(57)【要約】【課題】  周囲の湿度の影響を受け難く、高精度な温度検出が可能な温度センサを提供すること。【解決手段】  サーミスタ部材２と、該サーミスタ部材の両端部に対向配置されて該両端部に接触する一対の端子電極部材３と、一対の端子電極部材を両端に配してサーミスタ部材を内部に不活性ガスと共に封止する絶縁性管４とを備え、サーミスタ部材が、サーミスタ材料で形成されたサーミスタ素体５と、該サーミスタ素体の両端部に形成された電極となる一対の端子部６とを有したチップ状であり、端子電極部材が、絶縁性管との間に隙間を介して内側に突出して端子部に当接する凸状電極部３ａを中心軸上に有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーミスタ部材と、
該サーミスタ部材の両端部に対向配置されて該両端部に接触する一対の端子電極部材と、
前記一対の端子電極部材を両端に配して前記サーミスタ部材を内部に不活性ガスと共に又は真空中で封止する絶縁性管とを備え、
前記サーミスタ部材が、サーミスタ材料で形成されたサーミスタ素体と、
該サーミスタ素体の両端部に形成された電極となる一対の端子部とを有したチップ状であり、
前記端子電極部材が、前記絶縁性管との間に隙間を介して内側に突出して前記端子部に当接する凸状電極部を中心軸上に有していることを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の温度センサにおいて、
前記端子電極部材が、前記凸状電極部の基端側に設けられ前記絶縁性管の内径より外径が大きいフランジ部を有し、
前記フランジ部が、前記絶縁性管の端面に接合されて外部に露出していることを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の温度センサにおいて、
前記凸状電極部が、前記端子部が嵌め込み可能な凹部を先端に有していることを特徴とする温度センサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
前記凸状電極部が、前記端子部に向けて突出した柱部と、
前記柱部の先端に設けられて前記端子部に当接する支持板部とを有し、
前記柱部が、前記端子部よりも外径が小さいことを特徴とする温度センサ。
【請求項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、
前記サーミスタ素体の露出面にガラス膜がコーティングされていることを特徴とする温度センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の温度センサにおいて、
前記絶縁性管が、セラミックスで形成され、
前記端子電極部材と前記絶縁性管とがロウ付けされていることを特徴とする温度センサ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
前記サーミスタ素体が、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有したセラミックス焼結体であることを特徴とする温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周囲の湿度に影響されずに高精度に温度検出が可能な温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サーミスタ素子を用いた温度センサとして、例えば特許文献１には、サーミスタチップと、このサーミスタチップ上に形成された一対の電極層及びこれらの電極層に接続された一対のリード線とを有し、サーミスタチップと電極層とリード線の一部とが封止用ガラスにより封止されているガラス封止型のサーミスタ素子が記載されている。このサーミスタ素子では、サーミスタチップをガラスにより封止することで、抵抗値のばらつきを抑制している。
また、特許文献２には、ガラス管内にチップ型サーミスタ素子が挿入され、ガラス管の両端にそれぞれ封止電極が封着されたアキシャルリードガラス封止型サーミスタが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−７８２０８号公報
【特許文献２】特開平１１−２８３８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来の温度センサでは、基板表面に実装する際に、図３の（ａ）に示すように、温度検出回路に接続した場合、サーミスタ素子１０１に流れる電流Ｉにより自己発熱が生じ、その発熱量がサーミスタ素子１０１周辺の湿度に影響されて湿度に応じて検出温度が異なってしまうという問題があった。例えば、特許文献１に記載のサーミスタ素子では、サーミスタチップがガラスで封止されているが、ガラスを介してサーミスタチップの発熱量が周辺の空気や湿度の影響を受けてしまい、正確な温度検出が困難であった。なお、図３において符号Ｒは、抵抗である。
