JP3588897B2

JP3588897B2 - 積層型温度センサ

Info

Publication number: JP3588897B2
Application number: JP04807896A
Authority: JP
Inventors: 松雄深谷; 正道柴田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-02-09
Filing date: 1996-02-09
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2016-02-09
Also published as: JPH09218111A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，自動車の排ガス等の温度を検出する積層型温度センサに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来，積層型温度センサとしては，例えば，図８に示すごとく，積層素子９１の感温部９１１を取付用ハウジング９２から突出させて，該感温部９１１を検査対象９９に近接させて温度を測定するものがある（特願平６─２３４３８６号公報）。
積層素子９１は，取付用ハウジング９２に対して，セメント９３により固定されている。積層素子９１は，感温部９１１の情報を取り出すためのリード線５３と接続している。リード線５３は，取付用ハウジング９２に対して，ブッシュ９６により固定されている。
【０００３】
取付用ハウジング９２は，アルミナからなる碍子成形体である。取付用ハウジング９２の先端には，積層素子９１の感温部９１１を突出させる挿通孔９２０が設けられている。また，挿通孔９２０の先端部の凹部９２５には，積層素子９１の突出部分９１８を保護するための保護カバー９７が取り付けられている。
リード線５３は，取付用ハウジング９２を固定するフランジ９５と平行方向に引き出されている。尚，図８において，符号９５１は，固定具である。
【０００４】
上記積層型温度センサ９においては，感温部９１１は，取付用ハウジング９２から突出した積層素子９１の突出部分９１８に設けている。そのため，感温部９１１が検査対象９９に直接接触する。それ故，検査対象の温度を正確に測定することができる。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の積層型温度センサにおいては，以下の問題がある。
即ち，取付用ハウジング９２は碍子成形体であるため耐振動性が弱い。そのため，上記積層型温度センサを自動車等の振動の激しい環境において用いる場合に，碍子ワレ，カケによる破損が生じるおそれがある。また，取付ハウジング９２を強固に取付けることができないため，ゆるみ，ガタが発生するおそれがある。
【０００６】
また，リード線５３は，フランジ９５と平行方向に引き出されている。そのため，リード線５３は，フランジ９５を隔てた検査対象９９と近接する。それ故，検査対象９９が高温である場合には，フランジ９５の熱によりリード線５３が劣化してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明はかかる従来の問題点に鑑み，耐振動性に優れ，またリード線の熱損傷を防止できる積層型温度センサを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
請求項１に記載の発明は、感温部を設けた長板状の積層素子と、上記感温部を外方に突き出した状態で積層素子の外周を覆う金属製の筒状プロテクタと、該筒状プロテクタの内部に積層素子を固定するよう充填した無機接着剤と、積層素子より出力を取り出すリード線と、該リード線を積層素子の感温部とは反対側に積層素子の軸方向に沿って挿通させると共に上記筒状プロテクタに対して固定されたブッシュとよりなる積層型温度センサであって、
上記筒状プロテクタは、積層素子の外方に位置する本体部と、上記感温部を突き出す先端孔を設けた底部と、上記本体部の上方において上記ブッシュを嵌め込む嵌合部と、上記本体部からその底部の方向に向かって傾斜縮小するテーパ筒部とを有してなり、
