JP4435602B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、温度センサに関するものであり、自動車の排気ガス浄化装置の触媒コンバータ内部や排気管内といった被測定流体（例えば排気ガス）が流通する流通路内に感温素子を配置させ、被測定流体の温度検出を行う温度センサに関する。

従来より、自動車の排気ガス浄化装置の触媒コンバータ内部や排気管内等といった排気ガス流路を流れる排気ガスの温度を、感温素子（例えばサーミスタ素子）によって検出する温度センサ、いわゆる排気温センサが知られている。この温度センサの一般的な構造は、金属製の外筒内に導電性の一対の芯線を絶縁保持してなるシース部材と、シース部材の先端側にて芯線に接続されたサーミスタ素子と、シース部材の後端側にて芯線に接続された外部回路接続用の一対のリード線とからなる。そして、シース部材は金属筒状部材の内側に配置され、リード線はこの金属筒状部材の後端部内側に挿入される弾性シール部材のリード線挿通孔を通って外部に引き出される。

ここで、金属筒状部材の外部に引き出されるリード線については、飛石等の外力から保護する必要性があるため、ガラス編組チューブ等の耐熱性に優れる編組チューブ内に配置させることが一般的である。このような編組チューブを備える温度センサとしては、編組チューブの先端側を弾性シール部材の径方向外側に対し重なり部を生ずるように配置させ、金属筒状部材のうちこの重なり部に対応する部位を内方に加締めて、弾性シール部材と共に編組チューブを金属筒状部材に固定させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２２１４５１号公報（図１、図４）

しかしながら、特許文献１の温度センサのように、編組チューブを介在させた状態で金属筒状部材を外方から内方に加締めて、弾性シール部材を金属筒状部材に加締め固定した場合、編組チューブ自身が弾性変形し難い特性を有するが故に、金属筒状部材の内周面と編組チューブの外周面との間に微小な隙間が生じ易い。そのために、弾性シール部材と金属筒状部材との間の気密性が低下し、防水性が低下する傾向にある。また、編組チューブは、ガラス繊維やポリエステル繊維等の素材を筒状に編組したスリーブに、ワニス（例えばシリコーンワニス）による表面処理を施して形成されるため、水蒸気がチューブ自身の内部（編組目）を透過することがある。そのために、編組チューブ自身の内部を透過した水蒸気が金属筒状部材の内側に侵入しないような対策を図ることが、温度センサの防水性を一層向上させる上で必要となる。特に、近年の温度センサの実使用環境は、被水環境条件が厳しくなっていることもあり、上述の問題を原因とした防水性の低下に対する対策を図ることは重要である。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、編組チューブを介在させた状態で弾性シール部材を金属筒状部材に加締め固定した場合にも、弾性シール部材と金属筒状部材との間の気密性が十分に得られ、かつ編組チューブ自身の内部を透過する水蒸気が金属筒状部材の内側に侵入するのを抑制可能な防水性に優れた温度センサを提供することを目的とする。

その解決手段は、導電性の芯線を外筒の内側に絶縁保持してなるシース部材と、シース部材の径方向周囲を取り囲む金属筒状部材と、シース部材の先端側にて芯線に接続される感温素子と、シース部材の後端側にて芯線に接続されると共に、芯線を絶縁性の被覆部材にて被覆してなるリード線と、リード線を金属筒状部材の内側から外部に引き出すためのリード線挿通孔を有し、金属筒状部材の内側に挿入される弾性シール部材と、金属筒状部材の外部に引き出されたリード線の周囲を取り囲む編組チューブと、を備える温度センサであって、編組チューブと弾性シール部材とは、編組チューブの先端部が弾性シール部材の後端部の径方向外側に位置する形で重なり部を生ずるように配置されており、弾性シール部材は、金属筒状部材の軸線方向の離間した位置において、金属筒状部材を内方に加締めることで形成される第１加締め部と第２加締め部とによって当該金属筒状部材に対して固定され、第１加締め部は、弾性シール部材のうちで重なり部を生ずる位置に形成される一方、第２加締め部は、弾性シール部材のうちで重なり部よりも先端側の位置に形成され、さらに、弾性シール部材は、先端側に大径部を備える一方、大径部の後端側に当該大径部よりも小さい外径を有する小径部を備える二段形状をなしており、編組チューブの先端部が弾性シール部材の後端部をなす小径部との間で重なり部を生ずるように配置されている温度センサである。

