JPH0743221A - サーミスタ温度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サーモユニットの金属管への組付が容易であ
ると共に，組付不具合による温度エラーの生じないサー
ミスタ温度センサの提供。 【構成】 金属管１１と，金属管１１の前端部１１１に
寄せて収容されたサーモユニット２０と，リードワイヤ
１５とを有するサーミスタ温度センサ１０である。サー
モユニット２０は，絶縁管２１と，絶縁管２１の前端部
に固定したサーミスタ素子２２とを有しており，その前
方部分が金属管１１内にセメント３０により埋設固定さ
れている。サーモユニット２０のセメント埋設部２３の
最大断面積Ｓａは，金属管１１のセメント埋設部２３の
最小内空断面積Ｓｎの５５〜８５％の間にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，自動車の排気ガス・Ｅ
ＧＲガス等の温度を測定するサーミスタ温度センサに関
する。

【０００２】

【従来技術】温度センサには各種の方式のものがある
が，その１つとして，温度に対するサーミスタの抵抗変
化を利用したサーミスタ温度センサがある。サーミスタ
温度センサは，例えば，サーミスタ素子を絶縁管の先端
から突出させてそれを検査対象に近接させて温度を測定
する。また，サーミスタ素子を保護するために上記サー
ミスタ素子と絶縁管とを金属管中に収容したものも多く
用いられている。

【０００３】そして，金属管に上記サーミスタ素子と絶
縁管とを固定する方法として耐熱セメントを用いる構造
が提案されている（特開昭６２−２７８４２１号公報参
照）。即ち，上記温度センサ９は，図８に示すように，
絶縁管９２２の先端からサーミスタ素子９１を突出させ
両者を接着剤９２１で固定させたサーモユニット９０を
金属管９３に収容し，金属管９３に注入した耐熱セメン
ト９４中に埋設して上記サーモユニット９０を固定す
る。

【０００４】そしてサーミスタ素子９１と接続したサー
モユニット９０のリード線９５を信号取出し用のリード
ワイヤ９６と金属管９３内で接続する。このように，耐
熱セメント９４（以下単に「セメント」という）によっ
てサーモユニット９０を金属管９３に固定する方法は構
成部品点数が少なく構造が簡素で安価であるという利点
がある。

【０００５】また，セメント９４は，被測温流体の温度
を金属管９３を介してサーモユニット９０に伝達する役
目も果たす。従って，セメント９４は比較的熱伝導率の
良好なものが用いられる。なお図８において，符号９７
は温度センサ９を測温部近傍に固定するためのネジ金具
である。

【０００６】即ち，上記温度センサ９は，図９に示すよ
うに，被測温流体を収容した収容部９８に設けたねじ穴
からその先端の感温部を挿入し，ネジ金具９７をねじ穴
に螺着して収容部９８に固定する。例えば，エンジンの
排気ガス温度を測定する場合には，エンジンの排気系管
に設けたねじ穴から温度センサ９の先端部を挿入し，ネ
ジ金具９７を排気系管のねじ穴に螺着する。図９におい
て，符号９７１はガスケットである。

【０００７】

【解決しようとする課題】しかしながら，セメントを用
いてサーモユニットを固定するサーミスタ温度センサに
は次のような問題がある。それは，セメントによりサー
モユニットを金属管に埋設固定する組付の作業性の問題
である。

【０００８】その第１点は，サーモユニットの外径を金
属管の内径に比べて小さくするとセメントに対してサー
モユニットを楽に挿入埋設することができるが，サーモ
ユニットの軸心が金属管の軸心に対して傾いたり，両軸
心が平行方向にずれたりすることである。サーモユニッ
トの軸心と金属管の軸心とがずれたり，傾いたりする
と，流動する流体の温度を測定する場合などに，その温
度検出値がばらついたり，応答速度が変化したりすると
いう問題を生ずる。

【０００９】即ち，図９に示すように，排気管中を矢印
のように流れる排気ガス９９の温度を測定する場合，金
属管９３の軸心９３１とサーモユニット９０の軸心９０
１にずれδがあると，取付方向によって測定値の応答特
性が変化する。

【００１０】また，サーモユニット９０が金属管９３内
に傾いて挿入されると，セメント９４は，サーモユニッ
ト９０と金属管内壁９３との隙間が小さい所では後方ま
で進入し，一方隙間が大きい所ではセメントは金属管の
後方まで進入しない。即ち，セメント９４がサーモユニ
ット９０の外周を均一に被覆せず，これによってサーモ
ユニット９０の外周部における熱伝導特性が変化し，製
品毎の特性のばらつきが生ずる。

