JP2018091781A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 曲げて使用する際でも曲げる前に対して抵抗値が変化し難い温度センサを提供すること。【解決手段】 絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルムの一方の面にサーミスタ材料で形成された第１薄膜サーミスタ部３Ａと、絶縁性フィルムの他方の面にサーミスタ材料で形成され第１薄膜サーミスタ部と同形状で対向配置された第２薄膜サーミスタ部３Ｂと、第１薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に互いに対向して形成された一対の第１対向電極４Ａと、第２薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に互いに対向して形成された一対の第２対向電極４Ｂとを備え、一対の第１対向電極の一方と一対の第２対向電極の一方とが、絶縁性フィルムを貫通した第１電気的接続部６Ａによって接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、曲げた状態での使用に優れた温度センサに関する。

近年、ポリイミド樹脂等で形成された絶縁性フィルム上に薄膜状のサーミスタ部を形成したフィルム型の温度センサが開発されている。例えば、特許文献１には、絶縁性フィルムと、該絶縁性フィルムの表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部と、薄膜サーミスタ部の上に複数の櫛部を有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極と、一対の櫛型電極に接続され絶縁性フィルムの表面にパターン形成された一対のパターン電極とを備えている温度センサが記載されている。

特開２０１３−２０５３１９号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来のフィルム型温度センサは、表面が湾曲している測定対象物に対応して曲げて設置する場合、ポリイミドフィルムが湾曲することで、薄膜サーミスタ部に伸縮応力が働くため、湾曲させる前の状態に対して抵抗値が変化してしまう不都合があった。例えば、図６に示すように、複写機の加熱ローラＲ（半径６ｍｍ）を測定対象物とし、加熱ローラＲの表面に沿って薄膜サーミスタ部１０１を外側にして温度センサ１００を１８０度分曲げると、薄膜サーミスタ部１０１が引っ張られて０．４２％伸びる。このとき、抵抗値は例えば３〜４％増加する。逆に、薄膜サーミスタ部１０１をポリイミドフィルム１０２の内側にして温度センサ１００を１８０度分曲げると、薄膜サーミスタ部１０１が０．４２％圧縮される。このとき、抵抗値は薄膜サーミスタ部１０１を外側に配した場合と逆に３〜４％減少する。なお、この測定では、ポリイミドフィルム１０２の厚さを５０μｍとし、薄膜サーミスタ部１０１の厚さを０．１μｍとした。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、曲げて使用する際でも曲げる前に対して抵抗値が変化し難い温度センサを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る温度センサは、絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの一方の面にサーミスタ材料で形成された第１薄膜サーミスタ部と、前記絶縁性フィルムの他方の面にサーミスタ材料で形成され前記第１薄膜サーミスタ部と同形状で対向配置された第２薄膜サーミスタ部と、前記第１薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に互いに対向して形成された一対の第１対向電極と、前記第２薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に互いに対向して形成された一対の第２対向電極とを備え、一対の前記第１対向電極の一方と一対の前記第２対向電極の一方とが、前記絶縁性フィルムを貫通した第１電気的接続部によって接続されていることを特徴とする。

この温度センサでは、一対の第１対向電極の一方と一対の第２対向電極の一方とが、絶縁性フィルムを貫通した第１電気的接続部によって接続されているので、絶縁性フィルムの両面に形成された第１薄膜サーミスタ部及び第２薄膜サーミスタ部が直列接続される。したがって、絶縁性フィルムを曲げた際に、外側に配された薄膜サーミスタ部の伸びによる抵抗値変化と、内側に配された薄膜サーミスタ部の圧縮による抵抗値変化とが上記直列接続によって相殺され、曲げによる抵抗値変化が抑制される。

第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、前記絶縁性フィルムの一方の面に形成されている一対のパターン電極を備え、一対の前記パターン電極の一方が、一対の前記第１対向電極の他方に接続され、一対の前記パターン電極の他方と一対の前記第２対向電極の他方とが、前記絶縁性フィルムを貫通した第２電気的接続部によって接続されていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、一対のパターン電極の一方が、一対の第１対向電極の他方に接続され、一対のパターン電極の他方と一対の第２対向電極の他方とが、絶縁性フィルムを貫通した第２電気的接続部によって接続されているので、一対のパターン電極が絶縁性フィルムの片面（一方の面）に両方とも配置されることで、リードフレームやリード線との接続が容易になる。

