JPH05264367A - 温度センサ - Google Patents

温度センサ

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JPH05264367A
JPH05264367A JP4338967A JP33896792A JPH05264367A JP H05264367 A JPH05264367 A JP H05264367A JP 4338967 A JP4338967 A JP 4338967A JP 33896792 A JP33896792 A JP 33896792A JP H05264367 A JPH05264367 A JP H05264367A
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JP
Japan
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metal
heat
temperature
layer
temperature sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP4338967A
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English (en)
Inventor
Francois A Padovani
エイ．パドバニ フランソワ
Tim H Mcmains
エッチ．マックメインズ ティム
Mitchell R Rowlette
アール．ロウレット ミッチェル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH05264367A publication Critical patent/JPH05264367A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/16—Special arrangements for conducting heat from the object to the sensitive element

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 温度変化に敏感に応答する低コストの温度セ
ンサ、さらに、センサの性能特性を維持したまま様々な
センサ用途に使用できる多目的用途、高感度温度センサ
を提供する。 【構成】 高感度温度センサは、回路表面に装着された
サーミスタエレメントを備えている。この回路は、基盤
反対側の金属ベース層に密着した伝熱関係に配置される
３層回路基盤の導電層により形成されている。ベース層
は、温度モニターの行なわれる表面に集熱のできる関係
に配置される。中間層は金属ベース層からサーミスタを
電気的に絶縁するバインダーを備え、バインダー中には
サーミスタへの伝熱性を高める熱伝導粒子を分散させて
ある。回路は基盤の一方の端にサーミスタエレメントを
表面装着する端子パッドを形成し、反対側には、サーミ
スタエレメントに対し断熱した状態で装置リード線を連
結する相互接続用の端子パッドを形成している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、温度感知装置の分野、
とりわけ、検知した温度に見合う電気信号を発する低コ
ストの高感度温度センサに関している。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする問題点】検知
した温度に見合う電気信号を発するエレメント、例え
ば、サーミスタ等の従来の様々な熱応答エレメントは簡
単に入手することができる。市販の熱応答エレメントの
多くは大量生産技術により低コストで作られている。し
かしながら、こうした熱応答エレメントを特殊な温度検
知用途に用いたり、回路にエレメントを電気接続してエ
レメントの出力信号を制御回路等で使用できるように造
作するとなると、そのために装着経費が嵩み、また温度
変化に対する応答性が大幅に低下することがよく起き
る。
【０００３】本発明の目的は、新規にして且つ改良され
た温度センサを提供すること、コストの安い特徴のある
温度センサを提供すること、温度変化に敏感に応答する
低コエトの温度センサを提供すること、さらに、センサ
の性能特性を維持したまま様々なセンサ用途に使用でき
る安価な多目的用途の低コスト、高感度温度センサを提
供することにある。
【０００４】
【問題点を解決するための手段】要約すると、本発明の
新規な改良された温度センサは、一方の側が比較的高い
熱伝導性の金属材料からなるベース層を備え、また反対
側に導電金属層を備え、さらにベース層と導電金属層の
間に伝熱関係に固定された金属絶縁材料の中間層を備え
ている従来形式の３層電気回路基盤を有している。好ま
