JP2018119850A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 圧着端子が変形しても高い熱応答性を維持することができる温度センサを提供すること。【解決手段】 感熱素子部２と、測定対象物にネジで固定可能なネジ取り付け部３ａを有し感熱素子部が取り付けられた圧着端子３とを備え、感熱素子部が、圧着端子に接着された絶縁性フィルム４と、絶縁性フィルムの表面に設けられたサーミスタ素子５と、絶縁性フィルムの表面に形成され一端がサーミスタ素子に接続されていると共に他端がリード線接続用のパッド部６ａとされた一対のパターン配線６とを備え、絶縁性フィルムが、ネジ取り付け部まで延在した座面部４ａを有し、一対のパターン配線の少なくとも一方が、座面部まで延在している受熱部６ｂを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物への取り付けが容易で、応答性に優れた温度センサに関する。

従来、温度センサとして、チップ状やフレーク状のサーミスタ素子にリード線を取り付けて、リード線の接続部と共にサーミスタ素子を樹脂モールドし、この部分を圧着や接着等で圧着端子に取り付けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この温度センサでは、いわゆるＲ端子である圧着端子にネジ止め取り付けが可能な円環部が設けられているので、この部分にネジを挿通させた状態で測定対象物の雌ネジ部等に螺着させることで、温度センサを測定対象物に容易にネジ止めすることができる。

また、特許文献２には、感熱素子部が、圧着端子に取り付けた絶縁性フィルムと、絶縁性フィルム上に形成された薄膜サーミスタ部と、薄膜サーミスタ部に接続され絶縁性フィルム上に形成されたパターン電極とを備えた温度センサが提案されている。この温度センサでは、圧着端子からの熱をガラスや封止樹脂を介さずに絶縁性フィルムで直接受けることで、より高い応答性が得られる。

特開２０１２−１４１１６４号公報 特開２０１６−１６１４３４号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
ネジ止めする取り付け用の圧着端子にサーミスタ素子を固定して作製された温度センサでは、ネジ止めする際にねじの締め付け力で圧着端子が変形したり、ネジ固定後にリード線が引っ張られたりして圧着端子が変形したりして、温度検知面が測定対象物から浮いてしまい、熱応答性が極端に低下してしまう問題があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、圧着端子が変形しても高い熱応答性を維持することができる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、感熱素子部と、測定対象物にネジで固定可能なネジ取り付け部を有し前記感熱素子部が取り付けられた圧着端子とを備え、前記感熱素子部が、前記圧着端子に接着された絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの表面に設けられたサーミスタ素子と、前記絶縁性フィルムの表面に形成され一端が前記サーミスタ素子に接続されていると共に他端がリード線接続用のパッド部とされた一対のパターン配線とを備え、前記絶縁性フィルムが、前記ネジ取り付け部まで延在した座面部を有し、前記一対のパターン配線の少なくとも一方が、前記座面部まで延在している受熱部を有していることを特徴とする。

この温度センサでは、一対のパターン配線の少なくとも一方が、座面部まで延在している受熱部を有しているので、圧着端子が変形しても、座面部及び受熱部を介してサーミスタ素子に熱が伝わり、高い熱応答性を得ることができる。また、受熱部を有することで、パターン配線が座面部を介してパッド部に達すると共にパターン配線が長くなり、且つ、パターン配線の温度勾配が小さくなるため、サーミスタ素子に伝わった熱がリード線へ逃げる熱を抑制することができる。

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が、前記サーミスタ素子が設けられている素子設置部と、前記パッド部が設けられているリード線接続部とを有し、前記素子設置部と前記リード線接続部とが、前記座面部に対して互いに異なる方向に配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、素子設置部とリード線接続部とが、座面部に対して互いに異なる方向に配されているので、リード線に接続されたリード線接続部が引っ張られてもサーミスタ素子が設置された素子設置部が引っ張られ難く、素子設置部が変形し難いことで、熱応答性の低下をより抑制することができる。また、素子設置部を含む温度検知面の小型化が可能になると共にサーミスタ素子とパッド部との距離を大きくすることができ、パッド部からリード線への熱の逃げの影響をさらに抑制することが可能になる。

