DE102007000315B4

DE102007000315B4 - Temperatursensor mit vereinfachter Struktur, ausgezeichneter Beständigkeit gegenüber Schwingungen und schnellem Reaktionsvermögen

Info

Publication number: DE102007000315B4
Application number: DE102007000315A
Authority: DE
Inventors: Youta Kariya Iwamoto; Koichi Kariya Yoshida
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2027-06-09
Also published as: JP2007327893A; DE102007000315A1; FR2902188A1; JP4760558B2

Abstract

Temperatursensor (1, 1A) mit:
einem Isolator (103), der eine Länge mit einem ersten Ende (103a) und einem zweiten Ende (103b) aufweist, die in einer Längsrichtung des Isolators (103) einander entgegengesetzt sind;
einem Paar Elektrodendrähte (102), die in dem Isolator (103) isolierend gehalten sind, wobei jeder Elektrodendraht (102) einen Endabschnitt (102a) aufweist, der von dem ersten Ende (103a) des Isolators (103) vorsteht;
einem Temperaturerfassungselement (101), das zum Erfassen einer Temperatur dient, wobei das Temperaturerfassungselement (101) mit den Endabschnitten (102a) der Elektrodendrähte (102) verbunden ist, um ein Temperatursignal, das die erfasste Temperatur darstellt, durch die Elektrodendrähte (102) abzugeben; und
einer Metallkappe (107), die eine Länge mit einem geschlossenen Ende (107a) und einem offenen Ende (107b) aufweist, die in einer Längsrichtung der Metallkappe (107) einander entgegengesetzt sind, wobei der Isolator (103) mit dem ersten Ende (103a) des Isolators (103) in der Metallkappe (107) so eingefügt ist, dass das Temperaturerfassungselement...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Temperatursensoren oder thermische Sensoren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen verbesserten Temperatursensor, der eine vereinfachte Struktur, eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Schwingungen und ein schnelles Reaktionsvermögen aufweist.
Stand der Technik
7A zeigt einen herkömmlichen Temperatursensor 1B, der zum Beispiel zum Erfassen der Temperatur eines Abgases von einem Dieselfahrzeug ausgelegt ist.
Wie dies in der 7A gezeigt ist, hat der Temperatursensor 1B einen Erfassungsabschnitt 10B zum Erfassen der Temperatur und zum Erzeugen eines Temperatursignals, das die erfasste Temperatur darstellt, einen Drahtschutzabschnitt 12 zum Schützen von Signaldrähten 121, die das Temperatursignal von dem Erfassungsabschnitt 10B zu einer externen Vorrichtung oder Schaltung übertragen, und ein Metallgehäuse 13 zum Halten des Drahtschutzabschnitts 12 und zum Befestigen des Temperatursensors 1B an einer vorgegebenen Anbringungsposition.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 7B hat der Erfassungsabschnitt 10B ein Temperaturerfassungselement 101, ein Paar Elektrodendrähte 102, einen Isolator 103B, eine Dichtung 105 und eine Metallkappe 107B. Das Temperaturerfassungselement 101 dient zum Erfassen der Temperatur und zum Erzeugen des Temperatursignals. Die Elektrodendrähte 102 sind mit dem Temperaturerfassungselement 101 verbunden, um das Temperatursignal abzugeben. Der Isolator 103B hat ein Paar Durchgangslöcher 104, in denen die Elektrodendrähte 102 jeweils gesichert sind und somit voneinander isoliert sind. Die Dichtung 105 ist so ausgebildet, dass sie das Temperaturerfassungselement 101 vollständig umschließt, um dadurch das Temperaturerfassungselement 101 an den Isolator 103B zu befestigen. Die Metallkappe 107B hat das Temperaturerfassungselement 101, die Elektrodendrähte 102 und den Isolator 103B, die darin vollständig eingekapselt sind.
Der Drahtschutzabschnitt 12 hat einen Isolator 122 und eine Metallröhre 123. Der Isolator 122 hält darin die Signaldrähte 121 und isoliert sie voneinander. Die Metallröhre 123 hat den darin befestigten Isolator 122, wodurch die Signaldrähte 121 befestigt und geschützt werden. Die Metallröhre 123 ist teilweise in die Metallkappe 107B eingefügt und an die Metallkappe 107B an einer Schweißstelle 111 über ihren Umfang geschweißt. Jeder Signaldraht 121 hat einen Endabschnitt 121a, der von dem Isolator 122 vorsteht und an einem entsprechenden Elektrodendraht 102 an einer Schweißstelle 106 geschweißt ist.
Das Metallgehäuse 13 hat einen Halteabschnitt 131 zum Halten der Metallröhre 123, einen Gewindeabschnitt 132 zum Befestigen des Temperatursensors 1B an der Anbringungsposition und einen Sechskant-Kopfabschnitt 133 zum Verschrauben des Temperatursensors 1B, wie dies in der 7A gezeigt ist.
Außerdem ist bei dem Temperatursensor 1B des Weiteren ein Füllstoff 112 vorgesehen, der alle Hohlräume in der Metallkappe 107B füllt, wodurch das Temperaturerfassungselement 101, der Isolator 103B und die Drähte 102 und 121 in der Metallkappe 107B befestigt sind.
Mittels des Füllstoffs 112 ist es folglich möglich, Schwingungen von diesen Komponenten 101, 102, 103B und 121 zu unterdrücken, die durch Schwingungen des Fahrzeugs induziert werden, wodurch verhindert wird, dass die Elektrodendrähte 102 aufgrund der Schwingungen gebrochen werden.
Andererseits offenbart die US-6 639 505 B2 einen Temperatursensor, bei dem ein Durchmesser von jenem Abschnitt der Metalleinfassung (das heißt der Metallkappe), wo das Thermistorelement (das heißt das Temperaturerfassungselement) aufgenommen ist, kleiner als jene Durchmesser von beliebigen anderen Abschnitten der Metalleinfassung gestaltet ist, um so das Reaktionsvermögen des Temperatursensors zu verbessern.
