(57)【要約】【課題】スラリー状の絶縁部材を感温部カバーに供給する際に、巻き込まれた空気が、絶縁部材中の気泡として存在することにより、この気泡が乾燥後の粉末状の絶縁部材の充填密度の低下につながり、温度センサに加わる振動で、サーミスタ素子が、感温部カバーの内周面と接触して破損することがある。【解決手段】絶縁部材１０７が収容された収容部１０６に、自転運動と公転運動を同時に付与する。これにより、絶縁部材１０７に内在する気泡１０８は、感温部カバー１０４の内周面を這い上がるようにして、スラリー状絶縁部材１０７の液面から、大気中へと逃げていく。これにより、絶縁部材１０７の乾燥後において、少なくともサーミスタ素子１０１、電極線１０２、およびシースピン芯線１０３の周囲に粉末状の絶縁部材１０７が高密度な状態で存在する。よって、温度センサに加わる振動は、十分に減衰されるため、サーミスタ素子１０１等の部材の損傷が防止される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状のカバーと、
前記カバーの内部に配置され、温度によって電気的特性が変化する感温素子と、
前記感温素子に接続され、前記感温素子の電気信号を取り出す導線部材と、
筒状に形成され、内部に前記導線部材を絶縁保持するとともに、前記カバーの開口端から挿入され、前記カバーに固定されるシース部材と、
前記カバーの内周面と前記シース部材の端面とで形成される収容部に収容される、粉末状の絶縁部材と、
を備える温度センサの製造方法であって、
前記絶縁部材となるスラリー状絶縁部材を、前記収容部に供給する第１工程と、
前記感温素子を前記スラリー状絶縁部材中に挿入するとともに、前記シース部材を前記カバーに固定した後、前記シース部材の長軸を回転中心として自転させる第１の回転と、前記シース部材の長軸とは異なる回転軸を公転軸として公転させる第２の回転とを同時に行う第２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２】
前記第２工程後に、前記スラリー状絶縁部材を乾燥させ、粉末状とする第３工程を備えることを特徴とする請求項１記載の温度センサの製造方法。
【請求項３】
前記第２工程は、前記第２の回転の回転数を２０００ｒｐｍ以上とすることを特徴とする請求項１又は２記載の温度センサの製造方法。
【請求項４】
前記第２工程は、前記第２の回転の回転軸の傾斜角度を３０度以上６０度以下とすることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の温度センサの製造方法。
【請求項５】
前記スラリー状絶縁部材は、アルミナを主成分とすることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の温度センサの製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１項に記載の製造方法を用いて得られることを特徴とする温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感温素子を備える温度センサと、その製造方法に関し、特にカバー内に絶縁部材を充填する工程に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の排気ガス浄化装置の触媒コンバータ内部や、排気管内等といった流路を流れる排気ガスの温度を、感温素子であるサーミスタ素子によって検出する、いわゆる排気温センサが知られている。
【０００３】
温度によって電気的特性が変化するサーミスタ素子は、有底筒状の金属カバー内に収納される。そして、金属カバーに覆われたサーミスタ素子の感熱応答性を高めるために、金属カバー内周面とシースピンの端面とで形成される収容部に熱伝導性の良好な、多数の粒子状物質からなる絶縁部材が供給され、排気ガスの熱を金属カバーで受熱した後、供給された絶縁部材を介してサーミスタ素子へと熱が伝達される。温度によって電気的特性が変化する該サーミスタ素子が発する電気信号は、電極線を経て制御装置に伝えられ、温度が検出される。
