JP2011085425A - サーミスタ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】被測定対象物の温度変化に追随して精度良く測定することが可能で、回路基板に対するリード線の接合が容易であると共に、接合部の耐久性を向上させることが可能なサーミスタ装置を提供すること。
【解決手段】センサ部4が、サーミスタ特性を有する素子本体8と、素子本体8を細長く囲んでいる外装部14と、外装部14に内蔵された素子本体8に形成してある一対の端子電極にそれぞれ接続してあり、外装部14の長手方向の両端からそれぞれ飛び出している一対のリード線12と、を有する。保持部6は、外装部14を保持する保持本体20と、リード線12の先端12eが接続される予定の回路基板30に対して平行に配置されるベース板22と、保持本体20とベース板22とを連結するように一体成形され、ベース板22に対して保持本体20が近づく方向に押圧力を受ける場合に、その押圧力に応じて弾性変形するバネ板24とを有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、素子本体の電気抵抗の温度依存性を利用して温度測定などを行うサーミスタ装置に関する。
サーミスタ素子は、たとえばノート型パソコンの筐体内部や、パソコンのキーボード内部などの狭い場所に装着される場合がある。このような場合でも、被測定対象物の温度を、温度変化に追随して精度良く測定しなければならない。サーミスタ素子のセンサ部が、被測定対象物から離れると、被測定対象物の温度を温度変化に追随して精度良く測定することが困難になる。
そこで、たとえば下記の特許文献1に示すように、バネ性を有するリード線を用いて、サーミスタ素子のセンサ部を被測定対象物に常時押し付けようとするサーミスタ素子が提案されている。
しかしながら、このような従来のサーミスタ素子では、リード線にバネ性を持たせていることから、たとえばロー付けによりリード線を回路基板に接合する際に、回路基板に対するリード線の角度を適切に調整して接合する作業が必要となり、その位置決め作業が繁雑である。
回路基板に対するリード線の角度が適切でないと、センサ部と被測定対象物との間に隙間が生じ、被測定対象物の温度を温度変化に追随して精度良く測定することが困難になる。あるいは、回路基板にリード線をロー付け後に、回路基板を製品に取り付けてセンサ部を被測定対象物に押し付けて組み付ける際に、回路基板に対するリード線の角度が適切でないと、押し付け力が過大になり過ぎ、その力が回路基板に対するリード線の接合部にも作用し、接合部の耐久性を低下させてしまうおそれがある。
特開2000−294407号公報
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、センサ部と被測定対象物との間に隙間を生じさせることなく、被測定対象物の温度を温度変化に追随して精度良く測定することが可能であり、しかも、回路基板に対するリード線の接合が容易であると共に、接合部の耐久性を向上させることが可能なサーミスタ装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明に係るサーミスタ装置は、
センサ部と、前記センサ部を保持する保持部とを有するサーミスタ装置であって、
前記センサ部が、
サーミスタ特性を有する素子本体と、
前記素子本体を細長く囲んでいる外装部と、
前記外装部に内蔵された前記素子本体に形成してある一対の端子電極にそれぞれ接続してあり、前記外装部の長手方向の両端からそれぞれ飛び出している一対のリード線と、を有し、
前記保持部が、
前記外装部または当該外装部の近くに位置するリード線を保持する保持本体と、
前記リード線の先端が接続される予定の回路基板に対して平行に配置されるベース板と、
前記保持本体と前記ベース板とを連結するように一体成形され、前記ベース板に対して前記保持本体が近づく方向に押圧力を受ける場合に、その押圧力に応じて弾性変形するバネ板とを有する。