上記筒状プロテクタの先端孔は、積層素子における少なくとも上記先端孔より突出した突出部分と同じ形状を有すると共に、上記先端孔と上記突出部分とは接触状態にあることを特徴とする積層型温度センサである。
【０００９】
本発明において最も注目すべきことは，積層素子の外周を金属製の筒状プロテクタにより覆うこと，積層素子の感温部とは反対側に該積層素子の軸方向に沿ってリード線を引き出したこと，更には，筒状プロテクタに，先端孔を有する底部を設けたことである。
【００１０】
次に，本発明の作用効果について説明する。
本発明においては，積層素子の外周は，上記突出部分を除いて，無機接着剤を介して金属製の筒状プロテクタにより覆われている。そのため，振動の激しい環境においても薄板状の積層素子が折損することはない。それ故，積層型温度センサの耐振動性が向上する。
【００１１】
また，リード線を積層素子の感温部とは反対側に積層素子の軸方向に沿って引き出している。そのため，リード線は，感温部から遠方に引き出されることになる。それ故，リード線が検査対象から離れた位置に配置され，リード線の熱損傷を防止することができる。
【００１２】
また，先端孔は，積層素子の突出部分と同じ形状を有し，かつ両者は接触状態にある。そのため，先端孔と上記突出部分との間には，殆ど間隙はない。それ故，積層素子を筒状プロテクタの中に入れ，かつ硬化前の無機接着剤の中を通して先端孔に挿通する際に，筒状プロテクタ内の無機接着剤が，先端孔から外部へ漏出することがない。従って，無機接着剤の充填量の減少を防止でき，予め筒状プロテクタ内へ入れておく無機接着剤の量管理の制御を正確に行うことができる。また，上記先端孔と積層素子の突出部分とは上記のように接触状態にあるため，先端孔からの湿気の浸入も少なく，耐久性も高い。
【００１３】
以上のように，本発明によれば，耐振動性に優れ，またリード線の熱損傷を防止できる，積層型温度センサを提供することができる。
【００１４】
上記筒状プロテクタは、上記本体部からその底部の方向に向かって傾斜縮小するテーパ筒部を有することが好ましい。これにより、テーパ筒部においては、筒状プロテクタと積層素子との間における無機接着剤の充填密度が増大する。それ故、テーパ筒部においては、積層素子の保持力が一層高まり、耐振動性が高まる。
【００１５】
また，筒状プロテクタに積層素子を挿入する際に，テーパ筒部は，積層素子が先端孔に向かって挿通するよう積層素子をガイドする。そのため，無理な力を加えずに，積層素子を筒状プロテクタに組付けることができ，組付け性が高くなる。更に，そのため，積層素子が損傷したり欠損したりするするおそれもない。
【００１６】
次に、請求項２に記載のように、上記筒状プロテクタは、その底部が平坦状であり、該底部と上記テーパ筒部との間には、本体部よりも小さい径のガイド部を有していることが好ましい（図１）。これにより、積層素子を筒状プロテクタに挿入する際に、ガイド部が積層素子を挿通方向に導く。それ故、積層素子の先端孔への挿通を更に容易に行うことができる。
【００１７】
また、請求項３に記載のように、上記筒状プロテクタの本体部と底部との間は、上記テーパ筒部によって直接連結することが好ましい（図６）。これにより、先端孔への積層素子の挿通が一層容易となると共に、積層素子とテーパ筒部との間の無機接着剤による固定力が向上する。
【００１８】
また、上記無機接着剤は、上記積層素子の上端の位置まで、積層素子を覆っていることも良い。これにより、無機接着剤が、出力取出部を有する積層素子の上端を保護することになり、振動の際に出力取出部が積層素子から外れるおそれもない。このため、積層素子の耐振動性がより高くなる。また、リード線に引張力等の外力が加わった場合にも、積層素子まで外力が及ばない。そのため、積層素子とリード線との接続信頼性が向上する。
【００１９】
