温度センサの製造方法、および温度センサ
【課題】温度センサにおいて、感温素子の周囲に充填される充填材に気泡が混入しないようにし、感温素子を振動から保護できるようにする。
【解決手段】温度センサ１を製造する際には、金属チューブ１１４にサーミスタ素子２が挿入されていない状態で、金属チューブ１１４にセメント１１０を注入する注入工程と、セメント１１０の硬化前に、サーミスタ素子２が取り付けられたシース部材１０８を金属チューブ１１４内に挿入することにより、サーミスタ素子２が金属チューブ１１４内に収納された中間形成体を形成する挿入工程と、セメント１１０の硬化前に、金属チューブ１１４の先端側を外側に向けた状態で、中間形成体に遠心力を加えることにより、セメント１１０中においてサーミスタ素子２の後端部よりも先端側に含まれる気泡を除去する気泡除去工程と、セメント１１０を硬化させる硬化工程と、を実施する。
【解決手段】温度センサ１を製造する際には、金属チューブ１１４にサーミスタ素子２が挿入されていない状態で、金属チューブ１１４にセメント１１０を注入する注入工程と、セメント１１０の硬化前に、サーミスタ素子２が取り付けられたシース部材１０８を金属チューブ１１４内に挿入することにより、サーミスタ素子２が金属チューブ１１４内に収納された中間形成体を形成する挿入工程と、セメント１１０の硬化前に、金属チューブ１１４の先端側を外側に向けた状態で、中間形成体に遠心力を加えることにより、セメント１１０中においてサーミスタ素子２の後端部よりも先端側に含まれる気泡を除去する気泡除去工程と、セメント１１０を硬化させる硬化工程と、を実施する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属酸化物などの半導体からなるサーミスタやＰｔ抵抗体等の感温部を有する感温素子を、有底筒状の素子収納部材に収納した温度センサの製造方法、および温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、感温素子と先端部に感温素子の電極線が接続され、後端部に外部回路接続用のリード線が接続された金属芯線を筒部材の内側にて絶縁保持したシース部材と、先端側が閉塞した軸線方向に延び、内部に感温素子を収納する筒状の金属チューブと、金属チューブの先端側部分を外部に露出させた状態で金属チューブを支持する取り付け部材と、を備える温度センサが知られている（特許文献１（図１、図２））。
【０００３】
また、感温素子と、上記シース部材と同様のシース部材と、内部に感温素子を収納させた形態でシース部材（筒部材）の周方向にわたって接合された金属キャップと、金属キャップおよびシース部材の先端側部分が外部に露出する状態でシース部材を支持する取り付け部材と、を備える温度センサが知られている（特許文献１（図４）、特許文献２（図１））。
【０００４】
これらの温度センサは、例えば、自動車の触媒コンバータ内部および排気管内等のように、振動の激しい環境下での測定対象物（排気ガスなど）の温度検出に使用される。
【特許文献１】特開２０００−２６６６０９号公報
【特許文献２】特開２０００−１６２０５１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、上記温度センサにおいては、金属チューブや金属キャップ等の素子収納部材に収納された感温素子を振動から保護する等の目的で、素子収納部材の内部、即ち感温素子の周囲にセメント等の充填材を充填させることがある。
【０００６】
このように、素子収納部材の内部に充填材を充填する作業としては、未硬化の充填材が満たされた素子収納部材内に感温素子を挿入する方法と、素子収納部材に感温素子を挿入した状態で充填材を注入する方法とが考えられる。
【０００７】
しかしながら、上記何れの方法を採用したとしても、充填材を素子収納部材に注入する際には、充填材中に気泡が混入してしまう虞がある。このように、感温素子の周囲の充填材中に気泡が混入した状態で充填材が硬化すると、この気泡が複数繋がって大きな空孔として多く残ってしまうため、充填材が感温素子を良好に保持することができなくなり、感温素子や感温素子の電極線とシース部材の金属芯線との接続部分が振動により破損する虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、内燃機関の排気管や吸気管、燃料電池車の水素流通管等の振動の激しい環境下での測定対象物の温度を検出する温度センサにおいて、感温素子の周囲に充填される充填材に気泡（空孔）が残留しないようにし、感温素子を振動から保護できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するために成された請求項１に記載の発明は、温度によって電気的特性が変化する感温部と、前記感温部と接続される電極線とを有する感温素子と、先端部に前記電極線が接続され、後端部に外部回路接続用のリード線が接続される金属芯線と、前記金属芯線の該先端部および該後端部を突出させた状態で、当該金属芯線を絶縁保持する筒部材とを有するシース部材と、軸線方向に延び、先端側が閉塞した筒状をなし、内部に前記感温素子を収納する素子収納部材と、前記感温素子と前記素子収納部材との間の空間に充填される充填材と、を備えた温度センサの製造方法であって、前記素子収納部材に前記感温素子が収納されていない状態で、前記素子収納部材に未硬化状態の前記充填材を注入する注入工程と、前記充填材の硬化前に、前記感温素子が取り付けられたシース部材を前記素子収納部材内に挿入することにより、前記感温素子を前記素子収納部材内に注入された充填材中に配置させた中間形成体を形成する挿入工程と、前記充填材の硬化前に、前記素子収納部材の先端側を外側に向けた状態で、前記中間形成体に遠心力を加えることにより、前記充填材中に含まれる気泡を除去する気泡除去工程と、前記充填材を硬化させる硬化工程と、を実施することを特徴としている。
【００１０】
即ち、温度センサの製造方法においては、気泡除去工程にて、感温素子を素子収納部材内に注入された充填材中に配置させた状態の中間形成体の先端側を回転の外側に向けた状態で、この中間形成体に遠心力を加える。すると、気泡に対して比重が大きな充填材は、中間形成体の先端側に移動し、反対に気泡は中間形成体の後端側に移動して、素子収納部材の後端から外部に放出される。このため、感温素子の周囲の気泡を排除することができるのである。
【００１１】
従って、このような温度センサの製造方法によれば、製造工程（注入工程や挿入工程等）の途中において、感温素子の周囲に気泡が混入したとしても、この気泡を感温素子の周囲から良好に除去することができる。このため、充填材中に大きな空孔が多く残留するのを無くすことができるので、感温素子を振動から保護することができる。また、この温度センサの製造方法によれば、中間形成体に遠心力を加えて気泡を除去させているため、充填材は先端側に移動して充填効率が向上する。その結果、硬化後の充填材の充填密度が向上し、感温素子を効果的に振動から保護することができる。
【００１２】
ところで、請求項１に記載の温度センサの製造方法においては、請求項２に記載のように、挿入工程と気泡除去工程との間に、シース部材の筒部材と素子収納部材とを固定する収納部固定工程を実施するようにしてもよい。
【００１３】
このような温度センサの製造方法によれば、収納部固定工程を実施することにより、シース部材と素子収納部材との位置関係を一定にすることができるので、製造される温度センサの個体差を少なくすることができる。
【００１４】
さらに、請求項２に記載の温度センサの製造方法において、収納部固定工程では、請求項３に記載のように、素子収納部材の外周の一部分をシース部材の筒部材に向けて加締めることにより、シース部材の筒部材と素子収納部材とを固定するようにしてもよい。
【００１５】
このような温度センサの製造方法によれば、加締め工程にて素子収納部材の全周ではなく、素子収納部材の外周を部分的に加締めるので、気泡が抜けるための経路を素子収納部材と筒部材との間に確保した状態で、素子収納部材とシース部材とを位置決めすることができる。
【００１６】
また、請求項１〜請求項３の何れかに記載の温度センサの製造方法においては、請求項４に記載のように、素子収納部材は、シース部材の筒部材を挿入可能な筒状の形状をなす第１胴体部と、シース部材の筒部材を挿入不能で且つ先端側が閉塞した筒状の形状をなす第２胴体部と、第１胴体部および第２胴体部を接続する段差部と、を備え、シース部材は、筒部材の少なくとも先端部の外側に気泡を通過させるための経路を備え、挿入工程では、シース部材の筒部材の先端を素子収納部材の段差部内周に当接させることにより、シース部材と素子収納部材との相対位置を定めるようにしてもよい。
【００１７】
このような温度センサの製造方法によれば、挿入工程において、シース部材の筒部材の先端を素子収納部材の段差部内周に当接させるので、シース部材と素子収納部材との位置決めを確実に行うことができる。
【００１８】
また、シース部材の筒部材の少なくとも先端部外側に気泡を通過させるための経路が形成されているので、気泡除去工程では、この経路を用いて素子収納部材の後端側に確実に気泡を抜くことができる。
【００１９】
