JP5252631B2 - 温度センサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、サーミスタ素子やＰｔ抵抗体素子等の感温素子を備える温度センサおよびその製造方法に関するものである。
従来、自動車の排気ガスなどの温度を検出する温度センサとしては、例えば、下記の特許文献１〜５に記載のものが知られている。
図６は、従来の温度センサの構成を示す断面図であり、金属チューブ５１２のみを破断して示している。図６（ａ）に示すように、この温度センサ５００は、サーミスタ焼結体５０３と素子電極線５０４とから構成されるサーミスタ素子５０２と、シース芯線５０８をシース管５０７内に絶縁保持して構成されるシース部材５０６と、を備えている。そして、サーミスタ焼結体５０３から延びる素子電極線５０４は、シース管５０７の先端から延びるシース芯線５０８に、レーザスポット溶接によって接合されている。サーミスタ素子５０２と、素子電極線５０４に接続されたシース芯線５０８とは、ステンレス合金製の金属チューブ５１２内に収容されている。また、金属チューブ５１２内の空間には、振動等によるサーミスタ素子５０２の揺動を防止するための保持部材として、耐熱性酸化物（Ａｌ２Ｏ３［アルミナ］など）から成る絶縁性のセメント５１４が充填されて、耐振動性が確保されている。
排気ガスの温度は、−４０℃程度の低温域から１０００℃程度の高温域までの広範囲にわたって変化する可能性があるため、温度センサ５００は、そのような広範囲な温度領域での温度の検知に使用される可能性がある。従って、温度センサ５００は、低温／高温の冷熱サイクルの環境下に曝されることになる。
ここで、サーミスタ素子５０２の素子電極線５０４には、耐熱性が高く電気抵抗が低いＰｔやＰｔ／Ｒｈ合金等が用いられ、シース芯線５０８には、耐熱性や強度、コスト等の面からステンレスやインコネル等が用いられる。従って、レーザスポット溶接により接合された素子電極線５０４とシース芯線５０８とは材質が異なることになるので、両者の熱膨張率が異なることになる。このため、仮に、金属チューブ５１２内にセメント５１４が充填されていないとすると、図６（ｂ）に示すように、例えば、温度変化に応じて、素子電極線５０４とシース芯線５０８との接合部５１０からサーミスタ焼結体５０３までの素子電極線５０４が屈曲し、サーミスタ焼結体５０３の位置が変位しようとする。
しかしながら、図６（ａ）に示したように、サーミスタ素子５０２が収容された金属チューブ５１２内には、セメント５１４が充填されて固定されているために、素子電極線５０４は屈曲することができず、サーミスタ焼結体５０３の位置も変位することができない。このため、図６（ｃ）に示すように、素子電極線５０４とシース芯線５０８との接合部５１０に、矢印Ａ（温度上昇時）や矢印Ｂ（温度降下時）に示すように、剪断応力が加わってしまう。
上記のように、素子電極線５０４とシース芯線５０８との接合部５１０に、剪断応力が繰り返し加わると、接合部５１０の破断や剥離が発生してしまい、サーミスタ素子５０２からの検出出力を外部に取り出せなくなってしまう可能性がある、という問題があった。
また、サーミスタ素子のサーミスタ焼結体には種々の組成を有するものが提案されているが、水と反応する成分を含有しているものもある。そのようなサーミスタ焼結体を有するサーミスタ素子に対しては、金属チューブ内に充填する保持部材であるセメントとしては、水系のセメントを用いることが困難であり、仮に用いたとしても、セメントの充填後、直ちにセメントを乾燥させて、サーミスタ焼結体が水と反応してしまうのを防止しなければならない、という問題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、サーミスタ素子の素子電極線とシース芯線との接合部に係る応力を緩和させ、接合部の破断や剥離を防止することを目的とする。また、耐振動性を確保するための保持部材として水系セメントの使用を可能とすることを目的とする。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
感温体および素子電極線を有する感温素子と、前記素子電極線に接合されるシース芯線を外筒に内包するシース部材と、先端側に底部が形成された軸線方向に延びる有底筒形状を有し、前記有底筒形状の内部空間に、少なくとも、前記感温素子および前記素子電極線と前記シース芯線との接合部を収容する包囲部材と、前記内部空間に充填される保持部材と、を備えた温度センサであって、
少なくとも、前記感温体の外周と前記保持部材との間には、前記包囲部材の軸線方向に対して交差する方向に前記感温体が変位するのを許容する空隙が設けられていることを特徴とする温度センサ。
感温体および素子電極線を有する感温素子と、前記素子電極線に接合されるシース芯線を外筒に内包するシース部材と、先端側に底部が形成された軸線方向に延びる有底筒形状を有し、前記有底筒形状の内部空間に、少なくとも、前記感温素子および前記素子電極線と前記シース芯線との接合部を収容する包囲部材と、前記内部空間に充填される保持部材と、を備えた温度センサであって、