【０００４】
また、このような温度センサは、例えば、特開２００４−３１７４９９号公報に開示されている。特に、この公報に記載のものは、縮径した金属カバー先端にサーミスタ素子を収納する。これにより、金属カバー内周とサーミスタ素子との距離を縮めて応答性を高めるものである。
【特許文献１】特開２００４−３１７４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、温度センサの製造工程において、粉末流体状の絶縁部材を供給する際に、空気を巻き込むことが不可避なため、粉末流体状の絶縁部材内は気泡が存在してしまう。そして、この気泡が残留したまま乾燥させると、気泡が空隙となり、収容部における粉末状の絶縁部材の充填密度が不十分となってしまう。
【０００６】
すると、温度センサが振動した場合、収容部内に十分な充填密度で粉末状の絶縁部材が収容されていないがために、収容部内で絶縁部材が移動、ひいては崩壊してしまう。このため、サーミスタ素子が金属カバーの内周面と接触し、サーミスタ素子の破損及びリード線の断線につながる恐れがあることが分かった。気泡を抜く方法として、真空引き、または超音波による除去などがある。しかしながら、閉塞空間においては、いずれの方法でも気泡が抜けていないことが証明された。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑み、温度センサの製造工程において、収容部内に供給される、粉末流体状の絶縁部材に存在する気泡量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】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、有底筒状のカバーと、前記カバーの内部に配置され、温度によって電気的特性が変化する感温素子と、前記感温素子に接続され、前記感温素子の電気信号を取り出す導線部材と、筒状に形成され、内部に前記導線部材を絶縁保持するとともに、前記カバーの開口端から挿入され、前記カバーに固定されるシース部材と、前記カバーの内周面と前記シース部材の端面とで形成される収容部に収容される、粉末状の絶縁部材と、を備える温度センサの製であって、前記絶縁部材を粉末流体状としたスラリー状絶縁部材を、前記収容部に供給する第１工程と、前記シース部材および前記感温素子を前記スラリー状絶縁部材中に挿入するとともに、前記シース部材を前記カバーに固定した後、前記シース部材の長軸を回転中心として自転させる第１の回転と、前記シース部材の長軸とは異なる回転軸を公転軸として公転させる第２の回転とを同時に行う第２工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このように、第１工程によって、収容部内には、粉末流体状となったスラリー状絶縁部材が供給される。
【００１０】
そして、シース部材とカバーとを、シース部材の長軸を自転中心として自転させる第１の回転と、その長軸とは異なる回転軸を公転軸として、シース部材とカバーとを公転させる第２の回転とを同時に実行する。このように、シース部材およびカバーに対して、自転と公転といった二種類の回転運動を同時に付与することによって、収容部内のスラリー状絶縁部材に含まれている気泡は、カバーの内周面を這い上がり、大気中へ逃げることとなり、結果的に、スラリー状絶縁部材中の気泡量を抑制することが可能となる。なお、気泡を大気中に逃がすため、スラリー状絶縁部材をカバー内に充填する際には隙間が形成されるように充填する。
【００１１】
よって、以降の製造工程において、スラリー状絶縁部材を乾燥および焼結させ、粉末状としても、収容部内での粉末状の絶縁部材の充填密度を高くすることができ、たとえ外部からの振動等が作用したとしても、感温素子のカバー内周面に向けた移動を確実に抑制できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記第２工程後に、スラリー状絶縁部材を乾燥させて、粉末状の絶縁部材とする第３工程を設けるものである。
