JPH0989684A

JPH0989684A - 感温センサ

Info

Publication number: JPH0989684A
Application number: JP7244791A
Authority: JP
Inventors: Yuji Funamizu; 雄二船水; Toshiaki Nishimura; 俊昭西村; Mitsuaki Sato; 光朗佐藤; Naoki Fukuoka; 直樹福岡
Original assignee: OIZUMI SEISAKUSHO KK; OOIZUMI SEISAKUSHO KK
Current assignee: OIZUMI SEISAKUSHO KK; OOIZUMI SEISAKUSHO KK
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】調理器，暖房機などに生ずる異常な加熱温度
を検知して熱源を遮断するための制御回路を簡略化す
る。【解決手段】感温センサの測温部にＰＴＣサーミスタ
素子を組込む。ＰＴＣサーミスタ素子は、熱応答性，信
頼性を安定に確保するマイクロチップ形であり、４００
℃の高温雰囲気に耐えるガラス材に封入され、キュリー
温度は１００℃〜２７０℃である。ＰＴＣサーミスタ素
子は、ガス器具１０のガス炎に加熱される被加熱体
（鍋）５の温度を検知しており、被加熱体５の温度がキ
ュリー温度を越えたときに制御回路１２への通電を停止
し、制御回路１２から電磁弁１３に閉弁指令を出力す
る。電磁弁１３はガス管１１の管路を閉じてガス器具１
０へのガスの供給を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、感温センサ、特に
調理，炊事あるいは湯沸器用の鍋，釜，ポット類あるい
は温風ヒータなどの温度検知用感温センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】上記目的に使用される感温センサは、ガ
スの炎に直接晒される鍋，釜，ポット類を被加熱体と
し、その外壁に接触させて加熱された被加熱体の温度を
検知させるのであるが、実際には測温部として図１に示
すように金属筒体１の上面開口を施蓋する帽体２の裏面
にサーミスタ素子Ｔを取付け、金属筒体１内に支持され
たコイルスプリング４で常時上方へ付勢し、帽体２の上
面を被加熱体５に圧接し、帽体２を通して被加熱体５の
熱をサーミスタ素子Ｔに伝熱するのが通例である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、感温センサ
のサーミスタ素子には従来より専らＮＴＣサーミスタが
使用されている。ＮＴＣサーミスタは、温度が上がると
抵抗は下がる、すなわち負の温度係数を有し、微小の温
度変化を検知して電気抵抗に変換できることから各種工
業計測，自動車，家電製品などの温度測定に好適である
とされている。

【０００４】ＮＴＣサーミスタによれば、室温付近で
は、１℃の温度変化で抵抗値を２〜５％変化させること
ができる。温度変化を抵抗値の変化に変換し、抵抗値の
変化を測定することによって１／１００℃程度の温度変
化を知ることは容易である。

【０００５】しかしながら、ＮＴＣサーミスタを用いて
温度を検知し、その検知信号をもって機器を制御するに
は、ＮＴＣサーミスタの抵抗値が予め定められた値にな
ったことを感知する電子部品や、電流値の大小を感知し
て出力される素子の出力信号を受けて動作するスイッチ
やリレー類を制御回路に組込み、この制御回路の出力信
号をもって電磁弁などの開閉器を操作し、ガス器具であ
ればガス栓のしゃ断などの操作をすることになる。ま
た、電気機器であれば制御回路のスイッチ，リレーによ
って器具の電源をしゃ断することになり、いずれにして
も制御回路には、ＩＣやトランジスタなどの電子部品，
スイッチやリレーなど、検知温度の判別のための制御部
品を組み込まなければならない。

【０００６】一方、ＰＴＣサーミスタの温度−抵抗特性
は、低温側では低抵抗，キュリー温度付近では急激に抵
抗が増大し、高温側では高抵抗となり、ＰＴＣサーミス
タをキュリー温度付近で使用すればスイッチとしての機
能が得られる。

