DE102019117865A1

DE102019117865A1 - Temperatursensor

Info

Publication number: DE102019117865A1
Application number: DE102019117865.7A
Authority: DE
Inventors: Toshiya OYA; Daisuke Mishima; Seiji Oya
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2020-01-16
Also published as: CN110715751A; CN110715751B

Abstract

Ein Temperatursensor weist ein temperaturempfindliches Element (10) auf, das aus einem temperaturempfindlichen Abschnitt (11) und einem Element-Elektrodendraht (12) gebildet ist, der sich vom temperaturempfindlichen Abschnitt (11) zu einer hinteren Endseite des Temperatursensors erstreckt; ein Mantelelement (20), das sich an einer hinteren Endseite des temperaturempfindlichen Elements (10) befindet, wobei das Mantelelement (20) einen Mantel-Kern-Draht (21) aufweist, der elektrisch mit dem Element-Elektrodendraht (12) verbunden ist, und ein Mantelaußenrohr (22), das darin den Mantel-Kern-Draht (21) mit einem Isoliermaterial aufnimmt; und ein leitfähiges Rohr (80), das sich in einer Achsrichtung (O) des Temperatursensors erstreckt und rohrförmig oder teilweise rohrförmig im Querschnitt ausgebildet ist, wobei das leitfähige Rohr (80) den Element-Elektrodendraht (12) und den Mantel-Kern-Draht (21) elektrisch verbindet, indem es den Element-Elektrodendraht (12) an einer Kopfendseite des leitfähigen Rohres (80) aufnimmt und den Mantel-Kern-Draht (21) an einer hinteren Endseite des leitfähigen Rohres (80) aufnimmt. Das leitende Rohr (80) weist einen höheren linearen Ausdehnungskoeffizienten auf als der Element-Elektrodendraht (12), wobei der Element-Elektrodendraht (12) an einer Innenseite des leitenden Rohres (80) befestigt ist, und zwischen einem hinteren Ende (11e) des temperaturempfindlichen Abschnitts (11) und einer Spitze (80s) des leitenden Rohres (80) ist ein Abstand D1 in Achsrichtung (O) vorgesehen.

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Temperatursensor mit einem temperaturempfindlichen Element, wie etwa einem Thermistorelement und einem Pt-Widerstandselement.
Als Temperatursensor, der die Temperatur des Abgases eines Fahrzeugs detektiert, ist ein Temperatursensor bekannt, der Widerstandsänderungen eines temperaturempfindlichen Elements, wie etwa eines Thermistors und eines Pt-Widerstands, mit Temperatur ausnutzt.
Ein solcher Temperatursensor weist im Allgemeinen eine Konfiguration auf, bei der, wie in 6 dargestellt, ein Paar Element-Elektrodendrähte 100A, die sich von einer hinteren Endseite eines temperaturempfindlichen Elements 100 (ein temperaturempfindlicher Abschnitt 100B) erstrecken, und Mantel-Kern-Drähte 200A eines Mantelelements 200 in einem Metallrohr 300 elektrisch miteinander verbunden sind, und Lücken im Metallrohr 300 mit Zement 400, wie etwa Aluminiumoxid, gefüllt sind (siehe Patentdokument 1).
Hierbei ist eine Länge des Temperatursensors je nach Verwendung des Temperatursensors unterschiedlich. Es ist jedoch schwierig, den Temperatursensor jedes Mal anzufertigen, wenn sich die Länge des Temperatursensors mit der Länge der Element-Elektrodendrähte 100A des temperaturempfindlichen Elements 100 und des Mantelelements 200 ändert, die entsprechend der Länge des Temperatursensors geändert werden. Da im Allgemeinen Edelmetall, wie etwa Pt-Rh-Draht, für den Element-Elektrodendraht 100A verwendet wird, führt die Längenverlängerung des Element-Elektrodendrahtes 100A mit der Längenzunahme des Temperatursensors zu einer Erhöhung der Kosten.
Aus diesen Gründen ist der Temperatursensor, wie im Patentdokument 1 offenbart, so konfiguriert, dass die Element-Elektrodendrähte 100A und die Mantel-Kern-Drähte 200A durch leitfähige Metallrohre 500 miteinander verbunden sind. Dann, selbst wenn sich die Länge des Temperatursensors ändert, kann durch Ändern einer Länge des leitfähigen Metallrohrs 500 der übliche Element-Elektrodendraht 100A und das Mantelelement 200 unverändert verwendet werden.
Patentdokument 1: Vorläufige japanische Patentveröffentlichung Nr. 2017-015701 (1 und 2 und Abs. [0027])
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Hier ist ein Innendurchmesser eines Kopfendes des Rohres 500 etwas größer als ein Außendurchmesser des Element-Elektrodendrahtes 100A und ein Innendurchmesser eines hinteren Endes des Rohres 500 ist etwas größer als ein Außendurchmesser des Mantel-Kern-Drahtes 200A. Anschließend verbindet das Rohr 500, durch Einsetzen des Element-Elektrodendrahtes 100A und des Mantel-Kern-Drahtes 200A in die jeweiligen beiden Enden des Rohres 500 und durch Presspassen oder Schweißen, den Element-Elektrodendraht 100A und den Mantel-Kern-Draht 200A elektrisch.
Da der Element-Elektrodendraht 100A in das Kopfende des Rohres 500 eingeführt wird, erfolgt das Positionieren des Rohres 500, indem das Kopfende des Rohres 500 mit dem hinteren Ende des temperaturempfindlichen Abschnitts 100B des temperaturempfindlichen Elements 100 in Kontakt steht.