本発明の温度センサでは、弾性シール部材と共に編組チューブを金属筒状部材に加締め固定した構造を有するものであるが、上述した従来技術のように、金属筒状部材のうち編組チューブが位置（介在）する部位のみを加締めるものではない。つまり、本発明の温度センサでは、金属筒状部材の軸線方向の離間した位置に、弾性シール部材を金属筒状部材に加締め固定するための第１加締め部と第２加締め部を設けるものであって、より具体的には、弾性シール部材のうちで編組チューブとの重なり部を生ずる位置に第１加締め部を、同弾性シール部材のうちで重なり部よりも先端側の位置に第２加締め部を設けるようにしている。

金属筒状部材のうち第１加締め部よりも先端側に、弾性シール部材との間に編組チューブを介在させない形の第２加締め部を形成することで、弾性シール部材の外周面を金属筒状部材の内周面に密着固定させることができる。これにより、弾性シール部材との間に編組チューブが介在する第１加締め部において、金属筒状部材の内周面と編組チューブの外周面との間に微小な隙間が生じたとしても、第２加締め部において弾性シール部材と金属筒状部材との間の気密性が確保されるので、温度センサの気密性の低下を防ぐことができる。また、編組チューブ自身の内部を水蒸気が透過することがあっても、編組チューブの先端よりも先端側に上記第２加締め部を設けることで、水蒸気の金属筒状部材の内側への侵入を遮断することができる。
さらに、本発明の温度センサでは、弾性シール部材が、先端側に大径部を備える一方、後端側にそれよりも小さい外径を有する小径部を備える二段形状をなしており、編組チューブの先端部が小径部との間で重なり部を生ずるように配置されているため、所定の重なり寸法を有する重なり部が生じることになる。

従って、本発明の温度センサによれば、弾性シール部材と共に編組チューブを金属筒状部材に固定させつつ、金属筒状部材の内側への浸水を防止することができ、防水性に優れた温度センサを提供することができる。

なお、感温素子としては、温度変化によって電気的特性が変化するものであればいずれのものでも良く、金属酸化物半導体からなるサーミスタ焼結体やＰｔ等の金属抵抗体を感温部として備えるものを好適に用いることができる。また、弾性シール部材は、弾性を有する部材であればよく、シリコン系ゴムやフッ素系ゴムなどを好適に用いることができる。

本発明の実施の形態である温度センサ１００について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の温度センサ１００の構造を示す部分破断断面図である。この温度センサ１００は、サーミスタ素子２を感温素子として用いるものであり、同センサ１００を自動車の排気管の取付部に装着することにより、金属チューブ３の内側に収納されるサーミスタ素子２を排気ガスが流れる排気管内に配置させて、排気ガスの温度検出に使用するものである。

軸線方向に延びるＳＵＳ３１０Ｓ製の金属チューブ３は、先端側３１が閉塞した筒状をなしており、この先端側３１の内側にサーミスタ素子２を収納してなる。そして、金属チューブ３の内側であってサーミスタ素子２の周囲には、セメント１０が充填されている。金属チューブ３の後端側３２は開放されており、この後端側３２は、ＳＵＳ３１０Ｓ製のフランジ４の内側に挿通されている。なお、本実施の形態に使用されるセメント１０は、アルミナ粉末を主成分とする骨材と、Ｓｉを含むガラス成分とからなる。

フランジ４は、軸線方向に延びる鞘部４２と、この鞘部４２の先端側に位置し、鞘部４２よりも大きい外径を有する突出部４１とを備えている。突出部４１は、先端側に図示しない排気管の取付部のテーパ部に対応した形状をなす座面４５を有しており、座面４５が上記取付部のテーパ部に密着することで、排気ガスが排気管外部へ漏出するのを防止するようになっている。また、鞘部４２は環状に形成される一方、先端側に位置する先端側段部４４と先端側段部４４よりも小さい外径を有する後端側段部４３とを備える二段形状をなしている。

そして、金属チューブ３は上記フランジ４の内側に圧入され、金属チューブ３の外周面と鞘部４２の後端側段部４３の内周面との重なり合う部分が周方向にわたってレーザー溶接されている。このレーザー溶接がなされることで、図１に示すように、鞘部４２の後端側段部４３と金属チューブ３とに跨る溶接部Ｌ１が形成され、金属チューブ３はフランジ４に対して強固に固定されることになる

