JP2002350237A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フランジの圧入操作性に優れ、組み付けが容
易であり、且つ熱引きが抑えられ、応答性等に優れ、自
動車の触媒コンバータ内部及び排気管内のように、温度
変化、振動ともに激しい環境下に使用した場合でも、優
れた耐久性を有し、信頼性が高い温度センサを提供す
る。 【解決手段】 本発明の温度センサは、先端部が閉止さ
れ、この先端部に温度によって電気特性が変化する素子
が収納された金属チューブと、金属チューブの少なくと
も後端部が内周面において接合され、径方向に張り出し
部を有するフランジとを備え、フランジの金属チューブ
が圧入される挿通孔の内周面が、金属チューブがフラン
ジに接合される位置より先端側において、先端側から後
端側へと径が小さくなる変径部（テーパ形状であること
が好ましい。）を有する。また、金属チューブを覆うよ
うに、フランジの先端部から鞘部が延設されていてもよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属酸化物などの
半導体からなるサーミスタ等を感温素子として備える温
度センサに関する。更に詳しくは、フランジを金属チュ
ーブに圧入する際の操作性に優れ、且つ感熱部からフラ
ンジ等への伝熱（以下、「熱引き」という。）も抑えら
れ、信頼性の高い温度センサに関する。本発明の温度セ
ンサは、測温を必要とする各種の用途に用いることがで
き、特に、自動車の排気ガス浄化装置の触媒コンバータ
内部及び排気管内等の、温度変化、振動ともに激しい環
境下の温度検出においても十分な耐久性を有し、信頼性
が高い。

【０００２】

【従来の技術】従来より、金属チューブの先端側の内部
にサーミスタ等の感温素子が封止され、この金属チュー
ブの後端側がフランジの内周面に設けられた受口に当接
され、溶接により接合された構造を有する温度センサが
知られている。このような金属チューブの先端部にサー
ミスタ等が封止された温度センサは振動等に対する耐久
性及び高温における耐熱性等に優れ、自動車の触媒コン
バータ内部及び排気管内等の、低温から高温まで温度変
化が大きく、且つ振動の激しい環境下の温度検出に使用
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、フランジを金
属チューブに圧入する際、金属チューブの外径とフラン
ジの挿通孔の径とが略同一であるため、金属チューブの
後端部にフランジを圧入するのは容易ではなく圧入操作
性に問題があった。また、金属チューブの外周面と、フ
ランジの内周面とは一般に密接した状態であるため、感
熱部からフランジ等へ熱が伝導しやすく、熱引きにより
センサの信頼性が低下することがあった。

【０００４】本発明は、上記の従来の問題点を解決する
ものであり、フランジの圧入操作性に優れ、組み付けが
容易であり、且つ熱引きが抑えられ、信頼性等に優れ、
自動車の触媒コンバータ内部及び排気管内のように、温
度変化、振動ともに激しい環境下に使用した場合でも、
優れた耐久性を有する温度センサを提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の温度センサは、
先端部が閉止され、該先端部に温度によって電気特性が
変化する素子が収納された金属チューブと、該金属チュ
ーブの少なくとも後端部が内周面において接合されるフ
ランジとを備え、該フランジの該金属チューブが圧入さ
れる挿通孔の内周面が、該金属チューブが該フランジに
接合される位置より先端側において、先端側から後端側
へと径が小さくなる変径部を有することを特徴とする。
尚、上記「金属チューブがフランジに接合される位置よ
り先端側において」とは、金属チューブの後端側がフラ
ンジの内周面に設けられた受口に当接され、溶接により
接合された位置、又は金属チューブがフランジの後端部
までの長さを有し、フランジの後端側においてレーザ溶
接されている位置等より先端側を意味する。

【０００６】この温度センサでは、金属チューブに圧入
されるフランジの挿通孔の内周面が先端側から後端側へ
と径が小さくなる変径部を有する。このため、金属チュ
ーブの後端部にフランジを圧入させる操作が容易にな
る。この変径部は、フランジの内周面であれば、どこに
形成されていてもよいが、フランジの先端側に近いほ
ど、圧入操作性に優れる。また、この変径部の形状とし
ては、断面形状としてみた場合に、テーパ形状、円弧形
状、階段形状等が挙げられる。なかでも、テーパ形状及
び円弧形状であることが、フランジを金属チューブへ圧
入する際の操作性に優れるため好ましい。また、変径部
の成形のし易さの観点からテーパ形状であることがより
好ましい。この場合、テーパのフランジの軸方向に対す
る角度は限定されないが、１０〜３０°、特に１０〜２
５°、更には１０〜２０°とすることが好ましい。