【０００７】しかし、従来より、ＰＴＣサーミスタは、
専ら過電流防止のスイッチやヒータとしての用途を主体
として考えられ、大部分のＰＴＣサーミスタは、過電流
防止やヒータとしての用途から、キュリー温度は、１２
０〜１６０℃程度に設定されたものが殆どである。もっ
とも、キュリー温度を３００℃付近に設定されたＰＴＣ
サーミスタも知られているが、これはヒータとしての用
途に開発されたものであり、ＰＴＣサーミスタの材料系
に特徴が認められ、ガスの炎に直接晒されるような環境
で使用できるものではない。

【０００８】ガスの炎に直接晒されるような高温環境で
熱応答性，信頼性を確保するにはマイクロチップ化する
ことが必要である。この点はＮＴＣサーミスタにおいて
も同じであり、ＮＴＣサーミスタでは既にマイクロチッ
プ化の実現化が図られているが、ＰＴＣサーミスタは、
前述のように従来より通電制御用など、主として電気製
品の保護機能を得る素子として利用されてきたため、そ
のような用途においては、これをマイクロチップ化しよ
うとする発想はなかったといえる。

【０００９】また、ガスの炎に直接晒されるような高温
雰囲気の下でＰＴＣサーミスタを使用するには、サーミ
スタ素子の封止材として耐熱性が要求され、素子の封止
用被覆として高分子の樹脂材料を使用することはできな
い。可能ならば、耐熱性ガラスの使用が望ましい。

【００１０】サーミスタをマイクロチップ化し、これを
ガラスに封入するときにサーミスタ素子の電極材料とガ
ラス材料とをなじませることが難しく、材料の選定を誤
ると封止ガラスに割れ，欠けが生じるという問題があ
る。

【００１１】本発明の目的は、通常の調理時，暖房時な
どにおける加熱温度を常用温度としてその加熱温度を検
知し、常用温度を越える異常な加熱温度に対しては熱源
のしゃ断スイッチとして動作する感温センサを提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による感温センサにおいては、測温部を加熱
雰囲気中に晒して被加熱体の加熱温度を検知し、被加熱
体が常用温度を越えたときに被加熱体を加熱する熱源に
加熱停止指令を出力する感温センサであって、測温部
は、被加熱体に接触させてその温度を検知する部分であ
り、ＰＴＣサーミスタ素子を有し、ＰＴＣサーミスタ素
子は、熱応答性・信頼性を安定的に確保するマイクロチ
ップ形であって、４００℃を上限とする高温雰囲気に耐
えるガラス材中に封入され、キュリー温度は、１００℃
〜２７０℃の範囲であり、被加熱体の常用温度は、使用
するＰＴＣサーミスタ素子のキュリー温度以下であり、
ＰＴＣサーミスタ素子のキュリー温度１００℃〜２７０
℃は、被加熱体の加熱限界温度である。

【００１３】また、被加熱体は、熱媒体として熱源から
加えられた熱を該被加熱体によって熱源から隔てられた
熱処理物に熱伝達し、あるいは熱交換するものであり、
ＰＴＣサーミスタ素子のキュリー温度の設定は、熱処理
物の加熱限界温度に対応するものである。

【００１４】また、被加熱体は、調理，炊事又は湯沸用
の器具であり、測温部は、該器具の外面一部に接して配
置されるものであり、ＰＴＣサーミスタ素子は、器具内
に熱処理物として収容された調理食品類の加熱限界温度
に対応して器具の加熱停止指令を出力するものである。

【００１５】また、ＰＴＣサーミスタ素子は、Ｂａ，Ｔ
ｉ，Ｐｂ，Ｃａ，Ｓｒを主成分として焼成されたもので
あり、Ｂａ，Ｔｉ，Ｐｂ，Ｃａ，Ｓｒの配合割合は、Ｂａ４６〜８７ｍｏｌ％Ｔｉ１００〜１０５ｍｏｌ％Ｐｂ１０〜３７ｍｏｌ％Ｃａ１２ｍｏｌ％以下Ｓｒ５ｍｏｌ％以下であり、他に少なくとも少量のＭｎ，Ｙ，Ｓｉを含むも
のである。

