JP2020067349A

JP2020067349A - 温度センサ装置

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Publication number: JP2020067349A
Application number: JP2018199690A
Authority: JP
Inventors: 博幸岸本; Hiroyuki Kishimoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2020-04-30
Anticipated expiration: 2038-10-24
Also published as: JP6656336B1; US20200132553A1; US11402274B2; DE102019216086A1

Abstract

【課題】コストの上昇なしに高信頼性、高感度の温度センサ装置を得る。【解決手段】温度検出素子１１及び温度検出素子１１にリード線１２を介して接続された外部接続用ターミナル１４を有し、熱可塑性樹脂からなる第１の形成部材１７によって一体化された温度センサモジュール１０を備え、温度センサモジュール１０を熱可塑性樹脂からなる第２の形成部材３０で覆い、外部接続用ターミナル１４を外部信号処理回路に接続するためのコネクタ１８を形成したハウジング２と、温度センサモジュール１０が圧入され、ハウジング２と対向して配置されたケース３と、から構成された温度センサ装置であって、第１の形成部材１７と第２の形成部材３０とが溶着されていることを特徴とする温度センサ装置。【選択図】図１

Description

本願は、温度センサ装置に関するものである。

内燃機関のインテークマニホールド内を流れる吸入空気の温度変化を検出する機器としての温度センサ装置が知られている。

この温度センサ装置は、例えば特許文献１に示すように、圧力センサモジュールと温度センサモジュールとを備えた圧力センサ複合型の温度センサ装置であり、圧力センサモジュールは圧力導入路を介して吸入空気の圧力を検知し、温度センサモジュールは、高熱伝導シール部材で保護した温度検出素子をインテークマニホールド内に突出して配置し、温度検知を行う。

特開２０１７−１８７３８３号公報

温度センサモジュールの温度検出素子の先端を外部の衝撃から保護することで信頼性を高め、温度応答性を向上させるためには金属系の高熱伝導フィラーを充填した高粘性の高熱伝導シール部材を温度検出素子に塗布することが必要である。しかし、高熱伝導シール部材は高粘性であるため、塗布に非常に長い時間を要し、また塗布量を均一とすることが困難で塗布量のばらつきを生じやすく、加工コストが増加する。また、この高熱伝導シール部材は高価であり、材料コストも増加するという問題があった。

本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、金属系の高熱伝導フィラーを充填した高熱伝導シール部材を用いることなく、温度検出素子の保護による高い信頼性を得ることを目的とする。

本願の温度センサ装置は、温度検出素子及び温度検出素子にリード線を介して接続された外部接続用ターミナルを有し、熱可塑性樹脂からなる第１の形成部材によって一体化された温度センサモジュールを備え、温度センサモジュールを熱可塑性樹脂からなる第２の形成部材で覆い、外部接続用ターミナルを外部信号処理回路に接続するためのコネクタを形成したハウジングと、温度センサモジュールが圧入され、ハウジングと対向して配置されたケースと、から構成された温度センサ装置であって、第１の形成部材と第２の形成部材とが溶着されていることを特徴とするものである。

本願の温度センサ装置では、高熱伝導シール部材を用いないためコスト上昇を抑制すると同時に、信頼性の高い温度センサ装置を得ることができる。

実施の形態１における温度センサ装置を示す断面図である。実施の形態１における温度センサ装置の温度センサモジュールを示す正面図である。実施の形態１における温度センサ装置のハウジングに取付けられた温度センサモジュールを示す斜視図である。実施の形態１における温度センサ装置の温度検出素子周囲の柱部分を示す斜視図である。実施の形態２における温度センサ装置を示す断面図である。実施の形態２における温度センサ装置の温度センサモジュールを示す正面図である。

実施の形態の説明及び各図において、同一の符号を付した部分は、同一又は相当する部分を示すものである。

実施の形態１．
本実施の形態について図１から図４を用いて説明する。本実施の形態においては、温度測定と同時に圧力測定も行うことができる圧力センサ複合型の温度センサ装置について述べる。

図１は本実施の形態の温度センサ装置の断面図である。図２は本実施の形態の温度センサ装置の温度センサモジュールの正面図、図３は本実施の形態の温度センサ装置のハウジングに取付けた温度センサモジュールの斜視図、図４は本実施の形態の温度検出素子周囲の柱部分の斜視図である。

＜温度センサ装置の概略構成＞
温度センサ装置１は、図１の断面図に示すように、上面を覆うハウジング２と下面を覆うケース３の２つの筐体で外周部分を覆われている。ハウジング２とケース３とは熱可塑性樹脂で形成されている。熱可塑性樹脂としては、ポリブチルテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）樹脂等を用いることができる。