しくは、中間基盤層はベースと導電基盤層に直接接着す
るバインダー材料を有し、またバインダー材料には基盤
の導電層とベース層の間の熱移動を高める多数の導電ア
ルミナ粒子またはこれに類似するものを含んでいる。導
電層は特殊なパターンに付着させてあるか、またはエッ
チング処理されている。好ましくは、導電層は基盤の一
方の端または一方の端に隣接して前記反対の基盤側に第
１の対の金属端子パッドを形成し、基盤の反対端に隣接
して同じ基盤側に別の対の金属端子パッドを形成し、２
つの対の端子パッドの各々の対を互いに連絡する比較的
長い幅の狭い金属回路経路を形成している。
【０００５】次に、温度に見合う電気信号を発する熱応
答エレメントを基盤の一方の端にある第１の対の金属端
子パットに表面装着し、リード線は別の対の金属端子パ
ッドに電気接続される。好ましくは、例えば、サーミス
タの両端に配置された金属入出力端子を持つ従来から使
われてきたサーミスタは、基盤の一方の端にある第１の
対のパッドのそれぞれの端子パッドに直接ろう付けされ
たサーミスタ端子を備え、また対の別の端子にろう付け
されたリード線を備えている。ハウジングは基盤に固定
しておくのがよく、また基盤とリード線に対しシールし
て熱応答エレメントを封入すると共に、温度モニターの
行なわれる表面に伝熱関係に配置される回路基盤の金属
ベース層を露出させている。
【０００６】前述の構成において、基盤と熱応答エレメ
ントは何れも安価に入手することができる。熱応答エレ
メントはろう付け等の方法により一方の対の基盤端子パ
ッドに簡単に装着され、基盤の金属ベース層に密着した
伝熱関係に配置することができる。基盤ベース層は、温
度モニターの行なわれる表面から集熱する集熱層として
作用し、高効率で温度を熱応答エレメントに伝達するこ
とができる。センサリード線は基盤の回路層に設けた別
の対の金属端子パッドに簡単にしかも安価に連結され、
リード線に沿って伝えられる何らかの温度の影響からエ
レメントを有効に断熱できる経済的な方法を用いて熱応
答エレメントに接続される。また熱応答エレメントを封
入したければ、基盤とリード線に対しシールした関係に
簡単且つ安価にハウジングが取り付けられる。その結
果、センサは様々な温度検知用途に手軽に使用できるよ
うになり、安価に組立て装着を行なえる安い構成要素が
使え、熱応答エレメントを集熱金属基盤ベースに対して
十分に伝熱接続を行なうことにより、また熱応答エレメ
ントに対するリード線の断熱効果により温度変化に対す
る応答性が改善される。
【０００７】本発明の新規で且つ改良された温度センサ
の他の目的、利点および構造については、添付図面を参
照しながら本発明の好ましい実施例を以下に詳細に説明
して明らかにする。
【０００８】
【実施例】図面を参照する。図１の参照番号１０は、新
規にして且つ改良された本発明の温度センサ装置の好ま
しい実施例を示している。図示の温度センサ装置は、装
置の検知した温度に見合う電気信号を発生する熱応答エ
レメント１４を持つ電気回路基盤１２を備えている。ま
た回路基盤１２は前記センサから延びるセンサリード線
１６を備え、温度モニター回路内の装置またはセンサ装
置外部の類似のものに電気的に接続されている。
【０００９】本発明の好ましい実施例では、電気回路基
盤１２は３つの層１８，２０，２２を備えている。基盤
の一方の側に位置する基盤層１８は、例えば、銅やアル
ミニウム、あるいはこれらに類似する比較的高い熱伝導
性を備えた金属材料から作られている。また、この基盤
層１８は具体的には平坦な形をしており、比較的剛性の
ある、または少なくとも形状を保持できるだけの厚みを
備えている。金属基盤ベース層の一方の側１８．１は、
図１に概略的に示した温度モニターの行なわれる表面２
４に宛てがうようにされる。基盤層２０は、例えば、銅
やアルミニウム、あるいはこれらに類似する導電金属材
料から作られている。この基盤層２０の厚みは、通常で
は基盤の金属ベース層１８よりもかなり薄い。基盤層２
２は、金属基盤層１８，２０の中間にあってこれら金属
基盤層に固定された電気絶縁材料から構成され、導電層
２０を金属ベース層１８に対し電気的に絶縁している。
好ましくは、電気絶縁中間層２２は熱可塑性プラスチッ
ク等の電気絶縁性有機バインダー材料から作られてい
る。この有機バインダー材料は、金属ベース層の反対側
１８．２と導電基盤層の相対する一方の側２０．１に直
接接着されている。中間層には、（図１において、基盤
層２２に点々を用いて概略的に示すように）アルミナや
これに類似する多量の熱伝導粒子をバインダー材料内に
分散させておくとよい。これにより、金属基盤層１８と
２０の間の電気絶縁層２２を介しての熱伝導性を高める
ことができる。そうした３層電気回路基盤は周知であ
り、米国特許第４，８１０，５６３号に詳しく説明され
ているので、特許番号を引用することでその説明に代え
