JP7440459B2 - 温度センサ - Google Patents
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Description
以上より、本発明は、保護管に対する感熱体の位置を保持しつつ、感熱体の状態を確認するのに充填体を取り除く必要のない温度センサを提供することを目的とする。
第1実施形態に係る温度センサ1は、図1に示すように、センサ素子10と、センサ素子10の要部を収容する保護体20と、センサ素子10を保持した状態で保護体20に固定される保持体30と、を備える。温度センサ1において、センサ素子10と保護体20の位置関係を固定する機能を保持体30が担う。以下、温度センサ1の各要素について順番に説明した後に、温度センサ1の製造手順について言及する。
センサ素子10は、図1に示すように、感熱体11と、感熱体11の周囲を覆う例えばガラス製の保護層13と、感熱体11に電気的に接続される一対のリード線15,15と、リード線15,15を収容する電気絶縁チューブ17と、備えている。
感熱体11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性質を利用して温度を検出する金属酸化物である。
サーミスタは、NTC(negative temperature coefficient)サーミスタとPTC(positive temperature coefficient)に区分されるが、本発明はいずれのサーミスタをも使用できる。
これらサーミスタは、通常、直方体の形状をなし、対向する表裏両面に例えば金メッキから構成される電極膜が設けられる。リード線15,15は、この電極膜を介してサーミスタに電気的に接続される。
ガラス製の保護層13は、図1に示すように、感熱体11を封止して気密状態に保持することによって、センサ素子10が用いられる周囲の環境条件に由来する感熱体11の化学的、物理的変化の発生を防止するとともに、感熱体11を機械的に保護する。
ガラス製の保護層13は、感熱体11の全体に加えてリード線15,15の先端部分を覆い、リード線15,15を封着する。
センサ素子10に適用されるリード線15,15は、図示を省略する感熱体11の一対の電極膜にそれぞれが電気的に接続される。
リード線15,15はガラス製の保護層13により封着されるため、線膨張係数がガラスと近いジュメット線(Dumet wires)が好適に用いられる。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電体である芯線として用い、そのまわりを銅で覆った電線である。
電気絶縁チューブ17は、リード線15,15の周囲を覆うように設けられることで、リード線15,15を保護する。また、電気絶縁チューブ17は、リード線15,15を覆った状態で、保持体30の保持片33,33による加圧接合によって保持される。
電気絶縁チューブ17は、電気的な絶縁材料、例えばシリコーンゴム、典型例としてシリコーンゴムガラス編組チューブなどが用いられる。電気絶縁チューブ17は、加圧接合される保持片33,33に対して弾性を備えており、加圧接合による確実な保持が実現される。
次に、保護体20は、図1および図2に示すように、センサ素子10の要部を収容する保護管21と、保護管21の末端に連なる支持部(第1支持部)25と、を備える。保護管21と支持部25は、金属材料から一体的に構成することができるし、別々に作製した後に溶接などの接合手段により一体化してもよい。金属材料としては、一例として、耐食性に優れるステンレス鋼などの鉄系材料、熱伝導性を重視する場合には銅、銅合金が適用される。これらの点は、保持体30についても同様に当てはまる。
なお、保護体20において、閉塞端21Aが設けられる側を先端と定義しておく。
支持片26は、次に説明する保持体30の支持部35(第2支持部)と重ね合わせられる。保持片28,28は、重ね合わせられた支持部35を保持する。保持の手法として、保持片28,28のそれぞれの先端には、互いに対向する側に突き出すロック爪29,29が設けられている。このロック爪29,29と支持片26の間に支持部35を挟み込むことで、支持部35を保持する。ロック爪29,29は一例に過ぎず、ロック爪29,29を有しない保持片28,28を折り曲げて支持部35を圧接してもよい。また、保持片28,28に相当する部材を支持部35の側に設けることもできる。