【００１１】一方，サーモユニット９０の外径と金属管
９３の内径の差が小さい場合，即ち両者の隙間が小さい
場合には，金属管にサーモユニットを挿入する場合，セ
メントの抵抗が大きくなり，サーモユニットの挿入が困
難になる。その結果，サーモユニットが金属管の最先端
まで挿入されないものが生じ，同様に温度エラーや応答
特性が変化するという問題が発生する。

【００１２】即ち，サーモユニットをスムースにセメン
トに挿入できる場合には，サーモユニットの先端が金属
管の内壁に当接したことを作業者は容易に感知すること
ができる。しかし，セメントの挿入抵抗が大きくなる
と，サーモユニットの先端が金属管の内壁に当接したか
否かの感知が困難となり，サーモユニットの先端と金属
管の先端内壁との間にギャップｇ（図４）が生ずる。

【００１３】上記のようなギャップｇが生じ，サーミス
タ素子が金属管の後方に後退すると，サーミスタ素子に
対する金属管先端からの熱伝達が遅れると共に，金属管
後方からの外気温度の影響により測定値に変動が生ずる
のである。本発明は，かかる従来のサーミスタ温度セン
サの問題点に鑑みて，サーモユニットの金属管への組付
が容易であると共に，組付不具合による温度エラーの生
じないサーミスタ温度センサを提供しようとするもので
ある。

【００１４】

【課題の解決手段】本発明は，前端部を閉塞した金属管
と，該金属管の前端部に寄せて収容されたサーモユニッ
トと，該サーモユニットと金属管内で接続されて金属管
の後方より引き出されたリードワイヤとを有するサーミ
スタ温度センサであって，サーモユニットは，リード線
を挿通させる絶縁管と，該絶縁管の前端部に固定したサ
ーミスタ素子とを有していると共に，その前方部分が金
属管内においてセメントに埋設固定されており，上記サ
ーモユニットのセメント埋設部における最大断面積Ｓａ
は，前端部を除く金属管のセメント埋設部における最小
内空断面積Ｓｎの５５〜８５％の間にあることを特徴と
するサーミスタ温度センサにある。

【００１５】本発明において最も注目すべきことは，サ
ーモユニットが金属管内においてセメントに埋設固定さ
れており，サーモユニットのセメント埋設部における最
大断面積Ｓａが，金属管のセメント埋設部における最小
内空断面積Ｓｎの５５〜８５％の間にあることである。

【００１６】なお，金属管の前端部は閉塞してあるか
ら，上記最小内空断面積Ｓｎの範囲には，金属管の先端
部を含めないものとする。例えばサーモユニットの断面
積及び金属管の内空断面積が共に円の場合には，上記数
値条件は，サーモユニットの径ｄの金属管の内空径Ｄに
対する比率が０．７４〜０．９２の間にあることに相当
する。

【００１７】

【作用及び効果】サーモユニットのセメント埋設部にお
ける最大断面積Ｓａは金属管のセメント埋設部における
最小内空断面積Ｓｎの８５％以下である。これによりサ
ーモユニット挿入時のセメント抵抗が抑制され，後述す
る実験例（図３）が示すように，セメントに対するサー
モユニットの挿入（組付）は，スムースになり，サーモ
ユニットの先端と金属管の先端部内壁との間のギャップ
ｇ（図４）は低目に抑制される。即ち，サーミスタ素子
は金属管の先端まで挿入され，正確な温度測定が可能と
なる。

【００１８】一方，サーモユニットのセメント埋設部に
おける最大断面積Ｓａは，金属管のセメント埋設部にお
ける最小内空断面積Ｓｎの５５％以上である。これは，
前記のように，円形断面の外径比では，金属管内径の７
４％以上に相当する。これにより，後述する実験例が示
すように，金属管内におけるサーモユニットと金属管と
の軸心ずれが抑制され，軸心ずれによる温度エラーや応
答特性の変動を低目に抑制することができる（前記，図
９等参照）。

【００１９】上記のように，本発明によれば，サーモユ
ニットの金属管への組付けが容易であると共に，サーモ
ユニットの金属管への組付不具合による温度エラーの生
じないサーミスタ温度センサを提供することができる。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例にかかるサーミスタ温度セン
サにつき，図１〜図４を用いて説明する。本例はエンジ
ン排気系のＥＧＲガス温度を測定するサーミスタ温度セ
ンサである。本例は，図１に示すように，前端部１１１
を閉塞した金属管１１と，該金属管１１の前端部１１１
に寄せて収容されたサーモユニット２０と，該サーモユ
ニット２０と金属管１１内で接続されて金属管１１の後
方より引き出されたリードワイヤ１５とを有するサーミ
スタ温度センサ１０である。

