JP5134701B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気ガスなどの流体の温度を測定するための温度センサに関する。詳しくは、金属製で先端が閉じられたチューブ（有底チューブ又はキャップ）内の先端部分に、サーミスタなどの温度センサ素子が配置され、そのチューブの先端が排気ガスに晒されるように排気マニホルド（排気ガス管）に取り付けられて排気ガス温度を測定するのに好適な温度センサに関する。

この種の温度センサ（以下、単にセンサともいう）としては、従来、種々の構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示されている温度センサは、先端に、ガラスなどでコーティングされた温度センサ素子（以下、センサ素子又は単に素子とも言う）が配置され、その素子の電極（電極線）、及びこれに接続された芯線（リード線）を通している絶縁材からなる配線用絶縁管（以下、碍子管）が、これらの保護用の先端が閉じられた金属製のチューブ内に、その素子をチューブの先端部分に配置した構造をなしている。この温度センサでは、冷温時のエンジン始動直後のようなチューブの熱引き（熱の逃げ）に起因する応答性ないし感温性の低下を防ぎ、測定精度の向上を図るため、素子の先端をこれを保護しているチューブに直接接触させることで、素子への熱の伝達性を高めるよう構成されている。このセンサでは、チューブの先端寄り部位の内周面と、碍子管の先端寄り部位の外周面との間に充填材としてセメント（耐熱性セメント）を注入し、これを乾燥、固化させることで、素子及び碍子管をチューブ内に固定することによって、そのような接触状態を保持している。

このようなセンサでは、前記電極線と導通が保持されたリード線が、チューブの後端部内に固定された気密、液密保持用のゴム製のシール部材（ブッシュ、又はゴムキャップ）を先後に貫通して通され、外部に引き出されている。そして、このセンサは、外周面にネジを有し、チューブに外嵌された取付金具を排気マニホルドなどの取付け対象部位（以下、排気マニホルドともいう）にねじ込み方式で取り付けることで、その使用に供される。

ところで、このような温度センサにおいては、上記したようにセンサ素子及びこれを先端に備える碍子管は、チューブの先端寄り部位内に充填されたセメントにて固定されているに止まる。しかも、その固定は先端寄り部位のみであり、後端寄り部位は固定されていない。すなわち、碍子管の後端からはリード線（出力リード線）が突出しており、これがチューブの後端部内に配置、固定されたシール部材内を通されて保持されているだけであり、碍子管の後端は積極的に固定されてはおらず、自由端に近い状態にある。

特開平０７−１４００１２号公報

上記したように特許文献１に記載の温度センサでは、センサ素子を先端に備える碍子管は、チューブ内において、その先端寄り部位がセメントで固定されているだけであるから、振動ないし衝撃を受けた場合には、その後端側が先端側を支点として横振れするなど動きやすい。このため、チューブの先端寄り部位の内周面で、素子を含む碍子管の先端寄り部位を固定しているセメントは、そのような横振れに起因して、割れや亀裂が発生しやすい。また、実使用下において高温と低温とに交互に曝され続けることで、その熱の変化に起因して、割れや亀裂が発生することがある。その結果、これらの亀裂等を起点としてセメントの粉砕を起こしてしまうことがあった。そして、このような場合には、セメントはチューブ内において分散したり散逸したりするため、素子及び碍子管の固定機能が失われる結果、素子がチューブの先端から分離し、或いは後方に移動したりして、応答性ないし感温性が低下するといった問題があった。

また、前記温度センサが排気マニホルド部位に取り付けられて使用される過程で受ける振動や衝撃により、碍子管がその後端側において振れ動くことにより、その後端から突出している芯線には、応力が繰返し作用することによる金属疲労が原因で断線が生じるといったこともあった。とくに、セメントによる素子及び碍子管の固定機能が失われる場合には、碍子管が動きやすく、したがって断線の発生する危険性が高い。

本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたもので、振動や衝撃を受けても、素子がチューブの先端に接触した状態が安定して保持されるようにし、もって、長期にわたって高い応答性ないし感温性が保持されるようにすると共に、芯線の断線をも防止し得る耐振性、耐久性に優れた温度センサを提供することにある。

請求項１に記載の本発明は、先端が閉じられた金属製のチューブと、このチューブ内の先端側に配置された温度センサ素子と、このチューブ内において該温度センサ素子の後方に配置され、該温度センサ素子の電極と接続された芯線を自身の内側に通してなる碍子管と、この碍子管の後端から引き出された芯線の後端と接続されて前記チューブの後端から外部に引き出されたリード線と、該リード線を自身の内側に通しつつ、該チューブの後端側におけるシールを保持するために該チューブの内部であって且つ前記碍子管の後端より後端側に自身の少なくとも一部が設けられたゴム状弾性を有するシール部材とを備えてなる温度センサであって、
前記チューブが加締められることによって前記シール部材が変形して設けられている温度センサにおいて、
前記シール部材が、自身の変形によりその先端向き面で、前記碍子管の後端を直接又は別部材を介して先端側に押し付けており、該碍子管を介して前記温度センサ素子が前記チューブの先端に向けて押付けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の本発明は、前記シール部材は前記チューブの後端部又は後端寄り部位の内部に設けられており、該チューブの後端部又は後端寄り部位が縮径状に加締められることによって、前記シール部材が径方向に圧縮され、その圧縮による変形によって前記先端向き面が先端側に変位する変形により、該先端向き面で、前記碍子管の後端を直接又は別部材を介して先端側に押し付けていることを特徴とする請求項１に記載の温度センサである。

請求項３に記載の本発明は、前記温度センサ素子と、前記碍子管の先端との間に、絶縁部材が介在されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の温度センサである。

請求項４に記載の本発明は、前記チューブの先端の内面が凹となす略半球面状をなしており、前記温度センサ素子の先端向き面が、この凹となす略半球面状をなす該チューブの先端の内面に嵌合する凸となす略半球面状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の温度センサである。

請求項５に記載の本発明は、前記チューブの先端寄り部位の内周面が、前記碍子管の少なくとも先端寄り部位を隙間嵌め状態で収容可能の内径を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の温度センサである。

