(57)【要約】      （修正有）【課題】温度センサの熱電対素線の断線を抑制する。【解決手段】温度センサ１は、第１熱電対素線２と第２熱電対素線３とシース４と測温接点１０とを備える。第２熱電対素線３は、第１熱電対素線２とは異なる材料で形成されている。シース４は、筒状に形成され、第１熱電対素線２と第２熱電対素線３とが互いに絶縁された状態で両熱電対素線２，３を内部に保持する。測温接点１０は、第１熱電対素線２においてシース４から突出している部分の先端側ＦＥの端部と、第２熱電対素線３においてシース４から突出している部分の先端側ＦＥの端部とが接合されることにより形成されている。温度センサ１では、第１熱電対素線２及び第２熱電対素線３においてシース４から突出している部分の表面に、それぞれ第１酸化膜層及び第２酸化膜層が形成されている。【選択図】図１
2019027994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１熱電対素線と、
前記第１熱電対素線とは異なる材料で形成された第２熱電対素線と、
筒状に形成され、前記第１熱電対素線と前記第２熱電対素線とが互いに絶縁された状態で、前記第１熱電対素線と前記第２熱電対素線とを自身の内部に充填された絶縁材を介して保持するシースと、
前記第１熱電対素線において前記シースから突出している部分の一端部と、前記第２熱電対素線において前記シースから突出している部分の一端部とが接合されることにより形成された測温接点と、
を備え、
前記第１熱電対素線及び前記第２熱電対素線において前記シースから突出している部分の表面に、酸化膜層が形成されている温度センサ。
【請求項２】
前記測温接点の表面にも、前記酸化膜層が形成されている請求項１に記載の温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一対の熱電対素線の端部が接合されて形成された測温接点を備える温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、一対の熱電対素線と、一対の熱電対素線の各々の先端を互いに接合して形成された測温接点とを備える温度センサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−５９８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、熱電対素線は、例えばＮｉやＳｉ等を含む合金から構成されているので、この熱電対素線を用いた温度センサを、例えば大気中の高温環境下で使用し続けると、周囲環境の酸素が熱電対素線の内部に侵入して、熱電対素線の内部の組織において粒界破壊が発生することがあった。そのため、場合によっては、熱電対素線に断線が発生することがあった。
【０００５】
本開示は、温度センサの熱電対素線の断線を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、第１熱電対素線と、第２熱電対素線と、シースと、測温接点とを備える温度センサである。
第２熱電対素線は、第１熱電対素線とは異なる材料で形成されている。シースは、筒状に形成され、第１熱電対素線と第２熱電対素線とが互いに絶縁された状態で、第１熱電対素線と第２熱電対素線とを自身の内部に充填された絶縁材を介して保持する。測温接点は、第１熱電対素線においてシースから突出している部分の一端部と、第２熱電対素線においてシースから突出している部分の一端部とが接合されることにより形成されている。
【０００７】
そして、本開示の温度センサでは、第１熱電対素線及び第２熱電対素線においてシースから突出している部分の表面に、酸化膜層が形成されている。
このように構成された本開示の温度センサでは、第１熱電対素線及び第２熱電対素線においてシースから突出している部分の表面に、温度センサを使用する前に予め酸化膜層が形成されているため、温度センサを例えば大気中の高温環境下で使用し続けた場合でも、周囲の酸素が第１熱電対素線や第２熱電対素線の内部に侵入しにくい。
【０００８】
そのため、第１熱電対素線や第２熱電対素線の内部で、酸素の侵入による粒界破壊が発生することを抑制できるので、第１熱電対素線や第２熱電対素線の断線を抑制することができる。
なお、測温接点の表面にも、前記酸化膜層が形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】温度センサ１の構造を示す部分破断断面図である。
【図２】温度センサ１の先端側の構造を拡大して模式的に示す部分破断断面図である。