本発明に係るサーミスタ装置では、保持部のバネ板によるスプリング力がセンサ部に作用し、センサ部における外装部を、その長手方向に沿って被測定対象物に対して常時押し付けることが可能になる。したがって、被測定対象物の温度を温度変化に追随して精度良く測定することが可能になる。
また、センサ部における外装部が長手方向に沿って被測定対象物に押し付けられるので、その接触面積(感熱面積)が増大し、センサ部の応答性などの感熱特性が向上する。さらに、本発明のサーミスタ装置では、ベース板が回路基板に対して面接触するように平行に配置されるために、ベース板を回路基板に配置するのみで、回路基板とセンサ部との位置決めがなされ、その位置決めが容易である。
リード線の回路基板に対する接続は、ベース板を回路基板に配置すると同時に行っても良いし、別に行っても良い。いずれにしてもリード線には、被測定対象物とセンサ部との間の押圧力がほとんど作用せず、リード線と回路基板との接合部に過大な力が作用することはない。そのため、リード線と回路基板との接合部の耐久性が向上する。被測定対象物とセンサ部との間の押圧力は、ほとんどがバネ板に受け持たれる。
被測定対象物に面接触可能な平坦面が前記外装部に形成してあってもよい。平坦面が被測定対象物に接触することで、被測定対象物との接触面積が増大し、応答性などの感熱特性がさらに向上する。
前記外装部は、前記素子本体を内蔵するガラス管と、前記ガラス管を囲む被覆樹脂とを有し、当該被覆樹脂に前記平坦面が形成してあってもよい。
前記被覆樹脂は、保持本体、バネ板およびベース板を構成する構造体樹脂よりも熱伝導率が高いことが好ましい。たとえば被覆樹脂をエポキシ樹脂で構成し、構造体樹脂をポリプロピレン、ポリアミドなどで構成することが好ましい。
被覆樹脂の熱伝導率を高くすることで、被測定対象物の温度を素早く素子本体に伝達することが可能になり、感熱特性が向上する。また、構造体樹脂を熱伝導率が低い樹脂で構成することで、素子本体に伝達した熱が保持部を通して逃げることが少なくなり、被測定対象物の温度を精度良く検出することができる。
好ましくは、前記保持本体は、前記外装部の外周に沿って下半分以下を長手方向に沿って保持する。被測定対象物からセンサ部に伝達した熱が保持部を通して放熱されることを抑制することができる。保持部を通しての放熱を抑制することで、センサ部の温度変化追随性が向上する。
あるいは、前記保持本体は、前記外装部の近くに位置するリード線を保持してもよい。この場合には、被測定対象物からセンサ部に伝達した熱が保持部を通して放熱するおそれがさらに少なくなる。ただし、センサ部の保持がリード線を介して行うことになる。
好ましくは、前記バネ板は、前記ベース板に対して所定の交差角度で傾斜している。交差角度は、特に限定されないが、好ましくは20〜60度である。所定の交差角度とすることで、回路基板にサーミスタ装置を取り付けた後に、センサ部を被測定対象物に押し付ける際に、バネ板による所定のスプリング力が確実にセンサ部に作用し、センサ部と被測定対象物との隙間を確実に防止することができる。なお、センサ部を被測定対象物に押し付けてある状態では、押圧力によりバネ板は歪んで曲面を形成してもよい。
ただし、サーミスタ装置を回路基板に取り付ける前に、バネ板は、前記ベース板に対して所定の交差角度で立ち上がり、曲率面を有してもよい。この場合でも、センサ部を被測定対象物に押し付けた後は、バネ板は変形し、曲率面の曲率が変化する。
好ましくは、前記ベース板には、前記リード線の先端が貫通してベース板の背面に飛び出すための取付孔が形成してある。この場合には、ベース板を回路基板に取り付けるのみで、リード線の先端と回路基板との位置決めを行うことができ、リード線の先端を回路基板に対して容易に接合することができる。
なお、ベース板にリード線のための取付孔を形成する場合には、リード線の先端は、回路基板の背面で回路基板に接合することが好ましい。ベース板にリード線のための取付孔を形成せず、リード線の先端をベース板から離れているところで、回路基板に接合する際には、回路基板の表面でリード線の先端をハンダ付けなどにより回路基板に接合することが容易である。
前記バネ板の幅は、前記保持本体の幅よりも狭く形成してあってもよい。バネ板の幅を狭くすることで、被測定対象物からの熱がバネ板を通して放熱することを抑制することができる。
