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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Temperatursensor, welcher ein wärmeempfindliches Element hat.
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[Stand der Technik]
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Beispielsweise sind Fahrzeuge, wie Automobile, mit einem Abgasreiniger zum Reinigen von Abgas, welches in der internen Verbrennungsmaschine des Fahrzeugs erzeugt wird, ausgestattet. Der Abgasreiniger weist einen Temperatursensor auf, welcher die Temperatur des Abgases erfasst. Basierend auf der Temperatur, welche durch den Temperatursensor erfasst wird, wird die Abgasemission gesteuert und verringert.
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Beispielsweise offenbart die
JP-A-2010-032493 den folgenden Temperatursensor als einen Temperatursensor für eine Verwendung in einem Abgasreiniger bzw. einer Abgasreinigungsvorrichtung. Der Temperatursensor, welcher in der
JP-A-2010-032493 offenbart ist, weist ein wärmeempfindliches Element zum Erfassen von Temperatur, ein Paar von Elementelektrodendrähten, welche sich von dem wärmeempfindlichen Element erstrecken, und ein Paar von Leitungen, welche jeweils elektrisch mit dem Paar von Elementelektrodendrähten verbunden sind, auf. Das Paar von Elementelektrodendrähten ist aus einer Platin(Pt)-basierten Legierung, die mit Strontium dotiert ist, gebildet, wobei jeder in eine Stabform gebildet ist. Das Paar von Leitungen ist aus einer nichtrostenden Legierung gebildet, wobei jede in eine Stabform gebildet ist. Das Paar von Elementelektrodendrähten ist jeweils an das Paar von Leitungen durch schweißen gebondet, wobei sie einander entlang einer Richtung rechtwinklig zu der axialen Richtung davon überlappen.
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[Liste der Zitate]
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[Patentliteratur]
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- Patentliteratur 1: JP-A-2010-032493
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[Kurzfassung der Erfindung]
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[Technisches Problem]
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Der Temperatursensor jedoch, welcher in der
JP-A-2010-032493 offenbart ist, leidet unter den folgenden Problemen.
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In dem Temperatursensor gemäß der Patentliteratur, welche obenstehend erwähnt ist, sind die Elementelektrodendrähte mit den jeweiligen Leitungen für ein Laserschweißen überlappt. Aufgrund des Laserschweißens werden Einschnitte durch einen geschmolzenen Abschnitt erzeugt, wo jeder Elementelektrodendraht und die entsprechende Leitung aneinander gebondet sind, und Abschnitte um den geschmolzenen Abschnitt herum, wo der Elementelektrodendraht nicht an die Leitung gebondet ist. In jedem Einschnitt ist es wahrscheinlich, dass sich eine Belastung in der Nachbarschaft eines Spitzenendes (des geschmolzenen Abschnitts) konzentriert.
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Das Material, welches für die Elementelektrodendrähte verwendet wird, hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterschiedlich von demjenigen der Leitungen. Insbesondere wird, wenn die Elementelektrodendrähte an die jeweiligen Leitungen in einem axial breiten Bereich gebondet sind, der Unterschied in der axialen thermischen Ausdehnung größer und es ist wahrscheinlich, dass er eine große Belastung, welche darauf wirkt, verursacht. In den letzten Jahren tendiert die Abgastemperatur dazu, sich mit einer Zunahme in der Ausgabe pro Einheitsverschiebung einer internen Verbrennungsmaschine für eine Verwendung in einem Automobil oder dergleichen zu erhöhen. Demnach benötigen Temperatursensoren eine Widerstandsfähigkeit, um die Temperaturänderung weiterhin zu bewältigen.
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Die vorliegende Offenbarung wurde im Licht der Umstände, welche obenstehend dargelegt sind, getätigt und hat eine Aufgabe zum Vorsehen eines Temperatursensors, welcher eine Konzentration von Belastung, welche zwischen Elementelektrodendrähten und Leitungen ausgeübt wird, verringern kann, und eine Zuverlässigkeit in der Wärmewiderstandsfähigkeit und der Vibrationswiderstandsfähigkeit verbessern kann.
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[Lösung des Problems]
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Temperatursensor, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor Folgendes aufweist: einen Temperaturdetektor, welcher ein wärmeempfindliches Element zum Erfassen einer Temperatur aufweist; ein Paar von Elementelektrodendrähten, welche aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung gefertigt sind, wobei das Paar von Elementelektrodendrähten gebildet ist, um jeweilige Enden zu haben, welche in dem Temperatursensor eingebettet sind, und andere jeweilige Enden, welche in dieselbe Richtung erstreckt sind; ein Paar von Leitungen, welche aus einer Ni(Nickel)-basierten Legierung oder einer Fe(Eisen)-basierten Legierung gefertigt sind, wobei das Paar von Leitungen gebildet ist, um elektrisch mit den jeweiligen Elementelektrodendrähten verbunden zu sein, und sich in einer Erstreckungsrichtung der jeweiligen Elementelektrodendrähte erstreckt; und ein Paar von Zwischenelementen, welche aus einer Ni-basierten Legierung oder einer Fe-basierten Legierung gefertigt sind, wobei das Paar von Zwischenelementen gebildet ist, um elektrisch die Elementelektrodendrähte mit jeweiligen Leitungen zu verbinden und um sich in Erstreckungsrichtung zu erstrecken.
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In dem Temperatursensor ist jeder der Elementelektrodendrähte und ein entsprechendes eines der Zwischenelemente ausgerichtet in der Erstreckungsrichtung angeordnet und aneinander in einem Zustand gebondet, in dem gegenseitig zugewandte entgegengesetzte Oberflächen miteinander in Anlage sind; und jedes des Zwischenelements und einer entsprechenden einen der Leitungen sind nebeneinanderliegend in einer Richtung rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung und miteinander überlappt gebondet.
