JP6589498B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、金属製の筒状部材に成形樹脂部を封入した温度センサに関する。

従来、温度センサとして、金属ケース内にサーミスタチップと共に樹脂を一体成形したものが知られている。例えば、特許文献１には、先端にネジ部が形成された金属ケース（キャップ）に、感熱素子を挿入すると共に、エポキシ樹脂、無機接着剤等の液状充填材を注入し硬化した温度センサが記載されている。

実公昭５８−２８１９４号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、金属ケースのネジ部等によって被検知体に取り付けられた温度センサでは、被検知体との接触部分から伝熱した熱が充填材であるエポキシ樹脂、無機接着剤等を介して感熱素子に伝わるため、熱応答性が悪くなってしまう不都合があった。また、充填材を硬化するまでに感熱素子が浮く等して位置ずれが生じ易く、熱応答性にばらつきが生じ易かった。さらに、小型の感熱素子を適用し、熱応答性を向上させようとした場合、金属ケースとのクリアランスが広くなり、充填材の量が増えるため、熱応答性の高速化に限界があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、熱応答性を向上可能であると共に感熱素子の位置ずれを防止す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。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る温度センサは、金属製の筒状部材と、前記筒状部材内に挿入された樹脂製のインナーキャップと、前記インナーキャップ内に充填された樹脂で形成された成形樹脂部と、前記成形樹脂部内に封入された感熱素子と、前記筒状部材と前記インナーキャップとの間であって前記感熱素子の周囲に配され、外側が前記筒状部材の内周面に当接すると共に内側が前記インナーキャップの外周面に当接した金属製のスリーブ部材とを備えていることを特徴とする。

この温度センサでは、筒状部材とインナーキャップとの間であって感熱素子の周囲に配され、外側が筒状部材の内周面に当接すると共に内側がインナーキャップの外周面に当接した金属製のスリーブ部材を備えているので、スリーブ部材を介して筒状部材とインナーキャップとを熱的に結合させると共に全周から熱を伝えることで受熱面積を大きくでき、高い熱応答性を得ることができる。また、インナーキャップによって成形樹脂部及び感熱素子が位置決めされると共に成形樹脂部の径を小さく設定でき、熱応答性のばらつきを低減することができる。また、これにより、被検知体の温度に対して検知温度差も小さくすることができる。さらに、小型の感熱素子を適用した場合、筒状部材とインナーキャップとの間にスリーブ部材が設置されることで、インナーキャップの外径を細くすることができ、成形樹脂部の樹脂の充填量を増やさないことで熱応答性を速くすることができる。なお、インナーキャップ内に射出成形によって成形樹脂部を充填する場合、充填される樹脂の圧力でインナーキャップが膨張し、ひび割れすることを、スリーブ部材がインナーキャップの外側を支持することで防止することができる。

第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、前記筒状部材の外周に雄ねじ部が形成されており、前記感熱素子が、前記雄ねじ部の内側に配置されていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、感熱素子が、雄ねじ部の内側に配置されているので、雄ねじ部を被検知体の雌ねじ部に螺着させた際に、螺接面の内側に感熱素子を位置決めできる。また、雄ねじ部によって温度センサの被検知体への取り付けが容易になると共にレイアウトの自由度も高くなる。

第３の発明に係る温度センサは、第１又は第２の発明において、前記インナーキャップが、前記スリーブ部材の基端を係止可能な段部を有していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、インナーキャップが、スリーブ部材の基端を係止可能な段部を有しているので、段部にスリーブ部材が係止されることでスリーブ部材を軸方向に位置決めすることができる。

第４の発明に係る温度センサは、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記スリーブ部材が、断面円形状であることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、スリーブ部材が、断面円形状であるので、筒状部材からの熱を周方向で均一にインナーキャップに伝えることができる。

第５の発明に係る温度センサは、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記スリーブ部材が、半径方向に弾性を有する弾性部を有していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、スリーブ部材が、半径方向に弾性を有する弾性部を有しているので、弾性部の弾性によって外部からの振動や衝撃を緩和してインナーキャップ内の感熱素子を保護することができる。

