JP6785925B2 - 温度センサおよび温度センサの製造方法 - Google Patents

温度センサおよび温度センサの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、水温を検知できる温度センサに関する。
例えば、食器洗浄乾燥機、給湯器、洗濯、乾燥機、浴槽などの機器類においては、タンク、その他の貯水槽の中の水の温度を検知することで、機器類の制御が行われる。
特許文献1には、水位を検知するセンサと水温を検知するセンサとが一体化された水位−温度検知センサが開示されている。この水位−温度検知センサは、水位センサを構成する一対の電極と、一対の電極を保持するホルダと、を備える。水位センサの一方の電極は中空構造を有しており、温度センサを構成するサーミスタがこの中空部分に内蔵される。この構成を採用することにより、水位センサと温度センサとの一体化を可能にする。
特開2001−289695号公報
特許文献1の温度センサは、水温の検知に供される一対の導線に加えて、水位の検知に供される導線が接続される。水温を検知する温度センサは、漏電防止のために接地用の導線が接続されることもある。水位検知に供される導線および接地用の導線は、水温を含めて温度だけを検知するセンサにとって付加的な要素といえる。
本発明は付加要素としての導線を効率よく温度センサに接続できる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は、付加要素と温度検知要素を備える。
温度検知要素は、感熱体と、感熱体に電気的に接続される一対の第1電線を有するセンサ素子と、センサ素子を収容する保護管と、を備える。
付加要素は、保護管との電気的な接続および保護管との嵌合による組み付けを担う端子と、端子に電気的に接続される第2電線と、を備える付加要素と、を備える。
本発明における端子には、保護管または第1電線の側方から保護管または第1電線のいずれかを通過可能に形成された通路を備える、ことを特徴とする。
本発明の温度センサにおいて、好ましくは、通路は、端子が嵌合される位置における保護管の寸法よりも狭い。
本発明の温度センサにおいて、通路は、好ましくは、付加要素において第2電線が引き出される向きと交差する向きに設けられる。
本発明の温度センサにおいて、端子は、好ましくは、通路を除いて、保護管を取り囲む嵌合部を備える。この嵌合部は、保護管に対向する内周面に、保護管に向けて突き出す単数または複数の圧着片を備え、圧着片が、保護管に圧着されることで、端子が保護管に固定される。
本発明の温度センサにおいて、保護管は、好ましくは、保護管を機器に固定するために機器に押し付けられる押えリングを備える。押えリングは、機器に接触する前端面と、前端面と対向する後端面とを備える。端子は、後端面に面で接触する。
本発明は、以上の温度センサを製造する方法を提供する。この製造方法は、第1ステップと、第2ステップと、第3ステップと、を備える。
第1ステップは、端子を、第1電線に対して通路の位置が合うように端子を配置する。
第2ステップは、端子の嵌合部の中に第1電線が進入するまで保護管と端子を接近させる。
第3ステップは、端子を保護管における所定位置まで保護管の軸線方向に移動させる。
本発明の温度センサによれば、付加要素としての端子が、温度検知要素の保護管または第1電線が通過できる通路を備えている。したがって、温度検知要素の第1電線が長尺であったとしても、感熱体の近くで端子の中に保護管または第1電線を挿入することができるので、第1電線の末端から端子の中に第1電線を挿入するのに比べて、作業が容易である。
本発明の一実施形態に係る温度センサを示す斜視図であり、温度検知要素のリード線を省いて示している。 図1の温度センサを示し、(a)が側面図、(b)が正面図、(c)が正面図である。 図1および図2の温度センサにおける付加要素の端子を示し、(a)が側面図、(b)が正面図である。 図1および図2の温度センサにおける温度検知要素を示す側面図である。 図1および図2の温度センサにおいて、付加要素と温度検知要素とを組み付ける手順を示す正面図である。 図1および図2の温度センサにおいて、付加要素と温度検知要素とを組み付ける手順を示す側面図である。 付加要素の変形例を示す三面図である。 付加要素の他の変形例を示す三面図である。 本実施形態の変形例を示し、図6に対応する図である。
