JPS6057650B2 - 温度検出スイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は約８５０゜Ｃの高温の温度領域において、一
定の温度を検出してスイッチング動作を行なう温度検出
スイッチに関するものであり、詳しくは検出すべき温度
を正確に検出でき、しかも高温に 対する耐久性の優れ
た温度検出スイッチを提供するものである。

近年、自動車の排気ガス公害が問題となり、排気ガス
を浄化するために酸化触媒やΞ元触媒を用いた排気ガス
浄化装置が自動車に付加されるようになつてきた。

この排気ガス浄化装置において、重要な役割を果してい
る酸化触媒や三元触媒は、エンジン本体とマフラーとの
間に配設されるのであるが、エンジンの運転時間に伴い
、高温になる。ところが、このような酸化触媒や三元触
媒は高温になると、劣化して触媒機能を失なうことがあ
り、このため運転中に触媒が異常高温になつたことを知
らせて運転手に警告する装置が必要となつてくる。 従
来では、このような目的のために触媒の温度を検出して
電気的信号に変換する温度検出センサとして、第１図に
示すようなサーミスタ式の温度検出センサが用いられて
いた。

なお、第１図において、１は感熱用のサーミスタ、２は
円筒状ケー゜ス、３は前記サーミスタ１からのリード線
、４は取付用フランジ、５はこのセンサの外部引出し用
リードとしての耐熱被覆線である。 このサーミスタ式
温度検出センサでは、温度変化をサーミスタ１により抵
抗変化として取出すことができるのであるが、このサー
ミスタ１における抵抗変化では、外部のリレーを動作さ
せることはできず、特別にリレーを駆動させるための回
路を必要とするという問題があつた。

従つて、特別なリレー駆動回路を用いずに、直接接点を
開閉可能な温度検出スイッチの開発が望まれていた。本
発明はこのような要望に応えるために開発したものであ
り、本発明の温度検出スイッチでは、温度変化による気
体または液体の体積変化を機械的変位に変換して接点の
開閉を行なうものである。一般に、気体の膨張または液
体＝気体の相変化を用いた温度検出スイッチとして、第
２図に示すような構造のものが従来から用いられている
。

第２図において、６は感熱部、７はキャピラリ−チュー
ブ、８はベローズ、９はベローズ８の操作部によりスイ
ッチングされるマイクロスイッチ、１０は感熱用気体で
あり、この感熱用気体１０の体積変化によりベローズ８
を伸縮させ、これによりマイクロスイッチ９をスイッチ
ングしている。ところが、このような温度検出スイッチ
は、一２０℃〜１００℃程度の温度領域では使用できる
が、自動車の排気ガス浄化装置のように８００℃程度の
高温に達する箇所では使用できない。本発明では約８５
０℃の高温の温度領域における正確な温度検出を目的と
するものてあり、以下本発明の温度検出スイッチについ
て、第３図〜第１４図の図面を用いて説明する。

第３図に本発明の一実施例による温度検出スイッチの全
体構造を示し、第４図〜第１０図にその要部に示してお
り、本発明の温度検出スイッチにおいても、感熱部と圧
力変換部と電気的スイッチ部とから構成されている。

第３図において、１１は感熱部を構成する一部品として
の金属管であり、この金属管１１の先端部は、この先端
部に金属板１２を溶接することにより閉塞され、また他
端の開放端は圧力変換部の金属製で筒状のダイアフラム
保持体１３の内周面．に固着されている。

また、この金属管１１の内部空間１１ａは、前記ダイア
フラム保持体１３の内部に固定されたダイアフラム１４
により密閉空間とされている。１５はこの金属管１１の
内部空間１１ａ内に配設した金属製の輻射熱防止用スペ
ーーサであり、この輻射熱防止用スペーサ１５は、前記
金属管１１のダイアフラム保持体１３に固着された開放
端から所定の位置に達するまでの長さで、しかも前記金
属管１１内部にこの金属管１１の内周面との間に少しの
間隙をあけて配置されている。

１６は前記金属管１１の上部の外周部に回転自在に配設
した取付ねじ、１７はこの取付ねじ１６が前記金属管１
１から外れないようにするために金属管１１の外周面に
取付けたリング、１８は前記金属管１１の内部空間１１
ａにアルゴンなどの不活性ガス１９を封入するための封
入管であり、この封入管１８は、第４図に示すように前
記金属）管１１のダイアフラム保持体１３に近い部分に
設けられた内側に向つて彎曲する凹部１１ｂに金属管１
１を貫通してろう付により固着されており、また前記輻
射熱防止用スペーサ１５の封入管１８の金属管１１内部
に突出している部分と対応する・部分には凹溝１５ａが
設けられている。２０は電気的スイッチ部の金属製の保
護管であり、この保護管２０の一端は外側に向つて折曲
され、この折曲部２０ａは前記ダイアフラム保持体１３
に鮫めにより固定されている。

