JP2001056257A - 温度センサ素子及びその製造方法並びに温度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度検出部の熱容量が極めて小さく、熱応答
性にも優れているとともに温度検出精度が高く且つ安価
で信頼性の高い温度センサ素子及びその製造方法並びに
温度センサを提供することを目的とする。 【解決手段】 中央部１ｃから放射状に延出した梁部１
ｂと前記梁部１ｂの先端が連接された固定部１ａと前記
固定部１ａを固定するための孔部１ｄとを有した弾性金
属基板１と、前記弾性金属基板１上に設けられた絶縁層
２と、前記中央部１ｃ上に設けられた前記絶縁層２の上
に形成されたくし歯状の一対の電極３ａ，３ｂと、前記
梁部１ｂ上に設けられた前記絶縁層２の上に前記くし歯
状の電極３ａ，３ｂとそれぞれ接続するために形成され
た引き出し部電極４ａ，４ｂと、前記固定部１ａ上に設
けられた前記絶縁層２の上に前記引き出し部電極４ａ，
４ｂと接続するためのリード取り出し部電極５ａ，５ｂ
を備えるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面温度検出を行
うために用いられる温度センサ素子及びその製造方法並
びに温度センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、サーミスタを用いた温度センサ
は、民生・産業分野で被測温体の表面の温度の計測・制
御用として用いられており、自動車分野でも電池の過熱
防止用や将来の燃料電池システムの温度制御用として需
要の増加が期待でき、高信頼性はもとより、安価で高応
答性に優れた温度センサが望まれている。

【０００３】以下に従来の温度センサの一例を説明す
る。

【０００４】図７（ａ）は従来の温度センサの外観図、
図７（ｂ）はその断面図である。図７において、サーミ
スタ素子１１１に一対の素子リード線１１２ａ，１１２
ｂの一端を各々接続し、この素子リード線１１２ａ，１
１２ｂの他端を外部引き出しリード線１１３ａ，１１３
ｂと各々接続部１１４ａ，１１４ｂで接続されている。
サーミスタ素子１１１、素子リード線１１２ａ，１１２
ｂ、外部引き出しリード線１１３ａ，１１３ｂ及び接続
部１１４ａ，１１４ｂを樹脂絶縁体１１５にてコーティ
ング処理した構成体を、被測定物へ取付けるための取付
孔１１６を有する金属板１１７と一体成形樹脂によりイ
ンサート成形加工された成形体１１８の中に挿入した
後、充填用樹脂絶縁体１１９を注入し硬化させて固着し
たものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の温
度センサは、サーミスタ素子１１１、素子リード線１１
２ａ，１１２ｂ、外部引き出しリード線１１３ａ，１１
３ｂ及び接続部１１４ａ，１１４ｂを樹脂絶縁体１１５
でコーティング処理した構成体をインサート成形体１１
８に挿入し、充填用樹脂絶縁体１１９を注入し固着させ
た構成であるため、温度センサ自体の体積が極めて大き
くなる。そのため、被測定物の表面温度を測定する場
合、温度センサの熱容量が大きすぎ熱応答特性が極めて
悪くなるばかりか、被測定物表面と感熱素子としてのサ
ーミスタ素子１１１までの間隙が大きく検出精度も低い
という課題を有していた。

【０００６】本発明は、これらの課題を解決するもので
あり、温度検出部の熱容量が極めて小さく、熱応答性に
も優れているとともに、温度検出精度が高く且つ安価で
信頼性の高い温度センサ素子及びその製造方法並びにそ
れを用いた温度センサを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の表面温度センサ素子は、中央部から放射状に
延出した梁部と前記梁部の先端が連接された固定部と前
記固定部を固定するための孔部とを有した弾性金属基板
と、前記弾性金属基板上に設けられた絶縁層と、前記中
央部上に設けられた前記絶縁層の上に形成されたくし歯
状の一対の電極と、前記梁部上に設けられた前記絶縁層
の上に前記くし歯状の電極とそれぞれ接続するために形
成された引き出し部電極と、前記固定部上に設けられた
前記絶縁層の上に前記引き出し部電極と接続するために
形成されたリード取り出し部電極と、前記くし歯状の電
極上に設けられた感熱素子と、前記感熱素子、くし歯状
の電極と引き出し部電極を保護するための保護膜とを備
えたことを特徴とするものである。

