JP4620400B2 - 温度センサ、温度センサの製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、近時、外界の温度変化に素早く追従して信号を発生する高応答性の温度センサが求められており、金属カバーの外径を細くし、また、金属カバーと温度センサ素子とを近づけるべく、特許文献2に示すように、インシュレータを用いず、無機接着剤を充填しないタイプの温度センサS1が開発されている。この特許文献2では、金属カバー2の先端部の内径は、シースピン(MIケーブル)5の先端の外径よりも細径となるように、金属カバー2が段状に成形されている。一方、この特許文献2では、サーミスタ素子(温度センサ素子)3の振動による電極線4の破断を防止すべく、碍子部材6を用いて電極線4を非接触の状態で保持している。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、高応答性を有しながら、加振されても、導電線が破断せず、耐振動性の高い温度センサを提供すること、及び耐振動性の高い温度センサの製造方法を提供することを目的とする。
なお、金属カバーのカバー先端部を細径にしており、この内部に温度センサ素子を有しているので、外界の温度変化に対して、高応答性である利点も引き続き得ることができる。
また、本発明の温度センサに用いる温度センサ素子としては、例えば、いわゆるサーミスタ素子として用いられる金属酸化物セラミックからなる感温素子が挙げられる。また、サーミスタ素子を用いた場合、このサーミスタ素子の形態としては、円柱状や六角柱状など適宜の形態を選択することができる。
また、絶縁保持部材としては、温度センサが計測するあるいは晒される温度範囲を考慮して、材質を選択すればよいが、例えば、アルミナ、ムライト等のセラミックやガラス質のものを用いることができる。また、温度センサを100℃〜200℃以下程度の温度範囲で用いる場合には、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂や、フッ素樹脂、ポリアミド、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂などの樹脂からなる絶縁保持部材を用いることもできる。
絶縁保持部材の外径dは、金属カバーのうち、これが挿入配置される部分の内径Dより僅かに小さい寸法とするのが良く、具体的には、D−d≦0.2mmとしておくのが好ましい。絶縁保持部材と、金属カバーのうちこれが挿入配置される部分との径差を小さくすることで、絶縁保持部材の振動可能範囲を小さく制限でき、絶縁保持部材の振動による破断の可能性をさらに低減できるからである。
さらに、MIケーブル(無機絶縁ケーブル)とは、金属管からなるシースとこのシース内に挿通した芯線との間に絶縁性の無機セラミック粉末を介在させ、シーズと芯線、及び芯線間の絶縁を保つようにした形態のケーブルを指し、前述の特許文献1,2におけるシースピンに相当する。
このMIケーブルとしては、例えば、ステンレス、銅、ニッケルなどからなる芯線と、これを囲むステンレスや銅などの金属のシース(金属筒)と、芯線とシースとの間に充填された無機粉末であるシリカ、アルミナ、マグネシア等のセラミック粉末からなるものが挙げられる。
しかも、金属カバーから固着材を通じて温度センサ素子に熱を伝えることができるので、金属カバーと温度センサ素子との間に隙間が空いている場合(空気が介在する場合)よりも、熱が伝わりやすくなり、温度センサ素子の、従って温度センサの応答性を高くできる。
また、温度センサ素子及び絶縁保持部材が金属カバーに固定されていれば良く、固着材が金属カバーに固着(接着)している必要はなく、温度センサ素子及び絶縁保持部材を固定するように当接しているだけであっても良い。
しかし、小さな金属カバー内の適切な位置に固着材を適量注入する作業が必要となることなど、必ずしも容易ではない。
図1に示す本実施例1の温度センサ10は、例えば、車両の排気管内にその先端部を挿入し排気ガスの温度を計測する、ラジエタやエンジンの冷却水路などにその先端部を挿入して冷却水の温度を計測するなどの用途に用いられる。
この温度センサ10は、その軸線AXに沿って、先端側(図中、左側)から、温度を測定する測温部10s、その後端側に位置し、温度センサ10を他の機器に取り付ける保持金具11等を有する中間部10m、及び、この中間部の後端側に位置し、第1,第2リード線14,15が後方に延出している後端部10kとを有する。
