JP2005016982A - 温度センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】サーミスタ素子の周囲雰囲気中の酸素濃度をの低下を抑制し、且つ、シース部材の絶縁性の低下及びシース部材からシース芯線が抜けることを防止可能な温度センサを提供する。
【解決手段】温度センサのシース部材８の絶縁材１７に、通気経路としての貫通孔２４を有した中空線２０をシース部材８の軸線方向に貫通させて、サーミスタを収納した金属キャップ内へ外部からその貫通孔２４を介して通気可能とする。よって、金属キャップの内面が酸化しても、貫通孔２４を介して酸素が供給されるので、金属キャップ内の空間の酸素濃度の低下を抑制してサーミスタの特性変化を抑え、検出精度の低下を防止することができる。また、絶縁材１７の充填率を低下させなくても良いので、シース部材８の絶縁性を確保できると共に、シース部材８からシース芯線７が抜けることを防止することができる。
【選択図】 図３
【解決手段】温度センサのシース部材８の絶縁材１７に、通気経路としての貫通孔２４を有した中空線２０をシース部材８の軸線方向に貫通させて、サーミスタを収納した金属キャップ内へ外部からその貫通孔２４を介して通気可能とする。よって、金属キャップの内面が酸化しても、貫通孔２４を介して酸素が供給されるので、金属キャップ内の空間の酸素濃度の低下を抑制してサーミスタの特性変化を抑え、検出精度の低下を防止することができる。また、絶縁材１７の充填率を低下させなくても良いので、シース部材８の絶縁性を確保できると共に、シース部材８からシース芯線７が抜けることを防止することができる。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高温酸化雰囲気下で使用される温度センサに係り、詳しくは、 感熱素子が封入された部分からシース部材を通して外部に通気可能な温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、温度センサとして、負の温度係数を持つサーミスタ素子を、当該サーミスタ素子からの出力信号を取り出す一対のシース芯線を金属製の外筒であるシースパイプの内部に絶縁性粉末を充填して絶縁保持したシース部材の先端部分に設け、この先端部分を有底筒状の金属キャップで被覆し、シース部材の後端側周囲を取り囲むフランジに締付ナット及び継手等の金属部品が組み付けられたものが知られている。この種の温度センサは、例えば、自動車の排気温度等を検出するために１０００℃程度の高温雰囲気下で使用されることにより、金属キャップの外面はもとより内面が急速に酸化することから、金属キャップ内の酸素が著しく減少することになる。このように、金属キャップ内部の酸素が減少することにより、同金属キャップに封入されたサーミスタ素子の周囲雰囲気が還元雰囲気となりサーミスタ素子が表面から還元され、同素子に特性変化が生じて温度センサとしての検出精度が低下するおそれがあった。
【０００３】
そこで、上記不具合に対処するために、シース部材のシースパイプ内の絶縁性粉末の粒径を例えば、１００μｍのものを用いて適当な空隙ができるように絶縁性粉末の充填率を減らして充填し、シース部材を減径加工した後でも、絶縁性粉末が必要以上に密度が高く詰まらないようにすることで、シース部材を通気可能とし、金属キャップ内部の酸素が減少しないようにすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１７１３０８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のようにシース部材の絶縁材である絶縁性粉末の充填率を低下させたものでは、絶縁材がもろくなりやすい。そのため、振動等により、絶縁材によるシース芯線の保持力が低下し、シース芯線とシースパイプ、或いはシース芯線同士の絶縁が保てないという問題点があった。また、シース部材からシース芯線が抜けてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、サーミスタ素子の周囲雰囲気中の酸素濃度の低下を抑制し、同素子の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止でき、且つ、シース部材の絶縁性の確保及びシース部材からシース芯線が抜けることを防止できる温度センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明の温度センサは、感熱素子が封入された第１室と、当該感熱素子と電気的に接続され当該感熱素子からの出力信号を取り出すシース芯線を金属製の外筒であるシースパイプの内部に絶縁材により絶縁保持してなるシース部材とを備えた温度センサであって、前記シース部材の一端部は前記第１室内に面し、他端部は空気が流入可能な第２室内に面し、前記シース部材には、前記シースパイプの軸線方向に沿って貫通する通気経路が設けられている。
【０００８】
この構成の発明では、シース部材のシースパイプの軸線方向に沿って貫通する通気経路により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。従って、感熱素子が封入された第１室内の酸素濃度の低下を抑制することができる。これにより、感熱素子の特性変化を抑えることができ、検出精度の低下を防止することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明の温度センサは、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記通気経路は、前記シース部材に中空線を前記シースパイプの軸線方向に沿って延設して形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成の発明では、請求項１に記載の発明の作用に加えて、シース部材に中空線をシースパイプの軸線方向に沿って延設しているので、この中空線により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。また、中空線により通気経路を実現しているので、絶縁材の充填率を低下させる必要がない。このため、振動等により、絶縁材によるシース芯線の保持力が低下することを防止でき、シース部材の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明の温度センサは、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記通気経路は、前記シース芯線を中空線により構成して形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成の発明では、請求項１に記載の発明の作用に加えて、シース芯線を中空線により構成して通気経路としているので、この中空線から構成されたシース芯線により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。また、中空線により構成されたシース芯線により通気経路を実現しているので、絶縁材の充填率を低下させる必要がない。このため、振動等により、絶縁材によるシース芯線の保持力が低下することを防止でき、シース部材の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明の温度センサは、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記シースパイプは、第１のシースパイプと、当該第１のシースパイプを覆う第２のシースパイプから構成された二重構造となっており、当該第１のシースパイプと当該第２のシースパイプとの間に前記シースパイプの軸線方向に沿って貫通する通気経路が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
この構成の発明では、請求項１に記載の発明の作用に加えて、第１のシースパイプと、当該第１のシースパイプを覆う第２のシースパイプから構成された二重構造のシースパイプの第１のシースパイプと当該第２のシースパイプとの間に設けられた通気経路により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。また、二重構造のシースパイプにより通気経路を実現しているので、絶縁材の充填率を低下させる必要がない。このため、振動等により、絶縁材によるシース芯線の保持力が低下することを防止でき、シース部材の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］以下、本発明の第１の実施の形態である温度センサ１について、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の温度センサ１の構造を示す部分破断断面図である。この温度センサ１は、サーミスタ素子２を感熱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を内包した金属キャップ１４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。
