专利名称：温度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有热敏电阻元件等感温元件的温度传感器，特别是涉及温度传 感器的元件电极线与鞘芯线的焊接部。
背景技术：
以往，作为用于检测汽车的排出气体等的温度的温度传感器，公知有下述专利文 献1及专利文献2所记载的温度传感器。这些温度传感器具有由热敏电阻烧结体和元件电 极线构成的热敏电阻元件、及将鞘芯线绝缘地保持在鞘管内的鞘构件。而且，利用焊接部将 元件电极线与鞘芯线接合在一起，该焊接部是通过激光焊接来形成的。专利文献1 日本特开2004-233236号公报专利文献2 日本特开2000-266609号公报但是，以往，有时元件电极线与鞘芯线的焊接部的强度不足。例如，由于成为温度 传感器的测量对象的排出气体的温度有可能在从_40°C左右的低温区域到1000°C左右的 高温区域的较宽的整个范围变化，因此温度传感器有可能用于检测这种较宽范围的温度区 域的温度。因而，温度传感器会暴露于低温/高温的冷热循环环境中。在该情况下，元件电 极线及鞘芯线重复收缩/膨胀，由此元件电极线与鞘芯线的焊接部有可能断裂。另外，为了保持热敏电阻元件等，有时在由金属管围成的空间中填充由耐热性氧 化物(Al2O3[氧化铝]等)构成的粘胶。图1是表示填充了粘胶的以往的温度传感器的结 构的剖面图，仅剖开表示金属管112。在该情况下，当从高温向低温急剧冷却了时，自作为 构成外周的构件的金属管112开始冷却。此时，对金属管112与填充在由金属管112围成 的空间中的粘胶190的热膨胀系数进行比较的话，金属管112的热膨胀系数比粘胶190的 高。因而，如图1的(b)所示，若金属管112因被冷却而开始收缩，则粘胶190的收缩无法 追随金属管112的收缩，因此，金属管112的顶端部(底部)向箭头A方向挤压内部的粘胶 190。由此，保持在粘胶190中的热敏电阻元件102(具体来说是热敏电阻烧结体103)的顶 端面也被挤向鞘构件106侧(后侧)。其结果，在焊接部180上还施加有如箭头B所示那样 的剪切应力，在焊接部180的强度不足的情况下，焊接部180有可能断裂。
发明内容
因而，鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种使元件电极线与鞘芯线之间的 焊接部的断裂强度提高的温度传感器。本发明是为了解决上述问题的至少一部分而做出来的，能够实现为以下方式或应 用例。[应用例1]应用例1的温度传感器包括感温元件，其具有感温部和圆柱状的元 件电极线，上述元件电极线的顶端部与上述感温部相连接，并且上述元件电极线向上述感 温部的后侧延伸；鞘构件，其与上述元件电极线的后端部的外周重合，并具有与上述元件电 极线电连接的圆柱状的鞘芯线；以及焊接部，通过向上述元件电极线与上述鞘芯线重合的重合区域照射激光束来形成该焊接部，并且该焊接部连接上述元件电极线与上述鞘芯线； 其特征在于，从能够看到上述元件电极线与上述鞘芯线的接触部的方向观察上述焊接部， 确定连结上述焊接部的表面上的、离上述感温部最近的点与离上述感温部最远的点的线段 的中心点，在与上述鞘构件的轴线方向正交的上述焊接部剖面中的、通过上述中心点的剖 面中，上述元件电极线的直径设为D，上述焊接部与上述元件电极线的圆周的交点且是靠近 照射上述激光束一侧的点设为第1焊接点，在上述焊接部上画出上述元件电极线的焊接前 的圆周(以下称作“虚拟圆周”)，从上述第1焊接点沿着上述虚拟圆周在上述焊接部中行 进，由此上述焊接部与上述虚拟圆周交叉的点设为第2焊接点，连结上述第1焊接点与上述 第2焊接点的弦的长度规定为L，此时，L/D ^ 0. 6。