JP2002168702A - 温度センサ - Google Patents
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Abstract
抵抗体と導通する配線層が形成されたセラミック基板を
収納し、ケースの他端側にてリード線の端子部と配線層
とをレーザ溶接し、リード線を介して抵抗体からの信号
を外部に取り出すようにした温度センサにおいて、リー
ド線に接続された端子部と配線層との接合強度を向上さ
せる。 【解決手段】 リード線41に接続された端子部30
は、抵抗体21と導通するセラミック基板20の配線層
22にレーザ溶接されたレーザ溶接部31と、このレー
ザ溶接部31よりもリード線41側に位置しセラミック
基板20を抱え込んだ形でセラミック基板20に支持さ
れる抱え部32と、レーザ溶接部31と抱え部32との
間に位置しこれら両部間に発生する応力を吸収する応力
吸収部33とを備える。
Description
体を導入可能な筒状のケース内に、測定媒体の温度検出
用の感温素子及び感温素子からの信号取出用の配線層が
形成されたセラミック基板を収納し、ケースの他端側か
らケースに挿入されたリード線と配線層とを電気的に接
続することにより、リード線を介して感温素子からの信
号を外部に取り出すようにした温度センサに関し、特
に、リード線と配線層との接合強度向上に関する。
ンジンの排気管内の排気ガス温度を検出する排気温セン
サがある。この排気温センサの従来の一般的な断面構成
を図5に示す。このものは、一端側に測定媒体導入用の
穴部11を有する金属製筒状のケース10と、このケー
ス10内に収納され、感温素子としての白金等よりなる
抵抗体21が搭載されたセラミック基板20とを備えて
いる。
ク基板20に係る部分の詳細構成を示すもので、(b)
は(a)の上視平面構成を示す。セラミック基板20に
は、印刷等により抵抗体21が形成され、この抵抗体2
1からの信号を取り出すための配線層22が白金ペース
トを用いて形成されている。さらに、配線層22には、
ケース10の他端側から挿入されたシース配線40のリ
ード線41が、金属製の端子部300を介して電気的に
接続されている。
ケース10の外部にて、外部回路と連絡するための配線
部材200と端子210を介して電気的に接続され、当
該接続部は、モールド樹脂220にて被覆保護されてい
る。
保持されたネジ部材(ニッブル)70を介して、当該ネ
ジ部材70よりもケース10の一端側が上記排気管内に
位置するように、排気管にネジ結合される。
0の穴部11から導入されて、抵抗体21にて排気ガス
の温度に応じた信号が出力される。この信号は配線層2
2から、シース配線40を介して配線部材200から上
記外部回路へ出力されるようになっている。
センサにおいて、リード線41と配線層22との接合
は、図6に示す様に、リード線41にレーザ溶接された
金属製の端子部300を介して行われている。
との間に配線層22を挟み込んだ形で配線層22にレー
ザ溶接されており、このレーザ溶接部310よりもリー
ド線41側には、リード線41に加わる引っ張り応力
(図5の左右方向へ加わる応力)を吸収するための応力
吸収部320が形成されたものである。
ば、配線層22は白金ペーストにて形成されているた
め、強度的に弱く、端子部300に応力吸収部320が
形成されていても、上記引っ張り応力によってレーザ溶
接部310が破損する可能性があることがわかった。
の一端側に、温度検出用の感温素子及び感温素子と導通
する配線層が形成されたセラミック基板を収納し、ケー
スの他端側にてリード線の端子部と配線層とをレーザ溶
接し、リード線を介して感温素子からの信号を外部に取
り出すようにした温度センサにおいて、リード線に接続
された端子部と配線層との接合強度を向上させることを
目的とする。
め、請求項1〜請求項4に記載の各発明は、一端側から
測定媒体を導入可能な筒状のケース(10)と、このケ
ース内に収納されたセラミック基板(20)と、このセ
ラミック基板に固定されケースに導入された測定媒体の
温度を検出するための感温素子(21)と、セラミック
基板に形成され感温素子と導通する配線層(22)と、
ケースの他端側からケースに挿入されるとともに感温素
子からの信号を外部に取り出すために配線層と電気的に
接続されたリード線(41)とを備える温度センサにお
いて、それぞれ以下の特徴を有するものである。
