DE102016219825A1

DE102016219825A1 - Temperatursensor

Info

Publication number: DE102016219825A1
Application number: DE102016219825.4A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Nakanishi; Seiji Oya; Toshiya OYA
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2017-04-13
Anticipated expiration: 2036-10-13
Also published as: DE102016219825B4; JP2017075799A

Abstract

Aufgabe: Bereitstellung eines Temperatursensors, der die Bildung eines Kurzschlusses an Kerndrähten unterdrücken kann. Lösung: Ein Temperatursensor 1 umfasst ein temperaturempfindliches Element 13; ein Mantelelement 3 mit Mantelkerndrähten 15, ein Isolierelement 17 und ein Abdeckelement 19; und eine Abdeckung 5, die diese Elemente aufnimmt. Das Isolierelement 17 enthält ein Glaselement 65, das an einer vorderen Stirnseite angeordnet ist, und einen Isolator 69, der an einer hinteren Stirnseite angeordnet ist. Die Oberflächenrauheit Ra einer Stirnfläche des Isolierelements 17 an der vorderen Stirnseite davon (d. h., eine vordere Stirnfläche 71 des Glaselements 65 an der vorderen Stirnseite) ist niedriger als die Oberflächenrauheit Ra einer Innenumfangsfläche 75 der Abdeckung 5. Selbst wenn somit der Temperatursensor 1 bei hoher Temperatur verwendet wird, ist es wahrscheinlich, dass eine Metallkomponente (insbesondere ein Metalloxid), die von der Innenumfangsfläche 75 der Abdeckung 5 verdampft, an der Innenumfangsfläche 75 der Abdeckung 5, die eine hohe Oberflächenrauheit Ra aufweist, anhaftet, während es unwahrscheinlich ist, dass diese an der vorderen Stirnfläche 71 des Glaselements 65, das eine geringe Oberflächenrauheit Ra aufweist, anhaftet.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperatursensor zur Temperaturerfassung von beispielsweise Abgasen, die aus einem Fahrzeugmotor, einem stationären Allzweckmotor usw. abgegeben werden.
[Stand der Technik]
Beispielsweise umfasst ein Temperatursensor zur Erfassung von beispielsweise der Temperatur eines Abgases, das aus einem Motor abgegeben wird, ein temperaturempfindliches Element, ein Mantelelement und ein metallisches Abdeckelement (Abdeckung) (siehe Patentdokument 1).
In dem herkömmlichen Temperatursensor ist das temperaturempfindliche Element mit den Kerndrähten des Mantelelements elektrisch verbunden, und das metallische Abdeckelement bedeckt das temperaturempfindliche Element, die Kerndrähte und das Mantelelement.
Beispiele für das temperaturempfindliche Element umfassen ein Element mit einem metallischen Widerstand (beispielsweise ein Platinwiderstand), dessen elektrische Eigenschaften (elektrischer Widerstand) sich mit der Temperatur ändern, und ein Thermistor-Element mit einem elektrisch leitenden gesinterten Oxid, dessen elektrische Eigenschaften (elektrischer Widerstand) sich mit der Temperatur ändern.
Das Mantelelement umfasst die Kerndrähte, die mit dem temperaturempfindlichen Element elektrisch verbunden sind, ein Isolierelement, das in Umfangsrichtung die Kerndrähte umgibt und ein rohrförmiges Abdeckelement, das aus einem Metall gebildet ist und das Isolierelement bedeckt. Längliche gegenüberliegende Enden des rohrförmigen Abdeckelements sind offen ausgebildet. Das Isolierelement ist zur Außenseite an den gegenüberliegenden Enden des Abdeckelements freigelegt.
Das metallische Abdeckelement ist ein rohrförmiges Element, das aus einem Metall gebildet ist und das temperaturempfindliche Element, die Kerndrähte und das Mantelelement aufnimmt. Ein vorderes Ende des metallischen Abdeckelements ist verschlossen, um zu verhindern, dass das temperaturempfindliche Element, die Kerndrähte etc. freiliegen.
Der zuvor beschriebene Temperatursensor wird beispielsweise in einer Arbeitsumgebung mit einer Temperatur von weniger als 850°C zur Erfassung der Temperatur eines Abgases, das aus einem Motor abgegeben wird, etc., verwendet.
Stand der Technik Dokument
[Patentliteratur]
Patentdokument

[Patentdokument 1] Offengelegte japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 2006-234632

[Zusammenfassung der Erfindung]
Das durch die vorliegende Erfindung zu lösende Problem
In den vergangenen Jahren hat sich jedoch aufgrund der Verringerung der Motorengröße die Arbeitsumgebung des Temperatursensors zu höheren Temperaturen verschoben (beispielsweise 850°C oder höher), wodurch es in herkömmlichen Temperatursensoren zu Defekten kommen kann.
Wird insbesondere eine metallische Komponente (zum Beispiel das metallische Abdeckelement) des Temperatursensors einer hohen Temperatur ausgesetzt, kann es zu einer Anreicherung von Metalloxid, das durch die metallische Komponente gebildet wird (aus verdampftem Metall erzeugtes Metalloxid), zwischen den Kerndrähten kommen, die aus der vorderen Stirnfläche des Mantelelements ragen. Dementsprechend kann sich der Widerstand zwischen den Kerndrähten verringern (das heißt, es kann sich ein Kurzschluss bilden), wodurch es möglicherweise zur Verschlechterung der Messgenauigkeit des Temperatursensors kommt.
Angesichts des obigen Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Temperatursensor bereitzustellen, der die Bildung eines Kurzschlusses in Kerndrähten unterdrücken kann.
[Lösung des Problems]

(1) Ein Temperatursensor gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein temperaturempfindliches Element, ein Mantelelement und eine metallische Abdeckung. Das temperaturempfindliche Element ist an einer vorderen Stirnseite in einer Längsrichtung vorgesehen und weist eine elektrische Eigenschaft auf, die sich mit der Temperatur ändert. Das Mantelelement umfasst wenigstens einen Elektrodendraht, der sich in der Längsrichtung erstreckt und elektrisch mit dem temperaturempfindlichen Element verbunden ist, ein Isolierelement, das elektrisch isolierend ist und in Umfangsrichtung den Elektrodendraht bedeckt, und ein Abdeckelement, das aus einem Metall gebildet ist, in Umfangsrichtung das Isolierelement mit wenigstens einem Teil des Abdeckelements in der Längsrichtung abdeckt und an einem vorderen Ende in der Längsrichtung offen ausgebildet ist.

