KR20110106274A - 온도센서 - Google Patents

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겐 마스다
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니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
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Abstract

온도센서에 관한 것으로서, 소자 전극선과 시스 심선의 용접부의 파단강도를 향상시킨 온도센서를 제공하는 것을 목적으로 한다. 온도센서에 있어서, 소자 전극선과 시스 심선의 접촉부가 보이는 방향에서 용접부를 보았을 때, 용접부 표면에 있어서의 감온부에 가장 가까운 지점과 가장 먼 지점을 연결하는 선분의 중심점을 정하고, 시스부재의 축선방향과 직교하는 용접부의 단면 중 상기 중심점을 지나는 단면에 있어서, 소자 전극선의 직경을 'D'라 하고, 용접부와 소자 전극선의 원주와의 교점으로서 레이저 빔을 조사한 측에 가까운 지점을 '제 1 용접점'이라 하고, 용접부에 소자 전극선의 용접 전의 원주(이하 “가상 원주”라 한다)를 그리되, 제 1 용접점에서부터 가상 원주의 원주 상을 따라서 용접부를 지나가도록 그리고서 용접부와 가상 원주가 교차하는 지점을 '제 2 용접점'이라 하고, 제 1 용접점과 제 2 용접점을 연결하는 현의 길이를 'L'이라 규정한 경우에 L/D≥0.6인 것을 특징으로 한다.

Description

온도센서{TEMPERATURE SENSOR}
본 발명은 서미스터 소자 등의 감온소자를 구비하는 온도센서에 관한 것으로서, 특히 온도센서의 소자 전극선(element electrode wire)과 시스 심선(sheath core wire)의 용접부에 관한 것이다.
종래에 있어서 자동차의 배기가스 등의 온도를 검출하기 위한 온도센서로서는 하기한 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 것이 알려져 있다. 이들 온도센서는 서미스터 소결체와 소자 전극선으로 구성되는 서미스터 소자와, 시스 심선을 시스관 내에 절연 유지한 시스부재를 구비하고 있다. 그리고 소자 전극선과 시스 심선은 레이저 용접에 의해서 형성한 용접부에 의해서 접합되어 있다.
그러나 종래에는 소자 전극선과 시스 심선의 용접부의 강도가 충분하지 않은 경우가 있었다. 예를 들면, 온도센서의 측정대상이 되는 배기가스의 온도는 -40℃ 정도의 저온영역에서부터 1000℃ 정도의 고온영역까지의 넓은 범위에 걸쳐서 변화될 가능성이 있기 때문에, 온도센서는 이와 같은 광범위한 온도영역에서의 온도 검지에 사용될 가능성이 있다. 따라서 온도센서는 저온/고온의 냉열 사이클의 환경 하에 노출되게 된다. 이 경우, 소자 전극선 및 시스 심선이 수축/팽창을 반복하게 됨으로써 소자 전극선과 시스 심선의 용접부가 파단될 가능성이 있었다.
또 서미스터 소자 등을 유지하기 위해서, 금속 튜브에 의해서 둘러싸인 공간에 내열성 산화물{Al2O3(알루미나) 등}로 이루어지는 시멘트가 충전되는 경우가 있다. 도 1은 시멘트가 충전된 종래의 온도센서의 구성을 나타내는 단면도로서, 금속 튜브(112)만을 파단하여 나타내고 있다. 이 경우, 고온에서 저온으로 급냉되었을 때, 외주를 구성하는 부재인 금속 튜브(112)부터 냉각되기 시작한다. 이 때, 금속 튜브(112)와 이 금속 튜브(112)에 의해서 둘러싸인 공간에 충전된 시멘트(190)의 열팽창 계수를 비교하면, 금속 튜브(112)가 시멘트(190)보다도 높다. 따라서 도 1(b)에 나타낸 바와 같이 금속 튜브(112)가 냉각에 의해서 수축되기 시작하면, 시멘트(190)의 수축이 상기 금속 튜브(112)의 수축을 추종하지 못하기 때문에, 금속 튜브(112)의 선단부(바닥부)가 내부의 시멘트(190)를 화살표 A방향으로 눌러 붙인다. 이것에 의해서 시멘트(190)에 유지되어 있는 서미스터 소자(102){상세하게는 서미스터 소결체(103)}의 선단면도 시스부재 (106) 측(후방측)으로 향해서 눌러 붙여진다. 그 결과, 용접부(180)에 화살표 B로 나타낸 바와 같이 전단응력이 더 가해지게 되며, 용접부(180)의 강도가 충분하지 않은 경우에는 용접부(180)가 파단될 가능성이 있었다.
