JP2007192617A - 感温素子および温度センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】感温素子における感温抵抗体が劣化してしまうことを防止する。
【解決手段】感温素子において、第1基板210は、その表面のうちの第2基板220が積層されていない接続領域213に、感温抵抗体240の端部242それぞれを接続してなる一対の電極214が形成されている。この接続領域213は、ガラスを主成分とする被覆部材218によって被覆されている。そして、感温素子を第1基板210と第2基板220との積層方向に投影した面において、被覆部材218に被覆されている領域に相当する被覆領域、および、感温抵抗体240が形成されている第1基板210表面の領域に相当する抵抗領域212が、250μm以上の間隔を空けて配置されている。
【選択図】図3
【解決手段】感温素子において、第1基板210は、その表面のうちの第2基板220が積層されていない接続領域213に、感温抵抗体240の端部242それぞれを接続してなる一対の電極214が形成されている。この接続領域213は、ガラスを主成分とする被覆部材218によって被覆されている。そして、感温素子を第1基板210と第2基板220との積層方向に投影した面において、被覆部材218に被覆されている領域に相当する被覆領域、および、感温抵抗体240が形成されている第1基板210表面の領域に相当する抵抗領域212が、250μm以上の間隔を空けて配置されている。
【選択図】図3
Description
本発明は、内燃機関(例えば、自動車エンジンなど)の排気系において使用される感温素子、および、この感温素子を実装した温度センサに関する。
従来から、エンジンなどの内燃機関における排気系に使用される温度センサとして、雰囲気温度に応じて電気抵抗値が変化する感温抵抗体(例えば、白金抵抗体など)からなる感温素子を実装したものが知られている。
このような温度センサに用いられる感温素子としては、表面に感温抵抗体が形成された第1基板(セラミックス基板4)と、この第1基板の表面側に積層される第2基板(セラミックスカバー層16)と、これら基板の間に介在して両者を接着する多孔質状の接着層(連結層14)と、からなる構造が一般的である。
特表2002−535609号公報
ところで、上述したような感温素子の中には、その外周面における一部分を、ガラスを主成分とする被覆部材によって被覆しているものがある。
このような感温素子では、使用過程または製造工程において被覆部材の成分(ガラス成分)が感温抵抗体周辺まで浸透ないし拡散する場合があり、その後、その成分が感温抵抗体に接触してしまうと、感温抵抗体が劣化(例えば、脆化,マイグレーションなど)してしまう恐れがある。
このような感温素子では、使用過程または製造工程において被覆部材の成分(ガラス成分)が感温抵抗体周辺まで浸透ないし拡散する場合があり、その後、その成分が感温抵抗体に接触してしまうと、感温抵抗体が劣化(例えば、脆化,マイグレーションなど)してしまう恐れがある。
こうして、感温抵抗体が劣化してしまうと、その劣化前後で雰囲気温度と電気抵抗との対応関係にズレが生じる結果、その感温抵抗体による温度の検出が適切に行えなくなってしまうため、そのような劣化は防止できることが望ましい。
本願発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、感温素子における感温抵抗体が劣化してしまうことを防止する技術を提供することである。
上述した課題を解決するため請求項1に記載の感温素子は、セラミックスを主成分とする板状の第1基板と、該第1基板の表面における所定の領域内にパターン形成された感温抵抗体と、セラミックスを主成分とする板状の部材であって、前記第1基板における表面側に積層される第2基板と、セラミックスを主成分とする部材であって、前記感温抵抗体を覆うように前記第1基板および前記第2基板の間に介在して両基板を接着する接着層と、を有している。また、この感温素子においては、ガラスを主成分とする部材であって、当該感温素子の外周面のうち、前記第1基板と前記第2基板との前記接着層による接着領域の少なくとも一部を被覆する被覆部材を有している。そして、当該感温素子を前記第1基板と前記第2基板との積層方向に投影した面において、前記被覆部材に相当する被覆領域、および、前記感温抵抗体に相当する抵抗領域が、250μm以上の間隔を空けた位置関係となるように構成されている。
このように構成された感温素子によれば、後述する耐久試験にて示すように、被覆領域と抵抗領域とが250μm未満の間隔しかないものに比べて、その耐久試験の環境下において感温抵抗体の電気抵抗が大きく変化することがない。そのため、その環境で使用しても温度の検出が適切に行えなくなってしまうことを防止できる。
上述したような被覆部材により外周面を被覆した感温素子においては、使用過程または製造工程において被覆部材の成分(ガラス成分)が感温抵抗体周辺まで浸透ないし拡散し、その成分が感温抵抗体を劣化(例えば、脆化,マイグレーションなど)させる恐れがあり、これが、感温抵抗体の電気抵抗を大きく変化させてしまう。つまり、被覆部材により外周面が被覆された構成において、上述のように電気抵抗が大きく変化しない本発明の感温素子は、被覆部材の成分が感温抵抗体周辺まで浸透することを防止し、感温抵抗体の劣化を防止できた結果、電気抵抗の大きな変化を防止しているということができる。