Die metallische Abdeckung bedeckt das temperaturempfindliche Element, den Elektrodendraht (das heißt, einen Abschnitt des Elektrodendrahts, der zwischen dem temperaturempfindlichen Element und dem Isolierelement angeordnet ist), und die vordere Stirnfläche des Isolierelements (das heißt, die Stirnfläche des Isolierelements auf der vorderen Stirnseite), und verschließt einen Raum, der sich aufgrund der Abdeckung bildet (das heißt, die metallische Abdeckung ist ein rohrförmiges Element, dessen vorderes Ende in der Längsrichtung verschlossen ist).
Ferner ist in dem Temperatursensor (einem sog. geschlossenen Temperatursensor, dessen vorderes Ende verschlossen ist), eine Oberflächenrauheit Ra in der vorderen Stirnfläche des Isolierelements niedriger als eine Oberflächenrauheit Ra einer Innenumfangsfläche der metallischen Abdeckung, die vor der vorderen Stirnfläche des Isolierelements angeordnet ist.
Selbst wenn somit der Temperatursensor in einer Hochtemperaturumgebung verwendet wird (beispielsweise 850°C oder höher), ist es wahrscheinlich, dass eine Metallkomponente, die von der Innenumfangsfläche der metallischen Abdeckung verdampft (genauer gesagt, ein elektrisch leitendes Metalloxid, das sich durch die Oxidation der Metallkomponente bildet), durch die Innenumfangsfläche der metallischen Abdeckung, die eine hohe Oberflächenrauheit Ra aufweist. festgehalten wird, während es unwahrscheinlich ist, dass sie an der vorderen Stirnfläche des Isolierelements, dessen Oberflächenrauheit Ra niedrig ist, anhaftet. Dementsprechend ist es unwahrscheinlich, dass sich das Metalloxid auf der vorderen Stirnfläche des Isolierelements ansammelt.
Folglich wird eine hohe elektrische Isolationsleistung zwischen den Elektrodendrähten (das heißt, zwischen den Elektrodendrähten, die aus der vorderen Stirnfläche des Isolierelements ragen) und zwischen den Elektrodendrähten und den peripheren Elementen, die aus einem Metall gebildet sind (beispielsweise die metallische Abdeckung) aufrecht erhalten. Das heißt, da es unwahrscheinlich ist, dass die Elektrodendrähte einen Kurzschluss erleiden, ist es unwahrscheinlich, dass sich die Messgenauigkeit verschlechtert. Somit verbessert sich die Haltbarkeit des Temperatursensors.
Die Oberflächenrauheit Ra ist eine arithmetische Mittenrauheit Ra (siehe JIS B 0601: 2013).
Insbesondere können die Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche der Metallabdeckung und die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche des Isolierelements auf der Grundlage ihrer Werte (der Oberflächenrauheit Ra), die durch vergleichbare Messverfahren unter denselben Bedingungen erhalten werden (beispielsweise wird der gleiche cut-off-Wert λc verwendet), verglichen werden.
Die Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche der Metallabdeckung liegt beispielsweise in einem Bereich von 11 μm bis 16 μm. Die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche des Isolierelements liegt beispielsweise in einem Bereich von 4 μm bis 15 μm.
Beispiele der Metalle, die zur Bildung des Abdeckelements und der metallischen Abdeckung verwendet werden, umfassen unterschiedliche reine Metalle und Legierungen; beispielsweise Metalle mit hoher Wärmebeständigkeit, die sich im Gebrauch bei 850°C oder höher aller Voraussicht nach nicht verschlechtert; insbesondere Edelstahllegierungen, wie beispielsweise SUS310S.
Es können mehrere elektrisch leitende Drähte durch Löten oder dergleichen verbunden werden, um diese als einzelnen Elektrodendraht zu verwenden (beispielsweise können Leitungsdrähte, die sich von dem temperaturempfindlichen Element erstrecken, mit den Mantelkerndrähten verbunden werden).
Der Isolierwiderstand, der kennzeichnend für die elektrische Isolierung des Isolierelements ist. liegt in einem Bereich von beispielsweise 0,01 MΩ bis 1.000 MΩ bei 900°C.

(2) In einem Temperatursensor gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Abschnitt des Isolierelements, das die vordere Stirnfläche des Isolierelements bildet, aus einem Glaselement, das im Wesentlichen aus Glas gebildet ist, hergestellt.

Ein vorderer Endabschnitt des Isolierelements ist aus dem elektrisch isolierenden Glaselement gebildet. Die Oberflächenrauheit Ra des Glaselements ist niedriger als die Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche der metallischen Abdeckung. Da es demnach unwahrscheinlich ist, dass ein Metalloxid an der Oberfläche des Glaselements anhaftet, tritt kein Kurzschluss in den Elektrodendrähten auf.
Da Glas wasserundurchlässig ist, kann durch das Glaselement, das den vorderen Endabschnitt des Isolierelements bedeckt, das Eindringen von Wasser in das Isolierelement unterdrückt werden. Ferner kann durch Erhöhen des Isolierwiderstands des Glaselements, indem die Komponenten des Glaselements eingestellt werden, etc. die elektrische Isolierleistung verbessert werden.
Insbesondere ist mit dem Ausdruck ”hauptsächlich aus Glas gebildet” bei den Materialien, die zur Bildung des Glaselements gebildet werden, gemeint, dass der größte darin enthaltene Anteil Glas umfasst (das heißt, der Glasgehalt in Masse-% ist am höchsten). Wie im Nachfolgenden beschrieben, können als Glas unterschiedliche Glasarten (Glasarten, die bei einer Arbeitstemperatur nicht weich werden), wie beispielsweise Aluminiumsilikatglas, eingesetzt werden.
Insbesondere liegt die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche des Glaselements beispielsweise in einem Bereich von 4 μm bis 8 μm.

(3) In einem Temperatursensor gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Isolierelement einen Isolator, der hinter dem Glaselement angeordnet ist, wobei das Glaselement eine höhere elektrische Isolierleistung als der Isolator aufweist.

Das heißt, das Isolierelement kann das Glaselement, das an der vorderen Stirnseite angeordnet ist, und den Isolator (ein Isolator, der sich von dem Glaselement unterscheidet und elektrische Isoliereigenschaften aufweist), der hinter dem Glaselement angeordnet ist, umfassen.
Da bei dieser Struktur die elektrische Isolierleistung (Isolierwiderstand) des Glaselements höher als jene des Isolators ist, verbessert sich die elektrische Isolierleistung der vorderen Stirnfläche des Isolierelements. Somit verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass an der vorderen Stirnfläche ein Kurzschluss auftritt.
Das Isolierelement kann eine andere Struktur als die zuvor erwähnte Struktur aufweisen. Beispielsweise kann das Isolierelement vollständig einen Isolator umfassen. In diesem Fall ist der Isolator an der vorderen Stirnfläche des Isolierelements freigelegt.
Als Material für den Isolator kann Magnesiumoxid (MgO), das elektrische Isoliereigenschaften aufweist, oder dergleichen verwendet werden. Die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche dieses Isolators liegt beispielsweise in einem Bereich von 4 μm bis 15 μm.
Der Isolierwiderstand des Glaselements liegt beispielsweise in einem Bereich von 0,01 MΩ bis 10.000 MΩ bei 900°C. Der Isolationswiderstand des Isolators liegt beispielsweise in einem Bereich von 0,01 MΩ bis 1.000 MΩ bei 900°C.

(4) In einem Temperatursensor gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Zementelement, das aus einem Zement gebildet ist, in dem Raum, der sich in der metallischen Abdeckung und vor dem vorderen Ende des Isolierelements befindet, angeordnet.

Indem beispielsweise der Zement in die metallische Abdeckung eingebracht wird, kann das temperaturempfindliche Element etc. fixiert werden. Da das aus Zement gebildete Zementelement porös ist, kann es durch das Metall, das von der Innenumfangsfläche der metallischen Abdeckung verdampft, zu einer Anhaftung eines Metalloxids an der vorderen Stirnfläche des Isolierelements kommen. Da jedoch in diesem Temperatursensor die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche des Isolierelements niedriger als jene eines Abschnitts der Innenumfangsfläche der metallischen Abdeckung ist, die vor der vorderen Stirnfläche des Isolierelements angeordnet ist, kann ein Anhaften eines Metalloxids an der vorderen Stirnfläche des Isolierelements unterdrückt werden. Folglich wird ein Kurzschluss der Elektrodendrähte unterdrückt.

(5) In einem Temperatursensor gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist zwischen dem Bindemittelelement und der vorderen Stirnfläche des Isolierelements ein Spalt vorhanden.

Im Falle des Vorhandenseins eines Spalts zwischen dem Bindemittelelement und dem Isolierelement kann ein Metalloxid, das durch ein von der Innenumfangsfläche der metallischen Abdeckung verdampftes Metall entsteht, an der vorderen Stirnfläche des Isolierelements anhaften. Durch Ausbilden der zuvor beschriebenen Oberflächenrauheit Ra kann ein Anhaften eines Metalloxids an der vorderen Stirnfläche des Isolierelements unterdrückt werden. Folglich wird ein Kurzschluss der Elektrodendrähte unterdrückt.

(6) In einem Temperatursensor gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die vordere Stirnfläche des Isolierelements in Richtung der vorderen Stirnseite konvex ausgebildet.

Folglich nimmt, verglichen mit dem Fall, in dem die vordere Stirnfläche eben ausgebildet ist, die Kriechstrecke zwischen den Elektrodendrähten oder zwischen den Elektrodendrähten und der metallischen Abdeckung zu, wodurch ein Kurzschluss der Elektrodendrähte unterdrückt werden kann.

(7) In einem Temperatursensor gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die vordere Stirnfläche des Isolierelements eine Wellung auf, deren Rauheit größer als die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche ist.

