JP6410045B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、曲面や湾曲した空間に配置することに好適な湾曲した形状を有する温度センサに関する。

従来、温度センサとして、サーミスタ素子を樹脂封止したものや、金属や樹脂のケース内にサーミスタ素子を収納し、樹脂により注型を行うことで封止しているものが知られている。例えば、特許文献１には、有底ケース内に感熱素子を収納し、周囲を樹脂で充填した温度センサが記載されている。
このような温度センサでは、必要な外形状に対応して金型等の設計を行って種々の外形状のセンサを作製している。

一方、特許文献２に記載されているように、非焼成でフィルムに直接成膜できるサーミスタ材料として、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サーミスタ用金属窒化物材料が開発されている。このサーミスタ用金属窒化物材料を絶縁性フィルム上に形成することで、フレキシブルなフィルム状温度センサが実現されている。

また、特許文献３には、電池本体の全周にわたって密着状態に設けられたフィルム状温度センサが記載されている。このフィルム状温度センサは、電池本体の外周に両面接着剤付きフィルムを巻き付け、この両面接着剤付きフィルム上に接着されている。

特開２００３−２４０６４２号公報 特開２０１３−１７９１６１号公報 特許第５４９４９６７号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
例えば、携帯電話機等の電池や自動車用エアコンディショナーのラジエター等の温度を測定する場合、曲面や湾曲した隙間等に設置可能な形状の温度センサを得るためにケースや樹脂封止用の金型を新たに作製する必要があった。
また、近年、ラジエターの小型化によって放熱フィンが複雑な波状に形成されていると共に温度センサを設置する空間が狭くなり、放熱フィンを傷めること無く温度センサを取り付けることが困難であった。さらに、従来の金属ケースを用いた温度センサをラジエターの放熱フィン等に取り付ける場合、クリップ等を使用すると、検出温度の誤差が大きくなってしまう問題もあった。
特許文献２に記載のようなフレキシブルなフィルム状温度センサの場合、上記のような曲面や湾曲した隙間等にもフレキシブルに撓ませることで設置することができるが、湾曲した状態を保持させるためには、特許文献３のように、測定対象物にフィルム状温度センサを接着剤や両面テープ等で直接貼り付ける必要があり、容易に取り外すことが困難であった。特に、取り外しの際に薄膜サーミスタ部が割れてしまうおそれがあった。
なお、従来の金属ケースや樹脂封止を用いた温度センサでは、設置箇所や設置部位の形状・空間に対応させて外形状の異なるものを作製する場合、新たに金型等を設計・作製する必要があり、コストや納期の増大等の一因になってしまう問題があった。また、多くの形状をラインナップする場合は、その分、追加の開発期間・コストが発生し、製品の在庫管理も煩雑になるという不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、曲面や湾曲した隙間等に容易に設置可能な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、前記感熱素子部に一端が接続された一対のリード線と、前記感熱素子部の端部を支持する支持体とを備え、前記感熱素子部が、絶縁性フィルムと、前記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、前記薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方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、一端が前記一対の櫛型電極に接続されていると共に他端が前記絶縁性フィルムの端部に配されて前記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、前記一対のリード線が、前記一対のパターン電極の他端に接続され、前記支持体が、湾曲した形状とされ、前記リード線の接続部分を有する前記絶縁性フィルムの端部を湾曲させた状態で前記感熱素子部を支持していることを特徴とする。

この温度センサでは、支持体が、湾曲した形状とされ、リード線の接続部分を有する絶縁性フィルムの端部を湾曲させた状態で感熱素子部を支持しているので、柔軟な絶縁性フィルム全体が湾曲した端部に沿って撓んだ形状を保持でき、湾曲した曲面や隙間等に容易に装着・挿入が可能になる。また、支持体の形状だけを変えることで、柔軟な感熱素子部全体を湾曲させて保持することができるので、装着・挿入する部位形状に合わせて任意の湾曲したセンサ形状を短時間かつ低コストで実現することが可能になる。さらに、支持体が絶縁性フィルムの端部だけに固定されるため、全体的に薄型であり、狭い湾曲空間にも挿入設置が可能である。また、曲面や湾曲した空間に設置する際に、接着剤で感熱素子部全体を貼り付ける必要が無く、支持体だけを固定することで、感熱素子部を曲面等に沿って設置することができ、取り外しの際にも薄膜サーミスタ部が損傷することを防ぐことができる。

第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、前記支持体が、前記絶縁性フィルムの端部を波状に湾曲させた状態で前記感熱素子部を支持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、支持体が、絶縁性フィルムの端部を波状に湾曲させた状態で感熱素子部を支持しているので、ラジエターの波状の放熱フィンの間などにも容易に挿入、設置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、前記支持体が、熱可塑性樹脂で形成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、支持体が、熱可塑性樹脂で形成されているので、熱塑性加工を支持体に施すことで、容易に任意の曲率の湾曲形状に全体を変形させることができる。したがって、一つの支持体によって多様な曲面箇所や湾曲した空間等に対応させることができ、多くの形状を予め用意する必要が無い。