【００１６】
はじめに、図１を参照して、温度センサ１の概略構成を説明する。図１に示すように、温度センサ１は、温度センサ１の軸線方向に延びる円柱状のシース部材８、当該シース部材８の先端側（図１に示す下端側）に接合され、サーミスタ素子２を収納した金属キャップ１４、当該温度センサ１の略中央部に設けられたフランジ４及びフランジ４に嵌挿されたナット５、及び筒状の継手６等から構成されている。
【００１７】
次に、フランジ４について説明する。フランジ４は、図１に示すように、温度センサ１の略中央部に設けられ、軸線方向後端側に延びる鞘部４２と、この鞘部４２の先端側（図１に於ける下側）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の座面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。
【００１８】
次に、シース部材８について説明する。シース部材８は、ＳＵＳ３１０Ｓ等の耐熱合金から形成された円筒のシースパイプの内部にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等（例えば、二酸化珪素）からなる絶縁材１７により、ＳＵＳ３１０Ｓ等の耐熱合金から形成された一対のシース芯線７を絶縁保持し、更に後述する通気経路が形成されている。シース部材８の成形方法の詳細については後述する。
【００１９】
また、シース部材８は、自身の後端側（図１に示す上側）がフランジ４の内側に挿通された状態で、鞘部４２の外周面の所定位置において径方向内側に向かって加締められ、フランジ４に対して固定されている。さらに、シース部材８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。このレーザー溶接がなされることにより、図１に示すように、鞘部４２の後端側段部４３とシース部材８（詳細にはシース部材８の外筒）とに跨る溶接部Ｌ３が形成され、シース部材８がフランジ４に対して強固に固定される。
【００２０】
次に、金属キャップ１４について説明する。シース部材８の軸線方向に延びる金属キャップ１４は、自身の先端側１３１が閉塞された筒状をなしており、この先端側１３１の内部にサーミスタ素子２が収納されている。この金属キャップ１４は、ＳＵＳ３１０Ｓ等の耐熱合金から形成されている。また、サーミスタ素子２は、自身の一対の電極線（Ｐｔ又は、Ｐｔ／Ｒｈ合金線）９を介してシース部材８の先端側から突出するシース芯線７に抵抗溶接により接続されている。そして、金属キャップ１４の後端側１３２は開放されており、この後端側１３２の内周面が一対のシース芯線７を内包するシース部材８（詳細にはシース部材８の外筒）の外周面に重なり合った状態で、周方向にわたってレーザー溶接されている。これにより、金属キャップ１４がシース部材８に固定されている。
【００２１】
このように、シース部材８をフランジ４の鞘部４２に加締め固定しつつ、鞘部４２の後端側段部４３にレーザー溶接を行うことにより、フランジ４とシース部材８との溶接強度に優れると共に、フランジ４とシース部材８との密着強度に優れる温度センサ１とすることができる。したがって、自動車等の振動の激しい環境下において温度センサ１が強い振動を受けても、シース部材８が振れ難く、シース部材８の折損等を抑制することができる。また、排気ガスに対する気密の信頼性を向上させることができる。
【００２２】
また、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とを周方向にわたってレーザー溶接されている。このレーザー溶接がなされることにより、図１に示すように、鞘部４２の先端側段部４４と継手６とに跨る溶接部Ｌ２が形成される。
【００２３】
フランジ４及び継手６の内部には、一対のシース芯線７を内包するシース部材８が配置される。継手６の内部にてシース部材８の後端側へ突き出すシース芯線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と接続される。一対のシース芯線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、ステンレス合金製の導線と銅製の導線とからなる撚り線を絶縁性の被覆材にて被覆したものであり、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。尚、リード線１２としては、ステンレス合金製の導線を絶縁性の被覆材にて被覆したものでも良い。そして、図１に示す継手６内に於けるシース部材８の後端側の空間３８には、外部からリード線１２の内側の空隙を介して空気が流入可能となっている。そして、サーミスタ素子２の出力は、シース部材８のシース芯線７からリード線１２により、図示しない外部回路に取り出され、排気ガスの温度が検出される。
【００２４】
尚、この温度センサ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、フランジ４、シース芯線７、シース部材８の外筒及び金属キャップ１４は、Ｆｅを主成分とし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｉ及び２４．００〜２６．００重量％で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（Ｆｅ以外に、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｎｉ，Ｃｒを含有する耐熱合金であって、１８．００〜２０．００重量％でＣｒを含有する。）を材質とする。
【００２５】
次に、図２及び図３を参照して、第１の実施の形態のシース部材８の内部構造及びその製造方法について説明する。図２は、第１の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図であり、図３は、第１の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。
【００２６】
第１の実施の形態のシース部材８は、成形の第１段階として、図２に示すように、耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製の所定径（一例として外径１０ｍｍ）のパイプより形成されたシースパイプ１６の内部に、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の何れか（例えば、二酸化珪素）を円柱状に成形して１２００℃の温度で仮焼した絶縁材１７が貫通された引き伸ばし加工前のシース部材８を形成する。この絶縁材１７には、その軸線方向にシース芯線７を貫通させる一対の貫通孔１８と、通気経路として作用する貫通孔２４が軸線方向に形成された金属線（中空線２０）を貫通させる貫通孔１９が穿設されている。各貫通孔１８には、耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製のシース芯線７が各々貫入され、シース芯線７の両端は、絶縁材１７の両端面から突出した状態となっている。また、貫通孔１９には、耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製の中空線２０が貫通している。
【００２７】
次に、第２段階として、上記の状態のシース部材８をローラーにより引き伸ばし加工を行い、シース部材８の外径が所定径（一例として外径２．５ｍｍ）になるまで引き伸ばす。この結果、図３に示すように、シースパイプ１６内に一対のシース芯線７及び中空線２０が絶縁材１７により、絶縁保持された状態で一体化される。
【００２８】
以上説明したように、第１の実施の形態の温度センサ１では、シース部材８の絶縁材１７に、通気経路として中空線２０の貫通孔２４がシース部材８の軸線方向に貫通している。従って、金属キャップ１４内の空間３７と外部から空気流入可能な空間３８とは、中空線２０の貫通孔２４を介して通気可能となる。よって、温度センサ１が高温の排気ガスに曝される等により金属キャップ１４の内面が酸化しても、中空線２０の貫通孔２４を介して酸素が供給されるので、金属キャップ１４内の空間３７の酸素濃度が低下するのを抑制することができる。従って、サーミスタ素子２の周囲雰囲気中の酸素濃度の低下を抑制することができ、サーミスタ素子２の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することができる。また、通気経路の確保のために絶縁材１７の充填率を低下させなくても良いので、密度は、従来のものと変わらないので、シース部材８の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００２９】