Das Rohr 500 besteht jedoch aus einer hitzebeständigen Legierung, deren Kosten geringer sind und deren Wärmeausdehnungskoeffizient höher ist als der des Element-Elektrodendrahtes 100A. Aus diesem Grund erweitert oder verlängert sich das Rohr 500, wie in 7 dargestellt, im Vergleich zum Element-Elektrodendraht 100A mit einem Schweißabschnitt (einem Befestigungsabschnitt) W als Ausgangspunkt unter Hochtemperaturbedingungen, und ein Kopfende 500s des Rohres 500 drückt gegen die hintere Endseite des temperaturempfindlichen Abschnitts 100B. Dann wird der Element-Elektrodendraht 100A als Abstoßung dieser Presskraft, wie durch einen Pfeil in 7 dargestellt, durch den Schweißabschnitt W gezogen oder zu einer hinteren Endseite gezogen. Dies könnte zu einem Problem durch Brechen eines Verbindungsabschnitts B zwischen dem Element-Elektrodendraht 100A und dem temperaturempfindlichen Abschnitt 100B führen.
Die vorliegende Erfindung wurde aufgrund des oben genannten technischen Problems angefertigt. Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher das Bereitstellen eines Temperatursensors, der in der Lage ist, den Bruch des temperaturempfindlichen Elements durch einen Temperaturschock zu unterdrücken.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Temperatursensor auf: ein temperaturempfindliches Element, das aus einem temperaturempfindlichen Abschnitt und einem Element-Elektrodendraht, der sich vom temperaturempfindlichen Abschnitt zu einer hinteren Endseite des Temperatursensors erstreckt, gebildet ist; ein an einer hinteren Endseite des temperaturempfindlichen Elements angeordnetes Mantelelement, wobei das Mantelelement einen Mantel-Kern-Draht, der elektrisch mit dem Element-Elektrodendraht verbunden ist, und ein Mantelaußenrohr aufweist, das darin den Mantel-Kern-Draht mit einem Isoliermaterial aufnimmt; und ein leitfähiges Rohr, das sich in einer Achsrichtung des Temperatursensors erstreckt und rohrförmig oder teilweise rohrförmig im Querschnitt ausgebildet ist, wobei das leitfähige Rohr den Element-Elektrodendraht und den Mantel-Kern-Draht elektrisch verbindet, indem es den Element-Elektrodendraht an einer Kopfendseite des leitfähigen Rohres aufnimmt und den Mantel-Kern-Draht an einer hinteren Endseite des leitfähigen Rohres aufnimmt. Und das leitende Rohr weist einen höheren linearen Ausdehnungskoeffizienten auf als der Element-Elektrodendraht, wobei der Element-Elektrodendraht an einer Innenseite des leitenden Rohres befestigt ist, und zwischen einem hinteren Ende des temperaturempfindlichen Abschnitts und einer Spitze des leitenden Rohres ein Abstand D1 in Achsrichtung vorgesehen ist.
Obwohl eine Länge des Temperatursensors je nach Verwendung für den Temperatursensor unterschiedlich ist, führt das Anfertigen des Temperatursensors jedes Mal, wenn sich die Länge des Temperatursensors mit der Länge des Element-Elektrodendrahtes des temperaturempfindlichen Elements und des zu ändernden Mantelelements ändert und auch die Längenverlängerung des teuren Element-Elektrodendrahtes, zu einer Erhöhung der Kosten.
Daher kann nach dem vorstehenden Temperatursensor unter Verwendung des leitfähigen Rohres, dessen linearer Ausdehnungskoeffizient höher und dessen Kosten niedriger sind als die des Element-Elektrodendrahtes, für die elektrische Verbindung zwischen dem Element-Elektrodendraht und dem Mantel-Kern-Draht und die Änderung einer Länge dieses leitfähigen Rohres, auch wenn sich die Länge des Temperatursensors ändert, ein üblicher Element-Elektrodendraht und ein Mantelelement, so wie sie sind, verwendet werden.
Ferner wird durch Bereitstellen des Abstandes D1, auch wenn sich das leitfähige Rohr unter Hochtemperaturbedingungen verlängert, ein Zustand beibehalten, in dem die Spitze (das Kopfende) des leitfähigen Rohres vom hinteren Ende des temperaturempfindlichen Abschnitts getrennt ist. Dadurch entsteht keine Situation, in der die Spitze des leitfähigen Rohres gegen den temperaturempfindlichen Abschnitt drückt. Der Bruch eines Verbindungsabschnitts zwischen dem Element-Elektrodendraht und dem temperaturempfindlichen Abschnitt, der dadurch verursacht wird, dass der Element-Elektrodendraht durch Abstoßung der Presskraft des leitfähigen Rohres zur hinteren Endseite gezogen oder gedehnt wird, kann somit unterdrückt werden. Somit ist es möglich, den Bruch des temperaturempfindlichen Elements durch einen Temperaturschock zu unterdrücken.
Der Temperatursensor kann so konfiguriert werden, dass, wenn eine Länge in Achsrichtung von der Spitze (Kopfende) des leitenden Rohres zu einem Kopfende (vorderen Ende) eines Befestigungsabschnitts des leitenden Rohres und des Element-Elektrodendrahts L1 ist, eine Beziehung von D1 > (L1/10) erfüllt ist.
Ein Verlängerungsbetrag des leitenden Rohres ist im Wesentlichen L1/10 oder weniger. Daher kann gemäß dem obigen Temperatursensor, da die Beziehung von D1 > (L1/10) erfüllt ist, das leitfähige Rohr auch unter Hochtemperaturbedingungen sicher vom temperaturempfindlichen Abschnitt getrennt werden.
Der Temperatursensor könnte so konfiguriert werden, dass zwischen der Spitze des leitenden Rohres und dem Element-Elektrodendraht ein Abstand D2 in radialer Richtung vorgesehen ist.
Es gibt einen Fall, in dem der temperaturempfindliche Abschnitt durch den Lauf des Fahrzeugs in radialer Richtung schwingt und der Element-Elektrodendraht durch die Schwingung des temperaturempfindlichen Abschnitts ebenfalls in radialer Richtung schwingt. Berührt der Element-Elektrodendraht zu diesem Zeitpunkt einen Kantenabschnitt der Spitze des leitenden Rohres, da das im Vergleich zum Element-Elektrodendraht starre leitende Rohr dazu neigt, sich nicht zu bewegen, besteht die Gefahr, dass auf einen Kontaktabschnitt des Element-Elektrodendrahtes Spannung ausgeübt wird und der Element-Elektrodendraht an diesem Kontaktabschnitt gebrochen wird.
