JP5092873B2 - Surface temperature sensor - Google Patents
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Description
この発明は、平面領域での温度検出を行う面状温度検出センサに関するものである。 The present invention relates to a planar temperature detection sensor that performs temperature detection in a planar region.
現在、日常生活の中で平面領域での温度検出を必要とする場面が多々ある。その一例として、IH調理システムが存在する。IH調理システムでは、電磁誘導の原理による誘導加熱を利用して、コンロ上においた鍋釜等の底面にジュール熱を発生させて調理する。 Currently, there are many scenes in daily life that require temperature detection in a planar area. As an example, there is an IH cooking system. In the IH cooking system, by using induction heating based on the principle of electromagnetic induction, Joule heat is generated on the bottom surface of a pan pot or the like placed on the stove for cooking.
このようなシステムの場合、載置面上に導電性の異物が存在すると、当該異物が発熱して、局所的に高熱の状態となる。 In the case of such a system, if a conductive foreign substance exists on the mounting surface, the foreign substance generates heat and becomes locally hot.
このような平面での異常な発熱を検出するために、例えば特許文献1では、シート状の導電性ポリマー組成物に電極を形成した構造の面状温度検出センサが開示されている。図10は従来の面状温度検出センサの概略構成を示す図であり、(A)はシート状導電性ポリマー組成物の対向する両面に電極が形成されている場合を示し、(B)はシート状導電性ポリマー組成物の一方面に電極が形成されている場合を示す。図10(A)の面状温度検出センサは層状シート910の対向する両面に電極901,902がパターン形成された構造からなる。検出部912は、層状シート910とこの層状シート910を挟んで対向する電極901,902とで構成される。一方、図10(B)の面状温度検出センサは、層状シート910の一方面に電極901’,902’が所定間隔で離間して形成された構造からなる。検出部912’は、層状シート910と、電気回路で直接接続されることなく離間された状態で隣り合う電極901’,902’とで構成される。
In order to detect such abnormal heat generation on a flat surface, for example,
これらの構造からなるセンサでは、シート状導電性ポリマー組成物の表面に発熱体が接触すると、この熱が層状シート910に伝達し、当該熱により層状シート910の抵抗値が変化する。そして、この抵抗値の変化による電極901,902間や電極901’,902’間の電圧変化を検出することで温度検出を行う。
しかしながら、特許文献1の面状温度検出センサでは、層状シート全体が導電性ポリマー組成物により形成されているため、検出部と非検出部とで熱伝導率の差が殆ど無い。このため、検出部と非検出部にほぼ同等に熱が伝導してしまい、発熱源の熱量の略全てを検出部に伝導することができず、発熱部の正確な温度を測定できない。さらに、この構成では、予め定めた特定温度の検出タイミングが、実際に発熱源が特定温度に達したタイミングよりも遅延してしまう。
However, in the planar temperature detection sensor of
したがって、本発明の目的は、温度検出精度および温度検出速度を向上した面状温度検出センサを実現することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to realize a planar temperature detection sensor with improved temperature detection accuracy and temperature detection speed.
この発明は、一面を検出面とする平板状の筐体と、該筐体の内部に検出面の側から見て所定パターンで配置され、それぞれが電気的特性の温度依存性に応じて温度検出を行える複数の検出部と、を備えた面状温度検出センサに関するものである。この面状温度検出センサの複数の検出部は、それぞれが個別に形成されたチップ型のサーミスタ素子で構成される。さらに、複数の検出部の間の領域である非検出部は、サーミスタ素子の熱伝導率よりも低い熱伝導率からなる。 This invention is arranged in a predetermined pattern when viewed from the side of the detection surface inside the flat plate-shaped housing having one surface as a detection surface, each of which detects the temperature according to the temperature dependence of the electrical characteristics It is related with the planar temperature detection sensor provided with the some detection part which can perform. The plurality of detection portions of the planar temperature detection sensor are constituted by chip-type thermistor elements that are individually formed. Furthermore, the non-detection part which is an area | region between several detection parts consists of thermal conductivity lower than the thermal conductivity of a thermistor element.
この構成では、検出面に発熱体が接触すると、発熱体からの熱は、相対的に熱伝導率の低い非検出部へは殆ど伝導せず、熱伝導率の高いサーミスタ素子へのみ伝導する。これにより、サーミスタ素子には、発熱体からの熱が略そのまま与えられ、当該熱量によりサーミスタ素子の抵抗値が変化する。すなわち、サーミスタ素子の抵抗値が発熱体の温度に応じて正確且つ素早く変化する。 In this configuration, when the heating element comes into contact with the detection surface, the heat from the heating element is hardly conducted to the non-detecting portion having a relatively low thermal conductivity, and is conducted only to the thermistor element having a high thermal conductivity. Thereby, the heat from the heating element is applied to the thermistor element almost as it is, and the resistance value of the thermistor element changes according to the amount of heat. That is, the resistance value of the thermistor element changes accurately and quickly according to the temperature of the heating element.