保持体30は、図1および図3に示すように、センサ素子10の電気絶縁チューブ17を加圧接合により保持する保持部31と、保持部31を支持する支持部35と、を備える。
保持部31は、支持部35に連なる平板状の接続片32と、接続片32の幅方向の両側に設けられる一対の保持片33,33と、を備える。保持部31は、センサ素子10のリード線15,15の周囲を接続片32および保持片33,33で取り囲むとともに、保持片33,33を折り曲げることで、電気絶縁チューブ17を加圧接合により保持する。このように、電気絶縁チューブ17を介してリード線15,15が保持部31に保持されることで、センサ素子10は、保持体30に対して位置が固定される。
次に、温度センサ1の製造手順を図4および図5を参照して説明する。
この製造手順は、保持体30によるセンサ素子10の保持(図4(a),(b))を行う第1段階と、センサ素子10が保持された保持体30と保護体20との組み付け(図4(c),(d))と、の二段階に区分される。
個別に作製されたセンサ素子10と保持体30とを、センサ素子10のリード線15,15と電気絶縁チューブ17とが保持体30の接続片32と保持片33,33に取り囲まれるように、位置合わせがなされる。リード線15,15と電気絶縁チューブ17とが接続片32と保持片33,33に取り囲まれた状態で、保持片33,33を折り曲げて、リード線15,15と電気絶縁チューブ17とを接続片32と保持片33,33とで加圧による接合をする。これで、センサ素子10と保持体30とによる組立体40が得られる。
次に、センサ素子10および保持体30からなる組立体40を保護体20に組み付ける。この組み付けは、保持体30に固定されたセンサ素子10の保護層13で覆われる感熱体11を、保護管21の開口端21Bに位置を合わせた後に、感熱体11を含むセンサ素子10を保護管21の内部に挿入する。感熱体11が保護管21の奥まで挿入されると、保護体20の支持部25と保持体30の支持部35とが突き当たり、それ以上の挿入が止められる。これにより感熱体11は予め定められた所定位置に配置される。支持部25と支持部35が突き当たると、保護体20の支持部25とロック爪29,29の間に保持体30の支持部35が挟み込まれることで、支持部25と支持部35が互いに固定される。
以上の手順で得られる温度センサ1は、図1(b)に示すように、感熱体11を含む保護層13が保護管21の先端に配置される。この図では保護層13と閉塞端21Aの間に隙間が設けられているが、保護層13を閉塞端21Aの内壁に接するように配置することができる。また、接続片32と保持片33,33によるリード線15,15および電気絶縁チューブ17を加圧接合している部分も、保護管21の内部に収容されている。保護管21の内部に収容される感熱体11を含む保護層13は充填体で覆われておらず、保護管21の内部で剥き出しとされている。
以上説明した温度センサ1は、以下の効果を奏する。
温度センサ1は、センサ素子10のリード線15,15および電気絶縁チューブ17が保持体30により加圧接合により固定、保持されるとともに、保持体30の支持部35が保護体20の支持部25により固定される。したがって、センサ素子10の感熱体11を含む保護層13は保護体20の保護管21に対して位置が固定される。
しかも、保護管21の内部に収容される感熱体11を含む保護層13は剥き出しとされている。したがって、支持部35のロック爪29,29による固定を解除して、センサ素子10と保持体30との組立体40を、保護体20から抜き取れば、保護層13および保護層13を介して感熱体11を直接的に観察できる。これにより、異常発生時における感熱体11および保護層13の確認が容易にできる。
次に、図6および図7を参照して、第2実施形態に係る温度センサ2を説明する。なお、図6および図7において、温度センサ1と同じ構成要素については、図1~図5と同じ符号を付している。後述する第3実施形態(図8)および第4実施形態(図9)も同様である。
第1実施形態に係る保持体30は金属材料で構成されるのに対して、第2実施形態に係る保持体130は樹脂材料から構成される。また、第1実施形態においては保持体30の保持部31はセンサ素子10のリード線15,15および電気絶縁チューブ17を加圧接合により保持するのに対して、保持体130の保持部131は感熱体11を保護管21の閉塞端21Aの内面に押し付けることにより保持する。これらの特徴を有する保持体130は以下に述べる構成を有する。