ては、配線層(22)に電気的に接続するためにリード
線(41)に接続された端子部(30)を、セラミック
基板(20)との間に配線層を挟み込んだ形で配線層に
レーザ溶接されたレーザ溶接部(31)と、このレーザ
溶接部よりもリード線側に位置しセラミック基板を抱え
込んだ形でセラミック基板に支持される抱え部(32)
と、レーザ溶接部と抱え部との間に位置しレーザ溶接部
と抱え部との間に発生する応力を吸収する応力吸収部
(33)とを備えたものとしたことを特徴としている。
共に端子部をセラミック基板(20)に固定する役割を
有するレーザ溶接部(31)及び抱え部(32)が、応
力吸収部(33)を介して互いに離れて位置した構成と
なるため、リード線(41)に加わる引っ張り応力は、
まず、リード線側に位置する抱え部にて吸収され、更に
応力吸収部にて吸収され、残りがレーザ溶接部に加わ
る。
では、レーザ溶接部とリード線との間には、応力吸収部
が介在するのみであるため、リード線に加わる引っ張り
応力が、応力吸収部にて十分に吸収されないと、レーザ
溶接部に大きな引っ張り応力が加わり、レーザ溶接部が
破損する可能性がある。
力吸収部とリード線との間に位置する抱え部にて、上記
引っ張り応力を、更に吸収することができる。よって、
レーザ溶接部に伝わる引っ張り応力を極力低減すること
が可能となるため、結果的に、リード線に接続された端
子部と配線層との接合強度を向上させることができる。
ては、配線層(22)に電気的に接続するためにリード
線(41)に接続された金属製の端子部(30)を、セ
ラミック基板(20)との間に配線層を挟み込んだ形で
配線層にレーザ溶接し、端子部におけるレーザ溶接部
(31)を、レーザ溶接部の外周に配された無機接着剤
(35)を介して電気絶縁性の絶縁部材(36)にて被
覆したことを特徴としている。
ーザ溶接部(31)の外周を、無機接着剤(35)で被
覆してレーザ溶接部を補強することができるとともに、
この無機接着剤を更に絶縁部材(36)にて被覆してい
るため、レーザ溶接部が無機接着剤を介してケース(1
0)と短絡するのを防止することができる。
線に接続された端子部と配線層との接合強度が、実質的
にレーザ溶接の接合力に依存していたのに対し、本発明
の温度センサによれば、更に無機接着剤の補強が加わる
ため、当該接合強度の更なる向上が可能となる。
うに、レーザ溶接部(31)を、絶縁部材(36)を介
してケース(10)の内壁に支持するようにすれば、よ
り接合強度を向上させることができ、好ましい。
に、絶縁部材(36)を、絶縁碍子よりなるものとすれ
ば、耐高温性に優れた絶縁部材となるため、高温に適し
た温度センサを実現することができる。
に、配線層(22)としては、白金ペーストを用いて形
成されたものを採用し、端子部(30)としては、Ni
合金よりなるものを採用することができる。
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。
について説明する。限定するものではないが、本実施形
態は、本発明の温度センサを、エンジンの排気管内の排
気ガス温度を検出する排気温センサに具体化したものと
して説明する。なお、以下の各実施形態において、互い
に同一部分には、説明の簡略化のために、図中、同一符
号を付してある。
施形態に係る温度センサの概略断面構成を示す。また、
図2は、図1中のセラミック基板20に係る部分の詳細
構成を示すもので、(b)は(a)の上視平面構成を示
す。
を区画する筒状のケースであり、Ni(ニッケル)基合
金等の耐熱性の金属よりなる。ケース10の一端側(図
中、左側)には、ケース10の内外を連通する複数個の
穴部11が形成されており、この穴部11から、測定媒
体としての排気ガスが導入可能となっている。
手方向に沿って延びる長方形状のセラミック基板20が
収納されている。このセラミック基板20はアルミナ等
よりなり、セラミック基板20の一面のうちケース10
の一端側に対応する部位には、温度検出用の感温素子と
しての白金系材料等のサーミスタ材料よりなる抵抗体2
1が印刷等により形成されている。なお、抵抗体21
は、ガラス等よりなる保護膜(図示せず)により被覆さ
れている。
基板20の一面には、ケース10の他端側(図中、右
側)に向かうように、白金ペースト等よりなる配線層2
2が形成されている。配線層22の一端は抵抗体21に
電気的に導通しており、他端は、ケース10の他端側か