２１はこの保・護管２０の内周面に固定した金属製の押
えリング、２２はこの押えリング２１と保護管２０の絞
り部２０ｂとにより保護管２０内に固定した絶縁筒、２
３はこの絶縁筒２２に金属製のスペーサ２４を介して固
定した接点支持体であり、この接点支持体２３は第５図
および第６図に示すように、前記絶縁筒２２の中央部分
を貫通させ、接点支持体２３自体の鍔部２３ａと前記ス
ペーサ２４とにより前記絶縁筒２２を挾持することによ
り固定され、これによつて前記保護管２０内の中央部分
に接点支持体２３が保持されることになる。

また、この接点支持体２３のダイアフラム１４側の部分
には孔が設けられ、その孔により接点２５が保持されて
いる。２６は耐熱性に優れた外部引出しリードであり、
この外部引出しリード２６の一端にはコネクタ２７が取
付けられ、そして他端は前記保護管２０内部に引込まれ
ており、この外部引出しリード２６の導体２６ａ，２６
ｂはそれぞれ前記接点支持体２３、保護管２０に接続さ
れている。

２８はこの外部引出しリード２６を保護管２０に固定す
るための金属製の取付管である。

すなわち、本発明の温度検出スイッチでは、ダイアフラ
ム１４と接点２５との間における機械的接触がそのまま
スイッチとしての働きをするのである。ここで、圧力変
換部について詳細に説明する。

第７図において、第３図に示すダイアフラム１４は金属
製のシール用ダイアフラム１４ａと弾発性の反転動作を
行なう金属製の圧力検知用ダイアフラム１４ｂとの積層
体により構成され、前記シール用ダイアフラム１４ａは
前記ダイアフラム保持体１３の内周部に設けた段部１３
ａにろう付されている。第８図はこのろう付した状態を
示す図である。このシール用ダイアフラム１４ａは前述
した金属管１１の内部空間１１ａにおける密封性を良好
なものとするために用いられるもので、本発明の温度検
出スイッチのように気体（不活性ガス）の熱膨張による
圧力変化を利用して温度の検出を行なうものにおいては
、封入した気体が高温振動状態に長く保持されたりして
気体が漏れたりすると、初期の検出温度を維持できなく
なるか、あるいは動作しなくなる可能性があり、これを
防止する目的でシール用ダイアフラム１４ａを用いてい
る。また、このシール用ダイアフラム１４ａの厚さは、
圧力検知用ダイアフラム１４ｂに比べて相当薄くし、圧
力検知用ダイアフラム１４ｂの反転、復帰動作に支障を
きたさないようにする必要があり、本実施例では、シー
ル用ダイアフラム１４ａの厚さを０．０３Ｔｎ！ｎ１圧
力検知用ダイアフラム１４ｂの厚さを０．１７ｍとして
いる。また、シール用ダイアフラム１４ａをこのように
薄くした場合、ダイアフラム保持体１３の段部１３ａに
ろう付することが難しくなるが、本実施例では第７図お
よび第８図に示すような金属製の支持リング２９を用い
、この支持リング２９をダイアフラム保持体１３の内周
面に圧入してシール用ダイアフラム１４ａをダイアフラ
ム保持体１３の段部１３ａに仮固定してからろう付する
方法を採つているため、簡単にろう付を行なうことがで
きる。また、圧力検知用ダイアフラム１４ｂには、反−
転、復帰圧力あるいは圧力と変位特性が高温中で何サイ
クル繰返しても変化しない材料を用いており、本実施例
ではＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系の析出硬化型合金を用いている
。

さらに、この圧力検知用ダイアフラム１４ｂは、第９図
に示すように周縁部の片面に熱膨張係数の等しい材質の
リング状のスペーサ３０をスポット溶接により固着した
構造である。また、この圧力検知用ダイアフラム１４ｂ
は前記シール用ダイアフラム１４ａと重ね合うようにシ
ール用ダイアフラム１４ａ上に配置され、そしてこの圧
力検知用ダイアフラム１４ｂのスペーサ３０上には、前
記保護管２０の折曲部２０ａが配置され、さらにこの保
護管２０の折曲部２０ａ上には金属製の圧入リング３１
がダイアフラム保持体１３内に圧入することにより配置
されており、これらの圧力検知用ダイアフラム１４ｂ１
保護管２０の折曲部２０ａ１圧入リング３１を一体とし
て、ダイアフラム保持体１３の絞めによる彎曲部１３ｂ
により段部１３ａに押付けて段部１３ａと彎曲部１３ｂ
とにより挾持することにより圧力検知用ダイアフラム１
４ｂはダイアフラム保持体１３に強固に固定されている
。さらに、本実施例においては、圧力検知用ダイアフラ
ム１４ｂを直接可動接点として使用しており、このため
電気的スイッチ部の接点２５との接触抵抗を減らす必要
があることから第１０図に示すように表面に電気伝導度
の良好な銀等の金属膜３２をめつきにより用けている。