Daher ist der Element-Elektrodendraht durch das Bereitstellen des Abstands D2, auch wenn der temperaturempfindliche Abschnitt in radialer Richtung schwingt, schwer mit der Spitze des leitenden Rohres zu kontaktieren. Dadurch ist es möglich, den Bruch des Element-Elektrodendrahtes durch die auf den Element-Elektrodendraht wirkende Belastung zu unterdrücken.
Der Temperatursensor kann so konfiguriert sein, dass sich das leitende Rohr vom Kopfende des Befestigungsabschnitts mit dem Element-Elektrodendraht zur Spitze (Kopfende) des leitenden Rohres hin allmählich erweitert.
Gemäß dem obigen Temperatursensor kann der Abstand D2 sicherlich eingehalten werden.
Der Temperatursensor kann so konfiguriert sein, dass, wenn eine Länge in Achsrichtung von der Spitze des leitenden Rohres zu einem Abschnitt P, bei dem sich das leitende Rohr von einer Außenfläche des Element-Elektrodendrahtes zu trennen beginnt, L2 ist, und wenn ein Öffnungswinkel zwischen der Außenfläche des Element-Elektrodendrahtes und einer Innenfläche des leitenden Rohres an dem Abschnitt P θ ist, ein Verhältnis von D2 > L2 × tan θ erfüllt ist.
Ein maximaler Schwingungsbereich in der radialen Richtung des temperaturempfindlichen Abschnitts, wenn der temperaturempfindliche Abschnitt in der radialen Richtung schwingt, d. h. ein maximaler Schwingungsbereich in der radialen Richtung des Element-Elektrodendrahtes, ist ein Bereich, in dem der Element-Elektrodendraht die Innenfläche, die sich in der Nähe des Abschnitts P befindet, des leitenden Rohres mit dem Abschnitt P berührt, der ein Abschnitt ist, bei dem der Element-Elektrodendraht nicht durch das leitende Rohr gestützt wird, ein Ursprung ist. Das heißt, wenn ein Winkel zwischen einer Tangente zur Innenfläche des leitfähigen Rohres am Abschnitt P und der Außenfläche des Element-Elektrodendrahtes der Öffnungswinkel θ ist, ist der maximale Schwingungsbereich 2θ.
Wenn also der Abstand D2 so eingestellt ist, dass er größer als ein radialer Richtungsabstand (L2 × tan θ) an der Spitze des leitenden Rohres von der Außenfläche des Element-Elektrodendrahtes zu einer Verlängerungslinie ist, die eine Linie ist, die durch Verlängern der Tangente (eine tangentiale Linie) bis zur Spitze des leitenden Rohres gebildet wird, selbst wenn der temperaturempfindliche Abschnitt in radialer Richtung schwingt, ist es für den Element-Elektrodendraht eher schwer, die Spitze des leitenden Rohres zu berühren.
Der Temperatursensor kann so konfiguriert sein, dass das temperaturempfindliche Element eine Vielzahl Element-Elektrodendrähte aufweist, die sich vom temperaturempfindlichen Abschnitt erstrecken, eine Vielzahl Mantel-Kern-Drähte und eine Vielzahl leitender Rohre sind derart bereitgestellt werden, dass sie der Vielzahl Element-Elektrodendrähten entsprechen, und der Abstand D1 für jedes der Vielzahl leitender Rohre vorgesehen ist.
Gemäß dem obigen Temperatursensor ist es möglich, das Brechen der Verbindungsabschnitte zwischen der Vielzahl Element-Elektrodendrähten und dem temperaturempfindlichen Abschnitt zu unterdrücken, da der Abstand D1 für jedes der Vielzahl leitender Rohre vorgesehen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Temperatursensor erhalten werden, der in der Lage ist, den Bruch des temperaturempfindlichen Elements durch Temperaturschock zu unterdrücken.
Die anderen Gegenstände und Merkmale dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verstanden. Die Figuren zeigen einzelne Ausführungsbeispiele ohne darauf beschränkt zu sein.
Figurenliste

1 ist ein Längsschnitt eines Temperatursensors, der teilweise entlang einer Achsrichtung geschnitten ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine lokal vergrößerte Ansicht von 1.
3 ist eine lokal vergrößerte Ansicht von 2.
4 ist eine schematische Zeichnung, die einen Zustand darstellt, in dem die in 3 dargestellten Abschnitte einem Wärmezyklus (Heiz- und Kühlkreislauf) unterzogen werden.
5 ist eine Zeichnung, die schematisch einen Zustand darstellt, in dem ein in 3 dargestellter Pt-Widerstandsabschnitt schwingt.
6 ist eine lokal vergrößerte Schnittansicht eines mit der Technik verwandten Temperatursensors.
7 ist eine schematische Zeichnung, die einen Zustand darstellt, in dem die in 6 dargestellten Abschnitte einem Wärmezyklus (Heiz- und Kühlkreislauf) unterzogen werden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Temperatursensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.
1 ist ein Längsschnitt eines Temperatursensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, der teilweise entlang einer Richtung der Achse O geschnitten ist. In der Ausführungsform weist der Temperatursensor 1 eine Struktur auf, in der ein Mantelelement 20 von einer hinteren Endseite eines Metallelements 30 in das Metallelement 30 eingesetzt und dann in dem Metallelement 30 untergebracht ist.
Der Temperatursensor 1 ist an einer Seitenwand eines Abgasrohres eines Verbrennungsmotors (alle nicht dargestellt) befestigt, wobei der Temperatursensor 1 in eine Öffnung (nicht dargestellt) der Seitenwand eingesetzt ist und die Temperatur vom Abgas eines Fahrzeugs detektiert. Die Temperatur des Abgases ändert sich schnell von einem Niedertemperaturbereich um 0 °C zu einem Hochtemperaturbereich um 1000 °C, und der Temperatursensor 1 durchläuft diesen Wärmezyklus (Heiz- und Kühlzyklus) innerhalb des obigen Temperaturbereichs.
