JP7306571B2 - 温度センサおよび温度センサアレイ - Google Patents

Description

本発明は、温度センサおよび温度センサを複数含む温度センサアレイに関する。

従来、フレキシブル基板にセンサ部が形成されている温度センサが知られている。かかる温度センサは、全体としてフレキシブルかつ薄く構成することができ、被温度検知物の温度を検知するための様々な用途に利用されている。

例えば、特許文献１には、フレキシブル基板に開口部を設け、この開口部にセンサ部としてフレキシブルサーミスタを埋設実装し、フレキシブル基板の開口部の周囲の表面の高さと、フレキシブルサーミスタの露出面の高さとを実質的に同じにした温度センサが開示されている。より詳細には、例えば特許文献１の図５を参照して、金属基材１１、サーミスタ層１５および一対の分割電極２１、２２を有するフレキシブルサーミスタ１Ａを、ベース層５１、配線導体層５２およびカバー層５３を有するフレキシブル基板５Ａの開口部に埋設して、はんだ層５４により配線導体層５２上に実装し、カバー層５３の表面の高さと、フレキシブルサーミスタ１Ａの露出面の高さとを実質的に同じにしている。

また例えば、特許文献２には、フレキシブル基板である絶縁性フィルムの表面に、センサ部として、薄膜サーミスタ部および一対の櫛型電極を設け、絶縁性フィルムにおける薄膜サーミスタ部の直下の少なくとも一部を、絶縁性フィルムの他の部分よりも薄く形成した温度センサが開示されている。より詳細には、例えば特許文献２の図１を参照して、絶縁性フィルム２の表面に薄膜サーミスタ部３および一対の櫛型電極４を設け、これらを保護膜６で被覆し、絶縁性フィルム２における薄膜サーミスタ部３の直下に凹部２ａを設けている。

国際公開第２０１２／０９３５７２号 特開２０１６－９０２６２号公報 国際公開第２０１９／００９３２０号

フレキシブル基板にセンサ部が形成されている温度センサは、その厚さ方向に荷重が印加され得る。高い温度検知精度を実現するためには、温度センサを被温度検知物に対してある程度の力で十分に接触させることが好ましい。しかしながら、温度センサのセンサ部に荷重が印加されると、センサ部（より詳細にはサーミスタ層）に生じる応力によって、センサ部の変形による抵抗変化や、センサ部でのクラック発生による劣化が起こり得、かえって温度検知精度の低下を招き得る。かかる状況下、耐荷重性能に優れ、高い温度検知精度が得られる温度センサが求められている。

特許文献１に開示される温度センサでは、フレキシブル基板の開口部の周囲の表面の高さと、フレキシブルサーミスタの露出面の高さとを実質的に同じにしているので、かかる温度センサに対して厚さ方向に荷重が印加された場合には、より詳細には、特許文献１の図７に示すように温度センサを被温度検知物に接触させて押し付けた場合には、上記荷重（押圧力）は、温度センサと被温度検知物との接触領域の全体（フレキシブルサーミスタの露出面の全領域と、その周囲のフレキシブル基板の表面の接触領域との合計）に亘って均等に印加されることとなり、フレキシブルサーミスタの露出面のみに印加されることを回避できる。しかしながら、上記荷重は、接触領域の全体の面積に対するフレキシブルサーミスタの露出面の面積の比に応じて、フレキシブルサーミスタ（特にサーミスタ層）に印加されることとなるので、サーミスタ層における応力の発生をなくすことはできず、必ずしも十分な耐荷重性能が得られず、サーミスタ層の変形による抵抗変化や、サーミスタ層でのクラック発生による劣化が起こり得、高い温度検知精度を得ることは困難である。耐荷重性能の向上だけに着目すれば、フレキシブルサーミスタの露出面の面積に対して、他の部分の接触領域の面積を相当大きくすることが考えられる。しかしながら、この場合には、他の部分の接触領域の面積が大きくなり過ぎて、被温度検知物（熱源）の熱が、他の部分を経由して、配線や接触面と反対側の面などに伝導して失われ、依然として、高い温度検知精度は得られない。

また、特許文献２に開示される温度センサでは、絶縁性フィルムにおける薄膜サーミスタ部の直下の少なくとも一部を、絶縁性フィルムの他の部分よりも薄く形成している（凹部を設けている）ので、かかる温度センサに対して厚さ方向に荷重が印加された場合には、より詳細には、温度センサ（薄膜サーミスタ部側）を被温度検知物に接触させて押し付けた場合には、上記荷重（押圧力）が、薄膜サーミスタ部に対して厚さ方向に直接印加されることを防止できる。しかしながら、上記荷重は、薄膜サーミスタ部に対して絶縁性フィルムの面内方向に水平な方向に作用することとなる（とりわけ、薄膜サーミスタ部および一対の櫛型電極の上面および全周を保護膜が被覆している場合に、水平な方向に顕著に作用することとなる）ので、薄膜サーミスタ部における応力の発生をなくすことはできず、必ずしも十分な耐荷重性能が得られず、薄膜サーミスタ部の変形による抵抗変化や、薄膜サーミスタ部でのクラック発生による劣化が起こり得、高い温度検知精度を得ることは困難である。加えて、被温度検知物（熱源）の熱が、温度センサ全体を通じて伝導して失われ得、高い温度検知精度が得られない。

本発明の目的は、耐荷重性能に優れ、高い温度検知精度が得られる温度センサを提供することにある。本発明の更なる目的は、かかる温度センサを複数含む温度センサアレイを提供することにある。

本発明の１つの要旨によれば、フレキシブル基板にセンサ部が形成されている温度センサであって、
前記フレキシブル基板が、該フレキシブル基板の端部に位置し、かつ前記センサ部が形成されている第１部分と、該第１部分に対して前記端部から遠位方向に隣接し、かつ互いに対向する第１面および第２面の間において最大厚さを有する第２部分とを含み、
前記第１部分の前記センサ部と反対側の面と、前記第２部分の前記第１面とが、同一面上にあり、
少なくとも前記第２部分の前記第１面が、被温度検知物と接触する検知面を成し、
前記第１部分および前記センサ部の合計厚さが、前記第２部分の前記最大厚さより小さい、温度センサが提供される。

本発明のもう１つの要旨によれば、本発明の上記温度センサを複数含み、該複数の温度センサが、前記フレキシブル基板の前記第１部分と反対側の端部またはその近傍において共通の接続部に接続されている、温度センサアレイが提供される。

本発明によれば、耐荷重性能に優れ、高い温度検知精度が得られる温度センサが提供される。更に、本発明によれば、かかる温度センサを複数含む温度センサアレイが提供され、上記と同様の効果を奏し得る。

