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(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】2024-04-09
(45)【発行日】2024-04-17
(54)【発明の名称】温度センサのリードフレーム構造
(51)【国際特許分類】
G01K 1/143 20210101AFI20240410BHJP
【ＦＩ】
G01K1/143
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2019127962
(22)【出願日】2019-06-21
(65)【公開番号】P2021001855
(43)【公開日】2021-01-07
【審査請求日】2022-05-23
(73)【特許権者】
【識別番号】595176098
【氏名又は名称】甲神電機株式会社
(72)【発明者】
【氏名】東森 勇季
(72)【発明者】
【氏名】児玉 将行
【審査官】菅藤 政明
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／１３１１６４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００６－３０１３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－４４６９３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｋ １／１４－１／１４３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
温度測定対象物とホルダーとをねじ止め固定を行う為の貫通孔を有する端子部と、温度によって抵抗値が変化する特性を有する感温素子を充填材により保持する感温素子収容部を有した金属ケースと、一端が前記感温素子の端子に接続され、他端は前記ホルダーに固定された回路基板に半田付け接続するための基板挿入部を有し、前記ホルダーへ固定するための圧入突起部を有した、展延性の高い材料からなるリードフレームとを備える温度センサであって、前記リードフレームは前記圧入突起部より前記金属ケース側に少なくとも１個以上の曲げ構造を有す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、測定対象物の温度を検出する温度センサの構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の温度センサは、測定対象物の温度を検出するために、温度によって抵抗値が変化する特性を有する感温素子本体と、感温素子本体の一対のリード線に接続されるリードフレームと、感温素子本体とリードフレームの一部を収容し、測定対象物にねじ止め固定を行うと共に測定対象物に接触し熱を取り込む丸端子部を有する熱伝導率の高い金属ケースと、ケースに収容される感温素子本体とリードフレームの一部を覆いケースに保持する充填材で構成されている。（たとえば、特許文献１参照。）
また、特許文献１に記載される温度センサは、リードフレームにより温度を検出するための回路基板に電気的に半田付け接続され、ケースは回路基板への位置決め構造を有している。
また、特許文献１に記載される温度センサは、リードフレームにより温度を検出するための回路基板に電気的に半田付け接続され、ケースは回路基板への位置決め構造を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第６３７１００２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載される温度センサを測定対象物にねじ止め固定を行う際に、測定対象物との固定箇所である丸端子を有するケースに応力が発生し、前記ケースに保持されるリードフレームを介し、回路基板との接続箇所へ応力が伝搬することによる接続不良が懸念される。
【0005】
また、回路基板との位置決め機能をケースに有していることで、例えば回路基板と測定対象物の距離がケースの長手形状より離れている場合、測定対象物へ伝熱面を接するためにケースの拡大、または回路基板を拡大する必要がある。