また、この発明の面状温度検出センサのサーミスタ素子は、半導体セラミック素体の対向する二側面に異なる電位に接続される電極が形成されており、対向する電極同士を結ぶ方向が検出面に対して垂直になるように配置されている。 In the thermistor element of the planar temperature detection sensor according to the present invention, electrodes connected to different potentials are formed on two opposing side surfaces of the semiconductor ceramic body, and the direction connecting the opposing electrodes is relative to the detection surface. Are arranged vertically.
この構成では、サーミスタ素子における検出面側の電極から順にサーミスタ素子へ熱が伝導する。このため、対向する電極間を結ぶ方向に垂直な面内での熱量差(温度差)が、サーミスタ素子の電極面以外の面から熱が与えられた場合よりも小さくなる。これにより、サーミスタ素子は短時間で大きな抵抗変化率が得られるため、高精度な温度検出が可能となる。 In this configuration, heat is conducted from the electrode on the detection surface side of the thermistor element to the thermistor element in order. For this reason, the amount of heat difference (temperature difference) in a plane perpendicular to the direction connecting the opposing electrodes is smaller than when heat is applied from a surface other than the electrode surface of the thermistor element. As a result, the thermistor element can obtain a large rate of resistance change in a short period of time, so that highly accurate temperature detection is possible.
また、この発明の面状温度検出センサのサーミスタ素子はPTC型である。 The thermistor element of the planar temperature detection sensor of the present invention is a PTC type.
この構成では、温度の上昇に伴ってPTC型サーミスタ素子の抵抗値が所定の閾値温度から急激に変化することを利用している。そして、このようなPTC型サーミスタ素子では、対向する電極間を結ぶ方向に垂直な面内での熱量差すなわち温度差が小さいほど、サーミスタ素子として早く、大きな抵抗変化率が得られる。したがって、PTC型サーミスタ素子を用いて、対向する電極同士を結ぶ方向が検出面に対して垂直になるように当該PTC型サーミスタ素子を配置することで、より高精度な温度検出が可能となる。 This configuration utilizes the fact that the resistance value of the PTC thermistor element changes rapidly from a predetermined threshold temperature as the temperature rises. In such a PTC-type thermistor element, the smaller the amount of heat in the plane perpendicular to the direction connecting the opposing electrodes, that is, the temperature difference, the faster the resistance change rate is obtained as the thermistor element. Therefore, by using the PTC thermistor element and arranging the PTC thermistor element so that the direction connecting the opposing electrodes is perpendicular to the detection surface, temperature detection with higher accuracy is possible.
また、この発明の面状温度検出センサのサーミスタ素子は、半導体セラミック素体の対向する二側面に異なる電位に接続される電極が形成されており、対向する電極同士を結ぶ方向が検出面に対して平行になるように配置されている。さらに、サーミスタ素子に接続する接続電極は、検出面側か、該検出面に対向する非検出面側のいずれか一方にのみ形成されている。 In the thermistor element of the planar temperature detection sensor according to the present invention, electrodes connected to different potentials are formed on two opposing side surfaces of the semiconductor ceramic body, and the direction connecting the opposing electrodes is relative to the detection surface. Are arranged in parallel. Further, the connection electrode connected to the thermistor element is formed only on either the detection surface side or the non-detection surface side facing the detection surface.
この構成では、複数のサーミスタ素子を相互に接続する接続電極が1つの平面上に形成されており、当該平面上の接続電極にサーミスタ素子の対向する二電極を実装する構造となるので、面状温度検出センサの製造が容易になり、低背化できる。 In this configuration, the connection electrodes for connecting a plurality of thermistor elements are formed on one plane, and the two electrodes facing the thermistor elements are mounted on the connection electrodes on the plane. The temperature detection sensor can be easily manufactured, and the height can be reduced.
また、この発明の面状温度検出センサの筐体は、検出面側の検出側基板と非検出面の非検出側基板とを備える構造からなる。接続電極は非検出側基板に形成されている。さらに、サーミスタ素子は、サーミスタ素子の熱伝導率と略同じ熱伝導率を有するとともにサーミスタ素子と検出側基板とを常時当接させる弾性係数を有する被覆樹脂部材により被覆されている。 The casing of the planar temperature detection sensor according to the present invention has a structure including a detection side substrate on the detection surface side and a non-detection side substrate on the non-detection surface. The connection electrode is formed on the non-detection side substrate. Further, the thermistor element is covered with a covering resin member having a thermal conductivity substantially the same as that of the thermistor element and having an elastic coefficient that always makes the thermistor element and the detection side substrate contact each other.
この構成では、被覆樹脂部材により検出側基板とサーミスタ素子とが常時当接しているので、検出側基板および被覆樹脂部材を介して発熱体の熱がサーミスタ素子へ確実に伝導する。 In this configuration, since the detection side substrate and the thermistor element are always in contact with each other by the covering resin member, the heat of the heating element is reliably conducted to the thermistor element through the detection side substrate and the covering resin member.
この発明によれば、サーミスタ素子の抵抗値変化が発熱体の温度に対して正確且つ素早く対応するので、検出面に存在する発熱体の温度検出を高精度且つ素早く行うことができる。 According to the present invention, the change in the resistance value of the thermistor element accurately and quickly corresponds to the temperature of the heating element, so that the temperature of the heating element existing on the detection surface can be detected with high accuracy and speed.
