KR20150081363A - 온도 탐침 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20150081363A
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Abstract

기능 세라믹 센서 부재(2) 및 세라믹 하우징(3)을 포함하는 온도 탐침(1)이 제공된다. 센서 부재는 세라믹 하우징(3) 내에 배치되되, 센서 부재(2)의 적어도 일 측면(20)이 세라믹 하우징(3)에 직접적으로 형상 맞춤되며 접촉하도록 배치된다. 또한, 온도 탐침(1)의 제조 방법이 제공된다.

Description

온도 탐침 및 그 제조 방법{TEMPERATURE PROBE AND METHOD FOR PRODUCING A TEMPERATURE PROBE}
온도 탐침(temperature probe)이 제공된다. 또한 온도 탐침의 제조 방법이 제공된다.
매우 다양한 응용 분야에서 모니터링 및 제어를 목적으로 온도를 측정하는 것은 예컨대 세라믹 열 도체-서미스터 소자(NTC thermistor, "부 온도 계수 서미스터"), 규소-온도 센서(예컨대 소위 KTY-온도 센서), 백금 온도 센서(PRTD, "백금 저항 온도 검출기") 또는 열 소자(TC, "열전대(thermocouple)")에 의해 이루어진다. 충분한 기계적 안정성 및 외부 영향으로부터의 보호, 그리고 공격적 매질(aggressive medium)에 의한 부식을 방지하고 NTC-물질 내에서 또는 전극 내에서 가스 분위기에 의한 온도 조건적 물질 변화를 막기 위해 세라믹 센서 부재는 일반적으로 중합체 또는 유리로 구성된 코팅을 구비한다. 그러한 센서 부재의 최대 사용 온도는 중합체 피복의 경우 약 200℃에 제한되고, 유리 피복의 경우 약 500℃ 내지 700℃에 제한된다.
그러나 설명된 센서 부재들은 매우 높은 온도에서 측정을 위해 바로 사용될 수 없고/사용될 수 없거나 매우 공격적인 매질에서 지속적으로 사용될 수 없다. 그럼에도 불구하고 공격적 매질에서 사용할 수 있기 위해, 센서 부재는 종종 플라스틱 하우징 또는 고급강 하우징 내에 내장된다. 부재에 대한 열 접촉을 구현하기 위해, 부가적으로 주조 물질(casting material)이 사용되는 경우가 매우 빈번하다. 이와 같은 구조의 시스템은, 사용되는 물질에 있어 부가적인 구성 조건적 열 전달 및 낮은 열 전도로 인하여 응답 시간 지연이 존재한다는 것이 또 다른 단점이다. 중합체- 또는 유리 피복을 포함하는 온도 탐침의 특수한 단점은 매우 편차가 심하며 허용 공차 범위가 좁지 않은 온도 탐침 헤드의 기하학적 형태이다. 따라서, 이러한 온도 탐침은 표준화된 설치를 위해 부적합하다.
적어도 일부 실시 형태들의 해결 과제는 높은 견고성 및 짧은 응답 시간을 가지는 온도 탐침을 제공하는 것이다. 적어도 일부 실시 형태들의 다른 과제는 온도 탐침의 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제는 독립 청구항들에 따른 대상물 및 방법에 의하여 해결된다. 이러한 대상물의 유리한 실시 형태들 및 발전예들은 종속 청구항들, 이하의 상세한 설명 및 도면으로부터 더 도출된다.
적어도 일 실시 형태에 따른 온도 탐침은 기능 세라믹 센서 부재 및 세라믹 하우징을 포함한다. 바람직하게는, 기능 세라믹 센서 부재는 세라믹 서미스터 부재로서 형성된다. 예컨대, 기능 세라믹 센서 부재는 NTC-서미스터 부재 (NTC, "부 온도 계수"), 즉 열 도체일 수 있다. NTC-서미스터 부재는 특히 낮은 제조 비용을 특징으로 한다. 예컨대 열 소자 또는 금속 저항 소자, 예컨대 Pt-소자에 비해 NTC-서미스터 부재의 다른 이점은 부 저항-온도-특성이 우수하다는 것이다. 또한, 기능 세라믹 센서 부재는 PTC-서미스터 부재(PTC, "정 온도 계수"), 즉 냉 도체로서 형성될 수도 있다.
