JP4760558B2 - 温度センサ - Google Patents

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Description

本発明は、一対の電極線に接続された温度検出素子を金属製カバーに収納した温度センサに関するものであり、特にディーゼルエンジン自動車等の排ガス流路内に設けられ、車両の振動に晒される温度センサに好適なものである。
一般に、自動車用排ガス浄化装置の温度制御等を図るために排ガス流路内に設けられる温度センサとして、図6(A)に示すような、温度を検出する感温部10bと、上記感温部10bで検出された信号を外部に取り出す信号線121を保護する保護管部12と、上記保護管部12を保持し、取付け位置に固定するためのネジ部132を有するハウジング部13とを備えた温度センサ1b等が用いられている。
図6(B)に示すように、感温部10bは、温度を検出する温度検出素子101と、上記温度検出素子101に接続された一対の電極線102と、上記一対の電極線102が挿入孔104に挿入され封止剤105によって上記温度検出素子101が絶縁性を確保しつつ固着された絶縁支持部材103bとが一端閉塞他端開放の有底円筒状金属製カバー107b内に挿入され、充填剤112によって固定されることにより形成されている。
上記一対の電極線102は上記信号線121と溶接部106にて接続されており、上記信号線121は金属製保護管123に絶縁部材122を介して支持固定されており、上記金属製カバー107bは上記金属製保護管123に溶接部111で溶接固定されている。
上記充填剤112によって上記封止剤105および上記絶縁支持部材103と上記金属製カバー107bとの間隙が埋められ、上記温度センサ1bに伝わる車両の振動等による上記金属カバー内での上記絶縁支持部材103b等の自由な振動を抑制し上記一対の電極線102の振動による断線の防止が図られている。
また、例えば特許文献1では、温度検出応答性を向上させるために金属製カバーに径変部を設け、温度検出素子収納部の内径をそれ以外の部位に対して径小とし、温度検出素子と金属製カバーとの距離を近づけている。
特開2002−350241号公報
しかしながら、応答性の向上を図るために金属製カバーの温度検出素子収納部を径小とする構造では、金属製カバーと温度検出素子等との間隙が非常に狭く、耐振動性を確保するための充填剤を充填することが極めて困難である。
さらに、このような構造であっても、金属製カバーと温度検出素子及び絶縁支持部材等との間のクリアランスを完全に無くすことは不可能であるので、充填剤等による間隙の充填がない場合、温度検出素子等が金属製カバーに拘持されていない。したがって、車両の振動と温度センサの共振周波数とが一致したときには温度センサの振動が拡大され温度センサ内部の電極線が断線してしまうこともある。
そこで、本発明はかかる実情に鑑みてなされたもので、充填剤の充填を必要とせず、温度センサ素子の振動を抑制し、電極線の断線を防止できる応答性に優れた温度センサを提供するものである。
請求項1の発明では、先端が閉塞し後端が開放する有底円筒状の金属製カバーと、この金属製カバーの閉塞端内側に収納され、一対の電極線が接続された温度検出素子と、上記電極線が絶縁保持されるとともに上記温度検出素子が封止材によって固着される絶縁支持部材とからなる感温部と、上記金属製カバーの開放端に挿嵌される円筒状の金属製保護管と、該金属製保護管の内側に設けられ上記電極線と電気的に接続されて外部に信号を取り出す一対の信号線と、これらを絶縁する絶縁部材とからなる保護管部と、上記保護管部を保持し、取付け位置に固定するためのネジ部を有するハウジング部と、を備えた温度センサであって、上記金属製カバーと上記絶縁支持部材とのそれぞれに、上記閉塞端側を径小とし、上記開放端側を径大として徐々に変化するテーパ状の径変部を設け、上記金属製カバー径変部内側テーパ面と、上記絶縁支持部材径変部外側テーパ面とを密着せしめる押し付け手段として、上記信号線を高度の高いSUS線とすると共に、上記絶縁保護部材に固定された上記信号線により密着せしめ、上記金属製カバーと上記金属製保護管とが接続固定されたことを特徴とする。
