(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が閉じられ、軸線方向に延びる金属製のチューブと、
前記チューブ内の先端側に配置され、温度によって電気的特性が変化する感温部に電気的に接続された断面形状が円形の引出線を有する温度センサ素子と、
軸線方向に延び前記引出線と溶接された断面形状が円形で前記引出線より大径の中継線と、
前記チューブ内において前記温度センサ素子の後方に配置され、少なくとも前記中継線を通すための軸線方向に沿った透孔を有する碍子管と
を具備した温度センサであって、
前記引出線と前記中継線との溶接部が前記碍子管の内部に位置するとともに、
前記中継線は、前記引出線との溶接部に平面部を有し、当該平面部は、前記中継線を中心軸線を含む断面で見たときに、前記中継線の前記平面部が形成される側の面が、反対側の面より前記中心軸線に近付くように、かつ、前記平面部と前記反対側の面との間の最大厚さが、前記中継線の線径より減少するように形成されており、
前記平面部に前記引出線が溶接されている
ことを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
請求項１記載の温度センサであって、
前記引出線と前記中継線が抵抗溶接により溶接されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
請求項２記載の温度センサであって、
前記引出線と前記中継線とは、前記引出線の後端を含むように溶接されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項４】
先端が閉じられ、軸線方向に延びる金属製のチューブと、
前記チューブ内の先端側に配置され、温度によって電気的特性が変化する感温部に電気的に接続された断面形状が円形の引出線を有する温度センサ素子と、
軸線方向に延び前記引出線と溶接された断面形状が円形で前記引出線より大径の中継線と、
前記チューブ内において前記温度センサ素子の後方に配置され、少なくとも前記中継線を通すための軸線方向に沿った透孔を有する碍子管と
を具備した温度センサの製造方法であって、
前記中継線に、平潰し加工によって平面部を形成する工程であって、当該平面部が、前記中継線を中心軸線を含む断面で見たときに、前記中継線の前記平面部が形成される側の面が、反対側の面より前記中心軸線に近付くように、かつ、前記平面部と前記反対側の面との間の最大厚さが、前記中継線の線径より減少するように形成する工程と、
前記中継線の前記平面部に前記引出線を抵抗溶接する工程と、
前記中継線と前記引出線との溶接部が前記碍子管内に位置するように、前記引出線の後端部と前記中継線の先端部を前記碍子管内に収容する工程と
を具備したことを特徴とする温度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気ガス等の温度を測定するための温度センサ及び温度センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からエンジンの排気ガス等の温度を測定するための温度センサとして、種々の構造のものが提案されている。例えば、金属製で先端が閉じられたチューブ（有底チューブ又はキャップ）内の先端部分に、サーミスタ等のガラス等でコーティングされた温度センサ素子が配置され、この温度センサ素子の引出線と溶接された中継線及びこの中継線の周囲を絶縁するための絶縁部材とが、チューブ内に配設された構造となっている。
【０００３】
このような温度センサでは、チューブ内に配設された温度センサ素子の引出線と中継線との溶接部等とチューブ内面との間には、充填材としてセメント（耐熱性セメント）を注入し、これを乾燥、固化させることで、温度センサ素子の引出線と中継線との溶接部等をチューブ内に固定する構成となっている（例えば、特許文献１）。また、温度センサの構成として、温度センサ素子の引出線と中継線との連結部位を、チューブ内に設置した絶縁管内に配置させた構成が知られている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３２４９３号公報
【特許文献２】特開平７−１４００１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような温度センサにおいては、温度センサ及び引出線等を細径化して応答性の向上を図ることが求められている。一方、引出線等を細径化しても耐久性を低下させることなく、さらに耐久性の向上を図ることが求められている。