本発明の１つの実施形態における温度センサの概略断面模式図である。 図１の実施形態の温度センサの使用態様を説明する概略断面模式図である。 本発明のもう１つの実施形態における温度センサの概略断面模式図である。 図２の実施形態の温度センサの使用態様を説明する概略断面模式図である。 図２の実施形態の温度センサの改変例の使用態様を説明する概略断面模式図である。 （ａ）は、図１の実施形態の温度センサの改変例の使用態様を説明する概略断面模式図であり、（ｂ）は、図２の実施形態の温度センサの改変例の使用態様を説明する概略断面模式図である。 本発明のもう１つの実施形態における温度センサの概略断面模式図である。 図７の実施形態における温度センサの１つの具体例を示す図であり、（ａ）は、（ｂ）のＺ－Ｚ断面における概略断面模式図であり、（ｂ）は、内部構造を透過して示す概略模式上面図である。 図７の実施形態における温度センサのもう１つの具体例を示す図であり、（ａ）は、（ｂ）のＺ－Ｚ断面における概略断面模式図であり、（ｂ）は、内部構造を透過して示す概略模式上面図である。 図７の実施形態における温度センサのもう１つの具体例を示す図であり、（ａ）は、（ｂ）のＺ－Ｚ断面における概略断面模式図であり、（ｂ）は、内部構造を透過して示す概略模式上面図であり、（ｃ）は電極および引出電極部のみを示す概略模式上面図である。 図７の実施形態における温度センサのもう１つの具体例を示す図であり、（ａ）は、（ｂ）のＺ－Ｚ断面における概略断面模式図であり、（ｂ）は、内部構造を透過して示す概略模式上面図であり、（ｃ）は電極および引出電極部のみを示す概略模式上面図である。 本発明の１つの実施形態における温度センサアレイを示す概略模式上面図であって、センサ部および第１部分を除く内部構造を透過して示す図である。 図１２の実施形態における温度センサアレイの使用態様を説明する概略模式斜視図であって、一部の内部構造を透過して示す図である。 （ａ）は、比較例１で作製した温度センサアレイにおける櫛型電極および引出電極部のパターンを示す概略模式上面図であり、（ｂ）は、比較例１で作製した温度センサアレイの概略模式上面図である。 （ａ）は、比較例１の荷重試験の結果を示すグラフであり、（ｂ）は、実施例１の荷重試験の結果を示すグラフである。 （ａ）は、比較例２で作製した温度センサアレイにおける櫛型電極および引出電極部のパターンを示す概略模式上面図であり、（ｂ）は、比較例２で作製した温度センサアレイの概略模式上面図である。 （ａ）は、実施例１で作製した温度センサアレイにおける櫛型電極および引出電極部のパターンを示す概略模式上面図であり、（ｂ）は、実施例１で作製した温度センサアレイの概略模式上面図である。 実施例２の試験において、対向物体（金属板）の厚さｔ、第１部分およびセンサ部の合計厚さｄ_１、第２部分の最大厚さｄ_２、ならびに厚さ比ｄ_１／ｄ_２を種々変更したときに、センサ部に１０ＭＰａ以上の荷重がかからないＬ_１ＭＡＸを調べた結果を示すグラフであって、（ａ）は、ｄ_１＝０．０６ｍｍ、かつｄ_１／ｄ_２＝０．５または０．８３としたときのＬ_１ＭＡＸとｔの関係を示すグラフであり、（ｂ）は、ｔ＝２．０ｍｍ、かつｄ_１＝０．０６ｍｍとしたときのＬ_１ＭＡＸとｄ_１／ｄ_２の関係を示すグラフであり、（ｃ）は、ｔ＝２．０ｍｍ、かつｄ_１／ｄ_２＝０．５または０．８３としたときのＬ_１ＭＡＸとｄ_１の関係を示すグラフである。 （ａ）は、実施例３で作製した温度センサアレイにおける櫛型電極および引出電極部のパターンを示す概略模式上面図であり、（ｂ）は、実施例３で作製したサーミスタ素子の概略模式上面図である。

以下、本発明を複数の実施形態を通じて図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれら実施形態に限定されない。

（実施形態１）
本実施形態は、フレキシブル基板にセンサ部が形成されている温度センサに関する。

図１を参照して、本実施形態の温度センサ３０において、フレキシブル基板２０は、フレキシブル基板２０の一方の端部Ｘに位置し、かつセンサ部１０が形成されている第１部分１１と、第１部分１１に対して端部Ｘから遠位方向に隣接し、かつ互いに対向する第１面Ａ_２および第２面Ｂ_２の間において最大厚さｄ_２を有する第２部分１２とを含む。本発明において「最大厚さ」とは、温度センサ全体のうちで最大となる厚さを意味する。第２部分が、第１部分に対して端部Ｘから「遠位方向に隣接する」とは、第２部分が、第１部分が存在する一方の端部Ｘから他方の端部Ｙに向かう方向に、第１部分に隣接していることを意味する。換言すれば、第１部分に対して遠位方向以外の方向には、最大厚さｄ_２を有する第２部分は存在しない。

本実施形態の温度センサ３０において、センサ部１０は第１部分１１の上に形成されており、第１部分１１のセンサ部１０と反対側の面Ａ_１と、第２部分１２の第１面Ａ_２とが、同一面上にある。本発明において２つの面が「同一面上」にあるとは、温度センサに荷重（または外力）が加わっていない状態において共通の平面を形成することを意味し、荷重が加わった状態においてはこの限りでなく、例えば湾曲および／または屈曲していてもよい。

本実施形態の温度センサ３０において、第１部分１１およびセンサ部１０の合計厚さｄ_１は、第２部分１２の最大厚さｄ_２より小さく、好ましくは、ｄ_２に対するｄ_１の割合（厚さ比ｄ_１／ｄ_２）は、０．８３（＝約５／６）以下であり得、下限は特に限定されないが、例えば０．１（＝１／１０）以上とされ得る。第１部分１１およびセンサ部１０の合計厚さｄ_１は、第１部分１１の面Ａ_１およびこれに対向するセンサ部１０の露出面Ｂ_１の間の厚さ方向寸法である。

センサ部１０は、温度を検知する機能を有する限り特に限定されないが、例えばサーミスタ層と、サーミスタ層に接触し、かつ互いに離間して配置された２つの電極とを含み得、更に、カバー層（または保護膜）を含んでいてもいなくてもよい。かかるサーミスタ層および２つの電極は、任意の適切な材料から成り得、任意の適切な構造および配置等であり得る。サーミスタ層は、例えば、特許文献３に開示される材料などを利用できる。電極は、例えば、サーミスタ層に接触して形成された一対の櫛型電極であってよく、または、サーミスタ層に接触して（かつ好ましくは非接続型内部電極と対向して）配置された一対の分割電極であってよく、またあるいは、サーミスタ層を挟持した一対の平面電極であってもよい。第１部分１１および第２部分１２は、適宜、センサ部１０の２つの電極から引き出された２つの引出電極部およびこれらに各々電気接続された２つの配線等を含んでいてよい。電極および引出電極部は別個に形成されていてもよいが、好ましくは一体的に形成され得る。なお、サーミスタ層、電極、引出電極部および配線の数は、より多く存在してもよい。

本実施形態の温度センサ３０は、全体としてフレキシブルかつ薄く構成することができる。フレキシブル性を担うフレキシブル基板２０の材料および厚さは適宜選択され得るが、最大厚さｄ_２は、好ましくは２００μｍ以下とされ、より好ましくは１００μｍ以下であり得、下限は特に限定されないが、例えば６０μｍ以上であり得る。

本実施形態の温度センサ３０において、センサ部１０は第２部分１２に近接して配置される。よって、第１部分１１の長さＬ_１（フレキシブル基板２０の一方の端部Ｘ（図示する態様では端面）と、第１部分１１および第２部分１２の境界との間の寸法）は小さいほうが好ましく、例えば３０ｍｍ以下、特に２０ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下、場合により５ｍｍ以下であり得、下限は特に限定されないが、例えば１ｍｍ以上であり得る。本実施形態を限定するものではないが、ｄ_１／ｄ_２が０．８３以下である場合、Ｌ_１は９．５ｍｍ以下であり得る。他方、第２部分１２の長さＬ_２（本実施形態では、第１部分１１および第２部分１２の境界と、フレキシブル基板２０の他方の端部Ｙ（図示する態様では端面）との間の寸法）は、特に限定されず、温度センサ３０の用途に応じて様々であり得る。

かかる本実施形態の温度センサ３０は、図２に示すように、少なくとも第２部分１２の第１面Ａ_２が被温度検知物４１と接触するようにして使用される。換言すれば、少なくとも第２部分１２の第１面Ａ_２が、被温度検知物４１と接触する（より詳細には、被温度検知物４１に押し付けられて密着する）検知面を成す。第１部分１１のセンサ部１０と反対側の面Ａ_１も、被温度検知物４１と接触し得る（検知面を成し得る）が、面Ａ_１は被温度検知物４１と必ずしも接触していなくてよく、例えば被温度検知物４１から「浮いて」いてもよい。特に、温度センサ３０は、図２に示すように、被温度検知物４１とこれに対向する物体４３との間で押圧された状態で使用され得る。第２部分１２の第２面Ｂ_２は、対向物体４３と接触し得る。対向物体４３は特に限定されないが、例えば金属板などであり得る。

