JP2004286490A

JP2004286490A - 温度センサ

Info

Publication number: JP2004286490A
Application number: JP2003076554A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hanzawa; 剛半沢; Masahiko Nishi; 雅彦西; Masaki Iwatani; 雅樹岩谷; Takaaki Chiyousokabe; 孝昭長曽我部
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: JP4143449B2

Abstract

【課題】金属チューブの内周面とシース部材の外周面の間に通気経路を有しつつ、振動によるシース部材の振れを抑制可能な温度センサを提供する。
【解決手段】金属チューブ３とシースパイプ９を、軸線方向の離間した位置において、金属チューブ３の周方向の対向する２点を加締めることで形成される先端側加締め部３４と後端側加締め部３５にて固定すると共に、両加締め部３４、３５を除く金属チューブ３の内周面とシースパイプ９の外周面との間に隙間を生ずる形態で固定する。そして、フランジ４の先端からシースパイプ９の先端までの距離をＬ１とし、後端側加締め部３５から先端側加締め部３４までの最短距離をＬ２としたときに、Ｌ２／Ｌ１≧０．１５の関係を満たし、先端側加締め部３４同士を結んだ先端側仮想線と後端側加締め部３５同士を結んだ後端側仮想線が、金属チューブ３の軸線方向からみたとき交差する関係を満たすように温度センサ１を構成する。
【選択図】図１

Description

【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焼結体や金属抵抗体等の感温部を有する感温素子を、有底筒状の金属チューブの内部に収納してなる温度センサに関する。詳細には、自動車の排気ガス浄化装置の触媒コンバータ内部や排気管内等といった被測定流体（例えば排気ガス）が流通する流通路内に感温素子を配置させて、被測定流体の温度検出を行う温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車の排気ガス浄化装置の触媒コンバータ内部や排気管内等といった排気ガス流路を流れる排気ガスの温度を、感温素子であるサーミスタ素子によって検出する温度センサ、いわゆる排気温センサが知られている。この種の温度センサとしては、サーミスタ素子の電極線と接続される金属芯線をシースパイプ内に絶縁保持してなるシース部材を、フランジに固定した有底筒状の金属チューブ内に挿入しつつ、サーミスタ素子を金属チューブの先端側内部に配置させた構造の温度センサが知られている。
【０００３】
このような温度センサは、通常２００〜１０００℃程度の高温環境下にて使用されることから、長期間の使用に伴い金属チューブに酸化が生じることがある。そして、このような酸化が進行すると、金属チューブ内の酸素分圧が低下することになる。金属チューブ内の酸素分圧が低下して過度な還元雰囲気になると、金属チューブの内部に収納されるサーミスタ素子（サーミスタ焼結体）の酸化物半導体から酸素が奪われ、サーミスタ素子の抵抗特性が変動することがある。
【０００４】
そこで、サーミスタ素子の抵抗特性の安定化を図るために、金属チューブの内周面とシース部材の外周面（詳細には、マグネシア粉末を内部に充填したシースパイプの外周面）との間に、金属チューブの後端側から先端側に向かって空気を導く通気経路を形成するための隙間を生ずる形態で、シース部材を金属チューブの内部に収納した構造の温度センサが提案されている（特許文献１参照）。このような構造を採用することで、金属チューブの内周面とシース部材の外周面との間の隙間を介して、サーミスタ素子に適度な通気を確保することが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−４２８０１号公報（図８）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、温度センサは、金属チューブの先端側内部に収納されるサーミスタ素子を被測定流体が流通する流通管（例えば、排気管）の内部に配置させることで使用に供されるが、排気管の形態によっては、サーミスタ素子を排気管の内部深くに配置させる必要がある。そして、サーミスタ素子を排気管の内部深くに配置させる場合には、フランジの先端から金属チューブの先端までの軸線方向（金属チューブの軸線方向）に向けての寸法を長くすると共に、サーミスタ素子と接続されるシース部材の軸線方向に向けての寸法を長くすることで対処することができる。
【０００７】
しかし、特許文献１に示された温度センサにおいて、フランジの先端から金属チューブの先端までの軸線方向の寸法（いわゆる脚長）を長くすると共に、シース部材の軸線方向の寸法を長く設計すると、センサ自体が強い振動を受けたときにシース部材が振れ（揺動）を生じて、シース部材が金属チューブの破損や、シース部材の金属芯線とサーミスタ素子の電極線との接続部位の断線といった問題を招く可能性がある。つまり、特許文献１に示された温度センサでは、金属チューブの内周面とシース部材の外周面を全く固定せず、両面間に隙間を生ずる形態でシース部材を金属チューブの内部に配置させているため、フランジの先端からのシース部材の出寸法が長めに設計されると、振動による金属チューブ内でのシース部材の振れが生じ易くなる。そのために、金属チューブの内周面とシース部材の外周面との間に通気経路を形成する隙間を有しつつ、振動によるシース部材の振れを抑制可能な温度センサの構造が要望される。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した従来の問題点を解決するものであり、有底筒状の金属チューブ内にシース部材に接続されたサーミスタ素子等の感温素子を収納させる構造の温度センサにおいて、金属チューブの内周面とシース部材の外周面との間に通気経路を形成する隙間を有しつつ、振動による金属チューブ内でのシース部材の振れを抑制することができる温度センサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
