JPH08145809A - 複合温度検知器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成でありながら、高精度な温度検知
性能と安全保護性能を示す信頼性の高い複合温度検知器
を安価に提供することにある。 【構成】 リード線２、２’を有する負特性サーミスタ
１の一方のリード線２と、リード線１２、１２’を有す
る正特性サーミスタ１１の一方のリード線１２とが直列
に接続され、この接続部と、前記負特性サーミスタ１及
び正特性サーミスタ１１の他方のリード線２’、リード
線１２’にそれぞれ引出リード線３１、引出リード線３
２、引出リード線３３が接続されたものが、ステンレス
製保護管４１内に収納されるとともに、該保護管４１内
の空隙部が付加反応型液状シリコーンゴム５１で充填さ
れてなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電気温水器の貯
湯タンク内の湯温の制御などに用いられる温度検知器に
関する。更に詳しくは、連続的に平滑な抵抗−温度特性
を示す温度検知素子と、所定温度を境に抵抗値が急激に
変化する抵抗−温度特性を示す安全保護素子とを一つの
保護管内に収納した複合温度検知器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、深夜電力を利用した電気温水器が
急速に普及し始めており、これに伴って電気温水器の貯
湯タンク内の湯温の制御を行うための温度検知器につい
ても様々な構成のものが提案されている。

【０００３】例えば、温度検知機能と安全保護機能を備
えた温度検知器の一例として、実開平４−７２４４２号
公報に示されるような構成のものが挙げられる。この公
報に開示された温度検知器は、温度検知素子である負特
性サーミスタ（以下「ＮＴＣサーミスタ」と略記する）
と、温度スイッチ素子であるサーマルリードスイッチが
直列に接続された状態で一つの非磁性金属製のケース内
に収納固着された構成のものである。ここで、サーマル
リードスイッチとは周知のように、リードスイッチの外
周上に感温磁性体と永久磁石とが嵌合されて構成された
ものであり、所定の温度で接点であるリードスイッチが
開閉動作するものである。

【０００４】上記構成の温度検知器が実使用に供される
場合は、ＮＴＣサーミスタは図３に示すような、連続的
に平滑な抵抗−温度特性が温度制御に使用され、一方、
サーマルリードスイッチは非連続素子であり、温度過昇
防止等のための安全保護素子として制御回路の主要部を
開閉するために使用されている。つまり、ＮＴＣサーミ
スタが断線短絡して故障した場合や、制御回路が故障し
て制御不能になったような場合に、サーマルリードスイ
ッチが過昇温度を検知して制御回路源を遮断し、湯の沸
騰や空炊きなどの異常を未然に防止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の温度検知器においては、安全保護素子としてサーマ
ルリードスイッチが使用されていることによって、次の
ような問題点があった。まず、サーマルリードスイッチ
は前述したように、リードスイッチ、感温磁性体及び永
久磁石からなるものであり構造が複雑で、その大きさも
直径１２ｍｍ、長さ２４ｍｍ程度とかなり大型である。
したがって、このような大型で複雑な構造をしたサーマ
ルリードスイッチを、更に温度検知素子であるＮＴＣサ
ーミスタと組み合わせて一つのケース内に収納固着して
なる従来の温度検知器は、実開平４−７２４４２号公報
の第１図からも明らかなように、その内部構造が非常に
複雑であるとともに、検知器自体が大型なものとなって
いた。内部構造の複雑化と、検知器の大型化は熱容量を
大きくして熱応答性を低下させる要因となるばかりか、
設置スペースが制限されるという問題やコストが上昇す
るという問題を招く要因にもなっていた。

【０００６】更に、サーマルリードスイッチは、その接
点が機械的に開閉動作するものであるため、感度のバラ
ツキが大きい、チャタリング現象が生じる恐れがある、
接点が摩耗するため寿命に限界がある、などの問題もあ
る。