請求項６に記載の本発明は、前記チューブの先端寄り部位の内周面と、前記碍子管の先端寄り部位の外周面との間に、該碍子管固定用の充填材が充填されていないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の温度センサである。

請求項７に記載の発明は、前記シール部材の先端に凹部が形成され、前記碍子管の後端が該凹部に入り込んでおり、
しかも、該碍子管の後端の外周縁より内側において該碍子管の後端を先端側に押付け得るように、前記凹部の底部である先端向き面に、先端側に向けて突出する凸部が形成され、該凸部にて前記碍子管の後端を直接又は別部材を介して先端側に押し付けていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の温度センサである。

請求項８に記載の発明は、前記シール部材の先端が前記碍子管の後端より大きく形成され、かつ、該碍子管の後端の外周縁が前記シール部材の先端の外周縁より内側に位置するように配置され、
しかも、該碍子管の後端の外周縁より内側において該碍子管の後端を先端側に押付け得るように、前記シール部材の先端向き面に、先端側に向けて突出する凸部が形成され、該凸部にて前記碍子管の後端を直接又は別部材を介して先端側に押し付けていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の温度センサである。

請求項９に記載の発明は、前記凸部が、１つの略半球面状のものであることを特徴とする請求項７又は８のいずれか１項に記載の温度センサである。
請求項１０に記載の発明は、前記凸部が、前記凹部の底部である先端向き面の略全体において１つの略半球面状をなしていることを特徴とする請求項７に記載の温度センサである。
請求項１１に記載の発明は、前記凸部が、前記凹部の底部である先端向き面の全体において１つの略半球面状をなしており、該凹部の底部であって、該凸部の根元と該凹部の内周面との間の隅角に、その内周面の周方向に沿い、凹となすアールの隅肉が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の温度センサである。

本発明を構成するシール部材は、チューブの後端側におけるシールの保持と、それ自身の変形によるゴム状弾性力により、前記碍子管の後端を先端側に向けて適度の力で押すことができるものであればよい。また、排ガス温度の測定のためのセンサにおいては、耐熱性の高い合成ゴムを用いるのが好ましく、それにはシリコンゴム、フッ素ゴムが例示される。また、このようなシール部材は、ゴム硬度が、６０度〜８０度の範囲のものを用いるとよい。

本発明では、ゴム状弾性を有する前記シール部材が、自身の変形によりその先端向き面で、前記碍子管の後端を直接又は別部材を介して先端側に押し付けており、該碍子管を介して前記温度センサ素子が前記チューブの先端に向けて押付けられている。このため、チューブの先端寄り部位の内周面と、素子又は碍子管の先端寄り部位の外周面との間に、たとえ、固定用の充填材（例えば、耐熱セメント。以下、セメント）が充填されており、このセメントが、センサの使用過程で受ける振動等に起因して、破砕され、分散、散逸したとしても、本発明では、上記従来技術とは異なり、素子がチューブの先端から離間したり移動することを防止できる。したがって、チューブの先端から素子への熱の伝達性は損なわれないので、応答性ないし感温性の低下を防止できる。すなわち、本発明の温度センサでは、その構成により、チューブ内の先端に素子を当接できる状態を安定して維持できる。これにより、チューブの先端部分の形状、或いはその内周面と、素子及び碍子管の外周面との隙間（寸法）次第で、すなわち、その隙間を極小とすることでセメントを省略することもできる。そして、その場合には、構造の単純化と、セメントの注入、乾燥工程を省略でき、組立ての効率化が図られる。温度センサ素子としては、サーミスタ等の感温部に電極線を接続した構成を含むものであるが、感温部は露出した形態に限られず、ガラスや絶縁性セラミックにて感温部を被覆した形態をも含めて、本発明では温度センサ素子という。

また、上記したように本発明では、前記シール部材の先端向き面が、シール部材自身の変形によるゴム状弾性により、前記碍子管の後端を押し付ける構成を有しているから、その後端の横振れを防止する作用もある。したがって、その後端から突出している芯線の断線防止作用もある。しかも、碍子管の後端を押すのに、格別、独立の部品を要するものでない。これにより、コストの上昇を招くこともなく、耐振性、耐久性に優れた温度センサとなすことができる。

なお、本発明のようにゴム状弾性を有するシール部材の変形（ゴム状弾性）によるのではなく、樹脂部材等の変形不可能ないし変形困難な硬質な部材（以下、樹脂部材）により、センサ素子を先端に向けて押し付けることも考えられるが、そのような樹脂部材による場合には、その寸法精度を著しく高めないと素子を先端に向けて有効に押し付けることはできないか、又は、逆に強く押し付けすぎとなって素子を破壊してしまう危険性がある。これに対して、本発明のシール部材のように、自身がゴム状弾性を有するものでは、仮に製造過程で、比較的大きな寸法誤差が生じたとしても、適度な強さで、素子を破壊することもなく先端に向けて押し付けることが容易である。また、仮にシール部材を樹脂で形成すると、樹脂が劣化して寸法が変化すると、素子を先端に当接させたまま維持させることができない。これに対して、本発明のように、シール部材がゴム状弾性を有しているものでは、それが多少劣化したとしても、先端方向への押し付け力が弱まる程度ですむ。すなわち、ゴム状弾性を有するシール部材では、多少劣化したとしても、押し付ける力が無くなるわけではないため、樹脂からなるシール部材に比べると、長期にわたり、素子の先端部とチューブの先端との接触を安定して維持することができる。

なお、本発明では、シール部材の変形により、碍子管を先端側に押すことができればよく、したがって、碍子管の後端に対向するシール部材の先端向き面が先端側に変位するような変形を付与できればよい。このような変形はチューブの後端を内側に曲げて先端側に押すようなカール状の加締めをすることでも得られるが、請求項２に記載のように、チューブの後端部又は後端寄り部位を縮径状に加締めるとよい。従来よりチューブの後端側におけるシールを保持するためには、その後端部又は後端寄り部位を縮径状に全周、丸加締め、或いは多角形に加締めることで、その内側に配置しているシール部材を径方向に圧縮している。一方、このような加締めにより内部のシール部材は、先後方向には逆に伸びる変形をする。したがって、加締める前に、碍子管を先端側に適度の力で押すか、自重により素子がチューブの先端に当接するようにその先端を下にした状態とし、かつ、シール部材の先端向き面が、碍子管の後端に例えば当接状態となるように保持し、この状態の下で、前記の加締めを行うことで、容易に碍子管を先端側に押すことができる。

