JP5519590B2 - 温度センサの製造方法及び温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気ガス等の温度を測定するための温度センサの製造方法及び温度センサに関する。

従来からエンジンの排気ガス等の温度を測定するための温度センサとして、種々の構造のものが提案されている。例えば、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、サーミスタ等のガラス等でコーティングされた温度センサ素子が配置され、この温度センサ素子の引出線と溶接された中継線及びこの中継線の周囲を絶縁するための絶縁部材とが、チューブ内に配設された構造となっている。

このような温度センサでは、チューブ内に配設された温度センサ素子の引出線と中継線との溶接部等とチューブ内面との間には、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、温度センサ素子の引出線と中継線との溶接部等をチューブ内に固定する構成となっている（例えば、特許文献１）。また、温度センサの構成として、温度センサ素子の引出線と中継線との連結部位を、チューブ内に設置した絶縁管内に配置させた構成が知られている（例えば、特許文献２）。

特開２０１０−３２４９３号公報 特開平７−１４００１２号公報

このような温度センサにおいては、温度センサ及び引出線等を細径化して応答性の向上を図ることが求められている。ここで、温度センサにおいて、引出線と中継線との溶接は、レーザ溶接によって行うことが多い。しかしながら、引出線や中継線を細径化すると、引出線と中継線とをレーザ溶接する際に、正確な位置に溶接するためには工数がかかり、製造コストの増大を招く。また、引出線と中継線とを抵抗溶接すると、抵抗溶接の際に溶接用の電流を流すための電極棒によって押圧されるため、引出線の端部等が跳ね上がりを起こす場合がある。このように引出線に跳ね上がりが起きると、溶接部を碍子管の内部に引き込む際に引っ掛かりが生じる等、溶接後の工程において各種の問題が起きる可能性がある。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、工数の削減による製造コストの低減と、信頼性の向上を図ることのできる温度センサの製造方法及び温度センサを提供することを目的とする。

本発明の温度センサの製造方法の一態様は、先端が閉じられ、軸線方向に延びる金属製のチューブと、前記チューブ内の先端側に配置され、温度によって電気的特性が変化する感温部に電気的に接続された引出線を有する温度センサ素子と、軸線方向に延び前記引出線と溶接された中継線と、前記チューブ内において前記温度センサ素子の後方に配置され、少なくとも前記中継線を通すための軸線方向に沿った透孔を有する碍子管とを具備し、前記透孔内に前記引出線と前記中継線との溶接部が配置された温度センサの製造方法であって、前記引出線と前記中継線とを、前記引出線の後端を含むように抵抗溶接する後端側抵抗溶接工程と、前記引出線と前記中継線とを、前記後端側抵抗溶接工程より先端側で抵抗溶接する先端側抵抗溶接工程と、を具備したことを特徴とする。

本発明の温度センサの製造方法では、引出線と中継線とを、引出線の後端を含むように抵抗溶接する後端側抵抗溶接工程と、引出線と中継線とを、後端側抵抗溶接工程より先端側で抵抗溶接する先端側抵抗溶接工程と、を具備している。このように、引出線の後端を含むように抵抗溶接する後端側抵抗溶接工程を具備することによって、細径の引出線を用いた場合であってもその後端に跳ね上がりが起きることを防止することができる。したがつて、引出線と中継線との溶接部を絶縁管の透孔の内部に引っ掛かりなく配置させる（引き込む）ことができる。また、複数回の抵抗溶接工程を有することによって、引出線と中継線とをより確実に溶接することができ、温度センサ素子からの出力を中継線に確実に伝送することができ、温度センサの信頼性（特に電気的な接続の信頼性）を高められる。さらに、抵抗溶接を用いることによって、レーザ溶接を用いる場合よりも少ない工程で経済的に溶接を実施することができる。

上記の温度センサの製造方法では、先端側抵抗溶接工程の後に、後端側抵抗溶接工程を実施する構成とすることができる。このようにすれば、先端側抵抗溶接工程の際に跳ね上がりが起きた場合でも、後端側抵抗溶接工程でこの跳ね上がりを元の状態に確実に戻すことができる。

また、上記の温度センサの製造方法では、後端側抵抗溶接工程及び先端側抵抗溶接工程の前に、中継線の引出線との溶接部となる部位に平面部を形成する平面部形成工程を行う構成とすることができる。このようにすれば、より容易に引出線と中継線とを抵抗溶接することができる。