また、特許文献２に記載のサーミスタでは、サーミスタ素子とガラス管との間に空間があるため、外気の影響を比較的受け難いが、封止電極とガラス管内面との接触面積が大きく、この接触部分から熱が伝わって、少なからず外気や湿度の影響を受けてしまう不都合があった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、周囲の湿度の影響を受け難く、基板等の実装対象物の高精度な温度検出が可能な温度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、サーミスタ部材と、該サーミスタ部材の両端部に対向配置されて該両端部に接触する一対の端子電極部材と、前記一対の端子電極部材を両端に配して前記サーミスタ部材を内部に不活性ガスと共に又は真空中で封止する絶縁性管とを備え、前記サーミスタ部材が、サーミスタ材料で形成されたサーミスタ素体と、該サーミスタ素体の両端部に形成された電極となる一対の端子部とを有したチップ状であり、前記端子電極部材が、前記絶縁性管との間に隙間を介して内側に突出して前記端子部に当接する凸状電極部を中心軸上に有していることを特徴とする。
【０００７】
この温度センサでは、端子電極部材が、絶縁性管との間に隙間を介して内側に突出して端子部に当接する凸状電極部を中心軸上に有しているので、凸状電極部と絶縁性管との間にも環状の空間が形成されて該空間によって絶縁性管との間の断熱性が向上し、絶縁性管からの熱伝導性を低減することができる。これにより、絶縁性管が受ける外気や湿度の影響を低減することができ、実装状態で実装対象物である基板等から端子電極部材に伝わる熱を主としてサーミスタ素体が受けることができ、基板等の温度を高精度に測定することが可能になる。
なお、サーミスタ部材が絶縁性管内に不活性ガスと共に又は真空中で封止されているので、絶縁性管と不活性ガス又は真空とによりサーミスタ素体が外気の水分に触れることがないため、周辺の湿度に関係なく温度検出回路に接続したときの発熱量を一定にすることができる。特に、サーミスタ素体の周囲に断熱性の高い不活性ガス又は真空が介在しているため、不活性ガス又は真空を介した周囲の空気や湿度の影響を極力低減することができる。したがって、湿度に応じて誤差が生じていた現象が無くなることで、高精度に温度検出することが可能になる。また、両端部に端子部を有するチップ状のサーミスタ部材が、両端部に端子電極部材を有する絶縁性管内に収納されているので、全体がコンパクトになると共に、基板上への表面実装が容易となる。なお、小型化により応答性も向上する。
【０００８】
第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、前記端子電極部材が、前記凸状電極部の基端側に設けられ前記絶縁性管の内径より外径が大きいフランジ部を有し、前記フランジ部が、前記絶縁性管の端面に接合されて外部に露出していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、フランジ部が、絶縁性管の端面に接合されて外部に露出しているので、フランジ部が実装対象物である基板等に半田等によって直接接合されて実装可能であり、表面実装が容易になると共に基板等からフランジ部を介して効率的に熱を受けることができる。
【０００９】
第３の発明に係る温度センサは、第１又は第２の発明において、前記凸状電極部が、前記端子部が嵌め込み可能な凹部を先端に有していることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、凸状電極部が、端子部が嵌め込み可能な凹部を先端に有しているので、一対の凸状電極部の凹部内にサーミスタ素体の両端部が嵌まってサーミスタ素体が位置決めされる。これにより、絶縁性管内の中心軸上にサーミスタ素体を高精度に設置することができる。
【００１０】
第４の発明に係る温度センサは、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記凸状電極部が、前記端子部に向けて突出した柱部と、前記柱部の先端に設けられて前記端子部に当接する支持板部とを有し、前記柱部が、前記端子部よりも外径が小さいことを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、柱部が、前記端子部よりも外径が小さいので、柱部と絶縁性管との間に広く環状の空間を得ることができると共に、柱部による支柱構造によって外からの熱の流入に対してジュール熱の放出がより小さくなって、端子部における外気との影響を抑制することができる。
【００１１】
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、前記サーミスタ素体の露出面にガラス膜がコーティング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、サーミスタ素体の露出面にガラス膜がコーティングされているので、サーミスタ素体が封止時の高熱や不活性ガスの影響を受けず、良好な封止状態が得られる。