[应用例2]根据应用例1的温度传感器，上述温度传感器还包括金属制的包围 构件，其呈在顶端侧形成有底部的有底筒状，并至少包围上述感温元件及上述焊接部；以及 保持构件，其被填充在由上述包围构件包围的空间中的、至少包含上述感温元件及上述焊 接部的区域中。[应用例3]根据应用例1或应用例2所述的温度传感器，在上述重合区域中形成 有多个上述焊接部。根据应用例1的温度传感器，与以往相比，能够提高元件电极线与鞘芯线之间的 焊接部的断裂强度。另外，根据应用例2的温度传感器，在向至少包含感温元件及焊接部的区域中填 充有保持构件的温度传感器中，即使有时包围构件因被冷却而开始收缩，包围构件的底部 将保持构件挤向感温部，与以往相比，也能够提高元件电极线与鞘芯线之间的焊接部的断 裂强度，因此能够降低焊接部断裂的可能性。而且，根据应用例3的温度传感器，由于具有与以往相比提高了元件电极线与鞘 芯线之间的焊接部的断裂强度的多个焊接部，因此能够提高温度传感器的可靠性。
图1是表示以往的温度传感器的结构的剖面图；图2是表示作为本发明的实施例的温度传感器的构造的局部剖面图；图3是表示作为实施例的温度传感器的要部的结构的说明图；图4是表示利用激光焊接来接合元件电极线与鞘芯线的工序的图；图5是表示在实施例中所使用的激光束的形状及激光条件的图；图6是规定用于计算焊接部溶入元件电极线的溶入量的剖面的图；图7是用于说明焊接部在X-X剖面下的溶入量的计算方法的图；图8是表示在各种激光条件下激光焊接了元件电极线与鞘芯线时的激光条件与 溶入比L/D的关系的图；图9是表示在图8中实施的样品的X-X剖面和溶入比L/D的图；图10是表示焊接部的断裂试验方法的图；图11是表示断裂试验的结果的图；图12是形成有焊接部的元件电极线的Y-Y剖面放大图。
具体实施例方式下面，按照以下顺序说明本发明的实施方式。A、实施例B、变形例A、实施例图2是表示作为本发明的实施例的温度传感器200的构造的局部剖面图。温度传 感器200包括有底筒状的金属管212，其顶端侧闭塞而后端侧开口，并沿轴线方向延伸；安 装构件M0，其与金属管212的后端侧相接合；螺母构件250，其与安装构件240彼此独立地 设置并具有六边螺母部252及螺纹部254 ；筒状构件沈0，其沿着轴线方向延伸并包围后述 的鞘构件206的至少一部分，顶端侧与安装构件240相接合。另外，轴线方向是指温度传感 器200的长度方向，在图2中相当于上下方向。另外，顶端侧为图2中的下侧，后端侧为图 2中的上侧。温度传感器200在金属管212的内部具有由热敏电阻烧结体203和元件电极线 204构成的热敏电阻元件202。该温度传感器200例如能够安装在内燃机的排气管中并使 热敏电阻元件202配置在供排出气体流通的排气管内，从而用于检测排出气体的温度。在金属管212、安装构件240及筒状构件沈0的内侧配置有鞘构件206，该鞘构件 206将2条鞘芯线208绝缘地保持在鞘管207的内部。通过利用后述的激光焊接形成焊接 部(未图示)，接合了从鞘管207的顶端延伸出的鞘芯线208与热敏电阻元件202的元件电 极线204。另一方面，从鞘管207的后端延伸出的鞘芯线208借助铆接端子272与用于连接 外部电路(例如车辆的电子控制装置(ECU)等)的引线273相连接。另外，从鞘管207的 后端延伸出的鞘芯线208及铆接端子272分别利用绝缘管271彼此绝缘。引线273是用绝 缘性的覆盖材料覆盖导线而成的，以贯通耐热橡胶制的密封构件274的内部的状态进行配 置。安装构件240包括筒状的鞘部M3，其沿轴线方向延伸；以及突出部M2，其位于 鞘部243的顶端侧，具有比鞘部243大的外径并向径向外侧突出。鞘部243形成为由位于 顶端侧的第1段部244和在后端侧具有比第1段部小的外径的第2段部246构成的两段形 状。筒状构件260与第1段部244在径向整周上被激光焊接而接合在一起，金属管212的 外周面与第2段部246在径向整周上被激光焊接而接合在一起。