JP6631583B2 - 温度センサ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、温度を検出したい物体に対して容易に取り付けることが可能で信頼性が高い温度センサ装置に関する。
温度を検出したい物体に対して容易に取り付けることが可能な温度センサ装置として、たとえば下記の特許文献1に示す温度センサ装置が知られている。この温度センサ装置では、金属板が感熱素子に絶縁性樹脂を用いて取り付けられ、その金属板が、温度測定対象物に取り付けられる。
しかしながら、従来の温度センサ装置では、感熱素子が絶縁性樹脂と共に、素子取付部としての金属板から剥がれやすく信頼性に劣るという課題を有している。また、従来では、温度検出特性の向上が求められていた。
特許第3787795号公報
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、取り付けが容易で信頼性に優れ、しかも温度検出特性に優れた温度センサ装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明に係る温度センサ装置は、
感熱素子と、
前記感熱素子から引き出されているリード線を保持するリード保持部と、
前記感熱素子の周囲を覆う周囲壁が形成してある素子配置部を持つと共に、外部取付対象物に着脱自在に取り付けられる外部取付部を持つ取付金具と、
前記外部取付部を露出させるように、前記素子配置部の周囲壁を覆うと共に、前記感熱素子の周囲と前記リード保持部の周囲とを覆う外装樹脂とを有する。
本発明に係る温度センサ装置では、取付金具の素子配置部に具備してある周囲壁が、感熱素子の周囲を覆っている。そのため、感熱素子の周囲からの放熱が防止されると共に、測定対象の温度が素子配置部の周囲壁を通して感熱素子の回りに均一に伝達する。したがって、感熱素子による温度検出特性が向上する。
また、本発明に係る温度センサ装置では、感熱素子の周囲が素子配置部の周囲壁で覆われ、外装樹脂が、素子配置部の周囲壁を覆うと共に、感熱素子の周囲とリード保持部の周囲とを覆うため、感熱素子は、素子配置部を持つ取付金具に良好に固定される。すなわち、感熱素子は、取付金具から剥がれ難く、感熱素子による温度検出特性の信頼性が向上する。
さらに、本発明に係る温度センサ装置では、取付金具には、たとえばねじ穴などが形成してある外部取付部が具備してあるために、外部取付部を、温度測定対象物に直接に取り付けたり、温度対象物の近くに容易に取り付けることが可能である。すなわち、本発明では、温度センサ装置を、温度測定対象物またはその近くに、ねじやボルトあるいはクリップなどの締結具などで容易に取り付けることができる。
前記素子配置部と前記リード保持部とは、それぞれを嵌合して取り付けるための係合部を有していてもよい。係合部は、1つ以上であっても良い。係合部としては、凹部と凸部との嵌合による係合部であってもよい。素子配置部とリード保持部とが係合部で取り付けられて一体化されることで、これらが一体化された状態で、外装樹脂と一体化される。そのため、外装樹脂の内部で、素子配置部とリード保持部とが良好に位置決めされる。
前記周囲壁は、前記素子配置部の基部から前記感熱素子の周囲に向けて立ち上げられる一対の壁片を有してもよい。また、これらの壁片の突出先端間には、前記周囲壁の内外を連絡するスリットが形成してあってもよい。あるいは、スリットを形成することなく、一対の壁片の突出先端同士が接触していてもよい。
壁片の突出先端間にスリットを形成することで、温度センサ装置に急激な温度変化(熱衝撃)が作用した場合に、熱衝撃による応力をスリットが吸収し、熱衝撃時における取付金具と外装樹脂との剥離を抑制することができる。
前記基部は、平板形状を有していてもよい。また、前記基部の外表面が前記外装樹脂の外面に対して面一に露出していてもよい。露出している取付金具の基部の外表面が、感熱対象物に接触していることが好ましい。感熱対象物の熱が取付金具の基部に直接に伝わり、そこから感熱素子に熱が伝わると共に、基部から壁片を通して、感熱素子に熱が伝わり、感熱素子による温度検出特性が向上する。
