温度センサ
【課題】 耐久性と測温応答性に優れた温度センサを提供する。
【解決手段】 温度センサ５はアルミナなどのセラミックス製保護管１１内に熱電対２０を装着して構成される。セラミックス製保護管１１は射出成形にて成形され、厚みが一定厚の基部１２と、この基部１２に連続するとともに厚みが先端に向かって徐々に薄くなるテーパ部１３と、このテーパ部１３に連続するとともに最も厚みが薄くなった先端部１４と、前記基部１２とテーパ部１３の境界部付近に設けられるフランジ部１５からなり、前記熱電対２０はＷ−Ｒｅ素線２１，２１と、この素線２１，２１の結合部を被覆抱持するガラス玉２２と、コネクタ２３からなる。そして、ガラス玉２２はシリコーン樹脂（ＳｉＯ２）を主体とした充填材２４にて前記セラミックス製保護管１１の先端部１４内に押し込められて固定されている。
【解決手段】 温度センサ５はアルミナなどのセラミックス製保護管１１内に熱電対２０を装着して構成される。セラミックス製保護管１１は射出成形にて成形され、厚みが一定厚の基部１２と、この基部１２に連続するとともに厚みが先端に向かって徐々に薄くなるテーパ部１３と、このテーパ部１３に連続するとともに最も厚みが薄くなった先端部１４と、前記基部１２とテーパ部１３の境界部付近に設けられるフランジ部１５からなり、前記熱電対２０はＷ−Ｒｅ素線２１，２１と、この素線２１，２１の結合部を被覆抱持するガラス玉２２と、コネクタ２３からなる。そして、ガラス玉２２はシリコーン樹脂（ＳｉＯ２）を主体とした充填材２４にて前記セラミックス製保護管１１の先端部１４内に押し込められて固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水器などに組み込まれる温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の温度センサはステンレス製保護管（シース）内に熱電対を構成する金属素線を収納している。しかしながら、ステンレス製保護管は耐食性に劣り、高温に晒されると劣化する。そこで、特許文献１〜３に開示されるセラミックス製保護管を用いた温度センサが提案されている。
【０００３】
特許文献１には、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）またはサイアロン（SIALON）からなる保護管の外表面に、下地層としてモリブデンとホウ化ジルコニウムの混合物または化合物を被覆し、この外側に中間層としてモリブデンとホウ化ジルコニウムとジルコニアの混合物または化合物を被覆し、この中間層の外側に最表面層としてジルコニアを被覆した温度センサが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、高純度アルミナにて保護管を形成するとともに、保護管の周囲を冷却媒体が流れる冷却筒で囲み、更にこの冷却筒に保護管を固定するためのフランジを保護管に形成した温度センサが開示されている。
【０００５】
特許文献３に開示される温度センサは、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、サイアロン（SIALON）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）にて保護管を構成し、この保護管の先端部を薄く（０．５ｍｍ）して熱容量を小さくし、測温応答性を向上させることが開示され、また保護管の先端部内には窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）系反応焼結セラミックからなる充填材を入れて熱電対を固定し、また保護管の後方部分にはＳｉＣウィスカーからなる充填材を配置する構造が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−００４５３８号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５６４３号公報
【特許文献３】特開平１０−０３０９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されるように、保護管の外側に下地層、中間層、最表面層を被覆すると、保護管の先端部の厚みが増して測温応答性が劣化してしまう。
【０００８】
また特許文献２に開示されるようにフランジを設ける場合、射出成形では材料が廻り込めないので特許文献２の図に示されるような大きなフランジ部を成形することはできない。
【０００９】
更に特許文献３に開示されるように保護管の先端部を薄肉にすれば、応答性は向上するが、セラミック材料としてアルミナを用いた場合には、先端部の厚みを０．５ｍｍにしても不十分である。
