特許 7252851 回路基板及び温度測定器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-28

(45)【発行日】2023-04-05

(54)【発明の名称】回路基板及び温度測定器

(51)【国際特許分類】

   G01K 7/12 20060101AFI20230329BHJP

【ＦＩ】

G01K7/12 A

G01K7/12 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019132973

(22)【出願日】2019-07-18

(65)【公開番号】P2021018113

(43)【公開日】2021-02-15

【審査請求日】2022-06-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】596157780

【氏名又は名称】横河計測株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100149249

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(72)【発明者】

【氏名】土田 直人

(72)【発明者】

【氏名】井上 賢

(72)【発明者】

【氏名】庄子 幸樹

(72)【発明者】

【氏名】杉原 吉信

【審査官】平野 真樹

(56)【参考文献】

【文献】特開平４－３６６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５９－１４９０３６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１０－１５１６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０２１３８０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平９－６１２５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｋ １／００－１９／００

Ｈ０１Ｒ ９／００，９／１５－９／２８

Ｈ０１Ｒ １２／００－１２／９１，２４／００－２４／８６

Ｈ１０Ｎ １０／００－１０／８５７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１端子に接続する第１配線パターンと、第２端子に接続する第２配線パターンとを有するとともに、第１配線層と第２配線層とを含む回路基板であって、
前記第１配線パターンが、前記第１配線層と前記第２配線層との一方において前記第１端子から前記第２端子に向けて延在する伝熱部を有し、
前記第２配線パターンが、前記第１配線層と前記第２配線層との他方において前記第２端子から前記第１端子に向けて延在する伝熱部を有し、
前記第１配線パターンの前記伝熱部と前記第２配線パターンの前記伝熱部とが互いに対向している回路基板。

【請求項2】

前記第１配線パターンが、前記第１配線層と前記第２配線層との前記他方において前記第１端子から前記第２端子に向けて延在する他の伝熱部を有し、
前記第２配線パターンが、前記第１配線層と前記第２配線層との前記一方において前記第２端子から前記第１端子に向けて延在する他の伝熱部を有し、
前記第１配線パターンの前記他の伝熱部と前記第２配線パターンの前記他の伝熱部とが互いに対向している、請求項１に記載の回路基板。

【請求項3】

前記第１端子に対する距離と前記第２端子に対する距離とが異なる発熱源を有する、請求項１又は２に記載の回路基板。

【請求項4】

前記発熱源に対してより近い前記端子と前記発熱源との間に位置するスリットを有する、請求項３に記載の回路基板。

【請求項5】

前記発熱源に対してより遠い前記端子と前記発熱源との間に位置するパターンを有する、請求項３又は４に記載の回路基板。

【請求項6】

前記発熱源に対してより遠い前記端子に接続する前記配線パターンの前記伝熱部が、前記発熱源に対してより近い前記端子を越えて前記発熱源に向けて延在する延長部を有する、請求項３～５のいずれか一項に記載の回路基板。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか一項に記載の回路基板を有し、
前記第１端子及び前記第２端子に熱電対を接続することにより、前記熱電対を介して温度を測定する温度測定器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、回路基板及び温度測定器に関する。

【背景技術】

【0002】

熱電対が接続される一対の端子を有し、熱電対により温度を測定する温度測定器が知られている。このような温度測定器では、熱電対による温度の測定精度を高めるために、一対の端子間の温度差を低減する構造が採られている。例えば、特許文献１に記載される構造は、回路基板に接続された一対の端子と発熱源との間に配置される熱反射体と、回路基板の内部に設けられる金属コアとを有している。この構造によれば、発熱源から回路基板への熱の伝導が熱反射体によって抑制され、回路基板に伝導された熱が金属コアによって拡散されるので、一対の端子間の温度差を小さくすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実開平６－２１８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１に記載されるような構造は、熱反射体と金属コアを設けるための部品点数、スペース及びコストが必要となる。

【0005】

本開示の目的は、少部品点数、小スペース且つ低コストで一対の端子間の温度差を小さくすることができる回路基板及び温度測定器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

