JP2011043485A - Temperature sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばEGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスの温度測定に好適な温度センサに関する。 The present invention relates to a temperature sensor suitable for temperature measurement of, for example, EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas.
ディーゼルエンジンを搭載した自動車等では、O2の少ない排気ガスを再び燃焼工程へ送り燃焼温度を下げることで、窒素酸化物(NOx)の排出量を低減させるEGR(Exhaust Gas Recirculation:排気ガス再循環)システムが採用されている。
このEGRシステムでは、EGRバルブ(排ガス還流制御弁)の吸入ポートにEGRガスの温度を検出するための温度センサが取り付けられ、最適な酸素濃度制御が行われている。
In automobiles equipped with diesel engines, exhaust gas recirculation (EGR) that reduces the emission of nitrogen oxides (NOx) by reducing the combustion temperature by sending exhaust gas with low O 2 to the combustion process again. ) The system is adopted.
In this EGR system, a temperature sensor for detecting the temperature of EGR gas is attached to an intake port of an EGR valve (exhaust gas recirculation control valve), and optimal oxygen concentration control is performed.
従来、ERGガス等の温度検出用の温度センサとして、例えば、特許文献1及び2には、円錐状のガラスタイプサーミスタをセメントやシリコーンオイル等の充填剤と共に金属管に挿入したサーミスタ温度センサが提案されている。
また、特許文献3には、セラミックスリード保持部上に感温抵抗体膜を形成し、セラミックスリード保持部を金属管の底にロウ等で接着した技術が提案されている。
Conventionally, as temperature sensors for temperature detection of ERG gas etc., for example,
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来の特許文献1及び2に記載されている技術のように、セメントやシリコーンオイル等の充填剤を金属管に挿入している場合、熱容量が大きくなるため、熱応答性が悪くなり、EGRガスの温度測定のように高速熱応答性が要求される場合には不適であるという不都合があった。また、特許文献3に記載されている技術のように、金属管の底に感温抵抗体膜が形成された板状の素子を接着した場合、応答性は向上するが、さらなる熱応答性の高速化が要望されている。
The following problems remain in the conventional technology.
That is, as in the techniques described in the
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、EGRガス等の温度測定用として、熱応答性をさらに向上させることができる温度センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a temperature sensor that can further improve thermal responsiveness for temperature measurement of EGR gas or the like.
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の温度センサは、有底筒状の金属管と、該金属管の底部内面に設置され一対の端子電極が形成された感熱素子と、前記一対の端子電極に接続された一対のリード線と、を備え、前記金属管の底部に貫通孔が形成され、該貫通孔を閉塞状態にして前記感熱素子が設置されていることを特徴とする。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is, the temperature sensor of the present invention includes a bottomed cylindrical metal tube, a thermal element installed on the inner surface of the bottom of the metal tube, and a pair of terminal electrodes, and a pair of terminal electrodes connected to the pair of terminal electrodes. And a lead wire, wherein a through hole is formed in the bottom of the metal tube, and the thermal element is installed with the through hole closed.
すなわち、この温度センサでは、金属管の底部に貫通孔が形成され、該貫通孔を閉塞状態にして感熱素子が金属管の底部内面に設置されているので、感熱素子の一部が貫通孔を介して露出状態となり、直接的に外部の排気ガス等の雰囲気ガスと接触可能になることで、熱応答性を向上させることができる。 That is, in this temperature sensor, a through hole is formed at the bottom of the metal tube, and the thermal element is installed on the inner surface of the bottom of the metal tube with the through hole closed, so that a part of the thermal element has the through hole. Thus, the thermal responsiveness can be improved by being in an exposed state and being able to directly contact an ambient gas such as an external exhaust gas.
また、本発明の温度センサは、前記感熱素子が、絶縁基板の表面上にサーミスタ薄膜が成膜された薄膜サーミスタ素子であり、前記絶縁基板の裏面で前記貫通孔を閉塞していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、感熱素子が、絶縁基板の表面上にサーミスタ薄膜が成膜された薄膜サーミスタ素子であるので、感熱素子自体の熱容量も小さく、熱応答性をより向上させることができる。さらに、絶縁基板の裏面で貫通孔を閉塞しているので、表面に形成されたサーミスタ薄膜に外部の排気ガス等の雰囲気ガスが直接触れず、サーミスタ薄膜の劣化等の影響を防ぐことができ、高い信頼性を確保することができる。
In the temperature sensor of the present invention, the thermosensitive element is a thin film thermistor element in which a thermistor thin film is formed on the surface of an insulating substrate, and the through hole is closed on the back surface of the insulating substrate. And
That is, in this temperature sensor, since the thermal element is a thin film thermistor element in which a thermistor thin film is formed on the surface of the insulating substrate, the thermal capacity of the thermal element itself is small, and the thermal responsiveness can be further improved. Furthermore, since the through hole is closed on the back surface of the insulating substrate, the ambient gas such as external exhaust gas does not directly touch the thermistor thin film formed on the surface, and the influence of deterioration of the thermistor thin film can be prevented. High reliability can be ensured.
