KR101766285B1 - 온도센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도센서에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 배기가스의 온도 등을 측정하는 온도센서에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 심선(core wire), 상기 심선을 내포하는 절연재 및 상기 절연재를 감싸는 시스(sheath)를 가지는 엠아이케이블로서, 그 끝단의 상기 절연재의 일부가 제거되어, 상기 심선이 노출되며, 노출된 상기 심선의 아래에 위치하는 상기 절연재의 일부가 제거되어 안착 홈이 형성된 엠아이케이블과, 감온부와 상기 감온부에서 연장된 한 쌍의 전극선을 가지며, 상기 전극선의 적어도 일부가 상기 안착 홈의 외부로 노출되도록 상기 안착 홈에 삽입되며, 상기 전극선은 상기 심선과 전기적으로 연결되는 감온소자와, 상기 엠아이케이블의 상단을 밀봉하는 커버를 포함하는 온도센서가 제공된다. 본 발명에 따른 온도센서의 감온소자는 단단하게 압축된 엠아케이블의 절연재 내부에 배치되므로 흔들림이 최소화된다. 따라서 본 발명의 온도센서는 진동이 심한 고온의 환경에서도 전극선과 심선 연결부위의 내구성이 유지되기 용이하다는 장점이 있다.

Description

온도센서 및 그 제조방법{TEMPERATURE SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 온도센서에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 배기가스의 온도 등을 측정하는 온도센서에 관한 것이다.

자동차의 배기가스 등의 온도를 검출하는 온도센서는 서미스터나 백금 저항체 등 온도에 따라 저항이 변화하는 감온소자를 이용한다.

온도센서는 감온소자와 감온소자의 전기적 신호를 전달하기 위해 감온소자와 연결되는 엠아이케이블(M.I cable: mineral insulated cable)을 포함한다. 감온소자에서 연장된 한 쌍의 전극선이 엠아이케이블의 심선과 용접됨으로써, 감온소자의 전기적 신호가 엠아이케이블로 전달된다. 이 신호는 다시 엠아이케이블과 연결된 리드와이어로 전달되고, 리드와이어에 연결된 커넥터를 통해서 온도측정장치와 연결된다. 그리고 전극선과 심선은 일반적으로, 전극선과 심선을 맞대기 형태 또는 겹쳐진 형태로 배치한 후 레이저 용접을 하는 방법으로 접합한다.

그러나 이러한 종래의 온도센서는 진동이 심한 자동차의 가동 환경에서 사용되는 과정에서, 전극선과 심선이 단락되는 불량이 많이 발생한다는 문제가 있었다. 또한, 전극선과 심선의 연결부 및 감온소자를 진동으로부터 보호하고, 감온소자로의 열전달 위해서 보호튜브의 내부에 산화마그네슘 등의 충전재를 채운 후 충전재를 압축하는 번거로운 공정이 필요하다는 문제도 있었다.

등록특허 제1225096호 유럽등록특허 제0738385호

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 감온소자의 흔들림이 최소화되어 전극선과 심선 연결부위의 내구성이 강화된 온도센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 심선(core wire), 상기 심선을 내포하는 절연재 및 상기 절연재를 감싸는 시스(sheath)를 가지는 엠아이케이블로서, 그 끝단의 상기 절연재의 일부가 제거되어, 상기 심선이 노출되며, 노출된 상기 심선의 아래에 위치하는 상기 절연재의 일부가 제거되어 안착 홈이 형성된 엠아이케이블과, 감온부와 상기 감온부에서 연장된 한 쌍의 전극선을 가지며, 상기 전극선의 적어도 일부가 상기 안착 홈의 외부로 노출되도록 상기 안착 홈에 삽입되며, 상기 전극선은 상기 심선과 전기적으로 연결되는 감온소자와, 상기 엠아이케이블의 상단을 밀봉하는 커버를 포함하는 온도센서가 제공된다.

또한, 상기 엠아이케이블은 끝단으로 진행할수록 단면적이 작아지는 온도센서가 제공된다.

