JP5779481B2 - 温度センサ・アセンブリ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本開示はセンサに関し、より具体的には、１つ又は複数の温度センサを有する温度センサ・アセンブリ、及びそのような温度センサ・アセンブリの製造方法に関する。
この項（背景技術）における記述は、本開示に関連する背景情報を提供するに過ぎず、従来技術を構成するものではない。
センサは、様々な動作環境において動作特性及び環境特性を監視するために用いられる。こうしたセンサは、例として温度、圧力、速度、位置、運動、電流、電圧及びインピーダンスのセンサを含むことができる。センサは、監視する動作環境に配置されるか、監視する動作環境と関連付けられ、そして監視する動作特性若しくは環境特性が変化したときに電気信号を発生させるように、又は値の変化に応答して変動するインピーダンス、電圧若しくは電流などの電気特性を有するように設計される。
温度検知プローブは特に、例えば温度検知素子、様々な配線、抵抗器、ダイオード及びスイッチなどの多数の構成要素を含む。一般に温度検知プローブは、温度検知プローブの構成要素が容易に損傷を受ける恐れがある苛酷な環境に曝される。さらに温度検知プローブは、まわりの機械類からの振動によって機械的応力を受ける。環境応力及び機械的応力によってプローブを損傷する可能性を低減するために、様々な実装方式を実施してプローブの測定回路を保護してきた。しかし、製造に用いられるそうした実装方式及び方法は、温度検知プローブの早期故障又は性能低下をまねくことがしばしばある。
本開示は一般に、温度センサ・アセンブリと、苛酷な温度検知環境における性能を改善することが可能であり、且つ製造のコスト効率の高い温度センサ・アセンブリの製造方法とを含む。
一観点によれば、温度センサ・アセンブリは、温度プローブ、実装コネクタ（取付コネクタ）、ワイヤ・セット、遷移構成要素（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、ハウジング及び回路を含み、温度プローブは、プローブ本体、温度センサ、及び少なくとも１つの導体を含み、その少なくとも１つの導体は、該少なくとも１つの導体に影響する温度を示す温度信号を提供するように構成され、実装コネクタは、プローブ本体を実装アセンブリに固定するように適合され、ワイヤ・セットは、少なくとも１つの導体のそれぞれに対応する少なくとも１つのワイヤを有し、そのそれぞれのワイヤは第１の端部及び第２の端部を備え、遷移構成要素は、少なくとも１つの導体のそれぞれを、ワイヤ・セットの少なくとも１つのワイヤの第１の端部に結合するように適合され、ハウジングは、ワイヤ・セットのワイヤの第２の端部を受け入れるための入力部、及び温度測定システムに結合し、温度特性を提供するための出力部を有し、回路はハウジングに封入され、温度プローブから温度信号を受け取り、受け取った温度信号に応答して温度特性を生成するように構成される。
他の観点によれば、温度センサ・アセンブリは、第１の温度センサ・プローブ、第２の温度センサ・プローブ及びアダプタ回路アセンブリを含んでおり、第１のセンサ・プローブは、第１の温度センサと、第１の温度センサに結合され、且つ第１の温度を示す第１の温度信号を提供するように構成された１つ又は複数の第１の導体とを有し、第２のセンサ・プローブは、第２の温度センサと、第２の温度センサに結合され、且つ第２の温度を示す第２の温度信号を提供するように構成された１つ又は複数の第２の導体とを有し、アダプタ回路アセンブリは、直接第１の温度センサ・プローブの導体の１つ又は複数、及び第２の温度センサ・プローブの導体の１つ又は複数にしっかりと結合され、また第１の温度信号を受け取るための第１の入力部と、第２の温度信号を受け取るための第２の入力部と、温度測定システムに結合し、第１の温度特性及び第２の温度特性を提供するための出力部とを有し、回路は、第１の温度信号を受け取り、第１の温度信号に応答して第１の温度特性を生成し、且つ第２の温度信号を受け取り、第２の温度信号に応答して第２の温度特性を生成するように構成される。
さらに他の観点によれば、熱電対センサ・アセンブリを製造する方法が、第１のワイヤを第１の導体の第１の端部に取り付けること、第２のワイヤを第２の導体の第１の端部に取り付けること、第１のワイヤの第１の導体への取り付け部を覆う第１のチャンネルを有し、且つ第２のワイヤの第２の導体への取り付け部を覆う第２のチャンネルを有するグロメットを配置すること、第１の導体及び第２の導体を覆い、グロメットを取り巻くように遷移体を配置して、グロメット及び取り付け部を遷移体の空洞の中に固定すること、第１の導体の第１の端部を第２の導体の第１の端部に接合して、導体の第２の端部に熱電対接合部を形成すること、遷移体をプローブ本体の第２の端部に取り付けること、プローブ本体の第１の端部と第２の端部の間のプローブ本体の外面のまわりに実装コネクタを位置決めすること、プローブ本体の第１の端部と実装コネクタの間のプローブ本体の中間の外面にカラー（ｃｏｌｌａｒ）を取り付けること、第１のワイヤの第２の端部を回路基板に取り付けること、並びに第２のワイヤの第２の端部を回路基板に取り付けることを含む。
さらに他の観点によれば、熱電対センサ・アセンブリを製造する方法は、無機絶縁ケーブルの第１の端部を剥ぎ取り、第１の導体及び第２の導体を露出させること、無機絶縁ケーブルの第２の端部に熱電対接合部を形成すること、プローブ本体の中間部分のまわりにカラーを取り付けること、プローブ本体の第２の端部を封入する（取り囲む）こと、プローブ本体の第１の端部とカラーの間のプローブ本体の外面のまわりに実装コネクタを位置決めすること、プローブ本体の第１の端部を覆うように遷移体を配置すること、露出させた第１の導体に第１のワイヤを、露出させた第２の導体に第２のワイヤを取り付けること、第１のワイヤの第１の導体への取り付け部を覆う第１のチャンネルを有し、且つ第２のワイヤの第２の導体への取り付け部を覆う第２のチャンネルを有するグロメットを配置すること、遷移体が実質的にグロメットを覆う状態で、遷移体をプローブ本体の第１の端部に近接する位置に取り付けること、第１のワイヤの第２の端部を回路基板に取り付けること、並びに第２のワイヤの第２の端部を回路基板に取り付けることを含む。
