JP2010249599A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストであり、しかも応答性に優れる温度センサを提供することを目的とする。
【解決手段】温度センサ１０の素子部２０を収容するケース３０において、ケース本体３１のサーミスタ２１に対応した位置に流通孔４０を形成し、キャップ３２の頭面３２ａに流通孔４１を形成した。これら流通孔４０、４１は、ケース３０において互いに異なる面に設けられ、サーミスタ２１の近傍においてＡＴＦの流れを生じさせる。これら流通孔４０、４１は、それぞれ、導出孔３３Ａ、３３Ｂの内周面と、導出孔３３Ａ、３３Ｂに挿通されたリード線２４Ａ、２４Ｂの外周面との空隙の断面積の合計よりも十分に大きな開口面積を有するものとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体等の流体中に浸漬されて用いられる温度センサに関する。

周知のように、温度センサにおいて温度を検出する素子としてサーミスタが多用されている。自動車等において、各種の液体の温度を測定する温度センサは、サーミスタを樹脂中に封入した構成が一般的である（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開平９−２２３６０１号公報 特開２００５−２４３４４号公報

しかしながら、上記したような構成の温度センサは、製造工程において射出成形によりサーミスタを樹脂中に封入しなければならず、射出成形用の金型がサーミスタを保持する機構を有する等して特殊なものとなるため、製造コストが掛かるという問題がある。

また、サーミスタを樹脂中に封入した構成では、液体の温度変化がサーミスタに伝搬されるのに時間が掛かり、応答性が悪いと言う問題もある。

これに対し、本出願人は、中空の樹脂ケース中にサーミスタを収容した温度センサを既に提供している。この温度センサは、サーミスタの両端側に接続された一対のリード線を樹脂ケース外に導出するための導出孔が樹脂ケースに形成された構成となっている。このようなセンサを、温度検出対象の液体中に樹脂ケースごと浸漬すると、リード線導出用の導出孔から液体が樹脂ケース内に侵入することで、液体の温度をサーミスタで直接検出できる構成となっている。

上記したような本出願人が提供している温度センサでは、サーミスタを樹脂ケース中に収容する簡易な構成であり、樹脂ケースも通常の射出成形により安価に大量生産できるため、温度センサを低価格で提供できると言うメリットを有している。
また、樹脂ケース内に侵入した液体の温度をサーミスタで直接検出するため、樹脂中に封入されたサーミスタを有する温度センサに比較し、応答性にも優れる。

しかしながら、上記本出願人提供の温度センサにおいても、液体の温度変化が生じた場合、樹脂ケース外の液体から、導出孔を通して樹脂ケース内の液体に熱が伝搬された時点で、サーミスタによりその温度変化が検出される。したがって、応答性については改善の余地があるのが実情である。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、低コストであり、しかも応答性に優れる温度センサを提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明は、流体中に浸漬されて流体の温度を検出する温度センサであって、温度を検出するサーミスタと、サーミスタの両極に接続された第一の線材および第二の線材と、第一の線材及び第二の線材にそれぞれ接合された二本のリード線と、サーミスタ、第一の線材及び第二の線材を収容するとともに、二本のリード線を外部に導出する導出孔が形成されたケースと、を備える。そして、ケースに、このケースに流体を流入・流出させるため、少なくとも二つの流通孔が形成され、流通孔が導出孔とリード線との間の隙間の断面積より大きな断面積を有していることを特徴とする。
このように、ケースに形成された少なくとも二つの流通孔により、この温度センサが流体中に浸漬されると、主に一方の流通孔を通して流体がケース内に流入し、主に他方の流通孔を通して流体がケース外に流出する。これにより、ケース内のサーミスタの部分において流体に流れが生じ、ケース外の流体の温度変化が、高い応答性でケース内のサーミスタに伝達される。

