KR101597302B1

KR101597302B1 - 온도센서 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101597302B1
Application number: KR1020140182567A
Authority: KR
Inventors: 김종권; 이용환; 김성민
Original assignee: 주식회사 동양센서
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2034-12-17

Abstract

본 발명은 온도센서에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 배기가스의 온도 등을 측정하는 온도센서에 관한 것이다. 본 발명에 따른 온도센서는 감온부와 상기 감온부에서 연장된 한 쌍의 전극선을 가지는 감온소자와, 상기 전극선과 접합되는 심선(a core wire)과 상기 심선을 내포하는 시스(sheath)를 가지는 엠아이케이블(M.I.Cable)과, 상기 감온소자와 상기 접합부를 수용하며 상기 시스와 결합하는 보호 튜브를 포함하는 온도센서로서, 상기 심선의 끝단에는 오목한 홈이 심선의 길이 방향으로 길게 형성되며, 상기 전극선의 끝단은 심선의 오목한 홈 안에 안착되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 높은 온도센서의 제조방법은 전극선과 심선의 조립정밀도가 높으며, 전극선과 심선 연결부위의 내구성이 강한 온도센서를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

Description

온도센서 및 그 제조방법{TEMPERATURE SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 온도센서에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 배기가스의 온도 등을 측정하는 온도센서에 관한 것이다.

자동차의 배기가스 등의 온도를 검출하는 온도센서는 서미스터나 백금 저항체 등 온도에 따라 저항이 변화하는 감온소자를 이용한다.

온도센서는 감온소자와 감온소자의 전기적 신호를 전달하기 위해 감온소자와 연결되는 엠아이케이블(M.I cable: mineral insulated cable)을 포함한다. 감온소자에서 연장된 한 쌍의 전극선이 엠아이케이블의 심선과 용접됨으로써, 감온소자의 전기적 신호가 엠아이케이블로 전달된다. 이 신호는 다시 엠아이케이블과 연결된 리드와이어로 전달되고, 리드와이어에 연결된 커넥터를 통해서 온도측정장치와 연결된다.

전극선과 심선은 일반적으로, 전극선과 심선을 맞대기 형태 또는 겹쳐진 형태로 배치한 후 레이저 용접을 하는 방법으로 접합한다. 그러나 이러한 방법은 정렬 불량 및 편차에 의해서 공정 불량률이 매우 높다. 또한, 진동이 심한 자동차의 가동 환경에서 사용되는 과정에서, 이러한 방법으로 접합된 전극선과 심선이 단락되는 불량도 많이 발생한다는 문제가 있었다.

등록특허 제1225096호 유럽등록특허 제0738385호

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 전극선과 심선의 조립정밀도가 높고, 전극선과 심선 연결부위의 내구성이 강한 온도센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 감온부와 상기 감온부에서 연장된 한 쌍의 전극선을 가지는 감온소자와, 상기 전극선과 접합되는 심선(a core wire)과 상기 심선을 내포하는 시스(sheath)를 가지는 엠아이케이블(M.I.Cable)과, 상기 감온소자와 상기 접합부를 수용하며 상기 시스와 결합하는 보호 튜브를 포함하는 온도센서로서, 상기 심선의 끝단에는 오목한 홈이 심선의 길이 방향으로 길게 형성되며, 상기 전극선의 끝단은 심선의 오목한 홈 안에 안착되는 것을 특징으로 하는 온도센서가 제공된다.

상기 심선은 상기 전극선을 상기 심선의 오목한 홈에 고정하기 위해서 오므려져 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 심선에 안착된 전극선은 레이저 용접을 통해서 상기 심선과 일체화되는 것이 바람직하다. 상기 심선에 안착된 전극선은 스팟 용접을 통해서 상기 심선과 일체화될 수 있다. 상기 오목한 홈은 U자 또는 V자 홈일 수 있다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 감온부와 상기 감온부에서 연장된 한 쌍의 전극선을 가지는 감온소자를 제공하는 단계와, 심선과 상기 심선을 내포하는 시스를 가지는 엠아이케이블의 시스를 절단하여 제거하여 심선을 노출시키는 단계와, 상기 한 쌍의 전극선을 상기 심선에 접합하는 단계와, 상기 시스에 상기 감온소자와 상기 한 쌍의 전극선과 상기 심선의 접합부를 수용하는 보호 튜브를 접합하는 단계를 포함하는 온도센서 제조방법으로서, 상기 한 쌍의 전극선을 상기 심선에 접합하는 단계는, 상기 심선의 끝단에 오목한 홈을 성형하는 단계와, 상기 오목한 홈에 상기 전극선을 안착하는 단계와, 상기 심선을 오므려 상기 전극선을 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서의 제조방법이 제공된다.

