JP4221565B2 - 耐熱耐振型温度センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼル機関等の排気ガス温度や、樹脂射出成形機の樹脂射出温度等の高温で振動の激しい場所の温度測定に使用する耐熱耐振型温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディーゼル機関等の排気ガス温度や、樹脂射出成形機の樹脂射出温度等の高温で振動の激しい場所の温度測定に使用する耐熱耐振型温度センサは、抵抗値変化を取り出すために用意した抵抗値取り出しリード線と、薄膜白金抵抗体の抵抗値変化を計測器に伝達する計測値取り出しリード線の両者を、直接溶接又は銀ロウ等で接続し、それらを腐食性ガス等の雰囲気より守るためにステンレス管等の保護管に挿入した後、両者の隙間にマグネシア粉末、アルミナ粉末等を充填していた。
図６は従来の温度センサの要部を示す正面図であり、図において、６は計測値取り出しリード線、７は抵抗値取り出しリード線、８は白金薄膜抵抗体製の測温用抵抗素子、１３’は接続部を示す。
図に示すように、従来の温度センサは、白金薄膜抵抗体製の測温用抵抗素子８から、抵抗値変化を取り出すために用意した抵抗値取り出しリード線７と、白金薄膜抵抗体製の測温抵抗素子８の抵抗値変化を計測器に伝達する計測値取り出しリード線６の両者を、直接溶接又は銀ロウ等で接続部１３’で接続したものを導出して用いていた。
また、それらを腐食性ガス等の雰囲気より守るために、ステンレス管等の保護管に挿入した後、両者の隙間にマグネシア粉末、アルミナ粉末等を充填していた（図示せず）。
しかし、上記に構成されたものは、振動及び衝撃のない場所での温度計測には適するが、振動、衝撃、熱衝撃等が激しい環境では、抵抗値取り出しリード線７と、計測値取り出しリード線６や接続部１３’が断線、脱離してしまう恐れがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、従来の温度センサは、振動及び衝撃のない場所での温度計測には適するが、振動、衝撃、熱衝撃等が激しい環境にあるディーゼルエンジン等の排気ガス温度計測には適さないという問題があった。
本発明は上記の課題を解決する耐熱耐振型温度センサを提供する。
【０００４】
【課題を解決しようとするための手段】
上記に鑑み本発明者等は鋭意実験研究の結果下記の手段によりこの課題を解決した。
（１）セラミック製有底円筒体とその底壁に穿設された１対の抵抗値取り出しリード線挿入孔及び、同挿入孔に隣接して穿設された他の１対の計測値取り出しリード線挿入孔と、前記セラミック製有底円筒体の内部空間に吊設された測温用抵抗素子と、同素子の両端部から導出され、先端部が抵抗値取り出しリード線挿入孔に挿入・固着された１対の抵抗値取り出しリード線及び、前記計測値取り出しリード線挿入孔に外側から挿入された１対の計測値取り出しリード線からなり、かつ、前記セラミック製有底円筒体の内部空間には、前記測温用抵抗素子を埋入するように充填された電気絶縁性で耐熱性の粉粒体の固化物を有し、さらに、前記抵抗値取り出しリード線と隣接配置された計測値取り出しリード線の間を前記底壁外面上で接続する連結線とからなることを特徴とする耐熱耐振型温度センサ。
（２）セラミック製有底円筒体とその底壁に穿設された１対の抵抗値取り出し電極挿入孔及び、同挿入孔に隣接して穿設された他の１対の計測値取り出し電極挿入孔と、
前記各挿入孔に挿入・固着された管状の、抵抗値取り出し電極及び計測値取り出し電極と、
前記セラミック製有底円筒体の内部空間に吊設された測温用抵抗素子と、同素子の両端部から導出され、先端部が抵抗値取り出し電極の管内に挿入・固着された１対の抵抗値取り出しリード線及び、前記計測値取り出し電極の管内に外側から挿入された１対の計測値取り出しリード線からなり、
かつ、前記セラミック製有底円筒体の内部空間には、前記測温用抵抗素子を埋入するように充填された電気絶縁性で耐熱性の粉粒体の固化物を有し、さらに、前記抵抗値取り出し電極と隣接配置された計測値取り出し電極の間を前記底壁外面上で接続する連結線とからなることを特徴とする耐熱耐振型温度センサ。
（３）セラミック製有底円筒体内部空間に充填される電気絶縁性で耐熱性の粉粒体が、アルミナの粉粒体であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の耐熱耐振型温度センサ。
（４）セラミック製有底円筒体内部空間に充填される電気絶縁性で耐熱性の粉粒体が、酸化マグネシウムの粉粒体であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の耐熱耐振型温度センサ。