前記素子配置部の少なくとも一部は、前記感熱素子の外周形状に合わせて湾曲していてもよい。感熱素子の外周形状に合わせて湾曲していることで、素子配置部から感熱素子への熱伝達が感熱素子の周囲から行われ、感熱素子による温度検出特性が向上する。
前記外装樹脂の外表面と前記素子配置部との間の距離が、前記感熱素子と前記素子配置部との間の距離よりも大きくてもよい。このように構成することで、放熱が抑制され、感熱素子による温度検出特性が向上する。
前記外装樹脂は、
前記素子配置部と一体成形される外側樹脂部と、
前記感熱素子および前記リード保持部が収容されるように、前記外側樹脂部の内部に形成してある収容穴に充填される内側樹脂部と、を有していてもよい。
この場合には、収容穴を有する外側樹脂部を素子配置部と一体成形した後に、収容穴の内部に、感熱素子およびリード保持部を収容し、収容穴の内部に内側樹脂部を注型して充填すれば良い。
あるいは、取付金具の素子配置部の内部に感熱素子を位置させるように素子配置部とリード保持部とを組み合わせ、これらを金型内部にインサートして外装樹脂を単一層で形成してもよい。
図1Aは本発明の一実施形態に係る温度センサ装置の一部透過斜視図である。 図1Bは図1Aに示す温度センサ装置の一部透過側面図である。 図2は図1Bに示す温度センサ装置のII−II線に沿う横断面図である。 図3Aは図1Aに示す温度センサ装置の要部斜視図である。 図3Bは本発明の他の実施形態に係る温度センサ装置の要部拡大で半断面の斜視図である。 図4は本発明のさらに他の実施形態に係る温度センサ装置の一部透過斜視図である。 図5は図4に示すV−V線に沿う断面斜視図である。 図6は図4に示すVI−VI線に沿う断面図である。である。 図7は図6に示すVII−VII線に沿う断面図である。
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
第1実施形態
図1Aに示すように、本発明の一実施形態に係る温度センサ装置2は、感熱素子4を有している。図2に示すように、感熱素子4は、素子本体6と、素子本体6の外周を被覆している被覆層7とを有する。
素子本体6としては、温度を検出することができるものであれば、特に限定されないが、たとえばNTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスタ素子、PTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスタ素子などが用いられる。被覆層7は、絶縁性の樹脂あるいはガラスなどで構成される。被覆層7を構成する樹脂としては、特に限定されないが、たとえばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、ABS樹脂、PPS樹脂、PBT樹脂などが用いられる。また、被覆層7を構成するガラスとしては、特に限定されない。
図3Aに示すように、素子本体6には、一対のリード線8,8の先端部8a,8aがそれぞれ接続してある。リード線8,8の基端部8b,8bには、リードケーブル18,18の芯線14,14の先端部14a,14aが、それぞれ接続部12,12でカシメられて接続してある。各芯線14,14の外周は、絶縁被膜で覆われ、相互に絶縁されている。なお、リード線8,8と芯線14,14との接続部12,12は、半田あるいは溶接などの接続部であってもよい。リードケーブル18,18の芯線14を通して、感熱素子4の素子本体6により検出した温度信号を、測定装置や制御装置などの他の装置に送信可能になっている。
リードケーブル18,18としては、特に限定されず、たとえば塩ビ電線、ポリエチレン電線、シリコン電線、フッ素電線などが用いられる。一対のリードケーブル18,18の芯線14,14は絶縁被膜によりそれぞれ覆われて絶縁されている。各リードケーブル18,18の芯線14,14は、たとえば銅、鉄、アルミニウムなどの導電材料により構成してある。リード線8,8は、たとえば銅、鉄、ニッケル、ジュメット線などの導電材料で構成される。