この金属膜３２により約３５０℃〜４００℃の高温に長
時間さらされても接触性が劣化することがなくなる。な
お、金属膜３２を設ける以外に、電気伝導度の良好な接
点を圧力検知用ダイアフラム１４ｂに固着しておいても
よい。第１１図Ａ，ｂにその圧力検知用ダイアフラム１
４ｂの反転動作を示しており、感熱部の金属管１１内の
圧力が圧力検知用ダイアフラム１４ｂの反転圧力に達し
ていない時、すなわち検出温度に達していない時、圧力
検知用ダイアフラム１４ｂは第１１図ａに示すような状
態であり、この状態で検出温度（約８００℃）に達する
と、金属管１１の内部空間１１ａの不活性ガス１９が熱
膨張して圧力が増大し、これによつて圧力検知用ダイア
フラム１４ｂが第１１図ｂに示すように接点２５側に反
転して接点２５と電気的に接触し、所定の温度になつた
ことを知ることができる。

そして、金属管１１の内部空間１１ａの不活性ガス１９
の体積が収縮、すなわち温度が下がると、第１１図ａに
示すように圧力検知用ダイアフラム１４ｂは元の状態に
復帰する。ところで、本発明の温度検出スイッチにおい
ては金属管１１の内部空間１１ａへの不活性ガス１９の
封入作業も特性の良否に影響を及ぼすが、封入管１８を
用いて行なうことにより不活性ガス１９が漏れることな
く良好な封入を行なうことができる。

第１２図ａ−ｃは封入管１８を用いて金属管１１の内部
空間１１ａに不活性ガス１９を封入する時の作業工程を
示している。

すなわち、第１２図ａに示すようにまず封入管１８をガ
スタンクからの供給バイブ３２に連結し、その供給バイ
ブ３２、封入管１８を通して金属管１１の内部空間１１
ａに不活性ガス１９を供給して内部空間１１ａ内部の不
活性ガス１９を設定圧力に維持し、その後第１２図ｂに
示すように封入管１８の金属管１１から所定の部分をス
ポット溶接により溶着して封止し、そして第１２図ｃに
示すようにその溶接部１８ａで切断するとともに、取付
ねじ１６を上方に移動させて封入管１８を保護すること
により作業が終了する。このように封入管１８を用いる
ことにより簡単な作業で瞬時に封入作業を行なうことが
でき、しかも封入管１８は金属管１１の凹部１１ｂに固
着しているため、その凹部１１ｂの深さの分だけ封入管
１８を長くすることができ、これにより溶接部１８ａを
金属管１１に近い部分に設けることができ、封入後の封
入管１８は外部に向つて長く突出しなくなる。

また、本発明の温度検出スイッチにおいては、圧力検知
用ダイアフラム１４ｂの動作圧が判れば、金属管１１の
内部空間１１ａ内に封入する不活性ガス１９の圧力を制
御することにより検出温度を任意に調整することができ
る。

その一例を第１３図を用いて説明すると、まず第１３図
に示すように金属管１１の内部空間１１ａをいくつかの
小空間Ｖ１〜■。に区切り、各空間の温度分布を測定す
る。そして、ダイアフラム動作圧（高温検出時）をＰ、
ガス封入圧（常温時）をＰ。、常温時の小空間の体積を
Ｖｎ″高温検出時の小空間の体積をＶｎ″、ガス封入時
（常温時）の各小空間の温度をＴＯｌ高温検出時の各小
空間の温度をＴｎとすると、各空間の熱膨張後の体積Ｖ
″は計算できるので、ホイル・シヤルルの法則から、算
することができる。

第１４図に本発明の温度検出スイッチを使用する場合の
一例を示しており、第１４図において、３３はエンジン
本体、３４は酸化（三元）触媒、３５は本発明の温度検
出スイッチ、３６はマフラー、３７はエギゾーストパイ
プであり、温度検出スイッチ３５は感熱部を触媒３４内
に配設している。

次に本発明の温度検出スイッチの特長について説明する
。

一般に、自動車の排気ガス浄化装置の触媒の温度を検出
する場合、高温に耐え、かつ最大３０Ｇの振動に耐え、
そしてそのような条件下において正確な温度検出を行な
うことができるようにすることが必要となつてくる。