（５）セラミック製有底円筒体内部空間に充填される電気絶縁性で耐熱性の粉粒体が、窒化アルミニウムの粉粒体であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の耐熱耐振型温度センサ。
（６）測温用抵抗素子が、白金薄膜抵抗体よりなることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の耐熱耐振型温度センサ。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面に基づいて以下に説明する。
図１は、本発明の耐熱耐振型温度センサの外観斜視図で、図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。
図において、１はセラミック製有底円筒体、１’は底壁外面、２は抵抗値取り出し電極、２’は抵抗値取り出し電極挿入孔、３は計測値取り出し電極、３’は計測値取り出し電極挿入孔、４は連結線、５はセラミック製有底円筒体１の内部空間、６は計測値取り出しリード線、７は抵抗値取り出しリード線、８は白金薄膜抵抗体製の測温用抵抗素子、９は電気絶縁性・耐熱性の粉粒体を示す。
図示したように、セラミック製有底円筒体１の底壁には、１対の抵抗値取り出し電極挿入孔２’、２’及び同挿入孔に隣接して他の１対の計測値取り出し電極挿入孔３’、３’が穿設されている。
そして、前記抵抗値取り出し電極挿入孔２’、２’には細長い管状の抵抗値取り出し電極２、２が挿入・固着され、また計測値取り出し電極挿入孔３’、３’には細長い管状の計測値取り出し電極３、３が挿入・固着されている。
【０００６】
さらに、前記１対の管状の抵抗値取り出し電極２、２の管内には、前記セラミック製有底円筒体１の内部空間に吊設される白金薄膜抵抗体製の測温用抵抗素子８両端の１対の抵抗値取り出しリード線７、７が、抵抗値取り出し電極２、２の管内に挿入・固着され、また、前記１対の計測値取り出し電極３、３の管内には、１対の計測値取り出しリード線６、６が外側から挿入・固着されて構成される。
そして、前記セラミック製有底円筒体１の内部空間５（図５参照）には、前記測温用抵抗素子８を埋入するように電気絶縁性・耐熱性の粉粒体９の固化物が充填されている。
また、前記抵抗値取り出し電極２、２と、隣接配置された計測値取り出し電極３、３とは、各前記底壁外面１’上で連結線４、４で接続されている。
【０００７】
上記において、後述する白金薄膜抵抗体製の測温用抵抗素子８両端部から導出される抵抗値取り出しリード線７と、計測値取り出し電極３と抵抗値取り出し電極２及び前記電極間の連結線４の材料は、導電性でかつある程度耐熱性を有する材料、例えば白金、タンタル、モリブデン、ニッケル等が使用され、また計測値取り出しリード線６にはニッケル等が使用される。
さらに、抵抗値取り出し電極２と抵抗値取り出しリード線７、計測値取り出し電極３と計測値取り出しリード線６及び、抵抗値取り出し電極２と計測値取り出し電極３間の連結線４による接続は、高融点の銀ロウ付け、抵抗溶接、レーザー溶接等により両者が電気的に接続される。
また、前記セラミック製有底円筒体１の底壁の各抵抗値取り出し電極挿入孔２’及び計測値取り出し電極挿入孔３’を有する抵抗値取り出し電極２及び計測値取り出し電極３を形成するには、例えばモリブデンとマンガンの合金からなるペースト状の耐熱性のメタライジング剤を挿入孔２’、３’の内面に塗布し、加熱焼結した後、その面にニッケルメッキを施す。こうして得られた電極は管状の焼結電極となる。
【０００８】
そして、本発明の耐熱耐振型温度センサは、セラミック製有底円筒体１の内部空間５に、電気絶縁性・耐熱性の粉粒体９、例えばアルミナの粉粒体、酸化マグネシウム粉粒体あるいは窒化アルミニウムの粉粒体を充填し、前記測温用抵抗素子８及び抵抗値取り出しリード線７、７の導出部分を埋設成形及び焼成、焼きばめ固定して一体化して構成される。
特に、窒化アルミニウム粉末は耐熱性がある上に熱伝導率が高いため、被測温雰囲気の温度が直ちに白金薄膜抵抗体製の測温用抵抗素子８に伝わり、瞬時に正確な測温ができるようになる。
なお、白金薄膜抵抗体製の測温用抵抗素子８は、通常、白金薄膜抵抗体で構成される。
すなわち、例えば図４に示すごとく、市販のセラミック基板１０上に白金薄膜抵抗体１１を蒸着により形成したもので、縦１．２７ｍｍ×横１．６５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの超小型のもの（測定温度範囲：−２００〜７５０℃、）を採用することもできる。