특허문헌 1 ： 일본국 특개 2004-233236호 공보 특허문헌 2 ： 일본국 특개 2000-266609호 공보
따라서 본 발명의 목적은 상기한 과제를 감안하여 소자 전극선과 시스 심선의 용접부의 파단강도를 향상시킨 온도센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 이하의 형태 또는 적용예로서 실현할 수 있다.
≪적용예 1≫ 적용예 1의 온도센서는 감온부와, 선단부가 상기 감온부에 접속됨과 아울러 상기 감온부의 후방측으로 향해서 연장되는 원기둥형상의 소자 전극선을 가지는 감온소자와; 상기 소자 전극선의 후단부의 외주에 서로 겹쳐지며, 상기 소자 전극선과 도통하는 원기둥형상의 시스 심선을 가지는 시스부재와; 상기 소자 전극선과 상기 시스 심선이 서로 겹쳐진 겹침영역에 레이저 빔을 조사함에 의해서 형성되어 상기 소자 전극선과 상기 시스 심선을 접속하는 용접부;를 구비한 온도센서로서, 상기 용접부를 상기 소자 전극선과 상기 시스 심선의 접촉부가 보이는 방향에서 보았을 때, 상기 용접부 표면에 있어서의 상기 감온부에 가장 가까운 지점과 상기 감온부로부터 가장 먼 지점을 연결하는 선분의 중심점을 정하고, 상기 시스부재의 축선방향과 직교하는 상기 용접부의 단면 중 상기 중심점을 지나는 단면에 있어서, 상기 소자 전극선의 직경을 'D'라 하고, 상기 용접부와 상기 소자 전극선의 원주와의 교점으로서, 상기 레이저 빔을 조사한 측에 가까운 지점을 '제 1 용접점'이라 하고, 상기 용접부에 상기 소자 전극선의 용접 전의 원주(이하 “가상 원주”라 한다)를 그리되, 상기 제 1 용접점에서부터 상기 가상 원주의 원주 상을 따라서 상기 용접부를 지나가도록 그리고서 상기 용접부와 상기 가상 원주가 교차하는 지점을 '제 2 용접점'이라 하고, 상기 제 1 용접점과 상기 제 2 용접점을 연결하는 현의 길이를 'L'이라 규정한 경우에 L/D ≥ 0.6인 것을 특징으로 한다.
≪적용예 2≫ 적용예 1에 기재된 온도센서에 있어서, 선단측에 바닥부가 형성된 폐관 통형상을 이루며, 적어도 상기 감온소자 및 상기 용접부를 포위하는 금속제의 포위부재와, 상기 포위부재에 포위된 공간 중 적어도 상기 감온소자 및 상기 용접부를 포함하는 영역에 충전되는 유지부재를 더 구비한다.
≪적용예 3≫ 적용예 1 또는 적용예 2에 기재된 온도센서에 있어서, 상기 용접부는 상기 겹침영역에 있어서 복수개 형성되어 있다.
적용예 1의 온도센서에 의하면, 소자 전극선과 시스 심선의 용접부의 파단강도를 종래보다도 향상시킬 수 있다.
또 적용예 2의 온도센서에 의하면, 적어도 감온소자 및 용접부를 포함하는 영역에 유지부재가 충전되어 있는 온도센서에 있어서, 포위부재가 냉각에 의해서 수축되기 시작하여 포위부재의 바닥부가 유지부재를 감온부로 향해서 눌러 붙이는 일이 있더라도, 소자 전극선과 시스 심선의 용접부의 파단강도를 종래보다도 향상시킬 수 있기 때문에, 용접부의 파단 가능성을 저감시킬 수 있다.
또한 적용예 3의 온도센서에 의하면, 소자 전극선과 시스 심선의 용접부의 파단강도가 종래보다도 향상된 용접부를 복수개 가지기 때문에, 온도센서의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 종래의 온도센서의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예로서의 온도센서의 구조를 나타내는 부분 파단 단면도이다.