次に、請求項４に記載のように、上記嵌合部と上記ブッシュとの間には、積層素子を筒状プロテクタに挿入する際には空気抜け可能な嵌合隙間が設けられており、挿入終了後には口元かしめを施して閉止してあり、上記口元かしめ前における、筒状プロテクタの嵌合部の内径Ｄ₁とブッシュの外径ｄとの間には、０．５≦ｄ／Ｄ₁≦０．９の関係が成立することが好ましい。この嵌合間隙は、積層素子及びブッシュの挿入の際に、筒状プロテクタの内部に入っている空気の逃げ道となる。
そのため、積層素子及びブッシュの挿入時における、筒状プロテクタの内部圧の上昇を抑制でき、先端孔から無機接着剤が押し出されるおそれもない。また、積層素子の挿入完了時点近くにおけるブッシュの筒状プロテクタへの組付けもスムーズに行うことができる。
【００２０】
また，積層素子の挿入完了後には，筒状プロテクタに口元かしめを施して，筒状プロテクタとブッシュとの間の嵌合隙間を閉止している。そのため，ブッシュは筒状プロテクタに対して確実に固定される。また，筒状プロテクタ内への湿気浸入を防止することができる。
【００２１】
そして、上記口元かしめ前における、筒状プロテクタの嵌合部の内径Ｄ₁とブッシュの外径ｄとの間には、０．５≦ｄ／Ｄ₁≦０．９の関係が成立することが好ましい。これにより、筒状プロテクタとブッシュとの間の嵌合間隙が、筒状プロテクタの挿入時に空気抜け用の十分な嵌合間隙を提供する。
【００２２】
それ故，筒状プロテクタの内部圧の上昇を抑制でき，先端孔から無機接着剤が漏出するおそれもない。また，ブッシュの筒状プロテクタへの組付けもスムーズに行うことができる。更に，挿入後の口元かしめによって，ブッシュを固定強度も高くなる。
【００２３】
一方，０．５＞ｄ／Ｄ_１の場合には，口元かしめをした後にブッシュが筒状プロテクタから抜け出るおそれがある。ｄ／Ｄ_１＞０．９の場合には，積層素子の挿入時に筒状プロテクタに入った空気の逃げ場がなくなる場合がある。それ故，無機接着剤を先端孔からトコロテンのように押し出して，先端孔から無機接着剤がはみ出すおそれがある。また，ブッシュ側に無機接着剤が這い上がるおそれがある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例に係る積層型温度センサについて，図１〜図５を用いて説明する。
本例の積層型温度センサ８は，図１に示すごとく，感温部２０を設けた長板状の積層素子２と，感温部２０を突き出した状態で積層素子２の外周を覆う金属製の筒状プロテクタ１とを有している。筒状プロテクタ１の内部には，積層素子２を固定するよう無機接着剤３が充填されている。積層素子２には，出力取り出し用のリード線５が接続されている。
筒状プロテクタ１の嵌合部１２には，ブッシュ６が固定されている。ブッシュ６には，感温部２０とは反対側で積層素子２の軸方向に沿って，リード線５が挿通されている。
【００２５】
筒状プロテクタ１は，図１，図３に示すごとく，積層素子２の外方に位置する本体部１９と，感温部２０を突き出す先端孔１１を設けた底部１０とを有している。本体部１９の上方には，ブッシュ６を嵌め込む嵌合部１２を有している。
また，筒状プロテクタ１は，本体部１９から底部１０の方向に向かって傾斜縮小するテーパ筒部１６を有している。
【００２６】
筒状プロテクタ１の底部１０は，平坦状である。底部１０とテーパ筒部１６との間には，本体部１９よりも小さい径のガイド部１５を有している。
筒状プロテクタ１の先端孔１１は，積層素子２における先端孔１１より突出した突出部分２８と同じ形状を有している。先端孔１１と突出部分２８とは，接触状態にある。突出部分２８における積層素子２の断面は，図２に示すごとく，約２．５ｍｍ×１．１ｍｍの長方形である。
【００２７】
嵌合部１２とブッシュ６との間には，図５に示すごとく，積層素子２を筒状プロテクタ１に挿入する際に空気を逃がすための嵌合隙間７が設けられている。嵌合部１２は，図１に示すごとく，積層素子２を筒状プロテクタ１に挿入した後には口元をかしめて閉止部１２２を形成する。
口元かしめ前における筒状プロテクタの嵌合部１２の内径Ｄ_１は，６ｍｍである。ブッシュ６の外径ｄは，４．６ｍｍである。
【００２８】
無機接着剤３は，図１に示すごとく，筒状プロテクタ１の内部に，積層素子２の上端２９の位置まで，積層素子２を覆っている。これにより，積層素子２が筒状プロテクタ１の内部で保持固定される。