ただし、シール部材が変形しにくいものであれば、素子がチューブの先端に所望とする状態で押付けられるように、シール部材に荷重（予圧）を付与した状態としておいて、加締めるようにしてもよい。すなわち、このような加締めによる所望とする押付け力はセンサごと異なるが、シール部材の先端向き面が先端側に適度に変位する変形が得られるように、シール部材の弾性や変形容易性、或いは硬度等に応じて、その加締めの条件を設定すればよい。なお、素子が、チューブの先端に押付けられる力として好ましい範囲は、５〜１０Ｎ程度である。

本発明では、温度センサ素子と、前記碍子管の先端とは直接接触しているものとしてもよいが、請求項３に記載のように、その間に、絶縁部材を介在させてもよい。また、本発明の温度センサによれば、上記もしたように、チューブの先端部の形状次第で、碍子管固定用のセメントの使用を省略できる。この場合も含め、本発明では、請求項４に記載のように、前記チューブの先端の内面（後端向き面）が凹となす略半球面状をなしており、前記温度センサ素子の先端向き面が、この凹となす略半球面状をなす該チューブの先端の内面に嵌合する凸となす略半球面状に形成されているのが好ましい。

なお、本発明では、従来のようにチューブの先端寄り部位の内周面と、素子及び碍子管の先端寄り部位の外周面との間にセメントが充填されていてもよいが、上記した効果からセメントを省略することもできる。この場合には、請求項５に記載のように、前記チューブの先端寄り部位の内周面が、前記碍子管の少なくとも先端寄り部位を隙間嵌め状態で収容し得る内径にされているのが好ましい。この隙間は組立が可能な範囲でなるべく小さい方がよい。

上記構成の温度センサに使用される碍子管は、同径で直管（真っ直ぐ延びる管状）をなし、その後端面が当該碍子管の軸線に対して垂直な平面をなすものとして製造されるのが普通である。このため、その後端面と外周面との角（後端面の外周縁）は、周方向において研磨等の処理による面取りを付けない限りは、鋭利なナイフエッジ状態となる。また、面取りをつけるとしても、工程やコスト上、微小寸法のものとなるのが普通である。一方、このような碍子管の後端（面）を、前記シール部材の先端向き面（ゴム生地）で、直接、先端側に押す（圧縮する）構成とするのが構造の単純化等において好ましい。しかし、このような構成とする場合には、該シール部材の先端向き面のうち、碍子管の後端（面）の外周縁が押付けられている環状部位には、せん断力が作用することになる。すなわち、碍子管の後端（面）が該シール部材の先端向き面で先端側に押されているということは、該シール部材の先端向き面のうち、碍子管の後端（面）が接している部位が後方に凹む変形を起こすことになることから、その部位には圧縮応力が作用し、その部位以外の碍子管の後端（面）の外周縁より外側にはこのような応力は作用しない。

一方、シール部材をなすゴムが、高温下においてこのような応力を受けている場合には、特に、ゴム自身の熱膨張作用とも相まってその応力の一層の増大を招くことになる。しかも、該シール部材の先端向き面のうち、碍子管の後端の外周縁が押付けられている環状部位、又はその近傍には、その外周縁がナイフエッジとなることによるせん断作用により亀裂が発生しやすい。このような亀裂が発生すると、それを起点として、シール部材にその亀裂が進展又は成長することになり、いわゆるゴム切れ（割れ）状態にいたることがある。

これに対して、請求項７以下の発明では、シール部材の先端向き面に形成された凸部が、碍子管の後端の外周縁の内側において、その碍子管を先端側に押付けている。したがって、その反力により、碍子管の後端が、シール部材の先端向き面に形成された凸部を後方に向けて押付けることになる。この場合、碍子管の後端の外周縁が例え鋭利なナイフエッジであるとしても、その外周縁がシール部材の先端向き面を圧縮する状態になりにくい。このため、シール部材の先端向き面に、前記したような亀裂等が発生するのが防止されるという効果が得られる。

とくに、請求項７に記載の発明のように、シール部材の先端に凹部を設けて、この凹部内に碍子管の後端を入り込ませる場合には、その凹部の内周面にて碍子管の後端が径方向へ横振れするのを規制する効果も得られる。

請求項７又は８における前記凸部は、前記シール部材の先端向き面において、又は前記凹部の底部である先端向き面において、先端側に向けて突出する（隆起する）ように形成されていればよい。前記凸部の具体的形状は限定されない。したがって、先細り円錐台形状、先細り角錐台形状、或いは、円柱状形状、角柱状形状、筒形状でもよいが、凸となす略半球面状のものとするのが好ましい。本願において略半球面状のものとは、ドーム状のものをいう。なお、該凸部は、１つのもの（島状をなす１つのもの）としてもよいし、複数のもの（凸部群からなるもの）としてもよい。ただし、略半球面状のものとする場合には、上記したように、１つのものとするのが、構造のシンプルさの点で好ましい。

なお、前記凸部が、前記凹部の底部である先端向き面の全体において１つの略半球面状をなしている場合には、請求項１１に記載のように、該凹部の底部であって、該凸部の根元と該凹部の内周面との間の隅角に、その内周面の周方向に沿い、凹となすアールの隅肉が形成されているものとするのが好ましい。理由は次のようである。例えば、自動車の排気ガスの温度センサにおいて使用される碍子管（円管）の外径は、２〜３ｍｍであり、したがって、この後端が入り込まされる凹部の内径も２〜３ｍｍと小さい。したがって、凸部を半球面状のものとするとした場合でも、その半径は１〜１．５ｍｍ程度である。なお、本願で、半球というのは、割球のうち、１／２以下のものも含む概念として使用している。ただし、この半径は、凹部の底部においてなるべく大きくするのが好ましく、その底部である先端向き面の全体において膨らむ形の１つの半球面状のものとすることになる。この場合、該凹部の底部であって、該凸部の根元と該凹部の内周面との間の隅角に凹アールがない場合には、その凸部が碍子管の後端で圧縮される結果、その隅角の角度を大きくするように変形させることにより、その隅角には応力が集中し、亀裂を発生させやすい。しかし、請求項１１に記載のように、凹となすアールの隅肉が形成されている場合には、そのアールがある分、応力集中の発生を抑制できるから、そうした亀裂の発生の防止効果が得られる。この意味で、隅角にはなるべく大きめの凹となすアールの隅肉を付けておくとよい。すなわち、シール部材先端に形成される凹部の底部では、その内周面と、半球面状の凸部の根元とが滑らかな曲面（縦断面で曲線）で連なるようにするのが好ましい。

