JP2007198806A

JP2007198806A - 温度センサ

Info

Publication number: JP2007198806A
Application number: JP2006015674A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yamamoto; 憲治山本
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】温度センサにおいて、感温素子の応答性を維持して装置本体からの熱的影響を抑制し、より正確な温度測定が可能にすること。
【解決手段】一対の電極を有する感温素子４と、感温素子４の一対の電極に一端が接続された一対のリード線５と、先端部に感温素子４を配して感温素子４及びリード線を収納するケース本体６と、ケース本体６内の先端部で感温素子４を封止する素子封止樹脂部７と、ケース本体６内で素子封止樹脂部７より基端側の少なくとも一部に充填され素子封止樹脂部７よりも低熱伝導性を有する低熱伝導性樹脂部８と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばエンジン用スロットルボディ装置に取り付けられる吸気温センサ等に好適な温度センサに関するものである。

一般に、温度センサは、種々の装置において温度測定や温度調整のために使われている。例えば、特許文献１に記載されているように、エンジンの吸気ポートに接続されてスロットルバルブにより開閉動作する吸気道をもつスロットルボディにも、吸気道内の吸気温度を検出する吸気温センサが取り付けられている。

この吸気温センサは、吸気道に開口した検出孔に配設され、吸気道に臨ませたサーミスタ等の感温素子と、この感温素子を包むように保持してスロットルボディに取り付けられるセンサ本体と、で構成されている。上記特許文献１に記載のエンジン用スロットルボディ装置では、感温素子を先端部に保持するニードル状の検出部と、検出部の周囲に断熱層を介して配置された遮蔽筒を備えることで、スロットルボディからの輻射熱を遮断して吸気温度を敏感かつ正確に検出するようにしている。
また、特許文献２には、先端のサーミスタがコーティング膜でコートされ、サーミスタに接続されたターミナルをインサートして合成樹脂で成形した本体を有する温度センサが提案されている。この温度センサでは、先端のサーミスタをインシュレータで保護し、内燃機関の冷却水通路の壁部に設けられた孔にサーミスタ側を挿入するように、本体に取り付けた取付筒をねじ込んで装着される。この温度センサでは、サーミスタを樹脂で封止せずにコーティング膜だけで覆うことで、温度検出の応答性を向上させている。

特開２００４−２７０６３０号公報特開平８−５００６１号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
上記特許文献１に記載の技術では、遮蔽筒及び断熱層を設けてスロットルボディからの輻射熱を遮断しているが、感温素子が合成樹脂製でニードル状の検出部内に保持されているため、スロットルボディの熱が検出部から感温素子に伝わって温度検出に少なからず影響を与えてしまう不都合があった。すなわち、エンジン温度により吸気管温度が上昇した場合、ニードル状の検出部全体の温度も上昇し、吸気温度が正確に測定することが困難になる。特に、応答性を向上させるために熱伝導性の良い樹脂で検出部が形成されているため、吸気管温度に影響されやすい不都合があった。この対策として、ニードル状の検出部を熱伝導性の低い材料で形成すれば、スロットルボディからの熱影響を低減することが可能であるが、感温素子の応答性が低下してしまう問題があった。
このようにケース部分や本体部分を保持するようにして温度センサをスロットルボディ等の装置本体に取り付ける場合、いずれも装置本体取り付け状態で装置本体の熱がケースに伝わって感温素子に熱的影響を与えてしまい、正確な温度を感温素子で検知することが困難であった。
また、特許文献２に記載の技術では、薄いコーティング膜でサーミスタを覆うことで応答性を高めているが、機械的強度が低くなるため、インシュレータで先端をカバーしている。しかしながら、インシュレータ内にスリット孔を介して測定対象の流体を導入する必要があり、流体の流れを妨げてしまう不都合があると共に、インシュレータを介して流体に本体側の熱が伝達されてしまい正確な温度検出が困難であった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、高熱伝導性樹脂で感温素子を封止しても装置本体からの熱的影響を抑制し、感温素子の応答性を維持しつつより正確な温度測定が可能な温度センサを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の温度センサは、一対の電極を有する感温素子と、前記感温素子の一対の電極に一端が接続された一対のリード線と、先端部に前記感温素子を配して前記感温素子及び前記リード線を収納するケース本体と、前記ケース本体内の先端部で前記感温素子を封止する素子封止樹脂部と、前記ケース本体内で前記素子封止樹脂部より基端側の少なくとも一部に充填され前記素子封止樹脂部よりも低熱伝導性を有する低熱伝導性樹脂部と、を備えていることを特徴とする。