本開示のさらなる観点は部分的に明らかであろうが、以下に一部について示す。本開示の様々な観点は、個別に又は互いに組み合わせて実施することが可能であることを理解すべきである。詳細な説明及び図面は特定の例示的な実施例を示すが、説明を目的とするものに過ぎず、本開示の範囲を限定するものと解釈すべきではないことも理解すべきである。
本明細書に記載される図面は、説明を目的とするものに過ぎず、決して本開示の範囲を限定するものではない。
図面全体を通して、対応する参照番号は、同様の又は対応する部品及び構成を示すことを理解すべきである。
以下の説明は実際に例示的なものに過ぎず、本開示、又は本開示の利用又は使用を限定するものではない。
図１を参照すると、本開示による温度センサ・アセンブリが図示され、全体として参照番号１０で示してある。温度センサ・アセンブリ１０は一般に、プローブ本体１６（好ましくは無機絶縁（ＭＩ）ケーブル）の一端に先端キャップ１４（好ましくは合金）を備えた温度プローブ１２を含む。プローブ本体１６には実装コネクタ１８が固定され、先端キャップ１４と実装コネクタ１８の間にカラー２０が位置決めされる。遷移構成要素（又は接続構成要素）２２がプローブ本体１６のもう一方の端部２４を覆っており、またグロメット２３（図１には示さず、図５参照）を取り囲む遷移体（又は接続体）２７を有している。グロメットは、温度プローブ１２の導体をリード・ワイヤ２６に終結させるコネクタを取り囲む２つのチャンネルを有する。以下では、グロメット、そのチャンネル、コネクタ及び導体の具体的な細部についてさらに詳しく図示し説明する。
ハウジング２８はリード・ワイヤ２６を受け入れ、温度測定システムに結合して温度特性を提供するための出力部３０を含む。回路アセンブリ（図示せず）はハウジング２８に封入され、温度プローブ１２から温度信号を受け取り、受け取った温度信号に応答して温度特性を生成するように構成される。
温度プローブ１２は、内部に収容された１つ又は複数の導体を有する無機絶縁（ＭＩ）ケーブル１６を含むこと、或いは圧縮パウダなどの導体によって囲まれた導体とすることができる。ＭＩケーブルは、例として銅又はアロイ８２５ステンレス鋼の被覆で覆われ、高度に圧縮された酸化マグネシウムに埋め込まれた１つ又は２つの抵抗加熱素子又は導体を含むことができる。ＭＩケーブル１６の仕様は、少なくとも部分的に、用途による要求、関連する導電性、抵抗及び被覆材料に基づく。
実装コネクタ１８は、動作環境において温度プローブ１２を実装アセンブリに固定するように適合されている。そうした配置は、ハンガのように単純なものでもよく、又はナット、フランジ、回転コネクタ若しくは他の装置を含むことができる。例えばいくつかの実施例では、実装コネクタ１８は、温度センサを温度検知環境の中に配置するためのシール・リング又はカラー２０を含み、配置後、温度検知環境は実装コネクタ１８によって密閉される。一実施例では、実装コネクタ１８は、（六角ナット又は他の形状の）粉末金属の高強度ナットとすることができる。そうした実施例では、粉末金属のナットによって、例としてエンジン、発電装置、流体の流れ又は化学工程などの不利な環境又は密閉された環境で、温度プローブ１２をコスト効率よく固定することができる。
リード・ワイヤ２６は、温度プローブ１２内の導体の１つ又は複数に対応する１つ又は複数のワイヤを含む。それぞれのリード・ワイヤ２６は、第１の端部３２及び第２の端部３４を含み、特に撚りワイヤ又はソリッド・ワイヤとすることができる。遷移構成要素２２は、以下により詳しく説明するように、それぞれの導体をリード・ワイヤ２６の端部に結合する、又は結合するのを助けるように適合される。
ハウジング２８は、リード・ワイヤ２６の端部を受け入れるための入力部３６も含む。ハウジング２８の出力部３０は、温度測定システムに結合し、１つ又は複数の温度特性を提供する。ハウジング２８に回路アセンブリ（図示せず）が封入され、１つ又は複数の温度プローブ１２（及び／又は温度センサ）から温度信号を受け取り、受け取った温度信号に応答して温度特性を生成するように構成されている。
温度センサは、熱電対、サーミスタ又は抵抗温度検知器を含む任意のタイプのセンサとすることができる。一実施例では、センサは、導体（接地されていない熱電対）を結合すること、又はプローブ本体（接地された熱電対）に結合することによって形成することが可能な熱電対である。温度信号は通常、熱電対によって生成される電圧レベルを含むことができる。そうした例示的な実施例では、プローブ・アセンブリの中、又は回路若しくはハウジング２８の中に、冷接点補償回路を実装することができる。生成される温度特性は、温度信号に応じた情報を提供するために、所望され且つ実用的であり、また用途によって要求又は所望される任意の特性とすることができる。例えばこれは、抵抗値、周波数、デジタル・パルス列、電流、インピーダンス又は電圧を含むことができる。
回路アセンブリは、１つ又は複数のセンサ及び／又は温度プローブ１２からの１つ又は複数の温度信号を受け取り、信号に応答して出力信号又は出力特性を生成することができる。こうした出力特性は、例として、レシオメトリック・アナログ電圧信号（ＲＡＶＳ）、パルス幅変調信号、可変周波数信号、可変出力インピーダンス、可変電圧信号及び可変電流信号を含むことができる。
