JP2006071443A - 温度センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 芯線とリード線との接続部分を保持金具内に配置させ、接続部分の接続の信頼性を確保した状態で小型化を図ることができる温度センサを提供する。
【解決手段】 保持金具２０を軸線Ｏ方向に貫通する軸孔２５は、保持金具２０の胴部２１の部分に形成された小径部２６と、雄ねじ部２２、工具係合部２３および保護筒部２４の部分において小径部２６よりも拡径された大径部２７とを有する。先端にサーミスタ素子が固定されたＭＩケーブル１０の芯線１２は、その大径部２７内で、外部回路との接続を行うためのリード線３１に端子金具３２を介して電気的に接続されている。この接続部分を大径部２７内に収容することで、温度センサ１００の小型化を図ることができる。また、その接続部分をＯリング３０の近傍に位置させることで、水素ガス管２００から伝達される振動の影響を低減することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の排気管等の取付対象体に取り付けて、その取付対象体内を流通する流体（排気ガス等）の温度を感知するための温度センサに関するものである。

従来、例えば自動車の排気ガスの温度やラジエータの水温を検出するための温度センサとして、サーミスタ素子等の感温素子を利用したものが知られている。このような温度センサの感温素子（センサ本体）は、ＭＩケーブル（シースピン）の先端側にて一対の芯線（シースピン芯線）に電気的に接続されており、耐熱金属製で有底筒状の金属キャップ（センサーカバー）により保護されている。ＭＩケーブルは、円錐状のテーパ面が形成された保持金具（リブ）の軸孔内に挿通された状態で、保持金具に保持されている。ＭＩケーブルの後端側は保持金具の後端から突出しており、ＭＩケーブルの後端側にて露出する芯線が、外部回路への接続のためのリード線に接続部材（コネクタ）を介して電気的に接続されている。そして、そのＭＩケーブルの後端側や接続部材の周囲を囲って保護する保護外管（プロテクションチューブ）が保持金具外周に接合されている（例えば特許文献１参照）。

このような構成の温度センサは、一般的に、取付対象体に形成された取付孔に先端側から挿入されると共に、雄ねじ部や工具係合部が形成されたナット（ニップルナット）を用いて取り付けられる。取付孔内にはナットの雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が形成されており、工具係合部に工具を係合させてナットを締め付けることによりねじ部が螺合され、その締結力により保持金具のテーパ面を取付孔内面に密着させるようにして温度センサの取り付けが行われる。
特開２００２−２２１４５１号公報

しかしながら、このような構造の温度センサでは、保持金具の後端よりも後方の位置にて芯線とリード線との接続が接続部材を介してなされ、さらにその接続部材等を保護する細長い保護外管が設けられるため、その保護外管が保持金具よりも後方に向かって大きく突出した形状となっている。しかし、近年、自動車における各種部品の取付スペースは省スペース化される傾向にあり、温度センサについても例外ではない。そのため、温度センサの全長が長い場合には、取付自由度が制約を受けてしまう問題があり、小型化された温度センサの開発が要求されている。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、芯線とリード線との接続部分を保持金具内に配置させ、接続部分の接続の信頼性を確保した状態で小型化を図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。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の温度センサは、軸線方向に沿って延びるとともに、保護管内に一対の芯線を絶縁保持してなるＭＩケーブルと、前記ＭＩケーブルの先端側に位置する前記芯線と電気的に接続される感温素子と、外部との電気的な接続を行うリード線と前記ＭＩケーブルの後端側に位置する前記芯線とを電気的に接続する接続部材と、軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、前記軸孔内にて前記ＭＩケーブルの前記保護管の後端側を保持する保持金具とを備え、前記接続部材は、前記保持金具の前記軸孔内に収容されることを特徴とする。

また、請求項２に係る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、前記保持金具の前記軸孔は、前記ＭＩケーブルの前記保護管を保持する第１軸孔と、前記第１軸孔よりも内径が径大な第２軸孔とを有しており、前記接続部材は、前記第２軸孔内に収容されることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明の温度センサは、請求項１または２に記載の発明の構成に加え、前記保持金具が取付対象体に取り付けられた際に、前記取付対象体より伝達される振動が前記保持金具に入力される部位の近傍に、前記接続部材が配置されている。

