 und die Mantelkerndrähte 155 durch Schweißabschnitte 157 miteinander verbunden.
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Aus diesem Grund werden die gleichen Effekte wie diejenigen in der ersten Ausführungsform erhalten.
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Wie in 12 gezeigt, sind in einem Temperatursensor 161 in einer vierten Ausführungsform die Elektrodendrähte 163 und die Mantelkerndrähte 165 koaxial miteinander angeordnet und durch Schweißabschnitte 167 miteinander verbunden wie in der ersten Ausführungsform.
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Die äußere Form der Schweißabschnitte 167 unterscheidet sich von derjenigen in der ersten Ausführungsform und ein Teil der äußerem umlaufenden Fläche 169 von jedem Schweißabschnitt 167 ist in Richtung der axialen Linie J eingedrückt.
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Insbesondere befinden sich, wenn jeder Schweißabschnitt 167 in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene betrachtet wird, in der das Paar von Elektrodendrähten 163 angeordnet ist, die ersten und zweiten äußeren umlaufenden Abschnitte 169a und 169b der äußeren umlaufenden Fläche 169 des Schweißabschnitts 167 radial außerhalb (außerhalb in Bezug zu der axialen Linie J) der ersten geraden Linie D1 beziehungsweise der zweiten geraden Linie D2 wie in der ersten Ausführungsform. Die äußeren umlaufenden Abschnitte 169a und 169b sind indes teilweise in Richtung der axialen Linie J eingedrückt, um Wendepunkte aufzuweisen.
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Auch werden in der vierten Ausführungsform die gleichen Effekte wie diejenigen in der ersten Ausführungsform erhalten.
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4. Versuchsbeispiele
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Als Nächstes wird eine Beschreibung von Versuchsbeispielen gegeben, die durchgeführt werden, um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu untersuchen.
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4-1. Versuchsbeispiel 1
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a) Im Versuchsbeispiel 1 wurde ein Teil eines Temperatursensors von Probe Nr. 1, die als ein erfinderisches Beispiel dient, durch das gleiche Herstellungsverfahren wie in der ersten Ausführungsform hergestellt. Insbesondere wurde ein Testelement durch Zusammenschweißen des Thermistorelements und des Mantelelements des Temperatursensors mit Laser hergestellt.
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Die Bedingungen des Laserschweißens für Probe Nr. 1 sind die Bedingungen, die in der ersten Ausführungsform beispielhaft erläutert sind. Die hinteren Endflächen der Elektrodendrähte wurden gegen die vorderen Endflächen der Mantelkerndrähte gestoßen und dann wurde eine Last von 42,0 gf (die einem angewandten Gewicht von 42,0 g entspricht, was einer angewandten Kraft von etwa 412 mN entspricht) auf die Kontaktabschnitte von entgegengesetzten axialen Enden angewandt. Die mit dem Laserstrahl bestrahlten Stellen befanden sich 0,15 mm hinter (in der Richtung weg von den Elektrodendrähten) den vorderen Endflächen der Mantelkerndrähte. Andere Herstellungsbedingungen waren die gleichen wie in der ersten Ausführungsform (das gleiche gilt für Folgendes).
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Dann wurden die Nähe der Schweißabschnitte zwischen den miteinander verbundenen Elektrodendrähten und den Mantelkerndrähten beobachtet und eine Fotografie von den beobachteten Regionen gemacht. 13 zeigt die Fotografie der Nähe der Schweißabschnitte des Paares von leitfähigen Drähten in Probe Nr. 1. Die Fotografie wurde mit einer 150-fachen Vergrößerung in einer Richtung senkrecht zur Ebene S gemacht.
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Die Abmessungen der Teile des Testelements von Probe Nr. 1 wurden gemessen. Wie aus 13 deutlich wird, erfüllt der Temperatursensor (Testelement), der durch das gleiche Herstellungsverfahren hergestellt wurde wie in der ersten Ausführungsform, die Bedingungen 1 bis 4, die vorhergehend beschrieben wurden.
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Insbesondere betrug L1 des Schweißabschnitts von einem (oberen) von den leitfähigen Drähten in der Probe Nr. 1 0,51 mm und L2 betrug 0,29 mm. L1 des Schweißabschnitts des anderen (des unteren) von den leitfähigen Drähten betrug 0,57 mm und L2 betrug 0,24 mm.
