JP6932782B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、温度センサに関するものである。

温度を測定するための温度センサは、様々な分野において用いられており、温度を測定するための方法も様々である。例えば、従来からある温度計としては、アルコールや油又は水銀等の液体を用い、温度の変化により液体の体積が変化することを利用した温度計がある。また、近年では、サーミスタのように温度が変化すると電気抵抗が変化することを利用した温度計がある。更には、温度を測定する対象物が発する赤外線の波長及び強度等を検知することにより、その対象物の温度を測定する温度計もある。これらの温度計は、用途に応じて適した方式のものが使い分けられて使用されている。

特開２０１６−０９１０５２号公報 特開２０１０−２１０４００号公報

このような温度計の中には、測定対象物の表面の温度を測定するための温度センサがあり、このような測定対象物の表面の温度を測定する温度センサにおいては、取扱が容易であって、小型で、低コストなものが求められている。

本実施の形態の一観点によれば、ポリマー層と、前記ポリマー層の一方の面に形成された第１の電極と、前記ポリマー層の他方の面に形成された第２の電極と、前記ポリマー層の一方の面に形成された前記第１の電極を覆う第１の絶縁層と、を有し、前記ポリマー層は、温度により比誘電率が変化するものであって、可撓性を有する材料により形成されており、前記第１の絶縁層は、膜厚方向における熱伝導率が、面内方向よりも高く、測定対象物に前記第１の電極の側を接触させて、前記第１の電極と前記第２の電極との間に挟まれた領域の前記ポリマー層の静電容量に基づき、前記測定対象物の温度を測定することを特徴とする。

開示の温度センサによれば、測定対象物の表面の温度を測定する温度センサであって、取扱が容易で、小型で、低コストなものを得ることができる。

第１の実施の形態における温度センサの説明図 第１の実施の形態における温度センサの断面図 ポリイミドにおける温度と比誘電率との相関図 ＰＥＴ、ＰＥＮ等における温度と静電容量の変化率との相関図 第１の実施の形態における温度測定装置の構成図 第１の実施の形態における温度測定装置により測定された温度分布の説明図 第１の実施の形態における他の温度測定装置により測定された温度分布の説明図 第１の実施の形態における他の温度センサの断面図（１） 第１の実施の形態における他の温度センサの断面図（２） 第１の実施の形態における他の温度センサの断面図（３） 第１の実施の形態における他の温度センサの断面図（４） 第１の実施の形態における他の温度センサの断面図（５） 第１の実施の形態における他の温度センサの断面図（６） 第２の実施の形態における温度センサの説明図（１） 第２の実施の形態における温度センサの説明図（２） 第２の実施の形態における温度センサの説明図（３） 比較に用いた温度センサの説明図（１） 比較に用いた温度センサの説明図（２） 比較に用いた温度センサの説明図（３） 第３の実施の形態における温度センサの説明図 第３の実施の形態における温度センサに用いられる電極の説明図（１） 第３の実施の形態における温度センサに用いられる電極の説明図（２） 第３の実施の形態における温度センサの断面図 第３の実施の形態における温度測定装置により測定された温度分布の説明図 第３の実施の形態における他の温度センサの断面図

実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。尚、本願においては、Ｘ１−Ｘ２方向、Ｙ１−Ｙ２方向、Ｚ１−Ｚ２方向を相互に直交する方向とする。また、Ｘ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向を含む面をＸＹ面と記載し、Ｙ１−Ｙ２方向及びＺ１−Ｚ２方向を含む面をＹＺ面と記載し、Ｚ１−Ｚ２方向及びＸ１−Ｘ２方向を含む面をＺＸ面と記載する。

〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態における温度センサについて、図１及び図２に基づき説明する。図１は、本実施の形態における温度センサ１００の電極の配置を上面から見た図であり、図２は、図１における一点鎖線１Ａ−１Ｂにおいて切断した温度センサ１００の断面図である。本実施の形態における温度センサ１００は、温度測定の対象となる測定対象物１０の表面の温度を測定するものであり、第１の絶縁層１１０、第１の電極１２０、ポリマー層１３０、第２の電極１４０、第２の絶縁層１５０等が、Ｚ２方向の側からＺ１方向に向かって積層されている。

