(57)【要約】【課題】感熱部の小型化、高耐久性、低コスト化、高量産性を図りつつ、高熱起電力及び高応答性が得られる熱電対ユニットを提供する。【解決手段】感熱部を構成する棒状導体２１１の周りに配置される筒状導体２１２を、冷接点部Ｐ２を形成するための基端部２１３、基端部２１３から円錐筒状に延出する中間部２１４及び中間部２１４から延出して内周に棒状導体２１１が接合されて温接点部Ｐ１を形成する先端部２１５により構成し、先端部２１５に温接点部Ｐ１から冷接点部Ｐ２までの熱伝導経路長を延長するための屈曲部２１５Ｂを形成した。これにより、温接点部Ｐ１と冷接点部Ｐ２間の直線離隔距離を延長せずに、温接点部Ｐ１から冷接点部Ｐ２までの熱伝導経路長を延長でき熱起電力を高めることができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状導体と前記棒状導体の周りに配置される筒状導体とを有する感熱部をもつ熱電対ユニットであって、
前記筒状導体は、冷接点部を形成するための筒状の基端部と、前記基端部から延出する中間部と、前記中間部から延出して前記基端部よりも細い筒状に形成されると共にその内周の先端側に前記棒状導体が接合されて温接点部を形成する先端部とを有し、
前記先端部は、前記温接点部から前記冷接点部までの熱伝導経路長を延長化するように屈曲する屈曲部を有する、
ことを特徴とする熱電対ユニット。
【請求項２】
前記屈曲部は、前記温接点部側の径が中間部側の径よりも細くなるように屈曲している、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱電対ユニット。
【請求項３】
前記先端部は、前記基端部に比べて薄肉に形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱電対ユニット。
【請求項４】
前記中間部は、前記基端部との接続領域の肉厚が前記先端部側に向けて徐々に薄くなるように形成されていると共に、前記接続領域を除く領域の肉厚が前記先端部の肉厚と略同じに形成されている、
ことを特徴とする請求項３に記載の熱電対ユニット。
【請求項５】
前記先端部及び中間部の中心軸線方向の長さが、前記基端部の中心軸線方向の長さよりも長い、
ことを特徴とする請求項４に記載の熱電対ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電対ユニットに関し、特に、ガスコンロあるいはガス湯沸し器等のガス立消え安全システムに適用される熱電対ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガスコンロシステムとしては、例えば図６に示すように、ガス供給管１の上端に配置されたメインバーナ２、ガス供給管１から分岐する補助供給管３の先端に位置する点火用バーナ４、ガス供給管１の通路を開閉する弁体５を備える電磁弁ユニット６と電磁弁ユニット６に連結されるケーブル７ａ，７ｂを有する熱電対ユニット７とを一体的に備えたガス立消え安全装置８、操作軸９等により形成されたものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
このガスコンロのシステムにおいては、操作軸９を押して、ガス供給管１及び補助供給管３内にガスを導き、点火バーナ４の炎によりメインバーナ２が着火すると、このメインバーナ２の炎は熱電対ユニット７の先端（感熱部）を加熱する。すると、熱電対ユニット７に熱起電力が発生し、この熱起電力により生じた電流が電磁弁ユニット６のコイルを流れて電磁力を生じ、弁体５を吸引してガスの通路を開放した状態に保持する。一方、吹き消え、煮こぼれ等によりメインバーナ２の炎が立消えすると、熱電対ユニット７の加熱が停止して熱起電力すなわち電磁力が消滅し、弁体５は戻しバネにより戻されてガスの通路を閉鎖する。これにより、未燃ガスが放出されるのを防止できるようになっている。
【０００４】
ここで、熱電対ユニット７の感熱部は、図７（ａ），（ｂ）に示すように、ケーブル７ａ，７ｂの先端部に設けられた棒状導体７ａ’、棒状導体７ａ’の周りに配置されると共に円錐筒形状に形成されて先端部の内周が棒状導体７ａ’に接合された筒状導体７ｂ’、及び筒状導体７ｂ’の後端部の外周に接合されて外径φＤをなす筒状導体７ｂ”を有し、棒状導体７ａ’と筒状導体７ｂ’とが接合されて外径φｄをなす先端に温接点部Ｐ１及び温接点部Ｐ１から所定距離だけ隔てた位置に冷接点部Ｐ２，Ｐ３をもつように形成されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１８５９１号公報
