JP3826098B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属酸化物などの半導体からなるサーミスタや金属抵抗体等を感温素子として備える温度センサに関する。更に詳しくは、素子が筒状金属製部材の先端側に封止されてなる温度センサであって、測温を必要とする各種の用途に用いることができ、特に自動車排気ガス浄化装置の触媒コンバータ内部及び排気管内等の、温度変化、振動等の激しい環境下の温度検出においても十分な耐久性を有する温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図３に示すように、先端側にサーミスタ素子２０１が接続され、後端側に外部回路接続用のリード線２０２が接続される金属芯線を内包したシース部材２０３と、先端側が閉塞し、内部にサーミスタ素子２０１を収納するようにシース部材２０３に接合された金属キャップ２０４と、シース部材２０３の外周を取り囲むように配置され、先端側に延びる鞘部２０６を有するフランジ２０５とを備え、シース部材２０３と鞘部２０６をレーザー溶接により固定した構造の温度センサ２００が知られている（特許文献１参照）。この温度センサは、自動車の触媒コンバータ内部及び排気管内等の、低温から高温まで温度変化が大きく、且つ振動の激しい温度検出に使用される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２３４９６２
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のような従来の温度センサの場合、例えば排気管に装着されたときに、フランジとシース部材との溶接部が排気ガス通路に配置されることになる。このとき、溶接部が高温環境下に直接晒されるために同溶接部が酸化してしまい、長期間の使用によりセンサ自体の耐久性を損なうおそれがある。そのために、温度センサの信頼性を高めるべく、排気ガス通路内に配置されるレーザー溶接等の溶接部をできるだけ少なくさせた構造が望まれている。
【０００５】
本発明は、上記の従来の問題点を解決するものであり、自動車の触媒コンバータ内部、或は排気管内のように、温度変化、振動とともに激しい環境下に使用した場合でも、優れた耐久性を有し、信頼性の高い温度センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の温度センサは、先端側が閉塞した軸線方向に延びる筒状の金属チューブと、前記金属チューブの内部に収納され、温度によって電気的特性が変化する素子と、前記金属チューブの外周面を取り囲むように配置されるフランジと、を備える温度センサであって、前記フランジは、径方向外側に突出する突出部と、該突出部の先端側に位置し、該突出部の径より径小で、前記軸線方向に延びる先端側鞘部と、該突出部の後端側に位置し、軸線方向に延びる後端側鞘部とを有し、
前記金属チューブは少なくとも前記後端側鞘部に圧入または加締めにより固定され、該金属チューブと該後端側鞘部とが周方向にわたって溶接されており、
かつ、前記金属チューブと前記先端側鞘部とが溶接されることなく加締めにより固定されていることを特徴とする。
【０００７】
温度センサを自動車の排気ガス温度を検出するために使用した場合、最高温度で１０００℃程度の高温環境下での使用に供されることがあり、この場合には、金属チューブの外面はもとより内面が酸化されて、素子が収納される空間内の酸素濃度が著しく低下し、素子の表面が還元される等の理由で同素子に特性変化が生じることがある。そして、この酸化は特に金属チューブとフランジとの溶接部分の外面及び内面において生じ易く、溶接部が流通路内に臨むフランジの先端側に形成される場合は、溶接部自身が高温環境下に直接晒されることになるので、酸化が助長されることになる。そこで、本発明では、金属チューブと先端側鞘部が加締めにより固定されている構造である。これにより、温度センサを被測定流体が流通する流通管に装着したときに、フランジと金属チューブとを固定するための溶接部が流通路内に配置されることがない。よって、長期間の使用によるセンサ自体の耐久性を損なうことなく、さらに、素子に特性変化が生じることがない、信頼性の高い温度センサとすることができる。
【０００８】
ところで、温度センサでは、先端側鞘部の肉厚及び長さは、感熱部（フランジの先端部よりサーミスタ素子側の部位）の径及び長さに対応して設定されている。これは、温度センサの応答性を向上させるために、感熱部を縮径化、或は薄肉化することがある。また、触媒コンバータ、或は排気管への取り付け時にできるだけ触媒コンバータ、或は排気管の中心部に近づけることが好ましいため、感熱部の長さをより長くすることがある。しかし、これらにより、感熱部の共振周波数が低周波側へシフトし、自動車等に使用される内燃機関の排気系の振動周波帯に近づいていく虞がある。そこで本発明では、感熱部の径或いは長さの変化に対して、フランジの先端側鞘部の肉厚或いは長さを調整することで、感熱部の共振周波数が、内燃機関の排気系の振動周波帯に近づくのを防ぐことができる。
