JPH0534205A

JPH0534205A - 温度センサ

Info

Publication number: JPH0534205A
Application number: JP3188549A
Authority: JP
Inventors: Masaki Ikeda; 正樹池田; Masahiro Hiraga; 将浩平賀; Haruhiko Handa; 晴彦半田; Akihiko Yoshida; 昭彦吉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-07-29
Filing date: 1991-07-29
Publication date: 1993-02-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】気体または液体の燃料を使用する燃焼機器に
用いる、耐食性、耐熱性などの信頼性に優れた温度セン
サを提供する。【構成】金属基板１の一方の面に一層以上のガラス質
電気絶縁層７を介して、一対の電極３を設け、その一対
の電極３間にまたがって、電気絶縁層７の表面に感温抵
抗体８を設け、さらに感温抵抗体８の表面にオーバーコ
ート層４を設けた温度センサで、金属基板１がクロム：
１０〜３０重量％、アルミニューム：０．０５〜７重量
％を含む鉄合金である温度センサ。【効果】ガステーブルなどの空炊き防止センサとして
優れた耐熱性と耐食性を示し、空炊き防止センサーの信
頼性を向上させ、燃焼機器の安全性を高めることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体または液体の燃料
を使用するガステーブルなどの燃焼機器の温度検知に用
いる温度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃焼機器の安全性確保のために種
々の保安センサが装着されるようになった。その一例と
して、ガステーブルに使用されている空炊き防止センサ
について図面を参照しながら説明する。

【０００３】図３に従来の空炊き防止用センサの構成を
示す。図に示すように、有底円筒金属部材の内側底面部
にＳｉＣサーミスタまたは白金などの検知素子をガラス
で接着したものであり、この有底円筒金属部材の内側底
面部をコイルバネの付勢力で、鍋やフライパンなどの温
度検知物体に接触させて温度を検知する構成となってい
る。

【０００４】図において、金属基板１１は有底円筒金属
部材１２の底面部を構成し、アルミナ基板１３はその片
面にＳｉＣサーミスタまたは白金などよりなる感温抵抗
体１４が温度の検知素子として、一対の電極１５にまた
がって設けられており、アルミナ基板１３の他の面はガ
ラス接着層１６によって金属基板１１に接着されてい
る。なお、感温抵抗体１４の全面と一対の電極１５の一
部はオーバーコート層１７で被覆保護されている。コイ
ルばね１８は支持金属基台１９の上部にあって、有底円
筒金属部材１２の内側底面部すなわち金属基板１１に接
して温度検知物対に金属基板１１を当接させる役目を担
っている。

【０００５】つぎに、上記構成の温度センサの動作を説
明する。金属基板１１はコイルばね１８によって付勢さ
れ、鍋またはフライパンなどの温度検知物体に当接し
て、常にその温度を検出しており、鍋またはフライパン
内の水や内容物が連続加熱によって蒸発し、鍋またはフ
ライパンの温度が異常に上昇した場合、その温度は金属
基板１１より感温抵抗体１４に伝達され、その抵抗値が
変化し、その変化によって遮断回路が動作してガスや灯
油などの燃料の供給を遮断し、空炊きが防止される。

【０００６】

【発明が解決しょうとする課題】しかし、このような従
来の空炊き防止用の温度センサでは、感温抵抗体（検知
素子）１４としてＳｉＣサーミスタを用いた場合、温度
による抵抗値変化が直線的に変化しない。その結果、信
号を処理する回路が複雑になってしまう。また、検知素
子に白金を用いたものは、温度による抵抗値変化が直線
的であるため、信号を処理する回路が非常に簡単にな
る。しかし白金膜をアルミナ基板上に形成しているた
め、温度検知物体を検知素子に強く当接した場合、アル
ミナ基板自体の機械的強度が弱いためにアルミナ基板が
しばしば破壊するという課題があった。