ケースを拡大する場合、ケースの拡大だけではなく、ケースに収容される感温素子本体の位置を測定対象物の近傍に配置するために、リード線もしくはリードフレームを延長する必要がある。これは、感温素子本体を測定対象物の近傍に配置しない場合、測定対象物の温度と感温素子本体の温度に差が生じ、温度検出の精度悪化が懸念されるためである。ケースの拡大だけではなく、リード線もしくはリードフレームの延長も必要であり、且つリード線やリードフレームをケースに保持するための充填材もリード線やリードフレームの延長分増量が必要なことから、経済的ではない温度センサ構成となる。
ケースを拡大する場合、ケースの拡大だけではなく、ケースに収容される感温素子本体の位置を測定対象物の近傍に配置するために、リード線もしくはリードフレームを延長する必要がある。これは、感温素子本体を測定対象物の近傍に配置しない場合、測定対象物の温度と感温素子本体の温度に差が生じ、温度検出の精度悪化が懸念されるためである。ケースの拡大だけではなく、リード線もしくはリードフレームの延長も必要であり、且つリード線やリードフレームをケースに保持するための充填材もリード線やリードフレームの延長分増量が必要なことから、経済的ではない温度センサ構成となる。
【0006】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、回路基板とリードフレームの接続箇所に応力が伝搬することを抑制可能な温度センサのリードフレーム構造、且つ測定対象物と回路基板の距離が離れた場合においても構成が簡素な温度センサ構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の温度センサは、温度測定対象物とホルダーとをねじ止め固定を行う為の貫通孔を有する端子部を有し、温度によって抵抗値が変化する特性を有する感温素子を充填材により保持する感温素子収容部を有した金属ケースと、一端が前記感温素子の端子に接続され、他端は前記ホルダーに固定された回路基板に半田付け接続するための基板挿入部を有し、前記ホルダーへ固定するための圧入突起部を有した、展延性の高い材料からなるリードフレームとを備える温度センサであって、前記リードフレームは前記圧入突起部より前記金属ケース側に少なくとも１個以上の曲げ構造を有するものである。
【発明の効果】
【0008】
この発明によれば、リードフレームを１回以上曲げて回路基板の前で固定することで、回路基板とリードフレームの接続箇所への応力伝搬が抑制され接続不良の防止が可能となり、かつ回路基板と測定対象物の距離が変更になった場合においても、リードフレームの長さを変更するだけの簡素な温度センサ構成となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】は本発明の実施の形態１における温度センサを示す斜視図である。
【図2】は本発明の実施の形態１における温度センサユニットの平面図である。
【図4】は本発明の実施の形態２における温度センサを示す斜視図である。
【図5】は本発明の実施の形態２における温度センサユニットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１における温度センサ１の斜視図、図２は温度センサ１と回路基板５、測定対象物６、固定ねじ７、ホルダー８との関係を示す温度センサユニットの平面図であり、図３はその断面図である。
図１は本発明の実施の形態１における温度センサ１の斜視図、図２は温度センサ１と回路基板５、測定対象物６、固定ねじ７、ホルダー８との関係を示す温度センサユニットの平面図であり、図３はその断面図である。
【0011】
図１において温度センサ１のケース２は熱伝導率の高い金属材料（例えばアルミ材）から成り、測定対象物へのねじ止め固定を行う為の貫通孔２ｂを有する丸端子部２ａ及び、温度によって抵抗値が変化する特性を有する感温素子（図示せず）を収容し充填材（図示せず）により感温素子を保持する感温素子収容部２ｃから成る。
第１のリードフレーム３及び第２のリードフレーム４は電気伝導度及び展延性の高い材料（例えば真鍮材もしくは銅材）から成り、感温素子の一対のリード線にそれぞれの端部が電気的に接続され、端部周辺を充填材により感温素子収容部２ｃに保持されている。第１のリードフレーム３及び第２のリードフレーム４のそれぞれは、第一水平部３ａ、４ａと、第一水平部と繋がる第一垂直部３ｂ、４ｂと、第一垂直部と繋がる第二水平部３ｃ、４ｃと、第二水平部と繋がる第二垂直部３ｄ、４ｄを有し第二垂直部の端部には回路基板に挿入し半田付けするための基板挿入部３ｅ、４ｅを有し、第二水平部には樹脂成型品であるホルダー８に位置決め固定を行うための圧入突起部３ｆ、４ｆを有する。また、第１のリードフレーム３及び第２のリードフレーム４の表面に表面処理（例えばめっき）が施されている。
