专利名称：温度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种为了检测排气气体、吸气气体等测定对象流体的温度而使用的温度传感器。
背景技术：
一直以来，具有电气特性对应温度而变化的热敏部的温度传感器为人所知。温度传感器例如安装在汽车的发动机的排气管上，测定在排气管中流通的排气气体的温度。温度传感器的热敏部例如使用热敏电阻烧结体，其电阻值对应温度而变化。用于检测热敏部的电阻值的一对电极夹持热敏部而配置。通过由玻璃等构成的密封部密封热敏部及一对电极，从而形成热敏元件。热敏元件的后端侧设有绝缘支持体，用于支持热敏元件。绝缘支持体的后端侧设有将电连接到一对电极的布线穿过其内部的绝缘套管。通过一对电极检测出热敏部的电阻值，从而测定温度。为了提高温度传感器的响应性，进行了各种研究。例如，专利文献1公开的温度传感器，通过使热敏部(热敏电阻元件)和收容热敏部的外筒的距离为0. 3mm以下，提高热敏部的受热速度。在专利文献2公开的温度传感器中，在外筒中，收容热敏部的前端部和其他部分相比形成为薄壁。通过使外筒前端部形成为薄壁，外筒的外部热量快速传导到热敏部。专利文献1 日本特开2002-350241号公报专利文献2 日本特开2010-32237号公报在温度传感器中，存在热敏元件、绝缘支持体及绝缘套管，直接或通过其他部件从前端侧开始依次接触而配置的情况。即，热敏元件、绝缘支持体及绝缘套管存在热结合配置的情况。这种情况下，易产生热敏元件的热通过绝缘支持体及绝缘套管传递到后端侧的现象(所谓“散热”)。当产生散热时，热敏部达到测定对象的温度为止的时间变长。在专利文献1及2记载的技术下，难以改善散热造成的温度传感器响应性下降的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种温度传感器，可抑制通过绝缘支持体及绝缘套管产生的来自热敏元件的散热的影响，发挥较高的响应性。本发明的温度传感器具有热敏元件，其具有电气特性对应温度而变化的热敏部、 及覆盖上述热敏部的周围的密封部；绝缘支持体，与上述热敏元件的后端侧接触，支持上述热敏元件；绝缘套管，与上述绝缘支持体的后端侧接触，使与上述热敏部电连接的布线穿过其内部；外筒，形成为前端侧封闭的有底筒状，收容上述热敏元件、上述绝缘支持体、及上述绝缘套管，上述外筒具有套管收容部，收容上述绝缘套管；前端侧收容部，和上述套管收容部相比位于前端侧，外径小于上述套管收容部，至少从上述绝缘支持体的轴方向前端开始收容一半以上，上述绝缘支持体的体积大于上述热敏元件的体积。在本发明涉及的温度传感器中，从与热敏元件接触(抵接)的绝缘支持体的轴方向前端开始，一半以上收容到外径小的前端侧收容部。因此，绝缘支持体可借助前端侧收容
3部接受外筒外部的热。其结果是，热敏元件和绝缘支持体之间的温度差降低，因此可抑制从热敏元件到绝缘支持体的热传导(散热)。进一步，在本发明涉及的温度传感器中，绝缘支持体的体积大于热敏元件的体积(包括热敏部及密封部的体积)。因此，绝缘支持体保持的热量变大，即使从绝缘支持体向绝缘套管产生散热，也可抑制绝缘支持体的温度变化。这样一来，可抑制绝缘支持体和热敏元件的温度差的扩大，从而可抑制来自热敏元件的散热。因此，本发明涉及的温度传感器可抑制散热的影响，发挥较高的响应性。在本发明的温度传感器中优选设上述前端侧收容部中收容上述绝缘支持体的部分的最小内径为C、上述最小内径的部分中的上述绝缘支持体的外径为E、上述最小内径的部分中的上述前端侧收容部的厚度为d时，满足0 ( C-E ( 2d。这样一来，绝缘支持体易于接受外筒外部的热。因此，可进一步抑制来自热敏元件的散热的影响。此外，在外筒的前端侧收容部的内周面和绝缘支持体的外周面之间，也可设置距离d以下的间隙(缝隙)。在设置间隙的情况下，当制造温度传感器时，易于将支持热敏元件的绝缘支持体压入到外筒的前端。上述热敏元件的前端也可与上述外筒的前端的底部接触。这种情况下，热敏元件可使外筒外部的热从与外筒接触的前端部尽快受热。因此，本发明的温度传感器可发挥较高的响应性。上述绝缘支持体的材质可含有氧化铝、莫来石、堇青石、滑石、镁橄榄石、二氧化钛、及氧化锆中的一种以上。通过将上述材质用于绝缘支持体，绝缘支持体可有效抑制来自热敏元件的散热。