Da jedoch bei einem derartigen Temperatursensor der Zwischenraum zwischen dem isolierenden Element (das heißt dem Isolator) und dem das Thermistorelement aufnehmenden Abschnitt der Metalleinfassung dementsprechend klein ist, ist es sehr schwierig, zum Zwecke einer Unterdrückung von Schwingungen dazwischen einen Füllstoff vorzusehen.
Des Weiteren ist es unmöglich, den Zwischenraum absolut auf 0 zu bringen. Dementsprechend ist es ohne Verwendung eines Füllstoffs sehr schwierig, den Isolator und somit das Thermistorelement und die Elektrodendrähte innerhalb der Metalleinfassung sicher zu befestigen.
Wenn die Schwingungsfrequenz des Fahrzeugs mit der Resonanzfrequenz des Temperatursensors übereinstimmt, wird folglich die Schwingung des Temperatursensors verstärkt, so dass die Elektrodendrähte in einigen Fällen schließlich gebrochen werden können.
Weitere Temperatursensoren sind aus den Druckschriften JP 2004233236 AA , US 2002/0131277 A1 und US 2002/0135455 A1 bekannt.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend geschilderten Probleme geschaffen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Temperatursensor vorzusehen, der keinen Füllstoff zwischen dem Isolator und der Metallkappe erfordert, eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Schwingungen hat und ein schnelles Reaktionsvermögen aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Temperatursensor vorgesehen, der einen Isolator, ein Paar Elektrodendrähte, ein Temperaturerfassungselement und eine Metallkappe aufweist.
Der Isolator hat eine Länge mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, die in der Längsrichtung des Isolators einander entgegengesetzt sind. Die Elektrodendrähte sind in dem Isolator isolierend gehalten. Jeder Elektrodendraht hat einen Endabschnitt, der von dem ersten Ende des Isolators vorsteht. Das Temperaturerfassungselement dient zum Erfassen einer Temperatur. Das Temperaturerfassungselement ist mit den Endabschnitten der Elektrodendrähte verbunden, um ein Temperatursignal, das die erfasste Temperatur darstellt, durch die Elektrodendrähte abzugeben. Die Metallkappe hat eine Länge mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende, die in der Längsrichtung der Metallkappe einander entgegengesetzt sind. Die Metallkappe hat den Isolator, der darin von dem ersten Ende des Isolators so eingefügt ist, dass das Temperaturerfassungselement und die Endabschnitte der Elektrodendrähte vollständig in der Metallkappe eingekapselt sind.
Der Temperatursensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass: Der Isolator einen abgeschrägten Abschnitt aufweist, der in der Längsrichtung des Isolators zu dem ersten Ende abgeschrägt ist; die Metallkappe ebenfalls einen abgeschrägten Abschnitt aufweist, der in der Längsrichtung der Metallkappe zu dem geschlossenen Ende abgeschrägt ist; und der Temperatursensor des Weiteren eine Einrichtung zum Halten eines engen Kontakts zwischen der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts des Isolators und der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts der Metallkappe aufweist.
Da zwischen dem Isolator und der Metallkappe kein Füllstoff vorgesehen ist, ist die Struktur des Temperatursensors verglichen mit der Struktur des herkömmlichen Temperatursensors vereinfacht, der vorstehend beschrieben ist.
Durch die Einrichtung zum Halten des engen Kontakts zwischen der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts des Isolators und der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts der Metallkappe kann des Weiteren eine Relativbewegung zwischen dem Isolator und der Metallkappe in wirksamer Weise unterdrückt werden, wenn Schwingungen zu dem Temperatursensor übertragen werden. Folglich schwingt der Temperatursensor als Ganzes, wodurch verhindert wird, dass die Elektrodendrähte aufgrund einer Konzentration an dortigen Spannungen gebrochen werden.
Durch das Vorsehen des abgeschrägten Abschnitts in der Metallkappe ist darüber hinaus der Durchmesser eines das Temperaturerfassungselement aufnehmenden Abschnitts der Metallkappe reduziert. Folglich ist ein radialer Abstand zwischen dem Temperaturerfassungselement und der Metallkappe dementsprechend reduziert, wodurch ein schnelles Reaktionsvermögen des Temperatursensors gewährleistet wird.
Gemäß einer weiteren Implementierung der vorliegenden Erfindung ist ein Schrägungswinkel des abgeschrägten Abschnitts des Isolators, der als ein Winkel definiert ist, der durch eine imaginäre gradlinige Tangente an der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts mit der Längsrichtung des Isolators ausgebildet ist, vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 80°.
Des Weiteren ist die Differenz zwischen dem Schrägungswinkel des abgeschrägten Abschnitts des Isolators und einem Schrägungswinkel des abgeschrägten Abschnitts der Metallkappe, der als ein Winkel definiert ist, der durch eine imaginäre geradlinige Tangente an der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts mit der Längsrichtung der Metallkappe definiert ist, vorzugsweise in einem Bereich von –10 bis 10°.
Der Temperatursensor hat des Weiteren vorzugsweise eine Dichtung, die an dem ersten Ende des Isolators sowohl das Temperaturerfassungselement als auch die Endabschnitte der Elektrodendrähte befestigt und diese vollständig umschließt.
Durch die Dichtung wird eine Relativbewegung zwischen dem Isolator und dem Temperaturerfassungselement und den Endabschnitten der Elektrodendrähte vollständig begrenzt, wodurch die Beständigkeit des Temperatursensors gegenüber Schwingungen verbessert wird.
