JP3000910B2 - 温度検出装置 - Google Patents

温度検出装置

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JP3000910B2
JP3000910B2 JP8000569A JP56996A JP3000910B2 JP 3000910 B2 JP3000910 B2 JP 3000910B2 JP 8000569 A JP8000569 A JP 8000569A JP 56996 A JP56996 A JP 56996A JP 3000910 B2 JP3000910 B2 JP 3000910B2
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孝 玉井
剛 田中
克憲 松原
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各所の温度検出を
行うために用いられる温度検出装置に関するもので、特
に1000℃までの耐熱、及び、高熱応答性が要求され
る自動車の排気ガスの浄化システム、つまり触媒コンバ
ータ内部の温度検出に有用なものである。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車の排気ガス浄化装置、つま
り触媒コンバータ内部の温度検出に用いられる温度検出
装置は、従来からの1000℃までの耐熱性、および、
900℃と常温間の熱サイクルに対する耐久性に加え、
その浄化システムの早期動作確認の必要性から熱応答性
能の向上が望まれている。
【0003】以下に従来の温度検出装置について説明す
る。図6は従来の温度検出装置の半断面図である。図6
において、3は二本の金属線であり、その二本の金属線
3の両端を除く全体の周囲に金属管5を配置し、この金
属線3と金属管5の間をMgOからなる絶縁体4で充填
して二芯管を構成している。そして、この二芯管を構成
する金属線3の一端の各々に接続された温度検出素子2
と、この温度検出素子2を収納するように二芯管の端部
に装着した一端が閉成された筒状のキャップ11を備え
た構成となっていた。ここで、前記金属キャップ11は
SUS310Sのようなステンレス材が用いられてお
り、かつ、その厚さも0.5mm以上の構成であった。ま
た、絶縁性能を満足するために金属キャップ11の内面
と、温度検出素子2の表面の間に0.2mm以上の空間を
確保していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、以下に記す問題点を有していた。
【0005】従来の構成では金属キャップ11の厚さが
0.5mm以上と厚く、かつ、金属キャップ11の内表面
と、温度検出素子2の表面の接触により絶縁特性が低下
することを防ぐために、この両者の間に0.2mm以上の
絶縁性確保のための空間を確保しており、このことが著
しく熱応答性能を低下させる原因となっていた。
【0006】また、一般的にこの種の用途に用いられる
温度検出装置に対しては、常温と900℃を交互に負荷
される熱サイクルに対する耐久性が1000サイクル程
度必要とされる。ここで、高応答性能を確保するために
SUS310S材からなる金属キャップ11の厚さを
0.4mm以下にし、かつ、前記条件の熱サイクル負荷し
た場合、著しい酸化作用と、熱による膨脹収縮作用のた
めに、金属キャップ11の表面の酸化膜層が脱落し、9
00サイクル程度で亀裂が発生し、金属キャップ11の
内部の気密が確保できず、抵抗特性が著しく変化すると
いう問題点を有していた。
【0007】本発明は、高熱応答特性を確保しつつ、か
つ、熱サイクルに対する耐久性を有する温度検出装置を
提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この課題を達成するため
に本発明の温度検出装置は、鉄−クロム合金材よりなる
金属キャップの厚さを0.2〜0.3mmとし、この金属
キャップ表面に絶縁酸化膜層を付与し、この金属キャッ
プ内に収納された温度検出素子の一部を前記絶縁酸化膜
層に接触させた構成を有している。
【0009】この構成によって、金属キャップを薄肉に
しても熱サイクルに対して十分耐えうることとなり、金
属キャップ表面に付与した絶縁酸化膜層により金属キャ
ップの内表面に温度検出素子が接触しても絶縁性能が低
下せず、積極的に金属キャップ内表面の絶縁酸化膜層と
温度検出素子を接触させることで高熱応答特性を有し、
かつ、熱サイクルに対する耐久性を確保することができ
る。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1記載の発明は、
二本の金属線の両端を除く全体の周囲に金属管を配置
し、この金属線と金属管の間をMgO粉体で充填した構
成からなる二芯管と、この二芯管を構成する金属線の一
端の各々に接続された2本の管状の電極を有する温度検
出素子と、この温度検出素子を収納するように上記二芯
管の端部に装着された一端が閉成された筒状の金属キャ
ップを備え、この金属キャップは、厚さが0.2〜0.