また、本発明の温度センサの一態様は、先端が閉じられ、軸線方向に延びる金属製のチューブと、前記チューブ内の先端側に配置され、温度によって電気的特性が変化する感温部に電気的に接続された引出線を有する温度センサ素子と、軸線方向に延び前記引出線と溶接された中継線と、前記チューブ内において前記温度センサ素子の後方に配置され、前記中継線を通すための軸線方向に沿った透孔を有する碍子管とを具備し、前記透孔内に前記引出線と前記中継線との溶接部が配置された温度センサであって、前記引出線と前記中継線とは、前記引出線の後端を含む後端側溶接部と、当該後端側溶接部より先端側の先端側溶接部の少なくとも２箇所で抵抗溶接されていることを特徴とする。

本発明の温度センサでは、引出線と中継線とは、引出線の後端を含む後端側溶接部と、当該後端側溶接部より先端側の先端側溶接部の少なくとも２箇所で抵抗溶接されている。これによって、細径の引出線を用いた場合であってもその後端に跳ね上がりが起きることを防止することができる。また、複数箇所で抵抗溶接されていることによって、引出線と中継線とをより確実に接合することができる。さらに、抵抗溶接を用いることによって、レーザ溶接を用いる場合よりも少ない工程で経済的に製造することができる。

本発明によれば、工数の削減による製造コストの低減と、信頼性の向上を図ることのできる温度センサの製造方法及び温度センサを提供することができる。

本発明の一実施形態の温度センサの縦断面構成を示す図。 図１の温度センサの要部構成を示す図。 図１の温度センサの要部構成を示す図。 変形例の要部構成を示す図。 本発明の一実施形態の温度センサの製造方法を示す図。 溶接部の断面の状態を示す顕微鏡写真。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る温度センサ１０１の断面概略構成を示すものである。図１に示すように、温度センサ１０１は、先端１２が閉じられ軸線Ｇ方向に延びた金属製（例えば、ＳＵＳ製）のチューブ１１を有しており、このチューブ１１内には、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が配設されている。チューブ１１内において、温度センサ素子２１の後方（図１中の上方）には、絶縁部材である素子支持体３１が配設され、素子支持体３１の後方には、碍子管（絶縁管）４１が配設されている。

チューブ１１は、先端１２から後端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。先端１２から後方に向かう所定範囲が、最も小径の素子収容部１３となっている。この素子収容部１３に続く後方には素子収容部１３よりも大きな径をなす中径部１８が位置し、この中径部１８の後方には、中径部１８より大径の直管部からなり、内周面にて碍子管４１の先端側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先端側収容部１４を有している。

チューブ１１の先端側収容部１４の後方には、先端側収容部１４より大径の直管部からなり、温度センサ１０１自体を排気マニホー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金具取付部１５を有している。さらに、チューブ１１の金具取付部１５の後方には、金具取付部１５より大径の直管部からなり、内部に碍子管４１の後端側部位及びシール部材７１等が配設されるシール部材収容部１７を備えている。

碍子管４１は、アルミナ等の絶縁体からなり、内部に軸線Ｇに沿って貫通する２つの透孔４２を有する外径（横断面）が一定の細長い円筒管である。この碍子管４１の先端４３に、セラミック等の絶縁体からなる素子支持体３１を介して、ガラスでコーティングされた温度センサ素子２１が配設されている。

温度センサ素子２１から後方に延びる２本の引出線２３は、それぞれが素子支持体３１中を通され、碍子管４１の各透孔４２を通されて後方に延びる中継線２５に接続されており、中継線２５の後端は、碍子管４１の後端４５から突出している。引出線２３と中継線２５との接続部である溶接部２５０は、碍子管４１の内部（透孔４２内）に収容された状態となっている。これによって、引出線２３と中継線２５との溶接部２５０を碍子管４１によって周囲から絶縁し保護することができる。

上記のように、チューブ１１の素子収容部１３内に、先端側から温度センサ素子２１、素子支持体３１が位置し、碍子管４１の先端部分が先端側収容部１４内に位置するようにして、それぞれチューブ１１内に同心状に配設されている。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。また、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、温度センサ素子２１の後端２１ｂより大径の円筒状とされている。

図２に示すように、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と、一対の引出線２３と、一対の接合電極２２ａと、ガラス封止部２４とを有する。サーミスタ焼結体２０は、ペロブスカイト横造又はスピネル横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。

引出線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、断面形状が円形のジュメット線等からなる。各引出線２３の外径（線径）は０．２０ｍｍ〜０．２５ｍｍ程度である。引出線２３は、接合電極２２ａによって一対の電極層２２のそれぞれに接合されている。接合電極２２ａは、引出線２３を電極層２２に接合させるための電極である。

接合電極２２ａは、電極層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ている。ガラス封止部２４は、一対の引出線２３の先端側と、サーミスタ焼結体２０と、一対の電極層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。

