(57)【要約】【課題】サーミスタの形状に基づく問題点を解決して、温度センサの製作時における加工性の向上を図る。【解決手段】開示される計測用温度センサは、熔封ガラス５によってサーミスタチップ１を熔封したサーミスタ素体とサーミスタリード線２とからなるガラス封止サーミスタ素子を、熔封ガラス５より融点が高い薄板状ガラス６に融着接合して一体化したものであり、薄板状ガラス６は、片面がガラス封止サーミスタ素子より広い平面を持っている。この計測用温度センサは、ガラス封止されたまま高温炉に装入されるので、サーミスタ素子は酸化性雰囲気から熔封ガラスによって保護された状態で薄板状ガラスに溶着され、従って電気的絶縁が維持されたまま強度が保持された、片面に平面を持った計測用温度センサを製作できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーミスタ素体とリード線とをガラス材で熔封したサーミスタと、前記ガラス材より融点が高い薄板状ガラスとを融着接合してなり、前記薄板状ガラスの面積が、前記サーミスタを熔封するガラス材と前記薄板状ガラスとの融着面積と等しいか、又はそれ以上に大きく、かつ前記薄板状ガラスの、前記ガラス材との融着面と反対側の面が平面を持つことを特徴とする計測用温度センサ。
【請求項２】
サーミスタ素体とリード線とをガラス材で熔封したサーミスタと、前記ガラス材より融点が高い薄板状セラミックとを融着接合してなり、前記薄板状セラミックの面積が、前記サーミスタを熔封するガラス材と前記薄板状セラミックとの融着面積と等しいか、又はそれ以上に大きく、かつ前記薄板状セラミックの、前記ガラス材との融着面と反対側の面が平面を持つことを特徴とする計測用温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、サーミスタを用いた計測用温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
サーミスタの形態としては、ビード形，ペレット形，ダイオード形，チップ抵抗形等が一般的に知られている。これらの各種サーミスタの構造や製造方法については、特許文献１や特許文献２や特許文献３等に記載されたものがある。
【０００３】
サーミスタは、サーミスタ素子やエレメント等と呼ばれる形で、これになんらの追加加工を施すことなく、単独で、あるいはプリント回路基板等に実装する等の形態で使用されることもある。
しかしながら、温度検出の対象が物体の表面温度であったり、サーミスタ素子単体では強度不足のため使用できなかったりする場合、あるいは実装しやすくする場合等、種々の理由で、サーミスタ素子に追加の加工を施して特定の温度センサの形にして使用する場合も多い。以下においては、このような追加加工を施したサーミスタを温度センサと呼んで、単なるサーミスタ素子の場合と区別することとする。
【０００４】
以下、追加加工の例についての従来技術を説明する。チップサーミスタを使用した場合は、もともとプリント基板実装を目的とした形状であるため、サーミスタからリード線がでているわけではないので、サーミスタからリード線を引き出す追加の加工が必要となる。この例は、後述する特許文献４に記載されている。
【０００５】
また、追加加工の別の例としては、例えば金属保護管の温度センサで被検出雰囲気（例えば空気温と水温・油温）等の検出に用いるものとして、特許文献５に記載されたものがある。また、炊飯器で使用する炊飯釜の表面温度を測定するサーミスタ素子の追加加工による温度センサが特許文献６に記載されている。
また、コピー機やプリンタで使用する定着器の表面温度コントロール用温度センサとして、特許文献７，特許文献８，特許文献９に記載されたものがある。
さらに、ガスコンロで調理鍋底の温度検出に使用するサーミスタ素子の追加加工の例として、特許文献１０，特許文献１１に記載されたものがある。
【０００６】
特許文献１においては、粉末原料を板状に焼結させた本体の両面に耐熱導電性塗料を焼付けて形成した電極を設けると共にガラスに封着することのできる金属リード線の基部を耐熱導電性塗料で上記電極に接続して前記本体と電極およびリード線の基部をガラス中に埋設するかまたはガラスで被覆したことを特徴とする測定用サーミスタが開示されている。