幾つかの実施形態に係る回路基板は、第１端子に接続する第１配線パターンと、第２端子に接続する第２配線パターンとを有するとともに、第１配線層と第２配線層とを含む回路基板であって、第１配線パターンが、第１配線層と第２配線層との一方において第１端子から第２端子に向けて延在する伝熱部を有し、第２配線パターンが、第１配線層と第２配線層との他方において第２端子から第１端子に向けて延在する伝熱部を有し、第１配線パターンの伝熱部と第２配線パターンの伝熱部とが互いに対向している。このような構成によれば、第１配線パターンの伝熱部と第２配線パターンの伝熱部とが互いに熱を伝達することができるので、第１端子と第２端子との間の温度差を小さくすることができる。また、配線パターンで伝熱部を構成しているので、少部品点数、小スペース且つ低コストな回路基板とすることができる。

【0007】

一実施形態において、回路基板は、上記構成において、第１配線パターンが、第１配線層と第２配線層との他方において第１端子から第２端子に向けて延在する他の伝熱部を有し、第２配線パターンが、第１配線層と第２配線層との一方において第２端子から第１端子に向けて延在する他の伝熱部を有し、第１配線パターンの他の伝熱部と第２配線パターンの他の伝熱部とが互いに対向していてもよい。このような構成によれば、第１配線パターンの他の伝熱部と第２配線パターンの他の伝熱部とが、互いに熱を伝達することができる。また、第１配線層と第２配線層との一方において第１配線パターンの伝熱部と第２配線パターンの他の伝熱部とが、互いに熱を伝達することができる。さらに、第１配線層と第２配線層との他方において第１配線パターンの他の伝熱部と第２配線パターンの伝熱部とが、互いに熱を伝達することができる。したがって、第１端子と第２端子との間の温度差をより小さくすることができる。

【0008】

一実施形態において、回路基板は、上記構成において、第１端子に対する距離と第２端子に対する距離とが異なる発熱源を有してもよい。このような構成によれば、回路基板自体が有する発熱源からの熱の伝導によって生じる一対の端子間の温度差を小さくすることができる少部品点数、小スペース且つ低コストな回路基板を実現することができる。

【0009】

一実施形態において、回路基板は、上記構成において、発熱源に対してより近い端子と発熱源との間に位置するスリットを有してもよい。このような構成によれば、スリット内の空間の低い熱伝導率により、発熱源から、発熱源に対してより近い端子への熱の伝達を抑制することができるので、一対の端子間の温度差をより小さくすることができる。

【0010】

一実施形態において、回路基板は、上記構成において、発熱源に対してより遠い端子と発熱源との間に位置するパターンを有してもよい。このような構成によれば、パターンを介した熱の伝達により、発熱源から、発熱源に対してより遠い端子への熱の伝達を促進することができるので、一対の端子間の温度差をより小さくすることができる。

【0011】

一実施形態において、回路基板は、上記構成において、発熱源に対してより遠い端子に接続する配線パターンの伝熱部が、発熱源に対してより近い端子を越えて発熱源に向けて延在する延長部を有してもよい。このような構成によれば、延長部を介した熱の伝達により、発熱源から、発熱源に対してより遠い端子への熱の伝達を促進することができるので、一対の端子間の温度差をより小さくすることができる。

【0012】

一実施形態において、回路基板は、上記構成において、発熱源に対してより遠い端子に接続する配線パターンの他の伝熱部が、発熱源に対してより近い端子を越えて発熱源に向けて延在する他の延長部を有してもよい。このような構成によれば、他の延長部を介した熱の伝達により、発熱源から、発熱源に対してより遠い端子への熱の伝達を促進することができるので、一対の端子間の温度差をより小さくすることができる。

【0013】

一実施形態において、回路基板は、上記構成において、第１配線パターンの伝熱部と第２配線パターンの伝熱部とがそれぞれ、帯状をなしていてもよい。このような構成によれば、第１配線パターンの伝熱部と第２配線パターンの伝熱部とが、互いに熱を良好に伝達することができる。

【0014】

一実施形態において、回路基板は、上記構成において、第１配線パターンの他の伝熱部と第２配線パターンの他の伝熱部とがそれぞれ、帯状をなしていてもよい。このような構成によれば、第１配線パターンの他の伝熱部と第２配線パターンの他の伝熱部とが、互いに熱を良好に伝達することができる。