第６の発明に係る温度センサは、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記スリーブ部材が、前記筒状部材に当接する外周面部と、前記インナーキャップに当接する内周面部とを備え、前記外周面部と前記内周面部との間に中空部を有していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、外周面部と内周面部との間に中空部を有しているので、中空部によってスリーブ部材の熱容量が小さくなるため、熱応答性を速くすることができる。特に、インナーキャップの外径を細くした場合、筒状部材とインナーキャップとの間のクリアランスが広くなるが、中空部を有するスリーブ部材を用いることで、熱容量の増大を抑制してインナーキャップを筒状部材内に固定することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度センサによれば、筒状部材とインナーキャップとの間であって感熱素子の周囲に配され、外側が筒状部材の内周面に当接すると共に内側がインナーキャップの外周面に当接した金属製のスリーブ部材とを備えているので、高い熱応答性を得ることができると共に、応答性のばらつきを低減することができる。
したがって、本発明を、高い応答性を有すると共に精度の高い温度測定が可能であり、例えばエンジンの温度を検知する手段として好適である。

本発明に係る温度センサの第１実施形態を示す断面図である。 第１実施形態において、スリーブ部材を示す軸方向に直交する断面図である。 本発明に係る温度センサの第２及び第３実施形態において、スリーブ部材を示す軸方向に直交する断面図である。 本発明に係る温度センサの第４及び第５実施形態において、スリーブ部材を示す軸方向に直交する断面図である。 本発明に係る温度センサの第６実施形態において、スリーブ部材を示す軸方向に直交する断面図及び図６のＡ−Ａ線断面図である。 第６実施形態の温度センサを示す断面図である。 本発明に係る温度センサにおいて、第１実施形態の他の例を示す断面図である。

以下、本発明に係る温度センサの第１実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本実施形態の温度センサ１は、図１及び図２に示すように、金属製の筒状部材２と、筒状部材２内に挿入された樹脂製のインナーキャップ３と、インナーキャップ３内に充填された樹脂で形成された成形樹脂部４と、成形樹脂部４内に封入された感熱素子５と、筒状部材２とインナーキャップ３との間であって感熱素子５の周囲に配され、外側が筒状部材２の内周面に当接すると共に内側がインナーキャップ３の外周面に当接した金属製のスリーブ部材６とを備えている。

上記筒状部材２は、銅、黄銅、アルミ等の金属で先端が閉鎖された筒状に形成されている。
この筒状部材２の先端側の外周には、取付用の雄ねじ部２ａが形成されている。
すなわち、この温度センサ１は、例えば冷却水又はエンジンオイルを循環する流路に関係なく、エンジンブロックの任意の位置に設けた雌ねじ部に、雄ねじ部２ａを螺着させて取り付け可能である。

上記感熱素子５は、雄ねじ部２ａの内側に配置されている。
この感熱素子５は、一対の電極（図示略）を有するチップ状又は板状のサーミスタ素子５ａと、サーミスタ素子５ａの一対の電極に一端が接続された一対のリード線５ｂと、一対のリード線５ｂの他端が一端に結線され電気的に接続された一対のコネクタ端子７とを備えている。
なお、サーミスタ素子５ａは、一対のリード線５ｂが接続された状態でガラス材等の絶縁性材料でコーティングされていても構わない。
上記コネクタ端子７は、銅、黄銅、ニッケル、ジュメット等の細長い金属板材で形成されている。

上記成形樹脂部４は、インナーキャップ３内に射出成形によって感熱素子５と共に一体成形されている。この成形樹脂部４は、先端側に形成されインナーキャップ３内に充填された先端充填部４ａと、基端側に形成されたコネクタ部４ｂとを有している。
成形樹脂部４は、先端充填部４ａ内に配したサーミスタ素子５ａからリード線５ｂを含んでコネクタ端子７の一端までを封止している。
成形樹脂部４は、ＰＢＴ、ＰＡ、ＰＰＳ等の樹脂による射出成形で形成され、コネクタ部４ｂは、筒状部材２の開口端面に密着している。