本発明の第1の実施形態に係る面状温度検出センサについて図を参照して説明する。
図1(A)は、本実施形態の面状温度検出センサ10の検出側基板11を取り除いた状態での検出面111側から見た平面図であり、(B)は面状温度検出センサ10における(A)のA−A’断面に相当する部分を示す側面断面図である。なお、図1では、図の見やすさを考慮して、サーミスタ素子THは側面図を示し、多数存在する各要素には代表で符番を行っている。
A planar temperature detection sensor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a plan view seen from the
面状温度検出センサ10は、検出側基板11、非検出側基板12、および側壁13からなる平板状の直方体からなる筐体を有する。検出側基板11は、熱伝導率がサーミスタ素子THと略同等の樹脂基板により形成される。検出側基板11における対向する平板面の一方(図1(B)の上面)が検出面111となり筐体の外方を向く。非検出側基板12は、熱伝導率がサーミスタ素子THよりも低い樹脂基板により形成される。側壁13は、検出側基板11と非検出側基板12とが平行に配置されるように、検出側基板11、非検出側基板12の周部に沿って形成されている。側壁13も、非検出側基板12と同様に、サーミスタ素子THの熱伝導率よりも低い熱伝導率の樹脂により形成されている。このような構造とすることで、検出側基板11、非検出側基板12、および側壁13により囲まれる筐体内閉空間が形成される。
The planar
この筐体内閉空間には、複数のサーミスタ素子THが、検出面111側から見て所定配列パターンで離間して配置されている。これらサーミスタ素子THは、直方体形状からなり、直方体を形成する6壁面の内の対向する2壁面に外部電極を形成した、いわゆるチップ型サーミスタである。このサーミスタ素子THとしては、比較的高い熱伝導率を有するBaTiO3系のPTC型のサーミスタを使用する。そして、サーミスタ素子THは、外部電極を備える2壁面(以下、外部電極面と称する)を結ぶ方向が検出面111と垂直になるように配置される。
A plurality of thermistor elements TH are arranged in the closed space in the casing so as to be separated from each other in a predetermined arrangement pattern when viewed from the
具体的なサーミスタ素子THの配置パターンとして、図1の例であれば、63個のサーミスタ素子THが、側壁13に沿う直交する二方向(図の横方向と縦方向)に沿ってそれぞれ9個、7個となる二次元配列で配置されている。ここで、サーミスタ素子THの配置間隔は、次式に基づいて設定される。すなわち、配置間隔をDとし、上述のように配置されたサーミスタ素子THを検出面111側から見た幅寸法をWとし、サーミスタ素子THの検出面111に垂直な方向の長さをLとした場合に、
L×2≧(D+W×2) −(式1)
を満たすように、配置間隔Dが設定される。その一例としては、例えば、サーミスタ素子THが1.6mm(L)×0.8mm(W1)×0.8mm(W2)であった場合に、サーミスタ素子THを0.8mm間隔で配置する。
As a specific arrangement pattern of the thermistor elements TH, in the example of FIG. 1, 63 thermistor elements TH each have nine along two orthogonal directions (horizontal direction and vertical direction in the figure) along the
L × 2 ≧ (D + W × 2) − (Formula 1)
The arrangement interval D is set so as to satisfy the above. For example, when the thermistor elements TH are 1.6 mm (L) × 0.8 mm (W1) × 0.8 mm (W2), the thermistor elements TH are arranged at intervals of 0.8 mm.
また、具体的な熱伝導率の関係の一例としては、サーミスタ素子TH及び検出側基板11の熱伝導率を2.0W/(m・K)とした場合に、非検出側基板12、側壁13の熱伝導率を1.0W/(m・K)に設定する。なお、参考までに空気の熱伝導率は0.02W/(m・K)である。
As a specific example of the relationship of thermal conductivity, when the thermal conductivity of the thermistor element TH and the detection-
一方、電気的構造においては、検出側基板11の筐体内側面112にパターン電極14が形成されており、非検出側基板12における筐体内側面122にパターン電極15が形成されている。これらパターン電極14,15は低電気抵抗値で且つ熱伝導率の高い導体が用いられている。
On the other hand, in the electrical structure, the
各サーミスタ素子THは、一方の外部電極がパターン電極14に電気的且つ機構的に接続し、他方の外部電極がパターン電極15に電気的且つ機構的に接続している。このような構造により、複数のサーミスタ素子THがパターン電極14,15により電気的に直列接続される。具体的に図1の例であれば、図1(A)に示す横方向に並ぶ9個のサーミスタ素子THがパターン電極14,15により電気的に直列接続される。これら直列回路の両端には、側壁13内を介して非検出側基板12から外部へ露出する外部接続電極16A、16Bが形成されている。このような直列回路は、図1(A)に示す縦方向と平行に7列配置されている。なお、これら直列回路は、互いに直列接続されてから基準抵抗器へ接続された後に電源へ接続されるか、それぞれに基準抵抗器へ接続された後に電源へ接続される。そして、直列回路の出力電圧を測定することでサーミスタ素子THの抵抗値変化を検出して、当該抵抗値変化に基づいた温度検出を行う。
Each thermistor element TH has one external electrode electrically and mechanically connected to the
このような構造とすることで、面状温度検出センサ10は、複数のサーミスタ素子THが温度検出部として筐体内に所定間隔で離間して配置されるとともに、当該複数のサーミスタ素子TH間が非検出部100として存在する構造となる。
With such a structure, the planar
次に、以上のような構成の面状温度検出センサ10の温度検出概念について説明する。
図2は、本実施形態の面状温度検出センサ10の熱伝導状態を示す概念図であり、(A)が本実施形態の構造の場合を示し、(B)が従来技術の構造の場合を示す。
図2(A)に示すように、本実施形態の構造の場合、発熱体50が検出面111上における2つのサーミスタ素子THの中間に接触した場合、発熱体50からの熱は、検出面111から検出側基板11内に伝導し、検出側基板11内を放射状に伝導していく。検出側基板11内を伝導した熱は、検出側基板11の筐体内側面112に達すると、実質的媒体が熱伝導率の低い空気である非検出部100よりも、熱伝導率が高いサーミスタ素子THへ伝導する。これにより、発熱体50から面状温度検出センサ1へ伝導する熱の殆ど全てがサーミスタ素子THへ与えられる。この際、熱は、検出側基板11内を伝導し、サーミスタ素子THの外部電極へ導かれ、当該外部電極からサーミスタ素子TH内に熱伝導する。これにより、サーミスタ素子THの長さ方向(検出面111に垂直な方向)への熱伝導とともに、外部電極面(検出面111)に平行な平面上に対しても効率的に熱伝導する。この熱伝導により、サーミスタ素子TH内部での外部電極面に平行な平面上での温度差が少ない状態で加温される。