また、原料の粉末を成型して焼結したのち平板状に加工して本体を形成し、その本体の両面に耐熱導電性塗料を塗布して電極を被覆すると共にガラスに封着することのできる金属リード線を耐熱導電性塗料で上記電極に接着して、この本体をガラス中に挿入してそのガラスを加熱溶融することにより該本体をガラス中に埋設すると同時にリード線を接着した導電性塗料の焼付を行うことを特徴とする測定用サーミスタの製造法が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２においては、サーミスタ素子と該サーミスタ素子を封止するガラス封止体と、該サーミスタ素子を接続したリード線との熱膨張係数がほぼ等しいセラミックパイプに前記リード線を挿通し、前記セラミックパイプの端部に前記サーミスタ素子を前記ガラス封止体によって固着したことを特徴とするサーミスタが開示されている。
【０００８】
また、特許文献３においては、セラミックス基板と、このセラミックス基板の一主表面に設けた絶縁皮膜と、この絶縁皮膜の上に設けた第１の感熱膜と、この第１の感熱膜の上に一部を対向させ、前記セラミックス基板の一主表面に接続パッド部を設けた一対の電極膜と、この一対の電極膜の一部を挟み込むように前記第１の電極膜の上に設けた少なくとも前記第１の感熱膜よりも厚い第２の感熱膜と、からなる薄膜サーミスタが開示されている。
【０００９】
また、特許文献４においては、絶縁基板の一表面上に形成された感熱膜と一対の電極膜とからなる薄膜センサチップと、この薄膜センサチップの電極膜に電気的に接続された引出線とで構成された温度センサにおいて、絶縁基板の電極膜に隣接する部分に挿入溝を設けて、この挿入溝に引出線を各々挿入し、接合材によって電極膜と引出線を電気的に接続固定したのち、絶縁基板の感熱膜側の全面を保護膜によって被覆することによって、電極面と引出線を確実に接続する方法を提供し、接続強度に優れた温度センサを提供することを目的とする、サーミスタ温度センサが開示されている。
【００１０】
また、特許文献５においては、ガラス体にサーミスタを埋め込み、ガラス体およびセラミック体を貫いて２本のリードを引き出し、セラミック体のリードの引き出し部の周囲に２つの穴部を設けたサーミスタ素子に対して、リードにそれぞれ絶縁保護チューブを被せて、この絶縁チューブを先端が穴部の奥に達するまで挿入し、各絶縁保護チューブにそれぞれ耐熱保護チューブを被せ、セラミック体と嵌合する円筒体の開口側に端部にビス穴を有するフランジを設けた金属保護管の円筒体の内部に、予め耐熱性無機接着剤からなる充填剤を充填してサーミスタ素子を挿入し、充填剤を硬化させてガラス体とセラミック体および耐熱保護チューブの基部を金属保護管内に固定して、金属保護管組み込み形のサーミスタ温度センサとすることによって、構造を簡潔にして使用材料と組立作業の工数を低減するとともに、取り付け作業を容易にした、サーミスタ温度センサが開示されている。
【００１１】
また、特許文献６においては、金属キャップの上面内側にサーミスタ素子を密接して取り付けたハーメチック構造のサーミスタ測温部と、サーミスタ測温部を一定範囲上下方向に移動可能に支持し、スプリングによってサーミスタ測温部を常時上方に押し出すように保持する外ケースと、サーミスタ測温部と外ケースとにそれぞれ固定されたリードスイッチとマグネットとを有し、内鍋がセットされたとき、リードスイッチがこの状態を検出する動作を行うとともに、サーミスタ測温部が内鍋底部に接触して内鍋の温度を計測するように構成された電気炊飯器等の自動調理器用のサーミスタ温度センサであって、測温部の応答が速く、過酷な使用環境下でも特性の劣化がなく、炊飯器本体の組み立て工数を削減可能な調理器用サーミスタ温度センサを提供する、調理器用サーミスタ温度センサが開示されている。
【００１２】
また、特許文献７においては、絶縁物形成体からなる保持体に基部を支持された細長金属板の一方の面の先端にサーミスタを固定し、サーミスタの２本のリード線を細長金属板の面に沿って保持体側に導いて、保持体の細長金属板と反対側に設けられた２本の外部出力線に接続するとともに、細長金属板のサーミスタ固定面と反対側の面を平滑化して感熱部を形成するように構成することによって、熱応答性と耐久力を向上するとともに、被測温体を傷つけないようにした、温度センサが開示されている。
【００１３】
また、特許文献８においては、支持台上面にクッション材片を取り付け、熱伝導体薄膜を介してサーミスタ素子を固定したセンサ部に対し、２枚の耐熱性シートのうちの短い方を内側に重ねて接着した端部を支持台下面に固定して、クッション材片とサーミスタ素子を覆って巻き付け、巻き終わり端部を支持台下面に固定して、耐熱性シートの巻き始めの二つのミシン目が、支持台下面の一方の隅角部に一致し、巻き終わりのミシン目が、支持台下面の他方の隅角部に一致し、内側の耐熱性シートが、サーミスタ素子及び熱伝導体を覆い、巻き終わりが、ミシン目に達しない保護フィルム部を設け、その巻回方向が、回転体の回転軸と垂直に回転体に対して保持されているように温度センサを構成することによって、サーミスタ素子を用いた表面接触形温度センサにおいて、熱応答性を向上させた、温度センサが開示されている。