图1是温度传感器100的纵向剖视图。图2是温度传感器100的前端部的放大纵向剖视图。图3是表示评估试验中的热敏元件21的体积、绝缘支持体31的体积、绝缘支持体 31和外筒11的关系、重叠量、响应速度的对应关系的表。
具体实施例方式以下参照
作为将本发明具体化的一个实施方式的温度传感器100。参照的附图用于说明本发明可采用的技术特征。记载的传感器的构成等不仅限于此，仅是说明示例。在以下说明中，以图1及图2的上下方向作为温度传感器100的上下方向、以图1及图2的左右方向作为温度传感器100的左右方向来进行说明。将图1及图2的图纸眼前一侧及图纸进深一侧分别作为温度传感器100的前侧及后侧进行说明。以图1及图2的上方作为温度传感器100的后端侧、以图1及图2的下方作为温度传感器100的前端侧进行说明。在图1及图2中，温度传感器100的轴线以轴线L进行图示。参照图1，说明温度传感器100的概要构成。温度传感器100例如安装到排气管上，该排气管用于将从汽车(未图示)的发动机排出的排气气体放出到车外。温度传感器 100具有外筒11、热敏元件21、绝缘支持体31、绝缘套管41、中继线35、36、导线51、52、拧入部件61、密封材料71。外筒11是由金属(例如不锈钢合金)形成的有底筒状的管子。外筒11的前端10封闭。外筒11的直径从前端侧到后端侧按照前端侧收容部13、套管收容部14、15、大径部 16的顺序阶梯状变大。在外筒11的内部，从前端10 —侧开始依次配置热敏元件21、绝缘支持体31、绝缘套筒41。热敏元件21是玻璃密封型的热敏电阻元件。热敏元件21的详情参照图2稍后论述。绝缘支持体31是具有绝缘性的双孔的筒状部件，使从热敏元件21延伸的2条引出线23、24穿过各孔的内部并保持。进一步，绝缘支持体31与热敏元件21的后端部接触 (抵接)，支持热敏元件21。在本实施方式中，作为绝缘支持体31的材质使用氧化铝。但是，绝缘支持体31的材料可以变更。具体而言，除了氧化铝外，莫来石、堇青石、滑石、镁橄榄石、二氧化钛、及氧化锆中的一种以上也可作为绝缘支持体31的材质来使用。绝缘套管41与绝缘支持体31的后端部接触。绝缘套管41是由陶瓷制的绝缘体形成的双孔的筒状部件，如图1所示，使中继线35、36穿过各孔的内部并保持。中继线35、 36的前端10 —侧的端部分别连接到从热敏元件21延伸的引出线23、24。各中继线35、36 在后端侧的端部具有端子37、38。导线51、52通过铆接分别连接到端子37、38。导线51、52 是用于取出电信号的电线。导线51、52从外筒11的大径部16的后端开始拉出到温度传感器100的外部。拧入部件61嵌入到外筒11的上下方向中央附近的外周并固定。拧入部件61使拧入部件61的内周面、及外筒11的上下方向中央附近的外周面之间，例如通过焊锡固定到外筒11。拧入部件61具有拧入筒部63、多角形部66。在拧入筒部63的外周面上具有螺纹 60，其用于将温度传感器100以拧入方式固定到排气管(省略图示)的歧管部位的安装孔 (螺纹孔)上。外角形部66在螺纹管部63的后端侧具有从轴线L向朝向拧入部件61外周的方向突出的锷状形状。多角形部66的后端面68通过外筒11的大径部16的前端侧阶梯部18固定。在多角形部66的前端面70上配置环形垫圈69。环形垫圈69在将温度传感器100拧入到排气管(省略图示)的歧管部位的安装孔(螺纹孔)时，密封安装孔和温度传感器100之间的间隙。螺纹筒部63的前端配置在套管收容部15的靠近前端的部位。