Das heißt, die vordere Stirnfläche des Isolierelements umfasst eine Wellung, deren arithmetische Mittenwellenheit Wa (JIS B 0601: 2013) größer ist als die Oberflächenrauheit (arithmetische Mittenrauheit Ra) der vorderen Stirnfläche ist (es wird der gleiche Cut-off-Wert λc verwendet).
Dementsprechend nimmt, verglichen mit dem Fall, bei dem die vordere Stirnfläche flach ausgebildet ist und keine Wellung aufweist, die Kriechstrecke zwischen den Elektrodendrähten oder zwischen den Elektrodendrähten und der metallischen Abdeckung zu, wodurch ein Kurzschluss der Elektrodendrähte unterdrückt werden kann.
Die Welligkeit der Wellung ist beispielsweise eine arithmetische Mittenwelligkeit Wa, die mit einer Abtastlänge von 0,25 mm und einem Cut-off-Wert λc von 0,25 mm erhalten wird.
Insbesondere können bekannte Verfahren (JIS B 0601: 2013) zur Messung der Oberflächenrauheit (arithmetische Mittenrauheit) Ra und der Welligkeit (arithmetische Mittenwelligkeit) Wa verwendet werden. Beispielsweise wird ein Oberflächenprofil aus einer realen Oberfläche erhalten; ein Rauheitsprofil wird durch das Oberflächenprofil unter Verwendung eines Hochpassfilters mit dem Cut-off-Wert λc erhalten; und die Oberflächenrauheit Ra (arithmetische Mittenrauheit Ra) wird aus dem Rauheitsprofil erhalten. Ferner wird ein Welligkeitsprofil aus dem Oberflächenprofil unter Verwendung eines Bandpassfilters mit einem Cut-off-Wert λc bis λf als Passband erhalten; danach wird die Welligkeit (arithmetische Mittenwelligkeit Wa) aus dem Welligkeitsprofil erhalten.
Indes kann die Oberflächenrauheit Ra und die Welligkeit Wa an einem Punkt gemessen werden; jedoch werden die Oberflächenrauheit Ra und die Welligkeit Wa vorzugsweise an mehreren Punkten gemessen (beispielsweise an acht oder mehr Punkten) und ein Durchschnittswert aus den Messwerten ermittelt.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 zeigt eine Schnittansicht eines Teilausschnitts der Struktur eines Temperatursensors einer ersten Ausführungsform.
2(a) zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Ausschnitts eines axialen Vorderendabschnitts des Temperatursensors, und 2(b) zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 2(a).
3(a) zeigt eine Draufsicht der Außenstruktur eines temperaturempfindlichen Elements, an das Mantelkerndrähte eines Mantelelements angeschlossen werden, und 3(b) zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der 3(a).
4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Ausschnitts eines axialen Vorderendabschnitts eines Temperatursensors einer zweiten Ausführungsform.
5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Ausschnitts eines axialen Vorderendabschnitts eines Temperatursensors einer dritten Ausführungsform.
6(a) zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Ausschnitts, der schematisch und teilweise einen axialen Vorderendabschnitt eines Temperatursensors einer vierten Ausführungsform darstellt; 6(b) zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Ausschnitts, der schematisch und teilweise einen axialen Vorderendabschnitt eines Temperatursensors einer fünften Ausführungsform darstellt; und 6(c) zeigt eine vergrößerte Schrittansicht eines Ausschnitts, der schematisch und teilweise einen axialen Vorderendabschnitt eines Temperatursensors einer sechsten Ausführungsform darstellt.
7 zeigt ein Diagramm, das den Einfluss der Metalloxid-Anreicherung auf der Mantelstirnfläche (Einfluss auf den Widerstand) darstellt.
8(a) zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Ausschnitts, der einen axialen Vorderendabschnitt eines Temperatursensors einer weiteren Ausführungsform darstellt, und 8(b) zeigt eine perspektivische Ansicht, die teilweise einen vorderen Endabschnitt eines Temperatursensors einer weiteren Ausführungsform darstellt.
9(a) zeigt eine vergrößerte ausgeschnittene Schnittansicht eines axialen Vorderendabschnitts eines Temperatursensors einer noch weiteren Ausführungsform, und 9(b) zeigt eine vergrößerte ausgeschnittene Schnittansicht eines axialen Vorderendabschnitts eines Temperatursensors einer noch weiteren Ausführungsform.
[Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
Im Nachfolgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
[1. Erste Ausführungsform]
[1-1. Allgemeine Struktur]
Im Nachfolgenden wird ein Temperatursensor 1 gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. Der Temperatursensor 1 ist dazu ausgebildet, die Abgastemperatur eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen zu erfassen.
Wie in 1 gezeigt, weist der Temperatursensor 1 eine in einer Axialrichtung länglich ausgebildete Form auf. Der Temperatursensor 1 ist beispielsweise an einem Gasströmungsrohr, wie beispielsweise einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors befestigt, so dass dessen vordere Stirnseite in dem Gasströmungsrohr, durch das ein Messzielgas (Abgas) fließt, angeordnet ist, um so die Temperatur des Messzielgases zu erfassen.
Die Axialrichtung ist die Längsrichtung des Temperatursensors 1 und entspricht der Vertikalrichtung in 1. Die Richtung senkrecht zu der Axialrichtung ist die Radialrichtung. Ferner ist die vordere Stirnseite des Temperatursensors 1 die untere Seite in 1, und eine hintere Stirnseite die obere Seite in 1.
Der Temperatursensor 1 weist eine geschlossene Bauform auf, deren vordere Enden verschlossen sind. Der Temperatursensor 1 umfasst ein Mantelelement 3, eine Abdeckung 5, ein Befestigungselement 7, ein Nutelement 9, eine Hülse 11 und ein temperaturempfindliches Element 13.
Wie in 2(a) und 2(b) gezeigt, umfasst das Mantelelement 3 ein Paar von Mantelkerndrähten (Elektrodendrähten) 15, ein Isolierelement 17, das in Umfangsrichtung (das heißt, radial von außen) die zwei Mantelkerndrähte 15 mit Ausnahme der gegenüberliegenden Endabschnitte davon bedeckt, und ein Abdeckelement 19, das aus einem Metall gebildet ist und in Umfangsrichtung das gesamte Isolierelement 17 bedeckt. Das Mantelelement 3 wird im Nachfolgenden detailliert beschrieben.
Die Abdeckung 5 ist eine rohrförmige metallische Abdeckung, die aus einem korrosionsbeständigen Metall gebildet ist (beispielsweise aus einer rostfreien Stahllegierung, wie SUS310S, das auch ein wärmebeständiges Metall ist). Das heißt, die Abdeckung 5 ist durch Tiefziehen einer Stahlplatte in die Form eines Rohres (Zylinderform), die sich in die Axialrichtung erstreckt, gebildet, so dass deren vorderes Ende verschlossen und deren hinteres Ende offen ausgebildet ist.
Wie in 2(a) gezeigt, umfasst die Abdeckung 5 einen Abschnitt mit geringem Durchmesser 21, der an dem vorderen Ende davon ausgebildet ist, einen Abschnitt mit großem Durchmesser 23, der einen größeren Durchmesser als der Abschnitt mit geringem Durchmesser 21 aufweist und hinter dem Abschnitt mit geringem Durchmesser 21 ausgebildet ist, und einen Stufenabschnitt 25, der zwischen dem Abschnitt mit geringem Durchmesser 21 und dem Abschnitt mit großem Durchmesser 23 vorgesehen ist. Der Durchmesser des Stufenabschnitts 25 nimmt von dem Abschnitt mit geringem Durchmesser 21 in Richtung des Abschnitts mit großem Durchmesser 23 nach und nach zu.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Befestigungselement 7 einen Vorsprungsabschnitt 31, der radial nach außen vorsteht, und einen hinteren Mantelabschnitt 33, der hinter dem Vorsprungsabschnitt 31 angeordnet ist und sich in der Axialrichtung erstreckt. Das Befestigungselement 7 umgibt einen hinteren Endabschnitt der Außenumfangsfläche der Abdeckung 5 und ist mit der Abdeckung 5 verschweißt, um die Abdeckung 5 zu halten. Eine am vorderen Ende vorgesehene Kontaktfläche 31a des Vorsprungsabschnitts 31 wird mit einer Befestigungsposition für den Temperatursensor 1 in Kontakt gebracht.
Ein Nutelement 9 umfasst einen hexagonalen Nutabschnitt 35 und einen Gewindeabschnitt 37. Die Hülse 11 wird an einem hinteren Endabschnitt des Befestigungselements 7 befestigt.
Das temperaturempfindliche Element 13 weist eine elektrische Eigenschaft (elektrischer Widerstand) auf, die sich mit der Temperatur ändert. Hierin weist das temperaturempfindliche Element 13 eine Eigenschaft (positive Kennlinie) auf, so dass der elektrische Widerstand mit zunehmender Temperatur zunimmt.
Insbesondere weist, wie in 3(a) und 3(b) gezeigt, das temperaturempfindliche Element 13 eine keramische Basis 41 mit einer Aluminiumoxid-Reinheit von 99,5% bis 99,9%, einen metallischen Widerstand 43, der in einem vorbestimmten Muster (in der vorliegenden ersten Ausführungsform in Mäanderform) auf der Oberfläche der keramischen Basis 41 ausgebildet ist, und eine keramischen Abdeckschicht 45, die eine Aluminiumoxid-Reinheit von 99,5% bis 99,9% aufweist und den metallischen Widerstand 43 von einer Seite gegenüber der keramischen Basis 41 bedeckt, auf.
Der metallische Widerstand 43 ist ein Platinwiderstand, der im Wesentlichen aus Platin (Pt) gebildet ist. Der metallische Widerstand 43 ändert seinen elektrischen Widerstand mit der Temperatur.
