JP2016029357A - 温度センサ - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1の温度センサにおいて、封止補完体が有する挿通孔と、一対のリード線との間には空隙が形成される。封止ガラスを形成する際に溶融したガラスが、この空隙に流れ込むと、空隙内に肉厚の薄いガラス層が形成される。この肉厚の薄いガラス層は、封止ガラスに比べて強度が低いため、水素タンク内に生じる衝撃及び圧力によって損傷するおそれがある。また、ガラス層の損傷を起点として、封止ガラスの損傷に到るおそれがある。
また、近年、水素タンクへの充填時間の短縮が図られており、充填開始時の衝撃及び充填時の水素タンク内の圧力が増大している。そのため、これまでよりも強度を向上した温度センサが望まれている。
尚、水素タンク以外の用途においても、耐圧強度、耐熱衝撃強度、耐振強度が求められる場合、肉厚の薄いガラス層の強度が問題になりうる。
該感温素子と電気的に接続された一対の素子電極線と、
上記感温素子と上記一対の素子電極線の一部とを覆うガラス封止体と、
上記一対の素子電極線をそれぞれ挿通する一対の挿通孔を有するタブレットとを備えており、
上記ガラス封止体は、上記タブレットにおける上記感温素子側に配置された素子側端面から上記感温素子側に形成される封止部と、該封止部から連続して上記タブレットにおける上記一対の挿通孔内に形成された垂れ部とを有しており、
上記タブレットの軸方向Xにおいて、上記垂れ部の長さL1が1.5mm以下であることを特徴とする温度センサにある。
上記温度センサにかかる実施例について、図1〜図4を参照して説明する。
図1及び図2に示すごとく、温度センサ1は、温度を検出するための感温素子2と、感温素子2と一対の素子電極線22の一部とを覆うガラス封止体3と、一対の素子電極線22をそれぞれ挿通する一対の挿通孔41を有するタブレット4とを備えている。感温素子2は、一対の素子電極線22と電気的に接続されている。
タブレット4の軸方向Xにおいて、垂れ部32の長さL1は1.5mm以下である。
図1に示すごとく、本例において、タブレット4の軸方向Xにおける感温素子2が配置された側を先端側とし、感温素子2から一対の素子電極線22が延びる方向を基端側とする。
また、図1〜図4は、一対の素子電極線22と挿通孔41との間の空隙の大きさを誇張して描いたものである。
本例の温度センサ1は、燃料電池自動車の水素タンクに用いられるものである。水素タンクへ水素を充填する際にタンク内の温度を検出し、これを利用して、水素の充填速度を制御している。
また、垂れ部32は、一対の素子電極線22の中心軸を含む断面における外形の輪郭が、封止部31から遠ざかるほど、一対の素子電極線22に近づくように形成されており、一対の素子電極線22に向かう凸状の曲線形状をなしている。尚、この曲面321の半径Rは、0.1mm≦R≦3.5mmの関係を満たしている。これにより、曲面321にかかる圧力を効果的に分散し、垂れ部32における損傷を抑制できる。
温度センサ1を製造するに当たっては、まず、図2に示すごとく、感温素子2に一対の素子電極線22を接合する電極線接合工程を実施する。
そして、Auを含有するペーストを温度センサ1の電極及び素子電極線22に塗布した後に、焼き付けることによって接合する。
素子電極線22とタブレット4との仮固定は、タブレット4の挿通孔41に素子電極線22を挿入した状態で、素子電極線22と挿通孔41の内周面との間にガラスペーストを配置することにより行う。このガラスペーストは、後述する封止工程を経ることによって硬化する。尚、封止工程における、ガラスペーストの加熱条件を、約800℃〜850℃で約20sec保持とすることで、垂れ部32の長さL1を1.5mm以下にすることができる。また、加熱時における保持時間を短縮する、又は、ガラスペーストの使用量を少量とすることによって、より垂れ部32の長さL1を小さくすることができる。
この封止工程は、感温素子2を上方に向けてタブレット4の端面上にガラス管を立てた状態で実施する。これにより、ガラス管が変形してガラス封止体3を形成し、温度センサ1が完成する。
温度センサ1は、垂れ部32における長さL1を上述のごとく制限することにより、ガラス封止体3の強度を向上することができる。すなわち、垂れ部32は、タブレット4の一対の挿通孔41と、素子電極線22との間の空隙に形成されており、封止部31に比べて厚さが薄くなりやすい。この厚さが薄い垂れ部32の形成範囲を小さくすることにより、該垂れ部32の損傷を抑制することができる。
本解析試験は、温度センサ1に圧力をかけた際の強度解析に関するものである。
本願発明者らは、水素タンクに水素を充填する際に、水素タンクに設置された温度センサ1にかかる圧力を想定し、まず、垂れ部32の長さL1と、温度センサ1のガラス封止体3の垂れ部32に掛かるストレスとの関係を、シミュレーションによって解析した。