또한, 적어도 일부가 상기 안착 홈 내부의 한 쌍의 전극선의 사이에 배치되어 한 쌍의 전극선을 전기적으로 절연시키는 절연체를 더 포함하는 온도센서가 제공된다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, ㄱ) 감온부와 상기 감온부에서 연장된 한 쌍의 전극선을 가지는 감온소자를 제공하는 단계와, ㄴ) 심선, 상기 심선을 내포하는 절연재 및 상기 절연재를 감싸는 시스를 가지는 엠아이케이블의 끝단의 절연재 일부를 제거하여, 상기 심선이 노출되도록 하는 단계와, ㄷ) 노출된 상기 심선의 아래의 절연재에 상기 감온소자의 형상에 대응하는 안착 홈을 형성하는 단계와, ㄹ) 상기 안착 홈에 상기 감온소자의 한 쌍의 전극선이 안착 홈 외부로 노출되도록 상기 감온소자를 안착시키는 단계와, ㅁ) 상기 심선과 상기 전극선을 전기적으로 결합하는 단계와, ㅂ) 상기 엠아이케이블의 단부를 커버로 밀봉하는 단계를 포함하는 온도센서 제조방법이 제공된다.

또한, 상기 ㄴ) 단계 전에, 상기 엠아이케이블의 끝단을 압축하는 단계를 더 포함하는 온도센서의 제조방법이 제공된다.

또한, 상기 엠아이케이블의 끝단을 압축하는 단계는 인발가공을 통해서 압축하는 단계인 온도센서의 제조방법이 제공된다.

또한, 상기 ㄹ) 단계 후 상기 한 쌍의 전극선 사이에 절연체를 끼워 넣는 단계를 더 포함하는 온도센서의 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따른 온도센서에서는 감온소자가 단단하게 압축된 엠아케이블의 절연재 내부에 배치되므로 감온소자의 흔들림이 최소화된다. 따라서 본 발명의 온도센서는, 자동차용으로 사용되는 경우와 같이, 진동이 심한 고온의 환경에서 사용되는 경우에도 전극선과 심선 연결부위의 내구성이 유지될 수 있다는 장점이 있다. 또한, 별도의 보호튜브 및 충전재를 사용하지 않고, 엠아이케이블의 절연재 내부에 감온소자가 배치되므로, 공정이 간소화된다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도센서의 단면도이다.
도 2는 도 1의 감온소자의 분해 사시도이다.
도 3 내지 9는 본 발명의 일실시예에 따른 온도센서의 제조방법을 설명하기 위한 공정도들이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다.

다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도센서의 단면도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 온도센서는 감온소자(10), 엠아이케이블(M.I cable: mineral insulated cable, 20), 커버(30) 및 절연체(40)를 포함한다. 또한, 온도센서(1)의 고정을 위해서 엠아이케이블(20)의 외주에 끼워 맞춰지는 링(60)과 볼트(65), 감온소자(10)에서 측정된 저항값의 변화를 전달하기 위해 엠아이케이블(20)의 심선(21)과 접속하는 리드와이어(lead wire, 70)와 그 접속부를 감싸는 PTFE 튜브(72) 및 패드(74), 슬리브(sleeve, 76), 길게 연장된 리드와이어(70)를 감싸는 절연튜브(insulator tube, 80)를 포함할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 감온소자의 분해 사시도이다. 도 2를 참고하면, 감온소자(10)는 감온부(15)와 감온부(15)에서 연장된 한 쌍의 전극선(16)을 포함한다.

감온부(15)는 알루미나 회로기판(11)과 그 회로기판(11)의 위에 형성된 백금 박막 필름(12) 및 백금 박막 필름(12)을 보호하기 위한 보호막 층(13)을 포함한다. 백금 박막(12)은 다른 금속과 마찬가지고 온도가 증가할수록 저항값이 증가한다. 이러한 저항값과 온도의 비례관계를 이용하여, 저항값의 변화를 통해서 온도를 측정할 수 있다. 고순도 백금은 온도에 따른 저항 변화가 직선적으로 나타나며, 화학적 물리적으로도 우수한 성질을 가지며, 고온에서도 사용할 수 있다는 장점이 있다. 감온부(15)로는 PTC(positive temperature coefficient)나 NTC(negative temperature coefficient) 써미스터(Thermistor)를 사용할 수도 있다.

전극선(16)은 백금으로 이루어지며, 연결패드(17)를 통해 백금 박막 필름(12)과 연결된다. 백금 박막 필름(12)과 전극선(16)의 연결부는 유리-세라믹(Glass-Ceramic) 결합 실링(18)을 통해서 보호된다.

다시 도 1을 참고하면, 엠아이케이블(20)은 심선(21), 심선(21)을 내포하는 절연재(22) 및 상기 절연재(22)를 감싸는 시스(sheath, 23)를 포함한다. 절연재(22)로는 순도가 99.4% 이상인 산화마그네슘 파우더 둥의 세라믹 파우더가 사용될 수 있으며, 시스(23)의 재료로는 서스나 인코넬(inconel) 등이 사용될 수 있다. 엠아이케이블(20)은 심선(21) 및 절연재(22)가 내재된 시스(23)를 인발 가공하여 제조하므로, 절연재(22)는 밀도가 매우 높은 단단한 블록형태로 압축되어 있다.