また、請求項４に係る発明の温度センサは、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記保持金具の前記取付対象体より伝達される振動の入力される部位には、シール部材が設けられている。

また、請求項５に係る発明の温度センサは、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記保持金具の外周面には、前記保持金具を、取付対象体に螺合して固定するためのねじ部が形成されている。

また、請求項６に係る発明の温度センサの製造方法は、請求項１乃至５のいずれかに記載の温度センサを製造するための温度センサの製造方法であって、前記保持金具の前記軸孔の先端側から前記感温素子と接続された状態の前記ＭＩケーブルを挿通し、前記保持金具の後端より前記ＭＩケーブルの前記保護管の後端側を突出させる挿通工程と、前記ＭＩケーブルの後端側に位置する前記芯線と、前記リード線とを前記接続部材を介して接続する接続工程と、前記リード線が接続された状態の前記ＭＩケーブルを前記軸孔の軸線方向先端側に向かって移動し、前記軸孔内に、前記接続部材を収容する収容工程とを備えている。

請求項１に係る発明の温度センサでは、保持金具の軸孔内に先端側の芯線に感温素子を接続したＭＩケーブルの後端側を保持し、その後端側の芯線と、外部との電気的な接続を行うリード線とを接続部材を介して電気的に接続するが、この接続部材を保持金具の軸孔内に収容させている。これにより、ＭＩケーブルの後端側や接続部材等を外部から保護するためにあたって、従来のように細長い保護管を別途保持金具に結合させる構造を採用せずに、ＭＩケーブルの後端側や接続部材を保護することができる。さらには、従来保持金具の後方に位置していた接続部材を、本発明では保持金具の軸孔内に配置させることから、温度センサの全長を短くすることもできる。従って、請求項１に係る発明の温度センサによれば、ＭＩケーブルの芯線とリード線との接続部分の接続信頼性を確保した形で、センサ自体の部品点数を削減、温度センサの小型化、軽量化を図ることができる。

また、請求項２に係る発明の温度センサでは、請求項１に係る発明の効果に加え、軸孔内に芯線とリード線とを接続する接続部材を配置することとなるが、部材間が短絡する可能性がある接続部材を第１軸孔よりは径大な第２軸孔内に収容させるので、部材間の距離を離して短絡防止を図ることができる。また、この接続部材に、例えば絶縁チューブを被覆した場合に、より径大な第２軸孔内に収容するのであれば、その収容のための作業を容易に行うことができる。

また、請求項３に係る発明の温度センサでは、請求項１または２に係る発明の効果に加え、温度センサが取り付けられる取付対象体より伝達される振動が保持金具に入力される部位の近傍は、保持金具における振動の支点となり、もっとも振動が小さくなる。その近傍に接続部材を配置したことで、接続部材と芯線とリード線とのそれぞれの接続が、例えばかしめによるものであれば振動によって緩んだり、例えば溶接によるものであれば振動によって内部応力が高まり金属疲労として破断したりするといった虞をなくすことができる。

また、請求項４に係る発明の温度センサでは、請求項３に係る発明の効果に加え、取付対象体より伝達される振動の入力される部位にシール部材が設けられているため、取付対象体に対する保持金具の密着度合いが高まり、取り付け後の緩みを防止できる。なお、シール部材の形状は特に限定されないが、ゴム製または金属製の環状のシール部材を挙げることができる。

また、請求項５に係る発明の温度センサでは、請求項１乃至４のいずれかに係る発明の効果に加え、保持金具にねじ部が形成され、そのねじ部による取付対象体への螺合が行われる。これにより、従来保持金具を取付対象体に取り付けるために、別途ねじ部が形成されたナットが必要であったが、保持部材自身にねじ部を形成させることで、センサ自身の部品点数を更に削減した上で温度センサを取り付けることができる。

