(57)【要約】【課題】温度センサが曝される環境に関わらず、ねじが緩む可能性を低下させることができる温度センサを提供する。【解決手段】温度センサ１は、排気管１００の周壁１０１に設けられた雌ねじ部１１２に締め付けられることで、排気管１００に固定される。温度センサ１は、排気管１００の内部を流れる排気ガスの温度を測定する。温度センサ１は、排気管１００の雌ねじ部１１２に締め付けられる雄ねじ部８１を備える。雄ねじ部８１のねじ山８４にはスリット８５が形成される。スリット８５は、ねじ山８４の先端において、温度センサ１の径方向内向きに凹んだ溝状の部位であり、ねじ山８４が延びる方向に沿って連続して形成される。雄ねじ部８１を雌ねじ部１１２に締め付けると、雄ねじ部８１のねじ山８４は、スリット８５の開口幅が狭くなる方向に弾性変形する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象流体が流れる管の周壁に設けられた取付けボス部の内側に形成された雌ねじ部に締め付けられて前記管に装着されることで、前記測定対象流体の温度を測定する温度センサであって、
前記雌ねじ部に締め付けられる雄ねじ部を備え、
前記雄ねじ部のねじ山は、先端において径方向内向きに凹み、且つねじ山の延びる方向に沿って連続する溝状に形成されたスリットを備え、
前記雄ねじ部のねじ山は、前記雄ねじ部を前記雌ねじ部に締め付けたときに、前記スリットの開口幅が狭くなる方向に弾性変形可能に形成されたことを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
前記取付けボス部の内周面に接触して前記管の内部から前記測定対象流体が外部に漏れ出すことを防止するフランジと、
外周に前記雄ねじ部を有し、前記フランジと独立した状態で設けられ、前記雄ねじ部が前記雌ねじ部に締め付けられることで前記フランジを前記取付けボス部の前記内周面との間に挟んで固定するナットと
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス、吸気ガス等の測定対象流体の温度を検出する温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の排気管等の内部を流れる測定対象流体の温度を検出する温度センサが知られている。温度センサは雄ねじ部を備える。例えば、測定対象流体が排気ガスである場合、排気管のボスに設けられた雌ねじ部に温度センサの雄ねじ部が締め付けられることで、温度センサは排気管に装着される。排気ガスの温度が高温になると、熱膨張の影響でねじが緩む場合がある。また、車両の振動によってねじが緩む場合もある。ねじの緩みが生じると、排気管内の気密性が低下し、さらには温度センサが雌ねじ部から抜け落ちる場合もある。
【０００３】
特許文献１が開示している温度センサの取付構造では、温度センサが挿通されるボスの線熱膨張係数よりも、ボスの挿通孔の内壁に当接するフランジの線熱膨張係数が２．５×１０−６／℃以上大きい。従って、ボスおよびフランジの温度が上昇する程、フランジが挿通孔の内壁に押圧される力が強くなり、ねじの緩みが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２３９７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、車両の排気系は実走行時に高温に加熱される一方、停止時には室温以下にまで低下する。温度センサはこの加熱と冷却の繰り返しの影響（冷熱サイクル）を受けるが、近年では加熱と冷却との間の温度差が大きくなってきており、温度センサが受ける冷熱サイクルがより過酷になってきている。そのため、ボス等の材質の線熱膨張係数を規定するだけでは、ねじの緩みを十分に防止できない場合がある。また、ボスと雄ねじ部の線熱膨張係数を同等にしたとしても、加熱と冷却との間の温度差が大きくなると、ボスと雄ねじ部は別部材であるので、両者の熱伸縮に微小なズレが生じる。同一部材内で温度分布の差が大きくなり、同一部材内の各部位で熱伸縮にズレが生じる場合もある。その結果、ねじの緩みが生じる可能性が考えられる。
