JP7472753B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、小型化が可能で測定対象物に付勢状態で押し付け可能な温度センサに関する。

自動車や電機製品に使用されるＬｉイオン電池は、充放電に伴い大きく膨張／収縮するが、その表面温度を計測するには、一定以上の可動範囲を有する接触式の温度センサが必要とされる。
従来、温度センサとして、チップ状や薄膜状のサーミスタ素子を絶縁性フィルムに設けたものが知られている。

例えば、特許文献１には、帯状の絶縁性フィルムと、絶縁性フィルムの表面の中央部に形成された薄膜サーミスタ部と、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、絶縁性フィルムが略Ｕ字状に曲げられた状態で薄膜サーミスタ部を先端部に配した温度センサが提案されている。
この温度センサは、Ｕ字状に曲げられ弾性を有する絶縁性フィルムの先端部を測定対象物に押し当てることで、測定対象物の温度測定が可能になるものである。

特開２０１４－１４９１５３号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来のように、センサ本体を搭載した絶縁性フィルムをＵ字状に曲げて測定対象物に押し当てて測定を行うが、絶縁性フィルムの弾性が弱く、十分な圧力で測定対象物に押し付けることが難しい場合があった。また、絶縁性フィルムが柔軟なため、押し当てる際に押し当て方向とは異なる方向に変形し易く、安定した接触状態を保持することが難しいという不都合があった。さらに、絶縁性フィルムの弾性を強くするためには、長く突出したＵ字状とする必要があり、全体を小型化することが難しいという問題があった。特に、製品の小型化・大容量化に伴い、搭載する温度センサも更なる小型化が要望されている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、十分な圧力で測定対象物に押し付けることができると共に、安定した接触状態の保持及び小型化が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、一対の電極端子部を有する感熱素子と、前記感熱素子が設けられ外側に測定対象物に対する接触面を有するベース部と、前記ベース部に設けられ前記一対の電極端子部に接続された一対の接続配線部と、前記一対の接続配線部に一端が固定された金属製の一対のばね状配線と、前記一対のばね状配線を収納するケース部とを備え、前記ベース部が、前記接触面の垂直方向に移動可能に前記ケース部に支持され、前記一対のばね状配線が、弾性を有して屈曲又は湾曲し前記ベース部を前記垂直方向に付勢していることを特徴とする。

この温度センサでは、ベース部が、接触面の垂直方向に移動可能にケース部に支持され、一対のばね状配線が、弾性を有して屈曲又は湾曲しベース部を前記垂直方向に付勢しているので、感熱素子が設けられたベース部を金属のばね状配線で付勢することで、十分に強い圧力でベース部を測定対象物に押し付けることができる。また、ベース部を付勢することで、安定した接触状態を保持することができる。さらに、金属製のばね状配線が導電性スプリングとして付勢部材と内部配線とを兼用するので、短くても絶縁性フィルムよりも強い弾性力が得られると共に、部品点数の削減により小型化することができる。また、ケース部内に一対のばね状配線を収納することで、取り扱いや実装が容易となり、外部配線への接続が容易となる。

第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、前記ばね状配線が、板ばね状であることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、ばね状配線が、板ばね状であるので、丸棒による螺旋バネに比べると、断面積を大きくし易いと共に弾性力（バネ性）を大きく設定することが容易である。

第３の発明に係る温度センサは、第１又は第２の発明に記載の温度センサにおいて、前記感熱素子が、前記接触面の中心軸上に設置され、前記一対のばね状配線が、前記感熱素子を間に挟んで前記感熱素子の両側に配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、一対のばね状配線が、感熱素子を間に挟んで感熱素子の両側に配されているので、感熱素子の両側で安定してベース部を付勢することができる。

第４の発明に係る温度センサは、第３の発明において、前記一対のばね状配線が、前記接触面の中心軸に対して点対称に配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、一対のばね状配線が、接触面の中心軸に対して点対称に配されているので、バランスよくベース部を付勢することで、ベース部が傾くことを防止できる。

第５の発明に係る温度センサは、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記ケース部が、立方体状であり、前記ベース部が、前記ケース部の一面に配され、前記ケース部の前記ベース部と反対側の面に、前記一対のばね状配線の他端に接続された一対の実装用電極が設けら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、ベース部が、ケース部の一面に配され、ケース部のベース部と反対側の面に、一対のばね状配線の他端に接続された一対の実装用電極が設けられているので、実装用電極側の面を回路基板等の実装基板に向けて載置することで実装基板側と電気的接続ができ、容易に実装することができる。

