(57)【要約】【課題】チューブにて被覆された外部引出用の被覆線を用いた状態での熱応答性を改善する。【解決手段】サーミスタ素子１の電極に取り付けられた接続リード線２は、電源回路に通ずる外部引出用の被覆線３に結線されている。サーミスタ素子と接続リード線および外部引出用の被覆線の一部を含んで樹脂コート４され、且つ外部引出用の被覆線３は、ＰＶＣチューブ６にて被覆され、さらにＰＶＣチューブ６は樹脂コート４に押しつけられている。このような条件の下で、接続リード線２に、線径が０．１〜１．０ｍｍ、Ｎｉの含有量が１５〜７０重量％のＣｕ−Ｎｉ合金線を用いて外部接続回路側からの熱影響を少なくする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーミスタ素子の電極に取り付けられた接続リード線が外部接続回路に通ずる外部引出用の被覆線に結線された温度センサの熱応答性改善方法であって、
サーミスタ素子と接続リード線および外部引出用の被覆線の一部を含んで樹脂コートされ、且つ外部引出用の被覆線は、チューブにて被覆され、さらにチューブは樹脂コートに押しつけられているものであり、
接続リード線に、線径が０．１〜１．０ｍｍ、Ｎｉの含有量が１５〜７０重量％のＣｕ−Ｎｉ合金線を用いて外部接続回路側からの熱影響を少なくすることを特徴とする温度センサの熱応答性改善方法。
【請求項２】
サーミスタ素子の電極に取り付けられた接続リード線が電源回路に通ずる外部引出用の被覆線に結線された温度センサであって、
サーミスタ素子と接続リード線および外部引出用の被覆線の一部を含んで樹脂コートされ、且つ外部引出用の被覆線はチューブにて被覆され、さらにチューブは樹脂コートに押しつけられているものであり、
接続リード線は、線径が０．１〜１．０ｍｍ、Ｎｉの含有量が１５〜７０重量％のＣｕ−Ｎｉ合金線であり、チューブ内壁とリード線間の空気層の影響を可及的減少させるものであることことを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の温度センサにおいて、サーミスタ素子のサイズは０．６ｍｍ□〜１．２ｍｍ□、樹脂コートの先端外径は３．２ｍｍＭａｘに設定されていることを特徴とする温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度センサ特に自動車用エバポレーター用に好適な温度センサの熱応答性改善方法と熱応答性が改善された温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
オートエアコンのエバポレーター（冷却器）の温度検出に用いられる温度センサは、例えば家庭用エアコンの温度検出に用いられる温度センサとは異なり、速答性が要求される。その理由は、温度センサの熱応答性が遅いときには、エバポレータフロスト（霜づまり）が起こるという問題がある。
【０００３】
このため、外気が０℃以下になって、空気中の水分が凍結する前の極力０℃に近い温度（例えば３℃）で電源遮断温度を設定し、応答性の速い温度センサで電源遮断温度を検知させ、電源を制御してコンプレッサの運転を停止させることが必要である。
【０００４】
しかしながら、エバポレーター用の温度センサに用いられる現用のサーミスタの熱時定数は、水中で６．３ｓｅｃレベルであって、必ずしも熱応答性に優れているとはいえないのが実情である。温度センサの熱時定数を改善することによって、エバポレータフロストの発生を完全になくすには現用のサーミスタの熱時定数（６．３秒）の半分以下に改善することが望まれる。
【０００５】
サーミスタの熱時定数を改善させる試みは、例えば特許文献１〜３などに見られる。特許文献１には、相対的に熱時定数を異ならせた２つのサーミスタを組み合わせる例が開示されている。
【０００６】
特許文献１：特許公開平１０−３３２４９６号公報
【０００７】
特許文献１によれば、熱時定数が違う２つのサーミスタは同じケース内に収容され、ケース１に加えられる温度が急激に変化すると、一方のサーミスタはその変化に追従できず、両サーミスタの抵抗差が大きくなり、その差を信号として取り出すというもので、急激な温度変化を選択的に検知し、しかもその過熱又は冷却の速度をあわせて検知することができる点で優れているが、２個のサーミスタを組合す点で、製造単価の上昇を招くばかりでなく温度センサとしての形状が大きくなり、また、ブリッジ回路などの信号処理回路が必要であるなどその用途は限られるという問題がある。