【０００７】更に、この温度センサでは、フランジの挿
通孔の内周面に上記変径部を有しているため、金属チュ
ーブの外周面と、フランジの挿通孔の内周面との間に空
間が生じ、感熱部からフランジへの熱伝導を低減でき、
熱引きを抑制することができる（特に、この変径部がフ
ランジの後端側に長く延びるほど、熱引きを抑制でき
る。）。これにより温度センサの測定精度を向上させる
ことができる。

【０００８】また、上記金属チューブを覆うように、上
記フランジの先端部から鞘部を延設することができる。
この場合、金属チューブのフランジより先端側に突き出
した部分の軸に対し垂直方向の加速度に対する共振周波
数を、自動車の共振周波数（概ね、５００〜７００Ｈ
ｚ。）以上とすることができ、特に、自動車の触媒コン
バータ内部及び排気管内等の温度検出に用いた場合に、
より耐久性に優れた温度センサとすることができる。

【０００９】共振周波数は、径大部と先端側の各々の外
径の比、及び径大部の長さ、或いは肉厚により変化し、
この比が大きいほど、径大部が長く、厚いほど、より高
周波側にシフトさせることができる。この共振周波数
は、７００Ｈｚ以上、特に１０００Ｈｚ以上、更には１
５００Ｈｚ以上であることが好ましく、径大部の外径、
或いは長さ、肉厚によっては２０００Ｈｚ以上とするこ
ともできる。

【００１０】また、この温度センサは、金属チューブが
圧入される、フランジに延設された鞘部を含めたフラン
ジの挿通孔の内周面が先端側から後端側へと径が小さく
なる変径部を有する。このため、金属チューブの後端部
にフランジを圧入させる操作が容易になる。この変径部
は、フランジの内周面（鞘部を含む）であれば、どこに
形成されていてもよいが、鞘部の先端側に近いほど、圧
入操作性に優れる。更に、この温度センサでは、上記変
径部を有しているため、金属チューブの外周面と、鞘部
を含めたフランジの挿通孔の内周面との間に空間が生
じ、感熱部からフランジへの熱伝導を低減でき、熱引き
を抑制することができる（特に、この変径部がフランジ
の後端側に長く延びるほど、熱引きを抑制できる。）。
これにより温度センサの測定精度を向上させることがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例により更に
具体的に説明する。 （１）実施例、比較例の温度センサの構造 実施例１（フランジの挿通孔の先端部の内周面に階段形
状を有する温度センサ）図１は、本発明の温度センサ１
の一例を示す断面図である。この温度センサ１は、サー
ミスタ素子２を感温素子として用いたものであり、自動
車の排気管に取り付けられ、排気ガスの温度検出に使用
される。

【００１２】金属チューブ３の先端側３１はカーリング
した後、溶接することにより閉止され、この先端側３１
の内部にサーミスタ素子２が収納されている。サーミス
タ素子２の周囲にはセメント１０が充填されており、こ
れにより使用時の振動等によるサーミスタ素子２の揺動
が防止される。金属チューブ３の後端側３２は開放され
ており、この後端側３２はフランジ４に差し込まれ、後
端面がフランジ４の内周面に設けられた受口に当接さ
れ、アルゴン溶接されている。

【００１３】フランジ４の外周面には、六角ナット部５
１及びネジ部５２を有するナット５が回動可能に嵌装さ
れている。温度センサ１は、排気管の所定位置に設けら
れた取り付け部にフランジ４の先端面が当接され、ナッ
ト５により固定される。また、フランジ４の後端側４２
の端部の外周面には径小部が形成されており、この径小
部に継手６の一端側が嵌め込まれ、アルゴン溶接されて
いる。継手６とフランジ４の後端側４２の外径は略同一
であり、接続部において段差はほとんどない。