바람직하게는, 센서 부재는 세라믹 하우징 내에 배치되되, 센서 부재의 적어도 일 측면이 세라믹 하우징에 대해 직접적으로 그리고 형상 맞춤식으로 접촉하도록 배치된다. 예컨대, 기능 세라믹 센서 부재는 복수의 측면들을 포함할 수 있고, 이때 적어도 하나의 측면은 전면적으로 세라믹 하우징의 내벽과 직접 접촉한다. 바람직하게는, 세라믹 하우징의 내벽은 이러한 영역에서 그 형태가 센서 부재의 측면에 정합됨으로써, 센서 부재의 내벽과 세라믹 하우징의 내벽 사이에 형상 맞춤식 접촉이 발생한다. 세라믹 하우징에 대해 직접적으로 그리고 형상 맞춤식으로 접촉하는 센서 부재의 측면과 세라믹 하우징 사이에는 특히 예컨대 주조 물질 또는 열 전도 페이스트와 같은 다른 부재가 배치되지 않는다.
유리하게는, 온도 탐침은 세라믹 하우징, 및 기능 세라믹 센서 부재와의 형상 맞춤식 결합으로 인하여 매우 짧은 응답시간을 포함하고, 이러한 응답 시간은 세라믹 하우징의 물질 및 벽 두께에 따라, 예컨대 3초 미만이다. 바람직하게는, 응답 시간은 1초 미만일 수 있고, 예컨대 세라믹 하우징이 매우 얇은 벽 두께를 가진 경우 더욱이 수 밀리초에 달할 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 세라믹 하우징은 높은 열 전도도를 갖는 구조 세라믹 물질을 포함하거나 그러한 물질로 구성된다. 바람직하게는, 세라믹 하우징은 알루미늄 옥사이드(aluminium oxide)를 포함한다. 이와 같은 세라믹 하우징은 유리하게도 매우 높은 열 전도도를 특징으로 한다. 세라믹 하우징은 다양한 품질의 알루미늄 옥사이드를 포함할 수 있다. 예컨대 세라믹 하우징은 적어도 95% 내지 99.9% 또는 그 이상의 순도를 가진 알루미늄 옥사이드를 포함할 수 있다. 기계적 강도 및 화학적 내구성과 관련한 세라믹 하우징의 견고성 그리고 열 전도도는 물질의 순도에 따라 증가한다. 더욱 바람직한 실시 형태에 따르면, 세라믹 하우징은 알루미늄옥사이드로 구성된다. 대안적으로, 세라믹 하우징은 예컨대 알루미늄 나이트라이드(aluminium nitride) 또는 실리콘 카바이드(silicon carbide)와 같은 다른 세라믹 물질을 포함하거나 그것으로 구성될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 세라믹 하우징은 사출성형 하우징이다. 세라믹 하우징은 특히 세라믹 사출성형 기술을 이용하여, 예컨대 소위 세라믹 마이크로-사출성형 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 세라믹 마이크로 사출성형 기술을 이용하여, 유리하게는 센서 부재의 치수에 정합된 매우 작은 하우징 형태로 세라믹 하우징이 엄밀하고 반복 생산 가능하게 구현되며, 매우 높은 기계적인 강도를 가지도록 제조될 수 있어서, 표준화된 기하학적 형태의 설치가 가능해진다.
다른 실시 형태에 따르면, 세라믹 하우징은 개구부를 포함하고, 이러한 개구부를 통해 세라믹 하우징은 절반의 측면에서 개방되어 있다. 바람직하게는, 세라믹 하우징은 캐비티를 포함하고, 이러한 캐비티는 개구부에 대향되는 바닥면을 포함하며, 이러한 바닥면은 계단형 함몰부를 구비한다. 바람직하게는, 센서 부재는 적어도 부분적으로 함몰부 내에 매설되어 배치되어 있다. 함몰부는 예컨대 캐비티 내의 함몰된 영역을 나타낼 수 있고, 이때 함몰된 영역은 계단부를 통해 캐비티의 나머지 영역과 연결되어 있다. 바람직하게는, 센서 부재의 적어도 일 측면은 함몰부의 바닥면의 적어도 하나의 부분 영역과 직접적이고도 형상 맞춤적인 접촉을 하도록 위치한다.
