JP2016186434A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化を広い範囲で検出することができるとともに、容易に製造することが可能な温度センサを提供する。
【解決手段】絶縁性を有する基板１０と、基板１０の一方の面に、屈曲した帯状のパターンを形成し、かつ、隣り合う帯状部分が所定のすき間を開けて配置されたサーミスタ１１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーミスタを用いた温度センサに関する。

従来、温度の上昇に対して電気抵抗が増大するサーミスタを用いた温度センサが広く利用されている。このような温度センサの例として、例えば、特許文献１に記載されたものが挙げられる。

特許文献１には、電気自動車用の電池電源装置を構成する各単電池の側周面にＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）センサが取り付けられ、各ＰＴＣセンサが外装チューブにより被覆保護された接続線により直列に接続された温度センサが開示されている。

この温度センサでは、複数個の単電池のうち１つでも異常昇温した場合、単電池に取り付けられたＰＴＣセンサの抵抗値が飛躍的に増大し、直列に接続されたＰＴＣセンサの全抵抗値も飛躍的に増大する。そのため、この全抵抗値を測定することによって、単電池の異常昇温が検出される。

特開平１０−２７００９４号公報

しかしながら、上述した特許文献１の温度センサでは、ＰＴＣセンサが単電池の側周面の一部の箇所に取り付けられているだけであるため、それ以外の領域における異常昇温を検出することが難しいという問題点があった。

これを改善するため、ＰＴＣセンサの数をさらに増やすことが考えられるが、ＰＴＣセンサと接続線との接続箇所が増加し、温度センサの製造にかかる手間が増大するという問題がある。

本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであり、温度変化を広い領域で検出することができるとともに、容易に製造することが可能な温度センサを提供することを目的とする。

本発明の温度センサは、絶縁性を有する基板と、基板の一方の面に屈曲した帯状のパターンを形成し、かつ、隣り合う帯状部分が所定のすき間を開けて配置されたサーミスタと、を備える。

本発明によれば、温度変化を広い範囲で検出することができるとともに、容易に製造することが可能な温度センサを提供することができる。

実施の形態１に係る温度センサの構成の一例を示す分解斜視図 図１に示した温度センサの平面図 図２に示した温度センサの一部を拡大した図 サーミスタの幅が太くなるよう形成された別の温度センサの平面図 実施の形態２に係る温度センサを構成する第１の部材の平面図 実施の形態２に係る温度センサを構成する第２の部材の平面図 第１の部材と第２の部材とが組み合わされて構成される温度センサの平面図

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る温度センサの構成の一例を示す分解斜視図である。図１に示すように、この温度センサは、基板１０、サーミスタ１１、電極１２ａ、１２ｂ、端子１３ａ、１３ｂ、ハトメ１４ａ、１４ｂ、シリコン１５ａ、１５ｂ、両面テープ１６を備える。

基板１０は、絶縁性、および、可撓性を有し、フィルム状に形成される。基板１０の材料には、例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート、ポリイミドなどの樹脂材が用いられる。

サーミスタ１１は、温度が変化すると抵抗値が増大するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタである。サーミスタ１１は、基板１０の一方の面に、屈曲した帯状のパターンを形成し、かつ、サーミスタ１１の隣り合う帯状部分は所定のすき間を開けて配置される。

また、サーミスタ１１は可撓性を有する。基板１０、および、サーミスタ１１が可撓性を有することで、温度センサを撓ませ、物体の周囲に温度センサを巻き付けることができる。その結果、さまざまな立体的形状を有する物体の温度変化を容易に検出することができる。

なお、サーミスタ１１は、ＰＴＣサーミスタに限らず、温度上昇に対して抵抗値が減少するＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタであってもよいし、ある温度を超えると急激に抵抗値が減少するＣＴＲ（Critical Temperature Resistor）サーミスタであってもよい。

このような帯状のパターンを形成するサーミスタ１１は、印刷により形成することができるので、温度センサを容易に製造することができる。

電極１２ａ、１２ｂは、帯状のパターンを形成するサーミスタ１１の２つの端部に接続され、さらにハトメ１４ａ、１４ｂにより端子１３ａ、１３ｂに接続される。

そして、端子１３ａ、１３ｂは、サーミスタ１１の抵抗値の変化を検出する外部回路と接続される。

ハトメ１４ａ、１４ｂは、導電性材料により成形され、基板１０、電極１２ａ、１２ｂ、端子１３ａ、１３ｂに形成された貫通孔に通された上でプレスされる。これにより、基板１０、サーミスタ１１、電極１２ａ、１２ｂ、および、端子１３ａ、１３ｂが接合され、サーミスタ１１、電極１２ａ、１２ｂ、および、端子１３ａ、１３ｂが電気的に接続される。

