JP5192460B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、温度センサに関するものである。

温度センサとしては、温度によって電気的特性が変化する感温素子と、感温素子が先端部に接続されたシース部材と、シース部材の後端側を内部に収納する筒状部材とを備えた形態のものが知られている。なお、シース部材は、感温素子の電極線に接続（接合）される金属芯線を、当該金属芯線の先端側及び後端側を突出させる形態で、筒状をなした金属製のシース管内に絶縁保持させた構成をなすものである。

こうした温度センサは、さまざまな環境で用いられるが、例えば自動車の排ガスの温度を検出するために排気管内に取り付けられて使用されると、排気管の振動が温度センサに伝わって温度センサ自身も振動し、筒状部材の内部においてシース部材が振動する。こうした状況下で温度センサを長期に亘って使用すると、シース部材に金属疲労が蓄積したり、シース部材の内部を貫通している金属芯線が断線するおそれがある。

そこで、従来から、筒状部材の内部におけるシース部材の振動の抑制が試みられており、例えば、特許文献１に示すように、シース部材を固定部材により固定する構成が提案されている。かかる構成は、温度センサ内のシース部材の振動を抑制し、温度センサの耐久性を向上する優れたものであった。

特開２００８−２６１７８９号公報 特開２００７−３０９６７４号公報 特開２０００−１６２０５１号公報

ところで、温度センサは、車両のエンジンルームなど狭隘な空間に配置されることも多く、場合によっては、センサ全体をストレートな構成にすることができず、特許文献２に示したように、筒状部材の途中に湾曲部を設けた構成とすることも少なくない。つまり、温度センサのうちで、排気管の外部に晒されることになる筒状部材を所定角度で湾曲させた構成とすることがある。こうした湾曲部を筒状部材に形成してなる温度センサでは、筒状部材の内部でシース部材も湾曲して配置されることになり、この場合における振動対策は従来示されていなかった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、筒状部材に湾曲部を有する構成の温度センサにおいて、湾曲部におけるシース部材の振動を抑制することのできる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。

[適用例１]
温度によって電気的特性が変化する感温素子と、
前記感温素子が先端部に接続された金属芯線と前記金属芯線を絶縁保持するシース管とを有するシース部材と、
前記シース部材の後端側を内部に収納する筒状部材と、
を備えた温度センサであって、
前記筒状部材には、軸線が湾曲した湾曲部が形成されており、
前記湾曲部の内部を構成する内壁と前記シース部材の前記シース管の外壁との間隙には、前記シース部材を支持する支持部材が配置されていることを特徴とする、温度センサ。

適用例１の温度センサによれば、支持部材が配置されているので、湾曲部におけるシース部材の振動を抑制することができる。

[適用例２]
適用例１に記載の温度センサにおいて、
前記支持部材は、環状の部材であり、内部に前記シース部材を挿通した状態で前記シース部材に固定されていることを特徴とする、温度センサ。

適用例２の温度センサによれば、シース部材における支持部材の位置の変動を抑制することができる。

[適用例３]
適用例１または２に記載の温度センサにおいて、
前記筒状部材の前記湾曲部を介した先端側における軸線と後端側における軸線とによって形成される角度は、３０度以上であることを特徴とする、温度センサ。

適用例３によれば、温度センサを排気管などの取付対象体に取り付けるにあたり、筒状部材に所定角度以上で湾曲した湾曲部を設けることで、自由なレイアウトで温度センサを配置したり、取り付けることができる。

[適用例４]
適用例１ないし３のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
前記筒状部材の前記湾曲部よりも後端側には、前記シース部材を前記筒状部材に対して固定する固定部が形成されていることを特徴とする、温度センサ。

適用例４の温度センサによれば、湾曲部の後端側に固定部が形成されているので、シース部材の後端側における振動を抑制することができる。

[適用例５]
適用例４に記載の温度センサにおいて、
前記固定部は、前記筒状部材が、前記シース部材に対して径方向外側から加締められることによって形成されていることを特徴とする、温度センサ。