【特許文献２】特開平８−１７８２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記従来の熱電対ユニットにおいては、感熱部の小型化、高耐久性、低コスト化、高量産性等を達成しつつ、ガスの立消えを高精度に検出できるように高熱起電力、高応答性が要求される。
熱起電力特性を向上させるためには、熱電対ユニットの感熱部の温接点部Ｐ１と冷接点部Ｐ２との間の温度差を拡大させる必要がある。温度差を拡大させる方法として、温接点部Ｐ１と冷接点部Ｐ２との離隔距離を延長する、あるいは、温接点部Ｐ１と冷接点部Ｐ２の体積差、すなわち熱容量差を拡大させる等が考えられる。しかしながら、温接点部Ｐ１と冷接点部Ｐ２との離隔距離を延長すると、小型化の要請に反すると共に感熱部を形成する材料は比較的高価な材料であるため低コスト化の要請にも反する。また、熱容量差を拡大する、あるいは、応答性を高めるためには、冷接点部Ｐ２の外径φＤを拡大させる、あるいは、温接点部Ｐ１の外径φｄを縮小させる方法が考えられるが、冷接点部Ｐ２の外径φＤを拡大させると小型化の要請に反し、又、温接点部Ｐ１の外径φｄの縮小には耐久性等の観点から限界がある。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、感熱部の小型化、高耐久性、低コスト化、高量産性を図りつつ、高熱起電力及び高応答性が得られる熱電対ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る熱電対ユニットは、棒状導体と棒状導体の周りに配置される筒状導体とを有する感熱部をもつ熱電対ユニットであって、筒状導体は、冷接点部を形成するための筒状の基端部と、基端部から延出する中間部と、中間部から延出して基端部よりも細い筒状に形成されると共にその内周の先端側に棒状導体が接合されて温接点部を形成する先端部とを有し、先端部は、温接点部から冷接点部までの熱伝導経路長を延長化するように屈曲する屈曲部を有する、構成を採用できる。
この構成によれば、感熱部の寸法が制約された条件下で、先端部に屈曲部を形成することにより、温接点部と冷接点部との離隔距離を延長せずに温接点部と冷接点部との間の熱伝導経路長を延長することができる。それ故に、温接点部と冷接点部との間の温度差を拡大できて熱起電力を高めることができる。
【０００９】
上記構成において、屈曲部は、温接点部側の径が中間部側の径よりも細くなるように屈曲している、構成を採用できる。
この構成によれば、温接点部側、すなわち先端部の先端側の径を細くし、かつ、この先端部側の内周に棒状導体を接合させて温接点部を形成することにより、温接点部の熱容量を小さくできるので、温接点部と冷接点部との熱容量差を拡大できて、熱に対する高い応答性が得られると共に熱起電力を高めることができる。また、この構成によれば、基端部から先端に向けて筒状導体の径を次第に減少させるように、金属板を深絞り加工することにより筒状導体を成形することができて、量産化が容易となり、製品の低コスト化が可能となる。
【００１０】
上記構成において、先端部は、基端部に比べて薄肉に形成されている、構成を採用できる。
この構成によれば、冷接点部側の熱容量に対して温接点部側の熱容量が縮小されるので、温接点部と冷接点部との熱容量差の拡大により、応答性を高めることができると共に熱起電力特性を向上させることができる。また、この構成によれば、基端部から先端部の先端に向けて筒状導体の径を減少させると共に肉厚も基端部から先端に向けて次第に減少させるように、深絞り加工およびしごき加工により筒状導体を成形することができて、量産化が容易となり、製品の低コスト化が可能となる。
【００１１】
上記構成において、中間部は、基端部との接続領域の肉厚が先端部側に向けて徐々に薄くなるように形成されていると共に、接続領域を除く領域の肉厚が先端部の肉厚と略同じに形成されている、構成を採用できる。
この構成によれば、中間部を基端部より薄肉化すると共に接続領域から先端側はすべて同じ肉厚を維持したまま縮径化するため、先端部の強度を十分に確保することができて耐久性を向上させることができる。
【００１２】
上記構成において、先端部及び中間部の中心軸線方向の長さが、基端部の中心軸線方向の長さよりも長い、構成を採用できる。
