JP6555191B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、壁面に装着され、壁面の温度を検出する温度センサに関する。

従来、エンジンの燃焼室における温度を推定するため、エンジンの冷却水温を検出している。具体的には、エンジンの駆動中においては、エンジンのシリンダブロックのウォータージャケットに常時、冷却水が流通しているので、ウォータージャケットを流通する冷却水の温度とエンジンの温度状況との間に相関関係がある。このため、ウォータージャケットを流通後の冷却水の温度を検出することにより、エンジンの温度状況を把握することができ、エンジンの温度に応じて点火制御や噴射制御を行っている（たとえば特許文献１参照）。

特開２０１１−２３１６７９号公報

しかしながら、エンジンが冷たい冷間時の暖機促進による燃費向上を図るため、冷間時にはウォータージャケットに流通させる冷却水を遮断したり、流量を制限したりする制御が行われている。このような制御は、エンジンの各部で温度分布を生じさせ、ウォータージャケット内において局所的に冷却水が高温になる可能性がある。このため、従来、行われていたウォータージャケットを流通後の冷却水の温度に基づく最適な点火制御や噴射制御が困難である。

そこでエンジンの燃焼室を構成する壁面に直接、温度センサを取り付ける方法がある。応答性を向上するためには、センシング部を直接、壁面に接触させる構造が好ましい。しかしながら、壁面とセンシング部の線膨張差よって損傷するおそれ、また壁面とセンシング部との間に隙間が生じるおそれがある。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、壁面との線膨張差による損傷を防ぎつつ、応答性に優れ、壁面の温度を検出することができる温度センサを提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明は、保持部（１１）の開口（２１）に設けられ、保持部および検出部（１２）に対して変位可能に設けられるスライド部（１４）と、絶縁性および伝熱性を有し、検出部を覆って保持部の内部に充填された流動可能な伝熱体（１５）と、を含み、スライド部が変位すると、伝熱体を保持部の外に押し出す温度センサである。

このような本発明に従えば、壁面に取り付けるときに、スライド部を壁面に押し当てることによって、スライド部を変位させることができる。これによって取付後はスライド部が占める保持部の内部の領域が多くすることができる。スライド部が保持部の内部に変位することによって、流動可能な伝熱体が保持部の外にスライド部によって押し出されることになる。したがって取付後は、検出部と壁面との間に、押し出された伝熱体で充填することができる。これによって壁面と検出部との線膨張差は、流動可能な伝熱体によって吸収されるので、線膨張差によって検出部が損傷することを防ぐことができる。また伝熱体は、絶縁性および伝熱性を有するので、壁面の温度を検出部に素早く伝達することができる。これによって応答性に優れる温度センサを実現することができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

温度センサを示す断面図。 温度センサを示す側面図。 温度センサの取付前の状態を示す断面図。 温度センサの取付け途中の状態を示す断面図。 温度センサの取付後の状態を示す断面図。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図５を用いて説明する。温度センサ１０は、たとえば燃焼室近傍の壁面９０に取り付けられ、壁面９０の温度を検出する。温度センサ１０は、金属製の保持部１１、温度を検出する温度検出部１２、樹脂製のリード保持体１３、スライド部１４および伝熱体１５を含んで構成される。

保持部１１は、筒状であって、図１の左側である先端側に開口２１が形成されている。また、保持部１１は、保持部１１の図１の右側である基端側の半分において、内径が拡大されて連結部分２２を有する。筒状の保持部１１の内部には、温度検出部１２および伝熱体１５が配置される。また保持部１１の開口２１には、スライド部１４が配置される。

リード保持体１３は、先端側が連結部分２２に嵌合され、基端側にはコネクタケース部３１が形成されている。リード保持体１３は、連結部分２２に嵌合される部分の基端側に隣接して外径が拡大しているシール部分３２を有する。リード保持体１３は、先端側が保持部１１の連結部分２２に嵌合される。シール部分３２の先端面は、シール部材１６を介して保持部１１の連結部分２２の突き当てるようにして連結部分２２の内側に嵌合されている。そして、連結部分２２の周囲壁２２ａはかしめられてシール部分３２を連結部分２２に固着しており、これにより、リード保持体１３は保持部１１に水密に連結された状態となる。

