JP6653426B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本開示は、セパレータを有する温度センサに関する。

一般に、温度センサは、リード線に接続された感温部がケースの開口内に配置されて、リード線が導出されるように開口部を樹脂で封止する構造が知られている。

そして、このような温度センサの製造方法は、特許文献１に、リード線に接続された感温部をケース内に配置し、封止用の樹脂を流し込み硬化させる方法が示されている。特許文献２には、ケースの内部に樹脂を流し込んだ後に、リード線に接続された感温部を樹脂の内部に挿入する方法が示されている。

特開２００５−１７０８８号公報 特開平１０−３００５８９号公報

しかしながら、このような温度センサは、感温部がリード線に接続された構造体であるため強度が低い。そのため、感温部に対する樹脂の流し込みや、感温部の樹脂挿入において、感温部が樹脂から応力を受けることで、ケース内部における感温部の位置が変動する。この感温部の位置の変動は、検出感度に影響する。例えば、感温部とケースとの間隔が小さければ外部温度の検出感度が大きくなり、感温部とケースとの間隔が小さければ外部温度の検出感度が小さくなる。したがって、このような温度センサを量産する場合、それぞれの温度センサの検出感度が不安定になるという問題があった。

そこで、本開示は、このような課題を解決し、温度センサにおける検出感度のバラツキを抑制することを目的とする。

本開示の一態様における温度センサは、開口部を有するケースと、開口部に配置された感温部と、一端が感温部に接続された第１のリード線と、一端が感温部に接続された第２のリード線と、開口部における感温部より開口端側に配置されたセパレータと、開口部に充填された樹脂部材とを備え、セパレータは、第１のリード線が挿入される第１の貫通孔と、第２のリード線が挿入される第２の貫通孔とを有し、第１の貫通孔および第２の貫通孔は、それぞれ第１の孔径を有する第１の区間と第２の孔径を有する第２の区間とを有し、第１の区間は、第２の区間より感温部の側に配置されており、第１の孔径が、第２の孔径より大きい、構成とした。

本開示の温度センサは、量産における検出感度のバラツキを抑制することができる。

図１は、本開示における温度センサの使用状態を模式的に示す断面図である。 図２は、本開示における温度センサを構成するセパレータの断面図である。 図３は、本開示におけるセパレータの斜視図である。 図４は、本開示における温度センサの製造方法を示す模式図である。 図５は、本開示における他の実施形態におけるセパレータの正面図である。 図６は、本開示における他の実施形態におけるセパレータの正面図である。 図７は、セパレータの変形例を示す斜視図である。

以下、本開示における一実施の形態の温度センサについて図を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される形状、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構造については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化している。

図１は、本開示の温度センサの使用状態を模式的に示す断面図である。この温度センサ１００は、車のラジエータ２００に取り付けられ、ラジエータ２００の内部に配置された冷却水２０１の温度を計測する。そして、測定した冷却水２０１の温度情報は、エンジン制御の情報としてフィードバックされ、インジェクションの噴射制御等に活用される。

温度センサ１００は、ケース１０と、感温部２０と、一対のリード線３０と、セパレータ４０と、カプラ５０と、ケース１０の内部に充填された樹脂部材６０と、を備える。

ケース１０は、黄銅などの金属材料からなり、有底状の開口部１１を有する。開口部１１は、温度センサ１００の先端側、つまり、開口部１１の底側の開口径が小さく、温度センサ１００の後端側、つまり、開口部１１の開口側の開口径が大きい。ケース１０の先端側は、冷却水２０１等の温度検出領域に挿入される。ケース１０の後端側は、ボルト構造となっており、ラジエータ２００等の検出対象部材に固定される。ボルト構造は、例えば六角ボルトである。

感温部２０は、温度を検出する感温素子２１と、一対の電極２２と、一対の電極線２３と、を有する。感温素子２１は、例えば、サーミスタ素子を用いることができる。感温素子２１は、一対の電極２２の間に配置される。電極線２３ａは、一端が電極２２ａに接続されている。電極線２３ｂは、一端が電極２２ｂに接続されている。感温素子２１は、周囲をガラスなどの絶縁部材２４で覆ってもよい。電極線２３ａ，２３ｂは、他端が絶縁部材２４から外方に導出されている。電極線２３ａはリード線３０ａに接続されている。電極線２３ｂはリード線３０ｂに接続されている。

