JP2006090746A - 温度センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶接部品の細径化や温度センサの小型化に対応でき、かつ信頼性の高い温度センサを提供すること。
【解決手段】 軸線Ｏ方向に沿って延びるとともに、保護管１１内に一対の芯線１２を絶縁粉末１３を介して絶縁保持するＭＩケーブル１０は、先端にサーミスタ素子が固定されている。ＭＩケーブル１０の先端側には金属キャップ３が被せられて、金属キャップ３内にサーミスタ素子が収容される。ＭＩケーブル１０の保護管１１外方に重なり合う重なり部位８においては、金属キャップ３の外周から加締められて加締め部８ｂが形成される。さらに、ＭＩケーブル１０の外周方向の後端側から、斜め前方に軸線Ｏへ向けてビーム照射されて、溶接部８ａが形成されている。そのため、溶接部８ａでは、自身の溶け込み方向がＭＩケーブル１０の軸線Ｏ方向に対して垂直方向とは異なる角度に傾斜している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、温度センサ及びその製造方法に関し、詳細には、温度センサを構成する部品の溶接方法が改善された温度センサ及びその製造方法に関する。

従来、車両の排気通路に設けられ、排気ガスの温度を検出するための温度センサが知られている。このような温度センサとしては、例えば、金属製の保護管内部に導電性の２本の芯線が絶縁粉末を介して絶縁保持されるシースピン（ＭＩケーブル）と、シースピンの一端にて芯線と電気的に接続されるサーミスタ素子と、シースピンの一端側に被せられて内部にサーミスタ素子を内蔵する金属キャップと、シースピンの他端側を軸孔内にて保持する保持金具とから構成されたものがある。

そして、シースピンの保護管のうち金属キャップが被せられる部位であるキャップ接続部と他の部位との間に段部を形成して、キャップ接続部が保護管における他の部位に比べて外径が金属キャップの肉厚分だけ小さい小径部を構成するようにした温度センサが知られている。これにより、シースピンの性能を劣化させることなく、金属キャップの細径化を実現するものである（例えば、特許文献１を参照。）。

ところで、このように複数の部品から構成される温度センサでは、シースピンに金属キャップや保持金具等の部品を固定する場合、シースピンと金属キャップ等の部品を重ね合わせて、その両者の重なり部位をレーザ溶接などにより全周溶接することで、一体化させるのが一般的である。具体的には、シースピンに金属キャップを固定する場合、シースピンの一端側に金属キャップを被せて、両者の重なり部位の全周にわたって、シースピンの軸線方向に対して垂直方向にレーザ光を照射して溶接部を形成することで、シースピンと金属キャップとを一体に固定する。
特開２００１−５６２５６号公報

しかしながら、上記従来の溶接手法では、シースピンの一端側に金属キャップを被せて溶接固定しようとした場合に、照射されるレーザ光等が強すぎると、金属キャップのみならず、その内側に存在するシースピンの保護管まで激しく照射されて、そのレーザ光等がシースピンの保護管を貫通してしまい、金属キャップとシースピンとを溶接固定することができなくなる問題があった。特に、温度センサの小型化を意図して、両者の重なり部位におけるシースピンの保護管や金属キャップの肉厚を薄くすると、このような事態が発生する可能性がより高くなる上、周方向に一様な溶け込み深さを確保するように制御することが困難である。

逆に、照射されるレーザ光等が弱すぎると、金属キャップとシースピンとの溶接が不十分となる問題があった。このような溶接不十分な温度センサでは、使用時での気密漏れによる不具合や、溶接部の破断などが発生する可能性が高く、実用に耐えうる温度センサを提供することができなかった。

このように従来の溶接手法では、シースピンや金属キャップ等の溶接部品の肉厚や、レーザ光等の照射強度などの各種条件を考慮して、より正確に微細溶接を制御する必要があり、信頼性の高い温度センサの提供が困難であるという問題があった。特に、シースピンや金属キャップ等の溶接部品の肉厚を薄くすると、正確な微細溶接がより困難となるため、従来の溶接方法では金属キャップの細径化や温度センサの小型化等を実現することが困難であるという問題があった。

