JP2014190928A - Temperature sensor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、感温素子を保護カバー内に具備してなる温度センサ、およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a temperature sensor including a temperature sensitive element in a protective cover, and a method for manufacturing the same.
昨今の機械産業の分野ではメカトロニクス化が進み、機械要素だけでは実現できないような各種機能が実現されるようになってきている。そのような機能は、各種センサによって状況や状態などを検出し、それに応じて、機械の動作等を制御することによって達成されるのが通常である。 In the field of the machine industry in recent years, mechatronics has progressed, and various functions that cannot be realized only by machine elements have been realized. Such a function is usually achieved by detecting a situation or a state by various sensors and controlling the operation of the machine or the like accordingly.
このようなセンサのひとつとして温度センサがある。例えば、自動車の排気浄化システムにおいては、排気ガスそのものや、浄化装置の温度に応じて浄化条件を調整し、有害な放出物などを低減することが求められているので、排気ガスなどの温度を測定できる温度センサが必要である。このような温度センサとしては一般に、サーミスタ素子などの感温素子が保護カバー内に封入されたものが用いられている。 One such sensor is a temperature sensor. For example, in an automobile exhaust purification system, it is required to adjust the purification conditions according to the exhaust gas itself or the temperature of the purification device to reduce harmful emissions. A temperature sensor that can be measured is required. As such a temperature sensor, a sensor in which a temperature sensitive element such as a thermistor element is enclosed in a protective cover is generally used.
より具体的には、一般的な温度センサは、金属などからなる保護カバー内に感温素子が配置され、その感温素子に接続された一対の電極線が温度センサの外側まで伸びた構造となっている。そして、感温素子と保護カバーとの間には、一般的に無機材料からなる充填材が充填されており、それによって感温素子が保持されている。すなわち電極線はその充填材からなる相を貫通して温度センサの外側まで延伸している。 More specifically, a general temperature sensor has a structure in which a temperature sensing element is disposed in a protective cover made of metal or the like, and a pair of electrode wires connected to the temperature sensing element extend to the outside of the temperature sensor. It has become. A space between the temperature sensitive element and the protective cover is generally filled with a filler made of an inorganic material, thereby holding the temperature sensitive element. In other words, the electrode wire extends through the phase made of the filler to the outside of the temperature sensor.
このような温度センサは、一般的には保護カバーの中に電極線が接続された感温素子を配置し、感温素子と保護カバーとの間に充填材を充填し、全体を加熱して充填材を結着させることによって製造される（例えば、特許文献１、および２参照）。ここで、充填材の主成分としては、アルミナ、ジルコニウムなどの無機材料が用いられる。しかし、これらの無機材料は融点が高いため、より低い温度での製造を可能とするために、補助的に結合材が用いられる。このような結合材としては、ガラスなどが用いられる。このような結合材を無機材料に組み合わせることで、加熱の際に結合材が無機材料の粒子表面を被覆し、粒子を相互に結合させることで感温センサを固定する作用を有する。 Such a temperature sensor generally has a temperature sensing element with an electrode wire connected in a protective cover, and a filler is filled between the temperature sensing element and the protection cover, and the whole is heated. It is manufactured by binding fillers (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Here, an inorganic material such as alumina or zirconium is used as the main component of the filler. However, since these inorganic materials have a high melting point, a binder is supplementarily used to enable production at a lower temperature. As such a binding material, glass or the like is used. By combining such a binder with an inorganic material, the binder has a function of fixing the temperature sensor by coating the particle surface of the inorganic material during heating and bonding the particles to each other.
しかしながら、前記した方法で温度センサを製造した場合には、電極線の断線が起こることが多く、製造の歩留まりについて改善の余地があった。 However, when the temperature sensor is manufactured by the above-described method, the electrode wire is often disconnected, and there is room for improvement in the manufacturing yield.
本発明による温度センサの製造方法は、
一端が閉塞された筒状の保護カバーと、
セラミックスで形成された、前記保護カバーの内側面に内接する筒状材料と、
前記筒状材料の内側に配置された、温度変化に応じて電気的特性が変化する感温部と、前記感温部に接続され、感温部からの電気信号を取り出すための一対の電極線とを具備してなる感温素子と、
前記感温部と前記筒状材料との間隙に形成されたマトリックス相と、
を具備してなる温度センサの製造方法であって、
前記筒状材料の内側に前記感温部を配置し、
前記感温部と前記筒状材料との間隙に充填材を充填し、加熱することによってマトリックス相を形成させること
を含んでなることを特徴とするものである。
A manufacturing method of a temperature sensor according to the present invention includes:
A cylindrical protective cover closed at one end;
A cylindrical material made of ceramic and inscribed in the inner surface of the protective cover;
A temperature sensing part arranged inside the cylindrical material and whose electrical characteristics change according to a temperature change, and a pair of electrode wires connected to the temperature sensing part and for taking out an electrical signal from the temperature sensing part A temperature sensing element comprising:
A matrix phase formed in a gap between the temperature sensitive part and the cylindrical material;
A temperature sensor manufacturing method comprising:
The temperature sensing part is arranged inside the cylindrical material,
Filling the gap between the temperature sensitive part and the cylindrical material with a filler and heating to form a matrix phase
It is characterized by comprising.
