JPH0225129B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は温度検知用サーミスタに関し、特に自
動車エンジン温度検知器に関するが、これに限ら
れるものではない。

従来の水冷式の自動車エンジンで水冷系は、５
乃至15ポンド／平方インチの圧力と90℃より僅か
に低い温度とで働く。水の温度に極近いシリンダ
ブロツクの温度を検知し、温度計に又は自動車の
ダツシユボードの表示器に温度を示す電気的信号
を与える温度検知器が使用されている。

通常の状態では温度計は周囲温度、速度、負荷
等の条件により表示度数が変動する。エンジン及
び冷却系や検知器及びゲージ方式の公差のため特
定の自動車における「正常」温度は大幅に変動す
る。これは自動車の所有者にとつては重要であ
り、自動車の保証中の返却をまねく。自動車は実
際には異常高温又は低温で走行しているかもしれ
ないからチエツクをしなければならず、これには
費用がかかる。

本発明によれば、正常又は予想される動作温度
に対応する温度範囲を除けば温度の変化に伴ない
抵抗が大きく変化し、この範囲内では抵抗の変化
は少なくて抵抗／温度特性に平坦部があり、直接
関接に熱を相互によく伝えあうサーミスタからな
る温度検知器が提供される。

特定の応用においては検知器は、所定温度は60
℃〜120℃の範囲内、好ましくは80℃〜95℃、典
型的には88℃の自動車エンジンの温度を検知する
のに適する。

装置は第１のNTCサーミスタと電気的に直列
接続された第２のNTCサーミスタとPTCサーミ
スタとの並列接続からなり、３つのサーミスタは
相互に熱をよく伝えあう関係にあるのが好まし
い。

また本発明により温度が検知されるべき装置に
固定される容器と、上記３種類の検知器のいずれ
かからなる温度センダが提供される。

幾つかの応用では、検知器は第３のNTCサー
ミスタと第２のPTCサーミスタの第２の並列接
続を備え、第２の接続は直列接続と電気的に直列
に接続され、また良好な熱接触をしている。

さらに本発明によれば、所定温度を検知する検
知器と、温度表示を行なうデイスプレイ装置とか
らなり、検知器は系の予想される公差及び／又は
温度の予想される変動を補償してかかる公差及
び／又は変動による表示の変化を防ぐよう温度特
性に平坦部を有するNTCサーミスタとPTCサー
ミスタとの組合わせからなる温度検知表示系が提
供される。

第１図を参照するに、エンジン温度検知に適す
るサーミスタ構成はNTCサーミスタ１と、PTC
サーミスタ２及び第２のNTCサーミスタ３の並
列接続とからなる。全体の温度特性は第１図に示
す如く負でありサーミスタ２及び３による平坦部
Ｐがある。

第３図に示す如くサーミスタ２及び３は正及び
負の特性２ａ及び３ａを有し、組み合わさつて破
線で示した全体の特性４を与える。

本実施例及び第６図及び第７図の実施例の効果
は、各PTCサーミスタが切換わると並列のNTC
サーミスタが回路中に入るため特性曲線が新たな
ものに変わるということである。

第４図を参照すると、この特性４はNTCサー
ミスタ１の特性１ａを、第４図で破線、第１図で
実線で示した如き平坦部Ｐを有する特性Ｃとなる
よう修正する。

平坦部の中心は自動車エンジンの通常の動作温
度である88℃とされている。平坦部の両縁は、サ
ーミスタ自体及び系の公差及び例えば周囲温度
（冬又は夏）、自動車の速度及び負荷（トレーラー
の牽引等）による88℃内外の温度変化がサーミス
タ装置の温度を80℃〜95℃の範囲を出ないよう約
80℃及び95℃に定められている。よつて、自動車
の温度計は上述の公差及び状態にかかわず変化し
ない。