なお、特許文献１に記載の発明のように、金属キャップを細径化するためにキャップ接続部を小径部として構成しても、従来の溶接手法のように金属キャップとシースピンをラップさせてレーザ溶接等を用いて溶接していることから、十分な溶接強度が得られにくく、従来と同様に正確な溶接制御が困難であり、金属キャップの細径化や温度センサの小型化等の実現が困難であるという問題は解消されない。

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、シースピンや金属キャップ等の溶接部品の肉厚を薄くしても正確な微細溶接を可能にして、溶接部品の細径化や温度センサの小型化に対応でき、かつ信頼性の高い温度センサの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、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、前記ＭＩケーブルの前記保護管外方に重なり合う重なり部位において溶接固定される金属製の外筒である外筒部材とを備え、前記溶接により形成される溶接部は、自身の溶け込み方向が前記ＭＩケーブルの軸線方向に対して垂直方向とは異なる角度に傾斜してい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では、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記重なり部位のうち、前記外筒部材の端面を含めた形で該外筒部材の周囲から前記ＭＩケーブルの前記保護管に向かって加締められた加締め部が形成されており、該加締め部のうちで該外筒部材の端面と該ＭＩケーブルの該保護管の外面とが交わる部位を含むように前記溶接部が形成されてい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では、請求項１又は２に記載の発明の構成に加えて、前記溶接部は、前記ＭＩケーブルの軸線方向に対して２０°〜７０°傾斜して形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明の温度センサでは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記重なり部位は、前記ＭＩケーブルの前記保護管及び前記外筒部材の全周方向で形成され、前記溶接部は、前記重なり部位の周方向の全周にわたって形成されていることを特徴とする。

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のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記外筒部材は、前記ＭＩケーブルの先端側に被せられて、前記感温素子を内部に収容する金属キャップであることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明の温度センサでは、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記外筒部材は、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ケーブルの後端側を保持する保持金具であることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明の温度センサの製造方法では、請求項１乃至６のいずれかに記載の温度センサの製造方法であって、前記ＭＩケーブルと前記外筒部材とが嵌合されて前記重なり部位が形成された溶接前温度センサを前記チャック機構と同軸上に配置されるチャック機構により固定するとともに、該重なり部位の近傍で該溶接前温度センサを保持機構により回転可能に保持して、前記チャック機構を回転させて前記溶接前温度センサを軸線中心に回転させつつ、前記重なり部位のうち前記外筒部材の周囲からレーザ光又は電子ビームを照射して前記溶接部を形成することを特徴とする。

請求項１に係る発明の温度センサでは、金属製の外筒である外筒部材が、ＭＩケーブルの保護管外方に重なり合う重なり部位において溶接固定され、その溶接部は自身の溶け込み方向がＭＩケーブルの軸線方向に対して垂直方向とは異なる角度に傾斜している。そのため、溶接部における溶け込み深さ及び溶接される部材同士の界面に沿った溶融幅を従来に比して大きく確保することができ、十分な溶接強度を得られ、ＭＩケーブル及び外筒部材が確実に一体固定される。よって、シースピンや金属キャップ等の溶接部品の肉厚を薄くしても正確に微細溶接でき、溶接部品の細径化や温度センサの小型化に対応でき、かつ信頼性の高い温度センサを実現することができる。

また、請求項２に係る発明の温度センサでは、請求項１に記載の発明の効果に加え、外筒部材の周囲からＭＩケーブルの保護管に向かって加締められた加締め部が形成され、加締め部のうちで外筒部材の端面とＭＩケーブルの保護管の外面とが交わる部位を含むように溶接部が形成されている。よって、溶接部における溶け込み深さ及び上記溶融幅が大きくなり、ＭＩケーブル及び外筒部材を確実に一体固定することができることに加え、外筒部材の端面からＭＩケーブルの外面にかけて、その表面がゆるやかな曲面を形成するように溶接部が形成されるため、両部材の接触位置が外部に露出することがない。また、ＭＩケーブルの軸線方向に対して垂直方向とは異なる角度に自身の溶け込み方向が傾斜する溶接部を形成するにあたり、外筒部材の端面とＭＩケーブルの保護管の外面とが交わる部位を含むように形成することで、傾斜した溶接部を容易にかつ正確に形成することができる。