少なくとも、前記感温体の外周と前記保持部材との間には、前記包囲部材の軸線方向に対して交差する方向に前記感温体が変位するのを許容する空隙が設けられていることを特徴とする温度センサ。
適用例１に記載の温度センサでは、少なくとも、感温体の外周と保持部材との間に空隙が設けられているので、保持部材による感温素子の揺動防止の効果を保持部材が存在しない場合に比べて確保しながら、温度センサに冷熱サイクルが繰り返し生じた場合にも、空隙が存在している分だけ感温体の位置が包囲部材の軸線方向と交差する方向に変位（移動）可能となるため、素子電極線とシース芯線との接合部に係る応力を緩和させ、接合部の破断や剥離を防止することが可能となる。
［適用例２］
適用例１記載の温度センサにおいて、
前記感温体の外周と前記保持部材との間、および、前記感温体から前記接合部までの前記素子電極線および前記シース芯線の外周と前記保持部材との間には、前記包囲部材の軸線方向に対して交差する方向に前記感温体及び前記素子電極線が変位するのを許容する空隙が設けられていることを特徴とする温度センサ。
適用例１記載の温度センサにおいて、
前記感温体の外周と前記保持部材との間、および、前記感温体から前記接合部までの前記素子電極線および前記シース芯線の外周と前記保持部材との間には、前記包囲部材の軸線方向に対して交差する方向に前記感温体及び前記素子電極線が変位するのを許容する空隙が設けられていることを特徴とする温度センサ。
適用例２に記載の温度センサでは、感温体の外周と保持部材との間だけでなく、感温体から接合部までの素子電極線およびシース芯線の外周と保持部材との間にも空隙が設けられているので、温度センサに冷熱サイクルが繰り返し生じた場合にも、空隙が存在している分だけ感温体及び素子電極線の位置が包囲部材の軸線方向と交差する方向に変位（移動）可能となる。そのため、適用例１の温度センサに比して、素子電極線とシース芯線との接合部に係る応力をより緩和させ、接合部の破断や剥離を防止することが可能となる。
［適用例３］
適用例１又は適用例２に記載の温度センサにおいて、
前記感温体の全外周と前記保持部材との間に包囲空隙が設けられており、この包囲空隙が前記空隙を含んでいることを特徴とする温度センサ。
適用例１又は適用例２に記載の温度センサにおいて、
前記感温体の全外周と前記保持部材との間に包囲空隙が設けられており、この包囲空隙が前記空隙を含んでいることを特徴とする温度センサ。
温度センサに冷熱サイクルが繰り返し生じると包囲部材も伸縮することになるが、包囲部材が縮む際に包囲部材の内面が保持部材を押圧し、保持部材が感温体を押圧することになる。そこで、適用例３の温度センサでは、上述した包囲空隙を設けることで、包囲部材が縮んで保持部材を押圧したとしても、包囲空隙を設けなかった場合に比して保持部材が感温体を押圧する力を軽減することが可能となる。これにより、冷熱サイクルに起因した包囲部材の伸縮が生じた際にも、保持部材が感温体を押圧する力を軽減でき、この押圧する力に起因して素子電極線とシース芯線との接合部に応力がかかるのを軽減できる。そして、この包囲空隙は、包囲部材の軸線方向に対して交差する方向に前記感温体が変位するのを許容する空隙を含んでいることから、上述した適用例１，２の効果は維持され、接合部の破断や剥離をより確実に防止可能な温度センサとすることが可能となる。
［適用例４］
感温体および素子電極線を有する感温素子と、前記素子電極線に接合されるシース芯線を外筒に内包するシース部材と、先端側に底部が形成された有底筒形状を有し、前記有底筒形状の内部空間に、少なくとも、前記感温素子および前記素子電極線と前記シース芯線との接合部を収容する包囲部材と、前記内部空間に充填される保持部材と、を備えた温度センサの製造方法であって、
少なくとも、前記感温体の外周に可燃性物質を被覆する工程と、
前記感温体に前記可燃性質を被覆した感温素子の素子電極線と前記シース部材のシース芯線とを接合する工程と、
少なくとも、前記感温素子および前記素子電極線と前記シース芯線との接合部を前記包囲部材の内部空間に収容する工程と、
前記包囲部材の内部空間内に未固化の前記保持部材を充填した後、加熱により前記未固化の保持部材を固化させるとともに、前記可燃性物質を焼失させて、少なくとも、前記感温体の外周と前記保持部材との間に空隙を設ける工程と、
を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
感温体および素子電極線を有する感温素子と、前記素子電極線に接合されるシース芯線を外筒に内包するシース部材と、先端側に底部が形成された有底筒形状を有し、前記有底筒形状の内部空間に、少なくとも、前記感温素子および前記素子電極線と前記シース芯線との接合部を収容する包囲部材と、前記内部空間に充填される保持部材と、を備えた温度センサの製造方法であって、
少なくとも、前記感温体の外周に可燃性物質を被覆する工程と、
前記感温体に前記可燃性質を被覆した感温素子の素子電極線と前記シース部材のシース芯線とを接合する工程と、
