JP4147740B2

JP4147740B2 - Temperature sensor

Info

Publication number: JP4147740B2
Application number: JP2000365508A
Authority: JP
Inventors: 松雄深谷; 外雄高橋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: DE10158529A1; JP2002168702A; DE10158529B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一端側から測定媒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。
【０００２】
【従来の技術】
この種の温度センサとして、例えば、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。
【０００３】
ここで、図６（ａ）は、図５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。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２１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。
【０００４】
また、シース配線４０のリード線４１は、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。
【０００５】
かかる温度センサは、ケース１０の外周に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。
【０００６】
そして、排気管内の排気ガスは、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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記排気温センサにおいて、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。
【０００８】
この端子部３００は、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。
【０００９】
しかしながら、本発明者等の検討によれば、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。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、ケースの一端側に、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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、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。
【００１２】
まず、請求項１に記載の温度センサにおいては、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。
【００１３】
それによれば、端子部（３０）において、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。
【００１４】
ちなみに、従来の端子部（上記図６参照）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。
【００１５】
その点、本発明の温度センサによれば、応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。
【００１６】
また、請求項２に記載の温度センサにおいては、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。
【００１７】
それによれば、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（１０）と短絡するのを防止することができる。
【００１８】
つまり、従来の温度センサにおけるリード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。
【００１９】
ここで、請求項３に記載の温度センサのように、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。
【００２０】
また、請求項４に記載の温度センサのように、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。
【００２１】
また、請求項５に記載の温度センサのように、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。
【００２２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述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。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。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。
【００２４】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実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。
【００２５】
図１において、１０は、温度センサの本体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。
【００２６】
また、ケース１０内には、ケース１０の長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２１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。
【００２７】
また、図２（ｂ）に示す様に、セラミック基板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２２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。
【００２８】
ここで、リード線４１は、抵抗体（感温素子）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。
【００２９】
本実施形態の端子部３０は、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。
【００３０】
ここで、応力吸収部３３は、リード線４１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。
【００３１】
つまり、レーザ溶接部３１は、配線層２２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。
【００３２】
また、リード線４１と端子部３０とは、端子部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。
【００３３】
これら配線層２２、端子部３０、リード線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。
【００３４】
そして、レーザ溶接部３１を配線層２２にレーザ溶接し、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２２、端子部３０、リード線４１の接続を行うことができる。
【００３５】
また、図１に示す様に、シース配線（シースピン）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４２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。
【００３６】
また、図１では示さないが、シース配線４０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。
【００３７】
そして、図１に示す様に、セラミック基板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。
【００３８】
この保持部材５０は、セラミック基板２０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。
【００３９】
一方、セラミック基板２０の配線層２２と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。
【００４０】
また、ケース１０の外周面の途中部には、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。
【００４１】
かかる温度センサは、例えば、次のように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。
【００４２】
また、保持部材５０は、保持部材５０を構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。
【００４３】
こうして、セラミック基板２０、端子部３０、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。
【００４４】
このように組み付けられた温度センサは、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。
【００４５】
そして、温度検出は次のようにして行われる。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。
【００４６】
ところで、本実施形態によれば、端子部３０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。
【００４７】
ちなみに、従来の端子部３００（上記図６参照）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。
【００４８】
その点、本実施形態によれば、応力吸収部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。
【００４９】
（第２実施形態）
本第２実施形態は、上記第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。
【００５０】
図４に示す様に、本実施形態の信号取出接合部は、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。
【００５１】
ここで、本実施形態の端子部３０は、上記第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。
【００５２】
図示例では、絶縁部材３６は管状をなし、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。
【００５３】
本実施形態の信号取出接合部は、例えば、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。
【００５４】
ところで、上記第１実施形態と同様に、温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。
【００５５】
つまり、従来の温度センサ（上記図５、図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。
【００５６】
特に、図４に示す例では、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。
【００５７】
（他の実施形態）
なお、上記第１実施形態において、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。
【００５８】
以上、本発明は、一端側から測定媒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。
【００５９】
また、本発明は、排気温センサ以外にも、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る温度センサの概略断面図である。
【図２】図１中のセラミック基板に係る部分の詳細構成を示す図である。
【図３】図１中の端子部の詳細構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る温度センサの要部を示す概略断面図である。
【図５】従来の温度センサの一般的な断面構成を示す図である。
【図６】図５中のセラミック基板に係る部分の詳細構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…ケース、２０…セラミック基板、２１…抵抗体（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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention houses a ceramic substrate on which a temperature sensing element for temperature detection of a measurement medium and a wiring layer for signal extraction from the temperature sensing element are formed in a cylindrical case into which the measurement medium can be introduced from one end side. The lead wire inserted into the case from the other end side of the case and the wiring layer are electrically connected to each other so that a signal from the temperature sensing element can be taken out via the lead wire. In particular, the present invention relates to improvement in bonding strength between a lead wire and a wiring layer.