次に、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のシース部材、素子収納部材、および充填材を備えた温度センサであって、素子収納部材を充填材が充填される位置にて軸線方向と平行な任意の平面で切断したときにおいて、感温素子の電極線とシース部材の金属芯線との接続部分よりも先端側における充填材中には、任意の第１方向の寸法が０．３［ｍｍ］以上、且つこの寸法が前記第１方向とは直交する第２方向に０．６［ｍｍ］以上である四角形領域を配置可能な大きさの空孔が全く存在しないか、或いは感温素子の電極線とシース部材の金属芯線との接続部分よりも先端側における充填材中には、空孔が３個未満だけであり、且つ各空孔は、各空孔の最長部の寸法を示す最長寸法と、最長寸法を採寸した方向と直交する方向における最大寸法との和の平均寸法が２．３［ｍｍ］以下であることを特徴としている。
【００２０】
つまり、本願発明の温度センサは、請求項１に記載の温度センサの製造方法で得られた温度センサである。即ち、請求項１に記載の温度センサの製造方法においては、遠心力により気泡を除去する工程が実施される。この工程を実施して製造された温度センサであれば、充填材中には全く空孔が存在しないか、空孔が存在したとしても、その数は３個未満となる。また、各空孔において、最長寸法と最大寸法との和の平均寸法は２．３［ｍｍ］以下となる。
【００２１】
一方、遠心力により気泡を除去する工程が実施されない場合には、相当の確率（具体的には、７０％）で上記空孔が３個以上となったり、空孔における最長寸法と最大寸法との和の平均寸法が２．３［ｍｍ］より大きくなったりすることを本願出願人は実験により確認している。
【００２２】
つまり、本発明（請求項５）の温度センサによれば、本願請求項１〜請求項４の何れかに記載の製造方法を用いて製造された温度センサであることを特定することができる。
なお、この温度センサによれば、請求項１に記載の温度センサの製造方法を実施しているので、充填材中に含まれるに気泡を良好に除去することができる。従って、感温素子を振動から良好に保護することができる。
【００２３】
また、本発明においては、感温素子を振動から保護し難い空孔の定義としては、「任意の第１方向の寸法が０．３［ｍｍ］以上、且つこの寸法が第１方向とは直交する第２方向に０．６［ｍｍ］以上である四角形領域を配置可能な大きさのもの」とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の好適な実施形態を説明する。
〔温度センサ１の概要〕
図１は、本発明の実施の形態である温度センサ１の構造を示す部分破断断面図である。
【００２５】
温度センサ１は、一対の金属芯線７を外筒２７の内側にて絶縁保持したシース部材１０８と、先端側が閉塞した軸線方向に延びる筒状の金属チューブ１１４と、金属チューブ１１４を支持する取り付け部材３０４と、六角ナット部２５１およびネジ部２５２を有するナット部材２０５を備えて構成されている。なお、軸線方向とは、温度センサの長手方向であり、図１においては上下方向に相当する。また、温度センサ１における先端側は図における下側であり、温度センサ１における後端側は図における上側である。
【００２６】
そして、温度センサ１は、金属チューブ１１４の内部にサーミスタ素子２を感温素子として備えており、例えば、内燃機関の排気管などの流通管に装着されて、サーミスタ素子２を測定対象ガスが流れる流通管内に配置させて、測定対象ガス（排気ガス）の温度検出に使用することができる。なお、サーミスタ素子２は、温度によって電気的特性（電気抵抗値）が変化する感温部（サーミスタ焼結体）９と、この感温部９の電気的特性の変化を取り出すための一対の電極線３とから構成される。
【００２７】
金属芯線７は、先端部が抵抗溶接によりサーミスタ素子２の電極線３と接続されており、後端部が抵抗溶接により加締め端子１１と接続されている。これにより、金属芯線７は、自身の後端側が加締め端子１１を介して外部回路（例えば、車両の電子制御装置（ＥＣＵ）等）接続用のリード線１２と接続されている。
【００２８】
なお、一対の金属芯線７は、絶縁チューブ１５により互いに絶縁されており、また、一対の加締め端子１１は、絶縁チューブ１５により互いに絶縁される。リード線１２は、導線を絶縁性の被覆材にて被覆したものである。リード線１２は、耐熱ゴム製の補助リング１３の内部を貫通する状態で配置される。
【００２９】
ここで、シース部材１０８の断面形状を図２に示す。
シース部材１０８は、図２に示すように、金属製の外筒２７と、導電性金属からなる一対の金属芯線７と、外筒２７と２本の金属芯線７との間を電気的に絶縁して金属芯線７を保持する絶縁粉末２８と、を備えて構成される。
【００３０】
また、外筒２７は、略円形に形成されているが、この外筒２７の先端部の一部分には径方向内側に入り込んだ形状を有する凹部２９が形成されている。なお、本実施形態の外筒２７においては、この凹部２９は外筒２７の２箇所に形成されている。
【００３１】
このようなシース部材１０８の外筒２７の先端は、金属チューブ１１４の段差部５５内周に当接されるが、外筒２７の先端部には、凹部２９が形成されているので、外筒２７と金属チューブ１１４の段差部５５とが隙間なく密着することがない。
【００３２】
このようにしているのは、後に詳述するが、この凹部２９による隙間からセメント１１０に混入した気泡を排除するためである。即ち、シース部材１０８の外筒２７に形成された凹部２９は、気泡が移動するための経路として機能する。
【００３３】
次に、図１に戻り、金属チューブ１１４は、耐腐食性金属（例えば、耐熱性金属でもあるＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス合金）からなり、鋼板の深絞り加工によりチューブ先端側１３１が閉塞した軸線方向に延びる筒状をなし、筒状のチューブ後端側１３２が開放した形態で構成されている。金属チューブ１１４は、チューブ後端側１３２が取り付け部材３０４の第２段部４６の内面に当接するように、軸線方向寸法が設定されている。
【００３４】
金属チューブ１１４は、内部にサーミスタ素子２およびセメント１１０を収納しており、セメント１１０は、サーミスタ素子２の周囲に充填されることで、サーミスタ素子２の揺動を防止している。また、金属チューブ１１４は、先端部分が、径が小さく設定された小径部５７とされており、この後端側が、径が小径部５７よりも大きく設定された大径部５８とされている。なお、セメント１１０は、非晶質のシリカにアルミナ骨材を含有した絶縁材よりなる。また、小径部５７と大径部５８とは、段差部５５により接続されている。
【００３５】
取り付け部材３０４は、径方向外側に突出する突出部３４１と、突出部３４１の後端側に位置すると共に軸線方向に延びる後端側鞘部４２と、を有している。
そして、取り付け部材３０４は、少なくとも金属チューブ１１４の先端が外部に露出する状態で金属チューブ１１４の後端側の外周面を取り囲んで金属チューブ１１４を支持する。
【００３６】
突出部３４１は、先端側向き縮径状のテーパ形状となる取り付け座３４５を先端側に有する環状に形成されている。取り付け座３４５は、図示しない排気管のセンサ取り付け位置における後端側向き拡径状のテーパ部に対応したテーパ形状である。
【００３７】
つまり、取り付け部材３０４は、排気管のセンサ取り付け位置に配置される際には、取り付け座３４５がセンサ取り付け位置のテーパ部に直接密着することで、排気ガスが排気管外部へ漏出するのを防止するよう構成されている。
【００３８】
後端側鞘部４２は、環状に形成されると共に、先端側に位置する第１段部４４と、第１段部４４よりも小さい外径を有する第２段部４６と、を備える二段形状をなしている。このうち、第２段部４６は、加締めによる変形が可能となるように、厚さ寸法（環状の内径寸法と外径寸法との径差寸法）が薄く設定されている。
【００３９】
このような金属チューブ１１４を取り付け部材に３０４に組み付ける際には、少なくとも金属チューブ１１４の先端側部分が取り付け部材３０４の外部に露出すると共に、取り付け部材３０４の取り付け座３４５の後端位置から金属チューブ１１４の先端までの軸線方向における先端突出寸法が４５［ｍｍ］となるように、取り付け部材３０４と金属チューブ１１４との相対位置が設定される。
【００４０】
〔温度センサ１の製造方法〕
ここで、温度センサ１の製造方法について説明する。
本実施の形態の温度センサ１を製造するには、予め形成された金属チューブ１１４、シース部材１０８、取り付け部材３０４、サーミスタ素子２等の部品を公知の手法により準備する。そして、サーミスタ素子２の一対の電極線３を、各々シース部材１０８の一対の金属芯線７先端部に重ね合わせて溶接する。
【００４１】
次いで、取り付け部材３０４の内部に金属チューブ１１４を挿通し、第２段部４６に対して、径方向内向きの加締め作業および溶接作業を行うことで、金属チューブ１１４と取付部材３０４とを一体化する。
【００４２】
なお、溶接作業により、第２段部４６と金属チューブ１１４とに跨る後端側溶接部３６３が形成される。
続いて、サーミスタ素子２が溶接されたシース部材１０８と取り付け部材３０４が溶接された金属チューブ１１４とからなる先端部品２５を組み立てる。
【００４３】
この作業については、図３および図４を用いて説明する。図３は先端部品２５の製法を示す流れ図、図４は遠心脱泡装置３１を示す説明図である。