シリコン１５ａ、１５ｂは、端子１３ａ、１３ｂを覆うように設けられ、防水効果や絶縁効果を発揮するカバーである。

両面テープ１６は、温度変化の検出対象となる物品に温度センサを貼り付けるために用いられる両面テープである。

図２は、図１に示した温度センサの平面図である。なお、図２では、シリコン１５ａ、１５ｂ、および、両面テープ１６は省略されている。また、図３は、図２に示した温度センサの一部を拡大した図である。

図３に示すように、サーミスタ１１は、基板１０の一方の面に屈曲した帯状のパターンを形成し、かつ、サーミスタ１１の隣り合う帯状部分１１ａ、１１ｂは、所定のすき間Ｓ１、Ｓ２を開けて配置される。ここで、サーミスタ１１は、基板１０の一方の面の全体に設けられてもよいし、その一部に設けられてもよい。

また、図２には、基板１０の形状、および、サーミスタ１１の配置領域の形状が矩形である場合が示されているが、基板１０の形状、および、サーミスタ１１の配置領域の形状はこれに限定されるものではない。これらの形状は、温度変化の検出対象となる物体の形状に合わせて、適宜変更してもよい。

隣り合う帯状部分１１ａ、１１ｂ間のすき間Ｓ１、Ｓ２は、隣り合う帯状部分１１ａ、１１ｂ間で短絡しない範囲でできるだけ小さくすることが望ましい。これにより、物体の温度変化が検出されない領域が生じる可能性を小さくできる。

また、サーミスタ１１の帯状のパターンについても、図２、図３に示した蛇行状のパターンに限定されるものではなく、図５Ａに示すような渦巻き状のパターンなど、他のパターンであってもよい。ただし、温度変化が検出されない物体の領域が少なくなるよう、できるだけすき間が小さくなるようにサーミスタ１１が形成されることが望ましい。

図４は、図２に示した温度センサよりもサーミスタ１１の幅が太くなるよう形成された別の温度センサの平面図である。サーミスタ１１の幅が太くなるほど、サーミスタ１１の抵抗値は小さくなり、電流が流れやすくなるが、温度変化が生じる領域の大きさがサーミスタ１１の幅よりも小さくなると、温度変化を検出することが難しくなる。

これに対し、図２に示したサーミスタ１１では、サーミスタ１１の幅が細いので、たとえ温度変化が生じる領域の大きさが小さくても温度変化を検出しやすくなるが、サーミスタ１１の抵抗値は大きくなり、電流が流れにくくなる。

このように、サーミスタ１１の幅により、温度センサの特性や温度変化の検出のしやすさが変化するため、帯状のサーミスタ１１の幅は、端子１３ａ、１３ｂに接続される外部回路の仕様や、温度変化が生じる領域の大きさに応じて適宜変更されることが望ましい。

また、図３に示した隣り合う帯状部分１１ａ、１１ｂ間のすき間Ｓ１、Ｓ２の大きさも、温度変化が生じる領域の大きさに応じて変更してもよい。これは、温度変化が生じる領域の大きさが大きければ、たとえすき間Ｓ１、Ｓ２が大きくても、温度変化が検出しやすくなるためである。これにより、サーミスタ１１の材料コストを削減することができる。

（実施の形態２）
上記実施の形態１では、隣り合う帯状部分１１ａ、１１ｂ間の短絡を防止するため、すき間Ｓ１、Ｓ２を設けることとしたが、温度変化が検出されない物体の領域が少なくなるようにするため、２つの帯状のパターンを組み合わせて用いることとしてもよい。

図５Ａは、実施の形態２に係る温度センサを構成する第１の部材の平面図であり、図５Ｂは、実施の形態２に係る温度センサを構成する第２の部材の平面図であり、図５Ｃは、第１の部材と第２の部材とが組み合わされて構成される温度センサの平面図である。

図５Ａに示すように、第１の部材は、基板２０ａ、サーミスタ２１ａ、電極２２ａ、端子２３ａ、ハトメ２４ａ、電極２５ａを備える。なお、図２の場合と同様に、シリコンの図示は省略されている。

基板２０ａ、サーミスタ２１ａ、電極２２ａ、端子２３ａ、ハトメ２４ａは、実施の形態１で説明した基板１０、サーミスタ１１、電極１２ａ、端子１３ａ、ハトメ１４ａと同様のものである。