感熱素子4から引き出された一対のリード線8と接続部12とは、リード保持部材(リード保持部)20により保持されている。リード保持部材20は、X軸方向に長い基板22と、基板22の幅方向(Y軸方向)の中央部から高さ方向(Z軸方向)に立ち上げられている隔壁24とを有する。隔壁24のX軸方向の先端部には、切り欠き24aが形成してあり、その先端側に、先端隔壁24bが形成してある。なお、図面において、X軸とY軸とZ軸とは略垂直であり、本実施形態では、X軸が、リード線8およびリードケーブル18の長手方向に略一致する。
先端隔壁24bと切り欠き24aのY軸方向の両側には、一対の先端側壁25が隔壁24と略平行に所定の隙間で形成してある。リード保持部材20の先端部は、感熱素子4の近くに配置され、感熱素子4から引き出されている一対のリード線8,8の先端部8a,8aを、それぞれ先端隔壁24bと先端側壁25との間の通路に通し、各リード線8,8を絶縁して保持するようになっている。その結果、リード保持部材20の先端部には、感熱素子4が位置決めされて保持される。
先端側壁25のZ軸方向の高さは、隔壁24のZ軸方向の高さよりも低く、隔壁25が、後述する取付金具30の壁片34で囲まれる空間内に入り込むことが可能になっている。なお、隔壁24のZ軸方向の高さは、特に限定されないが、壁片34のZ軸方向の高さよりも小さいことが好ましい。
基板22のY軸方向幅(特に基板22の先端側の幅)は、取付金具30の壁片34で囲まれる空間内に入り込むことが可能な程度の幅であることが好ましい。ただし、先端側壁25の後端側では、基板22のY軸方向の両側に突出する第1係合凸部26がそれぞれ形成してあり、その部分では、基板22の幅は、取付金具30の壁片34の内部に入り込まない程度の幅になっている。
先端側壁25の後端側に形成してある一対の第1係合凸部26は、取付金具30の壁片34の後端部に形成してある一対の第1係合凹部36に嵌合するようになっている。一対の第1係合凹部36は、一対の第1係合凸部26に対応する位置で、取付金具30の壁片34の後端部からX軸方向に凹んでいる形状を有している。一対の第1係合凸部26のY軸方向の突出高さは、凸部26の頂部が壁片34の外周面と略面一となる程度の高さが好ましいが、それ以上でもよい。ただし、凸部26のY軸方向の突出高さは、図1Aに示す外装樹脂40の外面から飛び出さない程度の高さがよい。
図3Aに示すように、取付金具30は、平板形状の外部取付部31と、外部取付部31と一体に成形してある素子配置部32とを有する。外部取付部31には、取付孔31aが形成してあり、取付孔31aにボルトやネジなどを通して、外部取付部31を、測温対象物またはその付近に容易に取り付けることができる。
図2に示すように、取付金具30の素子配置部32は、平板形状の外部取付部31からX軸方向に連続して一体化してあるベース板(基部)33を有する。ベース板33のY軸方向の幅は、外部取付部31のY軸方向の幅よりも小さいことが好ましい。ベース板33のY軸方向の両端部からは、壁片34がそれぞれZ軸方向に立ち上げられている。
X軸に略垂直な断面で、一対の壁片34,34は、それぞれ略半円弧形状を有し、それぞれの突出先端部34a,34aは、本実施形態では接触しており、全体として感熱素子4の周囲を所定の隙間で覆うような形状を有している。本実施形態では、ベース板33と一対の壁片34とで、感熱素子4の周囲を略一定な所定隙間で覆う周囲壁を構成している。
平板状のベース板33の外面は、外装樹脂40の外面と略面一となっている。外装樹脂40は、ベース板33と一対の壁片34とで構成される周囲壁と、感熱素子4との間の隙間にも入り込んである。また、外装樹脂40は、図1Aおよび図1Bに示すように、取付金具30の外部取付部31を露出させ、しかも素子配置部32の壁片34の外側を覆うと共に、リード保持部材20の周囲を覆うようになっている。
本実施形態では、外装樹脂40は、全体として略直方体形状を持ち、そのX軸方向の長さは、素子保持部32とリード保持部材20と接続部12とリードケーブル18の先端部とを覆う程度の長さである。また、外装樹脂40のY軸方向の幅は、素子保持部32のY軸方向の幅よりも大きく、一対の接続部12のY軸方向の幅よりも大きいことが好ましい。また、図2に示すように、本実施形態では、ベース板33の外面を除いて、外装樹脂40の外表面と素子配置部32との間の距離が、感熱素子4と素子配置部32(壁片34)との間の距離よりも大きいことが好ましい。さらに、外装樹脂40のZ軸方向の高さは、素子配置部32のZ軸方向の高さよりも十分に大きいことが好ましい。