4mmの鉄−クロム合金材であり、かつ、この金属キャッ
プの内表面に絶縁酸化膜層を有し、この絶縁酸化膜層に
前記温度検出素子の一部を接触させたことを特徴とする
温度検出装置であり、前記温度検出素子を前記金属キャ
ップにより近接させることにより高い熱応答特性を有
し、熱サイクルに対する耐久性を確保できるという作用
を有する。
【0011】本発明の請求項2に記載の発明は、金属キ
ャップがFCH1またはFCH2である温度検出装置で
あり、請求項3記載の発明は金属キャップにFe−Cr
−Al合金を用い、このFe−Cr−Al合金のCrの
含有量が20wt%以上、30wt%以下の範囲であ
り、かつ、Alの含有量が3wt%以上、8wt%以下
である温度検出装置であり、薄肉化に際しても熱サイク
ルに対する十分な耐久性を確保することができるという
作用を有する。
【0012】以下、本発明の一実施形態について、図面
を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施形態に
おける温度検出装置の半断面図、図2、図3はその要部
の拡大断面図、図4および図5は本実施形態の温度検出
装置に用いた温度検出素子の上面図と正面図を各々示し
たものである。図1において、1は厚さが0.2〜0.
4mmのJIS C 2520で規格されたFCH1から
なる金属キャップで、その先端側は閉成され、後端側は
開口されている。この金属キャップ1は前もって900
〜1100℃の温度で熱処理を行うことにより表面にA
23の絶縁酸化膜層1aを形成させている。この金属
キャップ1の先端内部には図2に示すごとく温度検出素
子2が収納されており、その一部は絶縁酸化膜層1aに
接触している。この温度検出素子2には図3、図4に示
すごとく、2本の管状の白金パイプよりなる電極2aと
Al23、Cr23、Fe23成分からなる円柱状のN
TCサーミスタ2bから構成されている。ここで、金属
キャップ1の内径をφ2.35mm、温度検出素子の外形
をφ2.25mmとし、金属キャップ1の内面と温度検出
素子2の間の空間を最大0.1mmとした。これは、温度
検出素子2の金属キャップ1の内部への挿入性から想定
される最小隙間と考えられる。次に温度検出素子2の2
本の管状の白金パイプよりなる電極2aの内部には直径
0.3mmの金属線3が貫通して図2に示すごとく白金パ
イプ2aの端部で溶接されて電気的に接続されている。
また、この2本の金属線3の両末端を除く全体は図1に
示すごとくMgOからなる絶縁体4で固定され、さらに
その周囲は金属管5で覆われており、二芯管を構成して
いる。
【0013】次に、前述の金属キャップ1の開口部はこ
の金属管5の端部に約3mm挿入され、その金属キャップ
1の周囲を開口端部より約3mm円周形状にかしめること
で仮固定し、さらに、金属キャップ1の開口端部より
1.5mm程度の位置にレーザー溶接6により円周上に加
工を施し、金属キャップ1の内部の気密性を確保してい
る。また、二芯管の金属線の他端の各々にはリード線7
を電気的に接続して電気信号を外部に取り出せるような
構成とし、各々のリード線7は二つの貫通孔を有する円
柱状のシリコンからなるゴム材8に貫通させられてい
る。さらに、このゴム材8はパイプ状の金属ケース9内
に挿入され、この金属ケース9の一端の外周を内部方向
に塑性変形させることにより内部のゴム材8と密着さ
せ、温度検出装置内の気密性を確保している。又、金属
ケース9の他端は二芯管の金属管5の外周部に配置さ
れ、レーザー溶接10により固定されて密封されてい
る。
【0014】ここで、前記金属キャップ1の材質は、高
応答性能を満足するために0.2〜0.4mmまで薄肉化
しているが、このような薄肉であっても1000℃の耐
熱性および900℃の熱サイクルに対する耐久性を確保
することができる。他にJIS C 2520で規格さ
れるFCH2やFe−Cr−Al合金を使用可能であ
る。
【0015】本実施形態による温度検出装置の熱応答特
性と従来の温度検出装置の特性を(表1)に示してい
る。
【0016】
【表1】
【0017】本実施形態において、Fe−Cr−Al合
金のCrおよびAlの含有量を各々最大30wt%、1
0wt%までとして検討した。これは、一般的に使用さ
れ、かつ、入手可能なこの系の合金はCr,Alそれぞ
れ30wt%と10wt%以内ということが理由であ
る。
【0018】(表1)より、本実施形態の場合、金属キ
ャップ1の厚さを0.4mm以下にすることで12秒以下
の熱応答性能を確保することができる。12秒以下の熱
応答性能であれば排気ガス浄化システムに対する用途に