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、前記座面部の表面に、前記受熱部とは別に前記絶縁性フィルムよりも熱伝導性の高い材料で形成された表面集熱膜が設けられ、前記表面集熱膜が、前記サーミスタ素子の近傍まで延在していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、表面集熱膜が、サーミスタ素子の近傍まで延在しているので、表面集熱膜を介して座面部からの熱をサーミスタ素子に伝えることができ、より熱応答性を向上させることができる。

第４の発明に係る温度センサは、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記座面部の裏面に、前記絶縁性フィルムよりも熱伝導性の高い材料で形成された裏面集熱膜が設けられ、前記裏面集熱膜が、前記サーミスタ素子の近傍まで延在していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、裏面集熱膜が、サーミスタ素子の近傍まで延在しているので、裏面集熱膜を介して座面部からの熱をサーミスタ素子に伝えることができ、より熱応答性を向上させることができる。

第６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、前記圧着端子が、前記絶縁性フィルムの裏面に接着された裏面側端子部と、前記絶縁性フィルムの表面に接着された表面側端子部とから構成され、前記裏面側端子部と前記表面側端子部とが、それぞれ前記ネジ取り付け部を有していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、裏面側端子部と表面側端子部とが、それぞれネジ取り付け部を有しているので、裏面側端子部と表面側端子部とのネジ取り付け部が絶縁性フィルムの表裏で熱を座面部及び受熱部に伝えることができ、より熱応答性が向上する。また、ネジ締め付け時の座面の摩擦力で、感熱素子部にダメージが加わることを防ぐことができる。

第６の発明に係る温度センサは、第２の発明において、前記素子設置部と前記リード線接続部とが、前記座面部を挟んで互いに反対側に配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、素子設置部とリード線接続部とが、座面部を挟んで互いに反対側に配されているので、リード線に接続されたリード線接続部が引っ張られても反対側の素子設置部は引っ張られず、変形しないことで、安定した熱応答性が得られる。

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、一対のパターン配線の少なくとも一方が、座面部まで延在している受熱部を有しているので、圧着端子が変形しても、座面部の受熱部を介してサーミスタ素子に熱が伝わり、高い熱応答性を得ることができる。
したがって、本発明の温度センサは、測定対象物に取り付ける必要がある装置、例えばエンジンやインバータのアルミブロック等において、測定対象物から温度検知面が浮いた場合でも応答性が速く、ばらつきの小さい温度検知が可能になり、異常加熱防止に好適である。

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。 第１実施形態において、感熱素子部を示す裏面図である。 第１実施形態において、温度センサを測定対象物にネジ止めした状態を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係る温度センサの第２実施形態において、成形樹脂部を除いた状態の温度センサを示す平面図（ａ）及び裏面図（ｂ）である。 第２実施形態において、温度センサを測定対象物にネジ止めした状態を示す図４のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明に係る温度センサの第３実施形態において、感熱素子部を示す平面図（ａ）及び裏面図（ｂ）である。 第３実施形態において、温度センサを測定対象物にネジ止めした状態で、リード線を引っ張る前（ａ）と引っ張り上げた状態（ｂ）とを示す図６のＣ−Ｃ線断面図である。

以下、本発明に係る温度センサの第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各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために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から図３に示すように、感熱素子部２と、測定対象物ＭにネジＳで固定可能なネジ取り付け部３ａを有し感熱素子部２が取り付けられた圧着端子３とを備えている。
なお、測定対象物Ｍは、例えばエンジンやインバータのアルミブロック等である。
上記感熱素子部２は、圧着端子３に接着された絶縁性フィルム４と、絶縁性フィルム４の表面に設けられたサーミスタ素子５と、絶縁性フィルム４の表面に形成され一端がサーミスタ素子５に接続されていると共に他端がリード線Ｌ接続用のパッド部６ａとされた一対のパターン配線６とを備えている。

上記ネジ取り付け部３ａは、ネジ取付孔３ｂを有している。
上記絶縁性フィルム４は、ネジ取り付け部３ａまで延在した座面部４ａを有している。
上記座面部４ａは、円環状のネジ取り付け部３ａと同形状の円環状に形成されている。
上記一対のパターン配線６の少なくとも一方は、座面部４ａまで延在している受熱部６ｂを有している。なお、本実施形態では、一対のパターン配線６の両方が、受熱部６ｂを有している。