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度センサによれば、金属管の底部に貫通孔が形成され、該貫通孔を閉塞状態にして感熱素子が金属管の底部内面に設置されているので、感熱素子の一部が貫通孔を介して露出状態となり、直接的に外部の排気ガス等の雰囲気ガスと接触可能になることで、熱応答性を向上させることができる。したがって、本発明の温度センサは、高い熱応答性が得られ、EGRガスの温度検出用として好適である。
The present invention has the following effects.
That is, according to the temperature sensor of the present invention, the through hole is formed in the bottom of the metal tube, and the thermal element is installed on the inner surface of the bottom of the metal tube with the through hole being closed. The part is exposed through the through hole, and can be directly brought into contact with an ambient gas such as an external exhaust gas, thereby improving the thermal response. Therefore, the temperature sensor of the present invention has high thermal responsiveness and is suitable for detecting the temperature of EGR gas.
以下、本発明に係る温度センサの一実施形態を、図1から図4を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, an embodiment of a temperature sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. In each drawing used for the following description, the scale is appropriately changed in order to make each member recognizable or easily recognizable.
本実施形態の温度センサ1は、図1及び図2に示すように、例えばディーゼルエンジンのEGRガスの温度検出用としてEGRバルブの吸入ポートに取り付けられる温度センサであって、有底筒状の金属管2と、該金属管2の底部内面に設置され一対の端子電極3が形成された感熱素子4と、一対の端子電極3に接続された一対のリード線5と、金属管2の開口端部に取り付けられたコネクタ6と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
上記金属管2は、例えば有底円筒状のSUS(ステンレス)管である。
この金属管2の底部には、図3及び図4に示すように、貫通孔2aが形成され、該貫通孔2aを閉塞状態にして感熱素子4が設置されている。すなわち、円形状の貫通孔2aが、金属管2の底部の中央に形成されている。また、金属管2の底部内面には、薄板状かつ平面視長方形状の感熱素子4の外形状に対応して、貫通孔2aの周囲にロウ等の接着剤7が形成されて、感熱素子4を底部内面に接着している。
The
As shown in FIGS. 3 and 4, a
上記感熱素子4は、アルミナ又は窒化アルミニウム等のセラミックス基板である絶縁基板8上にサーミスタ薄膜9が成膜された薄膜サーミスタ素子である。
例えば、感熱素子4としては、Mn−Co系複合金属酸化物(例えば、Mn3O4−Co3O4系複合金属酸化物)又はMn−Co系複合金属酸化物にNi、Fe、Cuの少なくとも一種類を含む複合金属酸化物(例えば、Mn3O4−Co3O4−Fe2O3系複合金属酸化物)からなる複合金属酸化物膜のサーミスタ薄膜9と、この複合金属酸化物膜上に形成された櫛形電極等の一対の膜上電極(図示略)と、これら膜上電極に接続された上記端子電極3と、を備えた薄膜サーミスタ素子を採用している。 上記貫通孔2aは、絶縁基板8の裏面で閉塞されていると共に、サーミスタ薄膜9の直下に配されている。また、サーミスタ薄膜9を覆う形態でSiO2、Si3N4、HfO2等の保護膜を形成することで、外気からのO2の進入を阻止することが可能となり、電気特性が安定する。
The thermal element 4 is a thin film thermistor element in which a thermistor
For example, as the thermal element 4, Mn—Co based composite metal oxide (for example, Mn 3 O 4 —Co 3 O 4 based composite metal oxide) or Mn—Co based composite metal oxide may be made of Ni, Fe, or Cu. A thermistor
上記コネクタ6は、金属管2の開口端部を取り付けるネジ部10と、温度検出回路等に接続された配線11の端部が固定された本体部12と、で構成されている。なお、金属管2内のリード線5は、ネジ部10を挿通されて本体部12内の配線11と接続されている。このコネクタ6は、例えば樹脂成形で作製される。
The connector 6 includes a
上記感熱素子4を金属管2に取り付けるには、図4の(a)に示すように、まず、金属管2の底部内面に貫通孔2aを形成しておく。この際、貫通孔2aは、取り付ける感熱素子4の絶縁基板8の裏面側面積よりも小さい面積に設定しておく。なお、孔径の面積は、接着面の強度を考慮して、素子裏面の面積の1/2以下、熱応答性を考慮して素子裏面の面積の1/3以上に設定しておく。
また、予めリード線5と感熱素子4の端子電極3とを接合させておく。なお、この接合は、レーザー溶接又は抵抗溶接等で行う。
In order to attach the thermal element 4 to the
Further, the
次に、図4の(b)に示すように、貫通孔2aの周囲に感熱素子4の外形状に合わせてロウ等の接着剤7を形成する。なお、感熱素子4の裏面に、予め貫通孔2aに対向する部分を除いてロウ等の接着剤7を形成しておいても構わない。さらに、図5の(c)に示すように、貫通孔2aを絶縁基板8の裏面で閉塞するようにして感熱素子4を金属管2の底部内面に設置し、絶縁基板8の裏面と底部内面とを接着剤7によって接着する。なお、感熱素子4を接着した後に、リード線5と端子電極3とを接合させても構わない。
Next, as shown in FIG. 4B, an adhesive 7 such as wax is formed around the through
接着剤7について、ロウ材を使用する場合は、メタライズ不要の活性銀ロウを使用する。予め基板にペースト状のロウ材を塗布しておき、Ar雰囲気で780〜800℃、5min保持することで、セラミックス基板とステンレスの金属とが接続可能となる。また、予めセラミックス基板をメタライズ処理(Mo−Mn、又はMo−W、又はTiにNi、Auめっき)し、Agロウを使用することも可能である。