図1は本発明の一実施形態に係るサーミスタ装置の斜視図である。 図2(A)は図1に示すセンサ部の要部断面図、図2(B)は図2(A)に示すIIB部分の要部拡大斜視図である。 図3は図1に示すサーミスタ装置を回路基板に取り付けた状態を示す一部断面側面図である。 図4は図3に示すIV−IV線に沿う断面図である。 図5は本発明の他の実施形態に係るサーミスタ装置の斜視図である。 図6は本発明のさらに他の実施形態に係るサーミスタ装置の斜視図である。 図7は本発明のさらに他の実施形態に係るサーミスタ装置の斜視図である。
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
第1実施形態
図1に示すように、本発明の一実施形態に係るサーミスタ装置2は、センサ部4と、センサ部4を保持する保持部6とを有する。センサ部4は、たとえばNTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスタ特性を有する素子本体8を有する。
素子本体8は、たとえば金属酸化物(たとえば、Mn,Co,Ni,Fe,Al等の酸化物)の焼結体であり、略直方体状に形成されている。素子本体8の両端面には、一対の端子電極(図示省略)が形成してあり、各端子電極は、たとえば、Au,Ag,Pd又はAg−Pd合金等で構成してある。各端子電極には、図1に示す引出電極10が接続してある。
引出電極10は、たとえばジュメット線で構成してある。ジュメット線は、42%Fe−Ni芯線の回りをCu材で被覆した複合線であり、素子本体8の各端子電極に対して溶接またはロー付けなどで接続してある。
図2(A)および図2(B)に示すように、素子本体8および一対の引出電極10の周囲は、外装部14で被覆してあり、全体として細長い円柱形状のセンサ部4を構成している。本実施形態では、外装部14は、ガラス管で構成してあり、内部に、素子本体8と、それを挟むように接続してある一対の引出電極10とが密封してある。ガラス管の内部に素子本体8および引出電極10を密封するためには、たとえば引出電極10の外周面をガラス管の内周面に対して反応接合させればよい。
外装部14を構成するガラス管の外径は、特に限定されないが、好ましくは1.5〜2.0mmであり、その長手方向長さは、好ましくは2.0〜4.0mmである。
図1に示すように、保持部6は、外装部14を保持する保持本体20を有する。保持本体20は、外装部14の外周に沿って下半分以下を長手方向に沿って保持するように、円の1/2以下で1/4以上の円弧形状の横断面を有し、外装部14の長手方向長さと同等以上の長さを有する。
保持本体20には、バネ板24が一体成形してある。この実施形態では、バネ板24の幅は保持本体20の幅と同等である。バネ板24は、ベース板22に対して90度未満の交差角度で傾斜するように一体成形してある。ベース板22には、バネ板24の幅と同等な幅の切り欠き26が形成してある。
保持本体20、バネ板24およびベース板22で構成される保持部6は、たとえば一枚の樹脂板から切断および折り曲げ加工して形成しても良いし、射出成形により形成しても良い。保持部6を構成する樹脂としては、特に限定されないが、好ましくはポリプロピレン、ポリアミド。保持部6を構成する樹脂は、熱伝導率が低い樹脂が好ましい。
ベース板22に対するバネ板24の交差角度は、好ましくは20〜60度、さらに好ましくは30〜50度である。バネ板24の長さは、ベース板22に形成してある切り欠き26の長さと同程度以上、あるいはベース板22のX軸方向長さと同程度以上が好ましい。なお、図1において、X軸は、切り欠き26と平行な方向に沿うベース板22の一辺に平行であり、Y軸は、X軸に垂直で、ベース板22の他の一辺と平行な方向であり、Z軸は、ベース板22に対して垂直な方向である。
外装部14で被覆された引出電極10には、それぞれリード線12の基端12aが接続してあり、リード線12は、外装部14の長手方向(Y軸方向)の両端からそれぞれ反対側に飛び出し、第1曲折部12bにて略垂直方向に折り曲げられ、傾斜部12cを構成している。リード線12の傾斜部12cは、保持部6のバネ板24と平行な方向に延びており、保持部6のベース板22に形成してある取付孔28にリード線12の先端12eが通過するようになっている。