以下、添付する図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る温度センサ1ついて説明する。温度センサ1は、付加要素10に通路15を備えているために、付加要素10と温度検知要素20との組み付けが容易である。
[温度センサ1の構成]
温度センサ1は、図1および図2に示すように、付加要素10と温度検知要素20とが組み付けられて構成される。
[付加要素10]
付加要素10について、図1から図3を参照して説明する。
付加要素10は、図1、図2および図3に示すように、温度検知要素20との電気的な接続および温度検知要素20への組み付けを担う端子11と、端子11に電気的に接続される第2電線19と、を備える。付加要素10は、例えば接地用の導線として用いることができるし、水位検知用の電極として用いることができる。水位検知用の電極として用いる場合には、もう一つの電極が必要になる。なお、付加要素10の用途はこれらに限るものではない。
端子11は、導電性および弾性の優れる金属材料、例えば真鍮、リン青銅などの銅合金から構成されるのが好ましい。端子11は、これら金属材料からなる板材を打ち抜くことで一体的に形成される。
端子11は、温度検知要素20と互いに嵌合される嵌合部12と、嵌合部12に連なるリード線との接続部16と、を備えている。端子11において、嵌合部12が設けられる側を前方(F10)、接続部16が設けられる側(B10)を後方と定義する。この定義は相対的な意味を有する。
図3に示すように、嵌合部12は、内側に温度検知要素20が収容される嵌合空隙13と、嵌合空隙13を取り囲む保持環14と、を備える。嵌合部12は、押えリング37と電気的に接続される接続面12Aを備える。
嵌合空隙13は、温度検知要素20の外形に整合するように、円形の形状を有する。
保持環14は、円形の嵌合空隙13を取り囲むので、円環状の形態を有する。ただし、保持環14はその一部が切り欠かれている。この切り欠かれた部分は、付加要素10を温度検知要素20に組み付ける際に、温度検知要素20のリード線29,29(図2(a)参照)が側方から通過する通路15をなす。通路15を除いて、保持環14は、嵌合空隙13に収容される保護管31を取り囲む。保持環14の内周面には、温度検知要素20との嵌合強度を確保するための複数の圧着片14Aが嵌合空隙13の中心に向けて突出するように設けられている。図3に単体としての端子11が示されているが、全ての圧着片14Aの先端で形成される円の直径は、保持環14が嵌合される保護管31の外周の直径より微小量だけ小さく設定される。これにより、圧着片14Aを保護管31の軸線方向C20に押圧することで、圧着片14Aを保護管31に圧着できる。なお、ここでは複数の圧着片14Aを設ける例を示したが、その機能を果たす限り、圧着片14Aは単数であってもよい。
図3に示すように、通路15の寸法L15は、図3に示すように、保持環14の周方向の一端14Bと他端14Cの間隔で定義される。この通路15の寸法L15は、後述する温度検知要素20のリード線29,29が通路15を通過できるように、リード線29,29の寸法L29よりも十分に大きく設定される。また、寸法L29は、図4に示すように、2本のリード線29の直径の合計として定義される。一方で、通路15の寸法L15は、端子11が嵌合される位置における保護管31の外径寸法よりも狭い。これにより、端子11が所定位置で保護管31に嵌合された後は、保護管31が端子11から抜け出ることは困難である。
通路15は、第2電線19が引き出される軸線方向C10に交差する向き、より具体的には軸線方向C10に直交する向きに設けられている。これは、以下の理由による。端子11は板材を打ち抜いて作製される。このとき図3(b)に示すように、端子11は、ランナRを介して板材に支持された状態から、ランナRを切断することにより作製される。この過程において、通路15が軸線方向C10に交差する向きに形成されていれば、ランナRを設ける支障にならない。逆に、仮に通路15が端子11の前端に設けられものとすると、図示するランナRを設けることができなくなる。