【０００６】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、従来に比べて耐久性の向上を図ることのできる温度センサ及び温度センサの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の温度センサの一態様は、先端が閉じられ、軸線方向に延びる金属製のチューブと、前記チューブ内の先端側に配置され、温度によって電気的特性が変化する感温部に電気的に接続された断面形状が円形の引出線を有する温度センサ素子と、軸線方向に延び前記引出線と溶接された断面形状が円形で前記引出線より大径の中継線と、前記チューブ内において前記温度センサ素子の後方に配置され、少なくとも前記中継線を通すための軸線方向に沿った透孔を有する碍子管とを具備した温度センサであって、前記引出線と前記中継線との溶接部が前記碍子管の内部に位置するとともに、前記中継線は、前記引出線との溶接部に平面部を有し、当該平面部は、前記中継線を中心軸線を含む断面で見たときに、前記中継線の前記平面部が形成される側の面が、反対側の面より前記中心軸線に近付くように、かつ、前記平面部と前記反対側の面との間の最大厚さが、前記中継線の線径より減少するように形成されており、前記平面部に前記引出線が溶接されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の温度センサでは、引出線と中継線との溶接部が碍子管の内部に位置する構成となっているので、引出線と中継線との溶接部を碍子管によって周囲から絶縁し保護することができる。また、中継線には、引出線との溶接部に平面部を有し、当該平面部は、平面の部位と反対側の面との間の最大厚さが、中継線の線径より減少するように形成されている。これによって、円形の引出線と円形の中継線とをそのまま溶接する場合に比べて容易にこれらを溶接することができ、レーザ溶接等を用いることなく、抵抗溶接等によって溶接することができる。さらに、平面部の最大厚さが中継線の線径より減少するように形成されているため、溶接部における中継線の線径と平面部の厚さの総和を、平面部を設けずに中継線と引出線とを溶接した場合に比して小さくすることができ、また、引出線と中継線との溶接後にこれらの溶接部を碍子管内に引き込む際に、透孔の径が小さな細い碍子管であっても容易に引き込むことができる。
【０００９】
本発明の温度センサでは、上記のとおり、引出線と中継線の溶接を、抵抗溶接により行うことができる。また、この場合、引出線と中継線とは、引出線の後端を含むように溶接された構成とすることができる。これによって、引出線の後端が、中継線から離間するように跳ね上がること等を防止することができる。
【００１０】
また、本発明の温度センサの製造方法の一態様は、先端が閉じられ、軸線方向に延びる金属製のチューブと、前記チューブ内の先端側に配置され、温度によって電気的特性が変化する感温部に電気的に接続された断面形状が円形の引出線を有する温度センサ素子と、軸線方向に延び前記引出線と溶接された断面形状が円形で前記引出線より大径の中継線と、前記チューブ内において前記温度センサ素子の後方に配置され、少なくとも前記中継線を通すための軸線方向に沿った透孔を有する碍子管とを具備した温度センサの製造方法であって、  前記中継線に、平潰し加工によって平面部を形成する工程であって、当該平面部が、前記中継線を中心軸線を含む断面で見たときに、前記中継線の前記平面部が形成される側の面が、反対側の面より前記中心軸線に近付くように、かつ、前記平面部と前記反対側の面との間の最大厚さが、前記中継線の線径より減少するように形成する工程と、  前記中継線の前記平面部に前記引出線を抵抗溶接する工程と、前記中継線と前記引出線との溶接部が前記碍子管内に位置するように、前記引出線の後端部と前記中継線の先端部を前記碍子管内に収容する工程とを具備したことを特徴とする。
【００１１】
上記構成の本発明の温度センサの製造方法によれば、上述した温度センサを好適に製造することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、従来に比べて耐久性の向上を図ることのできる温度センサ及び温度センサの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の温度センサの縦断面構成を示す図。
【図２】図１の温度センサの要部構成を示す図。
【図３】図１の温度センサの要部構成を示す図。
【図４】変形例の要部構成を示す図。