【０００７】この改善策として図１に示すように、有底
円筒金属部材２の内側底面部にガラス質電気絶縁層７を
介して、一対の電極３を設け、その一対の電極３間にま
たがって、電気絶縁層７の表面に感温抵抗体８を設け、
さらに感温抵抗体８の表面にオーバーコート層４を設け
た空炊き防止用温度センサが提案されている。このセン
サは、有底円筒金属部材の内側底面部をコイルバネ５に
より付勢し、鍋やフライパンなどの温度検知物体の底に
当接させて温度を検知する構成となっている。この方式
は、金属基板１に直接、ガラス質７を焼き付ける方式で
あるため、上記のアルミナ基板上に形成した方式に比
べ、機械的強度、熱衝撃性に優れている。しかしなが
ら、この方式の欠点は、ガラス質を焼付けるときに、金
属表面が熱酸化を受けるため、酸化物除去工程が必要で
あった。また、鍋やフライパンなどの温度検知物体に接
触させて温度を検知する温度センサの金属面が露出して
いるため、ガステーブルなどの燃焼器に使用すると、加
熱酸化されたり、鍋からの煮こぼれによって著しく腐食
され、センサとしての信頼性に欠けるという課題があっ
た。

【０００８】本発明はこのような課題を解決するもの
で、熱衝撃性に優れ、かつ耐熱酸化性と耐食性に優れた
温度センサを提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、有底円筒状金属部材の内側底面部の金属基
板上に、一層または多層の電気絶縁層を介して設けた一
対の電極と、前記一対の電極間にまたがって前記電気絶
縁層の表面に設けた感温抵抗体と、前記感温抵抗体の表
面に設けたオーバーコート層と、前記有底円筒状金属部
材の内側底面部に接して設けたコイルバネとを備え、前
記有底円筒状金属部材の底面部をコイルバネの付勢力で
温度検知物体に当接させ、温度検地物体の温度を検出す
るようにしたものである。

【００１０】また、金属基板としてクロム１０〜３０重
量％、アルミニューム０．０５〜７重量％を含む鉄合金
を用いたものである。

【００１１】

【作用】この構成によれば、温度センサを少なくともク
ロム１０〜３０重量％、アルミニューム０．０５〜７重
量％を含む鉄合金である金属基板上にガラス質の電気絶
縁層と一対の電極と感温抵抗体およびオーバーコート層
から構成することにより、機械的強度が強くなる。その
ため強い衝撃力が加えられても温度センサが破壊される
ことはなくなるとともに、熱酸化性、耐食性が強くな
り、信頼性に優れたセンサを提供できることとなる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００１３】（１）金属基体本実施例の温度センサに使用される金属素材は、高温耐
食性、食塩耐食性を有することが必要である。したがっ
て、使用される金属基板はクロム１０〜３０重量％、ア
ルミニューム０．０５〜７重量％を含む鉄合金が用いら
れる。クロム成分を鉄素材に添加することにより、金属
基板表面に薄いクロム酸化被膜が形成され、熱酸化性に
優れる。しかし、クロム含有量が１０％以下ではこの効
果が小さく好ましくない。３０％以上では、材料の加工
性が悪くなり、好ましくない。また、アルミニューム成
分の添加は、塩水などによる耐水性の向上である。アル
ミニューム成分無添加の場合、金属表面に形成されたク
ロム酸化被膜は塩水に弱く、とくに高温での塩水試験に
たいし、表面のクロム酸化被膜が六価クロムにまで還元
され、防食効果が失われる。アルミニューム成分の添加
により、金属表面にアルミニュームの酸化被膜が形成さ
れ、耐食性にすぐれた素材となる。しかし、アルミニュ
ームの含有量が０．０５％以下ではこの効果が小さく好
ましくない。また、７％以上では、材料の加工性が悪く
なり、好ましくない。したがって、本実施例に使用され
る金属基板は少なくともクロム１０〜３０重量％、アル
ミニューム０．０５〜７重量％を含む鉄合金がよい。