ハウジング２には、圧力センサモジュール５と温度センサモジュール１０が備えられており、圧力センサモジュール５及び温度センサモジュール１０と外部の信号処理回路を電気的に接続する外部接続用ターミナル１４、１６が、ハウジング２に凹形状に形成されたコネクタ１８内に突出した状態で固定されている。このコネクタ１８から車両コントロールユニットなどの外部信号処理回路（図示省略）に接続される。

ハウジング２と対向して配置されるケース３は、インテークマニホールドに形成された取付穴（図示省略）に挿入するためにほぼ円柱形状をしており、圧力検出素子６まで吸入空気を導く圧力導入路２２と、温度センサモジュール１０を格納するための格納室２３を備えている。

このケース３とハウジング２とは外周部２９で溶着又は接着により結合されており、さらにその内側にはＯリング１９を備え、圧力導入路２２に導かれた吸入空気が圧力センサモジュール５とケース３との隙間から漏れることなく、気密性が保持されている。

インテークマニホールド内に挿入する円柱部２０には、その周面にＯリング４を装着するための溝部２１が形成されており、インテークマニホールドに取付けた時、気密性を維持することができる。

＜圧力センサモジュールの構造＞
圧力センサモジュール５は、図１に示した断面図に示すように、圧力検出素子６を金線８でリードフレーム７に接続し、フッ素ゲルからなる保護部材９で覆った構造をしている。さらに、リードフレーム７は外部接続用ターミナル１６と、溶接又は半田付けにより接続され、圧力検出素子６からの信号を外部で処理することを可能とする。

なお、本実施の形態では、圧力検出素子６とリードフレーム７との接続に金線８を用いたが、アルミ線も同様に用いることができる。また、圧力検出素子６を保護する保護部材９には、フッ素ゲルに限らず、フロロシリコーンゲル等も用いることができる。

圧力センサモジュール５に用いる圧力検出素子６は、本実施の形態においては、ピエゾ抵抗効果を用いたダイヤフラム、及び真空室を有するシリコン半導体素子を用いた。ダイヤフラムには、ゲージ抵抗（図示省略）から構成された電気回路が形成され、吸入空気の圧力に応じてダイヤフラムが変形し、この変形量に応じてゲージ抵抗の抵抗が変化することで圧力を検知することができる。つまり、ゲージ抵抗の変化を電気信号に変換、増幅し、外部接続用ターミナル１６を経て外部の信号処理回路に出力する。

圧力検出素子６として本実施の形態においては、ピエゾ抵抗効果を用いた半導体素子を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば静電容量等の変化を検出する方式の検出素子であっても同様に用いることができる。

＜温度センサモジュールの構造＞
次に、温度センサモジュール１０について説明する。温度センサモジュール１０は、図１の断面図の中央部分に記載したように、温度検出素子１１、リード線１２と、それらを覆う保護膜１３及び外部接続用ターミナル１４、１６と、これらのほぼ全体を覆う熱可塑性樹脂である形成部材１７で主に構成される。

温度検出素子１１とリード線１２とは、電気的に接続されており、その表面には、フッ素系樹脂を用いた保護膜１３が薄く被覆されている。本実施の形態においては、この保護膜１３は、約０．２ｍｍの膜厚であり、汚染物質及び腐食性物質から温度検出素子１１とリード線１２を保護することができ、またリード線１２と周辺とを電気的に絶縁する効果も有する。

本実施の形態においては、フッ素系樹脂を保護膜１３として用いたが、エポキシ樹脂等も用いることができる。また、保護膜１３の膜厚も０．２ｍｍに限定されるものではなく、絶縁性及び耐汚染性を有し、かつ以下で説明するインサートモールド成型において各構成部を形作る熱可塑性樹脂である形成部材１７の付着を阻害しないことが重要である。一例としては０．０５ｍｍから１ｍｍ程度の範囲であれば、同様の効果を得ることができる。

リード線１２の両端のうち、一方の端には温度検出素子１１が接続される。他方の端は、保護膜１３により被覆されておらず、外部接続用ターミナル１４が溶接又は半田付けで電気的に接続される。この温度検出素子１１、リード線１２、外部接続用ターミナル１４を電気的に接続した状態でモールド内に配置し、熱可塑性樹脂である形成部材１７を用いてインサートモールド成型により一体化して温度センサモジュールを形成する。