Next, the temperature detection concept of the planar
FIG. 2 is a conceptual diagram showing the heat conduction state of the planar
As shown in FIG. 2A, in the case of the structure of the present embodiment, when the
一方、図2(B)に示すように、従来技術の構造の場合、発熱体50が層状シート910上における2つ検出部912の中間に接触した場合、発熱体50からの熱は、層状シート910内を放射状に伝導する。この際、層状シート910は全体が同じ熱伝導率からなるので、検出部912間の非検出部913から順に熱が伝導する。このため、検出部912へ熱が伝導されるまでの時間が、上述の(A)の場合よりも遅くなる。さらに、検出部912と非検出部913とが一体であるので、非検出部913を介して検出部912の検出面に垂直な面側(サーミスタ素子THに置き換えれば側壁側)から徐々に熱が伝導する。このような伝導により、検出面に平行な平面上での温度差が大きい状態で加温される。
On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the case of the structure of the prior art, when the
ところで、PTC型のサーミスタ素子THは、図3に示すように素子内温度差により抵抗値が変化する。
図3はPTC型サーミスタ素子PTCTHの加熱方向による素子内温度分布および抵抗値の変化を概念的に示す図であり、(A)は外部電極側から加熱した場合を示し、(B)は素子の側壁面から加熱した場合を示す。
Incidentally, the resistance value of the PTC thermistor element TH varies depending on the temperature difference in the element as shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram conceptually showing changes in the temperature distribution and resistance value in the element depending on the heating direction of the PTC-type thermistor element PTCTH. (A) shows the case of heating from the external electrode side, and (B) shows the element. The case where it heats from a side wall surface is shown.
図3に示すように、外部電極側から加熱することで、PTC型サーミスタ素子PTCTHは、外部電極を介して、外部電極面に平行な平面に対してもムラ無く加熱される。一方で、筐体側壁面から加熱した場合には、外部電極に平行な平面上での加熱がばらつく。このため、外部電極側から加熱した場合の方が、側壁面から加熱する場合よりも、外部電極に平行な平面上での温度バラツキが小さくなる。ここで、PTC型サーミスタ素子PTCTHは、対向する外部電極間を結ぶ方向に沿って並行して配置された複数の個別PTC型サーミスタTHeが並列接続されたものと等価に考えることができる。このため、(A)に示すように外部電極面に平行な平面上での温度バラツキが少ない状態で加温されることで、並列に並ぶ複数の個別PTC型サーミスタTHeの抵抗値が均一して高くなる(R(La))。このため、これらが並列接続された合成抵抗に相当するPTC型サーミスタ素子PTCTH全体の抵抗値も高くなる。一方で、(B)に示すように、外部電極面に平行な平面上での温度バラツキが大きい状態で加温されることで、並列に並ぶ複数の個別PTC型サーミスタTHeの抵抗値が高いもの(R(La))と低いもの(R(sm))とが存在する。このため、これらが並列接続された合成抵抗に相当するPTC型サーミスタ素子PTCTH全体の抵抗値が高くなりにくい。 As shown in FIG. 3, by heating from the external electrode side, the PTC-type thermistor element PTCTH is heated evenly with respect to a plane parallel to the external electrode surface via the external electrode. On the other hand, when heating from the side wall surface of the housing, the heating on a plane parallel to the external electrode varies. For this reason, the temperature variation on the plane parallel to the external electrode is smaller in the case of heating from the external electrode side than in the case of heating from the side wall surface. Here, the PTC-type thermistor element PTCTH can be considered as equivalent to a plurality of individual PTC-type thermistors THe arranged in parallel along the direction connecting the opposing external electrodes. For this reason, as shown in (A), the resistance value of the plurality of individual PTC thermistors THe arranged in parallel is made uniform by heating in a state where there is little temperature variation on a plane parallel to the external electrode surface. It becomes higher (R (La)). For this reason, the overall resistance value of the PTC thermistor element PTCTH corresponding to the combined resistance in which these are connected in parallel also increases. On the other hand, as shown in (B), the resistance value of the plurality of individual PTC thermistors THe arranged in parallel is high by heating with a large temperature variation on a plane parallel to the external electrode surface. (R (La)) and low (R (sm)) exist. For this reason, the overall resistance value of the PTC thermistor element PTCTH corresponding to the combined resistance in which these are connected in parallel is unlikely to increase.