その解決手段は、先端側が閉塞した筒状の金属チューブと、温度によって電気的特性が変化する感温部とこれに設けられる一対の電極線とを有し、前記金属チューブの内部に収納される感温素子と、前記金属チューブの内部に収納されると共に、前記感温素子の前記電極線と接続される一対の金属芯線をシースパイプ内に絶縁保持してなるシース部材と、自身の先端から前記金属チューブの先端側を突出させる形態で、該金属チューブの外周面を取り囲むフランジと、を備える温度センサであって、
前記金属チューブと前記シースパイプとは、前記金属チューブの軸線方向の離間した位置において、前記金属チューブの外側から周方向において対向する２点を加締めることで形成される先端側加締め部と後端側加締め部とによって固定されると共に、前記先端側加締め部と前記後端側加締め部を除く前記金属チューブの内周面と前記シースパイプの外周面との間に、前記金属チューブの後端側から先端側に向かって空気を導く通気経路を形成するための隙間を生ずる形態で固定されており、
前記フランジの先端から前記シースパイプの先端までの前記軸線方向に向けて測った距離をＬ１とし、前記後端側加締め部から前記先端側加締め部までの前記軸線方向に向けて測った最短距離をＬ２としたときに、Ｌ２／Ｌ１≧０．１５の関係を有する一方、
前記先端側加締め部同士を前記軸線方向に直交する向きに結んだ先端側仮想線と、前記後端側加締め部同士を前記軸線方向に直交する向きに結んだ後端側仮想線とは、前記金属チューブの軸線方向からみたときに交差する関係を有していることを特徴とする温度センサである。
【００１０】
本発明の温度センサでは、金属チューブの軸線方向の離間した位置において、先端側加締め部と後端側加締め部を形成することにより、金属チューブとシース部材とを固定している。そして、本発明の温度センサでは、この先端側加締め部及び後端側加締め部を、金属チューブの外側から周方向において対向する２点を加締めることで形成するものとし、上記周方向において先端側加締め部及び後端側加締め部を除く金属チューブの内周面とシース部材（シースパイプ）の外周面との間に、金属チューブの後端側から先端側に向かって空気を導く通気経路を形成するための隙間を介在させている。つまり、本発明によれば、金属チューブの内周面とシース部材（シースパイプ）の外周面との間の通気を確保しつつ、金属チューブとシース部材を固定することができる。
【００１１】
そして、本発明の温度センサでは、先端側加締め部と後端側加締め部とを金属チューブの軸線方向に対して間隔を持って形成するにあたり、フランジの先端からシースパイプの先端までの軸線方向に向けて測った距離をＬ１とし、後端側加締め部から先端側加締め部までの軸線方向に向けて測った最短距離をＬ２としたときに、Ｌ２／Ｌ１≧０．１５の関係を満たすようにして形成している。上記距離Ｌ１に対する上記距離Ｌ２の比が０．１５以上を満たすように先端側加締め部および後端側加締め部を形成することで、両加締め部が周方向における２点加締めにて形成されるにも関わらず、安定してシース部材を金属チューブ内に固定することができる。その結果、振動によるシース部材の振れを抑制することが可能となる。なお、上記距離Ｌ１に対する上記距離Ｌ２の比が、０．１５未満になると、先端側加締め部と後端側加締め部とを軸線方向に離間形成させたことによるシース部材の振れ抑制の効果が十分に得られないことがある。
【００１２】
さらに、本発明の温度センサでは、上記距離Ｌ１と距離Ｌ２との関係を満たすようにして形成される先端側加締め部と後端側加締め部が、以下の関係をも満たすように形成されている。つまり、金属チューブの軸線方向からみたときに、先端側加締め部同士を軸線方向に直交する向きに結んだ先端側仮想線と、後端側加締め部同士を軸線方向に直交する向きに結んだ後端側仮想線とが交差する関係を有するように、両加締め部が形成されるのである。上記先端側仮想線と上記後端側仮想線を交差させるように先端側加締め部及び後端側加締め部を形成することで、両加締め部が周方向における２点加締めにて形成されるにも関わらず、周方向におけるシース部材の振れを効果的に抑制することができる。
【００１３】
よって、本発明の温度センサでは、金属チューブの外側から周方向において対向する２点を加締めることで形成される先端側加締め部および後端側加締め部を、上述した２つの関係を満たすように形成することで、金属チューブの内周面とシース部材の外周面との間に通気経路をなす隙間を介在させつつ、シース部材の振れを有効に抑制することができる。
【００１４】
なお、感温素子としては、感温部としてサーミスタ焼結体を用い、このサーミスタ焼結体に電極線の一部を埋設させたサーミスタ素子や、温度によって抵抗値が変化する金属抵抗体をセラミック基板上に形成したものを感温部として用い、この金属抵抗体に電極線を接続した基板型素子等を挙げることができる。また、有底筒状の金属チューブは、一部材からなるものに限定されず、複数部材が連結して形成されたものであっても良い。