另外，在突出部M2的顶 端侧具有随着靠向顶端侧方向直径逐渐变小的锥形状的安装座M5。安装座245例如是安 装在设置于排气管(未图示)的传感器安装位置处的锥形部上的构件，与排气管的锥形部 直接紧密接触，从而构成为防止排出气体向排气管外部泄漏。螺母构件250自由转动地套在筒状构件沈0的周围。另外，在以安装座M5与传 感器安装位置的锥面相接触的方式配置安装构件240之后，螺母构件250的螺纹部2M与 形成在传感器安装位置的周围的螺纹槽相螺合，从而安装构件MO固定在传感器安装位置 上。接着，使用图3说明实施例的要部。图3是表示作为实施例的温度传感器200的 要部的结构的说明图，仅剖开表示金属管112。图3的(a)是在图2中以包含2条元件电极 线204中的一个的方式剖出与纸面垂直且与温度传感器200的中心轴线平行的剖面时的要 部放大图。另外，图3的(b)是将图3的(a)以温度传感器200的中心轴为旋转轴旋转90度后的图。即，图3的(b)是从上方观察图3的(a)的温度传感器200的图。热敏电阻元件202由热敏电阻烧结体203和一部分埋设在该热敏电阻烧结体203 内部的2条元件电极线204构成。热敏电阻烧结体203由以(Sr，Y) (Al，Mn, Fe)O3为基础 组成的钙钛矿型氧化物形成。热敏电阻烧结体203的形状为六棱柱，从其后端面延伸有2 条元件电极线204。另外，鞘构件206在不锈钢合金制的鞘管207的内部配置有2条鞘芯线 208，并为了保持该鞘芯线208而填充有绝缘性的鞘填充材料(未图示)。而且，从鞘管207 的顶端延伸有2条鞘芯线208。热敏电阻元件202的2条元件电极线204与鞘构件206的 2条鞘芯线208是分别为剖面呈圆形并相互重合。通过在其重合区域281上实施后述的激 光焊接而形成2处的焊接部观0，并接合元件电极线204与鞘芯线208。另外，重合区域
是指元件电极线204与鞘芯线208相接触的接触部观9附近的区域。金属管212容纳有热敏电阻元件202和鞘构件206的一部分。而且，陶瓷制的粘 胶290被填充在由金属管212围成的空间内，由此，保持热敏电阻元件202、鞘构件206。另 外，可通过例如如下方法来得到该构造在实施激光焊接形成焊接部而进行接合之后，在被 填充于金属管212的内部空间中的未固化的粘胶内容纳热敏电阻元件202和鞘构件206，通 过加热来使粘胶固化。图4是表示利用激光焊接来接合元件电极线204与鞘芯线208的工序的图。另 外，图4是在形成有焊接部观0的部位处沿与元件电极线204及鞘芯线208的轴线方向正 交的面截取的剖面图。在接合时，首先使元件电极线204及鞘芯线208重合，并利用固定构 件340来进行固定。接着，穿过形成在固定构件340的侧面上的贯通孔342，向元件电极线 204与鞘芯线208的接触部289附近的重合区域281照射成形为预定形状的激光束352 (在 本实施例中，使用YAG激光)。激光束352从激光振荡器350射出，利用光束成形光学系统 351成形为后述的激光束形状并向重合区域照射。一旦向元件电极线204与鞘芯线208 的重合区域281照射激光束，则照射了激光束的部位的元件电极线204与鞘芯线208熔融， 形成焊接部观0。另外，固定构件340借助分隔部344能够固定2组元件电极线204与鞘芯 线208的组。另外，也可以在以分隔部344为基准朝向纸面的左侧设置激光照射装置356， 同样地通过照射激光束，同时形成2组元件电极线204与鞘芯线208的焊接部观0。图5是表示在实施例中所使用的激光束352的形状及激光条件的图。用于激光焊 接的激光束352的光束形状为点光束形状和平光束形状这两种，该点光束形状为具有图5 的(a)所示的高斯分布的光强度分布的聚光形状，该平光束形状为具有图5的(b)所示的 平顶的光强度分布的平行光形状。