第１の電極１２０は、ポリマー層１３０の一方の面１３０ａに、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の導電性を有する金属材料等の膜により複数形成されている。第１の電極１２０は、Ｙ１−Ｙ２方向に長く形成されており、例えば、幅Ｗ１が約５ｍｍ、長さＬ１が約３０ｍｍ、厚さｔ１が８〜１６μｍであり、隣り合う第１の電極１２０と第１の電極１２０との間隔Ｇ１は、約６０μｍとなるように形成されている。

第２の電極１４０は、ポリマー層１３０の他方の面１３０ｂに、銅、銀、ＩＴＯ等の導電性を有する金属材料等の膜により複数形成されている。第２の電極１４０は、Ｘ１−Ｘ２方向に長く形成されており、例えば、幅Ｗ２が約５ｍｍ、長さＬ２が約３０ｍｍ、厚さｔ２が８〜１６μｍであり、隣り合う第２の電極１４０と第２の電極１４０との間隔Ｇ２は、約６０μｍとなるように形成されている。

従って、第１の電極１２０の延びる方向と、第２の電極１４０の延びる方向とは直交している。尚、本願においては、隣り合う第１の電極１２０と第１の電極１２０との間隔を第１の電極１２０の電極間の間隔と記載し、隣り合う第２の電極１４０と第２の電極１４０との間隔を第２の電極１４０の電極間の間隔と記載する場合がある。図１及び図２等に示される温度センサでは、第１の電極１２０が５本設けられており、第２の電極１４０が５本設けられている。

第１の絶縁層１１０は、ポリマー層１３０の一方の面１３０ａに形成された第１の電極１２０を覆うように、可撓性を有する絶縁性の樹脂材料により形成されており、例えば、厚さが４０μｍのポリイミド等により形成されている。

第２の絶縁層１５０は、ポリマー層１３０の他方の面１３０ｂに形成された第２の電極１４０を覆うように、可撓性を有する絶縁性の樹脂材料により形成されており、例えば、厚さが４０μｍのポリイミド等により形成されている。

ポリマー層１３０は、温度の変化に伴い比誘電率が変化する可撓性を有する樹脂材料により形成されている。具体的には、厚さｄが５０μｍ以下のポリイミド等により形成されている。図３は、１ｋＨｚの交流を印加した場合におけるポリイミドにおける温度と比誘電率との関係を示す。図３に示されるように、温度が−１５℃の場合では比誘電率は約３．４５であり、温度が高くなるに伴い比誘電率は徐々に減少し、温度が２００℃の場合では比誘電率は約２．９５となる。

ここで、便宜上、温度と比誘電率との直線性が比較的良好な２０℃〜１００℃の範囲において説明する。具体的には、温度が２０℃〜１００℃の範囲では、温度と比誘電率との関係は直線的であるものとし、図３より温度が２０℃の比誘電率は約３．４、温度が１００℃の比誘電率は約３．１であるとした場合、比誘電率Ｐは下記（１）に示す式により表される。尚、Ｔは温度である。また、下記（１）に示す式のような直線の近似以外の近似でもよく、各値ごとの対応テーブルをあらかじめ有し、それに基づいて温度を得るものであってもよい

Ｐ＝−０．００３７５×Ｔ＋３．４７５・・・・・（１）
下記の表１は、上記（１）に示す式により得られた温度と比誘電率との関係を示す。

ここで、第１の電極１２０と第２の電極１４０により挟まれている領域のポリマー層１３０により形成される静電容量を考える。具体的には、第１の電極１２０と第２の電極１４０とが交差する幅Ｗ１の第１の電極１２０と幅Ｗ２の第２の電極１４０とが重複する領域において、各々の交点において平行平板コンデンサが形成されるものとすると、各々の平行平板コンデンサの面積Ｓは、２．５×１０^−５ｍ^２となる。尚、図１及び図２に示されるものでは、第１の電極１２０が５本設けられ、第２の電極１４０が５本設けられており、合計で２５個の平行平板コンデンサが形成される。