【００１５】
また、上記距離Ｌ１と距離Ｌ２との比Ｌ２／Ｌ１において上限値は１未満であれば特に問題ないが、両加締め部の軸線方向における加締め寸法を適度に確保することを考慮して、０．５０以下であることが好ましい。
【００１６】
さらに、先端側仮想線については、周方向における２点の加締め部をみたときに金属チューブの内周面とシースパイプの外周面とが面接触する場合、その面接触する部分の中央部（中心）同士を金属チューブの軸線方向に直交する向きに結ぶことで導くことができる。一方、周方向における２点の加締め部をみたときに金属チューブの内周面とシースパイプの外周面とが点接触する場合には、その点接触する箇所同士を金属チューブの軸線方向に直交する向きに結ぶことで先端側仮想線を導くことができる。なお、後端側加締め部同士を結ぶ後端側仮想線についても、上記先端側仮想線と同様にして導くことができる。
【００１７】
ついで、上記温度センサであって、前記先端側仮想線と前記後端側仮想線とは、前記金属チューブの軸線方向からみたときに直交する関係を有していると良い。
【００１８】
先端側加締め部同士を軸線方向に直交する向きに結んだ先端側仮想線と、後端側加締め部同士を軸線方向に直交する向きに結んだ後端側仮想線とを、金属チューブの軸線方向からみたときに直交させることで、周方向におけるシース部材の振れをより効果的に抑制することができる。
【００１９】
さらに、上記いずれかに記載の温度センサの構成要件については、フランジの先端からシース部材の先端までの軸線方向に向けて図った距離Ｌ１が２０ｍｍ以上であるものに適用することで、よりその効果が発揮される。つまり、金属チューブ内でのシース部材の振れは、シース部材の先端から突出する金属チューブの突き出し寸法が長く、且つフランジの先端からシース部材の先端までの上記距離Ｌ１が長いものにおいて発生し易いことから、上記距離Ｌ１が２０ｍｍ以上の温度センサにおいて、上記発明の構成要件を適用することで、振動によるシース部材の振れを有効に抑制することが可能となる。
【００２０】
さらに、上記いずれかに記載の温度センサであって、前記シース部材の前記金属芯線のうちで前記感温素子と接続された側とは反対側の部位に外部回路接続用のリード線が接続され、前記リード線と前記金属芯線との接続部分は、前記フランジの後端側に気密状態に接合される筒状の継手の内部に収納されており、前記リード線は、複数の電線を絶縁性の被覆部材にて被覆した形態で形成されていると良い。
【００２１】
複数の電線を絶縁性の被覆管に被覆するようにしてリード線を形成した場合、互いの電線及び電線と被覆部材との間には隙間が生ずることになる。そして、この隙間によって、リード線の外部から被覆部材を介して継手の内部に比較的多くの空気を取り込むことができる。このことから、本発明の温度センサによれば、金属チューブの内部とセンサ自体（リード線）の外部との通気を、リード線の被覆部材の内部、継手の内部空間、金属チューブの内周面とシース部材の外周面との間の通気経路をなす隙間を通して良好に得ることができる。従って、金属チューブが酸化することがあっても、センサ自体の外部と金属チューブの内部との通気が良好に確保されるので、感温素子の電気的特性の変動を効果的に抑制することができる。なお、継手とフランジとの接合の手段は特に限定されず、レーザー溶接、プラズマ溶接、電子ビーム溶接、ロー付け接合等が挙げられる。
【００２２】
さらに、上記いずれかに記載の温度センサであって、前記シースパイプの先端側端面から３．０ｍｍ以上離れた位置を加締めることで、前記先端側加締め部を形成すると良い。シースパイプの先端側端面近傍において、周方向にわたり先端側加締め部を形成した場合、シースパイプの内部に充填された絶縁粉末が加締めによって崩れ落ちる可能性がある。そして、絶縁粉末がシースパイプより崩れ落ちると、金属芯線の保持力が低下したり、シースパイプと金属芯線とが短絡するといった問題が生じるおそれがある。これに対して、シースパイプの先端側端面から３．０ｍｍ以上離れた位置に先端側加締め部を形成することで、加締め形成に伴うシースパイプの先端側端面近傍における絶縁粉末の崩れ落ちを防止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の実施の形態である温度センサ１について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態の温度センサ１の構造を示す部分破断断面図である。また、図２は図１に示した温度センサ１の要部であるサーミスタ素子２近傍の拡大図である。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、同温度センサ１を自動車の排気管に装着することにより、サーミスタ素子２を排気ガスが流れる排気管内に配置させて、排気ガスの温度検出に使用するものである。
【００２４】
金属チューブ３は、先端側（図１における下側）が閉塞した有底筒状に形成されており、この先端側の内部にサーミスタ素子２を収納している。この金属チューブ３は、先端側が閉塞する一方で後端側が開口する有底筒状の第１筒状部３１と、両端が開口する筒状の第２筒状部３２とが、軸線方向に隣接配置される形態で構成されている。より具体的には、第２筒状部３２の先端部の外周面を取り囲むように第１筒状部３１が配置され、周方向にわたって形成される加締め部３９によって加締め固定されると共に、その加締め部３９に全周レーザー溶接されることによって一体化されている。なお、この第１筒状部３１、第２筒状部３２は、略同等の肉厚を有しており、後述するようにステンレス合金から形成されている。
【００２５】