【０００６】
本発明は、温度センサが曝される環境に関わらず、ねじが緩む可能性を低下させることができる温度センサ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】
本発明に係る温度センサは、測定対象流体が流れる管の周壁に設けられた取付けボス部の内側に形成された雌ねじ部に締め付けられて前記管に装着されることで、前記測定対象流体の温度を測定する温度センサであって、前記雌ねじ部に締め付けられる雄ねじ部を備え、前記雄ねじ部のねじ山は、先端において径方向内向きに凹み、且つねじ山の延びる方向に沿って連続する溝状に形成されたスリットを備え、前記雄ねじ部のねじ山は、前記雄ねじ部を前記雌ねじ部に締め付けたときに、前記スリットの開口幅が狭くなる方向に弾性変形可能に形成されている。
【０００８】
本発明に係る温度センサでは、雄ねじ部を取付けボス部の雌ねじ部に締め付けると、雄ねじ部のねじ山は雌ねじ部から力を受けて、スリットの開口幅が狭くなる方向に弾性変形する。雄ねじ部のねじ山が弾性変形することで弾性応力が生じるため、雄ねじ部と雌ねじ部の接触面で生じる垂直抗力が増大する。よって、スリットを備えていない通常のねじ山を用いる場合に比べて摩擦力が増大し、温度センサを管の雌ねじ部に装着した際にねじが緩む可能性は低下する。さらに、雌ねじ部の温度が雄ねじ部の温度よりも高くなって雌ねじ部が膨張し、雌ねじ部の谷同士の間隔が広がっても、雄ねじ部は弾性力によってスリットが広がる方向に変形する。その結果、雄ねじ部と雌ねじ部の接触状態は維持される。つまり、雄ねじ部と雌ねじ部の接触面積が減少する割合は、スリットを備えていない通常のねじ山を用いる場合に比べて低下する。よって、本発明によれば、温度センサが曝される環境に関わらず、ねじが緩む可能性を低下させることができる。
【０００９】
前記温度センサは、前記取付けボス部の内周面に接触して前記管の内部から前記測定対象流体が外部に漏れ出すことを防止するフランジと、外周に前記雄ねじ部を有し、前記フランジと独立した状態で設けられ、前記雄ねじ部が前記雌ねじ部に締め付けられることで前記フランジを前記取付けボス部の前記内周面との間に挟んで固定するナットとをさらに備えてもよい。
【００１０】
この場合、作業者は、フランジに対して独立した状態にあるナットだけを回転させることで、温度センサを容易に雌ねじ部に装着することができる。装着が完了すると、フランジがナットによって先端側へ押圧され、取付けボス部の内周面とフランジとの間の隙間が閉塞される。その結果、フランジは取付けボス部の内周面に接触し、管の内部から測定対象流体が外部に漏れ出すことが防止されるため、気密性が保たれる。一方で、フランジおよびナットを別体に備える温度センサは多くの部材によって形成される。従って、フランジおよびナットを備える温度センサは、部材毎に熱膨張率の差が生じることがあるので、熱膨張の影響を受けやすい。しかし、本発明によれば、温度センサが曝される環境に関わらずねじの緩みを防止できるので、熱膨張の影響を受けてもなお温度センサを強固に管に装着し続けることができる。ねじの緩みが防止されることで、管に対する温度センサの気密性を長期にわたって確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】温度センサ１の縦断面図である。
【図２】排気管１００に対する温度センサ１の取付構造を示す図である。
【図３】図２における領域Ａの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を具現化した一実施形態について、図面を参照して説明する。参照する図面は、本発明が採用し得る技術的特徴を説明するために用いられるものである。図面に記載されているセンサの構成等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。図１〜図３の上下方向は温度センサ１の軸線Ｏ方向と平行である。図１〜図３の下側を温度センサ１の先端側、図１〜図３の上側を温度センサ１の後端側として説明する。