ここで、各々の交点における静電容量Ｃは、下記（２）に示す式により表される。尚、真空の誘電率ε_０は８．８５×１０^１２である。

Ｃ＝Ｐ×ε_０×Ｓ／ｄ・・・・・・（２）

ここで、ポリマー層１３０の厚さｄを１２．５μｍ（１．２５×１０^−５ｍ）とした場合における温度と静電容量の関係は、表２に示される。

表２に示されるように、この場合においては、１０℃ごとの静電容量Ｃの変化量は、約０．６６ｐＦ（６６０ｆＦ）であることから、温度が１℃変化した場合の静電容量の変化量は、約６６ｆＦである。現状における静電容量測定器の分解能は、１０ｆＦ以上の分解能があるため、温度の分解能は約０．１５℃である。

また、ポリマー層１３０の厚さｄを２５μｍ（２．５×１０^−５ｍ）とした場合における温度と静電容量の関係は、表３に示される。

表３に示されるように、この場合においては、１０℃ごとの静電容量Ｃの変化量は、約０．３３ｐＦ（３３０ｆＦ）であることから、温度が１℃変化した場合の静電容量の変化量は、約３３ｆＦである。静電容量測定器の分解能は上記と同じであると考えると、温度の分解能は約０．３℃である。

以上より、ポリマー層１３０の厚さｄが５０μｍの場合では、温度の分解能は約０．６℃となり、ポリマー層１３０の厚さｄが７５μｍの場合では、温度の分解能は約０．９℃となる。温度の分解能を約１℃と考えるとポリマー層１３０の厚さｄは７５μｍでもよいが、実用的には、ポリマー層１３０の厚さｄは、温度の分解能は約０．６℃以下となる５０μｍ以下であることが好ましい。

本実施の形態における温度センサにおいては、ポリマー層１３０には、図４に示されるように、ポリイミド以外にも、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）やＰＥＮ（polyethylene naphthalate）等を用いることも可能である。図４は、ＰＥＴやＰＥＮの他、ＰＰ（Polypropylene）、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）等について、１ｋＨｚの交流を印加して測定した温度と静電容量の変化率との関係を示す。

（温度測定装置）
次に、図５に基づき本実施の形態における温度センサを用いた温度測定装置について説明する。本実施の形態における温度センサ１００は、第１の電極１２０の側を温度測定の対象となる測定対象物１０の表面に接触させて測定を行う。尚、図５では、便宜上、ポリマー層１３０や第１の絶縁層１１０及び第２の絶縁層１５０は省略されているが、省略されている第１の絶縁層１１０を測定対象物１０の表面に接触させて測定を行う。本実施の形態における温度センサ１００は、ポリマー層１３０や第１の絶縁層１１０及び第２の絶縁層１５０等が可撓性を有する材料により形成されており、第１の電極１２０及び第２の電極１４０は、膜状に形成されており極めて薄い。このため、測定対象物１０の表面が平らではなく、曲面等の場合であっても、測定対象物１０の表面の形状に対応して変形させることができる。よって、測定対象物１０の表面が曲面等の場合であっても密着させて接触させることができ、測定対象物１０の表面の温度を正確に測定することができる。

図５に示される本実施の形態における温度測定装置は、本実施の形態における温度センサ１００、温度測定部１６０、表示部１７０等を有している。温度測定部１６０は、静電容量検出部１６１、演算部１６２、制御部１６３等を有している。静電容量検出部１６１には、温度センサ１００の第１の電極１２０及び第２の電極１４０の各々が接続されており、交流電圧を走査しながら印加して、第１の電極１２０と第２の電極１４０とが交差する各々の領域において、第１の電極１２０と第２の電極１４０との間に形成される静電容量を測定する。温度センサ１００の各々の領域に形成される静電容量を測定する際に印加する交流の周波数は、１ｋＨｚ以上、１０ＭＨｚ以下が好ましい。