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、支持体が、湾曲した形状とされ、リード線の接続部分を有する絶縁性フィルムの端部を湾曲させた状態で感熱素子部を支持しているので、曲面や湾曲した隙間等に容易に装着・挿入が可能になると共に、支持体の形状だけを変えることで、任意の湾曲したセンサ形状を短時間かつ低コストで実現することが可能になる。
したがって、本発明では、自動車用エアコンディショナーのラジエターや、携帯電話機等の電池などの湾曲した隙間や曲面箇所等に設置する温度センサとして好適である。

本発明に係る温度センサの第１実施形態を示す斜視図である。 第１実施形態において、温度センサを先端側から見た正面図である。 第１実施形態において、感熱素子部を示す斜視図である。 第１実施形態において、支持体の部分を示す要部の断面図である。 第１実施形態において、温度センサを電池の外周面に取り付けた状態を示す斜視図である。 本発明に係る温度センサの第２実施形態を示す斜視図である。 第２実施形態において、温度センサをラジエターの放熱フィンの間に設置した状態を示す概略図である。

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５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、感熱素子部２に一端が接続された一対のリード線３と、感熱素子部２の端部を支持する支持体４とを備えている。
上記感熱素子部２は、絶縁性フィルム５と、絶縁性フィルム５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６と、薄膜サーミスタ部６の上に複数の櫛部７ａ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７と、一端が一対の櫛型電極７に接続されていると共に他端が絶縁性フィルム５の端部に配されて絶縁性フィルム５の表面にパターン形成された一対のパターン電極８とを備えている。

上記一対のリード線３は、一対のパターン電極８の他端８ａ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。
上記支持体４は、湾曲した形状とされ、リード線３の接続部分を有する絶縁性フィルム５の端部を湾曲させた状態で感熱素子部２を支持している。本実施形態では、円弧状の支持体４により、円弧状に絶縁性フィルム５の端部（端辺）を湾曲させ曲げた状態で感熱素子部２を支持している。したがって、柔軟な感熱素子部２が支持体４の形状に沿って変形し、絶縁性フィルム５の裏面側が凹曲面となって支持体４に保持される。

この支持体４は、例えばホットメルト等の熱可塑性樹脂で形成されている。なお、熱可塑性樹脂で支持体４を形成する場合、使用（環境・保存）温度が熱可塑性樹脂が軟化するような高温にならない部位に設置される。
支持体４は、図４に示すように、リード線３の接続部分を有する絶縁性フィルム５の端部を覆うようにして熱可塑性樹脂により円弧状に一体成形されている。
上記絶縁性フィルム５は、図３に示すように、帯状に形成されている。この絶縁性フィルム５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、一対のパターン電極８の他端８ａは、絶縁性フィルム５の基端部に配されている。さらに、薄膜サーミスタ部６は、絶縁性フィルム５の先端部に配されている。
上記一対のパターン電極８は、例えばＮｉＣｒ膜とＰｔ膜との積層金属膜でパターン形成され、互いに対向状態に配した櫛形パターンの櫛形電極部分（櫛部７ａ）を有している。

上記薄膜サーミスタ部６は、例えば膜厚１００〜１０００ｎｍのＴｉＡｌＮ等の窒化物からなる薄膜サーミスタ材料で、矩形状にパターン形成されている。
特に、本実施形態の薄膜サーミスタ部６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。

上記リード線３は、例えば芯線を有する絶縁被覆電線であるが、リードフレーム等を採用しても構わない。
また、本実施形態の温度センサ１は、絶縁性フィルム５の上面に薄膜サーミスタ部６を覆う保護膜１０と、絶縁性フィルム５の表面に接着された絶縁性の保護シート１１とを備えている。

上記保護膜１０は、絶縁性樹脂膜等であり、例えば厚さ２０μｍのポリイミド膜が採用される。この保護膜１０は、薄膜サーミスタ部６と共に櫛部７ａを覆って矩形状にパターン形成されている。
上記保護シート１１は、ポリイミドフィルムやテフロン（登録商標）フィルム等であり、リード線３の接続部分を除いて絶縁性フィルム５表面に接着剤で接着されている。

この温度センサ１は、図５に示すように、例えば円柱形状の電池本体２０の外周に沿って設置される。このとき、支持体４のみを両面テープ等で電池本体２０の外周面に接着し、感熱素子部２は電池本体２０の外周に接触又は近接させているものの接着はしない。したがって、支持体４のみを外すだけで、感熱素子部２の薄膜サーミスタ部６を損傷させずに、取り外しが可能である。

なお、取り外しを考慮しなくても良い場合は、感熱素子部２も両面テープ等で電池本体２０の外周に接着しても構わない。
また、支持体４及び感熱素子部２の曲率が、電池本体２０の外周面の曲率と異なっている場合、熱塑性加工を支持体４に施し、電池本体２０の外周面の曲率に対応するように曲げて変形させることで、感熱素子部２の曲率も調整でき、電池本体２０の外形状に沿って取り付け可能になる。