第１筒状部３１は、サーミスタ素子２の感温部であるサーミスタ焼結体２１を内部に収納している。なお、第１筒状部３１のうちで第２筒状部３２の先端部の外側面との間で重なり部３７を生ずる部位（後端部３６）よりも先端側には、第２筒状部３２の外径よりも内径が小さく形成された小径部３３が形成されている。また、第１筒状部３１には、小径部３３と後端部３６とを繋ぐ段部３８が形成されており、この段部３８の内面に第２筒状部３２の先端を当接させることで、第２筒状部３２に対する第１筒状部３１の軸線方向における位置決めを行っている。
【００２６】
第１筒状部３１の小径部３３の内部には、感温部であるサーミスタ焼結体２１の全体が収納される。そして、この小径部３３の内部には、絶縁性部材であるセメント１０が充填されている。より具体的には、サーミスタ焼結体２１の外表面と第１筒状部３１（詳細には小径部３３）の内壁面との間にセメント１０が介在するように、小径部３３の内部にセメント１０が充填されている。このようにセメント１０が介在することで、振動等によるサーミスタ素子２の揺動が防止される。さらには、金属チューブ３（第１筒状部３１）の受熱を、セメント１０を介してサーミスタ素子２に効率良く伝熱することができ、温度検出の高速応答化を図ることができる。なお、本実施の形態に使用されるセメント１０は、アルミナ粉末を主成分とする骨材と、Ｓｉを含むガラス成分とからなる。
【００２７】
一方、第２筒状部３２は、後端側がステンレス合金製のフランジ４の内側に挿通される形態で、同フランジ４に固定される。この第２筒状部３２は、内部に後述するシース部材８の先端側を配置している。なお、第２筒状部３２の軸線方向における離間した位置（部位）には、自身の外側からシース部材８（詳細には、後述するシース部材８のシースパイプ９の外周面）に向けて加締めることによって形成された先端側加締め部３４と、後端側加締め部３５とが備えられている。この先端側加締め部３４と後端側加締め部３５によって、第２筒状部３２とシース部材８とは固定（加締め固定）されている。なお、シース部材８は第２筒状部３２に対して両加締め部３４、３５により固定されるものであるが、後述するように、両加締め部３４、３５を除く第２筒状部３２の内周面とシース部材８のシースパイプ９の外周面との間には、金属チューブ３の後端側から先端側に向かって空気を導く通気経路を形成するための隙間が形成されている。
【００２８】
そして、本実施形態では、先端側加締め部３４と後端側加締め部３５とを、上述したように金属チューブ３の軸線方向において離間させた位置に形成してなるが、両加締め部３４、３５を近接させて形成するのではなく、以下の関係を満たすように形成している。具体的には、図１に示すように、フランジ４の先端から金属チューブ３の先端までの軸線方向に向けて測った距離をＬ１とし、後端側加締め部３５から先端側加締め部３４までの軸線方向に向けて測った最短距離をＬ２としたときに、Ｌ２／Ｌ１≧０．１５の関係を満たすように両加締め部３４、３５を形成している。このようにして、上記距離Ｌ１に対する上記距離Ｌ２の比を０．１５以上に設定することで、金属チューブ３のうちでフランジ４よりも先端側に突き出た部位の内部に位置するシース部材８の振れを有効に抑制することができる。なお、本実施形態において、上記距離Ｌ１は３９ｍｍであり、上記距離Ｌ２は１０ｍｍとした。
【００２９】
ついで、先端側加締め部３４の径方向断面（図１に示すＡ−Ａ断面）を図８（ａ）に示す。図８（ａ）に示すように、先端側加締め部３４は、第２筒状部３２の外側から周方向において対向する２点をシースパイプ９に向かって加締めることで形成されている。そして、この先端側加締め部３５が形成される部位の周方向において、先端側加締め部３４を除く（より詳細には、第２筒状部３２の内周面とシースパイプ９の外周面とが面接触する部位を除く）第２筒状部３２の内周面とシースパイプ９の外周面との間には、金属チューブ３の後端側から先端側に向けて空気を導く通気経路を形成するための隙間Ｓ２が形成されている。
【００３０】
この先端側加締め部３４の先端は、図１に示すように、シースパイプ９の先端側端面から１６ｍｍ離れた位置に形成されている。このように先端側加締め部３４を、シースパイプ９の先端側端面から３．０ｍｍ離間させた位置に形成するようにしたことで、後述する先端側加締め部３４の形成時に、シースパイプ９の内部に充填された絶縁粉末１４が崩れ落ちるのを抑制することができる。
【００３１】
また、後端側加締め部３５の径方向断面（図１に示すＢ−Ｂ断面）を図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）に示すように、後端側加締め部３５も、先端側加締め部３４と同様に、第２筒状部３２の外側から周方向において対向する２点をシースパイプ９に向かって加締めることで形成されている。但し、後端側加締め部３５と先端側加締め部３４とは、金属チューブ３（第２筒状部３２）の軸線方向からみたときに形成位置が異ならせている。このことについては、後述する。そして、この後端側加締め部３５が形成される部位の周方向において、後端側加締め部３５を除く（より詳細には、第２筒状部３２の内周面とシースパイプ９の外周面とが面接触する部位を除く）第２筒状部３２の内周面とシースパイプ９の外周面との間には、金属チューブ３の後端側から先端側に向けて空気を導く通気経路を形成するための隙間Ｓ３が形成されている。
【００３２】
