JP6888439B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、測定対象の温度を測定する温度センサに関する。

温度センサは、例えば、車両の内燃機関の排気管、吸気管、排気再循環（ＥＧＲ）による吸排気混合管等の配管に配置され、配管内を流れる流体の温度を測定するために使用される。温度センサは、温度によって電気抵抗値又は起電力が変化する感温部が、カバーによって覆われるとともに、感温部から引き出された一対のリード線がコネクタにおけるターミナルに接続されることによって形成されている。

温度センサにおいては、感温部から引き出された一対のリード線が互いに接触しないように、一対のリード線の位置を案内する絶縁管を用いることが知られている。また、例えば、特許文献１の温度センサにおいては、温度検出素子に繋がる一対の電極線のそれぞれが保護チューブ内に配置され、温度検出素子と保護チューブの一部とが、コーティング材によって固着されることが記載されている。また、コーティング材は、毛細管現象によって保護チューブ間に這い上がらせている。

特開２００９−１９２４２４号公報

温度センサの先端部における感温部の周辺は、温度を検出する部位であり、この部位の熱容量が小さくなると、温度を測定する流体から感温部へ熱が伝わりやすくなる。従って、感温部の周辺の熱容量を小さくすることによって、温度センサの応答性が高められる。そこで、応答性を向上させるために、温度センサの先端部を細径化することが考えられ、この場合には、一対のリード線も細径化される。このとき、特に、一対のリード線とコネクタのターミナルとの接続部が、振動に対してさらに弱くなるおそれがある。そのため、一対のリード線とコネクタのターミナルとの接続部を強固にすることが考えられる。

一対のリード線は、感温部とコネクタのターミナルとの間に渡されている。そして、温度センサが振動を受けるときに、温度センサに加わる振動の周波数が、一対のリード線の固有振動数に重なったときには、一対のリード線が共振によって大きく振れるおそれがある。この場合には、一対のリード線とコネクタのターミナルとの接続部に大きな応力が加わり、この接続部を応力から保護することが難しくなる。

特許文献１の温度センサは、一対の電極線の先端部に配置された保護チューブを、コーティング材によって温度検出素子に固着するものである。そのため、保護チューブ自体を温度検出素子に固定できたとしても、一対の電極線とコネクタのターミナルとの接続部を、一対の電極線の共振から保護することはできない。

また、一対のリード線を共振から保護するために、カバー内における隙間の全体に充填材を充填して、一対のリード線が振動しないように固定することも考えられる。しかし、この場合には、温度センサにおける温度測定部位の熱容量が増加し、温度センサの応答性が悪化するおそれがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、応答性を高く維持して、振動に対する耐久性を向上させることができる温度センサを提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、ハウジング（２）と、
前記ハウジング内に配置されたコネクタ（３）と、
前記ハウジングに取り付けられたカバー（４）と、
前記カバー内の先端位置に配置され、温度の測定を行うための感温部（５）と、
前記感温部と前記コネクタにおけるターミナル（３２）とに接続された、導通性の一対のリード線（６）と、
前記リード線の外径よりも大きな内径に形成され、前記リード線との間に隙間（Ｓ）を形成して前記リード線を覆う、絶縁性のガイドチューブ（６５）と、
前記感温素子、及び前記ガイドチューブの先端部（６５１）に間接的に又は直接接触して、前記カバー内の先端位置に充填された充填材（７）と、
前記カバー内における、前記充填材が充填された位置の基端側（Ｄ２）に形成された空間（Ｋ）と、を備える温度センサにある。

前記一態様の温度センサは、車両等の、振動が頻繁に発生する環境下に配置される場合であっても、ガイドチューブによって、一対のリード線の共振を抑制するものである。
具体的には、一対のリード線はガイドチューブによって覆われており、各リード線とガイドチューブとの間には、ガイドチューブ内においてリード線が振動することが可能な隙間が形成されている。また、感温部とガイドチューブの先端部とは、充填材によってカバー内の先端位置に固着されている。そして、カバー内における、充填材が充填された位置の基端側には空間が形成されている。

これらの構成により、一対のリード線及びガイドチューブは、温度センサが振動を受ける際には、空間内において振動することになる。そして、温度センサに加わる振動の周波数が、一対のリード線の固有振動数に重なったときに、一対のリード線が共振を起こす場合であっても、以下の理由によって、一対のリード線の共振を抑えることができる。

一対のリード線は、導通性の導体として形成されており、ガイドチューブは、絶縁性のチューブとして形成されている。そして、両者の質量及び剛性は異なっており、両者の固有振動数も異なる。一対のリード線及びガイドチューブに振動が加わる際に、この振動の周波数が一対のリード線の固有振動数に重なったとき、一対のリード線は共振現象によって大きく振れようとする。このとき、一対のリード線とガイドチューブとの間に隙間が形成されていることにより、ガイドチューブは、一対のリード線と共揺れしない。また、一対のリード線が共振する際には、ガイドチューブが共振しない。

これにより、一対のリード線の共振による揺れを、ガイドチューブによって抑えることができる。つまり、一対のリード線の共振による揺れは、ガイドチューブ内における揺れに制限される。そのため、ガイドチューブの存在によって、一対のリード線の共振が抑制され、一対のリード線が揺れる際に、一対のリード線とコネクタのターミナルとの接続部に加わる応力を低減させることができる。その結果、温度センサの、振動に対する耐久性を向上させることができる。

また、カバー内における、充填材が充填された位置の基端側には空間が形成されていることにより、温度センサのカバー内の熱容量を小さく抑えることができ、さらにハウジング等が位置する基端側への熱引きを抑えることができる。これにより、温度センサによって温度を測定する際の応答性を高く維持することができる。

それ故、前記一態様の温度センサによれば、応答性を高く維持して、振動に対する耐久性を向上させることができる。

なお、感温部の最外殻部には、後述する封止ガラス、保護膜等が存在することがある。この場合には、充填材は、感温部に直接接触せず、間接的に接触することになる。
また、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。