【０００８】この構成により、熱応答性が飛躍的に向上
すると同時に温度検出精度が高い温度センサ素子が得ら
れる。

【０００９】また、本発明の温度センサ素子の製造方法
において、弾性金属基板内の中央部、梁部、孔部を除く
固定部に相当する部分を残して、連続且つ一括に打ち抜
く工程とを有することを特徴とするものである。この製
造方法により、熱応答性に優れた温度センサ素子を安価
に提供することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、中央部から放射状に延出した梁部と前記梁部の先端
が連接された固定部と前記固定部を固定するための孔部
とを有した弾性金属基板と、前記弾性金属基板上に設け
られた絶縁層と、前記中央部上に設けられた前記絶縁層
の上に形成されたくし歯状の一対の電極と、前記梁部上
に設けられた前記絶縁層の上に前記くし歯状の電極とそ
れぞれ接続するために形成された引き出し部電極と、前
記固定部上に設けられた前記絶縁層の上に前記引き出し
部電極と接続するために形成されたリード取り出し部電
極と、前記くし歯状の電極上に設けられた感熱素子と、
前記感熱素子、くし歯状の電極と引き出し部電極を保護
するための保護膜とを備えているため、温度検出部の熱
容量が極めて小さく、且つ被測定物の表面と感熱素子の
間が極めて薄い絶縁層と熱伝導率の良い弾性金属板のみ
からなり、熱応答性が飛躍的に向上すると同時に温度検
出精度が高くなるという作用を有する。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、感熱素子が薄膜サーミスタであるた
め、温度検知部の熱容量が極めて小さくなり、単純な構
成で熱応答性を向上させることができるという作用を有
する。

【００１２】また、本発明の温度センサは、前記温度セ
ンサ素子の感熱素子を内側にして弾性金属基板の中央部
が固定部上面よりも突出するように取付枠の上面に前記
弾性金属基板の固定部の下面を取付けたことを特徴とす
るものである。この構成により、熱応答性が極めて高
く、温度検出精度が高くなるばかりか、温度測定バラツ
キが小さく且つ信頼性も高い温度センサが得られる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、絶縁層がホーローで形成され、感熱素
子がＭｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｚｒ系薄膜サーミスタであるた
め、検出部温度が５００℃程度の高い温度領域まで使用
できるとともに、熱応答性を飛躍的に向上させることが
できるという作用を有する。

【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、弾性金属基板が耐熱性ステンレス基板
よりなるため、被測定物の表面温度を熱応答性よく検知
できるとともに、検出部温度が５００℃程度の高い温度
領域においても長期に安定して使用できるという作用を
有する。

【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、感熱素子を内側にして、弾性金属基板
の中央部が固定部上面よりも突出するようにしているた
め、被測定物への接触を確実にするといった作用を有す
る。

【００１６】請求項６に記載の発明は、帯状の弾性金属
基板と、前記弾性金属基板内の中央部、梁部、固定部に
それぞれ相当する部分の上の所定個所に絶縁層を形成す
る工程と、前記絶縁層上に前記中央部、梁部、固定部に
それぞれ対応するようにくし歯状の一対の電極膜、引き
出し部電極膜、リード取り出し部電極膜を形成する工程
と、前記くし歯状の電極膜上に感熱素子を設ける工程
と、前記感熱素子、くし歯状の電極膜、引き出し部電極
を保護するための保護膜を形成する工程と、前記弾性金
属基板内の中央部、梁部、孔部を除く固定部に相当する
部分を残して、連続且つ一括に打ち抜く工程とを有する
ため、熱応答性に優れた温度センサ素子を安価に提供で
きるという作用を有する。

【００１７】請求項７に記載の発明は、中央部から放射
状に延出した梁部と前記梁部の先端が連接された固定部
と前記固定部を固定するための孔部とを有した弾性金属
基板と、前記弾性金属基板上に設けられた絶縁層と、前
記中央部上に設けられた前記絶縁層の上に形成されたく
し歯状の一対の電極と、前記梁部上に設けられた前記絶
縁層の上に前記くし歯状の電極とそれぞれ接続するため
に形成された引き出し部電極と、前記固定部上に設けら
れた前記絶縁層の上に前記引き出し部電極と接続するた
めに形成されたリード取り出し部電極と、前記くし歯状
の電極上に設けられた感熱素子と、前記感熱素子、くし
歯状の電極と引き出し部電極を保護するための保護膜
と、前記リード取り出し部電極と接続されたリード線
と、前記弾性金属基板に設けられた孔部に対応した孔部
と前記リード線を外部へ延出させるための側面に設けら
れた孔部を有する取付枠とを備え、前記感熱素子を内側
にして前記弾性金属基板の中央部が固定部上面よりも突
出するように前記取付枠の上面に前記弾性金属基板の固
定部の下面を取付けてあるため、感熱素子を含めた温度
検出部の熱容量が小さく熱応答性が極めて高くなるばか
りか、感熱素子を被測定物側に常に加圧させることが可
能であるため、温度測定バラツキが小さく且つ信頼性の
高い温度センサを提供できるという作用を有する。

