JP2017049132A

JP2017049132A - 温度センサ

Info

Publication number: JP2017049132A
Application number: JP2015172891A
Authority: JP
Inventors: 外雄高橋; Sotoo Takahashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2017-03-09

Abstract

【課題】サーミスタ素子の還元劣化による検出精度の低下を防ぐことができ、且つ生産性に優れた温度センサを提供すること。【解決手段】温度センサは、サーミスタ素子２と、サーミスタ素子２に接続された一対の信号線３１を内側に挿通保持するシースピン３と、サーミスタ素子２を覆うと共にシースピン３の先端部に接合された金属製のカバー４と、を有する。シースピン３は、一対の信号線３１と、一対の信号線３１を挿通保持する絶縁材３２と、絶縁材３２の外周を覆う内筒管３３と、内筒管３３の外周面に密着した外筒管３４と、を有する。内筒管３３の外周面３３１と外筒管３４の内周面３４１との少なくとも一方には、軸方向における内筒管３３及び外筒管３４の全長にわたって連続した切欠部３５が形成されている。切欠部３５は、内筒管３３と外筒管３４との間において、シースピン３の先端側と基端側とを連通する通気路３５１を構成している。【選択図】図２

Description

本発明は、サーミスタ素子を用いた温度センサに関する。

例えば、自動車エンジン等の内燃機関の排気系等に配置され、排気ガス等の温度を測定する温度センサとして、感温素子にサーミスタ素子を用いたものがある。かかる温度センサは、サーミスタ素子に接続された一対の信号線を内側に挿通保持するシースピンと、サーミスタ素子を覆うと共にシースピンの先端部に接合された金属製のカバーとを有する。この種の温度センサは、高温雰囲気下で使用されることにより、カバーの外側面のみならず内側面も急速に酸化することがある。カバーの内側面が酸化すると、カバー内空間の酸素が著しく減少する。その結果、サーミスタ素子が還元劣化し、検出精度が低下するおそれがある。

これを防ぐために、カバー内に空気（酸素）を導入することができる通気経路を有する温度センサが提案されている（特許文献１）。この温度センサは、シースピンの外殻であるシースパイプを二重管構造とすると共に、二重管の内側管と外側管との間に隙間を設けている。この隙間を、シースピンの軸方向の先端と基端とを連通する通気経路としている。具体的には、内側管と外側管との間に金属線をスペーサとして介在させて、外側管を部分的に変形させることにより、内側管と外側管との間に通気経路を形成している。あるいは、内側管を多角柱形状とすることで、円筒形状の外側管との間に通気経路を形成している。

特開２００５−０１６９８２号公報

しかしながら、上記温度センサは、生産性に欠けるという課題がある。すなわち、外側管を部分的に変形させる場合、外側管の外形の精度を保ちにくい。また、内側管を多角柱とする場合も、外側管の外形精度を保ちにくい。それゆえ、いずれの場合においても、シースピンを効率的に作製することが困難であり、温度センサの生産性を高めることは困難である。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、サーミスタ素子の還元劣化による検出精度の低下を防ぐことができ、且つ生産性に優れた温度センサを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、サーミスタ素子と、
該サーミスタ素子に接続された一対の信号線を内側に挿通保持するシースピンと、
上記サーミスタ素子を覆うと共に上記シースピンの先端部に接合された金属製のカバーと、を有し、
上記シースピンは、上記一対の信号線と、該一対の信号線を挿通保持する絶縁材と、該絶縁材の外周を覆う内筒管と、該内筒管の外周面に密着した外筒管と、を有し、
上記内筒管の外周面と上記外筒管の内周面との少なくとも一方には、軸方向における上記内筒管及び上記外筒管の全長にわたって連続した切欠部が形成されており、該切欠部は、内筒管と外筒管との間において、上記シースピンの先端側と基端側とを連通する通気路を構成している、温度センサにある。