Der Temperatursensor 1 weist ein Pt-Widerstandselement (ein temperaturempfindliches Element) 10 auf, das Mantelelement 20 ist mit dem Pt-Widerstandselement 10 verbunden, nachstehend erwähnte rohrförmige metallgefertigte leitfähige Rohre 80, das geschlossen-bodenständige rohrförmige Metallelement 30 nimmt darin das Pt-Widerstandselement 10 und das Mantelelement 20 auf, einen Befestigungsabschnitt 50, der an einem Außenumfang des Metallelements 30 befestigt ist, einen Mutterabschnitt 60, der lose an einem Außenumfang des Befestigungsabschnitts 50 befestigt ist, ein rohrförmiges, aus Metall gefertigtes Außenrohr 70, das an einer hinteren Endseite des Befestigungsabschnitts 50 befestigt ist, und einen hitzebeständigen, gummiartigen Hilfsring 26, der an einem hinteren Ende des Außenrohrs 70 befestigt ist und Leitungsdrähte 24 nach außen herauszieht.
Im Temperatursensor 1 der vorliegenden Erfindung erstreckt sich das Metallelement 30 in Richtung der Achse O, und eine untere Seite des Metallelements 30 wird als „Kopfende“ bezeichnet, während eine Öffnungsrückseite des Metallelements 30 als „hinteres Ende“ bezeichnet wird.
Das Pt-Widerstandselement (das temperaturempfindliche Element) 10 weist einen Pt-Widerstandsabschnitt (einen temperaturempfindlichen Abschnitt) 11 zum Messen der Temperatur und ein Paar Element-Elektrodendrähte 12 auf, die sich von einem Ende (einer hinteren Endseite) des Pt-Widerstandabschnitts 11 erstrecken.
Der Pt-Widerstandsabschnitt 11 wird durch Zusammenpressen einer Metallwiderstandsschicht zwischen Keramikschichten gebildet und weist eine im Wesentlichen plattenförmige Form auf. Der Pt-Widerstandsabschnitt 11 ist im Metallelement 30 so angeordnet, dass eine Längsrichtung des Pt-Widerstandsabschnitts 11 parallel zur Richtung der Achse O des Temperatursensors 1 (das Metallelement 30) verläuft. Der Metallwiderstand weist Platin (Pt) als Hauptkomponente auf (der Metallwiderstand weist eine Zusammensetzung auf, die 50 Gew.-% oder mehr Pt enthält). Die Element-Elektrodendrähte 12 sind mit diesem Metallwiderstand verbunden, wobei die Element-Elektrodendrähte 12 voneinander getrennt sind. Da sich ein elektrischer Widerstand des Metallwiderstands als Reaktion auf Temperaturänderungen ändert, kann diese Abweichung als Spannungsschwankung zwischen dem Paar von Element-Elektrodendrähten 12 detektiert werden. Als Keramikschicht kann eine Keramikschicht mit einer Zusammensetzung verwendet werden, die 99,9 Gew.-% oder mehr Aluminiumoxid (der Reinheitsgrad von Aluminiumoxid beträgt 99,9 Gew.-% oder mehr) enthält. Als temperaturempfindlicher Abschnitt kann neben dem Widerstand, wie etwa Pt, auch ein Thermistor verwendet werden.
Das Mantelelement 20 weist Mantel-Kern-Drähte 21 auf, die jeweils mit dem Paar von Element-Elektrodendrähten 12 des Pt-Widerstandselements 10 verbunden sind, und ein metallgefertigtes Mantelaußenrohr 22, in dem die Mantel-Kern-Drähte 21 untergebracht sind. Ferner füllt ein Isoliermaterial aus SiO₂ Lücken zwischen den Mantel-Kern-Drähten 21 und einer Innenfläche des Mantelaußenrohrs 22.
Der Element-Elektrodendraht 12 ist normalerweise ein teurer Pt-Rh-Draht und so weiter. Daher führt das Verbinden des Element-Elektrodendrahtes 12 mit dem kostengünstigen Mantel-Kern-Draht 21 aus SUS („Steel Use Stainless“) usw. zu einer Kostenreduzierung.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Metallelement 30 aus SUS310S gefertigt. Das Metallelement 30 weist eine Konstruktion auf, in der sein Kopfende geschlossen ist, ein Abschnitt sich vom Kopfende bis zu einem verjüngten Abschnitt 35 gerade parallel zur Richtung der Achse O erstreckt, der verjüngte Abschnitt 35 sich zur hinteren Endseite erweitert, und ein Abschnitt sich auf der hinteren Endseite in Bezug auf den verjüngten Abschnitt 35 gerade erstreckt.
Ein Innendurchmesser auf der Kopfendseite in Bezug auf den verjüngten Abschnitt 35 des Metallelements 30 ist kleiner als ein Außendurchmesser des Mantelaußenrohrs 22 des Mantelelements 20 und größer als ein maximaler Außendurchmesser des Pt-Widerstandsabschnitts 11. Andererseits ist ein Innendurchmesser auf der hinteren Endseite in Bezug auf den verjüngten Abschnitt 35 des Metallelements 30 größer als der Außendurchmesser des Mantelaußenrohrs 22 des Mantelelements 20.
Daher kontaktiert beim Einsetzen des Pt-Widerstandselements 10 und des Mantelelements 20 in das Metallelement 30 von der hinteren Endseite des Metallelements 30 aus eine Kopfendseite des Mantelelements 20 den verjüngten Abschnitt 35, dann wird eine Einsetztiefe des Mantelelements 20 festgelegt, d. h. es wird ein Positionieren des Mantelelements 20 in eine Tiefenrichtung vorgenommen. Ferner schließt mit diesem Einsatz die Kopfendseite des Mantelelements 20 die Öffnung des Metallelements 30, und mindestens das Pt-Widerstandselement 10 und die leitenden Rohre 80, die Verbindungsabschnitte zwischen den Element-Elektrodrähten 12 und den Mantel-Kern-Drähten 21 sind, sind in einem Innenraum des Metallelements 30 untergebracht. Außerdem ist dieser Innenraum mit Zement 40 gefüllt.