そして、この図８を援用して示すように、本実施形態では、先端側加締め部３４同士を金属チューブ３（第２筒状部３２）の軸線方向に直交する向きに結んだ先端側仮想線Ｋ１と、後端側加締め部３５同士を同軸線方向に直交する向きに結んだ後端側仮想線Ｋ２とは直交する関係を有している。つまり、２点の先端側加締め部３４と２点の後端側加締め部３５とは、先端側仮想線Ｋ１と後端側仮想線Ｋ２とが直交関係をなすように、第２筒状部３２の周方向においてそれぞれ形成されている。このような関係を有する形態で先端側加締め部３４と後端側加締め部３５を形成することで、両加締め部３４、３５が周方向における２点加締めにて形成されるにも関わらず、周方向におけるシース部材９の振れを効果的に抑制することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、図８（ａ）に示すように、周方向において対向する２点の先端側加締め部３４が、金属チューブ３（第２筒状部３２）の内周面とシースパイプ９の外周面とが面接触する形態で形成されることから、その面接触する部分の中央部同士を結ぶことによって先端側仮想線Ｋ１を導いている。なお、図８（ｂ）における後端側加締め部３５同士を結んだ後端側仮想線Ｋ２についても、上記先端側仮想線Ｋ１と同様にして導いている。
【００３４】
図１に戻り、フランジ４は、軸線方向に延びる鞘部４２と、この鞘部４２の先端側に位置し、径方向外側に向かって突出する突出部４１とを有している。突出部４１は、先端側に図示しない排気管の取付部のテーパ部に対応したテーパ形状を有する座面４５を有する環状に形成されており、座面４５が上記取付部のテーパ部に密着することで、排気ガスが排気管外部へ漏出するのを防止するようになっている。また、鞘部４２は環状に形成される一方、先端側に位置する先端側段部４４と先端側段部４４よりも小さい外径を有する後端側段部４３とを備える二段形状をなしている。
【００３５】
第２筒状部３２は、自身の先端側からフランジ４の後端側より挿入され、鞘部４２の内側に圧入固定されている。そして、第２筒状部３２の外周面と鞘部４２の後端側段部４３の内周面との重なり合う部分が、周方向にわたってレーザー溶接されている。
【００３６】
フランジ４の周囲には、六角ナット部５１及びネジ部５２を有するナット５が回動自在に嵌挿されている。温度センサ１は、排気管の取付部にフランジ４の突出部４１の座面４５を当接させ、ナット５により固定される。また、フランジ４の内で鞘部４２の先端側段部４４の径方向外側には、筒状の継手６が気密状態で接合されている。具体的には、鞘部４２の先端側段部４４の外周面に継手６の内周面が重なり合うように、同継手６が鞘部４２の先端側段部４４に圧入され、継手６と先端側段部４４とが周方向にわたってレーザー溶接されている。
【００３７】
金属チューブ３における第２筒状部３２、フランジ４及び継手６の内部には、一対の金属芯線７をシースパイプ９内に絶縁保持してなるシース部材８が配置される。シース部材８は、第２筒状部３２に対し、上述したように先端側加締め部３４、後端側加締め部３５により加締め固定されている。このシース部材８の先端側から突出する金属芯線７は、サーミスタ素子２を構成する一対のＰｔ／Ｒｈ合金製の電極線２２に互いに抵抗溶接されることで接続されている。なお、一対の電極線２２は、自身の先端部が軸断面六角形状をなすサーミスタ焼結体２１の内部に埋設されており、サーミスタ焼結体２１と同時に焼成されて形成されている。また、シース部材８は、ＳＵＳ３１０Ｓからなるシースパイプ９と、ＳＵＳ３１０Ｓからなる導電性の一対の金属芯線７と、シースパイプ９と各金属芯線７の間に充填される絶縁粉末１４（図８参照）とから形成され、金属芯線７が絶縁状態でシースパイプ９に保持されている。
【００３８】
継手６の内部にてシース部材８の後端側へ突き出す金属芯線７は、加締め端子１１を介して一対の外部回路（例えば車両のＥＣＵ等）接続用のリード線１２に接続されている。一対の金属芯線７及び一対の加締め端子１１は、絶縁チューブ１５により互いに絶縁される。リード線１２は、継手６の後端側開口に備えられる耐熱ゴム製の補助リング１３に挿通される。補助リング１３は、継手６の上から丸加締め或いは多角加締めされることにより、両者１３、６が気密性を保ちながら互いに固定される。そして、排気ガスの温度変化に応じたサーミスタ焼結体２１からの電気的出力は、電極線２２、シース部材８の金属芯線７、リード線１２を介して図示しない外部回路に取り出され、排気ガスの温度検出に用いられる。
【００３９】
ここで、リード線１２の径方向断面を図９に示す。リード線１２は、中央部分の７本のステンレス線である第２電線１７と、７本の第２電線１７の周囲を取り囲む１２本のニッケルメッキ軟銅線である第１電線１８とを、四フッ化エチレン樹脂からなる絶縁性の被覆部材１９にて被覆したものである。なお、各第１電線１８と各第２電線１７とは撚られた混合撚り線とされている。このように、被覆部材１９内の第１電線１８、第２電線１７は複数本から構成されているため、各電線同士及び被覆部材１９と第１電線１８、第２電線１７との間には、図９に示すように、隙間Ｓ１が形成されている。
【００４０】
この排気ガスの温度を検出する温度センサ１は、１０００℃にも達する高温環境下で使用されるため、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を構成する第１筒状部３１及び第２筒状部３２、フランジ４、金属芯線７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、継手６は、ＳＵＳ３０４に形成されている。
【００４１】