本発明の温度センサを具体化した実施形態例の中央縦断面図、及びその要部の拡大図。 図１の要部の拡大図（上）の中央縦断部分断面図、及びその横断面図。 図１のセンサを組立てる工程の説明図、及び素子の拡大断面図。 図１のセンサを組立てる工程の説明図。 図１のセンサを組立てる工程の説明図。 図１のセンサにおいて碍子管の後端を押付けるシール部材の変形例を説明する要部拡大部分断面図。 図１のセンサにおいて碍子管の後端を押付けるシール部材の変形例を説明する要部拡大部分断面図。 図１のセンサにおいてチューブの先端部分の変形例を説明する要部拡大部分断面図。 本発明の温度センサを具体化した別の実施形態例の要部の拡大中央縦断面図、及びその横断面図。 図９におけるＡ部の拡大図。 図１０において、碍子管の後端を押付ける前のシール部材の先端向き面の凸部の形状を説明する図。 本発明の温度センサを具体化した別の実施形態例の要部の拡大中央縦断面図、及びその要部拡大図。

本発明を具体化した温度センサの実施の形態例について、図１、図２に基づいて詳細に説明する。図１中、１０１は温度センサであって、先端１２が閉じられた金属製（例えば、ＳＵＳ製）のチューブ１１と、このチューブ１１内の先端１２に、先端が押付けられた状態で配置された温度センサ素子２１と、このチューブ１１内において、素子２１の後方（図１上方）に、素子２１から後方に延びる電極線２３、電極線２３を通している絶縁部材である素子支持体３１、および電極線２３に接続された芯線２５を通している配線用絶縁体である碍子管（絶縁管）４１が配置されている。そして、碍子管４１の後端４５から後方に突出させられた芯線２５には、端子金具２８を介してリード線５１が接続されており、これらの接続部を含むリード線５１の先端寄り部位（芯線）５３部分、及び絶縁樹脂層５４がチューブ１１の後端部又は後端１９寄り部位内に配置されたシール部材７１を通されている。シール部材７１は、ゴム製で、チューブ１１の後端１９寄り部位を縮径状に加締めることで同部位内において変形して固定されている。

本例では、このシール部材７１の先端７３において陥没状に設けられた凹部７４内に碍子管４１の後端４５を入り込ませており、この後端４５をその凹部７４の底部である先端向き面７５に圧接させている。すなわち、本例のセンサ１０１では上記した加締めによってシール部材７１に発生する変形を利用して、凹部７４の底部である先端向き面７５が、その加締め後において、ゴム状弾性により、碍子管４１の後端４５を先端側に、図１、図２中に下向き矢印で示したように押しており、これにより、先端側に配置された素子２１をチューブ１１内の先端１２に押付けている。しかして、このような本例のセンサ１０１は、チューブ１１に外嵌、固定された取付金具６１を介して排気マニホルドに取り付けられるよう構成されている。次にこれらの構成の詳細について詳述する。

まず、チューブ１１について説明する。本例では、図１等に示したように、先端１２から後端（図１上端）１９に向けて、順次、大径をなす同心異径の薄肉の円筒状に形成されている。具体的には、その先端寄り部位であって、先端１２から後方に向かう所定範囲が小径の素子収容部１３をなしている。そして、この素子収容部１３に続く後方に、それより大径の直管部からなり、内周面にて碍子管４１の先端寄り部位を微小な隙間嵌め状態で包囲して支持可能に形成された碍子管先端寄り部位収容部１４を有している。

このようなチューブ１１における碍子管先端寄り部位収容部１４の後方には、それより大径の直管部からなり、センサ１０１自体を排気マニホルド等の取付け対象部位に取付けるための取付金具６１を同心状に外嵌させる取付金具取り付け部１５を有している。そして、チューブ１１におけるこの後方には、それより大径の直管部からなり、内部に碍子管４１の後端寄り部位及びシール部材７１等を配置させ得るシール部材収容部１７を備えている。

一方、碍子管４１は、本例ではセラミック製で、内部に軸線Ｇに沿って貫通状に形成された２穴を有する外径（横断面）が一定の細長い円筒管である。そして、その先端４３に、本例では絶縁部材である素子支持体（セラミック部材）３１を介して、ガラスでコーティングされたセンサ素子２１がその後端２１ｂを押付けるようにして配置されている。ただし、この素子２１から後方に延びる２本の電極（電極線）２３は、それぞれが素子支持体３１中を通され、碍子管４１の各孔を通されて後方に延びる芯線２５に接続されており、その芯線２５の後端を碍子管４１の後端４５から突出させている。すなわち、素子収容部１３内に、先端側からセンサ素子２１、素子支持体３１が位置し、碍子管４１がその先端寄り部位を碍子管先端寄り部位収容部１４内に位置するようにして、それぞれチューブ１１内に同心状に配置されている。なお、碍子管４１の後端４５は、チューブ１１のシール部材収容部１７内の中間部位に位置している。なお、絶縁部材である素子支持体３１は、碍子管４１の先端４３より小径で、しかも、センサ素子２１の後端２１ｂより大径の円筒状をなしている。