るものとする。本明細書中では、基盤１２の特徴につい
て詳細に説明することはしないが、この基盤は、一方の
基盤側に熱伝導金属ベース層を備え、反対の基盤側に導
電金属層を持ち、さらに電気絶縁中間層を備えている。
好ましい中間層は金属層の各々に接着した有機バインダ
ーからなり、バインダーには分散した熱伝導粒子が含ま
れている。
【００１０】基材の導電層２０は薄い金属シートまたは
フィルムとして最初から取り付けておき、後でエッチン
グ処理するか、または別の方法を用いて、層２２を介し
て基盤の金属ベース層１８から電気的に絶縁された電気
回路を基盤上に形成するとよい。典型的な層２２は薄
く、層２０を金属ベース１８から電気絶縁するのに適し
た性能の得られる厚みが選択される。好ましくは、基盤
層２０は基盤の一方の端１２．１またはこの一方の端に
隣接して一対の金属端子パッド２０．２を形成し、また
端子パッド２０．２から間隔を置いて基盤の反対の端１
２．２またはこの反対の端に隣接する別の一対の金属端
子パッド２０．３を形成している。さらに、基盤層２０
は、基盤上の各端子パッド２０．２と相対する端子パッ
ド２０．３との間に位置する比較的長く幅の狭い一対の
金属回路パッド２０．４を形成している。この構成の金
属端子パッド２０．２は、対の端子パツド間に設けた事
実上の空間により必要程度まで金属端子パッド２０．３
から断熱されている。図１に示す好ましい実施例では、
パッド２０．２は基盤端部１２．１付近が装置１０の縦
方向軸線に沿って間隔を開けられている。
【００１１】本発明によれば、熱応答エレメント１４は
基盤の一方の端にあって対の端子パッド２０．２の表面
に装着されている。好ましい例では、熱応答エレメント
は負温度抵抗係数を持つ抵抗器１４．１のようなサーミ
スタを備えている。抵抗器１４．１は円筒状のガラス筒
１４．２に封入され、両端は入力／出力端子１４．３に
電気接続されている。入力／出力端子１４．３は、ガラ
ス筒の両端を覆いシール状態に取り付ける金属端子カッ
プを備えている。このような熱応答サーミスタエレメン
トはKeystone Carbon 社から型式２ガラス容器封入サー
ミスタの品名で市販されている。金属端子カップは、参
照番号２６で示すように、導電基盤層２０により形成さ
れた対の金属端子パッド２０．２の各々に直接ろう付け
されている。対のリード線１６の各々は金属線端部１
６．１を備えている。これら金属線端部は、参照番号２
８で示すようにして、別の金属端子パッド２０．３の各
々に直接ろう付けされ、長さに沿ったかなりの部分を電
気絶縁リード線コーティング１６．２で被覆してある。
リード線は基盤からリード線の反対の端１６．３へと延
び、図１に参照番号３０で概略的に示すように、温度モ
ニター電気回路または類似のものに接続するようにして
ある。
【００１２】前述した構造によれば、基盤１２および熱
応答エレメント１４は各々が安価な市販の構造体であ
り、容易に且つ安い費用で互いに組立て温度センサ１０
を製作することができる。装置は、オートメーション設
備により大量に作れるよう構成されている。熱感応エレ
メント１４は、センサ回路を形成する導電基盤層２０に
固定連結されている。また表面設置エレメントは、温度
モニターの行なわれる表面２４に簡単に密着した伝熱関
係に配置できる基盤ベース層１８との間で確実に熱の伝
わる状態に配置されている。すなわち、金属基盤層１８
は表面２４から集熱し、集熱した熱を電気絶縁基盤層２
２を介して金属基盤層２０に伝達し、ろう付け部２６を
通じて熱応答エレメント１４の金属端子カップに伝える
働きをしている。その際、中間層に含まれるアルミニウ
ム等の熱伝導粒子は熱の移動を助け、熱伝達を促進する
働きがある。センサリード線の端１６．３は温度モニタ
ー回路またはこれに類似のものを簡単に接続できるよう
にしてある。端子パッド２０．３は端子パッド２０．２
から間隔をあけてあり、リード線１６に沿って生じるこ
とのある熱の出入りに対し熱応答エレメント１４を遮断
している。
【００１３】図２に参照番号３２で示す本発明の他の好
ましい実施例において、対応する構成要素には同じ参照
番号を用いている。断熱ハウジング３４を基盤１２およ
びリード線１６に固定してあり、熱応答エレメント１４
を覆うと共に金属基盤ベース層１８を露出させ温度モニ
ターの行なわれる表面２４に密着させた伝熱関係に配置
して用いられる。例えば、ハウジングは、熱応答エレメ
ント周囲の基盤に取り付けられるリム３４．１を持ち、
しかもリード線１６を取り囲んでリード線端部１６．３
がハウジングより出た状態にしておく開口３４．２を備
えているガラス充填ナイロン材料等のカップ状ボディー
から構成するとよい。エポキシ接着剤等を用いてハウジ
ングリムを基盤に対しシールし、図２に参照番号３６で
示すように、ハウジング開口内にリード線をシールしハ
