JP2011043486A - Temperature sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばEGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスの温度測定に好適な温度センサに関する。 The present invention relates to a temperature sensor suitable for temperature measurement of, for example, EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas.
ディーゼルエンジンを搭載した自動車等では、O2の少ない排気ガスを再び燃焼工程へ送り燃焼温度を下げることで、窒素酸化物(NOx)の排出量を低減させるEGR(Exhaust Gas Recirculation:排気ガス再循環)システムが採用されている。
このEGRシステムでは、EGRバルブ(排ガス還流制御弁)の吸入ポートにEGRガスの温度を検出するための温度センサが取り付けられ、最適な酸素濃度制御が行われている。
In automobiles equipped with diesel engines, exhaust gas recirculation (EGR) that reduces the emission of nitrogen oxides (NOx) by reducing the combustion temperature by sending exhaust gas with low O 2 to the combustion process again. ) The system is adopted.
In this EGR system, a temperature sensor for detecting the temperature of EGR gas is attached to an intake port of an EGR valve (exhaust gas recirculation control valve), and optimal oxygen concentration control is performed.
従来、ERGガス等の温度検出用の温度センサとしては、例えば、特許文献1及び2には、円錐状のガラスタイプサーミスタをセメントやシリコーンオイル等の充填剤と共に金属管に挿入したサーミスタ温度センサが提案されている。
また、特許文献3には、セラミックスリード保持部上に感温抵抗体膜を形成し、セラミックスリード保持部を金属管の底にロウ等で接着した技術が提案されている。
Conventionally, as temperature sensors for temperature detection of ERG gas or the like, for example,
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来の特許文献1及び2に記載されている技術のように、セメントやシリコーンオイル等の充填剤を金属管に挿入している場合、熱容量が大きくなるため、熱応答性が悪くなり、EGRガスの温度測定のように高速熱応答性が要求される場合には不適であるという不都合があった。また、特許文献3に記載されている技術のように、金属管の底に感温抵抗体膜が形成された板状の素子を接着した場合、応答性は向上するが、さらなる熱応答性の高速化が要望されている。
The following problems remain in the conventional technology.
That is, as in the techniques described in the
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、EGRガス等の温度測定用として、熱応答性をさらに向上させることができる温度センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a temperature sensor that can further improve thermal responsiveness for temperature measurement of EGR gas or the like.
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の温度センサは、有底筒状の金属管と、該金属管の底部内面に設置され一対の端子電極が形成された感熱素子と、前記一対の端子電極に接続された一対のリード線と、を備え、前記金属管の底部内面に前記感熱素子の外形状に沿った凹部が形成され、該凹部に前記感熱素子が嵌め込まれた状態で該感熱素子の底面及び側面が接着されていることを特徴とする。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is, the temperature sensor of the present invention includes a bottomed cylindrical metal tube, a thermal element installed on the inner surface of the bottom of the metal tube and having a pair of terminal electrodes, and a pair of terminal electrodes connected to the pair of terminal electrodes. A recess formed along the outer shape of the thermal element on the inner surface of the bottom of the metal tube, and the bottom and side surfaces of the thermal element are bonded to each other with the thermal element fitted into the recess. It is characterized by.
すなわち、この温度センサでは、金属管の底部内面に感熱素子の外形状に沿った凹部が形成され、該凹部に感熱素子が嵌め込まれた状態で該感熱素子の底面及び側面が接着されているので、感熱素子の底面だけでなく側面が金属管の凹部に接触して接触面積が増大することで、熱応答性が向上すると共に金属管と感熱素子との接合強度が向上する。特に、凹部によって薄肉化された部分に感熱素子が実装されるため、さらに熱応答性が向上する。 That is, in this temperature sensor, a recess is formed on the inner surface of the bottom of the metal tube along the outer shape of the thermal element, and the bottom and side surfaces of the thermal element are bonded to each other with the thermal element fitted in the recess. The contact area is increased by contacting not only the bottom surface of the thermal element but also the side surface thereof with the concave portion of the metal tube, so that the thermal response is improved and the bonding strength between the metal tube and the thermal element is improved. In particular, since the thermosensitive element is mounted on the portion thinned by the recess, the thermal response is further improved.
また、本発明の温度センサは、前記感熱素子が、絶縁基板上にサーミスタ薄膜が成膜された薄膜サーミスタ素子であることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、感熱素子が、絶縁基板上にサーミスタ薄膜が成膜された薄膜サーミスタ素子であるので、感熱素子自体の熱容量も小さく、熱応答性をより向上させることができる。また、薄板状の感熱素子となるので、金属管の底部内面に形成する凹部の深さも浅く済むことから金属管の厚みも薄く設定することが可能になり、金属管自体の熱容量も小さくすることができる。
In the temperature sensor of the present invention, the thermosensitive element is a thin film thermistor element in which a thermistor thin film is formed on an insulating substrate.