しかし、エンジンに故障が起こり又は重大な過
負荷がかかりエンジン温度が80℃〜95℃の範囲以
下又は以上になると温度計の表示は変化する。

かかる系の一例を第５図に示す。第５図を参照
するに、自動車の温度計１０は、エンジンのシリ
ンダブロツク１２に取付られた第２Ａ図のサーミ
スタ構成を組入れた温度センダに直列に接続され
ている。自動車バツテリ１３からのイグニツシヨ
ンスイツチ１４を介した電力により温度計１０及
び検知器１１を通る電流が流れる。例えば自動車
始動時の如く検知器が冷えていると抵抗は高い。
自動車があたたまるに従い検知器抵抗は低下し本
実施例では電流増加に伴ない針１０ａが動くバイ
メタル式又は可動鉄片型装置であるゲージにより
大きな電流が流れる。第５図に示す如くインジケ
ータの針１０ａは目盛１０ｃの「冷」端10bから
立上がる。エンジンが例えば88℃の正常運転温度
に達すると針１０ａは「正常」のマーク１０ｄを
指す。第１図に示した検知器の特性Ｃの平坦部Ｐ
により針は前述の公差及び温度変化にかかわりな
く「正常」マークを指しつづける。冷却水の欠乏
又は過負荷によりエンジンが過熱し温度が95℃以
上になると針は高温ゾーン１０ｅ方向へ動き115
℃で赤色セクタに入る。あるいはエンジンのサー
モスタツトが故障しエンジンが正常動作温度範囲
（80℃〜95℃）に達しない場合、針は目盛の「正
常」マーク１０ｄに達さず（勿論過熱故障状態よ
り深刻でないにしろ）故障状態であることを示
す。

あるいは温度計又は温度表示１０は単に例えば
摂氏による温度目盛でも特定の温度、この場合は
88℃に対し本発明を利用しうる。

第１図の検知器の特定の形式の構成は、第２Ａ
図に示す如くサーミスタがはんだで熱的電気的に
結合されたデイスク形サーミスタであるサーミス
タ構成素子からなる。NTCサーミスタ３とPTC
サーミスタ２とはリードデイスク７（第２Ｂ図及
び第９図に図示）により露出面２ｂ及び３ｂを通
じて電気的に接続されている。第２Ｂ図は自動車
用の温度センダの一例を示す。構成素子は接続タ
グ２１により螺刻プラグ２０内に取付けられる。
プラグは第５図に示す如くエンジン１２のシリン
ダヘツド内の適当な孔へ螺嵌される。より詳細に
はサーミスタ構成素子は、リード接続デイスク７
とプラグ２０の底部に着座したリードデイスク２
３との間でばね２２により弾力的に押圧されてい
る。タグ２１を担持する絶縁部材２４は、プラグ
の孔２５の開放端に固定されてこれを封止する。
プラグの本体はリードデイスク２３を介してサー
ミスタ構成素子に接続されておりアース接続とし
て働く。

第２Ｃ図は第２Ａ図に示した構成とは別の構成
を示す。第２Ｃ図を参照するに構成素子はNTC
デイスク形サーミスタ４１と、接触上面及び接触
下面を有するPTC「ワツシヤ」形サーミスタ４２
と、サーミスタ４２の孔中に同心的に置かれた第
２のNTCデイスク形サーミスタ４３とからなる。
このユニツトはリードデイスクをこのサーミスタ
構成素子の上下両方に置くことで完成する。この
形式ではユニツトは第２Ａ図の如くはんだ付され
ることはなく（但し機械的接触が不充分な場合に
は行なわれる）、サーミスタ構成中での加圧電気
的熱的接触はばね２２にまかされている。孔中に
小さいPTCデイスクを置かれたNTCワツシヤと
いう別の類似した構成が実際的な解決法となる場
合もある。ほかの点では構成の動作は第１図を参
照して説明したものと同一である。

第２Ｄ図に構成の第３の形式を示す。第２Ｄ図
では第２Ａ図の２つの半円形板２及び３は、第２
Ａ図又は第２Ｃ図のサーミスタ１又は４１に対応
する大きい方のNTCデイスク形サーミスタ５１
にはんだ付された小さい方のNTC及びPTCデイ
スク５２及び５３により置き換えられている。こ
うすると全ての部材の形は組立前の自動検査が容
易なものになるが、所要の低い抵抗を得るのに必
要な利用可能な表面面積が充分有効に利用できな
い。これはより高抵抗の応用に有用な実施例であ
る。