いくつかの実施例では、回路アセンブリは、温度特性を含むデジタル信号を発生させるように構成することが可能であり、回路及びハウジングはそれぞれ、接続された構成要素、ネットワーク、計器、又はエンジン制御モジュールなどの制御装置に結合するように適合されている。例えばそれらは、有線又は無線接続を含む、よく知られた任意のデジタル又はアナログの通信設備を通して通信するように適合させることができる。さらに、例示的なものであってそれに限定はされないが、これはコントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）などの通信プロトコルを含むことができる。ＣＡＮは、回路及びハウジングに実装することができる、よく知られ広く用いられている通信プロトコルの一実施例に過ぎない。さらに、独自のインターフェース及び通信プロトコルを実装することもできる。回路アセンブリ及びハウジングのそれ以上の詳細は、２００７年６月２２日に本願と同時に出願され、本願と共に同じ譲受人に譲渡された「Ｓｅｎｓｏｒ Ａｄａｐｔｏｒ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｈｏｕｓｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｈｅｒｅｏｆ」という名称の同時係属出願にさらに詳しく記載されており、その内容全体を参照によって本明細書に援用する。
次に図２Ａ及び２Ｂを参照すると、本開示の原理に従って構成された他の形の温度センサ・アセンブリが図示され、全体として参照番号５０で示してある。この形では、リード・ワイヤ５４は保護用のリード・カバー５８に収容され、先端キャップ６０は、異なる領域の温度を検知するように相対する関係にある。それに応じて温度センサ・アセンブリ５０は、第１のセンサ・プローブ５２、第２のセンサ・プローブ５３及びアダプタ回路アセンブリ６２を含む。センサ・プローブ５２、５３はそれぞれ、温度センサ（図示せず）、及び温度センサに結合された１つ又は複数の導体を収容するケーブル８０などのプローブ本体を含むことができる。センサ・プローブ５２、５３はそれぞれ、センサ・プローブ５２、５３の外部のまわりの温度を示す１つ又は複数の温度信号を提供するように構成される。アダプタ回路アセンブリ６２は、温度信号を受け取るための入力部、及び温度測定システムに結合し、受け取った温度信号に応答して１つ又は複数の温度特性を提供するための出力部５３を含む。回路はハウジング５６に封入され、また温度信号を受け取り、１つ又は複数の温度信号に応答して温度信号を生成するために、電子回路の構成要素、及びコンピュータが実行可能な命令などのソフトウェアを備えるように構成される。
図２Ｂに示すように、いくつかの実施例ではリード・カバー５８は任意選択であるため、これを取り除いてもよい。リード・カバー５８は、温度プローブ１２とハウジング５６の間のリードのすべて又は一部のみを覆うことができる。図２Ａを参照すると、リード・カバー５８は、ハウジング５６から遷移構成要素８６を通り過ぎて、カラー８４に近い領域まで延びるように示されている。
図３Ａ及び３Ｂに示すように、アダプタ回路アセンブリ６２は、コネクタ７０に達する２つの部分からなるリード・ワイヤ５４から組み立てられ、コネクタ７０はハウジング・ベース７２を貫通し、ハウジング・ベース７２の中に形成された空洞７３に入る。コネクタ７０は、先に述べた温度信号を提供するために、回路基板６６及びその回路の構成要素６８と電気的に接触する。また空洞７３はカバー７４によって封じられるが、カバー７４は、本開示の他の形としてポッティング樹脂（ｐｏｔｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）とすること、又はさらに他の形としてポッティング樹脂と共に用いることが可能であり、したがって、空洞及びその中の電子機器を保護及び／又は密閉することができる。
次に図４Ａ〜４Ｃを参照すると、リード・ワイヤ５４に取り付ける前の２つのセンサ・プローブ５２及び５３が、それらの様々な構成要素及びそのアセンブリと共に示されている。センサ・プローブ５２、５３は、ケーブル８０を用いて構成されるか、又は先端キャップ６０から遷移構成要素８６までの約９０度の中間の湾曲部を有するセンサ・チューブを用いて構成されることが好ましい。センサ・プローブ５２、５３の構成要素には、好ましくはＭＩであり、約９０度の湾曲部を有するケーブル８０、実装コネクタ８２、カラー８４及び遷移構成要素８６が含まれ、遷移構成要素８６は遷移体８７及びグロメット８８を備える。リード・ワイヤ５４は、ハウジング（図示せず）に接続するための遷移構成要素８６によって結合されるが、それについては以下でさらに詳しく説明する。
次に図５を参照すると、温度センサ・アセンブリ５０の様々な構成要素が、その一連の組み立てに関連して図示及び記載されている。例として図４Ａ〜４Ｃに示すセンサ・プローブ５２、５３は、図５の組み立てられていない「キット」の例示的な一実施例に示す構成要素の選択されたものから組み立てることができる。図５の「キット」は、導体９０、コネクタ９２、リード５５を有するリード・ワイヤ５４、絶縁体９６、チューブ９４、遷移体２７／８７及びグロメット２３／８８を備える遷移構成要素２２／８６、実装コネクタ１８、カラー２０／８４、先端キャップ１４／６０及び先端ディスク９３を含む。以下では、「キット」を構成することができるこれらの構成要素の組み立てについて説明する。
図６は、温度プローブの導体９０の終端をクリンプ（または圧着）すること、及びセンサのリード５５を各コネクタ９２の第２の反対の端部にクリンプすることを可能にするコネクタ９２の一実施例を示している。図６に示すように、コネクタ９２は、リード５５と導体９０の間で一列に並べてクリンプすることができるように、直線的な構成を有することができる。コネクタ９２は、組み立てられると、それぞれが遷移構成要素８６に封入されたグロメット８８内のそれ専用のチャンネルの中に存在するようになる。いくつかの実施例では、コネクタ９２は、導体９０及び／又はワイヤ５４をクリンプなどによるコネクタ９２の圧縮係合の後にコネクタ９２に溶接することができるように、溶接可能な金属から構成される。