先端部品２５を製造するにあたっては、図３に示すように、まず、サーミスタ素子２が挿入されていない状態における、取り付け部材３０４が溶接された金属チューブ１１４の先端部分の中にノズル２１を挿入し、ペースト状、即ち未硬化状態のセメント１１０を注入する。
【００４４】
そして、サーミスタ素子２が溶接されたシース部材１０８を、セメント１１０が注入された金属チューブ１１４の内部に挿入する。このとき、シース部材１０８の外筒２７の先端部は金属チューブ１１４の段差部５５内周に当接させて、サーミスタ素子２をセメント１１０内に配置させる。なお、この状態において、サーミスタ素子２が溶接されたシース部材１０８と取り付け部材３０４が溶接された金属チューブ１１４とからなる部品は、本発明でいう中間形成体に相当する。
【００４５】
そして、シース部材１０８を金属チューブ１１４の内部に挿入した状態で、金属チューブ１１４に径方向外側から板状の金型２２を対向させた状態で押し当てる長孔加締を行う。この長孔加締は、金属チューブ１１４における段差部５５よりも後端側の大径部５８に対して周方向に２箇所実施され、この長孔加締の結果、シース部材１０８の外筒２７は金属チューブ１１４に狭持され、金属チューブ１１４とシース部材１０８とは完全に位置決め固定される。またこのとき、金属チューブ１１４には長孔５６（図１参照）が形成される。
【００４６】
このようにして、先端部品２５が出来上がる。そして、この先端部品２５に対して、図４に示す遠心脱泡装置３１を用いて遠心脱泡処理を実施する。
即ち、遠心脱泡装置３１は、図４に示すように、回転軸３３を中心に回転する回転体３２と、回転体３２の両端部に取り付けられたホルダ部材３４とを備えている。
【００４７】
ホルダ部材３４は、一端部が開口した筒状に構成されており、回転体３２の回転に応じて揺動可能とされている。
つまり、ホルダ部材３４は、回転体３２が回転していないときには、図４の実線に示すように、上部が開口した状態となっている。ここで、先端部品２５をセンサ先端部が下向きの状態で、ホルダ部材３４に上部から挿入して固定する。
【００４８】
そして、回転体３２を回転させる。ここで、ホルダ部材３４は、回転体３２が回転しているときには、図４の破線に示すように、回転軸３３側が開口した状態に変位し、先端部品２５をセンサ先端部が回転の外側に向いた状態となる。
【００４９】
ここで、本実施形態の遠心脱泡処理においては、先端部品２５に、加速度８００〜１３００［Ｇ］（ただし、１［Ｇ］＝９．８［ｍ／ｓ2］）を３０秒程度以上加える。なお、先端部品２５に加える加速度が１３００［Ｇ］の場合には、金属チューブ１１４に注入されるセメント１１０の粘度は、例えば、５［Ｐａ／ｓ］に設定される。
【００５０】
このように、センサ先端側が外側に向いた状態で先端部品２５に遠心力を加えると、気泡がセメント１１０中にあった場合には、この気泡はセンサ後端側に移動する。そして、この気泡がシース部材１０８の外筒２７と、金属チューブ１１４との当接部分（つまり、段差部５５の部位）に移動すると、気泡はシース部材１０８の外筒２７に形成された凹部２９を通り、さらにセンサ後端側（即ち、金属チューブ１１４の後端側）に移動する。このようにして、サーミスタ素子２の周囲からは良好に気泡が除去される。
【００５１】
そして、この遠心脱泡処理が終了すると、この先端部品２５を８００℃で熱処理し、セメント１１０を乾燥（硬化）させる。
このようにして、熱処理後の先端部品２５が得られる。
【００５２】
次に、先端部品２５とその他の部品との組み付けを行う。即ち、継手部材６は、加締め端子１１、絶縁チューブ１５、補助リング１３を内部に収容した状態で、補助リング１３に対応する部分が径方向内向きに丸加締め或いは多角加締めされることで、補助リング１３との間の気密性を保ちつつ補助リング１３と加締め接合される。
【００５３】
また、取り付け部材３０４は、継手部材６の周囲にナット部材２０５が回動自在に嵌挿された状態で、取り付け座３４５がセンサ取り付け位置のテーパ面に当接するように配置された後、ナット部材２０５のネジ部２５２がセンサ取り付け位置の周囲に形成されたネジ溝に螺合されることで、センサ取り付け位置に固定される。つまり、取り付け部材３０４は、ナット部材２０５とセンサ取り付け位置のテーパ面との間に挟持される状態で固定される。また、取り付け部材３０４は、取り付け座３４５がセンサ取り付け位置のテーパ面に接することで、センサ取り付け位置での挿通方向における配置位置が決定される。
【００５４】
そして、リード線１２を介して温度センサ１に接続された外部回路は、測定対象物の温度に応じて変化するサーミスタ素子２の電気的特性を取り出し、取り出した電気的特性に基づいて排気ガスの温度を検出する。このようにして、温度センサ１は、外部回路に接続されることにより、温度検出に使用される。
【００５５】
なお、本実施形態において、金属チューブ１１４は本発明でいう素子収納部材に相当し、セメント１１０は充填材に相当する。また、大径部５８は、本発明でいう第１胴体部に相当し、小径部５７は第２胴体部に相当する。また、凹部２９は、本発明でいう経路に相当し、外筒２７は筒部材に相当し、サーミスタ素子２は感温素子に相当する。
【００５６】
〔本実施形態の効果〕
以上のように詳述した温度センサ１においては、先端部に温度によって電気的特性が変化するサーミスタ素子２の電極線３が接続され、後端部に外部回路接続用のリード線１２が接続される金属芯線７を外筒２７内に絶縁保持したシース部材１０８と、軸線方向に延び、先端側が閉塞した筒状をなし、内部にサーミスタ素子２を収納する金属チューブ１１４と、サーミスタ素子２と金属チューブ１１４との間に充填されるセメント１１０と、を備えている。
【００５７】
そして、この温度センサ１を製造する際には、金属チューブ１１４にサーミスタ素子２が収納されていない状態で、金属チューブ１１４に未硬化状態のセメント１１０を注入する注入工程と、セメント１１０の硬化前に、サーミスタ素子２が取り付けられたシース部材１０８を金属チューブ１１４内に挿入することにより、サーミスタ素子２を金属チューブ１１４内に注入されたセメント１１０中に配置させた中間形成体を形成する挿入工程と、セメント１１０の硬化前に、金属チューブ１１４の先端側を外側に向けた状態で、中間形成体に遠心力を加えることにより、セメント１１０中に含まれる気泡を除去する気泡除去工程と、セメント１１０を硬化させる硬化工程と、を実施する。
【００５８】
このような温度センサ１の製造方法によれば、サーミスタ素子２の周囲のセメント１１０中に気泡が混入したとしても、気泡除去工程を通してこの気泡をサーミスタ素子２の周囲から良好に除去することができる。このため、セメント１１０中に大きな空孔が多く残留するのを無くすことができるので、サーミスタ素子２を振動から保護することができる。
【００５９】
また、このような温度センサ１の製造方法により製造された温度センサ１は、金属チューブ１１４をセメント１１０が充填される位置にて軸線方向と平行な任意の平面で切断したときにおいて、サーミスタ素子２の電極線３とシース部材１０８の金属芯線７との接続部分よりも先端側におけるセメント１１０中には、空孔が全く存在しないか、或いは空孔が３個未満だけ存在し、各空孔は、各空孔の最長部の寸法を示す最長寸法と、最長寸法を採寸した方向と直交する方向における最大寸法との和の平均寸法が２．３［ｍｍ］以下となる。
【００６０】
なお、本実施形態においては、空孔の定義を「任意の第１方向の寸法が０．３［ｍｍ］以上、且つこの寸法が第１方向とは直交する第２方向に０．６［ｍｍ］以上である四角形領域（図６の斜線にて示す領域）を配置可能な大きさのもの」としている。
【００６１】
上記の事項を言い換えると、サーミスタ素子２の電極線３とシース部材１０８の金属芯線７との接続部分よりも先端側におけるセメント１１０中には、
（１）．０．６［ｍｍ］×０．３［ｍｍ］の矩形の領域（空孔）が存在しないか、
（２）．０．６［ｍｍ］×０．３［ｍｍ］の矩形の領域（空孔）が存在する場合には、空孔の数は３個未満であって、
各空孔の最長寸法をＸ［ｍｍ］、最大寸法をＹ［ｍｍ］とすると、各空孔は、
（３）．（Ｘ＋Ｙ）／２≦２．３［ｍｍ］
の関係を満たしている。
【００６２】
ここで、本実施形態では、上記特定空孔の大きさの測定方法を図５および図６に示す方法に設定した。なお、図５は研削例を示す説明図、図６は空孔の採寸例を示す説明図である。
【００６３】
本実施形態においては、温度センサ１の先端部品２５の一部分を切削し、セメント１１０を露出させ、その内部の空孔の有無を目視により確認した。
より具体的には、図５に示すように、金属チューブ１１４を金属芯線７（厳密には２本の金属芯線７が位置する仮想平面）に平行になるよう、金属チューブ１１４の外周部から０．５〔ｍｍ〕、軸線方向に７．０〔ｍｍ〕切削し、金属芯線７に平行な平面を露出させた。また、サーミスタ素子２を挟んだ反対側も同様に切削した。つまり、図５に示す斜線にて示す部位を切削したのである。
【００６４】
そして、各切削部分において、空孔の大きさおよび数を測定した。
このときの採寸方法としては、例えば図６に示すように、各空孔のうち、最も長く採寸できる部位の寸法（最長寸法：図６のＸ）を測定し、この寸法を採寸した方向と直交する方向において最も長く採寸できる部位の寸法（最大寸法：図６のＹ）を測定した。
【００６５】
この結果、本実施形態の製造方法を用いて製造した温度センサ１においては、空孔は３個未満であって、空孔のうち、上記（３）式を満たさないものは存在しなかった。