ら挿入されたシース配線40の一端側から露出するリー
ド線41と電気的に接続されている。
子)21からの信号を外部に取り出すためのもので、配
線層22との接続端部側に、配線層22に電気的に接続
するためのNi合金やステンレス等の耐熱性金属よりな
る端子部(素子部端子)30が接続されている。この端
子部30の詳細構成を図3に斜視図として示す。
板20との間に配線層22を挟み込んだ形で配線層22
にレーザ溶接されたレーザ溶接部31と、このレーザ溶
接部31よりもリード線41側に位置しセラミック基板
20を抱え込んだ形でセラミック基板20に支持される
抱え部32と、レーザ溶接部31と抱え部32との間に
位置し、これら両31、32との間に発生する応力を吸
収するための応力吸収部33とを備えたものである。
の引っ張り応力が加わる方向(図2中の左右方向)にバ
ネ変形可能なように、折り曲げられた形状を有してい
る。また、端子部30においては、レーザ溶接部31と
抱え部32との異なる離れた2箇所にて、端子部30の
セラミック基板20への固定がなされている。
との溶融部31aによりセラミック基板20に固定さ
れ、一方、抱え部32は、抱え部32のバネ力によりセ
ラミック基板20を挟み付けたり、抱え部32をセラミ
ック基板20にかしめたりすることによって、セラミッ
ク基板20に固定されている。
子部30のうち抱え部32よりもリード線41側の部位
にてレーザ溶接やかしめ固定等により接続されている。
本例では、リード線41と端子部30とは、図2(b)
に示す様に、レーザ溶接により形成されたリード線41
と端子部30との溶融部41aにより、接続されてい
る。
41の接続は、例えば、次のようにして行うことができ
る。配線層22の上に、端子部30のレーザ溶接部31
を重ね合わせるとともに、抱え部32にてセラミック基
板20を抱え込ませることにより、セラミック基板20
に端子部30を固定する。
レーザ溶接し、一方、端子部30とリード線41とを重
ね合わせてレーザ溶接やかしめ固定を行う。各固定や溶
接の順序は限定しないが、このようにして、配線層2
2、端子部30、リード線41の接続を行うことができ
る。
スピン)40は、その本体を区画するチューブ(シース
ピン保護管)42の内部にリード線(シースピンリード
線)41を配するとともに、リード線41とチューブ4
2との隙間にマグネシア等の絶縁粉末を充填することに
より、チューブ42にリード線41を絶縁保持してなる
ものである。なお、リード線41とチューブ42は共
に、例えばNi(ニッケル)基合金等の耐熱性の金属よ
り構成することができる。
0の他端側では、上記図5と同様に、ケース10の外部
にて、外部回路と連絡するための配線部材と端子を介し
て電気的に接続されるようになっている。なお、当該接
続部は、上記図5と同様、モールド樹脂にて被覆保護さ
れた形としてもよい。
20はケース10内に挿入されており、セラミック基板
20は、ケース10とセラミック基板20との間に介在
する保持部材50によってケース10の内壁に保持され
ている。この保持部材50は、Ni合金等の耐熱性の金
属よりなる金網により構成されている。
を取り囲むとともに、ケース10の内壁に接触するよう
に配設されている。そして、保持部材50自身が外側に
広がるように(つまり、ケース10の内壁を押すよう
に)、金網の弾性力が作用することにより、セラミック
基板20はケース10に弾性的に支持される。
接続されたシース配線40は、ケース10の他端側に
て、Ni合金等の耐熱性の金属よりなる環状のスペーサ
60を介して、ケース10に支持固定されている。な
お、ケース10の他端側は、シース配線40及びスペー
サ60により、封止されている。ここで、スペーサ60
は、例えば、シース配線40とは、かしめによって固定
され、ケース10とは溶接によって固定される。
当該外周面から突出するリブ12がケース10と一体に
形成されており、このリブ12には、温度センサを上記
排気管に取り付けるためのネジ部材(ニッブル)70が
保持されている。ネジ部材70はステンレス等の金属よ
りなるもので、排気管に形成された取付用のネジ部(図
示せず)とネジ結合可能なネジが形成されている。
して組み付けることができる。シース配線40にスペー
サ60をかしめ固定し、シース配線40のリード線41
とセラミック基板20の配線層22とを端子部30を介
して、上述した方法により接続する。