フランジ４の周囲には、六角ナット部５１およびネジ部５２を有するナット５が回動自在に嵌挿されている。この温度センサ１は、排気管の取付部にフランジ４の突出部４１の座面４５を当接させ、ナット５を取付部に螺合させることにより固定される。フランジ４のうち鞘部４２における先端側段部４４の径方向外側には、ＳＵＳ３０４からなる筒状の継手６が気密状態で接合されている。具体的には、鞘部４２の先端側段部４４の外周面に継手６の内周面が重なり合うように、継手６の先端側が鞘部４２の先端側段部４４に圧入され、継手６と先端側段部４４とが周方向にわたってレーザー溶接されている。このレーザー溶接がなされることにより、図１に示すように、鞘部４２の先端側段部４４と継手６とに跨る溶接部Ｌ２が形成される。

そして、金属チューブ３、フランジ４および継手６の内側には、一対の芯線７を内包するシース部材８が配置される。シース部材８は、詳細は図示しないが、ＳＵＳ３１０Ｓからなる金属製の外筒と、ＳＵＳ３１０Ｓからなる導電性の一対の芯線７と、外筒内に充填され、外筒と各芯線７の間を絶縁しつつ芯線７を保持するための絶縁粉末とから構成されるものである。金属チューブ３の内部においてシース部材８（詳細にはシース部材８の外筒）の先端側から突出する芯線７には、サーミスタ素子２を構成するＰｔ−Ｒｈ合金製の一対の電極線９が接続される。この電極線９は、サーミスタ素子２の感温部をなすサーミスタ焼結体に先端側が埋設される形で設けられている。なお、電極線９および芯線７はスポット状のレーザー溶接により互いに接続されている。

継手６の内側に配置されるシース部材８のうち後端側に突き出した芯線７は、加締め端子１１を介して一対のリード線１２に接続される。一対の芯線７および一対の加締め端子１１は、絶縁チューブ１５により互いに絶縁されている。

ここで、リード線１２の構成を図３に示す。図３は、１本のリード線１２の径方向断面を示すものであり、中央部分に７本のステンレス線からなる第２電線１７と、第２電線１７の周囲を取り囲む１２本のニッケルメッキ軟銅線からなる第１電線１８とを、四フッ化エチレン樹脂からなる絶縁性の被覆部材１９にて被覆したものである。なお、各第１電線１８と各第２電線１９とは撚られた混合撚り線とされている。

この一対のリード線１２は、継手６の後端部内側に挿入されたシリコン系ゴムからなる弾性シール部材１３のリード線挿通孔８５を通って、継手６の内側から外部に向かって引き出され、外部回路（例えば、ＥＣＵ）と接続するためのコネクタ２１の端子部材に接続されている。これにより、サーミスタ素子２の出力は、シース部材８の芯線７からリード線１２、コネクタ２１を介して図示しない外部回路に取り出され、排気ガスの温度が検出される。また、リード線１２には、飛石等の外力から保護するためのガラス編組チューブ２０が被せられており、後述するように、このガラス編組チューブ２０は、自身の先端部が弾性シール部材１３と共に継手６に加締め固定されている。なお、本実施の形態において、ガラス編組チューブ２０は、ガラス繊維を円筒状に編組したスリーブに、シリコーンワニスを塗布、乾燥して形成されている。

次に、弾性シール部材１３を継手６の内側に加締め固定した固定構造を示した拡大断面図を参照し、本発明の主要部について説明する。継手６の後端部内側に挿入される弾性シール部材１３は、継手６の軸線方向の離間した位置に第１加締め部６１、第２加締め部６２をそれぞれ形成することによって、弾性変形（圧縮変形）させた状態で継手６に固定（加締め固定）されている。

ここで、弾性シール部材１３は、継手６を加締める前の状態においては、図４に示すように、先端側に位置する大径部８１と大径部８１よりも小さい外径を有する小径部８３とを備える二段形状に形成されている。そして、ガラス編組チューブ２０の先端部は、この弾性シール部材１３の小径部８３の径方向外側に位置する形で重なり部７１を生ずるように配置され、第１加締め部６１は、弾性シール部材１３のうちで重なり部７１を生ずる位置に対応するように、継手６を内方に加締めることで形成されている。つまり、第１加締め部６１では、ガラス編組チューブ２０が弾性シール部材１３と共に加締められている。なお、第１加締め部６１は、継手６の外方から内方に向かって六角加締めを行うことにより形成されている。このように本実施の形態では、第１加締め部６１を設けることによって、ガラス編組チューブ２０は、継手６（第１加締め部６１）の内周面と弾性シール部材１３の小径部８３の外周面との間に挟み込まれる形で、継手６に固定される。