[0002]
[Prior art]
As this type of temperature sensor, for example, there is an exhaust temperature sensor that detects an exhaust gas temperature in an exhaust pipe of an engine. FIG. 5 shows a conventional general cross-sectional configuration of the exhaust temperature sensor. In this case, a metal cylindrical case 10 having a hole 11 for introducing a measurement medium on one end side, and a resistor 21 made of platinum or the like as a temperature sensing element are mounted in the case 10. And a ceramic substrate 20.
[0003]
Here, FIG. 6A shows a detailed configuration of a portion related to the ceramic substrate 20 in FIG. 5, and FIG. 6B shows a top view plane configuration of FIG. A resistor 21 is formed on the ceramic substrate 20 by printing or the like, and a wiring layer 22 for taking out a signal from the resistor 21 is formed using a platinum paste. Furthermore, the lead wire 41 of the sheath wiring 40 inserted from the other end side of the case 10 is electrically connected to the wiring layer 22 via a metal terminal portion 300.
[0004]
In addition, the lead wire 41 of the sheath wiring 40 is electrically connected to the outside of the case 10 via a wiring member 200 and a terminal 210 for communicating with an external circuit. The coating is protected.
[0005]
Such a temperature sensor is screw-coupled to the exhaust pipe via a screw member (nibble) 70 held on the outer periphery of the case 10 so that one end side of the case 10 is located in the exhaust pipe with respect to the screw member 70. .
[0006]
And the exhaust gas in an exhaust pipe is introduce | transduced from the hole 11 of case 10, and the signal according to the temperature of exhaust gas is output by the resistor 21. FIG. This signal is output from the wiring layer 22 to the external circuit from the wiring member 200 via the sheath wiring 40.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the exhaust temperature sensor, the lead wire 41 and the wiring layer 22 are joined via a metal terminal portion 300 laser welded to the lead wire 41 as shown in FIG.
[0008]
The terminal portion 300 is laser welded to the wiring layer 22 with the wiring layer 22 sandwiched between the terminal portion 300 and the lead wire 41 on the lead wire 41 side of the laser welding portion 310. A stress absorbing portion 320 for absorbing tensile stress (stress applied in the left-right direction in FIG. 5) is formed.
[0009]
However, according to the study by the present inventors, the wiring layer 22 is formed of platinum paste and thus is weak in strength. Even if the stress absorbing portion 320 is formed on the terminal portion 300, the tensile stress causes the wiring layer 22 to be formed. It has been found that the laser weld 310 may be damaged.
[0010]
In view of the above problems, the present invention accommodates a temperature sensing element for temperature detection and a ceramic substrate on which a wiring layer electrically connected to the temperature sensing element is formed on one end side of the case, and leads on the other end side of the case. In the temperature sensor where the terminal part of the wire and the wiring layer are laser-welded and the signal from the temperature sensing element is taken out via the lead wire, the bonding strength between the terminal part connected to the lead wire and the wiring layer It aims at improving.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, each of the inventions according to claims 1 to 4 includes a cylindrical case (10) into which a measurement medium can be introduced from one end side, and a ceramic substrate (20) accommodated in the case. ), A temperature sensing element (21) for detecting the temperature of the measurement medium fixed to the ceramic substrate and introduced into the case, a wiring layer (22) formed on the ceramic substrate and electrically connected to the temperature sensing element, and the case A temperature sensor including a lead wire (41) that is inserted into the case from the other end side of the wire and electrically connected to the wiring layer to take out a signal from the temperature sensing element to the outside has the following characteristics. Is.