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In dem Temperatursensor sind jeder der Elementelektrodendrähte und ein entsprechendes eines der Zwischenelemente in Ausrichtung miteinander in der Erstreckungsrichtung angeordnet und in einem Zustand gebondet, in dem die entgegengesetzten Oberflächen aneinander in Anlage sind. Die entgegengesetzten Oberflächen sind jeweilige Enden des Elementelektrodendrahtes und des Zwischenelements in der Erstreckungsrichtung. Der Bereich zum Bilden des Bondingabschnitts kann klein gemacht werden, verglichen mit dem Fall, in dem der Elementelektrodendraht an die Leitung durch eine äußere Umfangsoberfläche parallel zu der Erstreckungsrichtung gebondet ist. Demnach kann der thermische Ausdehnungsunterschied zwischen den Elementelektrodendrähten und jeweiligen Zwischenelementen verringert werden, wodurch eine Belastung verringert wird.
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Durch ein klein-Machen des Bereichs zum Bilden des Bondingabschnitts können die entgegengesetzten Oberflächen jedes Elementelektrodendrahtes und des entsprechenden Zwischenelements leicht vollständig aneinander gebondet werden. Demnach wird der Bondingabschnitt nur an den entgegengesetzten Oberflächen gebildet. In anderen Worten gesagt, wird ein Abschnitt, in dem der Elementelektrodendraht nicht an das Zwischenelement gebondet ist, nicht um den Bondingabschnitt herum gebildet, wo der Elementelektrodendraht und das Zwischenelement aneinander gebondet sind, und demzufolge wird kein Einschnitt bzw. keine Kerbe gebildet. Demnach kann die Konzentration der Belastung verringert werden.
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Wie obenstehend beschrieben ist, kann, wenn das Material, welches die Elementelektrodendrähte bildet, unterschiedlich von demjenigen ist, welches die Zwischenelemente bildet, eine Belastung verringert werden.
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Die Leitungen und die Zwischenelemente sind beide aus einer Ni-basierten Legierung oder einer Fe-basierten Legierung gebildet. Auf diesem Wege kann durch ein Bilden der Leitungen und der Zwischenelemente mit demselben Material ein Bonden dazwischen leicht durchgeführt werden und die Bondingstärke kann verbessert werden. Durch ein Auswählen von Materialien, welche thermische Ausdehnungskoeffizienten annähernd gleich zueinander für die Leitungen und die Zwischenelemente haben, wird eine Belastung reduziert, wenn die thermische Ausdehnung durch eine Änderung der Temperatur verursacht wird. Obwohl ein Einschnitt in dem Bondingabschnitt zwischen jeder Leitung und dem entsprechenden Zwischenelement gebildet wird, kann eine Verwendung einer Ni-basierten Legierung oder einer Fe-basierten Legierung von großer Festigkeit für die Zwischenelemente die Zuverlässigkeit verbessern, gekoppelt mit dem Effekt des klein-Machens des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wie obenstehend erläutert ist.
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Wie obenstehend beschrieben ist, kann gemäß dem Temperatursensor die Konzentration der Belastung über jeden Elementelektrodendraht und die entsprechende Leitung verringert werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Festigkeit bzw. Stärke auf dem Temperatursensor verbessert wird.
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[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
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1 ist eine teilweise Querschnittsansicht eines Spitzenendes eines Temperatursensors gemäß einer ersten Ausführungsform.
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2 ist eine Querschnittsansicht aufgenommen entlang eines Pfeils der Linie II-II der 1.
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3 ist eine Querschnittsansicht des Temperatursensors gemäß der ersten Ausführungsform.
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4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des Temperatursensors gemäß der ersten Ausführungsform.
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5 ist eine Querschnittsansicht eines Spitzenendes eines Temperatursensors gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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6 ist eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der Linie VI-VI der 5.
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[Beschreibung von Ausführungsformen]
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In dem obigen Temperatursensor ist es zu bevorzugen, dass der Temperaturdetektor in einem Abdeckelement aufgenommen ist; und der Temperaturdetektor und das Abdeckelement durch ein Füllmaterial, welches in das Abdeckelement gefüllt ist, gesichert sind. In diesem Falle kann, wenn eine Vibration auf den Temperatursensor ausgeübt wird, die Bewegung des Detektors verringert werden, was zu einer Verringerung von Belastung führt, welche auf die Elementelektrodendrähte, die Zwischenelemente und die Leitungen ausgeübt wird.
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Es ist zu bevorzugen, dass in der Erstreckungsrichtung eine Länge L1 eines Abschnitts jedes der Elementelektrodendrähte, welche von dem Temperaturdetektor in Richtung einer entsprechenden einen der Leitung hervorstehen, eine Relation 0,2 mm ≤ L1 ≤ 8 mm erfüllt. In diesem Fall kann die Belastung, welche auf die Elektrodendrähte ausgeübt wird, verringert werden, wenn der Detektor vibriert, während der Einfluss von dimensionalen Variationen beim Bilden des Temperaturdetektors verringert werden kann. Wenn die Länge L1 0,2 mm oder weniger ist, sind abhängig von den dimensionalen Variationen beim Bilden des Temperaturdetektors jeweilige Endabschnitte der Elementelektrodendrähte innerhalb des Temperaturdetektors platziert. Dies kann eine thermische Belastung aufgrund des thermischen Ausdehnungsunterschieds zwischen dem Temperaturdetektor und den Zwischenelementen verursachen und kann den Temperaturdetektor beschädigen. Wenn die Länge L1 länger als 8 mm ist, ist der Abstand von dem Temperaturdetektor zu dem Bondingabschnitt zwischen jedem Elementelektrodendraht und dem entsprechenden Zwischenelement zu lang. Dies kann eine Belastung auf dem Elektrodendraht und dem Bondingabschnitt verursachen, wenn der Detektor vibriert. Zusätzlich dazu ist es beim Bonden jedes Elementelektrodendrahtes an das entsprechende Zwischenelement durch ein In-Anlage-Bringen miteinander wahrscheinlich, dass der Elementelektrodendraht gebogen wird, abhängig von dem Material der Leitung.