図２及び図３においてホルダー８は樹脂成型品であり温度センサ１の圧入突起部３ｆ、４ｆを圧入し位置固定する二つの圧入穴部８ａを有する。温度計測回路（図示せず）を有する回路基板５は第１及び第２のリードフレーム３、４の基板挿入部３ｅ、４ｅを挿入し半田付けする為の二つの挿入孔５ａを有する。カラー９は測定対象物６をホルダー８に固定するための金属製（例えば鉄鋼材）の中空円柱形状の部品であり、ホルダー８にインサート成形された一体構造またはホルダー８に圧入固定されている。
温度センサ１はリードフレーム３、４の圧入突起部３ｆ、４ｆをホルダー８の圧入穴部８ａに圧入しホルダー８に位置固定され、回路基板５は挿入穴５ａに温度センサ１の基板挿入部３ｅ、４ｅを挿入後基板固定ねじ１０によりホルダー８にねじ止め固定され、基板挿入部３ｅ、４ｅ端部は回路基板５に半田付けされる。カラー９を含むホルダー８は固定ねじ７により温度センサ１のケース２を測定対象物６にねじ止め固定されることにより、温度センサ１のケース２は測定対象物６に接触する。
第１のリードフレーム３及び第２のリードフレーム４は電気伝導度及び展延性の高い材料（例えば真鍮材もしくは銅材）から成り、感温素子の一対のリード線にそれぞれの端部が電気的に接続され、端部周辺を充填材により感温素子収容部２ｃに保持されている。第１のリードフレーム３及び第２のリードフレーム４のそれぞれは、第一水平部３ａ、４ａと、第一水平部と繋がる第一垂直部３ｂ、４ｂと、第一垂直部と繋がる第二水平部３ｃ、４ｃと、第二水平部と繋がる第二垂直部３ｄ、４ｄを有し第二垂直部の端部には回路基板に挿入し半田付けするための基板挿入部３ｅ、４ｅを有し、第二水平部には樹脂成型品であるホルダー８に位置決め固定を行うための圧入突起部３ｆ、４ｆを有する。また、第１のリードフレーム３及び第２のリードフレーム４の表面に表面処理（例えばめっき）が施されている。
図２及び図３においてホルダー８は樹脂成型品であり温度センサ１の圧入突起部３ｆ、４ｆを圧入し位置固定する二つの圧入穴部８ａを有する。温度計測回路（図示せず）を有する回路基板５は第１及び第２のリードフレーム３、４の基板挿入部３ｅ、４ｅを挿入し半田付けする為の二つの挿入孔５ａを有する。カラー９は測定対象物６をホルダー８に固定するための金属製（例えば鉄鋼材）の中空円柱形状の部品であり、ホルダー８にインサート成形された一体構造またはホルダー８に圧入固定されている。
温度センサ１はリードフレーム３、４の圧入突起部３ｆ、４ｆをホルダー８の圧入穴部８ａに圧入しホルダー８に位置固定され、回路基板５は挿入穴５ａに温度センサ１の基板挿入部３ｅ、４ｅを挿入後基板固定ねじ１０によりホルダー８にねじ止め固定され、基板挿入部３ｅ、４ｅ端部は回路基板５に半田付けされる。カラー９を含むホルダー８は固定ねじ７により温度センサ１のケース２を測定対象物６にねじ止め固定されることにより、温度センサ１のケース２は測定対象物６に接触する。
【0012】
このように構成された温度センサ１においては、測定対象物６の温度は丸端子部２ａから感温素子収容部２ｃに伝わり、感温素子収容部２ｃに収容された感温素子に伝わる。感温素子の抵抗値は電気的に接続された第１及び第２のリードフレーム３、４を介し回路基板５の温度計測回路に伝わる。第１及び第２のリードフレーム３、４の形状を第一水平部３ａ、４ａと第一垂直部３ｂ、４ｂと第二水平部３ｃ、４ｃで構成される曲げ構造のあるクランク形状とし、且つ、温度センサ１を保持するホルダー８へのリードフレーム３、４の位置決め固定を圧入突起部３ｆ、４ｆにより回路基板５の前で行うことで、測定対象物６へのねじ止め固定時に発生する応力が回路基板５と第１及び第２のリードフレーム３、４の接続箇所へ伝搬することを抑制することが可能となる。
【0013】
また温度センサ１の位置決め固定を第１及び第２のリードフレーム３、４の圧入突起部３ｆ、４ｆで行うことで、回路基板５と測定対象物６の距離が離れている場合においても、回路基板５の拡大や、測定対象物６と接する必要がある丸端子部２ａを有するケース２の拡大を行うことなく、第１及び第２のリードフレーム３、４の長さを長くするだけで行うことができ経済的な構成となる。
また、回路基板５と測定対象物６の距離が変更となった場合においても第１及び第２のリードフレーム３、４の長さを変更するだけの簡素な変更で温度センサ１を構成することが可能となる。