また、特許文献３にあっては充填材として窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）系反応焼結セラミックを用いているが、高温と低温の繰り返しや外的衝撃を受けると、保護管内側面と充填材との間に隙間が生じ、応答性が劣化する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため本発明に係る温度センサは、保護管をセラミックス製とし、このセラミックス製保護管の先端部を他の部分に比較して薄肉に成形し、この先端部内側には前記一対の金属の結合部を被覆するガラス玉を収納し、このガラス球は伝熱性に優れ且つ柔軟性を有する樹脂充填材にて保持された構成とした。
【００１１】
前記セラミックス製保護管は好ましくはアルミナ製であり、先端部の厚みは０．３ｍｍ以下であり、前記伝熱性に優れ且つ柔軟性を有する樹脂はシリコーン樹脂（ＳｉＯ２）を主体としたものとする。
【００１２】
また、射出成形にて保護管を一体成形する場合に、必要な厚みと径を持ったフランジ部を形成することが困難な場合には、セラミックス製保護管の外周に射出成形の際に環状凸部を形成し、この環状凸部外側に金属製のフランジを圧入するできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る温度センサによれば、先端の感熱部を例えば０．３ｍｍ以下まで薄くしているため、セラミック材料として他のセラミック材料よりも伝熱性に劣るアルミナを用いても、十分な応答性が得られる。
【００１４】
また、熱電対を保護管の先端部内に固定する充填材として伝熱性に優れ且つ柔軟性を有する樹脂、例えばシリコーン樹脂を主体としたものを用いることで、外的衝撃及び熱的衝撃に対する耐久性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る温度センサを組み込んだ温水器の概略図、図２は同温度センサの配管への取り付け状態を示す断面図、図３は同温度センサの先端部の拡大断面図である。
【００１６】
温水器は本体カバー１内にバーナ２、配管３、伝熱用フィン４が配置され、配管３の一端から水が供給され、配管３の他端から湯が取り出される。そして、バーナ２よりも下流側の配管３の一部に本発明に係る温度センサ５が取り付けられている。
【００１７】
前記配管３には図２に示すように開口６が形成され、この開口６の外側面に金属ブロック７が溶接され、この金属ブロック７には前記開口６と２段状の開口８が形成され、これら開口６，８を貫通し且つＯリング９および取付けプレート１０を介して温度センサ５が配管３内に挿入・固定されている。
【００１８】
温度センサ５はアルミナなどのセラミックス製保護管１１内に熱電対２０を装着して構成される。セラミックス製保護管１１は射出成形にて成形され、厚みが一定厚（Ｔ１＝０．４５ｍｍ）の基部１２と、この基部１２に連続するとともに厚みが先端に向かって徐々に薄くなるテーパ部１３と、このテーパ部１３に連続するとともに最も厚み（Ｔ２＝０．３ｍｍ）が薄くなった先端部１４と、前記基部１２とテーパ部１３の境界部付近に設けられるフランジ部１５からなる。
【００１９】
前記熱電対２０はＷ−Ｒｅ素線２１，２１と、この素線２１，２１の結合部を被覆するガラス玉２２と、コネクタ２３からなる。
【００２０】
前記ガラス玉２２はシリコーン樹脂（ＳｉＯ２）を主体とした充填材２４にて前記セラミックス製保護管１１の先端部１４内に押し込められて固定されている。ここで、シリコーン樹脂（ＳｉＯ２）を主体とした充填材２４は柔軟性を持つため、押し込む際に先端部１４内側面との間には隙間が形成されず保護管先端部１４の内側に空気が噛み込むことがない。また、且つ熱的・外的衝撃が加えられても隙間は形成されない。尚、充填材２４には伝熱性を高めるため、金属粉などを添加することが考えられる。
【００２１】
また、セラミックス製保護管１１の先端部１４よりも後方部分はウレタンを主体とした充填材２５にて封止されている。
【００２２】
図４乃至図６は別実施例に係る温度センサの断面図であり、このうち図４（ａ）、（ｂ）に示す温度センサは、板状をなす薄膜サーミスタ２８の一面の左右に電極部を形成し、これら電極部に素線２１の先端部を結合している。この温度センサの先端部はサーミスタ２８の形状に合せて偏平に近い形状となっており、幅広の部分の外径寸法は１．３ｍｍ、幅狭の部分の外径寸法は１．１ｍｍにしている。
【００２３】
また図５に示す別実施例はフランジ部を一体成形せずに、必要とするフランジ部よりも高さの 低い環状凸部２６を一体成形し、この環状凸部２６の外側に金属製のフランジ部材２７を圧入するようにしている。
【００２４】