【0015】

一実施形態において、回路基板は、上記構成において、パターンが、発熱源に対してより遠い端子の側からスリットを越えて発熱源の側まで延在していてもよい。このような構成によれば、パターンを介した熱の効率的な伝達を可能にすることができる。

【0016】

一実施形態において、回路基板は、上記構成において、パターンが、発熱源とスリットとの間でスリットに沿って延在する部分を有してもよい。このような構成によれば、パターンを介した熱の効率的な伝達を可能にすることができる。

【0017】

一実施形態において、回路基板は、上記構成において、第１配線パターンと第２配線パターンとがそれぞれ、銅で構成されてもよい。このような構成によれば、銅の高い熱伝導率により、一対の端子間の温度差を効率的に小さくすることができる。

【0018】

一実施形態において、回路基板は、上記構成において、パターンが銅で構成されてもよい。このような構成によれば、銅の高い熱伝導率により、一対の端子間の温度差を効率的に小さくすることができる。

【0019】

幾つかの実施形態に係る温度測定器は、上記構成の回路基板を有し、第１端子及び第２端子に熱電対を接続することにより、熱電対を介して温度を測定する。このような構成によれば、少部品点数、小スペース且つ低コストで一対の端子間の温度差を小さくすることができる。

【発明の効果】

【0020】

本開示によれば、少部品点数、小スペース且つ低コストで一対の端子間の温度差を小さくすることができる回路基板及び温度測定器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】比較例に係る回路基板を示す透視図である。

【図2】図１に示す回路基板の温度分布を示す説明図である。

【図3】図１に示す回路基板において一対の端子と発熱源との距離を大きくした場合の温度分布を示す説明図である。

【図4】図１に示す回路基板において一対の端子に伝熱材を設けた場合の温度分布を示す説明図である。

【図5】一実施形態に係る回路基板に一対の端子を接続した状態を示す透視図である。

【図6】（ａ）は、図５に示す回路基板の第２配線層を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図7】図５に示す回路基板の第１配線層を透視して示す上面図である。

【図8】図５に示す回路基板の変形例を示す断面図である。

【図9】図５に示す回路基板の他の変形例における第２配線層を示す上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照して、本開示に係る実施形態について詳細に例示説明する。

【0023】

まず、図１～図４を参照し、比較例に係る回路基板１において、第１端子１０と第２端子２０とからなる一対の端子１０、２０間の温度差を小さくする手法について説明する。

【0024】

図１に示すように、本比較例に係る回路基板１は、第１端子１０に接続された第１配線パターン１１と、第２端子２０に接続された第２配線パターン２１と、第１端子１０に対する距離と第２端子２０に対する距離とが異なる発熱源２とを有している。第１配線パターン１１と第２配線パターン２１とはそれぞれ、スルーホールを介して第１配線層と第２配線層との間に亘って設けられている。回路基板１は、第１主面（図１における下面）に第１配線層が設けられ、第１主面の反対側に位置する第２主面（図１における上面）に第２配線層が設けられた両面基板として構成されている。一対の端子１０、２０はそれぞれ、第２主面から突出している。説明の便宜のため、第１主面を下面とし、第２主面を上面として説明する。

【0025】

第１配線パターン１１と第２配線パターン２１とはそれぞれ、回路基板１に設けられた図示しない回路に接続されている。回路基板１は、第１端子１０及び第２端子２０に熱電対を接続することにより、熱電対を介して温度を測定する温度測定器を構成している。

【0026】

図２に示すように、本比較例に係る回路基板１には、発熱源２から遠ざかるにつれて温度勾配の絶対値が徐々に減少する温度分布が生じる。したがって、一対の端子１０、２０間の温度差を小さくするための１つの手法として、図３に示すように、一対の端子１０、２０と発熱源２との距離を大きくすることが挙げられる。しかし、このような手法は上記距離を大きくするためのスペースが必要となり、また、スペースの制約が大きい場合には採用することができない。また、一対の端子１０、２０間の温度差を小さくするための他の手法として、図４に示すように、一対の端子１０、２０に、例えば放熱シート又は金属コア等の、高い熱伝導性を有する伝熱材３を設けることが挙げられる。しかし、このような手法は伝熱材３を設けるための部品点数、スペース及びコストが必要となる。