도 3은 실시예로서의 온도센서의 요부 구성을 나타내는 설명도이다.
도 4는 소자 전극선과 시스 심선을 레이저 용접에 의해서 접합하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예에서 사용한 레이저 빔의 빔 형상 및 레이저 조건을 나타내는 도면이다.
도 6은 용접부의 소자 전극선에 대한 용해량을 산출하기 위한 단면을 규정하는 도면이다.
도 7은 용접부의 X-X 단면에 있어서의 용해량의 산출방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 여러 가지 레이저 조건에서 소자 전극선과 시스 심선을 레이저 용접한 경우의 레이저 조건과 용해비율(L/D)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에서 실시한 샘플의 X-X 단면과 용해비율(L/D)을 나타내는 도면이다.
도 10은 용접부의 파단시험 방법을 나타내는 도면이다.
도 11은 파단시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 용접부가 형성된 소자 전극선의 Y-Y 단면 확대도이다.
이어서 본 발명의 실시형태를 이하의 순서로 설명한다.
A. 실시예
B. 변형예
≪A. 실시예≫
도 2는 본 발명의 실시예로서의 온도센서(200)의 구조를 나타내는 부분 파단 단면도이다. 온도센서(200)는 선단측이 폐색되고 후단측이 개방되게 이루어지는 축선방향으로 연장되는 폐관 통형상의 금속 튜브(212)와, 금속 튜브(212)의 후단측과 접합된 부착부재(240)와, 부착부재(240)와는 별체로 형성된 육각 너트부(252) 및 나사부(254)를 가지는 너트부재(250)와, 후술하는 시스부재(206)의 적어도 일부를 포위하며, 선단측이 부착부재(240)와 접합된 축선방향으로 연장되는 통형상 부재(260)를 구비한다. 또한 축선방향이란 온도센서(200)의 길이방향이며, 도 2에서는 상하방향에 상당한다. 또 선단측이란 도 2에서의 하측이고, 후단측이란 도 2에서의 상측이다.
온도센서(200)는 금속 튜브(212)의 내부에 서미스터 소결체(감온부)(203)와 소자 전극선(204)으로 구성되어 있는 서미스터 소자(202)를 구비하고 있다. 이 온도센서(200)는 예를 들면 내연기관의 배기관에 장착되며, 서미스터 소자(202)를 배기가스가 흐르는 배기관 내에 배치함으로써 배기가스의 온도 검출에 사용할 수 있다.
금속 튜브(212), 부착부재(240) 및 통형상 부재(260)의 내측에는 2개의 시스 심선(208)을 시스관(207)의 내부에 절연 유지시킨 시스부재(206)가 배치되어 있다. 시스관(207)의 선단에서 연장되는 시스 심선(208)과 서미스터 소자(202)의 소자 전극선(204)은 후술하는 레이저 용접에 의해서 용접부(280)를 형성함으로써 접합되어 있다. 한편 시스관(207)의 후단에서 연장되는 시스 심선(208)은 크림프 단자(272)를 통해서 외부회로{예를 들면 차량의 전자제어장치(ECU) 등} 접속용의 리드선(273)과 접속되어 있다. 또한 시스관(207)의 후단에서 연장되는 시스 심선(208) 및 크림프 단자(272)는 각각 절연튜브(271)에 의해서 서로 절연되어 있다. 리드선(273)은 도선을 절연성 피복재로 피복한 것으로서, 내열 고무제의 밀봉부재(274)의 내부를 관통하는 상태로 배치된다.
부착부재(240)는 축선방향으로 연장되는 통형상의 칼집부(sheath portion)(243)와, 칼집부(243)의 선단측에 위치하며, 칼집부(243)보다도 큰 외경을 갖도록 직경방향 외측으로 돌출되는 돌출부(242)를 구비하고 있다. 칼집부(243)는 선단측에 위치하는 제 1 단차부(244)와 후단측에 제 1 단부보다도 작은 외경을 가지는 제 2 단차부(246)로 이루어지는 2단 형상을 이루고 있다. 통형상 부재(260)와 제 1 단차부(244), 금속 튜브(212)의 외주면과 제 2 단차부(246)는 각각 직경방향 전 둘레에 걸쳐서 레이저 용접되어 접합되어 있다. 또 돌출부(242)의 선단측에는 선단측 방향으로 갈수록 직경이 점차 작아지게 되는 테이퍼 형상의 부착대(245)를 가진다. 부착대(245)는 예를 들면 배기관(도시생략)의 센서부착위치에 형성된 테이퍼 형상부에 부착되는 부재이며, 배기관의 테이퍼 형상부에 직접 밀착시킴으로써 배기가스가 배기관 외부로 누출되는 것을 방지하도록 구성되어 있다.
