JP6855758B2 - 温度センサ装置 - Google Patents

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、感熱素子が剥がれにく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いという課題を有している。

特開平１０−２７４５６７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、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、しかも感熱素子が剥がれにくい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、
前記感熱素子が取り付けられる素子取付部と、
前記素子取付部と前記感熱素子との間の隙間に充填される接着用樹脂と、を有する温度センサ装置であって、
前記素子取付部が、当該素子取付部の内面から前記接着用樹脂に向けて突出する内側凸部を有する。

本発明の温度センサ装置では、素子取付部を温度測定対象物に、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、素子取付部が、当該素子取付部の内面から接着用樹脂に向けて突出する内側凸部を有するため、その内側凸部が接着用樹脂の抜け止めとなり、接着用樹脂が感熱素子と共に素子取付部から容易に剥がれることはなくなる。なお、感熱素子の表面には、樹脂などで構成してある被覆層が形成してあることから、感熱素子と接着用樹脂との接続は強固であり、その界面で剥がれるおそれは少ない。

好ましくは、前記素子取付部の内面からの前記内側凸部の突出高さは、前記素子取付部の厚みの４／５以下、さらに好ましくは２／５〜４／５である。このような範囲で内側凸部を形成することで、内側凸部に沿って貫通孔が形成されることはなく、貫通孔を通して接着用樹脂が素子取付部の外面に漏れ出すことはない。

好ましくは、前記素子取付部は、板状部材で構成してあり、
底壁と、前記底壁の側端から立ち上げて形成してある側壁とを有し、
前記内側凸部は、前記底壁または側壁の内面に形成してある。

内側凸部の形成位置は特に限定されないが、たとえば温度測定対象物に近い底壁に内側凸部が形成されることで、内側凸部を通しての感熱素子への伝熱経路も加わり、感熱応答性が向上することも期待できる。また、感熱素子の外形状に合わせて内側凸部の数を増やしたり、配置位置を工夫することで、接着用樹脂が感熱素子と共に素子取付部から容易に剥がれるおそれをさらに少なくすることができる。

また、前記板状部材は、前記感熱素子の周囲を覆う筒状部を有し、前記筒状部の内面に、前記内側凸部が形成してあってもよい。内側凸部は、筒状部の内面に、周方向に沿って複数配置することもできる。

好ましくは、前記内側凸部は、前記接着用樹脂には接触するが、前記感熱素子には、直接的には接触しない。内側凸部は、感熱素子を傷つけないように配置してあることが好ましい。内側凸部が感熱素子を傷つけない限りは、内側凸部は、感熱素子に接触していてもよい。

好ましくは、前記内側凸部は、前記感熱素子のリード線が伸びる方向に向けて傾斜する緩傾斜面と、前記感熱素子のリード線が伸びる方向と反対方向に向けて傾斜する急傾斜面とを有し、前記急傾斜面の傾斜角度が、前記緩傾斜面の傾斜角度よりも大きい。

このように構成することで、特にリード線が引っ張られる方向に感熱素子に外力が作用しても、急傾斜面が接着用樹脂との間で楔のように作用し、接着用樹脂が素子取付部から、さらに剥がれにくくなる。

好ましくは、前記内側凸部に対応して、前記素子取付部の外面には、外側凹部が形成してある。このような構成の内側凸部は、素子取付部の外側から外面を押圧加工することで、容易に成形することができる。また、好ましくは、外側凹部は、前記素子取付部の内側に貫通していない。このように構成することで、接着用樹脂が貫通孔を通して素子取付部の外面に漏れ出すおそれがない。

図１は本発明の一実施形態に係る温度センサ装置の斜視図である。 図２は接着用樹脂を省略し被覆層を透明に図示した場合の図１に示す温度センサ装置の斜視図である。 図３は図１に示す温度センサ装置のIII−III線に沿う一部断面斜視図である。 図４は図１に示す温度センサ装置のIII−III線に沿う横断面図である。 図５は図１に示す温度センサ装置のV−V線に沿う一部断面斜視図である。 図６は本発明の他の実施形態に係る温度センサ装置の図４に対応する横断面図である。 図７は本発明の他の実施形態に係る温度センサ装置の斜視図である。

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１および図２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。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２に示すように、素子本体６には、一対のリード線８の芯線８ａがそれぞれ接続してあり、リード線８の芯線８ａを通して、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。リード線８の先端は、素子本体６および芯線８ａの先端と共に被覆層７により覆われ、リード線８の後端側は、被覆層７からＸ軸方向に飛び出している。

リード線８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。図４に示すように、一対のリード線８の芯線８ａの相互は絶縁被膜８ｂによりそれぞれ覆われて絶縁されている。各リード線８の絶縁被膜８ｂは、図示するように連結部８ｃで長手方向に沿って連結してあってもよいし、相互に分離して構成してあってもよい。芯線８ａは、たとえば銅線などの導電性材料により構成してある。