【００１６】また、サーミスタ素子は、端子として同一
方向に引き出された対のリード線を有し、引出し用リー
ド線はジュメット線であり、サーミスタ素子のチップ両
面の素子電極に盛り付けられた固定用接着電極ペースト
にてその一部が埋め込まれ、ガラス材は、固定用接着電
極ペーストの表面を覆い、加熱溶融され、サーミスタ素
子と引出し用リード線の一部とを含んで封止するもので
あり、固定用接着電極ペーストは、ガラス材の溶融温度
で焼成されるものである。

【００１７】本発明による感温センサは、熱源の高温に
晒されながら被加熱体の加熱温度を検知し、被加熱体の
温度がＰＴＣサーミスタ素子のキュリー温度に達したと
きに熱源の供給停止指令を出力する。例えば熱源が都市
ガス，被加熱体が調理器具である場合に、器具内の調理
物の温度は通常１８０℃以下であり、調理器具の温度の
上限は２００℃を上廻ることがない。

【００１８】この場合のＰＴＣサーミスタのキュリー温
度は、少なくとも２００℃以上に設定する必要がある。
調理物の温度が加熱限界温度に達したときには、調理器
具は調理物よりさらに高温となり、サーミスタ素子のキ
ュリー温度に達したときに感温センサより熱源供給停止
指令が出力されるが、キュリー温度の設定が高すぎると
調理物が加熱限界温度を越えることになる。調理物の種
類にもよるが、感温センサを調理用ガス器具に適用する
場合に、サーミスタ素子のキュリー温度は２７０℃を上
限として設定するのが望ましい。また、キュリー温度２
７０℃以下の設定は、調理器以外のガス器具に適合でき
る範囲である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の感温センサを調理
器具の温度検出に用いた例を説明する。本発明の感温セ
ンサにはＰＴＣサーミスタ素子３を用いている。図２に
おいて、サーミスタ素子３のチップ両面に素子電極６を
積層して膜状に形成し、それぞれの素子電極６に盛り付
けられた固定用接着電極７の端子として同一方向に引出
された対のリード線８を接着固定し、リード線８の一部
を含んでサーミスタ素子３を封止用ガラス材９のビーズ
内に封止したものである。

【００２０】サーミスタ素子３は、Ｂａ，Ｔｉ，Ｐｂ，
Ｃａ，Ｓｒを主成分とし、これにＹ，Ｓｉ，Ｍｎなどを
添加して焼成されたものであるが、その製造に際して
は、これら成分の酸化物あるいは炭酸塩を焼成後に所定
の電気特性になるようなモル％で選択配合し、各成分の
混合物をボールミルによって混合粉砕し、得られた混合
粉体を仮焼きした後、再度ボールミルで粉砕し、これを
サーミスタ素子の原料粉体とする。

【００２１】次いで原料粉体にＰＶＡ（ポリビニルアル
コール）を添加して造粒し、加圧成形機を用いてブロッ
ク状に加工し、得られたブロック状の焼成体を切削研磨
してウェハーに加工し、その両面に素子電極６を形成し
た後、ダイジングによって所定の大きさのチップに切断
し、両面に素子電極を有するサーミスタ素子のチップを
得る。

【００２２】素子電極６は、オーミック電極にカバー電
極を積層したものである。オーミック電極にペーストを
用いるときにはＡｇとＺｎ系又は、Ａｌ系の混合物ペー
ストを用いて焼付ける。メッキによるときにはＮｉメッ
キを用い、いずれもその表面にカバー電極のペーストを
塗布する。カバー電極ペーストにはＡｇ又はＡｇ−Ｐｂ
系のペーストが好適である。カバー電極ペーストを塗布
後これを焼付ける。

【００２３】固定用接着電極７には、Ａｇ−Ｐｂ系ペー
ストを用い、リード線８にはジュメット線を用いる。サ
ーミスタ素子３の素子電極６面に固定用接着電極ペース
トを盛り付け、リード線８の一部を固定用接着電極ペー
ストに埋め込み、次いでその周囲に封止用ガラス材９の
パイプを外装し、加熱してガラス材９を溶融させ、サー
ミスタ素子３とリード線８の一部とをガラス材９中に封
止し、ビーズ状に固化させる。固定用接着電極ペースト
は、ガラス材９の溶融温度で焼成される。

