JP5523982B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、給湯器の湯や、各種の雰囲気等の温度を検出する温度センサに関する。

各種の目的に用いられる温度センサの温度検出素子として、サーミスタが用いられているのは周知の通りである。
給湯器の湯や、各種の雰囲気等の温度を検出する温度センサにおいては、有底筒状のケース内にサーミスタを収容し、流体の流路内にはケースのみを露出させる構成が採用されている（例えば、特許文献１〜５参照。）。センサと流体との絶縁、防水等を図るためである。

また、一つの温度センサに、二つのサーミスタを備える構成の温度センサが存在する（例えば、特許文献６参照。）一方のサーミスタが故障等した場合に、他のサーミスタを用いることで温度検出を行ったり、二つのサーミスタでの検出温度を比較することでサーミスタの故障診断を行ったりすることができる。

特開平８−６８６９８号公報 特開平１０−２２１１７９号公報 特開２００３−２４０６４２号公報 特開２００２−２８９４０７号公報 実用新案登録第３０２８９０６号公報 特開２０１０−５４０６２号公報

このように二つのサーミスタを備えた温度センサにおいては、信頼性を確保しつつ、応答性を高め、応答性を均一化することが常に要求されている。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、信頼性を確保しつつ、応答性を高めるとともに、二つのサーミスタの応答を均一化することのできる温度センサを提供することを目的とする。

本発明の温度センサは、一端側が閉塞され、他端側が開口した有底筒状の保護管と、保護管内の一端側に配置された二つのサーミスタと、二つのサーミスタのそれぞれの両極に接続された配線と、保護管内で、配線のそれぞれに一端が接続され、他端が保護管外に導出されたリード線と、保護管内で、配線とリード線との接続部を保持する絶縁性材料からなるホルダーと、を備える。このような温度センサにおいては、保護管内で、配線とリード線との接続部を、絶縁性材料からなるホルダーで保持することで、接続部と保護管との絶縁を確実に図ることができる。また、保護管を筒状形状としたことで、保護管を介してサーミスタに伝達される熱を均一化させ、二つのサーミスタの応答性を均一化することができ、また配管等に取り付ける場合に、方向性が発生しない。
ここで、ホルダーは、外周面に平面部を有し、当該ホルダーを保護管内に挿入したときに、保護管の内周面と平面部との間に空隙が形成されるようにする。そして、保護管内には絶縁性を有した硬化性材料からなる充填剤が充填され、充填剤により、保護管内のサーミスタ、配線、リード線、ホルダーが固定される。ホルダーの外周面の平面部により保護管の内周面と平面部との間に空隙が形成されることで、保護管内での充填剤の流路を確保することができ、保護管内の全体に充填剤を行き渡らせることができる。
さらに、ホルダーは、二つのサーミスタのそれぞれに対応して設ける。この場合、サーミスタのそれぞれに接続された二本の配線と、当該二本の配線に接続される二本のリード線との接続部をホルダーで保持する。
ホルダーには、二本の配線と、当該二本の配線に接続される二本のリード線とを収容する溝が形成され、溝が開口した側の面を、保護管内で他のホルダーに対向させて設けるのが好ましい。これにより、配線およびリード線と保護管との間にはホルダーが介在し、その耐電圧性能を高めることができる。

また、二つのサーミスタは、保護管内で、当該保護管の径方向に並列に配置され、それぞれのサーミスタと保護管の内周面とが近接していることを特徴とする。このようにすることで、保護管の外部の熱が、保護管を介してサーミスタに伝達されやすくなり、また、二つのサーミスタの熱応答性能は同等レベルとなる。

ここで、二つのサーミスタは、いかなる特性を有したものとしても良いが、同じ特性を有したものとすると、そのような温度センサにおいては、一方のサーミスタが壊れた際も、他方のサーミスタを継続して使用することができる。

本発明によれば、保護管内で、配線とリード線との接続部を、絶縁性材料からなるホルダーで保持することで、配線とリード線との接続部と保護管との絶縁を確実に図ることができる。
そして、ホルダーの外周面の平面部により保護管の内周面と平面部との間に空隙が形成されることで、保護管内での充填剤の流路を確保し、保護管内の全体に充填剤を行き渡らせて、サーミスタ、配線、リード線と、保護管との絶縁、固定を確実に行うことができる。これにより温度センサの小型化が可能となり、従来の温度センサと取付形状を変更することなく使用することもできる。
また、二つのサーミスタを、保護管内で並列に設けて保護管の内周面と近接させることで、保護管の外部の熱が保護管を介してサーミスタに伝達されやすく、温度センサを応答性に優れるものとすることができる。
このようにして、二つのサーミスタを備える温度センサにおいても、信頼性を確保しつつ、応答性を高めることが可能となる。