That is, in this temperature sensor, since the thermal element is a thin film thermistor element in which a thermistor thin film is formed on an insulating substrate, the thermal capacity of the thermal element itself is small, and the thermal responsiveness can be further improved. In addition, since it is a thin plate-like thermal element, the depth of the recess formed on the inner surface of the bottom of the metal tube can be reduced, so that the thickness of the metal tube can be set thin, and the heat capacity of the metal tube itself can be reduced. Can do.
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度センサによれば、金属管の底部内面に感熱素子の外形状に沿った凹部が形成され、該凹部に感熱素子が嵌め込まれた状態で該感熱素子の底面及び側面が接着されているので、感熱素子と金属管との接触面が増え、熱応答性がさらに向上すると共に金属管と感熱素子との接合強度が向上する。したがって、本発明の温度センサは、高い熱応答性及び信頼性が得られ、EGRガスの温度検出用として好適である。
The present invention has the following effects.
That is, according to the temperature sensor of the present invention, a recess is formed on the inner surface of the bottom of the metal tube along the outer shape of the thermal element, and the bottom and side surfaces of the thermal element are in a state where the thermal element is fitted in the recess. Since they are bonded, the contact surface between the thermal element and the metal tube is increased, the thermal response is further improved, and the bonding strength between the metal tube and the thermal element is improved. Therefore, the temperature sensor of the present invention has high thermal responsiveness and reliability, and is suitable for temperature detection of EGR gas.
以下、本発明に係る温度センサの一実施形態を、図1から図4を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, an embodiment of a temperature sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. In each drawing used for the following description, the scale is appropriately changed in order to make each member recognizable or easily recognizable.
本実施形態の温度センサ1は、図1及び図2に示すように、例えばディーゼルエンジンのEGRガスの温度検出用としてEGRバルブの吸入ポートに取り付けられる温度センサであって、有底筒状の金属管2と、該金属管2の底部内面に設置され一対の端子電極3が形成された感熱素子4と、一対の端子電極3に接続された一対のリード線5と、金属管2の開口端部に取り付けられたコネクタ6と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the temperature sensor 1 of the present embodiment is a temperature sensor that is attached to an intake port of an EGR valve, for example, for detecting the temperature of EGR gas in a diesel engine. A
上記金属管2は、例えば有底円筒状のSUS(ステンレス)管である。
この金属管2の底部内面には、図3及び図4に示すように、感熱素子4の外形状に沿ったザグリである凹部2aが形成され、該凹部2aに感熱素子4が嵌め込まれた状態で該感熱素子4の底面及び側面が接着されている。すなわち、薄板状かつ平面視長方形状の感熱素子4に対応して、平面視長方形状の凹部2aが、感熱素子4の厚さに対応した深さで金属管2の底部内面の中央に形成されている。
この凹部2aと感熱素子4とは、隙間を埋めるようにロウ等の接着剤7で接着されている。
The
As shown in FIGS. 3 and 4, a
The
接着剤7について、ロウ材を使用する場合は、メタライズ不要の活性銀ロウを使用する。予め基板にペースト状のロウ材を塗布しておき、Ar雰囲気で780〜800℃、5min保持することで、セラミックス基板とステンレスの金属とが接続可能となる。また、予めセラミックス基板をメタライズ処理(Mo−Mn、又はMo−W、又はTiにNi、Auめっき)し、Agロウを使用することも可能である。
また、アルミナ基板に対して、セラミックス接着剤を使用する場合は、アルミナの熱膨張率7.9×10−6 /Kとステンレスの熱膨張率16.6×10−6 /Kとの中間に熱膨張率が位置するマグネシア系接着剤(12.6×10−6 /K)が最適であり、セラミック基板に塗布した後、93℃、2hでキュアして接着を行う。なお、アルミナ系接着剤も、使用環境の温度差が比較的少ない環境ならば使用可能である。
For the
In addition, when a ceramic adhesive is used for an alumina substrate, the thermal expansion coefficient of alumina is 7.9 × 10 −6 / K and the thermal expansion coefficient of stainless steel is 16.6 × 10 −6 / K. A magnesia-based adhesive (12.6 × 10 −6 / K) in which the coefficient of thermal expansion is located is optimal, and after being applied to a ceramic substrate, it is cured at 93 ° C. for 2 hours for adhesion. Alumina-based adhesives can also be used in environments where the temperature difference in the usage environment is relatively small.