Der Temperatursensor kann des Weiteren folgendes aufweisen: Eine Metallröhre, die teilweise in die Metallkappe eingefügt und daran befestigt ist, wobei ein Ende davon dem zweiten Ende des Isolators innerhalb der Metallkappe zugewandt ist; ein Paar Signaldrähte, die jeweils teilweise in der Metallröhre enthalten sind, wobei ein Endabschnitt davon von dem Ende der Metallröhre vorsteht, und die Endabschnitte der Signaldrähte jeweils mit den Elektrodendrähten zum Übertragen des Temperatursignals von den Elektrodendrähten zu einer externen Vorrichtung verbunden sind; und einen zweiten Isolator, der innerhalb der Metallröhre vorgesehen ist, um die Signaldrähte voneinander zu isolieren.
Des Weiteren ist es vorzuziehen, dass: Der Isolator ein Paar Durchgangslöcher aufweist, die sich jeweils in der Längsrichtung des Isolators erstrecken; jeder Elektrodendraht sich durch ein entsprechendes Durchgangsloch des Isolators hindurch erstreckt; der Isolator des Weiteren ein Paar Löcher aufweist, die jeweils an dem zweiten Ende des Isolators münden, eine Bodenseite aufweist und mit einem entsprechenden Durchgangsloch des Isolators in Verbindung ist; und jeder Endabschnitt der Signaldrähte in einem Entsprechenden Loch des Isolators eingefügt ist, um sowohl mit der Bodenseite des entsprechenden Lochs und einem entsprechenden Elektrodendraht in Kontakt zu sein.
Durch das Vorsehen der Elektrodendrähte und der Signaldrähte jeweils in den Durchgangslöchern und den Löchern des Isolators ist es möglich, in einfacher Weise die Elektrodendrähte an die entsprechenden Signaldrähte ohne Verwendung einer Lehre während des Fügeprozesses zu fügen.
Darüber hinaus kann der Temperatursensor des Weiteren so konfiguriert sein, dass: Die Signaldrähte jeweils aus einem Edelstahl mit hoher Härte bestehen und an der Metallröhre über den zweiten Isolator befestigt sind; und die Einrichtung zum Halten des engen Kontakts zwischen der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts des Isolators und der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts der Metallkappe durch die Signaldrähte gebildet ist, die mit den entsprechenden Bodenseiten der Löcher des Isolators und der Metallröhre in Kontakt sind, die an der Metallkappe befestigt ist.
Andernfalls kann der Temperatursensor des Weiteren so konfiguriert sein, dass: Die Signaldrähte jeweils hinsichtlich der Metallröhre bewegbar sind; und die Einrichtung zum Halten des engen Kontakts zwischen der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts des Isolators und der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts der Metallkappe aus der Metallröhre gebildet ist, die an der Metallkappe befestigt ist, wobei das Ende davon mit dem zweiten Ende des Isolators in Kontakt ist.
Der Temperatursensor kann des Weiteren ein Metallgehäuse aufweisen, das die Metallröhre hält und einen Gewindeabschnitt zum Befestigen des Temperatursensors an einer Anbringungsposition aufweist.
Es ist vorzuziehen, dass bei dem Temperatursensor das Temperaturerfassungselement mit einem NTC-Thermistor auf Übergangsmetallbasis konfiguriert ist. Bei dieser Konfiguration kann der Temperatursensor zuverlässig und genau die Temperatur erfassen, die ungefähr bis 1300°C hoch ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Kurze Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung klarer verständlich, die jedoch die Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsbeispiele beschränken sollen, sondern nur dem Zwecke der Beschreibung und des Verständnisses dienen.
Zu den beigefügten Zeichnungen:
1A zeigt eine Seitenansicht der Gesamtstruktur eines Temperatursensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
1B zeigt eine seitliche, vergrößerte Querschnittsansicht eines Endabschnitts des Temperatursensors, die in der 1A mit einem Kreis A angegeben ist.
2A zeigt eine Seitenansicht eines Isolators des Temperatursensors;
2B zeigt eine seitliche Querschnittsansicht des Isolators;
3A zeigt eine Endansicht einer bevorzugten Ausbildung von Löchern in dem Isolator;
3B bis 3C zeigen Endansichten von möglichen Abwandlungen einer Ausbildung der Löcher in dem Isolator;
4A bis 4C zeigen seitliche Querschnittsansichten der Wirkung des Schrägungswinkels eines abgeschrägten Abschnitts des Isolators auf die Beständigkeit des Temperatursensors gegenüber Schwingungen;
5A bis 5C zeigen seitliche Querschnittsansichten der Beziehung zwischen dem Schrägungswinkel des abgeschrägten Abschnitts des Isolators und dem Schrägungswinkel eines abgeschrägten Abschnitts einer Metallkappe des Temperatursensors;
6A zeigt eine seitliche Querschnittsansicht des Montageprozesses eines Temperatursensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6B zeigt eine seitliche Querschnittsansicht des montierten Isolators und der Metallkappe des Temperatursensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
7A zeigt eine ausschnittartige, seitliche Querschnittsansicht der Gesamtstruktur eines herkömmlichen Temperatursensors; und
7B zeigt eine seitliche vergrößerte Querschnittsansicht eines Endabschnitts des herkömmlichen Temperatursensors, die in der 7A mit einem Kreis A angegeben ist.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben.
Es sollte beachtet werden, dass im Sinne der Klarheit und des Verständnisses identische Komponenten, die identische Funktionen in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung haben, mit den selben Bezugszeichen in den jeweiligen Figuren markiert wurden, sofern es möglich war.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
Die 1A zeigt die Gesamtstruktur eines Temperatursensors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, der zum Beispiel zum Erfassen der Temperatur eines Abgases von einem Dieselfahrzeug ausgelegt ist.