実施形態１にかかる、温度センサを断面によって示す説明図。 実施形態１にかかる、温度センサにおける感温素子の周辺を断面によって示す説明図。 実施形態１にかかる、排気再循環機構を有する内燃機関の吸気管内に配置された温度センサを示す説明図。 実施形態１にかかる、温度センサにおけるターミナルの周辺を断面によって示す説明図。 実施形態１にかかる、温度センサの製造方法を示すフローチャート。 実施形態１にかかる、感温素子体のリード線にガイドチューブを装着した状態を示す説明図。 実施形態１にかかる、感温素子体のリード線にガイドチューブを装着する状態を拡大して示す説明図。 実施形態１にかかる、感温素子体及びガイドチューブの先端部を保護膜で覆った状態を拡大して示す説明図。 実施形態１にかかる、感温素子体におけるリード線がコネクタにおけるターミナルに接続された第１組付体を示す説明図。 実施形態１にかかる、ハウジングとカバーとが接合された第２組付体を示す説明図。 実施形態１にかかる、第１組付体と第２組付体とを組み付ける状態を示す説明図。 実施形態１にかかる、リード線にガイドチューブが装着され、感温素子が充填材によって固着された場合について、リード線が共振する状態を模式的に示す説明図。 第１の比較形態にかかる、リード線にガイドチューブが装着されていない一方、感温素子が充填材によって固着された場合について、リード線が共振する状態を模式的に示す説明図。 第２の比較形態にかかる、リード線にガイドチューブが装着された一方、感温素子が充填材によって固着されていない場合について、リード線が共振する状態を模式的に示す説明図。 実施形態１にかかる、温度センサに加わる振動の周波数（Ｈｚ）と、リード線に生じる共振重力加速度（ｍ／ｓ²）との関係を示すグラフ。 実施形態２にかかる、温度センサにおける感温素子の周辺を断面によって示す説明図。 実施形態３にかかる、温度センサにおける測温接点の周辺を断面によって示す説明図。

前述した温度センサにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態の温度センサ１は、図１に示すように、ハウジング２、コネクタ３、カバー４、感温部としての感温素子５、一対のリード線６、ガイドチューブ６５、充填材７及び空間Ｋを備える。ハウジング２は、配管等に取り付けられるものである。コネクタ３は、電気配線を行うために用いられ、ハウジング２内に配置されている。カバー４は、ハウジング２の先端側Ｄ１に取り付けられている。感温素子５は、カバー４内の先端位置に配置されており、温度によって電気抵抗値が変化するものである。一対のリード線６は、導通性を有しており、感温素子５とコネクタ３におけるターミナル（端子）３２とに接続されている。

図２に示すように、ガイドチューブ６５は、絶縁性を有しており、リード線６の外径よりも大きな内径に形成されており、リード線６との間に隙間Ｓを形成してリード線６を覆うものである。充填材７は、感温素子５、及びガイドチューブ６５の先端部６５１に間接的に又は直接接触して、カバー４内の先端位置に充填されている。空間Ｋは、カバー４内における、充填材７が充填された位置の基端側Ｄ２に形成されている。

温度センサ１においては、感温素子５が配置されて温度の測定を行う側を先端側Ｄ１といい、先端側Ｄ１とは反対側を基端側Ｄ２という。先端側Ｄ１と基端側Ｄ２とを決定する方向を軸線方向Ｄといい、軸線方向Ｄは、ハウジング２及びカバー４の中心軸線が通る方向と同じである。

以下に、本形態の温度センサ１について詳説する。
（温度センサ１）
本形態の温度センサ１は、車載用のものであり、自動車における内燃機関８の吸気管８１又は排気管８２内を流れる流体の温度を測定するために使用される。
図３に示すように、温度センサ１は、燃焼用空気Ａに排ガスＧの一部を再循環させる排気再循環機構８０を有する内燃機関８の吸気管８１内に配置して用いられる。排気再循環機構８０は、内燃機関８から排気管８２に排気される排ガスＧの一部を、内燃機関８の吸気管８１に再循環させるものである。排気再循環機構８０は、排気管８２から分岐して吸気管８１に接続される再循環管８３と、再循環管８３内を流れる排ガスＧの流量を調整する流量調整弁８３１とを有している。本形態の温度センサ１は、吸気管８１における、再循環管８３が合流する位置よりも、燃焼用空気Ａと排ガスＧの混合ガスＭの流れの下流側に配置されている。

（感温素子５）
本形態の感温素子５は、サーミスタ材料としてのセラミックスの焼結体を用いて構成されたサーミスタ素子である。サーミスタ素子は、温度の上昇に対して緩やかに電気抵抗値が減少するＮＴＣ（negative temperature coefficient）サーミスタとすることができる。サーミスタ素子は、これ以外にも、所定温度を超えると温度の上昇に対して急激に電気抵抗値が増大するＰＴＣ（positive temperature coefficient）サーミスタ、又は所定温度を超えると急激に電気抵抗値が減少するＣＴＲ（critical temperature resistor）サーミスタとすることもできる。

また、感温素子５は、白金、銅、ニッケル等を用いて構成され、温度が上昇するに伴って電気抵抗値が増加する測温抵抗素子としてもよい。

感温素子５がサーミスタ素子である場合には、一対のリード線６は、感温素子５の両側に接合されたものとすることができる。感温素子５が、測温抵抗素子である場合には、一対のリード線６は、測温抵抗素子を構成する白金線又は金属線とすることができる。

図２に示すように、感温素子５、及び一対のリード線６の先端部６１１は、封止ガラス５１によって覆われている。封止ガラス５１は、異なる材料間の電気的絶縁及び気密封止を行うために用いられる。特に、本形態の封止ガラス５１は、セラミックスからなる感温素子５と、金属材料からなる一対のリード線６との電気的絶縁及び気密封止を行う。封止ガラス５１としては、例えば、ＳｉＰｂＢａ系等のガラスを用いることができる。

