JP2020134506A - 温度センサおよび温度センサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、水位を検知するセンサと水温を検知するセンサとが一体化された水位−温度検知センサが開示されている。この水位−温度検知センサは、水位センサを構成する一対の電極と、一対の電極を保持するホルダと、を備える。水位センサの一方の電極は中空構造を有しており、温度センサを構成するサーミスタがこの中空部分に内蔵される。この構成を採用することにより、水位センサと温度センサとの一体化を可能にする。
本発明は付加要素としての導線を効率よく温度センサに接続できる温度センサを提供することを目的とする。
温度検知要素は、感熱体と、感熱体に電気的に接続される一対の第1電線を有するセンサ素子と、センサ素子を収容する保護管と、を備える。
付加要素は、保護管との電気的な接続および保護管との嵌合による組み付けを担う端子と、端子に電気的に接続される第2電線と、を備える付加要素と、を備える。
本発明における端子には、保護管または第1電線の側方から保護管または第1電線のいずれかを通過可能に形成された通路を備える、ことを特徴とする。
第1ステップは、端子を、第1電線に対して通路の位置が合うように端子を配置する。
第2ステップは、端子の嵌合部の中に第1電線が進入するまで保護管と端子を接近させる。
第3ステップは、端子を保護管における所定位置まで保護管の軸線方向に移動させる。
温度センサ1は、図1および図2に示すように、付加要素10と温度検知要素20とが組み付けられて構成される。
[付加要素10]
付加要素10について、図1から図3を参照して説明する。
付加要素10は、図1、図2および図3に示すように、温度検知要素20との電気的な接続および温度検知要素20への組み付けを担う端子11と、端子11に電気的に接続される第2電線19と、を備える。付加要素10は、例えば接地用の導線として用いることができるし、水位検知用の電極として用いることができる。水位検知用の電極として用いる場合には、もう一つの電極が必要になる。なお、付加要素10の用途はこれらに限るものではない。
嵌合空隙13は、温度検知要素20の外形に整合するように、円形の形状を有する。
ただし、この通路15の位置は製造工程の観点から好ましいものにすぎず、本発明においては通路15を端子11の前端に設けることもできる。
第2電線19は、接続部16を介して端子11に接続される。具体的には、第2電線19の露出する芯線19Aの先端にスプライス端子19Cを取り付け、このスプライス端子19Cを例えば溶接することで、芯線19Aは芯線接続部17に電気的に接続される。また、芯線接続部17より後方の被覆固定部18においては、折り曲げられた圧着片18A,18Bにより第2電線19の絶縁被覆19Bが圧着され、第2電線19は端子11に固定される。
次に、温度検知要素20について説明する。
温度検知要素20は、図1、図2および図4に示すように、センサ素子21と、センサ素子21の主要部を収容する保護管31と、センサ素子21と保護管31の間を埋める充填体41と、を備える。
センサ素子21は、感熱体23と、感熱体23の周囲を覆うガラス製の保護層25と、感熱体23に電気的に接続される一対の引出線27,27と、引出線27,27のそれぞれに接続されるリード線29,29と、を備える。引出線27,27とリード線29,29により一対の第1電線が構成される。なお、温度検知要素20において、感熱体23が設けられる側を前(F20)と定義し、リード線29が引き出される側を後(B20)と定義する。ただし、この定義は相対的なものとする。
感熱体23は、例えば、サーミスタを用いることが好ましい。サーミスタはthermally sensitive resistorの略称であり、温度によって電気抵抗が変化することを利用して温度を測定する金属酸化物である。
サーミスタは、NTC(negative temperature coefficient)とPTC(positive temperature coefficient)に区分されるが、感熱体23にはいずれのサーミスタをも使用できる。
また、PTCサーミスタとして典型的なペロブスカイト構造を有する複合酸化物、例えばYCrO3を基本構成とする酸化物焼結体を感熱体23に用いることができる。
ガラス製の保護層25は、感熱体23を封止して気密状態に保持することによって、環境条件に基づく感熱体23の化学的、物理的変化の発生を防止するとともに、感熱体23を機械的に保護する。ガラス製の保護層25は、感熱体23の全体に加えて引出線27,27の前端を覆い、引出線27,27を封着する。
なお、ガラス製の保護層25を設けることは、本実施形態において好ましい例にすぎず、保護層25を設けることは任意である。
引出線27,27は、図示を省略する感熱体23の電極に電気的に接続される。
引出線27,27は、保護層25により封着されるため、線膨張係数がガラスと近似す
るジュメット線が用いられる。なお、ジュメット線は、鉄とニッケルを主成分とする合金を導体(芯線)として用い、そのまわりを銅で被覆した導線である。引出線27,27は、導体が剥き出しとされているため、水分が進入すると短絡のおそれがある。
リード線29,29は、図2(a)に示すように、導体からなる芯線29A,29Aと、芯線29A,29Aを覆う絶縁被覆29B,29Bと、を備える。リード線29,29は、芯線29A,29Aの部分で引出線27,27と溶接、導電性接着剤などにより電気的に接続される。
保護管31は、図1、図2および図4に示すように、センサ素子21をその前端からリード線29,29に亘って覆う金属材料、特に測定対象である水に曝されることからステンレス鋼から構成されるのが好ましい。保護管31は、内部に収容されるセンサ素子21を周囲の環境から保護することに加えて、周囲の環境の温度を迅速に内部に伝えるために、高い熱伝導性を有する金属材料から構成される。
保護管31は後端31Bから前端31Aに向けて段階的に径が細く形成されており、径の最も細い前端31Aの側の内部にセンサ素子21の感熱体23が配置される。