ウジングに対し絶縁コーティングを施しておくのが好ま
しい。
【００１４】図３および図４にそれぞれ参照番号３８と
４０で示す本発明の別の好ましい実施例において、対応
する構成要素には同じ参照番号が用いられている。図３
に示すプラスチック製のカプセル封入材４２、若しくは
図４に示すエポキシ・ポッティング・コンパウンド４４
を熱応答エレメント１４およびリード線の周囲に基盤１
２に対し接着した関係に形成し、エレメント１４を温度
センサ内にシール状態に封じ込み、金属基盤ベース層１
８を温度モニター表面２４に伝熱関係に配置するように
される。
【００１５】前述した温度センサは本発明の範囲内にお
いて様々に変更することができる。例えば、センサ基盤
のベース層は、複合金属材料、具体的には、ベース層の
両側１８．１と１８．２の間に位置する一方の金属部分
を持ち、この金属部分が比較的熱膨張率の低い別の金属
部分を通り抜けているような金属複合材から構成するこ
とが望ましい。また、本発明の範囲内において、セラミ
ックサーミスタ等の他の周知の熱応答エレメントを温度
センサに使用することもできる。
【００１６】図５から図７に参照番号４６で示す本発明
のその他の好ましい実施例において、対応する構成要素
には同じ参照番号を付してある。ナイロン材料等からな
るＣ字状ハウジング４８は、図７に詳しく示すように、
装置１０ａ内の熱応答エレメント１４を保護するために
装置の基盤１２ａの端に接着したＣ字状端部４８．１を
備えている。図示の装置１０ａの端子パッド２０．２ａ
はサーミスタの１４．３に電気的に接続され、リード線
に接続された端子パッド２０．３ａは基盤１２ａの両端
に配置されている。２本のリード線は、図示のように装
置の同じ端部側から突き出し、一方のリード線はサーミ
スタを覆いこのサーミスタから間隔を置いて延びてい
る。このようにリード線を絶縁すれば、リード線からサ
ーミスタに熱の影響の及ぶのを防ぐことができる。また
前述した実施例においては、体積の大きな基盤の集熱ベ
ースがサーミスタへの熱の移動を抑制するため、サーミ
スタはモニターの行なわれる表面２４から移動してくる
熱だけに応答するようになる。ハウジングは、リード線
を受け入れるＣ字状の溝４８．２を一方の端部縁に形成
している。必要とあらば、溝４８．２の幅は開口端の位
置を幾分狭めておき、リード線を溝に通した場合、溝端
部が幾分開いてリード線を溝内に拘束するようにもでき
る。必要に応じ、ステンレススチール等の金属ばねクリ
ップ５０を装置４６に取り付けておき、図６に点線５２
で示すようにチューブを掴み、熱応答エレメント１４に
沿って、しかもこの熱応答エレメントに近接してベース
層１８をチューブに対し密着した集熱関係に固定するこ
ともできる。必要に応じ、Ｃ字状のスペース内にポッテ
ィング・コンパウンドまたはこれに類似するもの（図示
せず）を充填しておくこともできる。
【００１７】明細書中では本発明の特殊な実施例につい
て説明してきたが、前述した本発明の実施例は請求の範
囲内において如何様にも変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の温度センサの好ましい実施例を示す斜
視図。
【図２】本発明の他の好ましい実施例を示す、長手方向
軸線に沿った比較的小縮尺の断面図。
【図３】本発明の別の好ましい実施例を示す、図２に類
似した断面図。
【図４】本発明の他の好ましい実施例を示す、図２に類
似した断面図。
【図５】本発明のその他の好ましい実施例を示す、図２
に類似した断面図。
【図６】図５の装置の斜視図。
【図７】図５および図６の装置に使用したセンサエレメ
ントの斜視図。
【符号の説明】
１０ 温度センサ装置 １２ 電気回路基盤 １２．１ 基盤の一方の端 １２．２ 基盤の反対端 １４ 熱応答エレメント １６ センサリード線 １８ 金属ベース層 １８．１ 金属ベース層の一方の側 １８．２ 金属ベース層の反対の側 ２０ 導電層 ２０．１ 相対する一方の側 ２０．２ 一対の金属端子パッド ２０．３ 別の対の金属端子パッド ２０．４ 比較的長い幅の狭い金属回路パッド ２２ 電気絶縁中間層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミッチェル アール．ロウレット アメリカ合衆国ケンタッキー州ベレア，ジ ョンソン ロード 168

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一方の側が温度モニターの行なわれる表
    面に対し配置される比較的高い熱伝導性金属材料からな
    る集熱ベース層を備え、また一方の側がこの金属ベース
    層の反対側に固定される電気絶縁材料の中間層を備え、
    さらにこの中間層の反対側に固定された電気回路を形成
    する導電金属層を備えた基盤と、温度に見合う電気信号