温度センサ３０を使用するときに、温度センサ３０には、その厚さ方向に荷重（押圧力）が印加される。本実施形態の温度センサ３０によれば、センサ部１０が形成されていない第２部分１２が最大厚さｄ_２を有するので、温度センサ３０の厚さ方向に荷重が印加された場合には、この第２部分１２に荷重が印加されることとなり、第１部分１１に形成されたセンサ部１０には直接印加されない。更に、第２部分１２に荷重が印加されることにより、第２部分１２に隣接した第１部分１１に応力が伝播し得るが、第１部分１１はフレキシブル基板２０の端部Ｘに位置し、フリーであるので、応力を効果的に緩和することができる。これらの結果、センサ部１０における応力の発生を実質的になくすことができ、優れた耐荷重性能を得ることができる。加えて、本実施形態の温度センサ３０によれば、センサ部１０における応力の発生に起因する温度検知精度の低下を防止することができる。更に、本実施形態の温度センサ３０によれば、第２部分１２の第１面Ａ_２が被温度検知物４１と接触する検知面を成し、荷重（押圧力）により第１面Ａ_２が被温度検知物４１に押し付けられて密着し、そして、この第２部分１２に隣接した第１部分１１にセンサ部１０が形成されているので、被温度検知物４１の温度をセンサ部１０により高精度に検知することができる。すなわち、本実施形態によれば、耐荷重性能に優れ、高い温度検知精度が得られる温度センサ３０が提供される。

（実施形態２）
本実施形態は、実施形態１の温度センサの改変例に関し、特に断りのない限り、実施形態１と同様の説明が当て嵌まり得る。

図３を参照して、本実施形態の温度センサ３０’において、フレキシブル基板２０’は、フレキシブル基板２０’の一方の端部Ｘに位置し、かつセンサ部１０が形成されている第１部分１１と、第１部分１１に対して端部Ｘから遠位方向に隣接し、かつ互いに対向する第１面Ａ_２’および第２面Ｂ_２’の間において最大厚さｄ_２を有する第２部分１２’と、第２部分１２’に対して端部Ｘから遠位方向に隣接し、かつ、互いに対向する第３面Ａ_３および第４面Ｂ_３の間において、最大厚さｄ_２より小さい厚さｄ_３を有する第３部分１３とを含む。第１部分１１、第２部分１２’および第３部分１３は、適宜、センサ部１０の２つの電極から引き出された２つの引出電極部およびこれらに各々電気接続された２つの配線等を含んでいてよい。

本実施形態の温度センサ３０’において、第３部分１３の第４面Ｂ_３と、第２部分１２’の第２面Ｂ_２’とが、同一面上にある。よって、第３部分１３の厚さｄ_３は第２部分１２’の最大厚さｄ_２より小さいことから、第３部分１３の第３面Ａ_３は、第２部分１２’の第１面Ａ_２’に対して奥まった位置にある。かかるフレキシブル基板２０’は、第１部分１１、第２部分１２’および第３部分１３から構成される全体として略Ｓ字状の断面形状を有するものとして理解され得る。

本実施形態の温度センサ３０’において、第２部分１２’の長さＬ_２’（本実施形態では、第１部分１１および第２部分１２’の境界と、第２部分１２’および第３部分１３の境界との間の寸法）は、後述する検知面に必要な最小面積を与える寸法以上、かつ、より一層高い温度検知精度を達成し得る寸法以内で適宜選択され得る。他方、第３部分１３の長さＬ_３（第２部分１２’および第３部分１３の境界と、フレキシブル基板２０’の他方の端部Ｙとの間の寸法）は、特に限定されず、温度センサ３０’の用途に応じて様々であり得る。

かかる本実施形態の温度センサ３０’は、図４に示すように、少なくとも第２部分１２’の第１面Ａ_２’が被温度検知物４１と接触するようにして使用される。換言すれば、少なくとも第２部分１２’の第１面Ａ_２’が、被温度検知物４１と接触する（より詳細には、被温度検知物４１に押し付けられて密着する）検知面を成す。第１部分１１のセンサ部１０と反対側の面Ａ_１も、被温度検知物４１と接触し得る（検知面を成し得る）が、面Ａ_１は被温度検知物４１と必ずしも接触していなくてよく、例えば被温度検知物４１から「浮いて」いてもよい。第３部分１３の第３面Ａ_３は、被温度検知物４１から離間している（接触していない）が、例えば第３部分１３が湾曲した場合には、第３面Ａ_３が被温度検知物４１に部分的に接触することがあり得る。特に、温度センサ３０’は、図４に示すように、被温度検知物４１とこれに対向する物体４３との間で押圧された状態で使用され得る。第２部分１２’の第２面Ｂ_２’に加えて、第３部分１３の第４面Ｂ_３も、対向物体４３と接触し得る。

温度センサ３０’を使用するときに、温度センサ３０’には、その厚さ方向に荷重（押圧力）が印加される。本実施形態の温度センサ３０’によれば、荷重（押圧力）により被温度検知物４１に押し付けられて密着する第１面Ａ_２’が、実施形態１の温度センサ３０における第１面Ａ_２に比べて小さくなっているので、被温度検知物４１（熱源）の熱が第２面Ｂ_２’および第４面Ｂ_３（更に対向物体４３）などに伝導し難く、より効率的にセンサ１０へ伝導させることができ、被温度検知物４１の温度をセンサ部１０により更に高精度に検知することができる。すなわち、本実施形態によれば、実施形態１と同様の効果に加えて、より一層高い温度検知精度が得られる温度センサ３０’が提供される。

より一層高い温度検知精度を達成し得るには、被温度検知物４１の被測定対象面積に対して、第１面Ａ_２’の面積が３％以下であることが好ましい。被温度検知物４１（熱源）の熱が第２面Ｂ_２’および第４面Ｂ_３（更に対向物体４３）などに伝導するのを防止することによって、被温度検知物４１の実際の温度に対して±０．５℃以内の精度で温度検知できる。

温度検知精度を更に向上させるには、被温度検知物４１（熱源）に応じて、温度センサ３０’の断熱性および放熱性を調節することが好ましい。被温度検知物４１の熱源が小さい場合には、熱伝導を極力抑える（断熱性を確保する）ことにより、温度センサ３０’を被温度検知物４１と対向物体４３との間に挿入することによる被温度検知物４１の温度変化を低減することができ、温度検知精度を更に向上させることができる。被温度検知物４１の熱源が大きい場合には、熱伝導を高める（放熱性を確保する）ことにより、温度センサ３０’を被温度検知物４１と対向物体４３との間に挿入することによる被温度検知物４１の温度変化を低減することができ、温度検知精度を更に向上させることができる。

断熱性が要求される場合、図３～４に示す温度センサ３０’のように、第３部分１３の第３面Ａ_３を露出させてよい。これにより、被温度検知物４１と第３面Ａ_３との隙間において空気（または場合により他のガス）断熱をもたらすことができる。

あるいは、断熱性が要求される場合、図５に示すように、第３部分１３の第３面Ａ_３を、被温度検知物４１と接触する断熱性材料１５で被覆してよい。これにより、被温度検知物４１と第３面Ａ_３との隙間を断熱性材料１５で埋めて断熱をもたらすことができる。センサ部１０への影響が許容可能である場合には、センサ部１０と対向物体４３との隙間も断熱性材料１５’で埋めて更なる断熱をもたらすようにしてもよい。なお、断熱性材料は、熱伝導率が低い材料であればよく、例えば、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料であり得る。

放熱性（冷却性）が要求される場合、図５に示すように、第３部分１３の第３面Ａ_３を、被温度検知物４１と接触する放熱性材料１５で被覆してよい。これにより、被温度検知物４１と第３面Ａ_３との隙間を放熱性材料１５で埋めて放熱をもたらすことができる。センサ部１０への影響が許容可能である場合には、センサ部１０と対向物体４３との隙間も放熱性材料１５’で埋めて更なる放熱をもたらすようにしてもよい。なお、放熱性材料は、熱伝導率が高い材料であればよく、例えば、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料であり得る。