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Es ist zu bevorzugen, dass in der Erstreckungsrichtung ein elementseitiger Bondingabschnitt, welcher jeden der Elementelektrodendrähte an ein entsprechendes eines der Zwischenelemente bondet, an einer Position näher zu dem Temperaturdetektor platziert ist, als es ein Spitzenendabschnitt einer entsprechenden einen der Leitungen ist; und ein Abstand L2 von dem elementseitigen Bondingabschnitt zu dem Spitzenendabschnitt der Leitung eine Relation 0 mm ≤ L2 ≤ 8 mm erfüllt. In diesem Fall kann Belastung auf den Elementelektrodendrähten, den Zwischenelementen und den Leitungen verringert werden. Wenn der Abstand L2 Null oder kleiner ist, überlappt jeder Elementelektrodendraht mit der entsprechenden Leitung. Demnach können, wenn eine Bewegung wie beispielsweise eine Vibration in dem Temperaturdetektor auftritt, jeweilige Endabschnitte der Leitungen die jeweiligen Elementelektrodendrähte berühren und demnach kann eine Belastung, welche auf die Elementelektrodendrähte wirkt, zunehmen. Wenn der Abstand L2 länger als 8 mm ist, nimmt die Belastung, welche auf den Bondingabschnitt, welcher jedes Zwischenelement an die entsprechende Leitung bondet, ausgeübt wird, zu, wenn eine Bewegung wie beispielsweise eine Vibration in dem Temperaturdetektor auftritt.
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Es ist zu bevorzugen, dass das Paar von Elementelektrodendrähten aus einer Pt-basierten Legierung gebildet ist, welche mit Rh (Rhodium) oder Ir (Iridium) dotiert ist. In diesem Fall können die Wärmewiderstandsfähigkeit und die Festigkeit der Elementelektrodendrähte verbessert werden.
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Es ist zu bevorzugen, dass in einem Querschnitt rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung eine äußere Form jedes der Zwischenelemente größer ist als eine äußere Form eines entsprechenden einen der Elementelektrodendrähte; und die äußere Form des Zwischenelements groß genug ist, um die äußere Form des Elementelektrodendrahtes zu bedecken. Wenn die Elementelektrodendrähte aus der Pt-basierten Legierung, welche obenstehend erwähnt ist, gebildet sind, wird der Schmelzpunkt höher als derjenige der Zwischenelemente. Demnach ist es beim Bonden der Elementelektrodendrähte an die jeweiligen Zwischenelemente wahrscheinlich, dass die Zwischenelemente geschmolzen und verjüngt werden. Wenn die äußere Form von jedem Zwischenelement wie obenstehend beschrieben groß gemacht wird, werden die entgegengesetzten Oberflächen jedes Elementelektrodendrahtes und des entsprechenden Zwischenelements leicht gesamt aneinander gebondet, wenn das Zwischenelement verjüngt bzw. kegelförmig ist.
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[Ausführungsformen]
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(Erste Ausführungsform)
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Bezugnehmend auf die 1 bis 4 werden Ausführungsformen des obigen Temperatursensors beschrieben werden.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, weist ein Temperatursensor 1 einen Temperaturdetektor 2, ein Paar von Elementelektrodendrähten 23, ein Paar von Leitungen 3 und ein Paar von Zwischenelementen 4 auf.
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Der Temperaturdetektor 2 weist ein wärmeempfindliches Element 21 zum Erfassen der Temperatur auf. Das Paar von Elementelektrodendrähten 23 ist aus einer Pt-basierten Legierung gebildet und hat jeweilige Enden, welche in dem Temperaturdetektor 2 eingebettet sind und jeweilige andere Enden, für die sichergestellt ist, dass sie in derselben Richtung erstreckt sind. Für das Paar von Leitungen 3, welche aus einer Fe-Cr(Eisen-Chrom)-Legierung gebildet und jeweils elektrisch mit den Elementelektrodendrähten 23 verbunden sind, ist es sichergestellt, dass sie in einer Erstreckungsrichtung X der Elementelektrodendrähte 23 erstreckt sind. Das Paar von Zwischenelementen 4, welche aus einer Fe-Cr-Legierung gebildet sind, verbinden die Elementelektrodendrähte 23 elektrisch mit den jeweiligen Leitungen 3, und es ist sichergestellt, dass sie in der Erstreckungsrichtung X erstreckt sind.
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Die Elementelektrodendrähte 23 sind mit den jeweiligen Zwischenelementen 4 in der Erstreckungsrichtung X ausgerichtet. Wie in 4 gezeigt ist, ist jeder Elementelektrodendraht 23 an das entsprechende Zwischenelement 4 gebondet, wobei eine entgegengesetzte Oberfläche 231 gegen eine entgegengesetzte Oberfläche 140 in Anlage ist. Die Zwischenelemente 4 und die Leitungen 3 sind in einer Richtung rechtwinklig zur Erstreckungsrichtung X nebeneinanderliegend angeordnet und aneinander gebondet, während sie einander überlappen.