너트부재(250)는 통형상 부재(260)의 주위에 회동 가능하게 삽입되어 있다. 또 부착부재(240)는 부착대(245)를 센서부착위치의 테이퍼 형상부에 접하도록 배치한 후에 너트부재(250)의 나사부(254)를 센서부착위치의 주위에 형성된 나사홈에 나사결합함으로써 센서부착위치에 고정된다.
이어서 실시예의 요부에 대해서 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은 실시예로서의 온도센서(200)의 요부 구성을 나타내는 설명도이며, 금속 튜브(212)만을 파단하여 나타내고 있다. 도 3(a)는 도 2에 있어서의 2개의 소자 전극선(204) 중 일측을 포함하는 형태로 지면(紙面)에 수직인 방향에서 또한 온도센서(200)의 중심축선에 평행한 단면을 취했을 때의 요부 확대도이다. 또 도 3(b)는 온도센서(200)의 중심축을 중심으로 하여 축둘레로 도 3(a)를 90도 회전시킨 도면이다. 즉 도 3(b)는 도 3(a)의 온도센서(200)를 상측방향에서 본 도면이다.
서미스터 소자(202)는 서미스터 소결체(203)와 이 서미스터 소결체(203)의 내부에 일부가 매설된 2개의 소자 전극선(204)으로 구성되어 있다. 서미스터 소결체(203)는 (Sr,Y)(Al,Mn,Fe)O3를 베이스 조성으로 한 페로브스카이트형 산화물로 형성되어 있다. 서미스터 소결체(203)의 형상은 육각기둥이며, 그 후단면에서는 2개의 소자 전극선(204)이 연장되어 있다. 또 시스부재(206)는 스테인리스 합금제의 시스관(207)의 내부에 2개의 시스 심선(208)을 배치하고, 이 시스 심선(208)을 유지하기 위해서 절연성의 시스 충전재(도시생략)를 충전함에 의해서 구성되어 있다. 그리고 시스관(207)의 선단에서는 2개의 시스 심선(208)이 연장되어 있다. 서미스터 소자(202)의 2개의 소자 전극선(204)과 시스부재(206)의 2개의 시스 심선(208)은 각각 그 단면이 원형상을 이루고 있으며, 서로 겹쳐져 있다. 이 겹침영역(281)에 후술하는 레이저 용접을 실시하여 2개소의 용접부(280)를 형성함으로써, 소자 전극선(204)과 시스 심선(208)이 접합되어 있다. 또한 겹침영역(281)이란 소자 전극선(204)과 시스 심선(208)이 접촉하는 접촉부(289) 근방의 영역을 가리킨다.
금속 튜브(212)는 서미스터 소자(202)와 시스부재(206)의 일부를 수용하고 있다. 또한 세라믹제의 시멘트(290)가 금속 튜브(212)에 의해서 둘러싸인 공간 내에 충전되어 있으며, 이것에 의해서 서미스터 소자(202)나 시스부재(206)가 유지되어 있다. 또한 이 구조는, 예를 들면 레이저 용접을 실시하여 용접부를 형성함에 의해서 접합한 후에, 금속 튜브(212)의 내부 공간에 충전된 미고화(未固化)의 시멘트 내에 서미스터 소자(202)와 시스부재(206)를 수용하고, 가열에 의해서 시멘트를 고화시킴으로써 얻을 수 있다.