【００１３】
図１に示すように、温度センサ１は、サーミスタ素子２１を感温素子として用いる。本実施形態では、自動車のエンジンから排出される排気ガス（測定対象流体）を車外に放出するための排気管１００（図２参照）に取り付けられる温度センサ１を例示する。温度センサ１は、サーミスタ素子２１が内包された金属チューブ１１の先端部１３を排気管１００内に配置することで、排気管１００内を流れる排気ガスの温度を検出する。温度センサ１は、金属チューブ１１と、サーミスタ素子２１と、フランジ６０と、筒部材３１と、ナット８０とを主に備える。
【００１４】
金属チューブ１１は、金属（例えば、ステンレス合金）によって形成された有底筒状のチューブであり、温度センサ１の軸線Ｏ方向に延びる。金属チューブ１１は、先端部１３において縮径されており、先端１０が閉じている。サーミスタ素子２１は、金属チューブ１１の先端部１３内に配置されている。サーミスタ素子２１は、ペロブスカイト型酸化物をディスク状に形成したサーミスタ焼結体と、サーミスタ焼結体内に一端側を埋設させた一対の電極線２２（例えばＰｔ／Ｒｈ合金線）とを有する公知の構成からなる。サーミスタ素子２１の周囲にはセメント２３が充填されている。その結果、サーミスタ素子２１は金属チューブ１１の先端部１３内で固定される。
【００１５】
金属チューブ１１の後端部１４側は開放されており、後端部１４はステンレス合金製のフランジ６０の内側に挿通されている。フランジ６０は、鞘部６１および張り出し部６２を有する。鞘部６１は、軸線Ｏ方向に延びる筒状の部位である。鞘部６１は、後端側において外径が細く形成され、二段形状をなしている。張り出し部６２は、鞘部６１の先端側で径方向外向きに一周に亘って鍔状に張り出した部位である。張り出し部６２は、先端側に向けて縮径するように形成された周面である座面６３を有する。座面６３は、後述のテーパー部１１４（図２参照）に対応したテーパー形状をなす。
【００１６】
金属チューブ１１の後端部１４は、張り出し部６２の先端側から挿入されて、鞘部６１の内側に圧入されている。さらに、鞘部６１が周方向に亘ってレーザ溶接され、金属チューブ１１の後端部１４の外周面と鞘部６１の後端部分（外径の細い部分）の内周面との重なり合う部分が接合されている。これにより、フランジ６０は、金属チューブ１１の径方向外側に突出した状態で、サーミスタ素子２１よりも金属チューブ１１の後端部１４側に固定される。フランジ６０の後端側には、軸線Ｏ方向に沿って延びる筒状の部材である筒部材３１が配置される。筒部材３１は、鞘部６１の先端部分（外径の太い部分）の外周に外嵌めされている。さらに、筒部材３１が周方向に亘ってレーザ溶接され、鞘部６１の先端部分の外周面と筒部材３１の先端部３２の内周面との重なり合う部分が接合されている。これにより、筒部材３１がフランジ６０に対して固定される。
【００１７】
金属チューブ１１、フランジ６０、および筒部材３１の内部には、軸線Ｏ方向に延びるシース部材４１が配置される。シース部材４１は、ステンレス合金（例えば、ＳＵＳ３１０Ｓ）からなる外筒４２を有する。外筒４２の内部には、一対のシース芯線３５が挿通されている。シース芯線３５はステンレス合金（例えば、ＳＵＳ３１０Ｓ）からなり、断面が略円形をなす。外筒４２内には、ＭｇＯまたはＳｉＯ２を主体とする絶縁粉末（図示外）が充填される。絶縁粉末が充填されることで、外筒４２と各シース芯線３５との間が絶縁されると共に、外筒４２内でシース芯線３５が保持される。
【００１８】