【００２４】封止用ガラス材９は、Ｋ₂Ｏ：ＰｂＯ・Ｓ
ｉＯ₂系ガラスである。このガラス材は日電硝子社より
超低融点封止用管ガラスＬＧ−１６，ＬＧ−７１として
市販されている。軟化点はＬＧ−１６が５７５℃，ＬＧ
−７１は、５１５℃である。

【００２５】得られたサーミスタ素子３を図１に示す感
温センサの測温部のサーミスタ素子Ｔに用いる。図３
は、本発明による感温センサを組み込んだ調理用ガス器
具のガス供給制御回路１２である。ガス器具１０にガス
を供給するガス管１１には、管路を開閉する電磁弁１３
が接続され、電磁弁１３は、制御回路１２によって開閉
制御される。制御回路１２は、ＰＴＣサーミスタ素子３
の電源回路１４に直列に接続され、電源回路１４には、
さらに電磁開閉器１５が直列に接続され、電磁開閉器１
５の常開接点１５ａには、操作スイッチ１６が並列に接
続されている。ＰＴＣサーミスタ素子３は、感温センサ
の測温部に組込まれ、ガス器具１０上に載せられた鍋底
の温度を検知する。図中１７は電源である。

【００２６】操作スイッチ１６を投入すると、電磁開閉
器１５が励磁してその接点１５ａが閉じ、以後操作スイ
ッチ１６を開放してもＰＴＣサーミスタ素子３の電源回
路は自己保持され、制御回路１２に通電される。電磁弁
１３は、制御回路１２より開弁指令を受けて開弁し、ガ
ス器具１０へガス供給が開始される。調理中、不測の事
態が生じて測温部がサーミスタ素子３のキュリー温度以
上に加熱されたときには、サーミスタ素子３の抵抗が増
大して制御回路１２への通電が断たれ、電磁開閉器１５
が消磁し、その接点１５ａが開放され、制御回路１２の
閉弁指令により電磁弁１３は閉弁してガス器具１０への
ガスの供給を停止する。

【００２７】ガスの消火により測温部が冷えてその温度
がサーミスタ素子３のキュリー温度以下に低下しても電
磁開閉器１５の接点は開放されているため、操作スイッ
チ１６を再投入しない限り、制御回路１２から電磁弁１
３に対し、開弁指令は発せられない。

【００２８】感温センサを鍋の温度検知に適用したとき
には、ガス器具１０上に載せられた鍋の底が被加熱体５
であり、図１に示す感温センサ１４の帽体２は鍋底に圧
接され、ガスの炎で加熱された鍋の温度がサーミスタ素
子３に感知される。鍋の中に処理物である煮物が煮炊き
されている限りは鍋底の温度は通常１６０℃以下であ
り、天ぷら油を用いて「揚げるもの」を調理していると
きの鍋の温度は通常１７０〜１８０℃程度である。単に
湯を沸かすだけであれば鍋の温度は１００℃を大きく上
廻ることはない。ガスによる調理の常用温度は２００℃
以下である。

【００２９】しかし、鍋の中の水分がすべて蒸発し、あ
るいは鍋が空炊きされたときには、鍋底の温度はガスの
燃焼温度まで上昇を続け高温となり、その温度はサーミ
スタ素子３に検知される。サーミスタ素子３として図４
に示す抵抗，温度特性のＰＴＣサーミスタ素子を用いた
ときには、鍋底の温度がサーミスタ素子３のキュリー温
度（Ｔｃ＝２５０℃）に達するまではその抵抗値が低下
してゆくが、２５０℃を越えると急激に抵抗値が増大
し、図３に示す制御回路１２への通電が断たれ、電磁弁
１３が消磁し、ガス器具１０へのガスの供給は停止され
る。