另外，激光焊接是在图5的(c)的No. 1 No. 4所示的 条件下进行的。图6是规定用于计算焊接部280溶入元件电极线204的溶入量的剖面的图。如图 6的(a)所示，当在与鞘构件206的轴线方向(轴线Z)正交的剖面上观察由激光焊接形成 的焊接部观0时，在图6的(b)中示出了规定其剖面的方法。图6的(b)是放大了形成在 2个部位的焊接部观0中的1个部位的焊接部观0附近的图。首先，从能够看到(能够视 觉识别)圆柱状的元件电极线204与圆柱状的鞘芯线208相接触的接触部观9的方向观察 焊接部观0，在焊接部观0的表面上，确定离热敏电阻烧结体203最近的点(最下部点)283 和离热敏电阻烧结体203最远的点(最上部点)284。接着，确定连结这两点的线段的中心 点观5，使用与鞘构件206的轴线方向正交的剖面中的、通过焊接部观0的中心点观5的剖面(X-X剖面)，进行后述的焊接部280溶入元件电极线204的溶入量的计算。另外，在图6 的(b)中，热敏电阻烧结体203位于面向纸面的左侧，鞘管207位于面向纸面的右侧。图7是用于说明焊接部280在X-X剖面下的溶入量的计算方法的图。首先，作为 焊接部观0的外边缘与元件电极线204的外边缘的交点，将靠近激光束照射侧(面向纸面 的右侧)的点规定为第1焊接点观6。接着，在焊接部280中画出激光焊接前的元件电极线 204的外周圆(称作“虚拟圆周”)观2，从第1焊接点286沿着虚拟圆周观2的圆周在焊接 部观0中行进，焊接部观0的外边缘与虚拟圆周282交叉的点规定为第2焊接点观8。然 后，计算出连结第1焊接点观6与第2焊接点观8的弦的长度L相对于元件电极线204的 直径D的比L/D。该比L/D的值能够用作表示焊接部280溶入元件电极线204的溶入量的 指标值。以下，将该比L/D称作“溶入比”。图8是表示在各种激光条件下激光焊接元件电极线204与鞘芯线208时的激光条 件与溶入比L/D的关系的图。另外，图8的(a)的在各个激光条件下获得的溶入比L/D的图 左侧所记载的数值表示在各激光条件下进行了激光焊接时的溶入比L/D的最小值与最大 值。另外，在图5的(c)所记载的No. 1 No. 4的各激光条件下分别使用多个样品实施了 激光焊接。在No. 1及No. 3的激光条件下进行了激光焊接的样品的溶入比L/D均小于0.6。 与此相对，在No. 2及No. 4的激光条件下进行了激光焊接的样品的溶入比L/D均为0. 6以 上。图9是表示在图8中实施的样品的X-X剖面与溶入比L/D的图。图9中示出了在 图8中实施的样品中的一部分样品的X-X剖面图。在各剖面图中，用虚线表示元件电极线 204的虚拟圆周，并且用实线表示所测量的弦。图10是表示利用激光焊接形成的元件电极线204与鞘芯线208之间的焊接部280 的断裂试验方法的图。在断裂试验中，使用在图5的(c)所记载的No. 1 No. 4的激光条件 下形成2处焊接部观0的多个样品。将形成焊接部280并接合了的样品放入炉400内进行 处理温度为850°C、加热处理时间为2小时的热处理，之后将样品冷却至常温(25°C左右)。 针对冷却后的样品，向图10的上方以每分钟2mm拽拉元件电极线204的端部，求出断裂强 度(N)。图11是表示在图10中实施的断裂试验的结果的图。另外，在各激光条件下获得 的断裂强度的图左侧所记载的数值表示在各激光条件下进行激光焊接时的断裂强度的最 小值与最大值。据此，在No. 1及No. 3的激光条件下进行了激光焊接的样品的断裂强度均 为ION以下。与此相对，在No. 2及No. 4的激光条件下进行了激光焊接的样品的断裂强度 均大于10N。根据图8、图9及图11的结果可知，在No. 2及No. 4的激光条件下进行了激光焊接 的样品、即溶入比L/D为0. 