도 4는 소자 전극선(204)과 시스 심선(208)을 레이저 용접에 의해서 접합하는 공정을 나타낸 도면이다. 또한 도 4는 용접부(280)가 형성되는 개소에 있어서의 소자 전극선(204) 및 시스 심선(208)의 축선방향과 직교하는 단면도이다. 접합할 때에는, 우선 소자 전극선(204) 및 시스 심선(208)을 서로 겹쳐놓고서 고정부재(340)에 의해서 고정한다. 이어서 고정부재(340)의 측면에 형성된 관통구멍(342)을 통해서 소정의 형상으로 성형된 레이저 빔(352)(본 실시예에서는 YAG 레이저를 사용)을 소자 전극선(204)과 시스 심선(208)의 접촉부(289) 근방의 겹침영역(281)에 조사한다. 레이저 빔(352)은 레이저 발진기(350)로부터 사출되며, 빔 성형 광학계(351)에 의해서 후술하는 레이저 빔 형상으로 성형되어 겹침영역(281)에 조사된다. 소자 전극선(204)과 시스 심선(208)의 겹침영역(281)에 레이저 빔이 조사되면, 레이저 빔이 조사된 부위의 소자 전극선(204)과 시스 심선(208)이 용융되어 용접부(280)가 형성된다. 또 고정부재(340)는 1세트의 소자 전극선(204)과 시스 심선(208)을 칸막이부(344)를 통해서 2세트 고정할 수 있다. 또 레이저 조사장치(356)를 칸막이부(344)를 기준으로 하여 도면의 좌측에도 설치하고서 상기한 바와 마찬가지로 레이저 빔을 조사함으로써 동시에 2세트의 소자 전극선(204)과 시스 심선(208)의 용접부(280)를 형성할 수도 있다.
도 5는 실시예에서 사용한 레이저 빔(352)의 빔 형상 및 레이저 조건을 나타내는 도면이다. 레이저 용접에 사용한 레이저 빔(352)의 빔 형상은 도 5(a)에 나타내는 가우스 분포와 같은 광강도(光强度) 분포를 가지는 집광광 형상인 스폿 빔 형상과, 도 5(b)에 나타내는 플랫 톱(flat-top)한 광강도 분포를 가지는 평행광 형상인 플랫 빔 형상의 2종류이다. 또 레이저 용접은 도 5(c)의 No.1∼No.4에 나타내는 조건에서 실시하였다.
도 6은 용접부(280)의 소자 전극선(204)에 대한 용해량을 산출하기 위한 단면을 규정하는 도면이다. 도 6(a)와 같이 레이저 용접에 의해서 형성된 용접부(280)를 시스부재(206)의 축선방향(축선 Z)과 직교하는 단면에서 관찰할 경우에, 그 단면을 규정하는 방법을 도 6(b)에 나타낸다. 도 6(b)는 2개소에 형성된 용접부(280) 중 1개소의 용접부(280) 근방을 확대한 도면이다. 우선 용접부(280)를 원기둥형상의 소자 전극선(204)과 원기둥형상의 시스 심선(208)이 접촉하는 접촉부(289)가 보이는(눈으로 확인할 수 있는) 방향에서 보았을 때, 용접부(280) 표면에 있어서 서미스터 소결체(203)에 가장 가까운 지점(최하부점)(283)과 서미스터 소결체(203)로부터 가장 먼 지점(최상부점)(284)을 정한다. 그리고 상기 2개의 지점을 연결하는 선분의 중심점(285)를 정하고, 시스부재(206)의 축선방향과 직교하는 단면 중 용접부(280)의 중심점(285)을 통과하는 단면(X-X 단면)을 사용하여 후술하는 용접부(280)의 소자 전극선(204)에 대한 용해량을 산출하였다. 또한 도 6(b)에 있어서 서미스터 소결체(203)는 도면의 좌측에 위치하고, 시스관(207)은 도면의 우측에 위치한다.
도 7은 용접부(280)의 X-X 단면에 있어서의 용해량의 산출방법을 설명하기 위한 도면이다. 우선 용접부(280)의 외연(外緣)과 소자 전극선(204)의 외연과의 교점으로서, 레이저 빔 조사측(도면의 우측)에 가까운 지점을 제 1 용접점(286)으로 규정한다. 그리고 용접부(280) 내에 레이저 용접 전의 소자 전극선(204)의 외주원(“가상 원주”라 한다)(282)을 그리되, 제 1 용접점(286)에서부터 가상 원주(282)의 원주 상을 따라서 용접부(280)를 지나가도록 그리고서 상기 용접부(280)의 외연과 상기 가상 원주(282)가 교차하는 지점을 제 2 용접점(288)으로 규정한다. 그리고 제 1 용접점(286)과 제 2 용접점(288)을 연결하는 현(弦)의 길이(L)의 소자 전극선(204)의 직경(D)에 대한 비율(L/D)을 산출한다. 이 비율(L/D)의 값은 용접부(280)의 소자 전극선(204)에 대한 용해량을 나타내는 지표값으로서 사용하는 것이 가능하다. 이하에서는 이 비율(L/D)을 “용해비율”이라 한다.