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Hierin nachstehend wird der Temperatursensor 1 der vorliegenden Ausführungsform genauer beschrieben werden.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, wird die vorliegende Ausführungsform die Seite, an der der Temperaturdetektor 2 in der Erstreckungsrichtung X der Elementelektrodendrähte 23 angeordnet ist, als eine Spitzenendseite, und die Seite entgegengesetzt zu der Spitzenendseite als eine Basisendseite heranziehend beschrieben werden. Ebenso wird die vorliegende Ausführungsform beschrieben werden unter Heranziehen der Richtung rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung X, d. h. die Richtung in welcher das Paar von Elementelektrodendrähten 23 nebeneinanderliegend angeordnet ist, als eine laterale Richtung Y und die Richtung rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung X und der lateralen Richtung Y als eine vertikale Richtung Z.
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In einem Abgasreinigungssystem zum Reinigen von Abgas, welches von der internen Verbrennungsmaschine eines Automobils emittiert wird, wird der Temperatursensor 1 der vorliegenden Ausführungsform zum Messen der Temperatur von Abgas, welches in einer Abgasleitung zirkuliert, verwendet. Das Abgasreinigungssystem führt verschiedene Prozesse gemäß der Temperatur, welche durch den Temperatursensor 1 gemessen wird, durch.
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Wie in 3 gezeigt ist, hat der Temperatursensor 1 einen Montageteil 71, welcher an der Abgasleitung befestigt ist, ein röhrenförmiges Element 72, welches eingeführt ist in und gehalten wird durch den Montageteil 71 und ein Gehäuseelement 73, welches sich von dem Montageteil 71 in Richtung der Basisendseite erstreckt.
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Das röhrenförmige Element 72 hat eine röhrenförmige Form, welche sich in der Erstreckungsrichtung X erstreckt und hat einen Spitzenendabschnitt, an dem ein Abdeckelement 61 angeordnet ist. Das Abdeckelement 61 hat eine mit Boden versehene zylindrische Form, d. h. eine Form, deren eines Ende geschlossen ist.
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Das Paar von Leitungen 3 ist eingeführt und angeordnet in dem röhrenförmigen Element 72. Das Paar von Leitungen 3 hat jeweils eine säulenförmige Form, welche sich in der Erstreckungsrichtung X erstreckt und wovon jedes ein Spitzenende hat, an dem ein Verbindungsanschluss 31 zur Verbindung mit dem entsprechenden Zwischenelement 4 gebildet ist. Wie in den 2 und 4 gezeigt ist, ist der Verbindungsanschluss 31 an einer Position angeordnet, welche in der vertikalen Richtung Z von der Mittelachse der Basisendseitenleitung 3 verschoben ist. Das Paar von Leitungen 3 hat ein Basisende, an dem ein Verbindungsanschluss (nicht gezeigt) zur Verbindung mit einer externen Verbindungsleitung einer externen Vorrichtung gebildet ist. Zwischen dem Paar von Leitungen 3 und dem röhrenförmigen Element 72 ist ein Hauptkörperfüllmaterial 72, welches elektrisch isolierende Eigenschaften hat, eingefüllt, um das Paar von Leitungen 3 in dem Inneren des röhrenförmigen Elements 72 in einem Zustand zu sichern, in dem das Paar von Leitungen 3 von dem röhrenförmigen Element 72 isoliert ist. Die Spitzenenden des Paars von Leitungen 3 sind an einer Position näher zu der Spitzenendseite platziert, als es das röhrenförmige Element ist.
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Das Paar von Leitungen 3 ist aus einer Fe-Cr-Legierung gebildet und hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten E4 von 15 × 10–6/K.
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Wie in den 1, 2 und 4 gezeigt ist, sind die Zwischenelemente 4, welche an die jeweiligen Verbindungsanschlüssen 31 des Paars von Leitungen 3 gebondet sind, jeweils in einer säulenförmigen Form, sichergestellt, um sich in der Erstreckungsrichtung X zu erstrecken. In einem Querschnitt rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung X ist die äußere Form jedes Zwischenelements 4 größer als diejenige des entsprechenden Elementelektrodendrahtes 23, d. h. die äußere Form des Elementelektrodendrahtes 23 ist groß genug, um die äußere Form des Zwischenelements 4 zu bedecken. Die Zwischenelemente 4 sind aus einer Fe-Cr-Legierung gebildet und haben einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten E3 von 15 × 10–6/K.
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Als eine Fe-basierte Legierung, welche für das Paar von Leitungen 3 und das Paar von Zwischenelementen 4 verwendet wird, können beispielsweise Materialien, welche Fe als ein Basismaterial und 11 bis 26 Gew.-% Cr enthalten, verwendet werden. Zusätzlich zu Cr kann Ni oder Al (Aluminium) enthalten sein. Beispiele solch einer Fe-basierten Legierung, welche verwendet werden können, umfassen Fe-Cr-Al, SUS310S und dergleichen. In diesem Fall kann eine gute Wärmewiderstandsfähigkeit bei einer hohen Temperatur von ungefähr 900°C erlangt werden. Als eine Ni-basierte Legierung, welche für das Paar von Leitungen 3 und das Paar von Zwischenelementen 4 verwendet wird, können beispielsweise Materialien, welche Ni als ein Basismaterial und 14 bis 25 Gew.-% Cr enthalten, verwendet werden. Zusätzlich zu Cr können Fe oder Al enthalten sein. Beispiele solch einer Ni-Cr-Legierung, welche verwendet werden kann, umfassen NCF600, NCF601 und dergleichen. In diesem Fall kann eine gute Wärmewiderstandsfähigkeit bei einer hohen Temperatur von ungefähr 1000°C erlangt werden.