あるいは、放熱性（冷却性）が要求される場合、図６（ａ）～（ｂ）に示すように、荷重（押圧力）を大きくして、対向物体４３および／または被温度検知物４１を変形させて、対向物体４３（例えば金属板）を被温度検知物４１に接触させてよい（図６（ａ）は、実施形態１の温度センサ３０の場合を示し、図６（ｂ）は、実施形態２の温度センサ３０’の場合を示す）。対向物体４３と被温度検知物４１との接触面積は適宜調節してよい。これにより、被温度検知物４１の熱を対向物体４３に逃がして放熱（冷却）をもたらすことができる。この場合、対向物体４３の厚さｔ、第２部分１２または１２’の最大厚さｄ_２、第１部分１１の長さＬ_１を適切に選択することによって、センサ部１０に負荷がかかる（例えば、対向物体４３が変形して、センサ部１０に荷重が直接印加される）ことを防止できる。

いずれの場合にも、温度センサ３０’を被温度検知物４１と対向物体４３との間に挿入することによる被温度検知物４１の温度変化を±０．５℃以下に抑えることができる。

（実施形態３）
本実施形態は、実施形態２の温度センサの具体例に関し、特に断りのない限り、実施形態１～２と同様の説明が当て嵌まり得る。

図７を参照して、本実施形態の温度センサ３０’’のフレキシブル基板２０’’において、第２部分１２’’は、第１部分１１からの第１部分拡張部１２ａと、第３部分１３からの第３部分拡張部１２ｂと、これら拡張部１２ａおよび１２ｂを接合する接合部１２ｃとを含む。

より詳細には、図８～１１を参照して、センサ部１０は、サーミスタ層１と、サーミスタ層１に接触し、かつ互いに離間して配置された２つの電極３とを含み、更に、カバー層（または保護膜）７を含んでいてもいなくてもよい。図８および図９では、２つの電極３は、サーミスタ層１に接触して形成された一対の櫛型電極であり、図１０および図１１では、２つの電極３は、サーミスタ層１に接触し、かつ非接続型内部電極３’と対向して配置された一対の分割電極である。（図１０および図１１中、電極３は引出電極部５と一体的に形成されており、電極３と引出電極部５との境界を明確に定めることは困難であるが、電極３は、非接続型内部電極３’と対向する領域を含めばよく、便宜的に、図１０（ｃ）および図１１（ｄ）に上記境界を点線にて示す。図８～１１では、第１部分１１、第２部分１２’’、第１部分拡張部１２ａ、第３部分拡張部１２ｂ、第３部分１３等の符号を省略しているが、図７と対照させることにより、これら省略した部材の符号が図８～１１のどの部分を指すものであるかが把握される。なお、図９～１０において、サーミスタ層１の一部が第２部分１２’’の第１部分拡張部１２に及んで存在しているが、第１部分拡張部１２に存在するサーミスタ層１の部分には、電極３が設けられていないため、センサとして機能せず、よって、センサ部１０に含まれないことに留意されたい。

そして、図７～１１を参照して、第１部分１１および第１部分拡張部１２ａは、第１基材２１と、第１基材２１上に形成され、かつセンサ部１０の２つの電極３から引き出された２つの引出電極部５とを含む。第３部分１３および第３部分拡張部１２ｂは、第２基材２３と、第２基材２３上に形成された２つの配線２５とを含む。そして２つの引出電極部５および２つの配線２５が、接合部１２ｃを介して各々電気接続される。第１部分１１において、サーミスタ層１および／または電極３を被覆するカバー層７が設けられていてよい。また、第３部分１３において、配線２５を被覆するカバー層２７が設けられていてよい。本実施形態に必須ではないが、第３部分１３の端部Ｙおよびその近傍において、カバー層２７を除去して配線２５を露出させ、これと反対側の第２基材２３の表面に補強板２９を設けて、例えばコネクタ等の接続部（図示せず）に接続可能としてもよい。この場合、コネクタ等の接続部および接合部１２ｃは、それぞれ二次接続部および一次接続部と理解され得る。

接合部１２ｃには、２つの引出電極部５および２つの配線２５を各々電気接続できる限り（好ましくは薄く、かつ電気的および強度的に十分に接合できる限り）、任意の適切な材料および工法を利用できる。接合部１２ｃは、例えば、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）、はんだ材料、導電性ペースト、接触部の硬化性樹脂による封止（引出電極部と配線とを接触させた状態でその周囲を硬化性樹脂で覆い、樹脂を硬化させて封止する）、超音波接合などが挙げられる。

本実施形態によれば、第２部分１２’’が、引出電極部５および配線２５ならびにこれらを接合する接合部１２ｃを集中させて含むことにより、比較的高い剛性が得られ、耐荷重性能が更に向上する。

本実施形態の温度センサ３０’’によれば、図８～１１に示すように、実施形態２の温度センサ３０’を容易に具体化することが可能となる。本実施形態の温度センサ３０’’は、第１部分１１および第１部分拡張部１２ａにセンサ部１０を形成し、別途、第３部分および第３部分拡張部１２ｃを準備して、これらを接合部１２ｃで接合することより製造可能である。よって、本実施形態によれば、耐荷重性能に優れ、高い温度検知精度が得られる温度センサであって、簡便な製造方法により低コストで量産するのに適した温度センサ３０’’が提供される。

（実施形態４）
本実施形態は、実施形態３の温度センサを複数含む温度センサアレイに関し、特に断りのない限り、実施形態１～３と同様の説明が当て嵌まり得る。

図１２を参照して、本実施形態の温度センサアレイ４０は、複数の温度センサ３０Ａ～３０Ｃを含み、かかる複数の温度センサ３０Ａ～３０Ｃが、フレキシブル基板の第１部分１１（端部Ｘに位置する）と反対側の端部Ｙまたはその近傍において共通の接続部３１に接続されている。この場合、共通の接続部３１および接合部１２ｃは、それぞれ二次接続部および一次接続部と理解され得る。図示する例では、温度センサ３０Ａ～３０Ｃの端部Ｙが、共通の接続部（例えばコネクタ）３１に挿入されているが、これに限定されない。複数の温度センサ３０Ａ～３０Ｃは、互いに分離されており、かかる複数の温度センサ３０Ａ～３０Ｃは、一体的に同時に作製した後に個々に切断することにより製造されていてよく、この切断は、複数の温度センサ３０Ａ～Ｃの共通の接続部３１への接続の前および後のいずれで実施してもよい。

図示する態様では、温度センサアレイ４０が、複数の温度センサとして、例示的に３つの温度センサ３０Ａ～３０Ｃを含むものを示しているが、複数の温度センサの数は２以上であれば特に限定されず、温度センサアレイ４０の用途に応じて選択され得る。また、本実施形態では、温度センサアレイ４０が、実施形態３の温度センサを複数含むものとして示しているが、実施形態１～３のいずれの温度センサを用いてもよい。

本実施形態の温度センサアレイ４０によれば、複数の温度センサ３０Ａ～３０Ｃをそれぞれ別の被温度検知物に接触させて各温度を検知することができる。本実施形態の温度センサアレイ４０によれば、複数の温度センサ３０Ａ～３０Ｃが共通の接続部３１に接続されているので、共通の接続部３１を測定回路等の外部装置（図示せず）に接続するだけで、複数の温度センサ３０Ａ～３０Ｃを一度に外部装置に接続できる。