適用例５の温度センサによれば、シース部材の後端側を確実に固定することができる。

[適用例６]
適用例５に記載の温度センサにおいて、
前記シース部材であって前記湾曲部よりも後端側に位置する部位には、第２の環状部材が固定されており、
前記固定部は、前記筒状部材が、前記第２の環状部材を介在させた状態で前記シース部材に対して径方向外側から加締められることによって形成されていることを特徴とする、温度センサ。

適用例６の温度センサによれば、第２の環状部材がシース部材に固定されているため、筒状部材の加締め量を抑制することができると共に、シース部材の後端側を確実に固定することができる。

[適用例７]
適用例４ないし６のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
前記支持部材は、前記固定部から１０ｍｍ以上先端側に配置されていることを特徴とする、温度センサ。

適用例７の温度センサによれば、シース部材の振動を効果的に抑制することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、温度センサの製造方法および製造装置、製造システム等の形態で実現することができる。

本発明の一実施例としての温度センサ２００の構造を示す部分破断断面図である。 湾曲部２６２を形成する工程を示すフローチャートである。 比較例としての温度センサ２００ｘの構造を示す部分破断断面図である。 第２実施例としての温度センサ２００ｂの構造を示す部分破断断面図である。

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としての温度センサ２００の構造を示す部分破断断面図である。本実施例の温度センサ２００は、感温素子としてのサーミスタ素子２０２と、このサーミスタ素子２０２が先端に取り付けられた２本の金属芯線２０８をステンレス合金製のシース管２０７の内部に絶縁保持してなるシース部材２０６と、シース部材２０６とサーミスタ素子２０２とを収納する金属チューブ２１２と、金属チューブ２１２の一端に溶接された取り付け部材２４０と、取り付け部材２４０に一端が溶接された筒状部材２６０と、この筒状部材２６０に外嵌されたナット部材２５０とから構成されている。

金属チューブ２１２、取り付け部材２４０、筒状部材２６０の接合は、略同心に行なわれており、その軸線は略一致している。これらの部材の軸線方向は、温度センサ２００の長手方向に相当する。以下の説明では、この温度センサ２００の長手方向に沿って、サーミスタ素子２０２が配置される側を、軸線方向の先端側（図１における下側）と呼び、反対側を軸線方向の後端側（図１における上側）と呼ぶものとする。

温度センサ２００は、取り付け部材２４０と、ナット部材２５０とを用いて、例えば内燃機関の排気管に装着されて使用される。ナット部材２５０は、筒状部材２６０に外嵌された六角ナット部２５２と、ネジ部２５４とを有しており、筒状部材２６０の周囲に回動自在に外挿されている。温度センサ２００の排気管への取り付けは、六角ナット部２５２を回して、ナット部材２５０に設けられたネジ部２５４を、排気管側の雌ネジ部（図示せず）に螺合することにより行なう。

温度センサ２００の先端側に設けられたサーミスタ素子２０２は、排ガスが流れる排気管内に配置され、排ガスの温度を検出する。サーミスタ素子２０２は、感温部としてのサーミスタ焼結体２０３と、素子電極線２０４とを備えている。サーミスタ焼結体２０３は、（Ｓｒ，Ｙ）（Ａｌ，Ｍｎ，Ｆｅ）０₃をベース組成としたペロブスカイト型酸化物で形成されている。サーミスタ焼結体２０３の形状は六角柱であり、２本の素子電極線２０４はサーミスタ焼結体２０３に埋設されると共に、サーミスタ焼結体２０３の６つの側面のうちの一つから外側に延びている。この素子電極線２０４は、シース管２０７の先端から延びた２本の金属芯線２０８と互いに重なり合っており、その重なり合っている領域にレーザー溶接が施されることによって、素子電極線２０４は、金属芯線２０８の所定位置に接合されている。これにより、サーミスタ素子２０２は、シース管２０７の先端から所定量突出した位置に取り付けられる。

