JP2011027466A - センサ組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】外装ケースから封止樹脂が外れてしまうという問題を解消でき、センサの構造の簡素化、センサホルダに対するセンサの取付構造の簡素化等を図ったセンサ組立体を提供する。
【解決手段】センサ組立体１は、被測定物１７に固定されるセンサホルダ１９と、センサ素子１３を外装樹脂１４により包囲することによって構成され、センサホルダ１９の内部に着脱可能に取り付けられるセンサ１０とを備える。センサホルダ１９の内面には被係合部としての雌ねじ１９ａが設けられ、外装樹脂１４の外面には、雌ねじ１９ａに着脱可能に螺合して、当該外面をセンサホルダ１９の内面に密着させるとともに当該センサホルダ１９に対するセンサ１０の軸方向への移動を規制する係合部としての雄ねじ１４ａが設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被測定物に固定されたホルダにセンサを組み付けてなるセンサ組立体に関する。

空気調和装置や冷蔵庫等に使用される熱交換器や冷媒配管には、冷媒の温度を検出するための温度センサが取り付けられており、この温度センサとしては専らサーミスタが用いられている。従来のサーミスタとして、例えば図７に示すように、リード線１１２が接続されたサーミスタ素子１１３に保護樹脂１１４Ａを塗布して硬化させ、その後、サーミスタ素子１１３を外装ケース１１５内に収容して封止樹脂１１４Ｂにより封止した樹脂封止型のものが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

また、このサーミスタ１１０は、冷媒１１８が流れる配管１１７等の外周面に固定された有底円筒状の金属製のセンサホルダ１１９に挿入されるとともに、板ばね等の保持具１２０を用いて取り付けられている。

外装ケース１１５は、銅やアルミニウム等の熱伝導率の大きい金属により形成され、軸方向の一端部が底部１２２によって閉鎖された有底円筒形状に形成されている。保護樹脂１１４Ａは、サーミスタ素子１１３を被覆して水分の浸入を防止しており、封止樹脂１１４Ｂは、サーミスタ素子１１３及び保護樹脂１１４Ａを包囲した状態で外装ケース１１５の内面に接着されている。そして、サーミスタ１１０は、外装ケース１１５の外面をセンサホルダ１１９に接触させることによって冷媒１１８の温度を間接的に検出するように構成されている。

特開平４−２９８００２号公報

図７に示す封止樹脂型のサーミスタ１１０において、封止樹脂１１４Ｂ及び保護樹脂１１４Ａ（以下、これらを「封止樹脂１１４Ｂ等」という）は、金属製の外装ケース１１５よりも線膨張係数が大きいため、検出温度の変化（温度サイクル）によって外装ケース１１５よりも大きく熱膨張又は熱収縮する。
そして、封止樹脂１１４Ｂ等は、加熱時に外装ケース１１５の底部１２２によって軸方向一方側への熱膨張が制限され、さらに、外装ケース１１５の周壁部１２３によって径外方向への熱膨張も制限されるため、外装ケース１１５の開口１１５ａ側への熱膨張が大きくなり、封止樹脂１１４Ｂ等には当該開口１１５ａから抜け出す方向の大きな応力が発生する。サーミスタ１１０が加熱・冷却されることによってこのような応力が長期間に亘って繰り返し生じると、次第に外装ケース１１５と封止樹脂１１４Ｂ等との接着力が弱まり、外装ケース１１５から封止樹脂１１４Ｂ等を引き抜くような負荷がかかったときに、封止樹脂１１４Ｂ等が外装ケース１１５から外れてしまう可能性がある。

また、接着力が弱まることによって外装ケース１１５と封止樹脂１１４Ｂ等との間に隙間が生じ、この隙間から外装ケース１１５の内部、特に底部１２２に水分が浸入すると、絶縁不良を起こしたり、この水分の蒸発等に起因して隙間が更に拡がり、外装ケース１１５から封止樹脂１１４Ｂ等が外れ易くなったりするという問題も生じる。

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたものであり、外装ケースから封止樹脂が外れるという従来の問題を解消し、しかもセンサの構造を簡素化することができ、さらにセンサホルダに対してセンサを簡素な構造で確実に取り付けることが可能なセンサ組立体を提供することを目的とする。