【図５】本発明の一実施形態の温度センサの製造方法を示す図。
【図６】抵抗溶接部の断面の状態を示す顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る温度センサ１０１の断面概略構成を示すものである。図１に示すように、温度センサ１０１は、先端１２が閉じられ軸線Ｇ方向に延びた金属製（例えば、ＳＵＳ製）のチューブ１１を有しており、このチューブ１１内には、先端１２に、先端が押付けられた状態で配置された温度センサ素子２１が配設されている。チューブ１１内において、温度センサ素子２１の後方（図１中の上方）には、絶縁部材である素子支持体３１が配設され、素子支持体３１の後方には、碍子管（絶縁管）４１が配設されている。
【００１６】
チューブ１１は、先端１２から後端１９に向けて、順次、大径をなす同心異径の薄肉の円筒状に形成されている。先端１２から後方に向かう所定範囲が、最も小径の素子収容部１３となっている。この素子収容部１３に続く後方には素子収容部１３よりも大きな径をなす中径部１８が位置し、この中径部１８の後方には、中径部１８より大径の直管部からなり、内周面にて碍子管４１の先端側部位を微小な隙間嵌め状態で包囲して支持可能に形成された先端側収容部１４を有している。
【００１７】
チューブ１１の先端側収容部１４の後方には、先端側収容部１４より大径の直管部からなり、温度センサ１０１自体を排気マニホールド等の取付け対象部位に取付けるための取付金具６１を同心状に外嵌させる金具取付部１５を有している。さらに、チューブ１１の金具取付部１５の後方には、金具取付部１５より大径の直管部からなり、内部に碍子管４１の後端側部位及びシール部材７１等が配設されるシール部材収容部１７を備えている。
【００１８】
碍子管４１は、アルミナ等の絶縁体からなり、内部に軸線Ｇに沿って貫通する２つの透孔４２を有する外径（横断面）が一定の細長い円筒管である。この碍子管４１の先端４３に、セラミック等の絶縁体からなる素子支持体３１を介して、ガラスでコーティングされた温度センサ素子２１が配設されている。
【００１９】
温度センサ素子２１から後方に延びる２本の引出線２３は、それぞれが素子支持体３１中を通され、碍子管４１の各透孔４２を通されて後方に延びる中継線２５に接続されており、中継線２５の後端は、碍子管４１の後端４５から突出している。引出線２３と中継線２５との接続部である溶接部２５０は、碍子管４１の内部（透孔４２内）に収容された状態となっている。これによって、引出線２３と中継線２５との溶接部２５０を碍子管４１によって周囲から絶縁し保護することができる。
【００２０】
上記のように、チューブ１１の素子収容部１３内に、先端側から温度センサ素子２１、素子支持体３１が位置し、碍子管４１の先端部分が先端側収容部１４内に位置するようにして、それぞれチューブ１１内に同心状に配設されている。碍子管４１の後端４５は、チューブ１１のシール部材収容部１７内の中間部位に位置している。また、絶縁部材である素子支持体３１は、碍子管４１の先端４３より小径で、しかも、温度センサ素子２１の後端２１ｂより大径の円筒状とされている。
【００２１】
図２に示すように、温度センサ素子２１は、感温部としてのサーミスタ焼結体２０と、一対の電極層２２と、一対の引出線２３と、一対の接合電極２２ａと、ガラス封止部２４とを有する。サーミスタ焼結体２０は、ペロブスカイト横造又はスピネル横造を有する金属酸化物を主体とする材料によって板状に形成されている。感温部としてのサーミスタ焼結体２０は周囲の温度に応じて抵抗値が変化する特性を有する。電極層２２は、白金（Ｐｔ）系又は金（Ａｕ）系の貴金属からなる電極である。電極層２２は、サーミスタ焼結体２０を挟むように、サーミスタ焼結体２０の左右の表面のそれぞれに形成されている。
【００２２】
引出線２３は、サーミスタ焼結体２０の抵抗値の変化を外部に取り出すための電線であり、断面形状が円形のジュメット線等からなる。各引出線２３の外径（線径）は０．２０ｍｍ〜０．２５ｍｍ程度である。引出線２３は、接合電極２２ａによって一対の電極層２２のそれぞれに接合されている。接合電極２２ａは、引出線２３を電極層２２に接合させるための電極である。
【００２３】
接合電極２２ａは、電極層２２と同様の白金（Ｐｔ）系又は金（Ａｕ）系の貴金属によって形成されている。ガラス封止部２４は、一対の引出線２３の先端側と、サーミスタ焼結体２０と、一対の電極層２２とのそれぞれを被覆する。ガラス封止部２４は、被覆する部材（サーミスタ焼結体２０等）を内部に保持するとともに、被覆する部材を外部環境から保護する。
【００２４】