この温度センサでは、感温素子の応答性を維持させるために高熱伝導性の素子封止樹脂部を採用しても、ケース本体内の基端側が素子封止樹脂部よりも低熱伝導性の低熱伝導性樹脂部で充填されるので、スロットルボディ等の装置本体からの熱が低熱伝導性樹脂部により感温素子に伝わり難く、正確に温度測定を行うことができる。また、低熱伝導性樹脂部によってケース本体内でリード線を支持することができる。

また、本発明の温度センサは、前記低熱伝導性樹脂部が、添加により熱伝導性を低下させる無機充填剤を含む樹脂で形成されていることを特徴とする。すなわち、この温度センサでは、低熱伝導性が得られる無機充填剤を添加された樹脂の低熱伝導性樹脂部を採用することにより、無機充填剤を含まない樹脂やガラス、アルミナ等の高熱伝導性フィラーを含む樹脂よりも大幅に熱伝導性を低く設定することができる。

さらに、本発明の温度センサは、前記無機充填剤が、微粒中空ガラスフィラーであることが好ましい。すなわち、この温度センサでは、フィラーとして、より低熱伝導性が得られる微粒中空ガラスフィラーを採用するので、さらに装置本体からの熱的影響を抑制することができる。
また、本発明の温度センサは、前記低熱伝導性樹脂が、断熱性発泡体で形成されていることを特徴とする。すなわち、この温度センサでは、一般の樹脂に比べ、非常に低い熱伝導性を有する発泡エポキシ、ウレタン等の断熱発泡体を採用することにより、さらに装置本体からの熱的影響を抑制することができる。

また、本発明の温度センサは、前記素子封止樹脂部が、アルミナフィラー入り樹脂で形成されていることが好ましい。すなわち、この温度センサでは、高熱伝導性を有するアルミナフィラー入り樹脂の素子封止樹脂部を採用することにより、感温素子の応答性をより向上させることができる。

また、本発明の温度センサは、前記ケース本体内の前記素子封止樹脂部より基端側に前記低熱伝導性樹脂部が充填されていない空洞部を有していることを特徴とする。すなわち、この温度センサでは、低熱伝導性樹脂部と熱伝導性が低い空洞部とがケース本体内に介在していることにより、装置本体からの熱をより効果的に遮断することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度センサによれば、ケース本体内において、感温素子を封止する素子封止樹脂部と、素子封止樹脂部よりも低熱伝導性を有する低熱伝導性樹脂部と、を備えているので、スロットルボディ等の装置本体からの熱が低熱伝導性樹脂部により遮断されて感温素子に伝わり難く、高熱伝導性樹脂で感温素子を封止しても装置本体からの熱的影響が抑制され、感温素子の応答性を維持しつつ正確に温度測定を行うことができる。

以下、本発明に係る温度センサの第１実施形態を、図１を参照しながら説明する。

本実施形態の温度センサ１は、図１に示すように、例えばエンジン用スロットルボディ２における吸気道３内の吸気温度を検出する吸気温センサである。この温度センサ１は、一対の電極（図示略）を有する感温素子４と、感温素子４の一対の電極に一端が接続された一対のリード線５と、先端部に感温素子４を配して感温素子４及びリード線５を収納するケース本体６と、ケース本体６内の先端部で感温素子４を封止する素子封止樹脂部７と、ケース本体６内で素子封止樹脂部７より基端側に充填され素子封止樹脂部７よりも低熱伝導性を有する低熱伝導性樹脂部８と、を備えている。