본 실시예에 있어서, 감온소자(10)가 설치되는 엠아이케이블(20)의 끝 부분은 추가적인 인발 가공을 통해서 나머지 부분에 비해서 단면적이 작다. 예를 들어, 끝 부분은 2.8㎜ 내지 3.2㎜ 정도의 지름을 가지는 원형 단면을 가지며, 나머지 부분은 4.5㎜ 내지 4.8㎜ 정도의 지름을 가지는 원형 단면을 가질 수 있다. 감온소자(10)가 설치되는 부분의 단면적이 작을수록, 감온소자(10)와 시스(23)의 거리가 가까워져서, 감도가 올라가기 때문이다. 또한, 추가적인 인발 가동을 통해서 절연재(22)를 더욱 단단하게 만들 수 있다는 장점도 있다.

계속 도 1을 참고하면, 엠아이케이블(20)의 끝단의 절연재(22)의 일부가 제거되어 있어서, 심선(21)의 일부가 노출된다. 노출된 심선(21)은 시스(23)에 의해서 둘러싸여 있다. 그리고 노출된 심선(21)의 아래에는 안착 홈(25)이 형성된다. 상술한 바와 같이, 절연재(22)는 블록형태로 압축되어 있으므로, 미세가공기구를 통해서 안착 홈(25)을 가공할 수 있다. 안착 홈(25)은 노출된 심선(21)의 아래에 위치하는 절연재(22)의 일부를 제거하여 형성한다. 안착 홈(25)은 직사각형 형태 또는 감온소자(10)에 대응하는 형태를 가질 수 있다.

감온소자(10)는 한 쌍의 전극선(16)이 안착 홈(25)의 외부로 노출되도록 안착 홈(25)에 삽입된다. 즉, 감온소자(10)의 감온부(15)가 형성된 쪽이 안착 홈(25)을 향하도록 안착 홈(25)에 거꾸로 삽입된다.

노출된 전극선(16)은 심선(21)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 레이저 용접을 통해서 전극선(16)과 심선(21)을 전기적으로 연결할 수 있다.

커버(30)는 원형 플레이트 형태이다. 커버(30)는 시스(23)와 마찬가지로 서스나 인코넬로 이루어질 수 있다. 커버(30)의 일면은 시스(23)의 절단면과 용접 등의 방법으로 결합한다. 커버(30)는 온도센서가 설치된 엠아이케이블를 밀봉하는 역할을 한다.

절연체(40)는 안착 홈(25) 내부의 한 쌍의 전극선(16)의 사이에 배치되어 한 쌍의 전극선(16)을 전기적으로 절연시킨다. 절연체(40)는 세라믹 재질의 판이나 블록형태일 수 있다.

또한, 도시하지 않았으나, 필요한 경우에는 커버(30)와 시스(23)에 의해서 둘러싸인 공간을 충전재로 채워서, 전극선(16)과 심선(21)을 고정시킬 수 있다. 충전재로는 산화 마그네슘, 산화 알루미늄 등의 세라믹 파우더를 사용할 수 있다. 또한, 충전재로 시멘트가 사용될 수도 있다.

이하, 상술한 온도센서의 제조방법에 대해서 설명한다.

온도센서의 제조방법은 감온소자(10) 및 엠아이케이블(20)을 준비하는 단계로 시작된다. 감온소자(10)는 알루미나 기판(11) 위에 사진식각(photolithography), 스크린 프린팅 등의 방법으로 백금 박막(12)을 형성하고, 그 위에 보호막 층(13)을 형성하고, 노출된 백금 박막의 패드 부분에 백금선(16)을 연결한 후 유리-세라믹 결합실링(17)을 통해서 밀봉함으로써 제조한다.

엠아이케이블(20)은 심선(21) 및 절연재(22)가 내재된 시스(23)를 인발 가공하여 제조한다.

다음, 심선(21), 그 심선(21)을 내포하는 절연재(22) 및 그 절연재(22)를 감싸는 시스(23)를 가지는 엠아이케이블(20)의 끝 부분을 인발 가공하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 감온소자(10)가 설치되는 끝 부분의 외경이 줄어든 엠아이케이블(20)를 얻는다.

다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 엠아이케이블(20)의 끝단의 절연재(22)를 제거하여 심선(21)을 드러낸다.