シース部材４１の先端側は、金属チューブ１１内に配置される。一対のシース芯線３５の先端部は、外筒４２の先端から突出する。金属チューブ１１の先端部１３内では、シース芯線３５の先端部が、サーミスタ素子２１の一対の電極線２２にレーザ溶接または抵抗溶接によって接続される。一方、シース部材４１の後端側は筒部材３１内に配置される。一対のシース芯線３５の後端部は、外筒４２の後端から突出する。シース芯線３５の後端部は、２本のリード線５１に電気的に接続されている。詳細には、２本のリード線の各々は、金属製の撚り線を絶縁性の被覆材にて被覆することで形成されている。各リード線５１の先端では撚り線がむき出されており、むき出された撚り線の各々には中継端子５２が加締めにより取り付けられている。中継端子５２は、例えばＳＵＳ３０４からなる板状の部材であり、リード線５１に加締めた部分よりも先端側の端部５３が、リード線５１の延長方向へ板状に突き出す形態をなす。シース芯線３５の端部３６は、中継端子５２の端部５３に、それぞれ、抵抗溶接によって接合されている。
【００１９】
一対のシース芯線３５、リード線５１、および中継端子５２は、絶縁チューブ７５によって互いに絶縁される。さらに、シース芯線３５、リード線５１、および中継端子５２は、絶縁チューブ７５によって筒部材３１とも絶縁される。筒部材３１の後端部３３の開口内には、耐熱ゴム製のグロメット７１が配置される。リード線５１はグロメット７１に挿通される。筒部材３１の後端部３３が径方向内側に向かって丸加締め、あるいは多角加締めされることで、グロメット７１と筒部材３１とが気密性を保ちながら互いに固定される。
【００２０】
各リード線５１は、筒部材３１の後端部３３から温度センサ１の外部に引き出され、外部回路（例えば、エンジンコントロールユニット）と接続するためのコネクタの端子部材（図示外）に接続される。サーミスタ素子２１の出力は、シース部材４１のシース芯線３５からリード線５１によって外部回路に取り出される。
【００２１】
筒部材３１の先端部３２（換言すると、フランジ６０における張り出し部６２の後端側）には、筒部材３１の外周を取り囲むように、円筒状のナット８０が設けられている。ナット８０は、雄ねじ部８１、頭部８２、および軸孔８３を有する。雄ねじ部８１は、外周面にねじ山８４（図２および図３参照）を備える。ねじ山８４の構造の詳細については後述する。雄ねじ部８１の径は、フランジ６０における張り出し部６２の径よりも若干大きい。頭部８２は、雄ねじ部８１よりも寸法が大きい六角ナットであり、雄ねじ部８１の後端側に設けられている。軸孔８３は、雄ねじ部８１および頭部８２を軸線Ｏ方向に貫通して形成された孔部である。軸孔８３には筒部材３１が内挿される。
【００２２】
軸孔８３に筒部材３１が内挿された状態では、ナット８０は筒部材３１に沿って軸線Ｏ方向に移動でき、且つ筒部材３１およびフランジ６０とは独立して回転することができる。ナット８０が筒部材３１の先端部３２まで移動すると、雄ねじ部８１の先端面が張り出し部６２の後端面に接触し、ナット８０の先端側への移動が規制される。雄ねじ部８１の先端面が張り出し部６２の後端面に接触する位置が、ナット８０の適正な装着位置である。
【００２３】
図２を参照して、温度センサ１の取付構造について説明する。排気管１００の周壁１０１には、温度センサ１を取り付けるためのボス１１０が溶接されている。ボス１１０は、雌ねじ部１１２および挿通孔１１３を備える。雌ねじ部１１２は、ボス１１０の外側（図２の上側）の端部から中心部近傍にかけて形成されており、ナット８０の雄ねじ部８１と螺合する。挿通孔１１３は、雌ねじ部１１２が設けられた位置よりも排気管１００の内部側（図２の下側）に形成されている。挿通孔１１３は、温度センサ１における金属チューブ１１の先端部１３（図１参照）を、排気管１００の外部から内部へ挿通する。挿通孔１１３は、テーパー部１１４および小径部１１５を備える。テーパー部１１４は、排気管１００の内部側へ近づくほど縮径する部位である。従って、テーパー部１１４の内壁は、排気管１００の外側（図２の上方）を向く。小径部１１５は、テーパー部１１４の内部側端部から排気管１００の内部まで貫通する。小径部１１５の径（挿通孔１１３の最小径）は、雌ねじ部１１２の最小内径および張り出し部６２の外径よりも小さく、金属チューブ１１の径よりも大きい。なお、ボス１１０が本発明の「取付けボス部」に相当する。