（ａ）本実施の形態における温度センサの断面図、（ｂ）は（ａ）に直交する方向の断面図である。 温度センサの外観を示す図である。 （ａ）はホルダーの平面図、（ｂ）は（ａ）の立断面図、（ｃ）は（ｂ）の側断面図である。 保護管内に二つのホルダーを配置した状態を示す断面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における温度センサの構成を説明するための図である。
図１に示すように、温度センサ１０は、保護管１１内に、二つのサーミスタ２０Ａ、２０Ｂが収容された構成を有している。

保護管１１は、ステンレス等からなる金属製で、先端部１１ａが閉塞された断面円形の有底筒状とされている。保護管１１の外周面の所定位置には、外周に張り出すバルジ部１１ｂが形成され、このバルジ部１１ｂの一面側に押し当てた状態で環状の押さえリング１２が圧入されている。これらバルジ部１１ｂおよび押さえリング１２は、温度センサ１０を、保護管１１の先端部１１ａ側を流路内に突出させた状態で配管の外側から取り付けるときに、その突出量の位置決め、Ｏリングの保持、および図示しないナット等によって配管に固定するためのものである。

サーミスタ２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ、サーミスタチップをガラス中に封入した素子本体２１と、素子本体２１中のサーミスタチップの両電極に一端が接続された一対のデュメット線（配線）２２、２２と、を備える。

各サーミスタ２０Ａ、２０Ｂのデュメット線２２、２２には、それぞれ、リード線２３、２３が接続されている。本実施形態においては、デュメット線２２、２２とリード線２３、２３とは、超音波溶接により接続されている。ただし、その接続法については何らこれに限定するものではない。
図２に示すように、リード線２３、２３は、保護管１１の開口端側から外部に導出し、温度センサ１０のコントローラ（図示無し）に接続するための端子ハウジング１３が、リード線２３，２３の他端に設けられている。ここで、二つのサーミスタ２０Ａ、２０Ｂのリード線２３、２３は、環状の保護チューブ１４や束線バンドによって束ねられており、これらリード線２３、２３が裂けて分離し、保護管１１内の素子本体２１等に負担が掛かるのを回避するとともに、内部への水分侵入によるセンサ異常の回避や性能低下を防止している。

図１に示したように、各サーミスタ２０Ａ、２０Ｂのデュメット線２２、２２とリード線２３、２３との接続部分は、それぞれ、例えば樹脂等の絶縁性材料からなるホルダー３０によって保持されている。このホルダー３０は、デュメット線２２、２２とリード線２３、２３を保持・固定するとともに、デュメット線２２、２２およびリード線２３、２３と、保護管１１との絶縁を図る機能を有する。

図３に示すように、ホルダー３０には、二本一対の溝３１、３１が形成され、それぞれの溝３１に、一本のデュメット線２２とリード線２３とが保持されている。より詳しくは、各溝３１において、ホルダー３０の一端側に、二本のデュメット線２２の被覆をそれぞれ保持するデュメット線保持部３１ａ、３１ａが設けられ、ホルダー３０の他端側に、リード線２３の被覆を保持するリード線保持部３１ｂが設けられている。デュメット線保持部３１ａは、デュメット線２２の外径にほぼ等しい幅を有している。一方、リード線保持部３１ｂは、リード線２３の外径にほぼ等しい幅を有している。リード線保持部３１ｂは、収容した二本のリード線２３が抜け出るのを防止するため、爪状の係止爪部３２を形成するのも好ましい。デュメット線保持部３１ａと、リード線保持部３１ｂとの間には、各デュメット線２２とリード線２３との接続部を収容する接続部収容部３１ｃが形成されている。接続部収容部３１ｃは、それぞれのデュメット線保持部３１ａ、３１ａに連続して形成されており、双方の接続部収容部３１ｃ、３１ｃ間には、絶縁壁３３が形成されている。