上記感温素子４は、例えばチップ型サーミスタ素子であって、マンガン、ニッケル及びコバルト等の金属酸化物を混合焼結した直方体形状のサーミスタ素体の両端部に電極として電極層が形成され、サーミスタ素体の電極層部分以外が絶縁コートで覆われているものである。

上記ケース本体６は、先端が閉じた筒状にＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の熱可塑性樹脂等で射出成形されており、先端側に向けて段階的に外径が小さくされて先細のニードル形状とされている。すなわち、ケース本体６は、最も外径が大きい基端部６ａと、基端部６ａよりも外径を小さくされた中間部６ｂと、中間部６ｂよりも外径を小さくされ先端が半球状に閉じられた先端部６ｃと、で構成されている。なお、ケース本体６の先端部６ｃは、吸気道３に開口された検出孔２ａに挿入可能な外径に設定されている。このようにケース本体６の先端部６ｃを基端部６ａよりも細く形成することにより、より先端部６ｃにおける熱伝導性が向上し、温度検出の応答性が高くなる。

上記リード線５は、例えばジュメット線等でも構わないが、より熱伝導性が低く先端の感温素子４への熱的影響が少ないＣｕＮｉ線が好ましい。なお、この場合、ＣｕＮｉ線は、できるだけリード線径を小さくし、絶縁被覆としてポリウレタン被覆を施すことが好ましい。
また、リード線５の他端は、接続部材のリードフレーム９の一端に半田１０等により接続されている。

上記素子封止樹脂部７は、ケース本体６内の先端に感温素子４を配置した状態でアルミナフィラー入り樹脂を充填して形成されている。この素子封止樹脂部７は、例えば熱伝導率が１．４Ｗ／ｍＫ以上の樹脂が好ましい。
また、上記低熱伝導性樹脂部８は、素子封止樹脂部７の形成後に、ケース本体６内の素子封止樹脂部７の基端側に低熱伝導性樹脂、特に添加により熱伝導性を低下させる無機充填剤である微粒中空ガラス（ガラスバブル）フィラー入りの樹脂を充填して形成されている。この低熱伝導性樹脂部８は、例えば微粒中空ガラス（ガラスバブル）フィラーを１０vol.％以上添加した樹脂が好ましい。また、低熱伝導性樹脂部８は、例えば熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以下で熱膨張率が３．０×１０^-６／Ｋ以下の樹脂が好ましい。

このように構成された温度センサ１は、エンジン用スロットルボディ２に次のように取り付けられる。すなわち、温度センサ１の先端を吸気道３の検出孔２ａに挿入すると共に吸気道３内に先端を露出させて設置する。この状態で、吸気道３内に露出した温度センサ１の先端によって吸気道３内の吸気温度を検出する。

本実施形態では、感温素子４の応答性を維持させるために高熱伝導性の素子封止樹脂部７を採用しても、ケース本体６内の基端側が素子封止樹脂部７よりも低熱伝導性の低熱伝導性樹脂部８で充填されるので、スロットルボディ２からの熱が低熱伝導性樹脂部８により遮断されて感温素子４に影響を与え難く、正確に温度測定を行うことができる。また、低熱伝導性樹脂部８によってケース本体６内でリード線５を支持することができる。

また、特に、より低熱伝導性が得られる微粒中空ガラスフィラー入り樹脂の低熱伝導性樹脂部８を採用することにより、フィラーを含まない樹脂やアルミナフィラー入り樹脂等の高熱伝導性樹脂よりも大幅に熱伝導性を低く設定することができ、よりスロットルボディ２からの熱的影響を抑制することができる。
さらに、高熱伝導性を有するアルミナフィラー入り樹脂の素子封止樹脂部７を採用することにより、先端の熱伝導性だけを高めて感温素子４の応答性をより向上させることができる。