【０００９】
なお、特許文献１の温度センサでも本発明のように、フランジの先端側に鞘部を持つ構成となっており、鞘部の肉厚、及び長さを調整することで、上記効果を得ることができるように考えられる。しかし、特許文献1の温度センサでは、鞘部の長さを長くすると、より溶接部は先端側に位置することにより、溶接部がさらに被測定ガスに晒されることになる。よって、溶接部の酸化が助長されることとなり、長期間の使用にこの温度センサを使用することは、現実的でない。また、鞘部の肉厚を単純に厚くすると、溶接部を十分な溶接強度を有する状態で形成するには、溶接条件を高めに設定することが必要となり、単純なコストアップにつながる同時に良好な溶接をするための条件設定が難しくなってしまうので、現実的でない。つまり、金属チューブと先端側鞘部とが加締めにより固定される構造とすることで、優れた耐久性を有し、かつ感熱部の共振周波数が、内燃機関の排気系の振動周波帯に近づくのを防ぐことができる。
【００１０】
また、本発明の温度センサは、金属チューブと先端側鞘部とが多角加締めまたは丸加締めにより固定されているとよい。このように、金属チューブと先端側鞘部とが多角加締めまたは丸加締めにより固定されていることで、フランジと金属チューブとの密着強度に優れ、感熱部の共振周波数が内燃機関の排気系の振動周波帯に近づくのをより有効に防ぐことができる。
【００１１】
そして、本発明の温度センサでは、フランジは突出部の後端側に位置し軸線方向に延びる後端側鞘部を有し、金属チューブは少なくとも後端側鞘部に圧入または加締め固定され、該金属チューブと該後端側鞘部とが周方向にわたって溶接されている。
【００１２】
素子を収納する金属チューブをフランジの少なくとも後端側鞘部に圧入又は加締め固定しつつ、金属チューブと後端側鞘部とを周方向に溶接しているため、溶接強度に優れると共に、フランジと金属チューブとの密着強度に優れる。したがって、本発明の温度センサは、自動車等の振動の激しい環境下に使用した場合にも耐久性に優れ、被測定流体に対する気密の信頼性を向上させることができる。
【００１３】
また、金属チューブとフランジが溶接により一体に接合されるが、この溶接は、フランジの内で排気ガス通路等の被測定流体が流通する流通路内に臨む部分（具体的には先端側鞘部）ではなく、突出部の後端側に位置する後端側鞘部において行われるものである。上記にも述べたが、温度センサを被測定流体が流通する流通管に装着したときに、フランジと金属チューブとを固定するための溶接部が流通路内に配置されることがない。換言すれば、フランジと金属チューブとの溶接部が、排気ガス等の被測定流体に晒されない位置に設けられる。よって、本発明では、金属チューブ自身がフランジの後端側鞘部に溶接固定される構造であるため、上述したように同溶接部が被測定流体に晒されることがなくなり、溶接部において生じやすい酸化を有効に防止することができると共に、被測定流体に対する気密の信頼性を向上させることができる。これは金属チューブと先端側鞘部とが加締めにより固定される構造により成しえたものである。
【００１４】
金属チューブとフランジの後端側鞘部との溶接部を同後端側鞘部の周方向にわたって十分な溶接強度を有する状態で形成するには、溶接条件を高めに設定したり、溶接条件を変更せずに後端側鞘部の肉厚を薄肉化して溶接を行うことが考えられる。しかし、単純に溶接条件を高めるとコストアップに繋がる同時に良好な溶接をするための条件設定が難しくなってしまい、逆に後端側鞘部全体の肉厚を薄くすると後端側鞘部自身の機械的強度が低下するおそれがある。そこで、本発明では、フランジの後端側鞘部を、先端側段部とそれよりも小径の後端側段部の二段形状に形成し、金属チューブを後端側鞘部の後端側段部に溶接している。つまり、後端側鞘部の内で溶接に供される部分の肉厚が薄くなる形状としている。それにより、後端側鞘部と金属チューブとの溶接を良好に行え両者の溶接強度を良好に確保しつつ、後端側鞘部ひいてはフランジの機械的強度についても確保することができる。尚、後端側鞘部の後端側を先端側よりも小径に形成することは、後端側を先端側よりも大径に形成するのに比して加工の面から容易であり望ましい。
【００１５】
尚、金属チューブとフランジとの溶接の手段は特に限定されず、レーザー溶接、プラズマ溶接、アルゴン溶接、電子ビーム溶接等を挙げることができる。
【００１６】
さらに、上述したいずれかの温度センサであって、先端側に素子が接続され、後端側に外部回路接続用のリード線が接続される金属芯線を内包したシース部材と、フランジの後端側鞘部の径方向外側に気密状態に接合されると共に、軸線方向の後方に向かって延びる筒状の継手とを備え、シース部材の先端側が金属チューブの内部に挿通されるとともに、金属チューブの後端側及びリード線の先端側が継手の内部に配置されていると良い。