カプラ５０は、一対の接続端子５１を有する。接続端子５１ａはリード線３０ａと接続されている。接続端子５１ｂはリード線３０ｂと接続されている。温度センサ１００は、接続端子５１を介して外部接続機器（特に図示せず）と電気接続を行っている。外部接続機器は、例えば、車の制御回路である。

セパレータ４０は、開口部１１の開口端側に配置されている。セパレータ４０は一対の貫通孔４１を有する。貫通孔４１ａにはリード線３０ａが挿入されている。貫通孔４１ｂにはリード線３０ｂが挿入されている。セパレータ４０は、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂で形成することができる。セパレータ４０の詳細について図２、図３を用いて
説明する。図２はセパレータ４０の断面図である。図３は、温度センサ１００の先端側から見たセパレータ４０の斜視図である。セパレータ４０に配置された貫通孔４１は、それぞれ、孔径の異なる第１の区間４２と第２の区間４３を有する。第１の区間４２は、第２の区間４３より先端側に配置されており、孔径ｄ１が第２の区間４３の孔径ｄ２より大きい。第１の区間４２の孔径ｄ１は、例えば３ｍｍである。第２の区間４３の孔径ｄ２は、例えば２ｍｍである。また、セパレータ４０は、先端側の主面４０ａの外周部分に外周壁４４を備えている。セパレータ４０は、先端側の主面４０ａと外周壁４４とで凹部４５を形成している。

樹脂部材６０は、開口部１１に充填されている。樹脂部材６０は、例えばエポキシ樹脂である。樹脂部材６０は、感温部２０をケース１０の内部において気密封止している。樹脂部材６０は、セパレータ４０をケース１０の開口部１１に固定している。

次に、温度センサ１００の製造方法について図４を用いて説明する。

先ず、図４（ａ）に示すように、感温部２０における電極線２３とリード線３０を接続した１次構造体７０を作製する。なお、電極線２３とリード線３０は、接続部材２５を用いて接続することができる。接続部材２５は、例えば、圧着バンドを用いることができる。圧着バンドは、板状の金属からなる。圧着バンドは、並設されたリード線３０と電極線２３の端部を挟み込むように曲げ込むことで、これらを一体化することができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、１次構造体７０を液状のコーティング樹脂７１に浸漬し、１次構造体７０の表面にコーティング樹脂７１を被覆させる。なお、コーティング樹脂７１は、例えばエポキシ樹脂である。なお、このコーティング樹脂７１と上述した開口部１１に充填する樹脂部材６０は同じ材料とすることができる。

次に、図４（ｃ）に示すように、セパレータ４０に配置された貫通孔４１にリード線３０を挿入する。リード線３０は、第１の区間４２の側から挿入され、第２の区間４３の側から導出される。リード線３０の挿入は、上述したコーティング樹脂７１が未硬の状態で行われる。なお、リード線３０に被覆したコーティング樹脂７１は、リード線３０を貫通孔４１に挿入する際に、貫通孔４１の第２の区間４３におけるエッジ４３ａで除去される。つまり、第２の区間４３の孔径ｄ２によりセパレータ４０から後端側に導出されるリード線３０に被覆する樹脂厚みを調節することができる。なお、セパレータ４０から後端側に導出されたリード線３０に被覆するコーティング樹脂７１の樹脂厚みは薄くなる。よって、後述するコーティング樹脂７１の硬化後においても強度が低くなる。この結果、この残留した硬化樹脂によるリード線３０の損傷を防止することができる。なお、貫通孔４１の径とリード線３０の径のオフセットは、０ｍｍから０．５ｍｍの範囲とすることが好ましい。オフセット量が、０．５ｍｍ以上となると硬化後の残留した硬化樹脂の強度が大きくなり、リード線３０を損傷させる確率が増す。なお、リード線３０はフッ素ゴムなどの弾性体で被覆されているので、貫通孔４１とのオフセットが０ｍｍであっても、貫通孔４１への挿入は可能である。