なお、この構成において、感熱抵抗体は、第1基板の表面にパターン形成されたものであれば、その具体的な領域の形状については特に限定されない。また、この領域において感熱抵抗体を形成するパターンについても、温度検出に適したパターンであれば、その具体的なパターンは特に限定されず、例えば、蛇腹状やミアンダ状に複数回にわたって折り返されたパターンを採用することができる。
また、第1基板の表面において感温抵抗体を形成すべき位置については、上述したように、被覆領域との間隔を250μm以上確保できればよく、その具体的な位置については特に限定されない。
また、上述の感温素子は、その外周面の一部領域が被覆部材により被覆されているものであるが、その被覆部材により被覆されている領域については特に限定されない。
例えば、第1基板の表面に、感温抵抗体との電気的な接続状態を実現するための領域(例えば、感温抵抗体の両端それぞれに接続された電極パッドが形成される領域)である接続領域が形成されており、第2基板が、第1基板の表面のうち、接続領域以外の領域に積層されている場合であれば、被覆部材は、請求項2に記載のように、前記接着領域のうち、前記第1基板の表面において前記第2基板が積層されている領域と前記接続領域との境界部分に沿った領域を、前記接続領域と共に被覆している構成とすることが考えられる。
例えば、第1基板の表面に、感温抵抗体との電気的な接続状態を実現するための領域(例えば、感温抵抗体の両端それぞれに接続された電極パッドが形成される領域)である接続領域が形成されており、第2基板が、第1基板の表面のうち、接続領域以外の領域に積層されている場合であれば、被覆部材は、請求項2に記載のように、前記接着領域のうち、前記第1基板の表面において前記第2基板が積層されている領域と前記接続領域との境界部分に沿った領域を、前記接続領域と共に被覆している構成とすることが考えられる。
このように構成すれば、接続領域が被覆部材によって覆われていることから、接続領域が周囲の雰囲気に曝されて劣化することを防止することができる。
ところで、上述した感温素子は、例えば、高温の排気ガスからなる雰囲気に曝された状態で使用されるため、各基板と接着層との接着部分(界面)や接着層が多孔質状である場合には接着層自身から感温素子内部にガス(排気ガス)が侵入して、この高温のガスに起因して感温抵抗体を劣化(例えば、部分的に揮発,脆化など)させしてしまう恐れがある。このように、感温抵抗体が劣化してしまうと、その劣化前後で雰囲気温度と電気抵抗との対応関係にズレが生じる結果、その感温抵抗体による温度の検出が適切に行えなくなってしまうため、そのような劣化は防止できることが望ましい。
ところで、上述した感温素子は、例えば、高温の排気ガスからなる雰囲気に曝された状態で使用されるため、各基板と接着層との接着部分(界面)や接着層が多孔質状である場合には接着層自身から感温素子内部にガス(排気ガス)が侵入して、この高温のガスに起因して感温抵抗体を劣化(例えば、部分的に揮発,脆化など)させしてしまう恐れがある。このように、感温抵抗体が劣化してしまうと、その劣化前後で雰囲気温度と電気抵抗との対応関係にズレが生じる結果、その感温抵抗体による温度の検出が適切に行えなくなってしまうため、そのような劣化は防止できることが望ましい。
そこで、上述した感温素子は、さらに請求項3に記載のように構成するとよい。
この感温素子は、当該感温素子を前記第1基板と前記第2基板との積層方向に投影した面において、前記第1基板,前記第2基板および前記接着層それぞれに相当する領域が重なる重なり領域の外周が、前記抵抗領域の外周から該抵抗領域外周の接線方向に80μm以上離れた位置関係となるように構成されている。
この感温素子は、当該感温素子を前記第1基板と前記第2基板との積層方向に投影した面において、前記第1基板,前記第2基板および前記接着層それぞれに相当する領域が重なる重なり領域の外周が、前記抵抗領域の外周から該抵抗領域外周の接線方向に80μm以上離れた位置関係となるように構成されている。
このように構成された感温素子によれば、後述する耐久試験にて示すように、重なり領域外周が、抵抗領域からその外周の接線方向に80μm未満しか離れていない構成と比べて、その耐久試験の環境下において感温抵抗体の電気抵抗が大きく変化することがない。そのため、その環境で使用しても温度の検出が適切に行えなくなってしまうことを防止できる。
なお、第1基板,第2基板および接着層それぞれは、上述したように、重なり領域外周が抵抗領域外周から80μm以上離れた位置関係となっていればよく、それぞれの具体的な形状については特に限定されない。
また、請求項4に記載の温度センサは、請求項1から3のいずれかに記載の感温素子と、該感温素子を保持する保持部と、前記感温素子および前記保持部を被取付部に取り付けるための取付部と、を備えたものである。
このように構成された感温センサによれば、請求項1から3のいずれかに記載の感温素子により得られるのと同様の作用,効果を得ることができる。
なお、この構成において、保持部および取付部は、同一の部材として形成されていてもよいし、別体の部材として形成されていてもよい。
なお、この構成において、保持部および取付部は、同一の部材として形成されていてもよいし、別体の部材として形成されていてもよい。