この時、外部接続用ターミナル１４、１６も同時にインサートモールド成型により一体化する。さらに、このインサートモールド成型の過程において、温度センサモジュール１０の周囲に張り出した形状のフランジ１５を熱可塑性樹脂からなる形成部材１７を用いて形成する。

図２に温度センサモジュール１０の正面図を示す。温度センサモジュール１０は、下部分に温度検出素子１１が露出し、中央部分に周囲に張り出したフランジ１５が形成され、上部に、外部と接続するための外部接続用ターミナル１４、１６が配置されている。ほぼ全体が、熱可塑性樹脂の形成部材１７で構成されており、温度検出素子１１からフランジ１５までの間は形成部材１７の中に含まれる２本のリード線１２に対応して、中央部分に貫通孔が形成されている。

なお、貫通孔を有し２本に分かれた形成部材１７に見られる４つの丸い形状と温度検出素子１１方向に位置する１つの丸い形状は、インサートモールド成型時にモールド内でリード線１２を固定するための冶具跡の穴であり、丸い穴の内部には、保護膜１３で覆われたリード線１２を見ることができる。

この状態において温度検出素子１１は、保護膜１３で表面が薄く覆われているものの(保護膜１３は図示省略)、熱可塑性樹脂からなる形成部材１７では覆われておらず、露出した状態となっている。この温度検出素子１１は、電気抵抗の温度変化を利用したサーミスタ素子等を用いることができ、温度検出素子１１等を一体化する形成部材１７は、ハウジング２、ケース３と同様にＰＢＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。

インサートモールド成型により、リード線１２の周囲に熱可塑性樹脂からなる形成部材１７を配置することにより、温度センサ装置の組立等において、リード線１２の変形、折れ曲がり等を防止することができる。具体的には、リード線１２は、直径０．２ｍｍ程度の太さの場合があるが、インサートモールド成型により、数ｍｍ程度またはそれ以上の厚みの形成部材１７で覆うことができる。そのため大幅に強度を高めることができ、変形等を防止することができる。

また、図２に示すように、リード線１２と外部接続用ターミナル１４を覆う形成部材１７の形状は、リード線１２と外部接続用ターミナル１４とが接続する付近（図の上部分）では断面積を大きく、反対に、先端部分に位置する温度検出素子１１に向かうにつれて、形成部材１７の断面積が小さくなるように構成されている。この形状により、先端付近の温度検出素子１１の部分では、形成部材１７の熱容量が小さくなり、温度検出素子１１の温度応答性を向上させることができる。

＜ハウジングの構成＞
図１に示すように、温度センサモジュール１０の外部接続用ターミナル１６は、圧力センサモジュール５の内部から突出したリードフレーム７と溶接することで電気的に接続され、圧力センサモジュール５と温度センサモジュール１０とは外部接続用ターミナル１６を介して一体化されている。本実施の形態において、この接続は溶接を用いたが、電気的に安定して接続することができればよく、溶接以外にも通常の半田付けによって接続することもできる。

一体化された圧力センサモジュール５と温度センサモジュール１０とをモールド内に固定し、熱可塑性樹脂からなる形成部材３０を用いたインサートモールド成型を行い、ハウジング２が形成される。温度センサモジュール１０の形成部材１７には周囲に突出したフランジ１５が形成されており、温度センサモジュール１０をモールド内に固定してハウジング２を成型する工程において、いずれも熱可塑性樹脂からなるフランジ１５とハウジング２の形成部材３０とが溶着接合し密着するため、汚染物質等がハウジング２内に侵入することを防止することができる。

図３に温度センサ装置のハウジングに取付けた温度センサモジュールの斜視図を示している。温度センサモジュール１０をモールド内に固定して、熱可塑性樹脂からなる形成部材３０でインサートモールド成型を行うことで、ハウジング２に形成された土台部２７と温度センサモジュール１０から突出した形成部材１７からなるフランジ１５との間に溶着接合した密接部２８が形成される。この溶着接合した密接部２８により汚染物質等の侵入を防止し、信頼性を向上させることができる。
なお、本実施の形態において、密接部２８は角丸の四角形としたが、円形、楕円形、四角形等としても同様の効果を得ることができる。

＜ケースの構成＞
圧力センサモジュール５と温度センサモジュール１０とをインサートモールド成型により一体化して得たハウジング２と、対向させて取り付けるケース３には、図１に断面図、図４に斜視図を示したように、インテークマニホールド内に挿入するために円柱部２０を備えている。この円柱部２０には、温度センサモジュール１０を挿入するための格納室２３と、圧力センサモジュール５への空間を確保する圧力導入路２２とが形成されている。