上記温度センサにおいては、シースピンの先端側と基端側とを連通する通気路が形成されている。これにより、カバーの内側空間に、シースピンの基端側の空間から空気（酸素）を導入することができる。そのため、サーミスタ素子の還元劣化を防止し、検出精度の低下を防ぐことができる。また、通気路は、内筒管及び外筒管のいずれか一方に形成された切欠部によって構成されている。それゆえ、通気路を形成するにあたっては、内筒管の外周面及び外筒管の内周面の少なくとも一方に切欠部を形成すればよい。そのため、特に、内筒管又は外筒管を部分的に変形させる必要はない。さらに、外筒管は内筒管に密着しているため、シースピンの加工の際に、外筒管の形状精度を損ねるおそれがない。その結果、形状精度に優れたシースピンを容易に得ることができ、温度センサの生産性を向上させることができる。

以上のごとく、上記態様によれば、サーミスタ素子の還元劣化による検出精度の低下を防ぐことができ、且つ生産性に優れた温度センサを提供することができる。

実施形態１における、温度センサの軸方向に沿った断面図。実施形態１における、シースピンの軸方向に直交する平面による断面図。実施形態１における、内筒管及び外筒管の側面図。図２における、IV−IV線断面矢視図。実施形態１における、切欠部付近の断面図。実施形態１における、スウェージング加工前の内筒管の内部に、絶縁材ピースを挿入する工程の断面図。実施形態１における、内筒管のスウェージング工程の断面図。図７における、VIII−VIII線断面矢視図。実施形態１における、スウェージング加工前の外筒管の内部に、内筒管を挿入する工程の断面図。実施形態１における、外筒管のスウェージング工程の断面図。図１０における、XI−XI線断面矢視図。実施形態２における、サーミスタ素子付近の断面図。実施形態３における、内筒管及び外筒管の側面図。実施形態４における、シースピンの軸方向に直交する平面による断面図。実施形態５における、切欠部付近の断面図。実施形態５における、シースピンの軸方向に直交する平面による断面図。

（実施形態１）
温度センサの実施形態につき、図１〜図１１を用いて説明する。
本実施形態の温度センサ１は、図１に示すごとく、サーミスタ素子２と、サーミスタ素子２に接続された一対の信号線３１を内側に挿通保持するシースピン３と、サーミスタ素子２を覆うと共にシースピン３の先端部に接合された金属製のカバー４と、を有する。

シースピン３は、図２〜図４に示すごとく、一対の信号線３１と、一対の信号線３１を挿通保持する絶縁材３２と、絶縁材３２の外周を覆う内筒管３３と、内筒管３３の外周面に密着した外筒管３４と、を有する。

内筒管３３の外周面３３１には、軸方向における内筒管３３の全長にわたって連続した切欠部３５が形成されている。
切欠部３５は、内筒管３３と外筒管３４との間において、シースピン３の先端側と基端側とを連通する通気路３５１を構成している。

温度センサ１は、例えば、車両等の排気系に配置される。本明細書においては、温度センサ１の長手方向を、軸方向といい、軸方向においてサーミスタ素子２が設けられた側を先端側といい、その反対側を基端側という。
サーミスタ素子２は、温度によって抵抗値が変化する半導体であり、例えばマンガン、クロム等の酸化物からなる。図１に示すごとく、サーミスタ素子２には、例えば白金又は白金などを基材とした白金合金からなる一対の電極線２１が設けてある。この一対の電極線２１に、それぞれ、シースピン３に保持された一対の信号線３１の先端が接続されている。

図１、図２に示すごとく、シースピン３は、円柱形状を有すると共に、その先端側及び基端側から一対の信号線３１を突出させている。シースピン３の外殻を構成する内筒管３３と外筒管３４とは円筒形状を有する二重管構造を有している。内筒管３３及び外筒管３４は、例えば、ステンレス鋼等の金属からなる。内筒管３３の内側には、一対の信号線３１と共に絶縁材３２が充填されている。一対の信号線３１は、互いの間の絶縁及び内筒管３３との間の絶縁が図られた状態で、絶縁材３２に保持されている。一対の信号線３１は、例えばステンレス等の金属線からなる。また、絶縁材３２は、例えばマグネシア等の紛体からなる。