【０００８】
特許文献２、３には、一個のサーミスタ素子を用い、リード線と、サーミスタ間の熱放散を阻止する構想のものが示されている。
【０００９】
特許文献２：特許公開２０００−１６２０５２
特許文献３：実開平５−８２００４号
【００１０】
特許文献２は、主幹部分と、島部分とからなる対の板ばねを用い、対の板ばねの両島部分にまたがってサーミスタを取り付けたものである。島部分は、熱的には実質的に主幹部分から隔離して主幹部分の一部に形成されたものであり、熱放散が防止され、熱時定数を向上させることができる。
【００１１】
特許文献３は、サーミスタチップと被検温体との間にメルフ型リード（Ｆｅ−Ｎｉ合金製）により熱の伝達を速やかにし、その反対面には端面を圧印加工等により広げられた平面がリード線の軸方向に対して約９０°になるように形成したリード線を配置して、両方共に耐熱導電性塗料により接続したものである。
【００１２】
この両方共に耐熱導電性塗料で接続し、ガラスにてコートすることにより放熱を抑えることで応答性を向上させることができる。
【００１３】
引用文献２は、電子複写機用の特殊な用途に開発されたものであり、引用文献３は、風速計、液面計等の温度用の素子であるが、リード線間の熱放散を阻止するために特殊な構造が用いられ、構造が複雑となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献４には、サーミスタのリード線に熱伝導率が低い金属を用いる構想が示され、特許文献５には、リード線を熱伝導率が低い材質のモールド樹脂で被覆する構想のもの、さらに特許文献６には、特許文献４，５を組み合わせたものが示されている。
【００１５】
【特許文献４】実用新案出願公開昭６３−１３１１０２号公報
【特許文献５】実用新案出願公開昭６３−１３１１０３号公報
【特許文献６】実用新案出願公開昭６３−１３１１０１号公報
【００１６】
特許文献４に記載された温度センサにおいては、熱応答性を高めるため、サーミスタチップからの逃げに着目し、サーミスタチップの両端電極に使用するリード線の材質について、これを熱伝導率が１００ｋｃａｌ／ｍｈ℃以下の金属を選定するというものである。たしかに、サーミスタチップの発する熱をリード線から逃がさないようすることは、熱応答性を高める上に重要なことではあるが、熱伝導率が１００ｋｃａｌ／ｍｈ℃以下の金属を使用するというだけでは、どの程度熱応答性を改善できるのかは必ずしも明らかではない。
【００１７】
また、温度センサとして使用するには、リード線を含めて回路配線には、当然被覆線が用いられるが、特許文献４には、被覆配線を用いたときに熱応答性がどの程度改善されるのかが解明されていない。また、特許文献５は、サーミスタ素子及びリード線を熱伝導率が小さなコート樹脂でモールドした時には、リード線にはんだめっき銅線を使用してもよいことになっているが、熱伝導率が小さなコート樹脂を使用することによって、周囲への放熱を抑えることができたとしても、リード線を通じて外部回路配線に流出する放熱を阻止し、あるいは外部接続回路側からの熱影響を阻止することができないから、必ずしも熱応答性が改善されたことにはならないと思われる。
【００１８】
もし、特許文献５の記載が正しいとすると、特許文献４のように裸線を用いたものでは、リード線に熱伝導率が低い材質のものを用いたとしてもコート樹脂でモールドされていなければ、リード線からの放熱が避けられないということになるのではないかと思われる。いずれにしてもリード線の材料の選定は重要であり、はんだ付け性、固有抵抗、電気伝導度が銅線に比べて極端に劣ることになってはならない。
【００１９】
特許文献６は、サーミスタ素子のリード線に熱伝導率が低い金属を用い、リード線をやはり熱伝導率が低いコート用樹脂でモールドしたというのであり、熱伝導率が低いリード線を熱伝導率が低いコート用樹脂でモールドすれば、常識的にサーミスタの熱放散が阻止されるという説明にはうなずけるものの、その熱応答特性図をみると、リード線に裸線を用いた引用文献４に記載のセンサの熱応答性と比較してさほどの差が見られないのはどうしたことなのであろう。
【００２０】