［第２の実施の形態］次に、本発明の第２の実施の形態を図４及び図５を参照して説明する。図４は、第２の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図であり、図５は、第２の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。この第２の実施の形態は、シース部材８の構造以外は、第１の実施の形態と同じであるので、構造が異なるシース部材８のみ説明する。
【００３０】
第２の実施の形態のシース部材８は成形の第１段階として、図４に示すように、耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製の所定径（一例として外径１０ｍｍ）のパイプより形成されたシースパイプ１６の内部に、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の何れか（例えば、二酸化珪素）を円柱状に成形して１２００℃の温度で仮焼した絶縁材１７が貫通された引き伸ばし加工前のシース部材８を形成する。この絶縁材１７には、その軸線方向にシース芯線２１を貫通させる一対の貫通孔１８が穿設されている。各貫通孔１８には、耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製のシース芯線２１が各々貫入され、シース芯線２１の両端は、絶縁材１７の両端面から突出した状態となっている。また、このシース芯線２１には、通気経路として作用する貫通孔２５が軸線方向に形成されている。つまり、シース芯線２１は、中空線となっている。
【００３１】
次に、第２段階として、上記の状態のシース部材８をローラーにより引き伸ばし加工を行い、シース部材８の外径が所定径（一例として外径２．５ｍｍ）になるまで引き伸ばす。この結果、図５に示すように、シースパイプ１６内に一対のシース芯線２１が絶縁材１７により、絶縁保持された状態で一体化される。
【００３２】
以上説明したように、第２の実施の形態の温度センサ１では、シース部材８の絶縁材１７に、通気経路としてシース芯線２１の貫通孔２５がシース部材８の軸線方向に貫通している。従って、金属キャップ１４内の空間３７と外部から空気流入可能な空間３８とは、シース芯線２１の貫通孔２５を介して通気可能となる。よって、温度センサ１が高温の排気ガスに曝される等により金属キャップ１４の内面が酸化しても、シース芯線２１の貫通孔２５を介して酸素が供給されるので、金属キャップ１４内の空間３７の酸素濃度が低下するのを抑制することができる。従って、サーミスタ素子２の周囲雰囲気中の酸素濃度の低下を抑制することができ、サーミスタ素子２の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することができる。また、通気経路の確保のために絶縁材１７の充填率を低下させなくても良いので、シース部材８の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００３３】
［第３の実施の形態］次に、本発明の第３の実施の形態を図６及び図７を参照して説明する。図６は、第３の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図であり、図７は、第３の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。この第３の実施の形態は、シース部材８の構造以外は、第１の実施の形態と同じであるので、構造が異なるシース部材８のみ説明する。
【００３４】
第３の実施の形態のシース部材８は、図６に示すように、成形の第１段階として、耐熱合金製のシースパイプ１６（第１のシースパイプ）と仮焼状態の絶縁材１７と一対のシース芯線７から構成された内側シース部材２８を耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製の所定径（一例として外径１０ｍｍ）のパイプより形成されたシースパイプ２２（第２のシースパイプ）の内部に貫通させた引き伸ばし加工前のシース部材８を形成する。そして、シースパイプ２２と内側シース部材２８との間隙に耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製の金属線２３をシース部材８の軸線方向に貫通させる。
【００３５】
次に、第２段階として、上記の状態のシース部材８をローラーにより引き伸ばし加工を行い、シース部材８の外径が所定径（一例として外径２．５ｍｍ）になるまで引き伸ばす。この結果、図７に示すように、シースパイプ２２とシースパイプ１６との間に挟まれた金属線２３の近傍には、間隙２６が形成される。
【００３６】
以上説明したように、第３の実施の形態の温度センサ１では、シース部材８のシースパイプ２２とシースパイプ１６との二重構造の間に挟まれた金属線２３の近傍に形成された間隙２６がシース部材８の軸線方向に貫通している。従って、金属キャップ１４内の空間３７と外部から空気流入可能な空間３８とは、間隙２６を介して通気可能となる。よって、金属キャップ１４の内面が酸化しても、シース部材８に形成された間隙２６を介して酸素が供給されるので、金属キャップ１４内の空間３７の酸素濃度が低下するのを抑制することができる。従って、サーミスタ素子２の周囲雰囲気中の酸素濃度の低下を抑制することができ、サーミスタ素子２の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することができる。また、シース部材８のシースパイプ２２とシースパイプ１６とが二重構造であるので、通気経路の確保のために内側シース部材２８の絶縁材１７の充填率を低下させなくても良く、シース部材８の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００３７】
［第４の実施の形態］次に、本発明の第４の実施の形態を図８及び図９を参照して説明する。図８は、第４の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図であり、図９は、第２の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。この第４の実施の形態は、シース部材８の構造以外は、第１の実施の形態と同じであるので、構造が異なるシース部材８のみ説明する。
【００３８】
第４の実施の形態のシース部材８は、図８に示すように、成形の第１段階として、開口部が六角形に形成された耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製のシースパイプ１６（第１のシースパイプ）と仮焼状態の絶縁材１７と一対のシース芯線７から構成された内側シース部材２９を耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製の所定径（一例として外径１０ｍｍ）のパイプより形成されたシースパイプ２２（第２のシースパイプ）の内部に貫通させた引き伸ばし加工前のシース部材８を形成する。
【００３９】
次に、第２段階として、上記の状態のシース部材８をローラーにより引き伸ばし加工を行い、シース部材８の外径が所定径（一例として外径２．５ｍｍ）になるまで引き伸ばす。この結果、図９に示すように、シースパイプ２２と六角形のシースパイプ１６との間には、間隙２７が形成される。
【００４０】
以上説明したように、第４の実施の形態の温度センサ１では、シース部材８のシースパイプ２２と六角形のシースパイプ１６との二重構造の間には、間隙２７がシース部材８の軸線方向に貫通している。従って、金属キャップ１４内の空間３７と外部から空気流入可能な空間３８とは、間隙２７を介して通気可能となる。よって、金属キャップ１４の内面が酸化しても、間隙２７を介して酸素が供給されるので、金属キャップ１４内の空間３７の酸素濃度が低下するのを抑制することができる。従って、サーミスタ素子２の周囲雰囲気中の酸素濃度の低下を抑制することができ、サーミスタ素子２の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することができる。また、シース部材８のシースパイプ２２と六角形のシースパイプ１６とが二重構造であるので、通気経路の確保のために内側シース部材２９の絶縁材１７の充填率を低下させなくても良く、シース部材８の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００４１】
ここで、上記第１〜第４の実施の形態の温度センサ１において、請求項１の「第１室」とは、金属キャップ１４とシース部材８とで形成される内部空間を意味する。また、「第２室」とは、継手６とシース部材８と補助リング１３とで形成される内部空間を意味する。
【００４２】