Der Befestigungsabschnitt 50 ist zu einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet, und seine Mittelbohrung öffnet sich in Richtung der Achse O, damit das Metallelement 30 eingesetzt werden kann. Der Befestigungsabschnitt 50 weist in einer Reihenfolge von der Kopfendseite des Temperatursensors 1 einen Randabschnitt 51 mit großem Durchmesser, einen rohrförmigen Mantelabschnitt 52, dessen Durchmesser kleiner als der des Randabschnitts 51 ist, einen ersten gestuften Abschnitt 54, der eine Kopfendseite des Mantelabschnitts 52 bildet, und einen zweiten gestuften Abschnitt 55 auf, der eine hintere Endseite des Mantelabschnitts 52 bildet und dessen Durchmesser kleiner als der des ersten gestuften Abschnitts 54 ist. Der Randabschnitt 51 ist auf einer Kopfendfläche davon mit einer verjüngten Sitzfläche 53 versehen und so konstruiert, dass beim Verschrauben des Mutterabschnitts 60 (später beschrieben) und beim Befestigen des Temperatursensors 1 an einer Seitenwand eines Abgasrohres (alle nicht dargestellt) die Sitzfläche 53 gegen einen Eckabschnitt (nicht dargestellt) der Seitenwand des Abgasrohres gedrückt wird und die Sitzfläche 53 eine Dichtungsfunktion aufweist.
Der Befestigungsabschnitt 50 wird auf einen Außenumfang eines hinteren Endabschnitts des Metallelements 30 pressgepasst, und ein Laserschweißen wird über den gesamten Umfang des zweiten gestuften Abschnitts 55 und des Metallelements 30 durchgeführt, dann werden die beiden befestigt.
Ferner wird das Außenrohr 70 auf einen Außenumfang des ersten gestuften Abschnitts 54 pressgepasst und das Laserschweißen über den gesamten Umfang des ersten gestuften Abschnitts 54 und des Außenrohrs 70 durchgeführt, dann werden beide befestigt. Das Außenrohr 70 dient zum Aufnehmen und Halten von Verbindungsabschnitten zwischen den aus dem Mantelelement 20 herausgezogenen Mantel-Kern-Drähten 21 und den Leitungsdrähten 24.
Der Mutterabschnitt 60 weist eine in Richtung der Achse O öffnende Mittenbohrung auf, deren Durchmesser etwas größer ist als ein Außenumfang des Außenrohrs 70. Der Mutterabschnitt 60 weist ferner in einer Reihenfolge von der Kopfendseite des Temperatursensors 1 einen Gewindeabschnitt 62 und einen hexagonalen Mutterabschnitt 61 auf, dessen Durchmesser größer ist als der des Gewindeabschnitts 62. Der Mutterabschnitt 60 ist lose auf dem Außenumfang des Befestigungsabschnitts 50 (auch auf dem Außenumfang des Außenrohrs 70) montiert, um sich in Richtung der Achse O drehen zu können, wobei eine Vorderfläche des Gewindeabschnitts 62 mit einer Rückfläche des Randabschnitts 51 des Befestigungsabschnitts 50 in Kontakt steht.
Anschließend wird der Temperatursensor 1 durch Einschrauben des Gewindeabschnitts 62 in ein bestimmtes Schraubenloch des Abgasrohres an der Seitenwand des Abgasrohres befestigt.
Die beiden Mantel-Kern-Drähte 21 werden aus einem hinteren Ende des Mantelaußenrohrs 22 des Mantelelements 20 herausgezogen, und die Spitzenden dieser Mantel-Kern-Drähte 21 werden mit den jeweiligen Crimpanschlüssen 23 verbunden. Die Crimpanschlüsse 23 sind mit den Leitungsdrähten 24 verbunden. Der Mantel-Kern-Draht 21 und der Crimpanschluss 23 sind jeweils mit Isolierrohren 25 isoliert.
Ferner führen die Leitungsdrähte 24 durch Leitungsdrahteinsatzlöcher des Hilfsrings 26 nach außen, die in eine hintere Endseite des Außenrohrs 70 eingesetzt sind, und verbinden sich ferner über einen Anschlussstecker mit einer externen Schaltung (beide nicht dargestellt).
Darüber hinaus werden Lücken zwischen dem Innenraum des Metallelements 30 und dem Pt-Widerstandselement 10 und dem Mantelelement 20 mit dem Zement 40, wie etwa Aluminiumoxid, gefüllt, wodurch das Pt-Widerstandselement 10 und das Mantelelement 20 gehalten und Schwingungen dieses Pt-Widerstandselements 10 und des Mantelelements 20 unterdrückt werden. Als Zement 40 kann ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, hoher Wärmebeständigkeit und hoher Dämmleistung verwendet werden.
Als nächstes wird eine Konfiguration mit dem leitfähigen Rohr 80, das ein strukturelles Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, mit Bezug zu den 2 bis 5 erläutert. 2 ist eine lokal vergrößerte Ansicht von 1. 3 ist eine lokal vergrößerte Ansicht von 2. 4 ist eine schematische Zeichnung, die einen Zustand darstellt, in dem die in 3 dargestellten Abschnitte einem Wärmezyklus (Heiz- und Kühlkreislauf) unterzogen werden. 5 ist eine Zeichnung, die schematisch einen Zustand darstellt, in dem der in 3 dargestellte Pt-Widerstandsabschnitt 11 schwingt.
Wie vorstehend erwähnt, ist es schwierig, den Temperatursensor 1 jedes Mal anzupassen, wenn sich die Länge des Temperatursensors 1 mit der Länge der Element-Elektrodendrähte 12 des temperaturempfindlichen Elements 10 und des Mantelelements 20 ändert, die entsprechend der Länge des Temperatursensors 1 geändert werden. Da der Element-Elektrodendraht 12 zudem teuer ist, führt die Verlängerung des Element-Elektrodendrahtes 12 zu einem Anstieg der Kosten.