第６の発明に係る温度センサは、第１から４の発明のいずれかにおいて、前記ケース部が、立方体状であり、前記ベース部が、前記ケース部の一面に配され、前記ケース部の前記ベース部と反対側の面に、前記一対のばね状配線の他端に接続された一対の突出電極が突出して設けら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、ケース部のベース部と反対側の面に、一対のばね状配線の他端に接続された一対の突出電極が突出して設けられているので、突出電極にコネクタ等でリード線を接続することが容易になる。また、実装基板等に一対の突出電極に対応した挿入孔を形成しておくことで、挿入孔に突出電極を差し込むだけで、固定及び電極的接続が可能になり、容易に実装することができる。

第７の発明に係る温度センサは、第１から４の発明のいずれかにおいて、前記一対のばね状配線の他端に一端が接続された一対のリード接続用電極を備え、前記ケース部が、立方体状であり、前記ベース部が、前記ケース部の一面に配され、前記ケース部の前記ベース部側の面以外から、前記一対のリード接続用電極が接続された一対のリード線が引き出されて設けら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、ケース部のベース部側の面以外から、一対のリード接続用電極が接続された一対のリード線が引き出されて設けられているので、ベース部の設置位置に依らずリード線によって多様な外部箇所への電気的接続が可能になる。

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、ベース部が、接触面の垂直方向に移動可能にケース部に支持され、一対のばね状配線が、弾性を有して屈曲又は湾曲しベース部を前記垂直方向に付勢しているので、十分な圧力で測定対象物に押し付けることができると共に、安定した接触状態の保持及び小型化が可能になる。
したがって、本発明の温度センサでは、測定対象物に確実に押し付けて安定した接触状態を保持できることで、精度の高い温度測定等の測定が可能になる。特に、本発明の温度センサは、測定対象物の膨張／収縮に対応してベース部を安定的に接触させることができ、Ｌｉイオン電池や自動車のガラス等の表面温度を計測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実施形態において、温度センサの内部構造を透視して示す斜視図である。 第１実施形態において、温度センサを示す斜視図である。 第１実施形態において、温度センサを示す分解斜視図である。 第１実施形態において、外側ケース部材と内部支持部材と上板部材とを外した温度センサを示す正面図である。 第１実施形態において、外側ケース部材と内部支持部材と上板部材とを外した温度センサを示す側面図である。 第１実施形態において、外側ケース部材と内部支持部材と上板部材とを外した温度センサを示す斜視図である。 第１実施形態において、３つの温度センサを実装基板上に実装し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実施形態において、温度センサの内部構造を透視して示す斜視図である。 第２実施形態において、リード線をコネクタ部材で接続した温度センサを示す斜視図である。 第２実施形態において、リード線をコネクタ部材で接続した温度センサを示す分解斜視図である。 本発明に係る温度センサの第３実施形態において、温度センサの内部構造を透視して示す斜視図である。 第３実施形態において、温度センサを示す斜視図である。 第３実施形態において、温度センサを示す分解斜視図である。

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７を参照しながら説明する。

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、一対の電極端子部２ａを有する感熱素子２と、感熱素子２が設けられ外側に測定対象物に対する接触面３ａを有するベース部３と、ベース部３に設けられ一対の電極端子部２ａに接続された一対の接続配線部４と、一対の接続配線部４に一端が固定された金属製の一対のばね状配線５と、一対のばね状配線５を収納するケース部６とを備えている。

上記ベース部３は、接触面３ａの垂直方向に移動可能にケース部６に支持されている。
上記一対のばね状配線５は、弾性を有して屈曲又は湾曲しベース部３を前記垂直方向に付勢している。
ばね状配線５は、板ばね状である。
上記感熱素子２は、接触面３ａの中心軸Ｃ上に設置されている。
一対のばね状配線５は、感熱素子２を間に挟んで感熱素子２の両側に配されている。
さらに、一対のばね状配線５は、図４及び図５に示すように、接触面３ａの中心軸Ｃに対して点対称に配されている。

上記ケース部６は、立方体状である。
すなわち、ケース部６は、四角筒状の外部筐体１１と、外部筐体１１内に配され一対のばね状配線５が内側に挿通される略直方体状の内部支持部材１２と、内部支持部材１２上に設置される上板部材１３とを備えている。
これら外部筐体１１と内部支持部材１２と上板部材１３とは、樹脂等の絶縁材料で形成されている。
上記内部支持部材１２には、一対のばね状配線５が挿通され一対のばね状配線５の側方を支持する一対の挿通孔１２ａが形成されている。