また、請求項３に係る発明の温度センサでは、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、溶接部はＭＩケーブルの軸線方向に対して２０°〜７０°傾斜した最適な溶接角度で溶接されているので、良好な溶接強度がもたらされ、ＭＩケーブル及び外筒部材をより確実に一体固定することができる。

また、請求項４に係る発明の温度センサでは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の効果に加え、重なり部位はＭＩケーブルの保護管及び外筒部材の全周方向で形成され、溶接部は重なり部位の周方向の全周にわたって形成されているので、ＭＩケーブル及び外筒部材が隙間なく溶接されて、ＭＩケーブル及び外筒部材をより確実に一体固定することができる。

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のいずれかに記載の発明の効果に加えて、外筒部材はＭＩケーブルの先端側に被せられて感温素子を内部に収容する金属キャップであるので、ＭＩケーブル及び金属キャップが確実に一体固定された温度センサを実現できる。

また、請求項６に係る発明の温度センサでは、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、外筒部材は軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、軸孔内にてＭＩケーブルの後端側を保持する保持金具であるので、ＭＩケーブル及び保持金具が確実に一体固定された温度センサを実現できる。

また、請求項７に係る発明の温度センサの製造方法では、請求項１乃至６のいずれかに記載の温度センサの製造方法であって、溶接前温度センサをチャック機構により固定するとともに、重なり部位の近傍で溶接前温度センサを保持機構により回転可能に保持した状態で、溶接前温度センサを回転溶接するようにした。これにより、上記重なり部位に傾斜した溶接部が適正に形成された信頼性の高い温度センサを効率良く製造することができる。

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。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（図示外）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、ＳｉＯ２等の絶縁粉末１３（図２及び図４参照）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が嵌められている。すなわち、金属キャップ３の開口された端部にＭＩケーブル１０の保護管１１が挿通されて、金属キャップ３と保護管１１の重なり部位８が形成され、この重なり部位８において加締めと溶接とがなされ、ＭＩケーブル１０と金属キャップ３とが固定されている。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、水素ガス管の取付孔に形成された雌ねじ部（図示外）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の先端付近は、内径はそのままで肉薄に形成されている。そして、胴部２１の開口された先端から、ＭＩケーブル１０の保護管１１が軸孔２５に挿通されて、保持金具２０と保護管１１の重なり部位９が形成され、この重なり部位９において加締めと溶接とがなされ、ＭＩケーブル１０と保持金具２０とが固定されている。

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、水素ガス管の取付孔（図示外）への温度センサ１００の取り付け時には、水素ガス管の取付孔（図示外）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。

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、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。

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、保護筒部２４の外側から径方向内側に加締められることで保持金具２０内の気密が保たれている。また、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、補助リング３４とガラス編組チューブ３５との間よりリード線３１が露出しないように保護している。なお、保護筒部２４の外周には補助リング３４を固定するために、上述した加締部が形成されており、この加締めがリブの役目を果たしシリコンゴムチューブ１５の抜けが防止されている。

次に、図２乃至図４を参照して、ＭＩケーブル１０に各部品が溶接固定された溶接部について説明する。図２は、ＭＩケーブル１０と金属キャップ３とが溶接固定される重なり部位８を拡大した温度センサ１００の部分断面図である。図３は、重なり部位８を中心とした温度センサ１００の部分断面図である。図４は、ＭＩケーブル１０と保持金具２０とが溶接固定される重なり部位９を拡大した温度センサ１００の部分断面図である。

図２に示すように、ＭＩケーブル１０の保護管１１の外径と、金属キャップ３の内径とは略同一の大きさであり、金属キャップ３の後端側開口から保護管１１が挿通されている。保護管１１の内部では、先述のように、ＳｉＯ２等の絶縁粉末１３が充填されて、一対の芯線１２が絶縁保持されている。