    を発生する温度に応答するエレメントとを有した、低コ
    ストの高感度表面温度センサにして、前記エレメント
    は、導電層を用いて回路内に形成した金属端子パッドに
    表面装着され回路に電気信号を供給する入力端子と出力
    端子を備えている温度センサ。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載された温度センサにおい
    て、導電層は相対する中間層側の一方の端に金属端子パ
    ッドを形成し、また相対する中間層側の反対の端には回
    路内に、センサ外部にセンサ回路を連結するリード線に
    接続され且つこのリード線を温度応答エレメントから適
    当に断熱する別の金属端子パッドを形成している温度セ
    ンサ。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載された温度センサにおい
    て、別の金属端子パッドに連結され基盤から延びるリー
    ド線を備え、またこのリード線および熱応答エレメント
    の廻りの基盤に対してシールされた熱絶縁ハウジングを
    備え、エレメントを覆うと共に、温度モニターの行なわ
    れる表面に対してベース層の前記一方の側を露出した状
    態に配置する温度センサ。
  4. 【請求項４】 低コストの高感度表面温度センサにし
    て、一方の側が温度モニターの行なわれる表面に対し配
    置される比較的高い熱伝導性金属材料からなる平坦な剛
    性のある集熱ベース層を備え、また一方の側がこの金属
    ベース層の反対側に接着されていて、ベース層への接着
    のためのバインダー材料およびこのバインダー材料に分
    散している熱伝導性を高める伝熱粒子からなる中間層を
    備え、さらにバインダー材料により中間層の反対側に接
    着される金属ベース層よりも相対的に見て大幅に厚みが
    薄く、反対の中間層側の一方の端に第１の金属端子パッ
    ドを形成し、反対の中間層側の他方の端に別の金属端子
    パッドを形成し、さらに前記第１の金属端子パッドと前
    記別の金属端子パッドを互いに接続する金属電気回路経
    路を形成している導電金属層を備えた基盤と；温度に見
    合う電気信号を発生する、第１の金属端子パッドに直接
    ろう付けされた金属製の入出力端子を備えている温度に
    応答するエレメントと；前記別の金属端子パッドに連結
    され基盤の外に延びているリード線と；熱応答エレメン
    トの周囲でリード線および基盤にシールされ、エレメン
    トを封入すると共に温度モニターの行なわれる表面に対
    し一方のベース側を露出した状態にする断熱ハウジング
    とを有している温度センサ。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載された温度センサにおい
    て、熱応答エレメントは、金属製の入出力端子を持つサ
    ーミスタを有し、これら端子が、導電基盤層により形成
    した第１の金属端子パッドに直接ろう付けされるサーミ
    スタの両端から間隔を明けてある温度センサ。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載された温度センサにおい
    て、ハウジングは、エレメント周囲の基盤に装着される
    リムを備え、また別の基盤端子パッドからリード線の通
    り抜ける開口を備えている成形プラスチック部材と、ハ
    ウジングリムを基盤に対してシールし、またリード線を
    ハウジング開口内でハウジングに対してシールする接着
    手段とを有している温度センサ。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載された温度センサにおい
    て、ハウジングは、熱応答エレメントの周囲の基盤およ
    びリード線に接着する電気絶縁ポッティング材料を有し
    ている温度センサ。
JP4338967A 1991-12-19 1992-12-18 温度センサ Pending JPH05264367A (ja)

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US812232 1991-12-19
US07/812,232 US5372427A (en) 1991-12-19 1991-12-19 Temperature sensor

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EP (1) EP0547750A1 (ja)
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