【００１４】この基材を所望の形状への加工や穴あけ加
工などを、通常の機械加工法、エッチング加工法、レー
ザ加工法などにより行う。これら金属基体はガラス質層
との密着性を向上させるため、表面脱脂された後、ニッ
ケル、コバルトなどの各種メッキを施したり、熱酸化処
理によって酸化被膜層を形成したりする。（２）電気絶縁層電気絶縁層の電気絶縁性、耐熱性を保つため、本実施例
に用いられるガラス質層は無アルカリ結晶化ガラスで形
成される。そのガラス組成は、例えばＳｉＯ₂ ７〜３０重量％Ｂ₂Ｏ₃ ５〜３４重量％ＭｇＯ１６〜５０重量％ＣａＯ０〜２０重量％ＢａＯ０〜５０重量％ＺｒＯ₂ ０〜５重量％Ｐ₂Ｏ₅ ０〜５重量％Ｌａ₂Ｏ₃ ０〜４０重量％である。上記組成範囲のガラス質層が選択される理由
は、電極、感温抵抗体層などを印刷焼成する工程で耐熱
性が要求されるからである。

【００１５】上記のガラス質を金属基板上に被覆する方
法として、通常のスプレー法、粉末静電塗装法、印刷
法、電気泳動電着法などがある。しかし、被膜の緻密
性、電気絶縁性などから、電気泳動電着法が最も望まし
いが、量産性、コスト性の観点からは印刷法が望まし
い。。

【００１６】電気泳動電着法は、ガラスとアルコールお
よび少量の水を混合してボールミル中で約２０時間粉
砕、混合し、ガラスの平均粒径を１〜５μｍ程度にす
る。得られたスラリーを電解槽に入れて、液を循環す
る。（１）で準備された金属基板を、このスラリー中に
浸漬し、１００〜４００Ｖで陰分極させることにより、
金属基板表面にガラス粒子を電着させる。これを乾燥
後、８５０〜９００℃で１０分〜１時間焼成し、電気絶
縁層を得る。

【００１７】印刷法は、ガラスにターピネオールなどの
オイルと微量の増粘剤を加え、三本ローラで混練して印
刷ペーストを作成し、メッシュスクリーン法で印刷す
る。これを乾燥後、８５０〜９００℃で１０分〜１時間
焼成し、電気絶縁層が得られる。

【００１８】これら電気絶縁層は焼成によってＭｇＯ系
の結晶相を析出するガラス層が望ましい。その理由は図
２の熱膨張曲線に示すように、上記組成でガラス状態
（アモルファス状態）の（イ）の場合、６００〜７００
℃に屈伏点を有する。しかし、これを熱処理（焼成）し
ＭｇＯ系の結晶相を析出させると、（ロ）のように屈伏
点が９００℃以上となり、耐熱性が向上する。さらに、
ＭｇＯ系の結晶層は線膨張係数が大きいので、この結晶
が析出すると電気絶縁層の線膨張係数が高膨張側に移行
し、金属材料との膨張率のマッチングをはかりやすくな
る。

【００１９】なお、この電気絶縁層は、電極体層と感温
抵抗体層との膨張率の整合を図るために、ＭｇＯ系結晶
相を有する第１の層の他に、中間層として第２の層を設
けることも可能である。（３）電極、感温抵抗体層上記のガラス質の電気絶縁層の上に、図１（Ｂ）に示す
導電回路が形成される。感温抵抗体の材料としては、ル
テニウム、ロジウム、白金などが用いられる。

【００２０】パターン形成法はメッキ法、溶射法、スク
リーン印刷法などが考えられるが、結晶化ガラス質から
なる電気絶縁層と電極体、感温抵抗体層の密着性から、
スクリーン印刷法が望ましい。この方法は、所望のパタ
ーン形状のメッシュスクリーンを通してインクを印刷、
焼成し、電極体、感温抵抗体が形成される。電極体、感
温抵抗体層は通常、５００〜８５０℃の焼成炉で焼成さ
れるので、電気絶縁層は耐熱性が要求される。また、回
路パターンは時として、微細パターンが要求されるの
で、電気絶縁層の表面性平滑性が重要であり、表面状態
が印刷歩留りに影響を与える。