[0012]
First, in the temperature sensor according to claim 1, the terminal portion (30) connected to the lead wire (41) for electrical connection to the wiring layer (22) is connected to the ceramic substrate (20). Laser welded portion (31) laser welded to the wiring layer with the wiring layer sandwiched between and a holding portion that is positioned on the lead wire side of the laser welded portion and is supported by the ceramic substrate in the form of holding the ceramic substrate (32) and a stress absorbing portion (33) which is located between the laser welded portion and the holding portion and absorbs the stress generated between the laser welded portion and the holding portion. Yes.
[0013]
According to this, in the terminal part (30), the laser welded part (31) and the holding part (32) both having a role of fixing the terminal part to the ceramic substrate (20) are mutually connected via the stress absorbing part (33). Since the structure is located at a distance, the tensile stress applied to the lead wire (41) is first absorbed by the holding portion located on the lead wire side, further absorbed by the stress absorbing portion, and the rest in the laser welded portion. Join.
[0014]
Incidentally, in the conventional terminal portion (see FIG. 6 above), only the stress absorbing portion is interposed between the laser welded portion and the lead wire, so that the tensile stress applied to the lead wire is caused by the stress absorbing portion. If it is not sufficiently absorbed, a large tensile stress is applied to the laser weld, and the laser weld may be damaged.
[0015]
In that respect, according to the temperature sensor of the present invention, the tensile stress can be further absorbed by the holding portion located between the stress absorbing portion and the lead wire. Therefore, the tensile stress transmitted to the laser welded portion can be reduced as much as possible, and as a result, the bonding strength between the terminal portion connected to the lead wire and the wiring layer can be improved.
[0016]
In the temperature sensor according to claim 2, the metal terminal portion (30) connected to the lead wire (41) for electrical connection to the wiring layer (22) is provided on the ceramic substrate (20). The wiring layer is laser-welded to the wiring layer, and the laser welded portion (31) at the terminal portion is electrically insulated via an inorganic adhesive (35) disposed on the outer periphery of the laser welded portion. It is characterized by being covered with an insulating member (36).
[0017]
According to this, the outer periphery of the laser welded portion (31) in the terminal portion (30) can be covered with the inorganic adhesive (35) to reinforce the laser welded portion, and the inorganic adhesive is further bonded to the insulating member ( 36), it is possible to prevent the laser welding portion from being short-circuited with the case (10) via the inorganic adhesive.
[0018]
That is, while the bonding strength between the terminal portion connected to the lead wire and the wiring layer in the conventional temperature sensor was substantially dependent on the bonding force of laser welding, according to the temperature sensor of the present invention, Further, since the reinforcement of the inorganic adhesive is added, the joint strength can be further improved.
[0019]
Here, as in the temperature sensor according to claim 3, if the laser welding portion (31) is supported on the inner wall of the case (10) via the insulating member (36), the bonding strength is further improved. This is preferable.
[0020]
In addition, if the insulating member (36) is made of an insulator as in the temperature sensor according to claim 4, an insulating member having excellent high temperature resistance is obtained, so that a temperature sensor suitable for high temperatures is realized. can do.
[0021]
Moreover, like the temperature sensor of Claim 5, as the wiring layer (22), what was formed using the platinum paste is employ | adopted, and what consists of Ni alloy is employ | adopted as a terminal part (30). can do.
[0022]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below. Although not limited, this embodiment demonstrates the temperature sensor of this invention as what actualized the exhaust gas temperature sensor which detects the exhaust gas temperature in the exhaust pipe of an engine. In the following embodiments, the same reference numerals are assigned to the same parts in the drawings for the sake of simplicity.
[0024]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional configuration of a temperature sensor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a detailed configuration of a portion related to the ceramic substrate 20 in FIG. 1, and (b) shows a top view plane configuration of (a).