上記信号線を硬度の高いSUS線とすることで、上記金属製カバーに上記温度検出部と上記電極線と上記絶縁支持部材と上記封止材と上記信号線と上記保護管とが一体となった状態で挿嵌して、上記絶縁支持部材径変部テーパ面を上記金属カバー径変部テーパ面に押し付けると、上記信号線の剛性によって上記信号線が撓むことなく上記金属製カバーと上記絶縁支持部材とが強固に密着させることができる。
この状態で、上記金属カバーと上記保護管とを例えばレーザ溶接等により固着させれば、上記絶縁支持部材は上記金属製カバーと密着状態で拘持される。
上記金属製カバー径変部の内側テーパ面と上記絶縁支持部材径変部の外側テーパ面とが密接することによって、その密接部においては上記金属製カバーと上記絶縁支持部材との間の間隙が径方向と軸方向とのいずれの方向ともなくなる。
したがって、上記絶縁支持部材が所定の位置で固定されるので、外部からの振動があっても、上記絶縁支持部材が上記金属製カバー内での動きが径方向と軸方向とのいずれの方向にも制限され温度センサ全体が一体で振動するので、上記電極線及び上記信号線への応力集中が回避され、断線を防止できる。
また、上記温度検出素子は上記金属製カバーの径小の閉塞端内に支持されるので、上記温度検出素子と外部との距離が短く応答性に優れている。
請求項2の発明では、先端が閉塞し後端が開放する有底円筒状の金属製カバーと、この金属製カバーの閉塞端内側に収納され、一対の電極線が接続された温度検出素子と、上記電極線が絶縁保持されるとともに上記温度検出素子が封止材によって固着される絶縁支持部材とからなる感温部と、上記金属製カバーの開放端に挿嵌される円筒状の金属製保護管と、該金属製保護管の内側に設けられ上記電極線と電気的に接続されて外部に信号を取り出す一対の信号線と、これらを絶縁する絶縁部材とからなる保護管部と、上記保護管部を保持し、取付け位置に固定するためのネジ部を有するハウジング部と、を備えた温度センサであって、上記金属製カバーと上記絶縁支持部材とのそれぞれに、上記閉塞端側を径小とし、上記開放端側を径大として徐々に変化するテーパ状の径変部を設け、上記金属製カバー径変部内側テーパ面と、上記絶縁支持部材径変部外側テーパ面とを密着せしめる押し付け手段として、上記信号線を上記絶縁部材内を移動可能とすると共に、上記金属製保護管の前端縁により密着せしめ、上記金属製カバーと上記金属製保護管とが接続固定されたことを特徴とする。
上記金属製保護管を上記絶縁支持部材側へ押し付けると上記信号線が上記絶縁部材内を移動し、上記金属製保護管の端縁と上記絶縁支持部材の端面とが密着状態になり、上記金属製カバー径変部テーパ面への上記絶縁支持部材径変部テーパ面の押し付けは上記金属製保護管の端縁によってなされることになる。
上記電極線及び上記信号線に上記金属カバーと上記絶縁支持部材との押し付け圧力が作用しないので、より耐振動性が増す。
上記金属製カバー径変部の内側テーパ面と上記絶縁支持部材径変部の外側テーパ面とが密接することによって、その密接部においては上記金属製カバーと上記絶縁支持部材との間の間隙が径方向と軸方向とのいずれの方向ともなくなる。
したがって、上記絶縁支持部材が所定の位置で固定されるので、外部からの振動があっても、上記絶縁支持部材が上記金属製カバー内での動きが径方向と軸方向とのいずれの方向にも制限され温度センサ全体が一体で振動するので、上記電極線及び上記信号線への応力集中が回避され、断線を防止できる。
また、上記温度検出素子は上記金属製カバーの径小の閉塞端内に支持されるので、上記温度検出素子と外部との距離が短く応答性に優れている。
請求項3の発明では、上記径変部のテーパ角は10°以上80°以下である。