次に図７Ａ〜７Ｌ、及び図８の流れ図を参照すると、図５のキットなどのキットの温度センサ・アセンブリの部品、並びに温度センサ・アセンブリの製造及び組み立て方法の様々な例示的な実施例が示されている。
図７Ａは、形成されたセンサの導体９０とコネクタ９２、及びコネクタ９２とリード・ワイヤ２６／５４の組み立てられていない状態における関係を示している。図７Ｂは、コネクタ９２にクリンプされた後のセンサの導体９０の関係を示し、また形成ステップが、コネクタ９２それぞれの間の物理的分離をどのように維持するかを示している。図７Ｃは、リード・ワイヤ２６／５４を各コネクタ９２の第２の端部にクリンプした後の、センサの導体９０、コネクタ９２及びリード・ワイヤ２６／５４のアセンブリを示している。温度センサ・アセンブリ１０、５０用の他の構成要素も、センサ・キットの構成要素の他の実施例として組み立てられていない状態で示されている。こうした構成要素には、絶縁体９６、チューブ９４、遷移体２７／８７及びグロメット２３／８８を備える遷移構成要素２２／８６、実装コネクタ１８、カラー２０／８４、先端キャップ１４／６０及び先端ディスク９３が含まれる。次のパラグラフでは、これらの構成要素のそれぞれをどのようにアセンブリに加えることができるかについて示す。
図７Ｄは、コネクタ９２によって導体９０をワイヤ５４に取り付け、取り付けた部分をグロメット２３／８８の個々のチャンネルの中に配置し、さらにコネクタ９２の相互の物理的分離を維持するようにした後のアセンブリを示している。他の実施例では、導体９０をワイヤ２６／５４に溶接すること、又は他の方法で直接取り付けることが可能であり、そうした取り付け部をグロメット２３／８８のチャンネルに封入することができる。例示的な一実施例として、図７Ｅはグロメット２３／８８の断面の詳細を示し、コネクタ９２の物理的分離を維持するためのグロメット２３／８８内の個々のチャンネル８９を示している。図示されるように、チャンネル８９は、それぞれが直列に結合され、且つそれぞれの直径又はチャンネル幅が異なる２つの部分を有する、段階的な性質を備えることができる。
図７Ｆはさらに、コネクタ（図示せず）に取り付けられた２つのセンサの導体９２、及びコネクタ９２に取り付けられたワイヤ２６／５４を有し、取り付け部がグロメット２３／８８の段階的なチャンネル８９の中に配置された温度センサの実施例を示している。図７Ｆの導体９０は、それぞれが長手方向の軸から外側の方向に延びるように形成され、そうすることによって、導体９０のコネクタ９２へのクリンプを容易にするのを助けることができる。
図７Ｇは、センサの導体９０を覆う絶縁体９６のアセンブリを示している。プローブ本体に湾曲したＭＩケーブル８０を使用しない実施例では、プローブは、絶縁体９６上に組み立て可能なチューブ９４又は被覆を備えることができる。図７Ｈは、グロメット２３／８８及び絶縁体９６の端部を覆うように組み立てられた遷移体２７／８７を示している。
図７Ｉは、絶縁体９６を覆うように位置決めされたチューブ９４を有する、図７Ｇ及び７Ｈのアセンブリを示している。遷移体２７／８７は、溶接などによってチューブ９４の金属体に取り付けることができる。
図７Ｊは、この実施例ではチューブ９４であるプローブ本体のまわりに回転可能に位置決めされた実装コネクタ１８／８２を示し、図７Ｋは、プローブの検知端部２１と実装コネクタ１８／８２の間に位置決めされたカラー２０／８４を示している。カラー２０／８４は、溶接又は他の手段などによってプローブ本体（チューブ９４）に取り付けられる。いくつかの実施例では、カラー２０／８４をプローブ本体、即ちチューブ９４の表面に取り付け、気密シールを形成することが好ましい。実装コネクタ１８／８２及びカラー２０／８４はそれぞれ、例として、実装コネクタ１８／８２をねじ山付きの孔にねじ込みカラー２０／８４を密閉すること、及び実装コネクタ１８／８２を実装面に押し付けて実装することなどによって、温度プローブ１２／５２を実装面に実装するように適合される。
図７Ｌは、溶接などによって金属のプローブ・チューブ９４又はＭＩケーブルの端部に取り付け、温度センサを封入することができる、先端キャップ１４／６０及び／又は先端ディスク９３の配置を示している。いくつかの実施例では、ＭＩチューブ９４、即ちプローブ本体は開放したまま密閉しなくてもよい。
また図８では、この工程を製造組み立て作業の例示的な一実施例として説明する。工程３０００は、第１のワイヤを第１の導体の第１の端部に取り付け、第２のワイヤを第２の導体の第１の端部に取り付けるステップ３００２、第１のワイヤの第１の導体への取り付け部を覆う第１のチャンネルを有し、且つ第２のワイヤの第２の導体への取り付け部を覆う第２のチャンネルを有するグロメットを配置する別のステップ３００４、第１及び第２の導体を覆い、グロメットを取り巻くように遷移体を配置して、グロメット及び取り付け部を遷移体の空洞の中に固定する別のステップ３００６、各導体を絶縁体のチャンネルに挿入する別のステップ３００８、第１の導体の第１の端部を第２の導体の第１の端部に接合して、絶縁体の第１の端部に熱電対接合部を形成する別のステップ３０１０、遷移体をプローブ本体の第２の端部に取り付ける別のステップ３０１４、プローブ本体の第１の端部と第２の端部の間のプローブ本体の外面のまわりに実装コネクタを位置決めする別のステップ３０１６、及びプローブ本体の第１の端部と実装コネクタの間のプローブ本体の外面にカラーを取り付ける別のステップ３０１８を含む。工程３０００は、第１のワイヤの第２の端部をハウジングの入力部に取り付け、第２のワイヤの第２の端部をハウジングの入力部に取り付けるステップ３０２０を含むこともできる。このステップ３０２０は、第１のワイヤの第２の端部を回路基板に取り付けること、及び第２のワイヤの第２の端部を回路基板に取り付けることを含むこともできる。