シース部材２０６は、金属チューブ２１２及び筒状部材２６０の内側に配置されており、前述したように、２本の金属芯線２０８をステンレス合金製のシース管２０７の内部に絶縁保持した構成を有している。この２本の金属芯線２０８を保持するために、シース管２０７の内部には、絶縁性のシース充填材が充填されている。金属芯線２０８は、シース管２０７の内部を貫通しており、シース管２０７の先端及び後端において突出している。シース部材２０６の後端から延びる金属芯線２０８は、加締め端子２７２を介して外部回路（例えば、車両の電子制御装置（ＥＣＵ）等）接続用のリード線２７３と接続されている。なお、シース部材２０６の後端から延びる金属芯線２０８と加締め端子２７２とは、それぞれ絶縁チューブ２７１により互いに絶縁されている。リード線２７３は、導線を絶縁性の被覆材にて被覆したものであり、耐熱ゴム製のシール部材２７４の内部を貫通した状態で配置される。

金属チューブ２１２は、サーミスタ素子２０２と、シース部材２０６（シース管２０７）の先端側とを収容している。さらに、本実施例では、セラミック製の多孔質状のセメント２９０が、金属チューブ２１２によって囲まれた空間内に充填されており、これによって、金属チューブ２１２内にサーミスタ素子２０２が保持されている。ただし、セメント２９０は省略することもできる。また、金属チューブ２１２は、シース管２０７の少なくとも一部が収容される筒状の胴部２１４と、サーミスタ焼結体２０３の外径より大きくシース管２０７の外径より小さな内径の先端部２１６とを有している。金属チューブ２１２の先端部２１６は、胴部２１４から径が絞り込まれたテーパ形状の段差部２１５を介して、胴部２１４と連設されている。

取り付け部材２４０は、溶接部２４８によって、金属チューブ２１２の後端側と接合されている。取り付け部材２４０は、軸線方向に延びる筒状の鞘部２４３と、鞘部２４３の先端側に位置する突出部２４２とを備えている。突出部２４２は、鞘部２４３よりも大きい外径を有しており、径方向外側に突出している。鞘部２４３は、先端側に位置する第１段部２４４と、後端側に位置する第２段部２４６とからなる二段形状を有している。第２段部２４６は、第１段部２４４よりも小さい外径を有している。この第２段部２４６と金属チューブ２１２の外周面とは、径方向全周に亘ってレーザー溶接されている。図１では、これを溶接部２４８として示した。また、第１段部２４４と筒状部材２６０とは、径方向全周に亘ってレーザー溶接されている。図１では、これを溶接部２４９として示した。

取り付け部材２４０は、突出部２４２の先端側に、先端側方向に行くにつれ径が次第に小さくなるテーパ形状の取り付け座２４５を有している。取り付け座２４５は、例えば排気管（図示せず）のセンサ取り付け位置に設けられた段差部（図示せず）に接するように配置される部材であり、排気管の段差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構成されている。

また、取り付け部材２４０は、取り付け座２４５がセンサ取り付け位置の段差部に接するように配置された後、ナット部材２５０のネジ部２５４がセンサ取り付け位置の周囲に形成された雌ネジ部に螺合されることで、センサ取り付け位置に固定される。

筒状部材２６０は、前述したように、シース部材２０６の後端側を内部に収納している。そして、筒状部材２６０のうち、ナット部材２５０よりも後端側には、軸線が湾曲した湾曲部２６２が形成されている。湾曲部２６２を形成すると、温度センサ２００を排気管内に配置する場合におけるレイアウトの自由度を増すことができたり、環境温度の高い箇所（温度センサ２００の排気管の装着部）から高分子材料からなる絶縁チューブ２７１やシール部材２７４を退避させて、絶縁チューブ２７１やシール部材２７４を風冷させ易い環境に配置することが可能となる。本実施例では、筒状部材２６０の湾曲部２６２を介した先端側における軸線と後端側における軸線とによって形成される角度αは、４５度に設定されている。ただし、この角度αは、排気管内のレイアウトによって様々な角度に設定することができ、例えば３５度、９０度、１１０度のように、３０度以上に設定されることが多い。

シース部材２０６（詳細にはシース管２０７）のうち、湾曲部２６２の内側に位置する部位には、環状の金属製リング２６５が径方向外側から加締められて固定されている。金属製リング２６５は、ステンレスで形成されており、その外径は、筒状部材２６０の内径と略一致する寸法に設定されている。本実施例では、金属製リング２６５の外径は５．２ｍｍに設定されており、筒状部材２６０の内径は５．４ｍｍに設定されている。金属製リング２６５の外径及び筒状部材２６０の内径の公差は、それぞれ０．０５ｍｍである。金属製リング２６５が設けられたことによる効果については、比較例を用いて後に詳述する。