尚、本発明においては、上述した具体的な実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施形態とすることができる。例えば、第１の実施の形態の温度センサ１においては、シース部材８に金属キャップ１４を嵌合させて溶接した構造としているが、必ずしもこの構造に限られない。たとえば、図１０に示すように、シース部材８及びサーミスタ素子２を温度センサ１００の軸線方向に延びる金属チューブ３内に収容するようにしても良い。この金属チューブ３は、耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製の鋼板の深絞り加工により先端側３１が閉塞した筒状に形成されており、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。そして、金属チューブ３の内部のサーミスタ素子２の周囲には、サーミスタ素子２の揺動の防止用のセメント１０が充填されており、これにより使用時の振動等による電極線９の断線等の不具合が回避できる。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は耐熱合金製のフランジ４の内側に挿通されている。なお、セメント１０は、アルミナ粉末を主体とする骨材と、Ｓｉを含むガラス成分とからなる。
【００４３】
金属チューブ３は、自身の後端側３２からフランジ４の突出部４１の先端側に挿入されて、鞘部４２の内側に圧入されている。そして、金属チューブ３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。このレーザー溶接がなされることにより、図１０に示すように、鞘部４２の後端側段部４３と金属チューブ３とに跨る溶接部ＬＩが形成され、金属チューブ３がフランジ４に対して強固に固定されている。
【００４４】
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とを周方向にわたってレーザー溶接されている。このレーザー溶接がなされることにより、図１０に示すように、鞘部４２の先端側段部４４と継手６とに跨る溶接部Ｌ２が形成される。
【００４５】
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を内包するシース部材８が配置される。金属チューブ３の内部においてシース部材８の先端側から突出するシース芯線７には、サーミスタ素子２の電極線を構成するＰｔ又はＰｔ／Ｒｈ合金製の電極線９を介して接続される。電極線９及びシース芯線７は互いに抵抗溶接される。ここで、シース部材８は、上記第１乃至第４の実施の形態のいずれかと同様の構造となっている。
【００４６】
また、継手６の内部にてシース部材８の後端側へ突き出すシース芯線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と接続される。一対のシース芯線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、ステンレス合金製の導線と銅製の導線とからなる撚り線を絶縁性の被覆材にて被覆したものであり、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。尚、リード線１２としては、ステンレス合金製の導線を絶縁性の被覆材にて被覆したものでも良い。そして、図１０に示す継手６内に於けるシース部材８の後端側の空間３８には、外部からリード線１２の内側の空隙を介して空気が流入可能となっている。そして、サーミスタ素子２の出力は、シース部材８のシース芯線７からリード線１２により、図示しない外部回路に取り出され、排気ガスの温度が検出される。
【００４７】
ここで、上記構造の温度センサ１００において、請求項１の「第１室」とは、金属チューブ３とシース部材８とで形成される内部空間を意味する。また、「第２室」とは、継手６とシース部材８と補助リング１３とで形成される内部空間を意味する。
【００４８】
上記構造の温度センサ１００においてもシース部材８に設けられた通気経路を介して、金属チューブ３の先端側３１内に酸素が供給されるので、当該金属チューブ３の先端側３１の内面が酸化しても、金属チューブ３の先端側３１内の空間の酸素濃度が低下するのを抑制することができる。従って、サーミスタ素子２の周囲雰囲気中の酸素濃度を安定に保ち、サーミスタ素子２の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することができる。また、通気経路の確保のために絶縁材１７の充填率を低下させなくても良いので、シース部材８の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明の温度センサによれば、シース部材のシースパイプの軸線方向に沿って貫通する通気経路により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。従って、感熱素子が封入された第１室内の酸素濃度の低下を抑制することができ、感熱素子の周囲雰囲気中の酸素濃度の低下を抑制することができる。よって、感熱素子が表面から還元され、同素子に特性変化が生じて温度センサとしての検出精度が低下することを防止できる。また、絶縁材の充填率を低下させなくても良いので、シース部材の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００５０】
また、請求項２に記載の発明の温度センサでは、請求項１に記載の発明の作用に加えて、シース部材に中空線をシースパイプの軸線方向に沿って延設しているので、この中空線により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。従って、中空線を用いて容易に通気経路をシース部材に形成することができる。また、絶縁材の充填率を低下させなくても良いので、シース部材の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００５１】
また、請求項３に記載の発明の温度センサでは、請求項１に記載の発明の作用に加えて、シース芯線を中空線により構成して通気経路としているので、この中空線から構成されたシース芯線により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。従って、シース芯線自体が通気経路となるので、シース部材に特別に通気経路を形成する部材を設ける必要がない。また、絶縁材の充填率を低下させなくても良いので、シース部材の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００５２】
また、請求項４に記載の発明の温度センサでは、請求項１に記載の発明の作用に加えて、第１のシースパイプと、当該第１のシースパイプを覆う第２のシースパイプから構成された二重構造のシースパイプの第１のシースパイプと当該第２のシースパイプとの間に設けられた通気経路により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。従って、第１のシースパイプ内の絶縁材の充填率を低下させなくても良いので、シース部材の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態の温度センサ１の構造を示す部分破断断面図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。
【図４】図４は、第２の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図である。
【図５】図５は、第２の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。
【図６】図６は、第３の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図である。
【図７】図７は、第３の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。
【図８】図８は、第４の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図である。
【図９】図９は、第２の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。
【図１０】図１０は、変形例の温度センサ１００の構造を示す部分破断断面図である。
【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
４ フランジ
７ シース芯線
８ シース部材
９ 電極線
１４ 金属キャップ
１６ シースパイプ（第１のシースパイプ）
１７ 絶縁材
１８ 貫通孔（通気経路）
１９ 貫通孔（通気経路）
２０ 中空線
２１ シース芯線
２２ シースパイプ（第２のシースパイプ）
２３ 金属線