上記径変部のテーパ角が80°より大きい場合、上記金属製カバーと上記絶縁支持部材との当接部において、外部からの振動による径方向の動きが制限されることがほとんどないため、外部からの振動による断線を防止できないが、上記径変部のテーパ角が10°以上80°以下の場合、外部からの振動があっても、上記絶縁支持部材が上記金属製カバー内での動きが径方向と軸方向とのいずれの方向にも制限されるので、断線を回避できる。
請求項4の発明では、上記絶縁支持部材径変部テーパ面のテーパ角と上記金属製カバー径変部テーパ面のテーパ角との差は±10°以内とする。
上記絶縁支持部材径変部テーパ面のテーパ角と上記金属製カバー径変部テーパ面のテーパ角が同一であることが好ましいが、上記絶縁支持部材径変部テーパ面のテーパ角と上記金属製カバー径変部テーパ面のテーパ角とのいずれかが他方よりも大きくても、両者の差が±10°以内であれば本発明の効果が発揮される。
請求項5の発明では、上記絶縁支持部材には挿入孔が穿設され、該挿入孔には、上記閉塞端側からは上記電極線が貫通されるとともに、上記開放端側からは上記電極線と接するように上記信号線が挿入され、かつ上記信号線を当接される有底臍孔が穿設される。
上記電極線と上記信号線との両方が上記絶縁支持部材に挿通されるのでジグ等による上記電極線と上記信号線との仮止めが不要となり両者の接合が容易である。
請求項の発明では、上記温度検出素子は遷移金属酸化物系NTCサーミスタ素子である。
上記遷移金属酸化物系NTCサーミスタ素子は1300℃以下の高温において良好な温度検出が可能であるので、排ガス温度の測定に好適である。
本発明によれば、金属カバーと温度検出素子等との間隙に充填剤を充填することを必要とせず、外部からの振動と温度センサ内部の温度検出素子との共振を抑制し、耐振動性に優れた温度センサを提供できる。また、温度検出素子を収納する金属製カバーを先端先細りの形状としているので温度検出素子と金属製カバー外表面との距離を短くすることができ応答性に優れている。
本発明の第1の実施形態について図1を参照して説明する。
図1(A)は本発明の実施される温度センサ1の全体構成を示し、温度センサ1は感温部10と保護管部12とハウジング部13とによって構成されている。
ハウジング部13は、SUS等の金属からなり、上記保護管部12を拘持するリブ131と取付け位置固定のためのネジ部132とネジ締めの為の六角部133とが設けられている。
図1(B)は本発明の実施形態の要部である上記感温部10の断面詳細図を示す。上記感温部10の構成について製造時の組立て順に従って説明する。
温度検出素子101は遷移金属酸化物系NTCサーミスタからなり上記温度検出素子101には一対のPt製の電極線102が一体的に接続されている。上記温度検出素子101は円柱状であっても平板状であってもよい。
上記一対の電極線102は、徐々に外径が変化するテーパ状の径変部108をもつ円柱状の例えばアルミナセラミック等からなる絶縁支持部材103に設けられた一対の挿入孔104aに挿入されている。
上記温度検出素子101は上記一対の電極線102で挟持された状態で、上記絶縁支持部材103に保持されることにより上記一対の電極線102同士の絶縁性が確保される。さらに上記温度検出素子101は例えば結晶化ガラス等の封止材105により覆われ、上記温度検出素子101の外周の絶縁性が確保されるとともに上記絶縁保持部材103に固着されている。
上記絶縁支持部材103の挿入孔104aに連通する有底臍孔104bには硬質のSUS等からなる一対の信号線121が上記一対の電極線102と接する様に挿入されており、上記絶縁支持部材103の外側で上記一対の電極線102と上記信号線121とは例えばレーザ溶接等により溶接部106で溶接されている。
上記信号線121は保護管123内に絶縁部材122を介して固定されており、外部に上記温度検出素子101の検出信号を伝える。
金属製カバー107は一端が閉塞し他端が開口しており、上記閉塞端側を径小とし、上記開放端側を径大として徐々に変化するテーパ状の径変部109が設けられている。