【００１７】
本発明の温度センサにあっては、金属チューブ内に収納する素子と、外部回路接続用のリード線とを金属芯線を内包するシース部材を介して接続されるため、金属チューブとリード線との間に別途絶縁粉末を充填するなどの工程が不要となり、両者の電気的な絶縁が確実になされる。また、本発明では、シース部材の先端側を金属チューブの内部に挿通させた状態で、金属チューブの後端側をフランジの後端側に別途接合された継手の内部に配置させると共に、リード線の先端側を継手の内部に配置させている。そのため、素子が、金属チューブ、フランジ及び継手を金属包囲部材として形成される閉空間に収容されることになる一方で、上記閉空間とセンサ自身の外部とは、リード線の内部（リード線内の空隙）、継手の内部空間、シース部材の先端側外周面と金属チューブとの内周面との間の空隙とから形成される通気経路によって通気が確保されることになる。
【００１８】
したがって、本発明では、金属チューブの内面が酸化されることがあっても、外部と金属チューブの内部との通気が確保されるので、金属チューブ内の酸素濃度の低下を抑えられ、上記酸化に伴う素子の特性変化を抑制することができる。尚、継手とフランジとの接合の手段は特に限定されず、レーザー溶接、プラズマ溶接、アルゴン溶接、電子ビーム溶接、ロー付け接合等が挙げられる。
【００１９】
また、上記構成の温度センサにあっては、後端側鞘部は、先端側に位置する先端側段部と先端側段部よりも小さい外径を有する後端側段部とを備える二段形状をなし、金属チューブは、後端側鞘部の後端側段部に溶接されるとともに、継手は、後端側鞘部の先端側段部の外周面に周方向にわたって接合されていると良い。
【００２０】
上述したように、フランジの後端側鞘部を、先端側段部とそれよりも小径の後端側段部の二段形状に形成し、金属チューブを後端側鞘部の後端側段部に溶接することで、後端側鞘部と金属チューブとの溶接強度を十分に確保することができる一方、後端側鞘部ひいてはフランジの機械的強度を確保することができる。さらに、本発明の温度センサにあっては、筒状の継手をフランジの先端側段部の外周面に接合している。そのため、フランジの後端側鞘部の後端側段部と金属チューブとの溶接部が、継手内部に収納されることになる。したがって、継手が、金属チューブとフランジとの溶接部に塩水や水分が付着するのを保護する役割を果たし、同溶接部が水分等の影響で腐食されるのが抑えられる。
【００２１】
ついで、他の解決手段は、先端側に温度によって電気的特性が変化する素子が接続され、後端側に外部回路接続用のリード線が接続される金属芯線を内包したシース部材と、先端側が閉塞した軸線方向に延びる筒状をなし、内部に素子を収納する形態で後端側内周がシース部材の先端側外周の周方向にわたって接合された金属キャップと、シース部材の外周面を取り囲むように配置されるフランジと、を備える温度センサであって、フランジは、径方向外側に突出する突出部と、該突出部の先端側に位置し、該突出部の径より径小で、軸線方向に延びる先端側鞘部と、該突出部の後端側に位置し、軸線方向に延びる後端側鞘部とを有し、シース部材は少なくとも後端側鞘部に圧入または加締めにより固定され、該シース部材と該後端側鞘部とが周方向にわたって溶接されており、かつ、前記シース部材と前記先端側鞘部とが溶接されることなく加締めにより固定されていることを特徴とする温度センサである。
【００２２】
本発明の温度センサでは、シース部材と先端側鞘部が加締めにより固定されている構造である。これにより、温度センサを被測定流体が流通する流通管に装着したときに、フランジとシース部材とを固定するための溶接部が流通路内に配置されることがない。よって、シース部材自身がフランジの先端側鞘部が加締めにより固定される構造であるため、上述したように同溶接部が被測定流体に晒されることがない。よって、優れた耐久性を有し、信頼性の高い温度センサとすることができる。
【００２３】
ところで、本発明の温度センサでは、先端側鞘部の肉厚及び長さは、感熱部（フランジの先端部よりサーミスタ素子側の部位）の径及び長さに対応して設定されている。これは、温度センサの応答性を向上させるために、感熱部を縮径化、或は薄肉化することがある。また、触媒コンバータ、或は排気管への取り付け時にできるだけ触媒コンバータ、或は排気管の中心部に近づけることが好ましいため、感熱部の長さをより長くすることがある。しかし、これらにより、感熱部の共振周波数が低周波側へシフトし、自動車等に使用される内燃機関の排気系の振動周波帯に近づいていく虞がある。そこで本発明では、感熱部の径或は長さの変化に対して、フランジの先端側鞘部の肉厚或は長さを調整することで、感熱部の共振周波数が、内燃機関の排気系の振動周波帯に近づくのを防ぐことができる。