Die keramische Abdeckschicht 45 ist eine gebrannte Schicht, die durch Brennen einer keramischen Gießmasse (ceramic green sheet) erhalten wird, und wird an eine vordere Stirnseite (linke Seite in 3(a) und 3(b)) der gebrannten keramischen Basis 41 mit Hilfe einer Verbindungsschicht 47 verbunden, um eine vordere Stirnseite des metallischen Widerstands 43 zu bedecken.
Die Verbindungsschicht 47 weist eine Aluminiumoxid-Reinheit von 99,5% bis 99,9% auf. Die Verbindungsschicht 47 weist vor der Durchführung der Verbindung die Form einer Paste, die ein Aluminiumoxidpulver enthält, auf; insbesondere wird das gebrannte Keramiksubstrat 41 und die gebrannte keramische Abdeckschicht 45 unter Verwendung der Paste miteinander verbunden, und anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen, um die Verbindungsschicht 47 zu bilden.
Hintere Endabschnitte (die rechten Endabschnitte in 3) des metallischen Widerstands 43 werden mit den Mantelkerndrähten 15 des Mantelelements 3 mit Hilfe von Elektrodenkontaktflächen 49, die breiter als das durch die keramische Abdeckschicht 45 bedeckte Leitermuster sind, elektrisch verbunden. Die Elektrodenkontaktflächen 49 und die Mantelkerndrähte 15 werden mittels Schweißen, wie beispielsweise Widerstandsschweißen oder Laserschweißen, an den Schweißpunkten 51 elektrisch miteinander verbunden.
Anschließend werden die Verbindungen zwischen dem temperaturempfindlichen Element 13 und den Mantelkerndrähten 15 mit einem Kerndrahtbefestigungsmaterial 53 bedeckt, wodurch das temperaturempfindliche Element 13 und die Mantelkerndrähte 15 fest miteinander verbunden werden. Das Kerndrahtbefestigungsmaterial 53 ist aus einem Glasmaterial, das hauptsächlich auch Aluminiumsilikatglas besteht, gebildet.
Das temperaturempfindliche Element 13 mit einer derartigen Struktur wird über die Mantelkerndrähte 15 mit einem externen Gerät oder dergleichen elektrisch verbunden.
Ferner umfasst, wie in 2 gezeigt, der Temperatursensor 1 ein Zementelement 55, das aus Zement gebildet ist, der um das temperaturempfindliche Element 13 in einem vorderen Endabschnitt der Abdeckung 5 gefüllt ist. Der um das temperaturempfindliche Element 13 eingefüllte Zement verhindert Vibrationen des temperaturempfindlichen Elements 13. Das Zementelement 55 ist aus einem Isoliermaterial, das ein Aluminiumoxid-Aggregat in amorphem Silikat enthält, gebildet.
Der Temperatursensor 1 mit einer derartigen Struktur wird beispielsweise derart an einem Abgasrohr befestigt, dass der Gewindeabschnitt 37 mit einem Sensorbefestigungsabschnitt des Abgasrohrs durch ein Gewinde fest verbunden ist, wodurch dessen vorderes Ende in dem Abgasrohr angeordnet ist, um die Temperatur eines Messzielgases zu erfassen.
In der ersten vorliegenden Ausführungsform beträgt die Temperatur des Abgases, das ein Messzielgas bildet, beispielsweise 850°C oder mehr.
[1-2. Mantelelement]
Im Nachfolgenden wird das Mantelelement 3 detailliert beschrieben.
Wie zuvor beschrieben, umfasst das Mantelelement 3 das Mantelkerndrähtepaar 15, das Isolierelement 17 und das Abdeckelement 19 (siehe 1).
Die Mantelkerndrähte 15 sind aus einer Legierung auf Ni-Basis, die Al enthält, gebildet; Vordere Endabschnitte derselben sind mit dem temperaturempfindlichen Element 13 durch Laserschweißen verbunden; und hintere Endabschnitte derselben sind durch Widerstandsschweißen mit Crimp-Anschlüssen 61 verbunden. Somit werden die hinteren Endabschnitte der Mantelkerndrähte 15 durch die Crimp-Anschlüsse 61 mit externen Bleidrähten 63 zur Verbindung mit einer externen Schaltung (beispielsweise einer elektronischen Steuereinheit (ECU) eines Fahrzeugs) verbunden.
Die Isolierrohre 65 isolieren die zwei Mantelkerndrähte 15 voneinander und isolieren die zwei Crimp-Anschlüsse 61 voneinander. Jeder der äußeren Leitungsdrähte 63 ist aus einem Leiter und einem elektrisch isolierenden Abdeckmaterial, das den Leiter bedeckt, gebildet. Die äußeren Leitungsdrähte 63 erstrecken sich durch eine Tülle 67 aus hitzebeständigem Gummi.
Das Isolierelement 17 ist ein elektrisch isolierendes Element und umfasst, wie in 2(a) und 2(b) gezeigt, ein Glaselement 65, das an dem vorderen Ende angeordnet ist (im Nachfolgenden als das am vorderen Ende vorgesehene Glaselement bezeichnet), ein Glaselement 67, das an dem hinteren Ende angeordnet ist (siehe 1), und einen Isolator 69, der zwischen den zwei Glaselementen 65 und 67 angeordnet ist.
Der Isolator 69 wird durch Einfüllen eines Isoliermaterials aus Magnesiumoxid (MgO) in das Abdeckelement 19 gebildet, um eine elektrische Isolierung zwischen dem Abdeckelement 19 und den zwei Mantelkerndrähten 15 zu bilden und die Mantelkerndrähte 15 zu halten.
Das am vorderen Ende vorgesehene Glaselement 65 ist ein scheibenförmiges Element, das derart angeordnet ist, dass es die vordere Stirnfläche des Isolators 69 bedeckt. Das am vorderen Ende vorgesehene Glaselement 65 ist beispielsweise dicht aus Aluminiumsilikatglas gebildet, um das Eindringen von Wasser zu verhindern.
Das am vorderen Ende vorgesehene Glaselement 65 kann aus einem Glasmaterial gebildet sein, das als Hauptbestandteil Aluminiumsilikatglas enthält (beispielsweise 50 Masse-%). In diesem Fall ist zusätzlich zu dem Glas beispielsweise Aluminiumoxid enthalten.
Das Glaselement 67 auf der hinteren Stirnseite ist ein scheibenförmiges Element, das derart angeordnet ist, dass es die hintere Stirnfläche des Isolators 69 bedeckt.
Das Glaselement 67 auf der hinteren Stirnseite ist aus dem gleichen Material wie jenes gebildet, das zur Bildung des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65 verwendet wird, und ist in der gleichen Art wie das am vorderen Ende vorgesehene Glaselement 65 angeordnet (das heißt, in einer solchen Weise, dass es die hintere Stirnfläche des Isolators 69 bedeckt).
Die elektrische Isolierleistung (Isolierwiderstand) der Glaselemente 65 und 67 ist höher als die elektrische Isolierleistung (Isolierwiderstand) des Isolators 69.
Das Abdeckelement 19 ist aus einer Legierung auf Ni-Basis, die Al enthält, zu einer derartigen Rohrform gebildet, dass es den Umfang des Isolators 69 bedeckt.
Die Glaselemente 65 und 67 können derartig ausgebildet sein, dass sich konkave Hohlräume in den Stirnflächen des Isolators 69 bilden, durch die sich die Mantelkerndrähte 15 erstrecken; anschließend wird Glas in die Hohlräume gegossen.
[1-3. Innere Struktur des vorderen Endabschnitts des Temperatursensors]
Im Nachfolgenden wird die innere Struktur des vorderen Endabschnitts des Temperatursensors 1 beschrieben.
Wie in den 2(a) und 2(b) gezeigt, weist in der vorliegenden ersten Ausführungsform die Abdeckung 5 im Inneren einen im Wesentlichen kreisförmigen Säulenraum 73 auf, der vor der Stirnfläche auf der vorderen Stirnseite (vordere Stirnfläche) 71 des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65 des Mantelelements 3 angeordnet ist.
In dem Raum 73 sind das temperaturempfindliche Element 13 und das Mantelkerndrähtepaar 15 angeordnet, und das Zementelement 55 wird durch Einfüllen von Zement um das temperaturempfindliche Element 13 und um das Mantelkerndrähtepaar 15 gebildet.
Mit anderen Worten bedeckt auf der vorderen Stirnseite des Temperatursensors 1 die Abdeckung 5 das temperaturempfindliche Element 13, das Mantelkerndrähtepaar 15 (genauer gesagt, die Abschnitte der Mantelkerndrähte 15, die zwischen dem temperaturempfindlichen Element 13 und der vorderen Stirnfläche 71 vorgesehen sind), und die vordere Stirnfläche 71 des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65, und bildet aufgrund der Abdeckung einen Raum (das heißt, den Raum 73).
Die Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche 75 (insbesondere eine Innenumfangsfläche 75, die dem Raum 73 zugewandt ist) der Abdeckung 5 beträgt beispielsweise 13 μm innerhalb eines Bereichs von 11 μm bis 16 μm. Die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche 71 des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65 beträgt beispielsweise 6 μm innerhalb eines Bereichs von 4 μm bis 8 μm. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform ist die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche 71 des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65 niedriger als die Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche 75 der Abdeckung 5.
Jeder Oberflächenrauheitswert Ra ist der Mittelwert jener Werte, die an mehreren Punkten (beispielsweise acht Punkten) gemessen werden (das Gleiche gilt somit für die nachfolgende Beschreibung).
Die Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche 75 der Abdeckung 5 wird durch ein Verfahren zum Aufrauen mittels Sandstrahlen oder unter Verwendung einer Chemikalie auf den zuvor erwähnten Bereich oder Wert eingestellt. Beispielsweise kann durch Einstellen der Art, der Teilchengröße, etc., des Sandes, der für das Sandstrahlen verwendet wird, die Oberflächenrauheit Ra auf den zuvor erwähnten Bereich oder Wert eingestellt werden.