上記温度検出素子101と上記一対の電極線102と上記絶縁支持部材103と上記封止材105と上記保護管部12とが一体となった状態で上記金属製カバー107に嵌入し、上記金属製カバー107径変部109内側テーパ面と、上記絶縁支持部材103径変部108外側テーパ面とが当接部110で密着するように押し付けた状態で、上記金属カバー107と上記保護管123とが溶接部111で全周に渡り、レーザ等により溶接固着されている。
図2は上記絶縁支持部材103の形状例を詳細に示したものである。
図2(A)に示すように、上記絶縁支持部材103は全長L4で上記開放端側の端面からL2の距離までは大径d2となっており、L2からL3の距離までは、テーパ角θの角度を持つ径変部となっておりL3からL4までは小径d1となっている。
また、上記絶縁支持部材103には一対の電極線102を挿入するための内径ds1の全長に渡り貫通する一対の挿入孔104aが設けられており、上記開放端側の端面からL1の深さで内径ds2の一対の有底臍孔104bが設けられている。
さらに上記一対の挿入孔104aは上記絶縁支持部材103の直径中心線上に中心から等距離の位置に設けられ、上記一対の臍孔104bは当該中心線に対し違いに対向し、かつ別の直径中心線上に中心から等距離の位置に設けられている。
従って上記温度検出素子101は上記金属製カバーの中心軸上に配置されることになり、上記信号線121は上記絶縁支持部材103の中心から等距離の位置を押し付けることになるので、最も安定した状態で上記絶縁支持部材103が上記金属製カバー107に拘持される。
図2(B)に示すように上記挿入孔104aを上記絶縁支持部材103の直径中心線上に中心から等距離の位置に設け、当該中心線に対して片側に上記有底臍孔104bを設けても、本発明の効果は発揮される。
図3(B)に示すように上記有底臍孔104bを上記絶縁支持部材103の直径中心線上に中心から等距離の位置に設け、当該中心線に対して片側に上記挿入孔104aを設けても、本発明の効果は発揮される。
図3に上記テーパ角θを変えた場合の作用効果の違いを示す。図3(A)に示すように上記テーパ角θが80°以下の場合、外部からの振動により上記絶縁支持部材103に径方向の力Fyが加わったとしても、上記当接点110に振動を抑制するように垂直抗力Fが働き、上記絶縁支持部材103を上記金属製カバー107内で定位置に拘持するよう摩擦力が作用するため上記絶縁支持部材だけが上記金属製カバー107内で共振することなく、上記温度センサ1全体で振動する。従って、上記電極線102に応力が集中せず耐震性が向上する。
ところが、図3(B)に示すように上記テーパ角θが80°より大きい場合、外部からの振動により上記絶縁支持部材103に径方向の力Fyが加えられると、垂直抗力Fはほとんど作用せず摩擦力が作用しないため、上記絶縁支持部材103の振動が許容され、上記電極線102に応力が集中し上記電極線102の断線に至る。
また、上記テーパ角θが10°よりも低い場合、上記絶縁支持部材103の僅かな寸法バラツキにより上記金属製カバー107との当接位置が大きくずれる。従って、上記温度検出部101の保持位置が異なるため、検出結果に差が生じ、温度センサとしての信頼性が損なわれる。
本発明の効果を実証するために、上記径変部108のテーパ角θを変えた温度センサに加速度40Gで共振点周波数の振動を1×10回加える試験を2回実施し、その結果を表1に示す。
表1に示すように、上記径変部テーパ角θが10°から80°の時には異常が発生しなかった。しかしながら、85°においては上記一対の電極線102の断線が起こった。
従って、本発明の実施形態として、上記絶縁支持部材103の径変部108のテーパ角θは好ましくは10°から80°の範囲で設定されるのが好ましい。
図4に上記絶縁支持部材103の径変部テーパ角θと上記金属製カバー107の径変部テーパ角θ’との関係について示す。
図4(A)の様に上記絶縁支持部材103の径変部テーパ角θと上記金属製カバー107の径変部テーパ角θ’とが完全に一致した場合には、上記金属製カバー107の径変部109が上記絶縁支持部材107の径変部108と広い範囲に渡って当接面110aで密着するため、最も耐震性が向上する。しかしながら、加工上の困難性を考慮すると上記径変部θか上記径変部θ’のいずれかの角度を他方よりも大きく設定した方が良い。