演算部１６２は、静電容量検出部１６１において検出された温度センサ１００の各々の領域における静電容量検出値に基づき、各々の領域の温度を算出する。制御部１６３は、静電容量検出部１６１及び演算部１６２の制御等を行う。表示部１７０は、２次元画像を表示することのできるディスプレイ等であり、演算部１６２において得られた温度センサ１００の各々の領域における温度分布の情報を２次元画像として表示することができる。

図６は、本実施の形態における温度センサ１００により測定された温度分布を表示部１７０において２次元画像として表示した場合の様子を示す。図６は、第１の電極１２０及び第２の電極１４０が各々５本ずつ設けられている温度センサにより得られた温度分布の２次元画像であるが、第１の電極１２０及び第２の電極１４０を増やすことにより、更に詳細な２次元の温度分布の情報を得ることができる。図７には、第１の電極１２０及び第２の電極１４０が各々１０本ずつ設けられている温度センサにより得られた温度分布の２次元画像の様子を示す。

本実施の形態における温度センサでは、第１の電極１２０及び第２の電極１４０をＩＴＯ等により形成し、ポリマー層１３０、第１の絶縁層１１０及び第２の絶縁層１５０等を光を透過する材料により形成してもよい。この場合、温度センサを透過して測定対象物１０の表面を目視することができるため、測定対象物１０の表面の温度を測定したい所望の位置に、温度センサを容易に取り付けることができる。

（温度センサにおける熱伝導）
本実施の形態における温度センサは、第１の絶縁層１１０の側を測定対象物１０の表面に接触させて温度を測定するものであるため、第１の電極１２０と測定対象物１０との間の第１の絶縁層１１０は、熱伝導率が高い材料であることが好ましい。また、外部からの熱の影響を避けるため、第２の絶縁層１５０は、熱伝導率が低い材料により形成されていることが好ましい。従って、本実施の形態は、第１の絶縁層１１０は、第２の絶縁層１５０よりも、熱伝導率の高い材料により形成されていることが好ましい。

可撓性があって熱伝導率の高い材料としては、放熱シリコーンゴム（熱伝導率：１〜３Ｗ／ｍ・Ｋ）や熱伝導性両面粘着テープ（熱伝導性アクリル系両面粘着テープ、熱伝導率：０．５３Ｗ／ｍ・Ｋ）等が挙げられる。また、可撓性があって熱伝導率の低い材料としては、アクリル発泡体や発泡プラスチック等の空気が内包されているものが挙げられる。尚、ポリイミドの熱伝導率は約０．１６Ｗ／ｍ・Ｋ、ＰＥＴの熱伝導率は約０．１４Ｗ／ｍ・Ｋ、ＰＥＮの熱伝導率は約０．１５Ｗ／ｍ・Ｋである。

本実施の形態においては、第１の電極１２０、第２の電極１４０は、熱伝導率が３９８Ｗ／ｍ・Ｋの銅により形成されており、ポリマー層１３０は、熱伝導率が０．１６Ｗ／ｍ・Ｋのポリイミドにより形成されているものとする。従って、第１の電極１２０、第２の電極１４０は、ポリマー層１３０に比べて、熱伝導率が２０００倍以上である。

また、静電容量を検出するそれぞれの電極相互の熱的干渉、即ち、隣の領域から受ける熱的影響をできるだけ避けるためには、第１の電極１２０の間隔Ｇ１及び第２の電極１４０の間隔Ｇ２は、ポリマー層１３０の厚さｄよりも広く形成されていることが好ましい。第１の電極１２０の間隔Ｇ１及び第２の電極１４０の間隔Ｇ２が、ポリマー層１３０の厚さｄよりも狭いと、隣の領域から受ける熱の影響が大きくなり、各々の領域ごとの温度、すなわち温度分布を正確に測定することができなくなるからである。

