JP5494968B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、例えばバッテリーパックに使われるセル用、エアコンディショナー用、冷蔵庫用、洗濯機用等の白物家電用、または住宅設備用等として好適な温度センサに関するものであって、特に平坦部に取り付けられるセンサに適したものである。

一般に、エアコンディショナー等の白物家電や住宅設備では、温度検出用としてサーミスタ素子を用いた温度センサが搭載されている。また、ノート型パーソナルコンピュータ等には、通常、バッテリーパックが搭載されているが、このバッテリーパックを構成するセルは、充放電温度管理及び電池容量管理を行うため、サーミスタセンサ等の温度センサを用いた温度管理が行われている。

このような温度センサとして使用される従来のサーミスタセンサとして、例えば特許文献１には、サーミスタ等の半導体の電気的特性を有するセラミックベースと、セラミックベースの対向する両側面に形成された外部電極と、一端が外部電極に接着されセラミックベースの側面の厚さ以上の外径を有するリード線（金属リードワイヤ）と、リード線の他端が外部に露出するようにセラミックベースおよびリード線を密封する一対の絶縁性フィルムと、を含み、一対の絶縁性フィルムが、絶縁接着剤を介在させて相互接着されたセラミックチップアセンブリが記載されている。

特開２０１０−９３２５８号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１に記載の技術では、一対の絶縁性フィルムで、絶縁接着剤を介在させ、サーミスタ（セラミックベース）およびリード線を熱と圧力とにより密封しているが、特許文献１の図３および図４に示されているように、熱圧着された一対の絶縁性フィルムの上下面に、内部のリード線およびサーミスタによって凹凸が生じてしまう問題があった。このため、温度の測定対象物に設置した際に、凹凸によって密着性が悪くなり、良好な熱伝導性が得られないため、測定温度に誤差が生じやすいと共に応答性が低いという不都合があった。特に、特許文献１の場合、リード線がサーミスタの厚さより太いために、一対のリード線間に大きな凹部が生じて、サーミスタと測定対象物との間に空間が形成されてしまう問題があった。
また、一対の絶縁性フィルムの上下面に生じた凸部に、設置時等において外部から荷重や衝撃が局所的にかつ集中的に加わるため、機械的強度が弱いという問題があった。特許文献１では、太いリード線により、あえて凸部を形成してこの部分で外部の荷重や衝撃を吸収および分散させると記載されているが、リード線自体に強い荷重や衝撃が集中してしまうため、リード線とサーミスタとの接続部分にも強い応力が加わり、接続強度の低下や接続部分を介してサーミスタに荷重や衝撃が加わってしまう不都合があった。また、リード線を太くしたため、リード線を介して熱が外部に逃げやすくなり、この点でも測定温度に誤差が生じやすくなるデメリットがあった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、外部からのサーミスタ素子への荷重や衝撃をさらに緩和、抑制することができると共に、正確な温度測定が可能で応答性も高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、本発明の温度センサは、一対の電極を両端面に有するチップ状のサーミスタ素子と、前記一対の電極に先端側が導電性接着剤で接続された一対のリード線と、前記リード線の先端側と共に前記サーミスタ素子を挟んで密封する一対の絶縁性フィルムと、を備え、一対の前記絶縁性フィルムの間に絶縁性接着層が設けられ、該絶縁性接着層の厚さが前記リード線の直径以上かつ前記導電性接着剤を含む前記サーミスタ素子の厚さ以上に設定され、前記絶縁性接着層内に前記リード線の先端側および前記サーミスタ素子が埋め込まれていると共に一対の前記絶縁性フィルムの上下面が平坦面とされていることを特徴とする。

この温度センサでは、絶縁性接着層の厚さがリード線の直径以上かつ導電性接着剤を含むサーミスタ素子の厚さ以上に設定され、絶縁性接着層内にリード線の先端側およびサーミスタ素子が埋め込まれていると共に一対の絶縁性フィルムの上下面が平坦面とされているので、設置面が平坦化されて高い密着性を有し、面全体で熱を受けることができることから高い熱伝導性によって正確な温度測定と高い応答性とが得られる。また、上下面に凹凸が生じないため、外部からの荷重や衝撃を平面で受けて緩和し、サーミスタ素子への影響を抑制することができる。

