(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を閉塞状態に感熱素子４が設置されている。これにより、感熱素子４の少なくとも一部が金属管２の一端部で外部に露出状態となり、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】
開口した一端部を有する金属管と、
該金属管の一端部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、
前記感熱素子が前記金属管の開口した一端部を閉塞すると共に前記金属管の一端部から外部に少なくとも一部が突出状態に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ていると共に前記端子電極が形成された薄膜サーミスタ素子であることを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の温度センサにおいて、
前記感熱素子が、前記絶縁基板の表面側で前記金属管の開口した一端部を外側から閉塞すると共に前記サーミスタ薄膜及び前記端子電極を前記金属管の一端部の開口した部分に対向状態に配していることを特徴とする温度センサ。
【請求項４】
請求項２に記載の温度センサにおいて、
前記金属管が、前記一端部である底部に貫通孔が形成された有底筒状とされ、
前記感熱素子が、前記貫通孔に挿入され、前記絶縁基板の一端側が前記金属管の底部外面から外部に突出していると共に前記絶縁基板の他端側が前記金属管の底部内面から内部に突出した状態で設置されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の温度センサにおいて、
前記絶縁基板の他端側における前記金属管の底部内面から内部に突出した部分に、前記サーミスタ薄膜及び前記端子電極が配置され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は、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、開口した一端部を有する金属管と、該金属管の一端部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、前記感熱素子が前記金属管の開口した一端部を閉塞すると共に前記金属管の一端部から外部に少なくとも一部が突出状態に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、感熱素子が金属管の開口した一端部を閉塞すると共に金属管の一端部から外部に少なくとも一部が突出状態に設置されているので、感熱素子の少なくとも一部が金属管の一端部で外部に露出状態となり、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ていると共に前記端子電極が形成された薄膜サーミスタ素子であ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。
【００１０】
さらに、本発明の温度センサは、前記感熱素子が、前記絶縁基板の表面側で前記金属管の開口した一端部を外側から閉塞すると共に前記サーミスタ薄膜及び前記端子電極を前記金属管の一端部の開口した部分に対向状態に配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、絶縁基板の表面側で金属管の開口した一端部を外側から閉塞するので、絶縁基板の裏面全体が金属管の一端部外側で露出状態となり、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。また、サーミスタ薄膜及び端子電極を金属管の一端部の開口した部分に対向状態に配しているので、サーミスタ薄膜及び端子電極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。さらに、金属管を挿通させたリード線を、金属管の一端部の開口した部分に配された端子電極に接続させることができ、配線が容易になる。
【００１１】
また、本発明の温度センサは、前記金属管が、前記一端部である底部に貫通孔が形成された有底筒状とされ、前記感熱素子が、前記貫通孔に挿入され、前記絶縁基板の一端側が前記金属管の底部外面から外部に突出していると共に前記絶縁基板の他端側が前記金属管の底部内面から内部に突出した状態で設置され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、貫通孔に挿入され、絶縁基板の一端側が金属管の底部外面から外部に突出しているので、絶縁基板の一端側が金属管の底部外面で露出状態となり、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。
【００１２】
さらに、本発明の温度センサは、前記絶縁基板の他端側における前記金属管の底部内面から内部に突出した部分に、前記サーミスタ薄膜及び前記端子電極が配置されていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、絶縁基板の他端側で金属管の底部内面から内部に突出した部分に、サーミスタ薄膜及び端子電極が配置されているので、サーミスタ薄膜及び端子電極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。さらに、リード線を、金属管の底部から外部に出さずに端子電極に接続させることができ、配線が容易になる。
【発明の効果】
【００１３】
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、感熱素子が金属管の開口した一端部を閉塞すると共に金属管の一端部から外部に少なくとも一部が突出状態に設置されているので、感熱素子の少なくとも一部が金属管の一端部で外部に露出状態となり、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】
【００１４】
【図１】本発明に係る温度センサの第１実施形態を示す断面図である。
【図２】第１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】第１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】第１実施形態の温度センサにおいて、感熱素子が設置された金属管の一端部を示す正面図である。
【図５】本発明に係る温度センサの第２実施形態を示す断面図である。
【図６】第２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７】第２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８】第２実施形態の温度センサにおいて、感熱素子が設置された金属管の一端部を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る温度センサの第１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。
【００１６】