このようなホルダー３０は、溝３１、３１が開口している側の側面（面）３０ａが平面とされている。そして、図４に示すように、二つのサーミスタ２０Ａ、２０Ｂのデュメット線２２、２２とリード線２３、２３をそれぞれ保持する二つのホルダー３０、３０を、側面３０ａ、３０ａどうしを対向させた状態で、保護管１１内に挿入されている。

ホルダー３０において、対となる他のホルダー３０に対向する側面３０ａ以外は、全体として略半円形をなしている。ただし、ホルダー３０において、側面３０ａと対向する反対側には、側面３０ａとほぼ平行な平面部３０ｂが形成されている。側面３０ａと平面部３０ｂとの間隔ｓは、保護管１１の内径ｒより小さく設定されている。これにより、二つのホルダー３０を互い対向させて保護管１１内に挿入した状態で、保護管１１の内周面と平面部３０ｂとの間には、断面略三日月状の空間４０が形成される。

また、ホルダー３０において、側面３０ａに隣接する位置には、側面３０ａにほぼ直交する側面部３０ｃ、３０ｃを形成することもできる。この場合も、互いに対向する二つの側面部３０ｃ、３０ｃの間隔ｄは、保護管１１の直径２ｒよりも小さく設定され、これによって、二つのホルダー３０を互いに対向させて保護管１１内に挿入した状態で、保護管１１の内周面と側面部３０ｃ、３０ｃとの間には、断面略三日月状の空間５０を形成することができる。

そして、平面部３０ｂと、その両側の側面部３０ｃ、３０ｃとの間には、保護管１１の内径ｒとほぼ等しい曲率半径を有する曲面部３０ｄ、３０ｄが形成されている。二つのホルダー３０を互いに対向させて保護管１１内に挿入した状態で、これら曲面部３０ｄ、３０ｄが保護管１１の内周面に沿うことで、ホルダー３０のガイドとして機能する。

このようなホルダー３０には、サーミスタ２０Ａ、２０Ｂのそれぞれが、二本のデュメット線２２とリード線２３とを溝３１、３１に収容して保持される。

前述したように、二つのホルダー３０、３０の側面３０ａ、３０ａどうしを突き合わせた状態で保護管１１内に挿入されたサーミスタ２０Ａ、２０Ｂは、素子本体２１、２１を、保護管１１の径方向であって、二つのホルダー３０、３０を重ね合わせた方向に並列させた状態とされている。このとき、保護管１１の内周面に、並列した二つの素子本体２１、２１、の外周面が近接するようになっている。これにより、素子本体２１と保護管１１との間の熱伝搬が迅速に行われ、応答性が向上する。

また、保護管１１内には、エポキシ樹脂等の絶縁性材料からなる充填剤６０が充填されており、デュメット線２２、２２とリード線２３、２３をそれぞれホルダー３０に固定するとともに、サーミスタ２０Ａ、２０Ｂやホルダー３０、３０を、保護管１１に対して固定し、さらには、保護管１１と、保護管１１内の素子本体２１、デュメット線２２、２２、リード線２３、２３間の絶縁を図る。さらに、充填剤６０により、保護管１１内の防水も図られる。

なお、サーミスタ２０Ａ、２０Ｂは、同じ特性の同種類の素子を設けるのが好ましい。これにより、サーミスタ２０Ａ、２０Ｂの一方が故障した場合に、もう一方をバックアップとして用いることができる。

このような温度センサ１０は、給湯器の配管内に、保護管１１の先端部１１ａ側を突出した状態で設置される。そして、保護管１１を介して配管内を流れる湯の温度がサーミスタ２０Ａ、２０Ｂに伝搬され、その電気信号がデュメット線２２、２２、リード線２３、２３を介して外部のコントローラに伝送されることによって、コントローラにおいて湯温が検出される。

さて、このような温度センサ１０を製作する際には、事前に素子本体２１のデュメット線２２、２２とリード線２３、２３と、ホルダー３０に収めて接続しておく。
そして、保護管１１内に、エポキシ樹脂等の未硬化状態の充填剤６０を所定量入れておく。この状態で、サーミスタ２０Ａ、２０Ｂおよびホルダー３０を保護管１１内に挿入する。すると、未硬化状態の充填剤６０が、保護管１１の内周面と、サーミスタ２０Ａ、２０Ｂおよびホルダー３０との間の空間４０、５０を通ってせり上がってくる。そして、充填剤６０が固化することで、サーミスタ２０Ａ、２０Ｂおよびホルダー３０が保護管１１に固定される。