【０００７】このように従来の温度検知器は、構造が複
雑で信頼性が低く実用的なものではなかった。

【０００８】本発明はこのような従来の欠点を解決する
ためになされたものであり、その目的とするところは、
簡単な構成でありながら、高精度な温度検知性能と安全
保護性能を示す信頼性の高い複合温度検知器を安価に提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべく
本発明による複合温度検知器は、一対のリード線を有す
る負特性サーミスタの一方のリード線と、一対のリード
線を有する正特性サーミスタの一方のリード線とが直列
に接続され、この接続部と、前記負特性サーミスタ及び
正特性サーミスタの他方のリード線にそれぞれ引出リー
ド線が接続されたものが、保護管内に収納されるととも
に、該保護管内の空隙部が電気絶縁物で充填されてなる
ことを特徴とするものである。

【００１０】ＮＴＣサーミスタ及びＰＴＣサーミスタと
しては、使用温度に適した構造や材質のものであれば特
に限定されないが、チップ素子がホウケイ酸ガラス等に
よって封止されたガラス封止型のものが、あらゆる雰囲
気中でも特性が非常に安定しているので好ましい。ガラ
ス封止型サーミスタとしては、そのリード線の導出構造
からアキシャルリードタイプとラジアルリードタイプの
ものがあるが、どちらのものを使用しても構わない。勿
論、アキシャルリードタイプとラジアルリードタイプを
併用することも考えられる。これらは温度検知器が実使
用に供される際の環境や、その部分において要求される
特性などを考慮して適宜に選択される。

【００１１】本発明においては、上記構成のＮＴＣサー
ミスタとＰＴＣサーミスタとを直列に接続することを必
須とする。具体的には、ＮＴＣサーミスタの一方のリー
ド線と、ＰＴＣサーミスタの一方のリード線と、電源供
給用電線としての引出リード線とを一括して、かしめ端
子等の接続端子を用いて接続するとともに、前記各サー
ミスタの他方のリード線の端部にかしめ端子等の接続端
子を用いてそれぞれ引出リード線を接続する。

【００１２】このように接続されたＮＴＣサーミスタと
ＰＴＣサーミスタを、例えば一端に開口を有する有底筒
形状の保護管内に収納し、その空隙部に電気絶縁物を充
填して本発明の複合温度検知器とする。このとき、ＮＴ
ＣサーミスタとＰＴＣサーミスタの保護管内における位
置関係は特に限定されず、保護管の先端部側にＮＴＣサ
ーミスタ、開口部側にＰＴＣサーミスタが位置するよう
な構成であっても良いし、先端部側にＰＴＣサーミス
タ、開口部側にＮＴＣサーミスタが位置するような構成
であっても良い。これらは実使用時における温度検知器
の設置箇所等を考慮して適宜に選択される。

【００１３】尚、保護管の構造は特に限定されず、例え
ば両端に開口を有する筒状のものであっても良い。その
構成材料も特に限定されず、例えば、ステンレス、アル
ミニウム、銅、真鍮等の金属材料や、ＰＢＴ樹脂、ＡＢ
Ｓ樹脂等の高分子材料などが挙げられる。保護管内に充
填される電気絶縁物の種類も特に限定されず、例えば、
付加反応型液状シリコーンゴムやエポキシ樹脂などが挙
げられる。

【００１４】

【作用】ＰＴＣサーミスタは図４に示すように、キュリ
ー温度Ｔｃ直前から急激に抵抗値が増加する抵抗−温度
特性を有しており、これは従来のサーマルリードスイッ
チと同様の作用を示すものである。ＰＴＣサーミスタの
抵抗値は６〜７桁程度変化するものであるが、無限大に
はならない。しかし、電力スイッチを含む制御回路の電
流をゼロにはできないまでも、６〜７桁程度減少させれ
ば一般的に制御回路の動作は停止したのと同様になり、
温度過昇防止の安全保護機能の役目を果たす。一方、Ｐ
ＴＣサーミスタと直列に接続されるＮＴＣサーミスタ
は、図３に示されるように、連続的に平滑な抵抗−温度
特性を有するものであるので、周知の通り制御用温度検
知素子として使用される。