【００２４】
温度センサ１を排気管１００に装着する場合、作業者は金属チューブ１１をボス１１０の挿通孔１１３に差し込む。これに伴い、フランジ６０は雌ねじ部１１２を通過し、ナット８０は雌ねじ部１１２の入口へ移動する。作業者がナット８０の頭部８２を締め付け方向に回転させると、雄ねじ部８１が雌ねじ部１１２に螺合される（締め付けられる）。ナット８０は筒部材３１とは独立して回転するので、ナット８０が回転してもリード線５１（図１参照）は捻れない。よって、作業者は容易にナット８０を雌ねじ部１１２に締め付けることができる。
【００２５】
作業者がナット８０を回転させ続けると、張り出し部６２の座面６３は、先端側（図２の下側）に強く押圧された状態で、挿通孔１１３におけるテーパー部１１４の内壁に接触（密着）する。つまり、ナット８０がボス１１０の雌ねじ部１１２に締め付けられると、フランジ６０の張り出し部６２は、挿通孔１１３におけるテーパー部１１４の内壁とナット８０の先端との間に挟まれて固定される。フランジ６０がボス１１０の内周面に接触（密着）する（より具体的には、張り出し部６２の座面６３がテーパー部１１４の内壁に密着する）ので、排気管１００の内部を流通する排気ガスが挿通孔１１３を介して排気管１００の外部へ漏出することが防止される。
【００２６】
図２および図３を参照し、ねじ山８４の構造について説明する。図２に示すように、雄ねじ部８１のねじ山８４にはスリット８５が形成されている。スリット８５は、ねじ山８４の先端において径方向内向きに凹んだ溝状の部位である。スリット８５は、ねじ山８４の延びる方向に沿って連続して形成されている。
【００２７】
ナット８０がボス１１０の雌ねじ部１１２に締め付けられると、ねじ山８４は雌ねじ部１１２から力を受けて、スリット８５の幅（開口幅）が狭くなる方向に弾性変形する。図３に示すように、スリット８５を備えたねじ山８４が弾性変形することで弾性応力が生じる。その結果、ねじ山８４（雄ねじ部８１）と雌ねじ部１１２の接触面で生じる垂直抗力が増大する。よって、スリット８５を備えていない通常のねじ山を用いる場合に比べて摩擦力が増大し、温度センサ１を雌ねじ部１１２に装着した際にねじが緩む可能性は低下する。さらに、雌ねじ部１１２が雄ねじ部８１よりも大きく膨張し、雌ねじ部１１２の谷同士の間隔が広がっても、雄ねじ部８１は弾性力によってスリット８５が広がる方向に変形する。その結果、雄ねじ部８１と雌ねじ部１１２の接触状態は維持される。つまり、雄ねじ部８１と雌ねじ部１１２の接触面積が減少する割合は、スリット８５を備えていない通常のねじ山を用いる場合に比べて低下する。従って、温度センサ１は、加熱と冷却の温度差が大きい過酷な冷熱サイクルの環境下に置かれても、ねじの緩みによる抜け落ち、気密性の低下等の不具合が生じ難い。
【００２８】
本実施形態の温度センサ１では、フランジ６０とナット８０は別部材であり、ナット８０は筒部材３１等とは独立して自在に回転することができる。ナット８０を雌ねじ部１１２に締め付けると、フランジ６０はナット８０によって先端側に押圧された状態で固定される。従って、温度センサ１は容易にボス１１０に装着することができ、且つ気密性を確保できる。一方で、フランジ６０とナット８０を別部材とする温度センサ１は多くの部材によって形成されるので、熱膨張の影響をより強く受けやすい。仮に、フランジ６０、ナット８０、およびボス１１０の線熱膨張係数を同等にしたとしても、これらは別部材であるので熱伸縮にズレが生じ、ねじが緩む可能性が考えられる。本実施形態の温度センサ１は、雄ねじ部８１にスリット８５を形成することでねじが緩む可能性を低下させることができる。従って、本実施形態の温度センサ１は、フランジ６０とナット８０を別部材とすることの利点を維持しつつ、ねじの緩みによる不具合の発生（例えば、気密性の低下等）を防止できる。
【００２９】
［評価試験］