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
(1)全体構成
温度センサ1は、図1に示すように、当該温度センサ1を被取付部に取り付けるためのハウジング100にて保持されるMIケーブル300に、感温素子200を電気的且つ機械的に接続した構造となっている。なお、この温度センサ1は、内燃機関(例えば、自動車エンジンなど)の排気系を構成する排気管を被取付部とし、その被取付部に取り付けられた状態で使用されるものである。
(1)全体構成
温度センサ1は、図1に示すように、当該温度センサ1を被取付部に取り付けるためのハウジング100にて保持されるMIケーブル300に、感温素子200を電気的且つ機械的に接続した構造となっている。なお、この温度センサ1は、内燃機関(例えば、自動車エンジンなど)の排気系を構成する排気管を被取付部とし、その被取付部に取り付けられた状態で使用されるものである。
まず、ハウジング100について説明する。このハウジング100は、円筒状の継手170,その一端(図1における左端,以下同様)に固定されたフランジ110,フランジ110の他端(図1における右端,以下同様)に配置されると共に、継手170の周囲に配置される取付ナット部材120を備えている。
これらのうち、フランジ110は、ハウジング100の長さ方向(図1における左右方向)に沿って延びる鞘部112,この鞘部112における一端(図1における左)側から突出して鞘部112よりも外形が径大とされた突出部114などからなり、鞘部112が継手170内に嵌め込まれた状態で継手170に溶接により固定されている。このフランジ110における突出部114は、その端(図1における左端)がテーパ状のシール面116として形成されており、これが被取付部に形成された被取付面(図示されない)と密着することで、被取付部内の雰囲気(排気ガス)が外部に漏れることを防止する構成となっている。また、このフランジ110には、鞘部112の延びる方向にフランジ110を貫通する内孔118が形成されており、MIケーブル300をこの内孔118に通した状態で保持,固定している。
また、取付ナット部材120は、雄ネジ部122およびナット部124からなり、この雄ネジ部122を、被取付部に形成された雌ネジ部(図示されない)に嵌め合わせることにより、温度センサ1と被取付部との取り付けが実現される。
次に、MIケーブル300について説明する。このMIケーブル300は、詳細は図示しないが、金属製の外筒と、この外筒内に配置される一対の芯線310と、外筒と芯線310との間を電気的に絶縁して芯線310を保持する絶縁充填部とから構成される。そして、外筒の一端から突出した芯線310の一端部314に感温素子200が接続され、外筒の後端から突出した芯線310の他端部312それぞれに接続端子140が接続されている。
なお、各接続端子140は、リード線130に接続されると共に、接続端子140同士の接触を防ぐために絶縁チューブ150にて被覆されている。また、リード線130は、継手170の他端側の内部に配置された耐熱ゴム製のグロメット160を貫通して継手170外部に延びて、外部回路(例えば、ECU)に接続されるようになっており、これにより感温素子200,MIケーブル300の芯線,リード線130及び外部回路が導通される。
次に、感温素子200について説明すると、この感温素子200は、図2に示すように、MIケーブル300の一端側に被せられた筒状のキャップ320内部に収納されており、このキャップ320の内部において、MIケーブル300における芯線310それぞれの端部314に接続されている。このキャップ320には、その先端側の壁部分にそれぞれキャップ320内部から外部へと至る複数の流通孔322が形成されており、感温素子200は、この流通孔322を介して被取付部内の雰囲気に曝されることとなる。なお、キャップ1内において、MIケーブル300の芯線310周辺には、絶縁性のセメントからなる防振材を充填してなる防振層324,および,感温素子200の後端(図2における右)側を保持するように充填された結晶化ガラスからなる遮蔽層326が、この順番でMIケーブル300側から感温素子200側に向けて積層されている。
また、この感温素子200は、図3〜図5に示すように、第1基板210および第2基板220が多孔質状の接着層230を介して積層された構造となっている。
これらのうち、第1基板210は、セラミックスを主成分(本実施形態においては、アルミナ純度99.9%からなる)とする四角形の板状部材であって、その表面(図4,図5における上側の面;以下同様)における四角形の領域(以降、「抵抗領域」という)212内に感温抵抗体240がパターン形成されている。この感温抵抗体240は、感温素子200の長手方向(図3における左右方向;以下同様)に沿って延びる経路をミアンダ状に複数回(本実施形態においては9回)屈曲させながら感温素子200の幅方向(図4における上下方向;以下同様)に渡らせたパターンとなるように形成されている。なお、本実施形態において感温抵抗体240は、白金を主成分とする薄膜抵抗体であって、雰囲気の温度に応じてその電気抵抗が変化するものである。