少なくとも、前記感温素子および前記素子電極線と前記シース芯線との接合部を前記包囲部材の内部空間に収容する工程と、
前記包囲部材の内部空間内に未固化の前記保持部材を充填した後、加熱により前記未固化の保持部材を固化させるとともに、前記可燃性物質を焼失させて、少なくとも、前記感温体の外周と前記保持部材との間に空隙を設ける工程と、
を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
［適用例５］
感温体および素子電極線を有する感温素子と、前記素子電極線に接合されるシース芯線を絶縁保持した状態で金属性の外筒に内包するシース部材と、先端側に底部が形成された有底筒形状を有し、前記有底筒形状の内部空間に、少なくとも、前記感温素子および前記素子電極線と前記シース芯線との接合部を収容する包囲部材と、前記内部空間に充填される保持部材と、を備えた温度センサの製造方法であって、
前記感温素子の素子電極線と前記シース部材のシース芯線とを接合する工程と、
少なくとも、前記接合する工程後の前記感温素子の前記感温体の外周に可燃性物質を被覆する工程と、
少なくとも、前記感温素子および前記素子電極線と前記シース芯線との接合部を前記包囲部材の内部空間に収容する工程と、
前記包囲部材の内部空間内に未固化の前記保持部材を充填した後、加熱により前記未固化の保持部材を固化させるとともに、前記可燃性物質を焼失させて、少なくとも、前記感温体の外周と前記保持部材との間に空隙を設ける工程と、
を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
感温体および素子電極線を有する感温素子と、前記素子電極線に接合されるシース芯線を絶縁保持した状態で金属性の外筒に内包するシース部材と、先端側に底部が形成された有底筒形状を有し、前記有底筒形状の内部空間に、少なくとも、前記感温素子および前記素子電極線と前記シース芯線との接合部を収容する包囲部材と、前記内部空間に充填される保持部材と、を備えた温度センサの製造方法であって、
前記感温素子の素子電極線と前記シース部材のシース芯線とを接合する工程と、
少なくとも、前記接合する工程後の前記感温素子の前記感温体の外周に可燃性物質を被覆する工程と、
少なくとも、前記感温素子および前記素子電極線と前記シース芯線との接合部を前記包囲部材の内部空間に収容する工程と、
前記包囲部材の内部空間内に未固化の前記保持部材を充填した後、加熱により前記未固化の保持部材を固化させるとともに、前記可燃性物質を焼失させて、少なくとも、前記感温体の外周と前記保持部材との間に空隙を設ける工程と、
を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
適用例４および適用例５に記載の温度センサの製造方法によれば、少なくとも、感温体の外面と保持部材との間に空隙を設けた温度センサを効率良く製造することができる。また、加熱により未固化の保持部材を固化させる過程において、感温体と保持部材との間に可燃性物質が介在するので、未固化の保持部材が感温体に対して影響を与えるのを可燃性物質が防ぐことができ、保持部材として水系セメントを使用することが可能である。すなわち、保持部材として使用できる材質の選択肢が増し、また、製造上の管理を容易にすることができるため、効率よく温度センサを製造することが可能となる。
［適用例６］
適用例５記載の温度センサの製造方法において、
前記可燃性物質を被覆する工程では、前記感温体の外周と、前記感温体から前記接合部までの前記素子電極および前記シース芯線の外周と、に可燃性物質を被覆し、
前記空隙を設ける工程では、前記可燃性物質を焼失させて、前記感温体と前記保持部材との間、および、前記感温体から前記接合部までの前記素子電極線および前記シース芯線と前記保持部材との間に空隙を設ける
ことを特徴とする温度センサの製造方法。
適用例５記載の温度センサの製造方法において、
前記可燃性物質を被覆する工程では、前記感温体の外周と、前記感温体から前記接合部までの前記素子電極および前記シース芯線の外周と、に可燃性物質を被覆し、
前記空隙を設ける工程では、前記可燃性物質を焼失させて、前記感温体と前記保持部材との間、および、前記感温体から前記接合部までの前記素子電極線および前記シース芯線と前記保持部材との間に空隙を設ける
ことを特徴とする温度センサの製造方法。
適用例６に記載の温度センサの製造方法によれば、感温体の外周と保持部材との間だけでなく、感温体から接合部までの素子電極線およびシース芯線の外周と保持部材との間にも空隙を設けた温度センサを効率良く製造することができる。
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．温度センサの構造：
Ａ２．温度センサの製造工程：
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．温度センサの構造：
Ｂ２．温度センサの製造工程：
Ｃ．変形例：
Ａ．第１実施例：
