JP6837623B1 - 温度センサ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明における温度センサは、センサ素子の保持体と、一対の電線と保持体を周囲から覆う伸縮が可能な固定筒と、を備える。
温度センサ1は、図1に示すように、一対のリード線17,17が引き出されるセンサ素子10と、センサ素子10を保持する保持体30と、リード線17,17と保持体30を周囲から覆い、少なくとも横断面における径方向に伸縮が可能な固定筒50と、を備える。温度センサ1は、固定筒50が伸縮の可能な素材で構成されているために、少ない工数で、かつ、リード線17,17の絶縁被覆17B,17Bに与える機械的なダメージを抑えながら、リード線17,17を保持体30に固定できる。
以下、温度センサ1の構成要素を説明した後に、温度センサ1が奏する効果について説明する。
センサ素子10は、図1および図4に示すように、感熱体11と、感熱体11の周囲を覆うガラス製の保護層13と、感熱体11に電気的に接続される一対の引出線15,15と、引出線15,15のそれぞれに接続されるリード線17,17と、を備える。引出線15,15とリード線17,17により本発明の一対の電線が構成される。また、センサ素子10は、感熱体11、保護層13、引出線15,15およびリード線17,17の前端部分を覆う保護体19を備える。なお、温度センサ1において、図1および図4に示すように、感熱体11が設けられる側を前(F)と定義し、その逆側を後(B)と定義する。ただし、この定義は相対的なものとする。また、温度センサ1において、図1および図4に示すように、長手方向(L)、幅方向(W)および高さ方向(H)が定義される。この定義は本実施形態の説明の便宜のために用いられるものであり、本発明を特定するものではない。
感熱体11は、例えば、サーミスタ(thermistor)が適用される。サーミスタはthermally sensitive resistorの略称であり、温度によって電気抵抗が変化することを利用して温度を測定する金属酸化物である。
サーミスタは、NTC(negative temperature coefficient)とPTC(positive temperature coefficient)に区分されるが、感熱体11にはいずれのサーミスタをも使用できる。
また、PTCサーミスタとして典型的なペロブスカイト構造を有する複合酸化物、例えばYCrO3を基本構成とする酸化物焼結体を感熱体11に用いることができる。
ガラス製の保護層13は、感熱体11を封止して気密状態に保持することによって、環境条件に基づく感熱体11の化学的、物理的変化を抑えるとともに、感熱体11を機械的に保護する。ガラス製の保護層13は、感熱体11の全体に加えて引出線15,15の前端を覆い、引出線15,15を封着する。
なお、ガラス製の保護層13を設けることは、本実施形態において好ましい例にすぎず、保護層13を設けることは任意である。
引出線15,15は、感熱体11の図示を省略する一対の電極にそれぞれが電気的に接続される。
引出線15,15は、保護層13により封着されるため、好ましくは線膨張係数が保護層13を構成するガラスと近似するジュメット線が用いられる。なお、ジュメット線は、鉄とニッケルを主成分とする合金を導体(芯線)として用い、そのまわりを銅で被覆した導線である。
リード線17,17は、図4に示すように、導体からなる芯線17A,17Aと、芯線17A,17Aの周囲を覆う絶縁被覆17B,17Bと、を備える。リード線17,17の一端側は、所定の範囲で芯線17A,17Aが絶縁被覆17Bから露出している。この芯線17A,17Aの露出した部分と引出線15,15とが電気的に接続される。
本実施形態では、芯線17Aに接続されたパッド17C,17Cに引出線15の端部が溶接等により接合されることで、引出線15,15と芯線17A,17Aとが電気的に接続される。各リード線17,17の他端は、必要に応じて他の電線を介して、図示しない回路基板に接続される。
保護体19は、図4に示すように、感熱体11と、保護層13と、感熱体11から引き出される引出線15,15と、引出線15,15に接続されるリード線17,17の一部区間とに亘りセンサ素子10を覆っている。
保護体19は、感熱体11、引出線15,15およびリード線17,17の芯線17A,17Aを衝撃等の外力から保護する。
保護体19は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等のフッ素系樹脂から形成されるのが好ましい。この保護体19は、これらの樹脂材料の他、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を問わず、適宜な樹脂材料を用いて構成することもできる。
保護体19が透明な樹脂から構成されていると、保護体19の透視によるセンサ素子10の外観検査が可能である。
保護体19は、例えば、金型にセンサ素子10を配置し、射出成形により製造することができる。
次に、図1〜図3を参照して、保持体30について説明する。
保持体30は、好ましくは、金属材料から構成された単一の部材からなり、センサ素子10が載せられる。