リード保持体１３には、たとえば銅製の一対の金属リード３３が図１の上下に間隔をおいて埋め込まれている。一対の金属リード３３は、板状であって、先端側の端部がリード保持体１３の内部に位置し、基端側の端部が基端側に突出している。金属リード３３の基端側に位置する端部は、コネクタケース部３１内に露出している。金属リード３３の板厚は、コネクタケース部３１内に突出している部分が必要とする剛性を持つことができるような板厚に設定される。

またリード保持体１３には、たとえば被覆された一対の信号線３４が図１の上下に間隔をおいて埋め込まれている。各信号線３４は、先端側の端部がリード保持体１３の外方に位置して温度検出部１２に接続され、基端側の端部がリード保持体１３の内部にて各金属リード３３に接続される。

温度検出部１２は、サーミスタ４１およびサーミスタ４１をモールドする封止部材４２を含んで構成される。一対の信号線３４の先端には、サーミスタ４１が配置され、一対の信号線３４間に挟み付けるようにして半田付けによって接続されている。そして、サーミスタ４１は、たとえばエポキシ樹脂からなる封止部材４２によってモールドされている。この封止部材４２によってモールドされたサーミスタ４１は、保持部１１の内側に充填された伝熱体１５によって保持部１１の内周面との間に隙間を生ずることなく収納されている。ここで伝熱体１５の充填する場合、保持部１１の限界まで伝熱体１５を満たす構成だけでなく、少なくともサーミスタ４１の周囲が満たされていればよい。

サーミスタ４１は、温度を感知して、その電気抵抗が変化するセラミック半導体である。したがってサーミスタ４１は、温度を検出する検出部として機能する。サーミスタ４１は、温度上昇と共に抵抗値が減少または増大し、一対の信号線３４および一対の金属リード３３を介して、電気抵抗が検出される。金属リード３３は、外部に配置される制御装置に接続されている。制御装置は、検出された電気抵抗を用いて温度を算出する。

スライド部１４は、保持部１１の開口２１に設けられ、保持部１１および温度検出部１２に対して変位可能に設けられる。具体的には、スライド部１４は、保持部１１の軸方向、すなわち図１の左右方向にスライド変位可能である。保持部１１の開口２１は、保持部１１の先端側に形成されている。したがってスライド部１４は、保持部１１の先端に配置される。

スライド部１４は、筒状の筒部分５１と、筒部分５１の後端部から径外方向に伸びる鍔部分５２と、を有する。筒部分５１の先端部は、保持部１１の外部に位置している。また筒部分５１の先端部は、取付後に壁面９０と接触する部分となる。また筒部分５１の後端部は、取付前および取付後にわたって保持部１１の内部に位置している。温度検出部１２は、筒部分５１の内部に配置されている。

筒部分５１の外殻は円形状であって、図２に示すように、開口２１の形状に倣っている。筒部分５１は、開口２１を挿通した状態で配置されている。開口２１は、保持部１１の先端を構成する先端壁部２３の一部に形成されている。鍔部分５２は円形状であって、保持部１１の内径よりも小さく形成されている。したがって鍔部分５２と保持部１１の先端壁部２３とに引っかかることによって、スライド部１４の先端側へのスライド変位が規制される。図１に示すスライド部１４の配置が、鍔部分５２が保持部１１の先端壁部２３に接触して、先端側へのスライド変位が規制されている状態である。

筒部分５１の先端には、図２に示すように、溝部５３が形成されている。溝部５３は、周方向に間隔をあけて、複数、本実施形態では４つ形成されている。筒部分５１の先端が壁面９０に接触した状態でも溝部５３によって、部分的に壁面９０との間に隙間が生じる。したがって溝部５３は、筒部分５１の先端が取付後における壁面９０と接触した状態で、伝熱体１５が流通可能な隙間を形成する。

伝熱体１５は、流動可能なゲル状であって、絶縁性および伝熱性を有し、温度検出部１２を覆って保持部１１の内部に充填される。伝熱体１５は、たとえばシリコーングリスが用いられる。

次に、温度センサ１０の取付けに関して、図３〜図５を用いて説明する。まず、温度センサ１０の取付位置に関して説明する。エンジン制御をきめ細やかに行うためには燃焼室内温度を測るのが望ましい。しかし燃焼室内は、高圧高温の環境であり、また燃焼ガスが外部への漏れないようにするためシール性等制約が多い。したがって燃焼室内の温度の代替として、燃焼室内温度に追従し易い燃焼室近傍の壁面９０の温度を測るのが好ましい。そこで本実施形態では、図２に示すように、燃焼室近傍の壁面９０に温度センサ１０を取り付けるための凹部９１を形成している。凹部９１は、外乱を避けるべく、エンジンブロックのうち燃焼室に近く、かつ燃焼ガス圧に耐えられるように形成される。