また、請求項６に係る発明の温度センサの製造方法では、接続工程で、ＭＩケーブルの後端側に位置する芯線と、リード線とを接続部材を介して接続するが、それに先立ち挿通工程で、保持金具の後端よりＭＩケーブルの後端側を突出させるので、芯線とリード線との接続部分が保持金具から突出された状態となり、作業を容易に行うことができる。そして、収容工程で、ＭＩケーブルを移動させることで接続部材を保持金具の軸孔内に収容することができ、芯線とリード線との接続部分が保持金具に保護されるため、接続部分の接続の信頼性を高めた温度センサを効率よく得ることができる。

以下、本発明を具体化した温度センサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１，図２を参照して、本実施の形態の温度センサ１００の構造について説明する。図１は、温度センサ１００の部分断面図である。図２は、水素ガス管２００の取付孔２０１に取り付けた温度センサ１００の要部を拡大した部分断面図である。なお、軸線Ｏ方向において、サーミスタ素子１の配置された側（図１における下側）を温度センサ１００の先端側として説明する。

温度センサ１００は、例えば自動車の排気ガスが流通する排気管、吸気ガスが流通する吸気管、冷却水が流れる冷却水管、燃料電池車などで水素ガスが流通する水素ガス管などの取付対象体に取り付けられ温度を感知するためのセンサである。温度センサ１００は感温素子としてガラス封入タイプのサーミスタ素子１を用い、有底筒状をなす金属キャップ３の先端側内部にそのサーミスタ素子１を収容させた、いわゆるシース型の温度センサである。図１に示すように、温度センサ１００の外観は、保持金具２０と、その保持金具２０に保持されたＭＩケーブル１０と、保持金具２０の後端側を保護するシリコンゴムチューブ１５とから構成される。なお、本実施の形態では、取付対象体として、水素ガス管２００（図２参照）を例に説明する。

ＭＩケーブル１０は、例えばＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼板からなる円筒状の保護管１１の内部に、一対の金属製芯線１２を配置させた状態で、ＳｉＯ_２等の絶縁粉末（図示外）を充填して芯線１２同士を絶縁保持した構造を有する。ＭＩケーブル１０の軸線Ｏ方向の先端側にて保護管１１より露出された２本の芯線１２には、サーミスタ素子１の両極が抵抗溶接によりそれぞれ接続されている。このサーミスタ素子１を保護するように、ＭＩケーブル１０の先端には例えばＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス合金からなる金属キャップ３が嵌められ、その縁部分と保護管１１の外周とが周方向にわたって溶接されている。なお、サーミスタ素子１が、本発明における「感温素子」に相当する。

金属キャップ３内では、金属キャップ３の先端側内壁とサーミスタ素子１の先端側側面とに当接するように樹脂製の防震材２が配設され、サーミスタ素子１の揺動が防止されている。また、芯線１２とサーミスタ素子１との接続部分の周囲を囲うように、セラミック製のスペーサ４が配置されている。このスペーサ４は軸線Ｏ方向において、保護管１１の先端と金属キャップ３の内壁とに当接し、金属キャップ３の嵌め込みの際に、金属キャップ３の位置決めおよび上記接続部分の保護を行う。また保護管１１の後端側より露出された２本の芯線１２は、端部が間隙をあけて平行となるように開き状に屈曲されている。

次に保持金具２０は、例えばＳＵＳ３１６などのステンレス合金からなり、温度センサ１００の先端側より、胴部２１と、水素ガス管２００の取付孔２０１（図２参照）に形成された雌ねじ部２０２（図２参照）に螺合する雄ねじ部２２と、取り付けのための工具が係合される工具係合部２３と、筒状の保護筒部２４とが形成されている。