２４ 貫通孔（通気経路）
２５ 貫通孔（通気経路）
２６ 間隙（通気経路）
２７ 間隙（通気経路）
２８ 内側シース部材
２９ 内側シース部材
３７ 空間
３８ 空間
１００ 温度センサ
【発明の属する技術分野】
この発明は、高温酸化雰囲気下で使用される温度センサに係り、詳しくは、 感熱素子が封入された部分からシース部材を通して外部に通気可能な温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、温度センサとして、負の温度係数を持つサーミスタ素子を、当該サーミスタ素子からの出力信号を取り出す一対のシース芯線を金属製の外筒であるシースパイプの内部に絶縁性粉末を充填して絶縁保持したシース部材の先端部分に設け、この先端部分を有底筒状の金属キャップで被覆し、シース部材の後端側周囲を取り囲むフランジに締付ナット及び継手等の金属部品が組み付けられたものが知られている。この種の温度センサは、例えば、自動車の排気温度等を検出するために１０００℃程度の高温雰囲気下で使用されることにより、金属キャップの外面はもとより内面が急速に酸化することから、金属キャップ内の酸素が著しく減少することになる。このように、金属キャップ内部の酸素が減少することにより、同金属キャップに封入されたサーミスタ素子の周囲雰囲気が還元雰囲気となりサーミスタ素子が表面から還元され、同素子に特性変化が生じて温度センサとしての検出精度が低下するおそれがあった。
【０００３】
そこで、上記不具合に対処するために、シース部材のシースパイプ内の絶縁性粉末の粒径を例えば、１００μｍのものを用いて適当な空隙ができるように絶縁性粉末の充填率を減らして充填し、シース部材を減径加工した後でも、絶縁性粉末が必要以上に密度が高く詰まらないようにすることで、シース部材を通気可能とし、金属キャップ内部の酸素が減少しないようにすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１７１３０８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のようにシース部材の絶縁材である絶縁性粉末の充填率を低下させたものでは、絶縁材がもろくなりやすい。そのため、振動等により、絶縁材によるシース芯線の保持力が低下し、シース芯線とシースパイプ、或いはシース芯線同士の絶縁が保てないという問題点があった。また、シース部材からシース芯線が抜けてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、サーミスタ素子の周囲雰囲気中の酸素濃度の低下を抑制し、同素子の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止でき、且つ、シース部材の絶縁性の確保及びシース部材からシース芯線が抜けることを防止できる温度センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明の温度センサは、感熱素子が封入された第１室と、当該感熱素子と電気的に接続され当該感熱素子からの出力信号を取り出すシース芯線を金属製の外筒であるシースパイプの内部に絶縁材により絶縁保持してなるシース部材とを備えた温度センサであって、前記シース部材の一端部は前記第１室内に面し、他端部は空気が流入可能な第２室内に面し、前記シース部材には、前記シースパイプの軸線方向に沿って貫通する通気経路が設けられている。
【０００８】
この構成の発明では、シース部材のシースパイプの軸線方向に沿って貫通する通気経路により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。従って、感熱素子が封入された第１室内の酸素濃度の低下を抑制することができる。これにより、感熱素子の特性変化を抑えることができ、検出精度の低下を防止することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明の温度センサは、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記通気経路は、前記シース部材に中空線を前記シースパイプの軸線方向に沿って延設して形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成の発明では、請求項１に記載の発明の作用に加えて、シース部材に中空線をシースパイプの軸線方向に沿って延設しているので、この中空線により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。また、中空線により通気経路を実現しているので、絶縁材の充填率を低下させる必要がない。このため、振動等により、絶縁材によるシース芯線の保持力が低下することを防止でき、シース部材の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明の温度センサは、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記通気経路は、前記シース芯線を中空線により構成して形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成の発明では、請求項１に記載の発明の作用に加えて、シース芯線を中空線により構成して通気経路としているので、この中空線から構成されたシース芯線により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。また、中空線により構成されたシース芯線により通気経路を実現しているので、絶縁材の充填率を低下させる必要がない。このため、振動等により、絶縁材によるシース芯線の保持力が低下することを防止でき、シース部材の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明の温度センサは、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記シースパイプは、第１のシースパイプと、当該第１のシースパイプを覆う第２のシースパイプから構成された二重構造となっており、当該第１のシースパイプと当該第２のシースパイプとの間に前記シースパイプの軸線方向に沿って貫通する通気経路が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
この構成の発明では、請求項１に記載の発明の作用に加えて、第１のシースパイプと、当該第１のシースパイプを覆う第２のシースパイプから構成された二重構造のシースパイプの第１のシースパイプと当該第２のシースパイプとの間に設けられた通気経路により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。また、二重構造のシースパイプにより通気経路を実現しているので、絶縁材の充填率を低下させる必要がない。このため、振動等により、絶縁材によるシース芯線の保持力が低下することを防止でき、シース部材の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］以下、本発明の第１の実施の形態である温度センサ１について、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の温度センサ１の構造を示す部分破断断面図である。この温度センサ１は、サーミスタ素子２を感熱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を内包した金属キャップ１４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。
【００１６】
はじめに、図１を参照して、温度センサ１の概略構成を説明する。図１に示すように、温度センサ１は、温度センサ１の軸線方向に延びる円柱状のシース部材８、当該シース部材８の先端側（図１に示す下端側）に接合され、サーミスタ素子２を収納した金属キャップ１４、当該温度センサ１の略中央部に設けられたフランジ４及びフランジ４に嵌挿されたナット５、及び筒状の継手６等から構成されている。
【００１７】
次に、フランジ４について説明する。フランジ４は、図１に示すように、温度センサ１の略中央部に設けられ、軸線方向後端側に延びる鞘部４２と、この鞘部４２の先端側（図１に於ける下側）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の座面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。
【００１８】
次に、シース部材８について説明する。シース部材８は、ＳＵＳ３１０Ｓ等の耐熱合金から形成された円筒のシースパイプの内部にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等（例えば、二酸化珪素）からなる絶縁材１７により、ＳＵＳ３１０Ｓ等の耐熱合金から形成された一対のシース芯線７を絶縁保持し、更に後述する通気経路が形成されている。シース部材８の成形方法の詳細については後述する。