【００１４】金属チューブ３、フランジ４及び継手６の
内部には、一対のシース芯線７を内包するシース８が配
設されており、金属チューブ３の内部においてシース８
の先端側８１から引き出されるシース芯線７には、サー
ミスタ素子２がＰｔ／Ｒｈ合金線９を介して接続されて
いる。この合金線９は、サーミスタ素子２と同時焼成す
ることにより形成されたものであり、この合金線９はシ
ース芯線７に抵抗溶接されている。

【００１５】一方、継手６の内部においてシース８の後
端側８２から引き出されるシース芯線７には、かしめ端
子１１により一対のリード線１２の一端部が接続されて
いる。このリード線１２は耐熱ゴムからなる補助リング
１３に内包され、その他端部は外部へと引き出されてい
る。補助リング１３と継手６とは、継手６が外周面側か
ら丸かしめ、又は六角かしめされることにより互いに固
定され、十分に密着して気密性が保持される。これによ
り、金属チューブ３、フランジ４及び継手６の内部に密
閉空間が形成され、この密閉空間にサーミスタ素子２が
収納される。

【００１６】この温度センサ１は１０００℃にも達する
高温の環境下に使用されるため、各々の構成部材は十分
な耐熱性を有している必要がある。そのため、金属チュ
ーブ３、シース芯線７及びシース８は、Ｆｅを主成分と
し、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｉ及びＣｒを含有する
耐熱合金であるＳＵＳ３１０Ｓにより形成されている。
また、フランジ４は、ＳＵＳ３１０ＳよりＣｒの量比が
少し低い他は同様の組成を有する耐熱合金であるＳＵＳ
３０９Ｓにより形成されている。更に、継手６は、Ｃｒ
の量比が更に低い他は同様の組成を有する耐熱合金であ
るＳＵＳ３０４により形成されている。

【００１７】この実施例１の温度センサの特徴は、フラ
ンジ４の先端部の内周面に階段形状の変径部４３が設け
られている点にあり、フランジ４を金属チューブ３へ圧
入する際の操作性を向上させることができる。更に、金
属チューブ３からフランジ４への熱引きを抑制すること
ができる。

【００１８】実施例２（フランジの挿通孔の先端部の内
周面にテーパ形状を有する温度センサ） この実施例２の温度センサの特徴は、図２に示すよう
に、フランジ４の先端部の内周面にテーパ形状の変径部
４３（テーパ角度は、軸に対して１５度）が設けられて
いる点にあり、フランジ４を金属チューブ３へ圧入する
際の操作性を向上させることができる。更に、金属チュ
ーブ３からフランジ４への熱引きを抑制することができ
る。

【００１９】実施例３（フランジの挿通孔の先端側の内
周面にテーパ形状を有する温度センサ） この実施例３の温度センサの特徴は、図３に示すよう
に、フランジ４の先端側４１の内周面にテーパ形状の変
径部４３（テーパ角度は、軸に対して１５度）が設けら
れている点にあり、フランジ４を金属チューブ３へ圧入
する際の操作性を向上させることができる。更に、金属
チューブ３からフランジ４への熱引きを、実施例２と比
べてより抑制することができる。

【００２０】実施例４（先端部の内周面にテーパ形状を
有する鞘部が、フランジの先端面に延設され、この鞘部
により金属チューブが覆われている温度センサ） この実施例４の温度センサの特徴は、図４、図５（図４
におけるフランジ周辺部の拡大図）に示すように、先端
部の内周面にテーパ形状の変径部４３を有する所定長さ
の鞘部４４が、フランジ４の先端面に設けられている点
にあり、フランジ４を金属チューブ３へ圧入する際の操
作性を向上させることができる。更に、共振周波数を高
周波側にシフトさせることができるため、耐久性を向上
させることができる。尚、鞘部４４の変径部４３よりも
後端側の内周面と、金属チューブ３の外周面とは密接し
ており、溶接等による接合はなされていない。

【００２１】比較例１（フランジの内周面に変径部を有
していない温度センサ） この比較例１の温度センサは、図６に示すように、フラ
ンジの内周面に変径部を有していない。その他は実施例
１の温度センサと同じ構造である。

【００２２】比較例２（フランジの先端面に、変径部を
有していない鞘部が延設された温度センサ） この比較例２の温度センサは、図７に示すように、フラ
ンジの先端面に、変径部を有していない鞘部４４を有す
る。その他は実施例４の温度センサと同じ構造である。

