JP2008224366A - 自動車用温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】自動車用温度センサ１００を排気管２００に取り付けた後、高温に曝されるニップル１０６とボス２０１との接触面では焼付きが発生し、ニップル１０６とボス２０１との取外しが困難となり、自動車用温度センサ１００の取外し作業の容易性が損なわれる恐れがある。
【解決手段】鋼材よりなるニップル１０６およびボス２０１の少なくとも一方に、溶融アルミめっき処理を施すことにより、層厚が５〜１００μｍの鉄−アルミ金属間化合物層（２ａまたは２ｂ）を設ける。これにより、ニップル１０６の素地層１とボス２０１の素地層１との直接的な接触を回避することで、ニップル１０６とボス２０１との焼付きを防止し、温度センサ１００の取外し作業が容易となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、高温環境下において用いられる自動車用温度センサに関する。

自動車用温度センサは、車両の排気管内の排気ガスの温度を検知すべく、排気管に取り付けるものである。

温度センサを排気管に取付けるために、排気管には、温度センサを螺合するためのボスが設けられる。このボスは、雌ネジが形成された雌ネジ部と、雌ネジ部よりも排気管側に位置し、雌ネジ部の最小径よりも小径の、挿通孔が形成された挿通部とが設けられている。また、温度センサには、挿通孔の内壁と当接可能なリブと、リブよりも排気管とは反対側に配置され、雌ネジと螺合する雄ネジが形成されたニップルとが設けられている。

そして、このニップルの雄ネジを、ボスの雌ネジに螺合させて締め付けることにより、リブの先端がボスの挿通孔の内壁に押圧され、排気ガス管内の気密性が確保された状態で、自動車用温度センサがボスに取り付けられる。

このような自動車用温度センサは、例えば、特開平７−１０２９９３号公報に開示されている。
特開平７−１０２９９３号公報

上述の特許文献１に記載のものは、排気管に自動車用温度センサの先端が通るだけの寸法の孔を開け、ボスを排気管の外側に設けることにより、ボスが高温の影響を受けないようにしている。

しかしながら、自動車用温度センサを排気管に固定する、ニップルとボスとの締結部では、凝着により、どうしても焼付きが発生しやすい。

よって、焼付きを防止するためには、上述の特許文献１の如く、ボスを排気管の外側に取り付けるだけでは、十分とは言えない場合がある。なぜなら３００〜７００℃といった高温の排気ガスが流れる排気管に直接取り付けられるボスは、排気管からの熱伝導等により、高温になることは避けられないからである。

そして、このような高温下に自動車用温度センサがさらされ、ニップルとボスとの間に焼付きが発生すると、ニップルとボスとの取外しが困難となり、自動車用温度センサの取外し作業の容易性が損なわれる恐れがある。

本発明はかかる事情に鑑み、取外し作業の容易な自動車用温度センサを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、内燃機関より排出される排気ガスが流れる排気管内に突出して、前記排気ガスの温度を検出する感温部と、前記感温部の電気信号を取り出す電極線を、内側に絶縁保持してなるシース部材と、前記シース部材の外周に固定され、前記感温部側の端面に着座部を有するフランジ状の封止部材と、鋼材により形成されるとともに前記排気管の外周に取り付けられ、内側に雌ネジ部と前記着座部に当接する当接部とを有する取付座と、鋼材により形成されるとともに前記シース部材の外周に設けられ、外側に設けられた雄ネジ部と前記雌ネジ部とが螺合することによって、前記封止部材の着座部とは反対側の端面を押圧することにより、前記着座部を前記当接部に当接させて前記封止部材を前記取付座に固定する固定部材とを備える自動車用温度センサにおいて、前記取付座および前記固定部材の少なくとも一方の表面に、溶融アルミめっき処理を施すことで、鉄−アルミ金属間化合物層を設けたことを特徴とする自動車用温度センサである。

つまり、焼付きの原因の一つである高温環境下における鋼材同士（取付座と固定部材のことである）の直接的な接触を避けるために、取付座および固定部材のいずれか一方、若しくはその両方の表面に、溶融アルミめっき処理を施し、鉄−アルミ金属間化合物層を設ける。この鉄−アルミ金属間化合物層により、固定部材が取付座に螺合する際に、両部材の素地同士が直接接触することが回避され、焼付きを防止することができる。

請求項２に記載の発明は、上記鉄−アルミ金属間化合物層の平均層厚を５〜１００μｍとしたものである。鉄−アルミ金属間化合物層の平均層厚を５〜１００μｍとすることで、金属間化合物層による焼付き防止効果をより顕著に発揮することが可能である。