なお、ここで図３中の拡大図を参照して本例のセンサ１０１に使用している温度センサ素子２１の構造の詳細を説明しておく。すなわち、この温度センサ素子２１は、感温部としてのサーミスタ焼結体２０と、一対の電極層２２、２２と、一対の電極線２３、２３と、一対の接合電極２２ａ、２２ａと、ガラス封止部２４とを備える。サーミスタ焼結体２０は、ペロブスカイト構造又はスピネル構造を有する金属酸化物を主体とする材料によって板状に形成されている。感温部としてのサーミスタ焼結体２０は周囲の温度に応じて抵抗値が変化する特性を有する。電極層２２、２２は、白金（Ｐｔ）系又は金（Ａｕ）系の貴金属からなる電極である。電極層２２、２２は、サーミスタ焼結体２０を挟むように、サーミスタ焼結体２０の左右の表面のそれぞれに形成されている。電極線２３、２３は、サーミスタ焼結体２０の抵抗値の変化を外部に取り出すための電線であり、ジュメット線よりなる。各電極線２３、２３の外径（線径）は０．２０ｍｍである。電極線２３、２３は、接合電極２２ａ、２２ａによって一対の電極層２２、２２のそれぞれに接合されている。接合電極２２ａ、２２ａは、電極線２３、２３を電極層２２、２２に接合させるための電極である。接合電極２２ａ、２２ａは、電極層２２、２２と同様の白金（Ｐｔ）系又は金（Ａｕ）系の貴金属によって形成される。ガラス封止部２４は、一対の電極線２３、２３の先端側と、サーミスタ焼結体２０と、一対の電極層２２、２２とのそれぞれを被覆する。ガラス封止部２４は、被覆する部材（サーミスタ焼結体２０等）を内部に保持するとともに、被覆する部材を外部環境から保護する。

上記したように本例では、碍子管４１は、その先端寄り部位をチューブ１１の先端寄り部位の碍子管先端寄り部位収容部１４内に配置させており、その内周面にて微小な隙間を介して包囲される形で支持されている。一方、このように支持されている碍子管４１の先端寄り部位より後方は、チューブ１１の内周面との間に相対的に大きい空間を有している。なお、チューブ１１の碍子管先端寄り部位収容部１４の内周面と、対応する碍子管４１の外周面との間の隙間には、セメントが充填されていなくともよいが、本例では、図示はしないが充填されている。

また、チューブ１１のシール部材収容部１７内に配置されたゴム製のシール部材７１は、本例では概略円柱状をなしている。そして、碍子管４１の後端４５から引き出されている芯線２５の後端部２６に、シール部材７１の後端７２から外部に引き出されている各リード線５１の先端部（芯線）５３が、端子金具２８を介して接続されている。ただし、本例では、シール部材７１の先端７３側の中央に横断面円形で、碍子管４１の後端４５を隙間嵌めで入り込ませることができるように深さＦで陥没状に形成された凹部７４を備えており、ここに碍子管４１の後端４５を入り込ませている。そして、これら接続部は、この凹部７４の底部（底面）であるシール部材７１の先端向き面７５と、シール部材７１の後端７２との間において軸線Ｇを挟んで平行に貫通、形成された貫通孔７７内を通されている。

このようなシール部材７１は、チューブ１１のシール部材収容部１７の後端寄り部位１７ｃが縮径状に加締められることで、その内部に固定されており、そのシール部材収容部１７の内周面とシール部材７１の外周面との間のシールと共に、貫通孔７７の内周面とそこに通されている各リード線５１の表皮である絶縁樹脂層５４の外周面との間のシールが保持され、固定されている。ただし、このようにチューブ１１のシール部材収容部１７が縮径状に加締められている状態では、シール部材７１は本例ではそれ自体の後端寄り部位が縮径状に変形を起こしており、その変形にともない、シール部材７１における先端寄り部位は先端側に伸びる変形を起こしている。これにより、その凹部７４の底部である先端向き面７５が、ゴム状弾性により、図１、図２中に下向き矢印で示したように碍子管４１の後端４５を本例では直接先端側に向けて押しつけている（図２参照）。本例では、このような押付け力により、碍子管４１の先端４３に配置された素子支持体３１を介して、素子２１の後端２１ｂが先方に押され、その先端２１ａがチューブ１１の先端１２の内部に押付けられ、圧接している。

なお本形態のセンサ１０１では、上記もしたように、チューブ１１における中間部の取付金具取り付け部１５に、取付金具６１が同心状に外嵌されて固定されている。すなわち、この取付金具６１は、センサ１０１を排気マニホールド部位の取り付け穴（ネジ穴）にねじ込み方式で固定するため、外周面にネジ６０を備えた円筒状をなしており、その内周面６７と取付金具取り付け部１５の外周面との間を、例えばロウ付けすることで固定されている。なお、この取付金具６１は、ねじ６０を備えたねじ筒部６３の後端側に、一体で外方に突出状に設けられたねじ込み用多角形部６６を備えていると共に、このねじ込み用多角形部６６の先端面と、ねじ筒部６３の外周面（ネジ６０の基端）には、シール保持用の環状ワッシャ６９が配置されている。

なお、上記温度センサ１０１を組立てる工程について、図３〜図５に基づいて説明する。図３の右に示したように、素子２１、及びその後端２１ｂに配置された支持体３１から後方に延びる電極線２３に中継用の芯線２５を接続しておき、芯線２５の後端２６を碍子管４１の後端４５から引き出して適宜、曲げ、碍子管４１の先端４３に素子支持体３１を介して素子２１を配置する。一方、シール部材７１の貫通孔７７にリード線５１を通して、その先端５３をシール部材７１の先端７３側から引き出しておき、その先端（芯線）５３に端子金具２８の圧着部２９で圧着して固定しておく（図３の左図参照）。

次に、碍子管４１の後端４５から引き出された芯線２５の後端部２６に、端子金具２８を溶接する。（図４−左図参照）。そして、図４の右図に示したように、リード線５１をシール部材７１の後端７２から引っ張り出して、リード線５１の先端５３部分、端子金具２８、及び芯線２５の後端部２６をシール部材７１の各貫通孔７７内に入り込ませ、内挿用組付け体９０を組立てる（図４−右図参照）。このとき、図４の拡大図に示したように、碍子管４１の後端４５をシール部材７１の先端面側に形成された凹部７４内に入り込ませて、その底部である先端向き面７５に当接させるようにしておく。