【００１２】
第６の発明に係る温度センサは、第５の発明において、前記絶縁性管が、セラミックスで形成され、前記端子電極部材と前記絶縁性管とがロウ付け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、絶縁性管が、セラミックスで形成され、端子電極部材と絶縁性管とがロウ付けされているので、ガラスコーティングされたサーミスタ素体がロウ付け時の高熱の影響を受け難いと共に、高強度の絶縁性管と高接合強度の封止状態とによって高い信頼性を得ることができる。
【００１３】
第７の発明に係る温度センサは、第１から第６の発明のいずれかにおいて、前記サーミスタ素体が、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有したセラミックス焼結体であることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、サーミスタ素体が、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有したセラミックス焼結体であるので、異方性もなく、また不純物層がないので、セラミックス焼結体内で電気特性のバラツキが小さく、複数の温度センサを用いる際に高精度な測定が可能になる。また、安定した結晶構造のため、耐環境に対する信頼性も高い。なお、セラミックス焼結体としては、立方晶スピネル相からなる単相の結晶構造が最も望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
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、端子電極部材が、絶縁性管との間に隙間を介して内側に突出して端子部に当接する凸状電極部を中心軸上に有しているので、絶縁性管が受ける外気や湿度の影響を低減することができ、実装対象物である基板等の温度を高精度に測定することが可能になる。
したがって、実装対象物である基板等の高精度な温度測定ができると共に、ＳＭＤタイプの温度センサとして容易に表面実装ができ、ガラスエポキシ基板等への実装自動化も可能になり、高い量産性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る温度センサの第１実施形態において、温度センサを示す斜視図である。
【図２】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。
【図３】温度検出回路に、従来例の温度センサ（ａ）及び第１実施形態の温度センサ（ｂ）を接続した際の等価回路図である。
【図４】本発明に係る温度センサの第２実施形態において、サーミスタ部材と端子電極部材とを示す斜視図である。
【図５】本発明に係る温度センサの第３実施形態において、サーミスタ部材と端子電極部材とを示す斜視図である。
【図６】本発明に係る温度センサの第４実施形態において、サーミスタ部材と端子電極部材とを示す斜視図である。
【図７】外からの熱の流入とジュール熱の放出との関係を第１実施形態と第４実施形態との場合で示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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３を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１７】
本実施形態の温度センサ１は、図１及び図２に示すように、サーミスタ部材２と、該サーミスタ部材２の両端部に対向配置されて該両端部に接触する一対の端子電極部材３と、一対の端子電極部材３を両端に配してサーミスタ部材２を内部に不活性ガスと共に封止する絶縁性管４とを備えている。
【００１８】
上記サーミスタ部材２は、サーミスタ材料で形成されたサーミスタ素体５と、該サーミスタ素体５の両端部に形成された電極となる一対の端子部６とを有したチップ状とされている。すなわち、サーミスタ部材２は、チップサーミスタである。
上記サーミスタ素体５としては、ＮＴＣ型、ＰＴＣ型、ＣＴＲ型等のサーミスタ材料があるが、本実施形態では、例えばＮＴＣ型サーミスタを採用している。このサーミスタ材料は、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料等のサーミスタ材料で形成されている。
【００１９】