Wie dies in der 1A gezeigt ist, hat der Temperatursensor 1 einen Erfassungsabschnitt 10, einen Drahtschutzabschnitt 12 und ein Metallgehäuse 13.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 1B hat der Erfassungsabschnitt 10 ein Erfassungselement 101, ein Paar Elektrodendrähte 102, einen zylindrischen Isolator 103, eine Dichtung 105 und eine Metallkappe 107.
Das Temperaturerfassungselement 101 dient zum Erfassen der Temperatur des Abgases und zum Erzeugen eines Temperatursignals, das die erfasste Temperatur darstellt. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel besteht das Temperaturerfassungselement 101 aus einem NTC-Thermistor auf Übergangsmetallbasis, der es ermöglicht, dass der Temperatursensor 1 die Temperatur zuverlässig und genau erfasst, die ungefähr so hoch wie 1300°C ist. Zusätzlich kann das Temperaturerfassungselement 101 die Form eines Zylinders oder einer Platte haben.
Die Elektrodendrähte 102 sind mit dem Temperaturerfassungselement 101 verbunden, um das Temperatursignal abzugeben. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel bestehen die Elektrodendrähte 102 aus Pt.
Der zylindrische Isolator 103 hält darin die Elektrodendrähte 102 und isoliert diese voneinander. Insbesondere hat der Isolator 103 ein erstes Ende 103a und ein zweites Ende 103b, die in der Längsrichtung des Isolators 103 einander entgegengesetzt sind, und ein Paar Durchgangslöcher 104a, die sich in der Längsrichtung erstrecken. Jeder Elektrodendraht 102 ist in einem entsprechenden Durchgangsloch 104a gesichert, wobei ein Endabschnitt 102a von dem ersten Ende 103a des Isolators 103 vorsteht. Die Endabschnitte 102a der Elektrodendrähte 102 halten das Temperaturerfassungselement 101, das zwischen ihnen eingeklemmt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Isolator 103 des Weiteren einen abgeschrägten Abschnitt 108, der in der Längsrichtung des Isolators 103 zu dem ersten Ende 103a abgeschrägt ist. Zusätzlich besteht bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel der Isolator 103 zum Beispiel aus einer Aluminiumoxidkeramik.
Die Dichtung 105 ist so ausgebildet, dass sie sowohl das Temperaturerfassungselement 101 als auch die Endabschnitte 102a der Elektrodendrähte 102 vollständig umschließt, um diese dadurch an das erste Ende 103a des Isolators 3 zu befestigen. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel besteht die Dichtung 105 zum Beispiel aus einem kristallinen Glas.
Die Metallkappe 107 hat ein geschlossenes Ende 107a und ein offenes Ende 107b, die in der Längsrichtung der Metallkappe 107 einander entgegengesetzt sind.
Die Metallkappe 107 hat den Isolator 103, der von dem ersten Ende 103a des Isolators 103 darin eingefügt ist, so dass das Temperaturerfassungselement 101, die Endabschnitte 102a der Elektrodendrähte 102, der Isolator 103 und die Dichtung 105 jeweils vollständig in der Metallkappe 107 eingekapselt sind. Die Metallkappe 107 hat einen Endabschnitt 107c, der das geschlossene Ende 107a beinhaltet, und sie hat einen kleinsten Durchmesser in der Metallkappe 107, und sie umgibt das Temperaturerfassungselement 101. Die Metallkappe 107 hat außerdem einen abgeschrägten Abschnitt 109, der in der Längsrichtung der Metallkappe 107 zu dem Endabschnitt 107c abgeschrägt ist.
Der Drahtschutzabschnitt 12 ist zum Schützen eines Paars Signaldrähte 121 vorgesehen, die das Temperatursignal von dem Erfassungsabschnitt 10 zu einer externen Vorrichtung oder Schaltung übertragen. Der Drahtschutzabschnitt 12 hat einen Isolator 122 und eine Metallröhre 123.
Der Isolator 122 hält darin die Signaldrähte 121 und isoliert diese voneinander.
Die Metallröhre 123 hat den Isolator 122 darin befestigt, wodurch die Signaldrähte 121 befestigt und geschützt werden. Die Metallröhre 123 ist teilweise in der Metallkappe 107 eingefügt, wobei ein Ende 123a davon dem zweiten Ende 103b des Isolators 103 innerhalb der Metallkappe 107 zugewandt ist.
Jeder Signaldraht 121 hat einen Endabschnitt 121a, der von dem Ende 123a der Metallröhre 12 vorsteht und zum Beispiel durch Laserschweißen mit einem entsprechenden Elektrodendraht 102 an einer Schweißstelle 106 verschweißt ist. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel bestehen die Signaldrähte 121 aus einem Edelstahl mit hoher Härte.
Beim Herstellen des Temperatursensors 1 wird zunächst eine Baugruppe des Erfassungsabschnitts 10 ohne die Metallkappe 107 und den Drahtschutzabschnitt 12 erhalten, indem die Signaldrähte 121 an die Elektrodendrähte 102 geschweißt werden. Dann wird die Baugruppe in die Metallkappe 107 eingefügt und gepresst, um einen engen Kontakt zwischen der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts 108 des Isolators 103 und der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts 109 der Metallkappe 107 an einer Kontaktposition 110 einzurichten. Danach wird durch Halten des engen Kontakts die Metallröhre 123 zum Beispiel durch Laserschweißen an die Metallkappe 107 an einer Schweißstelle 111 über ihren gesamten Umfang geschweißt.
Das Metallgehäuse 13 ist zum Halten des Drahtschutzabschnitts 12 und zum Befestigen des Temperatursensors 1 an einer vorgegebenen Anbringungsposition vorgesehen. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel besteht das Metallgehäuse 13 zum Beispiel aus Edelstahl.