【００１９】
また、シース部材８は、自身の後端側（図１に示す上側）がフランジ４の内側に挿通された状態で、鞘部４２の外周面の所定位置において径方向内側に向かって加締められ、フランジ４に対して固定されている。さらに、シース部材８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。このレーザー溶接がなされることにより、図１に示すように、鞘部４２の後端側段部４３とシース部材８（詳細にはシース部材８の外筒）とに跨る溶接部Ｌ３が形成され、シース部材８がフランジ４に対して強固に固定される。
【００２０】
次に、金属キャップ１４について説明する。シース部材８の軸線方向に延びる金属キャップ１４は、自身の先端側１３１が閉塞された筒状をなしており、この先端側１３１の内部にサーミスタ素子２が収納されている。この金属キャップ１４は、ＳＵＳ３１０Ｓ等の耐熱合金から形成されている。また、サーミスタ素子２は、自身の一対の電極線（Ｐｔ又は、Ｐｔ／Ｒｈ合金線）９を介してシース部材８の先端側から突出するシース芯線７に抵抗溶接により接続されている。そして、金属キャップ１４の後端側１３２は開放されており、この後端側１３２の内周面が一対のシース芯線７を内包するシース部材８（詳細にはシース部材８の外筒）の外周面に重なり合った状態で、周方向にわたってレーザー溶接されている。これにより、金属キャップ１４がシース部材８に固定されている。
【００２１】
このように、シース部材８をフランジ４の鞘部４２に加締め固定しつつ、鞘部４２の後端側段部４３にレーザー溶接を行うことにより、フランジ４とシース部材８との溶接強度に優れると共に、フランジ４とシース部材８との密着強度に優れる温度センサ１とすることができる。したがって、自動車等の振動の激しい環境下において温度センサ１が強い振動を受けても、シース部材８が振れ難く、シース部材８の折損等を抑制することができる。また、排気ガスに対する気密の信頼性を向上させることができる。
【００２２】
また、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とを周方向にわたってレーザー溶接されている。このレーザー溶接がなされることにより、図１に示すように、鞘部４２の先端側段部４４と継手６とに跨る溶接部Ｌ２が形成される。
【００２３】
フランジ４及び継手６の内部には、一対のシース芯線７を内包するシース部材８が配置される。継手６の内部にてシース部材８の後端側へ突き出すシース芯線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と接続される。一対のシース芯線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、ステンレス合金製の導線と銅製の導線とからなる撚り線を絶縁性の被覆材にて被覆したものであり、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。尚、リード線１２としては、ステンレス合金製の導線を絶縁性の被覆材にて被覆したものでも良い。そして、図１に示す継手６内に於けるシース部材８の後端側の空間３８には、外部からリード線１２の内側の空隙を介して空気が流入可能となっている。そして、サーミスタ素子２の出力は、シース部材８のシース芯線７からリード線１２により、図示しない外部回路に取り出され、排気ガスの温度が検出される。
【００２４】
尚、この温度センサ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、フランジ４、シース芯線７、シース部材８の外筒及び金属キャップ１４は、Ｆｅを主成分とし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｉ及び２４．００〜２６．００重量％で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（Ｆｅ以外に、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｎｉ，Ｃｒを含有する耐熱合金であって、１８．００〜２０．００重量％でＣｒを含有する。）を材質とする。
【００２５】
次に、図２及び図３を参照して、第１の実施の形態のシース部材８の内部構造及びその製造方法について説明する。図２は、第１の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図であり、図３は、第１の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。
【００２６】
第１の実施の形態のシース部材８は、成形の第１段階として、図２に示すように、耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製の所定径（一例として外径１０ｍｍ）のパイプより形成されたシースパイプ１６の内部に、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の何れか（例えば、二酸化珪素）を円柱状に成形して１２００℃の温度で仮焼した絶縁材１７が貫通された引き伸ばし加工前のシース部材８を形成する。この絶縁材１７には、その軸線方向にシース芯線７を貫通させる一対の貫通孔１８と、通気経路として作用する貫通孔２４が軸線方向に形成された金属線（中空線２０）を貫通させる貫通孔１９が穿設されている。各貫通孔１８には、耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製のシース芯線７が各々貫入され、シース芯線７の両端は、絶縁材１７の両端面から突出した状態となっている。また、貫通孔１９には、耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製の中空線２０が貫通している。
【００２７】
次に、第２段階として、上記の状態のシース部材８をローラーにより引き伸ばし加工を行い、シース部材８の外径が所定径（一例として外径２．５ｍｍ）になるまで引き伸ばす。この結果、図３に示すように、シースパイプ１６内に一対のシース芯線７及び中空線２０が絶縁材１７により、絶縁保持された状態で一体化される。
【００２８】
以上説明したように、第１の実施の形態の温度センサ１では、シース部材８の絶縁材１７に、通気経路として中空線２０の貫通孔２４がシース部材８の軸線方向に貫通している。従って、金属キャップ１４内の空間３７と外部から空気流入可能な空間３８とは、中空線２０の貫通孔２４を介して通気可能となる。よって、温度センサ１が高温の排気ガスに曝される等により金属キャップ１４の内面が酸化しても、中空線２０の貫通孔２４を介して酸素が供給されるので、金属キャップ１４内の空間３７の酸素濃度が低下するのを抑制することができる。従って、サーミスタ素子２の周囲雰囲気中の酸素濃度の低下を抑制することができ、サーミスタ素子２の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することができる。また、通気経路の確保のために絶縁材１７の充填率を低下させなくても良いので、密度は、従来のものと変わらないので、シース部材８の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００２９】
［第２の実施の形態］次に、本発明の第２の実施の形態を図４及び図５を参照して説明する。図４は、第２の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図であり、図５は、第２の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。この第２の実施の形態は、シース部材８の構造以外は、第１の実施の形態と同じであるので、構造が異なるシース部材８のみ説明する。
【００３０】
第２の実施の形態のシース部材８は成形の第１段階として、図４に示すように、耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製の所定径（一例として外径１０ｍｍ）のパイプより形成されたシースパイプ１６の内部に、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の何れか（例えば、二酸化珪素）を円柱状に成形して１２００℃の温度で仮焼した絶縁材１７が貫通された引き伸ばし加工前のシース部材８を形成する。この絶縁材１７には、その軸線方向にシース芯線２１を貫通させる一対の貫通孔１８が穿設されている。各貫通孔１８には、耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製のシース芯線２１が各々貫入され、シース芯線２１の両端は、絶縁材１７の両端面から突出した状態となっている。また、このシース芯線２１には、通気経路として作用する貫通孔２５が軸線方向に形成されている。つまり、シース芯線２１は、中空線となっている。
