JP6702624B2 - 温度センサおよび位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに吸入する空気などの流体の温度を測定するための温度センサ、および、これを備えた位置検出装置に関する。

近年、車両の各種制御に温度センサが使用されている。温度センサは、ガラスなどでコーティングされた温度センサ素子を用いて構成され、保護用の先端が閉じられたチューブ内の先端部分に温度センサ素子を配置した構造をなしている。温度センサ素子の先端をチューブに直接接触させることで、温度センサ素子への熱の伝達性を高めるよう構成されている。しかしながら、温度センサ素子は熱が逃げてしまうと検知精度が悪くなるので、先端部分以外のチューブ内に空気層を設けるなどして、温度センサ素子に伝わった熱が逃げるのを防止する方法が考えられる。

このように、空気層を備えた構造としては、特許文献１に記載の構造が開示されている。図８は、特許文献１の温度センサ９００の断面図である。温度センサ素子９２１は、図８に示すように、チューブ９１１内の先端９１２に配置されている。この構造では、シール部材９７１に発生する変形を利用して、碍子管９４１の後端９４５を先端側に押しており、これにより、先端側に配置された温度センサ素子９２１をチューブ９１１内の先端９１２に押し付けている。

特開２０１２−４２４５１号公報

しかしながら、シール部材９７１によって碍子管９４１を先端側に付勢する構造が必要になるため、構造が複雑になってしまうという課題があった。このため、より簡単な構成で温度センサに伝わった熱を逃がさない構造が要望されていた。

本発明は、上述した課題を解決するもので、より簡単な構成で、温度検知性能のよい温度センサ、および、これを備えた位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明の温度センサは、本体部および前記本体部から外方へ突出し先端側が閉鎖された管状に形成された管状部を有するケースと、前記管状部の内部の先端に配置される温度セ
ンサ素子と、前記温度センサ素子に接続された線材と、を備えた温度センサにおいて、前記管状部の内部の前記温度センサ素子よりも前記本体部側には前記線材を支持する保持材が充填された保持部を有し、前記温度センサ素子と前記保持部との間には前記保持材よりも熱が伝わりにくい断熱材を含む断熱部が設けられており、前記断熱材は、前記温度センサ素子に近接する位置で、前記線材に固定されており、前記断熱材と前記温度センサ素子との間で前記線材は撓んだ状態となっており、前記線材の撓みの弾性力により前記温度センサ素子を前記管状部の内部の先端に付勢していることを特徴とする。

この構成によれば、温度センサ素子と保持部との間に断熱部が設けられていることによって、温度センサ素子から熱が逃げにくい構造とすることができるので、より簡単な構成で温度検知性能のよい温度センサを提供することができる。

また、断熱材が線材に固定されるように配置されることで、保持材が充填されたときに断熱材を介して温度センサ素子が管状部の先端側へ押されるため、付勢機構を設けることなく温度センサ素子を管状部の先端に押し付けることができる。これにより、温度検知性能がよくなる。

また、本発明の温度センサは、前記断熱材が発泡ポリスチレンまたはフェノール樹脂からなることを特徴とする。

この構成によれば、簡単に配置することができる。

また、本発明の温度センサにおいて、前記断熱部は前記断熱材と前記温度センサ素子との間に保持された気体を含むことを特徴とする。

この構成によれば、熱が伝わりにくい気体を断熱部の一部として利用することによって、断熱性がさらによくなる。

また、本発明の位置検出装置は、被検知物の位置を検出する位置検出手段と、前記被検知物の周囲温度を検知する温度検知手段と、を有する位置検出装置において、前記温度検知手段が上記の温度センサを備えることを特徴とする。

この構成によれば、位置検出手段の被検知物の周囲温度を検知することによって、被検知物の位置に対応した制御を、より適切にすることができる。

本発明によれば、温度センサ素子と保持部との間に断熱部が設けられていることによって、温度センサ素子から熱が逃げにくい構造とすることができるので、より簡単な構成で、温度検知性能のよい温度センサを提供することができる。また、温度検知性能のよい温度センサを備えた位置検出装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の温度センサを示す断面図である。 断熱材の外観図であり、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は正面図である。 温度センサ素子に接続された線材にホルダと断熱材と基板が固定された状態を示す断面図である。 蓋部を取り付ける前のケースの断面図である。 温度センサ素子がケースの管状部の内部に挿入された状態を示す断面図である。 保持材が充填された状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の位置検出装置を示すブロック図である。 従来の温度センサの断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、分かりやすいように、図面は寸法を適宜変更している。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の温度センサ１０を示す断面図である。図２は、断熱材３１の外観図であり、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は正面図である。図３は、温度センサ素子１１に接続された線材１４にホルダ１６と断熱材３１と基板１７が固定された状態を示す断面図である。図４は、蓋部２３を取り付ける前のケース２０の断面図である。図５は、温度センサ素子１１がケース２０の管状部２２の内部に挿入された状態を示す断面図である。図６は、保持材２５が充填された状態を示す断面図である。