これらのうち、第1基板210は、セラミックスを主成分(本実施形態においては、アルミナ純度99.9%からなる)とする四角形の板状部材であって、その表面(図4,図5における上側の面;以下同様)における四角形の領域(以降、「抵抗領域」という)212内に感温抵抗体240がパターン形成されている。この感温抵抗体240は、感温素子200の長手方向(図3における左右方向;以下同様)に沿って延びる経路をミアンダ状に複数回(本実施形態においては9回)屈曲させながら感温素子200の幅方向(図4における上下方向;以下同様)に渡らせたパターンとなるように形成されている。なお、本実施形態において感温抵抗体240は、白金を主成分とする薄膜抵抗体であって、雰囲気の温度に応じてその電気抵抗が変化するものである。
また、この第1基板210は、その表面における後方(図3における右)側に第2基板220が積層されておらず、この領域(以降、「接続領域」という)213に、感温抵抗体240の端部242それぞれを接続してなる一対の電極パッド214が形成されている。この電極パッド214には、それぞれMIケーブル300における芯線310の端部314が厚膜パッド216を介して接続されている。また、この第1基板210において、接続領域213は、厚膜パッド216および芯線310の端部314と共に、ガラスを主成分とする被覆部材218により全体が被覆されている。
なお、この被覆部材218は、感温素子200の外周面のうち、第1基板210と第2基板220との接着層230による接着領域の一部を被覆するものである。本実施形態において、被覆部材218は、接着領域のうち、第1基板210の表面において第2基板220が積層されている領域と接続領域213との境界部分に沿った領域を、接続領域213と共に被覆している。
また、この第1基板210では、感温素子200を第1基板210と第2基板220との積層方向(図4,図5における上下方向)に投影した面(図3参照)において、抵抗領域212が、被覆部材218に被覆されている領域に相当する被覆領域から250μm離れた位置に配置されている。また、上記投影した面において、第1基板210,第2基板220および接着層230それぞれに相当する領域が重なる重なり領域の外周(本実施形態においては、図3における第2基板220の外周と一致)が、抵抗領域212の外周からその接線方向に235μm以上離れるような大きさで形成されている。
本実施形態では、上記投影した面における第2基板220と同じ領域が、四角形の重なり領域となっている。そして、抵抗領域212外周において、先端(図3における左端)側の辺が重なり領域外周における先端側の辺から250μm離れており、先端側の辺と直交する辺が重なり領域外周における先端側の辺と直交する辺からそれぞれ235μm離れている。
また、第2基板220は、セラミックスのグリーンシートを焼成することで得られる四角形の板状部材であって、第1基板210の表面側に接着層230を介して積層されている。なお、第2基板220についても、第1基板210と同様にアルミナ純度99.9%からなる。ただ、この第2基板220は、第1基板210よりも長さ方向に短いため、第1基板210の先端側に寄せて(両基板の先端側を合わせて)配置することで、第1基板210表面の抵抗領域212を覆うような位置となるように積層されている。
そして、接着層230は、焼成済の第1基板210の裏面(図4,図5における下側の面)および焼成済の第2基板220の表面の間に介在して両面略全体を接着する部材であって、セラミックス成分(本実施形態では、アルミナ)を含むペースト状の部材を、両面の間に介在させた状態で熱処理することによって生成されたものであり、焼結後においてアルミナ純度99.9%からなるものである。
なお、以上説明した温度センサ1において、上述したMIケーブル300が本発明における保持部に相当し、ハウジング100が取付部に相当する。
(2)作用,効果
このように構成された温度センサ1によれば、抵抗領域212が被覆領域から250μm離れた位置に配置されているが、これは、後述する耐久試験の結果から導き出した条件「被覆領域(換言すれば、被覆部材218)と抵抗領域212とが250μm以上の間隔を空けた位置関係となっていること」を充足している。そのため、本感温素子200であれば、後述する耐久試験にて示すように、被覆領域と抵抗領域212とが250μm未満の間隔しかないものに比べて、その耐久試験の環境下において感温抵抗体240の電気抵抗が大きく変化することがない。よって、その環境で使用しても温度の検出が適切に行えなくなってしまうことはない。
(2)作用,効果
このように構成された温度センサ1によれば、抵抗領域212が被覆領域から250μm離れた位置に配置されているが、これは、後述する耐久試験の結果から導き出した条件「被覆領域(換言すれば、被覆部材218)と抵抗領域212とが250μm以上の間隔を空けた位置関係となっていること」を充足している。そのため、本感温素子200であれば、後述する耐久試験にて示すように、被覆領域と抵抗領域212とが250μm未満の間隔しかないものに比べて、その耐久試験の環境下において感温抵抗体240の電気抵抗が大きく変化することがない。よって、その環境で使用しても温度の検出が適切に行えなくなってしまうことはない。