Das Metallgehäuse 13 hat einen Halteabschnitt 131 zum Halten der Metallröhre 123, einen Gewindeabschnitt 132 zum Befestigen des Temperatursensors 1 an der Anbringungsposition und einen Sechskantkopfabschnitt 133 zum Verschrauben des Temperatursensors 1, wie dies in der 1A gezeigt ist.
Die 2A bis 3A zeigen die detaillierte Konfiguration des Isolators 103. Wie dies in diesen Figuren gezeigt ist, hat der Isolator 103 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel einen Abschnitt 103c mit kleinem Durchmesser, einen Abschnitt 103d mit großem Durchmesser und den abgeschrägten Abschnitt 108 zwischen den Abschnitten 103c und 103d.
Der Abschnitt 103c mit kleinem Durchmesser hat das erste Ende 103a des Isolators 103, und er hat einen kleinsten Durchmesser D1 bei dem Isolator 103. Im Gegensatz dazu hat der Abschnitt 103d mit großem Durchmesser das zweite Ende 103b des Isolators 103, und er hat einen größten Durchmesser d2 bei dem Isolator 103. Der Durchmesser des abgeschrägten Abschnitts 108 verringert sich von d2 zu d1 in einer Richtung von dem zweiten Ende 103b zu dem ersten Ende 103a des Isolators 103. Die Gesamtlänge des Isolators 103 ist L4, während die Längen der Abschnitte 103c, 108 und 103d (L4 – L3), (L3 – L2) bzw. L2 sind. Der Schrägungswinkel des abgeschrägten Abschnitts 108 ist θ, der als ein Winkel definiert ist, der durch eine imaginäre geradlinige Tangente an der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts 108 mit der Längsrichtung des Isolators 103 gebildet ist.
Außerdem hat der Isolator 103, wie dies vorstehend erwähnt ist, das Paar Durchgangslöcher 104a zum Aufnehmen der Elektrodendrähte 102, deren Durchmesser und Länge ds1 bzw. L4 sind. Der Isolator 103 hat des Weiteren ein Paar Sacklöcher 104b, die jeweils eine Bodenseite haben und an dem zweiten Ende 103b des Isolators 103 münden. Die Länge und der Durchmesser der Sacklöcher 104b sind ds2 bzw. L1. Jedes Sackloch 104b ist mit einem entsprechenden Durchgangsloch 104a in Verbindung.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 1B ist des Weiteren jeder Endabschnitt 121a der Signaldrähte 121 in ein entsprechendes Sackloch 104b des Isolators 103 eingefügt, um sowohl mit der Bodenseite des entsprechenden Sacklochs 104b als auch mit einem entsprechenden Elektrodendraht 102 in Kontakt zu gelangen.
Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel sind unter weiterer Bezugnahme auf die 3A die Durchgangslöcher 104a des Isolators 103 mit dem gleichen Abstand von der Achse des Isolators 103 ausgebildet; die Achsen der Durchgangslöcher 104a liegen an derselben Ebene, die die Achse des Isolators 103 beinhaltet. In ähnlicher Weise sind die Sacklöcher 104b des Isolators 103 mit demselben Abstand von der Achse des Isolators 103 ausgebildet; die Achsen der Sacklöcher 104b liegen an derselben Ebene, die die Achse des Isolators 103 beinhaltet. Jedoch sind die Sacklöcher 104b an den entgegengesetzten Seiten von jener Ebene angeordnet, die die Achse des Isolators 103 und die Achsen der Durchgangslöcher 104a beinhaltet.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausbildung der Durchgangslöcher 104a kann das Temperaturerfassungselement 101 in die Metallkappe 107 eintreten. Bei der vorstehend beschriebenen Ausbildung der Sacklöcher 104b können des Weiteren die Signaldrähte 121 den Isolator 103 mit dem gleichen Abstand von der Achse des Isolators 103 drücken, wodurch der Isolator 103 höchst stabil in der Metallkappe 107 gehalten wird.
Zusätzlich können die Sacklöcher 104b abwechselnd angeordnet sein, wie dies in der 3B gezeigt ist, und zwar an derselben Seite jener Ebene, die die Achse des Isolators 103 und die Achsen der Durchgangslöcher 104a beinhaltet. Andernfalls ist es auch möglich, die Durchgangslöcher 104a an derselben Seite jener Ebene anzuordnen, die die Achse des Isolators 103 und die Achsen der Sacklöcher 104b beinhaltet, wie dies in der 3C gezeigt ist.
Die 4A bis 4C zeigen die Wirkung des Schrägungswinkels θ des abgeschrägten Abschnitts 108 des Isolators 103 hinsichtlich der Beständigkeit des Temperatursensors 1 gegenüber Schwingungen.
Im Falle des Schrägungswinkels θ, der kleiner oder gleich 80° ist, wie dies in der 4A gezeigt ist, ist zunächst, falls eine radiale Kraft Fy auf den Isolator 103 aufgrund von Schwingungen des Fahrzeugs aufgebracht wird, die normale Komponente F von FY zu der äußeren Fläche des abgeschrägten Abschnitts 108 ausreichend groß. Somit wird die Reibungskraft zwischen dem Isolator 103 und der Metallkappe 107 an der Kontaktposition 110 dementsprechend groß, wodurch in wirksamer Weise eine Relativbewegung zwischen dem Isolator 103 und der Metallkappe 107 unterdrückt wird. Folglich schwingt der Temperatursensor 1 als Ganzes, wodurch verhindert wird, dass die Elektrodendrähte 102 aufgrund einer Konzentration von dortigen Spannungen gebrochen werden.