ただし、サーミスタ２１ａは、基板２０ａの一方の面に、屈曲して渦巻き状となった帯状のパターンを形成し、かつ、隣り合う帯状部分が所定のすき間を開けて配置されている。

ここで、電極２５ａは、サーミスタ２１ａの端部に接続されており、図５Ｂに示す電極２５ｂと図５Ｃに示したハトメ２４ｃにより結合される。

また、図５Ｂに示すように、第２の部材は、基板２０ｂ、サーミスタ２１ｂ、電極２２ｂ、端子２３ｂ、ハトメ２４ｂ、電極２５ｂを備える。なお、図２の場合と同様に、シリコンの図示は省略されている。

基板２０ｂ、サーミスタ２１ｂ、電極２２ｂ、端子２３ｂ、ハトメ２４ｂは、実施の形態１で説明した基板１０、サーミスタ１１、電極１２ｂ、端子１３ｂ、ハトメ１４ｂと同様のものである。

ただし、サーミスタ２１ｂは、基板２０ｂの一方の面に、屈曲して渦巻き状となった帯状のパターンを形成し、かつ、隣り合う帯状部分が所定のすき間を開けて配置されている。

ここで、図５Ａに示した基板２０ａと図５Ｂに示した基板２０ｂとは重ね合わせられる。そして、この状態で基板２０ａ、２０ｂに垂直な方向からサーミスタ２１ｂをみた場合に、サーミスタ２１ｂが、サーミスタ２１ａの隣り合う帯状部分の間の隙間に位置するように配置される。

また、電極２５ｂは、サーミスタ２１ｂの端部に接続されており、図５Ａに示した電極２５ａと図５Ｃに示したハトメ２４ｃにより結合される。これにより、図５Ａに示したサーミスタ２１ａと図５Ｂに示したサーミスタ２１ｂとは、直列に接続される。

図５Ｃには、サーミスタ２１ｂが、サーミスタ２１ａの隣り合う帯状部分の間の隙間に位置するように配置された様子が示されている。サーミスタ２１ｂをこのような形状とすることにより、温度変化が検出されない物体の領域が少なくなるようにすることができる。

なお、上述した実施の形態２では、サーミスタ２１ａが形成された基板２０ａと別の基板２０ｂにサーミスタ２１ｂを形成することとしたが、サーミスタ２１ａが形成された基板２０ａの面の反対側の面にサーミスタ２１ｂを形成することとしてもよい。

この場合も図５Ｃに示したように、基板２０ａに垂直な方向からサーミスタ２１ｂをみた場合に、サーミスタ２１ｂが、サーミスタ２１ａの隣り合う帯状部分の間の隙間に位置するように形成される。

そして、上述した実施の形態２と同様に、サーミスタ２１ａの端部に接続された電極２５ａとサーミスタ２１ｂの端部に接続された電極２５ｂとがハトメ２４ｃにより結合される。その結果、サーミスタ２１ａとサーミスタ２１ｂとは、直列に接続される。これにより、温度センサをより薄くすることができる。

本発明は、さまざまな立体的形状を有する物体の温度変化を検出する温度センサに好適に利用可能である。

１０，２０ａ，２０ｂ 基板
１１，２１ａ，２１ｂ サーミスタ
１１ａ，１１ｂ 帯状部分
１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，２５ａ，２５ｂ 電極
１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ 端子
１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ ハトメ

Claims (6)

1. 絶縁性を有する基板と、
   前記基板の一方の面に屈曲した帯状のパターンを形成し、かつ、隣り合う帯状部分が所定のすき間を開けて配置されたサーミスタと、
   を備えた温度センサ。
2. 前記基板は、可撓性を有する樹脂材により形成されている請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記サーミスタは、屈曲した蛇行状のパターンを形成する請求項１に記載の温度センサ。
4. 前記サーミスタは、屈曲した渦巻き状のパターンを形成する請求項１に記載の温度センサ。
5. 前記基板とは異なる他の基板と、
   前記他の基板の一方の面に屈曲した帯状のパターンを形成し、かつ、隣り合う帯状部分が所定のすき間を開けて配置された他のサーミスタと、をさらに備え、
   前記基板と前記他の基板とは重ね合わせられ、前記サーミスタと前記他のサーミスタとは直列に接続され、さらに、前記他のサーミスタを前記基板に垂直な方向からみた場合に、前記他のサーミスタが前記サーミスタの隣り合う帯状部分の間の隙間に位置するように配置されている請求項１に記載の温度センサ。
6. 前記基板の他方の面に屈曲した帯状のパターンを形成し、かつ、隣り合う帯状部分が所定のすき間を開けて配置された他のサーミスタをさらに備え、
   前記サーミスタと前記他のサーミスタとは直列に接続され、前記他のサーミスタを前記基板に垂直な方向からみた場合に、前記他のサーミスタが前記サーミスタの隣り合う帯状部分の間の隙間に位置するように配置されている請求項１に記載の温度センサ。

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