ここで、流通孔は、ケース内のサーミスタの部分において流体に流れを生じさせることができるのであれば、いかなる位置に形成しても良い。
例えば、流通孔は、ケースにおいて互いに異なる面に形成するのが好ましい。同一面に複数の流通孔を形成しても、これらの流通孔を通って流体が流入・流出しにくくなるからである。
また、流通孔は、ケース内のサーミスタに対応した位置とサーミスタから離間した位置とに形成するのが好ましい。これにより、サーミスタの対応した位置において流体に流れを確実に生じさせることができる。
流通孔は、ケース内のサーミスタを挟む少なくとも二カ所に形成することもできる。

ところで、流通孔を通しての流体の流れを阻害しないよう、流通孔は、温度センサの設置面および温度センサを設置面に固定する固定部材に干渉しない位置に形成するのが好ましい。

このような温度センサにおいて、ケース内に収容される第一の線材、第二の線材、サーミスタは、いかなる配置としても良い。例えば、第一の線材がストレート部と当該ストレート部に連続する湾曲部とからなる略Ｊ字状とされ、第二の線材がストレート部より短い直線状とされ、サーミスタは、第一の線材の湾曲部と第二の線材との間に配置された構成とすることができる。
また、第一の線材および第二の線材と、二本のリード線との接合部に、導出孔の内径よりも大きな外径を有したコマ部が設けられ、コマ部が導出孔のケース内方側の端部に突き当たることで、第一の線材および第二の線材とサーミスタとがケース外に出るのを阻止することができる。
この場合、ケース内にて、第一の線材および第二の線材とサーミスタとが、コマ部が導出孔のケース内方側の端部に突き当たった状態から、導出孔のケース内方側の端部から離間する側に移動可能とされるのが好ましい。そして、コマ部が導出孔のケース内方側の端部から離間した状態で、コマ部と導出孔のケース内方側の端部との隙間からケース内のサーミスタが収容された空間に流体が流入するようにする。このとき、流通孔は、導出孔とリード線との隙間の断面積よりも大きな開口面積を有しているので、流体は、主に流通孔を通してケース内外を流通する。

ケースについても、いかなる構成としても良いが、例えば、ケース本体内に第一の線材および第二の線材とサーミスタとを収容するための挿入口を有し、かつ、導出孔が形成されたケース本体と、ケース本体の挿入口に嵌合されるキャップと、から構成することができる。
このようなケースを用いることで、温度センサの組立を容易に行うことができ、低コスト化を図ることができる。

本発明によれば、ケースに形成された少なくとも二つの流通孔により、この温度センサが流体中に浸漬されると、流通孔を通して流体がケース内に流入するとともに、流通孔を通して流体がケース外に流出する。これにより、ケース内のサーミスタの部分において流体に流れが生じ、ケース外の流体の温度変化がケース内のサーミスタに迅速に伝達され、温度センサを応答性に優れるものとすることができる。
また、サーミスタを射出成形により樹脂に封入する必要がなく、ケースに収容するのみで良いため、低コストで本発明の温度センサを提供できる。

本実施の形態における温度センサを示す図であって、（ａ）はキャップ側から見た温度センサの側面図、（ｂ）は温度センサの平面図、（ｃ）は温度センサの側面図である。 温度センサの断面図である。 本発明の温度センサに対する比較検討例を示す図である。 本発明の温度センサと比較例の温度センサとの熱時定数の差を示す図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における温度センサの構成を説明するための図である。
図１に示すように、温度センサ１０は、サーミスタ２１を備えた素子部２０と、素子部２０を収容するケース３０と、から構成されている。

図２に示すように、素子部２０は、温度を検出するサーミスタ２１と、サーミスタ２１の両極にそれぞれ接続されたデュメット線（第一の線材、第二の線材）２２Ａ、２２Ｂと、を備えている。

一方のデュメット線２２Ａは、直線状のストレート部２２ａに連続して、略Ｕ字状に湾曲した湾曲部２２ｂが形成されて、全体として略Ｊ字状をなしている。他方のデュメット線２２Ｂは直線状で、ストレート部２２ａよりも短く形成されている。サーミスタ２１は、デュメット線２２Ａの湾曲部２２ｂ側の端部２２ｃと、デュメット線２２Ｂの一方の端部２２ｄとの間に接続されている。これにより、素子部２０は、デュメット線２２Ｂ側にサーミスタ２１が配置された略Ｕ字状をなしている。