図4(B)に示すように上記絶縁支持部材107の径変部108テーパ角θが上記金属製カバー107の径変部109テーパ角θ’よりも大きい場合、両者の当接面110bは上記絶縁支持部材103の大径側の最外周縁となる。
上記当接面110bが上記絶縁支持部材103の中心から離れた位置となるので、上記絶縁支持部材103が安定して上記金属製カバー107内に拘持される。
図4(C)に示すように上記絶縁支持部材103の径変部108テーパ角θが上記金属製カバー107の径変部109テーパ角θ’よりも小さい場合、両者の当接面110cは上記金属製カバー107内側の小径側最内周縁となる。
上記絶縁支持部材103の径変部108テーパ角θと上記金属製カバー107の径変部109テーパ角θ’との角度差が±10°以内で有れば、本発明の効果は十分に発揮されるが、両者の差が大きくなると、外部からの振動が加わったときに上記当接面110bまたは110cを支点に上記絶縁支持部材103が共振することがあり、本発明の効果を確保することができない。
図(5)に本発明の第2の実施形態を示す。本実施形態の基本構成は上述した第1の実施形態と同様であり、共通する部分については同じ記号で示した。
上記一対の電極線102と上記一対の信号線121とをレーザ等により溶接する工程までは上記第1の実施形態と全く同様であるが、本実施形態において、上記信号線121は上記保護管123内で上記絶縁部材122を介して絶縁支持されつつ、上記絶縁部材122内を移動可能となるよう上記信号線121と上記絶縁部材122との間にわずかに間隙を設けて構成してある。図5(A)に示すように、上記電極線102と上記信号線121とを溶接部106で溶接した後に上記信号線121を上記絶縁部材122内を移動させて上記絶縁支持部材の底面と上記絶縁部材122および上記保護管123の端面とを密着せしめる。
図5(B)に示すように 上記金属製カバー107に上記温度検出部101等が一体となった上記保護管部12を嵌入し、上記金属製カバー107径変部109内側テーパ面と、上記絶縁支持部材103径変部108外側テーパ面とが当接部110で密着するように押し付けた状態で、上記金属カバー107と上記保護管123とを溶接部111で全周に渡り、レーザ等により溶接固着せしめる。
このような構成とすれば、耐震性の更なる向上が見込まれる。
当然のことながら、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。
(A)は本発明の実施形態に係る温度センサの全体構成を示し、(B)は本発明の実施形態に係る要部を示す図1(A)中A部の詳細拡大断面図である。 (A)は本発明の実施形態に係る絶縁支持部材の形状例を示す三角投影図で、(B)は本発明の実施形態に係る絶縁支持部材の別の形状例を示す底部平面図で、(C)は発明の実施形態に係る絶縁支持部材の更に別の形状例を示す底部平面図である。 (A)は本発明の実施形態に係るテーパ面に加わる力を示す一部省略断面図で、(B)は比較例の問題点を示す一部省略断面図で、(C)は別の比較例の問題点を示す一部省略断面図である。 (A)は金属製カバーのテーパ角と絶縁支持部材のテーパ角とが一致した場合の両者の当接面を示す一部省略断面図で、(B)は金属製カバーのテーパ角が絶縁支持部材のテーパ角より小さい場合の両者の当接面を示す一部省略断面図で、(C)は金属製カバーのテーパ角が絶縁支持部材のテーパ角より大きい場合の両者の当接面を示す一部省略断面図である。 (A)は本発明の第2の実施形態における組付け途中の状態を表す要部断面図で、(B)は本発明の第2の実施形態における組付け後の状態を表す要部断面図である。 (A)は従来の温度センサの全体の構成を示す一部断面図であり、(B)は従来の温度センサに係る要部を示す図6(A)中A部の詳細断面図である。
符号の説明
1 温度センサ