다른 실시 형태에 따르면, 세라믹 하우징은, 외측에서, 개구부에 대향되며 모서리가 둥글게 처리된 말단을 포함한다. 예컨대, 외측에서, 개구부에 대향된 세라믹 하우징의 말단은 부분 구형 또는 반구형 영역을 포함할 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 함몰부는 주요 영역 및 주요 영역의 2개의 대향된 측면들에 이웃하는 2개의 측면 포켓들을 포함한다. 바람직하게는, 센서 부재는 적어도 부분적으로 주요 영역 내에 배치된다. 예컨대 함몰부의 주요 영역은 그 형태 및 크기와 관련하여 센서 부재의 형태 및 크기에 정합되되, 센서 부재가 함몰부의 주요 영역 내에 완전히 배치될 수 있도록 정합될 수 있으며, 이때 센서 부재는 주요 영역을 가급적 완전하게 채운다. 바람직하게는, 측면 포켓들은 개구부로부터 볼 때 어떤 깊이를 가지고, 이러한 깊이는 함몰부의 함몰된 영역의 바닥면까지 달하는 깊이보다 낮다. 함몰부의 이러한 함몰된 영역은 전술한 바와 같이 계단부에 의해 함몰부의 나머지와 연결된다. 특히, 함몰된 영역은 개구부 안으로 관찰해 볼 때 측면 포켓들 사이에 배치될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 온도 탐침은 2개의 접촉 부재들을 포함한다. 바람직하게는, 접촉 부재들 각각은 적어도 부분적으로, 주요 영역에 이웃한 측면 포캣들 중 하나 내에 배치되어 있다. 또한, 접촉 부재들은 바람직하게는 센서 부재와 전기 전도적으로 연결된다. 측면 포켓들은 예컨대 그 형태 및 크기와 관련하여 접촉 부재들의 직경에 정합될 수 있어서, 접촉 부재들은 적어도 부분적으로 측면 포켓들 내에 삽입될 수 있다. 또한, 접촉 부재들은 세라믹 하우징으로부터 돌출해 있다. 바람직하게는, 접촉 부재들은 부식 경향이 낮은 내온도성 물질을 포함한다. 예컨대 접촉 부재들은 예컨대 백금, 금, 은과 같은 귀금속 또는 온도 안정성이 높은 합금 강, 바람직하게는 크롬 및/또는 니켈 함량이 높은 합금 강을 포함하거나 이러한 물질들 중 하나로 구성될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 접촉 부재들은 연결 와이어로 형성된다. 예컨대, 접촉 부재들은 니켈로 피복된 구리 와이어의 형태를 가지거나 전술한 다른 금속들 중 하나 이상을 포함하여 형성될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 센서 부재는 2개의 전극들을 포함한다. 전극들은 바람직하게는 센서 부재의 서로 대향되는 2개의 측면들에 제공된다. 바람직하게는, 접촉 부재들은 각각, 측면 포켓 내에 배치되는 소성된(fired) 금속화 페이스트를 이용하여 센서 부재의 전극들 중 하나와 전기 전도적으로 연결된다. 이때 접촉 부재들의 말단들은 각각 측면 포켓 내에 유입된 금속화 페이스트 내에 매립되어 있을 수 있다. 센서 부재의 전극들은 예컨대 온도 탐침의 최대 사용 온도에 따라, 예컨대 백금, 금, 은과 같은 금속 또는 예컨대 은-팔라듐과 같은 금속 합금을 포함하거나 그것으로 구성될 수 있다. 접촉 부재들과 센서 부재의 전극들 사이의 전기 접촉을 위해 기능하는 금속화 페이스트(metallization pastes)는 바람직하게는 예컨대 금, 은 또는 백금과 같은 귀금속을 포함하거나 그것으로 구성된다. 또한, 금속화 페이스트는 구리, 몰리브댄 또는 텅스텐, 또는 예컨대 은-팔라듐과 같은 금속 합금을 포함하거나 그것으로 구성될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 세라믹 하우징의 개구부는 유리 실란트(glass sealant)을 이용하여 밀폐된다. 바람직하게는, 접촉 부재들은 유리 실란트로부터 돌출하고, 따라서 개구부의 내부로부터 유리 실란트를 통하여 바깥쪽까지 달한다. 유리 실란트는 예컨대 세라믹 하우징의 물질에 정합된 팽창 계수를 가지면서 알칼리- 및/또는 중금속 산화물을 함유하지 않는 유리를 포함한다. 유리하게는, 유리 실란트를 위해 사용되는 물질은 온도 탐침의 최대 사용 온도를 초과하여 적어도 50℃에 이르는 연화점(softening point)을 가진다.