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Wie in den 1, 2 und 4 gezeigt ist, sind die Elementelektrodendrähte 23, welche von dem Temperaturdetektor 2 erstreckt sind, jeweils mit dem Paar von Zwischenelementen 4 verbunden.
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Der Temperaturdetektor 2 weist das wärmeempfindliche Element 21 auf, welches aus einem Widerstandstemperaturdetektor gebildet ist, und ein Dichtelement 22, welches das wärmeempfindliche Element 21 und die Spitzenendseite des Paars von Elementelektrodendrähten 23 umschließt. Der Temperaturdetektor 2 ist mit dem Abdeckelement 61 bedeckt, während der Temperaturdetektor 2 und das Abdeckelement 61 durch ein Füllmaterial 62 gesichert sind, welches in das Abdeckelement 61 gefüllt ist. Das Füllmaterial 62 ist in das Abdeckelement 61 gefüllt, um von der Spitzenendseite des Temperaturdetektors 2 bis zu einer Position näher zu der Basisendseite platziert zu sein als es Bondingabschnitte 5 sind, wobei die Bondingabschnitte 5 die Zwischenelemente 4 an die jeweiligen Leitungen 3 bonden.
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In der Nachbarschaft der Spitzenenden des Paars von Elementelektrodendrähten 23 ist das wärmeempfindliche Element 21 in einem Zustand eines sandwichartigen Einschlusses zwischen dem Paar von Elementelektrodendrähten 23, welche parallel zueinander sind, befestigt. Das wärmeempfindliche Element 21 und das Paar von Elementelektrodendrähten 23 sind gebacken und aneinander gebondet im Vorab unter Verwendung einer Paste bzw. eines Klebstoffs welche bzw. welcher ein Edelmetall enthält, welches mit einer Glasfritte dotiert ist. Das wärmeempfindliche Element 21 und die Spitzenendseitenabschnitte des Paars von Elementelektrodendrähten 23, welche aneinander gebacken und miteinander gebondet sind, sind durch das Dichtelement 22, welches aus Glas gefertigt ist, umschlossen.
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Das Paar von Elementelektrodendrähten 23 ist aus einer Pt-basierten Legierung gebildet und in eine säulenförmige Form gebildet, welche sich in der Erstreckungsrichtung X erstreckt. Die Pt-basierte Legierung, welche zu verwenden ist, enthält Pt als ein Basismaterial und ist mit 5 bis 25 Gew.-% Ir dotiert. In der vorliegenden Ausführungsform hat das Paar von Elementelektrodendrähten 23 einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten E2 = 9 × 10–6/K, was im Wesentlichen derselbe ist wie ein thermischer Ausdehnungskoeffizient E1 des wärmeempfindlichen Elements 21. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Dichtelements 22 ist eingestellt, um derselbe zu sein wie derjenige des wärmeempfindlichen Elements 21. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Leitungen 3, der Zwischenelement 4 und der Elementelektrodendrähte 23 erfüllen eine Relation E2 ≤ E3 ≤ E4.
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Als nächstes wird das Bonden der Elementelektrodendrähte 23, der Zwischenelemente 4 und der Leitungen 3 beschrieben werden.
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Zuerst wird das Paar von Elementelektrodendrähten 23, welche sich von dem Temperaturdetektor 2 erstrecken, jeweils an das Paar von Zwischenelementen 4 gebondet. Die Elementelektrodendrähte 23 sind jeweils ausgerichtet mit den Zwischenelementen 4 angeordnet. Die Elementelektrodendrähte 23 sind an die Zwischenelemente 4 durch Stoßschweißen bzw. Stumpfschweißen gebondet, so dass jede der entgegengesetzten Oberflächen 231 gegen die entsprechende eine der entgegengesetzten Oberflächen 41 in Anlage ist. Demnach werden vor dem Bonden der Zwischenelemente 4 an die Leitungen 3 die Zwischenelemente 4 an die Elementelektrodendrähte 23 gebondet. Dieser Weg des Bondens kann einen Ausrichtungsvorgang des Anordnens der Zwischenelemente 4 in Ausrichtung mit den jeweiligen Elementelektrodendrähten 23 erleichtern. Wenn die Zwischenelemente 4 zuerst an die Leitungen 3 gebondet werden, ist es notwendig, gleichzeitig eine Ausrichtung zwischen dem Paar von Zwischenelementen 4 und dem Paar von Elementelektrodendrähten 23 durchzuführen, was den Zentrierungsvorgang schwierig macht. Solch ein schwieriger Ausrichtungsvorgang variiert das Schweißen bei der Herstellung in großem Maße und führt zu einer Schwierigkeit des Sicherstellens der Zuverlässigkeit des Schweißens, was zu einer Fehlfunktion beim Bonden des Paars von Elementelektrodendrähten 23 an das Paar von Zwischenelementen 4 führen kann. Eine andere Struktur, welche berücksichtigt werden kann, wird durch ein Bonden des Paars von Elementelektrodendrähten, des Paars von Zwischenelementen und des Paars von Leitungen in Ausrichtung miteinander zum Bonden erlangt oder ein Anordnen des Paars von Elementelektrodendrähten und des Paars von Leitungen in Ausrichtung miteinander für ein direktes Bonden. Der Ausrichtungsvorgang in diesen Strukturen ist jedoch ebenso schwierig.