保持部33は、図1〜図3に示すように、保護体19の前(F)の側において保護体19を固定する第1保持部34と、第1保持部34より後(B)の側において保護体19を固定する第2保持部35と、を備える。第1保持部34と第2保持部35は、保護体19を保持することにより基部31に対して保護体19を固定する点では同じ機能を有するものの、以下のような違いを有している。つまり、第1保持部34はカシメにより保護体19を保持、固定すること自体が主目的である。これに対して、第2保持部35は第1保持部34よりも広い面積を持って保護体19に接することで、保護体19を介して基部31から伝達される熱を感熱体11に向けて放出することを主目的とする。したがって、第2保持部35が保護体19を保持する力は第1保持部34に比べて弱くてもよい。
第1保持部34は、幅方向(W)に間隔を空けて設けられる一対の側板34B,34Bにより保護体19を幅方向(W)に押圧して保持する。また、第1保持部34は、高さ方向(H)に間隔を空けて設けられる基部31と平板34C,34Cにより保護体19を高さ方向(H)に押圧する。これら幅方向(W)と高さ方向(H)の押圧によって、保護体19は第1保持部34によってカシメによる固定がなされる。
第2保持部35は、基部31に加えて、第1側板35B、平板35Cおよび第2側板35Dにより保護体19を周囲から面接触するように取り囲んでいる。第2保持部35により取り囲まれる保護体19の内部には、感熱体11が設けられる。しかも、第1側板35B、平板35Cおよび第2側板35Dを含む第2保持部35は、長手方向(L)の寸法が第1保持部34に比べて大きく設定されることで、第2保持部35から感熱体11への熱伝達の機能を十分に発揮できるようになっている。
次に、図1〜図3を参照して、抜け止め構造37を説明する。
抜け止め構造37は、基部31の後(B)の側において基部31と一体をなして構成される。図1(a),(b)に示すように、基部31、抜け止め構造37およびリード線17,17を包囲するように、固定筒50が保持体30に装着される。これにより、基部31と固定筒50とでリード線17,17を高さ方向(H)から挟み込むことで、リード線17,17が基部31に対して固定される。この際、抜け止め構造37は、固定筒50が基部31から抜け落ちるのを抑えるとともに、固定筒50にその内側に向けた張力を発生させる。
次に、固定筒50について、図1(b)および図5を参照して説明する。
グラスウールは、断熱性を有する他に、伸縮性を有しており、固定筒50は断熱性の他にこの伸縮性を利用することにより、リード線17,17を基部31に固定することができる。
固定筒50は、図5(a)に示すように、センサ素子10に装着される前の初期状態において、一例として真円の横断面形状を有している。
ただし、グラスウールおよび真円は一例に過ぎず、次に説明する所定の固定機能を発揮する限り、固定筒50の素材、開口形状は任意である。
固定筒50は、図1(b)に示すように、センサ素子10の基部31の後端Fの側に形成された抜け止め構造37およびリード線17,17を包囲するように装着される。これにより、固定筒50は基部31に対するリード線17,17の相対的な移動を拘束する。ここで、固定筒50の長さは、抜け止め構造37を内包できる程度の長さを有していれば、その長さは本実施形態に限定されない。例えば、固定筒50の前(F)側の端部が保護体19の後(B)側の端部に重畳する長さを有していても良い。
なお、張力Tは、固定筒50が抜け止め構造37に接することにより生じるので、抜け止め構造37の第1突起37A,37Aと、第2突起37B,37Bがリード線17,17よりも幅方向(W)の外側に張り出している必要がある。
図6を参照して、固定筒50をセンサ素子10に装着する手順を説明する。
はじめに、図6(a)に示すように、固定筒50は、リード線17,17の他端側から挿入される。
次に、固定筒50をリード線17,17の一端側に移動させ、抜け止め構造37を覆う位置まで固定筒50を押し込む。この押し込む際に、固定筒50には図5で示すように、押圧力P1,P2および張力Tが生じるので、固定筒50を押し込む作業には相応の力が必要である。また、この押し込みは、センサ素子10の位置を固定する一方で固定筒50を移動させてもよいし、固定筒50を固定する一方でセンサ素子10を移動させてもよい。
所定の装着位置まで固定筒50を移動させることで、本実施形態に係る温度センサ1が得られる。
次に、本実施形態に係る温度センサ1が奏する効果を説明する。
[基本的な効果]
温度センサ1は、固定筒50が装着されることにより、リード線17,17がセンサ素子10の基部31に固定される。固定筒50は伸縮が可能な素材で構成されている例を示している。ここで、リード線17,17を基部31に固定する手段として、例えばカシメを採用することもできるが、カシメはその作業にコストがかかるうえ、カシメによりリード線17,17に深刻なダメージを与えるおそれがある。
これに対し、本実施形態に係る固定筒50を用いれば、リード線17,17をセンサ素子10の基部31へ固定する際に与えるダメージを抑えることができるのに加えて、装着に格別の装置類が不要なため、作業の工数を減らすことができる。つまり、本実施形態によれば、移動が拘束されるリード線17,17の健全性が担保された温度センサ1を安価で得ることができる。