また、第１の絶縁層１１０は、面内方向（ＸＹ面に平行な方向）よりも、膜厚方向（Ｚ１−Ｚ２方向）における熱伝導率が高い材料により形成してもよい。尚、面内方向とは、膜厚方向に対し垂直となる方向である。これにより、面内方向において隣り合う領域に及ぼす熱的干渉を抑制することができ、各々の領域ごとに熱の伝達経路を分けることができる。このような材料は、異方性熱伝導材料とも呼ばれるものであり、黒鉛垂直配向熱伝導シートや、有機ポリマーの構造を制御することにより熱伝導異方性が付与されたもの等が挙げられる。

本実施の形態における温度センサは、温度測定の対象となる測定対象物１０の表面が絶縁体であれば、第１の絶縁層１１０を設けなくてもよい場合がある。また、第２の電極１４０に、金属等が接触することが想定されない場合には、第２の絶縁層１５０を設けなくともよい場合がある。具体的には、本実施の形態における温度センサは、図８に示すように、第１の電極１２０、ポリマー層１３０、第２の電極１４０により形成され、第１の電極１２０を温度測定の対象となる測定対象物１０の表面に接触させるものであってもよい。

（粘着層）
また、本実施の形態における温度センサは、図９に示すように、測定対象物１０の表面に密着させるための粘着層１８０を第１の絶縁層１１０の表面、即ち、測定対象物１０の側の面に設けたものであってもよい。このような粘着層１８０を形成することにより、温度測定の対象となる測定対象物１０の表面に、温度センサを密着させることができ、各々の領域における温度を正確に測定することができる。即ち、第１の絶縁層１１０と測定対象物１０の表面との間に隙間があると、その隙間に存在している空気等により断熱され、測定対象物１０の表面の温度を正確には測定することができない。よって、温度センサの第１の絶縁層１１０の表面に粘着層１８０を設けることにより、測定対象物１０の表面に温度センサ１００を密着させることができ、測定対象物１０の表面の各々の領域ごとの正確な温度を測定することが可能となる。尚、粘着層１８０は、第１の絶縁層１１０と一体となっているものであってもよい。

粘着層１８０としては、アクリル系両面テープやＰＥＴ基材のアクリル系両面テープ等が挙げられる。また、粘着層１８０を熱伝導性の高い材料により形成する場合には、熱伝導率が０．４〜１．５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導性アクリル系両面粘着テープ等を用いてもよい。

更に、本実施の形態における温度センサは、図１０に示すように、第１の絶縁層１１０に代えて、絶縁性を有する粘着層１８１を形成したものであってもよい。絶縁性を有する粘着層１８１であれば、絶縁体としての機能と、測定対象物１０の表面に密着させる機能の双方を併せ持つからである。

図１１に示すように、粘着層１８０は、第１の電極１２０の形状に対応した形状で形成してもよく、また、第１の電極１２０と第２の電極１４０とが交差する領域の形状に対応した形状で形成してもよい。このように、粘着層１８０を分離して形成することにより、隣り合う領域間において相互に及ぼす熱的干渉をより一層防ぐことができる。具体的には、粘着層１８０を分離して形成することにより、隣り合う粘着層１８０間には空気が入り込み断熱されるため、熱的にも分離されるからである。

また、この場合、図１１に示すように、粘着層１８０の大きさは、第１の電極１２０の幅よりも小さく形成してもよく、また、第１の電極１２０と第２の電極１４０とが交差する領域よりも小さく形成してもよい。粘着層１８０を第１の電極１２０等よりも小さく形成することにより、隣の領域に熱が伝わるのを抑制することができ、温度分布をより正確に測定することができる。

また、本実施の形態は、図１２に示すように、第２の絶縁層１５０の上に、金属等の材料によりシールド電極層となる第３の電極１９０を形成し、更に、この第３の電極１９０を覆うように、可撓性及び絶縁性を有する樹脂材料等により第３の絶縁層１９１を形成したものであってもよい。第１の電極１２０及び第２の電極１４０を略覆うように第３の電極１９０を形成することにより、外部からの電気的影響、例えば、Ｚ１方向の側からの電気的影響を防ぐことができ、温度測定を正確に行うことができる。