本発明のセンサ組立体は、被測定物に固定される筒形状のセンサホルダと、センサ素子を外装樹脂により包囲することによって構成され、前記センサホルダの内部に着脱可能に取り付けられるセンサとを備え、前記センサホルダの内面には被係合部が設けられ、前記外装樹脂の外面には、前記被係合部に係脱可能に係合して、当該外面を前記センサホルダの内面に密着させるとともに当該センサホルダに対する前記センサの軸方向への移動を規制する係合部が設けられていることを特徴とする。

本発明のセンサは、センサ素子を外装樹脂により包囲することによって構成されており、従来のような金属製の外装ケースを備えていないので、外装ケースから封止樹脂が抜け出すといった従来の問題が生じることはない。また、外装ケースを省略することによって、センサの構造の簡素化及び部品点数の削減を図ることができる。

そして、センサの係合部とセンサホルダの被係合部とを係合させることによって、保持具等の部品を用いなくてもセンサホルダにセンサを直接取り付けることができ、センサホルダに対するセンサの取付構造を簡素化することができる。
また、センサの係合部とセンサホルダの被係合部とを係合させることによって、外装樹脂の外面をセンサホルダの内面に密着させ、センサホルダに対するセンサの軸方向への移動を規制しているので、センサホルダからのセンサの外れを防止しつつ、センサホルダとケースとの間に水分が浸入するのを防止することができる。

前記構成において、前記被係合部が雌ねじであり、前記係合部が前記雌ねじに螺合する雄ねじであることが好ましい。外装樹脂の外面に形成した雄ねじをセンサホルダの内面の雌ねじに螺合することによって、センサをセンサホルダに確実に固定することができる。また、外装樹脂が加熱・冷却によって熱膨張・熱収縮したとしても、外装樹脂に生じる応力をねじ面の全体で受けることができるので、外装樹脂がセンサホルダから軸方向に抜け出してしまうのを確実に防止することができる。また、雄ねじと雌ねじの接触によりセンサホルダとセンサとの接触面積が増大されるので、特に、当該センサが温度センサである場合には、センサホルダからセンサへの熱伝導性が高まり、検出精度を向上させることができる。

以上より、本発明は、センサ素子を包囲するための樹脂（外装樹脂）の外面に雄ねじ（係合部）を形成するとともにセンサホルダの内面に雌ねじ（被係合部）を形成し、外装樹脂をセンサホルダに直接取り付けることによって、金属製の外装ケースを省略するとともに、センサの構造やセンサホルダに対するセンサの取付構造を簡素化した点に主たる技術的意義がある。したがって、本発明は、例えばセンサ素子を包囲するための樹脂とは別の金属製等のねじをセンサに備えて、このねじをセンサホルダに締め付ける構造とは根本的に異なり、かかる構造は本発明から除外される。

前記雌ねじ及び雄ねじは、テーパーねじであることがより好ましい。これにより、雌ねじに対して雄ねじを締め込むことで外装樹脂の外面をセンサホルダの内面に強く圧接することができ、センサホルダにセンサをより強固に取り付けることができる。

前記外装樹脂には、ねじ回し工具の当たり面が形成されていることが好ましい。これにより、センサホルダに対してセンサの外装樹脂を螺合させる作業を容易に行うことができる。

また、前記外装樹脂には、低熱膨張性のフィラーが添加されていることが好ましい。これにより、センサホルダと外装樹脂との線膨張係数の差を小さくし、外装樹脂の膨張・収縮に起因して外装樹脂の係合部とセンサホルダの被係合部との係合が緩んだり、センサホルダから外装樹脂が外れたりするのを確実に防止することができる。

前記センサホルダは、軸方向両端が開放していることが好ましい。これにより、センサホルダ内の外装樹脂に水分が付着したとしてもセンサホルダの軸方向両端から放出することができる。

本発明によれば、外装ケースから封止樹脂が外れてしまうという従来の問題を解消することができ、しかも、センサの構造や、センサホルダに対するセンサの取付構造を簡素化することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るセンサ組立体の一部断面を含む側面図である。 図１に示されるセンサ組立体の分解斜視図である。 図１に示されるセンサ組立体におけるセンサの断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るセンサ組立体の一部断面を含む側面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るセンサ組立体の一部断面を含む側面図である。 （ａ）は図５に示されるセンサ組立体の分解斜視図（一部断面図）、（ｂ）はこのセンサ組立体の係合部及び被係合部を示す説明図である。 従来技術に係るセンサ組立体の断面図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るセンサ組立体の一部断面を含む側面図、図２は、図１に示されるセンサ組立体の分解斜視図、図３は、図１に示されるセンサ組立体におけるセンサの断面図である。
センサ組立体１は、センサ１０と、筒形状のセンサホルダ１９とから構成されている。本実施の形態のセンサ１０は温度センサであり、例えば、空気調和装置等に設けられた冷媒管１７内を流れる冷媒１８の温度を検出するため、冷媒管１７の外周面に固定されたセンサホルダ１９に取り付けられて使用される。したがって、温度センサ１０は、センサホルダ１９の温度を検出することで、間接的に冷媒管１７及び冷媒１８の温度を検出する。