この保持金具２０には軸線Ｏ方向に貫通する軸孔２５が形成されており、すなわち胴部２１、雄ねじ部２２、工具係合部２３および保護筒部２４内が貫通している。軸孔２５は、胴部２１内においてＭＩケーブル１０の外径と略同径の小径部２６と、雄ねじ部２２、工具係合部２３および保護筒部２４内において、小径部２６より拡径された大径部２７とから構成される。また、胴部２１の先端部２８は、内径はそのままで肉薄に形成されている。この先端部２８において、軸孔２５を挿通されるＭＩケーブル１０の外周に対してかしめと溶接とがなされ、ＭＩケーブル１０が保持金具２０に保持固定されるようになっている。なお、小径部２６および大径部２７が、それぞれ、本発明における「第１軸孔」および「第２軸孔」に相当する。また、雄ねじ部２２が、本発明における「ねじ部」に相当する。

保持金具２０の雄ねじ部２２と工具係合部２３との間には、外周全周にわたって凹部２９が形成されており、この凹部２９にゴム製のＯリング３０が嵌められている。そして図２に示すように、取付孔２０１への温度センサ１００の取り付け時には、取付孔２０１の内壁と工具係合部２３との間にＯリング３０が介在し、工具係合部２３と雄ねじ部２２との間で封止がなされるようになっている。なお、Ｏリング３０が、本発明における「シール部材」に相当する。

また図１に示すように、保護筒部２４は、工具係合部２３における大径部２７の縁部分を軸線Ｏ方向後方に向けて突設させた筒形状を有し、軸線Ｏ方向において雄ねじ部２２および工具係合部２３の長さと同程度に延長されている。そして胴部２１は、軸線Ｏ方向において雄ねじ部２２、工具係合部２３および保護筒部２４の長さと同程度の長さを有する。

次に図２に示すように、保持金具２０の軸孔２５の大径部２７内では、外部回路（図示外）との接続を行うための２本のリード線３１と、ＭＩケーブル１０の２本の芯線１２とが、端子金具３２を介して電気的に接続されている。この接続は、芯線１２が端子金具３２の先端側に溶接され、リード線３１の導線が端子金具３２の後端側でかしめられることによってなされている。また、この接続部分の周囲を取り囲むように絶縁チューブ３３が被せられており、２つの接続部分同士の互いの絶縁と、保護筒部２４の内周に対する絶縁とがなされている。なお、端子金具３２が、本発明における「接続部材」に相当する。

上記接続部分は雄ねじ部２２から工具係合部２３にかけての大径部２７内に配置され、これより後方の保護筒部２４内にはシリコンゴム製の補助リング３４が設けられている。補助リング３４には２つの孔３６が設けられており、各リード線３１はこの孔３６に挿通されて、位置決めと抜け防止がなされている。

補助リング３４の後端は保護筒部２４の後端付近に位置しており、補助リング３４から露出したリード線３１にはガラス編組チューブ３５が被せられている。そして、保護筒部２４の外周全体とガラス編組チューブ３５の一部を覆ってシリコンゴムチューブ１５が設けられ、軸孔２５内の気密性が保たれている。なお、保護筒部２４の外周はその周方向一周にわたって段状のリブ３７が設けられており、抜けが防止されている。

このような構成の温度センサ１００では、ＭＩケーブル１０の芯線１２と外部回路（図示外）との電気的な接続を行うリード線３１との接続部分が、保持金具２０の軸孔２５の大径部２７内に収容されるので、少なくとも収容前に両者の接続の工程が行われる必要がある。以下、本実施の形態の温度センサ１００の製造工程について、図３〜図５を参照して説明する。図３は、温度センサ１００の製造の際の挿通工程における温度センサ１００の分解斜視図である。図４は、温度センサ１００の製造の際の接続工程における温度センサ１００の分解斜視図である。図５は、温度センサ１００の製造の際の収容工程における温度センサ１００の分解斜視図である。

本実施の形態の温度センサ１００では、別工程で製造されたＭＩケーブル１０を、保持金具２０の軸孔５２の先端側より貫通させ、図３に示すように、その後端を保護筒部２４の後端から突出させる（挿通工程）。また、ガラス編組チューブ３５に被覆された２本のリード線３１を、そのガラス編組チューブ３５ごとシリコンゴムチューブ１５に挿通させておく。