次に、凹部９１への温度センサ１０の取付方法に関して説明する。図３に示すように、まず凹部９１に保持部１１の先端から挿入する。保持部１１の先端は、図３に示すように、スライド部１４が突出した状態である。また保持部１１内には、伝熱体１５が充填されている。

さらに温度センサ１０を凹部９１に挿入すると、図４に示すように、スライド部１４の先端が凹部９１の底面に位置する壁面９０に接触する。スライド部１４の先端は、すなわち筒部分５１の先端である。

さらに温度センサ１０を凹部９１に挿入すると、図５に示すように、スライド部１４が壁面９０に押されて保持部１１内を基端側にスライド変位する。そして保持部１１は凹部９１の壁面９０に近接するように変位する。筒部分５１の先端には、前述のように、溝部５３が形成されている。したがって筒部分５１の先端が壁面９０に接触した状態でも溝部５３によって壁面９０との間に隙間が生じる。そしてスライド部１４が変位すると、鍔部分５２によって伝熱体１５が筒部分５１から押し出され、壁面９０と溝部５３との間の隙間から伝熱体１５が筒部分５１の外部に漏れ出す。そして漏れ出した伝熱体１５は、温度検出部１２と壁面９０との間を満たす。このような状態で、温度センサ１０は、固定される。温度センサ１０の固定方法は、壁部にねじおよびクリップなどの締結部材によって壁部に固定される。

温度検出部１２の取付後の位置は、図５に示すように、筒部分５１の内部に配置されている。また温度検出部１２の取付後の位置は、壁面９０にできるだけ近接した位置であって、壁面９０と温度検出部１２との間に伝熱体１５が充填されている位置である。壁面９０に近い方が、温度検出の応答性が優れるが、伝熱体１５を介在しないと線膨張係数の差によって損傷するおそれがあるからである。

温度検出部１２の取付前の位置は、図１に示すように、保持部１１の内部であって、周囲が伝熱体１５に覆われている位置である。温度検出部１２が露出していると、搬送中などに外部と接触して損傷するおそれがあるからである。また周囲に伝熱体１５が充填されていると、搬送中などに発生する振動が温度検出部１２に伝わりにくいので、振動によって損傷することを抑制することができる。

このように取付前は、図３に示すように、スライド部１４の一部が保持部１１の開口２１の外側に位置している。そして取付後は、図５に示すように、スライド部１４の少なくとも一部が壁面９０に接触し、取付前よりスライド部１４が保持部１１の内部に変位している。そして取付後は、温度検出部１２と壁面９０との間には伝熱体１５が充填されている。さらに取付後は、保持部１１の少なくとも一部が凹部９１の内部に挿入されている。

以上説明したように本実施形態の温度センサ１０は、スライド部１４が変位すると、伝熱体１５を保持部１１の外に押し出すように構成されている。具体的には、取付前はスライド部１４の一部が保持部１１の開口２１の外側に位置しており、取付後はスライド部１４の少なくとも一部が壁面９０に接触し、取付前よりスライド部１４が保持部１１の内部に変位している。これによって取付後はスライド部１４が占める保持部１１の内部の領域が多くなっている。スライド部１４が保持部１１の内部に変位することによって、流動可能な伝熱体１５が保持部１１の開口２１からスライド部１４によって押し出されることになる。したがって取付後は、温度検出部１２と壁面９０との間に、押し出された伝熱体１５で充填することができる。これによって壁面９０と温度検出部１２との線膨張差は、流動可能な伝熱体１５によって吸収されるので、線膨張差およびエンジンの振動によって温度検出部１２が損傷することを防ぐことができる。また伝熱体１５は、絶縁性および伝熱性を有するので、壁面９０の温度を温度検出部１２に素早く伝達することができる。これによって応答性に優れる温度センサ１０を実現することができる。

このように伝熱体１５は、壁面９０と温度検出部１２との隙を埋め、サーミスタ４１への熱伝導を速くすることができ、応答性を向上することができる。また伝熱体１５は、保持部１１の内部に予め充填されているので、被測定体である壁面９０側に予め伝熱体１５を充填しておくことが不要なので、組付け性が良い。さらに取付時にサーミスタ４１に作用する応力も、伝熱体１５によって緩和することができるので、組付時に温度検出部１２が損傷することを抑制することができる。