Indes wird die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche 71 des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65 durch ein Verfahren zum Einstellen der Art und der Teilchengröße des Materials, das zur Bildung des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65 verwendet wird, sowie der Brenntemperatur auf den zuvor erwähnten Bereich oder Wert eingestellt. Beispielsweise kann durch Erhöhen der Teilchengröße des Materials und durch Senken der Brenntemperatur die Oberflächenrauheit Ra erhöht werden. Ferner kann ein Verfahren zum Aufrauen der vorderen Stirnfläche 71 des gebildeten, am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65, beispielsweise durch Sandstrahlen oder unter Verwendung einer Chemikalie verwendet werden.
Es sollte beachtet werden, dass sowohl die Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche 75 der Abdeckung 5 als auch die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche 71 des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65 durch die zuvor erwähnten Verfahren auf die jeweiligen vorbestimmten Bereiche eingestellt werden können, die der zuvor beschriebenen Beziehung zwischen der Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche 71 des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65 und der Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche 75 der Abdeckung 5 genügen (im Nachfolgenden wird die Beziehung als die ”Beziehung der Oberflächenrauheit Ra” bezeichnet); wobei jedoch nur einer der Oberflächenrauheiten Ra eingestellt werden kann. Beispielsweise kann nur die Abdeckung 5 durch Tiefziehen gemäß der herkömmlichen Praxis gebildet werden (ohne Durchführung einer Oberflächenbehandlung), und alleinig die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche 71 des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65 kann eingestellt werden, um der Beziehung der Oberflächenrauheit Ra zu genügen.
Bei der Herstellung des Temperatursensors 1 werden zur Einstellung der Oberflächenrauheiten Ra derart, dass diese der zuvor erwähnten Beziehung der Oberflächenrauheiten Ra genügen, die Herstellungsverfahren für die Abdeckung 5 und das am vorderen Ende vorgesehene Glaselement 65 in einer solchen Weise ausgewählt, dass die Oberflächenrauheiten Ra, die durch die Herstellungsverfahren erhalten werden, der Beziehung der Oberflächenrauheiten Ra genügen. Das heißt, hinsichtlich der ausgewählten Herstellungsverfahren für die Abdeckung 5 und das am vorderen Ende vorgesehene Glaselement 65 wird im Voraus bestätigt, dass diese der Beziehung der Oberflächenrauheit Ra genügen. Durch Verwenden der Herstellungsverfahren wird der Temperatursensor 1 hergestellt.
[1-4. Wirkung]
Wie zuvor beschrieben, umfasst der Temperatursensor 1 der vorliegenden ersten Ausführungsform das temperaturempfindliche Element 13; das Mantelelement 3, das die Mantelkerndrähte 15, das Isolierelement 17 und das Abdeckelement 19 aufweist; und die Abdeckung 5, die diese Elemente aufnimmt und an dem vorderen Ende des Temperatursensors 1 geschlossen ausgebildet ist. Das Isolierelement 17 umfasst das am vorderen Ende vorgesehene Glaselement 65, den Isolator 69, der hinter dem am vorderen Ende vorgesehenen Glaselement 65 angeordnet ist, etc.
Insbesondere ist in der vorliegenden ersten Ausführungsform die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche 71 des Isolierelements 17 (das heißt, die vordere Endfläche des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65) niedriger als die Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche 75 (genauer gesagt, einer Innenumfangsfläche, die vor der vorderen Stirnfläche 71 des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65 gebildet ist).
Selbst wenn demnach der Temperatursensor 1 in einer Hochtemperaturumgebung verwendet wird (beispielsweise bei 850°C oder höher), ist es wahrscheinlich, dass eine Metallkomponente (genauer gesagt, ein elektrisch leitendes Metalloxid), das von der Innenumfangsfläche 75 der Abdeckung 5 verdampft, an der Innenumfangsfläche 75 der Abdeckung 5, die eine hohe Oberflächenrauheit Ra aufweist, anhaftet, während es unwahrscheinlich ist, dass diese an der vorderen Stirnfläche 71 des Glaselements 65, das eine niedrige Oberflächenrauheit Ra aufweist, anhaftet (das heißt, es ist unwahrscheinlich, dass es sich darauf ansammelt).
Folglich wird zwischen den Mantelkerndrähten 15 und zwischen den Mantelkerndrähten 15 und der Abdeckung 5 eine hohe elektrische Isolierung aufrecht erhalten; das heißt, es ist unwahrscheinlich, dass die Mantelkerndrähte 15 einen Kurzschluss erleiden; somit ist es unwahrscheinlich, dass sich die Messgenauigkeit verschlechtert (somit verbessert sich die Haltbarkeit).
Ferner ist in der vorliegenden ersten Ausführungsform die elektrische Isolierleistung (Isolierwiderstand) des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65 höher als die elektrische Isolierleistung (Isolierwiderstand) des Isolators 69. Da sich folglich die elektrische Isolierung der vorderen Stirnfläche 71 des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65 verbessert, ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Kurzschluss auf der vorderen Stirnfläche 71 auftritt.
[1-5. Terminologische Übereinstimmung mit den Ansprüche]]
Im Nachfolgenden wird die terminologische Übereinstimmung zwischen den Ansprüchen und der vorliegenden ersten Ausführungsform beschrieben.
Das Mantelelement 3 entspricht dem Mantelelement in den Ansprüchen; die Abdeckung 5 entspricht der metallischen Abdeckung in den Ansprüchen; der Raum 73 entspricht dem Raum in den Ansprüchen; die vordere Stirnfläche 71 entspricht der vorderen Stirnfläche in den Ansprüchen; die Innenumfangsfläche 75 entspricht der Innenumfangsfläche in den Ansprüchen; die Mantelkerndrähte 15 entsprechen zusammen dem Elektrodendraht in den Ansprüchen; das temperaturempfindliche Element 13 entspricht dem temperaturempfindlichen Element in den Ansprüchen; das Isolierelement 17 entspricht dem Isolierelement in den Ansprüchen; das Abdeckelement 19 entspricht dem Abdeckelement in den Ansprüchen; und das Glaselement 65 entspricht dem Glaselement in den Ansprüchen.
[2. Zweite Ausführungsform]
Im Nachfolgenden wird eine zweite Ausführungsform beschrieben; jedoch wird auf eine Beschreibung der Merkmale, die jenen der ersten Ausführungsform entsprechen, verzichtet. In der nachfolgenden Beschreibung der zweiten Ausführungsform sind die Bestandteilselemente, die jenen der ersten Ausführungsform entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform bezeichnet.
Wie in 4 gezeigt, umfasst, wie in der ersten Ausführungsform, ein Temperatursensor 81 innerhalb der Abdeckung 5, das Mantelelement 3, das temperaturempfindliche Element 13 und ein Zementelement 83.
Das Zementelement 83 erstreckt sich nicht bis zur vorderen Stirnfläche 71 des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65, so dass sich ein Spalt (Raum) 87 zwischen der hinteren Stirnfläche 85 des Bindemittelelements 83 und der vorderen Stirnfläche 71 des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65 bildet.
Auch in der zweiten Ausführungsform ist die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche 71 des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65 niedriger als die Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche 75 der Abdeckung 5.
In dem Fall, in dem der Spalt 87 zwischen der hinteren Stirnfläche 85 des Zementelements 83 und der vorderen Stirnfläche 71 des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 65 vorhanden ist, wie dies in der vorliegenden zweiten Ausführungsform der Fall ist, ist es verglichen mit dem Fall, in dem der Spalt 87 nicht vorhanden ist, wahrscheinlich, dass sich ein Metalloxid auf der vorderen Stirnfläche 71 ansammelt; jedoch kann wie in der ersten Ausführungsform durch die zuvor beschriebene Beziehung der Oberflächenrauheit Ra die Bildung eines Kurzschlusses unterdrückt werden.
Das gesamte vordere Ende des Isolators 69 ist an der axial gleichen Position wie das vordere Ende des Abdeckelements 19 angeordnet, und das am vorderen Ende ausgebildete Glaselement 65 ist derart ausgebildet, dass es die vorderen Stirnflächen des Isolators 69 und des Abdeckelements 19 bedeckt (im Nachfolgenden kann die gleiche Struktur in weiteren Ausführungsformen verwendet werden, bei denen die Glaselemente 65 und 67 jeweils an der vorderen Stirnseite und der hinteren Stirnseite vorgesehen sind).
[3. Dritte Ausführungsform]
Im Nachfolgenden wird eine dritte Ausführungsform beschrieben; jedoch wird auf die Beschreibung der Merkmale, die jenen der ersten Ausführungsform entsprechen, verzichtet. In der nachfolgenden Beschreibung der dritten Ausführungsform sind die Bestandteilselemente, die jenen der ersten Ausführungsform entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform gekennzeichnet.
