JP6265001B2 - 温度センサ - Google Patents
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Description
本発明は、感温素子を備える温度センサに関する。
例えば、自動車等の車両には、内燃機関において発生した排ガスを浄化するための排ガス浄化装置が備えられている。排ガス浄化装置は、排気ガスの温度を検出する温度センサを備えており、この温度センサによって検出された温度を基に、排気エミッションを低下させるよう制御が行われる。
排ガス浄化装置に用いられる温度センサとしては、例えば、特許文献1に示されたものがある。特許文献1の温度センサは、温度を検出するための感温素子と、感温素子から延設された一対の素子電極線と、一対の素子電極線とそれぞれ電気的に接続された一対のリード線とを備えている。一対の素子電極線は、ストロンチウムを添加したPt(白金)基合金からなり、棒状に形成されている。また、一対のリード線は、ステンレス合金からなり棒状に形成されている。一対の素子電極線と一対のリード線とは、各軸方向と直交する方向に重ねた状態で、溶接されることにより互いに接合されている。
しかしながら、特許文献1に示された温度センサには以下の課題がある。
特許文献1の温度センサは、素子電極線とリード線を重ね合わせてレーザ溶接しており、素子電極線とリード線とが互いに接合された溶融部と、溶融部の周囲の素子電極線とリード線とが接合されていない部位とによって切り欠き部が形成される。この切り欠き部においては、先端(溶融部)近傍に応力集中が発生しやすい。
また、素子電極線とリード線とに熱膨張係数の異なる材料を用いている。特に、素子電極線とリード線とが軸方向に広い範囲で接合されていると、軸方向の熱膨張量の差が大きくなり、大きな応力が作用しやすい。近年では自動車等に用いられる内燃機関の単位排気量あたりの出力増加に伴い排気温度も上昇する傾向があり、更なる温度変化に対する耐久性が要求されている。
特許文献1の温度センサは、素子電極線とリード線を重ね合わせてレーザ溶接しており、素子電極線とリード線とが互いに接合された溶融部と、溶融部の周囲の素子電極線とリード線とが接合されていない部位とによって切り欠き部が形成される。この切り欠き部においては、先端(溶融部)近傍に応力集中が発生しやすい。
また、素子電極線とリード線とに熱膨張係数の異なる材料を用いている。特に、素子電極線とリード線とが軸方向に広い範囲で接合されていると、軸方向の熱膨張量の差が大きくなり、大きな応力が作用しやすい。近年では自動車等に用いられる内燃機関の単位排気量あたりの出力増加に伴い排気温度も上昇する傾向があり、更なる温度変化に対する耐久性が要求されている。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、素子電極線とリード線との間における応力集中を抑制し、耐熱および耐振動信頼性を向上することができる温度センサを提供しようとするものである。
本発明の一態様は、温度を検出するための感温素子を備えた温度検出部と、
該温度検出部に一端が埋設されると共に、他端が同一方向に向かうように延設された貴金属又は貴金属の合金からなる一対の素子電極線と、
該素子電極線と電気的に接続され、上記素子電極線の延設方向に延びるよう形成されたNi(ニッケル)基系合金又はFe(鉄)基合金からなる一対のリード線と、
上記素子電極線と上記リード線とを電気的に接続すると共に、上記延設方向に延びるように形成されたNi基系合金又はFe基合金からなる一対の中間部材とを備えており、
上記素子電極線と上記中間部材とは、上記延設方向において同一直線上に配設されると共に、互いに対向する対向面同士を突き合わせた状態で接合されており、上記中間部材と上記リード線とは、上記延設方向と直交した方向において並んで配設されると共に互いに重ね合わせて接合されていることを特徴とする温度センサにある。
該温度検出部に一端が埋設されると共に、他端が同一方向に向かうように延設された貴金属又は貴金属の合金からなる一対の素子電極線と、
該素子電極線と電気的に接続され、上記素子電極線の延設方向に延びるよう形成されたNi(ニッケル)基系合金又はFe(鉄)基合金からなる一対のリード線と、
上記素子電極線と上記リード線とを電気的に接続すると共に、上記延設方向に延びるように形成されたNi基系合金又はFe基合金からなる一対の中間部材とを備えており、
上記素子電極線と上記中間部材とは、上記延設方向において同一直線上に配設されると共に、互いに対向する対向面同士を突き合わせた状態で接合されており、上記中間部材と上記リード線とは、上記延設方向と直交した方向において並んで配設されると共に互いに重ね合わせて接合されていることを特徴とする温度センサにある。