また、本発明による温度センサは、
一端が閉塞された筒状の保護カバーと、
セラミックスで形成された、前記保護カバーの内側面に内接する筒状材料と、
前記筒状材料の内側に配置された、温度変化に応じて電気的特性が変化する感温部と、前記感温部に接続され、感温部からの電気信号を取り出すための一対の電極線とを具備してなる感温素子と、
前記感温部と前記筒状材料との間隙に形成された充填材のマトリックス相と、
を具備してなることを特徴とするものである。
The temperature sensor according to the present invention is
A cylindrical protective cover closed at one end;
A cylindrical material made of ceramic and inscribed in the inner surface of the protective cover;
A temperature sensing part arranged inside the cylindrical material and whose electrical characteristics change according to a temperature change, and a pair of electrode wires connected to the temperature sensing part and for taking out an electrical signal from the temperature sensing part A temperature sensing element comprising:
A matrix phase of a filler formed in a gap between the temperature-sensitive part and the cylindrical material;
It is characterized by comprising.
本発明によれば、温度センサの製造過程における電極線の断線が低減され、製品歩留まりが改善される。また、筒状材料を配置したことにより、マトリックス相と保護カバーとの接触を最低限に抑制して不要な化学反応を防ぐことが出来るので、材料の劣化を防ぐことが出来るなど優れた特性を有する温度センサが提供される。 According to the present invention, the disconnection of the electrode wire in the process of manufacturing the temperature sensor is reduced, and the product yield is improved. In addition, by arranging the cylindrical material, the contact between the matrix phase and the protective cover can be minimized and unnecessary chemical reactions can be prevented. A temperature sensor is provided.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
本発明は、温度センサの製造方法に関するものであり、保護カバーと充填材の相との間に筒状材料を介在させることを一つの特徴としている。以下に、この筒状材料を用いた温度センサの製造方法について説明する。
本願発明による温度センサの製造方法においては、温度センサを構成するものとして、
（ｉ）保護カバー、
（ｉｉ）感温素子、
（ｉｉｉ）充填材、および
（ｉｖ）筒状材料
が挙げられる。このような温度センサの一実施態様の断面図を示すと図１に示す通りである。すなわち、本発明による温度センサ１００は、保護カバー１０１の内側に内接して、筒状材料１０２が配置されている。そして、筒状材料１０２その内側に配置された感温素子の感温部１０３が配置され、筒状材料１０２と感温部１０３の間隙に充填材のマトリックス相１０５が形成されている。感温部に接続された一対の電極線１０４はそのマトリックス相を貫通して外部に引き出され、外部の回路に接続される。
The present invention relates to a method of manufacturing a temperature sensor, and is characterized by interposing a cylindrical material between a protective cover and a filler phase. Below, the manufacturing method of the temperature sensor using this cylindrical material is demonstrated.
In the temperature sensor manufacturing method according to the present invention, the temperature sensor is configured as follows:
(I) protective cover,
(Ii) a temperature sensitive element,
(Iii) fillers, and (iv) cylindrical materials. A cross-sectional view of one embodiment of such a temperature sensor is shown in FIG. That is, the temperature sensor 100 according to the present invention is inscribed inside the protective cover 101 and has a cylindrical material 102 disposed therein. The temperature sensing part 103 of the temperature sensing element arranged inside the cylindrical material 102 is arranged, and a matrix phase 105 of the filler is formed in the gap between the cylindrical material 102 and the temperature sensing part 103. The pair of electrode wires 104 connected to the temperature sensing part penetrates the matrix phase and is led out to the outside and connected to an external circuit.
保護カバーは、一端が閉塞された筒状の材料である。断面形状は特に限定されず、断面の外側および内側のいずれについても、円であっても多角形であってもよい。しかしながら、製造の容易性の観点からは、保護カバーの外側および内側の断面がいずれもが円であること、すなわち保護カバーの形状は一端が閉塞された円筒状であることが好ましい。 保護カバーの大きさは、目的とする温度センサの大きさなどに応じて任意に選択することができる。 The protective cover is a cylindrical material with one end closed. The cross-sectional shape is not particularly limited, and both the outer side and the inner side of the cross section may be a circle or a polygon. However, from the viewpoint of ease of manufacture, it is preferable that the outer and inner cross sections of the protective cover are both circular, that is, the protective cover has a cylindrical shape with one end closed. The size of the protective cover can be arbitrarily selected according to the size of the target temperature sensor.
