JPH0323538Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、たとえば液面計、流量計または温度
計等のセンサとして好適な正特性サーミスタ装置
に関する。

正特性サーミスタは、第１図に示すように、温
度がキユリー温度TC₁を超えると電気抵抗値が急
激に増大する特異な正の抵抗温度特性を示す。第
２図はこの正特性サーミスタの基本的な構造を示
す図で、正特性サーミスタ素体１の両面上に電極
２，３を被着形成した構造となつている。いま電
極２，３に交流または直流電圧を印加すると、電
圧印加の初期は、第１図に示すように、抵抗値が
低いため、比較的大きな突入電流が流れ、正特性
サーミスタが自己発熱する。発熱温度がキユリー
温度TC₁に近づくと、抵抗値が急激に増加して電
流が絞られ、入力エネルギーと熱放散量とが平衡
する点で、正特性サーミスタの発熱温度および電
流が安定する。

電極２−３間に加えられる印加電圧V₁，（Ｖ）、
電流をI₁（Ａ）、発熱温度をＴ（℃）とし、正特性
サーミスタのおかれてる周囲媒質の温度をTa
（℃）とすると、熱平衡時には近似的に次の方程
式が成立する。

V₁・I₁＝Ｄ（Ｔ−Ta） ……(1) 但しＤは熱放散係数 上記(1)式の左辺は正特性サーミスタの入力エネ
ルギーを示し、右辺はその熱放散量を示してい
る。すなわち、正特性サーミスタは、熱放散量Ｄ
（Ｔ−Ta）が増減すると、それにつれて入力エネ
ルギーV₁・I₁も増減し、両者が等しくなる点で熱
平衡する。したがつて、印加電圧V₁を一定とし
た場合、熱放散量Ｄ（Ｔ−Ta）が増減すると、そ
れにつれて電流I₁が増減することとなるから、電
流I₁の変化を検出することにより、熱放散量Ｄ
（Ｔ−Ta）の大小、即ち周囲媒質が正特性サーミ
スタに対して及ぼす冷却効果の大小を検出するこ
とができる。周囲媒質が正特性サーミスタに対し
て及ぼす冷却効果は、周縁媒質の熱伝導性等の物
性的特性、温度、流速などに依存するから、電流
I₁を検出することにより、周縁媒質の種類、温
度、流速の変化等を検出することができる。この
ような特性に着目し、液面計、流量形または温度
計等のセンサ部分として利用する正特性サーミス
タ装置が提案されている。

第３図は液面計の液面センサ用として実現され
た従来の正特性サーミスタ装置の正面断面図を示
し、ガラス質４の一端部寄りの内部に平板状の正
特性サーミスタ５を内蔵し、該正特性サーミスタ
５の両面に設けた電極に弾性電極端子６および電
極端子７を対接させると共に、電極端子６，７に
対してリード線８，９を軸方向から導通接続し、
該リード線８，９をガラス管４の軸方向の両端側
に導出した構造となつている。

しかしこの従来の正特性サーミスタ装置は、リ
ード線８，９をガラス管４の軸方向の両端側に導
出した構造であるため、一方のリード線９が必ず
液中を通ることとなり、液に対する絶縁性を損い
易いという欠点があつた。また、リード線９がガ
ラス管４の端面を貫通しているため、両者９−４
間の界面に隙間が生じた場合は、その隙間を通つ
て液がガラス管４の内部に侵入し、動作不良を生
じ、最悪の場合には電極間短絡を招いて動作不能
もしくは破壊などに至る場合もあつた。

更に、リード線８の先端面で弾性電極端子６を
押圧する構造であるため、組立が容易でなく、し
かも組立後の安定性が悪く、弾性電極端子６がリ
ード線８の先端面から外れてしまう等の問題点も
あつた。

本考案は上述する従来の欠点を除去し、周囲触
媒に対する電気的絶縁性および封止性が非常に高
く、しかも組立が容易で、組立後の安定性の良好
な高信頼性の正特性サーミスタ装置を提供するこ
とを目的とする。