【００２１】サーモユニット２０は，リード線１４を挿
通させる絶縁管２１と，絶縁管２１の前端部に固定した
サーミスタ素子２２とを有し，その前方部分が金属管１
１内においてセメント３０に埋設固定されている。サー
モユニット２０のセメント埋設部２３における最大断面
積Ｓａは，前端部１１１を除く金属管１１のセメント埋
設部２３における最小内空断面積Ｓｎの５５〜８５％の
間である７２％である。

【００２２】以下それぞれについて詳説する。本例のサ
ーミスタ温度センサ１０は，図９に示したように，エン
ジンの排気系ＥＧＲガス通路管のねじ穴にネジ金具を螺
着して取付けられる。サーミスタ温度センサ１０は，図
１に示すように，円柱状のサーモユニット２０が筒状の
金属管１１内に収容されており，金属管１１の前端部１
１１に接するよう検温素子であるサーミスタ素子２２が
配設されている。

【００２３】上記サーモユニット２０は，次のような工
程により，金属管１１に固定される。最初にＭｇＯ系セ
メントを水と混合し泥状化する。そして，泥状化したセ
メント３０を所定量だけディスペンサ等を用いて，金属
管１１の前端部１１１に注入する。上記ディスペンサ
は，注射針状のパイプを設けた注入器である。

【００２４】続いて，サーモユニット２０を，その先端
が金属管１１に突き当たるまで，上記セメント３０部に
真直ぐに挿入する。サーモユニット２０の挿入に伴いセ
メント３０は，後方に押し出され，サーモユニット２０
の外周と金属管１１の内壁１１３との隙間を這い上が
る。

【００２５】その結果，サーモユニット２０の前方に
は，セメント３０に被われたセメント埋設部２３が形成
される。その後，常温〜２００℃の温度でセメント３０
を乾燥，硬化させて，サーモユニット２０を金属管１１
に固定する。

【００２６】サーモユニット２０は，絶縁管２１の前端
にサーミスタ素子２２が取付けられており，図２に示す
ように，絶縁管２１には，サーミスタ素子２２のリード
線１４を挿通するリード穴２１１が穿設されている。リ
ード線１４は接着剤２１２によって，リード穴２１１に
固定される。なお，上記絶縁管２１は，マグネシア系の
セラミックで形成された円柱状の絶縁管であり，全長は
約２１ｍｍである。

【００２７】サーミスタ素子２２は，ガラスによってサ
ーミスタを封止したものであり，ガラス溶着により絶縁
管２１に取付けられる。サーミスタ素子２２の全長は約
３．８ｍｍである。そして，図１に示すように，絶縁管
２１の後方から引出されたリード線１４は，被覆を有す
るリードワイヤ１５と接続され，リードワイヤ１５は，
サーミスタ温度センサ１０の後方から外部に引き出され
る。

【００２８】リードワイヤ１５の引き出し部は，ゴムブ
ッシュ１６と保護チューブ１８を介設させて，金属管１
１をかしめて封止される。一方，金属管１１の先端から
５〜１０ｍｍの位置には，ネジ金具１２が金属管１１の
外周にろう付けされている。上記ネジ金具１２の前後長
は，約１５ｍｍである。

【００２９】そして，絶縁管２１の外径ｄは４ｍｍであ
り，金属管１１の内径Ｄは４．７ｍｍである。従って，
絶縁管２１のセメント埋設部２３における断面積Ｓａ
は，金属管１１のセメント埋設部２３の内空断面積Ｓｎ
の７２％である。また，セメント３０は，サーモユニッ
ト２０のセメント埋設部２３の長さが５ｍｍ以上となる
ように所定量だけ金属管１１内に注入されている。

【００３０】次に，本例のサーミスタ温度センサ１０の
作用効果ついて述べる。本例においては，サーモユニッ
ト２０のセメント埋設部２３の長さは５ｍｍ以上であ
り，サーモユニット２０（全長２５ｍｍ，但しリード線
１４のはみ出し部を除く）を必要な強度で金属管１１内
に埋設固定することができる。即ち，自動車部品として
要求される耐振性４９０ｍ／Ｓ² （５０Ｇ）以上を満足
すると共に，リードワイヤー１５による静的な耐引張力
４９Ｎ（５ｋｇｆ）を充足する。

【００３１】一方，絶縁管２１の外径ｄは，金属管１１
の内径Ｄの８５％以下であり，セメント抵抗は手頃な値
となり人手による組付作業においてサーモユニット２０
を金属管１１の先端まで充分深く挿入することができ
る。即ち，サーモユニット２０を金属管１１内のセメン
ト３０に人手によって挿入した場合，図４に示すサーモ
ユニット２０の先端と金属管１１の内壁先端とのギャッ
プｇを極めて小さな値に抑制することができる。