図２に示すように、被覆層７で覆われた素子本体６から成る感熱素子４は、板状部材から成る素子取付部としての取付金具１０に取り付けられる。取付金具１０は、感熱素子４がＺ軸方向の上部に位置する底壁１２と、底壁１２のＹ軸方向の両端からＺ軸方向の上部に一体的に立上げられる側壁１４と、底壁１２のＸ軸方向の前方に底壁１２と略面一で突出している張り出し部１６とを有する。

平板状の張り出し部１６は、底壁１２および側壁１４と一体に形成してある。張り出し部１６は、Ｘ−Ｙ軸平面に平行な平面を有し、略中央部に、Ｚ軸方向に貫通する貫通孔１８を有する。貫通孔１８には、たとえばボルトやねじが通され、測温対象物自体あるいは測温対象物の近くに位置する取付用突起または取付用平面に張り出し部１６を固定するために用いられる。なお、図面において、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は、相互に略垂直であり、本実施形態では、Ｘ軸がリード線８の延びる方向に一致しているが、特に限定されない。

本実施形態では、一対の側壁１４は、底壁１２から略直角よりも狭い角度でＺ軸方向の上部にそれぞれ立ち上げられ、図４に示すように、側壁１４のＺ軸方向の上端部でのＹ軸方向の開口幅Ｗ１は、底壁１２のＹ軸方向の幅Ｗ２よりも狭く構成してある。また、本実施形態では、開口幅Ｗ１は、感熱素子４における被覆層７のＹ軸方向の最大幅Ｗ３よりも大きいことが好ましい。接着用樹脂３０を充填する前に、感熱素子４を側壁１４のＺ軸方向の上方開口部１４ａから取り付け易くするためである。

なお、感熱素子４を、図１に示す一対の側壁１４間のＸ軸方向の前方開口部１４ｂまたは後方開口部１４ｃから、底壁１２と一対の側壁１４とで３方が囲まれる空間に取り付ける場合には、図４に示す開口幅Ｗ１は最大幅Ｗ３よりも小さくてもよい。ただし、側壁１４のＺ軸方向の高さＨ１は、感熱素子４（被覆層７）のＺ軸方向高さＨ２の１／２よりも大きいことが好ましく、各側壁１４の内面１４ｄの大部分は、感熱素子４（被覆層７）の外周面に接触せずに隙間を有することが好ましい。これらの隙間に接着用樹脂３０が充填されるからである。

本実施形態では、Ｈ１／Ｈ２は、好ましくは０．６〜０．８である。この比率を上記範囲内とすることで、十分な量の接着用樹脂３０を充填することができると共に、温度センサ装置２のＺ軸方向高さをコンパクトにすることができる。

接着用樹脂３０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、シリコン樹脂で構成される。被覆層７が樹脂で構成される場合には、被覆層７を構成する樹脂に比較して、接着用樹脂３０は、接着特性、熱伝導特性に優れた樹脂が好ましい。接着用樹脂３０には、フィラーなどが混入してあっても良い。

接着用樹脂３０は、素子取付部としての取付金具１０と感温素子４との隙間を埋めるように充填され、図１に示す開口部１４ａ，１４ｂおよび１４ｃから多少はみ出して形成されても良い。感温素子４は、取付金具１０の底壁１２および一対の側壁１４で３方が囲まれた空間の内部に存在する接着用樹脂３０により取付金具１０に取り付けられている。なお、感温素子４のＸ軸方向の後方に位置するリード線８の先端部を覆う被覆層７は、取付金具１０の底壁１２および一対の側壁１４で３方が囲まれた空間の内部に位置する接着用樹脂３０からＸ軸方向の後ろ側にはみ出していてもよい。

図４に示すように、本実施形態では、各側壁１４の内面１４ｄまたは底壁１２の内面１２ｄにおいて、感熱素子４（被覆層７）の外周面との隙間が最大になる位置またはその近くに、内側凸部２０が形成してある。図４では、各側壁１４の内面１４ｄにのみ内側凸部２０が形成してあるが、底壁１２の内面１２ｄにも、感熱素子４（被覆層７）の外周面との隙間が最大になる位置の近くに、内側凸部２０を一体的に成形しても良い。

図５に示すように、各内側凸部２０に対応して、側壁１４の外面１４ｅには、外側凹部２２が形成してある。各内側凸部２０は、Ｘ軸方向の前方（張り出し部１６の方向）に向けて傾斜する急傾斜面２４と、それに隣接してＸ軸方向の後方（図１に示すリード線８が延びる方向）に向けて傾斜する緩傾斜面２６とを有する。内面１４ｄに対する急傾斜面２４の傾斜角度が、緩傾斜面２６の傾斜角度よりも大きい。