このように、PTC型サーミスタ素子PTCTHは、外部電極面(検出面111)に平行な平面上での温度バラツキが小さい状態で加温されるほど、高精度に温度検出できる。したがって、本実施形態の構成を用いることで、PTC型のサーミスタ素子THを用いて高精度に温度検出することができる。 As described above, the PTC thermistor element PTCTH can detect the temperature with higher accuracy as it is heated in a state in which the temperature variation on the plane parallel to the external electrode surface (detection surface 111) is small. Therefore, by using the configuration of this embodiment, temperature detection can be performed with high accuracy using the PTC-type thermistor element TH.
さらに、非検出部100に熱が伝導せず、検出部に相当するサーミスタ素子THのみに熱伝導が集中するので、サーミスタ素子THまでの熱伝導速度も速くなる。これにより、本実施形態の構成を用いることで、温度検出速度を速くすることもできる。
Further, heat is not conducted to the
図4(A)は本実施形態(第1の実施形態)およびモニタに用いたサーミスタ素子の時間−温度特性を示す図であり、図4(B)は本実施形態の構成での時間に対する抵抗変化率および従来技術(モニタ)の構成での時間に対する抵抗変化率を示す。本実験は、図2に示すように発熱体50をサーミスタ素子TH間もしくは検出部912間に設置し、本実施形態(第1の実施形態)の構成に関しては、検出部であるPTC型のサーミスタ素子THの熱伝導率を2.0W/(m・K)とし、被検出部100は空隙とし、熱伝導率を0.02W/(m・K)とした。上述の熱伝導率関係を採用し、従来技術に関しては、検出部912および非検出部913を一体のPTC型サーミスタ基板とし、熱伝導率を2.0W/(m・K)とした場合のものである。
FIG. 4A is a diagram illustrating the time-temperature characteristics of the thermistor element used in the present embodiment (first embodiment) and the monitor, and FIG. 4B is a resistance against time in the configuration of the present embodiment. The rate of change of resistance with respect to time in the configuration of the rate of change and the prior art (monitor) is shown. In this experiment, as shown in FIG. 2, the
なお、本発明におけるPTC型サーミスタは、65℃で室温(25℃)の抵抗値の10倍の抵抗値を示すような特性を示すものであり、図4(A)に示されるような、約32秒で65℃に達するものを使用した。 The PTC thermistor according to the present invention has such a characteristic that it exhibits a resistance value that is 10 times the resistance value at room temperature (25 ° C.) at 65 ° C., as shown in FIG. The one that reached 65 ° C. in 32 seconds was used.
そして、図4(B)は、縦軸に室温抵抗値に対する温度上昇後の抵抗値である抵抗変化率、横軸に時間をとったグラフである。このグラフから分かるように、第1の実施形態の抵抗変化率が10倍となるのに約36秒かかっているが、モニタ(従来技術)の場合は約47秒かかっている。また、見方を変えれば、同じ約36秒の時点で第1の実施形態の構成であれば抵抗変化率が10倍となるのに対して、モニタ(従来技術)の場合は約4倍程度である。 FIG. 4B is a graph in which the vertical axis represents the resistance change rate which is the resistance value after the temperature rise with respect to the room temperature resistance value, and the horizontal axis represents time. As can be seen from this graph, it takes about 36 seconds for the resistance change rate of the first embodiment to be 10 times, but in the case of the monitor (prior art), it takes about 47 seconds. In other words, the rate of change in resistance is 10 times in the case of the configuration of the first embodiment at the same time of about 36 seconds, whereas in the case of the monitor (conventional technology), it is about 4 times. is there.
このように、本実施形態の構成を用いることで、高速且つ高精度に温度検出する面状温度検出センサを実現することができることが分かる。 Thus, it can be seen that by using the configuration of the present embodiment, a planar temperature detection sensor that detects temperature at high speed and with high accuracy can be realized.