保護カバーの材質としては、一般に金属が用いられる。これは、温度センサとしての信頼性を確保するために、防食性、熱伝導性、耐熱性、硬度などに優れるものが望ましいためである。このような特性を満たす金属は、各種のものが知られている。例えば、防食性に優れる合金としてステンレス鋼は入手が容易で価格も安いので一般的に用いられるものである。ステンレス鋼のうち、オーステナイト系ステンレス鋼が好ましく、例えばＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３２１など各種のものが市販されている。またインコネル、インコロイ、ニモニック（いずれも商標名、大同スペシャルメタル株式会社製）などの耐熱合金を用いることも好ましい。これらのうち、インコネルはニッケルをベースとして、鉄九、クロム、ニオブなどを配合した合金であり、インコネル６００、インコネル６２５、インコネル７１８、インコネルＸ７５０など各種のものが販売されており、所望の耐熱性や硬度などに応じて任意に選択することができる。 As a material for the protective cover, metal is generally used. This is because it is desirable to have excellent corrosion resistance, thermal conductivity, heat resistance, hardness and the like in order to ensure reliability as a temperature sensor. Various types of metals satisfying such characteristics are known. For example, stainless steel is generally used as an alloy having excellent anticorrosion properties because it is readily available and inexpensive. Of the stainless steels, austenitic stainless steel is preferable, and various types such as SUS301, SUS304, and SUS321 are commercially available. It is also preferable to use a heat-resistant alloy such as Inconel, Incoloy, or Nimonic (all are trade names, manufactured by Daido Special Metal Co., Ltd.). Of these, Inconel is an alloy based on nickel and containing iron nine, chromium, niobium, etc., and various products such as Inconel 600, Inconel 625, Inconel 718, Inconel X750 are sold, and have the desired heat resistance. It can be arbitrarily selected according to the hardness and the like.
感温素子は、温度センサの主要部であり、温度変化を電気信号に変換して外部に出力する素子である。感温素子は、温度変化に応じて電気的特性が変化する感温部と、前記感温部に接続され、感温部からの電気信号を取り出すための一対の電極線とを具備する。感温部としてはサーミスタと呼ばれるものが一般に用いられる。サーミスタは、温度変化に応じて電気抵抗が変化する抵抗体であり、ＮＴＣサーミスタ、ＰＴＣサーミスタ、ＣＴＲサーミスタなどが知られている。本発明による温度センサにおいては、感温部は任意に選択することができる。この感温部は、後述するように、温度センサ内において、充填材によって固定される。このとき、感温部と充填材との親和性が高いと感温部が安定に固定される。このため、感温部の外周面には、充填材と親和性の高い材料で被覆されていることが好ましい。具体的には、充填材は後述するようにガラスなどの結合材を含むことが多いので、感温部の外周面が結合材によって被覆されていることが好ましい。 The temperature sensitive element is a main part of the temperature sensor, and is an element that converts a temperature change into an electric signal and outputs it to the outside. The temperature sensing element includes a temperature sensing part whose electrical characteristics change according to a temperature change, and a pair of electrode wires connected to the temperature sensing part and for taking out an electrical signal from the temperature sensing part. What is called a thermistor is generally used as the temperature sensing part. The thermistor is a resistor whose electric resistance changes according to a temperature change, and an NTC thermistor, a PTC thermistor, a CTR thermistor and the like are known. In the temperature sensor according to the present invention, the temperature sensing part can be arbitrarily selected. As will be described later, the temperature sensing unit is fixed by a filler in the temperature sensor. At this time, if the affinity between the temperature sensitive part and the filler is high, the temperature sensitive part is stably fixed. For this reason, it is preferable that the outer peripheral surface of the temperature sensitive part is covered with a material having a high affinity with the filler. Specifically, since the filler often contains a binder such as glass as will be described later, it is preferable that the outer peripheral surface of the temperature-sensitive portion is covered with the binder.
電極線は感温部から発信される電気信号を外部回路に伝達するためのものである。このため、電気抵抗が低いこと、温度センサが用いられる温度範囲で安定である材料によって形成されていることが好ましい。このため、電極線は白金などの金属製であることが好ましい。 The electrode wire is for transmitting an electric signal transmitted from the temperature sensing unit to an external circuit. For this reason, it is preferable to form with the material which is low in electrical resistance and stable in the temperature range where a temperature sensor is used. For this reason, the electrode wire is preferably made of a metal such as platinum.
このような感温素子は、一般的に用いられているものの中から、任意に選択することができる。 Such a temperature sensitive element can be arbitrarily selected from those generally used.