上記感熱素子4は、アルミナ又は窒化アルミニウム等のセラミックス基板である絶縁基板8上にサーミスタ薄膜9が成膜された薄膜サーミスタ素子である。
例えば、感熱素子4としては、Mn−Co系複合金属酸化物(例えば、Mn3O4−Co3O4系複合金属酸化物)又はMn−Co系複合金属酸化物にNi、Fe、Cuの少なくとも一種類を含む複合金属酸化物(例えば、Mn3O4−Co3O4−Fe2O3系複合金属酸化物)からなる複合金属酸化物膜のサーミスタ薄膜9と、この複合金属酸化物膜上に形成された櫛形電極等の一対の膜上電極(図示略)と、これら膜上電極に接続された上記端子電極3と、を備えた薄膜サーミスタ素子を採用している。また、サーミスタ薄膜9を覆う形態でSiO2、Si3N4、HfO2等の保護膜を形成することで、外気からのO2の進入を阻止することが可能となり、電気特性が安定する。
The
For example, as the
上記コネクタ6は、金属管2の開口端部を取り付けるネジ部10と、温度検出回路等に接続された配線11の端部が固定された本体部12と、で構成されている。なお、金属管2内のリード線5は、ネジ部10を挿通されて本体部12内の配線11と接続されている。このコネクタ6は、例えば樹脂成形で作製される。
The connector 6 includes a
上記感熱素子4を金属管2に取り付けるには、図4の(a)に示すように、まず、金属管2の底部内面に感熱素子4の外形に合わせた矩形状のザグリである凹部2aを形成しておく。また、予めリード線5と感熱素子4の端子電極3とを接合させておく。なお、この接合は、レーザー溶接又は抵抗溶接等で行う。
次に、図4の(b)に示すように、凹部2aの内面全て(底面及び内周面)にロウ等の接着剤7を形成する。なお、感熱素子4の裏面及び側面に、予めロウ等の接着剤7を形成しておいても構わない。
In order to attach the
Next, as shown in FIG. 4B, an adhesive 7 such as wax is formed on the entire inner surface (bottom surface and inner peripheral surface) of the
さらに、図5の(c)に示すように、この凹部2a内に感熱素子4を嵌め込み、絶縁基板8の底面及び側面と凹部2aの底面及び内周面とを接着剤7によって接着する。なお、感熱素子4を接着した後に、リード線5と端子電極3とを接合させても構わない。
Further, as shown in FIG. 5C, the
このように本実施形態の温度センサ1では、金属管2の底部内面に感熱素子4の外形状に沿った凹部2aが形成され、該凹部2aに感熱素子4が嵌め込まれた状態で該感熱素子4の底面及び側面が接着されているので、感熱素子4の底面だけでなく側面が金属管2の凹部2aに接触して接触面積が増大することで、熱応答性が向上すると共に金属管2と感熱素子4との接合強度が向上する。特に、凹部2aによって薄肉化された部分に感熱素子4が実装されるため、さらに熱応答性が向上する。
As described above, in the temperature sensor 1 of the present embodiment, the
また、感熱素子4が、絶縁基板8上にサーミスタ薄膜9が成膜された薄膜サーミスタ素子であるので、感熱素子4自体の熱容量も小さく、熱応答性をより向上させることができる。また、薄板状の感熱素子4となるので、金属管2の底部内面に形成する凹部2aの深さも浅く済むことから金属管2の厚みも薄く設定することが可能になり、金属管2自体の熱容量も小さくすることができる。
Further, since the
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態では、上述したように、サーミスタ薄膜を用いた薄膜サーミスタ素子を感熱素子とすることが好ましいが、バルクのサーミスタ素子を用いたチップサーミスタの感熱素子を採用しても構わない。この場合、浅い凹部に嵌め込み可能な薄型の板状とされたチップサーミスタを用いることが好ましい。 For example, in the above embodiment, as described above, it is preferable to use a thin film thermistor element using a thermistor thin film as the heat sensitive element, but a heat sensitive element of a chip thermistor using a bulk thermistor element may be adopted. In this case, it is preferable to use a chip thermistor having a thin plate shape that can be fitted into a shallow recess.
1…温度センサ、2…金属管、2a…凹部、3…端子電極、4…感熱素子、5…リード線、7…接着剤、8…絶縁基板、9…サーミスタ薄膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Temperature sensor, 2 ... Metal pipe, 2a ... Recessed part, 3 ... Terminal electrode, 4 ... Thermal element, 5 ... Lead wire, 7 ... Adhesive, 8 ... Insulating substrate, 9 ... Thermistor thin film
Claims (2)
該金属管の底部内面に設置され一対の端子電極が形成された感熱素子と、
前記一対の端子電極に接続された一対のリード線と、を備え、
前記金属管の底部内面に前記感熱素子の外形状に沿った凹部が形成され、該凹部に前記感熱素子が嵌め込まれた状態で該感熱素子の底面及び側面が接着されていることを特徴とする温度センサ。 A bottomed cylindrical metal tube,
A thermal element installed on the bottom inner surface of the metal tube and having a pair of terminal electrodes formed thereon;
A pair of lead wires connected to the pair of terminal electrodes,
A concave portion is formed on the inner surface of the bottom portion of the metal tube along the outer shape of the thermal element, and the bottom surface and the side surface of the thermal element are bonded in a state where the thermal element is fitted in the concave portion. Temperature sensor.
前記感熱素子が、絶縁基板上にサーミスタ薄膜が成膜された薄膜サーミスタ素子であることを特徴とする温度センサ。 The temperature sensor according to claim 1,
The temperature sensor, wherein the thermosensitive element is a thin film thermistor element in which a thermistor thin film is formed on an insulating substrate.
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