他の実施例では、工程３０００は、ワイヤ、又はワイヤの一部を覆うカバーを取り付けるステップ３０２２を含むことができる。例えばカバーは、遷移体又はプローブからハウジングの入力部まで延び、遷移体とハウジングの間で第１及び第２のワイヤの一部をカバーに封入することができる。さらに他の実施例では、工程３０００は、遷移体と実装コネクタの間でプローブ本体の中間部分を曲げ、９０度の角度など、ある角度を形成するステップ３０２４を含むことができる。
工程３０００は、第１のワイヤ及び第２のワイヤを、ワイヤの第２の端部を受け入れるための入力部を有するハウジング・アセンブリに封入された回路に接続するステップ３０２６を含むことも可能であり、回路は、例えば熱電対などの温度センサから温度信号を受け取り、受け取った温度信号に応答して温度特性を生成するように構成される。さらに工程３０００は、回路の出力部をハウジング・アセンブリの出力ピンに接続するステップ３０２８を含むことが可能であり、ハウジング・アセンブリは、生成された温度特性を出力ピンに結合された温度測定システムに提供するように構成される。
次に図９、図１０Ａ〜１０Ｎ、及び図１１の流れ図を参照すると、温度センサ・アセンブリの部品（又は図９に示すキット）、並びに（図１０Ａ〜１０Ｎに示す）温度センサ・アセンブリの製造及び組み立て方法の様々な実施例が示されており、次にそれらについて説明する。図９の「キット」は、導体２９０、コネクタ２９２、ＭＩケーブル２９４、遷移体２２７、グロメット２２３、実装コネクタ２１８、カラー２２０及び先端キャップ２１４を含む。以下では、「キット」を構成することができるこれらの構成要素の組み立てについて説明する。
図１１に示すように、温度センサ・アセンブリを組み立てる他の実施例である工程３１００について説明する。工程３１００は、図１０Ａに示すＭＩケーブル２９４の端部を剥ぎ取り、図１０Ｂに示すように第１の導体２９０及び第２の導体２９０を露出させることから始まる。したがって工程３１００は、ＭＩケーブル２９４の第１の端部を剥ぎ取り、第１及び第２の導体２９０を露出させるステップ３１０２を含む。工程３１００は、無機絶縁ケーブル２９４の第２の端部２０９に、熱電対接合部、又は他の温度センサ若しくは検知素子を形成するステップ３１０４も含む。図１０Ｃでは、プローブ本体（この実施例ではＭＩケーブル２９４）の中間部分２０８のまわりにカラー２２０が取り付けられる。したがって、工程３１００は、プローブ本体（ＭＩケーブル２９４）のまわりにカラー２２０を取り付けるステップ３１０６も含む。プローブ本体の端部は、先に論じ、例として（図１０Ｄに示す）取り付けられた先端キャップ２１４又はディスクとして示すように、又は先に説明した他の手段によって閉じることもできる。したがって工程３１００は、プローブ本体の第２の端部２０９を封入するステップ３１０８を含むことができる。工程３１００は、図１０Ｄに示すように、プローブ本体の第１の端部２１１とカラー２２０の間のプローブ本体（ＭＩケーブル２９４）の外面のまわりに実装コネクタ２１８を位置決めするステップ３１１０、及びプローブ本体の第１の端部２１１を覆うように遷移体２２７を配置するステップ３１１２も含む。導体２９０は、図１０Ｅ〜１０Ｆに示すようにクリンプするように又は取り付けるように形成することが可能であり、図中、導体２９０は、ＭＩケーブル２９４の長手方向の軸線から外側の方向を向くように曲げられている。
工程３１００はさらに、導体２９０をワイヤ２５４の露出させたワイヤ・リード２５５に取り付けるステップ３１１４を含む。導体２９０は、ワイヤ２５４のリード２５５に直接接続することができ、或いはそれらを、クリンプ、溶接、はんだ付け、他の機械的結合、又は当業者に周知の他の任意の結合によって取り付けることができる。このステップ３１１４は、各導体２９０の端部をクリンプできるように形成することを含むことが可能であり、前述のように、これは導体２９０の端部を剥ぎ取って導電部を露出させること、導電部を所望の位置若しくは形に曲げる又は成形すること、並びに他の方法で導電部を圧縮及び／又は溶接、はんだ付け、又は当業者に周知の結合を行うように準備することを含むことができる。いくつかの実施例では、コネクタ２９２を導体２９０の１つの端部に溶接すること、はんだ付けすること又は他の方法で結合することができる。図１０Ｇ〜１０Ｈを参照すると、導体２９０はコネクタ２９２に機械的にクリンプされている。図１０Ｉ〜Ｊを参照すると、リード・ワイヤ２５４のリード端部２５５も、コネクタ２９２に機械的にクリンプされている。いくつかの実施例では、機械的な結合部をクリンプすれば十分な場合もあるが、他の実施例では、導体２９０、ワイヤ２５４及びコネクタ２９２の間のクリンプされた結合部を、溶接又ははんだ付けすることができる。例えば図１０Ｋ〜１０Ｌを参照すると、コネクタ２９２のある部分２９５、又はコネクタ２９２の他の任意の適切な部分に、溶接又ははんだ付け材料を加えることができる。本明細書に記載される溶接は、任意のタイプの、又は当分野で知られている若しくは開発された溶接方法を含むことができる。こうした実施例では、導体２９０及び／又はワイヤ２５４に対するクリンプされたコネクタ２９２による機械的な結合と、コネクタ２９２の溶接とを組み合わせることによって利益をもたらすことができる。例えば組み合わせることによって、導電性を改善すること、結合を強化すること、並びにこの取り付け部及び結合部の故障を低減することが可能になる。
図１０Ｍに示すように、工程３１００は、ワイヤ２５４の導体２９０への取り付け部を覆う、１つ又は複数のチャンネル（図示せず）を有するグロメット２２３を配置するステップ３１１６も含む。工程３１００はさらに、グロメット２２３を覆う遷移体２２７を摺動させ、例えば溶接によって、図１０Ｎに示すように遷移体２２７が実質的にグロメット２２３を覆うように遷移体２２７をプローブ本体の端部に取り付けるステップ３１１８を含む。先に図３Ａ及び３Ｂに関連して説明したように、工程３１００は、第１のワイヤの第２の端部を回路基板に取り付けるステップ３１２０、及び第２のワイヤの第２の端部を回路基板に取り付けるステップ３１２２を含むこともできる。