格納室２３は、図１に示すように、ハウジング２と接する上部には直径が大きな開口部２４を有し、下部には直径が小さな開口部２５を有している。また、先端方向（図１の下方向）ほど格納室２３の直径は小さくなる傾向を示している。温度センサモジュール１０は格納室２３に圧入され、フランジ１５の部分及び形成部材１７が細くなった先端部分は、格納室２３の大きな開口部２４と小さな開口部２５とにおいて、内壁を押圧し保持されている。

ケース３の格納室２３の先端には、図４に示すように、柱２６が形成されている。柱２６は温度検出素子１１の先端より高く突出しており、温度検出素子１１が損傷を受けないように保護している。また柱２６は、図４に示すようにインテークマニホールド内の流れを妨げることなく、温度検出に影響を与えないように、温度検出素子１１の四隅に配置されている。この柱２６の配置により、温度検出素子１１が保護されると同時に、インテークマニホールド内の流れを直接に感温することが可能で、温度応答性を維持することができる。

なお、本実施の形態においては、柱が４本の例を示したがこれに限定されるものではなく、温度検出素子の保護及び高い温度応答性のためのインテークマニホールド内の流れを維持する本数、配置であれば適用することができる。

本実施の形態の温度センサ装置１では、ケース３から露出した温度センサモジュール１０の温度検出素子１１を複数の柱２６によって保護し、また温度センサモジュール１０の周囲に突出したフランジ１５とハウジング２との間を溶着接合により密着させ、さらに、ケース３の格納室２３に温度センサモジュール１０を圧入し、フランジ１５と先端部分とをそれぞれ格納室２３の開口部２４、２５と隙間なく係合させている。

これにより、高熱伝導シールを用いないためコスト上昇を抑制し、温度応答性が高く、汚染物質の侵入のない、信頼性の高い圧力センサ複合型の温度センサ装置１を得ることができる。

実施の形態２．
本実施の形態は、圧力センサモジュール５を有しない、温度センサ機能のみを有する温度センサ装置１０１に関する。図５、図６を用いて、本実施の形態の温度センサ装置１０１について説明する。

図５は、本実施の形態に係る温度センサ装置１０１の断面図を示している。図６は、本実施の形態に係る温度センサ装置１０１に用いる温度センサモジュール１１０の正面図を示している。
ケース１０３は温度センサモジュール１１０を格納する格納室１２３は備えているが、本実施の形態の温度センサ装置では、圧力センサモジュール５を有しないので圧力導入路２２は備えていない。

コネクタ１１８には温度センサモジュール１１０から接続され外部接続用ターミナル１１４のみが形成されており、圧力センサモジュール５に接続される外部接続用ターミナル１６は形成されていない。また、温度センサモジュール１１０の全体の形状は、図６に示すように、実施の形態１の温度センサモジュール１０と基本的に同じである。

つまり、保護膜１１３で覆ったリード線１１２と温度検出素子１１１とを熱可塑性樹脂からなる形成部材１１７を用いてインサートモールド成型により作成しており、先端部分には温度検出素子１１１が露出し、形成部材１１７は、先端が細くなる形状を示している。

温度センサモジュール１１０とハウジング１０２の関係は、実施の形態１と同様であり、温度センサモジュール１１０のフランジ１１５は、ハウジングを構成する形成部材１３０の土台部１２７と密接部１２８を形成して溶着し、ハウジング１０２の格納室１２３の内壁の一部と温度センサモジュール１１０が隙間なく係合している。
さらに、ケース１０３の先端部分には温度検出素子１１１が露出しており、その周囲には、それより長い柱１２６が四隅に設けられている。

本実施の形態の温度センサ装置１０１は、実施の形態１の圧力センサ複合型の温度センサ装置１と比べ、圧力センサモジュール５を備えず、温度センサ専用の装置である点は異なっているが、従来品と比較し、高熱伝導シール部材を用いないため、コスト上昇を抑制することができる。同時に、温度検出素子１１１が露出し、周囲を柱１２６で保護しているため、温度応答性が高いと同時に、温度検出素子１１１を保護することができる。

また、温度センサモジュール１１０のフランジ１１５とハウジング１０２は、溶着により接合され、ハウジング１０２の土台部１２７と密接部１２８を形成するため、汚染物質の侵入を防ぎ、信頼性の高い温度センサ装置１０１を得ることができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１，１０１温度センサ装置、２，１０２ハウジング、３，１０３ケース、４Ｏリング、５圧力センサモジュール、６圧力検出素子、７リードフレーム、８金線、９保護部材、１０，１１０温度センサモジュール、１１，１１１温度検出素子、１２，１１２リード線、１３，１１３保護膜、１４，１１４外部接続用ターミナル、１５，１１５フランジ、１６外部接続用ターミナル、１７，３０，１１７，１３０形成部材、１８，１１８コネクタ、１９Ｏリング、２０円柱部、２１溝部、２２圧力導入路、２３，１２３格納室、２４，２５開口部、２６，１２６柱、２７，１２７土台部、２８，１２８密接部、２９外周部。