本実施形態では、リード保持部材20は、絶縁部材で構成してあり、たとえばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、ABS樹脂、PPS樹脂、PTB樹脂などの合成樹脂で構成される。樹脂には、フィラーなどが混入されていてもよい。
また、取付金具30は、たとえば銅、黄銅などの銅合金、鉄、アルミニウム、SUSなどのステンレスなどの金属、あるいはその他の導電性材で構成される板材をプレス加工および折り曲げ加工して形成することができる。
取付金具30のベース板33および壁片34で囲まれる空間内部に、感熱素子4が取り付けられたリード保持部材20の先端部を、素子配置部32の後端側から挿入する。そして、感熱素子4をベース板33および壁片34で囲む位置で、第1係合凸部26と第1係合凹部36とを嵌合させる。その後に、これらを金型の内部に位置決めして収容し、金型の内部に樹脂を注入してインサート成形すれば、外装樹脂40が成形され、温度センサ装置2が得られる。
外装樹脂40としては、特に限定されないが、射出成形が可能な樹脂であることが好ましく、たとえばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、ABS樹脂、PPS樹脂、PTB樹脂などが例示される。樹脂には、フィラーなどが混入されていてもよい。
本実施形態に係る温度センサ装置2では、取付金具30の素子配置部32に具備してある周囲壁を構成する壁片34が、感熱素子4の周囲を覆っている。そのため、感熱素子4の周囲からの放熱が防止されると共に、測定対象の温度が素子配置部32の周囲壁を通して感熱素子4の回りに均一に伝達する。したがって、感熱素子4による温度検出特性が向上する。
また、本実施形態に係る温度センサ装置2では、感熱素子4の周囲が素子配置部32の周囲壁で覆われ、外装樹脂40が、素子配置部32の周囲壁を覆うと共に、感熱素子4の周囲とリード保持部材20の周囲とを覆うため、感熱素子4は、素子配置部32を持つ取付金具30に良好に固定される。すなわち、感熱素子4は、取付金具30から剥がれ難く、感熱素子4による温度検出特性の信頼性が向上する。
さらに、本実施形態に係る温度センサ装置4では、取付金具30には、たとえばねじ穴などの取付孔31aが形成してある外部取付部31が具備してあるために、外部取付部31を、温度測定対象物に直接に取り付けたり、温度対象物の近くに容易に取り付けることが可能である。すなわち、本実施形態では、温度センサ装置2を、温度測定対象物またはその近くに、ねじやボルトあるいはクリップなどの締結具などで容易に取り付けることができる。
また本実施形態では、素子配置部32とリード保持部材20とが係合部(第1係合凸部26と第1係合凹部36)で取り付けられて一体化されることで、これらが一体化された状態で、外装樹脂40と一体化される。そのため、外装樹脂40の内部で、素子配置部32とリード保持部材20とが良好に位置決めされる。
さらに本実施形態では、図2に示すように、ベース板33の外表面が外装樹脂の外40面に対して略面一に露出している。その露出しているベース板33の外表面を、感熱対象物に接触させることで、感熱対象物の熱が、金属製の取付金具30に直接に伝わり、そこから感熱素子4に熱が伝わると共に、ベース板33から壁片34を通して、感熱素子4に熱が伝わり、感熱素子4による温度検出特性が向上する。
さらにまた本実施形態では、素子配置部32の少なくとも一部である壁片34が、感熱素子4の外周形状に合わせて湾曲している。壁片34が感熱素子4の外周形状に合わせて湾曲していることで、素子配置部32から感熱素子4への熱伝達が感熱素子4の周囲から行われ、感熱素子4による温度検出特性が向上する。
しかも本実施形態では、外装樹脂40の外表面と素子配置部32との間の距離が、感熱素子4と素子配置部32の壁片34との間の距離よりも大きいため、放熱が抑制され、感熱素子4による温度検出特性が向上する。