本実施の形態における温度センサは、ポリマー層１３０と、ポリマー層１３０の両面に設けられた第１の電極１２０及び第２の電極１４０等により形成されているため、温度センサを小型にすることが可能であり、また、低コストで製造することができる。

尚、本実施の形態における温度センサは、測定対象物１０の表面の温度分布を得る用途ではなく、単に測定対象物１０の表面の温度を測定する用途であれば、図１３に示すように、第１の電極１２０及び第２の電極１４０を各々一つずつ設けたものであってもよい。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態の温度センサについて説明する。本実施の形態は、図１４に示すように、第１の電極は複数設けられており、第２の電極は一体で形成されている構造のものである。図１４Ａは、本実施の形態における温度センサ２００の電極の配置を上面から見た図であり、図１４Ｂは、図１４Ａにおける一点鎖線１４Ａ−１４Ｂにおいて温度センサ２００を切断した断面図であり、図１４Ｃは、図１４Ａにおける一点鎖線１４Ｃ−１４Ｄにおいて温度センサ２００を切断した断面図である。

本実施の形態における温度センサ２００は、温度測定の対象となる測定対象物１０の表面の温度を測定するものであり、第１の絶縁層１１０、第１の電極２２０、ポリマー層１３０、第２の電極２４０、第２の絶縁層１５０等が、Ｚ２方向の側からＺ１方向に向かって積層されている構造のものである。本実施の形態においては、第１の電極２２０及び第２の電極２４０は、第１の実施の形態における第１の電極１２０及び第２の電極１４０と同様の材料等により形成されている。

本実施の形態における温度センサは、図１４に示されるように、測定対象物１０の側となる第１の電極２２０は複数形成されており、測定対象物１０の側とは反対側の第２の電極２４０は、第１の電極２２０の全体を覆うように１つ形成されている。

ここで、本実施の形態における温度センサについて、図１５に示す構造の温度センサと比較しながら説明する。図１５に示す構造の温度センサは、測定対象物１０の側とは反対側には第２の電極９４０が複数形成されており、測定対象物１０の側には略全面を覆う第１の電極９２０が１つ形成されている。図１５Ａは、この構造の温度センサの電極の配置を上面から見た図であり、図１５Ｂは、図１５Ａにおける一点鎖線１５Ａ−１５Ｂにおいて、この温度センサを切断した断面図であり、図１５Ｃは、図１５Ａにおける一点鎖線１５Ｃ−１５Ｄにおいて、この温度センサを切断した断面図である。

尚、第１の電極９２０、第２の電極９４０は、熱伝導率が３９８Ｗ／ｍ・Ｋの銅により形成されており、ポリマー層１３０は、熱伝導率が０．１６Ｗ／ｍ・Ｋのポリイミドにより形成されているものとする。従って、第１の電極９２０、第２の電極９４０は、ポリマー層１３０に比べて、熱伝導率が２０００倍以上である。

この場合、図１５に示す構造の温度センサでは、測定対象物１０からの熱は、破線矢印に示すように、第１の絶縁層１１０を介し第１の電極９２０に伝わる。第１の電極９２０は銅により形成されているため、熱伝導率が高く、熱は面内方向、即ち、ＸＹ面に平行な方向に伝わり、第１の電極９２０の全面が略同じ温度となってしまう。第１の電極９２０は略全面に形成されているため、ポリマー層１３０の全体の温度も略均一な温度となり、複数の第２の電極９４０を介して得られる静電容量の値も略同じ値となる。従って、図１５に示す構造の温度センサでは、複数の第２の電極９４０が設けられていても、検出される温度は略同じとなり、測定対象物１０の表面の各々の領域における温度分布を測定することはできない。