도 8은 여러 가지 레이저 조건에서 소자 전극선(204)과 시스 심선(208)을 레이저 용접한 경우의 레이저 조건과 용해비율(L/D)의 관계를 나타내는 도면이다. 또한 도 8(a)의 각 레이저 조건에서 얻어진 용해비율(L/D)의 플롯(plot)의 좌측에 기재된 수치는 각 레이저 조건에서 레이저 용접을 실시한 경우의 용해비율(L/D)의 최소값과 최대값을 나타내고 있다. 또 레이저 용접은 도 5(c)에 기재된 No.1∼No.4의 각 레이저 조건에서 각각 복수의 샘플을 사용하여 실시하였다. No.1 및 No.3의 레이저 조건에서 레이저 용접을 실시한 샘플의 용해비율(L/D)은 모두 0.6 미만이었다. 이것에 대해서 No.2 및 No.4의 레이저 조건에서 레이저 용접을 실시한 샘플의 용해비율(L/D)은 모두 0.6 이상이었다.
도 9는 도 8에서 실시한 샘플의 X-X 단면과 용해비율(L/D)을 나타내는 도면이다. 도 9에는 도 8에서 실시한 샘플 중 일부 샘플의 X-X 단면도를 나타낸다. 각 단면도에 있어서는 소자 전극선(204)의 가상 원주를 백색 파선으로 나타내고 있고, 또 측정한 현(弦)을 흑색 실선으로 나타내고 있다.
도 10은 레이저 용접에 의해서 형성된 소자 전극선(204)과 시스 심선(208)의 용접부(280)의 파단시험 방법을 나타내는 도면이다. 파단시험에는 도 5(c)에 기재된 No.1∼No.4의 레이저 조건에서 용접부(280)를 2개소에 형성한 복수의 샘플을 사용하였다. 용접부(280)를 형성하여 접합한 샘플을 노(爐)(400) 내에서 처리온도 850℃, 처리시간 2시간 가열하고, 그 후 상온(25℃ 전후)까지 샘플을 냉각하였다. 냉각 후의 샘플에 대해서 소자 전극선(204)의 단부를 도 10의 상측방향으로 1분마다 2㎜씩 잡아당겨서 파단강도(N)를 구하였다.
도 11은 도 10에서 실시한 파단시험의 결과를 나타내는 도면이다. 또한 각 레이저 조건에서 얻어진 파단강도의 플롯의 좌측에 기재된 수치는 각 레이저 조건에서 레이저 용접을 실시한 경우의 파단강도의 최소값과 최대값을 나타내고 있다. 이것에 의하면, No.1 및 No.3의 레이저 조건에서 레이저 용접을 실시한 샘플은 파단강도가 모두 10N 이하였다. 이것에 대해서 No.2 및 No.4의 레이저 조건에서 레이저 용접을 실시한 샘플은 파단강도가 모두 10N보다 컸다.
도 8, 도 9 및 도 11의 결과로부터 No.2 및 No.4의 레이저 조건에서 레이저 용접을 실시한 샘플, 즉 용해비율(L/D)이 0.6 이상인 샘플은 파단강도가 모두 10N보다 큰 것을 알 수 있었다. 따라서 온도센서가 저온/고온의 냉열 사이클의 환경 하에 노출된 경우라 하더라도, 레이저 용접에 의해서 형성된 소자 전극선(204)과 시스 심선(208)의 용접부(280)가 파단될 가능성을 저감시킬 수 있다.