Ａ１．温度センサの構造：
Ａ２．温度センサの製造工程：
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．温度センサの構造：
Ｂ２．温度センサの製造工程：
Ｃ．変形例：
Ａ．第１実施例：
Ａ１．温度センサの構造：
図１は、本発明の第１実施例としての温度センサの要部の構成を示す説明図であり、金属チューブ１１２のみを破断して示している。また、図２は、第１実施例としての温度センサの全体構成を示す説明図であり、一部を破断して示している。なお、図１は、図２において、２本の素子電極線１０４のうちの一方を含む形で、紙面に垂直な向きに温度センサ１００の中心時に平行な断面をとったときの要部拡大図に相当する。
Ａ１．温度センサの構造：
図１は、本発明の第１実施例としての温度センサの要部の構成を示す説明図であり、金属チューブ１１２のみを破断して示している。また、図２は、第１実施例としての温度センサの全体構成を示す説明図であり、一部を破断して示している。なお、図１は、図２において、２本の素子電極線１０４のうちの一方を含む形で、紙面に垂直な向きに温度センサ１００の中心時に平行な断面をとったときの要部拡大図に相当する。
本実施例の温度センサ１００は、自動車の排気ガスの温度を検出するために用いられる。従って、この温度センサ−４０℃程度の低温域から１０００℃程度の高温域までの広い範囲にわたって温度変化を生じ得る、冷熱サイクルの環境下に曝されることになる。
まず、図２に示すように、温度センサ１００は、軸線（一点鎖線で示す）方向に延びる有底筒状の金属チューブ１１２の先端部内側に、サーミスタ素子１０２を配置させることにより構成される。金属チューブ１１２の後端側は開放されており、この後端部は、フランジ部材１４０の内側に圧入されている。フランジ部材１４０は、軸線（一点鎖線で示す）方向に延びる筒状の鞘部１４３と、この鞘部１４３の先端側に位置し、この鞘部よりも大きい外径を有して径方向外側に突出する鍔部１４２とを備えている。鍔部１４２の先端側には排気ガスが流れる排気管の取付部とシールを行うテーパ状の座面１４５を有している。なお、鞘部４２は、先端側に位置する第１段部１４４とこれよりも径小の第２段部１４６とからなる二段形状をなしている。
そして、フランジ部材１４０に圧入された金属チューブ１１２は、その外周面が第２段部１４６と全周レーザ溶接されている。また、フランジ部材１４０の第１段部１４４には、円筒形状の金属製の継手１６０が圧入され、全周レーザ溶接されている。フランジ部材１４０及び継手１６０の周囲には、六角ナット部１５１及びネジ部１５２を有する取り付け部材１５０が回動自在に設けられている。本実施例の温度センサ１００は、排気管の取付部にフランジ部材１４０の座面１４５を当接させ、取り付け部材１５０を取付部に螺合させることで、排気管に固定される。
金属チューブ１１２、フランジ部材１４０及び継手１６０の内側には、２本のシース芯線１０８をシース管１０７の内部に絶縁保持させたシース部材１０６が配置されている。金属チューブ１１２の内部においてシース部材１０６のシース管１０７の先端から延びるシース芯線１０８には、サーミスタ素子１０２の素子電極線１０４がレーザスポット溶接されている。一方、シース部材１０６から後端側に延びるシース芯線１０８は、加締め端子１７２を介して２本のリード線１７３に接続されている。シース芯線１０８同士及び加締め端子１７２同士は、絶縁チューブ１７１により互いに絶縁されている。この２本のリード線１７３は、継手１６０の後端部内側に嵌められた弾性シール部材１７４のリード線挿通孔を通って、継手１６０の外部に向けって引き出され、図示しないコネクタを介して
外部回路と接続されることになる。
外部回路と接続されることになる。
次いで、第１の実施例の要部について、図１を用いて説明する。サーミスタ素子１０は、サーミスタ焼結体１０３と素子電極線１０４とから構成されている。サーミスタ焼結体１０３は、（Ｓｒ，Ｙ）（Ａｌ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｒ）Ｏ３をベース組成としたペロブスカイト型酸化物で形成されている。サーミスタ焼結体１０３は、六角柱形状を成しており、その後端面からは２本の素子電極線１０４が延びている。なお、この素子電極線１０４は、Ｐｔ／Ｒｈ合金にて構成されている。また、シース部材１０６は、ステンレス合金製のシース管１０７の内部に、２本のステンレス合金製のシース芯線１０８を配置し、そのシース芯線１０８を保持すべく、絶縁性のシース充填材（図示せず）を充填することにより、構成されている。そして、そのシース管１０７の先端からは、２本のシース芯線１０８が延びている。サーミスタ素子１０２の２本の素子電極線１０４と、シース部材１０６の２本のシース芯線１０８とは、それぞれ、断面が円形状を成しており、互いに対応する線同士の先端部がそれぞれ重ね合わされて、レーザスポット溶接によって接合されている。つまり、本実施例では、素子電極線１０４とシース芯線１０８とが異なる材質にて構成されており、熱膨張率が異なる材質からなるものを接合した形態を採っている。