以下、本発明を具体化した自動車用温度センサ１００に係る実施形態について、図面を参照して説明する。この自動車用温度センサ１００は、車両用エンジンから排出される排気ガス温度を検出するセンサとして適用したものであり、自動車の排気管に取り付けられるものである。

図１〜図３に示すように、自動車用温度センサ１００は、感温部１０とケース部２０とで構成される。そして、この温度センサ１００は、排気管２００に取付部３０にて固定される。

上述の感温部１０は、排気ガスに曝されることにより排気温度を感知する部分であり、主として、排気温度を感知するサーミスタ等の感温素子１０１、感温素子１０１を電気的に接続するシースピン芯線１０２および感温素子１０１を保護する感温部カバー１０３とから成る。

感温部カバー１０３は、金属製の有底筒状部材であり、円筒状のシースピン１０４の先端外周に嵌合されている。このシースピン１０４は、内部にシースピン芯線１０２を収容し、このシースピン芯線１０２を保護する。

また、上述した感温部１０は、シースピン１０４を介してケース部２０と接続されている。なお、シースピン１０４はシース部材に相当する。

次に、ケース部２０は、シースピン１０４や、シースピン芯線１０２が接続されるコネクタ１０８等を収容するものであり、これらを収容するプロテクションチューブ１０７や、リブ１０５により構成されている。以下、図１で見て上方を基端側、下方を先端側と定義する。

リブ１０５は、中央に貫通孔を設けた皿状部材であり、基端側に段付き部１０５ａが形成されている。そして、段付き部１０５ａに、筒状の金属製プロテクションチューブ１０７が嵌めこまれ、溶接、又はろう付け等により接合されている。また、リブ１０５の上記貫通孔にシースピン１０４が挿入され、溶接、又はろう付け等によって、リブ１０５は、シースピン１０４に固定されている。リブ１０５の先端側にはテーパーを有する着座部１０５ｂがある。このリブ１０５は封止部材に相当する。

また、上述のコネクタ１０８は、先端側でシースピン芯線１０２に接続されるとともに、基端側でリード線１０９と接続されている。このリード線１０９は、プロテクションチューブ１０７の端部に取り付けられる可撓性を有し、フレキシブルに曲折可能な保護チューブ１１２内に収容されている。

取付部３０は、固定部材に相当するニップル１０６と、取付座に相当するボス２０１とで構成される。ボス２０１および排気管２００には連通孔２０２が設けられており、感温部１０およびシースピン１０４はこの連通孔２０２を通って排気管２００内部に突出する。

図２に示すように、着座部１０５ｂは、ボス２０１の内周先端側のテーパー部２０１ｂに当接する構造となっている。そして、ニップル１０６およびボス２０１に各々設けられた、雄ネジ部１０６ａ、雌ネジ部２０１ａが螺合することにより、ニップル１０６先端側の端面が、リブ１０５の基端側の端面を押圧する。

つまり、着座部１０５ｂによってテーパー部２０１ｂが先端側に押圧されることで、排気ガスに対する気密性を確保しながら、ケース部２０が排気管２００に取り付けられる。ここで、テーパー部２０１ｂは当接部に相当する。

ニップル１０６は、プロテクションチューブ１０７および保護チューブ１１２の外周を挿通可能とする孔が形成された略筒状部材であり、プロテクションチューブ１０７の外周を取り巻くように設けられている。このニップル１０６の孔の径は、プロテクションチューブ１０７外周が円滑に挿通可能とするため、プロテクションチューブ１０７の外周とニップル１０６の内周との間に、所定寸法の隙間１１４が設けられている。

以上、説明した排気温センサ１００は、排気管２００内を流れる排気ガスの温度を測定し、その排気温に基づく排気温信号を、リード線１０９を介して、図示せぬ制御装置へ送出する。

本実施形態では、鋼材であるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４またはＳＵＳ４３０）のニップル１０６およびボス２０１を用いた。

そして、ニップル１０６をアルミ浴中に浸漬する溶融アルミめっき処理により、ニップル１０６の素地層１表面に、図２のＡ部拡大図である図４に示す鉄−アルミ金属間化合物層２ａを形成した。ここで、素地層１とは、鉄を主成分とする合金層のことである。