다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 노출된 심선(21)의 아래에 위치하는 절연재(22)의 일부를 미세가공장치를 이용하여 제거하여 감온소자(10)가 끼워질 수 있는 안착 홈(25)을 형성한다.

다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 감온소자(10)의 감온부(15)가 아래를 향하고, 전극선(16)이 위를 향한 상태로 감온소자(10)를 안착 홈(25)에 삽입한다.

다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 안착 홈(25)의 한 쌍의 전극선(16) 사이에 절연체(40)를 삽입한다.

다음, 도 8에 도시된 바와 같이, 감온소자(10)의 전극선(16)을 구부려서 전극선(16)의 끝단과 노출된 심선(21)이 맞닿게 한 후에 레이저 용접 등의 방법으로 전극선(16)과 심선(21)을 서로 연결한다. 레이저 용접 과정에서 심선(21)의 끝단이 용융되기 때문에 심선(21)의 높이가 시스(23)의 높이에 비해서 낮아지는 효과가 있다.

다음, 도 9에 도시된 바와 같이, 원형 플레이트 형태의 커버(30)의 일면을 시스(23)의 절단면에 레이저를 이용하여 접합한다. 상술한 바와 같이, 심선(21)의 높이가 낮아졌기 때문에 원형 플레이트 형태의 커버(20)를 사용하여도, 심선(21)과 전극선(16)의 용접부가 커버(20)와 닿지 않는다. 물론 용접부와 커버(20) 내면 사이의 거리를 좀 더 확보하기 위해서, 테두리부분이 돌출된 형태의 커버를 사용할 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

10: 감온소자 11: 알루미나 기판
12: 백금 박막 필름 16: 전극선
20: 엠아이케이블 21: 심선
22: 절연재 23: 시스
25: 안착 홈 30: 커버
40: 절연체

Claims (7)

1. 심선(core wire), 상기 심선을 내포하는 절연재 및 상기 절연재를 감싸는 시스(sheath)를 가지는 엠아이케이블로서, 그 끝단의 상기 절연재의 일부가 제거되어, 상기 심선이 노출되며, 노출된 상기 심선의 아래에 위치하는 상기 절연재의 일부가 제거되어 안착 홈이 형성된 엠아이케이블과,
   감온부와 상기 감온부에서 연장된 한 쌍의 전극선을 가지며, 상기 전극선의 적어도 일부가 상기 안착 홈의 외부로 노출되도록 상기 안착 홈에 삽입되며, 상기 전극선은 상기 심선과 전기적으로 연결되는 감온소자와,
   상기 엠아이케이블의 상단을 밀봉하는 커버를 포함하는 온도센서.
2. 제1항에 있어서,
   상기 엠아이케이블은 끝단으로 진행할수록 단면적이 작아지는 온도센서.
3. 제1항에 있어서,
   적어도 일부가 상기 안착 홈 내부의 한 쌍의 전극선의 사이에 배치되어 한 쌍의 전극선을 전기적으로 절연시키는 절연체를 더 포함하는 온도센서.
4. ㄱ) 감온부와 상기 감온부에서 연장된 한 쌍의 전극선을 가지는 감온소자를 제공하는 단계와,
   ㄴ) 심선, 상기 심선을 내포하는 절연재 및 상기 절연재를 감싸는 시스를 가지는 엠아이케이블의 끝단의 절연재 일부를 제거하여, 상기 심선이 노출되도록 하는 단계와,
   ㄷ) 노출된 상기 심선의 아래의 절연재에 상기 감온소자의 형상에 대응하는 안착 홈을 형성하는 단계와,
   ㄹ) 상기 안착 홈에 상기 감온소자의 한 쌍의 전극선이 안착 홈 외부로 노출되도록 상기 감온소자를 안착시키는 단계와,
   ㅁ) 상기 심선과 상기 전극선을 전기적으로 결합하는 단계와,
   ㅂ) 상기 엠아이케이블의 단부를 커버로 밀봉하는 단계를 포함하는 온도센서 제조방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 ㄴ) 단계 전에,
   상기 엠아이케이블의 끝단을 압축하는 단계를 더 포함하는 온도센서의 제조방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 엠아이케이블의 끝단을 압축하는 단계는 인발가공을 통해서 압축하는 단계인 온도센서의 제조방법.
7. 제4항에 있어서,
   상기 ㄹ) 단계 후 상기 한 쌍의 전극선 사이에 절연체를 끼워 넣는 단계를 더 포함하는 온도센서의 제조방법.

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