【００２９】
筒状プロテクタ１のガイド部１５の外壁には，図１，図２に示すごとく，積層素子２の突出部分２８を覆うよう金属カバー８１が溶接されている。金属カバー８１は，セラミック薄板である積層素子２の突出部分２８を，機械的，熱的な衝撃から保護する。金属カバー８１には，突出部分２８における感温部２０付近に開口する孔８１１を設けている。
筒状プロテクタ１には，自動車の排気管等に取り付けるための取付用フランジ８５が銀ろう付け等により接合されている。
【００３０】
図４に示すごとく，積層素子２における感温部２０の内部には，サーミスタ２１が内蔵されている。サーミスタ２１からリード２１１により引き出された出力（抵抗値の変化）は，積層素子２の他端側の出力取出部２１３，リード線５の先端５１に取り付けた接続端子２１４に伝導される。そして，上記出力は，リード線５を経て，図示しない制御回路へと伝達される。
【００３１】
上記積層型温度センサを製造するに当たっては，図４に示すごとく，まず，アルミナシート２２にＣｒ−Ｚｎ酸化物又はＣｒ−Ｍｎ−Ｙ酸化物からなるサーミスタ２１と，Ｐｔペーストからなるリードパターン２１１とを印刷し，これらの表面にアルミナシート２２を重ねて焼成して，積層素子２を得る。
【００３２】
積層素子２の上端２９におけるアルミナシート２２の両側面には，金属とセラミックとの接合性に優れた活性金属ろうを用いて，板状の出力取出部２１３を接合する。
また，リード線５を，シリコンゴム等よりなるブッシュ６に挿通する。また，リード線５の先端５１を絶縁チューブ２６により被覆する。次いで，リード線５の先端５１を，積層素子２の出力取出部２１３に接続する。
【００３３】
また，筒状プロテクタ１を製造するに当たっては，図５に示すごとく，一般に，厚み０．４〜０．８ｍｍのステンレス鋼板を深絞り加工し，平坦状の底部１０，ガイド部１５及びテーパ筒部１６を形成する。
次いで，図３に示すごとく，筒状プロテクタ１の底部１０を，角ピンでプレス孔明けし，長方形の先端孔１１を形成する。
【００３４】
ガイド部１５の内径Ｄ_２は，図２，図５に示すごとく，積層素子２の対角線長Ｌの１．１〜１．５倍の大きさであることが好ましい。１．１倍未満の場合には，積層素子２のガイド部１５への挿入が困難となるおそれがある。また，１．５倍を越える場合には，ガイド部としての役割を果たさないおそれがある。例えば，ガイド部１５の内径Ｄ_２は３．４ｍｍであり，積層素子２の対角線長Ｌは２．７３ｍｍである。
【００３５】
また，ブッシュを嵌合する嵌合部１２には，図５に示すごとく，積層素子２を筒状プロテクタ１に挿入する際には空気抜け可能な嵌合隙間７を設けておく。嵌合間隙７は，筒状プロテクタ１の内径Ｄ_１とブッシュ６の外径ｄとの差に相当する大きさの間隙を有する。
【００３６】
次いで，筒状プロテクタ１のガイド部１５の外壁に，金属カバー８１を溶接する。また，筒状プロテクタ１の本体部１９に，取付用フランジ８５を銀ろう付け等により接合する。
次いで，筒状プロテクタ１の先端孔１１をゴムグロメット８８により閉塞した状態で，筒状プロテクタ１の内部に，その嵌合部１２から泥状の無機接着剤３を注入する。無機接着剤３は，図１に示すごとく，積層素子を筒状プロテクタ内に挿入した際に，その上面が出力取出部２１３を設けた積層素子２の上端２９の位置まで来るように入れておく。
【００３７】
無機接着剤３としては，泥状のセメント（朝日化学（株）製スミセラム）を用いる。セメントの粘度は約８Ｐａ・ｓである。尚，充填した無機接着剤３が筒状プロテクタ１の先端孔１１から流れ出さないように，上記のごとく栓の役目を果たすゴムグロメット８８により閉塞した状態で無機接着剤３を充填してもよい。また，無機接着剤の粘度を硬め（粘度約８〜１５Ｐａ・ｓ）に調整しておくことが好ましい。
【００３８】
次いで，図１に示すごとく，無機接着剤３を注入した筒状プロテクタ１の中に，積層素子２を挿入すると共にその突出部分２８を上記先端孔１１に挿通する。また，筒状プロテクタ１の嵌合部１２にブッシュ６を嵌合する。次いで，無機接着剤３を加熱し，硬化させる。これにより，無機接着剤３により，筒状プロテクタ１に対して積層素子２を保持，固定する。