金属チューブ１１２は、有底筒状を成し、ステンレス合金製であり、その内部に、サーミスタ素子１０２と、レーザスポット溶接による接合部１１０と、シース部材１０６の一部と、を収容している。さらに、セメント１１４は、絶縁セラミック成分、具体的にはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）を主体とし、シリカを含有させた耐熱性酸化物によって構成されており、金属チューブ１１２によって囲まれた空間内に充填されることにより、サーミスタ素子１０２や接合部１１０などを保持するようにしている。
なお、本実施例において、サーミスタ素子１０２は、請求項における感温素子に相当し、サーミスタ焼結体１０３は請求項に感温体に相当している。また、金属チューブ１１２は請求項における包囲部材に相当し、セメント１１４は請求項における保持部材に相当している。
本実施例において、サーミスタ焼結体１０３の外周（外面）とセメント１１４との間には、図１に示すように、所定の距離（大きさ）を有する空隙１０５が設けられている。この空隙１０５により、以下に説明する効果を得ることができる。なお、本実施例では、サーミスタ焼結体１０３の全外周とセメント１１４との間に空隙１０５を設けており、この空隙１０５は、金属チューブ１１２の軸線方向に交差する方向にサーミスタ焼結体１０３が変位するのを許容する空隙を含んでいる。つまり、本実施例の空隙１０５は、請求項における空隙に相当し、さらに請求項における包囲空隙に相当している。
本実施例においても、温度センサ１００は、冷熱サイクルの環境下に曝されるため、課題で説明したように、低温から高温へ温度上昇した場合あるいは高温から低温へ温度降下した場合に、素子電極線１０４とシース芯線１０８の熱膨張率の相違に基づいて素子電極線１０４を屈曲させる力およびサーミスタ焼結体１０３の位置を変位させる力が発生する。このとき、従来の温度センサでは、サーミスタ素子１０２および素子電極線１０４とシース芯線１０８の接合部１１０は、金属チューブ１１２の内部空間に充填されたセメント１１４によって固定されていた。このため、素子電極線１０４の屈曲やサーミスタ焼結体１０３の位置の変位ができず、接合部１１０に剪断応力が繰り返し加わることになり、接合部１１０の破断や剥離が発生してしまう。
しかしながら、上述したとおり、サーミスタ焼結体１０３の外周とセメント１１４との間には空隙１０５が設けられているので、温度センサ１００に冷熱サイクルが繰り返された場合にもサーミスタ焼結体１０３の位置が金属チューブ１１２の軸線方向と交差する方向に変位（移動）することが可能である。これにより、接合部１１０に加わる剪断応力を緩和することができ、接合部１１０の破断や剥離を抑制することが可能となる。また、温度センサ１００に冷熱サイクルが繰り返されて金属チューブ１１２が伸縮し、この金属チューブ１１２が縮んでセメント１１４を押圧したとしても、この空隙１０５は、サーミスタ焼結体１０３の全外周とセメント１１４との間に設けられているので、セメント１１４がサーミスタ焼結体１０３を押圧する力を、空隙１０５を設けなかった場合に比して軽減することが可能となる。この観点からも、素子電極線１０４とシース芯線１０８との接合部に係る応力を緩和することが可能となる。
Ａ２．温度センサの製造工程：
上記空隙１０５は、以下で説明する製造工程を経ることにより設けることができる。
上記空隙１０５は、以下で説明する製造工程を経ることにより設けることができる。
まず、サーミスタ素子１０２、シース部材１０６、金属チューブ１１２、フランジ部材１４０、取り付け部材１５０、継手１６０、リード線１７３、弾性シール部材１７４等の各部材を用意する。
そして、各部材１０２，１０６，１１２，１４０，１５０，１６０，１７３，１７４を互いに組み付けることにより、図２に示した温度センサ１００の製造が完了する。
図３は、第１実施例の温度センサの製造工程における組み付けの工程の一部を示す工程図である。
まず、第１の工程では、サーミスタ素子１０２のサーミスタ焼結体１０３の外周（全外周）に可燃性物質を被覆する。
そして、第２の工程では、サーミスタ素子１０２の素子電極線１０４とシース部材１０６の先端から延びるシース芯線１０８とを、レーザスポット溶接にて接合する。
次に、第３の工程では、金属チューブ１１２の内部空間に未固化のセメント１１４を充填する。
そして、第４の工程では、サーミスタ素子１０２と、レーザスポット溶接による接合部１１０と、シース部材１０６の一部と、を金属チューブ１１２の内部空間に収容する。
さらに、第５の工程では、セメント１１４が固化する温度で加熱し、未固化のセメント１１４を乾燥、固化させるとともに、可燃性物質を焼失させる。この結果、サーミスタ焼結体１０３の周りに空隙１０５を設けることができる。