上記インナーキャップ３は、例えばＰＰＳ樹脂等で先端が閉鎖された筒状に形成されている。
このインナーキャップ３は、スリーブ部材６の基端を係止可能な段部３ａを有している。すなわち、インナーキャップ３の先端部が基端部よりも小径に形成されており、先端部がスリーブ部材６に挿入され、先端部と基端部との境界に形成された段部３ａにスリーブ部材６の基端が当接した状態で、筒状部材２にインナーキャップ３が挿入される。
上記スリーブ部材６は、図２に示すように、断面円形状であり、高熱伝導性材料である銅やアルミニウム等で円筒状に形成されている。

このように本実施形態の温度センサ１では、筒状部材２とインナーキャップ３との間であって感熱素子５の周囲に配され、外側が筒状部材２の内周面に当接すると共に内側がインナーキャップ３の外周面に当接した金属製のスリーブ部材６を備えているので、スリーブ部材６を介して筒状部材２とインナーキャップ３とを熱的に結合させると共に全周から熱を伝えることで受熱面積を大きくでき、高い熱応答性を得ることができる。また、インナーキャップ３によって感熱素子５及びコネクタ端子７が位置決めされると共に成形樹脂部４の径を小さく設定でき、熱応答性のばらつきを低減することができる。これにより、被検知体の温度に対して検知温度差も小さくすることができる。

さらに、小型の感熱素子５を適用した場合、筒状部材２とインナーキャップ３との間にスリーブ部材６が設置されることで、インナーキャップ３の外径を細くすることができ、成形樹脂部４の樹脂の充填量を増やさないことで熱応答性を速くすることができる。なお、インナーキャップ３内に射出成形によって成形樹脂部４を充填する場合、充填される樹脂の圧力でインナーキャップ３が膨張し、ひび割れすることを、スリーブ部材６がインナーキャップ３の外側を支持することで防止することができる。

また、感熱素子５が、雄ねじ部２ａの内側に配置されているので、雄ねじ部２ａを被検知体の雌ねじ部に螺着させた際に、螺接面の内側に感熱素子５を位置決めできる。また、雄ねじ部２ａによって温度センサ１の被検知体への取り付けが容易になると共にレイアウトの自由度も高くなる。

また、インナーキャップ３が、スリーブ部材６の基端を係止可能な段部３ａを有しているので、段部３ａにスリーブ部材６が係止されることでスリーブ部材６を軸方向に位置決めすることができる。
さらに、スリーブ部材６が、断面円形状であるので、筒状部材２からの熱を周方向で均一にインナーキャップ３に伝えることができる。

次に、本発明に係る温度センサの第２から第６実施形態について、図３から図６を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、スリーブ部材６が単純な円筒状であるのに対し、第２実施形態の温度センサでは、図３の（ａ）に示すように、スリーブ部材２６が、中央円筒部２６ａと、中央円筒部２６ａの外周面から半径方向に突出した複数の弾性部２６ｂとを備えている点である。
すなわち、第２実施形態のスリーブ部材２６は、半径方向に弾性を有する３つの弾性部２６ｂを有している。これら弾性部２６ｂは、周方向に等間隔に設けられている。

上記弾性部２６ｂは、断面円弧状の板状部であり、その半径方向先端部は、筒状部材２の内周面に当接する。また、上記中央円筒部２６ａ内には、インナーキャップ３が挿入される。
このように第２実施形態の温度センサでは、スリーブ部材２６が、半径方向に弾性を有する弾性部２６ｂを有しているので、弾性部２６ｂの弾性によって外部からの振動や衝撃を緩和してインナーキャップ３内の感熱素子５を保護することができる。
また、各弾性部２６ｂの間には、周方向に３つの中空領域が形成されるため、これら中空領域によってスリーブ部材６の熱容量が第１実施形態に比べて小さくなり、熱応答性を速くすることができる。

次に、第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、スリーブ部材２６の弾性部２６ｂが筒状部材２の内周面に接触するのに対し、第３実施形態の温度センサでは、図３の（ｂ）に示すように、弾性部３６ｂの半径方向先端に設けられた外周面部３６ｃが筒状部材２の内周面に接触している点である。
すなわち、第３実施形態のスリーブ部材３６は、筒状部材２に当接する外周面部３６ｃと、インナーキャップ３に当接する内周面部３６ａとを備え、外周面部３６ｃと内周面部３６ａとの間に中空部３６ｄを有している。内周面部３６ａは、インナーキャップ３が挿入可能な円筒状であり、外周面部３６ｃは、筒状部材２の内周面に接触可能な円筒状である。