前記の感温素子のうち、感温部は温度センサの内部の所定の位置に固定される必要がある。温度センサが精度よく機能するためには、感温部が温度センサの表面から一定の位置にある必要があるためである。このように感温部を固定するためには充填材が用いられる。 Of the temperature sensing elements, the temperature sensing part needs to be fixed at a predetermined position inside the temperature sensor. This is because the temperature sensor needs to be at a certain position from the surface of the temperature sensor in order for the temperature sensor to function accurately. Thus, a filler is used to fix the temperature sensitive part.
従来の温度センサの場合、保護カバーの内側の特定の位置に感温部が配置され、その感温部と保護カバーとの間隙に充填材が充填される。充填された充填材の相を任意の方法で固化させることで感温部の位置を固定することができる。ここで、充填材の相を固化させるには、熱的処理によって充填材のマトリックス相を形成させる方法を用いるのが一般的である。 In the case of a conventional temperature sensor, a temperature sensitive part is disposed at a specific position inside the protective cover, and a filler is filled in a gap between the temperature sensitive part and the protective cover. The position of the temperature sensitive part can be fixed by solidifying the phase of the filled filler by an arbitrary method. Here, in order to solidify the phase of the filler, a method of forming a matrix phase of the filler by thermal treatment is generally used.
充填材としては、一般的に骨材としてセラミックス粒子を含むものが用いられる。セラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、シリカなどの無機酸化物が好ましく用いられる。これらのうち、入手の容易性やコストの観点からアルミナが最も好ましく用いられる。これらのセラミックス粒子は、耐熱性が高く充填材としては好適に用いることができる。一方で、これらの充填材を加熱によって溶融させ、マトリックス相を形成させるためには非常に高い温度が要求される。しかしながら、要求される温度が高くなると、エネルギーコストが嵩み、製造コストも上昇する。また、保護カバー内部に配置される感温素子が熱によってダメージを受ける可能性もある。
骨材としてセラミックス粒子を用いる場合、その粒子の平均粒径は、一般に１〜１０μｍのものが用いられる。過度に小さいと、後述するように分散媒を配合してスラリーを形成させたときに凝集してしまうことがあり、また過度に大きいとスラリー充填の際に配管詰まりなどを起こすことがあるためである。
As the filler, a material containing ceramic particles as an aggregate is generally used. As the ceramic, inorganic oxides such as alumina, zirconia, and silica are preferably used. Of these, alumina is most preferably used from the viewpoint of availability and cost. These ceramic particles have high heat resistance and can be suitably used as a filler. On the other hand, a very high temperature is required to melt these fillers by heating to form a matrix phase. However, as the required temperature increases, the energy cost increases and the manufacturing cost also increases. In addition, the temperature sensitive element disposed inside the protective cover may be damaged by heat.
When ceramic particles are used as the aggregate, those having an average particle diameter of 1 to 10 μm are generally used. If it is too small, it may agglomerate when a dispersion medium is mixed to form a slurry as will be described later, and if it is too large, it may cause clogging of piping when filling the slurry. is there.
このような問題点を改善するために、充填材として主となる骨材と結合材とを含むものとすることができる。すなわち、セラミックス粒子などの骨材そのものを溶融させて充填材のマトリックス相を形成させるのではなく、骨材の間に存在する結合材を溶融させて骨材同士を結合させることによって、加熱温度をより低くしながら充填材のマトリックス相を形成させることができる。 In order to improve such a problem, the main aggregate and the binder can be included as the filler. That is, rather than melting the aggregate itself such as ceramic particles to form the matrix phase of the filler, the heating temperature is controlled by melting the binder existing between the aggregates and bonding the aggregates together. The matrix phase of the filler can be formed while lowering.
結合材としては、軟化点が比較的低いガラスなどが用いられる。ガラスは、非晶質ガラス、結晶質ガラスに分類されるが、そのいずれを用いてもよい。また、ガラスは二酸化ケイ素、酸化カリウム、酸化ナトリウム、酸化鉛、酸化カルシウムなどの材料から製造されるが、組成はどのようなものであってもよい。具体的には、ホウケイ酸ガラス（軟化点７８５℃程度）、ソーダ石灰ガラス（軟化点７３０℃程度）、鉛ガラス（軟化点６００℃程度）などが用いられる。 As the binder, glass having a relatively low softening point is used. Glass is classified into amorphous glass and crystalline glass, either of which may be used. Moreover, although glass is manufactured from materials, such as silicon dioxide, potassium oxide, sodium oxide, lead oxide, and calcium oxide, what kind of composition may be sufficient as it. Specifically, borosilicate glass (softening point of about 785 ° C.), soda lime glass (softening point of about 730 ° C.), lead glass (softening point of about 600 ° C.), or the like is used.