ただし、この通路15の位置は製造工程の観点から好ましいものにすぎず、本発明においては通路15を端子11の前端に設けることもできる。
接続部16は、第2電線19の芯線19Aが電気的に接続される芯線接続部17と、第2電線19の絶縁被覆19Bをカシメにより固定する被覆固定部18と、を備えている。芯線接続部17は、嵌合部12から後方(B10)に向けて幅方向の寸法が先細りとなる平板状の形状をなす。被覆固定部18は、芯線接続部17の後端部分と同じ幅で連続して形成され、その幅方向の両側には圧着片18A、圧着片18Bが設けられている。図2(b)に示すように、圧着片18Aと圧着片18Bは、軸線方向C20(図2(a)参照)の異なる位置に設けられている。
第2電線19は、芯線19Aと、芯線19Aの周囲を取り囲む絶縁被覆19Bと、を備えている。第2電線19の前端は、絶縁被覆19Bがはぎ取られており、芯線19Aが露出している。
第2電線19は、接続部16を介して端子11に接続される。具体的には、第2電線19の露出する芯線19Aの先端にスプライス端子19Cを取り付け、このスプライス端子19Cを例えば溶接することで、芯線19Aは芯線接続部17に電気的に接続される。また、芯線接続部17より後方の被覆固定部18においては、折り曲げられた圧着片18A,18Bにより第2電線19の絶縁被覆19Bが圧着され、第2電線19は端子11に固定される。
[温度検知要素20]
次に、温度検知要素20について説明する。
温度検知要素20は、図1、図2および図4に示すように、センサ素子21と、センサ素子21の主要部を収容する保護管31と、センサ素子21と保護管31の間を埋める充填体41と、を備える。
センサ素子21は、感熱体23と、感熱体23の周囲を覆うガラス製の保護層25と、感熱体23に電気的に接続される一対の引出線27,27と、引出線27,27のそれぞれに接続されるリード線29,29と、を備える。引出線27,27とリード線29,29により一対の第1電線が構成される。なお、温度検知要素20において、感熱体23が設けられる側を前(F20)と定義し、リード線29が引き出される側を後(B20)と定義する。ただし、この定義は相対的なものとする。
[感熱体]
感熱体23は、例えば、サーミスタを用いることが好ましい。サーミスタはthermally sensitive resistorの略称であり、温度によって電気抵抗が変化することを利用して温度を測定する金属酸化物である。
サーミスタは、NTC(negative temperature coefficient)とPTC(positive temperature coefficient)に区分されるが、感熱体23にはいずれのサーミスタをも使用できる。
NTCサーミスタとして典型的なスピネル構造を有するマンガン酸化物(Mn34)を基本組成とする酸化物焼結体を感熱体23に用いることができる。この基本構成にM元素(Ni、Co、Fe、Cu、Al及びCrの1種又は2種以上)を加えたMxMn3-x4の組成を有する酸化物焼結体を感熱体23に用いることができる。さらに、V、B、Ba、Bi、Ca、La、Sb、Sr、Ti及びZrの1種又は2種以上を加えることができる。
また、PTCサーミスタとして典型的なペロブスカイト構造を有する複合酸化物、例えばYCrO3を基本構成とする酸化物焼結体を感熱体23に用いることができる。
[保護層25]
ガラス製の保護層25は、感熱体23を封止して気密状態に保持することによって、環境条件に基づく感熱体23の化学的、物理的変化の発生を防止するとともに、感熱体23を機械的に保護する。ガラス製の保護層25は、感熱体23の全体に加えて引出線27,27の前端を覆い、引出線27,27を封着する。
なお、ガラス製の保護層25を設けることは、本実施形態において好ましい例にすぎず、保護層25を設けることは任意である。
[引出線27]
引出線27,27は、図示を省略する感熱体23の電極に電気的に接続される。
引出線27,27は、保護層25により封着されるため、線膨張係数がガラスと近似す