上記温度センサ素子２１の引出線２３が溶接された中継線２５は、ステンレス鋼等から断面形状が円形で、線径が０．５ｍｍの線状に形成されている。図３に示すように、中継線２５の先端部分の溶接部２５０が形成されている部位には、平潰し加工によって平面部２５１が形成されている。平面部２５１は、中継線２５を中心軸線を含む断面で見たときに、中継線２５の上方部が、本来の上方部に対して所定距離ｄ１だけ凹陥されるように形成されている。
【００２５】
したがって、この平面部２５１が形成されている部分は、平面部２５１と、平面部２５１とは反対側の面２５２との間の厚さ（最大厚さ）Ｔ１が、中継線２５の線径（断面形状が円形をなしている部位の直径のこと）Ｔ０より減少する（薄くなる）ように形成されている。そして、この平面部２５１に、引出線２３が抵抗溶接によって溶接されている。抵抗溶接は、引出線２３の後端を含む後端側抵抗溶接部２５０ａと、これより先端側の先端側抵抗溶接部２５０ｂの２箇所において実施されている。
【００２６】
このように、中継線２５に平面部２５１を形成し、平面部２５１に引出線２３を抵抗溶接することによって、細径の引出線２３及び細径の中継線２５を用いた場合であっても、円形の中継線２５と円形の引出線２３同士をそのまま溶接する場合に比べて容易にかつ確実に抵抗溶接を行うことができる。
【００２７】
また、円形の中継線２５と円形の引出線２３同士をそのまま溶接する場合に比べて、中継線２５の中心軸と引出線２３の中心軸のずれ量を少なくすることができる。これによって、溶接後に溶接部２５０を碍子管４１の透孔４２内に引き込む際に、より容易に引き込むことかできる。なお、中継線２５の線径Ｔ０が０．５ｍｍであるのに対して、碍子管４１の透孔４２の内径は中継線２５の線径Ｔ０の２倍以下（１．０ｍｍ以下）程度であり、例えば、０．７５ｍｍ〜０．８０ｍｍ程度とされている。
【００２８】
上記の所定距離ｄ１は、例えば０．１２ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度である。このようにｄ１を０．１２ｍｍ〜０．１５ｍｍとした場合、実際に平潰し加工した後の平面部２５１と、平面部２５１とは反対側の面２５２との間の厚さ（最大厚さ）Ｔ１は、０．３３ｍｍ〜０．３８ｍｍ程度となった。このように、中継線２５の本来の線径Ｔ０（０．５ｍｍ）から厚さＴ１が、０．３３ｍｍ〜０．３８ｍｍ程度に減少しているので、中継線２５と引出線２３とを抵抗溶接した後、碍子管４１内に溶接部２５０を収容する際に、円形の中継線２５と円形の引出線２３同士をそのまま溶接した場合に比べて、容易に溶接部２５０を碍子管４１内に引き入れることができる。
【００２９】
なお、中継線２５と引出線２３の溶接においては、例えば図４に示すように、中継線２５を平潰し加工するとともに反対側の面２５２側に突出するように曲げ加工することによって引出線２３と中継線２５を溶接した際に、引出線２３の中心軸と中継線２５の中心軸とが一致するようにしてもよい。この場合も、平面部２５１と、平面部２５１とは反対側の面２５２との間の厚さ（最大厚さ）Ｔ１が、中継線２５の線径Ｔ０より減少する（薄くなる）ように形成する。このように引出線２３の中心軸と中継線２５の中心軸とを一致させれば、中継線２５の中心軸をチューブ１１の中心軸線に沿って配置することで、温度センサ素子２１をチューブ１１の中心軸線上に確実に配置させることが可能となる。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態では、碍子管４１は、その先端部がチューブ１１の先端側収容部１４内に配置され、その内周面にて隙間を介して包囲される形で支持されている。一方、このように支持されている碍子管４１の後端側は、チューブ１１の内周面との間に相対的に大きい空間を有している。なお、チューブ１１の先端側収容部１４の内周面と、対応する碍子管４１の外周面との間の隙間には、セメントが充填されていなくともよいが、本実施形態では、図示はしないが充填されている。
【００３１】
チューブ１１のシール部材収容部１７内に配置されたゴム製のシール部材７１は、略円柱状に形成されている。そして、碍子管４１の後端４５から引き出された中継線２５の後端部２６と、シール部材７１の後端７２から外部に引き出されている各リード線５１の先端部（芯線）５３とが、端子金具２８を介して接続されている。リード線５１の先端部（芯線）５３は、端子金具２８の圧着部２９に圧着されており、中継線２５は端子金具２８に溶接されている。
【００３２】