【００２４】
また、本発明の温度センサは、シース部材と先端側鞘部とが多角加締めまたは丸加締めにより固定されているとよい。このように、シース部材と先端側鞘部とが多角加締めまたは丸加締めにより固定されていることで、フランジとシース部材との密着強度に優れると共に、感熱部の共振周波数が内燃機関の排気系に近づくのを有効に防ぐことができる。
【００２５】
そして、本発明の温度センサでは、フランジは突出部の後端側に位置し軸線方向に延びる後端側鞘部を有し、シース部材は少なくとも後端側鞘部に圧入または加締め固定され、該シース部材と該後端側鞘部とが周方向にわたって溶接されている。
【００２６】
素子を収納するシース部材をフランジの少なくとも後端側鞘部に圧入又は加締め固定しつつ、シース部材と後端側鞘部とを周方向に溶接しているため、溶接強度に優れると共に、フランジとシース部材との密着強度に優れる。したがって、本発明の温度センサは、自動車等の振動の激しい環境下に使用した場合にも耐久性に優れ、被測定流体に対する気密の信頼性をより向上させることができる。
【００２７】
また、シース部材とフランジが溶接により一体に接合されるが、この溶接は、フランジの内で排気ガス通路等の被測定流体が流通する流通路内に臨む部分（具体的には先端側鞘部）ではなく、突出部の後端側に位置する後端側鞘部において行われるものである。これにより、温度センサを被測定流体が流通する流通管に装着したときに、フランジとシース部材とを固定するための溶接部が流通路内に配置されることがない。換言すれば、フランジとシース部材との溶接部が、排気ガス等の被測定流体に晒されない位置に設けられる。よって、本発明では、シース部材自身がフランジの後端側鞘部に溶接固定される構造であるため、上述したように同溶接部が被測定流体に晒されることがなくなり、溶接部において生じ易い酸化を有効に防止することができると共に、被測定流体に対する気密の信頼性を向上させることができる。
【００２８】
シース部材とフランジの後端側鞘部との溶接部を同後端側鞘部の周方向にわたって十分な溶接強度を有する状態で形成するには、溶接条件を高めに設定したり、溶接条件を変更せずに後端側鞘部の肉厚を薄肉化して溶接を行うことが考えられる。しかし、単純に溶接条件を高めるとコストアップに繋がる同時に良好な溶接をするための条件設定が難しくなってしまい、逆に後端側鞘部全体の肉厚を薄くすると後端側鞘部自身の機械的強度が低下するおそれがある。そこで、本発明では、フランジの後端側鞘部を、先端側段部とそれよりも小径の後端側段部の二段形状に形成し、シース部材を後端側鞘部の後端側段部に溶接している。つまり、後端側鞘部の内で溶接に供される部分の肉厚が薄くなる形状としている。それにより、後端側鞘部とシース部材との溶接を良好に行え両者の溶接強度を良好に確保しつつ、後端側鞘部ひいてはフランジの機械的強度についても確保することができる。尚、後端側鞘部の後端側を先端側よりも小径に形成することは、後端側を先端側よりも大径に形成するのに比して加工の面から容易であり望ましい。
【００２９】
尚、上述したいずれかの温度センサであって、シース部材とフランジの後端側鞘部との溶接は特に限定されず、レーザー溶接、プラズマ溶接、アルゴン溶接、電子ビーム溶接等を挙げることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例により更に具体的に説明する。
実施例１（フランジの先端面に軸線方向に延びた先端側鞘部により金属チューブが覆われている温度センサ）
本発明の実施の形態である温度センサ１について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の温度センサ１の構造を示す部分破断断面図である。この温度センサ１は、サーミスタ素子２を感温素子として用いたものであり、同センサ１を自動車の排気管に装着することにより、サーミスタ素子２を排気ガスが流れる排気管内に配置させて、排気ガスの温度検出に使用するものである。
【００３１】
軸線方向に延びる金属チューブ３は、鋼板の深絞り加工により先端側３１が閉塞した筒状をなしており、この先端側３１の内部にサーミスタ素子２が収納されている。この金属チューブ３は、後述するようにステンレス合金から形成されている。そして、金属チューブ３の内部であってサーミスタ素子２の周囲には、セメント１０が充填されており、これにより使用時の振動等によるサーミスタ素子２の揺動が防止される。金属チューブ３の後端側３２は開放されており、この後端側３２はステンレス合金製のフランジ４の内側に挿通されている。
【００３２】
