JP3555229B2

JP3555229B2 - 温度センサ

Info

Publication number: JP3555229B2
Application number: JP07076195A
Authority: JP
Inventors: 松雄深谷; 恵一竹島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-03-03
Filing date: 1995-03-03
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2019-08-18
Also published as: JPH08240488A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，給湯器のガス燃焼制御等に使用される温度センサに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来，給湯器等の燃焼制御は，燃焼室に温度センサを設け，ガスバーナの火炎の温度を検知することにより行われている。
温度センサは，例えば，図１２に示すごとく，火炎の温度を検知するサーミスタ素子９２と，該サーミスタ素子９２より抵抗値出力を外部に導出する外部リード線９６と，サーミスタ素子９２を固定するためのハウジング９７とを有している。
【０００３】
サーミスタ素子９２は，長板状のセラミック製の本体９２１と，その一端に内包した感温部９２０と，その他端に設けた電極部９３とを有している。
電極部９３は，一対の電極端子９３１，９３２を有している。
外部リード線９６は，その内部に，一対のケーブル９６１，９６２を有している。ケーブル９６１，９６２には，それぞれ芯線９５１，９５２が内包されている。芯線９５１，９５２は，それぞれリード端子９４１，９４２を介して，上記サーミスタ素子９２の電極端子９３１，９３２にろう付けされている。
【０００４】
サーミスタ素子９２は，ハウジング９７の取付用枠部９７１及びその下方の挿入穴９７０に挿着されている。サーミスタ素子９２の電極部９３は，上記嵌合用枠部９３１に対してセメント９９により封入，固着されている。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の温度センサにおいては，使用経過に伴い，絶縁抵抗が低下してしまい，誤検出のおそれがあった。
その原因を調査したところ，マイナス側の電極部近傍に，上記セメント９９中のナトリウムが凝集していた。このナトリウムが，電極部９３の正負の電極端子９３１，９３２間に導電経路を形成するために，絶縁抵抗が低下するものと考えられる。
【０００６】
本発明はかかる従来の問題点に鑑み，絶縁抵抗の低下を防止することができ，正確に温度を測定することができる，温度センサを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】
本発明において請求項１の発明は，セラミック製の本体の先端に内包された感温部と上記本体の他端に設けた電極部とを有するサーミスタ素子と，
上記電極部に接続した外部リード線と，上記感温部を突出させた状態で上記サーミスタ素子を装着したハウジングと，上記サーミスタ素子の電極部を封入すると共に，該サーミスタ素子をハウジングに対して固着したセメントとよりなる温度センサにおいて，
上記セメントは，ナトリウムを含有していないことを特徴とする温度センサにある。
また，本発明において請求項２の発明は，セラミック製の本体の先端に内包された感温部と上記本体の他端に設けた電極部とを有するサーミスタ素子と，
上記電極部に接続した外部リード線と，上記感温部を突出させた状態で上記サーミスタ素子を装着したハウジングと，上記サーミスタ素子の電極部を封入すると共に，該サーミスタ素子をハウジングに対して固着したセメントとよりなる温度センサにおいて，
上記セメントは，ナトリウム含有量が０を超えて０．２ｗｔ％未満であることを特徴とする温度センサにある。
【０００８】
本発明において，上記セメントは，水を加えてスラリー状とすることにより，硬化するものであり，ナトリウムを０．２ｗｔ％未満含有している。０．２ｗｔ％未満含有しているとは，ナトリウムを全く含有していないもの，又は０．２ｗｔ％未満含むものをいう。