そして、ＭＩケーブル１０の保護管１１外方において、保護管１１の外周面と金属キャップ３の内周面とが軸線Ｏ方向にみて重なり合う重なり部位８が形成される。この重なり部位８において、金属キャップ３の後端面を含め、金属キャップ３の外周から保護管１１に向かって、重なり部位８の周方向にわたって加締められた加締め部８ｂが形成されている。そして、加締められた金属キャップ３の後端面（縁部分）と、保護管１１の外面とが交わる部位を含むようにして、保護管１１の周方向にわたって、レーザ光又は電子ビームを照射して溶接部８ａが形成されている。言い換えれば、加締められた金属キャップ３の端面と、保護管１１の外面とが交わる部位（以下、部材接触位置とよぶ。）にビーム照射がなされ、溶接部８ａが形成される。

このように、ＭＩケーブル１０の保護管１１と金属キャップ３とは、その重なり部位８で加締め部８ｂが形成されて、さらに溶接部８ａが形成されることで、両者が一体に固定されている。より詳細には、溶接部８ａは、保護管１１と金属キャップ３とが交わる部材接触位置で、軸線Ｏ方向と直交する方向とは異なる角度からビーム照射されて形成されている。

溶接前の加締め部８ｂを形成した段階では、金属キャップ３の端面が保護管１１の外面に対して略垂直となるように接触している。そこで、本実施の形態の温度センサ１００では、金属キャップ３及び保護管１１が両者の部材接触位置で直接的に溶接されるように、ＭＩケーブル１０の外周方向の後端側（図２の上方向）から、軸線Ｏの斜め前方へ向けて、ビーム照射されて溶接されている。詳細には、軸線Ｏ方向に対して２０°〜７０°（好適には４５°）傾斜した角度で、この部材接触位置へ向けて直接レーザ光又は電子ビームを照射されている。そのため、溶接部８ａは部材接触位置から斜め方向に（軸線Ｏ方向と直交する方向とは異なる方向に）、金属キャップ３の端部及び保護管１１の肉厚内部に形成されている。また、溶接部８ａは保護管１１及び金属キャップ３の溶け込みによって、保護管１１の端面から保護管１１の外面にかけて、その表面がゆるやかな曲面を形成しているため、部材接触位置が外部に露出することがない。

このように軸線Ｏ方向と直交する方向とは異なる方向からビーム照射して、部材に対して斜め方向に溶け込むように形成された溶接部８ａは、軸線Ｏ方向と直交する方向からビーム照射する従来の溶接手法によって、部材に対して垂直方向に溶け込むように形成された溶接部Ｊと比較した作用を、図３を参照して説明する。

溶接部の溶接強度は、ビーム照射方向に溶け込みが発生した深さ（溶け込み深さ）と、溶接に供される部材同士の界面（接合界面）に沿った溶融幅とから把握される。ここで、溶接可能な最大溶け込み深さは、金属キャップ３の外面から保護管１１の内面までの肉厚の大きさであり、これを超えてビーム照射すると保護管１１に孔があいてしまい、金属キャップ３と保護管１１を有効に溶接することができない。そして、軸線Ｏ方向に対して斜め前方に向けてビーム照射して形成された溶接部８ａは、軸線Ｏ方向に対して垂直にビーム照射した溶接部Ｊと比べ、ビーム照射方向における金属キャップ３の外面から保護管１１の内面までの距離（最大溶け込み深さＴ１）が、溶接部Ｊにおける同距離（最大溶け込み深さＴ２）よりも大きく確保されることになる。そのため、溶接部８ａにおける溶け込み深さを、溶接部Ｊにおける溶け込み深さよりも大きくしても、保護管１１に孔をあけることなく有効に溶接することができる。

また、従来のように金属キャップ３に対して垂直にビーム照射した溶接部Ｊよりも、金属キャップ３と保護管１１の部材接触位置で溶接した溶接部８ａの方が、金属キャップ３と保護管１１との界面に沿った溶融幅（図３における軸線Ｏ方向に沿った向きにおける溶接部８ａの溶融幅）Ｈ１は、溶接部Ｊの同溶融幅Ｈ２よりも大きい。