Daher wird das leitfähige Rohr 80 (z. B. eine hitzebeständige Legierung, wie etwa Inconel (eingetragene Marke)), verwendet, dessen Kosten geringer sind und dessen linearer Ausdehnungskoeffizient höher ist als der des Element-Elektrodendrahtes 12, und der Element-Elektrodendraht 12 und der Mantel-Kern-Draht 21 sind über das leitfähige Rohr 80 elektrisch miteinander verbunden. Damit können, selbst wenn sich die Länge des Temperatursensors 1 ändert, durch Ändern einer Länge des leitfähigen Rohres 80, der übliche Element-Elektrodendraht 12 und Mantelelement 20 unverändert verwendet werden.
Wie in 2 dargestellt, weist das leitende Rohr 80 in der vorliegenden Ausführungsform, da ein Durchmesser des Mantel-Kern-Drahts 21 größer ist als der des Element-Elektrodendrahtes 12, eine Konstruktion auf, in der sich ein Abschnitt von seiner Kopfendseite 80f bis zu einem verjüngten Abschnitt 81 gerade parallel zur Richtung der Achse O erstreckt, der verjüngte Abschnitt 81 sich zur hinteren Endseite erweitert und ein Abschnitt auf der hinteren Endseite in Bezug auf den verjüngten Abschnitt 81 sich gerade bis zu einer hinteren Endseite 80e erstreckt.
Dann wird eine Kopfendseite des Mantel-Kern-Drahts 21 eingeführt und in der hinteren Endseite 80e des leitenden Rohres 80 aufgenommen, und eine hintere Endseite des Element-Elektrodendrahtes 12 wird eingeführt und in der Kopfendseite 80f des leitenden Rohres 80 aufgenommen, dann wird jeder dieser Einsatzabschnitte von einer Außenseite des verjüngten Abschnitts 81 durch Widerstandsschweißen usw. verschweißt. Auf diese Weise sind der Element-Elektrodendraht 12 und der Mantel-Kern-Draht 21 elektrisch miteinander verbunden. Bei dieser Schweißverbindung sind der Element-Elektrodendraht 12 und der Mantel-Kern-Draht 21 jeweils an einer Innenseite des leitenden Rohres 80 an den Schweißabschnitten W1 bzw. W2 befestigt.
Wie in 3 dargestellt, ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Abstand (oder eine Distanz) D1 in Richtung der Achse O zwischen einer hinteren Endseite 11e des Pt-Widerstandsabschnitts 11 und einer Spitze (Kopfende) 80s des leitenden Rohrs 80 vorgesehen.
Ferner erweitert sich in der vorliegenden Ausführungsform die Spitze 80s des leitenden Rohres 80, dann ist zwischen der Spitze 80s des leitenden Rohres 80 und dem Element-Elektrodendraht 12 ein Abstand (oder eine Distanz) D2 in radialer Richtung (in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Achse O) vorgesehen.
Hierbei, in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 3 zu sehen ist, weitet sich das leitende Rohr 80 (die Kopfendseite 80f) allmählich, insbesondere trompetenförmig, von einem Kopfende des Schweißabschnitts W1, der ein Befestigungsabschnitt des leitenden Rohres 80 ist, und dem Element-Elektrodendraht 12 in Richtung der Spitze 80s des leitenden Rohres 80, auf.
Ferner ist, wenn in der vorliegenden Ausführungsform eine Länge in Richtung der Achse O von der Spitze 80s des leitenden Rohres 80 zu einem Abschnitt P, bei dem sich das leitende Rohr 80 von einer Außenfläche des Element-Elektrodendrahtes 12 zu trennen beginnt, L2 ist, und wenn ein Öffnungswinkel zwischen der Außenfläche des Element-Elektrodendrahtes 12 und einer Innenfläche des leitenden Rohres 80 an dem Abschnitt P θ ist, ein Verhältnis von „D2 > L2 × tan θ “ erfüllt ist.
Der Grund für die Festlegung dieser D1 und D2 wird im Folgenden anhand der 4 und 5 erläutert.
In Bezug auf D1, wie in 4 dargestellt, da ein linearer Ausdehnungskoeffizient des leitfähigen Rohres 80 höher ist als der des Element-Elektrodendrahtes 12, erweitert oder verlängert sich das leitfähige Rohr 80 im Vergleich zum Element-Elektrodendraht 12, wobei der Schweißabschnitt (der Befestigungsabschnitt) W1 ein Ausgangspunkt unter Hochtemperaturbedingungen ist. Daher wird durch Bereitstellen des Abstandes D1, auch wenn sich das leitfähige Rohr 80 unter Hochtemperaturbedingungen verlängert, ein Zustand beibehalten, in dem die Spitze 80s des leitfähigen Rohres 80 von der hinteren Endseite 11e des Pt-Widerstandsabschnitts 11 getrennt ist.
Dadurch entsteht keine Situation, in der die Spitze 80s des leitenden Rohres 80 gegen die hintere Endseite 11e des Pt-Widerstandsabschnitts 11 drückt. Der Bruch eines Verbindungsabschnitts B zwischen dem Element-Elektrodendraht 12 und dem Pt-Widerstandsabschnitt 11, der dadurch verursacht wird, dass der Element-Elektrodendraht 12 durch den Schweißabschnitt W1 durch Abstoßung der Presskraft des leitfähigen Rohres 80 zur hinteren Endseite gezogen oder gedehnt wird, kann somit unterdrückt werden.
Somit ist es möglich, den Bruch des Pt-Widerstandselements 10 durch Temperaturschock zu unterdrücken.
Hierbei ist es notwendig, dass der Abstand D1 bei Raumtemperatur eingehalten wird.
Ferner, wenn eine Länge in der Richtung der Achse O von der Spitze (Kopfende) 80s des leitfähigen Rohres 80 bis zum Kopfende des Schweißabschnitts (des Befestigungsabschnitts) W1 L1 ist, ist ein Verlängerungsbetrag des leitfähigen Rohres 80 im Wesentlichen L1/10 oder weniger. Wenn also eine Beziehung von „D1 > (L1/10)“ erfüllt ist, kann das leitfähige Rohr 80 auch unter Hochtemperaturbedingungen sicher vom Pt-Widerstandsabschnitt 11 getrennt sein.