上記ナトリウムを０．２ｗｔ％未満含有しているセメントとしては，例えば，アルミナセメント，シリカセメントがある。
【０００９】
上記セメントは，サーミスタ素子の電極部を封入し，且つサーミスタ素子をハウジングに対して固着している。セメントは，電極部の全体を封入していることが好ましい。これにより，電極部の外部損傷を防止することができる。
【００１０】
上記ハウジングと上記サーミスタ素子のセラミック製の本体とは，同材質であることが好ましい。これにより，熱膨張による応力破壊を防止できる。例えば，上記ハウジング及び上記サーミスタ素子の本体は，共にアルミナである。この場合，上記ハウジングと上記本体とは，アルミナ系接着剤により接着されていることが好ましい。これにより，ハウジングと上記本体とこれらを接着する接着剤とがすべて同質系材料となり，更に熱応力による破壊を防止できる。
【００１１】
上記外部リード線は，上記サーミスタ素子の先端を位置決めするための絶縁ブッシュを有し，該絶縁ブッシュは，ハウジングに嵌合されていることが好ましい。これにより，サーミスタ素子の先端の感温部を被検査対象に対して正確な位置に位置決めすることができる。そのため，被検査対象の温度を正確に測定することができる。
【００１２】
また，上記絶縁ブッシュは，弾性体であることが好ましい。これにより，外部リード線における，電極との固定部付近の曲折，損傷を防止することができる。弾性体の絶縁ブッシュとしては，例えば，シリコンゴムを用いることができる。
【００１３】
【作用及び効果】
本発明の温度センサにおいては，ナトリウムを０．２ｗｔ％未満含有しているセメントにより，サーミスタ素子の電極部を封入している。このように本発明においては，上記セメントがナトリウムを含有していないか，又は０を超えて０．２ｗｔ％未満の範囲にしかナトリウムを含有していない。そのため，電圧印加の際にセメント内のナトリウムが電極部付近に凝集するおそれは，全くない。
【００１４】
そのため，電極部における正負電極間の絶縁を確保することができ，絶縁抵抗の低下を防止することができる。従って，被検査対象の温度を正確に測定することができる。
【００１５】
本発明によれば，絶縁抵抗の低下を防止することができ，正確に温度を測定することができる，温度センサを提供することができる。
【００１６】
【実施例】
実施例１
本発明の実施例に係る温度センサについて，図１〜図８を用いて説明する。
本例の温度センサ１０は，図１〜図３に示すごとく，ハウジング３内にサーミスタ素子２を設けている。サーミスタ素子２は，セラミック製の本体２０と，本体２０の先端に内包された感温部２２と，本体２０の他端に設けた電極部２１とを有している。
【００１７】
また，温度センサ１０は，上記電極部２１に接続した外部リード線６と，感温部２２を突出させた状態でサーミスタ素子２を装着したハウジング３と，サーミスタ素子２の電極部２１を封入し，サーミスタ素子２をハウジング３に対して固着したセメント１とを有している。
【００１８】
セメント１は，ナトリウムを０．２ｗｔ％未満含有しているアルミナセメントである。このアルミナセメントのＰＨは１１であり，線膨張率は８×１０^−６／℃，体積固有抵抗は１×１０^−８Ωｃｍ，吸水率は２％である。
ハウジング３及び本体２０は，共にアルミナである。ハウジング３と上記本体２０との間は，図１，図３に示すごとく，アルミナ系の接着剤２９により接着されている。
【００１９】
外部リード線６は，図１，図２に示すごとく，サーミスタ素子２の先端を位置決めするための絶縁ブッシュ５により，ハウジング３の嵌合用枠部３０に嵌合されている。絶縁ブッシュ５は，弾性を有するシリコンゴムである。
絶縁ブッシュ５は，図１に示すごとく，嵌合用枠部３０の底部３０２に対して当接している。また，図２に示すごとく，上記嵌合用枠部３０の馬蹄形の開口段部３０１に対して当接している。絶縁ブッシュ５は，図４に示すごとく，ケーブル６１，６２を挿通するための一対の長穴５１，５２を有している。
【００２０】