また、その熱応答特性図として引用文献４〜６に記載の温度センサのチップ部を２５℃の雰囲気中から７５℃の雰囲気中へ投入したときのサーミスタの温度が示されているが、引用文献４〜６に記載のサーミスタのように７５℃の例えば６３．２％（約５６℃）に達するまでに２０秒〜３０秒もかかるというのでは、そもそも、熱時定数を改善することにはなっていないと思われる。
【００２１】
通常、熱時定数をサーミスタを２５℃の水中より５０℃攪拌水中へ移したとき、サーミスタの温度が４０．８℃（温度差の６３．２％）に達するまで時間と定義したときに、熱時定数は、従来より６秒前後のオーダーが問題にされていたのである。
【００２２】
本発明の目的は、チューブにて被覆された外部引出用の被覆線を用いた状態での熱応答性を改善した温度センサ、特にエバポレーター用に好適な温度センサの熱応答性改善方法および温度センサを提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による温度センサの熱応答性改善方法においては、サーミスタ素子の電極に取り付けられた接続リード線が外部接続回路に通ずる外部引出用の被覆線に結線された温度センサの熱応答性改善方法であって、サーミスタ素子と接続リード線および外部引出用の被覆線の一部を含んで樹脂コートされ、且つ外部引出用の被覆線は、チューブにて被覆され、さらにチューブは樹脂コートに押しつけられているものであり、
接続リード線に、線径が０．１〜１．０ｍｍ、Ｎｉの含有量が１５〜７０重量％のＣｕ−Ｎｉ合金線を用いて外部接続回路側からの熱影響を少なくするものである。
【００２４】
また、本発明による温度センサにおいては、サーミスタ素子の電極に取り付けられた接続リード線が電源回路に通ずる外部引出用の被覆線に結線された温度センサであって、
サーミスタ素子と接続リード線および外部引出用の被覆線の一部を含んで樹脂コートされ、且つ外部引出用の被覆線はチューブにて被覆され、さらにチューブは、取付時の姿勢安定のため、樹脂コートに押しつけられているものであり、
接続リード線は、線径が０．１〜１．０ｍｍ、Ｎｉの含有量が１５〜７０重量％のＣｕ−Ｎｉ合金線であり、チューブ内壁とリード線間の空気層の影響を可及的減少させるものである。
【００２５】
また、サーミスタ素子のサイズは０．６ｍｍ□〜１．２ｍｍ□、樹脂コートの先端外径は３．２ｍｍＭａｘに設定されたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図によって説明する。図１に本発明による温度センサの構造を示す。図１において、本発明による温度センサは、サーミスタ素子１と、対の接続リード線２、２と、外部引出用の被覆線３、３とからなっているものである。サーミスタ素子１は、チップ型のサーミスタである。
【００２７】
接続リード線２は、サーミスタ素子１の電極と外部引出用の被覆線３とをつなぐ裸線であり、対の接続リード線２の各一端は、サーミスタ素子１の電極にはんだ付けされ、他端は、外部引出用の被覆線３の各一端にはんだ付けされている。外部引出用の被覆線３は、電源を含む外部接続回路にサーミスタ素子１を接続する配線であり、外部引出用の被覆線の他端には、ターミナルであるコネクタ５のハーネスに挿入される。
【００２８】
なお、サーミスタ素子１および接続リード線２と、外部引出用の被覆線３との一部を含んでエポキシ樹脂により樹脂コート４が施されている。上記温度センサの構成は、格別のものではなく、従来からエバポレーターなどの温度検知に用いる温度センサに用いられていた構造である。本発明においては、外部引出用の被覆線３がＰＶＣチューブ６にて被覆され、このチューブ６の端末を樹脂コート４に押し付けた状態で使用することを予定している。
【００２９】
従来の温度センサでは、接続リード線に専ら銅線が用いられてきたが、本発明においては、銅（Ｃｕ）−ニッケル（Ｎｉ）合金線を用いることを基本としている。接続リード線２に銅−ニッケル合金線を選定した理由は、チューブ６の内壁とリード線間の空気層の影響を可及的減少させるためであり、このため、銅線に比べて熱伝導性の低い材質のものを選んだことによる。外部接続回路は、電源回路その他から熱影響を受けるほか、外部接続回路の結線やコネクタ５がオートエアコンの温度に曝され、配線を通じてサーミスタ素子に与える熱影響を無視することはできない。
【００３０】