上記温度センサにおいて、上記素子電極線と上記中間部材とは、上記延設方向において同一直線上に並んで配置されると共に、上記延設方向に対向した上記対向面同士を突き合わせた状態で接合されている。上記対向面は、上記素子電極線及び上記中間部材の上記延設方向における一端であり、上記延設方向に沿った外周面において上記素子電極線と上記リード線とを接合する場合に比べて接合部の領域を小さい範囲に形成することができる。これにより、上記素子電極線と上記中間部材との間に生じる熱膨張量の差を低減し、発生する応力を低減することができる。
また、上記接合部の領域を小さい範囲に形成することで、上記素子電極線及び上記中間部材における上記対向面の全面を容易に接合することができる。これにより、上記対向面には、上記接合部のみが形成される。つまり、上記素子電極線及び上記中間部材が互いに接合された接合部の周囲に、上記素子電極線と上記中間部材とが接合されていない部位が形成されず、切り欠き部が形成されない。したがって、応力集中の発生を抑制することができる。
このように、上記素子電極線と上記中間部材とが異なる材質によって形成されていても、発生する応力を抑制することができる。
また、上記接合部の領域を小さい範囲に形成することで、上記素子電極線及び上記中間部材における上記対向面の全面を容易に接合することができる。これにより、上記対向面には、上記接合部のみが形成される。つまり、上記素子電極線及び上記中間部材が互いに接合された接合部の周囲に、上記素子電極線と上記中間部材とが接合されていない部位が形成されず、切り欠き部が形成されない。したがって、応力集中の発生を抑制することができる。
このように、上記素子電極線と上記中間部材とが異なる材質によって形成されていても、発生する応力を抑制することができる。
また、上記リード線及び上記中間部材は、いずれもNi基系合金又はFe基合金からなる。このように、上記リード線と上記中間部材とを同種の材料によって形成することにより、両者の接合作業を容易に行うと共に接合強度を向上することができる。また、上記リード線と上記中間部材とに、熱膨張係数が近い材料を選定することにより、温度変化によって熱膨張した際に生じる応力を低減することができる。また、上記リード線と中間部材との接合部には、切り欠き部が形成されるが、一般的に高強度に分類されるNi基合金又はFe基合金を用いており、上述のごとく、熱膨張係数の差が小さいことと相まって信頼性を向上することができる。
以上のごとく、上記温度センサによれば、素子電極線とリード線との間における応力集中を抑制し、強度信頼性を向上することができる。
上記温度センサにおいて、上記温度検出部は、カバー部材に収容されており、該カバー部材の内側に充填された充填材によって、上記温度検出部と上記カバー部材とが互いに固定されていることが好ましい。この場合には、上記温度センサに振動が加わった場合に、上記検出部の揺動を低減することができ、上記素子電極線、上記中間部材及び上記リード線にかかる応力を低減することができる。
また、上記延設方向において、上記素子電極線における上記温度検出部から上記リード線側に向かって突出した部位の長さ寸法L1は、0.2mm≦L1≦8mmの関係を満たしていることが好ましい。この場合には、上記検出部が揺動した場合の電極線への応力を低減することができると共に、上記温度検出部における成形寸法のばらつきによる影響を低減することができる。長さ寸法L1≦0.2mmの場合、上記温度検出部の成形寸法のばらつきによっては、上記素子電極線の端部が上記温度検出部の内側に配置され、該温度検出部と上記中間部材の熱膨張差により熱応力を生じ、上記温度検出部が損傷するおそれがある。また、長さ寸法L1>8mmの場合、上記温度検出部と上記素子電極線と上記中間部材の接合部の間の距離が過大となり、上記検出部が揺動した場合、電極線及び接合部に応力が生じるおそれがある。また、上記素子電極線と上記中間部材とを突き合わせて接合する際に、上記リード線の材料によっては、上記素子電極線が折れ曲がりやすくなるおそれがある。
また、上記延設方向において、上記素子電極線と上記中間部材とが接合された素子側接合部は、上記リード線の先端部よりも上記温度検出部側の位置に配置されており、上記素子側接合部と上記リード線の先端部との距離L2は、0mm≦L2≦8mmの関係を満たしていることが好ましい。この場合には、上記素子電極線、上記中間部材及び上記リード線における応力を低減することができる。距離L2≦0の場合、上記素子電極線と上記リード線とが重なり合うため、上記温度検出部に振動等の動きが生じた際に、上記リード線の端部と上記素子電極線とが当接し、該素子電極線に作用する応力が高くなるおそれがある。また、距離L2>8mmの場合、上記温度検出部に振動等の動きが生じた場合、上記中間部材と上記リード線との接合部における応力が高くなる。