여기서 상기 심선의 끝단에 오목한 홈을 성형하는 단계는, 상기 심선의 상면을 압축하여 평평하게 성형하는 1차 성형단계와, 평평한 상면의 중심부를 가압하여 오목한 홈을 성형하는 2차 성형단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 1차 성형단계는 하부 금형에 상기 심선을 배치한 후 평면을 구비한 상부 금형을 이용하여 상기 심선의 상면을 가압하는 단계일 수 있다. 그리고 상기 2차 성형단계는 하부 금형에 1차 성형단계를 거친 상기 심선을 배치한 후 볼록한 면을 구비한 상부 금형을 이용하여 상기 심선의 상면을 가압하는 단계일 수 있다.

그리고 상기 심선을 오므려 상기 전극선을 고정하는 단계는 하부 금형에 상기 전극선이 안착된 심선을 배치한 후 둥그스름한 오목면을 구비한 상부 금형을 이용하여 상기 심선의 상면을 가압하는 단계일 수 있다.

본 발명에 따른 높은 온도센서의 제조방법은 전극선과 심선의 조립정밀도가 높으며, 전극선과 심선 연결부위의 내구성이 강한 온도센서를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도센서의 단면도이다.
도 2는 도 1의 감온소자의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 전극선과 심선의 접합부를 나타낸 사시도이다.
도 4 내지 6은 전극선과 심선을 접합하는 단계를 설명하기 위한 공정도들이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다.

다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도센서의 단면도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 온도센서는 감온소자(10), 엠아이케이블(M.I cable: mineral insulated cable, 20), 보호 튜브(30) 및 절연재(40)를 포함한다. 또한, 온도센서(1)의 고정을 위해서 엠아이케이블(20)의 외주에 끼워 맞춰지는 링(60)과 볼트(65), 감온소자(10)에서 측정된 저항값의 변화를 전달하기 위해 엠아이케이블(20)의 심선(21)과 접속하는 리드와이어(lead wire, 70)와 그 접속부를 감싸는 PTFE 튜브(72) 및 패드(74), 슬리브(sleeve, 76), 길게 연장된 리드와이어(70)를 감싸는 절연튜브(insulator tube, 80)를 포함한다.

도 2는 도 1에 도시된 감온소자의 분해 사시도이다. 도 2를 참고하면, 감온소자(10)는 감온부(15)와 감온부(15)에서 연장된 한 쌍의 전극선(16)을 포함한다.

감온부(15)는 알루미나 회로기판(11)과 그 회로기판(11)의 위에 형성된 백금 박막 필름(12) 및 백금 박막 필름(12)을 보호하기 위한 보호막 층(13)을 포함한다. 백금 박막(12)은 다른 금속과 마찬가지고 온도가 증가할수록 저항값이 증가한다. 이러한 저항값과 온도의 비례관계를 이용하여, 저항값의 변화를 통해서 온도를 측정할 수 있다. 고순도 백금은 온도에 따른 저항 변화가 직선적으로 나타나며, 화학적 물리적으로도 우수한 성질을 가지며, 고온에서도 사용할 수 있다는 장점이 있다. 감온부(15)로는 PTC(positive temperature coefficient)나 NTC(negative temperature coefficient) 써미스터(Thermistor)를 사용할 수도 있다.

전극선(16)은 백금으로 이루어지며, 연결패드(17)를 통해 백금 박막 필름(12)과 연결된다. 백금 박막 필름(12)과 전극선(16)의 연결부는 유리-세라믹(Glass-Ceramic) 결합 실링(18)을 통해서 보호된다.

엠아이케이블(20)은 심선(21), 심선(21)을 내포하는 절연재(22) 및 상기 절연재(22)를 감싸는 시스(sheath, 23)를 포함한다. 엠아이케이블(20)의 시스(23)를 절단하고 절연재(22)를 제거하면 심선(21)이 노출된다. 노출된 심선(21)은 레이저 용접을 통해서 전극선(16)과 연결된다. 본 실시예에 있어서, 절연재(22)는 순도가 99.4% 이상인 산화마그네슘 파우더를 사용하였으며, 시스(23)의 재료로는 인코넬600(inconel 600)을 사용하였다.