本発明の第１実施形態の温度センサ１０は、ケース２０に温度センサ素子１１が収容されたものであり、図１に示す断面図のように構成されている。

ケース２０は、合成樹脂材から成形され、開口面を備えた箱型の本体部２１と、本体部２１から外方（図１のＺ２方向）へ突出し、先端２２ａ側が閉鎖された管状に形成された管状部２２と、本体部２１の開口面を塞ぐ蓋部２３とを有している。

温度センサ素子１１は、その温度に応じて電気的な出力を変化させるものであり、その出力値によって周囲温度を測定することができる。本実施形態の温度センサ素子１１は、温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体であるサーミスタ（Ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）が用いられている。温度センサ素子１１に接続された線材１４は、ホルダ１６に固定されるとともに、基板１７の図示しない配線部に電気接続されている。さらに、線材１４には断熱材３１が取り付けられている。

線材１４と管状部２２との隙間、ならびに、ホルダ１６および基板１７と本体部２１との隙間には、図１に示すように、保持材２５が充填されている。本実施形態の保持材２５は、１液性のエポキシ樹脂で、２０℃における熱伝導率は０．３[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]である。保持材２５は、所定の量が液化した状態で充填されてから、熱処理によって硬化されている。なお、本実施形態の温度センサ１０は、断熱材３１と温度センサ素子１１との間に保持材２５が充填されず、気体３２が残存している空隙部２２ｂを有している。なお、本実施形態の気体３２は空気であり、空気の２０℃における熱伝導率は０．０２４[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]である。

断熱材３１は、保持材２５よりも熱が伝わりにくい物性のものが好適に用いられる。本実施形態の断熱材３１は、保持材２５よりも熱が伝わりにくく、かつ、流動性が無い発泡ポリスチレンからなる。なお、２０℃における保持部材２５の熱伝導率は０．３[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]であるのに対して、断熱材３１の熱伝導率は０．０３[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]である。断熱材３１は、図２に示すように、柱状の外形を有し、側面から中央に切り込みが設けられて、中心部分に孔が形成されている。これによって、断熱材３１が、弾性変形可能であり、線材１４に固定されるように取り付けることができる。

温度センサ素子１１は、ケース２０の管状部２２の先端２２ａに押し付けられている。これにより、先端２２ａと温度センサ素子１１との熱伝達が良くなり、より正確に管状部２２の先端２２ａの周囲温度を測定することができる。さらに、断熱部３０として、保持材２５よりも熱が伝わりにくい断熱材３１と、断熱材３１と温度センサ素子１１との間の空隙部２２ｂに保持された気体３２とが、本体部２１側に熱が伝わるのを抑制するので、管状部２２の先端２２ａの周囲温度が変化したときに、温度センサ素子１１が素早く応答する、熱応答性のよいものとすることができる。

本実施形態の温度センサ１０は、例えば、図３〜図６に示す工程で製造することができる。

図３に示すように、温度センサ素子１１に接続された線材１４がホルダ１６に固定されている。そして、温度センサ素子１１に近接して断熱材３１が線材１４に固定される。さらに、基板１７に線材１４が電気接続される。なお、断熱材３１と線材１４との隙間が小さくなるように、本実施形態の断熱材３１の切り込みが工夫されているが、接着材等を用いて固定してもよく、この場合には隙間がある程度大きくても接着材等で塞ぐことが可能である。また、接着材等で隙間を塞ぐ場合は、弾性変形しやすい材料に限定されず、熱が伝わりにくい物性のものを使用することができる。例えば、フェノール樹脂の硬いものを使用することもできる。