다른 실시 형태에 따르면, 센서 부재는 원소들 Y, Ca, Cr, Al, O 를 함유한 페로브스카이트 구조(perovskite structure)를 포함한다. 또한, 페로브스카이트계 센서 부재는 원소 Sn을 포함할 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 센서 부재는 일반적 화학식 ABO3의 페로브스카이트 구조를 갖는 세라믹 물질을 포함한다. 특히 높은 응용 온도에 적합해야 하는, 온도 안정성이 높은 온도 탐침을 위해, 이와 같은 센서 부재가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 센서 부재는 (Y1-xCax)(Cr1-yAly)O3의 조성을 가지고, 이때 x = 0.03 내지 0.05, y = 0.85이다.
다른 실시 형태에 따르면, 센서 부재는 원소들 Ni, Co, Mn, O를 함유하는 스피넬 구조(spinel structure)를 포함한다. 스피넬계 센서 부재는 이하의 원소들 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다: Al, Fe, Cu, Zn, Ca, Zr, Ti, Mg.
다른 실시 형태에 따르면, 센서 부재는 일반적 화학식 AB2O4 또는 B(A,B)O4의 스피넬 구조를 갖는 세라믹 물질을 포함한다. 이와 같은 센서 부재는 특히, 낮은 응용 온도에서 바람직하다. 매우 바람직한 실시 형태에 따르면, 센서 부재는 Co3-(x+y)NixMnyO4의 조성을 포함하고, 이때 x = 1.32, y = 1.32이다.
다른 실시 형태에 따르면, 세라믹 하우징은 0.1 mm와 1 mm 사이의 벽 두께를 가진다. 이는 특히, 절반의 측면이 개방된 세라믹 하우징이 두께가 0.1 mm와 1 mm 사이인 적어도 하나의 하우징 벽을 포함한다는 것을 의미할 수 있다. 바람직하게는 세라믹 하우징은 어느 위치에서도 언급한 범위 내의 벽 두께를 가진다. 더욱 바람직한 실시 형태에 따르면, 세라믹 하우징은 0.3 mm 와 0.7 mm 사이의 벽 두께를 가진다. 이와 같은 세라믹 하우징의 벽 두께에 의해 온도 탐침의 매우 빠른 응답 시간이 달성될 수 있다.
유리하게는, 본원에 설명된 온도 탐침은 매우 짧은 응답시간, 매우 높은 기계적 및 화학적 견고성 및 매우 양호한 장시간 안정성을 가진다. 다른 이점으로는, 부가적인 시스템 요소를 포함하지 않고도 간단하고 표준화된 조립을 가능하게 하는 세라믹 하우징 치수의 매우 정밀한 설계에 있다.
또한, 온도 탐침의 제조 방법이 제공된다. 이를 통해 제조될 수 있거나 제조되는 온도 탐침은 전술한 실시 형태들의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다. 전술한 실시 형태 및 이하에 설명되는 실시 형태는 온도 탐침 뿐만 아니라 온도 탐침의 제조 방법을 위해서도 균등하게 적용된다.
일 실시 형태에 따르면, 온도 탐침의 제조를 위해 세라믹 출발 물질, 및 전극을 구비한 기능 세라믹 센서 부재가 준비된다. 기능 세라믹 센서 부재는 예컨대 NTC- 또는 PTC-서미스터 부재일 수 있다. 세라믹 출발 물질은 예컨대 소위 세라믹 피드스톡(feedstock)일 수 있는데, 이러한 세라믹 피드스톡은 예컨대 알루미늄 옥사이드 분말과 같은 구조 세라믹 분말, 및 유기 결합제를 포함한다. 출발 물질은 사출 성형 공정을 이용하여 이에 상응하는 금형 내에 주입된다. 바람직하게는, 이로부터 생성되는 소위 성형체(green compacts)는 이후에 탈지 공정에서 가급적 유기 성분이 제거된다. 탈지 공정은 2단계로, 즉 물 및 열에 의해, 또는 1단계로 열에 의해서만 진행된다. 이후, 탈지된 성형체는 적합한 온도에서 소결되어 세라믹 하우징이 된다. 예컨대, 소결은 알루미늄 옥사이드의 경우 그 물질의 순도에 따라 1600℃ 내지 1700℃의 온도에서 이루어진다. 또한, 이와 같이 준비된 센서 부재는 이와 같이 제조된 세라믹 하우징 내에 배치되되, 센서 부재의 적어도 일 측면이 세라믹 하우징에 직접적으로 그리고 형상 맞춤식으로 접촉하도록 배치된다.