第２Ｅ図にはさらに別の構成を示す。上述の実
施例のサーミスタ１，４１及び５１に対応する
NTCサーミスタ６１は、はんだ又はばね２２の
機械的圧力により上面に結合されたＵ字形金属ク
リツプ６４を有する。「Ｕ」字の腕部の間には、
上述の実施例のサーミスタ２及び３，４２及び４
３，５２及び５３に対応するNTC及びPTCサー
ミスタ６２及び６３がある。腕部はサーミスタの
側面により弾性押圧されており、はんだは必要な
ことも必要でないこともある。十字形をした第２
の金属クリツプ６５の弾性押圧された脚部は、は
んだを伴つて又は伴わずにサーミスタの内側表面
に挟持される。

第２Ａ，２Ｃ，２Ｄ及び２Ｅ図で説明した構成
は全て、基本的には第２図に示しあるいは第９図
に後述する変形例の如き温度センダで使用され
る。

第６図及び第７図には本発明の別の実施例が示
してある。第６図及び第７図を参照するにサーミ
スタ検知器は、３つのNTCサーミスタ３１，３
３及び３４と２つのPTCサーミスタ３２及び３
５の５つのデイスク形サーミスタからなる。これ
らのサーミスタは第７図に示す如く一体構成をな
すよう結合されている。銅の円板３６が、一方の
サーミスタ３２及び３３と他方のサーミスタ３４
及び３５の境界部に結合されている。あるいは非
結合型のリードデイスク３６を使用してもよい。

同様の円板が外部接続のためにサーミスタ３４
及び３５の露出面に結合又は非結合のまま設けら
れる。このサーミスタ構成素子の特性は第６図に
示してあるが、２つの異なる温度を中心にした平
坦部Ｐ１及びＰ２を有する。例えば平坦部Ｐ１は
系の「冷却」状態に対応し平坦部Ｐ２は高温状態
に対応し、それぞれの場合に平坦部は温度計によ
り誤つた又は誤解を与える状態が示されないよう
前述の補償効果をなす。

上記の実施例又は容易に導ける他の実施例又は
応用において、NTCサーミスタの特定の傾斜及
び抵抗値を選択することで平坦部の幅は広くも狭
くもでき、またPTCサーミスタの異なるスイツ
チ点及び抵抗を選択することで平坦部の位置を変
更できる。低い傾斜のPTCサーミスタ及び種々
の他の非線型抵抗が曲線の形状を修正するように
組入れられうる。

上記の熱的電気的両方の結合のための機械的構
成は自動車に関しては最良のものと思われるが、
当業者には他の種々の方法も可能である。

第８Ａ図には別の電気的な構成を示す。この構
成は上記の実施例と同様な抵抗−温度特性を示
す。NTC及びPTCサーミスタ７１及び７２（第
１図のサーミスタ１及び２に対応する）は直列接
続され、NTCサーミスタである第３のサーミス
タ７３（第１図のサーミスタ３に対応する）は直
列接続に並列に接続される。この構成では７１と
７２の直列対は第８Ｂ図に示す如く接続され、こ
れはサーミスタ７３と並列接続されて第８Ｃ図に
示す曲線７４を提供する。この最後の曲線は平坦
部の中心が作動正常エンジン温度88℃にあり第４
図の曲線Ｃに非常によく似ている。異なつている
のはこの結合では抵抗が第１図のNTCサーミス
タ３より常に、高温部では特に低いことである。
ここは自動車エンジン温度検知への応用には抵抗
温度曲線の重要な部分であるからこれは有利であ
る。