螺纹筒部63的外周面的靠近前端的部位(螺纹60的前端部)形成前部细的形状(锥形)。位于外筒11的后端的大径部16上配置双孔的筒状的密封材料71。导线51、52穿过具有弹性的密封材料71的各个孔中。在大径部16的后端侧具有铆接部17，它是通过进行铆接使直径比大径部16小的部分。铆接部17使大径部16的后端侧内周和密封材料71 的外周之间密着并确保密封性的同时，固定配置在密封材料71内的导线51、52。参照图2详细说明温度传感器100的前端部。热敏元件21具有热敏电阻烧结体 22、一对电极25、26、一对结合电极27、28、密封部四。作为热敏部的热敏电阻烧结体22通过以具有钙钛矿构造或尖晶石构造的金属氧化物为主体的材料形成为板状。热敏电阻烧结体22具有电阻值对应周围温度变化的特性。电极25 J6层压于热敏电阻烧结体22的左右的各表面，与热敏电阻烧结体22之间导通。电极25、26由钼(Pt)系或金(Au)系的贵金属形成。上述引出线23J4从电极25、26向后端侧延伸，分别插入到绝缘支持体31的两个孔。引出线23、M是用于将热敏电阻烧结体22的电阻值的变化取出到外部的电线。引出线23、24的材料是杜美丝，引出线23、M粗0. 2mm。结合电极27、28由和电极25 J6相同的钼(Pt)系或金(Au)系的贵金属形成，将引出线23、24分别结合到电极25、26。密封部四覆盖一对引出线23、24的前端侧、热敏电阻烧结体22、一对电极25、26、结合电极27、28。 换言之，一对引出线23、24的前端侧、热敏电阻烧结体22、一对电极25、26、结合电极27J8 埋入到密封部四中。一对引出线23、24的后端侧从密封部四出到后端侧。密封部四形成为前端10 —侧带圆的圆柱状，向上下方向延伸。密封部件四的材质是结晶玻璃等玻璃。 密封部四将覆盖部件保持在内部，并保护覆盖的部件不受外部环境的影响。热敏元件21、绝缘支持体31、及绝缘套管41以使彼此的轴线一致的方式从前端10 一侧依次接触(连接)。即，热敏元件21、绝缘支持体31、及绝缘套管41在轴方向上连接， 在彼此热结合的状态下配置。因此，外形细的引出线23、对不会从热敏元件21和绝缘支持体31之间、及绝缘支持体31和绝缘套管41之间露出。进一步，因热敏元件21、绝缘支持体 31、及绝缘套管41接触(连接)，所以难以发生轴偏离。因此，可降低引出线23J4切断的可能性。并且，与热敏元件21、绝缘支持体31、及绝缘套管41不接触(连接)时相比，温度传感器100具有即使产生振动也不易破损的特性。此外，外形为圆柱状的绝缘支持体31的直径大于热敏元件21的直径。进一步，绝缘套管41的直径大于绝缘支持体31的直径。说明热敏元件21及绝缘支持体31的体积。绝缘支持体31的体积大于热敏元件 21的体积。具体而言，绝缘支持体31的直径及上下方向的长度大于热敏元件21的直径及上下方向的长度。因此，绝缘支持体31保持的热量变大，抑制了从热敏元件21向温度传感器100的后端侧的热传导。因此，温度传感器100可抑制散热的影响，发挥较高的响应性。此外，热敏元件21的体积是指，密封部四的体积、以及通过密封部四覆盖的引出线23、24、电极25、26、结合电极27、28、及热敏电阻烧结体四的体积的总计的体积。并且， 通过加长热敏元件21的上下方向的长度、在该热敏元件21的前端部配置热敏电阻烧结体 22，可抑制散热的影响。但是，密封部四通过软化玻璃来制造，因此难以细致调整热敏元件 21的上下方向的长度。本实施方式的温度传感器100通过设置热敏元件21和绝缘支持体 31的体积差，降低热敏元件21的散热的影响。因此，无需细致调整热敏元件21的上下方向的长度，所以易于制造温度传感器100。说明绝缘支持体31和外筒11的关系。如上所述，外筒11具有套管收容部14、 直径小于套管收容部14的前端侧收容部13。前端侧收容部13收容热敏元件21、及从绝缘支持体31的前端10 —侧开始的一半以上。