デュメット線２２Ａのストレート部２２ａ側の端部２２ｅと、デュメット線２２Ｂの他方の端部２２ｆには、それぞれ、接続子（コマ部）２３を介してリード線２４Ａ、２４Ｂが接続されている。
ここで、デュメット線２２Ａ、２２Ｂとリード線２４Ａ、２４Ｂとは、抵抗溶接等によりそれぞれ接続子２３に溶接されている。
接続子２３は、略円柱状をなしており、その外径はリード線２４Ａ、２４Ｂの外径よりも大きく設定されている。

ケース３０は、一方に開口部（挿入口）３１ａを有した筒状のケース本体３１と、開口部３１ａを塞ぐキャップ３２とから構成されている。

ケース本体３１内には、開口部３１ａと対向する側に、素子部２０のリード線２４Ａ、２４Ｂをケース本体３１外に導出させる二つの導出孔３３Ａ、３３Ｂが貫通形成されている。導出孔３３Ａ、３３Ｂの内径は、リード線２４Ａ、２４Ｂの外径よりも大きく、かつ接続子２３よりも小さく形成されている。

これにより、素子部２０を、ケース本体３１に対し開口部３１ａ側から挿入すると、リード線２４Ａ、２４Ｂが導出孔３３Ａ、３３Ｂに挿通される。そして、接続子２３、２３が導出孔３３Ａ、３３Ｂの開口部３１ａ側の端部に突き当たることで、素子部２０のケース本体３１への挿入量が規制される。

さらに、ケース本体３１には、このようにして素子部２０が挿入された状態で、一方のデュメット線２２Ａのストレート部２２ａと、他方のデュメット線２２Ｂおよびサーミスタ２１との間を仕切る（絶縁する）仕切壁３４が形成されている。仕切壁３４の開口部３１ａ側の先端３４ａは、接続子２３、２３が導出孔３３Ａ、３３Ｂの開口部３１ａ側の端部に突き当たった状態で、デュメット線２２Ａの湾曲部２２ｂに干渉しない位置に設定されている。

このようなケース本体３１の開口部３１ａに装着されるキャップ３２が、ケース本体３１に装着した後は脱落しないよう、ケース本体３１に形成された係止爪３１ｂがキャップ３２に形成された係止凹部３２ｂに嵌め合うようになっている。

キャップ３２をケース本体３１に装着した状態のケース３０内において、導出孔３３Ａ、３３Ｂの開口部３１ａ側の端部とキャップ３２の頭面３２ａの内周面との間隔Ｓは、素子部２０の接続子２３の端部とデュメット線２２Ａの湾曲部２２ｂの頂部との寸法Ｌよりも一定寸法大きく設定されている。これにより、素子部２０は、ケース３０内で、ケース３０に対する素子部２０の挿入方向に沿って移動可能となっている。その結果、導出孔３３Ａ、３３Ｂの開口部３１ａ側の端部から接続子２３が離れ、導出孔３３Ａ、３３Ｂとリード線２４Ａ、２４Ｂの外周面との間の空隙と、素子部２０の収容空間とが連通可能とされている。

また、ケース３０には、少なくとも二カ所に、流通孔４０、４１が形成されている。本実施形態においては、ケース本体３１において、サーミスタ２１に対応した位置に流通孔４０が形成され、キャップ３２の頭面３２ａに流通孔４１が形成されている。
ここで、本実施形態における流通孔４０は、ケース本体３１において、温度センサ１０を所定位置に設置した状態で上方に位置する上面３１ｃと、上面３１ｃに隣接する側面３１ｄとにわたって連続して形成されている。

キャップ３２に形成された流通孔４１は、二個一対で、これにより二つの流通孔４１、４１間に、ケース３０内に収容される素子部２０がケース３０外に出るのを阻止するストッパ部４３が形成されている。