しかしながら、本実施形態の製造方法を用いていない（つまり、遠心脱泡処理を実施していない）温度センサ１においては、空孔が３個以上であったり、空孔のうち、上記（３）式を満たさないものが相当の確率（例えば、７０％）で存在したりした。
【００６６】
つまり、本願発明の温度センサ１の製造方法を実施して製造された温度センサ１であれば、充填材（セメント１１０）中には全く空孔が存在しないか、空孔が存在したとしてもその数は３個未満となる。また、各空孔において、最長寸法と最大寸法との和の平均寸法は２．３［ｍｍ］以下となるのである。
【００６７】
〔その他の実施形態〕
なお、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【００６８】
例えば、本実施形態においては、シース部材１０８の外筒２７に凹部２９を形成することにより遠心脱泡工程にて気泡を移動可能にしたが、例えば、金属チューブ１１４に切欠部等の経路を設けることにより気泡を移動可能にしてもよい。
【００６９】
また、シース部材１０８の外筒２７に凹部２９を形成する場合には、この凹部２９の数は、任意の数にすることができる。例えば、図７に示すように、凹部２９を４箇所に形成してもよい。
【００７０】
さらに、この凹部２９は、加締め加工や、引き伸ばしながら凹部２９を形成し得る所定の型を通過させる絞り加工や、研磨加工等により形成してもよい。
研磨加工の具体例としては、例えば図８に示すように、対向する２箇所にシース部材１０８の外筒２７を研磨した研磨部３６を形成しておけばよい。
【００７１】
或いは、シース部材１０８は、図９に示すように、外筒２７を多角形（例えば６角形）にしてもよい。
このようにしても、シース部材１０８の外筒２７の先端と金属チューブ１１４の段差部５５内周とが密着することを防止することができるので、シース部材１０８と金属チューブ１１４との隙間部分から良好に気泡を除去することができる。
【００７２】
また、本願発明は、図１０に示す形態の温度センサ１０１にも採用することができる。
即ち、図１０に示す温度センサ１０１は、上記実施形態の金属チューブ１１４に換えて、金属キャップ１４を備えている。この金属キャップ１４は、先端側７１が閉塞した軸線方向に延びる筒状をなし、筒状の後端側７２が開放した形態で構成されている。
【００７３】
また、金属キャップ１４は、先端側の内部にサーミスタ素子２およびセメント１１０（充填材）を収納しつつ、後端側７２の内周面がシース部材１０８の外筒２７の外周面に重なり合った状態で、周方向に対して部分的に加締められ、この状態で遠心脱泡処理が実施される。その後、全周溶接されることで、シース部材１０８に固定される。
【００７４】
なお、溶接作業により、金属キャップ１４の後端側７２とシース部材１０８（詳細には、シース部材１０８の外筒２７）とに跨るキャップ溶接部６４が形成される。
また、この温度センサ１０１における取り付け部材４は、詳細は省略するが、シース部材１０８と直接組み付けられるような形状を有している。このような取り付け部材４は、自身の内部にシース部材１０８が挿通されたあと、接合部４３および第１段部４４よりも小径に形成された第２段部４６のそれぞれに対して、径方向内向きの加締め作業および溶接作業が行われることで、シース部材１０８の外筒２７の外周面を取り囲んでシース部材１０８を支持する。つまり、シース部材１０８は、接合部４３および第２段部４６に接合されることにより、取り付け部材４に固定される。
【００７５】
なお、溶接作業により、接合部４３とシース部材１０８（詳細には、シース部材１０８の外筒２７）とに跨る先端側溶接部６２が形成され、第２段部４６とシース部材１０８（詳細には、シース部材１０８の外筒２７）とに跨る後端側溶接部６３が形成される。
【００７６】
このような温度センサ１０１においても、遠心脱泡処理が実施されることにより、サーミスタ素子２の周囲のセメント１１０に空孔が存在しない状態にすることができるので、上記実施形態の温度センサ１と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施形態の温度センサの構造を示す部分破断断面図である。
【図２】実施形態のシース部材の先端部を示す断面図である。
【図３】先端部品の製法を示す流れ図である。
【図４】遠心脱泡装置を示す説明図である。
【図５】金属チューブの研削例を示す説明図である。
【図６】空孔の採寸例を示す説明図である。
【図７】変形例のシース部材の先端部を示す断面図である。
【図８】変形例のシース部材の先端部を示す断面図である。
【図９】変形例のシース部材の先端部を示す断面図である。
【図１０】変形例の温度センサの構造を示す部分破断断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１…温度センサ、２…サーミスタ素子、３…電極線、４…取り付け部材、６…継手部材、７…金属芯線、９…感温部、１１…加締め端子、１２…リード線、１３…補助リング、１４…金属キャップ、１５…絶縁チューブ、２１…ノズル、２５…先端部品、２７…外筒、２８…絶縁粉末、２９…凹部、３１…遠心脱泡装置、３２…回転体、３３…回転軸、３４…ホルダ部材、３６…研磨部、４３…接合部、４４…第１段部、４６…第２段部、５５…段差部、５６…長孔、５７…小径部、５８…大径部、６２…先端側溶接部、６３…後端側溶接部、６４…キャップ溶接部、７１…先端側、７２…後端側、１０１…温度センサ、１０８…シース部材、１１０…セメント、１１４…金属チューブ、１３１…チューブ先端側、１３２…チューブ後端側、２０５…ナット部材、２５２…ネジ部、３０４…取り付け部材、３４１…突出部、３４５…取り付け座、３６３…後端側溶接部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属酸化物などの半導体からなるサーミスタやＰｔ抵抗体等の感温部を有する感温素子を、有底筒状の素子収納部材に収納した温度センサの製造方法、および温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、感温素子と先端部に感温素子の電極線が接続され、後端部に外部回路接続用のリード線が接続された金属芯線を筒部材の内側にて絶縁保持したシース部材と、先端側が閉塞した軸線方向に延び、内部に感温素子を収納する筒状の金属チューブと、金属チューブの先端側部分を外部に露出させた状態で金属チューブを支持する取り付け部材と、を備える温度センサが知られている（特許文献１（図１、図２））。
【０００３】
また、感温素子と、上記シース部材と同様のシース部材と、内部に感温素子を収納させた形態でシース部材（筒部材）の周方向にわたって接合された金属キャップと、金属キャップおよびシース部材の先端側部分が外部に露出する状態でシース部材を支持する取り付け部材と、を備える温度センサが知られている（特許文献１（図４）、特許文献２（図１））。
【０００４】
これらの温度センサは、例えば、自動車の触媒コンバータ内部および排気管内等のように、振動の激しい環境下での測定対象物（排気ガスなど）の温度検出に使用される。
【特許文献１】特開２０００−２６６６０９号公報
【特許文献２】特開２０００−１６２０５１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、上記温度センサにおいては、金属チューブや金属キャップ等の素子収納部材に収納された感温素子を振動から保護する等の目的で、素子収納部材の内部、即ち感温素子の周囲にセメント等の充填材を充填させることがある。
【０００６】
このように、素子収納部材の内部に充填材を充填する作業としては、未硬化の充填材が満たされた素子収納部材内に感温素子を挿入する方法と、素子収納部材に感温素子を挿入した状態で充填材を注入する方法とが考えられる。
【０００７】
しかしながら、上記何れの方法を採用したとしても、充填材を素子収納部材に注入する際には、充填材中に気泡が混入してしまう虞がある。このように、感温素子の周囲の充填材中に気泡が混入した状態で充填材が硬化すると、この気泡が複数繋がって大きな空孔として多く残ってしまうため、充填材が感温素子を良好に保持することができなくなり、感温素子や感温素子の電極線とシース部材の金属芯線との接続部分が振動により破損する虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、内燃機関の排気管や吸気管、燃料電池車の水素流通管等の振動の激しい環境下での測定対象物の温度を検出する温度センサにおいて、感温素子の周囲に充填される充填材に気泡（空孔）が残留しないようにし、感温素子を振動から保護できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するために成された請求項１に記載の発明は、温度によって電気的特性が変化する感温部と、前記感温部と接続される電極線とを有する感温素子と、先端部に前記電極線が接続され、後端部に外部回路接続用のリード線が接続される金属芯線と、前記金属芯線の該先端部および該後端部を突出させた状態で、当該金属芯線を絶縁保持する筒部材とを有するシース部材と、軸線方向に延び、先端側が閉塞した筒状をなし、内部に前記感温素子を収納する素子収納部材と、前記感温素子と前記素子収納部材との間の空間に充填される充填材と、を備えた温度センサの製造方法であって、前記素子収納部材に前記感温素子が収納されていない状態で、前記素子収納部材に未硬化状態の前記充填材を注入する注入工程と、前記充填材の硬化前に、前記感温素子が取り付けられたシース部材を前記素子収納部材内に挿入することにより、前記感温素子を前記素子収納部材内に注入された充填材中に配置させた中間形成体を形成する挿入工程と、前記充填材の硬化前に、前記素子収納部材の先端側を外側に向けた状態で、前記中間形成体に遠心力を加えることにより、前記充填材中に含まれる気泡を除去する気泡除去工程と、前記充填材を硬化させる硬化工程と、を実施することを特徴としている。