上述したように、被覆部材218により外周面を被覆した感温素子200においては、使用過程または製造工程において被覆部材218の成分(ガラス成分)が感温抵抗体240周辺まで浸透ないし拡散し、その成分が感温抵抗体240を劣化(例えば、脆化,マイグレーションなど)させる恐れがあり、これが、感温抵抗体240の電気抵抗を大きく変化させてしまう。つまり、被覆部材218により外周面が被覆された構成において、上述のように電気抵抗が大きく変化しない本発明の感温素子200は、被覆部材218の成分が感温抵抗体240周辺まで浸透することを防止し、感温抵抗体240の劣化を防止できた結果、電気抵抗の大きな変化を防止しているということができる。
また、上記実施形態では、第1基板210表面において、接続領域213は、ここに形成された電極パッド214,および,MIケーブル300における芯線310それぞれの端部314と共に、被覆部材218により被覆されている。これにより、電極パッド214を含め、この領域のシール性を高め、これらが劣化することを防止できる。
また、抵抗領域212は、その外周から接線方向に235μm以上離れた位置に重なり領域の外周が位置するような大きさ,形状で形成されているが、これは、後述する耐久試験の結果から導き出した条件「重なり領域外周が、抵抗領域212外周からその接線方向に向けて80μm以上離れた位置関係となっていること」を充足している。そのため、本感温素子200であれば、重なり領域外周が抵抗領域212からその外周の接線方向に80μm未満しか離れていない構成と比べて、その耐久試験の環境下において感温抵抗体240の電気抵抗が大きく変化することがない。よって、その環境で使用しても温度の検出が適切に行えなくなってしまうことはない。
上述したように排気ガスに曝された状態で使用される感温素子200においては、排気ガスが各基板210,220と接着層230との接着部分(界面)や多孔質状の接着層230の内部から感温素子200内部に侵入し、感温抵抗体240を劣化(例えば、部分的に揮発,脆化など)させる恐れがあり、これが感温抵抗体240の電気抵抗を大きく変化させてしまう。つまり、排気ガスに曝された状態で使用される感温素子において、上述のように電気抵抗が大きく変化しない本発明の感温素子200は、感温抵抗体240の劣化を防止できた結果、電気抵抗の大きな変化を防止しているということができる。
(3)変形例
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
(3)変形例
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態においては、感温素子200の抵抗領域212が、上記重なり領域の形状に合わせて四角形とされている構成を例示した。しかし、この抵抗領域212の形状については、後述する耐久試験の結果から導き出された条件を充足するものであれば、重なり領域の形状に合わせた形状としなくてもよい。
また、上記実施形態においては、抵抗領域212に形成された感温抵抗体240のパターンが、感温素子200の長手方向に沿って延びる経路を複数回屈曲させながら感温素子200の幅方向全体に渡らせたパターンとなっている構成を例示した。しかし、この感温抵抗体240の形成パターンとしては、温度検出に適したパターンであれば、これ以外のパターンとなるように形成してもよい。
また、上記実施形態においては、抵抗領域212を被覆領域から250μm離れた位置に配置することにより、後述する耐久試験の結果から導き出された条件を充足している構成を例示した。しかし、この条件を充足するためには、抵抗領域212の第1基板210表面における配置を調整すること以外に、第1基板210,第2基板220の形状や大きさを調整した構成としてもよい。
また、上記実施形態においては、第1基板210のうち、接続領域213のみを、被覆部材218により被覆した構成となっているものを例示した。しかし、被覆部材218により被覆する領域は、接続領域213以外に、感温素子200の外周面のうち、第1基板210と第2基板220との接着層230による他の接着領域を被覆した構成としてもよい。具体的には、第1基板210,接着層230,第2基板220それぞれの界面が表れている側面領域の一部または一辺を、被覆部材218により被覆する被覆領域とすることが考えられる。但し、このように上記側面領域を被覆部材218により被覆する場合には、上記実施形態と同様に抵抗領域221と被覆領域とを250μm以上離間させる必要があることは言うまでもない。
また、上記実施形態においては、抵抗領域212を、その外周から接線方向に235μm以上離れた位置に重なり領域の外周が位置するような大きさ,形状で形成することにより、後述する耐久試験の結果から導き出された条件を充足している構成を例示した。しかし、この条件を充足するためには、抵抗領域212の第1基板210表面における配置を調整すること以外に、第1基板210,第2基板220の形状や大きさを調整した構成としてもよい。
また、上記実施形態においては、第2基板220が、第1基板210と長さ方向に短いだけで、第1基板210と同じ幅となっている構成を例示した。しかし、第2基板220としては、後述する耐久試験にて用いられた試験用素子のうち、この耐久試験の結果から導き出された条件を充足しているものと同じ形状,具体的には第1基板210よりも幅方向に短くなっている(図3における上下方向の長さが短くなっている)試験用素子3,4におけるものを採用することもできる。
(4)耐久試験
以下に、温度センサ1における感温素子200の構成を特定するために行った耐久試験について説明する。
(4)耐久試験
以下に、温度センサ1における感温素子200の構成を特定するために行った耐久試験について説明する。