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Nachfolgend wird das Paar von Zwischenelementen 4 welches jeweils mit dem Paar von Elementelektrodendrähten 23 verbunden ist, an das jeweilige Paar von Leitungen 3 gebondet. Jedes Zwischenelement 4 und die entsprechende Leitung 3 sind nebeneinander in einer radialen Richtung rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung X angeordnet. Das Zwischenelement 4 ist an die entsprechende Leitung 3 überlappt miteinander in der radialen Richtung gebondet. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Zwischenelemente 4 an die jeweiligen Leitungen 3 durch Laserschweißen gebondet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Anzahl von Bondingabschnitten 5 zwei beim Bonden jedes der Zwischenelemente 4 an die entsprechende eine der Leitungen 3 durch Laserschweißen. Vorzugsweise ist die Anzahl von Bondingabschnitten ungefähr zwei bis vier. In diesem Fall kann die Festigkeit des Bondens der Zwischenelemente 4 an die Leitungen 3 verbessert werden.
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Wie in 4 gezeigt ist, ist in einem Zustand, in dem die Elementelektrodendrähte 23, die Zwischenelemente 4 und die Leitungen 3 jeweils aneinander gebondet sind, eine Länge L1 eines Abschnitts jedes Elementelektrodendrahtes 23, welcher in der Erstreckungsrichtung X von dem Temperaturdetektor 2 in Richtung der entsprechenden Leitung 3 hervorsteht L1 = 0,5 mm. Der elementseitige Bondingabschnitt 51, welcher jeden Elementelektrodendraht 23 an das entsprechende Zwischenelement 4 bondet, ist an einer Position näher zu dem Temperaturdetektor 2 angeordnet als es der Spitzenendabschnitt der entsprechenden Leitung 3 ist. Ein Abstand L2 von dem elementseitigen Bondingabschnitt 51 zu dem Spitzenendabschnitt der Leitung 3 ist L2 = 0,5 mm.
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Die folgende Beschreibung adressiert die vorteilhaften Effekte der vorliegenden Ausführungsform.
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In dem Temperatursensor 1 sind jeder Elementelektrodendraht 23 und das entsprechende Zwischenelement 4 in Ausrichtung miteinander in der Erstreckungsrichtung X angeordnet und sind aneinander gebondet, wobei die entgegengesetzten Oberflächen 231 und 41, welche in die Erstreckungsrichtung X blicken, aneinander in Anlage sind. Die entgegengesetzten Oberflächen 231 und 41 sind jeweils Enden des Elementelektrodendrahtes 23 und des Zwischenelements 4 in der Erstreckungsrichtung X. Der Bereich des elementseitigen Bondingabschnitts 51 ist kleiner, verglichen mit dem Fall, in dem der Elementelektrodendraht 23 an die entsprechende Leitung über eine äußere Umfangsoberfläche parallel zu der Erstreckungsrichtung X gebondet ist. Demnach kann der thermische Ausdehnungsunterschied zwischen dem Elementelektrodendraht 23 und dem Zwischenelement 4 verringert werden, wodurch eine Belastung verringert wird.
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Wenn der Bereich des elementseitigen Bondingabschnitts 51 klein gestaltet wird, können die entgegengesetzten Oberflächen 231 und 41 des Elementelektrodendrahts 23 und das Zwischenelement 4 jeweils vollständig leicht aneinander gebondet werden. Demnach wird nur der Abschnitt, welcher den Elementelektrodendraht 23 an das Zwischenelement 4 bondet an den entgegengesetzten Oberflächen 231 und 41 gebildet, was eine Konzentration von Belastung verringert. Wie obenstehend beschrieben ist, kann, wenn das Material, welches die Elementelektrodendrähte 23 bildet, unterschiedlich von demjenigen ist, welches die Zwischenelemente 4 bildet, eine Belastung verringert werden.
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Die Leitungen 3 und die Zwischenelemente 4 sind beide aus einer Fe-basierten Legierung gebildet. Durch ein Bilden der Leitungen 3 unter Verwendung desselben Materials wie dasjenige der Zwischenelemente 4 kann ein Bonden leicht durchgeführt werden und die Bondingstärke kann verbessert werden. Da Materialien, welche thermische Ausdehnungskoeffizienten haben, welche zueinander annähernd gleich sind, für die Leitungen 3 und die Zwischenelemente 4 ausgewählt werden, kann eine Belastung, welche durch eine thermische Ausdehnung aufgrund der Änderung der Temperatur erzeugt wird, verringert werden.
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Der Temperaturdetektor 2 ist in dem Abdeckelement 61 aufgenommen, während der Temperaturdetektor 2 und das Abdeckelement 61 durch das Füllmaterial 62, welches in das Abdeckelement 61 gefüllt ist, gesichert sind. Demnach kann mit dem Temperatursensor 2, welcher gesichert ist, Belastung, welche zwischen jedem Elementelektrodendraht 23, dem entsprechenden Zwischenelement 4 und der entsprechenden Leitung 3 erzeugt wird, verringert werden.
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In der Erstreckungsrichtung X erfüllt die Länge L1 des Abschnitts von jedem Elementelektrodendraht 23, welcher von dem Temperaturdetektor 2 in Richtung der entsprechenden Leitung 3 hervorsteht, die Relation 0,2 mm ≤ L1 ≤ 8 mm. Demnach wird verhindert, dass ein Biegen auftritt, wenn die Elementelektrodendrähte 23 an die jeweiligen Zwischenelemente 4 gebondet werden, während die Belastung, welche auf die Elementelektrodendrähte 23 ausgeübt wird, verringert wird, wenn der Temperaturdetektor 2 geschwenkt wird. Darüber hinaus kann der Einfluss von dimensionalen Variationen beim Bilden des Temperaturdetektors 2 verringert werden.