【００１８】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図６を用いて説明する。

【００１９】（実施の形態）図１は本発明の温度センサ
素子の実施の形態を説明するための平面図、図２は同Ａ
−Ａ断面図、図３は同センサ素子の製造方法の説明を補
助するための構成図である。

【００２０】図１から図３において、１は固定部１ａ、
梁部１ｂ、中央部１ｃ、孔部１ｄからなる弾性金属基
板、２は絶縁層、３ａ，３ｂはくし歯状の薄膜電極、４
ａ，４ｂは梁部１ｂ上の絶縁層２上に設けられた薄膜電
極３ａ，３ｂに対応する引き出し部電極、５ａ，５ｂは
引き出し部電極４ａ，４ｂに接続されたリード取り出し
部電極、６は感熱素子、７は保護膜である。弾性金属基
板１は厚さ０．２mmの耐熱性ステンレス合金（例えばＳ
ＵＳ３１０Ｓ：ＪＩＳ規格品）である。弾性金属基板１
の中央部１ｃの四隅からは、放射状に延びる細長い梁部
１ｂが形成され、更に右側に延出した梁部１ｂ同士を接
続するための固定部１ａと左側に延出した梁部１ｂ同士
を接続するための固定部１ａが形成されている。固定部
１ａには取付用の孔部１ｄがそれぞれ１個所設けられて
いる。中央部１ｃ、梁部１ｂ、固定部１ａ上には、薄膜
電極３ａ，３ｂ、引き出し部電極４ａ，４ｂ、リード取
り出し部電極５ａ，５ｂの形成のために、それぞれ下地
として、１００〜１５０μｍの厚さの絶縁層２が設けら
れている。絶縁層２は、厚膜技術で形成したホーローよ
りなる。薄膜電極３ａ，３ｂ、引き出し部電極４ａ，４
ｂ、リード取り出し部電極５ａ，５ｂは、薄膜状のＰｔ
が焼付けられ固定された構成である。中央部１ｃ上の薄
膜電極３ａ，３ｂ上には、さらに感熱素子６としてのサ
ーミスタが薄膜形成された後、焼付けられ固定されてい
る。特に、５００℃ぐらいまでの高温領域まで使用する
場合には、Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｚｒ系の薄膜サーミスタ
材料を用いると抵抗値の安定性が高い。薄膜電極３ａ，
３ｂ、感熱素子６、引き出し部電極４ａ，４ｂを守るた
めに、１００〜１５０μｍの厚さの保護膜７としてのホ
ーローが設けられている。

【００２１】なお、本実施の形態においては、弾性金属
基板１としてＳＵＳ３１０Ｓ、絶縁層２としてホーロー
を用いた例について説明したが、使用温度領域に適宜対
応するように種々の耐熱性弾性金属基板や絶縁層として
のアルミナなどを用いることも可能である。また、絶縁
層を、厚膜技術で形成した例について説明したが薄膜技
術で形成してもよい。

【００２２】図３に示すような、帯状のＳＵＳ３１０Ｓ
からなる弾性金属基板８上に、図１、図２に示すような
所定の位置に絶縁層２としての厚膜状のホーローを印刷
・焼成する。この上に同じく前述のような所定の位置に
薄膜電極３ａ，３ｂ、引き出し部電極４ａ，４ｂ、リー
ド取り出し部電極５ａ，５ｂ用にＰｔを薄膜印刷し、焼
成して形成する。次に薄膜電極３ａ，３ｂ上の所定の位
置に感熱素子６としてのサーミスタ材料を薄膜印刷し、
焼成し形成する。この後、リード取り出し部電極５ａ，
５ｂを有する固定部１ａを除き全面に保護膜７としての
厚膜状のホーローを印刷し焼成する。

【００２３】次に、本センサ素子毎に切り離すために孔
部１ｄを打ち抜き、最後に固定部１ａ、梁部１ｂと中央
部１ｃを残して連続的に打ち抜く。

【００２４】これらの工法を用いることにより安価な温
度センサ素子を提供することが可能である。本実施の形
態においては、打ち抜き工程を２回に分けた例について
説明したが、１回の工程で行なうことも当然可能であ
る。また、梁部１ｂの形成にあっては、合計２回の打ち
抜きで行なうことも可能である。