ベース板22の取付孔28では、リード線12の傾斜部12cと先端部12eとの間に位置する第2曲折部12dがリード線に形成してあり、リード線12の先端12eは、ベース板22に対して略垂直方向(Z軸方向)にベース板22の背面から下側に飛び出している。リード線12は、たとえば、Ni,Cu,Co,Feまたはこれらの合金などの導電線によって形成されている。リード線12の線径は、特に限定されないが、好ましくは0.4〜0.5mmである。
取付孔28は、バネ板24のベース板22からの立ち上がり部25のY軸方向の両側位置に形成してある。ベース板22のY軸方向の幅は、センサ部4のY軸方向の長さに対して、好ましくは1.2〜2.0倍の幅であり、ベース板22のX軸方向長さは、ベース板22のY軸方向の幅に対して、好ましくは1.1〜1.5倍の長さである。ベース板22の厚みは、バネ板24および保持本体20の厚みと同程度であり、好ましくは0.3〜0.6mmである。
次に、本実施形態に係るサーミスタ装置2の使用例について説明する。図3および図4に示すように、本実施形態に係るサーミスタ装置2を、回路基板30に取り付ける際には、ベース板22を、回路基板30の表面に平行に取り付ける。その際に、ベース板22の背面から飛び出しているリード線12の先端12eは、回路基板30に形成してある貫通孔32に対して自動的に位置決めされて各貫通孔32に入り込み、回路基板30の背面に形成してある回路パターン34から露出する。その状態で、リード線12の先端12eは、回路基板30の背面に形成してある回路基板34に対して接合部36で接続される。接合部36は、たとえばハンダで構成される。
回路基板30の上には、Z軸方向に所定間隔H1にて、被測定対象物40が回路基板30と略平行に配置してある。サーミスタ装置2が回路基板30に取り付ける前の状態では、ベース板22の背面からのセンサ部4の最上部までの高さは、所定間隔H1よりも高く、サーミスタ装置2が、回路基板30と被測定対象物40との間に取り付けた状態では、バネ板24が弾性変形するようになっている。その状態では、センサ部4の最上部が被測定対象物40に圧接し、ベース板22に対して保持本体20が近づく方向に押圧力を受け、その押圧力に応じてバネ板24が弾性変形する。なお、所定間隔H1は、特に限定されないが、たとえば数mm〜20mmである。
本実施形態に係るサーミスタ装置2では、保持部6のバネ板24によるスプリング力がセンサ部4に作用し、センサ部4における外装部14を、その長手方向(Y軸方向)に沿って被測定対象物40に対して常時押し付けることが可能になる。したがって、被測定対象物40の温度を温度変化に追随して精度良く測定することが可能になる。
また、本実施形態では、センサ部4における外装部14が長手方向(Y軸方向)に沿って被測定対象物40に押し付けられるので、その接触面積(感熱面積)が増大し、センサ部4の応答性などの感熱特性が向上する。さらに、本実施形態のサーミスタ装置2では、ベース板22が回路基板30に対して面接触するように平行に配置されるために、ベース板22を回路基板30に配置するのみで、回路基板30とセンサ部4との位置決めがなされ、その位置決めが容易である。
本実施形態のサーミスタ装置2では、リード線12には、被測定対象物40とセンサ部4との間の押圧力がほとんど作用せず、リード線12と回路基板30との接合部36に過大な力が作用することはない。そのため、リード線12と回路基板30との接合部36の耐久性が向上する。被測定対象物40とセンサ部4との間の押圧力は、ほとんどがバネ板24の弾性変形により受け持たれる。
また本実施形態では、保持本体20は、外装部14の外周に沿って下半分以下を長手方向に沿って保持することから、被測定対象物40からセンサ部4に伝達した熱が保持部6の保持本体40を通して放熱されることを抑制することができる。保持部6を通しての放熱を抑制することで、センサ部4の温度変化追随性が向上する。