るジュメット線が用いられる。なお、ジュメット線は、鉄とニッケルを主成分とする合金を導体(芯線)として用い、そのまわりを銅で被覆した導線である。引出線27,27は、導体が剥き出しとされているため、水分が進入すると短絡のおそれがある。
[リード線29]
リード線29,29は、図2(a)に示すように、導体からなる芯線29A,29Aと、芯線29A,29Aを覆う絶縁被覆29B,29Bと、を備える。リード線29,29は、芯線29A,29Aの部分で引出線27,27と溶接、導電性接着剤などにより電気的に接続される。
[保護管31]
保護管31は、図1、図2および図4に示すように、センサ素子21をその前端からリード線29,29に亘って覆う金属材料、特に測定対象である水に曝されることからステンレス鋼から構成されるのが好ましい。保護管31は、内部に収容されるセンサ素子21を周囲の環境から保護することに加えて、周囲の環境の温度を迅速に内部に伝えるために、高い熱伝導性を有する金属材料から構成される。
保護管31は、前端31Aが閉塞され、後端31Bが開口する円筒状の部材である。保護管31の内側には温度検知要素20が配置される収容室33が設けられる。
保護管31は後端31Bから前端31Aに向けて段階的に径が細く形成されており、径の最も細い前端31Aの側の内部にセンサ素子21の感熱体23が配置される。
保護管31の軸線方向C20のほぼ中央には、径方向につば状に突き出すように形成されたフランジ35が円環状に設けられている。フランジ35は、次に説明する押えリング37を位置決めするのに利用される。フランジ35は別体として作製された後に、保護管31の外周の所定位置に溶接、その他の手段により固定される。押えリング37は、前端面37Aと後端面37Bを備えている。
図2(a)に示すように、押えリング37は、保護管31の外周の所定位置に嵌合される。また、押えリング37の後端面37Bは、付加要素10の端子11が突き当てられる。押えリング37は、端子11と同様の銅合金から構成されるのが好ましい。
貯水槽WTを有する機器に設置するときは、温度センサ1は、貯水槽WTの内側INと外側OUTとの仕切りPに、前端面37Aが接しながら、押えリング37が固定される。押えリング37は、貯水槽WTの外側OUTにおいて、仕切りPに固定される。また、温度センサ1は、付加要素10の端子11が押えリング37の後端面37Bに面で接しながら、保護管31に固定される。
このように、押えリング37は、仕切りPに対する温度センサ1の位置決めの機能と、保護管31に対する端子11の位置決めの機能を担う。
[充填体41]
充填体41は、センサ素子21と保護管31の間の隙間を埋めることで、センサ素子21を保護管31の内部に支持する。充填体41は、例えばエポキシ樹脂からなり、センサ素子21との間が接着力を有して接合されるとともに、保護管31の内壁との間が接着力を有して接合される。これにより、保護管31の内部には水の進入経路ができにくくなる。
充填体41は、保護管31の前端31Aから所定の範囲まで設けられている。
[温度センサ1の組み付け手順]
温度センサ1は、付加要素10と温度検知要素20を組み付けることで製造される。この温度センサ1を製造する手順を図5および図6を参照して説明する。なお、図5および図6は、組み付けの手順の説明に必要のない要素の記載を省いている。
この組み付けは、端子11をリード線29,29に対して位置決めする第1ステップと、リード線29,29を端子11の嵌合空隙13に進入させる第2ステップと、端子11を移動させて押えリング37に突き当てる第3ステップと、を備える。
[第1ステップ]
第1ステップは、図5(a)に示すように、温度検知要素20のリード線29,29に対して端子11の通路15の位置が合うように、付加要素10と温度検知要素20を位置決めする。この位置決めは、保持環14の一端14Bと他端14Cの範囲内にリード線29,29が収まることを意味する。前述したように、通路15の寸法L15は、リード線29,29の寸法L29よりも十分に大きい。したがって、リード線29,29を無理なく通路15を通過させることができる。
[第2ステップ]