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b) Im Versuchsbeispiel 1 wurden die Testelemente der Temperatursensoren der Proben Nr. 2 und 3 auch als Vergleichsbeispiele hergestellt.
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In der Probe Nr. 2 wurden die hinteren Endflächen der Elektrodendrähte gegen die vorderen Endflächen der Mantelkerndrähte zum Aneinanderstoßen gebracht. Dann wurde im Gegensatz zu Probe Nr. 1 die auf die Kontaktabschnitte von den entgegengesetzten axialen Enden angewandte Kraft auf 45,0 gf geändert (was einem angewandten Gewicht von 45,0 g entspricht, was einer angewandten Kraft von etwa 441 mN entspricht) und es wurde Laserschweißen durchgeführt.
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Im Gegensatz zu Probe Nr. 1 wurden in der Probe Nr. 3 die mit dem Laserstrahl bestrahlten Stellen auf die Stellen geändert, die sich 0,20 mm vor den vorderen Endflächen der Mantelkerndrähte (d. h. Stellen innerhalb der Elektrodendrähte) befanden.
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Dann wurden die Nähen der Schweißabschnitte zwischen den miteinander verbundenen Elektrodendrähten und Mantelkerndrähten beobachtet und Fotografien von den beobachteten Regionen gemacht. 14(a) und 14(b) sind Fotografien, die jeweils die Nähe des Schweißabschnitts von einem von dem Paar von leitfähigen Drähten in Probe Nr. 2 oder 3 zeigen. Die Fotografien wurden mit einer 150-fachen Vergrößerung in einer Richtung senkrecht zur Ebene S gemacht.
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Die Abmessungen der Teile der Testelemente von Probe Nr. 2 und 3 wurden gemessen. Wie aus 14(a) und 14(b) deutlich wird, erfüllen die Testelemente in den Vergleichsbeispielen keine von den vorhergehend beschriebenen Bedingungen 1 bis 4.
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Zum Beispiel erfüllt die Probe Nr. 2 (NG1) nicht die Bedingungen 3 und 4. Darüber hinaus sind die Schweißabschnitte erheblich radial nach außen ausgebaucht (die Bedingungen 5 und 6 sind nicht erfüllt). In der Probe Nr. 3 (NG2) sind die Schweißabschnitte erheblich verengt und die Bedingungen 1 und 2 werden nicht erfüllt.
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4-2. Versuchsbeispiel 2
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Im Versuchsbeispiel 2 wurde die von dem Laserstrahl bestrahlte Stelle geändert, um den Zustand der gebildeten Schweißabschnitte zu untersuchen.
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Insbesondere ist, wie in 15 gezeigt, die Stelle (Kontaktabschnitt (75)), an der die Elektrodendrähte (25) gegen die Mantelkerndrähte (3) aneinander stoßen, eingestellt, um eine Bezugsstelle 0 zu sein. Wenn eine Stelle hinter (auf der Seite in Richtung der Mantelkerndrähte) der Bezugsstelle 0 mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, liegt diese Stelle auf einer negativen (-) Seite. Wenn eine Stelle vor (auf der Seite in Richtung der Elektrodendrähte) der Bezugsstelle 0 mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, liegt diese Stelle auf einer positiven (+) Seite. Verschiedenen Stellen (verschiedene Zielschweißstellen) wurden mit dem Laserstrahl bestrahlt. Zehn Testelemente wurden für jede der Proben Nr. 4 bis 10 mit unterschiedlichen Zielschweißstellen hergestellt.
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Die Bedingungen des Laserschweißens waren bis auf die Zielschweißstelle die gleichen wie in der ersten Ausführungsform. Insbesondere waren die Bedingungen des Laserschweißens die gleichen wie die Bedingungen, die in der ersten Ausführungsform beispielhaft erläutert sind. Während die hinteren Endflächen der Elektrodendrähte gegen die vorderen Endflächen der Mantelkerndrähte gestoßen wurden, wurde eine Last von 42,0 gf (die einem angewandten Gewicht von 42,0 g entspricht, was einer angewandten Kraft von etwa 412 mN entspricht) auf den Kontaktabschnitt von entgegengesetzten axialen Enden angewandt.