【００１３】
つまり、第２工程でスラリー状絶縁部材内の気泡量が抑制されているため、第３工程で加熱することにより、スラリー状絶縁部材に含まれる水分を蒸発させて、粉末状の絶縁部材としたときにおいて、気泡由来の空隙が殆ど発生せず、感温素子のカバー内周面に向けての移動を確実に防止できる。
【００１４】
また、本発明は、これら第１工程および第２工程を有する製造方法を経て作製された温度センサであって、絶縁部材の充填密度を高くすることができるため、外部からの振動等に感温素子のカバー内周面に向けた移動を確実に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した排気温センサ１００（温度センサ）の実施形態について、図面を参照して説明する。この排気温センサ１００は、車両用エンジンから排出される排気ガスの温度を検出するセンサとして適用したものであり、例えば、自動車の排気管に取り付けられるものである。
【００１６】
図１に示すように、排気温センサ１００は、感温部１０及びケース部２０で構成されるものである。なお、図１において下方を先端側、上方を基端側として、以下、本実施形態の排気温センサ１００の構造を説明する。
【００１７】
上述の感温部１０は、排気ガスに曝されて排気温度を感知する。
【００１８】
感温部１０は、主として、排気温度を感知する感温素子であるサーミスタ素子１０１、サーミスタ素子１０１が発する電気信号を基端側に伝達する、導線部材に相当した一対の電極線１０２、並びに一対のシースピン芯線１０３、及びサーミスタ素子１０１を保護する感温部カバー１０４から成る。電極線１０２の基端側は、シースピン芯線１０３とレーザー溶接、または抵抗溶接によって接合される。
【００１９】
本実施形態においては、電極線１０２は白金等よりなる材料を用い、シースピン芯線１０３にはステンレス鋼を用いた。
【００２０】
カバーに相当する感温部カバー１０４は、ステンレス鋼板に深絞り加工を施すことによって、有底筒状に成形されている。さらに、感温部カバー１０４の先端側が、基端側よりも小径となるような段付き筒状をなしている。この感温部カバー１０４の閉塞する先端側で、相対的に小径となる部分の内側に、Ｃｒ、Ｍｎを主成分とする酸化物半導体材料、Ｙ２Ｏ３を主成分とする酸化物材料等よりなる焼結体であるサーミスタ素子１０１が収納されている。感温部カバー１０４の小径部に、サーミスタ素子１０１を収納することで、排気ガスの温度を直接受熱する感温部カバー１０４とサーミスタ素子１０１とが近接する。これによって、感温部カバー１０４からサーミスタ素子１０１までの熱伝導が良好となる。
【００２１】
また、感温部カバー１０４の基端側の開口部には、シース部材に相当する円筒状のシースピン１０５の一端が圧入により嵌合固定される。シースピン１０５は、内側にシースピン芯線１０３を収容し、絶縁、保護する。なお、シースピン１０５の内側には、電気絶縁性を有するマグネシア等の粉末を充填した後に、シースピン１０５にスウェージングによる絞り加工を施すことにより、上記粉末が加圧成形された圧粉体が内在している。
【００２２】
感温部カバー１０４の内周面とシースピン１０５の先端側の端面とで構成される収容部１０６は、アルミナ等よりなる絶縁部材１０７が収容されている。第１工程にて供給される粉末流体状のスラリー状絶縁部材１０７は、収容部１０６を充満させる供給量が最適であるが、収容部１０６の容積よりも若干で少なくてもかまわない。なお、シースピン１０５の先端側端面は、上記圧粉体によって完全に閉口しており、絶縁部材１０７がシースピン１０５の内側へ侵入することはない。
【００２３】
また、上述した感温部１０は、シースピン１０５を介してケース部２０を構成するリブ２０１に接続され、リブ２０１はプロテクションチューブ２０２に固定される。また、感温部１０は、シースピン芯線１０３を通じてケース部２０を構成するリード線２０３と、電気的に接続される。
【００２４】