なお測定対象物６との接触部分の丸端子部２ａの形状を丸端子形状としたが、ねじ固定ができ熱を伝えられる形状であれば四角等の他の形状でもよく、固定できる形状であれば貫通孔２ｂは複数あってもよい。また、第１及び第２のリードフレームを水平、垂直に９０度曲げた形状としたが、曲げ構造であれば曲げ角度は９０度でなくてもよく、曲げ部分は円弧形状でもよい。
また、回路基板５と測定対象物６の距離が変更となった場合においても第１及び第２のリードフレーム３、４の長さを変更するだけの簡素な変更で温度センサ１を構成することが可能となる。
なお測定対象物６との接触部分の丸端子部２ａの形状を丸端子形状としたが、ねじ固定ができ熱を伝えられる形状であれば四角等の他の形状でもよく、固定できる形状であれば貫通孔２ｂは複数あってもよい。また、第１及び第２のリードフレームを水平、垂直に９０度曲げた形状としたが、曲げ構造であれば曲げ角度は９０度でなくてもよく、曲げ部分は円弧形状でもよい。
【0014】
【0015】
図４において温度センサ１１のケース２１は熱伝導率の高い金属材料（例えばアルミ材）から成り、測定対象物へのねじ止め固定を行う為の貫通孔２１ｂを有する丸端子部２１ａ及び、温度によって抵抗値が変化する特性を有する感温素子（図示せず）を収容し充填材（図示せず）により感温素子を保持する感温素子収容部２１ｃから成る。
第１のリードフレーム３１及び第２のリードフレーム４１は電気伝導度及び展延性の高い材料（例えば真鍮材もしくは銅材）から成り、感温素子の一対のリード線にそれぞれの端部が電気的に接続され、端部周辺を充填材により感温素子収容部２１ｃに保持されている。第１のリードフレーム３１及び第２のリードフレーム４１のそれぞれは、第一水平部３１ａ、４１ａと、第一水平部と繋がる第一垂直部３１ｂ、４１ｂを有し第一垂直部の端部には回路基板に挿入し半田付けするための基板挿入部３１ｅ、４１ｅを有し、第一垂直部には樹脂成型品であるホルダー８１に位置決め固定を行うための圧入突起部３１ｆ、４１ｆを有する。また、第１のリードフレーム３１及び第２のリードフレーム４１の表面に表面処理（例えばめっき）が施されている。
図５においてホルダー８１は樹脂成型品であり温度センサ１１の圧入突起部３１ｆ、４１ｆを圧入し位置固定する二つの圧入穴部８１ａを有する。温度計測回路（図示せず）を有する回路基板５は第１及び第２のリードフレーム３１、４１の基板挿入部３１ｅ、４１ｅを挿入し半田付けする為の二つの挿入孔５ａを有する。カラー９は測定対象物６をホルダー８１に固定するための金属製（例えば鉄鋼材）の中空円柱形状の部品であり、ホルダー８１にインサート成形された一体構造またはホルダー８１に圧入固定されている。
温度センサ１１はリードフレーム３１、４１の圧入突起部３１ｆ、４１ｆをホルダー８１の圧入穴部８１ａに圧入しホルダー８１に位置固定され、回路基板５は挿入穴５ａに温度センサ１１の基板挿入部３１ｅ、４１ｅを挿入後基板固定ねじ１０によりホルダー８１にねじ止め固定され、基板挿入部３１ｅ、４１ｅ端部は回路基板５に半田付けされる。カラー９を含むホルダー８１は固定ねじ７により温度センサ１１のケース２１を測定対象物６にねじ止め固定されることにより、温度センサ１１のケース２１は測定対象物６に接触する。
第１のリードフレーム３１及び第２のリードフレーム４１は電気伝導度及び展延性の高い材料（例えば真鍮材もしくは銅材）から成り、感温素子の一対のリード線にそれぞれの端部が電気的に接続され、端部周辺を充填材により感温素子収容部２１ｃに保持されている。第１のリードフレーム３１及び第２のリードフレーム４１のそれぞれは、第一水平部３１ａ、４１ａと、第一水平部と繋がる第一垂直部３１ｂ、４１ｂを有し第一垂直部の端部には回路基板に挿入し半田付けするための基板挿入部３１ｅ、４１ｅを有し、第一垂直部には樹脂成型品であるホルダー８１に位置決め固定を行うための圧入突起部３１ｆ、４１ｆを有する。また、第１のリードフレーム３１及び第２のリードフレーム４１の表面に表面処理（例えばめっき）が施されている。
図５においてホルダー８１は樹脂成型品であり温度センサ１１の圧入突起部３１ｆ、４１ｆを圧入し位置固定する二つの圧入穴部８１ａを有する。温度計測回路（図示せず）を有する回路基板５は第１及び第２のリードフレーム３１、４１の基板挿入部３１ｅ、４１ｅを挿入し半田付けする為の二つの挿入孔５ａを有する。カラー９は測定対象物６をホルダー８１に固定するための金属製（例えば鉄鋼材）の中空円柱形状の部品であり、ホルダー８１にインサート成形された一体構造またはホルダー８１に圧入固定されている。