上記ベース部３は、ケース部６の一面に配されている。
すなわち、ケース部６は、下面の開口部から内部支持部材１２の下部が突出状態とされる。また、内部支持部材１２の下部は、ベース部３の下面側を若干突出した状態で下面を露出させてベース部３の外周を支持している。
ケース部６のベース部３と反対側の面には、一対のばね状配線５の他端に接続された一対の実装用電極７が設けられている。

上記一対の実装用電極７は、金属製の板部材であり、中央部に一対のばね用スリット７ｂが形成され、一対のばね用スリット７ｂにそれぞれ対応するばね状配線５の他端が差し込まれた状態で固定されている。
また、一対の実装用電極７は、図４から図６に示すように、側部が上方に折り曲げられた一対の電極端子部７ａを有している。
一対の電極端子部７ａは、上板部材１３に形成された一対の凹部１３ａに嵌め込まれて上面に露出させられている。

上記感熱素子２は、例えばチップサーミスタであるが、フレーク状，ディスク型，ビード型又は薄膜のサーミスタや焦電素子等を採用しても構わない。
上記ベース部３は、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で形成された略四角形板であり、下面が接触面３ａとされ、上面が感熱素子２の実装面とされている。

ベース部３の上面には絶縁膜が形成され、この絶縁膜上に一対の接続配線部４として、感熱素子２の一対の電極端子部２ａがハンダ付けされる一対の素子用ランド４ａが金属箔でパターン形成されていると共に、対応する素子用ランド４ａに電気的に接続され一対のばね状配線５の一端がハンダやレーザ溶接等で接続される一対のばね用ランド４ｂが金属箔でパターン形成されている。

上記一対のばね状配線５は、図４から図６に示すように、接触面３ａの中心軸Ｃに対して点対称に配されており、一端から他端までに３箇所で交互に逆方向に向けて屈曲したＣｕ系金属材料で形成された板ばねである。
一対のばね状配線５は、図４に示すように、正面視では互い違いに交差するように延在している。
一対のばね状配線５により下方に付勢されたベース部３は、内部支持部材１２に対して中心軸Ｃに沿って数ｍｍの可動域を有して可動可能に支持されている。

本実施形態の温度センサ１は、図７に示すように、回路基板等の実装基板１４上に実装する場合、一対の電極端子部７ａ側を実装基板１４側に向けて実装基板１４上のランド（図示略）上に電極端子部７ａをハンダ等で接合することで、実装基板１４上の回路に接続され実装される。この場合、接触面３ａ及びベース部３は、実装基板１４に対して反対側に向けられる。

このように本実施形態の温度センサ１では、ベース部３が、接触面３ａの垂直方向に移動可能にケース部６に支持され、一対のばね状配線５が、弾性を有して屈曲又は湾曲しベース部３を前記垂直方向に付勢しているので、感熱素子２が設けられたベース部３を金属のばね状配線５で付勢することで、十分に強い圧力でベース部３を測定対象物に押し付けることができる。

また、ベース部３を付勢することで、安定した接触状態を保持することができる。さらに、金属製のばね状配線５が導電性スプリングとして付勢部材と内部配線とを兼用するので、短くても絶縁性フィルムよりも強い弾性力が得られると共に、部品点数の削減により小型化することができる。また、ケース部６内に一対のばね状配線５を収納することで、取り扱いや実装が容易となり、外部配線への接続が容易となる。
また、ばね状配線５が、板ばね状であるので、丸棒による螺旋バネに比べると、断面積を大きくし易いと共に弾性力（バネ性）を大きく設定することが容易である。

また、一対のばね状配線５が、感熱素子２を間に挟んで感熱素子２の両側に配されているので、感熱素子２の両側で安定してベース部３を付勢することができる。
特に、一対のばね状配線５が、接触面３ａの中心軸Ｃに対して点対称に配されているので、バランスよくベース部３を付勢することで、ベース部３が傾くことを防止できる。
さらに、ベース部３が、ケース部６の一面（下面）に配され、ケース部６のベース部３と反対側の面に、一対のばね状配線５の他端に接続された一対の実装用電極７が設けられているので、実装用電極７側の面を回路基板等の実装基板１４に向けて載置することで実装基板１４側と電気的接続ができ、容易に実装することができる。

次に、本発明に係る温度センサの第２及び第３実施形態について、図８から図１３を参照して以下に説明する。なお、以下の各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、ケース部６のベース部３と反対側の面に、一対のばね状配線５の他端に接続された一対の実装用電極７が設けられているのに対し、第２実施形態の温度センサ２１では、図８から図１０に示すように、ケース部６のベース部３と反対側の面に、一対のばね状配線５の他端に接続された一対の突出電極２７が突出して設けられている点である。