図３に示すように、温度センサ１０は、測温部１１とリード線１２とを備えている。測温部１１は、センサ素子１３と、センサ素子１３を被覆する被覆樹脂１６と、この被覆樹脂１６で被覆されたセンサ素子１３を包囲して、測温部１１の外面を構成している外装樹脂１４とを備えている。リード線１２は、一端部がセンサ素子１３に固着されるとともに、他端部側が被覆樹脂１６及び外装樹脂１４から突出し、図示しない温度検出回路に接続される。

センサ素子１３としては、温度によって電気抵抗が変化する特性を備えたサーミスタ素子が用いられている。そして、リード線１２を介して付与された電圧の変化を検出回路で測定することによって温度を検出するように構成されている。

被覆樹脂１６及び外装樹脂１４は、センサホルダ１９よりも線膨張係数が大きいエポキシ樹脂やフェノール樹脂等の合成樹脂によって形成されている。被覆樹脂１６は、特に防水性や防湿性に優れた合成樹脂により形成され、センサ素子１３を被覆することによって水分の浸入を防いでいる。外装樹脂１４は、被覆樹脂１６によって被覆されたセンサ素子１３に対する水分の浸入を防止するとともに、測温部１１の外面を構成するのに必要な剛性や機械的強度を有する合成樹脂によって形成されている。

なお、被覆樹脂１６や外装樹脂１４の材質は、防水性、防湿性、機械的強度等を確保することができれば、特に限定されるものではない。また、外装樹脂１４により、防水性や防湿性を十分に確保することができれば、被覆樹脂１６を省略し、外装樹脂１４だけでセンサ素子１３を被覆してもよい。

外装樹脂１４の軸方向一端部側（リード線１２が突出する側）には頭部１４ｂが形成され、軸方向他端部側には雄ねじ１４ａが形成されている。この雄ねじ１４ａは、一端部側の外径が他端側の外径よりも大きいテーパーねじとされている。また、頭部１４ｂは六角柱形状に形成されており、頭部１４ｂの外周面は、後述するセンサホルダ１９の雌ねじ１９ａに雄ねじ１４ａを螺合させるために使用されるスパナ等の工具が当接（係合）する当たり面とされている。なお、外装樹脂１４の雄ねじ１４ａや頭部１４ｂは、外装樹脂１４の成形時に金型により形成することができる。

センサホルダ１９は、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属、好ましくは熱伝導率の大きい金属により形成され、冷媒管１７の外周面にろう付けや溶接等によって固定されている。また、センサホルダ１９は、軸方向の両端部が開放した円筒形状に形成されている。センサホルダ１９の内面は、軸方向一端から他端に向かうに従って内径が小さくなるテーパー形状に形成され、当該内面には、外装樹脂１４の雄ねじ１４ａが螺合可能な雌ねじ１９ａが形成されている。そして、温度センサ１０は、その外装樹脂１４の雄ねじ１４ａをセンサホルダ１９の雌ねじ１９ａに螺合させることによって、センサホルダ１９に取り付けられている。

以上の構成を有する本実施の形態の温度センサ１０は、センサ素子１３を外装樹脂１４によって包囲しており、従来のような金属製の外装ケース（例えば、図７の符号１１５参照）を備えていない。そのため、外装ケースから封止樹脂が抜け出すといった従来の問題が生じることもない。また、外装ケースを備えていないことから部品点数及びコストの削減、軽量化を図ることができる。

また、温度センサ１０は、センサホルダ１９に形成された雌ねじ（被係合部）１９ａに外装樹脂１４の雄ねじ（係合部）１４ａを螺合することによってセンサホルダ１９に取り付けられるので、次の（１）〜（４）の作用効果を奏する。

（１）従来のようにセンサホルダ１９に温度センサ１０を取り付けるための保持具（例えば、図７の符号１２０参照）が不要となり、センサホルダ１９に対する温度センサ１０の取付構造を簡素化することができる。