さらに、図３に関する先の実施例で説明したように、いくつかの実施例における製造方法は、第１のワイヤ５４及び第２のワイヤ５４を、ワイヤ５４の第２の端部を受け入れるための入力部を有する、アダプタ回路アセンブリ６２のハウジング２８に封入された回路に接続することを含むこともできる。先に言及したように、回路は、熱電対、サーミスタ又はＲＴＤなどの温度センサから１つ又は複数の温度信号を受け取り、受け取った温度信号に応答して１つ又は複数の温度特性を生成するように構成された電子構成要素６８及び回路、メモリ、処理装置、コンピュータで実行可能な命令によって構成することができる。その方法は、回路の出力部５３を、アダプタ回路アセンブリ６２の出力コネクタ又は出力ピンに接続することを含むことも可能であり、アダプタ回路アセンブリ６２は、生成された温度特性を出力コネクタに結合された温度測定システムに提供するように構成される。
当業者には知られているように、本明細書に記載される工程のそれぞれを繰り返して、１つ又は複数のプローブを製造することができる。そうしたプローブを製造した後、１つ又は複数の、例えば２つのプローブを複数の温度信号を受け取る共通の回路に接続することができる。そうした実施例では、センサのアダプタ回路は、出力部から１つ又は複数の温度特性を生成し、提供するように構成することができる。各温度特性は、温度センサ・アセンブリに望まれる用途及び動作環境に応じて、温度信号の１つ又は複数に基づくことができる。
本開示に全般的に記載された温度センサ・アセンブリ、及びそうした温度センサ・アセンブリの製造方法の１つ又は複数の実施例によって、様々な利益がもたらされる。こうした実施例の１つ又は複数によって、きわめてコンパクト化された構造、振動及び衝撃に対する耐性が高い、したがって耐用年数の長いアセンブリを実現することができる。本明細書に記載される温度センサ・アセンブリは、炎の温度及びセ氏９００度を超える温度を含む様々な温度の用途に使用することが可能であり、構造中にアロイ６００を使用することによって、セ氏１２００度の温度まで適切に作動することが示されている。構造の設計及び方法によって、中程度の負荷のリード・ワイヤ、又は温度センサ・アセンブリにとって多くの欠陥及び故障の原因となる高負荷のリード・ワイヤまで利用することが可能になる。同様に、本開示のアセンブリは、冷却液、ブレーキ液、吸気、海水及びオイルの温度などの低温の用途を含む、様々な温度検知の用途に利用することができる。
いくつかの実施例では、温度センサ・アセンブリ１０に２つ以上の温度プローブ１２を含めること、或いは１つ又は複数の温度プローブ１２に２つ以上の温度センサを含めることができる。そのような場合には、温度プローブ１２又はセンサの１つ又は複数は、１つ又は複数の測定又は検知された温度に関連付けられた回路に別個の温度信号を提供することができる。そのような実施例の１つでは、アセンブリは、１組の第２の導体９０に対応する第２のワイヤ・セット、及び第２の導体９０のそれぞれを第２のワイヤ・セットのワイヤ２６の少なくとも１つに結合するための第２の遷移構成要素２２を含む。こうした場合には、ハウジング２８は、第２のワイヤ・セット２６を受け入れるための第２の入力部３６を含む。回路は、第２の温度信号を受け取り、第２の温度プローブ１２の外部のまわりの温度を示す第２の温度特性を生成するように適合される。
一実施例では、温度プローブ１２は、導体を有する無機絶縁ケーブル、金属体及び絶縁材料から組み立てられる。他の実施例では、温度プローブ１２は、導体９０及び本体１６を含むように製造することができる。いくつかの実施例では、プローブ本体１６の外面のまわりにカラー２０が位置決めされ、取り付け部品を係合して温度プローブ１２を実装アセンブリ１８に固定するように適合される。カラー２０は、溶接などによってプローブ本体１６の外面に取り付けられる。カラー２０は、例としてレーザ溶接、スピン溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接及び超音波溶接を含む周知の又は将来性的な任意の方法によって、プローブ本体１６の外面に取り付けることができる。
いくつかの実施例では、遷移構成要素２２は、グロメット２３及び遷移体２７を含む。グロメット２３は、それぞれが導体９０の１つの端部を受け入れ、且つワイヤ・セットの少なくとも１つのワイヤ２６の少なくとも１つの端部３４を受け入れるように寸法を定められた、１つ又は複数の内部空洞８９を含むことが可能であり、遷移体２７は、グロメット２３を実質的に封入する空洞を有し、プローブ本体１６に溶接される。グロメット２３の内部空洞８９はそれぞれ、第１の部分、及び第１の部分と直列に結合及び位置決めされる第２の部分を含むように構成することもできる。第２の部分の空洞の幅は、第１の部分の空洞の幅より大きくても小さくてもよい。
いくつかの実施例では、導体９０／２９０は、溶接若しくははんだ付け、又は導体９０／２９０を直接接続する他の周知の形によって、ワイヤ２６／５４／２５４に直接接続される。他の実施例では、電気コネクタ９２／２９２を利用して、導体９０／２９０をワイヤ２６／５４／２５４に結合する。例えば１つの電気コネクタ９２／２９２が、導体９０／２９０を圧縮係合する第１の端部、及び／又はワイヤ２６／５４／２５４を圧縮係合する第２の端部を含むことができる。これは、クリンプによる圧縮係合又は同様の結合とすることができる。そうした場合、電気コネクタ９２／２９２は、設けられているときには、グロメット２３／２２３の内部空洞８９の１つの中に位置決めすることができる。いくつかの実施例では、圧縮係合を溶接又ははんだ付けによって補うことができる。そうした場合には、電気コネクタ９２／２９２は、例として４２アロイ材などの溶接可能な材料から構成されることが好ましい。他の実施例では、遷移構成要素２２／８６／２２２は、ワイヤ・リード５５／２５５と導体９０／２９０の間の機械的な連通を維持することによって、導体９０／２９０をワイヤ２６／５４／２５５４に結合することができる。