図６に示す別実施例は、セラミックス製保護管３１は、厚みが一定厚（Ｔ１＝０．４５ｍｍ）の基部３２と、この基部１２に連続するとともに厚み（Ｔ２＝０．１５ｍｍ）が薄くなった先端部３３と、フランジ部３４からなる。
セラミックス製保護管の形状としては上記に限らず、先端部が例えば０．３ｍｍ以下と薄ければよい。また先端部の形状は球面に限らない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る温度センサを組み込んだ温水器の概略図
【図２】同温度センサの配管への取り付け状態を示す断面図
【図３】同温度センサの先端部の拡大断面図
【図４】（ａ）は別実施例に係る温度センサの先端部の拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ方向矢視図
【図５】別実施例に係る温度センサの断面図
【図６】別実施例に係る温度センサの断面図
【符号の説明】
【００２６】
１…温水器の本体カバー、２…バーナ、３…配管、４…伝熱用フィン、５…温度センサ、６…開口、７…金属ブロック、８…開口、９…Ｏリング、１０…取付けプレート、１１，３１…セラミックス製保護管、１２，３２…セラミックス製保護管の基部、１３…セラミックス製保護管のテーパ部、１４，３３…セラミックス製保護管の先端部、１５，３４…フランジ部、２０…熱電対、２１…熱電対の素線、２２…ガラス玉、２３…コネクタ、２４，２５…充填材、２６…環状凸部、２７…金属製のフランジ部材、２８…薄膜サーミスタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水器などに組み込まれる温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の温度センサはステンレス製保護管（シース）内に熱電対を構成する金属素線を収納している。しかしながら、ステンレス製保護管は耐食性に劣り、高温に晒されると劣化する。そこで、特許文献１〜３に開示されるセラミックス製保護管を用いた温度センサが提案されている。
【０００３】
特許文献１には、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）またはサイアロン（SIALON）からなる保護管の外表面に、下地層としてモリブデンとホウ化ジルコニウムの混合物または化合物を被覆し、この外側に中間層としてモリブデンとホウ化ジルコニウムとジルコニアの混合物または化合物を被覆し、この中間層の外側に最表面層としてジルコニアを被覆した温度センサが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、高純度アルミナにて保護管を形成するとともに、保護管の周囲を冷却媒体が流れる冷却筒で囲み、更にこの冷却筒に保護管を固定するためのフランジを保護管に形成した温度センサが開示されている。
【０００５】
特許文献３に開示される温度センサは、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、サイアロン（SIALON）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）にて保護管を構成し、この保護管の先端部を薄く（０．５ｍｍ）して熱容量を小さくし、測温応答性を向上させることが開示され、また保護管の先端部内には窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）系反応焼結セラミックからなる充填材を入れて熱電対を固定し、また保護管の後方部分にはＳｉＣウィスカーからなる充填材を配置する構造が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−００４５３８号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５６４３号公報
【特許文献３】特開平１０−０３０９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されるように、保護管の外側に下地層、中間層、最表面層を被覆すると、保護管の先端部の厚みが増して測温応答性が劣化してしまう。
【０００８】
また特許文献２に開示されるようにフランジを設ける場合、射出成形では材料が廻り込めないので特許文献２の図に示されるような大きなフランジ部を成形することはできない。
【０００９】
更に特許文献３に開示されるように保護管の先端部を薄肉にすれば、応答性は向上するが、セラミック材料としてアルミナを用いた場合には、先端部の厚みを０．５ｍｍにしても不十分である。