また、上記一対の素子電極線は、Rh(ロジウム)又はIr(イリジウム)が添加されたPt基合金によって形成されていることが好ましい。この場合には、上記素子電極線における耐熱性及び強度を向上することができる。
また、上記延設方向と直交する断面において、上記中間部材の外形は、上記素子電極線の外形よりも大きく、上記中間部材の外形の内側に上記素子電極線の外形が納まっていることが好ましい。上記素子電極線を上述のPt基合金によって形成した場合、上記中間部材に比べて融点が高くなる。そのため、上記素子電極線と上記中間部材とを接合する際には、該中間部材が溶融しやすいため先細りしやすい。上述のごとく、上記中間部材の外形を大きくすることにより、該中間部材が先細りしても、上記素子電極線と上記中間部材との対向面の全面を容易に接合することができる。
(実施例1)
上記温度センサにかかる実施例について、図1〜図4を参照して説明する。
図1及び図2に示すごとく、温度センサ1は、温度検出部2と一対の素子電極線23と一対のリード線3と一対の中間部材4とを備えている。
温度検出部2は、温度を検出するための感温素子21を備えている。一対の素子電極線23は、Pt基合金からなり、温度検出部2に一端が埋設されると共に、他端が同一方向に向かうように延設されている。一対のリード線3は、Fe−Cr(鉄−クロム)系合金からなり、素子電極線23と電気的に接続され、素子電極線23の延設方向Xに延びるよう形成されている。一対の中間部材4は、Fe−Cr系合金からなり、素子電極線23とリード線3とを電気的に接続すると共に、延設方向Xに延びるように形成されている。
素子電極線23と中間部材4とは、延設方向Xにおいて同一直線上に配設されると共に、互いに対向する対向面231、41同士を突き合わせた状態で接合されている。中間部材4とリード線3とは、延設方向Xと直交した方向において並んで配設されると共に互いに重ね合わせて接合されている。
上記温度センサにかかる実施例について、図1〜図4を参照して説明する。
図1及び図2に示すごとく、温度センサ1は、温度検出部2と一対の素子電極線23と一対のリード線3と一対の中間部材4とを備えている。
温度検出部2は、温度を検出するための感温素子21を備えている。一対の素子電極線23は、Pt基合金からなり、温度検出部2に一端が埋設されると共に、他端が同一方向に向かうように延設されている。一対のリード線3は、Fe−Cr(鉄−クロム)系合金からなり、素子電極線23と電気的に接続され、素子電極線23の延設方向Xに延びるよう形成されている。一対の中間部材4は、Fe−Cr系合金からなり、素子電極線23とリード線3とを電気的に接続すると共に、延設方向Xに延びるように形成されている。
素子電極線23と中間部材4とは、延設方向Xにおいて同一直線上に配設されると共に、互いに対向する対向面231、41同士を突き合わせた状態で接合されている。中間部材4とリード線3とは、延設方向Xと直交した方向において並んで配設されると共に互いに重ね合わせて接合されている。
以下、さらに詳細に説明する。
図1及び図2に示すごとく、本例において、素子電極線23の延設方向Xにおける、温度検出部2が配設された側を先端側とし、先端側と反対側を基端側として説明する。また、延設方向Xと直交する方向であって一対の素子電極線23が並んだ方向を横方向Yとして、延設方向X及び横方向Yと直交する方向を縦方向Zとして説明する。
本例の温度センサ1は、自動車の内燃機関において排出された排ガスを浄化するための排ガス浄化システムにおいて、排気管を流通する排ガスの温度を計測するために用いられる。温度センサ1によって計測された温度に応じて、排ガス浄化システムの各種制御が行われる。
図1及び図2に示すごとく、本例において、素子電極線23の延設方向Xにおける、温度検出部2が配設された側を先端側とし、先端側と反対側を基端側として説明する。また、延設方向Xと直交する方向であって一対の素子電極線23が並んだ方向を横方向Yとして、延設方向X及び横方向Yと直交する方向を縦方向Zとして説明する。
本例の温度センサ1は、自動車の内燃機関において排出された排ガスを浄化するための排ガス浄化システムにおいて、排気管を流通する排ガスの温度を計測するために用いられる。温度センサ1によって計測された温度に応じて、排ガス浄化システムの各種制御が行われる。
図3に示すごとく、温度センサ1は、排気管に固定される取付け部71と、取付け部71内に挿通保持された筒状部材72と、取付け部71から基端側へと向かうように延設されるケース部材73とを有している。