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、開口端として開口した一端部を有する筒状の金属管２と、該金属管２の一端部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の他端部に取り付けられたコネクタ６と、を備えている。
【００１７】
上記金属管２は、例えば円筒状のＳＵＳ（ステンレス）管である。
上記感熱素子４は、図３及び図４に示すように、金属管２の開口した一端部を外側から閉塞すると共に金属管２の一端部から外部に突出した状態に設置されている。すなわち、金属管２の一端部の外面に、ロウ等の接着剤７が形成されて、薄板状かつ平面視正方形状の感熱素子４の表面側を貼り付けてこれを接着している。
【００１８】
この感熱素子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が成膜されていると共に一対の上記端子電極３が形成されている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。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。
【００１９】
また、感熱素子４は、絶縁基板８の表面側で金属管２の開口した一端部を外側から閉塞すると共にサーミスタ薄膜９及び端子電極３を金属管２の一端部の開口した部分２ａに対向状態に配している。したがって、金属管２の内径は、感熱素子４の中心軸からサーミスタ薄膜９及び端子電極３の外端までの最大距離より大きいと共に、感熱素子４の中心軸から絶縁基板８の外周までの最短距離よりも小さく設定されている。すなわち、サーミスタ薄膜９及び端子電極３は、金属管２の一端部の開口した部分２ａに対向した範囲に収まるように配置され、絶縁基板８は、金属管２の一端部の開口した部分２ａを完全に閉塞可能な面積及び形状を有している。
【００２０】
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。
なお、金属管２の一端部に固定された感熱素子４の一対の端子電極３とリード線５とは、レーザー溶接又は抵抗溶接等で接合されている。
【００２１】
このように本実施形態の温度センサ１では、感熱素子４が金属管２の開口した一端部を閉塞すると共に金属管２の一端部から外部に一部が突出状態に設置されているので、感熱素子４の一部が金属管２の一端部で外部に露出状態となり、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。
特に、感熱素子４が、絶縁基板８の表面側で金属管２の開口した一端部を外側から閉塞するので、絶縁基板８の裏面全体が金属管２の一端部外側で露出状態となり、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。
【００２２】
また、サーミスタ薄膜９及び端子電極３を金属管２の一端部の開口した部分２ａに対向状態に配しているので、サーミスタ薄膜９及び端子電極３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。さらに、金属管２を挿通させたリード線５を、金属管２の一端部の開口した部分２ａに配された端子電極３に接続させることができ、配線が容易になる。なお、予めリード線５と端子電極３とを接合させてから、感熱素子４を金属管２の一端部に接着しても構わない。
さらに、感熱素子４が、絶縁基板８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。
【００２３】
次に、本発明に係る温度センサの第２実施形態について、図５から図８を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２４】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、金属管２の一端部の開口した部分２ａを外側から閉塞するように感熱素子４が設置されているのに対し、第２実施形態の温度センサ２１では、図５から図８に示すように、金属管２２が、一端部である底部に貫通孔２２ａが形成された有底筒状とされ、感熱素子２４が、貫通孔２２ａに挿入され、絶縁基板２８の一端側が金属管２２の底部外面から外部に突出していると共に絶縁基板２８の他端側が金属管２２の底部内面から内部に突出した状態で設置されている点である。
【００２５】
また、第２実施形態の感熱素子２４は、絶縁基板２８の他端側における金属管２２の底部内面から内部に突出した部分に、サーミスタ薄膜９及び一対の端子電極３が配置されている。
すなわち、第２実施形態では、金属管２２の底部に感熱素子２４が挿通可能な矩形状の貫通孔２２ａが形成され、該貫通孔２２ａの内面にロウ等の接着剤７が形成されて、感熱素子２４を中央部分まで挿通した状態で接着剤７により接着固定している。
【００２６】
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。
【００２７】
感熱素子２４は、図６及び図７に示すように、絶縁基板２８の後端側半分の表面にサーミスタ薄膜９と一対の端子電極３とが配置されており、接着剤７で貫通孔２２ａに接着される中央部分及び金属管２２の底部から外部に突出する先端側半分には、サーミスタ薄膜９と一対の端子電極３とは形成されていない。
【００２８】
このように第２実施形態の温度センサ２１では、感熱素子２４が、貫通孔２２ａに挿入され、絶縁基板２８の一端側が金属管２２の底部外面から外部に突出しているので、絶縁基板２８の一端側が金属管２２の底部外面で露出状態となり、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。
【００２９】
また、絶縁基板２８の他端側で金属管２２の底部内面から内部に突出した部分に、サーミスタ薄膜９及び端子電極３が配置されているので、サーミスタ薄膜９及び端子電極３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。さらに、リード線５を、金属管２２の底部から外部に出さずに端子電極３に接続させることができ、配線が容易になる。
【００３０】
なお、本発明の技術範囲は上記各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。
【００３１】
例えば、上記各実施形態では、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。
【符号の説明】
【００３２】
１…温度センサ、２，２２…金属管、２ａ…金属管の一端部の開口した部分、２２ａ…貫通孔、３…端子電極、４，２４…感熱素子、５…リード線、７…接着剤、８，２８…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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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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