なお、可燃性物質としては、燃焼により除去（焼失）することが可能な物質であれば特に限定されないが、セメント１１４の固化温度以下で完全に燃焼する物質であれば、セメント１１４の固化と可燃性物質の焼失とを同時に行なうことができるので望ましい。具体的には、アクリルエマルジョン、ポリエチレンワックス、ワニス、ラテックスゴム等を用いることができる。また、溶剤にアクリル系ゴム、ポリエステル系樹脂を溶解させたものなどを用いることができる。一般的に分子量が大きくなく、直鎖のものを選択したほうが、グラファイトが残りにくく（残炭成分が少なく）、燃焼により完全な焼失をさせやすい。
また、可燃性物質の被覆の方法は、特に限定されないが、ディップ、吹き付け、刷毛塗り等の方法により行なうことができる。この時、可燃性物質溶液の濃度、粘度の調整や、ディップの回数、吹き付けの速度、刷毛塗りの回数等を適宜選択することにより、被覆膜の厚みを制御することができ、この結果として、被覆を焼失させた後に設けられる空隙の大きさを制御することができる。
なお、空隙の大きさは特に限定されないが、あまり大きいと、気体の熱伝導率はセメント１１４の熱伝導率に比べて小さいために、サーミスタ素子１０２による温度検知の応答性が悪くなり、また、耐振動性も悪くなる。従って、サーミスタ焼結体１０３とセメント１１４との間の空隙の大きさ（距離）は、温度変化に伴うサーミスタ焼結体１０３の位置の微小な変位を許容する最低限の大きさでよい。なお、この最低限の大きさは、素子電極線１０４の材質および長さ、シース芯線１０８の材質および長さ、接合部における両者の重なり部の長さ等により決まる。具体的には、０．５ｍｍ以下とすることが望ましい。
また、可燃性物質の被覆膜を緻密なものとした場合や、撥水性のものとした場合には、その防水効果によりサーミスタ焼結体１０３が水と反応する組成物質で形成されていた場合であっても、保持部材としてのセメント１１４に水系のセメントを用いることができるという利点もある。
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．温度センサの構造：
図４は、本発明の第２実施例としての温度センサの要部の構造を示す説明図であり、金属チューブ１１２のみを破断して示している。本第２実施例の温度センサ２００が、第１実施例の温度センサ１００と相違する点は、次の点である。すなわち、図４に示すように、サーミスタ焼結体１０３の周囲だけでなく、サーミスタ焼結体１０３から接合部１１０までの素子電極線１０４およびシース芯線１０８の周囲（外周）に空隙１０５ａが設けられている点である。なお、その他の構成は、第１実施例と同様であるので、同一の符号を付し、それらについての説明は省略する。なお、本第２実施例の温度センサでは、空隙１０５ａは、サーミスタ焼結体１０３の全外周とセメント１１４との間に設けており、この空隙１０５ａは、金属チューブ１１２の軸線方向に交差する方向にサーミスタ焼結体１０３および素子電極線１０４が変位するのを許容する空隙を含んでいる。つまり、本第２実施例の空隙１０５ａは、請求項における空隙に相当し、さらに請求項における包囲空隙に相当している。
Ｂ１．温度センサの構造：
図４は、本発明の第２実施例としての温度センサの要部の構造を示す説明図であり、金属チューブ１１２のみを破断して示している。本第２実施例の温度センサ２００が、第１実施例の温度センサ１００と相違する点は、次の点である。すなわち、図４に示すように、サーミスタ焼結体１０３の周囲だけでなく、サーミスタ焼結体１０３から接合部１１０までの素子電極線１０４およびシース芯線１０８の周囲（外周）に空隙１０５ａが設けられている点である。なお、その他の構成は、第１実施例と同様であるので、同一の符号を付し、それらについての説明は省略する。なお、本第２実施例の温度センサでは、空隙１０５ａは、サーミスタ焼結体１０３の全外周とセメント１１４との間に設けており、この空隙１０５ａは、金属チューブ１１２の軸線方向に交差する方向にサーミスタ焼結体１０３および素子電極線１０４が変位するのを許容する空隙を含んでいる。つまり、本第２実施例の空隙１０５ａは、請求項における空隙に相当し、さらに請求項における包囲空隙に相当している。
本第２実施例では、上述したとおり、サーミスタ焼結体１０３の周囲だけでなく、サーミスタ焼結体１０３から接合部１１０までの素子電極線１０４およびシース芯線１０８の周囲を含む領域に空隙１０５ａが設けられているので、温度センサ２００に冷熱サイクルが繰り返し生じた場合にも、素子電極線１０４の屈曲およびサーミスタ焼結体１０３の位置の変位が可能である。これにより、接合部１１０に加わる剪断応力を第１実施例の場合よりもさらに緩和することができ、接合部１１０の破断や剥離を抑制することが可能となる。
Ｂ２．温度センサの製造工程：
上記空隙１０５ａは、以下で説明する組み付けの工程を経ることにより設けることができる。
上記空隙１０５ａは、以下で説明する組み付けの工程を経ることにより設けることができる。
図５は、第２実施例の温度センサの製造工程における組み付けの工程の一部を示す工程図である。第２実施例の温度センサ２００の組み付けの工程のうち、図３に示した第１実施例の温度センサ１００の組み付けの工程と相違する点は、第１の工程および第２の工程のみであり、第３の工程〜第５の工程は、第１実施例と同様であるので、それらについての説明は省略する。
