JP6520852B2 - 温度センサ - Google Patents
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Description
また、例えば、特許文献1のサーミスタ式温度センサにおいては、一対の電極線は、主成分である白金又は白金合金に対してジルコニア等の金属酸化物を含有させた分散強化材から構成している。そして、金属酸化物の存在によって、一対の電極線における白金又は白金合金の結晶粒の粗大化を防止している。
該抵抗体から引き出された電極線(22)と、
該電極線と溶融によって接合された信号線(3)と、
上記抵抗体、及び上記電極線と上記信号線との溶融接合部(Y)を覆うカバー(4)と、を備えた温度センサ(1)において、
上記電極線は、白金を含む金属粒子(K)と、該金属粒子中に分散された酸化物粒子(S)と、気孔(H)とを有しており、
上記気孔は、上記電極線の内部、及び該電極線と上記溶融接合部との界面(B)に形成されており、
上記電極線の内部における面積当たりの気孔割合は4%以下であり、上記界面の面積当たりの気孔割合は、上記電極線の内部における面積当たりの気孔割合よりも小さく、かつ3%以下である、温度センサにある。
温度センサが使用される際、抵抗体の周辺は、温度が大きく変化する環境下に配置され、電極線には熱応力が生じる。電極線においては、金属粒子に酸化物粒子が分散されていることにより、高温時における金属粒子の粗大化(金属粒子の再結晶化)が抑制され、電極線の強度の低下が抑制される。
温度センサの使用時において、電極線に気孔が形成されていることにより、電極線に生じる熱応力が緩和され、電極線と溶融接合部との界面に作用する熱応力の集中が緩和される。それ故、上記温度センサによれば、電極線に生じる熱応力を緩和し、電極線と溶融接合部との界面を断線から保護することができる。
本形態の温度センサ1は、図1に示すように、サーミスタ素子2、信号線3及びカバー4を備える。サーミスタ素子2は、図2に示すように、温度によって抵抗値が変化する抵抗体21と、抵抗体21から引き出された電極線22とを有する。サーミスタ素子2の電極線22と信号線3とは、母材同士の溶融によって接合されている。カバー4は、サーミスタ素子2と、電極線22と信号線3との溶融接合部Yとを覆っている。電極線22は、図3、図4に示すように、白金を含む金属粒子Kと、金属粒子K中に分散された酸化物粒子Sと、気孔Hとを有している。
図1に示すように、温度センサ1は、サーミスタ素子2、信号線3及びカバー4の他に、信号線3を内部に挿通させる管部材51、管部材51の基端側の外周を保持するリブ52、リブ52に連結され、温度センサ1を排気管に取り付けるためのニップル53、管部材51の基端側部分の外周を覆う保護チューブ54、信号線3に接続されるリード線55、リード線55を保護チューブ54に保持するためのブッシュ56等を備えている。
サーミスタ素子2は、温度センサ1の先端側の端部に配置されており、サーミスタ素子2によって、温度センサ1の先端側の端部に感温部11が形成されている。
電極線22における金属粒子Kは、白金(Pt)によって構成されている。金属粒子Kは、多数の粒子同士が互いに密着する状態で存在する。
電極線22における気孔Hは、電極線22の粉末焼結を行う際に、電極線22に残留したガス等によって形成されたものである。
ここで、気孔Hは、電極線22を切断した切断面によって観察することができるため、面積当たりの気孔割合によって表している。
また、界面Bにおける再結晶による強度低下を必要以上に促進しないために、レーザー焦点を溶接箇所に対してジャストフォーカスで設定することによって、溶接時間を短くすることが好ましい。具体的な溶接時間は2〜4msecとすることにより、界面Bの気泡は減少し、界面Bにおける再結晶化も最小限に抑えることができる。
そこで、電極線22と信号線3との接合は、溶接のパワーを低くし、溶接を多数回に分けて行うこともできる。例えば、図6に示すように、互いに突き合わせた電極線22と信号線3との外周に、それらの周方向に90°ごとの溶接間隔で4回レーザーを照射することによって、電極線22と信号線3とを接合することができる。同図においては、4回のレーザーの照射によって順次形成される溶接部を符号Y1,Y2,Y3,Y4によって示し、溶融接合部Yが溶接部Y1,Y2,Y3,Y4によって形成される状態を示す。
このように、電極線22と信号線3とを接合する際の工夫により、界面Bの気泡は外部へ排出され、かつ界面Bの再結晶化は最小限に抑えられる。
それ故、本形態の温度センサ1によれば、電極線22に生じる熱応力を緩和し、電極線22と溶融接合部Yとの界面Bを断線から保護することができる。
また、熱応力を効果的に低減させるためには、全ての酸化物粒子Sの粒径が0.5μm以下であることが好ましい。
本確認試験においては、電極線22に、酸化物粒子S及び気孔Hを有するサーミスタ素子2を用いた温度センサ1に、繰り返し熱衝撃を与えて、電極線22の耐久性を確認する熱衝撃試験を行った。温度センサ1には、室温と、内燃機関における排ガスの温度と想定される1050℃との間で変化させた熱衝撃を、1万サイクル、繰り返し与えた。また、金属粒子Kには白金を使用し、酸化物粒子Sにはジルコニアを使用した。電極線22の耐久性は、酸化物粒子Sの粒径を適宜変化させて確認した。
2 サーミスタ素子
21 抵抗体
22 電極線
3 信号線
4 カバー
Y 溶融接合部
K 金属粒子
S 酸化物粒子
H 気孔
Claims (4)
- 温度によって抵抗値が変化する抵抗体(21)と、
該抵抗体から引き出された電極線(22)と、
該電極線と溶融によって接合された信号線(3)と、
上記抵抗体、及び上記電極線と上記信号線との溶融接合部(Y)を覆うカバー(4)と、を備えた温度センサ(1)において、
上記電極線は、白金を含む金属粒子(K)と、該金属粒子中に分散された酸化物粒子(S)と、気孔(H)とを有しており、
上記気孔は、上記電極線の内部、及び該電極線と上記溶融接合部との界面(B)に形成されており、
上記電極線の内部における面積当たりの気孔割合は4%以下であり、上記界面の面積当たりの気孔割合は、上記電極線の内部における面積当たりの気孔割合よりも小さく、かつ3%以下である、温度センサ。 - 全ての上記酸化物粒子の粒径は、0.5μm以下である、請求項1に記載の温度センサ。
- 上記酸化物粒子の含有量は、電極線の全体に対して3000ppm以下である、請求項1又は2に記載の温度センサ。
- 上記金属粒子は、白金に、イリジウム、ロジウム、ストロンチウムのうちの少なくとも一種が固溶されたものである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の温度センサ。
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