次に、本発明に係る温度センサの第２実施形態を、図２を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では低熱伝導性樹脂部８がケース本体６内の基端まで充填されているのに対し、第２実施形態の温度センサ１１では、図２に示すように、低熱伝導性樹脂部８がケース本体６内の中間部分までしか充填されておらず、ケース本体６内の素子封止樹脂部７より基端側に低熱伝導性樹脂部８が充填されていない空洞部６ｄを有している点である。

すなわち、第２実施形態の温度センサ１１では、低熱伝導性樹脂部８がケース本体６の中間部６ｂ先端まで充填されて、中間部６ｂの先端から基端部６ａの基端までが空洞部６ｄとされている。なお、リード線５は、先端部６ｃで低熱伝導性樹脂部８に支持されている。
このように、第２実施形態では、低熱伝導性樹脂部８と熱伝導性が低い空洞部６ｄとがケース本体６内に介在していることにより、スロットルボディ２からの熱をより効果的に遮断することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態では、サーミスタ素子２としてチップ型サーミスタ素子を採用しているが、ディスク型サーミスタ素子、フレーク型サーミスタ素子、ラジアルリード型・ガラス封入サーミスタ素子、アキシャルリード型・ガラス封入サーミスタ素子など、他のサーミスタ素子を適用しても構わない。

また、ケース本体６の先端部を先細のニードル状に形成しているが、先端部の補強を行うために、先端部に長さ方向に延在するリブ部を設けても構わない。
また、上述したように低熱伝導性樹脂部８を微粒中空ガラスフィラー入り樹脂で形成することが好ましいが、素子封止樹脂部７の樹脂よりも低熱伝導性の樹脂であれば他の樹脂でも構わない。例えば、熱伝導率が０．４Ｗ／ｍＫ程度の低熱伝導性エポキシ樹脂で低熱伝導性樹脂部８を形成しても構わない。
また、低熱伝導性樹脂部の他の例としては、発泡エポキシ、ウレタン等の断熱性発泡体で形成された低熱伝導性樹脂部を採用することが好ましい。この場合、一般の樹脂に比べ、非常に低い熱伝導性を有する発泡エポキシ、ウレタン等の断熱発泡体を採用することにより、さらに装置本体からの熱的影響を抑制することができる。

上記第２実施形態では、低熱伝導性樹脂部８よりも基端側全体に空洞部６ｄを設けているが、素子封止樹脂部７よりも基端側であれば他の領域に空洞部６ｄを設けても少なからず同様の効果が得られる。例えば、基端部６ａの基端まで充填した低熱伝導性樹脂部８内に空洞部６ｄを形成したり、中間部６ｂ内のみを空間部６ｄとしても構わない。

本発明に係る温度センサの第１実施形態において、スロットルボディに温度センサを取り付けた状態における断面図である。本発明に係る温度センサの第２実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１、１１…温度センサ、４…感温素子、５…リード線、６…ケース本体、６ｄ…空洞部、７…素子封止樹脂部、８…低熱伝導性樹脂部

Claims

一対の電極を有する感温素子と、
前記感温素子の一対の電極に一端が接続された一対のリード線と、
先端部に前記感温素子を配して前記感温素子及び前記リード線を収納するケース本体と、
前記ケース本体内の先端部で前記感温素子を封止する素子封止樹脂部と、
前記ケース本体内で前記素子封止樹脂部より基端側の少なくとも一部に充填され前記素子封止樹脂部よりも低熱伝導性を有する低熱伝導性樹脂部と、を備え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において、
前記低熱伝導性樹脂部が、添加により熱伝導性を低下させる無機充填剤を含む樹脂で形成されていることを特徴とする温度センサ。
請求項２に記載の温度センサにおいて、
前記無機充填剤が、微粒中空ガラスフィラーであ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において、
前記低熱伝導性樹脂が、断熱性発泡体で形成されていることを特徴とする温度センサ。
請求項１から４のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
前記素子封止樹脂部が、アルミナフィラー入り樹脂で形成されていることを特徴とする温度センサ。
請求項１から５のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
前記ケース本体内の前記素子封止樹脂部より基端側に前記低熱伝導性樹脂部が充填されていない空洞部を有していることを特徴とする温度センサ。