（リード線６）
一対のリード線６は、温度センサ１の細径化に伴い、より細径化されている。本形態の一対のリード線６は、直径がφ０．１〜０．６ｍｍの丸線によって構成されている。リード線６の直径がφ０．１ｍｍよりも細い場合には、その製造が困難であり、リード線６の強度が不足する。リード線６の直径がφ０．６ｍｍよりも太い場合には、温度センサ１の細径化を十分に図ることができなくなる。

リード線６が、φ０．６ｍｍ以下、好ましくはφ０．４ｍｍ以下であることにより、ガイドチューブ６５によって、共振によって揺れるリード線６をガイドする効果が顕著になる。すなわち、φ０．６ｍｍ以下まで細径化されたリード線６の質量及び剛性は小さい。そのため、リード線６と同様に質量及び剛性が小さいガイドチューブ６５を用いることによっても、リード線６の共振による揺れを受け止めることが可能になる。

図１及び図４に示すように、一対のリード線６における、少なくともカバー４内に配置された先端側部位６１同士の配置間隔に比べて、一対のリード線６における、ハウジング２内に配置された基端側部位６２同士の配置間隔は大きい。一対のリード線６の先端側部位６１は、感温素子５に接続されている。一対のリード線６の先端側部位６１同士の配置間隔は、一対のリード線６が感温素子５に接続された間隔と同じになっている。また、一対のリード線６の基端側部位６２は、コネクタ３のターミナル（端子）３２にそれぞれ接続されている。コネクタ３における一対のターミナル３２の、幅方向の中心軸線が配置された間隔は、一対のリード線６の先端側部位６１の、幅方向の中心軸線が並ぶ間隔よりも大きくなっている。

一対のリード線６における先端側部位６１及び基端側部位６２は、ハウジング２及びカバー４の軸線方向Ｄに略平行に配置されている。一対のリード線６の先端側部位６１と基端側部位６２との間には、一対のリード線６が、基端側部位６２から先端側部位６１に向けて傾斜して互いに接近する傾斜部位６３が形成されている。一対のリード線６の傾斜部位６３は、ハウジング２内に配置されている。

一対のリード線６は、導通性（電気伝導性）を有する種々の金属材料から構成されている。一対のリード線６は、例えば、ＦｅＮｉ合金等によって構成することができる。
リード線６は、感温素子５に設けられた素子側リード部に対して、突き合わせた状態又は重ね合わせた状態で、溶接等によって接合されていてもよい。

（ガイドチューブ６５）
図２及び図４に示すように、本形態のガイドチューブ６５は、各リード線６を別々にガイドするよう、各リード線６に対して別々に形成されている。ガイドチューブ６５は、直線状の円筒形状に形成されている。また、ガイドチューブ６５は、絶縁性の熱硬化性樹脂によって構成されている。ガイドチューブ６５は、耐熱性を有する熱硬化性樹脂としてのポリイミド等によって構成することができる。ガイドチューブ６５は、樹脂でありながら適度な剛性を有しており、直線状の形状を維持可能である。

本形態のガイドチューブ６５は、一対のリード線６における先端側部位６１、傾斜部位６３及び基端側部位６２の一部を覆っている。ガイドチューブ６５は、一対のリード線６とターミナル３２との接続部Ｐには装着されていない。ガイドチューブ６５を装着する長さは、適宜変更することができる。ガイドチューブ６５の先端部６５１は、感温素子５、充填材７等に固定されている一方、ガイドチューブ６５の基端部６５３は、リード線６等の周囲の部材に固定されていない。また、ガイドチューブ６５の基端開口部６５４は、カバー４内の空間Ｋに位置しており、この空間Ｋ内に開放されている。

図２に示すように、ガイドチューブ６５は、リード線６を挿通させるための挿通穴６５０を有している。ガイドチューブ６５の外径は、ガイドチューブ６５をリード線６に装着したときに、ガイドチューブ６５同士が互いに接触しない大きさに形成されている。ガイドチューブ６５の内径は、例えば、リード線６の外径の１．２〜２．０倍にすることができる。リード線６の外径とガイドチューブ６５の内径との比を適切にすることにより、ガイドチューブ６５が、リード線６とともに共振しないようにし、かつリード線６の共振を抑制することができる。

ガイドチューブ６５の材質及び太さは、ガイドチューブ６５の固有振動数が、リード線６の固有振動数と異なるように決定する。また、ガイドチューブ６５の材質及び太さは、リード線６の共振に釣られてガイドチューブ６５もともに共振しないことを基準として決定することができる。

ガイドチューブ６５とリード線６との間に形成された隙間Ｓは、ガイドチューブ６５の内径寸法からリード線６の外径寸法を差し引いた値としては、ガイドチューブ６５の軸線方向Ｄにおいて一定である。ただし、ガイドチューブ６５の基端部６５３は、リード線６によって位置が拘束される以外は自由状態にある。そのため、ガイドチューブ６５とリード線６との間に形成された隙間Ｓは、リード線６及びガイドチューブ６５の軸線方向Ｄ及び周方向の各位置においてばらつきがある場合が多い。

固有振動数は、物体が共振を起こすときの振動数であり、各物体に特有の振動数（周波数）となる。固有振動数は、質量の大きさと、バネの役割を果たす梁の剛性との要因によって定まる。物体の質量が小さくなる場合、又は梁の剛性が高くなる場合には、固有振動数が高くなる。一方、物体の質量が大きくなる場合、又は梁の剛性が低くなる場合には、固有振動数が低くなる。

なお、ガイドチューブ６５は、リード線６ごとに１本ずつ形成する以外にも、一対のリード線６を互いに絶縁して内部に挿通させる、共通のチューブとして形成することもできる。つまり、ガイドチューブ６５は、一対のリード線６を挿通させる２つの挿通穴６５０を有する形状に形成することもできる。