【００１４】
また、特許文献９においては、外部引出線を接続する一対の端子部から延在している一対の細長金属板部の端子部側に保持体が形成され、一対の細長金属板部の先端部に、それらの板厚を薄くした凹部が形成され、感熱素子の平面状の感熱部が被検知体側に向くように、凹部に架け渡して、感熱素子のリード部を一対の細長金属板部に電気的に接続し、感熱素子の感熱部分が絶縁シートで被覆されている温度センサであって、温度検知が安定し、また熱応答性に優れ、さらに感熱素子取付部の機械的強度に優れた耐久性のある温度センサを提供する、温度センサが開示されている。
【００１５】
また、特許文献１０においては、炊事具の底に弾力的に当接する集熱金属部材の内面側に固定金具を溶着する。固定金具は集熱金属部材の内面に当接される当接板部と、当接板部より一体的でありＵ状に膨出する収納部と、収納部よりスリットを置いてＵ状に膨出する潰すことが可能なリード線固定部とから形成する。収納部には収納部内に熱応答性を調節する充填材を充填したのち、リード線の先端に固定したサーミスタを差し込む。リード線固定部は潰してリード線を固定することによって、鍋等の炊事具の温度測定用のサーミスタの取付耐久性を向上した、炊事具用サーミスタ取付装置が開示されている。
【００１６】
また、特許文献１１においては、パイプの下端にワッシャーを、パイプの上端に鍔をそれぞれ固定し、鍔の外周に円筒を上下動自在に設けたものにおいて、円筒は金属薄板で形成し、下部は細く絞られて小径筒とし、上端は全体に亙って外側に水平に折り曲げて折曲部を形成し、折曲部に帽体を被せ、帽体の外周の周縁部を折曲部に対して隙間なく折り曲げて固定して炊事具の温度検出具を構成することによって、取付容易、受熱感度良好なサーミスタを得るようにした、炊事具の温度検出具が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開昭４９−００４１４９号公報
【特許文献２】特開昭５７−１８７６３０号公報
【特許文献３】特開平０６−０６１０１２号公報
【特許文献４】特開２００３−２４７８９７号公報
【特許文献５】実登３０３５８３４号公報（実願平０８−０１００３４号公報）
【特許文献６】実開平０５−０９４７３５号公報
【特許文献７】特開２０００−０１９０２６号公報
【特許文献８】特開２００２−１５６２９２号公報
【特許文献９】特開２０００−０７４７５２号公報
【特許文献１０】特開平０５−１２３２４８号公報
【特許文献１１】特開２００２−２４３５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
サーミスタ素子を製造する際は、その形状が共通化されていて大量生産が可能である。しかしながら、追加加工を施して温度センサを製造する場合には、その形状が多種類であるため、加工に手間と時間を必要とするのが普通である。
例えば、ガラス熔封形のサーミスタ素子を用いた温度センサの場合は、サーミスタ素子は、ガラスで熔封することによって、サーミスタチップとリード線との固着強度を高くするとともに、酸化物であるサーミスタチップを外界から遮断して、外気による酸化・還元反応から保護するようにしている。
【００１９】
この場合、ガラス熔封の工程で、溶融したガラスの表面張力によって、サーミスタ素子の外形は必ず丸みを帯びるようになる。そこで、追加加工する際に、丸みのために厄介な作業が必要になる。
この作業の困難性を克服するために、前述の各特許文献に記載されたような工夫が必要になる。特に、平面上で温度検知を行う温度センサの場合、このような問題が顕著になる。
【００２０】
すなわち、金属や樹脂，ゴム等からなる平面で受けた熱を、丸い形状のサーミスタ素子に伝熱しようとする場合は、平面状の樹脂やゴム等と丸いサーミスタ素子の表面との隙間を埋めるための処理が必要になると同時に、熱容量の増加によって熱応答性が低下する。
さらに、隙間を埋めるための材料の量の管理が難しいため、これに基づく熱応答性のばらつきが発生して、温度センサの性能に均一性が失われる等、特性面での悪影響が生じることになる。
【００２１】
また、チップサーミスタを使用する場合は、チップサーミスタはもともとプリント基板実装を目的としたものであるため、サーミスタ素子からリード線が引き出されているわけではないので、追加加工によってサーミスタからリード線を引き出す工程が必要となり、手間とコストが増大する。