次に、この内挿用組付け体９０を、その先端の素子２１から、図５−左図に示した取付金具６１が外嵌、固定されたチューブ１１内に挿入する。このとき、図５−右図に示したように、素子２１の先端２１ａがチューブ１１の先端１２に当るようにし、続く後方の素子支持体３１を素子収容部１３内に位置するようにし、碍子管４１の先端寄り部位を碍子管先端寄り部位収容部１４内に位置させ、隙間にセメント（図示せず）を注入する。そして、シール部材７１をチューブ１１のシール部材収容部１７内の所定位置に位置させる。このとき、シール部材７１の凹部７４内に入り込んでいる碍子管４１の後端４５が、その底部である先端向き面７５に当接又は圧接するように保持する。もっとも、加締め後においてその先端向き面７５が碍子管４１の後端４５を押すことができるような先端側への変形が得られる場合には、当接又は圧接状態にある必要はない。次に、この保持状態の下で、チューブ１１のシール部材収容部１７の後端寄り部位１７ｃを例えば全周、縮径状に丸加締めし、シール部材７１を径方向に圧縮する。こうすることで、図１に示した温度センサ１０１が得られる。なお、チューブ１１を加締める部位は、それによりシール部材７１に所望とする変形を付与できればよい。したがって、チューブ１１の後端部又は後端寄り部位であるシール部材収容部１７であって、且つ碍子管４１の後端よりも後端側を加締めることとすればよい。

すなわち、この加締めにより、シール部材７１の凹部７４の底部である先端向き面７５は、その圧縮に起因して先端方向へ変位するように変形しようとするため、そのゴム状弾性により、図５中、下向き矢印で示したように、碍子管４１の後端４５を先端側に向けて押すことになる。かくして、素子２１の先端２１ａはチューブ１１の先端１２部分に押付けられる。本例ではシール部材７１の先端向き面７５が、碍子管４１の後端４５を先端側に向けて直接押している場合を示したが、この間に、他の別部材が介在されていてもよいことは明らかである。なお、チューブ１１を径方向に見たときに、碍子管４１が存在する位置を加締めると、シール部材７１は変形しても碍子管４１の後端４５を先端側に押すようには変形しないため、素子２１の先端２１ａをチューブ１１の先端部分に押し付けることができない。そのため、加締める位置は碍子管４１の後端４５よりも後端側を加締める必要がある。

さて、次に本形態の温度センサ１０１の作用、効果について説明する。上記したことからも明らかなように、本センサ１０１によれば、チューブ１１の内周面と、碍子管４１の先端寄り部位の外周面との間に充填されているセメントが、振動等に起因して、破砕され、分散、散逸したとしても、素子２１は、シール部材７１の凹部７４の底部である先端向き面７５により先端側へ、そのゴム状弾性により押さえつけられている。このため、素子２１がチューブ１１の先端１２から離間したり移動することを防止できるから、応答性能の低下を招くこともない。すなわち、本形態のセンサ１０１によれば、チューブ１１内の先端１２に素子２１を当接できる状態を安定して維持できるから、高い応答性能、感温性を安定して維持できる。

また、前記の押さえつけ作用があることから、上記もしたように、チューブ１１の先端寄り部位の内周面と、碍子管４１の外周面との隙間（寸法）を十分小さくすることで、セメントを省略することもできる。そして、その場合には、構造の単純化と、セメントの注入、乾燥工程を省略できるので組立ての効率化が図られる。その上、チューブ１１内においてその先端１２と素子２１の先端２１ａとの間にセメントが入り込むことがなくなるから、その両者を直接、確実に接触させることができる。これにより、チューブ１１の先端１２から素子２１への熱伝達性を確実に高めることができる。

しかも、本センサ１０１によれば、シール部材７１の先端向き面７５が、そのゴム状弾性により、碍子管４１の後端４５を先端側に押しているから、その後端４５の横振れを防止する作用もある。したがって、その後端４５から突出している芯線２５の断線防止効果も得られる。とくに、本例では、シール部材７１の先端７３に凹部７４を設け、そこに碍子管４１の後端４５を入り込ませているから、凹部７４の内周面７６にて包囲された状態にある。したがって、その横振れ防止効果が極めて高い。これにより、耐振性、耐久性にも優れた温度センサとなすことができる。

ただし、本発明では、このような凹部７４は必須のものではない。具体的には図６に示した変形例のように、碍子管４１の後端４５を先端側に押すシール部材１７１の先端向き面７５は、シール部材７１の単なる平坦な先端面（平面）であってもよい。ゴム硬度が低く、高いゴム状弾性を有するシール部材１７１では、その先端７３自体が、図６に示したように凹む変形を起こすことから、その後端４５の横振れ防止効果も得られる。なお本例では前例と他には相違点はないので、図中、同一部位には同一の符号を付すに止める。すなわち、本発明において、シール部材７１の先端向き面７５は、碍子管４１の後端４５を先端側に押すことができればよいのであって、その先端向き面の具体的形状、構造は限定されるものでない。したがって、例えば図７に示した変形例のように、先端向き面７５は、シール部材２７１の先端７３において、先端側に向けて拡径するテーパ状をなす凹部としても良い。

また、上記形態では、温度センサ素子２１の後端２１ｂと、碍子管４１の先端４３との間に、絶縁部材である素子支持体３１を介在させたが、これはなくてもよい。ただし、碍子管４１の先端４３でセンサ素子２１の後端２１ｂを直接、先端側に押すことにする場合には、チューブ１１の先端１２に近い位置までその内径を、相対的に大径をなす碍子管４１の外径より大きくする必要がある。これに対し、絶縁部材である素子支持体３１を介在させる場合には、チューブ１１の先端４３寄り部位の径は、相対的に小さい素子２１、及び素子支持体３１を収容できる径とすればよく、したがって、チューブ１１の先端４３寄り部位の径を小さくできるため、素子２１の感温性を高められる。