成する金網をセラミック基板20の外周に巻き付けた
り、当該金網を予めセラミック基板20の挿入可能な穴
を有する筒形状に成形した後に、この成形体にセラミッ
ク基板20を挿入したりする等により、セラミック基板
20に取り付ける。
0、シース配線40、保持部材50及びスペーサ60が
一体化されたものを、ケース10の他端側から挿入し、
スペーサ60とケース10とを溶接することにより、図
1に示す温度センサが完成する。
ネジ部材70を介して排気管にネジ結合され、当該ネジ
部材70よりもケース10の一端側が上記排気管内に位
置するように取り付けられる。ここで、ケース10の一
端側が排気管の内壁から排気管内へ突出した形となり、
排気ガスは、例えば図1中の上から下へ流れる。
る。排気管内の排気ガス(測定媒体)は、ケース10の
穴部11から導入されて、抵抗体21にて排気ガスの温
度に応じた信号が出力される。この信号は配線層22か
ら、シース配線40を介して外部へ出力されるようにな
っている。
0において、共に端子部30をセラミック基板20に固
定する役割を有するレーザ溶接部31及び抱え部32
が、応力吸収部33を介して互いに離れて位置した構成
となるため、リード線41に加わる引っ張り応力は、ま
ず、リード線41側に位置する抱え部32にて吸収さ
れ、更に応力吸収部33にて吸収され、残りがレーザ溶
接部31に加わる。
参照)では、レーザ溶接部310とリード線41との間
には、応力吸収部320が介在するのみであるため、リ
ード線41に加わる引っ張り応力が、応力吸収部320
にて十分に吸収されないと、レーザ溶接部310に大き
な引っ張り応力が加わり、レーザ溶接部310が破損す
る可能性がある。
33とリード線41との間に位置する抱え部32にて、
上記引っ張り応力を、更に吸収することができる。よっ
て、レーザ溶接部31に伝わる上記引っ張り応力を極力
低減することが可能となるため、結果的に、端子部30
と配線層22との接合強度を向上させることができる。
第1実施形態において、リード線41の端子部30と配
線層22との接合部(信号取出接合部)の構成を変形し
たものであり、以下、主として上記第1実施形態との相
違点について、図4を参照して説明する。図4は、本実
施形態の要部を示す概略断面図である。
合部は、配線層22に電気的に接続するためにリード線
41に接続された金属製の端子部30を、セラミック基
板20との間に配線層22を挟み込んだ形で配線層22
にレーザ溶接し、端子部30におけるレーザ溶接部31
を、レーザ溶接部31の外周に配された無機接着剤35
を介して電気絶縁性の絶縁部材36にて被覆したものと
している。
第1実施形態に示した抱え部32、応力吸収部33は形
成されておらず、レーザ溶接部31とリード線41との
接続部(図示せず)のみで構成されたものである。ま
た、無機接着剤35としては、耐熱性に優れたアルミナ
等よりなる接着剤を用いることが出来る。また、絶縁部
材36としては、アルミナやシリカ等よりなる絶縁碍子
を用いることが出来る。
その外周側面がケース10の内壁に当接して支持されて
おり、その内周側面は、無機接着剤35を介してレーザ
溶接部31及びセラミック基板20に接着されている。
つまり、レーザ溶接部31は、無機接着剤35及び絶縁
部材36を介してケース10の内壁に支持された形とな
っている。
セラミック基板20の配線層22と端子部30とをレー
ザ溶接し、リード線41と端子部30とをレーザ溶接や
かしめ等によって接続した後、セラミック基板20を絶
縁部材36に挿入し、無機接着剤35を介して接着する
ことにより、形成可能である。その後は、上記第1実施
形態同様に、組付を行い、温度センサを完成させ、排気
管に取り付けて、排気ガスの温度検出が可能となってい
る。
度検出時等において、温度センサには、リード線41の
引っ張り応力が図4中の左右方向に沿って端子部30に
加わる。しかし、本実施形態によれば、端子部30にお
けるレーザ溶接部31の外周を、無機接着剤35で被覆
してレーザ溶接部31を補強することができるととも
に、この無機接着剤35を更に絶縁部材36にて被覆し
ているため、レーザ溶接部31が無機接着剤35を介し
てケース10と短絡するのを防止することができる。
6参照)における端子部300と配線層22との接合強
度が、実質的にレーザ溶接の接合力に依存していたのに
対し、本実施形態の温度センサによれば、更に無機接着