【００２３】尚、本発明においては、上記の具体的な実
施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で
種々変更した実施例とすることができる。例えば、金属
チューブがフランジの後端部までの長さを有し、フラン
ジの後端側においてレーザ溶接されている構造とするこ
ともできる（尚、この場合はシースは必ずしも必要では
ない。）。これにより感熱部からフランジ等への伝熱が
抑えられ、信頼性の高い温度センサとすることができ
る。また、フランジの先端近傍において、金属チューブ
の外径を大きくすることにより金属チューブの共振周波
数を高周波側にシフトさせることもできる。これによ
り、振動により亀裂等を生じることのない耐久性に優れ
た温度センサとすることができる。更に、金属チューブ
の先端部をカーリングした後、溶接することにより閉止
するのではなく、鋼板の深絞り加工により先端部が閉止
された金属チューブとすることもできる。この金属チュ
ーブは先端部の厚さが均一になり、より信頼性の高い温
度センサとすることができる。また、この先端部の厚さ
を他の部分より薄くすることにより、温度センサの応答
性を向上させることもできる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の温度センサでは、フランジの内
周面にテーパ形状等の変径部が設けてあるため、金属チ
ューブをフランジに容易に圧入することができる。そし
て、この変径部により、金属チューブと、フランジとの
間に空間ができ、熱引きを低減することができる。更
に、本発明によれば、自動車の触媒コンバータ内部及び
排気管のように温度変化及び振動の激しい環境下に使用
しても、耐久性に優れ、信頼性の高い温度センサとする
ことができる。また、本発明の温度センサでは、シース
の先端側にキャップを被せるのではなく、シースの外側
に更に金属チューブを配設しているため、強度が向上
し、この金属チューブをフランジに容易に圧入すること
ができる。そして、所定位置で溶接することにより強固
に固定することができ、これによって耐久性をより向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フランジの挿通孔の先端部の内周面に階段形状
を有する実施例１の温度センサの断面図である。

【図２】図１のフランジを、先端部の内周面にテーパ形
状を有するフランジとした実施例２の温度センサのフラ
ンジ周辺部を拡大して示す断面図である。

【図３】図１のフランジを、先端側の内周面にテーパ形
状を有するフランジとした実施例３の温度センサのフラ
ンジ周辺部を拡大して示す断面図である。

【図４】図１のフランジを、鞘部がフランジの先端面に
延設され、内周面にテーパ形状を有するフランジとした
実施例４の温度センサの断面図である。

【図５】図４の温度センサのフランジ周辺部を拡大して
示す断面図である。

【図６】図１のフランジを、内周面に変径部を有してい
ないフランジとした比較例１の温度センサのフランジ周
辺部を拡大して示す断面図である。

【図７】図１のフランジを、鞘部がフランジの先端面に
延設され、内周面に変径部を有していないフランジとし
た比較例２の温度センサのフランジ周辺部を拡大して示
す断面図である。

【符号の説明】

１；温度センサ、２；サーミスタ素子、３；金属チュー
ブ、３１；金属チューブの先端側、３２；金属チューブ
の後端側、４；フランジ、４１；フランジの先端側、４
２；フランジの後端側、４３；変径部、４４；鞘部、
５；ナット、５１；六角ナット部、５２；ネジ部、６；
継手、７；一対のシース芯線、８；シース、８１；シー
スの先端側、８２；シースの後端側、９；Ｐｔ／Ｒｈ合
金線、１０；セメント、１１；かしめ端子、１２；一対
のリード線、１３；補助リング。

フロントページの続き (72)発明者 長曽我部 孝昭 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部が閉止され、該先端部に温度によ
   って電気特性が変化する素子が収納された金属チューブ
   と、該金属チューブの少なくとも後端部が内周面におい
   て接合されるフランジとを備え、該フランジの該金属チ
   ューブが圧入される挿通孔の内周面が、該金属チューブ
   が該フランジに接合される位置より先端側において、先
   端側から後端側へと径が小さくなる変径部を有すること
   を特徴とする温度センサ。
2. 【請求項２】 上記挿通孔の先端部の内周面がテーパ形
   状である請求項１記載の温度センサ。
3. 【請求項３】 上記金属チューブを覆うように、上記フ
   ランジの先端部から鞘部が延設されている請求項１又は
   ２に記載の温度センサ。