以上、説明した排気温センサ１００は、サーミスタ素子１０１が発する排気温信号を、リード線２０３を介して、図示しない外部回路（例えば、ＥＣＵ）へ送出し、排気ガスの温度が検出される。
【００２５】
本実施形態は、以下の工程で排気温センサ１００を製造する。
【００２６】
第１工程は、図２（ａ）に示すように、絶縁部材を粉末流体状としたスラリー状絶縁部材１０７ディスペンサーニードル３００を用いて、感温部カバー１０４の開口部から、収容部１０６に注入する。
【００２７】
スラリー状絶縁部材１０７とは、例えばアルミナに純水、および粘度を調整する分散剤を加えて泥状としたものである。絶縁部材１０７の主成分はアルミナ、シリカ、マグネシア等が用いられるが、アルミナは、サーミスタ素子１０１と熱膨張係数が近く、熱伝送率が高いことから、絶縁部材１０７としてより好ましい。
【００２８】
上記第１工程にて、感温部カバー１０４にスラリー状絶縁部材１０７を供給した理由として、一般的な充填方法である粉末による自然充填や、この自然充填に加えてタッピングを行った場合に比して、スラリー状のため嵩比重、相対密度、気孔率等の充填率のパラメータとなる各特性が良好となるためである。
【００２９】
次いで、第２工程として、前記サーミスタ素子１０１を前記スラリー状絶縁部材１０７中に推し込みながら挿入するとともに、前記シースピン１０５を前記感温部カバー１０４に嵌合固定する。
【００３０】
その後、図３（ａ）に示すようにして、絶縁部材１０７が収容された収容部１０６に対して、シースピン１０５の長軸を回転中心として自転させる第１の回転運動（以下、自転とする）と、シースピン１０５の長軸に対して、例えば４５度傾斜させた状態での第２の回転運動（以下、公転とする）とを付与する。この公転の回転軸は、自転の回転軸に対する傾斜角度θを３０度以上６０度以下とすることが好ましい。これにより、充填したスラリー状絶縁部材１０７をより充填率高く供給でき、回転後の気泡残留量を少ないものにすることができる。特に、傾斜角度θを４５度とすることが好ましく、より気泡残留量を少ないものにすることができる。
【００３１】
これにより、自転によって収容部１０６に加わる力ｆと、公転によって収容部１０６に加わる力Ｆとの合力（ｆ＋Ｆ）が収容部１０６に加わる。本実施形態では、この合力ｆ＋Ｆが４００Ｇとなるよう、自転および公転の回転速度を調整した。また、回転時間は１８０秒とした。なお、収容部１０６に加わる力は、サーミスタ素子１０１、電極線１０２、およびシースピン芯線１０３が損傷しない程度で、具体的には、遠心力（＝回転半径×回転数２）が５０Ｇ〜５００Ｇとなることが好適であり、これにより回転数を２０００ｒｐｍ以上とすることが好ましい。また、さらには２５００ｒｐｍ以上とすることが好ましく、公転の際に生じるＧにより外周方向に押え付けられながら自転の遠心力によりカバーの壁面からから気泡が離れながらスラリー状絶縁部材の外部へ排出されるものである。また、回転数の上限については、サーミスタ素子１０１に接続されるリード線２０３が断線しない程度の回転数による遠心力に抑制することができる範囲内にすることが好ましい。なお、回転時間は、３０〜３００秒が好適である。
【００３２】
その後、スラリー状絶縁部材１０７を乾燥、焼結させ、流動性の無い粉末状の絶縁部材１０７とし、その後、感温部カバー１０４とシースピン１０５とが重合する部分で且つ、感温部カバー１０４の基端側を全周溶接し、溶接部１０９を設ける。
【００３３】
本実施形態では、レーザー溶接を施したが、プラズマ溶接、または加締め加工等によって、感温部カバー１０４とシースピン１０５とを強固に固定してもよい。
【００３４】
以上の工程を経て、排気温センサ１００の製造が完了する。
【００３５】
上記実施形態における本発明の特徴部分である第２工程の作用について、以下詳述する。
【００３６】
まず、上述したように、充填率を表すパラメータ特性が良好なスラリー状絶縁部材１０７を、感温部カバー１０４内に供給する際、空気を巻き込むことが不可避なため、供給されたスラリー状絶縁部材１０７内には気泡１０８が存在する。この気泡１０８を大気中に逃がすために、第２工程で自転および公転を同時に行う気泡除去法を適用した。