特に、本実施形態では、サーミスタ素体５として、Ｍｎ，ＣｏおよびＦｅの金属酸化物を含有するセラミックス焼結体、すなわちＭｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料で形成されたものを採用している。さらに、このセラミックス焼結体は、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有していることが好ましい。特に、セラミックス焼結体としては、立方晶スピネル相からなる単相の結晶構造が最も望ましい。
【００２０】
また、サーミスタ素体５の露出面には、ガラス膜７がコーティングされている。
上記絶縁性管４は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスで角筒形状に形成され、端子電極部材３と絶縁性管４とがロウ付けされている。
上記不活性ガスは、例えばＨｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、ＳＦ６、ＣＯ２、Ｃ３Ｆ８、Ｃ２Ｆ６、ＣＦ４、Ｈ２及びこれらの混合ガス等である。
【００２１】
上記端子電極部材３は、高温加熱によるロウ付けで絶縁性管４の両端に封着されており、サーミスタ部材２の中心軸が絶縁性管４の中心軸に一致するように封止される。
この端子電極部材３は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）を備える合金であるコバール（登録商標）、又は、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）を備える４２合金等で構成されている。
【００２２】
また、この端子電極部材３は、絶縁性管４との間に隙間を介して内側に突出して端子部６に当接する凸状電極部３ａを中心軸上に有していると共に、凸状電極部３ａの基端側に設けられ絶縁性管４の内径より外径が大きいフランジ部３ｂを有している。すなわち、上記凸状電極部３ａは、絶縁性管４の内径よりも小径に形成されている。
また、上記フランジ部３ｂは、絶縁性管４の端面に接合されて外部に露出している。すなわち、本実施形態の温度センサ１を実装対象物である回路基板等に実装する際、絶縁性管４の端部から外部に露出している一対のフランジ部３ｂを半田等の導電性接着剤で回路基板の配線等に接合することで、表面実装することができる。
【００２３】
このように本実施形態の温度センサ１では、端子電極部材３が、内側に突出して端子部６に当接し絶縁性管４の内径よりも小径な凸状電極部３ａを中心軸上に有しているので、凸状電極部３ａと絶縁性管４との間にも環状の空間が形成されて該空間によって絶縁性管４との間の断熱性が向上し、絶縁性管４からの熱伝導性を低減することができる。これにより、絶縁性管４が受ける外気や湿度の影響を低減することができ、実装状態で実装対象物である基板等から端子電極部材３に伝わる熱を主としてサーミスタ素体５が受けることができ、基板等の温度を高精度に測定することが可能になる。
【００２４】
また、フランジ部３ｂが、絶縁性管４の端面に接合されて外部に露出しているので、フランジ部３ｂが実装対象物である基板等に半田等によって直接接合されて実装可能であり、表面実装が容易になると共に基板等からフランジ部３ｂを介して効率的に熱を受けることができる。
【００２５】
なお、サーミスタ部材２が絶縁性管４内に不活性ガスと共に封止されているので、図３の（ｂ）に示すように、絶縁性管４と不活性ガスとによりサーミスタ素体５が外気の水分に触れることがないため、周辺の湿度に関係なく温度検出回路に接続したときの発熱量を一定にすることができる。特に、サーミスタ素体５の周囲に断熱性の高い不活性ガスが介在しているため、不活性ガスを介した周囲の空気や湿度の影響を極力低減することができる。
【００２６】
したがって、湿度に応じて誤差が生じていた現象が無くなることで、高精度に温度検出することが可能になる。また、両端部に端子部６を有するチップ状のサーミスタ部材２が、両端部に端子電極部材３を有する絶縁性管４内に収納されているので、全体がコンパクトになると共に、基板上への表面実装が容易となる。なお、小型化により応答性も向上する。
【００２７】
また、サーミスタ素体５の露出面にガラス膜７がコーティングされているので、サーミスタ素体５が封止時の高熱や不活性ガスの影響を受けず、良好な封止状態が得られる。
さらに、絶縁性管４が、セラミックスで形成され、端子電極部材３と絶縁性管４とがロウ付けされているので、ガラスコーティングされたサーミスタ素体５がロウ付け時の高熱の影響を受け難いと共に、高強度の絶縁性管４と高接合強度の封止状態とによって高い信頼性を得ることができる。
【００２８】
また、サーミスタ素体５が、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有したセラミックス焼結体であるので、異方性もなく、また不純物層がないので、セラミックス焼結体内で電気特性のバラツキが小さく、複数の温度センサ１を用いる際に高精度な測定が可能になる。また、安定した結晶構造のため、耐環境に対する信頼性も高い。
【００２９】