外部リード線６は，図６に示すごとく，外装絶縁体６３により被覆された２本のケーブル６１，６２よりなる。ケーブル６１，６２は，図４（ｂ）に示すごとく，それぞれ絶縁ブッシュ５の長穴５１，５２に挿入されている。
また，ケーブル６１，６２には，図６に示すごとく，芯線が内包されており，その先端にはリード端子６１１，６１２が取り付けられている。このリード端子６１１，６１２は，サーミスタ素子２の電極部２１の電極端子２１１，２１２と接合されている。
外部リード線６の他端は，図１に示すごとく，コネクタ６７と接続している。
【００２１】
サーミスタ素子２は，積層セラミック体であり，その先端には感温部２２が内包されている。
上記感温部２２を内包したサーミスタ素子２の先端は，エスイット合金よりなる筒状プロテクタ７により覆われている。
上記温度センサ１０の抵抗は，図示しない回路によって温度センサと直列に接続した基準抵抗（プルアップ抵抗）に直流一定電圧を印加し，該基準抵抗に発生する電圧を検出することにより，測定される。
【００２２】
上記温度センサ１０の製造方法について説明する。
まず，図６に示すごとく，長板状のアルミナシートの先端にＣｒ−Ｍｎ系スピネルからなる厚膜状の感温部２２を印刷し，その上に長板状のアルミナシートを重ね合わせ，積層状となし，これを焼成する。次に，焼成した上記アルミナシートの他端に電極端子２１１，２１２を接合する。これにより，サーミスタ素子２を得る。
【００２３】
また，外部リード線６のケーブル６１，６２を，絶縁ブッシュ５の長穴５１，５２に挿入する。次いで，外部リード線６を，その先端のリード端子６１１，６１２を介して，サーミスタ素子２の電極端子２１１，２１２にろう付けにより接合する。
【００２４】
次に，ハウジング３のスリーブ部３７に筒状プロテクタ７を装着する。次いで，筒状プロテクタ７及びその上方に連通した挿入穴３２の中に，上記サーミスタ素子２を装着する。そして，絶縁ブッシュ５の底面５０２を，ハウジング３の嵌合用底部３０２に対して当接させる。また，絶縁ブッシュ５の側面５０１を，ハウジング３の開口段部３０１に対して当接させる。これにより，ハウジング３に対するサーミスタ素子２の位置がほぼ決定される。
【００２５】
次に，図７に示すごとく，サーミスタ素子２の下端に治具４を接触させて，ハウジング３のフランジ部３６とサーミスタ素子２の感温部２２との間の距離Ｌを微調整し，サーミスタ素子２の位置合わせをする。この際，サーミスタ素子２がわずかに上下動するが，その動きは，図４（ｂ）に示すごとく，絶縁ブッシュ５の長穴５１，５２内をケーブル６１，６２が上下移動することにより吸収される。そのため，絶縁ブッシュ５を定位置に固定したまま，サーミスタ素子２の先端の位置合わせを行うことができる。
【００２６】
次いで，図８に示すごとく，ハウジング３の挿入穴３２とサーミスタ素子２の本体２０との間にアルミナ系の接着剤２９を充填する。
次いで，嵌合用枠部３０とサーミスタ素子２の電極部２１との間に，ナトリウムを０．２ｗｔ％未満含有しているセメント１を充填する。これにより，サーミスタ素子２をハウジング３に固着すると共に，電極部２１の全体をセメント１により封止する。
以上により，上記温度センサ１０が得られる。
【００２７】
次に，上記温度センサを，ガス給湯器のガス燃焼制御用センサとして使用する場合について説明する。
即ち，図５に示すごとく，ガス給湯器８は，ガスバーナー８１と熱交換器８２とを有する燃焼室８０を有している。上記温度センサ１０は，燃焼室８０の外壁８９に取り付けられている。外壁８９に設けた壁穴には，サーミスタ素子２の感温部２２がガスバーナー８１から発する火炎８１０に当たるように，上記温度センサ１０のサーミスタ素子２の先端が挿入されている。温度センサ１０のハウジング３は，そのフランジ部３６において，外壁８９に固定されている。
【００２８】
次に，本例の作用効果について説明する。
本例の温度センサ１０においては，図１に示すごとく，ナトリウムを０．２ｗｔ％未満含有しているセメント１により，サーミスタ素子２の電極部２１を封入している。そのため，電圧印加の際にセメント内のナトリウムが電極部２１付近に凝集するおそれは，全くない。そのため，電極部２１における正負の電極端子２１１，２１２の間の絶縁を確保することができ，絶縁抵抗の低下を防止することができる。