在本实施方式中，绝缘支持体31中，从前端 10 一侧开始，约70%收容到前端侧收容部13。即，绝缘支持体31的表面的约70%朝向表面间距离近的前端侧收容部13的内周面。因此，绝缘支持体31和收容到外筒11中内径大于前端侧收容部13的部位时相比，易于通过外筒11接受外筒11的外部热量。因绝缘支持体31易于接受外部热量，所以绝缘支持体31和热敏元件21的温度差降低。其结果是，可抑制从热敏元件21向温度传感器100的后端侧的热传导(散热)。设前端侧收容部13中收容绝缘支持体13的部分的最小内径为C。设最小内径的部分中的绝缘支持体31的外径为E。设最小内径的部分中的前端侧收容部13的厚度为d。 在这种情况下，C、Ε、d满足以下公式(I)00 ^ C-E ^ 2d......(1)S卩，在通过轴线L、且与轴线L垂直的直线X上，前端侧收容部13的内周面和绝缘支持体31的外周面，以前端侧收容部13的厚度d以下的距离(单侧径差)接近或接触。 因此，绝缘支持体31易于从前端侧收容部13接受外部的热量。此外，如仅考虑提高受热效率，则前端侧收容部13的内周面和绝缘支持体31的外周面也可接触。但考虑到制造容易性，优选在前端侧收容部13的内周面和绝缘支持体31的外周面之间存在距离d以下的间隙。这种情况下，制造温度传感器100的作业者可将支持热敏元件21的绝缘支持体31容易地压入到外筒11的前端部。其结果是，绝缘支持体31破损的可能性降低。热敏元件21的前端与外筒11的前端10的底部接触。因此，热敏元件21可从与外筒11接触的前端部尽快接受外筒11的外部的热量。因此，温度传感器100可发挥较高的响应性。此外，在本实施方式涉及的温度传感器100中，热敏元件21 (带圆的部分除外)的直径的最小值是1. 00mm，绝缘支持体31的直径是1. 40 1. 55mm。外筒11的前端侧收容部13的厚度是0. 175 0. 250mm。前端侧收容部13的内径的最大值是1. 55 1. 60mm。前端侧收容部13的内周面和绝缘支持体31的外周面之间的间隙是0 0. 20mm。(评估试验)进行评估试验，以确认通过变更温度传感器的前端部的形状是否提高响应性。具体来说，准备前端侧形状彼此不同的三个温度传感器(No. 1 幻。将室温(25°C )的各温度传感器的前端部投入到温度300°C、流速20m/sec的气相中。监视温度传感器检测到的温度，将从室温(25°C )到饱和温度(300°C )为止的全部温度变化量中的63%发生变化所需的时间(变为198.25°C为止的时间)，作为响应速度测量。评估试验结果如图3所示。No. 1的温度传感器是现有的温度传感器。No. 1的温度传感器的热敏元件21的体积是11. 6mm3,绝缘支持体31的体积是5. 7mm3,绝缘支持体31的体积小于热敏元件21的体积。No. 1的温度传感器中，不满足上述公式(1)，绝缘支持体31和外筒11不接近。因此， 在No. 1的温度传感器中，绝缘支持体31中由前端侧收容部13覆盖的部分的比例(以下称为“重叠量”)是0%。评估试验的结果是，No. 1的温度传感器的响应速度是10. 6秒。No. 2的温度传感器的热敏元件21的体积是2. 4mm3，绝缘支持体31的体积是 5. 3mm3，绝缘支持体31的体积大于热敏元件21的体积。No. 2的温度传感器中，满足上述公式(1)，绝缘支持体31的重叠量是60%。评估试验的结果是，No. 2的温度传感器的响应速度是5. 3秒。由此可确认，No. 2的温度传感器的响应性和现有的No. 1的温度传感器相比， 得到大幅改善。No. 3的温度传感器是图1及图2所示的温度传感器100。No. 3的温度传感器的热敏元件21的体积是2. 4mm3,绝缘支持体31的体积是8. 8mm3,绝缘支持体31的体积大于热敏元件21的体积。No. 3的温度传感器中，满足公式(1)，绝缘支持体31的重叠量是70%。 