다른 실시 형태에 따르면, 접촉 부재들은 센서 부재가 세라믹 하우징 내에 배치된 후에 각각 금속화 페이스트를 이용하여 센서 부재의 전극들과 전기 전도적으로 연결된다. 예컨대, 금속화 페이스트는 함몰부의 측면 포켓에 토출(dosing)될 수 있고, 접촉 부재들은 이후에 측면 포켓 내에 유입될 수 있어서, 접촉 부재들의 말단들 각각은 금속화 페이스트 내에 매립된다. 바람직하게는, 금속화 페이스트는 이후에 적합한 온도에서 소성된다. 이러한 온도는 금속화 페이스트의 사용된 물질에 따라 좌우된다.
다른 실시 형태에 따르면, 세라믹 하우징의 개구부는 유리 페이스트를 이용하여 밀폐된다. 이어서, 유리 페이스트는 적합한 온도에서 소성된다. 바람직하게는, 유리 페이스트를 위해 사용되는 유리 물질은 향후의 온도 탐침 사용 온도에 맞춰지고, 연화점(TG)은 온도 탐침의 최대 사용 온도를 초과하여 적어도 50℃이다.
다른 실시 형태에 따르면, 낮은 저항 허용 공차를 조절하기 위해, 이후의 열처리 공정을 통하여 부재들의 저항이 한정된 범위에서 재조정된다.
온도 탐침 부재의 다른 이점 및 유리한 실시 형태들은 이하 도 1 내지 도 6과 연관하여 설명된 실시 형태들로부터 도출된다.
도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 온도 탐침의 개략도들이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 온도 탐침의 단면도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 온도 탐침의 세라믹 하우징의 개략도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 온도 탐침의 개략적 분해도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 온도 탐침의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
실시예들 및 도면들에서 동일하거나 동일한 효과를 가진 구성요소는 각각 동일한 참조 번호를 구비할 수 있다. 도시된 요소들 및 이들의 크기비는 기본적으로 축척에 맞지 않는 것으로 간주된다. 오히려, 개별 요소들 예컨대 층들, 부품들, 영역들은 더 나은 표현 및/또는 더 나은 이해를 위해 과장되어 두껍거나 큰 치수로 도시되어 있을 수 있다.
도 1 및 도 2는 본원에 설명된 일 실시예에 따른 온도 탐침(1)의 다양한 개략도들이다. 도 1 및 도 2에 미도시된 온도 탐침(1)의 부재들은 도 3에서 온도 탐침(1)의 단면도에, 도 4의 세라믹 하우징(3)의 개략도에, 그리고 도 5의 온도 탐침(1)의 분해도에 도시되어 있다. 이하의 설명은 도 1 내지 도 5에 균등하게 관련한다.
온도 탐침(1)은 NTC-서미스터 부재로 형성되는 기능 세라믹 센서 부재(2) 및 세라믹 하우징(3)을 포함한다. 기능 세라믹 센서 부재(2)는 세라믹 하우징(3) 내에 배치되되, 센서 부재(2)의 일 측면(20)이 세라믹 하우징(3)에, 특히 세라믹 하우징(3)의 바닥면(311)에 직접적이고 형상 맞춤식으로 접촉하도록 배치된다. 세라믹 하우징(3)은 95%이상의 순도를 가지는 알루미늄 옥사이드를 포함하고, 사출 성형 하우징으로서 형성되며, 사출 성형 하우징은 소위 세라믹 마이크로 사출 성형 기술을 이용하여 제조된다. 대안적으로, 세라믹 하우징(3)은 하나 이상의 다른 세라믹 물질, 바람직하게는 열 전도도가 양호한 다른 세라믹 물질을 포함할 수 있다.