このフランジ４は、径方向外側に突出する突出部４１と、その突出部４１の先端側に位置し、該突出部の径より径小で、軸線方向に延びる先端側鞘部４３と、突出部の後端側に位置し、軸線方向に延びる後端側鞘部４２とを有している。突出部４１は、先端側に図示しない排気管の取付部のテーパ部に対応したテーパ形状を有する座面４５を有する環状に形成されており、座面４５が上記取付部のテーパ部に密着することで、排気ガスが排気管外部へ漏出するのを防止するようになっている。
【００３３】
先端側鞘部４３は、環状に形成されており、金属チューブ３は、自身の後端側３２からフランジ４の突出部４１の先端側に挿入されて、金属チューブ３の外周面と先端側鞘部４３の内周面との重なり合う部分が、加締められている。この加締めによる固定により、図1に示すように、先端側鞘部４３に加締め固定部Ｃ１が形成され、金属チューブ３がフランジ４に対して固定される。なお、本実施例では、加締め固定部Ｃ１は八角加締めにより固定されている。
【００３４】
温度センサ１は、金属チューブ３と先端側鞘部４３が加締めにより固定されている構造であることより、温度センサ１を被測定流体が流通する流通管に装着したときに、フランジと金属チューブとを固定するための溶接部が流通路内に配置されることがない。よって、溶接部の内面にて生じ易い酸化を有効に抑制することができ、ひいてはサーミスタ素子２が特性変化することを抑制することができ、信頼性の高い温度センサ１とすることができる。
【００３５】
なお、金属チューブ３とフランジ４の先端側鞘部４３とを加締めにより固定し、先端側鞘部４３の肉厚及び長さを調整することで、感熱部８１の共振周波数が低周波側へシフトすることによる、自動車等に使用される内燃機関の排気系の振動周波帯に近づいていくことを防ぐことができる。また、先端側鞘部４３により、振動の支点が強化されるため、機械的強度も増加される。
【００３６】
さらに、温度センサ１は、金属チューブ３と先端側鞘部４３とが八角加締めにより固定されていることより、感熱部の共振周波数が内燃機関の排気系の振動周波帯に近づいていくことをより有効に防ぐことができる。なお、フランジ４の先端側鞘部４３と金属チューブ３とを八角加締めで固定する構造に限られず、六角以上（例えば、六角、十角など）の加締めにより固定しても良く、さらには丸加締めにより固定しても良い。
【００３７】
また、温度センサ１は、金属チューブ３と先端側鞘部４３とが多角加締めにより固定されている場合、感熱部８１からフランジ４等への熱引きの度合いを従来に比べて抑えることができる。これは、多角加締めの場合、加締め固定部Ｃ１以外については、温度センサ１の感熱部８１からフランジ４に至る伝熱経路が形成されにくいためである。よって、温度センサ１は、熱引きの度合いを従来に比べて抑えることができ、応答性の向上、温度測定精度の低下防止の効果を得ることもできる。
【００３８】
フランジ４の後端側鞘部４２は、環状に形成される一方、先端側に位置する先端側段部４４と先端側段部４４よりも小さい外径を有する後端側段部４６とを備える二段形状をなしている。
【００３９】
金属チューブ３は、自身の後端側３２からフランジ４の突出部４１の先端側に挿入されて、後端側鞘部４２の内側に圧入されている。そして、金属チューブ３の外周面と後端側鞘部４２の後端側段部４６の内周面との重なり合う部分が、周方向にわたってレーザー溶接されている。このレーザー溶接がなされることにより、図１に示すように、後端側鞘部４２の後端側段部４６と金属チューブ３とに跨る溶接部Ｌ１が形成され、金属チューブ３がフランジ４に対して強固に固定される。
【００４０】
このように、金属チューブ３をフランジ４の後端側鞘部４２に圧入しつつ、後端側鞘部４２の後端側段部４６にレーザー溶接を行うことによって、フランジ４と金属チューブ３との溶接強度に優れると共に、フランジ４と金属チューブ３との密着強度に優れる温度センサ１とすることができる。したがって、自動車等の振動の激しい環境下において温度センサ１が強い振動を受けても、金属チューブ３自体が振れ難く、金属チューブ３の折損等を抑制することができる。また、排気ガスに対する気密の信頼性をより向上させることができる。なお、フランジ４の後端側鞘部４２と金属チューブ３との密着性を確保するにあたっては、後端側鞘部４２に金属チューブ３を圧入する手法に限られず、後端側鞘部４２と金属チューブ３とを径方向内側に向かって加締めても良く、さらには上記圧入と上記加締めとを併用させても良い。
【００４１】
フランジ４の周囲には、六角ナット部５１及びネジ部５２を有するナット５が回動自在に嵌挿されている。温度センサ１は、排気管の取付部にフランジ４の突出部４１の座面４５を当接させ、ナット５により固定される。また、フランジ４の内で後端側鞘部４２の先端側段部４４の径方向外側には、筒状の継手６が気密状態で接合されている。具体的には、後端側鞘部４２の先端側段部４４の外周面に継手６の内周面が重なり合うように、同継手６が後端側鞘部４２の先端側段部４４に圧入され、継手６と先端側段部４４とを周方向にわたってレーザー溶接している。このレーザー溶接がなされることにより、図１に示すように、後端側鞘部４２の先端側段部４４と継手６とに跨る溶接部Ｌ２が形成される。