第１の工程では、サーミスタ素子１０２の素子電極線１０４とシース部材１０６の先端から延びるシース芯線１０８とを、レーザスポット溶接にて接合する。
そして、第２の工程では、サーミスタ素子１０２のサーミスタ焼結体１０３およびサーミスタ焼結体１０３から接合部１１０までの素子電極線１０４およびシース芯線１０８の外周（外面）に可燃性物質を被覆する。なお、可燃性物質の種類や可燃性物質の被覆方法は、第１実施例と同じであるので、ここでは説明を省略する。
そして、第１実施例と同様に第３の工程〜第５の工程を実施することにより、サーミスタ焼結体１０３の周囲だけでなく、サーミスタ焼結体１０３から接合部１１０までの素子電極線１０４およびシース芯線１０８の周囲を含む領域に空隙１０５ａを設けることができる。
Ｃ．変形例：
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
上記した第２実施例における温度センサの製造工程（図５）は、サーミスタ焼結体１０３の周囲だけでなく、サーミスタ焼結体１０３から接合部１１０までの素子電極線１０４およびシース芯線１０８の周囲を含む領域に空隙１０５ａを設けた第２実施例の温度センサ２００を製造するための製造工程の例として説明したが、サーミスタ焼結体１０３の外周（外面）のみに可燃性物質を被覆することによって、サーミスタ焼結体１０３の周囲だけでなく、サーミスタ焼結体１０３の周囲に空隙１０５を設けた第１実施例の温度センサ１００を製造するための製造することもできる。
上記した第１実施例ではサーミスタ焼結体１０３の外周（外面）に可燃性物質を被覆しているが、少なくとも、サーミスタ焼結体１０３が変位する方向側の面にのみ可燃性物質を被覆するようにしてもよい。同様に、第２実施例ではサーミスタ焼結体１０３の周囲と、サーミスタ焼結体１０３から接合部１１０までの素子電極線１０４およびシース芯線１０８の周囲と、を含む領域に可燃性物質を被覆しているが、少なくともサーミスタ焼結体１０３の変位する方向側の面と、サーミスタ焼結体１０３から接合部１１０までの素子電極線１０４およびシース芯線１０８の屈曲方向側の面に、可燃性物質を被覆するようにしてもよい。
上記した各実施例では、シース部材１０６の一部を、フランジ部材１４０に固定した金属チューブ１１２内に収容させた構成の温度センサを示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、シース部材１０６のシース管１０７をフランジ部材１４０の内側に固着させ、フランジ部材１４０の先端から突出するシース管１０７の外周に、サーミスタ素子１０２及び接合部１１０を収容する形態で有底筒状の金属キャップを溶接固定させた温度センサに、本発明を適用しても良い。なお、この場合、金属キャップが請求項の包囲部材に相当する。
上記した各実施例では、セメントとして、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）を用いたが、ＭｇＯや、ＳｉＯ２などを用いるようにしてもよい。また、上記した各実施例では、素子電極線としてＰｔ／Ｒｈ合金を用いたが、純Ｐｔ、Ｐｔ／Ｉｒ合金、Ｐｔ／Ｎｉ合金、Ｐｔ／Ｐｄ合金、ＺｒＯ２を分散強化材として含有させたＰｔ又はＰｔ合金等を用いるようにしてもよい。
上記した各実施例では、感温素子として、サーミスタ素子を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｐｔ抵抗体素子等を用いるようにしてもよい。なお、感温素子としてサーミスタ素子を用いる場合には、その組成や結晶構造は上記の実施例のものに限定されず、適宜変更しても良いことは言うまでもない。
さらに、上記した各実施例では、空隙１０５，１０５ａを、サーミスタ焼結体１０３の全外周とセメント１１４との間に設けるようにしたが、この空隙はサーミスタ焼結体１０３の全外周に設ける必要はなく、少なくとも金属チューブ１１２（包囲部材）の軸線方向に交差する方向にサーミスタ焼結体１０３（感温体）が変位するのを許容する空隙が、サーミスタ焼結体１０３（感温体）の外周とセメント１１４（保持部材）との間に設けられていれば、セメント１１４（保持部材）の一部がサーミスタ焼結体１０３（感温体）の外周に接していても良い。なお、このような空隙の形成部位の調整は、上記した各実施例の温度センサの製造工程において、可燃性物質の被覆位置を調整することで実現することができる。
また、本発明の温度センサは、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。
１００ 温度センサ
２００ 温度センサ
１０２ サーミスタ素子（感温素子）
１０３ サーミスタ焼結体（感温体）
１０４ 素子電極線
１０５ 空隙
１０５ａ 空隙
１０６ シース部材
１０７ シース管（外筒）
１０８ シース芯線
１１０ 接合部
１１２ 金属チューブ（包囲部材）
１１４ セメント（保持部材）
１１５ 被覆部