剤35の補強が加わるため、当該接合強度の更なる向上
が可能となる。
1を、絶縁部材36を介してケース10の内壁に支持し
ているため、より接合強度を向上させることができ、好
ましい。また、本例のように、絶縁部材36を絶縁碍子
よりなるものとすれば、耐高温性に優れた絶縁部材とな
るため、高温に適した温度センサを実現することができ
る。なお、絶縁部材36は、センサの用途によっては有
機絶縁物でも良い。
において、端子部30のレーザ溶接部31の外周に、図
4に示す様に、無機接着剤35及び絶縁部材36を配設
しても良い。それによれば、第1実施形態と第2実施形
態とを組み合わせた構成となり、より接合強度の向上が
図れる。
入可能な筒状のケース内に、測定媒体の温度検出用の感
温素子及び感温素子からの信号取出用の配線層が形成さ
れたセラミック基板を収納し、ケースの他端側からケー
スに挿入されたリード線と配線層とを電気的に接続する
ことにより、リード線を介して感温素子からの信号を外
部に取り出すようにした温度センサにおいて、リード線
に接続された端子部と配線層との接合構造に特徴を持た
せたものであり、他の部分は適宜設計変更可能である。
例えば、エンジンの吸気温度や、その他、室内、室外の
空気温度等を測定する温度センサに用いることが可能で
ある。
断面図である。
を示す図である。
る。
を示す概略断面図である。
である。
を示す図である。
(感温素子)、22…配線層、30…端子部、31…レ
ーザ溶接部、32…抱え部、33…応力吸収部、35…
無機接着剤、36…絶縁部材、41…リード線。
Claims (5)
- 【請求項1】 一端側から測定媒体を導入可能な筒状の
ケース(10)と、 このケース内に収納されたセラミック基板(20)と、 このセラミック基板に固定され前記ケースに導入された
前記測定媒体の温度を検出するための感温素子(21)
と、 前記セラミック基板に形成され前記感温素子と導通する
配線層(22)と、 前記ケースの他端側から前記ケースに挿入されるととも
に、前記感温素子からの信号を外部に取り出すために前
記配線層と電気的に接続されたリード線(41)とを備
える温度センサにおいて、 前記リード線には、前記配線層に電気的に接続するため
の金属製の端子部(30)が接続されており、 前記端子部は、前記セラミック基板との間に前記配線層
を挟み込んだ形で前記配線層にレーザ溶接されたレーザ
溶接部(31)と、 このレーザ溶接部よりも前記リード線側に位置し前記セ
ラミック基板を抱え込んだ形で前記セラミック基板に支
持される抱え部(32)と、 前記レーザ溶接部と前記抱え部との間に位置し前記レー
ザ溶接部と前記抱え部との間に発生する応力を吸収する
応力吸収部(33)とを備えたものであることを特徴と
する温度センサ。 - 【請求項2】 一端側から測定媒体を導入可能な筒状の
ケース(10)と、 このケース内に収納されたセラミック基板(20)と、 このセラミック基板に固定され前記ケースに導入された
前記測定媒体の温度を検出するための感温素子(21)
と、 前記セラミック基板に形成され前記感温素子と導通する
配線層(22)と、 前記ケースの他端側から前記ケースに挿入されるととも
に、前記感温素子からの信号を外部に取り出すために前
記配線層と電気的に接続されたリード線(41)とを備
える温度センサにおいて、 前記リード線には、前記配線層に電気的に接続するため
の金属製の端子部(30)が接続されており、 この端子部が、前記セラミック基板との間に前記配線層
を挟み込んだ形で前記配線層にレーザ溶接されており、 前記端子部におけるレーザ溶接部(31)の外周は、前
記レーザ溶接部の外周に配された無機接着剤(35)を
介して電気絶縁性の絶縁部材(36)にて被覆されてい
ることを特徴とする温度センサ。 - 【請求項3】 前記レーザ溶接部(31)は、前記絶縁
部材(36)を介して前記ケース(10)の内壁に支持
されていることを特徴とする請求項2に記載の温度セン
サ。 - 【請求項4】 前記絶縁部材(36)は、絶縁碍子より
なることを特徴とする請求項2または3に記載の温度セ
ンサ。 - 【請求項5】 前記配線層(22)は白金ペーストを用
いて形成されたものであり、前記端子部(30)はNi
合金よりなるものであることを特徴とする請求項1ない
し4のいずれか1つに記載の温度センサ。
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