本実施形態の温度センサアレイ４０は、任意の適切な用途に利用され得るが、例えば、図１３に示すように、リチウムイオン電池モジュールの複数のセル（電池）５１に対して、互いに隣接する２つのセル５１間に温度センサ３０Ａ～３０Ｃを１つずつ挟み込んで利用でき、これにより、各セル５１の温度を検知することができる。図１３では、複数のセル５１のスタックに載置された電池モジュール回路基板５３に温度センサアレイ用回路基板５５が組み込まれており、温度センサアレイ用回路基板５５に共通の接続部（例えばコネクタ）３１を介して温度センサアレイ４０が接続されている。より詳細には、温度センサアレイ４０は、図１２のように端部Ｙがコネクタ３１に挿入されており、図１３では温度センサアレイ４０がコネクタ３１から、図１３の斜視図に向かって手前に一旦引き出された後に折り曲げられて、電池モジュール回路基板５１の裏面側に沿って引き廻されているが、図１３に例示する態様に限定されない。リチウムイオン電池モジュール５０において、隣接する２つのセル５１間に挟まれた温度センサ３０Ａ～３０Ｃのセンサ部１０Ａ～１０Ｃは、セル５１間で荷重が印加された（押圧された）状態になり得、かかる状態で想定される荷重（押圧力）に耐えつつ、高い温度検知精度を示すことが望まれる。本実施形態の温度センサアレイ４０の各温度センサ３０Ａ～３０Ｃは、耐荷重性能に優れ、高い温度検知精度が得られるので、リチウムイオン電池モジュールにおいて各セルの温度を検知するのに好適に利用され得る。

（比較例１）
比較例１は、センサ部を含めて、全体的に均一な厚さを有する温度センサに関する。

Ｍｎ：Ｎｉを４：１（原子比）の割合で含む、平均粒径約０．２μｍの金属酸化物粒子に、マンガンアセチルアセトネートを１０質量％（金属酸化物粒子の全質量に対して）の割合で添加し、エタノールを溶媒として原料混合物を調製し、１６時間混合した。これにより得られたスラリーの形態の原料混合物を、厚さ１０μｍの銅箔上にドクターブレード法により厚さ１０μｍのシートの形態で供給した。このシートを１００℃で１０時間乾燥させた後、加熱プレス機を用いて１００ＭＰａの加圧下にて２５０℃で３０分間加熱して、前駆構造体を得た。この前駆構造体を２５０℃で１０時間アニールして、残存し得る不要な有機物を除去して、構造体を得た。その後、得られた構造体のうち上記シートに由来する膜（サーミスタ層として機能し得る金属酸化物含有複合体層）の上にポリアミドイミドの前駆体液を１０μｍの厚さで塗布して、２００℃で１時間加熱して、ポリアミドイミドを熱硬化させて樹脂基材とした。その後、樹脂基材と反対側の銅箔の表面にレジストを所定のパターンで塗布して、露光および現像し、銅箔の所定部分をエッチング除去し、残っているレジストを除去して、２つの櫛型電極およびそれぞれから引き出された引出電極部をパターン形成した。銅箔のパターンは、図１４（ａ）に模式的に示すように、櫛型電極３の櫛歯部分を上から見た外形寸法を幅１．５ｍｍおよび長さ３．０ｍｍとし、櫛歯部分の幅方向両外側のそれぞれに櫛型電極３の柄部分および引出電極部５を幅０．５ｍｍおよび長さ１５０ｍｍとした（センサ部の面積は幅３．０ｍｍおよび長さ３．０ｍｍであり、引出電極部は十分長いので配線としても理解され得る）。なお、図１４（ａ）の櫛型電極は模式的例示であり、櫛型電極の詳細（櫛型電極の各櫛歯の寸法および数ならびにピッチ等）は図１４（ａ）と異なり得る（以下の比較例および実施例においても同様である）。これにより得られた樹脂基材（厚さ約１０μｍ）および金属酸化物含有複合体層（サーミスタ層：厚さ約１０μｍ）の積層体であって、その上面にパターン形成された銅層（櫛型電極および引出電極部：厚さ約１０μｍ）を有する積層体の上に、銅層を被覆するように、カバー層としてポリイミドテープ（粘着層を有するポリイミドフィルム：厚さ約３０μｍ）を貼った（図１４（ｂ）中、カバー層を斜線領域にて示す）。これにより得られた構造体をダイシングソーでカットして、図１４（ａ）～（ｂ）に示すように、幅約３ｍｍおよび長さ約１５０ｍｍであり、全体に亘って均一な６０μｍの厚さを有する温度センサを作製した。

作製した温度センサを荷重試験に付した。より詳細には、温度センサを直径５０ｍｍおよび厚さ２５ｍｍの２つの鉄板の間に挟み、０．５トン（約５０００Ｎ）での圧力印加を５回繰り返して、同一温度での抵抗値変化（ΔＲ（－））を測定した。なお、圧力印加時、感圧フィルム（富士フイルム株式会社製、「プレスケール」中圧用、検出感度１０ＭＰａ、以下同様）を、温度センサの櫛型電極（センサ部に対応する）と鉄板との間に挟んで圧力を測定したところ、センサ部に１０ＭＰａ以上の荷重がかかっていることが確認された。結果を図１５（ａ）に示す。図１５（ａ）に示すように、荷重試験での抵抗変化率が５％以上で、温度検知の誤差が５℃より大きくなることがわかった。

（比較例２）
比較例２は、センサ部を除く長手方向両外側部分が、全体的に均一な厚さを有する温度センサに関する。

図１６（ａ）～（ｂ）に示すように、櫛型電極３に隣接して、櫛歯部分を有しない長さ３．０ｍｍのダミー部Ｄを設け、櫛型電極３に対応するセンサ部をカバー層で被覆しなかったこと以外は、比較例１と同様にして（カバー層の厚さ約３０μｍ）温度センサを作製した（図１６（ｂ）中、カバー層を斜線領域にて示す）。この温度センサにおいては、櫛型電極３に対応するセンサ部を除いて、ダミー部Ｄおよび引出電極部５をカバー層で被覆した。樹脂基材の裏面から櫛型電極３の最も高い露出表面までの厚さは３０μｍであったのに対して、樹脂基材の裏面からカバー層の外表面までの厚さは６０μｍであった。

作製した温度センサを比較例１と同様の荷重試験に付した。なお、圧力印加時、感圧フィルムを、温度センサの櫛型電極（センサ部に対応する）と鉄板との間に挟んで圧力を測定したところ、比較例２でも、センサ部に１０ＭＰａ以上の荷重がかかっていることが確認された。この結果、荷重試験での抵抗変化率が５％以上となり、満足できる温度検知精度が得られず、温度センサとして不適格であることがわかった。この温度センサでは、センサ部に荷重が直接的にかからない構造にしたものの、荷重によりカバー層が水平方向に変形し、水平方向の応力がサーミスタ層に伝播し、この結果、抵抗変化が起きたものと考えられる。上記の通りセンサ部に１０ＭＰａ以上の荷重がかかっていることが確認されたのは、センサ部に水平方向に応力がかかり変形することで、結果的に、垂直方向に荷重が測定されたものと考えられる。

（実施例１）
実施例１は、図１～２を参照して上述した実施形態１の温度センサに関する。

櫛型電極が存在する端部から長さＬ_１でカットしたカバー層を使用して、図１７（ａ）～（ｂ）に示すように上記端部から長さＬ_１の第１部分をカバー層（図１７（ｂ）中、斜線領域にて示す）で被覆しなかったこと以外は、比較例１と同様にして（カバー層の厚さ約３０μｍ）温度センサを作製した。この温度センサにおいては、長さＬ_１を５．０ｍｍとした。樹脂基材の裏面から櫛型電極の最も高い露出表面までの厚さ（第１部分およびセンサ部の合計厚さｄ_１）は３０μｍであったのに対して、樹脂基材の裏面からカバー層の外表面までの厚さ（第２部分の最大厚さｄ_２）は６０μｍであった。

作製した温度センサを比較例１と同様の荷重試験に付した。なお、圧力印加時、感圧フィルムを、温度センサの櫛型電極（センサ部に対応する）と鉄板との間に挟んで圧力を測定し、センサ部に１０ＭＰａ以上の荷重がかかっていないことを確認した。結果を図１５（ｂ）に示す。図１５（ｂ）に示すように、荷重試験での抵抗変化率が１％以下で、温度検知の誤差１℃以内を実現することができた。