【００３１】
次に、第２段階として、上記の状態のシース部材８をローラーにより引き伸ばし加工を行い、シース部材８の外径が所定径（一例として外径２．５ｍｍ）になるまで引き伸ばす。この結果、図５に示すように、シースパイプ１６内に一対のシース芯線２１が絶縁材１７により、絶縁保持された状態で一体化される。
【００３２】
以上説明したように、第２の実施の形態の温度センサ１では、シース部材８の絶縁材１７に、通気経路としてシース芯線２１の貫通孔２５がシース部材８の軸線方向に貫通している。従って、金属キャップ１４内の空間３７と外部から空気流入可能な空間３８とは、シース芯線２１の貫通孔２５を介して通気可能となる。よって、温度センサ１が高温の排気ガスに曝される等により金属キャップ１４の内面が酸化しても、シース芯線２１の貫通孔２５を介して酸素が供給されるので、金属キャップ１４内の空間３７の酸素濃度が低下するのを抑制することができる。従って、サーミスタ素子２の周囲雰囲気中の酸素濃度の低下を抑制することができ、サーミスタ素子２の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することができる。また、通気経路の確保のために絶縁材１７の充填率を低下させなくても良いので、シース部材８の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００３３】
［第３の実施の形態］次に、本発明の第３の実施の形態を図６及び図７を参照して説明する。図６は、第３の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図であり、図７は、第３の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。この第３の実施の形態は、シース部材８の構造以外は、第１の実施の形態と同じであるので、構造が異なるシース部材８のみ説明する。
【００３４】
第３の実施の形態のシース部材８は、図６に示すように、成形の第１段階として、耐熱合金製のシースパイプ１６（第１のシースパイプ）と仮焼状態の絶縁材１７と一対のシース芯線７から構成された内側シース部材２８を耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製の所定径（一例として外径１０ｍｍ）のパイプより形成されたシースパイプ２２（第２のシースパイプ）の内部に貫通させた引き伸ばし加工前のシース部材８を形成する。そして、シースパイプ２２と内側シース部材２８との間隙に耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製の金属線２３をシース部材８の軸線方向に貫通させる。
【００３５】
次に、第２段階として、上記の状態のシース部材８をローラーにより引き伸ばし加工を行い、シース部材８の外径が所定径（一例として外径２．５ｍｍ）になるまで引き伸ばす。この結果、図７に示すように、シースパイプ２２とシースパイプ１６との間に挟まれた金属線２３の近傍には、間隙２６が形成される。
【００３６】
以上説明したように、第３の実施の形態の温度センサ１では、シース部材８のシースパイプ２２とシースパイプ１６との二重構造の間に挟まれた金属線２３の近傍に形成された間隙２６がシース部材８の軸線方向に貫通している。従って、金属キャップ１４内の空間３７と外部から空気流入可能な空間３８とは、間隙２６を介して通気可能となる。よって、金属キャップ１４の内面が酸化しても、シース部材８に形成された間隙２６を介して酸素が供給されるので、金属キャップ１４内の空間３７の酸素濃度が低下するのを抑制することができる。従って、サーミスタ素子２の周囲雰囲気中の酸素濃度の低下を抑制することができ、サーミスタ素子２の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することができる。また、シース部材８のシースパイプ２２とシースパイプ１６とが二重構造であるので、通気経路の確保のために内側シース部材２８の絶縁材１７の充填率を低下させなくても良く、シース部材８の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００３７】
［第４の実施の形態］次に、本発明の第４の実施の形態を図８及び図９を参照して説明する。図８は、第４の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図であり、図９は、第２の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。この第４の実施の形態は、シース部材８の構造以外は、第１の実施の形態と同じであるので、構造が異なるシース部材８のみ説明する。
【００３８】
第４の実施の形態のシース部材８は、図８に示すように、成形の第１段階として、開口部が六角形に形成された耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製のシースパイプ１６（第１のシースパイプ）と仮焼状態の絶縁材１７と一対のシース芯線７から構成された内側シース部材２９を耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製の所定径（一例として外径１０ｍｍ）のパイプより形成されたシースパイプ２２（第２のシースパイプ）の内部に貫通させた引き伸ばし加工前のシース部材８を形成する。
【００３９】
次に、第２段階として、上記の状態のシース部材８をローラーにより引き伸ばし加工を行い、シース部材８の外径が所定径（一例として外径２．５ｍｍ）になるまで引き伸ばす。この結果、図９に示すように、シースパイプ２２と六角形のシースパイプ１６との間には、間隙２７が形成される。
【００４０】
以上説明したように、第４の実施の形態の温度センサ１では、シース部材８のシースパイプ２２と六角形のシースパイプ１６との二重構造の間には、間隙２７がシース部材８の軸線方向に貫通している。従って、金属キャップ１４内の空間３７と外部から空気流入可能な空間３８とは、間隙２７を介して通気可能となる。よって、金属キャップ１４の内面が酸化しても、間隙２７を介して酸素が供給されるので、金属キャップ１４内の空間３７の酸素濃度が低下するのを抑制することができる。従って、サーミスタ素子２の周囲雰囲気中の酸素濃度の低下を抑制することができ、サーミスタ素子２の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することができる。また、シース部材８のシースパイプ２２と六角形のシースパイプ１６とが二重構造であるので、通気経路の確保のために内側シース部材２９の絶縁材１７の充填率を低下させなくても良く、シース部材８の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００４１】
ここで、上記第１〜第４の実施の形態の温度センサ１において、請求項１の「第１室」とは、金属キャップ１４とシース部材８とで形成される内部空間を意味する。また、「第２室」とは、継手６とシース部材８と補助リング１３とで形成される内部空間を意味する。
【００４２】
尚、本発明においては、上述した具体的な実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施形態とすることができる。例えば、第１の実施の形態の温度センサ１においては、シース部材８に金属キャップ１４を嵌合させて溶接した構造としているが、必ずしもこの構造に限られない。たとえば、図１０に示すように、シース部材８及びサーミスタ素子２を温度センサ１００の軸線方向に延びる金属チューブ３内に収容するようにしても良い。この金属チューブ３は、耐熱合金（一例としてＳＵＳ３１０Ｓ）製の鋼板の深絞り加工により先端側３１が閉塞した筒状に形成されており、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。そして、金属チューブ３の内部のサーミスタ素子２の周囲には、サーミスタ素子２の揺動の防止用のセメント１０が充填されており、これにより使用時の振動等による電極線９の断線等の不具合が回避できる。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は耐熱合金製のフランジ４の内側に挿通されている。なお、セメント１０は、アルミナ粉末を主体とする骨材と、Ｓｉを含むガラス成分とからなる。
【００４３】
金属チューブ３は、自身の後端側３２からフランジ４の突出部４１の先端側に挿入されて、鞘部４２の内側に圧入されている。そして、金属チューブ３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。このレーザー溶接がなされることにより、図１０に示すように、鞘部４２の後端側段部４３と金属チューブ３とに跨る溶接部ＬＩが形成され、金属チューブ３がフランジ４に対して強固に固定されている。