金属製リング２６５よりも後端側には、第２の金属製リング２６７がシース部材２０６（詳細にはシース管２０７）に径方向外側から加締められて固定されている。そして、このシース部材２０６は、第２の金属製リング２６７を介在させた状態で筒状部材２６０の径方向外側からさらに加締められている。この結果、シース部材２０６は、第２の金属製リング２６７を介して、筒状部材２６０の加締め部２６４に固定される。これにより、シース部材２０６の後端部２０９における振動は抑制され、金属芯線２０８の基端部２０８ｋが振動によって断線してしまうのを抑制することができる。

図２は、湾曲部２６２を形成する工程を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、２つの金属製リング２６５,２６７を、シース部材２０６の所定の箇所に加締めて固定する。ステップＳ２０では、２つの金属製リング２６５,２６７が固定された状態のシース部材２０６を筒状部材２６０に挿入する。ステップＳ３０では、筒状部材２６０のうち、第２の金属製リング２６７が配置されている箇所を、径方向外側から加締めることによって、第２の金属製リング２６７を筒状部材２６０に固定する。ステップＳ４０では、筒状部材２６０のうち、金属製リング２６５が配置されている箇所を湾曲させることによって、湾曲部２６２を形成する。このような工程によって湾曲部２６２を形成すれば、筒状部材２６０と金属製リング２６５とは固定されないため、湾曲部２６２を形成する際における筒状部材２６０の伸縮による影響が、金属製リング２６５を介してシース部材２０６に及ばないようにすることができる。

図３は、比較例としての温度センサ２００ｘの構造を示す部分破断断面図である。図１に示した第１実施例との違いは、筒状部材２６０の湾曲部２６２の内側に金属製リング２６５が配置されていない点である。したがって、この温度センサ２００ｘでは、湾曲部２６２におけるシース部材２０６と筒状部材２６０との間隙が大きく、シース部材２０６が湾曲部２６２において振動しやすくなっている。そして、シース部材２０６が振動によって湾曲部２６２に接触したり、金属芯線２０８やシース管２０７に金属疲労が蓄積するおそれがある。

これに対して、図１に示した第１実施例における温度センサ２００では、金属製リング２６５により、湾曲部２６２におけるシース部材２０６と筒状部材２６０との間隙が適切な大きさに保たれている。したがって、筒状部材２６０の湾曲部２６２の内部におけるシース部材２０６の振動を抑制することができ、この結果、金属疲労による金属芯線２０８やシース管２０７の破断を抑制することが可能となる。なお、金属製リング２６５は、第２の金属製リング２６７から１０ｍｍ以上先端側に配置されていることが好ましい。こうすれば、シース部材２０６の振動をより効果的に抑制することができる。また、上記した角度αを３０度以上に設定したときには、湾曲部２６２において、シース部材２０６が筒状部材２６０の内周に近づくように大きく屈曲し、結果としてシース部材２０６と筒状部材２６０との間隙が大きくなる傾向にある（図３参照）。しかし、第１実施例（図１参照）のように、金属製リング２６５を湾曲部２６２の内側に設けることで、このような間隙を適切な大きさに保つ効果を確実に得ることができる。

なお、サーミスタ素子２０２は、本発明における「感温素子」に相当する。また、金属製リング２６５は、本発明における「支持部材」に相当し、第２の金属製リング２６７は、本発明における「第２の環状部材」に相当する。

Ｂ．第２実施例：
図４は、第２実施例としての温度センサ２００ｂの構造を示す部分破断断面図である。図１に示した第１実施例との違いは、金属チューブ２１２の代わりに金属キャップ２１２ｂが設けられているという点と、金属キャップ２１２ｂが固定されたシース部材２０６が取り付け部材２４０の内側に挿入された状態で固定されている点だけであり、他の構成は第１実施例と略同じである。