（実施例２）
実施例２は、図１～２を参照して上述した実施形態１の温度センサに関し、より詳細には、図６（ａ）の使用態様に関する。

樹脂基材の厚さ、カバー層を貼る位置、カバー層の厚さ（表面側に１枚または２枚以上積層し、場合により、樹脂基材の裏面全体に１枚または２枚以上を積層する等）を種々異ならせたこと以外は、実施例１と同様にして温度センサを作製した。これにより、第１部分およびセンサ部の合計厚さｄ_１、第２部分の最大厚さｄ_２および第１部分の長さＬ_１を変化させた。

作製した温度センサの上に、対向物体（図６（ａ）中、符号４３にて示す）として厚さｔの金属板（６０ｍｍ角のＳＵＳ板）を配置し、更にその外側上に厚さ１ｍｍのフッ素ゴムを配置し、これらをプレス機の上下平板間に挟んで０．５トンの圧力を印加して、図６（ａ）に示すような金属板の変形に伴うセンサ部への荷重の印加を調べた。金属板の厚さｔ、第１部分およびセンサ部の合計厚さｄ_１、第２部分の最大厚さｄ_２、ならびに厚さ比ｄ_１／ｄ_２が異なる条件を設定した。そして、圧力印加時、感圧フィルムを、温度センサと金属板との間の全面を覆うように挟んで圧力を測定し、各条件で、センサ部に１０ＭＰａ以上の荷重がかからない最も大きいＬ_１（以下、「Ｌ_１ＭＡＸ」と言う）を調べた。結果を表１および図１８（ａ）～（ｃ）に示す。

図１８（ａ）は、ｄ_１＝０．０６ｍｍ、かつｄ_１／ｄ_２＝０．５または０．８３としたときのＬ_１ＭＡＸとｔの関係を示すグラフである。図１８（ａ）から理解されるように、ｄ_１＝０．０６ｍｍでは、ｄ_１／ｄ_２＝０．５および０．８３の双方の場合において（即ち、ｄ_１／ｄ_２によらずに）、Ｌ_１ＭＡＸは、ｔ＝２．０ｍｍにおいて極小値を示した。これは次のように理解される。例えば図２に示すように、対向物体（図２中、符号４３にて示す）として、厚さｔが十分に大きい金属板を使用することを想定した場合、かかる金属板に圧力を印加しても金属板は実質的に変形せず、全ての圧力は第２部分（厚さｄ_２の部分）に印加され、Ｌ_１をいかに大きくしても、センサ部に１０ＭＰａ以上の荷重がかからず、理論的には、Ｌ_１ＭＡＸは無限大であると理解される。金属板の厚さｔが小さくなるにつれて、金属板が変形し易くなり、図２に模式的に示す状態から、図６（ａ）に模式的に示す状態へと移行する。なお、金属板の変形の程度は、金属板の厚さｔのほか、圧力（荷重）と金属の材料特性にも依存し得るが、実施例２の条件（および後述する、実施例２で想定している使用用途）では、これらによって大きく影響されないので、厚さｔによる影響のみを考えればよい。金属板の厚さｔが小さくなるにつれて、金属板の変形量が次第に大きくなり、センサ部にかかる荷重が１０ＭＰａ以上となってＬ_１ＭＡＸが現れ、センサ部にかかる荷重が増加するにつれて、Ｌ_１ＭＡＸの値が次第に減少することは容易に理解される。そして、金属板の厚さｔが更に小さくなり、金属板の変形量がより一層大きくなると、温度センサの上側の金属板と、温度センサの下側の物体（実施例２ではプレス機の下側平板であり、図６（ａ）中、符号４１にて示す被温度検知物に対応する）との接触面積が増えることにより、金属板からの荷重は、第２部分およびセンサ部だけでなく、かかる下側物体にもかかるようになり、第２部分およびセンサ部への荷重が相対的に小さくなる。よって、金属板の厚さｔが更に小さくなると、センサ部にかかる荷重が増加から減少に転じ、Ｌ_１ＭＡＸの値が減少から増加に転じることとなる。この結果、Ｌ_１ＭＡＸの値は、金属板の厚さｔとの関係において極小値を示すこととなり、実施例２では、図１８（ａ）に示すように、Ｌ_１ＭＡＸは、ｔ＝２．０ｍｍにおいて極小値を示したものと理解される。

図１８（ｂ）は、ｔ＝２．０ｍｍ、かつｄ_１＝０．０６ｍｍとしたときのＬ_１ＭＡＸとｄ_１／ｄ_２の関係を示すグラフである。図１８（ｂ）に示すように、ｄ_１＝０．０６ｍｍの場合、Ｌ_１ＭＡＸが極小値を示すｔ＝２．０ｍｍにおいて、Ｌ_１ＭＡＸは、ｄ_１／ｄ_２が増えるにつれて（ｄ_１／ｄ_２＝０．５０～０．８３のデータにて）直線的に減少するが、ｄ_１／ｄ_２が０．８３を超えると（ｄ_１／ｄ_２＝０．９２のデータにて）急激に減少した。ｄ_１／ｄ_２＝０．８３のとき、Ｌ_１ＭＡＸは９．５であった（表１のＮｏ．３）。ｄ_１／ｄ_２＝０．５０～０．８３のデータから直線近似式を求めたところ、Ｌ_１ＭＡＸ（ｍｍ）＝－１５×ｄ_１／ｄ_２＋２２であった（図１８（ｂ）中、近似直線を点線にて示し、ｄ_１／ｄ_２（－）およびＬ_１ＭＡＸ（ｍｍ）をそれぞれｘおよびｙとした直線近似式を共に示す）。上述の通り、Ｌ_１ＭＡＸ（ｍｍ）は、センサ部に１０ＭＰａ以上の荷重がかからない最も大きいＬ_１とし、図１８（ｂ）は、Ｌ_１ＭＡＸが極小値を示すｔ＝２．０ｍｍにおけるデータである。よって、図１８（ｂ）の結果から、ｄ_１／ｄ_２≦０．８３、かつ、Ｌ_１（ｍｍ）≦－１５×ｄ_１／ｄ_２＋２２を満たす範囲であれば、センサ部に１０ＭＰａ以上の荷重がかからないことが確保されると理解される。更に確実には、ｄ_１／ｄ_２≦０．８３、かつ、Ｌ_１≦９．５ｍｍを満たす範囲で、センサ部に１０ＭＰａ以上の荷重がかからないことが理解される。なお、ｄ_１／ｄ_２＞０．８３では、Ｌ_１ＭＡＸが急激に減少するため、印加される圧力（荷重）の大きさや測定環境等の影響を受け得ると考えられる。

図１８（ｃ）は、ｔ＝２．０ｍｍ、かつｄ_１／ｄ_２＝０．５または０．８３としたときのＬ_１ＭＡＸとｄ_１の関係を示すグラフである。図１８（ｃ）では、Ｌ_１ＭＡＸが極小値を示すｔ＝２．０ｍｍにおいて、Ｌ_１ＭＡＸは、ｄ_１／ｄ_２が一定（図示する例では０．５または０．８３）であれば、ｄ_１によらずほぼ一定（ほぼ横ばい）であった。よって、図１８（ａ）および（ｂ）から理解される事項は、ｄ_１＝０．０６ｍｍである場合のみならず、ｄ_１が他の値である場合にも同様に当て嵌まると考えて差し支えないことが確認された。

表１の結果は、温度センサの上に対向物体として配置した金属板を変形させたものであるが、温度センサの上下に同じ金属板を配置してこれらの間に温度センサを挟んだ場合も、これと同様の結果を示した。よって、例えば、Ｌ_１≦９．５ｍｍの第１部分にセンサ部が設けられた温度センサが、電池モジュールにおいて隣接するセル間などの金属板間に挟まれて使用される場合、ｄ_１／ｄ_２は０．８３以下とすることが好ましいことが理解される。