また、第２の区間４３の先端側に配置された第１の区間４２は、第２の区間４３で除去されたコーティング樹脂７１を貯留する領域として活用することができる。この結果、不要なコーティング樹脂７１がセパレータ４０の側面４０ｃに回り込むことが抑制される。さらに、側面４０ｃに回り込んだコーティング樹脂７１が、後端側の主面４０ｂの特にリード線３０の導出部分への回り込むことも防止することができる。また、セパレータ４０の先端側の主面４０ａに凹部４５を備えることで、不要なコーティング樹脂７１の貯留する領域の容積を拡大することができる。

次に、図４（ｄ）に示すように、１次構造体７０に被覆したコーティング樹脂７１を硬化させて２次構造体７５を作製する。なお、コーティング樹脂７１を硬化させる工程は、図に示されるように、感温部２０が上側でセパレータ４０が下側となうように１次構造体７０を支持した状態で行う。この結果、未硬化のコーティング樹脂７１が垂れる方向が、感温部２０からセパレータ４０に向かう方向となる。つまり、感温部２０の先端側に被覆するコーティング樹脂７１の膜厚が薄くなる。よって、量産においても感温部２０の先端側の被覆するコーティング樹脂７１の膜厚のバラツキが小さくなる。

次に、図４（ｅ）に示すように、開口部１１に液状の樹脂部材６０を充填したケース１０を準備し、樹脂部材６０が充填された開口部１１に対して２次構造体７５を感温素子２１の側から挿入する。なお、ケース１０に２次構造体７５を挿入する場合、ケース１０の開口部１１に２次構造体７５を挿入してから、開口部１１に樹脂を充填してもよい。なお、２次構造体７５は、被覆したコーティング樹脂７１が硬化しているので、１次構造体７０に比べ強度が大幅に増加している。特に、強度が低い電極線２３における補強効果が著しい。この強度補強により、２次構造体７５を樹脂部材６０の中に挿入する場合において、樹脂部材６０の粘性に基づく変形が抑制される。また、２次構造体７５を挿入した開口部１１に樹脂部材６０を充填する場合においても、樹脂部材６０の流れによる変形が抑制される。いずれの場合においても、２次構造体７５の変形が抑制されるので、量産における開口部１１の内部での感温部２０の位置ばらつきが抑制される。つまり、量産において温度センサ１００の検出感度のバラツキが抑制される。

次に、図４（ｆ）に示すように、樹脂部材６０を硬化させて、温度センサ１００が作製される。

以上のように、温度センサ１００は、図４（ｄ）に示すコーティング樹脂７１を被覆した２次構造体７５を用いて温度センサ１００を作製する構造としたことで、量産において温度センサ１００の検出感度のバラツキが抑制される。また、電極線２３とリード線３０の接続に用いられる接続部材２５の幅Ｗ（図４（ａ）参照）を、貫通孔４１の第１区間４２の孔径ｄ１より大きくすることで、接続部材２５は第１の区間４２の外側に配置される。この結果、第１の区間４２を不要なコーティング樹脂７１を貯留する領域として活用することができる。また、セパレータ４０の先端側の主面４０ａに凹部４５を備えることで、不要なコーティング樹脂７１の留りとなる部分の容積を拡大することができる。

また、セパレータ４０に接続部材２５と接触する突起を設けることで、リード線３０の回転動作が抑制することができる。図５、図６に突起の配置例を示す。図５、図６は、セパレータを温度センサの先端側から見た正面図である。図５に示すセパレータ４０１は、外周壁４４の内周面において、貫通孔４１ａ近接する部分に突起部４６ａを配置し、貫通孔４１ｂ近接する部分に突起部４６ｂを配置した例を示している。それぞれの突起部４６ａ，４６ｂは、一対の凸部４７の間に溝４８を有する構造としている。溝４８には、接続部材２５の端部が挿入される。溝４８に対する接続部材２５の挿入は、図４（ｃ）における貫通孔４１にリード線３０を挿入する際に行われる。接続部材２５の端部が凸部４７と当接するので、リード線３０の回転が防止される。