この耐久試験では、以下に示す試験用素子1〜試験用素子6それぞれにつき、通電を行わない状態で1000℃の大気中に150時間曝した前後における電気抵抗を測定し、その変化率(上昇割合)を算出した。これら試験用素子1〜試験用素子6は、被覆部材218で被覆されている領域の大きさ,および,第2基板220の大きさが異なっているのみで、その他の構成は共通している。
なお、ここでは、第1基板210として、表面が5.8mm(長さ)×1.35mm(幅)からなり、その表面における長さ方向先端側の辺まで250μm,かつ,幅方向両端の辺それぞれまで235μm離れて位置する四角形(3.0mm(長さ)×0.88mm(幅))の抵抗領域212が形成されたものを基準とし、これに以下の構成を採用したものを、試験用素子1〜6として耐久試験を行う。
試験用素子1は、第1基板210表面のうち、後端側において2.3mm(長さ)×1.35mm(幅)からなる四角形の領域を接続領域213とし、それ以外の領域に、この領域と同じ大きさ(3.5mm(長さ)×1.35mm(幅))となる接着層230および第2基板220を積層してなるものである(図3〜図5参照)。これにより、試験用素子1は、被覆部材218により被覆されている領域(被覆領域)と、抵抗領域212とが250μmの間隔を空けた位置関係となっている。さらに、各基板210,220および接着層230それぞれの重なる領域(重なり領域)が、抵抗領域212外周からその接線方向に235μm以上離れた位置関係になっていることとなる。
試験用素子2は、図6に示すように、第1基板210表面のうち、後端側において2.32mm(長さ)×1.35mm(幅)からなる四角形の領域を接続領域213とし、それ以外の領域に、この領域と同じ大きさ(3.48mm(長さ)×1.35mm(幅))となる接着層230および第2基板220を積層してなるものである。このように、試験用素子2は、試験用素子1と比べて、被覆部材218により被覆されている領域が長さ方向に20μmだけ大きくなるように構成されている。つまり、被覆領域と抵抗領域212とが230μmの間隔を空けた位置関係となっている。
試験用素子3は、試験用素子1に対し、第2基板220の大きさが異なっているだけのものである。具体的にいうと、図7,図8に示すように、第1基板210表面のうち、被覆部材218で被覆しない領域に、この領域と同じ大きさ(3.5mm(長さ)×1.35mm(幅))となる接着層230を積層し、更に、上記被覆しない領域より幅方向に100μm短い第2基板220(3.5mm(長さ)×1.25mm(幅))を積層してなるものである。この第2基板220は、各基板210,220および接着層230の積層方向に投影した面において、幅方向の端部となる辺のうちの一方(図7における下側の辺;以下同様)が、第1基板210において幅方向の端部となる辺のうちの一方と重なるように配置される。これにより、第2基板220は、幅方向の端部となる辺のうちの他方(図7における上側の辺;以下同様)が、第1基板210において幅方向の端部となる辺のうちの他方から100μmだけ抵抗領域212側に近づいた構成となっている。つまり、試験用素子3では、上記重なり領域が、幅方向の端部となる辺のうちの他方の辺において、抵抗領域212の外周からその接線方向に135μmだけ離れた位置関係になっていることとなる。
試験用素子4は、試験用素子1に対し、第2基板220の大きさが異なっているだけのものである。具体的にいうと、図9,図10に示すように、第1基板210表面のうち、被覆部材218で被覆しない領域に、この領域と同じ大きさ(3.5mm(長さ)×1.35mm(幅))となる接着層230を積層し、更に、上記被覆しない領域より幅方向に150μm短い第2基板220(3.5mm(長さ)×1.20mm(幅))を積層してなるものである。この第2基板220は、上記投影した面において、幅方向の端部となる辺のうちの一方が、第1基板210において幅方向の端部となる辺のうちの一方と重なるように配置される。これにより、第2基板220は、幅方向の端部となる辺のうちの他方が、第1基板210において幅方向の端部となる辺のうちの他方から150μmだけ抵抗領域212側に近づいた構成となっている。つまり、試験用素子4では、上記重なり領域が、幅方向の端部となる辺のうちの他方の辺において、抵抗領域212の外周からその接線方向に85μmだけ離れた位置関係になっていることとなる。
試験用素子5は、試験用素子1に対し、第2基板220の大きさが異なっているだけのものである。具体的にいうと、図11,図12に示すように、第1基板210表面のうち、被覆部材218で被覆しない領域に、この領域と同じ大きさ(3.5mm(長さ)×1.35mm(幅))となる接着層230を積層し、更に、上記被覆しない領域より幅方向に200μm短い第2基板220(3.5mm(長さ)×1.15mm(幅))を積層してなるものである。この第2基板220は、上記投影した面において、幅方向の端部となる辺のうちの一方が、第1基板210において幅方向の端部となる辺のうちの一方と重なるように配置される。これにより、第2基板220は、幅方向の端部となる辺のうちの他方が、第1基板210において幅方向の端部となる辺のうちの他方から200μmだけ抵抗領域212側に近づいた構成となっている。つまり、試験用素子5では、上記重なり領域が、幅方向の端部となる辺のうちの他方の辺において、抵抗領域212の外周からその接線方向に35μmだけ離れた位置関係になっていることとなる。