上記目的を達成するため、本考案は、ガラス質
管体の一端部寄りに正特性サーミスタを封入し、
前記正特性サーミスタの電極に導通する一対のリ
ード線を、前記ガラス質管体の他端部より導出し
た正特性サーミスタ装置において、前記ガラス質
管体は前記一端部及び一端部から前記他端部に至
る側壁がガラス質連続壁によつて袋状に閉じられ
た中空直管状のガラス質管体でなり、前記一対の
リード線は前記中空部内において前記一端部から
前記他端部に向かつて略平行に導くと共に、その
経路の途中を間隔をおいてガラスビーズで固定
し、この一対のリード線の一方の先端には、前記
中空部内において、平板状の一面側を凹陥させて
形成された凹陥部を有する電極端子を接続固定
し、リード線の他方の先端には、前記中空部内に
おいて、平板状の先端部を鉤形に湾曲させて形成
した湾曲部を有する別の電極端子を接続固定し、
前記正特性サーミスタは前記電極端子に形成され
た前記凹陥部内に入れて位置決め固定するととも
に、この正特性サーミスタの上面側の電極に前記
別の電極端子の前記湾曲部を圧接させ、前記正特
性サーミスタを前記電極端子間で弾性的に挟持し
たことを特徴とする。

以下実施例たる添付図面を参照し、本考案の内
容を具体的に説明する。第４図は本考案に係る正
特性サーミスタ装置の正面断面図であり、軸方向
の長さを一部省略して示してある。図において、
第３図と同一の参照符号は機能的に同一性ある構
成部分を示している。この実施例では、ガラスま
たはガラスセラミツク等のガラス質材料により、
一端部４ａ及び一端部４ａから他端部４ｂに至る
側壁がガラス質連続壁によつて袋状に閉じられた
中空直管状のガラス質管体４とし、中空部の一端
部４ａ側の内部に、板状の電極端子６，７によつ
て弾性的に支持された正特性サーミスタ５を配置
すると共に、前記電極端子６，７にスポツト溶着
等の手段によつて一対のリード線８，９を固着
し、該リード線８，９をガラス質管体４中空部内
におて正特性サーミスタ５のある一端部４ａとは
反対側の他端部側に導き、他端部側の導出部４ｂ
を貫通して同一方向に導出してある。

このように、本考案においては、一対のリード
線８，９を正特性サーミスタ５のある一端部４ａ
とは反対側の導出部４ｂから同一方向に導出する
構造としてあるから、リード線８，９が液中等を
通ることがなく、したがつて絶縁性が非常に高く
なる。しかも、液中において検出端となる一端部
４ａ及び側壁が連続壁による完全な封止構造とな
るから、ガラス質管体４内に液等が侵入する余地
がなく、液の侵入による動作不良、電極短絡等を
完全に防止することができる。

更に、一対のリード線８，９を、ガラス質管体
４の中空部内において、その一端部４ａから他端
部４ｂに向かつて導いてあるから、中空部がリー
ド線８，９に対する断熱層として働き、リード線
８，９による放熱が小さくなり、検出感度が高く
なる。

しかも、一対のリード線８，９の他端側だけ
を、ガラス質管体４で支持し、一端部４ａは開放
する構造であるから、ガラス質管体４とリード線
８，９との間の熱膨張係数の起因する熱的ストレ
スの発生箇所が、リード線の導出部４ｂだけに限
られ、リード線８，９の長さ方向の両端側から引
張るような熱的ストレスが発生することがない。
このため、一対のリード線８，９に加わる熱的ス
トレスが小さくなり、特に導出部４ｂでの気密性
が長期に亘つて安定に保持される。

また、正特性サーミスタ５もガラス質管体４の
中空部内にあつて、ガラス質管体４の熱膨張、熱
容量等の影響を受けることがない。このため、正
特性サーミスタ５に対する熱的ストレスが減少
し、正特性サーミスタ５の熱的劣化が防止される
と共に、微小な温度変化を確実に感知できるよう
になる。

前記導出部４ｂは、ガラス質管体４を加熱して
ガラス封着した構造となつており、これよりリー
ド線８，９をガラス質管体４に固着すると共に、
ガラス質管体４の内部の気密性を確保してある。
リード線８，９は、ガラス質管体４の線膨張係数
とできるだけ近い線膨張係数を有する導線、たと
えばジユメツト線によつて構成し、前記導出部４
ｂにおいてリード線８，９に加わる熱的ストレス
を小さくすることが望ましい。またリード線８，
９は一端部４ａから導出部４ｂに向かつて略平行
に導き、相互の接触短絡を防止すると共に一体的
に結合して組立の容易化を図るため、一端部４ａ
から導出部４ｂに至る途中を一個またはそれ以上
のガラスビーズ１０によつて固着してある。

また、前記正特性サーミスタ５と電極端子６，
７との支持構造は、第５図に拡大して示すよう
に、平板状に形成された電極端子７の一面側に、
プレス加工等の手段によつて凹陥部７ａを形成
し、該凹陥部７ａ内に正特性サーミスタ５を入れ
て位置決め固定すると共に、この正特性サーミス
タ５の上面側の電極に、鉤形に湾曲させた電極端
子６の湾曲部６ａを圧接させた構造となつてい
る。この場合、リード線８，９をガラスビーズ１
０で一体化してあるので、ガラス質管体４内に封
入する以前の組立状態でも、電極端子６，７がリ
ード線８，９によつて支えられ、正特性サーミス
タ５が電極端子６−７間に圧支される。したがつ
て、電極端子６−７間に正特性サーミスタ５を圧
支した状態でガラス質管体４内に入れて組立てる
ことができるから、組立が非常に容易になる。