Im Falle des Schrägungswinkels θ, der größer als 80° ist, wie dies in der 4B gezeigt ist, wird im Vergleich dazu die normale Komponente F von FY zu der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts 108 klein. Somit wird die Reibungskraft zwischen dem Isolator 103 und der Metallkappe 107 an der Kontaktposition 110 dementsprechend klein, wodurch eine Relativbewegung zwischen dem Isolator 103 und der Metallkappe 107 ermöglicht wird. Folglich können die Elektrodendrähte 102 aufgrund einer Konzentration von dortigen Spannungen gebrochen werden.
Im Falle des Schrägungswinkels θ, der kleiner als 10° ist, wie dies in der 4C gezeigt ist, verursacht außerdem eine kleine Maßänderung des Isolators 103 eine große Abweichung der Kontaktposition 110. Folglich wird die Position des Temperaturerfassungselements 101 in der Metallkappe 107 stark geändert, was zu einem Fehler beim Erfassen und somit zu einer Absenkung der Zuverlässigkeit des Temperatursensors 1 führt.
Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist dementsprechend der Schrägungswinkel θ des abgeschrägten Abschnitts 108 des Isolators 103 in dem Bereich von 10 bis 80° festgelegt.
Um die Wirksamkeit des vorstehend genannten Bereichs zu verifizieren, wurde ein Experiment zweimal durchgeführt. Bei dem Experiment wurden Schwingungen 1 × 10⁷-mal auf jeden Mustertemperatursensor mit unterschiedlichen Werten von θ bei der Beschleunigung von 40G und der Resonanzfrequenz des Mustertemperatursensors aufgebracht.
Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Experimente, in der das Symbol „O" angibt, dass die Elektrodendrähte 102 normal geblieben sind, während das Symbol „x" angibt, dass die Elektrodendrähte 102 gebrochen wurden. Tabelle 1

θ (°) 10 20 40 60 80 85

Ergebnisse OO OO OO OO OO xx
Aus der Tabelle 1 kann ersehen werden, dass die Elektrodendrähte 102 bei dem Schrägungswinkel θ normal geblieben sind, der in den Bereich von 10 bis 80° ist, und sie wurden bei einem Schrägungswinkel θ gebrochen, der gleich 85° war.
Anders gesagt ist es durch das Spezifizieren des Schrägungswinkels θ in dem vorstehend genannten Bereich von 10 bis 80° möglich, das Brechen der Elektrodendrähte 102 zuverlässig zu verhindern.
Die 5A bis 5C zeigen die Beziehung zwischen dem Schrägungswinkel θ des abgeschrägten Abschnitts 108 des Isolators 103 und einem Schrägungswinkel θ' des abgeschrägten Abschnitts 109 der Metallkappe 107. Ähnlich wie der Schrägungswinkel θ ist der Schrägungswinkel θ' als ein Winkel definiert, der durch eine imaginäre geradlinige Tangente an der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts 109 der Metallkappe 107 mit der Längsrichtung der Metallkappe 107 gebildet ist.
Im Falle von θ, der gleich θ' ist, wie dies in der 5A gezeigt ist, gelangt zunächst die Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts 108 des Isolators 103 mit der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts 109 der Metallkappe 107 über einen breiten Kontaktbereich 110a in Kontakt, wodurch die Beständigkeit des Temperatursensors 1 gegenüber Schwingungen maximiert wird. Unter dem Standpunkt der Herstellung ist es jedoch schwierig, die Schrägungswinkel θ und θ' gleich zu gestalten.
Im Falle von θ, der größer als θ' ist, wie dies in der 5B gezeigt ist, gelangt im Vergleich dazu die Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts 108 des Isolators 103 mit der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts 109 der Metallkappe 107 an der Kontaktposition 110b in Kontakt, an der der Durchmesser des abgeschrägten Abschnitts 108 maximal ist. In diesem Fall ist dementsprechend der Abstand von der Achse des Isolators 103 zu der Kontaktposition 110b maximal, und somit ist es möglich, den Isolator 103 stabil in der Metallkappe 107 zu sichern.
Im Falle von θ, der kleiner als θ' ist, wie dies in der 5C gezeigt ist, gelangt im Gegensatz dazu die Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts 108 des Isolators 103 mit der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts 109 der Metallkappe 107 an der Kontaktposition 110c in Kontakt, an der der Durchmesser des abgeschrägten Abschnitts 108 minimal ist. In diesem Fall ist dementsprechend der Abstand von der Achse des Isolators 103 zu der Kontaktposition 110b minimal, und somit kann es schwierig sein, den Isolator 103 stabil in der Metallkappe 107 zu sichern.
Angesichts des vorstehend Gesagten ist bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel die Differenz zwischen den Schrägungswinkeln θ und θ' in den Bereich von (–10, 10)° festgelegt, innerhalb dem es möglich ist, den Isolator 103 stabil in der Metallkappe 107 zu sichern. Falls die Differenz andernfalls außerhalb des Bereichs ist, kann der Isolator 103 in Eigenschwingungen versetzt werden, wenn Schwingungen des Fahrzeugs zu dem Isolator 103 übertragen werden, und zwar mit der Kontaktposition 110b oder 110c als Hebelpunkt.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Dieses Ausführungsbeispiel stellt einen Temperatursensor 1A dar, der eine Struktur aufweist, die nahezu identisch zu der Struktur des Temperatursensors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist. Dementsprechend werden nur die Unterschiede zwischen den Temperatursensoren 1 und 1A nachfolgend beschrieben.