この測温部10sは、図2に示すように、ステンレス等の金属からなる有底筒状で段付き形状の金属カバー5に覆われている。この金属カバー5は、比較的径大のカバー後端部5kと、この先端側に位置し、このカバー後端部5kよりも径小とされたカバー先端部5sと、両者間に介在する段部5dとを含んでいる。カバー先端部5s内には、その先端(図2中、左方)にサーミスタ素子1を有する。このサーミスタ素子1は、温度によって抵抗値が変化する金属酸化物半導体からなる。本実施例1では、このサーミスタ素子1は、厚さの薄い六角柱形状を有し、電気信号(抵抗値)を出力する第1導電線2a及び第2導電線2bを、その内部から後端側面1kを通して後端側(図中、右方)に延出させている。
また、この温度センサ10の中間部10mでは、保持部材11の軸部11及び外筒12の径方向外側(図1中、上下方向)に、締め付け金具13を備えている。この締め付け金具13は、レンチ等の工具を係合させるために六角形状の工具係合部13hと、この工具係合部13hよりも先端側に位置し、外周に雄ねじが形成された雄ねじ部13qを有する。
このように温度センサ10は、中間部10mに上述の保持部材11および締め付け金具13を有している。このため、保持部材11のシール面11sを、例えば排気管(図示しない)の取り付け部に形成したテーパ面に当接するようにした上で、排気管に形成した雌ねじに締め付け金具13の雄ねじ部を螺挿することにより、保持部材11のシール面11sを排気管のテーパ面に押しつけて、この温度センサ10を排気管に気密に取り付けることができる。
なお、図6に示すように、絶縁保持部材3の外周面3gの最大外径dに対して、金属カバー5のカバー先端部5sにおける内径Dをやや大きくしてあるので、容易に挿入することができる。
このような測温部10sを有する温度センサ10の製造において、中間部10m及び後端部10k等、他の部分の製造手法は、公知の温度センサの場合と同様であるので説明を省略する。
但し、本実施例2の温度センサ210では、セメント26が、金属カバー5のカバー先端部5s内のうち、先端側の空間内に充填されている。このため、セメント26が、サーミスタ素子1の後端面1kと絶縁保持部材3の先端面3sとの隙間のみならず、サーミスタ素子1の周囲、及び絶縁保持部材3の外周面3gのうち、先端側(図中、左側)の部分にまで達するように存在している。サーミスタ素子1は、セメント26に埋設され、金属カバー5に固着されている。
従って、本実施例2の温度センサ210は、前述した実施例1の温度センサ10に比しても、さらに振動に対する信頼性(耐振動性)が高くなっている。さらに、本実施例1の温度センサ210は、サーミスタ素子1と金属カバー5との間に、セメント26が介在しているので、金属カバー5からの熱がサーミスタ素子1に伝わりやすく、サーミスタ素子1の、従って温度センサ210の、温度変化に対する応答性が早くなる利点もある。
但し、本実施例3の温度センサ310では、セメント6のほかに、絶縁保持部材3とMIケーブル4との間にセメント36が充填されている。このため、実施例1と同じく、サーミスタ素子1と絶縁保持部材3とがセメント6で互いに固着されているほか、絶縁保持部材3とMIケーブル4の先端部4sとがセメント36で互いに固着されている。
従って、本実施例3の温度センサ210は、前述した実施例1の温度センサ10に比しても、さらに振動に対する信頼性が高くなっている。特に本実施例3では、セメント36が、第1,第2芯線4a,4bの中間部4am,4bmの周囲にも配置され、中間部4am,4bmがセメント36で包囲されているため、この中間部4am,4bmで屈曲が生じにくく、破断しにくくなっている。
上記実施例1〜3においては、図3に示す形態の絶縁保持部材3を用いたが、例えば、図9に示す他の形態の絶縁保持部材を用いることもできる。即ち、変形例1(図9(a)参照)にかかる絶縁保持部材43は、第1,第2スリット43a,43bが、同方向(図中上方)に開口している、断面E字型の絶縁保持部材である。
また、変形例2(図9(b)参照)にかかる絶縁保持部材53は、第1,第2スリット53a,53bが、背中合わせ状に互いに逆方向(図中上方)に開口している、断面H字型の絶縁保持部材である。
また、変形例3(図9(c)参照)にかかる絶縁保持部材63は、2つの部材、第1,第2絶縁保持部材63M,63Nからなり、これらを合わせると、2つの孔の空いた円柱状の絶縁保持部材63となる。第1,第2絶縁保持部材63M,63Nには、それぞれ第1,第2スリット63Ma,63Mb,63Na,63Nbが凹設されている。このうち、2つの第1スリット63Ma,63Naにより、第1導電線2a及び第1芯線4aを保持する孔が構成される。また、2つの第2スリット63Mb,63Nbにより、第2導電線2b及び第2芯線4bを保持する孔が構成される。
例えば、実施例3においては、実施例1と同じく、サーミスタ素子1と絶縁保持部材3との間に少量のセメント6を配置したほか、絶縁保持部材3とMIケーブル4との間にセメント36を配置した例を示した(図8参照)。しかし、実施例2の温度センサ210のように(図7参照)、比較的多量のセメント26を用いて、サーミスタ素子1をカバー先端部5s内に埋設するものにおいて、予め絶縁保持部材3とMIケーブル4との間にセメント36を配置し固化したものを挿入するようにしても良い。