上述の溶融アルミめっきは、ＪＩＳＨ８６４２に基づき施工し、使用するアルミ地金は、３種（９９％）以上のものを使用した。溶融アルミめっき処理の加工工程は、まず前処理として、ニップル１０６の脱脂、酸洗、乾燥を行う。そして、溶解したアルミ浴中にニップル１０６を所定時間浸漬する。この浸漬処理により、まずは、ニップル１０６の雄ネジ部１０６ａの表面層である素地層１の表面に鉄−アルミ金属間化合物層２ａと、さらにその表面にアルミ層の３重層が形成される。その後、７００℃前後の低温熱拡散処理を、約３０分施し、形成された最表層のアルミ層全てを拡散除去する。これにより、層厚が平均５０μｍで略均一な鉄−アルミ金属間化合物層２ａが形成される。なお、後処理として、ニップル１０６表面の素地層１上に鉄−アルミ金属間化合物層２ａが形成されたニップル１０６を酸洗、湯洗し、仕上げ、検査工程を経て完成させる。以上の一連の工程が、本発明の溶融アルミめっき処理に相当する。

なお、この低温熱拡散処理時間は、溶融アルミめっき処理にて必然的に形成されるアルミ層と、素地層１とが完全に反応して鉄−アルミ金属間化合物層２ａが十分に形成可能な時間を設定する。しかしながら、低温熱拡散処理において、アルミ層が完全に金属間化合物層化されない場合であっても、鉄−アルミ金属間化合物層２ａの体積率に比べてアルミ層が十分に小さく、且つ雄ネジ部１０６ａと雌ネジ部２０１ａとの螺合時の軸力（ネジの締め付けトルク）が保証される範囲内であれば、アルミ層は若干残留してもよい。

ここで、鉄−アルミ金属間化合物層２ａの厚さに関して、鉄−アルミ金属間化合物層２ａの層厚が５μｍ未満であると、鉄−アルミ金属間化合物層２ａによる焼付き防止効果が表れないことが実験により確認された。このため、鉄−アルミ金属間化合物層２ａの層厚は５μｍ以上とすることが好ましい。

また、層厚が１００μｍを超える鉄−アルミ金属間化合物層２ａを形成しようとした場合、低温熱拡散処理によるアルミ層の拡散が不十分となり、残留した相対的に強度の低いアルミ層によって取付部３０での軸力が確保されない場合がある。よって、層厚は１００μｍ以下が好適である。

なお、鉄およびアルミは不動態を形成し易い金属であることから、図４に示す如く、鉄−アルミ金属間化合物層２ａの表層には酸化皮膜３が形成される。ちなみに、鉄−アルミ金属間化合物層２ａの層厚が５０μｍであるのに対し、酸化皮膜３は数ｎｍ単位の厚さに過ぎないものである。

また、上述の実施形態では、低温熱拡散処理時間を３０分としたが、形成する鉄−アルミ金属間化合物層２ａの層厚に基づき、アルミ層が十分に拡散し得る時間（例えば、５分〜２時間）を確保すればよい。

なお、ニップル１０６ではなく、ボス２０１の方に上記溶融アルミめっき処理を施して、雌ネジ部２０１ａの素地層１の表面に、鉄−アルミ金属間化合物層２ｂを形成してもよい。

また、図４の例に代えて、図２のＡ部拡大図としての図５に示すように、雄ネジ部１０６ａおよび雌ネジ部２０１ａの両方に溶融アルミめっき処理を施して、各々の表面に鉄−アルミ金属間化合物層（２ａおよび２ｂ）を設けてもよい。すなわち、雄ネジ部１０６ａの素地層１の表面に、鉄−アルミ金属間化合物層２ａを形成するとともに、雌ネジ部２０１ａの素地層１の表面に、鉄−アルミ金属間化合物層２ｂを形成するようにしてもよい。これにより、焼付き防止効果は更に向上する。

ところで、上述の実施例では、酸化皮膜３が、振動等によって剥がれ落ちることがある。その場合、この酸化皮膜３の剥がれカスが、図４、５に示される、雄ネジ部１０６ａのフランク（山の頂と谷底とを連絡する面）と雌ネジ部２０１ａのフランクとの間に形成される空隙１１３に蓄積されることとなる。その結果、ニップル１０６をボス２０１から取り外す際に、そのカスで目詰まりを起こし、自動車用温度センサ１００の取外しが困難になる恐れがある。

そこで、雄ネジ部１０６ａの素地層１表面、および雌ネジ部２０１ａの素地層１表面の一方あるいは両方に、鉄−アルミ金属間化合物層（２ａまたは２ｂ）を形成する場合であっても、その空隙１１３が、酸化皮膜３の剥がれカスを十分蓄積可能な容量を確保できるようにすれば、自動車用温度センサ１００の取外しを良好なものとすることができる。

具体的には、溶融アルミめっき処理された雄ネジ部１０６ａと雌ネジ部２０１ａとが螺合した際に形成される空隙１１３が、溶融アルミメッキ処理されずに螺合した際に形成される空隙１１３以上の容量を確保できるように、雄ネジ部１０６ａと雌ネジ部２０１ａとのはめあい構成を変更する。