なお、上記形態では、チューブ１１の先端が比較的平坦なものとして具体化した。ただし、これは、図８に示したように、チューブ１１の先端１２の内面（後端向き面）１２ｂが凹となす略半球面状をなすようにし、センサ素子２１の先端２１ａ（表面のガラスコーティング層からなる先端向き面）が、この凹となす略半球面状をなすチューブ１１の先端１２の内面に嵌合する凸となす略半球面状に形成してもよい。このようにすると、相互になじんだ形となり、したがって、素子２１への熱伝達性も向上すると共に、それが安定して配置されるので好ましい。

さて次に、上記形態の改良例とでも言うべき別の実施形態例について、図９〜図１１に基づいて説明する。ただし、このものは、図１〜図５に基づいて説明した実施形態例のものと、シール部材７１の構造のうち、その先端７３において陥没状に設けられた凹部７４の底部である先端向き面７５の形状ないし構造のみが相違するのみである。したがって、この相違点が容易に分かるよう、図２に示した図１の要部の拡大図（上）の中央縦断部分断面図に対応するものとして示した図９、及びそのさらなる要部の拡大図等である図１１等に基づいて、その相違点のみについて説明する。

すなわち、図１、図２では、シール部材７１の先端７３において陥没状に凹部７４を設けたが、この凹部７４の底部である先端向き面７５は平坦な面とされている。これに対して本形態では、シール部材３７１の先端７３の凹部７４の底部である先端向き面７５に、先端側に向けて突出する凸部（突起）７８が形成されている。ただし、凹部７４は、端面視、円形であり、凸部７８は、その底部である先端向き面７５において同心で、自由状態では先端側に向けて膨らむ形をなす１つの半球面状のものとされている（図９、図１０の２点鎖線、及び図１１参照）。また、本例では、底部である先端向き面７５の全体において膨らむ形のものとされている。さらに、凹部７４の底部であって、凸部７８の根元と凹部７４の内周面７６との間の隅角に、その内周面７６の周方向に沿い、凹となすアールの隅肉７９が形成（付与、形成）されている。なお、凹部７４の底部には、図９の横断面図に示したように貫通孔７７が開口しているが、他の図ではこれは省略している。

このような本形態では、上記例と同様に、凹部７４内に碍子管４１の後端４５を入り込ませている。ただし、凹部７４の内径（内周面の径）はその後端４５の外径より若干、大径とされている。そして、この後端４５の中心寄り部位が、その凹部７４の底部である先端向き面７５に形成された半球面状をなす凸部７８の先端にて先端側に押付けられており、これにより、凸部７８は圧縮変形を受けている。この押付けは、上記したのと同様に、チューブ１１のシール部材収容部１７であるその後端寄り部位１７ｃを縮径状に加締めることによっている。すなわち、この加締めによりシール部材３７１に発生する変形を利用して、凹部７４の底部である先端向き面７５に形成された凸部７８が、その加締め後において、自身のゴム状弾性により、碍子管４１の後端４５を先端側に、図中、下向き矢印で示したように押している。これにより、上記例と同様に、先端側に配置された素子２１をチューブ１１内の先端１２に押付けている。

このような本形態では、凹部７４の底部の凸部７８をなす半球面部の先端を中心として、碍子管４１の後端（後端面）４５を押付けていることから、その後端４５の外周縁（後端面と外周面とのなす角）が凹部７４の底部である先端向き面７５のゴムに当らないようになっている。このため、この外周縁が鋭利なナイフエッジ状態であるとしても、ゴムからなるシール部材３７１の凹部７４の底部である先端向き面７５に、亀裂やゴム切れが発生するのを抑制ないし、防止できる。とくに、本形態では、凹部７４の底部であって、凸部７８の根元と凹部７４の内周面７６との間の隅角に、その内周面の周方向に沿い、凹となすアールの隅肉７９が形成されている。このため、シール部材３７１の凹部７４の底部である先端向き面７５における凸部７８が、碍子管４１の後端（後端面）４５を押付けていることで発生しがちな、その隅角におけるゴムの亀裂の発生防止にも有効である。すなわち、凸部７８の根元と凹部７４の内周面７６との間の隅角に、このようなアールの隅肉７９が形成されていない場合には、その隅角を起点とするゴムの亀裂等の発生の問題があるが、そのアールにより、その発生を防止できる効果が得られる。なお、このようなアールの大きさ（半径）は、０．１ｍｍ程度あればよいが、なるべく大きい方が好ましい。

なお、碍子管４１の後端（後端面）４５を、シール部材３７１の先端向き面に設けた凸部にて先端に向けて押すものとする場合、本形態では、シール部材３７１の先端７３において陥没状に凹部７４を設け、この凹部７４の底部である先端向き面７５に凸部７８を形成したものを例示した。そして、この凹部７４内に碍子管４１の後端４５を遊嵌状態ではあるが嵌合させている。このため、その嵌合がある分、碍子管４１の後端４５の横ぶれ規制効果が得られる。しかし、凸部７８は、シール部材３７１の平坦な先端７３を先端向き面とし、ここに形成してもよい。図１２は、その一例を示したものであり、いわば、図６、図７に示した変形例の改良とでも言うべきものである。

すなわち、図１２においては、図６、図７に示した変形例と同様に、シール部材４７１の先端７３（先端向き面７５）が碍子管４１の後端（面）４５より大きく形成されていると共に、かつ、碍子管４１の後端４５の外周縁がシール部材４７１の先端向き面７５の外周縁より内側に位置するように配置されている。そして、このものでは、碍子管４１の後端４５の外周縁より内側において碍子管４１の後端４５を先端側に押付け得るように、シール部材４７１の先端向き面７５に、先端側に向けて突出する凸部７８が形成されている。そして、この凸部７５にて碍子管４１の後端４５を先端側に押し付けている。図６、図７に示したシール部材の先端（先端向き面）が平坦な変形例においては、碍子管４１の後端（後端面）４５にて、その後端４５が接するシール部材の先端（先端向き面）が凹むように変形する。このため、その後端４５の外周縁がナイフエッジ状態であると、それが押付けられているシール部材の先端向き面に亀裂やゴム切れが発生しやすいという問題がある。これに対し、図１２のように凸部７８を形成することで、こうした問題の発生が抑制ないし防止される。