サーミスタ素子２は、その先端側から、例えばステンレス鋼からなるカバー４によって覆われている。カバー４は、シースピン３の先端部にその外周側から嵌合している。そして、カバー４は、外筒管３４に溶接されている。また、シースピン３の基端から突出した一対の信号線３１の基端部は、接続部材５を介して、一対のリード線６と電気的に接続されている。リード線６は、導体線を絶縁被覆材によって被覆してなる被覆導線からなる。

温度センサ１は、シースピン３の基端側の一部を内側に配置するように形成された円筒状の保護チューブ１１を有する。保護チューブ１１の先端部には、シースピン３を外周から保持するリブ１３が固定されている。また、保護チューブ１１の外周には、温度センサ１を車両の排気管等の被測定箇所に取り付けるためのニップル１４が配設されている。

保護チューブ１１内において、シースピン３の基端側には、例えばセラミックからなる保持部材１５と、円筒状の金属製のスペーサ１６が配設されている。また、スペーサ１６の基端側には、保護チューブ１１と一対のリード線６との間の隙間を塞ぐゴムブッシュ１７が配置されている。ゴムブッシュ１７は、保護チューブ１１によってかしめられている。そして一対のリード線６は、ゴムブッシュ１７を介して保護チューブ１１の基端側へ引き出されている。

保護チューブ１１の内側には、リブ１３とゴムブッシュ１７とにより塞がれたチューブ内空間１１１が形成されている。そして、シースピン３の基端面は、チューブ内空間に配されている。なお、チューブ内空間１１１には、リード線６の内部の隙間、すなわち絶縁被覆材の内側における導体線の間の小さな隙間を通じて、外部から空気（酸素）を導入することができる。

シースピン３は、図２に示すごとく、内筒管３３の外周面３３１に、切欠部３５が形成されている。切欠部３５は、図３、図４に示すごとく、軸方向における内筒管３３の全長にわたって直線状に連続して形成されている。切欠部３５は、内筒管３３の外周面から溝状に切り欠かれた形状を有する。この溝状の切欠部３５の、軸方向に直交する平面による断面形状は、特に限定されるものではなく、例えば、図５（ａ）に示すような略長方形状、図５（ｂ）に示すような略三角形状、図５（ｃ）に示すような略半円形状等、種々の形状とすることができる。

本実施形態において、切欠部３５の深さは、図５に示すごとく、内筒管３３の肉厚の半分以下としている。切欠部３５の深さ及び幅は、それぞれ、例えば０．０５〜０．１ｍｍ程度とすることができる。そして、内筒管３３の外周側に重なるように配された外筒管３４の内周面によって、切欠部３５の外周側が塞がれることにより、図２、図４に示すごとく、通気路３５１が形成されている。これにより、通気路３５１は、シースピン３の先端から基端まで、連続して形成される。そして、シースピン３の先端面は、カバー４の内側に面し、シースピン３の基端面は、保護チューブ１１のチューブ内空間１１１に面している。それゆえ、通気路３５１を介してカバー４の内側空間は、チューブ内空間１１１と連通している。つまり、チューブ内空間１１１から通気路３５１を介してカバー内空間４１に空気（酸素）が導入されるようになっている。

次に、本実施形態のシースピン３の製造方法につき、説明する。
まず、図６に示すごとく、後述するスウェージング加工前の内筒管３３の内部に、略円柱状に形成された絶縁材ピース３２０を挿入する。絶縁材ピース３２０は、例えばマグネシア等からなる。絶縁材ピース３２０は、内筒管３３の両端面まで挿入される。絶縁材ピース３２０は、軸線方向に向かって、一対の信号線３１を挿入するための貫通穴３２１を一対有する。各貫通穴３２１に各信号線３１を挿通しながら、内筒管３３の内側に絶縁材ピース３２０を挿入する。