【００４２】
金属チューブ３、フランジ４及び継手６の内部には、一対の金属芯線７を内包するシース部材８が配置される。金属チューブ３の内部においてシース部材８の先端側から突出する金属芯線７には、サーミスタ素子２がＰｔ／Ｒｈ合金線９を介して接続される。この合金線９は、サーミスタ素子２と同時に焼成されるものである。合金線９及び金属芯線７は互いに抵抗溶接される。尚、シース部材８は、詳細は図示しないが、ＳＵＳ３１０Ｓからなる金属製の外筒と、ＳＵＳ３１０Ｓ等からなる導電性の一対の金属芯線７と、外筒と各金属芯線７の間を絶縁し、金属芯線７を保持する絶縁粉末とから構成される。
【００４３】
継手６の内部にてシース部材８の後端側へ突き出す金属芯線７は、加締め端子１１を介して一対の外部回路（例えば車両のＥＣＵ等）接続用のリード線１２が接続される。尚、一対の金属芯線７及び一対の加締め端子１１は絶縁チューブ１５により互いに絶縁される。リード線１２は、ステンレス合金製の導線を絶縁性の被覆材にて被覆したものである。これらリード線１２は、耐熱ゴム製の補助リング１３に内包される。補助リング１３が継手６の上から丸加締め或いは多角加締めされることにより、両者１３、６が気密性を保ちながら互いに接合される。これにより、サーミスタ素子２が、金属チューブ３、フランジ４及び継手６を金属包囲部材として形成される閉空間に収容されることになる。そして、サーミスタ素子２の出力は、シース部材８の金属芯線７からリード線１２により、図示しない外部回路に取り出され、排気ガスの温度が検出される。
【００４４】
ここで、本実施の形態の温度センサ１にあっては、外部からリード線１２の内側の空隙を介して大気が継手６の内部に入り込むと、その大気は、継手６、金属チューブ３及びフランジ４の内部が閉空間に形成される関係上、金属チューブ３内まで入り込むことになる。したがって、温度センサ１では、リード線１２の内部から金属チューブ３内までの通気が確保されることになり、サーミスタ素子２を収納する金属チューブ３が酸化した場合にも、同金属チューブ３内の酸素濃度の低下が抑えられ、サーミスタ素子２の特性変化を抑制することができる。
【００４５】
尚、この温度センサ１は１０００℃にも達する高温環境下で使用されるため、各々の構成部材は十分な耐熱性を有している必要がある。そのため、金属チューブ３、フランジ４及び金属芯線７は、Ｆｅを主成分とし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｉ及びＣｒを含有する耐熱合金であるＳＵＳ３１０Ｓにより形成されている。また、継手６は、ＳＵＳ３０４に形成されている。
【００４６】
実施例２（フランジの先端面に延設された先端側鞘部によりシース部材が覆われている温度センサ）
次に、実施例２の温度センサ１００について、図面を参照しつつ説明する。尚、実施例２の温度センサ１００は、実施例１の温度センサ１と比較して、サーミスタ素子２を収容するための部材、フランジの先端側鞘部に加締められる部材、及びフランジの後端側鞘部にレーザー溶接される部材が主に異なるものであり、その他の部分についてはほぼ同様である。従って、実施例１と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については、説明を省略または簡略化する。
【００４７】
まず、温度センサ１００の構造を示す部分破断断面図を図２に示す。上述した実施例１の温度センサ１では、サーミスタ素子２を金属チューブ３の内側に収納すると共に、その金属チューブ３とフランジ４とのレーザー溶接及び先端側鞘部４３での加締めにより固定していた（図１参照）。これに対し、実施例２の温度センサ１００では、サーミスタ素子２を金属キャップ１４に収納し、この金属キャップ１４をシース部材８に接合した状態で、シース部材８とフランジ４とのレーザー溶接及び先端側鞘部４３での加締めにより固定している。
【００４８】
軸線方向に延びる金属キャップ１４は、自身の先端側１３１が閉塞された筒状をなしており、この先端側１３１の内部にサーミスタ素子２が収納されている。この金属キャップ１４は、ＳＵＳ３１０Ｓ等のステンレス合金から形成されている。尚、サーミスタ素子２は、自身の電極線（Ｐｔ／Ｒｈ合金線）９を介してシース部材８の先端側から突出する金属芯線７に接続される。そして、金属キャップ１４の後端側１３２は開放されており、この後端側１３２の内周面が一対の金属芯線７を内包するシース部材８（詳細にはシース部材８の外筒）の外周面に重なり合った状態で、周方向にわたってレーザー溶接されている。これにより、金属キャップ１４がシース部材８に固定される。
【００４９】