【００１０】
即ち、温度センサの製造方法においては、気泡除去工程にて、感温素子を素子収納部材内に注入された充填材中に配置させた状態の中間形成体の先端側を回転の外側に向けた状態で、この中間形成体に遠心力を加える。すると、気泡に対して比重が大きな充填材は、中間形成体の先端側に移動し、反対に気泡は中間形成体の後端側に移動して、素子収納部材の後端から外部に放出される。このため、感温素子の周囲の気泡を排除することができるのである。
【００１１】
従って、このような温度センサの製造方法によれば、製造工程（注入工程や挿入工程等）の途中において、感温素子の周囲に気泡が混入したとしても、この気泡を感温素子の周囲から良好に除去することができる。このため、充填材中に大きな空孔が多く残留するのを無くすことができるので、感温素子を振動から保護することができる。また、この温度センサの製造方法によれば、中間形成体に遠心力を加えて気泡を除去させているため、充填材は先端側に移動して充填効率が向上する。その結果、硬化後の充填材の充填密度が向上し、感温素子を効果的に振動から保護することができる。
【００１２】
ところで、請求項１に記載の温度センサの製造方法においては、請求項２に記載のように、挿入工程と気泡除去工程との間に、シース部材の筒部材と素子収納部材とを固定する収納部固定工程を実施するようにしてもよい。
【００１３】
このような温度センサの製造方法によれば、収納部固定工程を実施することにより、シース部材と素子収納部材との位置関係を一定にすることができるので、製造される温度センサの個体差を少なくすることができる。
【００１４】
さらに、請求項２に記載の温度センサの製造方法において、収納部固定工程では、請求項３に記載のように、素子収納部材の外周の一部分をシース部材の筒部材に向けて加締めることにより、シース部材の筒部材と素子収納部材とを固定するようにしてもよい。
【００１５】
このような温度センサの製造方法によれば、加締め工程にて素子収納部材の全周ではなく、素子収納部材の外周を部分的に加締めるので、気泡が抜けるための経路を素子収納部材と筒部材との間に確保した状態で、素子収納部材とシース部材とを位置決めすることができる。
【００１６】
また、請求項１〜請求項３の何れかに記載の温度センサの製造方法においては、請求項４に記載のように、素子収納部材は、シース部材の筒部材を挿入可能な筒状の形状をなす第１胴体部と、シース部材の筒部材を挿入不能で且つ先端側が閉塞した筒状の形状をなす第２胴体部と、第１胴体部および第２胴体部を接続する段差部と、を備え、シース部材は、筒部材の少なくとも先端部の外側に気泡を通過させるための経路を備え、挿入工程では、シース部材の筒部材の先端を素子収納部材の段差部内周に当接させることにより、シース部材と素子収納部材との相対位置を定めるようにしてもよい。
【００１７】
このような温度センサの製造方法によれば、挿入工程において、シース部材の筒部材の先端を素子収納部材の段差部内周に当接させるので、シース部材と素子収納部材との位置決めを確実に行うことができる。
【００１８】
また、シース部材の筒部材の少なくとも先端部外側に気泡を通過させるための経路が形成されているので、気泡除去工程では、この経路を用いて素子収納部材の後端側に確実に気泡を抜くことができる。
【００１９】
次に、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のシース部材、素子収納部材、および充填材を備えた温度センサであって、素子収納部材を充填材が充填される位置にて軸線方向と平行な任意の平面で切断したときにおいて、感温素子の電極線とシース部材の金属芯線との接続部分よりも先端側における充填材中には、任意の第１方向の寸法が０．３［ｍｍ］以上、且つこの寸法が前記第１方向とは直交する第２方向に０．６［ｍｍ］以上である四角形領域を配置可能な大きさの空孔が全く存在しないか、或いは感温素子の電極線とシース部材の金属芯線との接続部分よりも先端側における充填材中には、空孔が３個未満だけであり、且つ各空孔は、各空孔の最長部の寸法を示す最長寸法と、最長寸法を採寸した方向と直交する方向における最大寸法との和の平均寸法が２．３［ｍｍ］以下であることを特徴としている。
【００２０】
つまり、本願発明の温度センサは、請求項１に記載の温度センサの製造方法で得られた温度センサである。即ち、請求項１に記載の温度センサの製造方法においては、遠心力により気泡を除去する工程が実施される。この工程を実施して製造された温度センサであれば、充填材中には全く空孔が存在しないか、空孔が存在したとしても、その数は３個未満となる。また、各空孔において、最長寸法と最大寸法との和の平均寸法は２．３［ｍｍ］以下となる。
【００２１】
一方、遠心力により気泡を除去する工程が実施されない場合には、相当の確率（具体的には、７０％）で上記空孔が３個以上となったり、空孔における最長寸法と最大寸法との和の平均寸法が２．３［ｍｍ］より大きくなったりすることを本願出願人は実験により確認している。
【００２２】
つまり、本発明（請求項５）の温度センサによれば、本願請求項１〜請求項４の何れかに記載の製造方法を用いて製造された温度センサであることを特定することができる。
なお、この温度センサによれば、請求項１に記載の温度センサの製造方法を実施しているので、充填材中に含まれるに気泡を良好に除去することができる。従って、感温素子を振動から良好に保護することができる。
【００２３】
また、本発明においては、感温素子を振動から保護し難い空孔の定義としては、「任意の第１方向の寸法が０．３［ｍｍ］以上、且つこの寸法が第１方向とは直交する第２方向に０．６［ｍｍ］以上である四角形領域を配置可能な大きさのもの」とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の好適な実施形態を説明する。
〔温度センサ１の概要〕
図１は、本発明の実施の形態である温度センサ１の構造を示す部分破断断面図である。
【００２５】
温度センサ１は、一対の金属芯線７を外筒２７の内側にて絶縁保持したシース部材１０８と、先端側が閉塞した軸線方向に延びる筒状の金属チューブ１１４と、金属チューブ１１４を支持する取り付け部材３０４と、六角ナット部２５１およびネジ部２５２を有するナット部材２０５を備えて構成されている。なお、軸線方向とは、温度センサの長手方向であり、図１においては上下方向に相当する。また、温度センサ１における先端側は図における下側であり、温度センサ１における後端側は図における上側である。
【００２６】
そして、温度センサ１は、金属チューブ１１４の内部にサーミスタ素子２を感温素子として備えており、例えば、内燃機関の排気管などの流通管に装着されて、サーミスタ素子２を測定対象ガスが流れる流通管内に配置させて、測定対象ガス（排気ガス）の温度検出に使用することができる。なお、サーミスタ素子２は、温度によって電気的特性（電気抵抗値）が変化する感温部（サーミスタ焼結体）９と、この感温部９の電気的特性の変化を取り出すための一対の電極線３とから構成される。
【００２７】
金属芯線７は、先端部が抵抗溶接によりサーミスタ素子２の電極線３と接続されており、後端部が抵抗溶接により加締め端子１１と接続されている。これにより、金属芯線７は、自身の後端側が加締め端子１１を介して外部回路（例えば、車両の電子制御装置（ＥＣＵ）等）接続用のリード線１２と接続されている。
【００２８】
なお、一対の金属芯線７は、絶縁チューブ１５により互いに絶縁されており、また、一対の加締め端子１１は、絶縁チューブ１５により互いに絶縁される。リード線１２は、導線を絶縁性の被覆材にて被覆したものである。リード線１２は、耐熱ゴム製の補助リング１３の内部を貫通する状態で配置される。
【００２９】
ここで、シース部材１０８の断面形状を図２に示す。
シース部材１０８は、図２に示すように、金属製の外筒２７と、導電性金属からなる一対の金属芯線７と、外筒２７と２本の金属芯線７との間を電気的に絶縁して金属芯線７を保持する絶縁粉末２８と、を備えて構成される。
【００３０】
また、外筒２７は、略円形に形成されているが、この外筒２７の先端部の一部分には径方向内側に入り込んだ形状を有する凹部２９が形成されている。なお、本実施形態の外筒２７においては、この凹部２９は外筒２７の２箇所に形成されている。
【００３１】
このようなシース部材１０８の外筒２７の先端は、金属チューブ１１４の段差部５５内周に当接されるが、外筒２７の先端部には、凹部２９が形成されているので、外筒２７と金属チューブ１１４の段差部５５とが隙間なく密着することがない。
【００３２】