この構成によれば、筒状導体の全長が長くなるのを抑制できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の熱電対ユニットによれば、小型化、高耐久性、低コスト、高量産性等が達成されると共に、熱起電力及び応答性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図５は、本発明の熱電対ユニットの一実施形態を示すものであって、図１は熱電対ユニットを組み込んだガス立消え安全装置の正面図、図２は図１の装置の部分断面図、図３は熱電対ユニットの感熱部を示す側面図及び断面図、図４は筒状導体の断面図、及び図５は屈曲部における延長された熱伝導経路を説明するため図である。
【００１５】
ガス立消え安全装置は、図１及び図２に示すように、電磁弁ユニット１００と熱電対ユニット２００とを着脱自在に連結したものである。
電磁弁ユニット１００は、図１及び図２に示すように、固定鉄心１０１、固定鉄心１０１を保持する樹脂製のボビン１０２、固定鉄心１０１及びボビン１０２に一体的に巻回された励磁用のコイル１０３、ボビン１０２をカシメにより固定する導電性のホルダ１０４、コイル１０３の一端１０３ａに接続されるピン状雄端子１０５、ピン状雄端子１０５をホルダ１０４の中心に保持すると共に両者を電気的に絶縁する絶縁部材１０６、ホルダ１０４に接合され導電性の材料により形成された筒状雄端子１０７、固定鉄心１０１を覆う樹脂製のケース１０８、ケース１０８に摺動自在に支持されたシャフト１０９の一端に固定された可動鉄心１１０、ケース１０８に摺動自在に支持されたシャフト１０９の他端に固定されたゴム製の弁体１１１、弁体１１１を外向きに付勢するスプリング１１２等により構成されている。
【００１６】
熱電対ユニット２００は、図１及び図２に示すように、先端に形成された感熱部２１０、感熱部２１０から導かれる第１ケーブル２０２及び第２ケーブル２０３、第１ケーブル２０２の端部に結合される内側雌端子２０４、第２ケーブル２０３の端部に結合される外側雌端子２０５、内側雌端子２０４及び外側雌端子２０５を保持するコネクタ２０６、コネクタ２０６の一端部を密閉するシール部材２０７等により形成されている。
尚、内側雌端子２０４及び外側雌端子２０５には、ピン状雄端子１０５及び筒状雄端子１０７がそれぞれ嵌合し、内側雌端子２０４及び外側雌端子２０５とピン状雄端子１０５及び筒状雄端子１０７とが電気的に接続されている。
【００１７】
感熱部２１０は、図３及び図４に示すように、第１ケーブル２０２に接続された棒状導体２１１、棒状導体２１１の周りに配置された筒状導体２１２、筒状導体２１２を第２ケーブル２０３に接続する第２筒状導体２１６等から形成されている。
棒状導体２１１は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎの合金材料により、中実形状に形成されている。
【００１８】
筒状導体２１２は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅの合金材料により形成され、冷接点部Ｐ２を形成するための円筒状の基端部２１３、基端部２１３から先細りの円錐筒状に延出する中間部２１４、及び中間部２１４から延出して基端部２１３よりも細い円筒状に形成されると共に内周に棒状導体２１１が接合されて温接点部Ｐ１を形成する先端部２１５から構成される。
尚、温接点部Ｐ１は、先端部２１５の棒状導体２１１が接合された先端領域に形成され、この温接点部Ｐ１から所定の距離だけ隔てた後方の位置に筒状導体２１２側の冷接点部Ｐ２と棒状導体２１１側の冷接点部Ｐ３が形成される。
【００１９】
基端部２１３は、図３に示すように、その後端部側に第２筒状導体２１６が外嵌されて第２筒状導体２１６により支持されていると共に、図４に示すように、外径φＤ１及び肉厚ｔ１で中心軸方向に長さＬ１をもつ。外径φＤ１、肉厚ｔ１及び長さＬ１は、それぞれ４ｍｍ、０．５ｍｍ、５ｍｍ程度である。
【００２０】
中間部２１４は、図３及び図４に示すように、基端部２１３との接続領域２１４ａの肉厚が先端部２１５側に向けて徐々に薄くなるように形成されていると共に、接続領域２１４ａ以外は肉厚ｔ１よりも薄い肉厚ｔ２を有する。肉厚ｔ２は、０．２ｍｍ程度である。
【００２１】
先端部２１５は、中間部２１４から中心軸線方向に円筒状に延出して外径φｄ１をなす太径部２１５Ａ、太径部２１５Ａから径方向内側に向けて滑らかに屈曲する屈曲部２１５Ｂ、及び屈曲部２１５Ｂから中心軸線方向に円筒状に延出して外径φｄ２をなす細径部２１５Ｃから構成される。