【００２５】このようにして得られた本温度センサ素子
１の温度検出部の熱容量は、極めて小さくなる。また、
被測定物の表面と感熱素子６の間は極めて薄い絶縁層２
と熱伝導率の良い弾性金属基板１のみで構成されている
ため、熱応答性が飛躍的に向上するばかりでなく、温度
検出精度が高くなるといった信頼性の高い温度センサ素
子を提供することができる。

【００２６】図４は本発明の温度センサの実施の形態を
説明するための上面図、図５は同Ｂ−Ｂ断面図、図６は
同下面図である。図４から図６において、図１から図３
と同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略
し、異なる部分についてのみ詳述する。図４から図６に
おいて、９は取付枠体、１０ａ，１０ｂは外部引き出し
用リード線、１１ａ，１１ｂは芯線、１２ａ，１２ｂは
耐熱性半田、１３ａ，１３ｂは絶縁コーティング樹脂、
１４は取付枠体９を被測定物へ取付けるための孔部、１
５ａ，１５ｂは外部引き出し用リード線１０ａ，１０ｂ
を挿入するための孔部である。弾性金属基板１の中央部
１ｃ上に設けられた感熱素子６を下に向けて、固定部１
ａの下面を取付枠体９の上面に固定されている。この
時、感熱素子６が取付枠体９の上端面より１mm程度上に
なるように、梁部１ｂを固定部１ａより上方に向かって
傾斜するようにあらかじめ少し折り曲げられている。取
付枠体９と固定部１ａを固定する方法は、接着またはバ
ネ性金属板を利用した圧入やかしめ等、いずれの方法を
選択してもよい。取付枠体９は、耐熱性樹脂よりなり、
被測定物へ取り付けるための孔部１４と、側面に外部引
き出し用リード線１０ａ，１０ｂを挿入するための孔部
１５ａ，１５ｂを有する。取付枠体９の側面から外部引
き出し用リード線１０ａ，１０ｂを挿入し、このリード
線１０ａ，１０ｂの芯線１１ａ，１１ｂとリード取り出
し部電極５ａ，５ｂとを耐熱性半田１２ａ，１２ｂで固
着した後、耐熱性のある絶縁コーティング樹脂１３ａ，
１３ｂで固定する。本実施の形態においては、外部引き
出し用リード線１０ａ，１０ｂを同一方向（右側）に出
している例について説明したが、外部引き出し用リード
線１０ａ，１０ｂの一方を反対側（左側）へ出すことも
可能である。

【００２７】以上の構成により、感熱素子６を含めた温
度検出部の熱容量が小さく熱応答性が極めて高くなるば
かりか、感熱素子６を被測定物側に常に加圧させること
が可能であるため、温度検出精度が高く、温度測定バラ
ツキが小さく且つ信頼性の高い温度センサを提供するこ
とができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明は、中央部から放射
状に延出した梁部と前記梁部の先端が連接された固定部
と前記固定部を固定するための孔部とを有した弾性金属
基板と、前記弾性金属基板上に設けられた絶縁層と、前
記中央部上に設けられた前記絶縁層の上に形成されたく
し歯状の一対の電極と、前記梁部上に設けられた前記絶
縁層の上に前記くし歯状の電極とそれぞれ接続するため
に形成された引き出し部電極と、前記固定部上に設けら
れた前記絶縁層の上に前記引き出し部電極と接続するた
めに形成されたリード取り出し部電極と、前記くし歯状
の電極上に設けられた感熱素子と、前記感熱素子、くし
歯状の電極と引き出し部電極を保護するための保護膜と
を備えたことにより、熱応答性が飛躍的に向上すると同
時に温度検出精度が高い温度センサ素子が得られる。

【００２９】また、弾性金属基板内の中央部、梁部、孔
部を除く固定部に相当する部分を残して、連続且つ一括
に打ち抜く工程とを有することにより、熱応答性に優れ
た温度センサ素子を安価に提供することができる。

【００３０】また、前記温度センサ素子の感熱素子を内
側にして弾性金属基板の中央部が固定部上面よりも突出
するように取付枠の上面に前記弾性金属基板の固定部の
下面を取付けたことにより、熱応答性が極めて高く、温
度検出精度が高くなるばかりか、温度測定バラツキが小
さく、信頼性も高い温度センサが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の温度センサ素子の実施の形態を説明す
るための平面図