[0025]
In FIG. 1, 10 is a cylindrical case that divides the body of the temperature sensor, and is made of a heat-resistant metal such as a Ni (nickel) -based alloy. A plurality of holes 11 that communicate between the inside and the outside of the case 10 are formed on one end side (left side in the figure) of the case 10, and exhaust gas as a measurement medium can be introduced from the holes 11. ing.
[0026]
Further, a rectangular ceramic substrate 20 extending along the longitudinal direction of the case 10 is accommodated in the case 10. The ceramic substrate 20 is made of alumina or the like, and a resistor 21 made of a thermistor material such as a platinum-based material as a temperature sensing element for temperature detection is provided on a portion of one surface of the ceramic substrate 20 corresponding to one end of the case 10. Is formed by printing or the like. The resistor 21 is covered with a protective film (not shown) made of glass or the like.
[0027]
As shown in FIG. 2B, a wiring layer 22 made of platinum paste or the like is formed on one surface of the ceramic substrate 20 so as to go to the other end side (right side in the drawing) of the case 10. . One end of the wiring layer 22 is electrically connected to the resistor 21, and the other end is electrically connected to the lead wire 41 exposed from one end side of the sheath wiring 40 inserted from the other end side of the case 10. ing.
[0028]
Here, the lead wire 41 is for taking out a signal from the resistor (thermosensitive element) 21 to the outside, and for connecting electrically to the wiring layer 22 on the connection end side with the wiring layer 22. A terminal portion (element portion terminal) 30 made of a heat resistant metal such as Ni alloy or stainless steel is connected. The detailed structure of this terminal part 30 is shown as a perspective view in FIG.
[0029]
The terminal portion 30 of the present embodiment includes a laser welded portion 31 laser welded to the wiring layer 22 with the wiring layer 22 sandwiched between the ceramic substrate 20 and the lead wire 41 side of the laser welded portion 31. It is located between the holding portion 32 supported by the ceramic substrate 20 in the form of holding the ceramic substrate 20, and between the laser welded portion 31 and the holding portion 32, and the stress generated between the both 31, 32 is generated. It is provided with a stress absorbing portion 33 for absorbing.
[0030]
Here, the stress absorbing portion 33 has a bent shape so that it can be spring-deformed in the direction in which the tensile stress of the lead wire 41 is applied (left-right direction in FIG. 2). In the terminal portion 30, the terminal portion 30 is fixed to the ceramic substrate 20 at two different locations where the laser welding portion 31 and the holding portion 32 are different.
[0031]
That is, the laser welded portion 31 is fixed to the ceramic substrate 20 by the melted portion 31 a with the wiring layer 22, while the holding portion 32 sandwiches the ceramic substrate 20 by the spring force of the holding portion 32 or holds the holding portion 32. The ceramic substrate 20 is fixed by caulking the ceramic substrate 20.
[0032]
Further, the lead wire 41 and the terminal portion 30 are connected by laser welding, caulking and fixing at a portion of the terminal portion 30 closer to the lead wire 41 than the holding portion 32. In this example, the lead wire 41 and the terminal portion 30 are connected by a melted portion 41a of the lead wire 41 and the terminal portion 30 formed by laser welding, as shown in FIG.
[0033]
The connection of the wiring layer 22, the terminal part 30, and the lead wire 41 can be performed as follows, for example. The laser welded portion 31 of the terminal portion 30 is overlaid on the wiring layer 22, and the ceramic substrate 20 is held by the holding portion 32, thereby fixing the terminal portion 30 to the ceramic substrate 20.
[0034]
Then, the laser welded portion 31 is laser welded to the wiring layer 22, while the terminal portion 30 and the lead wire 41 are overlapped to perform laser welding or caulking. Although the order of each fixing and welding is not limited, the wiring layer 22, the terminal part 30, and the lead wire 41 can be connected in this way.
