(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  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が形成された感熱素子４と、一対の端子電極に接続された一対のリード線５と、を備え、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が設置されている。これにより、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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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温度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の温度センサにおいて、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−４３２２０号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４２０３号公報
【特許文献３】特開昭６０−２１５５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る温度センサの一実施形態を示す断面図である。
【図２】本実施形態の温度センサにおいて、要部を拡大した断面図である。
【図３】本実施形態の温度センサにおいて、感熱素子を示す平面図である。
【図４】本実施形態の温度センサにおいて、金属管の底部内面を示す図、接着剤を形成した際のＡ−Ａ線断面図及び感熱素子を設置した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【符号の説明】
【００２４】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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