【0027】

次に、図５～図７を参照して一実施形態に係る回路基板１について例示説明し、図８を参照して変形例について例示説明し、図９を参照して他の変形例について例示説明する。これらの回路基板１は、前述した比較例に係る回路基板１と比較して少部品点数化、小スペース化且つ低コスト化を実現している。なお、図５～図９においては、図１～図４に示した要素に対応する要素に同一の符号を付している。

【0028】

図５～図７に示すように、本実施形態に係る回路基板１は、第１端子１０に接続された第１配線パターン１１と、第２端子２０に接続された第２配線パターン２１と、第１端子１０に対する距離と第２端子２０に対する距離とが異なる発熱源２とを有している。第１配線パターン１１と第２配線パターン２１とはそれぞれ、スルーホールを介して第１配線層と第２配線層との間に亘って設けられている。回路基板１は、第１主面（図５における下面）に第１配線層が設けられ、第１主面の反対側に位置する第２主面（図５における上面）に第２配線層が設けられた両面基板として構成されている。一対の端子１０、２０はそれぞれ、第２主面から突出している。説明の便宜のため、第１主面を下面とし、第２主面を上面として説明する。

【0029】

第１配線パターン１１と第２配線パターン２１とはそれぞれ、回路基板１に設けられた図示しない回路に接続されている。回路基板１は、第１端子１０及び第２端子２０に熱電対を接続することにより、熱電対を介して温度を測定する温度測定器を構成している。

【0030】

第１配線パターン１１は、第１配線層と第２配線層との一方としての第１配線層において第１端子１０から第２端子２０に向けて延在する伝熱部としての第１伝熱部１２ａを有している。第２配線パターン２１は、第１配線層と第２配線層との他方としての第２配線層において第２端子２０から第１端子１０に向けて延在する伝熱部としての第１伝熱部２２ａを有している。第１配線パターン１１の第１伝熱部１２ａと第２配線パターン２１の第１伝熱部２２ａとは互いに対向している。第１配線パターン１１の第１伝熱部１２ａと第２配線パターン２１の第１伝熱部２２ａとはそれぞれ帯状をなしている。

【0031】

第１配線パターン１１は、第１配線層と第２配線層との他方としての第２配線層において第１端子１０から第２端子２０に向けて延在する他の伝熱部としての第２伝熱部１２ｂを有している。第２配線パターン２１は、第１配線層と第２配線層との一方としての第１配線層において第２端子２０から第１端子１０に向けて延在する他の伝熱部としての第２伝熱部２２ｂを有している。第１配線パターン１１の第２伝熱部１２ｂと第２配線パターン２１の第２伝熱部２２ｂとは互いに対向している。第１配線パターン１１の第２伝熱部１２ｂと第２配線パターン２１の第２伝熱部２２ｂとはそれぞれ帯状をなしている。

【0032】

発熱源２に対してより遠い端子に接続する配線パターンとしての第１配線パターン１１の伝熱部としての第１伝熱部１２ａは、発熱源２に対してより近い端子としての第２端子２０を越えて発熱源２に向けて延在する延長部としての第１延長部１３ａを有している。

【0033】

回路基板１は、発熱源２に対してより近い端子としての第２端子２０と発熱源２との間に位置するスリット４を有している。スリット４は、第１配線層と第２配線層との間に亘って設けられている。スリット４は上面視で第１端子１０と第２端子２０とを通る軸線に対して直交する方向に延在しているが、その延在方向は、第１端子１０、第２端子２０及び発熱源２の配置に応じて適宜変更が可能である。

【0034】

発熱源２は上面視で第１端子１０と第２端子２０とを通る軸線上に設けられているが、第１端子１０、第２端子２０及び発熱源２の配置は適宜変更が可能である。発熱源２は、例えば電源回路又は測定回路等の回路で構成されている。

【0035】

回路基板１は、発熱源２に対してより遠い端子としての第１端子１０と発熱源２との間に位置するパターン３１を有している。パターン３１は、発熱源２に対してより遠い端子としての第１端子１０の側からスリット４を越えて発熱源２の側まで延在している。パターン３１は、発熱源２とスリット４との間でスリット４に沿って延在する部分としての延在部３２を有している。パターン３１は第１配線層に設けられているが、これに限らず、第１配線層に代えて第２配線層に設けられてもよいし、第１配線層と第２配線層との両方に設けられてもよい。