このようにしているのは、後に詳述するが、この凹部２９による隙間からセメント１１０に混入した気泡を排除するためである。即ち、シース部材１０８の外筒２７に形成された凹部２９は、気泡が移動するための経路として機能する。
【００３３】
次に、図１に戻り、金属チューブ１１４は、耐腐食性金属（例えば、耐熱性金属でもあるＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス合金）からなり、鋼板の深絞り加工によりチューブ先端側１３１が閉塞した軸線方向に延びる筒状をなし、筒状のチューブ後端側１３２が開放した形態で構成されている。金属チューブ１１４は、チューブ後端側１３２が取り付け部材３０４の第２段部４６の内面に当接するように、軸線方向寸法が設定されている。
【００３４】
金属チューブ１１４は、内部にサーミスタ素子２およびセメント１１０を収納しており、セメント１１０は、サーミスタ素子２の周囲に充填されることで、サーミスタ素子２の揺動を防止している。また、金属チューブ１１４は、先端部分が、径が小さく設定された小径部５７とされており、この後端側が、径が小径部５７よりも大きく設定された大径部５８とされている。なお、セメント１１０は、非晶質のシリカにアルミナ骨材を含有した絶縁材よりなる。また、小径部５７と大径部５８とは、段差部５５により接続されている。
【００３５】
取り付け部材３０４は、径方向外側に突出する突出部３４１と、突出部３４１の後端側に位置すると共に軸線方向に延びる後端側鞘部４２と、を有している。
そして、取り付け部材３０４は、少なくとも金属チューブ１１４の先端が外部に露出する状態で金属チューブ１１４の後端側の外周面を取り囲んで金属チューブ１１４を支持する。
【００３６】
突出部３４１は、先端側向き縮径状のテーパ形状となる取り付け座３４５を先端側に有する環状に形成されている。取り付け座３４５は、図示しない排気管のセンサ取り付け位置における後端側向き拡径状のテーパ部に対応したテーパ形状である。
【００３７】
つまり、取り付け部材３０４は、排気管のセンサ取り付け位置に配置される際には、取り付け座３４５がセンサ取り付け位置のテーパ部に直接密着することで、排気ガスが排気管外部へ漏出するのを防止するよう構成されている。
【００３８】
後端側鞘部４２は、環状に形成されると共に、先端側に位置する第１段部４４と、第１段部４４よりも小さい外径を有する第２段部４６と、を備える二段形状をなしている。このうち、第２段部４６は、加締めによる変形が可能となるように、厚さ寸法（環状の内径寸法と外径寸法との径差寸法）が薄く設定されている。
【００３９】
このような金属チューブ１１４を取り付け部材に３０４に組み付ける際には、少なくとも金属チューブ１１４の先端側部分が取り付け部材３０４の外部に露出すると共に、取り付け部材３０４の取り付け座３４５の後端位置から金属チューブ１１４の先端までの軸線方向における先端突出寸法が４５［ｍｍ］となるように、取り付け部材３０４と金属チューブ１１４との相対位置が設定される。
【００４０】
〔温度センサ１の製造方法〕
ここで、温度センサ１の製造方法について説明する。
本実施の形態の温度センサ１を製造するには、予め形成された金属チューブ１１４、シース部材１０８、取り付け部材３０４、サーミスタ素子２等の部品を公知の手法により準備する。そして、サーミスタ素子２の一対の電極線３を、各々シース部材１０８の一対の金属芯線７先端部に重ね合わせて溶接する。
【００４１】
次いで、取り付け部材３０４の内部に金属チューブ１１４を挿通し、第２段部４６に対して、径方向内向きの加締め作業および溶接作業を行うことで、金属チューブ１１４と取付部材３０４とを一体化する。
【００４２】
なお、溶接作業により、第２段部４６と金属チューブ１１４とに跨る後端側溶接部３６３が形成される。
続いて、サーミスタ素子２が溶接されたシース部材１０８と取り付け部材３０４が溶接された金属チューブ１１４とからなる先端部品２５を組み立てる。
【００４３】
この作業については、図３および図４を用いて説明する。図３は先端部品２５の製法を示す流れ図、図４は遠心脱泡装置３１を示す説明図である。
先端部品２５を製造するにあたっては、図３に示すように、まず、サーミスタ素子２が挿入されていない状態における、取り付け部材３０４が溶接された金属チューブ１１４の先端部分の中にノズル２１を挿入し、ペースト状、即ち未硬化状態のセメント１１０を注入する。
【００４４】
そして、サーミスタ素子２が溶接されたシース部材１０８を、セメント１１０が注入された金属チューブ１１４の内部に挿入する。このとき、シース部材１０８の外筒２７の先端部は金属チューブ１１４の段差部５５内周に当接させて、サーミスタ素子２をセメント１１０内に配置させる。なお、この状態において、サーミスタ素子２が溶接されたシース部材１０８と取り付け部材３０４が溶接された金属チューブ１１４とからなる部品は、本発明でいう中間形成体に相当する。
【００４５】
そして、シース部材１０８を金属チューブ１１４の内部に挿入した状態で、金属チューブ１１４に径方向外側から板状の金型２２を対向させた状態で押し当てる長孔加締を行う。この長孔加締は、金属チューブ１１４における段差部５５よりも後端側の大径部５８に対して周方向に２箇所実施され、この長孔加締の結果、シース部材１０８の外筒２７は金属チューブ１１４に狭持され、金属チューブ１１４とシース部材１０８とは完全に位置決め固定される。またこのとき、金属チューブ１１４には長孔５６（図１参照）が形成される。
【００４６】
このようにして、先端部品２５が出来上がる。そして、この先端部品２５に対して、図４に示す遠心脱泡装置３１を用いて遠心脱泡処理を実施する。
即ち、遠心脱泡装置３１は、図４に示すように、回転軸３３を中心に回転する回転体３２と、回転体３２の両端部に取り付けられたホルダ部材３４とを備えている。
【００４７】
ホルダ部材３４は、一端部が開口した筒状に構成されており、回転体３２の回転に応じて揺動可能とされている。
つまり、ホルダ部材３４は、回転体３２が回転していないときには、図４の実線に示すように、上部が開口した状態となっている。ここで、先端部品２５をセンサ先端部が下向きの状態で、ホルダ部材３４に上部から挿入して固定する。
【００４８】
そして、回転体３２を回転させる。ここで、ホルダ部材３４は、回転体３２が回転しているときには、図４の破線に示すように、回転軸３３側が開口した状態に変位し、先端部品２５をセンサ先端部が回転の外側に向いた状態となる。
【００４９】
ここで、本実施形態の遠心脱泡処理においては、先端部品２５に、加速度８００〜１３００［Ｇ］（ただし、１［Ｇ］＝９．８［ｍ／ｓ2］）を３０秒程度以上加える。なお、先端部品２５に加える加速度が１３００［Ｇ］の場合には、金属チューブ１１４に注入されるセメント１１０の粘度は、例えば、５［Ｐａ／ｓ］に設定される。
【００５０】
このように、センサ先端側が外側に向いた状態で先端部品２５に遠心力を加えると、気泡がセメント１１０中にあった場合には、この気泡はセンサ後端側に移動する。そして、この気泡がシース部材１０８の外筒２７と、金属チューブ１１４との当接部分（つまり、段差部５５の部位）に移動すると、気泡はシース部材１０８の外筒２７に形成された凹部２９を通り、さらにセンサ後端側（即ち、金属チューブ１１４の後端側）に移動する。このようにして、サーミスタ素子２の周囲からは良好に気泡が除去される。
【００５１】
そして、この遠心脱泡処理が終了すると、この先端部品２５を８００℃で熱処理し、セメント１１０を乾燥（硬化）させる。
このようにして、熱処理後の先端部品２５が得られる。
【００５２】
次に、先端部品２５とその他の部品との組み付けを行う。即ち、継手部材６は、加締め端子１１、絶縁チューブ１５、補助リング１３を内部に収容した状態で、補助リング１３に対応する部分が径方向内向きに丸加締め或いは多角加締めされることで、補助リング１３との間の気密性を保ちつつ補助リング１３と加締め接合される。
【００５３】
また、取り付け部材３０４は、継手部材６の周囲にナット部材２０５が回動自在に嵌挿された状態で、取り付け座３４５がセンサ取り付け位置のテーパ面に当接するように配置された後、ナット部材２０５のネジ部２５２がセンサ取り付け位置の周囲に形成されたネジ溝に螺合されることで、センサ取り付け位置に固定される。つまり、取り付け部材３０４は、ナット部材２０５とセンサ取り付け位置のテーパ面との間に挟持される状態で固定される。また、取り付け部材３０４は、取り付け座３４５がセンサ取り付け位置のテーパ面に接することで、センサ取り付け位置での挿通方向における配置位置が決定される。
【００５４】
そして、リード線１２を介して温度センサ１に接続された外部回路は、測定対象物の温度に応じて変化するサーミスタ素子２の電気的特性を取り出し、取り出した電気的特性に基づいて排気ガスの温度を検出する。このようにして、温度センサ１は、外部回路に接続されることにより、温度検出に使用される。
【００５５】
なお、本実施形態において、金属チューブ１１４は本発明でいう素子収納部材に相当し、セメント１１０は充填材に相当する。また、大径部５８は、本発明でいう第１胴体部に相当し、小径部５７は第２胴体部に相当する。また、凹部２９は、本発明でいう経路に相当し、外筒２７は筒部材に相当し、サーミスタ素子２は感温素子に相当する。
【００５６】
〔本実施形態の効果〕