도 12는 소자 전극선(204)의 용접부(280)의 Y-Y 단면 확대도이다. Y-Y 단면은 소자 전극선(204)의 축선방향으로서, X-X 단면과 직교하는 단면 중 소자 전극선(204)의 직경(D)의 3/4의 위치{즉 도 12에서는 소자 전극선(204)의 상부에서부터 측정하여 소자 전극선(204)의 직경(D)의 3/4의 길이에 해당하는 위치}에서의 단면이다. 도 12(a)는 No.2의 레이저 조건(즉 빔 형상은 스폿 빔 형상)에서 레이저 용접을 실시한 샘플{즉 용해비율(L/D)이 0.6 이상인 샘플}의 용접부의 단면도이고, 도 12(b)는 No.4의 레이저 조건(즉 빔 형상은 플랫 빔 형상)에서 레이저 용접을 실시한 샘플{즉 용해비율(L/D)이 0.6 이상인 샘플}의 용접부의 단면도이다. 또한 X-X 단면과 Y-Y 단면은 동일한 샘플에서는 관찰할 수 없기 때문에, 도 12에 개시한 X-X 단면 및 Y-Y 단면 확대도는 동일한 샘플은 아니지만 동일한 조건(No.2 또는 No.4의 레이저 조건)에서 레이저 용접을 실시한 샘플의 단면이다. 이것에 의하면, 용해비율(L/D)이 0.6 이상인 샘플이라 하더라도, 빔 형상을 플랫 빔 형상으로 하여 레이저 용접을 실시한 경우는 빔 형상을 스폿 빔 형상으로 하여 레이저 용접을 실시한 경우보다도 소자 전극선(204)의 넓은 범위에 걸쳐서 용접부(280){소자 전극선(204)에 대한 용해}가 형성되어 있었다.
또 빔 형상을 플랫 빔 형상으로 하여 레이저 용접을 실시한 경우는 빔 형상을 스폿 빔 형상으로 하여 레이저 용접을 실시한 경우에 비해서 광강도를 균일하게 분산시킬 수 있기 때문에, 소정 강도의 레이저 빔을 소자 전극선(204)과 시스 심선(208)의 겹침영역(281)에 안정하게 조사할 수 있다. 한편 스폿 빔 형상인 경우에는 레이저 빔의 중심 부근이 높은 광강도로 되기 때문에, 레이저 조건에 따라서는 용접부(280)를 과도하게 크게 형성하거나 고정부재(340)(도 4 참조)에 파손을 발생시킬 가능성이 있다.
이상의 점에서 레이저 용접에 사용하는 빔 형상은 스폿 빔 형상보다도 플랫 빔 형상이 바람직하다. 또한 플랫 빔 형상이란 완전하게 플랫 톱(flat-top)한 광강도 분포를 가지는 것 외에도, 가우스 분포와 같은 범종 형상의 광강도 분포에 비해서 평탄화(균일화)되어 있는 대략 평탄한 광강도 분포를 가지는 경우도 포함한다.
≪B. 변형예≫
또한 본 발명은 상기한 실시예나 실시형태에 한정되는 것이 아니며 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시하는 것이 가능하며, 예를 들면 다음과 같은 변형도 가능하다.
＜B-1. 제 1 변형예＞
상기 실시예에서는 소자 전극선(204)과 시스 심선(208)의 용접부(280)를 레이저 용접에 의해서 2개소에 형성하였으나, 용접부(280)의 형성 개소는 특히 상기한 것에 한정되는 것이 아니며 1개소이어도 되고 3개소 이상이어도 된다. 3개소 이상의 용접부(280)를 형성한 경우에는 일정한 간격으로 용접부(280)를 형성하는 것이 바람직하다.
＜B-2. 제 2 변형예＞
상기 실시예에서는 시스부재(206)의 일부를 부착부재(240)에 고정된 금속 튜브(212) 내에 수용한 구성의 온도센서(200)를 나타내었으나, 본 발명은 다른 구조의 온도센서에도 적용 가능하다. 예를 들면 시스부재(206)의 시스관(207)을 부착부재(240)의 내측에 고착시키고, 부착부재(240)의 선단에서 돌출되는 시스관(207)의 선단측 외주에 서미스터 소자(202) 및 용접부(280)를 수용하는 형태로 폐관 통형상의 금속 캡을 용접하여 고정시킨 온도센서에 본 발명을 적용할 수도 있다. 또한 이 경우에는 금속 캡이 청구항의 "포위부재"에 상당한다.
＜B-3. 제 3 변형예＞
상기 실시예에서는 유지부재로서 시멘트(290)를 사용하였으나, 시멘트(290) 대신에 일본국 특개 2004-233236에 개시된 세라믹스로 이루어지는 각종 절연 홀더를 사용하여 서미스터 소자(202) 등을 유지할 수도 있다.