なお、温度センサの使用温度範囲に軟化点があるようなガラスを結合材として用いると、温度センサの使用時に温度センサ内部で感温部が移動してしまい、断線などの故障の原因となるので、結合材として用いるガラスの軟化点は温度センサの使用温度範囲の上限以上であることが好ましい。 If glass that has a softening point in the operating temperature range of the temperature sensor is used as the binder, the temperature sensing part will move inside the temperature sensor when the temperature sensor is used, causing malfunctions such as disconnection. The softening point of the glass used as the binder is preferably not less than the upper limit of the operating temperature range of the temperature sensor.
また、結合材としてタルク、カオリンなどを用いることもできる。 Moreover, talc, kaolin, etc. can also be used as a binder.
これらの結合材は単独、または２種類以上を組み合わせて用いることもできる。
結合材は、骨材とは独立に配合しておくことも、骨材の表面に予め付着させておくこともできる。骨材と結合材とが独立に配合された充填材は、温度センサの製造過程において加熱された際に結合材が骨材の間で溶融し、骨材同士を結合させる。骨材の表面をあらかじめ結合材で被覆しておくと、マトリックス相全体で骨材同士の結合がより均一になるので好ましい。
These binders can be used alone or in combination of two or more.
The binder can be blended independently of the aggregate, or can be previously attached to the surface of the aggregate. When the filler in which the aggregate and the binder are blended independently is heated in the manufacturing process of the temperature sensor, the binder is melted between the aggregates to bond the aggregates together. It is preferable to cover the surface of the aggregate with a binder in advance, because the aggregate is more uniformly bonded throughout the matrix phase.
なお、充填材はこれらの骨材や結合材などに水などの分散媒が加えられたスラリーとして用いられるのが一般的である。分散媒としては水が用いられるのが一般的である。分散媒の配合量は、必要に応じて任意に調整することができるが、スラリーの流動性を十分に確保するために、スラリー全体の重量を基準として１０質量％以上とすることが好ましい。また分散媒は加熱時に系外に放出されるので、迅速に分散媒を放出させるとともに、放出の際に形成されるガスの流路と形成される空孔の形成を抑制するために２０質量％以下とすることが好ましい。 The filler is generally used as a slurry in which a dispersion medium such as water is added to these aggregates and binders. As a dispersion medium, water is generally used. The blending amount of the dispersion medium can be arbitrarily adjusted as necessary, but is preferably 10% by mass or more based on the weight of the whole slurry in order to ensure sufficient fluidity of the slurry. Further, since the dispersion medium is released out of the system at the time of heating, the dispersion medium is quickly released, and 20% by mass in order to suppress the formation of gas flow paths and holes formed at the time of release. The following is preferable.
充填材スラリーには、必要に応じてさらなる添加剤を添加することもできる。例えば、補助的な結合材として有機ポリマーを用いることもできる。 If necessary, further additives can be added to the filler slurry. For example, an organic polymer can be used as an auxiliary binder.
従来の製造方法においては、まず、前記した保護カバーの内側に感温素子の感温部を配置し、保護カバーと感温部との間隙に充填材を充填し、その後に加熱することで充填材のマトリックス相を形成させるのが一般的であった。これに対して、本願発明による温度センサの製造法においては、保護カバーと充填材のマトリックス相との間に筒状材料を組み込むことを一つの特徴としている。 In the conventional manufacturing method, first, the temperature sensing part of the temperature sensing element is arranged inside the above-mentioned protective cover, and the filling material is filled in the gap between the protection cover and the temperature sensing part, and then heated to fill. It was common to form a matrix phase of the material. On the other hand, the manufacturing method of the temperature sensor according to the present invention is characterized by incorporating a cylindrical material between the protective cover and the matrix phase of the filler.
筒状材料は、充填材との親和性が高いものが用いられる。具体的には、充填材の骨材または結合材と物性が近似した無機材料であることが好ましい。したがって、骨材として用いられるセラミックス、好ましくはアルミナまたはジルコニア、特にアルミナからなることが好ましい。結合材として用いられるガラスを筒状材料として用いることもできるが、軟化点が相対的に低いため、後述するように金属からなる保護カバーに対して融着することがあるので、より高い軟化点を有する材料を用いることが好ましい。 As the cylindrical material, a material having high affinity with the filler is used. Specifically, an inorganic material having physical properties similar to those of the aggregate or binder of the filler is preferable. Accordingly, it is preferable to use ceramics used as an aggregate, preferably alumina or zirconia, particularly alumina. Glass used as a binder can also be used as a cylindrical material, but because the softening point is relatively low, it may be fused to a protective cover made of metal as described later, so a higher softening point It is preferable to use a material having
筒状材料の形状は、保護カバーの内側形状に適合するものが選択される。ここで、本発明において筒状材料は、外径または内径が均一な筒状材料だけでなく、外径または内径が不均一なものも包含される。具体的には、保護カバーの内側が均一な直径を有する円柱状の空隙となっている場合には、保護カバーの内側に密接に接触する直径を有する円筒状の形状であるものが選択できる。この場合、筒状材料の一端が閉塞されていてもよい。このとき、閉塞されている部分の外側の形状が、保護カバーの閉塞された端部の内側形状に一致するようにすることができる。また、保護カバーの内側が円錐状の空隙となっている場合には、筒状材料も円錐形状や、円錐台形状とすることもできる。 The shape of the cylindrical material is selected to match the inner shape of the protective cover. Here, in the present invention, the cylindrical material includes not only a cylindrical material having a uniform outer diameter or inner diameter, but also a material having a non-uniform outer diameter or inner diameter. Specifically, when the inside of the protective cover is a cylindrical gap having a uniform diameter, a cylindrical shape having a diameter in close contact with the inside of the protective cover can be selected. In this case, one end of the cylindrical material may be closed. At this time, the outer shape of the closed portion can be made to match the inner shape of the closed end portion of the protective cover. In addition, when the inside of the protective cover is a conical gap, the cylindrical material can also have a conical shape or a truncated cone shape.