6以上的样品的断裂强度均大于10N。因而，即使温度传感器暴 露于低温/高温的冷热循环的环境中时，也能够降低由激光焊接形成的元件电极线204与 鞘芯线208之间的焊接部280断裂的可能性。图12是元件电极线204的焊接部280的Y-Y剖面放大图。Y_Y剖面是沿着元件电 极线204的轴线方向并与X-X剖面正交的剖面中的、元件电极线204的直径D的3/4位置 (即，在图11中，从元件电极线204的上部进行测量时相当于元件电极线204的直径D的 3/4长度的位置)处的剖面。图11的(a)是在No. 2的激光条件(即，光束形状为点光束
7形状)下进行了激光焊接的样品(即，溶入比L/D为0.6以上的样品)的焊接部剖面的图， 图11的(b)是在No. 4的激光条件(即，光束形状为平光束形状)下进行了激光焊接的样 品(即，溶入比L/D为0.6以上的样品)的焊接部剖面的图。另外，由于不能对同一样品进 行X X剖面与Y Y剖面的观察，因此图11所公开的X-X剖面与Y-Y剖面的放大图不是同一 样品，但在同一条件(No. 2或No. 4的激光条件)下进行了激光焊接的样品的剖面。据此， 即使是溶入比L/D为0. 6以上的样品，将光束形状设为平光束形状并进行了激光焊接的情 况与将光束形状设为点光束形状并进行了激光焊接的情况相比，在元件电极线204的更宽 广范围形成有焊接部280 (向元件电极线204的溶入)。另外，将光束形状设为平光束形状并进行了激光焊接的情况与以点光束形状进行 了激光焊接的情况相比，能够使光强度均勻地分散，因此能够向元件电极线204与鞘芯线 208的重合区域281稳定地照射预定强度的激光束。另一方面，在点形状的情况下，激光束 的中心附近成为较高的光强度，可能会根据激光条件过大地形成焊接部280或者在固定构 件340 (参照图4)上产生破损。根据如上所述，与点光束形状相比，用于激光焊接的光束形状优选平光束形状。另 外，平光束形状除了完全具有平顶的光强度分布的情况之外，还包含与高斯分布的吊钟型 的光强度分布相比平坦(均勻)的大致平坦的光强度分布的情况。B、变形例另外，本发明并不限定于上述实施例、实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以 各种形式实施，例如也能够实施如下所述的变形。B-1、第1变形例在上述实施例中，元件电极线204与鞘芯线208之间的焊接部280是利用激光焊 接形成于2部位，但是焊接部观0的形成部位并不特别地限定于此，既可以是1个部位，也 可以是3个部位以上。在形成3个部位以上的焊接部观0时，优选每隔一定间隔形成焊接 部 280。B-2、第2变形例在上述实施例中示出了将鞘构件206的一部分容纳于固定在安装构件240上的金 属管212内的结构的温度传感器200，但是本发明也可以应用于其他构造的温度传感器。例 如，本发明也可以应用于如下温度传感器将鞘构件206的鞘管207固定粘接在安装构件 240的内侧，并在从安装构件240的顶端突出的鞘管207的顶端侧外周上以容纳热敏电阻元 件202及焊接部观0的方式焊接固定有底筒状的金属盖。另外，在该情况下，金属盖相当于 权利要求书中的包围构件。B-3、第3变形例在上述实施例中，作为保持构件使用了粘胶四0，但是也可以取代粘胶290而使用 日本特开2004-233236中所公开的由陶瓷构成的各种绝缘支架来保持热敏电阻元件202等。B-4、第4变形例在上述实施例中，在图5的(c)所记载的No. 2及No. 4的激光条件下进行了断裂 强度大于ION的焊接部280的形成，但是也可以取代该条件，通过在如下条件下进行激光焊 接来形成断裂强度大于ION的焊接部观0 点光束形状的情况下是脉冲电压为70V 90V、脉冲宽度为3msec 7msec的范围，平光束形状的情况下是脉冲电压为100V 140V、脉冲 宽度为3msec 7msec的范围。