上記一対の受熱部６ｂは、サーミスタ素子５の両端電極部と接合した部分から座面部４ａへ延在し、互いに反対側で座面部４ａの内周に沿って半周延在し、座面部４ａの先端で折り返して再び略半周戻って延在し、さらにパッド部６ａまで延在している。
なお、パッド部６ａは、座面部４ａと反対側の端部に配されている。
上記座面部４ａの表面には、受熱部６ｂとは別に絶縁性フィルム４よりも熱伝導性の高い材料で形成された表面集熱膜７が設けられている。

上記表面集熱膜７は、サーミスタ素子５の近傍まで延在している。
すなわち、表面集熱膜７は、座面部４ａに沿って円環状に形成された表面側円環部７ａと、表面側円環部７ａに基端が接続され先端がサーミスタ素子５の近傍に配されて延在した表面側延在部７ｂとを有している。

また、座面部４ａの裏面には、絶縁性フィルム４よりも熱伝導性の高い材料で形成された裏面集熱膜８が設けられている。
上記裏面集熱膜８は、サーミスタ素子５の近傍まで延在している。
すなわち、裏面集熱膜８は、座面部４ａに沿って円環状に形成された裏面側円環部８ａと、裏面側円環部８ａに基端が接続され先端がサーミスタ素子５の直下に配されて延在した裏面側延在部８ｂとを有している。

なお、パターン配線６、表面集熱膜７及び裏面集熱膜８は、例えばＣｕ膜等の金属膜でパターン形成されている。また、表面集熱膜７及び裏面集熱膜８は、ネジ取付孔３ｂ内面をスルーホールとしてつながっている。さらに、パターン配線６、表面集熱膜７及び裏面集熱膜８は、図示しない薄い絶縁性保護膜で表面が覆われている。

上記リード線Ｌは、パッド部６ａに半田材、溶接又は導電性接着剤で接合され接続されている。なお、本実施形態では、半田材Ｈでリード線Ｌを接続している。また、パッド部６ａは、リード線Ｌを接続するために、他の部分よりも幅広に形成されている。

上記圧着端子３は、金属板で形成されていると共に、複数の貫通孔３ｃが形成されている。これらの貫通孔３ｃは、絶縁性フィルム４を接着する際に、貫通孔３ｃを介して絶縁性フィルム４を吸引して気泡発生を防止し、圧着端子３に密着させるために設けたものである。これによって、絶縁性フィルム４を圧着端子３に全体的に密着状態で接着でき、応答性のばらつきを抑えることができる。なお、接着後に貫通孔３ｃ内に、高熱伝導接着剤、グリス（Ａｇ，カーボンフィラー入り）を充填しても構わない。

上記絶縁性フィルム４は、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。
また、絶縁性フィルム４は、サーミスタ素子５が設けられている素子設置部４ｂと、パッド部６ａが設けられているリード線接続部４ｃとを有している。
上記サーミスタ素子５は、例えばチップ状やフレーク状のサーミスタ素子等が採用可能である。
なお、サーミスタ素子５とリード線Ｌの接続部とは、素子設置部４ｂ上でエポキシ樹脂等の封止樹脂９により封止している。

このように本実施形態の温度センサ１では、一対のパターン配線６の少なくとも一方が、座面部４ａまで延在している受熱部６ｂを有しているので、圧着端子３が変形しても、座面部４ａ及び受熱部６ｂを介してサーミスタ素子５に熱が伝わり、高い熱応答性を得ることができる。また、受熱部６ｂを有することで、パターン配線６が座面部４ａを介してパッド部６ａに達すると共にパターン配線６が長くなり、且つ、パターン配線６の温度勾配が小さくなるため、サーミスタ素子５に伝わった熱がリード線Ｌへ逃げる熱を抑制することができる。

また、表面集熱膜７が、サーミスタ素子５の近傍まで延在しているので、表面集熱膜７を介して座面部４ａからの熱をサーミスタ素子５に伝えることができ、より熱応答性を向上させることができる。
さらに、裏面集熱膜８が、サーミスタ素子５の近傍まで延在しているので、裏面集熱膜８を介して座面部４ａからの熱をサーミスタ素子５に伝えることができ、より熱応答性を向上させることができる。
したがって、図３の矢印に示すように、測定対象物Ｍの熱が直接、圧着端子３に伝わるだけでなく、ネジＳから座面部４ａの受熱部６ｂ、表面集熱膜７及び裏面集熱膜８を介してサーミスタ素子５に伝わる。