评估试验的结果是，No. 3的温度传感器的响应速度是4. 7秒。比较No. 2和No. 3的温度传感器的评估试验的结果，可知优选使绝缘支持体31的体积是热敏元件21的体积的2倍以上。本发明不限于以上详述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可进行各种变更。例如可加入以下㈧至⑶的变形。(A)上述实施方式的热敏元件21是玻璃密封型的热敏电阻元件。但本发明也可适用于玻璃密封型热敏电阻元件以外的热敏元件。例如也可适用于在绝缘基板上形成Pt电阻、将它们玻璃密封的热敏元件中。(B)在上述实施方式的温度传感器100中，热敏元件21和绝缘支持体31直接接触
7地配置，且绝缘支持体31和绝缘套管41直接接触地配置。但是，热敏元件21、绝缘支持体 31、及绝缘套管41也可通过粘合部件等其他部件间接接触。(C)上述实施方式的前端侧收容部13的直径除了前端带圆的部分外是一定的。但前端侧收容部13的直径小于套管收容部14、15的直径即可，直径无需恒定。例如，前端侧收容部13中，收容热敏元件21的部分的直径可进一步小于收容绝缘支持体31的部分的直径。即，前端侧收容部13可由直径不同的多个部位构成。并且，也可越靠近前端直径越小地形成前端侧收容部13。(D)温度传感器100的热敏元件21以外的构成也可适当变更。例如，温度传感器 100具有的热敏元件21以外的部件的形状、材料及配置可根据需要变更。
权利要求
1.一种温度传感器，其特征在于，具有热敏元件，其具有电气特性对应温度而变化的热敏部、及覆盖上述热敏部的周围的密封部；绝缘支持体，与上述热敏元件的后端侧接触，支持上述热敏元件； 绝缘套管，与上述绝缘支持体的后端侧接触，使与上述热敏部电连接的布线穿过其内部；外筒，形成为前端侧封闭的有底筒状，收容上述热敏元件、上述绝缘支持体、及上述绝缘套管，上述外筒具有套管收容部，收容上述绝缘套管；以及前端侧收容部，和上述套管收容部相比位于前端侧，外径小于上述套管收容部，至少从上述绝缘支持体的轴方向前端开始收容其一半以上， 上述绝缘支持体的体积大于上述热敏元件的体积。
2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，设上述前端侧收容部中收容上述绝缘支持体的部分的最小内径为C、上述最小内径的部分中的上述绝缘支持体的外径为E、 上述最小内径的部分中的上述前端侧收容部的厚度为d时，满足0 ^ C-E ^ 2d。
3.根据权利要求1或2所述的温度传感器，其特征在于，上述热敏元件的前端与上述外筒的前端的底部接触。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的温度传感器，其特征在于，上述绝缘支持体的材质含有氧化铝、莫来石、堇青石、滑石、镁橄榄石、二氧化钛、及氧化锆中的一种以上。
全文摘要
本发明提供一种温度传感器，可抑制通过绝缘支持体及绝缘套管产生的来自热敏元件的散热的影响，发挥较高的响应性。温度传感器(100)具有热敏元件(21)、绝缘支持体(31)、绝缘套管(41)、外筒(11)。热敏元件具有热敏电阻烧结体(22)。绝缘支持体与热敏元件的后端侧接触，并支持热敏元件。绝缘套管与绝缘支持体的后端侧接触，布线穿过内部。外筒收容热敏元件、绝缘支持体及绝缘套管；外筒具有套管收容部(14)和前端侧收容部(13)；套管收容部收容绝缘套管；前端侧收容部和套管收容部相比位于前端侧，外径小于套管收容部，从绝缘支持体的轴方向前端开始收容其一半以上。绝缘支持体的体积大于热敏元件的体积。
文档编号G01K7/22GK102419219SQ201110250969
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月16日 优先权日2010年8月19日
发明者伊藤政伦, 松尾康司, 石川聪 申请人:日本特殊陶业株式会社