（２）センサホルダ１９に外装樹脂１４を密着させた状態で外装樹脂１４の軸方向への移動を規制することができ、センサホルダ１９に対する温度センサ１０の外れを防止するとともに、センサホルダ１９と温度センサ１０との間に水分が浸入するのを防止することができる。特に、外装樹脂１４が加熱・冷却によって熱膨張・熱収縮したとしても、外装樹脂１４に生じる応力を雄ねじ１４ａ及び雌ねじ１９ａのねじ面の全体で受けることができるので、外装樹脂１４がセンサホルダ１９から軸方向に外れてしまうのを防止することができる。

（３）雄ねじ１４ａと雌ねじ１９ａとが互いに接触することにより、外装樹脂１４の外面とセンサホルダ１９の内面との接触面積を増大することができ、両者間の熱伝導性を高めて温度センサ１０の検出精度を向上させることができる。

（４）温度センサ１０の交換が必要な場合には、センサホルダ１９に対して温度センサ１０を簡単に着脱することができる。

外装樹脂１４の雄ねじ１４ａ及びセンサホルダ１９の雌ねじ１９ａはテーパーねじとされているので、雌ねじ１９ａに雄ねじ１４ａを締め込むことによって外装樹脂１４の外面をセンサホルダ１９の内面に強く圧接することができ、温度センサ１０をセンサホルダ１９により強固に取り付けることができるとともに、センサホルダ１９から温度センサ１０への熱伝導性をより高めることができる。

また、センサホルダ１９は軸方向両端が開放しているので、仮にセンサホルダ１９と外装樹脂１４との間に水分が浸入したとしてもセンサホルダ１９の軸方向両端から放出することができる。

温度センサ１０の外装樹脂１４には、スパナ等のねじ回し工具が当接する当たり面（頭部１４ｂ）が設けられているので、センサホルダ１９に対する温度センサ１０の着脱を容易に行うことができる。

なお、外装樹脂１４は、その剛性や機械的強度を高めるため、あるいは、センサホルダ１９との熱膨張差を小さくするべく外装樹脂１４の線膨張係数を低減するため、機能性を付加するフィラーが添加されていていることが推奨される。特に、線膨張係数を小さくするためのフィラー（低熱膨張性のフィラー）として、例えば、カーボンファイバ、ガラスファイバ、金属ファイバを添加することができる。このようなフィラーを添加することによって、外装樹脂１４の線膨張係数をセンサホルダ１９の線膨張係数の１．５〜２．０倍程度にまで小さくし、温度変化による外装樹脂１４の熱膨張や熱収縮によってセンサホルダ１９から外装樹脂１４との間に隙間ができたり、この隙間に水分が浸入したりすることを防止することができる。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係るセンサ組立体の一部断面を含む側面図である。本実施の形態は、温度センサ１０の外装樹脂１４に形成された雄ねじ１４ａ、及びセンサホルダ１９に形成された雌ねじ１９ａが所謂平行ねじとされている点で、第１の実施の形態と異なっている。また、センサホルダ１９に対して温度センサ１０をより強固に取り付けるために、外装樹脂１４の雄ねじ１４ａの先端部には緩み止め用のナット部材２２が螺合されている。
したがって、本実施形態においては、雄ねじ１４ａ及び雌ねじ１９ａがテーパーねじとされていることに基づく作用効果を除き、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。

なお、本実施の形態において、ナット部材２２を省略することも可能であるが、この場合、振動等に起因して雄ねじ１４ａと雌ねじ１９ａとの螺合が緩むのを確実に防止するために、頭部１４ｂとセンサホルダ１９の端面との間にスプリングワッシャやＯリング等のばね座を介在することが好ましい。

図５は、本発明の第３の実施の形態に係るセンサ組立体の一部断面を含む側面図、図６（ａ）は図５に示されるセンサ組立体の分解斜視図（一部断面図）、図６（ｂ）はこのセンサ組立体の係合部及び被係合部を示す説明図である。
本実施の形態は、外装樹脂１４に形成された係合部が外装樹脂１４の外周面から突出する係合突起１４ｃとされ、センサホルダ１９に形成された被係合部が、センサホルダ１９の内周面に凹設された、前記係合突起１４ｃが係合する係合溝１９ｃとされている点で、第１の実施の形態と異なっている。