温度センサ１は、以下のようにして製造される。まず、ＳＵＳ３１０Ｓ製の鋼板に深絞り加工を行って、肉厚０．３ｍｍ、内径２．７ｍｍ、外径３．３ｍｍ、全長（軸線方向における寸法）５４ｍｍをなし、両端が開口した第２筒状部３２と、肉厚０．３ｍｍ、全長（軸線方向における寸法）１３ｍｍをなす有底筒状の第１筒状部３１とを形成する。なお、第１筒状部３１については、内径２．６ｍｍ、外径３．２ｍｍの小径部３３と、内径３．４ｍｍ、外径４．０ｍｍの後端部３６と、小径部３３と後端部３６とを繋ぐテーパ形状を有する段部３８とが形成されるように加工を施した。また、別途ＳＵＳ３１０Ｓの金属体に対して冷間鍛造又は／及び切削加工を施して、第２筒状部３２を圧入固定するための内孔と、先端側段部４４と後端側段部４３とを有する二段形状をなす鞘部４２と、この鞘部４２の先端側に位置し、径方向外側に向かって突出する突出部４１とを有するフランジ４を形成する。
【００４２】
そして、第１工程として、サーミスタ素子２の電極線２２とシース部材８の金属芯線７とを所定寸法だけ重なるように重ね合わせ、互いを抵抗溶接することによって、図３に示すようなシース部材８にサーミスタ素子２が接続された感温素子組立体Ｄを作製する。図３は、感温素子組立体Ｄの外観図を示している。
【００４３】
なお、シース部材８を構成するシースパイプ９の先端側の所定領域には、後工程において、第１筒状部３１と第２筒状部３２とを加締め固定した際に形成される加締め部３９が自身の外周面に接触しないように、径方向内側に向かって窪む凹部８１を形成している。また、このシースパイプ９は、上記凹部８１を除く部分の肉厚が０．３ｍｍ、外径が２．５ｍｍとなるように形成されている。ついで、第２筒状部３２をフランジ４の内孔に圧入固定し、第２筒状部３２の外周面と鞘部４２の後端側段部４３の内周面との重なり合う部分を、周方向にわたってレーザー溶接する。
【００４４】
そして、第２工程として、フランジ４にレーザー溶接された第２筒状部３２内に感温素子組立体Ｄを挿入する。このとき、感温素子組立体Ｄのサーミスタ素子２が配置される側から、第２筒状部３２の後端側の開口への挿入を開始する。そして、第２筒状部３２の先端側からサーミスタ素子２のサーミスタ焼結体２１を所定寸法Ｌ３（図５参照）だけ突き出させ、サーミスタ焼結体２１が所定寸法Ｌ３突き出た時点で、感温素子組立体Ｄの第２筒状部３２への挿入を終了する。その後、第２筒状部３２の先端側から突き出した状態にある電極線２２と金属芯線７との接続部に異常がないかどうか、さらには電極線２２同士、金属芯線７同士が接触していないかを確認する。この確認作業にて感温素子組立体Ｄに異常無しと判断されると、続いて第２筒状部３２と感温素子組立体Ｄとを固定する作業を行う。
【００４５】
第２筒状部３２と感温素子組立体Ｄとの固定については、以下の手順により行う。まず、第２筒状部３２のうちで、フランジ４よりも先端側に突き出た部位であって且つフランジ４の先端に近接した部位を、シース部材８のシースパイプ９の外周面に向けて加締める。この加締め工程は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、加締め型Ｆを用いて、第２筒状部３２の外側から周方向において対向する２点を加締めるようにして行う。これにより、２点の後端側加締め部３５を形成する。
【００４６】
ついで、後端側加締め部３５よりも軸線方向先端側に離間した部位であって且つ凹部８１よりも後端側の部位を、シース部材８のシースパイプ９の外周面に向かって加締める。この加締め工程についても、上述した加締め型Ｆを用い、第２筒状部３２の外側から周方向において対向する２点を加締めるようにした。これにより、２点の先端側加締め部３４を形成し、上記後端側加締め部３５と共にシース部材８（感温素子組立体Ｄ）と第２筒状部３２とを加締め固定する。このとき、先端側加締め部３４と後端側加締め部３５の周方向における形成位置及び第２筒状部３２の軸線方向における最短距離Ｌ２が、上述した関係を満たすように、両加締め部３４、３５を適宜形成した。このようにして、第２筒状部３２の先端側からサーミスタ焼結体２１を所定寸法Ｌ３だけ突き出させた形態で、感温素子組立体Ｄと第２筒状部３２とを一体的に組み付ける。感温素子組立体Ｄと第２筒状部３２とが一体的に組み付けられた組付体構造の部分破断断面図を、図５に示す。
【００４７】
なお、本実施の形態では、先端側加締め部３４および後端側加締め部３５の各加締め部を、軸線方向に沿った軸線長さが加締め幅よりも長い寸法を有するように形成している。具体的に、両加締め部３４、３５のそれぞれは、軸線長さＬ５を４．０ｍｍ、加締め幅Ｗを０．４ｍｍとなるように形成した（図４参照）。このように各加締め部の軸線長さを加締め幅よりも長い寸法を有するように形成することで、第２筒状部３２に対して細長いシース部材８を安定して固定することができる。
【００４８】
ついで、感温素子組立体Ｄを組み付けた第２筒状部３２に対して、第１筒状部３１を組み付けてサーミスタ素子２を有底筒状の金属チューブ３の内部に収納させる第３工程を行う。まず、第２筒状部３２の先端側から所定寸法Ｌ３だけ突き出たサーミスタ焼結体２１の周囲を覆うように、セメント１０となる絶縁性ペーストを塗布する。ついで、第２筒状部３２の先端側から第１筒状部３１を遊嵌状に且つ同軸状に挿入し、第１筒状部３１の後端部３６が第２筒状部３２の先端部の外側面を取り囲むように、第２筒状部３２に対して第１筒状部３１を隣接配置させる。このとき、図６に示すように、第２筒状部３２の先端部に遊嵌状態で所定寸法Ｌ４の重なり部３７を生ずるように、且つサーミスタ素子２のサーミスタ焼結体２１が絶縁性ペーストと共に第１筒状部３１の小径部３３に収納されるように、第１筒状部３１を第２筒状部３２に対して配置させる。
【００４９】