実施例２では、温度センサを、電池モジュールにおいて隣接するセル間に挟んで使用する場合を想定して、かかる使用用途において最小と考えられる６０ｍｍ角のＳＵＳ板を使用し、かつ、かかる使用用途においては最大と考えられる０．５トンの圧力（面積あたりの圧力ではなく実荷重を想定するのが好ましい）を印加するものとし、代表的にセンサ部の幅を３．０ｍｍ（図１７参照）として、センサ部にかかる荷重が１０ＭＰａ以下となる条件で、上記の結果を得た。しかしながら、金属板（ＳＵＳ板）が６０ｍｍ角より小さく、印加される圧力が０．５トンより大きく、センサ部の幅が３ｍｍよりも小さく、および／またはセンサ部にかかる荷重の上限が１０ＭＰａより小さい場合には、ｄ_１／ｄ_２＝０．８３となるＬ_１ＭＡＸの値（換言すれば、ｄ_１／ｄ_２≦０．８３の場合のＬ_１の好ましい上限値）は、９．５ｍｍより小さくなり得、実施例２と同様の試験により求めることができる。

（実施例３）
実施例３は、図７を参照して上述した実施形態３の温度センサ、より詳細には図８に示した具体例の温度センサに関する。

厚さ１０μｍのポリイミド基板上に厚さ１０μｍの銅箔が所定のパターンで形成されたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を準備した。銅箔のパターンは、図１９（ａ）に模式的に示すように、櫛型電極３の櫛歯部分を上から見た外形寸法を幅１．５ｍｍおよび長さ３．０ｍｍとし、櫛歯部分の幅方向両外側のそれぞれに櫛型電極３の柄部分および引出電極部５を幅０．５ｍｍおよび長さ４．５ｍｍで形成した（センサ部の面積は幅３．０ｍｍおよび長さ３．０ｍｍであった）。このＦＰＣ上に、櫛型電極３を埋設被覆するようにサーミスタ層を、比較例１にて上述した金属酸化物含有複合体層の形成方法と同様にして、櫛型電極３の上面からの高さが１０μｍとなる厚さで形成した。サーミスタ層を上面からみた外形寸法は幅約３．０ｍｍおよび長さ約３．０ｍｍとした。サーミスタ層の上面全体に、カバー層としてポリイミドテープ（粘着層を有するポリイミドフィルム：厚さ約３０μｍ）を貼った。これにより、図１９（ａ）～（ｂ）に模式的に示すように、センサ部がカバー層（図１９（ｂ）中、斜線領域にて示す）で被覆され、引出電極部５が露出したサーミスタ素子を作製した。

他方、厚さ１００μｍのポリイミド基材に、厚さ１０μｍの２つの銅配線が２ｍｍピッチで形成され、その上を被覆するようにポリイミドフィルムのカバー層が形成された全体厚さ１３５μｍのフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）を準備した。このＦＦＣの一方の端部において、カバー層が該端部から長さ３ｍｍで設けられておらず、２つの配線が露出していた。

そして、このＦＦＣの配線露出領域と、上記で作製したサーミスタ素子のカバー層で被覆していない領域とを、これらの間に、幅３ｍｍおよび長さ１ｍｍの異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を（図１９（ｂ）に示される長さＬ_２の領域に）配置して重ね合わせて、２ＭＰａの荷重を印加しながら１８０℃で接合した。これにより、上記サーミスタ素子の２つの引出電極部５と、上記ＦＦＣの２つの配線とを各々電気接続して、温度センサを作製した。温度センサにおいて、ＡＣＦに由来する接合部のうち、引出電極部５と配線との間の部分の厚さは１０μｍであった。またこの温度センサにおいて、サーミスタ素子のポリイミド基板の裏面からサーミスタ素子のカバー層の外表面までの厚さ（第１部分およびセンサ部の合計厚さｄ_１）は６０μｍであったのに対して、サーミスタ素子のポリイミド基板の裏面から接合部を含んでＦＦＣのポリイミド基材の外表面までの厚さ（第２部分の最大厚さｄ_２）は１４０μｍであった。またこの温度センサにおいて、第１部分の長さＬ_１は３．５ｍｍ、第２部分の長さＬ_２は１．０ｍｍ、接合部の面積（第２部分の被温度検知物と接触する第１面Ａ’の面積）は３ｍｍ^２であった。

作製した温度センサを比較例１と同様の荷重試験に付した。この実施例３の結果は、図１５（ｂ）に示す実施例１の結果と同様に、荷重試験での抵抗変化率が１％以下で、温度検知の誤差１℃以内を実現することができた。

また、この温度センサのうちサーミスタ素子のポリイミド基板の裏面を、５０℃に設定した１０ｍｍ角のヒーター表面に貼り（ヒーターの実温度Ｔ_ｈ）、温度センサのうちＦＦＣのポリイミド基材の表面を、１０ｍｍ角で厚さ１０ｍｍのアルミ板に接触させて、ヒーター表面の温度として温度センサの測定値を取得した（測定温度Ｔ_ｍ１）。１時間経過時点におけるＴ_ｍ１－Ｔ_ｈの温度差は０．５℃以内であった。被温度検知物であるヒーターの被測定対象面積（この例では加熱面積）が１００ｍｍ^２であったのに対して、温度センサの第２部分の被温度検知物と接触する第１面Ａ’の面積は３ｍｍ^２であった。よって、被温度検知物の被測定対象面積に対して、第１面Ａ_２’の面積を３％以下にすることにより、高い温度検知精度が得られることが示された。

また、この温度センサのうちサーミスタ素子のポリイミド基板の裏面を、５０℃に設定した６０ｍｍ角のヒーター表面に貼り、温度センサのうちＦＦＣのポリイミド基材の表面を、６０ｍｍ角で厚さ１ｍｍのアルミ板に接触させ、更にアルミ板の外側に厚さ１ｍｍのフッ素ゴムを配置し、これらをプレス機に挟んで０．５トンの圧力を印加して（図６（ｂ）に示すように、アルミ板を変形させてヒーター表面に接触させた）、ヒーター表面の温度として温度センサの測定値を取得するとともに（測定温度Ｔ_ｍ１）、このアルミ板の表面の温度を別の温度測定器で測定した（測定温度Ｔ_ｍ２）。また、温度センサを用いなかった場合として、５０℃に設定した６０ｍｍ角のヒーター表面に、６０ｍｍ角で厚さ１ｍｍのアルミ板を接触させ、更にアルミ板の外側に厚さ１ｍｍのフッ素ゴムを配置し、これらをプレス機に挟んで０．５トンの圧力を印加して、アルミ板の表面の温度を別の温度測定器で測定した（測定温度Ｔ_ｍ０）（なお、熱抵抗のロスを考慮すると一般に、Ｔ_ｍ０≧Ｔ_ｍ２≧Ｔ_ｍ１と想定されることに留意されたい）。この結果、Ｔ_ｍ０－Ｔ_ｍ２、Ｔ_ｍ０－Ｔ_ｍ１、Ｔ_ｍ２－Ｔ_ｍ１の温度差がいずれも０．５℃以内であった。よって、放熱性を必要とする場合にも、高い温度検知精度が得られることが示された。