図２にＣｕ−Ｎｉ合金の熱伝導度を示す。図に明らかなようにＣｕ１００％での熱伝導度は４００（ｗ／ｍ・ｋ）を示すが、Ｎｉの含有量が増大するに従って、急速に減少し、Ｎｉの含有量が４０〜５０％以上になると、熱伝導度はやや増加の傾向を示す。この傾向を見る限り、Ｎｉ／Ｃｕは、Ｎｉ４５、Ｃｕ５５の合金線が最適といえる。
【００３１】
また、接続リード線２は、外部引出用の被覆線３の撚線にはんだ付けによって接続することを予定しているため、はんだ付けが可能な範囲に設定する必要がある。Ｃｕ−Ｎｉ合金線のＮｉの許容範囲は１５〜７０重量％である。また本発明の実施形態においてＣｕ−Ｎｉ合金線には、０．２５ｍｍの線径のものを用いた例を説明するが、外部引出用の被覆線３にはんだ付けによって接続する接続リード線としての許容線径範囲は、０．１〜１．０ｍｍである。
【００３２】
この実施形態において、接続リード線２には、市販の銅ニッケル抵抗線（商品名アドバンス）を用いた。この銅ニッケル抵抗線（商品名アドバンス、ユーリカ、コンスタン）の特性を、表１に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
接続リード線２に銅線が用いられた従来の温度センサの水中での熱時定数は、６．３ｓｅｃであることがわかっている。そこで、本発明においては、現行の温度センサの熱時定数の半分以下、特に３．０ｓｅｃ以下に下げることを目標とした。もっとも、現行の温度センサの熱時定数が６．３ｓｅｃであるというのは、外部引出用の被覆線３がＰＶＣチューブ６で被覆され、しかもＰＶＣチューブ６が樹脂コート４に押し付けられているものについての数値である。本発明において、熱時定数とは、サーミスタを２５℃の水中より５０℃攪拌水中へ移したとき、サーミスタの温度が４０．８℃（温度差の６３．２％）に達するまでの時間である。
【００３５】
後に示すようにＰＶＣチューブ６を外すだけでも熱時定数は、約４．２ｓｅｃと大きく改善されることがわかっている。しかし、本発明においては、前述のように外部引出用の被覆線３がＰＶＣチューブ６で被覆され、チューブ６が樹脂コート４に押し付けられている状態で、水中で測定した熱時定数を現行のものの半分以下に改善することを目指したのである。
【００３６】
本発明では、接続リード線２に銅（Ｃｕ）−ニッケル（Ｎｉ）合金線を用いるほか、外部引出用の被覆線３を通じて外部接続回路側からサーミスタ素子１への熱影響をできるだけ少なくするために、熱時定数の改善が期待される追加的改善検討項目として素子サイズの小型化、樹脂コートの先端径の小径化、接続リード線の長さを取り上げた。その理由は、素子サイズ、樹脂コートの先端径を小さくすることにより熱感知部分の熱容量の減少を期待できるからである。
【００３７】
また、接続リード線２に銅（Ｃｕ）−ニッケル（Ｎｉ）合金線を用いることによって、外部接続回路のコネクター側からの熱影響を少なくすることができるが、さらに、接続リード線２の長さを長くすることによっても外部接続回路側からの熱影響を少なくすることが期待できる。しかし、本発明において、接続リード線２の長さを長くすることは、現行の温度センサの仕様の変更および組立加工上の適合性から好ましくないと考えている。
【００３８】
したがって、接続リード線２の長さを現行のものより長く設定した例についての測定結果はあくまで参考例である。表２に現行のものと、変更したものとを含めた試料についての測定結果を示す。なお、検討項目に選定したサーミスタ素子、樹脂コート、接続リード線の材質及びその長さについての「現行」品と「変更」品の比較を以下に示す。
【００３９】
検討項目
Ａ、素子サイズ
現行（ａ）  厚み０．２２ｍｍ×１．９ｍｍ□
変更（ｂ）  厚み０．５ｍｍ×１．２ｍｍ□
Ｂ．樹脂コートの外径
現行（ｃ）  ４．０ｍｍＭａｘ
変更（ｄ）  ３．２ｍｍＭａｘ
Ｃ．接続リード線の材質
現行（ｅ）  ０．３ｍｍ軟銅線
変更（ｆ）  ０．２５ｍｍＣｕ−Ｎｉ合金線
Ｄ．接続リード線の長さ
現行（ｇ）  １０ｍｍ
参考（ｈ）  １５ｍｍ
【００４０】
【表２】
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【００４１】
表２において、試料１は、検討項目のすべてが現行どおりで、「チューブ押し付けなし」の例、試料２は、検討項目のすべてに現行どおりで、「チューブ押し付け有り」の例である。試料１の熱時定数は４．１８ｓｅｃ、試料２の熱時定数は６．３３ｓｅｃである。試料２が本発明の従来例である。
【００４２】