１１５ａ 被覆部
１４０ フランジ部材
１４２ 鍔部
１４３ 鞘部
１４４ 第１段部
１４５ 座面
１４６ 第２段部
１５０ 取り付け部材
１５１ 六角ナット部
１５２ ネジ部
１６０ 継手
１７１ 絶縁チューブ
１７２ 加締め端子
１７３ リード線
１７４ 弾性シール部材
２００ 温度センサ
１０２ サーミスタ素子（感温素子）
１０３ サーミスタ焼結体（感温体）
１０４ 素子電極線
１０５ 空隙
１０５ａ 空隙
１０６ シース部材
１０７ シース管（外筒）
１０８ シース芯線
１１０ 接合部
１１２ 金属チューブ（包囲部材）
１１４ セメント（保持部材）
１１５ 被覆部
１１５ａ 被覆部
１４０ フランジ部材
１４２ 鍔部
１４３ 鞘部
１４４ 第１段部
１４５ 座面
１４６ 第２段部
１５０ 取り付け部材
１５１ 六角ナット部
１５２ ネジ部
１６０ 継手
１７１ 絶縁チューブ
１７２ 加締め端子
１７３ リード線
１７４ 弾性シール部材
Claims (6)
- 感温体および素子電極線を有する感温素子と、前記素子電極線に接合されるシース芯線を外筒に内包するシース部材と、先端側に底部が形成された軸線方向に延びる有底筒形状を有し、前記有底筒形状の内部空間に、少なくとも、前記感温素子および前記素子電極線と前記シース芯線との接合部を収容する包囲部材と、前記内部空間に充填される保持部材と、を備えた温度センサであって、
少なくとも、前記感温体の外周と前記保持部材との間には、前記包囲部材の軸線方向に対して交差する方向に前記感温体が変位するのを許容する空隙が設けられていることを特徴とする温度センサ。 - 請求項１に記載の温度センサにおいて、
前記感温体の外周と前記保持部材との間、および、前記感温体から前記接合部までの前記素子電極線および前記シース芯線の外周と前記保持部材との間には、前記包囲部材の軸線方向に対して交差する方向に前記感温体及び前記素子電極線が変位するのを許容する空隙が設けられていることを特徴とする温度センサ。 - 請求項１又は請求項２に記載の温度センサにおいて、
前記感温体の全外周と前記保持部材との間に包囲空隙が設けられており、この包囲空隙が前記空隙を含んでいることを特徴とする温度センサ。 - 感温体および素子電極線を有する感温素子と、前記素子電極線に接合されるシース芯線を外筒に内包するシース部材と、先端側に底部が形成された有底筒形状を有し、前記有底筒形状の内部空間に、少なくとも、前記感温素子および前記素子電極線と前記シース芯線との接合部を収容する包囲部材と、前記内部空間に充填される保持部材と、を備えた温度センサの製造方法であって、
少なくとも、前記感温体の外周に可燃性物質を被覆する工程と、
前記感温体に前記可燃性質を被覆した感温素子の素子電極線と前記シース部材のシース芯線とを接合する工程と、
少なくとも、前記感温素子および前記素子電極線と前記シース芯線との接合部を前記包囲部材の内部空間に収容する工程と、
前記包囲部材の内部空間内に未固化の前記保持部材を充填した後、加熱により前記未固化の保持部材を固化させるとともに、前記可燃性物質を焼失させて、少なくとも、前記感温体の外周と前記保持部材との間に空隙を設ける工程と、
を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。 - 感温体および素子電極線を有する感温素子と、前記素子電極線に接合されるシース芯線を絶縁保持した状態で金属性の外筒に内包するシース部材と、先端側に底部が形成された有底筒形状を有し、前記有底筒形状の内部空間に、少なくとも、前記感温素子および前記素子電極線と前記シース芯線との接合部を収容する包囲部材と、前記内部空間に充填される保持部材と、を備えた温度センサの製造方法であって、
前記感温素子の素子電極線と前記シース部材のシース芯線とを接合する工程と、
少なくとも、前記接合する工程後の前記感温素子の前記感温体の外周に可燃性物質を被覆する工程と、
少なくとも、前記感温素子および前記素子電極線と前記シース芯線との接合部を前記包囲部材の内部空間に収容する工程と、
前記包囲部材の内部空間内に未固化の前記保持部材を充填した後、加熱により前記未固化の保持部材を固化させるとともに、前記可燃性物質を焼失させて、少なくとも、前記感温体の外周と前記保持部材との間に空隙を設ける工程と、
を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。 - 請求項４記載の温度センサの製造方法において、
前記可燃性物質を被覆する工程では、前記感温体の外周と、前記感温体から前記接合部までの前記素子電極および前記シース芯線の外周と、に可燃性物質を被覆し、
前記空隙を設ける工程では、前記可燃性物質を焼失させて、前記感温体の外周と前記保持部材との間、および、前記感温体から前記接合部までの前記素子電極線および前記シース芯線の外周と前記保持部材との間に空隙を設ける
ことを特徴とする温度センサの製造方法。
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