【００３７】
前記気泡除去法によって、収容部１０６には図３（ａ）に示す合力ｆ＋Ｆが加わり、絶縁部材１０７に内在する気泡１０８は感温部カバー１０４の内周面を這い上がるように基端側へと移動し、最終的に、気泡１０８はスラリー状絶縁部材１０７の液面から大気中へと逃げていく。
【００３８】
これにより、スラリー状絶縁部材１０７に内在していた気泡１０８が消失すると同時に、収容部１０６先端側の絶縁部材１０７の充填密度が増加する。
【００３９】
ここで、先述したように、スラリー状絶縁部材１０７はアルミナ等の酸化物に、粘性のある分散剤を混入し、そこに純水を加えてスラリー状としたものである。このスラリー状絶縁部材１０７を乾燥させると、サーミスタ素子１０１、電極線１０２、およびシースピン芯線１０３は、粉末状の絶縁部材１０７を介して、感温部カバー１０４の内周面に固定される。
【００４０】
このとき、気泡１０８がスラリー状絶縁部材１０７内に存在していた場合には、乾燥後に、気泡１０８は空隙として粉末状の絶縁部材１０７内に存在することになる。該空隙によって、粉末状の絶縁部材１０７の充填密度が疎となり、排気温センサ１００に加わる振動により、粉末状の絶縁部材１０７が崩壊し、サーミスタ素子１０１が十分に保護されない恐れがある。
【００４１】
つまり、絶縁部材１０７が収容部１０６に十分な充填密度で収容されない場合には、排気温センサ１００に加わる振動によって、サーミスタ素子１０１、電極線１０２およびシースピン芯線１０３は、自身の固有振動数で独立に共振し、これらの部材が損傷する恐れがある。
【００４２】
そのため、従来のように、スラリー状絶縁部材１０７に気泡１０８が存在した場合には、乾燥後の粉末状の絶縁部材１０７が、サーミスタ素子１０１の振動を抑制する効果が、絶縁部材１０７が崩壊するとともに、徐々に弱まり、サーミスタ素子１０１が感温部カバー１０４の内周面へと移動し、接触する恐れがあった。しかし、粉末状の絶縁部材１０７中に空隙が存在しない本実施形態の排気温センサ１００では、サーミスタ素子１０１の振動に対する抑制効果が長期的に確保される。さらに、振動による応力集中も緩和される。
【００４３】
上記実施形態では、第２工程にて実行した気泡除去法により、スラリー状絶縁部材１０７に内在する気泡１０８が全て、大気中に逃げていくよう、第２工程で気泡除去法を実行したが、以下の条件を満たすのであれば、第２工程後に、多少の気泡１０８がスラリー状絶縁部材１０７に残留しても良い。
【００４４】
つまり、サーミスタ素子１０１の外周面と感温部カバー１０４の内周面とが対向する空間の少なくとも５０％以上の体積率を占める絶縁部材１０７が存在すれば良い。
【００４５】
感温部カバー１０４の内径を大きさ１とした時に、スラリー状絶縁部材１０７に内在する気泡１０８の短径および長径が０．５以下であれば、サーミスタ素子１０１が損傷しないことに加えて、電極線１０２およびシースピン芯線１０３の断線が無いことが実験から判明しているため、上記条件を全て満たす場合に限って、絶縁部材１０７中に気泡１０８が存在してもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】排気温センサの全体図である。
【図２】第１工程を表す模式図である。
【図３】第２工程を表す模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０…感温部
２０…ケース部
１００…排気温センサ（温度センサ）
１０１…サーミスタ素子（感温素子）
１０２…電極線（導線部材）
１０３…シースピン芯線（導線部材）
１０４…感温部カバー（カバー）
１０５…シースピン（シース部材）
１０６…収容部
１０７…絶縁部材
１０８…気泡
１０９…溶接部
２０１…リブ
２０２…プロテクションチューブ
２０３…リード線
３００…ディスペンサーニードル
【図１】
2008286786.tif 000003
【図２】
2008286786.tif 000004
【図３】
2008286786.tif 000005