いくつかの実施例では、プローブ本体１６は金属チューブ９４／２９４から形成される。これが製造工程を助け、費用削減に役立つことがある。そうした実施例では、金属チューブ９４／２９４の一端２０９を、金属チューブ９４／２９４の端部２０９のクリンプ、溶接、ロール成型及び／又はスエージングによって温度センサのまわりで閉じることができる。他の実施例では、先端キャップ１４／６０／２１４又はディスク９３を、温度センサを含む金属チューブ９４／２９４の端部２０９に近接するように位置決めすることが可能であり、金属チューブ９４／２９４の端部２０９に溶接、蝋付け又は他の方法で結合して、金属チューブ９４／２９４の端部２０９を閉じ、温度検知の用途のためにそれを密閉することができる。
先に言及したように、プローブ本体１６／８０を、所望の温度検知の用途に実装するように成形すること、曲げること又は他の方法で配置することができる。例えばプローブ本体１６／８０は、必要な任意の角度を有するように曲げること又は成形することが可能であり、いくつかの図面の実施例に示すように、プローブ本体８０の第１の端部をプローブ本体８０の第２の端部から約９０度のところに位置決めする角度の付いた部分を備えた中間部分を有している。
いくつかの実施例では、温度センサ・アセンブリに審美的又は実用的な利益をもたらすために、遷移部分２２又はプローブ本体１６からハウジングの入力部３６までのワイヤ・セット５４のすべて又は一部を覆うカバー５８を設けることができる。例えば場合によっては、温度センサ・アセンブリ１０、５０を高温環境に配置してもよく、このときカバー５８は遮熱又は偏向材に適合されていることが望ましい。他の実施例では、動作環境においてリード５５を引っかけること又は引っ張ることができるようにする可動部によってリード５５を保護することが望ましい場合がある。
センサ・プローブ１２／５２／５３／２１２はそれぞれ、１つ又は複数のワイヤ２６／５４／２５４を有するワイヤ・セット、及びプローブ本体１６／８０／９４／２９４の端部に結合された遷移構成要素２２／８６／２２２を含むことができる。導体９０／２９０の１つ又は複数、或いはワイヤ２６／５４／２５４の１つ又は複数を受け入れるように適合された、１つ又は複数のチャンネル８９を有するグロメット２３／８８／２２３は、少なくとも部分的に、プローブ・アセンブリとワイヤ・セットの間に遷移部を形成する。グロメット２３／８８／２２３は、各ワイヤ２６／５４／２５４の各導体９０／２９０への結合部を封入するように構成することもできる。
いくつかの実施例では、センサ・プローブ１２／５２／２１２はそれぞれ、プローブ本体１６／８０／９４／２９４の外部に取り付けられたカラー２０／８４／２２０、及びカラー２０／８４／２２０を係合し、動作環境の中で温度プローブ１２／５２／２１２を第１の実装アセンブリに固定するように構成されたプローブ本体１６／８０／９４／２９４に回転可能に結合されたコネクタ１８／８２／２１８を含むことができる。
いくつかの実施例では、センサ・プローブ１２／５２／２１２からのリードは、アセンブリが一体化されたユニットになるように、例えばプローブ１２／５２／２１２を抜くことができないように、アダプタ回路アセンブリ６２に直接接続される。そうした実施例では、第１のリードが回路にしっかりと結合され、また第２のリードが回路にしっかりと結合される。そうしたしっかりとした結合は、ワイヤ２６／５４／２５４をアダプタ回路アセンブリ６２又はアダプタ回路のハウジング２８から抜き取ること、又は他の方法で分離することができない結合機構を含むことが好ましい。
アダプタ回路アセンブリ６２は、２つ以上の部分から組み立てること、複数の一体化された部分とすること、又は一体化された本体若しくは単体とすることが可能なハウジング２８を含む。場合によっては、ワイヤ・リード２６／５４／２５４を、成形されたアセンブリの一体化された部分など、ハウジング２８自体によって保持することができる。
（国際出願明細書において）要素若しくは構成、及び／又はその実施例について記述するとき、「１つの」（「ａ」、「ａｎ」）、「その」（「ｔｈｅ」）及び「前記」（「ｓａｉｄ」）という冠詞は、要素若しくは構成の１つ又は複数が存在することを意味するものである。「有する」（「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」）、「含む」（「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」）及び「有する」（「ｈａｖｉｎｇ」）という用語は、具体的に記述されたもの以外に他の要素若しくは構成が存在し得ることを含み、意味するものである。
本開示の範囲を逸脱することなく、これまでに記述した例示的な実施例及び実装例に様々な変更を加えることが可能であることが当業者には認識されるであろう。したがって、先の記述に含まれる、又は添付図面に示される内容はすべて例示的なものとして解釈すべきであり、限定的な意味に解釈すべきではない。
さらに本明細書に記述された工程又はステップは、必ずしも論じられた又は図示された特定の順序で実施する必要があると解釈すべきではないことを理解されたい。それぞれの工程又はステップを２度以上繰り返すことが可能であり、また追加又は代替の工程又はステップを使用してもよく、それらもやはり本開示の範囲内であることも理解されたい。
１０ 温度センサ・アセンブリ
１２ 温度プローブ
１４ 先端キャップ
１６ 無機絶縁（ＭＩ）ケーブル
１８ 実装コネクタ