＜B-4. 제 4 변형예＞
상기 실시예에서는, 파단강도가 10N보다 큰 용접부(280)의 형성은 도 5(c)에 기재된 No.2 및 No.4의 레이저 조건에서 실시하였으나, 이 조건 대신에, 스폿 빔 형상의 경우는 펄스전압 70V∼90V, 펄스폭 3msec∼7msec의 범위에서, 플랫 빔 형상의 경우는 펄스전압 100V∼140V, 펄스폭 3msec∼7msec의 범위에서 레이저 용접함으로써 파단강도가 10N보다 큰 용접부(280)의 형성이 가능하게 된다.
100 - 온도센서 102 - 서미스터 소자
103 - 서미스터 소결체 104 - 소자 전극선
200 - 온도센서 202 - 서미스터 소자
203 - 서미스터 소결체 204 - 소자 전극선
206 - 시스부재 207 - 시스관
208 - 시스 심선 212 - 금속 튜브
240 - 부착부재 242 - 돌출부
243 - 칼집부 244 - 제 1 단부
245 - 부착대 246 - 제 2 단부
250 - 너트부재 252 - 육각 너트부
254 - 나사부 260 - 통형상 부재
271 - 절연튜브 272 - 크림프 단자
273 - 리드선 274 - 밀봉부재
280 - 용접부 281 - 겹침영역
282 - 가상 원주 283 - 최하부점
284 - 최상부점 285 - 중심점
286 - 제 1 용접점 288 - 제 2 용접점
289 - 접촉부 290 - 시멘트
340 - 고정부재 342 - 관통구멍
344 - 칸막이부 350 - 레이저 발진기
351 - 빔 성형 광학계 352 - 레이저 빔
356 - 레이저 조사장치 400 - 노(爐)

Claims (3)

  1. 감온부와, 선단부가 상기 감온부에 접속됨과 아울러 상기 감온부의 후방측으로 향해서 연장되는 원기둥형상의 소자 전극선을 가지는 감온소자와,
    상기 소자 전극선의 후단부의 외주에 서로 겹쳐지며, 상기 소자 전극선과 도통하는 원기둥형상의 시스 심선을 가지는 시스부재와,
    상기 소자 전극선과 상기 시스 심선이 서로 겹쳐진 겹침영역에 레이저 빔을 조사함에 의해서 형성되어 상기 소자 전극선과 상기 시스 심선을 접속하는 용접부를 구비한 온도센서로서,
    상기 용접부를 상기 소자 전극선과 상기 시스 심선의 접촉부가 보이는 방향에서 보았을 때, 상기 용접부 표면에 있어서의 상기 감온부에 가장 가까운 지점과 상기 감온부로부터 가장 먼 지점을 연결하는 선분의 중심점을 정하고, 상기 시스부재의 축선방향과 직교하는 상기 용접부의 단면 중 상기 중심점을 지나는 단면에 있어서,
    상기 소자 전극선의 직경을 'D'라 하고,
    상기 용접부와 상기 소자 전극선의 원주와의 교점으로서, 상기 레이저 빔을 조사한 측에 가까운 지점을 '제 1 용접점'이라 하고,
    상기 용접부에 상기 소자 전극선의 용접 전의 원주(이하 “가상 원주”라 한다)를 그리되, 상기 제 1 용접점에서부터 상기 가상 원주의 원주 상을 따라서 상기 용접부를 지나가도록 그리고서 상기 용접부와 상기 가상 원주가 교차하는 지점을 '제 2 용접점'이라 하고,
    상기 제 1 용접점과 상기 제 2 용접점을 연결하는 현(弦)의 길이를 'L'이라 규정한 경우에,
    L/D ≥ 0.6인 것을 특징으로 하는 온도센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    선단측에 바닥부가 형성된 폐관 통형상을 이루며, 적어도 상기 감온소자 및 상기 용접부를 포위하는 금속제의 포위부재와,
    상기 포위부재에 포위된 공간 중 적어도 상기 감온소자 및 상기 용접부를 포함하는 영역에 충전되는 유지부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 온도센서.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 용접부는 상기 겹침영역에 있어서 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 온도센서.
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