（保護膜５２）
図２に示すように、本形態の感温素子５の表面には、一対のリード線６に生じる熱応力を緩和するための保護膜５２が設けられている。保護膜５２は、封止ガラス５１、ガイドチューブ６５の先端開口部６５２から突出するリード線６の部分、及びガイドチューブ６５の先端開口部６５２とリード線６との隙間Ｓを覆っている。特に、本形態の保護膜５２は、封止ガラス５１の全体、ガイドチューブ６５の先端開口部６５２から突出するリード線６の部分の全体、及びガイドチューブ６５の先端開口部６５２とリード線６との隙間Ｓの全体を覆っている。言い換えれば、ガイドチューブ６５の先端開口部６５２における、リード線６との間の隙間Ｓは、保護膜５２によって閉じられている。そして、保護膜５２の存在によって、充填材７は、封止ガラス５１及びリード線６に接触することができなくなっている。

また、保護膜５２によって、充填材７は、ガイドチューブ６５の先端開口部６５２から、ガイドチューブ６５とリード線６との隙間Ｓへ入ることができなくなっている。これにより、ガイドチューブ６５とリード線６との隙間Ｓが、充填材７によって埋められることが防止される。

保護膜５２は、熱硬化性樹脂によって構成されている。保護膜５２は、耐熱性を有する熱硬化性樹脂としてのポリアミド等によって構成することができる。充填材７は、セラミックス粉末を用いて構成されており、セラミックス粉末が焼結されて結合した状態でカバー４内の先端位置に充填されている。

保護膜５２の線膨張係数は、リード線６の線膨張係数よりも小さく、かつ充填材７の線膨張係数よりも大きい。本形態のリード線６を構成するＦｅＮｉ合金の線膨張係数は、９．６×１０^-6（／℃）であり、本形態の充填材７を構成するセラミックスの線膨張係数は、４．５×１０^-6（／℃）である。そして、本形態の保護膜５２を構成するポリアミドの線膨張係数は、８．０×１０^-6（／℃）である。

充填材７は、封止ガラス５１及び一対のリード線６には接触せず、保護膜５２及びガイドチューブ６５の先端部６５１に接触している。言い換えれば、充填材７は、保護膜５２、ガイドチューブ６５の先端部６５１及びカバー４の内側面にのみ接触している。

リード線６を構成する材料の線膨張係数と充填材７を構成する材料の線膨張係数との差に比べて、リード線６を構成する材料の線膨張係数と保護膜５２を構成する材料の線膨張係数との差は小さい。また、リード線６を構成する材料の線膨張係数と充填材７を構成する材料の線膨張係数との差に比べて、充填材７を構成する材料の線膨張係数と保護膜５２を構成する材料の線膨張係数との差は小さい。

保護膜５２の存在により、互いに接触する異種材料間の線膨張係数の差を小さくすることができる。そのため、リード線６と充填材７との線膨張係数の差によって、これらの間に生じる熱応力を低減させることができる。これにより、温度センサ１の耐久性を向上させることができる。

（ハウジング２）
図１及び図４に示すように、ハウジング２は、一対のリード線６及びコネクタ３のターミナル３２を配置するための配置穴２１と、温度センサ１を配管に取り付けるための外周ネジ２２と、コネクタ３を連結するための連結部２３とを有する。配置穴２１には、コネクタ３のターミナル３２の一部が６挿入され、連結部２３には、コネクタ３のコネクタ本体３１が連結される。一対のリード線６は、その先端部６１１が充填材７を介してカバー４に固定され、その基端部６２１がコネクタ３のターミナル３２を介してハウジング２に固定される。

（コネクタ３）
図１に示すように、コネクタ３は、絶縁性の樹脂等からなるコネクタ本体３１と、コネクタ本体３１の内部に配置されたターミナル（端子）３２とを有する。ターミナル３２の先端部３２１は、リード線６の基端部６２１が接続されるよう、コネクタ本体３１から突出している。ターミナル３２の基端部３２２は、コネクタ本体３１の内部に配置されている。ターミナル３２の基端部３２２は、温度センサ１の動作を制御する制御装置１０に接続される。ターミナル３２は、導通性の金属材料によって構成されている。
一対のリード線６の基端部は、抵抗溶接等を行ってターミナル３２の先端部に接合されている。

（カバー４）
図１に示すように、カバー４は、有底円筒形状に形成されている。カバー４は、感温素子５が内部に配置され、外径が最も縮小した検知カバー部４１と、ハウジング２の先端部の外周に装着され、外径が最も拡大した装着カバー部４２と、検知カバー部４１と装着カバー部４２との間に形成された中間カバー部４３とを有する。特に、検知カバー部４１は、感温素子５が配置された、温度を測定する際の中心部位であり、より細径化することによって、温度を測定する際の応答性を高めることができる。

（充填材７）
図２に示すように、充填材７には、セラミックス粉末が用いられる。このセラミックス粉末には、ガラス粉末が含まれていてもよい。充填材７は、カバー４の検知カバー部４１内の先端側位置に配置されている。充填材７の使用量は、ガイドチューブ６５の先端部６５１を覆って、検知カバー部４１内の先端側位置の空間Ｋを充填する範囲内で、できるだけ少なくすることができる。充填材７の使用量を少なくすることにより、充填材７の熱容量を減らすことができ、温度センサ１によって温度を測定する際の応答性を高めることができる。

組付後の温度センサ１が加熱されて、充填材７を構成するセラミック粉末が焼結された後には、感温素子５、封止ガラス５１、保護膜５２及びガイドチューブ６５の先端部６５１が、充填材７によってカバー４の検知カバー部４１に固定される。

図２に示すように、カバー４の検知カバー部４１における先端底部４１１の内側面と保護膜５２の先端５２１との間には、クリアランスＣが形成されており、このクリアランスＣには、充填材７が充填されている。一対のリード線６の長さは、カバー４の長さ及びカバー４がハウジング２に取り付けられた位置を考慮して、保護膜５２の先端５２１がカバー４の先端底部４１１の内側面に接触しないように決定される。