温度センサ2の保持体130、図6および図7に示すように、センサ素子10の感熱体11を保護管21の閉塞端21Aの内面に押し付けることにより保持する保持部131と、保持部131を支持する支持部135と、を備える。
保持部131は、支持部135に連なる平板状の接続片132と、接続片132の先端側に設けられる保持管133と、を備える。保持管133は、図7(b),(c)に示すように、保護体20の保護管21の内部に挿入されると、保護層13に突き当たることで、感熱体11を含む保護層13は保護管21の閉塞端21Aの内面に押し付けられる。これにより、センサ素子10は、保持体130に対して位置が固定された状態で保持される。また、保持管133は、電気絶縁チューブ17の周囲を覆うように配置される。
温度センサ2は、以下の手順で製造される。
はじめに、図6(a),(b)に示すように、センサ素子10が保護体20の保護管21の内部に挿入される。この時点では、保護層13は固定されるに至っていない。
次に、図6(b),(c)に示すように、保持体130を保護体20に組み付ける。この組み付けは、保持体130の保持部131を保護体20の保護管21に挿入することで行われる。この挿入の際には、リード線収容室133Aの内部にリード線15,15が配置されるように位置決めがなされる。
管体133Bが保護層13の後端に押し付けられる奥まで保持部131が保護管21に挿入されると、保護体20の支持部25と保持体130の支持部135とが突き当たり、それ以上の挿入が止められる。支持部25と支持部135が突き当たると、保護体20のロック爪29,29と支持部25の間に保持体130の支持部135が挟み込まれ、互いに固定される。
温度センサ2によれば、保持体130が電気絶縁性を有する樹脂材料で構成されている。したがって、温度センサ2によれば、リード線15,15との沿面距離が稼げるため、第1実施形態の保持体30に比べると、優れた耐電圧性能を有する。
次に、図8を参照して、第3実施形態に係る温度センサ3を説明する。
[第1実施形態との違い]
第1実施形態に係る保持体30は金属材料で構成されるのに対して、第3実施形態に係る保持体230は樹脂材料から構成される。また、第1実施形態における保持体30の保持部31はセンサ素子10のリード線15,15および電気絶縁チューブ17を加圧接合により保持するのに対して、保持体230は感熱体11を保護管21の閉塞端21Aの内面に押し付けることにより保持する。これらの特徴を有する保持体230は以下に述べる構成を有する。
温度センサ3の保持体230、図8(d)に示すように、センサ素子10の感熱体11を保護管21の閉塞端21Aの内面に押し付けることにより保持する。
保持体230は、内部にリード線15,15が貫通して収容されるリード線収容室233と、リード線収容室233の周囲を取り囲む保持管235と、を備える。保持管235がセンサ素子10の保護層13を押し付ける状態において、リード線15,15はリード線収容室233に収容され、保護層13は保護管21の閉塞端21Aの内面に突き当たる。
温度センサ3は、保持体230を保護体20に固定、保持するために、保持体230に対して保護管21を加圧により接合する。なお、リード線収容室233は、一対のリード線15,15を一緒に収容してもよいし、一対のリード線15,15を個別に収容してもよい。
温度センサ3は、以下の手順で製造される。
はじめに、図8(a),(b)に示すように、センサ素子10が保護体20の保護管21の内部に挿入される。この時点では、保護層13は固定されるに至っていない。
次に、図8(b),(c)に示すように、保持体230を保護体20に組み付ける。この組み付けは、保持体230を保護体20の保護管21に挿入することで行われる。この挿入の際には、リード線収容室233の内部にリード線15,15が配置されるように位置決めがなされる。
保持管235が保護層13の後端に押し付けられる奥まで保持体230が保護管21に挿入されると、それ以上の挿入が止められる。
保持体230が奥まで挿入されると、図8(c),(d)に示すように、保護管21をその外周面から円周方向に沿って押し潰して保護管21を保持体230に保持する加圧接合部22を設ける。これにより、保持体230が保護体20に固定、保持される。
以上説明した温度センサ3は、第1実施形態におけるセンサ素子10の電気絶縁チューブ17を備えることなく、これに代えて保持体230を用いてセンサ素子10を保持する。したがって、温度センサ3は第1実施形態に比べて構造を簡素化できる。
次に、図9を参照して、第4実施形態に係る温度センサ4を説明する。