Wie in 5 gezeigt, umfasst wie in der ersten Ausführungsform, ein Temperatursensor 91 der vorliegenden dritten Ausführungsform ein temperaturempfindliches Element 13 innerhalb der Abdeckung 5; jedoch unterscheiden sich das Mantelelement 93 und ein Zementelement 95 teilweise von den entsprechenden Elementen der ersten Ausführungsform.
Insbesondere weist ein Isolierelement 97 des Mantelelements 93 das am vorderen Ende vorgesehenen Glaselement 65 der ersten Ausführungsform nicht auf und ist lediglich auf dem Isolator 69 ausgebildet. Das Abdeckelement 19 ist am Außenumfang des Isolators 69 angeordnet, und das Paar von Mantelkerndrähten 15 erstreckt sich durch den Isolator 69.
Das Zementelement 95 erstreckt sich von der vorderen Stirnseite des Temperatursensors 91 nach hinten und wird mit einer vorderen Stirnfläche 99 des Isolators 69 in Kontakt gebracht.
In der dritten Ausführungsform beträgt die Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche 75 der Abdeckung 5 beispielsweise 13 μm innerhalb eines Bereichs von 11 μm bis 16 μm. Ferner beträgt die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche 99 des Isolierelements 97 (genauer gesagt, des Isolators 69) beispielsweise 8 μm innerhalb eines Bereichs von 4 μm bis 15 μm. Das heißt, die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche 99 des Isolators 69 wird auf einen geringeren Wert als die Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche 75 der Abdeckung 5 festgelegt.
Wie in der ersten Ausführungsform, wird durch eine solche Struktur auch in der vorliegenden dritten Ausführungsform der Vorteil der Unterdrückung einer Kurzschlussbildung erzielt.
[4. Weitere Ausführungsformen]
Im Nachfolgenden werden weitere Ausführungsformen beschrieben; jedoch wird auf die Beschreibung der Merkmale, die jenen der ersten Ausführungsform entsprechen, verzichtet. In der nachfolgenden Beschreibung der weiteren Ausführungsformen sind die Bestandteilselemente, die jenen der ersten Ausführungsform entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen der ersten Ausführungsform gekennzeichnet.
Wie schematisch in 6(a) gezeigt, ist in einem Temperatursensor 101 einer vierten Ausführungsform eine vordere Stirnfläche 105 eines am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 103 leicht gekrümmt, so dass sie nach vorne konvex ausgebildet ist.
Da in der vorliegenden vierten Ausführungsform eine Kriechstrecke im Vergleich zu dem Fall, bei dem die vordere Stirnfläche flach ausgebildet ist, lang ist, ist es unwahrscheinlich, dass die Mantelkerndrähte 15 einen Kurzschluss erleiden.
Wie schematisch in 6(b) gezeigt, weist in einem Temperatursensor 111 einer fünften Ausführungsform eine vordere Stirnfläche 115 eines am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 113 eine Wellung auf, deren Rauheit größer als jene der Oberflächenrauheit Ra ist.
Beispielsweise beträgt die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche 115 6 μm (Cut-off-Wert λc: 0,25 mm). Die arithmetische Mittenwelligkeit Wa der vorderen Stirnfläche 115 beträgt 35 μm (Cut-off-Wert λC: 0,25 mm). Der Wert der arithmetischen Mittenwelligkeit Wa ist der Mittelwert von Messwerten an mehreren Punkten (beispielsweise acht Punkten) (das Gleiche gilt auch für nachfolgende Beschreibung).
Da in der fünften Ausführungsform eine Kriechstrecke im Vergleich zu dem Fall, bei dem die vordere Stirnfläche flach ausgebildet ist, lang ist, ist es unwahrscheinlich, dass die Mantelkerndrähte 15 einen Kurzschluss erleiden.
Wie schematisch in 6(c) gezeigt, weist in einem Temperatursensor 121 einer sechsten Ausführungsform eine vordere Stirnfläche 125 eines am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 123 eine Welligkeit auf, die eine größere Abweichung als die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche 125 aufweist. Beispielsweise weist die sechste Ausführungsform eine arithmetische Mittenwelligkeit Wa auf, die geringer als jene der fünften Ausführungsform ist.
Beispielsweise beträgt die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche 125 6 μm (Cut-off-Wert λc: 0,25 mm). Die arithmetische Mittenwelligkeit Wa der vorderen Stirnfläche 125 beträgt 104 μm (Cut-off-Wert λC: 0,25 mm).
Da in der sechsten Ausführungsform eine Kriechstrecke im Vergleich zu dem Fall, bei dem die vordere Stirnfläche flach ausgebildet ist, lang ist, ist es unwahrscheinlich, dass die Mantelkerndrähte 15 einen Kurzschluss erleiden.
[5. Versuchsbeispiele]
Im Nachfolgenden werden Versuchsbeispiele in Bezug auf die vorliegende Erfindung beschrieben.
<Versuchsbeispiel 1>
In dem vorliegenden Versuchsbeispiel 1 wurde der Einfluss einer Metalloxidanreicherung auf der Mantelstirnfläche (der Einfluss auf den Widerstand) untersucht.
Insbesondere wurde ein Temperatursensor mit einer Struktur, wie jene der dritten Ausführungsform (ohne das am vorderen Ende vorgesehene Glaselement) als Temperatursensorprobe 1 hergestellt (Anfangs-Temperatursensor vor Durchführung der Haltbarkeitsprüfung). Die Temperatursensorprobe 1 wurde bei 900°C für 200 Stunden verwendet, um eine Temperatursensorprobe 2 zu erhalten (Temperatursensor nach Durchführen des Haltbarkeitstests). Die Metalloxide wurden von der Mantelstirnfläche (der vorderen Stirnfläche des Isolators) der Temperatursensorprobe 2 entfernt, um eine Temperatursensorprobe 3 zu erhalten.
Anschließend wurden die Temperatursensorproben 1 bis 3 einer Umgebung ausgesetzt, deren Temperatur von 0°C bis 900°C verändert wurde, und es wurde der Widerstand (Ω) zwischen den Mantelkerndrähten untersucht. 7 zeigt die Ergebnisse dieser Untersuchung.
Wie aus der 7 ersichtlich ist, weist die Temperatursensorprobe 3, bei der ein Metalloxid von der Mantelstirnfläche entfernt wurde, die gleiche Leistung wie die Temperatursensorprobe 1 (der Anfangs-Temperatursensor vor der Durchführung des Haltbarkeitstests) auf; das heißt, die Temperatursensorprobe 3 weist eine höhere Haltbarkeit als die Temperatursensorprobe 2 auf.
<Versuchsbeispiel 2>
In dem vorliegenden Vergleichsbeispiel 2 wurde der Temperatursensor der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche der Abdeckung und der Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements untersucht.
Insbesondere wurde die Abdeckung aus einer SUS310S-Platte mittels Tiefziehen hergestellt. Die Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche der Abdeckung wurde an zwei Punkten gemäß JIS 60601 (2013) gemessen. Die Abtastlänge und der Cut-off-Wert λc betrugen 0,25 mm.
Das am vorderen Ende vorgesehene Glaselement wurde als Aluminiumsilikatglas mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5 μm durch Brennen bei 1.000°C für zwei Stunden hergestellt. Die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche des Glaselements wurde mit einem gleichen Verfahren wie für die Abdeckung an fünf Punkten gemessen.
Die Messwerte der Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche der Abdeckung betrugen 11,76 μm und 15,07 μm, und der Durchschnitt der Messwerte betrug 13,42 μm. Die Messwerte der Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements betrugen 6,59 μm, 7,97 μm, 6,03 μm, 4,87 μm und 7,75 μm, und der Durchschnitt der Messwerte betrug 6,64 μm.
Die Ergebnisse des Versuchs zeigen, dass in dem Temperatursensor der ersten Ausführungsform der Oberflächenrauheit Ra (Durchschnitt: 13,42 μm) der Innenumfangsfläche der Abdeckung höher als die Oberflächenrauheit Ra (Durchschnitt: 6,64 μm) der vorderen Stirnfläche des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements ist.
<Versuchsbeispiel 3>
In dem vorliegenden Versuchsbeispiel 3 wurde der Temperatursensor (ohne das am vorderen Ende vorgesehenen Glaselement) der dritten Ausführungsform hinsichtlich der Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche der Abdeckung und der Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche des Isolators untersucht.
Insbesondere wurde Magnesiumoxid (MgO) mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1 μm als Material für den Isolator verwendet. Die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche des Isolators wurde mit einem gleichen Verfahren wie für das am vorderen Ende vorgesehene Glaselement an acht Punkten gemessen. Die Abdeckung war die gleiche wie im Versuchsbeispiels 1.
Die Messwerte der Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche des Isolators betrugen 13,226 μm, 5,79 μm, 7,77 μm, 14,64 μm, 4,86 μm, 6,51 μm, 8,97 μm und 5,41 μm und der Durchschnitt der Messwerte betrug 8,39 μm. Die durchschnittliche Oberflächenrauheit Ra der Innenumfangsfläche der Abdeckung beträgt, wie zuvor erwähnt, 13,42 μm.
Die Ergebnisse des Versuchs zeigen, dass in dem Temperatursensor der dritten Ausführungsform die Oberflächenrauheit Ra (Durchschnitt: 13,42 μm) der Innenumfangsfläche der Abdeckung höher als die Oberflächenrauhigkeit Ra (Durchschnitt: 8,39 μm) der vorderen Stirnfläche des Isolators ist.
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die obigen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.