筒状材料の形状は、前記の通り、保護カバーの形状に応じて決定することができるが、両端に開口を有する、外径および内径が均一である円筒状であることが好ましい。筒状材料がこのような形状であれば、汎用性が高く、コスト面で有利であり、また製造工程においても取扱い性がよいので好ましい。また大きさも用いられる保護カバーに応じて調整されるが、外径は１．５〜５．０ｍｍであることが好ましく、肉厚は０．０５〜０．５ｍｍであることが好ましい。また、長さは感温部と感温部に接続された一対の電極線の少なくとも一部を保護できる程度の長さであればよいが、２．０〜１０．０ｍｍであることが好ましい。 As described above, the shape of the cylindrical material can be determined according to the shape of the protective cover, but is preferably a cylindrical shape having openings at both ends and having a uniform outer diameter and inner diameter. It is preferable that the cylindrical material has such a shape because it has high versatility, is advantageous in terms of cost, and is easy to handle in the manufacturing process. The size is also adjusted according to the protective cover used, but the outer diameter is preferably 1.5 to 5.0 mm, and the wall thickness is preferably 0.05 to 0.5 mm. Further, the length may be a length that can protect at least a part of the temperature sensing portion and the pair of electrode wires connected to the temperature sensing portion, but is preferably 2.0 to 10.0 mm.
このような筒状材料は、押し出し成型や切削成型など、任意の方法で製造することができる。 Such a cylindrical material can be produced by any method such as extrusion molding or cutting molding.
本発明による方法では、このような筒状材料を保護カバーと充填材のマトリックス相との間に組み込むが、具体的には以下の３つの方法がある。
（１）筒状材料を保護カバーの内側に配置し、その後に感温素子の感温部を筒状材料の内側に配置し、その感温部と筒状材料との間隙に充填材を充填し、加熱をすることによりマトリックス相を形成させる方法。
（２）筒状材料の内側に感温素子の感温部を配置し、前記感温部と前記筒状材料との間隙に充填材を充填した後、筒状材料を保護カバーの内側に配置し、加熱をすることによりマトリックス相を形成させる方法。
（３）筒状材料の内側に感温素子の感温部を配置し、前記感温部と前記筒状材料との間隙に充填材を充填した後、加熱をすることによりマトリックス相を形成させ、その後に筒状材料を保護カバーの内側に配置する方法。
In the method according to the present invention, such a cylindrical material is incorporated between the protective cover and the matrix phase of the filler. Specifically, there are the following three methods.
(1) Place the tubular material inside the protective cover, then place the temperature sensing part of the temperature sensing element inside the tubular material, and fill the gap between the temperature sensing part and the tubular material And heating to form a matrix phase.
(2) The temperature sensing part of the temperature sensing element is arranged inside the cylindrical material, and after filling the gap between the temperature sensing part and the cylindrical material, the cylindrical material is arranged inside the protective cover. And heating to form a matrix phase.
(3) A temperature-sensitive part of the temperature-sensitive element is arranged inside the cylindrical material, and a matrix phase is formed by heating after filling the gap between the temperature-sensitive part and the cylindrical material. And then placing the cylindrical material inside the protective cover.
前記方法において、マトリックス相を形成する際に、充填材を充填した後、感温素子の感温部を筒状材料の内側に配置し、加熱をすることによりマトリックス相を形成しても良い。 In the above method, when the matrix phase is formed, the matrix phase may be formed by filling the filler and then placing the temperature sensing portion of the temperature sensing element inside the cylindrical material and heating.