また、本発明の温度センサは、前記絶縁性接着層が、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ホットメルト樹脂のいずれかで形成されていることが好ましい。
すなわち、この温度センサでは、絶縁性接着層が、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ホットメルト樹脂のいずれかで形成されているので、エポキシ樹脂等に比べて比較的柔らかい樹脂にサーミスタ素子が埋め込まれるため、外部からの荷重や衝撃をより和らげることができる。
また、エポキシ等の加熱硬化型の樹脂を適用した場合、高温及び長時間処理が必要となり、絶縁性フィルムや、リード線被覆材の耐熱限界を超えることによる加工時の劣化が問題となるが、湿気硬化型のシリコーン樹脂や短時間で接着処理が可能なウレタン樹脂、ホットメルト樹脂を適用することによって、これら問題を回避できるメリットもある。

また、本発明の温度センサは、前記サーミスタ素子の厚さが前記リード線の直径以上に設定されていると共に前記電極が前記サーミスタ素子の上下面の一部まで覆って形成され、前記導電性接着剤が前記電極の上下面まで覆っていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、サーミスタ素子の厚さがリード線の直径以上に設定されていると共に、導電性接着剤が電極の上下面まで覆っているので、電極の上下面を覆っている導電性接着剤が最も厚い部分となり、外部からの厚さ方向に加わる荷重や衝撃に対して緩衝材となって、さらにサーミスタ素子への応力緩和が可能になる。

また、本発明の温度センサは、前記リード線が、先端を前記サーミスタ素子から突出させ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、リード線が、先端をサーミスタ素子から突出させて接続されているので、サーミスタ素子がリード線の先端から出ず、リード線の軸方向に対する曲げ強度が向上するため、取付時に曲げ応力が発生する場合などに好適である。

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、絶縁性接着層の厚さがリード線の直径以上かつ導電性接着剤を含むサーミスタ素子の厚さ以上に設定され、絶縁性接着層内にリード線の先端側およびサーミスタ素子が埋め込まれていると共に一対の絶縁性フィルムの上下面が平坦面とされているので、設置時の高い密着性により正確な温度測定と高い応答性とが得られる。さらに、外部からの荷重や衝撃を平面で受けて緩和することができ、サーミスタ素子への影響を抑制することができる。

本発明に係る温度センサの一実施形態を示す正面図である。 本実施形態において、温度センサを示す平面図である。

以下、本発明に係る温度センサの一実施形態を、図１及び図２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及び図２に示すように、一対の電極２を両端面に有するチップ状のサーミスタ素子３と、一対の電極２に先端側が導電性接着剤４で接続された一対のリード線５と、リード線５の先端側と共にサーミスタ素子３を挟んで密封する一対の絶縁性フィルム６と、を備えている。

また、一対の絶縁性フィルム６の間には絶縁性接着層７が設けられ、該絶縁性接着層７の厚さｔ１がリード線５の直径φ以上かつ導電性接着剤４を含むサーミスタ素子３の厚さｔ２以上に設定されている。
さらに、絶縁性接着層７内にリード線５の先端側およびサーミスタ素子３が埋め込まれていると共に、一対の絶縁性フィルム６の上下面が平坦面とされている。
すなわち、十分な厚さに設定された絶縁性接着層７内に、リード線５の先端側およびサーミスタ素子３の全体が埋め込まれた状態となるため、リード線５およびサーミスタ素子３によって一対の絶縁性フィルム６に凹凸が生じず、上下面の平坦性が維持されたままリード線５の先端側サーミスタ素子３が密封されている。