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In der Erstreckungsrichtung X ist der elementseitige Bondingabschnitt 51, welcher jeden Elementelektrodendraht 23 an das entsprechende Zwischenelement 4 bondet, an einer Position näher zu dem Temperaturdetektor 2 platziert als es der Spitzenendabschnitt der entsprechenden Leitung 3 ist. Ferner erfüllt der Abstand L2 von dem elementseitigen Bondingabschnitt 51 zu dem Spitzenendabschnitt der Leitung 3 die Relation 0 mm ≤ L2 ≤ 8 mm. Demnach kann die Belastung, welche auf jeden Elementelektrodendraht 23, das entsprechende Zwischenelement 4 und die entsprechende Leitung 3 ausgeübt wird, verringert werden.
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Das Paar von Elementelektrodendrähten 23 ist aus einer Pt-basierten Legierung gebildet, welche mit Ir dotiert ist. Demnach kann die Wärmewiderstandsfähigkeit und Festigkeit der Elementelektrodendrähte 23 verbessert werden.
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In einem Querschnitt rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung X ist die äußere Form des Zwischenelements 4 größer als diejenige des entsprechenden Elementelektrodendrahtes 23, d. h. die äußere Form des Elementelektrodendrahts 23 ist groß genug, um die äußere Form des Zwischenelements 4 zu bedecken. Wenn die Elementelektrodendrähte 23 aus der Pt-basierten Legierung gebildet sind, wird der Schmelzpunkt der Elementelektrodendrähte 23 höher als der derjenige der Zwischenelemente 4. Demnach werden beim Bonden der Elementelektrodendrähte 23 an die jeweiligen Zwischenelemente 4 die Zwischenelemente 4 leicht geschmolzen und verjüngt. Wie obenstehend beschrieben ist, werden durch ein Großmachen der äußeren Form von jedem Zwischenelement 4 die entgegengesetzten Oberflächen 231 und 41 des Elementelektrodendrahts 23 und des Zwischenelements 4 jeweils leicht vollständig aneinander gebondet, wenn die Zwischenelemente 4 verjüngt sind.
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Der thermische Ausdehnungskoeffizient E1 des wärmeempfindlichen Elements 21 ist im Wesentlichen gleich zu dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten E2 der Elementelektrodendrähte 23. Demnach kann, wenn der Temperatursensor 1 erwärmt wird und das wärmeempfindliche Element 21 und die Elementelektrodendrähte 23 thermisch ausgedehnt werden, die Belastung, welche auf das wärmeempfindliche Element 21 und den Elementelektrodendraht 23 ausgeübt werden, verringert werden.
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Der thermische Ausdehnungskoeffizient E3 der Zwischenelemente 4, welcher zwischenliegend ist zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten E2 der Elementelektrodendrähte 23 und dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten E4 der Leitungen 3, erfüllt die Relation E2 ≤ E3 ≤ E4. Demnach kann, wenn der Temperatursensor 1 erwärmt wird, der thermische Ausdehnungsunterschied zwischen den Elementelektrodendrähten 23 und den Zwischenelementen 4 und der thermische Ausdehnungsunterschied zwischen den Leitungen 3 und den Zwischenelementen 4 verringert werden. Demzufolge kann die Belastung, welche auf die Elementelektrodendrähte 23, die Zwischenelemente 4 und die Leitungen 3 ausgeübt wird, verringert werden. Insbesondere kann, wenn die Leitungen 3 aus demselben Material gebildet sind wie dasjenige der Zwischenelemente 4 und eine Relation E3 = E4 erfüllt ist, die Zuverlässigkeit des überlappgeschweißten Abschnitts zwischen jeder Leitung 3 und dem entsprechenden Zwischenelement 4 verbessert werden.
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Wie obenstehend beschrieben ist, kann gemäß dem Temperatursensor 1 der vorliegenden Ausführungsform mit der Verwendung der Zwischenelemente 4 die Konzentration von Belastung über jeden Elementelektrodendraht 23 und die entsprechende Leitung 3 verringert werden, was die Zuverlässigkeit und Festigkeit der Verbindung verbessert.
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Als Materialien, welche für das Paar von Zwischenelementen 4 und das Paar von Leitungen 3 verwendet werden, kann eine Ni-basierte Legierung ebenso verwendet werden neben der Fe-Cr-basierten Legierung, welche in der vorliegenden Ausführungsform erwähnt ist. Die Ni-basierte Legierung, welche verwendet werden kann, beinhaltet Ni als ein Basismaterial und enthält vorzugsweise 14 bis 25 Gew.-% Cr. Als solches können eine Ni-Cr-basierte Legierung, NCF600, NCF601 oder dergleichen verwendet werden.
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Als die Elementelektrodendrähte 23 kann eine Pt-basierte Legierung, welche Pt als das Basismaterial enthält und mit 5 bis 15 Gew.-% Rh dotiert ist, verwendet werden, neben der Pt-basierten Legierung, welche mit Ir dotiert ist.
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(Bestätigungstest)
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In dem vorliegenden Bestätigungstest wurden ein thermischer Zyklustest, ein thermischer Schocktest und ein Vibrationstest unter Verwendung von Proben 1 bis 6 durchgeführt.
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Die Proben 1 und 2 hatten Strukturen ähnlich zu der Struktur des Temperatursensors 1 der ersten Ausführungsform. Die Elementelektrodendrähte 23 des Temperatursensors 1 in Probe 1 wurden aus einer Pt-basierten Legierung, welche mit Rh dotiert ist, gebildet. Die Elementelektrodendrähte 23 des Temperatursensors 1 in Probe 2 wurden aus einer Pt-basierten Legierung, die mit Ir dotiert ist, gebildet.