試験用素子6は、試験用素子3に対し、第2基板220の大きさが異なっているだけのものである。具体的にいうと、図13,図14に示すように、第1基板210表面のうち、被覆部材218で被覆しない領域に、この領域と同じ大きさ(3.5mm(長さ)×1.35mm(幅))となる接着層230を積層し、更に、上記被覆しない領域より幅方向に250μm短い第2基板220(3.5mm(長さ)×1.1mm(幅))を積層してなるものである。この第2基板220は、上記投影した面において、幅方向の端部となる辺のうちの一方が、第1基板210において幅方向の端部となる辺のうちの一方と重なるように配置される。これにより、第2基板220は、幅方向の端部となる辺のうちの他方が、第1基板210において幅方向の端部となる辺のうちの他方から250μmだけ抵抗領域212側に近づいた構成となっている。つまり、試験用素子6では、抵抗領域212において幅方向の端部となる辺のうちの他方の辺が、上記重なり領域において幅方向の端部となる辺から15μmだけ、はみ出した位置関係になっていることとなる。
以上のような試験用素子1〜6について、上記耐久試験を行った結果,つまり1000℃の大気中に150時間曝した前後における電気抵抗(抵抗値)の変化率を示すと、以下のようになる。
試験用素子1 → 0.2%の上昇
試験用素子2 → 0.7%の上昇
試験用素子3 → 0.2%の上昇
試験用素子4 → 0.5%の上昇
試験用素子5 → 1.0%の上昇
試験用素子6 → 3.8%の上昇
上述した耐久試験における環境下で感温素子200を使用する場合には、感温抵抗体240における抵抗値のバラツキや耐久劣化による温度誤差を±1.5%程度に抑える必要がある。このためには、通常、上記耐久試験における環境下であれば、その使用前後での電気抵抗の上昇割合を±0.6%未満に抑えることが必要とされている。そのため、変化率が0.6%未満である試験用素子1,3,4は、その要請を満たしているといえる。
試験用素子2 → 0.7%の上昇
試験用素子3 → 0.2%の上昇
試験用素子4 → 0.5%の上昇
試験用素子5 → 1.0%の上昇
試験用素子6 → 3.8%の上昇
上述した耐久試験における環境下で感温素子200を使用する場合には、感温抵抗体240における抵抗値のバラツキや耐久劣化による温度誤差を±1.5%程度に抑える必要がある。このためには、通常、上記耐久試験における環境下であれば、その使用前後での電気抵抗の上昇割合を±0.6%未満に抑えることが必要とされている。そのため、変化率が0.6%未満である試験用素子1,3,4は、その要請を満たしているといえる。
ここで、上述した各試験用素子のうち、試験用素子1,2は、被覆領域と抵抗領域212との位置関係のみが異なるものであり、試験用素子1,3〜6は、重なり領域と抵抗領域212との位置関係のみが異なるものであることから、これらを分けて検討する。
まず、被覆領域と抵抗領域212との位置関係のみが異なる「試験用素子1,2」については、被覆領域と抵抗領域212とが250μmの間隔であれば、電気抵抗の変化率を±0.6%未満とすることができるのに対し、230μmの間隔であると、電気抵抗の変化率を±0.6%未満とすることができない。
上述したように、被覆部材218により外周面を被覆した感温素子200においては、使用過程または製造工程において被覆部材218の成分が感温抵抗体240周辺まで浸透してしまう恐れがある。こうして、被覆部材218の成分が感温抵抗体240周辺まで浸透してしまうと、その成分が感温抵抗体240を劣化させる結果、その電気抵抗が大きく変化してしまうことが考えられる。
ところが、上述した試験用素子1においては、試験用素子1のように、被覆領域と抵抗領域212とが250μmの間隔を空けて配置されている場合に、電気抵抗の大きな変化が起こっていない。これは、このような距離を実現できる構成であれば、感温素子200内部への被覆部材218の浸透が妨げられており、これにより、感温抵抗体240の劣化,ひいては電気抵抗の大きな変化を防止できているからといえる。
つまり、電気抵抗の変化率を適切な範囲に収めるようにするためには、被覆領域と抵抗領域212との間隔を250μmとすることが望ましいといえる。
このことから、上記耐久試験の環境下において、感温抵抗体240の抵抗値が適切な変化率で収まるようにするためには、「被覆領域と抵抗領域212とが250μmの間隔を空けた位置関係となっていること」を条件として充足する必要があることが明らかとなった。
このことから、上記耐久試験の環境下において、感温抵抗体240の抵抗値が適切な変化率で収まるようにするためには、「被覆領域と抵抗領域212とが250μmの間隔を空けた位置関係となっていること」を条件として充足する必要があることが明らかとなった。
次に、重なり領域と抵抗領域212との位置関係のみが異なる「試験用素子1,3〜6」については、重なり領域外周と抵抗領域212外周との距離が250μm〜85μmまでの間であれば、電気抵抗の変化率を±0.6%未満とすることができるのに対し、35μm以下であると、電気抵抗の変化率を±0.6%未満にすることができない。