貯水槽WTを有する機器に設置するときは、温度センサ1は、貯水槽WTの内側INと外側OUTとの仕切りPに、前端面37Aが接しながら、押えリング37が固定される。押えリング37は、貯水槽WTの外側OUTにおいて、仕切りPに固定される。また、温度センサ1は、付加要素10の端子11が押えリング37の後端面37Bに面で接しながら、保護管31に固定される。
このように、押えリング37は、仕切りPに対する温度センサ1の位置決めの機能と、保護管31に対する端子11の位置決めの機能を担う。
充填体41は、センサ素子21と保護管31の間の隙間を埋めることで、センサ素子21を保護管31の内部に支持する。充填体41は、例えばエポキシ樹脂からなり、センサ素子21との間が接着力を有して接合されるとともに、保護管31の内壁との間が接着力を有して接合される。これにより、保護管31の内部には水の進入経路ができにくくなる。
充填体41は、保護管31の前端31Aから所定の範囲まで設けられている。
温度センサ1は、付加要素10と温度検知要素20を組み付けることで製造される。この温度センサ1を製造する手順を図5および図6を参照して説明する。なお、図5および図6は、組み付けの手順の説明に必要のない要素の記載を省いている。
この組み付けは、端子11をリード線29,29に対して位置決めする第1ステップと、リード線29,29を端子11の嵌合空隙13に進入させる第2ステップと、端子11を移動させて押えリング37に突き当てる第3ステップと、を備える。
第1ステップは、図5(a)に示すように、温度検知要素20のリード線29,29に対して端子11の通路15の位置が合うように、付加要素10と温度検知要素20を位置決めする。この位置決めは、保持環14の一端14Bと他端14Cの範囲内にリード線29,29が収まることを意味する。前述したように、通路15の寸法L15は、リード線29,29の寸法L29よりも十分に大きい。したがって、リード線29,29を無理なく通路15を通過させることができる。
通路15に対するリード線29,29の位置決めがなされると、次に、付加要素10と温度検知要素20を接近させる。この接近は、図5(b)に示すように、端子11の嵌合空隙13の中にリード線29,29が進入されるまで行われる。この時点では、図6(a)に示すように、端子11は保護管31から軸線方向C20に離れている。
端子11の嵌合空隙13の中にリード線29,29を進入させた後に、端子11を保護管31に向けて移動させる。移動は、図6(b)に示すように、端子11の嵌合部12が保護管31に嵌合され、かつ、嵌合部12が押えリング37の後端面37Bに突き当たるまで行われる。嵌合部12が後端面37Bに突き当たった後に、軸線方向C20の力を圧着片14Aに加えることで、圧着片14Aを保護管31の外周面に圧着させる。圧着させるには、円環状の治具を押えリング37に向けて押し付ければよい。そうすれば、端子11の押えリング37に向けた移動と端子11の保護管31への固定を、治具の押し付けという一つの動作で行うことができる。
以上の各ステップを経て作製される温度センサ1は、以下の効果を奏する。
温度センサ1は、保護管31に端子11の嵌合部12を嵌合させ、かつ、圧着片14Aを保護管31に圧着させるという、簡易な工程を経て作製される。
10,50,60 付加要素
11 端子
12 嵌合部
12A 接続面
13 嵌合空隙
14 保持環
14A 圧着片
15 通路
16 接続部
17 芯線接続部
18 被覆固定部
18A,18B 圧着片
19 第2電線
19A 芯線
19B 絶縁被覆
20 温度検知要素
21 センサ素子
23 感熱体
25 保護層
27 引出線(第1電線)
29 リード線(第1電線)
29A 芯線
29B 絶縁被覆
31 保護管
31A 前端
31B 後端
33 収容室
35 フランジ
37 押えリング
37B 後端面
37A 前端面
41 充填体
WT 貯水槽
P 仕切り
Claims (6)
- 感熱体と、前記感熱体に電気的に接続される一対の第1電線を有するセンサ素子と、前記センサ素子を収容する保護管と、を備える温度検知要素と、
前記保護管との電気的な接続および前記保護管との嵌合による組み付けを担う端子と、前記端子に電気的に接続される第2電線と、を備える付加要素と、を備え、
前記端子には、
前記保護管または前記第1電線の側方から前記保護管または前記第1電線のいずれかを通過可能に形成された通路が設けられている、
ことを特徴とする温度センサ。 - 前記通路は、前記端子が嵌合される位置における前記保護管の寸法よりも狭い、
請求項1に記載の温度センサ。 - 前記通路は、
前記付加要素において第2電線が引き出される向きと交差する向きに設けられる、
請求項1または請求項2に記載の温度センサ。 - 前記端子は、
前記通路を除いて、前記保護管を取り囲む嵌合部を備え、
前記嵌合部は、前記保護管に対向する内周面に、前記保護管に向けて突き出す単数または複数の圧着片を備え、
前記圧着片が、前記保護管に圧着されることで、前記端子が前記保護管に固定される、
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の温度センサ。 - 前記保護管は、
前記保護管を機器に固定するために前記機器に押し付けられる押えリングを備え、
前記押えリングは、
前記機器に接触する前端面と、前記前端面と対向する後端面とを備え、
前記端子は、
前記後端面に面で接触する、
請求項1に記載の温度センサ。 - 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の温度センサの製造方法であって、
前記端子は、前記通路を除いて、前記保護管を取り囲む嵌合部を備え、
前記端子を、前記第1電線に対して前記通路の位置が合うように前記端子を配置する第1ステップと、
前記端子の前記嵌合部の中に前記第1電線が進入するまで前記保護管と前記端子を接近させる第2ステップと、
前記端子を前記保護管における所定位置まで前記保護管の軸線方向に移動させる第3ステップと、
を備える温度センサの製造方法。
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