図４に示すように蓋部２３を取り付ける前のケース２０が用意され、図５に示すように、温度センサ素子１１が管状部２２の内部の先端２２ａに配置されるように挿入される。このとき、断熱材３１の外形は管状部２２の内壁と僅かに隙間を有するように設定されて、温度センサ素子１１が先端２２ａまで押し込まれるのを妨げない。また、ホルダ１６は本体部２１に当接するが、線材１４は僅かに長く用意されて、温度センサ素子１１が先端２２ａまで押し込まれると線材１４が撓むことによって確実に押し込まれた状態となっている。

次に、図６に示すように、Ｚ２方向を下向きに保持し、線材１４と管状部２２との隙間、ならびに、ホルダ１６および基板１７と本体部２１との隙間に、保持材２５が液化した状態で充填される。このとき、あらかじめ断熱材３１が配置されているので、表面張力によって断熱材３１と温度センサ素子１１との間には保持材２５が充填されない空隙部２２ｂが形成され、残存する大気が気体３２として保持される。また、断熱材３１が線材１４に固定されるように配置されていることで、保持材２５が充填されたときに断熱材３１を介して温度センサ素子１１が管状部２２の先端２２ａ側へ押されることになる。このため、付勢機構を向けることなく、温度センサ素子１１を管状部２２の先端２２ａに押し付けることができる。なお、先端２２ａに温度センサ素子１１を確実に固定するように、あらかじめ保持材２５を温度センサ素子１１の端部に塗布しておいてもよい。

その後、熱処理によって保持材２５が硬化され、線材１４を保持材２５が支持する状態となる。最後に、ケース２０に蓋部２３が取り付けられる。

温度センサ素子１１と保持部２２ｃとの間に断熱部３０が設けられていることによって、温度センサ素子１１から熱が逃げにくい構造とすることができる。

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

本実施形態の温度センサ１０は、ケース２０と、温度センサ素子１１と、温度センサ素子１１に接続された線材１４とを備える。ケース２０は、本体部２１、および、本体部２１から外方へ突出し、先端２２ａ側が閉鎖された管状に形成された管状部２２を有する。温度センサ素子１１は、管状部２２の内部の先端２２ａに配置される。そして、管状部２２の内部の温度センサ素子１１よりも本体部２１側には線材１４を支持する保持材２５が充填された保持部２２ｃを有している。さらに、温度センサ素子１１と保持部２２ｃとの間には保持材２５よりも熱が伝わりにくい断熱材３１を含む断熱部３０が設けられている。

この構成によれば、温度センサ素子１１と保持部２２ｃとの間に断熱部３０が設けられていることによって、温度センサ素子１１から熱が逃げにくい構造とすることができるので、より簡単な構成で温度検知性能のよい温度センサ１０を提供することができる。

また、本実施形態の温度センサ１０において、断熱部３０は温度センサ素子１１に近接して断熱材３１が線材１４に固定されるように配置されていることが好ましい。

この構成によれば、断熱材３１が線材１４に固定されるように配置されることで、保持材２５が充填されたときに断熱材３１を介して温度センサ素子１１が管状部２２の先端２２ａ側へ押されることになる。このため、付勢機構を向けることなく温度センサ素子１１を管状部２２の先端２２ａに押し付けることができる。これにより、温度検知性能がよくなる。

また、本実施形態の温度センサ１０は、断熱材３１が発泡ポリスチレンまたはフェノール樹脂からなる。なお、２０℃における保持部材２５の熱伝導率は０．３[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]であるのに対して、断熱材３１の熱伝導率は発泡ポリスチレンの場合は０．０３[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]であり、フェノール樹脂の場合は０．１３〜０．２５[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]である。この構成によれば、保持材２５よりも熱が伝わりにくく、かつ、流動性が無い断熱材であるので、簡単に配置することができる。

また、本実施形態の温度センサ１０において、断熱部３０は断熱材３１と温度センサ素子１１との間に保持された気体３２を含む。この構成によれば、熱が伝わりにくい気体を断熱部３０の一部として利用することによって、断熱性がさらによくなる。

［第２実施形態］
図７は、本発明の第２実施形態の位置検出装置１００を示すブロック図である。

本実施形態の位置検出装置１００は、図７に示すように、エンジンの出力を制御するスロットルバルブ２２０に取り付けられた事例である。なお、位置検出装置１００は、この実施態様に限定されるものでなく、種々の用途で使用可能である。