筒状部材72は、延設方向Xに延びる円筒形状をなしており、その先端部には、円筒形状をなすと共に一端が閉塞された有底円筒形状をなすカバー部材61が配設されている。
筒状部材72は、延設方向Xに延びる円筒形状をなしており、その先端部には、円筒形状をなすと共に一端が閉塞された有底円筒形状をなすカバー部材61が配設されている。
筒状部材72の内側には、一対のリード線3が挿通配置されている。一対のリード線3は、延設方向Xに延びる円柱状をなしており、その先端には、中間部材4と接続される接続端部31が形成されている。図2及び図4に示すごとく、接続端部31は、縦方向Zにおいて、リード線3における基端側の部位の中心軸からずれた位置に配設されている。また、一対のリード線3の基端には、外部機器の外部接続線と接続される接続端子(図示略)が形成されている。一対のリード線3と筒状部材72との間には、電気絶縁性を備えた本体側充填材74が充填されており、一対のリード線3と筒状部材72との間を、絶縁した状態で、筒状部材72内に一対のリード線3を固定している。尚、一対のリード線3の先端は、筒状部材72よりも先端側の位置に配置される。
一対のリード線3は、Fe−Cr系合金によって形成されており、その熱膨張係数E4は、15×10−6/Kである。
一対のリード線3は、Fe−Cr系合金によって形成されており、その熱膨張係数E4は、15×10−6/Kである。
図1、図2及び図4に示すごとく、一対のリード線3における接続端部31に接合された中間部材4は、延設方向Xに延びるように形成された円柱状をなしている。また、延設方向Xと直交する断面において、中間部材4の外形は、素子電極線23の外形よりも大きく、中間部材4の外形の内側に素子電極線23の外形が納まっている。中間部材4は、Fe−Cr系合金によって形成されており、その熱膨張係数E3は、15×10−6/Kである。
一対のリード線3、及び一対の中間部材4に用いられるFe基合金としては、例えば、Feを基材とし、11wt%〜26wt%のCrを含有したものを用いることができる。また、Crに加え、NiやAl(アルミ)を含有していてもよい。このようなFe基合金としては、例えば、Fe−Cr−AlやSUS310Sなどを用いることができる。この場合には、900℃程度の高温において優れた耐熱性が得られる。また、一対のリード線3、及び一対の中間部材4に用いられるNi基合金としては、例えば、Niを基材とし、14wt%〜25wt%のCrを含有したものを用いることができる。また、Crに加え、FeやAlを含有していてもよい。このようなNi−Cr系合金としては、例えば、NCF600やNCF601などを用いることができる。この場合には、1000℃程度の高温において優れた耐熱性が得られる。
図1、図2及び図4に示すごとく、一対の中間部材4には、温度検出部2から延設された素子電極線23が接続されている。
温度検出部2は、測温抵抗体からなる感温素子21と、感温素子21と一対の素子電極線23の先端側を内包する封入部22とを有している。また、温度検出部2の周囲は、カバー部材61によって覆われており、カバー部材61内に充填された充填材62によって、温度検出部2とカバー部材61とが固定されている。尚、カバー部材61内の充填材62は、温度検出部2の先端側から、中間部材4とリード線3との接合部5よりも基端側の位置まで充填されている。
温度検出部2は、測温抵抗体からなる感温素子21と、感温素子21と一対の素子電極線23の先端側を内包する封入部22とを有している。また、温度検出部2の周囲は、カバー部材61によって覆われており、カバー部材61内に充填された充填材62によって、温度検出部2とカバー部材61とが固定されている。尚、カバー部材61内の充填材62は、温度検出部2の先端側から、中間部材4とリード線3との接合部5よりも基端側の位置まで充填されている。
感温素子21は、一対の素子電極線23の先端近傍において、互いに平行に配設された一対の素子電極線23によって挟まれた状態で固定されている。感温素子21と一対の素子電極線23とは、予め、貴金属にガラスフリットを添加したペーストを用いて焼付接合してある。焼付接合された感温素子21及び一対の素子電極線23の先端側の部位は、ガラスからなる封入部22によって内包されている。
一対の素子電極線23は、Pt基合金からなり、延設方向Xに延びる円柱状に形成されている。Pt基合金は、Ptを基材として、Irを5wt%〜25wt%添加したものを用いた。また、本例における一対の素子電極線23の熱膨張率E2=9×10−6/Kであり、感温素子21における熱膨張率E1とほぼ同一である。また、封入部22の熱膨張率は、感温素子21の熱膨張率と同一となるように設定してある。リード線3、中間部材4、及び素子電極線23の熱膨張率は、E2≦E3≦E4の関係を満たしている。