通路15に対するリード線29,29の位置決めがなされると、次に、付加要素10と温度検知要素20を接近させる。この接近は、図5(b)に示すように、端子11の嵌合空隙13の中にリード線29,29が進入されるまで行われる。この時点では、図6(a)に示すように、端子11は保護管31から軸線方向C20に離れている。
[第3ステップ]
端子11の嵌合空隙13の中にリード線29,29を進入させた後に、端子11を保護管31に向けて移動させる。移動は、図6(b)に示すように、端子11の嵌合部12が保護管31に嵌合され、かつ、嵌合部12が押えリング37の後端面37Bに突き当たるまで行われる。嵌合部12が後端面37Bに突き当たった後に、軸線方向C20の力を圧着片14Aに加えることで、圧着片14Aを保護管31の外周面に圧着させる。圧着させるには、円環状の治具を押えリング37に向けて押し付ければよい。そうすれば、端子11の押えリング37に向けた移動と端子11の保護管31への固定を、治具の押し付けという一つの動作で行うことができる。
[温度センサ1の効果]
以上の各ステップを経て作製される温度センサ1は、以下の効果を奏する。
温度センサ1は、保護管31に端子11の嵌合部12を嵌合させ、かつ、圧着片14Aを保護管31に圧着させるという、簡易な工程を経て作製される。
しかも、温度センサ1は、嵌合部12の通路15を通じてリード線29,29を嵌合空隙13に進入させることができる。仮に通路15が設けられておらず、嵌合空隙13の周方向の全域が嵌合部12で閉じられているものとすると、リード線29,29を嵌合空隙13に配置させるためには、リード線29,29の末端から嵌合部12を差し込む必要がある。リード線29,29の末端から保護管31までの寸法が大きい場合には、末端から差し込んだ端子11を保護管31まで移動させる時間が長くなる。これでは、温度センサを作製するのに必要な時間が長くなり、製造コストが高くなる。これに対して、本実施形態によれば、保護管31に近い位置でリード線29,29を嵌合空隙13に配置させることができるため、取り付けを容易にすることができ、かつ製造コストを下げることができる。
端子11の保護管31への固定力は、嵌合部12が保護管31を取り囲む寸法が長いほど強い。通路15は、端子11の保護管31への固定力に寄与しないが、リード線29,29に対して十分な広さがあれば足りる。つまり、本実施形態によれば、端子11の保護管31への固定力の低下を最小限に抑えることができる。
次に、温度センサ1において、端子11は押えリング37の後端面37Bに接するように固定される。仮に、端子11が押えリング37の前端面37Aに接するように固定されるものとする。この場合、仮に貯水槽WTと保護管31の間から水が漏れたとすると、端子11が濡れるので、これを防止するには堅牢なシール構造が必要になる。ところが、温度センサ1においては、端子11と仕切りPとの間に押えリング37が介在するので、仮に水漏れがあったとしても、端子11が濡れるおそれが小さい。
また、温度センサ1において、保護管31の外周面と押えリング37の内周面との間で電気的に接続され、さらに、押えリング37の後端面37Bと端子11の嵌合部12の接続面12Aとの間で電気的に接続される。後者の電気的な接続は、面同士の接触であり接触面積が大きいので、付加要素10としての電気的な経路を十分に確保できる。
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。つまり、本発明は付加要素としての端子に導線が通過できる通路を設けるところに特徴があり、その他の部分、例えば、端子の形状、保護管の形状などは、温度センサが用いられる周囲の構造などにしたがって特定されるべきものである。
例えば、保持環14の圧着片14Aについて、本発明は図7および図8に示される形態を採用できる。図7に示される付加要素50は、圧着片14Aが嵌合空隙13に向けて弧状に突き出しており、図8に示される付加要素60は、圧着片14Aが嵌合空隙13に向けて三角形状に突き出している。図7および図8に示される圧着片14Aは、図1および図3に示される圧着片14Aに比べると、嵌合空隙13に向けた突出量が小さい。また、図7および図8に示される圧着片14Aは、図1および図3に示される圧着片14Aに比べると、数が少ない。しかし、圧着片14Aを支持する保持環14の剛性が確保されていれば、温度検知要素20へ十分な圧着力を得ることができる。