２０ シール・リング又はカラー
２２ 遷移構成要素
２３ グロメット
２６ リード・ワイヤ
２７ 遷移体
２８ ハウジング
３０ 出力部
３２ 第１の端部
３４ 第２の端部
３６ 入力部
５０ 温度センサ・アセンブリ
５２ 第１のセンサ・プローブ
５３ 第２のセンサ・プローブ
５４ リード・ワイヤ
５５ リード
５６ ハウジング
５８ リード・カバー
６０ 先端キャップ
６２ アダプタ回路アセンブリ
６６ 回路基板
６８ 回路の構成要素
７０ コネクタ
７２ ハウジング・ベース
７３ 空洞
７４ カバー
８０ ケーブル
８２ 実装コネクタ
８４ カラー
８６ 遷移構成要素
８７ 遷移体
８８ グロメット
９０ 導体
９２ コネクタ
９３ 先端ディスク
９４ チューブ
９６ 絶縁体
１２ 温度プローブ
１４ 先端キャップ
１６ 無機絶縁（ＭＩ）ケーブル
１８ 実装コネクタ
２０ シール・リング又はカラー
２２ 遷移構成要素
２３ グロメット
２６ リード・ワイヤ
２７ 遷移体
２８ ハウジング
３０ 出力部
３２ 第１の端部
３４ 第２の端部
３６ 入力部
５０ 温度センサ・アセンブリ
５２ 第１のセンサ・プローブ
５３ 第２のセンサ・プローブ
５４ リード・ワイヤ
５５ リード
５６ ハウジング
５８ リード・カバー
６０ 先端キャップ
６２ アダプタ回路アセンブリ
６６ 回路基板
６８ 回路の構成要素
７０ コネクタ
７２ ハウジング・ベース
７３ 空洞
７４ カバー
８０ ケーブル
８２ 実装コネクタ
８４ カラー
８６ 遷移構成要素
８７ 遷移体
８８ グロメット
９０ 導体
９２ コネクタ
９３ 先端ディスク
９４ チューブ
９６ 絶縁体
Claims (5)
- 第１の温度センサ、及び前記第１の温度センサに結合され、第１の温度を示す第１の温度信号を提供するように構成された１対の第１の導体を有する第１の温度センサ・プローブと、
第２の温度センサ、及び前記第２の温度センサに結合され、第２の温度を示す第２の温度信号を提供するように構成された１対の第２の導体を有する第２の温度センサ・プローブと、
前記１対の第１の導体及び前記１対の第２の導体に固定結合されたアダプタ回路アセンブリであって、該アダプタ回路アセンブリは、前記第１の温度信号を受け取るように構成された第１の入力部、及び前記第２の温度信号を受け取るように構成された第２の入力部を有し、また該アダプタ回路アセンブリは、該アダプタ回路アセンブリの外部にある温度測定システムに結合するための出力部を有し、該出力部は、第１の温度特性及び第２の温度特性を提供するように構成され、また前記アダプタ回路アセンブリは、前記第１の温度信号を受け取り、該第１の温度信号に応答して前記第１の温度特性を生成するように構成された回路を有し、該回路は、前記第２の温度信号を受け取り、該第２の温度信号に応答して前記第２の温度特性を生成するようにさらに構成されているアダプタ回路アセンブリと
を有し、
前記アダプタ回路アセンブリは、ハウジング、回路基板、及び複数のコネクタをさらに含み、前記ハウジングはベース及び空洞を含み、前記回路基板は前記空洞内で前記ベースの上方に配置され、前記１対の第１の導体及び前記１対の第２の導体は前記コネクタを通して前記回路基板に接続され、前記各コネクタはＬ形状を規定し、前記回路基板と係合するように前記ベースを通して垂直に上方に延びている
温度センサ・アセンブリ。 - 前記第１の温度センサ・プローブが１対の第１のワイヤを有する第１のワイヤ・セットを含み、該第１のワイヤのそれぞれが、前記１対の第１の導体のうちの１つの第１の導体に結合されて第１の結合部を形成し、前記第１の温度センサ・プローブが、前記第１の温度センサ・プローブの端部に結合される第１の接続構成要素であって、２つのチャンネルを備えた第１のグロメットを有する第１の接続構成要素をさらに含み、前記チャンネルのそれぞれが前記第１の導体の１つ及び前記第１のワイヤの１つを受け入れ、前記第１のグロメットが前記第１の結合部を取り囲み、また前記第２の温度センサ・プローブが１対の第２のワイヤを有する第２のワイヤ・セットを含み、該第２のワイヤのそれぞれが、前記１対の第２の導体のうちの１つの第２の導体に結合されて第２の結合部を形成し、前記第２の温度センサ・プローブが、前記第２の温度センサ・プローブの端部に結合される第２の接続構成要素であって、２つのチャンネルを備えた第２のグロメットを有する第２の接続構成要素をさらに含み、前記チャンネルのそれぞれが前記第２の導体の１つ及び前記第２のワイヤの１つを受け入れ、前記第２のグロメットが前記第２の結合部を取り囲んでいる請求項１に記載の温度センサ・アセンブリ。
- 前記第１のセンサ・プローブが、前記第１の温度センサ・プローブの外部に取り付けられた第１のカラーと、前記第１の温度センサ・プローブに回転可能に結合され、前記第１のカラーと係合して前記第１の温度プローブを実装アセンブリに固定するように構成された第１のコネクタとを含み、前記第２のセンサ・プローブが、前記第２の温度センサ・プローブの外部に取り付けられた第２のカラーと、前記第２の温度センサ・プローブに回転可能に結合され、前記第２のカラーと係合して前記第２の温度プローブを実装アセンブリに固定するように構成された第２のコネクタとを含む請求項１に記載の温度センサ・アセンブリ。
- 前記第１のプローブを前記アダプタ回路アセンブリに直接接続するための第１のリード、及び前記第２のプローブを前記アダプタ回路アセンブリに直接接続するための第２のリードをさらに有し、前記ハウジングが、前記第１及び第２のリードを固定保持するための一体化された部分を有している請求項１に記載の温度センサ・アセンブリ。
- 前記ハウジングが単体ハウジングであり、前記ハウジングが前記第１及び第２のリードのまわりに成形される請求項４に記載の温度センサ・アセンブリ。
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