次に、素子電極線23、中間部材4及びリード線3の接合について説明する。
まず、温度検出部2から延設された一対の素子電極線23と、一対の中間部材4との接合を行う。素子電極線23と中間部材4とは、同一直線上に配設されると共に、互いに対向する対向面231、41同士を突き合わせた状態で行う突き合わせ溶接によって接合されている。このように、中間部材4とリード線3とを接合する前に、中間部材4と素子電極線23との接合を行うことにより、中間部材4と素子電極線23とを同一直線上に配置する芯だし作業が容易に行える。仮に、中間部材4とリード線3とを先に接合した場合、一対の中間部材4と一対の素子電極線23との間の芯出しを同時に行う必要があり芯出し作業が難しい。芯だし作業が困難であると、溶接の製造バラツキが大きくなり、溶接信頼性の確保が困難になり、一対の素子電極線23と一対の中間部材4との接合不良が生じる虞がある。また、一対の素子電極線、一対の中間部材及び一対のリード線を同一直線状に配置して接合する構造や、一対の素子電極線と一対のリード線とを同一直線上に配置して直接接合する構造も考えられるがこれらの構造も芯だし作業が困難である。
まず、温度検出部2から延設された一対の素子電極線23と、一対の中間部材4との接合を行う。素子電極線23と中間部材4とは、同一直線上に配設されると共に、互いに対向する対向面231、41同士を突き合わせた状態で行う突き合わせ溶接によって接合されている。このように、中間部材4とリード線3とを接合する前に、中間部材4と素子電極線23との接合を行うことにより、中間部材4と素子電極線23とを同一直線上に配置する芯だし作業が容易に行える。仮に、中間部材4とリード線3とを先に接合した場合、一対の中間部材4と一対の素子電極線23との間の芯出しを同時に行う必要があり芯出し作業が難しい。芯だし作業が困難であると、溶接の製造バラツキが大きくなり、溶接信頼性の確保が困難になり、一対の素子電極線23と一対の中間部材4との接合不良が生じる虞がある。また、一対の素子電極線、一対の中間部材及び一対のリード線を同一直線状に配置して接合する構造や、一対の素子電極線と一対のリード線とを同一直線上に配置して直接接合する構造も考えられるがこれらの構造も芯だし作業が困難である。
次に、一対の素子電極線23に接続された一対の中間部材4と、一対のリード線3とを接合する。中間部材4は、延設方向Xと直交する径方向において、リード線3と並んで配されており、中間部材4とリード線3とは、径方向に重ね合わせた状態で互いに接合されている。本例においては、中間部材4とリード線3とは、レーザー溶接によって互いに接合されている。本例において、中間部材4とリード線3とをレーザー溶接によって接合する際の接合部5の数は、2点とした。尚、接合部の数は、2〜4点程度とすることが好ましい。この場合には、中間部材4とリード線3との接合強度を向上することができる。
図4に示すごとく、素子電極線23、中間部材4及びリード線3を接合した状態で、延設方向Xにおいて、素子電極線23における温度検出部2からリード線3側に向かって突出した部位の長さ寸法L1は、L1=0.5mmとした。また、素子電極線23と中間部材4とが接合された素子側接合部51は、リード線3の先端部よりも温度検出部2側の位置に配置されており、素子側接合部51とリード線3の先端部との距離L2は、L2=0.5mmとした。
次に、本例の作用効果について説明する。
温度センサ1において、素子電極線23と中間部材4とは、延設方向Xにおいて同一直線上に並んで配置されると共に、延設方向Xに対向した対向面231、41同士を突き合わせた状態で接合されている。対向面231、41は、素子電極線23及び中間部材4の延設方向Xにおける一端であり、延設方向Xに沿った外周面において、素子電極線23とリード線3とを接合する場合に比べて素子側接合部51の領域を小さい範囲に形成することができる。これにより、素子電極線23と中間部材4との間に生じる熱膨張量の差を低減し、発生する応力を低減することができる。
また、素子側接合部51の領域を小さい範囲に形成することで、素子電極線23及び中間部材4における対向面231、41の全面を容易に接合することができる。これにより、対向面231、41には、素子電極線23及び中間部材4とが接合された部位のみが形成され応力集中の発生を抑制することができる。
このように、素子電極線23と中間部材4とが異なる材質によって形成されていても、発生する応力を抑制することができる。