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Die Ergebnisse sind in 16 gezeigt. Wie aus 16 deutlich wird, wurden, wenn die Zielschweißstelle negativ (d. h. auf der Seite in Richtung der Mantelkerndrähte) war, insbesondere, wenn die Zielschweißstelle sich bei -0,05 mm bis -0,25 mm befand wie in den Proben Nr. 6 bis 10, gute Schweißabschnitte (d. h. Schweißabschnitte, die alle von den Bedingungen 1 bis 4 erfüllen) erhalten.
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Wenn indes die Zielschweißstelle +0,2 mm bis +0,10 mm war, wie in den Proben Nr. 4 und 5, waren die Schweißabschnitte erheblich verengt (d. h. eine oder mehrere von den Bedingungen 1 bis 4 wurde/n nicht erfüllt). Daher ist eine Zielschweißstelle von +0,2 mm bis +0,10 mm nicht zu bevorzugen. In 16 ist die Anzahl der Proben mit erheblich verengten Schweißabschnitten von den zehn Proben als die Anzahl der verengten NG-Proben gezeigt.
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4-3. Versuchsbeispiel 3
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Im Versuchsbeispiel 3 wurde die Zugfestigkeit der leitfähigen Drähte der Temperatursensoren untersucht, wobei jeder leitfähige Draht einen Schweißabschnitt umfasst.
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Viele Probekörper von leitfähigen Drähten (z. B. 30 Probekörper) mit verengten und nicht verengten Schweißabschnitten wurden unter Verwendung verschiedener Zielschweißstellen hergestellt wie im Versuchsbeispiel 2.
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Die Zugfestigkeit von jedem Probekörper wurde wie folgt bestimmt. Die Elektrodendrähte und die Mantelkerndrähte wurden gehalten und mit einer konstanten Geschwindigkeit in ihre axiale Richtung gezogen und die Zugfestigkeit beim Bruch der leitfähigen Drähte wurde bestimmt. Zusätzlich wurden die Querschnittsflächen der verengten Schweißabschnitte von jedem Probekörper (die Flächen der Querschnitte senkrecht zur axialen Richtung) bestimmt.
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Die Ergebnisse sind in 17 gezeigt. In 17 stellen Kreise (o) dar, dass ein Bruch in einem Elektrodendraht (Pt-Draht) aufgetreten ist, und Kreuze (x) stellen dar, dass ein Bruch in einer Schweißstelle aufgetreten ist. Der Durchmesser ϕ der Elektrodendrähte beträgt 0,283 mm.
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Wie aus 17 ersichtlich ist, ist die Zugfestigkeit umso größer je größer die Querschnittsfläche des verengten Schweißabschnitts (die Fläche des Querschnitts des verengten Schweißabschnitts) ist. Wenn die Querschnittsfläche des verengten Schweißabschnitts die gleiche ist wie die Querschnittsfläche des Elektrodendrahts, bricht der Elektrodendraht.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Formen ausgeführt werden, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen.
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Zum Beispiel sind die Materialien und Durchmesser der Elektrodendrähte und Mantelkerndrähte nicht auf diejenigen in den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Darüber hinaus ist das temperaturempfindliche Element nicht auf diejenigen in den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 101, 151, 161
- Temperatursensor
- 2
- Thermistorelement (temperaturempfindliches Element)
- 3, 103, 155, 165
- Mantelkerndraht (Signaldraht)
- 25, 123, 153, 163
- Elektrodendraht
- 49
- gesinterter Thermistorkörper (temperaturempfindlicher Abschnitt)
- 55, 139, 157, 167
- Schweißabschnitt
- 57a, 57b, 141a, 141b
- äußerer umlaufender Abschnitt
- 63, 143
- vordere Endgrenzfläche
- 67, 145
- hintere Endgrenzfläche
- 71
- hintere Endfläche
- 73
- vordere Endfläche
- 102
- Widerstandselement (temperaturempfindliches Element)
- 121
- vorderes Ende temperaturempfindlicher Abschnitt (temperaturempfindlicher Abschnitt)
- D1
- erste gerade Linie
- D2
- zweite gerade Linie
- L1
- vordere Endseitenlänge
- L2
- hintere Endseitenlänge
- T, T1, T2
- hervorstehender Abschnitt
- S
- Ebene