【００３２】図３は，上記の外径比ｄ／Ｄを変えてサー
モユニット２０の挿入作業を行った場合の，上記ギャッ
プｇの変化範囲（上下の双矢線）と，サーミスタ温度セ
ンサ１０の応答特性の変化を示す特性図である。同図に
おける応答遅れ度合Ｒとは，温度をステップ関数状に変
化させたときにサーミスタ温度センサ１０が所定の測定
値（６３％値）に達する時間の上記ギャップｇがゼロの
場合に対する遅れ度合（％）を示すものである。

【００３３】なお，同図における点Ａ（１３％）は，上
記応答遅れ度合の仕様上の許容限度を示すものであり，
同図から知られるように，上記外径比ｄ／Ｄが０．９２
以下であれば，上記ギャップｇを１ｍｍ以下に抑制し，
上記応答遅れ度合Ｒを許容限度１３％内に抑制すること
ができる。

【００３４】また，上記外径比ｄ／Ｄが０．７４以上で
あれば，サーモユニット２０をセメント３０に埋設する
際に，サーミスタ温度センサ１０の応答特性に大きな影
響を与えるようなサーモユニット２０と金属管１１との
軸心ずれも生じないことを試作により確認することがで
きた。上記のように，本例によれば，サーモユニット２
０の金属管１１への組付けが容易であると共に，サーモ
ユニット２０の金属管１１への組付不具合による温度エ
ラーの生じないサーミスタ温度センサを提供することが
できる。

【００３５】実施例２ 本例は，図５に示すように，実施例１において絶縁管２
４を小径絶縁管２４１と大径絶縁管２４２により構成し
たもう１つの実施例である。即ち，絶縁管２４は，実施
例１の絶縁管２１の径よりも小さい直径を有する小径絶
縁管２４１と，実施例１の絶縁管２１の径より若干大き
い径を有する大径絶縁管２４２により構成されている。

【００３６】そして，セメント３０は小径絶縁管２４１
の周囲だけを埋設するから，サーモユニット２００を金
属管１１に挿入する組付作業が容易であり，前記のギャ
ップｇは，ほとんど生じない。また，大径絶縁管２４２
と金属管１１の内壁との隙間は小さいから，サーモユニ
ット２００の軸心と金属管１１の軸心の間に軸ずれがほ
とんど生じないよう組付けることができる。その結果，
サーモユニット２００は精度良く金属管１１に組付ける
ことができる。その他については，実施例１と同様であ
る。

【００３７】実施例３ 本例は，図６，図７に示すように，実施例１において，
絶縁管２５，２６の断面形状を円形としないもう１つの
実施例である（図２参照）。即ち，本例のサーモユニッ
トの絶縁管２５，２６の断面形状は，側面をカットした
部分円（図６）又は菱形状（図７）である。

【００３８】しかし，いずれの絶縁管２５，２６におい
ても，その断面積Ｓａは，金属管１１の内空断面積Ｓｎ
の５５〜８５％の間にある。その他については，実施例
１と同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のサーミスタ温度センサの断面図。

【図２】図１のＢ−Ｂ矢視線断面図。

【図３】実施例１において絶縁管の外径と金属管の内径
との比率を変化させたときの特性変化図。

【図４】図３におけるギャップｇの説明図。

【図５】実施例２のサーミスタ温度センサの断面図。

【図６】実施例３における図１のＢ−Ｂ矢視線断面図。

【図７】実施例３におけるもう１つの図１のＢ−Ｂ矢視
線断面図。

【図８】従来のサーミスタ温度センサの断面図。

【図９】従来のサーミスタ温度センサの取付状態説明
図。

【符号の説明】

１０．．．サーミスタ温度センサ， １１．．．金属管， １１１．．．前端部， １５．．．リードワイヤ， ２０．．．サーモユニット， ２１．．．絶縁管， ２２．．．サーミスタ素子， ２３．．．セメント埋設部， ３０．．．セメント，

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前端部を閉塞した金属管と，該金属管の
   前端部に寄せて収容されたサーモユニットと，該サーモ
   ユニットと金属管内で接続されて金属管の後方より引き
   出されたリードワイヤとを有するサーミスタ温度センサ
   であって，サーモユニットは，リード線を挿通させる絶
   縁管と，該絶縁管の前端部に固定したサーミスタ素子と
   を有していると共に，その前方部分が金属管内において
   セメントに埋設固定されており，上記サーモユニットの
   セメント埋設部における最大断面積Ｓａは，前端部を除
   く金属管のセメント埋設部における最小内空断面積Ｓｎ
   の５５〜８５％の間にあることを特徴とするサーミスタ
   温度センサ。