フランジ４は、径方向外側に突出する突出部４１と、その突出部４１の先端側に位置し、該突出部の径より径小で、軸線方向に延びる先端側鞘部４３と、突出部の後端側に位置し、軸線方向に延びる後端側鞘部４２とを有している。
【００５０】
先端側鞘部４３は、上記したように環状に形成されており、シース部材８は、自身の後端側からフランジ４の突出部４１の先端側に挿入されて、シース８の外周面と先端側鞘部４３の内周面との重なり合う部分が、加締められている。この加締めによる固定により、図２に示すように、先端側鞘部４３に加締め固定部Ｃ２が形成され、シース部材８がフランジ４に対して固定される。なお、本実施例では、加締め固定部Ｃ２は八角加締めにより固定されている。
【００５１】
また、温度センサ１００は、シース部材８と先端側鞘部４３とが多角加締めにより固定されている場合、感熱部８１からフランジ４等への熱引きの度合いを従来に比べて抑えることができる。これは、多角加締めの場合、加締め固定部Ｃ２以外では、温度センサ１００の感熱部８１からフランジ４に至る伝熱経路が形成さにくいためである。よって、温度センサ１００は、熱引きの度合いを従来に比べて抑えることができ、応答性の向上、温度測定精度の低下防止の効果を得ることもできる。
【００５２】
また、温度センサ１００は、シース部材８と先端側鞘部４３が加締めにより固定されている構造であることにより、温度センサ１を被測定流体が流通する流通管に装着したときに、フランジ４とシース部材８とを固定するための溶接部Ｌ３が流通路内に配置されることがない。優れた耐久性を有し、信頼性の高い温度センサ１００とすることができる。
【００５３】
なお、シース部材８とフランジ４の先端側鞘部４３とを加締めにより固定する構造においては、先端側鞘部４３の肉厚及び長さを調整することで、感熱部８１の共振周波数が低周波側へシフトすることによる、自動車等に使用される内燃機関の排気系の振動周波帯に近づいていくことを防ぐことができる。また、先端側鞘部４３により、振動の支点が強化されるため、機械的強度も増加される。
【００５４】
さらに、温度センサ１００は、シース部材８と先端側鞘部４３とが八角加締めにより固定されていることにより、感熱部の共振周波数が内燃機関の排気系の振動周波帯に近づいていくことより有効に防ぐことができる。
【００５５】
その上、フランジ４の後端側鞘部４２は、先端側に位置する先端側段部４４と先端側段部４４よりも小さい外径を有する後端側段部４６とを備える二段形状をなしている。
【００５６】
シース部材８は、自身の後端側がフランジ４の内側に挿通された状態で、後端側鞘部４２の外周面の所定位置において径方向内側に向かって加締められ、フランジ４に対して固定されている。さらに、シース部材８の外周面と後端側鞘部４２の後端側段部４６の内周面との重なり合う部分が、周方向にわたってレーザー溶接されている。このレーザー溶接がなされることにより、図２に示すように、後端側鞘部４２の後端側段部４６とシース部材８（詳細にはシース部材８の外筒）とに跨る溶接部Ｌ３が形成され、シース部材８がフランジ４に対して強固に固定される。
【００５７】
このように、シース部材８をフランジ４の後端側鞘部４２に加締め固定しつつ、後端側鞘部４２の後端側段部４６にレーザー溶接を行うことにより、フランジ４とシース部材８との溶接強度に優れると共に、フランジ４とシース部材８との密着強度に優れる温度センサ１００とすることができる。したがって、自動車等の振動の激しい環境下において温度センサ１００が強い振動を受けても、シース部材８が振れ難く、シース部材８の折損等を抑制することができる。また、溶接部において生じ易い酸化を有効に抑制することができる一方、排気ガスに対する気密の信頼性をより向上させることができる。
【００５８】
なお、本発明においては、上述した具体的な実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施形態とすることができる。例えば、実施形態の温度センサ１において、金属チューブ３の先端部の厚さを他の部分よりも薄くすることにより、温度センサ１の応答性をさらに向上させることもできる。
【００５９】
さらに、実施例１の温度センサ１において、継手６が後端側鞘部４２の先端側段部４４に圧入され、継手６と先端側段部４４とを周方向にわたってレーザー溶接しているのに限らず、継手６を先端側段部４４に加締め固定しつつ、継手６と先端側段部４４とを周方向にわたってレーザー溶接してもよい。それにより、継手６と先端側段部４４との溶接強度により優れると共に、継手６と先端側段部４４との密着強度により優れる温度センサ１００とすることができる。
【００６０】
また、本発明の温度センサは、排気温センサのみならず、被測定流体として水や油等の液体が流れる流通路に取り付けられる温度センサにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】サーミスタ素子を収納する金属チューブの外周面とフランジの先端側鞘部の内周面が加締められている温度センサを示す部分破断断面図である。