内面１４ｄからの内側凸部２０の突出高さは、側壁１４の厚みｔの４／５以下、さらに好ましくは２／５〜４／５である。このような範囲で内側凸部２０を形成することで、内側凸部２０に沿って内面１４ｄと外面１４ｅとの間で貫通孔が形成されることはなく、貫通孔を通して接着用樹脂３０が外面１４ｅに漏れ出すことはない。

また、本実施形態に示す構成の内側凸部２０は、側壁１４の外側から外面１４ｅをプレス加工具などで押圧加工することで、容易に成形することができる。また、内側凸部２０と同時に形成される外側凹部２２は、側壁１４の内面１４ｄに対して貫通せずに形成することができる。

取付金具１０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ブ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１０の底壁１２および一対の側壁１４で三方が囲まれた空間内に感熱素子４を配置した後に、感熱素子４の外周面と、底壁１２の内面１２ｄおよび側壁１４の内面１４ｄとの隙間に接着用樹脂を充填して硬化させる。あるいは、接着用樹脂を塗布した後に、感熱素子４を取り付けて樹脂を硬化させてもよい。このようにして図１に示す温度センサ装置２を製造することができる。

本実施形態に係る温度センサ装置２では、張り出し部１６を用いて、温度を検出したい物体（測温対象物）またはその付近の取付部に対して容易に取り付けることが可能である。たとえば張り出し部１６に、ボルト穴としての貫通孔１８を設け、ボルトやねじあるいはクリップなどにより、測温対象物自体またはその付近の取付用突起または取付用平面に温度センサ装置２を容易に着脱自在に取り付けることができる。

また、本実施形態では、素子取付部としての取付金具１０が、接着用樹脂３０に向けて突出する内側凸部２０を有するため、その内側凸部２０が接着用樹脂３０の抜け止めとなり、接着用樹脂３０が感熱素子４と共に取付金具１０から容易に剥がれることはなくなる。なお、感熱素子４の表面には、樹脂などで構成してある被覆層７が形成してあることから、感熱素子４と接着用樹脂３０との接続は強固であり、その界面で剥がれるおそれは少ない。

さらに本実施形態では、図３に示すように、内側凸部２０の急傾斜面２４が、リード線８が延びる方向と反対側を向いている。このために、特にリード線８がＸ軸の後ろ方向に引っ張られるように感熱素子４（図２参照）に外力が作用しても、急傾斜面２４が接着用樹脂３０との間で楔のように作用し、接着用樹脂３０が取付金具１０から、さらに剥がれにくくなる。

特に本実施形態では、各側壁１４の内面１４ｄにおいて、感熱素子４（被覆層７）の外周面との隙間が最大になる位置またはその近くに、内側凸部２０が形成してあるために、十分に大きな内側凸部２０を形成しやすく、この点でも、接着用樹脂３０が取付金具１０から、さらに剥がれにくくなる。

また、本実施形態では、内側凸部２０は、接着用樹脂３０には接触するが、感熱素子４には、直接的には接触しない。本実施形態では、内側凸部２０は、感熱素子４を傷つけないように配置してある。なお、内側凸部２０が感熱素子４を傷つけない限りは、内側凸部２０は、感熱素子４に接触していてもよい。

第２実施形態
図６に示すように、本実施形態の温度センサ装置２ａは、取付金具１０ａの構成が第１実施形態と異なるのみであり、以下に示す構成と作用効果以外は、第１実施形態の温度センサ装置２と同様であり、共通する部分には共通する符号を付し、共通する部分の図示と説明は省略する。

図６に示すように、本実施形態では、取付金具１０ａは、感熱素子４の周囲４方を覆うように、一対の側壁１４の上端部が上壁１５で一体的に連結してある筒状部１７を有する。筒状部１７の内面には、内側凸部２０が形成してある。本実施形態では、内側凸部は、側壁１４の内面１４ｄのみではなく、底壁１２の内面１２ｄと上壁１５の内面１５ｄにも、筒状部１７の内面に、周方向に沿って複数配置してある。

本実施形態では、たとえば温度測定対象物に近い底壁１２に内側凸部２０が形成されることで、内側凸部２０を通しての感熱素子４（その被覆層７）への伝熱経路も加わり、感熱応答性が向上することも期待できる。また、感熱素子４の外形状に合わせて内側凸部２０の数を増やしたり、配置位置を工夫することで、接着用樹脂３０が感熱素子４と共に取付金具１０ａから容易に剥がれるおそれをさらに少なくすることができる。

第３実施形態
図７に示すように、本実施形態の温度センサ装置２ｂは、取付金具１０に対する感熱素子４およびリード線８の傾斜角度θが第１実施形態と異なるのみであり、以下に示す構成と作用効果以外は、第１実施形態または第２実施形態と同様であり、共通する部分には共通する符号を付し、共通する部分の図示と説明は省略する。