【００１５】

【実施例】以下に実施例を示し本発明を更に詳細に説明
する。

【００１６】本実施例においては、ＰＴＣサーミスタと
して、キュリー温度Ｔｃ≒８０℃、常温抵抗Ｒ₂₅≒６０
０Ωの特性を有するアキシャルリードタイプのガラス封
止型サーミスタ〔（株）クラベ製〕を使用した。ＮＴＣ
サーミスタとしては、Ｂ定数（２５／５０℃）＝３４３
７Ｋ、Ｒ（２５）℃＝１０．７ｋΩの特性を有するアキ
シャルリードタイプのガラス封止型サーミスタ〔（株）
クラベ製〕を使用した。これら各サーミスタのガラス封
止部の大きさはともに直径２．０ｍｍ、長さ４．２ｍｍ
である。また、電源供給用電線である引出リード線とし
ては、直径１．４ｍｍの耐熱ポリ塩化ビニル樹脂絶縁被
覆電線を使用した。

【００１７】本実施例による複合温度検知器は図１に示
すような構成になっている。まず、ＮＴＣサーミスタ１
があり、このＮＴＣサーミスタ１の一方のリード線２に
は、ＰＴＣサーミスタ１１の一方のリード線１２と、引
出リード線３１が、かしめ端子２１によって接続されて
いる。また、ＮＴＣサーミスタの他方のリード線２’に
は引出リード線３２がかしめ端子２２によって接続され
ており、ＰＴＣサーミスタ１１の他方のリード線１２’
には引出リード線３３がかしめ端子２３によって接続さ
れている。このようにして電気的に直列に接続されたＮ
ＴＣサーミスタ１とＰＴＣサーミスタ１１、及びこれら
に接続された引出リード線３１、引出リード線３２、引
出リード線３３は、直径５ｍｍ、長さ１００ｍｍのＳＵ
Ｓ３０４からなる保護管４１内の所定位置に収納され
る。符号５１は前記ＮＴＣサーミスタ１、ＰＴＣサーミ
スタ１１、及び引出リード線３１、引出リード線３２、
引出リード線３３と保護管４１との空隙部に充填された
電気絶縁物としての付加反応型液状シリコーンゴムであ
り、このシリコーンゴム５１の加硫（１２０℃で６０分
間加熱硬化）に伴って前記各部品が所定位置に保持固定
される。

【００１８】ここで、上記構成の温度検知器を内容積約
１０リットルの湯槽に設置して、温度制御性能を測定し
てみることにした。図２はその際の回路構成を示す図で
ある。この回路の作用は次の通りである。まず、ＡＣ１
００Ｖの電源電圧ＥによりヒータＨが被加熱物である湯
槽を加熱し、電力スイッチＴｓで通電制御される。前記
電源電圧Ｅはトランス、整流器、平滑回路を含むＡＣ−
ＤＣ変換回路により直流電圧に変換される。この直流電
圧は安定化レギュレータにより任意の電圧で一定になる
ように保たれ、ＮＴＣサーミスタ１、抵抗Ｒ及び温度調
節回路に印加される。温度調節回路は、湯槽内の湯温の
変化によるＮＴＣサーミスタ１の抵抗値の変化を読み取
り、湯温を調節するように電力スイッチＴｓを介してヒ
ータＨへの通電を制御する。万一、温度調節が不可能に
なり過熱状態となった場合は、ＰＴＣサーミスタ１１の
抵抗値が急激に増加し直流電圧は遮断されたものと同様
な状態となり、温度過昇防止の安全保護機能の役目を果
す。