このように部材に対し斜め方向に溶け込むように形成された溶接部８ａは、軸線Ｏ方向と直交する方向からビーム照射して形成される溶接部Ｊと比べて、溶け込み深さ及び上記溶融幅Ｈを大きく確保することができる。従って、本実施の形態の温度センサ１００では、金属キャップ３と保護管１１とを十分な溶接強度で溶接することができ、ＭＩケーブル１０（詳細にはＭＩケーブル１０の絶縁粉末１３）に損傷を与えることなく、両者を確実に溶接することができる。

次に、図４に示すように、ＭＩケーブル１０の保護管１１の外径と、保持金具２０の胴部２１の内径とが略同一の大きさであり、保持金具２０の先端開口から保護管１１が挿通されている。保護管１１の内部では、先述のように、ＳｉＯ２等の絶縁粉末１３が充填されて、一対の芯線１２が絶縁保持されている。

そして、ＭＩケーブル１０の保護管１１外方において、保護管１１の外周面と保持金具２０の軸孔２５内周面とが軸線Ｏ方向にみて重なり合う重なり部位９が形成される。この重なり部位９において、保持金具２０の先端部を含めた所定幅で、金属キャップ３の外周から保護管１１に向かって、重なり部位９の周方向の全周にわたって加締められた加締め部９ｂが形成されている。そして、加締められた保持金具２０の先端面（縁部分）と、保護管１１の外面とが接触する部分で、保護管１１の周方向の全周にわたって、レーザ光又は電子ビームを照射されて溶接された溶接部９ａが形成されている。言い換えれば、加締められた保持金具２０の端面（先端面）と、保護管１１の外面とが交わる部材接触位置にビーム照射がなされ、溶接部９ａが形成される。

このように、ＭＩケーブル１０の保護管１１と保持金具２０とは、その重なり部位９で加締め部９ｂが形成されて、さらに溶接部９ａが形成されることで、両者が一体に固定されている。なお、図３におけるＭＩケーブル１０と保持金具２０との溶接態様は、図２及び図３におけるＭＩケーブル１０と金属キャップ３との溶接態様と同様であるから、詳細な説明は省略する。

次に、温度センサ１００の製造方法について説明する。図５は、レーザ溶接機７０における重なり部位８の溶接固定を説明するための図である。図６は、レーザ溶接機７０における重なり部位９の溶接固定を説明するための図である。

図１に示すように、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の先端に、溶融した状態の樹脂が充填された金属キャップ３を被せる。これにより金属キャップ３の内部では、保護管１１の先端側が挿通されて、芯線１２同士が絶縁保持される。そして、ＭＩケーブル１０の保護管１１と金属キャップ３とが軸線Ｏ方向にみて重なり合う重なり部位８を、その周方向の全周にわたって、かつ径方向内側に向かって加締めた加締め部８ｂで固定する。

次に、ＭＩケーブル１０の後端を、保持金具２０の軸孔５２の先端側より貫通させ、その後端を保護筒部２４の後端から突出させる。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。

そして、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の一端側に加締め固定する。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。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。さらに、ＭＩケーブル１０を温度センサ１００の軸線Ｏ方向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。

そして、ＭＩケーブル１０の保護管１１と保持金具２０とが軸線Ｏ方向にみて重なり合う重なり部位９を、その周方向の全周にわたって、かつ径方向内側に向かって加締めた加締め部９ｂで固定する。このように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。ついで、保護筒部２４の外側を径方向内側に向かって加締め、補助リング３４を保護筒部２４に固定する。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、熱収縮チューブであるシリコンゴムチューブ１５に熱を加えて加熱収縮させて、
シリコンゴムチューブ１５を保護筒部２４に固定する。