図７に示すように、本実施形態では、取付金具１０の底板１２の平面に対して、感熱素子４およびリード線８の傾斜角度θが、たとえば０〜３０度程度に傾斜している。その状態で、感熱素子４の先端部が、取付金具１０の底壁１２および一対の側壁１４で３方が囲まれた空間の内部に存在する接着用樹脂３０により取付金具１０に取り付けられている。本実施形態においても、第１実施形態または第２実施形態と同様な作用効果を奏することができる。

なお、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、張り出し部１６には、必ずしも貫通孔１８を形成する必要はない。たとえば張り出し部１６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、張り出し部１６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、図６に示す実施形態では、筒部１７の横断面形状が台形筒形状であるが、特に限定されず、三角筒、四角筒、あるいはその他の多角筒形状、円筒あるいは楕円筒形状、あるいはその他の異形筒形状でも良い。

２，２ａ，２Ｂ… 温度センサ
４… 感熱素子
６… 素子本体
７… 被覆層
８… リード線
８ａ… 芯線
８ｂ… 絶縁被膜
８ｃ… 連結部
１０，１０ａ… 取付金具（素子取付部）
１２… 底壁
１２ｄ… 内面
１４… 側壁
１４ａ… 上方開口部
１４ｂ… 前方開口部
１４ｃ… 後方開口部
１４ｄ… 内面
１４ｅ… 外面
１５… 上壁
１５ｄ… 内面
１６… 張り出し部
１７… 筒状部
１８… 貫通孔
２０… 内側凸部
２２… 外側凹部
２４… 急傾斜面
２６… 緩傾斜面
３０… 接着用樹脂

Claims (9)

1. 素子本体と前記素子本体の外周を被覆している被覆層とを有する感熱素子と、
   前記感熱素子が取り付けられる素子取付部と、
   前記素子取付部と前記被覆層との間の隙間に充填される接着用樹脂と、を有する温度センサ装置であって、
   前記素子取付部は、板状部材で構成してあり、
   前記素子取付部は、前記感熱素子が上部に位置する底壁と、前記底壁から一体的に立上げられる側壁とを有し、
   前記素子取付部が、当該素子取付部の内面から前記接着用樹脂に向けて突出する内側凸部を有し、
   前記内側凸部が、前記側壁の内面または前記底壁の内面に、形成してあり、
   前記内側凸部に対応して、前記側壁または前記底壁の外面には、外側凹部が形成してあり、前記外側凹部は、前記素子取付部の内側に貫通せず、
   前記内側凸部は、前記側壁の内面または底壁の内面に対しての傾斜角度が異なる急傾斜面と緩傾斜面とを隣接して有し、前記急傾斜面の傾斜角度が前記緩傾斜面の傾斜角度よりも大きい温度センサ装置。
2. 前記素子取付部の内面からの前記内側凸部の突出高さは、前記素子取付部の厚みの４／５以下である請求項１に記載の温度センサ装置。
3. 前記内側凸部は、少なくとも前記底壁の内面に形成してあり、前記側壁の内面にも形成してある請求項１または２に記載の温度センサ装置。
4. 前記内側凸部は、前記接着用樹脂には接触するが、前記被覆層には、直接的には接触しない請求項１〜３のいずれかに記載の温度センサ装置。
5. 前記急傾斜面は、前記感熱素子のリード線が伸びる方向と反対方向に向けて傾斜する請求項１〜４のいずれかに記載の温度センサ装置。
6. 前記内側凸部が、前記側壁の内面または前記底壁の内面において、前記被覆層の外周面との隙間が最大になる位置またはその近くに形成してある請求項１〜５のいずれかに記載の温度センサ装置。
7. 前記被覆層を含む前記感熱素子の高さ（Ｈ２）に対する前記側壁の高さ（Ｈ１）の比率（Ｈ１／Ｈ２）が、０．６〜０．８である請求項１〜６のいずれかに記載の温度センサ装置。
8. 前記側壁が、直角よりも狭い角度で、前記低壁の側端から前記感熱素子に向かうように立ち上がっており、
   一対の前記側壁の上端部での開口幅は、前記底壁の幅よりも狭く、前記感熱素子における前記被覆層の最大幅よりも大きい請求項１〜７のいずれかに記載の温度センサ装置。
9. 前記素子取付部は、前記底壁と対向する上壁をさらに有し、
   前記底壁、前記側壁、および前記上壁により、前記感熱素子の周囲を覆うように筒状部が形成してあり、
   前記内側凸部が、前記筒状部の内面の周方向に沿って複数配置してある請求項１〜６のいずれかに記載の温度センサ装置。

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