【００２２】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、従来技術による温度センサの問題点を解決して、温度センサにおける加工性の向上を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を解決するため、この発明は計測用温度センサに係り、サーミスタ素体とリード線とをガラス材で熔封したサーミスタと、前記ガラス材より融点が高い薄板状ガラスとを融着接合してなり、前記薄板状ガラスの面積が、前記サーミスタを熔封するガラス材と前記薄板状ガラスとの融着面積と等しいか、又はそれ以上に大きく、かつ前記薄板状ガラスの、前記ガラス材との融着面と反対側の面が平面を持つことを特徴としている。
【００２４】
また、この発明は計測用温度センサに係り、サーミスタ素体とリード線とをガラス材で熔封したサーミスタと、前記ガラス材より融点が高い薄板状セラミックとを融着接合してなり、前記薄板状セラミックの面積が、前記サーミスタを熔封するガラス材と前記薄板状セラミックとの融着面積と等しいか、又はそれ以上に大きく、かつ前記薄板状セラミックの、前記ガラス材との融着面と反対側の面が平面を持つことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、サーミスタ素子の形状に基づく問題点を解決して、温度センサの製作時における加工性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】チップ形ガラス封止サーミスタ素子の熔封工程を示す図である。
【図２】チップ形ガラス封止サーミスタ素子を用いた計測用温度センサの組み立て工程を示す図である。
【図３】ダイオード形ガラス封止サーミスタ素子の熔封工程を示す図である。
【図４】ダイオード形ガラス封止サーミスタ素子を用いた計測用温度センサの組み立て工程を示す図である。
【図５】従来例（特許文献７）に記載された温度センサの詳細な構造を示す図である。
【図６】従来例のサーミスタ素子を本発明のサーミスタ素子に置き換えた温度センサの構成を示す図である。
【図７】図５に示す温度センサと図６に示す温度センサの熱応答性を比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２７】
図１，図２は、本発明の第１の実施形態を示したものであって、チップ形サーミスタを用いた代表的なガラス封止サーミスタ素子の場合を例示している。以下、この場合の計測用温度センサの製作方法について詳細に説明する。
【００２８】
最初、図１(a) に示すように、両面に電極を有するサーミスタチップ１にサーミスタリード線２を耐熱性接着剤３で仮接着し、これらをガラス管４の内部を貫通するように配置した状態でガラス管４を加熱熔解して、図１(b) に示すような形態の熔封ガラス５を形成する。
【００２９】
次に、図２(a) に示すように、熔封ガラス５を形成したガラス封止サーミスタ素子を薄板状ガラス６上に載置する。
薄板状ガラス６は融点が７５０℃程度であって、サーミスタチップ１を熔封している熔封ガラス５より融点が１００℃程度高い。薄板状ガラス６は平板状であって、広さは１ｍｍ×１ｍｍ、厚みは０．１ｍｍ程度である。また、サーミスタチップ１の直径は０．１ｍｍ程度である。
【００３０】
図２(a) に示す状態で、高温炉（不図示）に装入して、ガラス管４を溶融する温度（７００℃程度）で加熱すると、薄板状ガラス６は溶けずに板状を保ち、熔封ガラス５のみが溶融して流動し、図２(b) に示すように、薄板状ガラス６を濡らす形状の流動ガラス体７となって、薄板状ガラス６に付着した状態で高温炉から出てくる。
【００３１】
このように、サーミスタチップ１はガラス封止された状態で高温炉に装入されるので、酸化性雰囲気から熔封ガラス５によって保護されたまま薄板状ガラス６に溶着されて、電気的絶縁が維持されたまま強度が保持された、片面に平面を持ったリード線つき温度センサとなる。
従ってこの製造方法によれば、計測用温度センサの形状や大きさ（体積）が定量化され、薄板状ガラス６の分だけ体積は増えるが、総体積が一定の計測用温度センサを量産することが可能になる。
【００３２】
なお、本発明の温度センサは、サーミスタリード線２の引き出し方向は、図２の例に限定されるものではなく、薄板状ガラス６に対して上方に垂直でもよく、あるいは薄板状ガラス６に対して両側に引き出してもよい。
薄板状ガラス６の大きさは、無制限に広くしたり狭くしたりすることは適切でなく、温度検出対象に応じて、適当な大きさに選ぶことが必要である。
【００３３】