[0035]
As shown in FIG. 1, the sheath wiring (seespin) 40 is provided with a lead wire (seespin lead wire) 41 inside a tube (seespin protection tube) 42 that divides the main body, and a lead wire 41 and The lead wire 41 is insulated and held in the tube 42 by filling the gap with the tube 42 with an insulating powder such as magnesia. Both the lead wire 41 and the tube 42 can be made of a heat resistant metal such as a Ni (nickel) based alloy.
[0036]
Although not shown in FIG. 1, the other end of the sheath wiring 40 is electrically connected to the outside of the case 10 via a wiring member and a terminal for communicating with an external circuit, as in FIG. It has come to be. In addition, the said connection part is good also as a form covered and protected with mold resin similarly to the said FIG.
[0037]
As shown in FIG. 1, the ceramic substrate 20 is inserted into the case 10, and the ceramic substrate 20 is held on the inner wall of the case 10 by a holding member 50 interposed between the case 10 and the ceramic substrate 20. ing. The holding member 50 is made of a wire mesh made of a heat resistant metal such as a Ni alloy.
[0038]
The holding member 50 surrounds the ceramic substrate 20 and is disposed so as to contact the inner wall of the case 10. The ceramic substrate 20 is elastically supported by the case 10 by the elastic force of the wire mesh so that the holding member 50 spreads outward (that is, pushes the inner wall of the case 10).
[0039]
On the other hand, the sheath wiring 40 connected to the wiring layer 22 of the ceramic substrate 20 is supported and fixed to the case 10 via an annular spacer 60 made of a heat-resistant metal such as Ni alloy on the other end side of the case 10. Has been. The other end side of the case 10 is sealed with a sheath wiring 40 and a spacer 60. Here, for example, the spacer 60 is fixed to the sheath wiring 40 by caulking, and is fixed to the case 10 by welding.
[0040]
Further, a rib 12 protruding from the outer peripheral surface is formed integrally with the case 10 at a middle portion of the outer peripheral surface of the case 10, and a screw member for attaching the temperature sensor to the exhaust pipe is formed on the rib 12. (Nibble) 70 is held. The screw member 70 is made of metal such as stainless steel, and is formed with a screw that can be screw-coupled to a mounting screw portion (not shown) formed on the exhaust pipe.
[0041]
Such a temperature sensor can be assembled as follows, for example. The spacer 60 is caulked and fixed to the sheath wiring 40, and the lead wire 41 of the sheath wiring 40 and the wiring layer 22 of the ceramic substrate 20 are connected via the terminal portion 30 by the method described above.
[0042]
In addition, the holding member 50 is formed by winding a wire mesh constituting the holding member 50 around the outer periphery of the ceramic substrate 20 or by forming the wire mesh into a cylindrical shape having holes into which the ceramic substrate 20 can be inserted in advance. The substrate 20 is attached to the ceramic substrate 20 by inserting or the like.
[0043]
Thus, by integrating the ceramic substrate 20, the terminal portion 30, the sheath wiring 40, the holding member 50 and the spacer 60 from the other end side of the case 10 and welding the spacer 60 and the case 10, The temperature sensor shown in FIG. 1 is completed.
[0044]
The temperature sensor assembled in this way is screw-coupled to the exhaust pipe via the screw member 70, and is attached so that one end side of the case 10 is located in the exhaust pipe with respect to the screw member 70. Here, one end of the case 10 has a shape protruding from the inner wall of the exhaust pipe into the exhaust pipe, and the exhaust gas flows from the top to the bottom in FIG. 1, for example.
[0045]
And temperature detection is performed as follows. Exhaust gas (measuring medium) in the exhaust pipe is introduced from the hole 11 of the case 10 and a signal corresponding to the temperature of the exhaust gas is output from the resistor 21. This signal is output from the wiring layer 22 to the outside via the sheath wiring 40.
[0046]
By the way, according to this embodiment, in the terminal part 30, the laser welding part 31 and the holding part 32 which have the role which fixes the terminal part 30 to the ceramic substrate 20 were located mutually apart via the stress absorption part 33. Due to the configuration, the tensile stress applied to the lead wire 41 is first absorbed by the holding portion 32 located on the lead wire 41 side, further absorbed by the stress absorbing portion 33, and the remainder applied to the laser welded portion 31.