【０００９】
図３は、耐熱耐振型温度センサの上面図である。
図示したように前記各１対の、抵抗値取り出し電極２、２及び計測値取り出し電極３、３は、セラミック製有底円筒体１の底壁外面１’で連結線４、４によって接続されており、その配置は狭小なスペースに対応し外周に沿って各電極の１対を離すように配設されている。
このような配置にすることにより、抵抗値取り出しリード線７、７及び計測値取り出しリード線６、６とは直接に接続されず、抵抗値取り出し電極２、２と固着された抵抗値取り出しリード線７、７と、計測値取り出し電極３、３と固着された計測値取り出しリード線６、６が、抵抗値取り出し電極２、２と計測値取り出し電極３、３との連結線４による接続で接続される構成とすることができる。
そして、前記抵抗値取り出しリード線７、７及び計測値取り出しリード線６、６は、前記抵抗値取り出し電極２、２及び計測値取り出し電極３、３の挿入孔２’、２’及び３’、３’に挿入・固着されるため、振動、衝撃、熱衝撃等が激しい環境にあっても導線又は特にその接続部は断線・脱離することがなく、断線事故を防止することができる。
【００１０】
さらに、前記図２に示したように、白金薄膜抵抗体製の測温用抵抗素子８と白金薄膜抵抗体製の測温用抵抗素子８から導出される抵抗値取り出しリード線７、７の引き出し部分は、前記セラミック製有底円筒体１の中に充填される電気絶縁性・耐熱性の粉粒体９によって移動しないように固定されているため、部品の質量の違いにより受ける個別部品の別々の振動による動き、周囲温度変化による部品個々の膨張係数の違いによる部品の動きを拘束することができ、本発明の耐熱耐振型温度センサに耐熱性及び耐振性をもたせることができる。
【００１１】
図４は、耐熱耐振型温度センサの測温用抵抗素子の構成図で、（イ）は正面図、（ロ）図は右側面図を示す。
図において、１０はアルミナ焼結体のセラミック基板、１１は基板の表面に白金薄膜を蒸着又は溶着して形成された白金薄膜抵抗体、１２はガラスセラミック層の被膜、１３は白金薄膜抵抗体１１と抵抗値取り出しリード線７との接続部を示す。
図示したように、白金薄膜抵抗体製の測温用抵抗素子８は、アルミナ焼結体のセラミック基板１０と、該基板の表面に白金薄膜を蒸着又は溶着した白金薄膜抵抗体１１を有し、前記抵抗体１１及び、抵抗値取り出しリード線７との接続部１３とを腐食性ガス等から保護するガラスセラミックス層１２等の保護膜で覆っており、前記１対の取り出しリード線７が外部に延出されている。
【００１２】
図５は、耐熱耐振型温度センサの組み方の一例を示す図である。
本発明の耐熱耐振型温度センサの製作においては、まずセラミック製有底円筒体１底壁の１対の計測値取り出し電極挿入孔３’、３’にその内面からモリブデンとマンガンの合金粉を手塗りした後、焼成し、その表面にニッケルメッキを行って管状の焼結電極３、３を形成し、次いで計測値取り出しリード線６、６を挿入し加熱して再焼結し固着する。
次に、１対の抵抗値取り出しリード線７、７の延出部を、管状の抵抗値取り出し用電極２、２の管内に挿入させた後、再加熱し、焼結して熔着・固着する。
なお、抵抗値取り出しリード線７と、管状の抵抗値取り出し用電極２との熔着・固着に関しては、例えば、１対の抵抗値取り出しリード線７、７の延出部を、抵抗値取り出し電極挿入孔２’、２’の下から貫通させ、一旦、底壁上面１’の上で管状の抵抗値取り出し用電極２、２の管内に貫通させた後、長さを調節の上仮止めして、上記抵抗値取り出し電極２、２を抵抗値取り出し電極用挿入孔２’、２’に上から挿入し、再加熱して熔着するか又は無機接着剤で固着する方法とすれば、細い抵抗値取り出しリード線７の扱いが容易である。
上記方法によって、測温用抵抗素子８がセラミック製有底円筒体１内に安定的に吊設された状態を構成することができる。
そして、前記計測値取り出し電極３、３の管内に、計測値取り出しリード線６を上から挿入し再加熱により熔着・固着して組み上げる。
さらに、前記セラミック製有底円筒体１の中に電気絶縁性・耐熱性の粉粒体９を充填することにより、耐熱性及び耐振性に富んだ耐熱耐振型温度センサを構成することができる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、本発明のセンサに強度の振動が加わっても、同センサ内部の測温用抵抗素子は安定的に保持され、破損・損傷することがないので、耐振性に優れる。また、温度の急上昇あるいは高温下においても測温用抵抗素子はセンサ内に安定的に保持されるため、耐熱性にも優れ、さらに雰囲気ガスが腐食性ガスであっても腐食されないため、耐食性に優れる。