試料１〜８の内、「チューブ押し付け有り」の状態で、約３ｓｅｃの熱時定数を実現できたのは、試料６〜８である。この事実から、サーミスタ素子の寸法および樹脂コートの形状を小さくし、さらに、外部接続回路側からの熱の影響を小さくすることは、一応、熱時定数を改善するのに有効であることがわかるが、接続リード線の材質の選定が最も重要な要素であるのはいうまでもない。
【００４３】
本発明の実施例である試料７は、「チューブ押し付け有り」の状態で接続リード線の長さは在来通りのままで、熱時定数に２．９４ｓｅｃの値が得られ、目標値をクリアできた。試料８は、さらに、接続リード線の長さを１５ｍｍにした例であるが、この例では、熱時定数はさらに改善され、２．８７ｓｅｃの値が得られている。
【００４４】
接続リード線２の長さを長くすればするほど熱時定数が減少してゆくことは、接続リード線２に、在来の銅線を用いた試料６の例からも当然予想できることである。
【００４５】
樹脂コート４の先端形状を変更した場合における本発明の１実施例による温度センサの熱時定数を測定した。また、参考までに従来例による温度センサの熱時定数を測定した。測定に用いた温度センサの構造を表３に示す。なお、表３中、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、図３に示すように樹脂コートの先端部分の寸法を示している。
【００４６】
【表３】
2004253727.tif 000005
【００４７】
測定結果を図４に示す。
図３に示すように、この例では、外部引出用の被覆線３には、ＰＶＣチューブをかぶせていないので、「チューブ押し付け有り」に該当するものではないが、実施例、従来例ともに樹脂コーティングの先端形状（ａ＋ｂ／２）を小さくしてゆくにしたがって熱時定数が小さくなって行く様子がわかる。実施例によれば、ａ＋ｂ／２＝３以下の条件のもとで熱時定数２．５ｓｅｃ以下を実現することができた。以上実施例においては、樹脂コートの外径、接続リード線の材質とともに、サーミスタ素子のサイズを１．９ｍｍ□から１．２ｍｍ□に変更して熱時定数が２．９４ｓｅｃに改善された例を示した。サーミスタ素子のサイズは、小さければ小さいほど熱時定数の改善を期待できる。発明者らの実験によれば、サーミスタ素子のサイズ０．６ｍｍ□までは熱時定数改善の効果を確認している。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときには、接続リード線に、線径が０．１〜１．０ｍｍ、Ｎｉの含有量が１５〜７０重量％のＣｕ−Ｎｉ合金線を用いて外部接続回路側からの熱影響を少なくし、サーミスタ素子の素子サイズ、樹脂コートの先端径を小さくして熱感知部分の熱容量を減少させることによって、サーミスタの熱応答性を大きく改善できる。
【００４９】
特に、本発明によれば、サーミスタ素子の電極に取り付けられた接続リード線が電源回路に通ずる外部引出用の被覆線に結線され、さらに、サーミスタ素子と接続リード線および外部引出用の被覆線の一部を含んで被覆する樹脂コートが、外部引出用の被覆線を被覆するチューブを樹脂コートに押しつけた状態において、熱時定数を３ｓｅｃ以下に抑えることが可能であり、したがってエバポレータフロスト（霜づまり）が問題となるオートエアコンのエバポレータ用の温度センサに用いてコンプレッサの運転の制御性を高めることができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による温度センサの１例を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は温度センサの先端部分の拡大図、（ｃ）はコネクタの背面図である。
【図２】Ｃｕ−Ｎｉ合金の熱伝導特性を示すグラフである。
【図３】樹脂コートの先端形状を説明する図である。
【図４】樹脂コートの先端形状と、熱時定数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  サーミスタ素子
２  接続リード線
３  外部引出用の被覆線
４  樹脂コート
５  コネクタ
６  ＰＶＣチューブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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