第３の発明に係る温度センサは、第１又は第２の発明において、前記第１電気的接続部が、一対の前記第１対向電極の一方と一対の前記第２対向電極の一方とが対向した前記絶縁性フィルムの部分に形成されたスルーホールであることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、第１電気的接続部が、一対の第１対向電極の一方と一対の第２対向電極の一方とが対向した絶縁性フィルムの部分に形成されたスルーホールであるので、表裏の第１対向電極と第２対向電極とをスルーホールを介して接続することができる。

第４の発明に係る温度センサは、第１又は第２の発明において、前記第１電気的接続部が、互いに対向した一対の前記第１対向電極の一方における一部と一対の前記第２対向電極の一方における一部とがこれらの間の前記絶縁性フィルム内にくい込んで互いに接触したかしめ部であることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、第１電気的接続部が、互いに対向した一対の第１対向電極の一方における一部と一対の第２対向電極の一方における一部とがこれらの間の絶縁性フィルム内にくい込んで互いに接触したかしめ部であるので、表裏の第１対向電極と第２対向電極とをかしめによって安価で簡易に接続することができる。

第５の発明に係る温度センサは、第１から第４の発明のいずれかにおいて、少なくとも前記第１薄膜サーミスタ部と前記絶縁性フィルムと前記第２薄膜サーミスタ部とが積層されている部分が湾曲状態とされて使用されることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、少なくとも第１薄膜サーミスタ部と絶縁性フィルムと第２薄膜サーミスタ部とが積層されている部分が湾曲状態とされて使用されるが、湾曲前と変わらない抵抗値を得ることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度センサによれば、一対の第１対向電極の一方と一対の第２対向電極の一方とが、絶縁性フィルムを貫通した電気的接続部によって接続され、一対のパターン電極の一方が、一対の第１対向電極の他方に接続されていると共に、他方が一対の第２対向電極の他方に接続されているので、絶縁性フィルムを曲げた際に、外側の薄膜サーミスタ部と内側の薄膜サーミスタ部との抵抗値変化が上記直列接続によって相殺される。したがって、本発明の温度センサでは、少なくとも第１薄膜サーミスタ部と絶縁性フィルムと第２薄膜サーミスタ部とが積層されている部分が湾曲状態とされて使用されても、湾曲前と変わらない抵抗値を得ることができる。

本発明に係る温度センサの第１実施形態を示す平面図（ａ）及び裏面図（ｂ）である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 第１実施形態において、温度センサを加熱ローラに沿って曲げた状態を示す概略的な断面図である。 本発明に係る温度センサの第２実施形態を示す平面図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明に係る温度センサの従来例を、加熱ローラに沿って曲げた状態を示す概略的な断面による説明図である。

以下、本発明に係る温度センサにおける第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図面の一部では、各部を認識可能又は認識容易な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している。

本実施形態の温度センサ１は、図１及び図２に示すように、絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルム２の一方の面（表面）にサーミスタ材料で形成された第１薄膜サーミスタ部３Ａと、絶縁性フィルム２の他方の面（裏面）にサーミスタ材料で形成され第１薄膜サーミスタ部３Ａと同形状で対向配置された第２薄膜サーミスタ部３Ｂと、第１薄膜サーミスタ部３Ａの上に互いに対向して形成された一対の第１対向電極４Ａと、第２薄膜サーミスタ部３Ｂの上に互いに対向して形成された一対の第２対向電極４Ｂと、絶縁性フィルム２の一方の面に形成されている一対のパターン電極５とを備えている。

一対の第１対向電極４Ａの一方と一対の第２対向電極４Ｂの一方とは、絶縁性フィルム２を貫通した第１電気的接続部６Ａによって接続されている。
また、一対のパターン電極５の一方が、一対の第１対向電極４Ａの他方に接続されていると共に、一対のパターン電極５の他方と一対の第２対向電極４Ｂの他方とが、絶縁性フィルム２を貫通した第２電気的接続部６Ｂによって接続されている。

一対のパターン電極５は、絶縁性フィルム２の一端部に配された一対のパッド部５ａを有している。
上記パッド部５ａは、リードフレーム等を接続するためにパターン電極５の他の部分よりも幅広に形成された端子部である。

上記第１電気的接続部６Ａは、一対の第１対向電極４Ａの一方と一対の第２対向電極４Ｂの一方とが対向した絶縁性フィルム２の部分に形成されたスルーホールである。
また、上記第２電気的接続部６Ｂは、一対の第１対向電極４Ａの他方と一対のパターン電極５の他方とが対向した絶縁性フィルム２の部分に形成されたスルーホールである。
なお、スルーホールは、予め絶縁性フィルム２に形成された貫通孔内に銀、銅等の金属や導電性ペーストを埋め込んだビアホール等が採用される。