対して十分適応できる。また、従来例では18〜19秒
程度と本実施形態に対し大幅に低いものであった。
【0019】次に、本実施形態による温度検出装置の熱
サイクル試験結果と従来の温度検出装置で金属キャップ
1の厚さを本実施形態の温度検出装置の金属キャップ1
の厚さと同一とした場合の熱サイクル試験結果を(表
2)に示している。
【0020】
【表2】
【0021】(表2)より、本実施形態の場合、熱サイ
クル試験を行っても1000サイクルまで金属キャップ
1の外観、温度検出素子の特性に異常無いことが確認さ
れた。しかしながら、上表の条件による従来例の場合、
900サイクルで金属キャップに亀裂が発生し、温度検
知素子の特性も異常を示した。従って、(表1)、(表
2)から従来例における金属キャップの材質では熱応答
特性の高速化は不可能ということが言える。
【0022】また、同時にFe−Cr−Al合金のC
r,Al含有量をそれぞれ20wt%未満、3wt%未
満とした場合も検討したが、1000サイクルの熱サイ
クルに対する耐久性を確保することはできなかった。こ
れは、Fe−Cr−Al系の合金ではCrとAlの含有
量がその金属の耐熱性を左右する主要素となっているか
らである。つまり、この主の金属が熱処理によって表面
に生成する物質はAl23,Cr23であり、この両者
の存在により耐熱性が高められており、Cr,Alの含
有量が少ないと表面に生成されるAl23,Cr23
少なく耐熱性も低下する。このことが熱サイクルに対す
る耐久性を確保できなかった原因と考えられる。
【0023】なお、本実施形態でFe−Cr−Al合金
を検討したが、この合金にY203、Ti等の添加材を
加え強度を向上させた材質を用いても本目的を達成でき
ることは言うまでもない。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明の温度検出装置は、
厚さを0.2〜0.4mmとした鉄−クロム合金材よりな
る金属キャップの表面に生成させた絶縁酸化膜層に温度
検出素子の一部を接触させるように構成したものであ
り、これにより、熱応答性能の高速化、熱サイクルに対
する耐久性を同時に確保することができる優れた温度検
出装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における温度検出装置の半
断面図
【図2】同装置の正面よりみた拡大断面図
【図3】同装置の側面よりみた拡大断面図
【図4】同装置における温度検出素子の上面図
【図5】同正面図
【図6】従来の温度検出装置の半断面図
【符号の説明】
1 金属キャップ 1a 絶縁酸化膜層 2 温度検出素子 3 金属線 4 絶縁体 5 金属管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松原 克憲 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 森分 博紀 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−50061(JP,A) 実開 昭57−159131(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01K 7/22

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二本の金属線の両端を除く全体の周囲に
    金属管を配置し、この金属線と金属管の間をMgO粉体
    で充填した構成からなる二芯管と、この二芯管を構成す
    る金属線の一端の各々に接続された2本の管状の電極を
    有する温度検出素子と、この温度検出素子を収納するよ
    うに上記二芯管に装着された一端が閉成された筒状の金
    属キャップを備え、上記金属キャップは厚さが0.2〜
    0.4mmの鉄−クロム合金材であり、かつ、この金属キ
    ャップの表面に設けた絶縁酸化膜層に上記温度検出素子
    の一部を接触させたことを特徴とする温度検出装置。
  2. 【請求項2】 金属キャップがFCH1またはFCH2
    である請求項1記載の温度検出装置。
  3. 【請求項3】 金属キャップにFe−Cr−Al合金を
    用い、このFe−Cr−Al合金のCrの含有量が20
    wt%以上、30wt%以下の範囲であり、かつ、Al
    の含有量が3wt%以上、8wt%以下である請求項1
    記載の温度検出装置。
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