図７に示す位置検出装置１００は、被検知物の位置を検出する位置検出手段２と、被検知物の周囲温度を検知する温度検知手段１と、吸入される気体（大気）の圧力を検知する圧力検知手段３とを有している。そして、温度検知手段１が、第１実施形態の温度センサ１０を備えている。

位置検出手段２は、スロットルバルブ２２０の開度を調整する回転軸に連動して移動する被検知物の位置を検出する。より具体的には、被検知物の位置に応じて移動する可動接点が抵抗体を摺動して抵抗値が変化する可変抵抗器や、被検知物の位置に応じて移動する磁石の磁力を検知する磁気センサが使用される。スロットルバルブ２２０の回転軸に連動して回転角度を検知する方式や機械的に直線移動に変換して位置検出する方式等を用いることができる。

圧力検知手段３は、圧力センサ等を使用することができる。

これらの出力値がエンジン制御部２００に伝達され、インジェクタ２１０の燃料噴出量を最適化する。

位置検出装置１００は、第１実施形態のケース２０を、位置検出手段２および圧力検知手段３の共用のケースとして、温度検知手段１、位置検出手段２および圧力検知手段３が一体に組み込まれるものとすることができる。これにより、小型の装置で、かつ、位置検出手段２の被検知物の周囲温度を近接して検知することが可能である。これにより、被検知物の位置に対応したインジェクタ２１０の燃料噴出量の制御を、より適切にすることができる。こうすれば、エンジンからの排気ガスをよりきれいなものとすることができる。

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

本実施形態の位置検出装置１００は、被検知物の位置を検出する位置検出手段２と、被検知物の周囲温度を検知する温度検知手段１とを有し、温度検知手段１が上記の温度センサ１０を備えることを特徴とする。

この構成によれば、位置検出手段２の被検知物の周囲温度を検知することによって、被検知物の位置に対応した制御を、より適切にすることができる。

以上のように、本発明の第１実施形態の温度センサ１０および第２実施形態の位置検出装置１００を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらも本発明の技術的範囲に属する。

（１）本実施形態において、温度センサ素子１１はサーミスタが用いられているとしたが、熱電対を用いてもよい。

（２）本実施形態において、ケース２０の管状部２２は、合成樹脂材で一体形成されたものとしたが、先端２２ａ部分をより熱伝導性のよい材料とする複合材料で形成してもよい。こうすれば、より熱応答性のよいものとすることができる。

（３）本実施形態において、断熱部３０は断熱材３１と温度センサ素子１１との間に保持された気体３２を含む構成としたが、断熱材３１の性能が十分であれば、断熱材３１と温度センサ素子１１とが接するように配置してもよい。

１ 温度検知手段
２ 位置検出手段
３ 圧力検知手段
１０ 温度センサ
１１ 温度センサ素子
１４ 線材
１６ ホルダ
１７ 基板
２０ ケース
２１ 本体部
２２ 管状部
２２ａ 先端
２２ｂ 空隙部
２２ｃ 保持部
２３ 蓋部
２５ 保持材
３０ 断熱部
３１ 断熱材
３２ 気体
１００ 位置検出装置
２００ エンジン制御部
２１０ インジェクタ
２２０ スロットルバルブ

Claims (4)

1. 本体部および前記本体部から外方へ突出し先端側が閉鎖された管状に形成された管状部を有するケースと、前記管状部の内部の先端に配置される温度センサ素子と、前記温度センサ素子に接続された線材と、を備えた温度センサにおいて、
   前記管状部の内部の前記温度センサ素子よりも前記本体部側には前記線材を支持する保持材が充填された保持部を有し、
   前記温度センサ素子と前記保持部との間には前記保持材よりも熱が伝わりにくい断熱材を含む断熱部が設けられており、
   前記断熱材は、前記温度センサ素子に近接する位置で、前記線材に固定されており、
   前記断熱材と前記温度センサ素子との間で前記線材は撓んだ状態となっており、前記線材の撓みの弾性力により前記温度センサ素子を前記管状部の内部の先端に付勢していることを特徴とする温度センサ。
2. 前記断熱材は発泡ポリスチレンまたはフェノール樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記断熱部は前記断熱材と前記温度センサ素子との間に保持された気体を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度センサ。
4. 被検知物の位置を検出する位置検出手段と、前記被検知物の周囲温度を検知する温度検知手段と、を有する位置検出装置において、
   前記温度検知手段が請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の温度センサを備えることを特徴とする位置検出装置。