【００１９】温度調節回路の基準温度を４０℃に設定し
て湯槽の加熱を行い、温度検知器の先端に別の熱電対を
取り付けて湯温を測定したところ、４０℃±２℃の制御
が行われていた。次に、ＮＴＣサーミスタ１を短絡させ
連続加熱の状態にしたところ、約８３℃で温度調節部の
機能は遮断された。ここで、安定化レギュレーターを通
った後の消費電圧電流は１２Ｖ、約６ｍＡであり、ＰＴ
Ｃサーミスタ１１が約１０⁷Ωともなれば、動作電流が
遮断されたものと同じである。

【００２０】比較のために、従来例の温度検知器（ＮＴ
Ｃサーミスタとサーマルリードスイッチが直列に接続さ
れたもの）についても、上記と同様の方法で温度制御性
能を測定してみたところ、湯温は約４１℃±４．５℃の
リップルを示し、過昇温度検知及び遮断性能は約９２℃
で動作した。

【００２１】上記の試験結果により、本実施例の温度検
知器は、温度制御も過昇温度検知も従来の温度検知器よ
りも高精度で動作するものであることが確認できた。

【００２２】尚、本発明は前記実施例に限定されるもの
ではない。まず、保護管内におけるＮＴＣサーミスタと
ＰＴＣサーミスタの位置関係であるが、これは温度検知
器の使用目的（設置箇所等）によって任意に選択される
ものである。前記実施例ではＮＴＣサーミスタを保護管
の先端部側に位置させたが、ＰＴＣサーミスタを先端部
側に位置させても構わない。また、ＰＴＣサーミスタ及
びＮＴＣサーミスタの構成として、前記実施例では両者
ともにリード線がチップ素子の左右両側に設けられたア
キシャルリードタイプのガラス封止型サーミスタを使用
したが、ラジアルリードタイプのものを用いても良い。
勿論、一方をアキシャルリードタイプ、他方をラジアル
リードタイプとしても良い。

【００２３】更に、温度制御点が一つである場合は、Ｐ
ＴＣサーミスタのキュリー温度をそれに合わせて温度制
御に使用し、ＮＴＣサーミスタを回路上短絡モードで使
って電流ヒューズや温度ヒューズを切るような回路構成
とすることも可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、安
全保護素子として、構造が簡単で小型なＰＴＣサーミス
タを採用し、これを特定の接続状態で温度検知素子とし
てのＮＴＣサーミスタと接続して一つの保護管内に一体
に収納するよう構成したことにより、高精度な温度検知
性能と安全保護性能を示す信頼性の高い複合温度検知器
を実現することができた。この温度検知器は従来品に比
べて構造が簡略化し、かつ小型なものであるため、設置
スペースが制限されることもなく、更にコストも低減す
ることから、極めて実用的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図で複合温度検知器の
要部断面図である。

【図２】本発明の一実施例を示す図で複合温度検知器を
実使用に供する際の回路構成図である。

【図３】ＮＴＣサーミスタの抵抗−温度特性図である。

【図４】ＰＴＣサーミスタの抵抗−温度特性図である。

【符号の説明】

１ ＮＴＣサーミスタ ２ ＮＴＣサーミスタのリード線 ２’ＮＴＣサーミスタのリード線 １１ ＰＴＣサーミスタ １２ ＰＴＣサーミスタのリード線 １２’ ＰＴＣサーミスタのリード線 ２１ かしめ端子 ２２ かしめ端子 ２３ かしめ端子 ３１ 引出リード線 ３２ 引出リード線 ３３ 引出リード線 ４１ 保護管 ５１ 付加反応型液状シリコーンゴム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対のリード線を有する負特性サーミス
   タの一方のリード線と、一対のリード線を有する正特性
   サーミスタの一方のリード線とが直列に接続され、この
   接続部と、前記負特性サーミスタ及び正特性サーミスタ
   の他方のリード線にそれぞれ引出リード線が接続された
   ものが、保護管内に収納されるとともに、該保護管内の
   空隙部が電気絶縁物で充填されてなることを特徴とする
   複合温度検知器。