【００２９】
また，セメント１は，電極部２１の全体を封入しているため，電極部２１の外部損傷を防止することができる。
また，ハウジング３，サーミスタ素子２の本体２０，及び両者を接着する接着剤２９は，すべてアルミナ系材料である。そのため，熱応力によるサーミスタ素子２の破壊を防止できる。
【００３０】
また，サーミスタ素子２の電極部２１には，絶縁ブッシュ５を設けた外部リード線６が接続されている。この絶縁ブッシュ５は，図６，図７に示すごとく，その側面５０１を嵌合用枠部３０の開口段部３０１に，その底面５０２を嵌合用枠部３０の底部３０２に当接させている。そのため，絶縁ブッシュ５は，嵌合用枠部３０に対して正確な位置に嵌合される。それ故，サーミスタ素子２は，ハウジング３に対して定位置に位置決めされる。
【００３１】
また，絶縁ブッシュ５の長穴５１，５２は，図７に示すごとく，治具４によりサーミスタ素子２の位置を微調整する際にサーミスタ素子２の上下方向のズレを吸収する。そのため，サーミスタ素子２の先端に内包された感温部２２とハウジング３のフランジ部３６との間の距離Ｌを正確に設定できる。
【００３２】
従って，図５に示すごとく，上記温度センサ１０をガス給湯器８に取り付けた場合，サーミスタ素子２の先端の感温部２２を火炎８１０に対して正確な位置に位置決めすることができる。そのため，火炎８１０の温度を正確に測定することができる。
【００３３】
また，絶縁ブッシュ５はシリコンゴムであり，弾性を有する。そのため，外部リード線６における，電極端子２１１，２１２との固定部付近の曲折，損傷を防止することができる。
【００３４】
実施例２
本例においては，サーミスタ素子の電極部を封止するセメントの種類を変えて，温度センサを製造し，耐久試験を行った。
セメントの種類は，表１に示すごとく，シリカ又はアルミナを主成分するものを用いた。その中，ナトリウム含有率が０重量％のセメントを本発明にかかる試料Ｅ３，Ｅ４とし，ナトリウム含有率が０．２〜３．２重量％のセメントを比較例に係る試料Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５，Ｃ６とした。
【００３５】
上記各試料のＰＨ，線膨張率，体積固有抵抗，吸湿率，ナトリウム含有率は，表１に示した。この中，線膨張率は，０〜６００℃における平均値を示した。体積固有抵抗は，ＪＩＳＣ−２１０３に準拠し，２３℃，５５％ＲＨ環境下において測定した。吸湿率は，２３℃，９５％ＲＨの環境下に，７２時間セメントを放置した場合にセメントが吸収した水分量より求めた。
【００３６】
上記セメントを用いて実施例１と同様に温度センサを製造した。この温度センサの初期絶縁抵抗は，上記のいずれのセメントを用いた場合にも，１０ＭΩ以上であった。この温度センサを３分間８００℃のガス火炎中に晒し，次いで３分間休止する耐久試験を繰り返した。そして，絶縁抵抗が１００ｋΩ以下（常温）となったときに，耐久試験を停止した。この繰返耐久試験を４回行い，その平均値を図９に示した。
【００３７】
本発明にかかる試料Ｅ３，Ｅ４の場合には，サイクル数が７×１０^４回以上となった場合にも，絶縁抵抗が１００ｋΩを越える高い値を示した。一方，比較例としての試料Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５，Ｃ６は，５×１０^４回未満で，温度センサの絶縁抵抗が１００ｋΩ以下（常温）となった。
【００３８】
一方，試料Ｃ１（比較例）の場合には，図１０に示すごとく，マイナスの電極端子２１２の近傍にナトリウム１９が多量に凝集していた。
また，試料Ｃ１と同じナトリウム量のセメントを用いて，電極部の温度，試験環境の湿度を変えて試験を行った。その結果，高い温度，高い湿気となるほど，多くのナトリウムが凝集し，また凝集速度も速かった。
【００３９】
ナトリウム１９の凝集は，セメント１の中に含まれるナトリウムが，電位差によってイオン化し，ナトリウムイオンとしてマイナスの電極端子に移動したためであると考えられる。また，耐久試験での絶縁抵抗の低下は，ナトリウムの凝集により，電極端子２１２の間に導電経路が形成されたためであると考えられる。