本願の温度センサ装置は、温度検出素子及び温度検出素子にリード線を介して接続された外部接続用ターミナルを有し、熱可塑性樹脂からなる第１の形成部材によって一体化された温度センサモジュールを備え、温度センサモジュールを熱可塑性樹脂からなる第２の形成部材で覆い、外部接続用ターミナルを外部信号処理回路に接続するためのコネクタを形成したハウジングと、温度センサモジュールを挿入する格納室を有し、格納室の内壁を第１の形成部材の一部で押圧して温度センサモジュールが圧入され、ハウジングと対向して配置されたケースと、から構成された温度センサ装置であって、第１の形成部材と第２の形成部材とが溶着されていることを特徴とするものである。

本願の温度センサ装置は、温度検出素子及び温度検出素子にリード線を介して接続された外部接続用ターミナルを有し、熱可塑性樹脂からなる第１の形成部材によって一体化された温度センサモジュールを備え、温度センサモジュールを熱可塑性樹脂からなる第２の形成部材で覆い、外部接続用ターミナルを外部信号処理回路に接続するためのコネクタを形成したハウジングと、温度センサモジュールを挿入する格納室を有し、格納室の内壁を第１の形成部材の一部で押圧して温度センサモジュールが圧入され、ハウジングと対向して配置されたケースと、から構成された温度センサ装置であって、第１の形成部材と第２の形成部材とが溶着されており、第１の形成部材及び第２の形成部材とは異なる材料からなる保護膜により温度検出素子とリード線の一部とが共通して覆われていることを特徴とするものである。

本願の温度センサ装置は、温度検出素子及び温度検出素子にリード線を介して接続された外部接続用ターミナルを有し、熱可塑性樹脂からなる第１の形成部材によって一体化された温度センサモジュールを備え、温度センサモジュールを熱可塑性樹脂からなる第２の形成部材で覆い、外部接続用ターミナルを外部信号処理回路に接続するためのコネクタを形成したハウジングと、温度センサモジュールを挿入する格納室を有し、格納室の内壁を第１の形成部材からなる先端部分と温度センサモジュールの周囲に突出した第１の形成部材からなるフランジとで押圧して温度センサモジュールが圧入され、ハウジングと対向して配置されたケースと、から構成された温度センサ装置であって、第１の形成部材と第２の形成部材とが溶着されており、第１の形成部材及び第２の形成部材とは異なる材料からなる保護膜により温度検出素子とリード線の一部とが共通して覆われていることを特徴とするものである。

Claims

温度検出素子及び前記温度検出素子にリード線を介して接続された外部接続用ターミナルを有し、熱可塑性樹脂からなる第１の形成部材によって一体化された温度センサモジュールを備え、前記温度センサモジュールを熱可塑性樹脂からなる第２の形成部材で覆い、前記外部接続用ターミナルを外部信号処理回路に接続するためのコネクタを形成したハウジングと、
前記温度センサモジュールが圧入され、前記ハウジングと対向して配置されたケースと、
から構成された温度センサ装置であって、
前記第１の形成部材と前記第２の形成部材とが溶着されていることを特徴とする温度センサ装置。
前記温度センサモジュールは、周囲に突出した前記第１の形成部材からなるフランジを備え、
前記フランジと前記第２の形成部材とが溶着されていることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ装置。
前記温度センサモジュールを形成する前記第１の形成部材は、
前記温度センサモジュールの先端に向かって細く形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温度センサ装置。
前記ケースは前記温度センサモジュールが圧入された格納室を有し、前記第１の形成部材の一部が前記格納室の内壁を押圧し保持されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の温度センサ装置。
前記温度検出素子が、前記ケースに形成された前記格納室の先端の開口部から露出されていることを特徴とする請求項４に記載の温度センサ装置。
前記開口部に、露出された前記温度検出素子を囲繞する柱が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の温度センサ装置。
前記柱は、露出する前記温度検出素子よりも突出していることを特徴とする請求項６に記載の温度センサ装置。
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の温度センサ装置であって、
前記ハウジングには圧力センサを備え、
さらに、前記ケースには前記圧力センサと対向する位置に圧力導入穴を備えた温度センサ装置。