屈曲部２１５Ｂは、温接点部側の細径部２１５Ｃの外径φｄ２が中間部側の太径部２１５Ａの外径φｄ１よりも細くなるように屈曲している。外径φｄ１は、１．８ｍｍ程度であり、外径φｄ２は、１．４ｍｍ程度である。このように、先端部２１５に屈曲部２１５Ｂを形成することにより、屈曲部２１５Ｂにおいては、図５（ａ）に示すように、温接点部Ｐ１から冷接点部Ｐ２へ伝達される熱の熱伝導経路Ｐｔも屈曲する。熱伝導経路Ｐｔが屈曲すると、屈曲した熱伝導経路Ｐｔの長さ（熱伝導経路長）は、図５（ｂ）に示すように熱伝導経路Ｐｔが屈曲していない場合に比べて、同じ（直線離隔）距離Ｌ３であっても、長くなる。このように、熱伝導経路Ｐｔの長さが延長されると、温接点部Ｐ１から冷接点部Ｐ２までの熱伝導経路長も延長されるため、温接点部Ｐ１の熱が冷接点部Ｐ２へ伝わりにくくなり、温接点部Ｐ１と冷接点部Ｐ２との間の温度差が拡大する。この結果、温接点部Ｐ１と冷接点部Ｐ２との離隔距離を延長せず熱伝導経路長のみが延長されるので、熱起電力を高めることができる。また、細径部２１５Ｃを太径部２１５Ａよりも細くすることにより、細径部２１５Ｃの熱容量を小さくできるので、応答性を向上させることができる。
【００２２】
先端部２１５は、その全ての領域において、肉厚が中間部２１４の接続領域２１４ａを除く領域の肉厚ｔ２と略同じになるように形成されている。すなわち、先端部２１５は、その肉厚が中間部２１４の接続領域２１４ａを除く領域の肉厚ｔ２と略同じであると共に基端部２１３の肉厚ｔ１よりも薄肉に形成されている。これにより、筒状導体２１２は、中間部２１４の接続領域２１４ａから先端側はすべて同じ肉厚を維持したまま先端に向けて細径化されるため、先端部２１５の強度を十分に確保しつつ温接点部Ｐ１と冷接点部Ｐ２との熱容量差を拡大できて、熱起電力特性及び応答性を向上させることができると共に耐久性が向上する。
さらに、先端部２１５及び中間部２１４は、中心軸線方向に長さＬ２をもち、この長さＬ２は基端部２１３の長さＬ１よりも長く、例えば、長さＬ２は９ｍｍ程度であり、長さＬ１は５ｍｍ程度である。これにより、筒状導体２１２の全長が長くなるのを抑制できる。
【００２３】
次に、筒状導体２１２の加工方法について説明すると、先ず、円形の金属板を複数回の深絞り加工及びしごき加工により、基端部２１３に対して中間部２１４及び先端部２１５を薄肉化すると共に、屈曲部２１５Ｂを成形する。その後、トリミング加工等の後処理を行って筒状導体２１２の成形が完了する。このように、筒状導体２１２は、深絞り加工およびしごき加工により成形できるので、筒状導体２１２の量産化が可能となり、筒状導体２１２の製造コストを低減できる。
【００２４】
上記した実施形態では、筒状導体１２２の先端部１２５に屈曲部１２５Ｂを一箇所のみ形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、屈曲部１２５Ｂを複数箇所形成して熱伝導経路長をさらに延長化することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上述べたように、本発明の熱電対ユニットは、感熱部の小型化、高耐久性、低コスト化、高量産性を達成できると共に、高熱起電力及び高応答性が得られるため、ガスコンロに限らず、ガス湯沸し器、その他のガス機器に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る熱電対ユニットが適用されたガス立消え安全装置の外観図である。
【図２】図１の装置の部分断面図である。
【図３】（ａ）は感熱部の側面図、（ｂ）は感熱部の断面図である。
【図４】筒状導体の断面図である。
【図５】（ａ）は屈曲部における熱伝導経路を示す図、（ｂ）は屈曲していない場合の熱伝導経路を示す図である。
【図６】従来のガス立消え安全装置が適用されたガスコンロのシステムを示すシステム図である。
【図７】従来の熱電対ユニットの感熱部を示す図であって、（ａ）は感熱部の外観図、（ｂ）は感熱部の断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１００…電磁弁ユニット
１０１…固定鉄心
１０２…ボビン
１０３…コイル
１０４…ホルダ
１０５…ピン状雄端子
１０６…絶縁部材
１０７…筒状雄端子
１０８…ケース
１０９…シャフト
１１０…可動鉄心
１１１…弁体
１１２…スプリング
２００…熱電対ユニット
２０２…第１ケーブル
２０３…第２ケーブル
２０４…内側雌端子
２０５…外側雌端子
２０６…第１コネクタ
２０７…シール部材
２１０…感熱部
２１１…棒状導体
２１２…筒状導体
２１３…基端部
２１４…中間部
２１５…先端部
２１５Ａ…太径部（中間部側）
２１５Ｂ…屈曲部
２１５Ｃ…細径部（温接点部側）
【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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