このように本実施形態の温度センサ１では、支持体４が、湾曲した形状とされ、リード線３の接続部分を有する絶縁性フィルム５の端部を湾曲させた状態で感熱素子部２を支持しているので、柔軟な絶縁性フィルム５全体が湾曲した端部に沿って撓んだ形状を保持でき、湾曲した曲面や隙間等に容易に装着・挿入が可能になる。また、支持体４の形状だけを変えることで、柔軟な感熱素子部２全体を湾曲させて保持することができるので、装着・挿入する部位形状に合わせて任意の湾曲したセンサ形状を短時間かつ低コストで実現することが可能になる。

さらに、支持体４が絶縁性フィルム５の端部だけに固定されるため、全体的に薄型であり、狭い湾曲空間にも挿入設置が可能である。また、曲面や湾曲した空間に設置する際に、接着剤で感熱素子部２全体を貼り付ける必要が無く、支持体４だけを固定することで、感熱素子部２を曲面等に沿って設置することができ、取り外しの際にも薄膜サーミスタ部６が損傷することを防ぐことができる。

また、支持体４が、熱可塑性樹脂で形成されているので、熱塑性加工を支持体４に施すことで、容易に任意の曲率の湾曲形状に全体を変形させることができる。したがって、一つの支持体４によって多様な曲面箇所や湾曲した空間等に対応させることができ、多くの形状を予め用意する必要が無い。

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６及び図７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、円弧状の支持体４により温度センサ１全体が一定の曲率を有した曲面形状に形成されているのに対し、第２実施形態の温度センサ２１は、図６に示すように、支持体２４が、絶縁性フィルム５の端部を波状に湾曲させた状態で感熱素子部２を支持し、全体が断面波形状の湾曲形状とされている点である。

第２実施形態では、支持体２４が略Ｓ字形状とされ、感熱素子部２全体が断面略Ｓ字状の波形状に曲げられて保持されている。この温度センサ２１は、図７に示すように、自動車用エアコンディショナーのラジエターの放熱フィンＦ間の隙間に挿入されて取り付けられている。すなわち、互いに対向した波形状の放熱フィンＦの隙間も断面波形状であり、温度センサ２１は、放熱フィンＦ間の隙間形状に対応した波形状とされている。なお、温度センサ２１は、放熱フィンＦに、支持体２４だけを両面テープ等で接着したり、クリップ等で支持体２４を固定したりして取り付けられる。

このように第２実施形態の温度センサ２１では、支持体２４が、絶縁性フィルム５の端部を波状に湾曲させた状態で感熱素子部２を支持しているので、ラジエターの波状の放熱フィンＦの間などにも容易に挿入、設置することが可能になる。

上記第２実施形態に基づいて作製した本発明の実施例を、ラジエターの放熱フィンの隙間に挿入し、支持体だけを両面テープで放熱フィンに接着して装着した場合について、温度の測定値のばらつきについて調べた。なお、比較例として、金属ケースにチップ状のサーミスタ素子を入れて樹脂封止した従来の温度センサを用い、この温度センサをクリップで放熱フィンに取り付けた場合についても、同様に調べた。
これらの結果、従来の金属ケースを用いた温度センサでは、測定値に１℃以上の誤差が生じていたのに対し、本発明の実施例では、測定値の誤差が０．２℃以下であった。

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、上記各実施形態では、支持体を絶縁性フィルムの端部との一体成形で形成しているが、支持体を湾曲したカードエッジタイプのソケット型又はコネクタ型とし、パターン電極の端部が形成された絶縁性フィルムの端部を支持体のスリット部分に差し込んで、感熱素子部を保持させても構わない。この場合、支持体に形成されたスリット部分に絶縁性フィルムの端部を押し込んで、支持体内でリード線に接続されスリット内に露出した電極端子と、絶縁性フィルム上のパターン電極の端部とを圧接させて接続しても構わない。

１，２１…温度センサ、２…感熱素子部、３…リード線、４，２４…支持体、５…絶縁性フィルム、６…薄膜サーミスタ部、７…櫛型電極、７ａ…櫛部、８…パターン電極

Claims (3)

1. 感熱素子部と、
   前記感熱素子部に一端が接続された一対のリード線と、
   前記感熱素子部の端部を支持する支持体とを備え、
   前記感熱素子部が、絶縁性フィルムと、前記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、前記薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方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、一端が前記一対の櫛型電極に接続されていると共に他端が前記絶縁性フィルムの端部に配されて前記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、
   前記一対のリード線が、前記一対のパターン電極の他端に接続され、
   前記支持体が、湾曲した形状とされ、前記リード線の接続部分を有する前記絶縁性フィルムの端部を湾曲させた状態で前記感熱素子部を支持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、
   前記支持体が、前記絶縁性フィルムの端部を波状に湾曲させた状態で前記感熱素子部を支持し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、
   前記支持体が、熱可塑性樹脂で形成されていることを特徴とする温度センサ。

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