本発明の温度検出スイッチにおいては、金属製のダイア
フラムを圧力変換部材として用いた圧力変換部に最大の
特長がある。すなわち、本発明においては、圧力変換部
材として熱変形の少ない耐熱性の材質からなる圧力検知
用ダイアフラムを用い、しかもこの圧力検知用ダイアフ
ラムの固定を強固なものとするとともに、高温での繰返
し動作によつても検出圧力の変化が生じにくくするため
に、圧力検知用ダイアフラムの周縁部にダイアフラムど
熱膨張係数のほぼ等しい材質からなるスペーサを固定し
、このスペーサの部分をダイアフラム保持体に固定する
ことにより圧力検知用ダイアフラムの保持を行なつてお
り、これによつて約８５０℃の高温中において圧力検知
用ダイアフラムの反転、復帰動作を繰返し行なつても圧
力検知用ダイアフラムの検出圧力が変化することがなく
、また大きい振動に対しても圧力検知用ダイアフラムの
固定にガタが生じることもない。

さらに、本発明の温度検出スイッチにおける圧力検知用
ダイアフラムの保持の強度を増すために本実施例では圧
入リングを圧力検知用ダイアフラムのスペーサの上から
ダイアフラム保持体に圧入し、そしてダイアフラム保持
体の鮫めにによる彎曲部により圧入リングと圧力検知用
ダイアフラムのスペーサ部分とをダイアフラム保持体に
固定しており、圧入リングにより圧力検知用ダイアフラ
ムをダイアフラム保持体に鋏めて固定する時の加圧力の
ばらつきを少なくすることができ、これによつてがたつ
きのない強固な固定を行なうことができる。

以上のように本発明によれば、高温の温度領域において
検出すべき温度を正確に検出できるとともに、外部には
電気的スイッチング信号として取出すことができ、しか
も高温に対する耐久性の優れた温度検出スイッチを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動車の排気ガス浄化装置の触媒の温度
を検出する温度検出センサを示す一部断面正面図、第２
図は気体の膨張を用いた従来の温度検出スイッチを示す
一部断面正面図、第３図は本発明の一実施例による温度
検出スイッチを半分断面にて示す正面図、第４図は同ス
イッチの要部構造を示す断面図、第５図および第６図は
それぞれ同スイッチの電気的スイッチ部の要部部品を示
す斜視図および断面図、第７図は同スイッチの圧力変換
部の構造を示す拡大断面図、第８図は同部の完成前の状
態を一部を断面にて示す斜視図、第９図は同部のダイア
フラムの一部を断面にて示す斜視図、第１０図は同スイ
ッチにおけるダイアフラムの断面図、第１１図Ａ，ｂは
同スイッチにおけるダイアフラムの反転動作を示す断面
図、第１２図ａ−ｃは同スイッチにおいて感熱部内に気
体を封入する時の作業工程を示す断面図、第１３図は同
スイッチにおける封人気体の封入圧力の設定方法を説明
するための断面図、第１４図は本発明による温度検出ス
イッチを自動車の排気ガス浄化装置の触媒に取付けた時
の状態の一例を示す斜視図である。 １１・・・・・・金属管、１１ａ・・・・・・内部空間
、１３・・・・・ダイアフラム保持体、１４・・・・・
・ダイアフラム、１４ａ・・・・・・シール用ダイアフ
ラム、１４ｂ・・・・・・圧力検知用ダイアフラム、１
９・・・・・・不活性ガス、２５・・・・・・接点、３
０・・・・・・スペーサ、３１・・・・・・圧入リング
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端が閉塞された内部空間を有しかつ検出すべき箇
   所に配置される金属管と、この金属管の開口端部に配設
   したダイアフラム保持体内に周縁部が固定されて配設さ
   れ前記金属管の内部空間を密閉空間とするダイアフラム
   と、このダイアフラムと前記金属管とによつて形成され
   た密閉空間に所定の圧力で封入された気体と、この気体
   の体積変化により前記ダイアフラムが反転することによ
   り接点が開閉される電気的スイッチ部とを備え、前記ダ
   イアフラムを耐熱性の金属材料で構成するともに、前記
   ダイアフラムの前記ダイアフラム保持体に固定される周
   縁部にダイアフラムと熱膨張係数のほぼ等しい金属材料
   よりなるスペーサを固定したことを特徴とする温度検出
   スイッチ。 ２ ダイアフラム保持体内に配置したダイアフラムのス
   ペーサ上に圧入リングを圧入するとともに、前記ダイア
   フラム保持体の■めによる彎曲部により圧入リングを前
   記ダイアフラムのスペーサ上に加圧することによりダイ
   アフラムをダイアフラム保持体に固定したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の温度検出スイッチ。