(1) Beispielsweise ist in den obigen Ausführungsformen das temperaturempfindliche Element (genauer gesagt, die Elektrodenkontaktflächen) direkt mit den Mantelkerndrähten des Mantelelements verbunden. Jedoch kann das temperaturempfindliche Element (genauer gesagt, die Elektrodenanschlussflächen) über ein weiteres Element mit den Mantelkerndrähten verbunden sein.

Insbesondere können die Elektrodenanschlussflächen (nicht gezeigt) des temperaturempfindlichen Elements 13, wie in 8(a) gezeigt, über Leitungsdrähte 131, die aus Platin oder einer Platinlegierung gebildet sind, mit den Mantelkerndrähten 135 eines Mantelelements 133 verbunden sein. Das heißt, die Leitungsdrähte 131 und die Mantelkerndrähte 135 können Elektrodendrähte bilden. Die Bestandteilelemente, die jenen der ersten Ausführungsform, etc. entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform, etc. gekennzeichnet (das Gleiche gilt auf für die nachfolgende Beschreibung).

(2) In den obigen Ausführungsformen umfasst das temperaturempfindliche Element einen Platinwiderstand. Jedoch kann auch eine andere Art eines temperaturempfindlichen Elements verwendet werden. Insbesondere kann ein Thermistor-Element mit einem elektrisch leitenden gesinterten Oxid als das temperaturempfindliche Element verwendet werden.