Wie dies bereits bei dem Temperatursensor 1 beschrieben ist, sind die Signaldrähte 121 über den Isolator 122 an der Metallröhre 123 befestigt. Beim Herstellen des Temperatursensors 1 werden die Signaldrähte 121 in die Sacklöcher 104b des Isolators 103 eingefügt, um die jeweiligen Bodenseiten der Sacklöcher 104b zu drücken, wodurch die Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts 108 des Isolators 103 in einen engen Kontakt mit der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts 109 der Metallkappe 107 gebracht wird. Dann wird durch Halten des engen Kontakts die Metallröhre 123 an die Metallkappe 107 geschweißt. Folglich bilden bei dem resultierenden Temperatursensor 1 die Signaldrähte 121, die jeweils in einem Druckkontakt mit den Bodenseiten der Sacklöcher 104b des Isolators 103 sind, und die Metallröhre 123, die an der Metallkappe 107 befestigt ist, eine Einrichtung zum Halten des engen Kontakts zwischen der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts 108 des Isolators 103 und der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts 109 der Metallkappe 107.
Bei dem Temperatursensor 1A sind im Vergleich dazu die Signaldrähte 121 durch den Isolator 122 voneinander isoliert, aber sie sind so konfiguriert, dass sie hinsichtlich des Isolators 122 mit kleinen Spalten zwischen den Signaldrähten 121 und dem Isolator 122 bewegbar sind.
Unter Bezugnahme auf die 6A wird beim Herstellen des Temperatursensors 1A, nachdem die Signaldrähte 121 in einen Kontakt mit den Bodenseiten der Sacklöcher 104b des Isolators 103 gebracht wurden, die Metallröhre 123 weiter zu dem Isolator 122 geschoben, bis das Ende 123a der Metallröhre 123 in einen Druckkontakt mit dem zweiten Ende 103b des Isolators 103 ist.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 6B wird somit durch die Druckkraft des Endes 123a der Metallröhre 123 gegen das zweite Ende 103b des Isolators 103 die Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts 108 des Isolators 103 in einen engen Kontakt mit der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts 109 der Metallkappe 107 gebracht.
Dann wird durch Halten des Druckkontakts zwischen der Metallröhre 123 und dem Isolator 103 und somit des engen Kontakts zwischen den abgeschrägten Abschnitten 108 und 109 des Isolators 103 und der Metallkappe 107 die Metallröhre 123 zum Beispiel durch Laserschweißen an die Metallkappe 107 an einer Schweißstelle 111 über ihren gesamten Umfang geschweißt.
Bei dem resultierenden Temperatursensor 1A bildet folglich die Metallröhre 123, die an der Metallkappe 107 befestigt ist, wobei ihr Ende 123a in einem Druckkontakt mit dem zweiten Ende 102b des Isolators 103 ist, eine Einrichtung zum Halten des engen Kontakts zwischen der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts 108 des Isolators 103 und der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts 109 der Metallkappe 107.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird eine hohe Zuverlässigkeit des Temperatursensors 1A gewährleistet, da keine Druckkraft auf die Signaldrähte 121 aufgebracht wird.
Während die vorstehend beschriebenen, besonderen Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, so ist dem Fachmann klar, dass vielfältige Abwandlungen, Änderungen und Verbesserungen der Erfindung geschaffen werden können, ohne dass der Umfang des offenbarten Konzepts verlassen wird.
Derartige Abwandlungen, Änderungen und Verbesserungen sind innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche möglich.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Temperatursensor (1, 1A) vorgesehen, der ein Temperaturerfassungselement (101) zum Erfassen einer Temperatur, ein Paar Elektrodendrähte (102), die mit dem Temperaturerfassungselement verbunden sind, einen Isolator (103), um die Elektrodendrähte zu isolieren und darin zu halten, und eine Metallkappe (107) aufweist, die darin jeweils das Temperaturerfassungselement, die Elektrodendrähte und den Isolator einkapselt. Der Isolator hat einen abgeschrägten Abschnitt (108), der in der Längsrichtung des Isolators zu dem geschlossenen Ende (107a) der Metallkappe abgeschrägt ist. Die Metallkappe hat außerdem einen abgeschrägten Abschnitt (109), der in der Längsrichtung der Metallkappe zu dem geschlossenen Ende abgeschrägt ist. Der Temperatursensor hat des Weiteren eine Einrichtung (121, 123) zum Halten eines engen Kontakts zwischen der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts des Isolators und der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts der Metallkappe.

Claims

Temperatursensor (1, 1A) mit: einem Isolator (103), der eine Länge mit einem ersten Ende (103a) und einem zweiten Ende (103b) aufweist, die in einer Längsrichtung des Isolators (103) einander entgegengesetzt sind; einem Paar Elektrodendrähte (102), die in dem Isolator (103) isolierend gehalten sind, wobei jeder Elektrodendraht (102) einen Endabschnitt (102a) aufweist, der von dem ersten Ende (103a) des Isolators (103) vorsteht; einem Temperaturerfassungselement (101), das zum Erfassen einer Temperatur dient, wobei das Temperaturerfassungselement (101) mit den Endabschnitten (102a) der Elektrodendrähte (102) verbunden ist, um ein Temperatursignal, das die erfasste Temperatur darstellt, durch die Elektrodendrähte (102) abzugeben; und einer Metallkappe (107), die eine Länge mit einem geschlossenen Ende (107a) und einem offenen Ende (107b) aufweist, die in einer Längsrichtung der Metallkappe (107) einander entgegengesetzt sind, wobei der Isolator (103) mit dem ersten Ende (103a) des Isolators (103) in der Metallkappe (107) so eingefügt ist, dass das Temperaturerfassungselement (101) und die Endabschnitte (102a) der Elektrodendrähte (102) vollständig in der Metallkappe (107) eingekapselt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (103) einen abgeschrägten Abschnitt (108) aufweist, der in der Längsrichtung des Isolators (103) zu dem ersten Ende (103a) abgeschrägt ist; die Metallkappe (107) ebenfalls einen abgeschrägten Abschnitt (109) aufweist, der in der Längsrichtung der Metallkappe (107) zu dem geschlossenen Ende (107a) abgeschrägt ist; und der Temperatursensor (1, 1A) des Weiteren eine Einrichtung (121, 123) zum Halten eines engen Kontakts zwischen der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts (108) des Isolators (103) und der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts (109) der Metallkappe (107) aufweist.