【００３０】図４に示すサーミスタ素子３のキュリー温
度２５０℃の設定は、主として調理器の異常加熱を防止
するに適正な加熱限界温度として設定したものである
が、この加熱限界温度は、当然に調理物の加熱限界温度
である。調理器がガスオーブンである場合には、調理物
が直接ガスの炎に晒される場合もあるが、この場合に
は、オーブンの調理室内の一部を被加熱体としてこれに
感温センサを取付け、その取付け位置の設定によって最
大限２７０℃の範囲に加熱限界温度を収めることができ
る。また、加熱限界温度２７０℃の設定は、必ずしも調
理器具に限らず、例えばガスファンヒーター，ガス風呂
釜の異常加熱の防止温度として適当な範囲であって、本
発明によればこれらのガス器具の感温センサとして用い
ることもできる。この加熱限界温度は、発熱温度がガス
の燃焼温度よりも低い電気製品についても当然適用でき
る。湯沸器やポット類のように単に湯を沸かすだけの器
具であれば、使用するサーミスタ素子のキュリー温度を
１００℃を上廻る温度に設定すればよい。

【００３１】本発明において、サーミスタ素子の構成成
分を以下の割合で配合し、常法により焼成してキュリー
温度を１００〜２７０℃の範囲に調整できる。主成分Ｂ
ａ，Ｔｉ，Ｐｂ，Ｃａ，Ｓｒについては、Ｂａ（ＢａＣＯ₃）４６〜８７ｍｏｌ％Ｔｉ（ＴｉＯ₂）１００〜１０５ｍｏｌ％Ｐｂ（ＰｂＯ）１０〜３７ｍｏｌ％Ｃａ（ＣａＣＯ₃）１２ｍｏｌ％以下Ｓｒ（ＳｒＣＯ₃）５ｍｏｌ％以下であり、他の添加物Ｙ（Ｙ₂Ｏ₃），Ｓｉ（ＳｉＯ₂），
Ｍｎ（Ｍｎ（ＮＯ₃）₂・６Ｈ₂Ｏ）は、ペロブスカイト
構造（ＡＢＯ₃）１ｍｏｌに相当する重量の１％以下を
添加する。

【００３２】Ｂａの添加量４６〜８７ｍｏｌ％及びＴｉ
の添加量１００〜１０５ｍｏｌ％の範囲は、本発明の感
温センサによるサーミスタ素子に、ＰＴＣ特性を生じさ
せるために必要とされる常識的な範囲である。

【００３３】Ｐｂは、その添加量を増加させるにしたが
って、キュリー温度を上昇させることができ、添加量が
１５〜３０ｍｏｌ％の範囲で良い結果が得られた。

【００３４】また、Ｃａは、１２ｍｏｌ％以下の範囲を
添加することによって焼成物の粒子を均一に制御するこ
とができる。

【００３５】本発明においては、サーミスタ素子のチッ
プの両面に素子電極を焼付けた後、固定用接着電極ペー
ストを塗布し、リード線の一部を該ペーストに埋め込
み、固定用接着電極ペーストの焼付けとガラス封入とを
同時に行うことによって電極の酸化を最小限にとどめる
ことができ、ガラス材との馴染がよく、ガラス材の割
れ，欠け，破損は生じない。また、その熱処理時に固定
用接着電極の金属がリード線に用いたジュメット線へ浸
透，拡散せず、したがって、電極は劣化せず、さらに耐
熱試験においても抵抗値の変動が少なく、安定した特性
が得られる。

【００３６】また、封止用ガラス材にＫ₂Ｏ・ＰｂＯ・
ＳｉＯ₂系ガラスを選定してガラス封止温度としては、
比較的低温でガラス封止が可能となる。ちなみにガス調
理器では一般に３５０℃で火災が起きるといわれてい
る。図４のサーミスタ素子を使用したときにはキュリー
温度２５０℃を上限としてガス炎が消火されるが、本発
明による感温センサは、ガスの消火温度を上廻る４００
℃の高温に耐えることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、特にガス
調理器具の温度検出に用いて調理の常用温度以下ではそ
の調理温度を検出し、調理器具が常用温度を越えるとき
には、調理器具が異常過熱状態となる以前の温度を加熱
限界温度としてガスの供給停止指令を出力するため、火
災事故を未然に防止できる。特に本発明によれば、ＰＴ
Ｃサーミスタのスイッチング機能を利用してガスの供給
停止指令を出力するものであるために、感温センサにＮ
ＴＣサーミスタを用いる場合のようにガス供給制御回路
にサーミスタ素子の抵抗値の変化や、回路の電流値を検
知するための素子，電子部品あるいは、検知用の素子や
電子部品の出力信号を受けて動作するスイッチやリレー
類を組込む必要がなく、制御回路の回路構成をＮＴＣサ
ーミスタ使用の場合に比して大幅に簡略化して信頼性を
高めることができる。本発明は調理器具の温度検出にと
どまらず、ガス風呂釜，ファンヒータの温度検出にも適
用でき、さらにガス器具に限らず、電気釜，アイロンな
どの電気製品の温度検知にも同様に適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】感温センサの使用例の一例を示す図である。