また、特許文献３にあっては充填材として窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）系反応焼結セラミックを用いているが、高温と低温の繰り返しや外的衝撃を受けると、保護管内側面と充填材との間に隙間が生じ、応答性が劣化する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため本発明に係る温度センサは、保護管をセラミックス製とし、このセラミックス製保護管の先端部を他の部分に比較して薄肉に成形し、この先端部内側には前記一対の金属の結合部を被覆するガラス玉を収納し、このガラス球は伝熱性に優れ且つ柔軟性を有する樹脂充填材にて保持された構成とした。
【００１１】
前記セラミックス製保護管は好ましくはアルミナ製であり、先端部の厚みは０．３ｍｍ以下であり、前記伝熱性に優れ且つ柔軟性を有する樹脂はシリコーン樹脂（ＳｉＯ２）を主体としたものとする。
【００１２】
また、射出成形にて保護管を一体成形する場合に、必要な厚みと径を持ったフランジ部を形成することが困難な場合には、セラミックス製保護管の外周に射出成形の際に環状凸部を形成し、この環状凸部外側に金属製のフランジを圧入するできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る温度センサによれば、先端の感熱部を例えば０．３ｍｍ以下まで薄くしているため、セラミック材料として他のセラミック材料よりも伝熱性に劣るアルミナを用いても、十分な応答性が得られる。
【００１４】
また、熱電対を保護管の先端部内に固定する充填材として伝熱性に優れ且つ柔軟性を有する樹脂、例えばシリコーン樹脂を主体としたものを用いることで、外的衝撃及び熱的衝撃に対する耐久性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る温度センサを組み込んだ温水器の概略図、図２は同温度センサの配管への取り付け状態を示す断面図、図３は同温度センサの先端部の拡大断面図である。
【００１６】
温水器は本体カバー１内にバーナ２、配管３、伝熱用フィン４が配置され、配管３の一端から水が供給され、配管３の他端から湯が取り出される。そして、バーナ２よりも下流側の配管３の一部に本発明に係る温度センサ５が取り付けられている。
【００１７】
前記配管３には図２に示すように開口６が形成され、この開口６の外側面に金属ブロック７が溶接され、この金属ブロック７には前記開口６と２段状の開口８が形成され、これら開口６，８を貫通し且つＯリング９および取付けプレート１０を介して温度センサ５が配管３内に挿入・固定されている。
【００１８】
温度センサ５はアルミナなどのセラミックス製保護管１１内に熱電対２０を装着して構成される。セラミックス製保護管１１は射出成形にて成形され、厚みが一定厚（Ｔ１＝０．４５ｍｍ）の基部１２と、この基部１２に連続するとともに厚みが先端に向かって徐々に薄くなるテーパ部１３と、このテーパ部１３に連続するとともに最も厚み（Ｔ２＝０．３ｍｍ）が薄くなった先端部１４と、前記基部１２とテーパ部１３の境界部付近に設けられるフランジ部１５からなる。
【００１９】
前記熱電対２０はＷ−Ｒｅ素線２１，２１と、この素線２１，２１の結合部を被覆するガラス玉２２と、コネクタ２３からなる。
【００２０】
前記ガラス玉２２はシリコーン樹脂（ＳｉＯ２）を主体とした充填材２４にて前記セラミックス製保護管１１の先端部１４内に押し込められて固定されている。ここで、シリコーン樹脂（ＳｉＯ２）を主体とした充填材２４は柔軟性を持つため、押し込む際に先端部１４内側面との間には隙間が形成されず保護管先端部１４の内側に空気が噛み込むことがない。また、且つ熱的・外的衝撃が加えられても隙間は形成されない。尚、充填材２４には伝熱性を高めるため、金属粉などを添加することが考えられる。
【００２１】
また、セラミックス製保護管１１の先端部１４よりも後方部分はウレタンを主体とした充填材２５にて封止されている。
【００２２】
図４乃至図６は別実施例に係る温度センサの断面図であり、このうち図４（ａ）、（ｂ）に示す温度センサは、板状をなす薄膜サーミスタ２８の一面の左右に電極部を形成し、これら電極部に素線２１の先端部を結合している。この温度センサの先端部はサーミスタ２８の形状に合せて偏平に近い形状となっており、幅広の部分の外径寸法は１．３ｍｍ、幅狭の部分の外径寸法は１．１ｍｍにしている。
【００２３】
また図５に示す別実施例はフランジ部を一体成形せずに、必要とするフランジ部よりも高さの 低い環状凸部２６を一体成形し、この環状凸部２６の外側に金属製のフランジ部材２７を圧入するようにしている。
【００２４】
図６に示す別実施例は、セラミックス製保護管３１は、厚みが一定厚（Ｔ１＝０．４５ｍｍ）の基部３２と、この基部１２に連続するとともに厚み（Ｔ２＝０．１５ｍｍ）が薄くなった先端部３３と、フランジ部３４からなる。