기능 세라믹 센서 부재는 페로브스카이트 구조의 세라믹을 포함한다. 특히 센서 부재의 세라믹은 식 (Y1-xCax)(Cr1-yAly)O3, x = 0.03 내지 0.05, y = 0.85에 따른 조성을 포함한다. 이를 통해 온도 탐침(1)은 특히 고온 응용물을 위해 적합하다. 대안적으로, 센서 부재는 특히 온도 탐침(1)의 응용 온도가 낮을 때에 스피넬 구조의 세라믹을 포함할 수 있다. 예컨대 센서 부재의 세라믹은 식 Co3-(x+y)NixMnyO4, x = 1.32, y = 1.32에 따른 조성을 포함할 수 있다.
세라믹 하우징(3)은 개구부(30)를 포함하고, 이러한 개구부를 통해 세라믹 하우징(3)은 절반의 측면이 개방된다. 세라믹 하우징(3) 내부에 캐비티(31)가 형성되고, 캐비티는 개구부(30)에 대향되는 바닥면(311)을 포함하며, 바닥면은 계단형 함몰부(312)를 구비한다. 기능 세라믹 센서 부재(2)는 적어도 부분적으로 함몰부(312) 내에 매설되어 배치된다. 특히 센서 부재(2)는 함몰부(312)의 주요 영역(313) 내에 배치되고, 주요 영역은 형태 및 크기와 관련하여 센서 부재(2)의 길이 및 폭에 정합되어 있다. 함몰부(312)의 주요 영역(313)에서, 주요 영역(313)의 2개의 대향된 측면들에는 각각 하나의 측면 포켓(314)이 이웃한다. 측면 포켓들(314)은 주요 영역(313)과 마찬가지로 캐비티(31) 내의 함몰된 영역들이다. 개구부(30) 안으로 관찰하면, 주요 영역(313)은 측면 포켓들(314) 사이에서 하나의 함몰된 영역을 포함하고, 이러한 함몰된 영역은 계단형으로 캐비티(31)의 나머지 영역들에 이웃하며, 그 바닥면(311)의 깊이는 개구부(30)로부터 볼 때 측면 포켓들(314)보다 더 깊다.
온도 탐침(1)은 2개의 접촉 부재들(4)을 포함하고, 이러한 접촉 부재들은 연결 와이어로서 형성되며, 각각 적어도 부분적으로 측면 포켓들(314) 중 하나 내에 배치된다. 접촉 부재들(4)은 각각의 상이한 말단들에서 세라믹 하우징(3)으로부터 돌출해 있고, 온도 탐침(1)의 외부 접촉을 위해 기능한다. 접촉 부재들(4)은 백금을 포함한다. 대안적으로, 접촉 부재들(4)은 금, 은 또는 다른 귀금속, 또는 합금, 바람직하게는 온도 안정성이 높은 합금 강, 예컨대 크롬 및/또는 니켈 함량이 높은 합금 강을 포함하거나 그것으로 구성될 수 있다.
센서 부재(2)는 2개의 대향된 측면들에서 각각 하나의 전극(21)을 포함한다. 센서 부재(2)의 전극들(21)은 백금을 포함한다. 대안적으로, 전극들(21)은 금 또는 은 또는 은-팔라듐을 포함하거나 그것으로 구성될 수 있다. 접촉 부재들(4)은 각각, 소성된 금속화 페이스트(5)를 이용하여 센서 부재(2)의 전극들(21) 중 각각 하나의 전극과 전기 전도적으로 연결된다. 금속화 페이스트는 측면 포켓들(314) 내에 배치되어 있다. 금속화 페이스트들(5)은 측면 포켓들(314) 내에서 접촉 부재들(4)의 고정을 위해 기능할 뿐만 아니라 접촉 부재들(4)과 센서 부재(2)의 전극들(21) 사이의 전기 접촉을 위해서도 기능한다. 도시된 실시예에서, 금속화 페이스트(5)는 금을 포함한다. 대안적으로, 금속화 페이스트(5)는 은, 백금, 구리, 몰리브댄 또는 텅스텐 또는 은-팔라듐을 포함하거나 그것으로 구성될 수 있다.