【図３】温度センサ１の製造工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本開示の温度センサの実施形態を図面とともに説明する。
［１．実施形態］
本実施形態の温度センサは、例えば、流通管（本実施形態では、車両の内燃機関の排気管）に取り付けられて、流通管内に流れる測定対象ガス（本実施形態では、排気ガス）の温度を検出するものである。
［１−１．構成］
まず、本実施形態の温度センサの構成を説明する。
【００１１】
図１に示すように、温度センサ１は、第１熱電対素線２と、第２熱電対素線３と、シース４と、金属チューブ５と、取付部材６と、外筒７と、ナット部材８とを備えている。以下、温度センサ１の軸線ＡＸに沿った方向を軸線方向ＤＡといい、図１における温度センサ１の下端側を先端側ＦＥ、温度センサ１の上端側を後端側ＢＥという。
【００１２】
第１熱電対素線２及び第２熱電対素線３は、互いに異なる金属で形成されている。詳しくは、＋極（即ち＋脚）を構成する第１熱電対素線２は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｉを主成分とする合金（いわゆるナイクロシル）で形成されている。一方、−極（即ち−脚）を構成する第２熱電対素線３は、Ｎｉ、Ｓｉを主成分とする合金（いわゆるナイシル）で形成されている。
【００１３】
また、第１熱電対素線２における先端側ＦＥの端部と、第２熱電対素線３における先端側ＦＥの端部とが接合され、測温接点１０が形成されている。
そして、図２に示すように、シース４の先端から突出している部分において、第１熱電対素線２および測温接点１０の表面には、全面にわたって、Ｎｉ、ＣｒおよびＳｉを含有する第１酸化膜層２ａが形成されている。また、同様にシース４の先端から突出している部分において、第２熱電対素線３の表面には、全面にわたって、ＮｉおよびＳｉを含有する第２酸化膜層３ａが形成されている。
【００１４】
なお、図２では、Ａ部及びＢ部における軸線方向ＤＡに沿った断面を拡大して、Ａ’部及びＢ’部に示している。
図１に戻り、シース４は、筒状に形成された金属製（例えば、ＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス合金）の部材である。シース４は、その内部に両熱電対素線２，３が挿入され、両熱電対素線２，３の軸線方向ＤＡにおける両端部以外の部分で両熱電対素線２，３の周囲を覆う。シース４と両熱電対素線２，３との間には、図示しない絶縁粉末（即ち電気絶縁性を有する絶縁材）が充填される。これにより、シース４は、両熱電対素線２，３と電気的に絶縁された状態で、内部に両熱電対素線２，３を保持する。
【００１５】
金属チューブ５は、耐腐食性金属（例えば、ＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス合金）を材料として、先端側ＦＥの端部に底部を有するとともに後端側ＢＥの端部に開口部を有して軸線方向ＤＡに延びる有底筒状に形成された部材である。
【００１６】
金属チューブ５は、縮径部２１と、小径部２２と、大径部２３と、段差部２４とを備える。縮径部２１は、後端側ＢＥから先端側ＦＥに向かうにつれて縮径する形状に形成され、先端側ＦＥの端部で閉塞されている。小径部２２は、縮径部２１よりも後端側ＢＥで軸線方向ＤＡに延びて一定の外径を有する筒状に形成された部位である。大径部２３は、小径部２２よりも後端側ＢＥで軸線方向ＤＡに延びる筒状に形成された部位である。大径部２３は、その外径が小径部２２の外径よりも大きくなるように形成されている。
【００１７】
段差部２４は、小径部２２と大径部２３との間に配置され、小径部２２と大径部２３とを接続するようにして軸線方向ＤＡに延びる筒状に形成された部位である。段差部２４は、その外径が先端側ＦＥの端部および後端側ＢＥの端部でそれぞれ小径部２２および大径部２３の外径とほぼ同じになるように形成されている。そして段差部２４は、後端側ＢＥから先端側ＦＥへ向うにつれて外径が徐々に小さくなるように形成されている。
【００１８】
金属チューブ５は、小径部２２の内部に測温接点１０を収容するとともに、大径部２３の内部にシース４の一部分を収容する。
取付部材６は、金属チューブ５の後端側ＢＥの外周面を取り囲んで金属チューブ５を支持する部材であり、突出部３１と、後端側鞘部３２を備える。
【００１９】
突出部３１は、金属チューブ５の後端側ＢＥの外周面から金属チューブ５の径方向外側に向かって突出するように形成された部位である。後端側鞘部３２は、突出部３１の後端側ＢＥの端部から軸線方向ＤＡに延びる筒状に形成された部位である。突出部３１および後端側鞘部３２の内部に金属チューブ５の後端側ＢＥの端部が挿入された後に、後端側鞘部３２と金属チューブ５とがレーザ溶接されることにより、取付部材６と金属チューブ５とが互いに結合される。