次に、本発明に係る温度センサの第２及び第３実施形態について、図４から図７を参照して以下に説明する。なお、以下の各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、圧着端子３が絶縁性フィルム４の裏面に接着されているが、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、圧着端子が、絶縁性フィルム４の裏面に接着された裏面側端子部２３Ａと、絶縁性フィルム４の表面に接着された表面側端子部２３Ｂとから構成され、裏面側端子部２３Ａと表面側端子部２３Ｂとが、それぞれネジ取り付け部３ａ，２３ａを有している点である。

すなわち、第２実施形態では、第１実施形態の圧着端子３と同形状の裏面側端子部２３Ａだけでなく、絶縁性フィルム４の表面にも表面側端子部２３Ｂが接着されている。
上記表面側端子部２３Ｂは、サーミスタ素子５を収納可能な素子収納孔２３ｂと、一対のパッド部６ａを露出させる一対のパッド部用孔２３ｃとが形成されている。なお、表面側素子部２３Ｂをサーミスタ素子５の厚さより厚くすることで、サーミスタ素子５を素子収納孔２３ｂ内に埋没させることができる。
表面側端子部２３Ｂと裏面側端子部２３Ａとは、図５に示すように、先端部で接続されている。すなわち、表面側端子部２３Ｂと裏面側端子部２３Ａとは、一枚の金属板で一体に成形され、先端部で折り曲げて構成されている。

なお、第２実施形態では、表面側端子部２３Ｂ上でサーミスタ素子５上とリード線Ｌの接続部（パッド部６ａ）上とを封止樹脂９と共に封止する成形樹脂部２９が設けられている。これによって、より強固にサーミスタ素子５とリード線Ｌの接続部とが保護される。また、インサート成形による成形樹脂部２９で、表面側端子部２３Ｂと裏面側端子部２３Ａとリード線Ｌと感熱素子部２とが一体化されるため、安定して高い接合強度が得られ、外力を受けて互いに位置ずれが生じたり、接触状態が悪くなることを防止できる。

このように第２実施形態の温度センサ２１では、裏面側端子部２３Ａと表面側端子部２３Ｂとが、それぞれネジ取り付け部３ａ，２３ａを有しているので、裏面側端子部２３Ａと表面側端子部２３Ｂとのネジ取り付け部３ａ，２３ａが絶縁性フィルム４の表裏で熱を座面部４ａ及び受熱部６ｂに伝えることができ、より熱応答性が向上する。また、ネジ締め付け時の座面の摩擦力で、感熱素子部２にダメージが加わることを防ぐことができる。

次に、第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、素子設置部４ｂとリード線接続部４ｃとが、座面部４ａに対して同じ方向に配されているのに対し、第３実施形態の温度センサ３１では、図６及び図７に示すように、素子設置部３４ｂとリード線接続部３４ｃとが、座面部３４ａに対して互いに異なる方向に配されている点である。
特に第３実施形態では、素子設置部３４ｂとリード線接続部３４ｃとが、座面部３４ａを挟んで互いに反対側に配されている。

第３実施形態では、サーミスタ素子５とパッド部６ａとが互いに座面部３４ａを挟んで反対側に配置されているため、パターン配線３６がサーミスタ素子５の両端電極部からパッド部６ａへ至るまで、その間の座面部３４ａを介して延在している。さらに、座面部３４ａに形成された受熱部３６ｂは、より座面部３４ａで熱を受け易いように座面部３４ａにて二度折り返して延在している。

また、表面集熱膜３７は、サーミスタ素子５が座面部３４ａ近傍に設置されているため、表面側延在部が無く、表面側円環部のみで形成されている。
裏面集熱膜３８は、第２実施形態と同様に、座面部３４ａに沿って円環状に形成された裏面側円環部３８ａと、裏面側円環部３８ａに先端が接続され基端がサーミスタ素子５の直下に配された裏面側延在部３８ｂとを有している。