内筒管３３は、図７、図８に示すごとく、ダイス穴７１を有するダイス７を用いて、スウェージング加工を行う。スウェージング加工は、内筒管３３を所定の径まで細くするために、ダイス穴７１の内径が異なる複数のダイス７を用いる。ここで、スウェージング加工の最後に用いられるダイス７には、ダイス穴７１に向って突出する突起７２が設けられている。これにより、スウェージング加工の際に、内筒管３３の外周面３３１の一部に、切欠部３５を形成することができる。

以上により、一対の信号線３１と、一対の信号線３１を挿通保持する絶縁材３２とを内側に配置した内筒管３３が形成される。そして、内筒管３３の外周面３３１には、切欠部３５が形成されている。

次に、図９に示すごとく、一対の信号線３１と絶縁材３２とを内側に配した内筒管３３を、外筒管３４の内部に挿入する。内筒管３３の軸方向の両端が、外筒管３４の軸方向両端と一致するように、内筒管３３を外筒管３４に挿入する。そして、内筒管３３を内側に配した外筒管３４を、図１０、図１１に示すごとく、ダイス７０を用いてスウェージング加工を行う。これにより、内筒管３３と外筒管３４とが密着した状態で、所望の外径のシースピン３が得られる。そして、通気路３５１は、内筒管３３の外周面３３１と、外筒管３４の内周面３４１との間に形成される。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記温度センサ１において、シースピン３の先端側と基端側とを連通する通気路３５１が形成されている。これにより、カバー４の内側空間に、シースピン３の基端部の空間から空気（酸素）を導入することができる。そのため、サーミスタ素子の還元劣化を防止し、検出精度の低下を防ぐことができる。

また、通気路３５１は、内筒管３３に形成された切欠部３５によって構成されている。それゆえ、通気路３５１を形成するにあたっては、内筒管３３の外周面３３１に切欠部３５を形成すればよい。そのため、特に、内筒管３３を部分的に変形させる必要はない。

さらに、外筒管３４は内筒管３３に密着しているため、シースピン３の加工の際に、外筒管３４の形状精度を損ねるおそれがない。その結果、形状精度に優れたシースピン３を容易に得ることができ、温度センサ１の生産性を向上させることができる。

以上のごとく、本実施形態によれば、サーミスタ素子の還元劣化による検出精度の低下を防ぐことができ、且つ生産性に優れた温度センサ１を提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態の温度センサ１は、図１２に示すごとく、サーミスタ素子２とカバー４との間には、例えば無機接着剤等からなる絶縁性のフィラー４２が充填されている。具体的には、カバー内空間４１に、フィラー４２が充填されている。フィラー４２は、サーミスタ素子２及び信号線３１と共にカバー４内に充填されて硬化しており、これにより、サーミスタ素子２及び信号線３１は、カバー４内に保持されている。

フィラー４２としては、例えばアルミナ等の無機接着剤を用いることができる。
その他は、実施形態１と同様である。なお、実施形態１における符号と同じ符号は、特に示さない限り、同様の構成要素等を示すものであって、先行する説明を参照する。