【００４０】
また，電極部付近のセメントを除去し，サーミスタ素子だけの絶縁抵抗を測定したところ，初期抵抗に対して変化はみられなかった。
以上のことから，ナトリウムを含有していないセメントにより電極部を封止することにより，絶縁抵抗の低下を防止することができ，正確に温度を測定することができる。
【００４１】
【表１】

【００４２】
実施例３
本例においては，ハウジングの材質を変えて温度センサを製造し，そのセンサ指示温度を測定した。
ハウジングは，実施例１と同様のアルミナを本発明として用いた。一方，比較例としては金属製（Ｓ３５Ｃ）のものを用いた。
両ハウジングをそれぞれ用いて，実施例１と同様に温度センサを製造した。その温度センサを９００℃の電気炉に１００秒間挿入した。その間のセンサ指示温度を測定した。その結果を図１１に示した。
【００４３】
同図より，本発明品の場合には，熱応答性が早かった。一方，比較例の場合には，熱応答性が遅かった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の温度センサの断面図。
【図２】実施例１の温度センサの平面図。
【図３】実施例１の温度センサの裏面図。
【図４】実施例１の，絶縁ブッシュの（ａ）斜視図，及び（ｂ）側面図。
【図５】実施例１の，温度センサをガス給湯器に取り付けて使用する方法を示す説明図。
【図６】実施例１の，温度センサの組付け説明図。
【図７】実施例１の，サーミスタ素子をハウジング内に挿入，位置決めする方法を示す説明図。
【図８】実施例１の，電極部の封止方法を示す説明図。
【図９】実施例２の耐久試験の結果を示す説明図。
【図１０】実施例２における，ナトリウムが凝集した電極部付近の説明図。
【図１１】実施例３における，温度センサの熱応答性を示す線図。
【図１２】従来例の温度センサの断面図。
【符号の説明】
１．．．セメント，
１０．．．温度センサ，
２．．．サーミスタ素子，
２０．．．本体，
２１．．．電極部，
２１１，２１２．．．電極端子，
２２．．．感温部，
２９．．．接着剤，
３．．．ハウジング，
３０．．．嵌合用枠部，
３６．．．フランジ部，
５．．．絶縁ブッシュ，
５１，５２．．．長穴，
６．．．外部リード線，
６１，６２．．．ケーブル，
７．．．筒状プロテクタ，

Claims

セラミック製の本体の先端に内包された感温部と上記本体の他端に設けた電極部とを有するサーミスタ素子と，
上記電極部に接続した外部リード線と，上記感温部を突出させた状態で上記サーミスタ素子を装着したハウジングと，上記サーミスタ素子の電極部を封入すると共に，該サーミスタ素子をハウジングに対して固着したセメントとよりなる温度センサにおいて，
上記セメントは，ナトリウムを含有していないことを特徴とする温度センサ。
セラミック製の本体の先端に内包された感温部と上記本体の他端に設けた電極部とを有するサーミスタ素子と，
上記電極部に接続した外部リード線と，上記感温部を突出させた状態で上記サーミスタ素子を装着したハウジングと，上記サーミスタ素子の電極部を封入すると共に，該サーミスタ素子をハウジングに対して固着したセメントとよりなる温度センサにおいて，
上記セメントは，ナトリウム含有量が０を超えて０．２ｗｔ％未満であることを特徴とする温度センサ。
請求項１又は２において，上記セメントは，アルミナセメント又はシリカセメントのいずれか又は双方であることを特徴とする温度センサ。
請求項１〜３のいずれか一項において，上記ハウジングと上記サーミスタ素子のセラミック製の本体とは，同材質であることを特徴とする温度センサ。
請求項１〜４のいずれか一項において，上記ハウジング及び上記サーミスタ素子のセラミック製の本体は，共にアルミナであることを特徴とする温度センサ。
請求項５において，上記ハウジングとサーミスタ素子の本体とは，アルミナ系接着剤により接着されていることを特徴とする温度センサ。
請求項１〜６のいずれか一項において，上記外部リード線は，上記サーミスタ素子の先端を位置決めするための絶縁ブッシュを有し，該絶縁ブッシュは上記ハウジングに嵌合されていることを特徴とする温度センサ。
請求項７において，上記絶縁ブッシュは，弾性体であることを特徴とする温度センサ。