세라믹 하우징(3)은 외측에서 개구부에 대향되며 모서리가 둥글게 처리된 말단을 포함한다. 또한, 세라믹 하우징(3)은 개구부(30)에 이웃하는 돌출부(32)를 포함한다. 돌출부(32)는 원주식 칼라부(collar)로서 형성되고, 예컨대 온도 탐침(1)을 온도 센서 시스템의 슬리브형 부재 내에서 슬리브형 부재의 개구부 내에 배치시키는 역할을 할 수 있다.
또한, 세라믹 하우징(3)은 후면 측에서 유리 실란트(6)를 이용하여 밀폐되고, 이러한 유리 실란트를 통하여 접촉 부재들(4)을 관통 돌출한다. 온도 탐침(1)은 그 구조 및 사용된 물질로 인하여 특히, 양호한 장시간 매질 저항성, 높은 견고성 및 매우 짧은 응답 시간을 특징으로 한다.
온도 탐침(1)의 센서 부재(2)는 약 0.85 mm x 0.7 mm x 0.7 mm의 치수를 가진다. 온도 탐침(1)의 세라믹 하우징(3)의 최대 외부 치수는 약 2.5 mm x 2.3 mm(직경 x 높이)이다. 또한, 세라믹 하우징(3)은 0.1 mm와 1 mm 사이의 벽 두께를 가진다. 접촉 부재들(4)을 포함하여 온도 탐침(1)의 길이는 약 10.8 mm이다.
온도 탐침(1)은 유리하게는 센서 부재(2)의 매우 안정적인 피복 및 매우 짧은 응답 시간을 제공한다. 또한, 본원에 도시된 세라믹 봉지된 온도 탐침(1)은 매우 공격적인 매질 또는 가스에서 높은 온도에서 사용하기에 우수하다.
도 6은 본원에 설명된 일 실시예에 따른 온도 탐침(1)의 제조 방법을 도시한다. 이때 제1 단계(100)에서 세라믹 출발 물질, 및 전극(21)을 구비한 기능 세라믹 센서 부재(2)가 준비된다. 이어서, 이후의 방법 단계(200)에서 세라믹 출발 물질은 세라믹 사출 성형 공정을 이용하여 성형되어 성형체가 되고, 이어서 성형체는 소결되어 세라믹 하우징(3)이 된다. 바람직하게는, 성형체는 소결 전에 1단계 또는 2단계의 탈지 공정을 이용하여 유기 성분이 제거된다.
이후의 추가 방법 단계(300)에서 센서 부재(2)는 세라믹 하우징(3) 내에 배치되되, 센서 부재(2)의 적어도 일 측면(20)이 세라믹 하우징에 직접적으로 그리고 형상 맞춤식으로 접촉하도록 배치된다. 이어서, 이후의 방법 단계(400)에서 금속화 페이스트(5)는 세라믹 하우징(3)의 측면 포켓들(314) 내에 유입되고, 이후에 접촉 부재들(4)은 측면 포켓들(314) 내에 배치됨으로써, 접촉 부재들(4)의 말단들이 금속화 페이스트(5) 내에 매립된다. 이후, 금속화 페이스트는 소성된다. 이를 통해, 접촉 부재들(4)과 센서 부재(2)의 전극들 (21) 사이의 전기 전도적 접촉이 이루어진다. 이후의 방법 단계(500)에서, 세라믹 하우징(3)은 후면측에서 유리 페이스트(6)를 이용하여 밀폐되고, 유리 페이스트(6)는 이후에 소성된다.
도면들에 도시된 실시예들은 대안적 또는 부가적으로 일반적 설명의 실시 형태들에 따른 특징들을 포함할 수 있다.
본 발명은 실시예들에 의거한 설명에 의하여 이러한 실시예들에 한정되지 않으며, 각각의 새로운 특징 및 특징들의 각각의 조합을 포함한다. 이는 특히, 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명시적으로 특허 청구범위 또는 실시예들에 제공되지 않더라고 특허 청구범위에서의 특징들의 각 조합을 포괄한다.