セラミックス製保護管の形状としては上記に限らず、先端部が例えば０．３ｍｍ以下と薄ければよい。また先端部の形状は球面に限らない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る温度センサを組み込んだ温水器の概略図
【図２】同温度センサの配管への取り付け状態を示す断面図
【図３】同温度センサの先端部の拡大断面図
【図４】（ａ）は別実施例に係る温度センサの先端部の拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ方向矢視図
【図５】別実施例に係る温度センサの断面図
【図６】別実施例に係る温度センサの断面図
【符号の説明】
【００２６】
１…温水器の本体カバー、２…バーナ、３…配管、４…伝熱用フィン、５…温度センサ、６…開口、７…金属ブロック、８…開口、９…Ｏリング、１０…取付けプレート、１１，３１…セラミックス製保護管、１２，３２…セラミックス製保護管の基部、１３…セラミックス製保護管のテーパ部、１４，３３…セラミックス製保護管の先端部、１５，３４…フランジ部、２０…熱電対、２１…熱電対の素線、２２…ガラス玉、２３…コネクタ、２４，２５…充填材、２６…環状凸部、２７…金属製のフランジ部材、２８…薄膜サーミスタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス製保護管内に熱電対を構成する金属の結合部を保持してなる温度センサにおいて、前記セラミックス製保護管の先端部は他の部分に比較して薄肉に成形され、この先端部内側には前記一対の金属の結合部を被覆するガラス玉が収納され、このガラス球は伝熱性に優れ且つ柔軟性を有する樹脂充填材にて保持されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の温度センサにおいて、前記セラミックス製保護管はアルミナ製であり、先端部の厚みは０．３ｍｍ以下であり、前記樹脂充填材はシリコーン樹脂を主体としたものであることを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の温度センサにおいて、前記セラミックス製保護管の外周には射出成形のフランジ部となる環状凸部が形成されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の温度センサにおいて、前記セラミックス製保護管の外周には射出成形の際に環状凸部が形成され、この環状凸部外側に金属製のフランジが圧入されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項１】
セラミックス製保護管内に熱電対を構成する金属の結合部を保持してなる温度センサにおいて、前記セラミックス製保護管の先端部は他の部分に比較して薄肉に成形され、この先端部内側には前記一対の金属の結合部を被覆するガラス玉が収納され、このガラス球は伝熱性に優れ且つ柔軟性を有する樹脂充填材にて保持されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の温度センサにおいて、前記セラミックス製保護管はアルミナ製であり、先端部の厚みは０．３ｍｍ以下であり、前記樹脂充填材はシリコーン樹脂を主体としたものであることを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の温度センサにおいて、前記セラミックス製保護管の外周には射出成形のフランジ部となる環状凸部が形成されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の温度センサにおいて、前記セラミックス製保護管の外周には射出成形の際に環状凸部が形成され、この環状凸部外側に金属製のフランジが圧入されていることを特徴とする温度センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１２１９６８（Ｐ２００９−１２１９６８Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９６６９４（Ｐ２００７−２９６６９４）
【出願日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【出願人】（５９３００１５６５）ワールドウイング株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【出願人】（５９３００１５６５）ワールドウイング株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]