なお、上述のサーミスタ素子THの配置個数および配置パターンは一例であり、仕様に応じて適宜設定すれば良い。この際、上述の(式1)に満たすように配置すればよく、この(式1)の配置とすることが好ましい。 The number of thermistor elements TH and the arrangement pattern of the thermistor elements TH described above are merely examples, and may be set as appropriate according to the specifications. At this time, it may be arranged so as to satisfy the above (Formula 1), and the arrangement of (Formula 1) is preferable.
また、面状温度検出センサ10を構成する各要素の熱伝導率の関係も仕様に応じて適宜設定すればよいが、少なくとも非検出部100の熱伝導率が検出部であるサーミスタTHの熱伝導率の半分以下にするとよい。このような熱伝導率の差を設けることで、サーミスタ素子THへの熱伝導を効果的に行うことができる。
Further, the relationship between the thermal conductivity of each element constituting the surface
次に、第2の実施形態に係る面状温度検出センサについて説明する。
図5の(A)は、本実施形態の面状温度検出センサ20の検出側基板21を取り除いた状態での検出面側から見た平面図であり、(B)は面状温度検出センサ20における(A)のA−A’断面に相当する部分を示す側面断面図である。なお、図5でも、図の見やすさを考慮して、サーミスタ素子THは側面図を示し、多数存在する各要素には代表で符番を行っている。
Next, a planar temperature detection sensor according to the second embodiment will be described.
FIG. 5A is a plan view seen from the detection surface side of the planar
本実施形態の図5に示す面状温度検出センサ20は、第1の実施形態の図1に示した面状温度検出センサ10の非検知部100が空隙ではなく、樹脂により形成された非検出部200であり、さらに、非検出側基板と非検出部200とが同じ樹脂により形成されている。そして、他の構成は、第1の実施形態に示した面状温度検出センサ10と同じである。すなわち、面状温度検出センサ20は、平板状の筐体内に検出部であるサーミスタ素子THが、検出面211側から見て二次元配列された構成である。そして、これらサーミスタ素子TH間の非検出部200が、サーミスタ素子THよりも熱伝導率が低い樹脂により充填されている。例えば、上述の第1の実施形態のようにサーミスタ素子THが熱伝導率2.0W/(m・K)であれば、非検出側基板12と同じ1.0W/(m・K)に設定している。
このような構造であっても、第1の実施形態と同様に、サーミスタ素子THへ効果的に熱伝導して、温度検出精度および温度検出速度を向上することができる。
In the planar
Even with such a structure, it is possible to effectively conduct heat to the thermistor element TH and improve temperature detection accuracy and temperature detection speed, as in the first embodiment.
次に、第3の実施形態に係る面状温度検出センサについて説明する。
図6(A)は、本実施形態の面状温度検出センサ30の検出側基板31を取り除いた状態での検出面側から見た平面図であり、(B)は面状温度検出センサ30における(A)のA−A’断面に相当する部分を示す側面断面図である。なお、図6でも、図の見やすさを考慮して、サーミスタ素子THは側面図を示し、多数存在する各要素には代表で符番を行っている。
Next, a planar temperature detection sensor according to the third embodiment will be described.
6A is a plan view seen from the detection surface side in a state where the
本実施形態の図6に示す面状温度検出センサ30は、上述の第1、第2の実施形態と異なり、サーミスタ素子THの外部電極面が検出面311に対して垂直になるようにサーミスタ素子THが配置されたものである。
The planar
面状温度検出センサ30は、検出側基板31、非検出側基板32、および中間部33からなる平板状の筐体を有する。
The planar
検出側基板31は、熱伝導率がサーミスタ素子THと略同等の樹脂基板により形成される。検出側基板31における対向する平板面の一方(図6(B)の上面)が検出面311となり筐体の外方を向く。非検出側基板32は、熱伝導率がサーミスタ素子THよりも低い樹脂基板により形成される。例えば、上述の第1の実施形態のようにサーミスタ素子THが熱伝導率2.0W/(m・K)であれば、非検出側基板12と同じ1.0W/(m・K)に設定している。この非検出側基板32の筐体内側面321には、電極パターン35が形成されており、当該電極パターン35に対して電気的に接続するように所定間隔でサーミスタ素子THが実装されている。この際、サーミスタ素子THは、外部電極面が筐体内側面321に垂直になるように、すなわちサーミスタ素子THの側壁面が筐体内側面321と平行になるように実装される。
The
サーミスタ素子THの検出側基板31側の側面は、検出側基板31の筐体内側面312に当接している。そして、サーミスタ素子THを挟持する検出側基板31と非検出側基板32との間で、サーミスタ素子THが実装されていない領域には、非検出側基板32と同素材からなる熱伝導率がサーミスタ素子THよりも低い樹脂が充填されている。
The side surface of the thermistor element TH on the
このような構成であっても、サーミスタ素子THに効果的に熱伝導して、温度検出精度および温度検出速度を向上することができる。 Even with such a configuration, it is possible to effectively conduct heat to the thermistor element TH and improve temperature detection accuracy and temperature detection speed.