【００１４】
したがって、本発明のセンサを例えばディーゼルエンジンの排気管に取り付けて使用すると、排気ガス温度に現れる異常燃焼事故を早期・確実に発見できるため、例えば薄膜白金抵抗体製の測温用抵抗素子の抵抗膜断線、抵抗値変化、抵抗リード線の断線に起因して船舶の主機関が停止し、航行不能になるといった重大事故の発生を未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の耐熱耐振型温度センサの外観斜視図、
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図、
【図３】耐熱耐振型温度センサの上面図、
【図４】耐熱耐振型温度センサの測温用抵抗素子の構成図、
【図５】耐熱耐振型温度センサの組み方一例を示す図、
【図６】従来の白金薄膜抵抗体製の測温用抵抗素子の正面図、
【符号の説明】
１：セラミック製有底円筒体、 １’：底壁外面、
２：抵抗値取り出し電極、
２’：抵抗値取り出し電極挿入孔、 ３：計測値取り出し電極、
３’：計測値取り出し電極挿入孔、 ４：連結線、
５：内部空間、 ６：計測値取り出しリード線、
７：抵抗値取り出しリード線、
８：白金薄膜抵抗体製の測温用抵抗素子、
９：電気絶縁性・耐熱性の粉粒体、
１０：アルミナ焼結体のセラミック基板、
１１：白金薄膜抵抗体、
１２：ガラスセラミック層の被膜、
１３：白金薄膜抵抗体と抵抗値取り出しリード線との接続部、
１３’：計測値取り出しリード線と抵抗値取り出しリード線の接続部、

Claims (6)

1. セラミック製有底円筒体とその底壁に穿設された１対の抵抗値取り出しリード線挿入孔及び、同挿入孔に隣接して穿設された他の１対の計測値取り出しリード線挿入孔と、前記セラミック製有底円筒体の内部空間に吊設された測温用抵抗素子と、同素子の両端部から導出され、先端部が抵抗値取り出しリード線挿入孔に挿入・固着された１対の抵抗値取り出しリード線及び、前記計測値取り出しリード線挿入孔に外側から挿入された１対の計測値取り出しリード線からなり、
   かつ、前記セラミック製有底円筒体の内部空間には、前記測温用抵抗素子を埋入するように充填された電気絶縁性で耐熱性の粉粒体の固化物を有し、さらに、前記抵抗値取り出しリード線と隣接配置された計測値取り出しリード線の間を前記底壁外面上で接続する連結線とからなることを特徴とする耐熱耐振型温度センサ。
2. セラミック製有底円筒体とその底壁に穿設された１対の抵抗値取り出し電極挿入孔及び、同挿入孔に隣接して穿設された他の１対の計測値取り出し電極挿入孔と、
   前記各挿入孔に挿入・固着された管状の、抵抗値取り出し電極及び計測値取り出し電極と、
   前記セラミック製有底円筒体の内部空間に吊設された測温用抵抗素子と、同素子の両端部から導出され、先端部が抵抗値取り出し電極の管内に挿入・固着された１対の抵抗値取り出しリード線及び、前記計測値取り出し電極の管内に外側から挿入された１対の計測値取り出しリード線からなり、
   かつ、前記セラミック製有底円筒体の内部空間には、前記測温用抵抗素子を埋入するように充填された電気絶縁性で耐熱性の粉粒体の固化物を有し、さらに、前記抵抗値取り出し電極と隣接配置された計測値取り出し電極の間を前記底壁外面上で接続する連結線とからなることを特徴とする耐熱耐振型温度センサ。
3. セラミック製有底円筒体内部空間に充填される電気絶縁性で耐熱性の粉粒体が、アルミナの粉粒体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐熱耐振型温度センサ。
4. セラミック製有底円筒体内部空間に充填される電気絶縁性で耐熱性の粉粒体が、酸化マグネシウムの粉粒体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐熱耐振型温度センサ。
5. セラミック製有底円筒体内部空間に充填される電気絶縁性で耐熱性の粉粒体が、窒化アルミニウムの粉粒体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐熱耐振型温度センサ。
6. 測温用抵抗素子が、白金薄膜抵抗体よりなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の耐熱耐振型温度センサ。

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