また、図６に示すセパレータ４０２は、セパレータ４０２の先端側に主面４０ａにおいて、貫通孔４１ａ近接する部分に突起部４６ｃを配置し、貫通孔４１ｂ近接する部分に突起部４６ｄを配置した例を示している。それぞれの突起部４６ｃ，４６ｄは、一対の凸部４７の間に溝４８を有する構造としている。溝４８には、接続部材２５の端部が挿入される。溝４８に対する接続部材２５の挿入は、図４（ｃ）における貫通孔４１にリード線３０を挿入する際に行われる。接続部材２５の端部が凸部４７と当接するので、リード線３０の回転が防止される。

なお、セパレータ４０に対してリード線３０が回転すると、リード線３０および電極線２３にねじれが生じ、セパレータ４０に対する感温部２０の位置が変化する。したがって、セパレータ４０に対する感温部２０の位置精度を高めることで、量産における温度センサ１００の検出感度のバラツキを抑制することができる。

また、セパレータの変形例を図７に示す。図７に示すセパレータ４０３は、外周壁４４の端部に、外周壁の内側と外側を結ぶ切欠部８０を有する。切欠部８０は、図４（ｅ）で説明した２次構造体７５をケース１０の配置する工程において、樹脂部材６０の流動を促進させることができる。切欠部８０は、少なくとも３つ配置することが好ましい。切欠部４１０を３つ配置することで、隣り合う切欠部８０の間に形成される突出部８１が３つとなる。この突出部８１は、ケース１０の内周部と当接箇所となるため、突出部を３つとすることで、ケース１０に対するセパレータ４０３の配置精度を安定させることができる。

本開示は、特にラジエータに取り付けられる水温センサにおいて有効である。

１０ ケース
１１ 開口部
２０ 感温部
２１ 感温素子
２３ 電極線
２３ａ 第１の電極線
２３ｂ 第２の電極線
２５ 接続部材
３０ リード線
３０ａ 第１のリード線
３０ｂ 第２のリード線
４０、４０１，４０２，４０３ セパレータ
４１ａ 第１の貫通孔
４１ｂ 第２の貫通孔
４２ 第１の区間
４３ 第２の区間
４５ 凹部
４６ａ，４６ｃ 第１の突起部
４６ｂ，４６ｄ 第２の突起部
６０ 樹脂部材
１００ 温度センサ
ｄ１ 第１の孔径
ｄ２ 第２の孔径

Claims (4)

1. 有底状の開口部を有するケースと、
   前記開口部の底側に配置された感温部と、
   一端が前記感温部に接続された第１のリード線と、
   一端が前記感温部に接続された第２のリード線と、
   前記開口部における前記感温部より開口端側に配置されたセパレータと、
   前記開口部に充填された樹脂部材と、を備え、
   前記セパレータは、前記第１のリード線が挿入される第１の貫通孔と、前記第２のリード線が挿入される第２の貫通孔とを有し、
   前記第１の貫通孔および前記第２の貫通孔は、それぞれ第１の孔径を有する第１の区間と第２の孔径を有する第２の区間とを有し、
   前記第１の区間は、前記第２の区間より前記感温部の側に配置されており、
   前記第１の孔径が、前記第２の孔径より大きい、
   温度センサ。
2. 感温部は、
   温度を検出する感温素子と、
   一端が前記感温素子に接続された第１の電極線と、
   一端が前記感温素子に接続された第２の電極線と、を有し、
   前記第１のリード線は、前記第１の電極線と第１の接続部材で連結されており、
   前記第２のリード線は、前記第２の電極線と第２の接続部材で連結されており、
   前記第１の接続部材の幅が、前記第１の貫通孔の孔径より大きく、
   前記第２の接続部材の幅が、前記第２の貫通孔の孔径より大きい、
   請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記セパレータは、第１の突起部と第２の突起部を備え、
   前記第１の突起部は、前記第１の接続部材と当接しており、
   前記第２の突起部は、前記第２の接続部材と当接している、
   請求項２に記載の温度センサ。
4. 前記セパレータの前記感温部の側の主面には、凹部が形成されており、
   前記凹部の底面に、前記第１の区間の開口端が配置されている、
   請求項１に記載の温度センサ。
   

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