도 3은 도 1의 전극선과 심선의 접합부를 나타낸 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 있어서, 심선(21)의 끝단에는 오목한 홈(21a)이 길게 형성된다. 오목한 홈(21a)은 개방된 상부가 좁아진 U 또는 V자 형태일 수 있다. 전극선(16)의 끝단은 심선(21)의 오목한 홈(21a) 안에 안착된다. 전극선(16)을 심선(21)의 오목한 홈(21a)에 고정하기 위해서, 심선(21)이 클램핑을 통해서 오므려져 있다. 그리고 심선(21)과 전극선(16) 사이의 틈은 심선(21)의 길이방향을 따라서 스팟 용접되어 있다. 용접은 레이저를 통해서 진행될 수 있다. 용접부(21b)를 통해서 심선(21)과 전극선(16)의 확실한 통전과 완전한 구속을 담보할 수 있다.

보호 튜브(30)는 양단이 개방된 원통형이며, 감온소자(10)와 심선(21)과 전극선(16)의 접합부를 수용한다. 보호 튜브(30)의 일단면은 심선(21)을 드러내기 위해서 절단된 시스(23)의 절단면과 결합한다. 보호 튜브(30)는 보호 튜브(30)의 타단면에 결합하는 캡(50)에 의해서 밀봉될 수 있다.

절연재(40)는 산화 마그네슘 등 세라믹 파우더로서 보호 튜브(30)의 내부 공극을 채운다. 절연재(40)로는 시멘트가 사용될 수도 있다.

이하, 상술한 온도센서의 제조방법에 대해서 설명한다.

온도센서의 제조방법은 감온소자(10)를 준비하는 단계로 시작된다. 감온소자(10)는 알루미나 기판(11) 위에 사진식각(photolithography), 스크린 프린팅 등의 방법으로 백금 박막(12)을 형성하고, 그 위에 보호막 층(13)을 형성하고, 노출된 백금 박막의 패드 부분에 백금선(16)을 연결한 후 유리-세라믹 결합실링(17)을 통해서 밀봉함으로써 제조한다.

다음, 심선(21), 그 심선(21)을 내포하는 절연재(22) 및 그 절연재(22)를 감싸는 시스(23)를 가지는 엠아이케이블(20)의 시스(23)를 절단하고 절연재(22)를 제거하여 심선(21)을 드러낸다.

다음, 감온소자(10)의 전극선(16)을 노출된 심선(21)에 접합한다. 도 4 내지 6은 전극선(16)과 심선(21)을 접합하는 단계를 설명하기 위한 공정도들이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 먼저, 엠아이케이블(20)의 한 쌍의 심선(21)을 둥그스름한 형상의 오목홈(2)을 구비한 하부 금형(1)에 배치한다. 그리고 평면을 구비한 상부 금형(3)을 이용하여 심선(21)의 상면을 누른다. 그러면 도 4에 도시된 바와 같이, 심선(21)의 상면이 눌리면서 평평하게 변형된다. 직경이 0.5㎜정도인 심선(21)의 경우에는 약 20%정도 압축된다. 본 단계는 심선(21)의 직경의 편차를 보정하는 역할을 한다.

다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 평평한 상면의 중심부를 U자 형태의 볼록한 면을 구비한 상부 금형(4)을 이용하여 가압하여, 심선(21)에 오목한 홈(21d)을 형성한다. 본 단계에서는 도 4에 도시된 단계와 동일한 하부 금형(1)을 사용하여 심선(21)을 지지한다.

다음, 도 4 및 5에서 사용된 하부 금형(1)에 비해서 깊이가 얕은 다른 하부 금형(5)에 오목한 홈(23d)이 형성된 심선(21)을 배치한 후, 심선(21)의 오목한 홈(21d)에 전극선(16)을 안착시킨다. 그리고 도 6에 도시된 바와 같이, 둥그스름한 오목면(7)을 구비한 상부 금형(6)을 이용하여 심선(21)을 가압하여, 심선(21)의 오목한 홈(21d)을 오므려, 전극선(16)이 심선(21)의 오목한 홈(21a)내에서 유격 없이 고정되도록 한다. 이 과정에서 전극선(16)의 일부도 오목한 홈(21a)에 대응하는 형태로 변형되면서, 전극선(16)과 심선(21)이 밀착된다.

마지막으로, 레이저를 이용하여 심선(21)과 전극선(16)의 틈새를 스팟 용접한다. 심선(21)의 길이 방향을 따라서 2 ~ 4개의 지점을 스팟 용접할 수 있다. 용접을 통해서 심선(21)과 전극선(16)의 더욱 확실한 통전과 완전한 구속을 담보할 수 있다.