これら流通孔４０、４１は、ケース３０において互いに異なる面に設けるのが好ましい。これは、後に説明するように、サーミスタ２１の近傍においてＡＴＦ（オートマティックトランスミッション液：流体）の流れを生じさせるためである。

これら流通孔４０、４１は、それぞれ、導出孔３３Ａ、３３Ｂの内周面と、導出孔３３Ａ、３３Ｂに挿通されたリード線２４Ａ、２４Ｂの外周面との空隙の断面積の合計よりも十分に大きな開口面積を有している。

このような構成の温度センサ１０は、オートマティックトランスミッションのケース内に、例えばブラケットを介して設置される。温度センサ１０は、ブラケットに対しては、結束ベルトや、その他の適宜の固定部材により固定される。

温度センサ１０の流通孔４０、４１は、ブラケットに固定された状態で、ブラケットや結束ベルト等の固定手段によって閉塞されないようになっている。

オートマティックトランスミッションのケース中に設置される温度センサ１０において、流通孔４０、４１を通してＡＴＦがケース３０内に流れ込む。このとき、流通孔４０、４１は、ケース３０において互いに異なる面に設けられているので、ケース３０内のサーミスタ２１の近傍においてＡＴＦの流れを生じ、これによってＡＴＦの温度変化を応答よく検出できる。

なお、ケース３０中には、従来と同様、導出孔３３Ａ、３３Ｂの内周面と、導出孔３３Ａ、３３Ｂに挿通されたリード線２４Ａ、２４Ｂの外周面との空隙を通して、ＡＴＦが侵入するが、流通孔４０、４１の開口面積の方がこれらの空隙の断面積よりも十分に大きいため、この空隙を通してのＡＴＦの流量は遙かに少ない。

なお、上記実施の形態では、流通孔４０、４１を、ケース本体３１において、サーミスタ２１に対応した位置と、キャップ３２の頭面３２ａとに形成する構成としたが、これに限るものではなく、サーミスタ２１の部分においてＡＴＦの流れを生じさせることができるのであれば、適宜他の場所に設けてもよい。
例えば、流通孔４０を、サーミスタ２１に対応した近傍位置ではなく、ケース３０において、サーミスタ２１を挟んで流通孔４１と互いに対向する離間位置に形成しても良い。もちろん、その形成位置はこれに限るものではない。
このような観点から、ケース３０において、同じ平面に流通孔４０、４１を形成するのは好ましいとは言えない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

ここで、本発明の効果を確認するために実証実験を行ったのでその結果を示す。
図１に示したようなケース３０において、ケース本体３１のサーミスタ２１に対応した部分に幅４．４ｍｍ、高さ２．７５ｍｍ、長さ６ｍｍの流通孔４０を形成し、キャップ３２の頭面３２ａに、３ｍｍの間隔でφ２ｍｍの流通孔４１を形成した。また、導出孔３３Ａ、３３Ｂの内径はφ１．９ｍｍとし、この導出孔３３Ａ、３３Ｂにφ１．７ｍｍのリード線２４Ａ、２４Ｂを挿通させた。
比較のため、上記と同形状のケース３０に、図３（ａ）のように、流通孔４０、４１を形成しない場合（比較例１）、図３（ｂ）のように、流通孔４０のみをケース本体３１の上面３１ｃに形成した場合、図１の温度センサ１０と同様、図３（ｃ）のように流通孔４０のみをケース本体３１の上面３１ｃと側面３１ｄとに連続して形成した場合（比較例３）について、それぞれ比較検討用の温度センサを用意した。

上記の各温度センサを、室温２５℃の大気中から、攪拌液体恒温槽において１００℃に温度調整した約１０Ｌのシリコーン油の中に浸漬させた。このとき、各温度センサのケース３０内には事前にシリコンオイルを充填しておいた。
そして、このときの温度センサの熱時定数τを測定した。熱時定数τは、各温度センサを、１００℃のシリコーン油に入れた時点Ｔ０から、温度センサの検出温度が、２５℃から１００℃への温度変化幅７５℃に対して変化率６３．２％となる温度７２．４℃（＝(１００−２５)×６３．２／１００＋２５)に達する時点Ｔ１までに要する時間τ＝Ｔ１−Ｔ０（ｓ）である。