本実施形態においては、サーミスタ素子２とカバー４との間にフィラー４２が充填されているため、カバー内空間４１の空気体積は減少している。それゆえ、温度センサ１が、高温雰囲気下で使用されたとき、カバー内空間４１の酸素は特に減少しやすい。それゆえ、通気路３５１を設けることにより、サーミスタ素子２の還元劣化を防止し、検出精度の低下を回避することができる。また、絶縁性のフィラー４２が充填されていることにより、仮に車両振動や外部からの衝撃が与えられたとしても、サーミスタ素子２、電極線２１及び信号線３１が、フィラー４２に保持固定されているため、サーミスタ素子２、信号線３１等の構成部材の破損を回避することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施形態３）
本実施形態の温度センサ１は、図１３に示すごとく、螺旋状の切欠部３５を有する。すなわち、切欠部３５は、内筒管３３の外周面３３１において、内筒管３３の一端から他端へ向かうにつれて周方向に移動するように螺旋状に形成されている。この螺旋状の切欠部３５が、軸方向における内筒管３３の全長にわたって連続して形成されている。このような螺旋状の切欠部３５は、シースピン３のスウェージング加工の際に、ダイス７０に対してシースピン３を周方向に回転させながら、軸方向に移動させることにより、内筒管３３の外周面３３１に形成することができる。

その他は、実施形態１と同様の構成を有し、同様の作用効果を有する。なお、先行する実施形態における符号と同じ符号は、特に示さない限り、同様の構成要素等を示すものであって、先行する説明を参照する。

（実施形態４）
本実施形態の温度センサ１は、図１４に示すごとく、外筒管３４の内周面３４１に、切欠部３５を形成してなる。切欠部３５は、内筒管３３と外筒管３４との間において、シースピン３の先端側と基端側とを連通する通気路３５１を構成している。

その他は、実施形態１と同様である。なお、実施形態１における符号と同じ符号は、特に示さない限り、同様の構成要素等を示すものであって、先行する説明を参照する。

上記温度センサ１において、通気路３５１は、外筒管３４に形成された切欠部３５によって構成されている。それゆえ、通気路３５１を形成するにあたっては、外筒管３４の内周面３４１に切欠部３５を形成すればよい。そのため、特に、外筒管３４を部分的に変形させる必要はない。
その他、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施形態５）
本実施形態の温度センサ１は、図１５、図１６に示すごとく、内筒管３３の外周面３３１の一部を平坦面に切り欠いた切欠部３５を形成してなる。この平坦な切欠部３５が、内筒管３３の軸方向の全長にわたって形成されている。そして、図１６に示すごとく、外筒管３４の内周面３４１と内筒管３３の平坦な切欠部３５との間に通気路３５１が形成されている。

その他は、実施形態１と同様である。なお、実施形態１における符号と同じ符号は、特に示さない限り、同様の構成要素等を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施形態の場合においても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。また、上記の実施形態を適宜組み合わせた形態とすることもできる。
例えば、切欠部３５は一カ所だけでなく、円周方向に複数設けることができる。

１温度センサ
２サーミスタ素子
３シースピン
３１信号線
３２絶縁材
３３内筒管
３３１外周面
３４外筒管
３４１内周面
３５切欠部
３５１通気路
４カバー

Claims

サーミスタ素子（２）と、
該サーミスタ素子に接続された一対の信号線（３１）を内側に挿通保持するシースピン（３）と、
上記サーミスタ素子を覆うと共に上記シースピンの先端部に接合された金属製のカバー（４）と、を有し、
上記シースピンは、上記一対の信号線と、該一対の信号線を挿通保持する絶縁材（３２）と、該絶縁材の外周を覆う内筒管（３３）と、該内筒管の外周面（３３１）に密着した外筒管（３４）と、を有し、
上記内筒管の外周面と上記外筒管の内周面（３４１）との少なくとも一方には、軸方向における上記内筒管及び上記外筒管の全長にわたって連続した切欠部（３５）が形成されており、該切欠部は、内筒管と外筒管との間において、上記シースピンの先端側と基端側とを連通する通気路（３５１）を構成している、温度センサ（１）。
上記切欠部は、上記内筒管の外周面に形成されており、上記切欠部と上記外筒管の内周面との間に上記通気路が形成されている、請求項１に記載の温度センサ。
上記サーミスタ素子と上記カバーとの間には、絶縁性のフィラー（４２）が充填されている、請求項１又は請求項２に記載の温度センサ。