以上のように詳述した温度センサ１においては、先端部に温度によって電気的特性が変化するサーミスタ素子２の電極線３が接続され、後端部に外部回路接続用のリード線１２が接続される金属芯線７を外筒２７内に絶縁保持したシース部材１０８と、軸線方向に延び、先端側が閉塞した筒状をなし、内部にサーミスタ素子２を収納する金属チューブ１１４と、サーミスタ素子２と金属チューブ１１４との間に充填されるセメント１１０と、を備えている。
【００５７】
そして、この温度センサ１を製造する際には、金属チューブ１１４にサーミスタ素子２が収納されていない状態で、金属チューブ１１４に未硬化状態のセメント１１０を注入する注入工程と、セメント１１０の硬化前に、サーミスタ素子２が取り付けられたシース部材１０８を金属チューブ１１４内に挿入することにより、サーミスタ素子２を金属チューブ１１４内に注入されたセメント１１０中に配置させた中間形成体を形成する挿入工程と、セメント１１０の硬化前に、金属チューブ１１４の先端側を外側に向けた状態で、中間形成体に遠心力を加えることにより、セメント１１０中に含まれる気泡を除去する気泡除去工程と、セメント１１０を硬化させる硬化工程と、を実施する。
【００５８】
このような温度センサ１の製造方法によれば、サーミスタ素子２の周囲のセメント１１０中に気泡が混入したとしても、気泡除去工程を通してこの気泡をサーミスタ素子２の周囲から良好に除去することができる。このため、セメント１１０中に大きな空孔が多く残留するのを無くすことができるので、サーミスタ素子２を振動から保護することができる。
【００５９】
また、このような温度センサ１の製造方法により製造された温度センサ１は、金属チューブ１１４をセメント１１０が充填される位置にて軸線方向と平行な任意の平面で切断したときにおいて、サーミスタ素子２の電極線３とシース部材１０８の金属芯線７との接続部分よりも先端側におけるセメント１１０中には、空孔が全く存在しないか、或いは空孔が３個未満だけ存在し、各空孔は、各空孔の最長部の寸法を示す最長寸法と、最長寸法を採寸した方向と直交する方向における最大寸法との和の平均寸法が２．３［ｍｍ］以下となる。
【００６０】
なお、本実施形態においては、空孔の定義を「任意の第１方向の寸法が０．３［ｍｍ］以上、且つこの寸法が第１方向とは直交する第２方向に０．６［ｍｍ］以上である四角形領域（図６の斜線にて示す領域）を配置可能な大きさのもの」としている。
【００６１】
上記の事項を言い換えると、サーミスタ素子２の電極線３とシース部材１０８の金属芯線７との接続部分よりも先端側におけるセメント１１０中には、
（１）．０．６［ｍｍ］×０．３［ｍｍ］の矩形の領域（空孔）が存在しないか、
（２）．０．６［ｍｍ］×０．３［ｍｍ］の矩形の領域（空孔）が存在する場合には、空孔の数は３個未満であって、
各空孔の最長寸法をＸ［ｍｍ］、最大寸法をＹ［ｍｍ］とすると、各空孔は、
（３）．（Ｘ＋Ｙ）／２≦２．３［ｍｍ］
の関係を満たしている。
【００６２】
ここで、本実施形態では、上記特定空孔の大きさの測定方法を図５および図６に示す方法に設定した。なお、図５は研削例を示す説明図、図６は空孔の採寸例を示す説明図である。
【００６３】
本実施形態においては、温度センサ１の先端部品２５の一部分を切削し、セメント１１０を露出させ、その内部の空孔の有無を目視により確認した。
より具体的には、図５に示すように、金属チューブ１１４を金属芯線７（厳密には２本の金属芯線７が位置する仮想平面）に平行になるよう、金属チューブ１１４の外周部から０．５〔ｍｍ〕、軸線方向に７．０〔ｍｍ〕切削し、金属芯線７に平行な平面を露出させた。また、サーミスタ素子２を挟んだ反対側も同様に切削した。つまり、図５に示す斜線にて示す部位を切削したのである。
【００６４】
そして、各切削部分において、空孔の大きさおよび数を測定した。
このときの採寸方法としては、例えば図６に示すように、各空孔のうち、最も長く採寸できる部位の寸法（最長寸法：図６のＸ）を測定し、この寸法を採寸した方向と直交する方向において最も長く採寸できる部位の寸法（最大寸法：図６のＹ）を測定した。
【００６５】
この結果、本実施形態の製造方法を用いて製造した温度センサ１においては、空孔は３個未満であって、空孔のうち、上記（３）式を満たさないものは存在しなかった。
しかしながら、本実施形態の製造方法を用いていない（つまり、遠心脱泡処理を実施していない）温度センサ１においては、空孔が３個以上であったり、空孔のうち、上記（３）式を満たさないものが相当の確率（例えば、７０％）で存在したりした。
【００６６】
つまり、本願発明の温度センサ１の製造方法を実施して製造された温度センサ１であれば、充填材（セメント１１０）中には全く空孔が存在しないか、空孔が存在したとしてもその数は３個未満となる。また、各空孔において、最長寸法と最大寸法との和の平均寸法は２．３［ｍｍ］以下となるのである。
【００６７】
〔その他の実施形態〕
なお、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【００６８】
例えば、本実施形態においては、シース部材１０８の外筒２７に凹部２９を形成することにより遠心脱泡工程にて気泡を移動可能にしたが、例えば、金属チューブ１１４に切欠部等の経路を設けることにより気泡を移動可能にしてもよい。
【００６９】
また、シース部材１０８の外筒２７に凹部２９を形成する場合には、この凹部２９の数は、任意の数にすることができる。例えば、図７に示すように、凹部２９を４箇所に形成してもよい。
【００７０】
さらに、この凹部２９は、加締め加工や、引き伸ばしながら凹部２９を形成し得る所定の型を通過させる絞り加工や、研磨加工等により形成してもよい。
研磨加工の具体例としては、例えば図８に示すように、対向する２箇所にシース部材１０８の外筒２７を研磨した研磨部３６を形成しておけばよい。
【００７１】
或いは、シース部材１０８は、図９に示すように、外筒２７を多角形（例えば６角形）にしてもよい。
このようにしても、シース部材１０８の外筒２７の先端と金属チューブ１１４の段差部５５内周とが密着することを防止することができるので、シース部材１０８と金属チューブ１１４との隙間部分から良好に気泡を除去することができる。
【００７２】
また、本願発明は、図１０に示す形態の温度センサ１０１にも採用することができる。
即ち、図１０に示す温度センサ１０１は、上記実施形態の金属チューブ１１４に換えて、金属キャップ１４を備えている。この金属キャップ１４は、先端側７１が閉塞した軸線方向に延びる筒状をなし、筒状の後端側７２が開放した形態で構成されている。
【００７３】
また、金属キャップ１４は、先端側の内部にサーミスタ素子２およびセメント１１０（充填材）を収納しつつ、後端側７２の内周面がシース部材１０８の外筒２７の外周面に重なり合った状態で、周方向に対して部分的に加締められ、この状態で遠心脱泡処理が実施される。その後、全周溶接されることで、シース部材１０８に固定される。
【００７４】
なお、溶接作業により、金属キャップ１４の後端側７２とシース部材１０８（詳細には、シース部材１０８の外筒２７）とに跨るキャップ溶接部６４が形成される。
また、この温度センサ１０１における取り付け部材４は、詳細は省略するが、シース部材１０８と直接組み付けられるような形状を有している。このような取り付け部材４は、自身の内部にシース部材１０８が挿通されたあと、接合部４３および第１段部４４よりも小径に形成された第２段部４６のそれぞれに対して、径方向内向きの加締め作業および溶接作業が行われることで、シース部材１０８の外筒２７の外周面を取り囲んでシース部材１０８を支持する。つまり、シース部材１０８は、接合部４３および第２段部４６に接合されることにより、取り付け部材４に固定される。
【００７５】
なお、溶接作業により、接合部４３とシース部材１０８（詳細には、シース部材１０８の外筒２７）とに跨る先端側溶接部６２が形成され、第２段部４６とシース部材１０８（詳細には、シース部材１０８の外筒２７）とに跨る後端側溶接部６３が形成される。
【００７６】
このような温度センサ１０１においても、遠心脱泡処理が実施されることにより、サーミスタ素子２の周囲のセメント１１０に空孔が存在しない状態にすることができるので、上記実施形態の温度センサ１と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施形態の温度センサの構造を示す部分破断断面図である。
【図２】実施形態のシース部材の先端部を示す断面図である。
【図３】先端部品の製法を示す流れ図である。
【図４】遠心脱泡装置を示す説明図である。
【図５】金属チューブの研削例を示す説明図である。
【図６】空孔の採寸例を示す説明図である。
【図７】変形例のシース部材の先端部を示す断面図である。
【図８】変形例のシース部材の先端部を示す断面図である。
【図９】変形例のシース部材の先端部を示す断面図である。