図7は、第1、第2、第3の実施形態の構成と図4(B)で用いた従来技術(モニタ)の構成とでの時間に対する抵抗変化率を示す図である。なお、第1、第2、第3の実施形態の構成およびモニタの構成に使用したPTC型サーミスタは、図4(A)で用いたモノと同様の時間−温度特性を有する。この実験結果である図7でも分かるように、上述の第1、第2、第3の実施形態の構成を用いることで、従来技術よりも温度検知精度および温度検知速度を向上することができる。すなわち、第2の実施形態では約38秒、第3の実施形態では約41秒で10倍の抵抗変化率を有する。一方、モニタの場合は、上述のように抵抗変化率が10倍になるのは約47秒であるため、本願の第1、第2、第3の実施形態の構成の方が検出速度が早いことが分かる。 FIG. 7 is a diagram showing a resistance change rate with respect to time in the configurations of the first, second, and third embodiments and the configuration of the related art (monitor) used in FIG. 4B. Note that the PTC thermistors used for the configurations of the first, second, and third embodiments and the configuration of the monitor have the same time-temperature characteristics as those used in FIG. As can be seen from FIG. 7 which is the result of this experiment, the temperature detection accuracy and the temperature detection speed can be improved as compared with the prior art by using the configurations of the first, second and third embodiments described above. That is, the resistance change rate is 10 times in about 38 seconds in the second embodiment and about 41 seconds in the third embodiment. On the other hand, in the case of a monitor, the rate of change in resistance increases 10 times as described above for about 47 seconds, so the configuration of the first, second, and third embodiments of the present application has a higher detection speed. I understand that.
なお、本実施形態の説明では、非検出側基板32に電極パターン35を形成する例を示したが、検出側基板31の筐体内側面312に電極パターンを設けるようにしてもよい。
In the description of the present embodiment, an example in which the
次に、第4の実施形態に係る面状温度センサ40について説明する。
図8(A)は、本実施形態の面状温度検出センサ40の検出側基板41を取り除いた状態での検出面411側から見た平面図であり、(B)は面状温度検出センサ40における(A)のA−A’断面に相当する部分を示す側面断面図である。なお、図8でも、図の見やすさを考慮して、サーミスタ素子THは側面図を示し、多数存在する各要素には代表で符番を行っている。
Next, the
FIG. 8A is a plan view seen from the
本実施形態の図8に示す面状温度検出センサ40は、第3の実施形態の図6に示した面状温度検出センサ30において筐体内の非検出部300が樹脂であるのに対して、非検出部400が空隙であり、且つサーミスタ素子THが樹脂410でモールドされているものである。樹脂410は、サーミスタ素子THと同じ熱伝導率を有する。例えば、上述の第1の実施形態のようにサーミスタ素子THが熱伝導率2.0W/(m・K)であれば、樹脂410の熱伝導率も同じ2.0W/(m・K)に設定する。
The planar
このような構成とすることで、非検出部400が空隙であるので、検出側基板41からの熱は、非検出部400に伝導されることなく、樹脂410を介してサーミスタ素子THへ伝導する。
With this configuration, since the
ここで、樹脂410は、塗布可能な態様であり、さらに固まった後に所定の弾性力を有する。このような樹脂410は、サーミスタ素子THを非検出側基板42の筐体内側面421に形成された電極パターン45に対して実装した後に塗布される。そして、樹脂410が固まる前に、サーミスタ素子THの樹脂410の塗布面側に、検出側基板41が設置される。そして、樹脂410が固まることで、検出側基板41とサーミスタ素子THとが樹脂410により接合する。ここで、樹脂410に対して、所定の弾性力を有する樹脂を用いることで、検出面側から外力が加わっても検出側基板41とサーミスタ素子THとは樹脂410により接合し続ける。これにより、比較的容易な作業工程により製造されるとともに、より確実に検出側基板41からサーミスタ素子THへ熱伝導することができる。
Here, the
このように本実施形態の構成を用いることでも、温度検知精度および温度検知速度を向上することができる。さらに、本実施形態の構成を用いることで、面状温度検出センサを比較的容易な工程で製造することができる。 As described above, the temperature detection accuracy and the temperature detection speed can also be improved by using the configuration of the present embodiment. Furthermore, by using the configuration of this embodiment, the planar temperature detection sensor can be manufactured by a relatively easy process.
なお、上述の各実施形態では、サーミスタ素子THを所定数の直列接続した後に外部接続回路に接続し、当該外部接続回路を非検出側基板側から外部へ露出する例を示した。
しかしながら、サーミスタ素子TH毎に外部接続電極を形成して外部へ露出するようにしてもよい。図9(A)は、サーミスタ素子TH毎に外部接続電極を形成した態様の面状温度検出センサ50の側面断面図である。図9(A)に示す面状温度検出センサ50は、第3の実施形態と同様に、検出面511に対して各サーミスタ素子THの外部電極面が垂直になるようにサーミスタ素子が配置されている。筐体の非検出側基板52には、一端が非検出面521から外部へ露出するように、外部接続電極56A,56Bがサーミスタ素子TH毎に形成されている。各外部接続電極56A,56Bは、対応するサーミスタ素子THの各外部電極にそれぞれ接続している。この構成とすることで、サーミスタ素子TH毎の温度検出結果(抵抗値変化)を個別に取得することができる。
In each of the above-described embodiments, the thermistor elements TH are connected to an external connection circuit after a predetermined number of serial connections are made, and the external connection circuit is exposed to the outside from the non-detection side substrate side.