カバー４の先端底部４１１の内側面と保護膜５２の先端５２１との間にクリアランスＣが形成されていることにより、一対のリード線６にカバー４から負荷が加わらないようにすることができる。保護膜５２がカバー４の先端底部４１１の内側面に接触すると、一対のリード線６に、この一対のリード線６を撓ませようとする荷重が加わることになる。この場合には、一対のリード線６とターミナル３２との接続部Ｐに不要な応力が作用することになる。カバー４の先端底部４１１の内側面と保護膜５２の先端５２１との接触は、温度センサ１の組付時に生じるおそれがある。

また、カバー４の先端底部４１１の内側面と保護膜５２の先端５２１との間のクリアランスＣに充填材７が配置されていることにより、温度センサ１が、加熱・冷却されて、カバー４が熱収縮する際に、カバー４から一対のリード線６に加わる荷重を緩和することができる。そして、一対のリード線６とターミナル３２との接続部Ｐに作用する応力を緩和することができる。

（空間Ｋ）
図１に示すように、カバー４内における空間Ｋは、検知カバー部４１内の基端側Ｄ２の一部、中間カバー部４３内、及び装着カバー部４２内の先端側Ｄ１の一部に形成されている。この空間Ｋは、温度センサ１の熱容量を減らすために形成されている。そして、温度センサ１が振動する際には、一対のリード線６及びガイドチューブ６５は、空間Ｋ内において振動する。

（製造方法）
次に、本形態の温度センサ１の製造方法を、図５のフローチャートを参照して説明する。
温度センサ１を製造するに当たっては、まず、図６及び図７に示すように、感温素子５及び一対のリード線６の先端部６１１が封止ガラス５１によって覆われた感温素子体１１を準備し、感温素子体１１における各リード線６にそれぞれガイドチューブ６５を装着する（図５のステップＳ１０１）。

次いで、図８に示すように、感温素子体１１における封止ガラス５１の表面を、保護膜５２を形成するための液状の保護膜材料によって覆う（ステップＳ１０２）。このとき、封止ガラス５１、ガイドチューブ６５の先端開口部６５２から突出するリード線６の部分、及びガイドチューブ６５の先端開口部６５２とリード線６との隙間Ｓは、液状の保護膜材料によって覆われる。

次いで、保護膜材料が硬化されて保護膜５２となり、ガイドチューブ６５の先端開口部６５２が閉塞された状態で、ガイドチューブ６５の先端部６５１が保護膜５２によって感温素子体１１に固着される（ステップＳ１０３）。次いで、感温素子体１１における一対のリード線６に折曲げ加工を行い、一対のリード線６に、ガイドチューブ６５が装着された先端側部位６１、基端側部位６２及び傾斜部位６３が形成される（ステップＳ１０４）。

その後、図９に示すように、感温素子体１１における一対のリード線６の基端部６２１を、コネクタ３のターミナル３２に、抵抗溶接等によって接合する（ステップＳ１０５）。こうして、ガイドチューブ６５及び保護膜５２が設けられた感温素子体１１とコネクタ３とが一体化された第１組付体１２が形成される。

一方、図１０に示すように、ハウジング２の先端部の外周にカバー４の装着カバー部４２を装着し、溶接等を行って両者を接合する（ステップＳ１０６）。こうして、ハウジング２とカバー４とが一体化された第２組付体１３が形成される。次いで、図１１に示すように、第２組付体１３におけるカバー４の検知カバー部４１内に、充填材７を形成するための充填材材料を注入する（ステップＳ１０７）。充填材材料は、水等を溶媒とし、セラミックス粉末を含有するものであり、検知カバー部４１内の先端部（底部）に注入される。

次いで、同図に示すように、第２組付体１３におけるハウジング２内及びカバー４内に、第１組付体１２における感温素子体１１を挿入する（ステップＳ１０８）。このとき、充填材材料内に、第１組付体１２における、保護膜５２によって覆われた感温素子５、ガイドチューブ６５の先端開口部６５２から突出する一対のリード線６の一部、及びガイドチューブ６５の先端部６５１が浸漬される（図２参照）。そして、保護膜５２の先端５２１と、カバー４における検知カバー部４１の先端底部４１１の内側面との間には、クリアランスＣが形成され、このクリアランスＣには、充填材材料が充填される。

次いで、第２組付体１３におけるハウジング２の連結部２３に、第１組付体１２におけるコネクタ３を連結し、連結部２３に設けられた突出部２３１を変形させて、コネクタ３にかしめる（ステップＳ１０９）。こうして、第１組付体１２と第２組付体１３とが一体化される。
その後、第２組付体１３におけるカバー４の検知カバー部４１の周辺を加熱する（ステップＳ１１０）。これにより、充填材材料を構成する溶媒が揮発するとともに充填材材料を構成するセラミックス粉末が焼結されて充填材７となり、温度センサ１が製造される。

（作用効果）
本形態の温度センサ１は、振動が頻繁に発生する自動車に搭載されるものであり、ガイドチューブ６５によって、一対のリード線６の共振を抑制するものである。
具体的には、一対のリード線６はガイドチューブ６５によって覆われており、各リード線６とガイドチューブ６５との間には、ガイドチューブ６５内においてリード線６が振動することが可能な隙間Ｓが形成されている。また、感温素子５とガイドチューブ６５の先端部６５１とは、充填材７によってカバー４の検知カバー部４１内の先端位置に固着されている。そして、カバー４内における、充填材７が充填された位置の基端側Ｄ２には空間Ｋが形成されている。

これらの構成により、一対のリード線６及びガイドチューブ６５は、温度センサ１が振動を受ける際には、空間Ｋ内において振動することになる。そして、温度センサ１に加わる振動の周波数が、一対のリード線６の固有振動数に重なったときに、一対のリード線６が共振を起こす場合であっても、以下の理由によって、一対のリード線６の共振を抑えることができる。