ここで、本発明の温度センサ1における感温素子200は、キャップ320に形成された流通孔322を介して被取付部内の雰囲気に曝されるため、この状態において、各基板210,220と接着層230との接着領域(界面)や多孔質状の接着層230の内部から感温素子200内部に排気ガスが侵入する恐れがある。こうして感温素子200内部に排気ガスが侵入してしまうと、この排気ガスが感温抵抗体240を劣化させる結果、その電気抵抗が変化してしまうことが考えられる。
ところが、試験用素子1,3,4のように、重なり領域外周と抵抗領域212外周との距離が250μm〜85μmである場合には、電気抵抗の大きな変化が起こっていない。これは、このような距離の範囲を実現できる構成であれば、感温素子200内部への排気ガスの侵入が妨げられており、これにより、感温抵抗体240の劣化,ひいては電気抵抗の大きな変化を防止できているからといえる。
つまり、電気抵抗の変化率を適切な範囲に収めるようにするためには、重なり領域外周が、抵抗領域212外周からその接線方向に250μm〜85μm程度離れた位置関係となるように構成することが望ましいといえる。
さらに、この数値範囲から更に適切な値を決定するために、「試験用素子1,3〜6」それぞれについての電気抵抗の変化率を縦軸にプロットし、重なり領域外周から抵抗領域212外周までの距離を横軸にプロットしたグラフを作成したところ(図15参照)、その間隔を80μmとしたときに電気抵抗の変化率が0.6%を下回る(0.6%未満となる)ことが推測される。
このことから、上記耐久試験の環境下において、感温抵抗体240の抵抗値が適切な変化率で収まるようにするためには、「重なり領域外周が、抵抗領域212外周からその接線方向に向けて80μm以上離れた位置関係となっていること」を条件として充足する必要があることが明らかとなった。
なお、上述した実施形態における感温素子200は、上記試験用素子1〜6のうち、試験用素子1と同じ構成のものである。
1…温度センサ、100…ハウジング、110…フランジ、112…鞘部、114…突出部、116…シール面、118…内孔、120…取付ナット部材、122…雄ネジ部、124…ナット部、130…リード線、132…端部、140…接続端子、150…絶縁チューブ、160…グロメット、170…継手、200…感温素子、210…第1基板、212…抵抗領域、213…接続領域、214…電極パッド、216…厚膜パッド、218…被覆部材、220…第2基板、230…接着層、240…感温抵抗体、242…端部、300…MIケーブル、310…芯線、312…端部、314…端部、320…キャップ、322…流通孔、324…防振層、326…遮蔽層。
Claims (4)
- セラミックスを主成分とする板状の第1基板と、
該第1基板の表面における所定の領域内にパターン形成された感温抵抗体と、
セラミックスを主成分とする板状の部材であって、前記第1基板における表面側に積層される第2基板と、
セラミックスを主成分とする部材であって、前記感温抵抗体を覆うように前記第1基板および前記第2基板の間に介在して両基板を接着する接着層と、
を有する感温素子において、
ガラスを主成分とする部材であって、当該感温素子の外周面のうち、前記第1基板と前記第2基板との前記接着層による接着領域の少なくとも一部を被覆する被覆部材を有しており、
当該感温素子を前記第1基板と前記第2基板との積層方向に投影した面において、前記被覆部材に相当する被覆領域、および、前記感温抵抗体に相当する抵抗領域が、250μm以上の間隔を空けた位置関係となるように構成されている
ことを特徴とする感温素子。 - 前記第1基板の表面には、前記感温抵抗体との電気的な接続状態を実現するための領域である接続領域が形成されており、
前記第2基板は、前記第1基板の表面のうち、前記接続領域以外の領域に積層されており、
前記被覆部材は、前記接着領域のうち、前記第1基板の表面において前記第2基板が積層されている領域と前記接続領域との境界部分に沿った領域を、前記接続領域と共に被覆している
ことを特徴とする請求項1に記載の感温素子。 - 当該感温素子を前記第1基板と前記第2基板との積層方向に投影した面において、前記第1基板,前記第2基板および前記接着層それぞれに相当する領域が重なる重なり領域の外周が、前記抵抗領域の外周から該抵抗領域外周の接線方向に80μm以上離れた位置関係となるように構成されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の感温素子。 - 請求項1から3のいずれかに記載の感温素子と、該感温素子を保持する保持部と、前記感温素子および前記保持部を被取付部に取り付けるための取付部と、を備えている
ことを特徴とする温度センサ。
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---|---|---|---|
JP2006009856A JP2007192617A (ja) | 2006-01-18 | 2006-01-18 | 感温素子および温度センサ |
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-
2006
- 2006-01-18 JP JP2006009856A patent/JP2007192617A/ja not_active Withdrawn
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