【００２０】
外筒７は、その外径が金属チューブ５の外径よりも大きくなるように筒状に形成された金属製の部材である。外筒７は、その先端側ＦＥの端部において後端側鞘部３２を内部に挿入した状態でレーザ溶接されることにより、取付部材６に結合される。
【００２１】
ナット部材８は、外筒７の先端側ＦＥの端部を内部に挿入した状態で軸線方向ＤＡに平行な軸を中心に回転可能に設置されている。ナット部材８は、六角ナット部４１とネジ部４２を備える。
【００２２】
六角ナット部４１は、外筒７の外周から径方向に沿って外側へ延びて外周が六角形の板状に形成された部位である。六角ナット部４１は、温度センサ１を排気管に取り付けるときにレンチ等の取付工具を嵌合させるための部位である。ネジ部４２は、六角ナット部４１の先端側ＦＥの端部から温度センサ１の先端側ＦＥへ向けて軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成された部位であり、その外周に雄ネジが形成されている。
【００２３】
なお、排気管の外周から突出するように設けられた図示しないボスのネジ穴に金属チューブ５を挿入して、ネジ部４２の雄ネジをボスのネジ穴の内周壁に形成された雌ネジに螺合することで、温度センサ１が排気管に取り付けられる。
【００２４】
両熱電対素線２，３は、それぞれ補償導線５１、５２に直接に接合されている。なお、補償導線５１、５２は、それぞれ電気絶縁材６１、６２により被覆されている。また、各熱電対素線２，３と各補償導線５１、５２との接合部分の周囲は、それぞれ絶縁チューブ５５，５６で覆われている。補償導線５１、５２は、外部回路を介して、車両の電子制御装置に接続される。外筒７の後端側ＢＥの開口部は、耐熱ゴム製のグロメット６５により閉塞されており、補償導線５１、５２は、このグロメット６５を貫いて配置されている。
［１−２．製造方法］
次に、温度センサ１の製造方法を説明する。
【００２５】
図３に示すように、まず、Ｓ１０にて、シース４の内部に、両熱電対素線２，３と絶縁粉末とを配置した状態で、シース４を径方向内側に向かって圧縮する。これにより、シース４は、両熱電対素線２，３と電気的に絶縁された状態で、内部に両熱電対素線２，３を保持する。
【００２６】
そして、Ｓ２０にて、シース４における先端側ＦＥおよび後端側ＢＥの端部を切り出し、その部分の絶縁粉末を除去する。これにより、両熱電対素線２，３は、シース４における先端側ＦＥおよび後端側ＢＥから突出した状態となる。
【００２７】
さらに、Ｓ３０にて、第１熱電対素線２における先端側ＦＥの端部と、第２熱電対素線３における先端側ＦＥの端部とを接触させた状態で配置し、この接触部分を例えばレーザ溶接により接合する。これにより、測温接点１０が形成される。
【００２８】
次に、Ｓ４０にて、両熱電対素線２，３を保持している状態のシース４に対してアニール処理を行う。具体的には、大気中において１１２５℃で２時間加熱する。これにより、第１熱電対素線２の表面に、Ｎｉ、ＣｒおよびＳｉを含有する第１酸化膜層２ａが形成される。また、第２熱電対素線３の表面に、ＮｉおよびＳｉを含有する第２酸化膜層３ａが形成される。さらに、測温接点１０の表面にも、Ｎｉ、ＣｒおよびＳｉを含有する第１酸化膜層２ａが形成される。なお、両酸化膜層２ａ、３ｂは、連続して一体の層を形成している。
【００２９】
なお、測温接点１０は、第１熱電対素線２と第２熱電対素線３とが接合されて一体となっている部分であるので、その表面に形成される第２酸化膜層３ａの成分は、測温接点１０の成分に対応したもの（即ち当該成分を含むもの）となる。
【００３０】
また、Ｓ５０にて、取付部材６の内部に金属チューブ５を圧入して取付部材６を金属チューブ５の後端側ＢＥに配置した後に、金属チューブ５と取付部材６との接触部分を、例えばレーザ溶接により接合する。これにより、金属チューブ５と取付部材６とが一体化される。
【００３１】
そして、Ｓ６０にて、取付部材６が溶接された金属チューブ５における先端側ＦＥの端部の中にノズルを挿入し、スラリー状のセメントを注入する。
次に、Ｓ７０にて、両熱電対素線２，３を保持している状態のシース４を、セメントが注入された金属チューブ５の内部に挿入する。
【００３２】
そして、Ｓ８０にて、シース４を金属チューブ５の内部に挿入した状態で、金属チューブ５に対して径方向外側から金型を押し当てる長穴加締を行う。この長穴加締により、金属チューブ５とシース４とが位置決め固定される。