さらに本実施形態では、保持部6のバネ板24は、ベース板22に対して所定の交差角度で傾斜しているので、回路基板30にサーミスタ装置2を取り付けた後に、センサ部4を被測定対象物40に押し付ける際に、バネ板24による所定のスプリング力が確実にセンサ部4に作用し、センサ部4と被測定対象物40との隙間を確実に防止することができる。なお、センサ部4を被測定対象物40に押し付けてある状態では、押圧力によりバネ板24は歪んで曲面を形成してもよい。
ただし、サーミスタ装置2を回路基板30に取り付ける前に、バネ板24は、ベース板30に対して所定の交差角度で立ち上がり、曲率面を有してもよい。この場合でも、センサ部4を被測定対象物40に押し付けた後は、バネ板24は変形し、曲率面の曲率が変化するように弾性変形する。
さらに本実施形態では、ベース板22には、リード線12の先端が貫通してベース板22の背面に飛び出すための取付孔28が形成してあるので、ベース板22を回路基板30に取り付けるのみで、リード線12の先端12eと回路基板30との位置決めを行うことができ、リード線12の先端12eを回路基板30に対して容易に接合することができる。
第2実施形態
図5に示すように、本実施形態に係るサーミスタ装置102は、保持部106の構成が、前述した図1〜図4に示す実施形態のサーミスタ装置2の保持部6と異なるのみであり、その他は同様な構成を有し、同様な作用効果を奏する。以下、図1〜図4に示す実施形態のサーミスタ装置2との相違部分について特に説明し、共通する部分の説明は省略する。
本実施形態では、保持部106のベース板122には、図1に示す切り欠き26が形成されていない。また、バネ板124の幅W1が保持本体120の幅W2よりも狭く構成してあり、幅W1と幅W2との比(W1/W2)は、好ましくは0.3〜0.8である。保持本体120は、図1に示す保持本体20と同様である。
本実施形態に係るサーミスタ装置2では、バネ板124の幅W1が、保持本体120の幅W2よりも狭く形成してあるため、被測定対象物40からの熱がバネ板124を通して放熱することを抑制することができる。放熱を抑制することで、センサ部4の温度変化追随性が向上する。
第3実施形態
図6に示すように、本実施形態に係るサーミスタ装置202は、保持部206の構成が、前述した図1〜図4に示す実施形態のサーミスタ装置2の保持部6と異なるのみであり、その他は同様な構成を有し、同様な作用効果を奏する。以下、図1〜図4に示す実施形態のサーミスタ装置2との相違部分について特に説明し、共通する部分の説明は省略する。
本実施形態では、保持部206のベース板222には、図1に示す切り欠き26が形成されていない。また、保持本体220が、センサ部4を直接に保持することなく、センサ部4の外装部14の近くに位置するリード線12の基端部12a近くを保持してある。バネ板224は、図1に示すバネ板24と同様である。
本実施形態では、被測定対象物40からセンサ部4に伝達した熱が保持部206を通して放熱するおそれがさらに少なくなる。放熱を抑制することで、センサ部4の温度変化追随性が向上する。ただし、保持本体220によるセンサ部4の保持がリード線12を介して行うことになる。
第4実施形態
図7に示すように、本実施形態に係るサーミスタ装置302は、センサ部304の構成が、前述した図1〜図4に示す実施形態のサーミスタ装置2のセンサ部4と異なるのみであり、その他は同様な構成を有し、同様な作用効果を奏する。以下、図1〜図4に示す実施形態のサーミスタ装置2との相違部分について特に説明し、共通する部分の説明は省略する。
本実施形態では、センサ部304の外装部314は、素子本体8を内蔵するガラス管314aと、ガラス管314aを囲む被覆樹脂314bとを有し、被覆樹脂314bの頂部に平坦面314cが形成してあってもよい。平坦面314cは、図3および図4に示す被測定対象物40の下面に面接触可能な部分である。
ガラス管314aおよびその内部は、図1に示す外装部14と同様な構成であり、被覆樹脂314bが付加されている点が、第1実施形態と異なる。被覆樹脂314bは、エポキシ樹脂で構成してあり、保持部6を構成する構造体樹脂は、ポリプロピレン、ポリアミドなどで構成してある。平坦面314cを有する被覆樹脂314bは、ガラス管314aを囲むようにモールド成形することで形成することができる。被覆樹脂314bのモールド成形は、保持部6を形成した後でも良いが、保持部6を形成する前であっても良く、同時に成形しても良い。