これらの方法によれば、加熱の際に充填材と保護カバーとが直接接触しない。この結果、製造時に断線などの故障が低減し、製造の歩留まりが改善される。 According to these methods, the filler and the protective cover are not in direct contact during heating. As a result, failures such as disconnection during manufacturing are reduced, and manufacturing yield is improved.
本発明の方法により、このような効果が表れる理由は詳細には解明されていないが、以下のようなメカニズムが推定されている。まず、加熱によって、保護カバーの内側の充填材が融解する。融解した充填材は、保護カバーの内側にも溶着し、その後の冷却において充填材の相と保護カバーとが融着する。さらに冷却がすすむと、金属からなる保護カバーと、内部に充填されている充填材の相とで熱膨張係数が異なるために応力が発生する。この応力は感温部および電極線にもかかる。この結果、特に細線からなる電極線が物理的応力に耐え切れずに断線が起こるものと推定される。 The reason why such an effect appears by the method of the present invention has not been elucidated in detail, but the following mechanism is presumed. First, the filler inside the protective cover is melted by heating. The melted filler is also welded to the inside of the protective cover, and the phase of the filler and the protective cover are fused in the subsequent cooling. When cooling further proceeds, stress is generated because the thermal expansion coefficient differs between the protective cover made of metal and the phase of the filler filled inside. This stress is also applied to the temperature sensitive part and the electrode wire. As a result, it is presumed that the wire breakage occurs particularly when the electrode wire made of a thin wire cannot withstand physical stress.
前記した（１）〜（３）の方法は、目的とする温度センサの構造などに応じて、任意に選択されるが、製造工程の容易性の観点からは、（１）が最も好ましい。また、（２）および（３）では、充填材がスラリーの形状で用いられ、筒状材料が両端が開いた形状である場合、筒状材料内に充填材を保持することが難しいが、筒状材料として一端が閉塞された形状のものを用いることで、そのような問題は解決できる。また、（３）は筒状材料を保護カバー内に配置した後、さらに封止などのために加熱する工程が必要となることがあるので、（２）の方法が好ましい。 The methods (1) to (3) described above are arbitrarily selected according to the structure of the target temperature sensor and the like, but (1) is most preferable from the viewpoint of the ease of the manufacturing process. In (2) and (3), when the filler is used in the form of a slurry and the cylindrical material has a shape with both ends open, it is difficult to hold the filler in the cylindrical material. Such a problem can be solved by using a material having a shape in which one end is closed. Moreover, after (3) arrange | positions a cylindrical material in a protective cover, the process of heating for sealing etc. may be needed, Therefore The method of (2) is preferable.
本発明による温度センサの製造方法による効果は、物性値を考慮しながら検討することでより明らかになる。 The effect of the manufacturing method of the temperature sensor according to the present invention becomes clearer by considering the physical property value.
保護カバーの材質として用いられる材料の線膨張係数は、１０×１０−６／Ｋを超える。具体的には、インコネル（商品名）は、種類によって異なるが、１２．６〜１３．３×１０−６／Ｋの線膨張係数を示す。またステンレス鋼も一般に１０×１０−６／Ｋを超える線膨張係数を示す。例えば、ＳＵＳ３０４の線膨張係数は１７．３×１０−６／Ｋである。 The linear expansion coefficient of the material used as the material for the protective cover exceeds 10 × 10 −6 / K. Specifically, Inconel (trade name) shows a linear expansion coefficient of 12.6 to 13.3 × 10 −6 / K, although it varies depending on the type. Stainless steel also generally exhibits a linear expansion coefficient exceeding 10 × 10 −6 / K. For example, the linear expansion coefficient of SUS304 is 17.3 × 10 −6 / K.
一方、充填材に用いられる結合材、すなわち軟化点が低いガラスの線膨張係数は９×１０−６／Ｋ以下である。例えば、ホウケイ酸ガラスおよびソーダ石灰ガラスの線膨張係数はそれぞれ５．２×１０−６／Ｋおよび８．８×１０−６／Ｋである。特に、軟化点が低いことからホウケイ酸ガラスが好ましく用いられるので、結合材として用いられるガラスの線膨張係数は５〜６×１０−６／Ｋの範囲にあるのが一般的である。
また、感温素子に含まれる電極線として用いられることが多い白金線の線膨張係数は８．８×１０−６／Ｋである。
On the other hand, the linear expansion coefficient of the binder used for the filler, that is, the glass having a low softening point is 9 × 10 −6 / K or less. For example, the linear expansion coefficients of borosilicate glass and soda lime glass are 5.2 × 10 −6 / K and 8.8 × 10 −6 / K, respectively. In particular, since borosilicate glass is preferably used because of its low softening point, the glass used as a binder generally has a linear expansion coefficient in the range of 5-6 × 10 −6 / K.
Moreover, the linear expansion coefficient of the platinum wire which is often used as an electrode wire included in the temperature sensitive element is 8.8 × 10 −6 / K.