一対のリード線６は、導通性の導体として形成されており、ガイドチューブ６５は、絶縁性のチューブとして形成されている。そして、両者の質量及び剛性は異なっており、両者の固有振動数も異なる。一対のリード線６及びガイドチューブ６５に振動が加わる際に、この振動の周波数が一対のリード線６の固有振動数に重なったとき、一対のリード線６は共振現象によって大きく振れようとする。このとき、一対のリード線６とガイドチューブ６５との間に隙間Ｓが形成されていることにより、ガイドチューブ６５は、一対のリード線６と共に揺れない。また、一対のリード線６が共振する際には、ガイドチューブ６５が共振しない。

これにより、一対のリード線６の共振による揺れを、ガイドチューブ６５によって抑えることができる。つまり、一対のリード線６の共振による揺れは、ガイドチューブ６５内における揺れに制限される。そのため、ガイドチューブ６５の存在によって、一対のリード線６の共振が抑制され、一対のリード線６が揺れる際に、一対のリード線６とコネクタ３のターミナル３２との接続部Ｐに加わる応力を低減させることができる。その結果、温度センサ１の、振動に対する耐久性を向上させることができる。

図１２には、リード線６にガイドチューブ６５が装着され、感温素子５が充填材７によって固着された本形態の温度センサ１において、リード線６が共振する状態を模式的に示す。また、図１３には、リード線６にガイドチューブ６５が装着されていない一方、感温素子５が充填材７によって固着された、第１の比較形態としての温度センサ９Ａにおいて、リード線６が共振する状態を模式的に示す。また、図１４には、リード線６にガイドチューブ６５が装着された一方、感温素子５が充填材７によって固着されていない、第２の比較形態としての温度センサ９Ｂにおいて、リード線６が共振する状態を模式的に示す。各図において、リード線６の揺れを二点鎖線Ｎによって示す。

図１３に示すように、ガイドチューブ６５が存在しない場合には、リード線６は、空間Ｋ内において何ら制約を受けずに共振することになり、リード線６とターミナル３２との接続部Ｐに発生するストレスは大きくなる。また、図１４に示すように、リード線６にガイドチューブ６５が装着されていたとしても、カバー４内に充填材７がなく、感温素子５が宙に浮いた状態にある場合には、リード線６及びガイドチューブ６５がともに大きく振動する。この場合には、リード線６とターミナル３２との接続部Ｐに発生するストレスが大きくなる。

一方、図１２に示すように、ガイドチューブ６５及び充填材７が存在する場合には、リード線６が共振するときには、リード線６がガイドチューブ６５の挿通穴６５０の内周面に衝突する。これにより、リード線６の共振による振幅が小さく抑えられ、リード線６とターミナル３２との接続部Ｐに発生するストレスは小さくなる。

図１５には、温度センサ１に加わる振動の周波数（Ｈｚ）と、リード線６に生じる共振重力加速度（ｍ／ｓ²）との関係を示す。共振重力加速度は、リード線６における、最大振幅が発生する部位の重力加速度を示す。試験品は、一対のリード線６にガイドチューブ６５が装着されるとともにカバー４内に充填された充填材７によって感温素子５が固着された場合を示す。比較品１は、ガイドチューブ６５がある一方、充填材７がない場合を示す。比較品２は、ガイドチューブ６５がない一方、充填材７がある場合を示す。比較品３は、ガイドチューブ６５及び充填材７がない場合を示す。ガイドチューブ６５及び充填材７の構成は、本形態に示した構成とした。

同図に示すように、ガイドチューブ６５及び充填材７がない比較品３の場合には、共振重力加速度のピーク値が、試験品及び比較品１〜３の全体の中で最大になった。また、ガイドチューブ６５がない一方、充填材７がある比較品２の場合には、比較品３に比べて、共振重力加速度のピーク値が若干小さくなるとともに、共振重力加速度のピーク値がある周波数が若干低周波数側に変わった。

また、ガイドチューブ６５がある一方、充填材７がない比較品１の場合には、比較品２，３に比べて、共振重力加速度のピーク値が小さくなるとともに、共振重力加速度のピーク値がある周波数が高周波数側に変わった。そして、ガイドチューブ６５の存在により、共振が起こる周波数が高くなり、共振の振幅が小さくなることが分かった。また、比較品１の場合には、リード線６とガイドチューブ６５とがともに共振することにより、リード線６の固有振動数とガイドチューブ６５の固有振動数との中間の周波数の位置に、共振重力加速度のピーク値が観察されたと考えられる。

一方、ガイドチューブ６５及び充填材７がある試験品の場合には、共振重力加速度のピーク値が小さくなるとともに、共振重力加速度のピーク値がある周波数が低周波数側と高周波数側とに分かれた。試験品において、低周波数側に生じた共振重力加速度のピーク値は、リード線６の固有振動数に基づくものであり、高周波数側に生じた共振重力加速度のピーク値は、ガイドチューブ６５の固有振動数に基づくものである。このような共振重力加速度が観察された理由は、リード線６の共振がガイドチューブ６５によって抑制され、ガイドチューブ６５の共振がリード線６によって抑制されたためであると考えられる。

このような試験品による共振重力加速度の波形より、リード線６にガイドチューブ６５が装着され、感温素子５が充填材７によってカバー４に固着されることにより、共振による振幅を小さく抑えられることが確認された。

また、カバー４内における、充填材７が充填された位置の基端側Ｄ２には空間Ｋが形成されていることにより、温度センサ１のカバー４内の熱容量を小さく抑えることができる。熱容量とは、物体の温度を所定の温度上昇させるために必要な熱エネルギー量のことをいう。そして、熱容量が小さい物体ほど、加熱及び冷却が迅速に行われ、温度変化に対する追従性が良くなる。こうして、温度センサ１のカバー４内の熱容量が小さくなることにより、温度センサ１によって温度を測定する際の応答性を高く維持することができる。