図5に示すごとく、垂れ部32の長さL1が0.5mm〜2.0mmのいずれにおいても、ガラス封止体3の垂れ部32にかかる最大ストレスは、大差がなく、垂れ部32の破壊限界強度σMAXよりも小さくなることが確認された。
次に、本願発明者らは、実際に、水素雰囲気中において温度センサ1に対して圧力衝撃試験を行った。
本実験例においては、垂れ部32の長さL1を0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mmとした温度センサ1を用いて、垂れ部32における損傷の有無を確認した。
尚、温度センサ1における垂れ部32の長さL1以外の構成は、実施例1と同様である。
1000セット繰り返し行った。このとき、圧力変化に伴って、雰囲気温度は−45℃から85℃の間で変化する。
その一方で、ガラス封止体3における垂れ部32の長さL1を1.5mm以下とすることにより、圧力衝撃とこれに伴う熱衝撃等の他のストレスとの複合ストレスが加わった際にもガラス封止体3が損傷せず、優れた強度を備えていることが確認された。
2 感温素子
22 素子電極線
3 ガラス封止体
31 封止部
32 垂れ部
4 タブレット
41 挿通孔
42 素子側端面
Claims (9)
- 温度を検出するための感温素子(2)と、
該感温素子(2)と電気的に接続された一対の素子電極線(22)と、
上記感温素子(2)と上記一対の素子電極線(22)の一部とを覆うガラス封止体(3)と、
上記一対の素子電極線(22)をそれぞれ挿通する一対の挿通孔(41)を有するタブレット(4)とを備えており、
上記ガラス封止体(3)は、上記タブレット(4)における上記感温素子(2)側に配置された素子側端面(42)から上記感温素子(2)側に形成される封止部(31)と、該封止部(31)から連続して上記タブレット(4)における上記一対の挿通孔(41)内に形成された垂れ部(32)とを有しており、
上記タブレット(4)の軸方向(X)において、上記垂れ部(32)の長さL1が1.5mm以下であることを特徴とする温度センサ(1)。 - 上記垂れ部(32)は、上記一対の素子電極線(22)の中心軸を含む断面における外形の輪郭が、上記封止部(31)から遠ざかるほど上記一対の素子電極線(22)に近づく形状であって、上記一対の素子電極線(22)に向って凸状の曲線形状をなしていることを特徴とする請求項1に記載の温度センサ(1)。
- 上記ガラス封止体(3)は、ガラスに酸化ホウ素を添加したホウケイ酸ガラスによって形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の温度センサ(1)。
- 上記ガラス封止体(3)は、鉛を含有しない無鉛ガラスによって形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の温度センサ(1)。
- 上記一対の素子電極線(22)は、白金又はイリジウムを含有した白金合金によって形成されており、白金合金におけるイリジウムの含有量Aは、0wt%<A≦20wt%であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の温度センサ(1)。
- 上記ガラス封止体(3)の線膨張係数αgと、上記一対の素子電極線(22)の線膨張係数αrとは、αg−1(10−6/℃)≦αr≦αg+1(10−6/℃)の関係を満たしていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の温度センサ(1)。
- 上記封止部(31)の外周表面(311)と上記感温素子(2)との間の封止部厚さt1は、0.4mm≦t1≦3.0mmの関係を満たしていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の温度センサ(1)。
- 上記温度センサ(1)の軸方向Xにおいて、上記封止部(31)と上記素子電極線(22)とが互いに接触した部位の接触長さL2は、1.4mm≦L2≦3.0mmの関係を満たしていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の温度センサ(1)。
- 上記温度センサ(1)の軸方向Xにおいて、上記垂れ部(32)と上記一対の素子電極線(22)とが互いに接触した部位の接触長さL3は、0<L3<1.5の関係を満たしていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の温度センサ(1)。
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A521 | Request for written amendment filed |
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A02 | Decision of refusal |
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