また、正特性サーミスタ５が電極端子６のバネ
圧を受けて電極端子７の凹陥部７ａ内に位置決め
されるので、機械的衝撃や振動が加わつても、正
特性サーミスタ５が面ズレを起すことがない。こ
のため正特性サーミスタ５の支持安定性が非常に
高くなる。

更に、液面計、液量計または温度センサとして
使用する場合、正特性サーミスタ５は１mm角程度
の微小部品となるのが普通であるため、高度の支
持安定性を確保しつつ、支持構造の熱容量を小さ
くし、検出感度を高める構造をとることが必要で
ある。本考案においては、正特性サーミスタ５を
挟持する電極端子が、平板状の一面側を凹陥させ
て形成された凹陥部７ａを有する電極端子７と、
平板状の先端部を鉤形に湾曲させて形成した湾曲
部６ａを有する電極端子６との組合せとなつてい
て、正特性サーミスタ５を、電極端子７に形成さ
れた前記凹陥部７ａ内に入れて位置決め固定する
とともに、この正特性サーミスタ５の上面側の電
極に電極端子６の湾曲部６ａを圧接させて、正特
性サーミスタ５を弾性的に挟持する構造であるか
ら、正特性サーミスタ５が微小であつても、確実
に安定に支持できる。しかも、電極端子６，７
は、平板部材で成り、凹陥部７ａや湾曲部６ａを
有するだけの小型かつ薄型の形状となるので、熱
容量を小さくし、検出感度を高めることができ
る。

第６図は本考案に係る正特性サーミスタを液面
計用の液面センサとして使用した場合の電圧電流
特性図を示し、横軸に印加電圧（DCV）をとり、
縦軸に電流（mA）をとつてある。曲線A₁は正特
性サーミスタ５のある一端部４ａを水中に入れた
場合の特性、曲線A₂は前記一端部４ａを水中か
ら引き上げて空気中においた場合の特性を示す。
正特性サーミスタ５としては、キユリー温度TC₁
＝90℃、常温（20℃）抵抗R₂₀＝1700Ωで、１×
１×0.5^tmmの形状のものを使用し、これを外径
3.3φmmのガラス質管体４内に封入した。

図に示すように、検出端たる一端部４ａを水中
に入れた場合と、空気中においた場合とでは、２
〜４ｍＡ程度の電流変化が得られるから、液面セ
ンサとして十分である。しかも、印加電圧が変動
しても、２〜４ｍＡ程度の電流変化が得られるか
ら、電圧変動に対して安定に動作するセンサを実
現することができる。

以上述べたように、本考案に係る正特性サーミ
スタ装置によれば次のような効果が得られる。

(a) まず、ガラス質管体の一端部寄りに正特性サ
ーミスタを封入し、前記正特性サーミスタの電
極に導通する一対のリード線を、前記ガラス質
管体の他端部より導出した正特性サーミスタ装
置において、前記ガラス質管体は前記一端部及
び一端部から前記他端部に至る側壁がガラス質
連続壁によつて袋状に閉じられた中空直管状の
ガラス質管体でなり、前記一対のリード線は中
空部内において、その一端部から他端部に向か
つて略平行に導くと共に、その経路の途中を間
隔をおいてガラスビーズで固定したから、次の
ような作用効果が得られる。

（a1） リード線が液中等を通ることがなく、
しかも、液中において検出端となる一端部及び
側壁が連続壁による完全な封止構造となり、ガ
ラス質管体内に液等が侵入する余地がなく、液
の侵入による動作不良、電極間短絡等を完全に
防止することができる。

（a2） 一対のリード線を、ガラス質管体の中
空部内において、その一端部から他端部に向か
つて導いてあるから、中空部がリード線に対す
る断熱層として働き、リード線による放熱が小
さくなり、検出感度が上がる。

（a3） 一対のリード線の他端側だけを、ガラ
ス質管体で支持し、一端は開放する構造である
から、ガラス質管体とリード線との間の熱膨張
係数の差に起因する熱的ストレスの発生箇所
が、リード線の導出部だけに限られ、リード線
の長さ方向の両端側から引張るような熱的スト
レスが発生することがない。このため、一対の
リード線に加わる熱的ストレスが小さくなり、
特に導出部での気密性が長期に亘つて安定に保
持される。