機械的な構成は第８Ｄ，８Ｅ及び８Ｆ図に示し
てある。第８Ｄ図は、はんだ付した半円板７１及
び７２と、これに縁部どうしが沿つた半円板サー
ミスタ７３とからなる。

第８Ｅ図は（７３に類似の）ワツシヤ型サーミ
スタ８３内に収容された（７１及び７２に対応す
る）デイスク形サーミスタ８１及び８２からな
る。

第８Ｆ図は（８３に等しい）単一のデイスク形
NTCサーミスタ９３を収容する２つの（８１及
び８２に等しい）「ワツシヤ」形サーミスタ９１
及び９２からなる。

これら３つの構成は全て、第２図を参照して説
明した７及び２３の如き一対のリードデイスク間
に挟持される。

第２Ａ，２Ｃ，２Ｅ図及び第８Ｄ，８Ｅ，８Ｆ
図で説明した各実施例はサーミスタ素子をはんだ
付によらないで組立てることができる。第２Ａ〜
２Ｅ図及び第８Ｄ〜８Ｅ図で説明した装置の全て
の接触面は銀を付設され、又はPTCサーミスタ
の場合はアルミニウム表面を設けられるが、他の
場合は第９図を参照にして後述する１０２の如き
管状の絶縁支持体内においてはんだ付を用いず第
２Ｂ図に示したプローブ本体プラグ２０内で所要
の接触をなして維持するよう第２Ｂ図のばね２２
の如きばねの圧力によつて純粋に機械的な組立が
可能である。

第９図に温度センダの変形例を示す。螺刻プラ
グ１０１は、プラスチツクスの管１０２と、管の
孔１０４内に摩擦により保持されているリードワ
ツシヤ７及び２３により保持されているサーミス
タ構成素子１０３と、サーミスタ構成素子を管の
下端部内に丁度位置させる段差１０５とを含む。
構成素子１０３は管１０２内に入れられたのみの
半組立体として販売及び輸送され他の場所で最終
的に本体１０１内に組付けられてもよい。この場
合ねじ２２が取付けられると構成素子１０３は摺
動して下がり、ばねの圧力は孔１０４とリードワ
ツシヤ７及び２３との間の摩擦に打勝つて構成素
子は参照番号１０３Ａの破線で示した位置に到
る。次いで本体１０１の頂部は第２Ｂ図に示す如
くばね２２からの導線２１を備えた蓋２４で閉鎖
される。

測定回路に印加される電圧は、使用される正確
な回路に応じて０に近い値からバツテリの全電圧
の12ボルトまで変わりうる。印加された電圧が高
いとサーミスタプローブ本体内の温度がエンジン
温度より高いようなサーミスタの自己加熱が起こ
る。従つて第１０図の破線で示した曲線Ｃは高い
印加電圧つまり自己加熱が起つた場合の完成プロ
ーブの応答を表わしており、第１０図の一点鎖線
で示した曲線Ｃ１は同じサーミスタに０に近い低
電圧を印加した場合の出力を表わしている。回路
の状態を示す異なる温度のもとでのサーミスタ出
力の相違は、正しいエンジン温度表示を与えるた
めにはNTC/PTCサーミスタ結合の設計におい
ておりこまれていなければならない。異なる自動
車の測定回路では使用される表示メータの型及び
印加される測定電圧により相当に変化する。これ
らの変動を異なるエンジンの「正常」動作速度に
合わせるため構成の抵抗は、平坦部の抵抗及び温
度範囲が例えば平坦部の10オームと平坦部の500
オームとの間の如く広く変動する。本明細書では
用語「平坦部」は特性曲線の「こぶ」の意味も含
めてある。つまり、平坦部は必ずしも全く平坦で
なくてもよい。

異なるエンジンに対し要求される構成の抵抗及
び温度範囲の変動の２つの例は次のとおりであ
る。

例 １ ガソリンエンジン６気筒 抵抗（オーム） 温度（プローブ）（℃） 112 120 170 104 170 96 240 80 630 60 例 ２ デイーゼルエンジン 30 110 60 90 60 75 85 60 説明した全てのサーミスタ構成でサーミスタ
は、互いに直接接触する面から面へ直接的に、又
は第２Ｅ図の場合金属クリツプ部の介在により間
接的に互いに良好に熱を伝える関係にある。しか
しケーシング及び／又は油の充填によつてのみ熱
が良好に伝伝えられる構成でもよい。両方の
NTCサーミスタは一体的なサーミスタ素子から
PTCサーミスタ素子の付加により、２つのNTC
及び１つのPTCの３つのサーミスタの効果が組
合わせからやはり得られるような形状で形成しう
ることは当業者には容易である。