10 感温部
101 温度検出素子(サーミスタ素子)
102 電極線(Pt線)
103 絶縁支持部材
104a 電極線挿入孔
104b 信号線固定臍孔
105 封止ガラス
106 電極線溶接部
107 金属製カバー
108 絶縁支持部材径変部テーパ面
θ 絶縁支持部材径変部テーパ角
109 金属製カバー径変部テーパ面
θ’ 金属製カバー径変部テーパ角
110 当接部
111 金属製カバー溶接部
12 保護管部(シースピン)
121 信号線(SUS線)
122 絶縁部材
123 金属製保護管
13 ハウジング部
131 保護管部拘持リブ
132 固定用ネジ部
133 締付用六角部

Claims (6)

  1. 先端が閉塞し後端が開放する有底円筒状の金属製カバーと、この金属製カバーの閉塞端内側に収納され、一対の電極線が接続された温度検出素子と、上記電極線が絶縁保持されるとともに上記温度検出素子が封止材によって固着される絶縁支持部材とからなる感温部と、
    上記金属製カバーの開放端に挿嵌される円筒状の金属製保護管と、該金属製保護管の内側に設けられ上記電極線と電気的に接続されて外部に信号を取り出す一対の信号線と、これらを絶縁する絶縁部材とからなる保護管部と、
    上記保護管部を保持し、取付け位置に固定するためのネジ部を有するハウジング部と、を備えた温度センサであって、
    上記金属製カバーと上記絶縁支持部材とのそれぞれに、上記閉塞端側を径小とし、上記開放端側を径大として徐々に変化するテーパ状の径変部を設け、
    上記金属製カバー径変部内側テーパ面と、上記絶縁支持部材径変部外側テーパ面とを密着せしめる押し付け手段として、
    上記信号線を高度の高いSUS線とすると共に、上記絶縁保護部材に固定された上記信号線により密着せしめ、上記金属製カバーと上記金属製保護管とが接続固定されたことを特徴とする温度センサ。
  2. 先端が閉塞し後端が開放する有底円筒状の金属製カバーと、この金属製カバーの閉塞端内側に収納され、一対の電極線が接続された温度検出素子と、上記電極線が絶縁保持されるとともに上記温度検出素子が封止材によって固着される絶縁支持部材とからなる感温部と、
    上記金属製カバーの開放端に挿嵌される円筒状の金属製保護管と、該金属製保護管の内側に設けられ上記電極線と電気的に接続されて外部に信号を取り出す一対の信号線と、これらを絶縁する絶縁部材とからなる保護管部と、
    上記保護管部を保持し、取付け位置に固定するためのネジ部を有するハウジング部と、を備えた温度センサであって、
    上記金属製カバーと上記絶縁支持部材とのそれぞれに、上記閉塞端側を径小とし、上記開放端側を径大として徐々に変化するテーパ状の径変部を設け、
    上記金属製カバー径変部内側テーパ面と、上記絶縁支持部材径変部外側テーパ面とを密着せしめる押し付け手段として、
    上記信号線を上記絶縁部材内を移動可能とすると共に、上記金属製保護管の前端縁により密着せしめ、上記金属製カバーと上記金属製保護管とが接続固定されたことを特徴とする温度センサ。
  3. 上記径変部のテーパ角は10°以上80°以下である請求項1又は2に記載の温度センサ。
  4. 上記絶縁支持部材径変部テーパ面のテーパ角と上記金属製カバー径変部テーパ面のテーパ角との差は±10°以内とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の温度センサ。
  5. 上記絶縁支持部材には挿入孔が穿設され、該挿入孔には、上記閉塞端側からは上記電極線が貫通されるとともに、上記開放端側からは上記電極線と接するように上記信号線が挿入され、かつ上記信号線を当接される有底臍孔が穿設される請求項1ないし4のいずれか1項に記載の温度センサ。
  6. 上記温度検出素子は遷移金属酸化物系NTCサーミスタ素子である請求項1ないし5いずれか1項に記載の温度センサ。
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