上記サーミスタ素子３は、チップサーミスタである。このサーミスタとしては、ＮＴＣ型、ＰＴＣ型、ＣＴＲ型等のサーミスタがあるが、本実施形態では、サーミスタ素子３として、例えばＮＴＣ型サーミスタを採用している。このサーミスタは、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料等のサーミスタ材料で形成されている。また、このサーミスタ素子３は、４つの周面がガラスコーティングされたものである。

上記電極２は、サーミスタに形成された下地電極（図示略）の表面に例えばＮｉ及び半田がめっき処理されることにより形成された外部電極であり、サーミスタ素子３の上下面を含む外周面の一部まで覆って形成されている。
サーミスタ素子３の厚さｔ３は、リード線５の直径φ以上に設定されている。また、導電性接着剤４は、電極２の上下面まで覆って形成されている。この導電性接着剤４としては、ハンダ材等が採用される。

上記リード線５は、例えば塩ビ被覆リード線よりも細いポリウレタン被覆リード線等が採用される。
このリード線５は、先端をサーミスタ素子３から突出させて接続されている。なお、外部に露出しているリード線５の末端部分には、基板への取付を考慮して、くの字形状に曲げるキンク加工等を施しても構わない。

上記絶縁性フィルム６は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のフィルムが採用される。この絶縁性フィルム６は、略長方形状に形成され、角部が面取りされている。この面取りされた角部により、取り扱い時に外部に角部が引っ掛かり難く、剥がれ等の発生を防止している。

上記絶縁性接着層７は、熱硬化性樹脂、湿気硬化型樹脂、熱可塑性樹脂等が採用可能であるが、適度な硬度を有するシリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ホットメルト樹脂のいずれかで形成されていることが好ましい。例えば、絶縁性接着層７は、ホットメルト樹脂としてポリオレフィン系樹脂であるポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）で形成されている。なお、この絶縁性接着層７は、絶縁性が維持される程度のカーボンや絶縁性アルミナ等のフィラーを混合させた高い熱伝導性を有する材料も使用可能である。

この温度センサ１を製造するには、まずサーミスタ素子３を一対のリード線５間に配置して一対の電極２と一対のリード線５とをハンダ材等の導電性接着剤４で接合させる。この際、導電性接着剤４を電極２の上下面からリード線５まで設け、サーミスタ素子３の厚さｔ３よりも導電性接着剤４が載った電極２の部分が厚くなるように設定する。また、上記接合の際に、一対のリード線５の先端がサーミスタ素子３から突出するように配置する。

次に、互いに対向した面に層状の絶縁性接着剤が形成された一対の絶縁性フィルム６で、リード線５に固定されたサーミスタ素子３をリード線５の先端側と共に挟んで密封する。この際、一方の絶縁性フィルム６に形成される絶縁性接着剤の厚さは、密封後の絶縁性接着層７の厚さｔ１を考慮して決定され、少なくとも導電性接着剤４が載った電極２の部分における厚さの半分とされる。

また、一対の絶縁性フィルム６を互いに密着させる際に、その間の樹脂が周端から出ない程度の弱い圧力を厚さ方向に加え、樹脂内にサーミスタ素子３およびリード線５の先端側を埋め込む。これにより、一対の絶縁性フィルム６の上下面は、平坦な状態で上記密封が行われる。

なお、この密封工程時に、一対の絶縁性フィルム６間の樹脂の流動等によって、一対の絶縁性フィルム６の上下面が僅かに歪む場合があるが、この場合でもセンサ設置時に絶縁性フィルム６、及び絶縁性接着層７の可撓性によって測定対象物に対して面全体で密着可能であるため、完全な平坦面でなくてもこのような略平坦面も同様の効果を有し、本発明における平坦面に含まれる。