【0036】

第１配線パターン１１、第２配線パターン２１及びパターン３１はそれぞれ、銅で構成されているが、これに限らず、種々の材料で構成することができる。第１配線層と第２配線層との間に位置する絶縁層はガラスエポキシ樹脂（ＦＲ－４）で構成されているが、これに限らず、種々の材料で構成することができる。なお、スリット４内の空間を満たす空気と、絶縁層を構成するガラスエポキシ樹脂と、第１配線パターン１１、第２配線パターン２１及びパターン３１を構成する銅との熱伝導率は、例えば、この記載順に０．０２４１、０．４５、４０３［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］である。

【0037】

本実施形態に係る回路基板１は両面基板として構成されているが、図８に示す変形例のように、積層基板として構成されてもよい。

【0038】

本変形例では、第１配線パターン１１が、第３配線層において第１端子１０から第２端子２０に向けて延在する第３伝熱部１２ｃを有し、第２配線パターン２１が、第４配線層において第２端子２０から第１端子１０に向けて延在する第３伝熱部２２ｃを有し、第１配線パターン１１の第３伝熱部１２ｃと第２配線パターン２１の第３伝熱部２２ｃとは互いに対向している。また、本変形例では、第１配線パターン１１が、第４配線層において第１端子１０から第２端子２０に向けて延在する第４伝熱部１２ｄを有し、第２配線パターン２１が、第３配線層において第２端子２０から第１端子１０に向けて延在する第４伝熱部２２ｄを有し、第１配線パターン１１の第４伝熱部１２ｄと第２配線パターン２１の第４伝熱部２２ｄとは互いに対向している。

【0039】

さらに、第１配線パターン１１の第３伝熱部１２ｃと第２配線パターン２１の第１伝熱部２２ａとは互いに対向している。また、第２配線パターン２１の第４伝熱部２２ｄと第１配線パターン１１の第２伝熱部１２ｂとは互いに対向している。

【0040】

このように積層構造を利用して伝熱部同士が対向する部分を多く形成することで、第１端子１０と第２端子２０との間の温度差を効率的に小さくすることができる。

【0041】

また、前述した実施形態では、発熱源２に対してより遠い端子に接続する配線パターンとしての第１配線パターン１１の伝熱部としての第１伝熱部１２ａが第１延長部１３ａを有しているが、これに代えて、又は加えて、図９に示す変形例のように、発熱源２に対してより遠い端子に接続する配線パターンとしての第１配線パターン１１の他の伝熱部としての第２伝熱部１２ｂが、他の延長部としての第２延長部１３ｂを有してもよい。

【0042】

前述した実施形態は、本開示の一例にすぎず、種々変更可能であることはいうまでもない。

【0043】

例えば、第１配線パターン１１の第２伝熱部１２ｂと第２配線パターン２１の第２伝熱部２２ｂとを設けない構成としてもよい。第１配線パターン１１の第１伝熱部１２ａが第１延長部１３ａを有さない構成としてもよい。回路基板１にスリット４を設けない構成としてもよい。第１端子１０に対する距離と第２端子２０に対する距離とが異なる発熱源２が回路基板１とは別に配置されてもよい。パターン３１に延在部３２を設けない構成としてもよい。パターン３１が第１端子１０の側からスリット４を越えて発熱源２の側まで延在していない構成としてもよい。回路基板１にパターン３１を設けない構成としてもよい。回路基板１は、温度測定器以外の装置、例えば、温度校正器、更には各種の測定器、校正器等にも適用することができる。

【符号の説明】

【0044】

１ 回路基板
２ 発熱源
３ 伝熱材
４ スリット
１０ 第１端子
１１ 第１配線パターン
１２ａ 第１伝熱部
１２ｂ 第２伝熱部
１２ｃ 第３伝熱部
１２ｄ 第４伝熱部
１３ａ 第１延長部
１３ｂ 第２延長部
２０ 第２端子
２１ 第２配線パターン
２２ａ 第１伝熱部
２２ｂ 第２伝熱部
２２ｃ 第３伝熱部
２２ｄ 第４伝熱部
３１ パターン
３２ 延在部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】