次に、図４に示すように、２本のリード線３１をそれぞれ補助リング３４および絶縁チューブ３３に挿通させ、その端部の被覆を除去して剥き出した導線を、端子金具３２の一端側にかしめ固定する。そして、ＭＩケーブル１０の芯線１２を端子金具３２の他端側に溶接することで、端子金具３２を介して芯線１２とリード線３１との電気的な接続を行う（接続工程）。この接続部分を絶縁チューブ３３で保護し、一対の芯線１２同士の短絡を防止する。

そして、図５に示すように、ＭＩケーブル１０を温度センサ１００の軸線Ｏ方向（図１参照）の先端側に向かって移動させ、芯線１２とリード線３１との接続部分を保持金具２０の軸孔２５の大径部２７内に収容する。より具体的には図２に示すように、端子金具３２を、軸線Ｏ方向において、ちょうどＯリング３０の設けられた部分にかかる部分、あるいはその付近に配置させる（収容工程）。

さらに図５に示すように、保持金具２０の胴部２１の先端部２８を径方向内側に向かってかしめて溶接を行い、ＭＩケーブル１０を保持金具２０に保持させた後、補助リング３４を保持金具２０の保護筒部２４内に位置させ、絶縁チューブ３３の移動を規制する。そして、シリコンゴムチューブ１５を保護筒部２４の外周に嵌め込み、その端部より後方に伸びるガラス編組チューブ３５との境界を保護する。この状態で、図２に示すように、保護筒部２４の外周一周にわたってかしめを行い、シリコンゴムチューブ１５および補助リング３４を保護筒部２４に固定する。

このようにして製造される温度センサ１００を取付孔２０１内に螺合させたとき、図２に示すように、Ｏリング３０が、取付孔２０１の壁面と工具係合部２３との間で圧縮されるようにして、両者に当接する。すると、水素ガス管２００を通じ自動車の作動に伴う振動がＯリング３０を介して伝達され、工具係合部２３より保持金具２０内に入力されることとなる。つまり、Ｏリング３０の近傍が、保持金具２０内に伝達される振動の支点となる。

本実施の形態では、軸線Ｏ方向において、端子金具３２を介して接続された芯線１２とリード線３１との端子金具３２を介しての接続部分がこの振動が入力される部位の近傍に配置されている。保持金具２０内に入力される振動は保持金具２０内を伝播されるが、位置決め固定されたこの振動の入力位置よりも伝播方向の末端ほど振動が大きくなる。つまり、温度センサ１００において最も振動の小さい部分に、芯線１２とリード線３１との端子金具３２を介しての接続部分が配置されることとなる。このため、端子金具３２とリード線３１とのかしめ部分が振動により緩んだり、溶接されている端子金具３２と芯線１２との接続部分において、振動により内部応力が高まって機械的強度が低下するといった弊害を防止することができる。

また、保持金具２０の軸孔２５の大径部２７内に上記芯線１２とリード線３１との接続部分を収容したことで、その接続部分が配置されない工具係合部２３よりも後方において、接続部分保護のための構成が不要となる。すなわち、工具係合部２３より後方の部分の形状を変更することができ、ここで保護筒部２４のように、温度センサ１００の軸線Ｏ方向における長さを短くするように構成すれば、温度センサ１００の全長を短くし、小型化や軽量化を図ることができる。

さらに、保持金具２０では、胴部２１、雄ねじ部２２および工具係合部２３に加え、保護筒部２４を一体に形成した。保護筒部２４を別体として形成した場合であれば工具係合部２３に対して保護筒部２４を溶接する必要が生ずるが、一体であれば溶接が必要ない。このため、例えば飛び石など、外部からの衝撃によって破損する可能性の生ずる部位を減らすことができ、温度センサ１００の耐衝撃性を高めることができる。

なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、温度センサ１００を取付孔２０１へ取り付ける際に、両者の主な当接部位にＯリング３０を設けたが、金属製のガスケットを用いてもよい。また、Ｏリング３０等のシール部材を用いずに、保持金具２０の外周に円錐状のテーパ面や平面状のフラット面を形成し、この保持金具２０のテーパ面やフラット面を直接取付孔２０１の壁面に密着させて、水素ガス管などの取付対象体内を流通する流体が外部に漏出するのを防ぐようにしてもよい。

また、挿通工程では、ＭＩケーブル１０の後端を保護筒部２４の後端から突出させたが、ＭＩケーブル１０の後端は保護筒部２４の後端付近に位置させて、それよりも後方に露出された芯線１２が保護筒部２４の後端より突出した状態であってもよい。つまり、端子金具３２と芯線１２との溶接を行ううえで、その溶接が容易に行える状態であればよく、そのためには本実施の形態のように、ＭＩケーブル１０の後端を保護筒部２４の後端より突出させた状態であることが好ましい。

また、端子金具３２と、芯線１２との接続は溶接、リード線３１との接続はかしめによるものとしたが、ともに溶接でおこなってもかしめで行ってもよい。

本発明は自動車の排気ガスが流通する排気管、吸気ガスが流通する吸気管、冷却水が流れる冷却水管、燃料電池車などで水素ガスが流通する水素ガス管などの取付対象体に取り付けられ温度を感知するための温度センサに適用することができる。

温度センサ１００の部分断面図である。 水素ガス管２００の取付孔２０１に取り付けた温度センサ１００の要部を拡大した部分断面図である。 温度センサ１００の製造の際の挿通工程における温度センサ１００の分解斜視図である。 温度センサ１００の製造の際の接続工程における温度センサ１００の分解斜視図である。 温度センサ１００の製造の際の収容工程における温度センサ１００の分解斜視図である。

符号の説明

１ サーミスタ素子
１０ ＭＩケーブル
１１ 保護管
１２ 芯線
２０ 保持金具
２２ 雄ねじ部
２５ 軸孔
２６ 小径部
２７ 大径部
３０ Ｏリング
３１ リード線
３２ 端子金具
１００ 温度センサ

Claims (6)

1. 軸線方向に沿って延びるとともに、保護管内に一対の芯線を絶縁保持してなるＭＩケーブルと、
   前記ＭＩケーブルの先端側に位置する前記芯線と電気的に接続される感温素子と、
   外部との電気的な接続を行うリード線と前記ＭＩケーブルの後端側に位置する前記芯線とを電気的に接続する接続部材と、
   軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、前記軸孔内にて前記ＭＩケーブルの前記保護管の後端側を保持する保持金具と
   を備え、
   前記接続部材は、前記保持金具の前記軸孔内に収容されることを特徴とする温度センサ。
2. 前記保持金具の前記軸孔は、
   前記ＭＩケーブルの前記保護管を保持する第１軸孔と、
   前記第１軸孔よりも内径が径大な第２軸孔と
   を有しており、
   前記接続部材は、前記第２軸孔内に収容されることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記保持金具が取付対象体に取り付けられた際に、前記取付対象体より伝達される振動が前記保持金具に入力される部位の近傍に、前記接続部材が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の温度センサ。
4. 前記保持金具の前記取付対象体より伝達される振動の入力される部位には、シール部材が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の温度センサ。
5. 前記保持金具の外周面には、前記保持金具を、取付対象体に螺合して固定するためのねじ部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の温度センサ。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の温度センサを製造するための温度センサの製造方法であって、
   前記保持金具の前記軸孔の先端側から前記感温素子と接続された状態の前記ＭＩケーブルを挿通し、前記保持金具の後端より前記ＭＩケーブルの前記保護管の後端側を突出させる挿通工程と、
   前記ＭＩケーブルの後端側に位置する前記芯線と、前記リード線とを前記接続部材を介して接続する接続工程と、
   前記リード線が接続された状態の前記ＭＩケーブルを前記軸孔の軸線方向先端側に向かって移動し、前記軸孔内に、前記接続部材を収容する収容工程と
   を備えたことを特徴とする温度センサの製造方法。
   

Images