(b) 上記の構成要件に加えて、一対のリード線の
一方の先端には、前記中空部内において、平板
状の一面側を凹陥させて形成された凹陥部を有
する電極端子を接続固定し、リード線の他方の
先端には、前記中空部内において、平板状の先
端部を鉤形湾曲させて形成した湾曲部を有する
別の電極端子を接続固定し、正特性サーミスタ
は電極端子に形成された前記凹陥部内に入れて
位置決め固定するとともに、この正特性サーミ
スタの上面側の電極に前記別の電極端子の前記
湾曲部を圧接させ、前記正特性サーミスタを前
記電極端子間で弾性的に挟持したから、次のよ
うな効果が得られる。

（b1） 一対のリード線をガラスビーズで一体
化し、その先端部に電極端子、正特性サーミス
タを取付ける構造となり、ガラス質管体内に封
入する以前の組立状態でも、電極端子がリード
線によつて支えられ、正特性サーミスタが電極
端子間に圧支される。したがつて、電極端子間
に正特性サーミスタを圧支した状態でガラス質
管体内に入れて組立てることができるから、組
立が非常に容易になる。

（b2） 正特性サーミスタが電極端子のバネ圧
を受けて電極端子の凹陥部内に位置決めされる
ので、機械的衝撃や振動が加わつても、正特性
サーミスタが面ズレを起すことがない。このた
め正特性サーミスタの支持安定性が非常に高く
なる。

（b3） 正特性サーミスタを、電極端子に形成
された凹陥部内に入れて位置決め固定するとと
もに、この正特性サーミスタの上面側の電極に
電極端子の湾曲部を圧接させて、正特性サーミ
スタを弾性的に挟持する構造であるから、液面
計、流量計または温度センサとして使用する場
合のように、１mm角程度の微小部品の正特性サ
ーミスタであつても、高度の支持安定性を確保
しつつ、支持構造の熱容量を小さくし、検出感
度を高めることができる。

（b4） 電極端子は平板部材で成り、凹陥部や
湾曲部を有するだけの小型かつ薄型の形状とな
るので、熱容量を小さくし、検出感度を高める
ことができる。

（b5） 正特性サーミスタがガラス質管体の中
空部内にあつて、ガラス質管体の熱膨張、熱容
量等の影響を受けることがない。このため、正
特性サーミスタに対する熱的ストレスが減少
し、正特性サーミスタの熱的劣化が防止される
と共に、微小な温度変化を確実に感知できるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は正特性サーミスタの抵抗温度特性図、
第２図は同じくその基本的な構造を示す断面図、
第３図は従来の液面計用の正特性サーミスタ装置
の正面断面図、第４図は本考案に係る正特性サー
ミスタ装置の正面断面図、第５図は同じく要部の
拡大分解斜視図、第６図は液面センサとして用い
た場合の電圧電流特性図である。 ４……ガラス質管体、５……正特性サーミス
タ、６，７……電極端子、８，９……リード線、
１０……ガラスビーズ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) ガラス質管体の一端部寄りに正特性サーミス
   タを封入し、前記正特性サーミスタの電極に導
   通する一対のリード線を、前記ガラス質管体の
   他端部より導出した正特性サーミスタ装置にお
   いて、前記ガラス質管体は前記一端部及び前記
   一端部から前記他端部に至る側壁がガラス質連
   続壁によつて袋状に閉じられた中空直管状のガ
   ラス質管体でなり、前記一対のリード線は前記
   中空部内においてその前記一端部から前記他端
   部に向かつて略平行に導くと共に、その経路の
   途中を間隔をおいてガラスビーズで固定し、こ
   の一対のリード線の一方の先端には、前記中空
   部内において、平板状の一面側を凹陥させて形
   成されて凹陥部を有する電極端子を接続固定
   し、リード線の他方の先端には、前記中空部内
   において、平板状の先端部を鉤形に湾曲させて
   形成した湾曲部を有する別の電極端子を接続固
   定し、前記正特性サーミスタは前記電極端子に
   形成された前記凹陥部内に入れて位置決め固定
   するとともに、この正特性サーミスタの上面側
   の電極に前記別の電極端子に前記湾曲部を圧接
   させて、前記正特性サーミスタを前記電極端子
   間で弾性的に挟持したことを特徴とする正特性
   サーミスタ装置。 (2) 前記リード線は、ジユメツト線で成ることを
   特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項に記
   載の正特性サーミスタ装置。 (3) 前記リード線は、導出部分をガラス封着した
   ことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１
   項または第２項に記載の正特性サーミタ装置。