ここで、公差位置に関しては、ＪＩＳ規格Ｂ０２０９−１に明記されている通り、雌ネジに対してＧおよびＨの計２種類があり、雄ネジに対してｅ、ｆ、ｇ、ｈの計４種類がある。そして、雌ネジの場合には、公差位置がＨからＧになると、有効径が大きくなるように規定されており、一方、雄ネジの場合、公差位置がｈから順に、ｇ、ｆ、ｅとなるにつれ、有効径が小さくなるように規定されている。これらの公差位置を適宜選択した、雄ネジおよび雌ネジを採用することにより、雄ネジと雌ネジとのフランク間の空隙の大きさ、および雄ネジと雌ネジとの噛み合う面積が変化する。

そこで、本実施例では、このＪＩＳに基づく公差位置を適宜選択し、例えば、今回実験により、螺合時における十分な軸力が保証されることが確認された、公差位置ｅの雄ネジ部１０６ａおよび公差位置Ｈの雌ネジ部２０１ａを採用する。こうすれば、従来のニップル１０６やボス２０１にて使用されていた公差位置ｇの雄ネジ部１０６ａ、公差位置Ｈの雌ネジ部２０１ａの組合せよりも、フランク間の空隙１１３の容量を増大させることができる。

すなわち、雄ネジ部１０６ａの公差位置を、ｇからｅに変更して、雄ネジ部１０６ａの有効径を小さくすることで、空隙１１３の容量は、従来よりも増大する。

これにより、酸化皮膜３が、振動等によって剥がれ落ちたとしても、その剥がれカスが、十分な容量を有する空隙１１３に蓄積されるため、ニップル１０６をボス２０１から取り外す際に、そのカスで目詰まりを起こして、自動車用温度センサ１００の取外しが困難になることを効果的に抑制することができる。

なお、雌ネジ部２０１ａを、公差位置ＨからＧに変更してもよい。そうすると、雌ネジ部２０１ａの有効径は大きくなるため、フランク間の空隙１１３の容量をより増大させることができ、その酸化皮膜３の剥がれカスによる目詰まり防止効果をより確保できる。

また、溶融アルミめっき処理によって形成される鉄−アルミ金属間化合物層（２ａまたは２ｂ）により、雄ネジ部１０６ａおよび雌ネジ部２０１ａの耐食性、耐摩耗性および耐熱性が向上するため、元来耐食性を有するステンレス鋼をニップル１０６およびボス２０１に必ずしも用いる必要はなく、炭素鋼等のより安価な鋼材で代用することが可能となる。

自動車用温度センサの全体図である。 自動車用温度センサの排気管への取付図である。 排気管およびボスの断面図である。 図２中のＡ部拡大図である。 図２中のＡ部拡大図である。

符号の説明

１…素地層
２ａ…鉄−アルミ金属間化合物層
２ｂ…鉄−アルミ金属間化合物層
３…酸化皮膜
１００…自動車用温度センサ
１０１…感温素子
１０２…シースピン芯線
１０３…感温部カバー
１０４…シースピン（シース部材）
１０５…リブ（封止部材）
１０５ａ…段付き部
１０５ｂ…着座部
１０６…ニップル（固定部材）
１０６ａ…雄ネジ部
１０７…プロテクションチューブ
１０８…コネクタ
１０９…リード線
１１２…保護チューブ
１１３…空隙
１１４…隙間
２００…排気管
２０１…ボス（取付座）
２０１ａ…雌ネジ部
２０１ｂ…テーパー部（当接部）
２０２…連通穴

Claims (2)

1. 内燃機関より排出される排気ガスが流れる排気管内に突出して、前記排気ガスの温度を検出する感温部と、
   前記感温部の電気信号を取り出す電極線を、内側に絶縁保持してなるシース部材と、
   前記シース部材の外周に固定され、前記感温部側の端面に着座部を有するフランジ状の封止部材と、
   鋼材により形成されるとともに前記排気管の外周に取り付けられ、内側に雌ネジ部と前記着座部に当接する当接部とを有する取付座と、
   鋼材により形成されるとともに前記シース部材の外周に設けられ、外側に設けられた雄ネジ部と前記雌ネジ部とが螺合することによって、前記封止部材の着座部とは反対側の端面を押圧することにより、前記着座部を前記当接部に当接させて前記封止部材を前記取付座に固定する固定部材と
   を備える自動車用温度センサにおいて、
   前記取付座および前記固定部材の少なくとも一方の表面に、溶融アルミめっき処理を施すことで、鉄−アルミ金属間化合物層を設けたことを特徴とする自動車用温度センサ。
2. 前記鉄−アルミ金属間化合物層の平均層厚は５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１記載の自動車用温度センサ。

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