温度センサ１１はリードフレーム３１、４１の圧入突起部３１ｆ、４１ｆをホルダー８１の圧入穴部８１ａに圧入しホルダー８１に位置固定され、回路基板５は挿入穴５ａに温度センサ１１の基板挿入部３１ｅ、４１ｅを挿入後基板固定ねじ１０によりホルダー８１にねじ止め固定され、基板挿入部３１ｅ、４１ｅ端部は回路基板５に半田付けされる。カラー９を含むホルダー８１は固定ねじ７により温度センサ１１のケース２１を測定対象物６にねじ止め固定されることにより、温度センサ１１のケース２１は測定対象物６に接触する。
【0016】
このように構成された温度センサ１１においては、測定対象物６の温度は丸端子部２１ａから感温素子収容部２１ｃに伝わり、感温素子収容部２１ｃに収容された感温素子に伝わる。感温素子の抵抗値は電気的に接続された第１及び第２のリードフレーム３１、４１を介し回路基板５の温度計測回路に伝わる。第１及び第２のリードフレーム３１、４１の形状を第一水平部３１ａ、４１ａと第一垂直部３１ｂ、４１ｂとで構成される曲げ構造のある形状とし、且つ、温度センサ１１を保持するホルダー８１へのリードフレーム３１、４１の位置決め固定を圧入突起部３１ｆ、４１ｆにより回路基板５の前で行うことで、測定対象物６へのねじ止め固定時に発生する応力が回路基板５と第１及び第２のリードフレーム３１、４１の接続箇所へ伝搬することを抑制することが可能となる。
【0017】
また温度センサ１１の位置決め固定を第１及び第２のリードフレーム３１、４１の圧入突起部３１ｆ、４１ｆで行うことで、回路基板５と測定対象物６の距離が離れている場合においても、回路基板５の拡大や、測定対象物６と接する必要がある丸端子部２１ａを有するケース２１の拡大を行うことなく、第１及び第２のリードフレーム３１、４１の長さを長くするだけで行うことができ経済的な構成となる。
また、回路基板５と測定対象物６の距離が変更となった場合においても第１及び第２のリードフレーム３１、４１の長さを変更するだけの簡素な変更で温度センサ１１を構成することが可能となる。
なお測定対象物６との接触部分の丸端子部２１ａの形状を丸端子形状としたが、ねじ固定ができ熱を伝えられる形状であれば四角等の他の形状でもよく、固定できる形状であれば貫通孔２１ｂは複数あってもよい。また、第１及び第２のリードフレームを垂直に９０度曲げた形状としたが、曲げ構造であれば曲げ角度は９０度でなくてもよく、曲げ部分は円弧形状でもよい。
また、回路基板５と測定対象物６の距離が変更となった場合においても第１及び第２のリードフレーム３１、４１の長さを変更するだけの簡素な変更で温度センサ１１を構成することが可能となる。
なお測定対象物６との接触部分の丸端子部２１ａの形状を丸端子形状としたが、ねじ固定ができ熱を伝えられる形状であれば四角等の他の形状でもよく、固定できる形状であれば貫通孔２１ｂは複数あってもよい。また、第１及び第２のリードフレームを垂直に９０度曲げた形状としたが、曲げ構造であれば曲げ角度は９０度でなくてもよく、曲げ部分は円弧形状でもよい。
【符号の説明】
【0018】
１、１１：温度センサ
２、２１：ケース（アルミ材）
２ａ、２１ａ：丸端子部
２ｂ、２１ｂ：貫通孔
２ｃ、２１ｃ：感温素子収容部
３、３１：第１のリードフレーム（真鍮材もしくは銅材）
４、４１：第２のリードフレーム（真鍮材もしくは銅材）
３ａ、４ａ、３１ａ、４１ａ：第一水平部
３ｂ、４ｂ、３１ｂ、４１ｂ：第一垂直部
３ｃ、４ｃ：第二水平部
３ｄ、４ｄ：第二垂直部
３ｅ、４ｅ、３１ｅ、４１ｅ：基板挿入部
３ｆ、４ｆ、３１ｆ、４１ｆ：圧入突起部
５ ：回路基板
５ａ：挿入孔
６ ：測定対象物
７ ：固定ねじ（鉄鋼材）
８、８１：ホルダー（樹脂材）
８ａ、８１ａ：圧入穴部
９ ：カラー（鉄鋼材）
１０：基板固定ねじ（鉄鋼材）
２、２１：ケース（アルミ材）
２ａ、２１ａ：丸端子部
２ｂ、２１ｂ：貫通孔
２ｃ、２１ｃ：感温素子収容部
３、３１：第１のリードフレーム（真鍮材もしくは銅材）
４、４１：第２のリードフレーム（真鍮材もしくは銅材）
３ａ、４ａ、３１ａ、４１ａ：第一水平部
３ｂ、４ｂ、３１ｂ、４１ｂ：第一垂直部
３ｃ、４ｃ：第二水平部
３ｄ、４ｄ：第二垂直部
３ｅ、４ｅ、３１ｅ、４１ｅ：基板挿入部
３ｆ、４ｆ、３１ｆ、４１ｆ：圧入突起部
５ ：回路基板
５ａ：挿入孔
６ ：測定対象物
７ ：固定ねじ（鉄鋼材）
８、８１：ホルダー（樹脂材）
８ａ、８１ａ：圧入穴部
９ ：カラー（鉄鋼材）
１０：基板固定ねじ（鉄鋼材）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】