すなわち、絶縁性フィルム２の一方の面において、一対のパターン電極５の一方が一対の第１対向電極４Ａの他方に接続されていると共に、一対の第１対向電極４Ａの一方が第１電気的接続部６Ａに接続されている。また、絶縁性フィルム２の他方の面において、第１電気的接続部６Ａが一対の第２対向電極４Ｂの一方に接続され、一対の第２対向電極４Ｂの他方が第２電気的接続部６Ｂに接続されている。さらに、絶縁性フィルム２の一方の面において、第２電気的接続部６Ｂが一対のパターン電極５の他方に接続されている。したがって、一対のパターン電極５の一方から他方まで、表裏の第１薄膜サーミスタ部３Ａ及び第２薄膜サーミスタ部３Ｂを介して第１電気的接続部６Ａ及び第２電気的接続部６Ｂにより直列接続されている。

なお、本実施形態の温度センサ１は、少なくとも第１薄膜サーミスタ部３Ａ及び第２薄膜サーミスタ部３Ｂの直上を覆って絶縁性フィルム２の一方及び他方の面上に形成された絶縁性の一対の保護膜（図示略）を備えている。
上記保護膜は、例えばポリイミド樹脂で形成されている。

上記一対の第１対向電極４Ａは、第１薄膜サーミスタ部３Ａの上に互いに対向して櫛型状にパターン形成された櫛型電極であり、複数の櫛部４ａを有している。また、一対の第１対向電極４Ａの一方は、端部に第１電気的接続部６Ａ用の矩形状端部４ｂを有している。
また、上記一対の第２対向電極４Ｂは、第２薄膜サーミスタ部３Ｂの上に互いに対向して櫛型状にパターン形成された櫛型電極であり、複数の櫛部４ａを有している。

また、一対の第２対向電極４Ｂの一方は、端部に第１電気的接続部６Ａ用の矩形状端部４ｃを有している。さらに、一対の第２対向電極４Ｂの他方は、端部に第２電気的接続部６Ｂ用の矩形状端部４ｄを有している。
なお、一対のパターン電極５の他方も、端部に第２電気的接続部６Ｂ用の矩形状端部５ｂを有している。

上記第１対向電極４Ａ、第２対向電極４Ｂ及びパターン電極５は、例えば膜厚５〜１００ｎｍのＣｒ又はＮｉＣｒの接合層と、該接合層上にＡｕ等の貴金属で膜厚５０〜１０００ｎｍ形成された電極層とを有している。

上記絶縁性フィルム２は、帯状の長方形とされ、例えば厚さ７．５〜１２５μｍのポリイミド樹脂シートで形成されている。なお、絶縁性フィルム２としては、他にＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート，ＰＥＮ：ポリエチレンナフタレート，ＬＣＰ：液晶ポリマー等でも作製できる。

上記第１薄膜サーミスタ部３Ａ及び第２薄膜サーミスタ部３Ｂは、例えばＴｉＡｌＮのサーミスタ材料で矩形状に形成されている。特に、第１薄膜サーミスタ部３Ａ及び第２薄膜サーミスタ部３Ｂは、一般式：Ｔｉ_ｘＡｌ_ｙＮ_ｚ（０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９５、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相である。

このように本実施形態の温度センサ１では、一対の第１対向電極４Ａの一方と一対の第２対向電極４Ｂの一方とが、絶縁性フィルム２を貫通した第１電気的接続部６Ａによって接続されているので、絶縁性フィルム２の両面に形成された第１薄膜サーミスタ部３Ａ及び第２薄膜サーミスタ部３Ｂが直列接続される。したがって、絶縁性フィルム２を曲げた際に、外側に配された薄膜サーミスタ部の伸びによる抵抗値変化と、内側に配された薄膜サーミスタ部の圧縮による抵抗値変化とが上記直列接続によって相殺され、曲げによる抵抗値変化が抑制される。

したがって、図３に示すように、加熱ローラＲに沿って温度センサ１を曲げて使用する場合であって、少なくとも第１薄膜サーミスタ部３Ａと絶縁性フィルム２と第２薄膜サーミスタ部３Ｂとが積層されている部分が湾曲状態とされても、湾曲前と変わらない抵抗値を得ることができる。

また、一対のパターン電極５の一方が、一対の第１対向電極４Ａの他方に接続され、一対のパターン電極５の他方と一対の第２対向電極４Ｂの他方とが、絶縁性フィルム２を貫通した第２電気的接続部６Ｂによって接続されているので、一対のパターン電極５が絶縁性フィルム２の片面（一方の面）に両方とも配置されることで、リードフレームやリード線との接続が容易になる。