なお、図９〜図１２の例とも、凸部は半球面状のものとした場合で説明したが、この形状、構造は適宜のものとすればよいのは上記した通りである。また、凸部（又は凸部群）の作用、効果からして、これは、碍子管の後端（面）の中心（中心寄り部位）を先端側に向けて押付け得るように配置、形成するのが好ましい。また、凸部の高さ（隆起高さ）は、碍子管の後端の押付けている状態において、すなわち、その凸部が先後に圧縮されている（潰され変形している）状態において、ある程度の突出（高さ）があるように、ゴムの弾性又は強度等に応じて設定すればよい。つまり、碍子管の後端の外周縁（ナイフエッジ）が、シール部材の先端向き面を圧縮してせん断が作用する構成とならないように、その大きさ（直径）、高さを設定するのがよい。さらに、前記では、シール部材の凸部にて碍子管の後端を直接、先端側に押付けている場合を図示したが、両者の間に、別部材（例えば、円形板）を介在させる場合でも、その凸部で、その別部材を介して碍子管の後端を押付けることとすればよい。

本発明の温度センサは、上記したものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜に変更して具体化できる。上記例では、チューブは、素子収容部をなす小径部に続き、後方に向けて、碍子管先端寄り部位収容部、取付金具取り付け部、及びシール部材収容部を、順次拡径するように形成したものとして具体化したが、このような寸法関係のものに限定されるものではない。例えば、碍子管先端寄り部位収容部と、取付金具取り付け部とは同径であってもよい。

本発明は、チューブが加締められることによってシール部材が変形して設けられている温度センサにおいて、そのシール部材が、自身の変形によりその先端向き面が、碍子管の後端を直接又は別部材を介して先端側に押し付けた状態で設けられており、そのセンサ素子が、碍子管を介して前記チューブの先端に向けて押付けられていればよく、その発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜に変更して具体化できる。なお、本発明の温度センサは、排気ガスの温度測定用のものに限定されるものでもなく、他の用途に使用されるものにも広く適用できる。

１１ チューブ
１２ チューブの先端
１９ チューブの後端
２１ 温度センサ素子
２１ａ 温度センサ素子の先端
２３ 温度センサ素子の電極
２５ 芯線
２６ 芯線の後端
３１ 素子支持体（ 絶縁部材）
４１ 碍子管
４５ 碍子管の後端
５１ リード線
７１、１７１、２７１、３７１，４７１ シール部材
７４ シール部材の先端の凹部
７５ シール部材の先端向き面
７８ シール部材の先端の凹部の底部に設けた凸部
１０１ 温度センサ

Claims (11)

1. 先端が閉じられた金属製のチューブと、このチューブ内の先端側に配置された温度センサ素子と、このチューブ内において該温度センサ素子の後方に配置され、該温度センサ素子の電極と接続された芯線を自身の内側に通してなる碍子管と、この碍子管の後端から引き出された芯線の後端と接続されて前記チューブの後端から外部に引き出されたリード線と、該リード線を自身の内側に通しつつ、該チューブの後端側におけるシールを保持するために該チューブの内部であって且つ前記碍子管の後端より後端側に自身の少なくとも一部が設けられたゴム状弾性を有するシール部材とを備えてなる温度センサであって、
   前記チューブが加締められることによって前記シール部材が変形して設けられている温度センサにおいて、
   前記シール部材が、自身の変形によりその先端向き面で、前記碍子管の後端を直接又は別部材を介して先端側に押し付けており、該碍子管を介して前記温度センサ素子が前記チューブの先端に向けて押付けられていることを特徴とする温度センサ。
2. 前記シール部材は前記チューブの後端部又は後端寄り部位の内部に設けられており、該チューブの後端部又は後端寄り部位が縮径状に加締められることによって、前記シール部材が径方向に圧縮され、その圧縮による変形によって前記先端向き面が先端側に変位する変形により、該先端向き面で、前記碍子管の後端を直接又は別部材を介して先端側に押し付け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. 前記温度センサ素子と、前記碍子管の先端との間に、絶縁部材が介在されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の温度センサ。
4. 前記チューブの先端の内面が凹となす略半球面状をなしており、前記温度センサ素子の先端向き面が、この凹となす略半球面状をなす該チューブの先端の内面に嵌合する凸となす略半球面状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の温度センサ。
5. 前記チューブの先端寄り部位の内周面が、前記碍子管の少なくとも先端寄り部位を隙間嵌め状態で収容可能の内径を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の温度センサ。
6. 前記チューブの先端寄り部位の内周面と、前記碍子管の先端寄り部位の外周面との間に、該碍子管固定用の充填材が充填されていないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の温度センサ。
7. 前記シール部材の先端に凹部が形成され、前記碍子管の後端が該凹部に入り込んでおり、
   しかも、該碍子管の後端の外周縁より内側において該碍子管の後端を先端側に押付け得るように、前記凹部の底部である先端向き面に、先端側に向けて突出する凸部が形成され、該凸部にて前記碍子管の後端を直接又は別部材を介して先端側に押し付けていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の温度センサ。
8. 前記シール部材の先端が前記碍子管の後端より大きく形成され、かつ、該碍子管の後端の外周縁が前記シール部材の先端の外周縁より内側に位置するように配置され、
   しかも、該碍子管の後端の外周縁より内側において該碍子管の後端を先端側に押付け得るように、前記シール部材の先端向き面に、先端側に向けて突出する凸部が形成され、該凸部にて前記碍子管の後端を直接又は別部材を介して先端側に押し付けていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の温度センサ。
9. 前記凸部が、１つの略半球面状のものであることを特徴とする請求項７又は８のいずれか１項に記載の温度センサ。
10. 前記凸部が、前記凹部の底部である先端向き面の略全体において１つの略半球面状をなしていることを特徴とする請求項７に記載の温度センサ。
11. 前記凸部が、前記凹部の底部である先端向き面の全体において１つの略半球面状をなしており、該凹部の底部であって、該凸部の根元と該凹部の内周面との間の隅角に、その内周面の周方向に沿い、凹となすアールの隅肉が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の温度センサ。

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