すなわち、第１実施形態の実装用電極７の代わりに、第２実施形態では突出電極２７が設けられている。
上記突出電極２７は、側部から上部に突出した板状突出部２７ａを有している。
第２実施形態では、上板部材２３に一対の電極用スリット２３ａが形成され、一対の電極用スリット２３ａに一対の突出電極２７が挿通された状態で、上方に突出している。
また、突出電極２７の板状突出部２７ａが金属製のコネクタ部材２８の一端に嵌め込まれ、コネクタ部材２８の他端にリード線２９の一端が嵌め込まれている。

このように第２実施形態の温度センサ２１では、ケース部６のベース部３と反対側の面に、一対のばね状配線５の他端に接続された一対の突出電極２７が突出して設けられているので、突出電極２７にコネクタ部材２８等でリード線２９を接続することが容易になる。また、実装基板等に一対の突出電極２７に対応した挿入孔を形成しておくことで、挿入孔に突出電極２７を差し込むだけで、固定及び電極的接続が可能になり、容易に実装することができる。

次に、第３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、ケース部６のベース部３と反対側の面に、一対のばね状配線５の他端に接続された一対の実装用電極７が設けられているのに対し、第３実施形態の温度センサ３１では、図１１から図１３に示すように、一対のばね状配線５の他端に一端が接続された一対のリード接続用電極３７を備え、ケース部６のベース部３側の面以外から、一対のリード接続用電極３７に一端が接続された一対のリード線３９が引き出されて設けられている点である。

すなわち、第１実施形態の実装用電極７の代わりに、第３実施形態では一対のばね状配線５の他端に一端が接続された一対のリード接続用電極３７を備え、ケース部６の側面から、一対のリード接続用電極３７が接続された一対のリード線３９が引き出されて設けられている。
一対のリード線３９の一端は、一対のリード接続用電極３７にハンダやレーザ溶接等で接続されている。

また、第３実施形態の上板部材３３は、リード線３９の一端部を収納した状態で外部筐体１１の上部開口部を閉塞状態に覆って設置される。すなわち、第３実施形態の上板部材３３は、電極用スリット２３ａや電極用凹部１３ａが形成されていない。
このように第３実施形態の温度センサ３１では、ケース部６のベース部３側の面以外から、一対のリード接続用電極３７が接続された一対のリード線３９が引き出されて設けられているので、ベース部３の設置位置に依らずリード線３９によって多様な外部箇所への電気的接続が可能になる。

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。

１，２１，３１…温度センサ、２…感熱素子、２ａ…電極端子部、３…ベース部、３ａ…接触面、４…接続配線部、５…ばね状配線、６…ケース部、７…実装用電極、２７…突出電極、２９，３９…リード線、３７…リード接続用電極、Ｃ…接触面の中心軸

Claims (7)

1. 一対の電極端子部を有する感熱素子と、
   前記感熱素子が設けられ外側に測定対象物に対する接触面を有するベース部と、
   前記ベース部に設けられ前記一対の電極端子部に接続された一対の接続配線部と、
   前記一対の接続配線部に一端が固定された金属製の一対のばね状配線と、
   前記一対のばね状配線を収納するケース部とを備え、
   前記ベース部が、前記接触面の垂直方向に移動可能に前記ケース部に支持され、
   前記一対のばね状配線が、弾性を有して屈曲又は湾曲し前記ベース部を前記垂直方向に付勢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、
   前記ばね状配線が、板ばね状であ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、
   前記感熱素子が、前記接触面の中心軸上に設置され、
   前記一対のばね状配線が、前記感熱素子を間に挟んで前記感熱素子の両側に配されていることを特徴とする温度センサ。
4. 請求項３に記載の温度センサにおいて、
   前記一対のばね状配線が、前記接触面の中心軸に対して点対称に配されていることを特徴とする温度センサ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   前記ケース部が、立方体状であり、
   前記ベース部が、前記ケース部の一面に配され、
   前記ケース部の前記ベース部と反対側の面に、前記一対のばね状配線の他端に接続された一対の実装用電極が設けられていることを特徴とする温度センサ。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   前記ケース部が、立方体状であり、
   前記ベース部が、前記ケース部の一面に配され、
   前記ケース部の前記ベース部と反対側の面に、前記一対のばね状配線の他端に接続された一対の突出電極が突出して設けられていることを特徴とする温度センサ。
7. 請求項１から４のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   前記一対のばね状配線の他端に一端が接続された一対のリード接続用電極を備え、
   前記ケース部が、立方体状であり、
   前記ベース部が、前記ケース部の一面に配され、
   前記ケース部の前記ベース部側の面以外から、前記一対のリード接続用電極が接続された一対のリード線が引き出されて設けられていることを特徴とする温度センサ。

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