また本実施形態では、取付金具30の素子配置部32の内部に感熱素子4を位置させるように素子配置部32とリード保持部材20とを容易に組み合わせることができる。また、これらを金型内部にインサートして外装樹脂40を単一層で容易に形成することができる。
第2実施形態
図3Bに示すように、本発明の他の実施形態に係る温度センサ装置2aでは、以下に示す以外は、前述した第1実施形態に係る温度センサ装置2と同様であり、共通する部分の説明は省略する。また、図面において共通する部材には、共通する部材の符号を付してある。
本実施形態では、リード保持部材20aのX軸方向の先端部には、第1係合凸部26とは別に、Z軸方向の下方に突出する第2係合凸部28が部材20aと一体に形成してある。また、取付金具30の素子配置部32の後端部には、第2係合凸部28に対応する位置で、その凸部28に嵌合する第2係合凹部38が形成してある。
本実施形態では、取付金具30とリード保持部材20とは、第1係合凸部26と第1係合凹部36とから成る係合部以外に、第2係合凸部28と第2係合凹部38とから成る係合部において、両者が嵌合する。このため、本実施形態では、リード保持部材20と取付金具30との位置決めがより正確になり、取付金具の素子配置部32の内部における感熱素子4の位置決め精度が、さらに向上する。
また、上述した第1実施形態および第2実施形態では、リード保持部材20に係合凸部26および/または28を設け、取付金具30に係合凹部36および/または38を設けてあるが、凹部と凸部とは、その逆であっても良い。
第3実施形態
図4〜図7に示すように、本発明の他の実施形態に係る温度センサ装置2bでは、以下に示す以外は、前述した第1実施形態または第2実施形態に係る温度センサ装置と同様であり、共通する部分の説明は省略する。また、図面において共通する部材には、共通する部材の符号を付してある。
本実施形態では、図7に示すように、壁片34の突出先端34a間には、周囲壁の内外を連絡するスリット35が形成してある。このスリット35のY軸方向の幅t0は、ベース板33と壁片34とから成る周囲壁の周方向長さをLとした場合には、t0/Lが1/10以下となるように決定される。t0/Lが大きすぎると、感熱素子4の周囲を囲む効果が小さくなる。
壁片34,34の突出先端34a,34a間にスリットを形成することで、温度センサ装置2bに急激な温度変化(熱衝撃)が作用した場合に、熱衝撃による応力をスリット35が吸収し、熱衝撃時における取付金具30と外装樹脂40との剥離を抑制することができる。
また、本実施形態では、図4〜図6に示すように、外装樹脂40は、素子配置部32と一体成形される外側樹脂部40aと、感熱素子4およびリード保持部20bが収容されるように、外側樹脂部40aの内部に形成してある収容穴42に充填される内側樹脂部40bと、を有している。外側樹脂40aは、前述した外装樹脂40と同様な材質で同様な方法により成形されるが、内部に収容穴42が形成される点で異なる。内側樹脂40bは、外側樹脂40bと同様な材質で構成されてもよいが、たとえばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂などのように、接着特性および熱伝導特性に優れた樹脂が好ましい。
本実施形態に係る温度センサ装置2bでは、収容穴42を有する外側樹脂部40aを、取付金具30の素子配置部32と一体成形した後に、収容穴42の内部に、感熱素子4およびリード保持部20bを収容し、収容穴42の内部に内側樹脂部40bを注型して充填すれば良い。
なお、本実施形態では、リード保持部材20bのX軸方向長さが短く成形してある。たとえば本実施形態のリード保持部材20bは、図3Aに示すリード保持部材20の先端隔壁24bおよび先端側壁25のみが形成してある基板22のみで構成してもよい。係合凸部26は具備させなくてもよい。
また本実施形態では、素子配置部32の全周が、外装樹脂40の外側樹脂部40aで覆われており、ベース板33の外面は、外装樹脂40の外表面に露出していない。また、素子配置部32における壁片34の形状が、前述した実施形態の壁片とは異なり、周囲壁の全体として四角形に近い形状を有している。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