このような例は第１１Ａ図乃至第１１Ｃ図に示
してある。第１１Ａ図でサーミスタ６６及び７７
（第１図のサーミスタ１及び３に対応する）は一
体的構成として製造され、第１図のサーミスタ２
に対応するPTCサーミスタ６８が第２Ａ図と同
一の方法で使用されるような形状（側面から
「Ｌ」字形に見える）とされている。

第１１Ｂ図及び第１１Ｃ図は、それぞれワツシ
ヤ形PTC及び小型デイスク形PTCを有する構成
用の２つのNTCサーミスタの類似の一体構成を
示す。

通常自動車エンジンで検知される正常動作温度
はエンジンの型及び燃焼室への検知器の取付位置
に応じて60℃〜120℃の範囲のどこにでもありう
る。

以上説明した様に、特許請求の範囲第１項の発
明によれば、検知器抵抗が、正常温度範囲を越え
た温度及び正常温度範囲を下回る温度において例
えば温度の上昇に伴つて抵抗が低下する同じ傾向
で変化するため、検知器は、温度が正常度範囲外
であることのみならず、当該温度が正常温度より
高温であるか低温であるかの検知が可能である。

特許請求の範囲第１０項の発明によれば、ばね
力によりサーミスタ同士の接触圧を得ているた
め、サーミスタ同士電気的熱的接触についての信
頼性が向上する。

特許請求の範囲第１１項の発明によれば、温度
表示装置と組合わせることにより、表示装置は、
温度が異常温度であることのみならず、その温度
が正常温度範囲より高度である或いは低い温度で
あるかの表示が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による自動車エンジ
ンの温度検知用のサーミスタ構成及び温度特性を
概略的に表す図、第２Ａ図乃至第２Ｅ図は第１図
の構成の種々の物理的な配置を示す図、第３図は
第１図及び第２図の構成の一部の温度特性を示す
図、第４図は第１図及び第２図の構成の一部及び
全体の別の温度特性を示す図、第５図は第１図及
び第２図のサーミスタ構成を使用する自動車エン
ジンの温度検知系を概略的に示す図、第６図は本
発明の第２実施例によるサーミスタ構成及びその
熱特性を概略的に示す図、第７図は第６図の構成
の全体の物理的配置を示す図、第８Ａ図は本発明
の別の実施例のサーミスタ構成を示す図、第８Ｂ
図及び第８Ｃ図は第８Ａ図の構成の一部及び全体
の温度特性をそれぞれ示す図、第８Ｄ図、第８Ｅ
図及び第８Ｆ図は第８Ａ図に示した構成の３つの
異なる物理的配置を示す図、第９図は本発明の一
実施例によるサーミスタ構成を組込んだエンジン
温度センダを示す図、第１０図は本発明の一実施
例によるサーミスタ構成の温度特性を示し自己加
熱効果を説明する図、第１１Ａ図乃至第１１Ｃ図
は第８Ａ図の構成の別の物理的配置を示す図であ
る。 １，３…NTCサーミスタ、２…PTCサーミス
タ、１ａ，２ａ，３ａ…特性、２ｂ，３ｂ…露出
面、４…全体の特性、７…リードデイスク、１０
…温度計、１０ａ…針、１０ｂ…冷端、１０ｃ…
目盛、１０ｄ…正常マーク、１０ｅ…高温ゾー
ン、１１…検知器、１２…シリンダブロツク、１
３…バツテリ、１４…イグニツシヨンスイツチ、
２０…螺刻プラグ、２１…接続タグ、２２…ば
ね、２３…リードデイスク、２４…絶縁部材、２
５…プラグの孔、３１，３３，３４…NTCサー
ミスタ、３２，３５…PTCサーミスタ、３６…
銅の円板、リードデイスク、４１，４３…NTC
デイスク形サーミスタ、４２…PTCワツシヤ形
サーミスタ、５１…NTCデイスク形サーミスタ、
５２，５３…小型デイスク形サーミスタ、６１…
NTCサーミスタ、６２，６３…サーミスタ、６
４…Ｕ字形金属クリツプ、６５…十字形金属クリ
ツプ、６６，６７…サーミスタ、６８…PTCサ
ーミスタ、７１，７３…NTCサーミスタ、７２
…PTCサーミスタ、７４…曲線、８１，８２…
デイスク形サーミスタ、８３…ワツシヤ形サーミ
スタ、９１，９２…ワツシヤ形サーミスタ、９３
…デイスク形NTCサーミスタ、１０１…螺刻プ
ラグ、１０２…管状絶縁支持体、１０３…サーミ
スタ構成素子、１０３Ａ…位置、１０４…管の
孔、１０５…段差、Ｃ，Ｃ１…特性、Ｐ，Ｐ１，
Ｐ２…平坦部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 正常又は予想される動作温度範囲を超え又は