【図２】本発明の感温センサに組込むＰＴＣサーミスタ
の構造を示す図である。

【図３】ガス器具のガス供給制御回路の一例を示す図で
ある。

【図４】ＰＴＣサーミスタの抵抗−温度特性の一例を示
す図である。

【符号の説明】

１金属筒体２帽体３サーミスタ素子４コイルスプリング５被加熱体６素子電極７固定用接着電極８引出し用リード線９封止用ガラス材１０ガス器具１１ガス管１２制御回路１３電磁弁１４電源回路１５電磁開閉器１６操作スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福岡直樹埼玉県狭山市新狭山１−11−４株式会社大泉製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測温部を加熱雰囲気中に晒して被加熱体
の加熱温度を検知し、被加熱体が常用温度を越えたとき
に被加熱体を加熱する熱源に加熱停止指令を出力する感
温センサであって、測温部は、被加熱体に接触させてその温度を検知する部
分であり、ＰＴＣサーミスタ素子を有し、ＰＴＣサーミスタ素子は、熱応答性・信頼性を安定的に
確保するマイクロチップ形であって、４００℃を上限と
する高温雰囲気に耐えるガラス材中に封入され、キュリ
ー温度は、１００℃〜２７０℃の範囲であり、被加熱体の常用温度は、使用するＰＴＣサーミスタ素子
のキュリー温度以下であり、ＰＴＣサーミスタ素子のキュリー温度１００℃〜２７０
℃は、被加熱体の加熱限界温度であることを特徴とする
感温センサ。
【請求項２】被加熱体は、熱媒体として熱源から加え
られた熱を該被加熱体によって熱源から隔てられた熱処
理物に熱伝達し、あるいは熱交換するものであり、ＰＴＣサーミスタ素子のキュリー温度の設定は、熱処理
物の加熱限界温度に対応するものであることを特徴とす
る請求項１に記載の感温センサ。
【請求項３】被加熱体は、調理，炊事又は湯沸用の器
具であり、測温部は、該器具の外面一部に接して配置されるもので
あり、ＰＴＣサーミスタ素子は、器具内に熱処理物として収容
された調理食品類の加熱限界温度に対応して器具の加熱
停止指令を出力するものであることを特徴とする請求項
１又は２に記載の感温センサ。
【請求項４】ＰＴＣサーミスタ素子は、Ｂａ，Ｔｉ，
Ｐｂ，Ｃａ，Ｓｒを主成分として焼成されたものであ
り、Ｂａ，Ｔｉ，Ｐｂ，Ｃａ，Ｓｒの配合割合は、Ｂａ４６〜８７ｍｏｌ％Ｔｉ１００〜１０５ｍｏｌ％Ｐｂ１０〜３７ｍｏｌ％Ｃａ１２ｍｏｌ％以下Ｓｒ５ｍｏｌ％以下であり、他に少なくとも少量のＭｎ，Ｙ，Ｓｉを含むも
のであることを特徴とする請求項１に記載の感温セン
サ。
【請求項５】サーミスタ素子は、端子として同一方向
に引き出された対のリード線を有し、引出し用リード線はジュメット線であり、サーミスタ素
子のチップ両面の素子電極に盛り付けられた固定用接着
電極ペーストにてその一部が埋め込まれ、ガラス材は、固定用接着電極ペーストの表面を覆い、加
熱溶融され、サーミスタ素子と引出し用リード線の一部
とを含んで封止するものであり、固定用接着電極ペーストは、ガラス材の溶融温度で焼成
されるものであることを特徴とする請求項１に記載の感
温センサ。