1 온도 탐침 2 센서 부재
20 측면 21 전극
3 세라믹 하우징 30 개구부
31 캐비티 311 바닥면
312 함몰부 313 주요 영역
314 측면 포켓 32 돌출부
4 접촉 부재 5 금속화 페이스트
6 유리 실란트 100, 200, 300, 400, 500 방법 단계

Claims (14)

  1. 기능 세라믹 센서 부재(2) 및 세라믹 하우징(3)을 포함하는 온도 탐침(1)에 있어서,
    상기 센서 부재(2)는 상기 세라믹 하우징(3) 내에 배치되되, 상기 센서 부재(2)의 적어도 일 측면(20)이 상기 세라믹 하우징(3)에 직접적으로 그리고 형상 맞춤식으로 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 온도 탐침(1).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹 하우징(3)은 사출 성형 하우징인 것을 특징으로 하는 온도 탐침.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 세라믹 하우징(3)은 개구부(30)를 포함하고, 상기 개구부를 통하여 상기 세라믹 하우징(3)은 절반의 측면에서 개방되고,
    상기 세라믹 하우징(3)은 캐비티(31)를 포함하고, 상기 캐비티는 상기 개구부(30)에 대향되는 바닥면(311)을 포함하며, 상기 바닥면은 계단형 함몰부(312)를 구비하고, 그리고
    상기 센서 부재(2)는 적어도 부분적으로 상기 함몰부(312) 내에 매설되어 배치되는 것을 특징으로 하는 온도 탐침.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 함몰부(312)는 주요 영역(313) 및 상기 주요 영역(313)의 2개의 대향된 측면들에 이웃하는 2개의 측면 포켓들(314)을 포함하고,
    상기 센서 부재(2)는 적어도 부분적으로 상기 주요 영역(313) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 온도 탐침.
  5. 청구항 4에 있어서,
    2개의 접촉 부재들(4)을 포함하고,
    상기 접촉 부재들(4) 각각은 적어도 부분적으로 상기 측면 포켓들(314) 중 하나 내에 배치되고, 상기 센서 부재(2)와 전기 전도적으로 연결되며, 그리고
    상기 접촉 부재들(4)은 상기 세라믹 하우징(3)으로부터 돌출하는 것을 특징으로 하는 온도 탐침.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 센서 부재(2)는 2개의 전극들(21)을 포함하고, 그리고
    상기 접촉 부재들(4)은 각각 상기 측면 포켓들(314) 내에 배치되는 소성된 금속화 페이스트(5)를 이용하여 상기 센서 부재(2)의 전극(21)과 전기 전도적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 온도 탐침.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 하우징(3)의 개구부는 유리 실란트(6)를 이용하여 밀폐되는 것을 특징으로 하는 온도 탐침.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기능 세라믹 센서 부재(2)는 NTC-부재 또는 PTC-부재인 것을 특징으로 하는 온도 탐침.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 부재(2)는 원소들 Y, Ca, Cr, Al, O를 함유하는 페로브스카이트 구조를 포함하거나, 원소들 Ni, Co, Mn, O를 함유하는 스피넬 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 탐침.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 하우징(3)은 0.1 mm와 1 mm 사이의 벽 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 온도 탐침.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 하우징(3)은 알루미늄 옥사이드를 포함하거나 그것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 탐침.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 따른 온도 탐침(1)의 제조 방법에 있어서,
    세라믹 출발 물질, 및 전극(21)을 구비한 기능 세라믹 센서 부재(2)의 준비 단계,
    상기 세라믹 출발 물질을 사출 성형 공정을 이용하여 성형체로 성형하고, 상기 성형체를 소결하여 세라믹 하우징(3)을 제조하는 단계,
    상기 센서 부재(2)를 상기 세라믹 하우징(3) 내에 배치하되, 상기 센서 부재(2)의 적어도 일 측면(20)이 상기 세라믹 하우징(3)에 직접적으로 그리고 형상 맞춤식으로 접촉하도록 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 접촉 부재들(4)은 상기 세라믹 하우징(3) 내에 상기 센서 부재(2)의 배치 후에 각각, 금속화 페이스트(5)를 이용하여 상기 전극들(21)과 전기 전도적으로 연결되고, 상기 금속화 페이스트(5)는 이후에 소성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 세라믹 하우징(3)의 개구부(30)는 유리 페이스트(6)를 이용하여 밀폐되고, 상기 유리 페이스트(6)는 이후에 소성되는 것을 특징으로 하는 방법.
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