In Bezug auf D2, wie in 5 dargestellt, gibt es einen Fall, in dem der Pt-Widerstandsabschnitt 11 durch den Lauf des Fahrzeugs in radialer Richtung schwingt und der Element-Elektrodendraht 12 durch die Schwingung des Pt-Widerstandsabschnitts 11 ebenfalls in radialer Richtung schwingt. Berührt der Element-Elektrodendraht 12 zu diesem Zeitpunkt einen Kantenabschnitt der Spitze 80s des leitenden Rohres 80, da das im Vergleich zum Element-Elektrodendraht 12 starre leitende Rohr 80 dazu neigt, sich nicht zu bewegen, besteht die Gefahr, dass auf einen Kontaktabschnitt des Element-Elektrodendrahtes 12 Spannung ausgeübt wird und der Element-Elektrodendraht 12 an diesem Kontaktabschnitt gebrochen wird.
Daher ist der Element-Elektrodendraht 12 durch das Bereitstellen des Abstands D2, auch wenn der Pt-Widerstandsabschnitt 11 in radialer Richtung schwingt, schwer mit der Spitze 80s des leitenden Rohres 80 zu kontaktieren. Dadurch ist es möglich, den Bruch des Element-Elektrodendrahtes 12 durch die auf den Element-Elektrodendraht 12 wirkende Belastung zu unterdrücken.
Hierbei ist ein maximaler Schwingungsbereich in der radialen Richtung des Widerstandsabschnitts 11, d. h. ein maximaler Schwingungsbereich in der radialen Richtung des Element-Elektrodendrahtes 12, ein Bereich, in dem der Element-Elektrodendraht 12 die Innenfläche, die sich in der Nähe des Abschnitts P des leitenden Rohres 80 befindet, berührt, wobei der Abschnitt P, der ein Abschnitt ist, bei dem der Element-Elektrodendraht 12 nicht durch das leitende Rohr 80 gestützt wird, ein Ursprung ist. Das heißt, wenn ein Winkel zwischen einer Tangente zur Innenfläche des leitfähigen Rohres 80 am Abschnitt P und der Außenfläche des Element-Elektrodendrahtes 12 der Öffnungswinkel θ ist, ist der maximale Schwingungsbereich 2θ.
Wenn also der Abstand D2 so eingestellt ist, dass er größer als ein radialer Richtungsabstand Dx an der Spitze 80s des leitenden Rohres 80 von der Außenfläche des Element-Elektrodendrahtes 12 zu einer Verlängerungslinie EL ist, die eine Linie ist, die durch Verlängern der Tangente (eine tangentiale Linie) bis zur Spitze 80s des leitenden Rohres 80 gebildet wird, selbst wenn der Pt-Widerstandsabschnitt 11 in radialer Richtung schwingt, ist es für den Element-Elektrodendraht 12 eher schwer, die Spitze 80s des leitenden Rohres 80 zu berühren.
Da der Abstand Dx durch „Dx = L2 × tan θ“ ausgedrückt wird und der Abstand D2 auf „D2 > Dx“ eingestellt ist, ist die Beziehung von „D2 > L2 × tan θ“ erfüllt. Das heißt, es ist bevorzugt, dass sich die Seite der Spitze 80s des leitenden Rohres 80 in radialer Richtung gegenüber der Verlängerungslinie EL, die als Verlängerungslinie der tangentialen Linie am Abschnitt P ausgebildet ist, nach außen erweitert.
Hierbei kann der Abschnitt P aus einem Profil des Element-Elektrodendrahtes 12 und des leitenden Rohres 80 bestimmt werden. Insbesondere ist in diesem Profil eine Linie, die den Abschnitt P und einen Punkt Q (siehe 5) verbindet, der ein Mittelpunkt der Länge L1 ist, definiert als die Tangente zur (auch der Verlängerungslinie EL) der Innenfläche des leitenden Rohres 80 am Abschnitt P.
Obwohl die vorliegende Erfindung auf der Grundlage der vorstehenden Ausführungsform erläutert wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt. Die vorliegende Erfindung umfasst alle Konstruktionsänderungen und Äquivalente, die zum technischen Umfang der vorliegenden Erfindung gehören.
So könnte beispielsweise als temperaturempfindlicher Abschnitt anstelle des obigen Pt-Widerstandsabschnitts 11 ein gesinterter Thermistor (ein kompakt gesinterter Thermistor) verwendet werden. Als kompakt gesinterter Thermistor kann Perowskitoxid mit (Sr, Y) (Al, Mn, Fe) 0₃ als Basiszusammensetzung verwendet werden. Der kompakt gesinterte Thermistor ist jedoch nicht auf dieses Perowskitoxid beschränkt.
Darüber hinaus kann in einem Fall, in dem der kompakt gesinterte Thermistor verwendet wird, eine Außenseite des temperaturempfindlichen Abschnitts mit einem Dichtungselement, wie etwa Glas, abgedeckt werden, um zu verhindern, dass der temperaturempfindliche Abschnitt reduziert und dann vermindert oder verschlechtert wird. In diesem Fall wird das Abdeckelement (das Glas), das integral mit dem temperaturempfindlichen Abschnitt ausgebildet ist, auch als temperaturempfindlicher Abschnitt betrachtet. Das heißt, das hintere Ende des temperaturempfindlichen Abschnitts ist ein hinteres Ende des Abdeckelements (das Glas), das eine äußerste Oberfläche des temperaturempfindlichen Abschnitts ist.