温度センサ1において、素子電極線23と中間部材4とは、延設方向Xにおいて同一直線上に並んで配置されると共に、延設方向Xに対向した対向面231、41同士を突き合わせた状態で接合されている。対向面231、41は、素子電極線23及び中間部材4の延設方向Xにおける一端であり、延設方向Xに沿った外周面において、素子電極線23とリード線3とを接合する場合に比べて素子側接合部51の領域を小さい範囲に形成することができる。これにより、素子電極線23と中間部材4との間に生じる熱膨張量の差を低減し、発生する応力を低減することができる。
また、素子側接合部51の領域を小さい範囲に形成することで、素子電極線23及び中間部材4における対向面231、41の全面を容易に接合することができる。これにより、対向面231、41には、素子電極線23及び中間部材4とが接合された部位のみが形成され応力集中の発生を抑制することができる。
このように、素子電極線23と中間部材4とが異なる材質によって形成されていても、発生する応力を抑制することができる。
また、リード線3及び中間部材4は、いずれもFe基系合金からなる。このように、リード線3と中間部材4とを同種の材料によって形成することにより、両者の接合作業を容易に行うと共に接合強度を向上することができる。また、リード線3と中間部材4とに、熱膨張係数が近い材料を選定することにより、温度変化によって熱膨張した際に生じる応力を低減することができる。
また、温度検出部2は、カバー部材61に収容されており、カバー部材61の内側に充填された充填材62によって、温度検出部2とカバー部材61とが互いに固定されている。そのため、温度検出部2を固定することにより、素子電極線23、中間部材4及びリード線3において生じる応力を低減することができる。
また、延設方向Xにおいて、素子電極線23における温度検出部2からリード線3側に向かって突出した部位の長さ寸法L1は、0.2mm≦L1≦8mmの関係を満たしている。そのため、素子電極線23と中間部材4との接合時における折れ曲がりを防止すると共に、温度検出部2が揺動した場合の素子電極線23にかかる応力を低減することができる。また温度検出部2における成形寸法のばらつきによる影響を低減することができる。
また、延設方向Xにおいて、素子電極線23と中間部材4とが接合された素子側接合部51は、リード線3の先端部よりも温度検出部2側の位置に配置されており、素子側接合部51とリード線3の先端部との距離L2は、0mm≦L2≦8mmの関係を満たしている。そのため、素子電極線23、中間部材4及びリード線3における応力を低減することができる。
また、一対の素子電極線23は、Irが添加されたPt基合金によって形成されている。そのため、素子電極線23における耐熱性及び強度を向上することができる。
また、延設方向Xと直交する断面において、中間部材4の外形は、素子電極線23の外形よりも大きく、中間部材4の外形の内側に素子電極線23の外形が納まっている。素子電極線23を上述のPt基合金によって形成すると、中間部材4に比べて素子電極線23の融点が高くなる。そのため、素子電極線23と中間部材4とを接合する際には、該中間部材4が溶融しやすいため先細りしやすい。上述のごとく、中間部材4の外形を大きくすることにより、該中間部材4が先細りしても、素子電極線23と中間部材4との対向面231、41の全面を容易に接合することができる。
また、感温素子21の熱膨張係数E1と、素子電極線23の熱膨張係数E2とが、ほぼ同一である。そのため、温度センサ1が加熱され、感温素子21及び素子電極線23が熱膨張した際に、感温素子21及び素子電極線23に生じる応力を低減することができる。
また、中間部材4の熱膨張係数E3は、素子電極線23の熱膨張係数E2及びリード線3の熱膨張係数E4との間において、E2≦E3≦E4の関係を満たしている。そのため、温度センサ1が加熱された際に、素子電極線23と中間部材4との間における熱膨張量の差、及びリード線3と中間部材4との間における熱膨張量の差をそれぞれ低減することができる。これにより、素子電極線23、中間部材4及びリード線3に生じる応力を低減することができる。特に、リード線3と中間部材4とを同一の材料で構成し、E3=E4の関係を満たす場合は、リード線3と中間部材4の重ね合わせ溶接部における信頼性を向上することができる。
以上のごとく、本例の温度センサ1によれば、中間部材4を用いることにより素子電極線23とリード線3との間における応力集中を抑制し、強度信頼性を向上することができる。
また、一対の中間部材4及び一対のリード線3に用いる材料としては、本例に示したFe−Cr系合金以外にも、Ni基合金を用いることもできる。Ni基合金としては、Niを基材として、14wt%〜25wt%のCrを含有したものを用いることが好ましい。このような、Ni−Cr系合金としては、NCF600やNCF601等を用いることもできる。