ここで、本実施の形態では、第１筒状部３１を第２筒状部３２に挿入するにあたって、第１筒状部３１の小径部３３の後端側に連結する段部３８の内面に第２筒状部３２の先端が当接するまで挿入を行うことで、第２筒状部３２に対する第１筒状部３１の軸線方向における位置決めを行っている。つまり、本実施の形態では、第１筒状部３１を第２筒状部３２に遊嵌状且つ同軸状に挿入していき、第２筒状部３２の先端が第１筒状部３１の段部３８の内面に当接した時点で、所定寸法Ｌ４の重なり部３７が生ずるように、第１筒状部３１の各寸法を予め調整しているのである。これにより、本実施の形態では、第１筒状部３１の各寸法を適宜調整し、第２筒状部３２の先端が第１筒状部３１の段部３８の内面に当接するように挿入を行うことで、第２筒状部３２に対する第１筒状部３１の軸線方向における重なり寸法（図６のＬ４に相当）を一義的に決めることができる。その結果、サーミスタ焼結体２１を第１筒状部３１の狙い位置に確実に配置させることが可能となる。
【００５０】
ついで、第１筒状部３１の後端部３６と第２筒状部３２の先端部の重なり部３７であって、シース部材８のシースパイプ９に形成した凹部８１を取り囲む部位において、外側に位置する第１筒状部３１を内側に位置する第２筒状部３２に向けて周方向に加締め、加締め部３９を形成する。このとき、加締め部３９がリードパイプ９の凹部８１の表面に接触すると、第２筒状部３２の内周面とシースパイプ９の外周面との間の通気経路が遮断されてしまうことから、この加締め部３９はリードパイプ９の凹部８１の表面に接触しないように形成した。なお、この加締めは、八方丸加締めにて行った。このようにして形成される加締め部３９は、後述する全周レーザー溶接によるレーザー溶接部形成部位にあたるが、この加締め部３９を形成することで、第１筒状部３１と第２筒状部３２との間の隙間量を減少させることができ、溶接強度に優れる全周レーザー溶接を行うことができる。
【００５１】
そして、図７に示すように、この重なり部３７に形成された加締め部３９に対して、レーザー光ＬＢを照射して全周レーザー溶接を行い、第１筒状部３１と第２筒状部３２とに跨るレーザー溶接部を形成して、両筒状部３１、３２を一体化する。その後、両筒状部３１、３２を一体化した組立体を加熱処理することで、絶縁性ペーストを固化させてセメント１０を得る。
【００５２】
ついで、公知の手法により、加締め端子１１を用いてシース部材８の金属芯線７の後端部とリード線１２とを電気的に接続する。その後、筒状の継手６を、鞘部４２の先端側段部４４の径方向外側に圧入して、継手６と先端側段部４４を周方向にわたってレーザー溶接する。これにより、フランジ４に対して継手６を気密状態に固定する。そして、補助リング１３やナット５等を適宜組み付ける。このようにして、温度センサ１の製造を完了する。
【００５３】
このような本実施形態の温度センサ１においては、先端側加締め部３４と後端側加締め部３５とを金属チューブ３の軸線方向に対して間隔を持って形成するにあたり、フランジ４の先端からシースパイプ９の先端までの軸線方向に向けて測った距離をＬ１とし、後端側加締め部から先端側加締め部までの軸線方向に向けて測った最短距離をＬ２としたときに、Ｌ２／Ｌ１≧０．１５の関係を満たすように形成している。さらに、金属チューブ３の軸線方向からみたときに、先端側加締め部３４同士を軸線方向に直交する向きに結んだ先端側仮想線Ｋ１と、後端側加締め部３５同士を軸線方向に直交する向きに結んだ後端側仮想線Ｋ２とが直交する関係を有するように、両加締め部３４、３５を形成している。これにより、両加締め部３４、３５が周方向における２点加締めにて形成されるにも関わらず、金属チューブ３内におけるシース部材８の振れを有効に抑制することができる。
【００５４】
また、本実施形態の温度センサ１では、金属チューブ３の内周面とシースパイプ９の外周面との間に、金属チューブ３の後端側から先端側に向けて空気を導く通気経路を形成するための隙間を有している。そして、本実施形態では、センサ自体の外部からリード線１２の被覆部材１２内の隙間Ｓ１を介して大気が継手６の内部に入り込むことが許容され、その継手６の内部に入り込んだ大気は、金属チューブ３の内周面とシースパイプの外周面との間の通気経路（図８における隙間Ｓ２、Ｓ３含む）を介して金属チューブ３の先端側に良好に導かれる。よって、温度センサ１では、サーミスタ素子２を収納する金属チューブ３が酸化した場合にも、金属チューブ３内の酸素分圧の低下が抑えられ、サーミスタ素子２の抵抗特性の変動を抑制することができる。
【００５５】
（実施形態２）
つぎに本発明の第２の実施形態について、図１０を用いて説明する。この第２の実施形態における温度センサ１００については、上述した実施形態の変形例というべきもので、本質的相違はないことから、同一部位には同一の符号を付し、相違点のみ説明する。なお、図１０は、本実施形態の温度センサ１の構造を示す部分破断断面図である。
【００５６】
すなわち、上述した実施形態では、金属チューブ３が第１筒状部３１と第２筒状部３２の複数部材からなるものにおいて具体化したが、本実施形態では、有底筒状の金属チューブ３が一部材からなるものにおいて具体化したものである。このような一部材からなる金属チューブ３を用いた場合においても、先端側加締め部３４と後端側加締め部３５とを上述した関係を満たす形態で形成することで、金属チューブ３内におけるシース部材８の振れを抑制できつつ、金属チューブ３の内周面とシースパイプ９の外周面との間の通気経路を良好に確保することができる。なお、本実施形態では、金属チューブ３を一部材にて形成したことから、上述した実施形態のように、シースパイプ９において径方向内側に向かって窪む凹部８１を設ける必要は無い。