次に、上記の工程によりＭＩケーブル１０に金属キャップ３及び保持金具２０が加締め固定された溶接前の温度センサ１００を、レーザ溶接機７０にセットする。すなわち、図５に示すように、保持金具２０の工具係合部２３を、その外周方向から３つの爪部で押圧して３点支持する回転チャック７１によって固定する。回転チャック７１は軸線Ｏ方向を中心に回転可能であり、この回転チャック７１の回転に伴って、工具係合部２３を介して温度センサ１００も回転する。

また、金属キャップ３の閉口された先端部を、その外周で保持可能な位置決めホルダ７２であって、回転チャック７１と同軸上に配置される位置決めホルダ７２に嵌入して固定する。位置決めホルダ７２には、金属キャップ３の先端部形状に凹陥した溝が形成されており、この溝に金属キャップ３の先端部が陥入して軸線Ｏ方向に固定されるとともに、周方向に回転可能に保持される。

そして、レーザ光を照射する溶接ヘッド７３を加締め部８ｂの近傍に位置させて、回転チャック７１によって温度センサ１００を軸線Ｏ方向を中心に回転させながら、ＭＩケーブル１０の外周方向の後端側（図５の上方向）から、斜め前方に軸線Ｏへ向けて、溶接ヘッド７３がレーザ光を重なり部位８に照射する。このレーザ光の照射角度は、軸線Ｏ方向に対して２０°〜７０°傾斜した角度であって、この照射角度を形成するように溶接ヘッド７３がＭＩケーブル１０の外周方向の後端側（図５参照）に位置している。なお、本実施の形態ではビーム光の照射角度は軸線Ｏ方向に対して４５°をなす。

また、本実施の形態では、加締め部８ｂにおける金属キャップ３と保護管１１の部材接触位置に、かつ加締め部８ｂの周方向の全周において、レーザ光を直接照射する。溶接部８ａは、軸線Ｏ方向に対して４５°の角度で溶け込むように、金属キャップ３の端部と保護管１１の肉厚内部に形成されて、かつ金属キャップ３の端面から保護管１１の外面にかけて、その表面がゆるやかな曲面を形成する。

ここで、溶接前の温度センサ１００を回転チャック７１と位置決めホルダ７２の２点で支持するのは、温度センサの一端のみをチャックして回転溶接するような従来の溶接方式では、突き出しの長い形状を有する本実施形態の温度センサ１００の場合、回転溶接中に偏心が生じやすく、正確なビーム照射位置の制御が困難となるからである。そのため、温度センサ１００の後端を回転チャック７１で固定する一方、その先端を位置決めホルダ７２に保持させることで、回転溶接中であっても温度センサ１００に偏心が生じないようにして、正確なビーム照射位置の制御を実現している。

なお、ＭＩケーブル１０と保持金具２０を溶接する場合も同様である。図６に示すように、温度センサ１００を回転チャック７１及び位置決めホルダ７２で固定した状態で、溶接ヘッド７３を加締め部９ｂの近傍に位置させる。そして、温度センサ１００を軸線Ｏ方向を中心に回転させながら、ＭＩケーブル１０の外周方向の先端側（図６参照）から、斜め後方に軸線Ｏへ向けて、溶接ヘッド７３がレーザ光を重なり部位９に照射する。このとき、加締め部９ｂにおける保持金具２０と保護管１１の部材接触位置に、かつ加締め部９ｂの周方向の全周においてレーザ光を直接照射し、レーザ光の照射角度は軸線Ｏ方向に対して２０°〜７０°（本実施の形態では４５°）傾斜した角度である。これにより、溶接部９ａは、軸線Ｏ方向に対して４５°の角度で溶け込むように、保持金具２０の端部と保護管１１の肉厚内部に形成されて、かつ保持金具２０の端面から保護管１１の外面にかけて、その表面がゆるやかな曲面を形成する。

以上のようにして、ＭＩケーブル１０と金属キャップ３とが、加締め部８ｂと溶接部８ａとによって一体に固定され、ＭＩケーブル１０と保持金具２０とが、加締め部９ｂと溶接部９ａとによって一体に固定された温度センサ１００が製造される。なお、温度センサ１００の製造方法は、温度センサ１００を構成する部品の溶接手法以外は従来のものと同様であるから、本発明にかかる溶接手法を適用できるのであれば、各種の従来技術を用いて温度センサ１００を製造すればよい。