また、第１電気的接続部６Ａが、一対の第１対向電極４Ａの一方と一対の第２対向電極４Ｂの一方とが対向した絶縁性フィルム２の部分に形成されたスルーホールであるので、表裏の第１対向電極４Ａと第２対向電極４Ｂとをスルーホールを介して接続することができる。

次に、本発明に係る温度センサの第２実施形態について、図４及び図５を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、第１電気接続部６Ａ及び第２電気的接続部６Ｂがスルーホールであったが、第２実施形態の温度センサ２１では、図４及び図５に示すように、第１電気的接続部２６Ａが、互いに対向した一対の第１対向電極４Ａの一方における一部と一対の第２対向電極４Ｂの一方における一部とがこれらの間の絶縁性フィルム２内にくい込んで互いに接触したかしめ部とされている点である。

すなわち、第２実施形態では、スルーホールの代わりに第１対向電極４Ａの矩形状端部４ｂと第２対向電極４Ｂの矩形状端部４ｃとを機械的にかしめて、その間の絶縁性フィルム２に両者がくい込み接触して表裏を導通状態とした第１電気的接続部２６Ａを形成している。また、同様に、スルーホールの代わりに第２対向電極４Ｂの矩形状端部４ｄとパターン電極５の矩形状端部５ｂとを機械的にかしめて、その間の絶縁性フィルム２に両者がくい込み接触して表裏を導通状態とした第２電気的接続部２６Ｂを形成している。

したがって、第２実施形態の温度センサ２１では、第１電気的接続部２６Ａが、互いに対向した一対の第１対向電極４Ａの一方における一部と一対の第２対向電極４Ｂの一方における一部とがこれらの間の絶縁性フィルム２内にくい込んで互いに接触したかしめ部であるので、表裏の第１対向電極４Ａと第２対向電極４Ｂとをかしめによって安価で簡易に接続することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、第１電気的接続部として、スルーホールやかしめ部を採用しているが、他の接続手段を採用しても構わない。例えば、一対の第１対向電極の一方と一対の第２対向電極の一方とが対向した絶縁性フィルムの部分に打ち込まれた状態の金属ピンやハトメ等を第１電気的接続部としても構わない。

１，２１…温度センサ、２…絶縁性フィルム、３Ａ…第１薄膜サーミスタ部、３Ｂ…第２薄膜サーミスタ部、４Ａ…第１対向電極、４Ｂ…第２対向電極、５…パターン電極、６Ａ，２６Ａ…第１電気的接続部、６Ｂ，２６Ｂ…第２電気的接続部

Claims (5)

1. 絶縁性フィルムと、
   前記絶縁性フィルムの一方の面にサーミスタ材料で形成された第１薄膜サーミスタ部と、
   前記絶縁性フィルムの他方の面にサーミスタ材料で形成され前記第１薄膜サーミスタ部と同形状で対向配置された第２薄膜サーミスタ部と、
   前記第１薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に互いに対向して形成された一対の第１対向電極と、
   前記第２薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に互いに対向して形成された一対の第２対向電極とを備え、
   一対の前記第１対向電極の一方と一対の前記第２対向電極の一方とが、前記絶縁性フィルムを貫通した第１電気的接続部によって接続されていることを特徴とする温度センサ。
2. 請求項１に記載の温度センサにおいて、
   前記絶縁性フィルムの一方の面に形成されている一対のパターン電極を備え、
   一対の前記パターン電極の一方が、一対の前記第１対向電極の他方に接続され、
   一対の前記パターン電極の他方と一対の前記第２対向電極の他方とが、前記絶縁性フィルムを貫通した第２電気的接続部によって接続されていることを特徴とする温度センサ。
3. 請求項１又は２に記載の温度センサにおいて、
   前記第１電気的接続部が、一対の前記第１対向電極の一方と一対の前記第２対向電極の一方とが対向した前記絶縁性フィルムの部分に形成されたスルーホールであることを特徴とする温度センサ。
4. 請求項１又は２に記載の温度センサにおいて、
   前記第１電気的接続部が、互いに対向した一対の前記第１対向電極の一方における一部と一対の前記第２対向電極の一方における一部とがこれらの間の前記絶縁性フィルム内にくい込んで互いに接触したかしめ部であることを特徴とする温度センサ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   少なくとも前記第１薄膜サーミスタ部と前記絶縁性フィルムと前記第２薄膜サーミスタ部とが積層されている部分が湾曲状態とされて使用されることを特徴とする温度センサ。

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