다음, 양단이 개방된 원통형 보호 튜브(30)의 일단면을 시스(23)의 절단면에 레이저를 이용하여 접합한다. 감온소자(10)와 전극선(16)과 심선(21)의 접합부는 보호 튜브(30)의 내부에 수용된다.

다음, 보호 튜브(30)의 개방된 타단을 통해서 산화 마그네슘 절연재(40)를 채운다. 마지막으로, 보호 튜브(30)의 타단면에 캡(50)을 레이저 용접을 통해서 접합한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

10: 감온소자 11: 알루미나 기판
12: 백금 박막 필름 16: 전극선
20: 엠아이케이블 21: 심선
21a: 오목한 홈 21b: 용접부
23: 시스(sheath) 30: 보호 튜브
40: 절연재 50: 캡

Claims

감온부와 상기 감온부에서 연장된 한 쌍의 전극선을 가지는 감온소자와, 상기 전극선과 접합되는 심선(a core wire)과 상기 심선을 내포하는 시스(sheath)를 가지는 엠아이케이블(M.I.Cable)과, 상기 감온소자 및 상기 전극선과 상기 심선의 접합부를 수용하며 상기 시스와 결합하는 보호 튜브를 포함하는 온도센서에 있어서,
상기 접합부에 배치된 상기 심선의 끝단에는 오목한 홈이 심선의 길이 방향으로 길게 형성되며, 상기 전극선의 끝단이 상기 심선의 오목한 홈 안에 안착되어, 상기 심선과 상기 전극선이 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 온도센서.
제1항에 있어서,
상기 심선은 상기 전극선을 상기 심선의 오목한 홈에 고정하기 위해서 오므려져 있는 것을 특징으로 하는 온도센서.
제1항에 있어서,
상기 심선에 안착된 전극선은 레이저 용접을 통해서 상기 심선과 일체화되는 것을 특징으로 하는 온도센서.
제3항에 있어서,
상기 심선에 안착된 전극선은 스팟 용접을 통해서 상기 심선과 일체화되는 것을 특징으로 하는 온도센서.
제1항에 있어서,
상기 오목한 홈은 U자 또는 V자 홈인 것을 특징으로 하는 온도센서.
감온부와 상기 감온부에서 연장된 한 쌍의 전극선을 가지는 감온소자를 제공하는 단계와, 심선과 상기 심선을 내포하는 시스를 가지는 엠아이케이블의 시스를 절단하여 제거하여 심선을 노출시키는 단계와, 상기 한 쌍의 전극선을 상기 심선에 접합하는 단계와, 상기 시스에 상기 감온소자와 상기 한 쌍의 전극선과 상기 심선의 접합부를 수용하는 보호 튜브를 접합하는 단계를 포함하는 온도센서 제조방법에 있어서,
상기 한 쌍의 전극선을 상기 심선에 접합하는 단계는,
상기 심선의 끝단에 오목한 홈을 성형하는 단계와,
상기 오목한 홈에 상기 전극선을 안착하는 단계와,
상기 심선을 오므려 상기 전극선을 상기 오목한 홈에 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 심선에 안착된 전극선을 레이저 용접을 통해서 상기 심선과 일체화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 심선에 안착된 전극선을 스팟 용접을 통해서 상기 심선과 일체화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 심선의 끝단에 오목한 홈을 성형하는 단계는 U자 또는 V자 홈을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 온도센서의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 심선의 끝단에 오목한 홈을 성형하는 단계는,
상기 심선의 상면을 압축하여 평평하게 성형하는 1차 성형단계와,
평평한 상면의 중심부를 가압하여 오목한 홈을 성형하는 2차 성형단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 1차 성형단계는 하부 금형에 상기 심선을 배치한 후 평면을 구비한 상부 금형을 이용하여 상기 심선의 상면을 가압하는 단계인 것을 특징으로 하는 온도센서의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 2차 성형단계는 하부 금형에 1차 성형단계를 거친 상기 심선을 배치한 후 볼록한 면을 구비한 상부 금형을 이용하여 상기 심선의 상면을 가압하는 단계인 것을 특징으로 하는 온도센서의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 심선을 오므려 상기 전극선을 고정하는 단계는 하부 금형에 상기 전극선이 안착된 심선을 배치한 후 둥그스름한 오목면을 구비한 상부 금형을 이용하여 상기 심선의 상면을 가압하는 단계인 것을 특징으로 하는 온도센서의 제조방법.