それ故、本形態の温度センサ１によれば、応答性を高く維持して、振動に対する耐久性を向上させることができる。

＜実施形態２＞
本形態においては、図１６に示すように、感温素子５の封止ガラス５１が保護膜５２によって覆われていない場合を示す。
実施形態１における保護膜５２は、その線膨張係数の値が、リード線６の線膨張係数と充填材７の線膨張係数との間にあることを利用して、リード線６及び充填材７の周辺に生じる熱応力を緩和した。ただし、リード線６を構成する材料と充填材７を構成する材料との線膨張係数の差によって、これらの間に生じる熱応力を許容できる場合には、保護膜５２は設けないこともできる。

本形態においては、ガイドチューブ６５の先端開口部６５２からガイドチューブ６５内に充填材７が入らないようにするために、ガイドチューブ６５の先端開口部６５２を、封止材、接着剤等によって閉じておくことができる。また、リード線６とガイドチューブ６５との隙間Ｓの大きさ、充填材７の粘性等によっては、先端開口部６５２から隙間Ｓへ充填材７が入りにくい場合もある。この場合には、先端開口部６５２を意図的に閉じる工夫は不要となる。

また、本形態においては、カバー４内に充填された充填材７は、感温素子５における封止ガラス５１と、ガイドチューブ６５の先端開口部６５２から突出するリード線６の部分と、ガイドチューブ６５の先端部６５１とを覆うことになる。また、封止ガラス５１と、カバー４の検知カバー部４１における先端底部４１１の内側面との間にクリアランスＣが形成され、このクリアランスＣが充填材７によって充填される。

本形態の温度センサ１におけるその他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。

＜実施形態３＞
本形態は、感温部を、感温素子５とする代わりに、図１７に示すように、一対の接点間の温度差によって生じる熱起電力を利用する熱電対５０の測温接点５Ａとした場合について示す。
熱電対５０においては、一対の接点として、測定対象の温度を測定するための測温接点５Ａと、温度を測定する際の基準を形成する冷接点とが形成される。一対のリード線６は、材質が互いに異なる２種類の金属線を用いて構成される。また、測温接点５Ａは、２種類のリード線６の先端が互いに接合された接合部として形成される。

また、本形態においては、測温接点５Ａ、ガイドチューブ６５の先端開口部６５２から突出するリード線６の部分、及びガイドチューブ６５の先端開口部６５２とリード線６との隙間Ｓは、保護膜５２によって覆われている。また、充填材７は、保護膜５２及びガイドチューブ６５の先端部６５１に接触している。

感温部が熱電対の測温接点５Ａである場合にも、感温部が感温素子５である場合と同様の作用効果を得ることができる。また、本形態の温度センサ１におけるその他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。

＜実施形態４＞
本形態においては、リード線６とターミナル３２との接続部Ｐに採用される種々の構成を示す。接続部Ｐの代表的な構造は、実施形態１の図４、図１２に示した。
一対のリード線６に共振現象が発生するときに、最も損傷を受けやすいのは、リード線６がターミナル３２に接続された接続部Ｐである。従って、リード線６とターミナル３２との接続の仕方に工夫をして、接続部Ｐに生じる損傷を最小限にすることが好ましい。

（金属材料接合）
リード線６とターミナル３２とは、それらの母材同士を接合する金属材料接合、又はそれらの母材以外の金属材料を用いて接合する金属材料接合によって接合し、接続部Ｐは、接合部として形成することができる。また、リード線６とターミナル３２との金属材料接合は、溶融接合、液相−固相接合又は固相−固相接合とすることができる。

溶融接合には、レーザー光によって母材同士を溶融させて接合するレーザー溶接、互いに密着させた母材間に電流を流し、接触面に生じる電気抵抗を利用して接合する抵抗溶接、アーク放電によって母材同士又は溶加材を溶融させて接合するアーク溶接、燃焼時に発生する熱を利用して母材同士を接合するガス溶接等がある。

液相−固相接合には、接着剤としてのろう材を用いて接合するろう付け、溶融したインサート金属を介し、接合面に生じる原子の拡散を利用して接合する液相拡散接合、母材間の界面反応によって接合する反応接合等がある。

固相−固相接合には、母材同士の接合面に生じる原子の拡散を利用して接合する拡散接合、固形のインサート金属を介し、接合面に生じる原子の拡散を利用して接合する固相拡散接合、母材間に超音波振動を与えて接合する超音波接合等がある。

金属材料接合を行うことにより、母材を必要以上に潰すことが不要になり、リード線６の母材強度を確保することができる。ここで、リード線６の母材強度とは、リード線６自体の強度のことをいう。リード線６の母材強度は、リード線６の潰れ量が大きい場合、材質劣化がある場合等に低下する。母材強度が低下すると、リード線６に亀裂等が生じるおそれがある。

（機械的締結）
また、リード線６とターミナル３２とは、それらの材料同士を互いに締結する機械的締結、又はそれらの材料以外の金属材料を用いて互いに締結する機械的締結によって接続することもできる。リード線６とターミナル３２との機械的締結は、材料の少なくとも一方を変形させて互いにかしめる冷かしめ、リベットを用いて互いに締結するリベット接合、ネジを用いて互いに締結するネジ接合等がある。

冷かしめは、例えば、ターミナル３２に貫通孔を形成し、この貫通孔にリード線６の端部を挿通させて、リード線６とターミナル３２を締結する態様とすることができる。また、リベット又はネジを用いてリード線６とターミナル３２とを締結する場合には、リード線６の端部を潰して扁平させ、この扁平した端部とターミナル３２とを締結することができる。

金属材料接合を行う場合には、母材が局所的に加熱されたことにより、母材に局所的な材質劣化が生じる。この材質劣化の影響をなくすためには、金属材料接合を行う代わりに機械的締結を行うことができる。また、金属材料接合ができない場合にも、機械的締結を行うことができる。