表面側端子３３Ｂと裏面側端子部３３Ａとは、絶縁性フィルム３４に対応した形状とされており、ネジ取り付け部３３ａの両側に突出した部分を有している。
なお、本実施形態の表面側端子３３Ｂと裏面側端子部３３Ａとは、先端部で接続されておらず、別々に形成したものを絶縁性フィルム３４の表裏面に接着している。

このように第３実施形態の温度センサ３１では、素子設置部３４ｂとリード線接続部３４ｃとが、座面部３４ａに対して互いに異なる方向に配されているので、リード線Ｌに接続されたリード線接続部３４ｃが引っ張られてもサーミスタ素子５が設置された素子設置部３４ｂが引っ張られ難く、素子設置部３４ｂが変形し難いことで、熱応答性の低下をより抑制することができる。また、素子設置部３４ｂを含む温度検知面の小型化が可能になると共にサーミスタ素子５とパッド部６ａとの距離を大きくすることができ、パッド部６ａからリード線Ｌへの熱の逃げの影響をさらに抑制することが可能になる。

特に、本実施形態では、素子設置部３４ｂとリード線接続部３４ｃとが、座面部３４ａを挟んで互いに反対側に配されているので、図７の（ｂ）に示すように、リード線Ｌに接続されたリード線接続部３４ｃが引っ張られても反対側の素子設置部３４ｂは引っ張られず、変形しないことで、安定した熱応答性が得られる。

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、いわゆる丸形端子のＲ端子又はＹ端子の圧着端子を採用したが、ネジ止め可能なネジ取り付け部であれば他の形状のネジ取り付け部の形状としても構わない。
また、上記サーミスタ素子は、チップ状やフレーク状のサーミスタ素子を採用しているが、サーミスタ素子として、薄膜サーミスタ等を採用しても構わない。

１，２１，３１…温度センサ、２…感熱素子部、３…圧着端子、３ａ，２３ａ…ネジ取り付け部、４，３４…絶縁性フィルム、５…サーミスタ素子、６，３６…パターン配線、６ａ…パッド部、６ｂ，３６ｂ…受熱部、４ａ，３４ａ…座面部、４ｂ，３４ｂ…素子設置部、４ｃ，３４ｃ…リード線接続部、７，３７…表面集熱膜、８，３８…裏面集熱膜、２３Ａ，３３Ａ…裏面側端子部、２３Ｂ，３３Ｂ…表面側端子部、Ｍ…測定対象物、Ｓ…ネジ

Claims (6)

1. 感熱素子部と、
   測定対象物にネジで固定可能なネジ取り付け部を有し前記感熱素子部が取り付けられた圧着端子とを備え、
   前記感熱素子部が、前記圧着端子に接着された絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの表面に設けられたサーミスタ素子と、前記絶縁性フィルムの表面に形成され一端が前記サーミスタ素子に接続されていると共に他端がリード線接続用のパッド部とされた一対のパターン配線とを備え、
   前記絶縁性フィルムが、前記ネジ取り付け部まで延在した座面部を有し、
   前記一対のパターン配線の少なくとも一方が、前記座面部まで延在している受熱部を有し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が、前記サーミスタ素子が設けられている素子設置部と、
   前記パッド部が設けられているリード線接続部とを有し、
   前記素子設置部と前記リード線接続部とが、前記座面部に対して互いに異なる方向に配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、
   前記座面部の表面に、前記受熱部とは別に前記絶縁性フィルムよりも熱伝導性の高い材料で形成された表面集熱膜が設けられ、
   前記表面集熱膜が、前記サーミスタ素子の近傍まで延在していることを特徴とする温度センサ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   前記座面部の裏面に、前記絶縁性フィルムよりも熱伝導性の高い材料で形成された裏面集熱膜が設けられ、
   前記裏面集熱膜が、前記サーミスタ素子の近傍まで延在してい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、
   前記圧着端子が、前記絶縁性フィルムの裏面に接着された裏面側端子部と、前記絶縁性フィルムの表面に接着された表面側端子部とで構成され、
   前記裏面側端子部と前記表面側端子部とが、それぞれ前記ネジ取り付け部を有していることを特徴とする温度センサ。
6. 請求項２に記載の温度センサにおいて、
   前記素子設置部と前記リード線接続部とが、前記座面部を挟んで互いに反対側に配されていることを特徴とする温度センサ。

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