また、素子電極線23としては、Irを添加したPt基合金以外にも、Ptを基材とし、Rhを5wt%〜15wt%点火したPt基合金を用いることもできる。
(確認試験)
本確認試験は、試料1〜試料6を用いて、冷熱試験、熱衝撃試験、振動試験を行った。
試料1及び試料2は、実施例1に示した温度センサ1と同様の構造を有している。尚、試料1の温度センサ1における素子電極線23は、Rhを添加したPt基合金によって形成されており、試料2の温度センサ1における素子電極線23は、Irを添加したPt基合金によって形成されている。
本確認試験は、試料1〜試料6を用いて、冷熱試験、熱衝撃試験、振動試験を行った。
試料1及び試料2は、実施例1に示した温度センサ1と同様の構造を有している。尚、試料1の温度センサ1における素子電極線23は、Rhを添加したPt基合金によって形成されており、試料2の温度センサ1における素子電極線23は、Irを添加したPt基合金によって形成されている。
試料3〜試料6は、中間部材4を有しておらず、素子電極線23とリード線3とを直接接合した温度センサ1である。試料3及び試料5の温度センサ1における素子電極線23は、Rhを添加したPt基合金によって形成されており、試料4及び試料6の温度センサ1における素子電極線23は、Irを添加したPt基合金によって形成されている。また、試料3及び試料4は、カバー部材61の内側に充填材62が充填されていない。
試料1〜試料6は、上述した部位を除いて、実施例1に示した温度センサ1と同様の構造を有している。
試料1〜試料6は、上述した部位を除いて、実施例1に示した温度センサ1と同様の構造を有している。
冷熱試験は、試料1〜試料6を、常温雰囲気と高温雰囲気とに交互に移動させるものである。尚、高温雰囲気としては、800℃及び900℃の2つの試験温度において、それぞれ冷熱試験を実施した。また、試験サイクルは、各雰囲気中に2分ずつ保持することを1サイクルとし、10000サイクル実施した。
熱衝撃試験は、試料1〜試料6を加熱した後、ブロワによって急速冷却させるものである。本例においては、試料1〜試料6を800℃に加熱した後、毎秒100℃及び毎秒200℃の冷却速度で温度センサ1を冷却した。また、試験サイクルは、加熱−冷却を1サイクルとして、10000サイクル実施した。
振動試験は、試料1〜試料6を高温雰囲気中に配置すると共に、振動負荷を与えるものである。試料1〜試料6への振動加速度は、30G及び40Gの2パターンとし、振動周波数は、温度検出部2における共振点を中心として掃引した。また、試験時間は100時間とした。
表1は、試料1〜試料6における、冷熱試験、熱衝撃試験及び振動試験の結果を示すものである。尚、図中に示した「×」は、試験後に異常が認められたことを示しており、「○」は、試験後も正常であったことを示している。
試料1及び試料2における素子電極線21、中間部材4及びリード線3の接合状態は、冷熱試験、熱衝撃試験及び振動試験のいずれの試験後においても正常であった。
試料3及び試料4における素子電極線とリード線との接合状態は、振動試験において、振動加速度が30G及び40Gの場合において、試験後に異常が認められた。
試料5における素子電極線とリード線との接合状態は、常温−900℃の冷熱試験、毎秒200℃の冷却速度での熱衝撃試験、及び振動加速度が40Gの振動試験において、試験後に異常が認められた。
試料6における素子電極線とリード線との接合状態は、毎秒200℃の冷却速度での熱衝撃試験において、試験後に異常が認められた。
このように、上記実施例1に示した温度センサ1によれば、素子電極線23とリード線3との間における応力集中を抑制し、強度信頼性を向上することができることが確認された。
試料1及び試料2における素子電極線21、中間部材4及びリード線3の接合状態は、冷熱試験、熱衝撃試験及び振動試験のいずれの試験後においても正常であった。
試料3及び試料4における素子電極線とリード線との接合状態は、振動試験において、振動加速度が30G及び40Gの場合において、試験後に異常が認められた。
試料5における素子電極線とリード線との接合状態は、常温−900℃の冷熱試験、毎秒200℃の冷却速度での熱衝撃試験、及び振動加速度が40Gの振動試験において、試験後に異常が認められた。
試料6における素子電極線とリード線との接合状態は、毎秒200℃の冷却速度での熱衝撃試験において、試験後に異常が認められた。
このように、上記実施例1に示した温度センサ1によれば、素子電極線23とリード線3との間における応力集中を抑制し、強度信頼性を向上することができることが確認された。
(実施例2)
本例は、図5及び図6に示すごとく、実施例1に示した温度センサ1にかかる構造を一部変更したものである。