Ferner weist das leitfähige Rohr in der obigen Ausführungsform die Konstruktion auf, bei der ein Durchmesser der Kopfendseite in Bezug auf den verjüngten Abschnitt kleiner ist als der Durchmesser der hinteren Endseite in Bezug auf den verjüngten Abschnitt. Die Form des leitenden Rohres kann jedoch entsprechend den Außendurchmessern des Element-Elektrodendrahtes und des Mantel-Kern-Drahtes, die jeweils mit dem leitenden Rohr verbunden sind, geändert werden. Darüber hinaus ist ein Querschnitt des leitfähigen Rohres nicht auf das Rohr beschränkt, sondern kann ein Teil des Rohres sein, wie etwa ein C-förmiges Rohr.
Darüber hinaus kann als Befestigungsart zum Befestigen des Element-Elektrodendrahtes am leitfähigen Rohr nicht nur das Schweißen, sondern auch das Presspassen verwendet werden.
Darüber hinaus füllt in der obigen Ausführungsform das Isoliermaterial aus Si0₂ Lücken zwischen den Mantel-Kern-Drähten 21 und der Innenfläche des Mantelaußenrohrs 22. Das Isoliermaterial ist jedoch nicht auf dieses Si0₂ beschränkt, sondern Isoliermaterial aus Mg0 oder Al₂0₃ kann verwendet werden, um diese Lücken zu schließen.
Der gesamte Inhalt der am 13. Juli 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldungen Nr. 2018-132899 und Nr. 2019-030513 , die am 22. Februar 2019 eingereicht wurde, sind hierin durch Bezugnahme enthalten.
Obwohl die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf eine bestimmte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Abwandlungen und Variationen der oben beschriebenen Ausführungsform werden bei Fachleuten im Hinblick auf die oben genannten Lehren erfolgen. Der Umfang der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche definiert.
Bezugszeichenliste

1: Temperatursensor
10: temperaturempfindliches Element
11: temperaturempfindlicher Abschnitt
11e: hinteres Ende des temperaturempfindlichen Abschnitts
12: Element-Elektrodendraht
20: Mantelelement
21: Mantel-Kern-Draht
22: Mantelaußenrohr
80: leitfähiges Rohr
80s: Spitze des leitfähigen Rohres
O: Achse
W1: Befestigungsabschnitt (Schweißabschnitt) des Element-Elektrodendrahtes
P: Abschnitt, an dem sich das leitfähige Rohr von der Außenfläche des Element-Elektrodendrahtes zu lösen beginnt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018132899 [0076]
JP 2019030513 [0076]

Claims

Temperatursensor, aufweisend: ein temperaturempfindliches Element (10), das aus einem temperaturempfindlichen Abschnitt (11) und einem Element-Elektrodendraht (12) gebildet ist, der sich vom temperaturempfindlichen Abschnitt (11) zu einer hinteren Endseite des Temperatursensors (1) erstreckt; ein Mantelelement (20), das an einer hinteren Endseite des temperaturempfindlichen Elements (10) angeordnet ist, wobei das Mantelelement (20) einen Mantel-Kern-Draht (21), der elektrisch mit dem Element-Elektrodendraht (12) verbunden ist, und ein Mantelrohr (22), das darin den Mantel-Kern-Draht (21) mit einem Isoliermaterial aufnimmt, aufweist; und ein leitfähiges Rohr (80), das sich in einer Achsrichtung (O) des Temperatursensors (1) erstreckt und rohrförmig oder teilweise rohrförmig im Querschnitt ausgebildet ist, wobei das leitfähige Rohr (80) den Element-Elektrodendraht (12) und den Mantel-Kern-Draht (21) elektrisch verbindet, indem es den Element-Elektrodendraht (12) an einer Kopfendseite des leitfähigen Rohres (80) aufnimmt und indem es den Mantel-Kern-Draht (21) an einer hinteren Endseite des leitfähigen Rohres (80) aufnimmt, und wobei das leitende Rohr (80) einen höheren linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als der des Element-Elektrodendraht (12), wobei der Element-Elektrodendraht (12) an einer Innenseite des leitenden Rohrs (80) befestigt ist, und ein Abstand D1 in Achsrichtung (O) zwischen einem hinteren Ende (11e) des temperaturempfindlichen Abschnitts (11) und einer Spitze (80s) des leitenden Rohres (80) vorgesehen ist.
Temperatursensor nach Anspruch 1, wobei wenn eine Länge in Achsrichtung (O) von der Spitze (80s) des leitenden Rohres (80) zu einem Kopfende eines Befestigungsabschnitts (W1) des leitenden Rohres (80) und des Element-Elektrodendrahtes (12) L1 ist, eine Beziehung von D1 > (L1/10) erfüllt ist.
Temperatursensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Abstand D2 in radialer Richtung zwischen der Spitze (80s) des leitenden Rohres (80) und dem Element-Elektrodendraht (12) vorgesehen ist.
Temperatursensor nach Anspruch 3, wobei sich das leitende Rohr (80) allmählich vom Kopfende des Befestigungsabschnitts (W1) mit dem Element-Elektrodendraht (12) in Richtung der Spitze (80s) des leitenden Rohrs (80) erweitert.
Temperatursensor nach Anspruch 3 oder 4, wobei wenn eine Länge in Achsrichtung (O) von der Spitze (80s) des leitenden Rohres 80 zu einem Abschnitt P, bei dem sich das leitende Rohr (80) von einer Außenfläche des Element-Elektrodendrahtes (12) zu trennen beginnt, (L2) ist, und wenn ein Öffnungswinkel zwischen der Außenfläche des Element-Elektrodendrahtes (12) und einer Innenfläche des leitenden Rohres (80) an dem Abschnitt P θ ist, ein Verhältnis von D2 > L2 × tan θ erfüllt ist.
Temperatursensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei: das temperaturempfindliche Element (10) eine Vielzahl Element-Elektrodendrähte (12) aufweist, die sich von dem temperaturempfindlichen Abschnitt (11) erstrecken, eine Vielzahl Mantel-Kern-Drähte (21) und eine Vielzahl leitender Rohre (80) vorgesehen sind, um der Vielzahl Element-Elektrodrähten (12) zu entsprechen, und der Abstand D1 für jedes der Vielzahl leitender Rohre (80) vorgesehen ist.