次に、本発明に係る温度センサの第２から第４実施形態について、図４から図７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。
【００３０】
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、凸状電極部３ａの先端面が平面であるのに対し、第２実施形態の温度センサ２１では、図４に示すように、凸状電極部２３ａが、端子部６が嵌め込み可能な凹部２３ｂを先端に有している点である。
すなわち、第２実施形態では、端子部６の形状に対応した断面矩形状で軸方向から見た形状が略正方形状の凹部２３ｂが凸状電極部２３ａの先端に形成されており、この凹部２３ｂに端子部６が嵌め込まれた状態でサーミスタ素体５が絶縁性管４内に組み込まれている。
【００３１】
したがって、第２実施形態の温度センサ２１では、凸状電極部２３ａが、端子部６が嵌め込み可能な凹部２３ｂを先端に有しているので、一対の凸状電極部２３ａの凹部２３ｂ内にサーミスタ素体５の両端部が嵌まってサーミスタ素体５が位置決めされる。これにより、絶縁性管４内の中心軸上にサーミスタ素体５を高精度に設置することができる。
【００３２】
また、第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、断面矩形状の凹部２３ｂが凸状電極部２３ａの先端に形成されているのに対し、第３実施形態の温度センサ３１では、図５に示すように、断面円弧状の凹部３３ｂが凸状電極部３３ａの先端に形成されている点である。すなわち、第３実施形態では、凸状電極部３３ａの先端面が凹曲面状になっており、端子部６を凹部３３ｂの曲面で挟むようにして嵌めることで位置決めを行う。このように第３実施形態の温度センサ３１でも、第２実施形態と同様に、サーミスタ素体５を位置決めして絶縁性管４内に支持することができる。
【００３３】
さらに、第４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、凸状電極部３ａが直方体形状であるのに対し、第４実施形態の温度センサ４１では、図６に示すように、フランジ部３ｂから端子部６に向けて突出した柱部４３ｃと、柱部４３ｃの先端に設けられて端子部６に当接する支持板部４３ｂとを有し、柱部４３ｃが、端子部６よりも外径が小さい点である。
すなわち、第４実施形態では、略正方形状の支持板部４３ｂの中央に柱部４３ｃが設けられ、凸状電極部４３ａが断面Ｔ字状とされている。上記支持板部４３ｂは、端子部６の端面と略同じ形状の平面を有し、上記柱部４３ｃは、軸方向に直交する断面積が端子部６の端面よりも小さい面積に設定されている。
【００３４】
したがって、第４実施形態の温度センサ４１では、柱部４３ｃが、端子部６よりも外径が小さいので、柱部４３ｃと絶縁性管４との間に広く環状の空間を得ることができると共に、柱部４３ｃによる支柱構造によって外からの熱の流入に対してジュール熱の放出がより小さくなって、端子部における外気との影響を抑制することができる。
【００３５】
温度を測定する際、図７の（ａ）に示すように、外からの熱の流入（図中の矢印Ａ）とサーミスタ素体５で発生したジュール熱の放出（図中の矢印Ｂ１）とで平衡状態となる。このとき、第１実施形態では、端子部６よりも外径の大きい凸状電極部３ａでサーミスタ素体５を支持しているが、ジュール熱の放出（図中の矢印Ｂ１）が比較的大きくなり、端子部６における外気との影響が大きくなってしまう。これに対して、第４実施形態では、図７の（ｂ）に示すように、細い柱部４３ｃによってジュール熱の放出（図中の矢印Ｂ２）を比較的小さくすることができ、端子部６における外気との影響を抑制することができる。
【００３６】
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。
【００３７】
例えば、上記実施形態では、絶縁性管がセラミックスで形成され、端子電極部材とロウ付けされているが、端子電極部材と溶接により接合されていても構わない。また、絶縁性管が樹脂で形成されており、この樹脂製の絶縁性管と端子電極部材とが接着剤で接着されているものでも構わない。
また、上記実施形態では、サーミスタ部材を絶縁性管内に不活性ガスと共に封止しているが、絶縁性管内に真空中でサーミスタ部材を封止しても構わない。
【符号の説明】
【００３８】
１…温度センサ、２…サーミスタ部材、３，２３，３３，４３…端子電極部材、３ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ…凸状電極部、３ｂ…フランジ部、４…絶縁性管、５…サーミスタ素体、６…端子部、７…ガラス膜、２３ｂ，３３ｂ…凹部、４３ｂ…支持板部、４３ｃ…柱部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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