上記温度センサ素子２１の引出線２３が溶接された中継線２５は、ステンレス鋼等から断面形状が円形で、線径が０．５ｍｍ程度の線状に形成されている。図３に示すように、中継線２５の先端部分の溶接部２５０が形成される部位には、平潰し加工によって平面部２５１が形成されている。そして、この平面部２５１に、引出線２３が抵抗溶接によって溶接されている。抵抗溶接は、引出線２３の後端を含む後端側溶接部２５０ａと、これより先端側の先端側溶接部２５０ｂの２箇所において実施されている。

このように、中継線２５に平面部２５１を形成し、平面部２５１に引出線２３を抵抗溶接することによって、細径の引出線２３及び細径の中継線２５を用いた場合であっても、円形の中継線２５と円形の引出線２３同士をそのまま溶接する場合に比べて容易にかつ確実に抵抗溶接を行うことができる。また、引出線２３及び中継線２５を、後端側溶接部２５０ａと先端側溶接部２５０ｂの２箇所において抵抗溶接しているので、より確実にこれらを接合することができ、温度センサが車両等の激しい振動下に取り付けられて使用に供された場合にも電気的な接続を維持でき、信頼性を高めることができる。また、引出線２３の後端を含む後端側溶接部２５０ａにおいて抵抗溶接を行うことによって、細径の引出線２３を用いた場合であっても、引出線２３の後端２３ａに、図３中に点線で示すような跳ね上がりが起きることを防止することができる。また、抵抗溶接を用いることによって、レーザ溶接を用いる場合よりも少ない工程で経済的に溶接を実施することができる。

また、円形の中継線２５と円形の引出線２３同士をそのまま溶接する場合に比べて、中継線２５の中心軸と引出線２３の中心軸のずれ量を少なくすることができる。これによって、溶接後に溶接部２５０を碍子管４１の透孔４２内に引き込む際に、より容易に引き込むことかできる。なお、中継線２５の線径が０．５ｍｍ程度であるのに対して、碍子管４１の透孔４２の内径は中継線２５の線径の２倍以下（１．０ｍｍ以下）程度であり、例えば、０．７５ｍｍ〜０．８０ｍｍ程度とされている。

なお、中継線２５と引出線２３の溶接においては、例えば図４に示すように、中継線２５を平潰し加工するとともに反対側の面２５２側に突出するように曲げ加工することによって引出線２３と中継線２５を溶接した際に、引出線２３の中心軸と中継線２５の中心軸とが一致するようにしてもよい。

図１に示すように、本実施形態では、碍子管４１は、その先端部がチューブ１１の先端側収容部１４内に配置され、その内周面にて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の後端側は、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の先端側収容部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、本実施形態では、図示はしないが充填されている。

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、略円柱状に形成されている。そして、碍子管４１の後端４５から引き出された中継線２５の後端部２６と、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とが、端子金具２８を介して接続されている。リード線５１の先端部（芯線）５３は、端子金具２８の圧着部２９に圧着されており、中継線２５は端子金具２８に溶接されている。

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陥没状に形成された凹部７４が形成されており、ここに碍子管４１の後端４５を入り込ませている。中継線２５の後端部分、端子金具２８、リード線５１の先端部分は、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する貫通孔７７内に位置する状態となっている。

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の芯線を被覆する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。

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における先端部分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中下向きに碍子管４１の後端４５を先端側に向けて押しつけた状態となっている。なお、この押し付けにより、素子支持体３１を介して温度センサ素子２１はチューブ１１の先端１２に押し付けられる。

チューブ１１における中間部の金具取付部１５には、取付金具６１が同心状に外嵌されて固定されている。この取付金具６１は、温度センサ１０１を排気マニホールド部位の取付穴（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と金具取付部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。

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、外方に突出する工具係合用の多角形部６６を備えている。また、この工具係合用の多角形部６６の先端面と、ねじ筒部６３の外周面（ねじ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。

図５は、上記構成の温度センサ１０１の製造工程の要部を示す図である。図５（ａ）に示すように、温度センサ１０１の製造工程では、碍子管４１の透孔４２に挿入された中継線２５の先端部を碍子管４１の先端から突出させ、中継線２５の先端部に、プレス装置１５０によって、平潰し加工を施し、平面部２５１を形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、平面部２５１の上に温度センサ素子２１の引出線２３が位置するように配置し、抵抗溶接装置１６０（電極棒）によって、引出線２３と中継線２５とを抵抗溶接する。この引出線２３と中継線２５との抵抗溶接は、引出線２３の後端を含む後端側溶接部２５０ａと、この後端側溶接部２５０ａより先端側の先端側溶接部２５０ｂの、軸方向に異なる位置において少なくとも２箇所実施する。