【図１０】変形例の温度センサの構造を示す部分破断断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１…温度センサ、２…サーミスタ素子、３…電極線、４…取り付け部材、６…継手部材、７…金属芯線、９…感温部、１１…加締め端子、１２…リード線、１３…補助リング、１４…金属キャップ、１５…絶縁チューブ、２１…ノズル、２５…先端部品、２７…外筒、２８…絶縁粉末、２９…凹部、３１…遠心脱泡装置、３２…回転体、３３…回転軸、３４…ホルダ部材、３６…研磨部、４３…接合部、４４…第１段部、４６…第２段部、５５…段差部、５６…長孔、５７…小径部、５８…大径部、６２…先端側溶接部、６３…後端側溶接部、６４…キャップ溶接部、７１…先端側、７２…後端側、１０１…温度センサ、１０８…シース部材、１１０…セメント、１１４…金属チューブ、１３１…チューブ先端側、１３２…チューブ後端側、２０５…ナット部材、２５２…ネジ部、３０４…取り付け部材、３４１…突出部、３４５…取り付け座、３６３…後端側溶接部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度によって電気的特性が変化する感温部と、前記感温部と接続される電極線とを有する感温素子と、
先端部に前記電極線が接続され、後端部に外部回路接続用のリード線が接続される金属芯線と、前記金属芯線の該先端部および該後端部を突出させた状態で、当該金属芯線を絶縁保持する筒部材とを有するシース部材と、
軸線方向に延び、先端側が閉塞した筒状をなし、内部に前記感温素子を収納する素子収納部材と、
前記感温素子と前記素子収納部材との間の空間に充填される充填材と、
を備えた温度センサの製造方法であって、
前記素子収納部材に前記感温素子が収納されていない状態で、前記素子収納部材に未硬化状態の前記充填材を注入する注入工程と、
前記充填材の硬化前に、前記感温素子が取り付けられたシース部材を前記素子収納部材内に挿入することにより、前記感温素子を前記素子収納部材内に注入された充填材中に配置させた中間形成体を形成する挿入工程と、
前記充填材の硬化前に、前記素子収納部材の先端側を外側に向けた状態で、前記中間形成体に遠心力を加えることにより、前記充填材中に含まれる気泡を除去する気泡除去工程と、
前記充填材を硬化させる硬化工程と、
を実施することを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項２】
前記挿入工程と前記気泡除去工程との間に、前記シース部材の前記筒部材と前記素子収納部材とを固定する収納部固定工程を実施すること
を特徴とする請求項１に記載の温度センサの製造方法。
【請求項３】
前記収納部固定工程では、前記素子収納部材の外周の一部分を前記シース部材の前記筒部材に向けて加締めることにより、前記シース部材の前記筒部材と前記素子収納部材とを固定すること
を特徴とする請求項２に記載の温度センサの製造方法。
【請求項４】
前記素子収納部材は、
前記シース部材の前記筒部材を挿入可能な筒状をなす第１胴体部と、
前記シース部材の前記筒部材を挿入不能で且つ先端側が閉塞した筒状をなす第２胴体部と、
前記第１胴体部および前記第２胴体部を接続する段差部と、
を備え、
前記シース部材は、前記筒部材の少なくとも先端部の外側に前記気泡を通過させるための経路を備え、
前記挿入工程では、前記シース部材の前記筒部材の先端部を前記素子収納部材の段差部内周に当接させることにより、前記シース部材と前記素子収納部材との相対位置を定めること
を特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の温度センサの製造方法。
【請求項５】
温度によって電気的特性が変化する感温部と、前記感温部と接続される電極線とを有する感温素子と、
先端部に前記電極線が接続され、後端部に外部回路接続用のリード線が接続される金属芯線と、前記金属芯線の該先端部および該後端部を突出させた状態で、当該金属芯線を絶縁保持する筒部材とを有するシース部材と、
軸線方向に延び、先端側が閉塞した筒状をなし、内部に前記感温素子を収納する素子収納部材と、
前記感温素子と前記素子収納部材との間の空間に充填される充填材と、
を備えた温度センサであって、
前記素子収納部材を前記充填材が充填される位置にて軸線方向と平行な任意の平面で切断したときにおいて、前記感温素子の前記電極線と前記シース部材の前記金属芯線との接続部分よりも先端側における充填材中には、任意の第１方向の寸法が０．３［ｍｍ］以上、且つこの寸法が前記第１方向とは直交する第２方向に０．６［ｍｍ］以上である四角形領域を配置可能な大きさの空孔が全く存在しないか、
或いは前記感温素子の前記電極線と前記シース部材の前記金属芯線との接続部分よりも先端側における充填材中には、前記空孔が３個未満だけであり、且つ該各空孔は、該各空孔の最長部の寸法を示す最長寸法と、該最長寸法を採寸した方向と直交する方向における最大寸法との和の平均寸法が２．３［ｍｍ］以下であること
を特徴とする温度センサ。
【請求項１】
温度によって電気的特性が変化する感温部と、前記感温部と接続される電極線とを有する感温素子と、
先端部に前記電極線が接続され、後端部に外部回路接続用のリード線が接続される金属芯線と、前記金属芯線の該先端部および該後端部を突出させた状態で、当該金属芯線を絶縁保持する筒部材とを有するシース部材と、
軸線方向に延び、先端側が閉塞した筒状をなし、内部に前記感温素子を収納する素子収納部材と、
前記感温素子と前記素子収納部材との間の空間に充填される充填材と、
を備えた温度センサの製造方法であって、
前記素子収納部材に前記感温素子が収納されていない状態で、前記素子収納部材に未硬化状態の前記充填材を注入する注入工程と、
前記充填材の硬化前に、前記感温素子が取り付けられたシース部材を前記素子収納部材内に挿入することにより、前記感温素子を前記素子収納部材内に注入された充填材中に配置させた中間形成体を形成する挿入工程と、
前記充填材の硬化前に、前記素子収納部材の先端側を外側に向けた状態で、前記中間形成体に遠心力を加えることにより、前記充填材中に含まれる気泡を除去する気泡除去工程と、
前記充填材を硬化させる硬化工程と、
を実施することを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項２】
前記挿入工程と前記気泡除去工程との間に、前記シース部材の前記筒部材と前記素子収納部材とを固定する収納部固定工程を実施すること
を特徴とする請求項１に記載の温度センサの製造方法。
【請求項３】
前記収納部固定工程では、前記素子収納部材の外周の一部分を前記シース部材の前記筒部材に向けて加締めることにより、前記シース部材の前記筒部材と前記素子収納部材とを固定すること
を特徴とする請求項２に記載の温度センサの製造方法。
【請求項４】
前記素子収納部材は、
前記シース部材の前記筒部材を挿入可能な筒状をなす第１胴体部と、
前記シース部材の前記筒部材を挿入不能で且つ先端側が閉塞した筒状をなす第２胴体部と、
前記第１胴体部および前記第２胴体部を接続する段差部と、
を備え、
前記シース部材は、前記筒部材の少なくとも先端部の外側に前記気泡を通過させるための経路を備え、
前記挿入工程では、前記シース部材の前記筒部材の先端部を前記素子収納部材の段差部内周に当接させることにより、前記シース部材と前記素子収納部材との相対位置を定めること
を特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の温度センサの製造方法。
【請求項５】
温度によって電気的特性が変化する感温部と、前記感温部と接続される電極線とを有する感温素子と、
先端部に前記電極線が接続され、後端部に外部回路接続用のリード線が接続される金属芯線と、前記金属芯線の該先端部および該後端部を突出させた状態で、当該金属芯線を絶縁保持する筒部材とを有するシース部材と、
軸線方向に延び、先端側が閉塞した筒状をなし、内部に前記感温素子を収納する素子収納部材と、
前記感温素子と前記素子収納部材との間の空間に充填される充填材と、
を備えた温度センサであって、
前記素子収納部材を前記充填材が充填される位置にて軸線方向と平行な任意の平面で切断したときにおいて、前記感温素子の前記電極線と前記シース部材の前記金属芯線との接続部分よりも先端側における充填材中には、任意の第１方向の寸法が０．３［ｍｍ］以上、且つこの寸法が前記第１方向とは直交する第２方向に０．６［ｍｍ］以上である四角形領域を配置可能な大きさの空孔が全く存在しないか、
或いは前記感温素子の前記電極線と前記シース部材の前記金属芯線との接続部分よりも先端側における充填材中には、前記空孔が３個未満だけであり、且つ該各空孔は、該各空孔の最長部の寸法を示す最長寸法と、該最長寸法を採寸した方向と直交する方向における最大寸法との和の平均寸法が２．３［ｍｍ］以下であること
を特徴とする温度センサ。
【図１】
【図３】
【図５】
【図１０】
【図２】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図３】
【図５】
【図１０】
【図２】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１７０９５２（Ｐ２００７−１７０９５２Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６８００３（Ｐ２００５−３６８００３）
【出願日】平成１７年１２月２１日（２００５．１２．２１）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２１日（２００５．１２．２１）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
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