【図２】同温度センサ素子のＡ−Ａ断面図

【図３】同温度センサ素子の製造方法の説明を補助する
ための構成図

【図４】本発明の温度センサの実施の形態を説明するた
めの上面図

【図５】同温度センサのＢ−Ｂ断面図

【図６】同温度センサの下面図

【図７】（ａ）従来の温度センサの外観図 （ｂ）同温度センサの断面図

【符号の説明】

１ 弾性金属基板 １ａ 固定部 １ｂ 梁部 １ｃ 中央部 １ｄ，１４，１５ａ，１５ｂ 孔部 ２ 絶縁層 ３ａ，３ｂ くし歯状の薄膜電極 ４ａ，４ｂ 引き出し部電極 ５ａ，５ｂ リード取り出し部電極 ６ 感熱素子 ７ 保護膜 ８ 帯状の弾性金属板 ９ 取付枠体 １０ａ，１０ｂ 外部引き出し用リード線 １１ａ，１１ｂ 芯線 １２ａ，１２ｂ 耐熱性半田 １３ａ，１３ｂ 絶縁コーティング樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戒能 喜久雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F056 QF01 QF03 QF04 QF08 QF10

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央部から放射状に延出した梁部と前記
   梁部の先端が連接された固定部と前記固定部を固定する
   ための孔部とを有した弾性金属基板と、前記弾性金属基
   板上に設けられた絶縁層と、前記中央部上に設けられた
   前記絶縁層の上に形成されたくし歯状の一対の電極と、
   前記梁部上に設けられた前記絶縁層の上に前記くし歯状
   の電極とそれぞれ接続するために形成された引き出し部
   電極と、前記固定部上に設けられた前記絶縁層の上に前
   記引き出し部電極と接続するために形成されたリード取
   り出し部電極と、前記くし歯状の電極上に設けられた感
   熱素子と、前記感熱素子、くし歯状の電極と引き出し部
   電極を保護するための保護膜とを備えた温度センサ素
   子。
2. 【請求項２】 感熱素子は薄膜サーミスタである請求項
   １に記載の温度センサ素子。
3. 【請求項３】 絶縁層はホーローで形成され、感熱素子
   はＭｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｚｒ系薄膜サーミスタから構成さ
   れた請求項１に記載の温度センサ素子。
4. 【請求項４】 弾性金属基板は耐熱性ステンレス基板よ
   りなる請求項１に記載の温度センサ素子。
5. 【請求項５】 感熱素子を内側にして、弾性金属基板の
   中央部が固定部上面よりも突出した請求項１に記載の温
   度センサ素子。
6. 【請求項６】 帯状の弾性金属基板と、前記弾性金属基
   板内の中央部、梁部、固定部にそれぞれ相当する部分の
   上の所定個所に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上
   に前記中央部、梁部、固定部にそれぞれ対応するように
   くし歯状の一対の電極膜、引き出し部電極膜、リード取
   り出し部電極膜を形成する工程と、前記くし歯状の電極
   膜上に感熱素子を設ける工程と、前記感熱素子、くし歯
   状の電極膜、引き出し部電極を保護するための保護膜を
   形成する工程と、前記弾性金属基板内の中央部、梁部、
   孔部を除く固定部に相当する部分を残して、連続且つ一
   括に打ち抜く工程とを有する温度センサ素子の製造方
   法。
7. 【請求項７】 中央部から放射状に延出した梁部と前記
   梁部の先端が連接された固定部と前記固定部を固定する
   ための孔部とを有した弾性金属基板と、前記弾性金属基
   板上に設けられた絶縁層と、前記中央部上に設けられた
   前記絶縁層の上に形成されたくし歯状の一対の電極と、
   前記梁部上に設けられた前記絶縁層の上に前記くし歯状
   の電極とそれぞれ接続するために形成された引き出し部
   電極と、前記固定部上に設けられた前記絶縁層の上に前
   記引き出し部電極と接続するために形成されたリード取
   り出し部電極と、前記くし歯状の電極上に設けられた感
   熱素子と、前記感熱素子、くし歯状の電極と引き出し部
   電極を保護するための保護膜と、前記リード取り出し部
   電極と接続されたリード線と、前記弾性金属基板に設け
   られた孔部に対応した孔部と前記リード線を外部へ延出
   させるための側面に設けられた孔部を有する取付枠とを
   備え、前記感熱素子を内側にして前記弾性金属基板の中
   央部が固定部上面よりも突出するように前記取付枠の上
   面に前記弾性金属基板の下面を取付けた温度センサ。