被覆固定部18の圧着片18A,18Bについて、本発明は図7および図8に示される形態を採用できる。図7および図8に示される圧着片18A,18Bは、平面が三角形状をなしている。これにより、圧着片18A,18Bのそれぞれが第2電線20を圧着する軸線方向の寸法を、図3に示される平面が矩形状のものより長くできる。
また、以上の形態においては、端子11の通路15はリード線29,29が通過する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図9に示すように、保護管31の後方に小径部分32が形成されていれば、通路15はこの小径部分32を通過することもできる。
1 温度センサ
10,50,60 付加要素
11 端子
12 嵌合部
12A 接続面
13 嵌合空隙
14 保持環
14A 圧着片
15 通路
16 接続部
17 芯線接続部
18 被覆固定部
18A,18B 圧着片
19 第2電線
19A 芯線
19B 絶縁被覆
20 温度検知要素
21 センサ素子
23 感熱体
25 保護層
27 引出線(第1電線)
29 リード線(第1電線)
29A 芯線
29B 絶縁被覆
31 保護管
31A 前端
31B 後端
33 収容室
35 フランジ
37 押えリング
37B 後端面
37A 前端面
41 充填体
WT 貯水槽
P 仕切り

Claims (7)

  1. 感熱体と、前記感熱体に電気的に接続される一対の第1電線を有するセンサ素子と、前記センサ素子を収容する保護管と、を備える温度検知要素と、
    前記保護管との電気的な接続および前記保護管との嵌合による組み付けを担う端子と、前記端子に電気的に接続される第2電線と、を備える付加要素と、を備え、
    前記端子には、
    前記保護管または前記第1電線の側方から前記保護管または前記第1電線のいずれかを通過可能に形成された通路が設けられている、
    ことを特徴とする温度センサ。
  2. 前記通路は、前記端子が嵌合される位置における前記保護管の寸法よりも狭い、
    請求項1に記載の温度センサ。
  3. 前記通路は、
    前記付加要素において第2電線が引き出される向きと交差する向きに設けられる、
    請求項1または請求項2に記載の温度センサ。
  4. 前記端子は、
    前記通路を除いて、前記保護管を取り囲む嵌合部を備え、
    前記嵌合部は、前記保護管に対向する内周面に、前記保護管に向けて突き出す単数または複数の圧着片を備え、
    前記圧着片が、前記保護管に圧着されることで、前記端子が前記保護管に固定される、
    請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の温度センサ。
  5. 前記保護管は、
    前記保護管を機器に固定するために前記機器に押し付けられる押えリングを備え、
    前記押えリングは、
    前記機器に接触する前端面と、前記前端面と対向する後端面とを備え、
    前記端子は、
    前記後端面に面で接触する、
    請求項1に記載の温度センサ。
  6. 前記端子は板材からなる、
    請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の温度センサ。
  7. 請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の温度センサの製造方法であって、
    前記端子は、前記通路を除いて、前記保護管を取り囲む嵌合部を備え、
    前記端子を、前記第1電線に対して前記通路の位置が合うように前記端子を配置する第1ステップと、
    前記端子の前記嵌合部の中に前記第1電線が進入するまで前記保護管と前記端子を接近させる第2ステップと、
    前記端子を前記保護管における所定位置まで前記保護管の軸線方向に移動させる第3ステップと、
    を備える温度センサの製造方法。
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