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Die Temperatursensoren 1 der Proben 3 bis 6 hatten keine Zwischenelemente 4, wobei die Elementelektrodendrähte 23 direkt an die jeweiligen Leitungen 3 gebondet sind. Die Elementelektrodendrähte 23 der Temperatursensoren 1 der Proben 3 und 5 wurden aus einer Pt-basierten Legierung, die mit Rh dotiert ist, gebildet. Die Elementelektrodendrähte 23 der Temperatursensoren 1 in den Proben 4 und 6 wurden aus einer Pt-basierten Legierung, die mit Ir dotiert ist, gebildet. In den Proben 3 und 4 war das Füllmaterial 62 nicht in das Abdeckelement 61 gefüllt.
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In den Proben 1 bis 6 waren Abschnitte anders als die oben beschriebenen Abschnitte ähnlich zu dem Temperatursensor 1 der ersten Ausführungsform strukturiert.
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Bei dem thermischen Zyklustest wurden Proben 1 bis 6 jeweils alternierend zwischen einer Raumtemperaturatmosphäre und einer Hochtemperaturatmosphäre bewegt. Der thermische Zyklustest wurde durchgeführt unter Verwendung von zwei Testtemperaturen von 800°C und 900°C als die Hochtemperaturatmosphäre. In dem Test wurde ein Zyklus genommen, um Proben 1 bis 6 in jeder der Atmosphären für zwei Minuten zu halten. 10.000 Zyklen wurden durchgeführt.
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Bei dem thermischen Schocktest wurden Proben 1 bis 6 erwärmt und dann schnell durch eine Verwendung eines Gebläses abgekühlt. In der vorliegenden Ausführungsform wurden Proben 1 bis 6 bei einer Temperatur von 800°C erwärmt, gefolgt von einem Abkühlen der Temperatursensoren 1 bei einer Kühlrate von 100°C pro Sekunde und einer Kühlrate von 200°C pro Sekunde. In dem Test wurde ein Zyklus genommen um ein Satz von Heizen und Kühlen zu sein. 10.000 Zyklen wurden durchgeführt.
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Bei dem Vibrationstest wurden Proben 1 bis 6 in einer Hochtemperaturatmosphäre mit einer Einwirkung einer Vibrationslast angeordnet. Die Vibrationsbeschleunigung, welche auf Proben 1 bis 6 ausgeübt wurde, war in zwei Mustern von 30 G und 40 G und eine Oszillationsfrequenz wurde zentrierend auf dem Resonanzpunkt des Temperaturdetektors
2 abgetastet. Der Test wurde für 100 Stunden fortgeführt. [Tabelle 1]
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Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse des thermischen Zyklustests des thermischen Schocktests und des Vibrationstests der Proben 1 bis 6. Das „Abnormal”, welches in den Zeichnungen gezeigt ist, zeigt an, dass eine Abnormalität nach dem Test beobachtet wurde, und „Gut” zeigt an, dass die Probe nach dem Test noch in einem normalen Zustand war.
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Der Bondingzustand der Elementelektrodendrähte 21, der Zwischenelemente 4 und der Leitungen 3 der Proben 1 und 2 war normal nach jedem der Erwärmen-Abkühlen-, thermischen Schock- und Vibrationstests. In dem Bondingzustand der Elementelektrodendrähte zu den Leitungen der Proben 3 und 4 wurde eine Abnormalität, nach dem Vibrationstest bei Vibrationsbeschleunigungen von 30 G und 40 G beobachtet.
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In dem Bondingzustand der Elementelektrodendrähte zu den Leitungen der Probe 5 wurde eine Abnormalität nach dem thermischen Zyklustest zwischen Raumtemperaturatmosphäre und 900°C Atmosphäre, nach dem thermischen Schocktest bei einer Kühlrate von 200°C pro Sekunde und nach dem Vibrationstest einer Vibrationsbeschleunigung von 40 G beobachtet.
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In dem Bondingzustand der Elementelektrodendrähte zu den Leitungen der Probe 6 wurde eine Abnormalität nach dem thermischen Schocktest bei einer Kühlrate von 200°C pro Sekunde beobachtet.
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Auf diesem Wege wurde gemäß dem Temperatursensor 1 der ersten Ausführungsform bestätigt, dass die Konzentration von Belastung über jeden Elementelektrodendraht 23 und die entsprechende Leitung 3 verringert werden konnte und die Zuverlässigkeit der Festigkeit verbessert werden konnte.
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(Zweite Ausführungsform)
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Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Struktur des Temperatursensors 1 der ersten Ausführungsform teilweise modifiziert.
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Ein Temperatursensor 1 der vorliegenden Ausführungsform weist einen Temperaturdetektor 2 auf, welcher aus einem wärmeempfindlichen Element 21 in einer im Wesentlichen kubischen Form gebildet ist. Jeweilige Abschnitte an einer Spitzenendseite der Elementelektrodendrähte 23 sind in dem wärmeempfindlichen Elemente 21 eingebettet.
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Der Rest der Struktur ist ähnlich zu derjenigen der ersten Ausführungsform. Von den Bezugszeichen, welche in der vorliegenden Ausführungsform oder den Zeichnungen der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden, repräsentieren die Bezugszeichen, welche identisch mit denen sind, welche in der ersten Ausführungsform verwendet werden, Komponenten ähnlich zu denjenigen der ersten Ausführungsform, solange nicht anderweitig spezifiziert.
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In der vorliegenden Ausführungsform können ebenso vorteilhafte Effekte ähnlich zu denjenigen der ersten Ausführungsform erlangt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Temperatursensor
- 2
- Temperaturdetektor
- 21
- Wärmeempfindliches Element
- 23
- Elementelektrodendraht
- 3
- Leitung
- 4
- Zwischenelement