係合突起１４ｃは、略直方体のブロック形状とされている。係合溝１９ｃは、係合突起１４ｃを挿通させることができる溝幅と深さを有しており、導入部１９ｃ１と、締め込み部１９ｃ２と、保持部１９ｃ３とから構成されている。導入部１９ｃ１は、テーパー状に形成されたセンサホルダ１９の内面の、大径側端部において開放し、この開放位置から小径側へ向かって軸方向に延び、センサホルダ１９の小径側端部に到る手前で止まっている。締め込み部１９ｃ２は、導入部１９ｃ１の小径側端部に連なり、当該端部位置を始点としてセンサホルダ１９の小径側にやや傾きながら周方向に約１／４円弧程度延びている。保持部１９ｃ３は、締め込み部１９ｃ２の終端を大径側へ少しだけ凹ませた形状とされている。

センサホルダ１９の係合溝１９ｃに外装樹脂１４の係合突起１４ｃを係合させるには、図６（ａ）に示すように、係合突起１４ｃを係合溝１９ｃの導入部１９ｃ１の始点位置（開放位置）から挿入し、センサホルダ１９内面の小径側へ向けて軸方向に移動させる（図６（ａ），（ｂ）の矢印ａ参照）。そして、係合突起１４ｃが導入部１９ｃ１の終端に到ると、外装樹脂１４を回転させることによって係合突起１４ｃを締め付け部１９ｃ２に沿って周方向に移動させる（図６（ａ），（ｂ）の矢印ｂ参照）。外装樹脂１４は、係合突起１４ｃが締め付け部１９ｃ２を通る過程で締め付け部１９ｃ２の傾斜によりセンサホルダ１９の小径側へ押し込まれ、当該内面に強く圧接される。その後、係合突起１４ｃが締め付け部１９ｃ２の終端から保持部１９ｃ３内に入り込むことによって、外装樹脂１４の軸方向の移動が規制されるとともに回り止めがなされる。

したがって、本実施の形態においても、センサホルダ１９に外装樹脂１４を密着させた状態で外装樹脂１４の軸方向への移動を規制することができ、センサホルダ１９に対する温度センサ１０の外れを防止するとともに、センサホルダ１９と温度センサ１０との間に水分が浸入するのを防止することができる。

本発明は、前記実施の形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。
例えば、センサホルダ１９は金属製に限られず、外装樹脂１４よりも線膨張係数が高い硬質合成樹脂等により形成することができる。
また、本発明のセンサ組立体１のセンサ１０は、温度センサに限定されず、例えば、ＬＥＤやフォトダイオード等の光学素子を用いて液体の表面位置を検出する液面センサや、その他のセンサにも適用することができる。特に、本発明は、温度変化が激しい環境で使用されるセンサに好適に適用することができる。

１ センサ組立体
１０ 温度センサ
１３ センサ素子
１４ 外装樹脂
１４ａ 雄ねじ（係合部）
１４ｂ 頭部
１４ｃ 係合突起（係合部）
１９ センサホルダ
１９ａ 雌ねじ（被係合部）
１９ｃ 係合溝（被係合部）

Claims (6)

1. 被測定物（１７）に固定される筒形状のセンサホルダ（１９）と、
   センサ素子（１３）を外装樹脂（１４）により包囲することによって構成され、前記センサホルダ（１９）の内部に着脱可能に取り付けられるセンサ（１０）とを備え、
   前記センサホルダ（１９）の内面には被係合部（１９ａ、１９ｃ）が設けられ、
   前記外装樹脂（１４）の外面には、前記被係合部（１９ａ，１９ｃ）に係脱可能に係合して、当該外面を前記センサホルダ（１９）の内面に密着させるとともに当該センサホルダ（１９）に対する前記センサ（１０）の軸方向への移動を規制する係合部（１４ａ，１４ｃ）が設けられていることを特徴とするセンサ組立体。
2. 前記被係合部（１９ａ）が雌ねじであり、
   前記係合部（１４ａ）が、前記雌ねじ（１９ａ）に螺合する雄ねじである請求項１に記載のセンサ組立体。
3. 前記雌ねじ（１９ａ）及び雄ねじ（１４ａ）がテーパーねじである請求項２に記載のセンサ組立体。
4. 前記外装樹脂（１４）には、ねじ回し工具の当たり面（１４ｂ）が形成されている請求項２又は３に記載のセンサ組立体。
5. 前記外装樹脂（１４）には、低熱膨張性のフィラーが添加されている請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ組立体。
6. 前記センサホルダ（１９）の軸方向両端が開放している請求項１〜５のいずれかに記載のセンサ組立体。

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