温度センサ1は、抜け止め構造37を備える。したがって、温度センサ1は振動環境下において用いられたとしても、固定筒50が所定の装着位置から抜け落ちるのを抑えることができるので、基部31に対してリード線17,17を安定して固定できる。特に、以上で説明した実施形態は、基部31の幅方向(W)の両側の端縁32に抜け止め構造37を設けているので、幅方向(W)における抜け止めの効果が得られる。さらに、抜け止め構造37として、それぞれの端縁32,32の双方に第1突起37Aと第2突起37を設けているので、長手方向(L)における抜け止め効果が大きい。
温度センサ1は、前(F)の側においては保持部33がセンサ素子10の保護体19を固定し、後(B)の側においては固定筒50がセンサ素子10のリード線17,17を基部31とともに固定する。したがって、温度センサ1はセンサ素子10の長手方向(L)の広い範囲で固定されているため、温度センサ1が振動環境下に置かれたとしても、保持部33および固定筒50の固定によりセンサ素子10の振動が抑えられる。
本発明において抜け止め構造には、図7(c)〜(g)に示す形態を採用することもできる。
図7(c)には、長手方向(L)に一つだけ突起38C,38Cを設けた場合を例示している。この形態においても、固定筒50は幅方向(W)の両側において突起38C,38Cに係止されることにより、所定の抜け止め効果が発揮される。
図7(d)には、平面視して三角形状となる突起38D,38Dを設けた場合を例示している。この形態においても、固定筒50は、幅方向(W)の両側において突起38D,38Dに係止されることにより、所定の抜け止め効果が発揮される。
図7(f)には、平面視して円弧形状となる突起38F,38Fを設けた場合を例示している。この形態においても、固定筒50は、幅方向(W)の両側において突起38F,38Fに係止されることにより、所定の抜け止め効果が発揮される。
図7(g)は、基部31の両側の端縁32,32の一部を幅方向(W)の中心に向けて窪み38E,38Eを備える。この形態においては、固定筒50は、この窪み38E,38Eに入り込むことにより、固定筒50の抜け止めが実現される。
本実施形態においては、好ましい形態として、抜け止め構造37を備える例を示したが、抜け止めを実現することができれば、本発明の温度センサ1は、抜け止め構造37を備えない構成にしても良い。例えば、固定筒50を静止摩擦係数の大きな素材や伸縮率の高い素材で構成すれば、抜け止め構造37を設けることなく固定筒50が抜け落ちるのを抑えることもできる。
以上で説明した固定筒50は、開口形状が真円形の例を示したが、前述したように、その形状は任意である。例えば、楕円形、三角形および矩形などの他の形状を有していてもよい。ただし、センサ素子10に装着した際に、必要な押圧力P1,P2が得られるように変形が可能であることが必要である。
固定筒50は、その軸線方向(長手方向(L))において、開口径が一定であってもよいし、開口径が異なる部分があってもよい。例えば、図7(g)の窪み38E,38Eに対応するように、固定筒50において開口径の小さい部分を有していてもよい。
次に、以上で説明したセンサ素子10は一例であり、本発明の温度センサにおいて、異なる形態のセンサ素子を用いることができる。例えば、センサ素子10の保護体19は横断面の形状が矩形であるが、本発明においては、横断面の形状が円形の保護体を用いることができる。
次に、以上で説明した保持体30は一例であり、本発明の保持体として、センサ素子10を保持する機能以外の機能を付加できる。例えば、温度測定対象に温度センサ1をねじ止めにより固定するためのラグ端子としての機能を備えることができる。
10 センサ素子
11 感熱体
13 保護層
15 引出線
17 リード線
17A 芯線
17B 絶縁被覆
19 保護体
30 保持体
31 基部
32 端縁
33 保持部
34 第1保持部
34A 接続端
34B 側板
34C 平板
35 第2保持部
35A 接続端
35B 第1側板
35C 平板
35D 第2側板
35E 先端
37 抜け止め構造
37A 第1突起
37B 第2突起
38B,38C,38D,38F 突起
38E 窪み
50 固定筒
Claims (5)
- 感熱体と、前記感熱体に電気的に接続される一対の電線と、前記感熱体と一対の前記電線の一部とを覆う保護体とを備えるセンサ素子と、
前記センサ素子の保持体と、
一対の前記電線と前記保持体とを周囲から覆う伸縮が可能な固定筒と、を備える、
ことを特徴とする温度センサ。 - 前記保持体は、
前記固定筒の軸線方向に対する抜け止め構造を有する、
請求項1に記載の温度センサ。 - 前記保持体は、
一対の前記電線が並んで支持される基部を備え、
前記抜け止め構造は、
一対の前記電線が並ぶ幅方向における前記基部の両側の端縁の一方または双方に形成される突起である、
請求項2に記載の温度センサ。 - 前記保持体は、
前記保護体を押圧して固定する保持部を備える、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の温度センサ。 - 前記固定筒は、
前記保護体から引き出される一対の前記電線を前記基部に押し付ける、
請求項3または請求項4に記載の温度センサ。
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