この場合、図５（ｂ）に示すように、例えば、先端側溶接部２５０ｂにおいて、先端側抵抗溶接工程を実施した後、後端側溶接部２５０ａにおいて、後端側抵抗溶接工程を実施する。これによって、先端側抵抗溶接工程の際に引出線２３の跳ね上がりが起きた場合でも、後端側抵抗溶接工程でこの跳ね上がりを元の状態に戻すことができる。

図６に中継線２５の平面部２５１の上に引出線２３を抵抗溶接した際の断面状態の一例の顕微鏡写真を示す。この顕微鏡写真では、下部に中継線２５、上部に引出線２３が示されている。図６に示す例では、中継線２５の平面部２５１とは反対側の面２５２（図６中下側の面）も平面状となっているが、この反対側の面２５２は、平潰し加工する前の形状、つまり円形のままであってもよい。

次に、図５（ｃ）に示すように、引出線２３と中継線２５との溶接部２５０が、碍子管４１の透孔４２の内部に位置するように、引出線２３の後端部と中継線２５の先端部を碍子管４１の透孔４２の内部に引き込む。

以上の工程により、引出線２３と中継線２５とを溶接し、これらの溶接部２５０を碍子管４１の透孔４２の内部に収容する。この際、引出線２３に跳ね上がりが生じていないので、引っ掛かり等がなく容易に溶接部２５０を碍子管４１の透孔４２の内部に収容することができる。

この後、図２に示したように、端子金具２８を介して中継線２５の後端部とリード線５１とを接続し、これらをチューブ１１内に収容し、チューブ１１のシール部材収容部１７を縮径状に加締めて固定する。

以上説明したとおり、上記実施形態によれば、工数の削減による製造コストの低減と、信頼性の向上を図ることのできる温度センサの製造方法及び温度センサを提供することができる。なお、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。例えば、上記実施形態では、中継線２５に平面部２５１を形成してここに引出線２３を抵抗溶接した場合について説明したが、平面部２５１を形成せずに、引出線２３を抵抗溶接してもよい。また、抵抗溶接箇所は、上記実施形態のように２箇所に限定されず、３箇所以上であってもよい。

１１……チューブ、１２……先端、２１……温度センサ素子、２３……引出線、２５……中継線、２５０……溶接部、２５０ａ……後端側溶接部、２５０ｂ……先端側溶接部、２５１……平面部、３１……素子支持体、４１……碍子管、４２……透孔、１０１……温度センサ。

Claims (4)

1. 先端が閉じられ、軸線方向に延びる金属製のチューブと、
   前記チューブ内の先端側に配置され、温度によって電気的特性が変化する感温部に電気的に接続された引出線を有する温度センサ素子と、
   軸線方向に延び前記引出線と溶接された中継線と、
   前記チューブ内において前記温度センサ素子の後方に配置され、少なくとも前記中継線を通すための軸線方向に沿った透孔を有する碍子管と
   を具備し、前記透孔内に前記引出線と前記中継線との溶接部が配置された温度センサの製造方法であって、
   前記引出線と前記中継線とを、前記引出線の後端を含むように抵抗溶接する後端側抵抗溶接工程と、
   前記引出線と前記中継線とを、前記後端側抵抗溶接工程より先端側で抵抗溶接する先端側抵抗溶接工程と、
   を具備したことを特徴とする温度センサの製造方法。
2. 請求項１記載の温度センサの製造方法であって、
   前記先端側抵抗溶接工程の後に、前記後端側抵抗溶接工程を実施することを特徴とする温度センサの製造方法。
3. 請求項１又は２記載の温度センサの製造方法であって、
   前記後端側抵抗溶接工程及び前記先端側抵抗溶接工程の前に、前記中継線の前記引出線との溶接部となる部位に平面部を形成する平面部形成工程を具備したことを特徴とする温度センサの製造方法。
4. 先端が閉じられ、軸線方向に延びる金属製のチューブと、
   前記チューブ内の先端側に配置され、温度によって電気的特性が変化する感温部に電気的に接続された引出線を有する温度センサ素子と、
   軸線方向に延び前記引出線と溶接された中継線と、
   前記チューブ内において前記温度センサ素子の後方に配置され、前記中継線を通すための軸線方向に沿った透孔を有する碍子管と
   を具備し、前記透孔内に前記引出線と前記中継線との溶接部が配置された温度センサであって、
   前記引出線と前記中継線とは、
   前記引出線の後端を含む後端側溶接部と、当該後端側溶接部より先端側の先端側溶接部の少なくとも２箇所で抵抗溶接されている
   ことを特徴とする温度センサ。

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