[第1実施形態との違い]
第1実施形態に係る保持体30は保持部31によりセンサ素子10のリード線15,15を加圧接合することにより保持するのに対して、保持体330は感熱体11を含む保護層13を保護管21の閉塞端21Aの内面に押し付けることにより保持する。これらの特徴を有する保持体330は以下に述べる構成を有する。
温度センサ4の保持体330は、図9に示すように、第1部材331と第2部材335の二つの部材から構成される。
第1部材331は、センサ素子10の感熱体11を保護管21の閉塞端21Aの内面に直接的に押し付ける。第1部材331は、第3実施形態の保持体230と似た構造を有するが、電気絶縁性を有するセラミックス材料、例えば酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどから構成される。
第2部材335は、第1部材331を閉塞端21Aの内面に向けて押し付けるとともに、保護体20に固定される。第2部材335は、第2実施形態の保持体130と似た構造を有するが、金属材料から構成される。
温度センサ4は、以下の手順で製造される。
はじめに、図9(a),(b)に示すように、センサ素子10が保護体20の保護管21の内部に挿入される。この時点では、保護層13は固定されるに至っていない。
次に、図9(b),(c)に示すように、第1部材331を保護体20に組み付ける。この組み付けは、第1部材331を保護体20の保護管21に挿入することで行われる。この挿入の際には、リード線収容室337の内部にリード線15,15および電気絶縁チューブ17が収容されるように位置決めがなされる。
第2部材335の第2保持管338が第1部材331の後端に押し付けられる奥まで第2保持管338が保護管21に挿入されると、保護体20の支持部25と保持体330の支持部35とが突き当たり、それ以上の挿入が止められる。
以上説明した温度センサ4は保持体330がセラミックス製の第1部材331と金属製の第2部材335とから構成される。したがって、感熱体11を含む保護層13に近い位置の第1部材331が電気絶縁性を有するセラミックスで構成されている。したがって、温度センサ4によれば、リード線15,15との沿面距離が稼げるため、第1実施形態の保持体30に比べると、優れた耐電圧性能を有する。しかも、温度センサ4は、第2部材335が金属材料で構成されるため、耐熱性に優れる。
10 センサ素子
11 感熱体
13 保護層
15 リード線
17 電気絶縁チューブ17
20 保護体
21 保護管
21A 閉塞端
21B 開口端
25 支持部(第1支持部)
26 支持片
26 周縁
28 保持片
29 ロック爪
30 保持体
31 保持部
32 接続片
33 保持片
35 支持部(第2支持部)
130 保持体
131 保持部
133 保持管
133A リード線収容室
133B 管体
230 保持体
233 リード線収容室
235 保持管
330 保持体
331 第1部材
333 リード線収容室
334 第1保持管
335 第2部材
336 保持部
337 リード線収容室
338 第2保持管
C 中心軸線
Claims (4)
- 感熱体と、前記感熱体の周囲を取り囲む保護層と、前記感熱体に電気的に接続されるリード線と、を有するセンサ素子と、
前記感熱体が収容される保護管を有する保護体と、
前記感熱体を前記保護管に対して前記保護管の内部における位置を機械的に保持する金属材料製の保持体と、を備え、
前記保持体は、
弾性を有する電気絶縁材料を介して前記リード線を保持することを特徴とする温度センサ。 - 前記電気絶縁材料は、前記リード線の周囲を覆う電気絶縁チューブであり、
前記保持体は、
前記電気絶縁チューブを加圧接合により保持することによって、前記感熱体を前記保護管に対して位置を固定する、
請求項1に記載の温度センサ。 - 金属材料から構成される前記保護体は、
前記保護管と、前記保護管の開口を有する末端に連なる第1支持部と、を備え、
前記保持体は、
前記電気絶縁チューブを加圧接合により保持する保持部と、前記保持部を支持する第2支持部と、を備え、
前記第1支持部は前記第2支持部と互いに固定されることで前記第2支持部を支持する、請求項2に記載の温度センサ。 - 前記保護層はガラス製である、
請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の温度センサ。
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