また、弾性部３６ｂは、内周面部３６ａの外周に半径方向に突出した板状部である。これら弾性部３６ｂは、周方向に等間隔に４つ設けられている。
上記中空部３６ｄは、内周面部３６ａと弾性部３６ｂと外周面部３６ｃとで囲まれた中空領域であり、周方向に４つ設けられている。なお、中空構造を有していても、弾性部３６ｂの弾性力（バネ力）によって外部からの振動や衝撃にも強く、高い信頼性が得られる。

このように第３実施形態の温度センサでは、外周面部３６ｃと内周面部３６ａとの間に中空部３６ｄを有しているので、中空部３６ｄによってスリーブ部材３６の熱容量が小さくなるため、熱応答性を速くすることができる。特に、インナーキャップ３の外径を細くした場合、筒状部材２とインナーキャップ３との間のクリアランスが広くなるが、中空部３６ｄを有するスリーブ部材３６を用いることで、熱容量の増大を抑制してインナーキャップ３を筒状部材２内に固定することができる。また、外周面部３６ｃが全周にわたって筒状部材２の内周面に当接するため、第２実施形態に比べて高い熱伝導を得ることができる。

次に、第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、スリーブ部材６が単純な円筒形状であるのに対し、第４実施形態の温度センサでは、図４の（ａ）に示すように、スリーブ部材４６が、大小２つの円筒が組み合わさった形状に近い変形した筒形状とされている点である。
すなわち、第４実施形態のスリーブ部材４６は、インナーキャップ３が挿入されインナーキャップ３の外周面が当接される断面略円形状の小径筒状部４６ａと、小径筒状部４６ａよりも径が大きく小径筒状部４６ａに隣接した断面略円形状の大径筒状部４６ｂとで構成されている。

小径筒状部４６ａと大径筒状部４６ｂとは、互いに切りかかれた部分で結合されており、断面形状がどちらも円形に近い円弧状とされている。また、インナーキャップ３が挿入されていない大径筒状部４６ｂは、内部が中空とされている。
小径筒状部４６ａ内にインナーキャップ３を設置する場合、小径筒状部４６ａの開口端からインナーキャップ３を圧入、挿入しても構わないが、大径筒状部４６ｂ内に挿入したインナーキャップ３を小径筒状部４６ａの横開口部（大径筒状部４６ｂとの連結部）から小径筒状部４６ａ内に押し込んでも構わない。このように小径筒状部４６ａは、インナーキャップ３の外周を挟持するクリップ的な機能を有している。

このスリーブ部材４６では、筒状部材２内に挿入した状態では、インナーキャップ３が挿入された小径筒状部４６ａが筒状部材２の中心軸から外れて筒状部材２の内周面に近接した状態となる。すなわち、大径筒状部４６ｂの弾性力によって小径筒状部４６ａが筒状部材２の内周面に密着状態に押し付けられ、小径筒状部４６ａ内のインナーキャップ３及び感熱素子５も筒状部材２の内周面に近接されている。このように、スリーブ部材４６では、大径筒状部４６ｂだけでなく、小径筒状部４６ａの一部が、筒状部材２の内周面に当接している。

したがって、第４実施形態の温度センサでは、インナーキャップ３が小径筒状部４６ａ内に配されることで、感熱素子５が筒状部材２の内周面に近接して高い応答性を得ることができる。また、大径筒状部４６ｂが弾性部として機能することで、外部からの振動や衝撃を緩和可能であると共に、大径筒状部４６ｂ内が中空部４６ｄとなることで、スリーブ部材４６の熱容量を小さくすることができる。なお、スリーブ部材４６と筒状部材２との隙間は、射出成形時に樹脂で充填しても構わない。

次に、第５実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、スリーブ部材２６の弾性部２６ｂが断面円弧状であるのに対し、第５実施形態の温度センサでは、図４の（ｂ）に示すように、スリーブ部材５６が、断面直線状で中心円筒部５６ａから半径方向に突出した複数の弾性部５６ｂを備えている点である。
これら弾性部５６ｂは、周方向に等間隔に４つ設けられている。
このように第５実施形態の温度センサにおいても、第２実施形態と同様に、複数の弾性部５６ｂが設けられているので、外部からの振動や衝撃を緩和することができる。