【００２１】以下に具体的な実施例を説明する。（実施例１）クロム成分１６％、アルミニューム成分５
％、鉄成分７９％の川崎製鉄製素材を用いて、図１
（Ａ）に示すように、厚さ４００μｍ、直径１８mmの金
属基板１を作成し脱脂・水洗・酸洗・水洗・ニッケルメ
ッキ・水洗などの前処理を行った後、平均粒径が２．５
μｍの（表１）のガラス粒子からなるスラリー中に浸漬
して、対極と金属箔間に直流電圧を印加し、（表１）の
組成のガラス粒子を金属基板の片側にガラス被覆面積を
直径１５mmの大きさに、１００μｍ電着した。これを焼
成し、ガラス被覆されていない領域の金属露出部分は図
１（Ａ）の円筒金属基材２と金属基板１を溶接するため
の領域とした。その後、乾燥し、９００℃で１０分間焼
成して電気絶縁層層７を形成した。さらに、その上に図
１（Ｂ）に示す温度センサーの導電回路を印刷法で作成
した。電極３の上に感温抵抗体８、さらにオーバーコー
ト層４が積層される。つぎに、この金属基板１を直径１
８mmの円筒金属基板２に溶接して、空炊き防止用温度セ
ンサーを完成した。

【００２２】

【表１】

【００２３】（比較例１）実施例１と同じ方法で、金属
素材基板のみをＳＵＳ４３０ステンレス素材（Ｃｒ１６
％含有）にした試料を作成し、直径１８mmの円筒金属基
材に溶接して、空炊き防止用温度センサーとした。（比較例２）実施例１と同じ方法で、金属素材のみをホ
ーロ用鋼板（Ｆｅ約１００％）にした試料を作成し、直
径１８mmの円筒金属基材に溶接して、空炊き防止用温度
センサーとした。（比較例３）実施例１と同じ方法で、金属素材のみをア
ルミニューム板にした試料を作成しようとしたが、焼成
温度が９００℃でＡｌの融点より高いため、作成は不可
能であった。

【００２４】以上の実施例１、比較例１、２の試料につ
いて、熱衝撃試験を行った。試験方法は、５００℃で試
験体を１０分間保持した後、塩水中に浸漬し、乾燥し、
抵抗値を測定した。さらに、耐食性評価を実施した。こ
の試験を１００サイクル行った。その結果を（表２）に
示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】（表２）からわかるように、比較例１、２
に比べ、実施例１の温度センサは耐食性に優れたセンサ
ーであることがわかる。

【００２７】

【発明の効果】以上の実施例の説明からも明らかなよう
に、本発明の温度センサはガステーブルなどの空炊き防
止センサとして優れた耐熱性と耐食性を示し、空炊き防
止センサーの信頼性を向上させ、燃焼機器の安全性を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の一実施例の温度センサーの断
面図（Ｂ）は同温度センサーの感温素子の平面図

【図２】同温度センサーの電気絶縁層に用いた結晶化ガ
ラスの線膨張率の温度特性図

【図３】従来の温度センサーの断面図

【符号の説明】

１金属基板２円筒状金属部材３電極４オーバーコート層５コイルバネ６感温抵抗体支持金属基台７電気絶縁層８感温抵抗体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田昭彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有底円筒状金属部材の内側底面部の金属
基板上に、一層または多層の電気絶縁層を介して設けた
一対の電極と、前記一対の電極間にまたがって前記電気
絶縁層の表面に設けた感温抵抗体と、前記感温抵抗体の
表面に設けたオーバーコート層と、前記有底円筒状金属
部材の内側底面部に接して設けたコイルバネとを備え、
前記有底円筒状金属部材の底面部をコイルバネの付勢力
で温度検知物体に当接させ、温度検地物体の温度を検出
する温度センサ。
【請求項２】金属基板がクロム１０〜３０重量％、ア
ルミニューム０．０５〜７重量％を含む鉄合金である請
求項１記載の温度センサ。