また、アルミナ基板に対して、セラミックス接着剤を使用する場合は、アルミナの熱膨張率7.9×10−6 /Kとステンレスの熱膨張率16.6×10−6 /Kとの中間に熱膨張率が位置するマグネシア系接着剤(12.6×10−6 /K)が最適であり、セラミック基板に塗布した後、93℃、2hでキュアして接着を行う。なお、アルミナ系接着剤も、使用環境の温度差が比較的少ない環境ならば使用可能である。
For the
In addition, when a ceramic adhesive is used for an alumina substrate, the thermal expansion coefficient of alumina is 7.9 × 10 −6 / K and the thermal expansion coefficient of stainless steel is 16.6 × 10 −6 / K. A magnesia-based adhesive (12.6 × 10 −6 / K) in which the coefficient of thermal expansion is located is optimal, and after being applied to a ceramic substrate, it is cured at 93 ° C. for 2 hours for adhesion. Alumina-based adhesives can also be used in environments where the temperature difference in the usage environment is relatively small.
このように本実施形態の温度センサ1では、金属管2の底部に貫通孔2aが形成され、該貫通孔2aを閉塞状態にして感熱素子4が金属管2の底部内面に設置されているので、感熱素子4の一部が貫通孔2aを介して露出状態となり、直接的に外部の排気ガス等の雰囲気ガスと接触可能になることで、熱応答性を向上させることができる。
As described above, in the
また、感熱素子4が、絶縁基板5の表面上にサーミスタ薄膜9が成膜された薄膜サーミスタ素子であるので、感熱素子4自体の熱容量も小さく、熱応答性をより向上させることができる。さらに、絶縁基板5の裏面で貫通孔2aを閉塞しているので、表面に形成されたサーミスタ薄膜9に外部の排気ガス等の雰囲気ガスが直接触れず、サーミスタ薄膜9の劣化等の影響を防ぐことができ、高い信頼性を確保することができる。
Further, since the thermal element 4 is a thin film thermistor element in which the thermistor
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態では、上述したように、サーミスタ薄膜を用いた薄膜サーミスタ素子を感熱素子とすることが好ましいが、バルクのサーミスタ素子を用いたチップサーミスタの感熱素子を採用しても構わない。
また、上記実施形態では、感熱素子を金属管に取り付ける際に、予め金属管の底部内面に貫通孔を形成しているが、感熱素子を金属管の底部内面にロウ等の接着剤で固定した後に、金属管の底部外面から貫通孔を形成しても構わない。
For example, in the above embodiment, as described above, it is preferable to use a thin film thermistor element using a thermistor thin film as the heat sensitive element, but a chip thermistor heat sensitive element using a bulk thermistor element may be adopted.
In the above embodiment, when the thermal element is attached to the metal tube, the through hole is formed in advance on the inner surface of the bottom of the metal tube, but the thermal element is fixed to the inner surface of the bottom of the metal tube with an adhesive such as wax. Later, a through hole may be formed from the outer surface of the bottom of the metal tube.
1…温度センサ、2…金属管、2a…貫通孔、3…端子電極、4…感熱素子、5…リード線、7…接着剤、8…絶縁基板、9…サーミスタ薄膜
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該金属管の底部内面に設置され一対の端子電極が形成された感熱素子と、
前記一対の端子電極に接続された一対のリード線と、を備え、
前記金属管の底部に貫通孔が形成され、該貫通孔を閉塞状態にして前記感熱素子が設置されていることを特徴とする温度センサ。 A bottomed cylindrical metal tube,
A thermal element installed on the bottom inner surface of the metal tube and having a pair of terminal electrodes formed thereon;
A pair of lead wires connected to the pair of terminal electrodes,
A temperature sensor, wherein a through hole is formed in a bottom portion of the metal tube, and the thermal element is installed with the through hole closed.
前記感熱素子が、絶縁基板の表面上にサーミスタ薄膜が成膜された薄膜サーミスタ素子であり、
前記絶縁基板の裏面で前記貫通孔を閉塞していることを特徴とする温度センサ。 The temperature sensor according to claim 1,
The thermosensitive element is a thin film thermistor element in which a thermistor thin film is formed on the surface of an insulating substrate,
A temperature sensor characterized in that the through hole is closed on the back surface of the insulating substrate.
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