機械的締結を行うことにより、リード線６とターミナル３２との接合強度を確保することができる。ここで、接合強度とは、リード線６とターミナル３２とが接合されている強度のことをいう。接合強度は、材料的な相性の悪さ、接合力が小さいこと等に起因して低下する。接合強度が低下すると、リード線６とターミナル３２との間に剥離が生じるおそれがある。

（金属材料接合と機械的締結との併用）
また、リード線６とターミナル３２とは、前述した金属材料接合と前述した機械的締結とを併用して接続することもできる。
金属材料接合又は機械的締結の一方のみによっては、リード線６とターミナル３２との必要な接合強度を確保できない場合には、金属材料接合及び機械的締結を併用することができる。

この場合には、母材強度に低下が生じたとしても、金属材料接合と機械的締結とを組み合わせることによって、リード線６とターミナル３２との接合強度を確保することができる。特に、温度センサ１が、振動がより多く発生する環境下で用いられる場合には、金属材料接合と機械的締結とを併用することができる。

また、熱かしめとしてのヒュージングは、金属材料接合及び機械的締結を併用する場合として分類することができる。ヒュージングは、リード線６とターミナル３２とに電流を流し、これらの端部に加圧力を加えてこれらの端部を変形させて、これらを互いに接合するものである。ヒュージングは、固相−固相接合に分類してもよいが、リード線６及びターミナル３２の少なくとも一方の接合面に形成された凹凸が相手側の表面に食い込んだり、挟み込まれたりすることによる機械的な結合力も得られるため、金属材料接合及び機械的締結を併用する場合として分類した。リード線６とターミナル３２とをヒュージングによって接合することにより、接合強度を十分に確保することができる。

本形態の温度センサ１におけるその他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。

本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。

１ 温度センサ
２ ハウジング
３ コネクタ
３２ ターミナル
４ カバー
５ 感温素子（感温部）
５Ａ 測温接点（感温部）
６ リード線
６５ ガイドチューブ
７ 充填材
Ｓ 隙間
Ｋ 空間

Claims (11)

1. ハウジング（２）と、
   前記ハウジング内に配置されたコネクタ（３）と、
   前記ハウジングに取り付けられたカバー（４）と、
   前記カバー内の先端位置に配置され、温度の測定を行うための感温部（５）と、
   前記感温部と前記コネクタにおけるターミナル（３２）とに接続された、導通性の一対のリード線（６）と、
   前記リード線の外径よりも大きな内径に形成され、前記リード線との間に隙間（Ｓ）を形成して前記リード線を覆う、絶縁性のガイドチューブ（６５）と、
   前記感温素子、及び前記ガイドチューブの先端部（６５１）に間接的に又は直接接触して、前記カバー内の先端位置に充填された充填材（７）と、
   前記カバー内における、前記充填材が充填された位置の基端側（Ｄ２）に形成された空間（Ｋ）と、を備える温度センサ。
2. 前記感温部、及び一対の前記リード線の先端部（６１１）は、封止ガラス（５１）によって覆われており、
   前記封止ガラス、前記ガイドチューブの先端開口部（６５２）から突出する前記リード線の部分、及び前記ガイドチューブの先端開口部と前記リード線との隙間は、保護膜（５２）によって覆われており、
   前記保護膜の線膨張係数は、前記リード線の線膨張係数よりも小さく、かつ前記充填材の線膨張係数よりも大きく、
   前記充填材は、前記保護膜及び前記ガイドチューブの先端部に接触している、請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記感温部、前記ガイドチューブの先端開口部（６５２）から突出する前記リード線の部分、及び前記ガイドチューブの先端開口部と前記リード線との隙間は、保護膜（５２）によって覆われており、
   前記保護膜の線膨張係数は、前記リード線の線膨張係数よりも小さく、かつ前記充填材の線膨張係数よりも大きく、
   前記充填材は、前記保護膜及び前記ガイドチューブの先端部に接触している、請求項１に記載の温度センサ。
4. 前記カバーの先端底部（４１１）の内側面と前記感温部との間には、クリアランス（Ｃ）が形成されており、
   前記充填材は、前記クリアランスにも充填されている、請求項１に記載の温度センサ。
5. 前記カバーの先端底部（４１１）の内側面と前記保護膜との間には、クリアランス（Ｃ）が形成されており、
   前記充填材は、前記クリアランスにも充填されている、請求項２又は３に記載の温度センサ。
6. 一対の前記リード線における、少なくとも前記カバー内に配置された先端側部位（６１）同士の配置間隔に比べて、一対の前記リード線における、前記ハウジング内に配置された基端側部位（６２）同士の配置間隔は大きく、
   前記ガイドチューブは、少なくとも一対の前記リード線における前記先端側部位を覆っている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の温度センサ。
7. 前記感温部は、温度によって電気抵抗値が変化する感温素子としてのサーミスタ素子又は測温抵抗素子である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の温度センサ。
8. 前記感温部は、一対の接点間の温度差によって生じる熱起電力を利用する熱電対の測温接点である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の温度センサ。
9. 一対の前記リード線と前記コネクタにおけるターミナルとは、それらの母材同士を接合する金属材料接合、又はそれらの母材以外の金属材料を用いて互いに接合する金属材料接合によって接合されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の温度センサ。
10. 一対の前記リード線と前記コネクタにおけるターミナルとは、それらの材料同士を互いに締結する機械的締結、又はそれらの材料以外の金属材料を用いて互いに締結する機械的締結によって接続されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の温度センサ。
11. 一対の前記リード線と前記コネクタにおけるターミナルとは、
    それらの母材同士を接合する金属材料接合、又はそれらの母材以外の金属材料を用いて接合する金属材料接合と、
    それらの材料同士を互いに締結する機械的締結、又はそれらの材料以外の金属材料を用いて互いに締結する機械的締結と、を併用して接続されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の温度センサ。

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