被覆樹脂314bの熱伝導率を高くすることで、被測定対象物40の温度を素早く素子本体に伝達することが可能になり、感熱特性が向上する。また、保持部6を構成する構造体樹脂を熱伝導率が低い樹脂で構成することで、素子本体8に伝達した熱が保持部6を通して逃げることが少なくなり、被測定対象物40の温度を精度良く検出することができる。
また、本実施形態では、被覆樹脂314bの平坦面314cが被測定対象物40に常時接触することで、被測定対象物40との接触面積が増大し、応答性などの感熱特性がさらに向上する。
さらに、本実施形態では、リード線12の基端部12aが被覆樹脂314bで覆われるので、その部分の強度が向上する。
その他の実施形態
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
たとえば、被測定対象物40としては、ノートパソコンの筐体やキーボードなどに限らず、回路基板、CPUなどが例示される。
また、上述した実施形態では、ベース板22,122,222にリード線のための取付孔28を形成したが、これらのベース板にリード線のための取付孔28は必ずしも形成しなくても良い。その場合には、リード線12の先端12eをベース板から離れているところで、回路基板30に接合することができ、回路基板30の表面でリード線12の先端12eをハンダ付けなどにより回路基板30に接合することができる。
2,102,202,302… サーミスタ装置
4,304… センサ部
6,106,206… 保持部
8… 素子本体
10… 引出電極
12… リード線
14,314… 外装部
20,120,220… 保持本体
22,122,222… ベース板
24,124,224… バネ板
30… 回路基板
40… 被測定対象物

Claims (9)

  1. センサ部と、前記センサ部を保持する保持部とを有するサーミスタ装置であって、
    前記センサ部が、
    サーミスタ特性を有する素子本体と、
    前記素子本体を細長く囲んでいる外装部と、
    前記外装部に内蔵された前記素子本体に形成してある一対の端子電極にそれぞれ接続してあり、前記外装部の長手方向の両端からそれぞれ飛び出している一対のリード線と、を有し、
    前記保持部が、
    前記外装部または当該外装部の近くに位置するリード線を保持する保持本体と、
    前記リード線の先端が接続される予定の回路基板に対して平行に配置されるベース板と、
    前記保持本体と前記ベース板とを連結するように一体成形され、前記ベース板に対して前記保持本体が近づく方向に押圧力を受ける場合に、その押圧力に応じて弾性変形するバネ板とを有するサーミスタ装置。
  2. 被測定対象物に面接触可能な平坦面が前記外装部に形成してある請求項1に記載のサーミスタ装置。
  3. 前記外装部は、前記素子本体を内蔵するガラス管と、前記ガラス管を囲む被覆樹脂とを有し、当該被覆樹脂に前記平坦面が形成してある請求項2に記載のサーミスタ装置。
  4. 前記保持本体は、前記外装部の外周に沿って下半分以下を長手方向に沿って保持する請求項1〜3のいずれかに記載のサーミスタ装置。
  5. 前記保持本体は、前記外装部の近くに位置するリード線を保持する請求項1〜3のいずれかに記載のサーミスタ装置。
  6. 前記バネ板は、前記ベース板に対して所定の交差角度で傾斜している請求項1〜5のいずれかに記載のサーミスタ装置。
  7. 前記バネ板は、前記ベース板に対して所定の交差角度で立ち上がり、曲率面を有する請求項1〜5のいずれかに記載のサーミスタ装置。
  8. 前記ベース板には、前記リード線の先端が貫通してベース板の背面に飛び出すための取付孔が形成してある請求項1〜7のいずれかに記載のサーミスタ装置。
  9. 前記バネ板の幅が、前記保持本体の幅よりも狭く形成してある請求項1〜8のいずれかに記載のサーミスタ装置。
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