本例に示す温度センサ1の温度検出部2は、略立方体形状の感温素子21によって形成されている。また、素子電極線23は、その先端側の部位が感温素子21に埋設されている。
その他の構造は、実施例1と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
本例においても実施例1と同様の作用効果を得ることができる
本例は、図5及び図6に示すごとく、実施例1に示した温度センサ1にかかる構造を一部変更したものである。
本例に示す温度センサ1の温度検出部2は、略立方体形状の感温素子21によって形成されている。また、素子電極線23は、その先端側の部位が感温素子21に埋設されている。
その他の構造は、実施例1と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
本例においても実施例1と同様の作用効果を得ることができる
1 温度センサ
2 温度検出部
21 感温素子
23 素子電極線
3 リード線
4 中間部材
2 温度検出部
21 感温素子
23 素子電極線
3 リード線
4 中間部材
Claims (9)
- 温度を検出するための感温素子(21)を備えた温度検出部(2)と、
該温度検出部(2)に一端が埋設されると共に、他端が同一方向に向かうように延設された貴金属又は貴金属の合金からなる一対の素子電極線(23)と、
該素子電極線(23)と電気的に接続され、上記素子電極線(23)の延設方向に延びるよう形成されたNi基系合金又はFe基合金からなる一対のリード線(3)と、
上記素子電極線(23)と上記リード線(3)とを電気的に接続すると共に、上記延設方向に延びるように形成されたNi基系合金又はFe基合金からなる一対の中間部材(4)とを備えており、
上記素子電極線(23)と上記中間部材(4)とは、上記延設方向において同一直線上に配設されると共に、互いに対向する対向面(231、41)同士を突き合わせた状態で接合されており、上記中間部材(4)と上記リード線(3)とは、上記延設方向と直交した方向において並んで配設されると共に互いに重ね合わせて接合されていることを特徴とする温度センサ(1)。 - 上記温度検出部(2)は、カバー部材(61)に収容されており、該カバー部材(61)の内側に充填された充填材(62)によって、上記温度検出部(2)と上記カバー部材(61)とが互いに固定されていることを特徴とする請求項1に記載の温度センサ(1)。
- 上記延設方向において、上記素子電極線(23)における上記温度検出部(2)から上記リード線(3)側に向かって突出した部位の長さ寸法L1は、0.2mm≦L1≦8mmの関係を満たしていることを特徴とする請求項1又は2に記載の温度センサ(1)。
- 上記延設方向において、上記素子電極線(23)と上記中間部材(4)とが接合された素子側接合部(51)は、上記リード線(3)の先端部よりも上記温度検出部(2)側の位置に配置されており、上記素子側接合部(51)と上記リード線(3)の先端部との距離L2は、0mm≦L2≦8mmの関係を満たしていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の温度センサ(1)。
- 上記一対の素子電極線(23)は、Rh又はIrが添加されたPt基合金によって形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の温度センサ(1)。
- 上記延設方向と直交する断面において、上記中間部材(4)の外形は、上記素子電極線(23)の外形よりも大きく、上記中間部材(4)の外形の内側に上記素子電極線(23)の外形が納まっていることを特徴とする請求項5に記載の温度センサ(1)。
- 上記感温素子(21)の熱膨張係数E1と、上記素子電極線(23)の熱膨張係数E2とが、同一であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の温度センサ(1)。
- 上記中間部材(4)の熱膨張係数E3は、上記素子電極線(23)の熱膨張係数E2及び上記リード線(3)の熱膨張係数E4との間において、E2≦E3≦E4の関係を満たしていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の温度センサ(1)。
- 上記中間部材(4)と上記リード線(3)とを同一の材料で形成していることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の温度センサ(1)。
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