【００５７】
以上において、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は上述した具体的な実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。例えば、感温部をなすサーミスタ焼結体２１の形状は、軸断面において六角形状に限定されず、円形状や楕円形状であっても良い。また、温度センサ１、１００は、排気温センサのみならず、被測定流体として水や油等の液体が流れる流通路に取り付けられる温度センサにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１筒状部と第２筒状部を軸線方向に隣接配置して構成された有底筒状の金属チューブ内に、感温素子であるサーミスタ素子を収納した第１の実施形態における温度センサの全体構造を示す部分破断断面図である。
【図２】図１に示す温度センサにおいて、要部であるサーミスタ素子２近傍の拡大図である。
【図３】サーミスタ素子とシース部材とを組み付けた感温素子組立体の外観図である。
【図４】第２筒状部をシース部材のシースパイプの外周面に向けて加締める工程を模式的に示す図である。
【図５】第２筒状部の先端側から所定寸法サーミスタ素子（サーミスタ焼結体）を突き出させた状態で、感温素子組立体と第２筒状部を一体的に組み付けた構造を示す部分破断断面図である。
【図６】感温素子組立体を組み付けた第２筒状部の先端部の外側に、第１筒状部の後端側を所定寸法重なるようにして遊嵌状に配置させた状態を示す図である。
【図７】レーザーを照射して第１筒状部と第２筒状部を全周レーザー溶接する状態を模式的に示す図である。
【図８】（ａ）図１の温度センサにおいて、先端側加締め部の部位におけるＢ−Ｂ断面図、（ｂ）図１の温度センサにおいて、後端側加締め部の部位におけるＡ−Ａ断面図である。
【図９】第１の実施形態の温度センサにおけるリード線の径方向断面図である。
【図１０】一部材からなる有底筒状の金属チューブ内に、感温素子であるサーミスタ素子を収納した第２の実施形態における温度センサの全体構造を示す部分破断断面図である。
【符号の説明】
１、１００・・・温度センサ、２・・・サーミスタ素子、２１・・・サーミスタ焼結体、２２・・・電極線、３・・・金属キャップ、３１・・・第１筒状部、３２・・・第２筒状部、３３・・・小径部、３４・・・先端側加締め部、３５・・・後端側加締め部、３６・・・後端部、３８・・・段部、３７・・・重なり部、３９・・・加締め部、４・・・フランジ、６・・・継手、７・・・金属芯線、８・・・シース部材、９・・・シースパイプ、１０・・・セメント、１２・・・リード線、１４・・・絶縁粉末、１７・・・第２電線、１８・・・第１電線、１９・・・被覆部材、Ｄ・・・感温素子組立体、Ｋ１・・・先端側仮想線、Ｋ２・・・後端側仮想線、Ｌ１・・・フランジの先端からシース部材のシースパイプの先端までの金属チューブの軸線方向に素って測った距離、Ｌ２・・・後端側加締め部から先端側加締め部までの金属チューブの軸線方向に沿って測った距離、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３・・・隙間。

Claims

先端側が閉塞した筒状の金属チューブと、
温度によって電気的特性が変化する感温部とこれに設けられる一対の電極線とを有し、前記金属チューブの内部に収納される感温素子と、
前記金属チューブの内部に収納されると共に、前記感温素子の前記電極線と接続される一対の金属芯線をシースパイプ内に絶縁保持してなるシース部材と、
自身の先端から前記金属チューブの先端側を突出させる形態で、該金属チューブの外周面を取り囲むフランジと、
を備える温度センサであって、
前記金属チューブと前記シースパイプとは、前記金属チューブの軸線方向の離間した位置において、前記金属チューブの外側から周方向において対向する２点を加締めることで形成される先端側加締め部と後端側加締め部とによって固定されると共に、前記先端側加締め部と前記後端側加締め部を除く前記金属チューブの内周面と前記シースパイプの外周面との間に、前記金属チューブの後端側から先端側に向かって空気を導く通気経路を形成するための隙間を生ずる形態で固定されており、
前記フランジの先端から前記シースパイプの先端までの前記軸線方向に向けて測った距離をＬ１とし、前記後端側加締め部から前記先端側加締め部までの前記軸線方向に向けて測った最短距離をＬ２としたときに、Ｌ２／Ｌ１≧０．１５の関係を有する一方、
前記先端側加締め部同士を前記軸線方向に直交する向きに結んだ先端側仮想線と、前記後端側加締め部同士を前記軸線方向に直交する向きに結んだ後端側仮想線とは、前記金属チューブの軸線方向からみたときに交差する関係を有していることを特徴とする温度センサ。
請求項１に記載の温度センサであって、
前記先端側仮想線と前記後端側仮想線とは、前記金属チューブの軸線方向からみたときに直交する関係を有している
温度センサ。
請求項１又は２に記載の温度センサであって、
前記距離Ｌ１は、２０ｍｍ以上である
温度センサ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の温度センサであって、
前記シース部材の前記金属芯線のうちで前記感温素子と接続された側とは反対側の部位に外部回路接続用のリード線が接続され、前記リード線と前記金属芯線との接続部分は、前記フランジの後端側に気密状態に接合される筒状の継手の内部に収納されており、前記リード線は、複数本の導電性線材を絶縁性の被覆部材にて被覆した形態で形成されている
温度センサ。