金属キャップ２１２ｂは、溶接部２１３によってシース部材２０６の先端部に固定されており、その内側にはサーミスタ素子２０２が配置されている。シース部材２０６のうち、湾曲部２６２の内側に位置する部位には、第１実施例と同様に、環状の金属製リング２６５が径方向外側から加締められて固定されている。なお、第１実施例と同様に、この金属製リング２６５と筒状部材２６０とは加締められておらず、固定はされていない。

このように、金属キャップ２１２ｂを有する温度センサ２００ｂに対して、金属製リング２６５を湾曲部２６２の内部に配置しても、第１実施例と同様に、シース部材２０６の振動を効果的に抑制することが可能である。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、金属製リング２６５はステンレスで形成されていたが、この代わりに、アルミニウム等の他の金属で金属製リング２６５を形成することも可能である。また、金属製リング２６５の代わりに、湾曲部２６２の内部を構成する内壁とシース部材２０６との間隙に、シース部材を支持することが可能な支持部材を配置することとてもよい。

Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、筒状部材２６０を第２の金属製リング２６７ごと加締めることによって、シース部材２０６を固定していたが、第２の金属製リング２６７を省略し、筒状部材２６０を直接加締めて、シース部材２０６を筒状部材２６０に対して固定することとしてもよい。ただし、筒状部材２６０の加締め量を抑制することができるため、第２の金属製リング２６７をシース部材２０６に固定する方が好ましい。

２００…温度センサ
２００ｂ…温度センサ
２００ｘ…温度センサ
２０２…サーミスタ素子
２０３…サーミスタ焼結体
２０４…素子電極線
２０６…シース部材
２０７…シース管
２０８…金属芯線
２０８ｋ…基端部
２０９…後端部
２１２…金属チューブ
２１２ｂ…金属キャップ
２１３…溶接部
２１４…胴部
２１５…段差部
２１６…先端部
２４０…取り付け部材
２４２…突出部
２４３…鞘部
２４４…第１段部
２４５…取り付け座
２４６…第２段部
２４８…溶接部
２４９…溶接部
２５０…ナット部材
２５２…六角ナット部
２５４…ネジ部
２６０…筒状部材
２６２…湾曲部
２６４…加締め部
２６５…金属製リング
２６７…第２の金属製リング
２７１…絶縁チューブ
２７２…加締め端子
２７３…リード線
２７４…シール部材
２９０…セメント

Claims (7)

1. 温度によって電気的特性が変化する感温素子と、
   前記感温素子が先端部に接続された金属芯線と前記金属芯線を絶縁保持するシース管とを有するシース部材と、
   前記シース部材の後端側を内部に収納する筒状部材と、
   を備えた温度センサであって、
   前記筒状部材には、軸線が湾曲した湾曲部が形成されており、
   前記湾曲部の内部を構成する内壁と前記シース部材の前記シース管の外壁との間隙には、前記シース部材を支持する支持部材が配置されていることを特徴とする、温度センサ。
2. 請求項１に記載の温度センサにおいて、
   前記支持部材は、環状の部材であり、内部に前記シース部材を挿通した状態で前記シース部材に固定されていることを特徴とする、温度センサ。
3. 請求項１または２に記載の温度センサにおいて、
   前記筒状部材の前記湾曲部を介した先端側における軸線と後端側における軸線とによって形成される角度は、３０度以上であることを特徴とする、温度センサ。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   前記筒状部材の前記湾曲部よりも後端側には、前記シース部材を前記筒状部材に対して固定する固定部が形成されていることを特徴とする、温度センサ。
5. 請求項４に記載の温度センサにおいて、
   前記固定部は、前記筒状部材が、前記シース部材に対して径方向外側から加締められることによって形成されていることを特徴とする、温度センサ。
6. 請求項５に記載の温度センサにおいて、
   前記シース部材であって前記湾曲部よりも後端側に位置する部位には、第２の環状部材が固定されており、
   前記固定部は、前記筒状部材が、前記第２の環状部材を介在させた状態で前記シース部材に対して径方向外側から加締められることによって形成されていることを特徴とする、温度センサ。
7. 請求項４ないし６のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   前記支持部材は、前記固定部から１０ｍｍ以上先端側に配置されていることを特徴とする、温度センサ。

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