以上、本実施の形態に係る温度センサ１００及びその製造方法によれば、金属キャップ３（保持金具２０）が、ＭＩケーブル１０の保護管１１外方に重なり合う重なり部位８（９）において溶接固定され、その溶接部８ａ（９ａ）の溶け込み方向がＭＩケーブル１０の軸線Ｏ方向に対して垂直方向とは異なる角度に傾斜している。そのため、溶接部８ａ（９ａ）による溶接強度が十分に得られ、ＭＩケーブル１０及び金属キャップ３（保持金具２０）がより確実に一体固定される。よって、保護管１１や金属キャップ３（保持金具２０）等の溶接部品の肉厚を薄くしても相当の溶け込み深さ及び溶融幅を確保できるので、より正確な微細溶接が可能となる。そして、ＭＩケーブル１０の保護管１１や金属キャップ３（保持金具２０）等の溶接部品の細径化や、温度センサ１００の小型化に対応でき、かつ信頼性の高い温度センサ１００を実現することができる。

また、重なり部位８（９）には、金属キャップ３（保持金具２０）の周囲からＭＩケーブル１０の保護管１１に向かって加締められた加締め部８ｂ（９ｂ）が形成されている。そのため、重なり部位８（９）において、溶接部８ａ（９ａ）及び加締め部８ｂ（９ｂ）によって、金属キャップ３（保持金具２０）及びＭＩケーブル１０をより確実に一体固定することができる。

また、重なり部位８（９）は、ＭＩケーブル１０の保護管１１及び金属キャップ３（保持金具２０）の全周方向で形成され、溶接部８ａ（９ａ）は重なり部位８（９）の周方向の全周にわたって形成されているので、ＭＩケーブル１０及び金属キャップ３（保持金具２０）をより隙間なく溶接して、ＭＩケーブル１０及び金属キャップ３（保持金具２０）をより確実に一体固定することができる。

また、溶接前の温度センサ１００を回転チャック７１により固定するとともに、重なり部位８（９）の近傍で溶接前の温度センサ１００を位置決めホルダ７２で回転可能に保持した状態で、溶接ヘッド７３が金属キャップ３（保持金具２０）をＭＩケーブル１０に回転溶接するようにした。これにより、上述の温度センサ１００を効果的に製造することができる。

なお、上記実施の形態において、金属キャップ３及び保持金具２０が、本発明における「外筒部材」に相当する。また、回転チャック７１が、本発明の「チャック機構」に相当する。そして、位置決めホルダ７２が、本発明の「保持機構」に相当する。

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、「外筒部材」は金属キャップ３及び保持金具２０に限定されず、ＭＩケーブル１０に溶接固定される各種部品に適用できることはいうまでもない。また、重なり部位８（９）において、加締め部８ｂ（９ｂ）を設けない構成としてもよく、溶接する部品を係合等して、溶接前の温度センサ１００を形成してもよい。さらに、溶接部８ａ（９ａ）は、重なり部位８（９）の周方向の全周にわたって形成する必要はなく、重なり部位８（９）の一部あるいは数箇所を溶接固定するようにしてもよい。

また、溶接位置（ビーム照射位置）や溶接方向（ビーム照射方向）は、設計者又は開発者の任意で決定することができる。図７は、ＭＩケーブル１０と金属キャップ３とが溶接固定される重なり部位８を拡大した他の温度センサ１００の部分断面図である。上記実施の形態では溶接位置（ビーム照射位置）は、金属キャップ３の端面と保護管１１の外面とが交わる部位（部材接触位置）で溶接されているが、図７に示すように、重なり部位８の範囲内であれば、金属キャップ３の任意の外面位置にビーム照射して、当該位置で溶け込みを発生させて保護管１１と溶接してもよい。また、上記実施の形態では溶接方向（ビーム照射方向）は、ＭＩケーブル１０の外周方向の後端側（図２の上方向）から、斜め前方に軸線Ｏへ向けてビーム照射しているが、図７に示すように、ＭＩケーブル１０の外周方向の先端側（図２の下方向）から、斜め後方に軸線Ｏへ向けてビーム照射してもよい。