次に、第６実施形態と第３実施形態との異なる点は、第３実施形態では、スリーブ部材３６が、インナーキャップ３の外周面に当接する円筒状の内周面部３６ａと、筒状部材２の内周面に当接する円筒状の外周面部３６ｃと、内周面部３６ａと外周面部３６ｃとを接続する弾性部３６ｂとを有しているのに対し、第６実施形態の温度センサ６１では、図５及び図６に示すように、スリーブ部材６６が、インナーキャップ３の外周面に当接する断面円弧状の内周面部６６ａと、筒状部材２の内周面に当接する断面円弧状の一対の外周面部６６ｃと、内周面部６６ａと外周面部６６ｃとを接続する接続部６６ｂとを有している点である。

上記内周面部６６ａは、インナーキャップ３が挿入可能で円形に近い円弧状の断面形状を有し、上記外周面部６６ｃは、筒状部材２内に挿入可能で一対で円形に近い円弧状の断面形状を有している。一対の外周面部６６ｃは、互いに対向した断面円弧状とされ、内周面部６６ａとの間に中空部６６ｄを有している。これら内周面部６６ａ、接続部６６ｂ及び外周面部６６ｃは、一枚の銅薄板を折り曲げて一体に形成され、全体として半径方向に弾性を有している。

このように第６実施形態の温度センサ６１では、スリーブ部材６６が、半径方向に弾性を有しているので、バネ力によって外周面部６６ｃが筒状部材２の内周面に密着すると共に、外部からの振動や衝撃を緩和可能である。また、中空部６６ｄを有しているので、スリーブ部材６６の熱容量を小さくすることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記第１実施形態では、コネクタ部４ｂを有した成形樹脂部４を備えたコネクタ一体型の温度センサであるが、図７に示すように、先端充填部７４ａを有するがコネクタ部が無い成形樹脂部７４を備え、リード線５ｂの基端に外部リード線である被覆リード線７７が接続された温度センサ７１としても構わない。この場合、インナーキャップ３内部の成形樹脂部７４は、射出成形による樹脂ではなく、エポキシ樹脂、無機接着剤等の樹脂充填材を用いてもよい。

１，６１，７１…温度センサ、２…筒状部材、２ａ…雄ねじ部、３…インナーキャップ、３ａ…段部、４，７４…成形樹脂部、５…感熱素子、６，２６，３６，４６，５６，６６…スリーブ部材、２６ｂ，３６ｂ，５６ｂ…弾性部、３６ａ，６６ａ…内周面部、３６ｄ，４６ｄ、６６ｄ…中空部、３６ｃ，６６ｃ…外周面部

Claims (6)

1. 金属製の筒状部材と、
   前記筒状部材内に挿入された樹脂製のインナーキャップと、
   前記インナーキャップ内に少なくとも一部が充填された樹脂で形成された成形樹脂部と、
   前記成形樹脂部内に封入された感熱素子と、
   前記筒状部材と前記インナーキャップとの間であって前記感熱素子の周囲に配され、外側が前記筒状部材の内周面に当接すると共に内側が前記インナーキャップの外周面に当接した金属製のスリーブ部材とを備え、
   前記スリーブ部材が、前記感熱素子の先端を越えて前記インナーキャップの外周面の先端まで当接していることを特徴とする温度センサ。
2. 請求項１に記載の温度センサにおいて、
   前記筒状部材の外周に雄ねじ部が形成されており、
   前記感熱素子が、前記雄ねじ部の内側に配置されていることを特徴とする温度センサ。
3. 請求項１又は２に記載の温度センサにおいて、
   前記インナーキャップが、前記スリーブ部材の基端を係止可能な段部を有していることを特徴とする温度センサ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   前記スリーブ部材が、断面円形状であることを特徴とする温度センサ。
5. 請求項１から３のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   前記スリーブ部材が、半径方向に弾性を有する弾性部を有していることを特徴とする温度センサ。
6. 請求項１から３のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   前記スリーブ部材が、前記筒状部材に当接する外周面部と、
   前記インナーキャップに当接する内周面部とを備え、
   前記外周面部と前記内周面部との間に中空部を有していることを特徴とする温度センサ。

Images