このように、保護カバーと、結合材または電極線とで線膨張係数が大きく異なっている。このために、従来の温度センサの製造方法においては、製造時の加熱によって保護カバーと結合材が融着し、その後冷却されると、製造される温度センサの内部に応力が発生し、断線などの故障が発生するものと考えられる。 Thus, the linear expansion coefficient is greatly different between the protective cover and the binding material or the electrode wire. For this reason, in the conventional temperature sensor manufacturing method, when the protective cover and the bonding material are fused by heating during manufacturing and then cooled, stress is generated inside the manufactured temperature sensor, disconnection, etc. It is thought that the failure of
一方、本発明の方法によれば、加熱の際には結合材と保護カバーとが直接接触しておらず、結合材は、筒状材料の内側面に融着する。 On the other hand, according to the method of the present invention, the bonding material and the protective cover are not in direct contact during heating, and the bonding material is fused to the inner surface of the cylindrical material.
筒状材料の材料として用いられるセラミックスの線膨張係数は９×１０−６／Ｋ以下である。例えば、アルミナおよびジルコニアの線膨張係数は５．４×１０−６／Ｋおよび８．８×１０−６／Ｋである。すなわち、筒状材料を形成するセラミックスは、結合材や電極線と近い線膨張係数を有しているので、その後冷却されても内部に発生する応力が小さくなり、断線などの故障が低減され、製造の歩留まりが改善される。 The linear expansion coefficient of the ceramic used as the material of the cylindrical material is 9 × 10 −6 / K or less. For example, the linear expansion coefficients of alumina and zirconia are 5.4 × 10 −6 / K and 8.8 × 10 −6 / K. That is, since the ceramic forming the cylindrical material has a linear expansion coefficient close to that of the binder and electrode wire, the stress generated inside becomes small even after cooling, and failures such as disconnection are reduced. Manufacturing yield is improved.
１００ 温度センサ
１０１ 保護カバー
１０２ 筒状材料
１０３ 感温部
１０４ 電極線
１０５ 充填材のマトリックス相
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Temperature sensor 101 Protective cover 102 Cylindrical material 103 Temperature sensing part 104 Electrode wire 105 Matrix phase of filler
Claims (9)
セラミックスで形成された、前記保護カバーの内側面に内接する筒状材料と、
前記筒状材料の内側に配置された、温度変化に応じて電気的特性が変化する感温部と、前記感温部に接続され、感温部からの電気信号を取り出すための一対の電極線とを具備してなる感温素子と、
前記感温部と前記筒状材料との間隙に形成されたマトリックス相と、
を具備してなる温度センサの製造方法であって、
前記筒状材料の内側に前記感温部を配置し、
前記感温部と前記筒状材料との間隙に充填材を充填し、加熱することによってマトリックス相を形成させること
を含んでなることを特徴とする方法。 A cylindrical protective cover closed at one end;
A cylindrical material made of ceramic and inscribed in the inner surface of the protective cover;
A temperature sensing part arranged inside the cylindrical material and whose electrical characteristics change according to a temperature change, and a pair of electrode wires connected to the temperature sensing part and for taking out an electrical signal from the temperature sensing part A temperature sensing element comprising:
A matrix phase formed in a gap between the temperature sensitive part and the cylindrical material;
A temperature sensor manufacturing method comprising:
The temperature sensing part is arranged inside the cylindrical material,
A method comprising filling a gap between the temperature sensitive portion and the cylindrical material with a filler and heating to form a matrix phase.
セラミックスで形成された、前記保護カバーの内側面に内接する筒状材料と、
前記筒状材料の内側に配置された、温度変化に応じて電気的特性が変化する感温部と、前記感温部に接続され、感温部からの電気信号を取り出すための一対の電極線とを具備してなる感温素子と、
前記感温部と前記筒状材料との間隙に形成された充填材のマトリックス相と、
を具備してなることを特徴とする、温度センサ。 A cylindrical protective cover closed at one end;
A cylindrical material made of ceramic and inscribed in the inner surface of the protective cover;
A temperature sensing part arranged inside the cylindrical material and whose electrical characteristics change according to a temperature change, and a pair of electrode wires connected to the temperature sensing part and for taking out an electrical signal from the temperature sensing part A temperature sensing element comprising:
A matrix phase of a filler formed in a gap between the temperature-sensitive part and the cylindrical material;
A temperature sensor comprising:
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|---|---|---|---|---|
| CN105174953A (en) * | 2015-09-09 | 2015-12-23 | 江苏聚盛电子科技有限公司 | Thermal sensitive ceramic double-parameter temperature measuring material and preparation method of thermal sensitive ceramic double-parameter temperature measuring material |
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- 2013-03-28 JP JP2013068604A patent/JP2014190928A/en active Pending
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