【００３３】
さらに、Ｓ９０にて、内部にシース４が固定されている状態の金属チューブ５に対して遠心脱泡処理を行う。具体的には、金属チューブ５に対して、後端側ＢＥから先端側ＦＥに向かって遠心力が作用するように金属チューブ５を回転させる。これにより、スラリー状のセメント中の固体成分が金属チューブ５の先端側ＦＥへ移動し、金属チューブ５の先端側ＦＥにセメントの固体成分が十分に充填される。一方、セメント中の水分および気泡は、金属チューブ５の後端側ＢＥへ移動し、セメントから排出される。
【００３４】
その後、Ｓ１００にて、内部にシース４が固定されている状態の金属チューブ５に対して熱処理を行うことにより、金属チューブ５の内部に充填されているセメントを乾燥し、セメントを硬化させる。
【００３５】
次に、Ｓ１１０にて、絶縁チューブ５５，５６内にそれぞれ補償導線５１、５２を挿入して、補償導線５１，５２の先端部分を突出させる。
【００３６】
さらに、Ｓ１２０にて、グロメット６５の貫通孔内に補償導線５１、５２を挿入する。
次に、Ｓ１３０にて、例えばレーザ溶接によって、両熱電対素線２，３における後端側ＢＥの端部を、それぞれ補償導線５１、５２の先端部分に接合する。
そして、Ｓ１４０にて、絶縁チューブ５５，５６とグロメット６５とを図１に示すように外筒７の内部に収容した状態で、外筒７の先端側ＦＥの開口部内に後端側鞘部３２が挿入されるように外筒７を圧入する。
【００３７】
その後、Ｓ１５０にて、外筒７と後端側鞘部３２との接触部分を、例えばレーザ溶接により接合する。これにより、金属チューブ５と外筒７とが一体化される。
そして、Ｓ１６０にて、外筒７においてグロメット６５が配置されている箇所を外筒７の外側から内側向きに加締めることより、グロメット６５が外筒７内に固定される。
【００３８】
さらに、Ｓ１７０にて、ナット部材８を外筒７に取り付ける。これにより、温度センサ１が得られる。
［１−３．効果］
このように構成された温度センサ１は、第１熱電対素線２と、第２熱電対素線３と、シース４と、測温接点１０とを備える。
【００３９】
第１熱電対素線２は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｉを主成分とする合金（いわゆるナイクロシル）で形成されている。一方、第２熱電対素線３は、第１熱電対素線２とは異なる材料、即ち、Ｎｉ、Ｓｉを主成分とする合金（いわゆるナイシル）で形成されている。
【００４０】
そして、この温度センサ１では、第１熱電対素線２および第２熱電対素線３においてシース４から突出している部分の表面と測温接点１０の表面とに、第１酸化膜層２ａや第２酸化膜層３ａが形成されている。
【００４１】
このように、本実施形態の温度センサ１では、温度センサ１を使用する前に予め、第１熱電対素線２および測温接点１０の表面に第１酸化膜層２ａが形成されているとともに、第２熱電対素線３の表面に第２酸化膜層３ａが形成されているため、温度センサ１を例えば酸素を含む高温環境下で使用し続けた場合でも、周囲の酸素が第１熱電対素線２や第２熱電対素線３（更には測温接点１０）の内部に侵入しにくい。
【００４２】
そのため、酸素の侵入によって第１熱電対素線２や第２熱電対素線３の内部で粒界破壊が発生することを抑制できるので、第１熱電対素線２や第２熱電対素線３の断線を抑制することができる。
【００４３】
なお、以上説明した実施形態において、第１熱電対素線２は第１熱電対素線に相当し、第２熱電対素線３は第２熱電対素線に相当する。
［２．他の実施形態］
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
【００４４】
（１）例えば酸化膜層は、シースより突出している第１熱電対素線や第２熱電対素線や測温接点の表面を、できる限り多く覆っていることが望ましい（例えば完全に覆っていることが好ましい）が、各部位の一部を覆っている場合でも、覆っている部位では効果がある。例えば第１熱電対素線のみを酸化膜層で覆っている場合には、第１熱電対素線の断線を抑制する効果がある。
【００４５】
（２）また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【００４６】
１…温度センサ、２…第１熱電対素線、３…第２熱電対素線、４…シース、１０…測温接点
【図１】
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【図２】
2019027994.tif 000004
【図３】
2019027994.tif 000005