【図２】サーミスタ素子を収納する金属キャップを接合したシース部材の外周面とフランジの先端側鞘部の内周面が加締められている温度センサを示す部分破断断面図である。
【図３】サーミスタ素子を収納する金属キャップを接合したシース部材がフランジの鞘部において周方向にわたってレーザー溶接されている従来の温度センサを示す部分破断断面図である。
【符号の説明】
１、１００、２００・・・温度センサ、２・・・サーミスタ素子、３・・・金属チューブ、４・・・フランジ、４１・・・突出部、４２・・・後端側鞘部、４３・・・先端側鞘部、４４・・・先端側段部、４５・・・座面、４６・・・後端側段部、６・・・継手、７・・・金属芯線、８・・・シース部材、１２・・・リード線、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・溶接部、Ｃ１、Ｃ２・・・加締め固定部

Claims (8)

1. 先端側が閉塞した軸線方向に延びる筒状の金属チューブと、前記金属チューブの内部に収納され、温度によって電気的特性が変化する素子と、前記金属チューブの外周面を取り囲むように配置されるフランジと、を備える温度センサであって、
   前記フランジは、径方向外側に突出する突出部と、該突出部の先端側に位置し、該突出部の径より径小で、前記軸線方向に延びる先端側鞘部と、該突出部の後端側に位置し、前記軸線方向に延びる後端側鞘部とを有し、
   前記金属チューブは少なくとも前記後端側鞘部に圧入または加締めにより固定され、該金属チューブと該後端側鞘部とが周方向にわたって溶接されており、
   かつ、前記金属チューブと前記先端側鞘部とが溶接されることなく加締めにより固定されていることを特徴とする温度センサ。
2. 前記金属チューブと前記先端側鞘部とが多角加締めまたは丸加締めにより固定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. 前記後端側鞘部は先端側に位置する先端側段部と該先端側段部より小さい外径を有する後端側段部を備える２段形状をなし、前記金属チューブは前記後端側鞘部の前記後端側段部に溶接されていることを特徴とする請求項１又または２に記載の温度センサ。
4. 先端側に前記素子が接続され、後端側に外部回路接続用のリード線が接続される金属芯線を内包したシース部材と、前記フランジの前記後端側鞘部の径方向外側に気密状態に接合されると共に、軸線方向の後方に向かって延びる筒状の継手とを備え、前記シース部材の先端側が前記金属チューブの内部に挿通されるとともに、該金属チューブの後端側が前記継手の内部に配置されており、且つ前記リード線の先端側が前記継手の内部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の温度センサ。
5. 前記後端側鞘部は、先端側に位置する先端側段部と該先端側段部よりも小さい外径を有する後端側段部とを備える二段形状をなし、前記金属チューブは、前記後端側鞘部の前記後端側段部に溶接されるとともに、前記継手は、前記先端側段部の外周面に周方向にわたって接合されることを特徴とする請求項４に記載の温度センサ。
6. 先端側に温度によって電気的特性が変化する素子が接続され、後端側に外部回路接続用のリード線が接続される金属芯線を内包したシース部材と、先端側が閉塞した軸線方向に延びる筒状をなし、内部に前記素子を収納する形態で後端側内周が前記シース部材の先端側外周の周方向にわたって接合された金属キャップと、前記シース部材の外周面を取り囲むように配置されるフランジと、を備える温度センサであって、
   前記フランジは、径方向外側に突出する突出部と、該突出部の先端側に位置し、該突出部の径より径小で、前記軸線方向に延びる先端側鞘部と、該突出部の後端側に位置し、前記軸線方向に延びる後端側鞘部とを有し、
   前記シース部材は少なくとも前記後端側鞘部に圧入または加締めにより固定され、該シース部材と該後端側鞘部とが周方向にわたって溶接されており、
   かつ、前記シース部材と前記先端側鞘部とが溶接されることなく加締めにより固定されていることを特徴とする温度センサ。
7. 前記シース部材と前記先端側鞘部とが多角加締めまたは丸加締めにより固定されていることを特徴とする請求項６に記載の温度センサ。
8. 前記後端側鞘部は先端側に位置する先端側段部と該先端側段部より小さい外径を有する後端側段部を備える２段形状をなし、前記シース部材は前記後端側鞘部の前記後端側段部に溶接されていることを特徴とする請求項６または７に記載の温度センサ。

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