上述した温度センサの作製方法のうち、サーミスタ素子の作製において、サーミスタ層の上面全体にカバー層としてポリイミドテープを貼らずに、下記（ａ）～（ｄ）の改変を行ったこと以外は同様にして、合計４つの温度センサを更に作製した。
（ａ）サーミスタ素子のポリイミド基板（厚さ１０μｍ）の裏面をそのままとした（よって、ｄ_１＝３０μｍおよびｄ_２＝１４０μｍ）
（ｂ）サーミスタ素子のポリイミド基板（厚さ１０μｍ）の裏面全体に、厚さ３０μｍのポリイミドテープ（粘着層を有するポリイミドフィルム）を貼った（よって、ｄ_１＝６０μｍおよびｄ_２＝１７０μｍ）
（ｃ）サーミスタ素子のポリイミド基板（厚さ１０μｍ）の裏面全体に、厚さ６０μｍのポリイミドテープ（粘着層を有するポリイミドフィルム）を貼った（よって、ｄ_１＝９０μｍおよびｄ_２＝２００μｍ）
（ｄ）サーミスタ素子のポリイミド基板（厚さ１０μｍ）の裏面全体に、厚さ９０μｍのポリイミドテープ（粘着層を有するポリイミドフィルム）を貼った（よって、ｄ_１＝１２０μｍおよびｄ_２＝２３０μｍ）
これら４つの温度センサの各々を上記と同様に評価した。すなわち、温度センサを、サーミスタ素子のポリイミド基板の裏面を、５０℃に設定した６０ｍｍ角のヒーター表面に貼り、温度センサのうちＦＦＣのポリイミド基材の表面を、６０ｍｍ角で厚さ１ｍｍのアルミ板に接触させ、更にアルミ板の外側に厚さ１ｍｍのフッ素ゴムを配置し、これらをプレス機に挟んで０．５トンの圧力を印加して（図６（ｂ）に示すように、アルミ板を変形させてヒーター表面に接触させた）、ヒーター表面の温度として温度センサの測定値を取得するとともに（測定温度Ｔ_ｍ１）、このアルミ板の表面の温度を別の温度測定器で測定した（測定温度Ｔ_ｍ２）。この結果、これら４つの温度センサのいずれにおいても、Ｔ_ｍ０－Ｔ_ｍ２、Ｔ_ｍ０－Ｔ_ｍ１、Ｔ_ｍ２－Ｔ_ｍ１の温度差がいずれも０．５℃以内であった。よって、最大厚さｄ_２が２３０μｍ以下、特に２００μｍ以下である場合、センサ部と被温度検知物との間に存在するポリイミド基板の厚さ（第１部分（および第１部分拡張部）の厚さ）は、温度検知精度に実質的に影響しないことがわかった。

実施例３で示された効果は、センサ部の構造を、実施例１のようにサーミスタ層と電極との配置を変更した場合や、櫛型電極の代わりに、分割電極や平面電極を適用した場合にも同様に得られるものと考えられる。

（実施例４）
実施例４は、図１２を参照して上述した実施形態４の温度センサアレイに関する。

実施例３と同様にして、サーミスタ素子を３個作製した。他方、ポリイミド基材に、厚さ１０μｍの６つの銅配線が２ｍｍおよび１ｍｍの交互ピッチで形成され、その上を被覆するようにポリイミドフィルムのカバー層が形成された全体厚さ１３５μｍのフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）を準備した。このＦＦＣの両方の端部において、カバー層が該端部から長さ３ｍｍで設けられておらず、６つの配線が露出していた。このＦＦＣの他方の端部において、配線露出領域と反対側のポリイミド基材の表面に補強板が設けられていた。

そして、このＦＦＣの配線露出領域（補強板がないほうの一方の端部）と、上記で作製した３つのサーミスタ素子のカバー層で被覆していない領域とを、これらの間に、幅９ｍｍおよび長さ１ｍｍの異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を配置して重ね合わせて、２ＭＰａの荷重を印加しながら１８０℃で接合した。これにより、上記３つのサーミスタ素子のそれぞれ２つの引出電極部５と、上記ＦＦＣの６つの配線とを各々電気接続した。これにより得られた構造体を、ＦＦＣの６つの配線が２つずつとなるように、補強版が存在する他方の端部側部分を残して３分割した。その後、補強版が存在する他方の端部側部分を、市販の１ｍｍピッチの９ピンのコネクタに挿入して接続した。これにより、図１２に模式的に示すような温度センサアレイを作製した。

作製した温度センサアレイは、コネクタを測定用回路基板に接続することが可能であり、３つのセンサ部の全部において、実施例３と同様に高い温度検知精度が得られた。

その他、実施例３で上述した説明が、実施例４の温度センサアレイにも当て嵌まり得る。

本発明の温度センサおよび温度センサアレイは、全体としてフレキシブルかつ薄く構成することができ、被温度検知物の温度を検知するための様々な用途に利用され得る。例えば、被温度検知物に接触させて押し付けた状態（特に、被温度検知物とこれに対向する物体との間で押圧された状態）で、被温度検知物の温度を検知する場合に好適に利用され得る。

本願は、２０２０年３月３１日付けで日本国にて出願された特願２０２０－６４３４３に基づく優先権を主張し、その記載内容の全てが、参照することにより本明細書に援用される。

１ サーミスタ層
３、３’ 電極
５ 引出電極部
７ カバー層
１０ センサ部
１１ 第１部分
１２、１２’ 第２部分
１２ａ 第１部分拡張部
１２ｂ 第３部分拡張部
１２ｃ 接合部
１３ 第３部分
１５、１５’ 断熱性材料または放熱性材料
２０、２０’、２０’’ フレキシブル基板
２１ 第１基材
２３ 第２基材
２５ 配線
２７ カバー層
２９ 補強板
３０、３０’、３０’’、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 温度センサ
３１ 共通の接続部
４０ 温度センサアレイ
４１ 被温度検知物
４３ 対向物体
５０ リチウムイオン電池モジュール
５１ セル
５３ 電池モジュール回路基板
５５ 温度センサアレイ用回路基板
Ａ_１ センサ部と反対側の面
Ｂ_１ センサ部の露出面
Ａ_２、Ａ_２’ ’第１面
Ｂ_２、Ｂ_２’ 第２面
Ａ_３ 第３面
Ｂ_３ 第４面
ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３ 厚さ
Ｘ、Ｙ 端部

Claims (9)

1. フレキシブル基板にセンサ部が形成されている温度センサであって、
   前記フレキシブル基板が、該フレキシブル基板の端部に位置し、かつ前記センサ部が形成されている第１部分と、該第１部分に対して前記端部から遠位方向に隣接し、かつ互いに対向する第１面および第２面の間において最大厚さを有する第２部分とを含み、
   前記第１部分の前記センサ部と反対側の面と、前記第２部分の前記第１面とが、同一面上にあり、
   少なくとも前記第２部分の前記第１面が、被温度検知物と接触する検知面を成し、
   前記第１部分および前記センサ部の合計厚さが、前記第２部分の前記最大厚さより小さい、温度センサ。
2. 前記第２部分の前記最大厚さに対する、前記第１部分および前記センサ部の合計厚さの割合が、０．８３以下であり、かつ前記第１部分の長さが、９．５ｍｍ以下である、請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記フレキシブル基板が、前記第２部分に対して前記端部から遠位方向に隣接し、かつ、互いに対向する第３面および第４面の間において、前記最大厚さより小さい厚さを有する第３部分を更に含み、
   前記第３部分の前記第４面と、前記第２部分の前記第２面とが、同一面上にある、請求項１または２に記載の温度センサ。
4. 前記第３部分の前記第３面が露出している、請求項３に記載の温度センサ。
5. 前記第３部分の前記第３面が、前記被温度検知物と接触する断熱性材料または放熱性材料で被覆されている、請求項３に記載の温度センサ。
6. 前記第２部分が、前記第１部分からの拡張部と、前記第３部分からの拡張部と、これら拡張部を接合する接合部とを含む、請求項３～５のいずれかに記載の温度センサ。
7. 前記第１部分および前記第１部分からの拡張部が、第１基材と、該第１基材上に形成され、かつ前記センサ部から引き出された２つの電極部とを含み、
   前記第３部分および前記第３部分からの拡張部が、第２基材と、該第２基材上に形成された２つの配線とを含み、
   前記２つの電極部および前記２つの配線が、前記接合部を介して各々電気接続されている、請求項６に記載の温度センサ。
8. 前記センサ部が、サーミスタ層と、該サーミスタ層に接触し、かつ互いに離間して配置された２つの電極と、存在する場合にはカバー層とを含む、請求項１～７のいずれかに記載の温度センサ。
9. 請求項１～８のいずれかに記載の温度センサを複数含み、該複数の温度センサが、前記フレキシブル基板の前記第１部分と反対側の端部またはその近傍において共通の接続部に接続されている、温度センサアレイ。

Images