一方、実施例2においては、絶縁保持部材3の外周のうち、軸線AX方向先端側から絶縁保持部材3の軸線方向寸法の約1/3程度まで、セメント26で埋めた形態を例示した。この実施例2よりもセメント26をより多くして、絶縁保持部材3と金属カバー5との間隙をさらに埋めるようにすることもできる。このようにすると、より確実に絶縁保持部材3が固着されるので、耐振動性が良好にできる。但し、金属カバー5から、サーミスタ素子1を経由せずに、絶縁保持部材3やその後端側のMIケーブル4に熱が流出するために、温度センサの応答性が低下する虞がある。サーミスタ素子1と絶縁保持部材3とを互いに固着できるだけの量の、あるいは、絶縁保持部材3を金属カバー5に固着するのに足りるだけの量のセメント26を用いるのが、応答性を高くする上で好ましい。
AX 軸線
10s,210s,310s (温度センサの)測温部
1 サーミスタ素子(温度センサ素子)
1k (サーミスタ素子の)後端側面
2a 第1導電線
2ab (第1導電線の)中間部
2b 第2導電線
2bb (第2導電線の)中間部
3,43,53,63 絶縁保持部材
3s (絶縁保持部材の)先端側面
3k (絶縁保持部材の)後端側面
4 MIケーブル
4p (MIケーブルの)ケーブル先端部
dm (MIケーブルのケーブル先端部の)外径
4c シース
4cs (シースの)先端外周縁
4a 第1芯線
4b 第2芯線
4i 無機絶縁粉末
4s ケーブル先端面
5 金属カバー
5s カバー先端部
5si (カバー先端部の)内周面
5d 段部
5k カバー後端部
6,26,36 セメント(固着材,第2固着材)
11 保持金具
12 外筒
13 締め付け金具
14 第1リード線
15 第2リード線
16 接続金具
17 絶縁チューブ
18 グロメット
Claims (6)
- 先端が閉じられた有底筒状の金属カバーと、
上記金属カバーのうち先端に位置するカバー先端部内に収容された温度センサ素子と、
上記温度センサ素子から後端側に向けて延び、上記温度センサ素子からの信号を伝送する一又は複数の導電線と、
上記温度センサ素子の後端側に位置し、上記導電線と同数以上の芯線を内部に含み、ケーブル先端部を上記金属カバー内に挿入してなるMIケーブルと、
上記金属カバー内のうち、上記温度センサ素子よりも後端側で、上記MIケーブルよりも先端側に位置する絶縁保持部材であって、
絶縁性を有し、
上記導電線、及び、
上記MIケーブルから先端側に延びる上記芯線を保持する
絶縁性保持部材と、を備え、
上記導電線とこれに対応する上記芯線とが、上記絶縁保持部材内で互いに接続され、
上記金属カバーの上記カバー先端部の内径が、上記MIケーブルのケーブル先端部における外径よりも小さくされてなり、
上記温度センサ素子と上記絶縁保持部材とは、少なくとも当該温度センサ素子の後端と当該絶縁保持部材の先端の間に介在する固着材により、互いに固着されてなる
温度センサ。 - 請求項1に記載の温度センサであって、
前記固着材は、絶縁性を有し、
前記導電線は、少なくとも前記温度センサ素子と前記絶縁保持部材との間に位置する部分が、上記固着材に包囲されてなる
温度センサ。 - 請求項1または請求項2に記載の温度センサであって、
前記絶縁保持部材と前記MIケーブルとは、少なくとも両者の間に介在する第2固着材により、互いに固着されてなる
温度センサ。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の温度センサであって、
前記金属カバー、前記温度センサ素子、及び絶縁保持部材の間に介在する前記固着材により、上記温度センサ素子及び絶縁保持部材は、上記金属カバーに固定されてなる
温度センサ。 - 請求項4に記載の温度センサであって、
前記温度センサ素子は、前記固着材に埋設されて、前記金属カバーに固定されてなる
温度センサ。 - 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の温度センサの製造方法であって、
上記導電線を上記絶縁保持部材にセットした状態で、少なくとも上記温度センサ素子の後端と上記絶縁保持部材の先端との間に、未固化の固着材を配置する固着材配置工程と、
上記固着材を固化させて、上記温度センサ素子と上記絶縁保持部材とを互いに固着させる固着工程と、
互いに固着した上記温度センサ素子及び上記絶縁保持部材を上記金属カバー内に挿入する挿入工程と、を含む
温度センサの製造方法。
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