[0047]
Incidentally, in the conventional terminal portion 300 (see FIG. 6 above), since the stress absorbing portion 320 is only interposed between the laser welded portion 310 and the lead wire 41, the tensile stress applied to the lead wire 41 is If the stress absorbing portion 320 is not sufficiently absorbed, a large tensile stress is applied to the laser welded portion 310, and the laser welded portion 310 may be damaged.
[0048]
In that respect, according to the present embodiment, the tensile stress can be further absorbed by the holding portion 32 located between the stress absorbing portion 33 and the lead wire 41. Therefore, the tensile stress transmitted to the laser welded portion 31 can be reduced as much as possible, and as a result, the bonding strength between the terminal portion 30 and the wiring layer 22 can be improved.
[0049]
(Second Embodiment)
The second embodiment is a modification of the first embodiment in which the configuration of the joint portion (signal extraction joint portion) between the terminal portion 30 of the lead wire 41 and the wiring layer 22 is modified. Differences from the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the main part of the present embodiment.
[0050]
As shown in FIG. 4, the signal extraction joining portion of the present embodiment has a metal terminal portion 30 connected to the lead wire 41 for electrical connection to the wiring layer 22 between the ceramic substrate 20 and the signal extraction joining portion. Laser welding is performed on the wiring layer 22 with the wiring layer 22 interposed therebetween, and the laser welding portion 31 in the terminal portion 30 is electrically insulated through an inorganic adhesive 35 disposed on the outer periphery of the laser welding portion 31. It is assumed that it is coated with.
[0051]
Here, in the terminal portion 30 of the present embodiment, the holding portion 32 and the stress absorbing portion 33 shown in the first embodiment are not formed, and a connection portion (not shown) between the laser welded portion 31 and the lead wire 41 is illustrated. Z) only. Further, as the inorganic adhesive 35, an adhesive made of alumina or the like excellent in heat resistance can be used. As the insulating member 36, an insulator made of alumina, silica, or the like can be used.
[0052]
In the illustrated example, the insulating member 36 has a tubular shape, and an outer peripheral side surface thereof is supported by being in contact with an inner wall of the case 10. It is glued to. That is, the laser welded portion 31 is supported on the inner wall of the case 10 via the inorganic adhesive 35 and the insulating member 36.
[0053]
For example, the signal extraction joining portion of the present embodiment is obtained by laser welding the wiring layer 22 and the terminal portion 30 of the ceramic substrate 20 and connecting the lead wire 41 and the terminal portion 30 by laser welding or caulking. It can be formed by inserting 20 into the insulating member 36 and adhering via the inorganic adhesive 35. After that, as in the first embodiment, the assembly is performed, the temperature sensor is completed, and attached to the exhaust pipe so that the temperature of the exhaust gas can be detected.
[0054]
Incidentally, as in the first embodiment, during temperature detection or the like, the tensile stress of the lead wire 41 is applied to the terminal portion 30 along the horizontal direction in FIG. However, according to the present embodiment, the outer periphery of the laser welded portion 31 in the terminal portion 30 can be covered with the inorganic adhesive 35 to reinforce the laser welded portion 31, and the inorganic adhesive 35 can be further insulated. Therefore, the laser welding portion 31 can be prevented from being short-circuited with the case 10 via the inorganic adhesive 35.
[0055]
That is, the bonding strength between the terminal portion 300 and the wiring layer 22 in the conventional temperature sensor (see FIGS. 5 and 6 above) substantially depends on the bonding force of laser welding, whereas in the present embodiment. According to the temperature sensor, since the inorganic adhesive 35 is further reinforced, the bonding strength can be further improved.
[0056]
In particular, in the example shown in FIG. 4, since the laser welding portion 31 is supported on the inner wall of the case 10 via the insulating member 36, the bonding strength can be further improved, which is preferable. Further, if the insulating member 36 is made of an insulator as in this example, the insulating member has excellent high temperature resistance, and therefore a temperature sensor suitable for high temperatures can be realized. The insulating member 36 may be an organic insulator depending on the application of the sensor.