Insbesondere wird ein Thermistor-Element, wie in 8(b) gezeigt, als temperaturempfindliches Element 141 verwendet. Das temperaturempfindliche Element 141 umfasst einen Elementkörper 143, der im Wesentlichen aus einem elektrisch leitenden gesinterten Oxid gebildet ist, dessen elektrische Eigenschaft (elektrischer Widerstand) sich mit der Temperatur ändert, und es sind zwei Elektroden 145 jeweils auf der oberen und unteren Fläche des Elementkörpers 143 vorgesehen.
Die zwei Elektroden 145 sind mit Hilfe einer elektrisch leitenden Paste mit den entsprechenden Mantelkerndrähten 15 des Mantelelements 3 verbunden. Ein Abdeckelement 147, das als Hauptbestandteil Glas umfasst, ist derart ausgebildet, dass es das gesamte temperaturempfindliche Element 141 mit den Elektroden 145, und Teile der Mantelkerndrähte 15 bedeckt.
Das temperaturempfindliche Element 141, das wie zuvor beschrieben, mit den Mantelkerndrähten 15 des Mantelelements 3 verbunden ist, ist, so wie in der ersten Ausführungsform, zur Bildung des Temperatursensors in der Abdeckung 5 angeordnet.

(3) Ferner ist das Mantelelement 3 in den obigen Ausführungsformen derart ausgebildet, dass das am vorderen Ende vorgesehene Glaselement außerhalb des Abdeckelements angeordnet ist. Jedoch kann das Mantelelement 3 derart ausgebildet sein, dass das am vorderen Ende vorgesehene Glaselement innerhalb des Abdeckelements angeordnet ist.

Beispielsweise kann ein am vorderen Ende vorgesehenes Glaselement 151, wie in 9(a) gezeigt, innerhalb des Abdeckelements 19 an dem vorderen Ende des Abdeckelements 19 vorgesehen sein.
Ferner kann ein Abschnitt (ein hinterer Abschnitt 161a) eines am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 161, wie in 9(b) gezeigt, innerhalb des Abdeckelements 19 an dem vorderen Ende des Abdeckelements 19 vorgesehen sein, und ein Abschnitt (ein vorderer Endabschnitt 161b) des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements 161 kann derart angeordnet sein, dass dieser eine vordere Stirnfläche 19a und eine Öffnung 19b des Abdeckelements 19 bedeckt (wie im Falle der zweiten Ausführungsform).

(4) In der obigen Ausführungsform wird ein Glasmaterial, das im Wesentlichen aus Aluminiumsilikatglas gebildet ist, zur Bildung des Glaselements (des am vorderen Ende vorgesehenen Glaselements etc.) verwendet. Jedoch können auch andere Glasmaterialien verwendet werden.

Beispielsweise kann das Glaselement aus Silikatglas, Boratglas, Borsilikatglas, Phosphorsilikatglas oder dergleichen gebildet sein.
Das Silikatglas kann ein Glasmaterial sein, das SiO₂ enthält und ferner ein Erdalkalimetalloxid (MgO, CaO, BaO, SrO) enthält. Das Boratglas kann ein Glasmaterial sein, das B₂O₃ und ferner ein Erdalkalimetalloxid (MgO, CaO, BaO, SrO) enthält. Das Borsilikatglas kann ein Glasmaterial sein, das B₂O₃ und SiO₂ und ferner ein Erdalkalimetalloxid (MgO, CaO, BaO, SrO) enthält. Das Phosphorsilikatglas kann ein Glasmaterial sein, das P₂O₅ und SiO₂ und ferner ein Erdalkalimetalloxid (MgO, CaO, BaO, SrO) enthält.
Das Aluminiumsilikatglas kann ein Glasmaterial sein, das SiO₂ und Al₂O₃ und ferner ein Erdalkalimetalloxid (MgO, CaO, BaO, SrO) enthält.
Da Alkalimetallelemente die elektrische Isolierung verschlechtern, kann durch Verwenden dieser Glasmaterialien, die im Wesentlichen kein Alkalimetallelement enthalten (beispielsweise 0,2 Gew.-% oder weniger), eine Verschlechterung der elektrischen Isolierung unterdrückt werden.
Ferner kann ein im Wesentlichen aus Glas gebildetes Material ein Keramikmaterial umfassen. Ein verwendetes Keramikmaterial ist nicht auf Aluminiumoxid beschränkt. Beispiele eines Keramikmaterials, das verwendet wird, umfassen Spinell, Cordierit, Mullit, Steatit, Zirkon, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid und Aluminiumnitrid.

(5) Ferner ist in den obigen Ausführungsformen der Isolator des Mantelelements aus Magnesiumoxid gebildet. Jedoch ist ein Material für den Isolator nicht auf Magnesiumoxid beschränkt. Ein Isoliermaterial, wie beispielsweise Silika, kann zur Bildung des Isolators verwendet werden.
(6) Beispiele eines Zementmaterials, das zur Bildung des Zementelements verwendet wird, umfassen Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Magnesiumoxid (MgO).
(7) In den obigen Ausführungsformen verwendet der Temperatursensor eine Struktur, in der sich ein Paar von Elektrodendrähten, die sich aus dem temperaturempfindlichen Element erstrecken, durch das Innere (Durchgangsloch) des rohrförmigen Abdeckelements erstreckt; das heißt, durch das aus dem Glaselement und dem Isolator gebildete Isolierelement. Jedoch kann der Temperatursensor eine Struktur verwenden, in der sich ein einzelner Elektrodendraht durch das Abdeckelement erstreckt (demnach durch das Isolierelement).

In dem Fall, in dem das temperaturempfindliche Element (beispielsweise der Metallwiderstand) zum Beispiel ein Paar von Anschlüssen zur Ausgabe einer elektrischen Eigenschaftsänderung aufweist, kann ein Elektrodendraht mit einem Anschluss verbunden werden, und der andere Anschluss kann mit der Abdeckung oder dem Abdeckelement, das aus einem Metall hergestellt ist, elektrisch verbunden werden.
Ferner kann bei dieser Struktur eine Änderung einer elektrischen Eigenschaft (beispielsweise eines Widerstands) des temperaturempfindlichen Elements, die sich aus einer Temperaturänderung ableitet, erfasst werden.
Bezugszeichenliste

1, 81, 91, 101, 111, 121: Temperatursensor
3, 93, 133: Mantelelement
5: Abdeckung (Rohr)
13, 141: Temperaturempfindliches Element
15, 135: Mantelkerndraht (Elektrodendraht)
17, 97: Isolierelement
19: Abdeckelement
55, 83, 95: Zementelement
65, 67, 103, 113, 123, 151, 161: Glaselement
69: Isolator
71, 89, 99, 105, 115, 125: Vordere Stirnfläche
73: Raum
75: Innenumfangsfläche
87: Spalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2006-234632 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS B 0601: 2013 [0016]
JIS B 0601: 2013 [0034]
JIS B 0601: 2013 [0037]
JIS 60601 (2013) [0126]

Claims

Temperatursensor, umfassend: ein temperaturempfindliches Element, das an einer vorderen Stirnseite in einer Längsrichtung angeordnet ist und eine elektrische Eigenschaft aufweist, die sich mit der Temperatur ändert; ein Mantelelement mit wenigstens einem Elektrodendraht, der sich in der Längsrichtung erstreckt und elektrisch mit dem temperaturempfindlichen Element verbunden ist, einem Isolierelement, das elektrisch isolierend ist und in Umfangsrichtung den Elektrodendraht bedeckt, und einem Abdeckelement, das aus einem Metall gebildet ist, in Umfangsrichtung das Isolierelement mit wenigstens einem Teil des Abdeckelements in der Längsrichtung abdeckt, und an einem vorderen Ende in Längsrichtung offen ausgebildet ist; und eine Metallabdeckung, die das temperaturempfindliche Element, einen Teil des Elektrodendrahts, den Abschnitt, der sich zwischen dem temperaturempfindlichen Element und einer vorderen Stirnfläche des Isolierelements erstreckt, und die vordere Stirnfläche des Isolierelements abdeckt, und einen Raum, der sich aufgrund der Abdeckung bildet, verschließt, wobei eine Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche des Isolierelements niedriger ist als eine Oberflächenrauheit Ra einer Innenumfangsfläche der Metallabdeckung, die vor der vorderen Stirnfläche des Isolierelements angeordnet ist.
Temperatursensor nach Anspruch 1, wobei ein Abschnitt des Isolierelements, der die vordere Stirnfläche des Isolierelements bildet, aus einem Glaselement, das im Wesentlichen aus Glas gebildet ist, hergestellt ist.
Temperatursensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Isolierelement einen Isolator umfasst, der hinter dem Glaselement angeordnet ist, und das Glaselement eine höhere elektrische Isolierleistung als der Isolator aufweist.
Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner ein Zementelement umfasst, das aus Zement gebildet ist und in dem Raum im Inneren der Metallabdeckung und vor der vorderen Stirnfläche des Isolierelements aufgenommen ist.
Temperatursensor nach Anspruch 4, wobei ein Spalt zwischen dem Zementelement und der vorderen Stirnfläche des Isolierelements ausgebildet ist.
Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die vordere Stirnfläche des Isolierelements in Richtung der vorderen Stirnseite konvex ausgebildet ist.
Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die vordere Stirnfläche des Isolierelements eine Wellung aufweist, deren Rauheit größer als die Oberflächenrauheit Ra der vorderen Stirnfläche ist.