   下回る温度では検知器抵抗の変化が大きく、正常
   又は予想される動作温度に対応する温度範囲では
   検知器抵抗の変化が少なくて抵抗／温度特性に平
   坦部を有し、互いに直接間接に熱を良好に伝え合
   う関係にあるNTCサーミスタとPTCサーミスタ
   とからなるサーミスタ温度検知器であつて、 上記正常又は予想される温度範囲を超え又は下
   回る温度における温度変化に伴つて検知器抵抗が
   同じ傾向で変化するように、二つの端子を有する
   検知器として一体的に結合した三つのサーミスタ
   よりなることを特徴とするサーミスタ温度検知
   器。 ２ 上記三つのサーミスタは、一のPTCサーミ
   スタと、二つのNTCサーミスタとよりなり、 第２のNTCサーミスタとPTCサーミスタとの
   並列接続に第１のNTCサーミスタが電気的に直
   列に接続された構成であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の温度検知器。 ３ 第１のサーミスタの一つの面上に他の２つの
   サーミスタが置かれていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の温度検知器。 ４ 他のサーミスタはそれぞれ円板の一部の形状
   であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
   載の温度検知器。 ５ 他のサーミスタは一方が他方の内側にあるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の温度
   検知器。 ６ 上記三つのサーミスタは、一のPTCサーミ
   スタと、二つのNTCサーミスタとよりなり、 第２のNTCサーミスタとPTCサーミスタの直
   列接続に第１のNTCサーミスタが電気的に並列
   に接続された構成であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の温度検知器。 ７ 該範囲は、検知器に印加される電力が０であ
   るという条件のもとでは温度スペクトラムの60℃
   乃至120℃内にあることを特徴する特許請求の範
   囲第１項乃至第６項のいずれか一項記載の温度検
   知器。 ８ 動作温度は88℃であることを特徴とする特許
   請求の範囲第７項記載の温度検知器。 ９ 検知器がばね力により少なくとも部分的に取
   除かれる保持管の孔中に設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８項のいず
   れか一項記載の温度検知器。 １０ 温度を検知される装置に固定される容器を
   有し、該容器中に、正常又は予想される動作温度
   範囲を超え又は下回る温度では検知器抵抗の変化
   が大きく、正常又は予想される動作温度に対応す
   る温度範囲では検知器抵抗の変化が少なくて抵
   抗／温度特性に平坦部を有し、互いに直接間接に
   熱を良好に伝え合う関係にあるNTCサーミスタ
   とPTCサーミスタとからなり、上記正常又は予
   想される温度範囲を超え又は下回る温度における
   温度変化に伴つて検知器抵抗が同じ傾向で変化す
   るように、二つの端子を有する検知器としてばね
   力により加圧されて一体的に結合した三つのサー
   ミスタよりなるサーミスタ温度検知器を設けてな
   ることを特徴とする温度センサ。 １１ 自動車エンジン温度を検知するサーミスタ
   温度検知器と、温度表示を行なう表示装置とから
   なり、検知器が、正常又は予想される動作温度範
   囲を超え又は下回る温度では検知器抵抗の変化が
   大きく、正常又は予想される動作温度に対応する
   温度範囲では検知器抵抗の変化が少なくて抵抗／
   温度特性に平坦部を有し、互いに直接間接に熱を
   良好に伝え合う関係にあるNTCサーミスタと
   PTCサーミスタとからなり、上記正常又は予想
   される温度範囲を超え又は下回る温度における温
   度変化に伴つて検知器抵抗が同じ傾向で変化する
   ように、二つの端子を有する検知器として一体的
   に結合した三つのサーミスタよりなることを特徴
   とする自動車用温度検知表示系。