これに対し、本実施の形態における温度センサでは、図１４に示すように、測定対象物１０からの熱は、破線矢印に示すように、第１の絶縁層１１０を介し第１の電極２２０に伝わる。第１の電極２２０は銅により形成されているため熱伝導率は高いが、第１の電極２２０は各々の領域ごとに複数に分割されているため、第１の電極２２０の温度は、各々の領域に対応した温度となる。従って、ポリマー層１３０の温度も、第１の電極２２０の各々の領域に対応した温度となるため、得られる静電容量の値は測定対象物１０の表面の温度分布を反映した値として検出される。よって、図１４に示される本実施の形態における温度センサでは、複数の第１の電極２２０の領域ごとに、測定対象物１０の表面の温度分布を測定することができる。

尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。

〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態における温度センサについて説明する。本実施の形態における温度センサは、第１の電極及び第２の電極の形状が帯状ではなく、温度が測定される領域となる複数の島状領域と、島状領域を接続する接続領域と、により形成されている。

具体的には、本実施の形態における温度センサは、図１６及び図１７に示すように、第１の電極３２０は複数の島状領域３２１が接続領域３２２により接続されており、第２の電極３４０は複数の島状領域３４１が接続領域３４２により接続されている。図１６は、本実施の形態における温度センサの電極の配置を上面から見た図であり、図１７Ａは、第１の電極３２０の配置を示す図であり、図１７Ｂは、第２の電極３４０の配置を示す図である。図１８は、図１６における一点鎖線１６Ａ−１６Ｂにおいて切断した断面図である。

本実施の形態における温度センサは、第１の絶縁層１１０、第１の電極３２０、ポリマー層１３０、第２の電極３４０、第２の絶縁層１５０等が、Ｚ２方向の側からＺ１方向に向かって積層されている。

本実施の形態においては、図１７Ａに示されるように、第１の電極３２０は、複数の略正方形の島状領域３２１と、Ｙ１−Ｙ２方向において隣り合う島状領域３２１を接続する接続領域３２２とにより形成されている。第１の電極３２０の島状領域３２１の大きさは、一辺の長さＬ１１が約５ｍｍの略正方形であり、Ｙ１−Ｙ２方向において隣り合う島状領域３２１同士は、接続領域３２２により接続されている。接続領域３２２の幅Ｌ１２は、島状領域３２１の一辺の長さＬ１１よりも狭く形成されており、約１００μｍである。接続領域３２２の幅Ｌ１２を狭くすることにより、接続領域３２２における熱伝導は悪くなるため、隣り合う島状領域３２１における熱的分解能を向上させることができる。従って、図１７Ａに示すように、Ｙ１−Ｙ２方向において隣り合う島状領域３２１が接続領域３２２により接続されており、Ｙ１−Ｙ２方向に延びる第１の電極３２０が５つ設けられている。

同様に、第２の電極３４０は、図１７Ｂに示されるように、複数の略正方形の島状領域３４１と、Ｘ１−Ｘ２方向において隣り合う島状領域３４１を接続する接続領域３４２とにより形成されている。第２の電極３４０の島状領域３４１の大きさは、一辺の長さＬ２１が約５ｍｍの略正方形であり、Ｘ１−Ｘ２方向において隣り合う島状領域３４１同士は、接続領域３４２により接続されている。接続領域３４２の幅Ｌ２２は、島状領域３４１の一辺の長さＬ２１よりも狭く形成されており、約１００μｍである。接続領域３４２の幅Ｌ２２を狭くすることにより、接続領域３４２における熱伝導は悪くなるため、隣り合う島状領域３４１における熱的分解能を向上させることができる。従って、図１７Ｂに示すように、Ｘ１−Ｘ２方向において隣り合う島状領域３４１が接続領域３４２により接続されており、Ｘ１−Ｘ２方向に延びる第２の電極３４０が５つ設けられている。

本実施の形態においては、第１の電極３２０における島状領域３２１と第２の電極３４０における島状領域３４１とが重なるように設置されている。即ち、本実施の形態においては、第１の電極３２０の島状領域３２１の位置と第２の電極３４０の島状領域３４１の位置とが、Ｘ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向において一致し、Ｚ１−Ｚ２方向において重なるように設置されている。本実施の形態においては、ポリマー層１３０が第１の電極３２０の島状領域３２１と第２の電極３４０の島状領域３４１とにより挟まれた領域ごとの静電容量を検出することで、領域ごとに温度測定を行うことができる。