その結果を図４に示す。
図４に示すように、流通孔４０、４１を形成しない比較例１（現行品に対応）に対し、本発明の流通孔４０、４１を形成した温度センサ１０においては、熱時定数τが半分以下となっており、応答性が２倍以上向上していることが確認された。これに対し、図３（ｂ）、（ｃ）の比較例２、３は、比較例１に比較すれば熱時定数τはそれぞれ向上しているものの、本発明の構成に比較すれば応答性の向上効果は低い。

１０…温度センサ、２０…素子部、２１…サーミスタ、２２Ａ、２２Ｂ…デュメット線（第一の線材、第二の線材）、２２ａ…ストレート部、２２ｂ…湾曲部、２３…接続子（コマ部）、２４Ａ、２４Ｂ…リード線、３０…ケース、３１…ケース本体、３１ａ…開口部（挿入口）、３２…キャップ、３３Ａ、３３Ｂ…導出孔、３４…仕切壁、４０、４１…流通孔、４３…ストッパ部

Claims (9)

1. 流体中に浸漬されて前記流体の温度を検出する温度センサであって、
   温度を検出するサーミスタと、
   前記サーミスタの両極に接続された第一の線材および第二の線材と、
   前記第一の線材及び前記第二の線材にそれぞれ接合された二本のリード線と、
   前記サーミスタ、前記第一の線材及び前記第二の線材を収容するとともに、前記二本のリード線を外部に導出する導出孔が形成されたケースと、を備え、
   前記ケースに、当該ケース内に前記流体を流入・流出させるため、少なくとも二つの流通孔が形成され、前記流通孔が前記導出孔と前記リード線との隙間の断面積より大きな断面積を有していることを特徴とする温度センサ。
2. 前記流通孔は、前記ケースにおいて互いに異なる面に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. 前記流通孔は、前記ケース内の前記サーミスタに対応した位置と前記サーミスタから離間した位置とに形成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. 前記流通孔は、前記ケース内の前記サーミスタを挟む少なくとも二カ所に形成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。
5. 前記流通孔は、前記温度センサの設置面および前記温度センサを前記設置面に固定する固定部材に干渉しない位置に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の温度センサ。
6. 前記第一の線材がストレート部と当該ストレート部に連続する湾曲部とからなる略Ｊ字状とされ、
   前記第二の線材が前記ストレート部より短い直線状とされ、
   前記サーミスタは、前記第一の線材の前記湾曲部と前記第二の線材との間に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の温度センサ。
7. 前記第一の線材および前記第二の線材と、二本の前記リード線との接合部に、前記導出孔の内径よりも大きな外径を有したコマ部が設けられ、
   前記コマ部が前記導出孔の前記ケース内方側の端部に突き当たることで、前記第一の線材および前記第二の線材と前記サーミスタとが前記ケース外に出るのを阻止することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の温度センサ。
8. 前記ケース内にて、前記第一の線材および前記第二の線材と前記サーミスタとが、前記コマ部が前記導出孔の前記ケース内方側の端部に突き当たった状態から、前記導出孔の前記ケース内方側の端部から離間する側に移動可能とされ、
   前記コマ部が前記導出孔の前記ケース内方側の端部から離間した状態で、前記コマ部と前記導出孔の前記ケース内方側の端部との隙間から前記ケース内の前記サーミスタが収容された空間に前記流体が流入することを特徴とする請求項７に記載の温度センサ。
9. 前記ケースは、前記ケース本体内に前記第一の線材および前記第二の線材と前記サーミスタとを収容するための挿入口を有し、かつ、前記導出孔が形成されたケース本体と、
   前記ケース本体の前記挿入口に嵌合されるキャップと、
   から構成されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の温度センサ。

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