シール部材７１の先端７３側の中央に横断面円形で、碍子管４１の後端４５を隙間嵌めで入り込ませることができるように陥没状に形成された凹部７４が形成されており、ここに碍子管４１の後端４５を入り込ませている。中継線２５の後端部分、端子金具２８、リード線５１の先端部分は、凹部７４の底部（底面）であるシール部材７１の先端向き面７５と、シール部材７１の後端７２との間において軸線Ｇを挟んで平行に貫通する貫通孔７７内に位置する状態となっている。
【００３３】
シール部材７１は、チューブ１１のシール部材収容部１７の後端部位１７ｃが縮径状に加締められることで、その内部に固定されており、そのシール部材収容部１７の内周面とシール部材７１の外周面との間のシールと共に、貫通孔７７の内周面とそこに通されている各リード線５１の芯線を被覆する表皮である絶縁樹脂層５４の外周面との間のシールが保持され、固定されている。
【００３４】
このようにチューブ１１のシール部材収容部１７が縮径状に加締められている状態では、シール部材７１は後端寄り部位が縮径状に変形を起こしており、その変形にともない、シール部材７１における先端部分は先端側に伸びる変形を起こしている。これにより、その凹部７４の底部である先端向き面７５が、ゴム状弾性により、図１中下向きに碍子管４１の後端４５を先端側に向けて押しつけた状態となっている。なお、この押し付けにより、素子支持体３１を介して温度センサ素子２１はチューブ１１の先端１２に押し付けられる。
【００３５】
チューブ１１における中間部の金具取付部１５には、取付金具６１が同心状に外嵌されて固定されている。この取付金具６１は、温度センサ１０１を排気マニホールド部位の取付穴（ネジ穴）にねじ込み方式で固定するため、外周面にネジ６０を備えた円筒状をなしており、その内周面６７と金具取付部１５の外周面との間を、例えばロウ付けすることで固定されている。
【００３６】
この取付金具６１は、ねじ６０を備えたねじ筒部６３の後端側に、外方に突出する工具係合用の多角形部６６を備えている。また、この工具係合用の多角形部６６の先端面と、ねじ筒部６３の外周面（ねじ６０の基端）には、シール保持用の環状ワッシャ６９が配置されている。
【００３７】
図５は、上記構成の温度センサ１０１の製造工程の要部を示す図である。図５（ａ）に示すように、温度センサ１０１の製造工程では、碍子管４１の透孔４２に挿入された中継線２５の先端部を碍子管４１の先端から突出させ、中継線２５の先端部に、プレス装置１５０によって、平潰し加工を施し、平面部２５１を形成する。
【００３８】
次に、図５（ｂ）に示すように、平面部２５１の上に温度センサ素子２１の引出線２３が位置するように配置し、抵抗溶接装置（電極棒）１６０によって、引出線２３と中継線２５を、軸方向に異なる位置において少なくとも２箇所溶接する。図６に中継線２５の平面部２５１の上に引出線２３を抵抗溶接した際の断面状態の一例の顕微鏡写真を示す。この顕微鏡写真では、下部に中継線２５、上部に引出線２３が示されている。図６に示す例では、中継線２５の平面部２５１とは反対側の面２５２（図６中下側の面）も平面状となっているが、この反対側の面２５２は、平潰し加工する前の形状、つまり円形のままであってもよい。
【００３９】
次に、図５（ｃ）に示すように、引出線２３と中継線２５との溶接部２５０が、碍子管４１の透孔４２の内部に位置するように、引出線２３の後端部と中継線２５の先端部を碍子管４１の透孔４２の内部に引き込む。
【００４０】
以上の工程により、引出線２３と中継線２５とを溶接し、これらの溶接部２５０を碍子管４１の透孔４２の内部に収容する。この後、図２に示したように、中継線２５の後端部に端子金具２８を介してリード線５１と接続し、これらをチューブ１１内に収容し、チューブ１１のシール部材収容部１７が縮径状に加締めて固定する。
【００４１】
以上説明したとおり、上記実施形態によれば、従来に比べて耐久性の向上を図ることができる。なお、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
１１……チューブ、１２……先端、２１……温度センサ素子、２３……引出線、２５……中継線、２５０……溶接部、２５１……平面部、３１……素子支持体、４１……碍子管、４２……透孔、１０１……温度センサ。
【図１】
0005651550.tif 000002
【図２】
0005651550.tif 000003
【図３】
0005651550.tif 000004
【図４】
0005651550.tif 000005
【図５】
0005651550.tif 000006
【図６】
0005651550.tif 000007