このように本実施形態の温度センサ１では、絶縁性接着層７の厚さｔ１がリード線５の直径φ以上かつ導電性接着剤４を含むサーミスタ素子３の厚さｔ２以上に設定され、絶縁性接着層７内にリード線５の先端側およびサーミスタ素子３が埋め込まれていると共に一対の絶縁性フィルム６の上下面が平坦面とされているので、設置面が平坦化されて高い密着性を有し、面全体で熱を受けることができることから高い熱伝導性によって正確な温度測定と高い応答性とが得られる。また、上下面に凹凸が生じないため、外部からの荷重や衝撃を平面で受けて緩和し、サーミスタ素子３への影響を抑制することができる。

また、絶縁性接着層７が、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ホットメルト樹脂のいずれかで形成されているので、エポキシ樹脂等に比べて比較的柔らかい樹脂にサーミスタ素子３が埋め込まれるため、外部からの荷重や衝撃をより和らげることができる。また、エポキシ等の加熱硬化型の樹脂を適用した場合、高温及び長時間処理が必要となり、絶縁性フィルム６や、リード線５の被覆材の耐熱限界を超えることによる加工時の劣化が問題となるが、湿気硬化型のシリコーン樹脂や短時間で接着処理が可能なウレタン樹脂、ホットメルト樹脂を適用することによって、これら問題を回避できるメリットもある。

さらに、サーミスタ素子３の厚さｔ３がリード線５の直径φ以上に設定されていると共に、導電性接着剤４が電極２の上下面まで覆っているので、電極２の上下面を覆っている導電性接着剤４が最も厚い部分となり、外部からの厚さ方向に加わる荷重や衝撃に対して緩衝材となって、さらにサーミスタ素子３への応力緩和が可能になる。
また、リード線５が、先端をサーミスタ素子３から突出させて接続されているので、サーミスタ素子３がリード線５の先端から出ず、リード線５の軸方向に対する曲げ強度が向上するため、取付時に曲げ応力が発生する場合などに好適である。

なお、本発明の技術範囲は上記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。

１…温度センサ、２…電極、３…サーミスタ素子、４…導電性接着剤、５…リード線、６…絶縁性フィルム、７…絶縁性接着層

Claims (4)

1. 一対の電極を両端面に有するチップ状のサーミスタ素子と、
   前記一対の電極に先端側が導電性接着剤で接続された一対のリード線と、
   前記リード線の先端側と共に前記サーミスタ素子を挟んで密封する一対の絶縁性フィルムと、を備え、
   一対の前記絶縁性フィルムの間に絶縁性接着層が設けられ、該絶縁性接着層の厚さが前記リード線の直径以上かつ前記導電性接着剤を含む前記サーミスタ素子の厚さ以上に設定され、
   前記絶縁性接着層内に前記リード線の先端側および前記サーミスタ素子が埋め込まれていると共に一対の前記絶縁性フィルムの上下面が平坦面とされ、
   前記サーミスタ素子の厚さが前記リード線の直径以上に設定されていると共に前記電極が前記サーミスタ素子の上下面の一部まで覆って形成され、前記導電性接着剤が前記電極の上下面まで覆っ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、
   前記絶縁性接着層が、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ホットメルト樹脂のいずれかで形成されていることを特徴とする温度センサ。
3. 請求項１または２に記載の温度センサにおいて、
   前記リード線が、先端を前記サーミスタ素子から突出させて接続されていることを特徴とする温度センサ。
4. 一対の電極を両端面に有するチップ状のサーミスタ素子と、
   前記一対の電極に先端側が導電性接着剤で接続された一対のリード線と、
   前記リード線の先端側と共に前記サーミスタ素子を挟んで密封する一対の絶縁性フィルムと、を備え、
   一対の前記絶縁性フィルムの間に絶縁性接着層が設けられ、該絶縁性接着層の厚さが前記リード線の直径以上かつ前記導電性接着剤を含む前記サーミスタ素子の厚さ以上に設定され、
   前記絶縁性接着層内に前記リード線の先端側および前記サーミスタ素子が埋め込まれていると共に一対の前記絶縁性フィルムの上下面が平坦面とされ、
   前記リード線が、先端を前記サーミスタ素子から突出させて接続されていることを特徴とする温度センサ。

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