次いで，筒状プロテクタ１の嵌合部１２の口元をかしめて，かしめ部１２２を形成する。これにより，上記積層型温度センサ８が得られる。
【００３９】
次に，本例の作用効果について説明する。
本例の積層型温度センサ８においては，図１に示すごとく，積層素子２の外周が，突出部分２８を除いて，無機接着剤３を介して金属製の筒状プロテクタ１により被覆されている。そのため，振動の激しい環境においても積層素子２の折損という不具合が生じることはない。それ故，積層型温度センサ８の耐振動性が向上する。
また，リード線５を積層素子２の感温部２０とは反対側に積層素子２の軸方向に沿って引き出している。そのため，リード線５は，感温部２０を配置する検査対象４から遠方に引き出されることになる。従って，リード線５の熱損傷を防止することができる。
【００４０】
また，図３，図１に示すごとく，筒状プロテクタ１の本体部１９には，底部１０の方向に向かって傾斜縮小するテーパ筒部１６を設けている。そのため，図５に示すごとく，このテーパ筒部１６においては，泥状の無機接着剤３の沈降作用等により，筒状プロテクタ１と積層素子２との間における無機接着剤３の充填密度が増大する。それ故，テーパ筒部１６においては，積層素子２の保持力が一層高まり，耐振動性が高まる。
【００４１】
また，筒状プロテクタ１に積層素子２を挿入する際に，テーパ筒部１６は，積層素子２が先端孔１１に向かって挿通するよう積層素子２をガイドする。そのため，無理な力を加えずに，スムーズに積層素子２を筒状プロテクタ１に組付けることができ，組付け性が高くなる。更に，そのため，積層素子２が損傷したり欠損したりすることがない。
【００４２】
更に，本例においては，筒状プロテクタ１は，その底部１０が平坦状であり，該底部１０とテーパ筒部１６との間には，本体部１９よりも小さい径のガイド部１５を有している。そのため，積層素子２を筒状プロテクタ１に挿入する際に，ガイド部１５が積層素子２を挿通方向に導く。それ故，積層素子２の先端孔１１への挿通を更に容易に行うことができる。
図１に示すごとく，テーパ筒部１６と本体部１９との曲がり角度αが１５〜１２０°の場合に，テーパ筒部１６による上記の効果が特に高くなることが実験的にわかった。
【００４３】
また，先端孔１１は，積層素子２の突出部分２８と同じ形状を有し，かつ両者は接触状態にある。そのため，先端孔１１と突出部分２８との間には，殆ど間隙はない。そのため，積層素子２を筒状プロテクタ１の中に入れ，かつ硬化前の無機接着剤３の中を通して先端孔１１に挿通する際に，筒状プロテクタ１内の無機接着剤３が，先端孔１１から外部に漏出することがない。従って，無機接着剤３の充填量の減少を防止でき，充填量の管理を容易に行うことができる。
また，先端孔１１と積層素子２の突出部分２８とは上記のごとく接触状態にあるため，先端孔１１からの湿気の浸入も少なく，耐久性も高い。
【００４４】
また，筒状プロテクタ１に積層素子２を挿入する際には，図５に示すごとく，筒状プロテクタ１とブッシュ６との間に嵌合間隙７を設けている。嵌合間隙７は，積層素子２及びブッシュ６の挿入の際に，筒状プロテクタ１の内部に入ってくる空気の逃げ道となる。
【００４５】
そのため，積層素子２及びブッシュ６の挿入時における，筒状プロテクタ１の内部圧の上昇を抑制でき，先端孔１１から無機接着剤３が押し出されるおそれもない。また，積層素子２の挿入完了時点近くにおけるブッシュ６の筒状プロテクタ１への組付けもスムーズに行うことができる。
【００４６】
また，積層素子２の挿入完了後には，筒状プロテクタ１の嵌合部１２にかしめを施して，筒状プロテクタ１とブッシュ６との間の嵌合隙間７を閉止している。そのため，ブッシュ６は筒状プロテクタ１に対して確実に固定される。また，筒状プロテクタ１内への湿気浸入を防止することができる。
【００４７】