このように、第１の電極３２０に幅の狭い接続領域３２２を形成し、第２の電極３４０に幅の狭い接続領域３４２を形成することにより、静電容量を検出する領域ごとの熱的干渉を抑制することができ、測定対象物１０の表面の温度分布を正確に測定することができる。

図１９は、本実施の形態における温度センサにおいて、１０個の島状領域３２１が接続された第１の電極３２０と、１０個の島状領域３４１が接続された第２の電極３４０とが、各々１０本ずつ設けられている温度センサにおいて、測定対象物１０の表面の温度分布を測定した結果を模式的に示すものである。

更に、本実施の形態は、図２０に示すように、第１の絶縁層１１０の表面に、測定対象物１０の表面と密着させるための粘着層１８０を設けてもよい。この際、粘着層１８０の形状は、第１の電極３２０の島状領域３２１と、第２の電極３４０の島状領域３４１とが重なる領域と同じ、または、それよりも小さく形成することにより、更に、熱的干渉を抑制することができる。

尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

尚、本国際出願は、２０１７年７月２０日に出願した米国仮出願６２／５３４７４５に基づく優先権を主張するものであり、その出願の全内容は本国際出願に援用する。

１０ 測定対象物
１００ 温度センサ
１１０ 第１の絶縁層
１２０ 第１の電極
１３０ ポリマー層
１３０ａ 一方の面
１３０ｂ 他方の面
１４０ 第２の電極
１５０ 第２の絶縁層
１６０ 温度測定部
１６１ 静電容量検出部
１６２ 演算部
１６３ 制御部
１７０ 表示部
１８０ 粘着層
１９０ 第３の電極
１９１ 第３の絶縁層

Claims (10)

1. ポリマー層と、
   前記ポリマー層の一方の面に形成された第１の電極と、
   前記ポリマー層の他方の面に形成された第２の電極と、
   前記ポリマー層の一方の面に形成された前記第１の電極を覆う第１の絶縁層と、
   を有し、
   前記ポリマー層は、温度により比誘電率が変化するものであって、可撓性を有する材料により形成されており、
   前記第１の絶縁層は、膜厚方向における熱伝導率が、面内方向よりも高く、
   測定対象物に前記第１の電極の側を接触させて、前記第１の電極と前記第２の電極との間に挟まれた領域の前記ポリマー層の静電容量に基づき、前記測定対象物の温度を測定することを特徴とする温度センサ。
2. 前記ポリマー層の他方の面に形成された前記第２の電極を覆う第２の絶縁層を有し、
   前記第１の絶縁層の膜厚方向における熱伝導率は、前記第２の絶縁層の膜厚方向における熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記第２の絶縁層の上には、第３の電極が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の温度センサ。
4. 前記第１の絶縁層には、前記測定対象物の表面に接触する粘着層が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の温度センサ。
5. 前記第１の電極は複数設けられており、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に挟まれた複数の領域の前記ポリマー層の静電容量に基づき前記測定対象物の温度分布を測定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の温度センサ。
6. 前記第１の電極は複数設けられており、
   前記第２の電極は複数設けられており、
   前記第１の電極の延びる方向と、前記第２の電極の延びる方向とは、略直交するものであって、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に挟まれた複数の領域の前記ポリマー層の静電容量に基づき前記測定対象物の温度分布を測定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の温度センサ。
7. 前記ポリマー層の厚さは、隣り合う前記第１の電極間の間隔よりも短いことを特徴とする請求項５または６に記載の温度センサ。
8. 前記ポリマー層は、ポリイミド、ＰＥＴまたはＰＥＮのうちのいずれかを含むものにより形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の温度センサ。
9. 前記静電容量は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に、交流電圧を印加して得られた値であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の温度センサ。
10. 前記ポリマー層の厚さは、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の温度センサ。

Images