一方、第２加締め部６２は、弾性シール部材１３のうちで重なり部７１よりも先端側の位置に、すなわち大径部８１の外周面の周囲に形成されている。なお、第２加締め部６２は、継手６の外方から内方に向かって八方丸加締めを行うことで形成されている。そして、この弾性シール部材１３の大径部８１の周囲にはガラス編組チューブ２０が配置されていないため、第２加締め部６２において、弾性シール部材１３の大径部８１は継手６（第２加締め部６２）に対して密着固定される。これにより、弾性シール部材１３と継手６との間の気密性が確保される。

この温度センサ１００は、以下のように製造される。
まず、ＳＵＳ３１０Ｓ製の鋼板に深絞り加工を行って、先端側が閉塞した筒状の金属チューブ３を形成する。また、別途ＳＵＳ３１０Ｓの金属体に対して冷間鍛造、切削加工を施して、金属チューブ３を圧入固定するための内孔と、先端側段部４４と後端側段部４３とを有する鞘部４２と、鞘部４２よりも大きい外径を有する突出部４１とを備えるフランジ４を形成する。

ついで、別途作製したサーミスタ素子２の電極線９とシース部材８の芯線７とを所定寸法だけ重なるように重ね合わせ、互いをスポット状にレーザー溶接して、シース部材８にサーミスタ素子２が接続された感温素子組立体を作製する。そして、金属チューブ３をフランジ４の内孔に圧入固定し、金属チューブ３の外周面と鞘部４２の後端側段部４３の内周面との重なり合う部分を、周方向にわたってレーザー溶接する。

その後、金属チューブ３の内側にセメント１０となる絶縁性ペーストを充填して、金属チューブ３の内側に感温素子組立体を所定の位置まで挿入し、加熱処理を行うことで絶縁ペーストを固化させる。

ついで、リード線１２の後端側をコネクタ２１の端子部材に接続し、予め準備された所定寸法のガラス編組チューブ２０を、一対のリード線１２の周囲を覆うように、リード線１２の先端側から装着する。さらに、リード線挿通孔８５にリード線１２を挿通させるようにして弾性シール部材１３を取付ける。そして、各リード線１２に絶縁チューブ１５を挿通し、最後にリード線１２を内側に配置させるようにしてＳＵＳ３０４製の継手６をリード線１２の先端側から挿入し、センサ上部中間体を準備する。なお、弾性シール部材１３は、図４を援用して示すように、先端側に位置する大径部８１と大径部８１よりも小さい外径を有する小径部８３とを備える二段形状に予め形成されたものを用いた。

そして、加締め端子１１を介してセンサ上部中間体のリード線１２とシース部材８の芯線７の後端部とを接続し、各加締め端子１１の周囲を覆う位置まで絶縁チューブ１５を移動させる。その後、継手６をフランジ４の鞘部４２における先端側段部４４に圧入して、継手６と先端側段部４４を周方向にわたってレーザー溶接する。

ついで、継手６の後端側内側に弾性シール部材１３を挿入し、ガラス編組チューブ２０の先端部が弾性シール部材１３の小径部８３との間で重なり部７１を生ずるように、ガラス編組チューブ２０を継手６の内側に向かって移動させる。このとき、ガラス編組チューブ２０については、自身の先端が弾性シール部材１３の大径部８１の後端面８４（図３参照）に当たるまで移動させる。これにより、弾性シール部材１３の軸線方向に対するガラス編組チューブ２０の位置決めが確実なものとなり、所定の重なり寸法を有する重なり部７１を生じさせることができる。

そして、継手６の外方から内方に向かって六角加締めを行って、弾性シール部材１３のうちで重なり部７１を生ずる位置に第１加締め部６１を形成すると同時に、継手６の外方から内方に向かって八方丸加締めを行って、弾性シール部材１３のうちで重なり部７１よりも先端側の位置に第２加締め部６２を形成する。そして、ナット５を組み付け、温度センサ１００の製造を完了する。なお、第１加締め部６１と第２加締め部６２については、同時に加締めを行って形成することで製造効率を向上させることができるが、いずれか一方の加締め部を先行して形成した後、他方の加締め部を形成するようにしても良いことは言うまでもない。

以上に説明したように、本実施の形態における温度センサ１００は、弾性シール部材１３と共にガラス編組チューブ２０を継手６に加締め固定した構造を有するものであって、弾性シール部材１３のうちでガラス編組チューブ２０との重なり部７１を生ずる位置に第１加締め部６１を形成し、弾性シール部材１３のうちで重なり部７１よりも先端側の位置に第２加締め部６２を形成している。