However, an external connection electrode may be formed for each thermistor element TH and exposed to the outside. FIG. 9A is a side cross-sectional view of the planar
また、外部接続回路の露出を非検出面からに限ることなく、側壁から外部へ露出するようにしてもよい。図9(B)は、外部接続回路を側壁から外部へ露出する態様の面状温度検出センサ60の側面断面図である。図9(B)に示す面状温度検出センサ60は、第3の実施形態と同様に、検出面611に対して各サーミスタ素子THの外部電極面が垂直になるようにサーミスタ素子が配置されている。そして、筐体の対向する2つの側壁面には、それぞれ外部接続電極66A,66Bが形成されている。外部接続電極66A,66Bは、複数のサーミスタ素子THと該複数のサーミスタ素子THを直列接続するパターン電極64,65からなる直列回路の入出力部となる。このような構成を用いることで、検出面に平行な方向への信号出力も可能となる。
Further, the external connection circuit may be exposed to the outside from the side wall without being limited to the non-detection surface. FIG. 9B is a side cross-sectional view of the planar
また、上述の各実施形態では、サーミスタ素子としてPTC型のサーミスタ素子を例に示したが、NTC型のサーミスタ素子を用いても良い。
また、上述の各実施形態では、非検出部が空隙であったり熱伝導率の低い樹脂を充填した態様を説明したが、非検出部は、電気伝導性が極低く、熱伝導率がサーミスタ素子の半分以下の媒体であれば、上述の作用効果を得ることができる。
In each of the above-described embodiments, a PTC type thermistor element is shown as an example of the thermistor element, but an NTC type thermistor element may be used.
Further, in each of the above-described embodiments, the non-detection portion is a gap or is filled with a resin having low thermal conductivity. However, the non-detection portion has extremely low electrical conductivity and the thermal conductivity is a thermistor element. If the medium is less than half of the above, the above-described effects can be obtained.
10,20,30,40,50,60−面状温度検出センサ、11,21,31,41,51,61−検出側基板、12,32,42−非検出側基板、13−側壁、14,15,35,45,55−パターン電極、16A,16B,26A,26B,36,46,56A,56B,66A,66B−外部接続電極、100、200,300,400,500,600−非検出部、111,211,311,411,511,611−検出面 10, 20, 30, 40, 50, 60-planar temperature detection sensor, 11, 21, 31, 41, 51, 61-detection side substrate, 12, 32, 42-non-detection side substrate, 13-side wall, 14 15, 35, 45, 55-pattern electrode, 16A, 16B, 26A, 26B, 36, 46, 56A, 56B, 66A, 66B-external connection electrode, 100, 200, 300, 400, 500, 600-non-detection , 111, 211, 311, 411, 511, 611-detection surface
Claims (5)
該筐体の内部に前記検出面の側から見て所定パターンで配置され、それぞれが電気的特性の温度依存性に応じて温度検出を行える複数の検出部と、
を備えた面状温度検出センサであって、
前記複数の検出部は、それぞれが個別に形成されたチップ型のサーミスタ素子であり、
前記複数の検出部の間の領域である非検出部は、前記サーミスタ素子の熱伝導率よりも低い熱伝導率からなる、面状温度検出センサ。 A flat housing with one surface as a detection surface;
A plurality of detection units arranged in a predetermined pattern when viewed from the detection surface side inside the housing, each capable of detecting temperature according to temperature dependence of electrical characteristics;
A surface temperature detection sensor comprising:
The plurality of detection units are chip-type thermistor elements each formed individually,
The non-detection part which is an area | region between these detection parts is a planar temperature detection sensor which consists of thermal conductivity lower than the thermal conductivity of the thermistor element.
前記サーミスタ素子に接続する接続電極が、前記検出面側か該検出面に対向する非検出面側のいずれか一方にのみ形成されている、請求項1に記載の面状温度検出センサ。 In the thermistor element, electrodes connected to different potentials are formed on two opposing side surfaces of a semiconductor ceramic body, and the direction connecting the opposing electrodes is arranged in parallel to the detection surface. And
The planar temperature detection sensor according to claim 1, wherein a connection electrode connected to the thermistor element is formed only on either the detection surface side or the non-detection surface side facing the detection surface.
前記接続電極は前記非検出側基板に形成されており、
前記サーミスタ素子の熱伝導率と略同じ熱伝導率を有するとともに前記サーミスタ素子と前記検出側基板とを常時当接させる弾性係数を有する被覆樹脂部材により、前記サーミスタ素子が被覆されている、請求項4に記載の面状温度検出センサ。 The housing includes a detection-side substrate on the detection surface side and a non-detection-side substrate on the non-detection surface,
The connection electrode is formed on the non-detection side substrate,
The thermistor element is covered with a covering resin member that has substantially the same thermal conductivity as that of the thermistor element and has an elastic coefficient that always brings the thermistor element and the detection-side substrate into contact with each other. 5. A planar temperature detection sensor according to 4.
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