過酷な冷熱サイクルの環境下でもねじが緩み難くなることを確認するために、評価試験を行った。具体的には、雄ねじ部にスリット８５を備えない２つの温度センサと、雄ねじ部８１にスリット８５を備える３つの温度センサ１（図１〜図３参照）とを用意し、各温度センサに対して以下の工程で評価試験を行った。なお、上記２種類の温度センサの構造は、スリット８５を備えるか否かが異なるのみであり、その他の構造および寸法は同一である。
【００３０】
（１）水槽の底部に設けられたボス１１０に、各温度センサを装着する。各温度センサを装着する際の締め付けトルクを記録する。ボス１１０の材質は、ＳＵＳ３０４である。（２）バーナーによる水槽の底部の加熱を開始する。（３）ボス１１０の温度が４００℃に到達した時点で、水槽の内部への注水を開始する。注水量は、温度センサ本体が３０秒以内に完全に水没する流量とした。（４）温度センサが水没した状態を１分間保持した後、水槽内部の水を排水する。（５）上記（３）・（４）を１００サイクル実施する。（６）各温度センサの外しトルクを測定する。この評価試験の結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2013029482.tif 000003
【００３２】
表１に示すように、この評価試験では、全ての温度センサをほぼ同一の締め付けトルクでボス１１０に装着した。しかし、スリット８５を備えない温度センサの外しトルクはいずれも０Ｎｍとなったのに対し、スリット８５を備える温度センサ１の外しトルクは４．９Ｎｍ、１３．０Ｎｍ、５．３Ｎｍとなった。つまり、外しトルクの値は、スリット８５を備える３つの温度センサ１の全てにおいて、スリット８５を備えない温度センサよりも高くなった。以上にように、雄ねじ部８１のねじ山８４にスリット８５を備えることで、過酷な冷熱サイクルの環境下でもねじが緩み難くなることが、この評価試験によって確認できた。
【００３３】
本発明は、以上詳述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられてもよい。上記実施形態の温度センサ１では、フランジ６０とナット８０が別部材とされており、ナット８０は筒部材３１等とは独立して回転できる。しかし、本発明は、フランジ６０とナット８０が別部材とされていない温度センサ、ナット８０と共に筒部材３１が回転する温度センサ等にも適用できる。
【００３４】
上記実施形態における温度センサ１のフランジ６０は、挿通孔１１３のうち、排気管１００の内部側へ近づくほど縮径するテーパー部１１４の内壁に押圧される（図２参照）。その結果、隙間が閉塞されて気密性が確保される。しかし、挿通孔１１３のうちフランジ６０に接触する部分は、テーパー部１１４でなくてもよい。例えば、挿通孔１１３は、温度センサ１の後端側（図２の上方）に垂直に向く後端向き面を備えても良い。フランジ６０は、挿通孔１１３の後端向き面に接触することで隙間を閉塞してもよい。
【００３５】
スリット８５の形状は変更してもよい。上記実施形態では、図３に示すように、スリット８５の伸張方向に垂直な断面におけるスリット８５の形状はＶ字状である。しかし、スリット８５の形状は、断面Ｕ字状であってもよいし、底面と側面とを有する形状であってもよい。スリット８５は、ねじ山８４の全周に亘って形成していなくてもよい。例えば、ねじ山８４のうち、中心部よりも後端側の部分にのみスリット８５を形成してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１    温度センサ
６０    フランジ
８０    ナット
８１    雄ねじ部
８４    ねじ山
８５    スリット
１００    排気管
１０１    周壁
１１０    ボス
１１２    雌ねじ部
１１３    挿通孔
【図１】
2013029482.tif 000004
【図２】
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【図３】
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