たとえば、外部取付部31には、必ずしも取付孔31aを形成する必要はない。たとえば外部取付部31を、測温対象物またはその付近の取付部に具備された差し込み溝に差し込むことで、測温対象物またはその付近の取付部に温度センサ装置を容易に着脱自在に取り付けてもよい。あるいは、外部取付部31を測温対象物またはその付近の取付部に接着することで、測温対象物またはその付近の取付部に温度センサ装置2を取り付けても良い。
また、素子配置部32におけるベース板33および壁片34を含む周囲壁の横断面形状は、全体として円形や四角形に限らず、三角形、あるいはその他の多角筒形状、楕円形状、あるいはその他の異形形状でも良い。
さらに、上述した実施形態では、平板形状の外部取付部31とベース板33とは、同一平面上に形成してあるが、これらの間に段差部または曲面部をつけて、これらが同一平面上に位置しなくなるように構成してもよい。
2,2a,2b… 温度センサ装置
4… 感熱素子
6… 素子本体
7… 被覆層
8… リード線
8a… 先端部
8b… 基端部
12… 接続部
14,14… 芯線
18,18… リードケーブル
20,20a,20b… リード保持部材(リード保持部)
22… 基板
24… 隔壁
24a… 切り欠き
24b… 先端隔壁
25… 先端側壁
26… 第1係合凸部
28… 第2係合凸部
30… 取付金具
31… 外部取付部
31a… 取付孔
32… 素子配置部
33… ベース板(基部)
34… 壁片(周囲壁)
34a… 突出先端
35… スリット
36… 第1係合凹部
38… 第2係合凹部
40… 外装樹脂
40a… 外側樹脂
40b… 内側樹脂
42… 収容穴

Claims (7)

  1. 感熱素子と、
    前記感熱素子から引き出されているリード線を保持するリード保持部と、
    前記感熱素子の周囲を覆う周囲壁が形成してある素子配置部を持つと共に、外部取付対象物に着脱自在に取り付けられる外部取付部を持つ取付金具と、
    前記外部取付部を露出させるように、前記素子配置部の周囲壁を覆うと共に、前記感熱素子の周囲と前記リード保持部の周囲とを覆う外装樹脂とを有し、
    前記周囲壁は、前記素子配置部の基部から前記感熱素子の周囲に向けて立ち上げられる一対の壁片を有し、
    一対の前記壁片の突出先端間には、前記周囲壁の内外を連絡するスリットが形成してある温度センサ装置。
  2. 前記素子配置部と前記リード保持部とは、それぞれを嵌合して取り付けるための係合部を有する請求項1に記載の温度センサ装置。
  3. 前記基部は、平板形状を有し、
    前記基部の外表面が前記外装樹脂の外面に対して面一に露出している請求項1または2に記載の温度センサ装置。
  4. 前記素子配置部の少なくとも一部は、前記感熱素子の外周形状に合わせて湾曲している請求項1〜3のいずれかに記載の温度センサ装置。
  5. 前記外装樹脂の外表面と前記素子配置部との間の距離が、前記感熱素子と前記素子配置部との間の距離よりも大きい請求項1〜4のいずれかに記載の温度センサ装置。
  6. 前記外装樹脂は、
    前記素子配置部と一体成形される外側樹脂部と、
    前記感熱素子および前記リード保持部が収容されるように、前記外側樹脂部の内部に形成してある収容穴に充填される内側樹脂部と、を有する請求項1〜5のいずれかに記載の温度センサ装置。
  7. 感熱素子と、
    前記感熱素子から引き出されているリード線を保持するリード保持部と、
    前記感熱素子の周囲を覆う周囲壁が形成してある素子配置部を持つと共に、外部取付対象物に着脱自在に取り付けられる外部取付部を持つ取付金具と、
    前記外部取付部を露出させるように、前記素子配置部の周囲壁を覆うと共に、前記感熱素子の周囲と前記リード保持部の周囲とを覆う外装樹脂とを有し、
    前記外装樹脂は、
    前記素子配置部と一体成形される外側樹脂部と、
    前記感熱素子および前記リード保持部が収容されるように、前記外側樹脂部の内部に形成してある収容穴に充填される内側樹脂部と、を有する温度センサ装置。
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