Temperatursensor gemäß Anspruch 1, wobei ein Schrägungswinkel (θ) des abgeschrägten Abschnitts (108) des Isolators (103), der als ein Winkel definiert ist, der durch eine imaginäre geradlinige Tangente an der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts (108) mit der Längsrichtung des Isolators (103) gebildet ist, in einem Bereich von 10 bis 80° ist.
Temperatursensor gemäß Anspruch 2, wobei eine Differenz zwischen dem Schrägungswinkel (θ) des abgeschrägten Abschnitts (108) des Isolators (103) und einem Schrägungswinkel (θ') des abgeschrägten Abschnitts (109) der Metallkappe (107) in einem Bereich von –10 bis 10° ist, wobei der Schrägungswinkel (θ') des abgeschrägten Abschnitts (109) der Metallkappe (107) als ein Winkel definiert ist, der durch eine imaginäre geradlinige Tangente an der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts (109) mit der Längsrichtung der Metallkappe (107) gebildet ist.
Temperatursensor gemäß Anspruch 1, wobei eine Differenz zwischen einem Schrägungswinkel (8) des abgeschrägten Abschnitts (108) des Isolators (103) und einem Schrägungswinkel (θ') des abgeschrägten Abschnitts (109) der Metallkappe (107) in einem Bereich von –10 bis 10° ist, wobei der Schrägungswinkel (θ) des abgeschrägten Abschnitts (108) des Isolators (103) als ein Winkel definiert ist, der durch eine imaginäre geradlinige Tangente an der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts (108) mit der Längsrichtung des Isolators (103) gebildet ist, wobei der Schrägungswinkel (θ') des abgeschrägten Abschnitts (109) der Metallkappe (107) als ein Winkel definiert ist, der durch eine imaginäre geradlinige Tangente an der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts (109) mit der Längsrichtung der Metallkappe (107) definiert ist.
Temperatursensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, des Weiteren mit einer Dichtung (105), die an dem ersten Ende (103a) des Isolators (103) sowohl das Temperaturerfassungselement (101) als auch die Endabschnitte (102a) der Elektrodendrähte (102) vollständig umschließt und befestigt.
Temperatursensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, des Weiteren mit: einer Metallröhre (123), die teilweise in der Metallkappe (107) eingefügt und befestigt ist, wobei ein Ende (123a) davon dem zweiten Ende (103b) des Isolators (103) innerhalb der Metallkappe (107) zugewandt ist; einem Paar Signaldrähte (121), die jeweils teilweise in der Metallröhre (123) enthalten sind, wobei ein Endabschnitt (121a) davon von dem Ende (123a) der Metallröhre (123) vorsteht, wobei die Endabschnitte (121a) der Signaldrähte (121) jeweils mit den Elektrodendrähten (102) verbunden sind, um das Temperatursignal von den Elektrodendrähten (102) nach außen zu übertragen; und einem zweiten Isolator (122), der innerhalb der Metallröhre (123) vorgesehen ist, um die Signaldrähte (121) voneinander zu isolieren.
Temperatursensor gemäß Anspruch 6, wobei der Isolator (103) ein Paar Durchgangslöcher (104a) aufweist, die sich jeweils in der Längsrichtung des Isolators (103) erstrecken, jeder Elektrodendraht (102) sich durch ein entsprechendes Durchgangsloch (104a) des Isolators (103) erstreckt, der Isolator (103) des Weiteren ein Paar Sacklöcher (104b) aufweist, die jeweils an dem zweiten Ende (103b) des Isolators (103) münden, eine Bodenseite aufweisen und mit einem entsprechenden Durchgangsloch (104a) des Isolators (103) in Verbindung sind, und jeder Endabschnitt (121a) der Signaldrähte (121) in einem entsprechenden Sackloch (104b) des Isolators (103) eingefügt ist, um sowohl mit der Bodenseite des entsprechenden Sacklochs (104b) als auch mit einem entsprechenden Elektrodendraht (102) in Kontakt zu sein.
Temperatursensor gemäß Anspruch 7, wobei die Signaldrähte (121) jeweils aus einem Edelstahl mit hoher Härte geschaffen sind und an der Metallröhre (123) über den zweiten Isolator (122) befestigt sind, und die Einrichtung (121, 123) zum Halten des engen Kontakts zwischen der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts (108) des Isolators (103) und der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts (109) der Metallkappe (107) durch die Signaldrähte (121), die mit den Bodenseiten der entsprechenden Sacklöcher (104b) des Isolators (103) in Kontakt sind, und durch die Metallröhre (123) gebildet ist, die an der Metallkappe (107) befestigt ist.
Temperatursensor gemäß Anspruch 7, wobei die Signaldrähte (121) jeweils so konfiguriert sind, dass sie hinsichtlich der Metallröhre (123) bewegbar sind, und die Einrichtung (123) zum Halten des engen Kontakts zwischen der Außenfläche des abgeschrägten Abschnitts (108) des Isolators (103) und der Innenfläche des abgeschrägten Abschnitts (109) der Metallkappe (107) durch die Metallröhre (123) gebildet ist, die an der Metallkappe (107) befestigt ist, wobei ihr Ende (123a) mit dem zweiten Ende (103b) des Isolators (103) in Kontakt ist.
Temperatursensor gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, des Weiteren mit einem Metallgehäuse (13), das die Metallröhre (123) hält und einen Gewindeabschnitt (132) zum Befestigen des Temperatursensors (1, 1A) an einer Anbringungsposition aufweist.
Temperatursensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Temperaturerfassungselement (101) ein NTC-Thermistor auf Übergangsmetalloxydbasis ist.