図３，図４は、本発明の第２の実施形態を示したものであってダイオード形サーミスタを用いる場合を例示している。以下、この場合の計測用温度センサの製作方法について説明する。
【００３４】
最初、図３(a) に示すように、ガラス円筒１１に対して、サーミスタチップ１２を中央にして、両端からスラグリード１３を装入する組み立て作業を行う。なお、スラグリード１３は、ガラス封止ダイオードの場合と同じ構造のリード線であって、図示のように、ガラス円筒１１内に入る太いジュメット線１３Ａと外部に引き出すリード線部分とを突き当てて溶接して形成したものである。
その後、図３(b) に示すように、組み立てられた状態で高温炉（不図示）に装入し、加熱してガラス円筒１１を溶融することによって熔封ガラス１４を形成する。
【００３５】
次に、図４(a) に示すように、熔封ガラス１４を形成したガラス封止サーミスタ素子を薄板状ガラス１５上に載置する。
薄板状ガラス１５は融点が７５０℃程度であって、サーミスタチップ１２を熔封している熔封ガラス１４より融点が１００℃程度高い。
【００３６】
次に図４(a) に示す状態で、高温炉（不図示）に装入して、ガラス円筒１１を溶融する温度（７００℃程度）で加熱すると、薄板状ガラス１５は溶けずに板状を保ち、熔封ガラス１４のみが溶融して流動し、図４(b) に示すように、薄板状ガラス１５を濡らす形状の流動ガラス体１６となって、薄板状ガラス１５に付着して高温炉から出てくる。
【００３７】
このように、熔封ガラス１４を形成してサーミスタチップ１２とスラグリード１３とを固着させるとともに、ガラス封止されたまま高温炉に装入されるので、酸化性雰囲気から熔封ガラス１４によって保護された状態で薄板状ガラス１５に溶着されて、電気的絶縁が維持されたまま強度が保持された、片面に平面を持ったリード線つき温度センサとなる。
従ってこの製造方法によれば、計測用温度センサの形状や大きさ（体積）が定量化され、薄板状ガラス１５の分だけ体積は増えるが、総体積が一定の計測用温度センサを量産することが可能になる。
【００３８】
なお、上記本発明の第１の実施形態および第２の実施形態において、薄板状ガラス１５を薄板状セラミックに代えてもよい。
【００３９】
以下、本発明の計測用温度センサの性能（効果）について、第１の実施形態の場合を例として、従来例と対比して説明する。
図５は、特許文献７記載の温度センサの構造を説明するものであって、コピー機やプリンタ等の画像形成装置に適用した場合を例示している。図中、(a) は画像形成装置の定着ローラ（不図示）に対する温度センサの取付態様を示す上面図、(b) は同じく側面図であって、２１は温度センサを示し、画像形成装置に固定された支持体部２２によって基部２４を固定されたバネ部２３の先端に配置されている。
(c) は温度センサ１の詳細な構造を示したものであって、Ａの部分を拡大して示し、３１はサーミスタ、３２は接着剤、３３はバネ部２３を構成する板バネ、３４はサーミスタ３１のリード線の保護チューブである。
【００４０】
図６は、図５に示された従来例のサーミスタ素子を本発明のサーミスタ素子に置き換えた温度センサの構成を示したものであって、(a) に示す上面図と、(b) に示す側面図はほぼ同様であるが、(c) に示す温度センサの詳細な構造が異なっている。
図６(c) において、４１はサーミスタ、４２は接着剤、４３は板バネ、４４は保護チューブ、４５は薄板状ガラスである。
【００４１】
このように、図６の場合は、サーミスタ４１が、板バネ４３上に接着された薄板状ガラス４５上に保持されている点において、図５に示された従来技術の場合とは異なっている。
【００４２】
図７は、従来技術の場合と比較して、本発明の場合の優位性を説明するものであって、本発明の場合、同一の検知温度比率（６３．２％）に達するまでの応答時間τが大幅に短くなったことが示されている。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明の計測用温度センサは、複写機やプリンタの定着装置に使用される加熱ローラ等の、回転体の表面温度を計測するための温度センサとして用いて好適なものである。
【符号の説明】
【００４４】
１  サーミスタチップ
２  サーミスタリード線
３  耐熱性接着剤
４  ガラス管
５  熔封ガラス
６  薄板状ガラス
７  流動ガラス体
１１  ガラス円筒
１２  サーミスタチップ
１３  スラグリード
１４  熔封ガラス
１５  薄板状ガラス
１６  流動ガラス体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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