【００４４】
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とを周方向にわたってレーザー溶接されている。このレーザー溶接がなされることにより、図１０に示すように、鞘部４２の先端側段部４４と継手６とに跨る溶接部Ｌ２が形成される。
【００４５】
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を内包するシース部材８が配置される。金属チューブ３の内部においてシース部材８の先端側から突出するシース芯線７には、サーミスタ素子２の電極線を構成するＰｔ又はＰｔ／Ｒｈ合金製の電極線９を介して接続される。電極線９及びシース芯線７は互いに抵抗溶接される。ここで、シース部材８は、上記第１乃至第４の実施の形態のいずれかと同様の構造となっている。
【００４６】
また、継手６の内部にてシース部材８の後端側へ突き出すシース芯線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と接続される。一対のシース芯線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、ステンレス合金製の導線と銅製の導線とからなる撚り線を絶縁性の被覆材にて被覆したものであり、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。尚、リード線１２としては、ステンレス合金製の導線を絶縁性の被覆材にて被覆したものでも良い。そして、図１０に示す継手６内に於けるシース部材８の後端側の空間３８には、外部からリード線１２の内側の空隙を介して空気が流入可能となっている。そして、サーミスタ素子２の出力は、シース部材８のシース芯線７からリード線１２により、図示しない外部回路に取り出され、排気ガスの温度が検出される。
【００４７】
ここで、上記構造の温度センサ１００において、請求項１の「第１室」とは、金属チューブ３とシース部材８とで形成される内部空間を意味する。また、「第２室」とは、継手６とシース部材８と補助リング１３とで形成される内部空間を意味する。
【００４８】
上記構造の温度センサ１００においてもシース部材８に設けられた通気経路を介して、金属チューブ３の先端側３１内に酸素が供給されるので、当該金属チューブ３の先端側３１の内面が酸化しても、金属チューブ３の先端側３１内の空間の酸素濃度が低下するのを抑制することができる。従って、サーミスタ素子２の周囲雰囲気中の酸素濃度を安定に保ち、サーミスタ素子２の特性変化を抑えて検出精度の低下を防止することができる。また、通気経路の確保のために絶縁材１７の充填率を低下させなくても良いので、シース部材８の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明の温度センサによれば、シース部材のシースパイプの軸線方向に沿って貫通する通気経路により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。従って、感熱素子が封入された第１室内の酸素濃度の低下を抑制することができ、感熱素子の周囲雰囲気中の酸素濃度の低下を抑制することができる。よって、感熱素子が表面から還元され、同素子に特性変化が生じて温度センサとしての検出精度が低下することを防止できる。また、絶縁材の充填率を低下させなくても良いので、シース部材の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００５０】
また、請求項２に記載の発明の温度センサでは、請求項１に記載の発明の作用に加えて、シース部材に中空線をシースパイプの軸線方向に沿って延設しているので、この中空線により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。従って、中空線を用いて容易に通気経路をシース部材に形成することができる。また、絶縁材の充填率を低下させなくても良いので、シース部材の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００５１】
また、請求項３に記載の発明の温度センサでは、請求項１に記載の発明の作用に加えて、シース芯線を中空線により構成して通気経路としているので、この中空線から構成されたシース芯線により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。従って、シース芯線自体が通気経路となるので、シース部材に特別に通気経路を形成する部材を設ける必要がない。また、絶縁材の充填率を低下させなくても良いので、シース部材の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【００５２】
また、請求項４に記載の発明の温度センサでは、請求項１に記載の発明の作用に加えて、第１のシースパイプと、当該第１のシースパイプを覆う第２のシースパイプから構成された二重構造のシースパイプの第１のシースパイプと当該第２のシースパイプとの間に設けられた通気経路により、感熱素子が封入された第１室と、空気が流入可能な第２室との間で、空気流通が可能となる。従って、第１のシースパイプ内の絶縁材の充填率を低下させなくても良いので、シース部材の絶縁性を確保できると共に、シース部材からシース芯線が抜けることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態の温度センサ１の構造を示す部分破断断面図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。
【図４】図４は、第２の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図である。
【図５】図５は、第２の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。
【図６】図６は、第３の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図である。
【図７】図７は、第３の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。
【図８】図８は、第４の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工前の横断面図である。
【図９】図９は、第２の実施の形態のシース部材８の引き伸ばし加工後の図１に示すＡ−Ａ線断面に於ける矢視方向断面図（横断面図）である。
【図１０】図１０は、変形例の温度センサ１００の構造を示す部分破断断面図である。
【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
４ フランジ
７ シース芯線
８ シース部材
９ 電極線
１４ 金属キャップ
１６ シースパイプ（第１のシースパイプ）
１７ 絶縁材
１８ 貫通孔（通気経路）
１９ 貫通孔（通気経路）
２０ 中空線
２１ シース芯線
２２ シースパイプ（第２のシースパイプ）
２３ 金属線
２４ 貫通孔（通気経路）
２５ 貫通孔（通気経路）
２６ 間隙（通気経路）
２７ 間隙（通気経路）
２８ 内側シース部材
２９ 内側シース部材
３７ 空間
３８ 空間
１００ 温度センサ
Claims (4)
- 感熱素子が封入された第１室と、当該感熱素子と電気的に接続され当該感熱素子からの出力信号を取り出すシース芯線を金属製の外筒であるシースパイプの内部に絶縁材により絶縁保持してなるシース部材とを備えた温度センサであって、
前記シース部材の一端部は前記第１室内に面し、他端部は空気が流入可能な第２室内に面し、
前記シース部材には、前記シースパイプの軸線方向に沿って貫通する通気経路が設けられていることを特徴とする温度センサ。 - 前記通気経路は、前記シース部材に中空線を前記シースパイプの軸線方向に沿って延設して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
- 前記通気経路は、前記シース芯線を中空線により構成して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
- 前記シースパイプは、第１のシースパイプと、当該第１のシースパイプを覆う第２のシースパイプから構成された二重構造となっており、
当該第１のシースパイプと当該第２のシースパイプとの間に前記シースパイプの軸線方向に沿って貫通する通気経路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
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