また，無機接着剤３は，積層素子２の出力取出部２１３を有する上端２９の位置まで，積層素子２を覆っている。そのため，無機接着剤３が出力取出部２１３を保護することになり，振動の際に出力取出部２１３が積層素子２から外れるおそれもない。このため，積層素子２の耐振動性がより高くなる。また，リード線５に引張力等の外力が加わった場合にも，積層素子２まで外力が及ばない。そのため，積層素子２とリード線５との接続信頼性が向上する。
【００４８】
実施形態例２
本例の積層型温度センサは，図６，図７に示すごとく，筒状プロテクタ１の本体部１９と底部１０との間をテーパ筒部１６によって直接連結している。
筒状プロテクタ１の本体部１９には，螺着型フランジ８７がろう付けされている。
その他は，実施形態例１と同様である。
【００４９】
本例においては，筒状プロテクタ１の本体部１９と底部１０との間が，テーパ筒部１６によって直接連結されている。そのため，一層，先端孔１１への積層素子２の挿通が容易となると共に，積層素子２とテーパ筒部１６との間の無機接着剤３による固定力が向上する。その他，本例においても，実施形態例１と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば，耐振動性にも優れ，またリードの熱損傷を防止でき，積層素子の筒状プロテクタ内への組付けが容易な，積層型温度センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の，ガイド部を有する積層型温度センサの断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】実施形態例１の，先端部を示す筒状プロテクタの斜視図。
【図４】実施形態例１の，リード線を接続した積層素子の断面図。
【図５】実施形態例１の，無機接着剤を充填した筒状プロテクタの断面図。
【図６】実施形態例２の，積層型温度センサの断面図。
【図７】実施形態例２の，先端部を示す筒状プロテクタの斜視図。
【図８】従来例の積層型温度センサの断面図。
【符号の説明】
１．．．筒状プロテクタ，
１０．．．底部，
１１．．．先端孔，
１２．．．嵌合部，
１２２．．．かしめ部，
１５．．．ガイド部，
１６．．．テーパ筒部，
１９．．．本体部，
２．．．積層素子，
２０．．．感温部，
２１．．．サーミスタ，
２１３．．．出力取出部，
２８．．．突出部分，
２９．．．上端，
３．．．無機接着剤，
４．．．検査対象，
５．．．リード線，
６．．．ブッシュ，
７．．．嵌合間隙，
８．．．積層型温度センサ，

Claims

感温部を設けた長板状の積層素子と、上記感温部を外方に突き出した状態で積層素子の外周を覆う金属製の筒状プロテクタと、該筒状プロテクタの内部に積層素子を固定するよう充填した無機接着剤と、積層素子より出力を取り出すリード線と、該リード線を積層素子の感温部とは反対側に積層素子の軸方向に沿って挿通させると共に上記筒状プロテクタに対して固定されたブッシュとよりなる積層型温度センサであって、
上記筒状プロテクタは、積層素子の外方に位置する本体部と、上記感温部を突き出す先端孔を設けた底部と、上記本体部の上方において上記ブッシュを嵌め込む嵌合部と、上記本体部からその底部の方向に向かって傾斜縮小するテーパ筒部とを有してなり、
上記筒状プロテクタの先端孔は、積層素子における少なくとも上記先端孔より突出した突出部分と同じ形状を有すると共に、上記先端孔と上記突出部分とは接触状態にあることを特徴とする積層型温度センサ。
請求項１において、上記筒状プロテクタは、その底部が平坦状であり、該底部と上記テーパ筒部との間には、上記本体部よりも小さい径のガイド部を有していることを特徴とする積層型温度センサ。
請求項１において、上記筒状プロテクタの本体部と底部との間は、上記テーパ筒部によって直接連結されていることを特徴とする積層型温度センサ。
請求項１〜３のいずれか一項において、上記嵌合部と上記ブッシュとの間には、積層素子を筒状プロテクタに挿入する際には空気抜け可能な嵌合隙間が設けられており、挿入終了後には口元かしめを施して閉止してあり、上記口元かしめ前における、筒状プロテクタの嵌合部の内径Ｄ ₁ とブッシュの外径ｄとの間には、０．５≦ｄ／Ｄ ₁ ≦０．９の関係が成立することを特徴とする積層型温度センサ。