[0057]
(Other embodiments)
In the first embodiment, an inorganic adhesive 35 and an insulating member 36 may be disposed on the outer periphery of the laser welded portion 31 of the terminal portion 30 as shown in FIG. According to this, it becomes the structure which combined 1st Embodiment and 2nd Embodiment, and can improve joint strength more.
[0058]
As described above, the present invention provides a ceramic substrate in which a temperature sensing element for temperature detection of a measurement medium and a wiring layer for signal extraction from the temperature sensing element are formed in a cylindrical case into which the measurement medium can be introduced from one end side. Temperature sensor that takes out the signal from the temperature sensing element through the lead wire by electrically connecting the lead wire inserted into the case and the wiring layer from the other end of the case In FIG. 5, the structure of the connection between the terminal portion connected to the lead wire and the wiring layer is characterized, and the design of the other portions can be changed as appropriate.
[0059]
In addition to the exhaust temperature sensor, the present invention can be used for, for example, a temperature sensor that measures an intake temperature of an engine, an indoor or outdoor air temperature, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a temperature sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of a portion related to a ceramic substrate in FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a detailed configuration of a terminal portion in FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a main part of a temperature sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a general cross-sectional configuration of a conventional temperature sensor.
6 is a diagram showing a detailed configuration of a portion related to the ceramic substrate in FIG. 5;
[Explanation of symbols]
10 ... case, 20 ... ceramic substrate, 21 ... resistor (temperature sensing element),
22 ... wiring layer, 30 ... terminal part, 31 ... laser welding part, 32 ... holding part,
33 ... Stress absorbing portion, 35 ... Inorganic adhesive, 36 ... Insulating member, 41 ... Lead wire.

Claims

A cylindrical case (10) capable of introducing a measurement medium from one end side;
A ceramic substrate (20) housed in the case;
A temperature sensitive element (21) for detecting the temperature of the measurement medium fixed to the ceramic substrate and introduced into the case;
A wiring layer (22) formed on the ceramic substrate and electrically connected to the temperature sensitive element;
In the temperature sensor, which is inserted into the case from the other end side of the case and includes a lead wire (41) electrically connected to the wiring layer in order to extract a signal from the temperature sensing element to the outside,
A metal terminal portion (30) for electrically connecting to the wiring layer is connected to the lead wire,
The terminal part is a laser welded part (31) laser welded to the wiring layer in a form sandwiching the wiring layer between the ceramic substrate,
A holding portion (32) which is positioned on the lead wire side of the laser welded portion and supported by the ceramic substrate in a form of holding the ceramic substrate;
A stress absorbing portion (33) that is located between the laser welded portion and the holding portion and absorbs stress generated between the laser welded portion and the holding portion is provided. Temperature sensor.

A cylindrical case (10) capable of introducing a measurement medium from one end side;
A ceramic substrate (20) housed in the case;
A temperature sensitive element (21) for detecting the temperature of the measurement medium fixed to the ceramic substrate and introduced into the case;
A wiring layer (22) formed on the ceramic substrate and electrically connected to the temperature sensitive element;
In the temperature sensor, which is inserted into the case from the other end side of the case and includes a lead wire (41) electrically connected to the wiring layer in order to extract a signal from the temperature sensing element to the outside,
A metal terminal portion (30) for electrically connecting to the wiring layer is connected to the lead wire,
This terminal portion is laser welded to the wiring layer in a form in which the wiring layer is sandwiched between the ceramic substrate,
The outer periphery of the laser welded portion (31) in the terminal portion is covered with an electrically insulating insulating member (36) via an inorganic adhesive (35) disposed on the outer periphery of the laser welded portion. A characteristic temperature sensor.

The temperature sensor according to claim 2, wherein the laser weld (31) is supported by an inner wall of the case (10) via the insulating member (36).

The temperature sensor according to claim 2 or 3, wherein the insulating member (36) is made of an insulator.

The said wiring layer (22) is formed using platinum paste, The said terminal part (30) consists of Ni alloy, The one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. Temperature sensor.