附图标记说明100、温度传感器；102、热敏电阻元件；103、热敏电阻烧结体；104、元件电极线； 200、温度传感器；202、热敏电阻元件；203、热敏电阻烧结体；204、元件电极线；206、鞘构 件；207、鞘管；208、鞘芯线；212、金属管；M0、安装构件;对2、突出部;对3、鞘部；对4、第1 段部；对5、安装座；对6、第2段部；250、螺母构件；252、六边螺母部；254、螺纹部J60、筒状 构件；271、绝缘管；272、铆接端子；273、引线；274、密封构件；观0、焊接部；观1、重合区域； 282、虚拟圆周;观3、最下部点;观4、最上部点；观5、中心点；286,H 1焊接点；288、第2辉 接点；观9、接触部；四0、粘胶；340、固定构件；342、贯通孔；344、分隔部；350、激光振荡器； 351、光束成形光学系统；352、激光束；356、激光照射装置；400、炉
权利要求
1.一种温度传感器，包括感温元件，其具有感温部和圆柱状的元件电极线，上述元件电极线的顶端部与上述感 温部相连接，并且上述元件电极线向上述感温部的后侧延伸；鞘构件，其与上述元件电极线的后端部的外周重合，并具有与上述元件电极线电连接 的圆柱状的鞘芯线；以及焊接部，通过向上述元件电极线与上述鞘芯线重合的重合区域照射激光束来形成该焊 接部，并且该焊接部连接上述元件电极线与上述鞘芯线；其特征在于，从能够看到上述元件电极线与上述鞘芯线的接触部的方向观察上述焊接部，确定连 结上述焊接部的表面上的、离上述感温部最近的点与离上述感温部最远的点的线段的中心点，在与上述鞘构件的轴线方向正交的上述焊接部剖面中的、通过上述中心点的剖面中， 上述元件电极线的直径设为D，上述焊接部与上述元件电极线的圆周的交点且是靠近照射上述激光束一侧的点设为 第1焊接点，在上述焊接部上画出上述元件电极线的焊接前的圆周(以下称作“虚拟圆周”)，从上 述第1焊接点沿着上述虚拟圆周在上述焊接部中行进，由此上述焊接部与上述虚拟圆周交 叉的点设为第2焊接点，连结上述第1焊接点与上述第2焊接点的弦的长度规定为L， 此时，L/D≥0. 6。
2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于， 上述温度传感器还包括金属制的包围构件，其呈在顶端侧形成有底部的有底筒状，并至少包围上述感温元件 及上述焊接部；以及保持构件，其被填充在由上述包围构件包围的空间中的、至少包含上述感温元件及上 述焊接部的区域中。
3.根据权利要求1或2所述的温度传感器，其特征在于， 在上述重合区域中形成有多个上述焊接部。
全文摘要
本发明涉及一种温度传感器，其目的在于提供一种使元件电极线与鞘芯线之间的焊接部的断裂强度提高的温度传感器。其特征在于，在温度传感器中，从能够看到元件电极线与鞘芯线的接触部的方向观察焊接部，确定连结焊接部的表面上的、离感温部最近的点与最远的点的线段的中心点，在与鞘构件的轴线方向正交的焊接部剖面中的、通过中心点的剖面中，元件电极线的直径设为D，是焊接部与元件电极线的圆周的交点并靠近照射激光束侧的点设为第1焊接点，在焊接部上画出元件电极线的焊接前的圆周(以下称作“虚拟圆周”)，从第1焊接点沿着虚拟圆周在焊接部中行进，由此焊接部与虚拟圆周交叉的点设为第2焊接点，连结第1焊接点与第2焊接点的弦的长度规定为L，此时，L/D≥0.6。
文档编号G01K7/22GK102150022SQ20098013551
公开日2011年8月10日 申请日期2009年11月25日 优先权日2008年11月27日
发明者半泽刚, 增田健, 森田刚史, 深田明宏, 铃木达也 申请人:日本特殊陶业株式会社