このように、継手６のうち第１加締め部６１よりも先端側に、弾性シール部材１３との間でガラス編組チューブ２０を介在させない形の第２加締め部６２を形成することで、弾性シール部材１３の外周面を継手６の内周面に密着固定させることができる。これにより、ガラス編組チューブ２０が介在する第１加締め部６１において、継手６の内周面とガラス編組チューブ２０の外周面との間に微小な隙間が生じたとしても、第２加締め部６２において弾性シール部材１３と継手６との間の気密性が確保されることになり、温度センサ１００の気密性、ひいては防水性が低下するのを防止することができる。また、この第２加締め部６２を設けることによって、ガラス編組チューブ２０自身の内部を水蒸気が透過することがあっても、水蒸気の継手６の内側への侵入を遮断することができる。

なお、本実施の形態において、ガラス編組チューブ２０が特許請求の範囲の編組チューブに相当し、継手６が金属筒状部材に相当する。

以上において、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。例えば、上記実施の形態では、シース部材８を内側に配置させた金属チューブ３をフランジ４に固定したが、シース部材の先端側に配置されるサーミスタ素子を覆う（封入する）ようにして、有底筒状の金属キャップをシース部材の外筒の先端側外周に接合し、そのシース部材を直接フランジに固定するようにしても良い。

また、上記実施の形態では、第１加締め部６１を六角加締めにより形成し、第２加締め部６２を八方丸加締めにより形成したが、加締め手法はこれに限定されず適宜変更しても良い。さらに、上記実施の形態では、第１加締め部６１、第２加締め部６２を必須の要件として形成するものであるが、必要に応じて加締め部の数は増加させても良い。また、温度センサ１００は、排気温センサのみならず、被測定流体として水や油等の液体が流れる流通路に取り付けられる温度センサにも適用可能である。

実施形態の温度センサの全体構造を示す部分破断断面図である。 図１に示す温度センサのうち、要部である弾性シール部材近傍を示す拡大断面図である。 図１に示す温度センサにおけるリード線の径方向断面図である。 図１に示す温度センサにおいて、第１加締め部および第２加締め部を形成する前（弾性変形前）の状態にある弾性シール部材の説明図である。

符号の説明

１００・・・温度センサ、２・・・サーミスタ素子（感温素子）、３・・・金属チューブ、４・・・フランジ、５・・・ナット、６・・・継手（金属筒状部材）、７・・・芯線、８・・・シース部材、１２・・・リード線、１３・・・弾性シール部材、２０・・・ガラス編組チューブ（編組チューブ）、６１・・・第１加締め部、６２・・・第２加締め部、７１・・・重なり部、８１・・・大径部、８３・・・小径部、８５・・・リード線挿通孔

Claims (2)

1. 導電性の芯線を外筒の内側に絶縁保持してなるシース部材と、
   前記シース部材の径方向周囲を取り囲む金属筒状部材と、
   前記シース部材の先端側にて前記芯線に接続される感温素子と、
   前記シース部材の後端側にて前記芯線に接続されると共に、前記芯線を絶縁性の被覆部材にて被覆してなるリード線と、
   前記リード線を前記金属筒状部材の内側から外部に引き出すためのリード線挿通孔を有し、前記金属筒状部材の内側に挿入される弾性シール部材と、
   前記金属筒状部材の外部に引き出されたリード線の周囲を取り囲む編組チューブと、を備える温度センサであって、
   前記編組チューブと前記弾性シール部材とは、該編組チューブの先端部が該弾性シール部材の後端部の径方向外側に位置する形で重なり部を生ずるように配置されており、
   前記弾性シール部材は、前記金属筒状部材の軸線方向の離間した位置において、該金属筒状部材を内方に加締めることで形成される第１加締め部と第２加締め部とによって当該金属筒状部材に対して固定され、前記第１加締め部は、前記弾性シール部材のうちで前記重なり部を生ずる位置に形成される一方、前記第２加締め部は、前記弾性シール部材のうちで前記重なり部よりも先端側の位置に形成され、
   さらに、前記弾性シール部材は、先端側に大径部を備える一方、前記大径部の後端側に当該大径部よりも小さい外径を有する小径部を備える二段形状をなしており、前記編組チューブの先端部が前記弾性シール部材の前記後端部をなす前記小径部との間で前記重なり部を生ずるように配置されている
   ことを特徴とする温度センサ。
2. 請求項１に記載の温度センサであって、
   前記編組チューブは、素材を筒状に編組したスリーブにワニスによる表面処理を施して形成された構成を有する
   温度センサ。