また、回転チャック７１は３つの爪部で支持するものに限定されず、有効に温度センサ１００を回転可能に固定できるものであれば、任意のチャック機構を用いればよく、例えば、工具係合部２３が嵌め込まれるような凹陥部が形成された部材を用いてもよい。同様に、位置決めホルダ７２も温度センサ１００を周方向に回転可能に保持することができるものであれば、任意の保持機構を用いればよく、例えば、位置決めホルダ７２としてベアリングを用いてもよい。なお、回転チャック７１及び位置決めホルダ７２の形状は問わないが、回転チャック７１の回転軸と同心に位置決めホルダ７２が存在するようにして、回転溶接時の温度センサ１００に偏心が生じにくい構造とすることが好適である。

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。 ＭＩケーブル１０と金属キャップ３とが溶接固定される重なり部位８を拡大した温度センサ１００の部分断面図である。 重なり部位８を中心とした温度センサ１００の部分断面図である。 ＭＩケーブル１０と保持金具２０とが溶接固定される重なり部位９を拡大した温度センサ１００の部分断面図である。 レーザ溶接機７０における重なり部位８の溶接固定を説明するための図である。 レーザ溶接機７０における重なり部位９の溶接固定を説明するための図である。 ＭＩケーブル１０と金属キャップ３とが溶接固定される重なり部位８を拡大した他の温度センサ１００の部分断面図である。

符号の説明

１ サーミスタ素子
３ 金属キャップ
４ スペーサ
８ 重なり部位
８ａ 溶接部
８ｂ 加締め部
９ 部位
９ａ 溶接部
９ｂ 加締め部
１０ ＭＩケーブル
１１ 保護管
１２ 芯線
１３ 絶縁粉末
２０ 保持金具
７０ レーザ溶接機
７１ 回転チャック
７２ 位置決めホルダ
７３ 溶接ヘッド
１００ 温度センサ

Claims (7)

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、
   前記ＭＩケーブルの前記保護管外方に重なり合う重なり部位において溶接固定される金属製の外筒である外筒部材と
   を備え、
   前記溶接により形成される溶接部は、自身の溶け込み方向が前記ＭＩケーブルの軸線方向に対して垂直方向とは異なる角度に傾斜していることを特徴とする温度センサ。
2. 前記重なり部位のうち、前記外筒部材の端面を含めた形で該外筒部材の周囲から前記ＭＩケーブルの前記保護管に向かって加締められた加締め部が形成されており、該加締め部のうちで該外筒部材の端面と該ＭＩケーブルの該保護管の外面とが交わる部位を含むように前記溶接部が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。
3. 前記溶接部は、前記ＭＩケーブルの軸線方向に対して２０°〜７０°傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度センサ。
4. 前記重なり部位は、前記ＭＩケーブルの前記保護管及び前記外筒部材の全周方向で形成され、前記溶接部は、前記重なり部位の周方向の全周にわたって形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の温度センサ。
5. 前記外筒部材は、前記ＭＩケーブルの先端側に被せられて、前記感温素子を内部に収容する金属キャップであ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. 前記外筒部材は、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ケーブルの後端側を保持する保持金具であ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。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の温度センサの製造方法であって、
   前記ＭＩケーブルと前記外筒部材とが嵌合されて前記重なり部位が形成された溶接前温度センサをチャック機構により固定するとともに、該重なり部位の近傍で該溶接前温度センサを前記チャック機構と同軸上に配置される保持機構により回転可能に保持して、
   前記チャック機構を回転させて前記溶接前温度センサを軸線中心に回転させつつ、前記重なり部位のうち前記外筒部材の周囲からレーザ光又は電子ビームを照射して前記溶接部を形成することを特徴とする温度センサの製造方法。
   

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