また本実施形態では、スライド部１４は、取付後の壁面９０と接触した状態で、一部が壁面９０との間に隙間を有する。これによってスライド部１４を壁面９０に押し当てた状態で、さらに保持部１１を壁面９０側に変位させると、隙間から伝熱体１５をスライド部１４の外方に漏れ出させることができる。これによって壁面９０と保持部１１との間に効率よく伝熱体１５を充填することができる。

さらに本実施形態では、スライド部１４は、筒状の筒部分５１と、筒部分５１の後端部から径外方向に伸びる鍔部分５２と、を有する。そして筒部分５１の先端部は取付後に壁面９０と接触し、筒部分５１の後端部は取付前および取付後にわたって保持部１１の内部に位置している。鍔部分５２がない単なる筒部分５１だけの構成であると、筒部分５１が変位しても伝熱体１５が押し出される量は少ない。そこで鍔部分５２を設けることによって、伝熱体１５を効率よく押し出して漏れ出させることができる。したがってスライド部１４を小型化することができる。

また本実施形態では、取付後は、温度検出部１２と壁面９０との間には伝熱体１５が充填している。取付後は、温度検出部１２と壁面９０との間に単に隙間があるだけでなく、隙間に伝熱体１５が充填している。これによって前述のように線膨張係数の差によって、温度検出部１２が損傷することを抑制することができる。

さらに本実施形態では、温度センサ１０は、凹部９１の底面に取付けられ、取付後は保持部１１の少なくとも一部が凹部９１の内部に挿入されている。これによって温度センサ１０を凹部９１に容易に固定することができる。また凹部９１に取り付けることによって、漏れ出した伝熱体１５が拡散することを防ぎ、確実に温度検出部１２を底面との間に伝熱体１５を充填することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、筒部分５１の先端には溝部５３が形成されているが、溝部５３が形成されている構成に限るものではない。たとえば壁面９０側に溝部が形成されていてもよく、筒部分５１の側壁に貫通孔を形成してもよい。したがって取付後における壁面９０と接触した状態で、伝熱体１５が流通可能な隙間を形成する流通部が形成されれば、その構成は適宜選択することができる。

前述の第１実施形態では、スライド部１４は筒部分５１および鍔部分５２を有する構成であるが、このような構成に限るものではない。たとえば鍔部分５２を有さず、筒部分５１だけの構成、すなわちスライド部１４全体を筒状に構成してもよい。

前述の第１実施形態では、燃焼室の壁面９０の温度を検出しているが、被測定物は燃焼室の壁面９０の温度に限るものではない。取付可能な壁面であれば、その他の壁面の温度の検出に用いることができる。

１０…温度センサ １１…保持部 １２…温度検出部（検出部）
１３…リード保持体 １４…スライド部 １５…伝熱体 ２１…開口
３３…金属リード ３４…信号線 ４１…サーミスタ ４２…封止部材
５１…筒部分 ５２…鍔部分 ５３…溝部（流通部） ９０…壁面 ９１…凹部

Claims (4)

1. 取り付けられる壁面（９０）の温度を検出する温度センサ（１０）であって、
   温度を検出する検出部（１２）と、
   内部に前記検出部を保持し、開口（２１）を有する保持部（１１）と、
   前記保持部の開口に設けられ、前記保持部および前記検出部に対して変位可能に設けられるスライド部（１４）と、
   絶縁性および伝熱性を有し、前記検出部を覆って前記保持部の内部に充填された流動可能な伝熱体（１５）と、を含み、
   前記スライド部が変位すると、前記伝熱体を前記保持部の外に押し出す温度センサ。
2. 前記スライド部は、前記伝熱体が流通可能な隙間を形成する流通部（５３）を有する請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記スライド部は、筒状の筒部分（５１）と、前記筒部分の後端部から径外方向に伸びる鍔部分（５２）と、を有し、
   前記筒部分の先端部は、前記保持部の外部に位置し、
   前記筒部分の後端部は、前記保持部の内部に位置している請求項１または２に記載の温度センサ。
4. 前記検出部は、前記筒部分の内部に配置されている請求項３に記載の温度センサ。

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