なお、保護管１１内にサーミスタ２０Ａ、２０Ｂおよびホルダー３０を挿入するに先立ち、素子本体２１の外周面等に、シリコーンワニス等の緩衝材を塗布しておくのが好ましい。この緩衝材は、充填剤６０により、素子本体２１が損傷するのを防ぐためである。

上述したような温度センサ１０によれば、二つのサーミスタ２０Ａ、２０Ｂが保護管１１内に収容され、ホルダー３０を介して保護管１１に保持されている。このとき、ホルダー３０には平面部３０ｂ、側面部３０ｃが形成されているため、充填剤６０を、保護管１１の内周面と平面部３０ｂ、側面部３０ｃとの間の空間４０、５０を通して保護管１１内の全体にわたって行き渡らせることができる。したがって、充填剤６０により、保護管１１内の素子本体２１、デュメット線２２、２２、リード線２３、２３の絶縁、固定、防水を確実に行うことができ、信頼性の高い温度センサ１０を提供することができる。
また、保護管１１の内周面と平面部３０ｂ、側面部３０ｃとの間の空間４０、５０を通して充填剤６０が保護管１１内で流動できるので、サーミスタ２０Ａ、２０Ｂを保護管１１内に挿入する際に、サーミスタ２０Ａ、２０Ｂを保護管１１の奧までスムーズに入れることができる。

また、二つのサーミスタ２０Ａ、２０Ｂに対応した二つのホルダー３０、３０は、それぞれ、デュメット線２２、２２、リード線２３、２３を保持する溝３１が開口した側の側面３０ａどうしを対向させて保護管１１内に配置されている。これにより、デュメット線２２、２２、リード線２３、２３と保護管１１との間に、絶縁性材料からなるホルダー３０が介在することになり、耐電圧性能を高くすることができる。

また、保護管１１内のサーミスタ２０Ａ、２０Ｂは、素子本体２１が並列し、それぞれ保護管１１の内周面に近接して設けられているため、保護管１１を介して素子本体２１に熱が伝わりやすく、温度センサ１０を感度に優れるものとすることができる。

なお、上記実施の形態では、温度センサ１０の各部の構成、材質等について例示をしたが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０…温度センサ、１１…保護管、１１ａ…先端部、１１ｂ…バルジ部、１２…リング、２０Ａ、２０Ｂ…サーミスタ、２１…素子本体、２２…デュメット線（配線）、２３…リード線、３０…ホルダー、３０ａ…側面（面）、３０ｂ…平面部、３０ｃ…側面部、３０ｄ…曲面部、３１…溝、４０…空間、５０…空間、６０…充填剤

Claims (4)

1. 一端側が閉塞され、他端側が開口した有底筒状の保護管と、
   前記保護管内の前記一端側に配置された二つのサーミスタと、
   二つの前記サーミスタのそれぞれの両極に接続された配線と、
   前記保護管内で、前記配線のそれぞれに一端が接続され、他端が前記保護管外に導出されたリード線と、
   前記保護管内で、前記配線と前記リード線との接続部を保持する絶縁性材料からなるホルダーと、を備え、
   前記ホルダーは、
   外周面に平面部を有し、当該ホルダーを前記保護管内に挿入したときに、前記保護管の内周面と前記平面部との間に空隙が形成され、かつ、
   二つの前記サーミスタのそれぞれに対応して設けられ、
   前記サーミスタのそれぞれに接続された二本の前記配線と、当該二本の前記配線に接続される二本の前記リード線との接続部を保持するとともに、線間の絶縁を図り、
   二本の前記配線と、当該二本の前記配線に接続される二本の前記リード線とを収容する溝が形成され、前記溝が開口した側の面を、前記保護管内で他の前記ホルダーに対向させて設けられることを特徴とする温度センサ。
2. 前記保護管内に絶縁性を有した硬化性材料からなる充填剤が充填され、前記充填剤により、前記保護管内の前記サーミスタ、前記配線、前記リード線、前記ホルダーが固定されていることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
3. 二つの前記サーミスタは、前記保護管内で、当該保護管の径方向に並列に配置され、前記サーミスタと前記保護管の内周面とが近接していることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の温度センサ。
4. 二つの前記サーミスタは、同じ特性を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の温度センサ。

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